CN102742375B - 一种制冷一体化机柜 - Google Patents

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Abstract

一种制冷一体化机柜，包括：主支架（10），发热单元（9），前面板（1），背板（4），左、右侧板（2），顶板（5），底板（3），进风口（11），出风口（12），风扇（20），柜内换热器（6、7、8）；位于机柜最下端的发热单元（9）和底板（3）之间设置有隔板（21），位于机柜最上端的发热单元（9）和顶板（5）之间也设有隔板（21），所述隔板（21）和发热单元（9）将机柜分隔成上下通风的前、后风道，前、后风道中的气流不发生混合；柜内换热器（6、7、8）通过连接管与放置于柜外的中间换热器连接（17、18、19）。信息机房使用这种制冷一体化机柜后，不必再布置空调制冷设备，提高了空间利用率，同时使冷源更加接近发热源，有效提高换热效率。

Description

一种制冷一体化机柜
技术领域
本发明涉及信息机房热管理节能领域，特别涉及一种制冷一体化机柜。
背景技术
信息机房中由于设备发热量大，需要专门的空调系统为机房内的设备散热。现有的机房空调系统均采用控制机房整体温度的热管理方式，换热温差相对较小，换热效率低。采用缩短供冷距离的方法可增加换热温差，有效提高供冷和换热效率，挖掘空调系统的降耗潜力。
目前信息机房内采用的缩短供冷距离的方法主要有两种：
一种是精确送风，通过特定的风道将空调系统的冷风直接送至需要供冷的机柜，增大送冷温差，可适当提高空调供冷的送风温度，以提高空调系统的整体性能。该方法的主要缺点是需要空调系统的风机提供较大的压头，这增加了送风的运输能耗，此外，风道中的风量分配也不易调节。
一种是分布式制冷，将空调系统的蒸发器设计成若干个小型蒸发器，将小型蒸发器置于机柜的排风口处，这样可以有效降低空调系统的冷量耗散，按需供冷。但由于信息机房内机柜分布较为密集，采用这种方法容易造成空调系统的管路负载和换热介质流量不易调控，控制系统较为复杂；此外，该方法对于热耗散量较少、发热量较大的信息机房节能效果不太明显。
发明内容
本发明提供了一种制冷一体化机柜，通过对机柜内部的气流进行优化组织，以保持各发热单元的进出口气流温度相对一致，避免了各发热单元的气流之间的相互影响和干扰，有效提高了每个发热单元的散热能力，实现了单个机柜自身的供冷平衡，解决了高热流密度信息机房气流组织难的问题。本发明的制冷一体化机柜还具有运动部件少、送风能耗小、噪音小、可靠性高、使用寿命长等优点。
本发明的制冷一体化机柜是通过各发热单元形成相互独立的气流通道、并在机柜中合理布置换热器而实现的。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种制冷一体化机柜，包括：
主支架(10)，发热单元(9)，前面板(1)，背板(4)，左、右侧板(2)，顶板(5)，底板(3)，底部柜内换热器(6)和顶部柜内换热器(7、8)；
至少一进风口(11)，所述进风口(11)位于所述机柜的底板(3)上；
至少一出风口(12)，所述出风口(12)位于所述机柜的顶板(5)上；
至少一组风扇(20)，所述风扇(20)设置于所述底部柜内换热器(6)与前面板(1)之间和/或所述出风口(12)处；
其特征在于：
所述发热单元(9)安装在主支架(10)上，所述主支架(10)中放置发热单元、底部柜内换热器(6)和顶部柜内换热器(7、8)，所述的发热单元为计算机服务器、数据存储设备、传输设备或电源设备；位于机柜最下端的发热单元(9)和所述底部柜内换热器(6)之间设置有底部隔板(21)，位于机柜最上端的发热单元(9)和所述顶部柜内换热器(7、8)之间设置有顶部隔板(21)，所述底部隔板(21)、顶部隔板(21)和发热单元(9)将机柜分隔成前、后两个上下通风的前风道(15)和后风道(16)，所述前风道(15)同所述进风口(11)相连通，所述后风道(16)同所述出风口(12)相连通，所述前风道(15)中的气流通过各发热单元(9)后汇入所述后风道(16)中，所述前风道(15)和后风道(16)中的气流是独立的，不发生混合；
所述前面板(1)和背板(4)可自由开关和拆卸；
所述左、右侧板(2)可自由拆卸；
所述底部柜内换热器(6)设置在机柜的底板(3)上，并且完全处于所述前风道(15)内；所述顶部柜内换热器(7、8)设置在机柜的顶板(5)与顶部隔板(21)之间，并且完全处于所述后风道(16)内；
所述底部柜内换热器(6)通过连接管(13、14)与放置于柜外的中间换热器(17)连接，所述顶部柜内换热器(7、8)通过连接管(22、23、24、25)与放置于柜外的另一中间换热器(18、19)连接，各所述中间换热器(17、18、19)的位置高于与其连接的所述底部柜内换热器(6)和顶部柜内换热器(7、8)的安装位置，所述底部柜内换热器(6)、顶部柜内换热器(7、8)通过连接管分别与各自的中间换热器(17、18、19)形成密封的腔体，其中灌注换热介质，换热介质可根据传递热流量的大小在所述腔体内实现动态热力平衡。
优先的，各发热单元之间设置有隔板，以规范气流在机柜内的流动。
优先的，各所述中间换热器的位置高于与其连接的所述底部柜内换热器和顶部柜内换热器的安装位置。
优先的，所述柜内底部换热器和柜内顶部换热器采用换热介质为R22、R134a、R410A、R600a或R32中的任意一种。
优先的，各所述中间换热器为板式换热器、管壳式换热器或套管式换热器。
优先的，各所述中间换热器冷侧利用来自冷却塔的冷却水、或者利用来自冷水机组的冷冻水、或者利用来自冷机的冷媒。
优先的，各所述中间换热器热侧串联或并联所述底部柜内换热器和顶部柜内换热器。
优先的，所述底部柜内换热器和顶部柜内换热器在机柜内是倾斜放置的，和水平面呈一定的倾角。
优先的，所述底部柜内换热器和顶部柜内换热器为翅片管式换热器或微通道换热器。
由以上技术方案可知，本发明的制冷一体化机柜具有以下优点：
1、本发明的制冷一体化机柜依靠换热介质在柜内换热器和中间换热器营造的密闭腔体内的气、液两相动态平衡将机柜的热量带走。
2、本发明的柜内换热器可以与中间换热器以串联或并联的方式连接，结合对中间换热器冷侧的传热介质的温度调节，可以形成多级换热系统，灵活调节机柜内的各级换热温差，使机柜的进、出风温度保持一致，在机柜内部完成空气降温过程，无需再安装其他制冷末端，有效提高信息机房空间利用率。
3、本发明的制冷一体化机柜大大缩短了信息机房内发热源与供冷末端的距离，可有效提高信息机房空调系统的性能，降低其制冷能耗。
附图说明
图1为本发明的制冷一体化机柜的立体结构示意图。
图2为本发明“实施例一”的制冷一体化机柜的平面结构示意图。
图3为本发明“实施例二”的制冷一体化机柜的平面结构示意图。
图4为本发明的制冷一体化机柜的柜内换热器的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种制冷一体化机柜，通过对机柜内部的气流进行优化组织，以保持各发热单元的进出口气流温度相对一致，避免了各发热单元的气流之间的相互影响和干扰，有效提高了每个发热单元的散热能力，实现了单个机柜自身的供冷平衡，解决了高热流密度信息机房气流组织难的问题。
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
实施例一
图1和图2为本发明的制冷一体化机柜的结构示意图。制冷一体化机柜包括：主支架10，前面板1，左、右侧板2，底板3，背板4，顶板5，发热单元9；进风口11，所述进风口11位于机柜的底板靠近背板的位置处；出风口12，所述出风口12位于机柜的顶板靠近前面板的位置处；风扇20，所述风扇20设置于所述底部柜内换热器6与前面板1之间或/和所述出风口12处；发热单元9安装在主支架10上，各发热单元之间设置有隔板21，位于机柜最下端的发热单元和底部柜内换热器6之间设置有隔板21，位于机柜最上端的发热单元和顶部柜内换热器7、8之间也设置有隔板21，上述隔板和发热单元9将机柜分隔成前、后两个上下通风的前风道15和后风道16，前风道15同进风口11相连通，后风道16同出风口12相连通，前风道15中的气流通过各发热单元9后汇入后风道16中，前风道15和后风道16中的气流是独立的，不发生混合。
本发明的制冷一体化机柜还包括，底部柜内换热器6，所述底部柜内换热器6设置在机柜的底板3上，并且完全处于所述前风道15内；顶部柜内换热器7、8，所述顶部柜内换热器7、8设置在机柜的顶板5下，并且完全处于所述后风道16内。底部柜内换热器6通过连接管13、14与放置于柜外的中间换热器17连接，形成密封的腔体，其中灌注换热介质，换热介质可根据传递热流量的大小，在腔体内实现动态平衡；顶部柜内换热器7通过连接管24、25与中间换热器19连接，形成密封的腔体，其中灌注换热介质；顶部柜内换热器8通过连接管22、23与中间换热器18连接，形成密封的腔体，其中灌注换热介质。底部柜内换热器6和顶部柜内换热器7、8在机柜中是倾斜设置的，和水平面呈一定的倾角。中间换热器17、18、19的位置高于与其连接的底部柜内换热器6和顶部柜内换热器7、8的安装位置。
图2中A箭头方向为信息机房空气进入机柜后的流动方向。信息机房的环境空气进入机柜后，先流经机柜的底部柜内换热器6，温度降低后，经前风道15送至各发热单元9中，冷却发热单元9后成为热空气，热空气汇入后风道16中，在位于机柜顶部的风扇20的作用下，后风道16中的空气掠过顶部柜内换热器7、8。这样，机柜内空气的热量传递到底部柜内换热器6和顶部柜内换热器7、8中，柜内换热器6、7、8中的换热介质被加热蒸发，换热介质蒸汽通过连接管流通到中间换热器17、18、19中，并在中间换热器17、18、19中放出热量，冷凝成液体，液体经连接管再次流回柜内换热器中。
中间换热器17、18、19的冷量由冷侧换热介质提供，B箭头方向为中间换热器17、18、19中冷侧换热介质的流动方向。中间换热器17、18、19冷侧换热介质可以是来自冷却塔的冷却水、或者来自冷水机组及冷机的冷媒。多个中间换热器17、18、19的冷侧可以并联或串联。
制冷一体化机柜通过调节中间换热器17、18、19中冷侧换热介质的温度及流量来调节柜内换热器6、7、8的表面温度，使柜内换热器6、7、8表面温度在空气的露点温度以上，保证柜内为全显热换热，避免在柜内产生冷凝水。
图4为本发明的制冷一体化机柜的柜内换热器的结构示意图，柜内换热器6、7、8为翅片管式换热器或微通道换热器，其中包含翅片26。
实施例二
图3示出了本发明的另一实施例。从图3中可以看出，本实施例与图2示出的实施例一不同的是，空气流从柜内底部换热器6的底部掠过后进入前风道15，柜内顶部换热器8位于柜内顶部换热器7的正上方，空气流先掠过柜内顶部换热器7，然后掠过柜内顶部换热器8，最后经风扇20排出机柜。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种制冷一体化机柜，包括：
主支架(10)，发热单元(9)，前面板(1)，背板(4)，左、右侧板(2)，顶板(5)，底板(3)，底部柜内换热器(6)和顶部柜内换热器(7、8)；
至少一进风口(11)，所述进风口(11)位于所述机柜的底板(3)上；
至少一出风口(12)，所述出风口(12)位于所述机柜的顶板(5)上；
至少一组风扇(20)，所述风扇(20)设置于所述底部柜内换热器(6)与前面板(1)之间和/或所述出风口(12)处；其特征在于：
所述发热单元(9)安装在主支架(10)上，所述主支架(10)中放置发热单元、底部柜内换热器(6)和顶部柜内换热器(7、8)，所述的发热单元为计算机服务器、数据存储设备、传输设备或电源设备；位于机柜最下端的发热单元(9)和所述底部柜内换热器(6)之间设置有底部隔板(21)，位于机柜最上端的发热单元(9)和所述顶部柜内换热器(7、8)之间设置有顶部隔板(21)，所述底部隔板(21)、顶部隔板(21)和发热单元(9)将机柜分隔成前、后两个上下通风的前风道(15)和后风道(16)，所述前风道(15)同所述进风口(11)相连通，所述后风道(16)同所述出风口(12)相连通，所述前风道(15)中的气流通过各发热单元(9)后汇入所述后风道(16)中，所述前风道(15)和后风道(16)中的气流是独立的，不发生混合；
所述前面板(1)和背板(4)可自由开关和拆卸；
所述左、右侧板(2)可自由拆卸；
所述底部柜内换热器(6)设置在机柜的底板(3)上，并且完全处于所述前风道(15)内；所述顶部柜内换热器(7、8)设置在机柜的顶板(5)与顶部隔板(21)之间，并且完全处于所述后风道(16)内；
所述底部柜内换热器(6)通过连接管(13、14)与放置于柜外的中间换热器(17)连接，所述顶部柜内换热器(7、8)通过连接管(22、23、24、25)与放置于柜外的另一中间换热器(18、19)连接，各所述中间换热器(17、18、19)的位置高于与其连接的所述底部柜内换热器(6)和顶部柜内换热器(7、8)的安装位置，所述底部柜内换热器(6)、顶部柜内换热器(7、8)通过连接管分别与各自的中间换热器(17、18、19)形成密封的腔体，其中灌注换热介质，换热介质可根据传递热流量的大小在所述腔体内实现动态热力平衡。
2.根据权利要求1所述的制冷一体化机柜，其特征在于，各所述发热单元(9)之间设置隔板(21)，以规范气流在机柜内的流动。
3.根据权利要求1所述的制冷一体化机柜，其特征在于，各所述中间换热器(17、18、19)为板式换热器、管壳式换热器或套管式换热器。
4.根据权利要求1所述的制冷一体化机柜，其特征在于，各所述中间换热器(17、18、19)冷侧利用来自冷却塔的冷却水、或者利用来自冷水机组的冷冻水、或者利用来自冷机的冷媒。
5.根据权利要求1所述的制冷一体化机柜，其特征在于，所述底部柜内换热器(6)和顶部柜内换热器(7、8)在机柜内是倾斜放置的，和水平面呈一定的倾角。
6.根据权利要求1所述的制冷一体化机柜，其特征在于，所述底部柜内换热器(6)和顶部柜内换热器(7、8)采用的换热介质为R22、R134a、R32、R410a、R600a中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的制冷一体化机柜，其特征在于，所述底部柜内换热器(6)和顶部柜内换热器(7、8)为翅片管式换热器或者微通道换热器。
8.根据权利要求1所述的制冷一体化机柜，其特征在于，各所述中间换热器(17、18、19)的冷侧之间可以串联或并联。
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