CN219834757U - 一种蒸发冷型数据中心机房冷却系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种蒸发冷型数据中心机房冷却系统，该系统包括系统蒸发端和系统冷凝端，系统蒸发端包括一个以上的机房空调末端，系统冷凝端为蒸发式冷凝器；该系统还包括冷媒液管、氟泵、压缩机、单向阀以及冷媒气管；冷媒液管用于将蒸发式冷凝器流出的液态相变冷媒输送至各机房空调末端，冷媒气管用于将各机房空调末端流出的气态相变冷媒输送至蒸发式冷凝器；氟泵设置于冷媒液管上用于泵送液态相变冷媒；单向阀设置于冷媒气管上且定向为允许气态相变冷媒从机房空调末端流向蒸发式冷凝器；压缩机与单向阀并联连接设置；当启用氟泵和停用压缩机时，该系统处于液泵热管模式；当停用氟泵和启用压缩机时，该系统处于气泵热管模式。

Description

一种蒸发冷型数据中心机房冷却系统

技术领域

本实用新型涉及数据中心机房制冷领域，特别涉及一种蒸发冷型数据中心机房冷却系统。

背景技术

在数据中心机房运行过程中，信息技术设备会释放出大量热量，通过换热器与热源进行换热，对散发热量的服务器进行冷却以维持其正常运行。服务器散发的热量被换出至末端设备后再通过管侧设备将热量输配至冷源侧，由冷源设备制冷降温，由此，末端设备、管侧设备以及冷源设备共同形成制冷循环系统。

传统冷水制冷系统是数据中心主要的制冷系统形式之一。传统冷水制冷系统形式为冷水主机+水泵+板式换热器+冷却塔+末端空调，具体的结构以及工作原理参见https://mp.weixin.qq.com/s/XcSj7g51Qry_OpYWHO0kiA。在传统冷水制冷系统中，热量从室内环境依次经由冷冻水、冷媒、冷却水转移至室外环境，存在整体架构较为复杂、中间换热环节较多的特点。在某些地区受环境等因素的制约，采用传统冷水制冷系统的数据中心具有较高的PUE(Power Usage Effectiveness)值。为了能够有效降低数据中心的PUE值，有必要考虑采用新型制冷系统。

当前背景下，在保证数据中心机房信息技术设备安全、高性能运行的同时，综合利用各种节能手段来提高数据中心的能源利用效率已成为新型数据中心基础设施建设追求的目标之一。

发明内容

发明目的：本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种蒸发冷型数据中心机房冷却系统，能够降低制数据中心机房的能耗。

为了解决上述技术问题，本实用新型公开了一种蒸发冷型数据中心机房冷却系统，该系统包括系统蒸发端和系统冷凝端，系统蒸发端包括一个以上的机房空调末端，系统冷凝端为蒸发式冷凝器。该系统还包括冷媒液管、氟泵、压缩机、单向阀以及冷媒气管。所述冷媒液管用于将蒸发式冷凝器流出的液态相变冷媒输送至各机房空调末端，冷媒气管用于将各机房空调末端流出的气态相变冷媒输送至蒸发式冷凝器。氟泵设置于冷媒液管上，用于泵送液态相变冷媒。单向阀设置于冷媒气管上且定向为允许气态相变冷媒从机房空调末端流向蒸发式冷凝器。压缩机与单向阀并联连接设置。当启用氟泵和停用压缩机时，该系统处于液泵热管模式。当停用氟泵和启用压缩机时，该系统处于气泵热管模式。

在一些实施例中，该系统还包括储液罐，所述储液罐设置于所述冷媒液管上且位于所述蒸发式冷凝器与所述氟泵之间。

在一些实施例中，所述蒸发式冷凝器设置有冷媒出液端口以及与冷媒出液端口连通的冷媒进气端口。所述机房空调末端设置有冷媒进液端口以及与冷媒进液端口连通的冷媒出气端口。所述蒸发式冷凝器的冷媒出液端口与所述冷媒液管的一端连通，各机房空调末端的冷媒进液端口分别都与所述冷媒液管的另一端连接。所述蒸发式冷凝器的冷媒进气端口与所述冷媒气管的一端连接，各机房空调末端的冷媒出气端口分别都与所述冷媒气管的另一端连接。

在一些实施例中，所述机房空调末端为背板空调、房间级精密空调或者列间空调。

在一些实施例中，所述机房空调末端设置有换热盘管，所述换热盘管连通所述机房空调末端的冷媒进液端口和冷媒出气端口。

在一些实施例中，所述蒸发式冷凝器设置有换热器，所述换热器连通所述蒸发式冷凝器的冷媒进气端口和冷媒出液端口；所述蒸发式冷凝器是管式或者板式蒸发式冷凝器。

在一些实施例中，所述压缩机选用无油离心式压缩机或者磁悬浮压缩机。

在一些实施例中，该系统还包括控制单元以及用于测量室外环境温度的温度传感器，所述控制单元用于控制该系统的所有电子器件的开启与关闭以及预设设定值，并且基于温度传感器测量所获得的室外环境温度与设定值的比较结果，使该系统在液泵热管模式和气泵热管模式之间切换。

在一些实施例中，当温度传感器测量所获得的室外环境温度低于设定值时，控制单元控制压缩机关闭以及蒸发式冷凝器、冷媒液管、单向阀、机房空调末端、氟泵以及冷媒气管均开启，该系统在液泵热管模式下运行。当温度传感器测量所获得的室外环境温度高于设定值时，控制单元控制氟泵关闭以及蒸发式冷凝器、冷媒液管、储液罐、机房空调末端、压缩机以及冷媒气管均开启，该系统切换至气泵热管模式下运行。

在一些实施例中，该系统还包括液体冷媒环路以及气态冷媒环路，所述各机房空调末端的冷媒进液端口分别都与所述冷媒液管的另一端连接，包括：各机房空调末端的冷媒进液端口分别都通过所述液体冷媒环路与所述冷媒液管的另一端连接。所述各机房空调末端的冷媒出气端口分别都与所述冷媒气管的另一端连接，包括：各机房空调末端的冷媒出气端口分别都通过所述气态冷媒环路与所述冷媒气管的另一端连接。

有益效果：

(1)本实用新型一种蒸发冷型数据中心机房冷却系统，采用相变冷媒作为载冷剂直接输送冷量，相较于传统冷水制冷系统，在相同流量的冷冻水和相变冷媒的情况下，相变冷媒载冷量更大，因此，本申请可以采用更少流量的相变冷媒来实现与传统冷水制冷系统相同的载冷量，即用于泵送相变冷媒的氟泵功耗也更小。同时相较于传统冷水制冷系统，本申请的制冷系统利用相变冷媒相变来实现传热，整个系统的热量转移过程为室内环境—冷媒—室外环境，减少了中间换热过程，可以降低换热过程中的能量损耗，同时降低了压缩机的蒸发冷凝温差。由此，降低了该系统的能耗。

(2)本实用新型的系统冷凝端采用蒸发式冷凝器，其所配置的喷淋水泵只需进行内部的水流循环，输送距离短；同时，由于在蒸发式冷凝器中换热的制冷剂是相变冷媒，发生的换热为相变蒸发换热，相较于其他非相变的制冷剂而言，本申请需要的循环水量更小，因此，相较于冷却塔所配置的喷淋水泵，本实用新型的蒸发式冷凝器所配置的喷淋水泵要明显更小，可以达到间接提高系统能效的效果。此外，蒸发式冷凝器利用水的汽化潜热进行换热，热量转移过程为冷媒—室外环境；传统冷水制冷系统通过冷凝器与冷却塔协同作用，热量转移过程为冷媒—冷却水—室外环境。因此，相比于传统的冷凝器与冷却塔协同作用的方式，本实用新型的系统冷凝端减少了换热环节，在相同室外湿球温度的情况下，本申请的蒸发冷凝温度更小，系统能效比更高。

(3)本申请的系统通过设置压缩机与单向阀并联连接，使得本申请的系统可以通过控制压缩机与氟泵的启停切换，来实现液泵热管模式和气泵热管模式两种模式之间的切换；当冷却系统处于液泵热管模式时，蒸发式冷凝器、冷媒液管、氟泵、机房空调末端、单向阀以及冷媒气管均启用，本系统充分利用热管动力技术，减少系统能耗；当冷却系统处于气泵热管模式时，所述蒸发式冷凝器、冷媒液管、储液罐、机房空调末端、压缩机以及冷媒气管均启用；气泵热管模式作为对热管动力技术的补充，保证了系统运行的可靠性。

(4)本申请的一个实施例通过在蒸发式冷凝器与氟泵之间的冷媒液管上设置储液罐来补偿系统的漏损，储液罐也可以用来调节和稳定系统内制冷剂的循环量，还可以使相变冷媒在进入机房空调末端前具有一定的过冷度。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做更进一步的具体说明，本实用新型的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1为本申请的一种实施例的一种蒸发冷型数据中心机房冷却系统的结构示意图；

图2为本申请的另一种实施例的一种蒸发冷型数据中心机房冷却系统的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的附图标记如下所示：

下面结合附图对本申请的技术方案进行详细的阐述。附图中的虚线表示液态相变冷媒流经的管路，实线表示气态相变冷媒流经的管路。

实施例1

如图1所示，本申请的一种实施例公开了一种蒸发冷型数据中心机房冷却系统，该系统包括系统蒸发端以及系统冷凝端，系统蒸发端包括一个以上的机房空调末端500，系统冷凝端为蒸发式冷凝器100。该系统还包括冷媒液管200、氟泵400、压缩机600、单向阀700以及冷媒气管800。蒸发式冷凝器100设置有冷媒出液端口以及与冷媒出液端口连通的冷媒进气端口，各机房空调末端500分别设置有冷媒进液端口以及与冷媒进液端口连通的冷媒出气端口。蒸发式冷凝器100的冷媒出液端口与冷媒液管200的一端连通，各机房空调末端500的冷媒进液端口分别都与冷媒液管200的另一端连接，用于将蒸发式冷凝器100流出的液态相变冷媒通过冷媒液管200输送至各机房空调末端500。蒸发式冷凝器100的冷媒进气端口与冷媒气管800的一端连接，各机房空调末端500的冷媒出气端口分别都与冷媒气管800的另一端连接，用于将各机房空调末端500流出的气态相变冷媒通过冷媒气管800输送至蒸发式冷凝器100。氟泵400设置于冷媒液管200上，用于泵送蒸发式冷凝器100输出的液态相变冷媒至机房空调末端500。单向阀700设置于冷媒气管800上且定向为允许气态相变冷媒从机房空调末端500流向蒸发式冷凝器100。压缩机600与单向阀700并联连接设置。具体的，压缩机600设置有输入口和输出口，压缩机600的输入口与机房空调末端500的冷媒出气端口连通，压缩机600的输出口与蒸发式冷凝器100的冷媒进气端口连通。

该系统的工作模式包括液泵热管模式和气泵热管模式。当该系统处于液泵热管模式时，蒸发式冷凝器100、冷媒液管200、氟泵400、机房空调末端500、单向阀700以及冷媒气管800均启用。当该系统处于气泵热管模式时，蒸发式冷凝器100、冷媒液管200、储液罐300、机房空调末端500、压缩机600以及冷媒气管800均启用。该系统根据室外环境温度的变化在液泵热管模式和气泵热管模式之间切换。

进一步的，该系统包括储液罐300，储液罐300设置于冷媒液管200上且位于蒸发式冷凝器100与氟泵400之间。相变冷媒从蒸发式冷凝器100流出后，经由储液罐300再进入氟泵400。

本实施例通过设置在蒸发式冷凝器100与氟泵400之间的冷媒液管200上设置储液罐300，用于补偿系统的漏损，也可以用来调节和稳定系统内制冷剂的循环量，还可以使相变冷媒在进入机房空调末端500前具有一定的过冷度，以便保证制冷系统能够稳定正常运行。

可选的，机房空调末端500可以是背板空调510、房间级精密空调520或者列间空调530。在一些实施例中，如图1所示，系统蒸发端包括了三个机房空调末端500，分别为一个背板空调510、一个房间级精密空调520以及一个列间空调530。

可选的，相变冷媒可以是1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)。

具体的，机房空调末端500设置有换热盘管，换热盘管连通机房空调末端500的冷媒进液端口和冷媒出气端口。来自蒸发式冷凝器中的液态相变冷媒经由冷媒液管200流至各空调末端设备内的换热盘管进行换热，换热盘管内的液态相变冷媒吸热后变为气态相变冷媒，气态相变冷媒经由冷媒气管800送至蒸发式冷凝器100中放热，放热后的相变冷媒重新液化为液态相变冷媒。

一方面，本申请使用制冷剂作为冷媒，载冷能力更大、流量小，可以减少压缩机功率。另一方面，本申请采用相变冷媒作为制冷剂，利用冷媒相变换热，降低了蒸发冷凝温差、减少了中间换热过程，提高了该系统的能效。

具体的，蒸发式冷凝器100包括风机、捕雾器、换热器、PVC填料层以及含有喷淋水泵的喷淋水循环系统。换热器连通蒸发式冷凝器100的冷媒进气端口和冷媒出液端口。蒸发式冷凝器的结构以及工作原理为现有技术，因此，本实施例不对此展开详细描述。根据换热器的结构类型，蒸发式冷凝器100可以是管式或者板式蒸发式冷凝器。

可选的，压缩机600可以选用无油离心式压缩机、磁悬浮压缩机等无油高效压缩机，以减少油路循环系统故障带来的影响。

进一步地，该系统还包括控制单元以及用于测量室外环境温度的温度传感器，控制单元用于控制该系统的所有电子器件的开启与关闭以及预设设定值，并且基于温度传感器测量所获得的实际室外环境温度与设定值的比较结果，使该系统在液泵热管模式和气泵热管模式之间切换。

当温度传感器测量所获得的室外环境温度低于设定值时，氟泵400单独工作，压缩机600关闭，蒸发式冷凝器100、冷媒液管200、单向阀700、机房空调末端500、以及冷媒气管800均开启，气态相变冷媒仅流经单向阀700，该系统在液泵热管模式下运行。

当温度传感器测量所获得的室外环境温度高于设定值时，单独使用氟泵400已经不能满足使用要求，控制单元控制压缩机600单独工作，氟泵400关闭，蒸发式冷凝器100、冷媒液管200、储液罐300、机房空调末端500以及冷媒气管800均开启，该系统切换至气泵热管模式下运行。

以上两种工作模式的切换使得本申请的系统始终处于较高能效运行状态。

实施例2

如图2所示，为了提高制冷系统的制冷能力，在本实施例中，系统冷凝端包括两个以上的蒸发式冷凝器100以及与蒸发式冷凝器100数量适配的冷媒液管200和冷媒气管800。为了进一步提高系统运行的可靠性，本实施例的系统还包括液体冷媒环路910以及气态冷媒环路920。

在本实施例中，各机房空调末端500的冷媒进液端口分别都与冷媒液管200的另一端连接，是指各机房空调末端500的冷媒进液端口分别都通过液体冷媒环路910与冷媒液管200的另一端连接。各机房空调末端500的冷媒出气端口分别都与冷媒气管800的另一端连接，是指各机房空调末端500的冷媒出气端口分别都通过气态冷媒环路920与冷媒气管800的另一端连接。其他部分均与实施例1的相同，不再赘述。

在本实施例中，当系统出现单点故障时，液体冷媒环路910以及气态冷媒环路920可以保障系统仍然能正常运行，从而进一步提高系统运行的可靠性。

本实用新型提供了一种蒸发冷型数据中心机房冷却系统的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种蒸发冷型数据中心机房冷却系统，其特征在于，包括系统蒸发端和系统冷凝端，系统蒸发端包括一个以上的机房空调末端(500)，系统冷凝端为蒸发式冷凝器(100)；该系统还包括冷媒液管(200)、氟泵(400)、压缩机(600)、单向阀(700)以及冷媒气管(800)；所述冷媒液管(200)用于将所述蒸发式冷凝器(100)流出的液态相变冷媒输送至各机房空调末端(500)，所述冷媒气管(800)用于将各机房空调末端(500)流出的气态相变冷媒输送至蒸发式冷凝器(100)；所述氟泵(400)设置于冷媒液管(200)上，用于泵送所述液态相变冷媒；所述单向阀设置于所述冷媒气管(800)上且定向为允许所述气态相变冷媒从机房空调末端(500)流向蒸发式冷凝器(100)；所述压缩机(600)与单向阀(700)并联连接设置；当启用氟泵和停用压缩机时，该系统处于液泵热管模式；当停用氟泵和启用压缩机时，该系统处于气泵热管模式。

2.根据权利要求1所述的一种蒸发冷型数据中心机房冷却系统，其特征在于，还包括储液罐(300)，所述储液罐(300)设置于所述冷媒液管(200)上且位于所述蒸发式冷凝器(100)与所述氟泵(400)之间。

3.根据权利要求1或2所述的一种蒸发冷型数据中心机房冷却系统，其特征在于，所述蒸发式冷凝器(100)设置有冷媒出液端口以及与冷媒出液端口连通的冷媒进气端口；所述机房空调末端(500)设置有冷媒进液端口以及与冷媒进液端口连通的冷媒出气端口；所述蒸发式冷凝器(100)的冷媒出液端口与所述冷媒液管(200)的一端连通，各机房空调末端(500)的冷媒进液端口分别都与所述冷媒液管(200)的另一端连接；所述蒸发式冷凝器(100)的冷媒进气端口与所述冷媒气管(800)的一端连接，各机房空调末端(500)的冷媒出气端口分别都与所述冷媒气管(800)的另一端连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种蒸发冷型数据中心机房冷却系统，其特征在于，所述机房空调末端(500)为背板空调、房间级精密空调或者列间空调。

5.根据权利要求1或2所述的一种蒸发冷型数据中心机房冷却系统，其特征在于，所述机房空调末端(500)设置有换热盘管，所述换热盘管连通所述机房空调末端(500)的冷媒进液端口和冷媒出气端口。

6.根据权利要求1或2所述的一种蒸发冷型数据中心机房冷却系统，其特征在于，所述蒸发式冷凝器(100)包括换热器，所述换热器连通所述蒸发式冷凝器(100)的冷媒进气端口和冷媒出液端口；所述蒸发式冷凝器(100)为管式或者板式蒸发式冷凝器。

7.根据权利要求1或2所述的一种蒸发冷型数据中心机房冷却系统，其特征在于，所述压缩机(600)选用无油离心式压缩机或者磁悬浮压缩机。

8.根据权利要求1或2所述的一种蒸发冷型数据中心机房冷却系统，其特征在于，该系统还包括控制单元以及用于测量室外环境温度的温度传感器，所述控制单元用于控制该系统的所有电子器件的开启与关闭以及预设设定值，并且基于温度传感器测量所获得的室外环境温度与设定值的比较结果，使该系统在液泵热管模式和气泵热管模式之间切换。

9.根据权利要求8所述的一种蒸发冷型数据中心机房冷却系统，其特征在于，当温度传感器测量所获得的室外环境温度低于设定值时，控制单元控制压缩机(600)关闭以及蒸发式冷凝器(100)、冷媒液管(200)、单向阀(700)、机房空调末端(500)、氟泵(400)以及冷媒气管(800)均开启，该系统在液泵热管模式下运行；当温度传感器测量所获得的室外环境温度高于设定值时，控制单元控制氟泵(400)关闭以及蒸发式冷凝器(100)、冷媒液管(200)、储液罐(300)、机房空调末端(500)、压缩机(600)以及冷媒气管(800)均开启，该系统切换至气泵热管模式下运行。

10.根据权利要求3所述的一种蒸发冷型数据中心机房冷却系统，其特征在于，还包括液体冷媒环路(910)以及气态冷媒环路(920)，所述各机房空调末端(500)的冷媒进液端口分别都与所述冷媒液管(200)的另一端连接，包括：各机房空调末端(500)的冷媒进液端口分别都通过所述液体冷媒环路(910)与所述冷媒液管(200)的另一端连接；所述各机房空调末端(500)的冷媒出气端口分别都与所述冷媒气管(800)的另一端连接，包括：各机房空调末端(500)的冷媒出气端口分别都通过所述气态冷媒环路(920)与所述冷媒气管(800)的另一端连接。