一种机房制冷用双回路水冷热管风冷空调一体机的制作方法

本发明涉及一种双冷源空调机，特别是涉及一种机房制冷用双回路水冷热管风冷空调一体机。

背景技术：

近年来随着云计算技术的快速发展，全球数据中心开始向着巨型化的方向发展，单机柜功率密度不断提高，5KW、7KW、10KW功率机柜已逐步成为常规配置。新一代数据中心表现为：规模更大、密度更高、制冷要求更高。数据机房的高功率密度化对空调系统的制冷及机房散热提出了更高的要求，传统风冷式空调由于制冷量的限制以及制冷方式的局限已无法满足机房制冷需求。从国内数据中心的发展来看，由于机柜功率密度的提高，在2010年以后，新一代数据中心尤其是大型数据中心基本采用制冷效率更高的水冷空调系统来满足持续上升的制冷需求。

水冷空调系统的冷却水和冷冻水是从自来水管路上连接的，水不同于电，不可能有两路市政供水，当市政供水管网故障时(如水管爆裂或检修)，一般修复的时间很长，数据中心会因断水而停机，因此供水成为水冷式空调的薄弱环节。在杭州某数据中心就发生过用洒水车拉水救急的案例。为保证冷冻水供水和冷却水供水系统均能可靠、稳定运行，在空调设计中需要将冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵分水器、集水器、主管路等都设计成1+1冗余备份方式。即使如此，在过去5年内，大型数据机房水冷空调出现故障，80％原因是因为供水故障导致。

另外，传统的水冷式空调机组利用冷水作为换热介质，需要把冷水引入到机房室内，利用冷水盘管与室内的热空气进行换热带走室内的热量，其换热效率很低，冷冻水管路复杂，阀门多、水进机房后因管路原因跑冒滴漏对机房带来一定的安全隐患。

为了解决水冷空调系统存在的冷水进机房、停水后故障风险大的问题，空调设备厂商进行技术探索，提出解决方案，其中以专利号为CN201420688958.X的《一种新型双冷源空调系统》为代表技术，解决了冷水进机房、停水后风险大的问题。该专利技术对现有的风冷式空调系统进行技术变革，在冷凝管路上增加了水冷冷凝器，使风冷机组可以与冷水机组的冷水对接，冷水不需要进入机房室内，利用水冷机组的冷水作为冷凝介质，风冷冷凝器备用；当停水发生时冷水管路无法正常提供冷凝工作，此时启动风冷冷凝，不影响系统对机房的制冷。详见图1。

该专利有效解决了水进机房以及水路故障导致机房发热宕机的问题，具有一定的使用价值。其空调室内部分(室内主机)并未做任何技术改变，室内的制冷是依靠室内的压缩机系统工作来完成，室外的水冷空调机组只是作为冷凝侧，对机房传统风冷式空调进行了一个补充。这种技术方案更适合用于传统风冷式空调机组与水冷机组的对接改造，其技术重点在于防范供水故障给机房带来的风险，并没有从空调节能角度去进行设计。

上述专利的技术方案中，整个系统在水冷冷凝器工作时，有效降低了冷凝温度，可以一定程度上降低室内压缩机耗电(冷凝温度每降低1℃，压缩机功率可减小3％左右)，但是由于在室外侧增加了水泵、水冷空调机组这些大功率耗电部件，整体上会更加耗能。这对于大型数据机房而言会增加很大的运行成本，且不符合国家提出的节能减排政策。

为了降低数据中心空调耗电量大的问题，并且有效解决水进机房跑冒滴漏的风险以及水路故障导致机房发热宕机的问题，经过技术研究，立足于本申请人对已申请专利技术201610604657.8《一种带能耗监测的双回路机房制冷变频热管空调机》进行设计创新，提出一种机房制冷用双回路水冷热管风冷空调一体机的技术方案。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种机房制冷用双回路水冷热管风冷空调一体机。

本发明提供的一种机房制冷用双回路水冷热管风冷空调一体机，包括空调室内机机体、室内风机、热管蒸发器、压缩机蒸发器、压缩机、风冷冷凝器、冷凝风扇、水冷冷凝器和冷水空调机组，所述空调室内机机体上面依次设置有室内风机、热管蒸发器、压缩机蒸发器和压缩机，所述机体内还设置有膨胀阀；所述热管蒸发器的上部通过热管气管管路与水冷冷凝器的上部相接，水冷冷凝器的下部通过热管液管管路与热管蒸发器的下部相接，形成一个封闭回路；所述压缩机蒸发器通过管路与压缩机相接，压缩机的高压口通过高压铜管与风冷冷凝器的下部相接，风冷冷凝器的上部通过低压铜管与所述膨胀阀相接，膨胀阀的另一端与压缩机蒸发器的上部相接，形成另一个封闭回路；所述封闭回路中充注有冷媒介质。

在上述技术方案中，所述风冷冷凝器、冷凝风扇和水冷冷凝器均设置在室外。

在上述技术方案中，所述冷凝风扇通过连接件与风冷冷凝器相接。

在上述技术方案中，所述水冷冷凝器的另一端面通过冷水管路与冷水空调机组相接。

在上述技术方案中，所述冷媒介质为R22制冷剂或环保型R134制冷剂。

本发明所描述的机房制冷用双回路水冷热管风冷空调一体机的技术方案，包含两个制冷回路，一个制冷回路通过热管换热方式实现，另一个回路通过压缩机制冷实现，两个回路各自有独立使用的室内蒸发器和室外冷凝器。本技术方案主要用于大中型数据机房，与室外的冷水空调机组配合使用(冷水空调机组是本方案的配套设施)，当室外冷水空调机组可以正常提供冷冻水的情况下，本系统采用热管换热方式对机房进行制冷，当水冷空调机组故障或水路故障，导致热管制冷不能工作或制冷量不够时压缩机制冷才自动介入工作，平时压缩机制冷回路不启动，因此整个系统耗电部件少，能效比高，可有效节约机房空调的耗电。

热管换热方式制冷的原理：

室内热管蒸发器与室外水冷冷凝器通过一根气管和一根液管相连，形成一个封闭的环流回路结构。室内热管蒸发器采用的是换热效率高的微通道换热器，换热器里面充注有一定量的制冷剂，制冷剂可选R22制冷剂(二氟一氯甲烷)或环保型R134a制冷剂(四氟乙烷)等。冷媒介质在热管蒸发器内吸热后气化自然上升，通过蒸发器上部的气管进入室外水冷冷凝器，被冷凝器中的冷水冷却后冷凝成为液态，液态制冷剂再通过液管自然回流进蒸发器下部，然后再吸收热量蒸发，周而复始循环把室内热量带到室外。只要冷凝器中一直保持提供的冷水温度低于制冷介质的冷凝温度(一般为15℃)，确保制冷介质可以从气态冷凝成液态，就可以实现热管换热，整个换热过程利用制冷介质的相变在室内吸收热量，在室外释放热量后成为液态靠重力作用回流到室内，不需要任何机械能实现了换热过程，能效比非常高。

压缩机制冷回路的介入机制：

当热管换热正常运转时，压缩机制冷回路是不工作的(压缩机和其室外风冷冷凝器处于停止状态)。只有发生停水故障、室外冷水机组故障等情况，水冷冷凝器无法对制冷介质进行冷凝，此时压缩机制冷回路自动开启。

压缩机制冷回路制冷原理：

压缩机、蒸发器、室外风冷冷凝器和膨胀阀通过铜管串接形成一个封闭循环回路，里面充注一定量的制冷介质。在压缩机的压力下，冷媒介质在蒸发器内蒸发吸热，气态冷媒介质进入压缩机，通过压缩机高压口和铜管进入到室外风冷冷凝器中，与室外空气换热释放热量，冷媒介质从气态冷凝变成液态，液态制冷介质通过铜管进入到膨胀阀，然后进入室内蒸发器，在蒸发器内蒸发后再进入压缩机，如此循环往复，实现室内热量向室外的转移。

本发明在系统结构上分为室内机和室外机部分，其中室内机包含两个蒸发器，一个为热管蒸发器，一个为压缩机蒸发器；室外机包含两个冷凝器，一个是水冷冷凝器，与热管蒸发器通过管路连接，另一个是风冷冷凝器，与压缩机蒸发器以及压缩机、膨胀阀相连接。

本发明所描述的机房制冷用双回路水冷热管风冷空调一体机，用于大中型数据中心机房时，与室外冷水空调机组配合使用，室内机部分安装在机房室内，水冷冷凝器和风冷冷凝器都安装在室外，其有益效果如下：

1.由于冷水空调机组提供的冷冻水只需要进入到本空调一体机的室外水冷冷凝器，不需要把冷水引入机房，因此避免了水进入机房的风险；

2.因为本系统配有备用的压缩机和风冷冷凝器制冷回路，当水冷空调机组停机时可以自动启动制冷无需人工参与，所以解决了停水导致冷水空调机组宕机给机房造成的风险；

3.在冷水空调机组配合本空调一体机使用时，压缩机、室外风冷冷凝风机都不工作，室内只有风机处于工作状态，耗能部件少，利用热管原理，冷媒介质在室内相变蒸发吸收热量，其换热效果要高于冷水传导换热，因此本空调一体机所需要的冷水温度要高于冷水盘管换热方式，这样就降低了冷水空调机组的工作负荷。冷水不需要进入机房内部，不通过冷水盘管，因此可以减少冷水管路上水泵50％的功率。

*水泵功率系数并不是水泵的实际工作功率，仅代表所需功率大小，系数大表示所需功率高，本发明可以广泛应用于工矿企业、机场、车站、宾馆等领域。

附图说明

图1为现有水冷热管风冷空调机的结构示意图；

图2为本发明机房制冷用双回路水冷热管风冷空调一体机的结构示意图。

1.空调室内机机体；2.室内风机；3.热管蒸发器；4.压缩机蒸发器；5.压缩机；6.压缩机高压铜管；7.压缩机低压铜管8.风冷冷凝器；9.冷凝风扇；10.膨胀阀；11.冷水管路；12.水冷冷凝器；13.热管液管管路；14.热管气管管路；15.冷水空调机组

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。

本发明机房制冷用双回路水冷热管风冷空调一体机，包括空调室内机机体1、室内风机2、热管蒸发器3、压缩机蒸发器4、压缩机5、风冷冷凝器8、冷凝风扇9、水冷冷凝器12和冷水空调机组15，所述空调室内机机体1上面依次设置有室内风机2、热管蒸发器3、压缩机蒸发器4和压缩机5，所述机体1内还设置有膨胀阀10；所述热管蒸发器3的上部通过热管气管管路14与水冷冷凝器12的上部相接，水冷冷凝器12的下部通过热管液管管路13与热管蒸发器3的下部相接，形成一个封闭回路；所述压缩机蒸发器4通过管路与压缩机5相接，压缩机5的高压口通过高压铜管6与风冷冷凝器8的下部相接，风冷冷凝器8的上部通过低压铜管7与所述膨胀阀10相接，膨胀阀10的另一端与压缩机蒸发器4的上部相接，形成另一个封闭回路；所述封闭回路中充注有冷媒介质。

所述风冷冷凝器8、冷凝风扇9和水冷冷凝器12均设置在室外。

所述冷凝风扇9通过连接件与风冷冷凝器8相接。

所述水冷冷凝器12的另一端面通过冷水管路11与冷水空调机组15相接。

所述冷媒介质为R22制冷剂或环保型R134制冷剂。

如图2所示：

室内机部分包含空调室内机机体1、室内风机2、热管蒸发器3、压缩机蒸发器4、压缩机5，其中室内风机2、热管蒸发器3、压缩机蒸发器4、压缩机5都固定在空调室内机机体1上面。

室内风机2旋转运行，带动室内空气流动，使得热空气不断掠过热管蒸发器3和压缩机蒸发器4的表面，与蒸发器里面的冷媒介质换热，经过换热后的冷空气穿过室内风机2进入到机房空间，从而对机房进行制冷。

热管蒸发器3通过热管液管管路13连接到室外水冷冷凝器12的下部，通过热管气管管路14连接到室外水冷冷凝器12的上部。水冷冷凝器12的另一侧是冷水管路11，它与另外的冷水机组的冷冻水对接，冷水在其中流动带走气态制冷介质的热量。

压缩机蒸发器4下部通过铜管与压缩机5相连，再通过压缩机高压铜管6与室外的风冷冷凝器8相连，风冷冷凝器8再通过压缩机低压铜管7与膨胀阀10相连，膨胀阀10的另一端通过铜管连接到压缩机蒸发器4上部。冷凝风扇9固定在风冷冷凝器8的外壳上。

冷凝风扇9旋转运行，带动室外空气流动，使得空气不断掠过风冷冷凝器8的表面，与蒸发器里面的冷媒介质换热，使冷媒介质冷却。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。