本專利涉及數(shù)據(jù)中心自然冷卻領(lǐng)域，具體涉及一種單級并聯(lián)式液氣雙通道自然冷卻數(shù)據(jù)中心散熱系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

常用的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器散熱系統(tǒng)中，服務(wù)器CPU等高密度熱源采用液冷通道散熱，即液態(tài)流體通過與服務(wù)器主要發(fā)熱芯片隔離接觸吸熱，帶走了服務(wù)器總發(fā)熱量70%～80%，而剩下的20%～30%的服務(wù)器熱量則通過風(fēng)冷通道帶走。由于液冷通道散熱效率高，因此采用自然冷卻即可滿足散熱需求，無需壓縮機參與制備冷源，整體能耗低，而風(fēng)冷通道還是有壓縮機參與制冷，所以風(fēng)冷通道的壓縮機能耗成為最新散熱系統(tǒng)主要能耗設(shè)備。

傳統(tǒng)的機房冷凍水空調(diào)系統(tǒng)末端送風(fēng)溫度約為15℃~16℃，在新版GB 50174《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》中，服務(wù)器允許進風(fēng)溫度提高到32℃，即表明提高后的服務(wù)器允許進風(fēng)溫度也可滿足服務(wù)器散熱要求，同時服務(wù)器主要發(fā)熱量已經(jīng)通過高效的液冷通道散發(fā)出去，只剩下小部分分散式發(fā)熱量，這使得風(fēng)冷通道去除壓縮機，利用自然冷源進行散熱成為可能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本專利提供一種單級并聯(lián)式液氣雙通道自然冷卻數(shù)據(jù)中心散熱系統(tǒng)，能夠充分利用自然冷源實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心自然冷卻，節(jié)約能源。

針對本專利來說，上述技術(shù)問題是這樣加以解決的：一種單級并聯(lián)式液氣雙通道自然冷卻數(shù)據(jù)中心散熱系統(tǒng)，包括液冷模塊、風(fēng)冷裝置、第一三通閥和自然散熱裝置，所述第一三通閥包括第一接口、第二接口和第三接口，第三接口與自然散熱裝置連通；所述風(fēng)冷裝置的進口連通第一接口，出口連通自然散熱裝置；所述液冷模塊的進口連通第二接口，出口連通自然散熱裝置。

所述液冷模塊用于吸收服務(wù)器中主要發(fā)熱元件的集中式熱量，風(fēng)冷裝置用于吸收服務(wù)器中其他元件的分散式熱量。液冷模塊利用液體換熱介質(zhì)比熱容大、對流換熱快、蒸發(fā)潛熱大等特點，所以才能夠結(jié)合自然散熱裝置對服務(wù)器主要發(fā)熱元件進行自然冷卻，滿足散熱需求，其次因為服務(wù)器中70%~80%的熱量已被液冷模塊帶走，服務(wù)器中其余的分布式熱量允許進一步提高送風(fēng)溫度到32℃，這使得風(fēng)冷裝置能夠結(jié)合自然散熱裝置對服務(wù)器中的其他發(fā)熱元件進行自然冷卻，再者第一三通閥可以根據(jù)液冷模塊和風(fēng)冷裝置之間的散熱量比例調(diào)節(jié)分配工質(zhì)流量，靈活性好，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。綜上，本專利充分利用自然冷源進行散熱，減少了機械制冷中壓縮機等部件的運行和維護成本，極大地降低了能耗，節(jié)省了能源。

進一步地，還包括設(shè)在風(fēng)冷裝置出口的第一溫度傳感器、設(shè)在液冷模塊出口的第二溫度傳感器、第二三通閥，所述第二三通閥包括第四接口、第五接口和第六接口，第四接口與自然散熱裝置連通，第五接口與第三接口連通；所述液冷模塊的出口和風(fēng)冷裝置的出口同時通過第六接口與自然散熱裝置連通。

所述第一溫度傳感器檢測到風(fēng)冷裝置出口的溫度比設(shè)定值偏高時，此時第一三通閥應(yīng)當(dāng)增大第一接口和第二接口之間的流量比例，進而增大通過風(fēng)冷裝置的換熱介質(zhì)的流量，提高風(fēng)冷裝置的換熱效率，從而使得風(fēng)冷裝置出口的溫度降至設(shè)定值以下，滿足系統(tǒng)散熱需求，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行；所述第二溫度傳感器檢測到液冷模塊的出口溫度比設(shè)定值偏高時，此時第一三通閥應(yīng)當(dāng)降低第一接口和第二接口之間的流量比例，進而增大通過液冷模塊的換熱介質(zhì)的流量，提高散熱效率，從而使得液冷模塊出口的溫度降至設(shè)定值以下，滿足系統(tǒng)散熱需求，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行；所述第一溫度傳感器檢測到風(fēng)冷裝置出口的溫度和第二溫度傳感器檢測到液冷模塊的出口溫度同時比設(shè)定值偏高時，通過調(diào)小第五接口的流量來使更多的換熱介質(zhì)進入自然散熱裝置進行散熱，提高自然散熱裝置的散熱效率，從而使風(fēng)冷裝置出口的溫度和液冷模塊的出口溫度均下降到設(shè)定值以下，滿足系統(tǒng)散熱需求，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

進一步地，還包括設(shè)在風(fēng)冷裝置出口的第一溫度傳感器。

所述第一溫度傳感器檢測到風(fēng)冷裝置出口的溫度比設(shè)定值偏高時，此時第一三通閥應(yīng)當(dāng)增大第一接口和第二接口之間的流量比例，進而增大通過風(fēng)冷裝置的換熱介質(zhì)的流量，提高風(fēng)冷裝置的換熱效率，從而使得風(fēng)冷裝置出口的溫度降至設(shè)定值以下，滿足系統(tǒng)散熱需求，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

進一步地，還包括設(shè)在液冷模塊出口的第二溫度傳感器。

所述第二溫度傳感器檢測到液冷模塊的出口溫度比設(shè)定值偏高時，此時第一三通閥應(yīng)當(dāng)降低第一接口和第二接口之間的流量比例，進而增大通過液冷模塊的換熱介質(zhì)的流量，提高散熱效率，從而使得液冷模塊出口的溫度降至設(shè)定值以下，滿足系統(tǒng)散熱需求，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

進一步地，還包括第二三通閥以及設(shè)在風(fēng)冷裝置進口的第三溫度傳感器，所述第二三通閥包括第四接口、第五接口和第六接口，第四接口與自然散熱裝置連通，第五接口與第三接口連通；所述液冷模塊的出口和風(fēng)冷裝置的出口同時通過第六接口與自然散熱裝置連通。

所述第三溫度傳感器檢測到風(fēng)冷裝置的進口溫度比設(shè)定值偏低時，此時第二三通閥應(yīng)當(dāng)加大第五接口的開度，進而減小通過自然散熱裝置的換熱介質(zhì)流量，降低自然散熱裝置的換熱效率，從而使得風(fēng)冷裝置進口的溫度升高到設(shè)定值以上，節(jié)省系統(tǒng)能耗的同時也防止風(fēng)冷裝置過冷而產(chǎn)生凝露現(xiàn)象，避免凝露導(dǎo)致的電路短路、霉菌滋生和材料腐蝕等安全隱患，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

進一步地，還包括第二三通閥以及設(shè)在液冷模塊進口的第四溫度傳感器，所述第二三通閥包括第四接口、第五接口和第六接口，第四接口與自然散熱裝置連通，第五接口與第三接口連通；所述液冷模塊的出口和風(fēng)冷裝置的出口同時通過第六接口與自然散熱裝置連通。

所述第四溫度傳感器檢測到液冷模塊的進口溫度比設(shè)定值偏低時，此時第二三通閥應(yīng)當(dāng)加大第五接口的開度，進而減小通過自然散熱裝置的換熱介質(zhì)流量，降低自然散熱裝置的換熱效率，從而使得液冷模塊進口的溫度升高到設(shè)定值以上，節(jié)省系統(tǒng)能耗的同時也防止液冷模塊過冷而產(chǎn)生凝露現(xiàn)象，避免凝露導(dǎo)致的電路短路、霉菌滋生和材料腐蝕等安全隱患，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

進一步地，還包括設(shè)在自然散熱裝置進口或出口的水泵。

所述第一溫度傳感器檢測到風(fēng)冷裝置出口的溫度和第二溫度傳感器檢測到液冷模塊的出口溫度同時比設(shè)定值偏高時，優(yōu)先通過調(diào)小第五接口的流量來使更多的換熱介質(zhì)進入自然散熱裝置進行散熱，當(dāng)上述方法無法滿足散熱要求時還可以加大水泵的運行頻率來提高自然散熱裝置的散熱效率，從而使風(fēng)冷裝置出口的溫度和液冷模塊的出口溫度均下降到設(shè)定值以下，滿足系統(tǒng)散熱需求，進一步保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行；所述第三溫度傳感器檢測到風(fēng)冷裝置的進口溫度或第四溫度傳感器檢測到液冷模塊的進口溫度比設(shè)定值偏低時，優(yōu)先減小水泵的運行頻率來降低自然散熱裝置的散熱效率，當(dāng)上述方法也無法滿足溫度設(shè)定值的要求時，還可以加大第二三通閥第五接口的開度進而減小通過自然散熱裝置的換熱介質(zhì)流量，從而使得液冷模塊進口的溫度和風(fēng)冷裝置進口的溫度升高到設(shè)定值以上，節(jié)省系統(tǒng)能耗的同時也防止液冷模塊和風(fēng)冷裝置因過冷而產(chǎn)生凝露現(xiàn)象，避免凝露導(dǎo)致的電路短路、霉菌滋生和材料腐蝕等安全隱患，進一步保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

進一步地，所述自然散熱裝置上設(shè)有風(fēng)機。

所述第一溫度傳感器檢測到風(fēng)冷裝置出口的溫度和第二溫度傳感器檢測到液冷模塊的出口溫度同時比設(shè)定值偏高時，優(yōu)先通過調(diào)小第五接口的流量來使更多的換熱介質(zhì)進入自然散熱裝置進行散熱，當(dāng)上述方法無法滿足散熱要求時還可以加大風(fēng)機的運行頻率來提高自然散熱裝置的散熱效率，從而使風(fēng)冷裝置出口的溫度和液冷模塊的出口溫度均下降到設(shè)定值以下，滿足系統(tǒng)散熱需求，進一步保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行；所述第三溫度傳感器檢測到風(fēng)冷裝置的進口溫度或第四溫度傳感器檢測到液冷模塊的進口溫度比設(shè)定值偏低時，優(yōu)先減小水泵的運行頻率來降低自然散熱裝置的散熱效率，當(dāng)上述方法也無法滿足溫度設(shè)定值的要求時，還可以通過降低風(fēng)機的運行頻率來降低自然散熱裝置的散熱效率，從而使得液冷模塊進口的溫度和風(fēng)冷裝置進口的溫度升高到設(shè)定值以上，節(jié)省系統(tǒng)能耗的同時也防止液冷模塊和風(fēng)冷裝置因過冷而產(chǎn)生凝露現(xiàn)象，避免凝露導(dǎo)致的電路短路、霉菌滋生和材料腐蝕等安全隱患，進一步保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

進一步地，所述自然散熱裝置為冷卻塔或干冷器。

進一步地，所述風(fēng)冷裝置為風(fēng)機墻空調(diào)末端。

相比于現(xiàn)有技術(shù)，本專利的有益效果為：

1、所述液冷模塊和風(fēng)冷裝置通過自然散熱裝置進行自然冷卻，極大地降低了能耗。

2、通過檢測機構(gòu)：第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、第三溫度傳感器和第四溫度傳感器對系統(tǒng)狀態(tài)的檢測，以及調(diào)節(jié)機構(gòu)：水泵、風(fēng)機、第一三通閥和第二三通閥對系統(tǒng)工作的調(diào)控，保證系統(tǒng)在滿足散熱需求的同時避免過冷凝露導(dǎo)致的電路短路、霉菌滋生和材料腐蝕等安全隱患，穩(wěn)定性好。

附圖說明

圖1是本專利的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

如圖1所示的一種單級并聯(lián)式液氣雙通道自然冷卻數(shù)據(jù)中心散熱系統(tǒng)，包括液冷模塊7、風(fēng)冷裝置8、第一三通閥4、和自然散熱裝置1，所述第一三通閥4包括第一接口a、第二接口b和第三接口c，第三接口c與自然散熱裝置1連通；所述風(fēng)冷裝置8的進口連通第一接口a，出口連通自然散熱裝置1；所述液冷模塊7的進口連通第二接口b，出口連通自然散熱裝置1。

所述液冷模塊7用于吸收服務(wù)器中主要發(fā)熱元件的集中式熱量，風(fēng)冷裝置8用于吸收服務(wù)器中其他元件的分散式熱量。液冷模塊7利用液體換熱介質(zhì)比熱容大、對流換熱快、蒸發(fā)潛熱大等特點，所以才能夠結(jié)合自然散熱裝置1對服務(wù)器主要發(fā)熱元件進行自然冷卻，滿足散熱需求，其次因為服務(wù)器中70%~80%的熱量已被液冷模塊7帶走，服務(wù)器中其余的分布式熱量允許進一步提高送風(fēng)溫度到32℃，這使得風(fēng)冷裝置8能夠結(jié)合自然散熱裝置1對服務(wù)器中的其他發(fā)熱元件進行自然冷卻，再者第一三通閥4可以根據(jù)液冷模塊7和風(fēng)冷裝置8之間的散熱量比例調(diào)節(jié)分配工質(zhì)流量，靈活性好，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。綜上，本專利充分利用自然冷源進行散熱，減少了機械制冷中壓縮機等部件的運行和維護成本，極大地降低了能耗，節(jié)省了能源。

具體實施過程中，所述風(fēng)冷裝置8為風(fēng)機墻空調(diào)末端，包括盤管5和設(shè)在盤管5上的風(fēng)機墻19，自然散熱裝置1為冷卻塔或干冷器。

該系統(tǒng)還包括設(shè)在盤管5出口的第一溫度傳感器10、設(shè)在液冷模塊7出口的第二溫度傳感器11、設(shè)在盤管5進口的第三溫度傳感器9、設(shè)在液冷模塊進口的第四溫度傳感器12、設(shè)在自然散熱裝置1出口的水泵3、設(shè)在自然散熱裝置1上的風(fēng)機（圖中未標出）以及第二三通閥4，所述第二三通閥4包括第四接口d、第五接口e和第六接口f，第四接口d與自然散熱裝置1連通，第五接口e與第三接口c連通；所述液冷裝置7的出口和盤管5的出口同時通過第六接口f與自然散熱裝置1連通。

具體實施過程中，所述水泵3上設(shè)有第一變頻器21，風(fēng)機上設(shè)有第二變頻器6。

本專利一種單級并聯(lián)式液氣雙通道自然冷卻數(shù)據(jù)中心散熱系統(tǒng)的工作原理如下：

第一三通閥4根據(jù)液冷模塊7和盤管5之間默認的散熱量比例值分配第一接口a和第二接口b之間的換熱介質(zhì)，滿足液冷模塊7和盤管5的基本散熱需求。

1、當(dāng)所述第一溫度傳感器10檢測到盤管5出口的溫度比設(shè)定值偏高時，此時第一三通閥4應(yīng)當(dāng)增大第一接口a和第二接口b之間的流量比例，進而增大通過盤管5的換熱介質(zhì)的流量，提高盤管5的換熱效率，從而使得盤管5出口的溫度降至設(shè)定值以下，滿足盤管5的散熱需求，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行；當(dāng)所述第二溫度傳感器11檢測到液冷模塊7的出口溫度比設(shè)定值偏高時，此時第一三通閥4應(yīng)當(dāng)降低第一接口a和第二接口b之間的流量比例，進而增大通過液冷模塊7的換熱介質(zhì)的流量，提高散熱效率，從而使得液冷模塊7出口的溫度降至設(shè)定值以下，滿足系統(tǒng)散熱需求，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行；所述第一溫度傳感器10檢測到盤管5出口的溫度和第二溫度傳感器11檢測到液冷模塊7的出口溫度同時比設(shè)定值偏高時，優(yōu)先調(diào)小第五接口e的流量來使更多的換熱介質(zhì)進入自然散熱裝置1進行散熱，提高自然散熱裝置1的散熱效率，當(dāng)?shù)谖褰涌趀調(diào)至最小也無法滿足散熱要求時，還可以通過第二變頻器6加大風(fēng)機的運行頻率，來提高自然散熱裝置1的散熱效率，當(dāng)?shù)诙冾l器6調(diào)至最大也無法滿足散熱要求時，還可以通過第一變頻器21加大水泵3的運行頻率來提高自然散熱裝置1的散熱效率，，從而使盤管5出口的溫度和液冷模塊7的出口溫度均下降到設(shè)定值以下，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

2、當(dāng)所述第三溫度傳感器9檢測到盤管5的進口溫度或第四溫度傳感器12檢測到液冷模塊7的進口溫度比設(shè)定值偏低時，優(yōu)先通過第一變頻器21減小水泵3的運行頻率來降低自然散熱裝置1的散熱效率，當(dāng)水泵3的運行頻率調(diào)至最小也無法滿足溫度設(shè)定值的要求時，還可以通過第二變頻器6降低風(fēng)機運行頻率來降低自然散熱裝置1的散熱效率，當(dāng)?shù)诙冾l器6調(diào)至最小也無法滿足溫度設(shè)定值的要求時，還可以通過加大第二三通閥1第五接口e的開度進而減小通過自然散熱裝置1的換熱介質(zhì)流量，從而使得液冷模塊7進口的溫度和盤管5進口的溫度升高到設(shè)定值以上，節(jié)省系統(tǒng)能耗的同時也防止液冷模塊7和盤管5因過冷而產(chǎn)生凝露現(xiàn)象，避免凝露導(dǎo)致的電路短路、霉菌滋生和材料腐蝕等安全隱患，進一步保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

3、當(dāng)所述第一溫度傳感器10檢測到盤管5出口的溫度和第二溫度傳感器11檢測到液冷模塊7的出口溫度同時比設(shè)定值偏高，而所述第三溫度傳感器9檢測到盤管5的進口溫度或第四溫度傳感器12檢測到液冷模塊7的進口溫度比設(shè)定值偏低時，優(yōu)先按第1點中對出現(xiàn)所述第一溫度傳感器10檢測到盤管5出口的溫度和第二溫度傳感器11檢測到液冷模塊7的出口溫度同時比設(shè)定值偏高時采取的方案執(zhí)行，保證滿足液冷模塊7和盤管5的散熱需求，可靠性高。