冷却系统及数据中心的制作方法

1.本技术涉及冷却技术领域，特别涉及一种冷却系统及数据中心。


背景技术：

2.随着大数据的快速推进，数据中心的产业规模迅速扩大。数据中心的冷却系统用于对数据中心的设备进行冷却散热。传统的液冷式的冷却系统，将多个负载设备(例如服务器)装于一箱体内，箱体内盛有冷却液，多个设备浸入于冷却液内。然而，冷却系统的效率较低，难以满足现今的功率密度较高的数据中心。


技术实现要素：

3.本技术实施例提供了一种能够提高冷却效率的冷却系统及数据中心。
4.第一方面，本技术提供了一种冷却系统，包括至少一个液冷模块单元，所述液冷模块单元包括液冷容器、喷淋器及换热胶囊，所述换热胶囊及所述喷淋器收容在所述液冷容器内，所述喷淋器用于向所述换热胶囊喷射第一冷却媒介，所述换热胶囊用于存储第二冷却媒介。
5.喷淋器用于向所述换热胶囊喷射第一冷却媒介。换热胶囊用于承载待冷却负载，待冷却负载浸入换热胶囊内的第二冷却媒介。待冷却负载工作时产生热量，第二冷却媒介吸收待冷却负载工作时产生的热量，第二冷却媒介的温度升高。第一冷却媒介与第二冷却媒介进行换热，吸取第二冷却媒介的热量，实现第一冷却媒介对第二冷却媒介进行降温。
6.由于第二冷却媒介对待冷却负载进行冷却散热时，第一冷却媒介对第二冷却媒介进行了降温，有利于提高冷却系统的冷却效率。由于第一冷却媒介经喷淋器喷射，有利于减少第一冷却媒介的使用量。液冷容器还用于收集经喷淋器喷射出的第一冷却媒介，以方便第一冷却媒介的再次使用，减少第一冷却媒介的浪费。换热胶囊内盛放第二冷却媒介，有利于减少第二冷却媒介的使用量。
7.例如，第一冷却媒介可以选用成本价廉的冷却水，而第二冷却媒介可以选用成本较高但冷却效果较好的冷却液(例如氟化液)，如此，可以降低冷却系统的使用成本。
8.每个液冷模块单元内的换热胶囊的数量为至少一个。
9.还有，液冷模块单元采用模块化设计，方便运输及部署，有序缩短了部署周期。当需冷却系统与数据中心进行规模缩减或规模扩容时，减少或增加液冷模块单元的数量即可。
10.根据本技术的第一方面，在本技术的一种可能的实现方式中，所述喷淋器包括喷淋管道及设于所述喷淋管道上的多个喷淋头，所述喷淋头用于喷射所述喷淋管道流通的第一冷却媒介。多个喷淋头可以增大喷淋器的喷射面积，进一步提高冷却系统的冷却效率。
11.根据本技术的第一方面，在本技术的一种可能的实现方式中，所述换热胶囊的数量为多个，多个所述换热胶囊沿第一方向排列设置，在所述第一方向上，每两个所述换热胶囊之间设有至少一个喷淋头，这样一来，增大了每个换热胶囊的外表面被喷淋头喷出的第
一冷却媒介喷射到的喷射面积。
12.根据本技术的第一方面，在本技术的一种可能的实现方式中，所述液冷容器设有出液口，所述冷却系统还包括回收单元及第一连接管道，所述回收单元通过第一连接管道与所述出液口连接，用于回收从所述液冷容器流出的第一冷却媒介，减少了第一冷却媒介的浪费。
13.根据本技术的第一方面，在本技术的一种可能的实现方式中，所述冷却系统还包括第二连接管道，所述回收单元与所述喷淋管道通过所述第二连接管道连接。回收单元、液冷模块单元形成循环回路，提高了第一冷却媒介的使用率。
14.根据本技术的第一方面，在本技术的一种可能的实现方式中，所述回收单元包括有冷却装置，所述冷却装置用于对经所述液冷容器的出液口流出的第一冷却媒介进行冷却，并将冷却后的第一冷却媒介从所述第二连接管道输送至所述喷淋管道。冷却装置可以为冷却塔或干冷器等散热设备，冷却装置直接对第一冷却媒介进行冷却，方便了第一冷却媒介的再次利用。
15.根据本技术的第一方面，在本技术的一种可能的实现方式中，所述回收单元包括分隔设置的热存储区及冷存储区，所述热存储区与所述液冷容器的出液口通过所述第一连接管道连接，所述热存储区用于存储从所述液冷容器的出液口流出的第一冷却媒介，所述冷存储区与所述喷淋管道通过所述第二连接管道连接，所述冷存储区用于存储第一冷却媒介，所述热存储区内的第一冷却媒介的温度高于所述冷存储区内的第一冷却媒介的温度。
16.从液冷容器的出液口流出的第一冷却媒介，由于与第二冷却媒介经过换热，温度升高，而成为热第一冷却媒介。热存储区存储从液冷容器的出液口流出的热第一冷却媒介，能够有效地对液冷模块单元的余热进行回收，节约了能源。冷存储区用于为液冷容器补充第一冷却媒介。
17.根据本技术的第一方面，在本技术的一种可能的实现方式中，所述回收单元为一个回收容器，所述热存储区与所述冷存储区沿所述回收容器的高度方向设置，所述冷存储区位于所述回收容器的底部。
18.由于用于蓄热的热存储区与用于蓄冷的冷存储区设置于同一个容器内，简化冷却系统的结构。由于热存储区冷存储区沿回收单元的高度方向层叠设置，有效减少了回收单元的占地面积，提高了冷却系统的空间利用率。
19.根据本技术的第一方面，在本技术的一种可能的实现方式中，所述回收单元为一个回收容器，所述热存储区包括入液口与出液口，所述热存储区的入液口与所述第一连接管道连接，所述热存储区的出液口设有阀门，用于开启或关闭所述热存储区的出液口，方便了第一冷却媒介的取用。
20.回收容器可以为蓄热罐。第一冷却媒介沿热存储区高度方向上会随温度进行分层，例如，温度最高的第一冷却媒介位于最上层。出液口设置在热存储区沿高度方向上较高的位置，以使出液口流出的第一冷却媒介始终保持在最理想的热回收温度。
21.根据本技术的第一方面，在本技术的一种可能的实现方式中，所述回收单元还包括设于所述热存储区与所述冷存储区之间的旁通部件，用于将所述热存储区的第一冷却媒介输送至所述冷存储区，用于将所述热存储区的第一冷却媒介输送至冷存储区，以调节冷存储区内的第一冷却媒介的温度，适应不同的第一冷却媒介的温度需求。
22.根据本技术的第一方面，在本技术的一种可能的实现方式中，所述冷却系统还包括设于所述第二连接管道上的泵，所述泵用于将所述回收单元内的第一冷却媒介驱动至所述喷淋管道，提高冷却系统的工作效率。
23.根据本技术的第一方面，在本技术的一种可能的实现方式中，所述冷却系统还包括设于所述第一连接管道上的阀门，所述阀门用于控制所述出液口的导通或关闭。
24.根据本技术的第一方面，在本技术的一种可能的实现方式中，所述换热胶囊包括胶囊体及设置于所述胶囊体上的连接接口，所述胶囊体用于存储第二冷却媒介，所述连接接口用于与浸入所述第二冷却媒介的待冷却负载电连接，方便了待冷却负载的组装与拆卸。
25.根据本技术的第一方面，在本技术的一种可能的实现方式中，所述冷却系统还包括控制单元，所述控制单元与所述连接接口电连接，方便配电与监控待冷却负载。
26.本技术第二方面提供一种数据中心，包括冷却系统及负载，所述负载容纳于所冷却系统的换热胶囊中并至少部分浸入所述换热胶囊中的第二冷却媒介。
附图说明
27.图1为本技术第一实施方式提供的数据中心的示意图；
28.图2为液冷模块单元与待冷却负载组装于一起的放大示意图；
29.图3为换热胶囊的放大示意图；
30.图4为本技术第二实施方式提供的数据中心的示意图。
具体实施方式
31.传统的数据中心冷却系统，特别是直膨制冷系统或者部分通过直膨制冷的系统，能效受制于系统器件限制，无法满足数据中心低电源使用效率(power usage effectiveness，pue)的需求。还有一种液冷式的冷却系统，将多个负载设备(例如服务器)装于一箱体内，箱体内盛有冷却液，多个设备浸入于冷却液内。然而，冷却系统的效率较低，已难以满足现今的功率密度较高的数据中心。
32.基于此，本技术提供一种冷却系统及其相关的数据中心，以提高冷却效率。冷却系统包括至少一个液冷模块单元，所述换热胶囊及所述喷淋器收容在所述液冷容器内，所述喷淋器用于向所述换热胶囊喷射第一冷却媒介，所述换热胶囊用于存储第二冷却媒介。
33.以下结合具体实施方式与附图对冷却系统及其相关的数据中心作进一步地说明。
34.请参阅图1与图2，本技术第一实施方式提供一种数据中心100，用于传递、加速、展示、计算、存储数据信息。数据中心100包括冷却系统101与待冷却负载103。冷却系统101用于为待冷却负载103进行冷却及散热。待冷却负载103包括服务器、配电设备等，在此不作赘述。
35.冷却系统101包括通过管道连接设置的液冷模块单元10与回收单元30。液冷模块单元10用于对待冷却负载103进行冷却及散热。回收单元30用于回收液冷模块单元10中流出的第一冷却媒介201。
36.液冷模块单元10包括液冷容器11、喷淋器12及换热胶囊13。
37.液冷容器11可以为罐体，例如卧式油罐，以方便组装及运输。卧式油罐通常是用以
储存原油、植物油，化工溶剂、水或其他石油产品的长形容器。卧式油罐通常包括端盖及卧式圆形或椭圆形罐壁和鞍座。可以理解的是，卧式油罐的形状也可以为不规则的形状。液冷容器11还可以为集装箱。液冷容器11用于收容喷淋器12、换热胶囊13及第一冷却媒介201。液冷容器11上设有出液口113。出液口113用于向回收单元30输出第一冷却媒介201。
38.喷淋器12收容在液冷容器11内，用于向换热胶囊13喷射第一冷却媒介201。本技术的一些实施方式中，被喷射到换热胶囊13外表面的第一冷却媒介201在吸收热量后，由于重力作用，落入液冷容器11中，并能够从出液口113输出。喷淋器12包括喷淋管道122及设于喷淋管道122上的喷淋头124，喷淋头124用于喷射喷淋管道122流通的第一冷却媒介201。
39.本技术的其他的一些实现方式中，被喷射到换热胶囊13外表面的第一冷却媒介201在吸收热量后，可以由液体转换为蒸汽(即发生了相变)，以能够带走更多的热量，进而提高冷却系统101的冷却效率。
40.换热胶囊13容纳于液冷容器11内。在液冷容器11内盛放有第一冷却媒介201时，换热胶囊13也可以部分被浸入在第一冷却媒介201内。换热胶囊13为密封容器。换热胶囊13用于容纳第二冷却媒介203与待冷却负载103。待冷却负载103至少部分浸入换热胶囊13内的第二冷却媒介203内。第二冷却媒介203用于对待冷却负载103进行冷却散热。第一冷却媒介201通过喷淋头124喷射至换热胶囊13的外表面上，以对第二冷却媒介203进行冷却散热。
41.换热胶囊13的数量为多个，多个换热胶囊13沿第一方向排列设置，在第一方向上，每两个换热胶囊13之间设有至少一个喷淋头124。这样一来，增大了每个换热胶囊13被喷淋头124喷出的第一冷却媒介201喷射到的喷射面积，提高第一冷却媒介201与第二冷却媒介203的换热效率。
42.冷却系统101使用时，待冷却负载103浸入第二冷却媒介203。第二冷却媒介203用于吸收待冷却负载103散发的热量，第二冷却媒介203吸收待冷却负载103散发的热量后，第二冷却媒介203的温度上升。由于第一冷却媒介201被喷射至换热胶囊13的外表面上，第一冷却媒介201与第二冷却媒介203进行换热，第一冷却媒介201的温度上升，第二冷却媒介203的温度下降，即第一冷却媒介201对第二冷却媒介203进行了冷却散热。由于第二冷却媒介203对待冷却负载103进行冷却散热时，第一冷却媒介201对第二冷却媒介203进行了降温，有利于提高冷却系统101的冷却效率。
43.由于液冷容器11还用于收集经喷淋器12喷射出的第一冷却媒介201，以方便第一冷却媒介201的再次使用，减少第一冷却媒介201的浪费。
44.由于液冷模块单元10为模块化设计，在需要建设数据中心100时，将液冷模块单元10直接运输至选址地，进行简单的管道连接即可，有序缩短了部署周期。当需冷却系统101与数据中心100进行规模缩减或规模扩容时，减少或增加液冷模块单元10的数量即可。
45.由于第二冷却媒介203容纳至换热胶囊13中，有利于减少第二冷却媒介203的用量。请一并参阅图3，换热胶囊13包括胶囊体132及设置于胶囊体132上的接口134。胶囊体132用于存储第二冷却媒介203。本实施方式中，第一冷却媒介201包括但不限定冷却水，第二冷却媒介203包括但不限定为氟化液。氟化液具有绝缘且不燃的惰性特点，常被应用于数据中心进行液冷。接口134可设于胶囊体132的内壁上，用于与待冷却负载103连接。接口134包括通信接口、供电端子等，以方便实现待冷却负载103的供电及通信等功能。
46.本实施方式中，液冷模块单元10的数量为多个，每个液冷模块单元10内的换热胶
囊13的数量为多个，多个换热胶囊13可均匀有序地排列在液冷容器11中，例如，在一个液冷模块单元10内的多个换热胶囊13沿直线间隔排列。每个换热胶囊13可容纳的待冷却负载103为一个。由于多个待冷却负载103分装于多个换热胶囊13内，减少了第二冷却媒介203的使用量，亦提高了冷却系统101的冷却散热效率。
47.可以理解，在其他实施方式中，每个液冷模块单元10内的换热胶囊13的数量可以为一个或多个；换热胶囊13内的待冷却负载103的数量可以为一个或多个。
48.请再次参阅图1，本实施方式中，回收单元30包括有冷却装置，冷却装置包括冷却塔及/或干冷器。冷却系统101还包括第一连接管道15及第二连接管道16，回收单元30与液冷容器11的出液口113通过第一连接管道15连接，回收单元30与喷淋管道122通过第二连接管道16连接。从液冷容器11的出液口113流出的第一冷却媒介201输送至回收单元30进行回收及冷却。经回收单元30冷却后的第一冷却媒介201输送至喷淋管道122，如此，液冷模块单元10、第一连接管道15、第二连接管道16及回收单元30形成了第一冷却媒介201的流通回路，以实现第一冷却媒介201的使用循环。
49.冷却系统101还包括设于第二连接管道16上的泵50，用于驱动第一冷却媒介201于回路中流动循环。
50.冷却系统101还包括设于第一连接管道15的阀门60，阀门60能够打开或关闭，以控制出液口113与第一连接管道15之间的导通或不导通。阀门60打开时，出液口113与第一连接管道15之间流通，液冷容器11内的第一冷却媒介201能够流入回收单元30。阀门60关闭时，出液口113与第一连接管道15之间不导通，液冷容器11内的第一冷却媒介201不能够流入回收单元30。例如，在液冷容器11内的第一冷却媒介201的水位到达预设值时，则控制阀门60导通。在液冷容器11内的第一冷却媒介201的水位到达预设值时，则控制阀门60打开。
51.冷却系统101还包括控制单元70，控制单元70与接口134电连接，以使控制单元70与待冷却负载103建立通信连接及电连接，以方便配电与监控待冷却负载103。本技术的一些实施方式中，控制单元70包括交流直流转换器(ac/dc)、直流交流转换器(dc/ac)，以能够交直流兼容供电，控制单元70与泵50通信连接，用于控制泵50。控制单元70与阀门60通信连接，用于控制阀门60的打开或关闭。控制单元70还用于控制喷淋器12，例如，控制喷淋器12的打开或关闭，控制调节喷淋头124内的喷射速度等。
52.本技术提供的冷却系统101与数据中心100，由于液冷模块单元10呈模块式设计，方便运输，提高了分布式部署的灵活性，部署周期较传统数据中心预估可节省近一半时间，同时兼容单相/两相浸没式方案，且模块化结构可使运输成本大大降低。其中，单相浸没式方案，例如，第一冷却媒介201、第二冷却媒介203在工作过程中均为液体。两相浸没式方案，例如，第二冷却媒介203在工作过程中可以在气相与液相间转换。可根据应用场景自行选择室内/室外方案，换热路径极短，换热效率高。换热胶囊13的第二冷却媒介203无需泵，峰值功耗低，数据中心100出电率高，所支撑的设备(负载)的功率密度更大；通过分布式设计可大幅降低第二冷却媒介(例如氟化液)充注量。
53.请参阅图4，本技术第二实施方式提供的一种数据中心100与第二实施方式提供的数据中心300的结构大致相同，不同在于，回收单元30的结构。
54.本实施方式中，回收单元30为蓄热罐。回收单元30包括分隔设置的热存储区31与冷存储区33。例如，将回收单元30的内腔通过隔板进行物理分隔形成热存储区31与冷存储
区33。热存储区31通过第一连接管道15与液冷容器11的出液口113连接，热存储区31用于存储从液冷容器11的出液口113流出的第一冷却媒介201。冷存储区33通过第二连接管道16与喷淋管道122连接。冷存储区33用于存储第一冷却媒介201，用于向液冷容器11补充第一冷却媒介201。其中，热存储区31内的第一冷却媒介的温度高于冷存储区33内的第一冷却媒介201的温度。换而言之，热存储区31为蓄热区，冷存储区33为蓄冷区。热存储区31与冷存储区33的内壁及/或外壁设有保温材料，保温材料能够对热存储区31内的第一冷却媒介201进行保温保存。
55.从液冷容器11的出液口113流出的第一冷却媒介201，由于与第二冷却媒介203经过换热，温度升高，而成为热第一冷却媒介201。此处的“热第一冷却媒介”仅是相对于未与第二冷却媒介203换热前的第一冷却媒介201而言，可以理解，对热第一冷却媒介的温度不作限定。热存储区31存储从液冷容器11的出液口113流出的第一冷却媒介201，能够有效地对液冷模块单元10的余热进行回收热，节约了能源。
56.热存储区31与冷存储区33沿回收单元30的高度方向层叠设置。冷存储区33位于回收单元30的底部。热存储区31包括入液口311与出液口313。热存储区31的入液口311与液冷容器11的出液口113连接。热存储区31的出液口313位于热存储区31远离冷存储区33的一端。热存储区31的出液口313设有阀门34，用于开启或关闭热存储区31的出液口313，方便了热第一冷却媒介201的取用。
57.第一冷却媒介201沿热存储区31高度方向上会随温度进行分层，例如，温度最高的第一冷却媒介201位于最上层。出液口313设置在热存储区31沿高度方向上较高的位置，以使出液口313流出的第一冷却媒介201始终保持在最理想的热回收温度。
58.冷存储区33设有出液口331。出液口331与喷淋管道122通过第二连接管道16连接。由于用于蓄热的热存储区31与用于蓄冷的冷存储区33设置于同一个容器内，简化冷却系统101的结构。由于热存储区31与冷存储区33沿回收单元30的高度方向层叠设置，有效减少了回收单元30的占地面积，提高了冷却系统101的空间利用率。
59.可以理解，在其他实施方式中，回收单元30的热存储区31与冷存储区33沿回收单元30的高度方向可以不沿回收单元30的高度方向层叠设置，热存储区31与冷存储区33分隔开即可，例如，回收单元30包括第一容器与第二容器，第一容器包括热存储区31，第二容器包括冷存储区33。
60.回收单元30还包括连接于热存储区31与冷存储区33之间的旁通部件35，旁通部件35开启时，热存储区31可向冷存储区33输送第一冷却媒介201，以调节冷存储区33内的第一冷却媒介201的温度。
61.配置热回收的蓄热罐，可以高效进行整体数据中心300的热回收；热回收形式更加灵活，热回收温度更加稳定。
62.应当理解的是，可以在本技术中使用的诸如“包括”以及“可以包括”之类的表述表示所公开的功能、操作或构成要素的存在性，并且并不限制一个或多个附加功能、操作和构成要素。在本技术中，诸如“包括”和/或“具有”之类的术语可解释为表示特定特性、数目、操作、构成要素、组件或它们的组合，但是不可解释为将一个或多个其它特性、数目、操作、构成要素、组件或它们的组合的存在性或添加可能性排除在外。
63.此外，在本技术中，表述“和/或”包括关联列出的词语中的任意和所有组合。例如，
表述“a和/或b”可以包括a，可以包括b，或者可以包括a和b这二者。
64.在本技术中，包含诸如“第一”和“第二”等的序数在内的表述可以修饰各要素。然而，这种要素不被上述表述限制。例如，上述表述并不限制要素的顺序和/或重要性。上述表述仅用于将一个要素与其它要素进行区分。例如，第一用户设备和第二用户设备指示不同的用户设备，尽管第一用户设备和第二用户设备都是用户设备。类似地，在不脱离本技术的范围的情况下，第一要素可以被称为第二要素，类似地，第二要素也可以被称为第一要素。
65.当组件被称作“连接”或“接入”其他组件时，应当理解的是：该组件不仅直接连接到或接入到其他组件，而且在该组件和其它组件之间还可以存在另一组件。另一方面，当组件被称作“直接连接”或“直接接入”其他组件的情况下，应该理解它们之间不存在组件。
66.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。