一種冷風型自然冷卻裝置的製作方法

2023-12-05 06:00:16

背景技術：
在一年四季均需要製冷的工藝場所，如數據中心，啤酒廠、電池廠、製藥、化工等，因其有持續發熱體的存在，而又需要保持恆溫，尤其是在冬季需要維持室內較低溫度(-5℃～25℃)的情況下，一般採用直膨式空調或者採用冷水機組進行製冷，無論哪一種情況，都存在機組COP值較低、綜合能耗高的問題，即使在冬季有充分的室外免費冷源的情況下，卻不能利用室外免費冷源，依然採用高功耗的方式進行製冷，導致了大量的能源浪費。除此之外，在數據中心領域，隨著伺服器集成度的提高，數據中心機房單機架的功率大幅提升。據統計，現在最新的刀片式伺服器機架功率高達15kW，臺式伺服器機架功率為1.5kW，模塊式伺服器機架功率為5kW。高耗電必然產生高發熱量，這使得局部發熱量急劇增加，機櫃內部溫度梯度變化大，通風降溫處理變得更為複雜。據相關數據顯示，我國有近33％的機房曾因局部熱點問題而出現過宕機現象。

從目前看來，空調系統製冷量或送風量設計過小、機房大環境氣流組織不合理、機櫃內部小環境氣流組織不合理、機櫃發熱量過大、機櫃排列過於密集等問題是導致局部熱點的主要原因。由於局部「熱點」問題的存在，製冷設備供應商與數據中心用戶提出了很多的解決方案，但是其中絕大多數方案是針對「熱區」，甚至是針對整個「機房」而言的，例如：當某個機櫃出現過熱現象時，管理人員將機房的控制溫度降低或者直接增加空調機。上述解決方案雖然對改善局部熱點問題發揮了一定的作用，但同時也容易導致機房過冷，或能耗過高。數據中心的溫度過低，也可能破壞數據處理，導致系統為保護硬體不受損壞而關閉，或損壞系統中的組件，同時也造成了大量能源的浪費。另外，針對一些採用直膨式空調製冷的老舊機房，其布置空間有限，機房設計之初也並未考慮電量未來擴容的預留，導致未來無法增加大型節能機組及空調，因此節能改造的方案十分有限。

技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種可使常年需製冷的工藝場所充分利用室外低溫免費冷源進行冷卻並解決局部熱點問題的冷風型自然冷卻裝置。

本發明主要是：在夏季室外溫度高於機房規定的製冷溫度時，通過對室內循環風的擾流作用，將部分高溫機櫃附近不流通的熱空氣與周圍較低溫度的環境空氣進行充分混合換熱，解決局部熱島問題；在室外溫度低於機房環境溫度時，如夏季的夜間或過渡季，設備經過多層的過濾，除塵後直接引進低於室內環境溫度的室外空氣為機房進行製冷，更有利於解決局部熱島問題；最後在冬季室外溫度較低時，利用室外低溫空氣作為冷源與室內循環空氣進行換熱，替代空調機組，起到節能降耗作用。

本發明主要包括：箱體、熱管、風機、電動風閥和帶中效過濾器的風口百葉(以下簡稱風口百葉)。其中箱體是由框架和鋼板構成的中空殼體，該箱體內部有上、中、下三層，並由內部隔板分隔成五個同一層隔離、上下層連通的格子空間。最好內部隔板採用兩側外護板中間填充保溫棉的複合板。該箱體的左、右兩側與中層對應的殼體上各開有一個通孔，這兩通孔分別為室外風入口和室外風出口，其中，右側的室外風出口上設有電動風閥。該箱體的前側與下層對應的殼體上開有一個通孔，該通孔為室內風入口，其上設有風口百葉。該箱體的頂部殼體上開有一個通孔，該通孔為室內風出口。該箱體內部的上層空間，設有兩個與箱體內部的中層空間相連通的電動風閥，該兩電動風閥相鄰的兩個直角為對頂角，除電動風閥外的部分均設有內部隔板。該箱體內部的中層空間右側一半格子裡設有橫置的熱管，該熱管沿前後方向傾斜布置，且冷凝段高於蒸發段，冷凝段和蒸發段之間設有隔板，最好熱管採用錯排布置且冷凝段設有導流板。所述熱管的冷凝段位於風機D和殼體右側電動風閥之間，三者之間未設隔板；所述熱管的蒸發段與風機C均位於箱體的前側，且二者之間設有隔板，該蒸發段的頂部是箱體上層空間的電動風閥B。該箱體中層空間的另一半即左側格子裡設有兩臺固定在水平隔板上的風機，其中風機D的頂部是箱體上層空間的電動風閥A；風機C的出風口斜向上，並對準箱體上層空間的電動風閥A。該箱體內部的下層空間由隔板分隔為前後兩個完全獨立的格子空間，前側格子裡設有固定在水平隔板上的風機A和風機B，其中風機A的出風口豎直向上，其頂部是箱體中層空間熱管的蒸發段，二者之間未設隔板。上述風機B的出風口斜向上對準熱管的蒸發段，該風機B的頂部是箱體中層空間的風機C，二者之間設有隔板。最好，所述風機A、風機B和風機C、風機D均為變頻風機。

本發明與現有技術相比具有如下優點：

1、本發明結構簡單，僅有風機，熱管和電動閥門等部件，箱體內通過簡單的物理隔離即可合理組織氣流，實現多種工作模式間相互轉換，操作簡單，自動化程度高。

2、本發明設備分層布置，集成度高，佔地面積小，特別適用於布置空間有限的場合，以及未來機房用電負荷有限，不能通過增加空調方式為房間增加冷量的改造項目。

3、本發明採用熱管進行換熱，僅需要很小的溫差即可啟用節能模式，使用溫度範圍廣，換熱效率高，節能效果明顯，以一臺60kw的直彭式空調為例，耗電量一般在20kw，COP為3，而採用本發明的耗電量僅為8-10kw，COP在6-7.5之間。

4、本發明可以改變機房內的氣流組織形式，實現精確送風，在很小的能耗下，消除局部熱點問題。

5、本發明所有的運動部件均在箱體內部，噪聲小。

6、本發明還可根據現場需要，採用模塊化定製，分層進場安裝，現場組裝，對現場物流通道要求低，且拆裝運輸也比較方便。

附圖說明

圖1為本發明右前立體示意圖。

圖2為本發明左前立體示意圖。

圖3為本發明右前內部立體示意圖。

圖4為本發明左前內部立體示意圖。

圖中：1、箱體，2、室內風入口百葉，3、室內風出口，4、室外風入口，5、室外風出口電動閥，6、電動風閥A，7、電動風閥B，8、熱管，8-1、熱管冷凝段，8-2、熱管蒸發段，9、風機A，10、風機B，11、隔板，12、風機C，13、風機D。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本專利的技術方案作進一步詳細地說明。

在圖1、圖2、圖3和圖4所示的一種冷風型自然冷卻裝置的立體示意圖中，箱體1是由框架和鋼板構成的中空殼體，該箱體內部有上、中、下三層，並由內部隔板11分隔成五個同一層隔離、上下層連通的格子空間。隔板採用兩側外護板中間填充保溫棉的複合板。該箱體的左、右兩側與中層對應的殼體上各開有一個通孔，這兩通孔分別為室外風入口4和室外風出口，其中，右側的室外風出口上設有電動風閥5。該箱體的前側與下層對應的殼體上開有一個通孔，該通孔為室內風入口，其上設有風口百葉2。該箱體的頂部殼體上開有一個通孔，該通孔為室內風出口3。該箱體內部的上層空間，設有兩個與箱體內部的中層空間相連通的電動風閥，即電動風閥A6和電動風閥B7，該兩電動風閥相鄰的兩個直角為對頂角，除電動風閥外的部分均設有隔板。該箱體內部的中層空間右側一半格子裡設有橫置的熱管8，該熱管沿前後方向傾斜布置，且冷凝段8-1高於蒸發段8-2，冷凝段和蒸發段之間設有內部隔板，熱管採用錯排布置且冷凝段設有導流板。上述熱管的冷凝段位於風機D13和殼體右側電動風閥之間，三者之間未設隔板；上述熱管的蒸發段與風機C12均位於箱體的前側，且二者之間設有隔板，該蒸發段的頂部是箱體上層空間的電動風閥B。該箱體中層空間的另一半即左側格子裡設有兩臺固定在水平隔板上的風機，其中風機D的頂部是箱體上層空間的電動風閥A；風機C的出風口斜向上，並對準箱體上層空間的電動風閥A。該箱體內部的下層空間由隔板分隔為前後兩個格子空間，前側格子裡設有固定在水平隔板上的風機A9和風機B10，其中風機A的出風口豎直向上，其頂部是箱體中層空間熱管的蒸發段，二者之間未設隔板。上述風機B的出風口斜向上對準熱管的蒸發段，該風機B的頂部是箱體中層空間的風機C，二者之間設有隔板。

本發明的工作過程大致如下：該自然冷卻裝置能夠實現三種工作模式，即：節能換熱模式，防熱島模式和過渡季半節能。當室外溫度持續低於某一設定值T1時，箱體即進入節能模式，此時，電動風閥A6處於關閉狀態，室外冷風在風機D13和風機C12的作用下，經風管引入箱體1，即由箱體左側的室外風入口4進入箱體1內部，並依次流經風機D13(或風機C12)和熱管冷凝段8-1，完成熱量交換，換熱後的室外冷風溫度升高，變成熱風，由箱體右側的室外風出口電動閥5排出箱體1，並進一步經風管排至室外，完成對熱管8的冷卻過程。與此同時，室內熱風在風機A9和風機B10的作用下，由下層殼體前側的室內風入口百葉2進入箱體1內部，並依次流經風機A9(或風機B10)、熱管蒸發段8-2和電動風閥B7，與熱管蒸發段換熱完成熱量交換，換熱後的室內熱風溫度降低，變成冷風，由箱體頂部的室內風出口3排出箱體1，並進一步經風管回送至機房為機房持續供冷。在節能模式下，風機根據室內風出風管處溫度傳感器監測到的出風溫度調整風機變頻或控制開啟數量。

當室外溫度持續高於某一設定值T2時，上述冷風型自然冷卻裝置則進入防熱島模式，此時，電動風閥A6和箱體右側的室外風出口電動閥5處於關閉狀態。聚集在室內較低位置的冷空氣在風機A9和風機B10的作用下，經箱體前側的室內風入口百葉2進入箱體內部，依次流經風機A9(或風機B10)、熱管8和電動風閥B7，由箱體頂部的室內風出口3排出箱體1，並進一步經風管輸送至過熱機櫃處，為機櫃降溫，解決機櫃局部熱島問題。箱體下層風機根據過熱機櫃處溫度傳感器監測到的設備溫度調整風機變頻或控制開啟數量。

在室外溫度高於環境溫度T1時但低於機房設定溫度T2時，上述冷風型自然冷卻裝置則進入過渡季半節能模式，此時，電動風閥B7和室外風出口電動閥5關閉，室外冷風在風機C12和風機D13的作用下，由箱體左側的室外風入口4進入箱體內部，流經電動風閥A6後由箱體頂部的室內風出口3排出箱體1，並進一步經風管輸送至過熱機櫃處，為機櫃降溫。箱體中層風機根據過熱機櫃處溫度傳感器監測到的設備溫度調整風機變頻或控制開啟數量。