CN208967953U - 一种泵送相变循环高效的制冷系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种泵送相变循环高效的制冷系统，该制冷系统包括设置于首端的泵送相变循环空调主机A、设置于末端的泵送相变循环空调主机B以及若干泵送相变循环空调末端，所述泵送相变循环空调主机A和泵送相变循环空调主机B之间通过相变工质输入管路系统和相变工质输出管路系统连接，相变工质输入管路系统连接有相变工质进液管，相变工质输出管路系统连接有相变工质排液管；本实用新型针对当前大型集中式数据中心的制冷系统，进行了端到端的改进设计，有效提升了全年自然冷却时长，降低了系统复杂度，免去了常规的大型相变工质机组，让系统维护保养更简单，耗液量也大大降低。

Description

一种泵送相变循环高效的制冷系统

技术领域

本实用新型涉及制冷技术，具体的说是涉及一种泵送相变循环高效的制冷系统。

背景技术

随着信息化革命日益的深入，特别是移动互联网时代的发展，数字时代产生了越来越多的数据，自然要求建造越来越多的数据中心，承载和运营这些数据。同时，随着数据中心越来越多，数据中心的功耗越来越大，目前数据中心的总耗电，占整个社会耗电量的比重约2%。

为了降低数据中心的电耗，数据中心散热方案追求实用“自然冷却”方案，即使用室外低温的空气作为冷源，实现对室内服务器的散热。当前，较为普遍采用的大型集中式冷冻液系统，虽然实现了一定程度上的自然冷却，但仍然存在全年自然冷却时长偏低，系统复杂，建造实施周期长，维护困难等特点。

如图1所示，当前，业界普遍采用的大型集中式数据中心制冷系统由末端空调（图1中的冷冻液末端105）、液液换热器106、相变工质主机103、冷却塔101、冷冻液泵104和冷却液泵102组成，整个系统的冷冻液为侧循环和冷却液为侧循环。当室外湿球温度低于一定数值时，相变工质机组停止工作，使用低温的冷却液通过液液换热器106来为冷冻液提供持续的冷源。

从充分挖掘数据中心站点所在地域自然气候潜力，最大限度提升自然冷却时间要求出发，为满足未来数据中心散热系统简单维护的要求，现有方案有以下的缺点：

1.全年自然冷却时长较短，热源与最终室外空气存在多大4次换热，传热温度梯度（温差）大。

2.系统复杂，特别是冷冻液循环、冷却液循环和板换之间的阀门切换等。

3.维护复杂度高，特别是大型相变工质机主、冷塔、液泵等，需要专业厂家进行维护。

4.消耗大量宝贵的液资源，冷却液需要不断补液和更换，冷冻液液需要定期更换，同时，耗费大量化学药剂进行液处理。

实用新型内容

针对现有技术中的不足，本实用新型的目的是提供一种泵送相变循环高效的制冷系统，解决当前制冷系统的技术缺陷，实现最大限度的节能运行和简单实施与运维。

为解决上述技术问题，本实用新型通过以下方案来实现：一种泵送相变循环高效的制冷系统，该制冷系统包括设置于首端的泵送相变循环空调主机A、设置于末端的泵送相变循环空调主机B以及若干泵送相变循环空调末端，所述泵送相变循环空调主机A和泵送相变循环空调主机B之间通过相变工质输入管路系统和相变工质输出管路系统连接，相变工质输入管路系统连接有相变工质进液管，相变工质输出管路系统连接有相变工质排液管；

所述泵送相变循环空调末端的进液端连接相变工质输入管路系统，其出液端连接相变工质输出管路系统；

所述泵送相变循环空调主机A的进液端连接相变工质输入管路系统，其出液端连接相变工质输出管路系统；

所述泵送相变循环空调主机B的进液端连接相变工质输入管路系统，其出液端连接相变工质输出管路系统；

在相变工质输入管路系统和相变工质输出管路系统上设置有若干阀门，其中每个相邻的泵送相变循环空调末端之间的相变工质输入管路系统和相变工质输出管路系统上均设置有阀门。

进一步的，所述泵送相变循环空调主机A和泵送相变循环空调主机B结构一致，其包括主机框架及设置于所述主机框架内的风机、换热器、接液盘、主机控制器、液态工质出液管路、气态工质进气管路、液循环抽液管路、补液管路、排液管路、储液罐以及若干传感器；

所述风机至少设置有一个，其设于主机框架内腔的顶部，主机框架顶部板设有出风口，风机的出风方向正对出风口；

所述风机下方设置有喷液装置，所述喷液装置设于所述液循环抽液管路上，所述液循环抽液管路上设置有抽液泵，所述抽液泵的进液端通过管路连接于所述接液盘的下端；

所述喷液装置下方设有换热器，所述换热器内设置有工质管路；所述工质管路的出料端连接液态工质出液管路，所述工质管路的进料端连接气态工质进气管路，所述气态工质进气管路中的气态工质进入换热器，通过其内的液换热装置降温形成液态从所述液态工质出液管路流出；

所述接液盘将主机框架隔成上下层，其设置于所述换热器的下方，用于接收从喷液装置喷在换热器上的液，液经换热后落入接液盘。

进一步的，所述风机设有两组，其包括两个风扇和一驱动电机，所述驱动电机设有两个主动轮，两个风扇设有被动轮，两个主动轮通过皮带分别连接两个被动轮。

进一步的，在所述液态工质出液管路上设置有液体泵和所述储液罐，所述液体泵通过管路连接工质管路的出液端，并在所述液体泵和工质管路之间的管路上并联连接有储液泵，所述储液泵连接有排液管路，所述排液管路上设置有第一手动阀，所述气态工质进气管路、液态工质出液管路上均设置有第二手动阀。

进一步的，所述气态工质进气管路的管路中连接有单向阀，所述单向阀上并联连接有一气体泵。

进一步的，所述补液管路连接于接液盘上，其管路上设置有第一电磁阀。

进一步的，所述排液管路连接于所述接液盘的下端，其管路上设置有第二电磁阀。

进一步的，所述主机框架的左右侧设置有进风窗口，在进风窗口处及主机框架顶面的出风口设置有温湿度传感器。

进一步的，所述传感器包括：

一液位及液质传感器S，置于所述接液盘内侧；

多个温度传感器、多个压力传感器，其中：

接液盘内侧设置有温度传感器；

液体泵与换热器之间的液态工质进液管路上设置有温度传感器、压力传感器；

液体泵出液端的管路上设置有温度传感器、压力传感器；

气体泵与换热器之间的液态工质进液管路上设置有温度传感器、压力传感器；

气体泵进气端的管路上设置有温度传感器、压力传感器。

进一步的，所述泵送相变循环空调末端包括机壳及设置于机壳内的末端控制器、风液换热器，所述机壳的进气端的管路上设置有电子节流阀，其出液端的管路上设置有温度传感器和压力传感器，并在进气管和出液管外端设置有快速公头。

相对于现有技术，本实用新型的有益效果是：本实用新型针对当前大型集中式数据中心的制冷系统，进行了端到端的改进设计，有效提升了全年自然冷却时长，降低了系统复杂度，免去了常规的大型相变工质机组，让系统维护保养更简单，耗液量也大大降低。

本实用新型的泵送相变循环高效制冷系统包括泵送相变循环末端、管路系统、泵送相变循环主机，整个系统可实现在全球所有地方，无论寒带还是热带最大限度的冷却。本实用新型热源与室外大气之间有2次换热循环，分别是泵送相变循环末端处和泵送相变循环主机处。

1.本实用新型充分利用室外自然冷源，利用相变换热优势，和独特的泵送相变循环实现大部分时间下，节能高效的制冷。

2.本实用新型大大降低制冷系统的复杂度，降低施工和运营维护难度 。

3本实用新型实现大规模数据中心无液冷却方案，节省未来越来越宝贵的液资源。

本实用新型创新超前的解决大规模数据中心液资源消耗的环保问题，同时，充分利用服务器进风温度高温化及相变换热的优势，实现无压缩循环的制冷，大大节省数据中心能源消耗 。能够实现低能耗与低液耗的解决方案。

附图说明

图1为现有技术中的制冷系统原理图；

图2为本实用新型的制冷系统原理图；

图3为本实用新型的泵送相变循环空调主机A或泵送相变循环空调主机B结构示意图；

图4为本实用新型泵送相变循环空调末端结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

实施例1：

请参照附图2-4，一种泵送相变循环高效的制冷系统，该制冷系统包括设置于首端的泵送相变循环空调主机A21、设置于末端的泵送相变循环空调主机B25以及若干泵送相变循环空调末端22，所述泵送相变循环空调主机A21和泵送相变循环空调主机B25之间通过相变工质输入管路系统26和相变工质输出管路系统24连接，相变工质输入管路系统26连接有相变工质进液管，相变工质输出管路系统24连接有相变工质排液管；

所述泵送相变循环空调末端22的进液端连接相变工质输入管路系统26，其出液端连接相变工质输出管路系统24；

所述泵送相变循环空调主机A21的进液端连接相变工质输入管路系统26，其出液端连接相变工质输出管路系统24；

所述泵送相变循环空调主机B25的进液端连接相变工质输入管路系统26，其出液端连接相变工质输出管路系统24；

在相变工质输入管路系统26和相变工质输出管路系统24上设置有若干阀门23，其中每个相邻的泵送相变循环空调末端22之间的相变工质输入管路系统26和相变工质输出管路系统24上均设置有阀门23。

本实施例的一种优选技术方案：所述泵送相变循环空调主机A21和泵送相变循环空调主机B25结构一致，其包括主机框架31及设置于所述主机框架31内的风机33、换热器32、接液盘35、主机控制器49、液态工质出液管路47、气态工质进气管路48、液循环抽液管路50、补液管路37、排液管路39、储液罐43以及若干传感器；

所述风机33至少设置有一个，其设于主机框架31内腔的顶部，主机框架31顶部板设有出风口，风机33的出风方向正对出风口；

所述风机33下方设置有喷液装置60，所述喷液装置60设于所述液循环抽液管路50上，所述液循环抽液管路50上设置有抽液泵36，所述抽液泵36的进液端通过管路连接于所述接液盘35的下端；

所述喷液装置60下方设有换热器32，所述换热器32内设置有工质管路；所述工质管路的出料端连接液态工质出液管路47，所述工质管路的进料端连接气态工质进气管路48，所述气态工质进气管路48中的气态工质进入换热器32，通过其内的液换热装置降温形成液态从所述液态工质出液管路47流出；

所述接液盘35将主机框架31隔成上下层，其设置于所述换热器32的下方，用于接收从喷液装置60喷在换热器32上的液，液经换热后落入接液盘35。

本实施例的一种优选技术方案：所述风机33设有两组，其包括两个风扇和一驱动电机，所述驱动电机设有两个主动轮，两个风扇设有被动轮，两个主动轮通过皮带分别连接两个被动轮。

本实施例的一种优选技术方案：在所述液态工质出液管路47上设置有液体泵45和所述储液罐43，所述液体泵45通过管路连接工质管路的出液端，并在所述液体泵45和工质管路之间的管路上并联连接有储液泵43，所述储液泵43连接有排液管路，所述排液管路上设置有第一手动阀44，所述气态工质进气管路48、液态工质出液管路47上均设置有第二手动阀46。

本实施例的一种优选技术方案：所述气态工质进气管路48的管路中连接有单向阀41，所述单向阀41上并联连接有一气体泵42。

本实施例的一种优选技术方案：所述补液管路37连接于接液盘35上，其管路上设置有第一电磁阀38。

本实施例的一种优选技术方案：所述排液管路39连接于所述接液盘35的下端，其管路上设置有第二电磁阀40。

本实施例的一种优选技术方案：所述主机框架31的左右侧设置有进风窗口，在进风窗口处及主机框架31顶面的出风口设置有温湿度传感器34。

本实施例的一种优选技术方案：所述传感器包括：

一液位及液质传感器S，置于所述接液盘内侧；

多个温度传感器、多个压力传感器，其中：

接液盘内侧设置有温度传感器；

液体泵45与换热器32之间的液态工质进液管路上设置有温度传感器、压力传感器；

液体泵45出液端的管路上设置有温度传感器、压力传感器；

气体泵42与换热器32之间的液态工质进液管路上设置有温度传感器、压力传感器；

气体泵42进气端的管路上设置有温度传感器、压力传感器。

本实施例的一种优选技术方案：所述泵送相变循环空调末端22包括机壳54及设置于机壳54内的末端控制器53、风液换热器，所述机壳54的进气端的管路上设置有电子节流阀51，其出液端的管路上设置有温度传感器和压力传感器，并在进气管和出液管外端设置有快速公头52。本实用新型的泵送相变循环末端，其具体产品形式包括但不限于服务器机柜背板换热器、行级空调、房间级空调或顶置空调等。末端产品包括换热器、电子节流阀、传感器等，同时可以具备快速接头等器件，实现快速部署功能。

实施例2：

在泵送相变循环末端，例如：服务器出风温度45˚C，服务器换热温差按10˚C考虑，末端换热器设计出风温度（即服务器进风温度35˚C），则泵送相变循环中的载冷剂供液温度约为31˚C。而泵送相变循环主机的设计逼近温度为3˚C，即室外湿球温度为28˚C及以下时，可以将载冷剂免费冷却至31˚C液体。而在中国绝大部份地区，夏季空调计算湿球温度都是低于28˚C的。

即使全年或生命周期内，部份时段存在高于28˚C的情况，泵送相变循环主机仍然具备微压缩功能，解决微小高温时段散热问题。

实施例3：

在本实用新型中，整个泵送相变循环高效制冷系统中，载冷剂采用高效相变换热非导电工质（包括但不限于如R134a等），加上泵送相变循环主机采用的蒸发冷凝散热技术的有效配合，轻松实现中国大陆地区100%“无压缩循环”的高效节能制冷系统。相变换热工质的管道类似家用空调的管道，采用真空充注技术，因采用低压工质，且低压差输配，工作压力大大降低，泄漏风险及泄漏率也大大降低，可以实现生命周期内无需补充。本实用新型当中的泵送相变循环空调主机包括两个相变循环，分别是换热器内部的气态工质冷凝放热为液态，以及换热器外的液蒸发吸热为气态。在大部分地区的大部分时间段内，仅需要开启液体泵、风扇和液泵，而不需要开启气体泵，系统能耗极低。对于极端高温天气，主机开启气体泵提高换热器中的冷凝压力，可以让气态工质在极端高温仍可以冷凝成液态 。

本实用新型针对当前大型集中式数据中心的制冷系统，进行了端到端的改进设计，有效提升了全年自然冷却时长，降低了系统复杂度，免去了常规的大型相变工质机组，让系统维护保养更简单，耗液量也大大降低。

本实用新型的泵送相变循环高效制冷系统包括泵送相变循环末端、管路系统、泵送相变循环主机，整个系统可实现在全球所有地方，无论寒带还是热带最大限度的冷却。本实用新型热源与室外大气之间有2次换热循环，分别是泵送相变循环末端处和泵送相变循环主机处。

1.本实用新型充分利用室外自然冷源，利用相变换热优势，和独特的泵送相变循环实现大部分时间下，节能高效的制冷。

2.本实用新型大大降低制冷系统的复杂度，降低施工和运营维护难度 。

3本实用新型实现大规模数据中心无液冷却方案，节省未来越来越宝贵的液资源。

本实用新型创新超前的解决大规模数据中心液资源消耗的环保问题，同时，充分利用服务器进风温度高温化及相变换热的优势，实现无压缩循环的制冷，大大节省数据中心能源消耗 。能够实现低能耗与低液耗的解决方案。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种泵送相变循环高效的制冷系统，其特征在于：该制冷系统包括设置于首端的泵送相变循环空调主机A（21）、设置于末端的泵送相变循环空调主机B（25）以及若干泵送相变循环空调末端（22），所述泵送相变循环空调主机A（21）和泵送相变循环空调主机B（25）之间通过相变工质输入管路系统（26）和相变工质输出管路系统（24）连接，相变工质输入管路系统（26）连接有相变工质进液管，相变工质输出管路系统（24）连接有相变工质排液管；

所述泵送相变循环空调末端（22）的进液端连接相变工质输入管路系统（26），其出液端连接相变工质输出管路系统（24）；

所述泵送相变循环空调主机A（21）的进液端连接相变工质输入管路系统（26），其出液端连接相变工质输出管路系统（24）；

所述泵送相变循环空调主机B（25）的进液端连接相变工质输入管路系统（26），其出液端连接相变工质输出管路系统（24）；

在相变工质输入管路系统（26）和相变工质输出管路系统（24）上设置有若干阀门（23），其中每个相邻的泵送相变循环空调末端（22）之间的相变工质输入管路系统（26）和相变工质输出管路系统（24）上均设置有阀门（23）。

2.根据权利要求1所述的一种泵送相变循环高效的制冷系统，其特征在于：所述泵送相变循环空调主机A（21）和泵送相变循环空调主机B（25）结构一致，其包括主机框架（31）及设置于所述主机框架（31）内的风机（33）、换热器（32）、接液盘（35）、主机控制器（49）、液态工质出液管路（47）、气态工质进气管路（48）、液循环抽液管路（50）、补液管路（37）、排液管路（39）、储液罐（43）以及若干传感器；

所述风机（33）至少设置有一个，其设于主机框架（31）内腔的顶部，主机框架（31）顶部板设有出风口，风机（33）的出风方向正对出风口；

所述风机（33）下方设置有喷液装置（60），所述喷液装置（60）设于所述液循环抽液管路（50）上，所述液循环抽液管路（50）上设置有抽液泵（36），所述抽液泵（36）的进液端通过管路连接于所述接液盘（35）的下端；

所述喷液装置（60）下方设有换热器（32），所述换热器（32）内设置有工质管路；所述工质管路的出料端连接液态工质出液管路（47），所述工质管路的进料端连接气态工质进气管路（48），所述气态工质进气管路（48）中的气态工质进入换热器（32），通过其内的液换热装置降温形成液态从所述液态工质出液管路（47）流出；

所述接液盘（35）将主机框架（31）隔成上下层，其设置于所述换热器（32）的下方，用于接收从喷液装置（60）喷在换热器（32）上的液，液经换热后落入接液盘（35）。

3.根据权利要求2所述的一种泵送相变循环高效的制冷系统，其特征在于：所述风机（33）设有两组，其包括两个风扇和一驱动电机，所述驱动电机设有两个主动轮，两个风扇设有被动轮，两个主动轮通过皮带分别连接两个被动轮。

4.根据权利要求2所述的一种泵送相变循环高效的制冷系统，其特征在于：在所述液态工质出液管路（47）上设置有液体泵（45）和所述储液罐（43），所述液体泵（45）通过管路连接工质管路的出液端，并在所述液体泵（45）和工质管路之间的管路上并联连接有储液泵（43），所述储液泵（43）连接有排液管路，所述排液管路上设置有第一手动阀（44），所述气态工质进气管路（48）、液态工质出液管路（47）上均设置有第二手动阀（46）。

5.根据权利要求2所述的一种泵送相变循环高效的制冷系统，其特征在于：所述气态工质进气管路（48）的管路中连接有单向阀（41），所述单向阀（41）上并联连接有一气体泵（42）。

6.根据权利要求2所述的一种泵送相变循环高效的制冷系统，其特征在于：所述补液管路（37）连接于接液盘（35）上，其管路上设置有第一电磁阀（38）。

7.根据权利要求2所述的一种泵送相变循环高效的制冷系统，其特征在于：所述排液管路（39）连接于所述接液盘（35）的下端，其管路上设置有第二电磁阀（40）。

8.根据权利要求2所述的一种泵送相变循环高效的制冷系统，其特征在于：所述主机框架（31）的左右侧设置有进风窗口，在进风窗口处及主机框架（31）顶面的出风口设置有温湿度传感器（34）。

9.根据权利要求2所述的一种泵送相变循环高效的制冷系统，其特征在于：所述传感器包括：

一液位及液质传感器S，置于所述接液盘内侧；

多个温度传感器、多个压力传感器，其中：

接液盘内侧设置有温度传感器；

液体泵（45）与换热器（32）之间的液态工质进液管路上设置有温度传感器、压力传感器；

液体泵（45）出液端的管路上设置有温度传感器、压力传感器；

气体泵（42）与换热器（32）之间的液态工质进液管路上设置有温度传感器、压力传感器；

气体泵（42）进气端的管路上设置有温度传感器、压力传感器。

10.根据权利要求1所述的一种泵送相变循环高效的制冷系统，其特征在于：所述泵送相变循环空调末端（22）包括机壳（54）及设置于机壳（54）内的末端控制器（53）、风液换热器，所述机壳（54）的进气端的管路上设置有电子节流阀（51），其出液端的管路上设置有温度传感器和压力传感器，并在进气管和出液管外端设置有快速公头（52）。