CN109642742B - 双空气双水蒸发冷却设备的水管理系统 - Google Patents

双空气双水蒸发冷却设备的水管理系统 Download PDF

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Abstract

公开了一种设备(100)，其包括用于容纳一定体积的冷却剂的流体存储装置(104)；冷却装置(106)，该冷却装置(106)具有布置成与流体存储装置流体连通的热交换器(108)和第一蒸发介质(110)，该冷却装置配置成使空气能够通过其中；以及具有第二蒸发介质(114)的排热装置(112)，所述第二蒸发介质(114)布置成与所述流体存储装置和所述热交换器流体连通。该设备可在至少第一模式和第二模式之间运行以降低空气温度，其中在第一模式中，仅可操作地启动第一蒸发介质以使用冷却剂将空气冷却至第一温度，并且在第二模式中，第一蒸发介质、第二蒸发介质和热交换器被共同启动以使用冷却剂将空气冷却到低于第一温度的第二温度。

Description

双空气双水蒸发冷却设备的水管理系统
技术领域
本发明涉及一种设备。
背景技术
与传统的直接蒸发冷却系统相比，双空气双水蒸发冷却系统显示出更深层冷却的潜力。具体地，在蒸发冷却系统内产生的湿球温度下的冷水为进入的空气提供显热温度降低，而高效冷却介质通过直接蒸发冷却确保进一步提高空气温度。但是，对于整个冷却过程，水管理及其配置起着重要作用。
因此，本发明的一个目的是解决现有技术中的至少一个问题和/或提供在本领域中有用的选择。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种设备，包括：流体存储装置，该流体存储装置用于容纳一定体积的冷却剂；冷却装置，该冷却装置具有布置成与该流体存储装置流体连通的热交换器和第一蒸发介质，该冷却装置配置成使空气能够通过其中；和排热装置，该排热装置具有第二蒸发介质，该第二蒸发介质布置成成与该流体存储装置和该热交换器流体连通，其中该设备在可至少第一模式和第二模式之间运行以降低该空气的温度，其中在该第一模式中，仅该第一蒸发介质可操作地启动以使用该冷却剂将该空气冷却至第一温度，并且在该第二模式中，该第一蒸发介质、该第二蒸发介质和该热交换器被共同启动以使用该冷却剂将该空气冷却到低于该第一温度的第二温度。
优选地，冷却剂可包括水。
优选地，该设备还可包括第一泵和第二泵，该第一泵和该第二泵分别连接到该第一蒸发介质和该热交换器，以使该冷却剂循环到其中。
优选地，第二蒸发介质可以经由第一蒸发介质与流体存储装置流体连通。
优选地，该设备还可包括三通阀，该三通阀连接到该第一蒸发介质、该第二蒸发介质和该第一泵，以使该冷却剂能够选择性地循环到该第一蒸发介质和该第二蒸发介质中的至少一个。
优选地，三通阀可以适于使用逻辑控制器来控制。
优选地，该设备还可以以第三模式运行，其中仅该第一蒸发介质和该第二蒸发介质被启动以使用该冷却剂将该空气冷却到该第一温度。
优选地，该设备还可包括泵，该泵经由三通阀连接到该第一蒸发介质和该热交换器，以使该冷却剂能够选择性地循环到其中。
优选地，该设备还可包括泵和第二三通阀，该泵经由第一三通阀连接到该第一蒸发介质和该热交换器，并且该第二三通阀连接到该第一三通阀、该第一蒸发介质和该第二蒸发介质，其中该第一三通阀和该第二三通阀使该冷却剂能够选择性地循环到该热交换器、该第一蒸发介质和该第二蒸发介质中的至少一个。
优选地，该设备还可以以第三模式运行，其中仅该第一蒸发介质和该第二蒸发介质被启动以使用该冷却剂将该空气冷却到该第一温度。
优选地，第一蒸发介质可以包括被布置成与该第二蒸发介质一体形成，以提供单一蒸发介质。
根据本发明的第二方面，提供一种使用设备降低空气的温度的方法，该设备包括流体存储装置、冷却装置和排热装置；该流体存储装置用于容纳一定体积的冷却剂；该冷却装置具有布置成与该流体存储装置流体连通的热交换器和第一蒸发介质；该排热装置具有第二蒸发介质，该第二蒸发介质布置成与该流体存储装置和该热交换器流体连通。该方法包括：使空气通过该冷却装置；和在至少第一模式和第二模式之间运行该设备以降低该空气的温度。在该第一模式中，仅该第一蒸发介质可操作地启动以使用该冷却剂将该空气冷却至第一温度，并且在该第二模式中，该第一蒸发介质、该第二蒸发介质和该热交换器被共同启动以使用该冷却剂将该空气冷却到低于该第一温度的第二温度。
应该理解的是，与本发明的一个方面有关的特征也可以适用于本发明的其他方面。
参考下文描述的实施方式，本发明的这些方面和其他方面将变得显而易见并得以阐明。
附图说明
在下文中参考附图公开了本发明的实施方式，其中：
图1a至1b是根据第一实施方式的以不同模式运行的第一设备的相应示意图，图1c描绘了不同模式的各个过程的湿度图；
图2是使用图1a的第一设备降低空气温度的方法的流程图；
图3a至3c是根据第二实施方式的以不同模式运行的第二设备的相应示意图，图3d描绘了不同模式的各个过程的湿度图；
图4a至4b是根据第三实施方式的以不同模式运行的第三设备的相应示意图，图4c描绘了不同模式的各个过程的湿度图；和
图5a至5c是根据第四实施方式的以不同模式运行的第四设备的相应示意图，图5d描绘了不同模式的各个过程的湿度图。
具体实施方式
参照图1a至1b，根据第一实施方式，描绘了以不同模式运行的第一设备100的各个示意图。然后，图1c是描绘不同模式的各个过程的湿度图102。概括地说，第一设备100包括：用于容纳一定体积的冷却剂的流体存储装置104(例如水槽)；冷却装置106，该冷却装置106具有布置成与流体存储装置104流体连通的热交换器108和第一蒸发介质110，冷却装置106配置成使空气能够通过其中；和排热装置112，该排热装置112具有第二蒸发介质114，第二蒸发介质114布置成与流体存储装置104和热交换器108流体连通。第一蒸发介质110和第二蒸发介质114使用冷却剂(可以是水)操作，但不被解释为限制。第一设备100可在至少第一模式和第二模式之间运行以降低空气温度，其中在第一模式中，仅可操作地启动第一蒸发介质110以使用冷却剂将空气冷却至第一温度，并且在第二模式中，第一蒸发介质110、第二蒸发介质114和热交换器108被共同启动以使用冷却剂将空气冷却到低于第一温度的第二温度。应当理解，第一蒸发介质110和第二蒸发介质114通过使用在其中循环的冷却剂润湿相应介质110、114而可操作地启动，这通过使用泵(将在下文详述)来实现。而且，无论是在第一模式还是第二模式中，当设备100运行时，冷却剂被布置成通过设备100循环到必要的部件。设备100的优点在于它能够优化冷却剂的流动，以使第一温度输出和第二温度输出最大化。
应当理解，第一模式可以被称为如图1a所示的“经济模式”，第二模式可以称为如图1b所示的“增压模式”。在第一模式和第二模式之间操作的第一设备100的设计目的是允许在使用冷却剂来冷却通过冷却装置106的空气时的有效性的变化，因此第一设备100也可以被称为变化的水管理系统(在水用作冷却剂的情况下)。第一设备100还可以进一步包括第一泵116a和第二泵116b。该第一泵116a和第二泵116b分别连接到第一蒸发介质110和热交换器108以使冷却剂循环到其中，并且还连接到第二蒸发介质114。
在经济模式中(即参见图1a)，第一泵116a在操作中以将冷却剂提供给第一蒸发介质110，以经由冷却装置106内的直接蒸发冷却来冷却空气，同时第一设备100的其余部件被配置为未启动的。在增压模式中(即参见图1b)，第一泵116a和第二泵116b都被配置为启动的，以便将冷却剂提供给第一蒸发介质110、第二蒸发介质114和热交换器108。应当理解，热交换器108为空气提供显热冷却，然后通过热交换器108的冷却剂在该过程中随后被加热。该加热的冷却剂然后循环到第二蒸发介质114以进行再生(即，从加热的冷却剂中移除热量)，然后将再生的冷却剂返回到流体存储装置104。类似于经济模式，第一泵116a(从流体储存装置104)供应冷却剂到第一蒸发介质110，从而在已经被热交换器108冷却后为空气提供额外的进一步冷却。
对应于经济和增压模式的各个过程在图1c的湿度图102中示出。具体而言，如图1c所示的过程1→4表示在经济模式下的空气(引入冷却装置106)的温度变化，并且还适用于在增压模式下的排热装置112的操作。参考图1c，空气的初始温度是T1，并且在被第一蒸发介质110冷却后，温度下降到T4(即第一温度)。另一方面，如图1c所示，增压模式由显热冷却阶段(由过程1→2表示)，然后是绝热冷却阶段(由过程2→3表示)。再次参考图1c，空气的初始温度为T1，并且在由热交换器108冷却后，温度下降到T2。在由第二蒸发介质114另外冷却之后，空气的温度进一步从T2下降到T3(即第二温度)。应当理解，从图1c，T3<T4。因此，第一设备100的操作相当简单，第一泵116a和第二泵116b驱动两个独立的水回路-第一水回路由流体存储装置104、第一泵116a和第一蒸发介质110形成，而第二水回路由流体储存装置104、第二泵116b、热交换器108和第二蒸发介质114形成。
现在，参考图2，描述了使用第一设备100来降低空气的温度的方法200。概括地说，方法200包括：在步骤202，使空气通过冷却装置106；在步骤204，在至少第一模式和第二模式之间运行第一设备100以降低空气温度。如上所述，在第一模式中，仅第一蒸发介质110可操作地启动以使用冷却剂将空气冷却至第一温度，并且在第二模式中，第一蒸发介质110、第二蒸发介质114和热交换器108共同启动以使用冷却剂将空气冷却到低于第一温度的第二温度。
下面将描述本发明的其他实施方式。为简洁起见，不再重复实施方式之间共用的相同元件、功能和操作的描述；相反，将引用相关实施方式的类似部分。
图3a至3c是根据第二实施方式的以不同模式运行的第二设备300的相应示意图，而图3d描绘了描绘不同模式的各个过程的湿度图302。第二设备300大部分类似于第一设备100，不同之处在于第二蒸发介质114现在被配置为经由第一蒸发介质110与流体存储装置104流体连通-即，第二蒸发介质的输出现在直接供给到第一蒸发介质110。此外，第二设备300还包括连接到第一蒸发介质110、第二蒸发介质114和第一泵116a的三通阀304，以使冷却剂能够选择性地循环到第一蒸发介质110和第二蒸发介质114中的至少一个。三通阀304适于使用逻辑控制器(未示出)来控制。通过加入三通阀304，第二设备300也可以以第三模式操作(除了根据第一设备100的第一模式和第二模式之外)，其中仅第一蒸发介质110和第二蒸发介质114被启动以使用冷却剂将空气冷却到第一温度。在该实施方式中，第一模式可以被称为“经济模式#1”(即图3a)，而第二模式仍然被称为“增压模式”(即图3c)，并且第三模式可以是称为“经济模式#2”(即图3b)。
在经济模式#1中，第一泵116a运行以将冷却剂(经由三通阀304)提供给第一蒸发介质110，以通过冷却装置106内的直接蒸发冷却来冷却空气，同时第一设备100的其余部件被配置为未启动的。应当理解，三通阀304配置成仅在经济模式#1中部分打开，经济模式#1被设计成提供与第一设备100的经济模式类似的冷却能力和能耗。
在经济模式#2中，三通阀304现在布置成完全打开，使得冷却剂可以循环到第一蒸发介质110和第二蒸发介质114，同时热交换器108保持未启动的。应当理解，与经济模式#1相比，在经济模式#2中引入到冷却装置106中的总空气流量增加，因此增加了第二设备300的总冷却能力。
在增压模式中，第一泵116a配置为未启动的，而第二泵116b配置为启动的。三通阀304被部分打开。因此，冷却剂以下列顺序在第二设备300的部件内循环：热交换器108、第二蒸发介质114和第一蒸发介质110。特别地，冷却剂布置成循环通过第一蒸发介质110和第二蒸发介质114以确保在流体存储装置104中可能的最冷的冷却剂温度。总之，通过使用经济模式#2和增压模式，第二设备300能够实现更大的冷却能力(与第一设备100相比)，并且与第一设备100相比有利地具有更低的能耗。
接下来，图4a至4b是根据第三实施方式的以不同模式运行的第三设备400的相应示意图，而图4c描绘了描绘不同模式的各个过程的湿度图402。第三设备400大部分类似于第一设备100，不同之处在于现在省略第二泵116b，并且第一泵116a布置成经由三通阀404连接到第一蒸发介质110和热交换器108，以使冷却剂能够选择性地循环到其中。
对于该实施方式，仅存在两种模式：经济模式(即图4a)和增压模式(即图4b)，其操作与第一设备100的相应的对应模式大致相同。在经济模式中，三通阀404被部分打开，以使第一泵116a能够将冷却剂提供给第一蒸发介质110，以通过冷却装置106内的直接蒸发冷却来冷却空气，同时第三设备400的其余部件被配置为未启动的。在增压模式中，三通阀404完全打开，使得冷却剂循环到第一蒸发介质110、第二蒸发介质114和热交换器108。因此，第三设备400还配置成输送类似于第一设备100的冷却能力。有利地，相对于第一设备100，第三设备400对以下标准进行最小化：总的部件数量、水系统复杂性和能耗。
图5a至5c是根据第四实施方式的以不同模式运行的第四设备500的相应示意图，而图5d描绘了描绘不同模式的各个过程的湿度图502。第四设备500与第二设备300大部分相同，不同之处在于现在省略第二泵116b，并且第一泵116a布置成经由另外的三通阀504连接到第一蒸发介质110和热交换器108以使冷却剂能够选择性地循环到其中。应当理解，另外的三通阀504连接到三通阀304(在第二设备300中公开)。为了便于此处的描述，三通阀304(在第二设备300中公开)被称为第一阀304，而另外的三通阀504被称为第二阀504(其也可以使用逻辑控制器来控制)。类似于第二设备300，第四设备500也可以三种模式操作：“经济模式#1”(即图5a)，“经济模式#2”(即图5b)和“增压模式”(即图5c)。
在经济模式#1中，第一阀304和第二阀504均部分打开，使得第一泵116a能够使冷却剂循环到第一蒸发介质110，以通过冷却装置106内的直接蒸发冷却来冷却空气，而第四设备500的其余部件被配置为未启动的。由第四设备500的经济模式#1实现的冷却性能与第二设备300的经济模式#1实现的冷却性能相同。
在经济模式#2中，第二阀504部分打开，而第一阀304现在完全打开，使得冷却剂可以循环到第一蒸发介质110和第二蒸发介质114，同时热交换器108保持未启动的。应当理解，与经济模式#1相比，在经济模式#2中引入到冷却装置106中的总的空气流量增加，因此增加了第四设备500的总冷却能力。
在增压模式中，第一阀304和第二阀504都完全打开。因此，冷却剂以下列顺序在第四设备500的部件内循环：热交换器108、第二蒸发介质114和第一蒸发介质110。特别地，冷却剂布置成循环通过第一蒸发介质110和第二蒸发介质114以确保流体存储装置104中可能的最冷的冷却剂温度。毋庸置疑，第四设备500也提供与第二设备300类似的冷却能力。然而，尽管第四设备500也具有最低的设备数量和能耗(在公开的所有不同的实施方式中)，然而第四设备500在电路布置方面稍微复杂一些。
虽然已经在附图和前面的描述中图示和详细描述了本发明，但是这样的图示和描述被认为是说明性或示例性的，而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施方式。本领域技术人员在实施所要求保护的发明时可以理解和实现所公开实施方式的其他变型。
例如，在第二设备300和第四设备500中，第一蒸发介质110现在与第二蒸发介质114一体地形成为一种单一蒸发介质(未示出)。单一蒸发介质配置成与流体存储装置104和热交换器108流体连通。应当理解，单一蒸发介质的一部分布置在排热装置112中，而单一蒸发介质的另一部分于是布置在冷却装置106中。在这种情况下，先前在第二实施方式和第四实施方式中描述的第一蒸发介质110和第二蒸发介质114之间的任何流体连接因此不再是必需的。在该变型中，排热装置112还适于使空气流能够通过排热装置112，以被布置在排热装置112中的单一蒸发介质的一部分冷却。

Claims (6)

1.一种双空气双水蒸发冷却设备，包括：
流体存储装置，所述流体存储装置用于容纳一定体积的冷却剂；
冷却装置，所述冷却装置具有设置成与所述流体存储装置流体连通的热交换器和第一蒸发介质，所述冷却装置配置成使空气能够首先通过所述热交换器并且随后通过所述第一蒸发介质；
排热装置，所述排热装置具有第二蒸发介质，所述第二蒸发介质设置成与所述流体存储装置和所述热交换器流体连通；
泵；
第一三通阀；
第二三通阀，所述第二三通阀连接到所述第一三通阀，其中，所述第一三通阀和所述第二三通阀使所述冷却剂能够选择性地循环到所述热交换器、所述第一蒸发介质和所述第二蒸发介质中的至少一个；
第一水回路，所述第一水回路由所述流体存储装置、所述泵、所述第一三通阀、所述第二三通阀和所述第一蒸发介质形成，其中，所述第一水回路配置成在循环回到所述流体存储装置之前，从所述流体存储装置向所述第一蒸发介质循环所述冷却剂；和
第二水回路，所述第二水回路由所述流体存储装置、所述泵、所述第一三通阀、所述热交换器和所述第二蒸发介质形成，其中，所述第二水回路配置成在循环回到所述流体存储装置之前，从所述流体存储装置向所述热交换器并随后向所述第二蒸发介质循环所述冷却剂，
其中，所述泵通过所述第一三通阀连接到所述第一蒸发介质和所述热交换器，以使所述冷却剂从所述流体存储装置循环到所述第一蒸发介质和所述热交换器，
其中，所述第一三通阀和所述第二三通阀配置成能够在至少第一模式、第二模式和第三模式之间运行所述设备，以降低所述空气的温度，其中，在所述第一模式中，仅所述第一蒸发介质能够操作地启动以使用所述冷却剂将所述空气冷却至第一温度，在所述第二模式中，所述第一蒸发介质、所述第二蒸发介质和所述热交换器被共同启动以使用所述冷却剂将所述空气冷却到低于所述第一温度的第二温度，并且在所述第三模式中，仅所述第一蒸发介质和所述第二蒸发介质被启动以使用所述冷却剂将所述空气冷却至所述第一温度。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述冷却剂包括水。
3.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述第二蒸发介质经由所述第一蒸发介质与所述流体存储装置流体连通。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一三通阀适于使用逻辑控制器进行控制。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一蒸发介质被设置成与所述第二蒸发介质一体形成，以提供单一蒸发介质。
6. 一种使用根据权利要求1所述的设备降低空气的温度的方法，所述方法包括：
使空气通过所述冷却装置；和
在至少第一模式、第二模式和第三模式之间运行所述设备以降低所述空气的温度，
其中，在所述第一模式中，仅所述第一蒸发介质能够操作地启动以使用所述冷却剂将所述空气冷却至第一温度，在所述第二模式中，所述第一蒸发介质、所述第二蒸发介质和所述热交换器被共同启动以使用所述冷却剂将所述空气冷却到低于所述第一温度的第二温度，并且在所述第三模式中，仅所述第一蒸发介质和所述第二蒸发介质被启动以使用所述冷却剂将所述空气冷却至所述第一温度。
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