CN218352965U - 液冷换热系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种液冷换热系统至少包括换热装置、外循环回路、内循环回路、电控调节阀、泵体、第一温度传感器、第二温度传感器和控制器；换热装置具有外通道和内通道；内循环回路至少包括内进液管路、内回液管路和待散热区域，内通道的出液口通过内进液管路与待散热区域的进液口连通，待散热区域的出液口通过内回液管路与内通道的进液口连通；电控调节阀设置在所述外通道的进液口处；泵体串联在所述内进液管路或所述内回液管路上，第一温度传感器设置在待散热区域的出液口处，第二温度传感器设置在内通道的出液口处。本申请可以合理调节用于对待散热区域内设备换热的冷却液温度，保证待散热区域内设备的正常运行。

Description

液冷换热系统

技术领域

本申请涉及设备液冷领域，特别涉及一种液冷换热系统。

背景技术

目前，数据中心的主要制冷方式分为风冷和液冷两大类，随着能耗要求的提高，传统的风冷方式由于采用空气来冷却，其存在高能耗、低性能的问题，难以满足数据中心日益增长的算力要求。

液冷方式虽然可以实现高密度、低噪音、低传热温差、全年自然冷却的效果，但是现有的液冷方式无法实现对数据机房服务器温度进行合理调节控制，从而满足液冷服务器的散热要求。

发明内容

本申请的目的在于提供一种液冷换热系统，合理调节用于对待散热区域内设备换热的冷却液温度，保证待散热区域内设备的正常运行。

为实现上述目的，本申请一方面提供一种液冷换热系统，至少包括换热装置、外循环回路、内循环回路、电控调节阀、泵体、第一温度传感器、第二温度传感器和控制器；所述换热装置具有外通道和内通道，所述外通道串联在所述外循环回路上，所述内通道串联在所述内循环回路上，以使得所述外循环回路中液体与所述内循环回路中的液体在所述换热装置内换热；所述内循环回路至少包括内进液管路、内回液管路和待散热区域，所述内通道的出液口通过所述内进液管路与所述待散热区域的进液口连通，所述待散热区域的出液口通过所述内回液管路与所述内通道的进液口连通；所述电控调节阀设置在所述外通道的进液口处，以控制所述外通道内的液体流量；所述泵体串联在所述内进液管路或所述内回液管路上，所述第一温度传感器设置在所述待散热区域的出液口处，所述第二温度传感器设置在所述内通道的出液口处；所述控制器分别与所述电控调节阀、泵体、第一温度传感器、第二温度传感器电性连接。

为实现上述目的，本申请另一方面还提供一种液冷换热系统控制方法，所述液冷换热系统至少包括换热装置、外循环回路、内循环回路、电控调节阀、泵体、第一温度传感器和第二温度传感器；所述换热装置具有外通道和内通道，所述外通道串联在所述外循环回路上，所述内通道串联在所述内循环回路上；所述内循环回路至少包括内进液管路、内回液管路和待散热区域，所述内通道的出液口通过所述内进液管路与所述待散热区域的进液口连通，所述待散热区域的出液口通过所述内回液管路与所述内通道的进液口连通；所述电控调节阀设置在所述外通道的进液口处，所述泵体串联在所述内进液管路或所述内回液管路上，所述第一温度传感器设置在所述待散热区域的出液口处，所述第二温度传感器设置在所述内通道的出液口处；所述方法包括：

接收所述第一温度传感器采集的第一检测温度；

将所述第一检测温度与第一预设温度通过PID算法计算出第一制冷需求量，并基于所述第一制冷需求量调节所述泵体的流量；

接收所述第二温度传感器采集的第二检测温度；

将所述第二检测温度与第二预设温度通过PID算法计算出第二制冷需求量，并基于所述第二制冷需求量调节所述电控调节阀的流量。

由此可见，本申请提供的技术方案，可以采用外循环回路通过换热装置对内循环回路进行换热，从而可以对内循环回路中的待散热区域进行持续制冷散热。同时在待散热区域的出液口安装有第一温度传感器，内通道的出液口处设置在第二温度传感器，通过第一温度传感器检测得到的温度调节泵体的流量，从而可以根据待散热区域内的实际散热需求量，对待散热区域进行对应的散热制冷。并且根据第二温度传感器检测得到的温度调节电控调节阀流量的大小，从而可以根据内循环回路的换热需求，对应调节外循环回路的制冷供应，即可以实现合理调节用于对待散热区域内设备换热的冷却液温度，保证待散热区域内设备的正常运行。

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2是图1的A部放大图；

图3是本申请提供的一种实施方式中液冷换热系统的外循环回路的结构示意图；

图4是本申请提供的一种实施方式中液冷换热系统的内循环回路的结构示意图；

图5是本申请提供的一种实施方式中液冷换热系统的控制方法的步骤图；

图中：1、换热装置；11、外通道；12、内通道；2、外循环回路；21、外进液管路；22、外回液管路；23、散热装置；24、自动排气阀；3、内循环回路；31、内进液管路；32、内回液管路；33、待散热区域；34、充放液接口；341、充放液截止阀；342、快接接口；35、过滤器；36、电导率仪；37、球阀；38、压力传感器；4、电控调节阀；5、泵体；6、第一温度传感器；7、第二温度传感器；8、流量计；9、开关阀。

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。

目前，数据中心的主要制冷方式分为风冷和液冷两大类，随着能耗要求的提高，传统的风冷方式由于采用空气来冷却，其存在高能耗、低性能的问题，难以满足数据中心日益增长的算力要求。

液冷方式虽然可以实现高密度、低噪音、低传热温差、全年自然冷却的效果，但是现有的液冷方式无法实现对数据机房服务器温度进行合理调节控制，从而无法满足液冷服务器的散热要求。以及无法实现对于送入液冷服务器容器的冷却液进行降温和过滤处理，满足液冷服务器散热的要求，保证服务器可以长时间正常运行。

因此急需一种液冷换热系统及其控制方法，合理调节用于对待散热区域内设备换热的冷却液温度，保证待散热区域内设备的正常运行。

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1至图4所示，在一种液冷换热系统，至少可以包括换热装置1、外循环回路2、内循环回路3、电控调节阀4、泵体5、第一温度传感器6、第二温度传感器7和控制器。换热装置1具有外通道11和内通道12，外通道11串联在外循环回路2上，内通道12串联在内循环回路3上，从而可以使得外循环回路2中液体与内循环回路3中的液体在换热装置1内换热，并且外通道11内的液体和内通道12内的液体不相互交融，不影响内循环回路2的冷却液质量，同时外循环回路2和内循环回路3内可以采用不同的冷却液，从而可以降低使用成本。

内循环回路3至少可以包括内进液管路31、内回液管路32和待散热区域33，内通道12的出液口通过内进液管路31与待散热区域33的进液口连通，待散热区域33的出液口可以通过内回液管路32与内通道12的进液口连通，如此，可以构成一个循环回路，内循环回路3内的液体在待散热区域33内吸热升温，然后流入至换热装置1的内通道内进行换热降温。

为了可以合理调节用于对待散热区域33内设备换热的冷却液温度，保证待散热区域33内设备的正常运行。电控调节阀4可以设置在外通道11的进液口处，从而可以控制外通道11内的液体流量。泵体5串联在内进液管路31或内回液管路32上，第一温度传感器6设置在待散热区域33的出液口处，第二温度传感器7设置在内通道12的出液口处。控制器(未示出)分别与电控调节阀4、泵体5、第一温度传感器6、第二温度传感器7电性连接，控制器用于接收第一温度传感器6和第二温度传感器7，并控制电控调节阀4和泵体5的启停和通过的流量。如此，在实际使用时，控制器可以通过接收第一温度传感器6检测得到的温度，来调节泵体5的流量，从而可以根据待散热区域33内的实际散热需求量，对待散热区域33进行对应的散热制冷，例如，当第一温度传感器6检测到的温度高于预设温度时，说明现有的冷却液运行情况无法满足待散热区域33内的制冷需求，这也就需要根据第一温度传感器6检测到的温度与预设温度的差值，转化为泵体5流量的大小，从而控制泵体5加速内循环回路3内的流速，以满足待散热区域33需求。

同时，控制器根据第二温度传感器7检测得到的温度，调节电控调节阀4流量的大小，从而可以根据内循环回路3的换热需求，对应调节外循环回路2的制冷供应，即可以实现合理调节用于对待散热区域内设备换热的冷却液温度，保证待散热区域内设备的正常运行。

在实际应用中，上述的液冷换热系统可以应用于数据中心或者办公场所中服务器设备的冷却使用，当然也可以用于对于其他需要散热的设备使用。其中，待散热区域33可以是放置有服务器的服务器容器。换热装置1可以采用板式换热器，当然也可以采用其他换热器，对此并不作具体限定。控制器可以采用单片机等可编程设备，通过运行PID控制算法，计算检测温度和预设温度(期望温度)的差值，控制对应执行部件电控调节阀4和泵体5的流量。具体的，可以通过调节电控调节阀4的阀口开闭大小，用于调节流量。可以通过调节泵体5的转速来调节泵体5的流量。

需要指出的是，上述的电控调节阀4、泵体5、第一温度传感器6和第二温度传感器7的具体结构可以参照现有技术，在此不再赘述。

在一种可实现的实施方式中，如图3所示，外循环回路2至少可以包括外进液管路21、外回液管路22和散热装置23。外通道11的进液口通过外进液管路21与散热装置23的出液口连通。外通道11的出液口通过外回液管路22与散热装置23的进液口连通。

在实际应用中，散热装置23可以采用冷却塔或其他制冷设备，其可以自带有循环泵用于驱动外循环液体循环流动。外循环回路2内的液体经过外通道11内与内通道12内的液体换热升温，升温后的液体流动至散热装置23处再进行降温处理，再流回至外通道11处，依次循环。

进一步的，由于内循环回路3内的冷却液在长期运行后，会出现挥发等情形导致冷却液缺少的问题，为了便于补充冷却液，内进液管路31和/或内回液管路32上设置有第一支路，第一支路上连接有充放液接口34，从而通过充放液接口34对内循环回路3内的冷却液进行补充。

具体的，充放液接口34可以包括充放液截止阀341和快接接口342，充放液截止阀341一端与第一支路连通，充放液截止阀341的另一端与快接接口342连通。如此，当需要补液时，可将外部补液设备接口连接在快接接口342上，然后打开充放液截止阀341进行补液。待补充完成后，先关闭充放液截止阀341，然后将外部补液设备接口从快接接口342上取下。

在实际应用中，充放液截止阀341的两端可以是内丝接口，充放液截止阀341的一端与第一支路的接口连接，另一端与快接接口342螺纹连接。

在一种可实现的实施方式中，液冷换热系统还可以包括过滤器35。过滤器35串联在内进液管路31，以对内进液管路31内进入待散热区域33内的液体过滤，保证内循环回路3中的冷却液清洁程度。

外循环回路2和内循环回路3上分别串联有流量计8，用于检测外循环回路2和内循环回路3内的流量，判断实际流量和预设流量是否一致，从而判断整个回路是否正常运行。

进一步的，液冷换热系统还包括电导率仪36，电导率仪36串联在内进液管路31，并且电导率仪36位于过滤器35和待散热区域33的进液口之间，以测量内进液管路31内进入待散热区域33内的液体的电导率，当测量的电导率值高于预设值时，会触发报警，由操作人员处理，以保证待散热区域33内服务器的正常运行。

外循环回路2上串联有自动排气阀24，自动排气阀24用于将外循环回路2的管道内气体排出。

进一步的，外循环回路2和内循环回路3上分别串联有若干开关阀9，若干开关阀9沿管路依次间隔设置，从而在后续维修中无需将全部液体放出后进行维修，只需关闭对应维修点两端的开关阀9即可，维修更加便捷。

内进液管路31和/或内回液管路32上设置有第二支路，第二支路通过球阀37连接有压力传感器38，其中球阀37为常开，当压力传感器38需要维护时，可以关闭对应的球阀37，从而方便维修。

基于相同的发明构思，请参见图5所示，本申请还提供了一种液冷换热系统控制方法，液冷换热系统至少包括换热装置1、外循环回路2、内循环回路3、电控调节阀4、泵体5、第一温度传感器6和第二温度传感器7；换热装置1具有外通道11和内通道12，外通道11串联在外循环回路2上，内通道12串联在内循环回路3上；内循环回路3至少包括内进液管路31、内回液管路32和待散热区域33，内通道12的出液口通过内进液管路31与待散热区域33的进液口连通，待散热区域33的出液口通过内回液管路32与内通道12的进液口连通；电控调节阀4设置在外通道11的进液口处，泵体5串联在内进液管路31或内回液管路32上，第一温度传感器6设置在待散热区域33的出液口处，第二温度传感器7设置在内通道12的出液口处；方法包括：

S01：接收第一温度传感器6采集的第一检测温度。

S02：将第一检测温度与第一预设温度通过PID算法计算出第一制冷需求量，并基于第一制冷需求量调节泵体5的流量。

控制器实时接收第一温度传感器6检测待散热区域33的出液口处的温度，待散热区域33的出液口处的温度可以表征内循环回路3中的冷却液对于待散热区域33内设备的散热情况。

当控制器判断第一温度传感器6与系统中第一预设温度存在差值时，可以通过PID算法，计算泵体5的转速调节量，调节泵体5的转速，从而调节泵体5的流量。

S03：接收第二温度传感器7采集的第二检测温度。

S04：将第二检测温度与第二预设温度通过PID算法计算出第二制冷需求量，并基于第二制冷需求量调节电控调节阀4的流量。

同时，控制器还是接收第二温度传感器7检测内通道12的出液口处的温度，内通道12的出液口处的温度可以表征外循环回路2中的冷却液对于内循环回路3中冷却液换热情况。

当控制器判断第二温度传感器7与系统中第二预设温度存在差值时，可以通过PID算法，计算电控调节阀4的开口调节量，调节电控调节阀4的开口，从而电控调节阀4的流量。如此，可以通过温度监控，同时对外循环回路2和内循环回路3流量进行调节，合理调节用于对待散热区域内设备换热的冷却液温度和外循环回路2对内循环回路3的换热温度，保证待散热区域内设备的正常运行。

由此可见，本申请提供的技术方案，可以采用外循环回路通过换热装置对内循环回路进行换热，从而可以对内循环回路中的待散热区域进行持续制冷散热。同时在待散热区域的出液口安装有第一温度传感器，内通道的出液口处设置在第二温度传感器，通过第一温度传感器检测得到的温度调节泵体的流量，从而可以根据待散热区域内的实际散热需求量，对待散热区域进行对应的散热制冷。并且根据第二温度传感器检测得到的温度调节电控调节阀流量的大小，从而可以根据内循环回路的换热需求，对应调节外循环回路的制冷供应，即可以实现合理调节用于对待散热区域内设备换热的冷却液温度，保证待散热区域内设备的正常运行。

进一步的，内进液管路和/或内回液管路上设置有第一支路，第一支路上连接有充放液接口，从而可以在冷却液缺少的时候，便于补充冷却液。

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 (9)

1.一种液冷换热系统，其特征在于，至少包括换热装置(1)、外循环回路(2)、内循环回路(3)、电控调节阀(4)、泵体(5)、第一温度传感器(6)、第二温度传感器(7)和控制器；

所述换热装置(1)具有外通道(11)和内通道(12)，所述外通道(11)串联在所述外循环回路(2)上，所述内通道(12)串联在所述内循环回路(3)上；

所述内循环回路(3)至少包括内进液管路(31)、内回液管路(32)和待散热区域(33)，所述内通道(12)的出液口通过所述内进液管路(31)与所述待散热区域(33)的进液口连通，所述待散热区域(33)的出液口通过所述内回液管路(32)与所述内通道(12)的进液口连通；

所述电控调节阀(4)设置在所述外通道(11)的进液口处，以控制所述外通道(11)内的液体流量；

所述泵体(5)串联在所述内进液管路(31)或所述内回液管路(32)上，所述第一温度传感器(6)设置在所述待散热区域(33)的出液口处，所述第二温度传感器(7)设置在所述内通道(12)的出液口处；

所述控制器分别与所述电控调节阀(4)、泵体(5)、第一温度传感器(6)、第二温度传感器(7)电性连接。

2.根据权利要求1所述的液冷换热系统，其特征在于，所述外循环回路(2)至少包括外进液管路(21)、外回液管路(22)和散热装置(23)；

所述外通道(11)的进液口通过所述外进液管路(21)与所述散热装置(23)的出液口连通；

所述外通道(11)的出液口通过所述外回液管路(22)与所述散热装置(23)的进液口连通。

3.根据权利要求2所述的液冷换热系统，其特征在于，所述内进液管路(31)和/或所述内回液管路(32)上设置有第一支路，所述第一支路上连接有充放液接口(34)；

所述充放液接口(34)包括充放液截止阀(341)和快接接口(342)，所述充放液截止阀(341)一端与所述第一支路连通，所述充放液截止阀(341)的另一端与所述快接接口(342)连通。

4.根据权利要求3所述的液冷换热系统，其特征在于，所述液冷换热系统还包括过滤器(35)；

所述过滤器(35)串联在所述内进液管路(31)，以对所述内进液管路(31)内进入所述待散热区域(33)内的液体过滤。

5.根据权利要求4所述的液冷换热系统，其特征在于，所述外循环回路(2)和所述内循环回路(3)上分别串联有流量计(8)。

6.根据权利要求5所述的液冷换热系统，其特征在于，所述液冷换热系统还包括电导率仪(36)；

所述电导率仪(36)串联在所述内进液管路(31)，并且所述电导率仪(36)位于所述过滤器(35)和所述待散热区域(33)的进液口之间，以测量所述内进液管路(31)内进入所述待散热区域(33)内的液体的电导率。

7.根据权利要求6所述的液冷换热系统，其特征在于，所述外循环回路(2)上串联有自动排气阀(24)，所述自动排气阀(24)用于将所述外循环回路(2)的管道内气体排出。

8.根据权利要求7所述的液冷换热系统，其特征在于，所述外循环回路(2)和所述内循环回路(3)上分别串联有若干开关阀(9)；

若干所述开关阀(9)沿对应管路依次间隔设置。

9.根据权利要求8所述的液冷换热系统，其特征在于，所述内进液管路(31)和/或所述内回液管路(32)上设置有第二支路，所述第二支路通过球阀(37)连接有压力传感器(38)。

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