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數據中心用噴泉散熱與機械制冷聯合的供冷系統.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510941282.X

申請日:

2015.12.15

公開號:

CN105465928A

公開日:

2016.04.06

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):F24F 5/00申請日:20151215|||公開
IPC分類號: F24F5/00; F25B1/00 主分類號: F24F5/00
申請人: 西安工程大學
發明人: 黃翔; 折建利; 劉凱磊; 杜冬陽
地址: 710048陜西省西安市金花南路19號
優先權:
專利代理機構: 西安弘理專利事務所61214 代理人: 羅笛
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510941282.X

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.05.15|||2016.05.04|||2016.04.06

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開的數據中心用噴泉散熱與機械制冷聯合的供冷系統,包括有設置于數據中心內機柜封閉熱通道上部的換熱單元,還包括有設置于數據中心外的噴泉散熱系統和機械制冷冷水機組;換熱單元、噴泉散熱系統及機械制冷冷水機組之間通過水管網連接;噴泉散熱系統連接雨水回收裝置。本發明的供冷系統,將噴泉散熱與機械制冷聯合用于為數據中心供冷,具有供冷過程中能耗低及冷卻效果好的特點。

權利要求書

1.數據中心用噴泉散熱與機械制冷聯合的供冷系統,其特征在
于,包括有設置于數據中心內機柜封閉熱通道(2)上部的換熱單元,
還包括有設置于數據中心外的噴泉散熱系統(4)和機械制冷冷水機
組(7);所述換熱單元、噴泉散熱系統(4)及機械制冷冷水機組(7)
之間通過水管網連接;所述噴泉散熱系統(4)連接雨水回收裝置(17)。
2.根據權利要求1所述的供冷系統,其特征在于,所述機柜封閉
熱通道(2)為由兩排相對設置的機柜(1)圍成的豎直熱風流道。
3.根據權利要求1所述的供冷系統,其特征在于,所述換熱單元,
包括有換熱單元殼體,所述換熱單元殼體的頂壁上設置有送風口
(30),所述送風口(30)內設置有風機(14);
所述換熱單元殼體內設置有核心換熱部件,所述核心換熱部件分
別與噴泉散熱系統(4)、機械制冷冷水機組(7)連接。
4.根據權利要求3所述的供冷系統,其特征在于,所述核心換熱
部件由呈上、下設置的換熱器a(15)和換熱器b(16)組成;
所述換熱器a(15)分別通過冷媒水供水管(10)、冷媒水回水
管(11)與機械制冷冷水機組(7)連接;
所述換熱器b(16)分別通過冷卻水供水管b(12)、冷卻水回水
管b(13)與噴泉散熱系統(4)連接;
所述冷卻水供水管b(12)上設置有三通閥b(29),所述三通閥
b(29)通過冷卻水回水管c(8)與冷媒水回水管(11)連接;
所述冷卻水回水管b(13)上設置有三通閥a(3),所述三通閥
a(3)通過冷卻水供水管c(9)與冷媒水供水管(10)連接。
5.根據權利要求1、3或4所述的供冷系統,其特征在于,所述
噴泉散熱系統(4),包括有置于地面上的噴泉池(26),所述噴泉池
(26)的底部設置有過濾器(25);
所述噴泉池(26)內設置有主噴淋部件;
所述噴泉池(26)內還設置有噴淋供水管(24),所述噴淋供水
管(24)上設置有多個噴嘴(27),所述噴淋供水管(24)通過蓄水
管(22)與集水池(20)連接;
所述集水池(20)設置于噴泉池(26)的下方,所述集水池(20)
分別與冷卻水供水管b(12)、冷卻水回水管b(13)、機械制冷冷水
機組(7)連接;所述集水池(20)通過補水管(18)與雨水回收裝
置(17)連接。
6.根據權利要求5所述的供冷系統,其特征在于,所述多個噴嘴
(27)呈均勻設置;
所述蓄水管(22)上設置有噴泉水泵(19)。
7.根據權利要求5所述的供冷系統,其特征在于,所述冷卻水供
水管b(12)上設置有第一閥門(V1);
所述冷卻水回水管b(13)上按水流方向依次設置有第四閥門
(V4)、水質處理器(21)、第三閥門(V3)、水泵(23)及第二閥門
(V2)。
8.根據權利要求5所述的供冷系統,其特征在于,所述機械制冷
冷水機組(7),包括有機組殼體,所述機組殼體內設置有機械制冷部
件;所述機械制冷部件由通過管道依次連接的蒸發器、壓縮機、冷凝
器及節流閥構成;
所述冷凝器分別通過冷卻水供水管a(5)、冷卻水回水管a(6)
與集水池(20)連接。
9.根據權利要求8所述的供冷系統,其特征在于,所述冷卻水供
水管a(5)上設置有第七閥門(V7);
所述冷卻水回水管a(6)上設置有第八閥門(V8)。
10.根據權利要求4所述的供冷系統,其特征在于,所述換熱器a
(15)和換熱器b(16)均為換熱盤管;
所述冷媒水供水管(10)上設置有第五閥門(V5);
所述冷媒水回水管(11)上設置有第六閥門(V6)。

說明書

數據中心用噴泉散熱與機械制冷聯合的供冷系統

技術領域

本發明屬于空調系統技術領域,具體涉及一種數據中心用噴泉散
熱與機械制冷聯合的供冷系統。

背景技術

隨著我國信息化的深入及快速發展,越來越多的用戶需要大量的
數據處理及信息交換,相應越來越多的企業開始建設數據中心,越來
越多的通訊設備投入運行,數據中心的工作負荷不斷增加,而數據中
心的良好運行是確保通訊設備穩定工作的保障,因此數據中心的降溫
問題越來越重要。

據統計,數據中心用空調系統的耗電量非常巨大,大約占整個數
據中心耗電量的40%左右,現有的精密空調已經遠遠不能滿足節能要
求,面對能源危機,尋求一種供數據中心使用的節能型供冷系統顯得
尤為重要。

將噴泉散熱與機械制冷聯合應用于數據中心,用于為數據中心進
行供冷,就能滿足數據中心綠色、節能及環保的要求。在數據中心內
利用機柜之間圍成的空間形成機柜封閉熱通道,并在機柜封閉熱通道
上方設置換熱單元,使換熱單元內不同的換熱器盤管中走不同環路的
冷水對數據中心進行冷卻,不僅充分利用了室外自然冷源,而且避免
了數據中心內的冷熱摻混;采用噴泉散熱替代冷卻塔散熱,有效解決
了冷卻塔散熱存在的能耗大、噪音大、占地面積大及不利于整體景觀
美化的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種數據中心用噴泉散熱與機械制冷聯
合的供冷系統,將噴泉散熱與機械制冷聯合用于為數據中心供冷,具
有供冷過程中能耗低及冷卻效果好的特點。

本發明所采用的技術方案是,數據中心用噴泉散熱與機械制冷聯
合的供冷系統,包括有設置于數據中心內機柜封閉熱通道上部的換熱
單元,還包括有設置于數據中心外的噴泉散熱系統和機械制冷冷水機
組;換熱單元、噴泉散熱系統及機械制冷冷水機組之間通過水管網連
接;噴泉散熱系統連接雨水回收裝置。

本發明的特點還在于:

機柜封閉熱通道為由兩排相對設置的機柜圍成的豎直熱風流道。

換熱單元殼體,換熱單元殼體的頂壁上設置有送風口,送風口內
設置有風機;換熱單元殼體內設置有核心換熱部件,核心換熱部件分
別與噴泉散熱系統、機械制冷冷水機組連接。

核心換熱部件由呈上、下設置的換熱器a和換熱器b組成;換熱
器a分別通過冷媒水供水管、冷媒水回水管與機械制冷冷水機組連
接;換熱器b分別通過冷卻水供水管b、冷卻水回水管b與噴泉散熱
系統連接;冷卻水供水管b上設置有三通閥b,三通閥b通過冷卻水
回水管c與冷媒水回水管連接;冷卻水回水管b上設置有三通閥a,
三通閥a通過冷卻水供水管c與冷媒水供水管連接。

噴泉散熱系統,包括有置于地面上的噴泉池,噴泉池的底部設置
有過濾器;噴泉池內設置有主噴淋部件;噴泉池內還設置有噴淋供水
管,噴淋供水管上設置有多個噴嘴,噴淋供水管通過蓄水管與集水池
連接;集水池設置于噴泉池的下方,集水池分別與冷卻水供水管b、
冷卻水回水管b、機械制冷冷水機組連接;集水池通過補水管與雨水
回收裝置連接。

多個噴嘴呈均勻設置;蓄水管上設置有噴泉水泵。

冷卻水供水管b上設置有第一閥門;冷卻水回水管b上按水流方
向依次設置有第四閥門、水質處理器、第三閥門、水泵及第二閥門。

機械制冷冷水機組,包括有機組殼體,機組殼體內設置有機械制
冷部件;機械制冷部件由通過管道依次連接的蒸發器、壓縮機、冷凝
器及節流閥構成;冷凝器分別通過冷卻水供水管a、冷卻水回水管a
與集水池連接。

冷卻水供水管a上設置有第七閥門;冷卻水回水管a上設置有第
八閥門。

換熱器a和換熱器b均為換熱盤管;冷媒水供水管上設置有第五
閥門;冷媒水回水管上設置有第六閥門。

本發明的有益效果在于:

(1)本發明的供冷系統,利用機柜之間的空間形成機柜封閉熱
通道,并在機柜封閉熱通道上面疊放換熱單元,使其與機柜封閉熱通
道形成一個整體,并使換熱單元中的每個換熱器中走不同環路的冷
水;本發明的供冷系統利用水冷代替風冷且加裝機柜封閉熱通道,有
效解決了冷、熱摻混造成能量浪費的問題;而且水冷冷卻與風冷冷卻
相比,水冷冷卻帶走熱量的能力更強。

(2)本發明的供冷系統內省去了冷卻塔的設置,在運行過程中
具有能耗低、噪音低、有利于周圍環境的美化及不會增加占地面積的
特點。

(3)本發明的供冷系統內設置有噴泉散熱系統,噴泉散熱系統
的冷卻水一部分供給數據中心內的換熱單元,另一部分供給機械制冷
冷水機組中的冷凝器,達到了雙重供冷的目的。

(4)本發明的供冷系統,將雨水回收裝置與噴泉散熱系統相結
合,雨水回收裝置作為噴泉散熱系統的一部分水源,實現了天然水資
源的充分利用。

附圖說明

圖1是本發明供冷系統的結構示意圖;

圖2是本發明供冷系統內噴泉散熱系統的結構示意圖。

圖中,1.機柜,2.機柜封閉熱通道,3.三通閥a,4.噴泉散熱系統,
5.冷卻水供水管a,6.冷卻水回水管a,7.機械制冷冷水機組,8.冷卻
水回水管c,9.冷卻水供水管c,10.冷媒水供水管,11.冷媒水回水管,
12.冷卻水供水管b,13.冷卻水回水管b,14.風機,15.換熱器a,16.
換熱器b,17.雨水回收裝置,18.補水管,19.噴泉水泵,20.集水池,
21.水質處理器,22.蓄水管,23.水泵,24.噴淋供水管,25.過濾器,
26.噴泉池,27.噴嘴,28.噴泉水,29.三通閥b,30.送風口,V1.第一
閥門,V2.第二閥門,V3.第三閥門,V4.第四閥門,V5.第五閥門,V6.
第六閥門,V7.第七閥門,V8.第八閥門。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行詳細說明。

本發明數據中心用噴泉散熱與機械制冷聯合的供冷系統,其結構
如圖1所示,包括有設置于數據中心內機柜封閉熱通道2上部的換熱
單元,還包括有設置于數據中心外的噴泉散熱系統4和機械制冷冷水
機組7;換熱單元、噴泉散熱系統4及機械制冷冷水機組7之間通過
水管網連接;如圖2所示,噴泉散熱系統4連接雨水回收裝置17。

如圖1所示,機柜封閉熱通道2為由兩排相對設置的機柜1圍成
的豎直熱風流道;采用機柜封閉熱通道2,其目的在于:能有效避免
冷熱摻混所造成的能量浪費。

換熱單元,如圖1所示,包括有換熱單元殼體,換熱單元殼體的
頂壁上設置有送風口30,送風口30內設置有風機14;換熱單元殼體
內設置有核心換熱部件,核心換熱部件分別與噴泉散熱系統4、機械
制冷冷水機組7連接。

核心換熱部件由呈上、下設置的換熱器a15和換熱器b16組成;
換熱器a15分別通過冷媒水供水管10、冷媒水回水管11與機械制冷
冷水機組7連接,換熱器b16分別通過冷卻水供水管b12、冷卻水回
水管b13與噴泉散熱系統4連接;冷卻水供水管b12上設置有三通閥
b29,三通閥b29通過冷卻水回水管c8與冷媒水回水管11連接,冷
卻水回水管b13上設置有三通閥a3,三通閥a3通過冷卻水供水管c9
與冷媒水供水管10連接。

換熱器a15和換熱器b16均為換熱盤管。

冷媒水供水管10上設置有第五閥門V5;冷媒水回水管11上設
置有第六閥門V6。

冷卻水供水管b12上設置有第一閥門V1。

如圖2所示,冷卻水回水管b13上按水流方向依次設置有第四閥
門V4、水質處理器21、第三閥門V3、水泵23及第二閥門V2。

噴泉散熱系統4,如圖2所示,包括有置于地面上的噴泉池26,
噴泉池26的底部設置有過濾器25,用于粗過濾噴泉池26中的噴泉
水;噴泉池26內的中央設置有主噴淋部件,噴泉池26內還設置有噴
淋供水管24,噴淋供水管24上設置有多個噴嘴27,噴淋供水管24
通過蓄水管22與集水池20連接,集水池20設置于噴泉池26的下方,
集水池20分別與冷卻水供水管b12、冷卻水回水管b13、機械制冷冷
水機組7連接;集水池20通過補水管18與雨水回收裝置17連接。

主噴淋部件與噴淋供水管24上的噴嘴27用于將水噴射到空氣中
形成噴泉水28。

多個噴嘴27呈均勻設置。

蓄水管22上設置有噴泉水泵19。

機械制冷冷水機組7,包括有機組殼體,機組殼體內設置有機械
制冷部件,機械制冷部件由通過管道依次連接的蒸發器、壓縮機、冷
凝器及節流閥構成;冷凝器分別通過冷卻水供水管a5、冷卻水回水
管a6與集水池20連接。

冷卻水供水管a5上設置有第七閥門V7;冷卻水回水管a6上設
置有第八閥門V8。

本發明數據中心用噴泉散熱與機械制冷聯合的供冷系統,其工作
過程具體如下:

集水池20中的水通過噴泉水泵19打到蓄水管22中,蓄水管22
中的水進入噴淋供水管24內,由噴淋供水管24上設置的多個噴嘴
27將水噴射到空氣中形成噴泉水28,同時噴泉池26中的水由主噴淋
部件噴射到空氣中也形成噴泉水28,利用形成的噴泉水28與周圍空
氣進行換熱,被噴射出的噴泉水28與空氣的換熱分為如下兩種情況:

第一種情況為:若水的溫度高于空氣溫度,則傳熱和蒸發都使熱
量由水傳給空氣;

第二種情況為:若水的溫度低于空氣溫度,則對流換熱量雖然由
空氣傳熱給水,但水分蒸發的汽化潛熱又隨蒸汽流向空氣,總的結果
仍然是熱量由熱水傳給空氣,使水溫下降;

當噴泉水28與周圍的空氣換熱完成后,被冷卻的水落回到噴泉
池26中,經過濾器25進行粗過濾后回到集水池20內,基于冷熱分
層的原理,被冷卻的水層分布在集水池20的下部,而溫度相對較高
的水則分布在集水池20的上部,溫度相對較高的水在噴泉水泵19的
壓力作用下被再次打入噴淋供水管24內,并利用噴淋供水管24上多
個噴嘴27形成噴泉水28,形成的噴泉水28能繼續與周圍的空氣進
行換熱,如此不斷的循環。由于噴泉散熱系統4形成的噴泉水28在
與空氣接觸時有部分水分蒸發進入到空氣中,所以集水池20中的水
會不斷減少,而減少的這部分水則由雨水回收裝置17進行補償(雨
水回收裝置17中回收的雨水經補水管18送入集水池20中),集水池
20中被冷卻的水首先通過水質處理器21處理,之后經冷卻水回水管
b13輸出。

對于噴泉散熱系統4而言,其輸出的冷水分為以下兩種情況:

情況一:在春、秋過渡季節,僅由噴泉散熱系統4制取的高溫冷
水就能滿足數據中心的供冷需求,所以在春、秋過渡季節,將機械制
冷冷水機組7關閉,將噴泉散熱系統4輸出的冷水全部供給數據中心;
其輸出的冷水分為兩部分進入數據中心:

一部分通過冷卻水回水管b13送至換熱器b16,另一部分通過切
換三通閥a3進入到冷卻水供水管c9,進而進入到冷媒水供水管10,
再通過冷媒水供水管10進入到換熱器a15中;換熱器a15、換熱器
b16與機柜封閉熱通道2中的熱空氣(被風機14卷席上來的)換熱
后,其內部的水溫都升高,升溫后的水分別通過冷卻水供水管b12以
及冷媒水回水管11回到噴泉散熱系統4、機械制冷冷水機組7內。

情況二:在炎熱的夏季,室外溫度較高,僅噴泉散熱系統4所制
取的高溫冷水的溫度不能滿足數據中心的供冷需求,需要機械制冷冷
水機組7輔助供冷;此時由噴泉散熱系統4制取的冷水一部分通過冷
卻水回水管b13送至換熱器b16內,對空氣進行預冷處理,待吸收空
氣中的熱量后水溫升高,通過冷卻水供水管b12回到噴泉散熱系統4
內進行散熱;另一部分冷水通過冷卻水供水管a5供給了機械制冷冷
水機組7,用于為冷凝器散熱,而機械制冷冷水機組7制取的冷媒水
則通過冷媒水供水管10送至換熱器a15,吸收空氣熱量水溫升高,
溫度升高的水通過冷媒水回水管11回到機械制冷冷水機組7內進行
冷卻;如此不斷的循環。

在數據中心內:冷空氣首先進入機柜1吸收服務器散發出的熱量
后進入到機柜封閉熱通道2中,熱量(熱空氣)在風機14的作用下
沿著機柜封閉熱通道2向上流動依次流經換熱器b16和換熱器a15,
被換熱器b16和換熱器a15冷卻后又回到數據中心內,如此不斷的循
環。

本發明數據中心用噴泉散熱與機械制冷聯合的供冷系統,在機柜
封閉熱通道2的上面設置有換熱單元,換熱單元內設置有換熱器a15、
換熱器b16,換熱器a15、換熱器b16均為換熱盤管,使換熱器a15、
換熱器b16中走不同環路的冷水。在炎熱的夏季,換熱器b16內走的
是由噴泉散熱系統4制取的冷卻水,用于對熱空氣進行預冷,減少機
械制冷冷水機組7內壓縮機的運行時間;換熱器a15內走的是機械制
冷冷水機組7制取的冷水。在冬季或是過渡季節,換熱器a15和換熱
器b16內走的都是噴泉散熱系統4制取的高溫冷水,充分利用了室外
自然冷源,實現了數據中心綠色、節能及環保的要求。另外,在數據
中心內每兩排機柜呈面對面排放,中間形成機柜封閉熱通道2,這樣
做避免了數據中心內冷熱摻混所造成的能量浪費。

本發明數據中心用噴泉散熱與機械制冷聯合的供冷系統內沒有
設置冷卻塔,而是由噴泉散熱系統4替代冷卻塔,解決了冷卻塔散熱
能耗大、噪音大、占地面積大及不利于整體景觀美化的缺陷。

本發明數據中心用噴泉散熱與機械制冷聯合的供冷系統,將噴泉
散熱與機械制冷聯合用于為數據中心供冷,具有供冷過程中能耗低及
冷卻效果好的特點。

關 鍵 詞:
數據中心 噴泉 散熱 機械 制冷 聯合 系統
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