一种行级空调与浸没射流式液冷柜耦合的数据机房分级冷却系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及数据中心制冷系统的冷却散热领域，具体涉及一种行级空调与浸没射流式液冷柜耦合的数据机房分级冷却系统及方法，由冷却水系统、冷冻水系统、相变储能罐、行级空调、浸没射流冷却装置和服务器六部分组成。冷却水系统包括冷却塔和冷却水泵，冷冻水系统包括冷水机组、冷冻水泵、分集水器、三通阀、循环泵和板式换热器。冷却塔通过管道与冷水机组相连，冷水机组通过管道与行级空调相连，靠所提供的冷水来供冷。浸没射流冷却装置包括液冷柜、储液罐、分集水器、液泵和射流器，浸没射流冷却可以消除服务器总负荷的95％，同时利用风冷方式将机房剩余热量对流散出。采用不同的冷却方式对热量进行分级处理，实现了数据中心冷量的高效分配和利用。分配和利用。分配和利用。

【技术实现步骤摘要】
一种行级空调与浸没射流式液冷柜耦合的数据机房分级冷却系统及方法


[0001]本专利技术涉及数据中心制冷系统的冷却散热领域，具体涉及一种行级空调与浸没射流式液冷柜耦合的数据机房分级冷却系统及方法。

技术介绍

[0002]随着信息化快速发展，我国数据中心发展迅猛，导致其能源消耗不断提升。传统的数据中心大多采用粗放式制冷，即无视数据中心内部存在着不同发热量和热流密度的元件，仅按照发热最严重、发热量最大的元件进行配冷，使得数据中心常年处在过冷状态，导致数据中心能耗浪费严重，能源利用率低。由此可见，若想改变传统粗放式制冷方式为定制化制冷方式，关键在于需要根据数据中心的热场特征，针对不同的高低热流密度元件制定相对应的散热通道。因此，可以采用机柜级空调与其他空调技术相结合的方式，几种不同的冷却方式共同作用对热量进行分级处理。服务器热量是高级别的，通过液冷与服务器热源进行换热，将大部分热量带走；空间热量是低级别的，可以通过风冷的形式散发到机房外部。使用分级冷却可以有效降低机房中温度、高效处理局部热点，同时节约能耗。
[0003]已有部分专利对数据中心冷却散热方式进行耦合。专利CN111947262A提出了一种液冷、风冷散热结合的智能服务器机柜及其控制方法，通过在机柜内部设置风冷通道及液冷管路，将液冷和风冷结合对服务器进行散热，并且液冷管和风冷均设有单独的通道，使液冷和风冷均效能最大化，提高散热效率，降低能耗。但该系统采用的液冷方式是冷板式，可以进一步优化，采用节能效果更加明显的射流式、喷淋式和浸没式液冷系统。专利CN111947262A提出了一种基于液冷与蒸发冷却技术相结合的数据中心用空调系统，空调系统在对数据中心散热源数据处理芯片浸没于液冷剂中进行源头冷却散热的同时，又经过间接蒸发冷却制冷空调模块进行数据中心内部空气环境进行等湿冷却处理。但该系统通过两个独立的蒸发冷却系统进行降温处理，可以采用分级冷却的方法，两个蒸发冷却系统联合降温，在降低冷却难度的同时可以进一步提升制冷效率。此外，蒸发冷却与当地的气象条件密切相关，使用环境苛刻，具有一定局限性。
[0004]本专利技术提供了一种行级空调与浸没射流式液冷柜耦合的数据机房分级冷却系统及方法，即对数据中心高热流密度高发热元件采用高效、精准的浸没射流式液冷方式散热，同时利用风冷方式将机房剩余热量对流散出，减少了数据中心空调系统的能耗，以此来实现数据中心冷量的高效分配和利用。由于高发热量元件的热量已经通过液冷通道排除，风冷系统的热负荷大幅度降低，可以采用高温冷水机组，进水温度18℃即可。液冷可以消除服务器总负荷的95％，并且浸没式冷却中氟化液进口温度为30℃，可以通过与从行级空调流出的冷冻水换热而达到要求。此外，射流冷却中氟化液的冷量由相变储能罐提供，相变材料在冷量富足时储存能量，当服务器表面温度过高时，相变材料与氟化液换热，通过射流器高速喷射到对应服务器表面，相变储能罐的使用可以减少电能和其他能源的消耗，降低了经济成本。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是：为了解决
技术介绍
中存在的缺陷，现提供一种行级空调与浸没射流式液冷柜耦合的数据机房分级冷却系统及方法。
[0006]本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种行级空调与浸没射流式液冷柜耦合的数据机房分级冷却系统，由冷却水系统、冷冻水系统、相变储能罐、行级空调、浸没射流冷却装置和服务器六部分组成；
[0008]所述冷却水系统包括冷却塔和冷却水泵；所述冷冻水系统包括冷水机组、冷冻水泵、第一分水器、第一集水器、三通分流阀、三通合流阀、第一循环泵、第二循环泵、第三循环泵、第一板式换热器、第二板式换热器和第三板式换热器；
[0009]所述冷却塔通过管道和冷却水泵连接，所述冷却水泵通过管道和冷水机组第一进口连接，所述冷水机组第一出口通过管道和冷却塔连接；
[0010]所述冷水机组第二出口通过管道和冷冻水泵连接；所述三通分流阀和三通合流阀设置在冷冻水泵与第一分水器之间的管道上；所述三通分流阀进口通过管道和冷冻水泵连接，所述三通分流阀第一出口通过管道和相变储能罐第一进口连接，所述三通分流阀第二出口通过管道和三通合流阀第一进口连接，所述三通合流阀第二进口通过管道和相变储能罐第一出口连接，所述三通合流阀出口通过管道和第一分水器进口连接；
[0011]所述第一分水器第一出口通过管道和第一循环泵连接，所述第一循环泵通过管道和第一行级空调连接，所述第一行级空调通过管道和第一板式换热的冷端进口连接，所述第一板式换热器的冷端出口通过管道和第一集水器第一进口连接；所述第一分水器第二出口通过管道和第二循环泵连接，所述第二循环泵通过管道和第二行级空调连接，所述第二行级空调通过管道和第二板式换热的冷端进口连接，所述第二板式换热器的冷端出口通过管道和第一集水器第二进口连接；所述第一分水器第三出口通过管道和第三循环泵连接，所述第三循环泵通过管道和第三行级空调连接，所述第三行级空调通过管道和第三板式换热的冷端进口连接，所述第三板式换热器的冷端出口通过管道和第一集水器第三进口连接；所述第一集水器出口通过管道和冷水机组第二进口连接；
[0012]所述浸没射流冷却装置包括第一液冷柜、第二液冷柜、第三液冷柜、储液罐、第二分水器、第三分水器、第二集水器、第一液泵、第二液泵、第三液泵、第四液泵和射流器；所述液冷柜侧壁上设有进液口和出液口，所述进液口和出液口位于液冷柜外壁同侧，出液口的位置高于进液口的位置；所述行级空调布置在机架排列内，与液冷柜并排安装，从进液口(6
‑
1)和出液口(6
‑
2)所朝的方向起依次为：第一行级空调、第一液冷柜、第二行级空调、第二液冷柜、第三行级空调和第三液冷柜；
[0013]所述第一液冷柜出液口通过管道和第一液泵连通，所述第一液泵通过管道和第二集水器第一进口连接；所述第二液冷柜出液口通过管道和第二液泵连通，所述第二液泵通过管道和第二集水器第二进口连接；所述第三液冷柜出液口通过管道和第三液泵连通，所述第三液泵通过管道和第二集水器第三进口连接；所述第二集水器出口通过管道和储液罐连接，所述储液罐通过管道和第二分水器进口连接；所述第二分水器第一出口通过管道和第一板式换热器的热端进口连接，所述第一板式换热器的热端出口通过管道和第一液冷柜进液口连接；所述第二分水器第二出口通过管道和第二板式换热器的热端进口连接，所述第二板式换热器的热端出口通过管道和第二液冷柜进液口连接；所述第二分水器第三出口
通过管道和第三板式换热器的热端进口连接，所述第三板式换热器的热端出口通过管道和第三液冷柜进液口连接；所述第二分水器第四出口通过管道和相变储能罐第二进口连接，所述相变储能罐第二出口通过管道和第四液泵连接，所述第四液泵通过管道和第三分水器进口连接；所述第三分水器第一出口通过管道和第一液冷柜射流干管连接，所述第三分水器第二出口通过管道和第二液冷柜射流干管连接，所述第三分水器第三出口通过管道和第三液冷柜射流干管连接；
[0014]所述服务器的底部放置在液冷柜上，所述服务器完全浸没于氟化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种行级空调与浸没射流式液冷柜耦合的数据机房分级冷却系统，其特征在于：由冷却水系统、冷冻水系统、相变储能罐(3)、行级空调(4)、浸没射流冷却装置和服务器(8)六部分组成；所述冷却水系统包括冷却塔(1)和冷却水泵(11)；所述冷冻水系统包括冷水机组(2)、冷冻水泵(12)、第一分水器(9
‑
a)、第一集水器(10
‑
a)、三通分流阀(13
‑
a)、三通合流阀(13
‑
b)、第一循环泵(14
‑
a)、第二循环泵(14
‑
b)、第三循环泵(14
‑
c)、第一板式换热器(5
‑
a)、第二板式换热器(5
‑
b)和第三板式换热器(5
‑
c)；所述冷却塔(1)通过管道和冷却水泵(11)连接，所述冷却水泵(11)通过管道和冷水机组第一进口(2
‑
1)连接，所述冷水机组第一出口(2
‑
2)通过管道和冷却塔(1)连接；所述冷水机组第二出口(2
‑
3)通过管道和冷冻水泵(12)连接；所述三通分流阀(13
‑
a)和三通合流阀(13
‑
b)设置在冷冻水泵(12)与第一分水器(9
‑
a)之间的管道上；所述三通分流阀进口(13
‑
a
‑
1)通过管道和冷冻水泵连接，所述三通分流阀第一出口(13
‑
a
‑
2)通过管道和相变储能罐第一进口(3
‑
1)连接，所述三通分流阀(13
‑
a
‑
3)第二出口通过管道和三通合流阀第一进口(13
‑
b
‑
1)连接，所述三通合流阀第二进口(13
‑
b
‑
2)通过管道和相变储能罐第一出口(3
‑
2)连接，所述三通合流阀出口(13
‑
b
‑
3)通过管道和第一分水器进口(9
‑
a
‑
1)连接；所述第一分水器第一出口(9
‑
a
‑
2)通过管道和第一循环泵(14
‑
a)连接，所述第一循环泵(14
‑
a)通过管道和第一行级空调(4
‑
a)连接，所述第一行级空调(4
‑
a)通过管道和第一板式换热(5
‑
a)的冷端进口连接，所述第一板式换热器(5
‑
a)的冷端出口通过管道和第一集水器第一进口(10
‑
a
‑
1)连接；所述第一分水器第二出口(9
‑
a
‑
3)通过管道和第二循环泵(14
‑
b)连接，所述第二循环泵(14
‑
b)通过管道和第二行级空调(4
‑
b)连接，所述第二行级空调(4
‑
b)通过管道和第二板式换热(5
‑
b)的冷端进口连接，所述第二板式换热器(5
‑
b)的冷端出口通过管道和第一集水器第二进口(10
‑
a
‑
2)连接；所述第一分水器第三出口(9
‑
a
‑
3)通过管道和第三循环泵(14
‑
c)连接，所述第三循环泵(14
‑
c)通过管道和第三行级空调(4
‑
c)连接，所述第三行级空调(4
‑
c)通过管道和第三板式换热(5
‑
c)的冷端进口连接，所述第三板式换热器(5
‑
c)的冷端出口通过管道和第一集水器第三进口(10
‑
a
‑
3)连接；所述第一集水器出口(10
‑
a
‑
4)通过管道和冷水机组第二进口(2
‑
4)连接；所述浸没射流冷却装置包括第一液冷柜(6
‑
a)、第二液冷柜(6
‑
b)、第三液冷柜(6
‑
c)、储液罐(7)、第二分水器(9
‑
b)、第三分水器(9
‑
c)、第二集水器(10
‑
b)、第一液泵(15
‑
a)、第二液泵(15
‑
b)、第三液泵(15
‑
c)、第四液泵(15
‑
d)和射流器(16)；所述液冷柜(6)侧壁上设有进液口(6
‑
1)和出液口(6
‑
2)，所述进液口(6
‑
1)和出液口(6
‑
2)位于液冷柜(6)外壁同侧，出液口(6
‑
1)的位置高于进液口(6
‑
2)的位置；所述行级空调(4)布置在机架排列内，与液冷柜(6)并排安装，从进液口(6
‑
1)和出液口(6
‑
2)所朝的方向起依次为：第一行级空调(4
‑
a)、第一液冷柜(6
‑
a)、第二行级空调(4
‑
b)、第二液冷柜(6
‑
b)、第三行级空调(4
‑
c)和第三液冷柜(6
‑
c)；所述第一液冷柜(6
‑
a)出液口(6
‑
1)通过管道和第一液泵(15
‑
a)连通，所述第一液泵(15
‑
a)通过管道和第二集水器第一进口(10
‑
b
‑
1)连接；所述第二液冷柜(6
‑
b)出液口(6
‑
1)通过管道和第二液泵(15
‑
b)连通，所述第二液泵(15
‑
b)通过管道和第二集水器第二进口(10
‑
b
‑
2)连接；所述第三液冷柜(6
‑
c)出液口(6
‑
1)通过管道和第三液泵(15
‑
c)连通，所述
第三液泵(15
‑
c)通过管道和第二集水器第三进口(10
‑
b
‑
3)连接；所述第二集水器出口(10
‑
b
‑
4)通过管道和储液罐(7)连接，所述储液罐(7)通过管道和第二分水器进口(9
‑
b
‑
1)连接；所述第二分水器第一出口(9
‑
b
‑
2)通过管道和第一板式换热器(5
‑
a)的热端进口连接，所述第一板式换热器(5
‑
a)的热端出口通过管道和第一液冷柜(6
‑
a)进液口(6
‑
1)连接；所述第二分水器第二出口(9
‑
b
‑
3)通过管道和第二板式换热器(5
‑
b)的热端进口连接，所述第二板式换热器(5
‑
b)的热端出口通过管道和第二液冷柜(6
‑
b)进液口(6
‑
1)连接；所述第二分水器第三出口(9
‑
b
‑
4)通过管道和第三板式换热器(5
‑
c)的热端进口连接，所述第三板式换热器(5
‑
c)的热端出口通过管道和第三液冷柜(6
‑
c)进液口(6
‑
1)连接；所述第二分水器第四出口(9
‑
b
‑
5)通过管道和相变储能罐第二进口(3
‑
3)连接，所述相变储能罐第二出口(3
‑
4)通过管道和第四液泵(15
‑
d)连接，所述第四液泵(15
‑
d)通过管道和第三分水器进口(9
‑
c
‑
1)连接；所述第三分水器第一出口(9
‑
c
‑
2)通过管道和第一液冷柜(6
‑
a)射流干管(18)连接，所述第三分水器第二出口(9
‑
c
‑
3)通过管道和第二液冷柜(6
‑
b)射流干管(18)连接，所述第三分水器第三出口(9
‑
c
‑
4)通过管道和第三液冷柜(6
‑
c)射流干管(18)连接；所述服务器(8)的底部放置在液冷柜(6)上，所述服务器(8)完全浸没于氟化液中；所述第一服务器(8
‑
a)、第二服务器(8
‑
b)、第三服务器(8
‑
c)和第四服务器(8
‑
d)等间距布置。2.根据权利要求1所述的一种行级空调与浸没射流式液冷柜耦合的数据机房分级冷却系统，其特征在于：所述第一服务器(8
‑
a)和第二服务器(8
‑
b)之间设有第一射流立管(19
‑
a)；所述第一射流立管(19
‑
a)上安装有第一射流器(16
‑
a)、第二射流器(16
‑
b)、第三射流器(16
‑
c)、第四射流器(16
‑
d)、第五射流器(16
‑
e)和第六射流器(16
‑
f)；所述第一射流器(16
‑
a)和第二射流器(16
‑
b)安装高度相同，第三射流器(16
‑
c)和第四射流器(16
‑
d)安装高度相同，第五射流器(16
‑
e)和第六射流器(16
‑
f)安装高度相同；所述第一射流器(16
‑
a)的位置高于第三射流器(16
‑
c)，第三射流器(16
‑
c)的位置高于第五射流器(16
‑
e)；所述第二服务器(8
‑
b)和第三服务器(8
‑
c)之间设有第二射流立管(19
‑
b)；所述第二射流立管(19
‑
b)上安装有第七射流器(16
‑
g)、第八射流器(16
‑
h)、第九射流器(16
‑
i)、第十射流器(16
‑
j)、第十一射流器(16
‑
k)和第十二射流器(16
‑
l)；所述第七射流器(16
‑
g)和第八射流器(16
‑
h)安装高度相同，第九射流器(16
‑
i)和第十射流器(16
‑
j)安装高度相同，第十一射流器(16
‑
k)和第十二射流器(16
‑
l)安装高度相同；所述第七射流器(16
‑
g)的位置高于第九射流器(16
‑
i)，第九射流器(16
‑
i)的位置高于第十一射流器(16
‑
k)；所述第三服务器(8
‑
c)和第四服务器(8
‑
d)之间设有第三射流立管(19
‑
c)；所述第三射流立管(19
‑
c)上安装有第十三射流器(16
‑
m)、第十四射流器(16
‑
n)、第十五射流器(16
‑
o)、第十六射流器(16
‑
p)、第十七射流器(16
‑
q)和第十八射流器(16
‑
r)；所述第十三射流器(16
‑
m)和第十四射流器(16
‑
n)安装高度相同，第十五射流器(16
‑
o)和第十六射流器(16
‑
p)安装高度相同，第十七射流器(16
‑
q)和第十八射流器(16
‑
r)安装高度相同；所述第十三射流器(16
‑
m)的位置高于第十五射流器(16
‑
o)，第十五射流器(16
‑
o)的位置高于第十七射流器(16
‑
q)；所述第一射流立管(19
‑
a)、第二射流立管(19
‑
b)和第三射流立管(19
‑
c)顶部与射流干管(18)连接。3.根据权利要求1所述的行级空调与浸没射流式液冷柜耦合的数据机房分级冷却系统，其特征在于：所述第一温度传感器(20
‑
a)、第二温度传感器(20
‑
b)、第三温度传感器(20
‑
c)分别设置在第一服务器(8
‑
a)的顶部、中部和底部；所述第四温度传感器(20
‑
d)、第五温度传感器(20
‑
e)、第六温度传感器(20
‑
f)分别设置在第二服务器(8
‑
b)的顶部、中部和
底部；所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁琳慧，王瑜，王歆铖，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：