CN217116714U - 基于蒸发冷凝和热管的数据中心用空调降温系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的基于蒸发冷凝和热管的数据中心用空调降温系统，包括有风系统和水系统两部分，风系统由设置于机房内的分离式热管蒸发段、设置机房外的蒸发式冷凝器和氟泵通过管路依次连接成的闭合回路组成，水系统由设置于机房内的液冷模块、设置于机房外的中间换热器和蒸发冷凝冷水机组依次连接构成。本实用新型的数据中心用空调降温系统，利用热管技术、蒸发冷凝技术、液冷和机械制冷技术，提高了空调系统的稳定性，降低了运行能耗，解决了现有数据中心冷却系统能耗较高的问题。

Description

基于蒸发冷凝和热管的数据中心用空调降温系统

技术领域

本实用新型属于空调设备技术领域，具体涉及一种基于蒸发冷凝和热管的数据中心用空调降温系统。

背景技术

近年来，随着大数据、互联网、5G时代的快速发展，在国家“新基建”新形势背景下，数据中心需求逐年呈指数上升，高能耗问题日益突出，尤其是以空调为主的基础设施越来越受到社会普遍关注。同时，在国家双碳目标和PUE高压政策的引导和驱动下，寻求数据中心空调降温系统高效节能的最优解至关重要，采用自然冷源为机房降温也成为未来的一大发展趋势。

蒸发式冷凝器将冷却塔和冷凝器“合二为一”，以空气和水作为冷却介质，通过空气和水直接或间接的接触进行空气与水的热湿交换，以此来冷却高温制冷剂。

热管技术主要依靠自身内部工作液体相变来实现传热，将蒸发冷凝与热管结合，不仅可以提高设备运行的稳定性和可靠性，而且有利于优化蒸发冷却设备，更加迎合国家绿色环保可持续的发展政策。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于蒸发冷凝和热管的数据中心用空调降温系统，将蒸发冷凝、热管、液冷以及机械制冷相结合，充分发挥蒸发冷却技术和自然冷却技术的节能优势，有效降低数据中心的能耗。

本实用新型所采用的技术方案是，基于蒸发冷凝和热管的数据中心用空调降温系统，包括有风系统和水系统两部分，风系统由设置于机房内的分离式热管蒸发段、设置机房外的蒸发式冷凝器和氟泵通过管路依次连接成的闭合回路组成，水系统由设置于机房内的液冷模块、设置于机房外的中间换热器和蒸发冷凝冷水机组依次连接构成。

本实用新型的特点还在于，

蒸发式冷凝器包括分离式热管冷凝段、分别设置于分离式热管冷凝段上、下的喷嘴和储水箱，分离式热管冷凝段位置高于分离式热管蒸发段、并与分离式热管蒸发段和氟泵管路连接构成闭合回路。

蒸发冷凝冷水机组包括机壳，机壳侧壁下部设置有进风口，机壳底部设置有蓄水箱，蓄水箱上方自下而上依次设置有填料a、冷凝盘管、布水装置和排风机，冷凝盘管的盘管间设置有填料b，与排风机对应的机壳顶壁上设置有排风口，布水装置通过供水管与蓄水箱连通，供水管底部接有循环水泵，冷凝盘管通过管路依次连接有压缩机、蒸发器、电磁阀、热力膨胀阀并形成闭合回路，蒸发器与中间换热器连接。

排风机和布水装置之间设置有挡水板，挡水板为波纹型挡水板。

排风机采用离心式风机。

进风口和蓄水箱之间依次设置有过滤器和挡风板，过滤器采用粗效过滤器。

冷凝盘管采用波纹管。

蓄水箱内设置有浮球阀。

供水管上设置有调节阀。

填料a为三角形，填料b为方形。

本实用新型的有益效果在于，

(1)本实用新型的数据中心用空调降温系统，运行模式多样化，热管自然冷却、蒸发冷凝、液冷、机械制冷等多种冷热源方式，提高蒸发冷却空调系统在数据中心制冷性能的稳定性，运行成本低，节能可靠，安全稳定。

(2)本实用新型的数据中心用空调降温系统，采用蒸发冷凝的方式通过水的汽化潜热来带走热管冷凝端的热量，相比于传统的风冷、水冷冷却方式更为节能，且代替传统冷却塔，减少了冷却水循环系统，更加节省初投资。

(3)本实用新型的数据中心用空调降温系统，采用多种冷却系统结合的方式，其中风系统通过分离式热管的联合运行带走数据机房的热量，做到了热量的统一集中处理。水系统则采用液冷、蒸发冷凝以及机械制冷等多种冷却形式带走数据机房机柜的高散热，实现能量的多级高效利用，同时也提高了设备运行的稳定性和可靠性。

(4)本实用新型的数据中心用空调降温系统，填料采用双层填料，上层为方体材料，下层为“三角形”填料，上层的方体填料有效降低了循环水温度，使冷凝盘管与循环水的接触时间变长，增加换热面积，同时也防止盘管干点的形成；下层填料放置在冷凝盘管底部，优先将进风口的空气在填料中与淋水发生蒸发冷却过程冷却后，再次吹向盘管，提高换热效率，同时底部填料的斜面设计增大了换热面积，有效的调节了气流与填料接触时阻力不均的问题。

附图说明

图1是本实用新型数据中心用空调降温系统的结构示意图；

图2是本实用新型数据中心用空调降温系统中蒸发冷凝冷水机组的结构示意图。

图中，1.分离式热管冷凝段，2.蒸发式冷凝器，3.氟泵，4.分离式热管蒸发段，5.液冷模块，6.中间换热器，7.进风口，8.过滤器，9.挡风板，10.蓄水箱，11.循环水泵，12.浮球阀，13.闸阀，14.填料a，15.冷凝盘管，16.填料b，17.供水管，18.布水装置，19.排风机，20.排风口，21.挡水板，22.热力膨胀阀，23.电磁阀，24.蒸发器，25.压缩机，26.蒸发冷凝冷水机组。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型一种基于蒸发冷凝和热管的数据中心用空调降温系统，结构如图1所示，包括有风系统和水系统两部分，风系统由设置于机房内的分离式热管蒸发段4、设置机房外的蒸发式冷凝器2和氟泵3通过管路依次连接成的闭合回路组成。

蒸发式冷凝器2包括分离式热管冷凝段1、分别设置于分离式热管冷凝段1上、下的喷嘴和储水箱，分离式热管冷凝段1位置高于分离式热管蒸发段4、并与分离式热管蒸发段4和氟泵3管路连接构成闭合回路，氟泵3用于自然冷量不够时机械驱动制冷剂循环。

分离式热管蒸发段4通过盘管内冷媒介质的蒸发吸收数据机房回风的热量，蒸发后的气态冷媒进入蒸发式冷凝器2内的分离式热管冷凝段1，气态冷媒在冷凝盘管内以蒸发冷凝的方式被冷却降温后由于重力作用和氟泵3驱动再次回到分离式热管蒸发段4开始新的冷却循环。

水系统由设置于机房内的液冷模块5、设置于机房外的中间换热器6和蒸发冷凝冷水机组26依次连接构成。中间换热器6用于机背板循环液与冷水机组制取的冷冻水换热。液冷模块5通过背板冷却液就近冷却机柜散热，升温后的冷却液回流至中间换热器6在换热器内与来自冷水机组的冷冻水换热，以此进行循环。

蒸发冷凝冷水机组26结构如图2所示，包括机壳，机壳侧壁下部设置有进风口7，机壳底部设置有蓄水箱10，进风口7和蓄水箱10之间设置有过滤器8，过滤器8采用粗效过滤器，过滤器8和蓄水箱10之间设置有挡风板9；蓄水箱10上方自下而上依次设置有填料a14、冷凝盘管15、布水装置18、挡水板21、排风机19，排风机19采用离心式风机，挡水板21为波纹型挡水板；冷凝盘管15采用波纹管，增加了换热面积，通过波纹扰动流态，增加其对流传热系数，达到强化传热的效果；冷凝盘管15盘管间设置有填料b16，与排风机19对应的机壳顶壁上设置有排风口20，布水装置18通过供水管17与蓄水箱10连通，供水管17底部接有循环水泵11，供水管17上设置有调节阀13。蓄水箱10内设置有浮球阀12。

冷凝盘管15通过管路依次连接有压缩机25、蒸发器24、电磁阀23、热力膨胀阀22并形成闭合回路，蒸发器24与中间换热器6连接。蒸发器24为板式蒸发器。

填料采用双层填料，上层填料b16为方体，下层填料a14为三角形，上层的方体填料有效降低了循环水温度，使冷凝盘管与循环水的接触时间变长，增加换热面积，同时也防止盘管干点的形成；下层填料放置在冷凝盘管底部，优先将进风口的空气在填料中与淋水发生蒸发冷却过程冷却后，再次吹向盘管，提高换热效率，同时底部填料的斜面设计增大了换热面积，有效的调节了气流与填料接触时阻力不均的问题。

本实用新型基于蒸发冷凝和热管的数据中心用空调降温系统的工作原理：

(1)风系统工作原理：

当室外温度较低时，喷淋系统关闭，开启热管自然冷却和风冷模式，数据中心高温回风被分离式热管蒸发段内液态冷媒的蒸发冷却降温，而蒸发后的气态冷媒进入热管冷凝段通过与室外冷风的对流换热被降温冷却后再次循环。

当室外温度较高时，喷淋系统运行，开启热管、氟泵和蒸发冷凝相结合的冷却模式，分离式热管蒸发段通过管内冷媒液体的蒸发吸收机房回风的热量后变成气态冷媒进入蒸发式冷凝器，被降温处理后变为液态再次回到热管蒸发段开始新的制冷循环。当室外温度高到一定程度，自然冷量供应不足时，开启氟泵机械驱动制冷剂循环。

(2)水系统工作原理：

当室外温度较低时，开启液冷、蒸发冷凝和机械制冷模式，机房热回风与液冷背板内的低温冷却液换热，从而被冷却降温，升温后的冷却液进入中间换热器内，与冷水机组制取的冷冻水进行换热。此种冷却模式可以达到更低的COP值，并且实现了高效稳定的冷却循环和能量的多级利用。

本实用新型的数据中心用空调降温系统，采用多种冷却系统结合的方式，其中风系统通过分离式热管的联合运行带走数据机房的热量。做到了热量的统一集中处理。水系统则采用液冷、蒸发冷凝以及机械制冷等多种冷却形式带走数据机房机柜的高散热，实现能量的多级高效利用，同时也提高了设备运行的稳定性和可靠性。

Claims (8)

1.基于蒸发冷凝和热管的数据中心用空调降温系统，其特征在于，包括有风系统和水系统两部分，风系统由设置于数据机房内的分离式热管蒸发段(4)、设置数据机房外的蒸发式冷凝器(2)和氟泵(3)通过管路依次连接成的闭合回路组成，水系统由设置于数据机房内的液冷模块(5)、设置于数据机房外的中间换热器(6)和蒸发冷凝冷水机组(26)依次连接构成；

所述蒸发式冷凝器(2)包括分离式热管冷凝段(1)、分别设置于分离式热管冷凝段(1)上、下的喷嘴和储水箱，所述分离式热管冷凝段(1)位置高于所述分离式热管蒸发段(4)、并与所述分离式热管蒸发段(4)和氟泵(3)管路连接构成闭合回路；

所述的蒸发冷凝冷水机组(26)包括机壳，机壳侧壁下部设置有进风口(7)，机壳底部设置有蓄水箱(10)，所述蓄水箱(10)上方自下而上依次设置有填料a(14)、冷凝盘管(15)、布水装置(18)和排风机(19)，所述冷凝盘管(15)的盘管间设置有填料b(16)，与所述排风机(19)对应的机壳顶壁上设置有排风口(20)，所述布水装置(18)通过供水管(17)与蓄水箱(10)连通，供水管(17)底部接有循环水泵(11)，所述冷凝盘管(15)通过管路依次连接有压缩机(25)、蒸发器(24)、电磁阀(23)、热力膨胀阀(22)并形成闭合回路，所述蒸发器(24)与所述中间换热器(6)连接。

2.根据权利要求1所述的数据中心用空调降温系统，其特征在于，所述排风机(19)和所述布水装置(18)之间设置有挡水板(21)，所述挡水板(21)为波纹型挡水板。

3.根据权利要求1所述的数据中心用空调降温系统，其特征在于，所述排风机(19)采用离心式风机。

4.根据权利要求1所述的数据中心用空调降温系统，其特征在于，所述进风口(7)和所述蓄水箱(10)之间依次设置有过滤器(8)和挡风板(9)，所述过滤器(8)采用粗效过滤器。

5.根据权利要求1所述的数据中心用空调降温系统，其特征在于，所述冷凝盘管(15)采用波纹管。

6.根据权利要求1所述的数据中心用空调降温系统，其特征在于，所述蓄水箱(10)内设置有浮球阀(12)。

7.根据权利要求1所述的数据中心用空调降温系统，其特征在于，所述供水管(17)上设置有调节阀(13)。

8.根据权利要求1所述的数据中心用空调降温系统，其特征在于，所述填料a(14)为三角形，填料b(16)为方形。

Images