CN111526694A - 用于服务器机柜的液冷***和服务器机柜 - Google Patents

用于服务器机柜的液冷***和服务器机柜 Download PDF

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Abstract

本公开实施例公开了用于服务器机柜的液冷***和服务器机柜。该用于服务器机柜的液冷***包括：CDU换热器，设于服务器机柜的底部，CDU换热器的冷流体侧的供液管路和回液管路分别联接CDU的冷冻液供液管路和冷冻液回液管路；翅片管式换热器，设于服务器机柜的底部，翅片管式换热器的冷流体侧的供液管路和回液管路分别联接CDU换热器的热流体侧的供液管路和回液管路；液冷冷板，设于服务器机柜的各个服务器中，以吸收服务器中热源的热量，液冷冷板的供液管路和回液管路分别联接翅片管式换热器的热流体侧的供液管路和回液管路。该方法实现了不同温度的梯级利用，降低了液冷***的能耗。

Description

用于服务器机柜的液冷***和服务器机柜
技术领域
本公开涉及计算机技术领域，具体涉及计算机网络技术领域，尤其涉及用于服务器机柜的液冷***和服务器机柜。
背景技术
随着中国信息化社会的快速推进，人工智能、云计算和物联网等产业的崛起，国内大型数据中心的建设呈现快速增长的趋势。金融、通信、石化、电力等大型国企、政府机构纷纷建设自己的数据中心及灾备中心。数据洪流带来了网络的发展及数据中心建设需求的大量增加，因此需要越来越多的服务器来处理数据和存储数据。
目前，数据中心机柜中安装的IT设备越来越多，整体的耗电量大大增加。更加精细集成的芯片架构带来了更高的计算性能，也导致单位服务器机柜功率密度迅速增大，传统的风冷制冷技术不再是最佳选择。液冷技术应用冷却液体直接对服务器或芯片散热，省去中间的风冷环节，散热效率更高。
常见的液冷方案包括冷板式冷却、浸没式冷却和喷淋式冷却。其中，冷板式冷却最为成熟，应用广泛。通常在冷板式冷却***中，通过冷水机组+末端空调或直膨式风冷空调为机房设备散热。冷板式冷却的冷却液在冷板内流动，通过冷板大约带走服务器芯片的70％热量，其余30％的热量由冷空气带走。
发明内容
本公开实施例提供了用于服务器机柜的液冷***和服务器机柜。
第一方面，本公开实施例提供了一种用于服务器机柜的液冷***，包括：CDU换热器，设于服务器机柜的底部，CDU换热器的冷流体侧的供液管路和回液管路分别联接CDU的冷冻液供液管路和冷冻液回液管路；翅片管式换热器，设于服务器机柜的底部，翅片管式换热器的冷流体侧的供液管路和回液管路分别联接CDU换热器的热流体侧的供液管路和回液管路；液冷冷板，设于服务器机柜的各个服务器中，以吸收服务器中热源的热量，液冷冷板的供液管路和回液管路分别联接翅片管式换热器的热流体侧的供液管路和回液管路。
在一些实施例中，翅片管式换热器中竖向设有风扇，风扇向服务器的入风口送风。
在一些实施例中，液冷冷板的供液管路和回液管路经由阀门联接CDU换热器的热流体侧的供液管路和回液管路。
在一些实施例中，冷却液为非导电溶液。
在一些实施例中，服务器机柜的底部设有供液冷***的管路出入的出入口。
在一些实施例中，热源包括以下一项或多项：服务器主板、电源和硬盘。
在一些实施例中，液冷***还包括：设于CDU换热器、翅片管式换热器和风扇下方的集水盘。
第二方面，本公开实施例提供了一种服务器机柜，包括：如上任意一项所述的用于服务器机柜的液冷***。
本公开实施例提供的用于服务器机柜的液冷***和服务器机柜，将CDU换热器，设于服务器机柜的底部，CDU换热器的冷流体侧的供液管路和回液管路分别联接CDU的冷冻液供液管路和冷冻液回液管路；将翅片管式换热器，设于服务器机柜的底部，翅片管式换热器的冷流体侧的供液管路和回液管路分别联接CDU换热器的热流体侧的供液管路和回液管路；并将液冷冷板，设于服务器机柜的各个服务器中，以吸收服务器中热源的热量，液冷冷板的供液管路和回液管路分别联接翅片管式换热器的热流体侧的供液管路和回液管路。在这一过程中，在服务器机柜底部设置串连的CDU换热器和翅片管式换热器，并且将翅片管式换热器和各个服务器的液冷冷板串联，以实现不同温度的梯级利用，可以降低能耗；机柜冷热空气为内循环，不受外界环境、空气质量的影响；投资成本低，交付速度快，部署灵活，节能可靠。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例详细描述，本公开的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是根据本公开的用于服务器机柜的液冷***的一个实施例的示例性结构图；
图2是根据本公开的用于服务器机柜的液冷***的另一个实施例的示意图；
图3是根据本公开的用于服务器机柜的液冷***的第三个实施例的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。
如图1所示，图1示出了用于服务器机柜的液冷***的一个实施例的示例性结构图。
该用于服务器机柜的液冷***100，包括：CDU换热器110，翅片管式换热器120，以及液冷冷板130。
CDU换热器110，设于服务器机柜140的底部，CDU换热器的冷流体侧111联接CDU的冷冻液供液管路和冷冻液回液管路。换热器(heat exchanger)，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。
冷液分配装置(CDU)是以各种方法调节TCS或DECS中的冷液，并通过工艺冷却***(TCS，technology cooling system)或数据通信设备冷却***(DECS，data-com equipmentcooling system)回路将冷液循环于机架、机柜或数据通信设备之内的冷却回路。CDU通常包括换热器、储液器(蓄液器)、水泵(或为了冗余全面设置多台水泵)、用于排除溶剂和水的化学物质旁通过滤器以及颗粒过滤器。
例如，CDU可以调节冷液的温度和清洁度(颗粒和化合物成分)。CDU配置都表明冷液温度是借助于换热器来控制的。值得注意的是，冷液温度控制也可以通过交换器旁通来获得。如果TCS或DECS中的冷液是制冷剂或非导电流体，则CDU也可以设计成用于调节冷液。输送给CDU的机架级冷液或设施级冷液可以是由直接膨胀***(DX，directexpansion)提供的制冷剂。
CDU的功能主要取决于被调节的冷液以及CDU所处的级别(例如，是在数据通信设备内部还是在机架/机柜内部，或是位于设施级还是位于机架外部)。在所有情况下，CDU总是有水泵和压缩机，用于通过冷液回路来循环流体。
CDU的配置方式可以连接一个或多个控制CDU运行的控制器，控制器可以利用位于数据通信设备、机架、设施级中的传感器输入。
翅片管式换热器120，设于服务器机柜的底部，翅片管式换热器的冷流体侧121联接CDU换热器的热流体侧112的供液管路和回液管路。
在本实施例中，翅片管式换热器的基本传热元件为翅片管，翅片管是由基管和翅片组合而成。基管通常为圆管，也有椭圆管和扁平管。翅片的表面结构有平翅、间断翅、波纹翅和穿孔翅等。其中，后两者为高效换热片型。
从结构型式上翅片管可分为纵向和径向两种基本类型，其他型式均为这两类的发展和变形，例如大螺旋角翅片管接近纵向，小螺旋角翅片管接近径向翅片的形状有圆形、矩形和针形。此外，翅片可设置在管外，称外翅片管；也可设置在管内，称内翅片管或内外兼有。
液冷冷板130，设于服务器机柜的各个服务器141中，以吸收服务器中热源的热量，液冷冷板的供液管路和回液管路分别联接翅片管式换热器的热流体侧122的供液管路和回液管路。
在本实施例中，热源是指服务器机柜中的散热元件。例如，热源可以包括以下一项或多项：服务器主板、电源和硬盘。
液冷冷板(liquid cooling plate)，用于电子设备的间接液冷，是一种单流体的热交换器，具有较大的换热面积，流体通道的当量直径较小，换热系数较高。液冷冷板的原理是在金属板材内加工形成流道，电子元件安装于板的表面(中间涂装导热介质)，冷却液从板的进口进入，出口出来，把元件的发出的热量带走。
在本实施例中，液冷冷板与服务器芯片贴近布置，服务器芯片中的热量传递给液冷冷板中的冷却液，吸收热量后的冷却液在翅片管式换热器中将热量传递给冷冻水，之后经由翅片管式换热器将冷却液中的热量传递给CDU换热器中的冷冻水。液冷冷板中的冷却液温度范围为20～50℃，通过调整冷却液流量，可以保证服务器芯片温度不超标。
在这里，假设冷冻供水(CDU换热器的冷流体侧111的供液管路)温度为T1，CDU流出(CDU换热器的热流体侧112的供液管路)的冷却液温度为T2，经翅片管式换热器降温后的冷空气温度为T3，经翅片管式换热器升温后(翅片管式换热器的热流体侧122的供液管路)的冷却液温度为T4，最后冷却液经集分水器到达液冷冷板为服务器芯片散热，因此T1＜T2＜T3＜T4。
在本实施例的一些可选实现方式中，冷却液为非导电溶液。在本实现方式中，通过设置冷却液为非导电溶液，可以避免在发生泄漏时损坏服务器芯片。
在本实施例的一些可选实现方式中(图中未示出)，服务器机柜的底部设有供液冷***的管路出入的出入口。在本实现方式中，通过在服务器机柜的底部设有供液冷***的管路出入的出入口，以快速进行液冷***的管路的安装。
本公开上述实施例中的用于服务器机柜的液冷***，通过冷却液在翅片管式换热器中吸收热量升温，再流经冷板换热器为服务器芯片降温，可以省去末端空调的投资以及节省空间，还可以实现冷量的梯级利用。提高了冷量的利用效率以及液冷***的制冷效率。
以下结合图2，描述本公开的用于服务器机柜的液冷***的另一个实施例的示例性结构图。
如图2所示，该用于服务器机柜的液冷***200，包括：CDU换热器110，翅片管式换热器120，以及液冷冷板130。其中，翅片管式换热器120中竖向设有风扇123，风扇123向服务器141的入风口142送风。
CDU换热器110，设于服务器机柜140的底部，CDU换热器的冷流体侧111联接CDU的冷冻液供液管路和冷冻液回液管路。换热器(heat exchanger)，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。
翅片管式换热器120，设于服务器机柜的底部，翅片管式换热器的冷流体侧121联接CDU换热器的热流体侧112的供液管路和回液管路。
液冷冷板130，设于服务器机柜的各个服务器中，以吸收服务器中热源的热量，液冷冷板的供液管路和回液管路分别联接翅片管式换热器的热流体侧122的供液管路和回液管路。
在本实施例的一些可选实现方式中，冷却液为非导电溶液。在本实现方式中，通过设置冷却液为非导电溶液，可以避免在发生泄漏时损坏服务器芯片。
在本实施例的一些可选实现方式中(图中未示出)，服务器机柜的底部设有供液冷***的管路出入的出入口。在本实现方式中，通过在服务器机柜的底部设有供液冷***的管路出入的出入口，以快速进行液冷***的管路的安装。
应当理解，上述图2所示的实施例中的CDU换热器110，翅片管式换热器120，以及液冷冷板130，与上述图1所示的实施例中的CDU换热器110，翅片管式换热器120，以及液冷冷板130相对应。因此，在上述图1所示的实施例中，对于CDU换热器110，翅片管式换热器120，以及液冷冷板130的操作和特征的描述，同样适用于图2所示的实施例中的CDU换热器110，翅片管式换热器120，以及液冷冷板130，在此不再赘述。
本公开上述实施例提供的用于服务器机柜的液冷***，与图1的实施例中的用于服务器机柜的液冷***相比，增加了风扇123，在CDU换热器中冷冻水与冷却液进行热交换，降温后的冷却液先流经翅片管式换热器，产生的冷空气为服务器主板、电源、硬盘等散热，风扇既起到强制对流增强换热的作用，又带动空气在机柜内循环。
请参考图3，其示出了根据本公开的用于服务器机柜的液冷***的第三个实施例的示例性结构图。
如图3所示，本实施例的用于服务器机柜的液冷***的流程400，可以包括：CDU换热器110，翅片管式换热器120和液冷冷板130。其中，翅片管式换热器120中竖向设有风扇123，风扇123向服务器141的入风口142送风。液冷冷板的供液管路和回液管路经由阀门150联接CDU换热器的热流体侧112的供液管路和回液管路。
在本实施例中，液冷冷板的供液管路和回液管路分别经由阀门150联通CDU换热器的热流体侧112的供液管路和回液管路，也即在翅片管式换热器的冷流体侧121设置用于将CDU换热器的热流体侧112的供液管路和回液管路分别旁通至液冷冷板的供液管路和回液管路的阀门150。
当翅片管式换热器出现故障时，可以通过开启阀门150，使得CDU换热器的冷却液不再流经翅片管式换热器，直接从CDU换热器输出至液冷冷板。进一步地，还可以打开机柜的前后门，以采用风冷等其它散热方式保证服务器正常运行。平时正常运行时，机柜前后门保持关闭，避免空气的污染物或水汽进入机柜。
在本实施例的一些可选实现方式中，冷却液为非导电溶液。在本实现方式中，通过设置冷却液为非导电溶液，可以避免在发生泄漏时损坏服务器芯片。
在本实施例的一些可选实现方式中(图中未示出)，服务器机柜的底部设有供液冷***的管路出入的出入口。在本实现方式中，通过在服务器机柜的底部设有供液冷***的管路出入的出入口，以快速进行液冷***的管路的安装。
在本实施例的一些可选实现方式中，液冷***还包括：设于CDU换热器、翅片管式换热器和风扇下方的集水盘160。在本实现方式中，在机柜底部还设置接水盘，管道泄漏的液体和翅片管式换热器产生的冷凝水汇集至接水盘，由排水管排出机柜。
应当理解，上述图3所示的实施例中的CDU换热器110，翅片管式换热器120，以及液冷冷板130，与上述图1所示的实施例中的CDU换热器110，翅片管式换热器120，以及液冷冷板130相对应。因此，在上述图1所示的实施例中，对于CDU换热器110，翅片管式换热器120，以及液冷冷板130的操作和特征的描述，同样适用于图3所示的实施例中的CDU换热器110，翅片管式换热器120，以及液冷冷板130，在此不再赘述。
本公开上述实施例的用于服务器机柜的液冷***，与图1中所示的实施例不同的是：增加了风扇123，在CDU换热器中冷冻水与冷却液进行热交换，降温后的冷却液先流经翅片管式换热器，产生的冷空气为服务器主板、电源、硬盘等散热，风扇既起到强制对流增强换热的作用，又带动空气在机柜内循环。进一步地，本实施例中通过设置旁通阀门，可以使得CDU换热器的冷却液不再流经翅片管式换热器，再配合其它散热方式，可以在翅片管式换热器故障时保障服务器的正常运行。
本公开还提供了一种服务器机柜，可以包括以上任意一项所述的用于服务器机柜的液冷***。
本领域技术人员应当理解，上述实施例中的CDU换热器110的冷流体侧111、翅片管式换热器120的冷流体侧121，分别是指CDU换热器110、翅片管式换热器120从外部接收冷量、向外部交换热量的一侧；上述CDU换热器110的热流体侧、翅片管式换热器120的热流体侧，分别是指CDU换热器110、翅片管式换热器120从外部接收热量、向外部提供冷量的一侧。
上述实施例中的CDU换热器110，翅片管式换热器120，以及液冷冷板130这三者的供液管路，是指这三者中冷量流向液冷冷板的低温冷却液所流通的管路；上述实施例中的回液管路，是指这三者中热量由液冷冷板流出的加热后的冷却液所流通的管路。
以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开的实施例中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开的实施例中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (8)

1.一种用于服务器机柜的液冷***，包括：
CDU换热器，设于服务器机柜的底部，所述CDU换热器的冷流体侧的供液管路和回液管路分别联接CDU的冷冻液供液管路和冷冻液回液管路；
翅片管式换热器，设于所述服务器机柜的底部，所述翅片管式换热器的冷流体侧的供液管路和回液管路分别联接所述CDU换热器的热流体侧的供液管路和回液管路；
液冷冷板，设于所述服务器机柜的各个服务器中，以吸收所述服务器中热源的热量，所述液冷冷板的供液管路和回液管路分别联接所述翅片管式换热器的热流体侧的供液管路和回液管路。
2.根据权利要求1所述的液冷***，其中，所述翅片管式换热器中竖向设有风扇，所述风扇向所述服务器的入风口送风。
3.根据权利要求1或2任意一项所述的液冷***，其中，所述液冷冷板的供液管路和回液管路经由阀门联接所述CDU换热器的热流体侧的供液管路和回液管路。
4.根据权利要求1所述的液冷***，其中，所述冷却液为非导电溶液。
5.根据权利要求1所述的液冷***，其中，所述服务器机柜的底部设有供液冷***的管路出入的出入口。
6.根据权利要求1所述的液冷***，其中，所述热源包括以下一项或多项：服务器主板、电源和硬盘。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的液冷***，其中，所述液冷***还包括：设于所述CDU换热器、所述翅片管式换热器和所述风扇下方的集水盘。
8.一种服务器机柜，包括，如上述1-7任意一项所述的用于服务器机柜的液冷***。
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