用于机柜服务器的液冷系统的制作方法

本发明涉及机柜服务器系统的技术领域，尤其涉及用于机柜服务器的液冷系统。

背景技术

目前数据中心,绝大多数是使用风冷型空调系统对机柜服务器进行冷却散热,风冷型空调系统利用风扇的转动带动空气流动,从而带走机柜服务器的热量。从冷却的角度看,风冷冷却主要能耗产生于风冷室外冷凝器,空调及压缩机等,导致单机系统的能效比较低,目前业界常用的风冷方式能效比(powerusageeffectiveness,pue)约为1.5-2.0。

常规的风冷散热技术相对比较成熟，风冷散热所带来的风机耗能剧增以及噪声问题，已严重阻碍了计算机性能的提高。研究表明，换热系数与风速关系为h∝u0.8，压力损失与风速的关系为δp∝u2，产生的噪声与风速的关系为u∝u5，这将无法满足高性能计算机发展的要求。此外,对于高性能服务器,由于cpu/dimm等的功耗增加,以及具有较强计算与存储性能的扩展卡的引入,散热问题也成为服务器设计与应用的一个极大挑战。对于超高功率密度的数据中心来说，风冷技术难以实现对系统的高效散热。

技术实现要素：

本申请的主要目的在于提供一种用于机柜服务器的液冷系统，以解决现有技术存在风冷冷却难以实现对系统的高校散热等问题。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

提供一种用于机柜服务器的液冷系统，其包括：一次侧液体循环管路，其连接进水设备；冷却分配控制装置，其连接一次侧液体循环管路；以及二次侧液体循环管路，其连接冷却分配控制装置及至少一个机柜服务器；其中一次侧液体循环管路输入第一冷却液体至冷却分配控制装置，二次侧液体循环管路输入第二冷却液体至每一个机柜服务器，第二冷却液体流经对应的机柜服务器的至少一个服务器，机柜服务器输出待降温液体至二次侧液体循环管路，待降温液体经二次侧液体循环管路至冷却分配控制装置，第一冷却液体与待降温液体于冷却分配控制装置内进行热交换，冷却分配控制装置提供经热交换的冷却液体至二次侧液体循环管路。

在本申请实施例中，通过液冷方式冷却机柜服务器，液冷系统的能效比在1.3以下，几乎没有噪音，无需低进水温度，充分利用自然冷源，使用冷却塔可满足散热需求。本申请使用液冷方式进行冷却，减少空调系统的设置，液冷系统占用机柜服务器的空间小，让机柜服务器中能容纳更多的服务器。然本申请的液冷系统的冷却能力好，提高机数据中心的热流密度，节省占地面积，同时不受海拔和地域的限制，在任何地方均能正常工作。

附图说明

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

图1是本申请一实施方式的液冷系统的示意图。

图2是本申请一实施方式的冷却分配控制装置的示意图。

图3是本申请一实施方式的二次侧液体循环管路连接机柜服务器的示意图。

图4是本申请一实施方式的服务器的示意图。

图5是本申请一实施方式的冷却分配控制装置进行温度控制的流程图。

图6是本申请一实施方式的冷却分配控制装置进行流量控制的第一模式流程图。

图7是本申请一实施方式的冷却分配控制装置进行流量控制的第二模式流程图。

具体实施方式

以下将以图式揭露本申请的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本申请。也就是说，在本申请的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。

关于本文中所使用之“第一”、“第二”等，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本申请，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已。

请参阅图1，其是本申请一实施方式的液冷系统的示意图；如图所示，本实施方式提供一种用于机柜服务器的液冷系统1，液冷系统1包括一次侧液体循环管路10、冷却分配控制装置11以及二次侧液体循环管路13，一次侧液体循环管路10以及二次侧液体循环管路13的一端连接冷却分配控制装置11，一次侧液体循环管路10的另一端连接进水设备，二次侧液体循环管路13的另一端连接至少一个机柜服务器2。进水设备提供第一冷却液体至一次侧液体循环管路10，第一冷却液体通过一次侧液体循环管路10输入至冷却分配控制装置11。二次侧液体循环管路13提供并输入第二冷却液体至每一个机柜服务器2，第二冷却液体流经对应的机柜服务器2的至少一个服务器，并产生待降温液体。机柜服务器2输出待降温液体至二次侧液体循环管路13，待降温液体经二次侧液体循环管路13至冷却分配控制装置11，第一冷却液体与待降温液体于冷却分配控制装置11内进行热交换，并产生新的第二冷却液体。冷却分配控制装置11提供新的第二冷却液体至二次侧液体循环管路13，让二次侧液体循环管路13能持续提供第二冷却液体到至少一个机柜服务器2，能有效率地降低至少一机柜服务器2的温度，提高散热效率。

下述详细说明一次侧液体循环管路10、冷却分配控制装置11以及二次侧液体循环管路13的结构。请一并参阅图2，其是本申请一实施方式的冷却分配控制装置的示意图；如图所示，冷却分配控制装置11包括热交换器111、一次侧输入管路112、一次侧输出管路113、一次侧控制阀114、水槽115、第一泵116、二次侧输出管路117、第二泵118、二次侧输入管路119、第一温度传感器120、第二温度传感器121、逻辑控制器122、环境温度传感器123及环境湿度传感器124。一次侧输入管路112及一次侧输出管路113的一端分别连接热交换器111，一次侧控制阀114通过管路连接一次侧输入管路112及一次侧输出管路113，以控制一次侧输入管路112的输入以及一次侧输出管路113的输出。一次侧输入管路112、一次侧输出管路113及一次侧控制阀114均位在热交换器111的一次侧。

然水槽115连接热交换器111的二次侧，第一泵116连接水槽115及进水设备，第二泵118通过管路连接水槽115，二次侧输出管路117连接第二泵118，二次侧输入管路119连接热交换器111。第一温度传感器120设置于二次侧输出管路117，以感测流动在二次侧输出管路117内的液体的温度，换句话说，第一温度传感器120感测冷却分配控制装置11输入至二次侧液体循环管路13的第二冷却液体的温度。第二温度传感器121设置于二次侧输入管路119，以感测流动在二次侧输入管路119内的液体的温度，换句话说，第二温度传感器121感测从二次侧液体循环管路13输入冷却分配控制装置11的待降温液体的温度。

逻辑控制器122电性连接一次侧控制阀114、第一泵116、第二泵118、第一温度传感器120、第二温度传感器121、环境温度传感器123及环境湿度传感器124，以控制一次侧控制阀114、第一泵116、第二泵118、第一温度传感器120、第二温度传感器121、环境温度传感器123及环境湿度传感器124的作动。

复参阅图1，一次侧液体循环管路10包括一次侧液体输入管101、一次侧液体输出管102、至少一个一次侧液体输入支管103及至少一个一次侧液体输出支管104。一次侧液体输入管101连接进水设备，每一个一次侧液体输入支管103的一端连接一次侧液体输入管101，其另一端连接冷却分配控制装置11的一次侧输入端，换句话说，每一个一次侧液体输入支管103的另一端连接一次侧输入管路112。每一个一次侧液体输出支管104的一端连接一次侧液体输出管102，其另一端连接冷却分配控制装置11的一次侧输出端，换句话说，每一个一次侧液体输出支管104的另一端连接一次侧输出管路113。

进水设备、一次侧液体输入管101、至少一个一次侧液体输入支管103、冷却分配控制装置11、至少一个一次侧液体输出支管104以及一次侧液体输出管102形成第一冷却液体的流动路径。进水设备提供第一冷却液体至一次侧液体输入管101，第一冷却液体通过一次侧液体输入管101及至少一个一次侧液体输入支管103流入冷却分配控制装置11的，进入冷却分配控制装置11的第一冷却液体与冷却分配控制装置11内的待降温液体进行热交换。然后经热交换的第一冷却液体再通过至少一个一次侧液体输出支管104及一次侧液体输出管102传输至外部。进水设备会持续供应新的第一冷却液体至冷却分配控制装置11内，以更新冷却分配控制装置11内的第一冷却液体，确保第一冷却液体的温度持续维持在预设温度，进而保证冷却分配控制装置11的热交换效率。

二次侧液体循环管路13包括二次侧液体输入管131、二次侧液体输出管132、至少一个二次侧液体输入支管133及至少一个二次侧液体输出支管134，二次侧液体输入管131及二次侧液体输出管132分别连接冷却分配控制装置11的二次侧输出端及二次侧输入端，换句话说，二次侧液体输入管131连接冷却分配控制装置11的二次侧输出管路117，二次侧液体输出管132连接冷却分配控制装置11的二次侧输入管路119。每一个二次侧液体输入支管133的一端连接二次侧液体输入管131，每一个二次侧液体输出支管134的一端连接二次侧液体输出管132。

上述一次侧液体循环管路10的一次侧液体输入管101及一次侧液体输出管102与二次侧液体循环管路13的二次侧液体输入管131及二次侧液体输出管132均使用刚性管。一次侧液体循环管路10的至少一个一次侧液体输入支管103及至少一个一次侧液体输出支管104与二次侧液体循环管路13的至少一个二次侧液体输入支管133及至少一个二次侧液体输出支管134均使用挠性管，以便于伸入冷却分配控制装置11及机柜服务器2内。

再一并参阅图3，其是本申请一实施方式的二次侧液体循环管路连接机柜服务器的示意图；如图所示，每一个二次侧液体输入支管133及二次侧液体输出支管134的另一端连接至每一个机柜服务器2。每一个机柜服务器2具有液体输入管路接头21及液体输出管路接头22，每一个二次侧液体输入支管133连接至对应的机柜服务器2的液体输入管路接头21，每一个二次侧液体输出支管134连接至对应的机柜服务器2的液体输出管路接头22。

液体输入管路接头21具有多个连接头23及与多个连接头23连通的流通空间(图中未示)，每一个二次侧液体输入支管133连接液体输入管路接头21的多个连接头23的一者。同样的，液体输出管路接头22也具有多个连接头23及与多个连接头23连通的流通空间(图中未示)，每一个二次侧液体输出支管134连接液体输出管路接头22的多个连接头23的一者。

请一并参阅图4，其是本申请一实施方式的服务器的示意图；如图所示，每一个机柜服务器2包括多个服务器24，每一个服务器24具有液冷模块25，液冷模块25具有液体输入接头251、至少一个冷却板252及至少一个液体流通块253，至少一个冷却板252设置于服务器24的发热元件241，液体输入接头251通过管路连接液体输入管路接头21的多个连接头23的一者，并通过管路连接至少一个冷却板252，至少一个冷却板252通过管路连接至少一个液体流通块253，至少一个液体流通块253通过管路连接液体输出管路接头22的多个连接头23的一者。上述发热元件241为产生热能的电子元器件。冷却板252及液体流通块253的内部分别具有液体流动空间，液体流通块253的表面具有多个散热鳍片2531。

本实施方式的服务器24具有二个发热元件241，其中发热元件241为处理器。二个发热元件241上分别设有冷却板252。三个液体流通块253设置在服务器24，二个发热元件241设置在三个液体流通块253之间，换句话说，每一个发热元件241设置在相邻的二个液体流通块253之间，设置在发热元件241的冷却板252位于相邻的二个液体流通块253之间。液体输入接头251通过管路连接二个冷却板252，二个冷却板252分别通过管路连接位于左侧及右侧的二个液体流通块253，位于左侧及右侧的二个液体流通块253分别通过管路连接位于中间的液体流通块253，位于中间的液体流通块253通过管路连接液体输出管路接头22的多个连接头23的一者。

本实施方式的液冷系统1在使用时，第一泵116抽取进水设备内的液体至水槽115，水槽115内的液体下称第二冷却液体，接着第二泵118抽取水槽115内的第二冷却液体至二次侧输出管路117。第二冷却液体经二次侧输出管路117流至二次侧液体循环管路13的二次侧液体输入管131，二次侧液体输入管131内的第二冷却液体通过二次侧液体输入支管133进入对应的机柜服务器2的液体输入管路接头21。液体输入管路接头21内的第二冷却液体流入机柜服务器2内的至少一个服务器24，第二冷却液体带走至少一个服务器24所产生的热能，降低至少一个服务器24的温度。液体输入管路接头21内的第二冷却液体通过其与液体输入接头21连接的管路流至液体输入接头251，再通过液体输入接头251与位于中间的液体流通块253连接的管路流至位于中间的液体流通块253。然位于中间的液体流通块253内的第二冷却液体流至位于左侧及右侧的二个液体流通块253，接着位于左侧及右侧的二个液体流通块253内的第二冷却液体流至二个冷却板252。此时二个冷却板252内的第二冷却流体吸收二个发热元件241所产生的热能，产生待降温液体。二个冷却板252内的待降温液体流至液体输出管路接头22。待降温液体从液体输出管路接头22流到至少一个二次侧液体输出支管134，然后待降温液体从至少一个二次侧液体输出支管134流至二次侧液体输出管132。待降温液体从二次侧液体输出管132流至冷却分配控制装置11的二次侧输入管路119，接着通过二次侧输入管路119流入热交换器111。

上述第一泵116是于第一次使用液冷系统1使用，之后通过第二泵118运作，使第二冷却液体位于冷却分配装置11及二次侧液体循环管路13中循环使用。

同时，进水设备提供第一冷却液体至一次侧液体循环管路10的一次侧液体输入管101，一次侧液体输入管101通过至少一个一次侧液体输入支管103传输第一冷却液体至冷却分配控制装置11的一次侧输入管路112，第一冷却液体通过一次侧输入管路112流入热交换器111。

当待降温液体进入热交换器111时，待降温液体与第一冷却液体进行热交换，让待降温液体的温度恢复成第二冷却液体的预设温度，以产生新的第二冷却液体。新的第二冷却液体再通过上述过程进入至少一个机柜服务器2，并带走每一个服务器24的发热元件241所产生的热能，降低至少一个机柜服务器2的温度。

本实施方式的液冷系统1主要通过冷却分配控制装置11进行控制，自动控制方式包括温度控制及流量控制两种。请一并参阅图5，其是本申请一实施方式的冷却分配控制装置进行温度控制的流程图；如图所示，当液冷系统1在运作时，先执行步骤s10，冷却分配控制装置11的第一温度传感器120侦测通过二次侧输出管路117流至二次侧液体循环管路13的第二冷却液体的温度，并产生第一温度信号至逻辑控制器122。接着执行步骤s11，逻辑控制器122根据第一温度信号得知输往二次侧液体循环管路13的第二冷却液体的温度，并判断第二冷却液体的温度是否大于预设温度值，若第二冷却液体的温度大于预设温度值时，表示热交换器111的换热量低于预设换热量，则执行步骤s12，提高一次侧控制阀114的开度，提高一次侧控制阀114的开度是逻辑控制器122产生第一控制信号，并传送第一控制信号至一次侧控制阀114，一次侧控制阀114根据第一控制信号减小其开度，让位于热交换器111内的第一冷却液体往一次侧液体循环管路10流出的流量增加，以从一次侧液体循环管路10添加大量的第一冷却液体进入热交换器111，让热交换器111的换热量回至预设换热量。

若第二冷却液体的温度小于预设温度值时，表示热交换器111的换热量高于预设换热量，则执行步骤s13，减小一次侧控制阀114的开度，减小一次侧控制阀114的开度是逻辑控制器122产生第一控制信号，并传送第一控制信号至一次侧控制阀114，一次侧控制阀114根据第一控制信号减小其开度，让位于热交换器111内的第一冷却液体往一次侧液体循环管路10流出的流量减少，以从一次侧液体循环管路10添加少量的第一冷却液体进入热交换器111，让热交换器111的换热量回复至预设换热量。若第二冷却液体的温度等于预设温度值时，则回至步骤s10。

上述通过比较输出至二次侧液体循环管路13的二冷却液体的温度与预设温度值，以判断热交换器111的换热量，若发现热交换器111的换热量低于或高于预设换热量时，通过控制一次侧液体循环管路10输入至热交换器111的第一冷却液体的流量，维持位于热交换器111内的第一冷却液体的温度于预设温度值。此外，环境温度传感器123及环境湿度传感器124分别感应环境中的温度及湿度，并分别产生环境温度信号及环境湿度信号，且传送环境温度信号及环境湿度信号至逻辑控制器122。逻辑控制器122根据环境温度信号及环境湿度信号计算露点温度，此露点温度为第二冷却液体的预设温度值的下限，防止输出至二次侧液体循环管路13的二冷却液体的温度过低，使机柜服务器2内的服务器24结露而损坏。

请参阅图6，其是本申请一实施方式的冷却分配控制装置进行流量控制的第一模式流程图；如图所示，当液冷系统1在运作时，先执行步骤s20，第一温度传感器120侦测热交换器111流至二次侧循环管路13的第二冷却液体的温度，并产生第一温度信号至逻辑控制器122；同时执行步骤s21，第二温度传感器121侦测二次侧循环管路13输入至热交换器111的待降温液体的温度，并产生第二温度信号至逻辑控制器122。

接着执行步骤s22，逻辑控制器122根据第一温度信号及第二温度信号计算出第二冷却液体的温度与待降温液体的温度的温度差值。然后执行步骤s23，逻辑控制器122判断温差值是否大于预设温差值，若判断温差值大于预设温差值时，表示热交换器111供应至二次侧液体循环管路13的第二冷却液体的温度较低，则执行步骤s24，增加第二泵118的转速，增加第二泵118的转速是逻辑控制器122产生第三控制信号，并传输第三控制信号至第二泵118，第二泵118根据第三控制信号增加其转速，以增加热交换器111供应至二次侧液体循环管路13的第二冷却液体的流量，也是加快热交换器111供应第二冷却液体至二次侧液体循环管路13的速率，缩短待降温液体进行热交换的时间。

若判断温差值小于预设温差值时，表示热交换器111供应至二次侧液体循环管路13的第二冷却液体的温度较高，则执行步骤s25，降低第二泵118的转速，降低第二泵118的转速是逻辑控制器122产生第四控制信号，并传输第四控制信号至第二泵118，第二泵118根据第四控制信号降低其转速，以减少热交换器111供应至二次侧液体循环管路13的第二冷却液体的流量，也是减缓热交换器111供应第二冷却液体至二次侧液体循环管路13的速率，增加待降温液体进行热交换的时间。若判断温差值等于预设温差值时，则回至步骤s20。

上述通过比较差值与预设压差值，判断热交换器111供应至二次侧液体循环管路13的第二冷却液体的流量相对于二次侧液体循环管路13供应至热交换器111的待降温液体的流量大或小，通过逻辑控制器122控制第二泵118的转速，调整热交换器111供应至二次侧液体循环管路13的第二冷却液体的流量，并让热交换器111供应至二次侧液体循环管路13的第二冷却液体的流量与二次侧液体循环管路13供应至热交换器111的待降温液体的流量相同，保证液冷系统1的运行稳定性。

复参阅图3，本实施方式的冷却分配控制装置11更包括第一压力传感器125及第二压力传感器126，第一压力传感器125设置于二次侧输出管路117，第二压力传感器126设置于二次侧输入管路119，第一压力传感器125及第二压力传感器126电性连接逻辑控制器122。请一并参阅图7，其是本申请一实施方式的冷却分配控制装置进行流量控制的第二模式流程图；如图所示，当液冷系统1在运作时，先执行步骤s30，第一压力传感器125侦测热交换器111供应至二次侧循环管路13的第二冷却液体的液压，并产生第一压力信号至逻辑控制器122；同时执行步骤s31，第二压力传感器126侦测二次侧液体循环管路13输入至热交换器111的待降温液体的液压，并产生第二压力信号至逻辑控制器122。

接着执行步骤s32，逻辑控制器122根据第一压力信号及第二压力信号计算出第二冷却液体的液压与待降温液体的液压的压差值。逻辑控制器122判断压差值是否大于预设压差值，若判断压差值大于预设压差值时，表示热交换器111供应至二次侧液体循环管路13的第二冷却液体的流量较大，则执行步骤s33，降低第二泵118的转速，降低第二泵118的转速是逻辑控制器122产生第五控制信号，并传输第五控制信号至第二泵118，根据第五控制信号降低其转速，以减少热交换器111供应至二次侧液体循环管路13的第二冷却液体的流量。

若判断压差值小于预设压差值时，表示热交换器111供应至二次侧液体循环管路13的第二冷却液体的流量较小，则执行步骤s34，增加第二泵118的转速，增加第二泵118的转速是逻辑控制器122产生第六控制信号，并传输第六控制信号至第二泵118，第二泵118根据第六控制信号降低其转速，以增加热交换器111供应至二次侧液体循环管路13的第二冷却液体的流量。若判断压差值等于预设压差值时，则回至步骤s30。

上述通过比较压差值与预设压差值，判断热交换器111供应至二次侧液体循环管路13的第二冷却液体的流量相对于二次侧液体循环管路13供应至热交换器111的待降温液体的流量大或小，通过逻辑控制器122控制第二泵118的转速，调整热交换器111供应至二次侧液体循环管路13的第二冷却液体的流量，并让热交换器111供应至二次侧液体循环管路13的第二冷却液体的流量与二次侧液体循环管路13供应至热交换器的待降温液体的流量相同，保证液冷系统1的运行稳定性。上述模式主要用于二次侧液体循环管路13的部份管路插入机柜服务器2或从机柜服务器2拔除，即对机柜服务器2进行插拔维护时，同时确保其他机柜服务器2的流量基本不变，保证安全运行。

综上所述，根据本申请的技术方案，通过液冷方式冷却机柜服务器，液冷系统的能效比在1.3以下，几乎没有噪音，无需低进水温度，充分利用自然冷源，使用冷却塔可满足散热需求。本申请使用液冷方式进行冷却，减少空调系统的设置，液冷系统占用机柜服务器的空间小，让机柜服务器中能容纳更多的服务器。然本申请的液冷系统的冷却能力好，提高机数据中心的热流密度，节省占地面积，同时不受海拔和地域的限制，在任何地方均能正常工作。

上述仅为本申请的实施方式而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本申请的权利要求范围之内。