CN217523109U - 数据中心用增程式制冷系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种数据中心用增程式制冷系统，包括机械制冷模块、自然冷却模块、换热模块和水泵；所述换热模块包括进液口和回液口，所述进液口与所述水泵的出水口通过第一管路连通，所述回液口与所述水泵的进水口通过第二管路连通；所述自然冷却模块和所述机械制冷模块串联在所述第二管路上，且所述机械制冷模块位于所述自然冷却模块和所述水泵之间；本申请可以解决制冷能效低，耗电量高的问题。

Description

数据中心用增程式制冷系统

技术领域

本申请涉及数据中心制冷领域，特别涉及一种数据中心用增程式制冷系统。

背景技术

数据中心内安装了大量的电子设备机柜，这些机柜的结构已经标准化，可以随时在其内添加新的电子设备，就像我们日常见到的PC(个人计算机)一样可以随时在其内添加一些硬件设备(例如：硬盘、光盘驱动器)等，只要其中还有安装空间；这些电子设备在工作时会产生热量，并且随着电子集成技术发展，这种热量越来越集中而且越来越大，就是说在单位体积或单位面积之内所散发的热量越来越多。

数据中心对环境温度要求极高，往往依赖空调、冷水机等设备来降温，冷却部分的用能占到辅助设施用能的60％以上，此类传统制冷方式不仅制冷效果较差，而且耗电量极大，系统复杂，投资和维护成本巨大。

发明内容

本申请的目的在于提供一种数据中心用增程式制冷系统，可以解决制冷能效低，耗电量高的问题。

为实现上述目的，本申请一方面提供一种数据中心用增程式制冷系统，包括机械制冷模块、自然冷却模块、换热模块和水泵；

所述换热模块包括进液口和回液口，所述进液口与所述水泵的出水口通过第一管路连通，所述回液口与所述水泵的进水口通过第二管路连通；

所述自然冷却模块和所述机械制冷模块串联在所述第二管路上，且所述机械制冷模块位于所述自然冷却模块和所述水泵之间。

作为上述技术方案的进一步改进：所述自然冷却模块和所述机械制冷模块之间的第二管路上串联有第一三通阀；所述第一三通阀的其中一端与所述自然冷却模块的出水口连通，另一端与所述机械制冷模块的进水口连通，又一端通过第三管路与所述水泵的进水口连通。

作为上述技术方案的进一步改进：所述自然冷却模块和所述回液口之间的第二管路上串联有第二三通阀；所述第二三通阀的其中一端与所述自然冷却模块的进水口连通，另一端与所述回液口连通，又一端通过第四管路与所述机械制冷模块的进水口连通。

作为上述技术方案的进一步改进：所述换热模块采用末端风机盘管，所述末端风机盘管设置在数据中心内，所述数据中心内设有机柜组，所述末端风机盘管与所述机柜组对应设置。

作为上述技术方案的进一步改进：所述末端风机盘管与所述机柜组之间形成热通道，所述热通道的四周采用密封板密封。

作为上述技术方案的进一步改进：所述机械制冷模块采用低温冷水机；所述自然冷却模块设置在数据中心外侧。

作为上述技术方案的进一步改进：所述第二三通阀和所述回液口之间的第二管路部分深埋在地下。

作为上述技术方案的进一步改进：所述自然冷却模块包括冷却塔，所述冷却塔的内腔自上而下分为喷淋腔和集液腔；所述喷淋腔内连有喷淋组件，所述喷淋组件与所述自然冷却模块的进水口连通，所述集液腔与所述自然冷却模块的出水口连通。

作为上述技术方案的进一步改进：所述冷却塔的一侧设有若干贯通所述冷却塔的散热通孔，所述散热通孔与所述冷却塔的内腔不连通，且散热通孔与所述冷却塔的内腔之间形成环形散热板，所述环形散热板位于所述喷淋组件和所述集液腔之间。

作为上述技术方案的进一步改进：所述冷却塔的顶面设有开口，且所述开口处设有阻挡网；所述冷却塔内位于所述喷淋组件的上方连接有风扇；所述集液腔内设有液位传感器，且其一侧设有补液口。

由此可见，本申请提供的技术方案，可以通过自然冷却模块、机械制冷模块、水泵和换热模块以及内部的冷媒构成循环制冷系统，冷媒依次经过自然冷却模块和机械制冷模块进行制冷，并经过换热模块将低温传输至数据中心内，实现增程式数据中心制冷，提高制冷能效，降低耗电量；同时，通过外部温度配合第一三通阀和第二三通阀来选择自然冷却模块和机械制冷模块同时工作，或其中之一工作，可有效散热并保证耗电量最低；同时，采用深埋在地下的第二管路部分，利用地下温度进行散热降温，节约能源；并且，自然冷却模块中的冷却塔设置喷淋组件、风扇和环形散热板配合使用，保证散热效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请提供的一种实施方式中数据中心用增程式制冷系统的结构示意图；

图2是本申请提供的一种实施方式中换热模块和机柜组的连接示意图；

图3是本申请提供的一种实施方式中冷却塔的半剖示意图；

图中：1、机械制冷模块；2、自然冷却模块；21、冷却塔；211、喷淋腔； 212、集液腔；22、喷淋组件；23、散热通孔；24、环形散热板；25、阻挡网； 26、风扇；3、换热模块；31、进液口；32、回液口；4、水泵；5、第一三通阀； 6、第二三通阀；7、机柜组；8、热通道。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。本申请使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”、“第一端”、“第二端”、“一端”、“另一端”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“滑动连接”、“固定”、“套接”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

数据中心对环境温度要求极高，往往依赖空调、冷水机等设备来降温，冷却部分的用能占到辅助设施用能的60％以上，此类传统制冷方式不仅制冷效果较差，而且耗电量极大，系统复杂，投资和维护成本巨大。

根据工信部数据，截至2017年底，各类在用数据中心达28.5万个，全年耗电量超过1200亿千瓦时，约占我国全社会用电量的2％，数据中心的高能耗不仅给机构和企业带来了沉重负担，也造成了全社会能源的巨大浪费；因此急需一种数据中心用增程式制冷系统，可以解决制冷能效低，耗电量高的问题。

下面将结合附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，本申请所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

如图1至图3所示，在一种可实现的实施方式中，数据中心用增程式制冷系统，包括机械制冷模块1、自然冷却模块2、换热模块3和水泵4，由机械制冷模块1、自然冷却模块2、换热模块3和水泵4共同构成一制冷系统，其中换热模块3用于与数据中心的机柜组进行换热，对机柜组进行降温；水泵4用于对整个制冷系统内的冷媒进行传输流动提供动力；自然冷却模块2用于与外部空气进行换热降温；机械制冷模块1则采用特定的机械设备进行制冷。

换热模块3包括进液口31和回液口32，从而构成一个循环，冷介质进入进行换热模块3换热后，热介质排出；具体设置为，进液口31与水泵4的出水口通过第一管路连通，回液口32与水泵4的进水口通过第二管路连通；并且，自然冷却模块2和机械制冷模块1串联在第二管路上，且机械制冷模块1位于自然冷却模块2和水泵4之间，从而使热介质先经过自然冷却模块2进行散热，然后再进入至机械制冷模块1内进行散热，从而减少能源浪费。

作为优选的，采用第三管路与机械制冷模块1进行并联，进行选择判断机械制冷模块1是否参与制冷过程；连接结构如下，自然冷却模块2和机械制冷模块1之间的第二管路上串联有第一三通阀5；第一三通阀5的其中一端与自然冷却模块2的出水口连通，另一端与机械制冷模块1的进水口连通，又一端通过第三管路与水泵4的进水口连通。

具体实施例为，由外部控制器获取自然冷却模块2冷却后的冷媒温度(对应的需要设置一控制器，一位于自然冷却模块2出水口处的温度传感器)，判断该温度是否符合直接进入换热模块3内的温度标准，当满足时，则控制第一三通阀5动作，连通自然冷却模块2与所述第三管路，使机械制冷模块1不参与制冷动作，从而节省电量；相应的，本申请的第一三通阀5可采用自动三通阀，由控制器控制，可进行自动调节端口开闭；具体适用的环境，当冬天时，外部温度极低，此时，大部分情况下是不需要采用机械制冷模块1。

作为优选的，采用第四管路将所述自然冷却模块2进行并联，进行选择自然冷却模块2是否参与制冷动作，具体设置如下：自然冷却模块2和回液口32 之间的第二管路上串联有第二三通阀6；第二三通阀6的其中一端与自然冷却模块2的进水口连通，另一端与回液口32连通，又一端通过第四管路与机械制冷模块1的进水口连通。

具体实施例为，由外部控制器监控外界温度(对应要设置一控制器和一位于外界裸露的温度传感器，用于检测空气温度)，判断外界温度是否高于所述热介质的温度，当外界温度高于时，则第二三通阀6动作，将自然冷却模块2 短路；相应的，本申请的第二三通阀6可采用自动三通阀，由控制器控制，可进行自动调节端口开闭；具体适用的环境，当夏天时，外部温度极高，此时，大部分情况下是不需要采用自然冷却模块2。

换热模块3采用末端风机盘管，末端风机盘管为本领域技术人员的公知常识，惯用技术手段，其中，末端风机盘管设置在数据中心内，数据中心内设有机柜组7，末端风机盘管与机柜组7对应设置。

作为优选的，末端风机盘管与机柜组7之间形成热通道8，热通道8的四周采用密封板密封，从而避免进行换热时，外界的其余空气进入，影响对机柜组的降温效果。

本申请的机械制冷模块1采用低温冷水机，其具体为HANIND系列的低温冷水机，采用HXD-50W 50P50HP匹规格，其采用水冷式箱型设计，水箱及冷冻水循环水泵置于机组内部，底部装有活动脚轮，外形美观，可随意改换安装的位置及设备，并具备多段能量调节适用于配套中小型生产设备。

为了保证自然冷却的效果，自然冷却模块2设置在数据中心外侧，从而便于进行换热。

作为优选的，第二三通阀6和回液口32之间的第二管路部分深埋在地下，利用地下的温度进行散热，节省能源。

作为优选的，自然冷却模块2包括冷却塔21，冷却塔21的内腔自上而下分为喷淋腔211和集液腔212；喷淋腔211内连有喷淋组件22，喷淋组件22与自然冷却模块2的进水口连通，集液腔212与自然冷却模块2的出水口连通，采用喷淋的方式将热介质喷淋而出，从而快速散热进行降温。

其中，冷却塔21的一侧设有若干贯通冷却塔21的散热通孔23，散热通孔 23与冷却塔21的内腔不连通，且散热通孔23与冷却塔21的内腔之间形成环形散热板24，环形散热板24位于喷淋组件22和集液腔212之间；喷淋而出的热介质散落在环形散热板24上滑落至集液腔212内进行收集，热介质落在环形散热板24上时也与环形散热板24进行热交换进行换热；其中，散热通孔，用于增加与外界空气的接触面积，增加散热效果。

冷却塔21的顶面设置有开口，且开口处设有阻挡网25，阻挡网25用于阻挡外界的杂物飘落其中；冷却塔21内位于喷淋组件22的上方连接有风扇26，风扇26进行吹风散热；由于冷媒在于空气中进行散热的过程中，会出现部分冷媒挥发现象，导致冷媒减少，因此在集液腔212内设有液位传感器，且其一侧设有补液口，当液位传感器检测到冷媒减少时，通过补液口进行冷媒补充；本申请的冷媒，可采用水，或者水和乙二醇的混合而成。

由此可见，本申请提供的技术方案，可以通过自然冷却模块、机械制冷模块、水泵和换热模块以及内部的冷媒构成循环制冷系统，冷媒依次经过自然冷却模块和机械制冷模块进行制冷，并经过换热模块将低温传输至数据中心内，实现增程式数据中心制冷，提高制冷能效，降低耗电量；同时，通过外部温度配合第一三通阀和第二三通阀来选择自然冷却模块和机械制冷模块同时工作，或其中之一工作，可有效散热并保证耗电量最低；同时，采用深埋在地下的第二管路部分，利用地下温度进行散热降温，节约能源；并且，自然冷却模块中的冷却塔设置喷淋组件、风扇和环形散热板配合使用，保证散热效果。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种数据中心用增程式制冷系统，其特征在于，包括机械制冷模块(1)、自然冷却模块(2)、换热模块(3)和水泵(4)；

所述换热模块(3)包括进液口(31)和回液口(32)，所述进液口(31)与所述水泵(4)的出水口通过第一管路连通，所述回液口(32)与所述水泵(4)的进水口通过第二管路连通；

所述自然冷却模块(2)和所述机械制冷模块(1)串联在所述第二管路上，且所述机械制冷模块(1)位于所述自然冷却模块(2)和所述水泵(4)之间；

所述自然冷却模块(2)和所述机械制冷模块(1)之间的第二管路上串联有第一三通阀(5)；所述第一三通阀(5)的其中一端与所述自然冷却模块(2)的出水口连通，另一端与所述机械制冷模块(1)的进水口连通，又一端通过第三管路与所述水泵(4)的进水口连通。

2.根据权利要求1所述的数据中心用增程式制冷系统，其特征在于，所述自然冷却模块(2)和所述回液口(32)之间的第二管路上串联有第二三通阀(6)；所述第二三通阀(6)的其中一端与所述自然冷却模块(2)的进水口连通，另一端与所述回液口(32)连通，又一端通过第四管路与所述机械制冷模块(1)的进水口连通。

3.根据权利要求1所述的数据中心用增程式制冷系统，其特征在于，所述换热模块(3)采用末端风机盘管，所述末端风机盘管设置在数据中心内，所述数据中心内设有机柜组(7)，所述末端风机盘管与所述机柜组(7)对应设置。

4.根据权利要求3所述的数据中心用增程式制冷系统，其特征在于，所述末端风机盘管与所述机柜组(7)之间形成热通道(8)，所述热通道(8)的四周采用密封板密封。

5.根据权利要求1所述的数据中心用增程式制冷系统，其特征在于，所述机械制冷模块(1)采用低温冷水机；所述自然冷却模块(2)设置在数据中心外侧。

6.根据权利要求2所述的数据中心用增程式制冷系统，其特征在于，所述第二三通阀(6)和所述回液口(32)之间的第二管路部分深埋在地下。

7.根据权利要求1所述的数据中心用增程式制冷系统，其特征在于，所述自然冷却模块(2)包括冷却塔(21)，所述冷却塔(21)的内腔自上而下分为喷淋腔(211)和集液腔(212)；所述喷淋腔(211)内连有喷淋组件(22)，所述喷淋组件(22)与所述自然冷却模块(2)的进水口连通，所述集液腔(212)与所述自然冷却模块(2)的出水口连通。

8.根据权利要求7所述的数据中心用增程式制冷系统，其特征在于，所述冷却塔(21)的一侧设有若干贯通所述冷却塔(21)的散热通孔(23)，所述散热通孔(23)与所述冷却塔(21)的内腔不连通，且散热通孔(23)与所述冷却塔(21)的内腔之间形成环形散热板(24)，所述环形散热板(24)位于所述喷淋组件(22)和所述集液腔(212)之间。

9.根据权利要求8所述的数据中心用增程式制冷系统，其特征在于，所述冷却塔(21)的顶面设有开口，且所述开口处设有阻挡网(25)；所述冷却塔(21)内位于所述喷淋组件(22)的上方连接有风扇(26)；所述集液腔(212)内设有液位传感器，且其一侧设有补液口。

Images