CN102889659B - 一种高散热密度机房热管排热系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高散热密度机房热管排热系统，为一年四季都需要制冷的高散热密度机房提供排热，包括机房室内单元、室外单元，室内单元和室外单元通过气管汇管、液管汇管连通，室内单元包括若干热管排热一级子系统，每个一级子系统包括前、后背板热管排热二级子系统，室外单元包括三通阀Ⅰ、Ⅱ，自然冷源模块一级子系统，冷水机组，分水器，中间换热器一级子系统，集水器。本发明根据高散热密度机房环境温控需要，灵活地在后背板热管排热二级子系统和/或前背板热管排热二级子系统工作模式间进行选择；本发明根据自然环境能提供自然冷源的状况灵活地启动自然冷源模块一级子系统，对冷水机组进行辅助或替代制冷，以降低系统功耗，节约能源。

Description

一种高散热密度机房热管排热系统

技术领域

本发明涉及高散热密度机房热管排热领域，特别涉及一种一年四季都需要制冷的高散热密度机房热管排热系统。

背景技术

机房内机柜服务器集成密度越来越高，服务器的发热量越来越高，为了保证高散热密度机房内服务器工作在最适宜的环境温度下，目前高散热密度机房排热方式也在不断发展变化。

目前高散热密度机房排热主要有如下两种方式：

一种是精密空调精确送风，该方式机房室内采用风道将精密空调的冷风直接引至服务器机柜，主要优点是实现了冷风直接引至服务器机柜，使机柜服务器进风处于较理想的低温状态下，缺点是风机需要选用可以克服风道阻力的大压头风机，因此风机功耗较大，随之带来了精密空调功耗较大；另外，采用该方式排热，一方面因风道中的冷量分配不均，不能有效解决机房局部热点问题，另一方面因机房内服务器机柜排风口距离精密空调回风口远近不同，容易产生远距离机柜排风回风不畅而使机房局部环境温度高于设定值的局部热点问题。

一种是采用水冷背板替代机房内机柜的前后门板的点对点排热，该种排热方式有效解决了机房局部热点问题，但是因水冷背板采用的冷冻水直接引入机房，系统防漏水安全设计复杂，且复杂的防漏水设计并不能避免系统泄漏时水进入机房，而只是在水泄漏时发出报警，因此该种排热方式并未大规模采用。

发明内容

本发明提供的一种一年四季都需要制冷的高散热密度机房热管排热系统，根据高散热密度机房环境温控需要，机房室内通过灵活地在单独启动后背板热管排热二级子系统，单独启动前背板热管排热二级子系统或后背板热管排热二级子系统与前背板热管排热二级子系统同时启动的工作模式间进行选择，本发明根据自然环境能提供自然冷源的状况灵活地启动自然冷源模块一级子系统，对冷水机组进行辅助或替代制冷，另外，本发明高散热密度机房室内冷媒采用氟利昂制冷剂，机房室外采用的冷却水与机房室内完全隔离，杜绝了水进入机房的隐患。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高散热密度机房热管排热系统，包括机房室内单元、机房室外单元，其特征在于：

所述机房室内单元包括若干列独立的一体化机柜热管排热一级子系统；所述一体化机柜热管排热一级子系统包括置于机架上的后背板热管排热二级子系统和前背板热管排热二级子系统，机架上布置多个高散热密度机房服务器；

所述后背板热管排热二级子系统包括若干排后背板热管三级子系统，气管汇管Ⅰ和液管汇管Ⅰ；

所述前背板热管排热二级子系统包括若干排前背板热管三级子系统，气管汇管Ⅱ和液管汇管Ⅱ；

所述后背板热管三级子系统包括通过连接管路依次连通的气管截止阀Ⅰ、后背板换热管和液管截止阀Ⅰ，每个后背板热管三级子系统通过连接管路与气管汇管Ⅰ和液管汇管Ⅰ连通；

所述前背板热管三级子系统包括通过连接管路依次连通的气管截止阀Ⅱ、前背板换热管，和液管截止阀Ⅱ，每个前背板热管三级子系统通过连接管路与气管汇管Ⅱ和液管汇管Ⅱ连通；

所述机房室外单元包括通过管路依次连通的中间换热器一级子系统、集水器、自然冷源模块一级子系统、冷水机组、及分水器，

每个中间换热器一级子系统对应一个一体化机柜热管排热一级子系统，包括中间换热器Ⅰ和中间换热器Ⅱ，所述中间换热器Ⅰ的热侧通过气管汇管Ⅰ和液管汇管Ⅰ与所述后背板热管三级子系统连通，所述中间换热器Ⅱ的热侧通过气管汇管Ⅱ和液管汇管Ⅱ与所述前背板热管排热二级子系统连通；所述中间换热器一级子系统的冷侧两端分别通过管路同分水器、集水器连通。

优选的，所述机房室外单元还包括三通阀Ⅰ、三通阀Ⅱ、定压及补水装置及水泵，定压及补水装置、水泵、三通阀Ⅱ依次设置在自然冷源模块一级子系统的出口侧和冷水机组的进口侧之间的管路上，其中，所述三通阀Ⅰ、三通阀Ⅱ均包括入口、第一出口和第二出口，所述入口可择一地与所述第一出口、第二出口连通，也可同时与所述第一出口、第二出口连通；三通阀Ⅱ的入口连通水泵的出口，第一出口连通冷水机组的进口侧，第二出口连通冷水机组的出口侧；三通阀Ⅰ的入口连通集水器，第一出口连通自然冷源模块一级子系统的入口侧，第二出口连通水泵的入口侧。

优选的，所述自然冷源模块一级子系统包括若干个并联的风冷模块，其出口侧管路上设置单向阀Ⅰ。

优选的，所述中间换热器一级子系统还包括三通阀Ⅲ、单向阀Ⅱ、三通阀Ⅳ、单向阀Ⅲ，其中，所述三通阀Ⅲ、三通阀Ⅳ均包括入口、第一出口和第二出口，所述入口可择一地与所述第一出口、第二出口连通，也可同时与所述第一出口、第二出口连通；三通阀Ⅲ的入口连通分水器，第一出口连通三通阀Ⅳ的入口，第二出口连通中间换热器Ⅱ冷侧的入水口；三通阀Ⅳ的入口还与中间换热器Ⅱ冷侧的出水口连通，三通阀Ⅳ的入口和中间换热器Ⅱ冷侧的出水口之间的管路上设置单向阀Ⅱ，三通阀Ⅳ的第一出口连通中间换热器Ⅰ冷侧的入水口，第二出口连通集水器，中间换热器Ⅰ冷侧的出水口通过设置有单向阀Ⅲ的管路连通集水器。

优选地，所述系统根据所述后、前背板换热管的回风温度、送风温度及高散热密度机房环境温控要求，通过所述三通阀Ⅲ、三通阀Ⅳ的选择连通来决定所述机房室内单元是单独启动所述后背板热管排热二级子系统还是单独启动所述前背板热管排热二级子系统，或是所述后背板热管排热二级子系统和所述前背板热管排热二级子系统同时启动。

优选地，当所述后背板换热管回风温度高于设定温度，高散热密度机房环境温控要求控制所述后背板换热管送风温度保持在一定温度范围内从而保障整个机房环境温度稳定时，所述机房室内单元可单独启动所述后背板热管排热二级子系统，此时所述三通阀Ⅲ、三通阀Ⅳ的入口均与其第一出口连通。

优选地，当所述前背板换热管回风温度高于设定温度，高散热密度机房环境温控要求重点为消除机房局部热点，要求位于所述机架内的所述高散热密度机房服务器进风温度，即所述前背板换热管的送风温度在较低的温度范围内，从而保障所述高散热密度机房服务器出风在一定温度范围内，以避免产生机房局部热点时，所述机房室内单元可单独启动所述前背板热管排热二级子系统，此时所述三通阀Ⅲ、三通阀Ⅳ的入口均与其第二出口连通。

优选地，当所述后背板换热管、前背板换热管的回风温度、送风温度均高于设定温度，高散热密度机房环境温控要求同时消化和消除局部热点，控制所述后背板换热管和所述前背板换热管的送风温度在一定温度范围内从而保障整个机房环境温度和所述高散热密度机房服务器出风均在一定温度范围内时，所述机房室内单元可同时启动所述后背板热管排热二级子系统和所述前背板热管排热二级子系统，此时所述三通阀Ⅲ的入口与其第二出口连通，所述三通阀Ⅳ的入口与其第一出口连通。

优选地，当自然环境不能提供所述系统节能运行所需自然冷源时，所述机房室内单元排热所需的冷源仅由所述冷水机组提供，此时所述三通阀Ⅰ、三通阀Ⅱ的入口均与其第一出口连通。

优选地，当自然环境能部分提供所述系统节能运行所需自然冷源时，所述机房室内单元排热所需的冷源由所述自然冷源模块一级子系统和所述冷水机组共同提供，此时所述三通阀Ⅰ的入口与其第一出口和第二出口同时连通，三通阀Ⅱ的入口与其第一出口连通。

优选地，当自然环境能全部提供所述系统节能运行所需自然冷源时，所述机房室内单元排热所需的冷源仅由所述自然冷源模块一级子系统提供，所述三通阀Ⅰ的入口与其第二出口连通，所述三通阀Ⅱ的入口与其第二出口连通或当冷却水流经所述冷水机组蒸发器时产生的压降在可接受范围内时，所述三通阀Ⅱ的入口与其第一出口连通。

优选地，所述后背板换热管和所述前背板换热管可以分别替代所述机房室内单元原有机柜的后门和前门，或分别替代原有机柜的顶板和底板，或分别替代原有机柜的左侧板和右侧板。

优选地，所述机房室内单元可根据具体每个所述机架内的所述高散热密度机房服务器的热负荷情况，判定所述后背板换热管和所述前背板换热管全部或部分替代所述机房室内单元原有机柜的后门和前门，或分别替代原有机柜的顶板和底板，或分别替代原有机柜的左侧板和右侧板，以实现有针对性的解决所述机房室内单元局部热点问题。

优选地，所述系统进一步包括用于测量所述后背板换热管，前背板换热管回风温度、送风温度及所述风冷模块，冷水机组供、回水温度的传感器。

优选地，所述机房室内单元中的所述一体化机柜热管排热一级子系统中采用的冷媒为R22、R134a、R407C、R410A、R32、R125中的至少一种。

优选地，所述机房室外单元采用的冷却水与所述机房室内单元完全隔离，杜绝了水进入机房的隐患。

由以上技术方案可知，本发明提供的一种一年四季都需要制冷的高散热密度机房热管排热系统，根据高散热密度机房环境温控需要，机房室内单元通过灵活地在单独启动后背板热管排热二级子系统，单独启动前背板热管排热二级子系统或后背板热管排热二级子系统与前背板热管排热二级子系统同时启动的工作模式间进行选择，消除或消化了高散热密度机房局部热点，实现了高散热密度机房高效排热，同时，在满足高散热密度机房环境温控的基础上，可降低机房原有精密空调数量，减少了精密空调功耗和机房占地空间，节能运行的同时可增加机房内机柜服务器数量，提高机房空间有效利用率，本发明根据自然环境能提供自然冷源的状况灵活地启动自然冷源模块一级子系统，对冷水机组进行辅助或替代制冷，以降低系统功耗，节约能源，另外，本发明高散热密度机房室内单元冷媒采用氟利昂制冷剂，机房室外单元采用的冷却水与机房室内单元完全隔离，杜绝了水进入机房的隐患。

附图说明

图1为本发明的高散热密度机房热管排热系统的结构示意图。

图2为本发明的高散热密度机房热管排热系统处于由冷水机组单独供冷后背板热管排热二级子系统单独排热模式时的结构示意图。

图3为本发明的高散热密度机房热管排热系统处于由冷水机组单独供冷前背板热管排热二级子系统单独排热模式时的结构示意图。

图4为本发明的高散热密度机房热管排热系统处于由冷水机组单独供冷前、后背板热管排热二级子系统同时排热模式时的结构示意图。

图5为本发明的高散热密度机房热管排热系统处于由自然冷源模块一级子系统和冷水机组同时供冷后背板热管排热二级子系统单独排热模式时的结构示意图。

图6为本发明的高散热密度机房热管排热系统处于由自然冷源模块一级子系统和冷水机组同时供冷前背板热管排热二级子系统单独排热模式时的结构示意图。

图7为本发明的高散热密度机房热管排热系统处于由自然冷源模块一级子系统和冷水机组同时供冷前、后背板热管排热二级子系统同时排热模式时的结构示意图。

图8为本发明的高散热密度机房热管排热系统处于由自然冷源模块一级子系统单独供冷后背板热管排热二级子系统单独排热模式时的结构示意图。

图9为本发明的高散热密度机房热管排热系统处于由自然冷源模块一级子系统单独供冷前背板热管排热二级子系统单独排热模式时的结构示意图。

图10为本发明的高散热密度机房热管排热系统处于由自然冷源模块一级子系统单独供冷前、后背板热管排热二级子系统同时排热模式时的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

图1为本发明的高散热密度机房热管排热系统的结构示意图。本发明的高散热密度机房热管排热系统包括机房室内单元1、机房室外单元25。其中，机房室内单元1由若干列独立的一体化机柜热管排热一级子系统2构成；一体化机柜热管排热一级子系统2由后背板热管排热二级子系统3，机架18，高散热密度机房服务器19，前背板热管排热二级子系统4构成；后背板热管排热二级子系统3由若干排后背板热管三级子系统5，气管汇管Ⅰ9和液管汇管Ⅰ10构成；前背板热管排热二级子系统4由若干排前背板热管三级子系统6，气管汇管Ⅱ7和液管汇管Ⅱ8构成；后背板热管三级子系统5由后背板换热管20，气管截止阀13，液管截止阀14通过连接管路21、22依次连通，并通过连接管路23、24与气管汇管Ⅰ9和液管汇管Ⅰ10连通；前背板热管三级子系统6由前背板换热管17，气管截止阀13，液管截止阀14通过连接管路16、15依次连通，并通过连接管路12、11与气管汇管Ⅱ7和液管汇管Ⅱ8连通；机房室外单元25由三通阀Ⅰ33，自然冷源模块一级子系统26，定压及补水装置38，水泵40，三通阀Ⅱ42，冷水机组43，分水器44，中间换热器一级子系统51，集水器45通过管路29、28、35、36、37、39、41、46、47、48、49、50依次连通；自然冷源模块一级子系统26由两个风冷模块27，单向阀Ⅰ34通过管路29、30、28、31依次连通；中间换热器一级子系统51由三通阀Ⅲ58，中间换热器Ⅱ52，单向阀Ⅱ57，三通阀Ⅳ62，中间换热器Ⅰ53，单向阀Ⅲ63通过管路54、55、60、61、56、59、64依次连通；三通阀Ⅰ33、三通阀Ⅱ42、三通阀Ⅲ58、三通阀Ⅳ62均包括入口、第一出口和第二出口，所述入口择一地与所述第一出口、第二出口连通；机房室内单元1和机房室外单元25通过与对应于一体化机柜热管排热一级子系统2列数的若干组气管汇管Ⅰ9，液管汇管Ⅰ10，气管汇管Ⅱ7，液管汇管Ⅱ8连通。

图2为本发明的高散热密度机房热管排热系统处于由冷水机组单独供冷后背板热管排热二级子系统单独排热模式时的结构示意图。当自然环境不能提供所述系统节能运行所需自然冷源时，所述机房室内单元1排热所需的冷源仅由所述冷水机组43提供，此时所述三通阀Ⅰ33、三通阀Ⅱ42的入口均与其第一出口连通；当所述后背板换热管20回风温度高于设定温度，高散热密度机房环境温控要求重点为消化机房局部热点，控制所述后背板换热管20送风温度保持在一定温度范围内从而保障整个机房环境温度稳定时，所述机房室内单元1可单独启动所述后背板热管排热二级子系统3，此时所述三通阀Ⅲ58、三通阀Ⅳ62的入口均与其第一出口连通。所述机房室外单元25系统管路中，冷却水流动方向为图2中箭头A方向所示，所述机房室内单元1系统管路中，制冷剂流动方向为图2中箭头B方向所示，所述后背板热管三级子系统5，前背板热管三级子系统6，机架18，高散热密度机房服务器19中空气流动方向为图2中箭头C方向所示。

图3为本发明的高散热密度机房热管排热系统处于由冷水机组单独供冷前背板热管排热二级子系统单独排热模式时的结构示意图。当自然环境不能提供所述系统节能运行所需自然冷源时，所述机房室内单元1排热所需的冷源仅由所述冷水机组43提供，此时所述三通阀Ⅰ33、三通阀Ⅱ42的入口均与其第一出口连通；当所述前背板换热管17回风温度高于设定温度，高散热密度机房环境温控要求重点为消除机房局部热点，要求位于所述机架18内的所述高散热密度机房服务器19进风温度，即所述前背板换热管17的送风温度在较低的温度范围内，从而保障所述高散热密度机房服务器19出风在一定温度范围内，以避免产生机房局部热点时，所述机房室内单元1可单独启动所述前背板热管排热二级子系统4，此时所述三通阀Ⅲ(58)、三通阀Ⅳ(62)的入口均与其第二出口连通。所述机房室外单元25系统管路中，冷却水流动方向为图3中箭头E方向所示，所述机房室内单元1系统管路中，制冷剂流动方向为图3中箭头D方向所示，所述后背板热管三级子系统5，前背板热管三级子系统6，机架18，高散热密度机房服务器19中空气流动方向为图3中箭头C方向所示。

图4为本发明的高散热密度机房热管排热系统处于由冷水机组单独供冷前、后背板热管排热二级子系统同时排热模式时的结构示意图。当自然环境不能提供所述系统节能运行所需自然冷源时，所述机房室内单元1排热所需的冷源仅由所述冷水机组43提供，此时所述三通阀Ⅰ33、三通阀Ⅱ42的入口均与其第一出口连通；当所述后背板换热管20、前背板换热管17的回风温度、送风温度均高于设定温度，高散热密度机房环境温控要求同时消化和消除局部热点，控制所述后背板换热管20和所述前背板换热管17的送风温度在一定温度范围内从而保障整个机房环境温度和所述高散热密度机房服务器19出风均在一定温度范围内时，所述机房室内单元1可同时启动所述后背板热管排热二级子系统3和所述前背板热管排热二级子系统4，此时所述三通阀Ⅲ58的入口与其第二出口连通，所述三通阀Ⅳ62的入口与其第一出口连通。所述机房室外单元25系统管路中，冷却水流动方向为图4中箭头F方向所示，所述机房室内单元1系统管路中，制冷剂流动方向为图4中箭头B、D方向所示，所述后背板热管三级子系统5，前背板热管三级子系统6，机架18，高散热密度机房服务器19中空气流动方向为图4中箭头C方向所示。

图5为本发明的高散热密度机房热管排热系统处于由自然冷源模块一级子系统和冷水机组同时供冷后背板热管排热二级子系统单独排热模式时的结构示意图。当自然环境能部分提供所述系统节能运行所需自然冷源时，所述机房室内单元1排热所需的冷源由所述自然冷源模块一级子系统26和所述冷水机组42共同提供，此时所述三通阀Ⅰ33的入口与其第一出口和第二出口同时连通，所述三通阀Ⅱ42的入口与其第一出口连通；当所述后背板换热管20回风温度高于设定温度，高散热密度机房环境温控要求重点为消化机房局部热点，控制所述后背板换热管20送风温度保持在一定温度范围内从而保障整个机房环境温度稳定时，所述机房室内单元1可单独启动所述后背板热管排热二级子系统3，此时所述三通阀Ⅲ58、三通阀Ⅳ62的入口均与其第一出口连通。所述机房室外单元25系统管路中，冷却水流动方向为图5中箭头G方向所示，所述风冷模块27进出风方向如图5中箭头H方向所示，所述机房室内单元1系统管路中，制冷剂流动方向为图5中箭头B方向所示，所述后背板热管三级子系统5，前背板热管三级子系统6，机架18，高散热密度机房服务器19中空气流动方向为图5中箭头C方向所示。

图6为本发明的高散热密度机房热管排热系统处于由自然冷源模块一级子系统和冷水机组同时供冷前背板热管排热二级子系统单独排热模式时的结构示意图。当自然环境能部分提供所述系统节能运行所需自然冷源时，所述机房室内单元1排热所需的冷源由所述自然冷源模块一级子系统26和所述冷水机组42共同提供，此时所述三通阀Ⅰ33的入口与其第一出口和第二出口同时连通，所述三通阀Ⅱ42的入口与其第一出口连通；当所述前背板换热管17回风温度高于设定温度，高散热密度机房环境温控要求重点为消除机房局部热点，要求位于所述机架18内的所述高散热密度机房服务器19进风温度，即所述前背板换热管17的送风温度在较低的温度范围内，从而保障所述高散热密度机房服务器19出风在一定温度范围内，以避免产生机房局部热点时，所述机房室内单元1可单独启动所述前背板热管排热二级子系统4，此时所述三通阀Ⅲ(58)、三通阀Ⅳ(62)的入口均与其第二出口连通。所述机房室外单元25系统管路中，冷却水流动方向为图6中箭头J方向所示，所述风冷模块27进出风方向如图6中箭头H方向所示，所述机房室内单元1系统管路中，制冷剂流动方向为图6中箭头D方向所示，所述后背板热管三级子系统5，前背板热管三级子系统6，机架18，高散热密度机房服务器19中空气流动方向为图6中箭头C方向所示。

图7为本发明的高散热密度机房热管排热系统处于由自然冷源模块一级子系统和冷水机组同时供冷前、后背板热管排热二级子系统同时排热模式时的结构示意图。当自然环境能部分提供所述系统节能运行所需自然冷源时，所述机房室内单元1排热所需的冷源由所述自然冷源模块一级子系统26和所述冷水机组42共同提供，此时所述三通阀Ⅰ33的入口与其第一出口和第二出口同时连通，所述三通阀Ⅱ42的入口与其第一出口连通；当所述后背板换热管20、前背板换热管17的回风温度、送风温度均高于设定温度，高散热密度机房环境温控要求同时消化和消除局部热点，控制所述后背板换热管20和所述前背板换热管17的送风温度在一定温度范围内从而保障整个机房环境温度和所述高散热密度机房服务器19出风均在一定温度范围内时，所述机房室内单元1可同时启动所述后背板热管排热二级子系统3和所述前背板热管排热二级子系统4，此时所述三通阀Ⅲ58的入口与其第二出口连通，所述三通阀Ⅳ62的入口与其第一出口连通。所述机房室外单元25系统管路中，冷却水流动方向为图7中箭头K方向所示，所述风冷模块27进出风方向如图7中箭头H方向所示，所述机房室内单元1系统管路中，制冷剂流动方向为图7中箭头B、D方向所示，所述后背板热管三级子系统5，前背板热管三级子系统6，机架18，高散热密度机房服务器19中空气流动方向为图7中箭头C方向所示。

图8为本发明的高散热密度机房热管排热系统处于由自然冷源模块一级子系统单独供冷后背板热管排热二级子系统单独排热模式时的结构示意图。当自然环境能全部提供所述系统节能运行所需自然冷源时，所述机房室内单元1排热所需的冷源仅由所述自然冷源模块一级子系统26提供，所述三通阀Ⅰ33的入口与其第二出口连通，所述三通阀Ⅱ42的入口与其第二出口连通或当冷却水流经所述冷水机组蒸发器时产生的压降在可接受范围内时，所述三通阀Ⅱ42的入口与其第一出口连通；当所述后背板换热管20回风温度高于设定温度，高散热密度机房环境温控要求重点为消化机房局部热点，控制所述后背板换热管20送风温度保持在一定温度范围内从而保障整个机房环境温度稳定时，所述机房室内单元1可单独启动所述后背板热管排热二级子系统3，此时所述三通阀Ⅲ58、三通阀Ⅳ62的入口均与其第一出口连通。所述机房室外单元25系统管路中，冷却水流动方向为图8中箭头L方向所示，所述风冷模块27进出风方向如图8中箭头H方向所示，所述机房室内单元1系统管路中，制冷剂流动方向为图8中箭头B方向所示，所述后背板热管三级子系统5，前背板热管三级子系统6，机架18，高散热密度机房服务器19中空气流动方向为图8中箭头C方向所示。

图9为本发明的高散热密度机房热管排热系统处于由自然冷源模块一级子系统单独供冷前背板热管排热二级子系统单独排热模式时的结构示意图。当自然环境能全部提供所述系统节能运行所需自然冷源时，所述机房室内单元1排热所需的冷源仅由所述自然冷源模块一级子系统26提供，所述三通阀Ⅰ33的入口与其第二出口连通，所述三通阀Ⅱ42的入口与其第二出口连通或当冷却水流经所述冷水机组蒸发器时产生的压降在可接受范围内时，所述三通阀Ⅱ42的入口与其第一出口连通；当所述前背板换热管17回风温度高于设定温度，高散热密度机房环境温控要求重点为消除机房局部热点，要求位于所述机架18内的所述高散热密度机房服务器19进风温度，即所述前背板换热管17的送风温度在较低的温度范围内，从而保障所述高散热密度机房服务器19出风在一定温度范围内，以避免产生机房局部热点时，所述机房室内单元1可单独启动所述前背板热管排热二级子系统4，此时所述三通阀Ⅲ(58)、三通阀Ⅳ(62)的入口均与其第二出口连通。所述机房室外单元25系统管路中，冷却水流动方向为图9中箭头M方向所示，所述风冷模块27进出风方向如图9中箭头H方向所示，所述机房室内单元1系统管路中，制冷剂流动方向为图9中箭头D方向所示，所述后背板热管三级子系统5，前背板热管三级子系统6，机架18，高散热密度机房服务器19中空气流动方向为图9中箭头C方向所示。

图10为本发明的高散热密度机房热管排热系统处于由自然冷源模块一级子系统单独供冷前、后背板热管排热二级子系统同时排热模式时的结构示意图。当自然环境能全部提供所述系统节能运行所需自然冷源时，所述机房室内单元1排热所需的冷源仅由所述自然冷源模块一级子系统26提供，所述三通阀Ⅰ33的入口与其第二出口连通，所述三通阀Ⅱ42的入口与其第二出口连通或当冷却水流经所述冷水机组蒸发器时产生的压降在可接受范围内时，所述三通阀Ⅱ42的入口与其第一出口连通；当所述后背板换热管20、前背板换热管17的回风温度、送风温度均高于设定温度，高散热密度机房环境温控要求同时消化和消除局部热点，控制所述后背板换热管20和所述前背板换热管17的送风温度在一定温度范围内从而保障整个机房环境温度和所述高散热密度机房服务器19出风均在一定温度范围内时，所述机房室内单元1可同时启动所述后背板热管排热二级子系统3和所述前背板热管排热二级子系统4，此时所述三通阀Ⅲ58的入口与其第二出口连通，所述三通阀Ⅳ62的入口与其第一出口连通。所述机房室外单元25系统管路中，冷却水流动方向为图10中箭头N方向所示，所述风冷模块27进出风方向如图10中箭头H方向所示，所述机房室内单元1系统管路中，制冷剂流动方向为图10中箭头B、D方向所示，所述后背板热管三级子系统5，前背板热管三级子系统6，机架18，高散热密度机房服务器19中空气流动方向为图10中箭头C方向所示。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (15)

1.一种高散热密度机房热管排热系统，包括机房室内单元（1）、机房室外单元（25），其特征在于：

所述机房室内单元（1）包括若干列独立的一体化机柜热管排热一级子系统（2）；所述一体化机柜热管排热一级子系统（2）包括置于机架（18）上的后背板热管排热二级子系统（3）和前背板热管排热二级子系统（4），机架（18）上布置多个高散热密度机房服务器（19）；

所述后背板热管排热二级子系统（3）包括若干排后背板热管三级子系统（5），气管汇管Ⅰ（9）和液管汇管Ⅰ（10）；

所述前背板热管排热二级子系统（4）包括若干排前背板热管三级子系统（6），气管汇管Ⅱ（7）和液管汇管Ⅱ（8）；

所述后背板热管三级子系统（5）包括通过连接管路依次连通的气管截止阀Ⅰ（13）、后背板换热管（20）和液管截止阀Ⅰ（14），每个后背板热管三级子系统（5）通过连接管路与气管汇管Ⅰ（9）和液管汇管Ⅰ（10）连通；

所述前背板热管三级子系统（6）包括通过连接管路依次连通的气管截止阀Ⅱ（13）、前背板换热管（17），和液管截止阀Ⅱ（14），每个前背板热管三级子系统（6）通过连接管路与气管汇管Ⅱ（7）和液管汇管Ⅱ（8）连通；

所述机房室外单元（25）包括通过管路依次连通的中间换热器一级子系统（51）、集水器（45）、自然冷源模块一级子系统（26）、冷水机组（43）、及分水器（44），每个中间换热器一级子系统（51）对应一个一体化机柜热管排热一级子系统（2），包括中间换热器Ⅰ（53）和中间换热器Ⅱ（52），所述中间换热器Ⅰ（53）的热侧通过气管汇管Ⅰ（9）和液管汇管Ⅰ（10）与所述后背板热管三级子系统（5）连通，所述中间换热器Ⅱ（52）的热侧通过气管汇管Ⅱ（7）和液管汇管Ⅱ（8）与所述前背板热管排热二级子系统（4）连通；所述中间换热器一级子系统（51）的冷侧两端分别通过管路同分水器（44）、集水器（45）连通。

2.根据权利要求1所述的高散热密度机房热管排热系统，其特征在于，所述机房室外单元（25）还包括三通阀Ⅰ（33）、三通阀Ⅱ（42）、定压及补水装置（38）及水泵（40），定压及补水装置（38）、水泵（40）、三通阀Ⅱ（42）依次设置在自然冷源模块一级子系统（26）的出口侧和冷水机组（43）的进口侧之间的管路上，其中，所述三通阀Ⅰ（33）、三通阀Ⅱ（42）均包括入口、第一出口和第二出口，所述入口可择一地与所述第一出口、第二出口连通,也可同时与所述第一出口、第二出口连通；三通阀Ⅰ（33）的入口连通集水器（45），第一出口连通水泵（40）的入口侧，第二出口连通自然冷源模块一级子系统（26）的入口侧；三通阀Ⅱ（42）的入口连通水泵（40）的出口，第一出口连通冷水机组（43）的进口侧，第二出口连通冷水机组（43）的出口侧。

3.根据权利要求1或2所述的高散热密度机房热管排热系统，其特征在于，所述自然冷源模块一级子系统（26）包括若干个并联的风冷模块（27），其出口侧管路上设置单向阀Ⅰ（34）。

4.根据权利要求2所述的高散热密度机房热管排热系统，其特征在于，所述中间换热器一级子系统（51）还包括三通阀Ⅲ（58）、单向阀Ⅱ（57）、三通阀Ⅳ（62）、单向阀Ⅲ（63），其中，所述三通阀Ⅲ（58）、三通阀Ⅳ（62）均包括入口、第一出口和第二出口，所述入口可择一地与所述第一出口、第二出口连通,也可同时与所述第一出口、第二出口连通；三通阀Ⅲ（58）的入口连通分水器（44），第一出口连通三通阀Ⅳ（62）的入口，第二出口连通中间换热器Ⅱ（52）冷侧的入水口；三通阀Ⅳ（62）的入口还与中间换热器Ⅱ（52）冷侧的出水口连通，三通阀Ⅳ（62）的入口和中间换热器Ⅱ（52）冷侧的出水口之间的管路上设置单向阀Ⅱ（57），三通阀Ⅳ（62）的第一出口连通中间换热器Ⅰ（53）冷侧的入水口，第二出口连通集水器（45），中间换热器Ⅰ（53）冷侧的出水口通过设置有单向阀Ⅲ（63）的管路连通集水器（45）。

5.根据权利要求4所述的高散热密度机房热管排热系统，其特征在于，所述系统根据所述前、后背板换热管（17、20）的回风温度、送风温度及高散热密度机房环境温控要求，通过所述三通阀Ⅲ（58）、三通阀Ⅳ（62）的选择连通来决定所述机房室内单元（1）是单独启动所述后背板热管排热二级子系统（3），还是单独启动所述前背板热管排热二级子系统（4），或是所述后背板热管排热二级子系统（3）和所述前背板热管排热二级子系统（4）同时启动。

6.根据权利要求5所述的高散热密度机房热管排热系统，其特征在于，当所述后背板换热管（20）回风温度高于设定温度，高散热密度机房环境温控要求控制所述后背板换热管（20）送风温度保持在一定温度范围内从而保障整个机房环境温度稳定时，所述机房室内单元（1）单独启动所述后背板热管排热二级子系统（3），此时所述三通阀Ⅲ（58）、三通阀Ⅳ（62）的入口均与其第一出口连通。

7.根据权利要求5所述的高散热密度机房热管排热系统，其特征在于，当所述前背板换热管（17）回风温度高于设定温度，高散热密度机房环境温控要求所述前背板换热管（17）的送风温度在较低的温度范围内，从而保障所述高散热密度机房服务器（19）出风在一定温度范围内时，所述机房室内单元（1）单独启动所述前背板热管排热二级子系统（4），此时所述三通阀Ⅲ（58）、三通阀Ⅳ（62）的入口均与其第二出口连通。

8.根据权利要求5所述的高散热密度机房热管排热系统，其特征在于，当所述后背板换热管（20）、前背板换热管（17）的回风温度、送风温度均高于设定温度，高散热密度机房环境温控要求控制所述后背板换热管（20）和所述前背板换热管（17）的送风温度在一定温度范围内从而保障整个机房环境温度和所述高散热密度机房服务器（19）出风均在一定温度范围内时，所述机房室内单元（1）同时启动所述后背板热管排热二级子系统（3）和所述前背板热管排热二级子系统（4），此时所述三通阀Ⅲ（58）的入口与其第二出口连通，所述三通阀Ⅳ（62）的入口与其第一出口连通。

9.根据权利要求5至8任一项所述的高散热密度机房热管排热系统，其特征在于，当自然环境不能提供所述系统节能运行所需自然冷源时，所述机房室内单元（1）排热所需的冷源仅由所述冷水机组（43）提供，此时所述三通阀Ⅰ（33）、三通阀Ⅱ（42）的入口均与其第一出口连通。

10.根据权利要求5至8任一项所述的高散热密度机房热管排热系统，其特征在于，当自然环境能部分提供所述系统节能运行所需自然冷源时，所述机房室内单元（1）排热所需的冷源由所述自然冷源模块一级子系统（26）和所述冷水机组（42）共同提供，此时所述三通阀Ⅰ（33）的入口与其第一出口和第二出口同时连通，所述三通阀Ⅱ（42）的入口与其第一出口连通。

11.根据权利要求5至8任一项所述的高散热密度机房热管排热系统，其特征在于，当自然环境能全部提供所述系统节能运行所需自然冷源时，所述机房室内单元（1）排热所需的冷源仅由所述自然冷源模块一级子系统（26）提供，所述三通阀Ⅰ（33）的入口与其第二出口连通，所述三通阀Ⅱ（42）的入口与其第二出口连通或当冷却水流经所述冷水机组（43）蒸发器时产生的压降在可接受范围内时，所述三通阀Ⅱ（42）的入口与其第一出口连通。

12.根据权利要求1所述的高散热密度机房热管排热系统，其特征在于，所述后背板换热管（20）和所述前背板换热管（17）可以分别替代所述机房室内单元（1）原有机柜的后门和前门，或分别替代原有机柜的顶板和底板，或分别替代原有机柜的左侧板和右侧板。

13.根据权利要求3所述的高散热密度机房热管排热系统，其特征在于，所述系统进一步包括用于测量所述后背板换热管（20）、前背板换热管（17）回风温度、送风温度及所述风冷模块（27）、冷水机组（43）供、回水温度的传感器。

14.根据权利要求1所述的高散热密度机房热管排热系统，其特征在于，所述一体化机柜热管排热一级子系统（2）中采用的冷媒为R22、R134a、R407C、R410A 、R32、R125中的至少一种。

15.根据权利要求1所述的高散热密度机房热管排热系统，其特征在于，所述机房室外单元（25）采用的冷却水与所述机房室内单元（1）完全隔离，杜绝了水进入机房的隐患。