一种机房空调系统的制作方法

本实用新型实施例涉及数据中心基础设施运维技术领域，具体涉及一种机房空调系统。

背景技术：

一般数据中心包含业务机房及发电机房，业务机房放置业务设备，发电机房用于放置柴油发电机组，以便在市电供电停电时，立即切换到柴油发电机组进行电力的供应，确保供电持续性。

业务机房内的业务设备发热量大，常年具有制冷需求。发电机房通常位于数据中心的一层或地下室，在冬季，为保证柴油发电机组启动成功率，发电机房内一般需要保持10℃以上的温度，具有制热需求；在南方夏季高湿季节，一层或地下室的发电机房内具有较高的湿度，若发电机房上方存在制冷区域，发电机房的天花板极容易产生结露，造成发电机电球绝缘下降，发电机电气系统受损及其它安全性问题，具有除湿需求。

目前，发电机房常用的加热方式是在柴油发电机组上安装高功率电加热器，通过循环水的方式保证柴油发电机组的温度，常用的除湿方式是安装专用的空气冷却除湿装置除湿。多系统的存在，增加了维护工作的复杂性，且电加热器的电能消耗大，能效低；循环水管易老化、爆裂，冷却水流失，导致机组无法启动或机组运行中高温停机，存在安全隐患。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本实用新型实施例提供了一种机房空调系统，能够将制冷、制热和除湿功能整合为一套系统，便于维护，提高能效，且更安全。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种机房空调系统，包括：第一换热器、第二换热器、第三换热器、降压组件和升压组件，所述降压组件包括节流元件和第一切换元件，所述节流元件的入口连接所述第一换热器和所述第三换热器，所述节流元件的出口连接所述第一切换元件的入口，所述第一切换元件的出口连接所述第二换热器和所述第三换热器，所述第一切换元件具有第一连通位和第二连通位，在所述第一连通位，使所述节流元件与所述第二换热器连通；在所述第二连通位，使所述节流元件与所述第三换热器连通；所述升压组件包括压缩机和第二切换元件，所述压缩机的入口连接所述第二切换元件的出口和所述第二换热器，所述压缩机的出口连接所述第二切换元件的入口，所述第二切换元件的出口还连接所述第一换热器和所述第三换热器；所述第二切换元件具有第三连通位和第四连通位，在所述第三连通位，使所述压缩机的出口与所述第一换热器连通，并使所述压缩机的入口与所述第三换热器连通；在所述第四连通位，使所述压缩机的出口与所述第三换热器连通。

在一种可选的方式中，所述第一换热器为室外机，所述第二换热器为业务机房室内机，所述第三换热器为发电机房室内机。

在一种可选的方式中，所述系统还包括控制单元，所述控制单元连接所述第一切换元件和所述第二切换元件，用于控制所述机房空调系统在第一运行模式、第二运行模式和第三运行模式之间切换，在所述第一运行模式，所述第一切换元件处于第一连通位，所述第二切换元件处于第三连通位；在所述第二运行模式，所述第一切换元件处于第一连通位，所述第二切换元件处于第四连通位；在所述第三运行模式，所述第一切换元件处于第二连通位，所述第二切换元件处于第三连通位。

在一种可选的方式中，所述第一切换元件为二位三通阀，所述二位三通阀的入口连接所述节流元件的出口，所述二位三通阀的第一出口连接所述第二换热器，第二出口连接所述第三换热器。

在一种可选的方式中，所述系统还包括第二单向阀，所述第二单向阀位于所述第一切换元件与所述第三换热器之间，并且设置为仅允许制冷剂从所述第一切换元件流向所述第三换热器。

在一种可选的方式中，所述第二单向阀位于所述降压组件内。

在一种可选的方式中，所述第二切换元件为四通换向阀，所述四通换向阀具有第一阀口、第二阀口、第三阀口和第四阀口，所述第一阀口连接所述压缩机的出口，所述第二阀口连接所述压缩机的入口，所述第三阀口连接所述第一换热器，所述第四阀口连接所述第三换热器，当所述四通换向阀处于第三连通位时，所述第一阀口与所述第三阀口连通，所述第二阀口与所述第四阀口连通；当所述四通换向阀处于第四连通位时，所述第一阀口与所述第四阀口连通，所述第二阀口与所述第三阀口连通，所述系统还包括第一单向阀，所述第一单向阀位于所述节流元件与所述第三换热器之间，并且设置为仅允许制冷剂从所述第三换热器流向所述节流元件；所述系统还包括第三单向阀，所述第三单向阀位于所述第二切换元件与所述第一换热器之间，并且设置为仅允许制冷剂从所述第二切换元件流向所述第一换热器。

在一种可选的方式中，所述第一单向阀位于所述降压组件内，和/或，所述第三单向阀位于所述升压组件内。

在一种可选的方式中，所述降压组件通过降压组件第一连接口连接所述第一换热器，通过降压组件第二连接口连接所述第二换热器，通过降压组件第三连接口连接所述第三换热器。

在一种可选的方式中，所述升压组件通过升压组件第一连接口连接所述第一换热器，通过升压组件第二连接口连接所述第二换热器，通过升压组件第三连接口连接所述第三换热器。

本实用新型实施例通过设置三个换热器，利用两个切换元件切换压缩机和节流元件与三个换热器的连通状态，实现了制冷、加热、除湿三套系统的整合，在用于数据中心的业务机房和发电机房空调时，能够将业务机房制冷、发电机房制热、发电机房除湿功能整合，便于维护，提高能效，避免了现有技术的热水循环加热带来的安全隐患，相较现有技术的空调更安全。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本实用新型实施例提供机房空调系统的结构框图。

具体实施方式中的附图标号如下：

降压组件1，升压组件2，第一换热器3，第二换热器4，第三换热器5，

第一单向阀11，电子膨胀阀12，二位三通阀13，第二单向阀14，降压组件第一接口101，降压组件第二接口102，降压组件第三接口103，二位三通阀第一阀口131，二位三通阀第二阀口132，二位三通阀第三阀口133，

压缩机21，四通换向阀22，第三单向阀23，升压组件第一接口201，升压组件第二接口202，升压组件第三接口203，四通换向阀第一阀口221，四通换向阀第二阀口222，四通换向阀第三阀口223，四通换向阀第四阀口224。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

随着信息技术的不断发展，数据中心的安全稳定运行直接影响到网络通信的状态。数据中心对供电的持续性有着极高的要求，在市电供电停电时，需要立即切换到柴油发电机组，进行电力的供应。因此，一般的数据中心均包含业务机房及发电机房。

业务机房用于放置业务设备，如服务器、交换机、存储器等发热设备，由于业务设备发热量巨大，业务机房常年具有制冷需求。目前常用机房专用制冷空调实现对业务机房的制冷。

发电机房用于放置柴油发电机组，通常位于数据中心的一层或地下室。发电机房的温度过低会导致柴油发电机组启动成功率下降，为了保证柴油发电机组快速响应，需要保持发电机房内室温在10℃以上，因此冬季的发电机房通常具有制热需求。目前采用在柴油发电机组上安装高功率电加热器来实现制热，通过循环水的方式保证柴油发电机组的温度。为提供供电稳定性，柴油发电机组需要长期处于待机状态，这在冬春低温季节将消耗大量的电能。而且加热装置的热水循环系统容易损坏，增加了安全隐患。

我国南方夏季环境高湿，位于一层或地下室的发电机房内湿度更高，在发电机房上方存在制冷区域时，天花板极容易产生结露，造成发电机电球绝缘下降，发电机电气系统受损及其它安全性问题，因此夏季的发电机房还具有除湿需求。为此，往往还需要安装发电机房专用的空气冷却除湿装置。

业务机房制冷系统、发电机房制热系统、发电机房除湿系统三套系统的存在，增加了机房基础设施的维护负担，且具有安全隐患和高能耗的缺陷。

本实用新型实施例提供了一种机房空调系统，包括：第一换热器、第二换热器、第三换热器、降压组件和升压组件。

降压组件包括节流元件和第一切换元件，节流元件的入口连接第一换热器和第三换热器，节流元件的出口连接第一切换元件的入口，第一切换元件的出口连接第二换热器和第三换热器。第一切换元件具有第一连通位和第二连通位，在第一连通位，使节流元件与第二换热器连通；在第二连通位，使节流元件与第三换热器连通。节流元件例如可以是毛细管或电子膨胀阀。

升压组件包括压缩机和第二切换元件，压缩机的入口连接第二切换元件的出口和第二换热器，压缩机的出口连接第二切换元件的入口，第二切换元件的出口还连接所述第一换热器和所述第三换热器。第二切换元件具有第三连通位和第四连通位，在第三连通位，使压缩机的出口与第一换热器连通，并使压缩机的入口与第三换热器连通；在第四连通位，使压缩机的出口与第三换热器连通。

利用本实用新型实施例的机房空调系统，使得能够通过调整第一切换元件和第二切换元件的连通位，调整系统在如下三种运行模式工作。

在第一运行模式，第一切换元件处于第一连通位，第二切换元件处于第三连通位。此时，节流元件与第二换热器连通，压缩机与第一换热器连通。亦即，压缩机的出口连接到第一换热器，压缩机的入口连接到第二换热器；节流元件的入口连接到第一换热器，节流元件的出口连接到第二换热器。

运行中，升压组件中的压缩机启动，高温高压气体从压缩机出口排出，通过第二切换元件，离开升压组件，进入第一换热器；气体在第一换热器换热后，进入降压组件的节流元件；制冷剂在节流元件经降压处理后，通过第一切换元件，离开降压组件，进入第二换热器；制冷剂在第二换热器换热后，由压缩机吸入，完成制冷剂循环。

可见，在第一运行模式中，第一换热器充当冷凝器，第二换热器充当蒸发器，第三换热器不参加制冷剂循环。实现对第二换热器所在空间内的制冷。

通过调节第二切换元件从第三连通位到第四连通位，即可实现系统工作状态从第一运行模式到第二运行模式的切换。

在第二运行模式中，第一切换元件处于第一连通位，第二切换元件处于第四连通位。此时，节流元件与第二换热器连通，压缩机与第三换热器连通。亦即，压缩机的出口连接到第三换热器，压缩机的入口连接到第二换热器；节流元件的入口连接到第三换热器，节流元件的出口连接到第二换热器。

运行中，升压组件中的压缩机启动，高温高压气体从压缩机出口排出，通过第二切换元件，离开升压组件，进入第三换热器；气体在第三换热器换热后，进入降压组件的节流元件；制冷剂在节流元件经降压处理后，通过第一切换元件，离开降压组件，进入第二换热器；制冷剂在第二换热器换热后，由压缩机吸入，完成制冷剂循环。

可见，在第二运行模式中，第三换热器充当冷凝器，第二换热器充当蒸发器，第一换热器不参加制冷剂循环。在实现对第二换热器所在空间内的制冷的同时，实现对第三换热器所在空间内的制热。

通过调节第一切换元件从第一连通位到第二连通位，即可实现系统工作状态从第一运行模式到第三运行模式的切换。

在第三运行模式，第一切换元件处于第二连通位，第二切换元件处于第三连通位。此时，节流元件与第三换热器连通，压缩机与第一换热器连通。亦即，压缩机的出口连接到第一换热器，压缩机的入口连接到第三换热器；节流元件的入口连接到第三换热器，节流元件的出口连接到第二换热器。

运行中，升压组件中的压缩机启动，高温高压气体从压缩机出口排出，通过第二切换元件，离开升压组件，进入第一换热器；气体在第一换热器换热后，进入降压组件的节流元件；制冷剂在节流元件经降压处理后，通过第一切换元件，离开降压组件，进入第三换热器；制冷剂在第三换热器换热后，由压缩机吸入，完成制冷剂循环。

可见，在第三运行模式中，第一换热器充当冷凝器，第三换热器充当蒸发器，第二换热器不参加制冷剂循环。实现对第三换热器所在空间内的除湿。

本实用新型实施例的机房空调系统利用两个切换元件的连通位切换操作，实现三种运行模式的切换，能够分别实现：对第二换热器所在空间制冷；在对第二换热器所在空间制冷的同时，对第三换热器所在空间制热；对第三换热器所在空间除湿三种功能，结构简单，避免了多套系统带来的维护成本。利用本实用新型实施例的机房空调系统中的热泵制热方式，消除了额外使用电加热制热时，热水循环系统带来的安全隐患，且热泵仅消耗少量的逆循环精工，就可以得到较大的供热量，可以有效地利用难以应用的低品位热能，达到节能的目的。

在应用于数据中心机房时，本实用新型实施例的机房空调系统中的第一换热器为室外机，第二换热器为业务机房室内机，第三换热器为发电机房室内机。

对于一般业务机房，存在较多的制冷末端，因此该空调系统的优先服务对象为发电机房。在冬季低温季节，将该空调系统切换为第二运行模式，在对第一换热器所在的业务机房制冷的同时，对第三换热器所在的发电机房进行制热。夏季高湿季节，将该空调系统切换为第三运行模式，对第三换热器所在的发电机房进行除湿。在满足发电机房需要的前提下，该空调系统还可以切换为第一运行模式，对第一换热器所在的业务机房进行制冷，用于补充业务机房的制冷需求。

一些实施例中，本实用新型的机房空调系统还可以包括控制单元。控制单元与第一切换元件和第二切换元件连接，用于控制机房空调系统在第一运行模式、第二运行模式和第三运行模式之间切换。控制单元可以使机房空调系统的运行模式切换自动化。该控制单元控制逻辑简单，不需复杂设计，基于简单的逻辑判断执行切换操作。

例如，可以在发电机房内放置温度传感器和湿度传感器，用于感测发电机房的温度和湿度。控制单元与温度传感器和湿度传感器连接，当温度低于某个预设值时，则自动控制机房空调系统切换到第二运行模式，对发电机房进行制热；当感测到湿度高于某个预设值时，则自动控制机房空调系统切换到第三运行模式，对发电机房进行除湿。

本领域技术人员应当理解，在其他实施例中，也可以不使用控制单元，例如也可以手动切换三种运行模式。

请参阅图1，示出了本实用新型实施例的机房空调系统的一个具体实施例的结构框图。

如图中所示，根据本实用新型一个实施例的机房空调系统包括降压组件1、升压组件2、第一换热器3、第二换热器4、第三换热器5。

降压组件1包括节流元件12和第一切换元件13。节流元件12的入口连接第一换热器3和第三换热器5，节流元件13的出口连接第一切换元件13的入口，第一切换元件13的出口连接第二换热器4和第三换热器5。第一切换元件13具有第一连通位和第二连通位，在第一连通位，使节流元件13与第二换热器4连通；在第二连通位，使节流元件13与第三换热器5连通。

升压组件2包括压缩机21和第二切换元件22，压缩机21的入口连接第二切换元件22的出口和第二换热器4，压缩机21的出口连接第二切换元件21的入口，第二切换元件21的出口还连接第一换热器3和第三换热器5。第二切换元件22具有第三连通位和第四连通位，在第三连通位，使压缩机21的出口与第一换热器4连通，并使压缩机21的入口与第三换热器5连通；在第四连通位，使压缩机21的出口与第三换热器5连通。

该实施例的机房空调系统对应的三种运行模式如下：

在第一运行模式，第一切换元件13处于第一连通位，节流元件12与第二换热器4连通；第二切换元件22处于第三连通位，压缩机21与第一换热器3连通。第一换热器3充当冷凝器，第二换热器4充当蒸发器，实现对第二换热器4所在的业务机房制冷。

在第二运行模式，第一切换元件13处于第一连通位，节流元件12与第二换热器4连通；第二切换元件22处于第四连通位，压缩机21与第三换热器5连通。第三换热器5充当冷凝器，第二换热器4充当蒸发器，实现对第二换热器4所在的业务机房制冷的同时，对第三换热器5所在的发电机房制热。

在第三运行模式，第一切换元件13处于第二连通位，节流元件12与第三换热器5连通；第二切换元件22处于第三连通位，压缩机21与第一换热器3连通。第一换热器3充当冷凝器，第三换热器5充当蒸发器，实现对第三换热器5所在的发电机房的除湿。

在图1中所示的具体实施例中，第一切换元件13为二位三通阀，其具有三个阀口，二位三通阀第一阀口131、二位三通阀第二阀口132和二位三通阀第三阀口133。第一阀口131充当入口，连接节流元件12的出口；第二阀口132充当第一出口，连接第二换热器4，第三阀口133充当第二出口，连接第三换热器5。

二位三通阀结构简单、操作方便，通过简单地切换第一阀口131与第二阀口132或第三阀口133连通，即可实现对第一切换元件13在第一连通位和第二连通位之间的切换。本领域技术人员应当理解，在其他实施例中，第一切换单元13也可以采用除二位三通阀以外的其他结构或其他元件，只要能够实现在第一连通位与第二连通位之间的切换即可。

在图中所示的具体实施例中，机房空调系统还包括第二单向阀14，第二单向阀14位于第一切换元件12与第三换热器5之间，并且设置为仅允许制冷剂从第一切换元件12流向第三换热器5。

在处于第二运行模式时，第三换热器5还与第一切换元件13连接。第二单向阀14的设置，可以防止从第三换热器5流出的制冷剂进入第一切换元件13，造成故障。从而确保制冷剂沿压缩机21、第三换热器5、节流元件12、第二换热器4的循环。

在图中所示的具体实施例中，第二单向阀14位于降压组件1内。这样的设计可以是系统结构紧凑，便于维护。

在图1中所示的具体实施例中，第二切换元件22为四通换向阀，其具有四个阀口，四通换向阀第一阀口221、四通换向阀第二阀口222、四通换向阀第三阀口223和四通换向阀第四阀口224。第一阀口221连接压缩机21的出口，第二阀口222连接压缩机21的入口，第三阀口223连接第一换热器3，第四阀口连接第三换热器5。

当四通换向阀处于第三连通位时，第一阀口221与第三阀口223连通，将压缩机21的出口与第一换热器3连通，第二阀口222与第四阀口224连通，将压缩机21的入口与第三换热器5连通。当四通换向阀处于第四连通位时，第一阀口221与第四阀口224连通，将压缩机21的出口与第三换热器5连通，第二阀口222与第三阀口223连通。

在该实施例中，机房空调系统还包括第一单向阀11，第一单向阀11位于节流元件12与第三换热器5之间，并且设置为仅允许制冷剂从第三换热器5流向节流元件13。

在处于第一运行模式时，四通换向阀22的第二阀口222还与第四阀口224连通，因此也将第三换热器5连接到压缩机21的入口。同时，第一换热器3还与第三换热器5连通。第一单向阀11的设置，可以防止从第一换热器3流出的制冷剂经由第三换热器5回到压缩机21的入口，而不经过节流元件13。从而确保制冷剂沿压缩机21、第一换热器3、节流元件12、第二换热器4的循环。

在处于第三运行模式时，第一换热器3还与第三换热器5连通。第一单向阀11的设置，可以防止从第一换热器3流出的制冷剂经由第三换热器5回到压缩机21的入口，而不经过节流元件13。从而确保制冷剂沿压缩机21、第一换热器3、节流元件12、第二换热器4的循环。

在该实施例中，机房空调系统还包括第三单向阀23，第三单向阀23位于第二切换元件22与第一换热器3之间，并且设置为仅允许制冷剂从第二切换元件22流向第一换热器3。

在处于第二运行模式时，四通换向阀22的第二阀口222还与第三阀口223连通，因此也将第一换热器3连接到压缩机21的入口。第三单向阀23的设置，可以防止从第三换热器5流出的制冷剂经由第一换热器3回到压缩机21的入口，而不经过节流元件13。从而确保制冷剂沿压缩机21、第三换热器5、节流元件12、第二换热器4的循环。

四通换向阀结构简单、操作方便，可见容易地实现第二切换元件22在第三连通位和第四连通位之间的切换。本领域技术人员应当理解，在其他实施例中，第二切换单元2也可以采用除四通换向阀以外的其他结构或其他元件，只要能够实现在第三连通位与第四连通位之间的切换即可。

本领域技术人员应当理解，在第二切换元件22不使用四通换向阀时，如果不存在影响制冷剂正常循环的连通旁路时，第一单向阀11和第三单向阀23也并非必须。

在图中所示的具体实施例中，第一单向阀11位于降压组件1内，第三单向阀23位于升压组件2内。这样可以使系统结构紧凑，便于维护。

在图中所示的具体实施例中，降压组件1通过降压组件第一连接口101连接第一换热器3，通过降压组件第二连接口102连接第二换热器4，通过降压组件第三连接口103连接第三换热器5。

类似地，升压组件2也可以通过升压组件第一连接口201连接第一换热器3，通过升压组件第二连接口202连接第二换热器4，通过升压组件第三连接口203连接第三换热器5。

通过接口将降压组件1和升压组件2与换热器连接，便于系统设备的模块化设计，仅通过插接即可完成系统的装配，操作方便，便于系统维护。

需要注意的是，除非另有说明，本实用新型实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型实施例所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本实施新型实施例的描述中，技术术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型实施例的限制。

此外，技术术语“第一”“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本实用新型实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实施新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。

在本实施新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。