CN105805838A - 全显热节能型机房/机柜专用精密空气调节器 - Google Patents

Abstract

本技术提供一种100%冷量全部用于降低机柜内空气的温度，同时全部是显热降温以避免机柜内部空气结露，运行更加节能、精密、可靠的全显热节能型机房/机柜专用精密空气调节器，它包括制冷系统和冷却系统，蒸发器有两路管道系统，一路管道系统中流动制冷剂，另一路管道系统中流动冷媒流体；流动制冷剂的管路系统与压缩机、膨胀阀及冷凝散热系统组成制冷系统；流动冷媒流体的管路系统与冷媒储液罐、冷媒流体循环泵及风机盘管冷却器组成冷却系统；制冷系统及冷却系统的冷媒储液罐、冷媒流体循环泵安装在被冷却空间外，风机盘管冷却器则安装在被冷却空间内；系统运行时冷媒流体的温度始终不低于被冷却空间内空气露点温度。

Description

全显热节能型机房/机柜专用精密空气调节器

技术领域

本技术涉及一种空气调节器，具体地说，是对屏蔽机柜、服务器机柜、UPS机柜、综合布线机柜、计算机数据处理房等内部安装有电气设备的机柜或者机房（被冷却空间）内的空气进行精密、节能、高效的温度调节的全显热节能型机房/机柜专用精密空气调节器。

背景技术

计算机数据处理机柜一般放置在一个专门的房间内。计算机数据处理机柜内的服务器、CPU、硬盘、电源等电气元件在工作时温度较高。为了对机柜内空气、电气元件散热，常用的方法是在专门的房间内安装计算机数据处理机房专用精密空调，即计算机数据处理机柜将自身的热量散至房间内，再由房间的机房专用精密空调将热量带走，通过降低整个房间空间的温度以达到降低每个计算机数据处理机柜的温度，但房间空间比较大需要的冷量比较大，对于一些高热密度的计算机数据处理机柜来说可能房间需要的实际冷量要比计算机数据处理机柜需求冷量要大好多倍，这样就会使空调的实际使用率大大降低，也就是非常的耗能，而且机房专用精密空调一般体积比较大，大大的占用了机房内的有效使用面积。

随着技术的更新，又出现了列间（行级）精密空调，其通常布置在每排机柜侧边或机柜中间，紧靠机柜安装，虽然在能量的利用率上有所提高，采用在计算机数据处理机柜前后形成冷热通道，使空调能量的利用率达到80%，因为其冷热通道在计算机数据处理机柜外面占用较大的空间形成，同时冷热通道由于空间大本身对外就会有较多能量的损失，若处理不好经常还会有外表面结露现象。

目前行业内也有机柜专用空调，其采用直接蒸发式制冷方式，能量利用率虽然较高，但显热比不能达到100%，一般最大只能达到80-90%左右，这样可能会使机柜内温度低于机器露点温度，从而产生凝露现象，而机柜内均为电子元件，如果有凝露将会造成电气元件的损坏、漏电等问题；另外这类机柜专用空调一般安装在机柜侧门位置上，在使用时机柜内气流组织非常容易形成冷热通道短路现象，导致机柜内温度极不均匀，无法满足高热密度机柜温度需要

另外如果采用风管式的机柜空调，就是将机柜的热风通过风管吸到机柜外部的空调处理后再将冷空气送到机柜内进行降温，此类产品由于需要安装风管将会使机房内设备安装比较复杂，同时机柜空调本身冷量就比较的小，再采用风管连接就会存在能量损失的问题，空调选型将会加大负荷容量，另外风管本身还存在漏风现象，机柜内的洁净度也不能完全保证。

尤其对于屏蔽机柜应用时，由于机柜本身需要具有屏蔽的特定要求，机柜内所有与外部连接必须屏蔽处理，以上提到的行业内应用的空调类型均无法同时满足机柜内温度控制要求和屏蔽的要求，只有采用本技术所述的全显热节能型机房/机柜专用精密空气调节器才能满足要求。

发明内容

本技术的目的就是提供一种100%冷量全部用于降低机柜内空气的温度，同时全部是显热降温以避免机柜内部空气结露，运行更加节能、精密、可靠的全显热节能型机房/机柜专用精密空气调节器。

全显热节能型机房/机柜专用精密空气调节器，包括压缩机、蒸发器、膨胀阀及冷凝散热系统组成的制冷系统和冷媒储液罐、冷媒流体循环泵及风机盘管冷却器组成的冷却系统，蒸发器有两路管道系统，一路管道系统中流动制冷剂，另一路管道系统中流动冷媒流体；流动制冷剂的管路系统与压缩机、膨胀阀及冷凝散热系统组成制冷系统；流动冷媒流体的管路系统与冷媒储液罐、冷媒流体循环泵及风机盘管冷却器组成冷却系统；制冷系统及冷却系统的冷媒储液罐、冷媒流体循环泵安装在被冷却空间外，风机盘管冷却器则安装在被冷却空间内；系统运行时冷媒流体的温度始终不低于被冷却空间内空气露点温度。

本技术的有益效果：制冷系统工作时，制冷剂在压缩机的作用下在流经蒸发器时吸收冷媒流体的热量进行蒸发，对冷媒流体进行降温，降温后的冷媒流体在泵的作用下流经位于被冷却空间内循环风道中的风机盘管冷却器，风机盘管冷却器对被冷却空间内的空气进行降温。冷媒流体在冷却系统中循环流动，冷媒流体的温度始终不低于被冷却空间内空气露点温度，全显热降温，同时被冷却空间内空气不会结露。风机盘管冷却器位于被冷却空间内，只对空间较小的被冷却空间内部进行降温，而不对被冷却空间外部的较大房间进行降温，不但节能，而且保证了对被冷却空间的降温效果。

上述的全显热节能型机房/机柜专用精密空气调节器，在被冷却空间内设置循环风机使得高温的空气经过风机盘管冷却器降温后在被冷却空间内强制循环流动。在循环风机的作用下，风机盘管冷却器回风和送风在被冷却空间内形成冷热通道，被冷却空间内的空气全部能强制流过风机盘管冷却器进行降温处理，使得被冷却空间内空气的降温效果更佳。

上述全显热节能型机房/机柜专用精密空气调节器，在多台被冷却空间组合布置时，在每个被冷却空间内均设置一个风机盘管冷却器，各风机盘管冷却器之间并联后再与冷媒流体循环泵、冷媒储液罐相联接组成一套冷却系统。

上述的全显热节能型机房/机柜专用精密空气调节器，它还包括控制器，用于检测和控制被冷却空间内空气温湿度的温湿度传感器、用于检测和控制冷媒流体温度的冷媒流体温度传感器、用于检测和控制冷媒流体流量的冷媒流体流量传感器、用于检测和冷媒流体液位的液位传感器、用于检测冷却系统是否有冷媒流体泄漏的冷媒流体泄漏传感器均与控制器连接；控制器还分别与冷媒流体循环泵及制冷系统的压缩机、冷凝散热系统电气连接，以控制冷媒流体循环泵及压缩机、冷凝散热系统的工作。

上述的全显热节能型机房/机柜专用精密空气调节器，在被冷却空间内设置循环风机使得高温空气经过风机盘管冷却器外壁降温后在被冷却空间内有序强制循环流动；循环风机与被冷却空间内自带供电电源连接，以保证循环风机的工作。控制器控制冷媒流体温度始终高于被冷却空间内空气露点温度并稳定在设定的标准值范围内，以保证能对空气100%全显热降温。

上述的全显热节能型机房/机柜专用精密空气调节器，它还与包括控制器进行远程通讯的数据接口。

上述的全显热节能型机房/机柜专用精密空气调节器，所述冷媒流体为水。当然，也可以是氟利昂等其他类似导热介质。氟利昂可以是氢氯氟烃类（简称HCFC）或者氢氟烃类（简称HFC）氟利昂。

上述的全显热节能型机房/机柜专用精密空气调节器，其冷凝散热系统可以采用风冷散热方式或水冷散热方式，采用风冷散热方式时又可根据现场安装要求采用分体式或整体式。

附图说明

图1是全显热节能型机房/机柜专用精密空气调节器工作原理示意图。

图2是图1中的机柜（被冷却空间）内部结构说明示意图。

具体实施方式

参见图1、2上述，本全显热节能型机房/机柜专用精密空气调节器整体从外观上来分由三部分组成。外部冷凝散热器部分，主要利用制冷原理将机柜（被冷却空间）内的传输热量进行冷却，主要包括制冷系统中的冷凝散热器1。主机部分，主要利用制冷原理将冷媒流体冷却并向位于房间200内的机柜100传输冷量；主要包括制冷系统中的压缩机2、蒸发器3、膨胀阀4、干燥过滤器5以及冷却系统中的冷媒储液罐6、冷媒流体循环泵7。蒸发器3的一路管道流动制冷剂，蒸发器的另一路管道在本实施例中与冷媒储液罐合二为一。流动制冷剂的该路管道位于在冷媒储液罐中。机柜内风机盘管冷却器部分，主要利用传输过来的冷媒流体冷量给机柜内服务器101等降温，主要包括风机盘管冷却器8。

从工作流程上来分由直接蒸发的压缩制冷过程和冷媒流体冷却降温过程。通过直接蒸发式的压缩制冷降温将冷媒储液罐中的冷媒流体冷却，并把热量传输到外部，同时冷媒储液罐中被冷却的冷媒流体再把冷量传输到机柜中去，同时将机柜的热量带回冷媒储液罐中冷却，如此循环工作。

外部冷凝散热器由于不同于传统式机房空调那样，不需要将整体房间进行降温，而100%冷量利用于降温机柜内的温度，所以比传统型的室外冷凝散热器要小的多，这样初次投资成本、安装成本、运行成本等成本均要大幅度的降低，冷媒流体也是运用常用的水或氟利昂等介质，具备节能环保的功效。

本机组由于化整为零将功能分为了三部分功能机组来实现，所以具有体积小、占用空间小、安装方式灵活的优势。同时根据现场安装情况可以选择多种冷凝散热方式，一般采用风冷分体式（冷凝散热器采用风冷式，并和主机分成安装），也可以选择采用风冷整体式（冷凝散热器采用风冷式，并和主机做成整体式安装）或水冷式（冷凝散热器采用水冷式）。如图2所示，在多个机柜组合布置时，每个机柜之间有多个以竖板105隔离的循环风道；精致的机柜空调部分只占用各循环风道内底部不常用的一部分位置即可在机柜内产生冷热通道，保持良好的降温循环。多个机柜组合布置时，安装在每个机柜循环风道内的风机盘管冷却器之间可以通过冷媒流体管路并联后，再与冷媒储液罐相通。冷媒流体循环泵7工作时，冷媒流体循环泵内被冷却的冷媒流体经过各风机盘管冷却器后，再回流到冷媒储液罐。循环风道包括位于机柜前部的冷风通道102，位于机柜后部具有热风通道103，机柜内服务器自带风扇106和在机柜内下部的循环风机104的作用下，机柜内的空气流经风机盘管冷却器而被冷却。服务器自带风扇106主要用于对本服务器进行强制冷却，把每个服务器内部的热量排出。

控制器分别与压缩机、泵、风机电连接，以控制压缩机、泵、风机的工作。用于检测和控制机柜内空气温湿度的机柜温湿度传感器、用于检测和控制冷媒流体温度的冷媒流体温度传感器等均与控制器连接；

由于本全显热节能型机房/机柜专用精密空气调节器采用间接式的降温方式，所以不受直接蒸发式制冷温度波动较大，系统蒸发温度过低且不可控等不良因素的影响，控制器可有效的控制冷媒流体温度一直高于机柜的空气露点温度且与机柜能有效的传热以便带走热量，从而使机柜内空调在保证空气永不结露的状态下以100%全显热降温的方式工作。

冷却系统中的冷媒储液罐和流体管道全部采用保温处理，距离短，无泄漏、保温性能远大于连接风管，冷量的损失率基本为零，再加上制冷系统中冷凝散热器的制冷管均为高温冷却部分不存在漏冷现象，所以此间接冷却过程中的冷量基本100%用于到冷却机柜，效率得到大大提高。由于压缩机、冷媒储液器及泵均集成于室内主机中，所以安装也比较简便。现场安装最多只需要连接两根制冷系统管道及两根冷媒流体管道即可，不需要安装复杂的风管或其他连接线路等。

控制器会根据设定好的冷媒流体标准温度进行控温（控制冷媒流体保持在一定的温度，并始终高于机柜的空气露点温度，以保证100%全显热量传输），机组并具备高压报警、低压报警、漏水报警、低水位报警等报警功能，具备RS485远程通讯功能，大屏LED显示水箱温度、故障信息、运行状态等功能。

Claims (8)

1.全显热节能型机房/机柜专用精密空气调节器，包括压缩机、蒸发器、膨胀阀及冷凝散热系统组成的制冷系统和冷媒储液罐、冷媒流体循环泵及风机盘管冷却器组成的冷却系统，其特征是：蒸发器有两路管道系统，一路管道系统中流动制冷剂，另一路管道系统中流动冷媒流体；流动制冷剂的管路系统与压缩机、膨胀阀及冷凝散热系统组成制冷系统；流动冷媒流体的管路系统与冷媒储液罐、冷媒流体循环泵及风机盘管冷却器组成冷却系统；制冷系统及冷却系统的冷媒储液罐、冷媒流体循环泵安装在被冷却空间外，风机盘管冷却器则安装在被冷却空间内；系统运行时冷媒流体的温度始终不低于被冷却空间内空气露点温度。

2.如权利要求1所述的全显热节能型机房/机柜专用精密空气调节器，其特征是：在被冷却空间内设置循环风机使得高温的空气经过风机盘管冷却器降温后在被冷却空间内强制循环流动。

3.如权利要求1所述的全显热节能型机房/机柜专用精密空气调节器，其特征是：在多个被冷却空间组合布置时，在每个被冷却空间内均设置一个风机盘管冷却器，各风机盘管冷却器之间并联后与冷媒流体循环泵、冷媒储液罐相连接组成一套冷却系统。

4.如权利要求1所述的全显热节能型机房/机柜专用精密空气调节器，其特征是：它还包括控制器，用于检测和控制被冷却空间内空气温湿度的温湿度传感器、用于检测和控制冷媒流体温度的冷媒流体温度传感器、用于检测和控制冷媒流体流量的流量传感器、用于检测和控制冷媒流体液位的液位传感器、用于检测冷却系统是否有冷媒流体泄漏的冷媒流体泄漏传感器均与控制器连接；控制器还分别与冷媒流体循环泵及制冷系统的压缩机、冷凝散热系统电气连接，以控制冷媒流体循环泵及压缩机、冷凝散热系统的工作。

5.如权利要求4所述的全显热节能型机房/机柜专用精密空气调节器，其特征是：在被冷却空间内设置循环风机使得高温空气经过风机盘管冷却器外壁降温后在被冷却空间内有序强制循环流动；循环风机与被冷却空间内自带供电电源连接，以保证循环风机的连续稳定工作。

6.如权利要求4所述的全显热节能型机房/机柜专用精密空气调节器，其特征是：它还包括与控制器进行远程通讯的数据接口。

7.如权利要求1所述的全显热节能型机房/机柜专用精密空气调节器，其特征是：所述冷媒流体为水或氟利昂。

8.如权利要求1所述的全显热节能型机房/机柜专用精密空气调节器，其冷凝散热系统可以采用风冷散热方式或水冷散热方式，采用风冷散热方式时又可根据现场安装要求采用分体式或整体式。