本发明属于制冷空调设备领域，特别涉及一种复合型蒸发式冷凝器。
背景技术：
近年来随着我国信息化的深入及快速发展，人们对数据处理及信息交换的需求不断增加，信息资源已成为与能源和材料并列的人类三大要素。数据中心中制冷系统耗电量约占整个数据中心能耗的30～40％。降低制冷系统的能耗是提高数据中心能源利用效率的最直接和最有效的措施。
热管换热技术和蒸汽压缩制冷技术的复合应用在需全年供冷的数据机房中兼顾了机房空调系统的节能性、可靠性和经济性，得到了很好的推广。该系统可通过阀门的切换实现蒸气压缩制冷和热管换热模式的自由切换，仅在传统空调系统中增设阀门和管道，并且两种模式下共用一套冷凝器和蒸发器，因此，针对于需全年供冷的数据机房来说，冷凝器换热效率的提升变得尤为重要。目前在制冷装置中常用的冷凝器主要有风冷冷凝器、水冷冷凝器和蒸发式冷凝器，各种冷却技术的应用均存在着各自的弊端。如风冷冷凝器在室外环境温度较高时换热效率低的问题，水冷换热器、蒸发式冷凝器存在换热盘管腐蚀结垢和防冻等问题。研制一种全年能够实现高效、可靠换热的冷凝器对提高以数据中心为代表的全年供冷对象的制冷系统能效具有重要意义。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种复合型蒸发式冷凝器，可实现高效和可靠的换热。
本发明提供一种复合型蒸发式冷凝器，包括：风机、挡水板、风冷换热器、喷淋装置、散热填料、蒸发式换热器、疏水板、集水箱、水冷换热器及潜水泵：
所述冷凝器由第一箱体、第二箱体和第三箱体组成，第一箱体和第三箱体内部结构相同且对称设置于所述第二箱体两侧；第一箱体和第三箱体中：风机设于箱体的顶部，风机下方设置挡水板；散热填料位于箱体中部，喷淋装置位于挡水板与散热填料之间；集水箱位于箱体的底部，蒸发式换热器位于散热填料与集水箱之间；第一进风栅镶嵌于箱体前后表面，位于蒸发式换热器与集水箱之间；第一箱体与第三箱体的集水箱通过第二箱体的底部通道相互连通；
第二箱体中：风机位于第二箱体顶部，下方为风冷换热器；散热填料位于第二箱体中部，散热填料上方设有喷淋装置，挡水板位于风冷散热器与喷淋装置之间；水冷换热器位于第二箱体底部，水冷换热器上方设有疏水板；第二进风栅镶嵌于第二箱体前后表面，位于散热填料与疏水板之间；风冷换热器通过连接管与水冷换热器连接；第一箱体、第二箱体和第三箱体内的喷淋装置相连通且与水冷换热器相连接。
在本发明的复合型蒸发式冷凝器中，所述的水冷换热器为螺旋板式换热器，该换热器由两块相互平行的钢板卷制成相互隔开的螺旋流道，上下面焊有盖板，冷热流体分别在两流道内流动，所述水冷换热器设有第一进口、第一出口、第二进口和第二出口。
在本发明的复合型蒸发式冷凝器中，所述制冷剂流入风冷换热器经冷却后通过连接管从水冷换热器的第一进口流入，经再次冷却后从水冷换热器的第一出口流出，完成制冷剂在冷凝器中的整体流程。
在本发明的复合型蒸发式冷凝器中，所述冷却水在潜水泵的驱动下从第二进口流入水冷换热器，经换热后的冷却水从水冷换热器的第二出口流出后分为左右两支路，沿着第二箱体的左右壁面向上延伸，再穿过第二箱体壁面，分别进入第一箱体和第三箱体的喷淋装置中，再由喷嘴喷出，在重力作用下依次经过散热填料和蒸发式换热器，分别落入第一箱体和第三箱体的集水箱中；
所述分为两支路的冷却水汇流到第二箱体的喷淋装置中，从喷嘴均匀喷洒在散热填料表面，后在重力作用落于疏水板之上，经疏水板分为左右两股水流，分别流入第一箱体和第三箱体的集水箱中。
在本发明的复合型蒸发式冷凝器中，所述的蒸发式换热器为间接蒸发冷却器；一次空气分别进入第一箱体和第三箱体的蒸发式换热器的换热管内，经蒸发换热后进入第二箱体中，再依次向上掠过第二箱体的散热填料、挡水板、风冷换热器，最终通过第二箱体上的风机流入大气。
在本发明的复合型蒸发式冷凝器中，二次空气分别从第一箱体和第三箱体的第一进风栅进入箱体内，再依次向上掠过第一箱体和第三箱体内的蒸发式换热器、散热填料、挡水板，最终通过第一体箱体和第三箱体上的风机流入大气。
在本发明的复合型蒸发式冷凝器中，所述第二进风栅为可调节开关状态的活动式进风栅；当第二进风栅开启时，室外空气从第二进风栅进入第二箱体，再依次向上掠过第二箱体内的散热填料、挡水板、风冷换热器，最终通过第二箱体上的风机流入大气。
在本发明的复合型蒸发式冷凝器中，所述的风冷换热器为翅片换热盘管或光管式换热器。
在本发明的复合型蒸发式冷凝器中，所述的疏水板为人字形结构，固定在第二箱体中，在疏水板两侧末端开有与第一箱体和第三箱体相连通的疏水口。
在本发明的复合型蒸发式冷凝器中，所述水冷换热器与潜水泵之间设有第五阀门，在连接风冷换热器和水冷换热器的连接管上设有第六阀门；所述水冷换热器与第一箱体内的喷淋装置相连接的支路上设有第一阀门和第二阀门；所述水冷换热器与第三箱体内的喷淋装置相连接的支路上设有第三阀门和第四阀门；通过调整第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门和第二进风栅的开关状态，实现冷凝器的运行模式的切换。
本发明提出了一种复合型蒸发式冷凝器，该冷凝器同时应用了空气冷却技术、水冷技术和蒸发冷却技术，可以根据不同的运行工况，切换三种运行模式—空气冷却模式、直接蒸发冷却模式、间接蒸发冷却模式，并借助螺旋板式换热器利用喷淋水冷量对制冷剂进行过冷。本发明还将换热器与喷淋装置分离，解决了冷凝器中换热管表面结垢、腐蚀等问题。同时，本发明的蒸发冷却功能可以将系统冷凝器侧的冷却极限由干球温度降低至湿球温度，甚至更低，不仅大大提高了蒸气压缩制冷模式的性能，同时还提高了热管换热模式的运行性能和运行时间，使得机房空调系统兼顾节能性、可靠性和经济性。
附图说明
图1为本发明的一种复合型蒸发式冷凝器的结构示意图；
图2为本发明中水冷换热器的纵向剖面图；
图3为本发明中水冷换热器的横向剖面图；
图4为本发明中蒸发式换热器的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的复合型蒸发式冷凝器包括：第一箱体1、第二箱体3和第三箱体7。在箱体内设有风机4、挡水板28、风冷换热器5、喷淋装置6、散热填料26、蒸发式换热器11、第一进风栅23、第二进风栅9、疏水板10、集水箱22、水冷换热器17及潜水泵14。第一箱体1和第三箱体7内部结构相同且对称设置于所述第二箱体3的两侧。
第一箱体1和第三箱体7内部结构相同，在第一箱体1和第三箱体7中：风机4设于对应箱体的顶部，风机4下方设置挡水板28；散热填料26位于箱体中部，喷淋装置6位于挡水板28与散热填料26之间；集水箱22位于箱体的底部，蒸发式换热器11位于散热填料26与集水箱22之间；第一进风栅23镶嵌于箱体前后表面，位于蒸发式换热器11与集水箱22之间；第一箱体1与第三箱体7的集水箱通过第二箱体3的底部通道相互连通。
在第二箱体3中：风机4位于第二箱体3的顶部，下方为风冷换热器5；散热填料26位于第二箱体3的中部，散热填料26上方设有喷淋装置6，挡水板28位于风冷散热器5与喷淋装置6之间；水冷换热器17位于第二箱体3的底部，水冷换热器17上方设有疏水板10；第二进风栅9镶嵌于第二箱体3的前后表面，位于散热填料26与疏水板10之间；风冷换热器5通过连接管与水冷换热器17连接；第一箱体1、第二箱体3和第三箱体7内的喷淋装置6相连通构成喷淋系统，喷淋系统与水冷换热器17相连接。
如图2、3所示，所述的水冷换热器17为螺旋板式换热器，是一种新型换热器，该换热器由两块相互平行的钢板卷制成相互隔开的螺旋流道，上下面焊有盖板，冷热流体分别在两流道内流动，由于螺旋通道的曲率是均匀的，液体在设备内流动没有大的转向，流动阻力小，两种传热介质可进行全逆流流动，即使两种小温差介质，也能达到理想的换热效果，在相同压力损失情况下，螺旋板式换热器的传热量是列管式换热器的3～5倍。
所述水冷换热器17设有第一进口20、第一出口18、第二进口15和第二出口19以及排水口16。
风冷换热器5为翅片换热盘管或光管式换热器，具体实施时可采用如图1所示的翅片换热盘管，通过设置翅片增大空气与风冷换热器5的换热面积，起到增强换热的效果。
制冷剂流入风冷换热器5经冷却后通过连接管从水冷换热器17的第一进口20流入，经再次冷却后从水冷换热器17的第一出口流出18，完成制冷剂在冷凝器中的整体流程。
冷却水在潜水泵14的驱动下从第二进口15流入水冷换热器17，经换热后的冷却水从水冷换热器17的第二出口19流出后分为左右两支路，沿着第二箱体3的左右壁面向上延伸，再穿过第二箱体3壁面，分别进入第一箱体1和第三箱体7的喷淋装置6中，再由喷嘴喷出，在重力作用下依次经过散热填料26和蒸发式换热器11，分别落入第一箱体1和第三箱体7的集水箱22中。
分为两支路的冷却水汇流到第二箱体3的喷淋装置6中，从喷嘴均匀喷洒在散热填料26表面，后在重力作用落于疏水板10之上，经疏水板10分为左右两股水流，分别流入第一箱体1和第三箱体7的集水箱22中。
如4图所示，蒸发式换热器11为间接蒸发冷却器，如板式间接蒸发冷却器和管式间接蒸发冷却器。具体实施时可采用如图4所示的翅片管式间接蒸发冷却器，第一箱体1和第三箱体7内都有设置，并且关于第二箱体3左右对称，一次空气走换热管内，二次空气走管外，翅片的作用在于增加空气与喷淋水的接触面积，强化空气与水之间的热质交换。蒸发式换热器11的换热管内待处理的空气即一次空气，进入所述蒸发式换热器11的换热管内，经蒸发换热后进入第二箱体3中，再依次向上掠过第二箱体3的散热填料26、挡水板28、风冷换热器5，最终通过第二箱体3上的风机4流入大气。蒸发式换热器11的换热管外用来蒸发水分的空气即二次空气分别从第一箱体1和第三箱体7的第一进风栅23进入对应箱体内，再依次向上掠过第一箱体1和第三箱体7内的蒸发式换热器11、散热填料26、挡水板28，最终通过第一体箱体1和第三箱体7上的风机4流入大气。
如图1所示，疏水板10为人字形结构，固定在第二箱体3中，在疏水板10两侧末端开有与第一箱体1和第三箱体7相连通的疏水口。
如1图所示，潜水泵14为变频式潜水泵，冷凝器在不同模式运行下或相同模式不同工况下，需要的冷却水量不同，变频式潜水泵的设计具有与冷却水需求量相匹配的作用，同时还降低了冷凝器的运行能耗，达到既经济又节能的目的。
如1图所示，本发明的复合型蒸发式冷凝器所涉及的进风栅中，第一箱体1和第三箱体7上的第一进风栅23为不可调节的固定式进风栅；第二箱体3上的第二进风栅9为可调节开关状态的活动式进风栅。当冷凝器运行间接蒸发冷却模式下，第二进风栅9将处于关闭状态，防止室外空气与被冷却的一次空气在第二箱体3内掺混，降低一次空气温度，影响在风冷换热器5侧的换热效果。在其他模式运行条件下，第二进风栅9为开启状态，室外空气可从第二进风栅9流入第二箱体3中，再依次向上掠过第二箱体3内的散热填料26和挡水板28，与风冷换热器5进行换热后最终通过第二箱体上的风机4流入大气。
本发明的冷凝器没有外部设备，无需拼装。冷凝器整体箱体表面只留有制冷剂的进出口和冷却水的排水口。制冷系统管道可直接连接冷凝器。
如图1所示，在水冷换热器17与潜水泵14之间设有第五阀门13，在连接风冷换热器5和水冷换热器17的连接管上设有第六阀门25。所述水冷换热器17与第一箱体1内的喷淋装置6相连接的支路上设有第一阀门27和第二阀门24；所述水冷换热器17与第三箱体7内的喷淋装置6相连接的支路上设有第三阀门8和第四阀门12。通过调整第一阀门27、第二阀门24、第三阀门8、第四阀门12、第五阀门13、第六阀门25和第二进风栅9的开关状态，实现冷凝器的运行模式的切换。
本发明的复合型蒸发式冷凝器，可根据不同运行工况在三种运行模式中选择高能效比的运行模式下运行。涉及的三种运行模式分别为空气冷却式、直接蒸发冷却模式、间接蒸发冷却模式。
空气冷却模式：在环境空气干球温度与冷凝温度的温差可以满足冷凝负荷时，本发明涉及的冷凝器可以在没有水循环的情况下干式运行，即空气冷却模式。具体实施时，先通过集水箱22的排水口21和水冷换热器17的排水口16，将冷凝器中的水全部排尽，防止水在冷凝器中结冻。第二箱体3上的第二进风栅9为开启状态，让足够多的低温空气进入第二箱体3中。关停第一箱体1和第三箱体7上的风机，只运行第二箱体3上的风机。此时为空气冷却模式，对冷凝器来说，耗功的设备只有一台风机。
直接蒸发冷却模式：在环境空气湿球温度与冷凝温度的温差可以满足冷凝负荷时，冷凝器运行直接蒸发冷却模式。具体实施时，关闭喷淋系统中的第一阀门27和第三阀门8，开启第二阀门24、第四阀门12和第五阀门13，停止在第一箱体1和第三箱体7中的喷淋，仅对第二箱体3中进行喷淋。第二箱体3上的第二进风栅9为开启状态，此时进入第二箱体3中有从第二进风栅9进入的空气和从第一箱体1和第三箱体7中的间接蒸发式换热器11管内流入的空气。关停第一箱体1和第三箱体7上的风机，只运行第二箱体3上的风机。此时喷淋水与第二进风栅9流入的空气在第二箱体3内的散热填料上进行热质交换，等焓降温，接近环境空气的湿球温度的冷却空气向上与风冷换热器5内的制冷剂进行换热，集水箱22内接近环境空气湿球温度的冷却水流入水冷换热器17对制冷剂进行再次冷却，达到过冷。该过程为直接蒸发冷却模式，对冷凝器来说，耗功的设备有一台潜水泵和一台风机。
间接蒸发冷却模式：在环境空气近似露点温度(将介于环境空气湿球温度与露点温度区间的温度命名为近似露点温度)与冷凝温度的温差可以满足冷凝负荷时，冷凝器运行间接蒸发冷却模式。具体实施时，喷淋系统中所有阀门为开启状态。第二箱体3上的第二进风口9为关闭状态，防止室外空气与被冷却的一次空气在第二箱体内掺混，降低一次空气温度，影响在风冷换热器5侧的换热效果。第一箱体1、第二箱体3和第三箱体7上的风机都为开启状态。此时第一箱体1和第三箱体7的喷淋水先经散热填料26降温，后与二次空气接触，对间接蒸发式换热器内的一次空气进行等湿度降温，随后一次空气流入第二箱体3，在第二箱体3的散热填料上，与第二箱体3中的喷淋水进行热质交换，等焓降温。接近环境空气露点温度的一次空气向上与风冷换热器5内的制冷剂进行换热，集水箱22内接近环境空气湿球温度的冷却水流入水冷换热器17对制冷剂进行再次冷却，达到过冷。该过程为间接蒸发冷却模式，对冷凝器来说，耗功的设备有一台潜水泵和三台风机。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的思想，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。