CN114518794A - 高可靠性的液冷系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及散热设备技术领域，具体公开一种高可靠性的液冷系统及控制方法，所述高可靠性的液冷系统包括供一次载冷剂流动的一次管路、供二次冷媒流动的二次管路、驱使二次冷媒流动的主驱动装置、用于进行一次载冷剂和二次冷媒的热量交换的换热器、与所述二次管路连通的泵前储液箱以及与所述泵前储液箱连通的抽真空设备，所述主驱动装置的出口和所述泵前储液箱的进口之间设有泄压管路，所述泄压管路上设有泄压阀。本发明提供一种高可靠性的液冷系统及控制方法，当主驱动装置的出口压力过高时能进行有效泄压，进而避免二次管路内的压力高于大气压。

Description

高可靠性的液冷系统及控制方法

技术领域

本发明涉及散热设备技术领域，尤其涉及一种高可靠性的液冷系统及控制方法。

背景技术

参见图1，现研究出一种液冷系统，其包括供一次载冷剂流动的一次管路101、供二次冷媒流动的二次管路201以及用于进行一次载冷剂和二次冷媒的热量交换的换热器3。

其中，二次管路201上设有泵前储液箱203，且泵前储液箱203连接于抽真空设备503的抽气口，抽真空设备503的排气口通过泵后气液分离器504与泵后储液箱505连通，泵后储液箱505通过泵前补液阀506与泵前储液箱203连通。进一步地，当抽真空设备503为带补液口的水环真空泵时，泵后储液箱505还与抽真空设备503的补液口连通，以便为抽真空设备503提供冷却液。

现有液冷系统的工作过程如下：

①温度较低的一次载冷剂在一次管路101内流动，流经换热器3时，将冷量传递至二次管路201中的二次冷媒处，自身温度升高，然后流出换热器3；经过后续的降温处理后，一次载冷剂会重新进入换热器3，由此实现一次管路101的冷媒循环；

②主驱动装置202驱使温度较高的二次冷媒在二次管路201内流动，流经换热器3时，吸收来自一次载冷剂的冷量，自身温度下降，然后流出换热器3，降温后的二次冷媒流经服务器芯片等待散热器件4，使待散热器件4的温度降低；吸收待散热器件4的热量后，二次冷媒自身温度升高，重新进入换热器3，由此实现二次管路201的冷媒循环；

③其中，为了防止二次管路201中的二次冷媒外泄，特在二次管路201中增设了泵前储液箱203。泵前储液箱203的下部与二次管路201连通，上部与抽真空设备503连通。通常情况下，抽真空设备503会对泵前储液箱203进行抽气处理，使泵前储液箱203内的气压低于外界的大气压，如此一来，即便二次管路201发生泄漏，在内外压差的作用下，二次冷媒也不会外泄，进而避免环境污染和保障待散热器件4的安全；

具体地，抽真空设备503控制泵前储液箱203的真空度，并将泵前储液箱203内的气液混合物送至泵后气液分离器504，气体经泵后气液分离器504顶部的排气阀5041排出，液体进入泵后储液箱505；一般情况下，泵后储液箱505为抽真空设备503正常供液，当泵前储液箱203内的液位过低时，打开泵前补液阀506，泵后储液箱505即可为泵前储液箱203供液；当泵后储液箱505内的液位过低时，可以通过补液管路602补入二次冷媒。

现有液冷系统中，需要使二次冷媒与待散热器件4换热前后的压差保持稳定。例如，将二次冷媒与待散热器件4换热前的压力记为压力P21，将二次冷媒与待散热器件4换热后的压力记为压力P22，若控制目标是“(压力P21-压力P22)∈[0.49bar，0.51bar]”，则当(压力P21-压力P22)＜0.49bar时，需要增大主驱动装置202的转速，以使(压力P21-压力P22)落入区间[0.49bar，0.51bar]中，反之，当(压力P21-压力P22)＞0.51bar时，需要减小主驱动装置202的转速，以使(压力P21-压力P22)落入区间[0.49bar，0.51bar]中。

显然，二次冷媒的压力高点在主驱动装置202的出口，即压力P21。可以理解的是，当压力P21和压力P22二者的差值过小时，主驱动装置202的转速会一直增大，在此过程中，压力P21也是一直在增大的。这就导致了以下的安全隐患：可能直至压力P21等于外界的大气压，压力P21和压力P22的差值依然过小，此时，若继续增大主驱动装置202的转速，压力P21会大于外界的大气压。当压力P21大于外界的大气压时，一旦二次管路201破损，二次冷媒就会往外泄漏，这个系统失去防泄露的重要作用。

因此，需要对现有液冷系统进行改进，以解决其主驱动装置的出口压力过高时无法进行有效防泄露的问题。

本背景部分中公开的以上信息仅被包括用于增强本公开内容的背景的理解，且因此可包含不形成对于本领域普通技术人员而言在当前已经知晓的现有技术的信息。

发明内容

本发明的一个目的在于，提供一种高可靠性的液冷系统及控制方法，当主驱动装置的出口压力过高时能进行有效泄压，进而避免二次管路内的压力高于大气压。

为达以上目的，一方面，本发明提供一种高可靠性的液冷系统，包括供一次载冷剂流动的一次管路、供二次冷媒流动的二次管路、驱使二次冷媒流动的主驱动装置、用于进行一次载冷剂和二次冷媒的热量交换的换热器、与所述二次管路连通的泵前储液箱以及与所述泵前储液箱连通的抽真空设备，

所述主驱动装置的出口和所述泵前储液箱的进口之间设有泄压管路，所述泄压管路上设有泄压阀。

可选的，所述抽真空设备的排气口通过泵后气液分离器与泵后储液箱连通；所述泵后储液箱的出口与所述抽真空设备的补液口连通，所述泵后储液箱的出口通过泵前补液阀和所述泵前储液箱的进口连通。

可选的，所述泵后储液箱通过补液管路连通至补液箱，所述补液管路上设有外部补液阀、补液驱动装置和补液单向阀。

可选的，所述主驱动装置和泄压阀之间的管段通过泵后补液阀连通至所述外部补液阀和补液驱动装置之间的管段。

可选的，所述泵后储液箱还连接有排液管路，所述排液管路上设有排液阀。

可选的，所述泵前储液箱与所述抽真空设备之间设有泵前气液分离器和抽气单向阀。

可选的，所述泵前气液分离器的出液口连通至所述泵前补液阀与泵前储液箱之间的管段。

另一方面，提供一种控制方法，适用于所述的高可靠性的液冷系统，包括：

获取所述主驱动装置出口的压力P21，当所述压力P21满足预设条件时，打开泄压阀。

可选的，抽真空设备的排气口通过泵后气液分离器与泵后储液箱连通；所述泵后储液箱的出口与所述抽真空设备的补液口连通，所述泵后储液箱的出口通过泵前补液阀和所述泵前储液箱的进口连通：

所述控制方法还包括：

当泵后储液箱内的温度过高时，打开所述泵前补液阀向所述泵前储液箱补液。

可选的，所述泵后储液箱通过补液管路连通至补液箱，所述主驱动装置和泄压阀之间的管段通过泵后补液阀连通至所述补液管路：

所述控制方法还包括：

当泵后储液箱的液位过低时，检测所述泵前储液箱的液位状态：

若所述泵前储液箱的液位过低，则通过所述补液箱向所述泵后储液箱补液；

否则，打开所述泵后补液阀向所述泵后储液箱补液。

本发明的有益效果在于：提供一种高可靠性的液冷系统即控制方法，主驱动装置驱使二次冷媒往前流动，进而对待散热器件进行冷却，升温后的二次冷媒经泵前储液箱回到换热器中，吸收一次管路中一次载冷剂的冷量后，恢复低温，然后再次进入主驱动装置，由此实现二次冷媒的循环。在该过程中，若主驱动装置出口处的压力P21过高，系统自动打开泄压阀，使主驱动装置出口处的部分二次冷媒直接流动至泵前储液箱处，使得压力P21骤降，以免二次管路内的压力大于大气压，致使整个系统失去负压防泄露功能。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为现有液冷系统的结构示意图；

图2为实施例提供的高可靠性的液冷系统的结构示意图；

图3为实施例提供的控制方法的流程图。

图中：

101、一次管路；

201、二次管路；202、主驱动装置；203、泵前储液箱；

3、换热器；

4、待散热器件；

501、泵前气液分离器；502、抽气单向阀；503、抽真空设备；504、泵后气液分离器；5041、排气阀；505、泵后储液箱；506、泵前补液阀；

601、补液箱；602、补液管路；603、外部补液阀；604、补液驱动装置；605、补液单向阀；606、泵后补液阀；

701、排液管路；702、排液阀；

801、泄压管路；802、泄压阀。

具体实施方式

为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。当一个组件被认为是“设置在”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中设置的组件。

此外，术语“长”“短”“内”“外”等指示方位或位置关系为基于附图所展示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有此特定的方位、以特定的方位构造进行操作，以此不能理解为本发明的限制。

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

本发明提供一种高可靠性的液冷系统，以及提供一种基于所述高可靠性的液冷系统的控制方法，适用于对服务器等待散热器件进行散热的应用场景。

接下来结合附图对本发明的所述高可靠性的液冷系统及控制方法的多种实施方式进行介绍。

实施例1

如图2所示，介绍本发明实施例1的高可靠性的液冷系统，其包括供一次载冷剂流动的一次管路101、供二次冷媒流动的二次管路201、驱使二次冷媒流动的主驱动装置202、用于进行一次载冷剂和二次冷媒的热量交换的换热器3、与所述二次管路201连通的泵前储液箱203以及与所述泵前储液箱203连通的抽真空设备503。其中，所述主驱动装置202的出口和所述泵前储液箱203的进口之间设有泄压管路801，所述泄压管路801上设有泄压阀802。

需要说明的是，一般地，主驱动装置202驱使二次冷媒往前流动，进而对待散热器件4进行冷却，升温后的二次冷媒经泵前储液箱203回到换热器3中，吸收一次管路101中一次载冷剂的冷量后，恢复低温，然后再次进入主驱动装置202，由此实现二次冷媒的循环。在该过程中，若主驱动装置202出口处的压力P21过高(例如高于1bar或者高于0.95bar)，系统自动打开泄压阀802，使主驱动装置202出口处的部分二次冷媒直接流动至泵前储液箱203处，使得压力P21骤降，以免二次管路201内的压力大于大气压，致使整个系统失去负压防泄露功能。

可选的，所述一次载冷剂和二次冷媒均可以是任何液态工质，如水、乙二醇溶液，丙二醇溶液，氟化液等，本发明对此不作限定，本实施例中选取一次载冷剂和二次冷媒均为水进行介绍。

本实施例中，所述抽真空设备503的排气口通过泵后气液分离器504与泵后储液箱505连通；所述泵后储液箱505的出口与所述抽真空设备503的补液口连通，所述泵后储液箱505的出口通过泵前补液阀506和所述泵前储液箱203的进口连通。具体地，抽真空设备503排气口处的气液混合物进入泵后气液分离器504后，气体经抽真空设备503顶部的排气阀5041排出，液体进入泵后储液箱505。本实施例中，抽真空设备503为水环真空泵，通常情况下，抽真空设备503的补液口从泵后储液箱505取液以实现冷却。一般情况下，泵前补液阀506关闭，只有当特定情况下(例如泵后储液箱505内的二次冷媒温度过高时)，泵前补液阀506才会打开，在压差作用下，二次冷媒从泵后储液箱505流向泵前储液箱203。

本实施例中，所述泵前储液箱203与所述抽真空设备503之间设有泵前气液分离器501和抽气单向阀502。进一步地，所述泵前气液分离器501的出液口连通至所述泵前补液阀506与泵前储液箱203之间的管段。泵前气液分离器501可以起到气液分离器和过滤杂质的作用，降低进入抽真空设备503的气液混合物的含液量。抽气单向阀502可以防止抽真空设备503损坏时外界气体进入泵前储液箱203，提高负压系统的可靠性。

可选的，所述泵后储液箱505通过补液管路602连通至用于存储二次冷媒的补液箱601，所述补液管路602上设有外部补液阀603、补液驱动装置604和补液单向阀605。当泵前储液箱203和泵后储液箱505内的均过低时，说明整个系统内的二次冷媒不足，此时，就需要从补液箱601向二次管路201补入二次冷媒。

进一步地，所述主驱动装置202和泄压阀802之间的管段通过泵后补液阀606连通至所述外部补液阀603和补液驱动装置604之间的管段。若泵前储液箱203内的液位并未过低，但泵后储液箱505内的液位过低，则可以打开泵后补液阀606和补液驱动装置604，将泵前储液箱203内的二次冷媒转移至泵后储液箱505中。

可选的，所述泵后储液箱505还连接有排液管路701，所述排液管路701上设有排液阀702。运行一段时间后，当二次管路201内的二次冷媒杂质过多或者温度过高或者需要对系统进行检修时，打开排液阀702，就可以将二次管路201中的二次冷媒排出。

本实施例提供的高可靠性的液冷系统，工作过程如下：

①初次运行时，先进行二次管路201的充液操作，开启外部补液阀603和补液驱动装置604，二次冷媒经补液管路602进入到泵后储液箱505内，当泵后储液箱505内的水位上升到泵后储液箱505的高水位开关时，开启泵前补液阀506，补液进入泵前储液箱203，当泵前储液箱203内的水位上升到泵前储液箱203内的低水位开关的位置时，开启主驱动装置202，使整个系统运行起来，继续补液直至泵前储液箱203内的液位达到前储液箱203内的高水位开关的位置，则可先关闭泵前补液阀506，然后关闭补液驱动装置604，最后关闭外部补液阀603，完成初次运行时的充液操作。

②一次管路101中的一次载冷剂流经换热器3，为二次管路201中的二次冷媒提供冷量，促使二次冷媒降温；

③在主驱动装置202的驱动下，二次冷媒往前流动，并与待散热器件4换热，为待散热器件4降温，升温后的二次冷媒进入泵前储液箱203，然后回到换热器3，形成循环；在此过程中，若主驱动装置202出口处的压力过高，即可打开泄压阀802进行泄压，以免二次管路201内的压力大于大气压；

④抽真空设备503控制泵前储液箱203的真空度，并将泵前储液箱203内的气液混合物送至泵后气液分离器504，气体经泵后气液分离器504顶部的排气阀5041排出，液体进入泵后储液箱505；泵后储液箱505为抽真空设备503正常供液，当有需要时，泵后储液箱505也为泵前储液箱203供液；当泵后储液箱505内的液位过低时，可以通过泵后补液阀606或者外部补液阀603进行补液。

实施例2

如图3所示，介绍本发明实施例2的控制方法，适用于图2所示的实施例1提供的高可靠性的液冷系统，具备相同的功能和技术效果。

所述控制方法包括如下步骤：

S10：获取所述主驱动装置202出口的压力P21，当所述压力P21满足预设条件时，打开泄压阀802；

打开泄压阀802后，主驱动装置202出口处的二次冷媒会通过泄压阀802直接流向泵前储液箱203，进而避免二次管路201内的压力大于大气压，致使负压系统的防泄露功能失效。一般地，可以设定，当压力P21＞(1bar-裕量值)时，即可自动控制打开泄压阀802。其中，裕量值可以取0.03bar～0.05bar。

S20：获取泵后储液箱505内二次冷媒的温度T5，当泵后储液箱505内的温度T5过高时，打开所述泵前补液阀506向所述泵前储液箱203补液；

打开泵前补液阀506后，泵后储液箱505内的二次冷媒会通过泵前补液阀506直接流向泵前储液箱203，然后进入换热器3参与换热，实现降温。一般地，可以设定，当温度T5＞60℃时，即认为泵后储液箱505内的二次冷媒失去散热能力，不利于抽真空设备503的散热，可自动控制打开泵前补液阀506。

S30：获取泵后储液箱505的液位：

S301：当泵后储液箱505的液位过低时，检测所述泵前储液箱203的液位状态：若所述泵前储液箱203的液位过低，则通过所述补液箱601向所述泵后储液箱505补液；否则，打开所述泵后补液阀606向所述泵后储液箱505补液；

一般情况下，如果二次管路201内的二次冷媒是充足的，则当泵后储液箱505的液位过低，所述泵前储液箱203的液位应该处于较高的水平，此时，只要打开泵后补液阀606和补液驱动装置604，即可将泵前储液箱203内的二次冷媒转移至泵后储液箱505，以免抽真空设备503中的冷却液不足，影响抽真空设备503的正常运行；

极端情况下，如果因泄漏或者其他因素导致二次管路201内的二次冷媒不足时，则当泵后储液箱505的液位过低，所述泵前储液箱203的液位也会处于较低的水平，即，泵前储液箱203和泵后储液箱505内的二次冷媒均不足，此时，需要打开外部补液阀603和补液驱动装置604，进而将补液箱601内的二次冷媒转移至泵后储液箱505中，然后经由泵前补液阀506进入泵前储液箱203，以保证整个系统的正常运行。

可选的，可以设计压力液位传感器或者浮球液位开关等对泵前储液箱203和泵后储液箱505的液位进行监测，此非本申请的重点，故不作赘述。

S302：当泵后储液箱505的液位过高时，检测所述泵前储液箱203的液位状态：若所述泵前储液箱203的液位过高，则打开排液阀702，通过排液管路701将二次管路201内多余的二次冷媒排出，否则，打开泵前补液阀506向泵前储液箱203补液。

本发明提供的高可靠性的液冷系统及控制方法，具备以下优点：

①通过控制泄压阀802的开启时机，可以保证二次管路201内的压力不高于大气压，进而防止系统的负压防泄露功能失效；

②通过控制泵前补液阀506的开启时机，可以保证泵后储液箱505内的二次冷媒处于合适的温度，避免泵后储液箱505内的二次冷媒温度过高，致使抽真空装置工作异常；

③通过控制泵后补液阀606、外部补液阀603和排液阀702的开启时机，有效保证泵前储液箱203和泵后储液箱505内的二次冷媒处于合适的液位，避免泵前储液箱203和泵后储液箱505缺液工作或富液工作。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高可靠性的液冷系统，包括供一次载冷剂流动的一次管路(101)、供二次冷媒流动的二次管路(201)、驱使二次冷媒流动的主驱动装置(202)、用于进行一次载冷剂和二次冷媒的热量交换的换热器(3)、与所述二次管路(201)连通的泵前储液箱(203)以及与所述泵前储液箱(203)连通的抽真空设备(503)，其特征在于，

所述主驱动装置(202)的出口和所述泵前储液箱(203)的进口之间设有泄压管路(801)，所述泄压管路(801)上设有泄压阀(802)。

2.根据权利要求1所述的高可靠性的液冷系统，其特征在于，所述抽真空设备(503)的排气口通过泵后气液分离器(504)与泵后储液箱(505)连通；所述泵后储液箱(505)的出口与所述抽真空设备(503)的补液口连通，所述泵后储液箱(505)的出口通过泵前补液阀(506)和所述泵前储液箱(203)的进口连通。

3.根据权利要求2所述的高可靠性的液冷系统，其特征在于，所述泵后储液箱(505)通过补液管路(602)连通至补液箱(601)，所述补液管路(602)上设有外部补液阀(603)、补液驱动装置(604)和补液单向阀(605)。

4.根据权利要求3所述的高可靠性的液冷系统，其特征在于，所述主驱动装置(202)和泄压阀(802)之间的管段通过泵后补液阀(606)连通至所述外部补液阀(603)和补液驱动装置(604)之间的管段。

5.根据权利要求4所述的高可靠性的液冷系统，其特征在于，所述泵后储液箱(505)还连接有排液管路(701)，所述排液管路(701)上设有排液阀(702)。

6.根据权利要求2所述的高可靠性的液冷系统，其特征在于，所述泵前储液箱(203)与所述抽真空设备(503)之间设有泵前气液分离器(501)和抽气单向阀(502)。

7.根据权利要求6所述的高可靠性的液冷系统，其特征在于，所述泵前气液分离器(501)的出液口连通至所述泵前补液阀(506)与泵前储液箱(203)之间的管段。

8.一种控制方法，适用于权利要求1所述的高可靠性的液冷系统，其特征在于，包括：

获取所述主驱动装置(202)出口的压力P21，当所述压力P21满足预设条件时，打开泄压阀(802)。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，抽真空设备(503)的排气口通过泵后气液分离器(504)与泵后储液箱(505)连通；所述泵后储液箱(505)的出口与所述抽真空设备(503)的补液口连通，所述泵后储液箱(505)的出口通过泵前补液阀(506)和所述泵前储液箱(203)的进口连通：

所述控制方法还包括：

当泵后储液箱(505)内的温度过高时，打开所述泵前补液阀(506)向所述泵前储液箱(203)补液。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述泵后储液箱(505)通过补液管路(602)连通至补液箱(601)，所述主驱动装置(202)和泄压阀(802)之间的管段通过泵后补液阀(606)连通至所述补液管路(602)：

所述控制方法还包括：

当泵后储液箱(505)的液位过低时，检测所述泵前储液箱(203)的液位状态：

若所述泵前储液箱(203)的液位过低，则通过所述补液箱(601)向所述泵后储液箱(505)补液；

否则，打开所述泵后补液阀(606)向所述泵后储液箱(505)补液。

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