具有成角度的热交换器的空气调节机的制作方法

本发明涉及空气调节机。

已经开发了多个系统，并且所述多个系统用于出于多种目的来冷却房间，所述多种目的从居住者舒适度到为装备提供期望的运行环境而不同。这样的系统通常包括位于房间内的空气调节机，以及位于房间外的系统的排热部分。制冷系统是这样的冷却系统的示例，并且将制冷水流从系统的排热部分提供给房间内的空气调节机作为冷却媒质。热量可从冷却媒质直接排出到室外空气(所谓的“自然冷却”)，以及/或者到次级冷却媒质回路，例如冷却塔回路或蒸汽压缩系统制冷剂回路。在其它系统中，冷却媒质自身可以是来自蒸汽压缩系统的制冷剂流。空气调节机在房间内的相对较热空气与冷却媒质之间传递热量。在冷却媒质与空气之间传递热量之后，冷却媒质返回到位于房间外的装备以被再次冷却。

用于这样的空气调节系统的应用的示例是用于对数据中心房间的温度进行控制的冷却系统。数据中心房间可以安置产生热量的计算机装备，例如服务器、网络设备、存储系统等。为了避免计算机装备的温度升高到不期望的水平以上，必须将由该计算机装备产生的热量从房间移除。可通过下述方式实现该热量的移除，即为了将产生的热量从计算机装备移除而引导冷却的空气从数据中心房间经过计算机装备，然后重新冷却加热的空气以维持冷却的空气流。除数据中心房间领域和其它应用之外，能够在相对较小空间内以高效的方式执行这一功能的空气调节系统继续受到欢迎。

技术实现要素：

在一些实施例中，提供了空气调节机，所述空气调节机包括框架，所述框架至少部分地限定空气入口和空气出口，所述框架包括上端部和下端部，所述下端部被配置为在支撑表面上支撑框架。所述空气调节机还包括风扇和第一热交换器，所述风扇可操作以产生空气流，所述空气流从空气入口到空气出口在空气流方向上移动，所述第一热交换器包括邻近空气入口的第一端部、邻近空气出口的第二端部、在第一端部与第二端部之间延伸的空气入口面、在第一端部与第二端部之间延伸并且背对所述空气入口面的空气出口面、以及穿过第一端部和第二端部在空气入口面与空气出口面之间进行延伸的纵向轴线。热交换器被配置为在空气流与冷却媒质之间传递热量。在热交换器的纵向轴线与空气流方向之间限定第一热交换器角度，并且所述第一热交换器角度是在约3度至约20度之间。

一些实施例提供一种空气调节机，其包括框架，所述框架至少部分地限定空气入口和空气出口，所述框架包括上端部和与所述上端部相反的下端部、以及穿过上端部和下端部延伸的纵向轴线，所述下端部被配置为在支撑表面上支撑框架，以使纵向轴线垂直于支撑表面。所述空气调节机还包括风扇和热交换器，所述风扇可操作以产生空气流，所述空气流从空气入口到空气出口在空气流方向上移动，所述热交换器包括邻近空气入口的第一端部、邻近空气出口的第二端部、在第一端部与第二端部之间延伸的空气入口面、在第一端部与第二端部之间延伸并且背对所述空气入口面的空气出口面、以及穿过第一端部和第二端部并且在空气入口面与空气出口面之间进行延伸的纵向轴线。第一热交换器被配置为在空气流与冷却媒质之间传递热量。在热交换器的纵向轴线与框架的纵向轴线之间限定第一热交换器角度，并且所述第一热交换器角度是在约3度至约20度之间。

在一些实施例中，本发明提供一种模块式的空气调节机系统，其包括可操作以产生空气流的风扇以及第一组和第二组热交换器，所述第一组和第二组中的每个热交换器以相对于竖直平面不小于约3度以及不大于约20度的角度定向，并且具有空气入口面和空气出口面，空气流进入所述空气入口面而进入热交换器，空气出口面与空气入口面背对并且空气流从空气出口面离开热交换器。所述系统还包括框架，所述框架至少部分地限定空气入口和空气出口，所述框架包括上端部、与所述上端部相反的下端部、前部、与所述前部相反的后部、在前部与后部之间延伸并且连接前部和后部的侧部、内部以及在前部处的门，在框架的前部与后部之间至少部分地限定所述内部并且热交换器位于所述内部内，提供了穿过所述门通向框架的内部的通路。所述系统还包括第一模块式结构，其中框架具有由框架的侧部限定并且在框架的侧部之间限定的第一宽度，并且其中仅安装第一组热交换器，并且其中第一组中的热交换器并排布置，每个热交换器的空气入口面和空气出口面大致面向框架的侧部，以及第二模块式结构，其中框架具有第二宽度，第二宽度由框架的侧部限定并且在框架的侧部之间限定，并且第二宽度大于第一宽度以适应第一组热交换器和第二组热交换器两者。在第二结构中，第一组和第二组中的热交换器并排布置，每个热交换器的空气入口面和空气出口面大致面向框架的侧部。

本发明的一些实施例提供一种空气调节机，其包括框架，所述框架至少部分地限定空气入口和空气出口，所述框架包括上端部、与所述上端部相反的下端部、前部、与所述前部相反的后部、在前部与后部之间延伸并且连接前部与后部以限定框架的宽度的相反的侧部、以及穿过上端部和下端部延伸的纵向轴线，下端部被配置为在支撑表面上支撑框架，以使纵向轴线垂直于支撑表面。所述空气调节机还包括风扇和多个热交换器，所述风扇可操作以产生空气流，所述空气流从入口到出口在空气流方向上移动，每个热交换器均包括邻近空气入口的第一端部、邻近空气出口的第二端部、在第一端部与第二端部之间延伸的空气入口面、在第一端部与第二端部之间延伸并且背对空气入口面的空气出口面、以及穿过第一端部和第二端部并且在空气入口面与空气出口面之间进行延伸的纵向轴线，每个热交换器被配置为在空气流与冷却媒质之间传递热量。每个热交换器相对于框架的纵向轴线倾斜，并且各热交换器并排布置，每个热交换器的空气入口面和空气出口面大致面向框架的侧部，所述多个热交换器在所述框架上每350毫米的宽度包括至少一个热交换器。

通过详细的描述和附图，本发明的其它方面将变得显见。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的空气调节机的立体图。

图2是图1的空气调节机移除前面板和门之后的立体图。

图3是图1的空气调节机移除前面板、门和侧部板之后的立体图。

图4是图1的空气调节机移除前面板和门之后的前侧视图。

图5是图1的空气调节机的热交换器的立体图。

图6是图1的空气调节机的热交换器的侧视图。

图7是图1的空气调节机移除前面板和门之后的前侧视图，其中示出采用第一模块式结构的空气调节机。

图8是采用第二模块式结构的图1的空气调节机的前侧视图。

图9是采用第三模块式结构的图1的空气调节机的前侧视图。

在详细地解释本发明的任意实施例之前，应理解，本发明在其应用中不受限于以下说明书中阐述的或附图中示出的部件的构造和布置的细节。本发明可包含其它实施例并且能够以多种方式实施或执行。

具体实施方式

图1示出空气调节机10。在一些实施例中，空气调节机10可与制冷系统一起使用以冷却数据中心房间。例如，制冷系统可包括位于数据中心房间内的空气调节机10和位于房间外的其它装备(例如，蒸发器、冷凝器、压缩机、冷却塔等)，所述其它装备将冷却媒质(例如制冷用水)供应到空气调节机10，用于冷却数据中心房间。

参照图2，所示的空气调节机10包括框架14、风扇16和热交换器18a、18b、18c和18d。正如下文将更详细地论述的，虽然所示的空气调节机10包括4个热交换器18a至18d，但在其它结构中，空气调节机10可包括多于4个或少于4个的热交换器，例如在空气调节机10作为模块式空气调节系统一部分的应用中。

继续参照图2，框架14包括上端部22和在支撑表面26(图4)上支撑框架14的下端部24，所述支撑表面26例如是数据中心房间的地面。参照图4，框架14限定纵向轴线28，所述纵向轴线28垂直于支撑表面26而居中地延伸穿过上端部22和下端部24。参照图2，框架14进一步限定空气入口30和空气出口32。在所示的实施例中，空气入口30位于框架14的上端部22处，并且空气出口32位于框架14的下端部24处。在其它实施例中，空气出口32可位于框架14的上端部22处，并且空气入口30可位于框架14的下端部24处。在又一些其它实施例中，空气入口和空气出口可位于其它合适的位置处。通过示例，空气入口和空气出口中的一个或全部两个可通过管道连接件或者通过下文所述的面板48中设置的一个或多个孔而设置于框架中。

框架14还包括前部34、后部36以及连接前部34和后部36的侧部38和40。框架14的内部42由框架14的前部34、后部36以及侧部38和40限定。所示的框架14还包括竖直轨(或框架构件)44和水平轨(或框架构件)46a、46b和46c。面板48在轨44和轨46a、46b和46c之间延伸，以围住框架14的内部42。门50(图1)位于框架14的前部34处。门50提供通向框架14的内部42和位于框架14内的热交换器18a至18d的通路。

框架14具有高度52、深度54和宽度56。高度52是从上端部22至下端部24测量的，深度54是从前部34至后部36测量的，并且宽度56是从侧部38至侧部40测量的。在所示的实施例中，竖直轨44平行于高度52延伸，并且水平轨46a、46b和46c平行于宽度56和深度54延伸。

现在参照图4，所示的风扇16在框架14的下端部24和空气出口32的邻近处联结到框架14。风扇16可操作以产生空气流，所述空气流从空气入口30到空气出口32在由图4中的箭头58表示的空气流方向上移动。虽然示出了单个风扇16，但本领域技术人员应理解：在一些系统中为了产生空气流可并排地布置多个风扇。在所示的实施例中，空气流方向58平行于框架14的纵向轴线28。在其它实施例中，空气流方向58可垂直于框架14的纵向轴线28。在又一些其它实施例中，空气流方向与框架的纵向轴线之间的角度可以是任意合适的角度。

参照图4至图6，在所示的实施例中，热交换器18a、18b、18c和18d是相同的，因此将仅详细地描述热交换器中的一个热交换器18a，具有与热交换器18a、18b、18c和18d相对应的后缀‘a’、‘b’、‘c’或‘d’的相似的附图标记指示相似的部件。

热交换器18a包括第一端部60a、第二端部62a、第一侧64a和第二侧66a。侧64a、66a从端部60a到端部62a延伸。第一端部60a邻近或最靠近空气调节机10的空气入口30，并且第二端部62a邻近或最靠近空气调节机10的空气出口32。热交换器18a还包括空气入口面68a和背对(face opposite)所述空气入口面68a的空气出口面70a，空气流58进入所述空气入口面68a而进入热交换器18a，空气流58从所述空气出口面70a离开热交换器18a。空气入口面68a在热交换器18a的第一侧上在热交换器18a的第一端部60a、第二端部62a、第一侧64a、第二侧66a之间延伸。空气入口面的面积被限定为空气入口面68a的长度72a(即，端部60a与62a之间的距离)乘以空气入口面68a的宽度74a(即，侧64a与66a之间的距离)。

热交换器18a的纵向轴线76a(图4)延伸穿过热交换器18a的第一端部60a和第二端部62a，在空气入口面68a与空气出口面70a之间居中且平行于空气入口面68a和空气出口面70a。热交换器18a相对于框架14的纵向轴线28倾斜。因此，在纵向轴线76a与箭头方向58之间限定第一角度78a。在一些实施例中，也在或者替代地在纵向轴线76a与竖直方向之间限定第一角度78a。在所示的实施例中，第一角度78a约为7.5度。在其它实施例中，角度78a不小于约5度以及/或者不大于约10度。在又一些其它实施例中，角度78a不小于约3度以及/或者不大于约20度。在热交换器18a的纵向轴线76a与框架14的纵向轴线28之间限定第二角度80a。在所示的实施例中，空气流方向58平行于框架14的纵向轴线28，因此角度78a和80a相等。因此，在所示的实施例中，角度80a同样约为7.5度。在其它实施例中，角度80a不小于约5度以及/或者不大于约10度。在又一些其它实施例中，角度80a不小于约3度以及/或者不大于约20度。

继续参照图4和图5，第二热交换器18b联结到框架14的水平轨46a和46b，从而热交换器18b的第二端部62b邻近第一热交换器18a的第二端部62a，并且第一热交换器18a的第一端部60a与第二热交换器18b的第一端部60b分开一距离82(图5)。而且，第二热交换器18b相对于框架14的纵向轴线28倾斜。第二热交换器18b的空气出口面70b大致面向框架14的侧部38，并且空气入口面68b大致面向相反的侧部40。同时，第一热交换器18a的空气出口面70a大致面向侧部40，并且空气入口面68a大致面向相反的侧部38。因此，第一热交换器18a的纵向轴线76a与第二热交换器18b的纵向轴线76b相交叉以限定角度84和大致“V”形结构。在所示的实施例中，角度84约为15度。在其它实施例中，角度84可以在不小于约10度和/或可以不大于约20度之间。在又一些其它实施例中，角度84可以不小于约6度以及/或者可以不大于约40度。第三和第四热交换器18c和18d类似于如图4和图5中示出的第一和第二热交换器18a、18b而被布置。

利用刚才描述的热交换器定向，空气调节机10可被构造为具有紧凑的且节省空间的布置，与此同时(预想不到地)通过使热交换器18a至18d以相对于进入和离开空气流的相对较小倾角(angle of incidence)定向，仍能提供好的冷却性能结果。

参照图5和图6，用于第一和第二热交换器18a、18b的“空气入口面积”被限定为距离82乘以空气入口面68a的宽度74a，其中所述面积在垂直于空气流方向58的平面中获取，或者在水平平面中获取。同样，用于热交换器18a、18b的“总空气入口面面积”是长度72乘以宽度74乘以热交换器的数量(即，两个热交换器18a、18b)。最后，“冷却面积率”限定为总空气入口面面积除以空气入口面积。在所示的实施例中，该冷却面积率约为7.8。换言之，空气入口面面积的尺寸是空气入口面积的7.8倍，这是本发明的空气调节机10的紧凑性的一种反映。在其它实施例中，冷却面积率不小于约5以及/或者不大于约10。在又一些其它实施例中，冷却面积率不小于约3以及/或者不大于约12。

热交换器18c和18d相对于彼此的布置与热交换器18a和18b相同，因此将不再详细地描述热交换器18c和18d的布置。

在所示的实施例中，热交换器18a、18b、18c和18d全部都是圆管板翅式热交换器。然而在其它实施例中，可使用其它类型的热交换器(例如，并行流微通道热交换器)。

空气过滤器88(在所示的实施例中是折叠式空气过滤器)可位于热交换器18a、18b、18c和18d的空气入口面68a、68b、68c和68d邻近处。可替换地或额外地，可提供相对于热交换器18a至18d的合适的固定装置，以邻近热交换器18a至18d的空气出口面70a至70d可移除地放置过滤器88。在所示的实施例中，过滤器88平行于邻近的入口面68a、68b、68c和68d延伸。过滤器88的这种布置使过滤器的总面积与入口面68a至68d的总面积几乎相同，并且过滤器面积被最大化。因此，穿过过滤器88的压力下降被最小化。

参照图5，空气调节机10还包括冷却媒质分配系统90，所述冷却媒质分配系统90在制冷系统与热交换器18a至18d之间分配冷却媒质。分配系统90包括入口集管92和出口集管94。供给导管96与入口集管92和热交换器18a至18d中的每个热交换器流体连通，以从入口集管92供应冷却媒质到热交换器18a至18d。排放导管98与出口集管94和热交换器18a至18d中的每个热交换器流体连通，以从热交换器18a至18d输送冷却媒质到出口集管94。在所示的实施例中，分配系统90是单回路分配系统。在其它实施例中，可使用双回路结构，例如其中第二组入口和出口集管在框架14的后部36处供应和排放热交换器18a至18d的管子中的一部分(例如，一半)，由集管92和94来供应和排放热交换器18a至18d的管子中的其余部分。集管92、94相对于热交换器18a至18d的其它位置是可能的(例如，沿着并邻近框架14的侧部38、40水平延伸等等)。

在一些实施例中，冷却媒质是水，而在其它实施例中，冷却媒质可包括水和乙二醇的混合物。在又一些其它实施例中，冷却媒质可以是直接膨胀制冷剂，例如R410a、R134a或者其它已知的制冷剂。在又一些其它实施例中，可使用其它类型的冷却媒质。

在运行中，制冷系统对冷却媒质进行冷却，并且冷却媒质供应到入口集管92。供给导管96将冷却媒质从集管92输送到热交换器18a至18d中的每个热交换器。同时，风扇16通过空气入口30从房间抽吸空气，并且产生空气流到空气调节机10中(在箭头58的方向上)并穿过热交换器18a至18d。热交换器18a至18d将热量从空气流传递到相对冷的冷却媒质以冷却该空气流。空气流行进穿过风扇16，在耗尽之前穿过空气出口32返回到房间。冷却媒质在被空气流加热之后通过排放导管98行进到出口集管94中并且被引导回到制冷系统以被再次冷却。

参照图7至图9，上文描述的空气调节机10(图7)可用作模块式的空气调节系统的一部分。如果期望得到附加的冷却能力，可将附加的热交换器18容易地添加到模块式的空气调节系统以增大冷却能力。例如，空气调节系统具有第一模块式结构(图7)，其中空气调节机10包括第一组热交换器18a至18d。可通过增大框架14的宽度56同时保持深度54和高度52不变来添加第二组(图8)的热交换器18e。在图8的结构中，第二组仅包括单个热交换器18e，所述热交换器18e本质上与上文描述的热交换器18a至18d中的每个热交换器相同。在另一结构中(图9)，第二组热交换器可包括两个热交换器18e和18f，附加的热交换器18e、18f中的每个热交换器仍然与上文描述的那些热交换器相同。以此方式，空气调节机10可容易地适于具有任意数量的热交换器18，以增大或减小空气调节机10的冷却能力，而使用单一的热交换器类型和尺寸(即，不需要热交换器18为不同能力的空气调节机10而改变尺寸)。热交换器的这种独特使用和布置还允许空气调节机10具有标准的深度54和可变的宽度56，从而限定具有不同能力的多个空气调节机型号，所有型号均使用大数量的标准部件(例如热交换器18)以及小数量的独特部件。

此处描述的热交换器18a至18f的倾斜结构和模块式结构还允许在空气调节机的每个宽度56单元使用相对较大数量的热交换器18。例如，在图7的结构中，在约1200毫米的总宽度56内有四个热交换器18a至18d，每300毫米宽度一个热交换器。在其它实施例中，热交换器18a至18d可倾斜，以使框架14的每350毫米宽度56存在不少于约1个热交换器，从而提供热交换器密度与相对较小框架尺寸的良好平衡。

随附的权利要求中描述了本发明的多个特征和优势。