CN106247816B - 用于数据中心的冷却塔及数据中心冷却系统 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种用于数据中心的冷却塔及数据中心冷却系统。其中，用于数据中心的冷却塔包括：塔盘，所述塔盘内形成有供冷却水流通的冷却水通道；换热通道，所述换热通道形成于所述冷却水通道中，且与所述冷却水通道通过隔离壁相互隔离，且所述隔离壁能够在所述换热通道与所述冷却水通道之间进行热量传递；所述换热通道包括进水口和出水口，所述进水口与数据中心机房的回水口连通，所述出水口用于将所述换热通道中的水导出所述塔盘。由此，保证了冷却塔的塔盘即使在室外温度较低时，其内部也不会结冰，提高了冷却塔工作的可靠性。

Description

用于数据中心的冷却塔及数据中心冷却系统

技术领域

本申请涉及数据中心的制冷技术领域，尤其涉及一种用于数据中心的冷却塔及数据中心冷却系统。

背景技术

数据中心担负着日益复杂的任务处理重任，越来越多的应用负载带给数据中心无限压力，而数据中心冷却系统承担着数据中心难以释放的散热压力。冷却塔用水作为循环冷却剂，降低数据中心温度。通过冷却塔可以冷却数据中心并把废弃的热量排放到大气中。

但是目前在冬天使用冷却塔的时候，冷却塔中塔盘内储存的冷却水在较低温度下容易结冰，而当塔盘内的水结冰后势必会导致冷却塔出水不畅，影响冷却塔的正常工作。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本申请的第一个目的在于提出一种用于数据中心的冷却塔，该装置能够防止冷却塔内的塔盘结冰，提高冷却塔工作的可靠性。

本申请的第二个目的在于提出一种数据中心冷却系统。

为达上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种用于数据中心的冷却塔，包括：塔盘，所述塔盘内形成有供冷却水流通的冷却水通道；

换热通道，所述换热通道形成于所述冷却水通道中，且与所述冷却水通道通过隔离壁相互隔离，且所述隔离壁能够在所述换热通道与所述冷却水通道之间进行热量传递；

所述换热通道包括进水口和出水口，所述进水口与数据中心机房的回水口连通，所述出水口用于将所述换热通道中的水导出所述塔盘。

在本发明的一些实施例中，进一步的，所述塔盘内设置有换热水管，所述换热水管的内部形成所述换热通道，所述换热水管的管壁形成所述隔离壁。

在本发明的一些实施例中，进一步的，所述换热水管包括进水主管、多个换热支管和出水主管；

所述进水主管与数据中心机房的回水管道连接；

所述多个换热支管相互间隔布置，且每个换热支管的两端分别连通至所述进水主管和所述出水主管；

所述出水主管与数据中心机房的进水管道连接。

在本发明的一些实施例中，进一步的，所述多个换热支管之间的间距相等。

在本发明的一些实施例中，优选的，所述换热支管为直形管，多个直形管在所述冷却塔的高度方向分层布置。

在本发明的一些实施例中，可选的，所述换热支管为弯管，多个所述弯管包括螺旋状、盘状或蛇形状中的至少一种。

在本发明的一些实施例中，进一步的，所述塔盘底部还设置有用于支撑所述换热支管的支架，且每个所述换热支管对应设置有多个所述支架。

在本发明的一些实施例中，进一步的，在所述进水口处设有用于控制数据中心机房的回水流入所述换热通道的控制阀。

在本发明的一些实施例中，进一步的，还包括室外温度检测装置，所述室外温度检测装置用于检测当前室外温度；

所述控制阀用于：在所述室外温度检测装置检测到当前室外温度小于或等于预设第一温度值时打开，以使所述数据中心机房的回水流入所述换热通道内。

在本发明的一些实施例中，进一步的，还包括塔盘温度检测装置，所述塔盘温度检测装置用于检测所述冷却水通道内的水温；

所述控制阀用于：在所述塔盘温度检测装置检测到所述冷却水通道内的水温大于预设第二温度值时关闭，以阻止所述数据中心机房的回水流入所述换热通道内。

为达上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种数据中心冷却系统，包括数据中心机房和设置于所述数据中心机房的散热设备，以及如上任一所述的用于数据中心的冷却塔。

本申请实施例的用于数据中心的冷却塔及数据中心冷却系统，通过在冷却塔的塔盘内设置换热通道，换热通道与数据中心机房的回水口连通，由此，使得从数据中心机房排出的高温回水流入至换热通道内，换热通道内的高温回水的热量能够传递至塔盘内冷却水通道，防止冷却水通道结冰，提高了冷却塔工作的可靠性。

本发明的附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请一实施例的用于数据中心的冷却塔的主视图；

图2是图1中A-A处剖视图；

图3为本申请一实施例提供的控制阀的电控原理框图；

图4为本申请一实施例提供的数据中心冷却系统的结构示意图。

附图标记：

100-进风区；

200-填料区；

300-出风区；

301-散热风扇；

302-出风口；

10-塔盘；

11-冷却水通道；

20-换热通道；

21-进水主管；

22-换热支管；

23-出水主管；

30-支架；

40-控制阀；

50-室外温度检测装置；

60-塔盘温度检测装置；

70-散热设备；

71-回水管道；

72-进水管道。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

下面参考附图描述本申请实施例的用于数据中心的冷却塔及数据中心冷却系统。

图1是本申请一实施例的用于数据中心的冷却塔的主视图；图2是图1中A-A处剖视图。

如图1和图2所示，本发明一方面实施例提供的用于数据中心的冷却塔包括塔盘10，以及在冷却塔的高度方向Z从下至上依次布置的是进风区100、填料区200和出风区300。本实施例中的冷却塔的工作原理大致如下：冷却塔的塔盘10中的冷却水经过冷却水循环泵泵送到冷却塔顶部，并通过冷却塔顶部的喷洒装置，将冷却水进行颗粒细化后喷洒下来，水滴状的冷却水与从进风区100进入的冷空气在填料区充分接触后温度得以降低，温度降低后的冷却水继续滴落在下方的塔盘10中，塔盘10中的冷却水经过冷却水出口输入至数据中心机房中散热装置处，为数据中心机房的散热提供冷源。

其中，进风区100可以是通过格栅的形式形成进风通道，外界空气通过格栅缝隙处进入到冷却塔内部，外界冷空气与冷却塔内水滴接触，实现快速降低冷却水温度。

填料区200内充填有填料，填料是冷却塔最重要的部分，它在冷却塔中可以增加散热量，延长冷却水停留时间，增加换热面积，增加换热量，均匀布水，填料的效率高低，取决于冷却水与空气在填料中充分接触的程度。而填料具体可以包括：S波填料，斜交错填料，台阶式梯形斜波填料，差位式正弦波填料，点波填料，六角蜂窝填料，双向波填料，斜折波填料等等。

出风区300内可以设置冷却塔散热装置，例如，可以为散热风扇301，散热风扇301设置在冷却塔上方且位于填料区200上方，出风区300处可以设置有出风口302，以将冷却塔内的换热后的热气流排出，进一步保证冷却效果。

其中，塔盘10内形成有供冷却水流通的冷却水通道11。在冷却水通道11中形成有换热通道20，且换热通道20与冷却水通道11通过隔离壁相互隔离，且隔离壁能够在换热通道20与冷却水通道11之间进行热量传递。换热通道20包括进水口和出水口，进水口与数据中心机房的回水口连通，出水口用于将换热通道20中的水导出塔盘10。图1和图2中换热通道20旁的小箭头方向为换热通道20中的水流方向。

具体地，换热通道20的形成方式可以是在塔盘10成型过程中，形成的隔离于塔盘10内其他区域的隔离通道，该隔离通道与塔盘10一体成型；或者，也可以为增设在塔盘10内的用于供数据中心机房回水流通的腔体类元器件。

隔离壁能够在换热通道20与冷却水通道11之间进行热量传递。具体的，隔离壁的材质可以选用导热性较好的材料，例如陶瓷，或者金属，当然，当选用金属时，优选为不锈钢金属，或者在金属的壁面上涂设防腐层，以防止隔离壁生锈。

可以理解的是，换热通道20的形成方式有很多，在此本实施例不做特别限定，只要能实现可以供数据中心机房回水流通，并且能够与塔盘10内的冷却水通道11相互隔离，并且换热通道20与冷却水通道11能够传递热量即可，由此，实现换热通道20内的数据中心机房的回水热量可以传递给塔盘10内冷却水通道11，如此一来，塔盘10中的冷却水不易结冰。并且，在冬季室外温度较低时，不需要借助其他加热装置(例如电热丝、电热棒等)也可以防止塔盘10内的冷却水结冰，减少不必要的能源消耗，有利于满足环保节能的要求。

从换热通道20的出水口处输出的水为数据中心机房回水与冷却水通道11内的冷却水经过热交换后温度降低之后的回水，温度降低后的回水通过冷却水循环泵泵送至数据中心机房处的散热设备(设置于末端的精密空调)，如此循环，一方面能够达到为数据中心机房提供持续冷源的目的，另一方面有效利用数据中心机房的回水，有效利用资源，节省成本。

当然，可以理解的是，为实现本实施例的目的，冷却塔中除塔盘10、冷却水通道11和换热通道20之外的结构可以并不限于上述描述的结构形式，本领域技术人员可以根据实际需要，而具体设计冷却塔中除塔盘10、冷却水通道11和换热通道20之外的结构。

本实施例提供的用于数据中心的冷却塔，通过在冷却塔的塔盘内设置换热通道，换热通道与数据中心机房的回水口连通，由此，使得从数据中心机房排出的高温回水流入至换热通道内，换热通道内的高温回水的热量能够传递至塔盘内冷却水通道，并且，不需要借助其他加热装置也可以在室外温度较低时，防止塔盘内冷却水结冰，提高了冷却塔工作的可靠性，并且，具有节能环保的优点。

塔盘10内可以设置有换热水管，换热水管的内部形成上述的换热通道20，换热水管的管壁形成上述的隔离壁。其中，换热水管的横截面可以呈圆形、椭圆形、方形或者其他形状。换热水管可以可拆卸地固定在塔盘10内，以便于当换热水管因使用时间较长或者使用过程中的破损需要更换时，能够便于换热水管的更换与维修，灵活程度较高。

换热水管的具体结构形式可以如下：换热水管可以包括进水主管21、多个换热支管22和出水主管23。进水主管21可以与数据中心机房的回水管道连接；多个换热支管22相互间隔布置，且每个换热支管22的两端分别连通至进水主管21和出水主管23。出水主管23与数据中心机房的进水管道连接。从数据中心机房出来的回水可以经过一个总的进水主管21进入到各个换热支管22中，回水在各个换热支管22内流通，并通过塔盘10内冷却水通道11的冷却作用，回水温度降低，从各个换热支管22处汇合至出水主管23后排出到塔盘10外，在本实施例中，回水从塔盘10排出后可以泵送到数据中心机房的散热设备处为数据中心机房提供散热冷源。

设置多个换热支管22，每个换热支管22的横截面尺寸可以相同，并且每个换热支管22的横截面尺寸越小，换热支管22越多，换热面积越大，换热支管22内的数据中心机房的回水温度降低越快，换热效率越高。

多个换热支管22之间的间距可以相等。即，多个换热支管22可以均匀布置在塔盘10内的冷却水通道11内，由此，使得换热支管22在塔盘10内能够尽可能均匀地与冷却水通道11进行热交换。

如图1和图2所示，本发明实施例优选的，换热支管22为直形管，多个直形管在冷却塔的高度方向分层布置。如图1和图2所示，本实施例中，多个换热支管22可以形成两层结构，每层布置有多个换热支管22，每个换热支管22的轴线方向沿冷却塔的第一水平方向X延伸，所有的换热支管22在冷却塔的高度方向Z上形成有高度差，并在冷却塔的第二水平方向Y分散布置。本实施例中采用直形管作为换热支管22，能够便于加工，并且便于安装至塔盘10内，以及便于从塔盘10内拆卸出来。

作为另外一种可以选择的方式，换热支管22还可以为弯管，多个弯管包括螺旋状、盘状或蛇形状中的至少一种。换热支管22可以呈弯曲状，以在塔盘10内增加换热路径，所有的换热支管22可以为同样的弯曲形状，也可以是多种形状的换热支管22混合布置，例如，所有的换热支管22分为三部分，第一部分的换热支管22为螺旋状，第二部分的换热支管22为盘状，第三部分的换热支管为蛇形状。具体的设置形式，可以在具体实践时根据实际需要选用。

更进一步的，在某些实施例中，塔盘10底部还可以设置有用于支撑换热支管22的支架30，且每个换热支管对应设置有多个支架30。通过支架30支撑换热支管能够提高换热支管安装后的稳定性，当然，在每个换热支管60上对应布置多个支架30能进一步提高稳定性。

在上述实施例中，在换热通道20的进水口处可以设有用于控制数据中心机房的回水流入换热通道20的控制阀40。优选的，该控制阀40可以为电动蝶阀，电动蝶阀具有结构简单，成本较低的优点，并且，适合运用在水压较小的系统中，因此适合应用在本实施例的数据中心机房的回水系统中。

基于上述实施例，图3为本申请一实施例提供的控制阀的电控原理框图。如图3所示，该冷却塔还可以包括室外温度检测装置50，室外温度检测装置50用于检测当前室外温度；控制阀40用于：在室外温度检测装置50检测到当前室外温度小于或等于预设第一温度值时打开，以使数据中心机房的回水流入换热通道20内。

具体的，预设第一温度值可以为0℃，当外界温度等于或低于0℃时，说明冷却水在该温度下具有结冰的风险，因此，此时将控制阀40打开，使得温度较高的数据中心机房的回水流入换热通道20内，通过换热通道20与冷却水通道11之间的热交换，保证冷却水通道11内的水不会结冰，冷却塔能够可靠工作。

更进一步的，如图3所示，该冷却塔还可以包括塔盘温度检测装置60，塔盘温度检测装置60用于检测冷却水通道11内的水温；控制阀40用于：在塔盘温度检测装置60检测到冷却水通道11内的水温大于预设第二温度值时关闭，以阻止数据中心机房的回水流入换热通道20内。本实施例中的预设第二温度值可以根据实际冷却水通道内的正常冷却温度而具体选择，本实施例不做限定。

当数据中心机房较热的回水一直流入冷却水通道11时，并维持一段时间，由于热交换的作用，冷却水通道11内的水温也会升高，当升高到一定程度后其冷却效果受到影响，因此，本实施例通过塔盘温度检测装置60检测冷却水通道11内的水温，可以防止冷却水通道11的水的温度升高到一定程度而导致冷却效果受影响，因此，本实施例一方面既能够保证塔盘10内不结冰，也能保证冷却塔的冷却效果。

上述的室外温度检测装置50和塔盘温度检测装置60可以均为温度传感器，温度传感器感受温度并转换成可用输出信号，以使控制阀做出相应的操作。

图4为本申请一实施例提供的数据中心冷却系统的结构示意图。

如图4所示，本发明另一方面实施例提供一种数据中心冷却系统，包括数据中心机房和设置于数据中心机房的散热设备70，以及上述实施例提供的用于数据中心的冷却塔。其中，冷却塔中塔盘10的换热通道20的进水口可以与数据中心机房的散热设备70的回水管道71连接，冷却塔中塔盘10的换热通道20的出水口可以与数据中心机房的散热设备70的进水管道72连接。

本实施例的数据中心冷却系统中的冷却塔的结构与功能与上述实施例相同，在此，本实施例不再赘述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。

在本发明的描述中，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申请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。

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各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种用于数据中心的冷却塔，其特征在于，包括：

塔盘，所述塔盘内形成有供冷却水流通的冷却水通道；

换热通道，所述换热通道形成于所述冷却水通道中，且与所述冷却水通道通过隔离壁相互隔离，且所述隔离壁能够在所述换热通道与所述冷却水通道之间进行热量传递；

所述换热通道包括进水口和出水口，所述进水口与数据中心机房的回水口连通，所述出水口用于将所述换热通道中的水导出所述塔盘；

控制阀，所述控制阀设置在所述进水口处；

室外温度检测装置，所述室外温度检测装置用于检测当前室外温度，其中，所述控制阀用于：在所述室外温度检测装置检测到当前室外温度小于或等于预设第一温度值时打开，以使所述数据中心机房的回水流入所述换热通道内。

2.根据权利要求1所述的用于数据中心的冷却塔，其特征在于，所述塔盘内设置有换热水管，所述换热水管的内部形成所述换热通道，所述换热水管的管壁形成所述隔离壁。

3.根据权利要求2所述的用于数据中心的冷却塔，其特征在于，所述换热水管包括进水主管、多个换热支管和出水主管；

所述进水主管与数据中心机房的回水管道连接；

所述多个换热支管相互间隔布置，且每个换热支管的两端分别连通至所述进水主管和所述出水主管；

所述出水主管与数据中心机房的进水管道连接。

4.根据权利要求3所述的用于数据中心的冷却塔，其特征在于，所述多个换热支管之间的间距相等。

5.根据权利要求4所述的用于数据中心的冷却塔，其特征在于，所述换热支管为直形管，多个直形管在所述冷却塔的高度方向分层布置。

6.根据权利要求4所述的用于数据中心的冷却塔，其特征在于，所述换热支管为弯管，多个所述弯管包括螺旋状、盘状或蛇形状中的至少一种。

7.根据权利要求3所述的用于数据中心的冷却塔，其特征在于，所述塔盘底部还设置有用于支撑所述换热支管的支架，且每个所述换热支管对应设置有多个所述支架。

8.根据权利要求1所述的用于数据中心的冷却塔，其特征在于，还包括塔盘温度检测装置，所述塔盘温度检测装置用于检测所述冷却水通道内的水温；

所述控制阀用于：在所述塔盘温度检测装置检测到所述冷却水通道内的水温大于预设第二温度值时关闭，以阻止所述数据中心机房的回水流入所述换热通道内。

9.一种数据中心冷却系统，其特征在于，包括数据中心机房和设置于所述数据中心机房的散热设备，以及如权利要求1-8任一项所述的用于数据中心的冷却塔。