CN114599199B - 数据中心的制冷系统 - Google Patents

Abstract

本公开公开了一种数据中心的制冷系统，涉及数据中心的制冷领域。具体实现方案为：系统包括室内模块、主用室外散热模块和备用室外散热模块，第一压缩机和第二压缩机的入口分别与室内模块的出口连接，第一压缩机和第二压缩机的出口分别与第一冷凝器的气态制冷剂入口连接，第一冷凝器和第二冷凝器的液态制冷剂出口分别与室内模块的入口连接，其中，在主用室外散热模块处于正常情况下，通过室内模块、第一冷凝器和第一压缩机形成数据中心的制冷循环通路；在主用室外散热模块发生故障时，通过室内模块、第二冷凝器和第二压缩机形成数据中心的制冷循环通路。由此，该系统能够实现连续制冷，且降低能耗、提高节能性。

Description

数据中心的制冷系统

技术领域

本公开涉及数据中心的制冷技术领域，尤其涉及一种数据中心的制冷系统。

背景技术

随着互联网技术的发展，近年来对数据中心的需求量越来越大。目前数据中心的制冷系统采用的是传统的冷冻水系统，但是传统的冷冻水系统的能耗较高、节能性较差。

发明内容

本公开提供了一种数据中心的制冷系统。

根据本公开的一方面，提供了一种数据中心的制冷系统，所述数据中心室内包括机柜，所述制冷系统，包括：

室内模块；

主用室外散热模块，所述主用室外散热模块包括第一冷凝器和第一压缩机，其中，所述第一压缩机的入口与所述室内模块的出口连接，所述第一压缩机的出口与所述第一冷凝器的气态制冷剂入口连接，所述第一冷凝器的液态制冷剂出口与所述室内模块的入口连接；

备用室外散热模块，所述备用室外散热模块包括第二冷凝器和第二压缩机，其中，所述第二压缩机的入口与所述室内模块的出口连接，所述第二压缩机的出口与所述第二冷凝器的气态制冷剂入口连接，所述第二冷凝器的液态制冷剂出口与所述室内模块的入口连接；

其中，在所述主用室外散热模块处于正常情况下，通过所述室内模块、所述第一冷凝器和所述第一压缩机形成所述数据中心的制冷循环通路；

在所述主用室外散热模块发生故障时，通过所述室内模块、所述第二冷凝器和所述第二压缩机形成所述数据中心的制冷循环通路。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定。其中：

图1是相关技术中冷冻水系统的示意图；

图2是根据本公开一个实施例的数据中心的制冷系统的示意图；

图3是根据本公开另一个实施例的数据中心的制冷系统的示意图；

图4是根据本公开一个实施例的室内模块的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

下面参考附图描述本公开实施例的数据中心的制冷系统。

在介绍本公开实施例的数据中心的制冷系统之前，先来介绍下数据中心的传统的冷冻水系统。

图1是相关技术中冷冻水系统的示意图。

如图1所示，相关技术中冷冻水系统，包括：冷却塔11、冷却泵12、关断阀13、冷水机组14、一次泵15、二次泵16和换热末端17。

其中，冷却塔11的出水口依次通过冷却泵12、关断阀13与冷水机组14的第一端连接，冷水机组14的第二端通过关断阀13与冷却塔11的入水口连接，冷水机组14的第三端依次通过关断阀13、一次泵15与换热末端17的一端连接，换热末端17的另一端依次通过二次泵16、关断阀13与冷水机组14的第四端连接。

需要说明的是，在需要冷冻水系统对数据中心制冷时，控制四个关断阀13打开、控制冷却泵12、一次泵15和二次泵16工作。

相关技术中的冷冻水系统的工作原理如下：

通过冷水机组14对液态水进行制冷，通过二次泵16将冷水机组14制冷后的液态的冷冻水送至换热末端17，通过回风冷却为数据中心制冷，液态的冷冻水为数据中心制冷之后变为气态水，气态水通过一次泵15通过冷水机组14的第三端送至冷水机组14。

通过冷却泵12将冷却塔11中的冷却水流经冷水机组14的第一端进入冷水机组14，以将冷水机组14产生的热量通过冷水机组14的第一端送至冷却塔11，通过室外风对冷却塔11进行冷却(即将热量输送至大气)，以便冷却塔11循环不断地提供冷却水。

由此，通过相关技术中的冷冻水系统可以为数据中心制冷，但是相关技术中的冷冻水系统的能耗较高、节能性较差。另外，当室外散热模块发生故障时，相关技术中的冷冻水系统便无法继续制冷。

为此，本公开提出了一种新的数据中心的制冷系统，该制冷系统能够实现系统连续制冷，且能够降低系统能耗、提高系统节能性。

图2是根据本公开一个实施例的数据中心的制冷系统的示意图。

需要说明的是，数据中心室内包括至少一个机柜。

如图2所示，本公开实施例的数据中心的制冷系统，包括：室内模块100、主用室外散热模块200和备用室外散热模块300。

其中，主用室外散热模块200包括第一冷凝器201和第一压缩机202，其中，第一压缩机202的入口与室内模块100的出口连接，第一压缩机202的出口与第一冷凝器201的气态制冷剂入口连接，第一冷凝器201的液态制冷剂出口与室内模块100的入口连接。备用室外散热模块300包括第二冷凝器301和第二压缩机302，其中，第二压缩机302的入口与室内模块100的出口连接，第二压缩机302的出口与第二冷凝器301的气态制冷剂入口连接，第二冷凝器301的液态制冷剂出口与室内模块100的入口连接。

在主用室外散热模块200处于正常情况下，通过室内模块100、第一冷凝器201和第一压缩机202形成数据中心的制冷循环通路；在主用室外散热模块200发生故障时，通过室内模块100、第二冷凝器301和第二压缩机302形成数据中心的制冷循环通路。

需要说明的是，本公开实施例的第一冷凝器201和第二冷凝器301可以采用蒸发式冷凝器，其中，蒸发式冷凝器是利用盘管外的喷淋水部分蒸发时吸收盘管内高温气态制冷剂的热量而使管内的制冷剂逐渐由气态被冷却为液态的一种设备。

在该实施例中，当制冷系统正常运行时，主用室外散热模块200运行，备用室外散热模块300备用。此时，第一压缩机202将气态制冷剂从第一压缩机202的出口流至第一冷凝器201，第一冷凝器对气态制冷剂进行降温以使气态制冷剂转变为液态制冷剂(如第一冷凝器201管路内的气态制冷剂与喷淋水进行相变换热，之后，气态制冷剂变成液态制冷剂)，并流至室内模块100，通过室内模块100中的液态制冷剂与数据中心室内的待冷却机柜的热量进行相变换热，以降低数据中心室内的待冷却机柜的温度，此时流出室内模块100的制冷剂由液态变为气态，并流回至第一压缩机202，依次循环。

当主用室外散热模块200发生故障时，发生故障的室外散热模块200停机，室内模块100继续运行，并切换为备用室外散热模块300运行，切换启动备用室外散热模块300的所需时间大概需要2min时长，而后备用室外散热模块300进行制冷。此时，发生故障的室外散热模块200可进行维修，第二压缩机302将气态制冷剂从第二压缩机302的出口流至第二冷凝器301，第二冷凝器对气态制冷剂进行降温以转变为液态制冷剂(如第二冷凝器301管路内的气态制冷剂与喷淋水进行相变换热，之后，气态制冷剂变成液态制冷剂)，并流至室内模块100，通过室内模块100中的液态制冷剂与数据中心室内的待冷却机柜的热量进行相变换热，以降低数据中心室内的待冷却机柜的温度，此时流出室内模块100的制冷剂变由液态变为气态，并流回第二压缩机302，依次循环。这样能够保证数据中心室内的待冷却机柜无热点出现，实现系统连续制冷。

需要说明的是，为了便于说明，上述实施例的图1中的室内模块100仅是一个室内模块100、主用室外散热模块200仅是以包括一个第一冷凝器201和一个第一压缩机202、备用室外散热模块300仅是以包括一个第二冷凝器301和一个第二压缩机302为例进行说明。

在本公开的其他实施例中，室内模块100、主用室外散热模块200和备用室外散热模块300不仅仅包括一个。

举例说明，如图2所示，室内模块100包括第一室内模块101和第二室内模块102。主用室外散热模块200包括第一主用室外散热模块210和第二主用室外散热模块220，其中，第一主用室外散热模块210包括第一冷凝器201和第一压缩机202，第二主用室外散热模块220包括第一冷凝器201和第一压缩机202。备用室外散热模块300包括一个第二冷凝器301和一个第二压缩机302。

其中，第一主用室外散热模块210中第一压缩机202的入口与第一室内模块101的出口连接，第一主用室外散热模块210中第一压缩机202的出口与第一主用室外散热模块210中第一冷凝器201的气态制冷剂入口连接，第一主用室外散热模块210中第一冷凝器201的液态制冷剂出口与第一室内模块101的入口连接。备用室外散热模块300中第二压缩机302的入口分别与第一室内模块101的出口和第二室内模块102的出口连接，备用室外散热模块300中第二压缩机302的出口与第二冷凝器301的气态制冷剂入口连接，第二主用室外散热模块220中第一冷凝器201的液态制冷剂出口与第二室内模块102的入口连接。

其中，第一主用室外散热模块210中的第一冷凝器201和第二主用室外散热模块220中的第一冷凝器201和备用室外散热模块300中的第二冷凝器301同样可以采用蒸发式冷凝器。

在第一主用室外散热模块210和第二主用室外散热模块均处于正常情况下，分别通过第一室内模块101、第一主用室外散热模块210中的第一冷凝器201和第一压缩机202，以及通过第二室内模块102、第二主用室外散热模块210中的第一冷凝器201和第一压缩机202形成数据中心的制冷循环通路。

在第一主用室外散热模块210发生故障时，通过第一室内模块101、第二冷凝器301和第二压缩机302，以及通过第二室内模块102、第二主用室外散热模块210中的第一冷凝器201和第一压缩机202形成数据中心的制冷循环通路。或者，在第二主用室外散热模块220发生故障时，通过第一室内模块101、第一主用室外散热模块210中的第一冷凝器201和第一压缩机202，以及第二室内模块102、第二冷凝器301和第二压缩机302形成数据中心的制冷循环通路。

需要说明的是，当室内模块100的数量小于或等于6个时，可以设置1个备用室外散热模块300；当室内模块100的数量大于6个，且小于或等于12个时，可以设置2个备用室外散热模块300，其中，每个备用室外散热模块300的一端(每个备用室外散热模块300中第二压缩机302的入口)与所有的室内模块100的入口连接，每个备用室外散热模块300的另一端(每个备用室外散热模块300中第二冷凝器301的液态制冷剂出口)与所有的室内模块100的入口连接；当室内模块100的数量大于12个时，可以配置更多数量的备用室外散热模块300，具体数量可根据实际情况进行选择。

由此，本公开实施例的数据中心的制冷系统，通过设置备用室外散热模块，且主用室外散热模块包括第一压缩机和第一冷凝器，备用室外散热模块中采用的是第二压缩机和第二冷凝器，以便在主用室外散热模块处于正常情况下，通过室内模块、第一冷凝器和第一压缩机形成数据中心的制冷循环通路；在主用室外散热模块发生故障时，通过室内模块、第二冷凝器和第二压缩机形成数据中心的制冷循环通路，从而本公开的数据中心的制冷系统能够实现系统连续制冷能，且能够降低系统能耗、提高系统节能性。

由于压缩机有回油限制，需要考虑管长和高差，使得部署场景受限，即工程管路复杂，工程预制化差，所以本公开实施例的第一压缩机202采用的是第一无油压缩机，第二压缩机302采用的是第二无油压缩机，这样制冷系统就无需考虑管长和高差，能够简化工程管路、节省成本、加快交付速度。

图4是本公开实施例提供的一种室内模块的示意图。

如图4所示，本公开实施例的室内模块100，包括：第一气液分离器110、第一制冷剂泵120和蒸发器130。其中，蒸发器130采用背板方式，以增大换热面积，背板与设置在数据中心室内的待冷却机柜贴合，实现就近冷却，提高整体换热效果，从而提高整个制冷系统的制冷效果；蒸发器130也可以采用传统的铜管铝翅片换热器；蒸发器130还可以采用车用空调领域的微通道换热器。第一气液分离器110的液体入口分别与第一冷凝器201和第二冷凝器202的液态制冷剂出口连接。第一气液分离器110的液体出口与第一制冷剂泵120的入口连接，第一制冷剂泵120的出口与背板的入口连接。第一气液分离器110的气体入口与背板的出口连接，第一气液分离器110的气体出口分别与第一压缩机202和第二压缩机302的入口连接。

在该实施例中，从第一冷凝器201的液态制冷剂出口或第二冷凝器202的液态制冷剂出口流出的液态制冷剂流至第一气液分离器110，以进行气液分离(由于从第一冷凝器201的液态制冷剂出口或第二冷凝器202的液态制冷剂出口流出的液态制冷剂中可能存在少量的气态制冷剂，所以需要通过第一气态分离器110进行气液分离)，经过气液分离后得到的液态制冷剂通过第一制冷剂泵120送至蒸发器130，经过蒸发器130换热后液态制冷剂变为气态制冷剂后，再次流进第一气液分离器110中，并再次通过第一气液分离器110进行气液分离(由于经过蒸发器130换热后液态制冷剂变为气态制冷剂，该气态制冷剂中可能还存在少量的液态制冷剂，所以需要通过第一气态分离器110进行气液分离)后流出气态制冷剂，流出的气态制冷剂通过第一压缩机202的入口流至第一压缩机202，或者通过第二压缩机302的入口流至第二压缩机302。

如图4所示，第一气液分离器110的气体出口与第一压缩机202的入口之间的连通管路上设置有第一节流阀141。第一冷凝器201的液态制冷剂出口与第一气液分离器110的液体入口之间的连通管路上设置有第二节流阀142。第一气液分离器110的气体出口与第二压缩机302的入口之间的连通管路上设置有第三节流阀(图中未示出)。第二冷凝器的液态制冷剂出口与第一气液分离器的液体入口之间的连通管路上设置有第四节流阀(图中未示出)。

在该实施例中，第一节流阀141、第二节流阀142、第三节流阀、第四节流阀均可以为电子膨胀阀。电子膨胀阀利用被调节参数产生的电信号，控制施加膨胀阀上的电压或电流，进而达到调节供液量的目的。制冷系统制冷供液量调节范围宽，要求调节反映快，传统的节流装置(如热力膨胀阀)难以良好胜任，而电子膨胀阀可以很好地满足要求，即在制冷过程中，电子膨胀阀的调节反映快，可提高制冷效率。

为使制冷剂更快地、更多地从第一气液分离器110中流出，第一气液分离器110设置多个液体出口，多个第一制冷剂泵，其中，液体出口与第一制冷剂一一对应。例如，如图4所示，第一气液分离器110设置2个液体出口，两个第一制冷剂泵120和150。

如图4所示，第一制冷剂泵120和150的出口与背板的入口之间的连通管路上设置有关断阀160。其中，在需要对数据中心室内的待冷却机柜降温时，控制关断阀160打开；在不需要对数据中心室内的待冷却机柜降温时，可以控制关断阀160关断。其中，关断阀160的数量可以为1个或者2个，具体的数量本公开不进行限制。

如图4所示，除了在第一制冷剂泵120和150的出口与背板的入口之间的连通管路上设置关断阀160，还可以在背板的出口与第一气液分离器110的气态制冷剂入口之间设置关断阀，该关断阀的数量可以同样可以为1个或者2个，具体的数量本公开不进行限制。

为了加快对液态制冷剂和气态制冷剂的分离，以及为了考虑故障切机时的启动时间的室内模块100的制冷冷源，如图4所示，在本公开的实施例中，室内模块100还增加了第二气液分离器170，对应的设置有第二制冷剂泵180。其中，第二气液分离器170的液体入口(如通过节流阀143)分别与第一冷凝器201和第二冷凝器301的液态制冷剂出口连接。第二气液分离器170的液体出口与第二制冷剂泵180的入口连接，其中，第二制冷剂泵180的出口与背板的入口连接。第二气液分离器170的气体入口与背板的出口连接，其中，第二气液分离器170的气体出口(如通过节流阀144)分别与第一压缩机202和第二压缩机302的入口连接。

为使制冷剂更快地、更多地从第二气液分离器170中流出，第二气液分离器170设置多个液体出口，多个第二制冷剂泵，其中，液体出口与第二制冷剂一一对应。例如，如图4所示，第二气液分离器170设置2个液体出口，两个第二制冷剂泵。

如图4所示，第一气液分离器110与第二气液分离器170之间通过制冷剂气管连通管A连接。第一气液分离器110的与第二液体分离器170之间通过制冷剂液管连通管B连接。这样当第一气液分离器110和第二气液分离器170中任一个损坏时，可以通过制冷剂气管连通管A和制冷剂液管连通管B将损坏那侧的气液分离器中的制冷剂流至没有损坏那侧的气液分离器，这样可以保证制冷剂的量，以保证该室内模块的制冷量。

如图4所示，制冷剂气管连通管A上述设置有第五节流阀145，制冷剂液管连通管上设置有第六节流阀146。

在该实施例中，第五节流阀145、第六节流阀146均可以为电子膨胀阀。电子膨胀阀利用被调节参数产生的电信号，控制施加膨胀阀上的电压或电流，进而达到调节供液量的目的。制冷系统制冷供液量调节范围宽，要求调节反映快，传统的节流装置(如热力膨胀阀)难以良好胜任，而电子膨胀阀可以很好地满足要求，即在制冷过程中，电子膨胀阀的调节反映快，可提高制冷效率。

综上所述，本公开实施例的数据中心的制冷系统，通过设置备用室外散热模块，且主用室外散热模块包括第一压缩机和第一冷凝器，备用室外散热模块中采用的是第二压缩机和第二冷凝器，其中，第一压缩机和第二压缩机的入口分别与室内模块的出口连接，第一压缩机和第二压缩机的出口分别与第一冷凝器的气态制冷剂入口连接，第一冷凝器和第二冷凝器的液态制冷剂出口分别与室内模块的入口连接，以便主用室外散热模块处于正常情况下，通过室内模块、第一冷凝器和第一压缩机形成数据中心的制冷循环通路；在主用室外散热模块发生故障时，通过室内模块、第二冷凝器和第二压缩机形成数据中心的制冷循环通路。由此，本公开的数据中心的制冷系统能够在主用室外散热模块发生故障时，切换为备用室外散热模块制冷，使得发生故障的主用室外散热模块可切出维修，并保证整个过程机柜无热点出现，实现系统连续制冷；制冷系统使用压缩机组成的系统，能够满足数据中心应用场景的需求，降低数据中心制冷系统的能耗，提高数据中心制冷系统的节能性；压缩机使用无油压缩机，能够简化数据中心空调系统，节省成本，提高工程预制化，加快交付速度。

上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。

Claims (11)

1.一种数据中心的制冷系统，所述数据中心室内包括机柜，所述系统包括：

室内模块；

主用室外散热模块，所述主用室外散热模块包括第一冷凝器和第一压缩机，其中，所述第一压缩机的入口与所述室内模块的出口连接，所述第一压缩机的出口与所述第一冷凝器的气态制冷剂入口连接，所述第一冷凝器的液态制冷剂出口与所述室内模块的入口连接；

备用室外散热模块，所述备用室外散热模块包括第二冷凝器和第二压缩机，其中，所述第二压缩机的入口与所述室内模块的出口连接，所述第二压缩机的出口与所述第二冷凝器的气态制冷剂入口连接，所述第二冷凝器的液态制冷剂出口与所述室内模块的入口连接；

其中，在所述主用室外散热模块处于正常情况下，通过所述室内模块、所述第一冷凝器和所述第一压缩机形成所述数据中心的制冷循环通路；在所述主用室外散热模块发生故障时，通过所述室内模块、所述第二冷凝器和所述第二压缩机形成所述数据中心的制冷循环通路；

其中，所述室内模块包括第一室内模块和第二室内模块，所述主用室外散热模块包括第一主用室外散热模块和第二主用室外散热模块，其中，所述第一主用室外散热模块包括第一冷凝器和第一压缩机，所述第二主用室外散热模块包括第一冷凝器和第一压缩机，所述备用室外散热模块包括一个所述第二冷凝器和一个所述第二压缩机；

其中，所述第一主用室外散热模块中所述第一压缩机的入口与所述第一室内模块的出口连接，所述第一主用室外散热模块中所述第一压缩机的出口与所述第一主用室外散热模块中所述第一冷凝器的气态制冷剂入口连接，所述第一主用室外散热模块中所述第一冷凝器的液态制冷剂出口与所述第一室内模块的入口连接，所述备用室外散热模块中所述第二压缩机的入口分别与所述第一室内模块的出口和所述第二室内模块的出口连接，所述备用室外散热模块中所述第二压缩机的出口与所述第二冷凝器的气态制冷剂入口连接，所述第二主用室外散热模块中所述第一冷凝器的液态制冷剂出口与所述第二室内模块的入口连接；

其中，在所述第一主用室外散热模块发生故障时，通过所述第一室内模块、所述第二冷凝器和所述第二压缩机，以及通过所述第二室内模块、所述第二主用室外散热模块中的所述第一冷凝器和所述第一压缩机形成数据中心的制冷循环通路；

其中，所述室内模块包括第一气液分离器、第一制冷剂泵和蒸发器，所述蒸发器包括背板，所述背板与设置在所述数据中心室内的待冷却机柜贴合，其中，所述第一气液分离器的液体入口分别与所述第一冷凝器和所述第二冷凝器的液态制冷剂出口连接；

所述第一气液分离器的液体出口与所述第一制冷剂泵的入口连接，其中，所述第一制冷剂泵的出口与所述背板的入口连接；

所述第一气液分离器的气体入口与所述背板的出口连接，其中，所述第一气液分离器的气体出口分别与所述第一压缩机和所述第二压缩机的入口连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一压缩机为第一无油压缩机，所述第二压缩机为第二无油压缩机。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一气液分离器的气体出口与所述第一压缩机的入口之间的连通管路上设置有第一节流阀。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一冷凝器的液态制冷剂出口与所述第一气液分离器的液体入口之间的连通管路上设置有第二节流阀。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一气液分离器的气体出口与所述第二压缩机的入口之间的连通管路上设置有第三节流阀。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第二冷凝器的液态制冷剂出口与所述第一气液分离器的液体入口之间的连通管路上设置有第四节流阀。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述液体出口为多个，所述第一制冷剂泵为多个，所述液体出口与所述第一制冷剂一一对应。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一制冷剂泵的出口与所述背板的入口之间的连通管路上设置有关断阀。

9.根据权利要求1-8任一项所述的系统，其中，所述室内模块还包括第二气液分离器、第二制冷剂泵，其中，

所述第二气液分离器的液体入口分别与所述第一冷凝器和所述第二冷凝器的液态制冷剂出口连接；

所述第二气液分离器的液体出口与所述第二制冷剂泵的入口连接，其中，所述第二制冷剂泵的出口与所述背板的入口连接；

所述第二气液分离器的气体入口与所述背板的出口连接，其中，所述第二气液分离器的气体出口分别与所述第一压缩机和所述第二压缩机的入口连接。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，

所述第一气液分离器与所述第二气液分离器之间通过制冷剂气管连通管连接。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，

所述制冷剂气管连通管上述设置有第五节流阀；

所述制冷剂液管连通管上设置有第六节流阀。