CN211503328U - 一种带有自然冷却的蒸发冷却式压缩冷凝装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带有自然冷却的蒸发冷却式压缩冷凝装置，该压缩冷凝装置包括主机舱，主机舱和喷淋蒸发冷却舱密封隔离，且喷淋蒸发冷却舱和排风舱相连通；在主机舱内设有与喷淋蒸发冷却舱中的蒸发冷凝器对应连接的压缩冷凝制冷系统，且蒸发冷凝器的上方设有喷淋布洒器，在喷淋蒸发冷却舱的顶部进风口内侧或者排风舱的排风机的进风侧设有自然冷却翅片式换热器，自然冷却翅片式换热器通过制冷剂流通管道与自然冷却储液/换热器相连接。本实用新型的装置以制冷剂作为冷量（热量）载体、工作效率高、耗能少且安全性高。

Description

一种带有自然冷却的蒸发冷却式压缩冷凝装置

技术领域

本实用新型涉及数据中心或超级计算中心的冷却技术，尤其涉及一种集合自然冷却、磁悬浮离心无油制冷压缩机以及蒸发冷凝技术的供冷装置，具体地说是一种以制冷剂作为冷量（热量）载体、工作效率高、耗能少且安全性高的带有自然冷却的蒸发冷却式压缩冷凝装置。

背景技术

大数据时代下的网络计算中心，电能消耗是最主要的运行成本，其中，冷却系统在数据中心的运行能耗中占据了除了IT设备能耗之外最主要的部分。因此，高效率的冷却系统在很大程度上决定了一个数据中心是否能够达到节能环保的绿色数据中心的标准。

磁悬浮制冷压缩机是一种采用电磁轴承将压缩机内的运动部件悬浮起来的新型制冷压缩机，由于它没有摩擦，因此具有比常规压缩机更高的制冷效率。同时，由于磁悬浮制冷压缩机采用直流变频的方式无级调节压缩机的工作转速，一方面它可以连续调节制冷量输出，另一方面它也可以根据运行工况的变化来调节压缩比，从而能随环境温度的变化来调节工作压缩比，使制冷系统具有非常高的季节能效比。

磁悬浮压缩机制冷机组在以往的数据中心中的应用方式是，将磁悬浮冷水机组作为冷源，以水作为热量载体，磁悬浮压缩机制冷机组的一次侧压缩制冷循环先对冷冻水制冷降温，然后冷冻水输送到数据中心中机房的空调末端，与机房内的循环空气进行热交换，对机房内的空气进行降温冷却。这种传统的方式具有以下的不足：

（1）磁悬浮压缩机制冷系统先要对冷冻水制冷冷却，再通过冷冻水对机房内的空气进行降温冷却，因此，这个过程存在二次热交换。两次热交换所必须的传热温差，使得磁悬浮压缩机制冷系统需要运行在相对较低的蒸发温度上，从制冷热力循环来讲，蒸发温度越低，制冷循环效率就越低，因此，采用冷冻水输送冷量（热量）的方式影响磁悬浮压缩机制冷机组的工作效率；

（2）由于冷量（热量）是通过冷冻水的循环来传递的，因此需要消耗循环水泵的功率。如果采用的是水冷式的磁悬浮冷水机组，还要额外消耗冷却水泵和冷却塔的功率；

（3）对于水冷形式的磁悬浮冷水机组，需要为其配套冷却塔、冷却水泵、冷却水循环管路等冷却水系统，系统复杂，投资增加；

（4）对于水冷形式的磁悬浮冷水机组，在一台机组内很难实现自然冷却功能的结合，自然冷却的功能只能在机组的外部，通过其它设备和系统来实现，从而导致系统复杂，工程量增加；

（5）冷冻水进入数据中心机房，冷冻水泄漏会给数据中心带来极大的风险。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种以制冷剂作为冷量（热量）载体、工作效率高、耗能少且安全性高的带有自然冷却的蒸发冷却式压缩冷凝装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案解决的：

一种带有自然冷却的蒸发冷却式压缩冷凝装置，其特征在于：所述的压缩冷凝装置包括主机舱、喷淋蒸发冷却舱和排风舱，主机舱和喷淋蒸发冷却舱密封隔离，且喷淋蒸发冷却舱和排风舱相连通以排出湿热空气；在主机舱内设有一套以上的压缩冷凝制冷系统且该压缩冷凝制冷系统与喷淋蒸发冷却舱中的蒸发冷凝器对应连接设置，该压缩冷凝制冷系统的进口端和出口端分别通过制冷剂流通管道与数据机房空调末端设备相连接，以分别从数据机房空调末端设备吸入低温气体制冷剂、向数据机房空调末端设备供应低温液体制冷剂；所述蒸发冷凝器的上方设有喷淋布洒器，在喷淋布洒器的上方和喷淋蒸发冷却舱的顶部进风口之间设有自然冷却翅片式换热器、或者排风舱的排风出口处设置的排风机的进风侧设有自然冷却翅片式换热器；所述自然冷却翅片式换热器的进入口通过制冷剂流通管道与数据机房空调末端设备相连接以进入低温气体制冷剂，自然冷却翅片式换热器的排出口通过制冷剂流通管道与主机舱内设置的自然冷却储液/换热器相连接，自然冷却储液/换热器通过制冷剂流通管道以及自然冷却制冷剂输送泵与数据机房空调末端设备相连接，以向数据机房空调末端设备供应低温液体制冷剂。

所述的压缩冷凝制冷系统至少包括一个制冷剂进气接口、一个回气气液分离器、一个压缩机制冷通断阀、一个制冷压缩机、一个压缩机排气止回阀、一个制冷剂储液器、一个制冷剂输送泵和一个制冷剂供液接口，其中制冷剂进气接口通过制冷剂流通管道与回气气液分离器的进入口相连接，回气气液分离器的第一排出口通过制冷剂流通管道与压缩机制冷通断阀的进入口相连，压缩机制冷通断阀的排出口通过制冷剂流通管道与制冷压缩机的吸气口相连，制冷压缩机的排气口通过制冷剂流通管道与压缩机排气止回阀的进入口相连，压缩机排气止回阀的排出口通过制冷剂流通管道与一个三通连接管的第一入口相连，三通连接管的出口通过制冷剂流动管道与喷淋蒸发冷却舱的蒸发冷凝器进入口相连，蒸发冷凝器排出口通过制冷剂流动管道与制冷剂储液器的进入口相连，制冷剂储液器的排出口通过制冷剂流动管道与制冷剂输送泵的吸入口相连，制冷剂输送泵的排出口通过制冷剂流动管道与制冷剂供液接口相连。

所述的压缩冷凝制冷系统还至少包括一个压缩冷凝系统自然冷却通断阀，压缩冷凝系统自然冷却通断阀的进入口通过制冷剂流通管道与回气气液分离器的第二排出口相连，压缩冷凝系统自然冷却通断阀的排出口通过制冷剂流通管道与三通连接管的第二入口相连。

所述的制冷压缩机采用磁悬浮无油离心式制冷压缩机。

所述的自然冷却翅片式换热器、自然冷却储液/换热器以及相对应的一个自然冷却制冷剂进气口、一个自然冷却制冷剂输送泵、一个自然冷却制冷剂供液接口构成一个完全自然冷却制冷系统，自然冷却制冷剂进气口的进入口通过制冷剂流通管道与数据机房空调末端设备相连接以进入低温气体制冷剂，自然冷却制冷剂进气口通过制冷剂流通管道与自然冷却翅片式换热器的进入口相连接，自然冷却翅片式换热器的排出口通过制冷剂流通管道与自然冷却储液/换热器的制冷剂进入口相连接，自然冷却储液/换热器的制冷剂排出口通过制冷剂流通管道与自然冷却制冷剂输送泵的吸入口相连，自然冷却制冷剂输送泵的排出口通过制冷剂流通管道与自然冷却制冷剂供液接口相连，自然冷却制冷剂供液接口通过制冷剂流通管道与数据机房空调末端设备相连接，以向数据机房空调末端设备供应低温液体制冷剂。

所述的自然冷却储液/换热器包括一个外壳、两个管头板、多个换热管、一个第一端部水室和一个第二端部水室构成，两个管头板分别将第一端部水室和第二端部水室与自然冷却储液/换热器的换热腔隔离，换热管的两端对应设置在管头板且换热管的外缘与对应的管头板密封设置，该换热管的两端分别与第一端部水室和第二端部水室连通，在第一端部水室内设有一隔板将第一端部水室分割为独立的两个腔体且该两个腔体分别与进水口和出水口相连通；使用时，冷却水从自然冷却储液/换热器的进水口进入第一端部水室的相应腔体内，然后经部分换热管流入第二端部水室、经第二端部水室流入剩余部分的换热管内、经剩余部分的换热管流入出水口侧的第一端部水室的相应腔体内，完成冷却水在自然冷却储液/换热器的管程侧流动，再从出水口排出；而制冷剂从自然冷却储液/换热器的制冷剂进入口进入，掠过换热管外，在自然冷却储液/换热器的壳程侧流动，再从自然冷却储液/换热器的制冷剂排出口排出，在这一过程中，冷却水对制冷剂进行冷却冷凝，制冷剂和冷却水进行了热量交换。

所述自然冷却储液/换热器的进水口通过带有冷却水喷淋/循环泵的冷却水流通管与储水槽的第一排出口相连接；所述自然冷却储液/换热器的出水口通过冷却水流通管与喷淋布洒器的进入口相连。

所述冷却水喷淋/循环泵前侧的冷却水流通管上带有应急供冷进水切换阀，该应急供冷进水切换阀的第一进入口通过应急水管道与应急供冷进水接口相连、应急供冷进水切换阀的排出口通过冷却水流通管与冷却水喷淋/循环泵的吸入口相连且应急供冷进水切换阀的的第二进入口通过冷却水流通管与储水槽的第一排出口相连接；所述自然冷却储液/换热器的出水口与喷淋布洒器的进入口之间的冷却水流通管上设有应急供冷出水切换阀，自然冷却储液/换热器的出水口通过冷却水流通管与应急供冷出水切换阀的进入口相连，应急供冷出水切换阀的第一排出口通过应急水管道与应急供冷出水接口相连，应急供冷出水切换阀的第二排出口通过冷却水流通管与喷淋蒸发冷却舱内的喷淋布洒器的进入口相连。

所述蒸发冷凝器的下方设有一相对独立的空间，该空间的顶部开口处设有均水器，均水器的下方设有蒸发换热填料且蒸发换热填料的下方设有储水槽，在蒸发换热填料的前侧设有能够通入环境空气的下侧进风口、蒸发换热填料的后侧设有能够排出湿热空气且与排风舱相连通的下排风口，在均水器和蒸发冷凝器之间的喷淋蒸发冷却舱的舱壁上开有能够排出湿热空气且与排风舱相连通的上排风口；从顶部进风口以及下侧进风口进入的环境空气，在喷淋蒸发冷却舱内经过水汽热质交换后，分别从上排风口和下排风口进入排风舱，再通过排风机的抽吸，从排风出口排出。

所述下侧进风口的外侧设有能够打开和关闭下侧进风口的进风口关闭阀。

所述喷淋蒸发冷却舱的底部设有储水槽，储水槽的第一排出口通过冷却水流通管与自然冷却储液/换热器的进水口相连接，储水槽的第二排出口通过排水管道与排水电动阀的进入口相连、排水电动阀的排出口通过排水管道与排水/溢水接口相连，储水槽的溢水口通过溢水管与排水/溢水接口相连，储水槽的补水口通过补水管与供水接口相连且补水口处安装有供水浮球阀。

所述的排风舱上设有排风出口，且在排风出口处设有一台或多台排风机。

本实用新型相比现有技术有如下优点：

（1）本实用新型是一个集合了自然冷却的制冷剂压缩冷凝装置，它不是以冷冻水为冷量（热量）载体，而是直接将一次侧制冷循环的制冷剂作为冷量（热量）载体，通过与数据中心机房内的直接蒸发式空调末端相配合以及压缩制冷循环的方式，并借助制冷剂输送泵，为数据中心机房内的直接蒸发式空调末端提供液态的制冷剂，液体制冷剂在数据中心机房直接蒸发式的空调末端，以直接蒸发换热的方式对数据机房内的空气进行降温冷却，以此带走IT设备的发热量；这样的工作过程省去了一次侧压缩制冷循环先要制取冷冻水，再由冷冻水对数据机房内空气进行制冷这样的二次过程，只需要一次压缩制冷循环，就可以完成对数据机房内的空气制冷冷却，从而提高了制冷循环的蒸发温度，提高了制冷循环的工作效率；

（2）本实用新型的装置直接以制冷剂作为到数据机房的冷量（热量）载体，由于制冷剂在数据机房空调末端吸收空气热量的方式是相变蒸发，而对于同样质量的冷媒，相变过程的吸收的汽化潜热要远远大于只是温度变化的显热吸热方式，传递同样的热量，制冷剂的输送量只有冷冻水输送量的15%左右，因此，制冷剂循环泵的功率消耗比传统方式的冷冻水泵的功率消耗减少了80%以上；

（3）本实用新型的装置输送不导电的制冷剂到数据机房，没有冷冻水进入数据中心机房，因此不用担心泄漏的意外导致的电气短路，大大提高了数据中心的安全性；

（4）本实用新型的装置相比于采用水冷冷凝器型式的磁悬浮冷水机组，采用了蒸发式冷凝器，也就是说冷却塔的功能和冷凝器结合在了一起，使整个装置具有更高的集成度，并且可以降低投资费用；

（5）本实用新型的蒸发式冷凝器相较于传统的冷却塔加水冷冷凝器的方式具有更低的冷凝温度，从而具有更高的压缩循环制冷效率；同时，由于冷却水也是蒸发吸热的方式在蒸发式冷凝器中对制冷剂吸热冷凝，冷却水的循环量大大低于冷却塔加水冷冷凝器的方式，并且没有冷却水长长的输送管道，不需要很高的冷却水泵扬程，因此，蒸发式冷凝器的方式大大减少了冷却水循环泵的功率消耗；

（6）本实用新型装置的压缩机制冷循环系统融合了自然冷却功能，在春秋天过渡季节以及冬季，当喷淋冷却水的温度低于数据机房的温度时，可以关闭压缩机运行，将压缩机制冷循环切换到自然冷却循环，利用较低温度的喷淋冷却水直接对来自数据机房的制冷剂进行冷却冷凝，从而减少数据中心的制冷功率消耗；

（7）本实用新型的装置的内部具有多个压缩机制冷循环系统，这样在同一套设备中可以满足数据中心N+1的制冷冗余要求。

（8）本实用新型的装置中还结合了一个完全自然冷却的制冷剂供液循环，这个自然冷却循环具有一个翅片式冷凝器和一个储液/换热器，当环境温度或者喷淋冷却水的温度低于数据机房的热气流温度时，这两个设备可以单独或者共同对来自数据机房的制冷剂进行冷却冷凝。由于即使在夏季的一部分的时间里，喷淋水的温度也可能会低于数据中心的IT设备出风温度，因此，在全年大部分的时间里都可以或多或少地利用自然冷却，减少压缩机制冷；而在春秋季节或者冬季，这套全自然冷却系统能够提供大部分甚至全部的数据中心所需要的制冷；

（9）本实用新型的装置中的自然冷却系统中的储液/换热器同时还具有连接一个外部应急冷源，例如水蓄冷或冰蓄冷装置，为数据中心在外电掉电的情况下维持短时间的制冷，确保IT设备具有足够的数据存盘时间。

附图说明

附图1为本实用新型的结构示意图。

附图1 为本实用新型的带有自然冷却的蒸发冷却式压缩冷凝装置原理图之一；

附图2为本实用新型的带有自然冷却的蒸发冷却式压缩冷凝装置原理图之二；

附图3 为本实用新型的自然冷却储液/换热器结构示意图；

附图4 为本实用新型的带有自然冷却的蒸发冷却式压缩冷凝装置结构示意图；

附图5 为附图4的B-B截面结构示意图；

附图6 为自然冷却翅片式换热器位于喷淋蒸发冷却舱内时的附图5的A-A截面结构示意图；

附图7 为自然冷却翅片式换热器位于排风舱内时的附图5的A-A截面结构示意图。

其中：1—主机舱；11—制冷剂进气接口；12—回气气液分离器；13—压缩机制冷通断阀；14—制冷压缩机；15—压缩机排气止回阀；16—压缩冷凝系统自然冷却通断阀；17—制冷剂储液器；18—制冷剂输送泵；19—制冷剂供液接口；110—自然冷却制冷剂进气口；111—自然冷却储液/换热器；1111—外壳；1112—管头板；1113—换热管；1114—第一端部水室；1115—第二端部水室；111A—制冷剂进入口；111B—制冷剂排出口；111C—进水口；111D—出水口；112—自然冷却制冷剂输送泵；113—自然冷却制冷剂供液接口；114—应急供冷进水接口；115—应急供冷进水切换阀；116—冷却水喷淋/循环泵；117—应急供冷出水切换阀；118—应急供冷出水接口；119—三通连接管；2—喷淋蒸发冷却舱；21—顶部进风口；22—自然冷却翅片式换热器；23—喷淋布洒器；24—蒸发冷凝器；25—排水/溢水接口；26—上排风口；27—均水器；28—蒸发换热填料；29—进风口关闭阀；210—下侧进风口；211—下排风口；212—储水槽；212A—第一排出口；212B—第二排出口；212C—溢水口；212D—补水口；213—供水浮球阀；214—供水接口；215—排水电动阀；3—排风舱；31—排风出口；32—排风机。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1、图2、图4、图5、图6、图7所示，一种带有自然冷却的蒸发冷却式压缩冷凝装置，在其内部有三个主要舱室，分别是主机舱1、喷淋蒸发冷却舱2和排风舱3。另外需要说明的是，图1、图2中所示的实线为制冷剂流通管道，图1、图2中所示的虚线为水流通管道。

如图1、图2、图4、图5所示，本实用新型提供的带有自然冷却的蒸发冷却式压缩冷凝装置，在主机舱1内至少设有一个压缩冷凝制冷系统，且喷淋蒸发冷却舱2内具有一个与该压缩冷凝制冷系统相匹配的蒸发冷凝器24；当然在本实用新型中，还可具有两组、三组或四组构成和连接方式相同的压缩冷凝制冷系统和与之相匹配的蒸发冷凝器24。

如图1、图2所示，该压缩冷凝制冷系统至少包括了一个制冷剂进气接口11、一个回气气液分离器12、一个压缩机制冷通断阀13、一个制冷压缩机14、一个压缩机排气止回阀15、一个压缩冷凝系统自然冷却通断阀16、一个制冷剂储液器17、一个制冷剂输送泵18、一个制冷剂供液接口19；在喷淋蒸发冷却舱2内，具有一个与该压缩冷凝制冷系统相匹配的蒸发冷凝器24。其中，制冷剂进气接口11通过制冷剂流通管道与回气气液分离器12的进入口相连接，回气气液分离器12的第一排出口通过制冷剂流通管道与压缩机制冷通断阀13的进入口相连，压缩机制冷通断阀13的排出口通过制冷剂流通管道与制冷压缩机14的吸气口相连，制冷压缩机14的排气口通过制冷剂流通管道与压缩机排气止回阀15的进入口相连，压缩机排气止回阀15的排出口通过制冷剂流通管道与一个三通连接管119的第一入口相连；回气气液分离器12的第二排出口通过制冷剂流通管道与压缩冷凝系统自然冷却通断阀16的进入口相连，压缩冷凝系统自然冷却通断阀16的排出口通过制冷剂流通管道与三通连接管119的第二入口相连；三通连接管119的出口通过制冷剂流动管道与喷淋蒸发冷却舱2的蒸发冷凝器24进入口相连，蒸发冷凝器24排出口通过制冷剂流动管道与制冷剂储液器17的进入口相连，制冷剂储液器17的排出口通过制冷剂流动管道与制冷剂输送泵18的吸入口相连，制冷剂输送泵18的排出口通过制冷剂流动管道与制冷剂供液接口19相连。

在夏季模式下，压缩机制冷通断阀13打开，压缩冷凝系统自然冷却通断阀16关闭，来自数据机房空调末端设备的低温气体制冷剂从制冷剂进气接口11进入，经过回气气液分离器12，少量未完全蒸发的液体制冷剂被分离留存在回气气液分离器12中，而纯气体制冷剂则通过压缩机制冷通断阀13，被制冷压缩机14吸入，经过制冷压缩机14的压缩做功，成为高压高温的气体制冷剂，然后通过压缩机排气止回阀15进入蒸发冷凝器24，在这里，喷淋在蒸发冷凝器24换热管外的喷淋水吸收换热管内的气体制冷剂，使气体制冷剂冷凝成为液体状态，进入到制冷剂储液器17，再由制冷剂输送泵18泵送，通过制冷剂供液接口19，输送返回到数据机房空调末端设备，在那里吸收数据机房的热量，重新蒸发成为气体制冷剂，再次从制冷剂进气接口11回到本装置中，完成一个压缩机制冷循环。

进一步地，在不需要压缩机运行的过渡季和冬季模式下，压缩机制冷通断阀13关闭，压缩冷凝系统自然冷却通断阀16打开，来自数据机房空调末端设备的低温气体制冷剂从制冷剂进气接口11进入，经过回气气液分离器12，此时所有进入的制冷剂，无论是气体状态或者少量夹带的完全蒸发的液体制冷剂，都会通过压缩冷凝系统自然冷却通断阀16进入蒸发冷凝器24，在这里，喷淋在蒸发冷凝器24换热管外的喷淋水吸收换热管内的气体制冷剂，使气体制冷剂冷凝成为液体状态，进入到制冷剂储液器17，再由制冷剂输送泵18泵送，通过制冷剂供液接口19，输送返回到数据机房空调末端设备，在那里吸收数据机房的热量，重新蒸发成为气体制冷剂，再次从回到从制冷剂进气接口11回到本装置中，完成一个自然冷却制冷循环。

本实用新型装置的压缩冷凝制冷系统中的制冷压缩机主要采用磁悬浮无油离心式制冷压缩机，但是，其它形式的制冷压缩机也同样可以应用于本实用新型的装置。

进一步地，该带有自然冷却的蒸发冷却式压缩冷凝装置还可以具有一个完全自然冷却制冷系统，如图1、图2所示，在主机舱1内，它至少包括了一个自然冷却制冷剂进气口110、一个自然冷却储液/换热器111、一个自然冷却制冷剂输送泵112、一个自然冷却制冷剂供液接口113。如图1、图6所示，在喷淋蒸发冷却舱2内，它至少包括了一个自然冷却翅片式换热器22；或者如图2、图7所示，在排风舱3内，它至少包括了一个自然冷却翅片式换热器22。完全自然冷却制冷系统的自然冷却制冷剂进气口110通过制冷剂流通管道与喷淋蒸发冷却舱2内的自然冷却翅片式换热器22的进入口相连，自然冷却翅片式换热器22的排出口通过制冷剂流通管道与自然冷却储液/换热器111的制冷剂进入口111A相连，自然冷却储液/换热器111的制冷剂排出口111B通过制冷剂流通管道与自然冷却制冷剂输送泵112的吸入口相连，自然冷却制冷剂输送泵112的排出口通过制冷剂流通管道与自然冷却制冷剂供液接口113相连。

如图3所示，自然冷却储液/换热器111是一个兼具热交换和液体制冷剂存储功能的部件，它由一个外壳1111、两个管头板1112、多个换热管1113、一个第一端部水室1114和一个第二端部水室1115构成，两个管头板1112分别将第一端部水室1114和第二端部水室1115与自然冷却储液/换热器111的换热腔隔离，换热管1113的两端对应设置在管头板1112且换热管1113的外缘与对应的管头板1112密封设置，该换热管1113的两端分别与第一端部水室1114和第二端部水室1115连通，在第一端部水室1114内设有一隔板将第一端部水室1114分割为独立的两个腔体且该两个腔体分别与进水口111C和出水口111D相连通。使用时，冷却水从自然冷却储液/换热器111的进水口111C进入第一端部水室1114的相应腔体内，然后经部分换热管1113流入第二端部水室1115、经第二端部水室1115流入剩余部分的换热管1113内、经剩余部分的换热管1113流入出水口111D侧的第一端部水室1114的相应腔体内，完成冷却水在自然冷却储液/换热器111的管程侧流动，再从出水口111D排出；而制冷剂从自然冷却储液/换热器111的制冷剂进入口111A进入，掠过换热管1113外，在自然冷却储液/换热器111的壳程侧流动，再从自然冷却储液/换热器111的制冷剂排出口111B排出，在这一过程中，冷却水对制冷剂进行冷却冷凝，制冷剂和冷却水进行了热量交换。

当具备自然冷却工作条件时，来自数据机房空调末端设备的低温气体制冷剂从自然冷却制冷剂进气口110进入，然后进入自然冷却翅片式换热器22的换热管内，在穿越自然冷却翅片式换热器22换热管外的环境空气的冷却作用下，气体制冷剂部分或全部冷凝成为液体，进入自然冷却储液/换热器111的壳程侧，在这里，制冷剂被自然冷却储液/换热器111的管程侧温度更低的喷淋冷却水冷却，进一步成为液体制冷剂，然后被自然冷却制冷剂输送泵112泵送，通过自然冷却制冷剂供液接口113输送返回到数据机房空调末端设备，在那里吸收数据机房的热量，重新蒸发成为气体制冷剂，再次从自然冷却制冷剂进气口110回到本装置中，完成一个完全自然冷却制冷循环。

如图1、图2所示，一种带有自然冷却的蒸发冷却式压缩冷凝装置，在主机舱1内，至少还具有一个应急供冷进水接口114、一个应急供冷进水切换阀115、一个冷却水喷淋/循环泵116、一个应急供冷出水切换阀117，一个应急供冷出水接口118；在喷淋蒸发冷却舱2内，至少具有一个喷淋布洒器23、一个均水器27、一个蒸发换热填料28、一个储水槽212、一个供水浮球阀213、一个供水接口214、一个排水电动阀215、一个排水/溢水接口25。

在喷淋蒸发冷却舱2内，自然冷却翅片式换热器22位于喷淋布洒器23的上方，蒸发冷凝器24位于喷淋布洒器23的下方且上下设置，均水器27位于蒸发冷凝器24下方的独立空间的顶部开口处，蒸发换热填料28位于均水器27的下方，储水槽212位于蒸发换热填料28的下方。

应急供冷进水接口114通过应急水管道与应急供冷进水切换阀115的第一进入口相连、应急供冷进水切换阀115的排出口通过冷却水流通管与冷却水喷淋/循环泵116的吸入口相连、冷却水喷淋/循环泵116的排出口通过冷却水流通管与自然冷却储液/换热器111的进水口111C相连，自然冷却储液/换热器111的出水口111D通过冷却水流通管与应急供冷出水切换阀117的进入口相连、应急供冷出水切换阀117的第一排出口通过应急水管道与应急供冷出水接口118相连、应急供冷出水切换阀117的第二排出口通过冷却水流通管与喷淋蒸发冷却舱2内的喷淋布洒器23的进入口相连。

储水槽212的第一排出口212A通过冷却水流通管与应急供冷进水切换阀115的第二进入口相连，储水槽212的第二排出口212B通过排水管道与排水电动阀215的进入口相连、排水电动阀215的排出口通过排水管道与排水/溢水接口25相连，储水槽212的溢水口212C通过溢水管与排水/溢水接口25相连，储水槽212的补水口212D通过补水管与供水接口214相连且补水口212D处安装有供水浮球阀213。

正常工作模式下，应急供冷进水切换阀115的流通方向是应急供冷进水切换阀115的第二进入口至排出口方向导通、第一进入口至排出口方向关闭，应急供冷出水切换阀117的流通方向是应急供冷出水切换阀117的进入口至第二排出口方向导通、进入口至第一排出口方向关闭，冷却水喷淋/循环泵116通过应急供冷进水切换阀115的第二进入口至排出口的通道从储水槽212吸水，然后泵送进入自然冷却储液/换热器111，在这里，冷却水在自然冷却储液/换热器111的管程侧与壳程侧的制冷剂进行热交换，对制冷剂进行冷却冷凝，然后通过应急供冷出水切换阀117的进入口至第二排出口的通道进入喷淋布洒器23，冷却水从喷淋布洒器23的喷口喷洒出来，喷淋到两组蒸发冷凝器24的换热管外，吸收蒸发冷凝器24的换热管内气体制冷剂的热量，使换热管内的气体制冷剂冷凝成液体，而喷淋水落入均水器27，再从均水器27落入到蒸发换热填料28，然后再穿过蒸发换热填料28落入到储水槽212中；喷淋水在蒸发换热填料28内与环境空气进行热质交换，部分喷淋水吸收水本身的热量蒸发成为水蒸汽，进入到空气中，喷淋水的温度因此得到降低。

在上述过程中，喷淋冷却水会因为部分蒸发成为水蒸气进入而减少，为此，外部补水系统则通过供水接口214向储水槽212补充因蒸发而减少的喷淋水。为了避免补充水过量，供水浮球阀213在补水量达到一定的水位时自动关闭补水操作。

进一步地，由于喷淋冷却水的蒸发作用，喷淋冷却水当中的离子浓度将会逐步升高，为此，排水电动阀215定期自动打开，排放储水槽212中的部分水，而通过外部补水系统补充进来的水则稀释了离子浓度。

进一步地，如图1、图2所示，该带有自然冷却的蒸发冷却式压缩冷凝装置具有外部供电掉电时的应急供能功能。自然冷却制冷剂输送泵112、冷却水喷淋/循环泵116、应急供冷进水切换阀115和应急供冷出水切换阀117都是通过不间断电源供电的，在外电掉电的应急模式下，此时装置内的大部分部件因失去供电而停止工作，而不间断电源可以继续维持自然冷却制冷剂输送泵112和冷却水喷淋/循环泵116的运行，应急供冷进水切换阀115的流通方向则转为应急供冷进水切换阀115的第二进入口至排出口方向关闭、第一进入口至排出口方向导通，应急供冷出水切换阀117的流通方向转为应急供冷出水切换阀117的进入口至第二排出口方向关闭、进入口至第一排出口方向导通。此时，来自外部应急供冷冷源的冷冻水从应急供冷进水接口114进入，通过应急供冷进水切换阀115的第一进入口至排出口的通道被冷却水喷淋/循环泵116吸入，然后泵送到自然冷却储液/换热器111中，吸收壳程侧的制冷剂的热量，继续维持对制冷剂进行冷却冷凝。而吸收了热量的冷冻水温度升高后，从自然冷却储液/换热器111出来，通过应急供冷出水切换阀117的进入口至第一排出口的通道，再从应急供冷出水接口118离开，回到外部应急供冷冷源。

如图1、图4、图5、图6所示，带有自然冷却的蒸发冷却式压缩冷凝装置，在喷淋蒸发冷却舱2内，至少具有一个顶部进风口21、一个下侧进风口210、一个进风口关闭阀29、一个上排风口26、一个下排风口211；在排风舱3内具有排风出口31以及一台或多台排风机32。在喷淋蒸发冷却舱2内，顶部进风口21位于喷淋蒸发冷却舱2的上部，自然冷却翅片式换热器22位于顶部进风口21的下方；进风口关闭阀29位于下侧进风口210的位置，用来关闭下侧进风口210；下侧进风口210位于蒸发换热填料28的前方；上排风口26和排风舱3连通且下排风口211和排风舱3连通，上排风口26位于蒸发冷凝器24的下方并位于均水器27的上方且下排风口211位于蒸发换热填料28的后方。

从顶部进风口21进入的环境空气先穿越自然冷却翅片式换热器22的换热管外，对换热管内的制冷剂进行冷却冷凝，然后再和喷淋冷却水混合一起穿过蒸发冷凝器24；环境空气在和喷淋冷却水混合的过程中，部分冷却水吸收蒸发冷凝器24换热管内制冷剂的热量，蒸发成为水蒸气，进入到从顶部进风口21进入的环境空气当中，成为热湿空气，这是一个热湿交换的过程；热湿空气则从上排风口26进入到排风舱3中，而喷淋冷却水则继续下落，进入蒸发换热填料28。

从下侧进风口210进入的另一股环境空气穿越蒸发换热填料28，与进入蒸发换热填料28的喷淋冷却水接触，一部分喷淋冷却水吸收自身的热量再次蒸发成为水蒸气，混入到从下侧进风口210进入的环境空气中，成为热湿空气，这也是一个热湿交换的过程。这股湿热空气从下排风口211进入排风舱3。

在排风舱3内，在排风机32的抽吸下，来自喷淋蒸发冷却舱2的上排风口26和下排风口211的湿热空气从排风出口31排出，完成空气的热质交换过程。

当冬季环境温度足够低时，不需要喷淋水的冷却作用，仅仅依靠自然冷却翅片式换热器22就可以提供足够的制冷能力时，此时可以关闭喷淋冷却水的循环，进风口关闭阀29因此而可以关闭，这样可以让更多的环境空气从顶部进风口21进入穿越自然冷却翅片式换热器22，从而提高自然冷却翅片式换热器22的换热能力。

进一步地，如图2、图4、图5、图7所示，自然冷却翅片式换热器22可以位于排风舱3内，当自然冷却翅片式换热器22位于排风舱3时，按照排风舱内3内的气流流动方向，自然冷却翅片式换热器22位于排风机32的上游，位于上排风口26和排风舱3连通口以及下排风口211和排风舱3连通口的下游。这种情况下，分别从顶部进风口21和从下侧进风口210进入的环境空气，首先分别穿过蒸发冷凝器24、蒸发换热填料28，一起进入排风舱3后，再穿越自然冷却翅片式换热器22，对自然冷却翅片式换热器22换热管内的制冷剂进行冷却冷凝；最后在排风机32的抽吸下，从排风出口31排出。这种情况下，在喷淋蒸发冷却舱2内不需要安装进风口关闭阀29。

以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内；本实用新型未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。

Claims (12)

1.一种带有自然冷却的蒸发冷却式压缩冷凝装置，其特征在于：所述的压缩冷凝装置包括主机舱（1）、喷淋蒸发冷却舱（2）和排风舱（3），主机舱（1）和喷淋蒸发冷却舱（2）密封隔离，且喷淋蒸发冷却舱（2）和排风舱（3）相连通以排出湿热空气；在主机舱（1）内设有一套以上的压缩冷凝制冷系统，且该压缩冷凝制冷系统与喷淋蒸发冷却舱（2）中的蒸发冷凝器（24）对应连接设置，该压缩冷凝制冷系统的进口端和出口端分别通过制冷剂流通管道与数据机房空调末端设备相连接，以分别从数据机房空调末端设备吸入低温气体制冷剂、向数据机房空调末端设备供应低温液体制冷剂；所述蒸发冷凝器（24）的上方设有喷淋布洒器（23），在喷淋布洒器（23）的上方和喷淋蒸发冷却舱（2）的顶部进风口（21）之间设有自然冷却翅片式换热器（22）、或者排风舱（3）的排风出口（31）处设置的排风机（32）的进风侧设有自然冷却翅片式换热器（22）；所述自然冷却翅片式换热器（22）的进入口通过制冷剂流通管道与数据机房空调末端设备相连接以进入低温气体制冷剂，自然冷却翅片式换热器（22）的排出口通过制冷剂流通管道与主机舱（1）内设置的自然冷却储液/换热器（111）相连接，自然冷却储液/换热器（111）通过制冷剂流通管道以及自然冷却制冷剂输送泵（112）与数据机房空调末端设备相连接以供应低温液体制冷剂。

2.根据权利要求1所述的带有自然冷却的蒸发冷却式压缩冷凝装置，其特征在于：所述的压缩冷凝制冷系统至少包括一个制冷剂进气接口（11）、一个回气气液分离器（12）、一个压缩机制冷通断阀（13）、一个制冷压缩机（14）、一个压缩机排气止回阀（15）、一个制冷剂储液器（17）、一个制冷剂输送泵（18）和一个制冷剂供液接口（19），其中制冷剂进气接口（11）通过制冷剂流通管道与回气气液分离器（12）的进入口相连接，回气气液分离器（12）的第一排出口通过制冷剂流通管道与压缩机制冷通断阀（13）的进入口相连，压缩机制冷通断阀（13）的排出口通过制冷剂流通管道与制冷压缩机（14）的吸气口相连，制冷压缩机（14）的排气口通过制冷剂流通管道与压缩机排气止回阀（15）的进入口相连，压缩机排气止回阀（15）的排出口通过制冷剂流通管道与一个三通连接管（119）的第一入口相连，三通连接管（119）的出口通过制冷剂流动管道与喷淋蒸发冷却舱（2）的蒸发冷凝器（24）进入口相连，蒸发冷凝器（24）排出口通过制冷剂流动管道与制冷剂储液器（17）的进入口相连，制冷剂储液器（17）的排出口通过制冷剂流动管道与制冷剂输送泵（18）的吸入口相连，制冷剂输送泵（18）的排出口通过制冷剂流动管道与制冷剂供液接口（19）相连。

3.根据权利要求2所述的带有自然冷却的蒸发冷却式压缩冷凝装置，其特征在于：所述的压缩冷凝制冷系统还至少包括一个压缩冷凝系统自然冷却通断阀（16），压缩冷凝系统自然冷却通断阀（16）的进入口通过制冷剂流通管道与回气气液分离器（12）的第二排出口相连，压缩冷凝系统自然冷却通断阀（16）的排出口通过制冷剂流通管道与三通连接管（119）的第二入口相连。

4.根据权利要求2或3所述的带有自然冷却的蒸发冷却式压缩冷凝装置，其特征在于：所述的制冷压缩机（14）采用磁悬浮无油离心式制冷压缩机。

5.根据权利要求1所述的带有自然冷却的蒸发冷却式压缩冷凝装置，其特征在于：所述的自然冷却翅片式换热器（22）、自然冷却储液/换热器（111）以及相对应的一个自然冷却制冷剂进气口（110）、一个自然冷却制冷剂输送泵（112）、一个自然冷却制冷剂供液接口（113）构成一个完全自然冷却制冷系统，自然冷却制冷剂进气口（110）的进入口通过制冷剂流通管道与数据机房空调末端设备相连接以进入低温气体制冷剂，自然冷却制冷剂进气口（110）通过制冷剂流通管道与自然冷却翅片式换热器（22）的进入口相连接，自然冷却翅片式换热器（22）的排出口通过制冷剂流通管道与自然冷却储液/换热器（111）的制冷剂进入口（111A）相连接，自然冷却储液/换热器（111）的制冷剂排出口（111B）通过制冷剂流通管道与自然冷却制冷剂输送泵（112）的吸入口相连，自然冷却制冷剂输送泵（112）的排出口通过制冷剂流通管道与自然冷却制冷剂供液接口（113）相连，自然冷却制冷剂供液接口（113）通过制冷剂流通管道与数据机房空调末端设备相连接以向数据机房空调末端设备供应低温液体制冷剂。

6.根据权利要求1或5所述的带有自然冷却的蒸发冷却式压缩冷凝装置，其特征在于：所述的自然冷却储液/换热器（111）包括一个外壳（1111）、两个管头板（1112）、多个换热管（1113）、一个第一端部水室（1114）和一个第二端部水室（1115）构成，两个管头板（1112）分别将第一端部水室（1114）和第二端部水室（1115）与自然冷却储液/换热器（111）的换热腔隔离，换热管（1113）的两端对应设置在管头板（1112）且换热管（1113）的外缘与对应的管头板（1112）密封设置，该换热管（1113）的两端分别与第一端部水室（1114）和第二端部水室（1115）连通，在第一端部水室（1114）内设有一隔板将第一端部水室（1114）分割为独立的两个腔体且该两个腔体分别与进水口（111C）和出水口（111D）相连通；使用时，冷却水从自然冷却储液/换热器（111）的进水口（111C）进入第一端部水室（1114）的相应腔体内，然后经部分换热管（1113）流入第二端部水室（1115）、经第二端部水室（1115）流入剩余部分的换热管（1113）内、经剩余部分的换热管（1113）流入出水口（111D）侧的第一端部水室（1114）的相应腔体内，完成冷却水在自然冷却储液/换热器（111）的管程侧流动，再从出水口（111D）排出；而制冷剂从自然冷却储液/换热器（111）的制冷剂进入口（111A）进入，掠过换热管（1113）外，在自然冷却储液/换热器（111）的壳程侧流动，再从自然冷却储液/换热器（111）的制冷剂排出口（111B）排出，在这一过程中，冷却水对制冷剂进行冷却冷凝，制冷剂和冷却水进行了热量交换。

7.根据权利要求1或5所述的带有自然冷却的蒸发冷却式压缩冷凝装置，其特征在于：所述自然冷却储液/换热器（111）的进水口（111C）通过带有冷却水喷淋/循环泵（116）的冷却水流通管与储水槽（212）的第一排出口（212A）相连接；所述自然冷却储液/换热器（111）的出水口（111D）通过冷却水流通管与喷淋布洒器（23）的进入口相连。

8.根据权利要求7所述的带有自然冷却的蒸发冷却式压缩冷凝装置，其特征在于：所述冷却水喷淋/循环泵（116）前侧的冷却水流通管上带有应急供冷进水切换阀（115），该应急供冷进水切换阀（115）的第一进入口通过应急水管道与应急供冷进水接口（114）相连、应急供冷进水切换阀（115）的排出口通过冷却水流通管与冷却水喷淋/循环泵（116）的吸入口相连，且应急供冷进水切换阀（115）的第二进入口通过冷却水流通管与储水槽（212）的第一排出口（212A）相连接；所述自然冷却储液/换热器（111）的出水口（111D）与喷淋布洒器（23）的进入口之间的冷却水流通管上设有应急供冷出水切换阀（117），自然冷却储液/换热器（111）的出水口（111D）通过冷却水流通管与应急供冷出水切换阀（117）的进入口相连，应急供冷出水切换阀（117）的第一排出口通过应急水管道与应急供冷出水接口（118）相连，应急供冷出水切换阀（117）的第二排出口通过冷却水流通管与喷淋蒸发冷却舱（2）内的喷淋布洒器（23）的进入口相连。

9.根据权利要求1所述的带有自然冷却的蒸发冷却式压缩冷凝装置，其特征在于：所述蒸发冷凝器（24）的下方设有一相对独立的空间，该空间的顶部开口处设有均水器（27），均水器（27）的下方设有蒸发换热填料（28），且蒸发换热填料（28）的下方设有储水槽（212），在蒸发换热填料（28）的前侧设有能够通入环境空气的下侧进风口（210）、蒸发换热填料（28）的后侧设有能够排出湿热空气且与排风舱（3）相连通的下排风口（211），在均水器（27）和蒸发冷凝器（24）之间的喷淋蒸发冷却舱（2）的舱壁上开有能够排出湿热空气且与排风舱（3）相连通的上排风口（26）；从顶部进风口（21）以及下侧进风口（210）进入的环境空气，在喷淋蒸发冷却舱（2）内经过水汽热质交换后，分别从上排风口（26）和下排风口（211）进入排风舱（3），再通过排风机（32）的抽吸，从排风出口（31）排出。

10.根据权利要求9所述的带有自然冷却的蒸发冷却式压缩冷凝装置，其特征在于：所述下侧进风口（210）的外侧设有能够打开和关闭下侧进风口（210）的进风口关闭阀（29）。

11.根据权利要求1或9所述的带有自然冷却的蒸发冷却式压缩冷凝装置，其特征在于：所述喷淋蒸发冷却舱（2）的底部设有储水槽（212），储水槽（212）的第一排出口（212A）通过冷却水流通管与自然冷却储液/换热器（111）的进水口（111C）相连接，储水槽（212）的第二排出口（212B）通过排水管道与排水电动阀（215）的进入口相连、排水电动阀（215）的排出口通过排水管道与排水/溢水接口（25）相连，储水槽（212）的溢水口（212C）通过溢水管与排水/溢水接口（25）相连，储水槽（212）的补水口（212D）通过补水管与供水接口（214）相连且补水口（212D）处安装有供水浮球阀（213）。

12.根据权利要求1所述的带有自然冷却的蒸发冷却式压缩冷凝装置，其特征在于：所述的排风舱（3）上设有排风出口（31），且在排风出口（31）处设有一台或多台排风机（32）。

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