CN203068704U - 导风式直接蒸发分体热管换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种导风式直接蒸发分体热管换热器，包括直接蒸发制冷机、冷凝器、蒸发器和风管，直接蒸发制冷机包括湿膜、喷淋器、水箱和风机，喷淋器置于湿膜的上方，喷淋器的入水口通过水管与水箱的出水口连接，风机安装于湿膜的出风侧，湿膜的进风侧为直接蒸发制冷机的进风侧，风机的出风侧为直接蒸发制冷机的出风侧；冷凝器内安装有冷凝工质盘管，蒸发器内安装有蒸发工质盘管；直接蒸发制冷机的出风侧通过风管与冷凝器的进风侧连接，冷凝工质盘管与蒸发工质盘管之间通过连接工质管连接。本实用新型将直接蒸发制冷技术和热管技术结合于一体，保证了蒸发器的高效制冷，并将整个换热器分为三部分，便于安装，可广泛用于机房建设和节能改造。

Description

导风式直接蒸发分体热管换热器

技术领域

本实用新型涉及一种用于机房、基站、楼宇温度调节和节能的换热器，尤其涉及一种导风式直接蒸发分体热管换热器。

背景技术

美国环境保护署（EPA）的报告指出：2006年美国数据中心全年累计消耗610亿度电（61 billion kWh），这一数字相比2000年增加了两倍多。占全美当年总耗电量的1.5%，电费约45亿美元，约等于580万个美国家庭平均用电量。

而在中国，数据中心的能耗同样惊人。据分析数据中心在2009年耗电达到364亿度，大约相当于全国能耗的1%。

在数据中心的总能耗里，IT设备能耗占51%，通风空调系统占到35%，照明及其它能耗占14%。IT设备的能耗往往取决于企业对设备本身的工作负荷需求，除此之外的环境控制系统即通风空调系统占有的能耗比重相当大。可见数据中心环境控制系统的节能优化是整个数据中心节能研究的重要组成部分。

对于数据中心通风空调系统节能的方式有很多，充分利用室外冷源是众多方式中比较有效的一种。而热管换热器与湿膜新风系统（也称为直接蒸发式制冷系统）就是利用室外冷源节能的典型设备。虽然热管换热器与湿膜新风系统的节能效果很好，但是受到地区室外环境的限制因素较多。

目前的湿膜新风系统虽然具有较高的制冷效率，但这种系统有一个明显的缺点，即：需要将经过湿膜冷却、加湿后的空气送入室内，因此，在空气湿度、空气清洁度要求严格的机房中无法应用。

对于传统的热管换热器而言，只有在室内、外有若干摄氏度（一般为5-8℃以上）的温度差的情况下，才能启动，才能达到节约空调能耗的作用。这决定了传统的热管换热器只有在一年中的非常有限的时间内，当室外温度较低，且室内、外有足够的温度差时才能启动并达到节能的效果；也决定了只有在年平均温度较低的地区（比如：北方地区和西部地区等），才能进行大规模的节能推广和应用，在年平均温度较高的地区（比如：南方地区等），就没有大规模推广和应用的条件。

目前，传统的热管换热器采用的冷却方式分为风冷方式和水冷方式两种：（1）风冷热管系统：即采用室外冷风作为热管制冷的冷源，风冷热管系统的优点是投资少、适用于新、老机房的节能改造，但是，由于风冷却系统的效率较低，导致风冷热管系统的节能量和节能率明显低于水冷热管系统；（2）水冷热管系统：即采用室外温度较低的循环水，作为热管制冷的冷源，水冷热管系统的优点是由于水制冷的效率高，带来的节能量和节能率高于风冷热管系统，但是，由于要建设水循环系统，导致这种水冷热管系统的投资多，而且不适用于老机房的节能改造，只能适用于新机房的节能项目。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种制冷效率高、能效比高、投资少，且又不必建立新的水循环系统，可以广泛适用于新、老机房节能项目的新的制冷方式的导风式直接蒸发分体热管换热器。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

本实用新型所述导风式直接蒸发分体热管换热器包括直接蒸发制冷机、冷凝器、蒸发器和风管，所述直接蒸发制冷机包括湿膜、喷淋器、水箱和风机，所述喷淋器置于所述湿膜的上方，所述喷淋器的入水口通过水管与所述水箱的出水口连接，所述风机安装于所述湿膜的出风侧，所述湿膜的进风侧为所述直接蒸发制冷机的进风侧，所述风机的出风侧为所述直接蒸发制冷机的出风侧；所述冷凝器内安装有冷凝工质盘管，所述蒸发器内安装有蒸发工质盘管；所述直接蒸发制冷机的出风侧通过所述风管与所述冷凝器的进风侧连接，所述冷凝工质盘管与所述蒸发工质盘管之间通过连接工质管连接。

运行时，室外空气在风机作用下经过湿膜后，其温度在水蒸发过程中得以显著降低，一般能降低5-10℃，然后再经过风管送至冷凝器，冷风经过冷凝工质盘管后，使冷凝工质盘管内的气态工质（如氟利昂）成为液态工质，释放的热量被风带走；液态工质在其自重的作用下通过连接工质管流到蒸发工质盘管，在蒸发工质盘管内，由于室内风机带来的室内空气的温度较高，液态工质由液态转变为气态，同时吸热，室内风机带来的热风温度降低后，由室内风机吹出，降低室内温度；同时，气态工质在汽化过程中体积增大，压力增大，通过连接工质管进入冷凝工质盘管，进入下一个循环。

为了净化空气，所述湿膜的进风侧还设有过滤网。

作为优选，所述水箱的上面开口并置于所述湿膜的下方，所述水箱与所述喷淋器之间设置有循环水泵，所述水箱的出水口通过水管与所述循环水泵的入水口连接，所述循环水泵的出水口通过水管与所述喷淋器的入水口连接。水箱内的水在直接蒸发制冷机内形成循环，经过一段时间后，由于蒸发会使水量减少，所以需要补充一定量的水到水箱中。

所述循环水泵的出水口安装有三通阀，所述三通阀的其中一个阀口通过水管与所述喷淋器的入水口连接，所述三通阀的其中另一个阀口通过水管与调节阀连接后再通过水管接入所述水箱内。通过调节阀可以控制进入喷淋器内的水量。

进一步，所述水箱的箱体上部设置有进水管和溢水管，所述水箱的箱体下部设置有排水管，所述排水管上安装有排水阀。

为了实现自动控制，所述直接蒸发分体式热管换热器还包括温/湿度传感器和中央控制器，所述温/湿度传感器为多个并分别设置于所述直接蒸发制冷机的入风口、所述冷凝器的入风口、所述蒸发器的入风口和所述蒸发器的出风口，每一个所述温/湿度传感器的信号输出端分别与所述中央控制器的温/湿度检测信号输入端连接。

为便于操作，所述直接蒸发制冷机内安装有用于供电及供电控制的制冷配电柜，所述冷凝器内安装有用于供电及供电控制的冷凝配电柜，所述蒸发器内安装有用于供电及供电控制的蒸发配电柜。

进一步，所述蒸发器内还安装有用于提供操作界面的蒸发控制屏。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型通过将制冷效果接近于传统水制冷方式的直接蒸发式制冷方式应用于由冷凝工质盘管和蒸发工质盘管组成的分体式热管系统，并通过风管和连接工质管将三个相互独立的部分进行连接，形成高效的导风式直接蒸发分体热管换热器，将蒸发器置于机房内对室内空气进行降温，没有室外风进入，避免了外界空气对室内的空气污染，并解决了因湿空气进入室内导致室内湿度提高的问题；直接蒸发制冷机制冷后的空气对冷凝工质盘管高效降温，保证了室内的高效制冷，其能效比高，而且投资少，并延长了热管换热器的运行时间，可广泛适用于新机房建设和老机房节能改造；通过设置温度传感器并由中央控制器集中控制，使本实用新型所述直接蒸发分体式热管换热器形成自动控制，达到最佳的室内温度控制和节能目的。

附图说明

图1是本实用新型所述导风式直接蒸发分体热管换热器的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

本实用新型所述导风式直接蒸发分体热管换热器包括直接蒸发制冷机12、冷凝器31、蒸发器23和风管29，直接蒸发制冷机12包括过滤器1、湿膜4、喷淋器5、水箱14和风机28，喷淋器5置于湿膜4的上方，喷淋器5的入水口通过水管6与水箱14的出水口连接，风机28安装于湿膜4的出风侧，湿膜4的进风侧为直接蒸发制冷机12的进风侧，风机28的出风侧为直接蒸发制冷机12的出风侧；冷凝器31内安装有冷凝工质盘管11，蒸发器23内安装有蒸发工质盘管10；直接蒸发制冷机12的出风侧通过风管29与冷凝器31的进风侧连接，冷凝工质盘管11与蒸发工质盘管10之间通过连接工质管连接，所述连接工质管包括内通气态工质的连接工质管21和内通液态工质的连接工质管19，蒸发工质盘管10的上端与冷凝工质盘管11的上端通过内通气态工质的连接工质管21连接，蒸发工质盘管10的下端与冷凝工质盘管11的下端通过内通液态工质的连接工质管19连接，内通气态工质的连接工质管21的两端和内通液态工质的连接工质管19的两端还分别设置有角阀9。

如图1所示，在直接蒸发制冷机12的细化结构中，水箱14的上面开口并置于湿膜4的下方，水箱14与喷淋器5之间设置有循环水泵16，水箱14的出水口通过水管与循环水泵16的入水口连接，循环水泵16的出水口通过水管与三通阀8的第一阀口连接，三通阀8的第二阀口通过水管6与喷淋器5的入水口连接，三通阀8的第三个阀口通过水管与调节阀15连接后再通过水管接入水箱14内，水箱14的箱体上部设置有进水管13和溢水管17，水箱14的箱体下部设置有排水管，所述排水管上安装有排水阀18；湿膜4的入风侧设置有空气过滤网1；直接蒸发制冷机12内安装有用于供电及供电控制的制冷配电柜3，冷凝器31内安装有用于供电及供电控制的冷凝配电柜32，蒸发器23内安装有用于供电及供电控制的蒸发配电柜27和用于提供操作界面的蒸发控制屏7；冷凝器31的出风侧安装有冷凝风机30，蒸发器23的出风侧安装有蒸发风机25。

如图1所示，为了便于实现自动控制，所述导风式直接蒸发分体热管换热器还包括四个温/湿度传感器2、20、22、26和中央控制器（图中未示出），温/湿度传感器2设置于直接蒸发制冷机12的入风口，温/湿度传感器20设置于冷凝器31的入风口，温/湿度传感器22设置于蒸发器23的入风口，温/湿度传感器26设置于蒸发器23的出风口，温/湿度传感器2的信号输出端、温/湿度传感器20的信号输出端、温/湿度传感器22的信号输出端、温/湿度传感器26的信号输出端分别与中央控制器的温/湿度检测信号输入端连接。中央控制器设置于蒸发控制屏7内的控制芯片上，便于室内管理者控制。

热管系统由冷凝工质盘管11和蒸发工质盘管10及管内流动的工质组成，这些结构为传统常规结构，未在图中示出具体部件。

运行时，蒸发器23安装于室内，冷凝器31安装于室外，直接蒸发制冷机12安装于室外。室外空气在风机28作用下经过过滤网1和湿膜4后，其温度在水蒸发过程中得以显著降低，一般能降低5-10℃，然后再经过风管29送至冷凝器31，冷风经过冷凝工质盘管11后，使冷凝工质盘管11内的气态工质（如氟利昂）成为液态工质，释放的热量被风带走；液态工质在其自重的作用下通过内通液态工质的连接工质管19流到蒸发工质盘管10，在蒸发工质盘管10内，由于经过蒸发工质盘管10的室内空气的温度较高，液态工质由液态转变为气态，同时吸热，热风温度降低后，由蒸发风机25吹出，降低室内温度；同时，气态工质在汽化过程中体积增大，压力增大，通过内通气态工质的连接工质管21进入冷凝工质盘管11，进入下一个循环。

导风式直接蒸发分体热管换热器通过蒸发机23上的蒸发控制屏7控制，方法如下：

（1）当经湿膜4处理过的新风温度（即温度传感器20检测到的温度）与室内蒸发端进风口空气温度（即温度传感器22检测到的温度）的温差在5℃以上时，开启导风式直接蒸发分体热管换热器，关闭机房内的空调，机房内部的冷负荷完全由导风式直接蒸发分体热管换热器提供。

（2）当经湿膜4处理过的新风温度（即温度传感器20检测到的温度）与室内蒸发端进风口空气温度（即温度传感器22检测到的温度）的温差在5℃以下时，并且满足导风式直接蒸发分体热管换热器的能效比即COP大于机房空调的COP时，导风式直接蒸发分体热管换热器与机房空调同时开启，机房内的冷负荷由导风式直接蒸发分体热管换热器和机房空调共同承担。

（3）当经湿膜4处理过的新风温度（即温度传感器20检测到的温度）与室内蒸发端进风口空气温度（即温度传感器22检测到的温度）的温差在5℃以下时，并且满足导风式直接蒸发分体热管换热器的COP小于机房空调的COP时，关闭导风式直接蒸发分体热管换热器，机房内的冷负荷完全由空调提供。

（4）当室外温度(即温度传感器2检测到的温度)较低时（比如：低于5℃），为了防止喷淋器5和湿膜4结冰，应该关闭循环水泵16和喷淋器5，直接将室外新风送入冷凝器31进风口处。

结合图1，室外新风通过湿膜4后实现等焓降温过程，其湿膜4前后进出风温差可以达到5℃~10℃，经湿膜4降温后的新风送入冷凝工质盘管11的进风口，将循环工质吸收的室内热量带走，排到室外，这样可以有效的延长利用热管换热器进行节能的时间。例如，传统热管系统启动的条件之一是室内外温差达到5℃以上，室内的设计温度值25℃，因此，只有室外温度低于20℃时热管系统才能够启动。但是，本实用新型所述导风式直接蒸发分体热管换热器却可以在室外温度25℃，甚至更高的室外温度情况下（25-30℃）使用。有效的延长了热管换热器的使用时间。

还需要说明一下，本实用新型所述导风式直接蒸发分体热管换热器根据实际应用可以采用普通分体式、机柜背板分体式或机房吊顶分体式等结构，上述实施例中为普通分体式结构。

Claims (8)

1.一种导风式直接蒸发分体热管换热器，其特征在于：包括直接蒸发制冷机、冷凝器、蒸发器和风管，所述直接蒸发制冷机包括湿膜、喷淋器、水箱和风机，所述喷淋器置于所述湿膜的上方，所述喷淋器的入水口通过水管与所述水箱的出水口连接，所述风机安装于所述湿膜的出风侧，所述湿膜的进风侧为所述直接蒸发制冷机的进风侧，所述风机的出风侧为所述直接蒸发制冷机的出风侧；所述冷凝器内安装有冷凝工质盘管，所述蒸发器内安装有蒸发工质盘管；所述直接蒸发制冷机的出风侧通过所述风管与所述冷凝器的进风侧连接，所述冷凝工质盘管与所述蒸发工质盘管之间通过连接工质管连接。

2.根据权利要求1所述的导风式直接蒸发分体热管换热器，其特征在于：所述湿膜的进风侧还设有过滤网。

3.根据权利要求1所述的导风式直接蒸发分体热管换热器，其特征在于：所述水箱的上面开口并置于所述湿膜的下方，所述水箱与所述喷淋器之间设置有循环水泵，所述水箱的出水口通过水管与所述循环水泵的入水口连接，所述循环水泵的出水口通过水管与所述喷淋器的入水口连接。

4.根据权利要求3所述的导风式直接蒸发分体热管换热器，其特征在于：所述循环水泵的出水口安装有三通阀，所述三通阀的其中一个阀口通过水管与所述喷淋器的入水口连接，所述三通阀的其中另一个阀口通过水管与调节阀连接后再通过水管接入所述水箱内。

5.根据权利要求4所述的导风式直接蒸发分体热管换热器，其特征在于：所述水箱的箱体上部设置有进水管和溢水管，所述水箱的箱体下部设置有排水管，所述排水管上安装有排水阀。

6.根据权利要求1所述的导风式直接蒸发分体热管换热器，其特征在于：所述直接蒸发分体式热管换热器还包括温/湿度传感器和中央控制器，所述温/湿度传感器为多个并分别设置于所述直接蒸发制冷机的入风口、所述冷凝器的入风口、所述蒸发器的入风口和所述蒸发器的出风口，每一个所述温/湿度传感器的信号输出端分别与所述中央控制器的温/湿度检测信号输入端连接。

7.根据权利要求1所述的导风式直接蒸发分体热管换热器，其特征在于：所述直接蒸发制冷机内安装有用于供电及供电控制的制冷配电柜，所述冷凝器内安装有用于供电及供电控制的冷凝配电柜，所述蒸发器内安装有用于供电及供电控制的蒸发配电柜。

8.根据权利要求7所述的导风式直接蒸发分体热管换热器，其特征在于：所述蒸发器内还安装有用于提供操作界面的蒸发控制屏。

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