一种数据中心液冷系统的制作方法

本发明涉及数据中心散热装置技术领域，具体涉及一种数据中心液冷系统。

背景技术：

数据中心是耗电大户，全年不间断运行的电子信息设备以及制冷机组会消耗大量电能，对数据中心采取有效的散热方式来降低制冷机组的功耗，有利于实现整个数据中心的节能。

数据中心的散热有自然冷却和液冷两种方式。液冷包括间接接触式液冷和直接浸没式液冷。直接浸没式液冷是将服务器完全浸入装满制冷剂的箱体中，制冷剂直接带走服务器的芯片、内存等部件产生的热量。根据制冷剂带走热量时状态的不同，直接浸没式液冷分为单相直接浸没式液冷和两相直接浸没式液冷。单相直接浸没式液冷，是指单相制冷剂在吸收服务器热量的过程中，单相制冷剂不发生相变，单相制冷剂在泵的驱动下不断循环流动，单相制冷剂在箱体内吸热升温后沿管道流出，进入换热器，换热后再次流回箱体，完成一次循环。

单相直接浸没式液冷使用的单相制冷剂，粘度系数高、流动性差，增大了泵的损耗，降低了数据中心的绿色化程度。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种数据中心液冷系统，本发明能够减轻泵的损耗，提高数据中心的绿色化程度。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种数据中心液冷系统，包括箱体、服务器、冷板、冷却装置、储液箱、制冷剂泵，所述箱体内装有单相制冷剂，服务器浸没于单相制冷剂中，服务器与箱体连接，冷板设于箱体内，冷板与箱体连接，冷板依次与冷却装置、储液箱、制冷剂泵连接形成循环回路。

进一步的，所述箱体的上方设有箱盖，箱盖为下端面敞口的壳体结构，箱盖与箱体连接，箱盖设有通气孔。

进一步的，所述单相制冷剂采用高沸点氟化液。

进一步的，所述箱体的侧壁设有连接板，连接板与箱体的侧壁连接，连接板通过紧固件与服务器连接。

进一步的，所述冷板包括第一冷板和第二冷板，第一冷板水平设于服务器与箱体的底板之间，第一冷板与箱体的底板连接，第二冷板竖直设于服务器与箱体的侧壁之间，第二冷板与箱体的侧壁连接。

进一步的，所述第二冷板的出水端设于第二冷板的进水端的上方。

进一步的，所述服务器设有多个，冷板还包括第三冷板，第三冷板设于服务器与服务器之间，第三冷板与箱体的侧壁连接，第三冷板的出水端设于第三冷板的进水端的上方。

进一步的，所述冷却装置和储液箱以及制冷剂泵均设于箱体外。

进一步的，所述冷却装置采用蒸发式冷凝器或者冷却塔。

进一步的，所述制冷剂采用去离子水。

本发明具有的有益效果：

1、本发明通过设置箱体、服务器、冷板、冷却装置、储液箱、制冷剂泵，实现了间接接触式液冷与单相直接浸没式液冷以及自然冷却的结合，能够使服务器散发的热量被箱体内的单相制冷剂吸收，单相制冷剂吸收热量后升温、密度降低，使单相制冷剂之间存在密度差，从而使单相制冷剂发生流动：而箱体内的冷板与升温的单相制冷剂进行热量交换，降低单相制冷剂的温度，让单相制冷剂继续吸收服务器的热量，而吸收了单相制冷剂的热量的冷板中的制冷剂流入冷却装置进行降温，降温后的制冷剂依次通过储液箱、制冷剂泵重新进入冷板中，继续冷却单相制冷剂，实现服务器“无水”单相直接浸没式液冷，从而使单相制冷剂无需在泵的驱动下循环流动，而是依靠温度及密度的变化进行循环，而制冷剂虽然在制冷剂泵的驱动下循环，但是制冷剂比单相制冷剂的粘度小，易于流动，不会增加制冷剂泵的损耗，所以本发明能够减少单相制冷剂所造成的泵的损耗，降低数据中心的pue，提高数据中心的绿色化程度。

2、通过设置箱盖，能够避免单相制冷剂暴露在大气内，防止箱体内的单相制冷剂受到外界污染，延长单相制冷剂的使用寿命；设置通气孔，也能在箱体盖上箱盖后，使箱体内的气压保持稳定。

3、通过采用高沸点氟化液，能够避免单相制冷剂在吸收服务器散发的热量时，单相制冷剂发生相变，从而避免单相制冷剂相变挥发，节省了单相制冷剂的消耗，节约资源，降低成本。

4、通过在箱体的侧壁设有连接板，连接板通过紧固件与服务器连接，能够在箱体内便于拆装服务器，从而便于对服务器进行维护；而且便于单相制冷剂全方位包围服务器，从而提高单相制冷剂与服务器的换热效果。

5、通过设置第一冷板和第二冷板，能够使第一冷板和第二冷板包围服务器，更大范围的带走单相制冷剂中的热量，从而提高单相制冷剂与第一冷板、第二冷板的换热效果。

6、通过将第二冷板的出水端设于第二冷板的进水端的上方，能够使第二冷板内的制冷剂从下往上流动，从而提高第二冷板对单相制冷剂的冷却效果，因为单相制冷剂吸热后密度变小，密度变小后的单相制冷剂向上流动，而第二冷板内的制冷剂也从下往上流动，使制冷剂与升温后的单相制冷剂同向流动，从而加快了升温后的单相制冷剂的冷却，提高了单相制冷剂的冷却效果，从而提高了数据中心的散热效果和散热效率。

7、通过在箱体内设置多个服务器，并且服务器与服务器之间设置第三冷板，能够进一步提高服务器的散热效果，因为如果服务器设置多个、并且不设置第三冷板，那么服务器与服务器之间容易产生局部热点，不仅会降低在服务器与服务器之间的单相制冷剂的循环流动效果，而且会降低对服务器的散热效果。通过将第三冷板的出水端设于第三冷板的进水端的上方，能够使第三冷板内的制冷剂从下往上流动，提高第三冷板对单相制冷剂的冷却效果，因为单相制冷剂吸热后密度变小，密度变小后的单相制冷剂向上流动，而第三冷板内的制冷剂也从下往上流动，使制冷剂与升温后的单相制冷剂同向流动，从而加快了升温后的单相制冷剂的冷却，提高了单相制冷剂的冷却效果，从而提高了数据中心的散热效果和散热效率。

8、通过将冷却装置和储液箱以及制冷剂泵均设于箱体外，一方面能够方便对冷却装置或者储液箱或者制冷剂泵进行维护，另一方面也提高了箱体的安全性，因为如果将冷却装置和储液箱以及制冷剂泵均设于箱体内，那么会加大在冷却装置和储液箱以及制冷剂泵的连接处、制冷剂泄露在箱体内的风险，制冷剂泄露会污染单相制冷剂，从而降低单相制冷剂对服务器的降温效果。

9、通过采用蒸发式冷凝器或者冷却塔，能够对从冷板流出的升温后的制冷剂进行降温，便于降温后的制冷剂重新回到冷板中继续冷却单相制冷剂，从而促使单相制冷剂循环流动；而且，制冷剂在流出冷板后进入采用蒸发式冷凝器或者冷却塔，利用自然冷源与制冷剂进行换热，实现去压缩机运行，节约能源，真正实现利用自然冷源进行数据中心制冷，弥补了自然冷却还需要使用压缩机制冷的不足，提高数据中心的pue值，提高数据中心的绿色化程度，更支持高热密度的服务器的散热使用。

10、通过采用去离子水，能够延长冷板、冷却装置、储液箱、制冷剂泵的使用寿命，减少维修替换冷板、冷却装置、储液箱、制冷剂泵所花费的人力物力，降低成本。因为如果采用自来水，自来水中含有氯离子，容易造成冷板、冷却装置、储液箱、制冷剂泵的锈蚀、甚至泄露，既加大了使用风险，也增加了维护成本。

附图说明

图1是一种数据中心液冷系统的结构示意图；

图2是一种数据中心液冷系统的内部结构示意图；

图3是图2a-a处的剖视图。

附图标记说明：1-箱体，2-单相制冷剂，3-服务器，4-第一冷板，401-第一进液管，402-第二出液管，5-第二冷板，501-第二进液管，502-第二出液管，6-第三冷板，601-第三进液管，602-第三出液管，7-箱盖，701-通气孔，8-连接板，9-紧固件，10-冷却装置，11-储液箱，12-制冷剂泵。

值得注意的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图对本发明进行进一步的阐述。

实施例：

一种数据中心液冷系统，包括箱体1、服务器3、冷板、冷却装置10、储液箱11、制冷剂泵12。

箱体1的上方设有箱盖7，箱盖7为下端面敞口的壳体结构，箱盖7与箱体1铰接，箱盖7设有通气孔701。

箱体1内装有单相制冷剂2，在本实施例中，单相制冷剂2采用高沸点氟化液，高沸点氟化液是指沸点高于100℃的氟化液，除此之外，单相制冷剂2也可采用矿物油或者硅油。

服务器3设有多个，多个服务器3都浸没于单相制冷剂2中，箱体1的侧壁设有连接板8，连接板8与箱体1焊接固定，连接板8通过紧固件9与服务器3固定连接，在本实施例中，紧固件9采用螺栓。

冷板为内部设有流动管道或者流动槽的壳体结构，冷板设于箱体1内，冷板包括第一冷板4、第二冷板5、第三冷板6，第一冷板4水平设于服务器3与箱体1的底板之间，第一冷板4通过螺栓与箱体1的底板固定连接，第二冷板5竖直设于服务器3与箱体1的侧壁之间，第三冷板6设于服务器3与服务器3之间，根据散热需求，第三冷板6可以设置多个，第二冷板5以及第三冷板6均通过螺栓与箱体1的侧壁固定连接。第二冷板5的第二出液管502设于第二冷板5的第二进液管501的上方，第三冷板6的第三出液管602设于第三冷板6的第三进液管601的上方，第一冷板4的第一出液管402和第二冷板5的第二出液管502以及第三冷板6的第三出液管602均与冷却装置10连接，在本实施例中，冷却装置10采用蒸发式冷凝器，冷却装置10通过管道与储液箱11连接，储液箱11通过管道与制冷剂泵12连接，制冷剂泵12的出水端与第一冷板4的第一进液管401、第二冷板5的第二进液管501、第三冷板6的第三进液管601连接，使得冷板、冷却装置10、储液箱11、制冷剂泵12连通形成循环回路。

进一步的，冷却装置10、储液箱11、制冷剂泵12均设于箱体1外。

具体的，在本实施例中，制冷剂采用去离子水。

使用时：

随着服务器3运行，服务器3内的芯片、内存作为主要产热源，产生大量热量，由于服务器3浸没于单相制冷剂2中，而且单相制冷剂2采用高沸点氟化液，高沸点氟化液的沸点高于服务器3的50-55℃的正常工作温度，所以高沸点氟化液不会发生相变，单相制冷剂2吸收服务器3散发的热量，吸收了服务器3热量的单相制冷剂2温度升高、密度减小，所以吸收了服务器3的热量的单相制冷剂2和未吸收服务器3的热量的单相制冷剂2之间存在温度差和密度差，从而使箱体1内的单相制冷剂2发生流动，吸收了服务器3的热量的单相制冷剂2往未吸收服务器3的热量的单相制冷剂2处流动，未吸收服务器3的热量的单相制冷剂2也往吸收了服务器3的热量的单相制冷剂2处流动，从而使吸收了服务器3的热量的单相制冷剂2和未吸收服务器3的热量的单相制冷剂2之间形成自发的对流。

还由于冷板不断降低单相制冷剂2的温度，所以使吸收了服务器3的热量的单相制冷剂2和未吸收服务器3的热量的单相制冷剂2之间维持着存在温度差和密度差的状态，从而使吸收了服务器3的热量的单相制冷剂2和未吸收服务器3的热量的单相制冷剂2之间形成自发的对流循环。在单相制冷剂2循环流动的过程中，单相制冷剂2将从服务器3处吸收的热量传递给冷板中的制冷剂，冷板中的制冷剂吸收热量后，流出冷板进入冷却装置10中降温冷凝，然后降温后的制冷剂进入储液箱11中暂存，然后通过制冷剂泵12将降温后的制冷剂送入冷板，继续降低单相制冷剂2的温度，从而完成整个散热循环。

当箱体1外温度较低或者服务器3的芯片使用功率较小时，可减少制冷剂进入冷板的量，多余的制冷剂进入储液箱11中暂存，从而减少制冷剂泵12的功耗；箱体1外仅用蒸发式冷凝器中的风机对吸收热量后的制冷剂进行冷却，不采用蒸发式冷凝器中的喷淋装置。

当箱体1外温度较高或者服务器3的芯片使用功率较大时，可增加制冷剂进入冷板的量，提高换热效率；箱体1外采用蒸发式冷凝器中的风机和蒸发式冷凝器中的喷淋装置共同对吸收热量后的制冷剂进行冷却。

当箱体1内，部分区域服务器3高功耗运行，另一部分区域服务器3低功耗运行或未运行时，关闭或减小低功耗或者零功耗区域冷板中的制冷剂的流量，维持箱体1稳定温度的同时实现节能、降低pue、提高数据中心的绿色化程度。

本发明将单相直接浸没式液冷和间接接触式液冷以及自然冷却相结合，大幅度减小数据中心的能耗，兼具自然冷源节能、pue降低的效果，提高换热能力，支持高热密度服务器3的散热，优化自然冷却技术，实现完全“去压缩机”运行。