CN105180490B - 一体化自然冷却机房空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一体化自然冷却机房空调系统，包括：蒸气压缩制冷回路、自然冷却回路、热管回路和三介质换热器；蒸气压缩制冷回路包括：压缩机、冷凝器和节流装置；冷凝器的两端分别通过管路与压缩机和节流装置连通，压缩机和节流装置分别通过管路与三介质换热器连通；自然冷却回路包括：泵和自然冷却换热器；泵和自然冷却换热器分别与三介质换热器连通，泵与自然冷却换热器连通；热管回路包括：室内蒸发器，室内蒸发器的两端分别与三介质换热器连通。该系统能实现大型数据中心机房自然冷源的充分利用，同时简化系统结构、节省占地面积。

Description

一体化自然冷却机房空调系统

技术领域

本发明涉及制冷与空调技术领域，特别涉及一种一体化自然冷却机房空调系统。

背景技术

目前，随着信息技术的发展，数据中心的数量大幅度增长。机房内的设备发热量大，通常全年需要不间断供冷。传统机房空调系统依靠蒸气压缩制冷，其能耗较大，难以满足可持续发展的要求。自然冷却技术是降低机房冷却能耗的有效方法。

分离式热管具有良好的传热性能，尤其适合作为机房自然冷却装置。现有技术提供的一种单管连接的分离式热管的机房排热装置、一种用于机房或机柜的带气泵分离式热虹吸管散热装置、一种蒸发冷却型热管换热的机房排热装置等均采用分离式热管实现数据机房的自然冷却。然而，这种热管散热装置只能应用在室外温度低的场合，因此需要增加一套蒸气压缩制冷系统作为辅助，这就提高了初始投资，同时增大了占地面积。为此，现有技术还提出了蒸气压缩和回路热管的复合机组。现有技术提供的一种带自然供冷供热功能的空气处理装置，实现了全年工作目的。然而，这种方案中蒸气压缩与自然冷却需要阀门切换，影响机组运行可靠性。现有技术提供的一种复叠机械制冷的液泵驱动热管装置，但由于方案中蒸气压缩回路的蒸发器与热管回路的冷凝器相互独立，系统较为复杂。现有技术还利用三介质换热器避免了阀门切换并简化了系统结构，但所用的空冷式三介质换热器受到结构的限制，难以用于大型数据中心机房。

鉴于此，如何提供一种机房空调系统，以实现大型数据中心机房自然冷源的充分利用，同时简化系统结构、节省占地面积成为目前需要解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种一体化自然冷却机房空调系统，能够实现大型数据中心机房自然冷源的充分利用，同时简化系统结构、节省占地面积。

本发明提供一种一体化自然冷却机房空调系统，包括：蒸气压缩制冷回路、自然冷却回路、热管回路和三介质换热器；

所述蒸气压缩制冷回路，包括：压缩机、冷凝器和节流装置；

所述冷凝器的两端分别通过管路与所述压缩机和所述节流装置连通，所述压缩机和所述节流装置分别通过管路与所述三介质换热器连通；

所述自然冷却回路，包括：泵和自然冷却换热器；

所述泵和所述自然冷却换热器分别与所述三介质换热器连通，所述泵与所述自然冷却换热器连通；

热管回路，包括：室内蒸发器，所述室内蒸发器的两端分别与所述三介质换热器连通。

可选的，所述蒸气压缩制冷回路、所述自然冷却回路和所述热管回路内分别密封有制冷工质；

相应地，所述三介质换热器，包括：蒸气压缩制冷回路工质通道、自然冷却回路工质通道和热管回路工质通道；

所述压缩机和所述节流装置分别与所述蒸气压缩制冷回路工质通道连通，所述泵和所述自然冷却换热器分别与所述自然冷却回路工质通道连通，所述室内蒸发器的两端分别与所述热管回路工质通道连通。

可选的，所述蒸气压缩制冷回路工质通道和自然冷却回路工质通道为单管，或者包含多根管，所述蒸气压缩制冷回路工质通道和所述自然冷却回路工质通道分别平行穿过所述热管回路工质通道。

可选的，所述蒸气压缩制冷回路工质通道嵌套于所述热管回路工质通道之内，所述热管回路工质通道嵌套于所述自然冷却回路工质通道之内。

可选的，所述三介质换热器为板式换热器结构，包括：蒸气压缩制冷回路工质通道、自然冷却回路工质通道和热管回路工质通道各一个或多个，所述蒸气压缩制冷回路工质通道、所述自然冷却回路工质通道和所述热管回路工质通道之间平行间隔布置。

可选的，所述自然冷却回路内的制冷工质，包括：水、乙二醇溶液或相变制冷剂。

可选的，所述冷凝器为风冷式、水冷式、蒸发冷凝式冷凝器中的一种或几种的组合；

和/或，

所述节流装置为热力膨胀阀、电子膨胀阀中的一种或者两种的组合。

可选的，所述自然冷却换热器为风冷式冷却器、冷却塔、蒸发式冷却器中的一种或几种的组合；

和/或，

所述热管回路中还包括：制冷剂泵，用于驱动所述热管回路进行工作。

可选的，所述室内蒸发器为风冷式换热装置、直接接触式散热器、或风冷直接接触器中的一种。

可选的，所述风冷式换热装置为管式结构，由一根或多根直管、绕翅片管、蛇形管外加翅片、多根直管套翅片中的一种或几种组成；

和/或，

所述风冷直接接触器为风冷式换热装置和直接接触式散热器的组合；

和/或，

所述直接接触式散热器通过与发热部件直接接触进行散热。

本发明提供的一体化自然冷却机房空调系统，利用蒸气压缩制冷回路与自然冷却回路同时或单独地冷却热管回路，可最大程度上利用自然冷源，节约冷却能耗，同时，利用三介质换热器节省了换热器数量，结构简单，维护便利，能够实现大型数据中心机房自然冷源的充分利用，同时简化系统结构、节省占地面积。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的一种一体化自然冷却机房空调系统的结构示意图；

图2为图1所示一体化自然冷却机房空调系统中的三介质换热器的结构示意图；

图3为本发明另一实施例提供的一种一体化自然冷却机房空调系统的结构示意图；

图4为图3所示一体化自然冷却机房空调系统中的三介质换热器的结构示意图；

图5为本发明另一实施例提供的一种一体化自然冷却机房空调系统的结构示意图；

图6为图5所示一体化自然冷却机房空调系统中的三介质换热器的结构示意图；

附图标记：

1、压缩机；2、冷凝器；3、节流装置；4、自然冷却换热器；5、泵；6、三介质换热器；7、室内蒸发器；8、蒸气压缩制冷回路工质通道；9、自然冷却回路工质通道；10、热管回路工质通道。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1、图3、图5分别示出了本发明实施例提供的一体化自然冷却机房空调系统的三种结构示意图，如图1、图3、图5所示，本发明提供的一体化自然冷却机房空调系统，包括：蒸气压缩制冷回路、自然冷却回路、热管回路和三介质换热器；

所述蒸气压缩制冷回路，包括：压缩机1、冷凝器2和节流装置3；

所述冷凝器2的两端分别通过管路与所述压缩机1和所述节流装置3连通，所述压缩机1和所述节流装置3分别通过管路与所述三介质换热器6连通；

所述自然冷却回路，包括：泵5和自然冷却换热器4；

所述泵5和所述自然冷却换热器4分别与所述三介质换热器6连通，所述泵5与所述自然冷却换热器4连通；

热管回路，包括：室内蒸发器7，所述室内蒸发器7的两端分别与所述三介质换热器6连通。

其中，所述蒸气压缩制冷回路、所述自然冷却回路和所述热管回路内分别密封有制冷工质；

相应地，所述三介质换热器6，包括：蒸气压缩制冷回路工质通道8、自然冷却回路工质通道9和热管回路工质通道10；

所述压缩机1和所述节流装置3分别与所述蒸气压缩制冷回路工质通道8连通，所述泵5和所述自然冷却换热器4分别与所述自然冷却回路工质通道9连通，所述室内蒸发器7的两端分别与所述热管回路工质通道10连通。

具体实施时，根据机房具体保持温度的设定，和对室外温度的测量，按照温度区间对本发明实施例所述一体化自然冷却机房空调系统进行不同工作方式的调整：

在室外温度较高(室外温度高于热管回路冷凝温度)时，只开启蒸气压缩制冷回路，首先启动压缩机1，蒸气压缩制冷回路内的制冷工质经压缩机1压缩后在冷凝器2中冷凝，经节流装置3节流降压后进入三介质换热器6蒸发，从热管回路工质吸热后流回压缩机1；热管回路的制冷工质在室内蒸发器7内吸收机房的排热蒸发后流入三介质换热器6，向蒸气压缩制冷回路的制冷工质放热冷凝，冷凝后的冷凝液(即热管回路的制冷工质)在重力作用下回流至室内蒸发器7，以便于继续蒸发。

在室外温度较低(室外温度低于热管回路冷凝温度，但室外温度与热管回路冷凝温度的差值不足以保持整个机房的预定温度)时，需同时开启蒸气压缩制冷回路和自然冷却回路制冷，首先启动压缩机1和泵5，所述蒸气压缩制冷回路内的制冷工质经压缩机1压缩后在冷凝器2中冷凝，经节流装置3节流降压后进入三介质换热器6蒸发，所述自然冷却回路内的工质经泵5驱动后在自然冷却换热器4中与冷空气换热冷却，然后进入三介质换热器6吸热，所述热管回路的吸热蒸发的制冷工质在热管回路工质通道10内同时与蒸气压缩制冷回路工质通道8的制冷工质和自然冷却回路工质通道9的制冷工质进行换热后冷凝。

在室外温度足够低(室外温度低于热管回路冷凝温度，且室外温度与热管回路冷凝温度的差值所达到的冷却效果满足整个机房的预定温度的保持)时，需关闭蒸气压缩制冷回路，仅开启自然冷却回路，首先关闭压缩机1，开启泵5，所述自然冷却回路内的工质经泵5驱动后在自然冷却换热器4中与冷空气换热冷却，然后进入三介质换热器6吸热，此时热管回路的制冷工质在热管回路工质通道10内仅与自然冷却回路工质通道9的制冷工质进行换热冷凝。

本实施例的一体化自然冷却机房空调系统，利用蒸气压缩制冷回路与自然冷却回路同时或单独地冷却热管回路，可最大程度上利用自然冷源，节约冷却能耗，同时，利用三介质换热器节省了换热器数量，结构简单，维护便利，能够实现大型数据中心机房自然冷源的充分利用，同时简化系统结构、节省占地面积。

在一具体应用中，如图1及图2所示，图1示出了本发明一实施例提供的一种一体化自然冷却机房空调系统的结构示意图，图2示出了图1所示一体化自然冷却机房空调系统中的三介质换热器6的结构示意图，所述蒸气压缩制冷回路工质通道8和自然冷却回路工质通道9可以为单管，或者可以包含多根管，所述蒸气压缩制冷回路工质通道8和所述自然冷却回路工质通道9分别平行穿过所述热管回路工质通道10。

在另一具体应用中，如图3及图4所示，图3示出了本发明另一实施例提供的一种一体化自然冷却机房空调系统的结构示意图，图4示出了图3所示一体化自然冷却机房空调系统中的三介质换热器6的结构示意图，所述蒸气压缩制冷回路工质通道8嵌套于所述热管回路工质通道10之内，所述热管回路工质通道10嵌套于所述自然冷却回路工质通道9之内。

在另一具体应用中，如图5及图6所示，图5示出了本发明另一实施例提供的一种一体化自然冷却机房空调系统的结构示意图，图6示出了图5所示一体化自然冷却机房空调系统中的三介质换热器6的结构示意图，所述三介质换热器6可以为板式换热器结构，可包括：蒸气压缩制冷回路工质通道8、自然冷却回路工质通道9和热管回路工质通道10各一个或多个，所述蒸气压缩制冷回路工质通道8、所述自然冷却回路工质通道9和所述热管回路工质通道10之间平行间隔布置。

在具体应用中，本实施例所述自然冷却回路内的制冷工质可以包括但不限于：水、乙二醇溶液或相变制冷剂等。

在具体应用中，本实施例所述冷凝器2可以优选为风冷式、水冷式、蒸发冷凝式冷凝器中的一种或几种的组合。

在具体应用中，本实施例所述节流装置3可以优选为热力膨胀阀、电子膨胀阀中的一种或者两种的组合。

在具体应用中，本实施例所述自然冷却换热器4可以包括但不限于：风冷式冷却器、冷却塔、蒸发式冷却器中的一种或几种的组合。

在具体应用中，本实施例所述热管回路中还可以包括：制冷剂泵，用于驱动所述热管回路进行工作。

在具体应用中，本实施例所述室内蒸发器7可以优选为风冷式换热装置、直接接触式散热器、或风冷直接接触器中的一种。

进一步地，所述风冷式换热装置为管式结构，可由一根或多根直管、绕翅片管、蛇形管外加翅片、多根直管套翅片中的一种或几种组成。

进一步地，所述风冷直接接触器为风冷式换热装置和直接接触式散热器的组合；

进一步地，所述直接接触式散热器可通过与发热部件直接接触进行散热。

本实施例的一体化自然冷却机房空调系统，利用蒸气压缩制冷回路与自然冷却回路同时或单独地冷却热管回路，可最大程度上利用自然冷源，节约冷却能耗，同时，利用三介质换热器节省了换热器数量，结构简单，维护便利，能够实现大型数据中心机房自然冷源的充分利用，同时简化系统结构、节省占地面积。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的权利要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种一体化自然冷却机房空调系统，其特征在于，包括：蒸气压缩制冷回路、自然冷却回路、热管回路和三介质换热器；

所述蒸气压缩制冷回路，包括：压缩机、冷凝器和节流装置；

所述冷凝器的两端分别通过管路与所述压缩机和所述节流装置连通，所述压缩机和所述节流装置分别通过管路与所述三介质换热器连通；

所述自然冷却回路，包括：泵和自然冷却换热器；

所述泵和所述自然冷却换热器分别与所述三介质换热器连通，所述泵与所述自然冷却换热器连通；

热管回路，包括：室内蒸发器，所述室内蒸发器的两端分别与所述三介质换热器连通；

其中，所述蒸气压缩制冷回路、所述自然冷却回路和所述热管回路内分别密封有制冷工质；

相应地，所述三介质换热器，包括：蒸气压缩制冷回路工质通道、自然冷却回路工质通道和热管回路工质通道；

所述压缩机和所述节流装置分别与所述蒸气压缩制冷回路工质通道连通，所述泵和所述自然冷却换热器分别与所述自然冷却回路工质通道连通，所述室内蒸发器的两端分别与所述热管回路工质通道连通。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述蒸气压缩制冷回路工质通道和自然冷却回路工质通道为单管，或者包含多根管，所述蒸气压缩制冷回路工质通道和所述自然冷却回路工质通道分别平行穿过所述热管回路工质通道。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述蒸气压缩制冷回路工质通道嵌套于所述热管回路工质通道之内，所述热管回路工质通道嵌套于所述自然冷却回路工质通道之内。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述三介质换热器为板式换热器结构，包括：蒸气压缩制冷回路工质通道、自然冷却回路工质通道和热管回路工质通道各一个或多个，所述蒸气压缩制冷回路工质通道、所述自然冷却回路工质通道和所述热管回路工质通道之间平行间隔布置。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述自然冷却回路内的制冷工质，包括：水、乙二醇溶液或相变制冷剂。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷凝器为风冷式、水冷式、蒸发冷凝式冷凝器中的一种或几种的组合；

和/或，

所述节流装置为热力膨胀阀、电子膨胀阀中的一种或者两种的组合。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述自然冷却换热器为风冷式冷却器、冷却塔、蒸发式冷却器中的一种或几种的组合；

和/或，

所述热管回路中还包括：制冷剂泵，用于驱动所述热管回路进行工作。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述室内蒸发器为风冷式换热装置、直接接触式散热器、或风冷直接接触器中的一种。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述风冷式换热装置为管式结构，由一根或多根直管、绕翅片管、蛇形管外加翅片、多根直管套翅片中的一种或几种组成；

和/或，

所述风冷直接接触器为风冷式换热装置和直接接触式散热器的组合；

和/或，

所述直接接触式散热器通过与发热部件直接接触进行散热。