CN116761381A - 集装箱式单向浸没液冷系统 - Google Patents

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刘书伟
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Abstract

本发明提供了集装箱式单向浸没液冷系统，属于温控技术领域，包括设置在集装箱内的TANK容器单元、配电单元、板换单元和控制单元，还包括设置在集装箱外部的液冷系统；TANK容器单元，内置多台算力服务器，作为冷却液与算力服务器热交换场所；液冷系统用于冷却从板换单元出来的二次侧介质，在板换单元与液冷系统之间设有旁通管路，旁通管路中的二次侧介质作为热源，通过余热回收用热水出水口连通外部的设备，用作余热回收，余热利用后冷却的介质再次回流到冷水管道中；板换单元，作为热交换中心；控制单元为液冷系统提供稳定流量和压力、并监视和维持系统运行。本发明集成度高，占用空间小，单位空间内密度高，而且安全可靠。

Description

集装箱式单向浸没液冷系统
技术领域
本发明属于温控技术领域，涉及集装箱式数据中心，尤其涉及集装箱式单向浸没液冷系统。
背景技术
目前主流的服务器散热/芯片散热方案是风冷，但是由于空气密度低、比热容低，空气散热的瓶颈很快到来。而且随着芯片从7nm进一步缩小到5nm、3nm，单位面积的发热量越来越高，在风冷满足散热需求的时候，服务器的密度会降低，等同于提升了成本，如果保持密封不变，风冷无法满足单位体积内的散热需求，所以液冷越来越受到重视。
液冷又分为水冷板式的液冷和浸没的油冷，水冷板式的水冷是水通过封闭的铝外壳与芯片接触，而水的密度和比热容等散热性能远高于空气，但是需要水冷板和PCB电路板一起设计，门槛较高。而浸没油冷，可以将风冷状态的服务器浸没到散热能力更强的油里，对服务器改动小，门槛低，散热能力强，因此得到广泛关注。
油冷又分为单相和两相油冷，虽然两相油冷散热能力更强，但是两相油冷涉及油的相变，对容器密封性要求高、而且油蒸发散热成本很高，如何在低成本下实现更好的散热效果是至关重要的。
发明内容
本发明要解决的问题是在于提供集装箱式单向浸没液冷系统，采用单相浸没液冷方式，既能达到当前散热要求，又保证了较低的成本，整体产品工厂预制化生产，工程产品化，现场只需要通电、通水、通网即可运行，保证了质量和交期的同时，极大减少现场施工量和时间。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：集装箱式单向浸没液冷系统，包括设置在集装箱内的TANK容器单元、配电单元、板换单元和控制单元，还包括设置在集装箱外部的液冷系统；
TANK容器单元，包括并列设置的多台TANK容器，每台TANK容器均作为冷却液的容器，内置多台算力服务器，作为冷却液与算力服务器热交换场所；
液冷系统，用于冷却从板换单元出来的二次侧介质，将热量散向外界环境，在板换单元与液冷系统之间设有旁通管路，旁通管路中的二次侧介质作为热源，通过余热回收用热水出水口连通外部的设备，用作余热回收，余热利用后冷却的介质再次回流到冷水管道中；
板换单元，作为热交换中心，为TANK服务器单元降温；
配电单元，为整个集装箱内所有设备进行供电；
控制单元，为液冷系统提供稳定流量和压力、并监视和维持系统运行。
进一步的，TANK容器单元包括一个出水管道，一个回水管道，多个并列设置TANK容器公用一个出水管道和一个回水管道，将从TANK容器流出的介质流道定义为出水管道，将流入TANK容器的介质流道定义为回水管道，介质从TANK容器经出水管道连通板换单元，换热后的冷却介质经过回水管道流再次流到TANK容器中。
进一步的，出水管道上从TANK容器侧都板换单元间依次设有压力变送器、温度变送器、外循环水泵和流量传感器、控制阀门和排气阀，还包括一个旁通支路，旁通支路的一端设在流量传感器与蝶阀之间，另一端设在手动排气阀与板换单元之间，旁通支路上设有过滤器。
进一步的，每台TNAK容器内放置多台算力服务器，设置为上下多层，算力服务器电源接口均朝下放置；回水管道沿TANK容器的长度方向平行铺设，沿算力服务器的底部布置，回水管道上表面开有孔。
进一步的，TANK容器内还设有回液盒，出水管道与回液盒的底部连接，中部有一段可拆卸部，根据回液盒的高度拆卸部选择性安装，回液盒是一种开口向上的盒形结构，回液盒的两端设置为与TANK容器的内壁可拆卸连接，回液盒内装有网格。
进一步的，液冷系统包括冷却塔、热侧管道和冷却管道，热侧管道用于连接板换单元的热介质出口与冷却，冷却管道用于连接冷却塔与板换单元的冷介质入口。
进一步的，热侧管道上设有温度变送器、压力变送器和阀门，其中设有至少一个旁通管道作为余热回收利用管道，冷却后的介质通过余热回收回液口再次回流到冷却管道中；冷却管道上设有过滤器、排气阀、内循环水泵、温度变送器和压力变送器。
进一步的，内循环水泵的功率根据介质流量以及介质传输的路径进行选择，总功率大于理论上计算出来的功率，安全系数1.5倍以上。
进一步的，集装箱整体防护等级IP53，防腐等级C3，集装箱上还设有风机，温湿度变送器和漏油检测传感器。
进一步的，集装箱长度方向的一端设有双开大门，作为日常运维设备和人员进出的通道，双开大门上设有新风进风百叶窗，集装箱内部对应新风进风百叶窗位置对应设置有新风排风扇，双开大门的外侧还设有门禁读卡器，作为一种身份验证；集装箱长度方向的一侧设有检修门，作为板换和水泵维护用的大门。
与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果如下。
1、本发明整个结构采用模块化设计，设置为TANK容器单元、配电单元、板换单元、控制单元和液冷系统，每个模块均可以独立组装成模块结构，多个模块可在集装箱外同时进行组装，各自组装完成后再设置的集装箱内进行总的连接装配，这样同时组装提升效率，而且在集装箱外组装不受空间的限制，进一步提升组装效率，而且方便后续的维修，局部需要维修的时候，单独的模块进行更换和维修即可，也快速的判定需要维护的点并进行更换；在此基础上，TANK容器单元又分为并列设置的多个独立的TANK容器，每个TANK容器都是可独立运行的，多个TANK容器之间又可同时运行，根据需求进行调整，降低能耗；在此基础上每个模块内的服务器从上到下平行设置，其中一个服务器出现故障的时候，直接进行更换即可，不影响其他服务的器的运行和连接，以上结构等同于实现了整个结构三级模块的设置，大大提升了组装效率，后续的维护成本，以及设备运行的稳定性；
2、本发明设置板换单元，用于实现TANK容器冷却用介质与冷却塔中冷却介质的热交换，即板换单元实现了热量的交换，保证了TANK容器中冷却介质的低温，经过板换单元换热后的高温介质经过液冷系统后再次降低变为冷却介质后再次进入到板换单元，如此反复持续进行，实现了持续降温的需求，与此同时，在板换单元与液冷系统之间设有旁通管路，旁通管路中的二次侧介质，作为热源，通过余热回收用热水出水口连通外部的设备，用作余热回收，作为供暖或者其他功能，可用作农业大棚、工业厂房、办公楼、水产养殖等用热场景，余热利用后的介质温度降低后，通过余热回收用冷水回水口回流到冷却管道中，形成一个闭环的系统，既可实现对TANK容器的尺寸降温，又可实现持续供暖需求；
3、本申请中，回水管道沿TANK容器的长度方向平行铺设，沿算力服务器的底部布置，能够将冷却油的出口对准算力服务器，冷却效果更好，回水管道上表面开有孔，使得出油更加均匀，进而使得每个服务器所获得的冷却效果更均匀；
4、本申请中，TANK容器内还设有回液盒，出水管道与回液盒的底部连接，中部有一段可拆卸部，当需要降低回液盒的高度时，将可拆卸部卸下，回液盒是一种开口向上的盒形结构，回液盒的两端设置为与TANK容器的内壁可拆卸连接，适应不同高度的算力服务器，根据算力服务器的高度随时调整回液盒的高度，有利于冷却介质降温后的收集和回流；回液盒上装有网格，能够回流得更加均匀；
5、本申请中，主循环水泵的功率根据介质流量以及介质传输的路径进行选择，确定主循环水泵的功率，根据功率确定主循环水泵的规格，总功率大于理论上计算出来的功率，选择低频运行，减少震动，保证整个系统内，稳定性更佳，各个零件的性能更加可靠，减少整个箱体的震动性；
6、本申请的技术方案综合看，本申请具有更高效的散热方式：浸没式液冷散热能力强，相较于风冷能更有效地将热量带走；更可靠的解决方案：浸没式液冷能最大程度地降低服务器运行过程中的系统过热和温度波动等常见问题；更强劲的超频：在沉浸式液冷的加持下，服务器超频范围达50％-70％；更长远的布局：5nm封装芯片每cm2发热量约为30W，芯片每cm2散热量随制程变小而增加，而选择散热效果远优于风冷的浸没式液冷，正是因应技术发展进行提前布局；更强的环境适应能力：在低至-40℃到高至50℃的环境温度中均可运行。环境适用范围极广，最大限度地降低环境对服务器运行的影响。无需室内场景搭建，在极端温度的环境下，其节电性能和供暖功能特点可更好体现。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明集装箱式单向浸没液冷系统的整体运行原理图；
图2是本发明集装箱式单向浸没液冷系统的结构示意图；
图3是本发明集装箱式单向浸没液冷系统正视的局部剖视结构示意图；
图4是本发明集装箱式单向浸没液冷系统后视的局部剖视结构示意图；
图5是本发明集装箱式单向浸没液冷系统后视的结构示意图；
图6是本发明集装箱式单向浸没液冷系统的原理图；
图7是本发明板换单元、进水管道和回水管道连通的原理图；
图8是本发明液冷系统的原理图；
图9是本发明TANK容器单元并列设置的连接布局图；
图10是本发明针对图形符号的图例和名称的说明表；
图11是本发明针对字母符号中首字符和说明的表格；
图12是本发明进水管道、回水管道、冷水管道、热水管道、外循环水泵和内循环水泵连接的结构示意图。
附图说明：
1、液冷系统；101、冷却塔；2、集装箱；201、温湿变送器；202、漏油检测传感器；203、风机；3、新风进风百叶窗；4、双开大门；5、门禁读卡器；6、主电缆/铜排接入口；7、检修门；8、热水管道；9、冷却管道；10、余热回收用热水出水口；11、余热回收用冷水回水口；12、TANK容器单元；13、配电单元；14、控制单元；15、板换单元；16、外循环水泵；17、内循环水泵；18、新风排风扇；19、外壳接地点；20、人员踏步台阶；21、回水管道；22、出水管道。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
“算力”通俗来说，就是计算能力，指的是数据的处理能力。小至手机笔记本、大到超级计算机，算力存在于各种智能硬件设备，没有算力就没有各种软硬件的正常应用。人工智能并非无源之水、无本之木，AI完成每一次人脸识别、每一次语音文字转换，都需要硬件芯片的算力支持。
以普通人为例，我们身边的笔记本电脑有着不同配置，价格也会有高低，这主要取决于不同配置产品搭载的CPU、显卡及内存等的差异性。高配置的笔记本具有更高的计算能力，并且可以玩具有更高配置要求的游戏，并运行更多的内存消耗型3D和视听软件，低配置的笔记本运算能力不足，只能玩普通的游戏，运行普通的办公软件，同样玩网络游戏，手机的算力功率越高越流畅，手机的算力能力不足游戏会出现会滞后卡顿。
液冷服务器，是指液体注入服务器，通过冷热交换带走服务器的散热的一种服务器。从服务器物理形态上区分有：冷板式液冷服务器和全浸没式液冷服务器。
浸没式液冷是一种典型的直接接触型液冷，它是将发热的电子元件浸没在冷媒(冷却液)中，依靠液体流动循环带走热量。
浸没式液冷由于发热元件与冷媒全方位直接接触，散热效率相比于传统的散热方式：风冷和水冷，它的散热效率更高些；相对于冷板或喷淋液冷，它的噪音更低。
在两相浸没式液冷中，通过电子氟化液的沸腾及冷凝过程，指数级地提高液体的传热效率。电子部件直接浸没在容器中的电介质液体中，该容器密封但易于操作。在该容器内，热量从电子部件传递到液体中，并引起液体沸腾产生蒸汽。蒸汽在容器内的热交换器(冷凝器)上冷凝，将热量传递给在数据中心中循环流动的设施冷却水。冷却液在循环散热过程中发生了相变，冷却液带走电子元件热量后发生相变气化，气态冷却液被其它设备冷凝重新变成液态。两相液冷由于冷却液发生了相变，所以传热效率很高，不利的是这个相变过程中，冷却液蒸发为气态过程中会发生逃逸，所以对容器的密封性有一定的要求；但是又不能太密封，防止液冷系统中断出现事故，所以需要设置一定的安全设施。
传统的，在单相浸没式液冷中，电子氟化液保持液体状态。电子部件直接浸没在电介质液体中，液体置于密封但易于触及的容器中，热量从电子部件传递到液体中。通常使用循环泵将经过加热的电子氟化液流到热交换器，在热交换器中冷却并循环回到容器中，冷却液在循环散热过程中始终维持液态，不发生相变。低温冷却液带走热量后，温度升高，升高的冷却液流动到其它区域后重新冷却完成循环；单相液冷要求冷却液的沸点较高，这样冷却液挥发流失控制相对简单，与IT设备的元器件兼容性比较好，不需要频繁补充冷却液；但相对于两相液冷其散热效率要低一些。
PDU插排，也叫PDU插座，PDU(Power Distribution Unit)是PDU具备电源分配和管理功能的电源分配管理器。PDU电源插座是多有设备运行的第一道也是最为密切的部件，PDU的好坏直接影响到各个设备的。PDU系列机柜插座式电源保护防雷器依据IEC标准设计，专用于精细保护单相交流供电的敏感设备，应用于设备端作为电源第三级保护，使设备免遭由雷击或电子干扰产生的瞬态过电压的损害。此电源保护防雷器采用两级串联式联动保护，最大通流量可达20kA，电压保护水平可以低至800V，输入输出兼容多国标准插头及各种功率匹配，具有可恢复过载保护装置，将防雷器与电源插板完美组合，PDU电源插座是一种新型的插座设备，它的安全系数可靠。它在手机等各种小型电子机器中，是用于接收DC电源、并且在插头插入孔的中心配置了销插头的电源插座。
板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种高效换热器，由许多冲压有波纹薄板按一定间隔，四周通过垫片密封，并用框架和压紧螺旋重叠压紧而成，板片和垫片的四个角孔形成了流体的分配管和汇集管，同时又合理地将冷热流体分开，使其分别在每块板片两侧的流道中流动，通过板片进行热交换，各种板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。板式换热器是液—液、液—汽进行热交换的理想设备。它具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、应用广泛、使用寿命长。
冷却塔是用水作为循环冷却剂，从一系统中吸收热量排放至大气中，以降低水温的装置；其冷是利用水与空气流动接触后进行冷热交换产生蒸汽，蒸汽挥发带走热量达到蒸发散热、对流传热和辐射传热等原理来散去工业上或制冷空调中产生的余热来降低水温的蒸发散热装置，以保证系统的正常运行，装置一般为桶状，故名为冷却塔。
如图1-图12所示，本发明为集装箱式单向浸没液冷系统，作为一种集装箱式单向浸没液冷系统，包括设置在集装箱内的TANK容器单元、配电单元、板换单元和控制单元，还包括设置在集装箱外部的液冷系统，在本申请中，液冷系统设置在集装箱的顶部，垂直方向上占用空间更小，使得整个结构更加紧凑；
TANK容器单元，包括并列设置的多台TANK容器，每台TANK容器均作为冷却液的容器，内置多台算力服务器，作为冷却液与算力服务器热交换场所；
配电单元：为整个集装箱内所有设备进行供电，一路三相五线380V-415V，50/60Hz交流供电，现场应用提供可靠接地；
液冷系统，本申请中采用冷却塔，用于冷却从板换单元出来的二次侧介质，将热量散向外界环境，经过板换单元换热后，在板换单元与液冷系统之间设有旁通管路，旁通管路中的二次侧介质，作为热源，通过余热回收用热水出水口连通外部的设备，用作余热回收，作为供暖或者其他功能，可用作农业大棚、工业厂房、办公楼、水产养殖等用热场景，余热利用后的介质温度降低后，通过余热回收用冷水回水口回流到冷却管道中。
板换单元，用于实现TANK容器冷却用介质与冷却塔中冷却介质的热交换，即板换单元实现了热量的交换，保证了TANK容器中冷却介质的低温，经过板换单元换热后的高温介质经过液冷系统后再次降低变为冷却介质后再次进入到板换单元，如此反复持续进行，实现了持续降温的需求，在本申请中，板换单元即为板式换热器。
液冷系统分为一次侧(即冷侧)和二次侧(热侧)两部分，一次侧也叫冷侧，二次侧也叫热侧，二次侧部分为通过管路连接装有冷却服务器的TANK容器单元，换热介质为绝缘冷却油。一次侧部分为通过管路外接开式冷却塔，换热介质为水；二次侧(热侧)的冷却介质由内循环泵升压后流经板式换热器，出水管道中的介质与一次侧(冷侧)介质通过板换单元进行热交换后进入TANK容器单元中将热量带出，再回到内循环泵，往复循环。
TANK容器单元包括一个出水管道，一个回水管道，多个并列设置TANK容器公用一个出水管道和一个回水管道，将从TANK容器流出的介质流道定义为出水管道，将流入TANK容器的介质流道定义为回水管道，介质从TANK容器经出水管道连通板换单元，换热后的冷却介质经过回水管道流再次流到TANK容器中，出水管道上从TANK容器侧都板换单元间依次设有压力变送器、温度变送器、外循环水泵和流量传感器、蝶阀和手动排气阀，还包括一个旁通支路，旁通支路的一端设在流量传感器与蝶阀之间，另一端设在手动排气阀与板换单元之间，旁通支路上设有过滤器，在本申请中采用Y型过滤器，用于保证介质的纯净度，避免管道堵塞，同时避免进入的杂质粘附在服务器的表面，影响服务器的性能，过滤器的两端均设有蝶阀，在本申请中，蝶阀多采用卫生级蝶阀，可更好的保证密封性能，性能稳定，使用寿命长；以上所有的电器元件均与控制单元电连接，及时传输电信号到控制单元，控制单元多采用PLC控制系统，控制单元用于监控各个地方的参数是否符合要求，及时发出报警信息等，整体上提供液冷系统稳定流量和压力、并监视和维持系统运行。
用于监测参数的电器元件采用市购品即可，也可以采用市场上其他具有此功能的电器元件代替本申请中的零件，此属于本领域的技术人员公知的技术手段，都在本申请的保护范围之类，关于市购品的部分电器元件工作原理解释如下，单个零件的工作原理是公知的，但是在不用的应用环境下，有不同的设置需求，如何设置，多个电器元件之前如何配合并不是公知的。
压力变送器是一种将压力转换成气动信号或电动信号进行控制和远传的设备；温度变送器采用热电偶、热电阻作为测温元件，从测温元件输出信号送到变送器模块，经过稳压滤波、运算放大、非线性校正、V/I转换、恒流及反向保护等电路处理后，转换成与温度成线性关系的4～20mA电流信号0-5V/0-10V电压信号，RS485数字信号输出，即将温度转化为电信号，进行控制和远传的设备，申请中压力变送器515和温度变送器均与配电柜单元4电连接，实现对温度和压力的监测，对及时对温度和压力进行控制和调节。
流量传感器一种流速监测装置，主要功能是当流速未达到设定的流速阀值时发出检测信号，经计算机控制，进行报警或启动连锁保护系统，保护关键设备，能够以及时制止在生产中的突发事故，对生产安全和企业经济效益，本申请中用于监测流量，保证流量可满足多个TANK容器同时运转降温的需求，保证降温效果，即保证服务器算力，提升工作效率。
排气阀，用于管道内多余气体的排出，当系统中有气体溢出时，气体会顺着管道向上爬，最终聚集在系统的最高点，而排气阀一般都安装在系统最高点，当气体进入排气阀阀腔聚集在排气阀的上部，随着阀内气体的增多，压力上升，当气体压力大于系统压力时，气体会使腔内水面下降，浮筒随水位一起下降，打开排气口；气体排尽后，水位上升，浮筒也随之上升，关闭排气口。同样的道理，当系统中产生负压，阀腔中水面下降，排气口打开，由于此时外界大气压力比系统压力大，所以大气会通过排气口进入系统，防止负压的危害。
液冷系统包括冷却塔、热侧管道和冷却管道，热侧管道用于连接板换单元的热介质出口与冷却，冷却管道用于连接冷却塔与板换单元的冷介质入口，热侧管道上设有温度变送器、压力变送器和阀门，其中设有至少一个旁通管道作为余热回收利用管道，如果换热量较大，热量较多的情况下，也可设置多个旁通管道，作为余热回收的管道，余热利用后，介质中的热量散发后介质温度降低，冷却后的介质可通过余热回收回液口再次回流到冷却管道中，实现了介质的整体循环利用，保证热量回收持续供热的需求，而且也保证了介质流量的稳定，形成了一个闭环的流通管道，有利于整体调节和控制；冷却管道上设有过滤器、排气阀、内循环水泵、温度变送器和压力变送器，在本申请中，内循环水泵也可叫做一次侧泵，以上跟出水管道和回水管道设置的相同的电器元件，具有相同的功能，此处不在累述。
内循环水泵根据冷却管道上的温度变送器和室外环境温度控制冷却塔风机的启停，但不控制冷却塔风机的运行状态，在自动模式下：接受就地启动指令或远程启动指令后，液冷系统自动启动，并根据整定参数监控液冷系统的运行状况和检测系统故障，控制单元为PLC程序控制，PLC自动调节冷却水温度，系统压力，对液冷系统参数的超标及时就地显示，错误信号灯亮。内循环水泵的功率根据介质流量以及介质传输的路径进行选择，确定主循环水泵的功率，根据功率确定主循环水泵的规格，本申请中，选型上有一定的要求，考虑多方因素，总功率大于理论上计算出来的功率，安全系数的1.5以上，因为水泵满频运行的时候，震动比较大，本申请中，选择一个较大功率的水泵，选择低频运行，减少震动，保证整个系统内，稳定性更佳，各个零件的性能更加可靠，减少整个箱体的震动性。
冷却塔：外冷换热使用开式冷却塔，也可以使用闭式冷却塔、干冷器、风机盘管等，湿球温度32℃时，流量≥87m3/h，进出水温度为48/42℃，散热容量满足600KW，在本申请中，冷却塔可用其他设备代替，满足介质的热交换冷却需求即可，不做具体的限定，都在本申请的保护范围内。
冷却塔的工作过程：系统回水(热水)通过一次侧泵被输送至冷却塔中部进水口，进入管式分水装置，水被平衡后均匀的通过大口径喷嘴淋洒在填料顶部，喷嘴出口压力较低，水靠重力沿着填料内预设流道自上而下流动，形成均匀稳定的水膜；同时，新鲜空气从塔下部四面进风口由下而上进入填料，与水逆向通过填料段，空气温升和小部分水的蒸发共同带走热量，通过顶部风机排至大气；冷却后的水滴落在底部集水池供系统循环使用。
本申请中的数据中心中，TANK容器单元集中设置，密度高，一个集装箱内部设置后，功率可高达600KW，经过冷却后，可带走TANK容器单元散发热量的98％以上，比如TANK容器单元散发出的1000KW的热量，经过换热后带走的热量是98％，即980KW的热量，热量可通过冷却塔散发掉，本申请的板换单元，经过换热后，高温后的介质可进行回收利用，用作供暖需求，实现了热量的回收再利用。
TANK容器作为冷却液与算力服务器热交换场所，TNAK容器底部设置分液笛子形管，为每台算力服务器提供均匀的流量；每台TNAK容器内放置48台算力服务器设计，TANK内放置上下两层算力服务器，每层24台，且算力服务器电源接口均朝下放置，在重力的作用的，不容易被其他杂物等粘附或者进入，提升安全性，TANK内胆材料为304不锈钢，外部框架为包漆碳钢材质。
本申请中，回水管道沿TANK容器的长度方向平行铺设，沿算力服务器的底部布置，能够将冷却油的出口对准算力服务器，冷却效果更好，回水管道上表面开有孔，使得出油更加均匀，进而使得每个服务器所获得的冷却效果更均匀；TANK容器内还设有回液盒，出水管道与回液盒的底部连接，中部有一段可拆卸部，当需要降低回液盒的高度时，将可拆卸部卸下，回液盒是一种开口向上的盒形结构，回液盒的两端设置为与TANK容器的内壁可拆卸连接，可通过卡槽机构，或者快速螺丝连接结构，或者T形槽结构均可，方便回液盒与TANK容器内壁的快速固定连接，适应不同高度的算力服务器，根据算力服务器的高度随时调整回液盒的高度，有利于冷却介质降温后的收集和回流；更优选地，回液盒内装有网格，能够回流得更加均匀。
在本申请，多个集装箱之间也可以并联设置，多个集装箱结构既可以同时运行控制，也可以单个的集装箱单独控制。集装箱单体最大箱体外形尺寸为L6058xW2438xH2896(mm)，满足中国船级社认证和UL认证要求。集装箱整体防护等级IP53,材质为SPA-H钢板或者类似耐候钢板。防腐等级C3，所有门框防水板密封处理，不能出现渗漏，底部采用架空静电地板设计；更优选地集装箱上还设有风机，用于实现集装箱内外的空气流动，极少量的热量通过此种方式散发出去，更进一步的，集装箱上还设有温湿变送器，用于监测温度和湿度，集装箱的两侧分别设有光电式漏油检测传感器，传输电信用到控电柜单元，实现冷却介质油的检测，避免漏油，保证冷却介质的流量和冷却效果，除了光电式漏油检测，也可以采用其他方式的漏油检测。
更优选地，集装箱长度方向的一端设有双开大门，作为日常运维设备和人员进出的通道，双开大门上设有新风进风百叶窗，集装箱内部对应新风进风百叶窗位置对应设置有新风排风扇，有利于集装箱内外空气流通，少量的热量通过这种自然散热的方式散发，双开大门的外侧还设有门禁读卡器，作为一种身份验证，保证只有有权限的操作人员或者管理人员进入，提升整个设备的安全性；集装箱长度方向的一侧设有检修门，作为板换和水泵维护用的大门，不常开，集装箱的侧面还设有主电缆/铜排接入口，另外机床箱侧面的底部设有外壳接地点，接地设置，用于保证集装箱应用过程中的安全性。
具体的冷却过程：集装箱外壳通过船级社认证，可以方便海运、陆运，单相浸没液冷散热系统是通过集装箱内的TANK容器单元放置单相绝缘散热的冷却油，将服务器浸没，通过水泵循环将服务器的热量带到板式换热器处降温，板式换热器内热油与外循环中的冷却水进行热交换，油被冷却，再次被送到tank内给服务器降温，冷却水通过水泵外循环到户外冷却塔或干冷器进行散热降温，最终将服务器的热量散到空气中，外循环管路还可以接入供暖系统，向供暖系统提供热水，供暖系统内的水散热降温水回流到冷却管道中，形成闭环。
本申请的产品也称作TANKBOX，环境适应性强，因为冷却效果好，对环境的适应性高，可满足高温下运转，保证冷却效果；部署灵活性高，因为采用集装式结构，液冷系统置于集装箱上端，占用空间小，而且方便快速的进行并列式布局，可选择多台TANK同时运转，也可以选择其中的一台或者多台运转，针对不同服务器的托管需求，TANKBOX可以灵活调节，以适配不同品牌型号的服务器；本申请根据实际环境快速的进行调节设置，解决方案优越、综合成本低，TANKBOX通过提供行业领先的浸没式液冷解决方案，适应服务器发展，给予用户提前布局未来的可能性，大幅降低了因服务器迭代带来的基础设施更新成本，同时，浸没式液冷方案解决了运行风冷服务器常见的风扇故障、噪音、灰尘、腐蚀等问题，大幅提高服务器运行可靠性。浸没式液冷对服务器运行过程中的系统过热和温度波动等常见问题的高效应对，使服务器能轻松应对最低-40℃，最高50℃(湿球32℃)的极端环境，此外，更高效的散热方案使高达50％-70％的服务器超频得心应手。
在运行浸没式液冷方案的基础上，TANKBOX为用户预留了余热回收接口，使服务器余热回收成为可能，高效的余热回收可广泛利用到农业、工业等用热场景中，更懂客户需求、更灵活的设计方案，使不同服务器托管需求变得随心所欲，实现了能源二次利用：方便客户利用通过液冷介质带走的服务器热量，用于农业、工业等用热场景，而且更加减碳环保，实现了以下两种环保的模式，清洁电力+TANKBOX+农业场景＝负碳排放；清洁电力+TANKBOX+工业场景＝碳减半。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.集装箱式单向浸没液冷系统，其特征在于：包括设置在集装箱内的TANK容器单元、配电单元、板换单元和控制单元，还包括设置在集装箱外部的液冷系统；
TANK容器单元，包括并列设置的多台TANK容器，每台TANK容器均作为冷却液的容器，内置多台算力服务器，作为冷却液与算力服务器热交换场所；
液冷系统，用于冷却从板换单元出来的二次侧介质，将热量散向外界环境，在板换单元与液冷系统之间设有旁通管路，旁通管路中的二次侧介质作为热源，通过余热回收用热水出水口连通外部的设备，用作余热回收，余热利用后冷却的介质再次回流到冷水管道中；
板换单元，作为热交换中心，为TANK服务器单元降温；
配电单元，为整个集装箱内所有设备进行供电；
控制单元，为液冷系统提供稳定流量和压力、并监视和维持系统运行。
2.根据权利要求1所述的集装箱式单向浸没液冷系统，其特征在于：TANK容器单元包括一个出水管道，一个回水管道，多个并列设置TANK容器公用一个出水管道和一个回水管道，将从TANK容器流出的介质流道定义为出水管道，将流入TANK容器的介质流道定义为回水管道，介质从TANK容器经出水管道连通板换单元，换热后的冷却介质经过回水管道流再次流到TANK容器中。
3.根据权利要求2所述的集装箱式单向浸没液冷系统，其特征在于：出水管道上从TANK容器侧都板换单元间依次设有压力变送器、温度变送器、外循环水泵和流量传感器、控制阀门和排气阀，还包括一个旁通支路，旁通支路的一端设在流量传感器与蝶阀之间，另一端设在手动排气阀与板换单元之间，旁通支路上设有过滤器。
4.根据权利要求2所述的集装箱式单向浸没液冷系统，其特征在于：每台TNAK容器内放置多台算力服务器，设置为上下多层，算力服务器电源接口均朝下放置；回水管道沿TANK容器的长度方向平行铺设，沿算力服务器的底部布置，回水管道上表面开有孔。
5.根据权利要求2所述的集装箱式单向浸没液冷系统，其特征在于：TANK容器内还设有回液盒，出水管道与回液盒的底部连接，中部有一段可拆卸部，根据回液盒的高度拆卸部选择性安装，回液盒是一种开口向上的盒形结构，回液盒的两端设置为与TANK容器的内壁可拆卸连接，回液盒内装有网格。
6.根据权利要求1所述的集装箱式单向浸没液冷系统，其特征在于：液冷系统包括冷却塔、热侧管道和冷却管道，热侧管道用于连接板换单元的热介质出口与冷却，冷却管道用于连接冷却塔与板换单元的冷介质入口。
7.根据权利要求6所述的集装箱式单向浸没液冷系统，其特征在于：热侧管道上设有温度变送器、压力变送器和阀门，其中设有至少一个旁通管道作为余热回收利用管道，冷却后的介质通过余热回收回液口再次回流到冷却管道中；冷却管道上设有过滤器、排气阀、内循环水泵、温度变送器和压力变送器。
8.根据权利要求6所述的集装箱式单向浸没液冷系统，其特征在于：内循环水泵的功率根据介质流量以及介质传输的路径进行选择，总功率大于理论上计算出来的功率，安全系数1.5倍以上。
9.根据权利要求1所述的集装箱式单向浸没液冷系统，其特征在于：集装箱整体防护等级IP53，防腐等级C3，集装箱上还设有风机，温湿度变送器和漏油检测传感器。
10.根据权利要求1所述的集装箱式单向浸没液冷系统，其特征在于：集装箱长度方向的一端设有双开大门，作为日常运维设备和人员进出的通道，双开大门上设有新风进风百叶窗，集装箱内部对应新风进风百叶窗位置对应设置有新风排风扇，双开大门的外侧还设有门禁读卡器，作为一种身份验证；集装箱长度方向的一侧设有检修门，作为板换和水泵维护用的大门。
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