[0001] 本发明属于空气调节技术领域，具体涉及一种氟泵压缩制冷系统及其控制方法。

[0002] 随着4G的大量应用以及5G的逐渐普及，各种数据处理设备的发热量越来越大，数据中心对空调设备的制冷量和节能性要求也越来越高。

[0003] 采用过渡季节和寒冷冬季的室外自然冷源对数据中心进行冷却，能大幅度降低空调设备的运行费用，常见的是采用氟泵空调，在冬季启用氟泵模式，停止压缩机的运行，利用氟泵驱动制冷剂实现热管制冷运行，极大地降低了设备的运行费用。氟泵压缩制冷系统属于复合系统，氟泵热管系统与压缩制冷系统共用蒸发器和冷凝器，以及一些共用的制冷剂管道、系统零部件等。

[0004] 由于数据中心的热负荷随用户使用量和季节时间变化而产生波动，因此现在越来越多的机房空调采用了变频技术，以应对数据中心的热负荷波动从而保证数据中心的恒温恒湿需求。然而，制冷系统的压缩机频率变化会导致最佳的制冷剂循环量发生变化，通常频率越高所需的制冷剂循环量越大，制冷系统设计开发时如果保证了100％负荷下的最佳制冷剂灌注量，那么75％或者50％负荷下或者其它低频率运转情况下的最佳制冷剂灌注量就会比较少，因此机组内部的制冷剂在低频工况下可能存在积液情况，积液滞留在换热器底部不利于换热。

[0005] 同时，氟泵模式下考虑到氟泵吸入口的液体高度要求，通常在氟泵模式下所需的制冷剂灌注量比较大，因此氟泵压缩制冷系统在实际的运行工况下很可能形成制冷剂液体滞留的情况，需要考虑把滞留的制冷剂迁移到储液罐，而在高频压缩制冷模式或者氟泵制冷模式下把储液罐内滞留的制冷剂液体尽快释放出来参与系统循环运行。

[0031] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0032] 在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

[0033] 为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90°或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

[0034] 此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

[0035] 参见图1及图2所示，根据本发明的实施例，提供一种氟泵压缩制冷系统，包括蒸发器11、冷凝器12及节流元件13(例如电子膨胀阀)，其中所述节流元件13连接于所述冷凝器12的出口与所述蒸发器11的入口之间，所述冷凝器12与所述节流元件13之间连接有储液罐
14，所述氟泵压缩制冷系统还包括制冷剂调节罐2，所述制冷剂调节罐2的顶部通过第一管路101与所述蒸发器11的出口连通，所述制冷剂调节罐2的底部通过第二管路102与所述储液罐14的顶部可控通断连通，所述制冷剂调节罐2的底部还通过第三管路103与所述节流元件13的进液口可控通断连通或者与所述储液罐14的出液口可控通断连通，能够理解的是，所述制冷剂调节罐2的顶部为其罐内的顶部空间，通常而言该顶部空间内为气态制冷剂，所述储液罐14的顶部为其罐内的顶部空间，通常而言该顶部空间内为气态制冷剂。

[0036] 该技术方案中，通过控制前述第二管路102及第三管路103的通断进而利用制冷剂调节罐2的顶部与底部的压差实现其内的液态制冷剂释放(迁出)或者存储(迁入)，实现将制冷剂调节罐2内存储的制冷剂迁移补充至系统循环内，增加系统循环的制冷剂灌注量，或者实现将系统循环内的过多制冷剂迁移存储于制冷剂调节罐2内，有效防止系统内制冷剂灌注量过大导致系统内积液滞留，防止制冷系统内存在过量的制冷剂侵占换热器内的换热管道，提高换热效率；如此，本发明技术方案实现制冷系统内所需要的制冷剂循环量可控调节，满足较佳的系统循环量要求，解决现有技术中氟泵压缩制冷系统的不同运行工况下所需的制冷剂灌注量差异造成的制冷剂冗余问题，以便尽量满足各种运行工况下制冷系统所需要的较佳循环量。

[0037] 所述制冷剂调节罐2的底部高度高于所述储液罐14的顶部高度，以使得所述制冷剂调节罐2内的制冷剂能够在自重作用下流入所述储液罐14内。

[0038] 该技术方案中，制冷剂调节罐2的设置位置较高，在第二管路102被控制连通时，制冷剂调节罐2内的液态制冷剂还能够在自重作用下进入设置位置较低的储液罐14内，进而实现系统循环内制冷剂灌注量的增加，进一步保证制冷剂顺畅释放于系统循环内。

[0039] 在一些实施方式中，所述第二管路102上串接有第一电磁通断阀1021，所述第三管路103上串接有第二电磁通断阀1031，通过在第二管路102及第三管路103上分别设置相应的电磁通断阀对管路进行通断控制，控制简单、实现成本低，在一个优选的实施例中，电磁通断阀为断电常闭型阀门，即通电时打开流通、断电时截断不流通。

[0040] 在一个优选的实施例中，所述第一管路101上串接有第一毛细管1011，结构简单、系统构建成本低，以能够对第一管路101内流通制冷剂进行节流降压或者获取压力(控制流量)。

[0041] 在一些实施方式中，所述氟泵压缩制冷系统还包括氟泵15，所述氟泵15的进液口与所述储液罐14的底部连通，所述氟泵15的出液口与所述节流元件13的进液口连接，且所述氟泵15的进液口与所述节流元件13的进液口之间还连接有第四管路104，所述第四管路104上串接有第一单向阀1041，所述第一单向阀1041的单向导通方向为由所述氟泵15的进液口一侧至所述节流元件13的进液口一侧，能够理解的是，当氟泵15运转时，第一单向阀
1041将在反向压差的作用下截止第四管路104对制冷剂的流通作用。

[0042] 该技术方案中，通过与氟泵15并联的第四管路104能够实现本发明的氟泵压缩制冷系统的压缩制冷模式与氟泵制冷模式的自动切换，结构简单易行。

[0043] 在一些实施方式中，所述氟泵压缩制冷系统还包括压缩机16及第五管路105，所述压缩机16的吸气口与所述蒸发器11的出气口连通，所述压缩机16的排气口与所述冷凝器12的进气口连通，所述第五管路105连接于所述压缩机16的吸气口与排气口之间，且所述第五管路105上串接有第二单向阀1051，所述第二单向阀1051的单向导通方向为由所述压缩机16的吸气口一侧至所述压缩机16的排气口一侧。当压缩机16运行时，第二单向阀1051将在反向压差的作用下截止第五管路105对制冷剂的流通作用。

[0044] 在一些实施方式中，所述压缩机16的排气口与所述冷凝器12之间的管路上还串接有油分离器4，所述油分离器4的回油管的出口与所述压缩机16的吸气口经由第二毛细管41连通。该技术方案中，通过设置油分离器4能够对压缩机16排气气流中的润滑油进行分离进而回流于压缩机16内，保证对压缩机16内各部件的充分润滑，同时防止润滑油在系统循环内的换热器内羁留导致换热效率降低，降低换热效果。

[0045] 在一些实施方式中，所述制冷剂调节罐2内设有液位计21，用于检测所述制冷剂调节罐2内的制冷剂实时液位高度；和/或，所述制冷剂调节罐2内设有温度传感器(图中未示出)，用于检测所述制冷剂调节罐2内的制冷剂的实时温度。

[0046] 如此，仅需要增加2个电磁阀(也即前述的第一电磁通断阀1021及第二电磁通断阀1031)、1个调节罐(也即前述的制冷剂调节罐2)和降压毛细管(也即前述的第一毛细管
1011)，可以实现制冷剂的冗余调节，在压缩制冷模式下利用压力差把多余的制冷剂储存到调节罐，防止制冷系统内存在过量的制冷剂侵占换热器内的换热管道；在氟泵制冷模式下利用重力和压力差作用把调节罐内的制冷剂迁移到储液罐，保证储液罐内有足够的制冷剂液体高度，防止氟泵的吸液端压力过低造成氟泵气蚀。

[0047] 需要说明的是，当第三管路103与节流元件13的进液口可控通断连通时，具体参见图1所示，在系统运行压缩制冷模式时，当需要在制冷剂调节罐2内存储制冷剂(也即向调节罐内迁入制冷剂)时，可以控制氟泵15运转(此时第二电磁通断阀1031导通、第一电磁通断阀1021截断)，从而可以更加高效顺畅地将系统循环内过多的液态制冷剂(也即储液罐14内的液态制冷剂)提升输入制冷剂调节罐2内；而当第三管路103与储液罐14的出液口可控通断连通时，参见图2所示，在系统运行氟泵制冷模式时，则可以控制第一电磁通断阀1021及第二电磁通断阀1031同时导通，如此，制冷剂调节罐2及储液罐14内的液态制冷剂可以在氟泵15的作用下被吸入氟泵15内，当然，在制冷剂调节罐2内的液态制冷剂完全排出后，则应控制第一电磁通断阀1021及第二电磁通断阀1031皆截断。

[0048] 根据本发明的实施例，还提供一种如上述的氟泵压缩制冷系统的控制方法，包括如下步骤：

[0049] 获取所述氟泵压缩制冷系统的运行模式；

[0050] 根据所述运行模式控制所述第一电磁通断阀1021及第二电磁通断阀1031的通断、所述压缩机16及所述氟泵15的启停。

[0051] 具体而言，当所述运行模式为氟泵制冷模式时，控制所述第一电磁通断阀1021导通(此时第二电磁通断阀1031截断)，控制所述压缩机16停止运转或者保持停机状态，制冷剂调节罐2内的液态制冷剂在自重作用下经由第二管路102流入储液罐14内，并在所述制冷剂调节罐2内的制冷剂完全流入所述储液罐14后控制所述氟泵15运转。

[0052] 也即，在系统运行氟泵制冷模式时，在控制氟泵15运转之前首先控制第一电磁通断阀1021导通，使得制冷剂调节罐2内的液态制冷剂在自重作用下全部迁移返回至储液罐14内，之后再控制氟泵15运转运行氟泵制冷模式，如此能够保证储液罐14内有足够的制冷剂液体高度，防止氟泵15的吸液端(也即进液口)压力过低造成氟泵气蚀。在氟泵15运转运行之前，优选的是，将第一电磁通断阀1021断电截止流通。

[0053] 在一些实施方式中，当所述运行模式为压缩制冷模式时，控制所述压缩机16运转并获取所述压缩机16的实时运行频率，根据获取的所述实时运行频率获取与该实时运行频率对应的所述制冷剂调节罐2内的制冷剂的目标液位高度h，控制所述第一电磁通断阀1021及第二电磁通断阀1031通断以使所述制冷剂调节罐2内的制冷剂的实时液位高度调整处于所述目标液位高度h。

[0054] 该技术方案中，在系统运行压缩制冷模式时，根据压缩机16的实时运行频率获取对应的目标液位高度h并控制调整制冷剂调节罐2内的制冷剂的实时液位高度处于相应的目标液位高度h上，进而保证系统内的制冷剂灌注量皆与各实时运行频率相匹配，也即皆处于最佳灌注量，满足较佳的系统循环量要求。

[0055] 具体而言，当所述制冷剂调节罐2内制冷剂的实时液位高度低于所述目标液位高度h时，说明系统内参与循环的制冷剂偏多，此时控制所述第二电磁通断阀1031导通、第一电磁通断阀1021截断，此时，由于压缩机16处于运行状态，储液罐14内流出的液态制冷剂在其与蒸发器11的出口(也即压缩机16的吸气压力)压力差作用下部分由制冷剂调节罐2的底部进入制冷剂调节罐2内，气态制冷剂则进一步经由第一管路101内的第一毛细管1011节流后回流至压缩机16内，该过程中，液态制冷剂被从系统循环迁移进入制冷剂调节罐2内并实现存储，从而减少了系统循环内的制冷剂灌注量，有效防止制冷剂冗余在换热器内的沉积导致的换热效率低的现象发生，直至所述实时液位高度上升至所述目标液位高度h时，控制所述第二电磁通断阀1031截断，防止系统内参与循环的制冷剂量过大导致积液现象发生，进而提高换热效率；或者，当所述制冷剂调节罐2内制冷剂的实时液位高度高于所述目标液位高度h时，说明系统内参与循环的制冷剂偏少，此时控制所述第一电磁通断阀1021连通、第二电磁通断阀1031截断，此时，进入储液罐14内的制冷剂气体将沿着第二管路102进入制冷剂调节罐2内，由于第一管路101内的第一毛细管1011的节流作用，制冷剂调节罐2顶部区域的气态制冷剂将增多并形成一定的压力，该部分压力作用于罐内制冷剂液面上，从而使得制冷剂调节罐2内的液态制冷剂在自重以及压差的作用下经由第二管路102流入储液罐14内(也即与气态制冷剂形成逆流)，直至所述实时液位高度下降至所述目标液位高度h时，控制所述第一电磁通断阀1021截断，如此增加系统循环的制冷剂灌注量。

[0056] 如此实现了在压缩制冷模式下系统内制冷剂的动态调整，能够确保系统内的制冷剂的灌注量满足较佳的系统循环量要求。

[0057] 在一些实施方式中，所述目标液位高度h通过如下方式获得：获取所述实时运行频率对应的系统循环最佳制冷剂灌注量m1(具体在控制器内预先存储)，并计算得到需在所述制冷剂调节罐2内存储的制冷剂量m2，m2＝m‑m1，其中m为系统内总制冷剂量；获取所述制冷剂调节罐2内的实时温度t和/或实时饱和压力，并根据控制器内预先存储的制冷剂参数获知与所述实时温度t和/或实时饱和压力对应的液体制冷剂密度ρ；根据公式h＝m2/(ρS)计算得到所述目标液位高度h，其中S为所述制冷剂调节罐2的存储空间的横截面面积，前述各物理参数皆采用国际单位即可。在一个具体的实施例中，制冷剂调节罐2为上下直径相等的圆柱体，也即各横截面面积S相等，如此能够进一步简化h的获取。

[0058] 该技术方案中，通过获取控制器内预先存储的与实时运行频率相对应的最佳制冷剂灌注量m1反推制冷剂调节罐2内应存储的制冷剂量m2，进而通过相关的物理参数计算获得相应的目标液位高度，简单且可靠。

[0059] 以下结合图1对本发明的技术方案进一步阐述：

[0060] A)压缩制冷模式——氟泵(也即前述的氟泵15，下同)关闭，开启压缩机(也即前述的压缩机16，下同)，因为第二单向阀1051此时两端存在反向压差而无法导通；制冷剂的主要循环流路为：压缩机→油分离器→冷凝器(也即前述的冷凝器12，下同)→储液罐(也即前述的储液罐14，下同)→第一单向阀1041→节流阀(也即前述的节流元件13，下同)→蒸发器(也即前述的蒸发器11，下同)→压缩机。

[0061] 在压缩制冷模式下，当压缩机频率降低时，通常所需的系统循环量降低，需要把部分多余的制冷剂迁移到调节罐内：关闭第一电磁通断阀1021并且打开第二电磁通断阀1031，储液罐出口的高压制冷剂液体与压缩机吸气口的低压气体之间存在压力差，导致部分高压制冷剂液体从第二电磁通断阀1031流入调节罐，当调节罐内的液位到达高度h(也即前述的目标液位高度h，下同)时，关闭第二电磁通断阀1031完成制冷剂的调节控制；当压缩机频率升高时，通常所需的系统循环量升高，需要把调节罐内的部分制冷剂迁移出来参与系统的循环：打开第一电磁通断阀1021并且关闭第二电磁通断阀1031，调节罐内的制冷剂液体在重力作用下通过第一电磁通断阀1021流入储液罐顶部的气体区域并与储液罐内的制冷剂液体混合，当调节罐内的液位高度h下降到达对应的压缩机高频率时则关闭第一电磁通断阀1021完成制冷剂的迁移控制。

[0062] B)氟泵制冷模式——氟泵打开，关闭压缩机，因为第一单向阀1041此时两端存在反向压差而无法导通；制冷剂的主要循环流路为：氟泵→节流阀→蒸发器→第二单向阀1051→油分离器→冷凝器→储液罐→氟泵。

[0063] 由于氟泵模式下需要最多的制冷剂灌注量(背景技术中已经说明过，其主要原因是为了提高储液罐内的液位高度，保证氟泵的吸液安全避免氟泵发生气蚀现象)，因此需要把调节罐内的制冷剂液体全部迁移到系统内参与循环，此时打开第一电磁通断阀1021并且关闭第二电磁通断阀1031，蒸发器出口的制冷剂气体压力大于储液罐内的制冷剂压力，因此毛细管B处存在反向压差，故调节罐内的制冷剂液体在重力和制冷剂压力差的作用下进入储液罐，液位计和/或液位传感器探测到调节罐内的液位高度h为0时关闭第一电磁通断阀1021完成调节罐内的制冷剂液体的迁移控制。

[0064] 本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各方式的有利技术特征可以自由地组合、叠加。

[0065] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。