CN218336875U - 液冷换热系统及数据中心 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种液冷换热系统及数据中心，所述液冷换热系统至少包括冷却柜、换热器组件和液冷散热设备；所述换热器组件具有内流道和外流道，所述内流道与所述冷却柜串联以构成内循环回路，所述外流道的进液口通过进液管路与所述液冷散热设备的出液口连通，所述外流道的回液口通过回液管路与所述液冷散热设备的进液口连通，其中，所述内流道的出液口处设置有温度传感器；所述第一进液分管路和所述第二进液分管路并联后串联在所述进液管路上；所述第一进液分管路上串联有第一单向阀和第一外循环泵，所述第二进液分管路上串联有第二单向阀和第二外循环泵。本申请可以根据制冷需求调节制冷效果，保证换热系统正常运行。

Description

液冷换热系统及数据中心

技术领域

本申请涉及数据中心设备领域，特别涉及一种液冷换热系统及数据中心。

背景技术

现有的数据中心采用的是循环风冷的方式，通过制冷机组送入的冷空气，对服务器等设备进行冷却。随着行业发展，功率密度的提升，循环风冷方式的冷却能力也正接近极限，不能满足大功率密度机房布置的冷却需求。

当然，也有采用液冷散热系统对服务器设备进行散热，例如附图1所示，其采用单一的进水管路和出水管路与冷却塔和换热器构成外循环回路，外循环回路通过换热器对冷却柜内的液体换热，从而实现对冷却柜的循环制冷。

但是，上述的液冷方式，并无法根据冷却柜内的实际制冷需求进行调节制冷效果，并且外循环上的泵体持续运行，极易造成泵体过热损耗，减少泵体的使用寿命，影响系统正常运行。

发明内容

本申请的目的在于提供一种液冷换热系统及数据中心，可以根据制冷需求调节制冷效果，保证换热系统正常运行。

为实现上述目的，本申请一方面提供一种液冷换热系统，至少包括冷却柜、换热器组件和液冷散热设备；所述换热器组件具有内流道和外流道，所述内流道与所述冷却柜串联以构成内循环回路，所述外流道的进液口通过进液管路与所述液冷散热设备的出液口连通，所述外流道的回液口通过回液管路与所述液冷散热设备的进液口连通，其中，所述内流道的出液口处设置有温度传感器；所述进液管路上串联有第一进液分管路和第二进液分管路，并且所述第一进液分管路和所述第二进液分管路并联设置；所述第一进液分管路上串联有第一单向阀和第一外循环泵，所述第二进液分管路上串联有第二单向阀和第二外循环泵。

为实现上述目的，本申请另一方面还提供一种数据中心，包括上述的液冷换热系统，其中所述冷却柜内安装有若干服务器设备。

由此可见，本申请提供的技术方案，将外流道的进液口通过进液管路与液冷散热设备的出液口连通，外流道的回液口通过回液管路与液冷散热设备的进液口连通，进液管路上串联有相互并联的第一进液分管路和第二进液分管路，并且第一进液分管路上串联有第一单向阀和第一外循环泵，第二进液分管路上串联有第二单向阀和第二外循环泵。如此，第一进液分管路和第二进液分管路中任意一个可以作为备用管路使用，从而当任意一个进液分管路出现故障时，可以以另外一个进液分管路进行使用，进而保证液冷换热系统的正常运行。并且第一进液分管路和第二进液分管路及其上的外循环泵可以轮流启动使用，从而避免单一泵体运行时间过长，导致的泵体受热严重损伤使用寿命的问题。

同时，在内流道的出液口处设置有温度传感器，可以根据温度传感器的检测温度，控制调节第一外循环泵和第二外循环泵的启用情况和各自的流量，以满足散热需求，即可以根据制冷需求调节制冷效果，保证换热系统正常运行。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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附图。

图1是现有的液冷换热系统的结构示意图；

图2是本申请提供的一种实施方式中液冷换热系统的结构示意图；

图3是本申请提供的另一种实施方式中液冷换热系统的结构示意图；

图4是本申请提供的又一种实施方式中液冷换热系统的结构示意图；

图5是本申请提供的再一种实施方式中液冷换热系统的结构示意图；

图中：1、冷却柜；2、换热器组件；21、换热器本体；22、内循环泵；3、液冷散热设备；4、进液管路；41、第一进液分管路；411、第一单向阀；412、第一外循环泵；42、第二进液分管路；421、第二单向阀；422、第二外循环泵；43、第一备用管路；5、回液管路；51、第一回液分管路；511、第一截止阀；52、第二回液分管路；521、第二截止阀；53、流量计；54、第二备用管路；6、温度传感器；7、定压补水装置；8、第三截止阀。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。本申请使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”、“第一端”、“第二端”、“一端”、“另一端”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“滑动连接”、“固定”、“套接”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

请参见图1所示，现有的用于对服务器设备进行散热的液冷散热系统，其通过采用单一的进水管路和出水管路在冷却塔和换热器之间构成外循环回路，外循环回路通过换热器对冷却柜内的液体循环换热，从而实现对冷却柜的循环制冷。但是，现有的液冷方式，并无法根据冷却柜内的实际制冷需求进行调节制冷效果，无法满足实时变动的冷却柜的散热需求。并且外循环上的泵体长时间持续运行，由于运行时间过长极易造成泵体过热损耗，减少泵体的使用寿命，影响系统正常运行。

基于上述的问题，因此急需一种液冷换热系统及数据中心，可以根据制冷需求调节制冷效果，保证换热系统正常运行。

下面将结合附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，本申请所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

在一种可实现的实施方式中，请参见图2所示，一种液冷换热系统，至少可以包括冷却柜1、换热器组件2和液冷散热设备3。其中，冷却柜1内填充有冷却液，通过冷却液对冷却柜1内的设备进行液冷散热。换热器组件2具有内流道和外流道，内流道与外流道之间不相互连通，但是外流道内的液体可以对内流道内的冷却液进行换热。内流道与冷却柜1串联以构成内循环回路，冷却柜1内的冷却液可以在内循环回路中循环流动。外流道的进液口通过进液管路4与液冷散热设备3的出液口连通，外流道的回液口通过回液管路5与液冷散热设备3的进液口连通，其中，内流道的出液口处设置有温度传感器6，通过温度传感器6检测内流道的出液口温度，从而利用PI D算法通过计算内流道出液口温度与期望值的偏差，计算出进液管路4的进液流量，从而进行实时调节。

进液管路4上串联有第一进液分管路41和第二进液分管路42，并且第一进液分管路41和第二进液分管路42并联设置，换而言之，第一进液分管路41和第二进液分管路42相互并联后串联在进液管路4上。如此，进液管路4可以从液冷散热设备3的出口处分流两路，然后在外流道的进液口处合流，第一进液分管路41和第二进液分管路42中任意一个可以作为备用管路使用，从而当任意一个进液分管路出现故障时，可以以另外一个进液分管路进行使用，进而保证整个液冷换热系统的正常运行。

第一进液分管路41上串联有第一单向阀411和第一外循环泵412，第二进液分管路42上串联有第二单向阀421和第二外循环泵422。这样，每个进液分管路上设置有单向阀和外循环泵422可以独立使用，并且可以避免液体回流。如此，第一进液分管路41和第二进液分管路42及其上的外循环泵可以轮流启动使用，从而避免单一泵体运行时间过长，导致的受热严重损伤使用寿命的问题。

在实际应用中，本申请的液冷换热系统可以具备两种使用模式，工作人员通过预先设置预设流量值和流量闭环PID控制系统中的温度期望值，通过温度传感器6与温度期望值之间的差值，计算实际所需的流量。

当实际所需的流量小于预设流量值时，采用模式一，当实际所需的流量大于或等于预设流量值时，采用模式二。

当处于模式一时，第一进液分管路41及其上的第一外循环泵412，与第二进液分管路42及其上的第二外循环泵422轮流启动使用，并根据实际所需的流量和预设流量值的差值，调节第一外循环泵412或第二外循环泵422的流量(例如可以通过调节第一外循环泵412或第二外循环泵422的转速，从而调节流量)，进行微调。

当处于模式二时，第一进液分管路41及其上的第一外循环泵412，与第二进液分管路42及其上的第二外循环泵422同时启动使用，并根据实际所需的流量和预设流量值的差值，调节第一外循环泵412和第二外循环泵422的流量。

如此，可以根据实际的散热需求，选择对应的模式，并调节泵体的流量，以满足散热需求，即可以根据制冷需求调节制冷效果，保证换热系统正常运行。

需要指出的是，本申请采用的PID算法通过计算实际监测温度与期望值温度的差值，从而计算泵体的调节流量的方式，可以参考现有的流量闭环PID控制系统，本申请在此不再赘述。

根据上述记载可知，第一进液分管路41和第二进液分管路42并联后串联在进液管路4上，这就使得进液管路4分为上半段和下半段，为了避免进液分管路4的下半段影响整个液冷换热正产运行。进一步的，请参见图3所示，第一进液分管路41和第二进液分管路42的出水端与外流道的进液口还连接有第一备用管路43。换而言之，第一备用管路43与进液管路4的下半段并联，从而可以作为备用管路使用。

在一种可实现的实施方式中，回液管路5上串联有第一回液分管路51和第二回液分管路52，并且第一回液分管路51和第二回液分管路52并联设置。换而言之，第一回液分管路51和第二回液分管路52并联后串联在回液管路5上。并且，第一回液分管路51上串联有第一截止阀511，第二回液分管路52上串联有第二截止阀521。如此，通过控制第一截止阀511和第二截止阀521的通断，从而控制对应的回液分管路的通断，使得第一回液分管路51和第二回液分管路52可以选择使用，相互作为备用管路，从而避免任一回液分管路故障，可以相互替代使用。并且当第一进液分管路41和第二进液分管路42同时使用时，第一回液分管路51和第二回液分管路52也可以同时启用，起到分流作用，避免任一回路故障，导致系统停机。

进一步的，第一回液分管路51和第二回液分管路52上分别串联有流量计53，可以实时监测整个外循环回路上的液体流量，判断整个外循环回路是否正常运行。

与设置第一备用管路43的目的相同，请参见图4所示，第一回液分管路51和第二回液分管路52的进水端与外流道的出液口还连接有第二备用管路54。换而言之，第二备用管路54与回液管路5的下半段并联，从而作为备用管路使用。

需要指出的是，上述的第一备用管路53、第二备用管路54、进液管路4的下半段和回液管路5的下半段的两端可以设置有开关阀(图中未示出)，从而控制对应的管路是否使用，进而当对应管路需要维修时，关闭对应开关阀即可，便于维修。

在一种可实现的实施方式中，请再次参见图4所示，每个冷却柜1分别通过内循环回路与两个换热器组件2的内流道串联。对应的，两个换热器组件2的外流道的进液口分别与进液管路4和第一备用管路43连通，两个换热器组件2的外流道的出液口分别与回液管路5和第二备用管路54连通。也就是说，采用两个换热器组件2同时对同一个冷却柜1进行液冷换热，冷却柜1与两个换热器组件2的内流道之间形成两个内循环回路，从而相比于一个换热器组件2与冷却柜1之间形成的一个内循环回路，可以提高对冷却柜1内的冷却液散热效率。

在实际使用中，两个换热器组件2可以设置在冷却柜1的两端，如此可以使得冷却柜1内的换热循环更加均匀。

其中，换热器组件2可以包括换热器本体21和内循环泵22。内循环泵22串联在换热器本体21的内流道上。在实际应用中，换热器本体21可以采用板式换热器，内循环泵22可以连接在板式换热器的内流道的进液口或者出液口处。

进一步的，请参见图5所示，液冷换热系统还可以包括定压补水装置7。定压补水装置7的补液口与第一进液分管路41和第二进液分管路42连通，通过定压补水装置7对第一进液分管路41和第二进液分管路42内的循环液体进行补水和稳压，可以有效补充循环液体在循环过程中的损耗部分。

其中，液冷散热设备3可以具体有若干个，若干液冷散热设备3的出液口分别与进液管路4连通，若干液冷散热设备3的进液口与回液管路5连通，并且每个液冷散热设备3的进液口处分别设置有第三截止阀8。如此，可以由多个液冷散热设备3同时对外循环回路中的循环液体进行换热，或者，根据实际的散热需求(例如可以根据外部温度或季节)，控制第三截止阀8的通断，选择一个或多个液冷散热设备3参与对外循环回路(即外流道与进液管路4和回液管路5相互并联形成的循环回路)中的循环液体散热。

在实际使用中，液冷散热设备3可以采用闭式冷却塔和风冷散热器等，利用自然冷源对外循环回路中循环液体进行散热，从而节省电量，降低整个数据中心的PUE值。

基于相同的发明构思，本申请还提供了一种数据中心，包括上述的液冷换热系统，其中冷却柜1内安装有若干服务器设备，用于对服务器设备进行液冷散热。

需要指出的是，本申请将液冷换热系统应用于数据中心中，用于对服务器设备进行液冷散热，但并不仅限于此。本申请所定义的液冷换热系统可以参照上述内容，在此不再赘述。

由此可见，本申请提供的技术方案，使得外流道的进液口通过进液管路与液冷散热设备的出液口连通，外流道的回液口通过回液管路与液冷散热设备的进液口连通，进液管路上串联有相互并联的第一进液分管路和第二进液分管路，并且第一进液分管路上串联有第一单向阀和第一外循环泵，第二进液分管路上串联有第二单向阀和第二外循环泵。如此，第一进液分管路和第二进液分管路中任意一个可以作为备用管路使用，从而当任意一个进液分管路出现故障时，可以以另外一个进液分管路进行使用，进而保证液冷换热系统的正常运行。并且第一进液分管路和第二进液分管路及其上的外循环泵可以轮流启动使用，从而避免单一泵体运行时间过长，导致的受热严重损伤使用寿命的问题。

同时，在内流道的出液口处设置有温度传感器，可以根据温度传感器的检测温度，控制调节第一外循环泵和第二外循环泵的启用情况和各自的流量，以满足散热需求，即可以根据制冷需求调节制冷效果，保证换热系统正常运行。

进一步的，可以通过设置多个换热器组件同时对一个液冷柜进行内循环换热，和采用多个液冷散热设备选择性对外循环回路中的液体进行换热，从而提高液冷柜的换热效果，满足散热需求。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种液冷换热系统，其特征在于，至少包括冷却柜(1)、换热器组件(2)和液冷散热设备(3)；

所述换热器组件(2)具有内流道和外流道，所述内流道与所述冷却柜(1)串联以构成内循环回路，所述外流道的进液口通过进液管路(4)与所述液冷散热设备(3)的出液口连通，所述外流道的回液口通过回液管路(5)与所述液冷散热设备(3)的进液口连通，其中，所述内流道的出液口处设置有温度传感器(6)；

所述进液管路(4)上串联有第一进液分管路(41)和第二进液分管路(42)，并且所述第一进液分管路(41)和所述第二进液分管路(42)并联设置；

所述第一进液分管路(41)上串联有第一单向阀(411)和第一外循环泵(412)，所述第二进液分管路(42)上串联有第二单向阀(421)和第二外循环泵(422)。

2.根据权利要求1所述液冷换热系统，其特征在于，所述第一进液分管路(41)和所述第二进液分管路(42)的出水端与所述外流道的进液口还连接有第一备用管路(43)。

3.根据权利要求2所述液冷换热系统，其特征在于，所述回液管路(5)上串联有第一回液分管路(51)和第二回液分管路(52)，并且所述第一回液分管路(51)和所述第二回液分管路(52)并联设置；

所述第一回液分管路(51)上串联有第一截止阀(511)，所述第二回液分管路(52)上串联有第二截止阀(521)。

4.根据权利要求3所述液冷换热系统，其特征在于，所述第一回液分管路(51)和所述第二回液分管路(52)上分别串联有流量计(53)。

5.根据权利要求3所述液冷换热系统，其特征在于，所述第一回液分管路(51)和所述第二回液分管路(52)的进水端与所述外流道的出液口还连接有第二备用管路(54)。

6.根据权利要求5所述液冷换热系统，其特征在于，每个所述冷却柜(1)分别通过所述内循环回路与两个所述换热器组件(2)的内流道串联；

两个所述换热器组件(2)的外流道的进液口分别与所述进液管路(4)和所述第一备用管路(43)连通，两个所述换热器组件(2)的外流道的出液口分别与所述回液管路(5)和所述第二备用管路(54)连通。

7.根据权利要求6所述液冷换热系统，其特征在于，所述换热器组件(2)包括换热器本体(21)和内循环泵(22)；

所述内循环泵(22)串联在所述换热器本体(21)的内流道上。

8.根据权利要求7所述液冷换热系统，其特征在于，所述液冷换热系统还包括定压补水装置(7)；

所述定压补水装置(7)的补液口与所述第一进液分管路(41)和所述第二进液分管路(42)连通。

9.根据权利要求8所述液冷换热系统，其特征在于，所述液冷散热设备(3)具体有若干个，若干所述液冷散热设备(3)的出液口分别与所述进液管路(4)连通，若干所述液冷散热设备(3)的进液口与所述回液管路(5)连通；

每个所述液冷散热设备(3)的进液口处分别设置有第三截止阀(8)。

10.一种数据中心，其特征在于，包括权利要求1至9任意一项所述的液冷换热系统，其中所述冷却柜(1)内安装有若干服务器设备。

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