CN108055810B - 数据中心用氟泵冷却流量兼容系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于制冷技术领域，具体是一种数据中心用氟泵冷却流量兼容系统，包括冷凝器、氟泵、单向阀、热管换热器、控制阀、制冷剂供液管和制冷剂回气管及流量兼容管；所述流量兼容管一端连接氟泵出口和制冷剂供液管，另一端连接冷凝器进口和制冷剂回气管，冷凝器出口连接至氟泵进口；在流量兼容管上设置用于实现制冷剂由氟泵流向冷凝器的单向阀；制冷剂供液管和制冷剂回气管之间连接至少一个热管换热器，热管换热器进口设置控制阀。本发明能解决数据中心在使用现有的氟泵冷却系统时，靠近氟泵的供液支管制冷剂流量过大，热管换热器内制冷剂流动状态不稳定、流量分配不均匀，不同机架/柜间制冷剂流量分布不均匀、散热能力不达标等问题。

Description

数据中心用氟泵冷却流量兼容系统

技术领域

本发明属于制冷领域，具体涉及一种数据中心用氟泵冷却流量兼容系统。

背景技术

目前，大数据产业的蓬勃发展加速了IT 设备的更新换代，使其向高集成度、高发热密度方向发展。虽然水冷技术已有很长的发展历史，但仍有相当一部分企业用户对“水进机房”持反对态度。基于以上情况，数据中心用氟泵冷却系统应运而生。专利公开号为CN105451508A的“一种氟泵内循环式二次冷媒环路服务器机柜散热系统”公开了内循环氟泵、储液器、中间换热器、外循环水泵、热管散热器等技术特征，目的是冷却机房的服务器。专利公告号为CN203615671U的“一种机柜服务器散热用前板系统”公开了储液器、氟泵、换热前板（蒸发器）、中间换热器、冷水机组等内容，解决机房局部过热问题。由于冷却服务器的介质由水转变为氟泵制冷剂，一方面避免了水进机房的困扰，另一方面在提升冷却能力的同时也减小了冷剂输配的能量消耗。

为进一步提升换热器的冷却能力以提升IT 设备的功率密度，近十年来，国内外（尤其在国外）很多家制造商纷纷选用脉动式热管换热器作为IT 机架/机柜的冷却末端。然而，在运行使用过程中发现脉动式热管换热器内制冷剂的流动状态极不稳定；同一换热器的不同支路间，制冷剂流量/携热量或存在很大差异；不同机架/柜换热器间的制冷剂流量分配不均匀，发热密度高的机架/机柜有时得不到足够的制冷剂，发热密度低的又出现制冷剂流量过剩。

为解决上述问题，会在制冷剂流量过大的支路上加阀门节流、在流量不足的支路上设二次氟泵。然而，这样改造的结果往往是脉动式热管换热器内的进出口参数（制冷剂）发生变化，多数脉动式热管处于失效状态；不同机架/柜间的制冷剂分配更加不均匀，系统内制冷剂分布变得随机、难以预测。造成该问题的原因通常是，制冷剂循环系统未进行流量兼容性设计；简单套用水系统设计经验，无视制冷剂的状态变化。

可见，现有技术还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种数据中心用氟泵冷却流量兼容系统，旨在解决数据中心在使用现有的氟泵冷却系统时，靠近氟泵的供液支管制冷剂流量过大，脉动式热管换热器内制冷剂流动状态不稳定、流量分配不均匀，不同机架/柜间制冷剂流量分布不均匀、散热能力不达标等问题。

为了实现以上提及到的技术目的，本发明采取了以下技术方案：

一种数据中心用氟泵冷却流量兼容系统，包括冷凝器、氟泵、热管换热器、控制阀、制冷剂供液管和制冷剂回气管，还包括流量兼容管；所述流量兼容管的一端连接氟泵出口和制冷剂供液管，流量兼容管的另一端连接冷凝器进口和制冷剂回气管，冷凝器出口连接至氟泵进口；在流量兼容管上设置用于实现制冷剂由氟泵流向冷凝器的单向阀；制冷剂供液管和制冷剂回气管之间连接至少一个热管换热器，热管换热器进口设置控制阀。

所述的数据中心用氟泵冷却流量兼容系统中，所述热管换热器所处的分支管路设置为同程式结构。

所述的数据中心用氟泵冷却流量兼容系统中，所述氟泵冷却流量兼容系统还包括毛细管；所述毛细管与单向阀并联连接。

所述的数据中心用氟泵冷却流量兼容系统中，所述氟泵冷却流量兼容系统还包括流量平衡器；所述流量平衡器包括具有进口、出口的空腔体和设置在空腔体内的折流板，相邻的折流板沿空腔体的长度方向间隔且相对布置；所述热管换热器为脉动式热管换热器，与流量平衡器并联连接。

所述的数据中心用氟泵冷却流量兼容系统中，所述氟泵冷却流量兼容系统还包括储液罐；所述冷凝器出口设置在储液罐的上半部分，氟泵进口设置在储液罐的下半部分。

所述的数据中心用氟泵冷却流量兼容系统中，所述氟泵冷却流量兼容系统还包括过滤器，所述过滤器设置在氟泵的进、出口。

所述的数据中心用氟泵冷却流量兼容系统中，所述氟泵冷却流量兼容系统敷设有保温棉。

所述的数据中心用氟泵冷却流量兼容系统中，所述流量平衡器为圆柱形腔体，流量平衡器的端面同轴设置有进口、出口，所述折流板沿流量平衡器的轴线方向看，为空腔大小般的圆形截切短圆弧部分而成的形状。

所述的数据中心用氟泵冷却流量兼容系统中，所述冷凝器为板式换热器，冷凝器的冷侧流道连接冷冻水管路，冷冻水管路进口设置流量控制阀。

有益效果：

本发明提供了一种数据中心用氟泵冷却流量兼容系统，既保证了热管换热器内制冷剂供液温度基本稳定，避免其温度随着IT 设备负载降低而升高，从而导致冷却效果不明显甚至失效；又平衡了蒸发端管路内制冷剂的分布，避免靠近氟泵的供液支管制冷剂流量过大；而且还平衡了脉动式热管换热器内不同支路的制冷剂流量，降低了脉动式热管的温度梯度。

其中，（1）流量兼容管和单向阀的设置，能有效避免靠近氟泵的蒸发端支路流量过大，起到分流的作用，同时能够防止制冷剂回气管内的高温制冷剂直接通过流量兼容管流至氟泵出口端的低温制冷剂，避免制冷剂供液管内制冷剂温度升高从而降低冷却效果；（2）与单向阀并联相接的毛细管能产生节流降温的技术效果，当发生因制冷剂回气管流量超过氟泵出口流量致使流量兼容管内出现逆流时，制冷剂在流经毛细管时得到节流降温，防止制冷剂供液管内制冷剂温度过高；（3）热管换热器所处的分支管路，也即供液支管通过同程式结构设计，能够达到阻力容易平衡的目的；（4）选用的脉动式热管换热器具有较高的冷却能力、较快的冷却速率，方便机架/机柜服务器扩容；（5）流量平衡器结构简单、无需控制、不存在时间延迟，且能够降低制冷剂流速，使得制冷剂处于稳定的流动状态，进一步平衡氟泵冷却流量兼容系统的蒸发端各支路的制冷剂流量，又缓解脉动式热管换热器内制冷剂换热时压力波动剧烈的情况。

附图说明

图1为本发明的冷凝端循环回路的结构原理图。

图2为本发明的蒸发端循环回路的结构原理图。

图3为本发明中的流量平衡器的内部结构俯视图。

图4为本发明中的流量平衡器的内部结构主视图。

具体实施方式

本发明提供了一种数据中心用氟泵冷却流量兼容系统，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1、图2和图3，本发明提供一种数据中心用氟泵冷却流量兼容系统。

数据中心用氟泵冷却流量兼容系统的结构组成包括冷凝器1、氟泵3、热管换热器9、控制阀11、制冷剂供液管7和制冷剂回气管8，还有流量兼容管6；流量兼容管6的一端连接氟泵3出口和制冷剂供液管7，另一端连接冷凝器1进口和制冷剂回气管8，冷凝器1出口连接至氟泵3进口；在流量兼容管6上设置用于实现制冷剂由氟泵3流向冷凝器1的单向阀4；制冷剂供液管7和制冷剂回气管8之间连接至少一个热管换热器9，热管换热器9进口设置控制阀11。各个热管换热器9之间并联连接，通过控制阀11具备的开关和流量调节的作用，对需要冷却的机架/机柜进行有效的降温，根据机架/机柜的负载情况（温度情况）调节制冷剂流量。

进一步地，热管换热器9所处的分支管路设置为同程式结构。同程式设计的各并联环路管路相等，系统阻力容易平衡，流量分配较为均衡。

进一步地，数据中心用氟泵冷却流量兼容系统还包括毛细管5；毛细管5与单向阀4并联连接。在系统正常运行中，氟泵3输送出的制冷剂流进制冷剂供液管7，进入蒸发端循环回路工作，为防止靠近氟泵3的蒸发端支路流量过大，会有部分制冷剂流经单向阀4，与制冷剂回气管8内的高温制冷剂汇合，进入冷凝器1被冷却。当系统出现制冷剂回气管8流量超过氟泵3出口流量，流量兼容管6内出现逆流的情况，由于单向阀4的存在，制冷剂只能流经毛细管5，经过毛细管5的节流降温，可以避免造成制冷剂供液管7内制冷剂温度过高以致降低蒸发端的工作效率。

如图3和图4所示，进一步地，氟泵冷却流量兼容系统还包括流量平衡器10；流量平衡器10是由具有进口14、出口15的空腔体和设置在空腔体内的折流板12组成，相邻的折流板12沿空腔体的长度方向间隔且相对布置；作为优选，本发明将热管换热器9选定为脉动式热管换热器，与流量平衡器10并联连接。脉动式热管换热器具有较好的传热性能、较快的冷却速率、流体阻损小的优点，应用至数据中心冷却系统中，不仅可以得到较佳的散热效果，而且可方便数据中心内配置的机架/机柜服务器扩容。

进一步地，氟泵冷却流量兼容系统还包括储液罐2；储液罐2在系统内起到很好的稳压作用。冷凝器1出口设置在储液罐2的上半部分，氟泵3进口设置在储液罐2的下半部分。从冷凝器1出来的低温制冷剂在储液罐2内由上往下流动，能将储液罐2内的气体降温、冷凝下来。氟泵3的进口设置在储液罐2的下半部分，确保了进入氟泵3内的制冷剂全是液态，防止出现气蚀问题，影响氟泵3的正常工作甚至损坏氟泵3。为了更好保护储液罐2以及整个系统的运作，在储液罐2上设置安全阀（图中未示出），以防止储液罐2内出现超压现象。

进一步地，氟泵冷却流量兼容系统还包括过滤器（图中未示出），过滤器设置在氟泵3的进、出口，可起到保护氟泵3长期平稳运转而免受杂质负面影响的作用。

进一步地，氟泵冷却流量兼容系统内所有的设备、管路均敷设保温棉，作隔热保温保护，除脉动式热管换热器外，可避免因系统发生冷量损失导致制冷效果较差。

作为一种优选，氟泵冷却流量兼容系统内的流量兼容管6、制冷剂供液管7和制冷剂回气管8的管径设计为一致，保证了制冷剂稳定的流动状态。毛细管5的前、后接管是长度为流量兼容管6管径的2倍以上的直管段。

参阅图3和图4，作为一种优选，流量平衡器10设计为圆柱形腔体，进口、出口设置在流量平衡器10的端面的中心，折流板12沿流量平衡器的轴线方向看，为空腔大小般的圆形截切短圆弧部分而成的形状。制冷剂在流量平衡器10内流动时，由于折流板12的布置和形状设计，制冷剂从进口流往出口过程中，受到折流板12的阻挡，制冷剂流速减小，流动状态趋于稳定。流量平衡器不仅平衡了各供液支管的制冷剂流量，而且缓解了与之并联连接的脉动式热管换热器内制冷剂压力波动剧烈的情况，降低脉动式热管换热器内的温度梯度。

进一步地，冷凝器1选用了具有换热效率高、热损失小、占地面积小优点的板式换热器。在冷凝器1内的冷侧流道13为冷冻水，在冷冻水管路进口设置流量控制阀。制冷剂在板式换热器内与冷冻水逆流换热，可取得较佳的换热效果。根据系统所需的冷量，通过流量控制阀对冷冻水流量进行调节，从而控制了进入系统内的冷量，使得冷量能够得到充分有效的利用；另外，在数据中心内机架/机柜服务器负载降低时，稳定冷冻水供水温度，减少冷冻水流量，节省冷冻水的输配成本。

本发明提供的数据中心用氟泵冷却流量兼容系统，可与水侧自然冷却装置/系统集成，实现充分利用自然冷量、降低制冷能耗的愿景。

本发明提供的数据中心用氟泵冷却流量兼容系统，既保证了热管换热器内制冷剂供液温度基本稳定，避免其温度随着IT 设备负载降低而升高，从而导致冷却效果不明显甚至失效；又平衡了蒸发端管路内制冷剂的分布，避免靠近氟泵的供液支管制冷剂流量过大；而且还平衡了脉动式热管换热器内不同支路的制冷剂流量，降低了脉动式热管的温度梯度。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种数据中心用氟泵冷却流量兼容系统，包括冷凝器、氟泵、热管换热器、控制阀、制冷剂供液管和制冷剂回气管，其特征在于，还包括流量兼容管；所述流量兼容管的一端连接氟泵出口和制冷剂供液管，流量兼容管的另一端连接冷凝器进口和制冷剂回气管，冷凝器出口连接至氟泵进口；在流量兼容管上设置用于实现制冷剂由氟泵流向冷凝器的单向阀；制冷剂供液管和制冷剂回气管之间连接至少一个热管换热器，热管换热器进口设置控制阀；还包括流量平衡器；所述流量平衡器包括具有进口、出口的空腔体和设置在空腔体内的折流板，相邻的折流板沿空腔体的长度方向间隔且相对布置；所述热管换热器为脉动式热管换热器，与流量平衡器并联连接。

2.根据权利要求1所述的数据中心用氟泵冷却流量兼容系统，其特征在于，所述热管换热器所处的分支管路设置为同程式结构。

3.根据权利要求1所述的数据中心用氟泵冷却流量兼容系统，其特征在于，还包括毛细管；所述毛细管与单向阀并联连接。

4.根据权利要求1所述的数据中心用氟泵冷却流量兼容系统，其特征在于，还包括储液罐；所述冷凝器出口设置在储液罐的上半部分，氟泵进口设置在储液罐的下半部分。

5.根据权利要求1所述的数据中心用氟泵冷却流量兼容系统，其特征在于，还包括过滤器，所述过滤器设置在氟泵的进、出口。

6.根据权利要求1所述的数据中心用氟泵冷却流量兼容系统，其特征在于，所述氟泵冷却流量兼容系统敷设有保温棉。

7.根据权利要求1所述的数据中心用氟泵冷却流量兼容系统，其特征在于，所述流量平衡器为圆柱形腔体，流量平衡器的端面同轴设置有进口、出口，所述折流板沿流量平衡器的轴线方向看，为空腔大小般的圆形截切短圆弧部分而成的形状。

8.根据权利要求1所述的数据中心用氟泵冷却流量兼容系统，其特征在于，所述冷凝器为板式换热器，冷凝器的冷侧流道连接冷冻水管路，冷冻水管路进口设置有流量控制阀。