CN109923352A - 用于从冷却装置中去除冷凝物的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于从冷却装置(10)中去除冷凝物的系统，包括收集由冷却装置(10)生成的冷凝物的排水盘(44)、被构造成从排水盘(44)中泵送冷凝物的冷凝泵(52)、以及与冷凝泵(52)流体连通的水箱(54)。水箱(54)被构造成存储由冷凝泵(52)输送到水箱(54)的水的形式的冷凝物。该系统还包括与水箱(54)流体连通的柱塞泵(60)。柱塞泵(60)被构造成从水箱(54)中抽水。该系统还包括与柱塞泵(60)流体连通的至少一个雾化喷嘴(62)。该至少一个雾化喷嘴(62)被构造成雾化来自柱塞泵(60)的水。
Description
公开的背景
1.公开的领域
本发明总体上涉及冷却系统，且更具体地涉及一种被构造成从封闭式冷却装置中去除冷凝物的系统和方法。
2.相关技术的讨论
具有一个或更多个冷却装置的冷却系统可用于去除房间或建筑物中生成的热量，以保持房间中合适的温度和相对湿度。因此，在房间或建筑物中工作的个人会感到舒适，并且房间或建筑物中包含的冷却装置安全运行，而不会被注意到。当冷却盘管的蒸发器温度或入口冷冻水(chilled water)温度低于回流空气的露点时，冷凝物在冷却盘管的散热片上形成，并被收集在位于冷却盘管下方的排水盘中。
有两种众所周知的从冷却装置中去除冷凝物的方法：重力排水系统和排水泵系统。这两种方法都需要将冷凝物输送到合适的位置进行排放。利用重力排水系统，收集在排水盘中的冷凝物在重力作用下流入排水管。在图1中示出重力排水系统。对于排水泵系统，当排水盘中的冷凝物达到某一水平时，流量传感器被提升或抬高，以启动排水泵，排水泵被配置为将设置在排水盘中的冷凝物(水)泵送到合适的位置进行排放。当冷凝物低于排水盘中的某一液位时，流量传感器将停用排水泵。在图2中示出排水泵系统。
通常很难实现这些类型的冷凝物去除系统，尤其是在数据中心中。在一些实施例中，数据中心是独立的、安全的计算环境，其包括为特定客户运行应用所需的所有存储、处理和网络。数据中心是可运输的，并且可以配置成满足特殊的客户需求。数据中心可以以单个外壳的方式进行运输，并且可以配置为包括所有必要的电源、冷却、安全和相关联的管理工具。
公开概述
本公开的一个方面针对用于从冷却装置中去除冷凝物的系统。在一个实施例中，该系统包括收集由冷却装置生成的冷凝物的排水盘、被构造成从排水盘中泵送冷凝物的冷凝泵、以及与冷凝泵流体连通的水箱。水箱被构造成存储由冷凝泵输送到水箱的水的形式的冷凝物。该系统还包括与水箱流体连通的柱塞泵。柱塞泵被构造成从水箱中泵水。该系统还包括与柱塞泵流体连通的至少一个雾化喷嘴。该至少一个雾化喷嘴被构造成雾化来自柱塞泵的水。
系统的实施例还可以包括将至少一个雾化喷嘴定位在冷却装置的排气管道内，以从冷却装置中排出相对温暖的空气。柱塞泵可构造成将水加压至40至60巴。该至少一个雾化喷嘴可以具有0.08mm至0.3mm的直径。该系统还可以包括与冷凝泵和水箱流体连通的粗滤器，以在冷凝物进入水箱之前从冷凝物中去除颗粒物质。水箱可以包括低开关和高开关，低开关用于在水低于低开关时关闭柱塞泵，并且高开关用于在水高于高开关时启动柱塞泵。水箱还可包括溢流开关，以在水高于溢流开关时关闭冷却装置。低开关、高开关和溢流开关可以联结到控制冷却装置和系统的操作的控制器。排水盘可以位于冷却装置的蒸发器下方。该系统还可以包括至少一个传感器和控制器，该至少一个传感器设置在水箱中，该控制器被配置成基于由至少一个传感器获取的读数来控制冷凝泵和柱塞泵的操作。
本公开的另一个方面针对用于从冷却装置中去除冷凝物的方法。在一个实施例中，该方法包括：在冷却装置的排水盘中收集冷凝物；将冷凝物从排水盘泵送到与冷凝泵流体连通的水箱，该水箱被构造成存储由冷凝泵输送到水箱的水的形式的冷凝物；以及将水从水箱泵送到与柱塞泵流体连通的至少一个雾化喷嘴，该至少一个雾化喷嘴被构造成雾化来自柱塞泵的水。
方法的实施例还可以包括将至少一个雾化喷嘴定位在冷却装置的排气管道内，以从冷却装置中排出相对温暖的空气。柱塞泵可构造成将水加压至40至60巴。该至少一个雾化喷嘴可以具有0.08mm至0.3mm的直径。该方法还可以包括在将冷凝物泵送到水箱之前采用粗滤器过滤冷凝物，该粗滤器与冷凝泵和水箱流体连通，以在冷凝物进入水箱之前从冷凝物中去除颗粒物质。该方法还可以包括当水低于低开关时采用低开关关闭柱塞泵，并且当水高于高开关时采用高开关启动柱塞泵。该方法还可以包括当水高于溢流开关时，采用溢流开关关闭冷却装置。低开关、高开关和溢流开关可以联结到控制冷却装置和系统的操作的控制器。该方法还可以包括将排水盘定位在冷却装置的蒸发器下方。该方法还可以包括采用设置在水箱中的至少一个传感器来感测水箱中的水量，以及基于由至少一个传感器获取的读数来控制冷凝泵和柱塞泵的操作。
附图简述
附图不旨在按比例绘制。附图中，在各个图中示出的每个相同的或者接近相同的部件用相似的编号表示。出于清楚的目的，并非每个部件都可以在每个图中被标记。在附图中：
图1是冷却装置的一部分的透视图，该冷却装置具有用于从冷却装置去除冷凝物的重力排水系统；
图2是冷却装置的一部分的透视图，该冷却装置具有用于从冷却装置去除冷凝物的排水泵系统；
图3A和3B是冷却装置的透视图；
图4是本公开的实施例的用于从冷却系统去除冷凝物的系统的示意图；
图5是用于去除冷凝物的系统的溢流开关的示意图；
图6是用于去除冷凝物的系统的水箱的示意图；
图7是用于去除冷凝物的系统的开关组件的示意图；
图8是冷却装置的透视图，其中面板被去除以查看用于去除冷凝物的系统的某些其他方面；
图9是显示用于去除冷凝物的系统的粗滤器和水箱的放大透视图；
图10是冷却装置的透视图，其中面板被去除以示出用于去除冷凝物的系统的各方面；
图11是显示用于去除冷凝物的系统的泵的放大透视图；
图12是具有用于去除冷凝物的系统的冷却装置的端视图；
图13和图14是用于去除冷凝物的系统的泵的放大端视图；
图15是从具有用于去除冷凝物的系统的冷却装置的另一个角度获取的透视图；以及
图16是用于去除冷凝物的系统的喷嘴的放大透视图。
详细描述
本公开并不将其应用限于下面描述中阐述的或者在附图中示出的部件的结构以及布置的细节。在本公开中阐述的原理能够在其他实施例中提供并且能够以各种方式实践或执行。另外，本文所用的措辞和术语是出于描述的目的，而不应视为具有限制性。“包括(including)”、“包括(comprising)”、“具有”、“包含”、“涉及”及其变形在本文中的使用意指包括其后列出的项目及其等效形式以及额外的项目。
参考图3A和图3B，在一个实施例中，冷却装置是整体式空调，其总体以10表示。如所示，冷却装置10包括大致为矩形的框架结构12，框架结构12具有底部14和顶部16，每一个构造成支撑冷却装置的部件。冷却装置10被配置成处理包含例如电子设备的空间内的空气，该空间包括储藏室、设备室和数据中心。这种空间适于容纳被设计成容纳网络、电信和其他电子设备的外壳或设备机架。
在一个实施例中，冷却装置10包括位于框架结构12的底部14内的压缩机18，以在压力下将冷却剂输送到冷却装置的部件。加压冷却剂行进通过排放管，排放管将压缩机18连接到位于冷却装置10的框架结构12的顶部16中的冷凝器。温度传感器和压力换能器(transducer)可以设置在冷凝器20附近，以测量冷却剂在进入冷凝器时的温度和压力。冷凝器20包括具有导热翅片的盘管，该导热翅片构造成冷却冷凝器的盘管内的经加热的冷却剂。下面将更详细地讨论冷凝器20上的气流。
一旦冷却剂在冷凝器20内被冷却(例如，将冷却剂从蒸发状态转变为冷凝状态)，冷却剂通过另一个液体管道行进到设置在冷却装置10的框架结构12的底部14中的蒸发器22。在进入蒸发器22之前，冷却剂首先可以行进通过过滤干燥器24，以除去杂质并去除冷却剂内不想要的不可冷凝物(non-condensables)。一旦通过过滤干燥器24，冷却剂在进入蒸发器22之前行进通过热膨胀阀26来调节冷却剂。一旦被流经蒸发器22的热空气加热，蒸发的冷却剂经由一段吸入管道行进返回到压缩机18。然而，在进入压缩机18之前，冷却剂可以通过压缩机液体分离器(compressor suction accumulator)，这确保冷却剂以蒸发状态进入压缩机。另一温度传感器和另一压力换能器可以设置在压缩机18附近。
冷却装置10还包括几个蒸发器风扇(例如，三个蒸发器风扇)，各自用28表示，以通过蒸发器22从冷却装置外部的环境中抽取空气。冷却装置10还包括几个冷凝器风扇(例如，三个冷凝器风扇)，各自用30表示，以通过冷凝器20从冷空气源抽取空气。该布置使得高温冷却剂从压缩机18流向冷凝器20。冷却剂的压力和温度读数是在冷却剂进入冷凝器20之前获取的，冷凝器20通过流经冷凝器的盘管和翅片的相对较冷的空气来冷却冷却剂。一旦被冷却，冷却剂行进到蒸发器22。冷却装置10还包括用于向冷却装置的部件供电的电源32。设置空气过滤器34，以过滤由蒸发器风扇28抽吸到蒸发器22上的空气。
在一些实施例中，冷却装置10还可以包括用户接口箱和高压箱。设置用户接口箱，以使用户或操作者能够与冷却装置10在本地交互。高压箱可以用作连接到用于冷却装置的一个或更多个电输入源的电输入接头。冷却装置10可被构造用于单输入或双输入电源(input power)。
在某个实施例中，冷却装置10还包括旁通阀36，以将通常被引导至冷凝器20的冷却剂从压缩机18经由另一排放管转移至蒸发器22。在一个实施例中，旁通阀36由设置有旁通阀的步进电机打开，以通过旁通排放管将行进到冷凝器20的冷却剂的一部分转移到蒸发器22。旁通阀36(其有时可称为热气旁通阀)的操作可受到操纵，以调节冷却装置10的容量。
冷却装置10还包括设置在冷却装置的顶部16的顶处的三个空气管道38、40、42。一个空气管道(进气管道38)用于将周围空气(相对较冷的空气)吸入冷却装置10中和冷凝器20上方，并且其余两个空气管道(排气管道40、42)用于将空气从冷凝器排放到与冷却装置在其中操作的设施相关联的周围或吊顶内。冷凝器风扇30构造成从进气管道38抽吸空气，并通过两个排气管道40、42排出空气。蒸发器22上生成的冷凝物被收集在冷却装置10的框架结构12的底部14中的蒸发器下方设置的排水盘44中。在现有技术的冷却装置中，在排水盘中的流量开关被启动后，将收集在排水盘44中的水通过冷凝泵排出冷却装置。在一些设备场所处，传统的冷凝物处理带来了与去除冷凝物相关联的不便以及额外的成本。例如，如上所述，排水装置经常被构建在数据中心内部。排水管道必须按照安装手册小心连接，以确保提供正确的排水。当连接排水管道时，装置或系统的便携性受到限制。
参考图4，在一个实施例中，冷却装置10还包括用于从冷却装置去除冷凝物的系统(其总体上用50表示)，而不必提供排水管或沟槽。具体地，系统50被设计成雾化由设置在冷却装置10的框架结构12的顶部16处的冷凝器20生成的排气中收集的冷凝物。如所示，系统50包括设置在框架结构12的底部14处的排水盘44，以收集来自蒸发器22的冷凝物。系统50还包括设置在排水盘44内的冷凝泵52，以将冷凝物(水)泵送到冷却装置10的框架结构12的顶部16。如上所述，在一个实施例中，在排水盘中的流量开关被启动后，将收集在排水盘44中的水通过冷凝泵52排出排水盘。
系统50还包括设置在冷却装置10的框架结构12的顶部16中的水箱54。水箱54通过导管56连接到冷凝泵52，并且粗滤器58设置在导管中以从泵送到水箱的水中去除颗粒。在一个实施例中，粗滤器58是被构造成在冷凝物进入水箱54之前从冷凝物中去除颗粒物质的过滤器。系统50还包括柱塞泵60，用于在压力下将水从水箱54泵送到雾化喷嘴(每个喷嘴以62表示)，雾化喷嘴设置在冷却装置10的框架结构12的顶部16的顶处。在一个实施例中，雾化喷嘴62位于排气管道42内，以将雾化水引入到从冷却装置10排出的相对温暖的排气中。在操作期间，系统50被设计成收集水箱54中的冷凝物，通过雾化喷嘴62雾化冷凝物，并将雾化的水喷射到排气管道42内。冷凝物被雾形式的排气带出冷却装置10。
在某个实施例中，冷却装置10还包括控制系统或“控制器”64，以控制冷却装置的操作以及提供与外部设备的通信。在一个实施例中，可以提供控制系统64，作为冷却装置10的一部分或者作为冷却装置的单独部件。在一个这样的实施例中，控制系统64可以与和空间相关联的数据中心计算机系统通信，以提供冷却装置10的部件的状态，并接收来自建筑物管理系统(BMS)的控制命令。在一个特定的实施例中，控制系统64通过网络与数据中心计算机系统通信，并且在一个这样的实施例中，BMS可以使用集成的数据中心控制和监控系统(诸如由罗德岛州西金斯敦的American Power Conversion Corporation销售的InfraStruXureTM数据中心管理器)来实现。尽管有特定的构造，但是控制系统64适于根据冷却装置10的温度和压力读数来控制冷却剂从压缩机18流向冷凝器20和蒸发器22。控制系统64还被配置为控制蒸发器风扇28和冷凝器风扇30的操作以分别控制蒸发器22和冷凝器20上的空气流，并且控制用于从冷却装置10去除冷凝物的系统50。
另外参考图5，系统50被配置成包括溢流开关66，以触发柱塞泵60关闭柱塞泵和冷却装置10。另外参考图6，水箱54包括三个开关(低开关68、高开关70和溢流开关66)。当水低于低开关时，低开关68关闭柱塞泵60。当水高于高开关时，高开关70启动柱塞泵60。当水高于溢流开关时，溢流开关66将冷却装置10关闭。低开关68、高开关70和溢流开关66联结到控制系统64，控制系统64控制了系统50和冷却装置10的操作。返回参考图4，系统50还包括压力开关72，用于在水压不能达到某一水头压力时关闭柱塞泵60。
在一个实施例中，在启动冷凝泵52之后，来自排水盘44的水被泵送到不锈钢水箱54。当水箱54中的水达到由高开关70的位置限定的某一水平时，高流量开关启动柱塞泵60，以将水加压至40至60巴。该压力足以雾化两个雾化喷嘴62中的水，每个雾化喷嘴62的直径为0.08mm至0.3mm。雾化的水从冷凝器20通过两个排气管道40、42被喷射到周围空气中，使雾化的水从冷却装置10中排出。低开关68用于关闭柱塞泵60，并且溢流开关66被配置为在启动时发出警报并关闭整个系统。图7示出了低开关68和高开关70配置的示意图。
返回参考图3B，排水盘44位于蒸发器22下方的冷却装置10的框架结构12的底部14中。在一个实施例中，参考图8和图9，水箱54和粗滤器58安装在冷却装置10的框架结构12的顶部16中。冷凝泵52可以被配置成将冷凝物连续地泵送到粗滤器58和水箱54，或者可以被配置成当冷凝物在排水盘内达到一定水平时从排水盘44泵送冷凝物。如所示，水箱54和粗滤器58连接到框架结构12的一侧，并且粗滤器安装在水箱的正上方。
参考图10和图11，在一个实施例中，柱塞泵60安装在冷却装置10的框架结构12的顶部16中。如所示，柱塞泵60被固定到框架结构12，并且被构造成将水箱54中包含的水泵送到雾化喷嘴62。图12-14示出了柱塞泵60和设置在冷却装置10的框架结构12的顶部16中的系统50的部件。
图15和图16示出了设置在两个排气管道40、42中的雾化喷嘴62，这两个排气管道40、42用于将空气从冷凝器20排放到周围或吊顶中。如所示，每个雾化喷嘴62安装在排气管道40或42的中心内，并且喷嘴由导管56的端部支撑。该布置使得由柱塞泵60生成的高压流体被雾化成两个雾化喷嘴62中的水。雾化的水从冷凝器20通过两个排气管道40、42喷射到周围空气中，使雾化的水从冷却装置10中排出。
在操作期间，由蒸发器22生成的冷凝物被收集在位于蒸发器下方的冷却装置10的框架结构12的底部14中的排水盘44中。冷凝物从排水盘44泵送到与冷凝泵52流体连通的水箱54。水箱54被构造成存储由冷凝泵52输送到水箱的水的形式的冷凝物。在一个实施例中，在将冷凝物泵送到水箱54之前，冷凝物被粗滤器58过滤，以在冷凝物进入水箱之前从冷凝物中去除颗粒物质。冷凝泵52可以被配置成连续操作，或者当冷凝物在排水盘44中达到一定高度时操作。
水箱54中的水利用柱塞泵60被泵送到设置在冷却装置10的排气管道40、42内的雾化喷嘴62。在某个实施例中，当水低于低开关时，通过触发低开关68来关闭柱塞泵60。当水高于高开关时，通过触发高开关70来启动柱塞泵60。在发生溢出情况时，当水高于溢流开关时，冷却装置10用溢流开关66关闭。
在一个实施例中，低开关68、高开关70和溢流开关66联结到控制器64，控制器64控制了系统50的操作，并且在一些实施例中，控制了冷却装置10的操作。雾化喷嘴62构造成雾化在压力下从柱塞泵60输送的水，该水混合在行进通过排气管道40、42的排气中。在一个实施例中，柱塞泵60构造成将水加压至40至60巴，并且雾化喷嘴62具有0.08mm至0.3mm的直径。
尽管设置了两个雾化喷嘴62，其中每个排气管道40、42有一个雾化喷嘴，但是可以设置任意数量的雾化喷嘴来从冷却装置10中去除冷凝物。
用于从冷却装置10中去除冷凝物的系统50的实施例在数据中心中特别有效。系统50可以与数据中心的其他部件以单个外壳的方式一起运输。系统50可以与数据中心的其他部件组装，并在工厂环境中测试。
至此已经描述了本公开的至少一个实施例的若干方面，应当认识到，对于本领域技术人员来说容易想到各种替代、修改和改进。这种替代、修改和改进旨在成为本公开的一部分，并且旨在本公开的精神和范围内。因此，前文的描述和附图仅仅是示例性的。
Claims (20)
1.一种用于从冷却装置中去除冷凝物的系统，所述系统包括：
排水盘，其用于收集由所述冷却装置生成的冷凝物；
冷凝泵，其被构造成从所述排水盘泵送冷凝物；
水箱，其与所述冷凝泵流体连通，所述水箱被构造成存储由所述冷凝泵输送到所述水箱的水的形式的冷凝物；
柱塞泵，其与所述水箱流体连通，所述柱塞泵被配置成从所述水箱泵送水；以及
至少一个雾化喷嘴，其与所述柱塞泵流体连通，所述至少一个雾化喷嘴被构造成雾化来自所述柱塞泵的水。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个雾化喷嘴位于所述冷却装置的排气管道内，以从所述冷却装置中排出相对温暖的空气。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述柱塞泵被构造成将所述水加压到40至60巴。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述至少一个雾化喷嘴具有0.08mm至0.3mm的直径。
5.根据权利要求2所述的系统，还包括粗滤器，所述粗滤器与所述冷凝泵和所述水箱流体连通，以在所述冷凝物进入所述水箱之前从所述冷凝物中去除颗粒物质。
6.根据权利要求2所述的系统，其中，所述水箱包括低开关和高开关，所述低开关用于在水低于所述低开关时关闭所述柱塞泵，并且所述高开关用于在水高于所述高开关时启动所述柱塞泵。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述水箱还包括溢流开关，所述溢流开关用于在水高于所述溢流开关时关闭所述冷却装置。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述低开关、所述高开关和所述溢流开关联结到控制所述系统和所述冷却装置的操作的控制器。
9.根据权利要求2所述的系统，其中，所述排水盘位于所述冷却装置的蒸发器下方。
10.根据权利要求1所述的系统，还包括至少一个传感器和控制器，所述至少一个传感器设置在所述水箱中，所述控制器被配置成基于由所述至少一个传感器获取的读数来控制所述冷凝泵和所述柱塞泵的操作。
11.一种从冷却装置中去除冷凝物的方法，所述方法包括：
在所述冷却装置的排水盘中收集冷凝物；
将冷凝物从所述排水盘泵送到与冷凝泵流体连通的水箱，所述水箱被构造成存储由所述冷凝泵输送到所述水箱的水的形式的冷凝物；以及
将水从所述水箱泵送到与柱塞泵流体连通的至少一个雾化喷嘴，所述至少一个雾化喷嘴被构造成雾化来自所述柱塞泵的水。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括将所述至少一个雾化喷嘴定位在所述冷却装置的排气管道内，以从所述冷却装置中排出相对温暖的空气。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述柱塞泵被构造成将所述水加压到40至60巴。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述至少一个雾化喷嘴具有0.08mm至0.3mm的直径。
15.根据权利要求12所述的方法，还包括在将所述冷凝物泵送到所述水箱之前采用粗滤器过滤所述冷凝物，所述粗滤器与所述冷凝泵和所述水箱流体连通，以在所述冷凝物进入所述水箱之前从所述冷凝物中去除颗粒物质。
16.根据权利要求12所述的方法，还包括当水低于低开关时采用所述低开关关闭所述柱塞泵，并且当水高于高开关时采用所述高开关启动所述柱塞泵。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括当水高于溢流开关时，采用所述溢流开关关闭所述冷却装置。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述低开关、所述高开关和所述溢流开关联结到控制所述系统和所述冷却装置的操作的控制器。
19.根据权利要求12所述的方法，还包括将所述排水盘定位在所述冷却装置的蒸发器下方。
20.根据权利要求11所述的方法，还包括采用设置在所述水箱中的至少一个传感器来感测所述水箱中的水量，以及基于由所述至少一个传感器获取的读数来控制所述冷凝泵和所述柱塞泵的操作。
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