CN106247509A - 一体式冷水机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一体式冷水机组，包含主机段和冷却段，主机段包括：制冷剂回路、冷冻水回路、乙二醇冷回收回路和蒸发冷却冷回收回路；冷却段包括：冷却水回路。该一体式冷水机组利用水喷淋蒸发冷却技术，并结合蒸发冷却冷水机组的特点，引入了水换热盘管和乙二醇换热盘，用于过渡季节和冬季利用自然冷源。同时，为了在中国北方地区应用，设计了风、沙分离的进风装置，极大降低了风沙影响。即，该一体式冷水机组可以采用多种模式充分利用自然冷源，适用于全年制冷的应用，在夏季和其他季节都能得到较高的能效，为数据机房的冷却等应用提供更好的经济性。

Description

一体式冷水机组

技术领域

本发明涉及制冷设备技术领域，尤其是涉及一种一体式冷水机组。

背景技术

随着云计算技术的快速发展，数据中心开始向巨型化方向发展。新一代数据中心通常具有规模大、密度高、制冷要求高的特点。为了给芯片提供较佳的冷却，数据中心通常设有庞大的空调系统，空调系统的耗能占到数据中心总耗能约40%~50%。故而，空调系统的节能是降低数据中心能耗的重要一环。

由于数据机房要求全年制冷，传统的数据机房空调系统通常采用水冷机组、冷却塔（含冷却水泵）、冷冻水系统、末端相结合的方式，需要设置空间很大的机房来容纳制冷机组等设备，从而系统综合能效低、结构复杂、现场施工量大、质量不易保证。

近年来，市场上出现了蒸发式冷却冷水机组。相对于传统的冷水主机、冷却塔相结合的形式，蒸发式冷却冷水机组减少了冷却中间换热环节，冷凝温度跟大气湿度、温度相关，冷凝温度比传统系统更低，且降低了冷却水泵的循环量，比传统制冷机组有更高的能效。

随着技术的进一步发展，一些厂商推出了一体式蒸发冷却冷水机组。由于一体式蒸发冷却冷水机组安装在室外，可以节省机房的空间，有更高的能效和较高的经济性。但是，安装在室外的一体式蒸发冷却冷水机组受室外气候影响比较大，尤其在中国北方，过渡季和冬季的风沙很大，即使是夏季，风沙也会对冷却的冷凝器造成脏堵，影响机组的正常运行。

另外，传统的制冷机组为了在过渡季节和冬季也都能实现制冷，制冷机设计上控制冷凝温度，在室外环境温度很低的情况下，人为的将冷凝温度提高，造成机组耗功的增加，经济性不好。显然，为了降低数据机房的运行费用，业主通常希望在过渡季节和冬季，能尽量多的利用室外自然冷源。

发明内容

本发明的目的是提供一种一体式冷水机组，它具有能耗较低的特点。

本发明所采用的技术方案是：一体式冷水机组，包含位于主机箱体内的主机段和位于冷却箱体内的冷却段，

所述主机段包括：制冷剂回路、冷冻水回路、乙二醇冷回收回路和蒸发冷却冷回收回路；所述冷却段包括：冷却水回路；

其中：

该制冷剂回路包括压缩机，该压缩机的进口连接至一吸气截止阀的出口，该压缩机的排气口连接至一排气截止阀的进口，该排气截止阀的出口连接至一排气单向阀的进口，该排气单向阀的出口连接有一排气管路，该排气管路上设有排气压力传感器和高压开关，该排气管路的另一端连接至一盘管式冷凝器的进口，该盘管式冷凝器的出口连接至一储液器的进口，该储液器的出口连接至一膨胀阀的进口，该膨胀阀的出口连接至一两回路蒸发器的制冷剂回路进口，该两回路蒸发器的制冷剂回路出口连接至该吸气截止阀的进口，且该两回路蒸发器和该吸气截止阀之间的管路上设有吸气温度传感器、吸气压力传感器和低压开关；

该冷冻水回路包括冷冻水泵，该冷冻水泵的入口与该两回路蒸发器的冷冻水回路出口相连，该冷冻水泵的入口连接有一冷冻水定压罐，该冷冻水定压罐上连接有压水压力传感器和第二补水电磁阀，该冷冻水泵的出口设有一止回阀，该止回阀所连接的管路上设有供水温度传感器，该止回阀的另一端连接有一法兰供水接口，冷冻水回水管路通过一法兰回水接口连接至该主机箱体之外，且该法兰回水接口连接至该水-水换热器的进口，且该法兰回水接口和该水-水换热器之间的管路上设有冷冻水回水温度传感器，该水-水换热器的出口连接至一乙二醇换热器的冷冻水回路进口，该乙二醇换热器的冷冻水回路进口连接至该两回路蒸发器的冷冻水回路进口，该水-水换热器的冷冻水回路进口和该乙二醇换热器的冷冻水回路出口间设有一旁通电动阀；

该乙二醇回收回路中，该乙二醇换热器的乙二醇回路出口连接至一热回收盘管的进口，该热回收盘管的出口连接至一乙二醇循环泵的入口，该乙二醇循环水泵的入口处设有低压罐，该低压罐上连接有低压压力传感器；

该冷却水回路包括冷却水过滤器，该冷却水过滤器位于一冷却水池内，该冷却水过滤器的出口连接至一冷却水循环泵的进口，该冷却水循环泵的出口分成两路，其中的一路又分为两个分路，一个分路通过一第一电磁阀连接至一蒸发冷凝布水器的入口、另一个分路通过第三电磁阀连接至一冷回收布水器的入口，从循环水泵出口分出的另一路通过一第二电磁阀连接至该水-水换热器的冷却水回路入口，该水-水换热器的冷却水回路出口连接至该蒸发冷凝布水器和该冷回收布水器的入口，且该蒸发冷凝布水器位于该盘管式冷凝器的上方，该冷却水池内连接有自来水补水管和第一补水电磁阀，且该冷却水池的底部设有排水电磁阀、该冷却水池内部设有液位传感器。

所述冷却箱体的外部挂置有加药罐，该加药罐底部通过一加药电磁阀通到该冷却水池。

所述冷却箱体的中间上部设有风机，该风机的下面为空段位，该空段位的两侧分别设有一冷却组合，每个冷却组合从上至下均包括：一风沙分离进风装置、前述蒸发冷凝布水器、前述盘管式冷凝器、前述冷回收布水器、一填料，同时，冷回收布水器边侧设有通风道，通风道与一风机段相通，以及，冷却水池位于填料下方，填料同高度靠中间侧设有热回收盘管，且填料外侧设有格栅。

所述制冷剂回路、冷冻水回路和乙二醇回收回路均通过一中间隔板与该冷却段分开。

本发明和现有技术相比所具有的优点是：能耗较低。本发明的一体式冷水机组利用水喷淋蒸发冷却技术，并结合蒸发冷却冷水机组的特点，引入了水换热盘管和乙二醇换热盘，用于过渡季节和冬季利用自然冷源。同时，为了在中国北方地区应用，设计了风、沙分离的进风装置，极大降低了风沙影响。即，该一体式冷水机组可以采用多种模式充分利用自然冷源，适用于全年制冷的应用，在夏季和其他季节都能得到较高的能效，为数据机房的冷却等应用提供更好的经济性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1是本发明实施例的一体式冷水机组的主视图及其控制原理图；

图2 是本发明实施例的一体式冷水机组的俯视图；

图3 是本发明实施例的一体式冷水机组的冷却段的左视图。

图中：

1、压缩机，2、排气截止阀，3、排气单向阀，4、排气压力传感器，5、高压开关，6、排气管路，7、盘管式冷凝器，8、储液器，9、膨胀阀，10、两回路蒸发器，11、吸气压力传感器，12、吸气截止阀，13、低压开关，14，吸气温度传感器，15、冷冻水定压罐，16、冷冻水泵，17、止回阀，18、法兰供水接口，19、供水温度传感器，20、法兰回水接口，21、冷冻水回水温度传感器，22、旁通电动阀，23、水-水换热器，24、乙二醇换热器，25、冷却水过滤器，26、冷却水循环泵，27-1、第一电磁阀，27-2、第三电磁阀，28-1、蒸发冷凝布水器，28-2、冷回收布水器，29、第二电磁阀，30、低压罐，31、低压压力传感器，32、乙二醇循环泵，33、热回收盘管，34、填料，35、加药电磁阀，36、加药罐，37、自来水补水管，38、第一补水电磁阀，39、排水电磁阀，40、冷却水池，41、液位传感器，42、通风道，43、风机，44、风沙分离进风装置，45、环境温度传感器，46、压水压力传感器，47、第二补水电磁阀，48、机组控制器，49、中间隔板，50、主机箱体，51、通讯电缆，52、格栅。

具体实施方式

实施例，见图1至图3所示：一体式冷水机组，包含位于主机箱体50内的主机段和位于冷却箱体内的冷却段。该主机段包括：制冷剂回路、冷冻水回路、乙二醇冷回收回路和蒸发冷却冷回收回路；该冷却段包括：冷却水回路。

具体的讲：

该制冷剂回路包括压缩机1。该压缩机1的进口连接至一吸气截止阀12的出口。该压缩机1的排气口连接至一排气截止阀2的进口。该吸气截止阀12和该排气截止阀2关闭后便于维修。该排气截止阀2的出口连接至一排气单向阀3的进口。该单向阀3用于实现两个以上压缩机1的并联。该排气单向阀3的出口连接有一排气管路6。该排气管路6上设有排气压力传感器4和高压开关5。即，该排气压力传感器4能够检测该排气管路6内的压力。该排气管路6的另一端连接至一盘管式冷凝器7的进口。该盘管式冷凝器7的出口连接至一储液器8的进口。该储液器8的出口连接至一膨胀阀9的进口。该膨胀阀9的出口连接至一两回路蒸发器10的制冷剂回路进口。该两回路蒸发器10的制冷剂回路出口连接至该吸气截止阀12的进口。该两回路蒸发器10和该吸气截止阀12之间的管路上设有吸气温度传感器14、吸气压力传感器11和低压开关13。即，该吸气温度传感器14检测该两回路蒸发器10的吸气管路的温度，该吸气压力传感器11检测该两回路蒸发器10的吸气管路内的压力。即，实现了该两回路蒸发器10的出口制冷剂过热度的监控，当压缩机1的吸气压力过低时实现低压保护。同时，对压缩机1的出口管路上实现了冷凝压力监测，当冷凝压力过低时可以进行调节，在冷凝压力过高时进行报警，在冷凝压力超高时，对压缩机1实行保护。

该冷冻水回路包括冷冻水泵16。该冷冻水泵16的入口与该两回路蒸发器10的冷冻水回路出口相连。该冷冻水泵16的入口连接有一冷冻水定压罐15。该冷冻水定压罐15用于系统的定压。该冷冻水定压罐15上连接有压水压力传感器46和第二补水电磁阀47。即，该压水压力传感器46检测该冷冻水定压罐15内的压力。该冷冻水泵16的出口设有一止回阀17。该止回阀17所连接的管路上设有供水温度传感器19。即，该供水温度传感器19检测该止回阀17所连接的管路内的压力，用于控制冷水机组的容量调节。该止回阀17的另一端连接有一法兰供水接口18，冷冻水回水管路通过一法兰回水接口20连接至该主机箱体50之外，且该法兰回水接口20连接至该水-水换热器23的进口。该法兰回水接口20和该水-水换热器23之间的管路上设有冷冻水回水温度传感器21。该水-水换热器23的出口连接至一乙二醇换热器24的进口。该乙二醇换热器24的冷冻水回路出口连接至该两回路蒸发器10的冷冻水回路进口。该水-水换热器23的冷冻水回路进口和该乙二醇换热器24的冷冻水回路出口间设有一旁通电动阀22。

该乙二醇回收回路中，该乙二醇换热器24的乙二醇回路出口连接至一热回收盘管33的进口。该热回收盘管33的出口连接至一乙二醇循环泵32的入口。该乙二醇循环水泵32的入口处设有低压罐30。该低压罐30上连接有低压压力传感器31。即，该低压压力传感器31检测该低压罐30内的压力。

该冷却水回路包括冷却水过滤器25。该冷却水过滤器25位于一冷却水池40内。该冷却水过滤器25的出口连接至一冷却水循环泵26的进口。该冷却水循环泵26的出口分成两路。其中，从循环水泵26出口分出的一路又分为两个分路，一个分路通过一第一电磁阀27-1连接至一蒸发冷凝布水器28-1的入口、另一个分路通过第三电磁阀27-2连接至一冷回收布水器28-2的入口。从循环水泵26出口分出的另一路通过一第二电磁阀29连接至该水-水换热器23的冷却水回路入口。该水-水换热器23的冷却水回路出口连接至该蒸发冷凝布水器28-1和该冷回收布水器28-2的入口，且该蒸发冷凝布水器28-1位于该盘管式冷凝器7的上方。即，水流经过该蒸发冷凝布水器28-1后均匀分布在该盘管式冷凝器7的每个铜管上，然后流经该盘管式冷凝器7再回到冷却水池40。该冷却水池40内连接有自来水补水管37和第一补水电磁阀38，且该冷却水池40的底部设有排水电磁阀39、该冷却水池40内部设有液位传感器41。即，该液位传感器41实时监测该冷却水池40内的水位，且根据水位情况控制该第一补水电磁阀38的开关，继而该自来水补水管37对该冷却水池40进行补水。

更具体的讲：

该冷却箱体的外部挂置有加药罐36，该加药罐36底部通过一个加药电磁阀35通到该冷却水池40。当该盘管式冷凝器7需要清洗时，打开该加药罐36底部的加药电磁阀35，将药剂加到该冷却水池40内与冷却水混合，然后再用一喷淋泵将药水喷淋到该盘管式冷凝器7外部，待清洗完毕后，打开该排水电磁阀39，将药水排掉。之后，打开该第一补水电磁阀38注入清水，再次利用前述喷淋泵进行冲洗后，打开该排水电磁阀39排水。最后，再注入清水后即可进入机组运行准备。

该冷却箱体的中间上部设有风机43。该风机43的下面为空段位。该空段位的两侧分别设有一冷却组合。两个冷却组合的部件最好相互对称。每个冷却组合从上至下均包括：一风沙分离进风装置44、前述蒸发冷凝布水器28-1、前述盘管式冷凝器7、前述冷回收布水器28-2、一填料34。即，前述蒸发冷凝布水器28-1、前述盘管式冷凝器7、前述冷回收布水器28-2均为2个。同时，冷回收布水器28-2边侧设有通风道42，通风道42与一风机段相通。以及，冷却水池40位于填料34下方，填料34同高度靠中间侧设有热回收盘管33，且填料34外侧设有格栅52。

该制冷剂回路、冷冻水回路和乙二醇回收回路均通过一中间隔板49与该冷却段分开。

另外：

该一体式冷水机组的控制通过一个可编程的机组控制器48实现，该机组控制器48所接收和发送的信号通过通讯电缆51与各传感器和执行器相连。

该一体式冷水机组的外部可以设置环境温度传感器45，用于检测环境温度，并作为该机组控制器48转换控制模式的依据。

本发明的工作原理：

1、当夏季室外温度较高时，该一体式冷水机组提供全部制冷。即，该旁通电动阀22开启，该第一电磁阀27开启，该第二电磁阀29关闭，该冷却水循环泵26和冷冻水泵16运行，该压缩机1运行，该风机43运行。

2、当室外温度降低，可以部分利用自然冷源时，该一体式冷水机组间歇运行。即，该旁通电动阀22关闭，该第一电磁阀27开启，该第二电磁阀29开启，该冷却水循环泵26和冷冻水泵16运行，该风机43运行，该一体式冷水机组部分利用低温空气冷却冷冻水，不足的冷量通过该压缩机1提供。

3、当室外温度进一步降低，但高于零度可以完全利用自然冷源时，该压缩机1停止运行，完全利用室外空气提供冷量。即，该旁通电动阀22关闭，该第一电磁阀27关闭，该第二电磁阀29开启，该冷却水循环泵26和冷冻水泵16运行，该风机43运行。

4、当室外温度低于0度时，该压缩机1停止运行，完全利用室外空气提供冷量。此时，该旁通电动阀22关闭，该冷却水循环泵26停止运行，该乙二醇循环泵32开启，该风机43运行。

5、当该盘管式冷凝器7由于结构原因使该一体式冷水机组效率下降时，可以进入清洗模式，清洗在停机状态下进行。即，将定量的清洗液放入该加药罐36内，打开该加药电磁阀35，将药注入该冷却水池40与该冷却水池40内的水进行比例混合。然后，开启该冷却水循环泵26进行循环清洗。清洗完毕后，停止该冷却水循环泵26的运行，打开该排水电磁阀39，将冷却水池40内的水排净，关闭该排水电磁阀39，打开该第一补水电磁阀38进行补水。当液位传感器41显示该冷却水池40液位已满时，关闭该第一补水电磁阀38，打开该冷却水循环泵26进行冲洗。冲洗完毕，停止该冷却水循环泵26，将该排水电磁阀39打开排水，然后再打开该第一补水电磁阀38注水。反复几次即可。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一体式冷水机组，包含位于主机箱体（50）内的主机段和位于冷却箱体内的冷却段，其特征在于：

所述主机段包括：制冷剂回路、冷冻水回路、乙二醇冷回收回路和蒸发冷却冷回收回路；所述冷却段包括：冷却水回路；

其中：

该制冷剂回路包括压缩机（1），该压缩机（1）的进口连接至一吸气截止阀（12）的出口，该压缩机（1）的排气口连接至一排气截止阀（2）的进口，该排气截止阀（2）的出口连接至一排气单向阀（3）的进口，该排气单向阀（3）的出口连接有一排气管路（6），该排气管路（6）上设有排气压力传感器（4）和高压开关（5），该排气管路（6）的另一端连接至一盘管式冷凝器（7）的进口，该盘管式冷凝器（7）的出口连接至一储液器（8）的进口，该储液器（8）的出口连接至一膨胀阀（9）的进口，该膨胀阀（9）的出口连接至一两回路蒸发器（10）的制冷剂回路进口，该两回路蒸发器（10）的制冷剂回路出口连接至该吸气截止阀（12）的进口，且该两回路蒸发器（10）和该吸气截止阀（12）之间的管路上设有吸气温度传感器（14)、吸气压力传感器（11）和低压开关（13）；

该冷冻水回路包括冷冻水泵（16），该冷冻水泵（16）的入口与该两回路蒸发器（10）的冷冻水回路出口相连，该冷冻水泵（16）的入口连接有一冷冻水定压罐（15），该冷冻水定压罐（15）上连接有压水压力传感器（46）和第二补水电磁阀（47），该冷冻水泵（16）的出口设有一止回阀（17），该止回阀（17）所连接的管路上设有供水温度传感器（19），该止回阀（17）的另一端连接有一法兰供水接口（18），冷冻水回水管路通过一法兰回水接口（20）连接至该主机箱体（50）之外，且该法兰回水接口（20）连接至该水-水换热器（23）的进口，且该法兰回水接口（20）和该水-水换热器（23）之间的管路上设有冷冻水回水温度传感器（21），该水-水换热器（23）的出口连接至一乙二醇换热器（24）的进口，该乙二醇换热器（24）的冷冻水回路出口连接至该两回路蒸发器（10）的冷冻水回路进口，该水-水换热器（23）的冷冻水回路进口和该乙二醇换热器（24）的冷冻水回路出口间设有一旁通电动阀（22）；

该乙二醇回收回路中，该乙二醇换热器（24）的乙二醇回路出口连接至一热回收盘管（33）的进口，该热回收盘管（33）的出口连接至一乙二醇循环泵（32）的入口，该乙二醇循环水泵（32）的入口处设有低压罐（30），该低压罐（30）上连接有低压压力传感器（31）；

该冷却水回路包括冷却水过滤器（25），该冷却水过滤器（25）位于一冷却水池（40）内，该冷却水过滤器（25）的出口连接至一冷却水循环泵（26）的进口，该冷却水循环泵（26）的出口分成两路，其中的一路又分为两个分路，一个分路通过一第一电磁阀（27-1）连接至一蒸发冷凝布水器（28-1）的入口、另一个分路通过第三电磁阀（27-2）连接至一冷回收布水器（28-2）的入口，从循环水泵（26）出口分出的另一路通过一第二电磁阀（29）连接至该水-水换热器（23）的冷却水回路入口，该水-水换热器（23）的冷却水回路出口连接至该蒸发冷凝布水器（28-1）和该冷回收布水器（28-2）的入口，且该蒸发冷凝布水器（28-1）位于该盘管式冷凝器（7）的上方，该冷却水池（40）内连接有自来水补水管（37）和第一补水电磁阀（38），且该冷却水池（40）的底部设有排水电磁阀（39）、该冷却水池（40）内部设有液位传感器（41）。

2.根据权利要求1所述的一体式冷水机组，其特征在于：所述冷却箱体的外部挂置有加药罐（36），该加药罐（36）底部通过一加药电磁阀（35）通到该冷却水池（40）。

3.根据权利要求1所述的一体式冷水机组，其特征在于：所述冷却箱体的中间上部设有风机（43），该风机（43）的下面为空段位，该空段位的两侧分别设有一冷却组合，每个冷却组合从上至下均包括：一风沙分离进风装置（44）、前述蒸发冷凝布水器（28-1）、前述盘管式冷凝器（7）、前述冷回收布水器（28-2）、一填料（34），同时，冷回收布水器（28-2）边侧设有通风道（42），通风道（42）与一风机段相通，以及，冷却水池（40）位于填料（34）下方，填料（34）同高度靠中间侧设有热回收盘管（33），且填料（34）外侧设有格栅（52）。

4.根据权利要求1所述的一体式冷水机组，其特征在于：所述制冷剂回路、冷冻水回路和乙二醇回收回路均通过一中间隔板（49）与该冷却段分开。