專利名稱：混合式制冷劑循環(huán)冷卻系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理中心的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及制冷技術領域，尤其涉及一種混合式制冷劑循環(huán)冷卻系統(tǒng)及冷卻方法和布置有該混合式制冷劑循環(huán)冷卻系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心。
背景技術：
隨著現(xiàn)代科技水平的發(fā)展進步，特別是人們在日常生活或商業(yè)行為中對于各類業(yè)務需求量的日益提升，不斷涌現(xiàn)出了相當多的大功率、高熱密度負載應用環(huán)境。例如，由于信息技術的迅猛發(fā)展，當作為基礎設施的用于進行數(shù)據(jù)接入、存儲、計算等各類處理的計算機、服務器或通訊基站等的配置數(shù)量日增、功能日趨強大的同時，由這些數(shù)據(jù)設備所耗費的能量也是非常驚人的，并且由此產(chǎn)生了需要關注的散熱問題。而且，基于規(guī)模經(jīng)濟效益的考慮，人們習慣于將眾多計算機群組形成各類數(shù)據(jù)存儲中心、網(wǎng)絡服務中心、數(shù)據(jù)轉接中心 等，由寄宿于這樣重要場所中設備所造成的熱處理以及熱安全等方面的問題是相當值得重視并應當妥善解決的。對于上述問題，如果采用傳統(tǒng)的空氣冷卻方式，則可能需要與計算機設備供應商進行緊密集成，其結果不僅非常費時、費力并增加成本，而且仍然難以很好地適應這類大功率、高熱密度負載的工作環(huán)境，并且在冷卻空氣傳送方面還會損耗很多的能量。另外，基于安全性的考慮，采用水作為制冷介質的全水冷系統(tǒng)也是不適用于這樣的工作環(huán)境的。而VRF(Variable Refrigerant Flow,變制冷劑流量)系統(tǒng)則不僅需要實現(xiàn)相當復雜的控制過程，而且要求使用相當劑量的制冷劑。

實用新型內容首先，根據(jù)本實用新型的一個方面，其提供了一種混合式制冷劑循環(huán)冷卻系統(tǒng)，從而有效地解決了現(xiàn)有技術中存在的上述問題以及其他方面的問題，該混合式制冷劑循環(huán)冷卻系統(tǒng)包括制冷劑管路，其內設有制冷劑；空調末端裝置，其布置于待降溫對象的附近并包括換熱器和風機，所述換熱器與所述制冷劑管路連通成回路并且流入所述換熱器的制冷劑為液相，流出所述換熱器的制冷劑為氣液兩相或氣相，所述風機輸送依次與所述待降溫對象和換熱器熱接觸的工作氣流；冷卻裝置，其沿著制冷劑流向布置于所述換熱器下游，并且處于所述冷卻裝置下游的制冷劑管路中的制冷劑為液相；以及泵裝置，其設于所述冷卻裝置下游向所述換熱器泵送液相的制冷劑。在根據(jù)本實用新型的混合式制冷劑循環(huán)冷卻系統(tǒng)的一個實施方式中，可選地，所述混合式制冷劑循環(huán)冷卻系統(tǒng)中設有至少兩個空調末端裝置，并使得由相鄰的空調末端裝置中各自風機所形成的工作氣流具有方向相反的流動路徑。在根據(jù)本實用新型的混合式制冷劑循環(huán)冷卻系統(tǒng)的一個實施方式中，可選地，所述空調末端裝置布置于所述待降溫對象的上方，并且所述工作氣流的流動路徑被構造成基本上呈U形。在根據(jù)本實用新型的混合式制冷劑循環(huán)冷卻系統(tǒng)的一個實施方式中，可選地，所述空調末端裝置被構造成具有能以可拆卸方式裝配在一起的換熱段和風機段，其中所述換熱器和風機分別布置于所述換熱段和風機段中。在根據(jù)本實用新型的混合式制冷劑循環(huán)冷卻系統(tǒng)的一個實施方式中，可選地，所述空調末端裝置還包括與所述風機相關聯(lián)的控制器。在根據(jù)本實用新型的混合式制冷劑循環(huán)冷卻系統(tǒng)的一個實施方式中，可選地，所述冷卻裝置包括冷凝器，其通過冷卻水來吸收由所述制冷劑釋放出的熱能；以及冷卻水供應器，其用于存儲水并將其冷卻后供應給所述冷凝器。 在根據(jù)本實用新型的混合式制冷劑循環(huán)冷卻系統(tǒng)的一個實施方式中，可選地，所述制冷劑為無油的制冷劑，包括二氧化碳等天然制冷劑以及HFC (氫氟烴)等人工合成制冷劑。在根據(jù)本實用新型的混合式制冷劑循環(huán)冷卻系統(tǒng)的一個實施方式中，可選地，所述待降溫對象是數(shù)據(jù)處理設備機架。進一步地，根據(jù)本實用新型的另一個方面，還提供了一種包括有至少一個數(shù)據(jù)處理設備的數(shù)據(jù)處理中心，在所述數(shù)據(jù)處理中心內布置了如以上任一項所述的混合式制冷劑循環(huán)冷卻系統(tǒng)以便進行降溫處理。更進一步地，根據(jù)本文公開的又一個方面，也提供了一種混合式液體循環(huán)制冷劑冷卻方法，所述方法包括步驟A.在制冷劑管路中設置制冷劑；B.將空調末端裝置布置于待降溫對象的附近，所述空調末端裝置包括換熱器和風機，所述換熱器與所述制冷劑管路連通成回路并且流入所述換熱器的制冷劑為液相，流出所述換熱器的制冷劑為氣液兩相或氣相，所述風機輸送依次與所述待降溫對象和換熱器熱接觸的工作氣流；C.將所述制冷劑管路中已與所述換熱器進行熱接觸吸熱后呈氣液兩相或氣相的制冷劑冷卻成液相；以及D.將所述制冷劑管路中已冷卻成液相的制冷劑泵送至所述換熱器。在根據(jù)本文公開的混合式制冷劑循環(huán)冷卻方法的一個實施方式中，可選地，在所述步驟B中布置至少兩個空調末端裝置，并使得由相鄰的空調末端裝置中各自風機所形成的工作氣流具有方向相反的流動路徑。在根據(jù)本文公開的混合式制冷劑循環(huán)冷卻方法的一個實施方式中，可選地，所述空調末端裝置被布置于所述待降溫對象的上方，并且將所述工作氣流的流動路徑構造成基本上呈U形。在根據(jù)本文公開的混合式制冷劑循環(huán)冷卻方法的一個實施方式中，可選地，所述空調末端裝置被構造成具有能以可拆卸方式裝配在一起的換熱段和風機段，其中所述換熱器和風機分別布置于所述換熱段和風機段中。在根據(jù)本文公開的混合式制冷劑循環(huán)冷卻方法的一個實施方式中，可選地，所述方法還包括設置用于與所述風機相關聯(lián)的控制器。[0028]在根據(jù)本文公開的混合式制冷劑循環(huán)冷卻方法的一個實施方式中，可選地，通過設置冷卻水供應器和冷凝器來實現(xiàn)步驟C，其中所述冷卻水供應器用于存儲水并將其冷卻后供應給所述冷凝器，所述冷凝器使用該冷卻水來來吸收由所述制冷劑釋放出的熱能。在根據(jù)本文公開的混合式制冷劑循環(huán)冷卻方法的一個實施方式中，可選地，所述制冷劑為無油的制冷劑，包括二氧化碳、氨氣、丙烯、丙烷、丁烷等天然制冷劑以及HFC(氫氟烴)等人工合成制冷劑。 在根據(jù)本文公開的混合式制冷劑循環(huán)冷卻方法的一個實施方式中，可選地，所述待降溫對象是數(shù)據(jù)處理設備機架。與現(xiàn)有技術相比，采用本混合式制冷劑循環(huán)冷卻系統(tǒng)和冷卻方法，能夠對每一個待降溫對象實現(xiàn)非常準確、高效的“定點冷卻(spot cooling)”，因此可以顯著解決在大功率、高熱密度負載工作環(huán)境下帶來的散熱問題，從而有利于保證設備的長期穩(wěn)定運行，延長它們的使用壽命。尤其通過使用無油的制冷劑諸如二氧化碳等天然制冷劑或者HFC(氫氟烴)等人工合成制冷劑來作為工作介質進行相變換熱，這樣就避免了由于采用水冷等方式而對數(shù)據(jù)處理設備造成潛在損害的風險，也不需要與這類設備的供應商進行緊密集成，并且無需設置例如壓縮機、膨脹閥等部件，所以具有很強的靈活性、機動性、可靠性和安全性。根據(jù)本實用新型提供的混合式制冷劑循環(huán)冷卻系統(tǒng)和冷卻方法具備高可靠性、擴展性佳和冗余性好等眾多優(yōu)點，而根據(jù)本實用新型提供的數(shù)據(jù)處理中心則能充分利用這些優(yōu)點來解決前文中敘及的那些期望解決的問題。

以下將結合附圖和實施例，對本實用新型的技術方案作進一步的詳細描述。其中圖I是本混合式制冷劑循環(huán)冷卻系統(tǒng)一個實施例的組成結構示意圖。
具體實施方式
首先，需要說明的是，以下將以示例方式來具體說明本混合式制冷劑循環(huán)冷卻系統(tǒng)及冷卻方法的設計原理、特點以及優(yōu)點，然而所有的描述僅是用來進行說明的，而不應將其理解為對本實用新型形成任何的限制。此外，在本文所提及的各實施例中予以描述或隱含的任意單個技術特征，或者被顯示或隱含在附圖中的任意單個技術特征，仍然可以在這些技術特征(或其等同物)之間繼續(xù)進行任意的組合，從而獲得可能未在本文中直接提及的本實用新型的更多其他實施例。在本文中，術語“人工合成制冷劑”是指經(jīng)過人工合成的制冷劑，例如HFC(氫氟烴)等；術語“天然制冷劑(natural refrigerant) ”則是相對于經(jīng)過人工合成的制冷劑而言的，它是指天然存在的可以作為制冷劑使用的物質，例如包括但不限于二氧化碳(也稱為C02或R744)、氨氣、丙烯、丙烷和丁烷等。在某些場合下，也有可能將以上這類天然制冷劑稱為環(huán)保制冷劑、環(huán)境友好型制冷劑或者綠色制冷劑等。在本文中，術語“數(shù)據(jù)處理設備”指的是用于進行數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)計算等與各種數(shù)據(jù)處理相關的不同種類的設備，諸如計算機、服務器、工作站、網(wǎng)關、程控交換機或者通訊基站等?！皵?shù)據(jù)處理中心”指的是布置了上述“數(shù)據(jù)處理設備”的場所，例如各類數(shù)據(jù)存儲中心、網(wǎng)絡服務中心、數(shù)據(jù)轉接中心、移動交換中心等。請參閱圖1，在該圖中示意性地顯示出了本混合式制冷劑循環(huán)冷卻系統(tǒng)的一個實施例的基本組成情況，該混合式制冷劑循環(huán)冷卻系統(tǒng)I主要包括空調末端裝置U、由冷凝器12和冷卻水供應器13組成的冷卻裝置、泵裝置14以及制冷劑管路15和16等?？照{末端裝置11是混合式制冷劑循環(huán)冷卻系統(tǒng)I中的重要組成部之一。如圖I所示，該空調末端裝置11主要包括以可拆卸方式裝配在一起的換熱段111和風機段112，采用這種方式不僅可以十分方便、靈活地進行部件裝配和日常維護操作，而且非常有利于降 低其中一部分部件受損或失效之后的替換成本。在使用時，將空調末端裝置11布置在待降溫對象2 (如計算機機架等設備)的附近，通常是將其布置在待降溫對象2的上方，或者也可以根據(jù)實際應用需要而將空調末端裝置11設定在其他的適宜位置處。同時，將布置在換熱段111中的換熱器1110的輸入端和輸出端分別連接到制冷劑管路15和16，從而形成流體連通的循環(huán)回路，這樣就使得充填在以上制冷劑管路中的制冷劑能夠在該回路中進行循環(huán)流動來與外界進行熱接觸?？蛇x地，使裝設在風機段112中的風機1120接受控制器113的控制。在具體應用時，可以由該控制器113采用變頻控制等方式來對風機段112中的風機1120實施所期望的過程控制。在控制器113的控制下，風機1120將沿著如圖I中箭頭所指示方向輸送出工作氣流，從而按照圖示順序首先與待降溫對象2進行熱接觸以便對其進行散熱降溫處理，然而再同換熱器1110中流動的制冷劑進行熱接觸，由此來降低該工作氣流的溫度。與此同時，換熱器1110中經(jīng)由其輸入端(即，換熱器1110與制冷劑管路15的接合處)以液相形式進入的制冷劑將吸熱后蒸發(fā)，從而在換熱器1110的輸出端(即，換熱器1110與制冷劑管路16的接合處)形成氣、液兩相并存的混合相形相或者為氣相，然后流入制冷劑管路16。在上述過程中，當選用二氧化碳作為制冷劑時，可以將其工作溫度控制在5-30°C，工作壓力控制在39-72bar，這可以采用上述的控制器113或者設置另外的控制部件來實現(xiàn)。由于選用無油的制冷劑，進行相變換熱時，可減少換熱器熱阻，從而使得以上熱接觸量大、效率較高并且換熱效果十分理想。在完成上述熱接觸過程之后，需要對流入制冷劑管路16的制冷劑進行冷卻處理，這是由本混合式制冷劑循環(huán)冷卻系統(tǒng)I中的冷卻裝置來完成的，通過它來將已經(jīng)熱接觸吸熱后呈氣液兩相或氣相的制冷劑冷卻成液相。在圖I所示實施例中，以示意性的框圖形式給出上述冷卻裝置的一種實現(xiàn)方式，下面將結合該示例來進行說明，然而應當理解地是完全能夠選用更多的其他方式來實現(xiàn)該冷卻裝置的功能。具體而言，如圖I所示，該冷卻裝置包括冷凝器12和冷卻水供應器13。其中，冷卻水供應器13是被設置用來存儲水并且對其進行冷卻處理，然后將冷卻水供應給冷凝器12。對于冷凝器12而言，它是使用冷卻水供應器13提供的冷卻水來與上述的吸熱后呈氣液兩相或氣相的制冷劑進行熱接觸，從而吸收由后者釋放出的熱能。這樣，通過設置以上的冷凝器12和冷卻水供應器13，就形成了本實用新型中的第二冷卻循環(huán)回路，通過它來不斷移除來自待降溫對象2處環(huán)境下的熱量，從而實現(xiàn)了針對待降溫對象2在其工作環(huán)境下所產(chǎn)生的可能相當可觀的熱量，有效保證了工作環(huán)境溫度的穩(wěn)定性和持續(xù)性，這在前述的大功率、高熱密度負載場合下尤為顯著。在圖I中同時圖示出了布置在制冷劑管路15中的泵裝置14，通過該泵裝置14將已經(jīng)冷卻成液相的制冷劑泵送至換熱段111，從而形成了制冷劑的在整個制冷劑管路中的循環(huán)流動。應當理解,在圖I的實施例中，它僅僅是通過示例方式大致繪示出了本混合式制冷劑循環(huán)冷卻系統(tǒng)的組成情況，根據(jù)實際情形還可以進行更多的修改或調整。例如，在圖I中顯示出布置了兩個空調末端裝置11。然而，在具體應用場合下顯然是可以設置更多數(shù)量的空調末端裝置11的。并且，為了避免鄰近的工作氣流由于發(fā)生逆向干擾運動而不必要地損耗能源、影響到降溫冷卻效果，因此可以進一步采用以下這種布置方式，即將相鄰的空調末端裝置11各自風機1120布置成由它們所形成的工作氣流路在運動路徑方向上是彼此相反的，圖I中所示出的各箭頭方向對此進行了清楚闡釋。另外，當將空調末端裝置11布置在待降溫對象2的上方時，在本制冷劑循環(huán)冷卻系統(tǒng)I中，還可以將上述工作氣流路徑設置成基本上呈U形，即形成垂直進出風的優(yōu)化氣流通道，以便能夠增強降溫處理效果并分節(jié)省能源損耗。
相應地，在本文中還公開了一種混合式液體循環(huán)制冷劑冷卻方法，它包括以下步驟步驟I :將無油的制冷劑充填在制冷劑管路中；步驟2 :將如上所述的根據(jù)本實用新型設置的空調末端裝置設置在待降溫對象的附近(例如，該待降溫對象的上方或其他的適宜位置處)；步驟3 :將制冷劑管路中已經(jīng)與空調末端裝置內的換熱器進行熱接觸的制冷劑(其已吸熱呈氣液兩相或氣相)冷卻成液相；步驟4 :將制冷劑管路中已被冷卻成液相的制冷劑泵送至換熱器，從而形成制冷循環(huán)回路?；谝陨详P于本混合式制冷劑循環(huán)冷卻系統(tǒng)的相關描述，還可以相應地修改或調整上述的混合式液體循環(huán)制冷劑冷卻方法。例如，在步驟2中布置多個空調末端裝置，并且也使得這些空調末端裝置中相鄰空調末端裝置內風機所形成的工作氣流形成方向相反的流動路徑。又如，可選地將這些工作氣流的流動路徑構造成基本上呈U形。再如，在以上混合式液體循環(huán)制冷劑冷卻方法中，還可以設置與風機相關聯(lián)以對其工作狀態(tài)進行控制的控制器。根據(jù)本實用新型所公開的內容，對于一個數(shù)據(jù)處理中心，可以根據(jù)應用需要在其中自由、靈活地布置本實用新型的混合式制冷劑循環(huán)冷卻系統(tǒng)，以便對該數(shù)據(jù)處理中心內的一個或多個數(shù)據(jù)處理設備逐一進行定點式的降溫冷卻處理。關于本文所涉及的空調末端裝置的諸如結構、構造以及特點等方面的內容，可以另行參考申請人與本申請同一日遞交的、題為“空調末端裝置、空調設備及數(shù)據(jù)中心”的申請，在此通過引用將它全部并入本文。以上列舉了若干具體實施例來詳細闡明本實用新型的混合式制冷劑循環(huán)冷卻系統(tǒng)及冷卻方法和數(shù)據(jù)處理中心，這些個例僅供說明本實用新型的原理及其實施方式之用，而非對本實用新型的限制，在不脫離本實用新型的精神和范圍的情況下，本領域技術人員還可以做出各種變形和改進。例如，在某些情形下可以省略前述的控制器113 ;或者，不必將該空調末端裝置11構造成包括換熱段和風機段的可拆卸裝配組合形式；或者，換熱段111中的換熱器1110可以直接采用盤管結構或其他的任何適用結構形式。因此，所有等同的技術方案均應屬于本實用新型的范疇并為本實用新型的各項權利要求所限定。
權利要求1.一種混合式制冷劑循環(huán)冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述混合式制冷劑循環(huán)冷卻系統(tǒng)包括: 制冷劑管路，其內設有制冷劑； 空調末端裝置，其布置于待降溫對象的附近并包括換熱器和風機，所述換熱器與所述制冷劑管路連通成回路并且流入所述換熱器的制冷劑為液相，流出所述換熱器的制冷劑為氣液兩相或氣相，所述風機輸送依次與所述待降溫對象和換熱器熱接觸的工作氣流； 冷卻裝置，其沿著制冷劑流向布置于所述換熱器下游，并且處于所述冷卻裝置下游的制冷劑管路中的制冷劑為液相；以及 泵裝置，其設于所述冷卻裝置下游向所述換熱器泵送液相的制冷劑。
2.根據(jù)權利要求I所述的混合式制冷劑循環(huán)冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述混合式制冷 劑循環(huán)冷卻系統(tǒng)中設有至少兩個空調末端裝置，并使得由相鄰的空調末端裝置中各自風機所形成的工作氣流具有方向相反的流動路徑。
3.根據(jù)權利要求I所述的混合式制冷劑循環(huán)冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述空調末端裝置布置于所述待降溫對象的上方，并且所述工作氣流的流動路徑被構造成基本上呈U形。
4.根據(jù)權利要求1-3中任一項所述的混合式制冷劑循環(huán)冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述空調末端裝置被構造成具有能以可拆卸方式裝配在一起的換熱段和風機段，其中所述換熱器和風機分別布置于所述換熱段和風機段中。
5.根據(jù)權利要求1-3中任一項所述的混合式制冷劑循環(huán)冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述空調末端裝置還包括與所述風機相關聯(lián)的控制器。
6.根據(jù)權利要求1-3中任一項所述的混合式制冷劑循環(huán)冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻裝置包括 冷凝器，其通過冷卻水來吸收由所述制冷劑釋放出的熱能；以及 冷卻水供應器，其用于存儲水并將其冷卻后供應給所述冷凝器。
7.根據(jù)權利要求1-3中任一項所述的混合式制冷劑循環(huán)冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述待降溫對象是數(shù)據(jù)處理設備機架。
8.一種包括有至少一個數(shù)據(jù)處理設備的數(shù)據(jù)處理中心，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理中心內布置有如權利要求1-7中任一項所述的混合式制冷劑循環(huán)冷卻系統(tǒng)用以進行降溫處理。
專利摘要本實用新型涉及一種混合式制冷劑循環(huán)冷卻系統(tǒng)，包括制冷劑管路，其內設有制冷劑；空調末端裝置，其布置于待降溫對象的附近并包括換熱器和風機，換熱器與制冷劑管路連通成回路并且流入換熱器的制冷劑為液相，流出換熱器的制冷劑為氣液兩相或氣相，風機輸送依次與待降溫對象和換熱器熱接觸的工作氣流；冷卻裝置，其沿著制冷劑流向布置于換熱器下游，并且處于冷卻裝置下游的制冷劑管路中的制冷劑為液相；泵裝置，其設于冷卻裝置下游向換熱器泵送液相的制冷劑。它還涉及布置有該冷卻系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心。采用本實用新型能夠顯著解決在大功率、高熱密度負載工作環(huán)境下帶來的散熱問題，具有高可靠性、擴展性佳和冗余性好等優(yōu)點。
文檔編號F24F5/00GK202561927SQ201120451188
公開日2012年11月28日 申請日期2011年11月15日 優(yōu)先權日2011年11月15日
發(fā)明者M.格拉博恩, 江宏綸, 曠玉輝, 趙禮嘉 申請人:開利公司