CN113513861A - 一种风冷冷凝器及可低温启动的机房空调 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种风冷冷凝器及可低温启动的机房空调，在冷凝器中设置预热单元，并且风扇单元驱动外部空气由预热单元流向散热单元，外部空气流经预热单元实现第一次提升温度后流向散热单元，进行第一次提升温度后的外部空气再与散热单元内的制冷剂进行热交换，解决因外部空气温度太低，导致压缩机排气压力过低和排气压力波动大且频繁的问题，外部空气通过预热单元和散热单元的两次加热后温度较高，最后温度较高的外部空气流通至再热单元，再热单元内的循环溶液与温度较高的外部空气进行热交换，吸收热量温度上升，再流回储热水箱内，且随着压缩机工作时间推移，循环溶液的温度会逐渐上升，最终达到稳定，使循环溶液温度保持在预设温度以上。

Description

一种风冷冷凝器及可低温启动的机房空调

技术领域

本发明涉及空调领域，具体涉及一种风冷冷凝器及可低温启动的机房空调。

背景技术

在各数据中心内的服务器等设备在工作时会产生大量热量，即便在寒冷的冬季，由于机房密封性较好，也会有大量热负荷，因此要求机房空调全年制冷运行，风冷机房空调主要由压缩机、风冷冷凝器、膨胀阀和蒸发器组成，为了保证空调机组的正常运行，需要将冷凝压力控制在要求范围内，风冷机房空调通过风冷冷凝器将从机房内吸收的热量散发到室外大气环境，但是冷凝压力受室外环境温度影响，当室外温度低于-15℃时，存在压缩机无法正常启动和冷凝压力波动频繁且波动大的问题。

现有技术的方案则是，为风冷冷凝器选配低温组件(通常包含储液器、压力调节阀、单向阀、电磁阀等)，以此确保压缩机正常启动且稳定运行，实际实施的过程中除需要选配低温组件外，空调系统还需要额外追加大量的制冷剂和相应量的冷冻油。

采用选配低温组件的空调系统，虽然解决了压缩机在低温环境下无法正常启动的问题，但仍然存在压缩机运行过程中，冷凝压力波动频繁且波动幅度大的问题，极端条件下，冷凝压力波动频繁、波动幅度大，会造成电子膨胀阀调节失效，有液态制冷剂进入压缩机，严重时会损坏压缩机。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提出一种风冷冷凝器及可低温启动的机房空调，通过在冷凝器中设置预热单元，在低温的环境下预热单元为外部空气首先进行第一次提升温度，将外部冷空气提升一定温度再流通至散热单元与制冷剂进行热交换，以此实现在低温环境下压缩机可以正常启动和平稳运行的效果。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供的一种风冷冷凝器，所述冷凝器包括：预热单元，用于对空气进行第一次提升温度；散热单元，用于流通制冷剂，对空气进行第二次提升温度；风扇单元，用于驱动空气的流动；所述风扇单元驱动空气由所述预热单元流向所述散热单元，外部空气流经所述预热单元时进行第一次提升温度，外部空气接着流通至所述散热单元，与所述散热单元内的制冷剂进行热量交换，使得外部空气进行第二次提升温度。

优选的，还包括储热水箱；所述储热水箱的出水口与所述预热单元的进水口连接，所述预热单元的出水口与所述储热水箱的进水口连接；所述储热水箱用于保持循环溶液温度在预设温度以上，循环溶液在所述预热单元与外部空气进行热交换，使得外部空气升温，所述预热单元内的循环溶液温度下降。

优选的，所述冷凝器还包括再热单元；所述再热单元的进水口与所述预热单元的出水口连接，所述再热单元的出水口与所述储热水箱的进水口连接；所述散热单元设于所述预热单元与所述再热单元之间，所述风扇单元驱动外部空气依次流经所述预热单元、所述散热单元、所述再热单元及所述风扇单元；外部空气经过所述预热单元与循环溶液进行第一次热交换，使得外部空气实现第一次提升温度；接着流经所述散热单元与制冷剂进行热交换，将制冷剂压力稳定维持在要求范围内，同时使得外部空气实现第二次提升温度；最后外部空气流经所述再热单元与循环溶液进行第二次热交换，使得循环溶液实现提升温度。

优选的，还包括循环水泵，所述循环水泵连接在所述储热水箱的出水口或者进水口上。

优选的，所述储热水箱还包括加热装置，所述加热装置设于所述储热水箱内，用于调节储热水箱内循环溶液的温度。

优选的，所述循环溶液为乙二醇水溶液。

优选的，预热单元和再热单元为盘管结构。

一种可低温启动的机房空调，包括压缩机、蒸发器以及如上所述的冷凝器；所述蒸发器的一端与所述压缩机的一端连接，所述压缩机的另一端与所述散热单元的一端连接，所述散热单元的另一端与所述蒸发器的另一端连接；所述压缩机用于压缩制冷剂并输送至所述散热单元对制冷剂进行降温，降温后的制冷剂输送至蒸发器进行蒸发，蒸发后的制冷剂再输送至所述压缩机进行压缩。

优选的，还包括膨胀阀，所述膨胀阀用于节流降压和调节制冷剂流量；所述膨胀阀的连接于所述蒸发器与冷凝器之间。

优选的，还包括分液器；所述分液器的进口与所述膨胀阀的出口连接，所述分液器的出口与所述蒸发器的进口连接；所述分液器对所述膨胀阀输出的制冷剂起分流作用，使得制冷剂分配更加均匀。

优选的，还包括干燥过滤器；所述干燥过滤器用于干燥过滤所述冷凝器出口的制冷剂；所述干燥过滤器连接于所述冷凝器与所述蒸发器之间。

本发明的有益效果为：

本发明提供的一种风冷冷凝器及可低温启动的机房空调，在冷凝器中设置预热单元，并且风扇单元驱动外部空气由预热单元流向散热单元，外部空气流经预热单元实现第一次提升温度后流向散热单元，进行第一次提升温度后的外部空气再与散热单元内的制冷剂进行热交换，以此解决了因外部空气温度太低导致压缩机排气压力过低和排气压力波动大且频繁的问题，外部空气通过预热单元和散热单元的两次加热后温度较高，最后温度较高的外部空气流通至再热单元，再热单元内流通着经过预热单元降温的循环溶液，再热单元内的循环溶液与温度较高的外部空气进行热交换，吸收外部空气的热量使得循环溶液的温度上升，再流回储热水箱内，且随着压缩机工作时间推移，循环溶液的温度会逐渐上升，最终达到稳定，使循环溶液温度保持在预设温度以上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施方式一中提供的结构示意图；

图2为本发明具体实施方式二中提供的结构示意图。

附图标识：1冷凝器；11预热单元；12散热单元；13再热单元；14风扇单元；2压缩机；3干燥过滤器；4视液镜；5膨胀阀、6分液器；7蒸发器；8循环水泵；9储热水箱；10加热装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

如图1所示，本实施例中提供的一种风冷冷凝器，冷凝器1包括：预热单元11，用于对空气进行第一次提升温度；散热单元12，用于制冷剂与空气进行热交换，对空气进行第二次提升温度；风扇单元14，用于驱动空气的流动；风扇单元14驱动空气由预热单元11流向散热单元12，外部空气流经预热单元11时进行第一次提升温度，外部空气接着流通至散热单元12，与散热单元12内的制冷剂进行热量交换，使得外部空气进行第二次提升温度。具体的，现有的冷凝器1仅设有散热单元12和风扇单元14，当冷凝器1若在温度过低的环境下工作时，散热单元12的换热效果极好，会使散热单元12内的制冷剂压力下降至过低的压力，制冷剂压力低于一定值时压缩机2会无法正常启动。

本实施例中的预热单元11设于冷凝器1空气流动方向的最前端，因此从冷凝器1外部进去冷凝器1的空气均会首先流经预热单元11，接着流通至散热单元12，预热单元11内流通着循环溶液，循环溶液用于与外部空气进行热交换，循环溶液温度是高于预设温度以上，起到加热外部空气的作用，使得外部空气实现第一次提升温度；经过第一次提升温度的外部空气流经散热单元12，散热单元12内流通着制冷剂，外部空气再与散热单元12内的制冷剂进行热交换，，制冷剂获得降温，外部空气进行第二次升温；本实施例通过预热单元11的设置，对外部空气进行第一次提升温度后外部空气再流通至散热单元12，以此防止过冷的外部空气与散热单元12进行热交换，防止散热单元12内的制冷剂压力下降至过低的压力，保持制冷剂的压力在压缩机2正常的工作压力范围内，最终实现了在外部环境温度过低时压缩机2也能正常启动且制冷剂压力平稳的效果。

优选的，还包括储热水箱9；储热水箱9的出水口与预热单元11的进水口连接，预热单元11的出水口与再热单元13的进水口连接；储热水箱9用于存储温度高于预设温度的循环溶液，循环溶液在预热单元11与外部空气进行热交换，使得外部空气升温，预热单元11内的循环溶液降温。具体的，储热水箱9存储的循环溶液用于流通至预热单元11，在预热单元11内与外部空气进行第一次的热交换，提升外部空气的温度，降低了循环溶液的温度，因此通过控制预热单元11内的循环溶液温度，即可控制流通至散热单元12的外部空气温度，进一步的可以控制散热单元12内的制冷剂压力。

优选的，冷凝器1还包括再热单元13；再热单元13的进水口与预热单元11的出水口连接，再热单元13的出水口与储热水箱9的进水口连接；散热单元12设于预热单元11与再热单元13之间，风扇单元14驱动外部空气依次流经预热单元11、散热单元12、再热单元13及风扇单元14；外部空气经过预热单元11与循环溶液进行第一次热交换，使得外部空气实现第一次提升温度；接着流经散热单元12与制冷剂进行热交换，将制冷剂压力稳定维持在要求范围内，同时使得外部空气实现第二次提升温度，最后外部空气流经再热单元13与循环溶液再次进行热交换，使得循环溶液实现提升温度。且随着压缩机工作时间推移，循环溶液温度会逐渐上升，最终达到稳定，流经所述散热单元的外部空气温度也会随着循环溶液温度上升而逐渐上升，使得散热单元内的制冷剂压力稳定维持在要求范围内。具体的，本实施例中冷凝器1的进风口和出风口依次安装预热单元11、散热单元12、再热单元13及风扇单元14，风扇单元14的启动驱动外部空气由进风口依次流经预热单元11、散热单元12、再热单元13及风扇单元14从出风口流出；由于外部空气先经过预热单元11进行第一次提升温度后再流通至散热单元12与制冷剂进行热交换，外部空气与制冷剂的热交换起到了决定制冷剂温度和压力的作用，由于预热单元11内循环溶液的温度是控制于一定范围内的，所以流通至散热单元12的外部空气温度也是在一定范围内的，因此可以实现将散热单元12内制冷剂的温度和压力控制在一定范围内，最终将冷凝压力稳定控制在正常范围内。

优选的，预热单元11和再热单元13为盘管结构。具体的，预热单元11、再热单元13主要用于与空气进行热量交换，所以预热单元11、再热单元13需要增加与空气的热量交换速率，可以在结构和材料两个方面进行增加导热速率，在结构上可以设为盘管以此增大导热面积实现增加导热速率的效果，在材料上可以选用导热效率较好的材料实现增加导热速率的效果，例如铜、铝等材料。

在具体工作的过程中，例如外界温度为-20度，一般压缩机2在-15度以下即无法正常启动，此时-20度的外部空气首先流经预热单元11，-20度的外部空气与预热单元11内的循环溶液进行热交换升温至-15度或以上，同时预热单元11内的循环溶液由-5度降温至-10度并输送至再热单元13；-15度或以上的外部空气接着流通至散热单元12与散热单元12内的制冷剂进行热交换升温至30度或以上；30度或以上的外部空气最后流通至再热单元13，30度或以上的外部空气与-10度的循环溶液进行热交互，循环溶液吸收部分热量进行升温后流回储热水箱9内。

上述工作过程中，预热单元11起到了将外部空气提升至一定温度后再流通至散热单元12与制冷剂进行热交换，解决风冷机房空调在室外低温环境下压缩机2无法正常启动和冷凝压力波动频繁且波动大的问题；再热单元13设于散热单元12的后方用于吸收散热单元12释放的免费热源，压缩机2启动运行后，在不增加额外成本的条件下，将循环溶液温度维持在预设温度以上，减少了储热水箱9内对循环溶液加热的耗能。

优选的，还包括循环水泵8，循环水泵8连接在储热水箱9的出水口或者进水口上。具体的，循环水泵8用于提供循环溶液的流动能量，起到了驱动循环溶液在储热水箱9、预热单元11、再热单元13三者之间的循环流动；本实施例的循环水泵8入进水口与储热水箱9的出水口连接，循环水泵8出水口与预热单元11的进水口连接。

优选的，储热水箱9还包括加热装置10，加热装置10设于储热水箱9内，用于加热储热水箱9内的循环溶液。具体的，加热装置10用于加热循环溶液，使得流通至预热单元11的循环溶液温度保持在预设温度以上，进而实现上述控制散热单元12内制冷剂的温度和压力。

优选的，循环溶液为乙二醇水溶液。具体的，循环溶液可以设置具备防冻溶液本实施例的循环溶液采用乙二醇水溶液，因为本实施例的冷凝器1用于低温环境下的，所以需要防止循环溶液温度过低时冻结。

实施例二

如图2所示，本实施例中提供的一种可低温启动的机房空调，包括压缩机2、蒸发器7以及上述的冷凝器1；蒸发器7的一端与压缩机2的一端连接，压缩机2的另一端与散热单元12的一端连接，散热单元12的另一端与蒸发器7的另一端连接；压缩机2用于压缩制冷剂并输送至散热单元12对制冷剂进行降温，降温后的制冷剂输送至蒸发器7进行蒸发，蒸发后的制冷剂再输送至压缩机2进行压缩。具体的，制冷剂依次经过压缩机2进行压缩后输送至冷凝器1的散热单元12，散热单元12内的制冷剂与外部空气进行热交换，制冷剂获得降温，降温后的制冷剂输送至蒸发器7，蒸发器7进行蒸发，蒸发后的制冷剂再输送至压缩机2进行压缩。

优选的，还包括膨胀阀5，膨胀阀5用于节流降压和调节制冷剂流量；膨胀阀5的连接于蒸发器7与冷凝器1之间。具体的膨胀阀5设于视液镜4和分液器6之间，膨胀阀5使中温高压的液体制冷剂通过其节流成为低温低压的制冷剂，然后制冷剂在蒸发器7中吸收热量达到制冷效果，膨胀阀5通过蒸发器7末端的过热度变化来控制阀门流量。

优选的，还包括分液器6；分液器6的进口与膨胀阀5的出口连接，分液器6的出口与蒸发器7的进口连接；分液器6对膨胀阀5输出的制冷剂起分流作用，使得制冷剂分配更加均匀。具体的，分液器6设于蒸发器7与膨胀阀5之间。

优选的，还包括干燥过滤器3；干燥过滤器3用于过滤冷凝器1出口的制冷剂；干燥过滤器3连接于冷凝器1与蒸发器7之间。具体的，干燥过滤器3设于冷凝器1与视液镜4之间，干燥过滤器3主要用于吸收制冷剂中的水分和过滤系统中的杂质，以确保制冷系统正常工作，

优选的，还包括视液镜4；视液镜4设于膨胀阀5与干燥过滤器3之间，视液镜4作为液体水分指示器用来来确定系统内制冷剂的充注量和含水量，通过广角的视镜可以目视系统的制冷剂，在视液镜4内中心位置的指示器元件对水份高度灵敏，并随着系统内的水份含量的变化逐渐改变颜色，因此很容易看到系统内的气泡或闪蒸气体，表示制冷剂是否适当需要填充。

本实施例中制冷剂流通方向为依次流经压缩机2、冷凝器1、干燥过滤器3、视液镜4、膨胀阀5、分液器6、蒸发器7并循环流通。

一种风冷冷凝器及可低温启动的机房空调，在冷凝器1中设置预热单元11，并且风扇单元14驱动外部空气由预热单元11流向散热单元12，外部空气流经预热单元11实现第一次提升温度后流向散热单元12，进行第一次提升温度后的外部空气在于散热单元12内的制冷剂进行热交换，以此解决了排气压力过低和排气压力波动大且频繁导致压缩机2无法正常启动和运行的问题，外部空气通过预热单元11和散热单元12的两次加热后温度较高，最后温度较高的外部空气流通至再热单元13，再热单元13内流通着经过预热单元11降温的循环溶液，再热单元13与温度较高的外部空气进行热交换，吸收外部空气的热量使得循环溶液的温度上升，再热单元13的循环溶液流回储热水箱9内，使循环溶液温度保持在预设温度以上的效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种风冷冷凝器，其特征在于，所述冷凝器包括：

预热单元，用于对空气进行第一次提升温度；

散热单元，用于流通制冷剂，对空气进行第二次提升温度；

风扇单元，用于驱动空气的流动；

所述风扇单元驱动空气由所述预热单元流向所述散热单元，外部空气流经所述预热单元时进行第一次提升温度，外部空气接着流通至所述散热单元，与所述散热单元内的制冷剂进行热量交换，使得外部空气进行第二次提升温度。

2.如权利要求1所述的一种风冷冷凝器，其特征在于，还包括储热水箱；

所述储热水箱的出水口与所述预热单元的进水口连接，所述预热单元的出水口与所述储热水箱的进水口连接；

所述储热水箱用于保持循环溶液温度在预设温度以上，循环溶液在所述预热单元与外部空气进行热交换，使得外部空气升温，所述预热单元内的循环溶液温度下降。

3.如权利要求2所述的一种风冷冷凝器，其特征在于，所述冷凝器还包括再热单元；

所述再热单元的进水口与所述预热单元的出水口连接，所述再热单元的出水口与所述储热水箱的进水口连接；

所述散热单元设于所述预热单元与所述再热单元之间，所述风扇单元驱动外部空气依次流经所述预热单元、所述散热单元、所述再热单元及所述风扇单元；

外部空气经过所述预热单元与循环溶液进行第一次热交换，使得外部空气实现第一次提升温度；接着流经所述散热单元与制冷剂进行热交换，将制冷剂压力稳定维持在要求范围内，同时使得外部空气实现第二次提升温度；最后外部空气流经所述再热单元与循环溶液进行第二次热交换，使得循环溶液实现提升温度。

4.如权利要求2所述的一种风冷冷凝器，其特征在于，还包括循环水泵，所述循环水泵连接在所述储热水箱的出水口或者进水口上。

5.如权利要求2所述的一种风冷冷凝器，其特征在于，所述储热水箱还包括加热装置，所述加热装置设于所述储热水箱内，用于调节储热水箱内循环溶液的温度。

6.如权利要求2所述的一种风冷冷凝器，其特征在于：所述循环溶液为乙二醇水溶液。

7.如权利要求3所述的一种可低温启动的机房空调，其特征在于，所述预热单元和所述再热单元为盘管结构。

8.一种可低温启动的机房空调，其特征在于，包括权利要求1-7任一所述的冷凝器、压缩机以及蒸发器；

所述蒸发器的一端与所述压缩机的一端连接，所述压缩机的另一端与所述散热单元的一端连接，所述散热单元的另一端与所述蒸发器的另一端连接；

所述压缩机用于压缩制冷剂并输送至所述散热单元对制冷剂进行降温，降温后的制冷剂输送至蒸发器进行蒸发，蒸发后的制冷剂再输送至所述压缩机进行压缩。

9.如权利要求8所述的一种可低温启动的机房空调，其特征在于，还包括膨胀阀，所述膨胀阀用于节流降压和调节制冷剂流量；

所述膨胀阀的连接于所述蒸发器与冷凝器之间。

10.如权利要求9所述的一种可低温启动的机房空调，其特征在于：还包括分液器；

所述分液器的进口与所述膨胀阀的出口连接，所述分液器的出口与所述蒸发器的进口连接；

所述分液器对所述膨胀阀输出的制冷剂起分流作用，使得制冷剂分配更加均匀。

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