专利名称：一种分布式水冷分离式热管排热系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及排热系统，特别涉及一种分布式水冷分离式热管排热系统。
背景技术：
随着信息产业的飞速发展，通信、网络及数据机房的数量不断增加，机房内的设备 发热功率越来越大，机房的单位面积发热量可达200 1000W/m2，机房内空调系统的负荷 非常高，导致空调系统能耗巨大。因此如何在满足设备使用要求的情况下，有效降低机房内 空调系统的能耗是空调行业和数据机房运营行业面临的一个重要问题。现有技术中，降低机房空调系统能耗的主要途径有优化气流组织方式、利用自然 冷源方式、优化控制技术等。其中利用方式降低机房空调能耗是利用温度较低的室外空气为机房降温的一种 节能方式。目前这方面的技术主要有智能通风、智能换热两种技术。智能通风技术是直接将室外空气引入室内为机房降温，其优点是制冷效率高，初 投资低，能耗低，缺点是引入室外冷空气后，比较难保证机房内的空气洁净度和湿度，带来 了安全隐患，后期运行维护量较大智能换热技术是让机房内的热管空与室外的冷空气在空气-空气型蜂窝式换热 器内换热，将从而降低机房内温度。其优点是在利用室外冷源时不引入室外的空气，不影响 机房内的空气的洁净度和湿度，缺点是初投资相对较高，换热器结构比较复杂，容易堵塞， 需要定期清洗，或增加过滤部件并定期更换清洗，维护工作量大。以上两种利用自然冷源的方式都需要在机房的墙体上开设较大的风道，对墙体破 坏较大，老鼠、蚊虫等动物可通过风道进入机房内，存在安全隐患。由上述可见，现有利用自然冷源冷却机房的技术中，并不能够在降低维护成本、不 带来安全隐患的基础上实现降低机房空调系统能耗的目的。
实用新型内容本实用新型提供了一种分布式水冷分离式热管排热系统，能够有效地利用室外自 然冷源降低机房空调能耗，降低维护成本，实现安全节能。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是一种分布式水冷分离式热管排热系统，包括一个冷却塔、多个一一对应的蒸发器 和冷凝器、第一冷却水回水管、以及第一冷却水供水管；所述多个蒸发器均设置于机房内；每个一一对应的蒸发器和冷凝器闭环循环连接；所述冷却塔具有进水口和出水口 ；每个冷凝器的出水口均连接至所述第一冷却水回水管的一端，所述第一冷却水回 水管的另一端与所述冷却塔的进水口连接；每个冷凝器的进水口均连接至所述第一冷却水供水管的一端，所述第一冷却水供 水管的另一端与所述冷却塔的出水口连接；[0018]每个所述冷凝器的整体位置高于与其对应的蒸发器的位置。优选地，进一步包括冷却水泵，所述第一冷却水供水管的另一端通过冷却水泵与 所述冷却塔的出水口连接。优选地，进一步包括冷水机组、冷却水泵、冷冻水泵、第二冷却水回水管和第二冷 却水供水管； 所述冷水机组具有冷却水入口、冷却水出口、冷冻水入口、冷冻水出口。所述冷却塔的出水口依次通过第二冷却水供水管、冷水机组冷却水入口、冷水机 组冷却水出口、冷却水泵、第二冷却水回水管与所述冷却塔进水口连接；所述冷水机组冷冻水出口依次通过第一冷却水供水管、冷冻水泵、第一冷却水回 水管与所述冷水机组冷冻水入口连接。优选地，进一步包括第一三通阀和第二三通阀；所述冷却塔的出水口依次通过第二冷却水回水管、冷水机组、冷却水泵、第二三通 阀与所述第二冷却水回水管的另一端连接；所述冷却塔的出水口还通过第一连接管与所述第一三通阀连接；所述冷冻机组的冷冻水出口依次通过第一三通阀、冷冻水泵、与第一冷却水供水 管的另一端连接；所述第一冷却水回水管的另一端还通过第二连接管与所述第二三通阀连接。优选地，所述第一三通阀具有第一入口、第二入口和第一出口，所述冷水机组与所 述第一入口连接，所述冷却塔的出水口与所述第二入口连接，所述冷冻水泵与所述第一出 口连接，所述第一出口择一地与第一入口、第二入口连通；所述第二三通阀具有第三入口、第四入口和第二出口，所述第一冷却水回水管与 所述第三入口连接，所述冷却水泵与所述第四入口连接，所述第二冷却水回水管的另一端 与所述第二出口连接，所述第二出口择一地与第三入口、第四入口连通。优选地，进一步包括中间换热器和第二冷却水泵；所述中间换热器为板式换热器、管壳式换热器或者套管式换热器，其冷却侧与冷 却塔和第二冷却水泵相连，被冷却侧的出口与冷水机组和第一冷却水供水管连通，被冷却 侧的入口与第二三通阀的出口连通。优选地，该排热系统的循环工质为R22、R134a或R410a中的任意一种。优选地，该排热系统的冷却水和冷冻水为纯净水、或防冻液的水溶液中的任意一 种。优选地，所述冷却塔的出水口具有过滤器。优选地，所示冷凝器为板式换热器、套管式换热器或壳管式换热器。本实用新型采用了水冷式的分离式热管，该设备通过室内的蒸发器吸热，室外的 水冷式冷凝器排热，当室内温度高于水冷式冷凝器的冷冻水温度的时候，热管将室内的热 量排放到冷冻水中；当室内温度高于冷却水的温度时，水冷式分离式热管可以直接使用冷 却水作为冷源。水冷分离式热管设备使用分布式的安装，可以灵活的安排热管设备的安装 位置，按需供冷，有效的避免机房内的局部过热的现象，有效的提高了室外自然冷源的利用 价值。同时，避免了直接将液体冷却介质或者室外空气直接引入机房而带来的安全隐患。
图1为本实用新型的分布式水冷分离式热管排热系统的第一实施例的结构示意 图；图2为本实用新型的分布式水冷分离式热管排热系统的第二实施例的结构示意 图；图3为本实用新型的分布式水冷分离式热管排热系统的第三实施例的结构示意 图；图4为本实用新型的分布式水冷分离式热管排热系统的第四实施例的结构示意 图。
具体实施方式
本实用新型提供了一种分布式水冷分离式热管排热系统，能够有效地利用室外自 然冷源降低机房空调能耗，降低维护成本，实现安全节能。为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施 例，对本实用新型进一步详细说明。图1为本实用新型的分布式水冷分离式热管排热系统的第一实施例的结构示意 图。如图1所示，本实用新型的分布式水冷分离式热管排热系统包括一个冷却塔7、多个 一一对应的蒸发器1和冷凝器3、第一冷却水回水管6、以及第一冷却水供水管5。其中，多个蒸发器1均设置于机房9内，每个一一对应的蒸发器1和冷凝器3通过 蒸汽管2和液体管4闭环循环连接。每个冷凝器3的整体位置高于与其对应的蒸发器1的 位置。即，在每组一一对应的蒸发器1和冷凝器3中，每个冷凝器3的下表面的高度均高 于与其对应的蒸发器1的上表面的高度。冷却塔7具有进水口和出水口。每个冷凝器3的出水口均连接至第一冷却水回水管6的一端，第一冷却水回水管 6的另一端与冷却塔7的进水口连接。每个冷凝器3的进水口均连接至第一冷却水供水管5的一端，第一冷却水供水管 5的另一端与冷却塔7的出水口连接。每个冷凝器3的位置高于与其一一对应的蒸发器1的位置，以便经过冷凝器3凝 结的冷冻水能够在重力的作用下回流至蒸发器1中，而无需增加例如压力泵等增压装置。优选地，其进一步包括冷却水泵8，第一冷却水供水管5的另一端通过冷却水泵8 与冷却塔7的出水口连接。本实用新型的分布式水冷分离式热管排热系统内充注循环工质，循环工质在机房 9内的蒸发器1中为液态，在机房9外的水冷式冷凝器3中为气态。当机房9内的热空气流 过蒸发器1时，被冷却成低温空气后，送入机房9内的机柜，同时蒸发器1中的液态循环工 质吸热蒸发，变成气态工质，沿蒸汽管2流动到水冷式冷凝器3中，将热量传递给冷却水后， 冷凝成为液态，由液体管4回流到蒸发器1中。被循环工质加热后的冷却水由冷却水回水管6流向冷却塔7，冷却水在冷却塔7中 以传热传质的方式将热量传递到室外，变成温度较低的冷却水，经过冷却水泵8后，通过冷 却水供水管5流向水冷式冷凝器3。如此往复，将机房9内的热量迅速传递至室外环境中。[0053]水冷分离式热管设备由蒸发器1，蒸汽管2、水冷式冷凝器3、液体管4组成，蒸发器 1位于水冷式冷凝器3下方，蒸汽管2连通水冷式冷凝器3和蒸发器1的上部，液体管4连 通水冷式冷凝器3和蒸发器1的下部。多个水冷分离式热管设备按照机房的气流组织方式布置在机房中需要冷却的地 方，这些水冷分离式热管设备可以串联或者并联的方式接入冷却水管路系统。该排热系统的蒸发器、冷凝器中的循环工质采用R22、R134a或者R410a中的任意 一种。冷却水可以为纯水，或者是加入防冻液的水溶液中的任意一种。循环工质和冷却水 在水冷式冷凝器3中换热时，循环工质和水完全隔离。水冷式换热器可以是板式换热器、套 管式换热器或者是管壳式换热器。在冷却塔7的出水口处可安装有过滤器，以确保进入水 冷式冷凝器的水质清洁，避免发生堵塞。图2为本实用新型的分布式水冷分离式热管排热系统的第二实施例的结构示意 图。如图2所示，本实用新型的分布式水冷分离式热管排热系统包括一个冷却塔11、多个 一一对应的蒸发器1和冷凝器3、第一冷却水回水管6、以及第一冷却水供水管5。其中，多个蒸发器1均设置于机房13内，每个一一对应的蒸发器1和冷凝器3通 过蒸汽管2和液体管4循环封闭连接。冷却塔11具有进水口和出水口。该排热系统进一步包括冷水机组7、冷却水泵9、冷冻水泵8、第二冷却水供水管12 和第二冷却水回水管10。其中冷水机组具有冷却水入口、冷却水出口、冷冻水入口、冷冻水出口。冷却塔11的出水口依次通过第二冷却水供水管12、冷水机组7的冷却水入口、冷 水机组7的冷却水出口、冷却水泵9、第二冷却水回水管10与冷却塔进水口连接。冷水机组7的冷冻水出口通过冷冻水泵8与第一冷却水供水管5连接。第一冷却水回水管6的另一端与冷水机组7的冷冻水入口连接。水冷分离式热管 设备由蒸发器1，蒸汽管2、水冷式冷凝器3、液体管4组成，蒸发器1位于水冷式冷凝器3下 方，蒸汽管2连通水冷式冷凝器3和蒸发器1的上部，液体管4连通水冷式冷凝器3和蒸发 器1的下部。水冷分离式热管设备内充注循环工质，循环工质在机房13内的蒸发器1中为液 态，在机房外的水冷式冷凝器3为气态。当机房内的热空气流过蒸发器1时，被冷却成低温 空气后，送入机房内的机柜，同时蒸发器1中的液态循环工质吸热蒸发，变成气态工质，沿 蒸汽管2流动到水冷式冷凝器3中，将热量传递给冷冻水后，冷凝成为液态，从液体管回流 到蒸发器1中；被循环工质加热后的冷冻水由第一冷却水回水管6流向冷水机组7，冷冻水 在冷水机组7中将热量传递到冷却水中，变成温度较低的冷冻水，从冷水机组7的冷冻水出 口输出，经过冷冻水泵8后，从第一冷却水供水管5流向水冷式冷凝器3，冷却分离式热管。被冷水机组7加热后的冷却水通过冷却水泵9和第二冷却水供水管10流向冷却 塔11，将热量释放到环境中后温度降低，从第二冷却水供水管12流向高温冷水机组7，如此 往复，将机房内的热量迅速传递至室外环境中。多个水冷分离式热管设备按照机房的气流组织方式布置在机房中需要冷却的地 方，这些水冷分离式热管设备的水冷式冷凝器以串联或者并联的方式接入冷冻水管路系 统。本实用新型的分布式水冷分离式热管排热系统中的蒸发器和冷凝器中所使用的循环工质采用R22、R134a或者R410a。冷冻水和冷却水可以为纯水，或者是加入防冻液的 水溶液。循环工质和冷冻水在水冷式冷凝器3中换热时，循环工质和水完全隔离。水冷式 换热器可以是板式换热器或者是管壳式换热器。在冷却塔出水管上安装有过滤器，以确保 进入高温冷水机组的水质清洁，避免发生堵塞。图3为本实用新型的分布式水冷分离式热管排热系统的第三实施例的结构示意 图。如图3所示，第三实施例的结构与第二实施例的结构大致相同，其在第二实施例的基础 上，进一步包括第一三通阀14和第二三通阀13。冷却塔11的出水口依次通过第二冷却水回水管12、冷水机组7的冷却水入口、冷 水机组7的冷却水出口、冷却水泵8、第二三通阀13、第二冷却水回水管10与冷却塔11的 进水口连接。冷却塔11的出水口还通过连接管19与第一三通阀14连接。冷水机组7的冷冻水出口依次通过第一三通阀14、冷冻水泵9与第一冷却水供水 管5的另一端连接，第一冷却水回水管6的另一端与冷水机组7的冷冻水入口连接。第一冷却水回水管6的另一端还通过第二连接管20与第二三通阀13连接。优选地，第一三通阀14具有第一入口、第二入口和第一出口。冷水机组7的冷冻 水出口通过连接管15与第一入口连接，冷却塔11的出水口通过第一连接管19与第二入口 连接，冷冻水泵9通过连接管17与第一出口连接，第一三通阀14的第一出口择一地与第一 入口、第二入口连通。第二三通阀13具有第三入口、第四入口和第二出口，第二冷却水回水管10与第二 出口连接，冷却水泵8通过连接管16与第三入口连接，第一冷却水回水管6的另一端通过 连接管20与第四入口连接，第二三通阀13的第二出口择一地与第三入口、第四入口连通。水冷分离式热管设备由蒸发器1，蒸汽管2、水冷式冷凝器3、液体管4组成，蒸发器 1位于水冷式冷凝器3下方，蒸汽管2连通水冷式冷凝器3和蒸发器1的上部，液体管4连 通水冷式冷凝器3和蒸发器1的下部。水冷分离式热管设备内充注循环工质，循环工质在机房内的蒸发器1中为液态， 在机房18外的水冷式冷凝器3为气态。当机房18内的热空气流过蒸发器1时，被冷却成 低温空气后，送入机房18内的机柜，同时蒸发器1中的液态循环工质吸热蒸发，变成气态工 质，沿蒸汽管2流动到水冷式冷凝器3中，将热量传递给冷冻水或者冷却水后，冷凝成为液 态，从液体管回流到蒸发器1中。在第一冷冻水供水管5与第一冷冻水回水管6之间串联或并联若干个水冷分离式 热管设备。在本实施例中，还可进一步包括用于分别控制第一三通阀14和第二三通阀13通 断的控制器、以及用于检测机房内外温度的温度计。当温度计检测机房外温度高于机房内温度时，由冷却塔11出来的冷却水比室内 温度高，不能直接冷却水冷式分离式热管，此时控制器控制第二三通阀13的第二出口与第 三入口导通，第四入口关闭，则关闭连接管20关闭，第二冷却水回水管10和连接管16连 通。且控制器控制第一三通阀14的第一入口与第一出口导通，第二入口关闭，则连接管19 关闭，连接管15和连接管17连通。此时，冷却水泵8和冷冻水泵9启动，冷水机组7启动， 冷却塔11为高温冷水机组7提供冷源，用冷水机组7产生的冷冻水来冷却水冷式分离式热 管。[0078]当温度计检测机房外气温比机房内温度低时，冷却塔11出来的冷却水温度低于 机房18的室内温度，可以直接使用冷却水来冷却水冷分离式热管。这时控制器控制第二三 通阀13的第二出口与第四入口导通，第二入口关闭，则连接管16关闭，第二冷却水回水管 10和连接管20连通。且控制器控制第一三通阀14的第二入口与第一出口导通，第一入口 关闭，则连接管15关闭，连接管19和连接管17连通，冷却水泵8停机，冷冻水泵9启动，高 温冷水机组7停机。多个水冷分离式热管设备按照机房的气流组织方式布置在机房中需要冷却的地 方，这些水冷分离式热管设备的水冷式冷凝器以串联或者并联的方式接入冷冻水供水管5、 冷冻水回水管6之间。图4为本实用新型的分布式水冷分离式热管排热系统的第四实施例的结构示意 图。如图4所示，第四实施例的结构与第三实施例的结构大致相同，其在第三实施例的基础 上，进一步包括中间换热器21和第二冷却水泵M。通过中间换热器使冷却塔的开式冷却水循环与冷水机组及冷却冷凝器的闭式水 循环隔离，可减少整个系统的维护量。水冷分离式热管的循环工质采用R22、R13^或者R410a。冷冻水和冷却水可以为 纯水，或者是加入防冻液的水溶液。循环工质和冷却水或冷冻水在水冷式冷凝器3中换热 时，循环工质和水完全隔离。水冷式换热器可以是板式换热器、套管式换热器或者是管壳式 换热器。在冷却塔11出水管上安装有过滤器，以确保进入水冷式冷凝器或水冷机组7的水 质清洁，避免发生堵塞。从以上实施例可以看出，本实用新型采用了水冷式的分离式热管，该设备通过室 内的蒸发器吸热，室外的水冷式冷凝器排热，当室内温度高于水冷式冷凝器的冷冻水温度 的时候，热管将室内的热量排放到冷冻水中；当室内温度高于冷却水的温度时，水冷式分离 式热管可以直接使用冷却水作为冷源。水冷分离式热管设备使用分布式的安装，可以灵活 的安排热管设备的安装位置，按需供冷，有效的避免机房内的局部过热的现象，有效的提高 了室外自然冷源的利用价值。同时，避免了直接将液体冷却介质或者室外空气直接引入机 房而带来的安全隐患。另外，实施例三提供的一种高效节能的分布式水冷分离式热管排热系统采用了 性能稳定的分离式热管排热设备作为机房的供冷末端，使用冷水机组和冷却塔直接供冷的 双系统供冷方式，有效的提高了室外自然冷源的利用价值，是一种高效、安全、节能的机房 排热系统。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本 实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型 保护的范围之内。
权利要求1. 一种分布式水冷分离式热管排热系统，其特征在于，包括一个冷却塔、多个一一对应 的蒸发器和冷凝器、第一冷却水回水管、以及第一冷却水供水管；所述多个蒸发器均设置于机房内；每个一一对应的蒸发器和冷凝器闭环循环连接；所述冷却塔具有进水口和出水口；每个冷凝器的出水口均连接至所述第一冷却水回水管的一端，所述第一冷却水回水管 的另一端与所述冷却塔的进水口连接；每个冷凝器的进水口均连接至所述第一冷却水供水管的一端，所述第一冷却水供水管 的另一端与所述冷却塔的出水口连接；每个所述冷凝器的整体位置高于与其对应的蒸发器的位置。
2.根据权利要求1所述的分布式水冷分离式热管排热系统，其特征在于，进一步包括 冷却水泵，所述第一冷却水供水管的另一端通过冷却水泵与所述冷却塔的出水口连接。
3.根据权利要求1所述的分布式水冷分离式热管排热系统，其特征在于，进一步包括 冷水机组、冷却水泵、冷冻水泵、第二冷却水回水管和第二冷却水供水管；所述冷水机组具有冷却水入口、冷却水出口、冷冻水入口、冷冻水出口 ； 所述冷却塔的出水口依次通过第二冷却水供水管、冷水机组冷却水入口、冷水机组冷 却水出口、冷却水泵、第二冷却水回水管与所述冷却塔进水口连接；所述冷水机组冷冻水出口依次通过第一冷却水供水管、冷冻水泵、第一冷却水回水管 与所述冷水机组冷冻水入口连接。
4.根据权利要求3所述的分布式水冷分离式热管排热系统，其特征在于，进一步包括 第一三通阀和第二三通阀；所述冷却塔的出水口依次通过第二冷却水供水管、冷水机组、冷却水泵、第二三通阀与 所述第二冷却水回水管的另一端连接；所述冷却塔的出水口还通过第一连接管与所述第一三通阀连接； 所述冷冻机组的冷冻水出口依次通过第一三通阀、冷冻水泵、与第一冷却水供水管的 另一端连接；所述冷冻机组的冷冻水入口与第一冷却水回水管的另一端连接； 所述第一冷却水回水管的另一端还通过第二连接管与所述第二三通阀连接。
5.根据权利要求3所述的分布式水冷分离式热管排热系统，其特征在于，所述第一三 通阀具有第一入口、第二入口和第一出口，所述冷水机组与所述第一入口连接，所述冷却塔 的出水口与所述第二入口连接，所述冷冻水泵与所述第一出口连接，所述第一出口择一地 与第一入口、第二入口连通；所述第二三通阀具有第三入口、第四入口和第二出口，所述第一冷却水回水管与所述 第三入口连接，所述冷却水泵与所述第四入口连接，所述第二冷却水回水管的另一端与所 述第二出口连接，所述第二出口择一地与第三入口、第四入口连通。
6.根据权利要求3所述的分布式水冷分离式热管排热系统，其特征在于，进一步包括 中间换热器和第二冷却水泵；所述中间换热器为板式换热器、管壳式换热器或者套管式换热器，其冷却侧与冷却塔 和第二冷却水泵相连，被冷却侧的出口与冷水机组和第一冷却水供水管连通，被冷却侧的入口与第二三通阀的出口连通。
7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的分布式水冷分离式热管排热系统，其特 征在于，该排热系统的蒸发器、冷凝器中的循环工质为R22、R134a或R410a中的任意一种。
8.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的分布式水冷分离式热管排热系统，其特 征在于，该排热系统的冷却水和冷冻水为纯净水、或防冻液的水溶液中的任意一种。
9.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的分布式水冷分离式热管排热系统，其特 征在于，所述冷却塔的出水口具有过滤器。
10.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的分布式水冷分离式热管排热系统，其特 征在于，所述冷凝器为板式换热器、套管式换热器或者壳管式换热器。
专利摘要本实用新型提供了一种分布式水冷分离式热管排热系统，包括一个冷却塔、多个一一对应的蒸发器和冷凝器、第一冷却水回水管、以及第一冷却水供水管；所述多个蒸发器均设置于机房内；每个一一对应的蒸发器和冷凝器循环封闭连接；所述冷却塔具有进水口和出水口；每个冷凝器的出水口均连接至所述第一冷却水回水管的一端，所述第一冷却水回水管的另一端与所述冷却塔的进水口连接；每个冷凝器的进水口均连接至所述第一冷却水供水管的一端，所述第一冷却水供水管的另一端与所述冷却塔的出水口连接。本实用新型的分布式水冷分离式热管排热系统，能够有效地利用室外自然冷源降低机房空调能耗，降低维护成本，实现安全节能。
文档编号F24F13/30GK201852229SQ201020502518
公开日2011年6月1日 申请日期2010年8月23日 优先权日2010年8月23日
发明者李震, 江亿, 钟志鹏 申请人:北京纳源丰科技发展有限公司