LNG冷能型数据中心冷却装置及协同控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种LNG冷能型数据中心冷却装置及协同控制方法，数据中心冷却装置包括LNG预处理模块、换交换模块、储冷模块、数据中心服务器及泵驱两相回路冷却模块。泵驱两相回路连接于LNG预处理模块和数据中心服务器，充分利用LNG冷能为数据中心服务器提供冷量。数据中心服务器的热量通过均热板传递到泵驱两相回路冷却模块，均热板采用截变槽毛细芯型平板热管，提高数据中心服务器的冷却性能及均温性。蒸发冷却器配置阀门

【技术实现步骤摘要】
LNG冷能型数据中心冷却装置及协同控制方法


[0001]本专利技术涉及一种LNG冷能型数据中心冷却装置，具体涉及的是一种应用于大型数据中心的采用泵驱两相回路和LNG冷能相结合的数据中心冷却装置。

技术介绍

[0002]数据中心是数字产业的心脏和大脑，对数据和信息收集至关重要。因此，随着5G的发展，数据中心行业近年来出现了爆炸式增长，涉及大量的IT设备、机架服务器和其他相关设备。数据中心的总能源使用可以分为IT设备、冷却系统和供电系统的能源消耗，而冷却系统就消耗了数据中心大约40
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50％的总能源。并且在数据中心在运行过程中，需要冷却系统全天24小时不间断运行，以带走设备所产生的热量。因此，制冷系统是数据中心性能优化的重点。
[0003]传统上，数据中心是通过蒸汽压缩制冷(VCR)系统进行冷却的，在该系统中，制冷剂被压缩机压缩成高温高压气体，然后在流经空气冷却/水冷却的冷凝器和节流阀时成为低温低压的两相流体。在蒸发器中经历相变后，通过蒸发器，制冷剂从介质中吸收热量，冷空气或冷水由蒸发器提供，并被送到数据中心进行冷却。然而，数据中心有很高的内部热通量密度，即使在寒冷的冬天也需要全天候的冷却，而传统的机械制冷系统必须每天24小时运行以满足冷却要求。这种情况导致在自由冷却没有得到适当利用时，电力消耗和设备运行成本的巨大增加，阻碍了数据中心的节能和可持续发展。
[0004]LNG(液化天然气)是21世纪主要的能源之一，它以其高效节能、体积小、运输方便、清洁环保等特点而受到世界各国的关注，成为重要的战略储备能源。LNG在其气化过程中会释放出大量的冷能，目前LNG冷量大部分被释放到海洋中，造成了能源的极度浪费，有效回收利用这些能量对能源的充分利用和缓解能源紧张局面有突出重要的意义。但LNG冷能供应具有间歇性工作的特点，因此解决此问题将是实现LNG高效利用的重点。
[0005]泵驱回路系统是利用工质在循环流动过程中的蒸发吸热和冷凝放热过程，进行热量收集、散发的一种优良的热控冷却系统，具有温度主动控制、热传输距离长、结构灵活、负荷大等优点。能够有效解决常规风能等冷却方式制冷量不够的问题。泵驱回路系统中的工质在机械泵的驱动下流动进入蒸发器，在进入蒸发器后工质吸收热量由液态单相变程气液两相状态，然后两相流体流经冷凝器释放热量后变为液态单相，之后再进入机械泵，然后又进入蒸发器，如此往复。此外，泵驱两相回路数据中心冷却系统还面临蒸发冷却器出口气相工质携带液滴、均热板传热量受毛细限限制、各蒸发冷却器之间冷却工质分配不均等影响回路高效传热问题。
[0006]为解决这些问题，本专利技术专利旨在提供一种数据中心的冷却装置，采用需求协同的控制方法，使用泵驱两相回路冷却系统，并充分利用LNG冷能以及储冷工质为机柜提供冷量，解决了LNG冷能资源浪费、间歇性工作和数据中心制冷成本高的问题，实现数据中心24小时持续不间断供冷，达到高效节能得目的。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的缺点和不足，本专利技术旨在提供一种应用于大型数据中心的采用泵驱回路和LNG冷能相结合的数据中心冷却装置及协同控制方法。
[0008]本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0009]一种LNG冷能型数据中心冷却装置，其特征在于，包括：LNG预处理模块、热交换模块、储冷模块、数据中心服务器及泵驱两相回路冷却模块；
[0010]所述LNG预处理模块与所述热交换模块和储冷模块连接；所述泵驱两相回路冷却模块连接热交换模块、储冷模块和数据中心服务器；
[0011]所述泵驱两相回路冷却模块包括均热板、冷媒泵、储液罐、媒体调节阀列和蒸发冷却器；通过所述冷媒泵和所述冷媒体调节阀列控制冷媒流动；所述储液罐调节所述泵驱两相回路的蒸发温度，所述蒸发冷却器的冷媒进液口与热交换模块和储冷模块的冷媒出口连接；所述蒸发冷却器的冷媒排出口与热交换模块和储冷模块的冷媒回口连接；整个系统的循环流量由冷媒泵调控，冷媒经所述冷媒泵推动至所述数据中心服务器进行吸热，吸热后的冷媒经过热传递管路进入所述热交换模块和所述储冷模块，与LNG进行热量交换释放出热量转变为液体。LNG从所述LNG预处理模块流出，流向所述热交换模块和所述储冷模块，与冷媒进行热量交换后流入城市管网；
[0012]所述数据中心服务器包括机柜以及芯片；所述数据中心服务器的热量通过所述均热板传递到所述泵驱两相回路冷却模块；所述均热板采用截变槽毛细芯型平板热管，均热板蒸发段设置在所述机柜内与发热芯片相连接，均热板冷凝段设置在所述蒸发冷却器内与所述冷媒相连接，冷媒在泵驱两相回路内流动，带走所述芯片产生的热量；
[0013]在所述蒸发段中配有第一截面槽、第二截面槽和第三截面槽，所述第三截面槽延伸至所述冷凝段；第一截面槽的长为1/3L、宽为1/15W；第二截面槽的长为2/3L、宽为1/15W；第三截面槽的长为1/3L、宽为1/15W，L为蒸发段长度，W为蒸发段宽度；在槽道内部配有毛细芯结构，利用毛细芯结构的抽吸作用驱动脉动热管内部工质在蒸发段和冷凝段之间循环；
[0014]当LNG供冷量和数据中心服务器热负荷相匹配时，LNG经所述LNG预处理模块进入所述热交换模块直接与冷媒交换热量冷却所述数据中心服务器；当LNG供冷量大于所述数据中心服务器热负荷时，LNG经所述LNG预处理模块进入所述储冷模块利用储冷工质将多余冷量储存起来，等待LNG供冷量较少或无法供应时，利用储冷工质储存的冷量间接冷却所述数据中心服务器；当LNG供冷量小于所述数据中心服务器热负荷时，LNG经所述LNG预处理模块同时进入所述热交换模块和所述储冷模块，同时启动直接和间接冷却所述数据中心服务器，三种冷却方式协调保证冷却系统安全稳定工作。
[0015]本专利技术一种LNG冷能型数据中心冷却装置，并基于数据中心冷负荷需求驱动的协同控制方法，实现数据中心24小时持续稳定供冷，达到数据中心高效冷却目的。其工作原理为：利用冷媒在循环流动的过程中通过气液相变带走所述数据中心服务器中产生的热量，利用LNG冷能为冷媒提供冷量。整个系统的循环流量由冷媒泵调控，冷媒经所述冷媒泵推动至所述数据中心服务器进行吸热，吸热后的冷媒经过热传递管路进入所述热交换模块和所述储冷模块，与LNG进行热量交换释放出热量转变为液体。LNG从所述LNG预处理模块流出，流向所述热交换模块和所述储冷模块，与冷媒进行热量交换后流入城市管网。
[0016]所述LNG预处理模块包括LNG载体、LNG储罐、低压泵、高压泵、Ⅰ级压缩机、再冷凝
器、Ⅱ级压缩机、火炬、液相LNG管道和气相LNG管道。LNG从LNG载体中经过液相LNG管道转移到LNG储罐中，BOG从LNG载体中经过气相LNG管道进入火炬进行燃烧；LNG储罐有一个进口和两个出口，两个出口分别与液相LNG管道和气相LNG管道相连接；液相LNG管道有两条支路，一条支路经过再冷凝器回到高压泵进入热交换模块和储冷模块，另一条支路直接通过高压泵进入热交换模块和储冷模块；来自LNG载体和储液罐的BOG在Ⅰ本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种LNG冷能型数据中心冷却装置，其特征在于，包括：LNG预处理模块、热交换模块、储冷模块、数据中心服务器及泵驱两相回路冷却模块；所述LNG预处理模块与所述热交换模块和储冷模块连接；所述泵驱两相回路冷却模块连接热交换模块、储冷模块和数据中心服务器；所述泵驱两相回路冷却模块包括均热板、冷媒泵、储液罐、媒体调节阀列和蒸发冷却器；通过所述冷媒泵和所述冷媒体调节阀列控制冷媒流动；所述储液罐调节所述泵驱两相回路的蒸发温度，所述蒸发冷却器的冷媒进液口与热交换模块和储冷模块的冷媒出口连接；所述蒸发冷却器的冷媒排出口与热交换模块和储冷模块的冷媒回口连接；整个系统的循环流量由冷媒泵调控，冷媒经所述冷媒泵推动至所述数据中心服务器进行吸热，吸热后的冷媒经过热传递管路进入所述热交换模块和所述储冷模块，与LNG进行热量交换释放出热量转变为液体。LNG从所述LNG预处理模块流出，流向所述热交换模块和所述储冷模块，与冷媒进行热量交换后流入城市管网；所述数据中心服务器包括机柜以及芯片；所述数据中心服务器的热量通过所述均热板传递到所述泵驱两相回路冷却模块；所述均热板采用截变槽毛细芯型平板热管，均热板蒸发段设置在所述机柜内与发热芯片相连接，均热板冷凝段设置在所述蒸发冷却器内与所述冷媒相连接，冷媒在泵驱两相回路内流动，带走所述芯片产生的热量；在所述蒸发段中配有第一截面槽、第二截面槽和第三截面槽，所述第三截面槽延伸至所述冷凝段；第一截面槽的长为1/3L、宽为1/15W；第二截面槽的长为2/3L、宽为1/15W；第三截面槽的长为1/3L、宽为1/15W，L为蒸发段长度，W为蒸发段宽度；在槽道内部配有毛细芯结构，利用毛细芯结构的抽吸作用驱动脉动热管内部工质在蒸发段和冷凝段之间循环；当LNG供冷量和数据中心服务器热负荷相匹配时，LNG经所述LNG预处理模块进入所述热交换模块直接与冷媒交换热量冷却所述数据中心服务器；当LNG供冷量大于所述数据中心服务器热负荷时，LNG经所述LNG预处理模块进入所述储冷模块利用储冷工质将多余冷量储存起来，等待LNG供冷量较少或无法供应时，利用储冷工质储存的冷量间接冷却所述数据中心服务器；当LNG供冷量小于所述数据中心服务器热负荷时，LNG经所述LNG预处理模块同时进入所述热交换模块和所述储冷模块，同时启动直接和间接冷却所述数据中心服务器，三种冷却方式协调保证冷却系统安全稳定工作。2.根据权利要求1所述的LNG冷能型数据中心冷却装置，其特征在于，在所述蒸发冷却器内顶端设置有梯级毛细分液芯结构；所述梯级毛细分液芯结构包括吸液芯，吸液芯孔径尺寸由中心向两侧逐级递减，尺寸大小满足公式：D
n
＝D0P
n
其中，D0为毛细分液芯内中心吸液芯尺寸；D
n
为毛细分液芯内第n级吸液芯尺寸；P为递减系数，0＜P＜1；n为分级数，n为大于1的整数。3.根据权利要求1所述的LNG冷能型数据中心冷却装置，其特征在于，在所述蒸发冷却器还设置有控制所述蒸发冷却器中的冷媒量阀门
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液位自保护结构。4.根据权利要求3所述的LNG冷能型数据中心冷却装置，其特征在于，所述阀门
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液位自保护结构包括进液口、进液阀、销钉、控制杆、固定孔、浮球臂、浮球以及软管；当蒸发冷却器内液位下降时，浮球会带动浮球臂下降，进而带动控制杆与销钉分离，进液阀开启，冷媒工质经冷媒调节阀，流入进液口，通过软管流入蒸发冷却器内；冷媒工质流入蒸发冷却器时，
浮球会随之漂浮，当浮球到达一定高度时，控制杆与销钉重合，将压力施加到销钉上，此时，销钉会给进液阀施加压力，进液阀关闭，冷媒工质便不再流入蒸发冷却器。5.根据权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：毛长钧，杨瑞雪，张程宾，白剑，何祖强，邓梓龙，高崴，陈永平，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：