利用液‑气式膜能量交换器进行液体冷却制造技术

本发明专利技术公开了用于控制比如为数据中心的封闭空间中的状态或用于对装置提供冷却的系统和方法，可以包括将液‑气式膜能量交换器(LAMEE)用作蒸发冷却器。LAMEE或交换器可以将水冷却至布置在封闭空间或装置的外部的冷却系统中的室外空气湿球温度。降低温度的水可被递送至封闭空间或装置，或者可以冷却递送至封闭空间或装置的冷却剂。可以通过将降低温度的水或冷却剂递送至封闭空间，而非使来自封闭空间的供气运动至冷却系统，来冷却封闭空间中的空气或封闭空间中的一个或多个部件。在一个示例中，冷却系统可以包括LAMEE的上游或下游的一个或多个冷却盘管。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用液-气式膜能量交换器进行液体冷却要求优先权本申请要求于2015年5月15日提交的美国临时专利申请序列No.62/162,487的受益权，在此要求其优先权并且其全部内容通过参引结合到本文中。
技术介绍
存在其中比如为例如数据中心的冷却非常关键的许多应用。数据中心通常由连续地工作(每天24小时，每周7天)的计算机和相关部件构成。数据中心中的电器部件可能产生大量热，需要从空间中去除大量热。数据中心中的空气调节系统可能通常消耗总能量的超过40％。根据当前数据中心的空气调节系统和技术以及IT部件操作条件和处理能力的显著改进，服务器可以大致以其负荷量的50％操作。该负荷量限制部分地由于冷却系统不能有效地冷却服务器，服务器在达到其最大负荷量之前达到其高温极限。高密度数据中心冷却寻求更加有效地冷却服务器并且提高数据中心的密度。因此，这将引起数据中心运行成本的节省并且将提高数据中心整体负荷量。高密度数据中心冷却可以通过利用液体冷却技术以抑制服务器处的热来实现。数据中心液体冷却以以下两种方式影响数据中心能量消耗：(1)利用最大服务器处理负荷量和数据中心处理密度，这将引起数据中心的每kW处理功率的更低冷却功率消耗，以及(2)一般液体冷却系统比数据中心空气冷却系统更加能量有效。液体冷却技术可以捕获服务器处的达到100％的热，这将消除对数据中心空气冷却系统的需要。数据中心液体冷却可以节省达90％的数据中心冷却成本以及达50％的数据中心运行成本。此外，数据中心液体冷却可以提高服务器处理密度达100％，这可以引起数据中心白空间的显著节省。用于数据中心的高密度冷却可以包括可以使用专用冷却剂和液体回路的液体冷却技术。冷却剂可能是昂贵的，并且因此冷却剂的更换也可能是昂贵的。冷却剂可以从服务器吸收热，并且热然后可以被限制通向另一个液体循环或冷却气流。冷却塔或户外干燥冷却器可被用于抑制来自冷却剂的热，但是这些可能是无效的。冷却塔中的应该流入液体回路内以吸收来自冷却剂的热的水质应该保持在一定水平并且可能变成一个问题。循环冷却水中的溶解矿物质的累积可能引起沉积物并且在交换表面上剥落，这降低了性能。通常所关注的是冷却塔中的金属部件和管道的腐蚀。
技术实现思路
本专利技术人认识到尤其是用于利用液-气式膜能量交换器(LAMEE)作为蒸发冷却器以及利用来自LAMEE的降低温度的水以对封闭空间或装置提供液体冷却来冷却封闭空间或装置的改进性能的机会。在一个示例中，封闭空间可以是数据中心。根据本申请的示例可以包括液体冷却系统，与传统空气冷却数据中心技术相比，该液体冷却系统可以降低数据中心冷却能量消耗达95％。与包括空气冷却直接蒸发冷却器(DEC)的其他DEC相比，液体冷却系统的尺寸可以显著地减小。如本文中说明的液体冷却系统与其他蒸发冷却系统相比可以降低用水量并且可以使数据中心的运行成本降低达60％。由于比如为水的典型液体在与空气相同体积流量的情况下具有是空气几乎350倍高的热容量，因此数据中心液体冷却可以比数据中心空气冷却更加高效。这样，抑制来自IT部件的一定量热量所需的水流量可以是所需的空气流量几乎350倍低。液体(主要为水)可以在本文中还称为交换器的液-气式膜能量交换器(LAMEE)中冷却。在一些清除剂空气状态下，LAMEE或交换器可以将户外(清除剂)空气和液态水两者冷却至室外空气湿球温度。来自LAMEE的降低温度的水输出可以供给至比如为例如具有IT部件的数据中心的封闭空间。降低温度的水可以在提供液体冷却之前存储在水箱中。根据本申请的示例可以包括在蒸发冷却和数据中心液体冷却应用中利用LAMEE、利用膜交换器中的水用于蒸发冷却和数据中心冷却以及利用蒸发LAMEE的下游的液体预冷却器来提高系统效率和以节约器模式操作系统。可以采用各种系统构造，各种系统构造可以包括但不限于用于高效冷却应用的LAMEE的上游或下游的液体冷却盘管。根据本申请的示例可以包括使LAMEE与市场上可用的比如为液体冷却浸没技术的当前液体冷却技术集成以及在服务器处利用冷板以抑制热。根据本申请的示例可以包括在LAMEE的下游的液体冷却盘管的集成，其可以在热水进入LAMEE之前冷却热水并且可以提高系统性能。此外，液体冷却盘管可以作用为用于冷却系统的节约器。每当室外空气足够冷以将水冷却至设定点温度时，水可以绕过交换器并且仅穿过冷却盘管。由于系统中没有水以节约器模式蒸发，因此节约器模式可以延长LAMEE的寿命并且可以节省水。根据本申请的示例可以包括用于控制封闭空间中的状态的调节系统。调节系统可以包括布置在封闭空间的外部并且具有清除剂空气室的冷却系统，清除剂空气室构造成将流动路径中的清除剂空气从空气进口引导至空气出口。LAMEE可以布置在气室的内部并且可以包括通过膜与空气流动路径分离的冷却流体流动路径。LAMEE可以构造成利用清除剂空气来蒸发地冷却冷却流体流动路径中的冷却流体并且降低LAMEE中的冷却流体的温度。调节系统可以包括冷却流体回路，冷却流体回路连接至LAMEE的冷却流体流动路径并且从气室延伸到封闭空间内。冷却流体回路可被用于将来自LAMEE的降低温度的水或降低温度的冷却剂递送至封闭空间，以在不使来自封闭空间的空气运动通过冷却系统的情况下对封闭空间提供冷却。根据本申请的示例可以包括用于控制封闭空间中的状态的调节系统，调节系统具有布置在封闭空间的外部的第一冷却系统和布置在封闭空间内部的第二冷却系统。第一冷却系统可以包括清除剂空气室和布置在气室内部的LAMEE，清除剂空气室构造成将空气流动路径中的清除剂空气从空气进口引导至空气出口。LAMEE可以包括通过膜与空气流动路径分离的水流动路径。LAMEE可以构造成利用清除剂空气来降低水流动路径中的水的温度。调节系统可以包括连接至LAMEE的水流动路径并且连接至第二冷却系统的冷却流体回路。冷却流体回路可以在不使来自封闭空间的空气运动通过第一冷却系统的情况下对封闭空间提供冷却。第二冷却系统可以包括利用水或冷却流体回路中的冷却剂对封闭空间中的一个或多个部件进行直接冷却。一个或多个部件可以包括但不限于电气部件。第二冷却系统可以包括利用水或冷却流体回路中的冷却剂明显地冷却封闭空间中的空气。根据本申请的示例可以包括用于控制封闭空间中的状态的调节系统，调节系统具有布置在封闭空间的外部的冷却系统。冷却系统可以包括清除剂空气室和在气室内部布置在空气流动路径中的LAMEE，清除剂空气室构造成将空气流动路径中的清除剂空气从空气进口引导至空气出口。LAMEE可以包括通过膜与空气流动路径分离的冷却流体流动路径。LAMEE可被构造成利用清除剂空气来蒸发地冷却冷却流体流动路径中的冷却流体，使得LAMEE的流体出口处的冷却流体的温度低于LAMEE的流体进口处的冷却流体的温度。冷却系统还可以包括第一冷却单元，第一冷却单元在气室内部布置在空气进口与LAMEE之间并且构造成在清除剂空气进入LAMEE之前调节清除剂空气。冷却系统还可以包括第二冷却单元，第二冷却单元在气室内部布置在LAMEE与空气出口之间并且构造成在冷却流体在流体进口处进入LAMEE之前降低冷却流体的温度。冷却系统还可以包括一个或多个旁通闸门，一个或多个旁通闸门构造成允许清除剂空气在空气进口与空气出口之间的一个或多个位置处进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制封闭空间中的状态的调节系统，所述调节系统包括：冷却系统，所述冷却系统布置在所述封闭空间的外部，所述冷却系统包括：清除剂空气室，所述清除剂空气室具有空气进口和空气出口，所述气室构造成将空气流动路径中的清除剂空气从所述空气进口引导至所述空气出口；以及液‑气式膜能量交换器(LAMEE)，所述液‑气式膜能量交换器(LAMEE)布置在所述气室内部，所述LAMEE包括通过膜与所述空气流动路径分离的冷却流体流动路径，所述LAMEE构造成利用所述清除剂空气来蒸发地冷却所述冷却流体流动路径中的冷却流体，所述LAMEE的流体出口处的所述冷却流体的温度低于所述LAMEE的流体进口处的所述冷却流体的温度；以及冷却流体回路，所述冷却流体回路连接至所述LAMEE的所述冷却流体流动路径并且从所述气室延伸到所述封闭空间内，所述冷却流体回路构造成在不使空气从所述封闭空间运动通过所述冷却系统的情况下对所述封闭空间提供冷却。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.15 US 62/162,4871.一种用于控制封闭空间中的状态的调节系统，所述调节系统包括：冷却系统，所述冷却系统布置在所述封闭空间的外部，所述冷却系统包括：清除剂空气室，所述清除剂空气室具有空气进口和空气出口，所述气室构造成将空气流动路径中的清除剂空气从所述空气进口引导至所述空气出口；以及液-气式膜能量交换器(LAMEE)，所述液-气式膜能量交换器(LAMEE)布置在所述气室内部，所述LAMEE包括通过膜与所述空气流动路径分离的冷却流体流动路径，所述LAMEE构造成利用所述清除剂空气来蒸发地冷却所述冷却流体流动路径中的冷却流体，所述LAMEE的流体出口处的所述冷却流体的温度低于所述LAMEE的流体进口处的所述冷却流体的温度；以及冷却流体回路，所述冷却流体回路连接至所述LAMEE的所述冷却流体流动路径并且从所述气室延伸到所述封闭空间内，所述冷却流体回路构造成在不使空气从所述封闭空间运动通过所述冷却系统的情况下对所述封闭空间提供冷却。2.根据权利要求1所述的调节系统，还包括在所述气室内部布置在所述LAMEE的上游的冷却单元，所述冷却单元构造成在所述清除剂空气进入所述LAMEE之前调节所述清除剂空气。3.根据权利要求2所述的调节系统，其中，所述冷却单元构造成接收来自所述LAMEE的降低温度的水以调节所述清除剂空气。4.根据权利要求1所述的调节系统，其中，所述冷却流体回路构造成将来自所述LAMEE的所述冷却流体输送至所述封闭空间，以对所述封闭空间提供冷却。5.根据权利要求1所述的调节系统，其中，所述LAMEE的所述冷却流体流动路径中的所述冷却流体是水。6.根据权利要求1所述的调节系统，其中，所述冷却流体回路包括第一冷却流体和第二冷却流体，以及其中，所述第一冷却流体是来自所述LAMEE的所述冷却流体。7.根据权利要求6所述的调节系统，其中，所述冷却流体回路包括液-液式热交换器，所述液-液式热交换器构造成接收所述第一冷却流体和所述第二冷却流体以降低所述第二冷却流体的温度。8.根据权利要求7所述的调节系统，其中，所述第二冷却流体被递送至所述封闭空间并且对所述封闭空间提供冷却。9.根据权利要求1所述的调节系统，还包括存储水箱，以存储来自所述LAMEE的所述冷却流体。10.根据权利要求9所述的调节系统，还包括机械冷却系统以冷却所述存储水箱中的所述冷却流体。11.根据权利要求1所述的调节系统，还包括冷却盘管，所述冷却盘管在所述气室内部布置在所述LAMEE的下游并且构造成利用所述清除剂空气以冷却所述冷却流体。12.根据权利要求11所述的调节系统，还包括旁通阀，所述旁通阀构造成控制排出所述冷却盘管到达所述LAMEE和构造成存储所述冷却流体的水箱中的至少一个的所述冷却流体的流。13.根据权利要求12所述的调节系统，包括第一操作模式和第二操作模式，在所述第一操作模式中，排出所述冷却盘管的所述冷却流体的至少一部分再循环回到所述LAMEE，在所述第二操作模式中，排出所述冷却盘管的所述冷却流体的基本全部再循环回到所述存储水箱。14.一种用于控制封闭空间中的状态的调节系统，所述调节系统包括：第一冷却系统，所述第一冷却系统布置在所述封闭空间的外部，所述第一冷却系统包括：清除剂空气室，所述清除剂空气室具有空气进口和空气出口，所述气室构造成将空气流动路径中的清除剂空气从所述空气进口引导至所述空气出口；液-气式膜能量交换器(LAMEE)，所述液-气式膜能量交换器(LAMEE)布置在所述气室内部，所述LAMEE包括通过膜与所述空气流动路径分离的水流动路径，所述LAMEE构造成利用所述清除剂空气以降低所述水流动路径中的水的温度；第二冷却系统，所述第二冷却系统布置在所述封闭空间内部；以及冷却流体回路，所述冷却流体回路连接至所述LAMEE的所述水流动路径和所述第二冷却系统，所述冷却流体回路在不使来自所述封闭空间的空气运动通过所述第一冷却系统的情况下对所述封闭空间提供冷却。15.根据权利要求14所述的调节系统，其中，所述冷却流体回路包括液-液式热交换器(LLHX)，以及其中，来自所述LAMEE的水穿过所述LLHX以降低用于所述第二冷却系统的第二冷却流体的温度。16.根据权利要求15所述的调节系统，其中，所述第二冷却系统包括从所述第二冷却流体至所述封闭空间中的一个或多个部件的直接冷却。17.根据权利要求15所述的调节系统，其中，所述第二冷却系统包括利用所述第二冷却流体明显地冷却所述封闭空间中的空气。18.根据权利要求14所述的调节系统，其中，所述第二冷却系统利用来自所述LAMEE的降低温度的水，所述降低温度的水被递送至所述封闭空间。19.根据权利要求18所述的调节系统，其中，所述降低温度的水直接冷却所述封闭空间中的一个或多个部件。20.根据权利要求18所述的调节系统，其中，所述第二冷却系统包括冷却盘管，所述冷却盘管构造成接收所述降低温度的水并且明显地冷却穿过所述冷却盘管的所述封闭空间中的空气。21.根据权利要求14所述的调节系统，其中，所述第二冷却系统包括冷却盘管、后门热交换器、冷却分配单元(CDU)、冷板和液体冷却浴中的至少一者。22.一种用于控制封闭空间中的状态的调节系统，所述调节系统包括：冷却系统，所述冷却系统布置在所述封闭空间的外部，所述冷却系统包括：清除剂空气室，所述清除剂空气室具有空气进口和空气出口，所述气室构造成将空气流动路径中的清除剂空气从所述空气进口引导至所述空气出口；液-气式膜能量交换器(LAMEE)，所述液-气式膜能量交换器(LAMEE)在所述气室内部布置在所述空气流动路径中，所述LAMEE包括通过膜与所述空气流动路径分离的冷却流体流动路径，所述LAMEE构造成利用所述清除剂空气来蒸发地冷却所述冷却流体流动路径中的冷却流体，所述LAMEE的流体出口处的所述冷却流体的温度低于所述LAMEE的流体进口处的所述冷却流体的温度；第一冷却单元，所述第一冷却单元在所述气室内部布置在所述空气进口与所述LAMEE之间，所述第一冷却单元构造成在所述清除剂空气进入所述LAMEE之前调节所述清除剂空气；第二冷却单元，所述第二冷却单元在所述气室内部布置在所述LAMEE与所述空气出口之间，所述第二冷却单元构造成在所述冷却流体在所述流体进口处进入所述LAMEE之前降低所述冷却流体的温度；以及一个或多个旁通闸门，所述一个或多个旁通闸门构造成允许清除剂空气在所述空气进口与所述空气出口之间的一个或多个位置处进入或排出所述空气流动路径；以及冷却流体回路，所述冷却流体回路连接至所述LAMEE的所述冷却流体流动路径并且从所述气室延伸到所述封闭空间内，所述冷却流体回路构造成在不使空气从所述封闭空间运动通过所述冷却系统的情况下对所述封闭空间提供冷却。23.根据权利要求22所述的调节系统，其中，所述冷却流体回路包括水箱和泵，所述水箱用于存储来自所述LAMEE的所述冷却流体，所述泵将所述冷却流体递送至所述封闭空间。24.根据权利要求23所述的调节系统，还包括构造成对所述水箱中的所述冷却流体提供额外冷却的辅助冷却系统。25.根据权利要求24所述的调节系统，其中，所述辅助冷却系统是位于所述水箱内部的DX盘管。26.根据权利要求22所述的调节系统，其中，所述冷却系统包括旁通阀以控制通向所述LAMEE的所述冷却流体的流。27.根据权利要求22所述的调节系统，其中，所述LAMEE中的所述冷却流体是水。28.根据权利要求27所述的调节系统，其中，所述水被递送至所述封闭空间，以直接冷却所述封闭空间中的一个或多个部件或明显地冷却所述封闭空间中的空气。29.根据权利要求22所述的调节系统，其中，所述冷却流体回路包括来自所述LAMEE的所述冷却流体、第二冷却流体以及液-液式热交换器(LLHX)，以及其中，来自所述LAMEE的所述冷却流体和所述第二冷却流体穿过所述LLHX以降低所述第二冷却流体的温度。30.根据权利要求29所述的调节系统，其中，所述第二冷却流体被递送至所述封闭空间，以直接冷却所述封闭空间中的一个或多个部件或明显地冷却所述封闭空间...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·G·穆加达姆，P·P·莱普德拉，M·盖伯，
申请(专利权)人：北狄空气应对加拿大公司，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA