一种数据中心热点空调制冷系统的制作方法

专利名称：一种数据中心热点空调制冷系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及空调与制冷领域，特别是数据中心热点位置的空气降温用的一种数据 中心热点空调制冷系统。
背景技术：
数据中心内安装了大量的电子设备机柜，这些机柜的结构已经标准化，可以随时 在其内添加新的电子设备，就像我们日常见到的PC(个人计算机)一样可以随时在其内添 加一些硬件设备(例如硬盘、光盘驱动器)等，只要其中还有安装空间。这些电子设备在工作时会产生热量，并且随着电子集成技术发展，这种热量越来 越集中而且越来越大，就是说在单位体积或单位面积之内所散发的热量越来越多，“刀片式 服务器”的出现更加速了这种发展趋势。2000年前后，一个19英寸服务器机柜的发热量只有0. 5kW_2kW，目前这样的一个 服务器机柜内部的总发热量已经达到3kW-7kW，少数机柜的发热量还要大很多。不过，并不是每个机柜的发热量都达到了较大的数值，而是只有其中的少量机柜 内部的发热量增加到较大的数值。当数据中心的某个或某几个机柜的发热量过大，引起其 附近的空气温度过高时，就形成了所述的“热点”。这是由于机柜发热量大所造成的热点。另外，如果原有空调系统的气流组织不好，冷空气不能送达某些局部区域，也会在 这个区域形成热点。处于热点位置的发热量较大的机柜得不到良好的冷却，这就是所谓的数据中心机 房热点问题。目前解决热点问题的方案有如下一些A将机柜的面板拆开，利用风扇直吹机柜内部电子设备或器件。这种方案对发热量 较小的机柜(发热量2kW以下的机柜)，有一定效果，但发热量更高的机柜，采用这种方法就 不行了。另外，如果机柜内部的电子设备分布不均勻时，其效果也会打折扣。尽管这种方案 很直接，也节省成本，然而其能力与应用范围有明显的局限性。B将发热量较大的机柜集中放到一起，并为这些机柜重新配置空调系统。可以理 解这种方案会引起较大的工作量、较大的投资、较长时间的安装周期。实际上，很多情况 下，还不具备重新调整机房布局的可行性。C为热点位置安装常规空调机由于常规空调机对机房的适应性不好，安装不方 便，所以应用难度大。显然，要实施这种安装，不但空调机的投资较高，安装费用也非常高， 也需要较长的安装时间，还需要专业人员的介入。D接风管定点送风从现有机房空调机的送风位置，接一根风管将冷风直接送到 热点位置，并在风管上安装风机。这种方法需要进行现场考察，根据现场的情况进行风管设 计。因此，这种方案也需要专业人员介入，有较大的现场风管及风机安装工作量，需要对风 机进行控制，投资也相对较高，实施时间也较长，很多情况下，还不具备风管安装可行性。E接风管定点抽风在过热机柜的出风口安装抽风机及抽风管，增强机柜内部的
3通风，加大通风量，降低机柜的出风量。这种方案也有一定局限性，因为有些机柜的出风口 不便于安装风管或者说机房不便于安装风管。也需要专业人员介入，实施过程时间也较长， 费用也可能比较高。F局部空气循环在热点附近的高架地板上安装一个循环风机，将地板下的冷风 更多地抽到热点位置。然而由于机房地板上的风口较多，容易造成气流短路现象，这种方案 效果大打折扣。G行业主流企业美国Libert公司提供了 “eXetreme”解决方案这是一种复杂的 解决方案，也具备一些特点。然而，系统非常复杂，成本非常高，并且主要只适应在有安装空 间的机房，对于旧机房适应性不好。还有其它一些方案，在此不再罗列。总之，这些方案都有一些缺点，甚至是很大的 缺陷。经过对热点问题的本质原因分析，经过对机房实际情况的全面了解，这里提供一 种热点解决方案，可以非常有效地解决数据中心热点问题，并且具有初投资低、运行费用 低、节能、使用灵活方便、不需要专业人员介入、即插即用等一系列特点。

发明内容
本发明的目的是提供解决数据中心热点问题的一种数据中心热点空调制冷系统， 解决了目前数据中心热点解决方案所存在的投资高、需要专业人员介入、实施周期长、使 用不灵活、系统复杂等问题。本发明的目的是通过以下技术方案来实现一种数据中心热点空调制冷系统，通过放置在机柜进风口一侧的热点空调机降低 热点位置机柜的进风温度，进而实现冷却机柜内部的电子设备；所述热点空调机是一台特 别设计的冷风机，其主要结构包括蒸发器、压缩机、冷凝器，膨胀阀，所述蒸发器、冷凝器之 间通过制冷管路连接形成回路，蒸发器通向冷凝器的制冷管路上设有压缩机，冷凝器通向 蒸发器的制冷管路上设有膨胀阀；所述蒸发器靠近机柜的一侧设有蒸发器风机，冷凝器一 侧设有冷凝风机；通过热点空调机内的蒸发器吸收热量，使得通过蒸发器的空气降温，并 通过蒸发器风机将降温后的空气送到机柜进风位置，对机柜内的电子设备进行更有效的降 温；同时，蒸发器吸收的热量在压缩机的作用下输送到冷凝器，到达冷凝器的热量通过冷凝 器排气空气之中，形成一个制冷循环，吸收冷凝器内热量的空气在风机作用下，以较高的速 度排出，排向离热点较远的地方。所述热点空调机内的蒸发器风机安装在靠近机柜进风的侧面，并且从上到下均勻 分布，使得该空调机所送出的冷风与机柜的进风面相协调，实现更好的冷却效果。所述热点空调机内配置一个控制器，全面控制空调机的运行并对空调机进行保 护。所述热点空调机内还设有冷凝水处理系统，冷凝水处理系统主要包括接水盘、水 泵和冷凝水分配器，所述接水盘设置在蒸发器下侧，接水盘内设置水位开关，接水盘的底部 连接水管一端，水管另一端连接到水泵的进水口，水泵的出水口接一根水管，所述水管的另 一端连接到冷凝器上侧的冷凝水分配器内；所述蒸发器在吸收空气中热量时产生的冷凝水 落入接水盘内，接水盘中的水在水泵作用下被抽到冷凝水分配器中，通过冷凝水分配器将冷凝水均勻分散到冷凝器的传热表面，并在冷凝器的传热表面蒸发，通过冷凝水的蒸发吸 收冷凝器内的热量，不但回收了蒸发器使空气中的水凝结时消耗的制冷量，而且还可起到 降低冷凝温度提升空调机效率的作用。该空调机带有一个温度传感器，温度传感器安放到机柜的出风口位置。所述热点空调机底部还安装移动脚轮。所述热点空调机安装于机柜的门上，所述热点空调机内的蒸发器与冷凝器可以做 成圆弧形。所述热点空调机安装在高架地板下，所述热点空调机下部安装高度调节螺钉。所述热点空调机放置在机柜的顶部。本发明所述的数据中心热点空调制冷系统的有益效果为结构设计合理、简单，不 需内、外管路，可有针对性的随时安装使用，使用方便，节约成本；冷凝水处理系统的结构设 计简单，提高了冷却效率，并降低整个冷却装置的能量消耗，提升能效比；多种热点空调机 的安装结构设计，进一步适应了不同的数据中心安装情况，有利于产品的推广。


图1是本发明实施例所述的数据中心热点空调制冷系统的结构示意图；图2是本发明实施例所述的数据中心热点空调制冷系统的原理图；图3是本发明实施例所述的数据中心热点空调制冷系统的热点空调机的结构示 意图；图4是本发明第二实施例所述的数据中心热点空调制冷系统的结构示意图；图5是本发明第三实施例所述的数据中心热点空调制冷系统的结构示意图；图6是本发明第四实施例所述的数据中心热点空调制冷系统的结构示意图。图中1、压缩机；2、风冷冷凝器；3、膨胀阀；4、蒸发器；5、蒸发器风机；6、水位开关；7、 接水盘；8、水泵；9、冷凝水分配器；10、冷凝风机；11、机柜；12、控制器；13、高度调节螺钉； 14、移动脚轮。
具体实施例方式如图1-3所示，本发明实施例所述的数据中心热点空调制冷系统，是通过放置在 机柜11 一侧的热点空调机，将房间空气(温度24°c左右)预先冷却到一个较低的温度(例 如14-16°C )，然后再送入机柜11，进而冷却机柜11内部的电子设备，而机柜11的出风口 温度也随之降低(例如降低到28-30°C )，从而解决了热点位置机柜11的“热问题”。所述的热点空调机是一台特别设计的冷风机，其主要结构包括压缩机1、风冷冷凝 器2、膨胀阀3和蒸发器4，所述蒸发器4、压缩机1、风冷冷凝器2、膨胀阀3之间通过制冷 管路连接形成回路。蒸发器4通向风冷冷凝器2的制冷管路上设有压缩机1，风冷冷凝器2 通向蒸发器4的制冷管路上设有膨胀阀3 ；所述蒸发器4靠近机柜11的一侧设有蒸发器风 机5，风冷冷凝器2 —侧设有冷凝风机10，在使用时，启动蒸发器风机5，在蒸发器风机5带 动下，室内空气穿过蒸发器4进入机柜11，当空气穿过蒸发器4时，蒸发器4吸收空气中的 热量，使得进入机柜11的空气降温并对机柜11内的电子设备进行冷却；蒸发器4吸收的热
5量在压缩机1的作用下沿制冷管路被输送到风冷冷凝器2，热量在风冷冷凝器2中再释放到 空气之中，这样形成一个制冷循环。吸收风冷冷凝器2内热量的空气在冷凝风机10作用下 以较高的速度排出到离热点位置较远的地方，甚至送到机房现有空调机的旁边。所述热点空调机内的蒸发器风机5安装在靠近机柜11的进风口的侧面，并且从上 到下均勻分布，使得热点该空调机所送出的冷风与机柜11的进风面相协调，实现更好的冷 却效果。所述热点空调机内配置一个控制器12，全面控制热点空调机的运行并对其进行保 护。所述热点空调机内还设有冷凝水处理系统，冷凝水处理系统主要包括接水盘7、水 泵8和冷凝水分配器9，所述接水盘7设置在蒸发器4下侧，接水盘7内设置水位开关6，接 水盘7的底部连接水管一端，水管另一端连接到水泵8的进水口，水泵8的出水口接一根水 管，该水管的另一端连接到冷凝器2上侧的冷凝水分配器9内；所述水泵8受水位开关6控 制，当使用时，蒸发器4在吸收空气中热量时产生的冷凝水落入接水盘7内，接水盘7中的 水位上升到水位开关6动作的时候，水泵8启动，将水抽到冷凝水分配器9中，通过冷凝水 分配器9将冷凝水均勻分散到到冷凝器2的传热表面，并在冷凝器2的传热表面蒸发，通过 冷凝水的蒸发吸收冷凝器2内的热量，不但回收了蒸发器4使空气中的水凝结时消耗的制 冷量，而且还可起到降低冷凝温度提升空调机效率的作用，当接水盘7中的水抽干后，水泵 8停止工作。所述热点空调机带有一个温度传感器，温度传感器安放到机柜11的出风口位置， 感受机柜11的出风温度；当机柜11出风温度较高时，起动热点空调机，出风温度降低到合 适的数值后，停止热点空调机的运行。所述热点空调机为整体式机组，不需要分体式机组所需要的室内外机之间的管路 连接。所述热点空调机底部还安装了移动脚轮14，以方便该机器的使用。在不使用时，热 点空调机放置在数据中心机房的某个空位(例如角落)，放置数台备用热点空调机，当出现 热点时，只需要将其中一台热点空调机移动到相应机柜11位置，插上电源后，热点空调机 就可以自动运转，没有其它任何安装工作(例如空调机安装时常有的风管连接、水管连接、 制冷剂管路连接)。上面是本发明的第1种结构实施方案，命名为移动式落地安装热点空调机，这种 结构方案可以满足大多数数据中心机房的需要。为了使用户有更多的选择，实际产品开发 之时，还可以采用下述几种结构方案。结构实施方案2 机柜门式热点空调机如图4所示，所述热点空调机安装于机柜的门上，所述机柜门式热点空调机主要 由压缩机1、冷凝器2、蒸发器4、蒸发器风机5、接水盘7、水泵8和冷凝风机10组成，所述 冷凝风机10设置在机柜门式热点空调机一侧(实际安装时远离机柜门的侧面)，蒸发器风 机5设置在机柜门式热点空调机的另一侧(实际安装时，靠近机柜门的一侧)，冷凝器2，蒸 发器4安装在机柜门式热点空调机中部，所述压缩机1、接水盘7及水泵8放置在机柜门式 热点空调机的下部；所述蒸发器与冷凝器的进风在机器的上面、侧面或底面。为了气流更顺 畅，蒸发器与冷凝器可以做成圆弧形。
结构实施方案3 高架地板式热点空调机如图5所示，所述热点空调机安装在高架地板下，所述高架地板式热点空调机主 要由压缩机1、冷凝器2、蒸发器4、蒸发器风机5、接水盘7、水泵8和冷凝风机10组成，所述 冷凝风机10安装在高架地板式热点空调机左部，冷凝风机10右侧设置冷凝器2，所述冷凝 器2进风口设置在冷凝器2右侧下方；所述冷凝器2进风口右侧设有压缩机1，压缩机1上 侧设有与机柜11的进风口相对的蒸发器风机5，蒸发器风机5与冷凝器2进风口隔开，所述 压缩机1右侧设有蒸发器4，蒸发器4下部设有接水盘7和水泵8，这种结构的热点空调机 可节约高架地板上的空间，特别适合于地板下远离机房专用空调机的位置，在这个位置，原 有机房空调机的送风量较小，空气温度较高，不利于机柜的冷却。所述高架地板式热点空调机下部安装高度调节螺钉13，通过高度调节螺钉13可 调节高架地板式热点空调机的安装高度，使空调机的上部与高架地板贴合。实施方案4 机顶式热点空调机如图6所示，所述热点空调机放置在机柜11的顶部形成机顶式热点空调机，机顶 式热点空调机主要由压缩机1、冷凝器2、蒸发器4、蒸发器风机5、接水盘7、水泵8和冷凝风 机10组成，所述机柜11顶部安装冷凝风机10，冷凝风机10出风口与机柜11出风口在同一 侧(右侧)，冷凝风机10左侧设置冷凝器2，所述冷凝器2左侧上方设有冷凝器2进风口， 冷凝器2左侧下方设有蒸发器风机5，所述蒸发器风机5与冷凝器2进风口隔开，蒸发器风 机5与机柜11的进风口相对，蒸发器风机5左侧设有接水盘7、水泵8，接水盘7上方设置 蒸发器4，这种结构的热点空调机可以起到节省机房空间的作用，适合于机房楼层较高的场
I=I O以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式
的一部份，还可以按照本 发明的方法，设计出其它类型的结构与安装方式。本领域的技术人员在本发明技术方案范 围内进行的通常变化和替换，例如将机器设计成吊天花安装的方式、各零部件相对位置进 行其它变化等等，都应包含在本发明技术方案的保护范围内。
权利要求
一种数据中心热点空调制冷系统，其特征在于通过放置在机柜进风口一侧的热点空调机降低热点位置机柜的进风温度，进而实现冷却机柜内部的电子设备；具体是通过热点空调机内的蒸发器吸收热量，使得通过蒸发器的空气降温，并通过蒸发器风机将降温后的空气送到机柜进风口，从而降低机柜的进风温度，实现对机柜内的电子设备进行降温；同时，蒸发器吸收的热量在压缩机的作用下输送到冷凝器，到达冷凝器的热量通过冷凝器排向空气之中，形成一个制冷循环，吸收冷凝器内热量的空气在风机作用下以较高风速排出，并送到离热点位置较远的地方。
2.根据权利要求1所述的数据中心热点空调制冷系统，其特征在于所述蒸发器靠近 机柜进风的一侧设有蒸发器风机，冷凝器一侧设有冷凝风机，所述热点空调机内的蒸发器 风机安装在靠近机柜进风的侧面，并且从上到下均勻分布。
3.根据权利要求1或2所述的数据中心热点空调制冷系统，其特征在于所述热点空 调机内还设有冷凝水处理系统，冷凝水处理系统主要包括接水盘、水泵和冷凝水分配器，所 述接水盘设置在蒸发器下侧，接水盘内设置水位开关，冷凝水分配器设置在冷凝器上侧，接 水盘与冷凝水分配器之间的水管上设置水泵；
4.根据权利要求1或3所述的数据中心热点空调制冷系统，其特征在于所述蒸发器 在吸收空气中热量时产生的冷凝水落入接水盘内，接水盘中的水在水泵作用下被抽到冷凝 水分配器中，通过冷凝水分配器将冷凝水均勻分散到到冷凝器的传热表面，并在冷凝器的 传热表面蒸发。
5.根据权利要求2所述的数据中心热点空调制冷系统，其特征在于所述热点空调机 底部设有移动脚轮。
6.根据权利要求1所述的数据中心热点空调制冷系统，其特征在于所述热点空调机 安装于机柜的门上，所述热点空调机内的蒸发器与冷凝器为圆弧形。
7.根据权利要求1所述的数据中心热点空调制冷系统，其特征在于所述热点空调机 安装在机柜下部的高架地板下，所述热点空调机下部安装高度调节螺钉。
8.根据权利要求1所述的数据中心热点空调制冷系统，其特征在于所述热点空调机 放置在机柜的顶部。
全文摘要
本发明涉及一种数据中心热点空调制冷系统，通过放置在机柜进风口一侧的热点空调机降低热点位置机柜的进风温度，进而实现冷却机柜内部的电子设备的方法来消除机房的热点或消除机柜内部的过热；所述热点空调机具体结构包括压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀、蒸发器风机、冷凝风机及控制器，所述热点空调机内还设有冷凝水处理系统，冷凝水处理系统由接水盘、水泵和冷凝水分配器组成，所述接水盘与冷凝水分配器之间的水管上设置水泵，通过水泵将蒸发器在吸收空气中热量时产生的冷凝水抽到冷凝水分配器中，再通过冷凝水分配器将冷凝水均匀分散到冷凝器的传热表面，并在冷凝器的传热表面蒸发。
文档编号F24F12/00GK101963378SQ20091023693
公开日2011年2月2日 申请日期2009年11月4日 优先权日2009年11月4日
发明者刘安全, 陈云水 申请人:阿尔西制冷工程技术(北京)有限公司