CN104214855A - 一种多联式机房空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多联式机房空调系统，其主要包括蒸气压缩单元、回路热管单元、室外回路单元和换热单元，所述换热单元包括至少一个换热装置，换热装置包括室外空气通道、回路热管通道和压缩制冷通道，回路热管通道内密封有热管工质，压缩制冷通道内封有制冷工质，所述室外空气通道连通蒸气压缩单元，回路热管通道连通回路热管单元，室外空气通道连通室外回路单元。本发明的优点在于：本系统通过换热装置将蒸气压缩单元和回路热管单元冷却相互耦合，可以同时或单独地进行蒸气压缩制冷或者回路热管冷却，充分利用自然冷源，大幅降低机房冷却能耗、简化了系统结构、节省占地面积、系统维护便利、合理分配冷量、节能环保。

Description

一种多联式机房空调系统

技术领域

本发明涉及制冷与空调技术领域，尤其涉及一种多联式机房空调系统。

背景技术

目前随着数据中心和通信机房的数量的大幅度发展，机房内的设备发热量大，需要专门的散热设备进行散热。传统的做法是安装机房空调依靠蒸气压缩制冷，由于其能耗较大，已经不能满足可持续发展要求。为了降低数据机房的冷却能耗，回路热管被应用于数据机房散热。相关的专利有：单管连接的分离式热管的机房排热装置(CN200820123459.0)、一种用于机房或机柜的带气泵分离式热虹吸管散热装置(CN200910088535.8)、一种蒸发冷却型热管换热的机房排热装置(CN201010221372.9)，上述专利均采用分离式热管实现数据机房的散热。然而，这种回路热管散热装置只能应用在室外温度低的场合，因此需要增加一套蒸气压缩制冷系统作为辅助，这就提高了初始投资，同时增大了占地面积。为此，一些专利提出了蒸气压缩和回路热管的复合机组，并把多联式空调的并把多联式空调的概念扩展到这一领域，开发了多联式蒸气压缩与热管多联式机组，例如专利CN200910235429.8和专利CN201210084797.9。然而，前者中蒸气压缩与自然冷却需要阀门切换，影响机组运行可靠性；后者由于方案中蒸气压缩制冷回路的蒸发器与热管回路的冷凝器相互独立，系统较为复杂。

因此，针对以上不足，本发明提供了一种多联式机房空调系统。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的是解决现有机房空调系统的结构复杂，占地较大，系统维护不易、不能充分利用自然资源、冷量分配不合理的问题。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多联式机房空调系统，其主要包括蒸气压缩单元、回路热管单元、室外回路单元和换热单元，所述换热单元包括至少一个换热装置，所述换热装置包括室外空气通道、回路热管通道和压缩制冷通道，所述回路热管通道内密封有热管工质，所述压缩制冷通道内封有冷凝工质，所述室外空气通道连通蒸气压缩单元，所述回路热管通道连通回路热管单元，所述室外空气通道连通室外回路单元。

其中，所述蒸汽压缩单元包括压缩机、冷凝器和节流装置，所述冷凝器分别连通压缩机和节流装置，所述压缩机和节流装置分别连通压缩制冷通道，所述回路热管单元包括至少两个室内热管蒸发器，所述两个室内热管蒸发器分别与回路热管连通。

其中，所述蒸汽压缩单元包括压缩机、冷凝器和至少两个节流装置，所述冷凝器的两端分别连通压缩机和至少两个并联的节流装置，所述换热单元包括至少两个换热装置，所述每个压缩制冷通道的两端连通压缩机和对应的节流装置，所述每个回路热管回路连通有至少一个室内热管蒸发器，所述每个室外空气通道连通室外回路单元。

其中，所述回路热管通道上还连通有制冷剂泵，用于驱动回路热管单元工作。

其中，所述室内热管蒸发器可以是风冷式换热装置、直接接触式散热器、液冷式换热装置的一种或几种的组合。

其中，所述风冷式换热装置优选为管式结构、板式结构、容器状结构、箱体状结构的一种；所述管式结构，即由一根或多根直管、绕翅片管、蛇形管外加翅片、多根直管套翅片、带翅片的扁平管中的一种或几种组成。

其中，所述液冷式换热装置为套管式、板式、壳管式换热装置中的一种或几种组成。

其中，所述冷凝器为风冷式、水冷式、蒸发冷凝式冷凝器的其中一种或几种的组合。

其中，所述节流装置为热力膨胀阀、电子膨胀阀、毛细管、节流孔板中的一种或者几种的组合。

其中，所述换热装置还在室外回路单元上布设有风机，所述风机用于加速室外空气通道内空气的流通。

（三）有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本系统通过换热装置将蒸气压缩单元和回路热管单元冷却相互耦合，可以同时或单独地进行蒸气压缩制冷或者回路热管冷却，充分利用自然冷源，大幅降低机房冷却能耗。换热装置既作为蒸气压缩制冷回路的蒸发器，又作为回路热管回路的冷凝器，简化了系统结构，有利于系统维护和减小机组尺寸；节省占地面积、使用灵活、扩展性好、系统维护便利，高效合理分配冷量、节能环保。

附图说明

图1是本发明实施例一所述的多联式机房空调系统的结构图；

图2是本发明实施例二所述的多联式机房空调系统的结构图；

图3是本发明实施例三所述的多联式机房空调系统的结构图；

图4是本发明实施例四所述的多联式机房空调系统的结构图。

图中：1：压缩机；2：冷凝器；3：节流装置；4：换热装置；5：室内蒸发器；6：制冷剂泵。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例一

如图1所示，一种多联式机房空调系统，其主要包括蒸气压缩单元、回路热管单元、室外回路单元和换热单元，所述换热单元包括至少一个换热装置，所述换热装置包括室外空气通道、回路热管通道和压缩制冷通道，所述回路热管通道内密封有热管工质，所述压缩制冷通道内封有冷凝工质，所述室外空气通道连通蒸气压缩单元，所述回路热管通道连通回路热管单元，所述室外空气通道连通室外回路单元；所述回路热管单元用于从机房中通过室内热管蒸发器吸收热量，所述蒸汽压缩单元和室外回路单元通过与回路热管通道进行热交换，实现冷却的目的。

其中，所述蒸气压缩单元包括压缩机1、冷凝器2和至少两个节流装置3，所述冷凝器2的两端分别连通压缩机1和至少两个并联的节流装置3，所述换热单元包括至少两个换热装置4，所述每个压缩制冷通道的两端连通压缩机1和对应的节流装置3，所述每个回路热管通道连通有一个室内热管蒸发器5，所述每个室外空气通道连通室外回路单元。

其中，所述室内热管蒸发器5是风冷式换热装置。

其中，所述风冷式换热装置4优选为管式结构、板式结构、容器状结构、箱体状结构的一种；所述管式结构，即由一根或多根直管、绕翅片管、蛇形管外加翅片、多根直管套翅片、带翅片的扁平管中的一种或几种组成。

其中，所述冷凝器2为风冷式、水冷式、蒸发冷凝式冷凝器的其中一种或几种的组合。

其中，所述节流装置为3热力膨胀阀、电子膨胀阀、毛细管、节流孔板中的一种或者几种的组合。

其中，所述换热装置4还在室外回路单元上布设有风机，所述风机用于加速室外空气通道内空气的流通。

具体实施时，所述空调系统的具有两个节流装置3和与两个节流装置3分别对应连通的换热装置4，同时，根据机房具体保持温度的设定，和对室外温度的测量，按照温度区间对空调系统进行不同工作方式的调整：当室外温度较高（室外温度高于回路热管的冷凝温度）时，只开启蒸气压缩制冷回路，首先启动压缩机1，蒸气压缩制冷回路内的冷凝工质经压缩机1压缩后在冷凝器2中冷凝，经节流装置3节流降压后进入换热装置4的压缩制冷通道，后从回路热管通道吸热后流回压缩机1；回路热管单元的热管工质在室内热管蒸发器5内吸收机房的排热蒸发后流入回路热管通道，回路热管通道内的热管工质向压缩制冷通道内的冷凝工质放热，放热后所述热管工质冷凝，并在重力作用下回流至室内热管蒸发器5，以便于继续吸热蒸发。

当室外温度较低时（室外温度低于回路热管冷凝温度，但室外温度与回路热管回路的冷凝温度的差值不足以保持整个机房的预定温度）需同时开启蒸气压缩制冷回路和室外回路单元制冷，首先启动压缩机1和室外回路单元中的风机，所述蒸气压缩制冷回路内的冷凝工质经压缩机1压缩后在冷凝器2中冷凝，经节流装置3节流降压后进入压缩制冷回路工质通道，所述室外的冷空气经风机的抽风进入室外空气通道，所述回路热管单元的吸热蒸发的冷凝工质在回路热管通道内同时与蒸气压缩制冷回路工质通道的冷凝工质和室外空气通道中的冷空气进行换热后冷凝。

在室外温度足够低时（室外温度低于回路热管冷凝温度，且室外温度与回路热管回路的冷凝温度的差值所达到的冷却效果满足整个机房的预定温度的保持），需关闭蒸气压缩制冷回路，仅开启室外空气通道进行冷却，首先关闭压缩机1，打开风机，室外的冷空气被风机抽入室外回路单元并进入室外空气通道中，此时回路热管单元的冷凝工质在回路热管通道内仅与室外空气通道中的冷空气进行换热冷凝，即可控制机房温度。

实施例二

如图2所示，一种多联式机房空调系统，其主要包括蒸气压缩单元、回路热管单元、室外回路单元和换热单元，所述换热单元包括至少一个换热装置4，所述换热装置4包括室外空气通道、回路热管通道和压缩制冷通道，所述回路热管通道内密封有热管工质，所述压缩制冷通道内封有冷凝工质，所述室外空气通道连通蒸气压缩单元，所述回路热管通道连通回路热管单元，所述室外空气通道连通室外回路单元；所述回路热管单元用于从机房中通过室内热管蒸发器吸收热量，所述蒸汽压缩单元和室外回路单元通过与回路热管通道进行热交换，实现冷却的目的。

其中，所述蒸汽压缩单元包括压缩机1、冷凝器2和节流装置3，所述冷凝器2分别连通压缩机1和节流装置3，所述压缩机1和节流装置3分别连通压缩制冷通道，所述回路热管单元包括至少两个室内热管蒸发器5，所述两个室内热管蒸发器5分别与回路热管通道并列连通。

其中，所述室内热管蒸发器5可以是风冷式换热装置。

其中，所述风冷式换热装置4优选为管式结构、板式结构、容器状结构、箱体状结构的一种；所述管式结构，即由一根或多根直管、绕翅片管、蛇形管外加翅片、多根直管套翅片、带翅片的扁平管中的一种或几种组成。

其中，所述冷凝器2为风冷式、水冷式、蒸发冷凝式冷凝器的其中一种或几种的组合。

其中，所述节流装置3为热力膨胀阀、电子膨胀阀、毛细管、节流孔板中的一种或者几种的组合。

其中，所述换热装置4还在室外回路单元上布设有风机，所述风机用于加速室外空气通道内空气的流通。

实施例三

如图3所示，本发明实施例提供的多联式机房空调系统，一种多联式机房空调系统，其主要包括蒸气压缩单元、回路热管单元、室外回路单元和换热单元，所述换热单元包括至少一个换热装置4，所述换热装置4包括室外空气通道、回路热管通道和压缩制冷通道，所述回路热管通道内密封有热管工质，所述压缩制冷通道内封有冷凝工质，所述室外空气通道连通蒸气压缩单元，所述回路热管通道连通回路热管单元，所述室外空气通道连通室外回路单元；所述回路热管单元用于从机房中通过室内热管蒸发器5吸收热量，所述蒸汽压缩单元和室外回路单元通过与回路热管通道进行热交换，实现冷却的目的。

其中，所述蒸汽压缩单元包括压缩机1、冷凝器2和至少两个节流装置3，所述冷凝器2的两端分别连通压缩机1和至少两个并联的节流装置3，所述换热单元包括至少两个换热装置4，所述每个压缩制冷通道的两端连通压缩机1和对应的节流装置3，所述每个回路热管通道连通有至少两个室内热管蒸发器5，所述每个室外空气通道连通室外回路单元。

其中，所述室内热管蒸发器5是风冷式换热装置。

其中，所述风冷式换热装置优选为管式结构、板式结构、容器状结构、箱体状结构的一种；所述管式结构，即由一根或多根直管、绕翅片管、蛇形管外加翅片、多根直管套翅片、带翅片的扁平管中的一种或几种组成。

其中，所述冷凝器2为风冷式、水冷式、蒸发冷凝式冷凝器的其中一种或几种的组合。

其中，所述节流装置3为热力膨胀阀、电子膨胀阀、毛细管、节流孔板中的一种或者几种的组合。

其中，所述换热装置4还在室外回路单元上布设有风机，所述风机用于加速室外空气通道内空气的流通。

实施例四

如图4所示，本发明实施例提供的一种多联式机房空调系统，一种多联式机房空调系统，其主要包括蒸气压缩单元、回路热管单元、室外回路单元和换热单元，所述换热单元包括至少一个换热装置4，所述换热装置4包括室外空气通道、回路热管通道和压缩制冷通道，所述回路热管通道内密封有热管工质，所述压缩制冷通道内封有冷凝工质，所述室外空气通道连通蒸气压缩单元，所述回路热管通道连通回路热管单元，所述室外空气通道连通室外回路单元；所述回路热管单元用于从机房中通过室内热管蒸发器吸收热量，所述蒸汽压缩单元和室外回路单元通过与回路热管通道进行热交换，实现冷却的目的。

其中，所述蒸汽压缩单元包括压缩机1、冷凝器2和至少两个节流装置3，所述冷凝器2的两端分别连通压缩机1和至少两个并联的节流装置3，所述换热单元包括至少两个换热装置4，所述每个压缩制冷通道的两端连通压缩机1和对应的节流装置3，所述每个回路热管通道连通有至少一个室内热管蒸发器5，所述每个室外空气通道连通室外回路单元。

其中，所述回路热管通道上还连通有制冷剂泵6，用于驱动回路热管单元工作。

其中，所述室内热管蒸发器5可以是风冷式换热装置。

其中，所述风冷式换热装置4优选为管式结构、板式结构、容器状结构、箱体状结构的一种；所述管式结构，即由一根或多根直管、绕翅片管、蛇形管外加翅片、多根直管套翅片、带翅片的扁平管中的一种或几种组成。

其中，所述冷凝器2为风冷式、水冷式、蒸发冷凝式冷凝器的其中一种或几种的组合。

其中，所述节流装置3为热力膨胀阀、电子膨胀阀、毛细管、节流孔板中的一种或者几种的组合。

其中，所述换热装置4还在室外回路单元上布设有风机，所述风机用于加速室外空气通道内空气的流通。

综上所述，本系统通过换热装置将蒸气压缩单元和回路热管单元冷却相互耦合，可以同时或单独地进行蒸气压缩制冷或者回路热管冷却，充分利用自然冷源，大幅降低机房冷却能耗；换热装置既作为蒸气压缩制冷回路的蒸发器，又作为回路热管回路的冷凝器，简化了系统结构，有利于系统维护和减小机组尺寸；节省占地面积、使用灵活、扩展性好、系统维护便利，高效合理分配冷量、节能环保。

以上所述仅是本发明的一种优选实施方式，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。

Claims (10)

1.一种多联式机房空调系统，其特征在于：其主要包括蒸气压缩单元、回路热管单元、室外回路单元和换热单元，所述换热单元包括至少一个换热装置，所述换热装置包括室外空气通道、回路热管通道和压缩制冷通道，所述回路热管通道内密封有热管工质，所述压缩制冷通道内封有冷凝工质，所述室外空气通道连通蒸气压缩单元，所述回路热管通道连通回路热管单元，所述室外空气通道连通室外回路单元。

2.根据权利要求1所述的多联式机房空调系统，其特征在于：所述蒸汽压缩单元包括压缩机、冷凝器和节流装置，所述冷凝器分别连通压缩机和节流装置，所述压缩机和节流装置分别连通压缩制冷通道，所述回路热管单元包括至少两个室内热管蒸发器，所述两个室内热管蒸发器分别与回路热管连通。

3.根据权利要求1所述的多联式机房空调系统，其特征在于：所述蒸汽压缩单元包括压缩机、冷凝器和至少两个节流装置，所述冷凝器的两端分别连通压缩机和至少两个并联的节流装置，所述换热单元包括至少两个换热装置，所述每个压缩制冷通道的两端连通压缩机和对应的节流装置，所述每个回路热管回路连通有至少一个室内热管蒸发器，所述每个室外空气通道连通室外回路单元。

4.根据权利要求2或3任一项所述的多联式机房空调系统，其特征在于：所述回路热管通道上还连通有制冷剂泵，用于驱动回路热管单元工作。

5.根据权利要求2或3任一项所述的多联式机房空调系统，其特征在于：所述室内热管蒸发器可以是风冷式换热装置、直接接触式散热器、液冷式换热装置的一种或几种的组合。

6.根据权利要求5所述的多联式机房空调系统，其特征在于：所述风冷式换热装置优选为管式结构、板式结构、容器状结构、箱体状结构的一种；所述管式结构，即由一根或多根直管、绕翅片管、蛇形管外加翅片、多根直管套翅片、带翅片的扁平管中的一种或几种组成。

7.根据权利要求5所述的多联式机房空调系统，其特征在于：所述液冷式换热装置为套管式、板式、壳管式换热装置中的一种或几种组成。

8.根据权利要求5所述的多联式机房空调系统，其特征在于：所述冷凝器为风冷式、水冷式、蒸发冷凝式冷凝器的其中一种或几种的组合。

9.根据权利要求2或3任一项所述的多联式机房空调系统，其特征在于：所述节流装置为热力膨胀阀、电子膨胀阀、毛细管、节流孔板中的一种或者几种的组合。

10.根据权利要求1所述的多联式机房空调系统，其特征在于：所述换热装置还在室外回路单元上布设有风机，所述风机用于加速室外空气通道内空气的流通。