一种密闭式冷却循环液冷系统及其工作方法与流程

1.本发明涉及液冷系统技术领域，具体是一种密闭式冷却循环液冷系统及其工作方法。


背景技术：

2.服务器在运行过程中会产生大量的热耗，服务器在工作过程中，温度的影响对服务器工作效率影响非常大，过高的温度会触发服务器的硬件保护机制，强制关闭系统，即使系统可以运行，长时间在极限温度工作也会导致电子迁移的现象发生，降低cpu芯片的使用寿命，尤其是在cpu超频工作的情况下，温度主要决定了其工作频率的稳定性，因此，良好的散热方案是服务器高效稳定运行的基础；随着ict行业的高速发展，数据中心的建设需求日益增高，数据中心向高密度、大规模、绿色化转变，随着高功率密度的大型数据中心不断涌现，传统风冷不再具有优势，因此，需要一种密闭式冷却循环液冷系统，用以解决现有技术存在的不足。


技术实现要素：

3.发明目的：针对上述现有技术中的存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种密闭式冷却循环液冷系统，配合配流组件使用，可同时对多服务器机柜实现恒温液冷控制，可即时根据服务器热负荷变化自适应调整系统冷量，以降低数据中心能耗，系统充分冗余备份，支持不停机运维，保证设备可长期稳定运行。。
4.技术方案：为达到上述目的，本发明所述的一种密闭式冷却循环液冷系统，包括泵组、缓冲稳压装置、脱气罐、板式换热器、补水定压装置和plc控制器，上述结构集合在一个柜体内，所述板式换热器一次侧的两端与室外换热单元构成一次侧循环管路，一次侧流量变送器、一次侧电动二通阀和外水过滤器串联在一次侧过循环管路上；板式换热器二次侧的两端与被冷却服务器构成二次侧循环管路，泵组、脱气罐、主过滤器、二次侧流量变送器串联在二次侧循环管路中，所述脱气罐上通过管道连接缓冲稳压装置，补水定压装置设置在脱气罐的输入端；所述泵组、补水定压装置均与plc控制器连接。脱气罐具备快速气液分离功能，可排除循环管路中的气体，保证系统运行中冷却介质充满整个循环管路，有利于循环泵的可靠运行。
5.进一步地，所述泵组包括主循环泵和副循环泵，所述主循环泵和副循环泵并联设置。
6.进一步地，所述缓冲稳压装置由气囊式膨胀罐、安全阀和排气阀组成，所述安全阀和排气阀均设置在气囊式膨胀阀的顶部，当气囊式膨胀罐内的压力超过预设值时，安全阀开启进行泄压，所述气囊式膨胀罐与泵组的进水口管道连接。气囊内预充有一定压力气体，以提供合适静压，防止水泵进口出现负压状况，冷却介质因受热膨胀时，膨胀罐可吸收冷却介质膨胀体积，确保循环管道运行压力维持平衡；冷却介质因冷却收缩时，膨胀罐内压缩气体扩展，向循环管道内释放部分冷却介质，保证循环系统内冷却介质的充满和运行压力的
平衡。
7.进一步地，所述一次侧过循环管路设有一次侧旁通管路，一次侧旁通管路上设有一次侧旁通阀，二次侧循环管路上均设有二次侧旁通管路，二次侧旁通管路上设有二次侧旁通电动阀。
8.进一步地，所述泵组与板式换热器之间的管路上设有压力变送器，主过滤器与板式换热器之间的管路上设有压力变送器；所述泵组与脱气罐之间的管路上设有压力变送器，脱气罐与被冷却服务器的出水口处设有温度变送器和压力变送器。
9.进一步地，所述主过滤器与板式换热器之间的管路上设有压力变送器，所述二次侧流量变送器与被冷却服务器的入水口之间的管路上设有二次侧流量调节阀、温度变送器和压力变送器。
10.进一步地，所述补水定压装置包括补液箱、补液泵和补水电动二通阀，所述补液泵的输入端与补液箱连接，补液泵的出水端与气囊式膨胀罐之间的管路上设有补水电动二通阀。
11.进一步地，所述板式换热器与一次侧流量变送器的进水口之间的管路上设有温度变送器、一次侧供液流量调节阀、 压力变送器，所述外水过滤器的进水口处设有压力变送器，外水过滤器的出水口与板式换热器与之间的管路上设有压力变送器和温度变送器。
12.进一步地，所述柜体的底部设有集液盘，所述集液盘的汇流口处设有漏液传感器，所述柜体的侧面设有触摸屏，柜体的顶部设有温湿度传感器，所述温湿度传感器、漏液传感器、触摸屏、温度变送器、压力变送器、一次侧电动二通阀、一次侧流量变送器、二次侧流量变送器、一次侧旁通阀、二次侧旁通阀均与plc控制器电连接。漏液传感器用于检测cdu内部的泄漏情况；在cdu发生意外出现泄漏时，漏液传感器发出告警信号，并上传至plc控制器。漏液检测传感器采用光电式传感器。光电式传感器结构采用全密封设计，电子元器件受环境因素影响小，保证了产品的高精度和可靠性。
13.一种密闭式冷却循环液冷系统的工作方法，具体工作方法如下：（1）模式选择，在触摸屏上选择操作模式，可选择手动模式和自动模式，需要检修和维护时， 设置为手动模式，需要启动液冷系统时，选择自动模式，实现自动运动；（2）泵组的主循环泵启动，为冷却介质提供动力，使恒定压力和流速的冷却介质源源不断地进入二次侧循环管路，与发热元件进行热交换，带走热负载热量，升温后的冷却介质进入板式换热器与一次侧循环管路的介质进行热交换，降温之后的冷却介质进入储液罐，回到主循环泵的进液口，形成密闭式冷却循环；（3）二次侧供液温度的调控，温度变送器采集被冷却服务器供液口的供液温度，将数据发送至plc控制器，plc控制器通过调节一次侧电动阀，改变板式换热器的换热量，实现对二次侧供液温度的调控；当供液温度超过设定值时，plc控制器控制一次侧电动二通阀的阀门开度增大，外水流量增加，增大板式换热器的换热量，降低二次侧供水温度；当二次侧供液温度低于设定值时，plc控制器控制一次侧二通电动阀的阀门开度减小，外水流量减小，降低板式换热器的换热量，提高二次侧供水温度；（6）二次侧的供液压差的调控，通过压力变送器采集被冷却服务器的供液口和回液口处的压力值，采集到的两个压力检测值之差为供回液压差，利用供回液压差对主循环泵的调速控制；当供回液压差高于设定值时，主循环泵运行转速降低，减小供水压力；当供
回液压差低于设定值时，主循环泵运行转速升高，增大供水压力；（7）补液控制，补水泵可手动控制补水，也可通过plc控制器自动控制进行定压补水操作；自动补水模式下，压力变送器检测到补水泵入口压力下降至设定值时，自动启动补水泵补水，直至补水泵入口处的压力达到设定停泵压力时停止，并发出二级告警信号；（8）漏液传感器检测到冷却介质发生泄漏时，将信号发送至plc控制器，plc控制器控制发出报警信号；如果存在泄漏告警情况下，出现供液温度过高、供回液温度差高、供液流量超低、供回液压差超低告警时，则发出一级告警信号；（9）一次侧泄压保护，当一次侧供液流量调节阀的执行器开度为0%时，一次侧旁通阀打开；当一次侧供液流量调节阀的执行器开度由0%恢复到10%时，一次侧旁通阀关闭；（10）过滤器污堵判断，一次侧循环回路上的主过滤器、二次侧循环回路的上外水过滤器前后均设压力变送器，当压力变送器检测到的过滤器前后压差超过设定值时，plc控制器发出污堵报警。
14.上述技术方案可以看出，本发明的有益效果为：（1）本发明所述的一种密闭式冷却循环液冷系统，可长期稳定运行，很好地满足设备温度和流量控制要求，通过泵组为冷却介质提供动力克服系统的沿程阻力，使恒定压力和流速的冷却介质源源不断地进入二次侧服务器，与发热元件进行热交换，带走热负载热量，升温后的冷却介质进入板式换热器与一次侧介质进行热交换，降温之后的冷却介质进入储液罐，回到循环泵进液口，形成密闭式冷却循环。
15.（2）本发明所述的一种密闭式冷却循环液冷系统，当室外环境较低或服务器低负荷运行时，plc控制器通过传感器检测的相关数据降低液冷系统的主动换热能力甚至停止主动换热工作，以调控冷却介质进入待冷却服务器的温度，精确控制服务器供液温度在设计范围之内。
16.（3）本发明所述的一种密闭式冷却循环液冷系统，plc控制器自动控制冷却介质温度，对液冷系统参数的异常及动力设备的异常及时发出预警，当参数严重超标有可能影响服务器运行安全时自动发出告警警报。
附图说明
17.图1为本发明的结构示意图；图2为本发明的另一角度的结构示意图；图3为本发明的原理结构图。
具体实施方式
18.下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
19.如图1-3所示的一种密闭式冷却循环液冷系统，包括泵组1、缓冲稳压装置2、脱气罐3、板式换热器4、补水定压装置5和plc控制器6，上述结构集合在一个柜体100内，所述板式换热器4一次侧的两端与室外换热单元a10构成一次侧循环管路102，一次侧流量变送器7、一次侧电动二通阀8和外水过滤器9串联在一次侧过循环管路102上；板式换热器4二次侧的两端与被冷却服务器a11构成二次侧循环管路103，泵组1、脱气罐3、主过滤器10、二次侧流量变送器11串联在二次侧循环管路103中，所述脱气罐3上通过管道连接缓冲稳压装置2，
补水定压装置5设置在脱气罐3的输入端；所述泵组1、补水定压装置5均与plc控制器6连接。
20.其中，所述泵组1包括主循环泵11和副循环泵12，所述主循环泵11和副循环泵12并联设置。
21.本实施例中所述缓冲稳压装置2由气囊式膨胀罐21、安全阀22和排气阀23组成，所述安全阀22和排气阀23设置在气囊式膨胀阀21的顶部，所述气囊式膨胀罐2与泵组1的进水口管道连接。
22.本实施例中所述一次侧过循环管路102设有一次侧旁通管路104，一次侧旁通管路104上设有一次侧旁通阀13，二次侧循环管路103上均设有二次侧旁通管路105，二次侧旁通管路105上设有二次侧旁通电动阀14。
23.本实施例中所述泵组1与板式换热器4之间的管路上设有压力变送器15，主过滤器16与板式换热器4之间的管路上设有压力变送器15；所述泵组1与脱气罐3之间的管路上设有压力变送器15，脱气罐3与被冷却服务器a10的出水口处设有温度变送器16和压力变送器15。
24.本实施例中所述主过滤器16与板式换热器4之间的管路上设有压力变送器15，所述二次侧流量变送器11与被冷却服务器a10的入水口之间的管路上设有二次侧流量调节阀17、温度变送器16和压力变送器15。
25.本实施例中所述补水定压装置5包括补液箱51、补液泵52和补水电动二通阀53，所述补液泵52的输入端与补液箱51连接，补液泵52的出水端与气囊式膨胀罐21之间的管路上设有补水电动二通阀53。
26.本实施例中所述板式换热器4与一次侧流量变送器7的进水口之间的管路上设有温度变送器16、一次侧供液流量调节阀18、压力变送器15,所述外水过滤器9的进水口处设有压力变送器15，外水过滤器9的出水口与板式换热器4与之间的管路上设有压力变送器15和温度变送器16。
27.本实施例中所述柜体100的底部设有集液盘19，所述集液盘19的汇流口处设有漏液传感器110，所述柜体100的侧面设有触摸屏111，柜体100的顶部设有温湿度传感器112，所述温湿度传感器112、漏液传感器11、触摸屏111、温度变送器16、压力变送器15、一次侧电动二通阀13、一次侧流量变送器7、二次侧流量变送器11、一次侧旁通阀13、二次侧旁通阀14均与plc控制器6电连接。
28.一种密闭式冷却循环液冷系统的工作方法，具体工作方法如下：（1）模式选择，在触摸屏111上选择操作模式，可选择手动模式和自动模式，需要检修和维护时，设置为手动模式，需要启动液冷系统时，选择自动模式，实现自动运动；（2）泵组1的主循环泵1启动，为冷却介质提供动力，使恒定压力和流速的冷却介质源源不断地进入二次侧循环管路103，与发热元件进行热交换，带走热负载热量，升温后的冷却介质进入板式换热器与一次侧循环管路102的介质进行热交换，降温之后的冷却介质进入储液罐，回到主循环泵11的进液口，形成密闭式冷却循环；（3）二次侧供液温度的调控，温度变送器16采集服务器供液口的供液温度，将数据发送至plc控制器6，plc控制器6通过调节一次侧电动阀，改变板式换热器4的换热量，实现对二次侧供液温度的调控；当供液温度超过设定值时，plc控制器6控制一次侧电动二通阀8的阀门开度增大，外水流量增加，增大板式换热器4的换热量，降低二次侧供水温度；当二次
侧供液温度低于设定值时，plc控制器6控制一次侧二通电动阀8的阀门开度减小，外水流量减小，降低板式换热器4的换热量，提高二次侧供水温度；（4）二次侧的供液压差的调控，通过压力变送器15采集被冷却服务器a10的供液口和回液口处的压力值，采集到的两个压力检测值之差为供回液压差，利用供回液压差对主循环泵11的调速控制；当供回液压差高于设定值时，主循环泵11运行转速降低，减小供水压力；当供回液压差低于设定值时，主循环泵11运行转速升高，增大供水压力；（5）补液控制，补水泵52可手动控制补水，也可通过plc控制器6自动控制进行定压补水操作；自动补水模式下，压力变送器15检测到补水泵52入口压力下降至设定值时，自动启动补水泵52补水，直至补水泵52入口处的压力达到设定停泵压力时停止，并发出二级告警信号；（6）漏液传感器110检测到冷却介质发生泄漏时，将信号发送至plc控制器6，plc控制器6控制发出报警信号；如果存在泄漏告警情况下，出现供液温度过高、供回液温度差高、供液流量超低、供回液压差超低告警时，则发出一级告警信号；（7）一次侧泄压保护，当一次侧供液流量调节阀18的执行器开度为0%时，一次侧旁通阀13打开；当一次侧供液流量调节阀18的执行器开度由0%恢复到10%时，一次侧旁通阀13关闭；（7）过滤器污堵判断，一次侧循环回路101上的主过滤器10、二次侧循环回路102的上外水过滤器10前后均设压力变送器15，当压力变送器15检测到的过滤器前后压差超过设定值时，plc控制器6发出污堵报警。
29.实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价均落于本技术所附权利要求所限定的范围。