一种双冷源热管机柜冷却系统的制作方法-k8凯发

1.本技术涉及数据机房冷却技术领域，具体而言，涉及一种双冷源热管机柜冷却系统。


背景技术：

2.目前，随着云计算技术的快速发展，全球数据中心开始向着巨型化的方向发展，单机柜功率密度不断提高，
5kw、7kw、10kw功率机柜己逐步成为常规配置。
新一代数据中心表现为：规模更大、密度更高、制冷要求更高。
数据机房的高功率密度化对空调系统的制冷及机房散热提出了更高的要求，传统风冷式空调由于制冷量的限制以及制冷方式的局限己无法满足机房制冷需求。
通常地，现有的机柜冷却系统难以迅速带走服务器热量，且能耗较高。


技术实现要素：

3.本技术实施例的目的在于提供一种双冷源热管机柜冷却系统及控制方法，可以实现快速带走待冷却机柜的热量，以及降低能耗的技术效果。
4.第一方面，本技术实施例提供了一种双冷源热管机柜冷却系统，包括压缩机、蒸发式冷却装置、膨胀阀、多系统换热器和背板换热器组件；
5.所述压缩机的出口、所述蒸发式冷却装置、所述膨胀阀、所述多系统换热器的第一端入口、所述多系统换热器的第一端出口、所述压缩机的入口依次连接，且所述蒸发式冷却装置的冷却水循环机构分别连接所述多系统换热器的第二端入口、第二端出口；
6.所述背板换热器组件包括多个背板换热器，所述多个背板换热器的入口分别与所述多系统换热器的第三端出口连接，所述多个背板换热器的出口分别与所述多系统换热器的第三端入口连接，且所述背板换热器安装于对应的待冷却机柜。
7.在上述实现过程中，该双冷源热管机柜冷却系统通过蒸发式冷却装置搭配压缩机、背板换热器组件，其中背板换热器组件置于待冷却机柜、靠近热源，可迅速带走服务器所产生的热量；从而，在压缩机开启时由压缩机对待冷却机柜进行冷却，在压缩机关闭时利用蒸发式冷却装置原有的冷却系统可实现自然冷源，实现双冷源设计的同时进一步降能耗；从而，该双冷源热管机柜冷却系统可快速带走待冷却机柜的热量，以及降低能耗的技术效果。
8.进一步地，所述蒸发式冷却装置包括风机、布水器、板管式冷凝器、填料、水箱和水泵，所述风机、所述布水器、所述板管式冷凝器、所述填料、所述水箱从上至下依次层叠安装；
9.所述水泵的出口与所述布水器连接，所述水泵的入口分别与所述水箱、所述多系统换热器的第二端出口连接；所述水箱与所述多系统换热器的第二端入口连接。
10.在上述实现过程中，通过蒸发式冷却装置实现自然冷源的冷却，冷却水循环过程为：经过水泵输送布水器喷淋至板管式冷凝器的表面，下落至填料，下落过程中，在风机的
作用下，水与空气进行换热，水得到冷却，然后回到水箱、最后回到水泵继续循环。
11.进一步地，所述蒸发式冷却装置还包括单向阀，所述单向阀安装于所述水泵入口、所述多系统换热器的第二端出口之间。
12.进一步地，所述蒸发式冷却装置还包括第一阀门；
13.所述第一阀门的一端连接于所述水箱，所述第一阀门的另一端连接于所述水泵的入口。
14.进一步地，所述蒸发式冷却装置还包括第二阀门；
15.所述第二阀门连接于所述水箱和所述多系统换热器的第二端入口之间。
16.进一步地，所述多个背板换热器并联。
17.进一步地，所述多系统换热器为板式换热器。
18.第二方面，本技术实施例提供了一种双冷源热管机柜冷却控制方法，应用于第二方面所述的双冷源热管机柜冷却系统，所述控制方法包括：
19.获取背板换热器组件的回风温度数据、出风温度数据和环境湿球温度；
20.基于预设目标温度、所述回风温度数据、所述出风温度数据和所述环境湿球温度进行处理，获得冷负荷数据；
21.根据所述冷负荷数据确定所述双冷源热管机柜冷却系统的运行模式。
22.在上述实现过程中，通过背板换热器组件的回风温度数据、出风温度数据和环境湿球温度进行处理，基于背板换热器组件的回风温度数据、出风温度数据和环境湿球温度确定双冷源热管机柜冷却系统的运行模式，在保证冷却效率的同时降低能耗。
23.进一步地，所述运行模式包括自然冷源模式和机械制冷模式，所述自然冷源模式下压缩机关闭、第一阀门关闭且第二阀门开启；所述机械制冷模式下压缩机开启、第一阀门开启且第二阀门关闭。
24.进一步地，根据所述冷负荷数据确定所述双冷源热管机柜冷却系统的运行模式的步骤，包括：
25.控制所述双冷源热管机柜冷却系统预运行自然冷源模式，获得湿球温度数据；
26.判断所述湿球温度数据是否小于预设湿球温度，若是，则控制所述双冷源热管机柜冷却系统运行自然冷源模式；
27.若否，则根据所述湿球温度数据计算在自然冷源模式下所述双冷源热管机柜冷却系统的制冷量数据；
28.判断所述冷负荷数据是否小于所述制冷量数据，若是，则控制所述双冷源热管机柜冷却系统运行自然冷源模式；
29.若否，则控制所述双冷源热管机柜冷却系统运行机械制冷模式。
30.本技术公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本技术公开的上述技术即可得知。
31.为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
32.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使
用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
33.图1为本技术实施例提供的一种双冷源热管机柜冷却系统的结构示意图；
34.图2为本技术实施例提供的另一种双冷源热管机柜冷却系统的结构示意图；
35.图3为本技术实施例提供的一种双冷源热管机柜冷却控制方法的流程示意图；
36.图4为本技术实施例提供的另一种双冷源热管机柜冷却控制方法的流程示意图。
具体实施方式
37.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行描述。
38.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
同时，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
39.本技术实施例提供了一种双冷源热管机柜冷却系统及控制方法，可以应用于数据中心的机房冷却过程中；该双冷源热管机柜冷却系统通过蒸发式冷却装置搭配压缩机、背板换热器组件，其中背板换热器组件置于待冷却机柜、靠近热源，可迅速带走服务器所产生的热量；从而，在压缩机开启时由压缩机对待冷却机柜进行冷却，在压缩机关闭时利用蒸发式冷却装置原有的冷却系统可实现自然冷源，实现双冷源设计的同时进一步降能耗；从而，该双冷源热管机柜冷却系统可快速带走待冷却机柜的热量，以及降低能耗的技术效果。
40.请参见图1和图2，图1为本技术实施例提供的一种双冷源热管机柜冷却系统的结构示意图，图2为本技术实施例提供的另一种双冷源热管机柜冷却系统的结构示意图；其中，图1中双冷源热管机柜冷却系统的压缩机1开启、第一阀门
27开启、第二阀门
29关闭，运行机械制冷模式；图2中双冷源热管机柜冷却系统的压缩机1关闭、第一阀门
27关闭、第二阀门
29开启，运行自然冷源模式；
41.示例性地，压缩机1的出口、蒸发式冷却装置
2、膨胀阀
3、多系统换热器4的第一端入口、多系统换热器4的第一端出口、压缩机1的入口依次连接，且蒸发式冷却装置2的冷却水循环机构分别连接多系统换热器4的第二端入口、第二端出口；
42.示例性地，背板换热器组件5包括多个背板换热器
51，多个背板换热器
51的入口分别与多系统换热器4的第三端出口连接，多个背板换热器
51的出口分别与多系统换热器4的第三端入口连接，且背板换热器
51安装于对应的待冷却机柜。
43.可选地，背板换热器
51安装于待冷却机柜的机柜背门，即背板换热器置
51于机柜背面以靠近热源，从而迅速带走待冷却机柜的服务器所产生的热量。
44.在一些实施场景中，该双冷源热管机柜冷却系统通过蒸发式冷却装置2搭配压缩机
1、背板换热器组件5，其中背板换热器组件5置于待冷却机柜、靠近热源，可迅速带走服务器所产生的热量；从而，在压缩机1开启时由压缩机1对待冷却机柜进行冷却，在压缩机1关闭时利用蒸发式冷却装置2原有的冷却系统可实现自然冷源，实现双冷源设计的同时进一步降能耗；从而，该双冷源热管机柜冷却系统可快速带走待冷却机柜的热量，以及降低能耗的技术效果。
45.示例性地，蒸发式冷却装置2包括风机
21、布水器
22、板管式冷凝器
23、填料
24、水
箱
25和水泵
26，风机
21、布水器
22、板管式冷凝器
23、填料
24、水箱
25从上至下依次层叠安装；水泵
26的出口与布水器
22连接，水泵
26的入口分别与水箱
25、多系统换热器4的第二端出口连接；水箱
25与多系统换热器4的第二端入口连接。
46.示例性地，通过蒸发式冷却装置2实现自然冷源的冷却，冷却水循环过程为：经过水泵
26输送布水器
22喷淋至板管式冷凝器
23的表面，下落至填料
24，下落过程中，在风机
21的作用下，水与空气进行换热，水得到冷却，然后回到水箱
25、最后回到水泵
26继续循环。
47.示例性地，蒸发式冷却装置2还包括单向阀
28，单向阀
28安装于水泵
26入口、多系统换热器4的第二端出口之间。
48.示例性地，蒸发式冷却装置2还包括第一阀门
27；第一阀门
27的一端连接于水箱
25，第一阀门
27的另一端连接于水泵
26的入口。
49.示例性地，蒸发式冷却装置2还包括第二阀门
29；第二阀门
29连接于水箱
25和多系统换热器4的第二端入口之间。
50.在一些实施方式中，本技术实施例提供的双冷源热管机柜冷却系统包括两种运行模式：机械制冷模式和自然冷源模式；其中：
51.一、机械制冷模式：压缩机
1、第一阀门
27开启，第二阀门
29关闭，如图1所示；
52.压缩机1将制冷剂压缩成高温高压气体，然后进入蒸发式冷却装置2冷凝成制冷剂液体，经过膨胀阀3节流，然后进入多系统换热器4吸热蒸发成制冷剂气体，最后回到压缩机1完成循环；
53.背板换热器组件5内的工质吸收待冷却机柜内服务器的热量蒸发，然后进入多系统换热器4放热冷凝，完成工质的循环；
54.冷却水经过水泵
26输送至布水器
22喷淋至板管式冷凝器
23表面，水吸收制冷系统的冷凝热，在风机
21的作用下，一部分水蒸发到大气中，未蒸发的水滴经过填料
24的冷却降温，然后回到水箱
25，最后回到水泵
26继续循环；
55.二、自然冷源模式：压缩机
1、第一阀门
27关闭，第二阀门
29开启，如图2所示；
56.背板换热器组件5内的工质吸收待冷却机柜内服务器的热量蒸发，然后进入多系统换热器4放热冷凝，完成工质的循环；
57.冷却水经过水泵
26输送至布水器
22喷淋至板管式冷凝器
23的表面，下落至填料
24，下落过程中，在风机
21的作用下，水与空气进行换热，水得到冷却，然后经过第二阀门
29进入多系统换热器4吸收热量，最后回到水泵
26继续循环。
58.示例性地，多个背板换热器
51并联。
59.示例性地，多系统换热器4为板式换热器。
60.请参见图3，图3为本技术实施例提供的一种双冷源热管机柜冷却控制方法的流程示意图，该双冷源热管机柜冷却控制方法应用于图1或图2所示的双冷源热管机柜冷却系统，包括如下步骤：
61.s100
：获取背板换热器组件的回风温度数据、出风温度数据和环境湿球温度；
62.s200
：基于预设目标温度、回风温度数据、出风温度数据和环境湿球温度进行处理，获得冷负荷数据；
63.s300
：根据冷负荷数据确定双冷源热管机柜冷却系统的运行模式。
64.示例性地，通过背板换热器组件的回风温度数据、出风温度数据和环境湿球温度
进行处理，基于背板换热器组件的回风温度数据、出风温度数据和环境湿球温度确定双冷源热管机柜冷却系统的运行模式，在保证冷却效率的同时降低能耗。
65.请参见图4，图4为本技术实施例提供的另一种双冷源热管机柜冷却控制方法的流程示意图。
66.示例性地，运行模式包括自然冷源模式和机械制冷模式，自然冷源模式下压缩机关闭、第一阀门关闭且第二阀门开启；机械制冷模式下压缩机开启、第一阀门开启且第二阀门关闭。
67.示例性地，s300
：根据冷负荷数据确定双冷源热管机柜冷却系统的运行模式的步骤，包括：
68.s310：控制双冷源热管机柜冷却系统预运行自然冷源模式，获得湿球温度数据；
69.s320
：判断湿球温度数据是否小于预设湿球温度；
70.若是，则s330
：控制双冷源热管机柜冷却系统运行自然冷源模式；
71.若否，则s340
：根据湿球温度数据计算在自然冷源模式下双冷源热管机柜冷却系统的制冷量数据；
72.s350
：判断冷负荷数据是否小于制冷量数据；
73.若是，则s330
：控制双冷源热管机柜冷却系统运行自然冷源模式；
74.若否，则s360
：控制双冷源热管机柜冷却系统运行机械制冷模式。
75.示例性地，本技术实施例提供的双冷源热管机柜冷却系统及控制方法，至少包括如下有益效果：
76.1、背板换热器置于机柜背面靠近热源，迅速带走待冷却机构内服务器热量；
77.2、利用蒸发式冷凝机组原有的冷却系统可实现自然冷源，进一步降低数据机房能耗；
78.3、提供该系统的控制方式，可稳定运行，最大限度发挥自然冷源的效果，降低能耗。
79.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本技术的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。
在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。
也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。
例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。
也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
80.另外，在本技术各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
81.所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计
算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。
而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
82.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。
凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
83.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。
因此，本技术的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
84.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。