CN202158621U - 高热流密度节能制冷*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高热流密度节能制冷***，包括靠近多个热源设置的蒸发末端组件、对蒸发末端组件供冷的冷凝供液装置、用于控制冷凝供液装置的控制装置，所述冷凝供液装置包括产生冷源的制冷机构、储液器和制冷剂泵，所述制冷机构、储液器、制冷剂泵和蒸发末端组件通过主管道顺次连接并形成制冷回路。本实用新型针对现有技术中无法解决机房局部高热密度的缺陷，提供一种近热源制冷、蒸发末端组件灵活设置和布局达到充分利用冷源、降低能耗的高热流密度节能制冷***。

Description

高热流密度节能制冷***

技术领域

本实用新型涉及一种制冷***，尤其涉及一种高热流密度节能制冷***。

背景技术

随着信息网络规模和用户规模的不断扩大，通信企业设备运行的耗电量已经成为不断增加的重要成本，在机房中仅精密空调的运行耗电量就占机房总用电量的50％以上。目前采用的节能方式一般为：采用数码涡旋及变频节能技术、乙二醇自然冷却、新风冷却技术等。其中1、数码涡旋以及压缩机变频节能技术依靠压缩机本身的变容量调节，从而实现机房空调制冷能力的调节。相比传统机房空调，数码涡旋及变频节能技术能够实现更加精确的温度控制。但是其所使用的节能效果也仅仅是从减少浪费、提高能源使用效率的角度来实现的，其所能实现的节能效果十分有限，而引入该项技术所需要增加的设备投资却较大。2、乙二醇自然冷却制冷技术是使用乙二醇作为载冷剂，使载冷剂在室内冷却盘管和室外机组之间进行循环并制冷。在室外温度低到一定程度后，位于室内机组中的水泵将室外机组中的温度较低的乙二醇水溶液输送到室内冷却盘管，从而实现直接利用室外低温自然冷源给机房进行制冷。乙二醇自然冷却的不足在于：a)需要专门增加一套体积盘庞大的乙二醇制冷***，而这套***在一年中除了冬季以外的大部分时间里是闲置不用的；b)由于乙二醇在室内冷却盘管内是显热换热，单位质量的乙二醇所能提供的冷量非常有限，不能解决机房高热流密度的问题。3、新风冷却技术。该节能技术方案的目的也是通过直接利用室外低温冷源给机房制冷。在室外温度低到一定程度的时候，将机房室外的低温冷空气洁净后直接引入机房，从而实现直接利用低温自然冷源的目的。但是该项技术具有以下的局限性：a)所引入的新风的洁净度难以控制，增加了过滤设备的维护量；b)所引入的新风的温度和湿度难以调节，有可能造成机房空气凝露；c)为了引入新风，将破坏机房建筑的完整性。

同时，随着IT技术的飞速发展，规格更小、速度更快、功能更强大的高功率密度机架服务器、刀片服务器、网络交换机等越来越多地被采用，设备的部署密度越来越大，单个机架的能耗也越来越高，造成了单个机架或机架局部单位面积发热量的急剧上升，从而导致了机房局部“发热”的高热密度现象的产生。图1为现有的机房空调压缩机***结构原理图。该空调机组包括风冷冷凝器2、压缩机10、节流机构9和蒸发器11构成，通过压缩机10到风冷冷凝器2之间的气态制冷剂连接管和风冷冷凝器2到蒸发器11之间的液态制冷剂连接管将各部分连接成为一个完整的空调***。节流机构9布置于风冷冷凝器2到蒸发器11之间的液体管路上，用于制冷剂的节流降压和流量调节；布置于室内侧的蒸发器11，与节流机构9的出口相连，用于供低温低压液态制冷剂的气化吸热制冷；压缩机10的吸气管与蒸发器11制冷剂侧出口相连，排气段通过气态制冷剂连接管与位于室外侧的风冷冷凝器2相连，用于将低压过热蒸汽压缩成高温高压制冷剂蒸汽。上述各部件相连接构成一个完整的制冷***。这样的传统机房空调在解决高能耗和高热流密度这些问题上显得力不从心。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术中无法解决机房局部高热密度的缺陷，提供一种近热源制冷、蒸发末端组件灵活设置和布局达到充分利用冷源、降低能耗的高热流密度节能制冷***。

本实用新型进一步要解决的技术问题在于，提供一种直接利用室外自然低温冷源、大大降低制冷能耗的高热流密度节能制冷***。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高热流密度节能制冷***，包括靠近多个热源设置的蒸发末端组件、对蒸发末端组件供冷的冷凝供液装置、用于控制冷凝供液装置的控制装置，所述冷凝供液装置包括产生冷源的制冷机构、储液器和制冷剂泵，所述制冷机构、储液器、制冷剂泵和蒸发末端组件通过主管道顺次连接并形成制冷回路。

所述控制装置包括控制器、设置在制冷剂泵前后的管道上的压力传感器或压差传感器。

所述控制装置包括控制器、设置在主管道上设置的流量开关。

制冷机构的第一种技术方案：所述制冷机构包括自然低温冷源和普通机械制冷冷源，所述自然低温冷源和普通机械制冷冷源分别通过冷源管道并联在主管道中，所述自然低温冷源和普通机械制冷冷源所在的冷源管道上都设有控制阀门。

第一种技术方案中，所述普通机械制冷冷源包括由冷凝器、换热器、压缩机和节流机构构成的制冷回路。

第一种技术方案中，所述自然低温冷源为室外设置的用于通过冷空气进行热交换的风冷冷凝器或蒸发式冷凝器。

第一种技术方案中，所述蒸发末端组件包括多个通过蒸发管道并联或串联在一起的蒸发末端，所述每个蒸发末端靠近热源设置。

第一种技术方案中，所述每个蒸发末端前设有流量调节阀。

制冷机构的第二种技术方案：所述制冷机构包括自然低温冷源或普通机械制冷冷源。

第二种技术方案中，所述普通机械制冷冷源包括由冷凝器、换热器、压缩机和节流机构构成的制冷回路；所述自然低温冷源为室外设置的用于通过冷空气进行热交换的风冷冷凝器或蒸发式冷凝器。

第二种技术方案中，所述蒸发末端组件包括多个通过蒸发管道并联或串联在一起的蒸发末端，所述每个蒸发末端靠近热源设置。

第二种技术方案中，所述每个蒸发末端前设有流量调节阀。

制冷机构的第三种技术方案：所述制冷机构包括自然低温冷源和普通机械制冷冷源，所述自然低温冷源和普通机械制冷冷源串联在主管道中，所述的自然低温冷源、普通机械制冷冷源外侧分别设有与它们并联的旁通管路，每条所述的旁通管路中、所述的自然低温冷源前的主管道中、所述的普通机械制冷冷源前的主管道中分别设有控制阀门。

本实用新型采用将蒸发末端组件直接布置于机房高热流密度区域，通过近热源制冷方式，使得蒸发末端组件能与热源进行充分热交换，防止机高热密度房局部“过热”的现象产生，解决了高热流密度问题，并根据蒸发末端组件所需要的热交换量供冷，降低了能源浪费，实现了节能的目的。另外，蒸发末端组件具有扩展性，可以根据实际需要进行扩展，方便了设备布局。近热源制冷方式节省了远距离输送冷风的能量损耗和冷量损失，同时解决高热流密度区域的有效冷却难题。

本实用新型可采用双冷源的两种制冷模式，利用制冷剂泵直接向蒸发末端组件输送低温冷媒，该***的低温冷媒既可以从室外自然低温冷源直接获取，也可以从普通机械制冷冷源获取。在室外温度低到一定程度之后，可以直接启用自然低温冷源，利用免费的室外低温冷源为机房制冷，从而实现节能的目的。在室外低温冷源不可用的时候，可以用普通机械制冷冷源，以此维持整个***的制冷能力。并且两种制冷模式之间可以自由切换。另外，采用本实用新型的制冷***中，各个蒸发末端里面进行换热的制冷剂里面不含压缩机润滑油，相比于常规压缩机制冷***其换热效率更高。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1为现有机房的制冷***原理图；

图2为本实用新型实施例1的制冷***原理图；

图3为本实用新型实施例1的可拓展蒸发末端布局示意图；

图4为本实用新型实施例2的制冷***原理图；

图5为本实用新型实施例3的制冷***原理图。

具体实施方式

本实用新型中前后方位定义：按照制冷剂的流向，与制冷剂流向相同的的方位为后、与制冷剂流向相反的方位为前，例如：制冷剂泵的进口为前，制冷剂泵出口为后。

实施例1、如图2所示，一种高热流密度节能制冷***，包括靠近多个热源设置的蒸发末端组件、冷凝供液装置、用于控制冷凝供液装置的控制装置，所述冷凝供液装置包括产生冷源的制冷机构、储液器1和制冷剂泵7，所述制冷机构、储液器1、制冷剂泵7和蒸发末端组件通过主管道100顺次连接并形成制冷回路。

所述控制装置包括控制器(图中未示出)、设置在制冷剂泵7前后的管道上的压力传感器8，其中控制器用于控制整个***的运行、不同制冷模式的切换。

在制冷剂泵7前后的主管道100上即入口和出口的主管道100上分别设置有压力传感器8，压力传感器8将制冷剂泵7进口和出口的压力信号传递给控制装置，控制装置根据这些压力信号判断制冷剂泵7的工作状态是否正常并执行相应的程序。制冷剂泵7的运行状态监测和保护方式是多种多样的，除了前面提到的使用压力传感器8监测的方式外，还可以通过使用压差传感器(压差开关)监测制冷剂泵7的运行状态，当其运行不正常的时候执行相应的程序。

除了上述方式外，控制装置还包括在主管道100上设置的流量开关，流量开关直接监测节能模式下的***制冷剂流量，然后将流量信号反馈给控制装置。

为了达到节能目的，所述制冷机构包括自然低温冷源300和普通机械制冷冷源200，所述自然低温冷源300和普通机械制冷冷源200分别通过冷源管道400并联在主管道100中，所述自然低温冷源300和普通机械制冷冷源200所在的冷源管道400上都设有控制阀门4。控制阀门4用于自然低温冷源300和普通机械制冷冷源200的切换，控制阀门4可以采用电控阀门，通过控制器对它们进行控制和切换，也可以采用手动控制阀门4，在不同的冷源下进行切换。

普通机械制冷冷源200实际是直接或者间接地来源于常规压缩机***，常规压缩机***的工作原理如图1所示的现有技术，即所述普通机械制冷冷源200采用如图1所示的制冷回路。本实施例中的换热器3和图1中的换热器11具有相同的功能。可以采用板式换热器，也可以是壳管式换热器等其他功能类似的换热器，制冷回路中的制冷剂可以是R22、R407C、R410A、R134A、冷水、乙二醇或者其他载冷介质。所述的节流机构9可采用热力膨胀阀、流量调节阀、电子膨胀阀或者毛细管。

所述自然低温冷源300为室外设置的用于通过冷空气进行热交换的冷凝器2，冷凝器2选择风冷冷凝器或蒸发式冷凝器。还可以是其他利用室外空气与制冷剂进行热交换的换热器。

自然低温冷源300与普通机械制冷冷源200的制冷回路并联，共同给蒸发末端组件供冷。

所述蒸发末端组件包括多个通过蒸发管道500并联或串联在一起的蒸发末端5，所述每个蒸发末端5靠近热源设置。所述每个蒸发末端5前设有流量调节阀6，由流量调节阀6调节进入该蒸发末端5的制冷剂的流量，既满足该处制冷效果，又不浪费冷源。用于在蒸发末端5换热的制冷剂可以是R134a、R22、R407C或R410A。由于主管道100和蒸发末端5中的制冷剂与普通机械制冷冷源200制冷剂分别从属于不同的回路，则各个蒸发末端5里面进行换热的制冷剂里面不含压缩机润滑油，相比于常规压缩机制冷***其换热效率更高。

本实用新型所述可拓展的蒸发末端组件的布局如图3所示，蒸发末端组件由多个蒸发末端5组成，蒸发末端5分别布置于机房的机架或者服务器附近，是一组可以自由拓展的蒸发末端，可以根据实际需求灵活布置。采用这样的布置方式一方面可以节省远距离送风的风机能耗，另外一方面可以更加直接、更加有效地针对热源进行制冷，从而解决机房高热流密度的难题。图3所示仅为本实用新型可拓展的蒸发末端组件的多种近热源布局方式中的一个示例，在实际运用过程中，可拓展的蒸发末端组件还可以采取多种灵活布局方式以实现制冷效果最优。

本实用新型的运行过程：在室外温度低到一定程度之后，本实用新型的控制装置控制整个***自动进入节能运行模式。在节能模式下，开启图2所示的室外设置的利用自然低温冷源300的冷凝器2。从蒸发末端5出来的在蒸发换热过程中携带了大量热量的制冷剂流经冷凝器2，制冷剂的相态在风冷冷凝器2的冷凝作用下转变为低温、低压液态。从冷凝器2里面出来的低温、低压液态制冷剂被储存到储液器1里面，然后经过制冷剂泵7的被增压，被直接输送到***的各个蒸发末端进行蒸发换热。在蒸发末端5里面经过蒸发换热之后的制冷剂吸热变成温度较高的气态制冷剂流向冷凝器2，到此完成一个完整的节能模式运行过程。该过程在***运行过程中不断重复，从而源源不断地利用室外低温冷源为机房制冷。室外环境温度越低，***节能运行模式所能提供的冷量越大。

当处于节能模式下运行时，通过蒸发末端前面的流量调节阀6调节各个末端的制冷剂流量，从使得蒸发末端能够最大化地发挥其制冷能力。另外，在节能模式下，冷凝器2前面的开关调节阀4处于打开状态，换热器3前面的开关调节阀4在处于关闭状态，以此控制制冷剂的在***管路中的流向。

在室外环境温度较高的时候，本实用新型所述***的节能模式不可用。此时，控制装置控制开启常规制冷模式。此时，***将开启换热器3的冷凝换热功能。换热器3前面的开关调节阀4处于打开状态，冷凝器2前面的开关调节阀4处于关闭状态。从蒸发末端5出来的在蒸发换热过程中携带了大量热量的制冷剂流向换热器3，经过换热器3的冷凝换热作用，高温制冷剂的热量被冷却液带走。从换热器3出来的低温、低压制冷剂被储存在储液器1里面。然后经过制冷剂泵7的增压，被直接输送到***的各个蒸发末端进行蒸发换热。在蒸发末端5里面经过蒸发换热之后的制冷剂吸热变成温度较高的气态制冷剂流向换热器3。到此完成一个完整的常规制冷模式运行过程。该过程在***运行过程中不断重复从而不断地使机房发热设备获得冷却。

另外，***的节能运行模式和常规制冷模式是可以同时运行的，即自然低温冷源300和普通机械制冷冷源200同时运行。当节能运行模式下室外低温冷源所产生的制冷量不能满足机房的制冷需求的时候，可以同时开启常规制冷模式，两种模式共同为从蒸发末端出来的制冷剂提供冷却换热。

本实用新型所述空调***拥有直接利用室外自然低温冷源300进行制冷的功能，既保证了机房的洁净度要和温湿度调节需求，同时又可以节省大量的制冷能耗。在运行节能模式的时候，***不需要开启普通机械制冷冷源200的压缩机，只需要开启可以输送低温制冷剂液体的制冷剂泵7，制冷剂泵7的功率仅为提供相同制冷能力的常规空调***的压缩机功率的10％。从而使得机房的制冷能耗获得大幅削减。

实施例2，如图4所示，该实施例是在上述实施例1的基础上，减去普通机械制冷冷源，即去除换热器3，仅保留了***中与节能运行模式功能相关部分--自然低温冷源300的冷凝器2。本实施例能够在室外环境温度较低的时候，启用节能运行模式，通过制冷剂泵7将经过冷凝器2冷凝的低温低压液体输送到蒸发末端5进行换热制冷。除了只保留自然低温冷源300的制冷方式外，还可以在实施例1的基础上，只选择普通机械制冷冷源作为制冷机构。

实施例3、如图5所示，是实施例1的高热流密度节能空调***的基础上变形而来。该实施例的***同样可以实现利用室外低温条件的自然低温制冷和利用常规制冷模式普通机械制冷的双重功能。所述制冷机构包括自然低温冷源300和普通机械制冷冷源200，所述自然低温冷源300和普通机械制冷冷源200串联在主管道100中，所述的自然低温冷源300、普通机械制冷冷源200外侧分别设有与它们并联的旁通管路600，每条所述的旁通管路600中、所述的自然低温冷源300前的主管道100中、所述的普通机械制冷冷源200前的主管道100中分别设有控制阀门4。所述自然低温冷源300为室外设置的用于通过冷空气进行热交换的冷凝器2。普通机械制冷冷源200也可采用如图1所示的制冷回路。本实施例中的换热器3和图1中的换热器11具有相同的功能。该实施例中改变了实施例1中自然低温冷源300中的冷凝器2和普通机械制冷冷源200中的换热器3的布置关系，其相对布置关系由并联变为串联，同时在冷凝器2和换热器3旁边都增加了一个旁通管路600，通过对旁通管路600以及在冷凝器2和换热器3前面的开关调节阀4的开关调节，可以实现***中的制冷剂在不同的工作模式下流经冷凝器2或换热器3。实质上，这种带有旁通管路600的排布方式也是一种并联的方式，该实施例中换热器3和冷凝器2的前后位置关系可以调换。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (11)

1.一种高热流密度节能制冷***，其特征在于，包括靠近多个热源设置的蒸发末端组件、对蒸发末端组件供冷的冷凝供液装置、用于控制冷凝供液装置的控制装置，所述冷凝供液装置包括产生冷源的制冷机构、储液器和制冷剂泵，所述制冷机构、储液器、制冷剂泵和蒸发末端组件通过主管道顺次连接并形成制冷回路。

2.根据权利要求1所述的高热流密度节能制冷***，其特征在于，所述控制装置包括控制器、设置在制冷剂泵前后管道上的压力传感器或压差传感器。

3.根据权利要求1所述的高热流密度节能制冷***，其特征在于，所述控制装置包括控制器、设置在主管道上的流量开关。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的高热流密度节能制冷***，其特征在于，所述制冷机构包括自然低温冷源和普通机械制冷冷源，所述自然低温冷源和普通机械制冷冷源分别通过冷源管道并联在主管道中，所述自然低温冷源和普通机械制冷冷源所在的冷源管道上都设有控制阀门。

5.根据权利要求4所述的高热流密度节能制冷***，其特征在于，所述普通机械制冷冷源包括由冷凝器、蒸发换热器、压缩机和节流机构构成的制冷回路。

6.根据权利要求4所述的高热流密度节能制冷***，其特征在于，所述自然低温冷源为设置于室外的用于与冷空气进行热交换的风冷冷凝器或蒸发式冷凝器。

7.根据权利要求1所述的高热流密度节能制冷***，其特征在于，所述蒸发末端组件包括由多个通过蒸发管道并联或串联在一起的蒸发末端，所述每个蒸发末端靠近热源设置。

8.根据权利要求7所述的高热流密度节能制冷***，其特征在于，所述每个蒸发末端前设有流量调节阀。

9.根据权利要求1-3任意一项所述的高热流密度节能制冷***，其特征在于，所述制冷机构包括自然低温冷源或普通机械制冷冷源。

10.根据权利要求9所述的高热流密度节能制冷***，其特征在于，所述普通机械制冷冷源包括由冷凝器、换热器、压缩机和节流机构构成的制冷回路；所述自然低温冷源包括室外设置的用于与冷空气进行热交换的风冷冷凝器或蒸发式冷凝器。

11.根据权利要求1-3任意一项所述的高热流密度节能制冷***，其特征在于，所述制冷机构包括自然低温冷源和普通机械制冷冷源，所述自然低温冷源和普通机械制冷冷源串联在主管道中，所述的自然低温冷源、普通机械制冷冷源外侧分别设有与它们并联的旁通管路，每条所述的旁通管路中、所述的自然低温冷源前的主管道中、所述的普通机械制冷冷源前的主管道中分别设有控制阀门。

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