CN111836510A - 机房空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机房空调系统，包括多组机柜，所述机柜后均设有第一蒸发器和第二蒸发器，所述第一蒸发器与第一冷凝器相连接，组成第一冷源系统，所述第二蒸发器通过中间换热器与第二冷源系统相连接。本发明的机房空调系统，单独设置两套冷源系统，使得自然冷源系统可不受机组高差限制，从而可充分利用自然冷源，提升系统节能性。

Description

机房空调系统

技术领域

本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种机房空调系统。

背景技术

随着信息产业和数字化建设的快速发展，推动了机房建设的增长，机房里面通常放置多个机柜用来安置各种服务器和小型机等电子设备，用以进行数据存储、计算等功能，其中，这些电子设备需长时间进行工作且在工作中会发热，为保证电子信息设备的正常运行，机房需用专用的机房空调系统常年不断地制冷运行，对机柜进行散热。

现有的机房空调系统，多采用热管模式和压缩制冷模式一体化设计，由此将会限制热管循环高度差，从而使得无法最大化利用自然冷源。为此需要提供一种新的机房空调系统。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种机房空调系统，以最大限度利用自然冷源。

本发明提供一种机房空调系统，包括多组机柜，所述机柜后均设有第一蒸发器和第二蒸发器，所述第一蒸发器与第一冷凝器相连接，组成第一冷源系统，所述第二蒸发器通过中间换热器与第二冷源系统相连接。

在其中一种实施方式中，所述第一蒸发器与所述中间换热器之间还设有转接装置，所述第一蒸发器能够通过所述转接装置转接至所述中间换热器并与所述第二冷源系统相连通。

在其中一种实施方式中，所述转接装置包括：

第一三通阀，所述第一三通阀具有A连接口、B连接口和C连接口，所述A连接口与第一蒸发器制冷剂流入侧相连接，所述B连接口与第一冷凝器制冷剂流出侧相连接，所述C连接口与中间换热器的一端相连接；

第二三通阀，所述第二三通阀具有D连接口、E连接口和F连接口，所述D连接口与第一冷凝器制冷剂流入侧相连接，所述E连接口与第一蒸发器制冷剂流出侧相连接，所述F连接口与中间换热器的另一端相连接。

在其中一种实施方式中，在同一机柜上，所述第一蒸发器与所述第二蒸发器由前至后依次布置，以使得流过所述机柜的空气顺次经过所述第一蒸发器和所述第二蒸发器。

在其中一种实施方式中，所述第二冷源系统为压缩机制冷系统，沿制冷剂流动方向，所述压缩机制冷系统包括依次串联的气液分离器、压缩机、第二冷凝器和膨胀阀。

在其中一种实施方式中，所述中间换热器为蒸发冷凝器。

在其中一种实施方式中，所述蒸发器与所述压缩机之间还设置有气管单向阀，自所述蒸发冷凝器流出的制冷剂可选择性地通过压缩机流入所述冷凝器，或通过气管单向阀直接流入所述冷凝器。

在其中一种实施方式中，所述膨胀阀并联有液管电动阀。

在其中一种实施方式中，所述第二冷源系统为冷冻水系统。

在其中一种实施方式中，所述中间换热器为冷凝器。在其中一种实施方式中，所述中间换热器与所述第二蒸发器之间设置有截止阀。

本发明的机房空调系统，单独设置两套冷源系统，使得自然冷源系统可不受机组高差限制，能够实现最大限度的利用自然冷源、降低空调系统能耗，提升系统节能性。

附图说明

图1为机房空调系统中机柜示意图；

图2为机房空调系统示意图；

图3为实施例二的机房空调系统示意图。

附图标记：

1-第一蒸发器；111-第一出液管路；112-第一进气管路；2-第二蒸发器；211-第二进气管路；212-第二出液管路；3-第一冷凝器；4-蒸发冷凝器；5-气液分离器；6-压缩机；7-第二冷凝器；8-膨胀阀；9-气管单向阀；10-液管电动阀；11-第一三通阀；12-第二三通阀；13-截止阀；14-机柜。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。

参考图1，根据本发明一种实施方式的机房空调系统，其中机房中设有一个至多个如图1所示的机柜14，在每个机柜14中均设有多个服务器，位于机柜14中的服务器运行时会产生相应的热量，流通在机房中的空气流经服务器后会吸收热量进而温度升高。每个机柜14的背部均设有第一蒸发器1和第二蒸发器2，在一些实施方式中，第一蒸发器1和第二蒸发器2由前至后依次设置，如此设置，可以使得流入机柜14的空气在经过机柜14内的服务器后，按照先后顺序依次流经第一蒸发器1和第二蒸发器2，以对经过服务器的高温空气进行顺序冷却，在这种实施方式中，第二蒸发器2的进风温度，为第一蒸发器1的出风温度。

第一蒸发器1通过管路与第一冷凝器3构成回路，形成自然冷源系统，同时为第一蒸发器1提供冷量支持，按照与第一蒸发器1相关联的制冷剂流动方向，第一蒸发器1通过第一进气管路112与第一冷凝器3相连接，第一冷凝器3再通过第一出液管路111连接回第一蒸发器1。

吸收热量而温度上升的空气流经第一蒸发器1时，第一蒸发器1中的液体制冷剂会吸收热量而汽化，进而通过第一进气管路112抵达至第一冷凝器3，汽化后的制冷剂经第一冷凝器3再次冷凝为液体，且在此过程中第一冷凝器3将制冷剂冷却，被冷却的液体制冷剂会沿着第一出液管路111流回第一蒸发器1，再次进行蒸发吸热，此过程不断循环，通过第一蒸发器1为机房降低温度。

第二蒸发器2通过管路与中间换热器4构成回路，中间换热器4与第二冷源系统相连，进而第二蒸发器2通过中间换热器4与第二冷源系统相连接，第二冷源系统为第二蒸发器提供冷量支持。

在图2所示的实施方式中，中间换热器4为蒸发冷凝器，按照与第二蒸发器2相关联的制冷剂流动方向，第二蒸发器2通过第二进气管路211与蒸发冷凝器的冷凝侧α相连接，蒸发冷凝器的冷凝侧α再通过第二出液管路212连接回第二蒸发器2；在蒸发冷凝器的蒸发侧β，按照蒸发侧β相应制冷剂流动方向，蒸发冷凝器蒸发侧β依次与压缩机6、第二冷凝器7和膨胀阀8相连接，构成压缩机冷源系统，且在蒸发冷凝器的蒸发侧β与压缩机6之间还设有用以保护压缩机6的气液分离器5。

如图2所示，当因吸热而温度上升的空气流通过第一蒸发器1，流经第二蒸发器2时，与第二蒸发器2相关联的制冷剂会吸收热量而汽化，汽化后的制冷剂通过第二进气管路211抵达蒸发冷凝器的冷凝侧α，并在此冷凝成液态制冷剂再通过第二出液管路212流回第二蒸发器2，此过程不断循环，实现制冷。

蒸发冷凝器冷凝侧α实现上述的冷凝过程是依靠蒸发冷凝器蒸发侧β完成的，其中，压缩机冷源系统中的制冷剂在蒸发冷凝器的蒸发侧β吸收蒸发冷凝器冷凝侧α的热量发生汽化，压缩机6及时抽出汽化的制冷剂，维持蒸发冷凝器蒸发侧β低温低压，被抽出的汽化制冷剂先经气液分离器5将汽化的制冷剂和部分未汽化的制冷剂分离，防止未汽化处于液态的制冷剂流入压缩机6而对压缩机6造成损伤，处于气态的制冷剂流入压缩机6中，通过压缩机6作用提高气态制冷剂的压力和温度，即将低温低压的气态制冷剂压缩至高温高压状态，处于高温高压状态的气态制冷剂经过第二冷凝器7冷凝成高压高温的液态制冷剂，高压高温的液态制冷剂再经膨胀阀8作用，得到低温低压的液态制冷剂，低温低压的液态制冷剂流入蒸发冷凝器的蒸发侧β蒸发吸热，实现制冷，上述过程不断循环，即为压缩机冷源系统的工作模式。

由于上述的第一蒸发器1与第一冷凝器3组成自然冷源系统，第二蒸发器2通过蒸发冷凝器与压缩机制冷系统相连接，且第一蒸发器1与第二蒸发器2依次由前至后设置，即吸收热量的空气会先经过自然冷源系统进行冷却，并降低一定温度，再经过压缩机冷源系统进行冷却，自然冷源系统的冷量得到充分利用，更加节能。

当室外环境温度低于一定值时，且由第一蒸发器1与第一冷凝器3组成的自然冷源系统就可实现将机房温度降低至预计效果时，压缩机冷源系统可处于不工作状态，只由自然冷源系统进行冷却。

请再次参阅图2，在压缩机冷源系统中还设有气管单向阀9，气管单向阀9的一端与蒸发冷凝器蒸发侧β相连接，气管单向阀9的另一端与第二冷凝器7相连接，即气管单向阀与气液分离器、压缩机并联；压缩机冷源系统中的膨胀阀8处并联有液管电动阀10，当室外环境温度低于一定值时，可以将压缩机6断开，并打开液管电动阀10，由于液管电动阀10的阻力相对于膨胀阀8较小，所以制冷剂在选择流路时会选择阻力较小的液管电动阀10，即制冷剂可由蒸发冷凝器的蒸发侧β经气管单向阀9流入第二冷凝器7，再由第二冷凝器7流经液管电动阀10，最后回到蒸发冷凝器的蒸发侧β，完成制冷循环。上述冷却同样由自然冷源提供冷量，设置此回路的目的，一方面是为了完善压缩机冷源系统的可靠性，另一方面可以进一步增加系统的节能性，即当环温处于某一区间时，两个冷源系统都可以运行自然冷源模式来为机房空调系统制冷，降低系统能耗。

值得说明的是，在压缩机6处于工作状态时，由于压缩机6的右侧为高压、左侧为低压(此处方向性描述是参考图2而言的)，而气管单向阀9的流向是由蒸发冷凝器至第二冷凝器7的，所以压缩机6工作时，气管单向阀9的支路不通，保证以压缩机6为动力源的制冷顺利进行。

如图3所示，在其他实施方式中，中间换热器4为冷凝器，与中间换热器4相连接的第二冷源系统为冷冻水系统，该冷冻水系统为通过冷凝器与第二蒸发器2相连接，并为第二蒸发器2提供冷量支持。

其中，按照制冷剂流动方向，在第二蒸发器2流向中间换热器4的第二进气管路211、中间换热器4流回第二蒸发器2的第二出液管路212均设有截止阀13，截止阀13用于控制第二蒸发器2与中间换热器4断开或连接，设置此截止阀的目的是当第二蒸发器2或者第二蒸发器2与中间换热器4相连的管路出现泄漏时，可通过关闭截止阀实现对系统的保护。

在第一蒸发器1与中间换热器4之间还设有转接装置，转接装置将第一蒸发器1转接至中间换热器4，同时将第二蒸发器与中间换热器4之间的截止阀关闭，则第一蒸发器1由自然冷源系统转接至第二冷源系统。其中，转接装置包括第一三通阀11和第二三通阀12，第一三通阀11具有A连接口、B连接口和C连接口，A连接口与第一蒸发器1制冷剂流入侧相连接，B连接口与第一冷凝器3制冷剂流出侧相连接，C连接口与中间换热器4的一侧相连接；第二三通阀12具有D连接口、E连接口和F连接口，D连接口与第一冷凝器3制冷剂流入侧相连接，E连接口与第一蒸发器1制冷剂流出侧相连接，F连接口与中间换热器4的另一侧相连接。

参考图2，当第一蒸发器1与第二蒸发器2处于正常的工作模式中，第一三通阀11的A连接口与B连接口打开，C连接口处于关闭状态；第二三通阀12的D连接口与E连接口打开，F连接口处于关闭状态，即第一蒸发器1制冷剂流出侧通过打开的D连接口、E连接口与第一冷凝器3制冷剂流入侧相连，第一冷凝器3制冷剂流出侧再通过A连接口、B连接口连接回第一蒸发器1制冷剂流入侧，由此实现第一蒸发器1与第一冷凝器3的连通。

第一蒸发器1与第二蒸发器2不仅是通过连接不同的冷源对机房进行冷却，两者还是互相备份的关系，当第一蒸发器1出现故障时，相当于自然冷源系统无法正常工作，此时，第二蒸发器2通过压缩机制冷系统或冷冻水系统单独对机房进行冷却，与第一蒸发器1正常工作时相比，此时的压缩机制冷系统会增加相应的能耗，但依然可以达到冷却要求。当第二蒸发器2发生故障时，第一蒸发器1可通过第一三通阀11与第二三通阀12的转接，同时关闭截止阀13，实现由自然冷源系统转入第二冷源系统，即第一蒸发器1连通压缩机制冷系统或冷冻水系统实现对机房的冷却。具体地，在第二蒸发器2发生故障时，将第一三通阀11的A连接口、C连接口打开，B连接口处于关闭状态；第二三通阀12的E连接口、F连接口打开，D连接口处于关闭状态，同时截止阀13断开第二蒸发器2与中间换热器4的连接，第一蒸发器1将通过E连接口、F连接口与中间换热器4的一端相连接，中间换热器4另一端通过C连接口、A连接口再连接回第一蒸发器1，由此实现第一蒸发器1通过中间换热器4与第二冷源系统相连接，从而可在第二蒸发器无法工作的情况下，利用第二冷源系统通过第一蒸发器为机房提供足够的冷量。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种机房空调系统，包括多组机柜，其特征在于，所述机柜后均设有第一蒸发器和第二蒸发器，所述第一蒸发器与第一冷凝器相连接，组成第一冷源系统，所述第二蒸发器通过中间换热器与第二冷源系统相连接。

2.如权利要求1所述的机房空调系统，其特征在于，所述第一蒸发器与所述中间换热器之间还设有转接装置，所述第一蒸发器能够通过所述转接装置转接至所述中间换热器并与所述第二冷源系统相连接。

3.如权利要求1所述的机房空调系统，其特征在于，所述转接装置包括：

第一三通阀，所述第一三通阀具有A连接口、B连接口和C连接口，所述A连接口与第一蒸发器制冷剂流入侧相连接，所述B连接口与第一冷凝器制冷剂流出侧相连接，所述C连接口与中间换热器的一端相连接；

第二三通阀，所述第二三通阀具有D连接口、E连接口和F连接口，所述D连接口与第一冷凝器制冷剂流入侧相连接，所述E连接口与第一蒸发器制冷剂流出侧相连接，所述F连接口与中间换热器的另一端相连接。

4.如权利要求1所述的机房空调系统，其特征在于，在同一机柜上，所述第一蒸发器与所述第二蒸发器由前至后依次布置，以使得流过所述机柜的空气顺次经过所述第一蒸发器和所述第二蒸发器。

5.如权利要求1所述的机房空调系统，其特征在于，所述第二冷源系统为压缩机制冷系统，沿制冷剂流动方向，所述压缩机制冷系统包括依次串联的气液分离器、压缩机、第二冷凝器和膨胀阀。

6.如权利要求5所述的机房空调系统，其特征在于，所述中间换热器为蒸发冷凝器。

7.如权利要求6所述的机房空调系统，其特征在于，所述蒸发器与所述压缩机之间还设置有气管单向阀，自所述蒸发冷凝器流出的制冷剂可选择性地通过压缩机流入所述第二冷凝器，或通过气管单向阀直接流入所述第二冷凝器。

8.如权利要求5所述的机房空调系统，其特征在于，所述膨胀阀并联有液管电动阀。

9.如权利要求1所述的机房空调系统，其特征在于，所述第二冷源系统为冷冻水系统。

10.如权利要求9所述的机房空调系统，其特征在于，所述中间换热器为冷凝器。

11.如权利要求1所述的机房空调系统，其特征在于，所述中间换热器与所述第二蒸发器之间设置有截止阀。

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