换热装置以及换热系统的制作方法

1.本实用新型涉及热交换领域，具体涉及一种换热装置以及换热系统。


背景技术：

2.自然冷却机组和蒸发式冷水机组都用于给大型数据中心的机房以及类似场合降温。机房散热量大，不管在冬天还是夏天，都有很高的降温需求。
3.自然冷却机组通过喷淋装置喷塑自然冷却表冷器降温，表冷器中的冷媒介质为水/乙二醇溶液。自然冷却机组适用于北方寒冷的冬天，冬天环境温度低，利用环境温度就能起到所需要的降温效果。但是夏天时，外界环境温度较高，表冷器制冷能力很低，满足不了使用需求。
4.蒸发式冷水机组则是通过喷淋水喷淋横管式冷凝器实现换热，在高温环境下制冷效果好，该结构的机组适用于高温地区。
5.发明人发现，现有技术中至少存在下述问题：而在北方某些地方的机房数据中心，需要同时使用蒸发式冷水系统和自然冷却水系统。相关技术中，如果同时需要这两个冷却机组，需要配备这两个设备，这样会占用大量安装空间，两套设备需要独立安装、维护，安装维护成本高，占用的时间多。


技术实现要素：

6.本实用新型提出一种换热装置以及换热系统，用以优化换热装置的结构，在保证换热功能的同时，减小换热装置的安装面积。
7.本实用新型实施例提供了一种换热装置，包括：
8.支撑架，被构造为提供支撑；
9.水箱，由所述支撑架支撑；
10.冷凝器，由所述支撑架支撑，且所述冷凝器位于所述水箱的上方；以及
11.表冷器，由所述支撑架支撑，且所述表冷器位于所述冷凝器的上方，所述表冷器与所述冷凝器流体连通。
12.在一些实施例中，换热装置还包括：
13.散热器，安装于所述水箱和所述冷凝器之间，且与所述表冷器和所述水箱均流体连通，所述散热器被构造为将所述表冷器输出的水散热后输送至所述水箱中。
14.在一些实施例中，所述散热器包括填料。
15.在一些实施例中，换热装置还包括：
16.水泵，由所述支撑架支撑，所述水泵与所述水箱流体连通，以将所述水箱内的水泵送至所述冷凝器。
17.在一些实施例中，所述水箱被构造为顶部是敞口的。
18.在一些实施例中，所述表冷器包括：
19.第一冷媒管组件；以及
20.第二冷媒管组件；
21.其中，所述第一冷媒管组件的顶部和所述第二冷媒管组件的顶部相互远离、所述第一冷媒管组件的底部和所述第二冷媒管组件的底部相互靠近，以使得所述第一冷媒管组件和所述第二冷媒管组件整体形成v形。
22.在一些实施例中，所述表冷器还包括：
23.挡风板，位于所述第一冷媒管组件和所述第二冷媒管组件之间，且与所述第一冷媒管组件和所述第二冷媒管组件均固定连接。
24.在一些实施例中，沿着所述第一冷媒管组件的长度方向，在所述第一冷媒管组件和所述第二冷媒管组件之间布置有多块所述挡风板。
25.在一些实施例中，换热装置还包括：
26.风机，安装于所述支撑架，且位于所述表冷器的上方。
27.在一些实施例中，换热装置还包括：
28.电控箱，安装于所述挡风板，所述电控箱与所述风机电连接；和/或
29.电控箱散热元件，安装于所述挡风板。
30.在一些实施例中，换热系统还包括：
31.喷淋装置，位于所述冷凝器的上方，以向所述冷凝器喷淋冷却用水。
32.本实用新型实施例还提供一种换热系统，包括本实用新型任一技术方案所提供的换热装置。
33.在一些实施例中，所述换热装置包括两个以上，相邻两个所述换热装置的支撑架固定连接且部分边框共用。
34.在一些实施例中，换热系统还包括：
35.壳管换热器，与所述表冷器流体连通，且都位于第一冷却循环回路中；或者
36.板式换热器，与所述表冷器流体连通，且都位于第一冷却循环回路中。
37.在一些实施例中，换热系统还包括：
38.蒸发器，与所述冷凝器流体连通，且都位于第二冷却循环回路中。
39.上述技术方案提供的换热装置，表冷器和冷凝器分别属于不同的冷却循环回路。两个冷却循环回路独立工作、不相互影响。根据需要，可以任意选择两个冷却循环回路中的任意一个工作，也可以两个冷却循环回路同时工作。由于表冷器采用空气换热，采用表冷器所属的冷却循环回路可以极大地节省耗电量。并且，将分属两个冷却循环回路的表冷器和冷凝器集成安装在一起，上述方式充分利用了有限的安装空间，将表冷器部件和冷凝器部件在有限的空间内同时装配好，实际上也实现了将蒸发式冷水机组和自然冷却机组合并为一个机组，所以大大将降低了成本，减小了机组体积，减少了安装占用面积；并且，换热装置为模块化的，还实现了根据不同制冷量需求，拼接两个或多个模块组合，通用化程度很高。
附图说明
40.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本技术的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
41.图1为本实用新型实施例提供的换热装置的立体结构示意图；
42.图2为本实用新型实施例提供的换热装置的水箱立体结构示意图；
43.图3为本实用新型实施例提供的换热装置的冷凝器立体结构示意图；
44.图4为本实用新型实施例提供的换热装置的表冷器立体结构示意图；
45.图5为本实用新型实施例提供的换热装置的表冷器另一立体结构示意图；
46.图6为本实用新型实施例提供的换热装置的喷淋装置的立体结构示意图；
47.图7为本实用新型实施例提供的换热系统的原理示意图。
具体实施方式
48.下面结合图1～图7对本实用新型提供的技术方案进行更为详细的阐述。
49.参见图1，本实用新型实施例提供一种换热装置，包括支撑架1、水箱2、冷凝器3以及表冷器4。支撑架1被构造为提供支撑。水箱2由支撑架1支撑。冷凝器3由支撑架1支撑，且冷凝器3位于水箱2的上方。表冷器4由支撑架1支撑，且表冷器4位于冷凝器3的上方，表冷器4与冷凝器3流体连通。
50.支撑架1作为其他部件的安装基础和承载基础，水箱2、冷凝器3和表冷器4都由支撑架1承载，这些部件都集成、安装在一起，形成一个整体。表冷器4属于第一个冷却循环回路，冷凝器3属于第二个冷却循环回路。第一个冷却循环回路和第二个冷却循环回路独立的工作，相互不影响。可以只启用两者中的其中一个，也可以根据需要同时启用第一个冷却循环回路和第二个冷却循环回路。
51.参见图1，支撑架1采用角铁、钢管、防护板等类似材质焊接而成。换热装置可以并排设置多个，相邻两个换热装置的支撑架1的部分框架可以共用。
52.参见图1和图2，水箱2用于收集冷却冷凝器3的冷却用水，实现冷却用水的循环利用。在一些实施例中，水箱2采用顶部全部敞口或者至少部分区域为敞口的结构，且敞口处不设置盖板，这种结构使得冷却用水在冷却完冷凝器3之后，在自身重力下，自动流回到水箱2中。水箱2支撑架1的底部，即最下方。水箱2的最低处设置有具有出水口21和排水口22。其中，出水口21用于将水箱2的水引回到冷凝器3处，以喷淋冷凝器3。为了减少排出的水中的杂质，在出水口21处设置有过滤器24。排水口22用于排出水箱2中多余的水。水箱2的最高处设置有补水口23，通过补水口补充水箱2中的水量，以满足喷淋冷却冷凝器3的要求。
53.参见图1和图3，为了方便地喷淋冷凝器3，在一些实施例中，换热装置还具有喷淋装置10。喷淋装置10设于冷凝器3附近，且位置高于冷凝器3，以向冷凝器3喷淋冷却用水。喷淋装置10包括进水管101、喷淋管102等。水泵6将水箱2中的冷却用水经由进水管101泵送至喷淋管102处，然后喷淋管102将冷却用水喷淋至冷凝器3的表面，使得冷凝器3的换热更加充分。喷淋装置10材料为ppr塑料管，喷淋装置10的喷淋管102上面开设有均匀大小的孔位。喷淋装置10将水喷淋到下面冷凝器3的不锈钢换热管，对不锈钢换热管进行高效换热。
54.参见图1和图3，冷凝器3具有冷媒进气管31、冷媒出液管32。冷凝器3为光管、不带翅片。冷凝器3为不锈钢316l材料。水箱2里水用于喷淋，该水为自来水，水质较脏，如果冷凝器3有翅片的话，很容易造成脏堵，难清洗。并且，喷淋水直接落到不锈钢换热管外表面进行冷却，换热效率较高。
55.上述技术方案，将冷凝器3(内部采用冷媒循环换热)和表冷器4(内部采用乙二醇)合并在一个模块中，实现了自然冷却和冷媒强制制冷相结合的功能，在一个机组上实现了
之前两个机组的功能，降低了机组尺寸和所占用的安装面积，大大降低了机组的生产成本，维修安装便利。可以采用下述启动方式：在冬天时，开启第一个冷却循环回路。在夏天时，开启第二个冷却循环回路，也可也同时开启第一个冷却循环回路和第二个冷却循环回路。两个循环回路配合使用，可以高效节省用电成本，并且将表冷器4和冷凝器3合并成一个模块中，大大地降低了生产成本，减小了机组外形尺寸，从而减小了安装所占用的面积。
56.为了使得冷却用水回到水箱2时的温度不至于过高，在一些实施例中，换热装置还包括散热器5，散热器5安装于水箱2和冷凝器3之间，且与表冷器4和水箱2均流体连通，散热器5被构造为将表冷器4输出的水散热后输送至水箱2中。散热器5对冷却用水进行降温，使得回到水箱2中的冷却用水温度不会太高。
57.在一些实施例中，散热器5包括填料。散料堆积成块，冷却用水流经填料的颗粒之间的缝隙，在流动过程中，冷却用水与空气换热，实现降温。整个位置关系如下：填料在水箱2上面、冷凝器3在填料上面。喷淋装置10将水箱2里的水经由水泵6抽起来，然后喷淋到冷凝器3管路上进行降温。水喷淋会经过冷凝器3后，温度会升高，在重力作用下，水流到填料，填料对水进行散热降温。然后，水在重力作用下继续下流，直至返回水箱2。
58.参见图1，为了循环利用上述的冷却用水，在一些实施例中，换热装置还包括水泵6，水泵6由支撑架1支撑，水泵6与水箱2流体连通，以将水箱2内的水泵6送至喷淋装置10，喷淋装置10被构造为喷淋冷凝器3。采用水泵6将冷却用水从支撑架1底部的水箱2泵送至位于水箱2上方的冷凝器3，以实现冷却用水与冷凝器3管内冷媒的换热。
59.参见图1、图4和图5，在一些实施例中，表冷器4包括第一冷媒管组件41以及第二冷媒管组件42。第一冷媒管组件41倾斜设置。第二冷媒管组件42也倾斜设置，且倾斜方向不相同。其中，第一冷媒管组件41的顶部和第二冷媒管组件42的顶部相互远离、第一冷媒管组件41的底部和第二冷媒管组件42的底部相互靠近，以使得第一冷媒管组件41和第二冷媒管组件42整体形成v形，v形的顶角为30
°
～70
°
。第一冷媒管组件41的底部和第二冷媒管组件42的两个侧面均为换热面，比水平放置的表冷器4部件增加了一倍的换热面积，极大地提高整机的能效比。
60.第一冷媒管组件41和第二冷媒管组件42中的冷媒管路可以串联、并联或者混连。不管哪种连接方式，都可以设置统一的冷媒入口44和统一的冷媒出口45。进入表冷器4内部的冷媒可以为乙二醇水溶液或者其他防冻液。上述结构的表冷器4呈v形放置，在相同边界尺寸范围内，表冷器4所包括的冷媒管的数量多，极大地增加了换热面积，换热效果好。为方便表冷器4的安装，表冷器4还包括底座46，底座46位于第一冷媒管组件41和第二冷媒管组件42的底部，且与第一冷媒管组件41和第二冷媒管组件42均固定连接。底座46比如采用多根角钢固定在一起。
61.参见图1、图4和图5，在一些实施例中，表冷器4还包括挡风板43，挡风板43位于第一冷媒管组件41和第二冷媒管组件42之间，且与第一冷媒管组件41和第二冷媒管组件42均固定连接。挡风板43起到挡风作用，且可以将两个第一冷媒管组件41和第二冷媒管组件42稳固连接在一起，三者形成稳固的三角形结构。
62.继续参见图1、图4和图5，在一些实施例中，沿着第一冷媒管组件41的长度方向，在第一冷媒管组件41和第二冷媒管组件42之间布置有多块挡风板43。
63.参见图1，为了使得表冷器4的换热效果更高，在一些实施例中，换热装置还包括风
机7，风机7安装于支撑架1，且位于表冷器4的上方。风机7比如为变频风机7。风机7在v形表冷器4部件上面，v形表冷器4部件同时起到挡水作用，防止下面喷淋水通过风机7向上吸风吹出形成漂水问题。风机7加速了表冷器4表面的风流动速度，改善了换热效果。
64.继续参见图1、图4和图5，在一些实施例中，换热装置还包括电控箱8，电控箱8安装于挡风板43。电控箱8与风机7电连接。和/或，换热装置还包括电控箱散热元件9。电控箱散热元件9安装于挡风板43。由于第一冷媒管组件41和第二冷媒管组件42形成的是v形结构，两者之间还具有比较多的空隙。在空隙处设置电控箱散热元件9，可以减少设置所占用的空间，使得结构更加紧凑。
65.电控箱8安装于挡风板43，电控箱8用来控制顶部2个变频风机7工作。电控箱8散热器5装在电控箱8里面，电控箱8散热器5的末端伸出电控箱8且位于v形表冷器4部件内侧。上述布置方式，利用风机7向上吹风，可以带走电控箱8内部电器元件产生的大量热量，不需要像其他常规电控箱8一样再安装一个小电风扇吹风散热，就能实现电控箱8内部的散热。不锈钢管波纹软管采用g系列内螺纹90
°
空间连接，波纹管是不锈钢软管，具有较大的长度调节余量，可以消除较大的装配误差，方便安装维修，提高生产效率。
66.本实用新型实施例还提供一种换热系统，包括本实用新型任一技术方案所提供的换热装置。
67.在一些实施例中，换热装置包括两个以上，相邻两个换热装置的支撑架1固定连接且部分边框共用。换热装置尺寸大，其高度尺寸为2米左右，重量为数吨。这种结构在满足支撑架1承载要求的前提下，使得支撑架1的结构得以优化，进一步减少了换热系统所占用的空间，使得换热系统的重量得以减少，且功能不变，即整体结构得到优化。并且，上述技术方案提供的换热系统，换热装置是模块化的，通用化较高，可以根据不同冷量需求，通过拼接方式组合多个换热装置。
68.在一些实施例中，换热系统还包括壳管换热器或者板式换热器11。如果采用壳管换热器，壳管换热器与表冷器4位于同一冷却循环回路中。如果采用板式换热器11，板式换热器11与表冷器4位于同一冷却循环回路中。
69.以采用壳管换热器为例：表冷器4、壳管换热器位于第一个冷却循环回路，高温的第一路冷媒进入到表冷器4中，在表冷器4中与表冷器4表面的冷空气换热以降温。降温后的第一路冷媒进入到壳管换热器中，与进入到壳管换热器中的用户用水进行换热。第一路冷媒比如为乙二醇水溶液。壳管换热器将用户用水降温后，提供给用户使用。使用板式换热器11也是相同的换热过程。
70.冷凝器3和蒸发器12处于第二个冷却循环回路中。第二个冷却循环回路与第一个冷却循环回路相互独立、各自功能不受影响。在第二个冷却循环回路中，压缩机15输出的高温高压第三路冷媒经过油分离器16进入到冷凝器3中。冷凝器3中的第三路冷媒和喷淋到冷凝器3的冷却用水进行换热，且被冷凝。冷却用水与冷凝器3中的第三路冷媒换热后，在重力作用下下落至位于冷凝器3下方的集水盘14处被收集，随后被输送至水箱2或者被另一水泵6再次泵送喷淋冷凝器3。被冷凝的第三路冷媒流向蒸发器12，最后流回到压缩机15中。第三路冷媒比如为氟利昂。在蒸发器12处，第三路冷媒与用户用水换热，以降低用户用水的温度，并将降温后的用户用水提供给用户使用。
71.第一个冷却循环回路中的壳管换热器或者板式换热器11处的用户用水管路和第
二个冷却循环回路中的蒸发器12处的用户用水管路是串联的。整个用户用水先进入到第一个冷却循环回路中、再进入到第二个冷却循环回路中，经过两次换热后提供给客户使用。这样提供给用户的水的水温更低，更能满足客户需求。
72.上述技术方案提供的换热系统，在一个机组上将蒸发冷媒系统与自然冷却水系统结合起来，使机组同时拥有冷媒冷却系统和自然冷却系统，在冬天时使用第一个冷却循环回路为用户用水降温，该方式可以节省电能。在夏天时使用第二个冷却循环回路为用户用水降温，降温效果好。同样，在夏天也可以同时使用第一个冷却循环回路和第二个冷却循环回路，这种方式可以对用户用水二次降温，降温效果更好。
73.下面介绍换热系统的运行原理如下：夏天时，第二个冷却循环回路开启工作，第一个冷却循环回路关闭，外界通过水箱2补水口加水给水箱2。然后，水泵6从水箱2出口处吸水供水给喷淋装置10，喷淋装置10开设有密集均匀的小孔，喷淋水通过小孔均匀喷洒在蒸发式冷凝器3的换热管上面，对冷凝器3进行降温散热。风机7开启后将高温湿空气向上吹出换热，此时v形表冷器4部件起挡雨板作用，防止风机7将水从下面向上吸出总成漂水问题。
74.在北方寒冷的冬天时，第二个冷却循环回路关闭，此时冷凝器3不起作用，水泵6关闭，喷淋装置10没有水流下。第一个冷却循环回路开启，风机7开启，v形表冷器4内部有高温乙二醇溶液流过。风机7吹风，将会带走表冷器4与外界冷空气进行换热形成的热风。由于冬天外界环境温度很冷，而一些数据中心机房问题非常高，此时只利用外界冷空气与表冷器4进行换热就可以对高温机房进行降温，满足使用要求，非常节省电能。
75.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本实用新型保护内容的限制。
76.最后应说明的是：以上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，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，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精神和范围。