CN111795599B - 冷液换热系统和液冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷液换热系统和液冷系统，涉及液冷技术领域。该冷液换热系统的一具体实施方式包括：第一换热装置、第二换热装置、第一液体输送装置和第二液体输送装置；其中，供冷侧提供的液体可经过第一换热装置回到供冷侧；供冷侧提供的液体可经过第二换热装置回到供冷侧；待散热侧输出的液体可依次经过第一液体输送装置和第一换热装置回到待散热侧；待散热侧输出的液体可依次经过第一液体输送装置和第二换热装置回到待散热侧；待散热侧输出的液体可依次经过第二液体输送装置和第一换热装置回到待散热侧；待散热侧输出的液体可依次经过第二液体输送装置和第二换热装置回到待散热侧。该实施方式能够使冷液换热系统实现高可靠性的冗余功能。

Description

冷液换热系统和液冷系统

技术领域

本发明涉及液冷技术领域，尤其涉及一种冷液换热系统和液冷系统。

背景技术

在现有的数据中心液冷系统的冷量分配单元CDU(Chill water DistributionUnit)中，为实现冗余功能，通常采用主泵加备泵的双泵设计，或者采用两台CDU互为备份。上述第一种方式仅针对泵进行冗余，一旦CDU中的换热器发生故障，则整个系统处于瘫痪状态。第二种方式需要购置两台CDU，成本较高，占用空间较大，会减小服务器机柜的部署密度。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种冷液换热系统和液冷系统，设置两个换热装置和两个液体输送装置实现冗余功能，同时通过管路结构设计形成通过任一换热装置和任一液体输送装置的四种散热回路，从而增强液冷系统的运行可靠性。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种冷液换热系统。

本发明实施例冷液换热系统用于使供冷侧提供的液体与待散热侧输出的液体发生热量交换；所述系统包括：第一换热装置、第二换热装置、第一液体输送装置和第二液体输送装置；其中，供冷侧提供的液体可经过第一换热装置回到供冷侧，形成第一供冷回路；供冷侧提供的液体可经过第二换热装置回到供冷侧，形成第二供冷回路；待散热侧输出的液体可依次经过第一液体输送装置和第一换热装置回到待散热侧，形成第一散热回路；待散热侧输出的液体可依次经过第一液体输送装置和第二换热装置回到待散热侧，形成第二散热回路；待散热侧输出的液体可依次经过第二液体输送装置和第一换热装置回到待散热侧，形成第三散热回路；待散热侧输出的液体可依次经过第二液体输送装置和第二换热装置回到待散热侧，形成第四散热回路。

可选地，所述系统进一步包括：用于对从供冷侧流向第一换热装置的液体进行流量控制的第一控制装置、用于对从第一换热装置回到供冷侧的液体进行流量控制的第二控制装置、用于对从待散热侧流向第一换热装置的液体进行流量控制的第三控制装置、以及用于对从第一换热装置回到待散热侧的液体进行流量控制的第四控制装置。

可选地，所述系统进一步包括：用于对从供冷侧流向第二换热装置的液体进行流量控制的第五控制装置、用于对从第二换热装置回到供冷侧的液体进行流量控制的第六控制装置、用于对从待散热侧流向第二换热装置的液体进行流量控制的第七控制装置、以及用于对从第二换热装置回到待散热侧的液体进行流量控制的第八控制装置。

可选地，所述系统进一步包括：用于对从待散热侧流向第一液体输送装置的液体进行流量控制的第九控制装置、和用于对从待散热侧流向第二液体输送装置的液体进行流量控制的第十控制装置。

可选地，第一液体输送装置与第一换热装置通过第一管路连通；第二液体输送装置与第二换热装置通过第二管路连通；第一管路与第二管路通过第三管路连通，第三管路设置有用于进行流量控制的第十一控制装置。

可选地，所述系统中进一步包括：至少一个温度传感器、至少一个压力传感器和/或至少一个流量传感器。

可选地，第一换热装置和第二换热装置都是换热器；第一液体输送装置和第二液体输送装置都是泵；第一控制装置、第二控制装置、第三控制装置、第四控制装置、第五控制装置、第六控制装置、第七控制装置、第八控制装置、第九控制装置、第十控制装置、第十一控制装置都是阀门。

可选地，所述换热器包括以下的一种或多种：间壁式换热器、混合式换热器、蓄热式换热器；所述阀门包括以下的一种或多种：电动阀、电磁阀、气动阀。

为实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种液冷系统。

本发明实施例的液冷系统包括：所述冷液换热系统、供冷侧系统和待散热侧系统；其中，供冷侧系统通过管路与第一换热装置和第二换热装置连通；待散热侧系统包括：通过管路与第一换热装置和第二换热装置连通、并与待散热目标接触的至少一个液冷终端。

可选地，所述供冷侧系统包括：风冷冷液机组、液冷冷液机组和/或冷却塔，所述液冷终端包括：冷板式液冷终端和/或浸没式液冷终端。

根据本发明的技术方案，上述发明中的一个实施例具有如下优点或有益效果：

其一，根据本发明实施例技术方案，在一台冷液换热系统(冷液换热系统可作为CDU)中设置两个换热装置和两个液体输送装置，当任一换热装置或者任一液体输送装置发生故障时均可切换到备用装置，确保冷液换热系统的连续工作。

其二，为了增强冷液换热系统的可靠性，在本发明实施例中，通过管路结构设计形成经过任一换热装置与液体输送装置组合(即一个换热装置和一个液体输送装置的组合)的散热回路，这样，如果一个换热装置或者一个液体输送装置发生故障，还存在两条散热回路进行选择；如果一个换热装置和一个液体输送装置同时发生故障，还存在一条散热回路确保冷液换热系统正常工作，如此可最大程度地保证冷液换热系统以及相应液冷系统的不间断工作。通过以上设置，本发明可在使用较低成本、占用较小空间的前提下实现冷液换热系统的高可靠性冗余功能。

上述的非惯用的可选方式所具有的进一步效果将在下文中结合具体实施方式加以说明。

附图说明

附图用于更好地理解本发明，不构成对本发明的不当限定。其中：

图1是本发明实施例中冷液换热系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中第一液体输送装置发生故障时冷液换热系统的结构示意图；

图3是本发明实施例中第二液体输送装置发生故障时冷液换热系统的结构示意图；

图4是本发明实施例中第一换热装置发生故障时冷液换热系统的结构示意图；

图5是本发明实施例中第二换热装置发生故障时冷液换热系统的结构示意图；

图6是本发明实施例中液冷系统的组成部分示意图。

附图标记说明：

具体实施方式

以下结合附图对本发明的示范性实施例做出说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

在现有的CDU冗余技术方案中，仅针对液体输送装置(例如泵)进行冗余，这样无法应对换热器发生故障的情形；或者采用两台CDU互为备份，这样会增加成本、占据较大空间。针对上述缺陷，在本发明实施例中，使用一台CDU即可满足双泵、双换热器的冗余设计，在任一泵或者换热器发生故障甚至一个泵和一个换热器同时发生故障时，都可以切换到备用部件，这样能够保障液冷服务器的正常持续运行，同时不会占据较大空间且成本较低。

可以理解，本发明所使用的术语“第一”、“第二”等在本文中用于描述各种装置，但这些装置不受上述术语限制。上述术语仅用于将一个装置与另一个装置区分。举例而言，在不脱离本发明范围的情况下，可以将第一控制装置称为第二控制装置，也可以将第二控制装置称为第一控制装置，第一控制装置与第二控制装置都是控制装置，但二者不是同一控制装置。

需要指出的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例以及实施例中的技术特征可以相互结合。

图1是本发明实施例中冷液换热系统的结构示意图。可以理解，在本发明实施例中，冷液换热系统可使供冷侧提供的液体与待散热侧输出的液体发生热量交换。一般地，供冷侧可通过风冷、液冷等方式产生冷液向冷液换热系统提供，待散热侧可将与发热目标(即待散热目标)热交换完成的温度较高的液体向冷液换热系统输出，两侧输出的液体在冷液换热系统发生热量交换，供冷侧液体温度升高，返回到供冷侧进行制冷；待散热侧液体温度降低，返回到待散热侧继续为待散热目标散热。实际应用中，供冷侧提供的液体和待散热侧输出的液体可以是水、矿物油、氟化液中的一种或多种，也可以选用其它适用液体。

如图1所示，本发明实施例的冷液换热系统中设置有两个用于驱动液体流动的液体输送装置：第一液体输送装置D1和第二液体输送装置D2，二者安装在冷液换热系统近于待散热侧一端，可以设置为一主用装置一备用装置，也可采用互为备份方式。具体应用中，液体输送装置可以是泵，也可以是其它能够驱动液体的装置。冷液换热系统中设置有两个换热装置用于实现供冷侧与待散热侧液体的热量交换：第一换热装置B1和第二换热装置B2，二者可采用独立结构设计，也可设置在一个物理结构中以节省空间，可设置为一主用装置一备用装置，也可采用互为备份方式。实际场景中，换热装置可以是间壁式、混合式、蓄热式等各种类型的换热器。

具体使用中，可通过管路(即液体流动的通道)连通第一液体输送装置D1和第一换热装置B1(此管路下称为第一管路)，通过管路连通第二液体输送装置D2和第二换热装置B2(此管路下称为第二管路)。同时，在第一管路与第二管路之间增设第三管路，使第三管路分别与第一管路和第二管路连通，这样即可实现第一液体输送装置D1与第二换热装置B2的连通以及第二液体输送装置D2和第一换热装置B1的连通。需要说明的是，两个装置连通指的是液体能够通过管路在二者之间流动，并不意味着二者之间的管路中在任一时刻都存在液体流动。

为了对换热装置和液体输送装置中的液体进行流量控制，可在冷液换热系统的管路中布置多个控制装置。可以理解，控制装置可根据上位系统的指示信号对管路中液体的流量进行控制，也可通过开启/关闭实现管路中液体的流通/截断。实际应用中，控制装置可以是各种阀门，如电动阀、电磁阀或者气动阀(从驱动方式)，如调节阀或者开关阀(从流量控制方式)。

具体而言，可在与第一换热装置B1连通的管路中设置四个控制装置，即第一控制装置K1、第二控制装置K2、第三控制装置K3、第四控制装置K4。其中，第一控制装置K1用于对从供冷侧流向第一换热装置B1的液体进行流量控制，第二控制装置K2用于对从第一换热装置B1回到供冷侧的液体进行流量控制，第三控制装置K3用于对从待散热侧流向第一换热装置B1的液体进行流量控制，第四控制装置K4用于对从第一换热装置B1回到待散热侧的液体进行流量控制。

同样的，可在与第二换热装置B2连通的管路中设置四个控制装置，即第五控制装置K5、第六控制装置K6、第七控制装置K7、第八控制装置K8。其中，第五控制装置K5用于对从供冷侧流向第二换热装置B2的液体进行流量控制，第六控制装置K6用于对从第二换热装置B2回到供冷侧的液体进行流量控制，第七控制装置K7用于对从待散热侧流向第二换热装置B2的液体进行流量控制，第八控制装置K8用于对从第二换热装置B2回到待散热侧的液体进行流量控制。

此外，在本发明实施例中，还可分别为第一液体输送装置D1、第二液体输送装置D2设置第九控制装置K9、第十控制装置K10。其中，第九控制装置K9用于对从待散热侧流向第一液体输送装置D1的液体进行流量控制，第十控制装置K10用于对从待散热侧流向第二液体输送装置D2的液体进行流量控制。此外，还可在第三管路设置第十一控制装置K11用于进行流量控制。

冷液换热系统的以上结构能够形成两条供冷回路和四条散热回路。可以理解，供冷回路指的是从供冷侧流出的液体经过换热装置之后回到供冷侧的路径，散热回路指的是从待散热侧流出的液体经过换热装置之后回到待散热侧的路径。

如图1所示，供冷侧提供的液体可经过第一换热装置B1回到供冷侧，形成第一供冷回路；供冷侧提供的液体可经过第二换热装置B2回到供冷侧，形成第二供冷回路；待散热侧输出的液体可依次经过第一液体输送装置D1和第一换热装置B1回到待散热侧，形成第一散热回路；待散热侧输出的液体可依次经过第一液体输送装置D1和第二换热装置B2回到待散热侧，形成第二散热回路；待散热侧输出的液体可依次经过第二液体输送装置D2和第一换热装置B1回到待散热侧，形成第三散热回路；待散热侧输出的液体可依次经过第二液体输送装置D2和第二换热装置B2回到待散热侧，形成第四散热回路。

这样，在没有装置发生故障的情况下，可通过开启或关闭相应的控制装置来选择第一供冷回路或者第二供冷回路输入冷液，也可同时选择第一供冷回路和第二供冷回路输入冷液。

在选择第一供冷回路时，可选择第一散热回路和或者第三散热回路进行散热。可以理解，由于第一供冷回路、第一散热回路和第三散热回路均经过第一换热装置，因此执行上述选择。

在选择第二供冷回路时，可选择第二散热回路或者第四散热回路进行散热。可以理解，由于第二供冷回路、第二散热回路和第四散热回路均经过第二换热装置，因此执行上述选择。

在同时选择第一供冷回路和第二供冷回路时，可同时选择第一散热回路和第四散热回路，或者同时选择第一散热回路和第二散热回路，或者同时选择第三散热回路和第四散热回路。

从图1中可见，第二散热回路与第三散热回路均经过前述第三管路，但是第二散热回路与第三散热回路在第三管路的方向相反，因此，为了避免冲突，在第一液体输送装置D1和第二液体输送装置D2均接入冷液换热系统时，可关闭第十一控制装置K11从而切断第三管路。在第十一控制装置K11开启时，可使其中一个液体输送装置退出冷液换热系统。可以理解，液体输送装置可通过开启相应的控制装置接入冷液换热系统，此时液体输送装置为流经的液体提供动力；液体输送装置可通过关闭相应的控制装置退出冷液换热系统，此时没有液体经过液体输送装置。

在一些实施例中，如果没有装置发生故障，则可将第十一控制装置K11保持在关闭状态，选择第一散热回路或者第四散热回路进行散热；如果某装置发生故障，可开启第十一控制装置K11以选择第二散热回路或者第三散热回路。

根据以上结构，对于第一换热装置B1、第二换热装置B2、第一液体输送装置D1、第二液体输送装置D2中的任一装置，均存在经过该装置的两条散热回路，因此在任一装置发生故障时，冷液换热系统中还存在两条经过备用装置的散热回路供使用。如果一个换热装置和一个液体输送装置同时发生故障，则冷液换热系统中还存在一条经过未发生故障装置的散热回路供使用，由此实现冷液换热系统的高可靠性。

图2是本发明实施例中第一液体输送装置发生故障时冷液换热系统的结构示意图。如图2所示，在第一液体输送装置D1发生故障时，可关闭第九控制装置K9使第一液体输送装置D1退出冷液换热系统，并开启第十一控制装置K11选择第三散热回路，或者开启第七控制装置K7选择第四散热回路，或者同时选择第三散热回路和第四散热回路。

图3是本发明实施例中第二液体输送装置发生故障时冷液换热系统的结构示意图。如图3所示，在第二液体输送装置D2发生故障时，可关闭第十控制装置K10使第二液体输送装置D2退出冷液换热系统，并开启第十一控制装置K11选择第二散热回路，或者开启第三控制装置K3选择第一散热回路，或者同时选择第一散热回路和第二散热回路。

图4是本发明实施例中第一换热装置发生故障时冷液换热系统的结构示意图。如图4所示，在第一换热装置B1发生故障时，可关闭第一控制装置K1、第二控制装置K2、第三控制装置K3以及第四控制装置K4从而使第一换热装置B1退出冷液换热系统(此时没有液体经过第一换热装置B1)，此时可开启第九控制装置K9选择第二散热回路，或者开启第十控制装置K10选择第四散热回路。

图5是本发明实施例中第二换热装置发生故障时冷液换热系统的结构示意图。如图5所示，在第二换热装置B2发生故障时，可关闭第五控制装置K5、第六控制装置K6、第七控制装置K7以及第八控制装置K8从而使第二换热装置B2退出冷液换热系统(此时没有液体经过第二换热装置B2)，此时可开启第九控制装置K9选择第一散热回路，或者开启第十控制装置K10选择第三散热回路。

类似地，如果第一换热装置B1和第一液体输送装置D1同时发生故障，可使用第四散热回路进行散热；如果第一换热装置B1和第二液体输送装置D2同时发生故障，可使用第二散热回路进行散热；如果第二换热装置B2和第一液体输送装置D1同时发生故障，可使用第三散热回路进行散热；如果第二换热装置B2和第二液体输送装置D2同时发生故障，可使用第一散热回路进行散热。

具体应用场景中，冷液换热系统还可设置至少一个温度传感器(图中未示出)、至少一个压力传感器(图中未示出)以及至少一个流量传感器(图中未示出)来监测系统运行情况。同时，冷液换热系统具有一套操控装置(图中未示出)，用于根据以上传感器采集的信息控制冷液换热系统中各装置的工作状态以及系统内液体的流动。一般地，操控装置可通过发送指示信号来切换每一前述控制装置的开启/闭合状态或者控制其开度、以及控制前述液体输送装置的工作状态。在将冷液换热系统用作CDU时，由于在一台CDU中只采用一套操控装置，因此相比于现有技术中采用两台CDU实现冗余的方案可节省成本。

需要说明的是，本发明实施例中的冷液换热系统可以作为液冷系统中的CDU使用，也可以应用在其它具有类似散热需求的场景，这些场景包括为含有电子设备的数据中心等散热的场景，也包括为非电子设施散热的场景。

在本发明实施例中，进一步提供一种液冷系统。图6是本发明实施例中液冷系统的组成部分示意图，如图6所示，本发明实施例的液冷系统包括：冷液换热系统601、供冷侧系统602和待散热侧系统603。

其中，供冷侧系统602可设置在室外，其通过管路与冷液换热系统601中的第一换热装置B1和第二换热装置B2连通。供冷侧系统602可采用风冷冷液机组(例如风冷式冷水机组)、液冷冷液机组(例如水冷式冷水机组)或者冷却塔(例如闭式冷却塔)的方式制冷。实际应用中，当室外温度较高时可由风冷冷液机组或者液冷冷液机组制冷，当室外温度较低时可由冷却塔制冷。

待散热侧系统603中可具有至少一个液冷终端6031，该液冷终端6031与待散热目标接触从而对其散热。可以理解，该液冷终端6031通过管路与冷液换热系统601中的第一换热装置B1和第二换热装置B2连通。实际应用中，该液冷终端6031可以是冷板式液冷终端(例如冷板)或者浸没式液冷终端。在冷板式液冷系统中，主要发热器件固定在冷板上，依靠流经冷板的液体将热量带走达到散热的目的。在浸没式液冷系统中，主要发热元件浸没在浸没式液冷终端的冷却液中，依靠液体的流动循环带走热量。

需要说明的是，上述液冷系统可以是数据中心液冷系统，也可以是其它场景的液冷系统，本发明并不对此进行限制。

综上所述，根据本发明实施例的技术方案，在一台冷液换热系统中设置两个换热装置和两个液体输送装置，当任一换热装置或者任一液体输送装置发生故障时均可切换到另一装置，确保冷液换热系统的连续工作。此外，为了增强冷液换热系统的可靠性，在本发明实施例中，通过管路结构设计形成经过任一换热装置与液体输送装置组合的散热回路，这样，如果一个换热装置或者一个液体输送装置发生故障，还存在两条散热回路进行选择；如果一个换热装置和一个液体输送装置同时发生故障，还存在一条散热回路确保冷液换热系统正常工作，如此可最大程度地保证冷液换热系统以及相应液冷系统的不间断工作。通过以上设置，本发明可在使用较低成本、占用较小空间的前提下实现冷液换热系统的高可靠性冗余功能。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种冷液换热系统，用于使供冷侧提供的液体与待散热侧输出的液体发生热量交换；其特征在于，所述系统包括：第一换热装置、第二换热装置、第一液体输送装置和第二液体输送装置；其中，

供冷侧提供的液体可经过第一换热装置回到供冷侧，形成第一供冷回路；

供冷侧提供的液体可经过第二换热装置回到供冷侧，形成第二供冷回路；

待散热侧输出的液体可依次经过第一液体输送装置和第一换热装置回到待散热侧，形成第一散热回路；

待散热侧输出的液体可依次经过第一液体输送装置和第二换热装置回到待散热侧，形成第二散热回路；

待散热侧输出的液体可依次经过第二液体输送装置和第一换热装置回到待散热侧，形成第三散热回路；以及

待散热侧输出的液体可依次经过第二液体输送装置和第二换热装置回到待散热侧，形成第四散热回路；

第一液体输送装置与第一换热装置通过第一管路连通；第二液体输送装置与第二换热装置通过第二管路连通；第一管路与第二管路通过第三管路连通；

第一散热回路和第四散热回路可同时选择，第一散热回路和第二散热回路可同时选择，第三散热回路和第四散热回路可同时选择。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括：

用于对从供冷侧流向第一换热装置的液体进行流量控制的第一控制装置、用于对从第一换热装置回到供冷侧的液体进行流量控制的第二控制装置、用于对从待散热侧流向第一换热装置的液体进行流量控制的第三控制装置、以及用于对从第一换热装置回到待散热侧的液体进行流量控制的第四控制装置。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括：

用于对从供冷侧流向第二换热装置的液体进行流量控制的第五控制装置、用于对从第二换热装置回到供冷侧的液体进行流量控制的第六控制装置、用于对从待散热侧流向第二换热装置的液体进行流量控制的第七控制装置、以及用于对从第二换热装置回到待散热侧的液体进行流量控制的第八控制装置。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括：

用于对从待散热侧流向第一液体输送装置的液体进行流量控制的第九控制装置、和用于对从待散热侧流向第二液体输送装置的液体进行流量控制的第十控制装置。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，第三管路设置有用于进行流量控制的第十一控制装置。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统中进一步包括：

至少一个温度传感器、至少一个压力传感器和/或至少一个流量传感器。

7.根据权利要求1-5任一所述的系统，其特征在于，

第一换热装置和第二换热装置都是换热器；

第一液体输送装置和第二液体输送装置都是泵；

第一控制装置、第二控制装置、第三控制装置、第四控制装置、第五控制装置、第六控制装置、第七控制装置、第八控制装置、第九控制装置、第十控制装置、第十一控制装置都是阀门。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述换热器包括以下的一种或多种：间壁式换热器、混合式换热器、蓄热式换热器；所述阀门包括以下的一种或多种：电动阀、电磁阀、气动阀。

9.一种包括根据权利要求1-8任一所述冷液换热系统的液冷系统，其特征在于，所述液冷系统进一步包括：供冷侧系统和待散热侧系统；

其中，供冷侧系统通过管路与第一换热装置和第二换热装置连通；

待散热侧系统包括：通过管路与第一换热装置和第二换热装置连通、并与待散热目标接触的至少一个液冷终端。

10.根据权利要求9所述的液冷系统，其特征在于，所述供冷侧系统包括：风冷冷液机组、液冷冷液机组和/或冷却塔，所述液冷终端包括：冷板式液冷终端和/或浸没式液冷终端。

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