[發明專利]PCM冷卻設備，冷卻系統和控制該系統的方法和單元

在審

• 申請號: 201310629107.8
• 申請日: 2013-11-29
• 公開（公告）號: CN104684344A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發明（設計）人: 何永林;王雪峰
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20;G06F1/20;G05D23/19
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 周良玉;于靜

技術領域

本發明涉及冷卻設備，更具體而言，涉及PCM冷卻設備，包含PCM冷卻設備的冷卻系統和控制該冷卻系統的方法。

背景技術

隨著IT技術的高速發展，構建了各種大規模的數據中心來滿足數據存儲和處理的需要。在提供更高的存儲容量、更快的處理速度的同時，數據中心也消耗了越來越多的能量。例如，在2006年，美國的數據中心所使用的電量占其全國發電量的1.5%。在數據中心消耗的能量中，冷卻系統的消耗占據了很大的比例，有時甚至高達50%以上。根據近年來的統計，隨著數據中心的規模擴展，其能量消耗每5年就增加1倍，這不僅增加了操作成本，更惡化了服務器的工作狀況，帶來了熱點和設備故障等問題。

數據中心的冷卻系統可以使用在空氣調節系統HVAC領域中提出的多種類型的冷卻設備。最為典型和傳統的是使用壓縮機和冷凝器的壓縮式冷卻設備，例如空調。傳統壓縮式冷卻設備的能耗相對較高。在外界溫度條件適當的情況下，還可以使用自然冷卻（free?cooling）設備對數據中心進行制冷。自然冷卻設備使用一定溫度條件下的室外空氣進行制冷，是傳統壓縮式冷卻設備的很好的補充。自然冷卻設備的使用可以降低數據中心冷卻系統的能耗。自然冷卻設備的冷卻過程可以分為兩種類型，即直接冷卻和非直接冷卻。直接冷卻過程將外界低溫空氣直接引入數據中心以冷卻IT設備，具有較高的冷卻效率。不過同時，在這個過程中，也有可能將受到污染的外界空氣引入數據中心，從而對IT設備造成損害。非直接冷卻過程并不將室外空氣直接引入數據中心，而是使用空氣-空氣或者空氣-水的熱交換器來冷卻IT設備。由于熱交換器中存在溫度差，非直接冷卻過程的冷卻效率低于直接冷卻，但是更為安全。

可以理解，自然冷卻設備的能耗非常低，但是，由于外界條件的限制，在多數地區，它的使用率并不高。因此，即使有自然冷卻設備作為補充，現有的數據中心冷卻系統的能耗仍然比較高。希望提出一種改進的方案，更好地利用自然冷卻過程的冷卻能力，從而降低冷卻系統的能耗。

發明內容

考慮到現有技術中的不足，本發明提出一種方案，通過結合使用PCM冷卻設備和自然冷卻設備來降低冷卻系統的能耗。

根據本發明第一方面，提供一種PCM冷卻設備，包括：冷卻槽；填充有PCM材料的管子，設置在所述冷卻槽中；入口單元，配置為在第一工作模式下引入來自自然冷卻設備的工作流體，在第二工作模式下引入來自有待冷卻系統的工作流體；分布裝置，用于分布從入口單元引入的工作流體，使其與所述管子相接觸；出口單元，配置為在第一工作模式下將與所述管子接觸后的工作流體引出至自然冷卻設備，在第二工作模式下將與所述管子接觸后的工作流體引出至有待冷卻系統。

根據本發明第二方面，提供了一種冷卻系統，包括：自然冷卻設備，用以在預定溫度條件下提供冷卻的工作流體；根據上述第一方面的PCM冷卻設備；多個工作流體通路，包括將所述自然冷卻設備和所述PCM冷卻設備并行連接到有待冷卻系統的工作流體通路，將所述自然冷卻設備的流體出口連接到所述PCM冷卻設備的入口單元的工作流體通路，以及將所述自然冷卻設備的流體入口連接到所述PCM冷卻設備的出口單元的工作流體通路，以及通路控制部件，用以控制所述多個工作流體通路的接通和阻斷。

根據本發明第三方面，提供一種控制方法，用于控制根據第二方面提供的冷卻系統，該方法包括：獲取與所述冷卻系統相關的溫度參數和閾值參數，其中所述溫度參數包括外界溫度AT和PCM冷卻設備中的PCM材料的溫度Tp，閾值參數包括，表征所述PCM冷卻設備中的PCM材料凝固為固態所需的外界溫度的第一溫度閾值T1，表征自然冷卻設備正常工作所需的外界溫度的第二溫度閾值T2，表面所述PCM材料處于固態的凝固狀態穩定閾值Ts1和表明所述PCM材料處于液態的熔化狀態溫度閾值Ts2；將所述溫度參數和閾值參數進行比對以確定冷卻系統適用的控制條件；在外界溫度AT低于上述第一溫度閾值T1的情況下，接通自然冷卻設備和有待冷卻系統之間的工作流體通路，接通自然冷卻設備和PCM冷卻設備之間的工作流體通路，并將所述PCM冷卻設備設定為第一工作模式；在外界溫度AT高于上述第二溫度閾值T2，且所述PCM材料的溫度Tp低于上述熔化狀態溫度閾值Ts2的情況下，接通所述PCM冷卻設備和有待冷卻系統之間的工作流體通路，阻斷與自然冷卻設備相關的工作流體通路，并將所述PCM冷卻設備設定為第二工作模式。