CN114245695A - 一种风液冷却集装箱数据中心 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种风液冷却集装箱数据中心，集装箱内设置机柜等设备，空调内机向集装箱内的冷风区吹送冷风，使冷风区保持低温环境，冷风区的冷风经过机柜流向热风区，对机柜进行空气冷却；本发明在集装箱的端部对接设置节能冷却模块，热风区的空气进入外部风管，当经过换热芯体时与喷淋冷却器喷洒的冷却液进行热交换，内部的空气温度降低，并重新进入冷风区，循环进行冷却。本发明的风液冷却集装箱数据中心利用空调吹送冷风降低冷风区的温度，并通过循环流动的方式使热风区的空气降温后重新利用，两种冷却方式相互独立控制，根据发热量的大小匹配不同的工作模式，能够高效节能地对数据中心进行散热。

Description

一种风液冷却集装箱数据中心

技术领域

本发明涉及大数据领域，更进一步涉及一种风液冷却集装箱数据中心。

背景技术

近年来，随着移动数据、云计算和大数据业务的迅猛发展，数据中心建设规模越来越大，单机柜密度增加，服务器设备芯片的发热量也不断增大，对数据中心节能的诉求也逐渐突显。

传统的风冷模式不但耗电量大而且已越来越不能满足IT设备的散热需求，于是出现了许多数据中心节能新技术，随着代表着业界领先水平，特别是采用液冷冷却方式，因其高可用性、高密度、超低PUE(Power Usage Effectiveness，电源使用效率)等优点，势必撼动业内对于数据中心节能降耗的技术认知。集装箱数据中心作为数据中心构建的标准模块，将计算，存储，网络资源等IT设施都设计到一个集装箱中，应用越来越广泛，特别是早期部署的集装箱数据中心，因涉及到业务升级，单机柜密度越来越高，传统的风冷模式已经不能满足要求。

对于本领域的技术人员来说，如何高效节能地对数据中心进行散热，是目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种风液冷却集装箱数据中心，提供至少两种冷却方式，不同的冷却方式相互独立控制，根据发热量的大小匹配不同的工作模式，能够高效节能地对数据中心进行散热，具体方案如下：

一种风液冷却集装箱数据中心，包括集装箱和其内部放置的机柜，所述集装箱内划分为相互封闭隔离的冷风区和热风区；所述集装箱内部设置空调内机、外部设置空调外机，所述空调内机用于向所述冷风区吹送冷风，所述冷风区的冷风经过所述机柜流向所述热风区；

所述集装箱的端部对接设置节能冷却模块，所述节能冷却模块包括换热芯体、外部风管和喷淋冷却器；

所述换热芯体安装于所述外部风管，所述外部风管的一端对接于所述热风区的回风口，另一端对接于所述冷风区的送风口；

所述喷淋冷却器包括喷淋组件、集水池、排风机，所述喷淋组件向所述换热芯体喷淋冷却液对其内部的空气进行冷却，所述集水池收集上方喷淋的冷却液。

可选地，所述机柜的两侧分别设置分水器和集水器，所述分水器用于向所述机柜中放置的各个冷板服务器输送冷却液，并由所述集水器汇总收集。

可选地，所述机柜的下方设置风液式冷却器，所述集水器收集的冷却液流经所述风液式冷却器实现风冷降温，并回流到所述分水器。

可选地，所述节能冷却模块包括冷却盘管，所述分水器连接的进水管和所述集水器连接的出水管分别连接于所述冷却盘管；

所述喷淋组件向所述冷却盘管喷淋冷却液对其内部的冷却液进行冷却。

可选地，所述外部风管的两端部分别设置用于控制管路通断的风阀；

所述进水管与所述分水器连接的分管、以及所述出水管与所述集水器连接的分管分别设置用于控制管路通断的液阀。

可选地，所述喷淋组件位于所述集水池的正上方，所述喷淋组件和所述集水池之间设置循环管道，所述集水池内的水经由所述循环管道循环向所述喷淋组件输送。

可选地，所述喷淋组件和所述排风机之间设置挡水器。

可选地，所述节能冷却模块包括外部框架，所述外部框架由钢网包围形成，所述外部框架对接固定于所述集装箱。

可选地，所述集装箱内的所述冷风区和所述热风区之间设置供人通过的隔离门。

可选地，所述喷淋组件、所述集水池、所述排风机、所述循环管道、所述挡水器安装于喷淋机箱，所述喷淋机箱的侧壁开设用于进风的外风口。

本发明提供一种风液冷却集装箱数据中心，集装箱内设置机柜等设备，空调内机向集装箱内的冷风区吹送冷风，使冷风区保持低温环境，冷风区的冷风经过机柜流向热风区，对机柜进行空气冷却；本发明在集装箱的端部对接设置节能冷却模块，热风区的空气进入外部风管，当经过换热芯体时与喷淋冷却器喷洒的冷却液进行热交换，内部的空气温度降低，并重新进入冷风区，循环进行冷却。本发明的风液冷却集装箱数据中心利用空调吹送冷风降低冷风区的温度，并通过循环流动的方式使热风区的空气降温后重新利用，两种冷却方式相互独立控制，根据发热量的大小匹配不同的工作模式，能够高效节能地对数据中心进行散热。

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为本发明的风液冷却集装箱数据中心的正视结构示意图；

图2为本发明风液冷却集装箱数据中心的俯视示意图；

图3为节能冷却模块的正视方向示意图；

图4为集装箱内部的正视示意图；

图5为风液式冷却器的结构示意图。

图中包括：

集装箱1、冷风区11、热风区12、空调内机13、空调外机14、隔离门15、机柜2、分水器21、集水器22、风液式冷却器23、节能冷却模块3、换热芯体31、外部风管32、喷淋冷却器33、喷淋组件331、集水池332、排风机333、循环管道334、挡水器335、喷淋机箱336、冷却盘管34、进水管35、出水管36、风阀37、液阀38、外部框架39。

具体实施方式

本发明的核心在于提供一种风液冷却集装箱数据中心，提供至少两种冷却方式，不同的冷却方式相互独立控制，根据发热量的大小匹配不同的工作模式，能够高效节能地对数据中心进行散热。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图及具体的实施方式，对本发明的风液冷却集装箱数据中心进行详细的介绍说明。

结合图1所示，为本发明的风液冷却集装箱数据中心的正视结构示意图，图示中的空心箭头表示气体的流动方向，黑色实心箭头表示液体的流动方向；本发明的风液冷却集装箱数据中心包括集装箱1、机柜2、节能冷却模块3等结构，集装箱1为内部中空的箱体，主要用于容纳数据中心的电子设备，集装箱1内部放置的机柜2，机柜2包括服务器机柜、配电柜等设备。

图2为本发明风液冷却集装箱数据中心的俯视示意图；集装箱1内划分为相互封闭隔离的冷风区11和热风区12，冷风区11和热风区12之间并不直接连通，冷风区11的空气温度低于热风区12的空气温度，冷风区11的空气流经机柜2进入热风区12，流过机柜2的过程中将热量带出。

集装箱1内部设置空调内机13、外部设置空调外机14，空调内机13用于向冷风区11吹送冷风，冷风区11的冷风经过机柜2流向热风区12；空调内机13为蒸发器，空调外机14为冷凝器，空调内机13和空调外机14配合工作向冷风区11输送冷空气。结合图1所示，空调内机13可布置在机柜2之间，也可以布置在机柜2的顶部等位置。

集装箱1的端部对接设置节能冷却模块3，结合图1所示，节能冷却模块3位于集装箱1的左端部，集装箱1为长方体结构，节能冷却模块3安装于集装箱1长度方向的一端。

节能冷却模块3包括换热芯体31、外部风管32和喷淋冷却器33等结构；图3为节能冷却模块3的正视方向示意图，换热芯体31安装于外部风管32，外部风管32上安装有循环风机，通过循环风机驱动内部的气体流动；换热芯体31内部设有通道，外部风管32中的气体可流经换热芯体31，换热芯体31为热量交换结构，可以采用毛细管道结构，也可以采用翅片结构，增大换热面积，具有较好的换热效果。

外部风管32的一端对接于热风区12的回风口，另一端对接于冷风区11的送风口，结合图2所示，热风区12的回风口位于图示的上部，冷风区11的送风口位于图示的下部，如图2中的空心箭头所示，热风区12中的热空气经过回风口进入外部风管32，在外部风管32内流动，经过换热芯体31热量转移温度下降，形成低温气流经过冷风区11的送风口进入冷风区11，冷风区11进而经过各个机柜2进行冷却，并重新进入热风区12，如此不断循环流动。

结合图3所示，喷淋冷却器33包括喷淋组件331、集水池332、排风机333等结构，喷淋组件331均匀地向下喷水，喷淋组件331向换热芯体31喷淋冷却液对其内部的空气进行冷却，空气流经换热芯体31后降温；最终收集水池332收集上方喷淋的冷却液。

本发明的风液冷却集装箱数据中心利用空调内机13吹送冷风降低冷风区11的温度，并通过节能冷却模块3使空气循环流动并降温的方式，抽出热风区12的热空气并冷却降温重新利用。这两种冷却方式相互独立控制，根据发热量的大小匹配不同的工作模式，发热量小时仅需启动一种模式，发热量大时可同时启动两种冷却模式，发热量与冷却能力相匹配，能够高效节能地对数据中心进行散热。

在上述方案的基础上，本发明在机柜2的两侧分别设置分水器21和集水器22，如图4所示，为集装箱1内部的正视示意图；分水器21用于向机柜2中放置的各个冷板服务器输送冷却液，并由集水器22汇总收集；图4中位于机柜2左侧的为分水器21，右侧为集水器22，分水器21和集水器22分别为扁平的夹层结构，内部盛装冷却液，一个服务器机柜内部层叠放置多台冷板服务器，冷板服务器可利用冷却液进行冷却降温，每台冷板服务器的进水口通过管道连接于分水器21，出水口通过管道连接于集水器22，分水器21内部的冷却液温度低于集水器22中的冷却液，冷却液从分水器21中分别流经各个冷板服务器，并汇合进入集水器22；利用分水器21和集水器22的相互配合实现服务器的液冷散热。

具体地，机柜2的下方设置风液式冷却器23，也即风液式CDU，结合图5所示，为风液式冷却器23的结构示意图，风液式冷却器23通过冷却气流对冷却液实现降温，集水器22收集的冷却液流经风液式冷却器23实现风冷降温，并回流到分水器21；如图5中箭头所示，集水器22收集的高温冷却液在泵的驱动下从右下方流入风液式冷却器23的管道，进入风液式冷却器23的换热器，在换热器中冷却降温后，从左下方的管道流出；结合图5所示，冷风区11向热风区12的冷却气流从下向上流动，对流经的冷却液进行冷却，冷却后的冷却液重新进入分水器21，分水器21继续向冷板服务器供应冷却液。

结合图1所示，该实施例中风液式冷却器23设置在机柜2的下方。本发明通过风液式冷却器23与分水器21、集水器22之间的相互配合，使一组分水器21和集水器22形成循环冷却降温。

更进一步，节能冷却模块3还包括冷却盘管34，分水器21连接的进水管35和集水器22连接的出水管36分别连接于冷却盘管34；结合图1，多个分水器21连接于同一根进水管35，由进水管35向各个分水器21输送低温冷却液；多个集水器22连接于同一根出水管36，各个集水器22的高温冷却液汇集到出水管36中。出水管36安装有循环水泵，驱动循环水泵驱动内部的冷却液运动。

结合图3所示，冷却盘管34为盘绕设置的管道，从而增大换热面积；喷淋组件331向冷却盘管34喷淋冷却液对其内部的冷却液进行冷却，流经冷却盘管34的冷却液温度降低。

各个集水器22的高温冷却液流向出水管36，出水管36中汇集的高温冷却液流向冷却盘管34，降温后流入进水管35，进水管35中的低温冷却液分散流入各个分水器21。分水器21和集水器22中的冷却液经由冷却盘管34实现循环，热量最终转移到节能冷却模块3散发。

当风液式冷却器23发生故障时，可以通过冷却盘管34继续使分水器21和集水器22保持正常工作。也可以由冷却盘管34和风液式冷却器23同时工作实现循环冷却降温。

外部风管32的两端部分别设置用于控制管路通断的风阀37，两个风阀37分别控制进风与出风，如图3所示，上方的风阀37控制向外部风管32进风，下方的风阀37控制从外部风管32出风；风阀37可以设置为手动阀，也可以设置为电动阀。

进水管35与分水器21连接的分管、以及出水管36与集水器22连接的分管分别设置用于控制管路通断的液阀38，结合图4，进水管35和出水管36分别沿水平方向，各个分管分别沿竖向，通过各个分管上安装的液阀38独立地控制各条管路的通断。

结合图3所示，喷淋组件331位于集水池332的正上方，喷淋组件331喷出的水在重力作用下自由下落；喷淋组件331和集水池332之间设置循环管道334，循环管道334安装有泵驱动，集水池332内的水经由循环管道334循环向喷淋组件331输送，实现喷淋水的循环使用。

喷淋组件331和排风机333之间设置挡水器335，结合图3，排风机333带动气流向上流动，与下落的喷淋水移动方向相反，为了避免上升的气流将喷淋水吹出，通过挡水器335阻挡喷淋水，允许气流通过。

优选地，本发明的节能冷却模块3包括外部框架39，外部框架39由钢网包围形成，侧面由设有开孔通风的钢网组成，外部框架39对接固定于集装箱1，外界的气流经由钢网开设的开孔进入外部框架39之内，实现冷却降温；同时钢网结构还可以对内部的各种设备提供防护作用。

集装箱1内的冷风区11和热风区12之间设置供人通过的隔离门15，隔离门15可以打开或关闭，在正常使用过程中隔离门15保持关闭，分隔冷风区11和热风区12；需要检修时，打开隔离门15，维修人员可以在冷风区11和热风区12内行走。

喷淋组件331、集水池332、排风机333、循环管道334、挡水器335安装于喷淋机箱336，喷淋机箱336设置在外部框架39之内，喷淋机箱336作为支撑结构提供支撑。喷淋机箱336的侧壁开设用于进风的外风口，喷淋机箱336的上部设置排风口，侧壁下部的外风口供气体流入，在排风机333的驱动下从上部的排风口排出。

本发明的风液冷却集装箱数据中心的控制方法如下：

当室外温度≥30℃时，采用节能冷却模块3的冷却盘管34制冷水为服务器冷板进行散热，此时风系统中的两个风阀37均关闭，排风机333关闭，换热芯体31不进行换热，风液式冷却器23不运行。水系统中的循环水泵开启运行，冷却盘管34中的冷却液经喷淋冷却后经液阀38后进入分水器21，从分水器21中经接头、软管连接冷板服务器，经服务器升温后的冷却液经集水器22、液阀38后经循环泵升压后再进入节能冷却模块3的冷却盘管34。

当20≤室外温度＜30℃时，采用节能冷却模块3的换热芯体31制备冷风为服务器进行散热，此时风系统中的两个风阀37均开启，循环风机开启，风液式冷却器23开启运行，采用换热芯体31换热制备冷风，水系统中的循环水泵关闭运行，液阀38关闭，冷却盘管34不进行换热；来自数据中心热风区12的热空气经循环风机作用进入节能冷却模块3，与来自室外的空气在顶部喷淋组件331喷淋冷却的作用下在换热芯体31内间接换热，换热后的室外空气经挡水器335、排风机333后排出，而换热降温后的数据中心空气经风阀37后送入冷风区11；冷风区11的冷空气与风液式冷却器23内的换热器进行换热，以此降低风液式冷却器23内冷却液的温度。风液式冷却器23通过软管连接分水器21，通过软管连接集水器22，分水器21和集水器22通过软管与冷板服务器连接，风液式冷却器23内循环为冷板服务器进行换热冷却。此时服务器内液冷散热不能完全冷却的部分由空调内机13进行动态冷却。

当室外温度＜20℃时，采用完全采用节能冷却模块的换热芯体31制备冷风为服务器进行散热，此时风系统中的两个风阀37均开启，循环风机开启，风液式冷却器23开启运行，采用换热芯体31换热制备冷风，水系统中的循环水泵关闭运行，液阀38关闭，冷却盘管34不进行换热；所有空调内机13关闭；服务器的所有散热均由室外节能冷却模块3处理的冷风提供，冷板服务器液冷部分由风液式冷却器23进行冷却，此时服务器内液冷散热不能完全冷却的部分由节能冷却模块3制备的冷风进行动态冷却。

本发明的风液冷却集装箱数据中心利用室外冷风自然冷、液体冷却及整体集装箱架构优化设计等方式，达到提高数据中心高密度、高节能、高可靠的目的。

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 (10)

1.一种风液冷却集装箱数据中心，包括集装箱(1)和其内部放置的机柜(2)，其特征在于，所述集装箱(1)内划分为相互封闭隔离的冷风区(11)和热风区(12)；所述集装箱(1)内部设置空调内机(13)、外部设置空调外机(14)，所述空调内机(13)用于向所述冷风区(11)吹送冷风，所述冷风区(11)的冷风经过所述机柜(2)流向所述热风区(12)；

所述集装箱(1)的端部对接设置节能冷却模块(3)，所述节能冷却模块(3)包括换热芯体(31)、外部风管(32)和喷淋冷却器(33)；

所述换热芯体(31)安装于所述外部风管(32)，所述外部风管(32)的一端对接于所述热风区(12)的回风口，另一端对接于所述冷风区(11)的送风口；

所述喷淋冷却器(33)包括喷淋组件(331)、集水池(332)、排风机(333)，所述喷淋组件(331)向所述换热芯体(31)喷淋冷却液对其内部的空气进行冷却，所述集水池(332)收集上方喷淋的冷却液。

2.根据权利要求1所述的风液冷却集装箱数据中心，其特征在于，所述机柜(2)的两侧分别设置分水器(21)和集水器(22)，所述分水器(21)用于向所述机柜(2)中放置的各个冷板服务器输送冷却液，并由所述集水器(22)汇总收集。

3.根据权利要求2所述的风液冷却集装箱数据中心，其特征在于，所述机柜(2)的下方设置风液式冷却器(23)，所述集水器(22)收集的冷却液流经所述风液式冷却器(23)实现风冷降温，并回流到所述分水器(21)。

4.根据权利要求3所述的风液冷却集装箱数据中心，其特征在于，所述节能冷却模块(3)包括冷却盘管(34)，所述分水器(21)连接的进水管(35)和所述集水器(22)连接的出水管(36)分别连接于所述冷却盘管(34)；

所述喷淋组件(331)向所述冷却盘管(34)喷淋冷却液对其内部的冷却液进行冷却。

5.根据权利要求4所述的风液冷却集装箱数据中心，其特征在于，所述外部风管(32)的两端部分别设置用于控制管路通断的风阀(37)；

所述进水管(35)与所述分水器(21)连接的分管、以及所述出水管(36)与所述集水器(22)连接的分管分别设置用于控制管路通断的液阀(38)。

6.根据权利要求5所述的风液冷却集装箱数据中心，其特征在于，所述喷淋组件(331)位于所述集水池(332)的正上方，所述喷淋组件(331)和所述集水池(332)之间设置循环管道(334)，所述集水池(332)内的水经由所述循环管道(334)循环向所述喷淋组件(331)输送。

7.根据权利要求6所述的风液冷却集装箱数据中心，其特征在于，所述喷淋组件(331)和所述排风机(333)之间设置挡水器(335)。

8.根据权利要求7所述的风液冷却集装箱数据中心，其特征在于，所述节能冷却模块(3)包括外部框架(39)，所述外部框架(39)由钢网包围形成，所述外部框架(39)对接固定于所述集装箱(1)。

9.根据权利要求8所述的风液冷却集装箱数据中心，其特征在于，所述集装箱(1)内的所述冷风区(11)和所述热风区(12)之间设置供人通过的隔离门(15)。

10.根据权利要求9所述的风液冷却集装箱数据中心，其特征在于，所述喷淋组件(331)、所述集水池(332)、所述排风机(333)、所述循环管道(334)、所述挡水器(335)安装于喷淋机箱(336)，所述喷淋机箱(336)的侧壁开设用于进风的外风口。

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