一種獨立模塊化的冷水機及其控制方法與流程

2023-07-28 19:51:26

本專利涉及冷水機獨立化模塊領域，涉及一種獨立模塊化的冷水機及其控制方法。

背景技術：

目前的通訊機房，特別是大型的數據中心，一般是採用風冷冷水機作為冷源為通訊機房內的空調設備的室內末端提供冷凍水，從而對通訊機房的室內環境進行製冷降溫。由於通訊機房內的通訊設備基本處於全年不間斷運行狀態，而且發熱量非常大，因此，用於通訊機房的風冷冷水機，一般需要全年製冷運行，運行能耗大，季節能效比低。

而且，由於該風冷冷水機在寒冷的冬天仍然需要啟動壓縮機進行工作，當室外環境過低時，壓縮機容易出現冷凝壓力過低而導致供液不足的問題，而此時的通訊機房的熱負荷較小，也會造成壓縮機的頻繁啟停，這種狀況不但造成能源消耗大，而且也會降低壓縮機的使用壽命。因此，該風冷冷水機的可靠性一直難以得到解決。

即使配置有冷凝壓力控制系統並把冷凝器設計為多級控制，當風冷冷水機長期運行在零下的室外環境溫度時，仍然有較大的隱患，而且會造成系統成本的增加和控制難度的增大。

技術實現要素：

為克服現有技術的缺陷，本專利提供一種獨立模塊化的冷水機及其控制方法，將自然冷卻和蒸髮式冷凝製冷分為兩個獨立的模塊，散熱效率高，靈活性好，安裝簡便。

針對本專利來說，上述技術問題是這樣加以解決的：一種獨立模塊化的冷水機，包括蒸髮式冷凝製冷系統、自然冷卻系統以及三通閥，所述三通閥包括第一接口、第二接口和第三接口，第一接口與蒸髮式冷凝製冷系統的進水口或出水口通過管路連通，第三接口與自然冷卻系統的出水口通過管路連通；所述蒸髮式冷凝製冷系統與自然冷卻系統相互獨立設置。

通過將自然冷卻系統和蒸髮式冷凝製冷系統的獨立模塊化，消除了兩個系統散熱過程中造成的不良影響，增強了整體的散熱效率，也便於對兩個系統靈活控制；在組合安裝兩個系統時只需要安裝三通閥並連通管路即可，便利性高。

進一步地，還包括冷凍水進水溫度傳感器、冷凍水出水溫度傳感器和控制器，冷凍水進水溫度傳感器設置在蒸髮式冷凝製冷系統的進水管路上，冷凍水出水溫度傳感器設置在蒸髮式冷凝製冷系統的出水管路上；所述自然冷卻系統、蒸髮式冷凝製冷系統、三通閥、冷凍水進水溫度傳感器和冷凍水出水溫度傳感器分別與控制器電連接。

控制器的作用在於：當室外的溫度高於冷凍水進水溫度傳感器檢測到的溫度時，連通三通閥的第一接口和第二接口，關閉三通閥的第三接口，全部冷凍水不流經自然冷卻系統而直接進入蒸髮式冷凝製冷系統；當冷凍水進水溫度傳感器或冷凍水出水溫度傳感器檢測到的溫度高於設定的溫度，控制蒸髮式冷凝製冷系統進行加載；當冷凍水進水溫度傳感器或冷凍水出水溫度傳感器檢測到的溫度低於設定的溫度，控制蒸髮式冷凝製冷系統進行卸載。

當室外溫度低於冷凍水進水溫度傳感器檢測到的溫度，但高於控制器中事先設定的蒸髮式冷凝製冷系統可以完全停止運行的溫度時，連通三通閥的第一接口和第三接口，關閉三通閥的第二接口，使全部冷凍水先流經自然冷卻系統再進入蒸髮式冷凝製冷系統；當冷凍水進水溫度傳感器或冷凍水出水溫度傳感器檢測到的溫度高於設定的溫度，控制蒸髮式冷凝製冷系統進行加載；當冷凍水進水溫度傳感器或冷凍水出水溫度傳感器檢測到的溫度低於設定的溫度，控制蒸髮式冷凝製冷系統進行卸載。

當室外溫度低於事先設定的蒸髮式冷凝製冷系統可以完全停止運行的溫度，但高於事先設定的自然冷卻系統可以按最小功率運行或完全停止運行的溫度時，強制使蒸髮式冷凝製冷系統停止運行；根據冷凍水進水溫度傳感器或冷凍水出水溫度傳感器檢測到的溫度高低對自然冷卻系統進行調控。

當室外溫度低於事先設定的自然冷卻系統可以按最小功率運行或完全停止運行的溫度時，使自然冷卻系統按最小風量運行或完全停止運行；根據冷凍水進水溫度傳感器或冷凍水出水溫度傳感器檢測到的溫度高低對三通閥進行調節控制。

進一步地，所述自然冷卻系統包括自然冷卻盤管，自然冷卻盤管上設有與控制器電連接的自然冷卻風機；所述自然冷卻盤管的出水口與第三接口通過管路連通。

控制器可根據冷凍水進水溫度傳感器或冷凍水出水溫度傳感器所檢測到的溫度對自然冷卻風機進行控制，靈活性好，可實現效益最大化。

進一步地，所述蒸髮式冷凝製冷系統還包括按順序依次連接形成循環迴路的壓縮機、冷凝器、節流器和蒸發器，冷凝器上設有與控制器電連接的冷凝風機，壓縮機與控制器電連接；所述蒸發器的進水口與第一接口通過管路連通。

控制器可根據冷凍水進水溫度傳感器或冷凍水出水溫度傳感器所檢測到的溫度對冷凝風機和壓縮機進行靈活控制，適應性好。

進一步地，所述冷凝器的出口管路設有與控制器電連接的冷凝壓力傳感器。

製冷系統運行時若冷凝壓力過高，會引起製冷設備的損壞和功耗的增大;若冷凝壓力過低，會引起製冷劑的液化過程和膨脹閥的工作，使製冷系統不能正常工作，造成製冷量的大幅度下降。控制器可根據冷凝壓力傳感器調節三通閥和冷凝風機，控制冷凍水流量和換熱效率，將冷凝壓力維持在正常範圍內。

進一步地，所述蒸發器的進水管路或出水管路上設有與控制器電連接的水泵。

控制器可通過控制水泵運轉的快慢，使冷凍水流量維持在正常的範圍之內，可靠性好。

進一步地，所述三通閥為比例調節三通閥或開關三通閥。

優選比例調節三通閥，能精確地調節冷凍水分配到自然冷卻系統和蒸髮式冷凝製冷系統的量，而開關三通閥只能實現開關功能。

進一步地，所述的冷凝風機為調速風機或定速風機。

優選調速風機作為冷凝風機，可以根據實際散熱情況對風速進行調控，避免以高於實際所需的風速運行，節約能源。

進一步地，所述自然冷卻風機為調速風機或定速風機。

優選調速風機作為自然冷卻風機，可以根據實際散熱情況對風速進行調控，避免以高於實際所需的風速運行，節約能源。

一種獨立模塊化的冷水機的控制方法：

（1）當室外的溫度高於蒸髮式冷凝製冷系統進水管路的溫度時，連通三通閥的第一接口和第二接口，關閉三通閥的第三接口，全部冷凍水不流經自然冷卻系統而直接進入蒸髮式冷凝製冷系統；當蒸髮式冷凝製冷系統進水管路或出水管路的溫度高於設定的溫度，控制蒸髮式冷凝製冷系統進行加載；當蒸髮式冷凝製冷系統進水管路或出水管路的溫度低於設定的溫度，控制壓縮機進行卸載；

（2）當室外溫度低於蒸髮式冷凝製冷系統進水管路的溫度，但高於事先設定的蒸髮式冷凝製冷系統可以完全停止運行的溫度時，連通三通閥的第一接口和第三接口，關閉三通閥的第二接口，使全部冷凍水先流經自然冷卻系統再進入蒸髮式冷凝製冷系統；當蒸髮式冷凝製冷系統進水管路或出水管路的溫度高於設定的溫度，控制蒸髮式冷凝製冷系統進行加載；當蒸髮式冷凝製冷系統進水管路或出水管路的溫度低於設定的溫度，控制蒸髮式冷凝製冷系統進行卸載；

（3）當室外溫度低於蒸髮式冷凝製冷系統可以完全停止運行的溫度，但高於事先設定的自然冷卻系統可以按最小功率運行或完全停止運行的溫度時，強制使蒸髮式冷凝製冷系統停止運行；根據蒸髮式冷凝製冷系統進水管路或出水管路的溫度高低對自然冷卻系統的製冷量進行控制；

（4）當室外溫度低於事先設定的自然冷卻風機可以按最小風量運行或完全停止運行的溫度時，使自然冷卻系統按最小功率運行或完全停止運行；根據蒸髮式冷凝製冷系統進水管路或出水管路的溫度高低對三通閥進行調節控制。

區別與現有技術，本專利的有益效果為：

本專利將自然冷卻系統和蒸髮式冷凝製冷系統獨立模塊化並分開設置，使兩個系統在工作時不會互相影響，提高了冷水機的散熱效率；控制器可以對兩個系統分別進行控制，控制方式靈活多樣；兩個系統只需進行管路連通即可，易於安裝。

附圖說明

圖1為本專利的結構示意圖。

具體實施方式

如圖1所示的一種獨立模塊化的冷水機，包括蒸髮式冷凝製冷系統、自然冷卻系統以及三通閥7，所述三通閥7包括第一接口a、第二接口b和第三接口c，第一接口a與蒸髮式冷凝製冷系統的進水口通過管路連通，第三接口c與自然冷卻系統的出水口通過管路連通，第二接口b和自然冷卻系統的進水口均為冷凍水入口；所述蒸髮式冷凝製冷系統與自然冷卻系統相互獨立設置。

通過將自然冷卻系統和蒸髮式冷凝製冷系統的獨立模塊化，消除了兩個系統散熱過程中造成的不良影響，增強了整體的散熱效率，也便於對兩個系統靈活控制；在組合安裝兩個系統時只需要安裝三通閥7並連通管路即可，便利性高。

還包括冷凍水進水溫度傳感器8、冷凍水出水溫度傳感器9和控制器11，冷凍水進水溫度傳感器8設置在蒸髮式冷凝製冷系統的進水管路上，冷凍水出水溫度傳感器9設置在蒸髮式冷凝製冷系統的出水管路上；所述自然冷卻系統、蒸髮式冷凝製冷系統、三通閥7、冷凍水進水溫度傳感器8和冷凍水出水溫度傳感器9分別與控制器11電連接。

控制器11的作用在於：當通過電連接的室外環境溫度傳感器10檢測所得的溫度高於冷凍水進水溫度傳感器檢測到的溫度時，連通三通閥7的第一接口a和第二接口b，關閉三通閥7的第三接口c，全部冷凍水不流經自然冷卻系統而直接進入蒸髮式冷凝製冷系統；當冷凍水進水溫度傳感器8或冷凍水出水溫度傳感器9檢測到的溫度高於設定的溫度，控制蒸髮式冷凝製冷系統進行加載；當冷凍水進水溫度傳感器8或冷凍水出水溫度傳感器9檢測到的溫度低於設定的溫度，控制蒸髮式冷凝製冷系統進行卸載。

當通過電連接的室外環境溫度傳感器10檢測所得的溫度低於冷凍水進水溫度傳感器8檢測到的溫度，但高於控制器11中事先設定的蒸髮式冷凝製冷系統可以完全停止運行的溫度時，連通三通閥7的第一接口a和第三接口c，關閉三通閥7的第二接口b，使全部冷凍水先流經自然冷卻系統再進入蒸髮式冷凝製冷系統；當冷凍水進水溫度傳感器8或冷凍水出水溫度傳感器9檢測到的溫度高於設定的溫度，控制蒸髮式冷凝製冷系統進行加載；當冷凍水進水溫度傳感器8或冷凍水出水溫度傳感器9檢測到的溫度低於設定的溫度，控制蒸髮式冷凝製冷系統進行卸載。

當通過電連接的室外環境溫度傳感器10檢測所得的溫度低於事先設定的蒸髮式冷凝製冷系統可以完全停止運行的溫度時，但高於事先設定的自然冷卻系統可以按最小功率運行或完全停止運行的溫度時，強制使蒸髮式冷凝製冷系統停止運行；根據冷凍水進水溫度傳感器8或冷凍水出水溫度傳感器9檢測到的溫度高低對自然冷卻系統進行調控。

當室外溫度低於事先設定的自然冷卻系統可以按最小功率運行或完全停止運行的溫度時，使自然冷卻系統按最小功率運行或完全停止運行；根據冷凍水進水溫度傳感器8或冷凍水出水溫度傳感器9檢測到的溫度高低對三通閥7進行調節控制。

所述自然冷卻系統包括自然冷卻盤管6，自然冷卻盤管6上設有與控制器11電連接的自然冷卻風機14；所述自然冷卻盤管6的進水口為冷凍水入口，其出水口與第三接口c通過管路連通。

控制器11可根據冷凍水進水溫度傳感器8或冷凍水出水溫度傳感器9所檢測到的溫度對自然冷卻風機14進行控制，靈活性好，可實現效益最大化。

所述蒸髮式冷凝製冷系統還包括按順序依次連接形成循環迴路的壓縮機1、冷凝器2、節流器3和蒸發器4，冷凝器2上設有與控制器11電連接的冷凝風機5，壓縮機1與控制器11電連接；所述蒸發器4的進水口與第一接口a通過管路連通。

控制器11可根據冷凍水進水溫度傳感器8或冷凍水出水溫度傳感器9所檢測到的溫度對冷凝風機5和壓縮機1進行靈活控制，適應性好。

所述冷凝器2的出口管路設有與控制器11電連接的冷凝壓力傳感器13。

製冷系統運行時若冷凝壓力過高，會引起製冷設備的損壞和功耗的增大;若冷凝壓力過低，會引起製冷劑的液化過程和膨脹閥的工作，使製冷系統不能正常工作，造成製冷量的大幅度下降。控制器11可根據冷凝壓力傳感器13調節三通閥7和冷凝風機5，控制冷凍水流量和換熱效率，將冷凝壓力維持在正常範圍內。

所述蒸發器4的進水管路或出水管路上設有與控制器11電連接的水泵12。

控制器11可通過控制水泵12運轉的快慢，使冷凍水流量維持在正常的範圍之內，可靠性好。

所述三通閥7為比例調節三通閥或開關三通閥。

優選比例調節三通閥，能精確地調節冷凍水分配到自然冷卻系統和蒸髮式冷凝製冷系統的量，而開關三通閥只能實現開關功能。

所述的冷凝風機5為調速風機或定速風機。

優選調速風機作為冷凝風機5，可以根據實際散熱情況對風速進行調控，避免以高於實際所需的風速運行，節約能源。

所述自然冷卻風機14為調速風機或定速風機。

優選調速風機作為自然冷卻風機14，可以根據實際散熱情況對風速進行調控，避免以高於實際所需的風速運行，節約能源。

一種獨立模塊化的冷水機的控制方法：

（1）當室外的溫度高於冷凍水進水溫度傳感器8檢測到的溫度時，連通三通閥7的第一接口a和第二接口b，關閉三通閥7的第三接口c，全部冷凍水不流經自然冷卻盤管6而直接進入蒸發器4；當冷凍水進水溫度傳感器8或冷凍水出水溫度傳感器9檢測到的溫度高於設定的溫度，控制壓縮機1進行加載；當冷凍水進水溫度傳感器8或冷凍水出水溫度傳感器9檢測到的溫度低於設定的溫度，控制壓縮機1進行卸載。

（2）當室外溫度低於冷凍水進水溫度傳感器8檢測到的溫度，但高於事先設定的壓縮機1可以完全停止運行的溫度時，連通三通閥7的第一接口a和第三接口c，關閉三通閥7的第二接口b，使全部冷凍水先流經自然冷卻盤管6再進入蒸發器4；當冷凍水進水溫度傳感器8或冷凍水出水溫度傳感器9檢測到的溫度高於設定的溫度，控制壓縮機1進行加載；當冷凍水進水溫度傳感器8或冷凍水出水溫度傳感器9檢測到的溫度低於設定的溫度，控制壓縮機進行卸載。

（3）當室外溫度低於壓縮機1可以完全停止運行的溫度，但高於事先設定的自然冷卻風機14可以按最小風量運行或完全停止運行的溫度時，強制使壓縮機1和冷凝風機5停止運行；根據冷凍水進水溫度傳感器8或冷凍水出水溫度傳感器9檢測到的溫度高低對自然冷卻風機14進行調速或啟停控制。

當室外溫度低於事先設定的自然冷卻風機14可以按最小風量運行或完全停止運行的溫度時，使自然冷卻風機14按最小風量運行或完全停止運行；根據冷凍水進水溫度傳感器8或冷凍水出水溫度傳感器9檢測到的溫度高低對三通閥7進行調節控制。