CN104791923A - 一种机房精密空调辅助散热装置 - Google Patents

Abstract

一种机房精密空调辅助散热装置，包括热交换器、循环水箱、储水箱、水泵Ⅰ、水泵Ⅱ、电磁阀Y、三通阀Y1、三通阀Y2和控制器，热交换器包括箱体和若干螺旋状冷媒管，第二腔体内的箱体内侧壁上设置有螺旋翅，冷媒管设置在第二腔体内，循环水箱内设置有液位传感器和温度传感器；所述循环水箱、水泵和储水箱之间通过三通阀Y1连通，所述循环水箱、热交换器和储水箱之间通过三通阀Y2连通。本发明可实现夏季辅助散热，冬季辅助加热的功能。箱体内的螺旋翅和冷媒管上的弧形翅大幅提高了热交换效果；夏季可将循环水箱内的温水送入储水箱供生活用水。

Description

一种机房精密空调辅助散热装置

技术领域

本发明涉及空调散热装置，具体地说是一种机房精密空调辅助散热装置。

背景技术

机房精密空调系统是数据中心机房安全稳定运行的重要保障，随着夏季高温天气的来临空调室外机在高温环境下，利用空气热交换原理的散热装置的散热效率明显下降，容易造成空调压缩机高压报警，导致空调系统停止制冷，对数据中心机房安全运行带来极大隐患。目前国内外解决空调高压报警的措施多是增大空调室外机冷凝器与空气的接触面积，从而提高空调室外机的热交换能力，但是由于现有数据中心机房空调室外机空间限制，没有空间更换更大的室外机，即便是有更大的空间更换，其成本也非常大。而且，在冬季，如果室外温度过低，冷媒管与外接的热交换效率也明显下降，导致空调的制热效果较差。

鉴于空气热交换的散热装置散热效果差，现有技术中出现了利用水冷的散热装置，如申请号为201110274045.4的中国专利公开了一种“水冷辅助散热系统”，它在“蛇形管空气型散热器的前部串联一套以自来水为水源的水冷辅助散热器，水冷辅助散热器包含水箱和散热管”，水箱内的水根据用户用水情况循环，用户用水时循环，不用水时不循环。这种方案虽然利用了水进行辅助散热，但水箱内的水是根据用户使用情况而进行循环的，虽然节省了电能，但散热效果并不理想，不能根据空调压缩机高压报警而进行快速的辅助散热。再如申请号为200910266670.7的中国专利公开了一种“剑杆织机的润滑油水冷装置”，它也在冷却水箱内设置一根螺旋状的冷却管，虽然说明书中未提及冷却水箱内水的循环方式，但本领域技术人员从现有技术中即可得到启示：采用一个水箱和水泵与冷却水箱之间进行水循环。但是，采用一个水箱内的水循环使用，一端时间后水箱内水的温度就会升高，进而散热效果大大降低，为了克服这个问题，可以采用加大水箱的方法，但体积较大的水箱安置又很不方便；如果将水使用后直接排放，会浪费大量的水资源。

而且，从上述现有技术中可以看出，为了增大与水的接触面积，冷却管(散热管)均采用单根螺旋状，但是，在空调室外机内安装冷却管(散热管)的空间有限，因此，如果冷却管(散热管)要安装在室外机内部，则必需做的很短，这样就降低了散热效果。如果把冷却管(散热管)放大后安置在室外机外侧，则会受很多室外机安装空间的限制，无法安装。

更为重要的是，在现有技术中，水箱均为普通容器，水流方式都是从一根管进，一根管出，这种方式在水进入水箱后会沿水喷出的方向在小范围内形成水柱流动到水箱底部，然后从出水端流出，整个水箱内的水流动性不好，从而导致水箱内的冷却管(散热管)散热不均，影响散热效率。

因此，设计一种能够利用水循环散热，且循环水可重复利用，整个装置占用空间小，热交换效率高，冬季和夏季均可辅助冷媒管热交换的机房精密空调辅助散热装置是十分必要的。

发明内容

为解决现有技术中只能循环利用固定水源冷却，且水箱内的水流动性差，散热效率低的问题，本发明的目的在于提供一种散热效率高，体积小，且可将水存储利用的机房精密空调辅助散热装置。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：一种机房精密空调辅助散热装置，其特征在于，包括热交换器、循环水箱、储水箱、水泵Ⅰ、水泵Ⅱ、电磁阀Y、三通阀Y1、三通阀Y2和控制器，

所述热交换器包括圆筒形箱体和若干螺旋状冷媒管，所述箱体内设置有上隔板和下隔板，所述上隔板和下隔板将箱体分割成从上到下的第一腔体、第二腔体和第三腔体；在所述第一腔体上端设置有进口，在所述第三腔体的下端设置有出口；所述热交换器通过所述第一腔体的进口和第三腔体上的出口串接在室外机的高压管路上；

在所述上隔板和下隔板上设置一一对应的且呈圆形排布的若干通孔，每一所述冷媒管的上下两端分别连接在上隔板和下隔板相对的所述通孔上，形成与所述箱体同轴的圆柱形冷媒管组；

在所述第二腔体的上端，沿所述箱体的切线方向设置有一个出水端；在所述第二腔体的下端，沿所述箱体的切线方向设置有一个进水端；沿所述箱体内侧壁上设置有螺旋翅，所述螺旋翅起始于所述进水端，终止于所述出水端；在所述冷媒管组外侧与所述螺旋翅相对的冷媒管上设置有弧形翅；

所述循环水箱内设置有液位传感器和第一温度传感器，所述液位传感器和第一温度传感器分别与所述控制器连接，控制器分别通过驱动电路驱动电磁阀Y和水泵Ⅱ工作；所述循环水箱通过水泵Ⅰ与所述热交换器第二腔体的进水端贯通连接，第二腔体的出水端与循环水箱贯通连接，水泵Ⅰ通过空调控制器控制启停；所述循环水箱还通过水泵Ⅱ与储水箱贯通连接；

所述循环水箱的出水端和水泵Ⅰ进水端之间通过所述三通阀Y1的A端口和B端口连通，所述储水箱的出水端和水泵Ⅰ进水端之间通过所述三通阀Y1的A端口和C端口连通；所述热交换器的出水端和循环水箱的回水端通过电磁阀Y2的A端口和B端口连通，所述热交换器的出水端和储水箱的回水端通过电磁阀Y2的A端口和C端口连通；所述储水箱内设置有电加热管和第二温度传感器，所述第二温度传感器与所述控制器连接，所述控制器根据第二温度传感器的温度值控制所述电加热管工作。

优选的，为了能是经过热交换的水保持水温，以便后续用户洗漱用，所述储水箱为保温储水箱。

进一步的，为了可以实现水循环的手动控制，所述水泵Ⅰ设置有一个手动开关。

优选的，为了方便箱体的进口和出口方便与室外机的高压管路连接，所述箱体的上下两端分别向箱体的中心轴方向收缩。

优选的，为了使储水箱既能保温、电加热，又能利用太阳能加热，所述储水箱为太阳能热水器。

优选的，所述三通阀Y1和三通阀Y2均为电磁三通阀，它们分别与空调控制器控制连接，在空调制冷状态时三通阀Y1和三通阀Y2的A端口和B端口导通，在空调制热状态时三通阀Y1和三通阀Y2的A端口和C端口导通。

本发明的有益效果在于：

1、本装置可实现夏季辅助散热，冬季辅助加热的功能。在夏季，箱体内的水在循环水箱内循环，待循环水箱内的水达到一定温度后自动将水抽入保温水箱中利用，不仅使水箱内的水始终为保持低温，而且不浪费水源。在冬季，利用储水箱内的热水对冷媒管加热，解决了在冬季室外温度过低时制热效果不好的问题，而且储水箱采用太阳能热水器后还可以利用太阳能对水加热，更加节能。

2、箱体内侧设置有螺旋翅，螺旋翅起始于所述进水端，终止于出水端，这样，水流经过箱体时可带动整个箱体内的水迅速转动，然后从出水端排除；水在整个箱体内形成螺旋状水流，将整个水箱内的水带动，从而提高了冷媒管各个部位的冷却效率。

2、它在箱体内将若干螺旋状冷媒管采用并联方式设置，大大提高了冷媒剂的散热面积。

3、在冷媒管组外侧与螺旋翅相对的冷媒管上设置有弧形翅，弧形翅的作用有两个：一是作为冷媒管的散热翅，进一步提高了冷媒管的散热效率；二是作为水流的导向板，与箱体内侧的螺旋翅配合，使水流形成螺旋状。

4、将热交换器串接在空调室外机压缩机上方的空间内，占用很小的空间，在现有的空调室外机上改装非常方便。

5、箱体的进水端设置在底部，出水端设置在上部，通入水后，正好与冷媒管内的冷媒剂的流动方向相反，进一步提高了水与冷媒剂的热交换效率。

附图说明

图1是本发明的原理图；

图2是本发明热交换器的结构示意图；

图3是本发明热交换器的纵向剖开视图；

图4是本发明热交换器的横向剖开示意图；

图5是本发明热交换器的上端剖开示意图；

图6是本发明热交换器箱体的纵向剖开视图；

图7是本发明热交换器箱体的上端剖开示意图；

图中，1箱体、11上隔板、111通孔、12下隔板、13进口、14出口、15进水端、16出水端、17螺旋翅、2冷媒管、21弧形翅、3水泵Ⅰ、4水泵Ⅱ。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明包括热交换器、循环水箱、储水箱、水泵Ⅰ3、水泵Ⅱ4、电磁阀Y、三通阀Y1、三通阀Y2和控制器。

所述循环水箱内设置有液位传感器和第一温度传感器，所述液位传感器和第一温度传感器分别与所述控制器连接，控制器分别通过驱动电路驱动电磁阀Y和水泵Ⅱ4工作，对于电磁阀Y驱动电路和水泵驱动电路，它们可以采用继电器驱动，这些驱动电路均属于本领域技术人员的公知常识，在这里不再赘述。所述循环水箱通过水泵Ⅰ3与所述热交换器第二腔体的进水端贯通连接，第二腔体的出水端与循环水箱贯通连接，水泵Ⅰ3通过空调控制器控制启停，空调控制器通过控制执行元件(一般为继电器)来控制水泵Ⅰ3的电源，当空调产生高压报警后，空调控制器同时触发控制水泵Ⅰ3的执行元件。所述循环水箱还通过水泵Ⅱ4与储水箱贯通连接。

控制器根据水箱内的水位控制电磁阀Y的导通关断，对循环水箱补水。当循环水箱内的水长时间在热交换器内循环升温后，达到一定温度，控制器控制水泵Ⅱ4工作，将水抽入储水箱。为了能使经过热交换的水保持水温，以便后续用户洗漱用，所述储水箱为保温储水箱。

为了能使该装置在冬季是也能够提高冷媒管的热交换效率，所述循环水箱的出水端和水泵Ⅰ进水端之间通过所述三通阀Y1的A端口和B端口连通，所述储水箱的出水端和水泵Ⅰ3进水端之间通过所述三通阀Y1的A端口和C端口连通；所述热交换器的出水端和循环水箱的回水端通过电磁阀Y2的A端口和B端口连通，所述热交换器的出水端和储水箱的回水端通过电磁阀Y2的A端口和C端口连通。优选的，三通阀Y1和三通阀Y2均为电磁三通阀，它们分别与空调控制器控制连接，对于空调控制器控制电磁阀的技术，它与空调控制器控制四通阀的原理相同，是本领域技术人员的公知常识，在这里不再赘述。在空调制冷状态时三通阀Y1和三通阀Y2的A端口和B端口导通，这时，循环水箱和热交换器的回路导通，储水箱与热交换器的回路关断。在空调制热状态时三通阀Y1和三通阀Y2的A端口和C端口导通，这时，储水箱与热交换器的回路导通，循环水箱和热交换器的回路关断。当然，三通阀Y1和三通阀Y2也可以采用手动三通阀。在冬季制热模式下，水泵Ⅰ3需要用遥控器控制启动，遥控器控制启动的原理属于本领域技术人员的公知技术，遥控器给空调控制器一个触发信号，空调控制器通过控制继电器从而控制水泵Ⅰ3的工作。

进一步的，所述储水箱内设置有电加热管和第二温度传感器，所述第二温度传感器与所述控制器连接，当第二温度传感器检测的温度低于设定值后，控制器控制电加热管工作。优选的，如果所述储水箱为太阳能热水器，则可利用太阳能对水加热，减小了电能消耗。

如图2至图7所示，热交换器包括圆筒形箱体1和若干(图中采用了七根，冷媒管可根据情况设置根数，一根也可，多根产生的效果更好)螺旋状冷媒管2，所述箱体1内设置有上隔板11和下隔板12，所述上隔板11和下隔板12将箱体1分割成从上到下的第一腔体、第二腔体和第三腔体。在所述第一腔体上端设置有进口13，在所述第三腔体的下端设置有出口14。所述热交换器通过所述第一腔体的进口13和第三腔体上的出口14串接在室外机的高压管路上，高压管路内的冷媒剂从进口13进入，出口14出。在安装热交换器的时候，将高压管路切断，然后与热交换器的进口13和出口14焊接即可。

在所述上隔板11和下隔板12上设置一一对应的且呈圆形排布的若干通孔，上隔板11上的通孔111如图5所示，采用七个通孔，下隔板12上的通孔设置方式与上隔板11上的一致。每一所述冷媒管2的上下两端分别焊接在上隔板11和下隔板12相对的所述通孔上，所有的冷媒管形成与所述箱体1同轴的圆柱形冷媒管组(图4中由七根冷媒管2组成)。

在所述第二腔体的上端，沿所述箱体1的切线方向设置有一个出水端16；在所述第二腔体的下端，沿所述箱体1的切线方向设置有一个进水端15，这样，进水端15和出水端16的设置方向保证了第二腔体内的水从下往上流，与冷媒管内的冷媒剂流向相反，提高了热交换效率。沿所述箱体1内侧壁上设置有螺旋翅17，所述螺旋翅17起始于所述出水端16，终止于所述进水端15，螺旋翅17的作用是导流，它可以使整个箱体1内的水形成一个螺旋状水柱，整体高速运动，解决了现有技术方案中箱体内的水流动慢导致散热效果差的问题，使散热效率提高至少百分之十五。为了进一步提高散热效率和增强对水的导流效果，在所述冷媒管组外侧与所述螺旋翅17相对的冷媒管2上设置有弧形翅21，弧形翅21既是冷媒管2的散热片，又是水流导流片。当然，在所述冷媒管2上的其它部位还可以设置仅用于散热的散热片。

如图2、3和6中所示，为了方便箱体1的进口13和出口14方便与室外机的高压管路连接，所述箱体1的上下两端分别向箱体1的中心轴方向收缩。当然，箱体1的上下两端也可以设计成平面。

为了可以实现水循环的手动控制，所述水泵Ⅰ设置有一个手动开关，如果控制水泵Ⅰ的执行元件为继电器，则手动开关与继电器串接在水泵Ⅰ电源线路中的触点并联。

本发明的工作原理是：通过在空调室外机高压管路上串接热交换器，在热交换器内通水循环，与冷媒管进行热交换。基于热交换器箱体的特殊结构，可以使箱体内的水呈螺旋状流动，可带动整个箱体内的水快速流动循环，大大提高了散热效率，冷媒管采用多个并联方式，提高了冷媒剂与水的接触面积，并在冷媒管组外侧的冷媒管上设置与螺旋翅相对的弧形翅，不仅作为散热翅或吸热翅，还作为水流导向板，从而达到非常好的降温效果。

在夏季制冷模式下，循环水箱内通入自来水，在热交换器内进行循环，同时，进行热交换的水达到一定温度后存储在储水箱中。控制热交换器水循环的水泵Ⅰ由空调控制器控制，当空调产生高压报警后空调控制器控制水泵Ⅰ3工作，当水箱内的水温达到设定值后，控制器控制水泵Ⅱ4工作，将水注入储水箱内，水箱内的液位传感器检测到水位较低后，控制器控制电磁阀Y工作，同时关闭水泵Ⅱ4。储水箱连接到生活用水管路上，作为洗漱用水等。

在冬季制热模式下，需要通过遥控器手动启动水泵Ⅰ3，三通阀Y1和三通阀Y2的AB端均导通，这时，循环水箱和热交换器的回路导通，储水箱与热交换器的回路关断，由储水箱和热交换器组成水循环回路，热水帮助热交换器内的冷媒管制热。

以上所述结合附图对本发明的优选实施方式和实施例作了详述，但是本发明并不局限于上述实施方式和实施例，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，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 (6)

1.一种机房精密空调辅助散热装置，其特征在于，包括热交换器、循环水箱、储水箱、水泵Ⅰ、水泵Ⅱ、电磁阀Y、三通阀Y1、三通阀Y2和控制器，

所述热交换器包括圆筒形箱体和若干螺旋状冷媒管，所述箱体内设置有上隔板和下隔板，所述上隔板和下隔板将箱体分割成从上到下的第一腔体、第二腔体和第三腔体；在所述第一腔体上端设置有进口，在所述第三腔体的下端设置有出口；所述热交换器通过所述第一腔体的进口和第三腔体上的出口串接在室外机的高压管路上；

在所述上隔板和下隔板上设置一一对应的且呈圆形排布的若干通孔，每一所述冷媒管的上下两端分别连接在上隔板和下隔板相对的所述通孔上，形成与所述箱体同轴的圆柱形冷媒管组；

在所述第二腔体的上端，沿所述箱体的切线方向设置有一个出水端；在所述第二腔体的下端，沿所述箱体的切线方向设置有一个进水端；沿所述箱体内侧壁上设置有螺旋翅，所述螺旋翅起始于所述进水端，终止于所述出水端；在所述冷媒管组外侧与所述螺旋翅相对的冷媒管上设置有弧形翅；

所述循环水箱内设置有液位传感器和第一温度传感器，所述液位传感器和第一温度传感器分别与所述控制器连接，控制器分别通过驱动电路驱动电磁阀Y和水泵Ⅱ工作；所述循环水箱通过水泵Ⅰ与所述热交换器第二腔体的进水端贯通连接，第二腔体的出水端与循环水箱贯通连接，水泵Ⅰ通过空调控制器控制启停；所述循环水箱还通过水泵Ⅱ与储水箱贯通连接；

所述循环水箱的出水端和水泵Ⅰ进水端之间通过所述三通阀Y1的A端口和B端口连通，所述储水箱的出水端和水泵Ⅰ进水端之间通过所述三通阀Y1的A端口和C端口连通；所述热交换器的出水端和循环水箱的回水端通过电磁阀Y2的A端口和B端口连通，所述热交换器的出水端和储水箱的回水端通过电磁阀Y2的A端口和C端口连通；所述储水箱内设置有电加热管和第二温度传感器，所述第二温度传感器与所述控制器连接，所述控制器根据第二温度传感器的温度值控制所述电加热管工作。

2.根据权利要求1所述的一种机房精密空调辅助散热装置，其特征在于，所述储水箱为保温储水箱。

3.根据权利要求1所述的一种机房精密空调辅助散热装置，其特征在于，所述水泵Ⅰ设置有一个手动开关。

4.根据权利要求1所述的一种机房精密空调辅助散热装置，其特征在于，所述箱体的上下两端分别向箱体的中心轴方向收缩。

5.根据权利要求1所述的一种机房精密空调辅助散热装置，其特征在于，所述储水箱为太阳能热水器。

6.根据权利要求1所述的一种机房精密空调辅助散热装置，其特征在于，所述三通阀Y1和三通阀Y2均为电磁三通阀，它们分别与空调控制器控制连接，在空调制冷状态时三通阀Y1和三通阀Y2的A端口和B端口导通，在空调制热状态时三通阀Y1和三通阀Y2的A端口和C端口导通。