CN108124409B - 一种服务器液冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种服务器液冷系统，包括充满冷却液体(3)的液冷箱体(2)、安装于所述液冷箱体(2)内的与外部供冷装置(8)连通的至少两组换热器组件，以及用于使所述冷却液体(3)水平流动的驱动装置，所述换热器组件与服务器机组间隔分布，所述驱动装置的驱动力方向与所述换热器(4)的板面方向垂直，所述驱动装置能够驱动所述冷却液体(3)逐次穿过每组所述换热器组件且返回。该服务器液冷系统有效地提高了换热效率，能匹配服务器的不同负荷需求等问题。

Description

一种服务器液冷系统

技术领域

本发明涉及数据中心领域，尤其涉及服务器液冷领域，特别是涉及一种服务器液冷系统。

背景技术

目前在数据中心浸没式液冷方案，非相变方式，一般采用柜式结构，采用绝缘的冷却液，通过水泵循环与外部的板式换热器进行热交换，板式换热器的另一端有室外的冷却塔或者冷水机组提供冷量，最终实现热量的逐级传递，排至室外。该方案存在以下弊端：

冷却液在箱体内采用上下对角的流场，容易造成各区域的换热不均匀，部分服务器上架，部分区域未实现换热，利用率低。同时，容易出现局部热点。

冷却液要经过外部管路组成循环，若要进行冷却液更换时，服务器需整体停机，不能分批停机及更换冷却液。

综上所述，如何有效地解决换热效率较低，不能匹配服务器的不同负荷需求等问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种服务器液冷系统，该服务器液冷系统有效地提高了换热效率，能匹配服务器的不同负荷需求等问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种服务器液冷系统，包括充满冷却液体的液冷箱体、安装于所述液冷箱体内的与外部供冷装置连通的至少两组换热器组件，以及用于使所述冷却液体水平流动的驱动装置，所述换热器组件与服务器机组间隔分布，所述驱动装置的驱动力方向与所述换热器的板面方向垂直，所述驱动装置能够驱动所述冷却液体逐次穿过每组所述换热器组件且返回。

优选地，当所述冷却液体从初始侧移动至末尾侧时，

所述驱动装置能够驱动所述冷却液体反向逐次穿过每组所述换热器组件返回至初始侧；

或者，所述驱动装置能够驱动所述冷却液体反向直接返回至初始侧。

优选地，所述驱动装置为安装于初始侧的所述换热器组件或者所述服务器机组上的第一风扇，以及安装于末尾侧的所述换热器组件或者所述服务器机组上的第二风扇，

所述第一风扇的驱动力能够驱动所述冷却液体从初始侧到达末尾侧；所述第二风扇的驱动力能够驱动所述冷却液体从末尾侧返回至初始侧。

优选地，每组所述换热器组件或者每组所述服务器机组的始端上均设置有所述第一风扇，末端上均设置有所述第二风扇，

所述第一风扇的驱动力能够驱动所述冷却液体从始端逐次穿过每组所述换热器组件到达末端；所述第二风扇的驱动力能够驱动所述冷却液体从末端逐次穿过每组所述换热器组件返回至始端。

优选地，所述驱动装置为安装于所述换热器组件或者所述服务器机组上的驱动风扇，所述驱动风扇能够正向驱动和逆向驱动，所述驱动风扇的驱动力方向与所述冷却液体的流动方向相同；

或者，所述驱动装置为所述服务器机组的内置风扇，所述内置风扇的驱动力方向与所述冷却液体的流动方向相同。

优选地，所述驱动装置为循环管路组件，设置于两端所述换热器的外侧，所述循环管路组件包括串接于干路管路上的内部循环水泵、与所述干路管路的进液口连接的回液主管、与所述干路管路的出液口连接的供液主管、与所述回液主管连接的沿所述液冷箱体高度方向的多条回液支管、与所述供液主管连接的沿所述液冷箱体高度方向的多条供液支管，所述供液支管上开设有多个供液口，所述回液支管上开设有多个回液口。

优选地，所述干路管路位于所述液冷箱体的底部的中轴位置，所述回液主管和所述供液主管的数量均为两条，所述回液主管和所述供液主管上均连接有电动阀件，所述电动阀件与控制器连接。

优选地，所述液冷箱体内设置有隔板，所述隔板用于将所述液冷箱体分割为多个独立的封闭隔间，每个所述封闭隔间内均设置有独立的服务器液冷系统。

优选地，所述隔板的数量为一块，所述隔板与所述换热器垂直，所述干路管路包括两条分路管，两条所述分路管分别与所述隔板两侧的所述供液主管和所述回液主管连接，每个所述封闭隔间内设置有独立的所述换热器，

所述分路管上均设置有手动阀门或电动阀门，所述手动阀门或所述电动阀门与所述控制器连接。

优选地，还包括设置于所述液冷箱体内用于检测所述冷却液温度的温感装置，所述温感装置和所述换热器、所述驱动装置与所述控制器连接。

本发明所提供的服务器液冷系统，包括液冷箱体、换热器组件以及驱动装置，液冷箱体内充满冷却液体。换热器组件的数量至少两组，安装于液冷箱体内，与外部供冷装置连通，实现热量的传递。驱动装置用于使液冷箱体内的冷却液体水平流动，采用冷却液内部循环，实现更高的换热效率，能匹配服务器的不同负荷需求，同时便于冷却液的更换。换热器组件与服务器机组间隔分布，可以间隔一组，可以是两组，也可以是多组，换热器组件与服务器机组分布灵活。驱动装置的驱动力方向与换热器的板面方向垂直，驱动装置能够驱动冷却液体逐次穿过每组换热器组件且返回，实现冷却液体的内部循环及逐级换热，逐级冷却，各区域的换热均匀，换热效率较高。需要说明的是，这里所说的驱动力方向指的是驱动装置的合力方向，服务器机组与换热器组件垂直分布，换热器的板面方向指的是服务器端面相邻的面。

本发明所提供的服务器液冷系统，冷却液体内循环，多级换热器，内部换热器可实现逐级冷，便于后期运维，提高换热效率，更好匹配服务器的负荷，便于更换冷却液。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中一种具体实施方式所提供的服务器液冷系统中循环管路组件的结构示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为服务器液冷系统中液冷箱体内部的结构示意图；

图4为图3的侧剖图；

图5为服务器液冷系统中液冷箱体内部部件的另一种结构示意图；

图6为服务器液冷系统中循环管路组件的另一种结构示意图；

图7为本发明中一种具体实施方式所提供的服务器液冷系统的示意图；

图8为本发明中一种具体实施方式所提供的服务器液冷系统的示意图。

附图中标记如下：

1-循环管路组件、10-内部循环水泵，11-回液主管，12-回液支管，13-供液支管，14-供液主管、15-电动阀件、2-液冷箱体、3-冷却液体、4-换热器，5-服务器、6-冷却介质、7-隔板、8-外部供冷装置、80-压缩机、81-冷凝器、82-节流阀、83-电磁阀、901-末端水泵，902-冷却水泵，911-第一旁通阀、912-第二旁通阀、913-第三旁通阀、914-第四旁通阀、921-自然冷却热交换器、922-冷却塔换热器、923-蒸发侧热交换器，93-冷却塔。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种服务器液冷系统，该服务器液冷系统有效地提高了换热效率，能匹配服务器的不同负荷需求等问题。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1和图2，图1为本发明中一种具体实施方式所提供的服务器液冷系统的结构示意图。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的服务器液冷系统，包括液冷箱体2、换热器组件以及驱动装置，液冷箱体2内充满冷却液体3。换热器组件的数量至少两组，安装于液冷箱体2内，与外部供冷装置8连通，冷却介质6可由外部供冷装置8提供冷水，或者通过制冷循环直接通入制冷剂，实现热量的传递。驱动装置用于使液冷箱体2内的冷却液体3水平流动，采用冷却液体3内部循环，实现更高的换热效率，能匹配服务器5的不同负荷需求，同时便于冷却液体3的更换。换热器组件与服务器机组间隔分布，可以间隔一组，可以是两组，也可以是多组，换热器组件与服务器机组分布灵活。驱动装置的驱动力方向与换热器4的板面方向垂直，驱动装置能够驱动冷却液体3逐次穿过每组换热器组件且返回，实现冷却液体3的内部循环及逐级换热，逐级冷却，各区域的换热均匀，换热效率较高。需要说明的是，这里所说的驱动力方向指的是驱动装置的合力方向，服务器机组与换热器组件垂直分布，换热器4的板面方向指的是服务器5端面相邻的面。

本发明所提供的服务器液冷系统，冷却液体3内循环，多级换热器4，内部换热器4可实现逐级冷却，便于后期运维，提高换热效率，更好匹配服务器5的负荷，便于更换冷却液体3。

需要说明的是，这里所说的外部供冷装置8可以采用常规的蒸汽压缩式制冷循环，则如下图7所示，外部供冷装置8主要由压缩机80、冷凝器81、节流阀82，以及在液冷箱体2中的换热器4组成，更优地，节流阀82后的每路分液，加装电磁阀83，控制系统检测每路换热器4的需求，通过控制电磁阀83的通断，对每路制冷剂进行控制，压缩机80采用变频技术并对冷凝器风机进行变频调试，实现液冷箱体2的热负荷与外部供冷装置8实施匹配，达到节能效果。

外部供冷装置8也可以采用蒸汽压缩式制冷循环结合自然冷却形式，如图8所示，主要组成如下，末端水泵901，冷却水泵902，自然冷却热交换器921、冷却塔换热器922、蒸发侧热交换器923，以及第一旁通阀911、第二旁通阀912、第三旁通阀913、第四旁通阀914等。

控制原理如下：当控制系统检测到室外温度高于某一值，结合当前箱体内的控温系统，计算判定不能利用自然冷却，则关闭第二旁通阀912和第三旁通阀913，同时打开第一旁通阀911和第四旁通阀914，利用蒸汽压缩式制冷循环，在蒸发侧热交换器923产生冷冻水，通过末端水泵901，实现冷却液与冷冻水之间的热交换，而热量从冷却塔换热器922及冷却塔进行传热，释放到环境中。当室外温度降低到一定值，则控制系统关闭蒸汽压缩式制冷循环，关闭第一旁通阀911、第四旁通阀914，打开第二旁通阀912和第三旁通阀913，通过冷却塔93换热后的冷水与冷却液在自然冷却热交换器921中进行热交换。当处于过渡季节时，通过控制系统判断，部分开启第三旁通阀913，保持第一旁通阀911关闭，第二旁通阀912开启，从液冷箱体2内流出的高温水，先进入自然冷却热交换器921进行初级降温，再进入蒸发侧热交换器923二级降温，实现部分冷量来自自然冷却。更优的，第一旁通阀911、第二旁通阀912及第三旁通阀913、第四旁通阀914两组共四套阀件，可通过两套三通调节阀替代，实现蒸汽压缩式制冷向冷却塔93自然冷却的逐步过渡。

上述服务器液冷系统仅是一种优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要做出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式，当冷却液体3从初始侧移动至末尾侧时，驱动装置能够驱动冷却液体3反向逐次穿过每组换热器组件返回至初始侧，也就是按原路逐级穿过每组换热器组件，返回至上一级换热器组件直至返回至初始侧，在返回的过程中，同样实现冷却液体3的内部循环及逐级换热，逐级冷却，换热效率较高。或者，驱动装置能够驱动冷却液体3反向直接返回至初始侧，返回至初始侧的过程中，没有动力驱动，节省能源，简化服务器液冷系统结构。

在上述具体实施方式的基础上，本领域技术人员可以根据具体场合的不同，对服务器液冷系统进行若干改变，驱动装置为安装于初始侧的换热器组件或者服务器机组上的第一风扇，以及安装于末尾侧的换热器组件或者服务器机组上的第二风扇，第一风扇的驱动力能够驱动冷却液体3从初始侧到达末尾侧；第二风扇的驱动力能够驱动冷却液体3从末尾侧返回至初始侧，此时第一风扇和第二风扇的驱动力方向与冷却液体3的流动方向相同，第一风扇和第二风扇的驱动力方向相反，第一风扇和第二风扇能将冷却液体3驱动至两个相反的方向，实现冷却液体3的循环换热，分级冷却；并且，通过风扇驱动，驱动力较大，易于驱动。

显然，在这种思想的指导下，本领域的技术人员可以根据具体场合的不同对上述具体实施方式进行若干改变，每组换热器组件或者每组服务器机组的始端上均设置有第一风扇，末端上均设置有第二风扇，第一风扇的驱动力能够驱动冷却液体3从始端逐次穿过每组换热器组件到达末端；第二风扇的驱动力能够驱动冷却液体3从末端逐次穿过每组换热器组件返回至始端，冷却液体3在整个循环过程中，逐级穿过每组换热器组件，逐级冷却，换热效果较好。

需要特别指出的是，本发明所提供的服务器液冷系统不应被限制于此种情形，驱动装置为安装于换热器组件或者服务器机组上的驱动风扇，驱动风扇能够正向驱动和逆向驱动，驱动风扇的驱动力方向与冷却液体3的流动方向相同，一个驱动风扇能够实现冷却液体3的循环流动，结构简单，成本较低。或者，驱动装置为服务器机组的内置风扇，内置风扇的驱动力方向与冷却液体3的流动方向相同，服务器机组的内置风扇冷却时相当于一个水泵，具有驱动作用，可以省去外置驱动装置，进一步简化了服务器液冷系统的结构。

本发明所提供的服务器液冷系统，在其它部件不改变的情况下，驱动装置为循环管路组件1，设置于两端换热器4的外侧。循环管路组件1包括内部循环水泵10、干路管路、回液主管11、供液主管14、回液支管12、供液支管13，内部循环水泵10串接于干路管路上，回液主管11与干路管路的进液口连接，供液主管14与干路管路的出液口连接。回液支管12与回液主管11连接，沿液冷箱体2高度方向，具有多条回液支管12。供液支管13与供液主管14连接，沿液冷箱体2高度方向，具有多条供液支管13。供液支管13上开设有多个供液口，回液支管12上开设有多个回液口。换热器4设置于循环管路组件1内部，通过循环管道组件对不同级的换热器4换热，实现冷却液体3的内部循环及逐级冷却，提高换热效率，更好匹配服务器5的负荷。

对于上述各个实施例中的服务器液冷系统，干路管路位于液冷箱体2的底部的中轴位置，回液主管11和供液主管14的数量均为两条，对称布置，保证整体换热效果。回液主管11和供液主管14上均连接有电动阀件15，电动阀件15与控制器连接，进行分区域控制，当需要截断某区域的循环冷却时，可通过电控，对相关的电动阀件15进行通断控制，控制较为方便。

为了进一步优化上述技术方案，液冷箱体2内设置有隔板7，隔板7用于将液冷箱体2分割为多个独立的封闭隔间，将液冷箱体2分为若干个区间，每个封闭隔间内均设置有独立的服务器液冷系统，可以根据实际应用情况的不同，选择开启设定封闭隔间的服务器液冷系统，独立控制，控制方便，更加节能。

在上述各个具体实施例的基础上，隔板7的数量为一块，隔板7与换热器4垂直，干路管路包括两条分路管，两条分路管分别与隔板7两侧的供液主管14和回液主管11连接，循环管道组件的供液主管14或回液主管11可分成两路，配套设计在隔板7的两侧，每个封闭隔间内设置有独立的换热器4，将冷却液体3封闭在独立的隔间内，可以更加合理的选择冷却隔间。

分路管上均设置有手动阀门或电动阀门，手动阀门或电动阀门与控制器连接，当现场需要维护或者更换冷却液体3时，可以通过设定阶段内某一路换热，另一侧照常运行，不用停止所有服务器5工作，提供工作效率。

本发明所提供的另一创造性思想在于，还包括设置于液冷箱体2内用于检测冷却液体3温度的温感装置，温感装置和换热器4、驱动装置与电控系统的控制器连接。具体地说，液冷箱体2内设计有温感装置及电控系统，当检测到有冷却需求时，比如冷却液体3高于设定值时，启动内部驱动装置及外部供冷装置8供冷，通过冷却液体3在液冷箱体2的循环流动及冷却介质6在换热器4中循环，可实现从上至下的服务器5的分排逐级冷却，但服务器5的热量减少时，通过温感装置及电控系统，可关闭部分换热器4及循环管路组件1的相关支路，达到节能效果。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语底部等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种服务器液冷系统，其特征在于，包括充满冷却液体（3）的液冷箱体（2）、安装于所述液冷箱体（2）内的与外部供冷装置（8）连通的至少两组换热器组件，以及用于使所述冷却液体（3）沿同一水平方向流动穿过所有服务器机组及换热器组件的驱动装置，所述换热器组件与服务器机组间隔一组分布，所述驱动装置的驱动力方向与换热器（4）的板面方向及服务器的端面垂直，换热器的板面与服务器的端面相邻，所述驱动装置能够驱动所述冷却液体（3）逐次穿过每组所述换热器组件且返回，所述驱动装置为循环管路组件（1），设置于两端所述换热器（4）的外侧，所述循环管路组件（1）包括串接于干路管路上的内部循环水泵（10）、与所述干路管路的进液口连接的回液主管（11）、与所述干路管路的出液口连接的供液主管（14）、与所述回液主管（11）连接的沿所述液冷箱体（2）高度方向的多条回液支管（12）、与所述供液主管（14）连接的沿所述液冷箱体（2）高度方向的多条供液支管（13），所述供液支管（13）上开设有多个供液口，所述回液支管（12）上开设有多个回液口。

2.根据权利要求1所述的服务器液冷系统，其特征在于，所述干路管路位于所述液冷箱体（2）的底部的中轴位置，所述回液主管（11）和所述供液主管（14）的数量均为两条，所述回液主管（11）和所述供液主管（14）上均连接有电动阀件（15），所述电动阀件（15）与控制器连接。

3.根据权利要求2所述的服务器液冷系统，其特征在于，所述液冷箱体（2）内设置有隔板（7），所述隔板（7）用于将所述液冷箱体（2）分割为多个独立的封闭隔间，每个所述封闭隔间内均设置有独立的服务器液冷系统。

4.根据权利要求3所述的服务器液冷系统，其特征在于，所述隔板（7）的数量为一块，所述隔板（7）与所述换热器（4）垂直，所述干路管路包括两条分路管，两条所述分路管分别与所述隔板（7）两侧的所述供液主管（14）和所述回液主管（11）连接，每个所述封闭隔间内设置有独立的所述换热器（4），

所述分路管上均设置有手动阀门或电动阀门，所述手动阀门或所述电动阀门与所述控制器连接。

5.根据权利要求4所述的服务器液冷系统，其特征在于，还包括设置于所述液冷箱体（2）内用于检测所述冷却液体（3）温度的温感装置，所述温感装置、所述换热器（4）、所述驱动装置与所述控制器连接。

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