CN117939842A - 一种相变液冷系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种相变液冷系统及控制方法，系统包括至少两个计算机柜，各计算机柜内具有至少两个容纳箱体，所述容纳箱体内具有至少两个单元箱体，所述单元箱体内用于容纳相变冷媒和电子设备；换热装置，包括容纳腔体，所述容纳腔体内设置有至少2个换热单元，并用于接收汽态冷媒，使得汽态冷媒发生相变冷凝为设定温度的液态冷媒；其中，所述换热单元与室外散热冷源连通；以及用于控制供给和排出的分配装置。本发明通过配套多级换热单元，并根据各计算机柜的部署位置、各单元箱体的实时所需冷媒量、系统实时所需的换热量多级配合、协同精准控制立体部署的多个计算机柜，确保系统的运行压力稳定、各单元箱体内液态冷媒运行温度适宜。

Description

一种相变液冷系统及控制方法

技术领域

本申请涉及数据中心技术领域，特别是涉及相变液冷系统及控制方法。

背景技术

近年来，随着人工智能、物联网、加密货币、AR/VR、大模型等计算密集型应用的快速发展，日益增长的计算需求使数据中心逐渐向“高性能、高密度、高能耗”发展；数据中心服务器设备也随之不断向着高集成度化、小型化以及高频化的方向发展。进而服务器芯片最大功耗可至700W,单机柜密度普遍提升至20kW，甚至最高可达到200KW，因此对服务器散热技术带来了更高的要求。

传统的风冷模式利用空气强制对流对服务器进行散热，由于空气热阻大，空气和服务器之间需要较大的温差实现传热，因此需要配套的制冷设备，诸如机房空调，来冷却空气，维持有效的散热温差。当单个机柜功率密度节节攀升，传统风冷模式面对高热密度场景呈现瓶颈，散热效率已经跟不上计算效率。液冷技术的出现，改善了传统的散热形式，并凭借高可靠、低能耗等优势，逐步被应用于数据中心。

而现有液冷技术中，浸没液冷和冷板液冷两种液冷技术都是独立设置的液冷系统，这样的设置无法满足对服务器不同产品实现精准的散热需求，也会造成整个制冷系统成本过高，设备占地面积较大，系统控制复杂等问题。

另外，液冷服务器机柜通常采用平面部署，即服务器机柜和制冷设备在同一层的机房中部署，致使数据中心需要大量的空间来放置液冷服务器机柜。而本专利提到的液冷系统可以采用立体布局方式部署，可以更大程度利用数据中心的立体空间，节省机房占地面积。

发明内容

基于此，有必要针对数据中心部署方式单一、空间利用率低，以及无法同时用一套制冷系统满足不同产品的散热需求、系统压力稳定控制难等问题，提供一种相变液冷系统及控制方法。

一种相变液冷系统，所述相变液冷系统包括：

计算机柜，所述计算机柜的数量至少为两个，所述计算机柜内具有至少两个容纳箱体，所述容纳箱体内具有至少两个单元箱体，所述单元箱体内用于容纳相变冷媒，所述相变冷媒用于浸没位于所述单元箱体内的电子设备，并且吸收电子设备产生的热量，其中，至少部分所述相变冷媒由液态冷媒发生相变成为汽态冷媒；

换热装置，包括容纳腔体，所述容纳腔体内设置有至少2个换热单元，并用于接收汽态冷媒，使得汽态冷媒发生相变冷凝为设定温度的液态冷媒；其中，所述换热单元与室外散热冷源连通；

分配装置，所述换热装置通过所述分配装置同时与至少两个所述计算机柜中的每个所述单元箱体独立连通，所述分配装置用于单独控制每个所述单元箱体中汽态冷媒和液态冷媒的供给和排出。

在其中一个实施例中，所述容纳腔体内包括有串联设置有至少2个换热单元；各换热单元内均设置有换热腔体，且换热腔室内包括有相互独立循环的冷媒通道和换热流体通道。

进一步地，所述容纳腔体内串联设置有第一换热单元、第二换热单元；

所述第一换热单元内的第一换热腔体中包括有相互独立循环的第一冷媒通道和第一换热流体通道；其中，第一冷媒通道的入口与分配装置的出口连通，第一换热流体通道的出入口分别室外散热冷源连通；

所述第二换热单元内的第二换热腔体中包括有相互独立循环的第二冷媒通道和第二换热流体通道；第二冷媒通道的入口与第一冷媒通道的出口连通；第二冷媒通道的出口与分配装置的入口连通；第二换热流体通道的出入口分别室外散热冷源连通。

在其中一个实施例中，所述第一换热流体通道的入口与室外散热冷源之间设置有串联设置的第一阀体和第二阀体；

优选地，所述系统还包括与第二阀体并联设置的第三阀体。

在其中一个实施例中，所述第二换热流体通道的入口与室外散热冷源之间设置第四阀体。

在其中一个实施例中，所述容纳腔体内设置有第三压力测量器件，所述第三压力测量器件，用于采集容纳腔体内的压力信息，并根据所述压力信息控制第一阀体、和/或第二阀体、和/或第三阀体、和/或第四阀体的通断。

在其中一个实施例中，所述换热装置还包括有依次连通的储液单元、第一驱动装置和第一过滤单元；其中，

所述储液单元，包括用于储存液态冷媒的储液腔体，所述储液腔体设置于容纳腔体内，或设置于容纳腔体外并与容纳腔体的出口连通。

在其中一个实施例中，所述储液单元的出口还设置第二过滤单元。

在其中一个实施例中，所述系统还设置有温度测量器件，所述温度测量器件设置于容纳腔体内、或设置于容纳腔体与第一驱动装置之间；

其中，所述温度测量器件采集系统液体温度；并根据所述液体温度控制第四阀体、和/或第一阀体、和/或第二阀体、和/或第三阀体的通断。

在其中一个实施例中，所述换热装置还包括有稳压单元，所述稳压单元的入口端与第一驱动装置的出口连通，出口端与容纳腔体的入口连通。

在其中一个实施例中，所述稳压单元还设置有第三液位测量器件、和/或第二阀门组件。

在其中一个实施例中，所述容纳腔体还设置第二液位测量器件、和/或第一阀门组件。

在其中一个实施例中，所述单元箱体的上部设置有第一压力测量器件，用于采集单元箱体内的压力信息。

一种控制方法，所述方法包括：

获取换热装置与室外散热冷源连通的换热流体循环回路信息、和/或换热装置的容纳腔体内的压力信息、和/或系统液体温度、和/或计算机柜内各单元箱体的压力信息、和/或电子设备的第一发热信息；

根据换热流体循环回路信息、和/或容纳腔体内的压力信息、和/或系统液体温度、和/或各单元箱体的压力信息、和/或电子设备的第一发热信息确定系统所需的换热量；

根据换热量控制换热装置以使分配装置在预设系统压力下向各单元箱体供给液态冷媒和排出气态冷媒。

在其中一个实施例中，所述根据换热量控制换热装置以使分配装置在预设系统压力下向各单元箱体供给液态冷媒和排出气态冷媒包括：

根据系统所需的换热量先控制第一阀体、第四阀体的通断和/或开度；

再根据系统所需的换热量再控制第二阀体、第三阀体实现系统微调，以使分配装置在预设系统压力下向各单元箱体供给液态冷媒和排出气态冷媒。

在其中一个实施例中，所述再根据系统所需的换热量再控制第二阀体、第三阀体实现系统微调，以使分配装置在预设系统压力下向各单元箱体供给液态冷媒和排出气态冷媒包括：

根据所需的换热量、容纳腔体内的压力信息计算出系统功率信息，判断所述系统功率是否为第一阈值；

如是，则根据第一设定值控制第二阀体的通断和开度，以使分配装置在预设系统压力下向各单元箱体供给液态冷媒和排出气态冷媒；

如否，则根据第二设定值控制第三阀体的通断和开度，以使分配装置在预设系统压力下向各单元箱体供给液态冷媒和排出气态冷媒。

在其中一个实施例中，在所述根据换热量控制换热装置以使分配装置在预设系统压力下向各单元箱体供给液态冷媒和排出气态冷媒之后，所述方法还包括：

判断换热装置的容纳腔体内的压力信息是否大于第一预设值，如是，则开启抽气阀和第二驱动装置；如否，则执行下一步；

判断换热装置的容纳腔体内的压力信息是否小于第二预设值，如是，则开启第一阀门组件；如否，则保持当前状态。

上述相变液冷系统及控制方法，所述系统中换热装置可沿着第一方向(即高度方向)分别设置至少两个处于不同高度的计算机柜；并统一接收并冷却各计算机柜所产生的汽态冷媒；进而第一方面通过将换热装置与计算机柜部署在不同高度上，可实现计算机柜的隔离，提高系统的冷却效率和冷却效果；另一方面所述换热装置中通过配套多级换热单元，并根据各计算机柜的部署位置、各单元箱体的实时所需冷媒量、系统实时所需的换热量多级配合、协同精准控制立体部署的多个计算机柜，确保系统的运行压力稳定、各单元箱体内液态冷媒运行温度适宜。

附图说明

图1为本申请实施例的相变液冷系统的其中一种结构示意图；

图2为本申请实施例的相变液冷系统的又一种结构示意图；

图3为本申请实施例的单元箱体的一种结构示意图；

图4为本申请实施例的相变液冷系统的又一种结构示意图；

图5为本申请实施例的相变液冷系统的又一种结构示意图；

图6为本申请实施例的相变液冷系统的又一种结构示意图；

图7为本申请实施例的相变液冷系统的又一种结构示意图；

图8为本申请实施例的相变液冷系统的又一种结构示意图；

图9为本申请实施例的相变液冷系统的又一种结构示意图；

图10为本申请实施例的控制方法的其中一种流程图；

图11为本申请实施例的控制方法的又一种流程图。

附图标号：

100-计算机柜；101-容纳箱体、102-单元箱体、103-电子设备、104-流道入口、105-流道出口、106-端口连接单元、107-第一液位测量器件、108-第一压力测量器件、109-气液分离组件；

200-换热装置；210-容纳腔体、211-第一换热单元、212-第二换热单元、201-第一换热腔体、202-第一冷媒通道、203-第一换热流体通道、204-第一阀体、205-第二阀体、206、第三阀体、221-第二换热腔体、222-第二冷媒通道、223-第二换热流体通道、224-第四阀体、230-第二压力测量器件、231-第三压力测量器件、250-第一驱动装置、251-第一过滤单元、252-第二过滤单元、260-储液单元、270-稳压单元、271-第一管路、272-第二管路、273-第二驱动装置、274-抽气阀、280-室外散热冷源、290-第二液位测量器件、291-第三液位测量器件、292-第一阀门组件、293-第二阀门组件；

310-水平分配单元、311-集气模块、312-分液模块、320-竖直分配单元；

400-后舱模块；410-换热冷板、420-板卡。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，若有出现这些术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等，这些术语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申请和简化描述，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申请的限制。

此外，若有出现这些术语“第一”、“第二”，这些术语仅用于描述目的，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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，若有出现术语“多个”，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，这些术语应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现第一特征在第二特征“上”或“下”等类似的描述，其含义可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，若元件被称为“固定于”或“设置于”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。若一个元件被认为是“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。如若存在，本申请所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“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。

实施例一

参阅图1和图5所示，图1和图5示出了本申请一实施例中的相变液冷系统示意图，本申请一实施例提供的相变液冷系统，计算机柜100，所述计算机柜100的数量至少为两个，所述计算机柜100内具有至少两个容纳箱体101，所述容纳箱体101内具有至少两个单元箱体102，所述单元箱体102内用于容纳相变冷媒，所述相变冷媒用于浸没位于所述单元箱体102内的电子设备103，并且吸收电子设备103产生的热量，其中，至少部分所述相变冷媒由液态冷媒发生相变成为汽态冷媒；

换热装置200，包括容纳腔体210，所述容纳腔体210内设置有至少2个换热单元，并用于接收汽态冷媒，使得汽态冷媒发生相变冷凝为设定温度的液态冷媒；其中，所述换热单元与室外散热冷源280连通；

分配装置300，所述换热装置200通过所述分配装置300同时与至少两个所述计算机柜100中的每个所述单元箱体102独立连通，所述分配装置300用于单独控制每个所述单元箱体102中汽态冷媒和液态冷媒的供给和排出。

本实施例所述系统中的换热装置200内通过设置多级换热单元，并根据各计算机柜100的部署位置、各单元箱体102的实时所需冷媒量、系统实时所需的换热量多级配合、协同精准控制立体部署的多个计算机柜100，确保系统的运行压力稳定、各单元箱体内液态冷媒运行温度适宜。

例如,所述容纳腔体210内串联设置有第一换热单元211和第二换热单元212；所述第一换热单元211内的第一换热腔体201中包括有相互独立循环的第一冷媒通道202和第一换热流体通道203；其中，第一冷媒通道202的入口与分配装置300的出口连通，第一换热流体通道203的出入口分别与室外散热冷源280连通；所述第二换热单元212内的第二换热腔体2221中包括有相互独立循环的第二冷媒通道222和第二换热流体通道223；第二冷媒通道222的入口与第一冷媒通道202的出口连通；第二冷媒通道222的出口与分配装置300的入口连通；第二换热流体通道223的出入口分别与室外散热冷源280连通。

进一步地，所述第一换热流体通道203的入口与室外散热冷源280之间设置有串联设置的第一阀体204和第二阀体205；优选地，所述系统还包括与第二阀体205并联设置的第三阀体206。所述第二换热流体通道223的入口与室外散热冷源280之间设置有第四阀体224。

例如，本实施例所述系统可首先获取换热装置200与室外散热冷源280连通的换热流体循环回路信息、和/或换热装置200的容纳腔体210内的压力信息、和/或系统液体温度、和/或计算机柜100内各单元箱体102的压力信息、和/或电子设备103的第一发热信息；并根据所采集的各种信息确定系统所需的换热量；然后根据系统所需的换热量先控制第一阀体204、第四阀体224的通断和/或开度；即先进行粗调；最后再根据系统所需的换热量再控制第二阀体205、第三阀体206实现系统微调，以使分配装置在预设系统压力下向各单元箱体102供给液态冷媒和排出气态冷媒。优选地，先根据系统所需的换热量先控制第一阀体204、第四阀体224的通断和/或开度；然后再根据所需的换热量、容纳腔体210内的压力信息确定出系统功率信息或从电子设备上直接读取出系统功率信息，判断所述系统功率是否为第一阈值；如是，则根据第一设定值控制第二阀体205的通断和/或开度，以使分配装置在预设系统压力下向各单元箱体102供给液态冷媒和排出气态冷媒；如否，则根据第二设定值控制第三阀体206的通断和/或开度，以使分配装置300在预设系统压力下向各单元箱体102供给液态冷媒和排出气态冷媒。

因此本实施例所述系统通过先粗调再微调，保证系统能够第一时间响应系统压力的变化、并满足系统换热的前提下，使得系统控制时间滞后更小、系统压力控制得更为平稳、精准满足各单元箱体的散热需求。

进一步的，为了提高换热装置200中容纳腔体210的换热效率，本实施例所述系统中所述容纳腔体210内还设置有第三压力测量器件，所述第三压力测量器件，用于采集容纳腔体210内的压力信息，并根据所述压力信息控制第一阀体204、和/或第二阀体205、和/或第三阀体206、和/或第四阀体224的通断和/或开度。

另外，进一步地，所述系统还设置有温度测量器件240，所述温度测量器件240设置于容纳腔体210内、或设置于容纳腔体210与驱动装置之间；其中，所述温度测量器件240采集系统液体温度；并根据所述液体温度控制第四阀体224、和/或第一阀体204、和/或第二阀体205、和/或第三阀体206的通断和/或开度。本实施例所述系统还可通过采集系统液体温度控制第二换热单元212的换热效率，提高第一驱动装置250运行寿命，减少汽蚀。

实施例二

因冷却媒介的长期循环运行，系统中可能会出现杂质或吸入空气影响系统无法正常运行，结合图6所示，图6示出了本申请又一实施例中的相变液冷系统示意图，本实施例提供的所述换热装置200还包括有依次连通的储液单元260、第一驱动装置250和第一过滤单元251；其中，所述储液单元260，包括用于储存液态冷媒的储液腔体，所述储液腔体设置于容纳腔体210内，或设置于容纳腔体210外并与容纳腔体210的出口连通。

进一步地，所述储液单元260的出口还设置第二过滤单元252。优选地，所述第二过滤单元252可采用高过滤精度滤芯，滤芯中可带活性炭层，使得冷媒流通滤芯时，既能过滤冷媒中的杂质，又能利用活性炭的吸附性净化液态冷媒。

本实施例所述系统通过再第一驱动装置250前后设置多级过滤装置，不仅保障第一驱动装置250的使用寿命，还可保障各单元箱体102的运行安全。

进一步地，如图6-7所示，所述换热装置200还包括有稳压单元270，所述稳压单元270的入口端通过第一管路271与所述容纳腔体210连通，出口端通过第二管路272与所述容纳腔体210连通；

优选地，所述稳压单元270的第一出口端通过第二驱动装置273、抽气阀274与第一管路271连通；第二出口端通过第二管路272与容纳腔体210连通。

其中，所述稳压单元内还设置有容纳腔体210可以作为系统的二级备用储液单元，尤其是当系统储液单元260中冷媒不足或过多时，可以迅速给系统储液单元260进行补液或储液；即可实现系统的多级补液，提升系统储液能力。例如，当储液单元260的第二液位测量器件采集的液位信息低于预设值，则开启第二管路上的阀门组件，使得稳压单元270内的冷媒流入储液单元260中。

更优选地，所述稳压单元270还设置有第三液位测量器件291、和/或第二阀门组件293；以及，所述容纳腔体还设置第二液位测量器件、和/或第一阀门组件。

具体的，第一管路271为供冷媒流体流通的通路，第二驱动装置273配置为驱动第一管路271内的冷媒流体。抽气阀274设置于第一管路271上且与容纳腔体210连通；系统获取第三压力测量器件231所采集的容纳腔体210内的压力信息，并判断容纳腔体210内的压力信息是否大于第一预设值，如是，则开启抽气阀274和第二驱动装置273，将容纳腔体210内的气体例如空气或者空气与气态冷媒混合物抽入至第一管路271内，最终将气体排入至稳压单元270内(即：当第二驱动装置273驱动冷媒流体在第一管路271内流通时，抽气阀274内会形成负压区，从而将容纳腔体210内的气体例如空气或者空气与气态冷媒混合物抽入至第一管路271内，最终将气体排入至稳压单元270内)。如否，则继续判断容纳腔体210内的压力信息是否小于第二预设值，如是，则开启第一阀门组件292；即此时系统压力低于系统设定的下限即将影响系统的稳定运行，则可控制系统迅速打开第二阀门组件292将外界空气吸入系统中，此时，抽气阀274和第二驱动装置273已处于关闭状态、保证系统的运行稳定和安全，不会因为压力过低导致系统结构出现故障。如否，则所述系统工作在一个稳定系统压力范围内，保持当前的工作状态。所述系统还设置有第二阀门组件293，当所述稳压单元270压力过大或者定期维护时，可开启第二阀门组件293将稳压单元270内经过冷凝后混合气体(主要成分为空气，可能含有少量的气态冷媒)排入回收装置在进行进一步冷媒回收；如混合气体全部为空气时，可直接开启第二阀门组件293排入环境中。

综上，所述系统一方面可通过所采集的容纳腔体210内的压力信息实时控制稳压单元270的工作，使得系统压力波动小，不仅可保障整个液冷系统长期稳定运行在适宜的系统压力范围内；还可及时将系统中不凝性气体排出至稳压单元270中进行分离并冷凝回收不凝性气体中混合的气态冷媒，保障换热装置200长期稳定的处于良好换热性能，大大降低系统运行成本。另一方面，所述系统的稳压单元270在保障系统运行在稳定适宜的系统压力下的同时，还可实时调节系统储液单元260的液位平衡，减少排液工装的配置，节省系统成本。因此，所述系统可控制整个液冷系统的压力稳定，并处在微负压状态；保障系统长期运行状态良好，减少冷媒浪费，系统运行更加环保和安全。

实施例三

结合图1所示，图1示出了本申请又一实施例中的相变液冷系统示意图，本实施例提供的相变液冷系统，包括至少两个计算机柜100，所述计算机柜100具有至少两个容纳箱体101，所述容纳箱体101内具有至少两个单元箱体102，所述单元箱体102内用于容纳相变冷媒，所述相变冷媒用于浸没位于所述单元箱体102内的电子设备103，并且吸收电子设备103产生的热量，其中，至少部分所述相变冷媒由液态冷媒发生相变成为汽态冷媒；换热装置200，用于接收汽态冷媒，使得汽态冷媒发生相变冷凝为液态冷媒；分配装置300，所述换热装置200通过所述分配装置300同时与至少两个所述计算机柜100中的每个所述单元箱体102独立连通，所述分配装置300用于单独控制每个所述单元箱体102中汽态冷媒和液态冷媒的供给或排出。具体的，所述系统中换热装置200既可以沿第一方向与至少两个计算机柜100排布设置；又可沿第二方向与至少两个计算机柜100排布设置；尤其是，所述换热装置200可沿着第一方向(即高度方向)分别设置至少两个处于不同高度的计算机柜100；并统一接收并冷却各计算机柜100所产生的汽态冷媒；进而一方面实现各计算机柜100的立体方式部署，更大程度利用数据中心的立体空间，极大的缩小了数据中心机房的建设面积，提高了数据中心的电子设备103容积率；另一方面通过将换热装置200与计算机柜100部署在不同高度上，可实现计算机柜100的隔离，提高系统的冷却效率和冷却效果。

进一步地，所述系统中的单元箱体102内还设置有流道入口104、流道出口105；其中，所述流道入口104与所述分配装置300的出口连通；所述流道出口105与所述分配装置300的入口连通；以及，端口连接单元106，所述端口连接单元106与数据交换模块、和/或网络通信、和/或电源模块连接。以及，所述单元箱体102还设置有采集单元箱体102内液位信息的第一液位测量器件107、和至少2个采集单元箱体102内第一压力信息的第一压力测量器件108。优选的，流道出入口、端口连接单元106设置在单元箱体102的同一侧，便于对各单元箱体102的插拔和维护。

例如，本实施例所述系统通过获取各单元箱体102的状态信息、和/或电子设备103的第一发热信息、和/或换热装置200的换热信息；并根据所获取的信息确定出各单元箱体102内所需的冷媒量，然后通过分配装置300控制各单元箱体102中液态冷媒的供给或排出；优选的，所述系统同时采集单元箱体102内液位信息和第一压力信息并分别计算出第一状态信息和第二状态信息，通过第一算法计算第一状态信息和第二状态信息的准确度，确定各单元箱体102内实时所需的冷媒量。通过同时对各单元箱体102内压力和液位这双路信号并行采集、比较、计算；提高信号采集精度和准确度，使换热装置200可对各单元箱体102实时所需冷媒量进行精准供给，提高了各单元箱体102工作环境的更适宜、更稳定，保证系统的安全运行。

因此，本实施例所述系统不仅可实现对各单元箱体102节点独立、精准散热，即根据各单元箱体102的所需冷媒量实时精准供液控制，保证各电子箱体内的电子设备103可以保持合适的工作环境，提高电子设备103的运行效率；还能够对相变液冷系统进行整体优化；对汽态冷媒实现集中冷却，有利于系统余热回收，提高系统的集成度和运行经济性。

如图3所示，为了进一步提高系统中换热装置200的换热效率，所述单元箱体102的气相区还设置有气液分离组件109；该气液分离组件109包括但不限于折板结构、蜂孔结构。例如，所述蜂孔结构可沿着液面布置，可设置为一层蜂窝板，也可交错布置多层蜂窝板，所述单元箱体102内产生的汽液混合的冷媒通过蜂孔结构将液态冷媒回流至单元箱体102中，而汽态冷媒经过蜂孔结构经流道出口105汇集到换热装置200中进行冷凝成液态冷媒；从而不仅可以稳定单元箱体102内的液面，减少液面的涌动；可有效除去汽态冷媒中携带的大量未充分换热相变的液态冷媒，避免液态冷媒堵塞流道出口105，达到降低气态冷媒流动阻力、提高系统冷却效率。

实施例四

结合图3所示，图3示出了本申请又一实施例中的相变液冷系统示意图，本实施例提供的相变液冷系统，与上述实施例的区别在于，所述分配装置300还包括有水平分配单元310和竖直分配单元320。其中，所述水平分配单元310还包括有集气模块311和分液模块312，所述集气模块311和分液模块312可设置为分体结构或一体结构。所述竖直分配单元320的输入端与所述换热装置200连通，输出端与所述分液模块312连通，用于向所述单元箱体102供给液态冷媒。

具体的，所述集气模块311的输入端与所述单元箱体102连通，所述集气模块311的输出端与所述换热装置200连通，用于汇集所述单元箱体102内产生的汽态冷媒，并且将汽态冷媒输送至所述换热装置200内通过冷却相变冷凝为液态冷媒。所述分液单元模块包括设置在输入端的阀门组件和设置在输出端的盲插组件，所述阀门组件可分别与竖直分液单元、各单元箱体102连通，用于将液冷换热模块内里冷凝的液体冷媒输送回各单元箱体102。

如图4所示，当所述集气模块311和所述分液模块312设置为分体结构时，其中集气模块311设置在单元箱体102的上部；所述分液模块312设置在单元箱体102的下部；一方面促使低温液态冷媒与电子设备103充分热交换，提高系统的散热能力；另一方面当各单元箱体102需要下架维护时排液更充分。

实施例五

为实现多个计算机柜100的立体部署；除浸没在单元箱体102中的电子设备103外，还需要大量的配套电子设备为其提供网络传输、信号处理以及供配电等；但配套电子设备也面临大量的散热需求，为解决此问题，结合图1-4所示，图4示出了本申请又一实施例中的相变液冷系统示意图，本实施例提供的相变液冷系统，与上述实施例的区别在于，所述计算机柜100还包括与容纳箱体101连接的后舱模块，所述后舱模块400与容纳箱体101前后对应设置；所述后舱模块400设置有至少一个板卡420和与板卡420贴合的换热冷板410，所述换热冷板410设置有进液口和和出液口，换热冷板410内的冷却流体与板卡420进行热量交换，交换后的液态冷媒经过出液口、换热模块、第一驱动装置250、竖直分液单元、进液口返回至换热冷板410内。

所述板卡420按照功能可以分为用于数据交换的第一板卡、用于网络通信的第二板卡、及电源模块的第三板卡。各板卡420上可集成有多个不同的发热电子元件。

与第一板卡贴合换热的第一冷板、第一冷板内的冷却流体与第一板卡进行热量交换，交换后的冷却流体经过出液口流入到液冷换热模块内；与第二板卡贴合换热的第二冷板、第二冷板内的冷却流体与第二板卡进行热量交换，交换后的冷却流体经过出液口流入到液冷换热模块内；与第三板卡贴合换热的第三冷板、第三冷板内的冷却流体与第三板卡进行热量交换，交换后的冷却流体经过出液口流入到液冷换热模块内；其中，所述第一冷板、第二冷板、第三冷板并联设置。

本实施例所述相变液冷系统能够使用一套换热模块同时对前舱相变浸没单元箱体102和后舱冷板进行换热并经竖直分液单元同时向前舱相变浸没单元箱体102和后舱冷板输送低温液体冷媒；提升了系统的集成度，实现机柜的立体部署。

实施例六

结合图1-4所示，本申请又一实施例中的相变液冷系统示意图，本实施例提供的相变液冷系统，与上述实施例的区别在于，所述系统还包括第一驱动装置250和与第一驱动装置电连接的第二压力测量器件230，所述第一驱动装置250流道入口与换热装置200流道出口连通，所述第一驱动装置250流道出口与所述竖直分配单元320流道入口连通；所述第一驱动装置250根据第二压力测量器件230采集的压力信息，控制第一驱动装置250的启停和/或转速。其中，所述第二压力测量器件230设置于所述竖直分配单元320内或设置在所述竖直分配单元320流道入口端；优选地，所述第二压力测量器件230设置在所述竖直分配单元230流道入口且在顶部或者最高点。

例如，本实施例可通过第二压力测量器件230实时采集各计算机柜100竖直分配单元320的第二压力信息，尤其是各计算机柜100竖直分配单元320的最高点压力信息；并根据各计算机柜100的压力变化控制第一驱动装置250，稳定系统的供液压力，保证各计算机柜100冷媒的精准输送。

实施例七

结合图8-9所示，所述系统中换热装置200既可以沿第一方向与至少两个计算机柜100排布设置；又可沿第二方向与至少两个计算机柜100排布设置；尤其是，所述换热装置200可沿着第一方向(即高度方向)分别设置至少两个处于不同高度的计算机柜100；并统一接收并冷却各计算机柜100所产生的汽态冷媒；进而一方面实现各计算机柜100的立体方式部署，更大程度利用数据中心的立体空间，极大的缩小了数据中心机房的建设面积，提高了数据中心的电子设备103容积率；另一方面通过将换热装置200与计算机柜100部署在不同高度上，可实现计算机柜100的隔离，提高系统的冷却效率和冷却效果。

例如，所述换热装置200与多个计算机柜100连接，其中换热装置200与各计算机机柜设置在不同高度上，优选将换热装置200设置在最低点(即第一高度)；更有选地，多个计算机柜100设置在不同高度上，比如在第二高度上设置有至少一个计算机柜100，在第三高度上设置有至少一个计算机柜100，通过不同高度的设置使得计算机柜100与换热装置200进行了隔离，不仅充分利用了立体空间，还可将计算机柜100运行空间进行隔离，降低了电子设备103的运行噪音，提高了数据中心的冷却效率。

实施例八

结合图10所示，图10示出了本申请又一实施例中的控制方法的流程图，本实施例提供的控制方法，包括：

S21、获取换热装置200与室外散热冷源连通的换热流体循环回路信息、和/或换热装置的容纳腔体210内的压力信息、和/或系统液体温度、和/或计算机柜100内各单元箱体102的压力信息、和/或电子设备103的第一发热信息；

S22、根据换热流体循环回路信息、和/或容纳腔体210内的压力信息、和/或系统液体温度、和/或各单元箱体102的压力信息、和/或电子设备103的第一发热信息确定系统所需的换热量；

S23、根据换热量控制换热装置200以使分配装置300在预设系统压力下向各单元箱体102供给液态冷媒和排出气态冷媒。

本实施例所述控制方法通过采集容纳腔体210内的实时压力信息、系统液体温度，以及各单元箱体102实时的状态信息、电子设备103实时或未来的工作状态将产生的发热信息，按照算法计算出实时换热循环系统所需要的换热量，并控制分配装置300在预设系统压力下按需供给。一方面使得系统在同时满足多个计算机柜100中的多个单元箱体102以及后舱冷板的换热需求时，可以实现换热系统的精准调控，保证系统压力的稳定；提高电子设备的运行效率。第二方面所述方法可对整个系统中两大循环进行整体协同优化；对汽态冷媒实现集中冷却，有利于系统余热回收，提高系统的使用效率和运行经济性。第三方面，所述方法配套换热装置200中的多级换热单元，并根据各计算机柜100的部署位置、各单元箱体102的实时所需冷媒量、系统实时所需的换热量多级配合、协同精准控制立体部署的多个计算机柜100，确保系统的运行压力稳定、各单元箱体102内液态冷媒运行温度适宜。

实施例九

结合图11所示，图11示出了本申请又一实施例中的控制方法的流程图，本实施例提供的控制方法中所述根据换热量控制换热装置200以使分配装置在预设系统压力下向各单元箱体102供给液态冷媒和排出气态冷媒包括：

S231、根据系统所需的换热量先控制第一阀体204、第四阀体224的通断和/或开度；

S232、再根据系统所需的换热量再控制第二阀体205、第三阀体206实现系统微调，以使分配装置在预设系统压力下向各单元箱体102供给液态冷媒和排出气态冷媒。

所述再根据系统所需的换热量再控制第二阀体205、第三阀体206实现系统微调，以使分配装置在预设系统压力下向各单元箱体102供给液态冷媒和排出气态冷媒包括：

S2321、根据所需的换热量、容纳腔体210内的压力信息计算出系统功率信息，判断所述系统功率是否为第一阈值；

S2322、如是，则根据第一设定值控制第二阀体205的通断和开度，以使分配装置在预设系统压力下向各单元箱体102供给液态冷媒和排出气态冷媒；

S2323、如否，则根据第二设定值控制第三阀体206的通断和开度，以使分配装置在预设系统压力下向各单元箱体102供给液态冷媒和排出气态冷媒。

本实施例所述方法可首先获取换热装置200的容纳腔体210内的压力信息、和/或系统液体温度、和/或计算机柜100内各单元箱体102的压力信息、和/或电子设备103的第一发热信息；并根据所采集的各种信息确定系统所需的换热量；然后根据系统所需的换热量先控制第一阀体204、第四阀体224的通断和/或开度；即先进行粗调；最后再根据系统所需的换热量再控制第二阀体205、第三阀体206实现系统微调，以使分配装置在预设系统压力下向各单元箱体102供给液态冷媒和排出气态冷媒。优选地，先根据系统所需的换热量先控制第一阀体204、第四阀体224的通断和/或开度；然后再根据所需的换热量、容纳腔体210内的压力信息计算出系统功率信息，判断所述系统功率是否为第一阈值；如是，则根据第一设定值控制第二阀体205的通断和开度，以使分配装置在预设系统压力下向各单元箱体102供给液态冷媒和排出气态冷媒；如否，则根据第二设定值控制第三阀体206的通断和开度，以使分配装置在预设系统压力下向各单元箱体102供给液态冷媒和排出气态冷媒。

因此本实施例所述方法通过先粗调再微调，保证系统能够第一时间响应系统压力的变化、并满足系统换热的前提下，使得系统控制时间滞后更小、系统压力控制得更为平稳、精准满足电子设备的散热需求。

实施例10

本实施例提供的控制方法中在所述根据换热量控制换热装置200以使分配装置在预设系统压力下向各单元箱体102供给液态冷媒和排出气态冷媒之后，所述方法还包括：

S24、判断换热装置200的容纳腔体210内的压力信息是否大于第一预设值，如是，则开启抽气阀274和第二驱动装置273；如否，则执行S25；

S25、判断换热装置200的容纳腔体210内的压力信息是否小于第二预设值，如是，则关闭抽气阀274和第二驱动装置273、开启第一阀门组件292；如否，则保持当前状态。

具体的，所述方法可通过获取第三压力测量器件231所采集的容纳腔体210内的压力信息，并判断容纳腔体210内的压力信息是否大于第一预设值，如是，则开启抽气阀274和第二驱动装置273，将容纳腔体210内的气体例如空气或者空气与气态冷媒混合物抽入至第一管路271内，最终将气体排入至稳压单元270内(即：当第二驱动装置273驱动冷媒流体在第一管路271内流通时，抽气阀274内会形成负压区，从而将容纳腔体210内的气体例如空气或者空气与气态冷媒混合物抽入至第一管路271内，最终将气体排入至稳压单元270内)。如否，则继续判断容纳腔体210内的压力信息是否小于第二预设值，如是，则开启第一阀门组件292；即此时系统压力低于系统设定的下限即将影响系统的稳定运行，则可控制系统迅速打开第二阀门组件292将外界空气吸入系统中，并且此时抽气阀274和第二驱动装置273已处于关闭状态、保证系统的运行稳定和安全，不会因为压力过低导致系统结构出现故障。如否，则所述系统工作在一个稳定系统压力范围内，保持当前的工作状态。所述方法还可控制第二阀门组件293的开启和关闭，当所述稳压单元270压力过大或者定期维护时，可开启第二阀门组件293将稳压单元270内经过冷凝后混合气体(主要成分为空气，可能含有少量的气态冷媒)排入回收装置在进行进一步冷媒回收；如混合气体全部为空气时，可直接开启第二阀门组件293排入环境中。

综上，本实施例所述方法一方面可通过所采集的容纳腔体210内的压力信息实时控制稳压单元270的工作，使得系统压力波动小，不仅可保障整个液冷系统长期稳定运行在适宜的系统压力范围内；还可及时将系统中不凝性气体排出至稳压单元270中进行分离并冷凝回收不凝性气体中混合的气态冷媒，保障换热装置200长期稳定的处于良好换热性能，大大降低系统运行成本。另一方面，所述方法控制稳压单元270在保障系统运行在稳定适宜的系统压力下的同时，还可实时调节系统储液单元260的液位平衡，减少排液工装的配置，节省系统成本。因此，所述方法可控制整个液冷系统的压力稳定，并处在微负压状态；保障系统长期运行状态良好，减少冷媒浪费，系统运行更加环保和安全。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (17)

1.一种相变液冷系统，其特征在于，所述相变液冷系统包括：

计算机柜，所述计算机柜的数量至少为两个，所述计算机柜内具有至少两个容纳箱体，所述容纳箱体内具有至少两个单元箱体，所述单元箱体内用于容纳相变冷媒，所述相变冷媒用于浸没位于所述单元箱体内的电子设备，并且吸收电子设备产生的热量，其中，至少部分所述相变冷媒由液态冷媒发生相变成为汽态冷媒；

换热装置，包括容纳腔体，所述容纳腔体内设置有至少2个换热单元，并用于接收汽态冷媒，使得汽态冷媒发生相变冷凝为设定温度的液态冷媒；其中，所述换热单元与室外散热冷源连通；

分配装置，所述换热装置通过所述分配装置同时与至少两个所述计算机柜中的每个所述单元箱体独立连通，所述分配装置用于单独控制每个所述单元箱体中汽态冷媒和液态冷媒的排出和供给。

2.根据权利要求1所述的相变液冷系统，其特征在于，所述容纳腔体内包括有串联设置有至少2个换热单元；各换热单元内均设置有换热腔体，且换热腔室内包括有相互独立循环的冷媒通道和换热流体通道。

3.根据权利要求2所述的相变液冷系统，其特征在于，所述容纳腔体内串联设置有第一换热单元和第二换热单元；

所述第一换热单元内的第一换热腔体中包括有相互独立循环的第一冷媒通道和第一换热流体通道；其中，第一冷媒通道的入口与分配装置的出口连通，第一换热流体通道的出入口分别与室外散热冷源连通；

所述第二换热单元内的第二换热腔体中包括有相互独立循环的第二冷媒通道和第二换热流体通道；第二冷媒通道的入口与第一冷媒通道的出口连通；第二冷媒通道的出口与分配装置的入口连通；第二换热流体通道的出入口分别与室外散热冷源连通。

4.根据权利要求3所述的相变液冷系统，其特征在于，所述第一换热流体通道的入口与室外散热冷源之间设置有串联设置的第一阀体和第二阀体；

优选地，所述系统还包括与第二阀体并联设置的第三阀体。

5.根据权利要求1所述的相变液冷系统，其特征在于，所述第二换热流体通道的入口与室外散热冷源之间设置有第四阀体。

6.根据权利要求1所述的相变液冷系统，其特征在于，所述容纳腔体内设置有第三压力测量器件，所述第三压力测量器件，用于采集容纳腔体内的压力信息，并根据所述压力信息控制第一阀体、和/或第二阀体、和/或第三阀体、和/或第四阀体的通断和/或开度。

7.根据权利要求1所述的相变液冷系统，其特征在于，所述换热装置还包括有依次连通的储液单元、第一驱动装置和第一过滤单元；其中，

所述储液单元，包括用于储存液态冷媒的储液腔体，所述储液腔体设置于容纳腔体内，或设置于容纳腔体外并与容纳腔体的出口连通。

8.根据权利要求7所述的相变液冷系统，其特征在于，所述储液单元的出口还设置第二过滤单元。

9.根据权利要求1所述的相变液冷系统，其特征在于，所述系统还设置有温度测量器件，所述温度测量器件设置于容纳腔体内、或设置于容纳腔体与第一驱动装置之间；

其中，所述温度测量器件采集系统液体温度；并根据所述液体温度控制第四阀体、和/或第一阀体、和/或第二阀体、和/或第三阀体的通断和/或开度。

10.根据权利要求7所述的相变液冷系统，其特征在于，所述换热装置还包括有稳压单元，所述稳压单元的入口端通过第一管路与所述容纳腔体连通，出口端通过第二管路与所述容纳腔体连通；

优选地，所述稳压单元的第一出口端通过第二驱动装置、抽气阀与第一管路连通；第二出口端通过第二管路与容纳腔体连通。

11.根据权利要求10所述的相变液冷系统，其特征在于，所述稳压单元还设置有第三液位测量器件、和/或第二阀门组件。

12.根据权利要求1-11任一所述的相变液冷系统，其特征在于，所述容纳腔体还设置第二液位测量器件、和/或第一阀门组件。

13.根据权利要求1-11任一所述的相变液冷系统，其特征在于，所述单元箱体的上部设置有第一压力测量器件，用于采集单元箱体内的压力信息。

14.一种控制方法，其特征在于，所述方法包括：

获取换热装置与室外散热冷源连通的换热流体循环回路信息、和/或换热装置的容纳腔体内的压力信息、和/或系统液体温度、和/或计算机柜内各单元箱体的压力信息、和/或电子设备的第一发热信息；

根据换热流体循环回路信息、和/或容纳腔体内的压力信息、和/或系统液体温度、和/或各单元箱体的压力信息、和/或电子设备的第一发热信息确定系统所需的换热量；

根据换热量控制换热装置以使分配装置在预设系统压力下向各单元箱体供给液态冷媒和排出气态冷媒。

15.根据权利要求14所述的控制方法，其特征在于，所述根据换热量控制换热装置以使分配装置在预设系统压力下向各单元箱体供给液态冷媒和排出气态冷媒包括：

根据系统所需的换热量先控制第一阀体、第四阀体的通断和/或开度；

再根据系统所需的换热量再控制第二阀体、第三阀体实现系统微调，以使分配装置在预设系统压力下向各单元箱体供给液态冷媒和排出气态冷媒。

16.根据权利要求15所述的控制方法，其特征在于，所述再根据系统所需的换热量再控制第二阀体、第三阀体实现系统微调，以使分配装置在预设系统压力下向各单元箱体供给液态冷媒和排出气态冷媒包括：

根据所需的换热量、容纳腔体内的压力信息确定出系统功率信息，判断所述系统功率是否为第一阈值；

如是，则根据第一设定值控制第二阀体的通断和开度，以使分配装置在预设系统压力下向各单元箱体供给液态冷媒和排出气态冷媒；

如否，则根据第二设定值控制第三阀体的通断和开度，以使分配装置在预设系统压力下向各单元箱体供给液态冷媒和排出气态冷媒。

17.根据权利要求14-16任一所述的控制方法，其特征在于，在所述根据换热量控制换热装置以使分配装置在预设系统压力下向各单元箱体供给液态冷媒和排出气态冷媒之后，所述方法还包括：

判断换热装置的容纳腔体内的压力信息是否大于第一预设值，如是，则开启抽气阀和第二驱动装置；如否，则执行下一步；

判断换热装置的容纳腔体内的压力信息是否小于第二预设值，如是，则开启第一阀门组件；如否，则保持当前状态。