CN105135549A - 一种带自然冷却的置地式多联精密空调 - Google Patents

一种带自然冷却的置地式多联精密空调 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带自然冷却的置地式多联精密空调，包括空调系统，所述空调系统又包括压缩机组件、室内机组件、储液罐、室外机组件和冷媒分配单元；所述储液罐和冷媒分配单元之间设有自然冷却系统；所述自然冷却系统包括控制阀组件和制冷剂泵，且所述自然冷却系统还分别与所述空调系统的室内机组件、室外机组件和循环管路连接利用自然冷源制冷。采用本发明能够在室外环境温度较低的时候利用自然冷能为机柜数据中心提供冷量，同时停止压缩机系统的运行实现节能。此外采用快速接头连接空调各部分组件，将室内机可活动设置可实现快速搬运、安装及维护。

Description

一种带自然冷却的置地式多联精密空调
技术领域
本发明涉及用于数据中心的空调领域，尤其涉及的是一种带自然冷却的置地式多联精密空调。
背景技术
当前互联网、物联网和云计算高速发展，而数据中心是信息产业发展的基础，市场需求巨大，微模块数据中心是一种集成供电系统、制冷系统、机柜系统及管理系统的数据中心。
当前微模块数据中心的制冷解决方案，主要采用列间空调、模块顶置空调及房间级空调地板送风为主的制冷方式。列间空调设置在服务器机柜中间，冷热空气直接在机柜和空调之间以最短风道循环，列间空调直接对服务器进行降温，从而具有较高的制冷效率。房间级空调地板送风的制冷方式是通过高架地板把冷风送置IT设备附近出风口对服务器进行降温。模块顶置空调安装于机柜顶部。在数据中心制冷能耗中空调的能耗占了总能耗的40%多，占有相当大的比重，所以怎么降低空调能耗成为了急需解决的问题。
以上空调设备均存在不同程度的缺点，如采用列间空调，存在以下缺点：（1）空调与机柜并柜后，空调无法实现外拉维护，维护空间非常小、安装难度大；（2）每台空调制冷系统相互独立，若干台的配置制冷管道多，工程复杂，施工安装效率低；（3）列间空调的控制系统相互独立，数据中心内的若干台空调不能进行有效的统一管理调度，容易引起相邻空调的竞争运行，浪费巨大的能耗，且容易引起机房内的温湿度波动。
采用模块顶置空调，空调设置在机柜顶部，位置较高，存在空调冷凝水泄露损害数据中心设备的风险；且安装机柜顶部，体积及空间均受限，送风方式单一，空调各部件维护困难。
采用房间级空调地板送风制冷方式，因空调主机远置，需配置功率较大的风机送风，能耗高、制冷效率偏低，送风距离远，无法实现精确送风，不能满足高热密度机柜的应用，使用范围受限。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种带自然冷却的置地式多联精密空调，利用自然冷源降低冷媒温度，减少空调压缩机运行时间从而降低空调的能耗。
本发明的技术方案如下：
一种带自然冷却的置地式多联精密空调，其特征在于，包括空调系统，所述空调系统又包括压缩机组件、室内机组件、储液罐、室外机组件和冷媒分配单元；所述储液罐和冷媒分配单元之间设有自然冷却系统；
所述自然冷却系统包括控制阀组件和制冷剂泵，且所述自然冷却系统还分别与所述空调系统的室内机组件、室外机组件和循环管路连接利用自然冷源制冷。
所述的带自然冷却的置地式多联精密空调，其中，所述控制阀组件包括串联设置的第一通断控制电磁阀和第一流向控制单向阀，分别与所述第一通断控制电磁阀和第一流向控制单向阀并联的第二通断控制电磁阀和第二流向控制单向阀。
所述的带自然冷却的置地式多联精密空调，其中，还包括分别与所述空调系统和所述自然冷却系统连接的控制装置和机械后备控制系统。
所述的带自然冷却的置地式多联精密空调，其中，所述室外机组件包括相互连接的室外风机和冷凝器，所述冷凝器与所述自然冷却系统之间连接的循环管路上依次设有单向阀、储液罐和供液过滤器。
所述的带自然冷却的置地式多联精密空调，其中，所述室内机组件包括室内机、节流元件和室内风机，其中所述节流元件通过快速接头与冷媒分配单元连接。
所述的带自然冷却的置地式多联精密空调，其中，所述冷媒分配单元连接端设有金属软管，所述金属软管端部设有快速接头。
所述的带自然冷却的置地式多联精密空调，其中，所述室内机组件通过气液分离器与所述室外机组件连接，所述气液分离器与所述室外机组件之间还设有第三流向控制阀和第三通断控制电磁阀。
所述的带自然冷却的置地式多联精密空调，其中，所述室内机底部设有支撑底座，且所述室内机可在所述支撑底座上移动或锁定。
所述的带自然冷却的置地式多联精密空调，其中，所述室内机与风机模块通过正装或侧装组成室内风机模块。
本发明所提供的带自然冷却的置地式多联精密空调，由于采用了自然冷却系统通过变换冷媒流向，能够在室外环境温度较低的时候利用自然冷能为机柜数据中心提供冷量，同时停止压缩机系统的运行实现节能。此外采用快速接头连接空调各部分组件，将室内机可活动设置可实现快速搬运、安装及维护。
附图说明
图1是本发明中带自然冷却的置地式多联精密空调的结构示意图。
图2是本发明中带自然冷却的置地式多联精密空调的室外机结构示意图。
图3是本发明中微模块数据中心的结构示意图。
图4是本发明中室内机与风机模块侧装的示意图。
图5是本发明中室内机与风机模块正装的示意图。
图6是本发明中风机模块的侧装结构示意图。
图7是本发明中风机模块的正装结构示意图。
图中：1/6、单向阀；2、压缩机；3、油分离器；4、供液过滤器；5、储液罐；7、室外风机；8、冷凝器；9、第三流向控制单向阀；10、第三通断控制电磁阀；11、气液分离器；12、第一流向控制单向阀；13、第一通断控制电磁阀；14、第二通断控制电磁阀；15、制冷剂泵；16、第二流向控制单向阀；17、冷媒分配单元；18、金属软管；19、快速接头；20、室内风机；21、蒸发器；22、室内机；23、节流元件；24、室外机；25、电磁阀；26、支撑底座；27、开孔地板；28、空调室内机回风口；29、空调室内机出风口；30、风机模块；31、室外机换热器；32、吸气过滤器。
具体实施方式
本发明提供一种带自然冷却的置地式多联精密空调，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请结合图1至图3所示，本发明提供的带自然冷却的置地式多联精密空调，包括空调系统，所述空调系统又包括压缩机2组件、室内机组件、储液罐5、室外机组件和冷媒分配单元17。完整的空调系统可独立完成对数据中心机柜供冷的任务，但长时间使用空调系统将会降低空调系统的寿命和消耗巨大的能耗。所述储液罐5和冷媒分配单元17之间设有自然冷却系统，该自然冷却系统结合空调系统结构装置用于利用室外环境中的冷源为数据中心提供冷能，具体的，本发明通过自然冷却系统与空调压缩机2系统共用室内风机20、室外风机7、共用蒸发器21与冷凝器8、共用循环管路的方式来实现利用室外冷源为数据中心降温，使整个冷却机系统结构布局紧凑，优化管路制冷高效。其中的室外机组件还包括有设置在室外风机下的室外机交换器31，与气液分离器连接的吸气过滤器。
所述自然冷却系统包括控制阀组件和制冷剂泵15。控制阀组件用于切换冷媒流向的管路，当室外温度较高时控制阀组件将冷媒（即制冷剂）流向切换到空调系统的压缩机2中，由压缩机2压缩制冷剂后输送到室内机22为数据中心提供冷能；当室外温度较低时控制阀组件将制冷剂流向切换到自然冷却系统的储液罐5中，由制冷剂泵15提供动力将制冷剂输送至冷媒分配单元17，制冷剂经节流元件23节流降压后变为低温低压液态的制冷剂在蒸发器21中进行吸热蒸发，然后转入冷凝器8通过冷凝风机充分利用室外自然冷源进行冷却散热，散热后的制冷剂重新变为低温的制冷剂进入储液罐5中完成自然冷却系统的循环。
具体的，本发明中所述控制阀组件包括串联设置的第一通断控制电磁阀13和第一流向控制单向阀12，分别与所述第一通断控制电磁阀13和第一流向控制单向阀12并联的第二通断控制电磁阀14和第二流向控制单向阀16,具体如图1所示。由图可知，在室外温度较高、开启空调系统时，压缩机2提供循环动力，制冷剂泵15关闭。压缩机2压缩制冷剂为高温高压蒸汽制冷剂，该制冷剂通过单向阀流经油分离器3，进入室外冷凝器8，经过冷凝风机散热冷却后进入单向阀进入储液罐5，从储液罐5出来的的液态制冷剂经供液过滤器4。此时，第三通断控制电磁阀10和第二流向控制单向阀16关闭，电磁阀25关闭，第一通断控制电磁阀13与第一流向控制单向阀12开启此时压缩机2系统工作。制冷剂通过第一通断控制电磁阀13与第一流向控制单向阀12进入冷媒分配单元17，通过数据中心实际制冷需求，开启相应空调室内机22数量，经节流元件23节流降压，节流后的低温低压液态制冷剂在蒸发器21中进行吸热蒸发，低温低压气态制冷剂再次回到压缩机22回气端，完成压缩机2系统的循环。
在室外温度较低、开启自然冷却系统时，制冷剂泵15提供循环动力，压缩机2关闭，制冷剂泵15开启，第三通断控制电磁阀10和第一通断电磁阀13关闭，第二流向控制单向阀16、电磁阀25开启。储液罐5的低温液态制冷剂，经供液过滤器4，第一通断控制电磁阀12与第一流向控制单向阀13，进入冷源分配单元17，系统通过数据中心实际负载需求，开启相应空调室内机22数量，经节流元件23节流降压，节流后的低温低压液态冷媒在蒸发器21中进行吸热蒸发，低温低压气态冷媒流经气液分离器11，通过第三通断控制电磁阀10、第三流向控制单向阀进入冷凝器8，通过冷凝风机，充分利用室外自然冷源进行冷却散热，冷凝器8出来的液态冷媒进入储液罐5，完成自然冷却系统的循环。
上述具体实施例中第一通断控制电磁阀13、第二通断控制电磁阀14、第三通断控制电磁阀10均为现有技术中空调设备采用的电磁阀，而第一流向控制单向阀12、第二流向控制单向阀16、第三流向控制单向阀9为空调领域常用的单向阀。结合上述具体实施例可知，本发明通过所述自然冷却系统还分别与所述空调系统的室内机组件、室外机组件和循环管路连接利用自然冷源制冷，当然以上各连接方式采用循环管路相互连接的方式来实现，使整机系统紧凑高效，更加节能。
更具体的说，本发明还包括分别与所述空调系统和所述自然冷却系统连接的控制装置和机械后备控制系统。所述的主控制系统平时负责空调的正常制运行控制功能，当故障检测装置检测到主控制系统出现损坏时，激活主备切换装置，切换到后备控制系统;主控制系统正常运行时，对后备系统进行故障检测，检测到故障时，主控制系统会报警提示后备系统故障要求及时维护。具体可将空调室内机采用模块化安装方式，如图5所示，控制装置可根据温度检测装置如温度传感器检测数据中心不同区域的温度，然后根据不同区域温度大小不同控制不同的室内机启动，实现可根据现场实际应用需求选择合适的送风方式，以达到精密空调冷气的精确送风。控制单元设置有智能控制器、显示屏、电气元件及控制箱体；智能控制器，统一控制管理若干台室内机及室外机24的工作，保证模块化数据中心工作在合理的温湿度范围内；通过智能控制器来控制自然冷却系统与压缩机2系统，根据室外环境温度的变化，实现自然冷却系统与空调压缩机2系统自动切换运行。
所述室外机组件包括相互连接的室外风机7和冷凝器8，所述室外风机7鼓动气流利于空调冷热交替，所述冷凝器8与储液罐5连接。冷凝器8与所述自然冷却系统之间连接的循环管路上依次设有单向阀、储液罐5和供液过滤器4。其中冷凝器8与储液罐5之间的循环管路上设置的单向阀，该单向阀的好处在于当压缩机2停止运行时防止制冷剂回流。
进一步地，所述室内机组件包括室内机、节流元件23和室内风机20，其中所述节流元件23通过快速接头19与冷媒分配单元17连接。所述冷媒分配单元17连接端设有金属软管18，所述金属软管18端部设有快速接头19（本发明所述快速接头19为热插拔快速接头19）。可实现工程快速安装维护；当室内机故障时，可通过简便的拆除热插拔快速接头19。由于所述室内机底部设有支撑底座26，且所述室内机可在所述支撑底座26上移动或锁定，维修时把空调室内机从支撑底座26外部拉出，进行整机的维护或更换；
本发明中所述室内机组件通过气液分离器11与所述室外机组件连接，所述气液分离器11与所述室外机组件之间还设有第三流向控制阀和第三通断控制电磁阀。所述的第三流向控制阀9和第三通断控制电磁阀1也包括于本发明的自然冷却系统，与压缩机2系统共用室内外风机、共用蒸发器21与冷凝器8、共用循环管路的方式来实现，整机系统紧凑高效。
如图3所示，本发明空调系统放置于具有容置空间的支撑底座26中，支撑底座26上设有开孔地板27，空调室内机回风口28和空调室内机出风口29分别设置在数据中心机柜的两侧，有利于控制空调室内机根据不同温度情况开启不同的室内机，形成不同的冷风流向。
作为本发明的一个较佳实施例，还可以通过改变风机的安装方式来改变送风速度和送风距离。即室内机与风机模块通过正装或侧装组成室内机风机模块。如图4和图6所示，将空调室内机与风机模块通过模块化正装，采用模块化安装方式可实现空调的快速安装和快速维护的优点，且当风机模块正装时风机出风均匀、气流组织好。如图5和图7所示，将空调室内机与风机模块通过模块化侧装，而侧装时具有风机送风距离远、实现精确送风的优点。其中从图6和图7中可以看出风机模块由风机和机箱组成，正装和侧装时其结构不同，出风口宽度有区别，空调室内机回风口28和空调室内机出风口29设于室内机顶部，两侧可开送风孔。
结合上述实施例，将空调空调室内风机20采用模块化安装方式，可实现送风方式多样化；其全部组件均由工厂预制，且标配热插拔快速接头19，可实现快速安装及维护；精密空调整机可从数据中心机柜底部的机架中轻易拉出，实现外部的自由维护；配置更智能、更可靠的集中控制系统及机械后备控制系统，统一管理调度各台精密空调，维持数据中心稳定的温湿度范围，让制冷系统更高效、更节能、更可靠。微模块数据中心采用冷热通道隔离技术，数据中心设备全年运行，因制冷剂泵15消耗功率远小于压缩机2消耗功率，整机功率只有室内风机20与室外风机7以及制冷剂泵15功率，在制取相同冷量条件下，自然冷却系统能效比远高于压缩机2系统，节能效果显著。
将空调压缩机2系统与自然冷却系统结合，在室外环境温度较低的时候，自然冷却系统充分利用室外自然能源，减少了压缩机2的开启时间，延长了空调压缩机2设备的使用寿命，实现机柜数据中心节能运行。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，例如，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种带自然冷却的置地式多联精密空调，其特征在于，包括空调系统，所述空调系统又包括压缩机组件、室内机组件、储液罐、室外机组件和冷媒分配单元；所述储液罐和冷媒分配单元之间设有自然冷却系统；
所述自然冷却系统包括控制阀组件和制冷剂泵，且所述自然冷却系统还分别与所述空调系统的室内机组件、室外机组件和循环管路连接利用自然冷源制冷。
2.根据权利要求1所述的带自然冷却的置地式多联精密空调，其特征在于，所述控制阀组件包括串联设置的第一通断控制电磁阀和第一流向控制单向阀，分别与所述第一通断控制电磁阀和第一流向控制单向阀并联的第二通断控制电磁阀和第二流向控制单向阀。
3.根据权利要求1所述的带自然冷却的置地式多联精密空调，其特征在于，还包括分别与所述空调系统和所述自然冷却系统连接的控制装置和机械后备控制系统。
4.根据权利要求1所述的带自然冷却的置地式多联精密空调，其特征在于，所述室外机组件包括相互连接的室外风机和冷凝器，所述冷凝器与所述自然冷却系统之间连接的循环管路上依次设有单向阀、储液罐和供液过滤器。
5.根据权利要求1所述的带自然冷却的置地式多联精密空调，其特征在于，所述室内机组件包括室内机、节流元件和室内风机，其中所述节流元件通过快速接头与冷媒分配单元连接。
6.根据权利要求5所述的带自然冷却的置地式多联精密空调，其特征在于，所述冷媒分配单元连接端设有金属软管，所述金属软管端部设有快速接头。
7.根据权利要求1所述的带自然冷却的置地式多联精密空调，其特征在于，所述室内机组件通过气液分离器与所述室外机组件连接，所述气液分离器与所述室外机组件之间还设有第三流向控制阀和第三通断控制电磁阀。
8.根据权利要求5所述的带自然冷却的置地式多联精密空调，其特征在于，所述室内机底部设有支撑底座，且所述室内机可在所述支撑底座上移动或锁定。
9.根据权利要求5所述的带自然冷却的置地式多联精密空调，其特征在于，所述室内机与风机模块通过正装或侧装组成室内机风机模块。
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