一种冷却系统及数据中心的制作方法

1.本公开涉及冷热循环技术领域，尤其涉及一种冷却系统及数据中心。


背景技术：

2.随着网络技术的发展和信息化进程的加快，各种互联网数据中心、云计算数据中心等大型服务器集群的建设也得到了快速发展。大型服务器集群在工作时会产生大量的热，为了维持大型服务器集群的正常工作，需要通过冷却系统对it设备进行散热。现阶段中的冷却系统受限于其制冷能力，对于大型服务器集群并不适用，因此，如何提升冷却系统的制冷能力是设计开发的目标之一。


技术实现要素：

3.本公开提供了一种冷却系统，能够适用于大型服务器集群。
4.根据本公开的第一方面，提供的一种冷却系统，包括：换热输配模块、室内模块和冷却塔，所述换热输配模块包括：
5.水氟换热器，所述水氟换热器具有一次侧和二次侧；
6.水泵，所述一次侧的两端分别连接所述冷却塔和所述水泵的输出端，所述水泵的输入端连接所述冷却塔，所述冷却塔用于对冷却水降温；
7.储液罐、液泵和压缩机，所述储液罐用于存储含氟工质，所述二次侧的两端分别连接所述储液罐和所述压缩机的输出端，所述储液罐连接所述液泵的输入端；
8.所述室内模块包括：
9.膨胀阀，连接所述液泵的输出端；
10.制冷末端，分别与所述膨胀阀和所述压缩机的输入端连接，所述制冷末端用于给待冷却部件提供冷量。
11.在本公开的一个实施例中，冷却系统还包括循环泵和热回收机组，所述一次侧的两端分别连接所述热回收机组和所述循环泵的输入端，所述循环泵的输出端连接所述热回收机组，所述热回收机组用于给用热单元提供热能。
12.在本公开的一个实施例中，所述冷却系统包括m个所述室内模块和n个所述换热输配模块，m不小于n，且m和n均为正整数；
13.每个所述换热输配模块连接至少一个所述室内模块。
14.在本公开的一个实施例中，所述冷却系统包括x个冷却塔，x为正整数；每一所述冷却塔和每一所述换热输配模块连接。
15.在本公开的一个实施例中，所述水氟换热器采用管壳式水氟换热器、板换式水氟换热器和干式水氟换热器中的任一种。
16.在本公开的一个实施例中，所述液泵为氟泵。
17.在本公开的一个实施例中，所述压缩机为无油压缩机。
18.本公开的一个实施例中，所述制冷末端为列间空调、风墙、房间空调和背板中的任
意一种。
19.在本公开的一个实施例中，所述制冷末端包括：
20.机柜，所述机柜设有进液集管和出液集管，所述进液集管和所述出液集管分别用于连接所述膨胀阀和所述压缩机；
21.至少一个冷板，设置于所述机柜内，所述冷板设有制冷通道，所述制冷通道分别与所述进液集管和所述出液集管连通，所述冷板用于和待冷却部件接触。
22.根据本公开的第二方面，提供了一种数据中心，包括本公开任一实施例所述的冷却系统。
23.根据本公开的技术，空调循环回路通过含氟工质对待冷却部件进行降温，含氟工质具有较强的换热能力，可满足高功率it设备的散热需求，能够适用于大型服务器集群。
24.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
25.附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定。其中：
26.图1是根据本公开实施例一的冷却系统的原理图；
27.图2是根据本公开实施例一的水氟换热器的结构示意图；
28.图3是根据本公开实施例一的制冷末端的结构示意图；
29.图4是根据本公开实施例一的冷却系统的结构示意图；
30.图5是根据本公开实施例一的冷却系统的换热输配模块的结构示意图；
31.图6是根据本公开实施例二的冷却系统的原理图；
32.图7是根据本公开实施例二的冷却系统的结构示意图。
33.图中：
34.100、换热输配模块；200、室内模块；300、循环泵；400、热回收机组；
35.1、水氟换热器；11、外壳；12、工质通道；13、换热管；
36.2、水泵；
37.3、冷却塔；
38.4、液泵；
39.5、储液罐；
40.6、压缩机；
41.7、膨胀阀；
42.8、制冷末端；81、列间空调；82、风墙；83、房间空调；84、背板；85、机柜；86、冷板；87、进液集管；88、出液集管；
43.101、球阀；102、过滤器；103、截止阀；104、热力旁通电子膨胀阀；105、氟泵旁通阀；106、冷却管路；107、冷却电磁阀；108、第一单向阀；109、第二单向阀。
具体实施方式
44.以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识
到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
45.实施例一
46.本公开的实施例一提供一种冷却系统，该冷却系统包括用于对待冷却部件进行制冷。
47.其中，本实施例中待冷却部件以数据中心中的it设备为例，在其他的实施例中，待冷却部件还可为车间、机床或者加工设备等。
48.参见图1，该冷却系统包括换热输配模块100、室内模块200和冷却塔3。其中，室内模块200用于吸收it设备的热量并通过换热输配模块100将其交换至冷却塔3，由冷却塔3将热量释放到大气中，以达到对it设备冷却的目的。
49.具体地，换热输配模块100包括水氟换热器1、水泵2、储液罐5、液泵4和压缩机6，室内模块200包括膨胀阀7和制冷末端8。水氟换热器1具有一次侧和二次侧，一次侧的两端分别连接冷却塔3和水泵2的输出端，水泵2的输入端连接冷却塔3，在水泵2的驱动下，冷却水可沿冷却塔3-水泵2-一次侧-冷却塔3的路径循环流动。二次侧的两端分别和压缩机6的输出端及储液罐5连接，储液罐5和液泵4的输入端连接，液泵4的输出端和膨胀阀7连接，膨胀阀7和制冷末端8连接，制冷末端8和压缩机6的输入端连接，在液泵4和压缩机6的共同驱动下，工质沿二次侧-储液罐5-液泵4-膨胀阀7-制冷末端8-压缩机6-二次侧循环流动。工质在制冷末端8吸收it设备的热量并将其在二次侧交换至一次侧的冷却水，由冷却水带入冷却塔3将热量交换至大气中。
50.为了保证冷却系统具有较强的制冷能力，储液罐5用于存储含氟工质，含氟工质为相变工质，具有较高的换热能力，其在制冷末端8吸收it设备的热量，回由液态变成高温的气体，在水氟换热器1的二次侧放热回由气态变成液态，工质在气态和液态进行切换时，会吸收或释放大量的热，进而能够保证冷却系统的制冷能力，以适用于用于大型服务器集群。并且采用水氟换热1器后，冷却塔3和水氟换热1的布置位置具有一定的选择空间。
51.示例性地，含氟工质具体可为r134a。为了更好地匹配含氟工质，液泵优选采用氟泵。
52.为了进一步增强冷却系统的制冷能力，以提高冷却系统对大型服务器集群的适用性，本实施例还从压缩机6以及水氟换热器1两个方面做出了改善。
53.其中，水氟换热器2可以采用管壳式水氟换热器、板换式水氟换热器和干式水氟换热器中的任一种。以管壳式水氟换热器为例，请参照图2，图2中示出了管壳式水氟换热器的结构示意图，该管壳式水氟换热器包括外壳11以及设置于外壳11内的工质通道12，工质通道12和外壳11之间具有间隙，外壳11设有进口和出口，其中进口和出口均与间隙连通，从而进口-间隙-出口形成管壳式换热器的一次侧，工质通道12形成管壳式换热器的二次侧，进口和水泵2的输出端连通，出口和冷却塔3连通，气态的制冷器进入换热通道12后和间隙内的冷却水换热，并变成液态的制冷器流出。
54.优选地，为了进一步提升该管壳式水氟换热器的换热能力，冷却水始终充满整个间隙，从而可保证足够的冷却水换热。进一步地，外壳11内还设有多个换热管13，换热管13贯穿工质通道12且两端连通间隙，从而设置多个换热管13能够进一步增强该冷却水的换热效果。具体地，本实施例中，水氟换热器1的一次侧的单制冷量可达300kw～9000kw。
55.其中，压缩机6优选为无油压缩机。从而整个系统为无油系统，可避免油膜导致的能量损失，可进一步提升冷却系统的制冷能力。其中，无油系统可解决管路长度、高差、末端数量、压比等的限制，并且系统简单，能源效率高，相比于含油压缩机，能源效率提升70％以上，按照10万个服务器计算，可降低运营成本1亿/年。
56.本实施例中，无油压缩机的电机为永磁同步电机，无励磁过程，采用离心式多级压缩，可较单级压缩能效更高。无油压缩机具体可为磁悬浮压缩机或者气悬浮压缩机。
57.本实施例中，制冷末端8可采用传统的风冷末端，风冷末端可包括散热风扇和蒸发器，可通过散热风扇将蒸发器散发的冷气吹向it设备，以对it设备降温。其中，风冷末端的具体结构形式可以为列间空调81、风墙82、房间空调83和背板84中的任意一种。
58.除了传统的风冷末端之外，制冷末端8还可采用液冷末端。请参照图3，采用液冷末端时，制冷末端8包括机柜85和位于机柜85内的多个冷板86。其中，机柜85设有进液集管89和出液集管90，进液集管89和出液集管90分别用于连接膨胀阀7和压缩机6，多个it设备可设置于机柜85内，冷板86设有制冷通道，制冷通道分别与进液集管89和出液集管90通过管路连通，多个冷板86用于和多个it设备接触，可通过冷板86直接给高功率it设备的高温部位(如芯片)进行直接降温，相比于气冷的方式，可显著提高降温效率。
59.本实施例中冷却系统包括m个室内模块200和n个换热输配模块100，m不小于n，且m和n均为正整数。具体地，当m＝n时，冷却系统可以采用一个换热输配模块100匹配一个室内模块200；当m大于n时，可采用一个换热输配模块100匹配多个室内模块200。如图4所示，图4中示例性地给出了m＝12，n＝3的方案；每个换热输配模块100同时并联有四个室内模块200，采用一拖四的布局，可有效减少换热输配模块100的使用数量，便于在大型服务器集群中进行应用。
60.本实施例中，冷却系统包括x个冷却塔3，x为正整数；每一冷却塔3和每一换热输配模块100连接。具体地，每一换热输配模块100中的水泵2和水氟换热器1具有一次侧均和任一冷却塔3的两端连接。如此可实现n个换热输配模块100的二次侧的热量，可由x个冷却塔3共同吸收。具体地，如图4所示，图4中示例性地给出了x＝2的方案。
61.为了减少冷却系统的占地空间，本实施例中，x个冷却塔3集中设置在一起可适于土地集约地区使用。比如，对于4层～8层的高层建筑，冷却塔3还可集中放置在楼顶，避免占用室内空间。
62.请参照图5，图5为本公开换热输配模块的具体结构示意图。换热输配模块还包括各种手动阀等非核心部件。
63.具体地，水氟换热器1的二次侧和储液罐5之间还设有球阀101和过滤器102，其中，球阀101和过滤器102连接，且球阀101连接水氟换热器1的二次侧，过滤器102连接储液罐5。
64.储液罐5和液泵4的输入端之间还连接有球阀101。
65.液泵4的输出端还设有第一单向阀108、球阀101、过滤器102和截止阀103。其中，液泵4的输出端连接第一单向阀108，第一单向阀108连接球阀101，球阀101连接过滤器102的输入端，过滤器102的输出端连接截止阀103。该过滤器102的输出端和压缩机6的旁通口之间还连接有球阀101。该过滤器102的输出端和储液罐5之间还连接有氟泵旁通阀105。
66.压缩机6的输出端和水氟换热器1的二次侧之间设有第一单向阀108和球阀101，其中，压缩机6的输出端和第一单向阀108连接，第一单向阀108和球阀101连接，球阀101和水
氟换热器1的二次侧连接。该第一单向阀108的出口和压缩机6的输入端之间还连接有热力旁通电子膨胀阀104。
67.压缩机6的输入端和制冷末端8之间设置有过滤器102、球阀101和截止阀103，其中，过滤器102的输出端和压缩机6的输入端连接，过滤器102的输入端连接截止阀103，截止阀103连接球阀101，球阀101连接制冷末端8。该过滤器102的输入端和位于压缩机6的输出端和水氟换热器1的二次侧之间的第一单向阀108的输出端之间连接有第二单向阀109。
68.其中，热力旁通电子膨胀阀104和氟泵旁通阀105用于在环境温度足够低且无需压缩机6和液泵4做功的时候开启；以上各个球阀101可以任意选择手动阀或者电子阀，并且各个球阀101用于调节其所在管路的开度，以上各个过滤器102均用于过滤工质，各个截止阀103用于打开或关闭其所在管路，各个第一单向阀108均用于防止工质在所在管路的输送方向上逆流，第二单向阀109则用于压缩机6低负荷时旁通。
69.该冷却系统还包括冷却管路106以及设置于冷却管路106的冷却电磁阀107，其中，冷却电磁阀107用于将冷却管路106打开或关闭，冷却管路106的两端分别能够直接或间接连通液泵4的输出端和压缩机6的输入端，需要注意的是，冷却电磁阀107的最大流量的值非常小，当其开启时，可用于给气泵提供一定的冷却。
70.实施例二
71.本公开的实施例二提供一种冷却系统，在上述实施例一公开的冷却系统的基础上，该冷却系统还包括循环泵300和热回收机组400。
72.请参照图6和图7，循环泵300、热回收机组400和一次侧构成热回收循环回路。具体地，一次侧的两端分别连接热回收机组400和循环泵300的输入端，循环泵300的输出端连接热回收机组400。热回收机组400用于给用热单元提供热量，用热单元可以为设备或用户。
73.通过设置热回收机组400一方面可以将热量进行回收再次利用，有效降低能源浪费；另一方面，还可配合冷却塔3增强各水氟换热器1的换热能力。具体地，可通过热泵机组提供温度50～90℃的热水，供数据中心自身及外界热用户使用。
74.其中，热回收机组400可包括加热器和储水箱，加热器用于对循环水在此加热，储水箱用于存储热水。
75.实施例三
76.本公开的实施例三提供一种数据中心。该数据中心包括上述实施例一和实施例二中的冷却系统，该数据中心还包括多个it设备，可通过冷却系统对it设备进行冷却。该数据中心可以应用于云计算、云存储、大数据计算、深度学习和图像处理等领域中。
77.上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。