两相制冷及气体压缩一体化的电子设备冷却系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种可对大功率电子设备冷却降温的装备，特别涉及一种自适应环境温度和热负荷变化的两相冷却/气体压缩一体化、可较大程度节约能源的冷却系统。
【背景技术】
[0002]伴随着IT的蓬勃发展，数据中心的能量消耗越来越庞大。据不完全统计，2011年数据中心消耗电能为1000亿kWh，并且呈10-20%的增长速度逐年递增。按目前增长速度，至2030年，数据中心将消耗全部的电能。而在这所有的能耗中，有45%用于芯片等电子设备冷却的非IT科技的能量消耗，这无疑是一种巨大的能源浪费。
[0003]目前数据中心电子设备的冷却主要采用风冷方式，通过制冷设施降低室内空气，采用强制对流的方式降低电子设备的温度。常常有40%或者更多的气流通过服务器机壳或支架等设施流通，这种能量的损耗是非常大的。而且，风冷本身其换热系数较低，冷却极限有限，面对较大负荷的热源，往往需要较大的功率以提供足够的空气流速，弥补其换热性能较差的缺点。
[0004]除了普遍使用的风冷技术，电子设备的冷却方式还有两相冷却和气体压缩制冷两种方式。两相冷却和气体压缩制冷都是采取工质流经冷板，而换热冷板与电子设备之间接触导热的方式对电子设备进行冷却。两相冷却系统是采用工质泵输送液相工质至换热冷板，液相工质在换热冷板内吸收电子设备的能量发生沸腾换热，两相状态的工质自换热冷板出口流出进入冷凝器冷凝。气体压缩制冷的原理类似与空调制冷，蒸发器即为紧贴电子设备的换热冷板，低温的液相工质在换热冷板内蒸发，从而冷却电子设备。研宄表明，达到相同冷却效果的条件下，两相冷却的能耗是风冷的6%，气体压缩制冷能耗是风冷的37%。两相冷却因其自身的安全性，高效性及自适应工况性能可以成为数据中心等电子设备冷却的主要冷却方式。
[0005]然而，两相冷却系统其冷凝温差一般较小，尤其是当环境温度较高，如在夏季，对冷凝器的要求将会比较苛刻，且是否具有足够的冷凝能力都将成为比较大的问题。另一方面，环境温度的增高，循环工质温度相应的增高，冷却极限下降的同时，换热性能也会变差，即使换热系数保持不变，由Q = h Λ t可知，电子设备能够保持的温度也将会上升，很难保证在高环境温度下是否具有足够大的冷却效能。其次，电子设备的热源负荷一般也不是一尘不变的，当负荷超过设计负荷，冷凝器冷凝能力不足时，循环工质的温度也会逐渐升高，从而使得电子设备的温度可能超过额定温度，从而降低了电子设备的性能。这些缺点都制约着两相冷却系统的实际运用。
[0006]从气体压缩制冷系统考虑，在负荷较小，或环境温度较低的情况下，使用该方式不仅仅是对能源的极大浪费，而且负荷较小时，降低的蒸发温度往往可能使得电子设备的温度降低的更多，可能使得电子设备的温度过低而降低运行特性。一般地，电子设备需要在一个稳定的温度下运行，才能达到最佳的工作特性。为此，研宄切实可行的电子设备冷却系统，不仅可以使得电子设备在稳定的工况下高效运行；而且在能源紧缺的大环境下，节能势在必行。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种降低能耗的同时，可自适应环境温度与热负荷变化的电子设备冷却系统。
[0008]为了达到上述目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的:
[0009]—种两相制冷及气体压缩一体化的电子设备冷却系统，包括作为液体泵及气体压缩机的一体化机，其进口连接第一四通换向阀的I号口 ；出口通过流量计与第二四通换向阀的4号口相连，该一体化机的进口与出口之间跨接有流量调节阀；所述第一四通换向阀的2号口与气液分离器的气相通道相连；4号口与气液分离器的液相通道相连，第二四通换向阀的I号口连接蒸发器的一端；3号口连接冷凝器的一端；2号口与第一四通换向阀的3号口相连；所述蒸发器另一端与冷凝器另一端之间分两路相接，其中一支路串接有第一单向阀，另一支路串接有第二单向阀和电子膨胀阀，两单向阀的流通方向相反；所述蒸发器上设有连接控制设备的温度传感器。
[0010]上述方案中，所述一体化机的出口与流量计连接之间，设有过滤器。
[0011 ] 所述一体化机为滚动转子式，吸气口和排气口由中间滑片分割，中间滑片的运动由弹簧和固定挡板约束，吸气口为开口形式，排气口设有排气阀片。
[0012]所述的温度传感器安置在蒸发器所贴电子设备上，并根据电子设备形状及大小决定温度传感器数量。
[0013]与现有技术相比，本发明的优点是:
[0014]对电子设备的主要冷却方式采用两相冷却，可以极大的降低能耗。两相冷却和气体压缩制冷一体机的设计，克服了在高环境温度或高热负荷下或冷凝器冷凝效果不足条件下，导致循环工质温度升高，冷却性能变差，甚至损坏电子设备的问题。两相冷却依靠液相工质在蒸发器内的沸腾换热吸收电子设备的热量，从而达到冷却降温的目的。电子设备的表面温度不仅跟换热系数有关，还跟循环工质温度有直接关系。在夏季或是其他高温天气，环境温度的升高，使得循环工质温度升高，两相冷却效果变差；同时冷凝效果变差，若此时冷凝不足，循环工质温度将进一步升高，从而可能达不到预期冷却效果，甚至损坏电子设备。本发明可以根据电子设备表面的温度采集信号，及时的转换冷却方式，从而保证电子设备表面的温度在安全范围内。
[0015]采用两相冷却和气体压缩制冷一体机的设计方式，使得管路得以简化，减少了管路和配件的使用。可以将系统其他部件全部安置在一个特定的位置，仅仅依靠两根因此的管路接入贴有电子设备的换热冷板即可完成对任意位置的电子设备冷却降温，操作简单，不影响电子设备的空间安放。相比风冷和单一的气体压缩制冷方式，在满足冷却效果的前提下，可明显降低能耗，
【附图说明】
[0016]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0017]图1是本发明结构图。
[0018]图2为图1中一体化机的具体结构示意图。
[0019]图1?图2中:101、风扇；102、冷凝器；103、第一单向阀；104、第二单向阀；105、电子膨胀阀；106、蒸发器；107、第二四通换向阀；108、流量计；109、过滤器；110、流量调节阀；
111、一体化机(抽送液体是可看作泵使用，输送气体时为压缩机)；112、第一四通换向阀；113、气液分离器。114、弹簧；115、排气阀片；116、排气口 ；117、缸体；118、偏心转子；119、中间滑片；120、吸气口 ；121、固定挡板。
【具体实施方式】
[0020]参见图1，一种两相制冷及气体压缩一体化的电子设备冷却系统，其动力核心一体化机111进口(吸气/液口 )经四通换向阀112分别接气液分离器113的气相通道和液相通道；压缩机出口(排气/液口)接过滤器109，过滤器主要用于保护流量计108及蒸发器106、电子膨胀阀105等部件，防止杂质损坏流量计或造成流量计测试不准以及堵塞电子膨胀阀、或损坏特制的贴有电子设备的换热冷板。过滤器出口接流量计，主要测量系统流量，并给出流量信号给予控制设备调节流量调节阀110开度，以适应在满足冷却条件下尽可能降低系统功耗。流量计出口接四通换向阀107，其两个出口分别接在蒸发器106—端和冷凝器102 —端，以此保证冷凝器和蒸发器的角色在两类冷却方式下保持不变。蒸发器另一端、冷凝器另一端之间分两路相接，其中一支路串接有单向阀103，其在两相冷却方式下呈流通状态；另一支路串接有流通方向相反的单向阀104，在气体压缩制冷状态下呈流通状态，该单向阀104所在支路接有电子膨胀阀105，实现气体压缩制冷方式下的节流功能。此外，蒸发器上接有温度传感器，可实时测量电子设备表面的温度，并将温度信号传递给控制设备，为了保证电子设备的安全运行，电子设备表面的传感器数目采取以电子设备形状为基准，安置多个温度传感器的方式，测量温度分别为!\、T2、T3..?，令电子设备的安全温度为Ts。
[0021]在