CN112665410B - 冷却塔防冻系统及防冻方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了冷却塔防冻系统及防冻方法，涉及冷却塔技术领域。具体实现方案为：冷却塔防冻系统包括：风道以及设置在风道内的热交换器；其中，风道包括依次连接的第一风道、容置部以及第二风道；热交换器容置于容置部，热交换器中设置有第一流道与第二流道，其中，经第一流道的空气可与经第二流道的空气进行热交换；第一风道、第二流道以及第二风道连通，第一风道以及第二风道用于与机房热空气管道连通；第二流道的进风端用于与外部环境连通，出风端用于与冷却塔的进气格栅连通。本申请提供的冷却塔防冻系统，可以避免冷却塔结冰，并且还可以对机房内所产生的废气热量进行有效利用。

Description

冷却塔防冻系统及防冻方法

技术领域

本申请涉及冷却塔技术领域，尤其涉及一种冷却塔防冻系统及防冻方法。

背景技术

随着信息技术的快速发展，驱使作为载体的数据中心建设规模、数量都不断扩大，为了满足信息处理设备的安全可靠运行所必须的温度环境，需向数据中心机房全年不间断供冷。

而冷却塔是供冷系统极为重要的设备，承担着整个系统的散热功能。因此，冷却塔冬季防冻对于数据中心等冷却塔全年运行的场景是一个需要重点关注的问题。目前，在冬季通常是通过采用进风口围挡、塔盘电加热等途径来防止冷却塔结冰。

但是，上述方式不仅会在一定程度上增加冷却塔的能耗，而且还无法达到有效的防结冰效果。

发明内容

本申请提供一种冷却塔防冻系统及防冻方法，以解决现有手段对冷却塔进行防冻时会造成额外能耗的技术问题。

第一方面，本申请提供一种冷却塔防冻系统，包括：风道以及设置在所述风道内的热交换器；

所述风道包括依次连接的第一风道、容置部以及第二风道；

所述热交换器容置于所述容置部，所述热交换器中设置有第一流道与第二流道，其中，经所述第一流道的空气可与经所述第二流道的空气进行热交换；

所述第一风道、所述第二流道以及所述第二风道连通，所述第一风道以及所述第二风道用于与机房热空气管道连通；

所述第二流道的进风端用于与外部环境连通，出风端用于与冷却塔的进气格栅连通。

在本实施例中，通过在风道中设置热交换器，以使在环境温度较低的情况下，利用机房所产生热空气对进入冷却塔的空气进行预热，从而提高进入冷却塔的空气的温度，进而避免冷却塔结冰，并且还可以对机房内所产生的废气热量进行有效利用，同时，还可以降低机房冷却管道中空气的温度，从而使得管道内热空气得到冷却后回到机房，为机房提供冷量，进一步节省了机房冷却的能耗。

在一种可能的设计中，所述热交换器为多层结构；

所述第一流道与所述第二流道沿层叠方向交替设置在所述多层结构中。

在本实施例中，通过将第一流道与第二流道沿层叠方向交替设置在多层结构，从而使得第一流道与第二流道中空气能够进行充分的接触，进而以保证换热效果。

在一种可能的设计中，所述第一流道与所述第二流道垂直设置，以使经所述第一流道的空气与经所述第二流道的空气垂直流动。

在本实施例中，通过将第一流道与第二流道设置为垂直，可以使得风道紧贴冷却塔的侧壁进行布置。

在一种可能的设计中，所述第一风道中还设置风机，以对从所述第一风道流向所述第二风道的空气进行增压。

在一种可能的设计中，所述第一风道用于与机房的封闭热通道连通，所述第二风道用于与机房的封闭热通道或者空调回风口连通。

在一种可能的设计中，所述进气格栅包括第一格栅部与第二格栅部；

所述冷却塔侧壁上滑动设置有挡板；

当所述挡板滑动至第一位置时，所述第二流道与所述第一格栅部连通；

当所述挡板滑动至第二位置时，所述挡板遮挡所述第一格栅部，以使所述第二流道与所述第一格栅部隔绝，所述第二格栅部与外部环境连通。

在本实施例中，通过变换挡板的位置，以切换冷却塔室外进风的方式，从而使得冷却塔防冻系统能够适用于各种工作环境。

在一种可能的设计中，所述冷却塔防冻系统，还包括：温度传感器、控制器以及驱动机构；

所述控制器分别与所述温度传感器以及所述驱动机构连接；

所述温度传感器用于获取外部环境的环境温度；

所述驱动机构用于驱动所述挡板在所述第一位置与所述第二位置之间滑动；

当所述环境温度低于环境温度阈值时，所述控制器控制所述驱动机构价格所述挡板滑动至所述第一位置。

在本实施例中，通过设置温度传感器、控制器以及驱动机构，实现了冷却塔防冻系统可以自动切换进风模式。

在一种可能的设计中，所述驱动机构包括驱动电机、齿轮以及齿条；

所述齿条设置在所述挡板上，所述齿轮与所述驱动电机输出端连接，所述齿轮与所述齿条啮合。

在一种可能的设计中，所述环境温度阈值为0-5摄氏度。

第二方面，本申请还提供一种冷却塔防冻方法，应用于第一方面中任意一种可能的冷却塔防冻系统，所述方法包括：

获取外部环境的环境温度；

确定所述环境温度低于环境温度阈值时，连通所述第二流道与所述冷却塔的进气格栅。

上述申请中的一个实施例具有如下优点或有益效果：

通过在风道中设置热交换器，以使在环境温度较低的情况下，利用机房所产生热空气对进入冷却塔的空气进行预热，从而提高进入冷却塔的空气的温度，进而避免冷却塔结冰，并且还可以对机房内所产生的废气热量进行有效利用，同时，还可以降低机房冷却管道中空气的温度，从而使得管道内热空气得到冷却后回到机房，为机房提供冷量，进一步节省了机房冷却的能耗。

上述可选方式所具有的其他效果将在下文中结合具体实施例加以说明。

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是本申请第一实施例提供的冷却塔防冻系统的结构示意图；

图2是图1所示的冷却塔防冻系统中的风道结构示意图；

图3是图1所示的冷却塔防冻系统中的热交换器结构示意图；

图4是本申请第二实施例提供的冷却塔防冻系统中的防冻塔第一状态结构示意图；

图5是本申请第二实施例提供的冷却塔防冻系统中的防冻塔第二状态结构示意图；

图6是本申请第三实施例提供的冷却塔防冻系统的结构示意图；

图7是本申请第四实施例提供的冷却塔防冻方法的流程示意图。

附图标记：

100：冷却塔；

101：进气格栅；

1011：第一格栅部；

1012：第二格栅部；

102：挡板；

200：风道；

201：第一风道；

202：容置部；

2021：容置部第一端；

2022：容置部第二端；

203：第二风道；

300：热交换器；

301：第一流道；

302：第二流道。

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。

在现有技术中，冷却塔是供冷系统极为重要的设备，承担着整个系统的散热功能。因此，冷却塔冬季防冻对于数据中心等冷却塔全年运行的场景是一个需要重点关注的问题。

现有技术中，通过物理围挡、电加热、增加流量等形式，一方面冷却塔不在额定工况点运行，另一方面增加了系统能耗，造成能源浪费或者增加运维人员工作量。同时，防结冰效果不够理想，冷塔填料及边缘位置仍会存在结冰现象。

此外，数据中心是巨大的热量生产源，最终绝大部分通过冷却塔散出，是一种巨大的热源浪费。同时，冷却塔的防冻又通过电加热、增大循环水量等增加能源投入或围挡等人员投入等措施。以上方式造成了能源浪费和运行成本的增加。

针对上述存在的各个问题，本申请实施例提供冷却塔防冻系统，可以通过在风道中设置热交换器，以使在环境温度较低的情况下，利用机房所产生热空气对进入冷却塔的空气进行预热，从而提高进入冷却塔的空气的温度，进而避免冷却塔结冰，并且还可以对机房内所产生的废气热量进行有效利用，同时，还可以降低机房冷却管道中空气的温度，从而使得管道内热空气得到冷却后回到机房，为机房提供冷量，进一步节省了机房冷却的能耗。

下面通过几个具体实现方式对该冷却塔防冻系统进行详细说明。

图1是本申请第一实施例提供的冷却塔防冻系统的结构示意图，图2是图1所示的冷却塔防冻系统中的风道结构示意图，图3是图1所示的冷却塔防冻系统中的热交换器结构示意图。如图1-图3所示，本实施例提供的冷却塔防冻系统可以包括：风道200以及设置在风道200内的热交换器300。

具体的，风道200可以包括依次连接的第一风道201、容置部202以及第二风道203。其中，热交换器300容置于容置部202中，热交换器300中设置有第一流道301与第二流道302，其中，经第一流道301的空气可与经第二流道302的空气进行热交换。

其中，第一风道201、第二流道302以及第二风道202连通，第一风道201以及第二风道202用于与机房热空气管道连通。值得理解的，风道200可以是数据中心机房的热空气管道的一部分，也可以是从数据中心机房的热空气管道外接出的管道。机房在工作时会发出大量的热量，需要通过管道进行散热，因此，风道200中流动的空气为经机房设备加热之后的热空气，即室内回风。

继续参照图1-图3，第二流道302的进风端用于与外部环境连通，出风端用于与冷却塔100的进气格栅101连通。值得说明的，经过进气格栅101进入冷却塔100的空气来源于外部环境，即室外进风，而当外部环境温度较低，例如，当前为冬季时，外部环境中的空气温度较低。而在本实施例中，源于外部环境的空气先经过热交换器300，与数据中心机房所产生的热空气进行热交换，从而提高进入进气格栅101中空气的温度，对机房内所产生的废气热量进行了有效利用，以避免冷却塔结冰，同时，也降低了机房冷却管道中空气的温度，从而使得管道内热空气得到冷却后回到机房，为机房提供冷量，进一步节省了机房冷却的能耗。

继续参照图1，可以在冷却塔100的两侧均设置风道200，从而使得从两侧的室外进风都能够与室内回风进行热交换，从而对室外进风进行预热，以提高两侧进入冷却塔的空气的温度，以进一步提高冷却塔的防冻效果。

在本实施例中，通过在风道中设置热交换器，以使在环境温度较低的情况下，利用机房所产生热空气对进入冷却塔的空气进行预热，从而提高进入冷却塔的空气的温度，进而避免冷却塔结冰，并且还可以对机房内所产生的废气热量进行有效利用，同时，还可以降低机房冷却管道中空气的温度，从而使得管道内热空气得到冷却后回到机房，为机房提供冷量，进一步节省了机房冷却的能耗。

在上述实施例的基础上，继续参照图3，可选的，热交换器300可以为多层结构，其中，第一流道301与第二流道302沿层叠方向交替设置在多层结构中。

值得理解的，热交换器300的多层结构的相邻两层之间相互隔离，例如，可以将奇数层(例如：第一、第三、第五以及第七层)用于布置第一流道301，而将偶数层(例如：第二、第四、第六以及第八层)用于布置第二流道302。

在本实施例中，通过将第一流道与第二流道沿层叠方向交替设置在多层结构，从而使得第一流道与第二流道中空气能够进行充分的接触，进而以保证换热效果。

此外，对于相邻两层之间的隔断材料可以采用传热性能好的材料，从而提高在相邻两层流动的空气的换热效果。

而在另一种实现中，为了方便风道200与冷却塔100之间相对位置的布置，还可以将第一流道301与第二流道302设置为垂直，以使经第一流道301的空气与经第二流道302的空气垂直流动，进而使得风道200可以紧贴冷却塔100的侧壁进行布置。

继续参照图2，对于风道200，可以是将第一风道201设置为与机房的封闭热通道连通，将第二风道203设置为与机房的封闭热通道或者空调回风口连通。并且，在容置部202垂直于风道200的方向开设容置部第一端2021以及容置部第二端2022。其中，热交换器300可以从通过容置部第一端2021安装至容置部202中，并且，容置部第一端2021可以对应于热交换器300的进风端，而容置部第二端2022对应于热交换器300的出风端。

为了使得冷却塔防冻系统能够适用于各种工作环境，例如，既可以适用于冬季温度环境，又可以适用于夏季温度环境。可以在冷却塔100侧壁上滑动设置挡板102，然后通过变换挡板102的位置，以切换冷却塔100室外进风的方式。

在上述实施例的基础上，图4是本申请第二实施例提供的冷却塔防冻系统中的防冻塔第一状态结构示意图，图5是本申请第二实施例提供的冷却塔防冻系统中的防冻塔第二状态结构示意图。如图4-图5所示，本实施例中的进气格栅101包括第一格栅部1011与第二格栅部1012。并且，在冷却塔100侧壁上滑动设置有挡板102。

其中，当挡板102滑动至第一位置时，第二流道302与第一格栅部1011连通，从而使得在第二流道302中对进入冷却塔的空气进行预热，从而提高进入冷却塔100的空气的温度，进而避免冷却塔100结冰，可以应用于环境温度较低的工况，例如，冬季。可选的，在挡板102滑动至第一位置时，挡板102可以遮挡第二格栅部1012，从而使得只能从第一格栅部1011进风。

而当挡板102滑动至第二位置时，挡板102遮挡第一格栅部1011，以使第二流道302与第一格栅部1011隔绝，此时，第二格栅部1012与外部环境连通，从而使得只能从第二格栅部1012进风，而不使用热交换器300对室外进风进行预热，从而减少室外进风的空气流动阻力。可见，挡板102位于第二位置对应的工作状态，可以应用于环境温度较高的工况，例如，夏季。

而为了实现冷却塔防冻系统自动切换进风模式，还可以设置温度传感器、控制器以及驱动机构。其中，控制器分别与温度传感器以及驱动机构连接，而温度传感器用于获取外部环境的环境温度，驱动机构用于驱动挡板在第一位置与第二位置之间滑动。当环境温度低于环境温度阈值时，控制器控制驱动机构价格挡板滑动至第一位置。当环境温度高于环境温度阈值时，控制器控制驱动机构价格挡板滑动至第二位置。

可选的，上述的环境温度阈值可以为0-5摄氏度。

此外，对于上述的驱动机构，可以采用齿轮齿条驱动方式。具体的，驱动机构包括驱动电机、齿轮以及齿条，其中，齿条设置在挡板上，齿轮与驱动电机输出端连接，齿轮与齿条啮合。

图6是本申请第三实施例提供的冷却塔防冻系统的结构示意图。如图6所示，本实施例提供的冷却塔防冻系统与上述实施例所提供的冷却塔防冻系统的区别在于，在本实施提供的冷却塔防冻系统中，还设置有用于增加空气流动压力的风机204。

具体的，可以在第一风道201中设置风机204，以对从第一风道201流向第二风道203的空气进行增压。从而当空气压力较小时，可以利用风机204进行加压，例如，对于设置在高层的风道，则可以通过风机204进行加压，而对于底层风压较高的风道，可以进行自然通风。

此外，还可以根据环境温度，对风机204的转速进行适当的调节，以保证风道200内的空气流速，从而保证室外进风能够进行充分预热，以确保送风温度。

此外，图7是本申请第四实施例提供的冷却塔防冻方法的流程示意图。如图7所示，本实施例提供的冷却塔防冻方法，包括：

步骤401、获取外部环境的环境温度。

为了实现冷却塔防冻系统自动切换进风模式，可以设置温度传感器、控制器以及驱动机构。其中，控制器分别与温度传感器以及驱动机构连接，而温度传感器用于获取外部环境的环境温度，驱动机构用于驱动挡板在第一位置与第二位置之间滑动。

步骤402、确定环境温度低于环境温度阈值时，连通第二流道与冷却塔的进气格栅。

当环境温度低于环境温度阈值时，控制器控制驱动机构价格挡板滑动至第一位置，以连通第二流道与冷却塔的进气格栅。当环境温度高于环境温度阈值时，控制器控制驱动机构价格挡板滑动至第二位置。

在本实施例中，通过确定所获取到的环境温度是否高于环境温度阈值的方式来确定是否连通第二流道与冷却塔的进气格栅，从而实现冷却塔防冻系统自动切换进风模式，以适应不同的温度环境工况。

在本申请的描述中，需要理解的是，所使用的术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“顶端”、“底端”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”“轴向”、“周向”等指示方位或位置关系均可以为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的位置或原件必须具有特定的方位、以特定的构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成为一体；可以是机械连接，也可以是电连接或者可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以使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申请中的具体含义。除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或者是仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

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 (9)

1.一种冷却塔防冻系统，其特征在于，包括：风道以及设置在所述风道内的热交换器；

所述风道包括依次连接的第一风道、容置部以及第二风道；

所述热交换器容置于所述容置部，所述热交换器中设置有第一流道与第二流道，其中，经所述第一流道的空气可与经所述第二流道的空气进行热交换；

所述第一风道、所述第一流道以及所述第二风道连通，所述第一风道以及所述第二风道用于与机房热空气管道连通；

所述第二流道的进风端用于与外部环境连通，出风端用于与冷却塔的进气格栅连通；

所述进气格栅包括第一格栅部与第二格栅部；

所述冷却塔侧壁上滑动设置有挡板；

当所述挡板滑动至第一位置时，所述第二流道与所述第一格栅部连通；

当所述挡板滑动至第二位置时，所述挡板遮挡所述第一格栅部，以使所述第二流道与所述第一格栅部隔绝，所述第二格栅部与外部环境连通。

2.根据权利要求1所述的冷却塔防冻系统，其特征在于，所述热交换器为多层结构；

所述第一流道与所述第二流道沿层叠方向交替设置在所述多层结构中。

3.根据权利要求2所述的冷却塔防冻系统，其特征在于，所述第一流道与所述第二流道垂直设置，以使经所述第一流道的空气与经所述第二流道的空气垂直流动。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的冷却塔防冻系统，其特征在于，所述第一风道中还设置风机，以对从所述第一风道流向所述第二风道的空气进行增压。

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的冷却塔防冻系统，其特征在于，所述第一风道用于与机房的封闭热通道连通，所述第二风道用于与机房的封闭热通道或者空调回风口连通。

6.根据权利要求1-3中任意一项所述的冷却塔防冻系统，其特征在于，还包括：温度传感器、控制器以及驱动机构；

所述控制器分别与所述温度传感器以及所述驱动机构连接；

所述温度传感器用于获取外部环境的环境温度；

所述驱动机构用于驱动所述挡板在所述第一位置与所述第二位置之间滑动；

当所述环境温度低于环境温度阈值时，所述控制器控制所述驱动机构价格所述挡板滑动至所述第一位置。

7.根据权利要求6所述的冷却塔防冻系统，其特征在于，所述驱动机构包括驱动电机、齿轮以及齿条；

所述齿条设置在所述挡板上，所述齿轮与所述驱动电机输出端连接，所述齿轮与所述齿条啮合。

8.根据权利要求6所述的冷却塔防冻系统，其特征在于，所述环境温度阈值为0-5摄氏度。

9.一种冷却塔防冻方法，其特征在于，应用于如权利要求1-8中任意一项所述的冷却塔防冻系统，所述方法包括：

获取外部环境的环境温度；

确定所述环境温度低于环境温度阈值时，连通所述第二流道与所述冷却塔的进气格栅。

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