機柜空調器的制造方法
【專利摘要】本發明關于一種機柜空調器，其包括蒸汽壓縮式制冷系統、熱交換系統、可控制蒸汽壓縮式制冷系統和熱交換系統運行的控制系統。蒸汽壓縮式制冷系統包括壓縮機、蒸發器、冷凝器。熱交換系統包括內熱交換器及外熱交換器。控制系統根據柜內溫度和環境溫度擇一或同時運行蒸汽壓縮式制冷系統及熱交換系統以實現熱量的轉移。控制系統具有標準模式和低噪音模式/經濟模式，并于標準模式和低噪音模式/經濟模式之間切換以控制蒸汽壓縮式制冷系統及熱交換系統的運行。本發明機柜空調器的控制系統控制雙系統在不同模式下運行，實現節能降噪。
【專利說明】機柜空調器【技術領域】
[0001]本發明涉及一種空調器，尤其涉及一種機柜空調器，屬于制冷設備【技術領域】。
【背景技術】
[0002]目前，眾多對內部工作環境要求較高的工業或通訊設備，終年使用單一的傳統蒸汽壓縮式制冷設備進行控溫，熱量的轉移依賴制冷設備單一的壓縮制冷循環。由于此類制冷設備運行根據機柜內、外部的溫度來控制調節，當機柜外的溫度高于柜內溫度時，啟動壓縮機制冷循環以實現熱量由機柜內低溫熱源向機柜外高溫熱源的逆向轉移。但當機柜外的環境溫度低于機柜內溫度時，熱量則可以實現由機柜內高溫熱源向機柜外低溫熱源的自發轉移，若此時仍然通過啟動壓縮機制冷循環來實現熱量轉移則不利于節約能源；而且，此種情況易造成壓縮機反復啟停，壓縮機乃至制冷設備整機的使用壽命均會減短。
[0003]因此，業內開發出整合有兩種換熱設備的機柜空調器來解決上述問題，例如蒸汽壓縮式制冷設備與熱交換系統的組合，如此當機柜外的環境溫度低于柜內溫度時，可以通過熱交換系統來實現由機柜內高溫熱源向機柜外低溫熱源的自發轉移，從而不必啟動壓縮機制冷循環來實現熱量的轉移，可以節約大量能源并避免壓縮機的反復啟停。
[0004]然而，對于雙換熱設備的機柜空調器來說，如何針對不同的溫度條件，對雙換熱設備的運行模式調控，并進行自動切換，且滿足噪音、節能等要求，是業者需要去考慮的。
[0005]因此，有必要提供一種具有改進控制系統的機柜空調器，以克服現有技術的缺點。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供一種機柜空調器，其包括蒸汽壓縮式制冷系統、熱交換系統、可控制蒸汽壓縮式制冷系統和熱交換系統運行的控制系統。蒸汽壓縮式制冷系統包括壓縮機、蒸發器、冷凝器。熱交換系統包括內熱交換器及外熱交換器。控制系統根據柜內溫度和環境溫度擇一或同時運行蒸汽壓縮式制冷系統及熱交換系統以實現熱量的轉移。控制系統具有標準模式和低噪音模式/經濟模式，并于標準模式和低噪音模式/經濟模式之間切換以控制蒸汽壓縮式制冷系統及熱交換系統的運行。
[0007]作為本發明的進一步改進，還具有蒸汽壓縮式制冷系統與熱交換系統共用的蒸發風機和冷凝風機，其中蒸發風機及冷凝風機為可調速風機。
[0008]作為本發明的進一步改進，其中低噪音模式中，降低冷凝風機的轉速以降低噪音。
[0009]作為本發明的進一步改進，其中冷凝風機在低噪音模式中以正常轉速的109^50%的低轉速運行。
[0010]作為本發明的進一步改進，蒸發風機為可調速風機，其可以以正常轉速的109^50%的休眠轉速運行。
[0011]作為本發明的進一步改進，其中熱交換系統運行時，蒸發風機全速運行；蒸汽壓縮式制冷系統運行時，柜內溫度大于第一溫度時，蒸發風機以第一轉速運行，柜內溫度大于第二溫度且小于第一溫度時，蒸發風機以第二轉速運行，當柜內溫度小于第二溫度時，蒸發風機全速運行，其中第一轉速低于第二轉速，第二轉速低于全速。
[0012]作為本發明的進一步改進，其中標準模式具有制冷設定溫度，控制系統將柜內溫度、環境溫度和制冷設定溫度比較后擇一或同時運行蒸汽壓縮式制冷系統及熱交換系統，其中經濟模式下為將制冷設定溫度提高至經濟制冷設定溫度，以增大壓縮機停機時間與運行時間的比例來實現節能。
[0013]作為本發明的進一步改進，其中當柜內溫度大于等于制冷設定溫度、環境溫度低于柜內溫度且二者的溫差大于等于熱交換啟動溫差時，啟動熱交換系統為機柜降溫。
[0014]作為本發明的進一步改進，其中當柜內溫度與環境溫度的溫差降低至小于熱交換優先溫差與熱交換優先偏差的差值/熱交換系統的連續運行時間大于熱交換優先最大運行時間，同時啟動蒸汽壓縮式制冷系統。
[0015]作為本發明的進一步改進，其中柜內溫度小于制冷設定溫度與制冷設定溫度偏差的差值時，關閉熱交換系統/蒸汽壓縮式制冷系統。
[0016]作為本發明的進一步改進，還具有受控制系統控制的加熱器，其具有加熱設定溫度，當柜內溫度低于加熱設定溫度時啟動加熱器，當柜內溫度高于加熱設定溫度與加熱溫度偏差之和時停止運行加熱器。
[0017]作為本發明的進一步改進，其中經濟模式下，加熱設定溫度降低至經濟加熱設定溫度，以增大加熱器的關閉時間與運行時間的比例來實現節能。
[0018]作為本發明的進一步改進，其包括柜內溫度傳感器、環境溫度傳感器、蒸發器表面溫度傳感器，當柜內溫度傳感器與蒸發器表面溫度傳感器故障且環境溫度小于加熱執勤設定溫度時，控制系統驅動加熱器執行加熱執勤程序，其中加熱執勤設定溫度不大于加熱設定溫度。
[0019]作為本發明的進一步改進，熱交換系統為氣液熱交換系統，并具有與蒸汽壓縮式制冷系統共用的蒸發風機和冷凝風機。
[0020]作為本發明的進一步改進，熱交換系統為熱管熱交換系統，內熱交換器為蒸發端，外熱交換器為冷凝端，且熱管熱交換系統與蒸汽壓縮式制冷系統共用蒸發風機和冷凝風機。
[0021]作為本發明的進一步改進，其包括柜內溫度傳感器、環境溫度傳感器、蒸發器表面溫度傳感器及冷凝器出口溫度傳感器，當柜內溫度傳感器與蒸發器表面溫度傳感器故障時且環境溫度大于等于制冷執勤設定溫度時，控制系統驅動蒸汽壓縮式制冷系統/熱交換系統執行制冷執勤程序。
[0022]作為本發明的進一步改進，還具有加熱器、蒸汽壓縮式制冷系統與熱交換系統共用的蒸汽風機及冷凝風機，其中控制系統還可以執行人工自檢程序，該人工自檢程序分別啟動壓縮機、冷凝風機、蒸發風機、加熱器一定時間。
[0023]本發明的有益效果是:通過控制系統實現雙系統在不同模式下的切換，實現節能降噪。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1是本發明機柜空調器的第一實施方式的系統原理示意圖；
圖2是本發明機柜空調器的第二實施方式的系統原理示意圖； 圖3是本發明機柜空調器的控制系統示意圖。
【具體實施方式】
[0025]工業上，用于降低電氣柜或控制柜內溫度的空調在使用時，柜內外的溫度高低存在季節性差異，一年內，柜內溫度高于或低于柜外溫度的時間幾乎相同。針對這種情況，本發明機柜空調器包括蒸汽壓縮式制冷系統、控制系統及熱交換系統，還具有與控制器相連的柜內溫度傳感器及環境溫度傳感器。本發明機柜空調器還可以具有加熱器以在低溫情形下實現加熱功能，及聲音報警裝置可以針對異常運行情況發出報警。本發明機柜空調器可以為一體機，也可以為室內機與室外機通過管路相互連接的分體機。
[0026]請參閱圖1，蒸汽壓縮式制冷系統，包括壓縮機33、蒸發器31、冷凝器32、節流元件37及連接各元件的制冷循環管系34等，蒸發器31和冷凝器32分別配有蒸發風機41和冷凝風機42，并設有各自的風道。蒸汽壓縮式制冷系統還具有蒸發器表面溫度傳感器及冷凝器出口溫度傳感器，均與控制系統相連，實現自動控制。
[0027]熱交換系統為氣液熱交換系統或者熱管熱交換系統，或者其他熱交換類型的系統。
[0028]請參閱圖1，其為本發明機柜空調器的第一實施方式，其中氣液熱交換系統包括與蒸發器31相對設置的內熱交換器21、與冷凝器32相對設置的外熱交換器22、流體驅動裝置23及連接各元件的熱交換循環管系24。氣液熱交換系統還包括內風機41和外風機42。于本發明優選實施方式中，流體驅動裝置23為水泵，且內風機41和外風機42為與蒸汽壓縮式制冷系統共用的蒸發風機41和冷凝風機42。于其他實施方式中，氣液熱交換系統可以具有獨立的內風機和外風機。
[0029]請參閱圖2，其為本發明機柜空調器的第二實施方式，其中熱管熱交換系統包括與蒸發器31相對設置的蒸發端51、與冷凝器32相對設置的冷凝端52、蒸發輔助風機41及冷凝輔助風機42。對于熱交換系統而言，蒸發端51及冷凝端52可以認為是內熱交換器及外熱交換器。蒸發端51與冷凝端52可以為一體式結構，也可以為通過管路連接的分體式結構。蒸發端51與冷凝端52可以為平行流式換熱結構、管帶式換熱結構或管片式換熱結構之一，二者可以為相同換熱結構或不同的換熱結構。于發明優選實施方式中，蒸發輔助風機41和冷凝輔助風機42為與蒸汽壓縮式制冷系統共用的蒸發風機41和冷凝風機42，于其他優選實施方式中，熱管熱交換系統可以具有獨立的蒸發輔助風機及冷凝輔助風機。
[0030]將熱交換系統集成到蒸汽壓縮式制冷系統后，兩套系統復合使用。本發明機柜空調器的控制系統根據各傳感器傳送的環境溫度Tl以及機柜內溫度T2等信號，判斷啟動蒸汽壓縮式制冷系統還是熱交換系統，或者兩套系統同時運行。這樣，可以使機柜空調器在外部工況比較寒冷的情況下免于啟動壓縮機，或者減少壓縮機啟動次數。而在炎熱的夏季或者環境溫度較高的時候，依賴壓縮機進行制冷而不啟動熱交換系統。
[0031]請參閱圖3，本發明機柜空調器共有三種運行模式，標準模式、低噪音模式和經濟模式。這三種運行模式可以由控制系統自動切換，也可以手動激活。其控制系統采用如下控制邏輯實現三種運行模式之間的切換:
1、標準模式:即正常運行模式，通常可以完成熱交換制冷程序、壓縮機制冷程序、加熱程序、執勤程序、自檢程序等功能。以下分別對上述程序的控制進行描述: 一、熱交換制冷
熱交換制冷時，如果是氣液熱交換系統，啟動蒸發風機41、冷凝風機42和流體驅動裝置23。如果是熱管熱交換系統，則控制系統根據溫差啟動熱管熱交換系統，包括蒸發風機41、冷凝風機42，其蒸發端51與冷凝端52自動進行熱交換。
[0032]啟動條件:當柜內溫度T2大于等于制冷設定溫度，且環境溫度Tl比柜內溫度T2低，二者的差值大于等于熱交換啟動溫差時，啟動熱交換系統以降低柜內溫度，實現熱交換制冷。
[0033]當柜內溫度T2與環境溫度Tl的溫差(以下稱:內外溫差)大于熱交換優先溫差，只啟動熱交換系統進行制冷；當內外溫差降低到小于熱交換優先溫差與熱交換優先偏差的差值時，或熱交換系統的連續運行時間大于熱交換優先最大運行時間，則同時啟動蒸汽壓縮式制冷系統進行制冷。直到柜內溫度T2小于制冷設定溫度與制冷設定溫度偏差的差值時或不滿足熱交換啟動溫差，則關閉熱交換系統；
二、壓縮機制冷:
壓縮機制冷時，啟動壓縮機33和蒸發風機41及冷凝風機42。冷凝風機42與蒸發風機41均比壓縮機33延時啟動,二者的延時啟動時間可以相同或不同。
[0034]啟動條件是:當柜內溫度T2大于等于制冷設定溫度，且不滿足熱交換優先條件或超過熱交換優先最大運行時間時啟動蒸汽壓縮式制冷系統，直到柜內溫度T2小于制冷設定溫度與制冷設定溫度偏差的差值時關閉蒸汽壓縮式制冷系統；于本發明優選實施方式中，制冷設定溫度為25°C ；
三、加熱
加熱時啟動加熱器(未圖示)和蒸發風機41，蒸發風機41在停止加熱后延時停止運行。
[0035]啟動條件是:當柜內溫度T2低于加熱設定溫度時啟動加熱器；當柜內溫度T2高于加熱設定溫度與加熱溫度偏差之和時停止運行加熱器；
四、加熱執勤
加熱執勤時，間歇啟動加熱器，以一定周期運行。運行時間和間隔時間可以設定。
[0036]啟動條件是:當柜內溫度傳感器與蒸發器表面溫度傳感器均發生故障，即柜內溫度T2與蒸發器表面溫度T4均采集異常，且環境溫度Tl小于加熱執勤設定溫度時執行加熱執勤，執勤設定溫度不大于加熱設定溫度；
五、制冷執勤
制冷執勤時，間歇啟動蒸汽壓縮式制冷系統，運行時間和間隔時間可以設定。
[0037]啟動條件為:
當柜內溫度傳感器與蒸發器表面溫度傳感器均發生故障，即柜內溫度T2與蒸發器表面溫度T4均采集異常，且環境溫度Tl大于等于制冷執勤設定溫度時執行制冷執勤；或各傳感器均發生故障的情形下，包括冷凝器出口溫度傳感器無法采集冷凝器出口溫度T3時，執行制冷執勤。
[0038]六、人工自檢程序
通過控制系統的面板上的按鍵，可以激活人工自檢程序，自檢完成后自動切換回正常邏輯控制，自檢程序包括:分別依次啟動壓縮機33、冷凝風機42、蒸發風機41、加熱器、流體驅動裝置23及聲音報警裝置(未圖示)一定時間，停幾秒然后啟動下一裝置。[0039]本發明機柜空調器采用的是可調速的蒸發風機41及冷凝風機42，因此可以實現不同的溫度和不同的程序邏輯下，蒸發風機41和冷凝風機42具有不同的轉速和控制電壓。
[0040]①無其它運行邏輯時，蒸發風機休眠轉速運轉，休眠轉速可以為正常轉速的10%"50% ；
②單一壓縮機制冷或者壓縮機制冷與熱交換同時運行時，蒸發風機41比壓縮機33延時啟動，柜內溫度大于第一溫度時輸出第一電壓并以第一轉速運行，大于第二溫度小于第一溫度時輸出第二電壓并以第二轉速運行，小于第二溫度時輸出最高電壓并全速運行，壓縮機停時低速運轉，其中第一電壓小于第二電壓，且第二電壓小于最高電壓，第一轉速低于第二轉速，第二轉速低于全速；
③熱交換優先時內風機全速運行；
④加熱器啟動則蒸發風機啟動，并全速運行，加熱停止后延時停止運行；
⑤加熱執勤時以低于全速的轉速運行；
⑥冷凝風機調速:冷凝風機42只有在壓縮機制冷時才啟動，且比壓縮機33延時啟動運行，延時停止運行。當激活低噪音模式，則冷凝風機42以低轉速運行，通常為正常轉速的30%，可以實現正常轉速的10%~50%的低轉速運行。
[0041]2、低噪音模式
低噪音模式同樣可以實現上述各程序，如熱交換制冷、壓縮機制冷、加熱、制冷執勤、加熱執勤及自檢程序。低噪音模式通過改變冷凝風機42的轉速及電壓實現降低噪音，蒸發風機41的運行遵照標準模式。激`活低噪音模式時，冷凝風機42以低轉速運行，通常為正常轉速的30%，可以實現正常轉速的109^50%的低轉速運行。
[0042]空調噪音主要是由冷凝風機42、蒸發風機41、壓縮機33等共同產生，但是，蒸發風機41安裝在機柜內部，噪音很低，而壓縮機33的噪音指標比冷凝風機42的噪音指標要低很多，所以，可以通過控制降低冷凝風機42的運轉噪音來直接達到降低機組整機噪音指標的要求。由于冷凝風機42采用的是調速風機，所以可以通過調整冷凝風機42在不同溫度或程序模式下的控制電壓來降低冷凝風機42的運轉速度，從而實現降低冷凝風機42運轉噪音的目的。
[0043]3、經濟模式
即省電模式或節能模式。當激活此功能后，制冷設定溫度提高至經濟制冷設定溫度，加熱設定溫度降低至經濟加熱設定溫度，同時保持偏差值不變。經濟制冷設定溫度及經濟加熱設定溫度可以分別高于或低于制冷設定溫度及加熱設定溫度一定溫度值以達到省電的目的，于本發明優選實施方式中，該溫度值為3°C。
[0044]制冷設定溫度點提高后，壓縮機33停機時間與運轉時間的比例增大，在一段時間內消耗的功率也會相對降低，除了滿足控溫要求和柜內元器件的運轉可靠性外，同時也達到了節能的目的；同理，加熱設定溫度點降低后，加熱器的關閉時間與運轉時間的比例也增大，在一段時間內消耗的功率也同樣會相對降低，一樣可以達到節能的目的。
[0045]特別需要指出的是，本發明【具體實施方式】中僅以該機柜空調器作為示例，在實際應用中其他類型的機柜空調器均適用本發明揭示的原理。對于本領域的普通技術人員來說，在本發明的教導下所作的針對本發明的等效變化，仍應包含在本發明權利要求所主張的范圍中。
【權利要求】
1.一種機柜空調器，其包括蒸汽壓縮式制冷系統、熱交換系統、可控制蒸汽壓縮式制冷系統和熱交換系統運行的控制系統，蒸汽壓縮式制冷系統包括壓縮機、蒸發器、冷凝器；熱交換系統包括內熱交換器及外熱交換器；其特征在于:控制系統根據柜內溫度和環境溫度擇一或同時運行蒸汽壓縮式制冷系統及熱交換系統以實現熱量的轉移；控制系統具有標準模式和低噪音模式/經濟模式，并于標準模式和低噪音模式/經濟模式之間切換以控制蒸汽壓縮式制冷系統及熱交換系統的運行。
2.如權利要求1所述的機柜空調器，其特征在于，還具有蒸汽壓縮式制冷系統與熱交換系統共用的蒸發風機和冷凝風機，其中蒸發風機及冷凝風機為可調速風機。
3.如權利要求2所述的機柜空調器，其特征在于，其中低噪音模式中，降低冷凝風機的轉速以降低噪音。
4.如權利要求3所述的機柜空調器，其特征在于，其中冷凝風機在低噪音模式中以正常轉速的10%~50%的低轉速運行。
5.如權利要求2所述的機柜空調器，其特征在于，蒸發風機為可調速風機，其可以以正常轉速的109^50%的休眠轉速運行。
6.如權利要求5所述的機柜空調器，其特征在于，其中熱交換系統運行時，蒸發風機全速運行；蒸汽壓縮式制冷系統運行時，柜內溫度大于第一溫度時，蒸發風機以第一轉速運行，柜內溫度大于第二溫度且小于第一溫度時，蒸發風機以第二轉速運行，當柜內溫度小于第二溫度時，蒸發風機全速運行，其中第一轉速低于第二轉速，第二轉速低于全速。
7.如權利要求1所述的機柜空調器，其特征在于，其中標準模式具有制冷設定溫度，控制系統將柜內溫度、環境 溫度和制冷設定溫度比較后擇一或同時運行蒸汽壓縮式制冷系統及熱交換系統，其中經濟模式下為將制冷設定溫度提高至經濟制冷設定溫度，以增大壓縮機停機時間與運行時間的比例來實現節能。
8.如權利要求1所述的機柜空調器，其特征在于，其中當柜內溫度大于等于制冷設定溫度、環境溫度低于柜內溫度且二者的溫差大于等于熱交換啟動溫差時，啟動熱交換系統為機柜降溫。
9.如權利要求8所述的機柜空調器，其特征在于，其中當柜內溫度與環境溫度的溫差降低至小于熱交換優先溫差與熱交換優先偏差的差值/熱交換系統的連續運行時間大于熱交換優先最大運行時間，同時啟動蒸汽壓縮式制冷系統。
10.如權利要求9所述的機柜空調器，其特征在于，其中柜內溫度小于制冷設定溫度與制冷設定溫度偏差的差值時，關閉熱交換系統/蒸汽壓縮式制冷系統。
11.如權利要求1所述的機柜空調器，其特征在于，還具有受控制系統控制的加熱器，其具有加熱設定溫度，當柜內溫度低于加熱設定溫度時啟動加熱器，當柜內溫度高于加熱設定溫度與加熱溫度偏差之和時停止運行加熱器。
12.如權利要求11所述的機柜空調器，其特征在于，其中經濟模式下，加熱設定溫度降低至經濟加熱設定溫度，以增大加熱器的關閉時間與運行時間的比例來實現節能。
13.如權利要求11所述的機柜空調器，其特征在于，其包括柜內溫度傳感器、環境溫度傳感器、蒸發器表面溫度傳感器，當柜內溫度傳感器與蒸發器表面溫度傳感器故障且環境溫度小于加熱執勤設定溫度時，控制系統驅動加熱器執行加熱執勤程序，其中加熱執勤設定溫度不大于加熱設定溫度。
14.如權利要求1所述的機柜空調器，其特征在于，熱交換系統為氣液熱交換系統，并具有與蒸汽壓縮式制冷系統共用的蒸發風機和冷凝風機。
15.如權利要求1所述的機柜空調器，其特征在于，熱交換系統為熱管熱交換系統，內熱交換器為蒸發端，外熱交換器為冷凝端，且熱管熱交換系統與蒸汽壓縮式制冷系統共用蒸發風機和冷凝風機。
16.如權利要求1所述的機柜空調器，其特征在于，其包括柜內溫度傳感器、環境溫度傳感器、蒸發器表面溫度傳感器及冷凝器出口溫度傳感器，當柜內溫度傳感器與蒸發器表面溫度傳感器故障時且環境溫度大于等于制冷執勤設定溫度/傳感器均故障時，控制系統驅動蒸汽壓縮式制冷系統/熱交換系統執行制冷執勤程序。
17.如權利要求1所述的機柜空調器，其特征在于，還具有加熱器、蒸汽壓縮式制冷系統與熱交換系統共用的蒸汽風機及冷凝風機，其中控制系統還可以執行人工自檢程序，該人工自檢程序分別啟動壓縮機 、冷凝風機、蒸發風機、加熱器一定時間。
【文檔編號】F24F5/00GK103486679SQ201310075470
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年3月11日 優先權日:2012年6月7日
【發明者】沈成寶, 朱衛寧 申請人:蘇州昆拓熱控系統股份有限公司