CN111328247B - 一种相变冷却系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种相变冷却系统，涉及制冷技术领域。具体实现方案为：包括压缩机、蒸发冷凝器、氟泵、回热器、第一节流阀及蒸发器，回热器包括第一入口、第二入口、第一出口和第二出口；蒸发冷凝器连通于压缩机与氟泵之间，回热器通过第一入口和第一出口，连通于氟泵和第一节流阀之间，回热器通过第二入口与第二出口连通于蒸发器与压缩机之间，第一节流阀与蒸发器连通于第一出口与第二入口之间，且第一节流阀连通于第一出口与蒸发器之间。通过回热器进行降温可使流入蒸发器的制冷剂液体温度降低，对于更低的温度的制冷剂液体，需要吸收更多热量将其蒸发为气体，空气中更多的热量被蒸发器吸收，从而可增大制冷量，如此，在制冷过程中，可降低能耗。

Description

一种相变冷却系统

技术领域

本申请涉及数据中心的制冷技术领域，尤其涉及一种相变冷却系统。

背景技术

随着互联网技术发展，近年来对数据中心的需求量越来越大，数据中心工作时会产生大量的热，为了维护数据中心的正常运行，需对数据中心进行制冷散热。

然而，目前现有的数据中心制冷系统一般采用传统的冷冻水系统，传统的冷冻水系统，由冷却塔、冷却水泵、冷水机组、冷冻水泵及末端空调组成，冷冻水循环通过冷水机组制冷制出冷冻水，之后通过水泵提供动力，将冷冻水提供至房间精密空调，通过将回风冷却为机房制冷；冷却水系统通过水泵将冷水机组产生的热量送至冷却塔，通过室外风冷却冷却水供水，将热量输送至大气。但是这种制冷系统耗能较大，节能性较差。

发明内容

本申请提供一种相变冷却系统、装置和电子设备，以解决现有制冷方案中节能性较差的问题。

第一方面，本申请一个实施例提供一种相变冷却系统，包括：压缩机、蒸发冷凝器、氟泵、回热器、第一节流阀以及蒸发器，所述回热器包括第一入口、第二入口、第一出口和第二出口；

其中，所述蒸发冷凝器连通于所述压缩机与所述氟泵之间，所述回热器通过所述第一入口和所述第一出口，连通于所述氟泵和所述第一节流阀之间，所述回热器通过所述第二入口与所述第二出口连通于所述蒸发器与所述压缩机之间，所述第一节流阀与所述蒸发器连通于所述第一出口与所述第二入口之间，且所述第一节流阀连通于所述第一出口与所述蒸发器之间。

本申请实施例的相变冷却系统中，蒸发器吸热蒸发第一节流阀流出的制冷剂液体形成制冷剂气体，实现制冷，由于相变冷却系统设有回热器，蒸发冷凝器冷凝得到的液体经过回热器进行冷却，即经过回热器液体温度降低，然后再经过第一节流阀节流为制冷剂液体流入蒸发器，通过回热器进行降温可使流入蒸发器的制冷剂液体温度降低，对于更低的温度的制冷剂液体，需要吸收更多的热量将其蒸发为气体，即空气中更多的热量被蒸发器吸收，从而可增大制冷量，如此，在制冷过程中，可降低能耗。

可选的，所述压缩机为无油压缩机。

无油压缩机指的是在压缩机汽缸内不用润滑油的压缩机，由于在运行中，无润滑油与压缩气源接触，因此排出的气体绝不含油气。通过采用无油压缩机可避免由于压缩机回油问题影响制冷系统制冷的问题，提高制冷效果。

可选的，所述第一节流阀为第一电子膨胀阀。

即在制冷过程中，电子膨胀阀的调节反应快，可提高制冷效率。

可选的，所述蒸发器包括第一环管、第二环管以及换热器，所述换热器包括连通的第一端口和第二端口，所述第一环管连通所述第一节流阀，所述第二环管连通所述第二入口，所述换热器的第一端口与所述第一环管连通，所述换热器的第二端口与所述第二环管连通。

第一节流阀节流得到的制冷剂液体流入蒸发器的第一环管，制冷剂液体经第一端口流入换热器，经吸热蒸发得到制冷剂气体，制冷剂气体经第二端口流入第二环管，制冷剂气体通过第二环管流入回热器的第二入口，经第二入口流入回热器。蒸发器通过第一环管导液，通过第二环管导气，使整个制冷过程有效进行。

可选的，所述换热器还包括换热背板、第一接头、第二接头、温度传感器以及第二节流阀，所述换热背板包括所述第一端口和所述第二端口，所述第一接头通过所述第二节流阀与所述第一端口连通，所述第二接头与所述第二端口连通，所述第二接头与第二端口的连通管路上设有温度传感器，温度传感器与所述第二节流阀连接，所述第一接头连通所述第一环管，所述第二接头连通所述第二环管。

蒸发器的换热器采用背板方式，以增大换热面积，实现就近冷却，提高整体换热效果，从而提高整个制冷系统的制冷效果。且温度传感器7与第二节流阀连接，第二节流阀根据温度传感器7采集的温度进行开度调节，使换热器工作过程更加适应当前温度，提高换热器吸热蒸发效果。

可选的，所述换热器还包括第一阀门和第二阀门，所述第一阀门连接于所述第一端口与所述第一接头之间，所述第二阀门连接于所述第二节流阀与所述第二接头之间。

通过第一阀门可控制第一端口与第一接头之间的通断，通过第二阀门可控制第二端口与第二接头之间的通断，以便于对换热器中第一端口和第一接头之间的制冷剂液体的流动控制，以及便于对换热器中第二端口和第二接头之间的制冷剂气体的流动控制。

可选的，所述第二节流阀为第二电子膨胀阀。

即在制冷过程中，电子膨胀阀的调节反应快，可提高制冷效率。

可选的，所述换热器的数量至少两个，每个所述换热器的第一端口与所述第一环管连通，每个所述换热器的第二端口与所述第二环管连通。

即蒸发器中的换热器有多个，通过多个换热器进行蒸发，可提高蒸发效率，从而提高制冷效率。

可选的，所述第一环管包括N个第三阀门以及N段管路，所述N段管路通过N个第三阀门连通，N为正整数。

在本实施例中，可保证每两个相邻的第三阀门之间的管路连接至少一个换热器，提高第一环管中的制冷剂液体蒸发的均匀性，使蒸发更加稳定。

可选的，所述第二环管包括M个第四阀门以及M段管路，所述M段管路通过M个第四阀门连通，M为正整数。

在本实施例中，可保证每两个相邻的第四阀门之间的管路连接至少一个换热器，使换热器蒸发得到的制冷剂气体更加均匀，提高制冷效果。

附图说明

附图用于更好地理解本方案，不构成对本申请的限定。其中：

图1是本申请提供的一个实施例的相变冷却系统的示意图；

图2是本申请提供的一个实施例的相变制冷系统中蒸发器的示意图；

图3是本申请提供的一个实施例的相变制冷系统中蒸发器中换热器的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本申请的示范性实施例做出说明，其中包括本申请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，而不会背离本申请的范围和精神。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。

如图1所示，根据本申请的实施例，提供一种相变冷却系统，可应用数据中心，对数据中心进行制冷，该系统包括：压缩机110、蒸发冷凝器120、氟泵130、回热器140、第一节流阀150以及蒸发器160，回热器140包括第一入口r1、第二入口r2、第一出口t1和第二出口t2。

其中，蒸发冷凝器120连通于压缩机110与氟泵130之间，回热器140通过第一入口r1和第一出口t1，连通于氟泵130和第一节流阀150之间，回热器140通过第二入口r2与第二出口t2连通于蒸发器160与压缩机110之间，第一节流阀150与蒸发器160连通于第一出口t1与第二入口r2之间，且第一节流阀150连通于第一出口t1与蒸发器160之间。

蒸发器160的制冷剂气体经回热器140升温(可以理解为加热)后流入压缩机110，升温后的制冷剂气体经压缩机110升温和升压后流入蒸发冷凝器120，升温和升压后的制冷剂气体在蒸发冷凝器120中冷凝为液体流入回热器140，蒸发冷凝器120冷凝过程需要释放热量，可将释放的热量排出，实现室外侧风循环。蒸发冷凝气冷凝得到的液体通过氟泵130提供动力，流入回热器140，液体经过回热器140降温(可以理解为冷却)后经第一节流阀150节流为制冷剂液体，即液体经过回热器140降温后，在第一节流阀150的作用下降温和降压得到制冷剂液体，制冷剂液体流入蒸发器160中，经过蒸发器160吸热蒸发为制冷剂气体，蒸发器160需要吸热蒸发，即从室内空气中吸收热量，从而实现制冷目的，蒸发器160实现室内侧风循环。蒸发器160的制冷剂气体再流入回热器140进行下一循环，从而达到循环制冷的目的，氟泵130用于提供动力，即为循环制冷提供动力，例如，为冷凝器流出的液体提供动力，将该液体送至回热器140。

本申请实施例的相变冷却系统中，蒸发器160吸热蒸发第一节流阀150流出的制冷剂液体形成制冷剂气体，实现制冷，由于相变冷却系统设有回热器140，蒸发冷凝器120冷凝得到的液体经过回热器140进行冷却，即经过回热器140液体温度降低，然后再经过第一节流阀150节流为制冷剂液体流入蒸发器160，通过回热器140进行降温可使流入蒸发器160制冷剂液体温度降低，对于更低的温度的制冷剂液体，需要吸收更多的热量将其蒸发为气体，即空气中更多的热量被蒸发器160吸收，从而可增大制冷量，如此，在制冷过程中，可降低能耗。与此同时，通过回热器140，可将蒸发器160的制冷剂气体进行升温后再流入压缩机110，可确保流入压缩机110的制冷剂气体的温度，使压缩机110吸气过热，避免液击。

可选的，压缩机110为无油压缩机。无油压缩机指的是在压缩机110汽缸内不用润滑油的压缩机110，由于在运行中，无润滑油与压缩气源接触，因此排出的气体绝不含油气。通过采用无油压缩机可避免由于压缩机110回油问题影响制冷系统制冷的问题，提高制冷效果。

可选的，第一节流阀150为第一电子膨胀阀。电子膨胀阀利用被调节参数产生的电信号，控制施加于膨胀阀上的电压或电流，进而达到调节供液量的目的。制冷系统制冷供液量调节范围宽，要求调节反应快，传统的节流装置(如热力膨胀阀)难以良好胜任，而电子膨胀阀可以很好地满足要求，即在制冷过程中，电子膨胀阀的调节反应快，可提高制冷效率。

可选的，如图2所示，蒸发器160包括第一环管161、第二环管162以及换热器163，换热器163包括连通的第一端口1631和第二端口1632，第一环管161连通第一节流阀150，第二环管162连通第二入口r2，换热器163的第一端口1631与第一环管161连通，换热器163的第二端口1632与第二环管162连通。

可以理解，第一环管161与第二环管162之间通过换热器163连通，第一节流阀150节流得到的制冷剂液体流入蒸发器160的第一环管161，制冷剂液体经第一端口1631流入换热器163，经吸热蒸发得到制冷剂气体，制冷剂气体经第二端口1632流入第二环管162，制冷剂气体通过第二环管162流入回热器140的第二入口r2，经第二入口r2流入回热器140。蒸发器160通过第一环管161导液，通过第二环管162导气，使整个制冷过程有效进行。

可选的，如图2和3所示，换热器163还包括换热背板1633、第一接头1634、第二接头1635、温度传感器1637以及第二节流阀1636，换热背板1633包括第一端口1631和第二端口1632，第一接头1634通过第二节流阀1636与第一端口1631连通，第二接头1635与第二端口1632连通，第二接头1635与第二端口1632的连通管路上设有温度传感器1637，温度传感器1637与第二节流阀1636连接，第一接头1634连通第一环管161，第二接头1635连通第二环管162。

制冷剂液体经第一接头1634和第一端口1631流入换热背板1633，经吸热蒸发得到制冷剂气体，制冷剂气体经第二端口1632和第二接头1635流入第二环管162，制冷剂气体通过第二环管162流入回热器140的第二入口r2，经第二入口r2流入回热器140。

蒸发器160的换热器163采用背板方式，以增大换热面积，实现就近冷却，提高整体换热效果，从而提高整个制冷系统的制冷效果。且温度传感器1637与第二节流阀1636连接，第二节流阀1636根据温度传感器1637采集的温度进行开度调节，使换热器163工作过程更加适应当前温度，提高换热器163吸热蒸发效果。

作为一个示例，第一接头1634与第一端口1631通过第一连接软管1638连通，第二接头1635与第二端口1632通过第二连接软管1639连通。

可选的，换热器163还包括第一阀门f1和第二阀门2，第一阀门f1连接于第一端口1631与第一接头1634之间，第二阀门2连接于第二节流阀1636与第二接头1635之间。

第一阀门f1可设置在第一端口1631与第一接头1634之间的第一连接软管1638中，通过第一阀门f1可控制第一端口1631与第一接头1634之间的通断，第二阀门2可设置在第二端口1632与第二接头1635之间的第二连接软管1639中，通过第二阀门2可控制第二端口1632与第二接头1635之间的通断，以便于对换热器163中第一端口1631和第一接头1634之间的制冷剂液体的流动控制，以及便于对换热器163中第二端口1632和第二接头1635之间的制冷剂气体的流动控制。作为一个示例，上述第一阀门f1可以为第一关断阀门，第二阀门2可以为第二关断阀门。

可选的，第二节流阀1636为第二电子膨胀阀。电子膨胀阀利用被调节参数产生的电信号，控制施加于膨胀阀上的电压或电流，进而达到调节供液量的目的。制冷系统制冷供液量调节范围宽，要求调节反应快，传统的节流装置(如热力膨胀阀)难以良好胜任，而电子膨胀阀可以很好地满足要求，即在制冷过程中，电子膨胀阀的调节反应快，可提高制冷效率。

可选的，继续参考图2，换热器163的数量至少两个，每个换热器163的第一端口1631与第一环管161连通，每个换热器163的第二端口1632与第二环管162连通。

即蒸发器160中的换热器163有多个，通过多个换热器163进行蒸发，可提高蒸发效率，从而提高制冷效率。

可选的，继续参考图2，第一环管161包括N个第三阀门以及N段管路，N段管路通过N个第三阀门连通。N为正整数，第一环管161的相邻两个第三阀门之间的管路连接至少一个换热器163。

每两个相邻的第三阀门之间有一段第一环管161的管路，两个相邻段管路之间通过一个第三阀门连通，在本实施例中，可保证每两个相邻的第三阀门之间的管路连接至少一个换热器163，提高第一环管161中的制冷剂液体蒸发的均匀性，使蒸发更加稳定。作为一个示例，第三阀门可以为第三关断阀门，具体可以为第三关断碟阀，第四阀门可以为第四关断阀门，具体可以为第四关断碟阀。

可选的，继续参考图2，第二环管162包括M个第四阀门以及M段管路，M段管路通过M个第四阀门连通。M为正整数，第二环管162的相邻两个第四阀门之间的管路连接至少一个换热器163。

每两个相邻的第四阀门之间有一段第二环管162管路，两个相邻段管路之间通过一个第四阀门连通，在本实施例中，可保证每两个相邻的第四阀门之间的管路连接至少一个换热器163，使换热器163蒸发得到的制冷剂气体更加均匀，提高制冷效果。

可选的，请继续参考图1，相变制冷系统还可包括设置在蒸发冷凝器120上的第一风扇以及设置在蒸发器160上的第二风扇，第二风扇将从室内空气中吸收的热量传递给蒸发器160进行蒸发，实现室内侧风循环，如此，蒸发器160可加快对空气的热量的吸收，使冷却效果更好，即蒸发器160通过第二风扇可加快对室内的空气的吸热，从而加快对室内的制冷。第一风扇将蒸发冷凝器120对制冷剂气体进行冷凝成制冷剂液体所释放的热量排出室外，实现室外侧风循环，加快蒸发冷凝器120的冷却。

上述具体实施方式，并不构成对本申请保护范围的限制。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。任何在本申请的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请保护范围之内。

Claims (6)

1.一种相变冷却系统，其特征在于，包括：压缩机、蒸发冷凝器、氟泵、回热器、第一节流阀以及蒸发器，所述回热器包括第一入口、第二入口、第一出口和第二出口；

其中，所述蒸发冷凝器连通于所述压缩机与所述氟泵之间，所述回热器通过所述第一入口和所述第一出口，连通于所述氟泵和所述第一节流阀之间，所述回热器通过所述第二入口与所述第二出口连通于所述蒸发器与所述压缩机之间，所述第一节流阀与所述蒸发器连通于所述第一出口与所述第二入口之间，且所述第一节流阀连通于所述第一出口与所述蒸发器之间；

所述蒸发器包括第一环管、第二环管以及换热器，所述换热器包括连通的第一端口和第二端口，所述第一环管连通所述第一节流阀，所述第二环管连通所述第二入口，所述换热器的第一端口与所述第一环管连通，所述换热器的第二端口与所述第二环管连通；其中，所述第一节流阀节流得到的制冷剂液体流入所述第一环管，制冷剂液体经所述第一端口流入所述换热器，经吸热蒸发得到制冷机气体，制冷剂气体经第二端口流入所述第二环管，进而所述蒸发器通过所述第一环管导液，通过所述第二环管导气以实现制冷；

所述换热器还包括换热背板、第一接头、第二接头、温度传感器以及第二节流阀，所述换热背板包括所述第一端口和所述第二端口，所述第一接头通过所述第二节流阀与所述第一端口连通，所述第二接头与所述第二端口连通，所述第二接头与第二端口的连通管路上设有温度传感器，所述温度传感器与所述第二节流阀连接，所述第二节流阀根据所述温度传感器采集的温度进行开度调节，所述第一接头连通所述第一环管，所述第二接头连通所述第二环管；

所述第一环管包括N个第三阀门以及N段管路，所述N段管路通过N个第三阀门连通，每两个相邻的第三阀门之间管路连接至少一个所述换热器，N为正整数；所述第二环管包括M个第四阀门以及M段管路，所述M段管路通过M个第四阀门连通，每两个相邻的第四阀门之间管路连接至少一个所述换热器，M为正整数；

所述蒸发冷凝器上设有第一风扇，所述蒸发器上设有第二风扇，所述第二风扇用于将从室内空气中吸收的热量传递给蒸发器进行蒸发，以实现室内侧风循环；所述第一风扇将所述蒸发冷凝器对制冷剂气体进行冷凝成制冷剂液体所释放的热量排出室外，以实现室外侧风循环。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述压缩机为无油压缩机。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一节流阀为第一电子膨胀阀。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述换热器还包括第一阀门和第二阀门，所述第一阀门连接于所述第一端口与所述第一接头之间，所述第二阀门连接于所述第二节流阀与所述第二接头之间。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二节流阀为第二电子膨胀阀。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述换热器的数量至少两个，每个所述换热器的第一端口与所述第一环管连通，每个所述换热器的第二端口与所述第二环管连通。

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