一种变频精密空调蒸发器、变频精密空调及其控制方法与流程

本发明涉及空调领域，尤其涉及一种变频精密空调蒸发器、变频精密空调及其控制方法。

背景技术：

当前数据中心的发展趋势愈演愈烈，数据中心服务器的热密度越来越高，机柜服务器发热量也越来越大，且全年运行，这就需要精密空调设备进行全年制冷，精密空调的能耗已经占据数据中心的能耗的很大一部分，如何提高精密空调的制冷效率同时又要与节能同步，且保证数据中心全年安全可靠运行，是数据中心运营商面临的一大难题。

传统的房间级精密空调，大部分为定频机型，不具备频率调节功能，即制冷量输出不可调；而一般的精密空调均按照机房服务器的满载来进行配置，在很多场合服务器只安装了一部分的情况下，此时服务器热负载较小，制冷量需求较小，而精密空调定频满额输出，就会出现压缩机频繁启停，数据中心环境的温湿度无法稳定的问题，且压缩机频繁启停对空调系统的寿命也有很大影响，因此该方案存在较大缺陷。

随着变频技术的出现，变频精密空调的应用也越来越普及，一般情况下室内风机的风量输出会与压缩机的频率变化成正相关关系，即压缩机运行在最低频率点时，此时精密空调室内风机也运转在设定的最低转速，在很多场合，如送风距离较远，或远端个别服务器机柜热负载较大，需求风量较大的情况下，此时压缩机频率较小而风机也运转在设定较低转速时，容易出现机柜服务器局部过热问题，甚至出现服务器宕机的严重事故。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种变频精密空调蒸发器、变频精密空调及其控制方法，旨在解决现有技术中压缩机频率与风量的同步调节导致的送风量不足、送风距离过短、空调系统控制稳定性较差、环境温度容易波动的问题。

本发明的技术方案如下：

一种变频精密空调蒸发器，其中，包括：n个盘管组、进口集管及出口集管，每个盘管组均设置有进气口和出气口，所述进气口均与所述进口集管连接，所述出气口均与所述出口集管连接；所述进口集管上，位于相邻进气口之间的位置均设置有1个电磁阀；通过电磁阀的启闭控制制冷剂在各盘管组的分布。

一种变频精密空调蒸发器，其中，所述n个盘管组层叠设置且均由若干层蒸发器盘管组成，相邻层蒸发器盘管间均设有连接管，所述进气口设置在盘管组的最后一层蒸发器盘管上，所述出气口设置在盘管组的最后一层蒸发器盘管上。

一种变频精密空调蒸发器，其中，所述进口集管自下而上依次与各进气口相接。

一种变频精密空调蒸发器，其中，n为3。

一种变频精密空调蒸发器，其中，各盘管组由相同层数的蒸发器盘管组成。

一种变频精密空调蒸发器，其中，各盘管组的单层蒸发器盘管数相差不大于2。

一种变频精密空调，其中，包括压缩机、风机以及所述的变频精密空调蒸发器，所述风机及变频精密空调蒸发器均与压缩机电连接。

一种如前面所述变频精密空调的控制方法，其中，包括步骤：

(1)保持风机送风量固定；

(2)当变频精密空调的压缩机运行频率处于[a，a+δt]时，控制全部n-1个电磁阀关闭；

当时，控制自下而上第1～n-1个电磁阀均开启和第n～n-1个电磁阀均关闭，其中，a为所述变频精密空调的频率下限值，b为所述变频精密空调的频率上限值，δt为设定的频率偏差，n小于n-1；

当变频精密空调的压缩机运行频率处于时，控制全部n-1个电磁阀均开启。

有益效果：本发明通过压缩机的运行频率控制电磁阀的启闭，调节制冷剂的流向，以控制参与换热过程的盘管组数目，使得制冷剂经过的盘管根数可以很好的与压缩机低频率运行时的制冷剂流量进行匹配，压缩机运行平稳，空调系统各项参数控制稳定，环境温湿度可控性高，送风距离相对较远，不会出现压缩机频繁启停、数据中心环境的温湿度无法稳定的情况，解决了现有技术中压缩机频率与风量的同步调节导致的送风量不足、送风距离过短、空调系统控制稳定性较差、环境温度容易波动的问题。

附图说明

图1为本发明所述变频精密空调蒸发器的较佳实施例结构示意图。

图2为本发明所述变频精密空调蒸发器的温湿度调节原理示意图。

具体实施方式

本发明提供一种模内注塑金属的塑胶模具及其控制方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种变频精密空调蒸发器，如图1所示，包括：n个盘管组1、进口集管2及出口集管3，每个盘管组2均设置有进气口4和出气口5，所述进气口4均与所述进口集管2连接，所述出气口5均与所述出口集管3连接；所述进口集管2上，位于相邻进气口4之间的位置均设置有1个电磁阀6；通过电磁阀6的启闭控制制冷剂在各盘管组1的分布，也即总共设置有n-1个电磁阀6，所述电磁阀6用于根据空调压缩机的频率控制进口集管的启闭，以控制制冷剂的流向及在各盘管组1中的分布，以精确控制参与换热过程的盘管组1。

若保持风机送风量固定为p，可以看出，当全部电磁阀均关闭时，制冷剂经进口集管进如最底一层盘管组，而无法进入其他盘管组，也即仅最下一层的盘管组参与换热过程，此时仅有经过最下一层的p/n的风量进行了冷却，然后与经过其他盘管组的p(n-1)/n量的风进行混合；当第一个电磁阀开启而其他电磁阀关闭时，制冷剂只流入了最底下的两个盘管组，只有最底下的两个盘管组参与了换热过程，此时则有2p/n的风量进行了冷却，然后与经过其他盘管组的p(n-2)/n量的风进行混合；可以看出，随着开启的电磁阀越多，经过蒸发器时参与换热的风量以p/n的整数倍增加，然后与其他未参与冷却的部分风量进行混合以稀释冷量，也即实现精确控制降温的同时，还可以确保环境温度波动较小，同时因为风机送风量保持不变，可保证风机送风量的稳定充足、增加了送风距离、提高了空调系统控制稳定性。

所述n个盘管组1层叠设置且均由若干层蒸发器盘管7组成，相邻层蒸发器盘管7间均设有连接管，所述进气口4设置在盘管组1的第一层蒸发器盘管上，所述出气口5设置在盘管组1的最后一层蒸发器盘管上，较佳地，各盘管组的单层蒸发器盘管数相差不大于2，也即使各盘管组结构相同，由于本发明中是根据空调的压缩机频率来控制电磁阀的启闭，压缩机运行频率越高，参与换热的盘管组越多，设置各盘管组结构相同，使得进入参与换热的盘管组内的制冷剂流量保持在一相对稳定状态，而不受压缩机频率产生太大的波动，从而便于根据变频精密空调根据压缩机的运行频率精细化控制参与换热过程的盘管组个数，也即制冷剂进入的盘管组个数。

较佳地，n为3，也即所述变频精密空调蒸发器包括3个盘管组1、进口集管2及出口集管3，所述3个盘管组自下而上依次记为第一盘管组11、第二盘管组12、第三盘管组13，相应的，设置有2个电磁阀6，自下而上依次记为第一电磁阀和第二电磁阀，第一盘管组11的单层蒸发器盘管数k1、第二盘管组12的单层蒸发器盘管数k2、第三盘管组13的单层蒸发器盘管数k3满足k1＝k2＝k3或k1＝k2＝k3-1或k1＝k2＝k3-2，也即是第一盘管组11与第二盘管组12的单层蒸发器盘管数相同，而第三盘管组13的单层蒸发器盘管数可以与第一盘管组11与第二盘管组12的单层蒸发器盘管数相同，或者较第一盘管组与第二盘管组多1或2根盘管。

如果采用变频率与变风量相结合的方案，若此时压缩机运行的频率下限a＝30hz，设定上限值为90hz，设计风量为5000cmh，此时风量为等比例下降，即对应总风量为而此时由于无法对制冷剂进行流路控制，整个蒸发器的盘管均处于制冷换热，压缩机处于低频率运行，质量流量较小，以δp＝1667cmh的风量进行盘管换热，会产生吸气过热度很大，电子膨胀阀不断调小，空调系统及环境参数可控性较差，且空调送风量不足以及送风距离不够等诸多问题。

而采用本发明的方案，在环境相对湿度较高需要进行除湿时，可采用关闭部分盘管组的方式进行除湿，除湿效果较佳；另外，在前期负载较低时，当空调系统需要进行除湿，此时在满足负载制冷散热要求的情况下，压缩机可运行至较低频率，且流路控制电磁阀根据实际需求进行通断，下面以3个盘管组为例进行说明，如图2所示：

p为变频精密空调设计的额定风量，记经过第一盘管组、第二盘管组及第三盘管组的风量依次为p1、p2、p3，记经过第一盘管组、第二盘管组及第三盘管组前的风温度依次为t1、t2、t3，记经过第一盘管组、第二盘管组及第三盘管组后的风温度依次为△t1、△t2、△t3，记经过第一盘管组、第二盘管组及第三盘管组前的风湿度依次为&1、&2、&3，记经过第一盘管组、第二盘管组及第三盘管组后的风湿度依次为△&1、△&2、△&3，则每个盘管组的风量分布为：p1＝p2＝p3＝p/3，当两个电磁阀关闭后，蒸发器上端两个盘管组(第二盘管组12和第三盘管组13)未参与换热除湿，此部分的风量分布p2＝p3，温度t2＝t3＝△t2＝△t3，空气含湿量&2＝&3＝△&2＝△&3，即送风温度等于回风温度；蒸发器下端仅有1个盘管组(第一盘管组11)进行换热除湿，经过除湿盘管组后的风量p1，温度降为△t1，含湿量降为△&1，当与p2、p3两部分风量混合后，环境整体含湿量为△&，且△&1＜△&＜(△&2＝△&3＝&2＝&3)，同时环境整体温度变化为△t，且△t1＜△t＜(t2＝t3＝△t2＝△t3)，可见所述变频精密空调蒸发器对于温度和湿度的控制更加精密，而且因为总风量不变，可实现长距离送风，即可保证数据中心环境的温度稳定。此种方式远优于(变频+变风量)的技术，在保持环境温度稳定的情况下，可确保蒸发器盘管有效除湿，防止数据中心环境相对湿度过高，导致机柜服务器的凝露等问题产生。

基于上述变频精密空调蒸发器，本发明还提供了一种变频精密空调，包括所述的变频精密空调蒸发器、风机及压缩机，所述风机以额定风量p送风，所述压缩机为变频压缩机。因为各盘管组经过的风量相同，通过控制电磁阀的启闭，制冷剂经过的盘管根数可以很好的与压缩机低频率运行时的制冷剂流量进行匹配，压缩机运行平稳，空调系统各项参数控制稳定，环境温湿度可控性高，避免出现压缩机频繁启停、数据中心环境的温湿度无法稳定的问题，也延长空调系统的寿命。

同时，从送风量以及送风距离考虑，采用本发明的变频精密空调，由于总体风量p保持恒定，对于个别服务器热负载大或送风距离远的服务器，可保证服务器正常可靠运行，同时亦能保证服务器制冷量需求，不会产生局部热点的问题。

本发明还提供了一种如前面所述变频精密空调的控制方法，包括步骤：

s1、控制风机送风量固定；

s2、当变频精密空调的压缩机运行频率处于[a，a+δt]时，控制全部n-1个电磁阀关闭；

当变频精密空调的压缩机运行频率处于时，控制自下而上第1～n-1个电磁阀均开启和第n～n-1个电磁阀均关闭；

当变频精密空调的压缩机运行频率处于时，控制全部n-1个电磁阀均开启；

其中，a为所述变频精密空调的频率下限值，b为所述变频精密空调的频率上限值，δt为设定的频率偏差，n为小于n-1的正整数。

δt为设定频率偏差，可根据现场情况进行设置，显然所述δt应小于(b-a)/(n-1)。

可以看出，经过所述蒸发器的风的制冷效果只跟压缩机的运行频率有关，风量保持不变，可达到稀释冷量的效果，同时保证送风距离。

通过上述方法，根据压缩机频率的变化，精确控制电磁阀的启闭，控制进行换热的盘管组数目，即可实现精确、远距离送风以控制数据中心温度稳定的目的。

下面以n＝3为例做进一步说明，即盘管组个数为3，也即电磁阀个数为2，(所述3个盘管组自下而上依次记为第一盘管组、第二盘管组、第三盘管组，相应的，设置有2个电磁阀，自下而上依次记为第一电磁阀和第二电磁阀)则上述变频精密空调的控制方法，包括步骤：

s1’、控制风机送风量p固定；

即风机以额定风量输送风量即可，而不受压缩机运行频率的影响，运行稳定，而且对于个别服务器热负载大或送风距离远的服务器，可保证服务器正常可靠运行。

s2’、当变频精密空调的压缩机运行频率处于[a，a+δt]时，控制2个电磁阀关闭；

当变频精密空调的压缩机运行频率处于时，控制第一电磁阀开启和第二电磁阀均关闭；

当变频精密空调的压缩机运行频率处于时，控制2个电磁阀均开启。

当变频精密空调的压缩机运行频率处于[a，a+δt]时，压缩机处于较低运行频率状态运行，说明此时环境热负载较小，只需较少冷量，控制2个电磁阀均关闭，则只有第一盘管组参与换热过程，但总风量不变，即经过第一盘管组处的风量降温δt1，则经过换热器后最终的风量降温δt1/3，达到了冷量稀释的效果，这样在冷量需要较低时，不需要通过控制压缩机停止运行即能实现，在保持环境温度稳定的情况下，而且因为总风量保持不变，在送风距离较远时，仍能保证有效送风，还可确保蒸发器盘管有效除湿，防止数据中心环境相对湿度过高，导致机柜服务器的凝露等问题产生。

当变频精密空调的压缩机运行频率处于时，压缩机处于平稳运行频率状态运行，说明此时环境热负载一般，只需正常量冷量，控制第一电磁阀开启和第二电磁阀关闭，则第一盘管组和第二盘管组均参与换热过程，第三盘管组未参与换热过程，但总风量不变，记经过第一盘管组处和第二盘管组的风量降温均为δt2，则经过换热器后最终的风量降温2δt1/3，稀释冷量以确保系统稳定的同时，保证了较远的送风距离，避免了数据中心环境局部高温的出现。

当变频精密空调的压缩机运行频率处于时，说明此时压缩机处于较高频率运行状态，此时制冷剂总流量增加，但控制第一电磁阀和第二电磁阀均开启，第一盘管组、第二盘管组及第三盘管组均参与换热过程，使得各盘管组内制冷剂流量相对平稳，记经过第一盘管组处、第二盘管组和第三盘管组的风量降温均为δt3，则经过换热器后最终的风量降温δt3，也即本发明中的控制方法并不会影响系统的最大制冷量，却可以使空调系统运行平稳，不会出现骤起骤停的现象，从而延长空调系统的寿命。

综上所述，本发明提供的变频精密空调蒸发器，包括n个相对独立且自下而上堆叠设置盘管组，根据压缩机的运行频率控制电磁阀的启闭，调节制冷剂的流向，以控制参与换热过程的盘管组数目，使得制冷剂经过的盘管根数可以很好的与压缩机低频率运行时的制冷剂流量进行匹配，压缩机运行平稳，空调系统各项参数控制稳定，环境温湿度可控性高，送风距离相对较远，不会出现压缩机频繁启停、数据中心环境的温湿度无法稳定的情况，解决了现有技术中压缩机频率与风量的同步调节导致的送风量不足、送风距离过短、空调系统控制稳定性较差、环境温度容易波动的问题。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。