CN217957614U - 基于液冷机柜的压缩机与氟泵系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及基于液冷机柜的压缩机与氟泵系统，包括沿制冷剂流路依次连接的压缩机、冷凝器、储液罐、氟泵、第一节流装置和蒸发器，压缩机并联有第一单向阀，氟泵并联有第二单向阀；液冷机柜具有冷却液循环管路，冷却液循环管路设有液泵；冷却液循环管路具有与蒸发器的待冷却介质入口和待冷却介质出口分别连接的冷却液出口和冷却液入口。本实用新型利用制冷剂与液冷机柜的冷却液直接在蒸发器中换热，热交换效率高，热损失小；另外，传统风冷模式下，由于使用空气冷却，空气的温度需要很低，而液冷使用冷却液冷却，冷却液温度在40℃时依然可以保证服务器稳定运行，蒸发温度可以在30～35℃之间，压缩机的功率可大幅降低，节能效果更优。

Description

基于液冷机柜的压缩机与氟泵系统

技术领域

本实用新型属于液冷技术领域，具体涉及基于液冷机柜的压缩机与氟泵系统。

背景技术

随着数据中心的高速发展，能耗快速增长成为数据中心产业发展中不容忽略的问题。传统的风冷已无法满足数据中心散热的及时性要求，液冷技术作为新一代数据中心的制冷方式呼之欲出。根据液体冷媒和发热源的接触方式，液冷技术可分为冷板式(间接接触)、喷淋式(直接接触)、浸没式(直接接触)。相比之下，浸没式液冷能够更好地满足节能降耗需求。

现有技术中，例如，公告号为CN110381698B的专利文献公开的串联式液气双通道数据中心制冷系统，采用液气双通道冷却技术，其气冷系统和液冷系统分别通过第一换热器、第二换热器与冷却塔的水进行热交换，热交换效率较低，且热损失较大。

实用新型内容

基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本实用新型的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本实用新型的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的基于液冷机柜的压缩机与氟泵系统。

为了达到上述实用新型目的，本实用新型采用以下技术方案：

基于液冷机柜的压缩机与氟泵系统，包括沿制冷剂流路依次连接的压缩机、冷凝器、储液罐、氟泵、第一节流装置和蒸发器，其中，压缩机并联有第一单向阀，氟泵并联有第二单向阀；

液冷机柜具有冷却液循环管路，冷却液循环管路设有液泵；

冷却液循环管路具有与蒸发器的待冷却介质入口和待冷却介质出口分别连接的冷却液出口和冷却液入口。

作为优选方案，所述制冷剂流路还设有第一压力传感器和第一温度传感器，分别位于氟泵的入口处。

作为优选方案，所述制冷剂流路还设有通断阀，位于氟泵与第一节流装置之间。

作为优选方案，所述制冷剂流路还设有干燥过滤器，位于储液罐与氟泵之间。

作为优选方案，所述制冷剂流路还设有视液镜，位于储液罐与干燥过滤器之间。

作为优选方案，所述液冷机柜的数量为N个，N为大于1的整数；相应地，蒸发器与液冷机柜一一对应设置；

所述制冷剂流路包括主流路、与N个蒸发器一一对应连接的N条出口支路和N条入口支路，各出口支路及其对应的蒸发器、入口支路与主流路分别构成各自的制冷剂循环回路；其中，入口支路对接于压缩机的制冷剂入口。

作为优选方案，所述主流路设置第一节流装置，和/或，各出口支路分别设置第一节流装置。

作为优选方案，基于液冷机柜的压缩机与氟泵系统，还包括防气蚀支路和换热器，换热器位于冷凝器的制冷剂出口；防气蚀支路的入口与制冷剂流路连通，且位于换热器与储液罐或氟泵之间；防气蚀支路的出口连接至压缩机的制冷剂入口；其中，防气蚀支路、制冷剂流路分别与换热器的两路换热通道连通，防气蚀支路的入口设有第二节流装置；

所述制冷剂流路还设有第二压力传感器和第二温度传感器，分别位于冷凝器与换热器之间。

作为优选方案，所述防气蚀支路设有第三温度传感器和第四温度传感器，分别位于换热器的两侧。

作为优选方案，所述第一节流装置、第二节流装置选自膨胀阀、毛细管、节流短管中的一种。

本实用新型与现有技术相比，有益效果是：

(1)本实用新型利用制冷剂与液冷机柜的冷却液直接在蒸发器中换热，热交换效率高，热损失小；另外，传统风冷模式下，由于使用空气冷却，空气的温度需要很低，因此系统的蒸发温度为7～15℃之间，但是液冷使用冷却液冷却，冷却液温度在40℃时依然可以保证服务器稳定运行，因此系统的蒸发温度可以在30～35℃之间，蒸发温度的提升，压缩机的功率可大幅降低，带来更强的节能效果；

(2)本实用新型利用第一压力传感器和第一温度传感器，可得到制冷剂流路内制冷剂的过冷度，以判断制冷剂是否为气液两相；为了防止氟泵损坏，关闭氟泵系统，运行压缩机系统；

(3)本实用新型在氟泵后侧设置通断阀，通过压缩机制冷与氟泵制冷的切换，保证制冷剂的过冷度，还能防止氟泵气蚀；

(4)本实用新型为了防止制冷剂流路安装时水分残留，在制冷剂流路中设置干燥过滤器；

(5)本实用新型可以实现一套压缩机与氟泵系统与多台液冷机柜联用，可节省室外占地面积、降低成本；

(6)本实用新型的制冷剂流路中的主流路以及各出口支路均设有节流装置，以提高过冷度，可将制冷剂输送至更远的位置；

(7)本实用新型防气蚀支路以及换热器的设计，能够提高制冷剂的过冷度；

(8)本实用新型防气蚀支路设置的第三温度传感器和第四温度传感器，可通过换热器的前后温差来控制第二节流装置的开合度。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的基于液冷机柜的压缩机与氟泵系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例2的基于液冷机柜的压缩机与氟泵系统的结构示意图；

图3是本实用新型实施例3的基于液冷机柜的压缩机与氟泵系统的结构示意图；

图4是本实用新型实施例4的基于液冷机柜的压缩机与氟泵系统的结构示意图；

图5是本实用新型实施例5的基于液冷机柜的压缩机与氟泵系统的结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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，并获得其他的实施方式。

实施例1：

如图1所示，本实施例的基于液冷机柜的压缩机与氟泵系统，包括沿制冷剂流路依次连接的压缩机1、冷凝器2、储液罐3、视液镜4、干燥过滤器5、第一压力传感器6、第一温度传感器7、氟泵8、第一节流装置9和蒸发器10。

其中，压缩机1并联有第一单向阀11，氟泵8并联有第二单向阀12；第一节流装置9、蒸发器10和液冷机柜13位于室内，其余部件位于室外。

本实施例的液冷机柜13具有冷却液循环管路14，冷却液循环管路14设有液泵15。其中，冷却液循环管路14具有与蒸发器10的待冷却介质入口和待冷却介质出口分别连接的冷却液出口和冷却液入口，即制冷剂流路与冷却液循环管路分别与蒸发器10的两路换热通道连通。

本实施例的干燥过滤器5用于吸收水分，防止流路安装时水分残留在流路内造成系统故障。

当室外温度到达切换点，系统从压缩制冷切换到氟泵制冷时，需要防止气体进入氟泵，导致氟泵损坏。因此，本实施例在氟泵入口增加第一压力传感器6和第一温度传感器7，可以计算得到制冷剂的过冷度，判断流路内为气液两相的制冷剂时，为了防止氟泵损坏，关闭氟泵系统，运行压缩机系统。

本实施例的制冷剂流路还设有通断阀16，通断阀16位于氟泵8与第一节流装置9之间。通断阀16为电磁阀或手动阀，例如：电子膨胀阀、电动球阀等。具体地，在氟泵后侧设置一个电磁阀，当压缩制冷切换到氟泵制冷控制时，首先根据氟泵入口处的第一压力传感器和第一温度传感器计算得到制冷剂的过冷度，当过冷度≥3k时，说明制冷剂均为液体，可直接关闭压缩机，开启氟泵系统。当过冷度小于3k时，说明氟泵入口有可能会存在气体，此时，关闭电磁阀，压缩机安装适当的频率继续运行，此时系统中制冷剂液体无法流入蒸发器一直保持液体，而蒸发器中的气体不停被吸入压缩机，高压气体不断进入冷凝器，冷凝器压力变大，制冷剂更容易变为液体，同时冷凝器风扇全开，液体的过冷度不断提高，当氟泵入口检测到的过冷度≥3k时，压缩机停机，电磁阀开启，冷凝器风扇转速按控制运行，氟泵开始运行。

本实施例的第一节流装置9可选用热力膨胀阀、毛细管、节流短管等节流装置。

本实施例将压缩机与氟泵系统与液冷系统结合，利用液冷的冷却液温度高的特点，相比与现有的风冷系统，具有显著提高能效、扩大自然冷却时间等特点，具有非常强的节能优势。

传统风冷模式下，由于使用空气冷却，空气的温度需要很低，因此系统的蒸发温度为7～15℃之间，但是液冷使用冷却液冷却，冷却液温度在40℃时依然可以保证服务器稳定运行，因此系统的蒸发温度可以在30～35℃之间，蒸发温度的提升带来更强大的节能效果。具体如下：

在压缩机与氟泵系统的压缩制冷模式下：随着蒸发温度的提高，压缩机的功率大幅下降，压缩制冷模式下，液冷系统消耗功率远小于风冷模式。

在压缩机与氟泵系统的氟泵制冷模式下：由于室内的冷却液温度高，氟泵可以运行的室外温度点比风冷温度点要高，目前风冷系统氟泵切换室外环境温度点在10℃左右，因此风冷氟泵只能适用于气温较低的北方地区，在南方地区由于环境温度＜10℃的时间较少，经济效益差，推广较为困难。而采用液冷氟泵系统，氟泵启动室外环境温度点可以在20℃以上，可以大幅提高氟泵系统运行时间，氟泵的功率远远小于压缩机功耗，全年氟泵运行时间变长将会带来系统全年功耗的大幅下降。此外，由于蒸发温度的提高，氟泵可运行的室外温度也将大大高于传统风冷氟泵，传统风冷氟泵一般在室外温度10℃左右开始运行，而本系统可在室外温度20℃以上运行，大幅延长自然冷却时间，同时突破风冷氟泵大部分运用于北方区域的限制，节能效果更优，适用范围更广。

综上，压缩机与氟泵系统与液冷系统的结合将会带来比风冷氟泵系统更高的节能效果。

实施例2：

本实施例的基于液冷机柜的压缩机与氟泵系统与实施例1的不同之处在于：

液冷机柜13的数量为N个，N为大于1的整数；例如，如图2所示，N取值为2；相应地，蒸发器10与液冷机柜13一一对应设置，即蒸发器10的数量也为N个；

制冷剂流路包括主流路I、与N个蒸发器一一对应连接的N条出口支路II和N条入口支路III，各出口支路及其对应的蒸发器、入口支路与主流路分别构成各自的制冷剂循环回路；其中，入口支路III对接于压缩机的制冷剂入口。

其中，各出口支路II分别设置第一节流装置9；

本实施例多台蒸发器并联机组，多台液冷机柜共用一台室外机组，与实施例1相比，可以极大的节省室外占地面积与成本。本系统还可以集成氟泵或未集成氟泵。

另外，室内部分的每一台蒸发器分别具备单独的第一节流装置，可以满足室内液冷机柜单独调节，多台液冷机柜间的负荷、开启情况都可以不同；

其他结构可以参考实施例1。

实施例3：

本实施例的基于液冷机柜的压缩机与氟泵系统与实施例2的不同之处在于：

如图3所示，室内部分的所有蒸发器共用一个第一节流装置9，也是多台液冷机柜并联，但第一节流装置只有一个且放在室外，室内液冷机柜无法单独调节，多台液冷机柜的制冷效果一致，无法根据液冷机柜负荷单独调节机柜的制冷输出，但成本低，构架相对简单；

其他结构可以参考实施例1。

实施例4：

本实施例的基于液冷机柜的压缩机与氟泵系统与实施例2或3的不同之处在于：在于实施例2与实施例3的结合；

具体地，如图4所示，主流路和各出口支路均设置第一节流装置9，提升制冷剂的过冷度，以便将制冷剂输送到更远的位置；

其他结构可以参考实施例1。

实施例5：

本实施例的基于液冷机柜的压缩机与氟泵系统与实施例1的不同之处在于：

如图5所示，本实施例的基于液冷机柜的压缩机与氟泵系统，还包括防气蚀支路IV和换热器17，换热器17位于冷凝器2的制冷剂出口；防气蚀支路IV的入口与制冷剂流路连通，且位于换热器17与储液罐3之间；防气蚀支路IV的出口连接至压缩机1的制冷剂入口；其中，防气蚀支路IV、制冷剂流路分别与换热器17的两路换热通道连通，防气蚀支路IV的入口设有第二节流装置18；

其中，换热器17优选为板式换热器，还可以选用套管式换热器等现有常用的换热器。

在环境温度较高运行氟泵系统时，冷凝器无法将所有的气态制冷剂冷却成液态，气液两相的制冷剂进入氟泵后，由于气体存在，氟泵发生气蚀，容易造成损坏。本实施例在压缩机与氟泵系统的储液罐的出口设置板式换热器以及在防气蚀支路的入口设置第二节流装置。其中，板式换热器一路的进口为冷凝器出口，出口为储液罐入口，这一路为主路；另一路进口为液路支路，出口为压缩机吸气端(即制冷剂入口)，这一路是支路。在增设板式换热器和防气蚀支路后，气液两相的制冷剂流过板式换热器后，其中一部分通过支路进入第二节流装置，在第二节流装置的节流效果作用下，液体蒸发，吸收热量，温度下降，此部分低温气液在板式换热器中冷却主路中的气液两相制冷剂，得到液相制冷剂，还可以提高制冷剂的过冷度，保证进入氟泵的制冷剂都为液体。而且，在压缩机制冷循环中依旧可以起到提高制冷剂过冷度的作用，提高制冷剂输送距离。

另外，制冷剂流路还设有第二压力传感器19和第二温度传感器20，分别位于冷凝器2与换热器17之间。利用第二压力传感器19和第二温度传感器20，可以计算得到制冷剂的过冷度，判断是否需要开启第二节流装置。

本实施例的防气蚀支路设有第三温度传感器21和第四温度传感器22，分别位于板式换热器的两侧，即在板式换热器的支路进口和出口增加温度传感器，通过前后温度差来控制第二节流装置的开度。

本实施例的第二节流装置采用电子膨胀阀来精准控制节流效果，也可以采用毛细管、节流短管等现有节流装置。

其他结构可以参考实施例1。

实施例6：

本实施例的基于液冷机柜的压缩机与氟泵系统与实施例5的不同之处在于：

防气蚀支路的入口与制冷剂流路连通，但位置位于储液罐与氟泵之间，也能实现实施例5所述的技术效果，实现结构多样化；

其他结构可以参考实施例1。

实施例7：

本实施例的基于液冷机柜的压缩机与氟泵系统与实施例1-6的不同之处在于：

可以省略第一压力传感器、第一温度传感器、干燥过滤器、视液镜中的一个或多个，简化构架；

其他结构可以参考实施例1。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是对本实用新型的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本实用新型提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.基于液冷机柜的压缩机与氟泵系统，其特征在于，包括沿制冷剂流路依次连接的压缩机、冷凝器、储液罐、氟泵、第一节流装置和蒸发器，其中，压缩机并联有第一单向阀，氟泵并联有第二单向阀；

液冷机柜具有冷却液循环管路，冷却液循环管路设有液泵；

冷却液循环管路具有与蒸发器的待冷却介质入口和待冷却介质出口分别连接的冷却液出口和冷却液入口。

2.根据权利要求1所述的基于液冷机柜的压缩机与氟泵系统，其特征在于，所述制冷剂流路还设有第一压力传感器和第一温度传感器，分别位于氟泵的入口处。

3.根据权利要求1所述的基于液冷机柜的压缩机与氟泵系统，其特征在于，所述制冷剂流路还设有通断阀，位于氟泵与第一节流装置之间。

4.根据权利要求1所述的基于液冷机柜的压缩机与氟泵系统，其特征在于，所述制冷剂流路还设有干燥过滤器，位于储液罐与氟泵之间。

5.根据权利要求4所述的基于液冷机柜的压缩机与氟泵系统，其特征在于，所述制冷剂流路还设有视液镜，位于储液罐与干燥过滤器之间。

6.根据权利要求1-5任一项所述的基于液冷机柜的压缩机与氟泵系统，其特征在于，所述液冷机柜的数量为N个，N为大于1的整数；相应地，蒸发器与液冷机柜一一对应设置；

所述制冷剂流路包括主流路、与N个蒸发器一一对应连接的N条出口支路和N条入口支路，各出口支路及其对应的蒸发器、入口支路与主流路分别构成各自的制冷剂循环回路；其中，入口支路对接于压缩机的制冷剂入口。

7.根据权利要求6所述的基于液冷机柜的压缩机与氟泵系统，其特征在于，所述主流路设置第一节流装置，和/或，各出口支路分别设置第一节流装置。

8.根据权利要求1-5任一项所述的基于液冷机柜的压缩机与氟泵系统，其特征在于，还包括防气蚀支路和换热器，换热器位于冷凝器的制冷剂出口；防气蚀支路的入口与制冷剂流路连通，且位于换热器与储液罐或氟泵之间；防气蚀支路的出口连接至压缩机的制冷剂入口；其中，防气蚀支路、制冷剂流路分别与换热器的两路换热通道连通，防气蚀支路的入口设有第二节流装置；

所述制冷剂流路还设有第二压力传感器和第二温度传感器，分别位于冷凝器与换热器之间。

9.根据权利要求8所述的基于液冷机柜的压缩机与氟泵系统，其特征在于，所述防气蚀支路设有第三温度传感器和第四温度传感器，分别位于换热器的两侧。

10.根据权利要求8所述的基于液冷机柜的压缩机与氟泵系统，其特征在于，所述第一节流装置、第二节流装置选自膨胀阀、毛细管、节流短管中的一种。

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