CN202392894U - 空调末端装置、空调设备及数据中心 - Google Patents

空调末端装置、空调设备及数据中心 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开空调末端装置、空调设备及数据中心。其中，空调末端装置包括从吸风口连通到排风口的空气通道，在空气通道内安装换热器及驱使空气通道内的空气从吸风口向排风口流动的速度可调的风机，其中吸风口及排风口均向下开放。从而，能够改善空气循环，提高空调末端装置的制冷能力。

Description

空调末端装置、空调设备及数据中心
技术领域
本实用新型涉及空调技术领域，尤其涉及空调末端装置、具有该空调末端装置的空调设备以及具有该空调设备的数据中心。
背景技术
数据中心包含计算机、服务器等大量具有高热密度电子类负载的数据设备，此类负载产生的显热高于一般的舒适性环境，且需要全年365天、每天24小时的不间断制冷。电子元件的发热和敏感度要求机房内的温度、湿度、空气流动和空气洁净度必须维持在严格的范围内，要求维持高度稳定的工作环境。随着现代科技的不断发展，数据中心的规模逐渐扩大，负载热密度也越来越高，从而给机房热处理带来了更多的问题，也对空调系统的可靠、高效、节能运行提出了更高的要求。
传统的水力风机盘管装置（FCU, Fan Coil Unit）在管道中使用水作为流体工质，还有的直接膨胀式风机盘管装置（DX FCU）使用制冷剂及油的混合剂作为流体工质。因此，一旦盘管泄漏，将可能引起水或者油进入数据设备，这两种风机盘管装置对数据设备的可靠性造成危险。
另一方面，而传统的水力风机盘管装置将盘管、风机都在工厂里组装成整体形式。当维修时，需要将风机盘管装置全部拆下来，需要很多时间处理管路及线路的连接，不利于迅速抢修数据中心，使数据设备在没有空调提供正常制冷的环境下长时间工作，也给数据设备带来风险。
因此，有必要提供改进的技术方案以克服现有技术中存在的技术问题。
实用新型内容
本实用新型所要解决的主要技术问题是给数据中心中的数据设备提供可靠的制冷。
为解决上述技术问题，本实用新型提供了如下技术方案。
本实用新型的一方面提供一种空调末端装置，其包括从吸风口连通到排风口的空气通道，在所述空气通道内安装换热器及驱使空气通道内的空气从所述吸风口向所述排风口流动的速度可调的风机，其中所述吸风口及所述排风口均向下开放。
在上述的空调末端装置中，可选地，所述换热器内流动无油的制冷剂，所述制冷剂在所述换热器中与通过所述空气通道的空气热接触。
在上述的空调末端装置中，可选地，所述空气通道包括换热段及风机段，所述换热器位于所述换热段内，所述风机位于所述风机段内。
在上述的空调末端装置中，可选地，所述空调末端装置包括第一框架及第二框架，所述第一框架与所述第二框架组装在一起，所述第一框架内具有所述空气通道的换热段，所述第二框架内具有所述空气通道的风机段。
本实用新型的另一方面提供了一种空调设备，其包括如上所述的空调末端装置、冷凝器、泵及连通所述空调末端装置、所述冷凝器及所述泵的循环管路，所述泵驱动制冷剂通过所述循环管路在所述空调末端装置及冷凝器之间循环流动。
本实用新型的又一方面提供了一种数据中心，其包括多个数据设备机架及如上所述的空调设备，每个所述机架具有相对的第一侧及第二侧，每个所述机架上方具有一个所述的空调末端装置，所述吸风口位于所述第一侧的上方，所述排风口位于所述第二侧的上方。
根据本实用新型，由于空调末端装置设置均向下开放的吸风口和排风口，使得空气通过向下开放的吸风口垂直进入空调末端装置并且通过向下开放的排风口垂直排出空调末端装置，从而形成一种垂直进风和垂直出风的近似U型的空气流。空调末端装置体积小，但是能够有效移走数据中心中数据设备机架内的电子类负载产生的热负荷，有助于消除来自其他数据设备机架的热影响，避免热旁路，并且节省能源，因此降低了对于空调末端装置的总的制冷能力需求。
另一方面，由于空调末端装置包括第一框架及第二框架两个部件，所述第一框架与所述第二框架组装在一起封装出空气通道。因此，换热器和风机的维护可以相互独立，在换热器和风机的其中之一损坏时，更换或维修换热器和风机中的一个而不会影响到另一个。例如，在风机存在任何问题时，维修人员能够非常容易地维修和更换故障风机，而不需要断开换热器的连接管路，不但维修容易而快速，而且降低了第一框架内的元件被损坏的风险；同样，对于换热器存在故障需要更换或者需要定期清洁时，维修人员也能够很容易地去更换换热器，而不需要移除连接至线缆和控制板的风机所在的第二框架，降低了第二框架内的元件被损坏的风险。因此，采用两件式框架设计的空调末端装置便于安装和维护，降低了安装和维护的工作量，并且提高了空调末端装置的可靠性。
通过以下参考附图的详细说明，本实用新型的其它方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本实用新型的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。
附图说明
参照以下具体实施方式的详细说明，并与所附图纸一并阅读，将更加充分地理解本实用新型，附图中同样的参照字符始终指代视图中同样的零件。其中：
图1为一种具体实施方式的空调末端装置的结构示意图；
图2为一种具体实施方式的空调末端装置的透视示意图，为了显示空气通道中的结构，图中将外面的框架透明化，用双点划线表示；以及
图3为一种具体实施方式的数据中心的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。
图1和图2揭示了一种具体实施方式的空调末端装置的结构图，其中，图1为空调末端装置的整体结构示意图，图2为空调末端装置的透视示意图。如图1和图2所示，一种具体实施方式的空调末端装置100包括从吸风口11连通到排风口21的空气通道101，在空气通道101内安装换热器12及驱使空气通道101内的空气从吸风口11向排风口21流动的速度可调的风机22，其中吸风口11及排风口21均向下开放。
由于空调末端装置100设置均向下开放的吸风口11和排风口21，使得空气能够通过向下开放的吸风口11垂直进入空调末端装置100并且能够通过向下开放的排风口21垂直排出空调末端装置100，从而形成一种垂直进风和垂直出风的近似U型的空气流，实现一种有效的空气循环，能够有效移走数据中心中数据设备机架内的电子类负载产生的热负荷，有助于消除来自其他数据设备机架的热影响，避免热旁路，并且节省能源，因此降低了对于空调末端装置100的总的制冷能力需求，提高了空调末端装置100的可靠性。
换热器12内使用无油的制冷剂，例如，使用二氧化碳作为制冷剂。无油的制冷剂在换热器12中流动并与通过空气通道101的空气热接触，从而实现热交换。由于在换热器12内使用无油的制冷剂，不仅具有好的换热性能，而且可靠地维持数据中心内部的清洁环境。
空气通道101包括换热段1及风机段22，换热器12位于换热段1内，风机22位于风机段22内。
在一种可选的具体实施方式中，空调末端装置100包括第一框架13及第二框架23，第一框架13与第二框架23组装在一起，第一框架13内具有空气通道101的换热段1，第二框架23内具有空气通道101的风机段2。第一框架13和第二框架23相互紧密地对接在一起，从而围成连续、封闭的空气通道101。可选地，第一框架13与第二框架23可以分离，从而第一框架13和第二框架23可以方便地拆卸和组装。在一种具体实施方式中，第一框架13和第二框架23均为铝合金框架。
由于空调末端装置100采用第一框架13和第二框架23的两件式框架设计，换热器12和风机22分别组装在不同的框架内，因此这种两件式框架易于连接，可以现场组装。例如，换热器12可以组装在第一框架13内，而风机22可以组装在第二框架23内，换热器12和风机22的维护相互独立，在换热器12和风机22的其中之一损坏需要更换或维修时而不会影响到换热器12和风机22中的另一个。例如，在风机22存在任何问题时，维修人员能够非常容易地维修和更换故障风机22，而不需要断开换热器12的连接管路，降低了第一框架13内的元件被损坏的风险；同样，对于换热器12存在故障需要更换或者需要定期清洁时，维修人员也能够很容易地去更换换热器12，而不需要移除连接至线缆和控制板的风机22所在的第二框架23，降低了第二框架23内的元件被损坏的风险。因此，采用两件式框架设计的空调末端装置100便于安装和维护，降低了安装和维护的工作量，并且提高了空调末端装置100的可靠性。
空调末端装置100包括延伸于空气通道101的整个流通截面之间的风机板220，风机板上设置风机孔（图中未显示），风机22安装在风机孔内。
在一种具体实施方式中，换热器12是具有输入接头121及输出接头122的盘管换热器12，换热器12的制冷剂从输入接头121进入，循环通过换热器12之后从输出接头122流出。换热器12的输入接头121及输出接头122设置在第一框架13的顶部。
可选地，换热器12为铜管铝翅结构，管内为相变制冷剂，管外为空气流。制冷剂进入换热器12的输入接头121时为液相，在管内循环通过铜管与空气进行热交换后到达换热器12的输出接头122时为气液两相或气相。
吸风口11为位于第一框架13的底部开口，并且，第一框架13靠近吸风口11的一端封闭。吸风口11与换热器12之间设置第一温度传感器14，第一温度传感器14用于感测进风温度。在一种可选的具体实施方式中，吸风口11与换热器12之间还设置空气过滤器15，第一温度传感器14位于空气过滤器15与换热器12之间，即空气过滤器15位于吸风口11上方，换热器12位于空气过滤器15的下游方向，第一温度传感器14则置于空气过滤器15和换热器12二者之间。换热器12、空气过滤器15、第一温度传感器14均安装在第一框架13内，其中空气过滤器15可从第一框架13下部的安装口灵活拆卸。
排风口21为位于第二框架23的底部开口。排风口21与换热器12之间设置第二温度传感器24。在一种具体实施方式中，第二温度传感器24设置在排风口21与风机22之间，即，第二温度传感器24置于风机22的下游、排风口21上游，第二温度传感器24用于感测出风温度。第二温度传感器24以及风机22则安装在第二框架23内。
空调末端装置100还包括控制器3，控制器3的所有控制功能均可以采用一个单片机来实现。控制器3固定在第二框架23的封闭端外侧壁面上。控制器3与第一温度传感器14、第二温度传感器24及风机22相联系。
空调末端装置100采用第一温度传感器14和第二温度传感器24以及控制器3来控制风机22的速度。在一种具体实施方式中，风机22为变频轴流风机22，借助控制器3，风机22根据第一温度传感器14及第二温度传感器24的温度差自动调整转速。控制器3的两个输入端分别与第一温度传感器14和第二温度传感器24连接，其输出端则连接变频轴流风机22的变频器。例如，控制器3接受来自第一温度传感器14和第二温度传感器24的温度信号，自动计算出进风温度和出风温度的温度差，并与温差设定值加以比较，根据相应的控制逻辑输出风机22的频率信号，从而调整风机22的速度，改变风机22的风量，达到自动调节制冷容量的目的。
当数据中心的其他空调末端装置发生故障不能提供有效制冷时，吸风口11处的空气温度将升高，当第一温度传感器14测得的进风温度与第二温度传感器24测得的出风温度的温度差超过温差设定值时，控制器3将自动调高风机22频率，增大循环风量。与此同时，冷源设备的运行控制会相应做出调整，如增加与制冷剂换热的冷冻水流量，甚至降低冷冻水供水温度设定以满足更大的散热需求。空调末端装置100为一种制冷容量可自动调节的空调末端装置100，其可以根据第一温度传感器14与第二温度传感器24的温差信号来自动调整风机的转速，通过调整风机的转速进而来自动调整空调末端装置100的制冷容量。
空调末端装置100结构简单紧凑，有较大制冷能力且容量可调，既能处理高热负荷密度，有效冷却高热密度的电子类负载，满足数据中心的机房环境控制需求，又能根据机房热负荷的变化自动调节制冷能力，保证IT设备的正常运行，提高了空调系统的可靠性。同时，可以在数据中心的其他空调末端装置出现故障时自动增加制冷容量，减少了空调系统部件的冗余，降低了成本。
空调末端装置100具有适用性好、设备利用率高、节能效果显著、技术经济性能较好等优点，商品化发展和应用前景非常好。
如图3所示，一种空调设备包括上述的空调末端装置100、冷凝器200、泵300及连通空调末端装置100、冷凝器200及泵300的循环管路400，泵300驱动制冷剂通过循环管路400在空调末端装置100及冷凝器200之间循环流动。
在一种可选的具体实施方式中，空调设备包括两个以上的空调末端装置100。在图3所示的数据中心中，空调设备示例性地包括三个空调末端装置100，然而，空调设备所包含的空调末端装置100的数量并不限于三个，空调设备所包含的空调末端装置100的数量可以根据数据中心中的电子类负载所产生的热负荷大小来合理选择。
与传统的空调装置不同，在根据本实用新型的具体实施方式的空调设备采用适合的配置以使得液相的制冷剂在换热器12中进行相变放热变成气液两相或气相离开换热器，冷凝器200与空调末端装置100的换热器12之间的循环管路400上没有设置节流装置。所述的节流装置包括膨胀阀及毛细管等。例如，在一种具体的实施方式中，采用二氧化碳作为制冷剂，制冷剂的压力范围为39到72巴，制冷剂的温度范围为5到30摄氏度，在每个空调末端装置100中的制冷剂流量为0.1至1立方米/小时。在一种具体实施方式中，冷凝器200为水冷冷凝器200。
进一步地，如图3所示，图3揭示了一种具体实施方式的数据中心1000的结构示意图。一种具体实施方式的数据中心1000包括多个数据设备机架500及上述的空调设备。每个数据设备机架500具有相对的第一侧501及第二侧502，每个机架500上方具有一个上述的空调末端装置100，吸风口11位于数据设备机架500的第一侧501的上方，排风口21位于数据设备机架500的第二侧502的上方。
同样地，在图3所示的数据中心1000中，仅示意性地示出了三个数据设备机架500以及设置于数据设备机架500上方的三个空调末端装置100，然而，数据中心1000所包含的数据设备机架500及设置于数据设备机架500上方的相应空调末端装置100的数量可以根据数据中心1000的实际应用状况而合理选择。
数据中心1000将空调末端装置100的吸风口11位于数据设备机架500的第一侧501的上方，排风口21位于数据设备机架500相对的第二侧502的上方。在一种具体实施方式中，相邻两排数据设备机架500的第一侧501面对面而在两者之间形成第一通道，相邻两排数据设备机架500的第二侧502面对面而在两者之间形成第二通道。因此，相邻的两个空调末端装置100的吸风口11相互靠近并位于数据设备机架500间的第一通道上方，而相邻的两个空调末端装置100的排风口21则相互靠近并位于数据设备机架500间的第二通道上方。显然，第一通道为回流空调末端装置100的热空气，温度比较热，因此是“热通道”；第二通道为从空调末端装置100排出的冷空气，温度比较冷，因此是“冷通道”。这些“热通道”和“冷通道”形成气幕，防止了数据设备机架500之间的热干扰，从而实现有效可靠的空气循环，提高空调末端装置100的制冷能力。
在制冷工况下，数据中心1000机房的空气循环过程如下：数据设备机架500间“热通道”内的热空气由吸风口11进入空调末端装置100的风道，依次流经空调末端装置100中的空气过滤器15、换热器12、风机22，然后由排风口21排入“冷通道”，最后流过数据设备机架500，吸收电子类负载例如数据设备产生的热量后返回“热通道”，由此完成一次循环。
数据中心1000内的其他空调末端装置100发生故障不能提供有效制冷时，此时，“热通道”内的空气温度将升高，当第一温度传感器14测得的进风温度与第二温度传感器24测得的出风温度的温度差超过温差设定值时，控制器3将自动调高风机22频率，增大循环风量，自动增加制冷容量，从而保证了数据中心1000内数据设备的正常运行，同时可以减少空调末端装置100的冗余设计，降低了数据中心1000的整体成本。
以上具体实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (20)

1. 空调末端装置，其包括从吸风口连通到排风口的空气通道，在所述空气通道内安装换热器及驱使空气通道内的空气从所述吸风口向所述排风口流动的速度可调的风机，其特征在于，其中所述吸风口及所述排风口均向下开放。
2. 根据权利要求1所述的空调末端装置，其中，所述换热器内流动无油的制冷剂，所述制冷剂在所述换热器中与通过所述空气通道的空气热接触。
3. 根据权利要求1所述的空调末端装置，其中，所述空气通道包括换热段及风机段，所述换热器位于所述换热段内，所述风机位于所述风机段内。
4. 根据权利要求3所述的空调末端装置，其包括第一框架及第二框架，所述第一框架与所述第二框架组装在一起，所述第一框架内具有所述空气通道的换热段，所述第二框架内具有所述空气通道的风机段。
5. 根据权利要求4所述的空调末端装置，其中，所述吸风口与所述换热器之间设置第一温度传感器。
6. 根据权利要求5所述的空调末端装置，其中，所述排风口与所述换热器之间设置第二温度传感器。
7. 根据权利要求5所述的空调末端装置，其中，所述吸风口与所述换热器之间设置空气过滤器，所述第一温度传感器位于所述空气过滤器与所述换热器之间。
8. 根据权利要求1所述的空调末端装置，其包括延伸于所述空气通道的整个流通截面之间的风机板，所述风机板上设置风机孔，所述风机安装在所述风机孔内。
9. 根据权利要求6所述的空调末端装置，其还包括控制器，所述控制器与所述第一温度传感器、所述第二温度传感器及所述风机相联系。
10. 根据权利要求9所述的空调末端装置，其中，所述风机为变频轴流风机，借助所述控制器，所述风机根据所述第一温度传感器及所述第二温度传感器的温度差自动调整转速。
11. 根据权利要求4所述的空调末端装置，其中，所述第一框架与所述第二框架可以分离。
12. 根据权利要求4所述的空调末端装置，其中，所述换热器是具有输入接头及输出接头的盘管换热器，所述换热器的制冷剂从所述输入接头进入，循环通过所述换热器之后从所述输出接头流出。
13. 根据权利要求12所述的空调末端装置，其中，所述换热器为铜管铝翅结构，制冷剂进入所述输入接头时为液相，循环通过所述铜管到达所述输出接头时为气液两相或气相。
14. 根据权利要求12所述的空调末端装置，其中，所述输入接头及所述输出接头设置在所述第一框架的顶部。
15. 空调设备，其特征在于，其包括根据权利要求1－14中任一项所述的空调末端装置、冷凝器、泵及连通所述空调末端装置、所述冷凝器及所述泵的循环管路，所述泵驱动制冷剂通过所述循环管路在所述空调末端装置及冷凝器之间循环流动。
16. 根据权利要求15所述的空调设备，其中，所述冷凝器与所述空调末端装置的换热器之间的循环管路上没有设置节流装置。
17. 根据权利要求15所述的空调设备，其中，所述冷凝器为水冷冷凝器。
18. 根据权利要求15所述的空调设备，其包括两个以上的空调末端装置。
19. 数据中心，其包括多个数据设备机架及根据权利要求15－18中任一项所述的空调设备，每个所述机架具有相对的第一侧及第二侧，每个所述机架上方具有一个所述的空调末端装置，所述吸风口位于所述第一侧的上方，所述排风口位于所述第二侧的上方。
20. 根据权利要求19所述的数据中心，其中，相邻的两个所述数据设备机架的第一侧面对面而在两者之间形成第一通道，相邻的两个所述数据设备机架的第二侧面对面而在两者之间形成第二通道，相邻的两个空调末端装置的吸风口相互靠近并位于数据设备机架间的第一通道上方，而相邻的两个空调末端装置的排风口则相互靠近并位于数据设备机架间的第二通道上方。
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