泵式自然冷卻系統及具有泵式自然冷卻系統的數據中心的制作方法

本發明涉及數據中心制冷領域，具體地說是一種泵式自然冷卻系統及具有泵式自然冷卻系統的數據中心。

背景技術：

隨著電子信息行業的飛速發展，數據中心的發展也進入到一個新的階段。集裝箱數據中心是一個可作為數據中心構建的標準模塊，將計算，存儲，網絡資源等IT設施都設計到一個集裝箱中。目前數據中心在加強基礎管理的同時，為維持恒定的室內溫度需要全年為之降溫，由此帶來的巨額的耗電量及電費。據統計,在數據中心機房中制冷空調設備的耗能約占總體耗能的40％，數據中心綠色節能已經成為一種趨勢。

我國華北、西北及東北等地區，室外氣溫低于0℃的天數占全年的百分比相當可觀，利用這一自然冷源成為節能的首要措施。如何利用自熱冷源為數據中心降溫，是需有解決的技術問題。

技術實現要素：

本發明的技術任務是提供一種泵式自然冷卻系統及具有泵式自然冷卻系統的數據中心，來解決如何利用自熱冷源為數據中心降溫的問題。

本發明的技術任務是按以下方式實現的：

泵式自然冷卻系統，包括空調、熱交換器、干冷器、制冷劑、冷卻液和控制器，制冷劑為低沸點的制冷劑，空調包括蒸發器和設置在蒸發器處的風扇，熱交換器包括進液口Ⅰ、出液口Ⅰ、進液口Ⅱ和出液口Ⅱ，熱交換器的出液口Ⅱ、蒸發器、熱交換器的進液口Ⅱ通過管道依次連通組成泵式制冷回路，熱交換器的出液口Ⅰ、干冷器的入口、干冷器的出口和熱交換器的進液口Ⅰ通過管道依次連通組成干冷器制冷回路，制冷劑流動在泵式制冷回路內，冷卻液流動在干冷器制冷回路內；熱交換器和蒸發器之間連通有制冷劑循環泵，熱交換器和干冷器之間連通有冷卻液循環泵；蒸發器、風扇、熱交換器、干冷器、制冷劑循環泵和冷卻液循環泵均與控制器連接。該泵式自然冷卻系統可用于集裝箱數據中心，空調放置在服務器設備放置區間內，干冷器和熱交換器位于在服務器放置區間外，蒸發器內制冷劑吸收服務器設備放置區間內熱空氣的熱量為服務器散熱，制冷劑吸熱后升溫并流動到熱交換器內，在熱交換器內制冷劑和冷卻液進行熱交換，降溫后的制冷劑循環入空調內為服務器內降溫，進行熱交換后的冷卻液進入到干冷器內，在干冷器內冷卻液和外部冷空氣進行熱交換，冷卻液降溫后回流到熱交換器內為制冷劑降溫，從而可通過自然冷卻的方式為服務器設備制冷。

優選地，熱交換器的出液口Ⅱ和蒸發器之間還連通有儲液器，儲液器用于存放冷卻液，冷卻液循環泵連通在儲液器和蒸發器之間。

進一步地，冷卻液循環泵共兩個，兩個冷卻液循環泵并連在儲液器和蒸發器之間。兩個冷卻液循環泵可互為備用的冷卻液循環泵，一個冷卻液循環泵出現故障時，可更換另一個冷卻液循環泵。

進一步地，冷卻液循環泵的出口和蒸發器之間設置有單向閥。單向閥限制冷卻液流向蒸發器，防止蒸發器內吸熱后的冷卻液未降溫逆流回儲液器或熱交換器。

進一步地，風扇與控制器之間連接有變頻器。通過變頻器可改變風扇的送風量和風速。

進一步地，蒸發器的進液口上依次連通有節流閥和電磁閥，節流閥和電磁閥均位于蒸發器和冷卻液循環泵之間，節流閥和電磁閥均與控制器連接。

進一步地，蒸發器與熱交換器的進液口Ⅱ之間的管道為銅管。

具有泵式自然冷卻系統的數據中心，包括集裝箱以及位于集裝箱內的服務器機柜、配電柜、不間斷電源柜以及網絡柜，還包括如上述任一項所述的泵式自然冷卻系統，集裝箱的內部通過腔室隔板分隔為左右排布的制冷腔室和數據腔室，集裝箱的頂壁以及集裝箱的側壁上組成數據腔室的端部上開設有通風孔；熱交換器、干冷器、制冷劑循環泵和冷卻液循環泵均位于制冷腔室內，服務器機柜、配電柜、不間斷電源柜、網絡柜以及空調均位于數據腔室內，且所述空調為列間空調；數據腔室內設置有熱通道和冷通道，熱通道和冷通道均為主要由集裝箱的頂壁、集裝箱的底壁、集裝箱的側壁、腔室隔板以及密封隔板組成的相互隔離的風通道，服務器機柜、配電柜、不間斷電源柜、網絡電源柜和空調均位于熱通道和冷通道之間。數據腔室內，蒸發器內制冷劑吸收熱量為服務器散熱，升溫后的制冷劑流動到熱交換器內，在熱交換器內制冷劑與冷卻液進行熱交換，降溫后的制冷劑循環到蒸發器內繼續為設備散熱；外部的冷空氣經通風孔進入到設備腔室內，升溫后的冷卻液進入到干冷器內，在干冷器內升溫后的冷卻液與冷空氣進行熱交換，降溫后的冷卻液循環到熱交換器內繼續為制冷劑降溫。

進一步地，儲液器和單向閥均位于設備腔室內。

進一步地，服務器機柜和空調均有多個，服務器機柜和空調相間放置。

本發明的泵式自然冷卻系統及具有泵式自然冷卻系統的數據中心具有以下優點：

1、本發明使用時將干冷器和熱交換器設置在服務器設備放置區間外部，將蒸發器設置在服務器設備放置區間內，制冷劑為低沸點的制冷劑，制冷劑流過蒸發器與服務器設備放置區間內熱空氣進行熱交換，制冷劑吸熱且少部分制冷劑吸熱氣化，帶氣泡的制冷劑循環到熱交換器內，在熱交換器內與冷卻液熱交換，制冷劑放熱后變為冷的制冷劑，冷的制冷劑循環到蒸發器內繼續為服務器設備散熱，在不與外冷空氣直接接觸的情況下可利用外部冷空氣冷卻室服務器設備放置區間內熱空氣，實現了利用自然冷源為數據中心制冷的效果，節省了能源，降低了耗能；

2、本發明干冷器、冷卻液循環泵和熱交換器均設置在服務器放置區間外，減少了外部環境對數據中心的影響，且無需重新設計空調室外機的安裝環境；

3、本發明集裝箱內熱通道和冷通道隔離，實現了列間空調近端冷卻，提高了對冷空氣的利用效率，降低了集裝箱內制冷的功耗，降低了PUE（英文全稱為：Power Usage Effectiveness ，中文翻譯為：評價數據中心能源效率的指標，計算方式為：數據中心總設備能耗/IT設備能耗）。

附圖說明

下面結合附圖對本發明進一步說明。

附圖1為實施例1泵式自然冷卻系統的結構示意圖；

附圖2為實施例1泵式自然冷卻系統的的控制原理框圖；

附圖3為實施例2泵式自然冷卻系統的結構示意圖；

附圖4為實施例3具有泵式自然冷卻系統的數據中心的結構示意圖；

圖中：1、干冷器，2、冷卻液循環泵，3、熱交換器，4、制冷劑循環泵，5、單向閥，6、蒸發器，7、風扇，8、節流閥，9、電磁閥，10、控制器，11、變頻器，12、儲液器，13、集裝箱，14、熱通道，15、冷通道，16、服務器機柜，17、空調，18、不間斷電源柜，19、配電柜，20、網絡柜；

圖中，實心箭頭表示冷卻液及制冷劑的流動方向，空心箭頭表示空氣的流動方向。

具體實施方式

參照說明書附圖和具體實施例對本發明的泵式自然冷卻系統及具有泵式自然冷卻系統的數據中心作以下詳細地說明。

實施例：

附附圖1和附圖2所示，本發明的泵式自然冷卻系統，包括空調17、熱交換器3、干冷器1、制冷劑、冷卻液和控制器10，空調17包括蒸發器5和設置在蒸發器5處的風扇6，熱交換器3包括進液口Ⅰ、出液口Ⅰ、進液口Ⅱ和出液口Ⅱ，熱交換器3的出液口Ⅱ、蒸發器5、熱交換器3的進液口Ⅱ通過管道依次連通組成泵式制冷回路，熱交換器3的出液口Ⅰ、干冷器1的入口、干冷器1的出口和熱交換器3的進液口Ⅰ通過管道依次連通組成干冷器制冷回路，制冷劑流動在泵式制冷回路內，冷卻液流動在干冷器制冷回路內；熱交換器3和蒸發器5之間連通有制冷劑循環泵4，熱交換器3和干冷器1之間連通有冷卻液循環泵2；蒸發器5、風扇6、熱交換器3、干冷器1、制冷劑循環泵4和冷卻液循環泵2均與控制器10連接。

其中，冷卻液循環泵2共兩個，兩個冷卻液循環泵2并連在儲液器12和蒸發器5之間，每個冷卻液循環泵2和蒸發器5之間均連通有一個單向閥5，單向閥5使得制冷劑單向流動至蒸發器5，防止蒸發器5內升溫后的制冷劑未降溫回流到熱交換器3內。

風扇6與控制器10之間連接有變頻器11，可根據需求控制風扇6的風速和風量。

蒸發器5的進液口上依次連通有節流閥8和電磁閥9，節流閥8和電磁閥9均位于蒸發器5和冷卻液循環泵2之間，節流閥8和電磁閥9均與控制器10連接，便于控制制冷劑的流量和流速。

蒸發器5與熱交換器3的進液口Ⅱ之間的管道為銅管。

低沸點的制冷劑為液體氟。在實際應用中，制冷劑可選用三氟乙烷水合物、一氟二氯乙烷水合物、Na2HPO4·10H2O、LiNO3·3H2O、 K2HPO4·6H2O 中的一種或幾種混合。

本發明的泵式自然冷卻系統可用于為集裝箱數據中心散熱，使用方法為：空調17位于放置服務器設備的區間內，干冷器1位于放置設備的區間外部，液體氟在泵式制冷回路內流動，液體氟流經蒸發器5時，與空調17所在空間內的熱空氣進行熱交換，為空調17所在環境散熱，升溫后的液體氟產生一定氟氣，氟氣隨著液體氟流動到熱交換器3內，在熱交換器3內液體氟與冷卻液進行熱交換，降溫后的液體氟回流到蒸發器5內。同時，冷卻液在干冷器制冷回路內流動，在熱交換器3內升溫后的冷卻液流動到干冷器1內，在干冷器1內冷卻液與外部冷空氣進行熱交換降溫，降溫后的冷卻液回流到熱交換器3內為液體氟降溫。

實施例2：

如附圖3所示，本實施例為在實施例1基礎上的進一步改進，本實施例與實施例1的區別為：熱交換器3的出液口Ⅱ和蒸發器5之間還連通有儲液器12，儲液器12用于存放冷卻液，冷卻液循環泵2連通在儲液器12和蒸發器5之間；當集裝箱13內設備發熱量較小時，多余的制冷劑被儲存于儲液器12內，以維持泵式制冷回路的平衡。

本實施例泵式自然冷卻系統的使用方法與實施例1一致。

實施例3：

如附圖4所示，具有泵式自然冷卻系統的數據中心，包括集裝箱13以及位于集裝箱13內的服務器機柜16、配電柜19、不間斷電源柜18以及網絡柜20，還包括實施例2中的泵式自然冷卻系統，集裝箱13的內部通過腔室隔板分隔為左右排布的制冷腔室和數據腔室，集裝箱13的頂壁以及集裝箱13的側壁上組成數據腔室的端部上開設有通風孔，外部的冷空氣通過通風孔進入到制冷腔室內；熱交換器3、干冷器1、制冷劑循環泵4、冷卻液循環泵2、儲液器12和單向閥5均位于制冷腔室內，服務器機柜16、配電柜19、不間斷電源柜18、網絡柜20以及空調17均位于數據腔室內，且所述空調17為列間空調17；數據腔室內設置有熱通道14和冷通道15，熱通道14和冷通道15均為主要由集裝箱13的頂壁、集裝箱13的底壁、集裝箱13的側壁、腔室隔板以及密封隔板組成的相互隔離的風通道，服務器機柜16、配電柜19、不間斷電源柜18、網絡電源柜和空調17均位于熱通道14和冷通道15之間。

其中，四個服務器機柜16依次緊密排列，兩個空調17排布在服務器機柜16之間，且空調17與服務器機柜16相間排布。

本發明具有泵式自然冷卻系統的數據中心的工作方法為：數據腔室內，蒸發器5內制冷劑吸收數據腔室內熱空氣為服務器等設備降溫，升溫后的液體氟以及部分氣化的氣體氟流動到熱交換器3內，熱交換器3內液體氟與冷卻液進行熱交換，降溫后的液體氟循環至蒸發器5內繼續為服務器等設備降溫；同時升溫后的冷卻液流動到干冷器1內，在干冷器1內冷卻液與設備腔室內的冷空氣進行熱交換，降溫后的冷卻液循環至熱交換器3內繼續為制冷劑降溫，從而實現了制冷劑的自熱冷卻。

通過上面具體實施方式，所述技術領域的技術人員可容易的實現本發明。但是應當理解，本發明并不限于上述公開的具體實施方式。在公開的實施方式的基礎上，所述技術領域的技術人員可任意組合不同的技術特征，從而實現不同的技術方案。

除說明書所述的技術特征外，均為本專業技術人員的已知技術。