CN219042307U - 冷却*** - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种冷却***，冷却***包括串联连接的自然冷却模块、机械补冷模块、空调模块和循环泵模块。当空调模块的冷水进口的温度大于预设温度、室外温度大于预设温度时，冷却***处于补冷模式时，当空调模块的冷水进水口的温度小于或等于预设温度、室外温度小于或等于预设温度时，冷却***处于自然冷却模式时。采用该种方案，根据室外温度、空调模块的冷水进水口的温度和预设温度自动进行模式切换，通过尽可能的使用自然冷源制冷，缩短机械制冷时长，实现降低数据中心机房能耗的目的的同时，降低数据中心机房的PUE值。

Description

冷却***

技术领域

本申请涉及空调技术领域，特别涉及一种冷却***。

背景技术

信息时代，为了实现更好的数据存储和处理，产生大量的数据中心。数据中心内部署服务器、交换机等电子设备。

服务器使用过程中，服务器会产生大量热量。由于数据中心机房是一个密闭的机房空间，热量无法自然散发，因此需要使用专门的冷却***对数据中心机房散热。传统的冷却***采用机械制冷方式对数据中心机房制冷。制冷过程中，压缩机工作，以各种型式的冷媒作为载体，将数据中心产生的大量热量从数据中心机房内搬运至室外，从而实现对机房降温。

然而，上述传统机械制冷***制冷过程中消耗大量的能源，导致数据中心的能源使用效率(Power Usage Effectiveness，PUE)值过高。

实用新型内容

本申请提供一种冷却***，通过尽可能的使用自然冷源制冷，缩短机械制冷时长，实现降低数据中心机房能耗的目的的同时，降低数据中心机房的PUE值。

第一方面，本申请实施例提供一种冷却***，包括：串联连接的自然冷却模块、机械补冷模块、空调模块和循环泵模块，所述空调模块的冷水进口和所述机械补冷模块的输出端连接，所述空调模块的热水出口和所述循环泵模块的输入端连接，所述循环泵模块的输出端与所述自然冷却模块的热水进口连接，其中，

当所述空调模块的冷水进口的温度大于预设温度、室外温度大于预设温度时，所述冷却***处于补冷模式时，冷却水经过所述自然冷却模块进行第一次降温，再经过所述机械补冷模块进行第二次降温后，进入所述空调模块，由所述空调模块利用第二次降温后的冷却水产生冷风，以冷却数据中心机房内的设备；

当所述空调模块的冷水进水口的温度小于或等于预设温度、室外温度小于或等于预设温度时，所述冷却***处于自然冷却模式时，冷却水经过所述自然冷却模块降温后进入所述空调模块，由所述空调模块利用降温后的冷却水产生冷风，以冷却数据中心机房内的设备。

本申请实施例提供的冷却***，冷却***包括串联连接的自然冷却模块、机械补冷模块、空调模块和循环泵模块，空调模块的冷水进口和机械补冷模块的输出端连接，空调模块的热水出口和循环泵模块的输入端连接，循环泵模块的输出端与自然冷却模块的热水进口连接。当空调模块的冷水进口的温度大于预设温度、室外温度大于预设温度时，冷却***处于补冷模式时，当空调模块的冷水进水口的温度小于或等于预设温度、室外温度小于或等于预设温度时，冷却***处于自然冷却模式时。采用该种方案，根据室外温度、空调模块的冷水进水口的温度和预设温度自动进行模式切换，通过尽可能的使用自然冷源制冷，缩短机械制冷时长，实现降低数据中心机房能耗的目的的同时，降低数据中心机房的PUE值。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的冷却***的一个结构示意图；

图2是本申请实施例提供的冷却***的另一个结构示意图；

图3是本申请实施例提供的冷却***的又一个结构示意图；

图4是本申请实施例提供的冷却***中机械制冷设备的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的冷却***中自然冷却机组的结构示意图；

图6是本申请实施例提供的冷却***的又一个结构示意图；

图7是本申请实施例提供的冷却***的控制方法的流程图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于方便描述不同的部件，而不能理解为指示或暗示顺序关系、相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

近年来，随着信息化社会的高速发展，各种互联网数据中心、云计算数据中心等各种大型服务器集群建设也得到了快速发展。于此同时，随着数据中心规模的增大，数据中心散热问题也日益严重。

为确保服务器等电子设备保持在稳定的温度范围，需要为数据中心配备冷却***，从而为数据中心内的服务器等电子设备进行降温。传统的冷却***通过机械制冷方式进行制冷，通过将数据中心产生的大量热量从数据中心机房内搬运至室外，从而实现对机房降温。

然而，传统机械制冷***制冷过程中消耗大量的能源，造成资源浪费且导致数据中心的PUE值过高。

基于此，本申请实施例提供一种冷却***，通过尽可能的使用自然冷源制冷，缩短机械制冷时长，实现降低数据中心机房能耗的目的的同时，降低数据中心机房的PUE值。

图1是本申请实施例提供的冷却***的一个结构示意图。请参照图1，本申请实施例提供的冷却***包括：串联连接的自然冷却模块11、机械补冷模块12、空调模块13和循环泵模块14，所述空调模块13的冷水进口和所述机械补冷模块12的输出端连接，所述空调模块13的热水出口和所述循环泵模块14的输入端连接，所述循环泵模块14的输出端与所述自然冷却模块11的热水进口连接。

当所述空调模块13的冷水进口的温度大于预设温度、室外温度大于预设温度时，所述冷却***处于补冷模式时，冷却水经过所述自然冷却模块11进行第一次降温，再经过所述机械补冷模块12进行第二次降温后，进入所述空调模块13，由所述空调模块13利用第二次降温后的冷却水产生冷风，以冷却数据中心机房内的设备。

当所述空调模块13的冷水进水口的温度小于或等于预设温度、室外温度小于或等于预设温度时，所述冷却***处于自然冷却模式时，冷却水经过所述自然冷却模块11降温后进入所述空调模块13，由所述空调模块13利用降温后的冷却水产生冷风，以冷却数据中心机房内的设备。

本申请实施例中，预设温度例如为23℃或接近23℃。空调模块13的冷水进水口的温度指经过冷却处理的冷却水的温度。自然冷却模式下，空调模块13的冷水进水口的温度接近于经由自然冷却模块11冷却后冷却水的温度。机械补冷模式下，空调模块13的冷水进水口的温度接近于经过二次制冷的冷却水的温度。空调模块13的冷水进水口的温度通常低于室外温度。空调模块13的热水出口的温度对机房制冷后的冷却水的温度，该温度通常比较高。自然冷却模块11输出的冷却水，即经由自然冷却模块11冷却后的冷却水的温度最低为室外温度，通常稍高于室外温度。

本申请实施例中，自然冷却***自动确定空调模块13的冷水进水口的温度，以及室外温度。当空调模块13的冷水进水口的温度大于预设温度、室外温度大于预设温度时，自动进入机械补冷模式。该模式下，冷却水经过两次制冷，即经过自然冷却和机械制冷后进入空调模块13。当所述空调模块13的冷水进水口的温度小于或等于预设温度、室外温度小于或等于预设温度时，冷却***自动进入自然冷却模式。该模式下，冷却水经过自然冷却后无需进行机械制冷，而是直接进入空调模块13。

空调模块13包含室内风扇，利用该些室内风扇和冷却水等产生冷空气，冷空气经过送风通道进入机房内部，对机房内部的服务器、交换机等电子设备进行冷却。

空调模块13对机房内的电子设备制冷后产生热水，热水经由空调模块13的热水出口流向循环泵模块14，由循环泵模块14将热水传输至自然冷却模块11。由此：自然冷却模块11、机械补冷模块12、空调模块13以及循环泵模块14形成一个完整的制冷循环，从而不间断的对机房进行温度调节。

本申请实施例提供的冷却***包括串联连接的自然冷却模块、机械补冷模块、空调模块和循环泵模块，空调模块的冷水进口和机械补冷模块的输出端连接，空调模块的热水出口和循环泵模块的输入端连接，循环泵模块的输出端与自然冷却模块的热水进口连接。当空调模块的冷水进口的温度大于预设温度、室外温度大于预设温度时，冷却***处于补冷模式时，当空调模块的冷水进水口的温度小于或等于预设温度、室外温度小于或等于预设温度时，冷却***处于自然冷却模式时。采用该种方案，根据室外温度、空调模块的冷水进水口的温度和预设温度自动进行模式切换，通过尽可能的使用自然冷源制冷，缩短机械制冷时长，实现降低数据中心机房能耗的目的的同时，降低数据中心机房的PUE值。

再请参照图1，可选的，上述实施例中，自然冷却模块11、所述机械补冷模块12和所述循环泵模块14设置于室外，所述空调模块13设置于数据中心机房内。这样一来，仅将用于产生冷风的空调模块布置在数据中心机房内部，而将用于实现第一次制冷和第二次制冷以及循环的自然冷却模块11、所述机械补冷模块12和所述循环泵模块14设置于室外，避免冷却***占据数据中心机房过多的空间，提高数据中心机房内服务器等电子设备的容纳量。

图2是本申请实施例提供的冷却***的另一个结构示意图，请参照图2，可选的，上述实施例中，所述自然冷却模块11包含至少两个并联的自然冷却机组111。所述机械补冷模块12包含至少两个并联的机械补冷机组121。所述空调模块13包含至少两个并联的空调机组131，循环泵模块14包含至少两个并联的循环泵。

请参照图2，可以根据数据中心机房内工作的服务器的数量、季节、昼夜等调整参与制冷工作的自然冷却机组111、机械补冷机组121、空调机组131和循环泵141的数量。

例如，寒冷的冬季或当前工作的服务器的数量比较少时，数据中心机房产生的热量较少。这时候，可以减少参与制冷工作的自然冷却机组111、机械补冷机组121、空调机组131和循环泵141的数量。

再如，炎热的夏季或当前工作的服务器的数量庞大时，数据中心机房产生的热量很多。这时候，可以增加参与制冷工作的自然冷却机组111、机械补冷机组121、空调机组131和循环泵141的数量。

另外，也可以将自然冷却机组111划分为主备机组，当主机组故障时，启动备机组。同理，也可以对机械补冷机组121、空调机组131和循环泵141进行主备划分。

采用该种方案，通过并联结构，可以灵活设置参与制冷的然冷却机组、机械补冷机组、空调机组和循环泵的数量或主备设置，灵活度高、可靠性高。

图3是本申请实施例提供的冷却***的又一个结构示意图，请参照图3，所述机械补冷机组121包含第一两通阀1211、第二两通阀1212和机械制冷设备1213，所述第二两通阀1212和所述机械制冷设备1213串联形成第一路径，所述第一两通阀1211和所述第一路径并联。当所述第一两通阀1211开启、所述第二两通阀1212关闭时，所述冷却***进入自然冷却模式。当所述第一两通阀1211关闭、所述第二两通阀1212开启时，所述冷却***进入机械补冷模式。

请参照图3，第一两通阀1211、第二两通阀1212例如是电动两通阀等。自然冷却***根据预设温度、室外温度和空调模块13的冷水进水口的温度确定进入自然冷却模式或机械制冷模式后，根据具体模式控制第一两通阀1211、第二两通阀1212的通断。当第一两通阀1211开启、第二两通阀1212关闭时，冷却***进入自然冷却模式，从自然冷却机组111出来的冷却水经过第一两通阀1211进入空调机组，不经过机械制冷设备1213进行二次制冷。

当第一两通阀1211关闭、第二两通阀1212开启时，冷却***进入机械补冷模式，从自然冷却机组111出来的冷却水经过第二两通阀1212进入机械制冷设备1213，经过机械制冷后进入空调机组，总共经过了两次制冷。

采用该种方案，通过在机械补冷机组中设置第一两通阀、第二两通阀等，灵活控制机械制冷设备是否参与制冷，成本低、灵活度高。

图4是本申请实施例提供的冷却***中机械制冷设备的结构示意图。请参照图4，可选的，上述实施例中，机械制冷设备1213包括依次串联的冷凝器、节流阀、蒸发器和压缩机，该串联结构形成一个循环回路。当冷却***处于机械补冷模式时，从自然冷却机组111出来的冷却水经过第二两通阀121冷凝器，经过节流阀后到达蒸发器，蒸发器利用制冷剂气体吸收冷却水中的热量，对冷却水进行热交换，从而对冷却水进行二次降温。经过二次降温后的冷却水经过压缩机和泠凝器后流入空调机组131。同时。蒸发器产生气体制冷剂，气体制冷剂经由压缩机压缩后进入冷凝器，冷凝器将气体制冷剂冷凝为液体制冷机，液体制冷剂节流后进入蒸发器。

采用该种方案，通过冷凝器、节流阀、蒸发器和压缩机实现机械制冷设备，成本低且结构简单。

可选的，上述实施例中，机械制冷设备1213中的压缩机为无油离心压缩机等。采用该种方案，通过利用无油离心压缩机实现机械制冷，降低机房空调能耗，从而实现降低机房的PUE值的目的。

再请参照图3，可选的，上述实施例中，所述空调机组131包括第三两通阀1311和空调1312，所述第三两通阀1311的一端与所述机械补冷模块12的输出端连接，所述第三两通阀1311的另一端与所述空调模块13的冷水进口连接，所述空调1312的热水出口和所述循环泵模块14的输入端连接。

如图3所述，每个空调机组131包含串联的第三两通阀1311和空调1312。数据中心机房可以是分层结构，不同空调机组131例如设置在数据中心机房的不同层。例如，数据中心机房是三层结构，分别为A层、B层和C层，每一层都布置服务器等电子设备和空调机组。倘若A层服务器负荷较低，则关闭A层空调机组中国的第三两通阀1311，使得A层的空调1312不参与制冷工作。

采用该种方案，通过设置第三两通阀1311，从而通过控制第三两通阀1311的通断，进一步控制空调1312是否参与制冷工作，灵活度高，成本低。

图5是本申请实施例提供的冷却***中自然冷却机组的结构示意图。请参照图5，可选的，上述实施例中，自然冷却机组111包含串联连接的冷凝器、加压泵和蒸发器。该串联结构形成一个循环回路。自然冷却模式或机械补冷模式下，从循环泵141流出的热水进入自然冷却机组111中的冷凝器，经由加压泵进入蒸发器，蒸发器利用室外空气等吸收热水中的热量，得到第一次冷却后的冷却水。

采用该种方案，通过冷凝器、加压泵和蒸发器实现自然冷却机组，成本低且结构简单。

图6是本申请实施例提供的冷却***的又一个结构示意图。请参照图6，所述空调模块13的冷水进水口设置第一温度变送器15，所述自然冷却模块的冷水出口设置第二温度变送器16；所述空调模块13的冷水进水口设置第一压力变送器17，所述空调模块13的热水出口设置第二压力变送器18。

请参照图6，第一温度变送器15用于根据空调模块13的冷水进水口的温度，得到对应的电流信号或电压信号。第一温度变送器15包括测温模块、变送器模块等。自然冷却模式下，第一温度变送器15的测温模块采集的温度和第二温度变送器16的测温模块采集的温度接近。

机械补冷模式下，第二温度变送器16的测温模块采集的温度，往往高于第一温度变送器15的测温模块采集。冷却***根据第一温度变送器15得到的温度信号(可以是电压信号也可以是电流信号)以及第二温度变送器16得到的温度信号，能够清楚确定出制冷状况。例如，若第一温度变送器15的温度信号是预设温度，预设温度例如为23摄氏度，则表示冷却***当前正常运行。

第一压力变送器17采集空调模块13的冷水进水口的压力，根据该压力得到空调模块13的冷水进水口的压力信号，压力信号可以是电动信号或气动信号等，本申请实施例并不限制。第二压力变送器18采集空调模块13的热水出口的压力，根据该压力信号得到空调模块13的热水出口的压力信号。冷却***根据该两个压力信号确定制冷***是否正常。

采用该种方案，通过设置温度变送器和压力变送器等实时监控冷却***，提高冷却***的可靠性。

基于上述的冷却***，本申请实施例还提供一种数据中心机房，该数据中心机房利用上述的冷却***制冷。冷却***包括串联连接的自然冷却模块11、机械补冷模块12、空调模块13和循环泵模块14。其中，所述自然冷却模块11、所述机械补冷模块12和所述循环泵模块14设置于室外，所述空调模块13设置于数据中心机房内。具体实现原理可参见上述关于冷却***的描述，此处不再赘述。

本申请实施例还提供一种冷却***的控制方法，应用于上述的冷却***。图7是本申请实施例提供的冷却***的控制方法的流程图，包括：

701、确定室外温度和空调模块的冷水进口的温度；

702、对比室外温度和预设温度，并对比空调模块的冷水进口的温度和预设温度。当所述空调模块的冷水进口的温度大于预设温度、室外温度大于预设温度时，执行步骤703；当所述空调模块的冷水进水口的温度小于或等于预设温度、室外温度小于或等于预设温度时，执行步骤704。

703、控制所述冷却***进入机械补冷模式，以使得冷却水经过所述自然冷却模块进行第一次降温，再经过所述机械补冷模块进行第二次降温后，进入所述空调模块，由所述空调模块利用第二次降温后的冷却水产生冷风，以冷却数据中心机房内的设备。

704、控制所述冷却***进入自然冷却模式，以使得冷却水经过所述自然冷却模块降温后进入所述空调模块，由所述空调模块利用降温后的冷却水产生冷风，以冷却数据中心机房内的设备。

具体实现过程可参见上述冷却***的描述，此处不再赘述。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实用新型后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求书来限制。

Claims (7)

1.一种冷却***，其特征在于，包括：串联连接的自然冷却模块、机械补冷模块、空调模块和循环泵模块，所述空调模块的冷水进口和所述机械补冷模块的输出端连接，所述空调模块的热水出口和所述循环泵模块的输入端连接，所述循环泵模块的输出端与所述自然冷却模块的热水进口连接，其中，

所述自然冷却模块包含至少两个并联的自然冷却机组；

所述机械补冷模块包含至少两个并联的机械补冷机组；

所述空调模块包含至少两个并联的空调机组；

所述机械补冷机组包含第一两通阀、第二两通阀和机械制冷设备，所述第二两通阀和所述机械制冷设备串联形成第一路径，所述第一两通阀和所述第一路径并联。

2.根据权利要求1所述的***，所述机械制冷设备包括依次串联的冷凝器、节流阀、蒸发器和压缩机。

3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述压缩机为无油离心压缩机。

4.根据权利要求1-3任一项所述的***，其特征在于，所述空调机组包括第三两通阀和空调，所述第三两通阀的一端与所述机械补冷模块的输出端连接，所述第三两通阀的另一端与所述空调模块的冷水进口连接，所述空调的热水出口和所述循环泵模块的输入端连接。

5.根据权利要求1-3任一项所述的***，其特征在于，

所述自然冷却机组包含串联连接的冷凝器、加压泵和蒸发器。

6.根据权利要求1-3任一项所述的***，其特征在于，所述自然冷却模块、所述机械补冷模块和所述循环泵模块设置于室外，所述空调模块设置于数据中心机房内。

7.根据权利要求1-3任一项所述的***，其特征在于，所述空调模块的冷水进水口设置第一温度变送器，所述自然冷却模块的冷水出口设置第二温度变送器；

所述空调模块的冷水进水口设置第一压力变送器，所述空调模块的热水出口设置第二压力变送器。

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