CN113669810A - 间接蒸发冷却设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种间接蒸发冷却设备，包括壳体、至少两个换热器及制冷机构，换热器位于壳体的内腔，换热器具有热风通道和冷风通道，换热器连接有喷淋器，喷淋器用于向冷风通道喷水；外循环风道，包括外循环进风口、冷风通道以及外循环出风口，冷风通道和外循环出风口之间设置有外循环风机，外循环出风口位于壳体的上端；内循环风道，包括内循环进风口、热风通道以及内循环出风口，热风通道和内循环出风口之间设置有内循环风机，内循环出风口位于壳体的下端；制冷机构，包括通过管路连接的压缩机、冷凝器以及蒸发器，冷凝器布置于外循环风道，蒸发器布置于内循环风道。间接蒸发冷却设备采用至少两个换热器，具有至少两个换热通道，提高换热效率。

Description

间接蒸发冷却设备

技术领域

本发明实施例涉及但不限于暖通设备技术领域，尤其涉及一种间接蒸发冷却设备。

背景技术

随着我国互联网以及通讯产业的迅速发展，我国的大数据中心总量逐年增加，已超过40万个。为节能环保，多部门联合制定了《国家绿色数据中心试点工作方案》，要求开始在重点领域创建绿色大数据中心，以降低大数据中心整体PUE（Power UsageEffectiveness,数据中心总设备能耗与IT设备能耗的比值）。绿色大数据中心的主要特点有：（1）低PUE；（2）循环使用水资源；（3）多方位利用自然冷源。而蒸发冷却是一种纯自然冷源的供冷方式，符合绿色数据中心的要求，在近几年得到了DC及暖通设备行业的重视。

间接蒸发冷却设备是大数据中心模块化、低能耗散热方案的重要演进方向。系统模块的布局是关键性技术，对整机能效比有决定性作用，尤其以换热芯体的布局最为关键。相关技术中，已有立型芯体中间布局、立型芯体置顶布局以及菱形芯体布局。其中，立型芯体中间布局空间需求大，换热效率低；立型芯体置顶布局空间需求适中，换热效率适高，但芯体流水方向不易控制，喷淋损失较大；而菱形芯体布局换热效率较低，喷淋损失较大，以上方案均存在缺陷，有待改进。

发明内容

以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。

本发明实施例提供了一种间接蒸发冷却设备，能够提高换热效率，优化间接蒸发冷却设备的制冷效果。

本发明的实施例提供一种间接蒸发冷却设备，包括：

壳体，具有内腔；

至少两个换热器，位于所述内腔，至少两个所述换热器沿所述壳体的周向间隔布置，所述换热器具有热风通道和冷风通道，所述换热器连接有喷淋器，所述喷淋器用于向所述冷风通道喷水；

外循环风道，包括依次连通的外循环进风口、所述冷风通道以及外循环出风口，所述冷风通道和所述外循环出风口之间设置有外循环风机，所述外循环出风口位于所述壳体的上端；

内循环风道，包括依次连通的内循环进风口、所述热风通道以及内循环出风口，所述热风通道和所述内循环出风口之间设置有内循环风机，所述内循环出风口位于所述壳体的下端；

制冷机构，包括通过管路连接的压缩机、冷凝器以及蒸发器，所述冷凝器布置于所述外循环风道，所述蒸发器布置于所述内循环风道。

本发明的实施例至少具有如下有益效果：通过外循环风机将室外空气抽入外循环风道，通过内循环风机将室内空气抽入内循环风道，室外空气进入冷风通道，室内空气进入热风通道，室外空气与室内空气通过换热器进行换热，降低室内空气的温度，而且喷淋器向冷风通道喷水，利用水蒸发带走热量，降低室内空气的温度；而且室内空气经过蒸发器，降低温度，得到低温的室内空气，低温的室内空气从内循环出风口输入大数据中心，帮助散热、降温。间接蒸发冷却设备采用至少两个换热器，具有至少两个换热通道，提高换热效率，优化间接蒸发冷却设备的制冷效果，而且有利于降低喷淋损耗。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1是本发明一个实施例提供的间接蒸发冷却设备的结构示意图；

图2是本发明一个实施例提供的间接蒸发冷却设备的内部气流示意图；

图3是本发明一个实施例提供的间接蒸发冷却设备的左视方向的内部结构示意图；

图4是本发明一个实施例中壳体的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

随着我国互联网以及通讯产业的迅速发展，全国各地兴建了大量的大数据中心，大数据中心包含多个服务器，需要冷缺装置进行温度控制，保证服务器的稳定运行。目前，大数据中心的耗能日益上涨，国家发布了《国家绿色数据中心试点工作方案》，要求降低PUE、循环使用水资源以及多方位利用自然冷源，达到节能降耗的目的。

相关技术中，部分大数据中心采用间接蒸发冷却装置，近年发展迅速。比如采用立型芯体中间布局，但是存在空间需求大、换热效率低的缺陷；或者采用立型芯体置顶布局，空间需求适中，换热效率较高，但是芯体中喷淋水的方向不易控制，喷淋损失较大；又或者采用菱形芯体布局，但是存在换热效率较低，喷淋损失较大的缺陷。

为此，参照图1，本发明的实施例提出一种间接蒸发冷却设备，包括壳体100、至少两个换热器200以及制冷机构，壳体100设置有内腔101以供安装换热器200以及制冷机构，换热器200可以是两个、三个、四个或更多，多个换热器200间隔布置在内腔101中，多个换热器200沿壳体100的周向分布，在内腔101的中心形成气流通道，换热器200连接有喷淋器210，利用喷淋器210进行喷水，水接触换热器200并蒸发，带走热量，有助于提高换热量。考虑到热空气的比重较大，具有上升的趋势，冷空气的比重较小，具有下沉的趋势，换热后的冷风从壳体100的下部排出并进入大数据中心，换热后的热风从壳体100的上部排出。因此，换热器200在内腔101中大致为竖向的，即为竖直布置或者倾斜的角度较小，其中以采用两个竖向对称布置的换热器200为较佳方案，以下实施例均为采用两个竖向对称布置的换热器200进行描述。

下面结合附图，对本发明的实施例作进一步阐述。

如图2所示，图2是间接蒸发冷却设备内部的气流流动示意图，实线箭头是室内空气（即大数据中心内部的空气）的流动方向，虚线箭头是室外空气的流动方向。换热器200具有供室内空气流动的热风通道和供室外空气流动的冷风通道，喷淋器210喷出的水进入冷风通道，部分接触冷风通道的壁面，利用水的蒸发带走热量帮助降低热风通道中室内空气的温度；间接蒸发冷却设备形成有内循环风道和外循环风道，内循环风道是室内空气的流动通道，包括依次连通的内循环进风口110、热风通道以及内循环出风口120，在热风通道和内循环出风口120之间设置有内循环风机150，内循环出风口120位于壳体100的下端，利用内循环风机150驱动室内气流流动，有助于提高换热效率；外循环风道是室外空气的流动通道，包括依次连通的外循环进风口130、冷风通道以及外循环出风口140，在冷风通道和外循环出风口140之间设置有外循环风机160，外循环出风口140位于壳体100的上端，利用外循环风机160驱动室外气流流动，有助于提高换热效率。

制冷机构包括通过管路连接的压缩机310、冷凝器320以及蒸发器330，压缩机310用于压缩冷媒气体，压缩机310将高温高压的冷媒气体输出至冷凝器320，利用冷凝器320降低冷媒气体的温度，然后通过节流组件促使冷媒气体转变为冷媒液体，然后冷媒液体进入蒸发器330，冷媒液体在蒸发器330中蒸发而吸收热量，对流经蒸发器330的室内空气降温。

冷凝器320布置于外循环风道中，可以将冷凝器320布置在冷风通道的出口与外循环风机160之间，利用室外空气帮助冷凝器320散热，此外，冷凝器320位于冷风通道的下游，不会影响换热器200内的室内空气；蒸发器330布置于内循环风道，可以将蒸发器330布置在热风通道的出口与内循环风机150之间，经过换热器200换热的室内空气再流经蒸发器330以进一步降温。

本发明的实施例提供的间接蒸发冷却设备的工作原理如下：

当室外环境温度较高（通常为高于22℃），制冷机构启动，通过内循环风机150将大数据中心的室内空气抽入换热器200的热风通道，通过外循环风机160将室外空气抽入换热器200的冷风通道，喷淋器210同时向冷风通道喷水，利用水的蒸发带走部分热量，室内空气和室外空气在换热器200中进行换热，第一次降低室内空气的温度；然后，从热风通道流出的室内空气流经蒸发器330，通过蒸发器330进一步降低室内空气的温度，降温后的室内空气经内循环出风口120输入大数据中心，帮助大数据中心散热。从冷风通道流出的室外空气流经冷凝器320，帮助冷凝器320散热，提高制冷机构的制冷效率，最终室外空气从外循环出风口140排放到室外。

其中，由于外循环风机160的吸力，会将部分的水混入室外空气中抽走，该部分的水有助于冷凝器320的散热。

本发明实施例的间接蒸发冷却设备在运行时，室内空气和室外空气利用换热器200进行换热，降低室内空气的温度；利用喷淋器210喷水蒸发带走热量，降低室内空气的温度；通过蒸发器330降低室内空气的温度，得到低温的室内空气，以满足大数据中心的散热需求。间接蒸发冷却设备利用了室外空气和水两种自然冷源，降低了能耗，采用两个换热器200，具有两个换热通道，提高了换热效率，优化间接蒸发冷却设备的制冷效果。

当室外环境温度适中（通常为16℃—22℃），制冷机构不开启，通过内循环风机150将大数据中心的室内空气抽入换热器200的热风通道，通过外循环风机160将室外空气抽入换热器200的冷风通道，室内空气和室外空气在换热器200中进行换热；同时，喷淋器210启动，向冷风通道喷水，部分水落在冷风通道的壁面，利用水的蒸发带走热量，帮助提供换热效率，进一步降低室内空气的温度。降温后的室内空气经内循环出风口120输入大数据中心，帮助大数据中心散热；从冷风通道流出的室外空气从外循环出风口140排放到室外。

当室外环境温度较低（通常为低于16℃），制冷机构和喷淋器210均不开启，通过内循环风机150将大数据中心的室内空气抽入换热器200的热风通道，通过外循环风机160将室外空气抽入换热器200的冷风通道，室内空气和室外空气在换热器200中进行热交换，降低室内空气的温度，由于室外空气的温度较低，能够将室内空气的温度降低到设定的温度。降温后的室内空气经内循环出风口120输入大数据中心，帮助大数据中心散热；从冷风通道流出的室外空气从外循环出风口140排放到室外。

换热器又称热交换器，是在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备，是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足工艺条件的需要，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。换热器在化工、石油、动力、食品及其它许多工业生产中占有重要地位，换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器或再沸器等，应用广泛。

在本发明的实施例中，换热器200 可以选用夹套式换热器、沉浸式蛇管换热器、板式换热器、管壳式换热器、双管板换热器等类型，均能满足换热需求。

在一实施例中，两个换热器200为竖向布置并且对称分布在内腔101的两侧，喷淋器210布置在换热器200的上端，喷淋器210向下喷水，以使喷淋水进入冷风通道，落在冷风通道的壁面上的水，由于重力作用，沿着冷风通道的壁面向下流动，具有较大的接触面积，提高蒸发量。如图2所示，冷风通道为竖向布置，室外空气从下向上流动，而喷淋水从上向下移动，喷淋水和室外空气为相对运动，加快喷淋水的蒸发，而且喷淋水在冷风通道的壁面上蒸发，提高了换热器200的换热效率。

在一实施例中，如图4所示，内循环进风口110设置在壳体100的侧面中部，内循环出风口120设置在壳体100的侧面下部，热风通道为大致水平布置，热风通道的进口连通内循环进风口110，热风通道的出口位于内腔101的中心并且连通内循环出风口120，内循环风机150在内腔101的下部，靠近内循环出风口120，利用内循环风机150抽风，驱动室内空气沿内循环进风口110、热风通道、内循环出风口120流动。

在一实施例中，蒸发器330安装在换热器200的外壁，并且蒸发器330覆盖热风通道的出口，也即从热风通道流出的室内空气，必然流经蒸发器330，使得室内空气都得到蒸发器330的冷却，有助于提升冷却效果。

在一实施例中，如图2所示，壳体100设置有位于内腔下部的隔板170，隔板170设置有风管171，风管171为内循环风道的一部分，内循环风机150连接于隔板并且位于风管171的端口。应当理解的是，壳体100在内腔101中设置有多个板件，多个板件与换热器200、隔板170等部件配合限定出内循环风道和外循环风道，防止室内空气和室外空气接触，防止串风。此外，隔板170还能防止喷淋水接触内循环风机150，防止喷淋水进入大数据中心。

在一实施例中，如图4所示，外循环进风口130设置在壳体100的侧面中部，外循环进风口130所在的侧面与内循环进风口110所在的侧面相邻，外循环出风口140设置在壳体100的顶面，冷风通道为大致竖向布置，冷风通道的出口位于换热器200的上端并连通外循环出风口140，冷风通道的入口位于换热器200的下端并连通外循环进风口130。外循环风机160在内腔101的上部，靠近外循环出风口140，利用外循环风机160抽风，驱动室外空气沿外循环进风口130、冷风通道、外循环出风口140流动。

在一实施例中，如图2所示，冷凝器320连接在喷淋器210的上端，外循环风机160位于冷凝器320的上方，外循环出风口140位于外循环风机160的上方，外循环风机160向上吹风，以将室外空气排到室外。冷凝器320靠近外循环风机160的进风端，空气流动速度较快，有助于冷凝器320的散热，提升制冷机构的制冷效果。

在一实施例中，制冷机构的压缩机310布置在两个换热器200的之间，压缩机310位于内循环风机150的上游，间接蒸发冷却设备的布局紧凑，有利于减小间接蒸发冷却设备的体积。

当然，压缩机310还可以布置在内腔101的其他位置，又或者安装在壳体100的外壁，都能够满足制冷机构的制冷需求。

在一实施例中，考虑到喷淋器210喷入冷风通道的水可能未全部蒸发，为了回收水，在内腔101中设置有接水盘180，接水盘180位于换热器200的下方以承接从换热器200流下的水，以回收利用，减少喷淋水的损耗。接水盘180大于冷风通道的截面，以承接全部流下的水。

在一实施例中，接水盘180连接有水泵，水泵的输出管连接喷淋器210，以重新利用接水盘180中收集的水。接水盘180还可以连接有集水箱，以供存放接水盘180中收集的水，储水量更大，间接蒸发冷却设备的运行更稳定、可靠。

在一实施例中，考虑到冬季气温会降低到冰点以下，接水盘180连接有加热器，加热器安装在接水盘180的底面，利用加热器加热接水盘180，防止接水盘180中的水结冰，保证喷淋器210稳定运行。

在一实施例中，喷淋器210连接于换热器200的中部或者下部，喷淋器210设置有多个喷头，喷头设置在冷风通道的壁面，以向冷风通道的内部喷水，大部分的水接触冷风通道的壁面，加快蒸发。

在一实施例中，壳体100的外壁设置有保温层，通过保温层能够增加保温、隔热能力，减少间接蒸发冷却设备的制冷量流失。

在一实施例中，如图4所示，外循环出风口140为多个布置在壳体100顶部的圆孔，相应的，如图3所示，外循环风机160也具有多个，外循环风机160与外循环出风口140一一对应；内循环风机150同样具有多个，增大室内空气的流动速度，对应的内循环出风口120为长条形。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本发明权利要求所限定的范围内。

Claims (15)

1.间接蒸发冷却设备，其特征在于，包括：

壳体，具有内腔；

至少两个换热器，位于所述内腔，至少两个所述换热器沿所述壳体的周向间隔布置，所述换热器具有热风通道和冷风通道，所述换热器连接有喷淋器，所述喷淋器用于向所述冷风通道喷水；

外循环风道，包括依次连通的外循环进风口、所述冷风通道以及外循环出风口，所述冷风通道和所述外循环出风口之间设置有外循环风机，所述外循环出风口位于所述壳体的上端；

内循环风道，包括依次连通的内循环进风口、所述热风通道以及内循环出风口，所述热风通道和所述内循环出风口之间设置有内循环风机，所述内循环出风口位于所述壳体的下端；

制冷机构，包括通过管路连接的压缩机、冷凝器以及蒸发器，所述冷凝器布置于所述外循环风道，所述蒸发器布置于所述内循环风道。

2.根据权利要求1所述的间接蒸发冷却设备，其特征在于，所述换热器为两个并且竖向布置，两个所述换热器对称分布在所述内腔的两侧。

3.根据权利要求1或2所述的间接蒸发冷却设备，其特征在于，所述内循环进风口位于所述壳体的侧面，所述热风通道的进口朝向所述内循环进风口，所述热风通道的出口朝向所述内腔的中心。

4.根据权利要求3所述的间接蒸发冷却设备，其特征在于，所述蒸发器连接于所述换热器，并且所述蒸发器覆盖所述热风通道的出口。

5.根据权利要求3所述的间接蒸发冷却设备，其特征在于，所述壳体设置有位于所述内腔下部的隔板，所述隔板设置有风管，所述风管为所述内循环风道的一部分，所述内循环风机连接于所述隔板并且位于所述风管的端口。

6.根据权利要求1或2所述的间接蒸发冷却设备，其特征在于，所述冷风通道的出口位于所述换热器的上端，所述冷风通道的入口位于所述换热器的下端，所述外循环进风口位于所述壳体的侧面并连通所述冷风通道的入口。

7.根据权利要求6所述的间接蒸发冷却设备，其特征在于，所述喷淋器布置在所述换热器的上端，所述喷淋器朝向所述冷风通道。

8.根据权利要求7所述的间接蒸发冷却设备，其特征在于，所述冷凝器连接于所述喷淋器，并且位于所述喷淋器的上方。

9.根据权利要求8所述的间接蒸发冷却设备，其特征在于，所述外循环风机位于所述冷凝器的上方，并且向上吹风，所述外循环出风口位于所述外循环风机的上方。

10.根据权利要求7所述的间接蒸发冷却设备，其特征在于，所述壳体设置有接水盘，所述接水盘位于所述换热器的下方以承接从所述换热器流下的水。

11.根据权利要求10所述的间接蒸发冷却设备，其特征在于，所述接水盘连接有水泵，所述水泵的输出管连接所述喷淋器。

12.根据权利要求10所述的间接蒸发冷却设备，其特征在于，所述接水盘连接有加热器，所述加热器用于加热所述接水盘。

13.根据权利要求1或2所述的间接蒸发冷却设备，其特征在于，所述喷淋器连接于所述换热器的中部或者下部，所述喷淋器设置有多个喷头，所述喷头向所述冷风通道的内部喷水。

14.根据权利要求1或2所述的间接蒸发冷却设备，其特征在于，所述换热器为竖直布置或者倾斜布置。

15.根据权利要求1或2所述的间接蒸发冷却设备，其特征在于，所述壳体的外壁设置有保温层。

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