CN103673088B - 空调系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种空调系统，其包含有一机柜、一第一热交换器、一风扇以及一第二热交换器。该机柜用来承载一主机。该第一热交换器设置于该机柜内。该第一热交换器自该机柜外部引入一气体，并对该气体进行热交换处理，以使经热处理后的该气体流向该主机。该风扇用来排出流经该主机的该气体。该第二热交换器设置于该风扇上且位于该机柜内。该第二热交换器对该风扇所排出的该气体进行热交换处理，并利用该风扇的风力将该气体排至该机柜外部。
Description
技术领域
本发明涉及一种空调系统，尤其涉及一种可有效节省能源消耗的空调系统。
背景技术
随着电脑及网络的发达，目前一般的企业或机构皆需配备电脑伺服器，而大型的网络服务业者更有大量的需求。以目前市面上常见的伺服器种类来说，机架式伺服器(rackserver)的体积精简，且最易于主机房集中管理。而机架式伺服器由于需上下多层相叠，且两侧又与其他伺服器相邻，加上伺服器需长期连续运转，因此散热问题非常重要，甚至将影响硬件运作的稳定度及使用寿命。一般来说，机架式伺服器都会装配在机柜内并且放置在机房中，机房或是机柜内部都设有两组以上的风扇来分别导入经过蒸发端热交换器处理过的冷空气及排出伺服器的废热，以达到散热的目的。另外，由于近来货柜型机房可以实现更高密度的伺服器堆叠，因此散热的需求更加重要。以下列举数个常见的空调系统并分别说明。
请参阅图1，图1为现有技术的一空调系统10的示意图。空调系统10包含有一机柜12、一蒸发端热交换器14、一抽风扇16以及一电脑主机18。电脑主机18置放于机柜12内，蒸发端热交换器14与抽风扇16则分别设置在机柜12外面。空调系统10为一冷却用空调系统。电脑主机18于运转时会在机柜12内部产生大量热能，抽风扇16可进行抽气以将电脑主机18所产生的热空气排出机柜12，且蒸发端热交换器14可将冷空气输入机柜12，由此降低机柜12内温度，改善电脑主机18的运转效率。
请参阅图2，图2为另一现有技术的一空调系统20的示意图。空调系统20包含有一机柜22、一蒸发端热交换器24、一进气扇26以及一电脑主机28。机柜22内设置有两套隔间，电脑主机28安装于其中一隔间，蒸发端热交换器24与进气扇26则设置在另一隔间。机柜22在相对蒸发端热交换器24的一端设置有多个透气孔(未示于图中)，当电脑主机28在机柜22内部产生大量热能时，进气扇26将蒸发端热交换器24所产生的冷空气吹入(排入)机柜22以降低电脑主机28的温度，而机柜22内的热空气另经由透气孔排出机柜22，达到冷却主机的目的。
请参阅图3与图4，图3与图4分别为另一现有技术的一空调系统30于不同操作状态的示意图。空调系统30包含有一第一蒸发/冷凝端32、一第一风扇34、一第二蒸发/冷凝端36、一第二风扇38、一膨胀阀40以及一压缩机42。其中膨胀阀40、压缩机42与其对应管路系统即为冷媒压缩循环系统。第一蒸发/冷凝端32与第一风扇34设置在室内，第二蒸发/冷凝端36与第二风扇38设置在室外。如图3所示，当空调系统30欲进行降温时，膨胀阀40将低压低温的流体送入第一蒸发/冷凝端32以吸收热量，以使第一风扇34可将冷空气送出空调系统30的机壳(未示于图中)而进入室内，压缩机42将来自第一蒸发/冷凝端32的流体以高温高压型态送至第二蒸发/冷凝端36，再利用第二风扇38将热空气排出室外，达到降温的目的。
如图4所示，当空调系统30欲进行升温时，压缩机42将来自第二蒸发/冷凝端36的流体以高压高温型态送至第一蒸发/冷凝端32释放热量，接着第一风扇34可将热空气送入室内以产生暖气的效果，而膨胀阀40再将低压低温流体送至第二蒸发/冷凝端36以吸收热量。因此，空调系统30的压缩机42以封闭循环方式将流体于第一蒸发/冷凝端32与第二蒸发/冷凝端36之间传递，并利用各蒸发/冷凝端的功能切换模式以根据使用需求提供冷气或释放暖气。
如前所述，空调系统10与空调系统20利用一组热交换器(有蒸发器14及24，但无冷凝器)降低气体温度，在使用风扇以抽气或排气的方式将冷空气送入机柜12及22内部，以达到冷却电脑主机18与28的目的。空调系统10与空调系统20不具有冷凝功能，且无法调节湿度，不适用于高湿度地区。此外，空调系统30为常见的现有空调技术。空调系统30的两组热交换器(蒸发/冷凝端)分别设置于室内及室外，并且各配置有一个风扇，以闭环冷却/加热方式对流体进行热量交换，由此达到升温或降温的目的。
请参阅图5，图5为现有技术中应用空调系统30的示意图。电脑主机44与第一热交换器32(蒸发/冷凝端)设置于机柜46内，第二热交换器36(蒸发/冷凝端)则设置于机柜46外。第一热交换器32所产生的冷暖风可经由第一风扇34于机柜46内形成一内循环，由此调节电脑主机44的操作温度。第二热交换器36另使用第二风扇38释放热量至外界空气，且外界空气不会与机柜46内的空气进行热交换。由上述说明得知，空调系统30需使用两个风扇才可完整呈现热能循环交换以调节室内温度的功能，不但增加了产品体积、设备成本及运转成本(耗电量大)，风扇本身也有使用年限的限制，故如何设计出一种可广泛适用于热带地区与寒带地区，并可有效降低设备成本及运作能源耗损的空调系统，以在绿化环保及节能省电方面更强化产品的市场竞争力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可有效节省能源消耗的空调系统，以解决上述的问题。
为达上述目的，本发明揭露一种空调系统，用来冷却一主机。该空调系统包含有一机柜、一第一热交换器、一风扇以及一第二热交换器。该机柜用来承载该主机。该第一热交换器设置于该机柜内，用来自该机柜外部引入气体，并对该气体进行热交换处理，以使经热处理后的该气体流向该主机。该风扇用来排出流经该主机的该气体。该第二热交换器设置于该机柜内且相邻该风扇，用来对该风扇所排出的该气体进行热交换处理，并利用该风扇的风力将该气体排至该机柜外部。
本发明揭露该空调系统另包含有一挡板机构，该风扇设置于该挡板机构与该第二热交换器之间。该挡板机构用来调控该气体流向该第二热交换器的流量。
本发明另揭露该气体经由该挡板机构的限制而部分流向该第一热交换器。
本发明另揭露该第一热交换器引入该机柜外部的该气体与经由该挡板机构的限制而流向该第一热交换器的该气体，以进行热交换处理。
本发明揭露该空调系统另包含有一感测器，电连接于该挡板机构。该感测器用来侦测该机柜内部的该气体的温度，以控制通过该挡板机构的气体流量。
本发明揭露该空调系统另包含有一冷媒压缩循环系统，连通于该第一热交换器与该第二热交换器之间。
本发明揭露该冷媒压缩循环系统用来冷却该气体的温度或是提高该气体的温度。
本发明揭露该第一热交换器利用自然对流方式自该机柜外部引入该气体。
本发明揭露该风扇将流经该主机的该气体经由该第二热交换器排放到该机柜外，该第一热交换器冷却及除湿一外部气体，并送往该主机进行降温。
本发明揭露该风扇将该气体排往该第二热交换器以加热，且另将加热后的该气体经由该第一热交换器送往该主机进行升温。
本发明揭露该机柜包含有一主腔室以及一第一通气部。该主机设置于该主腔室内。该第一通气部连通于该主腔室。该第一热交换器、该风扇与该第二热交换器设置于该第一通气部内。
本发明揭露该第一通气部包含有一第一区段以及一第二区段，该第一区段位于该主腔室的侧边，且该第二区段连接该主腔室的上端。
本发明揭露该气体经由该挡板机构的限制，自该第二区段部分流到该第一区段，而流向该第一热交换器。
本发明揭露该空调系统另包含有一第一阀门，电连接该感测器，且设置于该第一区段与该第二区段之间。
本发明揭露该空调系统另包含有一第二阀门，电连接该感测器，且设置于该主腔室与该第一通气部之间。
本发明揭露该第一热交换器设置于该第一区段，该风扇与该第二热交换器设置于该第二区段。
本发明揭露该机柜另包含有一第二通气部，设置于该主腔室的底端。
本发明的空调系统不在蒸发端(第一热交换器)设置风扇，仅于冷凝端(第二热交换器)配置风扇，且两个热交换器皆可设置于室内空间(机柜内部)，并通过机柜内的气体流道、挡板机构与阀门设计来有效引导气体流动，使得空调系统只需要一个风扇来做热交换的功能，便能提高空调系统的效能，得到极佳的控制温度与调整湿度的效果。再者，本发明另利用冷媒压缩循环系统来冷却空气或是产生暖气，使得应用本发明的空调系统的云端伺服器机柜或是货柜型机房可广泛地适用于环境温差大的地区，如寒带地区或热带地区。相较现有技术的室内机与室外机的设计，本发明的空调系统的两个热交换器皆可设置在室内，并利用一个风扇来执行引入外部气体与机柜内部气体循环的操作，可有效减少能源消耗，助于电源使用效率值的降低，达到省电节能环保的目的。
附图说明
图1为现有技术的空调系统的示意图；
图2为另一现有技术的空调系统的示意图；
图3与图4分别为另一现有技术的空调系统于不同操作状态的示意图；
图5为现有技术中应用空调系统的示意图；
图6为本发明实施例的空调系统的示意图；
图7为本发明实施例的空调系统启用降温功能的示意图；
图8为本发明实施例的空调系统启用升温功能的示意图。
主要元件符号说明
10空调系统12机柜
14蒸发端热交换器16抽风扇
18电脑主机20空调系统
22机柜24蒸发端热交换器
26进气扇28电脑主机
30空调系统32第一蒸发/冷凝端
34第一风扇36第二蒸发/冷凝端
38第二风扇40膨胀阀
42压缩机44电脑主机
46机柜50空调系统
52机柜54主腔室
56第一通气部561第一区段
563第二区段58第二通气部
60第一热交换器62风扇
64第二热交换器66主机
68挡板机构70感测器
72第一阀门74第二阀门
76冷媒压缩循环系统
具体实施方式
请参阅图6，图6为本发明实施例的一空调系统50的示意图。空调系统50包含有一机柜52，用来承载空调系统50的各项元件。机柜52可包含一主腔室54、一第一通气部56以及一第二通气部58。第一通气部56连通于主腔室54，第二通气部58设置于主腔室54的底端，且第一通气部56可再细分为一第一区段561与一第二区段563。第一区段561位于主腔室54的侧边，第二区段563位于主腔室54的上端。空调系统50另包含有一第一热交换器60、一风扇62以及一第二热交换器64。第一热交换器60设置于第一通气部56的第一区段561。风扇62相邻第二热交换器64，且风扇62与第二热交换器64设置于第一通气部56的第二区段563。
空调系统50用来调控一主机66的操作环境温度，以确保主机66无论在寒带地区或热带地区皆可维持正常稳定的运转效率。主机66设置于机柜52的主腔室54内部，而第一热交换器60与第二热交换器64也相同地设置于机柜52的相异空间内。因此，本发明不需限制热交换器60、64的摆放位置，例如可任意设置于机柜52内或机柜52外。空调系统50可较佳地应用在云端伺服器货柜，故当二组热交换器60、64皆设置于机柜52内部，则空调系统50与主机66可形成一封闭式模块化架构，可便于使用者搬运、推叠，以符合市场对云端伺服器货柜的趋势及需求。
如图6所示，第一热交换器60自机柜52外部引入气体(外部气体)，并对气体进行热交换处理，以使经热处理后的气体可流入主腔室54，对主机66进行保温或冷却。接着设置相邻于第二热交换器64的风扇62将流经主机66的气体自主腔室54内抽出，并选择性全部排向或部分排向第二热交换器64。第二热交换器64再对风扇62排出的气体进行热交换处理，并顺势通过风扇62的风力而将气体排出机柜52外，据此完成本发明的空调系统50的热交换循环。
空调系统50另可包含有一挡板机构68以及一感测器70。风扇62可设置于挡板机构68与第二热交换器64之间，用来调控风扇62将气体排往第二热交换器64的流量。感测器70可电连接于挡板机构68，感测器70可侦测机柜52内部的气体温度，以驱动挡板机构68完全开启、部分开启或完全关闭，以控制通过挡板机构68的气体流量。例如当挡板机构68完全开启时，气体可全数通过挡板机构68；挡板机构68部分开启时，通过挡板机构68的气体流量则相应于挡板机构68开阖幅度的限制；而当挡板机构68完全关闭，气体则被止挡而不通过挡板机构68。此外，空调系统50另可包含有一第一阀门72与一第二阀门74，分别电连接至感测器70(其连接方式未示于图中)。第一阀门72设置于第一通气部56内，用来调控第一区段561与第二区段563之间的气体流量。第二阀门74设置于主腔室54与第一通气部56之间，用来调控主腔室54与第一区段561之间的气体流量。
空调系统50另可包含有一冷媒压缩循环系统76，双向连通于第一热交换器60与第二热交换器64之间。空调系统50使用冷媒压缩循环系统76在第一热交换器60及第二热交换器64之间造成压力的转变，以泵使冷冻剂流动。冷冻剂会被泵入较冷的热交换器(蒸发器)，而低压低温的环境可使冷冻剂挥发成蒸气以吸取热量，接着流入另一热交换器(冷凝器)，使得冷冻剂的蒸气被压缩而凝结成液体，并释放出现有在蒸发器所吸收的热量，完成一冷冻循环。若将冷媒压缩循环系统76反向运转，便可以相反于前述的流程完成一暖化循环。
请参阅图7，图7为本发明实施例的空调系统50启用降温功能的气体流向示意图。首先，第一热交换器60自机柜52外部引入气体，机柜52的进气口通常位于天花板的高度，如设置在第二区段563上。气体以自然对流方式进入机柜52后自第二区段563流向第一区段561，并经由第一热交换器60(蒸发器)降温，以使降温后的气体可送入主腔室54对主机66进行冷却。接着，风扇62可将主腔室54的气体抽出，排往第二热交换器64(冷凝器)进行放热，以完成空调系统50的热交换循环。值得一提的是，当启用降温功能时，挡板机构68可较佳地完全开启其排气通道，使得风扇62可经由第二热交换器64将气体全数排出机柜52。其中，气体的流动方向为图7所示的箭头指向。
请参阅图8，图8为本发明实施例的空调系统50启用升温功能的气体流向示意图。第一热交换器60同样地可自机柜52的外部引入气体至第一通气部56的第一区段561。第一热交换器60可经由冷媒压缩循环系统76加压变成高压端，将两热交换器60、62的高低压颠倒逆转。因此气体可通过第一热交换器60(冷凝器)运转加热，还可通过冷媒压缩循环系统76从环境中取热，而使气体有效地快速升温。升温后的气体自第一通气部56流入主腔室54，可对主机66产生暖气效果。风扇62则持续运转以将气体自主腔室54抽出，此时挡板机构68可较佳地部分开启排气通道，自主腔室54排放的气体可经由风扇62的驱动，除了部分排出机柜52外，另有部分气体可经由第二区段563回流至第一区段561，提供予第一热交换器60再次进行热交换处理。
此外，第二通气部58设置于主腔室54的底端，且挡板机构68另可选择地设置在主腔室54与第二通气部58之间。当空调系统50启用升温功能时，主腔室54的暖气体可部分通过挡板机构68向下流动至第二通气部58，并顺势流向第一通气部56的第一区段561，以提供第一热交换器60再次进行热交换处理。其中，第二通气部58可为一选择性配置，端视设计需求而定，故于此不再详述。其中，气体的流动方向为图8所示的箭头指向。
综上所述，本发明的空调系统不在蒸发端(第一热交换器)设置风扇，仅于冷凝端(第二热交换器)配置风扇，且两个热交换器皆可设置于室内空间(机柜内部)，并通过机柜内的气体流道、挡板机构与阀门的设计来有效引导气体流动，使得空调系统只需要一个风扇来做热交换的功能，便能得到极佳的控制温度与调整湿度的效果。再者，本发明另利用冷媒压缩循环系统来冷却空气或产生暖气，使得应用本发明的空调系统的云端伺服器机柜与货柜型机房可广泛地适用于环境温差大的地区，如寒带地区或热带地区。相比较现有技术的室内机与室外机的设计，本发明的空调系统的两个热交换器皆可设置在室内，并利用一个风扇来执行引入外部气体与机柜内部气体循环的操作，可有效减少能源消耗，助于机房电源使用效率值(PowerUsageEffectiveness,PUE)的降低，达到省电节能环保的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (17)
1.一种空调系统，用来冷却或加热一主机，该空调系统包含有：
机柜，该机柜用来承载该主机；
第一热交换器，设置于该机柜内，该第一热交换器自该机柜外部引入气体，并对该气体进行热交换处理，以使经热交换处理后的该气体流向该主机；
风扇，用来排出流经该主机的该气体；
第二热交换器，设置于该机柜内且相邻该风扇，该第二热交换器对该风扇所排出的该气体进行热交换处理，并利用该风扇的风力将该气体排至该机柜外部；以及
挡板机构，该风扇设置于该挡板机构与该第二热交换器之间，该挡板机构用来调控该气体流向该第二热交换器的流量。
2.如权利要求1所述的空调系统，其中该气体经由该挡板机构的限制而部分流向该第一热交换器。
3.如权利要求2所述的空调系统，其中该第一热交换器引入该机柜外部的气体与经由该挡板机构的限制而流向该第一热交换器的气体，以进行热交换处理。
4.如权利要求1所述的空调系统，其另包含有：感测器，电连接于该挡板机构，该感测器用来侦测该机柜内部的气体的温度，以控制通过该挡板机构的气体流量。
5.如权利要求1所述的空调系统，其另包含有：
冷媒压缩循环系统，连通于该第一热交换器与该第二热交换器之间。
6.如权利要求5所述的空调系统，其中该冷媒压缩循环系统用来将该第一热交换器与该第二热交换器的高低压颠倒逆转，并能从环境中取热。
7.如权利要求1所述的空调系统，其中该第一热交换器利用自然对流方式自该机柜外部引入该气体。
8.如权利要求1所述的空调系统，其中该风扇将流经该主机的该气体经由该第二热交换器排放到该机柜外，该第一热交换器冷却及除湿一外部气体，并送往该主机进行降温。
9.如权利要求1所述的空调系统，其中排出的气体经由该风扇的驱动，除了部分气体排出机柜外，另有部分气体经由该第一热交换器送往该主机进行升温。
10.如权利要求4所述的空调系统，其中该机柜包含有：
主腔室，该主机设置于该主腔室内；以及
第一通气部，连通于该主腔室，该第一热交换器、该风扇与该第二热交换器设置于该第一通气部内。
11.如权利要求10所述的空调系统，其中该第一通气部包含有第一区段以及第二区段，该第一区段位于该主腔室的侧边，且该第二区段连接该主腔室的上端。
12.如权利要求11所述的空调系统，其中该气体经由该挡板机构的限制，自该第二区段部分流到该第一区段，而流向该第一热交换器。
13.如权利要求11所述的空调系统，其另包含有：
第一阀门，电连接该感测器，且设置于该第一区段与该第二区段之间。
14.如权利要求13所述的空调系统，其另包含有：
第二阀门，电连接该感测器，且设置于该主腔室与该第一通气部之间。
15.如权利要求11所述的空调系统，其中该第一热交换器设置于该第一区段，该风扇与该第二热交换器设置于该第二区段。
16.如权利要求10所述的空调系统，其中该机柜另包含有：
第二通气部，设置于该主腔室的底端。
17.如权利要求1所述的空调系统，其中该空调系统另包含有挡板机构、感测器以及冷媒压缩循环系统，该风扇设置于该挡板机构与该第二热交换器之间，该感测器电连接该挡板机构，且该冷媒压缩循环系统连通于该第一热交换器与该第二热交换器之间，该机柜包含有主腔室、第一通气部以及第二通气部，该主机设置于该主腔室内，该第一热交换器、该风扇与该第二热交换器设置于该第一通气部内，且该第二通气部设置于该主腔室的底端，该第一通气部包含有第一区段以及第二区段，该第一区段位于该主腔室的侧边，且该第二区段连接该主腔室的上端，该空调系统另包含有第一阀门以及第二阀门，分别电连接该感测器，该第一阀门设置于该第一区段与该第二区段之间，且该第二阀门设置于该主腔室与该第一通气部之间。
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