CN103940272B - 基于计算机服务器废热利用的热水系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于计算机服务器废热利用热水系统及方法。系统包括补水管道、第一电动阀、第二电动阀、冷却水泵、入口支路管道、第三电动阀、第一温度传感器、微通道管平板热管换热器、局部发热元件、第二温度传感器、服务器、第三温度传感器、第四电动阀、出口支路管道、旁路管道、热用户、热水管、热水泵、储水罐、第五电动阀、第四温度传感器、第六电动阀、主出水管、出口并联连接管、入口并联连接管。本发明通过微通道管平板热管换热器实现了对服务器局部发热元件小温差高热流的换热效果，并通过有效的系统管路循环对产生的有效品位热水加以利用，大大降低了系统的能耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于计算机服务器废热利用的热水系统及方法，属于电子器件热利用技术领域。
背景技术
随着信息化时代的到来，大数据、云计算、超级计算机等电子计算机技术得到了前所未有的发展，但电子信息业的电耗也不容忽视，据报道，中国三大运营商2012年仅电费就支出66亿美元，全球运营商电费支出近400亿美元。在这些电耗中，计算机和基站等的散热带来的电耗占有重要组成，而这部分电耗不仅带来了巨大的直接经济损失，而且排除的废热容易形成局部热岛效应，对环境带来不利影响。
现有计算机服务器散热系统仅考虑散热，没有考虑对热量的回收和再利用，从而增加了系统的能耗。因此针对上述问题，如何通过有效的方法实现对服务器内的较高品位的热源进行利用还有进一步改进和提升的空间。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基于计算机服务器废热利用的热水系统及方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
基于计算机服务器废热利用的热水系统包括补水管道、第一电动阀、第二电动阀、冷却水泵、入口支路管道、第三电动阀、第一温度传感器、微通道管平板热管换热器、局部发热元件、第二温度传感器、服务器、第三温度传感器、第四电动阀、出口支路管道、旁路管道、热用户、热水管、热水泵、储水罐、第五电动阀、第四温度传感器、第六电动阀、主出水管、出口并联连接管、入口并联连接管，微通道管平板热管换热器包括管道连接头、微通道管束、上盖板、真空抽气口、下盖板、蒸发区、支撑柱、超亲水微结构涂层；补水管道通过入口并联连接管与入口支路管道、微通道管平板热管换热器和出口支路管道顺次连接；出口支路管道经出口并联连接管与主出水管和储水罐顺次连接；储水罐经热水管连接到热用户；补水管道上依次装有第一电动阀和冷却水泵；入口支路管道的末端依次装有第三电动阀和第一温度传感器；出口支路管道的前端依次装有第三温度传感器和第四电动阀；主出水管的末端依次装有第四温度传感器和第五电动阀；第五电动阀与第四温度传感器之间与旁路管道入口连接；第一电动阀与冷却水泵之间与旁路管道出口连接；旁路管道的入口和出口分别装有第六电动阀和第二电动阀；服务器的主板上含有局部发热元件；局部发热元件的上表面与微通道管平板热管换热器通过高温胶粘接；局部发热元件内装有第二温度传感器；上盖板上装有真空抽气口，上盖板与下盖板通过焊接形成密闭空间，上盖板与下盖板之间设有支撑柱，下盖板内表面涂有超亲水微结构涂层，下盖板设有蒸发区，微通道管束贯穿布置在下盖板的上半部，微通道管束两段分别通过管道连接头与入口支路管道和出口支路管道连接。
所述的局部发热元件的额定温度在60℃以上。所述的服务器为计算机服务器，或者局部发热元件结构的电力电子设备；服务器的数量为单个或者多个并联连接。所述的微通道管平板热管换热器在单个服务器内的数量为单个或者多个并联连接。所述的热用户为热水用户，或者单效溴化锂制冷系统的利用50~70℃热水作为热源的热利用系统。
基于计算机服务器废热利用方法：利用微通道管平板热管换热器的热管高效换热特点，实现对局部发热元件的冷却散热功能；并通过补水管道经入口并联连接管、入口支路管道、微通道管平板热管换热器、出口支路管道、出口并联连接管、主出水管、旁路管道的管路循环控制将热量加热成热水输送到储水罐加以利用。实现当服务器开始工作时，通过局部发热元件与微通道管平板热管换热器之间的导热以及微通道管平板热管换热器内工质的相变换热，利用微通道管平板热管换热器内工质的蓄热能力实现对局部发热元件产生的热量进行冷却吸收，此阶段称为启动冷却阶段。当第二温度传感器或第一温度传感器和第三温度传感器的温度达到设定的额定温度时，对应的服务器两端的第三电动阀和第四电动阀开启，第二电动阀和第六电动阀同时开启，冷却水泵启动，系统开始进入从补水管道经入口并联连接管、入口支路管道、微通道管平板热管换热器、出口支路管道、出口并联连接管、主出水管、旁路管道再回到补水管道的闭合旁路循环，通过管路系统中的存留冷水对局部发热元件进行冷却，此阶段成为过渡旁路冷却阶段。当第四温度传感器温度达到设定值时，第二电动阀和第六电动阀关闭，第五电动阀和第一电动阀开启，系统开始进入从补水管道经入口并联连接管、入口支路管道、微通道管平板热管换热器、出口支路管道、出口并联连接管、主出水管到储水罐的热利用循环冷却阶段。储水罐内的热水通过热水泵经热水管输送到热用户实现最终利用。
本发明通过微通道管平板热管换热器实现了对服务器局部发热元件小温差高热流的换热效果，并通过有效的系统管路循环对产生的有效品位热水加以利用，大大降低了系统的能耗，相比现有技术，本发明具有的优点显而易见。
附图说明
图1是基于计算机服务器废热利用的多机并联热水系统的结构示意图；
图2是基于计算机服务器废热利用的单机热水系统的结构示意图；
图3是本发明的微通道管平板热管换热器结构示意图；
图中：补水管道1、第一电动阀2、第二电动阀3、冷却水泵4、入口支路管道5、第三电动阀6、第一温度传感器7、微通道管平板热管换热器8、局部发热元件9、第二温度传感器10、服务器11、第三温度传感器12、第四电动阀13、出口支路管道14、旁路管道15、热用户16、热水管17、热水泵18、储水罐19、第五电动阀20、第四温度传感器21、第六电动阀22、主出水管23、出口并联连接管24、入口并联连接管25、管道连接头26、微通道管束27、上盖板28、真空抽气口29、下盖板30、蒸发区31、支撑柱32、超亲水微结构涂层33。
具体实施方式
如图1至图3所示，基于计算机服务器废热利用的热水系统包括补水管道1、第一电动阀2、第二电动阀3、冷却水泵4、入口支路管道5、第三电动阀6、第一温度传感器7、微通道管平板热管换热器8、局部发热元件9、第二温度传感器10、服务器11、第三温度传感器12、第四电动阀13、出口支路管道14、旁路管道15、热用户16、热水管17、热水泵18、储水罐19、第五电动阀20、第四温度传感器21、第六电动阀22、主出水管23、出口并联连接管24、入口并联连接管25，微通道管平板热管换热器8包括管道连接头26、微通道管束27、上盖板28、真空抽气口29、下盖板30、蒸发区31、支撑柱32、超亲水微结构涂层33；补水管道1通过入口并联连接管25与入口支路管道5、微通道管平板热管换热器8和出口支路管道14顺次连接；出口支路管道14经出口并联连接管24与主出水管23和储水罐19顺次连接；储水罐19经热水管17连接到热用户16；补水管道1上依次装有第一电动阀2和冷却水泵4；入口支路管道5的末端依次装有第三电动阀6和第一温度传感器7；出口支路管道14的前端依次装有第三温度传感器12和第四电动阀13；主出水管23的末端依次装有第四温度传感器21和第五电动阀20；第五电动阀20与第四温度传感器21之间与旁路管道15入口连接；第一电动阀2与冷却水泵4之间与旁路管道15出口连接；旁路管道15的入口和出口分别装有第六电动阀22和第二电动阀3；服务器11的主板上含有局部发热元件9；局部发热元件9的上表面与微通道管平板热管换热器8通过高温胶粘接；局部发热元件9内装有第二温度传感器10；上盖板28上装有真空抽气口29，上盖板28与下盖板30通过焊接形成密闭空间，上盖板28与下盖板30之间设有支撑柱32，下盖板30内表面涂有超亲水微结构涂层33，下盖板30设有蒸发区31，微通道管束27贯穿布置在下盖板30的上半部，微通道管束27两段分别通过管道连接头26与入口支路管道5和出口支路管道14连接。
所述的局部发热元件9的额定温度在60℃以上。所述的服务器11为计算机服务器，或者局部发热元件9结构的电力电子设备；服务器11的数量为单个或者多个并联连接。所述的微通道管平板热管换热器8在单个服务器11内的数量为单个或者多个并联连接。所述的热用户16为热水用户，或者如单效溴化锂制冷系统等的利用50~70℃热水作为热源的热利用系统。
基于计算机服务器废热利用方法：利用微通道管平板热管换热器8的热管高效换热特点，实现对局部发热元件9的冷却散热功能；并通过补水管道1经入口并联连接管25、入口支路管道5、微通道管平板热管换热器8、出口支路管道14、出口并联连接管24、主出水管23、旁路管道15的管路循环控制将热量加热成热水输送到储水罐19加以利用。实现当服务器11开始工作时，通过局部发热元件9与微通道管平板热管换热器8之间的导热以及微通道管平板热管换热器8内工质的相变换热，利用微通道管平板热管换热器8内工质的蓄热能力实现对局部发热元件9产生的热量进行冷却吸收，此阶段称为启动冷却阶段。当第二温度传感器10或第一温度传感器7和第三温度传感器12的温度达到设定的额定温度时，对应的服务器11两端的第三电动阀6和第四电动阀13开启，第二电动阀3和第六电动阀22同时开启，冷却水泵4启动，系统开始进入从补水管道1经入口并联连接管25、入口支路管道5、微通道管平板热管换热器8、出口支路管道14、出口并联连接管24、主出水管23、旁路管道15再回到补水管道1的闭合旁路循环，通过管路系统中的存留冷水对局部发热元件9进行冷却，此阶段成为过渡旁路冷却阶段。当第四温度传感器21温度达到设定值时，第二电动阀3和第六电动阀22关闭，第五电动阀20和第一电动阀2开启，系统开始进入从补水管道1经入口并联连接管25、入口支路管道5、微通道管平板热管换热器8、出口支路管道14、出口并联连接管24、主出水管23到储水罐19的热利用循环冷却阶段。储水罐19内的热水通过热水泵18经热水管17输送到热用户16实现最终利用。
本发明的具体工作过程为：当服务器开始工作后，局部发热元件开始发热导致温度升高，热量通过导热方式传给微通道管平板热管换热器，并加热换热器内的工质，随着温度的升高，换热量的增大，微通道管平板热管换热器内的工质开始沸腾，沸腾的蒸汽上升到微通道管平板热管换热器的上部空间并在微通道管束上冷凝，将热量传给微通道管束内的水，由于开始局部发热元件产生的热量还不够大，温度也不够高，导致微通道管束内的水的水温也较低，此时，利用通过微通道管平板热管换热器内工质相变蓄热能力即可实现对局部发热元件的冷却功能，此阶段称为启动冷却阶段。随着服务器组工作时间的延长以及功率的增大，局部发热元件的温度和发热功率开始上升，此时当第二温度传感器或第一温度传感器和第三温度传感器的温度达到设定的额定温度时，即微通道管平板热管换热器的散热能力达到极限，对应的服务器两端的第三电动阀和第四电动阀开启，第二电动阀和第六电动阀同时开启，冷却水泵启动，系统开始进入从补水管道经入口并联连接管、入口支路管道、微通道管平板热管换热器、出口支路管道、出口并联连接管、主出水管、旁路管道再回到补水管道的闭合旁路循环，管路系统中的存留冷水被不断输送到微通道管平板热管换热器内替代加热的热水，实现对局部发热元件进行有效冷却的目的，此阶段成为过渡旁路冷却阶段。当第四温度传感器温度达到设定值时，表明旁路循环的冷却能力也达到极限，管路内的水温已达到设计的可利用温度品位，此时，第二电动阀和第六电动阀关闭，第五电动阀和第一电动阀开启，系统开始进入从补水管道经入口并联连接管、入口支路管道、微通道管平板热管换热器、出口支路管道、出口并联连接管、主出水管到储水罐的热利用循环冷却阶段。储水罐内的热水通过热水泵经热水管输送到热用户实现最终利用。当热用户为热水用户时，则可直接利用。当热用户为单效制冷机等时，则热水作为制冷机的热源，驱动制冷机制冷。
Claims (6)
1.一种基于计算机服务器废热利用的热水系统，其特征在于包括补水管道（1）、第一电动阀（2）、第二电动阀（3）、冷却水泵（4）、入口支路管道（5）、第三电动阀（6）、第一温度传感器（7）、微通道管平板热管换热器（8）、局部发热元件（9）、第二温度传感器（10）、服务器（11）、第三温度传感器（12）、第四电动阀（13）、出口支路管道（14）、旁路管道（15）、热用户（16）、热水管（17）、热水泵（18）、储水罐（19）、第五电动阀（20）、第四温度传感器（21）、第六电动阀（22）、主出水管（23）、出口并联连接管（24）、入口并联连接管（25），微通道管平板热管换热器（8）包括管道连接头（26）、微通道管束（27）、上盖板（28）、真空抽气口（29）、下盖板（30）、蒸发区（31）、支撑柱（32）、超亲水微结构涂层（33）；补水管道（1）通过入口并联连接管（25）与入口支路管道（5）、微通道管平板热管换热器（8）和出口支路管道（14）顺次连接；出口支路管道（14）经出口并联连接管（24）与主出水管（23）和储水罐（19）顺次连接；储水罐（19）经热水管（17）连接到热用户（16）；补水管道（1）上依次装有第一电动阀（2）和冷却水泵（4）；入口支路管道（5）的末端依次装有第三电动阀（6）和第一温度传感器（7）；出口支路管道（14）的前端依次装有第三温度传感器（12）和第四电动阀（13）；主出水管（23）的末端依次装有第四温度传感器（21）和第五电动阀（20）；第五电动阀（20）与第四温度传感器（21）之间与旁路管道（15）入口连接；第一电动阀（2）与冷却水泵（4）之间与旁路管道（15）出口连接；旁路管道（15）的入口和出口分别装有第六电动阀（22）和第二电动阀（3）；服务器（11）的主板上含有局部发热元件（9）；局部发热元件（9）的上表面与微通道管平板热管换热器（8）通过高温胶粘接；局部发热元件（9）内装有第二温度传感器（10）；上盖板（28）上装有真空抽气口（29），上盖板（28）与下盖板（30）通过焊接形成密闭空间，上盖板（28）与下盖板（30）之间设有支撑柱（32），下盖板（30）内表面涂有超亲水微结构涂层（33），下盖板（30）设有蒸发区（31），微通道管束（27）贯穿布置在下盖板（30）的上半部，微通道管束（27）两段分别通过管道连接头（26）与入口支路管道（5）和出口支路管道（14）连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于计算机服务器废热利用的热水系统，其特征在于所述的局部发热元件（9）的额定温度在60℃以上。
3.根据权利要求1所述的一种基于计算机服务器废热利用的热水系统，其特征在于所述的服务器（11）的数量为单个或者多个并联。
4.根据权利要求1所述的一种基于计算机服务器废热利用的热水系统，其特征在于所述的微通道管平板热管换热器（8）在单个服务器（11）内的数量为单个或者多个并联连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于计算机服务器废热利用的热水系统，其特征在于所述的热用户（16）是热水用户，或者是单效溴化锂制冷系统的利用50~70℃热水作为热源的热利用系统。
6.一种使用如权利要求1所述系统的基于计算机服务器废热利用方法，其特征在于：利用微通道管平板热管换热器（8）的热管高效换热特点，实现对局部发热元件（9）的冷却散热功能；并通过补水管道（1）经入口并联连接管（25）、入口支路管道（5）、微通道管平板热管换热器（8）、出口支路管道（14）、出口并联连接管（24）、主出水管（23）、旁路管道（15）的管路循环控制将热量加热成热水输送到储水罐（19）加以利用；实现当服务器（11）开始工作时，通过局部发热元件（9）与微通道管平板热管换热器（8）之间的导热以及微通道管平板热管换热器（8）内工质的相变换热，利用微通道管平板热管换热器（8）内工质的蓄热能力实现对局部发热元件（9）产生的热量进行冷却吸收，此阶段称为启动冷却阶段；当第二温度传感器（10）或第一温度传感器（7）和第三温度传感器（12）的温度达到设定的额定温度时，对应的服务器（11）两端的第三电动阀（6）和第四电动阀（13）开启，第二电动阀（3）和第六电动阀（22）同时开启，冷却水泵（4）启动，补水管道（1）经入口并联连接管（25）、入口支路管道（5）、微通道管平板热管换热器（8）、出口支路管道（14）、出口并联连接管（24）、主出水管（23）、旁路管道（15）再回到补水管道（1）的闭合旁路循环，通过管路系统中的存留冷水对局部发热元件（9）进行冷却，此阶段成为过渡旁路冷却阶段；当第四温度传感器（21）温度达到设定值时，第二电动阀（3）和第六电动阀（22）关闭，第五电动阀（20）和第一电动阀（2）开启，补水管道（1）经入口并联连接管（25）、入口支路管道（5）、微通道管平板热管换热器（8）、出口支路管道（14）、出口并联连接管（24）、主出水管（23）到储水罐（19）的热利用循环冷却阶段；储水罐（19）内的热水通过热水泵（18）经热水管（17）输送到热用户（16）实现最终利用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20151104 |
|
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