CN115773546A - 一种蒸发冷却热管空调 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蒸发冷却热管空调，其包括室内机单元、室外机单元，室外机单元包括储液罐、第一冷凝器和冷却单元，储液罐包括气体进口、气体出口、液体进口、液体出口，气体进口、液体出口与室内机单元通过铜管连接形成换热循环，气体出口与第一冷凝器的一端通过铜管连接、第一冷凝器的另一端与液体进口通过铜管连接，冷却单元对第一冷凝器进行冷凝降温。其先将外部空气温度降低至逼近露点温度，然后对热管空调冷凝器中的冷媒进行初冷，当外部空气湿球温度低于20℃时可全部利用自然冷源对冷媒进行冷却，当外部空气湿球温度高于20℃时，启用压缩机利用板换对未液化冷媒进行二次冷却，可全年利用自然冷源，降低压缩机负荷，从而大幅度降低能耗。

Description

一种蒸发冷却热管空调

技术领域

本发明涉及热管制冷技术领域，具体涉及到一种用于数据中心的采用蒸发技术的蒸发冷却热管空调。

背景技术

氟泵自然冷热管空调是目前风冷精密空调更新换代和发展的方向，由于使用方便、操作简单、可靠性高，普遍应用于中小数据中心或者对温湿度要求比较高的场合。目前的主流氟泵自然冷热管空调采用双工况模式，即热管模式和压缩机工作模式，但基本是在寒冷地区接近零度才可启用热管模式，一年中可利用自然冷的时间非常短，基本起不到节能的效果。

但即使在夏季最高温时段，数据中心服务器回风温度依然高于室外空气湿球5-18℃，高于室外空气露点温度8-20℃；本发明提供了一种蒸发冷却热管空调，可实现全年利用自然冷源，节能效果显著。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种蒸发冷却热管空调，间接蒸发空气冷却模块先将外部空气温度降低至低于湿球温度、逼近露点温度，然后对热管空调冷凝器中的冷媒进行初冷，当外部空气湿球温度低于20℃时可全部利用自然冷源对冷媒进行冷却，当外部空气湿球温度高于20℃时，启用压缩机利用板换对未液化冷媒进行二次冷却，可全年充分利用自然冷源，降低压缩机启用时间和负荷，从而大幅度降低能耗。

本发明实施案例的技术方案如下：

一种蒸发冷却热管空调，其包括室内机单元、室外机单元，所述室外机单元包括储液罐、第一冷凝器和冷却单元，所述储液罐包括气体进口、气体出口、液体进口、液体出口，所述气体进口、所述液体出口与所述室内机单元通过铜管连接形成换热循环，所述气体出口与所述第一冷凝器的一端通过铜管连接、所述第一冷凝器的另一端与所述液体进口通过铜管连接，所述冷却单元对所述第一冷凝器进行冷凝降温。

优选地，所述室外机单元还包括压缩机、板式换热器、第二冷凝器、电力膨胀阀、第一电磁阀、第二电磁阀，所述板式换热器包括热进口、热出口、冷进口、冷出口，所述压缩机与所述第二冷凝器的一端通过铜管连接，所述第二冷凝器的另一端与所述电力膨胀阀、所述冷进口通过铜管顺序连接，所述冷出口与所述压缩机通过铜管连接，所述冷却单元对所述第二冷凝器进行冷凝降温，所述热进口通过铜管与所述第二电磁阀、所述第一冷凝器顺序连接，所述热出口通过铜管与所述液体进口连接，所述热出口通过铜管与所述第一电磁阀、所述第一冷凝器顺序连接。

优选地，所述冷却单元为间接蒸发空气冷却模块，所述间接蒸发空气冷却模块包括外壳、表冷器、布水器、湿膜、喷淋器、水泵、集水盘、蓄水箱和风机，所述风机位于所述外壳的顶部，所述表冷器位于外壳入风口处，所述湿膜位于所述表冷器的正后方，所述布水器位于所述湿膜的正上方，所述喷淋器位于所述湿膜的后方，所述集水盘位于所述湿膜的下方，所述蓄水箱位于所述集水盘的下方，所述水泵通过水管与所述蓄水箱和所述表冷器一端连接，所述表冷器另一端与所述布水器和所述喷淋器连接，所述第一冷凝器位于所述湿膜和所述喷淋器之间，所述第二冷凝器位于所述喷淋器的后方，所述水泵从所述蓄水箱中抽取喷淋水经所述表冷器输送到所述布水器、所述喷淋器中，所述布水器对所述湿膜进行淋水，所述喷淋器对所述第一冷凝器进行喷水，喷淋水从所述湿膜、所述第一冷凝器上流落至所述集水盘，汇流至所述蓄水箱中，所述风机抽取外部空气经所述表冷器、所述湿膜、所述第一冷凝器、所述第二冷凝器从所述外壳顶部排出。

优选地，所述室内机单元包括蒸发器、蒸发器风机和电子调节阀，所述蒸发器的进液端通过铜管与所述液体出口连接，所述蒸发器的出气端通过铜管与所述气体进口连接，所述电子调节阀两端通过铜管与所述蒸发器的进液端、所述液体出口连接，所述蒸发器风机抽取室内空气经所述蒸发器循环流动。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

间接蒸发空气冷却模块先将外部空气温度降低至低于湿球温度、逼近露点温度，然后对热管空调冷凝器中的冷媒进行初冷，当外部空气湿球温度低于20℃时可全部利用自然冷源对冷媒进行冷却，当外部空气湿球温度高于20℃时，启用压缩机利用板式换热器对未液化冷媒进行二次冷却，可全年充分利用自然冷源，降低压缩机启用时间和负荷，从而大幅度降低能耗。

附图说明

图1为本发明中的蒸发冷却热管空调的结构原理示意图；

图2为本发明中的蒸发冷却热管空调的低温模式的结构原理示意图；

图3为本发明中的蒸发冷却热管空调的高温模式的结构原理示意图；

10、室内机单元；11、蒸发器；12、蒸发器风机；13、电子调节阀；20、室外机单元；21、储液罐；211、气体出口；212、液体进口；213、液体出口；214、气体进口；22、板式换热器；221、冷出口；222、冷进口；223、热进口；224、热出口；231、压缩机；232、第二冷凝器；233、热力膨胀阀；24、第一冷凝器；25、间接蒸发空气冷却模块；251、表冷器；252、布水器；253、湿膜；254、喷淋器；255、水泵；256、蓄水箱；257、集水盘；258、风机；33、第一电磁阀；34、第二电磁阀。

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例。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例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

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。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

如图1所示，图1为本发明中的蒸发冷却热管空调的结构原理示意图；一种蒸发冷却热管空调，其包括室内机单元10、室外机单元20，室内机单元置于室内用于对室内热空气冷却降温，室外机单元置于室外对换热后的制冷剂冷凝散热，室内机单元通过铜管与室外机单元形成闭环连接，实现循环换热，室内机单元和室外机单元都为智能控制，使得热管空调长期运行在节能模式。具体地，室外机单元20包括储液罐21、第一冷凝器24和冷却单元，储液罐包括气体进口214、气体出口211、液体进口212、液体出口213，气体进口、液体出口与室内机单元通过铜管连接形成换热循环，气体出口211与第一冷凝器24的一端通过铜管连接、第一冷凝器的另一端与液体进口212通过铜管连接，冷却单元对第一冷凝器进行冷凝降温。

以上室外机单元结构连接架构可满足春秋冬季低温模式下的冷凝冷却，如图2，图2为本发明中的蒸发冷却热管空调的低温模式的结构原理示意图；下面参考图2介绍室外机单元的运行原理过程：高温气态冷媒经气体进口进入储液罐，从气体出口通过铜管输送到第一冷凝器中，经冷却冷凝成低温液态冷媒回流到储液罐中，经氟泵抽送到室内机单元中。由于在低温季节，环境温度较低，对冷凝冷却压力较小，使用常规的冷却单元就可以解决室外机的基本冷凝冷却压力。

而在高温季节，则还需机械制冷来对室外机的冷凝冷却压力进一步释放，如图1所示。室外机单元20还包括压缩机231、板式换热器22、第二冷凝器232、电力膨胀阀233、第一电磁阀33、第二电磁阀34，板式换热器22包括热进口223、热出口224、冷进口222、冷出口221，压缩机与第二冷凝器的一端通过铜管连接，第二冷凝器的另一端与电力膨胀阀、冷进口通过铜管顺序连接，冷出口与压缩机通过铜管连接，冷却单元对第二冷凝器进行冷凝降温，热进口通过铜管与第二电磁阀、第一冷凝器顺序连接，热出口通过铜管与液体进口连接，热出口通过铜管与第一电磁阀、第一冷凝器顺序连接。

如图3，图3为本发明中的蒸发冷却热管空调的高温模式的结构原理示意图；高温气态冷媒经气体进口进入储液罐，从气体出口通过铜管输送到第一冷凝器中，在冷却单元中被初次冷却后输送到板式换热器中被二次冷却冷凝成低温液态冷媒回流到储液罐中，经氟泵抽送到室内机单元中。压缩机与第二冷凝器、板式换热器连接形成机械制冷系统，板式换热器在此机械制冷系统为蒸发端，其与初次冷却后的高温冷媒进行换热交换实现对高温冷媒的二次冷却，冷却单元对第二冷凝器进行冷却降温。

整个蒸发冷却热管空调控制系统根据环境温度通过控制第一电磁阀、第二电磁阀、压缩机的开断来选择低温和高温模式，例如：当温度高于20℃时，第一电磁阀关闭，第二电磁阀开启、压缩机开启，进入图3的高温模式，制冷剂泵抽吸储液罐中的液态制冷剂经电子调节阀调节后至蒸发器中，在室内，蒸发器中的液态制冷剂吸热蒸发成气态制冷剂，气态制冷剂经气体进口输送到储液罐中，储液罐中的气态制冷剂从气体出口输送到第一冷凝器中，经换热降温冷凝成液体；冷媒流回储液罐，经气液分离器后经液体出口被制冷剂泵抽送到室内机单元；同时，压缩机将高温低压气态制冷剂压缩成高温高压气态制冷剂，输送到第二冷凝器中，经冷却散热冷凝成液态制冷剂，经热力膨胀阀节流从板式换热器的冷进口进入到板式换热器中，与板式换热器中的高温气态制冷剂进行换热，吸热换热后液态制冷剂蒸发成气态制冷剂，经冷出口输送至压缩机中。

当温度低于20℃时，第一电磁阀开启，第二电磁阀关闭、压缩机关闭，进入图2的低温模式。制冷剂泵抽吸储液罐中的液态制冷剂经电子调节阀调节后至蒸发器中，在室内，蒸发器中的液态制冷剂吸热蒸发成气态制冷剂，气态制冷剂经气体进口输送到储液罐中，储液罐中的气态制冷剂从气体出口输送到第一冷凝器中，经冷却单元散热冷凝成液态制冷剂，回流至储液罐，经气液分离后从液体出口被制冷剂泵抽送到室内机单元。当室外环境温度较低，室内降温要求采用自然冷却降温方式就能满足，此时优选采取的是降低能耗，直接关闭压缩机工作，利用自然冷冷却降温。

为了更高效率地减小室外机单元的冷凝压力，本发明室外机单元为间接蒸发空气冷却模块，其对第一冷凝器、第二冷凝器进行冷凝降温，具体地，冷却单元为间接蒸发空气冷却模块25，间接蒸发空气冷却模块25包括外壳、表冷器251、布水器252、湿膜253、喷淋器254、水泵255、集水盘257、蓄水箱256和风机258，风机位于外壳的顶部，表冷器位于外壳入风口处，湿膜位于表冷器的正后方，布水器位于湿膜的正上方，喷淋器位于湿膜的后方，集水盘位于湿膜的下方，蓄水箱位于集水盘的下方，水泵通过水管与蓄水箱和表冷器一端连接，表冷器另一端与布水器和喷淋器连接，第一冷凝器位于湿膜和喷淋器之间，第二冷凝器位于喷淋器的后方，水泵从蓄水箱中抽取喷淋水经表冷器输送到布水器、喷淋器中，布水器对湿膜进行淋水，喷淋器对第一冷凝器进行喷水，喷淋水从湿膜、第一冷凝器上流落至集水盘，汇流至蓄水箱中，风机抽取外部空气经表冷器、湿膜、第一冷凝器、第二冷凝器从外壳顶部排出。

水泵送水回水过程如下：水泵启动，水泵从蓄水箱中抽水，送至表冷器，表冷器中的水经室外空气换热，水温升高，送至喷淋器和布水器分别对第一冷凝器、湿膜进行喷水、淋水，经集水盘回收流至蓄水箱，当然，由于水量在循环中有对空气加湿和自身吸热蒸发而减少，在本实施例中，还有自动补水机构进行补水平衡。为了更加精准地控制输送水的水量，在本实施例中，优选地，水泵为变频循环水泵，其可智能控制循环水泵抽水送水流量。对于整个间接蒸发空气冷却模块换热流程原理如下：室外空气依次经表冷器预冷、湿膜加湿，此时的室外空气为接近湿球温度的冷空气，冷空气对第一冷凝器、第二冷凝器进行风冷换热，同时，喷淋器对第一冷凝器喷水，喷水的水为经表冷器吸收室外空气的热量小幅升温后的水，其温度相对蓄水箱中的水温较高，水温较高的水吸热蒸发更快，水温较高的水与第一冷凝器中的气态制冷剂换热，水快速蒸发吸热，气态制冷剂快速散热降温冷凝成液态制冷剂。

对于室内机单元，需要具备在自然冷却模式下调节液态制冷剂的流量和压力，具体地，室内机单元包括蒸发器11、蒸发器风机12和电子调节阀13，蒸发器的进液端通过铜管与液体出口连接，蒸发器的出气端通过铜管与气体进口连接，电子调节阀两端通过铜管与蒸发器的进液端、液体出口连接，蒸发器风机抽取室内空气经蒸发器循环流动。液态制冷剂从储液罐输送到蒸发器，经电子调节阀进行流量、压力调节，实现换热平衡循环。

本发明的室外机单元的冷凝散热兼具高温季节、低温季节运行模式，可根据外部环境温度智能选择对应的模式，同时，第一冷凝器和第二冷凝器的冷却均采用间接蒸发空气冷却，可极大提高空调能效，极大降低了压缩机的负载，降低了能耗。

本发明室外机单冷凝使用间接蒸发空气冷却模块通过对室外空气进行预冷加湿使得室外空气设置达到湿球温度，与第一冷凝器、第二冷凝器中的气态制冷剂进行热交换，显著提高气态制冷剂进行的冷却温度幅度；通过在换热过程中对第一冷凝器进行进行喷水，作为附加冷源，使得冷源更充分，使得换热均匀持续；通过预冷加湿自然风对冷凝器进行冷却降温，大大降低了室外机单元的冷凝压力。

以上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。

以上实施例仅表达了本发明的优选的实施方式，其描述较为具体，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 (4)

1.一种蒸发冷却热管空调，其特征在于：

所述热管空调包括室内机单元、室外机单元，所述室外机单元包括储液罐、第一冷凝器和冷却单元，所述储液罐包括气体进口、气体出口、液体进口、液体出口，所述气体进口、所述液体出口与所述室内机单元通过铜管连接形成换热循环，所述气体出口与所述第一冷凝器的一端通过铜管连接、所述第一冷凝器的另一端与所述液体进口通过铜管连接，所述冷却单元对所述第一冷凝器进行冷凝降温。

2.根据权利要求1所述的热管空调，其特征在于：

所述室外机单元还包括压缩机、板式换热器、第二冷凝器、电力膨胀阀、第一电磁阀、第二电磁阀，所述板式换热器包括热进口、热出口、冷进口、冷出口，所述压缩机与所述第二冷凝器的一端通过铜管连接，所述第二冷凝器的另一端与所述电力膨胀阀、所述冷进口通过铜管顺序连接，所述冷出口与所述压缩机通过铜管连接，所述冷却单元对所述第二冷凝器进行冷凝降温，所述热进口通过铜管与所述第二电磁阀、所述第一冷凝器顺序连接，所述热出口通过铜管与所述液体进口连接，所述热出口通过铜管与所述第一电磁阀、所述第一冷凝器顺序连接。

3.根据权利要求2所述的热管空调，其特征在于：

所述冷却单元为间接蒸发空气冷却模块，所述间接蒸发空气冷却模块包括外壳、表冷器、布水器、湿膜、喷淋器、水泵、集水盘、蓄水箱和风机，所述风机位于所述外壳的顶部，所述表冷器位于外壳入风口处，所述湿膜位于所述表冷器的正后方，所述布水器位于所述湿膜的正上方，所述喷淋器位于所述湿膜的后方，所述集水盘位于所述湿膜的下方，所述蓄水箱位于所述集水盘的下方，所述水泵通过水管与所述蓄水箱和所述表冷器一端连接，所述表冷器另一端与所述布水器和所述喷淋器连接，所述第一冷凝器位于所述湿膜和所述喷淋器之间，所述第二冷凝器位于所述喷淋器的后方，所述水泵从所述蓄水箱中抽取喷淋水经所述表冷器输送到所述布水器、所述喷淋器中，所述布水器对所述湿膜进行淋水，所述喷淋器对所述第一冷凝器进行喷水，喷淋水从所述湿膜、所述第一冷凝器上流落至所述集水盘，汇流至所述蓄水箱中，所述风机抽取外部空气经所述表冷器、所述湿膜、所述第一冷凝器、所述第二冷凝器从所述外壳顶部排出。

4.根据权利要求1所述的热管空调，其特征在于：

所述室内机单元包括蒸发器、蒸发器风机和电子调节阀，所述蒸发器的进液端通过铜管与所述液体出口连接，所述蒸发器的出气端通过铜管与所述气体进口连接，所述电子调节阀两端通过铜管与所述蒸发器的进液端、所述液体出口连接，所述蒸发器风机抽取室内空气经所述蒸发器循环流动。

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