CN107560027A - 制冷热管复合空调*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种制冷热管复合空调***，包括室内热管空调(1)和冷源***(2)，室内热管空调(1)包括前后设置的第一蒸发器(3)和第二蒸发器(4)，冷源***(2)包括自然冷源和压缩机冷源，第一蒸发器(3)和第二蒸发器(4)分别通过不同的蒸发冷凝器(7)与不同的冷源***(2)换热连接，在压缩机冷源和自然冷源同时使用的混合模式下，第一蒸发器(3)作为自然循环***的蒸发器，第二蒸发器(4)作为压缩机制冷循环***的蒸发器，热风依次通过第一蒸发器(3)和第二蒸发器(4)后排出。根据本发明的制冷热管复合空调***，可以增加现有技术中对室外冷源的利用时间，减少压缩机的工作时间，提升***能效，使***更加节能。

Description

制冷热管复合空调***

技术领域

本发明涉及空调技术领域，特别是涉及一种制冷热管复合空调***。

背景技术

随着社会经济的发展，信息化技术发展迅速，特别是随着大数据时代的来临，需要大量的信息化机房作为基础支撑。因此，无论是政府、通信运营商，还是互联网企业等都需要建设大量的电子信息机房。

机房中的电子信息设备承担着数据存储、计算等功能，为保证电子信息设备的正常运行，机房需要空调***常年不间断制冷运行对机柜进行散热。目前，传统的电子信息机房制冷散热方式是通过冷冻水空调或单元式精密空调集中换热制取冷风后再送入机房进行风量分配进而对各个机柜内的设备进行散热冷却。这种传统的空调制冷的方式，存在着空调风机能耗大；空调制冷效果不好；自然冷源利用率不高；易局部过热等诸多问题。

为解决传统机房专用空调***存在的以上问题，目前已有多种新技术方案，特别是将制冷单元布置于机房内区机柜背门处的微功耗散热机柜，很好地解决了上述问题，但由于每个机柜均配置了散热单元，使得其初投资与传统空调相比会有所增加，但是相对于传统机房要节能很多，运行费用大幅降低的同时又能保证机房温场均匀且无热点存在。

在申请号为201410156478.3的中国发明专利中公开了一种用于中低功率密度电子信息机房的微功耗散热机柜，该微功耗散热机柜包括两个以上的用于存放安装电子信息设备的机柜本体以及与其中一个机柜本体连接的散热制冷单元；每个机柜本体包括正门和带有散热孔的机柜背门，与散热制冷单元连接的机柜本体的正门设有散热孔，其余机柜本体的正门为不通风的整板；所述散热制冷单元包括散热背板、设置在散热背板上的轴流风机、以及设置在散热背板和机柜正门之间的微通道换热器。该微通道换热器5-1和5-2为两块独立的换热器，通过氟利昂管道接口5-5连接外***两个独立的氟利昂一水换热器，保证了任一换热器或管路出现问题时，散热制冷单元仍然能保证设备的散热。另外，氟利昂管道接口5-5的接口可设置在散热制冷单元的上部，也可设置在散热制冷单元的下部。

但对于该***中所公开的背板热管空调而言，前后两片蒸发器的进风温度不同，第一片进风温度为机柜的出风温度，第二片的进风温度为第一块蒸发器的出风温度，由此，两块蒸发器的工作工况不同，对应的蒸发温度不同，也即两个背板热管***的循环压力及温度不同，可开始利用室外冷源的温度不同。现有技术中两个背板蒸发器对应的冷源在同一设定温度由自然冷源模式切换至压缩机模式，没有根据两个背板工作温度的不同进行切换温度的区分，造成压缩机运行时间较长，降低***的全年能效，造成能源的浪费。

发明内容

本发明的目的是提供一种制冷热管复合空调***，以解决现有技术中的制冷热管复合空调***没有根据两个背板工作温度的不同进行切换温度的区分，造成压缩机运行时间较长，因而降低制冷***的全年能效的问题。

为解决上述技术问题，作为本发明的一个方面，提供了一种制冷热管复合空调***，其特征在于，包括室内热管空调和冷源***，室内热管空调包括前后设置的第一蒸发器和第二蒸发器，冷源***包括自然冷源和压缩机冷源，第一蒸发器和第二蒸发器分别通过不同的蒸发冷凝器与不同的冷源***换热连接，在压缩机冷源和自然冷源同时使用的混合模式下，第一蒸发器作为自然循环***的蒸发器，第二蒸发器作为压缩机制冷循环***的蒸发器，热风依次通过第一蒸发器和第二蒸发器后排出。

本发明的制冷热管复合空调***，包括有压缩机冷源和自然冷源，第一蒸发器和第二蒸发器分别通过不同的蒸发冷凝器与不同的冷源***换热连接，在压缩机冷源和自然冷源同时使用的混合模式下，第一蒸发器作为自然循环***的蒸发器，第二蒸发器作为压缩机制冷循环***的蒸发器，热风依次通过第一蒸发器和第二蒸发器后排出，从而使得第一蒸发器和第二蒸发器能够根据各自的工作工况、所处的位置以及对应的蒸发温度选择合适的冷却方式，增加现有技术中对室外冷源的利用时间，减少压缩机的工作时间，提升***能效，使***更加节能。

附图说明

图1示意性示出了根据本发明的第一实施例的制冷热管复合空调***的结构原理图；

图2示意性示出了根据本发明的第一实施例的制冷热管复合空调***的双压缩机***结构图；

图3示意性示出了根据本发明的第一实施例的制冷热管复合空调***的多压缩机***结构图；

图4示意性示出了根据本发明的第一实施例的制冷热管复合空调***的背板机柜侧视图；

图5示意性示出了根据本发明的第二实施例的制冷热管复合空调***的结构原理图；

图6示意性示出了根据本发明的第三实施例的制冷热管复合空调***的结构原理图。

图中附图标记：1、室内热管空调；2、冷源***；3、第一蒸发器；4、第二蒸发器；5、压缩机；6、室外冷凝器；7、蒸发冷凝器；8、节流装置；9、热管管路；10、第一控制阀；11、第二控制阀；12、液管电磁阀；13、储液器；14、冷却***；15、冷却塔；16、水泵；17、辅助冷却管路；18、中间换热器；19、三通阀。

具体实施方式

以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

请参考图1至6，根据本发明的实施例，制冷热管复合空调***包括室内热管空调1和冷源***2，室内热管空调1包括前后设置的第一蒸发器3和第二蒸发器4，冷源***2包括自然冷源和压缩机冷源，第一蒸发器3和第二蒸发器4分别通过不同的蒸发冷凝器7与不同的冷源***2换热连接，在压缩机冷源和自然冷源同时使用的混合模式下，第一蒸发器3作为自然循环***的蒸发器，第二蒸发器4作为压缩机制冷循环***的蒸发器，热风依次通过第一蒸发器3和第二蒸发器4后排出。

由于两个背板蒸发器的工作温度不同，对应的冷源使用室外冷源的温度亦可以不同，因此，可以在现有技术中冷源***压缩机模式运行的温度区间内使得部分冷源***2使用压缩机模式，另一部分冷源***2使用自然冷源模式，使得整个***有三种运行模式，即：压缩机模式、自然冷源模式、压缩机和自然冷源同时使用的混合模式。三种模式可最大化的使用室外冷源，减少压缩机的运行时间，大幅提高制冷***的全年能效。

在压缩机冷源和自然冷源同时使用的混合模式下，第一蒸发器3作为自然循环***的蒸发器，第二蒸发器4作为压缩机制冷循环***的蒸发器，热风依次通过第一蒸发器3和第二蒸发器4后排出，从而使得第一蒸发器3和第二蒸发器4能够根据各自的工作工况、所处的位置以及对应的蒸发温度选择合适的冷却方式，增加现有技术中对室外冷源的利用时间，减少压缩机的工作时间，提升***能效，使***更加节能。当第一蒸发器3和第二蒸发器4需要更高的蒸发能力时，就可以使冷源***2均处于压缩机冷源模式下，从而提高冷源***2的制冷能力，保证对机组的散热。

冷源***2还包括压缩机5、室外冷凝器6、节流装置8和热管管路9，热管管路9与压缩机5并联设置，在压缩机5的入口处设置有第一控制阀10，热管管路9上设置有第二控制阀11。

在制冷热管复合空调***工作时，每个冷源***可以根据实际的环境温度选择是采用第一控制阀10关闭且第二控制阀11打开的自然冷源，还是采用第一控制阀10打开且第二控制阀11关闭的压缩机冷源，从而使得第一蒸发器3和第二蒸发器4对应的冷源能够分别选择合适的运行方式。

两个蒸发器在机柜内前后设置，在制冷热管复合空调***工作时，可以根据环境温度对两个蒸发器对应冷源***2的工作方式进行调节：使得冷源***2处于压缩机模式或者自然冷源利用模式，从而提高制冷***的全年能效。

当空调***运行在压缩机模式时，该模式由室外压缩制冷循环及室内热管制冷循环两个循环组成。室外压缩机循环工作流程为：经过压缩机5压缩后的高温高压制冷剂气体，流经室外冷凝器6放热冷凝成液体，然后经节流装置8节流减压，进入到蒸发冷凝器7处的蒸发侧，吸收背板热管冷凝侧冷媒的冷凝热后蒸发成低温低压的气体后被压缩机吸入，再经压缩后进入下一次的压缩制冷循环。室内热管制冷循环工作流程为：被冷凝后的背板热管侧冷媒通过重力作用送到背板蒸发器组蒸发，吸收机柜服务器散热后蒸发为过热气体，再流回冷凝蒸发器冷凝侧进行冷凝，如此循环往复从而达到冷却降温之目的。

当空调***运行在热管管路模式时，该模式由室外热管制冷循环及室内热管制冷循环两个循环组成。室外热管制冷循环工作流程为：蒸发冷凝器蒸发侧的冷媒吸收背板热管冷凝侧冷媒的冷凝热后，蒸发成过热气态冷媒进入冷凝器冷凝成液体，在重力的作用下流经液管电磁阀，再进入蒸发冷凝器蒸发侧，吸收背板热管冷媒的冷凝热后进入下一次的热管制冷循环。室内热管制冷循环工作流程为：被冷凝后的背板热管侧冷媒通过重力作用送到背板蒸发器组蒸发，吸收机柜服务器散热后蒸发为过热气体，再流回蒸发冷凝器冷凝侧进行冷凝，如此循环往复从而达到冷却降温之目的。

各个冷源的工作模式根据空调负荷、室外环境等条件进行控制切换，保证满足负荷要求的同时充分利用自然冷源，达到空调节能目的。

在环境温度较低时，冷源***2可以选择自然冷源，此时冷源***中所有压缩机都不运行，整个***为两个热管循环，使得***处于低能耗运行状态，可以降低能源耗费。当环境温度较高时，由于室内背板外侧蒸发器工作温度比内侧蒸发器高，可使外侧蒸发器对应的冷源***2运行热管模式，内侧背板蒸发器对应的冷源***2运行压缩机模式，以使***总冷量输出依然满足机柜的热负荷需求。当环境温度再次升高，机组冷量输出降低时，此时可以通过第二控制阀11切断热管管路9的运转，使得***中全部压缩机5启动，为***提供足够的冷量输出。通过此种方式可以灵活地选择冷源***2的运行方式，使得冷源***2既可以提供稳定的冷量输出，又可以最大限度的使用自然冷源，减少压缩机开机时间，使***处于最优的全年能效。优选地，多个并联的冷源***2中的一部分分别通过各自的蒸发冷凝器7与第一蒸发器3换热连接；多个并联的冷源***2中的另一部分分别通过各自的蒸发冷凝器7与第二蒸发器4换热连接。当单个冷源***2发生故障或者无法运行时，机组的其他冷源***2仍然可以正常运行，并根据热负荷需求自动加大或者减小负荷承载量，为背板热管循环提供充足的冷量，使得第一蒸发器3和第二蒸发器4均可以长期处于正常稳定的运行状态，降低了第一蒸发器3和第二蒸发器4受外界环境影响的程度，提高了机柜散热***的可靠性和稳定性。每个背板蒸发器可以连接一个冷源***2，也可以连接两个或者更多个冷源***2，这些冷源***2之间均是并联设置的，从而相互之间不会产生影响。假设整个机房的冷源***共有n个子冷源，其中一个冷源***发生故障无法运行时，其他冷源会自动承担多余的负荷，使***的冷量输出与机房负荷匹配，可使***达到(n-1)/n*100％到100％的备份。

第一控制阀10为气管电磁阀。

第二控制阀11为气管单向阀，气管单向阀的出口连接至压缩机5的排气口。当第二控制阀11为气管单向阀时，可以实现自然冷源和压缩机冷源的自动快速切换，当压缩机5入口处的第一控制阀10关闭时，冷媒可以顺利经气管单向阀进行流动，形成自然冷源的换热循环，当压缩机5入口处的第一控制阀10打开时，压缩机5启动运行，气管单向阀的出口处压力大于进口处压力，热管管路9切断运行，冷源***2处于压缩机运行状态。

优选地节流装置8为膨胀阀，膨胀阀外并联有液管电磁阀12。

优选地，室外冷凝器6与蒸发冷凝器7之间的管路上连接有储液器13。

冷凝器换热连接有冷却***14，冷却***14包括冷却塔15和水泵16。冷却塔15可以对室外冷凝器6进行冷却降温，从而提高室外冷凝器6的换热效率，提高空调***的工作能效。

优选地，冷却***14还包括辅助冷却管路17，辅助冷却管路17的一端连接在冷却塔15的进口，另一端连接在水泵16的出口，辅助冷却管路17上设置有中间换热器18，室内热管空调1与中间换热器18换热连接，相当于简化了***的传热程序，由原来的冷却水先冷机组热管循环，机组热管循环再冷却背板热管循环转变成冷却水直接冷却背板热管循环，减少一个换热循环，提高***换热效率，增加自然冷源的利用温度，提升***全年能效。

优选地，室内热管空调1、蒸发冷凝器7和中间换热器18之间通过三通阀19连接。通过该三通阀19，室内热管空调1的背板蒸发器可以方便地根据室外环境湿球温度选择通过中间换热器18进行换热或者是通过蒸发冷凝器7进行换热。下面对空调***的工作过程加以说明。

对于第一蒸发器3而言，进风温度维持在35℃左右不变，当室外环境温度为25℃时理论上即可运行热管循环，保险起见可设置其热管循环温度为20度，即当环境温度大于20℃时，冷源***2为压缩机运行模式，当环境温度小于等于10℃时，冷源***2为热管运行模式，环境温度在大于10℃小于等于20℃时，冷源***2对应于第一蒸发器3的A***运行热管循环，对应第二蒸发器4的B***运行压缩机循环，从而根据背板换热器位置的不同对不同背板热管循环的冷源选择不同的运行方式，提高了空调***的运行能效。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种制冷热管复合空调***，其特征在于，包括室内热管空调(1)和冷源***(2)，所述室内热管空调(1)包括前后设置的第一蒸发器(3)和第二蒸发器(4)，所述冷源***(2)包括自然冷源和压缩机冷源，所述第一蒸发器(3)和所述第二蒸发器(4)分别通过不同的蒸发冷凝器(7)与不同的冷源***(2)换热连接，在压缩机冷源和自然冷源同时使用的混合模式下，第一蒸发器(3)作为自然循环***的蒸发器，第二蒸发器(4)作为压缩机制冷循环***的蒸发器，热风依次通过所述第一蒸发器(3)和所述第二蒸发器(4)后排出。

2.根据权利要求1所述的制冷热管复合空调***，其特征在于，所述冷源***(2)还包括压缩机(5)、室外冷凝器(6)、节流装置(8)和热管管路(9)，所述热管管路(9)与所述压缩机(5)并联设置，在所述压缩机(5)的入口处设置有第一控制阀(10)，所述热管管路(9)上设置有第二控制阀(11)。

3.根据权利要求1所述的制冷热管复合空调***，其特征在于，多个并联的冷源***(2)中的一部分分别通过各自的所述蒸发冷凝器(7)与所述第一蒸发器(3)换热连接；和/或多个并联的冷源***(2)中的另一部分分别通过各自的所述蒸发冷凝器(7)与所述第二蒸发器(4)换热连接。

4.根据权利要求1所述的制冷热管复合空调***，其特征在于，所述第一控制阀(10)为气管电磁阀。

5.根据权利要求1所述的制冷热管复合空调***，其特征在于，所述第二控制阀(11)为气管单向阀，所述气管单向阀的出口连接至所述压缩机(5)的排气口。

6.根据权利要求1所述的制冷热管复合空调***，其特征在于，所述节流装置(8)为膨胀阀，所述膨胀阀外并联有液管电磁阀(12)。

7.根据权利要求1所述的制冷热管复合空调***，其特征在于，所述室外冷凝器(6)与所述蒸发冷凝器(7)之间的管路上连接有储液器(13)。

8.根据权利要求1所述的制冷热管复合空调***，其特征在于，所述冷凝器换热连接有冷却***(14)，所述冷却***(14)包括冷却塔(15)和水泵(16)。

9.根据权利要求8所述的制冷热管复合空调***，其特征在于，所述冷却***(14)还包括辅助冷却管路(17)，所述辅助冷却管路(17)的一端连接在所述冷却塔(15)的进口，另一端连接在所述水泵(16)的出口，所述辅助冷却管路(17)上设置有中间换热器(18)，所述室内热管空调(1)与所述中间换热器(18)换热连接。

10.根据权利要求9所述的制冷热管复合空调***，其特征在于，所述室内热管空调(1)、所述蒸发冷凝器(7)和所述中间换热器(18)之间通过三通阀(19)连接。