CN219961208U - 冷却系统及数据中心 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种冷却系统及数据中心，属于数据中心技术领域。冷却系统包括：风冷侧子系统、液冷侧子系统和喷淋子系统；风冷侧子系统包括压缩机、蒸发冷凝器、膨胀阀、蒸发器、风冷末端；液冷侧子系统包括蒸发管排、冷量分配单元和至少一个液冷板；喷淋子系统包括喷嘴组件；喷嘴组件与蒸发管排和蒸发冷凝器对应布置，喷嘴组件向蒸发管排和蒸发冷凝器喷淋冷却水，冷却水蒸发吸热以降低蒸发管排内的制冷剂的冷凝压力和蒸发冷凝器内的冷却水的温度。本申请的冷却系统，能够分别为数据中心内的发热设备提供风冷和液冷支持，有利于降低冷却系统的成本和维护难度。

Description

冷却系统及数据中心

技术领域

本申请涉及数据中心技术领域，特别涉及一种冷却系统及数据中心。

背景技术

在云计算助力数字经济快速增长的背后，数据中心急剧增长能耗问题已经被行业内外所普遍重视。如何实现数据中心节能降耗，已经成为整个行业乃至整个社会所关注的焦点。

冷却能耗在数据中心的总能耗中所占比例约为40％，降低冷却能耗能够有效降低数据中心的总能耗。

数据中心的冷却方式主要有风冷、沉浸式液冷和冷板式液冷，其中沉浸式液冷的冷却效率最高，但成本较高，且供应链成熟度较低。冷板式液冷的冷却效率和成本均介于沉浸式液冷和风冷之间，是目前应用最广泛的冷却方式。由于冷板式液冷依靠冷板换热的方式无法兼容服务器中的所有发热部件，需要采用风冷进行补充，即采用风液共存的冷却方式。

采用风液共存的数据中心中，风冷系统和冷板液冷系统各自独立，需独立采购和建设，导致工程量增加、工期延长，导致冷却系统的成本较高，维护难度大。

实用新型内容

本申请提供了一种冷却系统及数据中心，能够解决冷却系统成本较高，维护难度大的问题。

所述技术方案如下：

一方面，提供了一种冷却系统，所述冷却系统包括：风冷侧子系统、液冷侧子系统和喷淋子系统；

所述风冷侧子系统包括压缩机、蒸发冷凝器、膨胀阀、蒸发器、风冷末端；

所述压缩机的出口连接所述蒸发冷凝器的入口，所述蒸发冷凝器的出口连接所述膨胀阀的入口，所述膨胀阀的出口连接所述蒸发器的第一入口，所述蒸发器的第一出口连接所述压缩机的入口；所述蒸发器的第二入口连接所述风冷末端的出口，所述蒸发器的第二出口连接所述风冷末端的入口；

所述液冷侧子系统包括蒸发管排、冷量分配单元和至少一个液冷板；所述蒸发管排和所述至少一个液冷板分别与所述冷量分配单元连接；

所述喷淋子系统包括喷嘴组件；

所述喷嘴组件与所述蒸发管排和所述蒸发冷凝器对应布置，所述喷嘴组件向所述蒸发管排和所述蒸发冷凝器喷淋冷却水，所述冷却水蒸发吸热以降低所述蒸发管排内的制冷剂的冷凝压力和所述蒸发冷凝器内的冷却水的温度。

另一方面，提供了一种冷却系统，所述冷却系统包括：风冷侧子系统、液冷侧子系统和喷淋子系统；

所述风冷侧子系统包括压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、风冷末端；

所述压缩机的出口连接所述冷凝器的第一入口，所述冷凝器的第一出口连接所述膨胀阀的入口，所述膨胀阀的出口连接所述蒸发器的第一入口，所述蒸发器的第一出口连接所述压缩机的入口；所述蒸发器的第二入口连接所述风冷末端的出口，所述蒸发器的第二出口连接所述风冷末端的入口；

所述液冷侧子系统包括蒸发冷凝器、冷量分配单元和至少一个液冷板；所述蒸发冷凝器和所述至少一个液冷板分别与所述冷量分配单元连接；所述蒸发管排的出口还与所述冷凝器的第二入口连接，所述蒸发管排的入口与所述冷凝器的第二出口连接；

所述喷淋子系统包括喷嘴组件；

所述喷嘴组件与所述蒸发冷凝器对应布置，所述喷嘴组件向所述蒸发冷凝器喷淋冷却水，所述冷却水蒸发吸热以降低所述蒸发冷凝器内的冷却水的温度。

另一方面，提供了一种数据中心，所述数据中心采用本申请所述的冷却系统。

本申请提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本申请的冷却系统，应用于数据中心的设备冷却，冷却系统包括风冷侧子系统和液冷侧子系统，能够分别为数据中心内的发热设备提供风冷和液冷支持，建设工程量小，工期短，有利于降低冷却系统的成本和维护难度；风冷和液冷兼用一套喷淋子系统实现蒸发冷却，制冷效率高，有利于降低冷却能耗，从而实现数据中心的节能降耗。

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是本申请实施例提供的冷却系统的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的风冷侧子系统的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的液冷侧子系统的结构示意图；

图4是本申请另一实施例提供的冷却系统的结构示意图；

图5是本申请另一实施例提供的冷却系统的结构示意图。

图中的附图标记分别表示为：

1、风冷侧子系统；

11、压缩机；12、蒸发冷凝器；13、膨胀阀；14、蒸发器；15、风冷末端；16、氟泵；17、第一驱动泵；18、干式冷凝器；19、蓄冷罐；110、压力平衡阀；111、冷凝器；

2、液冷侧子系统；

21、蒸发管排；22、冷量分配单元；23、液冷板；24、第二驱动泵；25、管翅干冷器；

3、喷淋子系统；

31、喷嘴组件；32、集水槽；33、循环泵；34、冷却填料；

4、第一旁通支路；

41、第一控制阀；

5、第二旁通支路；

51、第二控制阀；

6、第三控制阀；

7、第三旁通支路；

71、第四控制阀；

8、室外风机；

9、第五控制阀；

10、第六控制阀。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

除非另有定义，本申请实施例所用的所有技术术语均具有与本领域普通技术人员通常理解的相同的含义。

蒸发冷凝：蒸发冷凝是指通过管外水的蒸发吸热使管内高温高压的气态制冷剂凝结为高压高温的液体的过程。

干工况：自然冷模式下的一种工况，二次侧空气不经过喷淋加湿处理，直接通过干冷器与一次侧水实现热交换的工况。

湿工况：自然冷模式下的一种工况，二次侧空气通过喷淋加湿处理后，再通过空空换热器与一次侧空气实现热交换的工况。

混合工况：电制冷模式的一种工况，当自然冷模式不能完全满足机组制冷需求时，开启压缩机补充部分制冷，此模式下自然冷和压缩机制冷共同承担机组的制冷需求。

自然冷却:利用自然界较低温度的空气、水等介质来对制冷对象进行制冷,减少机械制冷的开启时间,达到节能的目的。

直膨式制冷：Direct Expansion简写为DX，是指制冷剂在蒸发器中膨胀蒸发对空气直接进行制冷，中间不经过水等换热媒介。

PUE：Power Usage Effectiveness的简写，中文名称为电源使用效率，是评价数据中心能源效率的指标，是数据中心消耗的所有能源与IT负载消耗的能源的比值。PUE＝数据中心总能耗/IT设备能耗，其中数据中心总能耗包括IT设备能耗和制冷、配电等系统的能耗，其值大于1，越接近1表明非IT设备耗能越少，即能效水平越好。

WUE：一般指水分利用率、水利用效率，作为评价数据中心用水状况的指标，定义为数据中心水资源的全年消耗量与数据中心IT设备全年耗电量的比值，单位为L/kW·h。

相关技术中冷板式液冷的技术原理是将换热器直接贴合发热部件放置就近散热。为了提高换热能力，需要尽可能增大换热面积，必须要尽可能将板式换热器平整的贴合在热源表面，异形的设备很难采用这种换热形式。因此只有形状比较规则的芯片才适合采用冷板换热，这也就造成了冷板方案的一大问题——服务器中其余的存储、内存、电源等占服务器整体10％-50％的热量的发热部件，依然需要采用传统风冷的方案去实现。

但是，相关技术中的冷板液冷系统至少存在以下几个问题：

第一，两套系统各自独立，无论是风侧系统还是冷板侧系统，都是一个庞大的系统工程，需要采购的设备类型较多，现场工程量大，工期长。而且由于设备种类繁多，往往需要对接多个不同的厂家，对系统维护难度较大。

第二，在建设初期因为无法准确确定风侧和冷板侧制冷量的分配。因为这个不确定性，在机房设计时往往会考虑两个系统各自的最不利情况(即冗余设计)，风侧系统和冷板侧系统都超额配置，这就造成冷板液冷系统整体造价的浪费，降低了冷板液冷系统的性价比。

第三，风侧和冷板侧各自独立运行，冷板侧系统能效较高，风侧系统能效较差，两套系统同时运行的年均PUE偏高，对于液冷系统而言没有明显的优势。

因此，本申请提供了一种冷却系统，能够同时为数据中心内的发热设备提供不同工况的风冷和液冷支持，使机组可根据室外环境温度和供冷负荷的大小，工作在不同制冷模式，兼容蒸发冷凝制冷、DX制冷、压缩制冷、自然冷却、混合制冷等多种制冷能力，能够满足不同使用场景的冷却需求。

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。

一方面，结合图1-3所示，本实施例提供了一种冷却系统，冷却系统包括：风冷侧子系统1、液冷侧子系统2和喷淋子系统3；风冷侧子系统1包括压缩机11、蒸发冷凝器12、膨胀阀13、蒸发器14、风冷末端15。

压缩机11的出口连接蒸发冷凝器12的入口，蒸发冷凝器12的出口连接膨胀阀13的入口，膨胀阀13的出口连接蒸发器14的第一入口，蒸发器14的第一出口连接压缩机11的入口；蒸发器14的第二入口连接风冷末端15的出口，蒸发器14的第二出口连接风冷末端15的入口。

液冷侧子系统2包括蒸发管排21、冷量分配单元22(Coolant Distribution Unit，CDU)和至少一个液冷板23；蒸发管排21和至少一个液冷板23分别与冷量分配单元22连接。

喷淋子系统3包括喷嘴组件31；喷嘴组件31与蒸发冷凝器12和蒸发管排21对应布置，喷嘴组件31向蒸发冷凝器12和蒸发管排21喷淋冷却水，冷却水蒸发吸热以降低蒸发冷凝器12内的制冷剂的冷凝压力和蒸发管排21内的冷却水的温度。

本实施例的冷却系统，应用于数据中心的设备冷却，冷却系统包括风冷侧子系统1和液冷侧子系统2，能够分别为数据中心内的发热设备提供风冷和液冷支持，建设工程量小，工期短，有利于降低冷却系统的成本和维护难度。

风冷和液冷兼用一套喷淋子系统3实现蒸发冷却，制冷效率高，有利于降低冷却能耗，从而实现数据中心的节能降耗。

在一些可能的实现方式中，喷淋子系统3和蒸发冷凝器12、蒸发管排21被配置在同一冷却塔内，作为风冷侧子系统1和液冷侧子系统2的公用冷源。

该冷却塔通过供水管路分别与风冷侧子系统1和液冷侧子系统2连接，能够将低温冷却水分别供给向风冷侧子系统1和液冷侧子系统2，通过供水管路中布置水泵、阀门等部件控制冷却水的流量、流速，从而实现对风冷侧子系统1和液冷侧子系统2的冷量分配。

在一些可能的实现方式中，蒸发冷凝器12和蒸发管排21为布置在冷却塔内的蛇形盘管结构，蛇形盘管结构有利于增加换热器的换热面积，提高换热效率。

在一些可能的实现方式中，风冷侧子系统1的风冷末端15，可以为板式换热器、翅片换热器、肋管换热器等，位于数据中心内部，应用上可以支持风墙盘管、列间空调、机架顶置盘管、机架背板等。

示例性地，风冷侧子系统1还包括室内风机，风冷末端15位于室内风机的一侧，室内风机运行时，能够驱动数据中心的室内空气流经风冷末端15，与风冷末端15内的低温冷却水进行换热降温，之后被输送回数据中心室内，实现室内空气的制冷内循环。

示例性地，室内风机为风墙结构，该风墙结构由多台风机模块堆叠或成排安装，尽可能的利用地利空间，它使得气流分布更为出色，并确保通过风冷末端15获得更均匀的气流，从而提高传热性能。某台风机发生故障后，其余风机将进行风量补偿，因此冗余功能提高了整个系统的运行可靠性。

在另一些可能的实现方式中，液冷侧子系统2内的液冷板23，可以是一个金属块，由铜、镍或铝制成，内部有循环流道，该循环流道与冷量分配单元22连接。

液冷板23能够分别与CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、GPU(Graphics Processing Unit，图形处理器)等发热芯片贴合接触，会吸收CPU、GPU的热量。

示例性地，液冷板23的数量，例如为一个、两个、三个等等，液冷板23的数量可以根据数据中心中发热部件的数量进行合理的选择。每个液冷板23分别与不同的发热部件接触，对其进行冷却降温。

在一些可能的实现方式中，冷量分配单元22可以作为全机架的冷却液分发结构，安装在一排服务器机架旁边，一侧与冷却塔(例如蒸发管排21)双路连通，另一侧连通多个液冷板23。

可选地，冷却塔(蒸发管排21)与冷量分配单元22之间为一次侧循环回路，其内循环一次侧冷却水；冷量分配单元22与至少一个液冷板23之间为二次侧循环回路，其内循环二次侧冷却水。一次侧冷却水与二次侧冷却水的在冷量分配单元22内进行热量交换，实现冷量的传递。

并且，一次侧冷却水和二次侧冷却水因工况不同，而具有不同的工质需求。

工作时冷却塔输送来的一次侧冷却水在冷量分配单元22内将冷量传递给二次侧冷却水，二次侧冷却水分别进入不同的液冷板23，在液冷板23内吸热升温，之后分别回流到冷量分配单元22，再与一次侧冷却水进行热量交换，一次侧冷却水吸热升温，之后回流到冷却塔进行降温冷却，从而执行下一轮的循环冷却。

需要说明的，本申请中两个部件的“连接”，不仅包括两个部件相互接触的结合在一起，还包括利用密封管路将两个相互不接触的部件导通，能够使得其中一个部件内流体的液体可以沿密封管路进入另一个部件。

结合图1所示，在一些实施例中，喷淋子系统3还包括集水槽32和循环泵33；喷嘴组件31位于蒸发冷凝器12和蒸发管排21的上方，集水槽32位于蒸发冷凝器12和蒸发管排21的下方，集水槽32与喷嘴组件31之间连接循环泵33；循环泵33用于收集冷却水，并将冷却水循环供给至喷嘴组件31。

本实施例的冷却系统利用蒸发冷却原理，喷淋子系统3利用喷嘴组件31向蒸发冷凝器12和蒸发管排21上喷淋冷却水，冷却水在蒸发冷凝器12和蒸发管排21表面蒸发吸收热量，使得蒸发冷凝器12内的制冷剂的冷凝压力和蒸发管排21内的冷却水温度降低。喷淋的部分冷却水会滴落后被集水槽32收集，利用循环泵33将这部分冷却水供给回喷嘴组件31，有利于实现冷却水的回收利用。

在一些可能的实现方式中，循环泵33根据室外环境温度控制，室外干球温度低于10℃时关闭，此时蒸发冷凝器12和蒸发管排21分别与周围的空气进行换热，大于10℃开启，对蒸发冷凝器12和蒸发管排21分别进行蒸发冷却，从而提高喷淋子系统3的利用效率，兼顾供冷需求和能源消耗。

在另一些可能的实现方式中，参见图3、4，集水槽32上方还设有冷却填料34，蒸发冷凝器12和蒸发管排21滴落的未被蒸发的冷却水首先滴落在冷却填料34中降温，之后再被收集至集水槽32内。

结合图1、2所示，在一些实施例中，风冷侧子系统1还包括氟泵16，氟泵16连接于蒸发器14的出口和蒸发冷凝器12的入口之间。

本实施例的冷却系统，当室外环境温度较低时，压缩机11停止工作，氟泵16启动。蒸发器14中与风冷末端15换热后的高温制冷剂，直接进入蒸发冷凝器12或室外风冷换热器与室外冷源进行换热，冷却成液态后的制冷剂在氟泵16的作用下克服管阻回到蒸发器14继续换热，充分利用室外自然冷源，达到节能效果。在夏季或过渡季室外温度较高时，采用压缩机11对制冷剂进行压缩制冷。

结合图4所示，在一些实施例中，风冷末端15的出口与冷量分配单元22之间设有第一旁通支路4，第一旁通支路4上设有第一控制阀41，第一控制阀41用于控制第一旁通支路4的通断；当第一旁通支路4导通时，风冷末端15输出的冷却水能够通过冷量分配单元22向至少一个液冷板23供冷。

由于风冷侧子系统和液冷侧子系统2的换热特性不同，风冷末端15的回水温度一般要低于液冷板23的回水温度，利用第一旁通支路4及其第一控制阀41可以控制将风冷末端15的中温冷却水就近的输送至冷量分配单元22，通过冷量分配单元22将剩余冷量传递给液冷板23内，之后输送回到冷却塔内进行冷却降温，从而有利于提高冷却水的循环效率和换热效率。

结合图4所示，在一些实施例中，蒸发管排21的出口与风冷末端15的入口之间设有第二旁通支路5，第二旁通支路5上设有第二控制阀51，第二控制阀51用于控制第二旁通支路5的通断；当第一旁通支路4和第二旁通支路5分别导通时，蒸发管排21输出的冷却水能够流经风冷末端15。

当室外温度较低时，可以利用蒸发管排21同时为风冷侧子系统1和液冷侧子系统2供冷。蒸发管排21输出的低温冷却水能够通过第二旁通支路5进入风冷末端15实现风冷侧子系统1的供冷，此时压缩机11和氟泵16所在的制冷剂循环回路处于停机状态，有利于节省能耗。

结合图4所示，在一些实施例中，第二旁通支路5一端与蒸发管排21的出口连接，另一端与蒸发器14的第二入口连接；当第一旁通支路4和第二旁通支路5分别导通时，蒸发管排21输出的冷却水依次流经蒸发器14和风冷末端15。

结合图4所示，在一些实施例中，蒸发管排21的出口和冷量分配单元22之间设有第三控制阀6，第三控制阀6用于控制蒸发管排21的出口和冷量分配单元22之间的管路通断。

当蒸发管排21的出口和冷量分配单元22之间的管路断开，第一旁通支路4和第二旁通支路5分别导通时，蒸发管排21输出的冷却水依次流经风冷末端15和冷量分配单元22，通过冷量分配单元22向至少一个液冷板23供冷。

利用第三控制阀6，能够控制蒸发管排21的出口和冷量分配单元22之间的管路通断，在断开状态时，能够确保低温冷却水沿蒸发管排21-风冷末端15-冷量分配单元22-蒸发管排21的顺序单向的循环流动，低温冷却水在冷量分配单元22内时能够向至少一个液冷板23提供冷量。

结合图4所示，在一些实施例中，蒸发器14的第二入口和冷量分配单元22之间设有第三旁通支路7，第三旁通支路7上设有第四控制阀71，第四控制阀71用于控制第三旁通支路7的通断；当第一旁通支路4和第三旁通支路7分别导通时，蒸发器14的第二出口输出的低温冷却水依次流经风冷末端15、冷量分配单元22，再通过冷量分配单元22回流至蒸发器14，低温冷却水在冷量分配单元22内时能够向至少一个液冷板23提供冷量。

利用第三旁通支路7和第四控制阀71，能够使得风冷侧子系统的压缩机11、氟泵16向液冷侧子系统2供冷。压缩机11或氟泵16首先利用压缩制冷降低制冷剂的温度，制冷剂在蒸发器14内对冷却水进行冷却降温，冷却水可以沿蒸发器14-风冷末端15-冷量分配单元22蒸发器14的顺序循环流动，低温冷却水在冷量分配单元22内时能够向至少一个液冷板23提供冷量。

结合图4所示，在一些实施例中，蒸发管排21的出口与第三旁通支路7之间设有第五控制阀9，第五控制阀9在第三旁通支路7导通时关闭，用于阻止冷却水流向蒸发管排21，而只能向蒸发器14流动。

蒸发器14的第二入口与第一旁通支路4之间设有第六控制阀10，第六控制阀10在第一旁通支路4导通时关闭，用于防止冷却水直接回流至蒸发器14，只能沿第一旁通支路4流动。

结合图4所示，在一些实施例中，风冷末端15的入口和出口之间通过以压力平衡阀110连接，保证风冷末端15的供水压差。

结合图1、4所示，风冷侧子系统1还包括第一驱动泵17，第一驱动泵17用于驱动冷却水循环流经风冷末端15，实现数据中心的循环风冷。通过调整第一驱动泵17的工作状态(转速、流量等)，可以实现风冷侧子系统1的供冷效率。

其中，第一驱动泵17的数量和位置可以根据工程实际进行合理的选择和布置。

示例性地，第一驱动泵17位于蒸发器14的第二出口与风冷末端15的入口之间，第一驱动泵17用于驱动冷却水从蒸发器14的第二出口流向风冷末端15的入口。

结合图1、4所示，在一些实施例中，液冷侧子系统2还包括第二驱动泵24，第二驱动泵24用于驱动冷却水循环流经冷量分配单元22，实现数据中心的一次侧冷却水的循环流动。通过调整第二驱动泵24的工作状态(转速、流量等)，可以实现液冷侧子系统2的供冷效率。

其中，第二驱动泵24的数量和位置可以根据工程实际进行合理的选择和布置。

示例性地，蒸发管排21的出口和冷量分配单元22之间设有第二驱动泵24，第二驱动泵24用于驱动冷却水从蒸发管排21的出口流向冷量分配单元22。

在另一些实施例中，冷量分配单元22与至少一个液冷板23之间还设有第三驱动泵，第三驱动泵用于驱动二次侧冷却水的循环流动。

结合图1、4所示，在一些实施例中，风冷侧子系统1还包括干式冷凝器18，液冷侧子系统2还包括管翅干冷器25；冷却系统还包括室外风机8。

干式冷凝器18与蒸发冷凝器12串联，管翅干冷器25与蒸发管排21串联，干式冷凝器18和管翅干冷器25分别位于室外风机8一侧，室外风机8用于驱动室外空气流经干式冷凝器18和管翅干冷器25。

利用干式冷凝器18和管翅干冷器25，可以在室外温度较低，仅依靠空气换热即可实现供冷需求时，仅依靠干式冷凝器18和管翅干冷器25实现风冷侧子系统1的制冷剂和液冷侧子系统2的冷却水的室外冷却。

干式冷凝器18和管翅干冷器25可以充分利用自然冷源，不需要启动喷淋子系统3，减少能源消耗。兼顾能效的同时，也可以实现冷却系统的无水运行，降低机组WUE，同时减少喷淋子系统3在冬季结冰的风险。

结合图2所示，在一些实施例中，风冷侧子系统1还包括蓄冷罐19，该蓄冷罐19位于蒸发器14和风冷末端15之间，蓄冷罐19内能够存储一定的低温冷却水(蒸发器14输出)，在风冷侧子系统1故障或无法有效制冷的情况下，可以利用蓄冷罐19内的低温冷却水向风冷末端15供冷，保证数据中心的安全性。可选地，蓄冷罐19内的低温冷却水至少可以满足风冷末端15在15-30分钟内的供冷需求。

本申请是一种基于室外使用的多模式一体式冷却系统，主要应用于需要全年进行冷却的场景，例如数据中心，能够同时为数据中心冷板液冷系统的风侧和冷板侧提供不同工况的冷却水。基于不同的室外工况，冷却系统可以通过内部控制阀、泵的调节使冷却系统工作在风侧、液冷侧独立运行模式，风侧、液冷侧两套冷源混合供冷等模式。同时冷却塔配备了干冷器和DX(Directe Xpansion，直膨式制冷)补冷系统(即氟泵16)，使冷却系统可根据室外环境温度和供冷负荷的大小，工作在干工况自然冷却制冷模式、湿工况自然冷模式、DX混合制冷模式。

结合图1至4，本申请实施例提供的冷却系统的运行模式至少包括：双系统独立运行模块式、双系统公用冷源模式一、双系统公用冷源模式二、双系统公用冷源模式三、双系统公用冷源模式四。

其中，双系统独立运行模块式下，压缩机11运行，循环泵33开启，氟泵16停止，第一控制阀41、第二控制阀51、第四控制阀71全闭，第三控制阀6、第五控制阀9、第六控制阀10全开。

双系统公用冷源模式一下，压缩机11运行，循环泵33开启，氟泵16停止，第一控制阀41、第五控制阀9全开，第二控制阀51、第三控制阀6半开，第四控制阀71、第六控制阀10全闭。

双系统公用冷源模式二下，压缩机11和氟泵16均停止，循环泵33开启，第一控制阀41、第五控制阀9全开，第二控制阀51、第三控制阀6半开，第四控制阀71、第六控制阀10全闭。

双系统公用冷源模式三下，压缩机11和氟泵16均停止，循环泵33开启，第一控制阀41、第二控制阀51、第五控制阀9全开，第三控制阀6、第四控制阀71、第六控制阀10全闭。

双系统公用冷源模式四下，压缩机11或氟泵16运行，循环泵33开启，第一控制阀41、第二控制阀51、第四控制阀71全开，第三控制阀6、第五控制阀9、第六控制阀10全闭。

此外，在室外环境温度较低时，可以关闭循环泵33，启动室外风机8，完全依靠干式冷凝器18、管翅干冷器25与空气换热，为风冷侧子系统1和液冷侧子系统2提供冷源。

需要说明的，控制阀的半开状态并不仅限于全开流量的50％，可以是介于全开和全闭之间的其它状态，例如10％、40％、60％、80％等等。通过控制第二控制阀51和第三控制阀6的开关幅度，可以实现风冷末端15和液冷板23的冷量分配。

以图4提供的冷却系统为例，本申请的冷却系统上述运行模式的工作过程分析如下：

1)双系统独立运行模块式

风冷侧子系统1依靠压缩机11的压缩制冷供冷，液冷侧子系统2依靠蒸发冷却供冷。此时第一控制阀41、第二控制阀51、第四控制阀71全闭，第三控制阀6、第五控制阀9、第六控制阀10全开。循环泵33开启，为喷嘴组件31提供循环水。

压缩机11运行，氟泵16停止，由压缩机11进行制冷，制冷剂在蒸发器14内与冷却水换热，降温后的冷却水经第一驱动泵17驱动，流入风冷末端15，之后循环回到蒸发器14，再次进行换热降温。

液冷侧子系统2完全由冷却塔(蒸发管排21、管翅干冷器25)提供制冷量，一次侧冷却水在第二驱动泵24的驱动下流向冷量分配单元22，并在冷量分配单元22内与二次侧冷却水进行热交换，将冷量传递至二次侧冷却水，二次侧冷却水进入不同的液冷板23进行吸热，吸热后的二次侧冷却水回到冷量分配单元22，与一次侧冷却水再次热交换，一次侧冷却水吸热后回到冷却塔(蒸发管排21、管翅干冷器25)进行冷却。循环泵33开启，为喷嘴组件31提供循环水。

2)双系统公用冷源模式一

风冷侧子系统1依靠压缩制冷+蒸发冷却供冷，液冷侧子系统2依靠蒸发冷却+风侧中温回水串行供冷。

此时第一控制阀41、第五控制阀9全开，第二控制阀51、第三控制阀6半开，第四控制阀71、第六控制阀10全闭。循环泵33开启，为喷嘴组件31提供循环水。

压缩机11运行，氟泵16停止，由压缩机11进行制冷，制冷剂在蒸发器14内与冷却水换热，降温后的冷却水经第一驱动泵17驱动，流入风冷末端15，之后沿第一旁通支路4进入冷量分配单元22，作为一次侧冷却水与流经冷量分配单元22的二次侧冷却水进行热交换，吸热之后的一次侧冷却水回到冷却塔进行冷却，放热之后的二次侧冷却水进入不同的液冷板23进行吸热，实现向液冷板23供冷的目的。

液冷侧子系统2内，冷却水由蒸发管排21的出口流出后分为两部分，其中一部分通过第三控制阀6到达冷量分配单元22(作为一次侧冷却水)，另一部分通过第三旁通支路7进入蒸发器14继续降温，之后经第一驱动泵17驱动沿蒸发器14、风冷末端15、第一旁通支路4流动，之后到达冷量分配单元22(作为一次侧冷却水)。

3)双系统公用冷源模式二

风冷侧子系统1依靠蒸发冷却供冷，液冷侧子系统2依靠蒸发冷却+风侧中温回水串行供冷。

此时第一控制阀41、第五控制阀9全开，第二控制阀51、第三控制阀6半开，第四控制阀71、第六控制阀10全闭。循环泵33开启，为喷嘴组件31提供循环水。

压缩机11和氟泵16均停止，蒸发器14无换热效果。

液冷侧子系统2内，冷却水由蒸发管排21的出口流出后分为两部分，其中一部分通过第三控制阀6到达冷量分配单元22(作为一次侧冷却水)，另一部分通过第三旁通支路7进入蒸发器14，之后经第一驱动泵17驱动沿蒸发器14、风冷末端15、第一旁通支路4流动(作为一次侧冷却水)。

4)双系统公用冷源模式三

风冷侧子系统1依靠蒸发冷却供冷，液冷侧子系统2依靠风侧中温回水串行供冷。

此时第一控制阀41、第二控制阀51、第五控制阀9全开，第三控制阀6、第四控制阀71、第六控制阀10全闭。循环泵33开启，为喷嘴组件31提供循环水。

压缩机11和氟泵16均停止，蒸发器14无换热效果。

液冷侧子系统2内，冷却水由蒸发管排21的出口流出后通过第三旁通支路7进入蒸发器14，之后由第一驱动泵17驱动沿蒸发器14、风冷末端15、第一旁通支路4流动，之后进入冷量分配单元22，作为一次侧冷却水与流经冷量分配单元22的二次侧冷却水进行热交换，吸热之后的一次侧冷却水回到冷却塔(蒸发管排21、管翅干冷器25)进行冷却，放热之后的二次侧冷却水进入不同的液冷板23进行吸热，实现向液冷板23供冷的目的。

5)双系统公用冷源模式四

风冷侧子系统1依靠压缩制冷或氟泵16供冷，液冷侧子系统2依靠风侧中温回水串行供冷。

此时第一控制阀41、第二控制阀51、第四控制阀71全开，第三控制阀6、第五控制阀9、第六控制阀10全闭。循环泵33开启，为喷嘴组件31提供循环水。

压缩机11或氟泵16运行，制冷剂在蒸发器14内与冷却水换热，降温后的冷却水经第一驱动泵17驱动，流入风冷末端15，之后沿第一旁通支路4进入冷量分配单元22，作为一次侧冷却水与流经冷量分配单元22的二次侧冷却水进行热交换，吸热之后的一次侧冷却水沿冷量分配单元22、第三旁通支路7、第二旁通支路5流回蒸发器14进行再次冷却，放热之后的二次侧冷却水进入不同的液冷板23进行吸热，实现向液冷板23供冷的目的。

本申请的冷却系统采用了一体化的冷源设计，支持现场快速部署；风侧和冷板侧制冷量自动分配，只需要考虑整体制冷需求，减少系统超配，降低初投资；多模式运行方式，可以支持不同的运行场景，整体能效达到最优；结构上的模块化设计，在不改变整机布局和架构基础上，可以满足盘管(风冷末端)或者液冷板的不同需求，兼容未来高功率CPU的应用场景；冬季的氟泵运行模式让系统在北方低温严寒季节运行更简单，维护更简化；通过产品化定制化设计，减少现场施工量，提高交付产品质量，整体成本下降。

另一方面，结合图5所示，本实施例一种冷却系统，冷却系统包括：风冷侧子系统1、液冷侧子系统2和喷淋子系统3。

风冷侧子系统1包括压缩机11、冷凝器111、膨胀阀13、蒸发器14、风冷末端15；压缩机11的出口连接冷凝器111的第一入口，冷凝器111的第一出口连接膨胀阀13的入口，膨胀阀13的出口连接蒸发器14的第一入口，蒸发器14的第一出口连接压缩机11的入口；蒸发器14的第二入口连接风冷末端15的出口，蒸发器14的第二出口连接风冷末端15的入口。

液冷侧子系统2包括蒸发管排21、冷量分配单元22和至少一个液冷板23；蒸发管排21和至少一个液冷板23分别与冷量分配单元22连接；蒸发管排21的出口还与冷凝器111的第二入口连接，蒸发管排21的入口与冷凝器111的第二出口连接。

喷淋子系统3包括喷嘴组件31；喷嘴组件31与蒸发管排21对应布置，喷嘴组件31向蒸发管排21喷淋冷却水，冷却水蒸发吸热以降低蒸发管排21内的冷却水的温度。

本实施例的冷却系统，风侧子系统中采用冷凝器111代替蒸发冷凝器12和干式冷凝器18，压缩机11、冷凝器111、膨胀阀13、蒸发器14构成制冷剂的循环回路，蒸发管排21输出的冷却水为冷凝器111提供冷量，压缩机11输出的高温高压制冷剂在冷凝器111内放热降温，实现风侧子系统的压缩制冷循环。

本实施例的冷却系统，室外环境温度满足自然冷却时，由冷却塔(即蒸发管排21和管翅干冷器25)提供全部冷量；室外环境温度升高，需要开启压缩机补冷时，经过冷却塔冷却的部分冷却水流经冷凝器111，给压缩机系统提供冷量。

在一些可能的实现方式中，参考图5，第四控制阀71位于冷凝器111的第二出口与蒸发管排21的入口之间，用于控制是否有冷却水流过冷凝器111。此外，第二驱动泵24向下游，即靠近蒸发管排21的入口的方向布置，从而能够为冷却水流经冷凝器111提供驱动力。

另一方面，本实施例提供了一种数据中心，数据中心采用本申请的冷却系统。

本实施例的数据中心采用了本申请的冷却系统，具有本文所有实施例的全部有益技术效果。

在一些可能的实现方式中，数据中心采用的冷却系统的数量，可以是一台，也可以是多台。当采用多台冷却系统时，数据中心中的液冷板采用环网形式，多台冷却系统并联形式接入液冷环网。风侧末端采用水冷风墙，冷却系统与风墙采用一拖多的形式，每台冷却系统对应一定数量的风墙，减小风侧故障颗粒度，提高系统的可靠性。

在另一些可能的实现方式中，数据中心还包括至少一台服务器。

服务器可以是独立的物理服务器，也可以是多个物理服务器构成的服务器集群或者分布式系统，还可以是提供云服务、云数据库、云计算、云函数、云存储、网络服务、云通信、中间件服务、域名服务、安全服务、CDN(Content Delivery Network，内容分发网络)、以及大数据和人工智能平台等基础云计算服务的云服务器。终端可以是智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式计算机、智能音箱、智能手表等，但并不局限于此。终端以及服务器可以通过有线或无线通信方式进行直接或间接地连接，本公开在此不做限制。

需要指出的是，在本文中提及的“若干个”、“至少一个”是指一个或者多个，“多个”、“至少两个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“某些实施方式”、“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。

以上所述仅为本申请的实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的原则之内，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 (12)

1.一种冷却系统，其特征在于，所述冷却系统包括：风冷侧子系统(1)、液冷侧子系统(2)和喷淋子系统(3)；

所述风冷侧子系统(1)包括压缩机(11)、蒸发冷凝器(12)、膨胀阀(13)、蒸发器(14)、风冷末端(15)；

所述压缩机(11)的出口连接所述蒸发冷凝器(12)的入口，所述蒸发冷凝器(12)的出口连接所述膨胀阀(13)的入口，所述膨胀阀(13)的出口连接所述蒸发器(14)的第一入口，所述蒸发器(14)的第一出口连接所述压缩机(11)的入口；所述蒸发器(14)的第二入口连接所述风冷末端(15)的出口，所述蒸发器(14)的第二出口连接所述风冷末端(15)的入口；

所述液冷侧子系统(2)包括蒸发管排(21)、冷量分配单元(22)和至少一个液冷板(23)；所述蒸发管排(21)和所述至少一个液冷板(23)分别与所述冷量分配单元(22)连接；

所述喷淋子系统(3)包括喷嘴组件(31)；

所述喷嘴组件(31)与所述蒸发冷凝器(12)和所述蒸发管排(21)对应布置，所述喷嘴组件(31)向所述蒸发冷凝器(12)和所述蒸发管排(21)喷淋冷却水，所述冷却水蒸发吸热以降低所述蒸发冷凝器(12)内的制冷剂的冷凝压力和所述蒸发管排(21)内的冷却水的温度。

2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述喷淋子系统(3)还包括集水槽(32)和循环泵(33)；

所述喷嘴组件(31)位于所述蒸发冷凝器(12)和所述蒸发管排(21)的上方，所述集水槽(32)位于所述蒸发冷凝器(12)和所述蒸发管排(21)的下方，所述集水槽(32)与所述喷嘴组件(31)之间连接所述循环泵(33)；

所述循环泵(33)用于收集所述冷却水，并将所述冷却水循环供给至所述喷嘴组件(31)。

3.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述风冷侧子系统(1)还包括氟泵(16)，所述氟泵(16)连接于所述蒸发器(14)的出口和所述蒸发冷凝器(12)的入口之间。

4.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述风冷末端(15)的出口与所述冷量分配单元(22)之间设有第一旁通支路(4)，所述第一旁通支路(4)上设有第一控制阀(41)，所述第一控制阀(41)用于控制所述第一旁通支路(4)的通断；

当所述第一旁通支路(4)导通时，所述风冷末端(15)输出的冷却水能够通过所述冷量分配单元(22)向所述至少一个液冷板(23)供冷。

5.根据权利要求4所述的冷却系统，其特征在于，所述蒸发管排(21)的出口与所述风冷末端(15)的入口之间设有第二旁通支路(5)，所述第二旁通支路(5)上设有第二控制阀(51)，所述第二控制阀(51)用于控制所述第二旁通支路(5)的通断；

当所述第一旁通支路(4)和所述第二旁通支路(5)分别导通时，所述蒸发管排(21)输出的冷却水能够流经所述风冷末端(15)。

6.根据权利要求5所述的冷却系统，其特征在于，所述第二旁通支路(5)一端与所述蒸发管排(21)的出口连接，另一端与所述蒸发器(14)的第二入口连接；

当所述第一旁通支路(4)和所述第二旁通支路(5)分别导通时，所述蒸发管排(21)输出的冷却水依次流经所述蒸发器(14)和所述风冷末端(15)。

7.根据权利要求5所述的冷却系统，其特征在于，所述蒸发管排(21)的出口和所述冷量分配单元(22)之间设有第三控制阀(6)，所述第三控制阀(6)用于控制所述蒸发管排(21)的出口和所述冷量分配单元(22)之间的管路通断；

当所述蒸发管排(21)的出口和所述冷量分配单元(22)之间的管路断开，所述第一旁通支路(4)和所述第二旁通支路(5)分别导通时，所述蒸发管排(21)输出的冷却水依次流经所述风冷末端(15)和所述冷量分配单元(22)，通过所述冷量分配单元(22)向所述至少一个液冷板(23)供冷。

8.根据权利要求4所述的冷却系统，其特征在于，所述蒸发器(14)的第二入口和所述冷量分配单元(22)之间设有第三旁通支路(7)，所述第三旁通支路(7)上设有第四控制阀(71)，所述第四控制阀(71)用于控制所述第三旁通支路(7)的通断；

当所述第一旁通支路(4)和所述第三旁通支路(7)分别导通时，所述蒸发器(14)的第二出口输出的低温冷却水依次流经所述风冷末端(15)和所述冷量分配单元(22)，再通过所述冷量分配单元(22)回流至所述蒸发器(14)，所述冷量分配单元(22)向所述至少一个液冷板(23)供冷。

9.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，

所述风冷侧子系统(1)还包括第一驱动泵(17)，所述第一驱动泵(17)用于驱动冷却水循环流经所述风冷末端(15)；

和/或，

所述液冷侧子系统(2)还包括第二驱动泵(24)，所述第二驱动泵(24)用于驱动冷却水在循环流经所述冷量分配单元(22)。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述风冷侧子系统(1)还包括干式冷凝器(18)，所述液冷侧子系统(2)还包括管翅干冷器(25)；

所述冷却系统还包括室外风机(8)；

所述干式冷凝器(18)与所述蒸发冷凝器(12)串联，所述管翅干冷器(25)与所述蒸发管排(21)串联，所述干式冷凝器(18)和所述管翅干冷器(25)分别位于所述室外风机(8)一侧，所述室外风机(8)用于驱动室外空气流经所述干式冷凝器(18)和所述管翅干冷器(25)。

11.一种冷却系统，其特征在于，所述冷却系统包括：风冷侧子系统(1)、液冷侧子系统(2)和喷淋子系统(3)；

所述风冷侧子系统(1)包括压缩机(11)、冷凝器(111)、膨胀阀(13)、蒸发器(14)、风冷末端(15)；

所述压缩机(11)的出口连接所述冷凝器(111)的第一入口，所述冷凝器(111)的第一出口连接所述膨胀阀(13)的入口，所述膨胀阀(13)的出口连接所述蒸发器(14)的第一入口，所述蒸发器(14)的第一出口连接所述压缩机(11)的入口；所述蒸发器(14)的第二入口连接所述风冷末端(15)的出口，所述蒸发器(14)的第二出口连接所述风冷末端(15)的入口；

所述液冷侧子系统(2)包括蒸发管排(21)、冷量分配单元(22)和至少一个液冷板(23)；所述蒸发管排(21)和所述至少一个液冷板(23)分别与所述冷量分配单元(22)连接；所述蒸发管排(21)的出口还与所述冷凝器(111)的第二入口连接，所述蒸发管排(21)的入口与所述冷凝器(111)的第二出口连接；

所述喷淋子系统(3)包括喷嘴组件(31)；

所述喷嘴组件(31)与所述蒸发管排(21)对应布置，所述喷嘴组件(31)向所述蒸发管排(21)喷淋冷却水，所述冷却水蒸发吸热以降低所述蒸发管排(21)内的冷却水的温度。

12.一种数据中心，其特征在于，所述数据中心采用权利要求1至11中任一项所述的冷却系统。