CN111263569A - 一种数据中心机房制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种数据中心机房制冷系统，包括：冷却子系统，该冷却子系统包括通过制冷管路串联的压缩机、冷凝装置和蒸发器，其中冷凝装置包括通过制冷管路并联的第一冷凝器和第二冷凝器；排水子系统，该排水子系统包括设置在蒸发器下风侧的挡水板、邻接于蒸发器下侧和挡水板下侧的集水槽、与集水槽流体连通的排水管和使集水槽中的水流向排水管的排水泵；风机子系统，该风机子系统包括设置在第一冷凝器下风侧的第一风机和在蒸发器上风侧的第二风机。本发明的实施例在保证所需的冷却效果的基础上实现了制冷系统及机房中的快速除湿，防止了制冷系统的风机出风处出现吹水现象，通过快速除湿和高可靠排水技术提高了数据中心机房冷却可靠性和安全性。

Description

一种数据中心机房制冷系统

技术领域

本发明涉及数据中心技术领域。本发明进一步涉及一种数据中心机房制冷系统。

背景技术

随着移动数据、云计算和大数据业务的迅猛发展，数据中心建设规模越来越大，单机柜密度增加，服务器设备芯片的发热量也不断增大。目前所采用的节能空调不但要满足电子设备的散热需求，还要满足电子设备的湿度需求，空气湿度过高过低都会对电子设备的寿命和正常运行产生不良运行。特别是在高温高湿的环境中运行情况下，传统的空调不能快速除湿，或是除湿后出风温度过低不能满足温度要求，又或是除湿后不能快速排除凝水导致吹水现象等，都会影响数据中心安全运行。

因此，基于上述情况，需要提出一种能够在保证正常冷却效果的基础上实现快速除湿防吹水的机房制冷系统。

发明内容

一方面，本发明基于上述目的提出了一种数据中心机房制冷系统，其中该制冷系统包括：

冷却子系统，该冷却子系统包括通过制冷管路串联的压缩机、冷凝装置和蒸发器，其中冷凝装置包括通过制冷管路并联的第一冷凝器和第二冷凝器；

排水子系统，该排水子系统包括设置在蒸发器下风侧的挡水板、邻接于蒸发器下侧和挡水板下侧的集水槽、与集水槽流体连通的排水管和使集水槽中的水流向排水管的排水泵；

风机子系统，该风机子系统包括设置在第一冷凝器下风侧的第一风机和在蒸发器上风侧的第二风机；

其中，第一风机配置为在环境湿度小于湿度阈值时启动并在环境湿度大于等于湿度阈值时关闭，第二风机配置为在环境湿度大于等于湿度阈值时启动并在环境湿度小于湿度阈值时关闭；

第一冷凝器配置为与第二风机协同工作，第二冷凝器配置为与第一风机协同工作；

排水泵配置为根据集水槽中的水量而启动或关闭。

根据本发明的数据中心机房制冷系统的实施例，其中排水管包括竖直延伸区段和水平延伸区段，其中竖直延伸区段的一端起始于集水槽，竖直延伸区段的另一端与水平延伸区段的一端相连通，水平延伸区段的另一端伸出于机柜框体以外。

根据本发明的数据中心机房制冷系统的实施例，其中排水管在靠近集水槽的一端设置有止回阀，并且在排水管的竖直延伸区段中包含若干回型弯。

根据本发明的数据中心机房制冷系统的实施例，其中第一风机和第二风机同向地送风。

根据本发明的数据中心机房制冷系统的实施例，其中第一冷凝器设置于第一风机和第二风机之间，第二冷凝器位于机柜框体以外。

根据本发明的数据中心机房制冷系统的实施例，其中第一冷凝器与压缩机的之间的制冷管路和第二冷凝器与压缩机的之间的制冷管路的相交处设置有三通阀，并且三通阀配置为在第一风机运行时关断第一冷凝器与压缩机之间的制冷管路的通路并连通第二冷凝器与压缩机之间的制冷管路的通路；三通阀进一步配置为在第二风机运行时关断第二冷凝器与压缩机之间的制冷管路的通路并连通第一冷凝器与压缩机之间的制冷管路的通路。

根据本发明的数据中心机房制冷系统的实施例，其中第一风机配置为以高于第一风速阈值的风速运行，第二风机配置为以低于第二风速阈值的风速运行，其中第一风速阈值大于第二风速阈值。

根据本发明的数据中心机房制冷系统的实施例，其中第一冷凝器和第二冷凝器与蒸发器之间的制冷管路上设置有膨胀阀。

根据本发明的数据中心机房制冷系统的实施例，其中膨胀阀配置为在环境湿度大于等于湿度阈值时控制蒸发温度为第一温度并在环境湿度小于湿度阈值时控制蒸发温度为第二温度，并且第一温度小于第二温度。

根据本发明的数据中心机房制冷系统的实施例，其中集水槽中设置有液位检测装置，并且排水泵配置为基于液位检测装置检测到集水槽中液面高度而启动或关闭。

采用上述技术方案，本发明至少具有如下有益效果：通过对制冷系统的改造，使得制冷系统能够根据环境湿度的不同以不同的制冷回路提供相应的制冷效果，同时增加了排水子系统将制冷系统中携带和/或凝结的水汽和/或水及时排除机柜框体外，在保证所需的冷却效果的基础上实现了制冷系统及机房中的快速除湿，防止了制冷系统的风机出风处出现吹水现象，通过快速除湿和高可靠排水技术实现了提高数据中心机房冷却可靠性和安全性的目的。

本发明提供了实施例的各方面，不应当用于限制本发明的保护范围。根据在此描述的技术可设想到其它实施方式，这对于本领域普通技术人员来说在研究以下附图和具体实施方式后将是显而易见的，并且这些实施方式意图被包含在本申请的范围内。

下面参考附图更详细地解释和描述了本发明的实施例，但它们不应理解为对于本发明的限制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对现有技术和实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，附图中的部件不一定按比例绘制，并且可以省略相关的元件，或者在一些情况下比例可能已经被放大，以便强调和清楚地示出本文描述的新颖特征。另外，如本领域中已知的，结构顺序可以被不同地布置。

图1示出了根据本发明的数据中心机房制冷系统的实施例的示意性框图；

图2示出了根据本发明的数据中心机房制冷系统的又一实施例的详细示意图。

具体实施方式

虽然本发明可以以各种形式实施，但是在附图中示出并且在下文中将描述一些示例性和非限制性实施例，但应该理解的是，本公开将被认为是本发明的示例并不意图将本发明限制于所说明的具体实施例。

为了实现在保证正常冷却效果的基础上实现快速除湿防吹水的目的，本发明提出了一种数据中心机房制冷系统。图1示出了根据本发明的数据中心机房制冷系统100的实施例的示意性框图。在如图1所示的实施例中，该制冷系统100至少包括：

冷却子系统，该冷却子系统包括通过制冷管路14串联的压缩机10、冷凝装置11、12和蒸发器13，其中冷凝装置11、12包括通过制冷管路14并联的第一冷凝器11和第二冷凝器12；

排水子系统，该排水子系统包括设置在蒸发器13下风侧的挡水板21、邻接于蒸发器13下侧和挡水板21下侧的集水槽22、与集水槽22流体连通的排水管23和使集水槽22中的水流向排水管23的排水泵24；

风机子系统，该风机子系统包括设置在第一冷凝器11下风侧的第一风机31和在蒸发器13上风侧的第二风机32；

其中，第一风机31配置为在环境湿度小于湿度阈值时启动并在环境湿度大于等于湿度阈值时关闭，第二风机32配置为在环境湿度大于等于湿度阈值时启动并在环境湿度小于湿度阈值时关闭；

第一冷凝器11配置为与第二风机32协同工作，第二冷凝器12配置为与第一风机31协同工作；

排水泵24配置为根据集水槽22中的水量而启动或关闭。

优选地，冷却子系统为氟冷系统，制冷剂优选为R410A。压缩机10将蒸发器13中的制冷剂低压蒸汽吸入压缩机10内，经过压缩机10的压缩做功，使制冷剂成为压力和温度都较高的蒸汽进入第一冷凝器11或第二冷凝器12。在冷凝装置内，即第一冷凝器11或第二冷凝器12内，高温高压制冷剂蒸汽冷凝为低温高压液体；经膨胀阀后变为低温低压汽液混合物，制冷剂进入蒸发器13后吸热并大量汽化，从而降低空气的温度。

除湿凝水进入集水槽22内，当集水槽22内的水量达到一定水平时，启动排水泵24进行排水。另外，当集水槽22内的水量降低到指定的水平后，关闭排水泵24。

此外，第一风机31和第二风机32根据环境湿度的情况交替运行，并且，第一冷凝器11、第二冷凝器12分别与第二风机32、第一风机31协同工作，从而在第一风机31和第二风机32的交替运行中以不同的制冷回路提供相应的制冷效果，配合排水子系统将制冷系统中携带和/或凝结的水汽和/或水及时排出机柜框体外，在保证所需的冷却效果的基础上实现了制冷系统及机房中的快速除湿，防止了制冷系统的风机出风处出现吹水现象，通过快速除湿和高可靠排水技术提高了数据中心机房冷却可靠性和安全性。另外，第一冷凝器11与位于该第一冷凝器11下风侧的第一风机31分时工作，也在一定程度上防止了第一风机31运行时对在第一冷凝器11外部聚集和/或凝结的水汽和/或水吸出造成吹水现象的可能。

下面参考图2进一步说明本发明的其它实施例。图2示出了根据本发明的数据中心机房制冷系统100的又一实施例的详细示意图。

在一些实施例中，排水管23包括竖直延伸区段231和水平延伸区段232，其中竖直延伸区段231的一端起始于集水槽22，竖直延伸区段231的另一端与水平延伸区段232的一端相连通，水平延伸区段232的另一端伸出于机柜框体40以外，从而将集水槽22中的水经过排水管23的竖直延伸区段231和水平延伸区段232，排出机柜之外，最终被引出数据中心机房。

在一些实施例中，排水管23在靠近集水槽22的一端设置有止回阀233，并且在排水管23的竖直延伸区段231中包含若干回型弯234。当集水槽22中的水量达到一定水平启动排水泵24向上排水时，为防止排出的水倒灌，在排水管23上设置有止回阀233，并在排水管23的竖直延伸区段231间隔一定距离设置有回型弯234。

在一些实施例中，第一风机31和第二风机32同向地送风。如图1、2所示，第一风机31以图中F1的方向送风，第二风机32以图中F2的方向送风，优选地F1、F2同向，保证制冷风流稳定并且在第一风机31和第二风机32交替运行时制冷系统内部不会出现对流。

在一些实施例中，第一冷凝器11设置于第一风机31和第二风机32之间，第二冷凝器12位于机柜框体40以外。即，第一冷凝器11设置于机柜框体40以内并且位于第一风机31和第二风机32之间，第二冷凝器12位于机柜框体40以外。冷却系统中，冷凝装置和压缩机是整个冷却效果的核心，在本发明的实施例中冷却压缩机10将蒸发器13中的制冷剂低压蒸汽吸入压缩机10内，经过压缩机10的压缩做功，使制冷剂成为压力和温度都较高的蒸汽进入第一冷凝器11或第二冷凝器12。在冷凝装置内，即第一冷凝器11或第二冷凝器12内，高温高压制冷剂蒸汽冷凝为低温高压液体；经膨胀阀后变为低温低压汽液混合物，制冷剂进入蒸发器13后吸热并大量汽化，从而降低空气的温度。

在一些实施例中，第一冷凝器11与压缩机10的之间的制冷管路14和第二冷凝器12与压缩机10的之间的制冷管路14的相交处设置有三通阀15，并且三通阀15配置为在第一风机31运行时关断第一冷凝器11与压缩机10之间的制冷管路14的通路并连通第二冷凝器12与压缩机10之间的制冷管路14的通路；三通阀15进一步配置为在第二风机32运行时关断第二冷凝器12与压缩机10之间的制冷管路14的通路并连通第一冷凝器11与压缩机10之间的制冷管路14的通路。也就是说，通过三通阀15调控制冷剂的流向，当第一风机31运行时使制冷剂流过第二冷凝器12，并且当第二风机32运行时使制冷剂仅流过第一冷凝器11。

在一些实施例中，第一风机31配置为以高于第一风速阈值的风速F1运行，第二风机32配置为以低于第二风速阈值的风速F2运行，其中第一风速阈值大于第二风速阈值。也就是说，第一风机31为高速风机，用于环境湿度较低时高效制冷。第二风机32为除湿风机，用于环境湿度较高时快速除湿。

在一些实施例中，第一冷凝器11和第二冷凝器12与蒸发器13之间的制冷管路14上设置有膨胀阀16、17。通过膨胀阀16、17控制制冷系统的蒸发温度并控制制冷管路14中的压力。此外，在一些实施例中，膨胀阀16、17配置为在环境湿度大于等于湿度阈值时控制蒸发温度为第一温度并在环境湿度小于湿度阈值时控制蒸发温度为第二温度，并且第一温度小于第二温度，例如优选第一温度为5℃，第二温度为12℃。湿度阈值根据不同的数据中心机房的设备需求可以进行相应的调整，优选但不限于将湿度阈值设置为60％。

在一些实施例中，集水槽22中设置有液位检测装置(未示出)，并且排水泵24配置为基于液位检测装置检测到集水槽22中液面高度而启动或关闭。具体地说，除湿凝水进入集水槽22内，集水槽22内设置有液位检测装置，当检测到集水槽22内的液面高度达到高液位时，启动排水泵24向上排水。为防止排出的水倒灌，在排水管23上设置有止回阀233，并在排水管23的竖直延伸区段231间隔一定距离设置有回型弯234。另外，当检测到集水槽22内的液面高度降低到低液位时，关闭排水泵24。

此外，根据本发明的数据中心机房制冷系统100的运行机制至少包括以下几个方面。

一方面，当环境湿度较高(例如高温高湿)、需要快速除湿时，第一风机31停止，开启第二风机32，第二风机32低速运行，制冷系统通过第二膨胀阀17控制蒸发温度为第一温度，例如优选5℃，室外高温高湿的空气经过蒸发器13后，空气温度湿度快速降低，出现大量凝水，流入集水槽22中；空气中携带的部分水/水汽经过前方挡水板21被拦截后也流入下方的集水槽22中；低温的空气经过第一冷凝器11后升温达到送风要求后输出，其中制冷系统通过电动三通阀15控制进入第一冷凝器11内的制冷剂流量，并且通过第一膨胀阀16还调节控制制冷管路14内的压力。

另一方面，当环境湿度较低、除湿需求少时，第一风机31开启，关闭第二风机32，第一风机高速运行，制冷系统控制蒸发温度为第二温度，例如优选12℃，室外空气经过蒸发器13后，温度降低到机房所需送风温度，仅出现少量凝水，经过前方挡水板21被拦截后流入下方的集水槽22中，而后空气经过第一冷凝器11后输出。特别的，此时电动三通阀15关闭进入第一冷凝器11的通道，关闭第一膨胀阀16，压缩机10排出的高温高压的气态制冷剂完全通过第二冷凝器12冷却。

采用上述技术方案，本发明至少具有如下有益效果：通过对制冷系统的改造，使得制冷系统能够根据环境湿度的不同以不同的制冷回路提供相应的制冷效果，同时增加了排水子系统将制冷系统中携带和/或凝结的水汽和/或水及时排除机柜框体外，在保证所需的冷却效果的基础上实现了制冷系统及机房中的快速除湿，防止了制冷系统的风机出风处出现吹水现象，通过快速除湿和高可靠排水技术实现了提高数据中心机房冷却可靠性和安全性的目的。

应当理解的是，在技术上可行的情况下，以上针对不同实施例所列举的技术特征可以相互组合，从而形成本发明范围内的另外实施例。此外，本文所述的特定示例和实施例是非限制性的，并且可以对以上所阐述的结构、步骤及顺序做出相应修改而不脱离本发明的保护范围。

在本申请中，反意连接词的使用旨在包括连接词。定或不定冠词的使用并不旨在指示基数。具体而言，对“该”对象或“一”和“一个”对象的引用旨在表示多个这样对象中可能的一个。然而，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。此外，可以使用连接词“或”来传达同时存在的特征，而不是互斥方案。换句话说，连接词“或”应理解为包括“和/或”。术语“包括”是包容性的并且具有与“包含”相同的范围。

上述实施例，特别是任何“优选”实施例是实施方式的可能示例，并且仅仅为了清楚理解本发明的原理而提出。在基本上不脱离本文描述的技术的精神和原理的情况下，可以对上述实施例做出许多变化和修改。所有修改旨在被包括在本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种数据中心机房制冷系统，其特征在于，所述制冷系统包括：

冷却子系统，所述冷却子系统包括通过制冷管路串联的压缩机、冷凝装置和蒸发器，其中所述冷凝装置包括通过所述制冷管路并联的第一冷凝器和第二冷凝器；

排水子系统，所述排水子系统包括设置在所述蒸发器下风侧的挡水板、邻接于所述蒸发器下侧和所述挡水板下侧的集水槽、与所述集水槽流体连通的排水管和使所述集水槽中的水流向所述排水管的排水泵；

风机子系统，所述风机子系统包括设置在所述第一冷凝器下风侧的第一风机和在所述蒸发器上风侧的第二风机；

其中，所述第一风机配置为在环境湿度小于湿度阈值时启动并在所述环境湿度大于等于所述湿度阈值时关闭，所述第二风机配置为在所述环境湿度大于等于所述湿度阈值时启动并在环境湿度小于湿度阈值时关闭；

所述第一冷凝器配置为与所述第二风机协同工作，所述第二冷凝器配置为与所述第一风机协同工作；

所述排水泵配置为根据所述集水槽中的水量而启动或关闭。

2.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述排水管包括竖直延伸区段和水平延伸区段，其中所述竖直延伸区段的一端起始于所述集水槽，所述竖直延伸区段的另一端与所述水平延伸区段的一端相连通，所述水平延伸区段的另一端伸出于机柜框体以外。

3.根据权利要求2所述的制冷系统，其特征在于，所述排水管在靠近所述集水槽的一端设置有止回阀，并且在所述排水管的所述竖直延伸区段中包含若干回型弯。

4.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述第一风机和所述第二风机同向地送风。

5.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述第一冷凝器设置于所述第一风机和所述第二风机之间，所述第二冷凝器位于机柜框体以外。

6.根据权利要求5所述的制冷系统，其特征在于，所述第一冷凝器与所述压缩机的之间的所述制冷管路和所述第二冷凝器与所述压缩机的之间的所述制冷管路的相交处设置有三通阀，并且所述三通阀配置为在第一风机运行时关断所述第一冷凝器与所述压缩机之间的所述制冷管路的通路并连通所述第二冷凝器与所述压缩机之间的所述制冷管路的通路；所述三通阀进一步配置为在第二风机运行时关断所述第二冷凝器与所述压缩机之间的所述制冷管路的通路并连通所述第一冷凝器与所述压缩机之间的所述制冷管路的通路。

7.根据权利要求6所述的制冷系统，其特征在于，所述第一风机配置为以高于第一风速阈值的风速运行，所述第二风机配置为以低于第二风速阈值的风速运行，其中所述第一风速阈值大于第二风速阈值。

8.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述第一冷凝器和所述第二冷凝器与所述蒸发器之间的所述制冷管路上设置有膨胀阀。

9.根据权利要求8所述的制冷系统，其特征在于，所述膨胀阀配置为在所述环境湿度大于等于所述湿度阈值时控制蒸发温度为第一温度并在环境湿度小于湿度阈值时控制所述蒸发温度为第二温度，并且所述第一温度小于所述第二温度。

10.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述集水槽中设置有液位检测装置，并且所述排水泵配置为基于液位检测装置检测到集水槽中液面高度而启动或关闭。

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