集装箱液冷数据中心及液冷控制方法

技术领域

本申请涉及数据中心设备领域，特别涉及一种集装箱液冷数据中心及液冷控制方法。

背景技术

现有的服务器和数据中心采用的是循环风冷的方式，通过制冷机组送入的冷空气，对服务器等设备进行冷却。随着行业发展，功率密度的提升，循环风冷方式的冷却能力也正接近极限，不能满足大功率密度机房布置的冷却需求，并且随着服务器性能提升的同时，功耗也随之提升，机柜功耗成倍数上升，导致PUE值增高，并且无法满足散热需求。

此外，常规的数据中心的土木结构建筑机房，无法满足移动快速布置的需求，同时制造成本过高。

发明内容

本申请的目的在于提供一种集装箱液冷数据中心及液冷控制方法，满足服务器散热和快速移动布置需求。

为实现上述目的，本申请一方面提供一种集装箱液冷数据中心，至少包括集装箱和自然冷却设备，其中所述自然冷却设备位于所述集装箱的外侧；所述集装箱内形成有电控区域和服务器设备区域，所述服务器设备区域内安装有液冷柜和液冷换热组件，所述液冷柜内安装有至少一个服务器并且填充有冷却液；所述液冷换热组件具有外流道和内流道，所述外流道与所述自然冷却设备串联构成外循环回路，所述内流道与所述液冷柜串联构成内循环回路，所述外循环回路中的液体用于通过所述液冷换热组件对所述内循环回路中的液体换热。

为实现上述目的，本申请另一方面还提供一种液冷控制方法，应用于上述的集装箱液冷数据中心，所述方法包括：

接收所述温度传感器采集的第一检测温度，并基于第一检测温度通过PI D算法计算出制冷需求量；

若所述制冷需求量大于等于第一预设值时，则开启所述第一开关阀、所述第二开关阀、所述外循环泵和与每个所述液冷柜连通的两个所述液冷换热组件的内循环泵；

若所述制冷需求量小于第一预设值并且大于等于第二预设值时，则开启所述第一开关阀和所述第二开关阀中任意一个、所述外循环泵和与每个所述液冷柜连通的两个所述液冷换热组件的内循环泵；

若所述制冷需求量小于第二预设值时，则开启所述第一开关阀和所述第二开关阀中的任意一个、与每个所述液冷柜连通的两个所述液冷换热组件的内循环泵中的任意一个以及所述外循环泵。

由此可见，本申请提供的技术方案，可以通过在集装箱内安装液冷柜、液冷换热组件和电控区域，当需要对数据中心进行布置时，只需要将对应的集装箱搬运至对应地点，然后与该地点处的自然冷却设备和电源连接，即可实现数据中心布置，相对于常规的数据中心的土木结构建筑机房，可以满足移动快速布置的需求，同时降低制造成本。进一步的，集装箱内采用液冷换热组件使得外部的自然冷源设备对液冷柜内的液体进行换热，从而实现对服务器进行液冷处理，满足现有的服务器的散热需求，相对于现有的风冷方式，结构设置的更加简洁，可以满足日益增长的散热需求，并且采用外部冷源进行散热，可有效降低PUE值。

同时，通过设置在液冷柜出液口处的温度传感器，检测液冷出液口的温度，从而根据检测的温度实时调节自然冷却设备的启用情况和是否采用双液冷换热组件进行换热，可以实现合理调节液冷柜内的冷却液温度，保证液冷柜内服务器的正常运行。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请提供的一种实施方式中集装箱液冷数据中心的结构示意图；

图2是本申请提供的一种实施方式中集装箱液冷数据中心的液压系统示意图；

图3是本申请提供的另一种实施方式中集装箱液冷数据中心的液压系统示意图；

图中：1、集装箱；11、电控区域；12、服务器设备区域；2、自然冷却设备；21、第一冷却设备；211、第一开关阀；22、第二冷却设备；221、第二开关阀；3、液冷柜；4、液冷换热组件；41、换热器；42、内循环泵；5、定压补水装置；51、流量计；61、外进液管路；62、外回液管路；63、外循环泵；7、挡烟垂壁。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。本申请使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”、“第一端”、“第二端”、“一端”、“另一端”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“滑动连接”、“固定”、“套接”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

基于现有的循环风冷的方式无法满足日益增长的数据散热需求，以及常规的数据中心的土木结构建筑机房，无法满足移动快速布置的需求，同时制造成本过高的问题，因此本申请急需一种集装箱液冷数据中心及液冷控制方法，满足服务器散热和快速移动布置需求。

下面将结合附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，本申请所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

在一种可实现的实施方式中，请一并参见图1和图2所示，一种集装箱液冷数据中心，至少可以包括集装箱1和自然冷却设备2，其中自然冷却设备2位于集装箱1的外侧，这样，可以通过自然冷却设备2为一个或多个集装箱进行换热制冷，并且可以减少对集装箱1内部的空间占用，以使得每个集装箱1内可以放置更多的服务器。

集装箱1内可以形成有电控区域11和服务器设备区域12，其中电控区域11内可以安装有控制柜、消控柜、电池柜、HVDC柜和电源输入输出柜等等，电控区域11内的设备主要用于给服务器设备区域12内的设备提供电源，以及与外部电源连接等。服务器设备区域12内安装有液冷柜3和液冷换热组件4，液冷柜3内安装有至少一个服务器并且填充有冷却液。液冷换热组件4具有外流道和内流道，外流道与自然冷却设备2串联构成外循环回路，内流道与液冷柜3串联构成内循环回路，外循环回路中的液体用于通过液冷换热组件4对内循环回路中的液体换热。如此，通过在集装箱1内安装液冷柜3、液冷换热组件4和电控区域11，当需要对数据中心进行布置时，只需要将对应的集装箱1搬运至对应地点，然后与该地点处的自然冷却设备2和电源连接，即可实现数据中心布置，相对于常规的数据中心的土木结构建筑机房，可以满足移动快速布置的需求，同时降低制造成本。进一步的，集装箱1内采用液冷换热组件4使得外部的自然冷源设备2对液冷柜3内的液体进行换热，从而实现对服务器进行液冷处理，满足现有的服务器的散热需求，相对于现有的风冷方式，结构设置的更加简洁，可以满足日益增长的散热需求，并且采用外部冷源进行散热，可有效降低PUE值。

需要指出的是，本申请所定义的外循环回路是指，自然冷却设备2具有进液口和出液口，高温液体通过进液口进入自然冷却设备2内进行换热，从而形成低温液体从出液口排出，通过将自然冷却设备2的出液口与外流道的进液口可以通过管路连通，将自然冷却设备2的进液口与外流道的出液口可以通过管道进行连通，如此形成的循环回路即为外循环回路。同理，内循环回路是指内流道分别与液冷柜3的进液口和出液口连通所形成的循环回路。

在实际应用中，一个数据中心内通常需要放置若干个集装箱1，每个集装箱1内部又可以放置若干个液冷柜3和液冷换热组件4，可以根据实际的需求，采用同一个自然冷却设备2对一个多个集装箱1内部的液冷柜3进行换热，对于其具体数量，本申请并不作具体限定。例如图1所示，集装箱1中放置两个液冷柜3，由一个自然冷却设备对一个集装箱1中的两个液冷柜3进行换热。

由于外循环回路中的液体在循环过程中发生损耗的情形较多，在一种可实现的实施方式中，集装箱液冷数据中心还可以包括定压补水装置5。定压补水装置5设置在集装箱1的外侧，从而不占用集装箱1的内部空间，并且可以采用一个定压补水装置5对一个或多个回路进行稳压补水，定压补水装置5的补液口与外循环回路连通，用于对外循环回路进行补水。

进一步的，外循环回路上串联有流量计51，流量计51监测外循环回路中的液体流量，以控制定压补水装置5补水，同时流量计51还用于检测外循环回路中的液体循环情况。

其中，关于上述的自然冷却设备2可以根据实际的散热需求采用一个或者多个冷却设备。在一种可实现的实施方式中，自然冷却设备2可以包括第一冷却设备21和第二冷却设备22，其中第一冷却设备21和第二冷却设备22并联后，串联在外循环回路上。第一冷却设备21的进液口处连接有第一开关阀211，从而通过第一开关阀211控制第一冷却设备21是否启用。第二冷却设备22的进液口处连接有第二开关阀221，从而通过第二开关阀221控制第二冷却设备22是否启用。

需要注意的是，为了使得外循环回路中的液体能够循环流动，外循环回路可以具有外进液管路61和外回液管路62(即上述限定的外流道与自然冷却设备的进液口和出液口连通的管路)，外进液管路61或外回液管路62上串联有外循环泵63，其中外循环泵63设置在集装箱1的外侧，从而由外循环泵63提供外循环回路中的液体循环动力。

在实际应用中，第一冷却设备21具体采用闭式冷却塔；第二冷却设备22具体采用风冷换热器，风冷换热器可以调节内部风扇的转速，从而调节换热效果。

液冷换热组件4包括换热器41和内循环泵42，内循环泵42连接在内流道的出口处。在实际应用中，换热器41和内循环泵42可以集成为一体，当然也可以分别设置。换热器41可以采用板式换热器，但并不仅限于此。

需要指出的是，内循环泵42、外循环泵63和定压补水装置5可以参考现有技术，在此不作具体赘述。

进一步的，在一种可实现的实施方式中，每个液冷柜3分别通过内循环回路与两个液冷换热组件4的内流道连通，两个液冷换热组件4的外流道并联后串联在述外循环回路上。如此，可以采用两个液冷换热组件4同时或者可选择的对一个液冷柜3进行换热，满足液冷柜3的散热需求。

其中，两个液冷换热组件4位于液冷柜3的两端。如此，可以充分的对液冷柜3的制冷液进行充分换热，避免液冷柜3内的制冷液换热不均。

进一步的，液冷柜3的出液口处设置有温度传感器，温度传感器用于检测液冷柜3的出液口的液体温度，从而根据温度传感器检测的温度，对整个液冷系统进行实时调节，具体调节方式，可以参考下述方法内容。

进一步的，电控区域11和服务器设备区域12之间设置有挡烟垂壁7。电控区域11和服务器设备区域12内分别设置有烟雾传感器。如此，可以通过烟雾传感器检测烟雾情况，从而控制挡烟垂壁7的使用，通过挡烟垂壁7对电控区域11和服务器设备区域12进行隔离，保证设备的安全使用。

基于相同的发明构思，本申请还提供了一种液冷控制方法，应用于上述的集装箱液冷数据中心，其中方法包括：

接收温度传感器采集的第一检测温度，并基于第一检测温度通过PI D算法计算出制冷需求量；

若制冷需求量(制冷所需流量)大于等于第一预设值(预设流量值)时，则开启第一开关阀211、第二开关阀221、外循环泵63和与每个液冷柜3连通的两个液冷换热组件4的内循环泵42，从而由两个自然冷却设备和两个内循环泵对液冷柜3换热。

若制冷需求量小于第一预设值并且大于等于第二预设值时，则开启第一开关阀211和第二开关阀221中任意一个、外循环泵63和与每个液冷柜3连通的两个液冷换热组件4的内循环泵42，从而由一个自然冷却设备和两个内循环泵对液冷柜3换热；

若制冷需求量小于第二预设值时，则开启第一开关阀211和第二开关阀221中的任意一个、与每个液冷柜3连通的两个液冷换热组件4的内循环泵42中的任意一个以及外循环泵63，从而由一个自然冷却设备和一个内循环泵对液冷柜3换热。

在实际应用中，第一预设值和第二预设值可以由工作人员根据日常经验进行设定，第一预设值应大于第二预设值。

进一步的，若制冷需求量大于等于第一预设值时，根据制冷需求量的大小调节外循环泵63和与每个液冷柜3连通的两个液冷换热组件4的内循环泵42的流量，当然也可以调节风冷换热器内部的转速，实现进一步的制冷效果微调。

同理，当制冷需求量小于第一预设值并且大于等于第二预设值时，以及当制冷需求量小于第二预设值时，同样可以采用上述的方式进行微调。

由此可见，本申请提供的技术方案，可以通过在集装箱内安装液冷柜、液冷换热组件和电控区域，当需要对数据中心进行布置时，只需要将对应的集装箱搬运至对应地点，然后与该地点处的自然冷却设备和电源连接，即可实现数据中心布置，相对于常规的数据中心的土木结构建筑机房，可以满足移动快速布置的需求，同时降低制造成本。进一步的，集装箱内采用液冷换热组件使得外部的自然冷源设备对液冷柜内的液体进行换热，从而实现对服务器进行液冷处理，满足现有的服务器的散热需求，相对于现有的风冷方式，结构设置的更加简洁，可以满足日益增长的散热需求，并且采用外部冷源进行散热，可有效降低PUE值。

同时，通过设置在液冷柜出液口处的温度传感器，检测液冷出液口的温度，从而根据检测的温度实时调节自然冷却设备的启用情况和是否采用双液冷换热组件进行换热，可以实现合理调节液冷柜内的冷却液温度，保证液冷柜内服务器的正常运行。

进一步的，每个液冷柜分别通过内循环回路与两个液冷换热组件的内流道连通，两个液冷换热组件的外流道并联后串联在述外循环回路上。如此，可以采用两个液冷换热组件同时或者可选择的对一个液冷柜进行换热，可以满足液冷柜的散热需求。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。