节能高效机房冷却机组的制作方法

1.本实用新型为机房冷却机组，特别涉及节能高效机房冷却机组，属于机房冷却技术领域。


背景技术：

2.当今大型的计算机数据交换中心，网络业务和网管系统都采用体积更小、速度更快、功能更强大的刀片式服务器、网络交换机等电子设备应用在越来越小的空间里。以往一个机房的设备现在被压缩到一个机架中，极大地提高了设备的热流密度，因此需用有效的保障设备运行的最大可靠性的方案势在必行。传统的机房空调已经无法满足使用要求,迫切需要一种设备满足当今计算机数据交换中心。
3.专利公开号为cn 204557361 u、申请号为2015202925346、发明名称为“一种机柜服务器背板式热管散热装置”公开了一种冷冻水空调装置，对机房的计算机设备进行冷却，即采用低温冷冻水通过水冷换热器带走机房热负荷，会导致引入机房的水经常出现泄漏、爆管等现象，使电脑服务器短路甚至烧毁，存在安全隐患，同时对当今大型计算机数据交换中心的网络交换机的压缩机架引进水管冷却明显是大小不相匹配。
4.同时，上述专利的机柜背板热管换热单元中，计算机柜体与机柜背板热管风机还是没有完全紧密贴合，使热交换的效果受到影响。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是针对上述现有技术中，空间布局不合理、节能不明显、效率不高的缺陷，提供了一种节能高效机房冷却机组，可以达到使用安全、节省配套空间、节约能源、提高冷却效率的目的。
6.为了实现上述目的本实用新型采取的技术方案是：节能高效机房冷却机组，包括换热动力单元和热管式换热单元组，所述换热动力单元包括自然冷却塔机组、自然冷驱动泵、冷冻水机组、冷冻水驱动泵、水管、球阀a、自然冷源换热器、球阀b、强制冷源换热器、球阀c、储能液罐、球阀d、过滤器、球阀e、减震管a、冷媒驱动泵、减震管b、干燥过滤器、单向阀、内循环电磁阀、球阀f、外循环电磁阀、球阀g、冷媒管、若干压力传感器、若干温度传感器和控制器；所述自然冷源换热器包括设置在自然冷源换热器内的换热盘管a，所述强制冷源换热器包括设置在强制冷源换热器的换热盘管b；
7.所述自然冷却塔机组、自然冷驱动泵与换热盘管a以水管顺次连接、相串联，组成自然冷却水回路；自然冷源换热器是根据室外环境温度稍高于设定冷媒温度情况，判断进行自然冷却，自然冷源换热器内通过低温的冷却水和冷媒进行热交换，在自然冷驱动泵驱动下，自然冷却水能在自然冷却水回路中流动，经自然冷却塔机组冷却的水至换热盘管a时，对流经自然冷源换热器的热管冷煤气进行降温为热管冷煤液；室外环境温度越低自然冷却所达到的效果越好，自然冷却水的水温接近冷冻水温度时，能满足换热动力单元所需要的换热量，大幅度节约能源；
8.所述冷冻水机组、冷冻水驱动泵与换热盘管b以水管顺次连接、相串联，组成冷冻水回路；强制冷源换热器是根据室外环境温度明显高于设定冷媒温度情况，判断进行强制冷却，强制冷源换热器内通过低温的冷却水和冷媒进行热交换，强制冷源换热器是使用风冷风水机组或水冷冷水机组产生的冷冻水作为冷源，在强制冷源换热器与冷媒进行热交换；冷冻水回路中，在冷冻水驱动泵驱动下，冷冻水能在冷冻水回路中流动，经冷冻水机组冷却的水至换热盘管b时，对流经强制冷源换热器的热管冷煤液进行进一步降温；
9.所述球阀a、自然冷源换热器、球阀b、强制冷源换热器、球阀c、储能液罐、球阀d、过滤器、球阀e、减震管a、冷媒驱动泵、减震管b、干燥过滤器、单向阀、外循环电磁阀、球阀g以冷媒管顺次连接、组成冷媒外循环左回路；
10.所述内循环电磁阀、球阀f串联后，内循环电磁阀的进口端与单向阀的出口端相连接，球阀f的出口端与自然冷源换热器的进口端相连接；所述自然冷源换热器、球阀b、强制冷源换热器、球阀c、储能液罐、球阀d、过滤器、球阀e、减震管a、冷媒驱动泵、减震管b、干燥过滤器、单向阀、内循环电磁阀、球阀f以冷媒管顺次连接，球阀f又以冷媒管与自然冷源换热器的进口端连接、组成冷媒内循环回路；
11.热管式换热单元组包括并联连接的1台以上热管式换热单元，每台热管式换热单元包括冷媒流量调节阀、热端换热器组件和若干温度传感器；每台热管式换热单元的冷媒流量调节阀和热端换热器以冷媒管串联后，所有热管式换热单元又以冷媒管互相并联组成冷媒外循环右回路；冷媒外循环左回路以冷媒管通过球阀g、经冷媒外循环左回路出口与冷媒外循环右回路进口连接，冷媒外循环右回路以冷媒管经冷媒外循环右回路出口和冷媒外循环左回路进口、通过球阀b与冷媒外循环左回路连接，从而组成冷媒外循环回路；
12.每个热端换热器组件包括壳体、热端换热器和若干冷却风扇，所述热端换热器和若干冷却风扇设置在壳体内；所述壳体为立式扁形长方体，壳体厚10-20mm。所述壳体后面设置有若干紧密排列的冷却风扇安装孔，所述冷却风扇安装孔按若干列、若干排紧密排列，若干冷却风扇分别设置在若干冷却风扇安装孔内，热端换热器后面紧靠在若干冷却风扇上，热端换热器前面紧靠在计算机柜设备上；
13.操作步骤为：
14.(1)采样室外温度、冷媒进出温度、压力，设定冷媒温度、压力；
15.(2)室外温度≤设定冷媒温度时，关闭外循环电磁阀，开启内循环电磁阀，开启自然冷驱动泵和自然冷却塔机组，回路工作，使得冷媒温度到达设定值；
16.(3)室外温度＞设定冷媒温度时，关闭外循环电磁阀，开启内循环电磁阀，开启冷冻水泵和冷冻水机组，冷冻水回路工作，使得冷媒温度到达设定值；
17.(4)调节比例三通调节阀，当冷媒温度≤设定温度时，比例三通调节阀调小，当冷媒温度＞设定温度时，比例三通调节阀调大；
18.(5)采样机柜内环境和冷媒进温度、冷媒出温度，计算机柜温度＞设定温度；
19.(6)关闭内循环电磁阀，开启外循环电磁阀，通过冷媒外循环左回路出口和冷媒外循环右回路进口向热管式换热单元提供低温液态的冷媒，通过冷媒管道、低温液态的冷媒输送到热管式换热单元；
20.(7)打开送风机，打开冷媒流量调节阀，液态的冷媒在热端换热器内部，遇到外部计算机柜设备释放的热空气，液态冷媒吸收热量气化成气态，从而降低了计算机柜设备空
间热空气的温度；
21.(8)设置在每台热管式换热单元内部的冷媒流量调节阀，能对该热管式换热单元内部的冷媒进行流量控制，热管式换热单元根据外部计算机柜设备的热量变换动态、以冷媒流量调节阀调整冷媒流量，到达冷热动态平衡；
22.(9)经各热管式换热单元的热管冷媒液在吸热后变为热管冷媒气、汇聚到冷媒外循环右回路出口，再经冷媒外循环左回路进口、球阀a后，进入自然冷源换热器，此时，冷媒温度高于设定温度，再从步骤(1)开始，进行新一轮循环，如此循环往复进行机房冷却机组的工作。
23.还包括比例三通调节阀，所述比例三通调节阀包括a端、b端和ab端，所述a端与冷冻水驱动泵的出口相连通，所述b端与换热盘管b的进口相连通，所述ab端与换热盘管b的出口相连通；通过比例三通调节阀控制冷媒温度，使冷媒温度小于等于设定温度，并避免冷媒温度过低；冷媒温度过低会使输送管道表面产生凝结水不利于机房的运行安全。
24.所述减震管a进口处和减震管b出口处各设置有1个压力传感器，所述自然冷源换热器进口处、换热盘管a出口处、自然冷却塔机组、换热盘管a进口处、强制冷源换热器进口处、换热盘管b出口处、换热盘管b进口处、减震管a进口处和减震管b出口处各设置有1个温度传感器。
25.所述自然冷驱动泵、冷冻水驱动泵、冷媒驱动泵、比例三通调节阀、球阀a至f、若干压力传感器和若干温度传感器均与控制器电连接，控制器在接收到各传感器信号后，能自动指令各驱动泵、比例三通调节阀和球阀进行启闭和调节，控制器为常规技术，详情不再赘述。
26.所述储能液罐一侧设置有液位传感器，所述液位传感器与控制器电连接。
27.每台热管式换热单元包括3个温度传感器，3个温度传感器分设在热端换热器进口端、热端换热器出口端和热端换热器所对应的设备所在空间；每个热端换热器组件包括8台冷却风扇，8台冷却风扇分为2列、4排紧密排列。
28.所述热管式换热单元组包括180台热管式换热单元。
29.所述热管式换热单元组包括256台热管式换热单元。
30.热端换热器包括冷媒液管、换热翅片和冷媒气管，所述冷媒液管呈l形、在热端换热器组件的左侧和下部，所述冷媒气管在热端换热器组件的上部，所述换热翅片在冷媒液管和冷媒气管之间，所述冷媒液管上端为冷媒液进口，冷媒气管一侧上端为冷媒气出口；制冷剂在冷媒液管底部吸收热量气化相变成气体，经换热翅片和冷媒气管、再从冷媒气出口排出；计算机柜设备的热风在冷却风扇作用下，高速流向换热翅片，计算机柜设备产生的大量热量快速地被冷媒所吸收，产生计算机柜设备的高效散热效果。
31.所述热端换热器组件的壳体厚15mm。
32.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
33.(1)使用安全、节省配套空间：研发出基于热管技术的机房空调机组，在机房热交换中采用的低压冷媒在常温下会转变成气态，这使得机房中的精密电子设备更安全，泵循环冷媒系统消除了漏水对it设备所造成的安全隐患；该模块化驱动泵循环制冷系统中所采用的环保冷媒，这是一种无毒的解决方案，即使发生泄漏，也不会对it设备造成任何影响，并且其臭氧层潜在消耗为零；这种设备采用高密度架构可节省空间，有助于提高现有数据
中心环境的灵活性与可适应性；换热动力单元和热管式换热单元系统的灵活配置真正实现了模块化的扩容，为整个机房制冷系统提供更大、更简便的冗余；换热动力单元和热管式换热单元系统终端体积小，不占用地板空间，相对只用传统机房专用空调，换热动力单元和热管式换热单元系统的加入大大提高的机房面积的使用率。
34.(2)节约能源、提高冷却效率：设计了结构独特的壳体为立式扁形长方体的热端换热器组件，背板模块化设计、变速风扇和流量控制，为了高热密度制冷需求，换热动力单元和热管式换热单元系统将冷量直接送到机房最需要制冷的热点，而且相对传统的机房专用空调节省电能；它可以安装在机柜背面或固定于热通道，制冷终端更靠近发热设备，100％显冷量设计全部用于设备降温，大幅降低机房的能耗；换热动力单元采用自然冷源换热器和强制冷源换热器双冷却换热器，在秋末春初的5-6个月室外环境温度低的情况下可以采用自然冷源换热器独立冷却或自然冷源换热器和强制冷源换热器同时运行冷却，在此环境下可以相比采用强制冷源换热可以降低约80％以上的能耗。全年能耗约降低30％。对室外环境温度低周期长的地区节能效果更加明显。
附图说明
35.图1是：换热动力单元结构模型图；
36.图2是：热管式换热单元组结构模型图；
37.图3是：热端换热器组件立体图；
38.图4是：热端换热器主视图；
39.图5是：换热动力单元控制流程图；
40.图6是：热管式换热单元组控制流程图。
41.附图标记说明：换热动力单元1、自然冷却塔机组101、自然冷驱动泵102、冷冻水机组103、冷冻水驱动泵104、水管105、球阀a 106、自然冷源换热器107、球阀b 108、强制冷源换热器109、球阀c 1010、储能液罐1011、液位传感器1011-1、球阀d 1012、过滤器1013、球阀e 1014、减震管a 1015、冷媒驱动泵1016、减震管b 1017、干燥过滤器1018、单向阀1019、内循环电磁阀1020、球阀f 1021、外循环电磁阀1022、球阀g 1023、冷媒管1024、压力传感器1025、温度传感器1026、换热盘管a 1027、换热盘管b 1028、热管式换热单元2、冷媒流量调节阀201、热端换热器组件202、壳体20201、热端换热器20202、冷媒液管20202-1、换热翅片20202-2、冷媒气管20202-3、冷媒液进口20202-4、冷媒气出口20202-5、冷却风扇20203、比例三通调节阀3、a端301、b端302、ab端303、冷媒外循环左回路进口4、冷媒外循环左回路出口5、冷媒外循环右回路进口6、冷媒外循环右回路出口7。
具体实施方式
42.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
43.实施例1：
44.如图1至图6所示，节能高效机房冷却机组，如图1和图2所示，包括换热动力单元1
和热管式换热单元组，所述换热动力单元1包括自然冷却塔机组101、自然冷驱动泵102、冷冻水机组103、冷冻水驱动泵104、水管105、球阀a 106、自然冷源换热器107、球阀b 108、强制冷源换热器109、球阀c 1010、储能液罐1011、球阀d 1012、过滤器1013、球阀e 1014、减震管a 1015、冷媒驱动泵1016、减震管b 1017、干燥过滤器1018、单向阀1019、内循环电磁阀1020、球阀f 1021、外循环电磁阀1022、球阀g 1023、冷媒管1024、若干压力传感器1025、若干温度传感器1026和控制器(图中未显示)；所述自然冷源换热器107包括设置在自然冷源换热器107内的换热盘管a 1027，所述强制冷源换热器109包括设置在强制冷源换热器109的换热盘管b 1028；
45.所述自然冷却塔机组101、自然冷驱动泵102与换热盘管a 1027以水管105顺次连接、相串联，组成自然冷却水回路；自然冷源换热器107是根据室外环境温度稍高于设定冷媒温度情况，判断进行自然冷却，自然冷源换热器107内通过低温的冷却水和冷媒进行热交换，在自然冷驱动泵102驱动下，自然冷却水能在自然冷却水回路中流动，经自然冷却塔机组101冷却的水至换热盘管a 1027时，对流经自然冷源换热器107的热管冷煤气进行降温为热管冷煤液；室外环境温度越低自然冷却所达到的效果越好，自然冷却水的水温接近冷冻水温度时，能满足换热动力单元1所需要的换热量，大幅度节约能源；
46.所述冷冻水机组103、冷冻水驱动泵104与换热盘管b 1028以水管105顺次连接、相串联，组成冷冻水回路；强制冷源换热器109是根据室外环境温度明显高于设定冷媒温度情况，判断进行强制冷却，强制冷源换热器109内通过低温的冷却水和冷媒进行热交换，强制冷源换热器109是使用风冷风水机组或水冷冷水机组产生的冷冻水作为冷源，在强制冷源换热器109与冷媒进行热交换；冷冻水回路中，在冷冻水驱动泵104驱动下，冷冻水能在冷冻水回路中流动，经冷冻水机组103冷却的水至换热盘管b 1028时，对流经强制冷源换热器109的热管冷煤液进行进一步降温；
47.所述球阀a 106、自然冷源换热器107、球阀b 108、强制冷源换热器109、球阀c 1010、储能液罐1011、球阀d 1012、过滤器1013、球阀e 1014、减震管a 1015、冷媒驱动泵1016、减震管b 1017、干燥过滤器1018、单向阀1019、外循环电磁阀1022、球阀g 1023以冷媒管1024顺次连接、组成冷媒外循环左回路；
48.所述内循环电磁阀1020、球阀f 1021串联后，内循环电磁阀1020的进口端与单向阀1019的出口端相连接，球阀f 1021的出口端与自然冷源换热器107的进口端相连接；所述自然冷源换热器107、球阀b 108、强制冷源换热器109、球阀c 1010、储能液罐1011、球阀d 1012、过滤器1013、球阀e 1014、减震管a 1015、冷媒驱动泵1016、减震管b 1017、干燥过滤器1018、单向阀1019、内循环电磁阀1020、球阀f 1021以冷媒管1024顺次连接，球阀f 1021又以冷媒管1024与自然冷源换热器107的进口端连接、组成冷媒内循环回路；
49.如图1、图2所示，热管式换热单元组包括并联连接的180台热管式换热单元2，每台热管式换热单元2包括冷媒流量调节阀201、热端换热器组件202和若干温度传感器1026；每台热管式换热单元2的冷媒流量调节阀201和热端换热器20202以冷媒管1024串联后，所有热管式换热单元2又以冷媒管1024互相并联组成冷媒外循环右回路；冷媒外循环左回路以冷媒管1024通过球阀g 1023、经冷媒外循环左回路出口5与冷媒外循环右回路进口6连接，冷媒外循环右回路以冷媒管1024经冷媒外循环右回路出口7和冷媒外循环左回路进口4、通过球阀b 108与冷媒外循环左回路连接，从而组成冷媒外循环回路；
50.如图3所示，每个热端换热器组件202包括壳体20201、热端换热器20202和若干冷却风扇20203，所述热端换热器20202和若干冷却风扇20203设置在壳体20201内；所述壳体20201为立式扁形长方体，壳体20201厚15mm；所述壳体20201后面设置有若干紧密排列的冷却风扇20203安装孔，所述冷却风扇20203安装孔按若干列、若干排紧密排列，若干冷却风扇20203分别设置在若干冷却风扇20203安装孔内，热端换热器20202后面紧靠在若干冷却风扇20203上，热端换热器20202前面紧靠在计算机柜设备(图中未显示)上；
51.如图5、图6所示，操作步骤为：
52.(1)采样室外温度、冷媒进出温度、压力，设定冷媒温度、压力；
53.(2)室外温度≤设定冷媒温度时，关闭外循环电磁阀1022，开启内循环电磁阀1020，开启自然冷驱动泵102和自然冷却塔机组101，回路工作，使得冷媒温度到达设定值；
54.(3)室外温度＞设定冷媒温度时，关闭外循环电磁阀1022，开启内循环电磁阀1020，开启冷冻水泵和冷冻水机组103，冷冻水回路工作，使得冷媒温度到达设定值；
55.(4)调节比例三通调节阀3，当冷媒温度≤设定温度时，比例三通调节阀3调小，当冷媒温度＞设定温度时，比例三通调节阀3调大；
56.(5)采样机柜内环境和冷媒进温度、冷媒出温度，计算机柜温度＞设定温度；
57.(6)关闭内循环电磁阀1020，开启外循环电磁阀1022，通过冷媒外循环左回路出口5和冷媒外循环右回路进口6向热管式换热单元2提供低温液态的冷媒，通过冷媒管1024道、低温液态的冷媒输送到热管式换热单元2；
58.(7)打开送风机，打开冷媒流量调节阀201，液态的冷媒在热端换热器20202内部，遇到外部计算机柜设备释放的热空气，液态冷媒吸收热量气化成气态，从而降低了计算机柜设备空间热空气的温度；
59.(8)设置在每台热管式换热单元2内部的冷媒流量调节阀201，能对该热管式换热单元2内部的冷媒进行流量控制，热管式换热单元2根据外部计算机柜设备的热量变换动态、以冷媒流量调节阀201调整冷媒流量，到达冷热动态平衡；
60.(9)经各热管式换热单元2的热管冷媒液在吸热后变为热管冷媒气、汇聚到冷媒外循环右回路出口7，再经冷媒外循环左回路进口4、球阀a 106后，进入自然冷源换热器107，此时，冷媒温度高于设定温度，再从步骤(1)开始，进行新一轮循环，如此循环往复进行机房冷却机组的工作。
61.如图1所示，还包括比例三通调节阀3，所述比例三通调节阀3包括a端301、b端302和ab端303，所述a端301与冷冻水驱动泵104的出口相连通，所述b端302与换热盘管b 1028的进口相连通，所述ab端303与换热盘管b 1028的出口相连通；通过比例三通调节阀3控制冷媒温度，使冷媒温度小于等于设定温度，并避免冷媒温度过低；冷媒温度过低会使输送管道表面产生凝结水不利于机房的运行安全。
62.如图1所示，所述减震管a 1015进口处和减震管b 1017出口处各设置有1个压力传感器1025，所述自然冷源换热器107进口处、换热盘管a 1027出口处、自然冷却塔机组101、换热盘管a 1027进口处、强制冷源换热器109进口处、换热盘管b 1028出口处、换热盘管b 1028进口处、减震管a 1015进口处和减震管b 1017出口处各设置有1个温度传感器1026。
63.如图1所示，所述自然冷驱动泵102、冷冻水驱动泵104、冷媒驱动泵1016、比例三通调节阀3、球阀a 106至f、若干压力传感器1025和若干温度传感器1026均与控制器电连接，
控制器在接收到各传感器信号后，能自动指令各驱动泵、比例三通调节阀3和球阀进行启闭和调节，控制器为常规技术，详情不再赘述。
64.如图1所示，所述储能液罐1011一侧设置有液位传感器1011-1，所述液位传感器1011-1与控制器电连接。
65.如图2所示，每台热管式换热单元2包括3个温度传感器1026，3个温度传感器1026分设在热端换热器20202进口端、热端换热器20202出口端和热端换热器20202所对应的设备所在空间；每个热端换热器组件202包括8台冷却风扇20203，8台冷却风扇20203分为2列、4排紧密排列。
66.如图4所示，热端换热器20202包括冷媒液管20202-1、换热翅片20202-2和冷媒气管20202-3，所述冷媒液管20202-1呈l形、在热端换热器组件202的左侧和下部，所述冷媒气管20202-3在热端换热器组件202的上部，所述换热翅片20202-2在冷媒液管20202-1和冷媒气管20202-3之间，所述冷媒液管20202-1上端为冷媒液进口20202-4，冷媒气管20202-3一侧上端为冷媒气出口20202-5；制冷剂在冷媒液管20202-1底部吸收热量气化相变成气体，经换热翅片20202-2和冷媒气管20202-3、再从冷媒气出口20202-5排出；计算机柜设备的热风在冷却风扇20203作用下，高速流向换热翅片20202-2，计算机柜设备产生的大量热量快速地被冷媒所吸收，产生计算机柜设备的高效散热效果。
67.实施例2：
68.如图1至图2所示，所述热管式换热单元组包括256台热管式换热单元2。
69.余同实施例1。
70.以上所述的实施例，只是本实用新型较优选的两种实施方式，本领域的技术人员在本实用新型技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本实用新型的保护范围内。