一種基于相變流體的數據中心液冷系統
1.本發明涉及數據中心液冷系統技術領域，更具體的說是涉及一種基于相變流體的數據中心液冷系統。
背景技術：
2.隨著現在人工智能、云計算、大數據技術的高速發展，數據中心、5g成為支撐未來經濟社會發展的戰略資源和公共基礎設施。為貫徹落實碳達峰、碳中和的目標要求，針對大型數據中心和5g的基礎設施建設，提出了平均電能利用效率的要求，即pue(power usage effectiveness)值必須控制在1.3以下。傳統的風冷系統已無法達到現在能耗要求。
3.目前數據中心的液冷系統主要分為冷板式和浸沒式兩種，且以冷板式液冷系統為主。“一種換熱管路及數據中心液冷系統”(申請號：201810284518.0)專利中公開了一種以去離子水為換熱工質的數據中心液冷系統，冷卻塔的回水可從38℃冷卻至32℃，但需要輔助空調系統為數據中心環境進行冷卻。在“一種數據中心液冷系統”(申請號：201910289286.2)專利中公開了一種間接接觸式液冷與單相直接浸沒式液冷以及自然冷卻的結合數據中心液冷系統，采用高沸點礦物油或氟化液作為冷卻工質，但是該類冷卻工質粘度系數高、流動性差，增大了泵的損耗，降低了數據中心的綠化程度。
4.由此可見，在液冷系統中液冷工質是提高液冷效率的關鍵，常用的液冷工質主要是去離子水、冷凍水、乙二醇和氟化液等，但由于受熱物理性能的限制，液冷系統的換熱效率提升空間非常有限。
5.因此，如何提供一種基于相變流體的數據中心液冷系統是本領域技術人員亟需解決的問題。
技術實現要素：
6.鑒于此，本發明提供了一種基于相變流體的數據中心液冷系統，能夠通過相變流體實現對數據中心的冷卻，提升換熱效率降低輸送功耗，并且能夠實現對相變流體的再分散，防止相變流體中的固體顆粒團聚，提高系統持續性。
7.為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：
8.一種基于相變流體的數據中心液冷系統，包括一次側水冷循環子系統、二次側相變流體循環子系統和換熱裝置；
9.所述二次側相變流體循環子系統與服務器進行換熱；
10.所述一次側水冷循環子系統與所述二次側相變流體循環子系統通過所述換熱裝置進行換熱；
11.二次側相變流體循環子系統內設置有分散器，用于對相變流體進行分散。
12.進一步的，所述二次側相變流體循環子系統包括二次側供液管路、冷板和二次側回液管路；所述分散器設置在所述二次側供液管路中；
13.所述二次側供液管路、所述冷板和所述二次側回液管路依次連接；
14.所述二次側供液管路的流入端與所述換熱裝置的二次側供液口連接；
15.所述冷板安裝在所述數據中心的柜體內部，經由所述二次側供液管路進入所述冷板的相變流體與數據中心進行換熱后通過所述二次側回液管路流回所述換熱裝置的二次側進液口。
16.進一步的，還包括多個數據采集子系統和控制子系統，
17.所述數據采集子系統包括溫度傳感器、壓力傳感器和流量傳感器；
18.多個所述數據采集子系統分別設置在二次側供液管路和二次側回液管路的首尾兩端；
19.多個所述數據采集子系統與所述控制子系統電連接。
20.進一步的，所述二次側供液管路包括依次連接的第一軟管、第一電磁流量閥、第一流體輸送泵和安全閥；所述分散器設置在所述換熱裝置的二次側供液口和所述第一軟管之間；
21.所述二次側回液管路包括依次連接的第二電磁流量閥、第二流體輸送泵、膨脹罐、排氣閥和第一過濾器；
22.其中，所述第一電磁流量閥、所述第一流體輸送泵、所述第二電磁流量閥和所述流體輸送泵均與所述控制子系統電連接。
23.進一步的，所在所述二次側供液管路上安裝有離子交換樹脂固定床，用于消除相變流體中的離子雜質；其中，所述離子交換樹脂固定床可安裝于二次側供液管路中靠近冷板的一側，避免服務器冷板換熱這邊位置流體導電。
24.進一步的，所述離子交換樹脂固定床安裝于所述第一流體輸送泵和所述安全閥之間。
25.進一步的，所述一次側水冷循環子系統包括一次側供水管路和一次側回水管路；
26.所述一次側供水管路包括依次連接的冷卻塔、第二過濾器、第三電磁流量閥和第三流體輸送泵；通過第三流體輸送泵的冷流體去離子水在所述換熱裝置內與來自服務器機柜的熱流體相變流體進行熱交換；
27.所述一次側回水管路包括依次連接的第四流體輸送泵和第四電磁流量閥；
28.其中，所述第三電磁流量閥、所述第三流體輸送泵、所述第四電磁流量閥和所述第四流體輸送泵均與所述控制子系統電連接。
29.進一步的，所述數據采集子系統還設置在所述冷卻塔的回水端和所述換熱裝置的一次側供水端；
30.所述冷卻塔的出水端設置有獨立溫度傳感器；所述冷卻塔內部設置有液位傳感器；
31.所述獨立溫度傳感器和所述液位傳感器與所述控制子系統電連接。
32.進一步的，所述二次側相變流體循環子系統還包括供液系統，所述供液系統包括儲液容器和原液輸送泵；
33.所述儲液容器用于儲存相變流體原液；
34.所述原液輸送泵用于將所述相變流體原液泵送至所述分散器。
35.進一步的，在所述原液輸送泵和所述分散器之間依次設置有第二軟管和止回閥。
36.進一步的，在所述換熱裝置的二次側出水口與所述分散器之間設置有廢液處理裝
置，所述廢液處理裝置包括顆粒檢測器和排出裝置；
37.所述顆粒檢測器與所述出裝置電連接，
38.所述顆粒檢測器用于對相變流體內相變材料的粒徑大小進行檢測；
39.所述排出裝置用于根據粒徑檢測結果進行雜質的判斷并對雜質進行集中排放。
40.進一步的，所述相變流體為由基液以及分散在基液中的相變材料顆粒、乳化劑、助乳化劑和表面活性劑組成的相變乳狀液。
41.本發明的有益效果：
42.經由上述的技術方案可知，與現有技術相比，本發明公開提供了一種基于相變流體的數據中心液冷系統，通過分散器實現對相變流體的再分散能夠防止相變流體中的固體顆粒團聚，提高了相變流體的使用效率以及系統的運行周期；通過離子交換樹脂固定床可以消除相變流體長期運行中產生的雜質離子，避免液冷系統發生導電，阻止安全風險；由于相變流體儲熱容量高或粘度低、流動性好，進而提升了數據中心中服務器柜體散熱效率；并且，由于相變流體在相變完成前溫度幾乎維持不變，能夠形成一個寬的溫度平臺，吸收或釋放的潛熱大，因此，可以在不增加冷卻介質用量的基礎上，提高單位體積冷卻介質所能攜帶的熱量，從而提升系統的冷卻能力，相變流體的用量小，其自身的泵輸壓降小，能夠減少的輸送功耗；通過數據采集子系統能夠對一次側水冷循環子系統和二次側相變流體循環子系統中的運行環境進行監控，結合控制子系統實現了對運行環境的調節，提高系統的運行穩定性；可實現室外一次側供回液溫差控制在6℃-10℃，室內二次側供回液溫差控制在5℃-10℃。
附圖說明
43.為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。
44.圖1附圖為本發明提供一種基于相變流體的數據中心液冷系統的結構示意圖；
45.其中，1-冷卻塔，21-第一過濾器，22-第二過濾器；31-第一電磁流量閥，32-第二電磁流量閥，33-第三流量閥，34-第四流量閥；41-第一流體輸送泵，42-第二流體輸送泵，43-第三流體輸送泵，44-第四流體輸送泵；5-板式換熱器；6-廢液處理裝置；7-分散器；81-第一軟管，82-第二軟管；9-儲液容器，10-止回閥，11-安全閥；12-分液歧管，13-機柜，14-冷板；15-膨脹罐，16-排氣閥；17-離子交換樹脂固定床。
具體實施方式
46.下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
47.如圖1，本發明實施例公開了一種基于相變流體的數據中心液冷系統，包括一次側水冷循環子系統、二次側相變流體循環子系統和換熱裝置5；其中，換熱裝置5為板式換熱
器；二次側相變流體循環子系統與數據中心進行換熱；一次側水冷循環子系統與二次側相變流體循環子系統通過換熱裝置5進行換熱；二次側相變流體循環子系統內設置有分散器，用于對相變流體進行分散；分散器為高速分散器，主要作用是對二次側循環管路中的相變流體進行再分散，防止相變流體中的固體顆粒團聚。
48.圖中，t表示溫度傳感器，p表示壓力傳感器，v表示流量傳感器，d為顆粒傳感器，l為液位傳感器。
49.在另一實施例中，二次側相變流體循環子系統包括二次側供液管路、冷板14和二次側回液管路；分散器設置在二次側供液管路中；二次側供液管路、冷板14和二次側回液管路依次連接；二次側供液管路的流入端與換熱裝置5的二次側出水口連接；冷板14安裝在數據中心的柜體內部，經由二次側供液管路進入冷板14的相變流體與數據中心的服務器芯片進行換熱后通過二次側回液管路流回換熱裝置5的二次側進水口與換熱裝置5一次側的低溫冷卻水進行熱交換，在此過程中，由于相變流體溫度降低，液態相變材料還原為固體相變材料顆粒分散在基液中。
50.在本實施例中，還包括分液歧管12和第三軟管，分液歧管12通過第三軟管與冷板14連接，相變流體通過分液歧管12進行流量分配，經過第三軟管進入冷板14。
51.在另一實施例中，還包括多個數據采集子系統和控制子系統，數據采集子系統包括溫度傳感器、壓力傳感器和流量傳感器；多個數據采集子系統分別設置在二次側供液管路和二次側回液管路的首尾兩端；多個數據采集子系統與控制子系統電連接。
52.在另一實施例中，二次側供液管路包括依次連接的第一軟管81、第一電磁流量閥31、第一流體輸送泵41和安全閥11；分散器7設置在換熱裝置5的二次側供水口和第一軟管81之間；二次側回液管路包括依次連接的第二電磁流量閥32、第二流體輸送泵42、膨脹罐15、排氣閥16和第一過濾器21；其中，在第一過濾器21中采集相變流體樣品進行分析，檢測相變流體的顆粒分布、導電率、ph值和濁度等，避免因環境變化導制相變流體不穩定對液冷系統穩定性產生影響。其中，第一電磁流量閥31、第一流體輸送泵41、第二電磁流量閥32和第二流體輸送泵42均與控制子系統電連接。
53.在另一實施例中，在第一流體輸送泵41和安全閥11之間設置有離子交換樹脂固定床17，用于消除相變流體中的離子雜質。
54.在另一實施例中，一次側水冷循環子系統包括一次側供水管路和一次側回水管路；一次側供水管路包括依次連接的冷卻塔1、第二過濾器22、第三電磁流量閥33和第三流體輸送泵43；通過第三流體輸送泵43的冷流體去離子水在換熱裝置5內與來自服務器機柜13的熱流體相變流體進行熱交換；同時，經過板式換熱器被加熱后的去離子水通過一次側回水管路第四流體輸送泵44、第四電磁流量閥34輸送后回到冷卻塔1內進行降溫；一次側回水管路包括依次連接的第四流體輸送泵和第四電磁流量閥；其中，第三電磁流量閥33、第三流體輸送泵43、第四電磁流量閥34和第四流體輸送泵44均與控制子系統電連接。
55.在另一實施例中，數據采集子系統還設置在冷卻塔1的回水端和換熱裝置5的一次側供水端；冷卻塔的出水端設置有獨立溫度傳感器；冷卻塔1內部設置有液位傳感器；獨立溫度傳感器和液位傳感器與控制子系統電連接。
56.在另一實施例中，二次側相變流體循環子系統還包括供液系統，供液系統包括儲液容器9和原液輸送泵；儲液容器9用于儲存相變流體原液；原液輸送泵用于將相變流體原
液泵送至分散器7。分散器7能夠對供液系統輸送來的原液進行分散，避免了發生在儲液容器內相變流體的顆粒團聚對循環回路的影響。
57.在另一實施例中，在原液輸送泵和分散器之間依次設置有第二軟管82和止回閥10。止回閥10能夠有效防止循環管路內的相變流體進入儲液容器9污染新鮮相變流體。
58.在另一實施例中，在換熱裝置5的二次側出水口與分散器之間設置有廢液處理裝置6，廢液處理裝置6包括顆粒檢測器和排出裝置；
59.顆粒檢測器與排除裝置電連接，用于根據相變流體內相變材料的粒徑大小進行檢測，排出裝置用于過濾顆粒粒徑大于設定值如100微米的雜質，并集中排出。廢液處理裝置6主要用于相變流體長時間運行檢修過程中排出管路系統中的廢液。
60.在另一實施例中，相變流體為由基液以及分散在基液中的相變材料顆粒而成的相變乳狀液。通過高速分散器，在乳化劑(如吐溫等)、成核劑(如硬脂酸等)及助乳化劑(如甘油等)等添加劑作用下將固體相變材料分散在基液(如去離子水或冷凍水等液體)中，形成相變流體。相變流體在20℃時，其密度為985.84kg/m3，粘度為4.94mpa
·
s，比熱容為3.69kj
·
kg-1
·
k-1
，導熱系數為0.529w m-1
k-1
，相變溫度點為45-47℃，熔化相變焓為37.62j/g，呈中性。該相變乳狀液具有良好的穩定性，在常溫靜置下可保存200天以上，在高于相變點溫度可保存120天以上，高低溫循環次數在1000次以上。相變流體的過冷度小于5℃，導電率小于《0.3μs/cm。
61.在另一實施例中，相變流體密度小于1000kg/m3，動力粘度低于6mpa
·
s，比熱容高于2kj
·
kg-1
·
k-1
，導熱系數大于0.3w m-1
k-1
，相變溫度點在40-60℃范圍內，相變焓大于10kj
·
kg-1
，ph值在7-8之間；相變流體具有良好的穩定性，在常溫靜置可保存200天以上，高低溫循環加熱在1000次以上，高于相變點溫度可保存120天以上；相變流體具有更強的換熱能力，在熱物性上比去離子水更具優勢，表觀比熱容為去離子水的2倍及以上，過冷度小于10℃，導電率小于《0.3μs/cm。
62.本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例公開的裝置而言，由于其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。
63.對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
技術特征：
1.一種基于相變流體的數據中心液冷系統，其特征在于，包括一次側水冷循環子系統、二次側相變流體循環子系統和換熱裝置；所述二次側相變流體循環子系統與服務器進行換熱；所述一次側水冷循環子系統與所述二次側相變流體循環子系統通過所述換熱裝置進行換熱；二次側相變流體循環子系統內設置有分散器，用于對相變流體進行分散。2.根據權利要求1所述的一種基于相變流體的數據中心液冷系統，其特征在于，所述二次側相變流體循環子系統包括二次側供液管路、冷板和二次側回液管路；所述分散器設置在所述二次側供液管路中；所述二次側供液管路、所述冷板和所述二次側回液管路依次連接；所述二次側供液管路的流入端與所述換熱裝置的二次側供液口連接；所述冷板安裝在所述數據中心的柜體內部，經由所述二次側供液管路進入所述冷板的相變流體與數據中心進行換熱后通過所述二次側回液管路流回所述換熱裝置的二次側進液口。3.根據權利要求2所述的一種基于相變流體的數據中心液冷系統，其特征在于，還包括多個數據采集子系統和控制子系統，所述數據采集子系統包括溫度傳感器、壓力傳感器和流量傳感器；多個所述數據采集子系統分別設置在二次側供液管路和二次側回液管路的首尾兩端；多個所述數據采集子系統與所述控制子系統電連接。4.根據權利要求3所述的一種基于相變流體的數據中心液冷系統，其特征在于，所述二次側供液管路包括依次連接的第一軟管、第一電磁流量閥、第一流體輸送泵和安全閥；所述分散器設置在所述換熱裝置的二次側供液口和所述第一軟管之間；所述二次側回液管路包括依次連接的第二電磁流量閥、第二流體輸送泵、膨脹罐、排氣閥和第一過濾器；其中，所述第一電磁流量閥、所述第一流體輸送泵、所述第二電磁流量閥和所述流體輸送泵均與所述控制子系統電連接。5.根據權利要求2所述的一種基于相變流體的數據中心液冷系統，其特征在于，在所述二次側供液管路上安裝有離子交換樹脂固定床，用于消除相變流體中的離子雜質。6.根據權利要求3所述的一種基于相變流體的數據中心液冷系統，其特征在于，所述一次側水冷循環子系統包括一次側供水管路和一次側回水管路；所述一次側供水管路包括依次連接的冷卻塔、第二過濾器、第三電磁流量閥和第三流體輸送泵；經過第三流體輸送泵的冷流體去離子水在所述換熱裝置內與來自服務器機柜的熱流體相變流體進行熱交換；所述一次側回水管路包括依次連接的第四流體輸送泵和第四電磁流量閥；其中，所述第三電磁流量閥、所述第三流體輸送泵、所述第四電磁流量閥和所述第四流體輸送泵均與所述控制子系統電連接。7.根據權利要求6所述的一種基于相變流體的數據中心液冷系統，其特征在于，所述數據采集子系統還設置在所述冷卻塔的回水端和所述換熱裝置的一次側供水端；所述冷卻塔的出水端設置有獨立溫度傳感器；所述冷卻塔內部設置有液位傳感器；
所述獨立溫度傳感器和所述液位傳感器與所述控制子系統電連接。8.根據權利要求1所述的一種基于相變流體的數據中心液冷系統，其特征在于，所述二次側相變流體循環子系統還包括供液系統，所述供液系統包括儲液容器和原液輸送泵；所述儲液容器用于儲存相變流體原液；所述原液輸送泵用于將所述相變流體原液泵送至所述分散器；在所述原液輸送泵和所述分散器之間依次設置有第二軟管和止回閥。9.根據權利要求1所述的一種基于相變流體的數據中心液冷系統，其特征在于，在所述換熱裝置的二次側出水口與所述分散器之間設置有廢液處理裝置，所述廢液處理裝置包括顆粒檢測器和排出裝置；所述顆粒檢測器與所述出裝置電連接，所述顆粒檢測器用于對相變流體內相變材料的粒徑大小進行檢測；所述排出裝置用于根據粒徑檢測結果進行雜質的判斷并對雜質進行集中排放。10.根據權利要求1所述的一種基于相變流體的數據中心液冷系統，其特征在于，所述相變流體為由基液以及分散在基液中的相變材料顆粒、乳化劑、助乳化劑和表面活性劑組成的相變乳狀液。
技術總結
本發明公開了一種基于相變流體的數據中心液冷系統，包括一次側水冷循環子系統、二次側相變流體循環子系統和換熱裝置；所述二次側相變流體循環子系統與服務器進行換熱；所述一次側水冷循環子系統與所述二次側相變流體循環子系統通過所述換熱裝置進行換熱；二次側相變流體循環子系統內設置有分散器，用于對相變流體進行分散；本發明能夠在不增加冷卻工質用量的基礎上，利用相變流體中的相變材料的相變潛熱增加冷卻介質的有效熱容，提高單位體積冷卻介質所能攜帶的熱量，從而提升液冷系統的冷卻能力，降低液冷系統功耗，更快更高效地移走高功率服務器散發的熱量，保障服務器的長時間穩定運行。穩定運行。穩定運行。
