本專利涉及數(shù)據(jù)中心自然冷卻領域，具體涉及一種雙級并聯(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：

常用的數(shù)據(jù)中心服務器散熱系統(tǒng)中，服務器cpu等高密度熱源采用液冷通道散熱，即液態(tài)流體通過與服務器主要發(fā)熱芯片隔離接觸吸熱，帶走了服務器總發(fā)熱量70%～80%，而剩下的20%～30%的服務器熱量則通過風冷通道帶走。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，而風冷通道還是有壓縮機參與制冷，所以風冷通道的壓縮機能耗成為最新散熱系統(tǒng)主要能耗設備。

傳統(tǒng)的機房冷凍水空調(diào)系統(tǒng)末端送風溫度約為15℃~16℃，在新版gb50174《數(shù)據(jù)中心設計規(guī)范》中，服務器允許進風溫度提高到32℃，即表明提高后的服務器允許進風溫度也可滿足服務器散熱要求，同時服務器主要發(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，這使得風冷通道去除壓縮機，利用自然冷源進行散熱成為可能。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術的缺陷，本專利提供一種雙級并聯(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，上述技術問題是這樣加以解決的：一種雙級并聯(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、風冷裝置、第一三通閥、中間換熱器和自然散熱裝置，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；所述風冷裝置的進口連通第一接口，出口連通自然散熱裝置；所述中間換熱器一側(cè)的進口連通第二接口，出口連通自然散熱裝置，另一側(cè)與液冷模塊連通形成循環(huán)回路。

所述液冷模塊用于吸收服務器中主要發(fā)熱元件的集中式熱量，風冷裝置用于吸收服務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，所以才能夠通過中間換熱器結合自然散熱裝置對服務器主要發(fā)熱元件進行自然冷卻，滿足散熱需求，其次因為服務器中70%~80%的熱量已被液冷模塊帶走，服務器中其余的分布式熱量允許進一步提高送風溫度到32℃，這使得風冷裝置能夠結合自然散熱裝置對服務器中的其他發(fā)熱元件進行自然冷卻，再者中間換熱器的設置將液冷模塊和自然散熱裝置之間的換熱回路分成了兩級，間接縮短了液冷模塊所在的換熱回路，降低換熱介質(zhì)在換熱回路中的壓降，從而加快了換熱介質(zhì)的流速，提高換熱效率，最后第一三通閥可以根據(jù)液冷模塊和風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，還包括設在風冷裝置出口的第一溫度傳感器、設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；所述中間換熱器中與自然散熱裝置連通的出口和風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冷裝置出口的溫度比設定值偏高時，此時第一三通閥應當增大第一接口和第二接口之間的流量比例，進而增大通過風冷裝置的換熱介質(zhì)的流量，提高風冷裝置的換熱效率，從而使得風冷裝置出口的溫度降至設定值以下，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定值偏高時，此時第一三通閥應當降低第一接口和第二接口之間的流量比例，進而增大通過中間換熱器的換熱介質(zhì)的流量，提高液冷模塊與中間換熱器的換熱效率，從而使得液冷模塊出口的溫度降至設定值以下，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，從而使風冷裝置出口的溫度和液冷模塊的出口溫度均下降到設定值以下，滿足系統(tǒng)散熱需求，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

進一步地，還包括設在風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冷裝置出口的溫度比設定值偏高時，此時第一三通閥應當增大第一接口和第二接口之間的流量比例，進而增大通過風冷裝置的換熱介質(zhì)的流量，提高風冷裝置的換熱效率，從而使得風冷裝置出口的溫度降至設定值以下，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定值偏高時，此時第一三通閥應當降低第一接口和第二接口之間的流量比例，進而增大通過中間換熱器的換熱介質(zhì)的流量，提高液冷模塊與中間換熱器的換熱效率，從而使得液冷模塊出口的溫度降至設定值以下，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在風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；所述中間換熱器中與自然散熱裝置連通的出口和風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冷裝置的進口溫度比設定值偏低時，此時第二三通閥應當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，從而使得風冷裝置進口的溫度升高到設定值以上，節(jié)省系統(tǒng)能耗的同時也防止風冷裝置過冷而產(chǎn)生凝露現(xiàn)象，避免凝露導致的電路短路、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；所述中間換熱器中與自然散熱裝置連通的出口和風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定值偏低時，此時第二三通閥應當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，從而使風冷裝置出口的溫度和液冷模塊的出口溫度均下降到設定值以下，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，當上述方法也無法滿足溫度設定值的要求時，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冷裝置進口的溫度升高到設定值以上，節(jié)省系統(tǒng)能耗的同時也防止液冷模塊和風冷裝置因過冷而產(chǎn)生凝露現(xiàn)象，避免凝露導致的電路短路、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有風機。

所述第一溫度傳感器檢測到風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，當上述方法無法滿足散熱要求時，還可以加大風機的運行頻率來提高自然散熱裝置的散熱效率，從而使風冷裝置出口的溫度和液冷模塊的出口溫度均下降到設定值以下，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定值偏低時，優(yōu)先降低風機的運行頻率來降低自然散熱裝置的散熱效率，當上述方法也無法滿足溫度設定值的要求時，還可以通過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冷裝置進口的溫度升高到設定值以上，節(jié)省系統(tǒng)能耗的同時也防止液冷模塊和風冷裝置因過冷而產(chǎn)生凝露現(xiàn)象，避免凝露導致的電路短路、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，所述風冷裝置為風機墻空調(diào)末端。

相比于現(xiàn)有技術，本專利的有益效果為：

1、所述液冷模塊和風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：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：水泵、風機、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)結構圖。

具體實施方式

如圖1所示的一種雙級并聯(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、風冷裝置8、第一三通閥4、中間換熱器5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；所述中間換熱器5一側(cè)的進口連通第二接口b，出口連通自然散熱裝置1，另一側(cè)與液冷模塊7連通形成循環(huán)回路。

所述液冷模塊7用于吸收服務器中主要發(fā)熱元件的集中式熱量，風冷裝置8用于吸收服務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，所以才能夠通過中間換熱器5結合自然散熱裝置1對服務器主要發(fā)熱元件進行自然冷卻，滿足散熱需求，其次因為服務器中70%~80%的熱量已被液冷模塊7帶走，服務器中其余的分布式熱量允許進一步提高送風溫度到32℃，這使得風冷裝置8能夠結合自然散熱裝置1對服務器中的其他發(fā)熱元件進行自然冷卻，再者中間換熱器5的設置將液冷模塊7和自然散熱裝置1之間的換熱回路分成了兩級，間接縮短了液冷模塊7所在的換熱回路，降低換熱介質(zhì)在換熱回路中的壓降，從而加快了換熱介質(zhì)的流速，提高換熱效率，最后第一三通閥4可以根據(jù)液冷模塊7和風冷裝置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，所述風冷裝置8為風機墻空調(diào)末端，包括盤管23和設在盤管23上的風機墻24，自然散熱裝置1為冷卻塔或干冷器。

該系統(tǒng)還包括設在盤管23出口的第一溫度傳感器10、設在液冷模塊7出口的第二溫度傳感器11、設在盤管23進口的第三溫度傳感器9、設在液冷模塊進口的第四溫度傳感器12、設在自然散熱裝置1出口的第一水泵3、設在液冷模塊進口的第二水泵6、設在自然散熱裝置1上的風機（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；所述中間換熱器5中與自然散熱裝置1連通的出口和盤管23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，所述第一水泵3上設有第一變頻器22，風機上設有第二變頻器21。

本專利一種雙級并聯(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23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23的基本散熱需求。

1、當所述第一溫度傳感器10檢測到盤管23出口的溫度比設定值偏高時，此時第一三通閥4應當增大第一接口a和第二接口b之間的流量比例，進而增大通過盤管23的換熱介質(zhì)的流量，提高盤管23的換熱效率，從而使得盤管23出口的溫度降至設定值以下，滿足盤管23的散熱需求，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行；當所述第二溫度傳感器11檢測到液冷模塊7的出口溫度比設定值偏高時，此時第一三通閥4應當降低第一接口a和第二接口b之間的流量比例，進而增大通過中間換熱器5的換熱介質(zhì)的流量，提高液冷模塊7與中間換熱器5的換熱效率，從而使得液冷模塊7出口的溫度降至設定值以下，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23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?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21加大風機的運行頻率，來提高自然散熱裝置1的散熱效率，當?shù)诙冾l器21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22加大第一水泵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23出口的溫度和液冷模塊7的出口溫度均下降到設定值以下，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

2、當所述第三溫度傳感器9檢測到盤管23的進口溫度或第四溫度傳感器12檢測到液冷模塊7的進口溫度比設定值偏低時，優(yōu)先通過第一變頻器22減小第一水泵3的運行頻率來降低自然散熱裝置1的散熱效率，當?shù)谝凰?的運行頻率調(diào)至最小也無法滿足溫度設定值的要求時，還可以通過第二變頻器21降低風機運行頻率來降低自然散熱裝置1的散熱效率，當?shù)诙冾l器21調(diào)至最小也無法滿足溫度設定值的要求時，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23進口的溫度升高到設定值以上，節(jié)省系統(tǒng)能耗的同時也防止液冷模塊7和盤管23因過冷而產(chǎn)生凝露現(xiàn)象，避免凝露導致的電路短路、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、當所述第一溫度傳感器10檢測到盤管23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定值偏高，而所述第三溫度傳感器9檢測到盤管23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23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23的散熱需求，可靠性高。