CN108601287B - 顶置制冷方法以及顶置制冷单元 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了顶置制冷方法以及顶置制冷单元，可构建采用梯度冷却方式的顶置制冷单元，所述顶置制冷单元在空气流动方向上至少包括N层，各层中的冷冻液温度不同，N为大于一的正整数，进而可利用所构建的顶置制冷单元来对从散热设备中排出的热空气进行冷却。应用本发明所述方案，在达到相同的顶置制冷单元出风温度的条件下，使用更高的冷冻液供液温度即可满足要求，从而延长了使用自然冷却的时间，并且减少了对冷水机组的使用，从而减少了冷水机组的能量消耗及寿命损耗等。

Description

顶置制冷方法以及顶置制冷单元
【技术领域】
本发明涉及制冷技术，特别涉及顶置制冷方法以及顶置制冷单元。
【背景技术】
目前大型数据中心出于冷却效率及成本考虑，冷热通道隔离技术与模块化设计的应用已经相对成熟，末端冷却形式多种多样，为了达到高效率的节能，顶置制冷单元的制冷形式应用越来越多。
现有的顶置制冷单元换热盘管通常为下进上出的单层换热结构，结构简单，换热效率较差。图1为现有制冷系统气流组织图。图2为现有制冷系统整体侧视图。图3为现有顶置制冷单元的三视图。
如图1、2和3所示，以冷热通道温度分别为T1＝39℃、T2＝27℃为例，即采用一定的制冷手段，将服务器(机柜)出风温度为39℃的热空气，冷却到不超过27℃，低于或等于27℃的冷空气被服务器吸入服务器与中央处理单元(CPU，Central Processing Unit)芯片等接触，将其热量带走，冷空气变热升温至39℃，进而排出服务器。
为了使39℃的热空气降温到27℃及以下，一般需要提供温度不大于20℃的冷冻液(如水或制冷剂)，甚至需要更低的冷冻液供液温度。在夏季时，由于室外湿球温度很高，自然冷却往往不能满足要求，从而需要额外使用冷水机组来制取冷水降温，进而导致使用自然冷却的时间变短，并增大了冷水机组的能量消耗等。
【发明内容】
有鉴于此，本发明提供了顶置制冷方法以及顶置制冷单元，能够延长使用自然冷却的时间并降低能耗等。
具体技术方案如下：
一种顶置制冷方法，包括：
构建采用梯度冷却方式的顶置制冷单元，所述顶置制冷单元在空气流动方向上至少包括N层，各层中的冷冻液温度不同，N为大于一的正整数；
利用所述顶置制冷单元对从散热设备中排出的热空气进行冷却。
根据本发明一优选实施例，所述顶置制冷单元的热交换形式包括：盘管式、微通道换热器。
根据本发明一优选实施例，所述N的取值为3；
所述至少3层包括：至少一个高温层、至少一个中温层以及至少一个低温层。
根据本发明一优选实施例，
所述高温层靠近所述顶置制冷单元的出水口；
所述低温层靠近所述顶置制冷单元的供水口；
所述中温层位于所述高温层以及所述低温层之间；
所述热空气依次流经所述高温层、所述中温层以及所述低温层。
一种顶置制冷单元，所述顶置制冷单元为采用梯度冷却方式的顶置制冷单元,所述顶置制冷单元在空气流动方向上至少包括N层，各层中的冷冻液温度不同，N为大于一的正整数。
根据本发明一优选实施例，所述顶置制冷单元的热交换形式包括：盘管式、微通道换热器。
根据本发明一优选实施例，所述N的取值为3；
所述至少3层中包括：至少一个高温层、至少一个中温层以及至少一个低温层。
根据本发明一优选实施例，
所述高温层靠近所述顶置制冷单元的出水口；
所述低温层靠近所述顶置制冷单元的供水口；
所述中温层位于所述高温层以及所述低温层之间；
所述热空气依次流经所述高温层、所述中温层以及所述低温层。
基于上述介绍可以看出，采用本发明所述方案，可采用梯度冷却方式的顶置制冷单元，这样，在达到相同的顶置制冷单元出风温度的条件下，使用更高的冷冻液供液温度即可满足要求，从而延长了使用自然冷却的时间，并且可减少对冷水机组的使用，从而减少了冷水机组的能量消耗及寿命损耗等。
【附图说明】
图1为现有制冷系统气流组织图。
图2为现有制冷系统整体侧视图。
图3为现有顶置制冷单元的三视图。
图4为本发明所述顶置制冷方法实施例的流程图。
图5为本发明所述顶置制冷单元的正视及侧视图。
【具体实施方式】
为了使本发明的技术方案更加清楚、明白，以下参照附图并举实施例，对本发明所述方案进行进一步说明。
显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
图4为本发明所述顶置制冷方法实施例的流程图。如图4所示，包括以下具体实现方式。
在401中，构建采用梯度冷却方式的顶置制冷单元，顶置制冷单元在空气流动方向上至少包括N层，各层中的冷冻液温度不同，N为大于一的正整数。
在402中，利用所构建的顶置制冷单元对从散热设备中排出的热空气进行冷却。
N的具体取值可根据实际需要而定，比如，N的取值可为3，也就是说，顶置制冷单元在空气流动方向上可至少包括3层，分别为：至少一个高温层、至少一个中温层以及至少一个低温层。
其中，高温层靠近顶置制冷单元的出水口，低温层靠近顶置制冷单元的供水口，中温层位于高温层以及低温层之间。从散热设备排出的热空气将依次流经高温层、中温层以及低温层。散热设备可为机房中的服务器等。
图5为本发明所述顶置制冷单元的正视及侧视图。如图5所示，假设顶置制冷单元在空气流动方向上包括3层，分别为高温层、中温层以及低温层，或者，也可以将高温层、中温层以及低温层分别称为高温段、中温段以及低温段。
如图5中右侧的侧视图所示，其中的ab段为高温段，是离顶置制冷单元的出水口最近的一段，bc段为中温段，温度介于高温段与低温度之间，cd段为低温段，是离顶置制冷单元的供水口最近的一段。
如图5所示，热空气先经过ab段和bc段进行冷却降温，即先经过高温段和中温段进行冷却降温，经过高温段和中温段降温后的空气再经过cd段即低温段，此时从低温段出来的空气温度会比现有技术中未采用梯度冷却方式的顶置制冷单元的出风温度要低，因此，在达到相同的出风温度的情况下，顶置制冷单元的冷冻液供液温度就可以适当提高。
梯度冷却的核心在于在高温段和中温段，可以使用更高温度的冷冻液来带走一部分热空气的热量，这样，分给低温段的热负荷就会相对减少，从而和现有技术中未采用梯度冷却方式的顶置制冷单元相比，达到相同的出风温度，使用供液温度更高一点的冷冻液即可满足要求。
实验显示，在保证热负荷和机房冷通道温度不变的前提下，冷冻液供液温度升高2-4℃仍可满足要求。
图5中，以仅包括一个高温段、一个中温段以及一个低温段为例进行说明，而在实际应用中，也可以进一步包括次高温段以及次低温段，或者，包括多个中温段等，视实际需要而定。只要是顶置制冷单元的出水口靠近热空气侧，供水口靠近冷空气出风侧，且至少包括两个不同的温度段，均应属于本发明的保护范畴。
另外，顶置制冷单元的热交换形式可以为盘管式，也可以为微通道换热器等，具体采用哪种热交换形式同样可根据实际需要而定。
以上是关于本发明方法实施例的介绍，以下通过装置实施例，对本发明所述方案进行进一步说明。
本发明中公开了一种新型的顶置制冷单元，采用梯度冷却方式，在空气流动方向上至少包括N层，各层中的冷冻液温度不同，N为大于一的正整数。
N的具体取值可根据实际需要而定，比如，N的取值可为3，也就是说，顶置制冷单元在空气流动方向上可至少包括3层，分别为：至少一个高温层、至少一个中温层以及至少一个低温层。
其中，高温层靠近顶置制冷单元的出水口，低温层靠近顶置制冷单元的供水口，中温层位于高温层以及低温层之间。从散热设备排出的热空气将依次流经高温层、中温层以及低温层。散热设备可为机房中的服务器等。
如图5所示，假设顶置制冷单元在空气流动方向上包括3层，分别为高温层、中温层以及低温层，或者，也可以将高温层、中温层以及低温层分别称为高温段、中温段以及低温段。
如图5中右侧的侧视图所示，其中的ab段为高温段，是离顶置制冷单元的出水口最近的一段，bc段为中温段，温度介于高温段与低温度之间，cd段为低温段，是离顶置制冷单元的供水口最近的一段。
如图5所示，热空气先经过ab段和bc段进行冷却降温，即先经过高温段和中温段进行冷却降温，经过高温段和中温段降温后的空气再经过cd段即低温段，此时从低温段出来的空气温度会比现有技术中未采用梯度冷却方式的顶置制冷单元的出风温度要低，因此，在达到相同的出风温度的情况下，顶置制冷单元的冷冻液供液温度就可以适当提高。
梯度冷却的核心在于在高温段和中温段，可以使用更高温度的冷冻液来带走一部分热空气的热量，这样，分给低温段的热负荷就会相对减少，从而和现有技术中的未采用梯度冷却方式的顶置制冷单元相比，达到相同的出风温度，使用供液温度更高一点的冷冻液即可满足要求。
实验显示，在保证热负荷和机房冷通道温度不变的前提下，冷冻液供液温度升高2-4℃仍可满足要求。
顶置制冷单元的热交换形式可以为盘管式，也可以为微通道换热器等，具体采用哪种热交换形式可根据实际需要而定。
总之，采用本发明所述方案，在保证热负荷和机房冷通道温度不变的前提下，采用梯度冷却方式，在达到相同顶置制冷单元出风温度的条件下，使用更高的冷冻液供液温度即可满足要求，这就意味着使用自然冷却的时间可以得以延长，并且可以降低冷水机组的负荷，降低冷水机组的能量消耗及寿命损耗等。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法等，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (4)

1.一种顶置制冷方法，其特征在于，包括：
构建采用梯度冷却方式的顶置制冷单元，所述顶置制冷单元在空气流动方向上至少包括N层，各层中的冷冻液温度不同，N为大于等于3的正整数；所述至少N层包括：至少一个高温层、至少一个中温层以及至少一个低温层；所述高温层靠近所述顶置制冷单元的出水口；所述低温层靠近所述顶置制冷单元的供水口；所述中温层位于所述高温层以及所述低温层之间；所述热空气依次流经所述高温层、所述中温层以及所述低温层；所述中温层由处于同一平面的多个中温段组成；
利用所述顶置制冷单元对从机房中的散热设备中排出的热空气进行冷却。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述顶置制冷单元的热交换形式包括：盘管式、微通道换热器。
3.一种顶置制冷单元，用于机房中的散热设备，其特征在于，
所述顶置制冷单元为采用梯度冷却方式的顶置制冷单元；
所述顶置制冷单元在空气流动方向上至少包括N层，各层中的冷冻液温度不同，N为大于等于3的正整数；
所述至少N层包括：至少一个高温层、至少一个中温层以及至少一个低温层；所述高温层靠近所述顶置制冷单元的出水口；所述低温层靠近所述顶置制冷单元的供水口；所述中温层位于所述高温层以及所述低温层之间；所述热空气依次流经所述高温层、所述中温层以及所述低温层；所述中温层由处于同一平面的多个中温段组成。
4.根据权利要求3所述的顶置制冷单元，其特征在于，
所述顶置制冷单元的热交换形式包括：盘管式、微通道换热器。
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