CN220493426U - 柜式浸没冷却系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种柜式浸没冷却系统，包括立式机柜、设置于立式机柜内的至少两个液冷机柜TANK单元和二次侧换热单元CDU、设置于室外的一次侧冷源散热单元；各液冷机柜TANK单元呈上下层布置，发热元件浸没在液冷机柜TANK单元内的冷却液中；二次侧换热单元CDU包括换热器，液冷机柜TANK单元与二次侧换热单元CDU管道连接并通过换热器进行热交换，形成二次侧换热循环；一次侧冷源散热单元与二次侧换热单元CDU之间管道连接并通过换热器进行热交换，形成一次侧换热循环；通过将液冷机柜TANK单元呈上下层布置，有效节约设备的占地面积，一个二次侧换热单元CDU对应多个液冷机柜TANK单元，易更换维护，通过设置二次侧换热单元CDU、一次侧冷源散热单元，使得高效散热。

Description

柜式浸没冷却系统

技术领域

本实用新型涉及数据中心制冷领域，尤其涉及一种柜式浸没冷却系统。

背景技术

数据中心面临能耗高和散热冷却难两大问题。目前发展的散热冷却技术主要有风冷和液冷两大类。电子元器件设备发热量明显上升，现有风冷散热能效比差，整体PUE偏高。

液冷散热可采用冷板式液冷技术，冷板式液冷技术包括间接式液冷技术，其通过冷却液进入冷板带走CPU或GPU的热量，整体PUE控制在1.1-1.2之间，不能百分百散热，还要配相应的风冷空调；且漏液点较多，整体安全可靠性需验证。

液冷散热可采用浸没式液冷技术，目前现有的浸没式液冷系统多采用卧式结构，传统的卧式浸没式液冷系统为液冷机柜TANK单元加二次侧换热单元CDU的形式，这种形式的浸没式液冷系统具有以下缺点：液冷机柜TANK单元占地空间较大；故障率大，一旦发生故障导致难以进行散热工作，且维护难度大，需要配专门的运维车。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供一种柜式浸没冷却系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种柜式浸没冷却系统，包括：立式机柜、设置于所述立式机柜内的至少两个液冷机柜TANK单元和二次侧换热单元CDU、设置于室外的一次侧冷源散热单元；

各所述液冷机柜TANK单元呈上下层布置于所述立式机柜上，发热元件浸没在所述液冷机柜TANK单元内的冷却液中；

所述二次侧换热单元CDU包括换热器，所述液冷机柜TANK单元与所述二次侧换热单元CDU管道连接并通过换热器进行热交换，形成二次侧换热循环；

所述一次侧冷源散热单元与所述二次侧换热单元CDU之间管道连接并通过换热器进行热交换，形成一次侧换热循环。

进一步地，优选所述一次侧冷源散热单元包括冷却装置、一次侧供液管道、水泵柜和一次侧回液管道，所述冷却装置、所述一次侧供液管道、所述水泵柜、所述换热器、所述一次侧回液管道和所述冷却装置依次连通形成一次侧换热循环。

进一步地，优选所述水泵柜内设有连接在所述一次侧供液管道上的一次侧循环水泵、一次侧压力传感器、一次侧温度传感器、一次侧流量传感器、一次侧温湿度传感器和用于配电的一次侧配电件。

进一步地，优选所述冷却装置为干冷器或冷却塔。

进一步地，优选所述二次侧换热单元CDU包括二次侧出液管道、二次侧回液管道和二次侧循环泵，所述液冷机柜TANK单元、所述二次侧出液管道、所述二次侧循环泵、所述换热器和所述二次侧回液管道依次连通形成二次侧换热循环。

进一步地，优选所述二次侧出液管道上连接有二次侧出液温度传感器、二次侧出液压力变送器、自吸灌、二次侧出液压力表、排空阀；所述二次侧回液管道上连接有二次侧回液压力表、二次侧回液过滤器、二次侧回液流量计、二次侧回液温度传感器和二次侧回液压力传感器。

进一步地，优选所述二次侧换热单元CDU内还设置有系统控制机构和配电机构。

进一步地，优选所述系统控制机构内具有监控模块，所述系统控制机构分别电连接所述二次侧换热单元CDU、所述液冷机柜TANK单元和一次侧冷源散热单元，以监控所述二次侧换热单元CDU、所述液冷机柜TANK单元和一次侧冷源散热单元运行状态。

进一步地，优选所述换热器为冗余设置，所述换热器的换热功率满足所述柜式浸没冷却系统内发热元件最大发热量。

进一步地，优选所述二次侧换热单元CDU为插框式结构，所述液冷机柜TANK单元为抽屉式结构，所述二次侧换热单元CDU设置于所述液冷机柜TANK单元下方。

实施本实用新型具有以下有益效果：本实用新型通过将至少两个液冷机柜TANK单元呈上下层布置于立式机柜中，集中式布置，有效节约设备的占地面积，布置灵活，好扩容；故障半径小，一个二次侧换热单元CDU对应至少两个液冷机柜TANK单元，易更换维护；通过采用液冷技术，提高了单机柜的算力和功率，在有限的机柜空间内，可以解决更高的算力需求和冷却需求，通过二次侧换热单元CDU、一次侧冷源散热单元进行换热，液冷系统没有接触热阻，可以完全带走发热元件百分百的热量，高效解决发热元件的散热问题；可降低PUE值到1.1以下。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型一些实施例中的柜式浸没冷却系统的控制流程图；

图2是本实用新型一些实施例中的立式结构的立体结构示意图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。以下描述中，需要理解的是，“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“纵”、“横”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“头”、“尾”等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、以特定的方位构造和操作，仅是为了便于描述本技术方案，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本实用新型的限制。

还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解，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。当一个元件被称为在另一元件“上”或“下”时，该元件能够“直接地”或“间接地”位于另一元件之上，或者也可能存在一个或更多个居间元件。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅是为了便于描述本技术方案，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”、“第三”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。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实用新型中的具体含义。

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本实用新型实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本实用新型。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本实用新型的描述。

图1至图2示出了本实用新型一些实施例中的一种柜式浸没冷却系统，包括：立式机柜10、设置于立式机柜10内的至少两个液冷机柜TANK单元20和二次侧换热单元CDU30、设置于室外的一次侧冷源散热单元40，也就是说立式机柜10设置于室内，一次侧冷源散热单元40设置于室外。在本实用新型中的立式机柜10底部可设置转向轮，方便移动。

其中，各液冷机柜TANK单元20呈上下层布置于立式机柜10上，发热元件浸没在液冷机柜TANK单元20内的冷却液中；二次侧换热单元CDU30包括换热器31，液冷机柜TANK单元20与二次侧换热单元CDU30管道连接并通过换热器31进行热交换，形成二次侧换热循环；一次侧冷源散热单元40与二次侧换热单元CDU30之间管道连接并通过换热器31进行热交换，形成一次侧换热循环；可以理解的，每个液冷机柜TANK单元20的高温液体经过出液管道流至二次侧换热单元CDU30，在换热器31处与一次侧冷源散热单元40流出的低温液体进行换热，换热后的低温液体经液冷机柜TANK单元20的回液管道回到液冷机柜TANK单元20，形成二次侧换热循环，而另一边，换热后的高温液体经过一次侧冷源散热单元40的回液管道回到一次侧冷源散热单元40，形成一次侧换热循环；循环往复，直至将发热元件的热量带走，达到降温冷却效果。

液冷机柜TANK单元20为放置发热元件(如服务器)和冷却液的容器，为发热元件提供浸没液冷环境，解决发热元件大量集中、高功率密度场景下的散热问题。在本实用新型中液冷机柜TANK单元20为抽屉式结构，其可包括具有容置空间的TANK主体和上盖，多个液冷机柜TANK单元20呈上下层均匀布置于立式机柜10上，每个液冷机柜TANK单元20可进行抽拉，拉出立式机柜10后(不脱离立式机柜10)，打开上盖进行内部发热元件的更换和维护。二次侧换热单元CDU30为插框式结构，二次侧换热单元CDU30设置于液冷机柜TANK单元20下方。

本实用新型采用液冷方式解决传统风冷空调系统，单机立式机柜10布置密度高，使得减少机房占地面积方式即可实现需求目的，同时采用液冷方案解决风冷系统能耗高的问题。

本实用新型通过将至少两个液冷机柜TANK单元20呈上下层布置于立式机柜10中，集中式布置，有效节约设备的占地面积，布置灵活，好扩容；故障半径小，一个二次侧换热单元CDU30对应至少两个液冷机柜TANK单元20，易更换维护；通过采用液冷技术，提高了单机柜的算力和功率，在有限的机柜空间内，可以解决更高的算力需求和冷却需求，通过二次侧换热单元CDU30、一次侧冷源散热单元40进行换热，液冷系统没有接触热阻，可以完全带走发热元件百分百的热量，高效解决发热元件的散热问题；可降低PUE值到1.1以下。

在一具体实施例中，一次侧冷源散热单元40包括冷却装置41、一次侧供液管道42、水泵柜和一次侧回液管道43，冷却装置41、一次侧供液管道42、水泵柜、换热器31、一次侧回液管道43和冷却装置41依次连通形成一次侧换热循环；冷却装置41为提供冷量的装置，具体其可为干冷器或冷却塔；水泵柜用于提供动力使得低温液体从冷却装置41流出，并驱动其沿一次侧换热循环路径进行循环；一次侧供液管道42为由冷却装置41到换热器31之间的管道，冷却装置41流出的低温液体，经一次侧供液管道42、水泵柜流至换热器31，在换热器31处与液冷机柜TANK单元20流出的高温液体进行换热，一次侧回液管道43为由换热器31回到冷却装置41的管道，高温液体由一次侧回液管道43回到冷却装置41，冷却装置41对高温液体进行冷却制冷。一次侧冷源散热单元可采用常规的散热系统或散热单元。

在一具体实施例中，冷却装置41为干冷器，采用的干冷器规格如下：1)干冷器风机支持变频调速。3)干冷器主要部件故障、异常能发出报警信号。4)干冷器标配RS485通讯接口。5)运行噪音：≤68dbA。

如图1所示，优选水泵柜内设有连接在一次侧供液管道42上的一次侧循环水泵(未视出)、一次侧压力传感器44、一次侧温度传感器45、一次侧流量传感器(未视出)、一次侧温湿度传感器(未视出)和用于配电的一次侧配电件(未视出)；一次侧配电件用于对一次侧冷源散热单元40的电子元器件进行供电，可采用三相380/220V交流电源引入，并配置相应开关；一次侧循环水泵的设置用于提供循环动力，通过设置一次侧压力传感器、一次侧温度传感器、一次侧流量传感器、一次侧温湿度传感器进而对冷却装置41流出的低温液体压力、温度、流量、温湿度等进行监控，以便监控一次侧冷源散热单元40的运行状态。

在一些具体的实施例中，二次侧换热单元CDU30包括二次侧出液管道32、二次侧回液管道33和二次侧循环泵34，液冷机柜TANK单元20、二次侧出液管道32、二次侧循环泵34、换热器31和二次侧回液管道33依次连通形成二次侧换热循环。二次侧循环泵34用于提供动力使得高温液体从液冷机柜TANK单元20流出，并驱动其沿二次侧换热循环路径进行循环，运行噪音≤50dbA；二次侧出液管道32为由液冷机柜TANK单元20到换热器31之间的管道，液冷机柜TANK单元20流出的高温液体，经二次侧出液管道32、二次侧循环泵34流至换热器31，在换热器31处与一次侧冷源散热单元40流出的低温液体进行换热，二次侧回液管道33为换热器31回到液冷机柜TANK单元20的管道，换热后的低温液体由二次侧回液管道33回到液冷机柜TANK单元20，进而对发热元件进行冷却散热。

在一些优选实施例中，二次侧出液管道32上连接有二次侧出液温度传感器321、二次侧出液压力变送器322、自吸灌323、二次侧出液压力表324、排空阀325，二次侧出液温度传感器321用于监测液冷机柜TANK单元20流出的高温液体的温度，二次侧出液压力变送器322用于监测液冷机柜TANK单元20流出的高温液体的压力，自吸灌323用于对用于监测液冷机柜TANK单元20流出的高温液体进行稳压；二次侧出液压力表324用于监测液冷机柜TANK单元20流出的高温液体过滤后的压力，排空阀325的设置用于排气、泄压。二次侧回液管道33上连接有二次侧回液压力表331、二次侧回液过滤器332、二次侧回液流量计333、二次侧回液温度传感器334和二次侧回液压力传感器335。二次侧回液压力表331用于监测经过换热器31换热后的低温液体的压力，二次侧回液过滤器332用于过滤经过换热器31换热后的低温液体，在二次侧回液过滤器332之后还可设置一个二次侧回液压力表331，该二次侧回液压力表331用于监测经过过滤后的低温液体的压力；二次侧回液流量计333用于监测经过换热器31换热后的低温液体的流量；二次侧回液温度传感器334用于监测经过换热器31换热后的低温液体的温度；二次侧回液压力传感器335用于监测回到液冷机柜TANK单元20的低温液体的压力。

在一具体的实施例中，二次侧换热单元CDU30内还设置有系统控制机构和配电机构。系统控制机构分别电连接二次侧换热单元CDU30、液冷机柜TANK单元20和一次侧冷源散热单元40，以用于控制二次侧换热单元CDU30、液冷机柜TANK单元20和一次侧冷源散热单元40启动、关闭，以及监控其运行状态，以便于进行调整。配电机构用于给二次侧换热单元CDU30的电子元器件进行供电，如支持单路380/220V交流电源输入，并配置系统总输入开关。

在一具体的实施例中，换热器31为冗余设置，以为当一个换热器31发生故障时，另一个换热器31还可正常运行，避免停机维修；换热器31的换热功率满足柜式浸没冷却系统内发热元件最大发热量。

在一具体的实施例中，本实用新型的柜式浸没冷却系统具有以下特点：(1)抗震，经过抗震设计，能抵御相应震级的危害。抗震设防烈度应达到7度以上。(2)避雷，液冷系统室内设备和室外设备都具备防雷避雷措施，防雷与接地符合GB 50057-2010、GB 50343-2012。(3)管道，a)管路材质：所有管路全部采用304不锈钢材料，能抗腐蚀抗结垢。b)液冷机柜TANK单元20、管道下方设置挡液围堰，冷却液体通过专用地漏排至冷却液收集系统。

可以理解的，以上实施例仅表达了本实用新型的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围；因此，凡跟本实用新型权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种柜式浸没冷却系统，其特征在于，包括：立式机柜(10)、设置于所述立式机柜(10)内的至少两个液冷机柜TANK单元(20)和二次侧换热单元CDU(30)、设置于室外的一次侧冷源散热单元(40)；

各所述液冷机柜TANK单元(20)呈上下层布置于所述立式机柜(10)上，发热元件浸没在所述液冷机柜TANK单元(20)内的冷却液中；

所述二次侧换热单元CDU(30)包括换热器(31)，所述液冷机柜TANK单元(20)与所述二次侧换热单元CDU(30)管道连接并通过换热器(31)进行热交换，形成二次侧换热循环；

所述一次侧冷源散热单元(40)与所述二次侧换热单元CDU(30)之间管道连接并通过换热器(31)进行热交换，形成一次侧换热循环。

2.根据权利要求1所述的柜式浸没冷却系统，其特征在于，所述一次侧冷源散热单元(40)包括冷却装置(41)、一次侧供液管道(42)、水泵柜和一次侧回液管道(43)，所述冷却装置(41)、所述一次侧供液管道(42)、所述水泵柜、所述换热器(31)、所述一次侧回液管道(43)和所述冷却装置(41)依次连通形成一次侧换热循环。

3.根据权利要求2所述的柜式浸没冷却系统，其特征在于，所述水泵柜内设有连接在所述一次侧供液管道(42)上的一次侧循环水泵、一次侧压力传感器(44)、一次侧温度传感器(45)、一次侧流量传感器、一次侧温湿度传感器和用于配电的一次侧配电件。

4.根据权利要求2所述的柜式浸没冷却系统，其特征在于，所述冷却装置(41)为干冷器或冷却塔。

5.根据权利要求1所述的柜式浸没冷却系统，其特征在于，所述二次侧换热单元CDU(30)包括二次侧出液管道(32)、二次侧回液管道(33)和二次侧循环泵(34)，所述液冷机柜TANK单元(20)、所述二次侧出液管道(32)、所述二次侧循环泵(34)、所述换热器(31)和所述二次侧回液管道(33)依次连通形成二次侧换热循环。

6.根据权利要求5所述的柜式浸没冷却系统，其特征在于，所述二次侧出液管道(32)上连接有二次侧出液温度传感器(321)、二次侧出液压力变送器(322)、自吸灌(323)、二次侧出液压力表(324)、排空阀(325)；所述二次侧回液管道(33)上连接有二次侧回液压力表(331)、二次侧回液过滤器(332)、二次侧回液流量计(333)、二次侧回液温度传感器(334)和二次侧回液压力传感器(335)。

7.根据权利要求1所述的柜式浸没冷却系统，其特征在于，所述二次侧换热单元CDU(30)内还设置有系统控制机构和配电机构。

8.根据权利要求7所述的柜式浸没冷却系统，其特征在于，所述系统控制机构内具有监控模块，所述系统控制机构分别电连接所述二次侧换热单元CDU(30)、所述液冷机柜TANK单元(20)和一次侧冷源散热单元(40)，以监控所述二次侧换热单元CDU(30)、所述液冷机柜TANK单元(20)和一次侧冷源散热单元(40)运行状态。

9.根据权利要求1所述的柜式浸没冷却系统，其特征在于，所述换热器(31)为冗余设置，所述换热器(31)的换热功率满足所述柜式浸没冷却系统内发热元件最大发热量。

10.根据权利要求1所述的柜式浸没冷却系统，其特征在于，所述二次侧换热单元CDU(30)为插框式结构，所述液冷机柜TANK单元(20)为抽屉式结构，所述二次侧换热单元CDU(30)设置于所述液冷机柜TANK单元(20)下方。