相變換熱和壓縮制冷復合冷卻系統的制作方法
【專利摘要】相變換熱和壓縮制冷復合冷卻系統，包括：相變換熱子系統、壓縮制冷子系統、室外空氣循環子系統以及室內空氣循環子系統；所述相變換熱子系統包括換熱芯體、接水盤及噴灑裝置，室內空氣和室外空氣在換熱芯體處進行熱交換，所述噴灑裝置向所述換熱芯體噴灑水，所述接水盤承接噴灑裝置噴灑的經過換熱芯體的水，所述接水盤和噴灑裝置通過噴灑水管道連通；所述壓縮制冷子系統包括冷凝器、壓縮機及蒸發器，所述冷凝器和蒸發器、壓縮機通過制冷劑管道循環連通。本實用新型集成相變換熱和機械制冷，節能高效，而且室內空氣和室外空氣通過換熱芯體進行熱交換，內外空氣隔離，確保了數據中心內空氣質量。
【專利說明】
相變換熱和壓縮制冷復合冷卻系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及制冷系統，更具體地說，涉及一種利用相變換熱，并采用機械制冷作為補充的復合制冷系統。【背景技術】
[0002]在通訊機房和數據中心里，機房空調的能耗占有相當大的比重，因此，如何實現空調系統的節能是機房和數據中心建設節能減排的突破點。由于數據中心具有全天候運行的特點，因而如何可以全天候的利用自然冷源實現制冷的空調系統成為了研究的方向，現有的利用自然冷源來制冷的方法主要有以下兩種:
[0003]1、新風制冷，新風制冷是將室外新風通過過濾網過濾后，直接送到通訊機房或數據中心里面，被加熱的空氣被排到室外，進行循環實現利用自然冷源的制冷；
[0004]2、乙二醇自然冷卻，乙二醇自然冷卻是在室內機中增加乙二醇冷卻盤管，在室外布置干冷器，通過干冷器冷卻乙二醇，用水栗把冷卻后的乙二醇送到室內機的冷卻盤管，實現利用自然冷源的制冷。
[0005]但以上兩種技術方案仍存在以下不足:
[0006]采用新風制冷的方式，把室外空氣直接通入通訊機房或數據中心里，雖然經過了過濾網過濾，但空氣中的粉塵無法完全過濾干凈，導致室內潔凈度較差，而且還需要定期對過濾網進行維護；如果空氣中含有二氧化硫等腐蝕性氣體，對通訊機房或數據中心的設備也會造成一定程度的損害;此外，新風的相對濕度控制起來比較困難，必須要在通訊機房或數據中心的墻體上開較大的通風孔，即破壞了建筑物的完整性，而且同時帶來了漏熱、冷橋、漏水等隱患，加上新風機組通常體積較大，需要獨立安裝，占用室內使用面積等。
[0007]乙二醇自然冷卻機組在室內機組里集成了乙二醇冷卻盤管，增加了一套管路系統，施工復雜，而且會造成室內風機風阻較大，功率較高，給其節能性帶來了較多的折扣；同時乙二醇溶液的換熱效率較低，其通過閉式風冷干冷器進行冷卻，造成環境溫度較高時壓縮機運行時冷凝溫度較高，也提高了壓縮機的運行功率，用戶投資較大。【實用新型內容】
[0008]本實用新型的目的是提供一種高效節能的相變換熱和壓縮制冷復合冷卻系統。
[0009]為了實現上述目的，本實用新型采取如下的技術解決方案:
[0010]相變換熱和壓縮制冷復合冷卻系統，包括:相變換熱子系統、壓縮制冷子系統、室外空氣循環子系統以及室內空氣循環子系統;所述相變換熱子系統包括換熱芯體、接水盤及噴灑裝置，室內空氣和室外空氣在換熱芯體處進行熱交換，所述噴灑裝置向所述換熱芯體噴灑水，所述接水盤承接噴灑裝置噴灑的經過換熱芯體的水，所述接水盤和噴灑裝置通過噴灑水管道連通;所述壓縮制冷子系統包括冷凝器、壓縮機及蒸發器，所述冷凝器和蒸發器、壓縮機通過制冷劑管道循環連通。
[0011]作為本實用新型的一種改進，室外空氣循環子系統包括冷凝風機、室外出風口、室外進風口，所述冷凝風機設置于室外空氣循環通道上，冷凝風機工作時，室外空氣從室外進風口進入，經過換熱芯體及冷凝器后從室外出風口排出，形成室外空氣循環。
[0012]作為本實用新型的一種改進，室內空氣循環子系統包括室內循環風機、室內送風口、室內回風口，所述室內循環風機設置于室內空氣循環通道上，室內循環風機工作時，室內空氣從室內回風口進入，經過換熱芯體及蒸發器后從室內送風口向外送出，形成室內空氣循環。
[0013]作為本實用新型的一種改進，所述噴灑裝置包括噴灑管以及設置于噴灑水管道上的水栗，所述噴灑管與噴灑水管道相連且設置于所述換熱芯體上方，噴灑裝置通過管道與外部補水系統相連。
[0014]作為本實用新型的一種改進，所述相變換熱子系統還包括濕膜，所述濕膜設置于室外空氣流通路徑上換熱芯體之前，所述噴灑管設置于濕膜的上方，所述接水盤設置于濕膜的下方。
[0015]作為本實用新型的一種改進，所述相變換熱子系統中包括至少一組接水盤及噴灑裝置。
[0016]作為本實用新型的一種改進，所述室內循環風機的數量為一個或一個以上。
[0017]作為本實用新型的一種改進，所述蒸發器的數量為一個或一個以上。
[0018]作為本實用新型的一種改進，所述冷凝器及冷凝風機的數量為一個或一個以上。
[0019]作為本實用新型的一種改進，所述壓縮機為變頻壓縮機。
[0020]作為本實用新型的一種改進，所述壓縮制冷子系統產生的冷凝水通過管道送至所述接水盤中。
[0021]由以上技術方案可知，本實用新型的制冷系統包括多個循環子系統，室外循環的空氣與室內循環的空氣在換熱芯體處進行熱量交換，室內空氣循環屬于機房內循環，確保了室內空氣的質量，無需復雜的空氣過濾系統，可以充分利用自然冷源;采用蒸發冷卻輔助制冷進一步降低了變頻壓縮機機械制冷運行時間，實現節能運行，采用機械制冷可以在高溫時輔助單純利用自然冷源制冷的不足，提高制冷效果。【附圖說明】
[0022]為了更清楚地說明本實用新型實施例，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖做簡單介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例， 對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0023]圖1為本實用新型實施例1的結構示意圖；
[0024]圖2為本實用新型實施例2的結構示意圖；
[0025]圖3為本實用新型實施例3的結構示意圖。【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖對本發明進行詳細描述，在詳述本發明實施例時，為便于說明，表示器件結構的附圖會不依一般比例做局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應限制本發明保護的范圍。需要說明的是，附圖采用簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、清晰地輔助說明本發明實施例的目的。
[0027]實施例1
[0028]如圖1所示，本實用新型的相變換熱和壓縮制冷復合冷卻系統包括接水盤1、水栗 2、噴灑管3、冷凝器4、冷凝風機5、壓縮機6、電子膨脹閥7、室內循環風機8、蒸發器9及換熱芯體10。圖1中虛線箭頭所示方向為蒸發冷卻水循環方向，實線箭頭所示方向為制冷劑循環方向。本實用新型的制冷系統包括4個循環子系統，分別是:相變換熱子系統、壓縮制冷子系統、室外空氣循環子系統以及室內空氣循環子系統。
[0029]本實施例的相變換熱子系統包括接水盤1、水栗2、噴灑管3、換熱芯體10以及連通接水盤和噴灑管的管道。其中，噴灑管3設置于換熱芯體10上方，接水盤1用于承接噴灑管噴灑的冷卻水，接水盤1與噴灑管3之間通過噴灑水管道連通，噴灑水管道上設置有水栗2，接水盤1內的水通過水栗2輸送到噴灑管3內，再由噴灑管3噴到室外空氣上，對室外空氣進行降溫，最后落入接水盤1中，采用噴灑相變冷卻的方式進行換熱，以此循環。室外空氣經冷卻水噴灑降溫后流至換熱芯體與室內空氣進行熱交換。噴灑管以及設置于噴灑水管道上的水栗組成噴灑裝置，噴灑裝置同時通過管道與外部補水系統相連，水份蒸發消耗后通過外部補水系統進行補給。本實用新型的換熱芯體采用的是市場上銷售的產品。噴灑管設置于換熱芯體上方，噴灑效果最好，但噴灑管也可以根據空間需要設置于換熱芯體旁側。
[0030]壓縮制冷子系統包括冷凝器4、壓縮機6、蒸發器9以及循環連通冷凝器4、蒸發器9、 壓縮機6的制冷劑管道，制冷劑管道上還設置有電子膨脹閥7。制冷劑在壓縮機6的驅動下經制冷劑管道在冷凝器4和蒸發器9之間循環。蒸發器9設置于換熱芯體10—側。進一步的，壓縮制冷循環產生的冷凝水可用于相變換熱子系統中，將冷凝水接水盤(未圖示)通過管道與相變換熱子系統的接水盤1相連，使冷凝水可送至接水盤1中。[0031 ]室外空氣循環由冷凝風機5實現，冷凝風機5工作時，室外空氣從室外進風口進入， 并經過換熱芯體10后從室外出風口排出。
[0032]室內空氣循環由室內循環風機8實現，室內循環風機8工作時，室內空氣從室內回風口進入，并經過換熱芯體1 〇后從室內送風口向外送出。
[0033]本實用新型的相變換熱和壓縮制冷復合冷卻系統中的產生耗能的部件有:水栗2、 冷凝風機5、壓縮機6、室內循環風機8,其中壓縮機能耗最大，因而減少壓縮機的運行時間是本系統實現節能目標的關鍵所在。前述耗能部件的運行時間如下:冷凝風機5和室內循環風機8全天候運行，水栗2在室外溫度高于預設值時運行，當室外空氣通過蒸發冷卻后依然不能滿足制冷需求時，壓縮機開始運行，進行機械補充制冷。[〇〇34]下面對本實用新型制冷系統的工作原理進行說明:
[0035]當室外溫度TS預設溫度T0時，冷凝風機5和室內循環風機8工作，開啟室外、室內空氣循環，室外循環的空氣與室內循環的空氣在換熱芯體10處進行全顯熱量交換，實現機房溫度的控制。
[0036]當室外溫度T在一定范圍內:TO < T < T1時，冷凝風機5、室內循環風機8及水栗2工作，開啟室外空氣循環、室內空氣循環及冷卻水循環，噴灑管3開始噴灑冷卻水，室外的空氣通過冷卻水的蒸發降低干球溫度，冷卻后的空氣和室內循環的空氣在換熱芯體10處進行全顯熱量交換，未蒸發的冷卻水回收至接水盤1，進行重復利用。[〇〇37]當室外溫度T 2 T1時，冷凝風機5、室內循環風機8、水栗2及壓縮機6都工作，開啟室外空氣循環、室內空氣循環、冷卻水循環及制冷劑循環，噴灑管3開始噴灑冷卻水，冷卻后的室外空氣和室內循環的空氣在換熱芯體10處進行全顯熱量交換后，繼續對冷凝器4內的制冷劑進行冷卻，未蒸發的冷卻水回收至接水盤1，室內空氣在換熱芯體10處進行熱量交換， 被室外空氣循環帶走一部分熱量后，在蒸發器9處與制冷劑進一步的進行熱交換。以上說明中出現的預設溫度T0、T1是根據環境溫濕度計算得到溫度狀態節點，環境、空間條件變化時，預設溫度也會相應變化。
[0038]實施例2
[0039]如圖2所示，本實施例與實施例1不同的地方在于:換熱芯體10有兩個，相變換熱子系統中包括兩組接水盤1、水栗2及噴灑管3,每一組接水盤、水栗及噴灑管的連接方式均與實施例1相同。壓縮制冷子系統中冷凝器4及冷凝風機5均為兩個，冷凝風機5與冷凝器4對應設置，壓縮機6采用變頻壓縮機。壓縮機6為兩組冷凝器和一組蒸發器提供制冷劑循環，室內空氣循環由一個室內循環風機實現。室外空氣經過換熱芯體10時與室內空氣進行熱交換， 然后從室外出風口排出，冷卻后的室內空氣從室內送風口向外送出。
[0040]實施例3
[0041]如圖3所示，本實施例與實施例2不同的地方在于:壓縮制冷子系統中的蒸發器9為兩個，室內循環風機8與蒸發器9的數量對應設置，冷凝風機5設置于室外出風口處。壓縮機6 為兩組蒸發器和一組冷凝器提供制冷劑循環，室內空氣循環由2個室內循環風機實現。室外空氣經過換熱芯體10時與室內空氣進行熱交換，然后從室外出風口排出，冷卻后的室內空氣從室內送風口向外送出。
[0042]此外，本實用新型的相變換熱子系統也可以是濕膜蒸發冷卻系統，采用濕膜蒸發冷卻時，相變換熱子系統還包括濕膜，所述濕膜設置于室外空氣流通路徑上換熱芯體之前， 即濕膜設置于換熱芯體上游，可位于換熱芯體上方或前方，空氣先經過濕膜再經過換熱芯體，噴灑管設置于濕膜的上方，接水盤設置于濕膜的下方，將接水盤內的水直接噴灑到濕膜上，空氣經過濕膜時可進行換熱，從而降低溫度。
[0043]本實用新型的相變換熱子系統有兩種形式，一種室外空氣通過在換熱芯體外部先噴淋冷卻水進行降溫，然后室內外空氣再通過換熱芯體進行熱交換，此時只有換熱芯體一個設備；另一種是室外空氣在濕膜處加濕降溫，之后再與室內空氣通過熱交換芯體進行熱交換，此時有濕膜和熱交換芯體兩個設備。
[0044]本實用新型的制冷系統可應用于北方地區，全天候采用自然冷源，既避免了新風中的粉塵、硫化物等有害物質對機房設備的影響，又減少了機械制冷量的投入，大大降低了機房運行成本。例如在北京地區，全年節能率可以高達40%，補充制冷的機械制冷量只占全部制冷量的35%?60%，也大大降低了初期投入成本。
[0045]與現有技術相比，本實用新型制冷系統的室內空氣和室外空氣通過換熱芯體進行熱交換，內外空氣隔離，確保了數據中心內空氣質量;可采用冷卻水輔助制冷，冷卻水直接噴灑在室外空氣上，實現蒸發冷卻，對換熱芯體內部的室內循環空氣進行降溫，未蒸發的水流入接水盤，重復參與循環，節約水源;采用變頻壓機作為補充制冷，進一步實現節能減排。
[0046]本說明書中各個部分采用遞進的方式描述，每個部分重點說明的都是與其它部分的不同之處，各個部分之間相同或相似部分互相參見即可。這些零部件之間的組合關系并不只是實施例所公開的形式，對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本實用新型將不會被限制于本文所示的實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬范圍。
【主權項】
1.相變換熱和壓縮制冷復合冷卻系統，其特征在于，包括:相變換熱子系統、壓縮制冷 子系統、室外空氣循環子系統以及室內空氣循環子系統；所述相變換熱子系統包括換熱芯體、接水盤及噴灑裝置，室內空氣和室外空氣在換熱 芯體處進行熱交換，所述噴灑裝置向所述換熱芯體噴灑水，所述接水盤承接噴灑裝置噴灑 的經過換熱芯體的水，所述接水盤和噴灑裝置通過噴灑水管道連通；所述壓縮制冷子系統包括冷凝器、壓縮機及蒸發器，所述冷凝器和蒸發器、壓縮機通過 制冷劑管道循環連通。2.如權利要求1所述的相變換熱和壓縮制冷復合冷卻系統，其特征在于:室外空氣循環 子系統包括冷凝風機、室外出風口、室外進風口，所述冷凝風機設置于室外空氣循環通道 上，冷凝風機工作時，室外空氣從室外進風口進入，經過換熱芯體及冷凝器后從室外出風口 排出，形成室外空氣循環。3.如權利要求1所述的相變換熱和壓縮制冷復合冷卻系統，其特征在于:室內空氣循環 子系統包括室內循環風機、室內送風口、室內回風口，所述室內循環風機設置于室內空氣循 環通道上，室內循環風機工作時，室內空氣從室內回風口進入，經過換熱芯體及蒸發器后從 室內送風口向外送出，形成室內空氣循環。4.如權利要求1所述的相變換熱和壓縮制冷復合冷卻系統，其特征在于:所述噴灑裝置 包括噴灑管以及設置于噴灑水管道上的水栗，所述噴灑管與噴灑水管道相連且設置于所述 換熱芯體上方，噴灑裝置通過管道與外部補水系統相連。5.如權利要求1或4所述的相變換熱和壓縮制冷復合冷卻系統，其特征在于:所述相變 換熱子系統還包括濕膜，所述濕膜設置于室外空氣流通路徑上換熱芯體之前，所述噴灑管 設置于濕膜的上方，所述接水盤設置于濕膜的下方。6.根據權利要求1所述的相變換熱和壓縮制冷復合冷卻系統，其特征在于:所述相變換 熱子系統中包括至少一組接水盤及噴灑裝置。7.根據權利要求6所述的相變換熱和壓縮制冷復合冷卻系統，其特征在于:所述室內循 環風機的數量為一個或一個以上。8.根據權利要求6所述的相變換熱和壓縮制冷復合冷卻系統，其特征在于:所述蒸發器 的數量為一個或一個以上。9.根據權利要求6所述的相變換熱和壓縮制冷復合冷卻系統，其特征在于:所述冷凝器 及冷凝風機的數量為一個或一個以上。10.根據權利要求1或4所述的相變換熱和壓縮制冷復合冷卻系統，其特征在于:所述壓 縮制冷子系統產生的冷凝水通過管道送至所述接水盤中。
【文檔編號】F24F5/00GK205655422SQ201620216757
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2016年3月21日 公開號201620216757.9, CN 201620216757, CN 205655422 U, CN 205655422U, CN-U-205655422, CN201620216757, CN201620216757.9, CN205655422 U, CN205655422U
【發明人】陳云偉, 吳剛, 陶鍇, 戴向陽, 王平
【申請人】深圳市英維克科技股份有限公司