散热系统及数据中心的制作方法

本实用新型涉及数据中心领域，具体而言，涉及一种散热系统及数据中心。

背景技术：

随着数字化时代的发展，小微型企业以及政府、金融、教育、能源等大型企业的分支机构，对于数据的分析与处理的需求日益增大。站点或分支机构的数据量虽然不像总部的数据那么庞大，但数据机房的基本功能是不可或缺的。对于此种应用环境来说，具有快速部署，扩容灵活的基本需求；这种小型数据中心所需的IT设备数量不多，如所需要配备的设备有备用电源、配电、散热、IT机柜等。传统数据中心机房各设备独立放置，需要的部署空间较大，且部署周期长、建设成本高，满足不了客户对小型数据中心机房的要求。

专利CN104540350A公开了一种微型数据中心设计方式。该方案使用空调散热系统为IT设备降温，依靠空调系统与IT设备内的风扇一起工作，通过空气的循环流动将IT设备内部发热原件散发出来的热量带走，再通过蒸汽压缩制冷循环将热量排放到外部环境中，从而达到散热的目的。传统空调系统具有以下几个明显的缺陷：其一，由于空气热传导效率非常低，保证服务器正常运行所需的送风温度必须控制一个较低的温度(18-22℃)，为了达到这一温度必须依靠制冷压缩机来实现，而制冷压缩机运行会产生额外的能耗，这导致了现有的数据中心散热所需的能耗较高；其二，空调系统对空气的洁净程度也有很高的要求，空气中的粉尘、氮氧化物、硫氧化物等会使IT设备故障率上升、寿命缩短；此外，空调系统中空气循环很快，IT设备内的风扇以及送风系统中的风扇高速运转不仅消耗了大量的能量而且会产生很大的噪音。

针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供了一种散热系统及数据中心，以至少解决相关技术中散热系统给相关设备降温时，散热能耗高的技术问题。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种散热系统，其包括，液冷机柜，用于存储第一冷媒，上述第一冷媒用于吸收安装在上述液冷机柜中的设备的热量，以使上述设备降温；散热模块，与上述液冷机柜连接，用于存储第二冷媒，上述第二冷媒用于吸收上述第一冷媒的热量，以使上述第一冷媒冷却降温；冷凝器，与上述散热模块连接，用于使上述第二冷媒放热冷凝。

进一步地，上述散热模块包括：蒸发器，与上述液冷机柜通过第一冷媒循环管道连接，用于存储上述第二冷媒；循环泵，设置在上述第一冷媒循环管道上，用于驱动上述第一冷媒在上述液冷机柜与上述蒸发器之间循环流动。

进一步地，上述液冷机柜上设置有：一个或多个进口，与上述第一冷媒循环管道连接，以使上述第一冷媒进入上述液冷机柜；一个或多个出口，与上述第一冷媒循环管道连接，以使上述第一冷媒从上述液冷机柜中排除。

进一步地，上述散热系统还包括：温度传感器，设置在上述第一冷媒循环管道上，用于检测上述液冷机柜冷却液的进出口温度和/或室内环境温度；和/或液位传感器，设置在上述液冷机柜中，用于检测上述液冷机柜中上述第一冷媒的液位高度；和/或压力变送器，设置在上述蒸发器中，用于检测上述蒸发器中上述第二冷媒的工作压力；控制模块，用于收集上述温度传感器和/或上述液位传感器和/或上述压力变送器检测到的参数，和/或，用于根据所述参数控制所述循环泵、风机的自动运行，和/或，用于根据所述参数控制远程通讯和所述散热系统的故障报警功能。

进一步地，上述散热系统还包括：配电模块，用于给上述散热系统中的各部件及IT设备供电。

进一步地，上述配电模块采用UPS冗余并机的供电方式。

进一步地，上述冷凝器包括：多条扁平管，每条扁平管内设有一条或多条流道，且上述扁平管外穿有翅片，上述第二冷媒在上述流道中流动；风扇，用于驱动空气流过上述扁平管的表面，带走上述第二冷媒的热量，以使上述第二冷媒放热冷凝。

进一步地，上述散热系统还包括：第二冷媒循环管道，用于连接上述散热模块与上述冷凝器，使得上述第二冷媒能够循环流动。

进一步地，上述第一冷媒为绝缘的冷却液，和/或上述第二冷媒为相变工质。

根据本实用新型实施例的另一方面，还提供了一种数据中心，其包括：上述任一项上述的散热系统；设备，安装在上述散热系统的液冷机柜中，并浸在上述液冷机柜中的第一冷媒中。

进一步地，上述设备为IT设备，上述散热系统包括：智能电源分配模块，与上述IT设备连接，用于为IT设备供电并监测所述IT设备的运行参数。

在本实用新型实施例中，采用液冷散热原理，通过设计包括如下部件的散热系统：液冷机柜，用于存储第一冷媒，第一冷媒用于吸收安装在液冷机柜中的设备的热量，以使设备降温；散热模块，与液冷机柜连接，用于存储第二冷媒，第二冷媒用于吸收第一冷媒的热量，以使第一冷媒冷却降温；冷凝器，与散热模块连接，用于使第二冷媒放热冷凝，由于液冷散热是自由冷却过程，本身不需要消耗过多的能量，因此实现了降低散热能耗的技术效果，进而解决了相关技术中散热系统给相关设备降温时，散热能耗高的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中，

图1是根据本实用新型实施例的一种可选的数据中心的结构示意图；

图2是根据本实用新型实施例的一种可选的散热系统的结构示意图；

图3是根据本实用新型实施例的一种可选的配电系统构成的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通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例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

实施例1

根据本实用新型实施例的一方面，还提供了一种数据中心。

图1是根据本实用新型实施例的一种可选的数据中心的结构示意图，如图1所示，该数据中心100包括：散热系统；设备106，安装在散热系统的液冷机柜101中，并浸在液冷机柜101中的第一冷媒中。其中，如图1所示，散热系统包括：散热模块102，配电模块103，控制模块104，第二冷媒循环管道202。

液冷机柜101用于部署设备，可以为42U空间(可根据客户需要扩大或缩小)。液冷机柜可以水平布置，设备106可以竖直地放置在机柜内。

该数据中心是一种模块化的、高度集成且节能环保的小型液冷数据中心。整个小型液冷数据中心包括液冷机柜、散热模块、配电模块和自动控制模块(即控制模块104)，以及设备。小型液冷数据中心为整机出厂，出厂前完成安装调试工作。这样便于现场快速部署，而且能够大大减少建设成本。

可选地，设备为IT设备，以下以IT设备为例详细阐述本实用新型。对应的，散热系统还包括：智能电源分配模块107(即智能PDU)，与IT设备连接，用于监测IT设备的运行参数。其中，监测IT设备的运行参数可以是但不限于IT设备的电流、功率、功率因素等参数。

通过本实用新型实施例，采用液冷散热原理，通过设计包括如下部件的散热系统：液冷机柜，用于存储第一冷媒，第一冷媒用于吸收安装在液冷机柜中的设备的热量，以使设备降温；散热模块，与液冷机柜连接，用于存储第二冷媒，第二冷媒用于吸收第一冷媒的热量，以使第一冷媒冷却降温；冷凝器，与散热模块连接，用于使第二冷媒放热冷凝，由于液冷散热是自由冷却过程，本身不需要消耗过多的能量，因此实现了降低散热能耗的技术效果，进而解决了相关技术中散热系统给相关设备降温时，散热能耗高的技术问题。此外，采用该数据中心，便于设备的标准化生产、快速安装与部署，能缩短数据中心得建设周期且减少现场的工程量。此系统可实现IT设备的部署、IT设备运行管理、散热与环境监视、供配电、远程监控，是一套完整的数据中心解决方案。

需要说明的是，实施例1中涉及的散热系统与实施例2中散热系统相同，将在实施例2中进行详细描述，在此不再赘述。

实施例2

根据本实用新型实施例，提供了一种散热系统的实施例。

图2是根据本实用新型实施例的一种可选的散热系统的结构示意图，如图2所示，该散热系统包括，液冷机柜101，用于存储第一冷媒，第一冷媒用于吸收安装在液冷机柜101中的设备的热量，以使设备降温；散热模块102，与液冷机柜101连接，用于存储第二冷媒，第二冷媒用于吸收第一冷媒的热量，以使第一冷媒冷却降温；冷凝器201，与散热模块102连接，用于使第二冷媒放热冷凝。

也即，散热系统包括位于室外的冷凝器201和位于室内的散热模块102以及液冷机柜101。使用时，液冷机柜101是用于存放需散热的设备的，液冷机柜内101盛满了第一冷媒，设备浸在第一冷媒中，需要说明的是，该设备可以完全浸没在第一冷媒中，当第一冷媒不足，但不影响工作时，设备也可以部分浸在第一冷媒中。散热系统可根据需要配置2N的冗余，以保证系统的可靠性。

其中，第二冷媒可以是相变工质，冷凝器201的作用是将气态的相变工质冷凝成液态，并将冷凝过程中放出的热量排放到空气中。需要说明的是，第二冷媒的散热使用了自由冷却技术：即第二冷媒在蒸发器内吸热蒸发，气态的第二冷媒受热上升进入冷凝器，在冷凝器内第二冷媒放热冷凝，液态的第二冷媒依靠自身重力流回蒸发器中，完成一个完整的散热循环。

在本实用新型实施例中，采用液冷散热原理，通过设计包括如下部件的散热系统：液冷机柜，用于存储第一冷媒，第一冷媒用于吸收安装在液冷机柜中的设备的热量，以使设备降温；散热模块，与液冷机柜连接，用于存储第二冷媒，第二冷媒用于吸收第一冷媒的热量，以使第一冷媒冷却降温；冷凝器，与散热模块连接，用于使第二冷媒放热冷凝，由于液冷散热是自由冷却过程，本身不需要消耗过多的能量，因此实现了降低散热能耗的技术效果，进而解决了相关技术中散热系统给相关设备降温时，散热能耗高的技术问题。

可选地，如图2所示，散热模块102包括：蒸发器203，与液冷机柜101通过第一冷媒循环管道205连接，用于存储第二冷媒；循环泵204，设置在第一冷媒循环管道205上，用于驱动第一冷媒在液冷机柜101与蒸发器203之间循环流动。

其中，蒸发器203用于实现第一冷媒与第二冷媒的热量交换的换热器；循环泵204(即第一冷媒循环泵)用于驱动第一冷媒在液冷机柜101与蒸发器203之间循环流动；第一冷媒循环管道205用于连接蒸发器203与液冷机柜101的管道，并且，循环泵204设置在第一冷媒循环管道205上。

可选地，液冷机柜上设置有：一个或多个进口，与第一冷媒循环管道连接，以使第一冷媒进入液冷机柜；一个或多个出口，与第一冷媒循环管道连接，以使第一冷媒从液冷机柜中排出。

具体地，液冷机柜内盛满第一冷媒，机柜内第一冷媒从进口流过IT设备并吸收IT设备产生的热量(第一冷媒温度升高)。机柜上的进、出液口通过第一冷媒循环管道与循环泵、蒸发器相连，第一冷媒在循环泵的驱动下在蒸发器与液冷机柜间循环流动。在蒸发器中，第一冷媒放出热量(第一冷媒温度降低)，第二冷媒吸收热量并汽化。

可选地，如图2所示，上述散热系统还包括：温度传感器206，设置在第一冷媒循环管道205上，用于检测液冷机柜第一冷媒的进出口温度，需要说明的是，在本实用新型实施例中，温度传感器206还可以设置在冷凝器上，用于检测室外环境温度；和/或液位传感器208，设置在液冷机柜101中，用于检测液冷机柜101中第一冷媒的液位高度；和/或压力变送器207，设置在蒸发器203中，用于检测蒸发器203中第二冷媒的工作压力；控制模块104，用于收集温度传感器206和/或液位传感器208和/或压力变送器207检测到的参数。此外，控制模块104包括：人机交互界面、PLC、变频器、控制电路、通讯模块及变频器。自动控制模块自动收集系统运行时的动力与环境参数并反馈给远程监控机。

具体地，温度传感器用于检测液冷机柜冷却液的进出口温度和室外环境温度，液位传感器用于检测柜内冷却液的液位高低，压力变送器用于检测相变工质的蒸发压力，这些传感器将收集的信息反馈给控制模块。控制模块再根据所检测到的参数，控制冷凝器风扇和第一冷媒循环泵的变频运行，使散热系统在保证IT设备正常的散热的同时以最为经济节能的模式运行。控制模块将自动收集系统运行中的动力与环境参数，其中设备运行参数包括：冷凝器风扇、第一冷媒循环泵、UPS、IT设备的运行电压、电流、功率、功率因素和工作状态；环境参数包括第一冷媒进、出口温度、第二冷媒工作压力、室外环境温度、机柜内液面高度。这些参数将通过网络反馈给远程监控机，运维人员也可远程对IT设备的运行进行管理。当这些参数出现异常时，自动控制系统将进行判断并发出故障报警。

例如，可以以合成导热油作为冷却液，R22作为相变工质的系统为例，阐述本小型液冷数据中心的散热系统的工作过程如下：运用合成导热油绝缘、抗氧化、无毒无腐蚀、难燃、流动性好(运动粘度低)、导热率高等特性，将拆除风扇的IT设备浸泡在装满导热油的液冷机柜中。IT设备工作时发出热量就会通过对流换热传到导热油中。导热油在液冷机柜中循环流动，使每台IT设备都能得到均匀而迅速的散热。

经测试，在液冷系统中导热油的温度控制在50℃左右即可保证IT设备的正常运转，故导热油的进/出口温度可设定为45/50℃。

系统运行时，45℃的导热油在第一冷媒循环泵的驱动下通过冷却液循环管道(即第一冷媒循环管道)进入液冷机柜，导热油在液冷机柜中吸收IT设备所散发出的热量后温度上升至50℃。50℃的导热油再经过冷却液循环管道进入蒸发器中，在蒸发器中导热油放出热量温度从50℃降至45℃而液态的相变工质R22吸热蒸发变为气态。降温后的导热油经过冷却液循环管道回到液冷机柜，继续吸收IT设备所发出的热量。根据R22的物质特性，将系统将压力控制在1648kpa，此时R22的蒸发温度为43℃。蒸发器中43℃的R22液体在吸收了导热油中的热量后蒸发为43℃的气体，R22蒸汽通过相变工质管道(即第二冷媒循环管道)进入位于室外的冷凝器中。在冷凝器中43℃的R22蒸汽向环境温度的空气放出热量并重新冷凝为43℃的液体，冷凝器上的风扇强迫空气从换热管的外表面快速地流过，强化R22与空气的换热。冷凝后R22液体由于自身重力的作用经过相变工质管道重新流回蒸发器中完成一个完整的散热循环。

系统负载设计是按照最严酷的工况设计的，所以在一般环境下，系统的最大散热能力会大于热量的产生速度，这时候自动控制模块会通过冷却液进出口温度、环境温度等参数对第一冷媒循环泵和冷凝器风扇进行变频控制，使散热系统散热量等于IT设备的发热量。自动控制模块不断地通过PID控制，使散热系统在保证IT设备正常工作的同时消耗最少的电量。

可选地，如图1所示，散热系统还包括：配电模块103，用于给散热系统中的各部件供电。其中，此处，如图3所示，各部件可以包括但不限于第一冷媒循环泵，冷凝器风扇，智能电源分配模块(即智能PDU)等。此外，安装在液冷机柜中的IT设备可由智能电源分配模块供电，IT设备可以包括但不限于服务器、网络交换机等。由于第一冷媒循环泵和冷凝器风机均配备了变频器，这使得循环泵与风机这类感性负载也可以使用UPS供电，保证了市电中断时散热系统仍能正常工作。

可选地，配电模块采用UPS冗余并机的供电方式。如图3所示，配电模块采用UPS冗余并机的供电方式，市电(即市政供电)输入先经过UPS，市电经整流滤波后，一方面经逆变后变成纯净的50Hz、220V交流电输出；另一方面经充电器输出直流电给蓄电池组充电。在市电中断时，由蓄电池组经逆变电路逆变成220V、50Hz的交流电继续输出，保证了小型液冷数据中心供电的可靠性。

配电模块采用UPS冗余并机的供电方式，一方面，正常情况下由市电供电，市电断电时使用UPS电池供电，提高供电系统的可靠性，保证数据中心供电；另一方面，市电断电时UPS电池不仅可为IT设备供电，同时也可为散热模块提供相应的续航，避免由于散热系统停止运行导致IT设备过热。

可选地，冷凝器包括：多条扁平管，每条扁平管内设有一条或多条流道，且扁平管外穿有翅片，第二冷媒在流道中流动；风扇，用于驱动空气流过扁平管的表面，带走第二冷媒的热量，以使第二冷媒放热冷凝。

其中，该冷凝器采用微通道风冷换热器作为相变工质的冷凝器。这种换热器的由数N条扁平管组成，扁平管内又设有数N条细微流道，扁平管外穿有翅片。气态的第二冷媒在扁平管内的微通道至上而下流动，流动过程中放出热量并冷凝成液态，扁平管外的空气在风扇的驱动下流过管道外表面并带走第二冷媒放出的热量。与一般盘管式冷凝器相比，这种换热器具有换热效率高，工质流动阻力小的特点。

可选地，如图2所示，散热系统还包括：第二冷媒循环管道202，用于连接散热模块102与冷凝器201，使得第二冷媒能够循环流动。

可选地，第一冷媒为绝缘的冷却液，和/或第二冷媒为相变工质。

其中，第一冷媒为具有绝缘效果的冷却液，以使得设备浸在冷却液中不被短路。此外，第一冷媒还可以具有抗氧化、无毒无腐蚀、难燃、流动性好(运动粘度低)、导热率高等特性，例如，第一冷媒可以是但不限于导热油、电子氟化液(全氟聚醚、全氟化碳等)，用于吸收安装在液冷机柜中的设备的热量，以达到散热的效果。第二冷媒为相变工质，该相变工质的工作压力变化时，其沸点会随之发生变化，通过控制工作压力使相变工质的沸点维持在一定温度范围内。利用相变工质不断地在蒸发器中受热蒸发及在冷凝器中放热冷凝来降低第一冷媒的温度，并将热量排放到环境中，这一散热过程完全是自发进行的，不要额外的能耗。例如，第二冷媒可以是但不限于制冷剂R22(二氟一氯甲烷)、R410A(50％R32(二氟甲烷)和50％R125(五氟乙烷))、R134A(1，1，1，2-四氟乙烷)等沸点合适的其它物质，该第二冷媒用于吸收第一冷媒的热量，以使第一冷媒冷却降温，从而达到传输热量的效果。

另外，所有IT设备上的CPU与CPU散热片之间填充用软金属导热界面材料。软金属硬度很低，CPU与CPU散热片压紧后可充分填充CPU与CPU散热片之间的间隙。由于金属材料具有较高的导热系数，软金属导热界面材料可强化CPU与CPU散热片之间的传热，改善CPU的散热。具体地，该软金属导热界面材料可以是但不限于铟片。

另外，所有液冷机柜中的IT设备需将风扇拆除，并加入风扇模拟器，以保障IT设备等设备在拆除风扇之后仍能正常启动，此外，拆除风扇后，可降低15％-20％的IT设备运行功耗。

本实用新型采用了自由冷却技术与浸没式液冷技术相结合的散热系统以取代现有的空调制冷系统，将IT设备浸没在绝缘的冷却液(第一冷媒)中，通过泵驱动冷却液的循环流动来带走IT设备产生的热量，再通过相变工质(第二冷媒)的受热蒸发与放热冷凝将IT设备发出的热量排放到环境中。具体地，由于冷却液的传热效率远高于空气，冷却液温度只需控制在45℃(可根据需要在40-50℃之间调整)即可保证IT设备正常运行。在此系统中，现有空调制冷系统中的IT设备风扇和空调系统送风风扇将被一个小功率的循环泵替代，散热系统采用了自由冷却技术，也不再需要配置制冷压缩机，这不仅降低数据中心的散热能耗，同时显著降低了系统运行时产生的噪音。此外，由于采用了浸没式液冷技术，冷却液隔绝了IT设备与空气的接触，冷却液可保护IT设备免受空气中有害物质的影响，提高了IT设备的运行可靠性。

上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本实用新型的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。