数据中心机柜直冷系统的制作方法

本实用新型涉及制冷设备技术领域，更具体地说，特别涉及一种数据中心机柜直冷系统。

背景技术：

据统计，2017年我国数据中心用电量约占全社会用电量的5％，即2600亿kWh，其中约40％被机房制冷系统消耗，也就是说机房制冷系统的年消耗电量约为1060亿kWh，折合标准煤约3400万t。

目前，我国的数据中心机房制冷主要依靠传统空调技术，传统空调制冷不但耗电量巨大，而且电能使用效率(PUE)较高，因此对于机房制冷而言，具有较大的节能空间。

在现有技术中，数据中心空调系统是通过对机房内大环境送风送冷，冷却及气流组织形式决定了制冷效果的局限性，实现温度控制从而达到保障设备进风温度不超过26度的技术要求，那么在制冷运转的过程中就必须要求环境空间内所有的空气温度都不高于26度。这就导致整个系统的冷负荷过大，且冷气不能直接作用于需要降温的数据中心机柜，容易造成制冷系统制冷效率的降低。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种能够对数据中心机柜进行制冷的制冷系统。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种数据中心机柜直冷系统，包括：

用于设置到数据中心机柜上的吸热组件，所述吸热组件包括有联箱以及热管，所述联箱上开设有联箱进水口以及联箱出水口，所述热管为管式结构，于所述热管内填充有相变材料，所述热管的一端为放热端，所述热管的另一端为吸热端，所述放热端设置于所述联箱内，所述吸热端设置于所述联箱外、并靠近数据中心机柜设置，与所述联箱进水口连接有联箱进水管，与所述联箱出水口连接有联箱出水管；

用于对冷却水进行冷却的冷却塔，所述冷却塔包括有冷却塔进水口以及冷却塔出水口，与所述冷却塔进水口连接有供水总路，与所述冷却塔出水口连接有回水总路，与所述供水总路连接有第一供水支路以及第二供水支路，与所述回水总路连接有第一回水支路以及第二回水支路，所述第一供水支路与所述联箱进水管连接，所述第一回水支路与所述联箱出水管连接，于所述回水总路上设置有第一水泵，于所述第一供水支路上设置有第一控制阀门，于所述第一回水支路上设置有第二控制阀门；

用于对冷冻水进行强制冷却的冷水机组，所述冷水机组包括有冷凝器以及蒸发器，所述冷凝器上开设有冷凝器换热进水口以及冷凝器换热出水口，所述第二供水支路与所述冷凝器换热进水口连接，于所述第二供水支路上设置有第三控制阀门，所述第二回水支路与所述冷凝器换热出水口连接，于所述第二回水支路上设置有第四控制阀门，所述蒸发器上开设有蒸发器换热回水口以及蒸发器换热出水口，于所述蒸发器换热出水口上设置有强制制冷出水管，所述强制制冷出水管与所述联箱进水管连接，于所述强制制冷出水管上设置有第五控制阀门，于所述蒸发器换热回水口上设置有强制制冷回水管，所述强制制冷回水管与所述联箱出水管连接，于所述强制制冷回水管上设置有第六控制阀门。

优选地，所述吸热组件设置有多个；还包括有第一汇总支路以及第二汇总支路，多个所述吸热组件上设置的联箱进水管与所述第一汇总支路连接，多个所述吸热组件上设置的联箱出水管与所述第二汇总支路连接，所述强制制冷出水管以及所述第一供水支路均与所述第一汇总支路连接，所述强制制冷回水管以及所述第一回水支路均与所述第二汇总支路连接。

优选地，于所述第一汇总支路上设置有第二水泵。

优选地，本实用新型还包括有旁通支路，所述旁通支路的两端分设于所述第一水泵的两端，于所述旁通支路上设置有第七控制阀门。

优选地，在同一个所述联箱上设置有多个热管，全部的所述热管平行并列设置、并形成有板式结构的集热器。

优选地，本实用新型还包括有散热风扇，所述散热风扇设置于所述集热器上。

优选地，所述散热风扇设置有多个，全部的所述散热风扇于所述集热器上规则排列设置并形成有风扇矩阵。

通过上述结构设计，本实用新型公开了一种数据中心机柜直冷系统，该数据中心机柜直冷系统能够将冷气直接作用到机柜内部，由于系统制冷不再承担机柜外空间的冷负荷，所以数据中心机柜直冷系统的运行负荷得到了极大程度地降低。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。其中：

图1为本实用新型一实施例中数据中心机柜直冷系统的结构示意图；

图2为本实用新型一实施例中联箱的结构示意图；

图3为本实用新型一实施例中联箱的侧视图；

附图标记说明：

联箱1、联箱进水口1a、联箱出水口1b、热管2、冷却塔3、

冷却塔进水口3a、冷却塔出水口3b、供水总路4、第一供水支路4a、

第二供水支路4b、回水总路5、第一回水支路5a、第二回水支路5b、

第一水泵6、第一控制阀门7、第二控制阀门8、冷凝器9、蒸发器10、

第三控制阀门11、第四控制阀门12、第五控制阀门13、

第六控制阀门14、第二水泵15、第七控制阀门16、散热风扇17。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。各个示例通过本实用新型的解释的方式提供而非限制本实用新型。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本实用新型的范围或精神的情况下，可在本实用新型中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本实用新型包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

在本实用新型的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实用新型中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参考图1至图3，其中，图1为本实用新型一实施例中数据中心机柜直冷系统的结构示意图；图2为本实用新型一实施例中联箱的结构示意图；图3为本实用新型一实施例中联箱的侧视图。

本实用新型提供了一种数据中心机柜直冷系统，用于对数据中心机柜进行冷却。

在本实用新型的一个实施方式中，该数据中心机柜直冷系统包括：

第一部分、用于设置到数据中心机柜上的吸热组件

吸热组件包括有联箱1以及热管2，联箱1优选采用不锈钢材料制成箱体结构，在联箱1的两侧分别来设有联箱进水口1a以及联箱出水口1b，与联箱进水口1a连接有联箱进水管，与联箱出水口1b连接有联箱出水管。热管2采用管式结构设计，于热管2内填充有相变材料，热管2的一端为放热端，热管2的另一端为吸热端，放热端设置于联箱1内，吸热端设置于联箱1外、并靠近数据中心机柜设置。

一般情况下，机柜都会设置机柜外壳，机柜外壳采用不锈钢板制成，热管2的吸热端紧贴机柜外壳设置，这样通过热交换作用，机柜外壳的热能就能够传递给吸热端，在使用状态下，热管2采用竖直方式设置，热管2的下端为吸热端，热管2的上端为放热端，热管2内的相变材料为液态时在重力作用下盛装在吸热端，吸热端吸热后，相变材料变成气态上升后聚集在放热端，然后相变材料在放热端放热后变回液态，重新落入到吸热端。这样，在相变材料的相变过程中实现热能传递。联箱1用于冷却水的流通，热管2的放热端设置在联箱1内，由联箱1内的冷却水加速热管2的放热端快速放热。

第二部分、用于对冷却水进行冷却的冷却塔

冷却塔3内设置有冷却水蓄水池，在冷却塔3的顶部设置有冷却塔风扇，由冷却塔风扇加速冷却水蓄水池降温。在本实用新型中，冷却塔3包括有冷却塔进水口3a以及冷却塔出水口3b，具体地，冷却塔进水口3a开设在冷却塔3的上部，冷却塔出水口3b开设在冷却水蓄水池的下部。与冷却塔进水口3a连接有供水总路4，与冷却塔出水口3b连接有回水总路5，通过三通部件与供水总路4连接有第一供水支路4a以及第二供水支路4b，通过三通部件与回水总路5连接有第一回水支路5a以及第二回水支路5b。

需要说明的是：在本实用新型中，用于冷却水流通的管路，例如上述的供水总路4、回水总路5、第一供水支路4a、第二供水支路4b等，可以采用不锈钢管结构设计，也可以采用PVC管材结构设计。

第一供水支路4a与联箱进水管连接，第一回水支路5a与联箱出水管连接，这样，通过上述管路连接结构设计，就能够实现联箱1与冷却塔3之间的第一条冷却水流通循环回路。为了能够对该冷却水流通循环回路进行控制，本实用新型于回水总路5上设置有第一水泵6，于第一供水支路4a上设置有第一控制阀门7，于第一回水支路5a上设置有第二控制阀门8。

第三部分、用于对冷冻水进行强制冷却的冷水机组

冷水机组包括有冷凝器9以及蒸发器10。冷凝器上开设有冷凝器换热进水口以及冷凝器换热出水口，第二供水支路4b与冷凝器换热进水口连接，于第二供水支路4b上设置有第三控制阀门11，第二回水支路5b与冷凝器换热出水口连接，于第二回水支路5b上设置有第四控制阀门12；蒸发器上开设有蒸发器换热回水口以及蒸发器换热出水口，于蒸发器换热出水口上设置有强制制冷出水管，强制制冷出水管与联箱进水管连接，于强制制冷出水管上设置有第五控制阀门13，于蒸发器换热回水口上设置有强制制冷回水管，强制制冷回水管与联箱出水管连接，于强制制冷回水管上设置有第六控制阀门14。

冷凝器9以及蒸发器10均采用壳体内部换热方式实现不同流体之间的热交换，一个冷水机组上一共开设有四个接口，四个接口开设方式如上述、用于实现两种不同流体的流通，在流通过程中实现换热。

通过上述结构设计，本实用新型公开了一种数据中心机柜直冷系统，该数据中心机柜直冷系统通过其结构设计，能够将冷气直接作用到机柜内部，由于系统制冷不再承担机柜外空间的冷负荷，所以数据中心机柜直冷系统的运行负荷得到了极大程度地降低。

根据具体的实验测得：本实用新型所使用的数据中心机柜直冷系统优化应用技术可替代现有机房传统空调制冷系统，有效降低空调运行耗电量，节能效果良好。目前应用该技术可实现节能量15万tce/a，CO2减排约40万t/a。

在本实用新型的一个实施方式中，在联箱1上设置有多个热管2，全部的热管2平行并列设置、并形成有板式结构的集热器。

为了提供充足的冷却水流通动力，本实用新型于第一汇总支路上设置有第二水泵15。

具体地，本实用新型还设置有旁通支路，旁通支路的两端分设于第一水泵6的两端，于旁通支路上设置有第七控制阀门16。

本实用新型的具体工作过程如下：

在机房内的每台机柜背部内侧设置集热器，联箱1设置于机柜顶部外侧，这样可以防止联箱1意外漏水时对机柜内部造成损坏和电器短路。靠近集热器的机柜壁板处设置超薄型风扇，并组成风扇矩阵，利用风扇矩阵达到强化换热的效果，保证集热器上能够进行吸热的吸热组件充分吸热。集热器设置有吸热组件，吸热组件由多个热管2组成，在热管2内填充有相变材料，相变材料吸热后产生相变蒸发上升，将热量传递给联箱1中的冷水，相变材料遇冷水产生冷凝变为液体再次回到热管2底部去吸收热量。如此反复循环，将机柜内的热量带走。

夏季室外温度较高时，开启冷水机组为系统内的水降温，第三控制阀门11、第四控制阀门12、第五控制阀门13、第六控制阀门14全部打开，第一控制阀门7、第二控制阀门8、第七控制阀门16关闭，第一水泵6和第二水泵15同时开启，运行标准的水冷式冷水机组的流程。当室外温度低于室内温度3℃以上时，关闭冷水机组及第三控制阀门11、第四控制阀门12、第五控制阀门13、第六控制阀门14、第一水泵6，打开第一控制阀门7、第二控制阀门8、第七控制阀门16以及第二水泵15运行渡季模式，充分利用天然冷源为机柜降温。

由上述结构设计可知，在本实用新型中是利用吸热组件(热管2)实现对机柜降温的，在一个数据中心中一般会设置多台机柜，因此，本实用新型根据机柜数量将吸热组件设置有多个。为了便于管路系统的构建，本实用新型还设置了第一汇总支路以及第二汇总支路，多个吸热组件上设置的联箱进水管与第一汇总支路连接，多个吸热组件上设置的联箱出水管与第二汇总支路连接，强制制冷出水管以及第一供水支路4a均与第一汇总支路连接，强制制冷回水管以及第一回水支路5a均与第二汇总支路连接。

为了加快热能从机柜内部散发出来，本实用新型还设置了散热风扇17，散热风扇17设置于集热器上。具体地，散热风扇17设置有多个，全部的散热风扇17于集热器上规则排列设置并形成有风扇矩阵。

通过设置散热风扇17，能够提高机柜内气体流通速度，利用风冷形式加速热量散发，然后再通过热管2进行散热，这样能够极大程度地提高本实用新型对机柜的冷却效率。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。