CN111426213A - 蒸发冷却装置和蒸发冷却系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种蒸发冷却装置和蒸发冷却系统，涉及间接蒸发冷却技术领域。其中蒸发冷却装置包括：第一换热器，设置有一次空气进口、一次空气出口、二次空气进口和二次空气出口；喷淋装置，包括容纳器和喷淋器，容纳器位于第一换热器的下方，用于容纳喷淋介质，喷淋器位于第一换热器的上方，容纳器通过管路与喷淋器连接；第二换热器，设置有冷却介质进口和冷却介质出口，第二换热器设置于容纳器中，用于喷淋介质与冷却介质交换热量，冷却介质的温度低于喷淋介质的温度。本申请中，通过对喷淋介质进行降温，能够提高喷淋介质与一次空气的换热效率，使一次空气的温度能够满足送风温度要求。

Description

蒸发冷却装置和蒸发冷却系统

技术领域

本申请涉及冷却技术，尤其涉及间接蒸发冷却技术领域，具体涉及一种蒸发冷却装置和蒸发冷却系统。

背景技术

间接蒸发冷却技术是指通过非直接接触式换热器，将直接蒸发冷却得到的湿空气(或称二次空气)的冷量传递给待处理空气(或称一次空气)，实现空气等湿降温的过程。与常规机械制冷相比，间接蒸发冷却技术能从自然环境中获取冷量，能够节省机械制冷的耗电量，具有低能耗的优点。

在某些场景下，通过间接蒸发冷却技术，一次空气的温度可能仍无法满足送风温度要求。目前通常配置蒸发器及压缩制冷设备对一次空气进行进一步降温，使其满足送风温度要求。然而，蒸发器及压缩制冷设备的成本投入较高，且控制较为复杂。

发明内容

本申请提供一种蒸发冷却装置和蒸发冷却系统。

根据第一方面，本申请提供了一种蒸发冷却装置，包括：

第一换热器，所述第一换热器设置有一次空气进口、一次空气出口、二次空气进口和二次空气出口；

喷淋装置，所述喷淋装置包括容纳器和喷淋器，所述容纳器位于所述第一换热器的下方，用于容纳喷淋介质，所述喷淋器位于所述第一换热器的上方，所述容纳器通过管路与所述喷淋器连接；

第二换热器，所述第二换热器设置有冷却介质进口和冷却介质出口，所述第二换热器设置于所述容纳器中，用于所述喷淋介质与冷却介质交换热量，所述冷却介质的温度低于所述喷淋介质的温度。

根据第二方面，本申请提供了一种蒸发冷却系统，包括：

蒸发冷却装置，所述蒸发冷却装置为第一方面中的任一项蒸发冷却装置；

制冷机，所述制冷机用于制取所述冷却介质，所述制冷机通过管路与所述蒸发冷却装置的第二换热器的冷却介质进口连接。

本申请中，通过在容纳器中设置换热器，在一次空气的温度无法满足送风温度要求时，可使喷淋介质通过换热器与冷却介质交换热量，使得喷淋介质的温度得以降低，从而能够提高喷淋介质与一次空气的换热效率，使一次空气的温度能够满足送风温度要求。同时，在较低温度下，喷淋介质与一次空气换热温差较大，提高了换热效率，并且还能够降低喷淋介质的蒸发量，从而能够节约资源。根据本申请的技术，无需再配置蒸发器及压缩制冷设备对一次空气进行进一步降温，减少了占用空间，降低了投入成本，简化了控制，解决了现有技术中的问题。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

附图用于更好地理解本方案，不构成对本申请的限定。其中：

图1是根据本申请第一实施例的蒸发冷却装置的结构示意图；

图2是根据本申请第二实施例的蒸发冷却系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本申请的示范性实施例做出说明，其中包括本申请实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本申请的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

第一实施例

本申请提供一种蒸发冷却装置，如图1所示，蒸发冷却装置包括：

第一换热器11，第一换热器11设置有一次空气进口111、一次空气出口112、二次空气进口113和二次空气出口114；

喷淋装置，喷淋装置包括容纳器12和喷淋器13，容纳器12位于第一换热器11的下方，用于容纳喷淋介质，喷淋器13位于第一换热器11的上方，容纳器12通过管路与喷淋器13连接；

第二换热器14，第二换热器14设置有冷却介质进口141和冷却介质出口142，第二换热器14设置于容纳器12中，用于喷淋介质与冷却介质交换热量，冷却介质的温度低于喷淋介质的温度。

本申请中，第一换热器11又可称空空换热器，用于实现空气与空气之间的热交换，具体的，用于实现一次空气与二次空气之间的热交换，这里，一次空气一般指待处理空气，例如室内空气，二次空气可以是室外空气。第一换热器11的一次空气进口111可设置过滤器115，以提高一次空气的洁净度。

容纳器12用于容纳喷淋介质，例如水，容纳器12可以是上部敞口的容器，例如水箱。喷淋器13可以是开设有多个喷淋孔的喷淋管，或者是设置有多个喷淋头的喷淋管。容纳器12通过管路(如图1中示出的第一管路15)与喷淋器13连接，第一管路15上可设置输送泵16，用于将容纳器12中容纳的喷淋介质输送至喷淋器13。喷淋器13位于第一换热器11的上方，容纳器12位于第一换热器11的下方，这样，喷淋介质从第一换热器11的上方喷下，经过第一换热器11后又落入到容纳器12中。

上述第一换热器11和喷淋装置组成了间接蒸发冷却装置，对流经第一换热器11中的一次空气进行间接蒸发冷却。工作原理如下：喷淋介质在经过第一换热器11的过程中，对流经第一换热器11的二次空气进行蒸发冷却，低温的二次空气与一次空气通过第一换热器11进行热交换，得到低温的一次空气。

在上述的间接蒸发冷却过程中，可以理解为喷淋介质与一次空气之间的热交换过程，喷淋介质与一次空气之间的热交换效率与喷淋介质的蒸发潜热正相关，因此，一次空气冷却之后的温度较大程度上取决于喷淋介质的蒸发潜热。

在某些场景下，间接蒸发冷却之后的一次空气的温度可能还达不到送风温度要求。

鉴于此，本申请还设置第二换热器14，并将第二换热器14设置于容纳器12中，可向第二换热器14中输送温度低于喷淋介质的冷却介质，例如冷冻水，用于喷淋介质与冷却介质交换热量。具体的，外部的冷却介质从冷却介质进口141输送至第二换热器14中，经过第二换热器14与容纳器12中的喷淋介质交换热量之后，从冷却介质出口142排出。这样，可通过在容纳器12中设置第二换热器14来实现对喷淋介质进行降温。

由于喷淋介质的温度得以降低，喷淋介质的蒸发潜热得以增大，因此，喷淋介质与一次空气之间的换热效率也得以提高，这使得一次空气冷却后的温度更低，使一次空气的温度能够更好地满足送风温度要求。同时，在较低温度下，喷淋介质的蒸发量也相应减少，能够节约资源。此外，在喷淋介质与第一换热器11接触时，低温的喷淋介质与一次空气之间还存在传导式换热，使得一次空气的温度进一步降低，进一步提高了喷淋介质与一次空气之间的换热效率。

现有技术中，在一次空气的温度达不到送风温度要求时，通常配置蒸发器及压缩制冷设备对一次空气进行进一步降温，使其满足送风温度要求。然而，蒸发器及压缩制冷设备不仅需要较高的投入成本，还需要占据较大的空间，且控制较为复杂。

而本申请中，在原有间接蒸发冷却装置的基础上，通过在容纳器12中设置第二换热器14，使喷淋介质的温度降低，能够提高喷淋介质与一次空气的换热效率，使一次空气的温度满足送风温度要求。而无需如上述现有技术配置蒸发器及压缩制冷设备，减少了占用空间，降低了投入成本，简化了控制，很好地解决了现有技术中存在的问题。

可选的，第一换热器11的二次空气进口113位于第一换热器11的下部，第一换热器11的二次空气出口114位于第一换热器11的上部，第一换热器11的一次空气进口111和一次空气出口112分别位于第一换热器11的两侧。

喷淋介质从喷淋器13向下喷出之后，经过第一换热器11落入至容纳器12中，将二次空气进口113设置于第一换热器11的下部，将二次空气出口114设置于第一换热器11的上部，这样，二次空气从下向上流经第一换热器11，与从上向下流经第一换热器11的喷淋介质充分接触，能够提高喷淋介质的蒸发效率。

本申请的上述实施例具有如下优点或有益效果：

通过在容纳器中设置换热器，在一次空气的温度无法满足送风温度要求时，可使喷淋介质通过换热器与冷却介质交换热量，使得喷淋介质的温度得以降低，从而能够提高喷淋介质与一次空气的换热效率，使一次空气的温度能够满足送风温度要求。同时，在较低温度下，喷淋介质与一次空气换热温差较大，提高了换热效率，并且还能够降低喷淋介质的蒸发量，从而能够节约资源。根据本申请的技术，无需再配置蒸发器及压缩制冷设备对一次空气进行进一步降温，降低了投入成本，简化了控制，解决了现有技术中的问题。

第二实施例

本申请还提供了一种蒸发冷却系统，蒸发冷却系统包括实施例一中的蒸发冷却装置和制冷机。

如图2所示，蒸发冷却系统包括：

第一换热器11，第一换热器11设置有一次空气进口111、一次空气出口112、二次空气进口113和二次空气出口114；

喷淋装置，喷淋装置包括容纳器12和喷淋器13，容纳器12位于第一换热器11的下方，用于容纳喷淋介质，喷淋器13位于第一换热器11的上方，容纳器12通过管路与喷淋器13连接；

第二换热器14，第二换热器14设置有冷却介质进口141和冷却介质出口142，第二换热器14设置于容纳器12中，用于喷淋介质与冷却介质交换热量，冷却介质的温度低于喷淋介质的温度；

制冷机20，制冷机20用于制取冷却介质，制冷机20通过管路与第二换热器14的冷却介质进口141连接。

容纳器12通过管路(如图2中示出的第一管路15)与喷淋器13连接，第一管路15上可设置输送泵16，用于将容纳器12中容纳的喷淋介质输送至喷淋器13。

制冷机20通过管路(如图2中示出的第二管路21)与第二换热器14的冷却介质进口141连接，第二管路21上可设置输送泵(图2中未示出)，用于将制冷机20制取的冷却介质输送至第二换热器14。冷却介质输送至第二换热器14之后，可从冷却介质出口142排出。

实施例一中的相关实施方式均可应用于实施例二，并能够达到相同的有益效果，为避免重复，对此不作赘述。

可选的，第二换热器14的冷却介质出口142通过管路(如图2中示出的第三管路22)与制冷机20连接。第三管路22上可设置输送泵23，用于将冷却介质重新输送至制冷机20中。

该实施方式中，第二换热器14中的冷却介质在完成对喷淋液的降温后，可通过第三管路22送回到制冷机20，由此完成冷却介质的循环过程，提高了冷却介质的利用率，节省了冷源。

可选的，蒸发冷却装置的数量为N，N为大于1的整数。也就是说，蒸发冷却系统可包括N套蒸发冷却装置，每套蒸发冷却装置均与实施例一中的蒸发冷却装置相同。作为示例，图2中示出了蒸发冷却系统包括两套蒸发冷却装置的结构示意图。

制冷机20通过管路分别与N个第二换热器14的冷却介质进口141连接。

该实施方式中，制冷机20可通过管路分别向N个第二换热器14输送冷却介质，各管路冷却介质的输送量也可以调节，例如，在各管路上设置流量控制部件。

该实施方式中，可通过制冷机20为N套蒸发冷却装置集中统一制冷，实现了冷却介质集中制冷；并为N套蒸发冷却装置分布式供冷，能够实现分布式供冷的点对点调节。可见，该实施方式实现了冷却介质集中制冷与分布供冷方式的结合，更加节能高效。

现有技术中，当蒸发冷却系统中存在多套蒸发冷却装置，通常需要为每套蒸发冷却装置单独配置蒸发器及压缩制冷设备，需要较高的投入成本，整体所占空间较大，控制较为复杂，冗杂程度较高，能耗较高。且各个蒸发器及压缩制冷设备之间相互独立，各个独立的蒸发器及压缩制冷设备不利于系统的统一调控，同时使系统的操作及检修难度增大。此外，多套蒸发冷却装置各自通过独立的压缩制冷设备实现压缩制冷，该分布式的制冷方式存在能耗较高的问题。

本申请中，当蒸发冷却系统中存在多套蒸发冷却装置，可通过统一的制冷机20制取冷却介质，并将冷却介质分配给各蒸发冷却装置，实现了冷却介质集中制冷，相比于现有技术中的分布式制冷方式，具有节能高效的优势。由此，本申请实现了由分布式制冷向集中式制冷方式的转变，同时能够实现分布式供冷的点对点调节，降低了投入成本，降低了系统的冗杂程度，减小了整体占用空间，同时也减少了系统能耗。

可选的，N个第二换热器14的冷却介质出口142分别通过管路与制冷机20连接。

该实施方式中，N个第二换热器14中的冷却介质在完成对喷淋液的降温后，可通过各自的管路送回到制冷机20，由此完成冷却介质的循环过程，提高了冷却介质的利用率，节省了冷源。

可选的，蒸发冷却系统还包括：

分液器24，分液器24设置有进液口241和N个出液口242，制冷机20通过管路与分液器24的进液口241连接，分液器24的N个出液口242分别通过管路与N个第二换热器14的冷却介质进口141连接。

该实施方式中，通过设置分液器24，制冷机20制取的冷却介质可进入到分液器24中，随后分液器24将冷却介质分配到位于各个蒸发冷却装置的容纳器12中的第二换热器14中。这样，可通过分液器24统一地调节输送至各个蒸发冷却装置的冷却介质的流量，提高系统的调控能力。

分液器24与各第二换热器14之间的管路上可设置输送泵，用于将冷却介质输送至各第二换热器14。也可以将制冷机20设置在高处，使制冷机20的高度大于各第二换热器14的高度，这样，冷却介质可在重力作用下通过管路输送至各第二换热器14，可不用在分液器24与各第二换热器14之间的管路上再设置输送泵。

可选的，分液器24与第二换热器14之间的管路上设置有流量阀(图2中未示出)。这样，可进一步调节输送至各个蒸发冷却装置的冷却介质的流量，进一步提高系统的调控能力。

可选的，蒸发冷却系统还包括：

集液器25，集液器25设置有出液口251和N个进液口252，N个第二换热器14的冷却介质出口142分别通过管路与集液器25的N个进液口252连接，集液器25的出液口251通过管路与制冷机20连接。

集液器25与制冷机20之间的管路上可设置输送泵23，用于将冷却介质输送至制冷机20。也可以将制冷机20设置在低处，使制冷机20的高度低于各第二换热器14的高度，这样，冷却介质可在重力作用下通过管路输送至制冷机20，可不用在集液器25与制冷机20之间的管路上再设置输送泵。

该实施方式中，通过设置集液器25，各个第二换热器14中的冷却介质在完成对喷淋液的降温后可汇集到集水器25，由集水器25统一将冷却介质送回到制冷机20，由此完成冷却介质的循环过程。

可选的，蒸发冷却系统应用于通信机房，第一换热器11的一次空气进口111和一次空气出口112分别与通信机房连通。

对于通信机房(又称数据中心)而言，保证机房的温度不超限至关重要。本申请的蒸发冷却系统可应用于通信机房，机房内的热空气作为一次空气的回风通过一次空气进口111输送至第一换热器11中，一次空气经第一换热器11降温之后通过一次空气出口112输送至机房内，使机房内的温度降低。将本申请的蒸发冷却系统应用于通信机房，完全能够满足通信机房送风温度要求。

此外，本申请的蒸发冷却系统还可应用于厂房、仓库等场所。

需要说明的是，本申请中的多种可选的实施方式，彼此可以相互结合实现，也可以单独实现，对此本申请不作限定。

上述具体实施方式，并不构成对本申请保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本申请的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请保护范围之内。

Claims (10)

1.一种蒸发冷却装置，其特征在于，包括：

第一换热器，所述第一换热器设置有一次空气进口、一次空气出口、二次空气进口和二次空气出口；

喷淋装置，所述喷淋装置包括容纳器和喷淋器，所述容纳器位于所述第一换热器的下方，用于容纳喷淋介质，所述喷淋器位于所述第一换热器的上方，所述容纳器通过管路与所述喷淋器连接；

第二换热器，所述第二换热器设置有冷却介质进口和冷却介质出口，所述第二换热器设置于所述容纳器中，用于所述喷淋介质与冷却介质交换热量，所述冷却介质的温度低于所述喷淋介质的温度。

2.根据权利要求1所述的蒸发冷却装置，其特征在于，所述第一换热器的二次空气进口位于所述第一换热器的下部，所述第一换热器的二次空气出口位于所述第一换热器的上部，所述第一换热器的一次空气进口和一次空气出口分别位于所述第一换热器的两侧。

3.一种蒸发冷却系统，其特征在于，包括：

蒸发冷却装置，所述蒸发冷却装置为权利要求1或2所述的蒸发冷却装置；

制冷机，所述制冷机用于制取所述冷却介质，所述制冷机通过管路与所述第二换热器的冷却介质进口连接。

4.根据权利要求3所述的蒸发冷却系统，其特征在于，所述第二换热器的冷却介质出口通过管路与所述制冷机连接。

5.根据权利要求3所述的蒸发冷却系统，其特征在于，所述蒸发冷却装置的数量为N，所述N为大于1的整数；

所述制冷机通过管路分别与N个所述第二换热器的冷却介质进口连接。

6.根据权利要求5所述的蒸发冷却系统，其特征在于，N个所述第二换热器的冷却介质出口分别通过管路与所述制冷机连接。

7.根据权利要求5所述的蒸发冷却系统，其特征在于，还包括：

分液器，所述分液器设置有进液口和N个出液口，所述制冷机通过管路与所述分液器的进液口连接，所述分液器的N个出液口分别通过管路与N个所述第二换热器的冷却介质进口连接。

8.根据权利要求7所述的蒸发冷却系统，其特征在于，所述分液器与所述第二换热器之间的管路上设置有流量阀。

9.根据权利要求5所述的蒸发冷却系统，其特征在于，还包括：

集液器，所述集液器设置有出液口和N个进液口，N个所述第二换热器的冷却介质出口分别通过管路与所述集液器的N个进液口连接，所述集液器的出液口通过管路与所述制冷机连接。

10.根据权利要求3所述的蒸发冷却系统，其特征在于，所述蒸发冷却系统应用于通信机房，所述第一换热器的一次空气进口和一次空气出口分别与所述通信机房连通。

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