[发明专利]PCM冷却设备，冷却系统和控制该系统的方法和单元

说明书

技术领域

本发明涉及冷却设备，更具体而言，涉及PCM冷却设备，包含PCM冷却设备的冷却系统和控制该冷却系统的方法。

背景技术

随着IT技术的高速发展，构建了各种大规模的数据中心来满足数据存储和处理的需要。在提供更高的存储容量、更快的处理速度的同时，数据中心也消耗了越来越多的能量。例如，在2006年，美国的数据中心所使用的电量占其全国发电量的1.5%。在数据中心消耗的能量中，冷却系统的消耗占据了很大的比例，有时甚至高达50%以上。根据近年来的统计，随着数据中心的规模扩展，其能量消耗每5年就增加1倍，这不仅增加了操作成本，更恶化了服务器的工作状况，带来了热点和设备故障等问题。

数据中心的冷却系统可以使用在空气调节系统HVAC领域中提出的多种类型的冷却设备。最为典型和传统的是使用压缩机和冷凝器的压缩式冷却设备，例如空调。传统压缩式冷却设备的能耗相对较高。在外界温度条件适当的情况下，还可以使用自然冷却（free cooling）设备对数据中心进行制冷。自然冷却设备使用一定温度条件下的室外空气进行制冷，是传统压缩式冷却设备的很好的补充。自然冷却设备的使用可以降低数据中心冷却系统的能耗。自然冷却设备的冷却过程可以分为两种类型，即直接冷却和非直接冷却。直接冷却过程将外界低温空气直接引入数据中心以冷却IT设备，具有较高的冷却效率。不过同时，在这个过程中，也有可能将受到污染的外界空气引入数据中心，从而对IT设备造成损害。非直接冷却过程并不将室外空气直接引入数据中心，而是使用空气-空气或者空气-水的热交换器来冷却IT设备。由于热交换器中存在温度差，非直接冷却过程的冷却效率低于直接冷却，但是更为安全。

可以理解，自然冷却设备的能耗非常低，但是，由于外界条件的限制，在多数地区，它的使用率并不高。因此，即使有自然冷却设备作为补充，现有的数据中心冷却系统的能耗仍然比较高。希望提出一种改进的方案，更好地利用自然冷却过程的冷却能力，从而降低冷却系统的能耗。

发明内容

考虑到现有技术中的不足，本发明提出一种方案，通过结合使用PCM冷却设备和自然冷却设备来降低冷却系统的能耗。

根据本发明第一方面，提供一种PCM冷却设备，包括：冷却槽；填充有PCM材料的管子，设置在所述冷却槽中；入口单元，配置为在第一工作模式下引入来自自然冷却设备的工作流体，在第二工作模式下引入来自有待冷却系统的工作流体；分布装置，用于分布从入口单元引入的工作流体，使其与所述管子相接触；出口单元，配置为在第一工作模式下将与所述管子接触后的工作流体引出至自然冷却设备，在第二工作模式下将与所述管子接触后的工作流体引出至有待冷却系统。

根据本发明第二方面，提供了一种冷却系统，包括：自然冷却设备，用以在预定温度条件下提供冷却的工作流体；根据上述第一方面的PCM冷却设备；多个工作流体通路，包括将所述自然冷却设备和所述PCM冷却设备并行连接到有待冷却系统的工作流体通路，将所述自然冷却设备的流体出口连接到所述PCM冷却设备的入口单元的工作流体通路，以及将所述自然冷却设备的流体入口连接到所述PCM冷却设备的出口单元的工作流体通路，以及通路控制部件，用以控制所述多个工作流体通路的接通和阻断。

根据本发明第三方面，提供一种控制方法，用于控制根据第二方面提供的冷却系统，该方法包括：获取与所述冷却系统相关的温度参数和阈值参数，其中所述温度参数包括外界温度AT和PCM冷却设备中的PCM材料的温度Tp，阈值参数包括，表征所述PCM冷却设备中的PCM材料凝固为固态所需的外界温度的第一温度阈值T1，表征自然冷却设备正常工作所需的外界温度的第二温度阈值T2，表面所述PCM材料处于固态的凝固状态稳定阈值Ts1和表明所述PCM材料处于液态的熔化状态温度阈值Ts2；将所述温度参数和阈值参数进行比对以确定冷却系统适用的控制条件；在外界温度AT低于上述第一温度阈值T1的情况下，接通自然冷却设备和有待冷却系统之间的工作流体通路，接通自然冷却设备和PCM冷却设备之间的工作流体通路，并将所述PCM冷却设备设定为第一工作模式；在外界温度AT高于上述第二温度阈值T2，且所述PCM材料的温度Tp低于上述熔化状态温度阈值Ts2的情况下，接通所述PCM冷却设备和有待冷却系统之间的工作流体通路，阻断与自然冷却设备相关的工作流体通路，并将所述PCM冷却设备设定为第二工作模式。