CN117553513A - 液冷管路及密闭式冷却循环液冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液冷管路及密闭式冷却循环液冷系统，涉及液冷技术领域，所述液冷管路包括冷却液管路、安装于所述冷却液管路中横向液冷管上的竖向液冷管及安装于所述竖向液冷管一侧的循环泵组连通管；所述循环泵组连通管与所述竖向液冷管的连接位置低于所述竖向液冷管的顶部端面，所述竖向液冷管内于所述连接位置和所述顶部端面之间形成有排气空间，所述竖向液冷管的顶部端面设置有与所述排气空间连通的排气装置。通过将冷却液首先自下而上的引入至竖向液冷管中且在竖向液冷管中进行气液分离，使得气体积聚于排气空间且经过排气装置排出，而冷却液中的液体继续流经循环泵组连通管进行换热和冷却待散热设备，排气效果较好，占用空间较小。

Description

液冷管路及密闭式冷却循环液冷系统

技术领域

本发明涉及液冷技术领域，特别是涉及一种液冷管路及密闭式冷却循环液冷系统。

背景技术

在密闭式冷却循环液冷系统中，液冷管路中会存在一定的气体，其原因在于，注液时未能完全排空液冷管路内的气体以及液体流动时因为压力的变化或温度的变化而产生气体等。而对于密闭式冷却循环液冷系统而言，液冷管路中存在气体会导致换热效果变差，甚至可能损坏水泵，引起系统故障。因此，需在液冷管路上设置排气结构排除液冷管路中的空气，以保证密闭式冷却循环液冷系统的正常运行。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

现有技术中的排气结构常见的有以下两种，一种是在管路的局部最高点设置自动排气阀或手动排气阀，另一种是在系统中增加脱气罐，使冷却液中的气体分离于冷却液达到脱气的目的。而在管路的局部最高点设置自动排气阀或手动排气阀的方法，在冷却液高流速情况下，排气空间太小，排气效果较差，甚至基本没有，系统极易发生故障。而在系统中增加脱气罐，由于脱气罐的体积通常较大，对于一些内部空间设计受限的系统来说，没有足够的空间去放置脱气罐。

发明内容

本发明的目的在于提供一种排气效果较好，占用空间较小的液冷管路及包括该液冷管路的密闭式冷却循环液冷系统。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种液冷管路，包括供冷却液流动的冷却液管路、安装于所述冷却液管路中横向液冷管上的竖向液冷管及安装于所述竖向液冷管一侧的循环泵组连通管；

所述循环泵组连通管与所述竖向液冷管的连接位置低于所述竖向液冷管的顶部端面，所述竖向液冷管内于所述连接位置和所述顶部端面之间形成有排气空间，所述竖向液冷管的顶部端面设置有与所述排气空间连通的排气装置。

进一步地，所述竖向液冷管包括管体、设置于所述管体上下两端的第一端口和第二端口及设于所述管体侧壁的第三端口，所述第一端口与所述横向液冷管连接，所述第二端口与所述排气装置连接，所述第三端口与所述循环泵组连通管连接，所述第三端口的竖直最高点低于所述第二端口所在的平面。

进一步地，所述第三端口的竖直最高点与所述第二端口所在的平面之间的竖直距离为100-150mm。

进一步地，所述循环泵组连通管包括与所述竖向液冷管连接的主管及设置于所述主管上的多个分流管，每个所述分流管上对应设置有循环泵。

进一步地，所述液冷管路为冷却液自上而下流动的下走管系统，多个所述循环泵设置于液冷机组的最下方。

进一步地，所述分流管包括第一分流管和第二分流管，所述第一分流管连接有第一循环泵，所述第二分流管连接有第二循环泵。

进一步地，所述排气装置包括分别与所述排气空间连通的自动排气阀和手动排气阀。

进一步地，所述竖向液冷管于所述循环泵组连通管的下方设置有温度传感器、压力传感器和排液阀；

所述温度传感器用于采集冷却液的温度，所述压力传感器用于对冷却液的压力进行监测，所述排液阀用于管路维护和维修时冷却液的排出。

进一步地，所述竖向液冷管于所述循环泵组连通管的下方设置有流量计，所述流量计用于监测所述竖向液冷管内冷却液的流量，所述冷却液的流量满足在预设范围内以调节所述排气空间内的气体通过所述排气装置排出。

本发明另一方面还提供了一种密闭式冷却循环液冷系统，包括一次侧循环管路、换热器及二次侧循环管路；所述一次侧循环管路和所述二次侧循环管路分别与所述换热器热交换连接，所述一次侧循环管路与制冷组件连接，所述二次侧循环管路与待散热设备连接，所述二次侧循环管路包括本申请任一实施例所述的液冷管路。

相比于现有技术，本发明提供的液冷管路至少具备如下技术效果：

通过在液冷管路中的横向液冷管上设置竖向液冷管，将横向液冷管中的冷却液首先自下而上的引入至竖向液冷管中，被引入的冷却液在竖向液冷管中进行气液分离，使得气体积聚于排气空间且经过排气装置排出，而冷却液中的液体继续流经循环泵组连通管进行换热和冷却待散热设备。通过上述设置，在保证较好排气效果的同时，避免了需要增设体积较大的脱气罐而占用系统空间，无法适应液冷系统在空间受限的场景中应用的问题。

附图说明

图1为一实施例中液冷管路的结构示意图；

图2为一实施例中液冷管路另一视角的结构示意图；

图3为一实施例中排气装置与排气空间的结构示意图。

附图标号说明：

10、竖向液冷管；101、第一端口；102、第二端口；103、第三端口；104、温度传感器；105、压力传感器；106、排液阀；107、流量计；20、循环泵组连通管；201、主管；202、第一分流管；203、第二分流管；204、第一循环泵；205、第二循环泵；30、排气空间；40、排气装置；401、自动排气阀；402、手动排气阀。

具体实施方式

以下结合说明书附图及具体实施例对本发明技术方案做进一步的详细阐述。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，并不是旨在于限制本发明。在以下描述中，涉及到“一些实施例”的表述，其描述了所有可能实施例的子集，但是应当理解的是，“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。

另需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“竖直的”、“水平的”、“内”、“外”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

在密闭式冷却循环液冷系统中，供冷却液流动的冷却液管路中由于以下原因可能会不可避免出现含有气体的情况：1、第一次注液时，没有完全排空管内的气体；2、冷却液管路中的温度升高到液体汽化的温度而产生气泡，或水泵的转速较高产生较大的压力差而产生气泡；3、水中溶解了某些气体，在温度变化时，会溢出。对于密闭式冷却循环液冷系统而言，内部存在气体会导致换热效果变差，可能损坏系统内水泵等组件。基于此，本申请发明人提出了排气效果良好的液冷管路。

请结合参阅附图1和2，为本发明一实施例提供的液冷管路的结构图，液冷管路包括供冷却液流动的冷却液管路、安装于冷却液管路中横向液冷管上的竖向液冷管10及安装于竖向液冷管10一侧的循环泵组连通管20；循环泵组连通管20与竖向液冷管10的连接位置低于竖向液冷管10的顶部端面，竖向液冷管10内于连接位置和顶部端面之间形成有排气空间30，竖向液冷管10的顶部端面设置有与排气空间30连通的排气装置40。其中，横向液冷管可以为液冷管路中主要的液冷管道，负责冷却待散热设备。

本实施例通过在液冷管路中的横向液冷管上设置竖向液冷管10，将横向液冷管中的冷却液首先自下而上的引入至竖向液冷管10中，被引入的冷却液在竖向液冷管10中进行气液分离，使得气体积聚于排气空间30且经过排气装置40排出，而冷却液中的液体继续流经循环泵组连通管20进行换热和冷却待散热设备。通过上述设置，在保证较好排气效果的同时，避免了需要在系统中增设体积较大的脱气罐，解决了脱气罐由于体积较大，无法适应液冷系统在空间受限的场景中应用的的问题。需进一步说明的是，传统的脱气罐通常需要较大的体积来容纳气体，并且需要额外的空间来安装和维护，如果强行安装脱气罐容易造成维护堵塞、液冷机组内部拥挤和维护难度大的问题。

在一种可选的实施例中，竖向液冷管10包括管体、设置于管体上下两端的第一端口101和第二端口102及设于管体侧壁的第三端口103，第一端口101与横向液冷管连接，第二端口102与排气装置40连接，第三端口103与循环泵组连通管20连接，第三端口103的竖直最高点低于第二端口102所在的平面。更为具体的，管体竖直向上设置，第一端口101设置于管体的底部，第二端口102设置于管体的顶部，第三端口103设置于管体的侧壁距离第二端口102较近的位置。管体的长度在此不做具体限定，可以根据需求进行设定。可选的，第三端口103通过封板进行密封，排气装置40设置于封板上。

请参阅附图3，在一种可选的实施例中，第三端口103的竖直最高点与第二端口102所在的平面之间的竖直距离为d，d可选为100-150mm。具体地，排气空间30的大小对于排除液冷管路中的空气起到重要的影响。较大的排气空间30可以提供足够的空间，使空气能够从冷却液中分离出来并顺利排出。相反，如果排气空间30较小会导致空气积聚在液冷管路中。因此，设计竖向液冷管10时在保证液冷机组空间大小需求的同时设置尽可能大的排气空间30，以及根据竖向液冷管10的直径确定合适的竖直距离。

在一种可选的实施例中，循环泵组连通管20包括与竖向液冷管10连接的主管201及设置于主管201上的多个分流管，每个分流管上对应设置有循环泵。本实施例通过在循环泵组连通管20的主管201上设置多个分流管，对竖向液冷管10自下而上引入的冷却液进行分流以降低冷却液的流速，如此更加利于冷却液中气体的析出，提高排气效果。此外，每个分流管上设置的循环泵可以独立控制，根据实际需要进行开启或关闭，以满足不同的冷却需求。

在一种可选的实施例中，液冷管路为冷却液自上而下流动的下走管系统，多个循环泵设置于液冷机组的最下方。在下走管路系统中，冷却液从上部向下部流动，在下走管系统内冷却液管路中，选择于横向液冷管上设置竖向液冷管10，通过竖向液冷管10连通排气装置40，冷却液流经横向液冷管的过程中流速可以相对减缓，再通过竖向液冷管10架高局部最高点的位置，气体更倾向于向上聚集并沿着液冷管路上升，从而更有助于气体的排出，减少气体积聚的可能性，如此，通过局部流速降低来优化排气效果，从而形成既能满足在下走管系统中高流速下排气效果良好，又能满足在空间设计要求较高的机组内放置。此外，本实施例通过将多个循环泵设置于液冷机组的最下方，一方面确保循环泵能够顺利引导冷却液上升，另一方面确保循环泵工作时的稳定性，避免循环泵在高处存在脱落的风险。

在一种可选的实施例中，分流管包括第一分流管202和第二分流管203，第一分流管202连接有第一循环泵204，第二分流管203连接有第二循环泵205。其中，第一循环泵204和第二循环泵205并联连接，对应设置有第一电控阀和第二电控阀，第一电控阀和第二电控阀分别用于控制第一循环泵204和第二循环泵205的开启与关闭。当第一循环泵204和第二循环泵205同时开启时，可以对竖向液冷管10中的冷却液进行分流，降低冷却液的流速以便析出更多的气体；当其中一个循环泵发生故障或需要维护时，另一个循环泵可以保证液冷机组继续运行，提高液冷机组的故障容忍能力。进一步的，第一电磁阀和第二电磁阀可以根据实际的冷却需求灵活地控制和调节第一循环泵204和第二循环泵205的开启与关闭，在保证冷却需求的同时具有节能效果。

在一种可选的实施例中，排气装置40包括分别与排气空间30连通的自动排气阀401和手动排气阀402。其中，自动排气阀401能够自动检测和排出竖向液冷管10中的气体，无需人工干预。而手动排气阀402可以根据需要进行人工操作，手动控制竖向液冷管10中的气体的排出。本实施例同时使用自动排气阀401和手动排气阀402可以综合利用两者的优势，自动排气阀401负责自动排出系统中的气体，手动排气阀402可以在需要时进行补充排气，实现液冷管路的全面排气，提高排气效果。另外，如果自动排气阀401发生故障或需要维护时，手动排气阀402可以保证液冷机组继续运行，减少液冷机组需要停机维护的次数。

在一种可选的实施例中，竖向液冷管10于循环泵组连通管20的下方设置有温度传感器104、压力传感器105和排液阀106；温度传感器104用于采集冷却液的温度，压力传感器105用于对冷却液的压力进行监测，排液阀106用于管路维护和维修时冷却液的排出。具体地，温度传感器104在液冷管路中可以实时监测液冷管路中的冷却液的温度，并将监测结果传输给控制系统或监测设备。根据温度传感器104的监测结果，控制系统可以自动调节液冷管路中冷却液的流量、循环泵的工作状态或其他参数，以达到预设的温度控制要求，确保液冷机组在合适的温度范围内稳定运行。压力传感器105在液冷管路中可以实时监测液冷管路中的冷却液的压力，并将监测结果传输给控制系统或监测设备。根据压力传感器105的监测结果，控制系统可以自动调节液冷管路中冷却液的流量、循环泵的工作状态或其他参数，以达到预设的压力控制要求，确保液冷机组在合适的压力范围内稳定运行。当液冷管路在维护和检修需要排放液体时，通过打开排液阀106，可以将冷却液从液冷管路中排出。

在一种可选的实施例中，竖向液冷管10于循环泵组连通管20的下方设置有流量计107，流量计107用于监测竖向液冷管10内冷却液的流量，冷却液的流量满足在预设范围内以调节排气空间30内的气体通过排气装置40排出。具体地，排气空间30的大小和液冷管路中冷却液的流量存在一定的关系，如果液冷管路中冷却液的流量需求越大，则对应的排气空间30应当设计的越大，以便有效析出冷却液中的空气。本实施例通过流量计107对竖向液冷管10内冷却液的流量进行实时监测，并将监测结果传输给控制系统或监测设备。根据流量计107的监测结果，控制系统可以自动调节竖向液冷管10中冷却液的流量，以使冷却液的流量满足在预设范围内，保证预设的排气空间30大小能够有效析出冷却液中的气体。

本发明另一实施例还提供了一种密闭式冷却循环液冷系统，包括一次侧循环管路、换热器及二次侧循环管路，其中，换热器可以为板式换热器，板式换热器采用了特殊的波纹板设计和大表面积换热板，能够实现高效率的传热。一次侧循环管路和二次侧循环管路分别与换热器热交换连接，具体地，换热器的一侧与一次循环管路连接，换热器的另一侧与二次循环管路连接，一次循环管路与二次循环管路于换热器的位置处进行热交换。一次侧循环管路与制冷组件连接，二次侧循环管路与待散热设备连接，二次侧循环管路包括上述实施例中任一项所述的液冷管路。请再次参阅附图1，冷却液从二次侧循环管路上的液冷管路进口自下而上流入竖向液冷管10，经过温度传感器104、压力传感器105及流量计107后，气体积聚排气空间30，液体流向循环泵组连通管20后向下流入多个循环泵中。

本申请上述实施例提供的密闭式冷却循环液冷系统，至少具备如下特点：

1、在供冷却液流动的冷却液管路中，选定横向液冷管中增设排气方案，通过设计架高管路局部最高点的方法，能够有效降低管道内的冷却液流速，以增加管路中气体析出效果从而加强排气装置排气效果的作用，增加系统换热效率，降低循环泵损坏的风险。

2、与现有技术中设置脱气罐的方案相比，避免使用大型脱气罐造成维护堵塞、机组内部拥挤等问题，提供了良好排气效果的同时，降低了维护难度。

3、对于本身就较难维护的系统中，可利用自动排气阀的自动排气优点结合手动排气阀双向作用，避免必须藉由手动放气的脱气罐来完成排气的情况，减少维护次数，减少人工成本。

需进一步说明的是，制冷组件包括设置于一次侧循环管路上的压缩机、与压缩机连接的冷凝器及与冷凝器连接的电子膨胀阀，冷凝器对应位置处设置有冷凝风机。待散热设备可以为数据中心的服务器和储能系统中的电池包等。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以权利要求的保护范围以准。

Claims (10)

1.一种液冷管路，其特征在于，包括供冷却液流动的冷却液管路、安装于所述冷却液管路中横向液冷管上的竖向液冷管及安装于所述竖向液冷管一侧的循环泵组连通管；

所述循环泵组连通管与所述竖向液冷管的连接位置低于所述竖向液冷管的顶部端面，所述竖向液冷管内于所述连接位置和所述顶部端面之间形成有排气空间，所述竖向液冷管的顶部端面设置有与所述排气空间连通的排气装置。

2.根据权利要求1所述的液冷管路，其特征在于，所述竖向液冷管包括管体、设置于所述管体上下两端的第一端口和第二端口及设于所述管体侧壁的第三端口，所述第一端口与所述横向液冷管连接，所述第二端口与所述排气装置连接，所述第三端口与所述循环泵组连通管连接，所述第三端口的竖直最高点低于所述第二端口所在的平面。

3.根据权利要求2所述的液冷管路，其特征在于，所述第三端口的竖直最高点与所述第二端口所在的平面之间的竖直距离为100-150mm。

4.根据权利要求1所述的液冷管路，其特征在于，所述循环泵组连通管包括与所述竖向液冷管连接的主管及设置于所述主管上的多个分流管，每个所述分流管上对应设置有循环泵。

5.根据权利要求4所述的液冷管路，其特征在于，所述液冷管路为冷却液自上而下流动的下走管系统，多个所述循环泵设置于液冷机组的最下方。

6.据权利要求4或5所述的液冷管路，其特征在于，所述分流管包括第一分流管和第二分流管，所述第一分流管连接有第一循环泵，所述第二分流管连接有第二循环泵。

7.根据权利要求1所述的液冷管路，其特征在于，所述排气装置包括分别与所述排气空间连通的自动排气阀和手动排气阀。

8.根据权利要求1所述的液冷管路，其特征在于，所述竖向液冷管于所述循环泵组连通管的下方设置有温度传感器、压力传感器和排液阀；

所述温度传感器用于采集冷却液的温度，所述压力传感器用于对冷却液的压力进行监测，所述排液阀用于管路维护和维修时冷却液的排出。

9.根据权利要求1所述的液冷管路，其特征在于，所述竖向液冷管于所述循环泵组连通管的下方设置有流量计，所述流量计用于监测所述竖向液冷管内冷却液的流量，所述冷却液的流量满足在预设范围内以调节所述排气空间内的气体通过所述排气装置排出。

10.一种密闭式冷却循环液冷系统，其特征在于，包括一次侧循环管路、换热器及二次侧循环管路；所述一次侧循环管路和所述二次侧循环管路分别与所述换热器热交换连接，所述一次侧循环管路与制冷组件连接，所述二次侧循环管路与待散热设备连接，所述二次侧循环管路包括如权利要求1-9任一项所述的液冷管路。