二氧化碳制冷系统和方法

技术领域

本公开涉及制冷技术领域，尤其涉及数据中心室内制冷技术，具体涉及一种二氧化碳制冷系统和方法。

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，而数据中心大量的服务器运转，则会产生大量的热量，因此需要为数据中心运转的服务器提供统一的制冷系统，以避免由于产生的大量热量导致的功耗增大。

发明内容

本公开提供了一种二氧化碳制冷系统和方法。

根据本公开的第一方面，提供了一种二氧化碳制冷系统，所述系统包括：蒸发冷凝器和背板换热末端；

所述背板换热末端具有第一换热器，所述第一换热器用于液态二氧化碳与室内热量进行第一次热交换，得到承载室内热量的气态二氧化碳；

所述蒸发冷凝器具有控制装置，且表面设置有喷淋湿膜，所述控制装置用于根据预设湿球温度控制所述喷淋湿膜的开启和关闭，所述喷淋湿膜用于对湿球温度高于预设湿球温度的室外气体进行加湿，以使所述室外气体小于或等于预设湿球温度；

所述蒸发冷凝器还具有第二换热器，所述第二换热器用于承载室内热量的气态二氧化碳与小于或等于所述预设湿球温度的所述室外气体进行第二次热交换，得到液态二氧化碳。

根据本公开的第二方面，提供了二氧化碳制冷方法，所述方法包括：基于背板换热末端的第一换热器，对液态二氧化碳与室内热量进行第一次热交换，得到承载室内热量的气态二氧化碳；响应于室外气体大于预设湿球温度，确定控制装置控制喷淋湿膜对所述室外气体进行加湿，以使所述室外气体小于或等于预设湿球温度；根据蒸发冷凝器的第二换热器，将小于或等于预设湿球温度的所述室外气体与承载室内热量的气态二氧化碳进行第二次热交换，得到液态二氧化碳。

根据本公开的第三方面，提供了一种电子设备，包括：

至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行第二方面所述的方法。

根据本公开的第四方面，提供了一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其中，所述计算机指令用于使所述计算机执行根据第二方面所述的方法。

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

附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定。其中：

图1是本公开实施例提供的采用水制冷的流程示意图；

图2是本公开实施例提供的二氧化碳制冷系统的结构示意图；

图3是本公开实施例提供的蒸发冷凝器的原理示意图；

图4是本公开实施例提供的背板换热末端结构示意图；

图5是本公开实施例提供的二氧化碳制冷方法的流程示意图；

其中，1-冷却塔，2-关断阀，3-冷水机组，4-水泵，5-空调末端，6-主水泵，7-冷却水泵，8-蒸发冷凝器，9-储液罐，10-二氧化碳液泵，11-第一电子膨胀阀，12-背板换热末端，13-过滤器，14-二氧化碳无油压缩机，15-线圈，16-风机，17-排风，18-喷淋湿膜，19-冷却风，20-室外气体，21-布水器，22-第二换热器，23-供液管网，24-关断阀门，25-回气管网，26-关断球阀，27-第二电子膨胀阀，28-压力传感器，29-温度传感器。

具体实施方式

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。

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，而数据中心大量的服务器运转，则会产生大量的热量，因此需要为数据中心进行降温。在降温过程中，为达到数据中心绿色节能的效果，相关技术中，多采用水作为制冷系统载冷剂。图1示出了本公开实施例提供的采用水制冷的流程示意图。

如图1所示，数据中心的操作控制单元(Operator Control Unit，OCU)冷却方案由冷却塔1、冷水机组3、水泵4和空调末端5的末端换热器组成，关断阀2可以控制水流。其原理可以理解为，系统中的水温为一定温度的水资源(例如15℃)通过空调末端5的末端换热器与室内热源进行换热，得到承载室内热量的水资源(例如，21℃的水资源)，通过主水泵6将21℃的水资源输出至冷水机组3。冷水机组3通过处理得到指定温度(例如，39℃)的水资源，制冷循环将39℃的水资源最后通过冷却塔1与室外温度进行热交换，将热交换后的热量散到大气环境中，得到例如33℃的水资源。冷却水泵7将输出33℃的水资源至冷水机组3，通过冷水机组3再次降温回至15℃的水资源，以此循环。

但是，如果采用水作为制冷系统的制冷剂，单位体积载冷能力有限，系统功耗较大，系统室外冷却塔1采用蒸发换热，耗水量大，因此，存在一定的环保问题。

基于上述技术问题，本公开提供一种采用二氧化碳(CO2)作为制冷剂的制冷系统。利用绝热相变循环降低数据中心水耗能耗，通过CO2状态的转换实现室内的制冷，且CO2作为自然物，不会对环境产生影响。尤其是针对采用水作为载冷剂的数据中心，解决了采用水作为载冷剂的制冷系统能耗高，耗水资源大的问题。

需要说明的是，本公开对应用领域不进行限制，本公开仅仅是以数据中心为例，对本公开提供的二氧化碳制冷系统进行说明。

图2示出了本公开实施例提供的二氧化碳制冷系统的结构示意图，如图2所示，包括：二氧化碳液泵10、二氧化碳无油压缩机14、蒸发冷凝器8和背板换热末端12。

在本公开中，蒸发冷凝器8置于室外，背板换热末端12置于室内。二化碳液泵用于将液态二氧化碳输出至背板换热末端12；二氧化碳无油压缩机14用于压缩承载室内热量的气态二氧化碳。

其中，二氧化碳无油压缩机14的一端与蒸发冷凝器8的一端连接，二氧化碳液泵10的一端通过储液罐9与蒸发冷凝器8的另一端连接。

二氧化碳无油压缩机14的另一端通过过滤器13与背板换热末端12的一端，背板换热末端12的另一端通过第一电子膨胀阀11与所述二氧化碳液泵10的另一端连接。本公开中采用二氧化碳无油压缩机14可以有效避免回油问题。

在本公开实施例中，背板换热末端12具有第一换热器，第一换热器用于液态二氧化碳与室内热量进行第一次热交换，得到承载室内热量的气态二氧化碳。

在本公开实施例中，图3示出了本公开实施例提供的蒸发冷凝器的原理示意图。蒸发冷凝器8具有控制装置，且表面设置有喷淋湿膜18，控制装置用于根据预设湿球温度控制喷淋湿膜18的开启和关闭，喷淋湿膜18用于对室外气体20进行加湿，以使湿球温度高于预设湿球温度的室外气体20小于或等于预设湿球温度。在本公开中，预设湿球温度可以是23摄氏度，室外气体20可以是室外风。

其中，在本公开中，通过控制装置来控制喷淋湿膜18，可以实现针对喷淋湿膜18的两种运行模式。在一种运行模式中，若室外气体20的湿球温度低于或等于预设湿球温度时，可以采用干冷却模式。即，蒸发冷凝器8中获取的室外气体20不需要经过喷淋湿膜18的加湿降温，直接与蒸发冷凝器8中的第二换热器22进行热交换，执行换热降温。在另一种运行模式中，若室外气体20的湿球温度高于预设湿球温度时，可以采用湿冷却模式。即，蒸发冷凝器8中获取的室外气体20需要经过喷淋湿膜18的加湿降温，在室外气体20温度小于或等于预设湿球温度时，与蒸发冷凝器8中的第二换热器22进行热交换，执行换热降温。

在本公开实施例中，通过控制喷淋湿膜18的开关，不需要全时间打开喷淋湿膜18，从而可以降低系统功耗。

在本公开中，蒸发冷凝器8还具有第二换热器22，换热器用于承载室内热量的气态二氧化碳与预设湿球温度的室外气体20进行第二次热交换，得到液态二氧化碳。

其中，蒸发冷凝器8可以是绝热蒸发冷凝器，如图2所示，在本公开中，可以采用线圈15作为背板换热末端12的第一换热器也可以采用线圈15作为蒸发冷凝器8的第二换热器22。

在该蒸发冷凝器8中管路内气态的制冷剂(即，气态二氧化碳)与室外的空气进行相变换热，之后，由气态二氧化碳变为液态二氧化碳。液态二氧化碳通过二氧化碳液泵10提供动力，将液态二氧化碳输出至每个背板换热末端12进液口。液态二氧化碳再通过第一电子膨胀阀11进行节流，进入换热盘管中，即进入背板换热末端12的供液管网23中。再供液管网23与室回风热交换后返回该蒸发冷凝器8中，形成一个循环的制冷系统。

在本公开中，蒸发冷凝器8还包括：风机16和布水器21。

布水器21设置于所述喷淋湿膜18和第二换热器22之间，用于过滤室外气体20。风机16置于蒸发冷凝器8排风出口，用于排出第二次热交换后的气体，如图3中的排风17。

如图3所示，室外风(即，室外气体20)小于或等于预设湿球温度之后，通过布水器21进入形成冷却风19。冷却风19与第二换热器22进行接触换热，并将热量通过风机16排出，得到排风17，散发到大气中。

在本公开实施例中，图4示出了本公开实施例提供的背板换热末端12结构示意图。如图4所示，二氧化碳制冷系统还包括：供液管网23、关断阀门24、回气管网25、关断球阀26、第二电子膨胀阀27、压力传感器28和温度传感器29。

每个背板换热末端12安装有关断球阀26、第二电子膨胀阀27、压力传感器28和温度传感器29。每个背板换热末端12的一端通过关断球阀26和第二电子膨胀阀27与所述回气管网25连接；每个背板换热末端12的一端通过压力传感器28和温度传感器29与供液管网23连接。多个关断阀门24设置于供液管网23与回气管网(25)上。例如，在供液管网23和回气管网25上，连接的每两个背板换热末端12之间安装一个关断阀门24。

在本公开中，设置于供液管网23上的关断阀门24，可以控制液态二氧化碳是否输入到供液管网23，以及控制液态二氧化碳在供液管网23中的流向。避免液态二氧化碳流向故障的供液管网23中，设置于回气管网25的关断阀门24，可以控制回气管网25排气，也可以防止气体回流，从而设置在供液管网23和回气管网25上的关断阀门24可以实现故障隔离的作用。

图5示出了本公开实施例提供的二氧化碳制冷方法的流程示意图，如图5所示，包括以下步骤：

在步骤S110中，基于背板换热末端的第一换热器，对液态二氧化碳与室内热量进行第一次热交换，得到承载室内热量的气态二氧化碳。

在本公开实施例中，基于数据中心的背板换热末端12的第一换热器，使得液态二氧化碳与室内热量进行第一次热交换，得到承载室内热量的气态二氧化碳。

在步骤S120中，响应于室外气体大于预设湿球温度，确定控制装置控制喷淋湿膜对室外气体进行加湿，以使室外气体小于或等于预设湿球温度。

在本公开实施例中，控制装置用于根据预设湿球温度控制喷淋湿膜18的开启或关闭，喷淋湿膜18用于对湿球温度高于预设湿球温度的室外气体20进行加湿，以使室外气体20的温度降温至小于或等于预设湿球温度。在本公开中，在室外气体20高于预设湿球温度，即室外气体20高于23摄氏度时，开启喷淋湿膜18，对室外气体20进行加湿，使其温度小于或等于预设湿球温度。

在步骤S130中，根据蒸发冷凝器的第二换热器，将小于或等于预设湿球温度的室外气体与承载室内热量的气态二氧化碳进行第二次热交换，得到液态二氧化碳。

在本公开实施例中，二氧化碳无油压缩机14将承载室内热量的气态二氧化碳输出到安装在室外的蒸发冷凝器8，通过蒸发冷凝器8包括的第二换热器22将承载室内热量的气态二氧化碳与小于或等于预设湿球温度的室外气体20进行热交换，并将交换后的热量排至大气中。之后将热交换之后的气态二氧化碳进行压缩，得到液态二氧化碳。

通过本公开实施例提供的二氧化碳制冷方法，可以循环利用二氧化碳，且在循环制冷过程中，不会产生有害物，对环境没有影响，从而可以减少水资源的浪费。过程中通过控制喷淋湿膜18湿球温度高于预设湿球温度的室外气体20进行加湿降温，可以避免喷淋湿膜18全时处于开启状态，从而减少功率的消耗。

在本公开实施例中，还可以将得到的液态二氧化碳存储于储液罐9中。并基于第二电子膨胀阀27获取的电信号，调节储液罐9输出液态二氧化碳的数值，进行调流，二氧化碳液泵10将液态二氧化碳输出至背板换热末端12。

之后，基于背板换热末端12的第一换热器，将液态二氧化碳与室内热量进行第一次热交换，并基于过滤器13对第一次热交换的气态二氧化碳进行过滤。将过滤之后的气态二氧化碳，基于二氧化碳无油压缩机14进行压缩之后，输出至蒸发冷凝器8中，蒸发冷凝器8得到承载室内热量的气态二氧化碳。

蒸发冷凝器8的布水器21对小于或等于预设湿球温度的室外气体20进行过滤，并通过第二换热器22将过滤后的室外气体20与承载室内热量的气态二氧化碳进行第二次热交换，得到液态二氧化碳和承载室内热量的气体。将第二次换热之后承载室内热量的气体通过风机16排到大气中。

在本公开实施例中，还可以基于压力传感器28和温度传感器29，控制每个背板换热末端12安装的关断球阀26、第二电子膨胀阀27的状态。基于关断球阀26、第二电子膨胀阀27的状态，确定板换热末端与供液管网23的连接或断开。基于上述关断阀门24，控制所述背板换热末端12与回气管网25的连接或断开。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

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。