CN212253244U - 一种空调系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种空调系统，涉及空调技术领域，可以更充分的利用自然冷源，降低空调系统的能耗。空调系统包括室外机换热器、压缩机和冷却塔，冷却塔包括沿竖直方向并列设置的第一腔室和第二腔室；第一腔室从上至下依次设有：第一出风口、第一排风扇、第一喷淋装置、淋水填料和集水池；第二腔室从上至下依次设有：第二出风口、第二排风扇、第二喷淋装置、冷凝换热器和集水池；冷凝换热器的数量为两个，两个冷凝换热器相互冗余配置；冷凝换热器为套管换热器；室外机换热器、压缩机和内管通过冷媒管道依次首尾连通形成冷媒回路，冷媒回路设有与压缩机并联的旁通支路，旁通支路内串联设有控制阀和增压泵。本实用新型用于为数据中心降温。

Description

一种空调系统

技术领域

本实用新型涉及空调技术领域，尤其涉及一种空调系统。

背景技术

随着人工智能、云计算、大数据等分布式计算架构的创新和发展，作为信息基础设施的数据中心承担的计算量越来越大，对计算效率的要求越来越高，随之数据中心单机柜功率密度也不断攀升。因此，对空调系统的制冷效率以及空调系统的节能效果提出了更高的要求。

实用新型内容

本实用新型的实施例提供一种空调系统，可以更充分的利用自然冷源，降低空调系统的能耗。

为达到上述目的，本实用新型的实施例提供了一种空调系统，该空调系统包括室内机和室外机，室外机包括室外机换热器、压缩机和冷却塔，冷却塔包括沿竖直方向并列设置的第一腔室和第二腔室；第一腔室沿竖直方向从上至下依次设有：第一出风口、第一排风扇、第一喷淋装置、淋水填料和集水池；第一排风扇正对第一出风口设置，第一喷淋装置通过供水管与集水池连通；第二腔室沿竖直方向从上至下依次设有：第二出风口、第二排风扇、第二喷淋装置、冷凝换热器和集水池；第二排风扇正对第二出风口设置，第二喷淋装置通过供水管与集水池连通；冷凝换热器的数量为两个，两个冷凝换热器相互冗余配置；冷凝换热器为套管换热器，冷凝换热器包括内管和外套管；室外机换热器、压缩机和内管通过冷媒管道依次首尾连通形成冷媒回路，冷媒回路设有与压缩机并联的旁通支路，旁通支路内串联设有控制阀和增压泵。

可选的，内管包括进液端和出液端；冷媒回路包括分别与两个冷凝换热器的两个进液端连通的第一进液支管、第二进液支管，以及分别与两个冷凝换热器的两个出液端连通的第一出液支管、第二出液支管；第一进液支管、第二进液支管、第一出液支管、和第二出液支管上均设有控制阀。

可选的，室外机还包括热回收换热器，冷凝换热器的外套管通过管路与热回收换热器连通形成热介质回路。

可选的，第二喷淋装置包括两个子喷淋装置，两个子喷淋装置分别一一对应两个冷凝换热器；第一喷淋装置和两个子喷淋装置共用一条供水管路，供水管路包括一条供水总管和三条供水支管，三条供水支管与第一喷淋装置和两个子喷淋装一一对应；每个供水支管上均设有控制阀，供水总管上设有循环水泵。

可选的，第一排风扇、第二排风扇以及循环水泵均采用变频控制。

可选的，室外机还包括控制器、第一温度传感器和第二温度传感器，第一温度传感器被配置为检测室外环境温度，第二温度传感器被配置为检测集水池内的水温；控制器分别与压缩机、第一排风扇、第二排风扇、增压泵、循环水泵、第一温度传感器、第二温度传感器以及每个控制阀电连接。

可选的，冷却塔的侧壁还设有第一进风口和第二进风口；第一进风口位于淋水填料的下方，且位于集水池的上方；第二进风口位于冷凝换热器的下方，且位于集水池的上方。

可选的，冷媒回路上，冷凝换热器与室外机换热器之间还设有节流阀。

可选的，室内机还包括室内机换热器，室内机换热器通过冷媒管道与室外机换热器连通形成制冷剂回路；冷媒回路的冷媒与制冷剂回路的制冷剂通过室外机换热器换热。

本实用新型实施例提供的空调系统，当室外温度低于第一阈值时，空调系统进入自然制冷模式，室外机可以依靠室外冷空气降温，此时，压缩机关闭，冷媒回路的旁通支路导通，第二排风扇开启，第一喷淋装置和第二喷淋装置均关闭，空调系统实现去压缩机运行。当室外温度高于第一阈值且低于第二阈值时，空调系统进入混合制冷模式，此时，压缩机开启，旁通支路导通，第二喷淋装置开启，且第二排风扇开启；第一喷淋装置根据集水池内的水温高低判断是否开启，当水温低于第三阈值时，第一喷淋装置关闭，当水温高于第三阈值时，第一喷淋装置开启，且第一排风扇开启。当室外温度高于第二阈值时，空调系统进入机械制冷模式，此时，旁通支路关闭，压缩机开启，第一喷淋装置和第二喷淋装置均开启。第一排风扇和第二排风扇均开启。

本实用新型实施例提供的空调系统，一方面，冷却塔包括第一腔室和第二腔室，第一腔室利用自然风中的冷量为集水池内的水进行冷却降温，以获得冷水；第二腔室用上述获得的冷水以及自然冷风与冷凝换热器进行换热；冷凝换热器的换热效率更高。另一方面，冷凝换热器的数量为两个，两个冷凝换热器相互冗余配置，当其中一个冷凝换热器出现故障时，可以随时切换至另一个冷凝换热器工作，可以在空调系统不停机的前提下，对冷凝换热器进行维护或更换。再一方面，冷凝换热器采用套管式换热器，内管内的高温冷媒先与外套管内的导热介质换热，该导热介质再与外套管的管壁换热，外套管的管壁温度较低，对冷凝换热器喷淋时，外套管的外管壁发生蒸发相变的水量较少，可以降低冷外管壁的结垢风险。

附图说明

图1为本实用新型实施例的空调系统室外机的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的冷却塔的结构示意图；

图3为本实用新型实施例的冷凝换热器的结构示意图。

附图标记

11-室外机换热器；12-压缩机；13-冷却塔；131-第一腔室；132-第二腔室；133-第一出风口；134-第二出风口；135-第一进风口；136-第二进风口；14-第一排风扇；15-第一喷淋装置；16-淋水填料；17-集水池；18-第二排风扇；19-第二喷淋装置；191-第一子喷淋装置；192-第二子喷淋装置；20-冷凝换热器；21-增压泵；22-热回收换热器；23-供水管路；231-供水总管；232-供水支管；24-循环水泵；25-节流阀。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型的实施例提供了一种空调系统，参照图1和图2，该空调系统包括室内机和室外机，室外机包括室外机换热器11、压缩机12和冷却塔13，冷却塔13包括沿竖直方向并列设置的第一腔室131和第二腔室132；第一腔室131沿竖直方向从上至下依次设有：第一出风口133、第一排风扇14、第一喷淋装置15、淋水填料16和集水池17；第一排风扇14正对第一出风口133设置，第一喷淋装置15通过供水管与集水池17连通；第二腔室132沿竖直方向从上至下依次设有：第二出风口134、第二排风扇18、第二喷淋装置19、冷凝换热器20和集水池17；第二排风扇18正对第二出风口134设置，第二喷淋装置19通过供水管与集水池17连通；冷凝换热器20的数量为两个，两个冷凝换热器20相互冗余配置；冷凝换热器20为套管换热器，冷凝换热器20包括内管201和外套管202；室外机换热器11、压缩机12和内管201通过冷媒管道依次首尾连通形成冷媒回路100，冷媒回路100设有与压缩机12并联的旁通支路101，旁通支路内101串联设有控制阀a和增压泵21。

需要说明的是，冗余配置是指相同的零部件设置多个，多个相同的零部件可以分别独立运行，当其中一个发生故障失效时，可以立即更换其他备用的相同的零部件，防止系统因为该零部件的失效停止工作。由于数据中心和机房对环境温度有较高的要求，一旦空调系统停机时间较长，机房温度会急剧上升，机房内设备可能出现烧毁或者着火的风险。因此，对空调系统一些重要零部件，以及更换维护耗时较长的零部件进行冗余配置是十分必要的。本实施例中，由于冷凝蒸发器20采用蒸发冷凝的方式，冷凝蒸发器20处于湿热环境，容易发生锈蚀和结垢等问题，设置两个冷凝换热器20可以有效防止因为单个冷凝换热器20发生故障导致空调系统停机的问题。

本实用新型实施例提供的空调系统，当室外温度低于第一阈值时，空调系统进入自然制冷模式，室外机可以依靠室外冷空气降温，此时，压缩机12关闭，冷媒回路100的旁通支路101导通，第二排风扇18开启，第一喷淋装置15和第二喷淋装置19均关闭，依靠冷空气对冷凝换热器20，空调系统实现去压缩机12运行。当室外温度高于第一阈值且低于第二阈值时，空调系统进入混合制冷模式，此时，压缩机12开启，旁通支路101导通，第二喷淋装置19开启，且第二排风扇18开启；第一喷淋装置15根据集水池17内的水温高低判断是否开启，当水温低于第三阈值时，第一喷淋装置15关闭，当水温高于第三阈值时，第一喷淋装置15开启，且第一排风扇14开启。当室外温度高于第二阈值时，空调系统进入机械制冷模式，此时，旁通支路101关闭，压缩机12开启，第一喷淋装置15和第二喷淋装置19均开启。第一排风扇14和第二排风扇18均开启。

本实用新型实施例提供的空调系统，一方面，冷却塔13包括第一腔室131和第二腔室132，第一腔室131利用自然风中的冷量为集水池17内的水进行降温，以获得冷水；第二腔室132用上述获得的冷水以及自然冷风与冷凝换热器20进行换热；冷凝换热器20的换热效率更高。另一方面，冷凝换热器20的数量为两个，两个冷凝换热器20相互冗余配置，当其中一个冷凝换热器20出现故障时，可以随时切换至另一个冷凝换热器20工作，可以在空调系统不停机的前提下，对冷凝换热器20进行维护或更换。再一方面，冷凝换热器20采用套管式换热器，内管201内的高温冷媒先与外套管202内的导热介质(可以为水、或者其他传热溶剂)换热，该导热介质再与外套管202的管壁换热，外套管202的管壁温度较低，对冷凝换热器20喷淋时，外套管202的外侧壁发生蒸发相变的水量较少，可以降低冷凝换热器20(外套管202的外侧壁)的结垢风险。

在一些实施例中，参照图2和图3，内管201包括进液端和出液端；冷媒回路100包括分别与两个冷凝换热器20的两个进液端连通的第一进液支管102、第二进液支管103，以及分别与两个冷凝换热器20的两个出液端连通的第一出液支管104、第二出液支管105；第一进液支管102上设有控制阀b，第二进液支管103上设有控制阀c,第一出液支管104上设有控制阀d,第二出液支管105上设有控制阀e。

示例性的，以图2中，上侧的冷凝换热器20为第一冷凝换热器20a，下侧的冷凝换热器20为第二冷凝换热器20b。当第一冷凝换热器20a工作时，第一进液支管102的控制阀b、以及第一出液支管104的控制阀d开启，同时第二进液支管103上的控制阀c和第二出液支管105上的控制阀e关闭。当第二冷凝换热器20b工作时，第一进液支管102的控制阀b、以及第一出液支管104的控制阀d关闭，同时第二进液支管103上的控制阀c和第二出液支管105上的控制阀e开启。

在一些实施例中，参照图3，室外机还包括热回收换热器22，冷凝换热器20的外套管202通过管路与热回收换热器22连通形成热介质回路200。内管201的高温冷媒与外套管202的导热介质换热后，外套管202的导热介质温度升高，热回收换热器22可以对外套管202的高温导热介质进行热量回收利用，提升空调系统的能量利用率，示例性的，热回收换热器22可以用于供暖或者为用户提供热水(例如洗漱用水)。

在一些实施例中，参照图1和图2，两个冷凝换热器20在第二腔室132内沿竖直方向间隔布置；为了精确的对冷凝换热器20进行喷淋，第二喷淋装置19包括两个子喷淋装置191，两个子喷淋装置191分别一一对应两个冷凝换热器20，当其中一个冷凝换热器20工作时，开启该冷凝换热器20上方对应的子喷淋装置191为其进行降温。进一步的，第一喷淋装置15和两个子喷淋装置191共用一条供水管路23，供水管路23包括一条供水总管231和三条供水支管232，三条供水支管232与第一喷淋装置15和两个子喷淋装191一一对应；三条供水支管232上分别设有控制阀f、控制阀g和控制阀h；供水总管231上设有循环水泵24。相较于单独为每个喷淋装置配置一条供水管路，本实施例提供的方案可以节省两个循环水泵24，且节省供水管的使用总长度，有利于降低冷却塔13的制作成本。而且只需要控制控制阀f、控制阀g和控制阀h的开启和关闭就可以控制第一喷淋装置15和两个子喷淋装置191的开启和关闭，控制简单。

在一些实施例中，第一排风扇14、第二排风扇19以及循环水泵24均采用变频控制，可以根据冷凝换热器20的温度精准控制第二排风扇19的转速，根据集水池17内的水温精准控制第一排风扇14的转速，根据需要开启的第一喷淋装置15和两个子喷淋装置191的数量精准控制循环水泵24的转速，通过精准控制的方式提升空调系统的能效比，提升空调系统的节能效果。

在一些实施例中，室外机还包括控制器、第一温度传感器和第二温度传感器；控制器、第一温度传感器和第二温度传感器共同构成室外机的控制系统。第一温度传感器被配置为检测室外环境温度；第二温度传感器被配置为检测集水池17内的水温。控制器分别与压缩机12、第一排风扇14、第二排风扇18、增压泵21、循环水泵24、第一温度传感器、第二温度传感器以及每个控制阀电连接。本实施例中，控制系统根据室外环境温度以及集水池17内的水温控制室外机的运行状态。

需要说明的是，在一些实施例中，可以取消第二温度传感器，此时，同时取消与第一喷淋装置15连通的供水支管上232上的控制阀g，此时，第一喷淋装置15与第二喷淋装置19联动设置，需要开启第二喷淋装置19(任一个子喷淋装置191)时，同步开启第一喷淋装置15同步为集水池17内的水进行降温。在另外一些实施例中，还可以设置第三温度传感器，用于检测冷凝换热器20的管壁温度，第三温度传感器与控制器电连接，根据冷凝换热器20的管壁温度控制循环水泵24和第二排风扇18的转速。

在一些实施例中，参照图1，冷却塔13的侧壁还设有第一进风口135和第二进风口136；第一进风口135位于淋水填料16的下方，且位于集水池17的上方；第二进风口136位于冷凝换热器20的下方，且位于集水池17的上方。从第一进风口135进入冷却塔13内的空气穿过淋水填料16从第一出风口133排出。从第二进风口进入冷却塔13内的空气穿过冷凝换热器20后从第二出风口134排出。

在一些实施例中，参照图1，冷媒回路100上，冷凝换热器20与室外机换热器11之间还设有节流阀25。在一些实施例中，节流阀25可以为热膨胀阀或电子膨胀阀，优选的，节流阀25为电子膨胀阀。

在一些实施例中，室内机还包括室内机换热器，室内机换热器通过冷媒管道与室外机换热器11连通形成制冷剂回路300；冷媒回路100的冷媒与制冷剂回路200的制冷剂通过室外机换热器11换热。室内机换热器即蒸发器，用于为直接为室内制冷，经过室内换热器换热升温后的制冷剂通过制冷剂回路300流动到室外机换热器11处，并与室外机换热器内的低温冷媒换热，制冷剂回路300内的制冷剂温度降低后重新流动到室内机换热器中，形成热循环。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种空调系统，包括室内机和室外机，其特征在于，所述室外机包括室外机换热器、压缩机和冷却塔，所述冷却塔包括沿竖直方向并列设置的第一腔室和第二腔室；

所述第一腔室沿竖直方向从上至下依次设有：第一出风口、第一排风扇、第一喷淋装置、淋水填料和集水池；所述第一排风扇正对所述第一出风口设置，所述第一喷淋装置通过供水管与所述集水池连通；

所述第二腔室沿竖直方向从上至下依次设有：第二出风口、第二排风扇、第二喷淋装置、冷凝换热器和集水池；所述第二排风扇正对所述第二出风口设置，所述第二喷淋装置通过供水管与所述集水池连通；

所述冷凝换热器的数量为两个，两个所述冷凝换热器相互冗余配置；所述冷凝换热器为套管换热器，所述冷凝换热器包括内管和外套管；

所述室外机换热器、压缩机和所述内管通过冷媒管道依次首尾连通形成冷媒回路，所述冷媒回路设有与所述压缩机并联的旁通支路，所述旁通支路内串联设有控制阀和增压泵。

2.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述内管包括进液端和出液端；所述冷媒回路包括分别与两个所述冷凝换热器的两个所述进液端连通的第一进液支管、第二进液支管，以及分别与两个所述冷凝换热器的两个所述出液端连通的第一出液支管、第二出液支管；所述第一进液支管、第二进液支管、第一出液支管、和第二出液支管均设有控制阀。

3.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述室外机还包括热回收换热器，所述冷凝换热器的外套管通过管路与所述热回收换热器连通形成热介质回路。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的空调系统，其特征在于，所述第二喷淋装置包括两个与两个所述冷凝换热器一一对应的子喷淋装置；

所述第一喷淋装置和两个所述子喷淋装置共用一条供水管路，所述供水管路包括一条供水总管和三条供水支管，三条供水支管与所述第一喷淋装置和两个所述子喷淋装一一对应；每个所述供水支管上均设有控制阀，所述供水总管上设有循环水泵。

5.根据权利要求4所述的空调系统，其特征在于，所述第一排风扇、所述第二排风扇以及所述循环水泵均采用变频控制。

6.根据权利要求4所述的空调系统，其特征在于，所述室外机还包括：

第一温度传感器，所述第一温度传感器被配置为检测室外环境温度；

第二温度传感器，所述第二温度传感器被配置为检测集水池内的水温；

控制器，所述控制器分别与所述压缩机、第一排风扇、第二排风扇、增压泵、循环水泵、所述第一温度传感器、所述第二温度传感器以及每个控制阀电连接。

7.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述冷却塔的侧壁还设有：

第一进风口，所述第一进风口位于所述淋水填料的下方，且位于所述集水池的上方；

第二进风口，所述第二进风口位于所述冷凝换热器的下方，且位于所述集水池的上方。

8.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述冷媒回路上，所述冷凝换热器与所述室外机换热器之间还设有节流阀。

9.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述室内机还包括室内机换热器，所述室内机换热器通过冷媒管道与所述室外机换热器连通形成制冷剂回路；

所述冷媒回路的冷媒与所述制冷剂回路的制冷剂通过所述室外机换热器换热。

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