CN103249284A - 一种数据中心油冷方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数据中心油冷方法，所述方法是利用矿物油绝缘，导热效率高等特性，将服务器浸泡在矿物油中，服务器工作时散发的热量，通过矿物油吸收与传递，再通过油冷散热系统，持续高效的散发出去。本发明降低数据中心散热系统建设成本，相对现有技术中的风冷技术更加经济和节能，运用本发明的散热系统对于机房的温度环境要求基本为零，由于本系统中服务器是直接浸泡在矿物油中，服务器等设备都不与空气直接接触，因此对环境的空气质量也无要求，由于油冷的效率高，所以数据中心的密度可以最到更高。

Description

一种数据中心油冷方法

技术领域

本发明涉及油冷技术领域，尤其涉及一种数据中心油冷方法。

背景技术

现有阶段数据中心散热方法是使用风冷技术，是指通过中央空调降低数据中心室温，机柜送风通道将机柜中热风与机柜外部冷风循环以及服务器内部散热风扇的工作，来将服务器内部元件散发出来的热量，通过空气的循环流动带走，从而达到散热的目的。

使用现阶段数据中心散热方法需要消耗电能非常大，这是因为首先此方法需要数据中心的室内温度要保持在18-21摄氏度左右，维持此低温会让中央空调消耗大量的电能。其次现有阶段数据中心散热方法是使用风冷技术，因为空气的热传导效率非常低，所以需要风冷系统消耗大量的电能，不停的将热量吹走，才能保证服务器等设备正常工作。

由于现阶段的散热方法要求空气循环很快，不洁净的空气会导致通风管道和散热系统结尘严重，所以对空气质量、粉尘情况等要求很高。

风冷散热的方法需要散热系统持续稳定的工作，当系统发生故障时，会导致服务器内部温度急剧增高，影响服务器配件使用寿命或直接发生故障，影响服务器正常工作，所以使用风冷技术散热的方法容错率也偏低。

将本发明运用在数控中心散热系统上，可以很好的解决节能、对空气质量要求高、容错率低的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供了一种将服务器浸泡在矿物油中的数据中心油冷方法。

为解决上述技术问题，本发明通过以下方案来实现：一种数据中心油冷方法，所述方法是利用矿物油绝缘，导热效率高等特性，将服务器浸泡在矿物油中，服务器工作时散发的热量，通过矿物油吸收与传递，再通过油冷散热系统，持续高效的散发出去；

所述油冷散热系统主要由冷却水塔、热交换器、若干油冷机柜三部分组成，冷却水塔底部通过水管分别连接1#水泵、2#水泵、3#水泵，所述1#水泵、2#水泵、3#水泵的出水方向的水管合并成一条水管连接至热交换器的进水孔，在所述热交换器进水孔同侧设有出水孔，该出水孔连接的出水管与冷却水塔侧边底部连接；

所述热交换器上的进油孔通过油管分别连接1#油泵、2#油泵、3#油泵的出油孔，所述热交换器上的出油孔通过油管连接若干油冷机柜的进油孔，所述1#油泵、2#油泵、3#油泵的进油孔通过油管连接所述若干油冷机柜的出油孔，所述油冷机柜装满矿物油，服务器浸泡在矿物油中；

所述冷却水塔、热交换器、若干油冷机柜、1#水泵、2#水泵、3#水泵、1#油泵、2#油泵、3#油泵都与自控系统设备连接，该自控系统设备与监控管理中心连接。

进一步的，所述冷却水塔顶端还设有风机，以及接近传感器，所述风机用于加速水塔散热效果；接近传感器用于感知风机的工作状态是否正常。

进一步的，在每个油冷机柜的进出管道上都装有温度传感器、液面平衡阀、手动阀和过滤设备，其中：

温度传感器用于监测进出矿物油和油冷机柜内部的温度，并将收集的信息反馈给自控系统设备；

液面平衡阀用于调节油冷机柜中4个单元里的液面保持一致；

手动阀用于油冷机柜进行维护保养时，关闭进出的油管；

过滤设备用于过滤进出油矿物中的杂质。

进一步的，所述1#水泵、2#水泵、3#水泵由变频器进行控制，以在散热能力超出热量产生的能力后，可以对本设备进行节能降耗，其进出管道上装有流量传感器和手动阀，其中：

流量传感器用于感知1#水泵、2#水泵、3#水泵的启动和关闭以及水泵的工作流量以得知水泵的工作状态；

手动阀用于1#水泵、2#水泵、3#水泵的泵体进行维修和保养时关闭进出的水管。

进一步的，所述1#油泵、2#油泵、3#油泵由变频器进行控制，以在散热能力超出热量产生的能力后，可以对本设备进行节能降耗，其进出管道上装有流量传感器和手动阀，其中：

流量传感器用于感知1#油泵、2#油泵、3#油泵的启动和关闭以及油泵的工作流量以得知油泵的工作状态；

手动阀用于1#油泵、2#油泵、3#油泵的泵体进行维修和保养时关闭进出的水管。

进一步的，所述热交换器的进出水管、油管管道上都装有温度传感器、手动阀，其中：

温度传感器用于监测进出油和水的温度，并将收集的信息反馈给自控系统设备；

手动阀用于热交换器进行维修和保养时关闭进出的油管和水管。

进一步的，所述冷却水塔进出水管管道上都装有温度传感器、手动阀和过滤设备，其中：

温度传感器用于监测进出水的温度，并将收集的信息反馈给自控系统设备；

手动阀用于冷却水塔进行维修和保养时关闭进出的水管；

过滤设备用于过滤进出冷却水中的杂质。

进一步的，所述油冷机柜中的服务器设备需将散热风扇拆除，并加入风扇模拟器，以保证服务器等设备的正常启动。

进一步的，所述服务器设备安装IPMI功能，用于监视服务器的物理健康特征、电源状态，并可以对服务器等设备进行远程智能化管理，其CPU上的液态导热介质去除，避免在矿物油的冲刷下，液态导热介质混合在矿物油中，影响矿物油的纯净度，油冷所需的矿物油加入抗氧化剂，提高矿物油的化学稳定性。

进一步的，所述服务器设备中的不耐油浸泡的零件如硬盘等，需使用特定密封胶进行密封操作，以保证这些零件的长期正常工作。

本发明的有益效果：本发明降低数据中心散热系统建设成本，相对现有技术中的风冷技术更加经济和节能，运用本发明的散热系统对于机房的温度及空调环境要求基本为零，由于本系统中服务器是直接浸泡在矿物油中，服务器等设备都不与空气直接接触，因此对环境空气质量无要求。

附图说明

以下结合附图对本发明作详细说明。

图1为本发明数据中心油冷方法的系统组成连接示意图；

图2为本发明数据中心油冷方法的自控系统设备与各设备连接示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种数据中心油冷方法，所述方法是利用矿物油绝缘，导热效率高等特性，将服务器浸泡在矿物油中，服务器工作时散发的热量，通过矿物油吸收与传递，再通过油冷散热系统，持续高效的散发出去；所述油冷散热系统主要由冷却水塔1、热交换器5、若干油冷机柜9三部分组成，冷却水塔1底部通过水管分别连接1#水泵2、2#水泵3、3#水泵4，所述1#水泵2、2#水泵3、3#水泵4的出水方向的水管合并成一条水管连接至热交换器5的进水孔，在所述热交换器5进水孔同侧设有出水孔，该出水孔连接的出水管与冷却水塔1侧边底部连接；所述热交换器5上的进油孔通过油管分别连接1#油泵6、2#油泵7、3#油泵8的出油孔，所述热交换器5上的出油孔通过油管连接若干油冷机柜9的进油孔，所述1#油泵6、2#油泵7、3#油泵8的进油孔通过油管连接所述若干油冷机柜9的出油孔。所述冷却水塔1顶端还设有风机13，所述冷却水塔1、热交换器5、若干油冷机柜9、1#水泵2、2#水泵3、3#水泵4、1#油泵6、2#油泵7、3#油泵8都与自控系统设备连接，该自控系统设备与监控管理中心连接。

本发明各设备的作用如下：

1)、冷却水塔1，是用于冷却热交换后的水；

2)、1#水泵2、2#水泵3、3#水泵4，用于将冷却水从冷却水塔1抽出，并输送到热交换器5中，进行水循环；

3)、热交换器5，是用于冷却水与矿物油进行热交换；

4)、1#油泵6、2#油泵7、3#油泵8，用于将矿物油从油冷机柜9中抽出，并输送到热交换器5中，进行油循环；

5)、油冷机柜9，是用于放置矿物油和浸泡服务器等设备的装置。

实现本发明数据中心油冷方法所需设备的工作过程如下：

1)、运用矿物油绝缘、导热、不宜氧化、无腐蚀性、防火、无毒、流动性好等特性，将拆除所有散热设备的服务器浸泡在装满矿物油的油冷机柜9机组中。当服务器工作时，服务器以及其他设备会发热，通过热传递效应，热量传递到矿物油中，矿物油在油冷机柜9中循环对流，使得热量能均匀的、迅速的扩散到该油冷机柜9的矿物油中；

2)、油泵组中的一个油泵启动后，油泵内的叶轮高速旋转运动，受热后的矿物油在离心力的作用下，通过油管从油冷机柜9中流入热交换器5中，热油进行热交换后，再经过油泵的作用返回油冷机柜9，进行油循环流动；

3)、当矿物油进入热交换器5后，热交换器5内的管扩大了导热面积，通过热传导原理，有效的将矿物油中的热量传递到冷却水中，散热后的矿物油通过油管回到油冷机柜9机组中继续吸收热量；

4)、水泵组中的一个水泵启动后，水泵内的叶轮高速旋转运动，受热后的冷却水在水泵离心力的作用下，通过水管回到冷却水塔1进行冷却，再将水冷却后输送到热交换器5中，如此进行水的循环流动；

5)、冷却水塔1将干燥的空气，经过风机13的抽动进入塔内，空气与水在冷却塔内进行蒸发作用，从而将水冷却；

6)、油温控制在40-50摄氏度之间，在此环境下，服务器及其设备能够正常工作，油泵组和水泵组一般由2个以上的油泵和水泵组成，正常情况下，油泵组和水泵组中的油泵和水泵都是交替工作的，在同一时间只有一个油泵和水泵工作，另外的油泵和水泵处于备用状态。通过传感器和控制电路可以监控和控制油泵与水泵的工作。当有水泵和油泵出现故障时，传感器会接受到信号，并将信号传递至控制电路，从而会屏蔽掉故障泵，启用其他的泵进行循环工作，并将故障信息提交到控制中心，因此提高了油冷系统的容错率，使数据中心可以稳定、可靠的连续工作；

如图2所示，实现本发明所需的这套油冷散热设备安装有一套自控系统设备，对各个设备的工作状况进行检测，并将信息收集反馈给监控管理中心。自控系统设备可以对故障进行监测和自动处理，当各个设备的检测装置检测到异常时，会通过电子信号反馈给自控系统设备，自控系统设备将自动处理异常，并将信息传递给监控管理中心，如果自控系统设备处理不了，则会发出警报并将信息反馈给监控管理中心，提醒工作人员进行手动处理。由于自控系统设备与监控管理中心连接，可以通过监控管理中心对油冷系统中的各项数据进行收集和各个设备的远程控制。

实现本发明数据中心油冷方法所需设备的自控系统设备有监测故障、自动处理故障、反馈信息等功能。其各个部分的处理流程如下：

1)、油冷机柜9机组，油冷机柜9机组上的温度传感器可以用来检测进出油管和机柜内矿物油的温度，如果温度超过设定值时，会将信息传递给自控系统设备处理，并反馈到监控管理中心。油冷机柜9侧面有一个液面平衡阀，通过油管将机柜组中的油冷机柜9连接起来，在大气压的作用下，可以自动调节机柜中矿物油的液面高度，使之保持平衡；

2)、油泵、水泵组部分，由于油、水泵组是由多个油泵和多个水泵组成，油泵和水泵，都是各自交替循环使用的(每个泵体启动10-20天后轮换)。当工作中的泵体出现故障时，流量检测器会将此信息传递给自控系统设备，自控系统设备通过发出电子信号将故障泵关闭，并启动备用泵，并在后续轮换中略过该泵。最后将处理结果发送到监控管理中心，提醒工作人员维修或者更换，工作人员处理完毕后可以重新将故障泵加入轮换循环；

3)、热交换器5，当异常出现时，温度传感器会将信息传递给自控系统设备进行处理，并反馈给监控管理中心；

4)、冷却水塔1，当异常出现时，接近传感器或温度传感器会将信息传递给自控系统设备进行处理，并反馈给监控管理中心。

5)、系统的负载设计是参照了最残酷的环境的，所以在一般环境下(气温较低时)，散热能力会大于热量产生的速度，这个时候变频器会开始工作，对系统进行节能降耗。

实现本发明数据中心油冷方法所需设备，在工作一定时间后要进行维护和保养，从而保证设备正常、稳定的工作，其主要内容有：

1)、矿物油的过滤及系统中过滤设备的清洗；

2)、热交换器5的清洗。由于热交换器5长期运行，用来冷却的水的纯度不同，以及工艺介质本身性质的差异导致热交换器5结垢，结垢后使内部通道截面积变小甚至堵塞，造成热交换器5换热效率降低，从而影响油冷系统的正常运行和设备的安全，因此热交换器5应定期清洗，除掉污垢，以保证热交换器5的高效换热；

3)、水泵组、油泵组的维护，检查水泵组、油泵组电源导线，是否有老化，破皮，电源线铜芯外漏，检查水泵叶轮是否有泥土，异物等堵住出水叶轮或是出水口，检查水泵运转时声音是否良好，如果有杂脆声，说明水泵轴承损坏，需要检修，加油，更换。检查水泵运转时是否漏电，如果漏电请送维修部门检修；

4)、冷却水塔1的维护。检查冷却水塔1主水管、分水管、喷头有无破损松动，及时进行修补、固定，彻底清除布水管及喷头内部的污物，以保证水管畅通，喷头布水均匀，彻底冲洗冷却塔水盘及出水过滤网罩，避免水垢污物积存堵塞管道。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种数据中心油冷方法，其特征在于：所述方法是利用矿物油绝缘，导热效率高等特性，将服务器浸泡在矿物油中，服务器工作时散发的热量，通过矿物油吸收与传递，再通过油冷散热系统，持续高效的散发出去；

所述油冷散热系统主要由冷却水塔(1)、热交换器(5)、若干油冷机柜(9)三部分组成，冷却水塔(1)底部通过水管分别连接1#水泵(2)、2#水泵(3)、3#水泵(4)，所述1#水泵(2)、2#水泵(3)、3#水泵(4)的出水方向的水管合并成一条水管连接至热交换器(5)的进水孔，在所述热交换器(5)进水孔同侧设有出水孔，该出水孔连接的出水管与冷却水塔(1)侧边底部连接；

所述热交换器(5)上的进油孔通过油管分别连接1#油泵(6)、2#油泵(7)、3#油泵(8)的出油孔，所述热交换器(5)上的出油孔通过油管连接若干油冷机柜(9)的进油孔，所述1#油泵(6)、2#油泵(7)、3#油泵(8)的进油孔通过油管连接所述若干油冷机柜(9)的出油孔，所述油冷机柜(9)装满矿物油，服务器浸泡在矿物油中；

所述冷却水塔(1)、热交换器(5)、若干油冷机柜(9)、1#水泵(2)、2#水泵(3)、3#水泵(4)、1#油泵(6)、2#油泵(7)、3#油泵(8)都与自控系统设备连接，该自控系统设备与监控管理中心连接。

2.按照权利要求1所述的一种数据中心油冷方法，其特征在于：所述冷却水塔(1)顶端还设有风机(13)，以及接近传感器，所述风机(13)用于加速水塔散热效果；接近传感器用于感知风机的工作状态是否正常。

3.按照权利要求1所述的一种数据中心油冷方法，其特征在于：在每个油冷机柜(9)的进出管道上都装有温度传感器、液面平衡阀、手动阀和过滤设备，其中：

温度传感器用于监测进出矿物油和油冷机柜(9)内部的温度，并将收集的信息反馈给自控系统设备；

液面平衡阀用于调节油冷机柜(9)中4个单元里的液面保持一致；

手动阀用于油冷机柜(9)进行维护保养时，关闭进出的油管；

过滤设备用于过滤进出油矿物中的杂质。

4.按照权利要求1所述的一种数据中心油冷方法，其特征在于：所述1#水泵(2)、2#水泵(3)、3#水泵(4)由变频器进行控制，以在散热能力超出热量产生的能力后，可以对本设备进行节能降耗，其进出管道上装有流量传感器和手动阀，其中：

流量传感器用于感知1#水泵(2)、2#水泵(3)、3#水泵(4)的启动和关闭以及水泵的工作流量以得知水泵的工作状态；

手动阀用于1#水泵(2)、2#水泵(3)、3#水泵(4)的泵体进行维修和保养时关闭进出的水管。

5.按照权利要求1所述的一种数据中心油冷方法，其特征在于：所述1#油泵(6)、2#油泵(7)、3#油泵(8)由变频器进行控制，以在散热能力超出热量产生的能力后，可以对本设备进行节能降耗，其进出管道上装有流量传感器和手动阀，其中：

流量传感器用于感知1#油泵(6)、2#油泵(7)、3#油泵(8)的启动和关闭以及油泵的工作流量以得知油泵的工作状态；

手动阀用于1#油泵(6)、2#油泵(7)、3#油泵(8)的泵体进行维修和保养时关闭进出的水管。

6.按照权利要求1所述的一种数据中心油冷方法，其特征在于：所述热交换器(5)的进出水管、油管管道上都装有温度传感器、手动阀，其中：

温度传感器用于监测进出油和水的温度，并将收集的信息反馈给自控系统设备；

手动阀用于热交换器(5)进行维修和保养时关闭进出的油管和水管。

7.按照权利要求1所述的一种数据中心油冷方法，其特征在于：所述冷却水塔(1)进出水管管道上都装有温度传感器、手动阀和过滤设备，其中：

温度传感器用于监测进出水的温度，并将收集的信息反馈给自控系统设备；

手动阀用于冷却水塔进行维修和保养时关闭进出的水管；

过滤设备用于过滤进出冷却水中的杂质。

8.按照权利要求1或3所述的一种数据中心油冷方法，其特征在于：所述油冷机柜(9)中的服务器设备需将散热风扇拆除，并加入风扇模拟器，以保证服务器等设备的正常启动。

9.按照权利要求1所述的一种数据中心油冷方法，其特征在于：所述服务器设备安装IPMI功能，用于监视服务器的物理健康特征、电源状态，并可以对服务器等设备进行远程智能化管理，其CPU上的液态导热介质去除，避免在矿物油的冲刷下，液态导热介质混合在矿物油中，影响矿物油的纯净度，油冷所需的矿物油加入抗氧化剂，提高矿物油的化学稳定性。

10.按照权利要求1或9所述的一种数据中心油冷方法，其特征在于：所述服务器设备中的不耐油浸泡的零件如硬盘等，需使用特定密封胶进行密封操作，以保证这些零件的长期正常工作。

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