专利名称：混合式制冷剂循环冷却系统和数据处理中心的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及制冷技术领域，尤其涉及一种混合式制冷剂循环冷却系统及冷却方法和布置有该混合式制冷剂循环冷却系统的数据处理中心。
背景技术：
随着现代科技水平的发展进步，特别是人们在日常生活或商业行为中对于各类业务需求量的日益提升，不断涌现出了相当多的大功率、高热密度负载应用环境。例如，由于信息技术的迅猛发展，当作为基础设施的用于进行数据接入、存储、计算等各类处理的计算机、服务器或通讯基站等的配置数量日增、功能日趋强大的同时，由这些数据设备所耗费的能量也是非常惊人的，并且由此产生了需要关注的散热问题。而且，基于规模经济效益的考虑，人们习惯于将众多计算机群组形成各类数据存储中心、网络服务中心、数据转接中心 等，由寄宿于这样重要场所中设备所造成的热处理以及热安全等方面的问题是相当值得重视并应当妥善解决的。对于上述问题，如果采用传统的空气冷却方式，则可能需要与计算机设备供应商进行紧密集成，其结果不仅非常费时、费力并增加成本，而且仍然难以很好地适应这类大功率、高热密度负载的工作环境，并且在冷却空气传送方面还会损耗很多的能量。另外，基于安全性的考虑，采用水作为制冷介质的全水冷系统也是不适用于这样的工作环境的。而VRF(Variable Refrigerant Flow,变制冷剂流量)系统则不仅需要实现相当复杂的控制过程，而且要求使用相当剂量的制冷剂。
实用新型内容首先，根据本实用新型的一个方面，其提供了一种混合式制冷剂循环冷却系统，从而有效地解决了现有技术中存在的上述问题以及其他方面的问题，该混合式制冷剂循环冷却系统包括制冷剂管路，其内设有制冷剂；空调末端装置，其布置于待降温对象的附近并包括换热器和风机，所述换热器与所述制冷剂管路连通成回路并且流入所述换热器的制冷剂为液相，流出所述换热器的制冷剂为气液两相或气相，所述风机输送依次与所述待降温对象和换热器热接触的工作气流；冷却装置，其沿着制冷剂流向布置于所述换热器下游，并且处于所述冷却装置下游的制冷剂管路中的制冷剂为液相；以及泵装置，其设于所述冷却装置下游向所述换热器泵送液相的制冷剂。在根据本实用新型的混合式制冷剂循环冷却系统的一个实施方式中，可选地，所述混合式制冷剂循环冷却系统中设有至少两个空调末端装置，并使得由相邻的空调末端装置中各自风机所形成的工作气流具有方向相反的流动路径。在根据本实用新型的混合式制冷剂循环冷却系统的一个实施方式中，可选地，所述空调末端装置布置于所述待降温对象的上方，并且所述工作气流的流动路径被构造成基本上呈U形。在根据本实用新型的混合式制冷剂循环冷却系统的一个实施方式中，可选地，所述空调末端装置被构造成具有能以可拆卸方式装配在一起的换热段和风机段，其中所述换热器和风机分别布置于所述换热段和风机段中。在根据本实用新型的混合式制冷剂循环冷却系统的一个实施方式中，可选地，所述空调末端装置还包括与所述风机相关联的控制器。在根据本实用新型的混合式制冷剂循环冷却系统的一个实施方式中，可选地，所述冷却装置包括冷凝器，其通过冷却水来吸收由所述制冷剂释放出的热能；以及冷却水供应器，其用于存储水并将其冷却后供应给所述冷凝器。 在根据本实用新型的混合式制冷剂循环冷却系统的一个实施方式中，可选地，所述制冷剂为无油的制冷剂，包括二氧化碳等天然制冷剂以及HFC (氢氟烃)等人工合成制冷剂。在根据本实用新型的混合式制冷剂循环冷却系统的一个实施方式中，可选地，所述待降温对象是数据处理设备机架。进一步地，根据本实用新型的另一个方面，还提供了一种包括有至少一个数据处理设备的数据处理中心，在所述数据处理中心内布置了如以上任一项所述的混合式制冷剂循环冷却系统以便进行降温处理。更进一步地，根据本文公开的又一个方面，也提供了一种混合式液体循环制冷剂冷却方法，所述方法包括步骤A.在制冷剂管路中设置制冷剂；B.将空调末端装置布置于待降温对象的附近，所述空调末端装置包括换热器和风机，所述换热器与所述制冷剂管路连通成回路并且流入所述换热器的制冷剂为液相，流出所述换热器的制冷剂为气液两相或气相，所述风机输送依次与所述待降温对象和换热器热接触的工作气流；C.将所述制冷剂管路中已与所述换热器进行热接触吸热后呈气液两相或气相的制冷剂冷却成液相；以及D.将所述制冷剂管路中已冷却成液相的制冷剂泵送至所述换热器。在根据本文公开的混合式制冷剂循环冷却方法的一个实施方式中，可选地，在所述步骤B中布置至少两个空调末端装置，并使得由相邻的空调末端装置中各自风机所形成的工作气流具有方向相反的流动路径。在根据本文公开的混合式制冷剂循环冷却方法的一个实施方式中，可选地，所述空调末端装置被布置于所述待降温对象的上方，并且将所述工作气流的流动路径构造成基本上呈U形。在根据本文公开的混合式制冷剂循环冷却方法的一个实施方式中，可选地，所述空调末端装置被构造成具有能以可拆卸方式装配在一起的换热段和风机段，其中所述换热器和风机分别布置于所述换热段和风机段中。在根据本文公开的混合式制冷剂循环冷却方法的一个实施方式中，可选地，所述方法还包括设置用于与所述风机相关联的控制器。[0028]在根据本文公开的混合式制冷剂循环冷却方法的一个实施方式中，可选地，通过设置冷却水供应器和冷凝器来实现步骤C，其中所述冷却水供应器用于存储水并将其冷却后供应给所述冷凝器，所述冷凝器使用该冷却水来来吸收由所述制冷剂释放出的热能。在根据本文公开的混合式制冷剂循环冷却方法的一个实施方式中，可选地，所述制冷剂为无油的制冷剂，包括二氧化碳、氨气、丙烯、丙烷、丁烷等天然制冷剂以及HFC(氢氟烃)等人工合成制冷剂。 在根据本文公开的混合式制冷剂循环冷却方法的一个实施方式中，可选地，所述待降温对象是数据处理设备机架。与现有技术相比，采用本混合式制冷剂循环冷却系统和冷却方法，能够对每一个待降温对象实现非常准确、高效的“定点冷却(spot cooling)”，因此可以显著解决在大功率、高热密度负载工作环境下带来的散热问题，从而有利于保证设备的长期稳定运行，延长它们的使用寿命。尤其通过使用无油的制冷剂诸如二氧化碳等天然制冷剂或者HFC(氢氟烃)等人工合成制冷剂来作为工作介质进行相变换热，这样就避免了由于采用水冷等方式而对数据处理设备造成潜在损害的风险，也不需要与这类设备的供应商进行紧密集成，并且无需设置例如压缩机、膨胀阀等部件，所以具有很强的灵活性、机动性、可靠性和安全性。根据本实用新型提供的混合式制冷剂循环冷却系统和冷却方法具备高可靠性、扩展性佳和冗余性好等众多优点，而根据本实用新型提供的数据处理中心则能充分利用这些优点来解决前文中叙及的那些期望解决的问题。
以下将结合附图和实施例，对本实用新型的技术方案作进一步的详细描述。其中图I是本混合式制冷剂循环冷却系统一个实施例的组成结构示意图。
具体实施方式
首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本混合式制冷剂循环冷却系统及冷却方法的设计原理、特点以及优点，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本实用新型形成任何的限制。此外，在本文所提及的各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在附图中的任意单个技术特征，仍然可以在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意的组合，从而获得可能未在本文中直接提及的本实用新型的更多其他实施例。在本文中，术语“人工合成制冷剂”是指经过人工合成的制冷剂，例如HFC(氢氟烃)等；术语“天然制冷剂(natural refrigerant) ”则是相对于经过人工合成的制冷剂而言的，它是指天然存在的可以作为制冷剂使用的物质，例如包括但不限于二氧化碳(也称为C02或R744)、氨气、丙烯、丙烷和丁烷等。在某些场合下，也有可能将以上这类天然制冷剂称为环保制冷剂、环境友好型制冷剂或者绿色制冷剂等。在本文中，术语“数据处理设备”指的是用于进行数据接入、数据存储、数据计算等与各种数据处理相关的不同种类的设备，诸如计算机、服务器、工作站、网关、程控交换机或者通讯基站等。“数据处理中心”指的是布置了上述“数据处理设备”的场所，例如各类数据存储中心、网络服务中心、数据转接中心、移动交换中心等。请参阅图1，在该图中示意性地显示出了本混合式制冷剂循环冷却系统的一个实施例的基本组成情况，该混合式制冷剂循环冷却系统I主要包括空调末端装置U、由冷凝器12和冷却水供应器13组成的冷却装置、泵装置14以及制冷剂管路15和16等。空调末端装置11是混合式制冷剂循环冷却系统I中的重要组成部之一。如图I所示，该空调末端装置11主要包括以可拆卸方式装配在一起的换热段111和风机段112，采用这种方式不仅可以十分方便、灵活地进行部件装配和日常维护操作，而且非常有利于降 低其中一部分部件受损或失效之后的替换成本。在使用时，将空调末端装置11布置在待降温对象2 (如计算机机架等设备)的附近，通常是将其布置在待降温对象2的上方，或者也可以根据实际应用需要而将空调末端装置11设定在其他的适宜位置处。同时，将布置在换热段111中的换热器1110的输入端和输出端分别连接到制冷剂管路15和16，从而形成流体连通的循环回路，这样就使得充填在以上制冷剂管路中的制冷剂能够在该回路中进行循环流动来与外界进行热接触。可选地，使装设在风机段112中的风机1120接受控制器113的控制。在具体应用时，可以由该控制器113采用变频控制等方式来对风机段112中的风机1120实施所期望的过程控制。在控制器113的控制下，风机1120将沿着如图I中箭头所指示方向输送出工作气流，从而按照图示顺序首先与待降温对象2进行热接触以便对其进行散热降温处理，然而再同换热器1110中流动的制冷剂进行热接触，由此来降低该工作气流的温度。与此同时，换热器1110中经由其输入端(即，换热器1110与制冷剂管路15的接合处)以液相形式进入的制冷剂将吸热后蒸发，从而在换热器1110的输出端(即，换热器1110与制冷剂管路16的接合处)形成气、液两相并存的混合相形相或者为气相，然后流入制冷剂管路16。在上述过程中，当选用二氧化碳作为制冷剂时，可以将其工作温度控制在5-30°C，工作压力控制在39-72bar，这可以采用上述的控制器113或者设置另外的控制部件来实现。由于选用无油的制冷剂，进行相变换热时，可减少换热器热阻，从而使得以上热接触量大、效率较高并且换热效果十分理想。在完成上述热接触过程之后，需要对流入制冷剂管路16的制冷剂进行冷却处理，这是由本混合式制冷剂循环冷却系统I中的冷却装置来完成的，通过它来将已经热接触吸热后呈气液两相或气相的制冷剂冷却成液相。在图I所示实施例中，以示意性的框图形式给出上述冷却装置的一种实现方式，下面将结合该示例来进行说明，然而应当理解地是完全能够选用更多的其他方式来实现该冷却装置的功能。具体而言，如图I所示，该冷却装置包括冷凝器12和冷却水供应器13。其中，冷却水供应器13是被设置用来存储水并且对其进行冷却处理，然后将冷却水供应给冷凝器12。对于冷凝器12而言，它是使用冷却水供应器13提供的冷却水来与上述的吸热后呈气液两相或气相的制冷剂进行热接触，从而吸收由后者释放出的热能。这样，通过设置以上的冷凝器12和冷却水供应器13，就形成了本实用新型中的第二冷却循环回路，通过它来不断移除来自待降温对象2处环境下的热量，从而实现了针对待降温对象2在其工作环境下所产生的可能相当可观的热量，有效保证了工作环境温度的稳定性和持续性，这在前述的大功率、高热密度负载场合下尤为显著。在图I中同时图示出了布置在制冷剂管路15中的泵装置14，通过该泵装置14将已经冷却成液相的制冷剂泵送至换热段111，从而形成了制冷剂的在整个制冷剂管路中的循环流动。应当理解,在图I的实施例中，它仅仅是通过示例方式大致绘示出了本混合式制冷剂循环冷却系统的组成情况，根据实际情形还可以进行更多的修改或调整。例如，在图I中显示出布置了两个空调末端装置11。然而，在具体应用场合下显然是可以设置更多数量的空调末端装置11的。并且，为了避免邻近的工作气流由于发生逆向干扰运动而不必要地损耗能源、影响到降温冷却效果，因此可以进一步采用以下这种布置方式，即将相邻的空调末端装置11各自风机1120布置成由它们所形成的工作气流路在运动路径方向上是彼此相反的，图I中所示出的各箭头方向对此进行了清楚阐释。另外，当将空调末端装置11布置在待降温对象2的上方时，在本制冷剂循环冷却系统I中，还可以将上述工作气流路径设置成基本上呈U形，即形成垂直进出风的优化气流通道，以便能够增强降温处理效果并分节省能源损耗。
相应地，在本文中还公开了一种混合式液体循环制冷剂冷却方法，它包括以下步骤步骤I :将无油的制冷剂充填在制冷剂管路中；步骤2 :将如上所述的根据本实用新型设置的空调末端装置设置在待降温对象的附近(例如，该待降温对象的上方或其他的适宜位置处)；步骤3 :将制冷剂管路中已经与空调末端装置内的换热器进行热接触的制冷剂(其已吸热呈气液两相或气相)冷却成液相；步骤4 :将制冷剂管路中已被冷却成液相的制冷剂泵送至换热器，从而形成制冷循环回路。基于以上关于本混合式制冷剂循环冷却系统的相关描述，还可以相应地修改或调整上述的混合式液体循环制冷剂冷却方法。例如，在步骤2中布置多个空调末端装置，并且也使得这些空调末端装置中相邻空调末端装置内风机所形成的工作气流形成方向相反的流动路径。又如，可选地将这些工作气流的流动路径构造成基本上呈U形。再如，在以上混合式液体循环制冷剂冷却方法中，还可以设置与风机相关联以对其工作状态进行控制的控制器。根据本实用新型所公开的内容，对于一个数据处理中心，可以根据应用需要在其中自由、灵活地布置本实用新型的混合式制冷剂循环冷却系统，以便对该数据处理中心内的一个或多个数据处理设备逐一进行定点式的降温冷却处理。关于本文所涉及的空调末端装置的诸如结构、构造以及特点等方面的内容，可以另行参考申请人与本申请同一日递交的、题为“空调末端装置、空调设备及数据中心”的申请，在此通过引用将它全部并入本文。以上列举了若干具体实施例来详细阐明本实用新型的混合式制冷剂循环冷却系统及冷却方法和数据处理中心，这些个例仅供说明本实用新型的原理及其实施方式之用，而非对本实用新型的限制，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，本领域技术人员还可以做出各种变形和改进。例如，在某些情形下可以省略前述的控制器113 ;或者，不必将该空调末端装置11构造成包括换热段和风机段的可拆卸装配组合形式；或者，换热段111中的换热器1110可以直接采用盘管结构或其他的任何适用结构形式。因此，所有等同的技术方案均应属于本实用新型的范畴并为本实用新型的各项权利要求所限定。
权利要求1.一种混合式制冷剂循环冷却系统，其特征在于，所述混合式制冷剂循环冷却系统包括: 制冷剂管路，其内设有制冷剂； 空调末端装置，其布置于待降温对象的附近并包括换热器和风机，所述换热器与所述制冷剂管路连通成回路并且流入所述换热器的制冷剂为液相，流出所述换热器的制冷剂为气液两相或气相，所述风机输送依次与所述待降温对象和换热器热接触的工作气流； 冷却装置，其沿着制冷剂流向布置于所述换热器下游，并且处于所述冷却装置下游的制冷剂管路中的制冷剂为液相；以及 泵装置，其设于所述冷却装置下游向所述换热器泵送液相的制冷剂。
2.根据权利要求I所述的混合式制冷剂循环冷却系统，其特征在于，所述混合式制冷 剂循环冷却系统中设有至少两个空调末端装置，并使得由相邻的空调末端装置中各自风机所形成的工作气流具有方向相反的流动路径。
3.根据权利要求I所述的混合式制冷剂循环冷却系统，其特征在于，所述空调末端装置布置于所述待降温对象的上方，并且所述工作气流的流动路径被构造成基本上呈U形。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的混合式制冷剂循环冷却系统，其特征在于，所述空调末端装置被构造成具有能以可拆卸方式装配在一起的换热段和风机段，其中所述换热器和风机分别布置于所述换热段和风机段中。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的混合式制冷剂循环冷却系统，其特征在于，所述空调末端装置还包括与所述风机相关联的控制器。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的混合式制冷剂循环冷却系统，其特征在于，所述冷却装置包括 冷凝器，其通过冷却水来吸收由所述制冷剂释放出的热能；以及 冷却水供应器，其用于存储水并将其冷却后供应给所述冷凝器。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的混合式制冷剂循环冷却系统，其特征在于，所述待降温对象是数据处理设备机架。
8.一种包括有至少一个数据处理设备的数据处理中心，其特征在于，所述数据处理中心内布置有如权利要求1-7中任一项所述的混合式制冷剂循环冷却系统用以进行降温处理。
专利摘要本实用新型涉及一种混合式制冷剂循环冷却系统，包括制冷剂管路，其内设有制冷剂；空调末端装置，其布置于待降温对象的附近并包括换热器和风机，换热器与制冷剂管路连通成回路并且流入换热器的制冷剂为液相，流出换热器的制冷剂为气液两相或气相，风机输送依次与待降温对象和换热器热接触的工作气流；冷却装置，其沿着制冷剂流向布置于换热器下游，并且处于冷却装置下游的制冷剂管路中的制冷剂为液相；泵装置，其设于冷却装置下游向换热器泵送液相的制冷剂。它还涉及布置有该冷却系统的数据处理中心。采用本实用新型能够显著解决在大功率、高热密度负载工作环境下带来的散热问题，具有高可靠性、扩展性佳和冗余性好等优点。
文档编号F24F5/00GK202561927SQ201120451188
公开日2012年11月28日 申请日期2011年11月15日 优先权日2011年11月15日
发明者M.格拉博恩, 江宏纶, 旷玉辉, 赵礼嘉 申请人:开利公司