JP7147005B2

JP7147005B2 - 冷却システム

Info

Publication number: JP7147005B2
Application number: JP2021086787A
Authority: JP
Inventors: ルオ，ジミン; ドゥアン，イーイー; イー，ビン; リー，シャオゾン
Original assignee: Beijing Baidu Netcom Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Baidu Netcom Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2020-06-11
Filing date: 2021-05-24
Publication date: 2022-10-04
Anticipated expiration: 2041-05-24
Also published as: JP2021120615A; EP3832232A2; KR102561513B1; KR20210040865A; EP3832232A3; US20210207855A1; EP3832232B1; US11781790B2

Description

本開示は、熱交換技術の分野に関するものであり、特に、クラウドコンピューティング、クラウドストレージ、ビッグデータコンピューティング、ディープラーニング、画像処理などのアプリケーションのデータセンターに使用できる（含むがこれらに限定されない）冷却技術の分野に関するものである。

インターネット技術の発展に伴い、近年、クラウドコンピューティング、クラウドストレージ、ビッグデータコンピューティング、ディープラーニング、画像処理などのアプリケーションのデータセンターに使用できる（含むがこれらに限定されない）冷却に対して要求がますます高まっている。関連技術では、データセンターの冷却方式は、従来の冷水データセンター設計案を多く使用しているが、全体的な省エネ効果が劣っている。一方、より省エネ効果の高い大型相変化システムは、安定性が悪いため、データセンターの連続の冷却需要を満たすことができない。

本開示は、冷却システムを提供する。

本開示による冷却システムは、
冷媒が吸熱するための室内熱交換モジュールと、
冷媒が発熱するための室外熱交換モジュールであって、圧縮装置と凝縮装置を含む室外熱交換モジュールと、を備え、
室外熱交換モジュールは、スタンバイモードとプライマリモードとの間で切り替え可能であり、プライマリモードでは、室外熱交換モジュールは室内熱交換モジュールに接続され、スタンバイモードでは、室外熱交換モジュールは室内熱交換モジュールとの接続が切断され、且つ室外熱交換モジュールの圧縮装置は稼働中である。

ここで、複数の室外熱交換モジュールの一部がプライマリモードにあり、他の部分がスタンバイモードにある。

１つの実施形態では、圧縮装置が、室内熱交換モジュールの出力端と凝縮装置の入力端との間に接続される空気サスペンション圧縮機を備え、
圧縮装置はまた、エアサスペンション圧縮機に接続される給気循環パイプラインを含み、室外熱交換器モジュールがスタンバイモードにある場合、室外熱交換モジュールのエアサスペンション圧縮機は、給気循環パイプラインに接続され、給気循環パイプライン内を循環するように冷媒を駆動する。

１つの実施形態では、室外熱交換モジュールが、凝縮装置の出力端と室内熱交換モジュールの入力端との間に接続され、凝縮装置から出力された冷媒を貯留するための液体貯留部をさらに備え、
給気循環パイプラインは、ガスサスペンション圧縮機の出力端から入力端までの方向に沿って順次接続される液体変換部と、第１の液体ポンプと、ガス変換部とを含み、液体変換部は、ガスサスペンション圧縮機から出力された冷媒を気体状態から液体状態に変換し、液体貯留部に輸送するためのものであり、ガス変換部は、液体貯留部とガスサスペンション圧縮機の入力端との間に接続され、液体貯留部内の冷媒を気体状態から液体状態に変換するためのものであり、第１の液体ポンプは、液体貯留部とガス変換部との間に接続され、液体貯留部内の冷媒をガス変換部にポンピングするためのものであり、
ここで、第１の液体ポンプとガスサスペンション圧縮機とが共に無停電電源から給電される。

１つの実施形態では、給気循環パイプラインが、給気循環パイプラインを開閉するための第１の開閉バルブも含み、
液体貯留部と室内熱交換モジュールとの間に、液体貯留部内の冷媒を室内熱交換モジュールにポンピングするための第２の液体ポンプと、液体貯留部と室内熱交換モジュールとの間の冷媒輸送管を開閉するための第２の開閉弁とが設けられ、
ここで、室外熱交換モジュールがプライマリモードにある場合、第１の開閉弁が閉状態であり、第２の開閉弁が開状態である。室外熱交換モジュールがスタンバイモードにある場合、第１の開閉弁が開状態であり、第２の開閉弁が閉状態である。

１つの実施形態では、凝縮装置は、
入力端が圧縮装置の出力端に接続され、出力端が室内熱交換モジュールの入力端に接続される凝縮コイルと、
凝縮コイル内の冷媒を気体状態から液体状態に変換するために、凝縮コイルに冷却液をスプレーするスプレー装置とを備える。

１つの実施形態では、さらに、当該冷却システムは、室外熱交換モジュールと室内熱交換モジュールとの間に接続され、室外熱交換モジュールと室内熱交換モジュールとの間で冷媒を輸送する冷媒輸送管網を備える。

１つの実施形態では、冷媒輸送管網が第１の輸送管網と第２の輸送管網を含み、室外熱交換モジュールの出力端が第１の輸送管網を介して室内熱交換モジュールの入力端に接続され、室内熱交換モジュールの出力端が第２の輸送管網を介して室外熱交換モジュールの入力端に接続される。

１つの実施形態では、室外熱交換モジュールがさらに第３の開閉弁および第４の開閉弁を含み、第３の開閉弁が室外熱交換モジュールの出力端と第１の輸送管網との間に配置され、第４の開閉弁が室外熱交換モジュールの入力端と第２の輸送管網との間に配置され、
ここで、室外熱交換モジュールがプライマリモードにある場合、第３の開閉弁および第４の開閉弁が共に開状態であり、室外熱交換モジュールがスタンバイモードにある場合、第３の開閉弁および第４の開閉弁が共に閉状態である。

１つの実施形態では、室内熱交換モジュールが複数の板状熱交換器を備え、複数の板状熱交換器の入力端が第１の輸送管網に並列に接続され、複数の板状熱交換器の出力端が第２の輸送管網に並列に接続される。

１つの実施形態では、室外熱交換モジュールの数が室内熱交換モジュールの数よりも多く、複数の室外熱交換モジュールにおいて、プライマリモードにある室外熱交換モジュールの数をＭとし、スタンバイモードにある室外熱交換モジュールの数をＮとし、
Ｍ＜６の場合はＮ＝１、Ｍ≧６の場合はＮ＝２である。

本開示の実施形態の冷却システムは、前記技術案を採用することにより、プライマリモードにある室外熱交換モジュールが故障した場合にスタンバイモードに切り替えられる室外熱交換モジュールは、室内熱交換モジュールの冷却能力の付与を確保し、冷却システムの作業安定性を向上させることができ、且つ、連続的な冷却能力を有する。

発明の概要の項に記載されていることは、本開示の実施形態の主要なまたは重要な特徴を限定することを意図したものではなく、本開示の範囲を限定することを意図したものでもないことが理解されるべきである。本開示のその他の特徴は、以下の説明を読むことで容易に理解できると思う。

本開示の各実施形態の上記および他の特徴、利点、および側面は、添付の図面と関連して、以下の詳細な説明を参照して、より明らかになる。添付の図面において、同一または類似の符号は、同一または類似の要素を表している。
本開示の実施形態による冷却システムの構成を示す模式図である。本開示の実施形態による冷却システムの稼働メカニズムを示す図である。本開示の実施形態による冷却システムの圧縮装置の構成を示す模式図である。本開示の実施形態による冷却システムの凝縮装置の構成を示す模式図である。本開示の実施形態による冷却システムの室内熱交換モジュールの構成を示す模式図である。

以下、図面を参照し、本開示の例示的な実施形態を説明し、理解を容易にするために本開示の実施形態の様々な詳細を含んでいるが、これらは単に例示的なものとみなされるべきである。したがって、当業者は、本開示の範囲および要旨から逸脱することなく、本明細書に記載された実施形態に様々な変更および修正を加えることができることを認識すべきである。同様に、以下の説明では、明瞭で簡潔にするために、既知の機能と構造の説明を省略している。

本開示の実施形態による冷却システム１を、図１～図５を参照して以下に説明する。本開示の実施形態による冷却システム１は、データセンター内のユニットが適切な温度で作動するように、データセンターに冷却能力を付与するために使用されてもよい。

図１は本開示の実施形態による冷却システムの構成を示す模式図である。図１に示すように、冷却システム１は、室外熱交換モジュール２０と室内熱交換モジュール１０とを含む。

具体的には、室内熱交換モジュール１０は、冷媒が吸熱するためのものである。室外熱交換モジュール２０は、冷媒が発熱するためのものである。冷媒は、室内熱交換モジュール１０内で室内の空気と熱交換することができ、室内の空気中の熱は、冷房の目的を達成するために室内の温度を下げるように冷媒に吸収され、吸熱後の冷媒は、冷媒の熱を外気に放熱させるために室外熱交換モジュール２０内で発熱することができ、温度を下げた後の冷媒は、室内熱交換モジュール１０に還流し、これで循環でき、これにより冷媒が室内熱交換モジュール１０と室外熱交換モジュール２０との間に循環に流動することを完成する。

室外熱交換モジュール２０は、圧縮装置２０ａと、凝縮装置２３とを含む。ここで、圧縮装置２０ａは、室内熱交換モジュール１０から出力された低温低圧ガス状冷媒を高温高圧ガス状冷媒に圧縮し、高温高圧ガス状冷媒を凝縮装置２３で凝縮してガス状冷媒を気体状態から液体状態に変換した後、液状冷媒が室内熱交換モジュール１０の入力端に還流し、液状冷媒が室内熱交換モジュール１０で熱を吸収してガス状冷媒に変換され、ガス状冷媒は圧縮装置２０ａに還流する。

室外熱交換モジュール２０は、プライマリモードとスタンバイモードとの間で切り替え可能である。プライマリモードでは、室外熱交換モジュール２０は室内熱交換モジュール１０に接続され、スタンバイモードでは、室外熱交換モジュール２０は室内熱交換モジュール１０との接続が切断され、室外熱交換モジュール２０の圧縮装置２０ａは稼働中である。ここで、複数の室外熱交換モジュール２０の一部はプライマリモードにあり、他の部分はスタンバイモードにある。室外熱交換モジュール２０がプライマリモードにあることは、室外熱交換モジュール２０が現在使用中であること、すなわち、冷媒が室外熱交換モジュール２０で放熱し室内熱交換モジュール１０に還流し吸熱を行うことを意味する。室外熱交換モジュール２０がスタンバイモードにあることは、室外熱交換モジュール２０が現在使用中ではないこと、すなわち、冷媒が室外熱交換モジュール２０で放熱しなかったり放熱後の冷媒が室内熱交換モジュール１０には還流されなかったりすることを意味する。

一例では、室外熱交換モジュール２０は複数があり、その中に、接続された室外熱交換モジュール２０と室内熱交換モジュール１０との間で冷媒が循環に流動するように、プライマリモードにある室外熱交換モジュール２０の数は室内熱交換モジュール１０の数に対応して一対一に配置され、すなわち、一対一に対応してプライマリモードにある複数の室外熱交換モジュール２０が複数の室内熱交換モジュール１０に接続される。スタンバイモードにある室外熱交換モジュール２０は、待機状態にあり、すなわち、この室外熱交換モジュール２０の圧縮装置２０ａが稼働中であり、且つ圧縮装置２０ａのみに冷媒を循環・流動させる。

このように、プライマリモードにおける、ある室外熱交換モジュール２０が故障した場合、その室外熱交換モジュール２０をスタンバイモードに切り替えてその室外熱交換モジュール２０を室内熱交換モジュール１０から切断し、同時に、スタンバイモードにある室外熱交換モジュール２０をプライマリモードに切り替えて室内熱交換モジュール１０に接続し、故障した室外熱交換モジュール２０を交換するようにしてもよい。なお、室外熱交換モジュール２０がスタンバイモードにある時、その圧縮装置２０ａが途切れることなく稼働し、それによって、室外熱交換モジュール２０がプライマリモードに切り替わったときに、室外熱交換モジュール２０が室内熱交換モジュール１０に冷却能力を適時に付与でき、室内熱交換器モジュール１０に冷却能力を途切れることなく付与することを確実にし、室外熱交換モジュール２０がスタンバイモードからプライマリモードに切り替わった際の圧縮機の起動時間に起因する冷却能力の不足が回避されるため、冷却システム１の連続的な冷却能力を実現し、データセンタの作業安定性を確保することができる。

１つの実施形態では、図２に示すように、圧縮装置２０ａは、室内熱交換モジュール１０の出力端と凝縮装置２３の入力端との間に接続されるガスサスペンション圧縮機２１を含む。なお、ガスサスペンション圧縮機２１がオイルフリー圧縮機であり、すなわち、ガスサスペンション圧縮機２１のシリンダには潤滑油が含まれていないため、冷媒が室内熱交換モジュール１０と室外熱交換モジュール２０との間を循環・流動する過程においては、圧縮機のオイルリターン問題を考慮せず、関連技術における、冷媒の流路が長いために冷却システム１の圧縮機がオイルリターン効果を確保しにくく、冷却システム１の安定性に影響を与えるという技術的課題を解決することができる。このように、本開示の実施形態による冷却システム１は、ガスサスペンション圧縮機２１を使用することで、圧縮機のオイルリターン問題を考慮する必要がなく、安定した稼働が可能であり、設備コストを低く抑えることができるという利点がある。

さらに、圧縮装置２０ａはまた、ガスサスペンション圧縮機２１に接続される給気循環パイプライン２２を備え、当該給気循環パイプライン２２は、室外熱交換モジュール２０がスタンバイモードにあるとき、室外熱交換モジュール２０のガスサスペンション圧縮機２１が給気循環パイプライン２２に接続され、給気循環パイプライン２２内を循環するように冷媒を駆動する。スタンバイモードにある室外熱交換モジュール２０は、エアサスペンション圧縮機２１の軸受をサスペンション状態に維持するために、給気循環パイプライン２２を介してガス状冷媒がエアサスペンション圧縮機２１を連続的に通過することを実現し、それによってエアサスペンション圧縮機２１の連続稼働状態を確保することができることが理解されよう。このように、室外熱交換モジュール２０をスタンバイモードからプライマリモードに切り替える際に、エアサスペンション圧縮機２１の起動時間を待つ必要がなく、室外熱交換モジュール２０と室内熱交換モジュール１０との間で冷媒を直接循環・流動させて、室外熱交換モジュール２０と室内熱交換モジュール１０との間で冷媒の熱交換効果を確保することができる。

１つの実施形態では、図２に示すように、室外熱交換モジュール２０は、凝縮装置２３の出力端と室内熱交換モジュール１０の入力端との間に接続され、凝縮装置２３から出力された冷媒を貯留するための液体貯留部２４も含む。給気循環パイプライン２２は、ガスサスペンション圧縮機２１の出力端から入力端までの方向に沿って順次接続された液体変換部２２１と、第１の液体ポンプ２２２と、ガス変換部２２３とを含む。液体変換部２２１は、ガスサスペンション圧縮機２１から出力された冷媒を気体状態から液体状態に変換して液体貯留部２４に輸送するためのものである。ガス変換部２２３は、液体貯留部２４とガスサスペンション圧縮機２１の入力部との間に接続され、液体貯留部２４内の冷媒を気体状態から液体状態に変換するためのものである。第１の液体ポンプ２２２は、液体貯留部２４とガス変換部２２３との間に接続され、液体貯留部２４内の冷媒をガス変換部２２３にポンピングするためのものである。ここで、第１の液体ポンプ２２２とエアサスペンション圧縮機２１は共に、無停電電源（ＵｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍ、ＵＰＳ）によって給電され、室外熱交換モジュール２０がスタンバイモードにある時に、エアサスペンション圧縮機２１は無停電稼働が可能である。

一例では、室外熱交換モジュール２０がスタンバイモードにあるとき、ガスサスペンション圧縮機２１が給気循環パイプライン２２に接続され、凝縮装置２３の代わりに液体変換部２２１が使用され、ここで、液体変換部２２１は凝縮器であってもよく、すなわち、ガスサスペンション圧縮機２１から出力された気体状態の冷媒が液体状態に凝縮されてから、液体貯留部２４に輸送され、第１の液体ポンプ２２２が液体貯留ポンプ内の液状冷媒を気体変換部２２３に輸送し、後に液状冷媒が気体状態に変換した。ここで、気体変換部２２３は、給気タンクであってもよく、給気タンクには加熱装置が設けられ、当該加熱装置が、冷媒を加熱して冷媒を液体状態から気体状態に変換してから、気体懸濁圧縮機２１への入力端に輸送し入って、これで循環する。そこでは、第１の液体ポンプ２２２及びガスサスペンション圧縮機２１が共に無停電電源で連続的に給電されている。無停電電源は、エネルギー貯蔵装置を備える無停電電源であり、主電源入力が正常な場合、無停電電源は、主電源を調整した後、負荷（すなわち、第１の液体ポンプ２２２およびエアサスペンション圧縮機２１）に供給し使用し、その時のＵＰＳは、交流式電圧調整器に相当し、また、機内のバッテリを充電する。主電源が遮断される（事故による停電）と、無停電電源は直ちにインバータ切替方式によりバッテリの直流電力を変換して負荷に２２０Ｖの交流電力を供給し続け、これにより、負荷が正常な作業を維持し、損傷から負荷のソフトウェアとハードウェアを保護する。無停電電源装置は通常、高すぎる電圧または低すぎる電圧に対する保護を提供できる。

１つの実施形態では、室外熱交換モジュール２０の数は室内熱交換モジュール１０の数よりも多く、複数の室外熱交換モジュール２０のうち、プライマリモードにある室外熱交換モジュール２０の数はＭであり、スタンバイモードにある室外熱交換モジュール２０の数はＮである。ここで、室内熱交換モジュール１０の数は、プライマリモードにある室外熱交換モジュール２０の数Ｍと同じ、１対１に設定され、Ｍ＜６の場合はＮ＝１、Ｍ≧６の場合はＮ＝２となる。このように、室内熱交換モジュール１０の数が多い場合（例えば、Ｍ≧６のとき）には、プライマリモードにある室外熱交換モジュール２０のうち２つ以上が故障したときに、故障した室外熱交換モジュール２０に対応する室内熱交換モジュール１０の冷却要求を満足させ、データセンタに対する冷却システム１の冷却効果を確保する。

１つの実施例では、図１に示すように、室外熱交換モジュール２０の数は４つであってもよく、そのうち３つの室外熱交換モジュール２０がプライマリモードであり、他の１つの室外熱交換モジュール２０がスタンバイモードである。また、室内熱交換モジュール１０の数は、プライマリモードにおける３つの室外熱交換モジュール２０と１対１に対応して設定された３つであってもよく、スタンバイモードにある室外熱交換モジュール２０は、プライマリモードへ切り替わる時に、３つの室内熱交換モジュール１０のいずれかに接続されていてもよい。

１つの実施形態では、図２に示すように、給気循環パイプライン２２は第１の開閉バルブ２２４をさらに含み、当該第１の開閉バルブ２２４が給気循環パイプライン２２を開閉にし、即ち、給気循環パイプラインをオン又はオフするためのものである。例えば、第１の開閉弁２２４は、電磁弁であってもよく、且つ、第１の液体ポンプ２２２と気体変換部２２３との間に設けられ、電磁弁の開閉を制御することで第１の液体ポンプ２２２と気体変換部２２３とを接続または切断するようにしてもよい。

さらに、液体貯留部２４と室内熱交換モジュール１０との間に第２の液体ポンプ２５と第２の開閉弁２６とが設けられ、第２の液体ポンプ２５は液体貯留部２４内の冷媒を室内熱交換モジュール１０にポンピングするために使用され、第２の開閉弁２６は液体貯留部２４と室内熱交換モジュール１０との間の冷媒輸送管を開閉するために使用される。例えば、第２の開閉弁２６は、電子膨張弁であってもよく、且つ、第２の液体ポンプ２５と室内熱交換モジュール１０との間に設けられており、電子膨張弁は、調節されるパラメータによって生成された電気信号を用いて、電子膨張弁に印加される電圧または電流を制御することで、第２の液体ポンプ２５によって室内熱交換モジュール１０に輸送される液状冷媒の流量を調節する目的を実現できることが理解されよう。

ここで、室外熱交換モジュール２０がプライマリモードにある場合は、第１の開閉弁２２４は閉状態であり、第２の開閉弁２６は開状態である。その結果、給気循環パイプライン２２が切断され、室外熱交換モジュール２０が室内熱交換モジュール１０に接続され、第２の液体ポンプ２５及び第２の開閉弁２６を介して、ガスサスペンション圧縮機２１と凝縮器と室内熱交換モジュール１０との間で冷媒を循環・流動させるようになっている。室外熱交換モジュール２０がスタンバイモードにある場合は、第１の開閉弁２２４は開状態であり、第２の開閉弁２６は閉状態である。これにより、室外熱交換モジュール２０が室内熱交換モジュール１０との接続が切断され、給気循環パイプライン２２にガスサスペンション圧縮機２１が接続され、第１の液体ポンプ２２２とガスサスペンション圧縮機２１が無停電電源で連続的に給電され、これにより、エアサスペンション圧縮機２１を通過した冷媒が気体供給パイプライン２３内を循環・流動し、エアサスペンション圧縮機２１の連続稼働が確実に行われる。

具体的な例では、図３に示すように、圧縮装置２０ａは、ポンプキャビネットを含み、ガスサスペンション圧縮機２１、流体液体貯留部２４、および給気循環パイプライン２２の一部がポンプキャビネット内に配置されている。具体的には、ポンプキャビネットは、ガス状冷媒入力端２２５ａ、液状冷媒出力端２２５ｂ、ガス状冷媒出力端２２５ｃ及び液状冷媒入力端２２５ｄを含み、ガス状冷媒入力端２２５ａ及び液状冷媒出力端２２５ｂは、室内熱交換器の出力端及び入力端にそれぞれ接続され、ガス状冷媒出力端２２５ｃ及び液状冷媒入力端２２５ｄは、凝縮装置２３の出力端及び入力端にそれぞれ接続され、且つ、給気循環パイプライン２２の液体変換部２２１の入力端及び出力端もガス状冷媒出力端２２５ｃ及び液冷媒入力端２２５ｄにそれぞれ接続され、すなわち、給気循環パイプライン２２の液体変換部２２１が凝縮装置２３と並列に設けられている。

液体貯留部２４とガス懸濁圧縮機２１の入力端との間には、第１の液体ポンプ２２２、第１の開閉弁２２４、及びガス変換部２２３が順次接続される。また、液体貯留部２４と液状冷媒の出力端との間には液体出口分岐がさらに設けられ、この液体出口分岐には第２の液体ポンプ２５が設けられている。ここで、第２の液体ポンプ２５は、液体貯留部２４から室内熱交換モジュール１０への液状冷媒の輸送効率を向上させるために２つ並列に設けられていてもよい。さらに、ガスサスペンション圧縮機２１の出力端とガス状冷媒の出力端との間にはバイパス分岐が設けられており、且つ、このバイパス分岐にはバイパス弁２１１が設けられている。

１つの実施形態では、凝縮装置２３は、蒸発式凝縮器であってもよい。具体的には、図４に示すように、凝縮装置２３は、凝縮コイル２３１とスプレー装置２３２とを含む。その中に、凝縮コイル２３１の入力端は圧縮装置２０ａの出力端に接続され、凝縮コイル２３１の出力端は室内熱交換モジュール１０の入力端に接続される。スプレー装置２３２は、凝縮コイル２３１に冷却液をスプレーするものであり、凝縮コイル２３１内の高温高圧のガス状冷媒が冷却液と熱交換して、凝縮コイル２３１内の冷媒が気体状態から液体状態に変換される。凝縮装置２３として蒸発式凝縮器を用いることで、凝縮効果が良好であり、設備コストが低いという利点がある。

具体的な例では、蒸発式凝縮器は、スプレー装置２３２に接続されたスプレーポンプ２３３をさらに含み、スプレーポンプ２３３は、蒸発式凝縮器の底部の冷却液を上部のスプレー装置２３２にポンピングするために使用される。凝縮コイル２３１の入力端と出力端にはそれぞれ、遮断弁２３６が設けられ、当該遮断弁２３６は凝縮コイル２３１の入力端と出力端を開閉し凝縮コイル２３１内で冷媒と冷却液との熱交換時間を制御する。蒸発式凝縮器はさらに、蒸発式凝縮器に入力された冷却液の品質を検出するための水質センサ２３４と、蒸発式凝縮器内の冷却液の外部への出力を制御するためのドレン弁２３７とを含む。

１つの実施形態では、冷却システム１はまた、室外熱交換モジュール２０と室内熱交換モジュール１０との間に接続され、室外熱交換モジュール２０と室内熱交換モジュール１０との間で冷媒を輸送するための冷媒輸送管網３０を含む。このように、室外熱交換モジュール２０をプライマリモードで冷媒輸送管網３０に接続したり、スタンバイモードで冷媒輸送管網３０に接続しないように制御することで、室外熱交換モジュール２０をプライマリモードで室内熱交換モジュール１０に接続したり、スタンバイモードで室内熱交換モジュール１０に接続しなかったりすることを実現できるので、配管配置が便利であり、室外熱交換モジュール２０のプライマリモードとスタンバイモードとの間の切り替えに便利である。

一例では、図１に示すように、室内熱交換モジュール１０は複数であり、冷媒輸送管網３０は複数であり、複数の室内熱交換モジュール１０に対応して１対１に設けられており、プライマリモードにある室外熱交換モジュール２０は、冷媒輸送管網３０を介して対応する室内熱交換モジュール１０に接続される。スタンバイモードにある室外熱交換モジュール２０は、複数の室内熱交換モジュール１０の冷媒輸送管網３０のいずれかに接続でき、これにより、プライマリモードにおける、ある室外熱交換モジュール２０が故障した場合に、スタンバイモードにある室外熱交換モジュール２０をプライマリモードに切り替えて、対応する室内熱交換モジュール１０の冷媒輸送管網３０に接続され、故障した室外熱交換モジュール２０を交換し、室内熱交換モジュール１０の冷却要求を維持して、冷却システム１の冷却効果を確保する。

オプションとして、図１に示すように、冷媒輸送管網３０は、第１の輸送管網３１と第２の輸送管網３２とを含み、室外熱交換モジュール２０の出力端は、第１の輸送管網３１を介して室内熱交換モジュール１０の入力端に接続され、室内熱交換モジュール１０の出力端は、第２の輸送管網３２を介して室外熱交換モジュール２０の入力端に接続される。１つの実施例では、第１の輸送管網３１に第１の遮断弁３１１が設けられ、第２の輸送管網３２に第２の遮断弁３２１が設けられており、第１の輸送管網３１は、室外熱交換モジュール２０から出力された液状冷媒を室内熱交換モジュール１０に輸送するために使用され、液状冷媒が室内熱交換モジュール１０内で熱を吸収して気化した後、ガス状冷媒が第２の輸送管網３２を介して室外熱交換モジュール２０に輸送され、ガス状冷媒が室外熱交換モジュール２０で圧縮・凝縮された後、液状冷媒に変換され、再び第１の輸送管網３１を介して室内熱交換モジュール１０に輸送され、これで循環する。

オプションとして、室外熱交換モジュール２０はまた、第３の開閉弁２７および第４の開閉弁２８を含み、第３の開閉弁２７は室外熱交換モジュール２０の出力端と第１の輸送管網３１との間に配置され、第４の開閉弁２８は室外熱交換モジュール２０の入力端と第２の輸送管網３２との間に配置されている。ここで、室外熱交換モジュール２０がプライマリモードにある時には、第３の開閉弁２７と第４の開閉弁２８の両方が開放されており、室外熱交換モジュール２０がスタンバイモードにある時には、第３の開閉弁２７と第４の開閉弁２８の両方が閉鎖されている。ここで、第３の開閉弁２７及び第４の開閉弁２８は、いずれも電磁弁であってもよい。このように、室外熱交換モジュール２０と第１の輸送管網３１および第２の輸送管網３２との接続が簡単になり、且つ、室外熱交換モジュール２０は、プライマリモードとスタンバイモードとの切り替えが便利になる。

１つの実施形態では、室内熱交換モジュール１０は、複数の板状熱交換器１１を含み、複数の板状熱交換器１１の入力端は第１の輸送管網３１に並列に接続され、複数の板状熱交換器１１の出力端は第２の輸送管網３２に並列に接続される。１つの実施形態では、板状熱交換器１１は、板状熱交換器１１がキャビネットに対する冷却効果を改善するために、データセンターのキャビネットの側壁に取り付けられてもよい。中でも、板状熱交換器１１は、従来の銅管アルミフィン熱交換器であってもよいし、自動車空調分野におけるマイクロチャンネル熱交換器であってもよく、本実施例では特に限定されない。また、室内熱交換モジュール１０に複数の板状熱交換器１１を設けることで、室内熱交換モジュール１０の熱交換面積を大きくすることができ、データセンタに対する冷却システム１の冷却効果や冷却効率を確保することができる。

１つの実施例では、板状熱交換器１１の入力端で第１の輸送管網３１に接続された管路に、板状熱交換器１１の入力端に入った液状冷媒の圧力および温度を監視するための圧力端センサ１４および温度センサ１５が設けられている。板状熱交換器１１の出力端で第２の輸送管網３２に接続された管路に、板状熱交換器１１の出力端と第２の輸送管網４２とが接続する管路を開閉にし、第２の輸送管網３２に輸送されたガス状冷媒の流量を調整する、遮断ボール弁１２と電子膨張弁１３が設けられている。

本開示の実施形態の冷却システム１よれば、プライマリモードとスタンバイモードとの間で切り替え可能な複数の室外熱交換モジュール２０を設け、それらの室外熱交換モジュール２０の一部がプライマリモードにあり、他の部分がスタンバイモードにあることにより、プライマリモードにある室外熱交換モジュール２０が故障した場合に、スタンバイモードにおける室外熱交換器２０に切り替えることができる。これにより、室内熱交換モジュール１０への冷却能力の付与を確保し、冷却システム１の作業安定性を向上させる。さらに、スタンバイモードにある室外熱交換モジュール２０の圧縮装置２０ａを稼働中にさせ、室外熱交換モジュール２０がプライマリモードに切り替わったときの圧縮機の起動時間に起因する冷却能力の不足という技術的問題を回避することができ、これにより、室外熱交換モジュール２０がプライマリモードに切り替わった最初の時点で１００％の冷却能力に達することができるようにして、冷却システム１の連続的な冷却能力が確保される。

上記の具体的な実施形態は、本開示の保護範囲の制限を構成するものではない。設計要件および他の要因に応じて、様々な変更、組み合わせ、サブ組み合わせおよび置換が行われ得ることは、当業者によって理解されるべきである。本開示の要旨および原則の範囲内で行われた修正、同等の代替、改良等は、本開示の保護範囲に含まれるものとする。

Claims

冷媒が吸熱するための室内熱交換モジュールと、
圧縮装置と凝縮装置を有し、前記冷媒が発熱するための室外熱交換モジュールと、を備え、
前記室外熱交換モジュールは、スタンバイモードとプライマリモードとの間で切り替え可能であり、前記プライマリモードである場合、前記室外熱交換モジュールが前記室内熱交換モジュールに接続され、前記スタンバイモードである場合、前記室外熱交換モジュールと前記室内熱交換モジュールとの接続が切断され、且つ前記室外熱交換モジュールの圧縮装置が稼働中であり、
複数の前記室外熱交換モジュールのうち、一部はプライマリモードにあり、他の部分はスタンバイモードにあり、
前記圧縮装置は、前記室内熱交換モジュールの出力端と前記凝縮装置の入力端との間に接続されるエアサスペンション圧縮機を有し、
前記圧縮装置は、前記エアサスペンション圧縮機に接続される給気循環パイプラインをさらに有し、前記室外熱交換モジュールがスタンバイモードにある場合、前記室外熱交換モジュールの前記エアサスペンション圧縮機が、前記給気循環パイプラインに接続されて、前記冷媒を前記給気循環パイプライン内に循環させるように駆動する、
ことを特徴とする冷却システム。
前記室外熱交換モジュールは、前記凝縮装置の出力端と前記室内熱交換モジュールの入力端との間に接続され、前記凝縮装置から出力された冷媒を貯留するための液体貯留部をさらに有し、
前記給気循環パイプラインは、前記ガスサスペンション圧縮機の出力端から入力端までの方向に沿って順次接続される液体変換部と、第１の液体ポンプと、ガス変換部とを含み、
前記液体変換部は、前記ガスサスペンション圧縮機から出力された冷媒を気体状態から液体状態に変換し、前記液体貯留部に輸送することに用いられ、
前記ガス変換部は、前記液体貯留部と前記ガスサスペンション圧縮機の入力端との間に接続され、前記液体貯留部内の冷媒を気体状態から液体状態に変換することに用いられ、
前記第１の液体ポンプは、前記液体貯留部と前記ガス変換部との間に接続され、前記液体貯留部内の冷媒を前記ガス変換部にポンピングすることに用いられ、
前記第１の液体ポンプと前記ガスサスペンション圧縮機とは、共に無停電電源から給電される、
ことを特徴とする請求項１に記載の冷却システム。
前記給気循環パイプラインは、前記給気循環パイプラインを開閉するための第１の開閉弁をさらに含み、
前記液体貯留部と前記室内熱交換モジュールとの間には、前記液体貯留部内の冷媒を前記室内熱交換モジュールにポンピングするための第２の液体ポンプと、前記液体貯留部と前記室内熱交換モジュールとの間の冷媒輸送管を開閉するための第２の開閉弁とが設けられ、
前記室外熱交換モジュールがプライマリモードにある場合、前記第１の開閉弁が閉状態であり、前記第２の開閉弁が開状態であり、前記室外熱交換モジュールがスタンバイモードにある場合、前記第１の開閉弁が開状態であり、前記第２の開閉弁が閉状態である、
ことを特徴とする請求項２に記載の冷却システム。
前記凝縮装置は、
入力端が前記圧縮装置の出力端に接続され、出力端が前記室内熱交換モジュールの入力端に接続される凝縮コイルと、
前記凝縮コイル内の冷媒を気体状態から液体状態に変換するように、前記凝縮コイルに冷却液をスプレーするスプレー装置とを備える、
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の冷却システム。
前記室外熱交換モジュールと前記室内熱交換モジュールとの間に接続され、前記室外熱交換モジュールと前記室内熱交換モジュールとの間で冷媒を輸送するための冷媒輸送管網をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の冷却システム。
前記冷媒輸送管網は、第１の輸送管網と第２の輸送管網を含み、
前記室外熱交換モジュールは、出力端が前記第１の輸送管網を介して前記室内熱交換モジュールの入力端に接続され、出力端が前記第２の輸送管網を介して前記室外熱交換モジュールの入力端に接続される、
ことを特徴とする請求項５に記載の冷却システム。
前記室外熱交換モジュールは、第３の開閉弁および第４の開閉弁をさらに含み、前記第３の開閉弁が前記室外熱交換モジュールの出力端と第１の輸送管網との間に配置され、前記第４の開閉弁が前記室外熱交換モジュールの入力端と第２の輸送管網との間に配置され、
ここで、前記室外熱交換モジュールがプライマリモードにある場合、前記第３の開閉弁および前記第４の開閉弁が共に開状態であり、前記室外熱交換モジュールがスタンバイモードにある場合、前記第３の開閉弁および前記第４の開閉弁が共に閉状態である、
ことを特徴とする請求項６に記載の冷却システム。
前記室内熱交換モジュールは、入力端が前記第１の輸送管網に並列に接続され、出力端が前記第２の輸送管網に並列に接続される複数の板状熱交換器を備える、
ことを特徴とする請求項６に記載の冷却システム。
前記室外熱交換モジュールの数が前記室内熱交換モジュールの数よりも多く、複数の前記室外熱交換モジュールのうち、前記プライマリモードにある室外熱交換モジュールの数をＭとし、前記スタンバイモードにある室外熱交換モジュールの数をＮとし、
Ｍ＜６の場合はＮ＝１であり、Ｍ≧６の場合はＮ＝２である、
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の冷却システム。