CN105026845B - 数据中心的冷却机构 - Google Patents
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Abstract
本发明的技术课题在于开发一种新颖的数据中心的冷却机构，该数据中心的冷却机构能够以低运行成本运用，能够排除粉尘的进入、水滴的产生、水的泄漏，减轻室内空间的温度不均匀，而且即使在发生火灾的情况下也能够进行迅速且损失较少的灭火。该数据中心的冷却机构的特征在于，构成为：在数据中心室外配置有蒸发式冷凝器和液体接收器，另一方面，在数据中心的室内空间配置有蒸发器，利用所述蒸发器内的制冷剂的蒸发进行对室内空间的冷却，并且利用所述蒸发式冷凝器进行对制冷剂的冷凝。
Description
技术领域
本发明涉及数据中心的冷却机构，尤其涉及能够明显降低耗电量的数据中心的冷却机构。
背景技术
对于设置有许多服务器、网络设备等IT设备(散热设备)的数据中心，为了稳定地运用IT设备，必须使用用于进行冷却的冷却机构，以使该数据中心的温度不会为规定的温度(27℃～30℃左右)以上。
在这样的数据中心的室内空间，除维护时之外，有人的时间非常短，换气量也较少，因此潜热负荷较低，另一方面，来自散热设备的散热量很大，因此显热负荷较高，并且成为在室内整个范围内存在有负荷的状态。
于是，在现状下，作为所述冷却机构，利用鼓风装置将由冷却装置生成的冷气输送至散热设备这样的结构成为主流(参照例如专利文献1)。
然而，这样的方式的冷却机构存在如下的问题：鼓风量庞大，鼓风距离较长，因此鼓风机的耗电量很大；需要供鼓风所用的较大的空间；以及由于要将较宽广的空间全部冷却，因此会出现温度不均匀，等等。
另外，除所述那样的方式以外，还实际存在以围绕散热设备的方式形成循环路径并且使冷却介质在该循环路径内循环的水冷式冷却机构，但对于这样的水冷式冷却机构，无法彻底排除在发生液体泄漏的情况下导致IT设备损伤这样的风险，因此不一定适合要求稳定性、可靠性的数据中心。
如所述那样，在现状下，为了稳定地运用数据中心，还没有找到充分满足以下两个条件的冷却机构，即：防止粉尘的进入、水滴的产生、水的泄漏；以及降低电力等的运行成本。
另外，在因漏电等而在数据中心发生火灾时，会利用喷水灭火装置等进行放水，因此还存在这样的问题：不仅起火附近的设备无法使用，连其他的设备也无法使用，导致庞大的数据消失。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011－242077公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明是考虑到这样的背景而做成的，综合性地考察如下状况，即涉及需要的冷却温度比较高、潜热负荷较少、而显热负荷较大且产生源影响范围较广的状况等，其结果，在想要更积极有效地利用外部空气条件的想法下，以开发一种新颖的数据中心的冷却机构为技术课题，该冷却机构能够以低运行成本运用，能够排除粉尘的进入、水滴的产生、水的泄漏，减轻室内空间的温度不均匀，而且即使在发生火灾的情况下也能够迅速且损失较少地进行灭火。
用于解决问题的方案
即，技术方案1所述的数据中心的冷却机构的特征在于，该数据中心的冷却机构构成为：在数据中心室外配置有蒸发式冷凝器和液体接收器，另一方面，在数据中心的室内空间配置有蒸发器，利用所述蒸发器内的制冷剂的蒸发进行对室内空间的冷却，并且利用所述蒸发式冷凝器进行对制冷剂的冷凝。
并且，在以上所述技术特征的基础上，技术方案2所述的数据中心的冷却机构的特征在于，该数据中心的冷却机构是通过将第一冷却循环流路和第二冷却循环流路配置为并列状态而成的，该第一冷却循环流路包括所述蒸发式冷凝器、液体接收器和蒸发器，该第二冷却循环流路包括压缩机、冷凝器和蒸发器。
而且，在所述技术方案1所述的技术特征的基础上，技术方案3所述的数据中心的冷却机构的特征在于，该数据中心的冷却机构构成为：配置有一次冷却循环流路和二次冷却循环流路，一次冷却循环流路被配置在数据中心室外，该一次冷却循环流路包括可变速涡轮式压缩机、蒸发式冷凝器、高压液体接收器、液面控制机构、低压液体接收器和级联冷凝器(日文：カスケードコンデンサ)，在二次冷却循环流路中，利用配管将液体接收器、液泵与配置在数据中心的室内空间的蒸发器连接起来而形成环形回路，并在蒸发器的下游且是在所述级联冷凝器内使作为二次制冷剂的二氧化碳冷凝，在所述一次冷却循环流路中，在蒸发式冷凝器的冷凝温度为规定温度以下时，在不使所述压缩机工作的前提下使一次制冷剂循环，利用二次冷却循环流路中的在级联冷凝器内冷凝后的二次制冷剂进行对室内空间的冷却。
而且，在所述技术方案1所述的技术特征的基础上，技术方案4所述的数据中心的冷却机构的特征在于，该数据中心的冷却机构构成为：配置有一次冷却循环流路和二次冷却循环流路，一次冷却循环流路配置在数据中心室外，该一次冷却循环流路包括容积式压缩机、蒸发式冷凝器、高压液体接收器、液面控制机构、低压液体接收器和级联冷凝器，并且设有绕过所述压缩机的旁通管路，在二次冷却循环流路中，利用配管将液体接收器、液泵与配置在数据中心的室内空间的蒸发器连接起来而形成环形回路，并在蒸发器的下游且是在所述级联冷凝器内使作为二次制冷剂的二氧化碳冷凝，在所述一次冷却循环流路中，在蒸发式冷凝器的冷凝温度为规定温度以下时，使压缩机停止并且将避开该压缩机的旁通管路打开，从而在不使所述压缩机工作的前提下使一次制冷剂循环，利用二次冷却循环流路中的在级联冷凝器内冷凝后的二次制冷剂进行对室内空间的冷却。
而且，在所述技术方案3或4所述的技术特征的基础上，技术方案5所述的数据中心的冷却机构的特征在于，在所述二次冷却循环流路中的液体接收器上连接蒸发式冷凝器。
而且，在所述技术方案5所述的技术特征的基础上，技术方案6所述的数据中心的冷却机构的特征在于，将所述级联冷凝器内置于二次冷却循环流路中的液体接收器中。
而且，在以上所述技术特征的基础上，技术方案7所述的数据中心的冷却机构的特征在于，该数据中心的冷却机构构成为能够向室内空间喷出所述制冷剂。
而且，在以上所述技术特征的基础上，技术方案8所述的数据中心的冷却机构的特征在于，该数据中心的冷却机构具有这样的构造：所述蒸发器由能发挥逆烟囱效应的形态的立式分隔壁包围起来，将蒸发器附近的空气冷却，从而能够在不使用风扇的前提下将位于数据中心室内空间的上部的高温空气高效地向蒸发器吸引，该高温空气在被冷却后，被向下方排出。
而且，在所述技术方案8所述的技术特征的基础上，技术方案9所述的数据中心的冷却机构的特征在于，在所述分隔壁的下部具有伸缩部。
发明的效果
首先，采用技术方案1所述的发明，能够在一年内的较长的时间内，利用蒸发式冷凝器以足够低的温度进行对制冷剂的冷凝，因此能够以耗电量得到抑制的低成本运用冷却机构，并且能够降低初始成本。
并且，采用技术方案2所述的发明，通常，仅利用第一冷却循环流路进行运转，在仅通过第一冷却循环流路无法维持冷却时，使具有压缩机的第二冷却循环流路运转，从而能够可靠地防止室内空间内的温度上升。而且，通过使第一冷却循环流路与第二冷却循环流路同时运转，能够减轻压缩机的负荷，实现削减耗电量。
并且，采用技术方案3所述的发明，在蒸发式冷凝器的冷凝温度低于规定温度的情况下，在不使可变速涡轮式压缩机工作的前提下进行使制冷剂循环的运转，从而能够在不产生可变速涡轮式压缩机的耗电量的前提下在冷凝器内充分进行来自制冷剂的散热和制冷剂的冷凝。其结果，能够显著降低运行成本。
并且，在蒸发式冷凝器的冷凝温度高于规定温度的情况下，能够控制可变速涡轮式压缩机而高效地运转，以使室内空间的温度成为规定温度。并且，与气冷式冷凝器、使用经冷却塔冷却了的冷却水进行冷凝的管壳式冷凝器相比，蒸发式冷凝器的冷凝温度能够分别降低5℃左右和10℃左右。这不仅能够减少制冷机消耗的电力而且还能够缩短制冷机运转的时间，是非常大的节能要素。
并且，即使可变速涡轮式压缩机停止运转，制冷剂气体也能够自由地经过压缩机内，因此基于冷凝温度的与运转、停止相关的其他控制变得简单。
并且，能够在不导入外部空气的前提下利用配管内的制冷剂有效地将数据中心的室内空间内的热量排出到外部，因此能够有效地防止粉尘进入室内空间内、在室内空间内产生水滴。
另外，在级联冷凝器之后的二次冷却循环流路利用价格便宜、稳定、容易买到、热输送性能高、对自然温和的二氧化碳作为二次制冷剂，从而能够降低设备成本，实现高效的冷却机构。
并且，采用技术方案4所述的发明，即使在采用容积式压缩机作为压缩机的情况下，也能够与技术方案1同样地在不使压缩机工作的前提下进行使制冷剂循环的运转。
另外，在级联冷凝器之后的二次冷却循环流路利用价格便宜、稳定、容易买到、热输送性能高、对自然温和的二氧化碳作为二次制冷剂，从而能够降低设备成本，实现高效的冷却机构。
而且，采用技术方案5所述的发明，通常，使一次冷却循环流路停止，仅利用与二次冷却循环流路的液体接收器连接的蒸发式冷凝器进行对制冷剂的冷凝，在仅通过该蒸发式冷凝器无法维持冷却时，使具有压缩机的一次冷却循环流路运转，从而能够可靠地防止室内空间内的温度上升。而且，通过使蒸发式冷凝器与一次冷却循环流路同时运转，能够减轻压缩机的负荷，实现削减耗电量。
而且，采用技术方案6所述的发明，将级联冷凝器内置于液体接收器，因此，在使用二氧化碳作为二次制冷剂的情况下，即使在作为级联冷凝器的构成要素的板式冷却器(日文：プレートクーラ)的耐压性较低的情况下，也由于二次制冷剂的冷凝是在密闭的液体接收器内进行的，因此显然压力差较小，能够安全且稳定地进行冷凝。
而且，采用技术方案7所述的发明，在发生火灾的情况下，在数据中心室内的人员的避难结束并且确认数据中心室内为无人状态之后，向室内空间喷出二氧化碳，从而能够迅速救火，能够避免除起火设备以外的损伤。
并且，采用技术方案8所述的发明，通过冷却蒸发器附近的空气，而利用逆烟囱效应高效地产生循环流、即将上方的热气吸入分隔壁内，之后将其变为冷气向下方排出，即使没有风扇、鼓风机等鼓风设备也能够发挥蒸发器的性能。若将这样的蒸发器配置在作为热负荷产生源的电子器件等的上方附近，则能够不用风扇、鼓风机等鼓风设备而削减耗电量、并且比较均匀地冷却宽阔的数据中心内空间。
而且，采用技术方案9所述的发明，能够通过使用伸缩部而使分隔壁的下端部位于更靠下方的位置，能够进一步提高所述逆烟囱效应。
附图说明
图1是表示构成为包括可变速涡轮式压缩机的数据中心的冷却机构的示意图。
图2是表示设有旁通路径的冷却机构的示意图。
图3是表示分隔壁所具有的伸缩部在收缩时和伸长时的样子的示意图。
图4是表示构成为仅通过蒸发式冷凝器进行对数据中心的冷却的冷却机构的示意图。
图5是表示包括第一冷却循环流路和与该第一冷却循环流路成并列状态的第二冷却循环流路的冷却机构的示意图。
图6是表示构成为能够利用蒸发式冷凝器进行对二次冷却循环流路的制冷剂的冷凝的冷却机构的示意图。
图7是表示构成为能够利用蒸发式冷凝器进行对二次冷却循环流路的制冷剂的冷凝，并且将级联冷凝器内置于二次冷却循环流路的液体接收器的冷却机构的示意图。
具体实施方式
本发明的数据中心的冷却机构以以下的实施例所示的内容为最佳形态之一，并且也包括基于该技术思想改变的形态。
实施例
首先，作为本发明的应用对象的数据中心D是许多服务器、网络设备等IT设备以被收纳于适当的架子中的状态进行设置的设施。其中，对于所述IT设备，着眼于其散热特性，以下将其称作散热设备R。
本发明的数据中心D的冷却机构1(以下，简称为冷却机构1)构成为：在数据中心D室外配置有蒸发式冷凝器12和液体接收器，另一方面，在数据中心D的室内空间S配置有蒸发器17，利用因所述蒸发器17内的制冷剂的蒸发而生成的冷气A1进行对室内空间S(散热设备R)的冷却，并且利用所述蒸发式冷凝器12进行对制冷剂的冷凝。
另外，在以下所示的作为基本的实施例(图1、图2)中要说明的冷却机构1构成为：能够在蒸发式冷凝器12的冷凝温度高于规定温度的情况下，使压缩机11工作，进行使制冷剂循环的运转，另一方面，能够在蒸发式冷凝器12的冷凝温度低于规定温度的情况下，在不使压缩机11工作的前提下进行使制冷剂循环的运转。
以下，针对冷却机构1的结构不同的每个实施例进行说明。
〔压缩机为可变速涡轮式压缩机的实施例〕
首先，说明由技术方案3所定义的、并且在图1中示出的实施例，在该实施例中示出的冷却机构1为这样的机构：将热泵单元10中的制冷剂的流路设为一次冷却循环流路10A和二次冷却循环流路10B，在上述循环流路中循环的制冷剂在级联冷凝器19内进行热交换，并且被冷却而液化了的二次制冷剂经过蒸发器17，从而生成冷气A1。另外，设在后述的低压液体接收器15与蒸发式冷凝器12之间的压缩机11为可变速涡轮式压缩机。
所述一次冷却循环流路10A形成为环形回路，是压缩机11、高压液体接收器13、液面控制机构14、低压液体接收器15、级联冷凝器19以及作为冷凝器的蒸发式冷凝器12利用往复管路以能够循环的方式连接而成的，并且以氟利昂、氨、二氧化碳等为制冷剂。其中，所述高压液体接收器13作为制冷剂的缓冲器发挥作用，但也可以是，直接利用管路将蒸发式冷凝器12与液面控制机构14之间连结起来，使该管路实际上作为高压液体接收器13发挥作用。
另外，所述二次冷却循环流路10B形成为环形回路，是级联冷凝器19、液体接收器19A、液泵16、流量调整阀17a和蒸发器17利用往复管路以能够循环的方式连接而成的，并且以二氧化碳为制冷剂。
另外，在数据中心D的室内空间S设置有散热设备R，在该实施例中，作为一例，在室内空间S的上部设置蒸发器17。需要说明的是，蒸发器17的设置部位并不限定于室内空间S的上部，能够根据散热设备R、室内空间S的形态设置在适当的部位。
此外，这样的一次冷却循环流路10A和二次冷却循环流路10B能被适当的控制装置控制，作为一例，利用适当的传感器检测级联冷凝器19附近的二次制冷剂的压力，根据该检测值进行对压缩机11、蒸发式冷凝器12的风扇等的运转状态等的控制，以进行目标控制。另外，检测二次制冷剂的温度，根据该检测值进行对压缩机11、蒸发式冷凝器12的风扇等的运转状态等的控制，以进行目标控制。
另外，以围绕所述蒸发器17的方式设有分隔壁18，该分隔壁18是用于使室内空间S内产生自然循环(逆烟囱效应)的构件，该自然循环是指使由蒸发器17生成的冷气A1自分隔壁18的下部开口部下降，并且将由散热设备R生成的热气A2自分隔壁18的上部开口部吸入分隔壁18的内部并向蒸发器17引导。其中，图示有所省略，可以在分隔壁18内配置多个蒸发器17。
另外，在该实施例中，散热设备R为IT设备被收纳于适当的架子中的状态，考虑到各IT设备包括风扇，例如如图1所述那样使彼此相面对的散热设备R的排气方向相面对，并且仅在散热设备R的吸气侧面的上方设置蒸发器17和分隔壁18。
另外，构成为：在所述分隔壁18的下部设有图3所示那样的伸缩部18a，通过调节该伸缩部18a的伸长程度，能够调整分隔壁18内的冷气A1的实际的下降路径长度。因此，通过使伸缩部18a的下端位于比散热设备R的最高部靠下方的位置，能够增强逆烟囱效应并且使冷气A1可靠地到达地面。其中，所述伸缩部18a能够采用由布状构件构成为帘样、由板状构件构成等适当的形态。
在该实施例中示出的本发明的冷却机构1具有以上所述的结构，该冷却机构1如以下那样进行工作，从而进行对数据中心D的室内空间S以及散热设备R的冷却。需要说明的是，在以下的说明中示出的温度条件表示一个例子，能够根据散热设备R的容许温度等进行变动。
(1)蒸发式冷凝器的冷凝温度高于规定温度的情况
首先，在冷凝温度高于规定温度的情况(作为一例，在热气A2的温度为30℃，生成25℃的冷气A1时，冷凝温度为20℃以上的情况)下，使压缩机11工作，进行使制冷剂循环的运转。
并且，当启动压缩机11时，在级联冷凝器19蒸发的制冷剂(20℃以下)被压缩，之后进入蒸发式冷凝器12进行冷凝、液化(20℃以上)，之后向高压液体接收器13流下。以利用液面控制机构14将低压液体接收器15的液面保持为恒定的方式自高压液体接收器13向低压液体接收器15适当地供给被储存于高压液体接收器13的液态制冷剂。低压液体接收器15还具有液体分离器的作用，将气态的制冷剂气体输送至压缩机11，从而使送往级联冷凝器19的液态制冷剂的温度降低至接近蒸发温度的温度(20℃以下)。储存于低压液体接收器15的液态制冷剂被输送至级联冷凝器19而蒸发，成为气液混相状态并返回至低压液体接收器15，仅气体状态的制冷剂返回至压缩机11。
另一方面，在级联冷凝器19被冷却的二次制冷剂冷凝液化，向液体接收器19A流下，之后被液泵16抽吸、排出，到达蒸发器17，从而一部分蒸发并以气液混合状态返回至液体接收器19A，仅气体状的气体被吸引至级联冷凝器19而被冷却并进行冷凝液化，之后再次返回至液体接收器19A。
对于蒸发器17而言，冷却周围的空气而生成冷气A1，利用逆烟囱效应产生向下方推压冷气A1使其流动的自然循环流，并且吸入位于室内空间S内的上部空间的温度较高的热气A2。
像这样，在蒸发式冷凝器12的冷凝温度高于规定温度的情况下，使可变速涡轮式压缩机11运转，从而使低压液体接收器15的温度(几乎与蒸发温度相同)为20℃以下。此时，液体接收器19A的温度与低压液体接收器15的温度之差被控制为极小。
另一方面，由所述蒸发器17生成的冷气A1在分隔壁18内下降，不久就自分隔壁18(伸缩部18a)的下端的开口部向室内空间S的地面排出。此时，通过使分隔壁18(伸缩部18a)的下端位于比散热设备R的最高部靠下方的位置，能够将热气A2与冷气A1之间的冲突制止为最小限度，能够使冷气A1可靠地到达地面。另外，在图中，分隔壁18的下部外周部不与散热设备R接触，因此在该部分存在空间，但通过设为分隔壁18的外周部与散热设备R接触的状态，能够避免出现热气A2被自该空间向下方吸引这样的情况。
于是，冷气A1吸收由散热设备R放射出的热量而成为热气A2，并在室内空间S内上升。此时，分隔壁18所面对的空间形成热气A2的上升路径，因此，热气A2不会被冷气A1、室内空间S内的气氛阻碍，能够顺利地到达顶部附近。
接着，位于顶部附近的热气A2随着分隔壁18内的冷气A1的下降而被自分隔壁18的上部开口部吸入，不久就与蒸发器17接触而成为冷气A1。像这样，位于顶部附近的温度最高的状态的热气A2被导入分隔壁18，因此能够将冷却机构1的冷却效果发挥到最大限度。
像这样，本发明的冷却机构1能够在不需要风扇、鼓风机等鼓风设备的前提下在室内空间S内产生如下这样的自然循环(逆烟囱效应)，即，将热气A2自分隔壁18的上部开口部吸入分隔壁18的内部并引导向蒸发器17，并且使冷气A1下降，因此不需要用于鼓风、循环的设备，能够实现耗电量的大幅度降低。并且，能够在不导入外部空气的前提下利用热泵单元10有效地将数据中心D的室内空间S内的热量排出到外部，因此能够有效地防止粉尘进入室内空间S内、以及在室内空间S内产生水滴。并且，能够控制可变速涡轮式压缩机11而高效地运转，以使室内空间S的温度成为规定温度。
(2)蒸发式冷凝器的冷凝温度低于规定温度的情况
接着，在蒸发式冷凝器12的冷凝温度低于规定温度的情况(作为一例，在热气A2的温度为30℃，生成25℃的冷气A1时，蒸发式冷凝器12的冷凝温度小于20℃的情况)下，在不使可变速涡轮式压缩机11工作的前提下进行使制冷剂循环的运转。
即，在该情况下，动力被停止的可变速涡轮式压缩机11并不作为压缩机发挥作用，仅作为制冷剂的流路发挥作用。另外，由于压缩机11不发挥作用，因此制冷剂的压力不会成为高压，液面控制机构14实际上发挥对高压液体接收器13与低压液体接收器15之间的液头差(日文：液ヘッド差)进行设定的作用。由此，设定与液面压头差相应的流量，也就是说作为流量调整阀发挥作用。
另外，自级联冷凝器19经过压缩机11的气体状态的制冷剂在蒸发式冷凝器12内放出热量而冷凝(小于20℃)，成为液相状态，并向高压液体接收器13流下。接着，液相状态的制冷剂经由液面控制机构14被送往低压液体接收器15，通过自然循环被加压输送至级联冷凝器19，一部分蒸发并再次返回至低压液体接收器15，进行气液分离而仅使气态的制冷剂气体返回至蒸发式冷凝器12。
另一方面，在级联冷凝器19被冷却的二次制冷剂冷凝液化，向液体接收器19A流下，之后被液泵16抽吸、排出，到达蒸发器17，从而一部分蒸发并以气液混合状态返回至液体接收器19A，仅气体状的气体被吸引至级联冷凝器19而被冷却并进行冷凝液化，之后再次返回至液体接收器19A。
并且，在蒸发器17被冷却的空气(冷气A1)如上述那样利用逆烟囱效应在室内空间S内自然循环而实现目标冷却。
其中，即使在日本国内的东京以南的地区，也能够在生成25℃的冷气A1的情况下，在除夏季以外的季节进行这样的不使可变速涡轮式压缩机11工作的运转，需要进行使所述压缩机11工作的运转的时间在一年内为90天左右。
另外，利用分隔壁18产生自然循环的情况与使所述压缩机11工作的运转时的情况相同，因此在此省略记载。
〔压缩机为容积式压缩机并且设有旁通路径的实施例〕
接着，如技术方案4所定义、并且在图2中示出的那样，在该实施例中示出的冷却机构1中，设在低压液体接收器15与蒸发式冷凝器12之间的压缩机11为容积式压缩机。
并且，利用制冷剂的旁通管路152进行使压缩机11工作而使制冷剂循环的运转、和在不使压缩机11工作的前提下使制冷剂循环的运转之间的切换。
另外，图2所示的冷却机构1与图1所示的冷却机构1基本结构相同，因此，在此仅对结构不同的部分进行说明。
具体而言，设有能够使制冷剂避开容积式压缩机11而进行循环的旁通管路152，包括用于选择制冷剂的流路的阀V1～阀V4(也可以仅包括阀V1、阀V2)。
在该实施例中示出的本发明的冷却机构1具有以上所述的结构，该冷却机构1如以下那样工作来进行对数据中心D的室内空间S以及散热设备R的冷却。
(1)蒸发式冷凝器的冷凝温度高于规定温度的情况
首先，在蒸发式冷凝器12的冷凝温度高于规定温度的情况(作为一例，在热气A2的温度为30℃，生成25℃的冷气A1时，蒸发式冷凝器的冷凝温度为20℃以上的情况)下，使压缩机11工作，进行使制冷剂循环的运转。
具体而言，关闭阀V1、阀V3，打开阀V2、阀V4，从而选择制冷剂经过压缩机11的流路。
之后，当启动压缩机11时，被吸入压缩机11的气体状态的制冷剂(与压力相当的饱和温度(20℃以下))在被压缩之后冷凝。即，制冷剂在蒸发式冷凝器12内放出热量而进行冷凝、液化，之后，向高压液体接收器13流下，经由液面控制机构14流入低压液体接收器15。低压液体接收器15的压力为与压缩机11的吸入压力大致相同的压力，并且也与蒸发压力(与20℃相当的饱和压力)大致相同。储存于低压液体接收器15的液态制冷剂被输送至级联冷凝器19，一部分蒸发之后返回至低压液体接收器15，而被分离成液体和气体，仅气体返回至压缩机11。需要说明的是，二次冷却循环流路10B和蒸发器17的功能等与之前的实施例的相同，因此在此省略说明。
(2)蒸发式冷凝器的冷凝温度低于规定温度的情况
接着，在蒸发式冷凝器12的冷凝温度低于规定温度的情况(作为一例，在热气A2的温度为30℃，生成25℃的冷气A1时，蒸发式冷凝器12的冷凝温度小于20℃的情况)下，在不使压缩机11工作的前提下进行使制冷剂循环的运转。
具体而言，停止压缩机11并且打开阀V1、阀V3，关闭阀V2、阀V4，从而选择制冷剂不经过压缩机11的流路。
于是，自级联冷凝器19经过旁通管路152的气体状态的制冷剂在蒸发式冷凝器12内放出热量而进行冷凝、液化，之后向高压液体接收器13流下。储存于高压液体接收器13的液态制冷剂经由液面控制机构14流入低压液体接收器15，接着到达级联冷凝器19，一部分蒸发而成为气液混合状态并返回至低压液体接收器15，仅使气态状态的制冷剂气体返回至蒸发式冷凝器12。
需要说明的是，二次冷却循环流路10B和蒸发器17的功能等与之前的实施例的相同，因此在此省略说明。
这样，在蒸发式冷凝器12的冷凝温度低于规定温度的情况下，即使不使压缩机11工作，也会在蒸发式冷凝器12内使制冷剂在20℃以下的温度下冷凝，因此能够在不使压缩机11运转的前提下进行对数据中心D的室内空间S的冷却。
其中，在所述两个实施例中，使用二氧化碳作为二次冷却循环流路10B的制冷剂，二氧化碳的沸点较低，能够在较高的压力下运用，因此能够使热泵单元10的配管为细径的配管，能够降低初始成本，并且能够容易进行施工。
另外，由于采用二氧化碳作为制冷剂，因此，通过在位于数据中心D的室内空间S内的配管部分设置喷出阀V5，从而能够在发生火灾时使室内空间S内充满二氧化碳，而能够迅速地救火，能够避免除起火设备以外的损伤。
在考虑到这样的灭火的情况下，如果具有两个系统的热泵单元10，在一个热泵单元10被用于灭火之后，利用另一个热泵单元10继续进行对散热设备R的冷却，则能够将数据中心D的功能停止状态制止为最小限度。
并且，采用在该实施例中示出的冷却机构1，能够实现COP的良好的运转。并且，在二次冷却循环流路10B中没有使用压缩机11，因此能够避免因油的混入等而导致蒸发器17的性能降低。而且在使用灭火功能时也可以不用担心因冷冻机油导致的污染。
另外，在所述两种实施例以及权利要求书中，明确了采用蒸发式冷凝器12作为冷凝器的情况。然而，若从根本的技术思想而言，根据外部空气条件的不同，也能够使用除蒸发式冷凝器12以外的冷凝器、例如气冷式冷凝器、使用经冷却塔冷却了的水的管壳式冷凝器。在该情况下，即使是相同的外部空气温度的条件，冷凝温度也较高，因此，与采用蒸发式冷凝器12的情况相比，能够在不使用压缩机11的前提下将数据中心D的室内空间S冷却到适当温度的时间缩短。在北海道那样的寒冷地区，也存在使用这些冷凝器的冷却机构1有利的情况。
〔其他的实施例〕
本发明以所述两种实施例为基本的实施例，但也能够基于本发明的技术思想采用以下所示那样的实施例。需要说明的是，在以下的实施例中，省略了所述喷出阀V5的说明，但也可以与基本的实施例同样地设置喷出阀V5。
首先，在位于高纬度的国家或者日本国内的北海道那样的寒冷地区的情况下，也能够常年不使用压缩机11而仅通过蒸发式冷凝器12的作用进行对数据中心D的冷却，能够采用针对这样的运转进行特别设计的结构。
具体而言，如图4所示，能够采用这样的结构：在数据中心D室外配置有蒸发式冷凝器12和低压液体接收器15，另一方面，在数据中心D的室内空间S配置有蒸发器17，利用因所述蒸发器17内的制冷剂的蒸发而生成的冷气A1进行对室内空间S的冷却，并且利用所述蒸发式冷凝器12进行对制冷剂的冷凝。另外，利用液泵16自低压液体接收器15向蒸发器17供给制冷剂。
并且，在采用这样的结构的情况下，由于常年利用蒸发式冷凝器12进行对制冷剂的冷凝，因此能够以耗电量得到抑制的低成本运用冷却机构1，并且能够降低初始成本。
其中，在像这样采用图4所示的结构的情况下，近年来，因地球温室效应的影响等，出现各地最高气温发生变化等情况，担心出现完全出乎意料的高温状态，因此也能够采用能够确保数据中心D的稳定运用那样的冷却机构1的结构。
具体而言，如图5所示，采用将第一冷却循环流路10C和第二冷却循环流路10D配置为并列状态的形态，该第一冷却循环流路10C包括图4所示的蒸发式冷凝器12、低压液体接收器15和蒸发器17，该第二冷却循环流路10D包括压缩机11、冷凝器12a(蒸发式)和蒸发器17。另外，在第二冷却循环流路10D的将冷凝器12a与蒸发器17连结起来的管路的靠蒸发器17的部位设有膨胀阀17b。
并且，在采用这样的结构的情况下，通常，仅利用第一冷却循环流路10C进行运转，在仅通过第一冷却循环流路10C无法维持冷却时，使具有压缩机11的第二冷却循环流路10D运转，从而能够可靠地防止室内空间S内的温度上升。而且，通过使第一冷却循环流路10C与第二冷却循环流路10D同时运转，能够减轻压缩机11的负荷，实现削减耗电量。
另外，在图5所示的冷却机构1中没有采用所述分隔壁18，但散热器R的靠蒸发器17侧的上方部被设为由蒸发器17的壳体堵塞的状态，产生这样的自然循环：与蒸发器17的散热部接触的热气A2被冷却而成为冷气A1并沿着散热设备R的侧方下降，该冷气A1被用于冷却散热设备R而成为热气A2，该热气A2再次被引导至蒸发器17。
此外，也能够采用将所述基本的两种实施例(图1、图2)的局部改变而得到的结构。具体而言，如图6所示，也能够采用在所述二次冷却循环流路10B的液体接收器19A连接有蒸发式冷凝器12B的形态。另外，在图6中，假设使用容积式压缩机作为压缩机11，但在使用可变速涡轮式压缩机11的情况下，能够与图1同样地省略旁通管路152。
并且，在采用这样的结构的情况下，液体接收器19A内的二次制冷剂的冷凝能够利用一次冷却循环流路10A和蒸发式冷凝器12B中的任意一者、或一次冷却循环流路10A和蒸发式冷凝器12B这两者来进行。
另外，在采用这样的结构的情况下，通常，使一次冷却循环流路10A停止，仅利用蒸发式冷凝器12B进行对二次制冷剂的冷凝，在仅通过蒸发式冷凝器12B无法维持冷却时，使具有压缩机11的一次冷却循环流路10A运转，从而能够可靠地防止室内空间S内的温度上升。而且，通过使蒸发式冷凝器12B与一次冷却循环流路10A同时运转，能够减轻压缩机11的负荷，实现削减耗电量。
此外，如图7所示，也能够采用在图6所示的装置结构的基础上将级联冷凝器19内置于液体接收器19B的形态。
并且，在采用这样的结构的情况下，与图6所示的装置结构同样地，液体接收器19B内的二次制冷剂的冷凝能够利用一次冷却循环流路10A(级联冷凝器19)和蒸发式冷凝器12B中的任意一者、或一次冷却循环流路10A和蒸发式冷凝器12B这两者来进行，除此之外还能够得到以下那样的效果。
即，在使用二氧化碳作为二次制冷剂的情况下，即使在作为级联冷凝器19的构成要素的板式冷却器的耐压性较低的情况下，也由于二次制冷剂的冷凝是在内置于密闭的液体接收器19B的级联冷凝器19中进行的，因此显然压力差较小，能够安全且稳定地进行冷凝。
需要说明的是，在所述四种其他的实施例中，采用蒸发式冷凝器12或冷凝器12a作为冷凝器，但也能够全部采用蒸发式冷凝器12，或者全部采用除蒸发式冷凝器12以外的冷凝器、例如气冷式冷凝器或使用经冷却塔冷却了的水的管壳式冷凝器。在该情况下，即使是相同的外部空气温度的条件，冷凝温度也较高，因此，与采用蒸发式冷凝器12的情况相比，能够在不使用压缩机11的前提下将数据中心D的室内空间S冷却到适当温度的时间缩短。在北海道那样的寒冷地区，也存在使用这些冷凝器的冷却机构1有利的情况。
此外，本发明的冷却机构1以将数据中心D作为应用对象为前提，但也可以将本发明的冷却机构1应用于印刷工厂、汽车的零部件工厂等，该印刷工厂、汽车的零部件工厂等与数据中心D同样，是涉及需要的冷却温度比较高、潜热负荷较少、而显热负荷较大且产生源影响范围较广的设施。
附图标记说明
1、冷却机构；10、热泵单元；10A、一次冷却循环流路；10B、二次冷却循环流路；10C、第一冷却循环流路；10D、第二冷却循环流路；11、压缩机；12、蒸发式冷凝器；12a、冷凝器；13、高压液体接收器；14、液面控制机构；15、低压液体接收器；16、液泵；17、蒸发器；17a、流量调整阀；17b、膨胀阀；18、分隔壁；18a、伸缩部；19、级联冷凝器；19A、液体接收器；19B、液体接收器；152、旁通管路；A1、冷气；A2、热气；D、数据中心；R、散热设备；S、室内空间；V1、阀；V2、阀；V3、阀；V4、阀；V5、喷出阀。
Claims (16)
1.一种数据中心的冷却机构，其特征在于，
在数据中心室外配置一次冷却循环流路，该一次冷却循环流路按顺序连接有可变速涡轮式压缩机、蒸发式冷凝器、高压液体接收器、液面控制机构、低压液体接收器和级联冷凝器，并且在该一次冷却循环流路中，自该级联冷凝器经由该低压液体接收器连接到该压缩机，
另一方面，配置二次冷却循环流路，该二次冷却循环流路在数据中心的室内空间配置有蒸发器，并且在二次冷却循环流路中，利用配管将该蒸发器、液体接收器、液泵连接起来而形成环形回路，并在蒸发器的下游且是在所述级联冷凝器内使作为二次制冷剂的二氧化碳冷凝，
所述低压液体接收器将自所述高压液体接收器输送过来的制冷剂中的仅气体状态的一部分输送至所述压缩机，
利用所述蒸发器内的制冷剂的蒸发进行对室内空间的冷却，并且利用所述蒸发式冷凝器进行对制冷剂的冷凝，
在所述一次冷却循环流路中，在所述蒸发式冷凝器的冷凝温度为规定的温度以下时，在不使所述压缩机工作的前提下使一次制冷剂循环，利用所述二次冷却循环流路中的在所述级联冷凝器内冷凝后的二次制冷剂进行对室内空间的冷却。
2.根据权利要求1所述的数据中心的冷却机构，其特征在于，
在所述二次冷却循环流路中的液体接收器上连接蒸发式冷凝器。
3.根据权利要求2所述的数据中心的冷却机构，其特征在于，
将所述级联冷凝器内置于二次冷却循环流路中的液体接收器中。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的数据中心的冷却机构，其特征在于，该数据中心的冷却机构构成为能够向室内空间喷出所述制冷剂。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的数据中心的冷却机构，其特征在于，该数据中心的冷却机构具有这样的构造：所述蒸发器由能发挥逆烟囱效应的形态的立式分隔壁包围起来，将蒸发器附近的空气冷却，从而能够在不使用风扇的前提下将位于数据中心室内空间的上部的高温空气高效地向蒸发器吸引，该高温空气在被冷却后，被向下方排出。
6.根据权利要求4所述的数据中心的冷却机构，其特征在于，
该数据中心的冷却机构具有这样的构造：所述蒸发器由能发挥逆烟囱效应的形态的立式分隔壁包围起来，将蒸发器附近的空气冷却，从而能够在不使用风扇的前提下将位于数据中心室内空间的上部的高温空气高效地向蒸发器吸引，该高温空气在被冷却后，被向下方排出。
7.根据权利要求5所述的数据中心的冷却机构，其特征在于，
在所述分隔壁的下部具有伸缩部。
8.根据权利要求6所述的数据中心的冷却机构，其特征在于，
在所述分隔壁的下部具有伸缩部。
9.一种数据中心的冷却机构，其特征在于，
在数据中心室外配置一次冷却循环流路，该一次冷却循环流路按顺序连接有容积式压缩机、蒸发式冷凝器、高压液体接收器、液面控制机构、低压液体接收器和级联冷凝器，并且在该一次冷却循环流路中，自该级联冷凝器经由该低压液体接收器连接到该压缩机，并设有绕过所述压缩机的旁通管路，
另一方面，配置二次冷却循环流路，该二次冷却循环流路在数据中心的室内空间配置有蒸发器，并且在二次冷却循环流路中，利用配管将该蒸发器、液体接收器、液泵连接起来而形成环形回路，并在蒸发器的下游且是在所述级联冷凝器内使作为二次制冷剂的二氧化碳冷凝，
所述低压液体接收器将自所述高压液体接收器输送过来的制冷剂中的仅气体状态的一部分输送至所述压缩机，
利用所述蒸发器内的制冷剂的蒸发进行对室内空间的冷却，并且利用所述蒸发式冷凝器进行对制冷剂的冷凝，
在所述一次冷却循环流路中，在所述蒸发式冷凝器的冷凝温度为规定的温度以下时，使所述压缩机停止并且将所述旁通管路打开，从而在不使所述压缩机工作的前提下使一次制冷剂循环，利用所述二次冷却循环流路中的在所述级联冷凝器内冷凝后的二次制冷剂进行对室内空间的冷却。
10.根据权利要求9所述的数据中心的冷却机构，其特征在于，
在所述二次冷却循环流路中的液体接收器上连接蒸发式冷凝器。
11.根据权利要求10所述的数据中心的冷却机构，其特征在于，
将所述级联冷凝器内置于二次冷却循环流路中的液体接收器中。
12.根据权利要求9～11中任一项所述的数据中心的冷却机构，其特征在于，
该数据中心的冷却机构构成为能够向室内空间喷出所述制冷剂。
13.根据权利要求9～11中任一项所述的数据中心的冷却机构，其特征在于，
该数据中心的冷却机构具有这样的构造：所述蒸发器由能发挥逆烟囱效应的形态的立式分隔壁包围起来，将蒸发器附近的空气冷却，从而能够在不使用风扇的前提下将位于数据中心室内空间的上部的高温空气高效地向蒸发器吸引，该高温空气在被冷却后，被向下方排出。
14.根据权利要求12所述的数据中心的冷却机构，其特征在于，
该数据中心的冷却机构具有这样的构造：所述蒸发器由能发挥逆烟囱效应的形态的立式分隔壁包围起来，将蒸发器附近的空气冷却，从而能够在不使用风扇的前提下将位于数据中心室内空间的上部的高温空气高效地向蒸发器吸引，该高温空气在被冷却后，被向下方排出。
15.根据权利要求13所述的数据中心的冷却机构，其特征在于，
在所述分隔壁的下部具有伸缩部。
16.根据权利要求14所述的数据中心的冷却机构，其特征在于，
在所述分隔壁的下部具有伸缩部。
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