CN103486679A - 机柜空调器 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种机柜空调器，其包括蒸汽压缩式制冷系统、热交换系统、可控制蒸汽压缩式制冷系统和热交换系统运行的控制系统。蒸汽压缩式制冷系统包括压缩机、蒸发器、冷凝器。热交换系统包括内热交换器及外热交换器。控制系统根据柜内温度和环境温度择一或同时运行蒸汽压缩式制冷系统及热交换系统以实现热量的转移。控制系统具有标准模式和低噪音模式/经济模式，并于标准模式和低噪音模式/经济模式之间切换以控制蒸汽压缩式制冷系统及热交换系统的运行。本发明机柜空调器的控制系统控制双系统在不同模式下运行，实现节能降噪。

Description

机柜空调器

技术领域

本发明涉及一种空调器，尤其涉及一种机柜空调器，属于制冷设备技术领域。

背景技术

目前，众多对内部工作环境要求较高的工业或通讯设备，终年使用单一的传统蒸汽压缩式制冷设备进行控温，热量的转移依赖制冷设备单一的压缩制冷循环。由于此类制冷设备运行根据机柜内、外部的温度来控制调节，当机柜外的温度高于柜内温度时，启动压缩机制冷循环以实现热量由机柜内低温热源向机柜外高温热源的逆向转移。但当机柜外的环境温度低于机柜内温度时，热量则可以实现由机柜内高温热源向机柜外低温热源的自发转移，若此时仍然通过启动压缩机制冷循环来实现热量转移则不利于节约能源；而且，此种情况易造成压缩机反复启停，压缩机乃至制冷设备整机的使用寿命均会减短。

因此，业内开发出整合有两种换热设备的机柜空调器来解决上述问题，例如蒸汽压缩式制冷设备与热交换系统的组合，如此当机柜外的环境温度低于柜内温度时，可以通过热交换系统来实现由机柜内高温热源向机柜外低温热源的自发转移，从而不必启动压缩机制冷循环来实现热量的转移，可以节约大量能源并避免压缩机的反复启停。

然而，对于双换热设备的机柜空调器来说，如何针对不同的温度条件，对双换热设备的运行模式调控，并进行自动切换，且满足噪音、节能等要求，是业者需要去考虑的。

因此，有必要提供一种具有改进控制系统的机柜空调器，以克服现有技术的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机柜空调器，其包括蒸汽压缩式制冷系统、热交换系统、可控制蒸汽压缩式制冷系统和热交换系统运行的控制系统。蒸汽压缩式制冷系统包括压缩机、蒸发器、冷凝器。热交换系统包括内热交换器及外热交换器。控制系统根据柜内温度和环境温度择一或同时运行蒸汽压缩式制冷系统及热交换系统以实现热量的转移。控制系统具有标准模式和低噪音模式/经济模式，并于标准模式和低噪音模式/经济模式之间切换以控制蒸汽压缩式制冷系统及热交换系统的运行。

作为本发明的进一步改进，还具有蒸汽压缩式制冷系统与热交换系统共用的蒸发风机和冷凝风机，其中蒸发风机及冷凝风机为可调速风机。

作为本发明的进一步改进，其中低噪音模式中，降低冷凝风机的转速以降低噪音。

作为本发明的进一步改进，其中冷凝风机在低噪音模式中以正常转速的10%~50%的低转速运行。

作为本发明的进一步改进，蒸发风机为可调速风机，其可以以正常转速的10%~50%的休眠转速运行。

作为本发明的进一步改进，其中热交换系统运行时，蒸发风机全速运行；蒸汽压缩式制冷系统运行时，柜内温度大于第一温度时，蒸发风机以第一转速运行，柜内温度大于第二温度且小于第一温度时，蒸发风机以第二转速运行，当柜内温度小于第二温度时，蒸发风机全速运行，其中第一转速低于第二转速，第二转速低于全速。

作为本发明的进一步改进，其中标准模式具有制冷设定温度，控制系统将柜内温度、环境温度和制冷设定温度比较后择一或同时运行蒸汽压缩式制冷系统及热交换系统，其中经济模式下为将制冷设定温度提高至经济制冷设定温度，以增大压缩机停机时间与运行时间的比例来实现节能。

作为本发明的进一步改进，其中当柜内温度大于等于制冷设定温度、环境温度低于柜内温度且二者的温差大于等于热交换启动温差时，启动热交换系统为机柜降温。

作为本发明的进一步改进，其中当柜内温度与环境温度的温差降低至小于热交换优先温差与热交换优先偏差的差值/热交换系统的连续运行时间大于热交换优先最大运行时间，同时启动蒸汽压缩式制冷系统。

作为本发明的进一步改进，其中柜内温度小于制冷设定温度与制冷设定温度偏差的差值时，关闭热交换系统/蒸汽压缩式制冷系统。

作为本发明的进一步改进，还具有受控制系统控制的加热器，其具有加热设定温度，当柜内温度低于加热设定温度时启动加热器，当柜内温度高于加热设定温度与加热温度偏差之和时停止运行加热器。

作为本发明的进一步改进，其中经济模式下，加热设定温度降低至经济加热设定温度，以增大加热器的关闭时间与运行时间的比例来实现节能。

作为本发明的进一步改进，其包括柜内温度传感器、环境温度传感器、蒸发器表面温度传感器，当柜内温度传感器与蒸发器表面温度传感器故障且环境温度小于加热执勤设定温度时，控制系统驱动加热器执行加热执勤程序，其中加热执勤设定温度不大于加热设定温度。

作为本发明的进一步改进，热交换系统为气液热交换系统，并具有与蒸汽压缩式制冷系统共用的蒸发风机和冷凝风机。

作为本发明的进一步改进，热交换系统为热管热交换系统，内热交换器为蒸发端，外热交换器为冷凝端，且热管热交换系统与蒸汽压缩式制冷系统共用蒸发风机和冷凝风机。

作为本发明的进一步改进，其包括柜内温度传感器、环境温度传感器、蒸发器表面温度传感器及冷凝器出口温度传感器，当柜内温度传感器与蒸发器表面温度传感器故障时且环境温度大于等于制冷执勤设定温度时，控制系统驱动蒸汽压缩式制冷系统/热交换系统执行制冷执勤程序。

作为本发明的进一步改进，还具有加热器、蒸汽压缩式制冷系统与热交换系统共用的蒸汽风机及冷凝风机，其中控制系统还可以执行人工自检程序，该人工自检程序分别启动压缩机、冷凝风机、蒸发风机、加热器一定时间。

本发明的有益效果是：通过控制系统实现双系统在不同模式下的切换，实现节能降噪。

附图说明

图1是本发明机柜空调器的第一实施方式的系统原理示意图；

图2是本发明机柜空调器的第二实施方式的系统原理示意图；

图3是本发明机柜空调器的控制系统示意图。

具体实施方式

工业上，用于降低电气柜或控制柜内温度的空调在使用时，柜内外的温度高低存在季节性差异，一年内，柜内温度高于或低于柜外温度的时间几乎相同。针对这种情况，本发明机柜空调器包括蒸汽压缩式制冷系统、控制系统及热交换系统，还具有与控制器相连的柜内温度传感器及环境温度传感器。本发明机柜空调器还可以具有加热器以在低温情形下实现加热功能，及声音报警装置可以针对异常运行情况发出报警。本发明机柜空调器可以为一体机，也可以为室内机与室外机通过管路相互连接的分体机。

请参阅图1，蒸汽压缩式制冷系统，包括压缩机33、蒸发器31、冷凝器32、节流元件37及连接各元件的制冷循环管系34等，蒸发器31和冷凝器32分别配有蒸发风机41和冷凝风机42，并设有各自的风道。蒸汽压缩式制冷系统还具有蒸发器表面温度传感器及冷凝器出口温度传感器，均与控制系统相连，实现自动控制。

热交换系统为气液热交换系统或者热管热交换系统，或者其他热交换类型的系统。

请参阅图1，其为本发明机柜空调器的第一实施方式，其中气液热交换系统包括与蒸发器31相对设置的内热交换器21、与冷凝器32相对设置的外热交换器22、流体驱动装置23及连接各元件的热交换循环管系24。气液热交换系统还包括内风机41和外风机42。于本发明优选实施方式中，流体驱动装置23为水泵，且内风机41和外风机42为与蒸汽压缩式制冷系统共用的蒸发风机41和冷凝风机42。于其他实施方式中，气液热交换系统可以具有独立的内风机和外风机。

请参阅图2，其为本发明机柜空调器的第二实施方式，其中热管热交换系统包括与蒸发器31相对设置的蒸发端51、与冷凝器32相对设置的冷凝端52、蒸发辅助风机41及冷凝辅助风机42。对于热交换系统而言，蒸发端51及冷凝端52可以认为是内热交换器及外热交换器。蒸发端51与冷凝端52可以为一体式结构，也可以为通过管路连接的分体式结构。蒸发端51与冷凝端52可以为平行流式换热结构、管带式换热结构或管片式换热结构之一，二者可以为相同换热结构或不同的换热结构。于发明优选实施方式中，蒸发辅助风机41和冷凝辅助风机42为与蒸汽压缩式制冷系统共用的蒸发风机41和冷凝风机42，于其他优选实施方式中，热管热交换系统可以具有独立的蒸发辅助风机及冷凝辅助风机。

将热交换系统集成到蒸汽压缩式制冷系统后，两套系统复合使用。本发明机柜空调器的控制系统根据各传感器传送的环境温度T1以及机柜内温度T2等信号，判断启动蒸汽压缩式制冷系统还是热交换系统，或者两套系统同时运行。这样，可以使机柜空调器在外部工况比较寒冷的情况下免于启动压缩机，或者减少压缩机启动次数。而在炎热的夏季或者环境温度较高的时候，依赖压缩机进行制冷而不启动热交换系统。

请参阅图3，本发明机柜空调器共有三种运行模式，标准模式、低噪音模式和经济模式。这三种运行模式可以由控制系统自动切换，也可以手动激活。其控制系统采用如下控制逻辑实现三种运行模式之间的切换：

1、标准模式：即正常运行模式，通常可以完成热交换制冷程序、压缩机制冷程序、加热程序、执勤程序、自检程序等功能。以下分别对上述程序的控制进行描述：

一、热交换制冷

热交换制冷时，如果是气液热交换系统，启动蒸发风机41、冷凝风机42和流体驱动装置23。如果是热管热交换系统，则控制系统根据温差启动热管热交换系统，包括蒸发风机41、冷凝风机42，其蒸发端51与冷凝端52自动进行热交换。

启动条件：当柜内温度T2大于等于制冷设定温度，且环境温度T1比柜内温度T2低，二者的差值大于等于热交换启动温差时，启动热交换系统以降低柜内温度，实现热交换制冷。

当柜内温度T2与环境温度T1的温差（以下称：内外温差）大于热交换优先温差，只启动热交换系统进行制冷；当内外温差降低到小于热交换优先温差与热交换优先偏差的差值时，或热交换系统的连续运行时间大于热交换优先最大运行时间，则同时启动蒸汽压缩式制冷系统进行制冷。直到柜内温度T2小于制冷设定温度与制冷设定温度偏差的差值时或不满足热交换启动温差，则关闭热交换系统；

二、压缩机制冷： 

压缩机制冷时，启动压缩机33和蒸发风机41及冷凝风机42。冷凝风机42与蒸发风机41均比压缩机33延时启动，二者的延时启动时间可以相同或不同。

启动条件是：当柜内温度T2大于等于制冷设定温度，且不满足热交换优先条件或超过热交换优先最大运行时间时启动蒸汽压缩式制冷系统，直到柜内温度T2小于制冷设定温度与制冷设定温度偏差的差值时关闭蒸汽压缩式制冷系统；于本发明优选实施方式中，制冷设定温度为25℃；

三、加热

加热时启动加热器（未图示）和蒸发风机41，蒸发风机41在停止加热后延时停止运行。

启动条件是：当柜内温度T2低于加热设定温度时启动加热器；当柜内温度T2高于加热设定温度与加热温度偏差之和时停止运行加热器；

四、加热执勤   

加热执勤时，间歇启动加热器，以一定周期运行。运行时间和间隔时间可以设定。

启动条件是：当柜内温度传感器与蒸发器表面温度传感器均发生故障，即柜内温度T2与蒸发器表面温度T4均采集异常，且环境温度T1小于加热执勤设定温度时执行加热执勤，执勤设定温度不大于加热设定温度；

五、制冷执勤

制冷执勤时，间歇启动蒸汽压缩式制冷系统，运行时间和间隔时间可以设定。

启动条件为：

当柜内温度传感器与蒸发器表面温度传感器均发生故障，即柜内温度T2与蒸发器表面温度T4均采集异常，且环境温度T1大于等于制冷执勤设定温度时执行制冷执勤；或各传感器均发生故障的情形下，包括冷凝器出口温度传感器无法采集冷凝器出口温度T3时，执行制冷执勤。

六、人工自检程序

通过控制系统的面板上的按键，可以激活人工自检程序，自检完成后自动切换回正常逻辑控制，自检程序包括：分别依次启动压缩机33、冷凝风机42、蒸发风机41、加热器、流体驱动装置23及声音报警装置（未图示）一定时间，停几秒然后启动下一装置。

本发明机柜空调器采用的是可调速的蒸发风机41及冷凝风机42，因此可以实现不同的温度和不同的程序逻辑下，蒸发风机41和冷凝风机42具有不同的转速和控制电压。

①无其它运行逻辑时，蒸发风机休眠转速运转，休眠转速可以为正常转速的10%~50%；

②单一压缩机制冷或者压缩机制冷与热交换同时运行时，蒸发风机41比压缩机33延时启动，柜内温度大于第一温度时输出第一电压并以第一转速运行，大于第二温度小于第一温度时输出第二电压并以第二转速运行，小于第二温度时输出最高电压并全速运行，压缩机停时低速运转，其中第一电压小于第二电压，且第二电压小于最高电压，第一转速低于第二转速，第二转速低于全速；

③热交换优先时内风机全速运行；

④加热器启动则蒸发风机启动，并全速运行，加热停止后延时停止运行；

⑤加热执勤时以低于全速的转速运行；

⑥冷凝风机调速：冷凝风机42只有在压缩机制冷时才启动，且比压缩机33延时启动运行，延时停止运行。当激活低噪音模式，则冷凝风机42以低转速运行，通常为正常转速的30%，可以实现正常转速的10%~50%的低转速运行。

2、低噪音模式

低噪音模式同样可以实现上述各程序，如热交换制冷、压缩机制冷、加热、制冷执勤、加热执勤及自检程序。低噪音模式通过改变冷凝风机42的转速及电压实现降低噪音，蒸发风机41的运行遵照标准模式。激活低噪音模式时，冷凝风机42以低转速运行，通常为正常转速的30%，可以实现正常转速的10%~50%的低转速运行。

空调噪音主要是由冷凝风机42、蒸发风机41、压缩机33等共同产生，但是，蒸发风机41安装在机柜内部，噪音很低，而压缩机33的噪音指标比冷凝风机42的噪音指标要低很多，所以，可以通过控制降低冷凝风机42的运转噪音来直接达到降低机组整机噪音指标的要求。由于冷凝风机42采用的是调速风机，所以可以通过调整冷凝风机42在不同温度或程序模式下的控制电压来降低冷凝风机42的运转速度，从而实现降低冷凝风机42运转噪音的目的。

3、经济模式

即省电模式或节能模式。当激活此功能后，制冷设定温度提高至经济制冷设定温度，加热设定温度降低至经济加热设定温度，同时保持偏差值不变。经济制冷设定温度及经济加热设定温度可以分别高于或低于制冷设定温度及加热设定温度一定温度值以达到省电的目的，于本发明优选实施方式中，该温度值为3℃。

制冷设定温度点提高后，压缩机33停机时间与运转时间的比例增大，在一段时间内消耗的功率也会相对降低，除了满足控温要求和柜内元器件的运转可靠性外，同时也达到了节能的目的；同理，加热设定温度点降低后，加热器的关闭时间与运转时间的比例也增大，在一段时间内消耗的功率也同样会相对降低，一样可以达到节能的目的。

特别需要指出的是，本发明具体实施方式中仅以该机柜空调器作为示例，在实际应用中其他类型的机柜空调器均适用本发明揭示的原理。对于本领域的普通技术人员来说，在本发明的教导下所作的针对本发明的等效变化，仍应包含在本发明权利要求所主张的范围中。

Claims (17)

1.一种机柜空调器，其包括蒸汽压缩式制冷系统、热交换系统、可控制蒸汽压缩式制冷系统和热交换系统运行的控制系统，蒸汽压缩式制冷系统包括压缩机、蒸发器、冷凝器；热交换系统包括内热交换器及外热交换器；其特征在于：控制系统根据柜内温度和环境温度择一或同时运行蒸汽压缩式制冷系统及热交换系统以实现热量的转移；控制系统具有标准模式和低噪音模式/经济模式，并于标准模式和低噪音模式/经济模式之间切换以控制蒸汽压缩式制冷系统及热交换系统的运行。

2.如权利要求1所述的机柜空调器，其特征在于，还具有蒸汽压缩式制冷系统与热交换系统共用的蒸发风机和冷凝风机，其中蒸发风机及冷凝风机为可调速风机。

3.如权利要求2所述的机柜空调器，其特征在于，其中低噪音模式中，降低冷凝风机的转速以降低噪音。

4.如权利要求3所述的机柜空调器，其特征在于，其中冷凝风机在低噪音模式中以正常转速的10%~50%的低转速运行。

5.如权利要求2所述的机柜空调器，其特征在于，蒸发风机为可调速风机，其可以以正常转速的10%~50%的休眠转速运行。

6.如权利要求5所述的机柜空调器，其特征在于，其中热交换系统运行时，蒸发风机全速运行；蒸汽压缩式制冷系统运行时，柜内温度大于第一温度时，蒸发风机以第一转速运行，柜内温度大于第二温度且小于第一温度时，蒸发风机以第二转速运行，当柜内温度小于第二温度时，蒸发风机全速运行，其中第一转速低于第二转速，第二转速低于全速。

7.如权利要求1所述的机柜空调器，其特征在于，其中标准模式具有制冷设定温度，控制系统将柜内温度、环境温度和制冷设定温度比较后择一或同时运行蒸汽压缩式制冷系统及热交换系统，其中经济模式下为将制冷设定温度提高至经济制冷设定温度，以增大压缩机停机时间与运行时间的比例来实现节能。

8.如权利要求1所述的机柜空调器，其特征在于，其中当柜内温度大于等于制冷设定温度、环境温度低于柜内温度且二者的温差大于等于热交换启动温差时，启动热交换系统为机柜降温。

9.如权利要求8所述的机柜空调器，其特征在于，其中当柜内温度与环境温度的温差降低至小于热交换优先温差与热交换优先偏差的差值/热交换系统的连续运行时间大于热交换优先最大运行时间，同时启动蒸汽压缩式制冷系统。

10.如权利要求9所述的机柜空调器，其特征在于，其中柜内温度小于制冷设定温度与制冷设定温度偏差的差值时，关闭热交换系统/蒸汽压缩式制冷系统。

11.如权利要求1所述的机柜空调器，其特征在于，还具有受控制系统控制的加热器，其具有加热设定温度，当柜内温度低于加热设定温度时启动加热器，当柜内温度高于加热设定温度与加热温度偏差之和时停止运行加热器。

12.如权利要求11所述的机柜空调器，其特征在于，其中经济模式下，加热设定温度降低至经济加热设定温度，以增大加热器的关闭时间与运行时间的比例来实现节能。

13.如权利要求11所述的机柜空调器，其特征在于，其包括柜内温度传感器、环境温度传感器、蒸发器表面温度传感器，当柜内温度传感器与蒸发器表面温度传感器故障且环境温度小于加热执勤设定温度时，控制系统驱动加热器执行加热执勤程序，其中加热执勤设定温度不大于加热设定温度。

14.如权利要求1所述的机柜空调器，其特征在于，热交换系统为气液热交换系统，并具有与蒸汽压缩式制冷系统共用的蒸发风机和冷凝风机。

15.如权利要求1所述的机柜空调器，其特征在于，热交换系统为热管热交换系统，内热交换器为蒸发端，外热交换器为冷凝端，且热管热交换系统与蒸汽压缩式制冷系统共用蒸发风机和冷凝风机。

16.如权利要求1所述的机柜空调器，其特征在于，其包括柜内温度传感器、环境温度传感器、蒸发器表面温度传感器及冷凝器出口温度传感器，当柜内温度传感器与蒸发器表面温度传感器故障时且环境温度大于等于制冷执勤设定温度/传感器均故障时，控制系统驱动蒸汽压缩式制冷系统/热交换系统执行制冷执勤程序。

17.如权利要求1所述的机柜空调器，其特征在于，还具有加热器、蒸汽压缩式制冷系统与热交换系统共用的蒸汽风机及冷凝风机，其中控制系统还可以执行人工自检程序，该人工自检程序分别启动压缩机、冷凝风机、蒸发风机、加热器一定时间。

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