具有防冻水箱的数据机房全年运行空调冷却装置的制作方法

本实用新型属于暖通空调领域的空气处理设备，特别是一种具有防冻水箱的数据机房全年运行空调冷却装置。

背景技术：

近年来，越来越多的不同规模的数据中心机房在全国各地兴建起来，由于机房的发热密度非常高，单位面积机房的发热量已增加到500-2000W/㎡，为机房降温的空调系统电耗占到了机房内机柜自身电耗的30%~40%。数据中心机房中一般需要设置全年运行的通风空调系统，而在干燥和寒冷区域北方地区有非常丰富的“干空气能”和免费的室外冷源，因此在夏季或过渡季节可以利用室外的干空气能制取数据中心机房末端所需要的冷水；在冬季或过渡季节可以采用室外免费的冷源（冷空气）制取冷水，最大化的利用干空气能和室外免费的冷源是数据中心节能的关键。

现有的专利技术—全年运行空调冷却装置通过设置直接蒸发冷却装置及表面式换热装置，在室外温度温度比较低时，利用表面式换热器和室外低温空气制取低温液体用于用户制冷，在室外干湿球温度比较高时，通过直接蒸发冷却装置将室外空气进行降温后用于表面式换热装置制取低温液体，这种冷却方式虽然可以通过切换不同的运行模式，充分利用自然冷源，节能效果明显，但在干热地区，白天和夜晚的温差较大，例如白天温度较高时，就需要开启直接蒸发冷却装置对空气进行喷淋降温，但在夜晚时，温度较低，不需要开启直接蒸发冷却装置就可以制取低温液体，此时为确保水箱内的水不结冻，通常的做法是排空水箱内的水，但这种频繁排水、补水的方式，导致水资源消耗量较大；如果不进行排水，因温度较低，水箱内的水就存在结冻的风险。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种具有防冻水箱的数据机房全年运行空调冷却装置，其结构合理，可以利用干空气能和室外免费冷源，降低整个数据中心能耗，可以提高直接蒸发制冷换热效率，解决水箱的防冻问题，提高系统安全性。

本实用新型的目的是这样实现的：一种具有防冻水箱的数据机房全年运行空调冷却装置,在机箱内的下部设置着防冻水箱，在防冻水箱内设置着换热盘管，位于防冻水箱的上方设置着具有进风口和出风口的机箱，在机箱内依次设置着直接蒸发制冷装置、第一表冷器和排风机，第一水泵通过水管将防冻水箱中的水输送至直接蒸发制冷装置的喷淋装置。

本实用新型在直接蒸发制冷水箱的水箱内设置换热盘管，将经过用户换热的高温回液先经过表冷器被空气冷却，再经过换热盘管被经过直接蒸发冷却之后的冷水冷却，温度降低后用于用户供液。或者将经过用户换热的高温回液的一部分或全部通入换热盘管内，利用高温回液对水箱内的水进行加热，确保了水箱内的水在不排空的情况下，也不会结冻，同时可以利用直接蒸发制冷装置制取的冷水，对经过表冷器冷却的液体进一步冷却，与机械压缩制冷机组相结合，确保了用户低温供液的安全性。

优点：

1、通过表冷器来实现高温液体与低温空气之间的换热，载冷介质闭式循环运行，系统安全性高；

2、通过设置不同的运行模式，可以最大化的利用干空气能和室外免费冷源；达到降低整个数据中心能耗的目的；

3、直接蒸发制冷装置的填料段倾斜设置，布水均匀，直接蒸发制冷换热效率提高；

4、过渡季节或冬季工况下，通过表冷器利用室外低温空气冷却载冷介质，水量消耗量降低，系统安全性高；

5、载冷介质可以是防冻液，如乙二醇溶液等，有效解决了冬季防冻问题；

6、水箱内设置换热盘管，利用用户回液管中温度比较高的载冷介质对水箱内的水进行加热，有效避免了在夜间温度较低，直接蒸发制冷装置不运行，水箱内的水存在结冻的风险。

本实用新型结构合理，实现了利用干空气能和室外免费冷源，降低了整个数据中心能耗，提高了直接蒸发制冷换热效率，解决了水箱的防冻问题，提高了系统安全性。

附图说明

下面将结合附图对本实用新型做进一步的描述，图1为本实用新型实施例1结构示意图，图2为本实用新型实施例2结构示意图，图3为本实用新型实施例3结构示意图，图4为本实用新型实施例4结构示意图，图5为本实用新型实施例5结构示意图，图6为本实用新型实施例6结构示意图，图7为本实用新型实施例7结构示意图，图8为本实用新型实施例8结构示意图，图9为本实用新型实施例9结构示意图，图10为本实用新型实施例10结构示意图，图11为本实用新型实施例11结构示意图，图12为本实用新型实施例12结构示意图。

具体实施方式

一种具有防冻水箱的数据机房全年运行空调冷却装置，如图1所示，在机箱1内的下部设置着防冻水箱7，在防冻水箱7内设置着换热盘管8，位于防冻水箱7的上方设置着具有进风口2和出风口3的机箱1，在机箱1内依次设置着直接蒸发制冷装置4、第一表冷器5和排风机6，第一水泵9通过水管将防冻水箱7中的水输送至直接蒸发制冷装置4的喷淋装置。具有防冻水箱的数据机房全年运行空调冷却装置包括直接蒸发制冷装置4、防冻水箱7、换热盘管8、第一表冷器5和排风机6，目的是在冬季时充分利用的室外低温空气制取低温液体，在夏季时利用直接蒸发制冷装置4冷却空气后用于第一表冷器5制取低温液体，通过合理利用室外干空气能及自然冷源，达到空调装置全年运行节能节水的目的。

如图2所示，换热盘管8布满整个防冻水箱7，构成换热盘管8的换热管为一排或多排。换热盘管8布满整个水箱,换热管的排数为一排或多排。

如图3所示，在防冻水箱7内设置着部分换热盘管8，在防冻水箱7外部设置着第二水泵24，第二水泵24的吸水管口位于防冻水箱7内的一侧，其出水管口位于防冻水箱7内的另一侧。换热盘管8布置在部分防冻水箱7，为确保防冻水箱7内的水可以均匀的被换热管内的高温液体加热，可以在防冻水箱7内或者防冻水箱7外部设置第二水泵24，通过第二水泵24吸入防冻水箱7内的水，并通过第二水泵24出口打到防冻水箱7另一侧，使防冻水箱7内的水均匀加热，安全性更高，同时防冻水箱7内设置部分换热盘管8，防冻水箱7维护清洗不受换热盘管8的影响，操作方便。

如图1所示，回液管11连接着第一表冷器5的进液口，第一表冷器5的出液口连接着换热盘管8的进液口，换热盘管8的出液口连接着供液管10。夏季时，直接蒸发制冷装置4制取的冷水温度较低，高温回液先经过第一表冷器5被空气冷却，温度降低后再经过换热盘管8被防冻水箱7中的冷水进一步冷却，温度降低的液体通过供液管10供给用户；冬季时，直接蒸发制冷装置4关闭，回液由室外低温空气通过第一表冷器5冷却；过渡季节白天温度比较高时，开启直接蒸发制冷装置4冷却空气，喷淋水被降温，空气在第一表冷器5中冷却高温回液，经过第一表冷器5的液体再经过换热盘管8被防冻水箱7内的水进一步冷却，夜间温度比较低时，关闭直接蒸发制冷装置4的循环泵，防冻水箱7内的水由经过第一表冷器5换热后的液体在换热盘管8中预热，避免了防冻水箱7内的水结冻的危险。

如图12所示，第一表冷器5由上表冷器26和下表冷器27串联组成，回液管11连接着上表冷器26的进液口，上表冷器26的出液口连接着下表冷器27的进液口，下表冷器27的出液口连接着换热盘管8的进液口，换热盘管8的出液口连接着供液管10。第一表冷器5由两部分串联组成，经过直接蒸发制冷装置4换热之后的空气温度从喷淋装置到防冻水箱7由上到下依次降低，因此直接蒸发制冷装置4上部温度较高的空气对应处理经过上表冷器26温度较高的液体，高温液体的温度先降低之后，直接蒸发制冷装置4下部温度较低的空气对应处理经过下表冷器27温度较低的液体，经过下表冷器27的液体进一步经过换热盘管8，被防冻水箱7中的冷水进一步冷却之后通过供液管10供给用户利用，将空气的冷量充分利用，利用高温的空气对应处理温度较高的液体，利用低温的空气对应处理温度较低的液体，实现了能量的梯级利用。

如图4所示，回液管11连接着换热盘管8的进液口，换热盘管8的出液管连接着第一表冷器5的进液口，第一表冷器5的出液口连接着供液管10，在回液管11上设置着三通接口，其另一个接口连接着换热盘管8的出液管。夏季运行时，回液管11中的高温液体一部分经过防冻水箱7内设置的换热盘管8，被直接蒸发制冷装置4制取的冷水进行冷却，换热盘管8内温度降低的液体与另一部分液体混合后，经过第一表冷器5中，由经过直接蒸发制冷装置4的冷风进行冷却，温度升高的空气由排风机6排出，温度降低的液体进入供液管10利用，冬季运行时，室外空气温度比较低，直接蒸发制冷装置4的水泵停止运行，回液管中的高温液体全部在第一表冷器5中由室外低温空气冷却，过渡季节中，当白天室外空气温度较高时，开启直接蒸发制冷装置4，将室外空气进行冷却，冷水在防冻水箱7中冷却换热盘管8中的一部分高温液体，另一部分高温液体与换热盘管8中经过预冷的液体混合后在第一表冷器5中被低温空气降温，进入供液管10利用；当夜间温度较低时，此时直接蒸发制冷装置4的第一水泵9关闭，防冻水箱7内的水不进行喷淋，此时回液管11中的一部分高温液体进入防冻水箱7内的换热盘管8中，被防冻水箱7内的水预冷，同时利用回液管11中的高温液体加热防冻水箱7内的水，避免了直接蒸发制冷装置4停机时，防冻水箱7内的水因夜间低温而结冰的风险，起到防冻保护的作用。

如图5所示，在供液管10和换热盘管8的出口管之间设置着相互连通的旁路，在旁路上设置着第五阀门16，在回液管11上安装着第一阀门12，换热盘管8的进口管通过安装的第二阀门13连接着位于第一阀门12前的回液管11上，位于旁路接口后部的换热盘管8的出口管上安装着第三阀门14，位于旁路接口前部的供液管10上安装着第四阀门15，位于第四阀门15前部的供液管10上设置着三通接口，其另一个接口通过第六阀门17连接在位于第一阀门12后部的回液管11上。在温度比较低时，为了确保防冻水箱7内水不结冻，提高安全性，通过阀门调节，使得高温回液一部分先经过防冻水箱7内的换热盘管8，之后再进入第一表冷器5冷却，夏季运行时，回液先经过表冷器被空气冷却，再经过防冻水箱7内的换热盘管8被低温水冷却，供液温度更低，此时第一阀门12、第三阀门14、第四阀门15开启，第二阀门13、第五阀门16、第六阀门17关闭，过渡季节夜间室外温度比较低时，为防止防冻水箱7结冻，回液的一部分先经过防冻水箱7内的换热盘管8，再经过第一表冷器5被低温空气冷却，此时第一阀门12、第二阀门13、第五阀门16、第六阀门17开启，第三阀门14、第四阀门15关闭。

如图6所示，在机箱1两侧分别设置着进风口2，在机箱1中部的排风口处设置着排风机6，在两个进风口2和出风口3之间的机箱1内分别依次对称设置着两组直接蒸发制冷装置4和第一表冷器5，回液管11连接第一表冷器5的进液口，第一表冷器5的出液口连接换热盘管8的进液口，换热盘管8的出液口连接供液管10 。在排风机6两侧分别设置直接蒸发制冷装置4和第一表冷器5，防冻水箱7内分别设置换热盘管8，回液管11内的高温液体先进入第一表冷器5被低温空气冷却，再进入换热盘管8与防冻水箱7内的水换热，低温液体通过供液管10供给用户使用。

如图7所示，在机箱1内对称设置的两组直接蒸发制冷装置4和第一表冷器5呈倒八字设置。直接蒸发制冷装置4倾斜设置，使得填料进风区形成雨区，提高了直接蒸发制冷效率，并且通过雨区对空气进行湿式过滤，避免了填料进风面堵塞，同时倾斜设置的填料使得水膜在填料内部均匀分布，换热效率提高。

如图8所示，供液管10连接着风冷压缩制冷机组25的出液口，风冷压缩制冷机组25的进液口连接着换热盘管8的出口管。风冷压缩制冷机组25单独设置，根据室外气象条件，调节风冷压缩制冷机组25的供冷量，节能性明显，高温回液经过第一表冷器5先预冷及换热盘管8冷却之后，再经过风冷压缩制冷机组25中的蒸发器进一步冷却后通过供液管10供给用户，第一表冷器5内的液体与蒸发器之间串联运行，管路系统简单，用户供液温度不会受更有保障。

如图9所示，在呈倒八字设置的第一表冷器5其出风侧分别并列设置着第二表冷器18，其中两只第二表冷器18的进口通过进口连通管连通，第二表冷器18的冷媒出口通过节流装置21连接着蒸发器19的冷媒进口，蒸发器19的冷媒出口通过压缩机20连接第二表冷器18的冷媒进口。增加风冷压缩制冷方式，在第一表冷器5的出风口设置第二表冷器18（也就是风冷式冷凝器），使得冷风的冷量充分利用，利用压缩制冷方式，使得室内送风更有保障，夏季工况下，室外空气温度较高，直接蒸发制冷装置4和第一表冷器5已不能对高温液体有效降温，这时开启风冷压缩制冷机组，经过第一表冷器5后的空气的冷量进一步利用后由排风机6排出；风冷压缩制冷的冷媒循环流程：第二表冷器18（也就是风冷式冷凝器）中经过空气冷却的冷媒经过节流装置21成为低温低压的冷媒，冷媒在蒸发器19中冷却空气，温度升高后在压缩机的作用下进入第二表冷器18（也就是风冷式冷凝器）循环降温，经过第一表冷器5降温的液体用于用户供冷，经过第二表冷器18（也就是风冷式冷凝器）冷却后的冷媒用于蒸发器19冷却空气，其中蒸发器19可以设置于空气处理装置内。

如图10所示，在呈倒八字设置的第一表冷器5其出风侧分别并列设置着第二表冷器18，其中两只第二表冷器18的进口通过进口连通管连通，两只第二表冷器18的出口通过出口连通管连通，回液管11连接着第一表冷器5的进液口，第一表冷器5的出液口连接换热盘管8的进液口，换热盘管8的出液口连接蒸发器19的进液口，蒸发器19的出液口连接供液管10。高温回液经过第一表冷器5及换热盘管8先预冷之后，再经过蒸发器19进一步冷却后通过供液管供给用户，第一表冷器5及换热盘管8内的液体与蒸发器19之间串联运行，管路系统简单，用户供液更有保障。

如图11所示，在呈倒八字设置的第一表冷器5其出风侧分别并列设置着第二表冷器18，其中两只第二表冷器18的进口通过进口连通管连通，两只第二表冷器18的出口通过出口连通管连通，回液管11连接第一表冷器5的进液口，第一表冷器5的出液口连接换热盘管8的进液口，换热盘管8的出液口连接供液管10，低温供液管22连接蒸发器19的出液口，低温回液管23连接蒸发器19的进液口。风冷压缩式制冷机组的蒸发器19为用户提供低温液体，第一表冷器5及换热盘管8为用户提供高温液体。