CN215935417U - 一种冷却系统 - Google Patents

Abstract

本公开公开了一种冷却系统，涉及冷热循环技术领域。冷却系统包括室外模块和室内模块；室外模块包括冷却容器、冷凝器、储液罐和压缩机，室内模块包括膨胀阀和制冷末端，冷凝器设置于冷却容器内，冷却容器设有进风口和排风口，冷却容器内还设有风机，在风机的驱动下，冷却容器外部的新鲜空气从进风口进入至冷却容器内和冷凝器进行热交换，冷凝器的两端分别和储液罐及压缩机的输出端连接，储液罐还与膨胀阀的一端连接，膨胀阀的另一端与制冷末端的一端连接，制冷末端的另一端与压缩机的输入端连接，通过风机对冷凝器进行冷却能够有效避免水资源的浪费，适应干旱缺水地区的使用。

Description

一种冷却系统

技术领域

本实用新型涉及冷热循环技术领域，尤其涉及一种冷却系统。

背景技术

数据中心通常通过冷却系统对IT设备进行冷却。现有的冷却系统通常采用喷淋系统对冷凝器进行冷却，但是在干旱缺水的地区，水资源相对紧张，并且水资源的成本也相对较高，单纯采用喷淋系统对冷凝器进行冷却会导致水资源的大量浪费，因此，如何节约用水是干旱地区的冷却系统设计开发的目标之一。

实用新型内容

本公开提供了一种冷却系统，能够有效节省水资源，以适应干旱地区的使用需求。

根据本公开提供的一种冷却系统，包括室外模块和室内模块；

所述室外模块包括：

冷却容器，具有进风口和排风口，所述冷却容器内设有风机，所述风机能驱动空气由所述进风口进入所述冷却容器并从所述排风口排出所述冷却容器；

冷凝器，设置于所述冷却容器内；

储液罐，与所述冷凝器的一端连接，且用于存储工质；

压缩机，其输出端连接所述冷凝器的另一端；

所述室内模块包括：

膨胀阀，其一端与所述储液罐连接；

制冷末端，分别与所述膨胀阀的另一端以及所述压缩机的输入端连接，所述制冷末端用于对待冷却部件提供冷量。

在本公开的一个实施例中，所述室外模块还包括设置于所述进风口的加湿装置，所述加湿装置用于对所述进风口处的空气加湿。

在本公开的一个实施例中，所述加湿装置包括封闭所述进风口的湿膜，所述湿膜容许空气透过；或者，

所述加湿装置包括设置于所述进风口的离心雾化器。

在本公开的一个实施例中，所述冷凝器包括盘管和设置于所述盘管表面的翅片，所述盘管的数量为多个，多个所述盘管呈V形、N形、W形或M形设置。

在本公开的一个实施例中，所述室外模块还包括液泵，所述液泵的输入端与所述储液罐连接，所述液泵的输出端与所述膨胀阀连接。

在本公开的一个实施例中，所述工质的组分包括氟，所述液泵为氟泵；和/或，

所述压缩机为无油压缩机。在本公开的一个实施例中，所述加湿装置包括设置于所述进风口处的离心雾化器。

在本公开的一个实施例中，所述冷却系统包括多个所述室内模块，各所述室内模块的所述膨胀阀均与所述液泵连接；各所述室内模块的所述制冷末端均与所述压缩机的输入端连接。

在本公开的一个实施例中，所述制冷末端为列间空调、风墙、房间空调和背板中的任意一种。

在本公开的一个实施例中，所述制冷末端包括：

机柜，所述机柜设有进液集管和出液集管，所述进液集管和所述出液集管分别用于连接所述膨胀阀和所述压缩机；

至少一个冷板，设置于所述机柜内，所述冷板设有制冷通道，所述制冷通道分别与所述进液集管和所述出液集管连通，所述冷板用于和待冷却部件接触。

在本公开的一个实施例中，所述制冷末端还包括：

换热器，设置于所述机柜内，且所述换热器分别连接所述膨胀阀和所述压缩机；

风扇，用于驱动空气吹向所述换热器。

根据本公开的技术，通过风机对冷凝器进行冷却能够有效避免水资源的浪费，适应干旱缺水地区的使用。

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是根据本公开实施例一的冷却系统的原理图；

图2是根据本公开实施例一的冷却系统中制冷容器、风机和冷凝器的结构示意图；

图3是根据本公开实施例一的冷却系统中制冷末端的结构示意图；

图4是根据本公开实施例一的冷却系统的结构示意图；

图5是根据本公开实施例二的冷却系统的原理图；

图6是根据本公开实施例二的冷却系统中加湿装置的一种结构示意图；

图7是根据本公开实施例二的冷却系统中加湿装置的另一种结构示意图。

图中：

100、室外模块；200、室内模块；

1、冷却容器；11、进风口；12、排风口；

2、风机；

3、冷凝器；

4、液泵；

5、储液罐；

6、压缩机；

7、膨胀阀；

8、制冷末端；81、列间空调；82、风墙；83、房间空调；84、背板；85、机柜；86、冷板；87、换热器；88、风扇；89、进液集管；90、出液集管；

9、加湿装置；91、湿膜；92、喷头；

101、球阀；102、过滤器；103、截止阀；104、热力旁通电子膨胀阀；105、氟泵旁通阀；106、冷却管路；107、冷却电磁阀；108、第一单向阀；109、第二单向阀。

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。

实施例一

本公开的实施例一提供一种冷却系统，该冷却系统可用于待冷却部件提供制冷，其中，在本实施例中，待冷却部件具体指IT设备，在其他实施例中，待冷却部件还可以为车间、办公场所、机床、加工设备等。

参见图1至图4，该冷却系统包括室外模块100和室内模块200，室外模块100和室内模块200构成循环回路，IT设备产生的热量可通过室内模块200吸收并经循环回路将热量传递至室外模块100并散发至大气中，以完成对IT设备的制冷。

具体地，室外模块100包括冷凝器3、储液罐5和压缩机6，室内模块200包括膨胀阀7和制冷末端8。其中，冷凝器3的两端分别和储液罐5及压缩机6的输出端连接，储液罐5还与膨胀阀7的一端连接，膨胀阀7的另一端与制冷末端8的一端连接，制冷末端8的另一端与压缩机6的输入端连接，在压缩机6的驱动下，存储于储液罐5内的工质沿储液罐5-膨胀阀7-制冷末端8-压缩机6-冷凝器3-储液罐5的路径循环流动。工质可在制冷末端8吸收IT设备产生的热量给IT的设备降温，并通过循环带至冷凝器3，冷凝器3通过和空气热交换散发至大气中。

为了增强冷凝器3的散热效率，室外模块100还包括冷却容器1，冷凝器3设置于冷却容器1内，冷却容器1设有进风口11和排风口12，冷却容器1内还设有风机2，在风机2的驱动下，冷却容器1外部的新鲜空气从进风口11进入至冷却容器1内和冷凝器3进行热交换，新鲜空气吸收热量后温度升高，并经排风口12排出冷却容器1，从而，在风机2的驱动下，能够显著增强蒸发器3的热交换效率，且在整个热交换过程中无需采用水资源，能够实现无水运行，适于干旱缺水地区使用。

为了进一步增强冷凝器3的散热效率，冷凝器3包括盘管和设置于盘管表面的翅片，翅片的设置可增大冷凝器3的热交换表面积，从而单位时间内冷凝器3的热交换能力可显著增强，可进一步增强冷却系统在干旱缺水地区的适用性。

其中，每个冷却容器1内设置有多个盘管，多个盘管可以呈V形、N形、W形或M形设置。如图2所示，本实施例中示例性地给出了在每个冷却容器1设置两个盘管的方案，且两个盘管呈V形设置，每个盘管均呈蛇形弯曲，从而可保证在有限的空间内盘管的有效长度尽量大，以降低对冷却容器1空间的需求。在其他的实施例中，亦可将多个盘管设置为平行间隔布置、呈多边形布置等。

进一步的，多个盘管并联设置，即每一个盘管的两端分别与储液罐5及压缩机6的输出端连接，相比于多个盘管串联设置的方案，能够保证单位时间内参与热交换的工质的量较大，可进一步提升冷凝器1的散热效率。

其中，盘管优选为金属铜材质，金属铜具有较强的热传导性，翅片优选为金属铝材质，具有质量轻、耐高温且耐腐蚀的性能，可保证冷凝器3热交换效果的稳定性。

有鉴于冷却系统中冷凝器3较强的换热能力，冷却系统可包括多个室内模块200，多个室内模块200并联，各室内模块200的膨胀阀7均与液泵4连接，各室内模块200的制冷末端8均与压缩机6的输入端连接，可形成一拖多的布置格局，可适用于IT设备密度较高的地方，其中，图1示例性地给出了一个室外模块100拖四个室内模块200的方案。

可选地，冷却系统还包括液泵4，液泵4的输入端和储液罐5连接，液泵4的输出端和膨胀阀7连接，工质沿储液罐5-液泵4-膨胀阀7-制冷末端8-压缩机6-冷凝器3-储液罐5的路径循环流动。通过设置液泵4可进一步增强工质的循环速率，进而增强制冷末端8单位时间内吸收的热量，保证冷却系统的制冷能力。

进一步的，冷却系统包括多个液泵4，并且多个液泵4并联设置，即每个液泵4的输入端和储液罐5连接，每个液泵4的输出端和制冷末端8连接，如此设置，可进一步增强工质的循环速率，保证冷却系统的制冷能力。

可选地，工质的组分包含氟，具体为R134a。液泵4具体为氟泵，压缩机6具体为气泵。R134a为相变工质，具有较高的换热能力，其在制冷末端8吸收IT设备的热量，变成高温的气体，通过冷凝器3将热量散发给大气，变成液体再经膨胀阀7流入制冷末端8，完成制冷循环。工质在气态和液态进行切换时，会吸收或释放大量的热，可进一步提升冷却系统的制冷能力，以适用于高功率IT设备。

可选地，压缩机6优选为无油压缩机，从而整个系统为无油系统，可避免油膜导致的能量损失，可进一步提升冷却系统的制冷能力。其中，无油系统可解决管路长度、高差、末端数量、压比等的限制，并且系统简单，能源效率高，相比于含油压缩机，能源效率提升70％以上，按照10万个服务器计算，可降低运营成本1亿/年。

本实施例中，无油压缩机的电机为永磁同步电机，无励磁过程，采用离心式多级压缩，可较单级压缩能效更高。无油压缩机具体可为磁悬浮压缩机或者气悬浮压缩机。

可选地，膨胀阀7可以为电子膨胀阀或者热力膨胀阀。

制冷末端8可采用传统的风冷末端，请参照图1，风冷末端可包括散热风扇和蒸发器，可通过散热风扇将蒸发器散发的冷气吹向IT设备，以对IT设备降温。其中，风冷末端的具体结构形式可以为列间空调81、风墙82、房间空调83和背板84中的任意一种。

除了传统的风冷末端之外，制冷末端8还可采用液冷末端。请参照图3，采用液冷末端时，制冷末端8包括机柜85和位于机柜85内的多个冷板86。其中，机柜85设有进液集管89和出液集管90，进液集管89和出液集管90分别用于连接膨胀阀7和压缩机6，多个IT设备可设置于机柜85内，冷板86设有制冷通道，制冷通道分别与进液集管89和出液集管90通过管路连通，多个冷板86用于和多个IT设备接触，可通过冷板86直接给高功率IT设备的高温部位(如芯片)进行直接降温，相比于气冷的方式，可显著提高降温效率。

其中，进液集管89和出液集管90的具体材质可为铜管、不锈钢管、铝合金管等。优选采用铜管，以使进液集管89和出液集管90具有优越的热传导性。

请继续参照图3，液冷末端形式的制冷末端8还可包括换热器87和风扇88，换热器87设置于机柜85内，且换热器87分别连接膨胀阀7和压缩机6；风扇88用于驱动空气吹向换热器87，已将换热器87散发的冷量输送至IT设备需要风冷的部分，如此可实现风冷和液冷在机柜85内集成，以便在机柜85内容置高密度的IT设备，并且采用机柜85作为安装载体，也便于安装和运输。

其中，换热器87可采用背板84的形式，具体可以为铜管铝翅片形式的背板。

需要注意的是，当设有多个室内模块200的时候，多个制冷末端8可以相同，亦可不同，并且各个室内模块200的制冷末端8可以任意选择液冷末端形式或者风冷末端形式。

请参照图4，冷却系统还包括各种传感器、手动阀等非核心部件。

具体地，冷凝器3和储液罐5之间还设有球阀101和过滤器102，其中，球阀101和过滤器102连接，且球阀101连接冷凝器3，过滤器102连接储液罐5。

储液罐5和液泵4的输入端之间还连接有球阀101。

液泵4的输出端还设有第一单向阀108、球阀101、过滤器102和截止阀103。其中，液泵4的输出端连接第一单向阀108，第一单向阀108连接球阀101，球阀101连接过滤器102的输入端，过滤器102的输出端连接截止阀103。该过滤器102的输出端和压缩机6的旁通口之间还连接有球阀101。该过滤器102的输出端和储液罐5之间还连接有氟泵旁通阀105。

压缩机6的输出端和冷凝器3之间设有第一单向阀108和球阀101，其中，压缩机6的输出端和第一单向阀108连接，第一单向阀108和球阀101连接，球阀101和冷凝器3连接。该第一单向阀108的出口和压缩机6的输入端之间还连接有热力旁通电子膨胀阀104。

压缩机6的输入端和制冷末端8之间设置有过滤器102、球阀101和截止阀103，其中，过滤器102的输出端和压缩机6的输入端连接，过滤器102的输入端连接截止阀103，截止阀103连接球阀101，球阀101连接制冷末端8。该过滤器102的输入端和位于压缩机6的输出端和冷凝器3之间的第一单向阀108的输出端之间连接有第二单向阀109。

其中，热力旁通电子膨胀阀104和氟泵旁通阀105用于在环境温度足够低且无需压缩机6和液泵4做功的时候开启；以上各个球阀101可以任意选择手动阀或者电子阀，并且各个球阀101用于调节其所在管路的开度，以上各个过滤器102均用于过滤工质，各个截止阀103用于打开或关闭其所在管路，各个第一单向阀108均用于防止工质在所在管路的输送方向上逆流，第二单向阀109则用于压缩机6低负荷时旁通。

该冷却系统还包括冷却管路106以及设置于冷却管路106的冷却电磁阀107，其中，冷却电磁阀107用于将冷却管路106打开或关闭，冷却管路106的两端分别能够直接或间接连通液泵4的输出端和压缩机6的输入端，需要注意的是，冷却电磁阀107的最大流量的值非常小，当其开启时，可用于给气泵提供一定的冷却。

实施例二

参照图5-图7，本公开的实施例二提供一种冷却系统，在上述实施例一提供的冷却系统的基础上，还设置有加湿装置9，加湿装置9设置于冷却容器1的进风口11处，加湿装置9用于对进风口11处的空气进行加湿，可增加进入至冷却容器1内的空气的湿度，进而降低空气的温度，可进一步增强冷凝器3的换热效果，进而保证冷却系统对IT设备的制冷能力。

参见图6，加湿装置9包括设置于进风口11的湿膜91，湿膜91将进风口11封闭，且能够允许空气通过，在风机2的驱动下，冷却容器1外部的新鲜空气经过湿膜91可进入冷却容器1内，在新鲜空气经过湿膜91的时候，可被湿膜91加湿。

具体地，冷却容器1上可以开设一个或者多个进风口11，各个进风口11均由湿膜91封闭，加湿装置9还包括用于给湿膜91提供供水组件(附图中未示出)，供水组件可包括水泵、水管和喷嘴，通过喷嘴可将水喷淋在湿膜91的顶部，在水的自身重力作用下，水从湿膜91的顶部向下渗透且水被湿膜91吸收，能够形成一层均匀的从上之下的水膜，空气在通过水膜进入至冷却容器1内的时候，会被增加湿度，形成湿润的空气。

需要注意的是，供水组件的水泵可将水从储水容器中输送至喷嘴，然后由喷嘴喷淋在湿膜91的顶部，但湿膜91存储的水量毕竟是有限的，为了避免水资源浪费，且为了避免水滴落后影响环境，在湿膜91的下方可以设置储水槽，从而，水泵还可从储水槽中吸水并将水输送至湿膜91的顶部，以形成循环。

作为其中的一种可替代方案，请参见图7，加湿装置9还可包括设置于进风口11处的离心雾化器。离心雾化器将经过处理后的水雾化成水微粒，并以喷嘴92的形式喷出至进风口11，水微粒在气化的过程中吸收大量的热量，并可增加湿度，从而新鲜空气经过进风口11进入至冷却容器1内的时候，会被降温并被增湿，从而达到增强对冷凝器3的降温效果的作用。

具体地，离心雾化器将水雾化成原水滴体积的1/500，雾粒直径小于30μm，雾化蒸发速度比水滴蒸发速度加快300多倍，水从液态到气态过程中每升温1℃吸热量提高500多倍，大幅度提高吸热量，使局部环境降温3-12℃。

本实施例所提供的上述两种加湿装置9，可使冷却水无需和冷凝器3的表面直接接触，相比于直接将水喷洒至冷凝器3的表面，能够有效防止冷凝器3的表面形成水垢，进而避免水垢降低冷凝器3热交换效率。同时，通过配置加湿装置9可确保数据中心机房的出柜率，每kW的IT设备对应数据中心机房的投资成本可降低20％，按照10万个服务器计算，降低投资成本可达1.2亿。

加湿装置9的启停控制可从两方面因素进行考虑，一方面是节约水资源，另一方面是节约成本。

出于节省水资源的考虑，加湿装置9可以在当冷却系统的耗电量超过设定值时开启，如此可保证水资源消耗不会过度，同时还可兼顾电费成本，能够保证该冷却系统在IT负载率不超过80％的情况下，实现全年无水运行，其中，设定值可根据需要人为设置。

出于节约成本的考虑，当外界环境温度位于0℃以上时，开启加湿装置9。可以理解的是，毕竟在大多数的地区，水的成本是小于电费成本的，当室外温度能够保证水不结冰的情况下，便开启加湿装置9，能够有效降低电费成本，特别是干旱缺水地区处于全年降水相对较为丰富的季度，可采该控制策略，以实现冷却系统的经济运行。

因此，可结合实际的使用情况采用上述任一控制方式对加湿装置9进行启停控制。

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 (10)

1.一种冷却系统，其特征在于，包括室外模块(100)和室内模块(200)；

所述室外模块(100)包括：

冷却容器(1)，具有进风口(11)和排风口(12)，所述冷却容器(1)内设有风机(2)，所述风机(2)能驱动空气由所述进风口(11)进入所述冷却容器(1)并从所述排风口(12)排出所述冷却容器(1)；

冷凝器(3)，设置于所述冷却容器(1)内；

储液罐(5)，与所述冷凝器(3)的一端连接，且用于存储工质；

压缩机(6)，其输出端连接所述冷凝器(3)的另一端；

所述室内模块(200)包括：

膨胀阀(7)，其一端与所述储液罐(5)连接；

制冷末端(8)，分别与所述膨胀阀(7)的另一端以及所述压缩机(6)的输入端连接，所述制冷末端(8)用于对待冷却部件提供冷量。

2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述室外模块(100)还包括设置于所述进风口(11)的加湿装置(9)，所述加湿装置(9)用于对所述进风口(11)处的空气加湿。

3.根据权利要求2所述的冷却系统，其特征在于，所述加湿装置(9)包括封闭所述进风口(11)的湿膜(91)，所述湿膜(91)容许空气透过；或者，

所述加湿装置(9)包括设置于所述进风口(11)的离心雾化器。

4.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述冷凝器(3)包括盘管和设置于所述盘管表面的翅片，所述盘管的数量为多个，多个所述盘管呈V形、N形、W形或M形设置。

5.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述室外模块(100)还包括液泵(4)，所述液泵(4)的输入端与所述储液罐(5)连接，所述液泵(4)的输出端与所述膨胀阀(7)连接。

6.根据权利要求5所述的冷却系统，其特征在于，所述工质的组分包括氟，所述液泵(4)为氟泵；和/或，

所述压缩机(6)为无油压缩机。

7.根据权利要求5所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统包括多个所述室内模块(200)，各所述室内模块(200)的所述膨胀阀(7)均与所述液泵(4)连接；各所述室内模块(200)的所述制冷末端(8)均与所述压缩机(6)的输入端连接。

8.根据权利要求1-7任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述制冷末端(8)为列间空调(81)、风墙(82)、房间空调(83)和背板(84)中的任意一种。

9.根据权利要求1-7任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述制冷末端(8)包括：

机柜(85)，所述机柜(85)设有进液集管(89)和出液集管(90)，所述进液集管(89)和所述出液集管(90)分别用于连接所述膨胀阀(7)和所述压缩机(6)；

至少一个冷板(86)，设置于所述机柜(85)内，所述冷板(86)设有制冷通道，所述制冷通道分别与所述进液集管(89)和所述出液集管(90)连通，所述冷板(86)用于和待冷却部件接触。

10.根据权利要求9所述的冷却系统，其特征在于，所述制冷末端(8)还包括：

换热器(87)，设置于所述机柜(85)内，且所述换热器(87)分别连接所述膨胀阀(7)和所述压缩机(6)；

风扇(88)，设置于所述换热器(87)的一侧，用于驱动空气吹向所述换热器(87)。

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