CN104896638B - 一种自排热机柜空调系统及其控制方法 - Google Patents

一种自排热机柜空调系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自排热机柜空调系统及其控制方法，系统包括制冷系统和控制系统；所述制冷系统包括依次串联形成密闭的冷却回路的蒸发器、压缩机、冷凝器和节流装置；制冷系统面向室外空气的一侧设有风口；蒸发器和机柜的进风口之间设有送风机；蒸发器与送风机之间的进风管道上设有风阀；风阀位于所述风口处，用于实现制冷工况和强制通风工况下空气流道的切换。控制系统包括两个温度传感器和一个逻辑控制电路，两个温度传感器分别安装在机柜的内部和室外；两个温度传感器的信号输出端分别与逻辑控制电路的两个信号输入端相连；逻辑控制电路的信号输出端与风阀的控制端相连。本发明能降低机房制冷设备的能耗。

Description

一种自排热机柜空调系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种自排热机柜空调系统及其控制方法，属空调工程技术领域。
背景技术
随着中国通信事业的飞速发展和通信网络规模的不断扩大，通信企业的用电成本也在不断地上涨。其通信机房的空调用电占其机房环境用电的50％左右。要求大量的使用空调设备，从而才能有力地保障了通信设备的正常运行，因此空调设备成为通信企业主要的耗电设备。所以，从实际的情况看来，通信机房环境节能具有很大的潜力。
目前，机房常用的制冷系统在市电断电时无法运行，导致机柜内温度急剧上升，严重影响通信网络的运行。此外，常用的制冷系统针对机房大空间环境制冷，以通过降低机房环境空气的温度从而降低电子设备的温度，造成不必要的冷量浪费；在处理电子设备散热量的同时，还需要去除机房围护结构的得热量，增大了机房制冷设备的能耗。
从上述内容可知，现有的机房制冷技术在市电断电时无法运行，不能满足应急制冷的需求，且能耗较高，造成不必要的能量浪费。
发明内容
本发明所解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提出了一种自排热机柜空调系统及其控制方法，能降低机房制冷设备的能耗。
本发明的技术方案为：
一种自排热机柜空调系统，包括制冷系统和控制系统；
所述制冷系统包括蒸发器9、压缩机10、冷凝器11和节流装置；
所述制冷系统面向室外空气的一侧设有风口；
所述蒸发器9、压缩机10、冷凝器11和节流装置依次串联形成密闭的冷却回路，用于实现制冷工况的运行；
【制冷工况的运行方式为：液态制冷剂在蒸发器内吸收电子设备散发的热量蒸发，蒸发后的制冷剂在压缩机内压缩后进入冷凝器，冷凝器内的高温高压制冷剂经室外空气降温后进入节流装置，制冷剂在节能装置后出来后变为低温低压液态制冷剂，进入蒸发器，完整制冷循环；机柜内的热空气在蒸发器侧释放热量降温后回到机柜内。】
所述蒸发器9和机柜的进风口之间设有送风机8，用于将制冷系统处理后的冷空气送入机柜内部；
所述蒸发器9与送风机8之间的进风管道上设有风阀13，且风阀设于所述风口处；【风阀用于实现制冷工况和强制通风工况下空气流道的切换；制冷工况下，风阀关闭，蒸发器9 与送风机8之间的进风管道导通，机柜内的回风经过制冷系统降温后经送风机送入机柜内部；强制通风工况下，风阀开启，风口与送风机8之间的进风管道导通，室外的空气经风口和送风机送入机柜内部】
所述冷凝器11一侧安装有排风机12，用于强化室外空气和冷凝器的换热；
所述的控制系统包括两个温度传感器和一个逻辑控制电路，两个温度传感器分别安装在机柜的内部和室外，分别用于测量机柜内的温度和室外的温度；两个温度传感器的信号输出端分别与逻辑控制电路的两个信号输入端相连；逻辑控制电路的信号输出端与风阀的控制端相连。【逻辑控制电路用于根据两个温度传感器的测量值调整风阀的叶片位置，完成制冷工况和强制通风工况的切换】。
所述制冷系统分为蒸发段和冷凝段；
所述蒸发段中设有送风机8和蒸发器9；
所述冷凝段中设有压缩机10、冷凝器11、排风机12和节流装置；
蒸发段和冷凝段呈上下排列结构设置于机柜侧面，冷凝段的正下方设有机柜的蓄电池段 6；
蒸发段上设有与室外空气相通的蒸发段风口2；所述风阀位于蒸发段风口2处；
冷凝段上设有与室外空气相通的冷凝段进风口4和冷凝段出风口5。
所述的送风机8为贯 流风机 、离心风机或轴流风机。
所述的蒸发器9为微通道结构或铜管铝箔结构的蒸发器。
所述的冷凝器11为微通道结构或铜管铝箔结构的冷凝器。
所述的排风机12为贯 流风机 、离心风机或轴流风机。
所述的节流装置为毛细管、热力膨胀阀或电子膨胀阀。
所述的风阀13由电机驱动，电机受控于逻辑控制电路，逻辑控制电路根据两个温度传感器的测量值控制电机切换风阀的叶片的位置；
当机柜内的温度不高于预设值时，控制自排热机柜空调系统工作在制冷工况下，风阀关闭，蒸发器9与送风机8之间的进风管道导通，机柜内的回风经过制冷系统降温后经送风机送入机柜内部；
当机柜内的温度高于预设值，且室外的温度低于室内温度时，控制自排热机柜空调系统工作在强制通风工况下，即通过逻辑控制电路调整风阀的叶片位置，使风口与送风机8之间的进风管道导通，室外的空气经风口和送风机送入机柜内部。
一种自排热机柜空调系统的控制方法，采用上述的自排热机柜空调系统，控制方法为：
通过两个温度传感器监测机柜内的温度和室外的温度；
当机柜内的温度不高于预设值时，控制自排热机柜空调系统工作在制冷工况下，风阀关闭，蒸发器9与送风机8之间的进风管道导通，机柜内的回风经过制冷系统降温后经送风机送入机柜内部；当机柜内的温度高于预设值，且室外的温度低于室内温度时，控制自排热机柜空调系统工作在强制通风工况下，即通过逻辑控制电路调整风阀的叶片位置，使风口与送风机8之间的进风管道导通，室外的空气经风口和送风机送入机柜内部。
所述预设值为40℃。
有益效果：
本发明与现有的技术相比，具有显著的节能效果。本发明直接针对通信机柜内发热电子设备降温，将制冷系统产生的冷空气直接送入电子设备表面，快速高效地带走电子设备的发热量，保证通信网络的安全稳定运行,不处理机房围护结构的得热量，减小制冷系统的负荷，降低制冷的能耗；此外，该空调系统在传统制冷系统的基础上增加应急制冷需求，该系统在市电停电或制冷设备故障时对通信机柜进行进行强制排风，保证通信机柜内的应急通信要求，在一定时间内满足通信网络的安全运行，保障应急通信安全。
附图说明
图1为自排热机柜示意图；
图2为自排热机柜空调系统示意图；
图3为自排热机柜空调蒸发段示意图1(风阀处于关闭状态)；
图4为自排热机柜空调蒸发段示意图2(风阀处于开启状态)；
附图标记说明：
1—蒸发段、2—蒸发段风口、3—冷凝段、4—冷凝段进风口、5—冷凝段风出口、6—蓄电池段、7—机柜、8—送风机、9—蒸发器；10—压缩机、11—冷凝器、12—排风机、13—风阀。
具体实施方式
为了使本发明的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述该发明的工作原理。
实施例1：
参见图1--图4，本发明提供了一种自排热机柜空调系统，包括制冷系统和控制系统；
所述制冷系统包括蒸发器9、压缩机10、冷凝器11和节流装置；
所述制冷系统面向室外空气的一侧设有风口；
所述蒸发器9、压缩机10、冷凝器11和节流装置依次串联形成密闭的冷却回路，用于实现制冷工况的运行；
【制冷工况的运行方式为：液态制冷剂在蒸发器内吸收电子设备散发的热量蒸发，蒸发后的制冷剂在压缩机内压缩后进入冷凝器，冷凝器内的高温高压制冷剂经室外空气降温后进入节流装置，制冷剂在节能装置后出来后变为低温低压液态制冷剂，进入蒸发器，完整制冷循环；机柜内的热空气在蒸发器侧释放热量降温后回到机柜内。】
所述蒸发器9和机柜的进风口之间设有送风机8，用于将制冷系统处理后的冷空气送入机柜内部；
所述蒸发器9与送风机8之间的进风管道上设有风阀13，且风阀设于所述风口处；【风阀用于实现制冷工况和强制通风工况下空气流道的切换；制冷工况下，风阀关闭，蒸发器9 与送风机8之间的进风管道导通，机柜内的回风经过制冷系统降温后经送风机送入机柜内部；强制通风工况下，风阀开启，风口与送风机8之间的进风管道导通，室外的空气经风口和送风机送入机柜内部】
所述冷凝器11一侧安装有排风机12，用于强化室外空气和冷凝器的换热；
所述的控制系统包括两个温度传感器和一个逻辑控制电路，两个温度传感器分别安装在机柜的内部和室外，分别用于测量机柜内的温度和室外的温度；两个温度传感器的信号输出端分别与逻辑控制电路的两个信号输入端相连；逻辑控制电路的信号输出端与风阀的控制端相连。【逻辑控制电路用于根据两个温度传感器的测量值调整风阀的叶片位置，完成制冷工况和强制通风工况的切换】。
所述制冷系统分为蒸发段和冷凝段；
所述蒸发段中设有送风机8和蒸发器9；
所述冷凝段中设有压缩机10、冷凝器11、排风机12和节流装置；
蒸发段和冷凝段呈上下排列结构设置于机柜侧面，冷凝段的正下方设有机柜的蓄电池段6；
蒸发段上设有与室外空气相通的蒸发段风口2；所述风阀位于蒸发段风口2处；
冷凝段上设有与室外空气相通的冷凝段进风口4和冷凝段出风口5。
所述的送风机8为贯 流风机 、离心风机或轴流风机。
所述的蒸发器9为微通道结构或铜管铝箔结构的蒸发器。
所述的冷凝器11为微通道结构或铜管铝箔结构的冷凝器。
所述的排风机12为贯 流风机 、离心风机或轴流风机。
所述的节流装置为毛细管、热力膨胀阀或电子膨胀阀。
所述的风阀13由电机驱动，电机受控于逻辑控制电路，逻辑控制电路根据两个温度传感器的测量值控制电机切换风阀的叶片的位置；
当机柜内的温度不高于预设值时，控制自排热机柜空调系统工作在制冷工况下，风阀关闭，蒸发器9与送风机8之间的进风管道导通，机柜内的回风经过制冷系统降温后经送风机送入机柜内部；
当机柜内的温度高于预设值，且室外的温度低于室内温度时，控制自排热机柜空调系统工作在强制通风工况下，即通过逻辑控制电路调整风阀的叶片位置，使风口与送风机8之间的进风管道导通，室外的空气经风口和送风机送入机柜内部。
本发明还提供了一种自排热机柜空调系统的控制方法，采用上述的自排热机柜空调系统，控制方法为：
通过两个温度传感器监测机柜内的温度和室外的温度；
当机柜内的温度不高于预设值时，控制自排热机柜空调系统工作在制冷工况下，风阀关闭，蒸发器9与送风机8之间的进风管道导通，机柜内的回风经过制冷系统降温后经送风机送入机柜内部；当机柜内的温度高于预设值，且室外的温度低于室内温度时，控制自排热机柜空调系统工作在强制通风工况下，即通过逻辑控制电路调整风阀的叶片位置，使风口与送风机8之间的进风管道导通，室外的空气经风口和送风机送入机柜内部。
所述预设值为40℃。
所述的机柜7和其他机柜之间采用组合式结构，可根据机房内机柜的数量和位置进行灵活调整。
本发明直接针对发热电子设备进行制冷降温，直接将冷空气送入发热电子设备的表面，高效快速地带走电子设备的发热量，无需处理围护结构的得热量，降低制冷设备的负荷，减少制冷能耗；此外，该系统增加应急制冷的功能，制冷设备停止运行时启动强制通风功能，在一定时间内满足电子设备的通信要求。
本发明的工作工况分为两种工况运行，分别为制冷工况和强制通风工况。
制冷工况：采用蒸汽压缩式制冷方式，液态制冷剂在蒸发器内吸收电子设备散发的热量蒸发，蒸发后的制冷剂在压缩机内压缩后进入冷凝器，冷凝器内的高温高压制冷剂经室外空气降温后进入节流装置，制冷剂在节能装置后出来后变为低温低压液态制冷剂，进入蒸发器，完整制冷循环；机柜内的热空气在蒸发器侧释放热量降温后回到机柜内，在电子设备间循环，带走电子设备运行散发的热量，降低机柜内温度。
强制通风工况：市电停电或设备故障等因素引起的机柜内温度高于预设值(40℃)时，控制系统调节风阀的叶片位置启动该工况对机柜进行强制通风，保证应急通信的要求。
该空调系统正常运行时，风阀位置位于图3中的竖直状态(关闭状态)，由制冷系统提供冷量，即机柜内的回风经过蒸发段中的蒸发器9降温后由送风机8送回到机柜内；当市政停电或其他原因引起机柜内温度高于预设值(40℃)时，风阀由图3中的竖直状态切换至图4 中的水平状态(开启状态)，经蒸发段风口2引入机柜外的空气，通过送风机8送到机柜内，同时机柜内的高温空气由蒸发段风口2排出，实现机柜内的强制通风排热。
本发明直接针对电子散热设备进行制冷降温，采用蒸发式制冷方式，降低机柜内的温度；降温后的冷空气直接送入发热电子设备的表面，高效快速地带走电子设备的散热量，无需处理机房围护结构的得热量，降低制冷设备的负荷，减少制冷能耗；此外，该空调系统在传统制冷系统的基础上增加应急制冷需求，当市电断电或制冷设备故障时对通信机柜进行强制通风，在一定时间内满足通信设备的安全运行，保障应急通信安全。

Claims (9)

1.一种自排热机柜空调系统，其特征在于，包括制冷系统和控制系统；
所述制冷系统包括蒸发器(9)、压缩机(10)、冷凝器(11)和节流装置；
所述制冷系统面向室外空气的一侧设有风口；
所述蒸发器(9)、压缩机(10)、冷凝器(11)和节流装置依次串联形成密闭的冷却回路，用于实现制冷工况的运行；
所述蒸发器(9)和机柜的进风口之间设有送风机(8)，用于将制冷系统处理后的冷空气送入机柜内部；
所述蒸发器(9)与送风机(8)之间的进风管道上设有风阀(13)，且风阀设于所述风口处；
所述冷凝器(11)一侧安装有排风机(12)，用于强化室外空气和冷凝器的换热；
所述的控制系统包括两个温度传感器和一个逻辑控制电路，两个温度传感器分别安装在机柜的内部和室外，分别用于测量机柜内的温度和室外的温度；两个温度传感器的信号输出端分别与逻辑控制电路的两个信号输入端相连；逻辑控制电路的信号输出端与风阀的控制端相连；
所述制冷系统分为蒸发段和冷凝段；
所述蒸发段中设有送风机(8)和蒸发器(9)；
所述冷凝段中设有压缩机(10)、冷凝器(11)、排风机(12)和节流装置；
蒸发段和冷凝段呈上下排列结构设置于机柜侧面，冷凝段的正下方设有机柜的蓄电池段(6)；
蒸发段上设有与室外空气相通的蒸发段风口(2)；所述风阀位于蒸发段风口(2)处；
冷凝段上设有与室外空气相通的冷凝段进风口(4)和冷凝段出风口(5)。
2.根据权利要求1所述的一种自排热机柜空调系统，其特征在于，所述的送风机(8)为贯 流风机、离心风机或轴流风机。
3.根据权利要求1所述的一种自排热机柜空调系统，其特征在于，所述的蒸发器(9)为微通道结构或铜管铝箔结构的蒸发器。
4.根据权利要求1所述的一种自排热机柜空调系统，其特征在于，所述的冷凝器(11)为微通道结构或铜管铝箔结构的冷凝器。
5.根据权利要求1所述的一种自排热机柜空调系统，其特征在于，所述的排风机(12)为贯 流风机、离心风机或轴流风机。
6.根据权利要求1所述的一种自排热机柜空调系统，其特征在于，所述的节流装置为毛细管、热力膨胀阀或电子膨胀阀。
7.根据权利要求1所述的一种自排热机柜空调系统，其特征在于，所述的风阀(13)由电机驱动，电机受控于逻辑控制电路，逻辑控制电路根据两个温度传感器的测量值控制电机切换风阀的叶片的位置；
当机柜内的温度不高于预设值时，控制自排热机柜空调系统工作在制冷工况下，风阀关闭，蒸发器(9)与送风机(8)之间的进风管道导通，机柜内的回风经过制冷系统降温后经送风机送入机柜内部；
当机柜内的温度高于预设值，且室外的温度低于室内温度时，控制自排热机柜空调系统工作在强制通风工况下，即通过逻辑控制电路调整风阀的叶片位置，使风口与送风机(8)之间的进风管道导通，室外的空气经风口和送风机送入机柜内部。
8.一种自排热机柜空调系统的控制方法，其特征在于，采用权利要求1～7中任一项所述的自排热机柜空调系统，控制方法为：
通过两个温度传感器监测机柜内的温度和室外的温度；
当机柜内的温度不高于预设值时，控制自排热机柜空调系统工作在制冷工况下，风阀关闭，蒸发器(9)与送风机(8)之间的进风管道导通，机柜内的回风经过制冷系统降温后经送风机送入机柜内部；当机柜内的温度高于预设值，且室外的温度低于室内温度时，控制自排热机柜空调系统工作在强制通风工况下，即通过逻辑控制电路调整风阀的叶片位置，使风口与送风机(8)之间的进风管道导通，室外的空气经风口和送风机送入机柜内部。
9.根据权利要求8所述的一种自排热机柜空调系统的控制方法，其特征在于，所述预设值为40℃。
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