CN205980107U - 用于高热密度数据中心的co2制冷系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于高热密度数据中心的CO₂制冷系统。该用于高热密度数据中心的CO₂制冷系统包括：多个CO₂制冷机组，将CO₂作为制冷媒介，以向设置于数据中心的机柜处的风机盘管提供液态CO₂；风机盘管，与CO₂制冷机组连接，以利用液态CO2对相应的机柜制冷；以及冷冻水管路，与CO₂制冷机组连接，配置成向CO₂制冷机组供应冷冻水，以与CO₂制冷机组进行热交换。本实用新型的方案，通过“点对点”的处理方式，消除了热点的产生，可以保证高热密度数据中心的安全稳定运行，CO₂的流量可以根据机柜的负荷变化来调节，避免增加风机功耗，更易于进行空调机组的冗余配置，确保长期高效稳定的供冷。

Description

用于高热密度数据中心的CO2制冷系统

技术领域

本实用新型涉及制冷领域，特别是涉及一种用于高热密度数据中心的CO₂制冷系统。

背景技术

当今的数据中心相对几年前已得到了飞跃的发展，更小、更快、更强大的刀片式服务器、网络交换机等电子设备应用在越来越小的空间里，以往一个机房里的设备现在被紧凑的压缩到一个机架中，极大地提高了设备的热密度。传统空调冷却系统的机房机架顶部的服务器经常过热，大部分故障出现在靠近机架顶部的位置。在没有空调的情况下，以往25分钟才会引起的服务器过热问题，现在往往只需要3分钟。

为满足日益增长的高热密度数据中心的制冷需求，CO₂制冷系统应运而生。CO₂制冷系统是一个变容量系统，可以适合小于5kw/m²的热密度要求。即使是CO₂制冷系统的一部分也能提供足够的冷却能力(由于维修工作或者故障)，可以适应高热密度“定点冷却”的先进冷却方式，适应每一个机架的发热量。但是，目前的CO₂制冷系统并不能根据热负荷的变化而变化，因而可能会造成系统能耗增加。由于输送CO₂的管路具有低阻特性，CO₂制冷系统在CO₂流量过高的情况下运行，还可能会有一定风险。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是要提供一种保证运行可靠性的CO₂制冷系统。

本实用新型一个进一步的目的是要提高CO₂制冷系统的运行效率。

特别地，本实用新型提供了一种用于高热密度数据中心的CO₂制冷系统。该用于高热密度数据中心的CO₂制冷系统包括：多个CO₂制冷机组，将CO₂作为制冷媒介，以向设置于数据中心的机柜处的风机盘管提供液态CO₂；风机盘管，与CO₂制冷机组连接，以利用液态CO2对相应的机柜制冷；以及冷冻水管路，与CO₂制冷机组连接，配置成向CO₂制冷机组供应冷冻水，以与CO₂制冷机组进行热交换。

可选地，该用于高热密度数据中心的CO₂制冷系统还包括：液管，连接CO₂制冷机组与风机盘管，以将液态CO₂由CO₂制冷机组输送至风机盘管；以及气管，连接风机盘管与CO₂制冷机组，以将气态CO₂由风机盘管输送至CO₂制冷机组。

可选地，数据中心设置有多个机柜，并且每个机柜处对应设置有一个风机盘管，并且液管包括：液管总路与多个液管支路，多个液管支路连通液管总路与多个风机盘管，以将液管总路内的液态CO₂输送至多个风机盘管；气管包括：气管总路与多个气管支路，气管支路连通气管总路与多个风机盘管，以将多个风机盘管内的气态CO₂输送至气管总路。

可选地，该用于高热密度数据中心的CO₂制冷系统还包括：调节阀，设置于液管总路上，以调节液态CO₂的流量。

可选地，液管总路和气管总路由CO₂制冷机组向风机盘管的方向倾斜降低。

可选地，风机盘管设置于机柜顶部，并且风机盘管的底部与机柜顶部之间的距离大于或等于预设值。

可选地，风机盘管包括：送风口，设置于风机盘管的底部一端，以向机柜送风；以及回风口，设置于风机盘管的底部另一端，以供与机柜换热后的气体回流。

可选地，风机盘管还包括：挡板，竖直设置于风机盘管底部与机柜的顶部之间，以隔离送风口与回风口。

可选地，该用于高热密度数据中心的CO₂制冷系统还包括：水泵，设置于冷冻水管路上，以控制冷冻水的流量。

可选地，冷冻水管路包括：防潮层，设置于冷冻水管路外表面，以隔绝外部的湿气；以及绝热层，设置于防潮层内部，以隔绝外部的热量。

本实用新型的用于高热密度数据中心的CO₂制冷系统包括：多个CO₂制冷机组，将CO₂作为制冷媒介，以向设置于数据中心的机柜处的风机盘管提供液态CO₂；风机盘管，与CO₂制冷机组连接，以利用液态CO2对相应的机柜制冷；以及冷冻水管路，与CO₂制冷机组连接，配置成向CO₂制冷机组供应冷冻水，以与CO₂制冷机组进行热交换，通过“点对点”的处理方式，消除了热点的产生，可以保证高热密度数据中心的安全稳定运行。

进一步地，本实用新型的用于高热密度数据中心的CO₂制冷系统还包括：液管，连接CO₂制冷机组与风机盘管，以将液态CO₂由CO₂制冷机组输送至风机盘管，并且液管包括：液管总路与多个液管支路，多个液管支路连通液管总路与多个风机盘管，以将液管总路内的液态CO₂输送至多个风机盘管，设置于液管总路上的调节阀，可以调节液态CO₂的流量。CO₂的流量可以根据机柜的负荷变化来调节，避免增加风机功耗，更易于进行空调机组的冗余配置，确保长期高效稳定的供冷。

根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本实用新型一个实施例的用于高热密度数据中心的CO₂制冷系统的示意框图；

图2是根据本实用新型一个实施例的用于高热密度数据中心的CO₂制冷系统的系统架构图；以及

图3是根据本实用新型一个实施例的用于高热密度数据中心的CO₂制冷系统的连接示意图。

具体实施方式

图1是根据本实用新型一个实施例的用于高热密度数据中心的CO₂制冷系统100的示意框图，图2是根据本实用新型一个实施例的用于高热密度数据中心的CO₂制冷系统100的系统架构图，图3是根据本实用新型一个实施例的用于高热密度数据中心的CO₂制冷系统100的连接示意图。如图所示，该CO₂制冷系统100可以包括：多个CO₂制冷机组10、风机盘管20、冷冻水管路30。该CO₂制冷系统100可以满足高热密度数据中心的制冷需求，对数据中心的多个机柜200高效稳定制冷。

其中，多个CO₂制冷机组10将CO₂作为制冷媒介，以向设置于数据中心的机柜200处的风机盘管20提供液态CO₂。其中，数据中心设置有多个机柜200，并且每个机柜200处对应设置有一个风机盘管20。

风机盘管20与CO₂制冷机组10连接，以利用液态CO₂对相应的机柜200制冷。其中液态CO₂在风机盘管20中蒸发变为气态，同时带走大量的热量，达到制冷降温的效果。

冷冻水管路30与CO₂制冷机组10连接，配置成向CO₂制冷机组10供应冷冻水，以与CO₂制冷机组10进行热交换。其中冷冻水可以将与风机盘管20换热后的液态CO₂所携带的热量带走，便于循环制冷。

本实施例的用于高热密度数据中心的CO₂制冷系统100，采用CO₂作为制冷媒介，更加环保，而且消除室内滴水隐患。通过“点对点”的处理方式，消除了热点的产生，同时还能根据服务器的负荷变化，调节送风量，无需进行风平衡，气流分布均匀，风机功耗降低，易于进行空调机组的冗余配置，可以保证高热密度数据中心的安全稳定运行。

用于高热密度数据中心的CO₂制冷系统100还包括：液管11，连接CO₂制冷机组10与风机盘管20，以将液态CO₂由CO₂制冷机组10输送至风机盘管20；以及气管12，连接风机盘管20与CO₂制冷机组10，以将气态CO₂由风机盘管20输送至CO₂制冷机组10。并且液管11包括：液管总路111与多个液管支路112，多个液管支路112连通液管总路111与多个风机盘管20，以将液管总路111内的液态CO₂输送至多个风机盘管20；气管12包括：气管总路121与多个气管支路122，气管支路122连通气管总路121与多个风机盘管20，以将多个风机盘管20内的气态CO₂输送至气管总路121。

用于高热密度数据中心CO₂制冷系统100还包括：调节阀13，设置于液管总路111上，以调节液态CO₂的流量。在一些可选实施例中，CO₂的流量范围可以是：3.5m³/h至13m³/h，CO₂液管11具有低阻特性，CO₂的流量过高时，例如超过13m³/h可能会有风险，设置调节阀13可以防范风险。其中CO₂的流量与风机盘管20最大供冷量、风机盘管20的数量、饱和状态下的CO₂液体密度以及饱和状态下CO₂液体气化潜热有关。在其他一些实施例中，CO₂制冷机组10包括：CO₂泵，以将气态CO₂液化为液体，可以检测CO₂泵的进出口压差pump(即扬程)是否满足：23m＜pump＜30m，若小于该范围，说明CO₂制冷系统100中的CO₂流量过大，可以通过调节调节阀13使压差满足要求；若大于该范围，说明CO₂制冷系统100中的CO₂流量过小，不能提供足够的冷量，此时可以调节CO₂泵上的校准孔使压差达到要求。上述具体数值仅为例举，而并非对本实用新型的限定。

CO₂制冷系统100的冷凝器对CO₂液体具有储液功能，可以灵活地适应不同的充注量。CO₂制冷系统100循环时的CO₂液体流量根据所处理热负荷的变化而变化，CO₂的充注量影响风机盘管20的风机功耗，相同换热量的情况下，较少的CO₂充注量会导致风机功耗增加。在一些具体的实施例中，CO₂制冷系统100连接有23台风机盘管20的情况下，液管11的容积不应超过60升，气管12的容积不应超过140升。上述具体数值仅为例举，而并非对本实用新型的限定。

液管总路111和气管总路121由CO₂制冷机组10向风机盘管20的方向倾斜降低。在一些可选的实施例中，液管总路111和气管总路121在安装时应确保不小于1％的坡度，并且上述两个管路都可以用法兰方式连接。

该用于高热密度数据中心CO₂制冷系统100，还包括：水泵31，设置于冷冻水管路30上，以控制冷冻水的流量。在一些实施例中，为了实现对冷冻水流量的实时控制，可以安装电动调节阀或变频水泵。为避免水中杂质损坏水泵，水泵入口还可以设置网眼过滤器，其中网眼尺寸可以为1.2mm。

过低的水流量会降低对CO₂制冷机组10的换热效率，同时引起CO₂压力升高。因而在一些实施例中，冷冻水最小流量为20m³/h，即使CO₂制冷系统100停止运行，也依旧保持该循环水量。上述具体数值仅为例举，而并非对本实用新型的限定。

冷冻水管路30与CO₂制冷机组10连接时，不能在CO₂制冷机组10上产生较大的作用力，因而连接处可以有隔振装置。

CO₂制冷系统100还可以包括水质处理设备，设置于冷冻水管路30上，水质处理设备可以包括但不限于：过滤器、截止阀、排气阀等。其中，手动或自动排气阀可以设置于冷冻水管路30的每一个高点，还可以设置膨胀水箱和安全阀以确保冷冻水管路30的压力正常。CO₂制冷机组10上可以设置有冷冻水进水口与冷冻水出水口，并分别与冷冻水管路30连接，冷冻水进、出水口可以安装有温度传感器，以检测冷冻水的进、出水温度。CO₂制冷机组10的冷冻水出水口处可以安装有流量计，以检测冷冻水的流量。此外，还可以在冷冻水管路30的每一个低点安装泄水阀，在冷冻水进、出水口处设置截止阀。为确保冷冻水管路30承压，管路内的水若被排空超过1月以上，应充满干燥氮气。

冷冻水管路30还可以包括：防潮层，设置于冷冻水管路30外表面，以隔绝外部的湿气；以及绝热层，设置于防潮层内部，以隔绝外部的热量。

该用于高热密度数据中心CO₂制冷系统100，风机盘管20设置于机柜200顶部，并且风机盘管20的底部与机柜200顶部之间的距离大于或等于预设值。在一种具体的实施例中，该预设值可以为800mm。

风机盘管20包括：送风口21，设置于风机盘管20的底部一端，以向机柜200送风；以及回风口22，设置于风机盘管20的底部另一端，以供与机柜200换热后的气体回流。风机盘管20还包括：挡板23，竖直设置于风机盘管20底部与机柜200的顶部之间，以隔离送风口21与回风口22，避免送、回风过程中出现短路现象。

在一些实施例中，风机盘管20的回风口22处还可以设置有回风温度传感器，以检测回风温度，并根据回风温度自动调节送风量，以响应机柜200散热量的变化。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本实用新型的多个示例性实施例，但是，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，仍可根据本实用新型公开的内容直接确定或推导出符合本实用新型原理的许多其他变型或修改。因此，本实用新型的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种用于高热密度数据中心的CO₂制冷系统，其特征在于包括：

多个CO₂制冷机组，将CO₂作为制冷媒介，以向设置于所述数据中心的机柜处的风机盘管提供液态CO₂；

所述风机盘管，与所述CO₂制冷机组连接，以利用所述液态CO2对相应的所述机柜制冷；以及

冷冻水管路，与所述CO₂制冷机组连接，配置成向所述CO₂制冷机组供应冷冻水，以与所述CO₂制冷机组进行热交换。

2.根据权利要求1所述的用于高热密度数据中心的CO₂制冷系统，其特征在于还包括：

液管，连接所述CO₂制冷机组与所述风机盘管，以将液态CO₂由所述CO₂制冷机组输送至所述风机盘管；以及

气管，连接所述风机盘管与所述CO₂制冷机组，以将气态CO₂由所述风机盘管输送至所述CO₂制冷机组。

3.根据权利要求2所述的用于高热密度数据中心的CO₂制冷系统，其特征在于，

所述数据中心设置有多个机柜，并且每个机柜处对应设置有一个所述风机盘管，并且

所述液管包括：液管总路与多个液管支路，所述多个液管支路连通所述液管总路与多个所述风机盘管，以将所述液管总路内的液态CO₂输送至多个所述风机盘管；

所述气管包括：气管总路与多个气管支路，所述气管支路连通所述气管总路与多个所述风机盘管，以将多个所述风机盘管内的气态CO₂输送至所述气管总路。

4.根据权利要求3所述的用于高热密度数据中心的CO₂制冷系统，其特征在于还包括：

调节阀，设置于所述液管总路上，以调节液态CO₂的流量。

5.根据权利要求3所述的用于高热密度数据中心的CO₂制冷系统，其特征在于，

所述液管总路和所述气管总路由所述CO₂制冷机组向所述风机盘管的方向倾斜降低。

6.根据权利要求1所述的用于高热密度数据中心的CO₂制冷系统，其特征在于，

所述风机盘管设置于所述机柜顶部，并且所述风机盘管的底部与所述机柜顶部之间的距离大于或等于预设值。

7.根据权利要求6所述的用于高热密度数据中心的CO₂制冷系统，其特征在于，

所述风机盘管包括：送风口，设置于所述风机盘管的底部一端，以向所述机柜送风；以及

回风口，设置于所述风机盘管的底部另一端，以供与所述机柜换热后的气体回流。

8.根据权利要求7所述的用于高热密度数据中心的CO₂制冷系统，其特征在于，

所述风机盘管还包括：挡板，竖直设置于所述风机盘管底部与所述机柜的顶部之间，以隔离所述送风口与所述回风口。

9.根据权利要求1所述的用于高热密度数据中心的CO₂制冷系统，其特征在于还包括：

水泵，设置于所述冷冻水管路上，以控制冷冻水的流量。

10.根据权利要求1所述的用于高热密度数据中心的CO₂制冷系统，其特征在于，

所述冷冻水管路包括：防潮层，设置于所述冷冻水管路外表面，以隔绝外部的湿气；以及

绝热层，设置于所述防潮层内部，以隔绝外部的热量。