CN111655004B - 换热装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种换热装置，涉及可用于(包括但不限于)云计算、云存储、大数据计算、深度学习和图像处理等应用的数据中心的冷却技术领域。换热装置包括换热器和换向器，换热器的第一换热通道与室内回风管和第一传输区连通，换热器的第二换热通道与室外进风管和第二传输区连通；换向器设置在第一传输区、第二传输区、第三传输区以及第四传输区之间，换向器通过改变转动模式，改变各传输区的连通状态。本申请实施例由于在换热器之后设置换向器，因此可以实现通过换向器将换热器换热后的室内回风或室外风送入数据中心机房中，实现对数据中心机房的换热或送入室外新风。使得换热装置同时具备了为室内回风进行换热以及向数据中心机房通入新风的能力。

Description

换热装置

技术领域

本申请涉及设备冷却技术领域，具体地，涉及可用于(包括但不限于)云计算、云存储、大数据计算、深度学习和图像处理等应用的数据中心的冷却技术领域。

背景技术

数据中心机房在工作时内部设备会产生热量，为了不影响数据中心机房的正常工作，需要配置相应的换热***对数据中心机房进行换热。然而，现有的换热***由于结构设计不合理，因此无法有效的对数据中心机房内排出的室内回风进行换热。

发明内容

根据本申请的一方面，提供了一种换热装置，包括：

换热器，具有第一换热通道和第二换热通道，第一换热通道的两端分别与室内回风管和第一传输区连通，第二换热通道的两端分别与室外进风管和第二传输区连通；

换向器，可转动地设置在第一传输区、第二传输区、第三传输区以及第四传输区之间，第三传输区与室内送风管连通，第四传输区与室外排风管连通，换向器通过改变转动模式，可以使第一传输区与第三传输区或第四传输区连通，以及使第二传输区与第三传输区或第四传输区连通。

在一种实施方式中，换向器具有第一输送通道和第二输送通道，第一输送通道的一端与第一传输区连通，第二输送通道的一端与第二传输区连通。

在一种实施方式中，换向器具有第一转动模式；第一转动模式为：换向器的第一输送通道连通第一传输区和第三传输区，换向器的第二输送通道连通第二传输区和第四传输区，以使经第一换热通道换热后的室内回风通过第三传输区流入室内送风管，以及使流经第二换热通道的室外风通过第四传输区流入室外排风管。

在一种实施方式中，换向器具有第二转动模式；第二转动模式为：换向器的第一输送通道连通第一传输区和第四传输区，换向器的第二输送通道连通第二传输区和第三传输区，以使经第一换热通道换热后的室内回风通过第四传输区流入室外排风管，以及使流经第二换热通道的室外风通过第三传输区流入室内送风管。

在一种实施方式中，换热装置还包括：

引流装置，可开合地设置在第三传输区和第四传输区之间，用于使第三传输区与第四传输区的空间连通或隔绝。

在一种实施方式中，换热装置还包括：

第一风机，设置在第三传输区中；和/或，

第二风机，设置在第四传输区中。

在一种实施方式中，换热装置还包括：

第一过滤器，设置在第一换热通道与室内回风管之间以及第二换热通道与室外进风管之间。

在一种实施方式中，换热装置还包括：

第二过滤器，设置在第三传输区与室内送风管之间。

在一种实施方式中，换热器还具有喷淋装置，喷淋装置用于向第二换热通道中喷淋冷却液，喷淋装置的冷却液喷淋方向与第二换热通道中室外风的流经方向相反。

在一种实施方式中，换热装置还包括：

辅助换热装置，包括蒸发器，蒸发器设置在室内送风管的出口。

本申请实施例由于在换热器之后设置换向器，因此可以实现通过换向器将换热器换热后的室内回风或室外风送入数据中心机房中，实现对数据中心机房的换热或送入室外新风。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本申请的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本申请的范围。本申请的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

附图用于更好地理解本方案，不构成对本申请的限定。其中：

图1是根据本申请实施例的换热装置的换向器处于第一转动模式时的示意图；

图2是根据本申请实施例的换热装置的换向器处于第二转动模式时的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本申请的示范性实施例做出说明，其中包括本申请实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本申请的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

需要说明的是，图1和图2中所示为同一个换热装置处于不同工作状态时的状态变化示意图。图1示出的是换热装置的换热器处于第一转动模式时的示意图，图2示出的是换热装置的换热器处于第二转动模式时的示意图。

根据本申请的实施例，如图1、图2所示，本申请提供了一种换热装置，包括换热器10和换向器20。

换热器10包括第一换热通道11和第二换热通道12。第一换热通道11的两端分别与室内回风管100和第一传输区3连通。第二换热通道12的两端分别与室外进风管200和第二传输区4连通。

需要说明的是，图1、图2中换热器10的两根平行且相邻的实线之间区域可理解为第一换热通道11。图1、图2中换热器10的两根平行且相邻的虚线之间的区域可以理解为第二换热通道12，两根平行且相邻的实现与虚线之间的区域也可以理解为换热器10的第二换热通道12。

换热器10可以采用现有技术中的任意能够实现空-空换热技术的换热器10。其结构也可以根据需要进行选择和调整，只要能够实现室内回风和室外风进行间接热交换即可。

室内回风管100用于将数据中心机房的室内侧回风输送至第一换热通道11中。室外进风管200用于将外界环境中的室外侧进风输送至第二换热通道12中。室内回风为数据中心机房内各设备工作散发热量所产生的热空气。室外环境中送入的室外风相较于室内回风可以理解为是冷空气。第一换热通道11和第二换热通道12可以为两个相互独立的通道。第一换热通道11与第二换热通道12的管壁可以直接或间接接触，从而使得流入第一换热通道11内的室内回风可以与流入第二换热通道12内的室外风进行热交换，第二换热通道12内的室外风可以吸收第一换热通道11内的室内回风的热量，以对第一换热通道11内的室内回风进行一次冷却降温。

第一传输区3设置在换热器10和换向器20之间，能够连通换热器10和换向器20用于输送风的内部通道。第一传输区3用于使经过第一换热通道11冷却降温的室内回风流经。第二传输区4设置在换热器10和换向器20之间，能够连通换热器10和换向器20用于输送风的内部通道。第一传输区3用于使经过第二换热通道12吸收室内回风热量后的室外风流经。第一传输区3和第二传输区4可以为两个相互独立的通道区域。

换向器20可转动地设置在第一传输区3、第二传输区4、第三传输区5以及第四传输区6之间。第三传输区5的输出端与室内送风管300连通，室内送风管300用于将流经其中的空气作为室内侧送风输送至数据中心机房内。第四传输区6的输出端与室外排风管400连通，室外排风管400用于将流经其中的空气作为室外侧出风排出到外界环境中。换向器20通过改变转动模式，即通过改变转动角度，可以使第一传输区3与第三传输区5或第四传输区6连通，以及使第二传输区4与第三传输区5或第四传输区6连通。

使第一传输区3与第三传输区5或第四传输区6连通可以理解为，经过第一换热通道11冷却降温的室内回风通过第一传输区3流入第三传输区5或第四传输区6。使第二传输区4与第三传输区5或第四传输区6连通可以理解为，经过第二换热通道12吸收室内回风热量后的室外风通过第二传输区4流入第三传输区5或第四传输区6。

在本实施例中，由于在换热器10之后设置换向器20，因此可以实现通过换向器20将换热器10换热后的室内回风或室外风送入数据中心机房中，实现对数据中心机房的换热或送入室外新风，使得换热装置同时具备了为数据中心机房的室内回风进行换热以及向数据中心机房通入新风的能力。

在一个示例中，换热装置可以为间接蒸发冷却装置。换热器10可以为空空换热器。换向器20可以为风量换向器。

具体的，间接蒸发冷却装置包括空空换热器和风量换向器。空空换热器包括第一换热通道11和第二换热通道12。第一换热通道11的两端分别与室内回风管100和第一传输区3连通。第二换热通道12的两端分别与室外进风管200和第二传输区4连通。风量换向器可转动地设置在第一传输区3、第二传输区4、第三传输区5以及第四传输区6之间。第三传输区5的输出端与室内送风管300连通，室内送风管300用于将流经其中的空气输送至数据中心机房内。第四传输区6的输出端与室外排风管400连通，室外排风管400用于将流经其中的空气排出到外界环境中。风量换向器通过改变转动模式，即通过改变转动角度，可以使第一传输区3与第三传输区5或第四传输区6连通，以及使第二传输区4与第三传输区5或第四传输区6连通。

在一种实施方式中，如图1、图2所示，换向器20包括第一输送通道21和第二输送通道22。第一输送通道21的一端与第一传输区3连通，用于使第一传输区3内经过一次冷却降温的室内回风流入其中。第二输送通道22的一端与第二传输区4连通，用于使第二传输区4中经过一次换热的室外风流入其中。第一输送通道21和第二输送通道22可以为两个相互独立的通道。第一输送通道21和第二输送通道22可以直接或间接接触，从而使得流经第一输送通道21的空气可以与流经第二输送通道22的空气再次进行热交换。

需要说明的是，本申请各实施例换向器20中所定义的第一输送通道21和第二输送通道22是基于输送对象(室内回风或室外风)而区分的，并非特指某一固定的输送通道。也即是说，当输送对象改变时，原本的第一输送通道21会变为第二输送通道22，原本的第二输送通道22会变为第一输送通道21。例如，当换向器20的输送通道内当前输入的是室内回风时，则其定义为第一输送通道21。当该输送通道在换向器20改变转动模式后输入其中的由室内回风变为室外风时，则将其定义为是第二输送通道22。若在换向器20的转动模式改变后原本输送室内回风的第一输送通道21还在输送室内回风，则其仍被定义为第一输送通道21。图1、图2中换向器20的两根平行且相邻的实线之间区域可以理解为是输送通道、两根平行且相邻的虚线之间区域也可以理解为是换向器20的输送通道。

在一种实施方式中，换向器20通过自身的转动可以实现第一转动模式和第二转动模式的切换。

如图1所示，换向器20处于第一转动模式。第一转动模式为：换向器20的第一输送通道21连通第一传输区3和第三传输区5，换向器20的第二输送通道22连通第二传输区4和第四传输区6。在第一转动模式下，经第一换热通道11换热后的室内回风通过第三传输区5流入室内送风管300，以及使流经第二换热通道12的室外风通过第四传输区6流入室外排风管400。

在本实施例中，通过换热器10的第一换热通道11和第二换热通道12，可以实现室内回风在流经第一换热通道11时可以与流经第二换热通道12的室外风进行第一次换热，有效降低室内回风的温度。以及通过换向器20的第一输送通道21和第二输送通道22，可以实现室内回风在流经第三传输区5时还能够和流经第四传输区6的室外风再次进行二次换热，从而进一步降低室内回风的温度。使得室内回风在通过第三传输区5和室内送风管300回流至数据中心机房中时，能够向数据中心机房中带入更多的冷量供室内设备降温换热。进而有效提高数据中心机房的换热效率。

如图2所示，换向器20处于第二转动模式。第二转动模式为：换向器20的第一输送通道21连通第一传输区3和第四传输区6，换向器20的第二输送通道22连通第二传输区4和第三传输区5。在第二转动模式下，经第一换热通道11换热后的室内回风通过第四传输区6流入室外排风管400，流经第二换热通道12的室外风通过第三传输区5流入室内送风管300。

在本实施例中，由于换向器20的第二输送通道22连通第二传输区4和第三传输区5，因此经换热器10的第二换热通道12流入第二传输区4的室外风可以通过第三传输区5和室内送风管300流入数据中心机房中，从而实现向数据中心机房中通入室外的空气，使得数据中心机房内引入新风。

在一种实施方式中，换向器20包括转轴23和转盘24。转轴23设置在转盘中心，用于带动转盘24转动。第一输送通道21和第二输送通道22开设在转盘24中。转轴23可以通过电机进行驱动控制，进而实现带动转盘24的转动。

在一种实施方式中，如图1、图2所示，换热装置还包括引流装置30。引流装置30可开合地设置在第三传输区5和第四传输区6之间，用于使第三传输区5与第四传输区6的空间连通或隔绝。在引流装置30处于开启状态时，第四传输区6内流经的空气可以通过引流装置30流入到第三传输区5中，并随第三传输区5内的空气一同回流至数据中心机房中。

在本实施例中，通过引流装置30使得第三传输区5与第四传输区6连通，可以实现使得第四传输区6内的空气流入第三传输区5，并与第三传输区5内的空气混合后回流至数据中心机房，从而实现不同比例的新风和室内回风能够混合后回流，实现了向数据中心机房中输送混合风的目的。

在一个示例中，引流装置30的开合大小可以根据数据中心机房的混合送风比例的需求进行调整。例如，在换向器20处于第一转动模式时，若数据中心机房内同时还有引入室外新风的需求，则控制引流装置30开启，使得第三传输区5在将换向器20的第一输送通道21流出的室内回风送入数据中心机房内部的同时，将换向器20的第二输送通道22流出的部分室外风通过引流装置30流入第三传输区5中，从而实现与第三传输区5内冷却换热后的室内回风一同回流至数据中心机房。

在一个示例中，引流装置30和转向器可以和控制器电连接。控制器用于控制转向器在第一转动模式和第二转动模式之间切换，以及当检测到转向器处于第一转动模式且接收到混合送风指令后控制引流装置30开启。控制器还可以控制引流装置30的开启大小，以控制第四传输区6流入第三传输区5内的风量多少。

在一个示例中，引流装置30可以采用阀门或合页等结构，只要能够实现开合功能即可。

在一个具体应用示例中，引流装置30可以为风量调节阀。风量调节阀设置在第三传输区5和第四传输区6之间，风量调节阀根据控制指令实现自身的开启或关闭状态。在风量调节阀处于开启状态时，第四传输区6内流经的空气可以通过引流装置30流入到第三传输区5中，并随第三传输区5内的空气一同回流至数据中心机房中。在风量调节阀处于关闭状态时，第三传输区5和第四传输区6之间不连通。

在一种实施方式中，如图1、图2所示，换热装置还包括第一风机50，设置在第三传输区5中。第一风机50用于为第三传输区5内空气的流动提供驱动力，以使流入第三传输区5内的空气可以顺利流入室内送风管300，并进一步的流入到数据中心机房中。在引流装置30开启的状态下，受第一风机50驱动力的影响，第四传输区6内的空气可以被引流到第三传输区5内。

在一种实施方式中，如图1、图2所示，换热装置还包括第二风机60，设置在第四传输区6中。第二风机60用于为第四传输区6内空气的流动提供驱动力，以使流入第四传输区6内的空气可以顺利流入室外排风管400。

在一种实施方式中，如图1、图2所示，换热装置可以包括第一过滤器70，设置在第一换热通道11与室内回风管100之间以及第二换热通道12与室外进风管200之间。第一过滤器70用于对室内回风管100输入的室内回风和室外进风管200输入的室外风进行温湿度的调节、杂质过滤和腐蚀性气体过滤等处理。

在一种实施方式中，换热装置可以包括第二过滤器，设置在第三传输区5与室内送风管300之间。第二过滤器用于对室内送风管300输出的风进行温湿度的调节、杂质过滤和腐蚀性气体过滤等处理。

在一个示例中，第一过滤器70和/或第二过滤器均可采用初中效过滤器。

在一种实施方式中，如图1、图2所示，换热器10还具有喷淋装置13。喷淋装置13用于向第二换热通道12中喷淋冷却液，冷却液在与第二换热通道12内流经的室外风接触后，可以对室外风进行冷却降温，从而进一步使得冷却后的室外风可以更加有效的对第一换热通道11内的室内回风进行冷却降温，提高换热器10的换热效率。为了使得冷却液能够与第二换热通道12内的室外风充分接触换热，喷淋装置13的冷却液喷淋方向可以与第二换热通道12中室外风的流经方向相反。

在一个示例中，喷淋装置13包括喷淋头131和喷淋管132。喷淋管132用于向喷淋头131中输送冷却液。喷淋头131的数量、结构以及喷洒方式，可以根据需要进行选择和调整。

需要说明的是，喷淋装置13可以是喷淋***的一部分结构，为了实现喷淋液的循环输送，喷淋管132还可以与喷淋***的喷淋液存储罐或喷淋液回收罐连接。

在一种实施方式中，换热装置还包括辅助换热装置，辅助换热装置包括蒸发器，蒸发器设置在室内送风管300的出口，用于对室内送风管300输出的空气再次进行换热。

在一个示例中，如图1、图2所示，第一传输区3和第三传输区5之间设置第一阻隔挡板81，第一阻隔挡板81用于阻挡第一传输区3中的空气直接流入到第三传输区5中，使得第一传输区3仅能够通过换向器20与第三传输区5连通。第二传输区4和第四传输区6之间设置有第二阻隔挡板82，第二阻挡挡板82用于阻挡第二传输区4中的空气直接流入到第四传输区6中，使得第二传输区4仅能够通过换向器20与第四传输区6连通。

在一个示例中，如图1、图2所示，室内回风管100与第一传输区3之间设置第三阻隔挡板83，第三阻隔挡板83用于阻挡室内回风管100中的室内侧回风直接流入到第一传输区3中。室外进风管200与第二传输区4之间设置有第四阻隔挡板84，第四阻隔挡板84用于阻挡室外进风管200中的室外侧进风直接流入到第二传输区4中。

为了提高蒸发器的换热效率，还可以设置与蒸发器连接的冷凝器，以及与蒸发器和冷凝器连接的压缩机。蒸发器、压缩机以及冷凝器均可以采用现有数据中心冷却技术中的任意蒸发器、压缩机以及冷凝器，在此不做具体限定。

在一个示例中，换热装置可以为间接蒸发冷却装置。换热器10可以为空空换热器。换向器20可以为风量换向器。引流装置30可以为风量调节阀。第一过滤器70可以为初中效过滤器。

在风量换向器处于第一转动模式时，间接蒸发冷却装置的工作过程为：室内侧回风通过室内回风管100进入装置后，首先经过初中效过滤器实现过滤清洁，经过处理后的室内侧回风通过空空换热器与室外进风管200输入的室外侧进风及喷淋装置13的喷淋水换热，经过换热后的室内侧回风经过风量换向器与室外侧进风进行二次换热，随后由第一风机驱动送回至室内机房。室外侧进风通过室外进风管200进入装置后，先经过初中效过滤器进行过滤，再进入到空空换热器与室内侧回风换热，从空空换热器出来后的室外侧进风进入到风量换向器与室内侧回风进行再次换热后，通过第二风机排出到室外，室内侧回风与室外侧进风相互独立。在室内侧送风进入数据中心机房内与服务器进行换热后，再次通过室内回风管100送到装置内，再次进行上述换热，完成循环。

在风量换向器处于第二转动模式时，在数据中心机房内需要新风输入时，通过电机控制转轴23选择使得风量换向器旋转45°，室内侧回风经过空空换热器后平行进入风量换向器，随后进入室外排风管400排到室外，而经过处理后的室外侧进风经过风量换向器后进入室内送风管300，并通过室内送风管300送入到数据中心机房内，实现了数据中心机房内新风的输入。

在数据中心机房内需要混合风时，可以通过以下操作实现：在风量换向器处于第一转动模式时开启电动风量调节阀，通过风量调节阀的阀门开度，实现不同比例的第四传输区6内新风与第三传输区5内室内回风的混合，混合后的风进入室内送风管300，由第一风机送入数据中心机房内，实现混合送风的目的。

在本申请各实施例中，由于换热装置设置有换热器和换向器，因此换热装置在具备对室内回风进行换热功能的同时，还具备了向数据中心机房内部输入换热后室内回风和/或输入新风的能力。本申请实施例的换热解决了现有技术中需要额外设置新风机的问题，不仅节省了设备的投入成本、维护成本以及建筑空间的占用，而且还实现了换热器(间接蒸发冷却装置)与新风机组的集成。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

上述具体实施方式，并不构成对本申请保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本申请的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请保护范围之内。

Claims (10)

1.一种换热装置，包括：

换热器，具有第一换热通道和第二换热通道，所述第一换热通道的两端分别与室内回风管和第一传输区连通，所述第二换热通道的两端分别与室外进风管和第二传输区连通；

换向器，可转动地设置在所述第一传输区、所述第二传输区、第三传输区以及第四传输区之间，所述第三传输区与室内送风管连通，所述第四传输区与室外排风管连通，所述换向器通过改变转动角度来改变转动模式，所述转动模式包括第一转动模式和第二转动模式，在所述第一转动模式下，所述第一传输区与所述第三传输区连通，所述第二传输区与所述第四传输区连通；在所述第二转动模式下，所述第一传输区与所述第四传输区连通，所述第二传输区与所述第三传输区连通。

2.根据权利要求1所述的换热装置，其中，所述换向器具有第一输送通道和第二输送通道，所述第一输送通道的一端与所述第一传输区连通，所述第二输送通道的一端与所述第二传输区连通。

3.根据权利要求2所述的换热装置，其中，所述第一转动模式为：所述换向器的第一输送通道连通所述第一传输区和所述第三传输区，所述换向器的第二输送通道连通所述第二传输区和所述第四传输区，以使经所述第一换热通道换热后的室内回风通过所述第三传输区流入所述室内送风管，以及使流经所述第二换热通道的室外风通过所述第四传输区流入所述室外排风管。

4.根据权利要求2所述的换热装置，其中，所述第二转动模式为：所述换向器的第一输送通道连通所述第一传输区和所述第四传输区，所述换向器的第二输送通道连通所述第二传输区和所述第三传输区，以使经所述第一换热通道换热后的室内回风通过所述第四传输区流入所述室外排风管，以及使流经所述第二换热通道的室外风通过所述第三传输区流入所述室内送风管。

5.根据权利要求1所述的换热装置，还包括：

引流装置，可开合地设置在第三传输区和所述第四传输区之间，用于使所述第三传输区与所述第四传输区的空间连通或隔绝。

6.根据权利要求1所述的换热装置，还包括：

第一风机，设置在所述第三传输区中；和/或，

第二风机，设置在所述第四传输区中。

7.根据权利要求1所述的换热装置，还包括：

第一过滤器，设置在所述第一换热通道与所述室内回风管之间以及所述第二换热通道与所述室外进风管之间。

8.根据权利要求1所述的换热装置，还包括：

第二过滤器，设置在所述第三传输区与所述室内送风管之间。

9.根据权利要求1所述的换热装置，其中，所述换热器还具有喷淋装置，所述喷淋装置用于向所述第二换热通道中喷淋冷却液，所述喷淋装置的冷却液喷淋方向与所述第二换热通道中室外风的流经方向相反。

10.根据权利要求1所述的换热装置，还包括：

辅助换热装置，包括蒸发器，所述蒸发器设置在所述室内送风管的出口。

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