CN114216277A - 机柜空调及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种机柜空调及其控制方法。该机柜空调包括机壳，机壳内设置有隔板，隔板将机壳分为上部空间和下部空间，上部空间内设置有上风机组件和蒸发器组件，下部空间内设置有下风机组件和冷凝器组件，蒸发器组件下方设置有接水盘，接水盘的形状与蒸发器组件的底部形状相适配，接水盘的周壁顶部与隔板固定连接，将上部空间和下部空间间隔开，冷凝器组件位于接水盘下方，接水盘上设置有将接水盘内的冷凝水喷淋至冷凝器组件的过水通道。根据本申请的机柜空调，能够提高能源的有效利用率，降低冷凝器的冷凝温度，避免对机柜内的温湿度控制造成不利影响，提高空调能效。
Description
技术领域
本申请涉及空调技术领域，具体涉及一种机柜空调及其控制方法。
背景技术
由于电池储能系统中的锂离子电池工作时内部存在一系列放热反应，在一定条件下会发生热失控连锁反应，可能导致电池的燃烧和爆炸，使有关锂离子电池储能安全问题成为该领域的一个热点。为了保证储能系统在合理的工作温区工作，常利用工业空调和风扇风机等产生的风强制对流来散热。
机柜现行利用的空调设备具有以下特点：由于机柜内没有特定的湿源，湿量主要来自工作人员及渗入的室外空气，因此散湿量很小；空调送风焓差小，风量大。由于基站内散热量中95％以上为显热，热湿比近似无穷大。因此，空调机的空气处理过程可近似看作等湿降温过程。此工况下的焓差小，必然造成送风量偏大；基站内部设备属于全年不间断高负荷运行，即使在冬季，也可能存在散热情况。因此空调机也必须全年连续不间断运行，运行周期较长。为保证全年运行的高可靠性，有时需要考虑备用散热，温控成本较大。同时，蒸发器会凝结大量冷凝水，而通常的做法是将冷凝水直接排出机柜，造成能源浪费。
如果不将冷凝水直接排出机柜，由于机柜内的及蓄电池对温度和湿度都比较敏感，冷凝水在接水盘内的存留又会导致机柜内的温湿度造成影响，不利于机柜内的温湿度控制。
发明内容
因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种机柜空调及其控制方法，能够提高能源的有效利用率，降低冷凝器的冷凝温度，避免对机柜内的温湿度控制造成不利影响，提高空调能效。
为了解决上述问题，本申请提供一种机柜空调，包括机壳，机壳内设置有隔板，隔板将机壳分为上部空间和下部空间，上部空间内设置有上风机组件和蒸发器组件，下部空间内设置有下风机组件和冷凝器组件，蒸发器组件下方设置有接水盘，接水盘的形状与蒸发组件的底部形状相适配，接水盘的周壁顶部与隔板固定连接，将上部空间和下部空间间隔开，冷凝器组件位于接水盘下方，接水盘上设置有将接水盘内的冷凝水喷淋至冷凝器组件的过水通道。
优选地，过水通道设置在接水盘的底部，接水盘底部还设置有能够打开或者关闭过水通道的挡片。
优选地，接水盘内还设置有电机、挡片上连接有齿条，电机的输出端设置有齿轮，齿轮与齿条啮合传动。
优选地，电机水平设置，齿条位于齿轮和接水盘的底面之间，并将齿条压紧贴合在接水盘的底面上。
优选地，接水盘还设置有液位检测装置，液位检测装置检测到液位到达设定值时，挡片打开过水通道，液位检测装置检测到液位未到达设定值时，挡片关闭过水通道。
优选地，下部空间内还设置有压缩机，压缩机为双缸单级压缩，压缩机包括第一缸和第二缸，第一缸和第二缸均能够卸载，第一缸为高压缸，第二缸为低压缸，压缩机启动气泵模式时，低压缸启动，高压缸卸载，机柜空调运行自然冷源模式，压缩机启动压缩模式时，高压缸启动，低压缸卸载，机柜空调运行机械制冷模式。
优选地，机壳包括外框结构、前门板和后门板，前门板上对应于上部空间设置有进风口和出风口，空气从进风口进入上部空间，经蒸发器组件换热后从出风口吹出。
优选地，蒸发器组件为V形，蒸发器组件与后门板之间形成第一风道，蒸发器组件与前门板之间形成第二风道，第一风道的面积为S1，第二风道的面积为S2，第二风道的设计风速为V1，
优选地，蒸发器组件的两端端部分别设置有挡风板，挡风板与外框结构之间形成过风通道，经进风口进入上部空间的空气从过风通道进入蒸发器组件与后门板之间的空间。
根据本申请的另一方面，提供了一种上述的机柜空调的控制方法，其特征在于，包括：
获取机柜内温度T1；
获取机柜外温度T2；
将T1与T2的差值和设定差值T3进行比较；
当T1-T2＜T3时，控制压缩机启动机械制冷模式；
当T1-T2≥T3时，控制压缩机启动气泵模式，利用自然冷源冷却。
优选地，控制方法还包括：
检测接水盘的液位H1；
当H1＞H时，开启过水通道，降低下风机组件的风机转速；
当H1≤H时，关闭过水通道。
本申请提供的机柜空调，包括机壳，机壳内设置有隔板，隔板将机壳分为上部空间和下部空间，上部空间内设置有上风机组件和蒸发器组件，下部空间内设置有下风机组件和冷凝器组件，蒸发器组件下方设置有接水盘，接水盘的形状与蒸发组件的底部形状相适配，接水盘的周壁顶部与隔板固定连接，将上部空间和下部空间间隔开，冷凝器组件位于接水盘下方，接水盘上设置有将接水盘内的冷凝水喷淋至冷凝器组件的过水通道。该机柜空调对接水盘的结构进行了优化，使得接水盘的周壁与隔板形成连接，接水盘的上风通过蒸发器组件进行遮挡，从而使得接水盘在能够实现有效接水的同时，空气流经蒸发器组件的过程中，由于蒸发器组件以及隔板的阻挡，可以形成封闭的接水结构，不会改变空气的温湿度，避免对机柜内的温湿度造成影响，有利于机柜内的温湿度控制，同时，接水盘内的冷凝水又可以通过过水通道喷淋至冷凝器组件对冷凝器组件进行降温，可以提高能源的利用率，有效降低冷凝器组件的温度，提高机柜空调的工作性能。
附图说明
图1为本申请一个实施例的机柜空调的分解结构示意图；
图2为本申请一个实施例的机柜空调的结构示意图；
图3为本申请一个实施例的机柜空调的接水盘的立体结构示意图；
图4为本申请一个实施例的机柜空调的气流流向结构示意图；
图5为本申请一个实施例的机柜空调的进出风结构示意图；
图6为本申请一个实施例的机柜空调的控制方法流程图。
附图标记表示为：
1、机壳；2、隔板；3、上风机组件；4、蒸发器组件；5、下风机组件；6、冷凝器组件；7、接水盘；8、过水通道；9、挡片；10、电机；11、齿条；12、齿轮；13、压缩机；14、外框结构；15、前门板；16、后门板；17、进风口；18、出风口；19、第一风道；20、第二风道；21、挡风板；22、过风通道；23、电器盒。
具体实施方式
结合参见图1至图6所示，根据本申请的实施例，机柜空调包括机壳1，机壳1内设置有隔板2，隔板2将机壳1分为上部空间和下部空间，上部空间内设置有上风机组件3和蒸发器组件4，下部空间内设置有下风机组件5和冷凝器组件6，蒸发器组件4下方设置有接水盘7，接水盘7的形状与蒸发器组件4的底部形状相适配，接水盘7的周壁顶部与隔板2固定连接，将上部空间和下部空间间隔开，冷凝器组件6位于接水盘7下方，接水盘7上设置有将接水盘7内的冷凝水喷淋至冷凝器组件6的过水通道8。
该机柜空调对接水盘7的结构进行了优化，使得接水盘7的周壁与隔板2形成连接，接水盘7的上风通过蒸发器组件4进行遮挡，从而使得接水盘7在能够实现有效接水的同时，空气流经蒸发器组件4的过程中，由于蒸发器组件4以及隔板2的阻挡，可以形成封闭的接水结构，不会改变空气的温湿度，避免对机柜内的温湿度造成影响，有利于机柜内的温湿度控制，同时，接水盘7内的冷凝水又可以通过过水通道8喷淋至冷凝器组件6对冷凝器组件6进行降温，可以提高能源的利用率，有效降低冷凝器组件6的温度，提高机柜空调的工作性能。
在一个实施例中，过水通道8设置在接水盘7的底部，接水盘7底部还设置有能够打开或者关闭过水通道8的挡片9。在本实施例中，挡片9可以设置在接水盘7的槽内底面，也可以设置在接水盘7的朝向冷凝器组件6一侧的底面，只需要能够沿着接水盘7的内侧底面或者是外侧底面贴合滑动，保证在到达过水通道8处能够实现有效密封即可。
在本实施例中，挡片9为平板结构，并且设置在接水盘7的内侧，接水盘7的内侧底面为平面，能够与接水盘7的内侧底面贴合。为了保证挡片9与接水盘7之间的密封，在挡片9的底部还可以设置弹性密封层。
为了保证挡片9与接水盘7之间的密封贴合效果，并且保证挡片9能够方便打开或者关闭过水通道8，可以在接水盘7上设置驱动结构以及导向结构，驱动结构与导向结构驱动连接，导向结构与挡片9连接，导向结构可以通过接水盘7进行导向限位，并且可以利用接水盘7或者驱动结构施加压紧作用，进而通过导向结构将这种压紧作用传递给挡片9，使得挡片9也能够压紧贴合在接水盘7的底面上。
在一个实施例中，接水盘7内还设置有电机10、挡片9上连接有齿条11，电机10的输出端设置有齿轮12，齿轮12与齿条11啮合传动。在本实施例中挡片9与齿条11之间可以为一体成型，也可以通过其他的方式固定连接，需要保证齿条11能够将压紧作用传递至挡片9即可。
在一个实施例中，可以在接水盘7上设置导向槽，此种情况下，电机只需要传递驱动作用驱动齿条11带动挡片9运动，挡片9的压紧作用则由导向槽的导向作用提供。
在一个实施例中，电机10水平设置，齿条11位于齿轮12和接水盘7的底面之间，并将齿条11压紧贴合在接水盘7的底面上。在本实施例中，齿条11位于齿轮12的下侧，当齿轮12对齿条11施加齿轮啮合作用，驱动齿条11滑动时，齿轮12同时对齿条11施加压力，将齿条11压紧贴合在接水盘7的底面上，进而齿条11将这种作用力传递至挡片9，使得挡片9能够与接水盘7的底面之间实现贴合密封。
在一个实施例中，接水盘7还设置有液位检测装置，液位检测装置检测到液位到达设定值时，挡片9打开过水通道8，液位检测装置检测到液位未到达设定值时，挡片9关闭过水通道8。在本实施例中，通过设置液位检测装置，可以利用液位检测装置检测到的接水盘7内的液位来控制挡片9的工作位置，以避免接水盘7内的冷凝水溢出，保证接水盘7的安全可靠使用。
在一个实施例中，下部空间内还设置有压缩机13，压缩机13为双缸单级压缩，压缩机13包括第一缸和第二缸，第一缸和第二缸均能够卸载，第一缸为高压缸，第二缸为低压缸，压缩机13启动气泵模式时，低压缸启动，高压缸卸载，机柜空调运行自然冷源模式，压缩机13启动压缩模式时，高压缸启动，低压缸卸载，机柜空调运行机械制冷模式。
在本实施例中，该压缩机13既可以作为气泵使用，又可以作为空压机使用，具有双重功能，当机柜内外温差较大，达到预设温差时，可以对压缩机13进行调节，使得压缩机13的低压缸启动，高压缸卸载，作为气泵使用，从而有效利用自然冷源进行制冷，减少了能耗。当机柜内外温差较小，此时可以对压缩机13进行调节，使得压缩机13的高压缸启动，低压缸卸载，作为空压机使用，实现机柜空调的机械制冷。通过上述方式，在冬季以及夜晚温度较低时均可以运行气泵模式，有效减少能耗。
上述的压缩机13兼具气泵和空压机的能力，而且可以根据需要进行切换，因此使用比较灵活，适用范围更广。
在一个实施例中，机壳1包括外框结构14、前门板15和后门板16，前门板15上对应于上部空间设置有进风口17和出风口18，空气从进风口17进入上部空间，经蒸发器组件4换热后从出风口18吹出。
在本实施例中，机柜空调通过隔板2对机壳1的内部空间进行分隔，进风口17和出风口18均与机柜内部连通，机柜内部空气从进风口17进入到机柜空调内进行温湿度调节之后，被上风机组件3通过出风口18再送入到机柜内部进行温湿度控制，从而保证机柜内部温湿度的恒定。隔板可以实现机柜的内外部分离，使得冷凝器组件6换热后的空气不会进入到机柜内，从而保证了对机柜内温度调节的有效性。
下部空间也具有进风口和出风口，下部空间的进风口和出风口位于后门板16上，也即位于远离前门板15的一侧，因此能够更加有效地避免外部换热对机柜内部换热造成不利影响，提高机柜空调的工作性能。
在一个实施例中，蒸发器组件4为V形，蒸发器组件4与后门板16之间形成第一风道19，蒸发器组件4与前门板15之间形成第二风道20，第一风道19的面积为S1，第二风道20的面积为S2，第二风道20的设计风速为V1，
在本实施例中，第一风道19的截面面积为蒸发器组件4与后门板16之间所形成的三角形截面的面积，第二风道20的截面面积为蒸发器组件4与前门板15之间所形成的三角形截面的面积，由于第一风道19位于靠近后门板16的一侧，第二风道20位于靠近前门板15的一侧，因此从进风口17流经第二风道20到达出风口18的空气流动路径更短，而从进风口17流经第一风道19到达出风口18的空气流动路径更长，为了保证到达出风口18位置处的出风风速均匀，需要根据流动路径对第一风道19和第二风道20的截面面积进行设计。
通过研究，将第一风道19和第二风道20的截面面积与第二风道20的设计风速V1通过上述的公式关联起来，能够较好的保障从蒸发器组件4两侧流入的风量近似，从而避免了蒸发器组件4内铜管的换热不均的问题，利用风道面积的变化达到出风口18处管口静压的一致。
在一个实施例中，蒸发器组件4的两端端部分别设置有挡风板21，挡风板21与外框结构14之间形成过风通道22，经进风口17进入上部空间的空气从过风通道22进入蒸发器组件4与后门板16之间的空间。挡风板21能够有效避免空气不经过蒸发器组件4换热而直接通过上风机组件3进入到出风口18，保证空气与蒸发器组件4之间的换热效率。
在本实施例中，进风口17为两个，其中一个进风口17设置在蒸发器组件4的一端，另一个进风口17设置在蒸发器组件4的一端，从而能够增大进风面积，提高进风量，保证换热效率。
在一个实施例中，蒸发器组件4和冷凝器组件6之间还连接有热管，该热管与蒸发器组件4和冷凝器组件6之间的冷媒管路并联，可以根据需要来调节蒸发器组件4和冷凝器组件6之间的连接状态，在机柜空调处于自然冷源模式时，蒸发器组件4和冷凝器组件6通过热管连通，在机柜空调处于机械制冷模式时，蒸发器组件4和冷凝器组件6通过冷媒管路连通。
机壳1内还设置有电器盒23，电器盒23位于下部空间内。
结合参见图6所示，根据本申请的实施例，上述的机柜空调的控制方法包括：获取机柜内温度T1；获取机柜外温度T2；将T1与T2的差值和设定差值T3进行比较；当T1-T2＜T3时，控制压缩机13启动机械制冷模式；当T1-T2≥T3时，控制压缩机13启动气泵模式，利用自然冷源冷却。T3例如为20℃，也可以根据实际情况选定该值。
控制方法还包括：检测接水盘7的液位H1；当H1＞H时，开启过水通道8，降低下风机组件5的风机转速；当H1≤H时，关闭过水通道8。
当感温元器件检测到机柜外温度T2与机柜内温度T1温差大于或等于设定差值T3时，机柜空调的压缩机133将启动气泵模式，此时主要靠外部的自然冷源驱动冷媒的相变，而压缩机13切换到低压的气泵阀片，只是在低功耗的运行给冷媒一定的驱动力。当感温元器件检测到机柜外温度T2与机柜内温度T1温差小于设定差值T3时，此时外部温度不足以驱动冷媒的循环，需要压缩机13切换到机械制冷模式以维持机柜内的温度在合理的工作温区。
接水盘7内的冷凝水的控制利用通过如下方式进行，通过检测装置，实时检测接水盘7中的液位，当液位大于设定的液位阈值H时，电机10由齿轮12通过齿条11带动挡片9移动，接水盘7中的水将通过过水通道8流至冷凝器组件6，从而降低冷凝温度，提高能效。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。
Claims (11)
1.一种机柜空调，其特征在于，包括机壳(1)，所述机壳(1)内设置有隔板(2)，所述隔板(2)将所述机壳(1)分为上部空间和下部空间，所述上部空间内设置有上风机组件(3)和蒸发器组件(4)，所述下部空间内设置有下风机组件(5)和冷凝器组件(6)，所述蒸发器组件(4)下方设置有接水盘(7)，所述接水盘(7)的形状与所述蒸发器组件(4)的底部形状相适配，所述接水盘(7)的周壁顶部与所述隔板(2)固定连接，将所述上部空间和所述下部空间间隔开，所述冷凝器组件(6)位于所述接水盘(7)下方，所述接水盘(7)上设置有将所述接水盘(7)内的冷凝水喷淋至所述冷凝器组件(6)的过水通道(8)。
2.根据权利要求1所述的机柜空调，其特征在于，所述过水通道(8)设置在所述接水盘(7)的底部，所述接水盘(7)底部还设置有能够打开或者关闭所述过水通道(8)的挡片(9)。
3.根据权利要求2所述的机柜空调，其特征在于，所述接水盘(7)内还设置有电机(10)、所述挡片(9)上连接有齿条(11)，所述电机(10)的输出端设置有齿轮(12)，所述齿轮(12)与所述齿条(11)啮合传动。
4.根据权利要求3所述的机柜空调，其特征在于，所述电机(10)水平设置，所述齿条(11)位于所述齿轮(12)和所述接水盘(7)的底面之间，并将所述齿条(11)压紧贴合在所述接水盘(7)的底面上。
5.根据权利要求2所述的机柜空调，其特征在于，所述接水盘(7)还设置有液位检测装置，所述液位检测装置检测到液位到达设定值时，所述挡片(9)打开所述过水通道(8)，所述液位检测装置检测到液位未到达设定值时，所述挡片(9)关闭所述过水通道(8)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的机柜空调，其特征在于，所述下部空间内还设置有压缩机(13)，所述压缩机(13)为双缸单级压缩，所述压缩机(13)包括第一缸和第二缸，所述第一缸和所述第二缸均能够卸载，所述第一缸为高压缸，所述第二缸为低压缸，所述压缩机(13)启动气泵模式时，所述低压缸启动，所述高压缸卸载，所述机柜空调运行自然冷源模式，所述压缩机(13)启动压缩模式时，所述高压缸启动，所述低压缸卸载，所述机柜空调运行机械制冷模式。
7.根据权利要求1所述的机柜空调，其特征在于，所述机壳(1)包括外框结构(14)、前门板(15)和后门板(16)，所述前门板(15)上对应于上部空间设置有进风口(17)和出风口(18)，空气从进风口(17)进入所述上部空间，经所述蒸发器组件(4)换热后从所述出风口(18)吹出。
8.根据权利要求7所述的机柜空调，其特征在于，所述蒸发器组件(4)为V形，所述蒸发器组件(4)与所述后门板(16)之间形成第一风道(19)，所述蒸发器组件(4)与所述前门板(15)之间形成第二风道(20)，所述第一风道(19)的面积为S1，所述第二风道(20)的面积为S2，所述第二风道(20)的设计风速为V1，
9.根据权利要求7所述的机柜空调，其特征在于，所述蒸发器组件(4)的两端端部分别设置有挡风板(21)，所述挡风板(21)与所述外框结构(14)之间形成过风通道(22)，经所述进风口(17)进入所述上部空间的空气从所述过风通道(22)进入所述蒸发器组件(4)与所述后门板(16)之间的空间。
10.一种如权利要求1至9中任一项所述的机柜空调的控制方法，其特征在于，包括：
获取机柜内温度T1；
获取机柜外温度T2；
将T1与T2的差值和设定差值T3进行比较；
当T1-T2＜T3时，控制压缩机(13)启动机械制冷模式；
当T1-T2≥T3时，控制压缩机(13)启动气泵模式，利用自然冷源冷却。
11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，还包括：
检测接水盘(7)的液位H1；
当H1＞H时，开启过水通道(8)，降低下风机组件(5)的风机转速；
当H1≤H时，关闭过水通道(8)。
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