CN220674233U - 数据中心用液冷系统 - Google Patents
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Abstract
本发明创造实施例提供了一种数据中心用液冷系统，涉及数据中心技术领域。其中，液冷系统包括：室外冷凝器、室内蒸发器、压力传感器、变频器和流体输配单元；所述室外冷凝器和所述室内蒸发器通过管路连接形成回路；所述压力传感器、所述变频器和所述流体输配单元设置在所述室外冷凝器的出口管路上。本发明结构简单紧凑、传热性能好、可靠性高，并且内外机部署不受高差、距离限制。
Description
技术领域
本发明创造涉及数据中心技术领域，特别涉及一种数据中心用液冷系统。
背景技术
大规模数据中心通常采用液冷技术满足服务器散热需求。目前，成本相对低廉且运行可靠的液冷数据中心，多采用冷板液冷系统。冷板液冷系统主要由冷却塔、CDU(Coolant Distribution Unit，冷液分配装置)和液冷机柜构成。
在上述的冷板液冷系统中，一次侧冷却水及二次侧液冷冷却液输送依赖于循环水泵。并且，常规方案设置两级换热系统，即服务器热量通过冷板传输给液冷冷却液，液冷冷却液再经过CDU的换热单元(或称作热交换单元)与冷却水进行热交换，冷却水的热量通过冷却塔散至室外，换热过程较为复杂。
实用新型内容
为了解决现有技术存在的换热过程较为复杂的技术问题，本发明创造实施例提供了一种数据中心用液冷系统，所述技术方案如下：
本申请提供了一种数据中心用液冷系统，包括：室外冷凝器、室内蒸发器、压力传感器、变频器和流体输配单元；
所述室外冷凝器和所述室内蒸发器通过管路连接形成回路；
所述压力传感器、所述变频器和所述流体输配单元设置在所述室外冷凝器的出口管路上。
进一步地，所述流体输配单元包括储液罐和液泵。
进一步地，所述室外冷凝器的出口管路上设置有温度传感器.
进一步地，所述室外冷凝器的入口管路上设置有压力传感器和温度传感器。
进一步地，所述室内蒸发器的入口管路上设置有电子膨胀阀，所述室内蒸发器的出口管路上设置有温度传感器。
进一步地，所述室内蒸发器包括蒸发式液冷冷板，所述蒸发式液冷冷板贴附在所述数据中心内的服务器的发热元件上。
进一步地，所述发热元件与所述蒸发式液冷冷板之间设置有导热涂层。
本申请产生的技术效果包括：一方面，本申请采用动力热管技术，结构简单紧凑、传热性能好、可靠性高。主要利用动力热管技术完成制冷剂循环，可以克服室外冷凝器与室内蒸发器的高差限制、增加制冷剂的输送距离。这样，内外机部署不受高差、距离限制。并且，相较于常规的两级换热系统，本申请减少了一级换热，进一步提高数据中心冷却系统的能源利用率。另一方面，本申请通过冷凝器出口管路上设置的压力传感器测得室外冷凝器的当前出口压力，并根据该压力数据控制冷凝器的出口压力，即供液压力。这样，可以控制供液压力维持在设定工况，保证管道内制冷剂的顺利流动，有利于服务器机房内的热量向自然冷源散热，提高自然冷源的利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明创造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发明创造的一些实施例，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是本申请实施例提供的一种数据中心用液冷系统的结构示意图；
图2是本申请实施例提供的一种冷凝器的结构示意图；
图3是本申请实施例提供的一种动力热管系统压焓图。
具体实施方式
为使本发明创造的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明创造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接。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。
本发明创造实施例提供了一种数据中心用液冷系统，可参见图1，包括：室外冷凝器、室内蒸发器、压力传感器、变频器和流体输配单元；所述室外冷凝器和所述室内蒸发器通过管路连接形成回路；所述压力传感器、所述变频器和所述流体输配单元设置在所述室外冷凝器的出口管路上。
图1中，实线所示线路可以是制冷剂供水管路；虚线所示线路可以是制冷剂回水管路；双点划线可以是信号传导用电路。
在实施中，可以通过冷凝器出口压力传感器控制冷凝器出口压力。具体的，通过压力传感器实时测量冷凝器出口管路的当前出口压力；根据所述当前出口压力与所述预设工况进行对比。若当前出口压力不足，则可以利用变频器调高所述冷凝器的供液压力；若当前出口压力过高，则可以利用变频器调低所述冷凝器的供液压力。
其中，调整供液压力的方式可以包括调整冷凝器的冷凝风扇转速、调整冷凝器的冷凝风扇的运行个数、调节冷凝器出口管路的供液流量等，本申请对此不作限制。
在实施中，冷凝器可以是风冷冷凝器，例如干冷器，也可以是蒸发冷凝器，例如冷却塔。本申请冷凝器出口管路上设置有流体输配单元，可为制冷剂循环提供动力。循环原理为：制冷剂液体利用流体输配单元提供的输送动力，依次流经冷凝器出口管路、蒸发器入口管路等液体管路，通过室内蒸发器吸收机房内服务器的发热元件所散发的热量，变为制冷剂气体，制冷剂气体经蒸发器出口管路、冷凝器入口管路上升进入室外冷凝器，制冷剂气体被室外自然冷源(空气或水等)冷却变为液体。之后再经液体管流回室内蒸发，形成一个冷却循环。
值得一提的是，本申请中的各管路可以通过法兰连接，也可以采用其他连接件和连接方式，本申请对此不作限制。
在一个实施例中，可参见图2，冷凝器可以包括冷凝风扇、换热盘管和冷媒管。
在实施中，冷凝风扇用于为室外空气提供动力，使得室外空气流经室外冷凝器，带走换热盘管中制冷剂放出的热量。
其中，换热盘管的进水端和出水端分别通过冷媒管与其他管路连接。
在一个实施例中，流体输配单元具体可以包括储液罐和液泵。
在实施中，设置储液罐可用于防止液泵的气蚀以及补给制冷剂供应量。具体而言，蒸发器的蒸发负荷增大时，需要增加制冷剂供应量，由储液器的存液补给；蒸发器的蒸发负荷变小时，需要降低制冷剂供应量，多余的制冷剂可储存在储液罐里。
设置液泵可为制冷剂循环提供动力，利用动力热管技术取代传统水泵输送制冷剂，可使液冷系统全年PUE(Power Usage Effectiveness，电源使用效率)从1.13(空调因子0.08，电力因子0.05)降低至1.095(空调因子0.045，电力因子0.05)。
在一个实施例中，由于液冷系统出水温度较高，液冷系统在各种场景下全年CLF(Cooling Load Factor，制冷负载系数)通常可降低50％以上。
在一个实施例中，流体输配单元采用氟泵代替传统水泵，由于冷媒采用相变制冷，由于冷媒汽化潜热较大，因而所需冷媒流量远远小于单相换热，从而使泵送能耗为传统水系统的约1/8。
在一个实施例中，室外冷凝器的出口管路上也可以设置有温度传感器。
在实施中，可以通过温度传感器测量室外冷凝器的出口管路中的制冷剂温度，通过该温度数据控制氟泵变频，进而调整制冷剂供液量，提高换热效率。
在另一个实施例中，室外冷凝器的入口管路上还设置有压力传感器和温度传感器。
在实施中，还可以通过压力传感器和温度传感器测量室外冷凝器的入口管路中的制冷剂压力和温度。这样，便于计算制冷剂供回液压差及温度差。进而，便于实时计算液冷系统的制冷需求，基于制冷需求调节系统内各部件的工作状态，从而达到更优的能效比。
在一个实施例中，室内蒸发器的入口管路上可以设置有电子膨胀阀，室内蒸发器的出口管路上可以设置有温度传感器。
在实施中，可以通过温度传感器测量室内蒸发器的出口管路中制冷剂的温度，并基于该温度数据调节电子膨胀阀的打开程度，进而达到调节供液量的目的，保证服务器充分散热。例如，若室内蒸发器的出口管路中制冷剂的温度相较于预设工况的温度过高，在一定程度说明制冷剂供液不足，则可以加大电子膨胀阀的打开程度，提高供液量；若室内蒸发器的出口管路中制冷剂的温度相较于预设工况的温度过低，在一定程度说明制冷剂供液过量，则可以减小电子膨胀阀的打开程度，降低供液量。
值得一提的是，制冷剂可以采用R134a(即1,1,1,2-四氟乙烷，化学式：C2H2F4)环保冷媒，也可以采用其他冷媒，本申请对此不作限制。
在一个实施例中，所述室内蒸发器包括蒸发式液冷冷板，所述蒸发式液冷冷板贴附在所述数据中心内的服务器的发热元件上。
在实施中，蒸发式液冷冷板贴附在所述数据中心内的服务器的发热元件能加速换热，提高制冷效率。采用蒸发式液冷板显著提高了单芯片功耗解热上限，单相冷却液技术条件下，单芯片解热能力趋近上限(700～900W)，蒸发冷却式冷板可大大提高单芯片解热能力，助力芯片散热技术迭代。
在一个实施例中，所述发热元件与所述蒸发式液冷冷板之间设置有导热涂层。
在实施中，发热元件可以是服务器的CPU(central processing unit，中央处理器)芯片或GPU(graphics processing unit，图形处理器)芯片。导热涂层可以采用金属基材料，例如金属基石墨烯复合涂层，也可以采用非金属基材料，例如非金属基硅脂、有机树脂。导热涂层的喷涂方法可以是冷喷涂、超音速等离子喷涂和热喷涂等，本申请对此不作限制。
在一个实施例中，液冷系统还可包括流量分配单元，流量分配单元可包括分液单元、软管、快速接头和冷媒管；冷媒管与室外冷凝器连接，软管通过快速接头与室内蒸发器的蒸发式液冷冷板连接。服务器冷板的进水端和出水端分别通过快速接头与软管连接。快速接头可以保证服务器具备在线插拔维护性能。
在实施中，分液单元可以是集分水器(manifold)，用于连接各路液冷冷板的进出水管路。软管的连接方法可以采用椎管扣压式或卡箍式，也可以采用其他连接方法，本申请对此不作限制。
图3是本申请实施例提供的一种动力热管系统压焓图。其中，纵坐标lg P取压力的对数值，横坐标H为焓值。本申请中，制冷剂主要依靠液泵的驱动力循环流动，液泵提升了蒸发器的压力，使得冷凝温度会低于蒸发温度。冷凝温度的升高，更有利于回路热管向自然冷源散热，从而提高回路热管自然冷源的利用率。
在一个实施例中，所述室内蒸发器的出口管路及入口管路上还可以设置有其他阀门，例如膨胀阀、截止阀、电磁阀等，本申请对此不作限制。
液冷系统可以包含多组蒸发器，以对不同服务器的散热。各组蒸发器的出口管路汇入冷凝器入口管路，冷凝器出口管路分为多个支路，分别与各蒸发器入口管路连接。蒸发器的入口管路和出口管路可通过阀门独立开闭和调节。这样，能够对系统的制冷范围或制冷量进行独立控制。例如，某服务器下架不再使用时，可通过关闭蒸发器的入口管路和出口管路上的阀门，控制液冷系统不再对该服务器供冷。
上述实施例产生的技术效果包括：一方面，本申请采用动力热管技术，结构简单紧凑、传热性能好、可靠性高。利用动力热管技术完成制冷剂循环，可以克服室外冷凝器与室内蒸发器的高差限制、增加制冷剂的输送距离。这样，内外机部署不受高差、距离限制。并且，相较于常规的两级换热系统，本申请减少了一级换热，进一步提高数据中心冷却系统的能源利用率。另一方面，本申请通过冷凝器出口管路上设置的压力传感器测得室外冷凝器的当前出口压力，并根据该压力数据控制冷凝器的出口压力，即供液压力。这样，可以控制供液压力维持在设定工况，保证管道内制冷剂的顺利流动，有利于服务器机房内的热量向自然冷源散热，提高自然冷源的利用率。
基于同样的发明构思，本申请还提供了一种液冷系统控制方法，应用于上述任意一实施方式所述的液冷系统；所述方法包括：
利用压力传感器检测所述室外冷凝器的当前出口压力；
根据所述当前出口压力与所述预设工况进行对比，获得第一压力对比结果；
根据所述第一压力对比结果确定是否利用变频器对所述冷凝器的供液压力进行调节。
在一个实施例中，所述方法还包括：
利用温度传感器检测所述室外冷凝器的当前出口温度；
将所述当前出口温度与所述预设工况进行对比，获得第一温度对比结果；
根据所述第一温度对比结果确定是否调节所述流体输配单元的功率。
在一个实施例中，所述方法还包括：
利用温度传感器检测所述室内蒸发器的当前入口温度；
将所述当前入口温度与所述预设工况进行对比，获得第二温度对比结果；
根据所述第二对比结果确定是否通过电子膨胀阀调节对所述室内蒸发器的供液量。
在一个实施例中，所述预设工况包括预设温度和预设压力。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种数据中心用液冷系统，其特征在于，包括：室外冷凝器、室内蒸发器、压力传感器、变频器和流体输配单元；
所述室外冷凝器和所述室内蒸发器通过管路连接形成回路；
所述压力传感器、所述变频器和所述流体输配单元设置在所述室外冷凝器的出口管路上。
2.如权利要求1所述的液冷系统，其特征在于，所述流体输配单元包括储液罐和液泵。
3.如权利要求1所述的液冷系统，其特征在于，所述室外冷凝器的出口管路上设置有温度传感器。
4.如权利要求3所述的液冷系统，其特征在于，所述室外冷凝器的入口管路上设置有压力传感器和温度传感器。
5.如权利要求1所述的液冷系统，其特征在于，所述室内蒸发器的入口管路上设置有电子膨胀阀，所述室内蒸发器的出口管路上设置有温度传感器。
6.如权利要求1所述的液冷系统，其特征在于，所述室内蒸发器包括蒸发式液冷冷板，所述蒸发式液冷冷板贴附在所述数据中心内的服务器的发热元件上。
7.如权利要求6所述的液冷系统，其特征在于，所述发热元件与所述蒸发式液冷冷板之间设置有导热涂层。
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