CN108507095A - 一种数据中心使用的蒸发冷高效冷水机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数据中心使用的蒸发冷高效冷水机组，该冷水机组包括主机框架隔成上层和下层两个部分且上层腔体隔成左腔、中腔、右腔三个部分，所述左腔和右腔内设置的制冷装置结构一致，中腔设置有填料式制装置，本发明冷水机组集成了冷却塔、板式换热器、冷水主机的功能，占地面积大大减少，同时系统换热效率远远高于传统的制冷系统。本发明的蒸发冷高效冷水机组为模块化方式，可以轻易实现模块化的拼凑，进而满足不同系统大小不同制冷量的需求。

Description

一种数据中心使用的蒸发冷高效冷水机组

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，具体的说是涉及一种数据中心使用的蒸发冷高效冷水机组。

背景技术

随着能源成本的不断攀升以及人们对绿色环保的重视，促使数据中心节能需求越来越强烈。在保证数据中心机房IT设备安全、高性能运行的前提下，综合利用各种节能手段，提高数据中心的能源利用效率，降低PUE已成为数据中心基础设施追求的目标之一。

利用室外免费冷源来对数据中心进行降温冷却是一种常用的节能手段，在设计中制冷系统一般都采用板式换热器来进行冷冻侧和冷却侧热量的交换。此种系统设计不仅所含设备繁多，增加的中间换热环节影响免费冷源使用时间，并且在运行中板式换热器的维护工作量也很大，不及时维护会导致换热端差增大，影响换热效果。

常规方案中，需要用屋顶来布置冷却塔，用地下室来作为制冷站，布置冷水机组、水泵、换热板式换热器等设备。即使有一些风冷冷水机组可以实现减少占地面积的方式，但是其效能远远没有水冷的好。

附图1：传统采用水侧自然冷却系统的数据中心的制冷系统方案简图。

如图1，传统采用水侧自然冷却系统的数据中心，机房热量由末端空调、冷冻水、板式换热器/冷水机组、冷却水、冷塔逐步搬至室外散热，三种模式由电动阀开闭切换控制。

传统方案：

在冷机工作模式，从冷冻水往室外侧，存在3次换热分别是冷冻水与制冷剂、制冷剂与冷却水、冷却水与室外空气；在“免费冷却模式”，从冷冻水往室外侧，存在2次换热分别是冷冻水与冷却水、冷却水与室外空气。

传统的这种方案仅管实现了在“自然冷”状态下极少的换热次数，但系统非常复杂，占地面积也非常大。

从充分挖掘数据中心站点所在地域自然气候潜力，最大限度提升自然冷却时间要求出发，现有方案有以下的缺点：

1.占地面积大；

2.非自然冷模式，系统效率过低，换热次数过多；

3.耗水量大。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明要解决的技术问题在于提供了一种数据中心使用的蒸发冷高效冷水机组。

为解决上述技术问题，本发明通过以下方案来实现：一种数据中心使用的蒸发冷高效冷水机组，该冷水机组包括主机框架隔成上层和下层两个部分且上层腔体隔成左腔、中腔、右腔三个部分，所述左腔和右腔内设置的制冷装置结构一致，中腔设置有填料式制装置，其底部为接水盘，所述接水盘与左腔和右腔的接水盘相通，所述左腔内设置有至少一个风机组件，所述风机组件设置于左腔的顶部，主机框架顶部板设有出风口，左腔内的风机组件的出风方向正对出风口；所述风机组件下方设置有第一喷水装置，所述第一喷水装置设于一水循环抽水管路上，所述水循环抽水管路上设置有左腔抽水泵，所述左腔抽水泵的进水端通过管路连接于中腔的接水盘上，且该水循环抽水管路的管路连接至右腔的第二喷水装置；

所述第一喷水装置下方设有换热器，所述换热器内设置有水冷管路；所述水冷管路的出水端连接冷冻水出水管路，所述水冷管路的进水端连接冷却水进水管路，所述冷却水进水管路和冷冻水出水管路的管体上连接一液液换热器，该液液换热器的冷却水出水端通过管路连接所述换热器的进水端，且在液液换热器与所述换热器之间的管路上设置有单向阀，所述单向阀上并联连接有一空气泵；

所述换热器下方是接水盘，其用于接收从第一喷水装置喷在换热器上的水，水经换热后落入左腔的接水盘内；

在中腔设置至少一个风机组件，该风机组件顶部板设有出风口，中腔的风机组件的出风方向正对出风口；

中腔的风机组件下方设置有第二喷水装置，该第二喷水装置设于中腔水循环抽水管路上，所述中腔水循环抽水管路上设置有中腔抽水泵，所述中腔抽水泵的进水端通过管路连接于左腔的接水盘上；

中腔的第二喷水装置下方设置有填料装置，右腔的第二喷水装置的水喷淋于所述填料装置上，水通过填料装置的降温后落入中腔的接水盘。

进一步的，在左腔、中腔、右腔内任意一处的风机组件上，风机组件设有两组，其包括两个风扇和一驱动电机，所述驱动电机的驱动部设有两个主动轮，两个风扇设有被动轮，两个主动轮通过皮带分别连接两个被动轮。

进一步的，所述冷冻水出水管路的管体上连接有液体泵和储液罐，所述储液罐安装于液体泵和换热器之间的管体上。

进一步的，所述储液罐与所述换热器之间的管体上设置有温度传感器T和气压传感器P。

进一步的，所述单向阀与所述换热器之间的管体上设置有温度传感器T和气压传感器P。

进一步的，所述主机框架的左右侧设置有进风窗口，在进风窗口处及主机框架顶面的出风口设置有温湿度传感器。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：本发明冷水机组集成了冷却塔、板式换热器、冷水主机的功能，占地面积大大减少，同时系统换热效率远远高于传统的制冷系统。

本发明的蒸发冷高效冷水机组为模块化方式，可以轻易实现模块化的拼凑，进而满足不同系统大小不同制冷量的需求。

本发明蒸发冷高效冷水机组，由液体泵、气体泵（压缩机）、换热器、储液罐、液液换热器、风机、水泵等组成。单个模块采用双系统的设计，即可单机实现1+1备份，也可以与其他模块拼接实现N+x的冗余备份。

中间换热填料模块，负责使用室外空气的冷源潜力，获得最冷的“冷水”。同时，“冷水”又与室外的“冷风”一起同时去冷却左右两个单元的换热器，使换热器内部的制冷剂冷却为液体状态。

本冷水机组，由于采用了蒸发冷冷凝器的设计技术，耗水量大大少于常规系统的开式冷却塔方案。

本发明的优势可总结如下：

1.更充分利用室外自然冷源，效率更高；

2.模块化设计，部署更快；

3.耗水量更小。

附图说明

图1为传统采用水侧自然冷却系统的数据中心的制冷系统方案简图；

图2为本发明的冷机组结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参照附图1-2，本发明的一种数据中心使用的蒸发冷高效冷水机组，该冷水机组包括主机框架1隔成上层和下层两个部分且上层腔体隔成左腔、中腔、右腔三个部分，所述左腔和右腔内设置的制冷装置结构一致，中腔设置有填料式制装置，其底部为接水盘21，所述接水盘21与左腔和右腔的接水盘相通，所述左腔内设置有至少一个风机组件2，所述风机组件设置于左腔的顶部，主机框架1顶部板设有出风口，左腔内的风机组件2的出风方向正对出风口；所述风机组件2下方设置有第一喷水装置3，所述第一喷水装置3设于一水循环抽水管路14上，所述水循环抽水管路14上设置有左腔抽水泵6，所述左腔抽水泵35的进水端通过管路连接于中腔的接水盘14上，且该水循环抽水管路14的管路连接至右腔的第二喷水装置22；

所述第一喷水装置3下方设有换热器4，所述换热器4内设置有水冷管路；所述水冷管路的出水端连接冷冻水出水管路7，所述水冷管路的进水端连接冷却水进水管路8，所述冷却水进水管路8和冷冻水出水管路7的管体上连接一液液换热器9，该液液换热器9的冷却水出水端通过管路连接所述换热器4的进水端，且在液液换热器9与所述换热器4之间的管路上设置有单向阀13，所述单向阀13上并联连接有一空气泵41；

所述换热器4下方是接水盘21，其用于接收从第一喷水装置2喷在换热器4上的水，水经换热后落入左腔的接水盘21内；

在中腔设置至少一个风机组件2，该风机组件2设置于中腔的顶部，主机框架1顶部板设有出风口，中腔的风机组件2的出风方向正对出风口；

中腔的风机组件2下方设置有第二喷水装置18，该第二喷水装置18设于中腔水循环抽水管路16上，所述中腔水循环抽水管路16上设置有中腔抽水泵15，所述中腔抽水泵15的进水端通过管路连接于左腔的接水盘34上；

中腔的第二喷水装置18下方设置有填料装置19，右腔的第二喷水装置18的水喷淋于所述填料装置19上，水通过填料装置19的降温后落入中腔的接水盘14。

本实施例的一种优先技术方案：在左腔、中腔、右腔内任意一处的风机组件2上，风机组件2设有两组，其包括两个风扇和一驱动电机，所述驱动电机的驱动部设有两个主动轮，两个风扇设有被动轮，两个主动轮通过皮带分别连接两个被动轮。

本实施例的一种优先技术方案：所述冷冻水出水管路7的管体上连接有液体泵10和储液罐11，所述储液罐11安装于液体泵10和换热器4之间的管体上。

本实施例的一种优先技术方案：所述储液罐11与所述换热器4之间的管体上设置有温度传感器T和气压传感器P。

本实施例的一种优先技术方案：所述单向阀13与所述换热器4之间的管体上设置有温度传感器T和气压传感器P。

本实施例的一种优先技术方案：所述主机框架1的左右侧设置有进风窗口，在进风窗口处及主机框架1顶面的出风口设置有温湿度传感器5。

本发明通过巧妙设计的散热循环和水流路循环，实现冷却塔、板式换热器、冷水机组功能的集成，同时实现“冷水”和“冷风”的最大化，让进入冷凝器散热盘管阶段的风和水均是最大化的冷的状态，最大限度的挖掘室外自然空气冷量。本发明的冷水机组系统，无论是在“免费冷却”模式，还是“机械制冷”模式，从冷冻水往室外侧，均只有两次换热，分别是冷冻水与制冷剂、制冷剂与室外大气（水）。如图2所示，本发明的蒸发冷高效冷水机组为模块化方式，可以轻易实现模块化的拼凑，进而满足不同系统大小不同制冷量的需求。蒸发冷高效冷水机组，由液体泵、气体泵（压缩机）、换热器、储液罐、液液换热器、风机、水泵等组成。单个模块采用双系统的设计，即可单机实现1+1备份，也可以与其他模块拼接实现N+x的冗余备份。中间换热填料模块，负责使用室外空气的冷源潜力，获得最冷的“冷水”。同时，“冷水”又与室外的“冷风”一起同时去冷却左右两个单元的换热器，使换热器内部的制冷剂冷却为液体状态。本冷水机组，由于采用了蒸发冷冷凝器的设计技术，耗水量大大少于常规系统的开式冷却塔方案。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种数据中心使用的蒸发冷高效冷水机组，该冷水机组包括主机框架（1）隔成上层和下层两个部分且上层腔体隔成左腔、中腔、右腔三个部分，其特征在于：所述左腔和右腔内设置的制冷装置结构一致，中腔设置有填料式制装置，其底部为接水盘（21），所述接水盘（21）与左腔和右腔的接水盘相通，所述左腔内设置有至少一个风机组件（2），所述风机组件设置于左腔的顶部，主机框架（1）顶部板设有出风口，左腔内的风机组件（2）的出风方向正对出风口；所述风机组件（2）下方设置有第一喷水装置（3），所述第一喷水装置（3）设于一水循环抽水管路（14）上，所述水循环抽水管路（14）上设置有左腔抽水泵（6），所述左腔抽水泵（35）的进水端通过管路连接于中腔的接水盘（14）上，且该水循环抽水管路（14）的管路连接至右腔的第二喷水装置（22）；

所述第一喷水装置（3）下方设有换热器（4），所述换热器（4）内设置有水冷管路；所述水冷管路的出水端连接冷冻水出水管路（7），所述水冷管路的进水端连接冷却水进水管路（8），所述冷却水进水管路（8）和冷冻水出水管路（7）的管体上连接一液液换热器（9），该液液换热器（9）的冷却水出水端通过管路连接所述换热器（4）的进水端，且在液液换热器（9）与所述换热器（4）之间的管路上设置有单向阀（13），所述单向阀（13）上并联连接有一空气泵（41）；

所述换热器（4）下方是接水盘（21），其用于接收从第一喷水装置（2）喷在换热器（4）上的水，水经换热后落入左腔的接水盘（21）内；

在中腔设置至少一个风机组件（2），该风机组件（2设置于中腔的顶部，主机框架（1）顶部板设有出风口，中腔的风机组件（2）的出风方向正对出风口；

中腔的风机组件（2）下方设置有第二喷水装置（18），该第二喷水装置（18）设于中腔水循环抽水管路（16）上，所述中腔水循环抽水管路（16）上设置有中腔抽水泵（15），所述中腔抽水泵（15）的进水端通过管路连接于左腔的接水盘（34）上；

中腔的第二喷水装置（18）下方设置有填料装置（19），右腔的第二喷水装置（18）的水喷淋于所述填料装置（19）上，水通过填料装置（19）的降温后落入中腔的接水盘（14）。

2.根据权利要求1所述的一种数据中心使用的蒸发冷高效冷水机组，其特征在于：在左腔、中腔、右腔内任意一处的风机组件（2）上，风机组件（2）设有两组，其包括两个风扇和一驱动电机，所述驱动电机的驱动部设有两个主动轮，两个风扇设有被动轮，两个主动轮通过皮带分别连接两个被动轮。

3.根据权利要求1所述的一种数据中心使用的蒸发冷高效冷水机组，其特征在于：所述冷冻水出水管路（7）的管体上连接有液体泵（10）和储液罐（11），所述储液罐（11）安装于液体泵（10）和换热器（4）之间的管体上。

4.根据权利要求3所述的一种数据中心使用的蒸发冷高效冷水机组，其特征在于：所述储液罐（11）与所述换热器（4）之间的管体上设置有温度传感器T和气压传感器P。

5.根据权利要求1所述的一种数据中心使用的蒸发冷高效冷水机组，其特征在于：所述单向阀（13）与所述换热器（4）之间的管体上设置有温度传感器T和气压传感器P。

6.根据权利要求1所述的一种数据中心使用的蒸发冷高效冷水机组，其特征在于：所述主机框架（1）的左右侧设置有进风窗口，在进风窗口处及主机框架（1）顶面的出风口设置有温湿度传感器（5）。