CN102573423A - 一种用于服务器机柜制冷的空调装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于服务器机柜制冷的空调装置，该装置包括：室内机部分、室外机部分及连接管路；室内机部分包括：换热器及感温器；换热器安装于服务器机柜的出风面上，用于蒸发吸热；感温器用于测量服务器吹出的热风的温度及热风经过换热器冷却后的出风温度；室外机部分包括：风机、热管循环模式冷凝器、压缩机循环模式冷凝器、压缩机、节流装置、第一单向阀、第二单向阀及控制器；风机用于为热管循环模式冷凝器及压缩机循环模式冷凝器提供气流；控制器用于控制第一单向阀、第二单向阀、压缩机及节流装置开闭；其中，热管循环冷凝器及第一单向阀与换热器通过连接管路组成热管模式循环回路；压缩机循环冷凝器、压缩机、节流装置及第二单向阀通过连接管路与换热器组成压缩机制冷模式循环回路。
Description
技术领域
本发明是关于空调、传热学、工程热力学及计算机科学技术，尤其是关于计算机服务器机柜制冷技术，具体的讲是关于一种用于服务器机柜制冷的空调装置。
背景技术
随着信息技术的不断发展，计算机服务器的数量日益增多，众所周知，服务器由于信息处理量大并且长期运行，产热巨大。
现有技术中一般用压缩机循环模式冷凝器及压缩机对机房房间的环境空气进行强化换热，但是压缩机循环模式冷凝器及压缩机本身耗能巨大，而且对机房房间的环境空气的冷却方式并不直接面向产热对象进行冷却，空调送风距离有限，不能有效解决服务器机柜出风口的热点集中问题，冷却效果有限，资源浪费巨大。并且当室外温度较低时，服务器机柜的热风温度与室外温差相对较大，不需要采用压缩机机械制冷的方式来进行冷却，可以利用热管原理实现热量的高密度传递，而且直接面向服务器出热风对象的冷却方式，可以有效解决热点集中的问题，提高直冷效果，节省电能耗费。此时如果用压缩机循环模式冷凝器及压缩机对机房房间的环境空气进行强化换热制冷，反而会事倍功半，浪费资源，无法解决热点集中问题，不能实现节能减排。
发明内容
本发明提供一种用于服务器机柜制冷的空调装置，以实现节能减排。
为了实现一种用于服务器机柜制冷的空调装置，该装置包括：室内机部分、室外机部分及连接管路；其中，所述的室内机部分包括：换热器及感温器；所述的换热器安装于服务器机柜的出风面上，用于蒸发吸热；所述的感温器用于测量服务器吹出的热风的温度及热风经过换热器冷却后的出风温度；所述的室外机部分包括：风机、热管循环模式冷凝器、压缩机循环模式冷凝器、压缩机、节流装置、第一单向阀、第二单向阀及控制器；所述的风机用于为所述的热管循环模式冷凝器及压缩机循环模式冷凝器提供气流；所述的控制器用于控制所述第一单向阀、第二单向阀、压缩机及节流装置开闭；其中，所述热管循环冷凝器及第一单向阀与所述换热器通过所述连接管路组成热管模式循环回路；所述压缩机循环冷凝器、压缩机、节流装置及第二单向阀通过所述连接管路与所述换热器组成压缩机制冷模式循环回路。
进一步地，所述的出风面为服务器机柜的背面、左右侧面或者上下底面。
进一步地，所述的换热器为蒸发器。
进一步地，所述的蒸发器通过服务器自带的风机提供对流换热的气流。
进一步地，所述的室内机部分还包括：室内风机，用于为所述的换热器提供对流换热的气流。
进一步地，所述的控制包括：温度检测设备，用于检测室外温度；信号控制设备，用于根据服务器吹出的热风温度与室外温度的温差控制所述第一单向阀、第二单向阀、压缩机及节流装置开闭。
进一步地，当所述温差高于预设值时，所述信号控制设备控制所述第一单向阀开启，控制所述第二单向阀、压缩机及节流装置关闭，以开启热管模式循环回路，同时关闭压缩机制冷模式循环回路。
进一步地，当所述温差低于预设值或室内热负荷过高时，所述信号控制设备控制所述第一单向阀关闭，控制所述第二单向阀、压缩机及节流装置开启，以关闭热管模式循环回路，同时开启压缩机制冷模式循环回路。
进一步地，安装所述空调装置时，使所述室外机部分作为整体的最低部位的高度高于所述室内机部分作为整体的最高部位高度。
进一步地，所述的连接管路中充注制冷剂工质，所述的制冷剂工质包含R22、R134A或R410A中的一种或多种。
进一步地，所述风机、热管循环模式冷凝器、压缩机循环模式冷凝器、压缩机及节流装置的数量为多个。
进一步地，根据实际设计的需要，室外机对室内机可以采用一拖多的方式。
本发明实施例的有益效果在于，根据服务器吹出的热风温度与室外环境气温的温度差及室内发热负荷等情况切换工作模式，温度差条件满足时热管循环模式优先运行，压缩机制冷模式作为热管模式的备份与补充功能，实现节能减排。
附图说明
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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为本实施例用于服务器机柜制冷的空调装置的结构框图；
图2为本实施例用于服务器机柜制冷的空调装置的设备连接示意图；
图3为本实施例控制器的结构框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本实施例提供一种用于服务器机柜制冷的空调装置，图1为本实施例用于服务器机柜制冷的空调装置的结构框图，图2为本实施例用于服务器机柜制冷的空调装置的设备连接示意图，下面结合图1及图2说明本实施例。
该装置包括：室内机部分101、室外机部分102及连接管路。
室内机部分101包括：换热器103及感温器104。换热器103安装于服务器机柜105的出风面上，用于蒸发吸热。感温器104用于测量服务器吹出的热风的温度及热风经过换热器冷却后的出风温度。
室外机部分102包括：风机106、热管循环模式冷凝器107、压缩机循环模式冷凝器108、压缩机109、节流装置110、第一单向阀111、第二单向阀112及控制器113。热管循环模式冷凝器107及压缩机循环模式冷凝器108共用风机106，风机106可以为热管循环模式冷凝器107及压缩机循环模式冷凝器108同时提供气流。连接管路包括气管连接管114及液管管路115两部分。
由图2可以看出，热管循环冷凝器107及第一单向阀111与换热器103通过气管连接管114及液管管路115组成热管模式循环回路，压缩机循环冷凝器108、压缩机109、节流装置110及第二单向阀112通过气管连接管114及液管管路115与换热器103组成压缩机制冷模式循环回路。
如图3所示，控制器113包括：温度检测设备301及信号控制设备302。
温度检测设备301用于实时检测室外温度。信号控制设备302与感温器104及温度检测设备301连接，获取感温器104检测的服务器吹出的热风温度(一般在35℃以上)及温度检测设备301检测的室外温度，根据服务器吹出的热风温度与室外温度的温差控制第一单向阀111、第二单向阀112的开闭，控制压缩机109及节流装置110启动或停止运行。
当所述温差高于预设值时，信号控制设备302控制所述第一单向阀111开启，控制第二单向阀112关闭，停止压缩机109及节流装置110的运行，以开启热管模式循环回路，同时关闭压缩机制冷模式循环回路。预设值可以根据实际情况设定，比如设定为20度，本发明不以此为限。
当所述温差低于预设值或室内热负荷过高时，信号控制设备302控制第一单向阀111关闭，控制第二单向阀112开启，启动压缩机109及节流装置110，以关闭热管模式循环回路，并开启压缩机制冷模式循环回路。
较佳地，当所述温差低于预设值或者室内热负荷过高时，所述信号控制设备控制第二单向阀112、压缩机109及节流装置110开启，以使热管模式循环回路及压缩机制冷模式循环回路同时处于开启状态。
连接管路中充注制冷剂工质，制冷剂工质在室内机换热器内完成的是由液态到气态的蒸发吸热过程。制冷剂工质可以包含R22、R134A或R410A中的一种或多种，还可以是其它制冷剂工质，本发明不以此为限。
应当注意的是，在安装所述空调装置时，需要使室外机部分作为整体的最低部位的高度高于所述室内机部分作为整体的最高部位高度，以保证空调装置工作在热管循环模式工作时的制冷剂回流重力差。
服务器机柜的出风面为服务器机柜的背面、左右侧面或者上下底面，图2中示出了服务器机柜的出风面为服务器机柜的背面的情况，换热器103安装于服务器机柜的背板116上。
换热器103可以通过服务器自带的风机提供对流换热的气流。可选地，室内机部分还可以单独安装室内风机为换热器103提供对流换热的气流。换热器103可以为蒸发器，制冷剂在室内机换热器内完成的是由液态到气态的蒸发吸热过程。
可选地，风机106、热管循环模式冷凝器107、压缩机循环模式冷凝器108、压缩机109及节流装置110的数量可以分别为多个。并且，根据实际设计的需要，一台室外机可以匹配多台室内机，即室外机对室内机可以采用一拖多的方式。制冷时，可以同时启动多个热管循环模式冷凝器107和/或多个压缩机循环模式冷凝器108，具体的制冷方式与风机106、热管循环模式冷凝器107、压缩机循环模式冷凝器108、压缩机109及节流装置110分别仅为一个时相同，不再赘述。
下面结合图1、图2及图3详细说明本实施例的空调装置如何实现服务器机柜热风的精确制冷。
本发明实施例的空调装置在室外温度满足的条件下优先运行热管循环模式，制冷剂工质在室内的换热器103与室外机的热管循环模式冷凝器107之间形成封闭的蒸发-冷凝的气液相变循环，将热量从室内带到室外，完成对服务器吹出的热风的降温冷却作用。在全年大部分时间无需使用压缩机运转来制冷，当服务器吹出的热风温度与室外温度的温差低于预设值时才启用压缩机循环制冷模式。
控制器113中的信号控制设备302实时检测感温器104及温度检测设备302的温度变化，并计算二者的温差，当二者的温差低于预设值或者室内热负荷过高时，信号控制设备302将会向第一单向阀111发出关闭信号关闭第一单向阀111，并同时向第二单向阀112，启动压缩机109及节流装置110发出驱动信号开启第二单向阀112，启动压缩机109及节流装置110。此时热管模式循环回路将被关闭，压缩机制冷模式循环回路将开启，空调装置通过压缩机制冷模式循环回路对服务器吹出的热风进行降温。连接管路中的制冷剂工质在压缩机的强制压缩循环下，在室外机压缩机循环模式冷凝器108与室内换热器103，压缩机109，节流装置110之间完成蒸发-压缩-冷凝-节流的气液相变循环，将热量从室内带到室外，完成对服务器吹出的热风的降温冷却作用。
在某种情况下，比如服务器吹出的热风温度与室外温度的温差低于预设值很多或者室内热负荷极高，单单依靠压缩机制冷模式循环回路难以很好的对服务器吹出的热风进行降温，空调装置也可以不关闭热管模式循环回路，而使热管模式循环回路及压缩机制冷模式循环回路同时处于开启状态。此时，需要信号控制设备302控制第二单向阀112、压缩机109及节流装置110开启，并保持第一单向阀111的开启状态，以使热管模式循环回路及压缩机制冷模式循环回路同时处于开启状态。连接管路中的制冷剂工质在室内的换热器103与室外机的热管循环模式冷凝器107之间形成封闭的蒸发-冷凝的气液相变循环，将热量从室内带到室外，完成对服务器吹出的热风的降温冷却作用。同时，连接管路中的制冷剂工质在压缩机的强制压缩循环下，在室外机压缩机循环模式冷凝器108与室内换热器103，压缩机109，节流装置110之间完成蒸发-压缩-冷凝-节流的气液相变循环，将热量从室内带到室外，完成对服务器吹出的热风的降温冷却作用。
当所述温差高于预设值时，只依靠热管模式循环回路就能很好的对服务器吹出的热风进行降温，此时不需要利用压缩机制冷模式循环回路对服务器吹出的热风进行降温。
如果当所述温差高于预设值时，只有压缩机制冷模式循环回路出于开启状态，信号控制设备302需要控制第一单向阀111开启，控制第二单向阀112关闭，停止压缩机109及节流装置110的运行，以开启热管模式循环回路，同时关闭压缩机制冷模式循环回路。连接管路中的制冷剂工质在室内的换热器103与室外机的热管循环模式冷凝器107之间形成封闭的蒸发-冷凝的气液相变循环，将热量从室内带到室外，完成对服务器吹出的热风的降温冷却作用。
但是如果当所述温差高于预设值时，热管模式循环回路及压缩机制冷模式循环回路同时处于开启状态，只需要关闭压缩机制冷模式循环回路即可。此时，信号控制设备302只需要控制第二单向阀112关闭，停止压缩机109及节流装置110的运行，以关闭压缩机制冷模式循环回路。连接管路中的制冷剂工质在室内的换热器103与室外机的热管循环模式冷凝器107之间形成封闭的蒸发-冷凝的气液相变循环，将热量从室内带到室外，完成对服务器吹出的热风的降温冷却作用。
综上所述，本发明实施例的有益效果在于：
本发明空调装置制冷特点在于直接面向热对象的精确制冷，即将换热器安装于服务器的热风出风口处，服务器的热风经过换热器即被冷却降温。
本发明创新性的将室内机与机柜的柜门背板做成一体化设计，可以做到对热风对象的精确制冷，在利用自然冷源模式与压缩机强制循环模式之间自动切换，即做到了面向热对象的精确制冷，又有效地节约了能源消耗。
根据服务器吹出的热风温度与室外环境气温的温度差及室内发热负荷等情况切换工作模式，温度差条件满足时热管循环模式优先运行，压缩机制冷模式作为热管模式的备份与补充功能，实现节能减排。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于服务器机柜制冷的空调装置，其特征在于，所述的装置包括：室内机部分、室外机部分及连接管路；其中
所述的室内机部分包括：换热器及感温器；所述的换热器安装于服务器机柜的出风面上，用于蒸发吸热；所述的感温器用于测量服务器吹出的热风的温度及热风经过换热器冷却后的出风温度；
所述的室外机部分包括：风机、热管循环模式冷凝器、压缩机循环模式冷凝器、压缩机、节流装置、第一单向阀、第二单向阀及控制器；所述的风机用于为所述的热管循环模式冷凝器及压缩机循环模式冷凝器提供气流；所述的控制器用于控制所述第一单向阀、第二单向阀、压缩机及节流装置开闭；
其中，所述热管循环冷凝器及第一单向阀与所述换热器通过所述连接管路组成热管模式循环回路；所述压缩机循环冷凝器、压缩机、节流装置及第二单向阀通过所述连接管路与所述换热器组成压缩机制冷模式循环回路。
2.根据权利要求1所述的用于服务器机柜制冷的空调装置，其特征在于，所述的出风面为服务器机柜的背面、左右侧面或者上下底面。
3.根据权利要求1所述的用于服务器机柜制冷的空调装置，其特征在于，所述的服务器通过服务器自带的风机提供对流换热的气流。
4.根据权利要求1所述的用于服务器机柜制冷的空调装置，其特征在于，所述的室内机部分还包括：室内风机，用于为所述的换热器提供对流换热的气流。
5.根据权利要求1所述的用于服务器机柜制冷的空调装置，其特征在于，所述的控制器包括：
温度检测设备，用于检测室外温度；
信号控制设备，与所述的感温器及温度检测设备连接，用于根据服务器吹出的热风温度与室外温度的温差控制所述第一单向阀、第二单向阀、压缩机及节流装置开闭。
6.根据权利要求5所述的用于服务器机柜制冷的空调装置，其特征在于，当所述温差不低于预设值时，所述信号控制设备控制所述第一单向阀开启，控制所述第二单向阀、压缩机及节流装置关闭，以开启热管模式循环回路，同时关闭压缩机制冷模式循环回路。
7.根据权利要求5所述的用于服务器机柜制冷的空调装置，其特征在于，当所述温差低于预设值或者室内热负荷过高时，所述信号控制设备控制所述第一单向阀关闭，控制所述第二单向阀、压缩机及节流装置开启，以关闭热管模式循环回路，同时开启压缩机制冷模式循环回路。
8.根据权利要求5所述的用于服务器机柜制冷的空调装置，其特征在于，当所述温差低于预设值或者室内热负荷过高时，所述信号控制设备控制所述第二单向阀、压缩机及节流装置开启，以使热管模式循环回路及压缩机制冷模式循环回路同时处于开启状态。
9.根据权利要求1-8中任一权利要求所述的用于服务器机柜制冷的空调装置，其特征在于，安装所述空调装置时，使所述室外机部分作为整体的最低部位的高度高于所述室内机部分作为整体的最高部位高度。
10.根据权利要求1-8中任一权利要求所述的用于服务器机柜制冷的空调装置，其特征在于，所述的连接管路中充注制冷剂工质，所述的制冷剂工质包含R22、R134A或R410A中的一种或多种。
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