一种间接蒸发冷却设备及控制方法与流程

1.本发明涉及换热设备技术领域，尤其涉及一种间接蒸发冷却设备及控制方法。


背景技术：

2.服务器对工作环境的温度要求较高，为了保持工作温度的恒定，常将服务器存放于机柜内的容置腔中，然后为机柜配置一台冷却设备，用于保持机柜内容置腔的温度恒定。
3.参见图1，现有冷却设备包括壳体1、位于壳体1内的换热芯体201、位于壳体1内的制冷系统3和位于壳体1内的布水器401，进一步地，换热芯体201将壳体1的内部空间分隔为回风腔101、送风腔102、新风腔103和排风腔104，制冷系统3包括位于送风腔102内的蒸发器304和位于排风腔104内的冷凝器302。
4.其中，
5.回风腔101与机柜的出风口连通，回风腔101通过换热芯体201的热流通道与送风腔102连通，送风腔102与机柜的进风口连通；
6.新风腔103和排风腔104均与机柜和壳体1以外的外界空间连通，新风腔103和排风腔104通过换热芯体201的冷流通道连通。
7.具体地，现有冷却设备的工作过程如下：
8.①
服务器工作时释放热量，机柜内的空气温度上升，形成柜循环气流7；
9.②
机柜内的柜循环气流7经回风腔101进入换热芯体201的热流通道，吸收冷量后，柜循环气流7温度降低，然后进入送风腔102，被蒸发器304进一步降温后，回流到机柜内，继续吸收服务器释放的热量，以便为服务器提供恒定的工作温度；
10.③
一般情况下，外界空间的新风的温度较机柜内的温度低，新风作为外循环气流8进入新风腔103，然后流经换热芯体201的冷流通道，为热流通道内的柜循环气流7提供冷量后，外循环气流8温度上升，升温后的外循环气流8随后在排风腔104内为冷凝器302提供冷量，温度再次上升，最后离开排风腔104，重新回到外界空间；
11.④
为了提高换热效率，可以开启布水器401，布水器401向换热芯体201喷水后，水从图1中的右上角往左下角流动，而外循环气流8则从图1中的左下角往右上角流动，外循环气流8与水形成逆流换热。
12.现有冷却设备存在以下两个问题：
13.①
对现有冷却设备而言，新风必须经过换热芯体201，才能进入排风腔104为冷凝器302供冷。然而，在实际工作中发现，在夏季时，南方地区有时候气温会特别高，可能存在外界空间中的环境温度(即新风的温度)与回风腔101中的柜循环气流7的温度相近的情况，甚至会出现外界空间中的新风的温度高于回风腔101中的柜循环气流7的温度的极端情形。
14.可以理解的是，当上述极端情况发生时，由于环境温度过高，即便将新风送入冷流通道，实际上也无法为热流通道内的柜循环气流7提供冷量，反而会徒增新风进入排风腔104之前的压降，最终导致整个机组的能效比降低。
15.②
实际工作中发现，喷水器401喷出的水和外循环气流8逆流换热时，水在换热芯
体201内无法顺利下流，增大了外循环气流8上流的风阻，换热效率较低。
16.因此，需要对现有冷却设备进行改进，以解决其在环境温度过高时机组的能效比较低和逆流换热设计导致能耗过高的问题。
17.本背景部分中公开的以上信息仅被包括用于增强本公开内容的背景的理解，且因此可包含不形成对于本领域普通技术人员而言在当前已经知晓的现有技术的信息。


技术实现要素：

18.本发明的一个目的在于，提供一种间接蒸发冷却设备及控制方法，能有效解决现有冷却设备在环境温度过高时机组的能效比较低和逆流换热设计导致换热效率较低的问题。
19.为达以上目的，一方面，本发明提供一种间接蒸发冷却设备，包括壳体、芯体组件、制冷系统和布水器；
20.所述芯体组件位于所述壳体内，并将所述壳体的内部空间分隔为回风腔、送风腔、新风腔和排风腔；
21.所述制冷系统包括位于所述送风腔内的蒸发器和位于所述排风腔内的冷凝器；
22.所述排风腔设有与外界空间连通的直进风口，所述直进风口处设有可开闭的直进风阀；
23.所述布水器位于所述新风腔内，用于向所述芯体组件喷洒自所述新风腔朝所述排风腔流动的冷却液体。
24.可选的，所述芯体组件设有热流通道和冷流通道；
25.所述回风腔和所述送风腔通过所述热流通道连通，所述新风腔和排风腔通过所述冷流通道连通。
26.可选的，所述排风腔内设有集液槽；
27.所述集液槽位于所述芯体组件的斜下方，用于收集自所述冷流通道流出的所述冷却液体。
28.可选的，所述排风腔内设有送液泵；
29.所述送液泵的进口与所述集液槽连通，出口与所述布水器连通。
30.可选的，所述蒸发器位于所述芯体组件的斜下方。
31.可选的，所述制冷系统还包括位于所述排风腔内的压缩机和节流装置，
32.所述压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器依次连通。
33.可选的，所述回风腔内设有过滤网，所述过滤网位于所述芯体组件的斜上方。
34.可选的，所述芯体组件包括若干换热芯体，各所述换热芯体以轴线重合的方式沿长度方向依次排布。
35.另一方面，提供一种控制方法，由任一所述的间接蒸发冷却设备执行，其包括：
36.当t环≥t回时，打开直进风阀；
37.其中，
38.t环：外界空间的环境温度；
39.t回：回风腔的回风温度。
40.可选的，还包括：
41.当t环＜t1时，关闭喷淋系统(4)、制冷系统和直进风阀；
42.当t1＜t环＜t2时，开启喷淋系统(4)，关闭制冷系统和直进风阀；
43.当t2＜t环＜t3时，开启喷淋系统(4)和制冷系统，关闭直进风阀；
44.其中，
45.t1、t2和t3：均为预设的温度阈值，且t1＜t2＜t3≤t回。
46.本发明的有益效果在于：提供一种间接蒸发冷却设备及控制方法，
47.一方面，在排风腔处设置可开闭的直进风阀，当环境温度过高时，可以直接打开直进风阀向排风腔引入新风，一来可以吸收冷凝器所释放的热量，二来可以减少新风流经芯体组件时造成的压降，进而有效提高机组的能效比；
48.另一方面，使布水器喷洒出的冷却液体与外循环气流并流换热设置，有利于在冷流通道内形成均匀稳定的液膜，该液膜一来降低了外循环气流与冷流通道之间的风阻，二来使得外循环气流与冷却液体之间的热湿交换更加充分，提高了换热效率。
附图说明
49.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
50.图1为背景技术提供的现有冷却设备的结构示意图；
51.图2为实施例提供的直进风阀关闭时间接蒸发冷却设备的结构示意图；
52.图3为实施例提供的直进风阀打开时间接蒸发冷却设备的结构示意图；
53.图4为实施例提供的控制方法的流程框图。
54.图中：
55.1、壳体；101、回风腔；102、送风腔；103、新风腔；104、排风腔；
56.2、芯体组件；201、换热芯体；
57.3、制冷系统；301、压缩机；302、冷凝器；303、节流装置；304、蒸发器；
58.4、喷淋系统；401、布水器；402、集液槽；403、送液泵；
59.5、送风风机；
60.6、排风风机；
61.7、柜循环气流；
62.8、外循环气流；
63.9、过滤网；
64.10、直进风阀。
具体实施方式
65.为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范
围。
66.在本发明的描述中，需要理解的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。当一个组件被认为是“设置在”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中设置的组件。
67.此外，术语“长”“短”“内”“外”等指示方位或位置关系为基于附图所展示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有此特定的方位、以特定的方位构造进行操作，以此不能理解为本发明的限制。
68.以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
69.本发明提供一种间接蒸发冷却设备，以及提供一种由所述间接蒸发冷却设备所执行的控制方法。需要注意的是，本发明所述间接蒸发冷却设备可以是用于为存储有服务器的机柜进行降温的机柜散热机组，也可以是用于为集装箱进行降温的集装箱散热机组，也可以是其他其它用途形式的散热设备等，本发明对此不作限定。
70.实施例1
71.在本实施例中，以所述间接蒸发冷却设备作为机柜散热机组为例，进行详细介绍。
72.参见图2，所述间接蒸发冷却设备包括壳体1，所述壳体1内设有芯体组件2、制冷系统3、喷淋系统4、送风风机5和排风风机6。
73.具体地，所述芯体组件2将所述壳体1的内部空间分隔为用于与机柜的出风口连通的回风腔101、用于与机柜的进风口连通的送风腔102、与外界空间连通的新风腔103以及与外界空间连通的排风腔104。其中，所述芯体组件2设有热流通道和冷流通道；所述回风腔101和所述送风腔102通过所述热流通道连通，所述新风腔103和排风腔104通过所述冷流通道连通；送风风机5位于送风腔102内，排风风机6位于排风腔104内。
74.需要说明的是，为机柜进行散热时，在送风风机5的驱动下，机柜内的柜循环气流7经回风腔101进入芯体组件2的热流通道，吸收来自冷流通道的冷量后，温度下降，然后经过送风腔102回到机柜，再次为服务器降温；在排风风机6的驱动下，外界空间中的新风(新风的温度一般比柜循环气流7的温度低)作为外循环气流8经新风腔103进入冷流通道，为热流通道提供冷量后，经排风腔104被送回外界空间。
75.所述制冷系统3包括依次连通的压缩机301、冷凝器302、节流装置303和蒸发器304。其中，所述压缩机301和节流装置303位于所述排风腔104内，蒸发器304位于所述送风腔102内且位于所述芯体组件2的斜下方，冷凝器302位于所述排风腔104内。因此，在柜循环气流7进入机柜之前，蒸发器304会再次对柜循环气流7进行降温，进而提升服务器的散热效果；在外循环气流8离开排风腔104之前，冷凝器302会吸收外循环气流8的冷量，进而提升制冷系统3的制冷效率。
76.所述喷淋系统4包括布水器401、集液槽402和送液泵403。其中，所述布水器401位于所述新风腔103内，且位于所述芯体组件2的斜上方，用于向所述冷流通道喷洒自所述新风腔103朝所述排风腔104流动的冷却液体。集液槽402位于所述排风腔104内，且位于所述芯体组件2的斜下方，用于收集自所述冷流通道流出的所述冷却液体。送液泵403位于所述排风腔104内，所述送液泵403的进口与所述集液槽402连通，出口与所述布水器401连通。具
体地，进行喷淋时，送液泵403将集液槽402内的冷却液体往上输送至布水器401中，布水器401将冷却液体往斜下方喷进冷流通道，冷却液体在重力的作用下，自动往下流动，同时向热流通道提供冷量，冷却液体最终进入集液槽402，而后再次被送液泵403送进布水器401，往复循环。当外界空间的环境温度较低时，集液槽402内的冷却液体可能存在结冰的情况，外循环气流离开芯体组件2的冷流通道后，直接吹向集液槽402，即可解冻冷却液体，由此解决机组低温时的冰冻问题，无需提前将冷却液体倒掉，减少资源浪费。
77.可选的，所述回风腔101内设有过滤网9，所述过滤网9位于所述芯体组件2的斜上方，可以避免柜循环气流7携带杂物进入热流通道，堵塞热流通道。
78.可选的，所述冷却液体可以为水、冷却油或者其它冷却工质。
79.本实施例中，所述芯体组件2包括若干换热芯体，各所述换热芯体以轴线重合的方式沿长度方向依次排布；即，各换热芯体沿壳体1的长度方向布置，相比于沿宽度方向布置，降低了空气经过芯体组件2时的阻力，降低风机的能耗。壳体1的宽度方向尺寸有限时，增加芯体组件2长度方向的尺寸，有利于大冷量的扩展，不改变宽度方向用于机组维护的空间，有利于机组的维护；与增加芯体组件2的宽度尺寸相比，增加长度方向的尺寸时空气的流动阻力减小，风机功耗降低。
80.本实施例中，参见图3，所述排风腔104设有与外界空间连通的直进风口，所述直进风口处设有可开闭的直进风阀10，关闭直进风阀10时，外界空间的新风要经过新风腔103和冷流通道后才能进入排风腔104，而打开直进风阀10时，外界空间的新风可经过直进风口直接进入排风腔104，无需经过新风腔103和冷流通道，有利于降低新风进出壳体1的压降。
81.本实施例提供的间接蒸发冷却设备，有益效果在于：在排风腔104处设置可开闭的直进风阀10，当环境温度过高时，可以直接打开直进风阀10向排风腔104引入新风，一来可以吸收冷凝器302所释放的热量，二来可以减少新风流经芯体组件2时造成的压降，进而有效提高机组的能效比。
82.实施例2
83.参见图4，本实施例提出一种控制方法，由实施例1所述的如图2和图3所示的间接蒸发冷却设备执行，其包括以下步骤：
84.s10：获取外界空间的环境温度t环；
85.s20：根据环境温度控制喷淋系统4、制冷系统3和直进风阀10的工作状态。
86.具体地，步骤s20可以细化为：
87.s201：当t环＜t1时，关闭喷淋系统4、制冷系统3和直进风阀10；
88.s202：当t1＜t环＜t2时，开启喷淋系统4，关闭制冷系统3和直进风阀10；
89.s203：当t2＜t环＜t3时，开启喷淋系统4和制冷系统3，关闭直进风阀10；
90.s204：当t环≥t回时，关闭喷淋系统4，开启制冷系统3，打开直进风阀10。
91.其中，
92.t环：外界空间的环境温度；
93.t回：回风腔101的回风温度；
94.t1、t2和t3：均为预设的温度阈值，且t1＜t2＜t3≤t回。
95.需要说明的是，如图2所示，当t环＜t1时，说明当前的环境温度很低，新风的温度和机柜内的空气温度差值很大，此时，即便关闭喷淋系统4和制冷系统3，单纯依靠柜循环气
流7和外循环气流8的温差也能实现较为高效的换热，因此，可以直接关闭喷淋系统4和制冷系统3，同时关闭直进风阀10使新风必须经过芯体组件2为热流通道中的柜循环气流7提供冷量。由于关闭了喷淋系统4和制冷系统3，因此，整机的能耗较低。
96.当t1＜t环＜t2时，说明当前的环境温度较低，新风的温度和机柜内的空气温度差值较大，此时，可以仅开启喷淋系统4增加冷量供应，无需开启制冷系统3，开启喷淋系统4后，新风进入冷流通道时，还会携带冷却液体往前流动，即，冷流通道内外循环气流8的流动方向和冷却液体的流动方向相同，有利于在冷流通道内形成均匀稳定的液膜，该液膜一来降低了外循环气流8与冷流通道之间的风阻，进而降低排风风机6的能耗；二来使得外循环气流8与冷却液体之间的热湿交换更加充分，提高了换热效率。
97.当t2＜t环＜t3时，说明当前的环境温度较高，新风的温度和机柜内的空气温度差值较小，此时，单纯使用喷淋系统4会出现供冷不足的情况，因此，需要同时打开喷淋系统4和制冷系统3。增加制冷系统3后，柜循环气流7不仅可以在芯体组件2内吸收来自新风的冷量，还能在送风腔102内吸收来自蒸发器304的冷量，得到了二次降温处理，有效保证了机柜内的服务器能得到良好的散热效果。同时，外循环气流8离开芯体组件2后，还能用于吸收冷凝器302所释放的热量，实现了气流中冷量的有效利用，提高了能量的综合利用效率，进而降低了整机的能效比。
98.可选的，可以直接取t3＝t回，即，当t2＜t环＜t回时，开启喷淋系统4和制冷系统3，关闭直进风阀10。这样的取值可以省去t3的设定，减少自定义的参数数量，提高系统运行速度。
99.当t环≥t回时，说明新风的温度接近或者高于柜循环气流7的温度，此时继续使用芯体组件2进行外循环气流8与柜循环气流7的热交换已经没有任何意义，反而会因为使外循环气流8经过了芯体组件2而徒增外循环气流8的压降，导致整机的能耗增加。如图3所示，此时可以关闭喷淋系统4，开启制冷系统3，并打开直进风阀10。打开直进风阀10后，对于外循环气流8而言，大量的新风基本都是通过直进风口直接进入排风腔104的，此时向壳体1内引入新风的主要目的是为了吸收冷凝器302所释放的热量；对于柜循环气流7而言，柜循环气流7经过芯体组件2后，并在回风腔101内与蒸发器304进行换热，得到降温。可以理解的是，打开直进风阀10后，能大幅降低外循环气流8进出壳体1的压降，进而降低整机能耗、提高整机的能效比。
100.进一步地，环境温度t环可以同时考虑环境干球温度和环境湿球温度。以下以具体数据为例进行说明：
101.若环境干球温度≤16℃，则干模式自然换热，关闭喷淋系统4、制冷系统3和直进风阀10；
102.若环境干球温度＞16℃，且环境湿球温度≤18℃，则开启喷淋系统4，进行湿模式换热；
103.若环境湿球温度＞18℃，且环境湿球温度＜35℃，则开启喷淋系统4和制冷系统3，进行混合模式换热；
104.若环境湿球温度＞35℃(假设回风温度为35℃)，则开启直进风阀10和制冷系统3、关闭喷淋系统4。此时能效比可能大于混合模式，因为排风机的阻力降低。当环境空气的湿球温度＞35℃时，使用喷淋系统4无任何意义，反而增加回风温度，同时水泵会耗能。
105.可以理解的是，一年四季中，回风温度为35℃，且环境温度大于35℃的天数或时长较少。
106.本实施例提供的控制方法，有益效果在于：能根据环境温度的大小自动配置喷淋系统4、制冷系统3和直进风阀10的工作状态，进而在保证充足的冷量供应的情况下，最大程度地降低机组的综合能耗、提高整机的能效比。
107.应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
108.上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。