一种相变液冷系统及控制方法与流程

    专利2025-07-13  61


    本技术涉及数据中心,特别是涉及相变液冷系统及控制方法。


    背景技术:

    1、近年来,随着人工智能、物联网、加密货币、ar/vr、大模型等计算密集型应用的快速发展,日益增长的计算需求使数据中心逐渐向“高性能、高密度、高能耗”发展;数据中心服务器设备也随之不断向着高集成度化、小型化以及高频化的方向发展。进而服务器芯片最大功耗可至700w,单机柜密度普遍提升至20kw,甚至最高可达到200kw,因此对服务器散热技术带来了更高的要求。

    2、传统的风冷模式利用空气强制对流对服务器进行散热,由于空气热阻大,空气和服务器之间需要较大的温差实现传热,因此需要配套的制冷设备,诸如机房空调,来冷却空气,维持有效的散热温差。当单个机柜功率密度节节攀升,传统风冷模式面对高热密度场景呈现瓶颈,散热效率已经跟不上计算效率。液冷技术的出现,改善了传统的散热形式,并凭借高可靠、低能耗等优势,逐步被应用于数据中心。

    3、而现有液冷技术中,浸没液冷和冷板液冷两种液冷技术都是独立设置的液冷系统,这样的设置无法满足对服务器不同产品实现精准的散热需求,也会造成整个制冷系统成本过高,设备占地面积较大,系统控制复杂等问题。

    4、另外,液冷服务器机柜通常采用平面部署,即服务器机柜和制冷设备在同一层的机房中部署,致使数据中心需要大量的空间来放置液冷服务器机柜。而本专利提到的液冷系统可以采用立体布局方式部署,可以更大程度利用数据中心的立体空间,节省机房占地面积。


    技术实现思路

    1、基于此,有必要针对数据中心部署方式单一、空间利用率低,以及无法同时用一套制冷系统满足不同产品的散热需求、系统压力稳定控制难等问题,提供一种相变液冷系统及控制方法。

    2、一种相变液冷系统,所述相变液冷系统包括:

    3、计算机柜,所述计算机柜的数量至少为两个,所述计算机柜内具有至少两个容纳箱体,所述容纳箱体内具有至少两个单元箱体,所述单元箱体内用于容纳相变冷媒,所述相变冷媒用于浸没位于所述单元箱体内的电子设备,并且吸收电子设备产生的热量,其中,至少部分所述相变冷媒由液态冷媒发生相变成为汽态冷媒;

    4、换热装置,包括容纳腔体,所述容纳腔体内设置有至少2个换热单元,并用于接收汽态冷媒,使得汽态冷媒发生相变冷凝为设定温度的液态冷媒;其中,所述换热单元与室外散热冷源连通;

    5、分配装置,所述换热装置通过所述分配装置同时与至少两个所述计算机柜中的每个所述单元箱体独立连通,所述分配装置用于单独控制每个所述单元箱体中汽态冷媒和液态冷媒的供给和排出。

    6、在其中一个实施例中,所述容纳腔体内包括有串联设置有至少2个换热单元;各换热单元内均设置有换热腔体,且换热腔室内包括有相互独立循环的冷媒通道和换热流体通道。

    7、进一步地,所述容纳腔体内串联设置有第一换热单元、第二换热单元;

    8、所述第一换热单元内的第一换热腔体中包括有相互独立循环的第一冷媒通道和第一换热流体通道;其中,第一冷媒通道的入口与分配装置的出口连通,第一换热流体通道的出入口分别室外散热冷源连通;

    9、所述第二换热单元内的第二换热腔体中包括有相互独立循环的第二冷媒通道和第二换热流体通道;第二冷媒通道的入口与第一冷媒通道的出口连通;第二冷媒通道的出口与分配装置的入口连通;第二换热流体通道的出入口分别室外散热冷源连通。

    10、在其中一个实施例中,所述第一换热流体通道的入口与室外散热冷源之间设置有串联设置的第一阀体和第二阀体;

    11、优选地,所述系统还包括与第二阀体并联设置的第三阀体。

    12、在其中一个实施例中,所述第二换热流体通道的入口与室外散热冷源之间设置第四阀体。

    13、在其中一个实施例中,所述容纳腔体内设置有第三压力测量器件,所述第三压力测量器件,用于采集容纳腔体内的压力信息,并根据所述压力信息控制第一阀体、和/或第二阀体、和/或第三阀体、和/或第四阀体的通断。

    14、在其中一个实施例中,所述换热装置还包括有依次连通的储液单元、第一驱动装置和第一过滤单元;其中,

    15、所述储液单元,包括用于储存液态冷媒的储液腔体,所述储液腔体设置于容纳腔体内,或设置于容纳腔体外并与容纳腔体的出口连通。

    16、在其中一个实施例中,所述储液单元的出口还设置第二过滤单元。

    17、在其中一个实施例中,所述系统还设置有温度测量器件,所述温度测量器件设置于容纳腔体内、或设置于容纳腔体与第一驱动装置之间;

    18、其中,所述温度测量器件采集系统液体温度;并根据所述液体温度控制第四阀体、和/或第一阀体、和/或第二阀体、和/或第三阀体的通断。

    19、在其中一个实施例中,所述换热装置还包括有稳压单元,所述稳压单元的入口端与第一驱动装置的出口连通,出口端与容纳腔体的入口连通。

    20、在其中一个实施例中,所述稳压单元还设置有第三液位测量器件、和/或第二阀门组件。

    21、在其中一个实施例中,所述容纳腔体还设置第二液位测量器件、和/或第一阀门组件。

    22、在其中一个实施例中,所述单元箱体的上部设置有第一压力测量器件,用于采集单元箱体内的压力信息。

    23、一种控制方法,所述方法包括:

    24、获取换热装置与室外散热冷源连通的换热流体循环回路信息、和/或换热装置的容纳腔体内的压力信息、和/或系统液体温度、和/或计算机柜内各单元箱体的压力信息、和/或电子设备的第一发热信息;

    25、根据换热流体循环回路信息、和/或容纳腔体内的压力信息、和/或系统液体温度、和/或各单元箱体的压力信息、和/或电子设备的第一发热信息确定系统所需的换热量;

    26、根据换热量控制换热装置以使分配装置在预设系统压力下向各单元箱体供给液态冷媒和排出气态冷媒。

    27、在其中一个实施例中,所述根据换热量控制换热装置以使分配装置在预设系统压力下向各单元箱体供给液态冷媒和排出气态冷媒包括:

    28、根据系统所需的换热量先控制第一阀体、第四阀体的通断和/或开度;

    29、再根据系统所需的换热量再控制第二阀体、第三阀体实现系统微调,以使分配装置在预设系统压力下向各单元箱体供给液态冷媒和排出气态冷媒。

    30、在其中一个实施例中,所述再根据系统所需的换热量再控制第二阀体、第三阀体实现系统微调,以使分配装置在预设系统压力下向各单元箱体供给液态冷媒和排出气态冷媒包括:

    31、根据所需的换热量、容纳腔体内的压力信息计算出系统功率信息,判断所述系统功率是否为第一阈值;

    32、如是,则根据第一设定值控制第二阀体的通断和开度,以使分配装置在预设系统压力下向各单元箱体供给液态冷媒和排出气态冷媒;

    33、如否,则根据第二设定值控制第三阀体的通断和开度,以使分配装置在预设系统压力下向各单元箱体供给液态冷媒和排出气态冷媒。

    34、在其中一个实施例中,在所述根据换热量控制换热装置以使分配装置在预设系统压力下向各单元箱体供给液态冷媒和排出气态冷媒之后,所述方法还包括:

    35、判断换热装置的容纳腔体内的压力信息是否大于第一预设值,如是,则开启抽气阀和第二驱动装置;如否,则执行下一步;

    36、判断换热装置的容纳腔体内的压力信息是否小于第二预设值,如是,则开启第一阀门组件;如否,则保持当前状态。

    37、上述相变液冷系统及控制方法,所述系统中换热装置可沿着第一方向(即高度方向)分别设置至少两个处于不同高度的计算机柜;并统一接收并冷却各计算机柜所产生的汽态冷媒;进而第一方面通过将换热装置与计算机柜部署在不同高度上,可实现计算机柜的隔离,提高系统的冷却效率和冷却效果;另一方面所述换热装置中通过配套多级换热单元,并根据各计算机柜的部署位置、各单元箱体的实时所需冷媒量、系统实时所需的换热量多级配合、协同精准控制立体部署的多个计算机柜,确保系统的运行压力稳定、各单元箱体内液态冷媒运行温度适宜。


    技术特征:

    1.一种相变液冷系统,其特征在于,所述相变液冷系统包括:

    2.根据权利要求1所述的相变液冷系统,其特征在于,所述容纳腔体内包括有串联设置有至少2个换热单元;各换热单元内均设置有换热腔体,且换热腔室内包括有相互独立循环的冷媒通道和换热流体通道。

    3.根据权利要求2所述的相变液冷系统,其特征在于,所述容纳腔体内串联设置有第一换热单元和第二换热单元;

    4.根据权利要求3所述的相变液冷系统,其特征在于,所述第一换热流体通道的入口与室外散热冷源之间设置有串联设置的第一阀体和第二阀体;

    5.根据权利要求1所述的相变液冷系统,其特征在于,所述第二换热流体通道的入口与室外散热冷源之间设置有第四阀体。

    6.根据权利要求1所述的相变液冷系统,其特征在于,所述容纳腔体内设置有第三压力测量器件,所述第三压力测量器件,用于采集容纳腔体内的压力信息,并根据所述压力信息控制第一阀体、和/或第二阀体、和/或第三阀体、和/或第四阀体的通断和/或开度。

    7.根据权利要求1所述的相变液冷系统,其特征在于,所述换热装置还包括有依次连通的储液单元、第一驱动装置和第一过滤单元;其中,

    8.根据权利要求7所述的相变液冷系统,其特征在于,所述储液单元的出口还设置第二过滤单元。

    9.根据权利要求1所述的相变液冷系统,其特征在于,所述系统还设置有温度测量器件,所述温度测量器件设置于容纳腔体内、或设置于容纳腔体与第一驱动装置之间;

    10.根据权利要求7所述的相变液冷系统,其特征在于,所述换热装置还包括有稳压单元,所述稳压单元的入口端通过第一管路与所述容纳腔体连通,出口端通过第二管路与所述容纳腔体连通;

    11.根据权利要求10所述的相变液冷系统,其特征在于,所述稳压单元还设置有第三液位测量器件、和/或第二阀门组件。

    12.根据权利要求1-11任一所述的相变液冷系统,其特征在于,所述容纳腔体还设置第二液位测量器件、和/或第一阀门组件。

    13.根据权利要求1-11任一所述的相变液冷系统,其特征在于,所述单元箱体的上部设置有第一压力测量器件,用于采集单元箱体内的压力信息。

    14.一种控制方法,其特征在于,所述方法包括:

    15.根据权利要求14所述的控制方法,其特征在于,所述根据换热量控制换热装置以使分配装置在预设系统压力下向各单元箱体供给液态冷媒和排出气态冷媒包括:

    16.根据权利要求15所述的控制方法,其特征在于,所述再根据系统所需的换热量再控制第二阀体、第三阀体实现系统微调,以使分配装置在预设系统压力下向各单元箱体供给液态冷媒和排出气态冷媒包括:

    17.根据权利要求14-16任一所述的控制方法,其特征在于,在所述根据换热量控制换热装置以使分配装置在预设系统压力下向各单元箱体供给液态冷媒和排出气态冷媒之后,所述方法还包括:


    技术总结
    本申请涉及一种相变液冷系统及控制方法,系统包括至少两个计算机柜,各计算机柜内具有至少两个容纳箱体,所述容纳箱体内具有至少两个单元箱体,所述单元箱体内用于容纳相变冷媒和电子设备;换热装置,包括容纳腔体,所述容纳腔体内设置有至少2个换热单元,并用于接收汽态冷媒,使得汽态冷媒发生相变冷凝为设定温度的液态冷媒;其中,所述换热单元与室外散热冷源连通;以及用于控制供给和排出的分配装置。本发明通过配套多级换热单元,并根据各计算机柜的部署位置、各单元箱体的实时所需冷媒量、系统实时所需的换热量多级配合、协同精准控制立体部署的多个计算机柜,确保系统的运行压力稳定、各单元箱体内液态冷媒运行温度适宜。

    技术研发人员:张鹏,何继盛,常乾坤,彭晶楠,顾文峰,刘佳伟,任万鹏,刘浩鹏
    受保护的技术使用者:曙光数据基础设施创新技术(北京)股份有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/4/29
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