CN105402839A - 一种用于各类数据机房的自然冷源散热系统 - Google Patents

一种用于各类数据机房的自然冷源散热系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于各类数据机房的自然冷源散热系统,包括室外冷凝器、室内蒸发器及热超导循环装置，所述室外冷凝器出口通过热超导循环装置连通所述室内蒸发器的入口，所述室内蒸发器的出口通过管道连通所述室外冷凝器的入口，形成循环封闭体系，所述循环封闭体系内填充有热超导材料换热工质；所述室外冷凝器为风冷式冷凝器或水冷式冷凝器。本发明利用自然冷源散热且可实现换热不换气从而保证机房环境要求，系统无大功率耗电部件，大幅度减少机房内空调的使用时间，从而减少机房耗电量；整体结构简单、紧凑，制造成本低；随换热量增加，系统能效比会上升，正常运行时的COP普遍高于压缩制冷，这将最大限度降低机房PUE值，减少机房散热的投入成本。

Description

一种用于各类数据机房的自然冷源散热系统
技术领域
本发明涉及一种用于各类数据机房的自然冷源散热系统,属于数据机房散热技术领域。
背景技术
随着计算机通信与互联网的高速发展，数据机房的发展备受关注，生活生产中常见的数据机房包括通讯基站的控制室、各类数据处理中心、大型计算机/服务器机房以及云存储/云服务器中心等。上述各类数据机房能耗占社会总能耗比重越来越大，机房冷却功耗占机房总功耗的比例高达50％以上,节能减排已成为重要的行业责任和机房建设的发展趋势。传统机房散热技术主要通过机房空调实现，在室内热量较高，室内外换热条件较差的工况下，空调能效比将大幅下降同时耗电量增加；当换热条件较好时，空调压缩机频繁启停会降低其使用寿命，使用变频技术成本较高，如果持续运转又将带来电能的极大浪费；都将最终导致数据中心的PUE值较高。同时，数据机房地理位置差也会给空调安装和安全高效使用带来困难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于各类数据机房的自然冷源散热系统克服现有技术中空调设备在对数据机房进行降温时，压缩机耗电严重，特别是在换热条件较差时，其效能大幅下降，使用寿命和机房安全较难保障的缺陷。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于各类数据机房的自然冷源散热系统,包括室外冷凝器、室内蒸发器及热超导循环装置，所述室外冷凝器出口通过热超导循环装置连通所述室内蒸发器的入口，所述室内蒸发器的出口通过管道连通所述室外冷凝器的入口，形成循环封闭体系，所述循环封闭体系内填充有热超导材料换热工质；所述室外冷凝器为风冷式冷凝器或水冷式冷凝器。
本发明的有益效果是：本发明所述室外冷凝器为风冷式冷凝器或水冷式冷凝器，利用自然冷源散热，大幅度减少压缩机制冷使用频率。采用室外自然冷源散热，这将大幅度减少机房内空调的使用时间，从而减少机房耗电量；室内蒸发器及热超导循环装置的排布、室外冷凝器的安装等可根据机房地理位置和使用环境等条件设计多种布置形式，匹配适应性强；整体结构简单、紧凑，制造成本低；随换热量增加，系统能效比会上升，这将最大限度降低机房PUE值，减少机房散热的投入成本。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
本发明如上所述一种用于各类数据机房的自然冷源散热系统,进一步，所述室外冷凝器为风冷式冷凝器，还包括雾化装置，所述雾化装置安装或者悬挂在所述风冷式冷凝器的一侧，所述雾化装置上的水雾喷口朝向所述风冷式冷凝器翅片。
本发明如上所述一种用于各类数据机房的自然冷源散热系统,进一步，所述雾化装置包括超声波雾化发生器、水盒、风机、雾化分流管及用于使得雾化的水雾均布的导风板，所述超声波雾化装置置于所述水盒内，所述风机安装在所述水盒的一侧，所述导风板安装在所述水盒的上部；所述雾化分流管安装在所述水盒的顶部且与所述水盒连通。优选地，所述水盒内还安装有自动液位浮子。
本发明采用进一步的有益效果是：利用超声波雾化发生器高频谐振，将水盒中液态水分子间的分子键打散而产生自然飘逸的水雾，水雾通过水盒一侧的风机和雾化分流管均匀喷洒到冷凝器翅片，调节空气密度、湿度，小分子水雾直接接触冷凝器翅片，强化冷凝器换热效率。
本发明如上所述一种用于各类数据机房的自然冷源散热系统,进一步，所述热超导循环装置包括循环管路和循环调节装置，所述室内蒸发器的出口通过循环管路与所述室外冷凝器的入口连通，所述循环调节装置安装在所述室内蒸发器的入口或/和室外冷凝器的出口处的连接管道上。
本发明采用进一步的有益效果是：通过循环调节装置控制热超导换热系统启动并加速热传导，从而提高该系统循环换热能力。
本发明如上所述一种用于各类数据机房的自然冷源散热系统,进一步，所述循环调节装置可采用自启动式循环控制阀，即通过循环管路中的热超导材料的换热工况自行调节；也可采用电驱动式循环控制阀，即通过消耗极少量的电驱动该循环调节装置工作。
本发明如上所述一种用于各类数据机房的自然冷源散热系统,进一步，所述室外冷凝器可采用管翅式、壳管式或微通道式等换热器类型。
所述室外冷凝器与室内蒸发器的安装排布可依据机房实际工作情况任意设置。通过循环调节装置控制和调节热超导材料工作性能，系统运行可不受重力、室内外机位置等影响，使用适应性非常强。
本发明采用的热超导材料换热工质在系统循环过程中无相变，换热工质经过充装并调试后通过真空排除非换热工质气体并进行封装，热超导循环调节装置可控制和调节系统启停，同时提高工质循环换热效率，达到高速置换热量，高速热传导的目的。通过循环调节装置使室内蒸发器内的换热工质充分吸收机房环境的热量并加速将热量传导至室外机的冷凝器中通过自然冷源进行散热冷却。该自然冷源散热系统在室内外温差3-5℃时即可启动工作，室内机与室外机的安装距离、安装位置及安装高度差均不会影响系统工作效果。
本发明如上所述一种用于各类数据机房的自然冷源散热系统,进一步，还包括控制器。
本发明控制器主要控制用于各类数据机房的自然冷源散热系统与机房内已配备的空调系统的兼容、监测、启停等工作状态；在室外环境温度不超过28℃时，机房采用该自然冷源散热系统即可满足换热；当在夏季环境温度、湿度均较高的恶劣环境下，需要所述控制器控制已配备的空调系统开启，辅助自然冷源散热系统一起进行机房内散热。
本发明如上所述一种用于各类数据机房的自然冷源散热系统,进一步，所述室内蒸发器可采用多台并联的方式连接，最终与单台大功率室外机连通。
采用上述进一步方案的有益效果是：充分利用自然冷源的同时快速将机房环境的发热量导出至室外进行散热。
附图说明
图1为本发明一种用于各类数据机房的自然冷源散热系统原理结构示意图；
图2为本发明一种用于各类数据机房的自然冷源散热系统中雾化装置结构示意图；
图3为本发明一种用于各类数据机房的自然冷源散热系统安装结构示意图。
图4为本发明一种用于各类数据机房的自然冷源散热系统另一种安装结构示意图。
图5为本发明一种用于各类数据机房的自然冷源散热系统中使用的水冷式冷凝器安装结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、室外冷凝器，2、室内蒸发器，3、热超导循环装置，4、雾化装置，5、控制器，6、墙体，7、机柜，8、水箱。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，本发明一种用于各类数据机房的自然冷源散热系统,机房内安装有机柜7，包括室外冷凝器1、室内蒸发器2及热超导循环装置3，所述室外冷凝器1出口通过管道及热超导循环调节装置连通所述室内蒸发器2的入口，所述室内蒸发器2的出口通过循环管道与所述室外冷凝器1的入口连通，形成循环封闭体系，所述循环封闭体系内填充有热超导材料换热工质；所述室外冷凝器可采用风冷式冷凝器或水冷式冷凝器等。水冷式包括用于给室外冷凝器制冷的水箱8，可以依据机房室外场地和自然条件选择适合的散热方式并布置相应的室外机结构模式。
本发明一种用于各类数据机房的自然冷源散热系统,在一些具体实施例中，所述室外冷凝器为风冷式冷凝器，还包括雾化装置4，所述雾化装置4安装或者悬挂在所述风冷式冷凝器的一侧，所述雾化装置4上的水雾喷口朝向所述风冷式冷凝器翅片。具体地，所述雾化装置4包括超声波雾化发生器41、水盒42、风机43、雾化分流管44及用于使得雾化的水雾均布的导风板46，所述超声波雾化装置置于所述水盒内，所述风机安装在所述水盒的一侧，所述导风板安装在所述水盒的上部；所述雾化分流管安装在所述水盒的顶部且与所述水盒连通，在优选地实施例中，所述水盒内还安装有自动液位浮子45。即当超声波雾化发生器将水盒中的水进行雾化，水雾通过水盒一侧的风机和雾化分流管均匀喷洒到冷凝器翅片，强化冷凝器换热效率。
当室外机位于散热条件恶劣的工况条件下时，可考虑将雾化装置放置于室外机冷凝器侧，通过改变空气密度强化换热；也可以考虑二次换热模式等。
在具体实施过程中：所述热超导循环调节装置3的作用为控制和调节系统换热循环的启停及换热效率，可采用自启动式或电驱动式。所述循环调节装置一般安装在所述室内蒸发器的入口或/和室外冷凝器的出口处的连接管道上。该循环调节装置可加速室内蒸发器内的热传导，从而加速系统循环换热。
在一些具体示例中，本发明系统在不使用热超导循环调节装置时，可以通过改变热超导材料配方使系统变为相变重力热管式换热循环，但此时需保证安装过程中，室外冷凝器应始终高于室内蒸发器。
在另一些具体示例中：所述室外冷凝器可采用管翅式、壳管式或微通道式等各类型换热器。
本发明一种用于各类数据机房的自然冷源散热系统,在一些优选实施例中，还包括控制器5。本发明控制器主要控制用于各类数据机房的自然冷源散热系统与机房内已配备的空调系统的兼容、监测、启停等工作状态；在室外环境温度不超过28℃时，机房采用该自然冷源散热系统即可满足换热；当在夏季环境温度、湿度均较高的恶劣环境下，需要所述控制器控制已配备的空调系统开启，辅助自然冷源散热系统一起进行机房内散热。
本发明采用的热超导材料换热工质在系统循环过程中无相变，换热工质经过充装并调试后通过真空排除非换热工质气体并进行封装，热超导循环调节装置可控制和调节系统启停，同时提高工质循环换热效率，达到高速置换热量，高速散热的目的。通过循环调节装置使室内蒸发器内的换热工质充分吸收机房环境的热量并加速将热量传导至室外机的冷凝器中通过自然冷源进行散热冷却。该自然冷源散热系统在室内外温差3-5℃时即可启动工作，室内机与室外机的安装距离、安装位置及安装高度差均不会影响系统工作效果。
本发明一种用于各类数据机房的自然冷源散热系统的工过程：机房内的热空气与室内蒸发器发生热交换；通过热超导循环调节装置，蒸发器内的热超导材料换热工质迅速将热量传导至室外冷凝器；在室外利用自然冷源(例如空气和水等)与室外冷凝器进行充分的热交换吸收冷凝器内换热工质热量使其不断被冷却。在具体工作过程中，使用控制器通过监测温度调节系统工作状态及其与已配备空调的兼容工作调节。该系统结构简单、运行稳定。
依据机房的特殊环境要求，很多机器怕水，本发明用于各类数据机房的自然冷源散热系统中可以使用非液体工质(或泄露后为非液体的工质)，同时尽量将热超导循环装置的大部分循环管路安排在室外侧或室内地下隔层内，同时在节点位置安装阀门便于检查和维修；室内蒸发器可以根据室内机房空间随意旋转安装，也可使用多台串并联安装，如需精准散热也可以在每台机柜处安装一台室内蒸发器。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于各类数据机房的自然冷源散热系统,其特征在于，包括室外冷凝器、室内蒸发器及热超导循环装置，所述室外冷凝器出口通过热超导循环装置连通所述室内蒸发器的入口，所述室内蒸发器的出口通过连通管道与所述室外冷凝器的入口连通，形成循环封闭体系，所述循环封闭体系内填充有热超导材料换热工质；所述室外冷凝器为风冷式冷凝器或水冷式冷凝器。
2.根据权利要求1所述一种用于各类数据机房的自然冷源散热系统,其特征在于，所述室外冷凝器为风冷式冷凝器，还包括雾化装置，所述雾化装置安装在所述风冷式冷凝器的一侧，所述雾化装置上的水雾喷口朝向所述风冷式冷凝器翅片。
3.根据权利要求2所述一种用于各类数据机房的自然冷源散热系统,其特征在于，所述雾化装置包括超声波雾化发生器、水盒、风机、雾化分流管及用于使得雾化的水雾均布的导风板，所述超声波雾化装置置于所述水盒内，所述风机安装在所述水盒的一侧，所述导风板安装在所述水盒的上部；所述雾化分流管安装在所述水盒的顶部且与所述水盒连通。
4.根据权利要求1所述一种用于各类数据机房的自然冷源散热系统,其特征在于，所述热超导循环装置包括循环管路和循环调节装置，所述室内蒸发器的出口通过循环管路与所述室外冷凝器的入口连通，所述循环调节装置安装在所述室内蒸发器的入口或/和室外冷凝器的出口处的连接管道上。
5.根据权利要求4所述一种用于各类数据机房的自然冷源散热系统,其特征在于，所述循环调节装置可以为自启动式或电驱动式循环控制阀。
6.根据权利要求1至5任一项所述一种用于数据机房的自然冷源散热系统,其特征在于，所述室外冷凝器采用管翅式、壳管式或微通道式冷凝器。
7.根据权利要求1至5任一项所述一种用于数据机房的自然冷源散热系统,其特征在于，还包括控制器。
8.根据权利要求1至5任一项所述一种用于数据机房的自然冷源散热系统,其特征在于，所述室内蒸发器为多台并联。
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