CN115289883B - 一种降温装置和数据中心 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降温装置，包括：储液器，存储有液相工质；循环泵，循环泵与储液器连接；多个负载蒸发器支路，每一个负载蒸发器支路均与循环泵连接，且每一个负载蒸发器支路均包括多个负载蒸发器，同一个负载蒸发器支路中的多个负载蒸发器分别为不同机柜中同一高度的数据中心进行散热；多个液位传感器，每一个液位传感器位于一个负载蒸发器支路的末端；旁路阀，旁路阀与每一个负载蒸发器支路的末端连接；冷凝器，冷凝器与每一个负载蒸发器、循环泵连接；储液器中的液相工质经循环泵驱动流经每一个负载蒸发器，并在负载蒸发器中吸热后变成气相工质，气相工质经冷凝器降温后再次变成液相工质后经循环泵参与循环。本发明还提出一种数据中心。

Description

一种降温装置和数据中心

技术领域

本发明涉及数据中心领域，具体涉及一种降温装置和数据中心。

背景技术

双相冷板式液冷利用工质的汽化相变潜热快速带走热量，无疑具有最高的冷却效率，同时相变潜热远大于显热，循环工质流量更小，循环泵的功耗更低，必然有更低的PUE值。双相冷板液冷系统内存在两相流态以及由此共生的流量漂移现象，两相流的流量漂移原理如图1所示，阻力随流量的变化并非单调关系，流量较小时，管路中主要为过热蒸汽，曲线与过热蒸汽的特性曲线相同；流量较大时，管路中基本为单相液体，曲线接近液体的特性曲线；在流量从大到小的变化中，由于沸腾的出现，气泡生成和生长致使工质流速增大，导致阻力随流量的减小而升高，并使曲线呈现N字型。进一步，两相流动系统的典型内部特性曲线呈现出N型(图中ABCD连线)，存在流阻随流量变化的负斜率区，对一定的两相流体回路，当外部曲线如驱动泵的流动特性典型曲线为213连线，系统的内、外部特性曲线可能存在多个交点，使通道中的流量为压降多值函数，当系统存在扰动时，如系统热负载变动时，会出现流量的迅速变化，即流量漂移。

流量漂移现象会导致双相冷板系统的实际流量与设计不符，特别的，在数据中心超多串并联支路时，由于存在部分并联支路的热负荷为零，而其它支路满负荷的情况，必然会出现零负荷或者低负荷的支路为单相液体流动，在图中表现为从点1逐渐漂移至点3(流量增加，压降降低)，而满负荷的支路受零负荷或者低负荷的支路流量增加影响，在总流量不变的情况下其流量必然降低，同时由于热负荷不变，必然伴随干度的增加，而干度的增加导致流动阻力越大，最终会成为单相气相流动，在图中表现为从点1逐渐漂移到点2(流量减少，压力增加)。这样一来，会导致所有支路均丧失相变冷却能力，只能依靠单相对流换热，对低负荷支路存在温度不确定性，视实际负荷大小有高于或者低于设计值的可能，对满负荷支路热源温度必然急剧升高，直接导致宕机。

现有的两相冷却系统，一般通过入口节流、流量调节等功能解决两相冷却系统多并联支路的热负载不均衡导致流量分配不均匀、流动不稳定性，保障每个支路不因温度过高而被烧坏。这种调节方法依赖于流量计和负载温度值，两相流由于流态复杂导致流量计的检测偏差太大，往往难以达到理想的调节效果，容易诱发不同程度的气塞，进而导致系统出现不同程度的循环停滞，影响系统的稳定鲁棒性，同时每个支路流量计不能共用，应用时成本高昂。同时负载温度值具有不可避免的延迟效应，当发现温度接近阈值时往往来不及调节导致负载降频甚至系统宕机，极大降低了系统的可靠性。另外，如前所述在低负荷支路中开始发生流量漂移时存在负载温度高于或者低于设计值的可能，仅仅根据温度判断极易引发误判，最终导致控制失效。

发明内容

有鉴于此，为了克服上述问题的至少一个方面，本发明实施例提出一种降温装置，包括：

储液器，存储有液相工质；

循环泵，所述循环泵与所述储液器连接；

多个负载蒸发器支路，每一个所述负载蒸发器支路均与所述循环泵连接，且每一个所述负载蒸发器支路均包括多个负载蒸发器，同一个所述负载蒸发器支路中的多个负载蒸发器分别为不同机柜中同一高度的数据中心进行散热；

多个液位传感器，每一个所述液位传感器位于一个负载蒸发器支路的末端；

旁路阀，所述旁路阀与每一个所述负载蒸发器支路的末端连接；

冷凝器，所述冷凝器与每一个所述负载蒸发器连接，并与所述循环泵连接；

其中，所述储液器中的液相工质经所述循环泵驱动流经每一个所述负载蒸发器，并在所述负载蒸发器中吸热后变成气相工质，所述气相工质经所述冷凝器降温后再次变成所述液相工质后经所述循环泵参与循环。

在一些实施例中，还包括：

调节阀，所述调节阀位于与每一个所述负载蒸发器支路的首端连接。

在一些实施例中，还包括：

控制模块，所述控制模块配置为采集每一个液位传感器的数据，并根据采集到的数据调整所述旁路阀和所述调节阀的开度。

在一些实施例中，所述负载蒸发器包括用于接收液相工质的补液口、用于排出液相工质的出液口以及排出气相工质的排气口；

其中，所述负载蒸发器底部具有微纳复合毛细层，其中，所述微纳复合毛细结构为粉状烧结、网状金属丝、沟槽、纤维、机加工微通道中的一种或几种的耦合。

在一些实施例中，所述出液口还具有水封结构，其中所述水封结构为U型或S型。

基于同一发明构思，本发明的实施例还提出一种数据中心，包括降温装置，所述降温装置包括：

储液器，存储有液相工质；

循环泵，所述循环泵与所述储液器连接；

多个负载蒸发器支路，每一个所述负载蒸发器支路均与所述循环泵连接，且每一个所述负载蒸发器支路均包括多个负载蒸发器，同一个所述负载蒸发器支路中的多个负载蒸发器分别为不同机柜中同一高度的数据中心进行散热；

多个液位传感器，每一个所述液位传感器位于一个负载蒸发器支路的末端；

旁路阀，所述旁路阀与每一个所述负载蒸发器支路的末端连接；

冷凝器，所述冷凝器与每一个所述负载蒸发器连接，并与所述循环泵连接；

其中，所述储液器中的液相工质经所述循环泵驱动流经每一个所述负载蒸发器，并在所述负载蒸发器中吸热后变成气相工质，所述气相工质经所述冷凝器降温后再次变成所述液相工质后经所述循环泵参与循环。

在一些实施例中，还包括：

调节阀，所述调节阀位于与每一个所述负载蒸发器支路的首端连接。

在一些实施例中，还包括：

控制模块，所述控制模块配置为采集每一个液位传感器的数据，并根据采集到的数据调整所述旁路阀和所述调节阀的开度。

在一些实施例中，所述负载蒸发器包括用于接收液相工质的补液口、用于排出液相工质的出液口以及排出气相工质的排气口；

其中，所述负载蒸发器底部具有微纳复合毛细层，其中，所述微纳复合毛细结构为粉状烧结、网状金属丝、沟槽、纤维、机加工微通道中的一种或几种的耦合。

在一些实施例中，所述出液口还具有水封结构，其中所述水封结构为U型或S型。

本发明具有以下有益技术效果之一：通过调节旁路阀和调节阀开度维持串并联系统的合理液位，由于系统中串并联蒸发器处于同一个高度，不论各个并联支路的负载如何变化，只要系统中典型低液位可以达到设计液位范围，系统就不会出现干烧情况，也不会再发生流量漂移现象。当负载急剧降低导致系统液位过高时，调整旁路阀的开度，多余的液态工质通过旁路直接进入储液罐，再次参与循环。特别地，当循环泵处于调频范围下限仍不能满足系统最小流量要求时，通过旁路阀直接进入储液罐，避免液态工质从排气口溢出。当系统并联的支路越多，系统的液位越稳定，抗系统热负载的扰动性越强。

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实施例。

图1为两相流的流量漂移原理；

图2为本发明实施例提出的降温装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提出的蒸发器的结构示意图；

图4为本发明实施例提出的三个20节点的并联机柜的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。

需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

根据本发明的一个方面，本发明的实施例提出一种降温装置，如图2所示，包括：

储液器，存储有液相工质；

循环泵，所述循环泵与所述储液器连接；

多个负载蒸发器支路，每一个所述负载蒸发器支路均与所述循环泵连接，且每一个所述负载蒸发器支路均包括多个负载蒸发器，同一个所述负载蒸发器支路中的多个负载蒸发器分别为不同机柜中同一高度的数据中心进行散热；

多个液位传感器，每一个所述液位传感器位于一个负载蒸发器支路的末端；

旁路阀，所述旁路阀与每一个所述负载蒸发器支路的末端连接；

冷凝器，所述冷凝器与每一个所述负载蒸发器连接，并与所述循环泵连接；

其中，所述储液器中的液相工质经所述循环泵驱动流经每一个所述负载蒸发器，并在所述负载蒸发器中吸热后变成气相工质，所述气相工质经所述冷凝器降温后再次变成所述液相工质后经所述循环泵参与循环。

在一些实施例中，还包括：

调节阀，所述调节阀位于与每一个所述负载蒸发器支路的首端连接。

在一些实施例中，还包括：

控制模块，所述控制模块配置为采集每一个液位传感器的数据，并根据采集到的数据调整所述旁路阀和所述调节阀的开度。

在一些实施例中，所述负载蒸发器包括用于接收液相工质的补液口、用于排出液相工质的出液口以及排出气相工质的排气口；

其中，所述负载蒸发器底部具有微纳复合毛细层，其中，所述微纳复合毛细结构为粉状烧结、网状金属丝、沟槽、纤维、机加工微通道中的一种或几种的耦合。

在一些实施例中，所述出液口还具有水封结构，其中所述水封结构为U型或S型。

具体的，如图2和图3所示，液态工质经变频循环泵驱动流经预热器，调节阀，进入负载蒸发器，大部分在蒸发器中吸热相变成气态工质进入冷凝器释放热量变回液态工质，小部分流经旁路阀回到储液器后再到循环泵入口参与上述循环。在串联负载蒸发器末端设置有液位传感器。蒸发器设计为三个对外接口，分别为补液口、出液口和排气口，内部包含微纳复合毛细层和防止气体从出液口逸出的水封结构。其中水封结构可以是U型，S型等，微纳复合毛细结构可以粉状烧结，网状金属丝，沟槽，纤维，机加工微通道，或者上述几种的耦合。

由于串并联系统中串联末端的液位往往较低，蒸发器入口阀门根据串联末端蒸发器液位传感器液位设置开度，以维持设计液位值为目标。旁路阀用于启机维持泵的最小流量以及液位过高时降低液位。基于上述结构的蒸发器和布置于串联末端的液位传感器，通过调节旁路阀和调节阀开度维持串并联系统的合理液位，由于系统中串并联蒸发器处于同一个高度，不论各个并联支路的负载如何变化，只要系统中典型低液位可以达到设计液位范围，系统就不会出现干烧情况，也不会再发生流量漂移现象。当负载急剧降低导致系统液位过高时，调整旁路阀的开度，多余的液态工质通过旁路直接进入储液罐，再次参与循环。特别地，当循环泵处于调频范围下限仍不能满足系统最小流量要求时，通过旁路阀直接进入储液罐，避免液态工质从排气口溢出。当系统并联的支路越多，系统的液位越稳定，抗系统热负载的扰动性越强。数据中心天然具备超多机柜并联属性，不同机柜之间相同高度的节点可以共用同一个液位传感器及辅助调节机构。

基于上述结构的蒸发器和布置于串联末端的液位传感器，通过调节旁路阀和调节阀开度维持串并联系统的合理液位，由于系统中串并联蒸发器处于同一个高度，不论各个并联支路的负载如何变化，只要系统中典型低液位可以达到设计液位范围，系统就不会出现干烧情况，也不会再发生流量漂移现象。

如图4所示，以三个20节点的并联机柜为例，相同高度的节点通过联通管相连，实现液位平衡，共用一套液位控制系统。

当数据中心规模越大，本专利技术的适应性越强，系统抗负载扰动性越好，经济性也越佳。在目前的双相冷板液冷技术中，每个当并联支路均需要单独配置昂贵的流量监控仪器和电动执行机构，而本发明的技术可以节省所有的流量监控仪器和电动执行机构，并联等高的支路都可以通过设置一个液位传感器及辅助调节机构来实现。以5000个节点规模的数据中心为例，每个节点按照2个并联支路，整个数据中心10000个并联支路，按照目前公开专利计算需要10000套流量监控仪器和电动执行机构，单套成本1000元左右，总成本不低于一千万元；如果以本发明的技术为例，需要的液位计传感器和辅助调节机构数量仅仅30套，单套成本500元，总成本1.5万元。

本专利提出的方案，具体包含微纳复合毛细层和防止气体从出液口逸出的水封结构及三接口负载蒸发器，以及包含变频循环泵，预热器，蒸发器，冷凝器，储液器，调节阀，旁路阀，布置于串联末端的液位传感器，数采和控制模块的串并联系统；基于上述系统，通过调节旁路阀和调节阀开度维持串并联系统的合理液位，由于系统中串并联蒸发器处于同一个高度，不论各个并联支路的负载如何变化，只要系统中典型低液位可以达到设计液位范围，系统就不会出现干烧情况，也不会再发生流量漂移现象。当负载急剧降低导致系统液位过高时，调整旁路阀的开度，多余的液态工质通过旁路直接进入储液罐，再次参与循环。特别地，当循环泵处于调频范围下限仍不能满足系统最小流量要求时，通过旁路阀直接进入储液罐，避免液态工质从排气口溢出。当系统并联的支路越多，系统的液位越稳定，抗系统热负载的扰动性越强。

根据同一发明构思，本发明的实施例还提出一种数据中心，本发明的实施例还提出一种数据中心，一种数据中心，包括降温装置，所述降温装置包括：

储液器，存储有液相工质；

循环泵，所述循环泵与所述储液器连接；

多个负载蒸发器支路，每一个所述负载蒸发器支路均与所述循环泵连接，且每一个所述负载蒸发器支路均包括多个负载蒸发器，同一个所述负载蒸发器支路中的多个负载蒸发器分别为不同机柜中同一高度的数据中心进行散热；

多个液位传感器，每一个所述液位传感器位于一个负载蒸发器支路的末端；

旁路阀，所述旁路阀与每一个所述负载蒸发器支路的末端连接；

冷凝器，所述冷凝器与每一个所述负载蒸发器连接，并与所述循环泵连接；

其中，所述储液器中的液相工质经所述循环泵驱动流经每一个所述负载蒸发器，并在所述负载蒸发器中吸热后变成气相工质，所述气相工质经所述冷凝器降温后再次变成所述液相工质后经所述循环泵参与循环。

在一些实施例中，还包括：

调节阀，所述调节阀位于与每一个所述负载蒸发器支路的首端连接。

在一些实施例中，还包括：

控制模块，所述控制模块配置为采集每一个液位传感器的数据，并根据采集到的数据调整所述旁路阀和所述调节阀的开度。

在一些实施例中，所述负载蒸发器包括用于接收液相工质的补液口、用于排出液相工质的出液口以及排出气相工质的排气口；

其中，所述负载蒸发器底部具有微纳复合毛细层，其中，所述微纳复合毛细结构为粉状烧结、网状金属丝、沟槽、纤维、机加工微通道中的一种或几种的耦合。

在一些实施例中，所述出液口还具有水封结构，其中所述水封结构为U型或S型。

以上是本发明公开的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本发明实施例公开的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。

应当理解的是，在本文中使用的，除非上下文清楚地支持例外情况，单数形式“一个”旨在也包括复数形式。还应当理解的是，在本文中使用的“和/或”是指包括一个或者一个以上相关联地列出的项目的任意和所有可能组合。

上述本发明实施例公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种降温装置，其特征在于，包括：

储液器，存储有液相工质；

循环泵，所述循环泵与所述储液器连接；

多个负载蒸发器支路，每一个所述负载蒸发器支路均与所述循环泵连接，且每一个所述负载蒸发器支路均包括多个负载蒸发器，同一个所述负载蒸发器支路中的多个负载蒸发器分别为不同机柜中同一高度的数据中心进行散热；

多个液位传感器，每一个所述液位传感器位于一个负载蒸发器支路的末端；

旁路阀，所述旁路阀与每一个所述负载蒸发器支路的末端连接；

冷凝器，所述冷凝器与每一个所述负载蒸发器连接，并与所述循环泵连接；

其中，所述储液器中的液相工质经所述循环泵驱动流经每一个所述负载蒸发器，并在所述负载蒸发器中吸热后变成气相工质，所述气相工质经所述冷凝器降温后再次变成所述液相工质后经所述循环泵参与循环；

所述负载蒸发器包括用于接收液相工质的补液口、用于排出液相工质的出液口以及排出气相工质的排气口；

其中，所述负载蒸发器底部具有微纳复合毛细层，其中，所述微纳复合毛细层的结构为粉状烧结、网状金属丝、沟槽、纤维、机加工微通道中的一种或几种的耦合；

所述出液口还具有水封结构，其中所述水封结构为U型或S型。

2.如权利要求1所述的降温装置，其特征在于，还包括：

调节阀，所述调节阀位于与每一个所述负载蒸发器支路的首端连接。

3.如权利要求2所述的降温装置，其特征在于，还包括：

控制模块，所述控制模块配置为采集每一个液位传感器的数据，并根据采集到的数据调整所述旁路阀和所述调节阀的开度。

4.一种数据中心，其特征在于，多个机柜和用于给机柜降温的降温装置，其中所述降温装置包括：

储液器，存储有液相工质；

循环泵，所述循环泵与所述储液器连接；

多个负载蒸发器支路，每一个所述负载蒸发器支路均与所述循环泵连接，且每一个所述负载蒸发器支路均包括多个负载蒸发器，同一个所述负载蒸发器支路中的多个负载蒸发器分别为不同机柜中同一高度的数据中心进行散热；

多个液位传感器，每一个所述液位传感器位于一个负载蒸发器支路的末端；

旁路阀，所述旁路阀与每一个所述负载蒸发器支路的末端连接；

冷凝器，所述冷凝器与每一个所述负载蒸发器连接，并与所述循环泵连接；

其中，所述储液器中的液相工质经所述循环泵驱动流经每一个所述负载蒸发器，并在所述负载蒸发器中吸热后变成气相工质，所述气相工质经所述冷凝器降温后再次变成所述液相工质后经所述循环泵参与循环；

所述负载蒸发器包括用于接收液相工质的补液口、用于排出液相工质的出液口以及排出气相工质的排气口；

其中，所述负载蒸发器底部具有微纳复合毛细层，其中，所述微纳复合毛细层的结构为粉状烧结、网状金属丝、沟槽、纤维、机加工微通道中的一种或几种的耦合；

所述出液口还具有水封结构，其中所述水封结构为U型或S型。

5.如权利要求4所述的数据中心，其特征在于，还包括：

调节阀，所述调节阀位于与每一个所述负载蒸发器支路的首端连接。

6.如权利要求5所述的数据中心，其特征在于，还包括：

控制模块，所述控制模块配置为采集每一个液位传感器的数据，并根据采集到的数据调整所述旁路阀和所述调节阀的开度。