Увлажнитель воздуха с замкнутым циклом увлажнения Российский патент 2020 года по МПК F24F6/00 

Область техники

Настоящее изобретение относится к системам увлажнения воздуха в помещениях и предназначено для использования, преимущественно, для целей обеспечения требуемых показателей влажности в помещениях, где размещены инженерные системы и вычислительная техника центров обработки данных (ЦОД).

Уровень техники

Известно устройство тепловлажностной обработки воздуха, раскрытое в патенте РФ на изобретение № 2581982 (опубл. 20.04.2016, МПК F24F 3/00). В известном устройстве для обработки воздуха использует повторно неиспарившиеся капельки воды. Данное решение предназначено для увлажнения и охлаждения воздуха и имеет систему оптимизации расхода воды. Неиспарившиеся капельки воды падают в поддон и возвращаются к блоку сотового испарителя. Недостатками данного технического решения является то, что отсутствует возврат уже испаренной влаги, а также какой-либо обработки воды. При прохождении воздуха через данное устройство возможен внос различных загрязнителей, которые могут привести к остановке работы таких частей данного устройства, как насос.

Известна система технологического кондиционирования воздуха ЦОД, раскрытая в патенте РФ на изобретение № 2554025 (опубл. 20.06.2015, МПК F24F 3/00). В известной системе использована установка обработки воздуха с подмесом наружного воздуха, в которой происходит увлажнение воздуха. Данная установка предназначена для ЦОД, а также для других помещений с высокими тепловыделениями. Недостатком данной системы является то, что для увлажнения и адиабатного охлаждения воздуха требуется большое количество воды, но в данном патенте нет способов оптимизации расхода воды. Таким образом снижая потребление электроэнергии установки, в данном техническом решении появляются дополнительные расходы - на подачу воды к установке от источников централизованного водоснабжения.

Известна система кондиционирования и распределения воздушных потоков в ЦОД, раскрытая в патенте РФ на изобретение № 2433447 (опубл. 10.11.2011, МПК G06F 1/20). В известной системе реализован замкнутый цикл увлажнения воздуха внутри герметичного серверного шкафа. Испаритель кондиционера в данном решении расположен внутри серверного шкафа в верхней его части. Кондиционер забирает воздух из области нагретого воздуха, охлаждает и осушает его и подает в область охлажденного воздуха. Проходя через серверное оборудование, воздух нагревается и снова поступает в кондиционер, где снова охлаждается. Конденсирующаяся на теплообменнике кондиционера при охлаждении воздуха влага собирается в поддон конденсата системы кондиционирования и направляется посредством насоса в трубку капиллярной подачи воды объемно-пористого увлажнителя, тем самым поддерживая необходимый запас влаги. Собранный конденсат посредством увлажнителя насыщает охлаждаемый воздух влагой в соответствии с требуемыми показателями влажности, вычисляемыми контроллером, который работает на основании показаний датчиков влажности и температуры.

Недостатками известной системы являются, во-первых, ограничение пространства, где поддерживаются необходимые для эксплуатации серверного оборудования условия, а именно, пространства внутри серверного шкафа, во-вторых, отсутствие какой-либо обработки воды, что может привести к размножению в ней микроорганизмов, что, в свою очередь приведет к прекращению циркуляции жидкости в связи с засорением системы циркуляции.

Известна система кондиционирования и распределения воздушных потоков в серверных шкафах, раскрытая в патенте РФ на полезную модель № 154746 (опубл. 10.09.2015, МПК G06F 1/20) - прототип. В известной системе реализован замкнутый цикл увлажнения воздуха внутри герметичного серверного шкафа. Одним из отличий этой системы от предшествующей ей системы, раскрытой в патенте РФ № 2433447 является наличие средств очистки образующегося конденсата в виде фильтра и ультрафиолетового излучателя в конструкции увлажнителя, куда при помощи помпы влага направляется из поддона для сбора конденсата кондиционером. Очищенный конденсат посредством ультразвукового увлажнителя насыщает охлаждаемый воздух влагой в соответствии с требуемыми показателями влажности, вычисляемыми контроллером, действующим на основании показаний датчиков влажности и температуры. Подача конденсата через отдельную емкость и средства его очистки позволяет противодействовать образованию загрязнения в системе увлажнения, а также снизить потребление воды за счет ее многократного использования.

Недостатком системы, выбранной за прототип, является недостаточное насыщение воздуха влагой в разное время года. К примеру, в зимний период воздух, подаваемый на вход системы кондиционирования, достаточно сухой, что может привести к недостатку конденсирующейся на поверхностях охлаждающего оборудования влаги, поскольку в известном решении предусмотрено использование влаги, образующейся из воздуха, подаваемого на вход в кондиционер из внешней среды (например, улицы). Для более эффективного использования известной системы потребуется подвод внешних коммуникаций, обеспечивающий доставку воды к увлажнителю, что не всегда возможно вследствие специфики работы центров обработки данных или серверных помещений, особенно если это небольшие помещения, организованные в мобильных контейнерных модулях. При этом увеличение объема запасенной воды накладывает более строгие требования к процедурам ее очистки. Однако средства очистки воды, применяемые в известной системе, способны проводить очистку воды только однократно, при ее движении из поддона для сбора конденсата в увлажнитель, однако в случае если запасенная вода оказывается невостребованной вследствие удовлетворительных показаний влажности в ЦОД, то она начинает загрязняться по естественным причинам, повышается ее микробная нагрузка, что влечет за собой в дальнейшем нарушение функциональности как собственно системы увлажнения, так и оборудования, для которого необходимо обеспечить требуемые показатели влажности.

Раскрытие сущности изобретения

Техническая задача, положенная в основу настоящего изобретения, заключается в создании увлажнителя воздуха, предназначенного для использования в помещениях ЦОД.

Технический результат, достигаемый при осуществлении настоящего изобретения, заключается в исключении нежелательных примесей органической и неорганической природы, образующихся в жидкости системы увлажнения воздуха с замкнутым циклом увлажнения.

Технический результат достигается заявленным изобретением, в соответствии с которым увлажнитель воздуха с замкнутым циклом увлажнения для помещений ЦОД включает по меньшей мере один вентилятор для нагнетания воздуха в направлении по меньшей мере одной камеры увлажнения воздуха, каждая из которых соединена по меньшей мере с одним резервуаром запаса жидкости и устройством подачи увлажненного воздуха в помещение ЦОД, устройство очистки жидкости и компьютерную систему управления, способную получать данные от датчиков влажности в помещении ЦОД и направлять управляющие команды для увлажнителя воздуха. В отличие от прототипа каждый резервуар запаса жидкости соединен с устройством очистки жидкости через перекачивающее устройство, способное возвращать очищенную жидкость обратно в резервуар, при этом по меньшей мере один из резервуаров соединен с устройством сбора конденсата от кондиционеров, установленных в помещениях ЦОД.

В частности, камера увлажнения воздуха может быть пространственно размещена выше, чем резервуар запаса воды.

В частности, камера увлажнения воздуха может быть способна увлажнять воздух с использованием методов адиабатического увлажнения воздуха посредством сотового испарителя и/или ультразвукового излучателя.

В частности, компьютерная система управления заявленного увлажнителя может быть связана с внешней системой управления посредством цифровых каналов связи и/или контактов типа "сухой контакт".

Настоящее изобретение проиллюстрировано одной фигурой, на которой представлена блок-схема заявленного увлажнителя воздуха.

Осуществление изобретения

Увлажнитель воздуха в соответствии с настоящим изобретением, представляет собой систему увлажнения с замкнутым циклом увлажнения. На практике это проявляется тем, что жидкость, которая была испарена при увлажнении воздуха, после прохождения через теплообменники кондиционеров, установленных в помещениях ЦОД, конденсируется на теплообменниках кондиционеров и возвращается обратно в увлажнитель в виде конденсата. Повторное использование такой жидкости позволяет добиться снижения ее расхода для увлажнения воздуха в помещении. Однако, вместе с этим возникает проблема появления в жидкости нежелательных включений, обусловленная, в частности, естественными причинами. Упомянутые включения могут носить органическую природу по причине микробного загрязнения, цветения воды, образования биологических пленок, и неорганическую - из-за запыления. Упомянутые нежелательные включения могут образовываться в жидкости по естественным причинам, связанными с застоем воды в резервуаре, или могут попадать в жидкость с конденсатом, возвращенным из обслуживаемого помещения. Очевидно, что причин загрязнения жидкости в системе увлажнения воздуха в помещениях ЦОД можно было бы избежать, обеспечив подведение к ней внешних коммуникаций, предполагающих периодическое пополнение запаса жидкости и ее слив, однако в связи со спецификой работы, подвод жидкости к помещениям с технологическим оборудованием ЦОД/серверных помещений, особенно если это небольшие ЦОД/серверные помещения, расположенные в мобильных контейнерных модулях, не всегда возможен. При этом однократная очистка возвращенного в резервуар увлажнителя конденсата от кондиционеров в обслуживаемом помещении также не способна решить проблему загрязнения жидкости, так как жидкость, находящаяся внутри резервуара, может находиться без движения длительное время, и начать, например, цвести. Для того чтобы этого избежать, в заявленном увлажнителе обеспечена возможность многократной циклической очистки жидкости, содержащейся в резервуаре увлажнителя, посредством, в частности, ламп ультрафиолетового излучения, химической обработки, или специальных фильтров.

Чтобы обеспечить дополнительную ясность, отметим, что понятия «помещения ЦОД», «помещения центра обработки данных», «серверные помещения», «обслуживаемые помещения» употреблены в настоящем описании как синонимичные.

В качестве жидкости предпочтительно используют воду.

На ФИГ. представлена блок-схема увлажнителя воздуха в соответствии с настоящим изобретением. В этом примере увлажнитель включает камеру 1 увлажнения воздуха, соединенную с резервуаром 2 запаса воды. Следует отметить, что в настоящем описании камера 1 и резервуар 2 хоть и разделены как функциональные узлы, но в различных вариантах осуществления могут быть выполнены как единый конструктивный узел. Предпочтительно камера 1 может быть пространственно расположена выше, чем резервуар 2, чтобы жидкость, неиспарившаяся при увлажнении воздуха в камере 1, стекала вниз, возвращаясь в резервуар 2. Резервуар 2 в нижней части соединен с перекачивающим устройством 3, которое соединено с устройством очистки 4. Перекачивающее устройство 3 может быть реализовано с использованием необходимого числа таких узлов, как клапаны, насосы, переходники, трубы, патрубки и трубки, для перемещения жидкости из резервуара 2 к устройству очистки 4 и обратно в резервуар 2. Устройство очистки 4 может содержать узлы обеззараживания, механической, химической, электрической обработки жидкости, но не ограничиваться содержанием только этих примеров узлов очистки. Резервуар 2 соединен с устройством 5 сбора конденсата от кондиционеров, установленных в помещениях ЦОД. Устройство 5 может быть выполнено в виде дренажного трубопровода, конденсат в который попадает через дренажные насосы, которые могут быть как частью устройства 5, так и быть встроенными в упомянутые кондиционеры. Камера 1 соединена с устройством 6 подачи увлажненного воздуха в помещение ЦОД и с компьютерной системой управления 7, способной получать данные от датчиков влажности в помещении ЦОД и направлять управляющие команды для камеры увлажнения воздуха. Для нагнетания воздуха в направлении камеры 1 предусмотрен вентилятор 8.

Система управления 7 может включать собственные датчики температуры и влажности, измеряющие параметры окружающей среды и работоспособность оборудования увлажнителя, однако могут быть использованы любые другие подходящие для этой цели датчики, не являющиеся частью системы 7. В таком случае система 7 является связанной с ними посредством цифровых, аналоговых или дискретных каналов связи с применением требующихся для установления такой связи преобразователей сигналов.

Также система управления 7 может обеспечивать прием команды на запуск увлажнения воздуха из вышестоящей системы управления с помощью цифровых каналов связи и/или контактов типа «сухой контакт». Система управления может обеспечивать предоставление данных о своем состоянии через цифровые протоколы обмена информации и/или с помощью контактов типа «сухой контакт».

Заявленное устройство работает следующим образом. При поступлении соответствующей команды от системы 7 управления, вентилятор 8 начинает нагнетать воздух в направлении камеры 1 увлажнения воздуха, соединенной с резервуаром 2 запаса жидкости. В камере 1 происходит адиабатическое увлажнение воздуха посредством сотового испарителя и/или ультразвукового излучателя. Далее воздух поступает через устройство 6 подачи увлажненного воздуха в помещения ЦОД, в которых требуется поддержание влажности. Жидкость, неиспарившаяся в камере 1 стекает обратно резервуар 2. Также в резервуар 2 посредством устройства 5 сбора конденсата подается дренаж от кондиционеров, установленных в помещениях ЦОД. При этом жидкость, скопившаяся в резервуаре 2, непрерывно забирается перекачивающим устройством 3, проходит через устройство 4 очистки и возвращается обратно в резервуар 2. Процесс увлажнения может быть остановлен по команде, полученной от системы управления 7, в частности, если в помещении ЦОД достигнуты требуемые показатели влажности. Остановка процесса увлажнения не влечет за собой приостановление процесса очистки, поэтому жидкость продолжает циркулировать через устройство 4.

Периодически жидкость в резервуаре 2 может быть заменена в ходе технических работ, проводимых персоналом, ответственным за эксплуатацию увлажнителя. Однако стоит отметить, что реализованный в заявленном увлажнителе непрерывный процесс очистки жидкости, делает его работу в высокой степени автономной от внешних источников жидкости.

Стоит отметить, что представленное выше описание увлажнителя приведено в качестве примера, и не должно быть истолковано как ограничивающее объем охраны настоящего изобретения, определяемым исключительно объемом приложенной формулы изобретения.

Несмотря на то, что описанный выше вариант осуществления приведен со ссылкой на конкретные элементы, соединенные друг с другом в определенном порядке, должно быть очевидно, что изобретение может включать такие элементы в нескольких экземплярах с наличием между ними соединений, обусловленных лишь увеличением числа однотипных элементов без отклонения от сущности настоящего изобретения. Соответственно, представленный пример не носит ограничительного характера для сущности настоящего изобретения.

Настоящее изобретение относится к системам увлажнения воздуха в помещениях и предназначено для использования, преимущественно, для целей обеспечения требуемых показателей влажности в помещениях, где размещены инженерные системы и вычислительная техника центров обработки данных (ЦОД). Увлажнитель воздуха с замкнутым циклом увлажнения для помещений ЦОД включает по меньшей мере один вентилятор (8) для нагнетания воздуха в направлении по меньшей мере одной камеры (1) увлажнения воздуха, каждая из которых соединена по меньшей мере с одним резервуаром (2) запаса жидкости и устройством (6) подачи увлажненного воздуха в помещение ЦОД, устройство очистки (4) жидкости и компьютерную систему управления (7), способную получать данные от датчиков влажности в помещении ЦОД и направлять управляющие команды для увлажнителя воздуха. Каждый резервуар (2) запаса жидкости соединен с устройством очистки (4) жидкости через перекачивающее устройство (3), способное возвращать очищенную жидкость обратно в резервуар (2), при этом по меньшей мере один из резервуаров (2) соединен с устройством (5) сбора конденсата от кондиционеров, установленных в помещениях ЦОД. Технический результат - исключение нежелательных примесей органической и неорганической природы, образующихся в жидкости системы увлажнения воздуха с замкнутым циклом увлажнения. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Увлажнитель воздуха с замкнутым циклом увлажнения для помещений центров обработки данных (ЦОД), включающий по меньшей мере один вентилятор для нагнетания воздуха в направлении по меньшей мере одной камеры увлажнения воздуха, каждая из которых соединена с по меньшей мере с одним резервуаром запаса жидкости и устройством подачи увлажненного воздуха в помещение ЦОД, устройство очистки жидкости и компьютерную систему управления, способную получать данные от датчиков влажности в помещении ЦОД и направлять управляющие команды для увлажнителя воздуха, отличающийся тем, что каждый резервуар запаса жидкости соединен с устройством очистки жидкости через перекачивающее устройство, способное возвращать очищенную жидкость обратно в резервуар, при этом по меньшей мере один из резервуаров соединен с устройством сбора конденсата от кондиционеров, установленных в помещениях ЦОД.

2. Увлажнитель по п.1, в котором камера увлажнения воздуха пространственно размещена выше, чем резервуар запаса воды.

3. Увлажнитель по п.1, в котором камера увлажнения воздуха способна увлажнять воздух с использованием методов адиабатического увлажнения воздуха посредством сотового испарителя и/или ультразвукового излучателя.

4. Увлажнитель по п.1, в котором компьютерная система управления связана с внешней системой управления посредством цифровых каналов связи и/или контактов типа "сухой контакт".