CN108541188A - 一种换热单元及数据中心液冷系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种换热单元及数据中心液冷系统。该换热单元包括并联的两条通道，每条通道分别设置有两组进出水口，一组进出水口通过数据中心分水器和集水器连接外部冷却塔，一组进出水口连接机柜的配冷装置。本发明的换热单元内采用双通道互为备份，双通道之间可随时无障碍切换，任何一路发生故障都可以关停该通道并切换到另外一条通道继续运行，大大提高系统的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及数据中心冷却技术领域，特别是涉及一种换热单元及数据中心液冷系统。
背景技术
伴随着数据中心冷却技术的发展，越来越多的场景采用液冷替代了传统的风冷模式。
相比于传统的风冷模式，水的散热效率更高，在电子信息设备发热密度日益增大、对散热密度要求越来越高的需求下，传统风冷已经不能满足单机柜超过20kW的功率密度要求，只有采用液冷才能精准带走各个热点的发热量。
采用风冷模式一般需要机柜的送风温度在20℃左右，一些功率密度较大的机柜甚至要求送风温度为18℃甚至更低，这就需要制冷机组提供低温冷冻水或低温冷媒蒸发冷却送风，而由此带来的压缩机的功耗是数据中心能耗的一大源头，往往冷却需求带来的制冷机组的能耗超过电子信息设备本身的能耗，这对数据中心而言是非常不节能的。若用液冷代替风冷模式，由于水的导热系数远大于空气，在一定流量和较小温差下就可以带走发热元件产生的热量并将其控制在一定的温度范围内，此时要求的供水温度可以在30~45℃，通常都是高于室温的，制备该温度区间的水可以完全利用自然冷源而不开启压缩机，从而大大降低数据中心的能耗，实现散热效果和节能的双重效果。
在数据中心液冷技术兴起的过程中，出现了各种形式的配套系统和液冷设备，在设计过程中，冗余备份、容量大小、系统复杂性、节能效果、安全运行可靠性、经济性、可维护性等都会影响到最终方案的确定。对于数据中心而言，一旦空调或者供冷系统停止供冷，在十几秒的时间内电子信息设备的芯片温度便可以急速上升至最高工作温度而宕机。
申请号为201611237860.2的中国专利申请“一种数据中心液气双通道精准高效致冷系统及其控制方法”，该液冷系统在机柜到服务器的配冷过程中，采用的是1对1的形式，外界冷源进入冷却单元后，通过温控换热单元与每个机柜中的服务器液冷系统的回水进行换热，冷却后的水通过液冷维护单元返回到机柜中，经过液冷分配单元给各个服务器提供冷水。
在该方案中，冷却单元、温控换热单元、液冷维护单元和机柜之间都是一一对应的，对于单个机柜的服务器而言，上述三个系统单元模块任何一个出了问题，都会引起系统的停机，是没有冗余备份的系统，一旦设备发生故障或者管路破裂泄漏等，都会影响整个机柜的服务器液冷系统运行，因此系统可靠性不高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对常见的服务器液冷系统不具备冗余备份的缺点，本发明提供一种换热单元及数据中心液冷系统，采用双通道换热单元为每个机柜提供冷量，使系统具备冗余备份、不停机运行的高可靠性。
本发明的一种换热单元及数据中心液冷系统技术方案为，一种换热单元，包括并联的两条通道，每条通道分别设置有两组进出水口，一组进出水口通过数据中心分水器和集水器连接外部冷却塔，一组进出水口连接机柜的配冷装置。
换热单元设置于机柜内，置于机柜底部或者顶部。
换热单元内包括通道一和通道二；其中，通道一与分水器连接口依次通过蝶阀、压力变送器、Y型过滤器、板式换热器一、温度传感器、电动阀与机柜配冷装置进液口连接，通道一与集水器连接口依次通过蝶阀、压力变送器、板式换热器一、温度传感器、止回阀、循环水泵、Y型过滤器、电动阀与机柜配冷装置出液口连接；板式换热器一两端设置有温度控制器；
通道二与分水器连接口依次通过蝶阀、压力变送器、Y型过滤器、板式换热器二、温度传感器、电动阀与机柜配冷装置进液口连接，通道二与集水器连接口依次通过蝶阀、压力变送器、板式换热器二、温度传感器、止回阀、循环水泵、Y型过滤器、电动阀与机柜配冷装置出液口连接；板式换热器二两端设置有温度控制器。
机柜配冷装置出液口与机柜配冷装置进液口之间设置有定压膨胀罐。
板式换热器一和板式换热器二上分别设置有排水阀。
Y型过滤器与板式换热器一之间设置有压力变送器，Y型过滤器与板式换热器二之间设置有压力变送器；温度控制器与温度传感器之间设置有压力变送器。
循环水泵与Y型过滤器之间设置有压力变送器；Y型过滤器与电动阀之间设置有压力变送器。
一种数据中心液冷系统，包括上述的换热单元，其中，换热单元设置于辅助空调系统的机柜内，通过分水器和集水器与冷却塔连接，辅助空调系统、换热单元与冷却塔分别与控制系统连接。
所述冷却塔为闭式冷却塔，闭式冷却塔为数据中心提供自然冷源，水喷淋闭式冷却塔内的换热器，将闭式冷却塔的回水从38℃冷却至32℃，闭式冷却塔的出水经管道输送至数据中心内的分水器，经过分水器分别为每个机柜中的换热单元提供32℃的冷水。
换热单元作用是利用闭式冷却塔提供的冷水将机柜内电子信息设备产生的热量带走。换热单元中，压力变送器用于采集压力数据并传输给控制器和监控系统，Y型过滤器用于过滤并阻挡系统中的杂质使不影响系统运行，可以定期清洗；板式换热器一和板式换热器二用于内外循环液体进行换热；温度控制器用于采集板式换热器两端的温度数据，便于控制板换低温侧的流量；温度传感器用于采集温度数据并传输给监控系统；电动阀用于控制阀门开度来调节液体流量；止回阀用于防止循环液体倒流；循环水泵为内循环提供动力；定压膨胀罐起到系统稳压作用；排水阀是在检修时将板式换热器内的液体排出。
辅助空调系统为辅助液冷系统为数据中心环境进行冷却的系统，可以采用房间级空调或者行级空调，是辅助冷却手段。
本发明的有益效果为：
（1）采用外部自然冷源和辅助冷却设备的数据中心液冷系统形式；
（2）具有双通道的换热单元及运行模式；
本发明所设计的数据中心液冷系统具备采用双通道的换热单元，换热单元内采用双通道互为备份，双通道之间可随时无障碍切换，任何一路发生故障都可以关停该通道并切换到另外一条通道继续运行，大大提高了系统的可靠性。
附图说明：
图1所示为配合房间级空调的数据中心液冷系统；
图2所示为配合行级空调的数据中心液冷系统；
图3所示为具有双通道的换热单元。
其中，1-蝶阀；2-换热单元壳体；3-压力变送器；4-Y型过滤器；5-板式换热器一；6-温度控制器；7-温度传感器；8-电动阀；9-止回阀；10-循环水泵；11-机柜配冷装置进液口；12-定压膨胀罐；13-机柜配冷装置出液口；14-排水阀；15-通道二与集水器连接口；16-通道二与分水器连接口；17-通道一与集水器连接口；18-通道一与分水器连接口，19-板式换热器二，20-冷却塔，21-分水器，22-集水器，23-换热单元，24-房间级空调，25-行级空调。
具体实施方式：
为了更好地理解本发明，下面用具体实例来详细说明本发明的技术方案，但是本发明并不局限于此。
实施例１
一种换热单元23，包括并联的两条通道，每条通道分别设置有两组进出水口，一组进出水口通过数据中心分水器21和集水器22连接外部冷却塔20，一组进出水口连接机柜的配冷装置。
换热单元23设置于机柜内，置于机柜底部或者顶部。
换热单元23内包括通道一和通道二；其中，通道一与分水器连接口16依次通过蝶阀1、压力变送器3、Y型过滤器4、板式换热器一5、温度传感器7、电动阀8与机柜配冷装置进液口11连接，通道一与集水器连接口17依次通过蝶阀1、压力变送器3、板式换热器一5、温度传感器7、止回阀9、循环水泵10、Y型过滤器4、电动阀8与机柜配冷装置出液口13连接；板式换热器一5两端设置有温度控制器6；
通道二与分水器连接口16依次通过蝶阀1、压力变送器3、Y型过滤器4、板式换热器二19、温度传感器7、电动阀8与机柜配冷装置进液口11连接，通道二与集水器连接口15依次通过蝶阀1、压力变送器3、板式换热器二19、温度传感器7、止回阀9、循环水泵10、Y型过滤器4、电动阀8与机柜配冷装置出液口13连接。板式换热器二19两端设置有温度控制器6。
机柜配冷装置出液口11与机柜配冷装置进液口13之间设置有定压膨胀罐12。
板式换热器一5和板式换热器二19上分别设置有排水阀14。
换热单元23中，压力变送器3用于采集压力数据并传输给控制器和监控系统，Y型过滤器用4于过滤并阻挡系统中的杂质使不影响系统运行，可以定期清洗；板式换热器一5和板式换热器二19用于内外循环液体进行换热；温度控制器5用于采集板式换热器两端的温度数据，便于控制板换低温侧的流量；温度传感器7用于采集温度数据并传输给监控系统；电动阀8用于控制阀门开度来调节液体流量；止回阀9用于防止循环液体倒流；循环水泵10为内循环提供动力；定压膨胀罐12起到系统稳压作用；排水阀14是在检修时将板式换热器内的液体排出。
实施例2
一种换热单元23，包括并联的两条通道，每条通道分别设置有两组进出水口，一组进出水口通过数据中心分水器21和集水器22连接外部冷却塔20，一组进出水口连接机柜的配冷装置。
换热单元23设置于机柜内，置于机柜底部或者顶部。
换热单元23内包括通道一和通道二；其中，通道一与分水器连接口16依次通过蝶阀1、压力变送器3、Y型过滤器4、板式换热器一5、温度传感器7、电动阀8与机柜配冷装置进液口11连接，通道一与集水器连接口17依次通过蝶阀1、压力变送器3、板式换热器一5、温度传感器7、止回阀9、循环水泵10、Y型过滤器4、电动阀8与机柜配冷装置出液口13连接；板式换热器一5两端设置有温度控制器6；
通道二与分水器连接口16依次通过蝶阀1、压力变送器3、Y型过滤器4、板式换热器二19、温度传感器7、电动阀8与机柜配冷装置进液口11连接，通道二与集水器连接口15依次通过蝶阀1、压力变送器3、板式换热器二19、温度传感器7、止回阀9、循环水泵10、Y型过滤器4、电动阀8与机柜配冷装置出液口13连接。板式换热器二19两端设置有温度控制器6。
机柜配冷装置出液口11与机柜配冷装置进液口13之间设置有定压膨胀罐12。
板式换热器一5和板式换热器二19上分别设置有排水阀14。
Y型过滤器4与板式换热器一5之间设置有压力变送器3，Y型过滤器4与板式换热器二19之间设置有压力变送器3；温度控制器6与温度传感器7之间设置有压力变送器3。
循环水泵10与Y型过滤器4之间设置有压力变送器3；Y型过滤器4与电动阀8之间设置有压力变送器3。
换热单元23中，压力变送器3用于采集压力数据并传输给控制器和监控系统，Y型过滤器用4于过滤并阻挡系统中的杂质使不影响系统运行，可以定期清洗；板式换热器一5和板式换热器二19用于内外循环液体进行换热；温度控制器5用于采集板式换热器两端的温度数据，便于控制板换低温侧的流量；温度传感器7用于采集温度数据并传输给监控系统；电动阀8用于控制阀门开度来调节液体流量；止回阀9用于防止循环液体倒流；循环水泵10为内循环提供动力；定压膨胀罐12起到系统稳压作用；排水阀14是在检修时将板式换热器内的液体排出。
实施例3
一种数据中心液冷系统，包括实施例1或实施例2的换热单元23，其中，换热单元23设置于辅助空调系统的机柜内，通过分水器21和集水器22与冷却塔20连接，辅助空调系统、换热单元23与冷却塔20分别与控制系统连接。
所述冷却塔20为闭式冷却塔，闭式冷却塔为数据中心提供自然冷源，水喷淋闭式冷却塔内的换热器，将闭式冷却塔的回水从38℃冷却至32℃，闭式冷却塔的出水经管道输送至数据中心内的分水器21，经过分水器21分别为每个机柜中的换热单元提供32℃的冷水。
换热单元23作用是利用闭式冷却塔提供的冷水将机柜内电子信息设备产生的热量带走。
辅助空调系统为辅助液冷系统为数据中心环境进行冷却的系统，可以采用房间级空调24或者行级空调25，是辅助冷却手段。
在实际运行中，两个板式换热器各自的最大设计换热量均可以为一个机柜的所有电子信息设备提供冷却，二者一用一备。板式换热器冷水侧的进出水口分别连接分/集水器。
使用中的通道进出口电动阀8均开启，备用中的通道进出口电动阀8均关闭，但通道中充满液体，一是为了避免氧气腐蚀，而是随时准备开启电动阀进入工作状态。
当使用中的通道某个部件出现故障时，监控系统通过检测到的温度或者压力数据不满足系统要求，立即控制电动阀8将该通道关闭，同时启动备用的通道进入工作状态，使系统保持不停机运行。
Claims (9)
1.一种换热单元，其特征在于，包括并联的两条通道，每条通道分别设置有两组进出水口，一组进出水口通过数据中心分水器和集水器连接外部冷却塔，一组进出水口连接机柜的配冷装置。
2.根据权利要求1所述的一种换热单元，其特征在于，换热单元设置于机柜内，置于机柜底部或者顶部。
3.根据权利要求1所述的一种换热单元，其特征在于，换热单元内包括通道一和通道二；其中，通道一与分水器连接口依次通过蝶阀、压力变送器、Y型过滤器、板式换热器一、温度传感器、电动阀与机柜配冷装置进液口连接，通道一与集水器连接口依次通过蝶阀、压力变送器、板式换热器一、温度控制器、温度传感器、止回阀、循环水泵、Y型过滤器、电动阀与机柜配冷装置出液口连接；板式换热器一两端设置有温度控制器；
通道二与分水器连接口依次通过蝶阀、压力变送器、Y型过滤器、板式换热器二、温度控制器、温度传感器、电动阀与机柜配冷装置进液口连接，通道二与集水器连接口依次通过蝶阀、压力变送器、板式换热器二、温度控制器、温度传感器、止回阀、循环水泵、Y型过滤器、电动阀与机柜配冷装置出液口连接；板式换热器二两端设置有温度控制器。
4.根据权利要求3所述的一种换热单元，其特征在于，机柜配冷装置出液口与机柜配冷装置进液口之间设置有定压膨胀罐。
5.根据权利要求3所述的一种换热单元，其特征在于，板式换热器一和板式换热器二上分别设置有排水阀。
6.根据权利要求3所述的一种换热单元，其特征在于，Y型过滤器与板式换热器一之间设置有压力变送器，Y型过滤器与板式换热器二之间设置有压力变送器；温度控制器与温度传感器之间设置有压力变送器。
7.根据权利要求3所述的一种换热单元，其特征在于，循环水泵与Y型过滤器之间设置有压力变送器；Y型过滤器与电动阀之间设置有压力变送器。
8.一种数据中心液冷系统，其特征在于，包括如权利要求1所述的换热单元，其中，换热单元设置于辅助空调系统的机柜内，通过分水器和集水器与冷却塔连接，辅助空调系统、换热单元与冷却塔分别与控制系统连接。
9.根据权利要求8所述的一种数据中心液冷系统，其特征在于，所述冷却塔为闭式冷却塔，闭式冷却塔为数据中心提供自然冷源，水喷淋闭式冷却塔内的换热器，将闭式冷却塔的回水从38℃冷却至32℃，闭式冷却塔的出水经管道输送至数据中心内的分水器，经过分水器分别为每个机柜中的换热单元提供32℃的冷水。
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