一种便于精准控制局部流量的浸没式热管理系统与方法

本发明属于能源，涉及相应的结构设计、流体换热以及浸没式液冷方法，特别涉及一种便于精准控制局部流量的浸没式热管理系统与方法。

背景技术：

1、电化学储能设施、数据中心等电子设备在运行中会放出大量热量，且随着设备性能升级，其发热量逐渐增大；这些设备也会面临一些对不利于运行的低温环境，当电气设备在不适宜的温度下运行，可能会出现设备运行效率降低、寿命缩短、热失控爆炸等问题。为使上述设备可以运行在安全、适宜的温度区间，热管理措施需要与时俱进发展。热管理技术中，空气冷却和液冷板冷却是当下的主流热管理手段，却也面临着换热效率低，温度控制效果不足的问题。浸没式冷却技术是下一代具有巨大潜力的热管理技术，具有传热效率高、温度分布均匀、结构简单、高能源效率等优势。目前浸没式冷却系统雏形已经出现，在流动式浸没式热管理技术中，通常赋予发热设备周围绝缘液一个固定流量，或者根据设备运行情况对绝缘液的总流量进行调整。这类技术为了满足温度控制需求，需要加大空间绝缘液的整体流量，这就导致某些发热量小、对热管理需求低的发热单元周围绝缘液流速同步增加，造成热管理效率低、能耗增大的问题。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种便于精准控制局部流量的浸没式热管理系统与方法，以期实现分别调节控制在单一设备舱内多股绝缘液的流通时长，从而为设备舱内各发热单元匹配不同热管理力度，最终在不影响热管理效果的前提下，减少循环泵功，能量利用效率，降低热管理系统的运行成本。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种便于精准控制局部流量的浸没式热管理系统，包括设备舱、供液箱和高压舱；若干个发热单元安装于所述设备舱内且相邻发热单元具有间隙；绝缘液沿设备舱、供液箱和高压舱形成循环回路，且所述发热单元始终浸没于设备舱内的绝缘液中；

4、所述设备舱布置有若干个绝缘液入口，各绝缘液入口分别通过一个子管道连接所述高压舱，每个所述子管道上均设置有一个电磁阀；通过控制不同电磁阀，使得所述设备舱内的绝缘液呈现多股流动，且各股绝缘液的流动时长能够自适应调整适配各发热单元的不同发热量。

5、在一个实施例中，所述制冷系统回路还包括液泵一和换热器，所述换热器连接调温设备，所述调温设备为所述换热器提供冷媒，所述冷媒在所述换热器中与所述高压舱提供的高温的绝缘液换热，降温后的绝缘液回流入所述高压舱。

6、在一个实施例中，所述绝缘液在设备舱和供液箱内均未充满，且所述高压舱接入制冷系统回路且通过管道一连接所述供液箱内的液面以下，所述供液箱内的液面以下通过管道二连接所述设备舱内的液面以下发热单元以上，所述供液箱内的液面以上通过平衡管连接所述设备舱内液面以上。

7、在一个实施例中，所述高压舱位于设备舱和供液箱的下方；所述供液箱内的液面高度h2高于设备舱内的液面高度h1；所述液面高度h2，为供液箱内的液面与高压舱舱底之间的垂直高度，所述液面高度h1，为设备舱内液面与高压舱舱底之间的垂直高度。

8、在一个实施例中，所述管道二上设置有液泵二，所述绝缘液的流动分动力循环和冷却循环，所述动力循环为：液泵二将设备舱内发热单元上方的绝缘液泵送至供液箱内，供液箱内的绝缘液在重力作用下流入高压舱，再经过各子管道流经电磁阀流入设备舱下部；所述冷却循环为：高压舱内的绝缘液经液泵一泵送入换热器，与调温设备所制冷媒换热获取冷量，流回高压舱。

9、在一个实施例中，所述发热单元安装于所述设备舱内的底部，相邻发热单元之间的全部或部分间隙设置有一个绝缘液入口，且所述绝缘液入口设置在所述设备舱的下部或底部。

10、所述液泵二间断开启，以控制供液箱和设备舱内绝缘液的液位差恒定为h2-h1，所述液泵二在液位差小于第一阈值m时开启，在液位差大于第二阈值n时关闭，以保证液位差在此两个阈值之间波动，其中m＜n。

11、在一个实施例中，所述发热单元为计算单元或储能单元或其他发热器件。

12、在一个实施例中，所述设备舱有多个，多个设备舱与一个高压舱连接；和/或，所述高压舱有多个，多个高压舱与一个供液箱连接。

13、本发明的第二方面，还提供了一种浸没式热管理方法，基于所述的便于精准控制局部流量的浸没式热管理系统实现，采集各发热单元的若干测温点的温度参数；将每个发热单元的各温度参数加权处理为单一温度指标t*；根据t*变化判断当前发热单元温度处于降温过程或升温过程；当某电磁阀周围最近的几个发热单元至少一个处于降温过程，该电磁阀打开，否则该电磁阀关闭。

14、在一个实施例中，所述降温过程与所述降温过程定义为：t*在上升过程中达到阈值a，触发事件a；t*在下降过程中达到阈值b，触发事件b，a>b；在某一发热单元触发事件a之后，触发事件b之前，该发热单元处于降温过程；在某一发热单元触发事件b之后，触发事件a之前，该发热单元处于升温过程。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

16、1、利用分布在发热单元间隙的若干个带有电磁阀的绝缘液入口，可以在一个设备舱内分别控制每条间隙的绝缘液流通时长，进而可以控制对任意发热单元分别施加冷量，避免了复杂结构，不需要在设备舱内部增加多于部件，降低了检修难度，提高了系统的通用性。

17、2、通过间断开启的液泵来保证供液箱与设备舱中的绝缘液液位，通过位置与液面设计降低对提供循环动力设备的要求。

18、3、本发明易于拓展，可以使用一个供液箱连接多个高压舱，或一个高压舱连接多个设备舱，且无需过多设备、无需复杂设计以精细调节液泵流量，大幅降低设计建造难度，大幅减少了绝缘液的用量。

技术特征：

1.一种便于精准控制局部流量的浸没式热管理系统，其特征在于，包括设备舱(1)、供液箱(2)和高压舱(3)；若干个发热单元(5)安装于所述设备舱(1)内且相邻发热单元(5)具有间隙；绝缘液(4)沿设备舱(1)、供液箱(2)和高压舱(3)形成循环回路，且所述发热单元(5)始终浸没于设备舱(1)内的绝缘液(4)中；

2.根据权利要求1所述便于精准控制局部流量的浸没式热管理系统，其特征在于，所述制冷系统回路还包括液泵一(11)和换热器(8)，所述换热器(8)连接调温设备(7)，所述调温设备(7)为所述换热器(8)提供冷媒，所述冷媒在所述换热器(8)中与所述高压舱(3)提供的高温的绝缘液(4)换热，降温后的绝缘液(4)回流入所述高压舱(3)。

3.根据权利要求2所述便于精准控制局部流量的浸没式热管理系统，其特征在于，所述绝缘液(4)在设备舱(1)和供液箱(2)内均未充满，且所述高压舱(3)接入制冷系统回路且通过管道一(13)连接所述供液箱(2)内的液面以下，所述供液箱(2)内的液面以下通过管道二(14)连接所述设备舱(1)内的液面以下发热单元(5)以上，所述供液箱(2)内的液面以上通过平衡管(12)连接所述设备舱(1)内液面以上。

4.根据权利要求3所述便于精准控制局部流量的浸没式热管理系统，其特征在于，所述高压舱(3)位于设备舱(1)和供液箱(2)的下方；所述供液箱(2)内的液面高度h2高于设备舱(1)内的液面高度h1；所述液面高度h2，为供液箱(2)内的液面与高压舱(3)舱底之间的垂直高度，所述液面高度h1，为设备舱(1)内液面与高压舱(3)舱底之间的垂直高度。

5.根据权利要求4所述便于精准控制局部流量的浸没式热管理系统，其特征在于，所述管道二上设置有液泵二(9)，所述绝缘液(4)的流动分动力循环和冷却循环，所述动力循环为：液泵二(9)将设备舱(1)内发热单元(5)上方的绝缘液(4)泵送至供液箱(2)内，供液箱(2)内的绝缘液(4)在重力作用下流入高压舱(3)，再经过各子管道流经电磁阀(6)流入设备舱(1)下部；所述冷却循环为：高压舱(3)内的绝缘液(4)经液泵一(11)泵送入换热器(8)，与调温设备(7)所制冷媒换热获取冷量，流回高压舱(3)。

6.根据权利要求5所述便于精准控制局部流量的浸没式热管理系统，其特征在于，所述液泵二(9)间断开启，以控制供液箱(2)和设备舱(1)内绝缘液的液位差恒定为h2-h1，所述液泵二(9)在液位差小于第一阈值m时开启，在液位差大于第二阈值n时关闭，以保证液位差在此两个阈值之间波动，其中m＜n。

7.根据权利要求1所述便于精准控制局部流量的浸没式热管理系统，其特征在于，所述发热单元(5)安装于所述设备舱(1)内的底部，相邻发热单元(5)之间的全部或部分间隙设置有一个绝缘液入口，且所述绝缘液入口设置在所述设备舱(1)的下部或底部。

8.根据权利要求1至6任一项所述便于精准控制局部流量的浸没式热管理系统，其特征在于，所述设备舱(1)有多个，多个设备舱(1)与一个高压舱(3)连接；和/或，所述高压舱(3)有多个，多个高压舱(3)与一个供液箱(2)连接。

9.一种浸没式热管理方法，基于权利要求1至8任一项所述的便于精准控制局部流量的浸没式热管理系统实现，其特征在于，采集各发热单元(5)的若干测温点的温度参数；将每个发热单元(5)的各温度参数加权处理为单一温度指标t*；根据t*变化判断当前发热单元(5)温度处于降温过程或升温过程；当某电磁阀(6)周围最近的几个发热单元(5)至少一个处于降温过程，该电磁阀(6)打开，否则该电磁阀(6)关闭。

10.根据权利要求9所述浸没式热管理方法，其特征在于，所述降温过程与所述降温过程定义为：t*在上升过程中达到阈值a，触发事件a；t*在下降过程中达到阈值b，触发事件b，a>b；在某一发热单元(5)触发事件a之后，触发事件b之前，该发热单元(5)处于降温过程；在某一发热单元(5)触发事件b之后，触发事件a之前，该发热单元(5)处于升温过程。

技术总结本发明公开了一种便于精准控制局部流量的浸没式热管理系统与方法，系统包括设备舱、供液箱和高压舱；若干个发热单元安装于所述设备舱内且相邻发热单元具有间隙；绝缘液沿设备舱、供液箱和高压舱形成循环回路，且所述发热单元始终浸没于设备舱内的绝缘液中；所述设备舱布置有若干个绝缘液入口，各绝缘液入口分别通过一个子管道连接所述高压舱，每个所述子管道上均设置有一个电磁阀；通过控制不同电磁阀，使得所述设备舱内的绝缘液呈现多股流动，且各股绝缘液的流动时长能够自适应调整适配各发热单元的不同发热量。本发明可在不影响热管理效果的前提下，减少循环泵功，能量利用效率，降低热管理系统的运行成本。技术研发人员：席奂,李经宇,张涛,安豆受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29