适用于数据中心的重力热管式复合蒸发冷凝器空调的制作方法

适用于数据中心的重力热管式复合蒸发冷凝器空调的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开的适用于数据中心的重力热管式复合蒸发冷凝器空调，包括有两级蒸发冷却-机械制冷联合空调系统和重力式热管换热器；两级蒸发冷却-机械制冷联合空调系统由两级蒸发冷却-机械制冷联合空调机组和蒸发式冷凝器连接组成；两级蒸发冷却-机械制冷联合空调机组通过送风管与数据中心大环境内架空地板上设置的送风口连接，两级蒸发冷却-机械制冷联合空调机组通过回风管与数据中心天花板内设置的排风管连接，数据中心天花板上设置有回风窗，回风窗通过风管与排风管连接；重力式热管换热器设置于数据中心机器小环境的机柜内。本实用新型的空调不仅能分别满足机房大小环境的不同温湿度要求，而且可以在提高制冷效果的同时节能。
【专利说明】适用于数据中心的重力热管式复合蒸发冷凝器空调

【技术领域】
[0001]本实用新型属于空调制冷设备【技术领域】，具体涉及一种适用于数据中心的重力热管式复合蒸发冷凝器空调。

【背景技术】
[0002]随着我国信息化的深入及快速发展，越来越多的用户需要大量的数据处理及信息交换，因此越来越多的企业开始数据中心的建设。由于越来越多的通讯设备投入运行，使得数据中心的工作负荷不断增加。数据中心内维持适合的温湿度是通讯设备稳定工作的保障，因此数据中心降温问题越来越重要。据统计，数据中心空调系统的用电量占整个数据中心的40%，传统的精密空调已经远远不能满足节能要求。
[0003]针对数据中心内设备集中区域显热量大、潜热量小，形成机器小环境，而其余区域形成数据中心大环境的特点，采用重力式热管复合蒸发式冷凝器的空调系统不仅能满足数据中心大、小环境不同的温湿度要求，还可以在提高制冷效果的同时降低能耗。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于提供一种适用于数据中心的重力热管式复合蒸发冷凝器空调，不仅能满足数据中心大、小环境不同的温湿度要求，还可以在提高制冷效果的同时降低能耗。
[0005]本实用新型所采用的技术方案是，适用于数据中心的重力热管式复合蒸发冷凝器空调，包括有两级蒸发冷却-机械制冷联合空调系统和重力式热管换热器；两级蒸发冷却-机械制冷联合空调系统由设置于数据中心内的两级蒸发冷却-机械制冷联合空调机组和设置于数据中心外的蒸发式冷凝器连接组成；两级蒸发冷却-机械制冷联合空调机组通过送风管与数据中心大环境内架空地板上设置的多个送风口连接，两级蒸发冷却-机械制冷联合空调机组通过回风管与数据中心天花板内设置的排风管连接，数据中心天花板上设置有多个回风窗，多个回风窗分别通过风管与排风管连接；重力式热管换热器设置于数据中心机器小环境的机柜内。
[0006]本实用新型的特点在于:
[0007]其中的两级蒸发冷却-机械制冷联合的空调机组，包括有机组壳体，机组壳体相对的两侧壁上分别设置有新风口、送风口，机组壳体内按新风进入后流动方向依次设置有过滤器、压入式风机、间接蒸发冷却器、蒸发器和压缩机以及直接蒸发冷却器；送风口与送风管相连接；压入式风机上方对应的机组壳体顶壁上设置有回风口，回风口与回风管相连接，回风管上设置有风阀；间接蒸发冷却器上部对应的机组壳体顶壁上设置有排风口 a。
[0008]过滤器采用粗效过滤器、中效过滤器、高中效过滤器、亚高效过滤器或高效过滤器；压入式风机采用轴流风机或离心风；压入式风机外接变频器。
[0009]其中的间接蒸发冷却器，包括有换热单元，换热单元的上方依次设置有布水器b及挡水板b，换热单元的下方设置有水箱b，水箱b通过第一供水管与布水器b连接，第一供水管上设置有循环水泵b ;直接蒸发冷却器，包括有直接蒸发冷却器填料和挡水板a，直接蒸发冷却器填料的上方设置有布水器a，直接蒸发冷却器填料和挡水板a的下方设置有水箱a，水箱a通过第二供水管与布水器a连接，第二供水管上设置有循环水泵a。
[0010]水箱b和水箱a内均设置有水质过滤器。
[0011]蒸发器的出水口处设置有膨胀阀，压缩机与蒸发式冷凝器连接，蒸发器、压缩机、蒸发式冷凝器及膨胀阀依次连接构成闭合回路，组成机械制冷系统。
[0012]蒸发式冷凝器，包括有冷凝器壳体，冷凝器壳体侧壁上设置有进风口，冷凝器壳体的顶壁上设置有排风口 b，排风口 b内设置有风机，冷凝器壳体内设置有冷却装置；冷却装置，包括有蒸发式冷凝器填料，蒸发式冷凝器填料的上方依次设置有布水器c及挡水板C，蒸发式冷凝器填料的下方依次设置有冷凝盘管及水箱C，冷凝盘管的进水端通过第一水管与蒸发器的出水口连接，冷凝盘管的出水端通过第二水管与压缩机连接，水箱C通过第三供水管与布水器C连接，第三供水管上设置有循环水泵C。
[0013]水箱c内设置有水过滤器。
[0014]重力式热管换热器的下部穿过机柜顶部隔板门并与顶部隔板门固接，重力式热管换热器由多根相互平行、竖直放置的重力式热管组成。
[0015]重力式热管，包括有管壳，管壳的下端设置有端盖，管壳外壁的中部设置有隔板；管壳内填充有工作液，管壳内的下段为蒸发段，管壳内的上段为冷凝段；重力式热管的蒸发段均置于机柜内。
[0016]本实用新型的有益效果在于:
[0017](I)本实用新型的复合蒸发冷凝器空调采用重力式热管换热技术和蒸发式冷凝技术，实现了热管模式和制冷模式相结合；同时，将蒸发冷却与机械制冷一体化，利用自然冷源与压缩机循环供冷，进一步达到节能的目的。
[0018](2)本实用新型的复合蒸发冷凝器空调能实现数据中心的全年供冷，在春秋过渡季和冬季时，以蒸发冷却模式运行；在夏季室外温度较高时，以机械制冷与蒸发冷却联合模式运行；满足数据中心温湿度需求。
[0019](3)本实用新型的适用于数据中心的重力热管式复合蒸发冷凝器空调将重力式热管换热器置于机柜顶部，重力式热管换热器作为机柜空调，重力式热管内的蒸发段吸收机柜内的热量传递到机柜外的冷凝段，稳定了机柜内的温度；同时，该机柜空调与数据中心通风方式一致，进一步优化了数据中心的气流组织。
[0020](4)本实用新型的复合蒸发冷凝器空调采用下送上回的通风方式，数据中心内设有架空地板，冷空气直接进入架空地板下，然后通过地板送风口，把冷气均匀地送入数据中心内，提高了空调效率，节省了管道费用，且使得室内布局更加美观。

【专利附图】

【附图说明】
[0021]图1是本实用新型空调的结构示意图；
[0022]图2是本实用新型空调内两级蒸发冷却-机械制冷联合空调系统的结构示意图；
[0023]图3是本实用新型空调中重力式热管的外部结构示意图；
[0024]图4是本实用新型空调中重力式热管的内部结构示意图。
[0025]图中，1.两级蒸发冷却-机械制冷联合空调机组，2.蒸发式冷凝器，3.重力式热管换热器，4.送风口，5.机柜，6.回风窗，7.排风管，8.数据中心，9.架空地板，10.数据中心天花板，11.送风管，12.回风管，13.第一水管，14.第二水管；
[0026]1-1.过滤器，1-2.压入式风机，1-3.水箱b，1-4.换热单元，1-5.循环水泵b，1-6.压缩机，1-7.循环水泵a，1-8.直接蒸发冷却器填料，1-9.水箱a，1-10.回风口，1-11.送风口，1-12.挡水板a，1-13.布水器a，1-14.蒸发器，1_15.膨胀阀，1_16.布水器b，1-17.排风口 a，1-18.挡水板b，1-19.新风口 ；
[0027]2-1.循环水泵C，2-2.冷凝盘管，2_3.蒸发式冷凝器填料，2_4.布水器c，2_5.挡水板C，2-6.排风口 b，2-7.水箱c ；
[0028]3-1.端盖，3-2.管壳，3-3.冷凝段，3-4.工作液，3-5.蒸发段，3-6.隔板。

【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型进行详细说明。
[0030]本实用新型重力热管式复合蒸发冷凝器空调结构如图1所示，包括两级蒸发冷却-机械制冷联合空调系统和重力式热管换热器3 ;两级蒸发冷却-机械制冷联合空调系统由设置于数据中心内的两级蒸发冷却-机械制冷联合空调机组I和设置于数据中心外的蒸发式冷凝器2连接组成；两级蒸发冷却-机械制冷联合空调机组I通过送风管11与数据中心大环境内架空地板9上设置的多个送风口 4连接，两级蒸发冷却-机械制冷联合空调机组I通过回风管12与数据中心天花板10内设置的排风管7连接，数据中心天花板10上设置有多个回风窗6，多个回风窗6分别通过风管与排风管7连接；重力式热管换热器3设置于数据中心机器小环境的机柜5内。
[0031]两级蒸发冷却-机械制冷联合的空调机组1，其结构如图2所示，包括有机组壳体，机组壳体相对的两侧壁上分别设置有新风口 1-19、送风口 1-11，机组壳体内按新风进入后流动方向依次设置有过滤器1-1、压入式风机1-2、间接蒸发冷却器、机械制冷系统内的蒸发器1-14和压缩机1-6、直接蒸发冷却器，送风口 1-11与送风管11相连接，压入式风机1-2上方对应的机组壳体顶壁上设置有回风口 1-10，回风口 1-10与回风管12相连接，回风管12上设置有风阀，间接蒸发冷却器上部对应的机组壳体顶壁上设置有排风口 al-17。
[0032]过滤器1-1采用的是粗效过滤器、中效过滤器、高中效过滤器、亚高效过滤器或高效过滤器。
[0033]压入式风机1-2采用的是轴流风机或离心风机，压入式风机1-2可外接变频器。
[0034]间接蒸发冷却器，其结构如图2所示，包括有换热单元1-4，换热单元1-4的上方依次设置有布水器bl-16及挡水板bl-18，换热单元1-4的下方设置有水箱bl-3，水箱bl_3内设置有水质过滤器，水箱bl-3通过第一供水管与布水器bl-16连接，第一供水管上设置有循环水泵b 1-5。
[0035]直接蒸发冷却器，包括有按空气流动方向依次设置的直接蒸发冷却器填料1-8和挡水板al-12，直接蒸发冷却器填料1-8的上方设置有布水器al-13，直接蒸发冷却器填料1-8和挡水板al-12的下方设置有水箱al-9，水箱al_9内设置有水质过滤器，水箱al_9通过第二供水管与布水器al-13连接，第二供水管上设置有循环水泵al-7。
[0036]直接蒸发冷却器填料1-8采用的是有机填料、无机填料、天然植物纤维填料或金属填料。挡水板al-12与直接蒸发冷却器填料1-8的材质相同，采用的是有机填料、无机填料、天然植物纤维填料或金属填料。
[0037]布水器bl-16和布水器al-13结构相同，均由喷淋管和均匀设置于喷淋管上的多个喷嘴组成。
[0038]蒸发器1-14的出水口处设置有膨胀阀1-15，蒸发器1_14依次与压缩机1_6、蒸发式冷凝器2及膨胀阀1-15连接构成闭合回路，组成机械制冷系统。
[0039]蒸发式冷凝器2，其结构如图2所示，包括有冷凝器壳体，冷凝器壳体侧壁上设置有进风口，冷凝器壳体的顶壁上设置有排风口 b2-6，排风口 b2-6内设置有风机，冷凝器壳体内设置有冷却装置；冷却装置，包括有蒸发式冷凝器填料2-3，蒸发式冷凝器填料2-3的上方依次设置有布水器c2-4及挡水板c2-5，蒸发式冷凝器填料2-3的下方依次设置有冷凝盘管2-2及水箱c2-7，冷凝盘管2-2的进水端通过第一水管13与蒸发器1_14的出水口连接，冷凝盘管2-2的出水端通过第二水管14与压缩机1-6连接，水箱c2-7内设置有水过滤器，水箱c2-7通过第三供水管与布水器c2-4连接，第三供水管上设置有循环水泵c2-l。
[0040]蒸发式冷凝器填料2-3采用的是有机填料、无机填料、天然植物纤维填料或金属填料。
[0041]重力式热管换热器3由多根相互平行、竖直放置的重力式热管组成；重力式热管，如图3所示，包括有管壳3-2，管壳3-2的下端设置有端盖3-1，管壳3-2外壁的中部设置有隔板3-6，如图4所示，管壳3-2内填充有工作液3-4 (遇热后能够蒸发汽化的液体)，管壳3-2内的下段为蒸发段3-5，管壳3-2内的上段为冷凝段3-3，隔板36用于支撑管壳3_2和从管壳3-2外部分辨蒸发段3-5和冷凝段3-3。
[0042]重力式热管换热器3的下部穿过机柜5顶部隔板门并与顶部隔板门固接，重力式热管换热器3内所有重力式热管的蒸发段3-5置于机柜5内。
[0043]重力式热管换热器3的工作原理如下:
[0044]重力式热管换热器3穿过机柜5顶部隔板门，可以作为机柜空调，所有重力式热管的蒸发段3-5均置于机柜5内，每根重力式热管的蒸发段3-5必须位于冷凝段3-3的下部，且依靠隔板3-6支撑。如图4所示，蒸发段3-5吸收机柜5的热量后使得工作液3-4蒸发汽化，并上升传递到置于机柜5外部的冷凝段3-3，这样就利于机器小环境中的热量能及时的散发到周围大环境中，稳定了机柜5内的温度。
[0045]本实用新型重力热管式复合蒸发冷凝器空调的工作过程如下:
[0046]数据中心全年供冷运行，分为数据中心大环境供冷和数据中心小环境供冷。
[0047](I)数据中心大环境供冷:
[0048]当夏季温度较高时，采用开启间接蒸发冷却器、机械制冷系统、直接蒸发冷却器的处理方式；
[0049]在过度季节，采用开启间接蒸发冷却器与直接蒸发冷却器的处理方式；
[0050]在冬季，则采用开启直接蒸发冷却器的处理方式。
[0051]其中，间接蒸发冷却器的一次空气在夏季为新回风混合或者全回风；过渡季节为全新风；冬季为新回风混合。通过送风管11送入数据中心内。
[0052]重力式热管换热器3及蒸发式冷凝器2为本实用新型复合蒸发冷凝器空调内两大核心部件。
[0053](2)机器小环境供冷:
[0054]全年运行，重力式热管换热器3内的工作液3-4吸收热量后蒸发，蒸发产生的蒸汽会不断流到冷凝段3-3，蒸汽在冷凝段3-3放出热量变成液体，在重力式热管重力的作用下又流回蒸发段3-5，并再次蒸发，如此周而复始不断循环。
[0055]本实用新型重力热管式复合蒸发冷凝器空调，其水系统工作过程如下:
[0056]在间接蒸发冷却器中，水箱bl-3中的循环水通过循环水泵bl-5送到布水器bl-16,由布水器bl-16内的喷嘴喷淋至间接蒸发冷却器的垂直流向的湿通道，最后回到水箱bl-3中，如此不断循环。
[0057]在直接蒸发冷却器中，水箱al-9中的循环水通过循环水泵al_7送到布水器al-13,由布水器al-13喷淋至直接蒸发冷却器填料1_8的上方，最后回到水箱al_9中，如此不断循环。
[0058]在蒸发式冷凝器2中，水箱c2_7中的循环水通过循环水泵c2_l送到布水器c2_4，由布水器c2-4内的喷嘴喷淋至蒸发式冷凝器填料2-3的上方，最后回到水箱c2-7中，如此不断循环。
[0059]本实用新型重力热管式复合蒸发冷凝器空调，其机械制冷系统内制冷剂循环过程如下:
[0060]机械制冷系统中压缩机1-6排出的过热高压制冷剂气体经过蒸发式冷凝器2中的冷凝盘管2-2，使高温气态的制冷剂与冷凝盘管2-2外的喷淋水和空气进行热交换，即气态制冷剂由上口进入冷凝盘管2-2后自上而下逐渐被冷凝为高压的液态制冷剂；高压的液态制冷剂经膨胀阀1-15节流降压后进入蒸发器1-14，液体制冷剂吸收空气热量而蒸发变为低温低压的制冷剂气体，之后该制冷剂气体再次被压缩机1-6吸入进行压缩，制冷剂如此不断的进行压缩、冷凝、节流、蒸发的循环。
[0061]本实用新型复合蒸发冷凝器空调内，采用两级蒸发冷却和机械制冷联合的空调机组1、蒸发式冷凝器2及重力式热管换热器3，以下送上回的通风方式为数据中心内通风。其中，两级蒸发冷却和机械制冷联合的空调机组I与蒸发式冷凝器2结合，蒸发式冷凝器2的冷凝效果好、节能、节水、初投资和运行费用相对于水冷式和风冷式冷凝器降低，能在节能的同时达到很好的降温效果；重力式热管换热器3的优点在于小温差下的大传热能力，且为空心管，不需要外部动力，依靠重力回流，稳定了机柜5的温度，同时也优化了机房的气流组织。
【权利要求】
1.适用于数据中心的重力热管式复合蒸发冷凝器空调，其特征在于，包括有两级蒸发冷却-机械制冷联合空调系统和重力式热管换热器(3);所述两级蒸发冷却-机械制冷联合空调系统由设置于数据中心内的两级蒸发冷却-机械制冷联合空调机组(I)和设置于数据中心外的蒸发式冷凝器(2)连接组成；所述两级蒸发冷却-机械制冷联合空调机组(I)通过送风管(11)与数据中心大环境内架空地板(9)上设置的多个送风口(4)连接，所述两级蒸发冷却-机械制冷联合空调机组⑴通过回风管(12)与数据中心天花板(10)内设置的排风管(7)连接，数据中心天花板(10)上设置有多个回风窗￠)，多个回风窗(6)分别通过风管与排风管(7)连接；所述重力式热管换热器(3)设置于数据中心机器小环境的机柜(5)内。
2.根据权利要求1所述的适用于数据中心的重力热管式复合蒸发冷凝器空调，其特征在于，所述两级蒸发冷却-机械制冷联合的空调机组(I)，包括有机组壳体，所述机组壳体相对的两侧壁上分别设置有新风口(1-19)、送风口(1-11)，所述机组壳体内按新风进入后流动方向依次设置有过滤器(1-1)、压入式风机(1-2)、间接蒸发冷却器、蒸发器(1-14)和压缩机(1-6)以及直接蒸发冷却器；所述送风口(1-11)与送风管(11)相连接；所述压入式风机(1-2)上方对应的机组壳体顶壁上设置有回风口(1-10)，所述回风口(1-10)与回风管(12)相连接，所述回风管(12)上设置有风阀；所述间接蒸发冷却器上部对应的机组壳体顶壁上设置有排风口 a (1-17)。
3.根据权利要求2所述的适用于数据中心的重力热管式复合蒸发冷凝器空调，其特征在于，所述过滤器(1-1)采用粗效过滤器、中效过滤器、高中效过滤器、亚高效过滤器或高效过滤器；所述压入式风机(1-2)采用轴流风机或离心风；所述压入式风机(1-2)外接变频器。
4.根据权利要求2所述的适用于数据中心的重力热管式复合蒸发冷凝器空调，其特征在于，所述间接蒸发冷却器，包括有换热单元(1-4)，所述换热单元(1-4)的上方依次设置有布水器b (1-16)及挡水板b (1-18)，所述换热单元(1-4)的下方设置有水箱b (1-3)，所述水箱b (1-3)通过第一供水管与布水器b (1-16)连接，所述第一供水管上设置有循环水泵b(l-5)；所述直接蒸发冷却器，包括有直接蒸发冷却器填料(1-8)和挡水板a (1-12)，所述直接蒸发冷却器填料(1-8)的上方设置有布水器a(l-13)，所述直接蒸发冷却器填料(1-8)和挡水板a (1-12)的下方设置有水箱a (1-9)，所述水箱a (1-9)通过第二供水管与布水器a(1-13)连接，所述第二供水管上设置有循环水泵a(1-7)。
5.根据权利要求4所述的适用于数据中心的重力热管式复合蒸发冷凝器空调，其特征在于，所述水箱b(l-3)和水箱a(l-9)内均设置有水质过滤器。
6.根据权利要求2所述的适用于数据中心的重力热管式复合蒸发冷凝器空调，其特征在于，所述蒸发器(1-14)的出水口处设置有膨胀阀(1-15)，所述压缩机(1-6)与蒸发式冷凝器⑵连接，所述蒸发器(1-14)、压缩机(1-6)、蒸发式冷凝器⑵及膨胀阀(1-15)依次连接构成闭合回路，组成机械制冷系统。
7.根据权利要求1或6所述的适用于数据中心的重力热管式复合蒸发冷凝器空调，其特征在于，所述蒸发式冷凝器(2)，包括有冷凝器壳体，所述冷凝器壳体侧壁上设置有进风口，所述冷凝器壳体的顶壁上设置有排风口 b (2-6)，所述排风口 b (2-6)内设置有风机，所述冷凝器壳体内设置有冷却装置；所述冷却装置，包括有蒸发式冷凝器填料(2-3)，所述蒸发式冷凝器填料(2-3)的上方依次设置有布水器c (2-4)及挡水板c (2-5)，所述蒸发式冷凝器填料(2-3)的下方依次设置有冷凝盘管(2-2)及水箱c (2-7)，所述冷凝盘管(2-2)的进水端通过第一水管(13)与蒸发器(1-14)的出水口连接，所述冷凝盘管(2-2)的出水端通过第二水管(14)与压缩机(1-6)连接，所述水箱c(2-7)通过第三供水管与布水器c (2-4)连接，所述第三供水管上设置有循环水泵c (2-1)。
8.根据权利要求7所述的适用于数据中心的重力热管式复合蒸发冷凝器空调，其特征在于，所述水箱c(2-7)内设置有水过滤器。
9.根据权利要求1所述的适用于数据中心的重力热管式复合蒸发冷凝器空调，其特征在于，所述重力式热管换热器(3)的下部穿过机柜(5)顶部隔板门并与顶部隔板门固接，重力式热管换热器(3)由多根相互平行、竖直放置的重力式热管组成。
10.根据权利要求9所述的适用于数据中心的重力热管式复合蒸发冷凝器空调，其特征在于，所述重力式热管，包括有管壳(3-2)，所述管壳(3-2)的下端设置有端盖(3-1)，所述管壳(3-2)外壁的中部设置有隔板(3-6);所述管壳(3-2)内填充有工作液(3-4)，所述管壳(3-2)内的下段为蒸发段(3-5)，所述管壳(3-2)内的上段为冷凝段(3-3);所述重力式热管的蒸发段(3-5)均置于机柜(5)内。
【文档编号】F25B25/00GK204240634SQ201420600566
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年10月16日 优先权日:2014年10月16日
【发明者】黄翔, 折建利, 宋姣姣, 韩正林 申请人:西安工程大学