CN107801362B - 用于数据中心的冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于数据中心的冷却系统。该冷却系统包括：设置在每个集成电路板上方的至少一个液冷换热器，用于通过液冷换热器中的内循环冷却液为设置在集成电路板上的第一热源散热；液冷分配装置，包括与多个液冷换热器连通的第一管线，与第一冷却塔连通的第二管线，以及换热器，用于通过来自第一冷却塔的外循环冷却液将来自液冷换热器的内循环冷却液冷却到第一温度；以及第一冷却塔，用于将经由第二管线提供的外循环冷却液冷却到第二温度，其中，第一温度高于第二温度。从而，可以降低能耗，实现芯片级冷却。

Description

用于数据中心的冷却系统

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，具体地涉及一种用于数据中心的冷却系统。

背景技术

随着高性能计算的发展，服务器中集成电路板上芯片的密度越来越大，并且每个芯片的处理能力越来越强。这导致集成电路板上芯片的散热需求量日渐增大。这种散热上的需求远远超过传统空调末端的承受能力。传统的数据中心冷却系统主要靠冷风帮助服务器散热，而散热所需的冷风依靠末端空调设备冷却。风冷末端空调设备需要风机送风，能耗较大，而且传统的风冷技术难以满足日益增长的散热需求，不能实现芯片级的冷却。

发明内容

本发明实施例提供一种用于数据中心的冷却系统，以至少解决现有技术中的以上技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种用于数据中心的冷却系统，数据中心设置有多个机柜，以及机柜中均设置有多个集成电路板。该冷却系统包括：

设置在每个集成电路板上方的至少一个液冷换热器，用于通过液冷换热器中的内循环冷却液为设置在集成电路板上的第一热源散热；

液冷分配装置，包括与多个液冷换热器连通的第一管线，与第一冷却塔连通的第二管线，以及换热器，用于通过来自第一冷却塔的外循环冷却液将来自液冷换热器的内循环冷却液冷却到第一温度；以及

第一冷却塔，用于将经由第二管线提供的外循环冷却液冷却到第二温度，其中，第一温度高于第二温度。

结合第一方面，本发明在第一方面的第一种实施方式中，至少一个液冷换热器紧贴地设置在第一热源的表面上。

结合第一方面的第一种实施方式，本发明在第一方面的第二种实施方式中，集成电路板上设置有多个第一热源，在每个第一热源的表面上均设置一个独立的液冷换热器。

结合第一方面，本发明在第一方面的第三种实施方式中，与液冷分配装置连接的液冷换热器为设置在一个机柜中多个集成电路板上的多个液冷换热器。

结合第一方面，本发明在第一方面的第四种实施方式中，与液冷分配装置连接的液冷换热器为设置在多个机柜中多个集成电路板上的多个液冷换热器。

结合第一方面，本发明在第一方面的第五种实施方式中，该冷却系统还包括：设置在数据中心的顶部的主动式冷梁。

结合第一方面的第五种实施方式，本发明在第一方面的第六种实施方式中，主动式冷梁包括：

冷梁静压箱，用于接收来自外部的新风；

位于冷梁静压箱底部两侧的喷嘴，用于将新风从冷梁静压箱中喷出；

进风口，用于使数据中心内的回风进入主动式冷梁；

表冷单元，设置在进风口的上方，用于对流经表冷单元的回风进行冷却；以及

出风口，用于将新风与经冷却的回风混合后送入所述机房。

结合第一方面的第六种实施方式，本发明在第一方面的第七种实施方式中，该冷却系统还包括：

制冷装置，经由第三管线与主动式冷梁的表冷单元相连接，以向表冷单元提供第三温度的冷却液。

结合第一方面、第一方面的第一种实施方式、第一方面的第二种实施方式、第一方面的第三种实施方式、第一方面的第四种实施方式、第一方面的第五种实施方式、第一方面的第六种实施方式或者第一方面的第七种实施方式，本发明在第一方面的第八种实现方式中，第一热源包括中央处理器、图形处理器、现场可编程门阵列芯片、可变逻辑控制芯片、和数字信号处理芯片中的任一项及其组合。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

利用根据本发明实施例的用于数据中心的冷却系统，在集成电路板的第一热源上方设置液冷换热器，可以直接为集成电路板上的第一热源散热，从而可以实现芯片级冷却。液冷换热器中的冷却液通过冷却塔自然冷却，从而可以降低能耗。

上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本发明进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。

附图说明

在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本发明公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本发明范围的限制。

图1为根据本发明实施例的用于数据中心的冷却系统的示意图；

图2为根据本发明另一实施例的用于数据中心的冷却系统的示意图；

图3为根据本发明实施例的主动式冷梁的结构示意图；以及

图4为根据本发明实施例的主动式冷梁系统的示意图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

图1示出了根据本发明实施例的用于数据中心的冷却系统的示意图。数据中心通常设置有多个机柜10。每个机柜10中均设置有多个集成电路板11。如图1所示，用于数据中心的冷却系统包括：

设置在每个集成电路板11上方的至少一个液冷换热器12，用于通过液冷换热器12中的内循环冷却液为设置在集成电路板11上的第一热源13散热；

液冷分配装置20，包括与多个液冷换热器12连通的第一管线21，与第一冷却塔3连通的第二管线22，以及换热器23，用于通过来自第一冷却塔30的外循环冷却液将来自液冷换热器12的内循环冷却液冷却到第一温度；以及

第一冷却塔30，用于将经由第二管线提供的外循环冷却液冷却到第二温度，其中，第一温度高于第二温度。

在本发明的一个实施例中，至少一个液冷换热器12紧贴地设置在集成电路板11上第一热源13的表面上。也就是说，液冷换热器12与第一热源13的表面直接接触。

通常，在一个集成电路板11上会集成有多个第一热源13。在这种情形下，可以在一个集成电路板11的上方布置一整个液冷换热器12，用于为集成电路板11上的多个第一热源13散热。此外，也可以分别为集成电路板11上的每一个第一热源13单独设置一个液冷换热器12，或者将集成电路板11上的第一热源13分组，为每一组第一热源13设置一个独立的液冷换热器12。该液冷换热器12可以为水冷铜排。

液冷分配装置20包括内循环和外循环。液冷分配装置20的内循环通过第一管线21与机柜10中的液冷换热器12连接，用于为液冷换热器12提供内循环冷却液，并将受热后的冷却液经由第一管线21返回到液冷分配装置20。液冷分配装置20的外循环通过第二管线22与第一冷却塔30连接，用于将冷却液提供给第一冷却塔30，以在第一冷却塔30处将外循环冷却液冷却到第二温度。在液冷分配装置20的内循环中的内循环冷却液与在液冷分配装置20的外循环中的外循环冷却液在换热器23处进行热交换，用于通过外循环冷却液将内循环中的内循环冷却液降温至第一温度。

第一冷却塔30通过第二管线22与液冷分配装置20相连接，用于提供外循环冷却液。液冷分配系统20将第一热源13的热量传递至第一冷却塔30，通过冷却塔与室外空气进行换热，将热量排放至室外。由于这部分冷却系统中不包括制冷装置，因此这部分可实现全年100％自然冷却。

在本发明的一个实施例中，每个机柜10中各个集成电路板11上方的液冷换热器12均通过第一管线21连接到液冷分配装置20。第一管线21可以为连接液冷换热器12与液冷分配装置2的歧管。

在另一可选实施例中，多个机柜10中包含的多个集成电路板11上方的液冷换热器12均通过第一管线21连接到液冷分配装置20。也就是说，一个液冷分配装置20可以仅为一个机柜分配内循环冷却液，也可以同时为多个机柜分配内循环冷却液。

在本发明的一个实施例中，第一热源可以为设置中集成电路板11上的主要散热元件。例如，第一热源可以包括但不限于中央处理器、图形处理器、现场可编程门阵列芯片、可变逻辑控制芯片、和数字信号处理芯片中的任一项及其组合。

图2示出了根据本发明另一实施例的用于数据中心的冷却系统的示意图。如图2所示的用于数据中心的冷却系统与图1所示的冷却系统的不同之处在于，其还包括设置在机房顶部的主动式冷梁40。该主动式冷梁40可以进一步为数据中心提供制冷。具体地，该主动式冷梁40可以为集成电路板上的第二热源散热。

通过如图1所示的实施例中示出的冷却系统主要是为设置在集成电路板11上的主要散热元件，即第一热源13散热的。而对于集成电路板11上其他热源，可以通过主动式冷梁40来散热。在本发明的一个实施例中，其他热源可以为例如，内存、硬盘、输入输出接口(I/O接口)等设置中集成电路板11上的器件。

图3示出了根据本发明实施例的主动式冷梁的结构示意图。如图3所示，主动式冷梁40包括：

冷梁静压箱41，用于接收来自外部的新风；

位于冷梁静压箱41底部两侧的喷嘴42，用于将新风从冷梁静压箱41中喷出；

进风口43，用于使数据中心内的回风进入主动式冷梁40；

表冷单元44，设置在进风口43的上方，用于对流经表冷单元44的回风进行冷却；以及

出风口45，用于将新风与经冷却的回风混合后送入机房。

在如图3所述的主动式冷梁40中，室外新风通过新风机组被送入冷梁静压箱41中，然后通过喷嘴42高速喷出，以在喷嘴处形成负压区。数据中心室内的回风靠负压区的压力作用经由进风口43通过表冷单元44冷却后与喷嘴42喷射出来的新风在混风腔内混合后经由出风口45一起送入室内。

利用主动式冷梁为数据中心的机柜提供进一步的降温，由于主动式冷梁采用辐射供冷，其末端未设有风机。因此，进一步提高了总体能源使用效率。

图4示出了根据本发明实施例的主动式冷梁系统的结构示意图。如图4所示的主动式冷梁系统包括如图3所示实施例中所述的主动式冷梁。此外，主动式冷梁系统还包括：

制冷装置46，经由第三管线48与主动式冷梁40的表冷单元44相连接，以向表冷单元44提供第三温度的冷却液。

在如图4所述的主动式冷梁系统中可以在第三管线48上设置循环泵50，以为该主动式冷梁系统中的冷却液提供动力。

在本发明的一个实施例中，第三温度冷却液经由第三管线48提供给表冷单元44，并通过流经表冷单元44对从进风口进入的回风降温，之后该冷却液返回到制冷装置46。在制冷装置46中将该冷却液冷却到第三温度。

在本发明的一个实施例中，主动式冷梁系统还可以包括：

第二冷却塔47，用于经由第四管线49与制冷装置46相连，以冷却经由第四管线49提供的冷却液。

利用第二冷却塔47，可以进一步为冷却液进行降温，以到达节省能源的目的。在如图4所述的主动式冷梁系统中可以在第四管线49设置循环泵，以为该主动式冷梁系统中的冷却液提供动力。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种用于数据中心的冷却系统，其特征在于，所述数据中心设置有多个机柜，以及所述机柜中均设置有多个集成电路板，其特征在于，所述冷却系统包括：

设置在每个所述集成电路板上方的至少一个液冷换热器，用于通过所述液冷换热器中的内循环冷却液为设置在所述集成电路板上的第一热源散热；

液冷分配装置，包括与所述多个液冷换热器连通的第一管线，与第一冷却塔连通的第二管线，以及换热器，用于通过来自所述第一冷却塔的外循环冷却液将来自所述液冷换热器的内循环冷却液冷却到所述第一温度；

所述第一冷却塔，用于将经由所述第二管线提供的外循环冷却液冷却到所述第二温度，其中，所述第一温度高于所述第二温度；以及

设置在所述数据中心的顶部的主动式冷梁，所述主动式冷梁包括：

冷梁静压箱，用于接收来自外部的新风；

位于所述冷梁静压箱底部两侧的喷嘴，用于将所述新风从所述冷梁静压箱中喷出；

进风口，用于使所述数据中心内的回风进入所述主动式冷梁；

表冷单元，设置在所述进风口的上方，用于对流经所述表冷单元的所述回风进行冷却；以及

出风口，用于将所述新风与经冷却的所述回风混合后送入所述机房。

2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述至少一个液冷换热器紧贴地设置在所述第一热源的表面上。

3.根据权利要求2所述的冷却系统，其特征在于，所述集成电路板上设置有多个所述第一热源，在每个所述第一热源的表面上均设置一个独立的液冷换热器。

4.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，与所述液冷分配装置连接的所述液冷换热器为设置在一个机柜中所述多个集成电路板上的多个液冷换热器。

5.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，与所述液冷分配装置连接的所述液冷换热器为设置在多个机柜中所述多个集成电路板上的多个液冷换热器。

6.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，还包括：

制冷装置，经由第三管线与所述主动式冷梁的表冷单元相连接，以向所述表冷单元提供第三温度的冷却液。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的冷却系统，其特征在于，第一热源包括中央处理器、图形处理器、现场可编程门阵列芯片、可变逻辑控制芯片、和数字信号处理芯片中的任一项及其组合。