CN114007381A - 一种浸没式液冷系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种浸没式液冷系统，涉及数据中心散热冷却领域。包括充满冷却液的浸没腔体和至少一个待冷却设备，所述待冷却设备设置于所述浸没腔体内，所述浸没式液冷系统还包括：主动冷却装置以及至少一个被动冷却装置；所述被动冷却装置，设置于所述浸没腔体内，用于对所述待冷却设备执行相变换热，以使所述待冷却设备的温度小于温度预设阈值；所述主动冷却装置，包括换热器，所述主动冷却装置设置于所述浸没腔体外，用于检测到所述被动冷却装置无法维持所述待冷却设备的温度小于所述温度预设阈值，启动所述换热器进行散热，以使所述待冷却设备的温度小于所述温度预设阈值。本申请材料兼容性和污染处理能力强，应用场景繁多，实用性好。
Description
技术领域
本申请涉及数据中心散热冷却领域，具体涉及一种浸没式液冷系统。
背景技术
随着云计算应用的发展，社会的各个领域逐步进入信息化和数字化时代。人们的日常工作生活沟通越来越依靠大量的服务器在后台进行信息处理。对于传统的数据中心机房，服务器厂商往往通过开发高密度服务器，来提高传统机房的投占比。受市场驱动，服务器厂商开始研发多路服务器以及多U机箱，进而导致IT及附属设备消耗的电能越来越大，间接地对能源供给以及环境污染的治理造成极大的挑战。
PUE(PowerUsageEffectiveness)，是评价数据中心能源效率的指标，是数据中心消耗的所有能源与IT负载消耗的能源的比值。其中数据中心总能耗包括IT设备能耗和制冷、配电等系统的能耗，其值大于1，越接近1表明非IT设备耗能越少，即能效水平越好。
传统数据中心机房逐步使用高密度服务器提升机房空间的有效利用率，并搭配效率更高的散热系统，以支持整个机房的正常运行。新型智能化机房逐步使用新型的散热方案，如液冷、浸没式液冷等，在一定程度上降低PUE。
单相浸没式液冷虽然液体流失控制比较简单，但相对其他的冷却方式而言，其功率密度较差。两相浸没式液冷虽然具有较高的功率密度，但设备复杂度较高，且必须具备合适的蒸汽流失控制措施。在高密度多节点服务器系统中，存在很大的限制，应用场景单一。
申请内容
为了解决上述背景技术中提到的至少一个问题，本申请提供了一种浸没式液冷系统，通过被动冷却装置可以实现自然冷却方式进行被动散热，不仅具有更高的功率密度和效率，而且设计相对简单，通过主动冷却装置可以在温度过高时使用换热器进行主动散热，很好地控制液体的流失，材料兼容性和污染处理能力强，应用场景繁多，实用性好。
本申请实施例提供的具体技术方案如下：
提供一种浸没式液冷系统，包括充满冷却液的浸没腔体和至少一个待冷却设备，所述待冷却设备设置于所述浸没腔体内，所述浸没式液冷系统还包括：
主动冷却装置以及被动冷却装置；
所述被动冷却装置，设置于所述浸没腔体内，用于对所述待冷却设备执行相变换热，以使所述待冷却设备的温度小于温度预设阈值；
所述主动冷却装置，包括换热器，所述主动冷却装置设置于所述浸没腔体外，用于检测到所述被动冷却装置无法维持所述待冷却设备的温度小于所述温度预设阈值，启动所述换热器进行散热，以使所述待冷却设备的温度小于所述温度预设阈值。
进一步的，所述被动冷却装置包括一个或多个冷凝器；
所述冷凝器设置于所述浸没腔体内顶部；
所述冷凝器用于将吸收所述待冷却设备热量转化为气态的所述冷却液重新液化为液态。
进一步的，所述冷凝器包括冷凝器外壁，所述冷凝器上开有出水口以及进水口。
进一步的，所述浸没腔体还包括冷凝壁，所述浸没式液冷系统还包括冷水管以及水泵；
所述冷水管以及所述水泵设置于所述浸没腔体外；
所述冷水管用于与所述冷凝壁以及所述换热器换热；
所述水泵用于为所述冷水管输送冷水提供动力。
进一步的，所述被动冷却装置，设置于所述冷凝壁一侧，用于与所述冷凝壁换热。
进一步的，所述主动冷却装置还包括循环管以及循环泵；
所述循环管两端与所述浸没腔体连通；
所述循环管用于供所述冷却液循环流动；
所述循环泵用于为所述冷却液循环流动提供动力；
所述换热器设置于所述浸没腔体外，所述换热器用于对所述循环管进行换热。
进一步的，所述浸没式液冷系统还包括机柜，所述机柜用于容纳并固定所述待冷却设备；
所述机柜设置于所述浸没腔体内；
所述浸没腔体底部还设有滤网，所述滤网用于过滤并沉淀杂质。
进一步的，所述浸没式液冷系统还包括检测表，所述检测表与所述机柜相连接；
所述检测表用于检测所述机柜内的所述待冷却设备的温度。
进一步的，所述冷却液包括氟化液。
进一步的，若所述冷却液为氟化液，所述温度预设阈值为50°。
本申请实施例具有如下有益效果：
本申请实施例提供的一种浸没式液冷系统，当待冷却设备低负荷运行时，能够通过单一使用被动冷却装置进行降温散热，当待冷却设备高负荷运行时，被动冷却装置无法通过自然冷却的方式有效进行散热时，系统能够通过主动冷却装置主动启动换热器加快冷却进程，从而保证浸没腔体内的待冷却设备温度维持在正常设定水平。其中，被动冷凝装置具有更高的功率密度和效率，且设计相对简单；主动冷凝装置可以很好地控制液体的流失，并且材料兼容性和污染处理能力强，将被动冷凝装置与主动冷凝装置相结合，结构简单，待冷却设备机房的噪音小，在保证散热效果的同时，降低了能源消耗，从而降低PUE。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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示出本申请实施例提供的浸没式液冷系统的结构示意图；
图2示出根据本申请一个实施例的冷凝器的结构示意图。
附图标记：1、浸没腔体；11、冷凝壁；12、滤网；2、服务器；3、主动冷却装置；31、换热器；32、循环管；33、循环泵；4、被动冷却装置；41、冷凝器；411、冷凝器外壁；412、出水口；413、进水口；5、冷水管；6、机柜；7、检测表。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
应当理解，在本申请的描述中，除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
还应当理解，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本申请中的待冷却设备可以包括一种服务器，下面以待冷却设备是服务器为例进行说明：
本申请提供了一种浸没式液冷系统，参照图1，浸没式液冷系统包括充满冷却液的浸没腔体1和至少一个服务器2，服务器2设置于浸没腔体1内，浸没式液冷系统还包括：主动冷却装置3以及被动冷却装置4。
其中，被动冷却装置4，设置于浸没腔体1内，用于对服务器2执行相变换热，以使服务器2的温度小于温度预设阈值；而主动冷却装置3，包括换热器31，主动冷却装置3设置于浸没腔体1外，用于检测到被动冷却装置4无法维持服务器2的温度小于温度预设阈值，启动换热器31进行散热，以使服务器2的温度小于温度预设阈值。
具体的，温度预设阈值是服务器2的温度的临界值，温度预设阈值可以根据冷却液的种类预设一个标准值，用户也可以根据自己的实际需求参考标准值自定义设定温度阈值。
进一步的，冷却液可以是氟化液或是其他冷却液。若冷却液为氟化液，温度预设阈值可以设定为50摄氏度。
具体的，浸没式液冷系统还包括机柜6，机柜6设置于浸没腔体1内，机柜6用于容纳并固定服务器2。浸没腔体1底部还设有滤网12，滤网12用于过滤并沉淀杂质。
具体的，浸没式液冷系统还包括检测表7，检测表7与机柜6相连接。检测表7用于检测机柜6内的服务器2的温度，以供判断服务器2的检测温度是否大于上述温度预设阈值。若服务器2的检测温度小于上述温度预设阈值，则判定服务器2处于低负荷状态，仅需被动冷却装置4进行自然冷却降温即可；若服务器2的检测温度不小于上述温度预设阈值，则判定服务器2处于高负荷状态，需要被动冷却装置4进行自然冷却降温的同时，还需要主动冷却装置3主动启动换热器31进行散热，以维持浸没腔体1内服务器2的温度。
在一些实施例中，参照图2，被动冷却装置4可以包括一个或多个冷凝器41。其中，冷凝器41设置于浸没腔体1内顶部，冷凝器41用于将吸收服务器2热量转化为气态的冷却液重新液化为液态。
具体的，冷凝器41包括冷凝器外壁411，冷凝器41上还开有出水口412以及进水口413。服务器2正确安装好后，因为冷却液充满整个浸没腔体1，即服务器2也浸没在冷却液中。服务器2运行过程中，服务器2产生的热量会率先传递给冷却液，冷却液吸收热量由液体转化为气态，同时对服务器2周围进行降温，以实现维持服务器2温度的目的。同时，气体受密度的影响会集中在浸没腔体1的顶部，当气体接触冷凝器41，在冷凝器外壁411上冷凝，液化为液体，重新回归到浸没腔体1内的冷却液中。为了充分起到冷凝作用，可以增大冷凝器41与气体的接触面积。例如可以在冷凝器41内布置多个散热片，或是其他类似方式，以增大散热面积，加速散热。
在一些实施例中，浸没腔体1还可以包括冷凝壁11，浸没式液冷系统还可以包括冷水管5以及水泵。其中，冷水管5以及水泵设置于浸没腔体1外；冷水管5用于与冷凝壁11以及换热器31换热，水泵用于为冷水管5输送冷水提供动力。
具体的，冷水管5持续输送冷水，靠近冷凝壁11以及换热器31的一段与冷凝壁11或换热器31进行换热，吸收冷凝器41或换热器31的热量，以使得冷凝器41或换热器31降温。
进一步的，被动冷却装置4或冷凝器41，可以设置于冷凝壁11的一侧，用于与冷凝壁11进行换热。
具体的，上述冷却液蒸发产生的气体也会接触到冷凝壁11，在冷凝壁11上冷凝，液化为液体，重新回归到浸没腔体1内的冷却液中。冷凝壁11还可以与冷凝器41进行换热，冷凝壁11与冷水进行换热，使得冷水管5中的冷水变为热水并排出，将浸没腔体1内服务器2产生的热量通过这种方式传递至浸没腔体1外，以达到更好的冷凝效果。
在一些实施例中，主动冷却装置3还包括循环管32以及循环泵33。其中，循环管32两端与浸没腔体1连通，循环管32用于供冷却液循环流动，循环泵33用于为冷却液循环流动提供动力；换热器31设置于浸没腔体1外，换热器31用于对循环管32进行换热。
若服务器2的检测温度不小于上述温度预设阈值，即判断服务器2处于高负荷状态时，需要被动冷却装置4进行自然冷却降温的同时，还需要主动冷却装置3主动启动换热器31进行散热，以维持浸没腔体1内服务器2的温度。
具体的，循环泵33可根据冷却液(氟化液)的温度搭配相应的调控算法进行输出不同速率的液体，在浸没腔体1内的服务器2温度过高时，可以快速将高温液体转移到循环管32与换热器31进行冷凝。换热器31又通过与冷水管5的冷水换热实现冷却液的降温，从而将携带服务器2热量的冷却液冷却，进而实现对服务器2降温的目的。
在本实施例中，当服务器低负荷运行时，能够通过单一使用被动冷却装置进行降温散热，当服务器高负荷运行时，被动冷却装置无法通过自然冷却的方式有效进行散热时，系统能够通过主动冷却装置主动启动换热器加快冷却进程，从而保证浸没腔体内的服务器温度维持在正常设定水平。其中，被动冷凝装置具有更高的功率密度和效率，且设计相对简单；主动冷凝装置可以很好地控制液体的流失，并且材料兼容性和污染处理能力强，将被动冷凝装置与主动冷凝装置相结合，结构简单，服务器机房的噪音小，在保证散热效果的同时，降低了能源消耗，从而降低PUE。
尽管已描述了本申请实施例中的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请实施例中范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种浸没式液冷系统，包括充满冷却液的浸没腔体和至少一个待冷却设备，其特征在于，所述待冷却设备设置于所述浸没腔体内，所述浸没式液冷系统还包括：
主动冷却装置以及被动冷却装置；
所述被动冷却装置，设置于所述浸没腔体内，用于对所述待冷却设备执行相变换热，以使所述待冷却设备的温度小于温度预设阈值；
所述主动冷却装置，包括换热器，所述主动冷却装置设置于所述浸没腔体外，用于检测到所述被动冷却装置无法维持所述待冷却设备的温度小于所述温度预设阈值，启动所述换热器进行散热，以使所述待冷却设备的温度小于所述温度预设阈值。
2.根据权利要求1所述的浸没式液冷系统，其特征在于，所述被动冷却装置包括一个或多个冷凝器；
所述冷凝器设置于所述浸没腔体内顶部；
所述冷凝器用于将吸收所述待冷却设备热量转化为气态的所述冷却液重新液化为液态。
3.根据权利要求2所述的浸没式液冷系统，其特征在于，所述冷凝器包括冷凝器外壁，所述冷凝器上开有出水口以及进水口。
4.根据权利要求1所述的浸没式液冷系统，其特征在于，所述浸没腔体还包括冷凝壁，所述浸没式液冷系统还包括冷水管以及水泵；
所述冷水管以及所述水泵设置于所述浸没腔体外；
所述冷水管用于与所述冷凝壁以及所述换热器换热；
所述水泵用于为所述冷水管输送冷水提供动力。
5.根据权利要求4所述的浸没式液冷系统，其特征在于，所述被动冷却装置，设置于所述冷凝壁一侧，用于与所述冷凝壁换热。
6.根据权利要求1所述的浸没式液冷系统，其特征在于，所述主动冷却装置还包括循环管以及循环泵；
所述循环管两端与所述浸没腔体连通；
所述循环管用于供所述冷却液循环流动；
所述循环泵用于为所述冷却液循环流动提供动力；
所述换热器设置于所述浸没腔体外，所述换热器用于对所述循环管进行换热。
7.根据权利要求1所述的浸没式液冷系统，其特征在于，所述浸没式液冷系统还包括机柜，所述机柜用于容纳并固定所述待冷却设备；
所述机柜设置于所述浸没腔体内；
所述浸没腔体底部还设有滤网，所述滤网用于过滤并沉淀杂质。
8.根据权利要求7所述的浸没式液冷系统，其特征在于，所述浸没式液冷系统还包括检测表，所述检测表与所述机柜相连接；
所述检测表用于检测所述机柜内的所述待冷却设备的温度。
9.根据权利要求1所述的浸没式液冷系统，其特征在于，所述冷却液包括氟化液。
10.根据权利要求9所述的浸没式液冷系统，其特征在于，若所述冷却液为氟化液，所述温度预设阈值为50°。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220201 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |