一種基于機柜直接蒸發冷卻的機房空調系統技術方案

本發明專利技術公開了一種基于機柜直接蒸發冷卻的機房空調系統，包括制冷劑回路、回油回路及冷卻水回路。本發明專利技術采取制冷劑直接輸送至服務器，利用服務器上所設置的蒸發器，由制冷劑直接蒸發冷卻服務器，相比常規通過送風冷卻的機房空調系統，具有散熱功率大、效率高，體積小等優點。相比常規制冷劑蒸發冷卻空調系統，本發明專利技術的機房空調系統通過設置低壓循環桶并通過第一變頻磁力泵實現全部液體直接輸送至蒸發器，從而具有蒸發器中制冷劑壓降小，壓縮機回氣溫度低，換熱系統大等優點，并通過設置回油回路創造性的解決了系統的回油問題，使得系統具有綜合能效高的特點。

Room air conditioning system based on direct evaporative cooling of cabinet

The invention discloses a room air conditioning system based on the direct evaporative cooling of a cabinet, which comprises a refrigerant circuit, an oil return circuit and a cooling water circuit. The invention adopts the refrigerant delivered directly to the server, the server set by evaporator, refrigerant by direct evaporative cooling through the server, compared to the conventional air-conditioning system with cooling air cooling, high power, high efficiency, small size and other advantages. Compared with the conventional refrigerant evaporation cooling air conditioning system, air conditioning system of the present invention by setting the low-pressure circulation barrel and the first frequency magnetic pump all transporting liquid directly to the evaporator, and the refrigerant in the evaporator with small pressure drop, gas compressor back to low temperature, high heat exchange system, and by setting up a creative solution to the oil return loop the problem of oil return system, makes the system has the characteristics of high energy efficiency.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種實現高效節能效益的數據中心機房空調系統，屬于制冷、空調系統設計和制造的

技術介紹
隨著我國計算機和通訊行業的蓬勃發展，尤其是“云計算”理念的興起，大型經營性數據機房快速增長。服務器機房內部通信設備多，發熱量大，每平方米發熱量達幾千瓦甚至十幾千瓦。為了維持機房所需的溫濕度要求，服務器機房通常要求空調系統進行全年供冷，為此消耗了大量的能源。數據中心高速發展和其高能耗的特點已被社會高度關注，對其進行節能改造或建造低能耗的數據中心對于節能降耗工作具有重大的意義。服務器機房的能耗主要由服務器設備能耗、空調系統能耗和電源系統能耗三部分組成，其中空調系統能耗占機房總能耗的37%，有的甚至接近45%，據統計顯示，我國有近33%的機房曾因空調制冷系統問題出現過宕機現象。因此有效的解決服務器散熱、提高空調系統能效，同時保證系統的安全運行，對服務器機房的正常運行以及降低能耗有著重大意義。目前絕大多數服務器機房空調系統都是采取借助冷風的手段，對服務器進行散熱，保障服務器的正常運行，而常規通過冷風散熱存在散熱密度較小，風機能耗較大等問題，因此將制冷劑直接送至服務器，在服務器中通過制冷劑蒸發帶走服務器所產生的熱量，具有散熱功率大、效率高，體積小等優點，但常規的做法是將服務器中設置一小型蒸發器，制冷劑通過節流后進入蒸發器進行蒸發吸熱，但因制冷劑經節流閥節流后，變為氣液兩相，經過較長的輸送管道由主機到底服務器的蒸發器時，因管道太長，使得制冷劑的壓降較大，蒸發溫度降低，壓縮機回氣過熱度增大，機組的效率難以提高，同時進入蒸發器中的制冷劑為氣液兩相，在蒸發器中蒸發換熱時，因為氣相的存在，影響了蒸發器的換熱系數，使得蒸發器的面積沒能充分利用。因此，如何解決常規利用冷風散熱的機房空調系統散熱密度小，風機能耗大，普通利用制冷劑蒸發散熱的機房空調系統存在的蒸發壓降大，回氣溫度高以及由于以氣液兩相進入蒸發器導致的蒸發器換熱系數較低，蒸發器換熱面積得不到充分利用等問題，設計出一種新型高效的基于機柜直接蒸發冷卻的機房空調系統成為本領域技術人員迫切需要解決的技術難題。
技術實現思路
技術問題：本專利技術的目的是提供一種解決常規利用冷風散熱的機房空調系統散熱密度小，風機能耗大，普通利用制冷劑蒸發散熱的機房空調系統存在的蒸發壓降大，回氣溫度高以及由于以氣液兩相進入蒸發器導致的蒸發器換熱系數較低，蒸發器換熱面積得不到充分利用等問題的新型高效的基于機柜直接蒸發冷卻的機房空調系統。技術方案：本專利技術的基于機柜直接蒸發冷卻的機房空調系統，包括制冷劑回路、回油回路和冷卻水回路三部分：所述制冷劑回路包括壓縮機，冷凝器，第一過冷器，第二過冷器，節流閥，低壓循環桶，第一變頻磁力泵，第一調節閥，第二調節閥，第三調節閥，第四調節閥，第一蒸發器，第二蒸發器，第三蒸發器，第四蒸發器，第一電磁閥，第二電磁閥及其相關連接管道，壓縮機、低壓循環桶、第一過冷器同時也是回油回路的部件，第二過冷器、冷凝器同時也是冷卻水回路的部件；所述制冷劑回路中，壓縮機輸出端與冷凝器制冷劑輸入端連接，冷凝器制冷劑第一輸出端與第一過冷器第一輸入端連接，冷凝器制冷劑第二輸出端通過第一電磁閥與第一變頻磁力泵的輸入端連接，第一過冷器第一輸出端與第二過冷器第一輸入端連接，第二過冷器第一輸出端經過節流閥與低壓循環桶第一輸入端連接，低壓循環桶第一輸出端與壓縮機第一輸入端連接，低壓循環桶第二輸出端與第二電磁閥、第一變頻磁力泵依次連接，第一變頻磁力泵的輸出端分成多路，一路通過第一調節閥與第一蒸發器的輸入端連接，一路通過第二調節閥與第二蒸發器的輸入端連接，一路通過第三調節閥與第三蒸發器的輸入端連接，一路通過第四調節閥與第四蒸發器的輸入端連接，第一蒸發器的輸出端、第二蒸發器的輸出端、第三蒸發器的輸出端和第四蒸發器的輸出端匯合后與低壓循環桶第二輸入端連接?；赜突芈钒ǖ蛪貉h桶、第五調節閥，第二變頻磁力泵，第一過冷器，第六調節閥，壓縮機及其相關連接管道?；赜突芈分校蛪貉h桶第三輸出端通過第五調節閥接第二變頻磁力泵的輸入端，第二變頻磁力泵的輸出端接第一過冷器第二輸入端，第一過冷器第二輸出端通過第六調節閥接壓縮機第二輸入端。在第一過冷器第二輸出端與第六調節閥之間的管路上裝有第二壓力傳感器、溫度傳感器。冷卻水回路部分包括冷凝器、變頻冷卻水泵、冷卻塔、第二過冷器、第七調節閥及相關連接管道，冷卻塔輸出端經過變頻冷卻水泵后分為兩路，一路與冷凝器冷卻水輸入端連接，冷凝器冷卻水輸出端與冷卻塔輸入端連接；另一路經過第七調節閥與第二過冷器第二輸入端連接，第二過冷器第二輸出端與冷卻塔輸入端連接。進一步的，本專利技術中，所述低壓循環桶上安裝有用于測量制冷劑液位、密度、氣體壓力的密度傳感器、液位傳感器和第一壓力傳感器。進一步的，本專利技術中，壓縮機為具有中間補氣功能的螺桿壓縮機或渦旋壓縮機。進一步的，本專利技術中，通過第二變頻磁力泵的頻率調節實現對低壓循環桶中的富油層制冷劑量的控制。進一步的，本專利技術中，通過變頻冷卻水泵的頻率調節實現對冷凝器中冷凝負荷變化的適應以及對冷凝溫度的控制。有益效果：本專利技術相對于常規機房空調系統，具有以下優點：本專利技術提出的基于機柜直接蒸發冷卻的機房空調系統，采取制冷劑直接輸送至服務器，利用服務器上所設置的蒸發器，由制冷劑直接蒸發冷卻服務器，相比常規通過送風冷卻的機房空調系統，具有散熱功率大、效率高，體積小等優點。相比常規制冷劑蒸發冷卻空調系統中因管道太長，使得蒸發器中制冷劑的壓降較大，蒸發溫度降低，壓縮機回氣過熱度增大，機組的效率較低以及因制冷劑是以氣液兩相進入蒸發器導致蒸發器換熱系數因氣相制冷劑存在而下降的不足，本專利技術的機房空調系統通過設置低壓循環桶并通過第一變頻磁力泵實現全部液體直接輸送至蒸發器，從而具有蒸發器中制冷劑壓降小，壓縮機回氣溫度低，換熱系統大等優點，并通過設置回油回路創造性的解決了系統的回油問題，使得系統具有綜合能效高的特點。附圖說明圖1是本專利技術空調系統示意圖。圖中有：壓縮機1，壓縮機第一輸入端1a，壓縮機輸出端1b，壓縮機第二輸入端1c，冷凝器2，冷凝器制冷劑輸入端2a，冷凝器制冷劑第一輸出端2b，冷凝器制冷劑第二輸出端2c，冷凝器冷卻水輸入端2d，冷凝器冷卻水輸出端2e，第一過冷器3，第一過冷器第一輸入端3a，第一過冷器第一輸出端3b，第一過冷器第二輸入端3c，第一過冷器第二輸出端3d，第二過冷器4，第二過冷器第一輸入端4a，第二過冷器第一輸出端4b，第二過冷器第二輸入端4c，第二過冷器第二輸出端4d，節流閥5，低壓循環桶6，低壓循環桶第一輸入端6a，低壓循環桶第一輸出端6b，低壓循環桶第二輸入端6c，低壓循環桶第二輸出端6d，低壓循環桶第三輸出端6e，第一變頻磁力泵7，第一調節閥8，第二調節閥9，第三調節閥10，第四調節閥11，第一蒸發器12、第二蒸發器13，第三蒸發器14，第四蒸發器15，第五調節閥16，第二變頻磁力泵17，密度傳感器18，液位傳感器19，第一壓力傳感器20，第二壓力傳感器21，溫度傳感器22，第六調節閥23，第七調節閥24，變頻冷卻水泵25，冷卻塔26，冷卻塔輸入端26a，冷卻塔輸出端26b，第一電磁閥27，第二電磁閥28。具體實施方式下面結合說明書附圖和實施例，對本專利技術做本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于機柜直接蒸發冷卻的機房空調系統，其特征在于：該系統包括制冷劑回路、回油回路和冷卻水回路；所述制冷劑回路包括壓縮機（1），冷凝器（2），第一過冷器（3），第二過冷器（4），節流閥（5），低壓循環桶（6），第一變頻磁力泵（7），第一調節閥（8），第二調節閥（9），第三調節閥（10），第四調節閥（11），第一蒸發器（12），第二蒸發器（13），第三蒸發器（14），第四蒸發器（15），第一電磁閥（27），第二電磁閥（28）及其相關連接管道，所述壓縮機（1）、低壓循環桶（6）、第一過冷器（3）同時也是回油回路的部件，所述第二過冷器（4）、冷凝器（2）同時也是冷卻水回路的部件；所述制冷劑回路中，壓縮機輸出端（1b）與冷凝器制冷劑輸入端（2a）連接，冷凝器制冷劑第一輸出端（2b）與第一過冷器第一輸入端（3a）連接，冷凝器制冷劑第二輸出端（2c）通過第一電磁閥（27）與第一變頻磁力泵（7）的輸入端連接，第一過冷器第一輸出端（3b）與第二過冷器第一輸入端（4a）連接，第二過冷器第一輸出端（4b）經過節流閥（5）與低壓循環桶第一輸入端（6a）連接，低壓循環桶第一輸出端（6b）與壓縮機第一輸入端（1a）連接，低壓循環桶第二輸出端（6d）與第二電磁閥（28）、第一變頻磁力泵（7）依次連接，第一變頻磁力泵（7）的輸出端分成多路，一路通過第一調節閥（8）與第一蒸發器（12）的輸入端連接，一路通過第二調節閥（9）與第二蒸發器（13）的輸入端連接，一路通過第三調節閥（10）與第三蒸發器（14）的輸入端連接，一路通過第四調節閥（11）與第四蒸發器（15）的輸入端連接，第一蒸發器（12）的輸出端、第二蒸發器（13）的輸出端、第三蒸發器（14）的輸出端和第四蒸發器（15）的輸出端匯合后與低壓循環桶第二輸入端（6c）連接；所述回油回路包括低壓循環桶（6）、第五調節閥（16），第二變頻磁力泵（17），第一過冷器（3），第六調節閥（23），壓縮機（1）及其相關連接管道；所述回油回路中，低壓循環桶第三輸出端（6e）通過第五調節閥（16）接第二變頻磁力泵（17）的輸入端，第二變頻磁力泵（17）的輸出端接第一過冷器第二輸入端（3c），第一過冷器第二輸出端（3d）通過第六調節閥（23）接壓縮機第二輸入端（1c），在第一過冷器第二輸出端（3d）與第六調節閥（23）之間的管路上裝有第二壓力傳感器（21）、溫度傳感器（22）；所述冷卻水回路部分包括冷凝器（2）、變頻冷卻水泵（25）、冷卻塔（26）、第二過冷器（4）、第七調節閥（24）及相關連接管道；所述冷卻水回路中，冷卻塔輸出端（26b）經過變頻冷卻水泵（25）后分為兩路，一路與冷凝器冷卻水輸入端（2d）連接，冷凝器冷卻水輸出端（2e）與冷卻塔輸入端（26a）連接；另一路經過第七調節閥（24）與第二過冷器第二輸入端（4c）連接，第二過冷器第二輸出端（4d）與冷卻塔輸入端（26a）連接。...

【技術特征摘要】
1.一種基于機柜直接蒸發冷卻的機房空調系統，其特征在于：該系統包括制冷劑回路、回油回路和冷卻水回路；所述制冷劑回路包括壓縮機（1），冷凝器（2），第一過冷器（3），第二過冷器（4），節流閥（5），低壓循環桶（6），第一變頻磁力泵（7），第一調節閥（8），第二調節閥（9），第三調節閥（10），第四調節閥（11），第一蒸發器（12），第二蒸發器（13），第三蒸發器（14），第四蒸發器（15），第一電磁閥（27），第二電磁閥（28）及其相關連接管道，所述壓縮機（1）、低壓循環桶（6）、第一過冷器（3）同時也是回油回路的部件，所述第二過冷器（4）、冷凝器（2）同時也是冷卻水回路的部件；所述制冷劑回路中，壓縮機輸出端（1b）與冷凝器制冷劑輸入端（2a）連接，冷凝器制冷劑第一輸出端（2b）與第一過冷器第一輸入端（3a）連接，冷凝器制冷劑第二輸出端（2c）通過第一電磁閥（27）與第一變頻磁力泵（7）的輸入端連接，第一過冷器第一輸出端（3b）與第二過冷器第一輸入端（4a）連接，第二過冷器第一輸出端（4b）經過節流閥（5）與低壓循環桶第一輸入端（6a）連接，低壓循環桶第一輸出端（6b）與壓縮機第一輸入端（1a）連接，低壓循環桶第二輸出端（6d）與第二電磁閥（28）、第一變頻磁力泵（7）依次連接，第一變頻磁力泵（7）的輸出端分成多路，一路通過第一調節閥（8）與第一蒸發器（12）的輸入端連接，一路通過第二調節閥（9）與第二蒸發器（13）的輸入端連接，一路通過第三調節閥（10）與第三蒸發器（14）的輸入端連接，一路通過第四調節閥（11）與第四蒸發器（15）的輸入端連接，第一蒸發器（12）的輸出端、第二蒸發器（13）的輸出端、第三蒸發器（14）的輸出端和第四蒸發器（15）的輸出端匯合后與低壓循環桶第二輸入端（6c）連接；所述回油回路包括低壓循環桶（6）、第五調節閥...

【專利技術屬性】
技術研發人員：梁彩華，凌善旭，張小松，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32