CN216820438U - 冷却系统及数据中心 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种冷却系统与数据中心。冷却系统包括至少一个液冷模块单元，每个所述液冷模块单元包括储液容器及换热胶囊，所述储液容器用于存储第一冷却媒介，所述换热胶囊容纳于所述储液容器内，所述换热胶囊的至少部分能够浸入所述第一冷却媒介内，所述换热胶囊用于存储第二冷却媒介，所述第一冷却媒介用于与所述第二冷却媒介进行换热。由于第二冷却媒介对负载进行冷却散热时，第一冷却媒介对第二冷却媒介进行了降温，有利于提高冷却系统的冷却效率。

Description

冷却系统及数据中心

技术领域

本申请涉及冷却技术领域，特别涉及一种冷却系统及数据中心。

背景技术

随着大数据的快速推进，数据中心的产业规模迅速扩大。数据中心的冷却系统用于对数据中心的设备进行冷却散热。传统的液冷式的冷却系统，将多个负载设备(例如服务器)装于一箱体内，箱体内盛有冷却液，多个设备浸入于冷却液内。然而，冷却系统的效率较低，难以满足现今的功率密度较高的数据中心。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种能够提高冷却效率的冷却系统及数据中心。

第一方面，本申请提供了一种冷却系统，包括至少一个液冷模块单元，每个所述液冷模块单元包括储液容器及换热胶囊，所述储液容器用于存储第一冷却媒介，所述换热胶囊容纳于所述储液容器内，所述换热胶囊的至少部分能够浸入所述第一冷却媒介内，所述换热胶囊用于存储第二冷却媒介，所述第一冷却媒介用于与所述第二冷却媒介进行换热。

换热胶囊用于承载待冷却负载，待冷却负载浸入换热胶囊内的第二冷却媒介。待冷却负载工作时产生热量。第二冷却媒介吸收待冷却负载工作时产生的热量，第二冷却媒介的温度升高。由于换热胶囊容纳于储液容器并浸入储液容器内的第一冷却媒介。第一冷却媒介与第二冷却媒介进行换热，吸取第二冷却媒介的热量，实现第一冷却媒介对第二冷却媒介进行降温。由于第二冷却媒介对待冷却负载进行冷却散热时，第一冷却媒介对第二冷却媒介进行了降温，有利于提高冷却系统的冷却效率。由于储液容器盛放第一冷却媒介，换热胶囊内盛放第二冷却媒介，有利于减少第一冷却媒介的使用量、第二冷却媒介的使用量。

例如，第一冷却媒介可以选用成本价廉的冷却水，而第二冷却媒介可以选用成本较高但冷却效果较好的冷却液(例如氟化液)，如此，可以降低冷却系统的使用成本。

每个液冷模块单元内的换热胶囊的数量为至少一个。

还有，液冷模块单元采用模块化设计，方便运输及部署，有序缩短了部署周期。当需冷却系统与数据中心进行规模缩减或规模扩容时，减少或增加液冷模块单元的数量即可。

根据本申请的第一方面，本申请的第一种可能的实现方式中，所述换热胶囊包括胶囊体及设置于所述胶囊体上的连接接口，所述胶囊体用于存储第二冷却媒介，所述连接接口用于与浸入所述第二冷却媒介的待冷却负载电连接，方便了待冷却负载的组装与拆卸。

根据本申请的第一方面或本申请的第一种可能的实现方式，本申请的第二种可能的实现方式中，所述冷却系统还包括控制单元，所述控制单元与所述连接接口电连接，方便配电与监控待冷却负载。

根据本申请的第一方面或本申请的第一种至第二种可能的实现方式，本申请的第三种可能的实现方式中，所述冷却系统还包括回收单元，所述回收单元通过管道与所述储液容器连接，用于回收从所述储液容器流出的第一冷却媒介。

根据本申请的第一方面或本申请的第一种至第三种可能的实现方式，本申请的第四种可能的实现方式中，所述储液容器包括入液口与出液口，所述回收单元包括分隔设置的热存储区及冷存储区，所述热存储区与所述储液容器的出液口通过管道连接，所述热存储区用于存储从所述储液容器的出液口流出的第一冷却媒介，所述冷存储区与所述储液容器的入液口通过管道连接，所述冷存储区用于存储第一冷却媒介，所述热存储区内的第一冷却媒介的温度高于所述冷存储区内的第一冷却媒介的温度。

从储液容器的出液口流出的第一冷却媒介，由于与第二冷却媒介经过换热，温度升高，而成为热第一冷却媒介。热存储区存储从储液容器的出液口流出的热第一冷却媒介，能够有效地对液冷模块单元的余热进行回收，节约了能源。冷存储区用于为储液容器补充第一冷却媒介。

根据本申请的第一方面或本申请的第一种至第四种可能的实现方式，本申请的第五种可能的实现方式中，所述回收单元为一个回收容器，所述热存储区与所述冷存储区沿所述回收容器的高度方向设置，所述冷存储区位于所述回收容器的底部。

由于用于蓄热的热存储区与用于蓄冷的冷存储区设置于同一个容器内，简化冷却系统的结构。由于热存储区冷存储区沿回收单元的高度方向层叠设置，有效减少了回收单元的占地面积，提高了冷却系统的空间利用率。

根据本申请的第一方面或本申请的第一种至第五种可能的实现方式，本申请的第六种可能的实现方式中，所述热存储区包括入液口与出液口，所述热存储区的入液口与所述储液容器的出液口连接，所述热存储区的出液口位于所述热存储区远离所述冷存储区的一端，所述热存储区的出液口设有阀门，用于开启或关闭所述热存储区的出液口，方便了热第一冷却媒介的取用。第一冷却媒介沿热存储区高度方向上会随温度进行分层，例如，温度最高的第一冷却媒介位于最上层。出液口设置在热存储区沿高度方向上较高的位置，以使出液口流出的第一冷却媒介始终保持在最理想的热回收温度。

根据本申请的第一方面或本申请的第一种至第六种可能的实现方式，本申请的第七种可能的实现方式中，所述回收单元还包括设于所述热存储区与所述冷存储区之间的旁通部件，用于将所述热存储区的第一冷却媒介输送至冷存储区，以调节冷存储区内的第一冷却媒介的温度，适应不同的第一冷却媒介的温度需求。

根据本申请的第一方面或本申请的第一种至第七种可能的实现方式，本申请的第八种可能的实现方式中，所述储液容器包括入液口与出液口；所述回收单元包括冷却塔及/或干冷器，所述回收单元与所述储液容器的入液口连接，所述回收单元与所述储液容器的出液口连接，所述回收单元用于对经所述储液容器的出液口流出的第一冷却媒介进行冷却，并将冷却后的第一冷却媒介从所述储液容器的入液口输送至所述储液容器，使第一冷却媒介使用循环，节约了第一冷却媒介。

根据本申请的第一方面或本申请的第一种至第八种可能的实现方式，本申请的第九种可能的实现方式中，所述冷却系统还包括设于所述回收单元与所述储液容器之间管道上的泵，用于将所述储液容器内的第一冷却媒介驱动至所述回收单元，提高冷却系统的工作效率。

本申请第二方面提供一种数据中心，包括根据本申请的第一方面或本申请的第一种至第九种可能的实现方式所述的冷却系统及待冷却负载，所述待冷却负载容纳于所述换热胶囊中并能够浸入所述第二冷却媒介。

附图说明

图1为本申请第一实施方式提供的数据中心的示意图；

图2为液冷模块单元与待冷却负载组装于一起的放大示意图；

图3为本申请第二实施方式提供的数据中心的示意图。

具体实施方式

传统的数据中心冷却系统，特别是直膨制冷系统或者部分通过直膨制冷的系统，能效受制于系统器件限制，无法满足数据中心低电源使用效率(power usageeffectiveness，PUE)的需求。还有一种液冷式的冷却系统，将多个负载设备(例如服务器)装于一箱体内，箱体内盛有冷却液，多个设备浸入于冷却液内。然而，冷却系统的效率较低，已难以满足现今的功率密度较高的数据中心。

基于此，本申请提供一种冷却系统及其相关的数据中心，以提高冷却效率。冷却系统包括至少一个液冷模块单元，每个所述液冷模块单元包括储液容器及换热胶囊，所述储液容器用于存储第一冷却媒介，所述换热胶囊容纳于所述储液容器内，所述换热胶囊的至少部分能够浸入所述第一冷却媒介内，所述换热胶囊用于存储第二冷却媒介，所述第一冷却媒介用于与所述第二冷却媒介进行换热。

以下结合具体实施方式与附图对冷却系统及其相关的数据中心作进一步地说明。

请参阅图1与图2，本申请第一实施方式提供一种数据中心100，用于传递、加速、展示、计算、存储数据信息。数据中心100包括冷却系统101与待冷却负载103。冷却系统101用于为待冷却负载103进行冷却及散热。待冷却负载103包括服务器、配电设备等，在此不作赘述。

冷却系统101包括通过管道连接设置的液冷模块单元10与回收单元30。液冷模块单元10用于对待冷却负载103进行冷却及散热。回收单元30用于回收液冷模块单元10中流出的冷却媒介。

液冷模块单元10包括储液容器11及换热胶囊13。

储液容器11用于存储第一冷却媒介201。储液容器11可以为罐体，例如卧式油罐，以方便组装及运输。卧式油罐通常是用以储存原油、植物油，化工溶剂、水或其他石油产品的长形容器。卧式油罐通常包括端盖及卧式圆形或椭圆形罐壁和鞍座。可以理解的是，卧式油罐的形状也可以为不规则的形状。储液容器11还可以为集装箱。储液容器11上设有进液口111与出液口113。进液口111用于输入第一冷却媒介201。出液口113用于输出第一冷却媒介201。

换热胶囊13容纳于储液容器11内。换热胶囊13至少部分能够浸入于储液容器11内的第一冷却媒介201内。换热胶囊13用于容纳第二冷却媒介203与待冷却负载103。待冷却负载103至少部分浸入换热胶囊13内的第二冷却媒介203内。第二冷却媒介203用于对待冷却负载103进行冷却散热。第一冷却媒介201用于与第二冷却媒介203进行换热，以对第二冷却媒介203进行冷却散热。

冷却系统101使用时，待冷却负载103浸入第二冷却媒介203。第二冷却媒介203用于吸收待冷却负载103散发的热量，第二冷却媒介203吸收待冷却负载103散发的热量后，第二冷却媒介203的温度上升。由于换热胶囊13浸入在储液容器11中的第一冷却媒介201内，第一冷却媒介201与第二冷却媒介203进行换热，第一冷却媒介201的温度上升，第二冷却媒介203的温度下降，即第一冷却媒介201对第二冷却媒203介进行了冷却散热。由于第二冷却媒介203对待冷却负载103进行冷却散热时，第一冷却媒介201对第二冷却媒介203进行了降温，有利于提高冷却系统101的冷却效率。

由于液冷模块单元10为模块化设计，在需要建设数据中心100时，将液冷模块单元10直接运输至选址地，进行简单的管道连接即可，有序缩短了部署周期。当需冷却系统101与数据中心100进行规模缩减或规模扩容时，减少或增加液冷模块单元10的数量即可。

换热胶囊13包括胶囊体及设置于胶囊体上的连接接口。胶囊体用于存储第二冷却媒介203。本实施方式中，第一冷却媒介201包括但不限定冷却水，第二冷却媒介203包括但不限定为氟化液。氟化液具有绝缘且不燃的惰性特点，常被应用于数据中心进行液冷。连接接口可设于胶囊体的内壁上，用于与待冷却负载103连接。连接接口包括通信接口、供电端子等，以方便实现待冷却负载103的供电及通信等功能。

本实施方式中，液冷模块单元10的数量为多个，每个液冷模块单元10内的换热胶囊13的数量为多个，多个换热胶囊13可均匀有序地排列在储液容器11中，例如，在一个液冷模块单元10内的多个换热胶囊13沿直线间隔排列。每个换热胶囊13可容纳的待冷却负载103为一个。由于多个待冷却负载103分装于多个换热胶囊13内，减少了第二冷却媒介203的使用量，亦提高了冷却系统100的冷却散热效率。

可以理解，在其他实施方式中，每个液冷模块单元10内的换热胶囊13的数量可以为一个或多个；换热胶囊13内的待冷却负载103的数量可以为一个或多个。

回收单元30与储液容器11的出液口113通过管道连接，以将第一冷却媒介201输送至回收单元30进行回收。回收单元30与储液容器11的出液口113通过管道连接。

本实施方式中，回收单元30为一个回收容器。回收单元30包括分隔设置的热存储区31与冷存储区33。例如，将回收容器的内腔通过隔板进行物理分隔形成热存储区31与冷存储区33。热存储区31通过管道与储液容器11的出液口113连接，热存储区31用于存储从储液容器11的出液口113流出的第一冷却媒介201。冷存储区13通过管道与储液容器11的入液口111连接。冷存储区33用于存储第一冷却媒介201，用于向储液容器11补充第一冷却媒介201。其中，热存储区31内的第一冷却媒介的温度高于冷存储区33内的第一冷却媒介的温度。换而言之，热存储区31为蓄热区，冷存储区33为蓄冷区。热存储区31与冷存储区33的内壁及/或外壁设有保温材料，保温材料能够对热存储区31内的第一冷却媒介201进行保温保存。

从储液容器11的出液口113流出的第一冷却媒介201，由于与第二冷却媒介203经过换热，温度升高，而成为热第一冷却媒介201。此处的“热第一冷却媒介”仅是相对于未与第二冷却媒介203换热前的第一冷却媒介201而言，可以理解，对热第一冷却媒介的温度不作限定。热存储区31存储从储液容器11的出液口113流出的第一冷却媒介201，能够有效地对液冷模块单元10的余热进行回收热，节约了能源。

热存储区31与冷存储区33沿回收单元30的高度方向层叠设置。冷存储区33位于回收单元30的底部。热存储区31包括入液口311与出液口313。热存储区31的入液口311与储液容器11的出液口113连接。热存储区31的出液口313位于热存储区31远离冷存储区33的一端。热存储区31的出液口313设有阀门35，用于开启或关闭热存储区31的出液口313，方便了热第一冷却媒介201的取用。

第一冷却媒介201沿热存储区31高度方向上会随温度进行分层，例如，温度最高的第一冷却媒介201位于最上层。出液口313设置在热存储区31沿高度方向上较高的位置，以使出液口313流出的第一冷却媒介201始终保持在最理想的热回收温度。

冷存储区33设有出液口331。出液口331与储液容器11的入液口111通过管道连接。由于用于蓄热的热存储区31与用于蓄冷的冷存储区33设置于同一个容器内，简化冷却系统100的结构。由于热存储区31与冷存储区33沿回收单元30的高度方向层叠设置，有效减少了回收单元30的占地面积，提高了冷却系统100的空间利用率。

可以理解，在其他实施方式中，回收单元30的热存储区31与冷存储区33沿回收单元30的高度方向可以不沿回收单元30的高度方向层叠设置，热存储区31与冷存储区33分隔开即可，例如，回收单元30包括第一容器与第二容器，第一容器包括热存储区31，第二容器包括冷存储区33。

回收单元30还包括连接于热存储区31与冷存储区33之间的旁通部件35，旁通部件35开启时，热存储区31可向冷存储区33输送第一冷却媒介201，以调节冷存储区33内的第一冷却媒介201的温度。

冷却系统100还包括设于回收单元30与储液容器11之间管道上的泵50，用于驱动第一冷却媒介201于回路中流动循环，进而节约了第一冷却媒介201的使用。

冷却系统100还包括控制单元70，控制单元70与连接接口电连接，以使控制单元70与待冷却负载103建立通信连接及电连接，以方便配电与监控待冷却负载103。控制单元70与泵50通信连接，用于控制泵50。可以理解，回收单元30与储液器11之间可直接连接。

本申请提供的冷却系统101与数据中心100，由于液冷模块单元10呈模块式设计，方便运输，提高了分布式部署的灵活性，部署周期较传统数据中心预估可节省近一半时间，同时兼容单相/两相浸没式方案，且模块化结构可使运输成本大大降低。其中，单相浸没式方案，例如，第一冷却媒介201、第二冷却媒介203在工作过程中均为液体。两相浸没式方案，例如，第二冷却媒介203在工作过程中可以在气相与液相间转换。可根据应用场景自行选择室内/室外方案，换热路径极短，换热效率高。换热容器13的第二冷却媒介203无需泵，峰值功耗低，数据中心出电率高，所支撑的设备(负载)的功率密度更大；通过分布式设计可大幅降低第二冷却媒介(例如氟化液)充注量。

请参阅图3，本申请第二实施方式提供一种数据中心100与第二实施方式提供的数据中心300的结构大致相同，不同在于，回收单元30的结构。

本实施方式中，回收单元30包括冷却塔或干冷器。回收单元30与储液容器11的出液口113通过管道连接，回收单元30与储液容器11的入液口111通过管道连接。从储液容器11的出液口113流出的第一冷却媒介201输送至回收单元30进行回收及冷却。经回收单元30冷却后的第一冷却媒介201输送至储液容器11的，如此，液冷模块单元、回收单元30形成了第一冷却媒介201的流通回路，以实现第一冷却媒介201的使用循环。

冷却系统100还包括设于回收单元30与储液容器11之间管道上的泵50，用于驱动第一冷却媒介201于回路中流动循环，进而节约了第一冷却媒介201的使用。

应当理解的是，可以在本申请中使用的诸如“包括”以及“可以包括”之类的表述表示所公开的功能、操作或构成要素的存在性，并且并不限制一个或多个附加功能、操作和构成要素。在本申请中，诸如“包括”和/或“具有”之类的术语可解释为表示特定特性、数目、操作、构成要素、组件或它们的组合，但是不可解释为将一个或多个其它特性、数目、操作、构成要素、组件或它们的组合的存在性或添加可能性排除在外。

此外，在本申请中，表述“和/或”包括关联列出的词语中的任意和所有组合。例如，表述“A和/或B”可以包括A，可以包括B，或者可以包括A和B这二者。

在本申请中，包含诸如“第一”和“第二”等的序数在内的表述可以修饰各要素。然而，这种要素不被上述表述限制。例如，上述表述并不限制要素的顺序和/或重要性。上述表述仅用于将一个要素与其它要素进行区分。例如，第一用户设备和第二用户设备指示不同的用户设备，尽管第一用户设备和第二用户设备都是用户设备。类似地，在不脱离本申请的范围的情况下，第一要素可以被称为第二要素，类似地，第二要素也可以被称为第一要素。

当组件被称作“连接”或“接入”其他组件时，应当理解的是：该组件不仅直接连接到或接入到其他组件，而且在该组件和其它组件之间还可以存在另一组件。另一方面，当组件被称作“直接连接”或“直接接入”其他组件的情况下，应该理解它们之间不存在组件。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种冷却系统，其特征在于，包括至少一个液冷模块单元，每个所述液冷模块单元包括储液容器及换热胶囊，所述储液容器用于存储第一冷却媒介，所述换热胶囊容纳于所述储液容器内，所述换热胶囊的至少部分能够浸入所述第一冷却媒介中，所述换热胶囊用于存储第二冷却媒介，所述第一冷却媒介用于与所述第二冷却媒介进行换热。

2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述换热胶囊包括胶囊体及设置于所述胶囊体上的接口，所述胶囊体用于存储第二冷却媒介，所述接口用于与浸入所述第二冷却媒介的负载电连接。

3.根据权利要求2所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统还包括控制单元，所述控制单元与所述接口电连接。

4.根据权利要求2所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统还包括回收单元，所述回收单元通过管道与所述储液容器连接，用于回收从所述储液容器流出的第一冷却媒介。

5.根据权利要求4所述的冷却系统，其特征在于，所述储液容器包括入液口与出液口，所述回收单元包括分隔设置的热存储区及冷存储区，所述热存储区与所述储液容器的出液口通过管道连接，所述热存储区用于存储从所述储液容器的出液口流出的第一冷却媒介，所述冷存储区与所述储液容器的入液口通过管道连接，所述冷存储区用于存储第一冷却媒介，所述热存储区内的第一冷却媒介的温度高于所述冷存储区内的第一冷却媒介的温度。

6.根据权利要求5所述的冷却系统，其特征在于，所述回收单元为一个回收容器，所述热存储区与所述冷存储区沿所述回收容器的高度方向设置，所述冷存储区位于所述回收容器的底部。

7.根据权利要求6所述的冷却系统，其特征在于，所述热存储区包括入液口与出液口，所述热存储区的入液口与所述储液容器的出液口连接，所述热存储区的出液口位于所述热存储区远离所述冷存储区的一端；所述热存储区的出液口设有阀门，用于开启或关闭所述热存储区的出液口。

8.根据权利要求5-7任意一项所述的冷却系统，其特征在于，所述回收单元还包括设于所述热存储区与所述冷存储区之间的旁通部件，用于将所述热存储区的第一冷却媒介输送至所述冷存储区。

9.根据权利要求4所述的冷却系统，其特征在于，所述储液容器包括入液口与出液口；所述回收单元包括冷却塔及/或干冷器，所述回收单元与所述储液容器的入液口连接，所述回收单元与所述储液容器的出液口连接，所述回收单元用于对经所述储液容器的出液口流出的第一冷却媒介进行冷却，并将冷却后的第一冷却媒介从所述储液容器的入液口输送至所述储液容器。

10.根据权利要求4所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统还包括设于所述回收单元与所述储液容器之间管道上的泵，用于将所述储液容器内的第一冷却媒介驱动至所述回收单元。

11.一种数据中心，其特征在于，包括权利要求1-10任意一项所述的冷却系统及负载，所述负载容纳于所述换热胶囊中并能够浸入所述第二冷却媒介。

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