CN104049701A - 水冷背板式换热器及其性能测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水冷背板式换热器及其性能测试系统，该水冷背板式换热器包括背板冷门、背板框、换热管、翅片、进水总管及出水总管；背板换热器工作时冷却水经过进水主管进入各路换热管，吸收外掠翅片的空气热量，经出水总管汇集后离开背板式换热器。热空气流经背板换热器可以达到较低的温度水平。将该换热器运用在服务器机柜的散热中，能够有效提高数据机房的散热效率，解决高热密度服务器的制冷问题。而其性能测试系统能够有效确定该换热器的换热性能，为其后期优化提供可靠的实验依据。

Description

水冷背板式换热器及其性能测试系统

技术领域

发明涉及一种换热器及其测试系统，具体涉及一种水冷背板式换热器及其性能测试系统。

背景技术

随着社会信息化程度的不断提高，对数据中心的需求随之增加，数据机房的功率密度也迅速递增。调查结果显示：机房功率密度在2005年增加近15％，单个机架的功率从刚开始的1kW增至12kW，并呈现增长趋势。机房散热量伴随着功率密度的增加也以惊人速度持续增长，因此加强对数据机房的散热有十分重要的意义。

现在运行的绝大多数数据中心的制冷系统是基于早期传统的制冷设计：仅考虑通过降低机房的温度来达到冷却服务器的目的，而不考虑机柜内部的状况，导致机房内冷热气流混合无序，大大降低了制冷效率，制冷效果很差。

伴随数据业务的增长和信息技术的发展，需要建设更多新的数据中心，这些数据中心应用了大量高性能服务器等IT设备。仅采用空调系统难以解决机房散热问题，必须采取其它辅助制冷手段，来解决高热密度服务器的制冷问题，合理规划数据中心，开发高效节能的机房制冷方案，是数据中心必须考虑的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种水冷背板式换热器及其性能测试系统，将该换热器安装在服务器机柜的背板上，能够有效冷却服务器，提高制冷效率。

该水冷背板式换热器包括：背板冷门、背板框、换热管、翅片、进水总管及出水总管；所述换热管采用蛇管式排管，安装在背板框的矩形框内；所述翅片为百叶窗型翅片，沿背板框的长度方向平行安装在换热管上；设置在背板框侧边上的进水主管和出水主管分别通过两个以上支管与换热管贯通；所述进水主管和出水主管的顶部各安装有一个排气阀；同时所述出水主管的底部安装有排水阀；所述背板框固定在背板冷门上，背板冷门悬挂于待散热的机柜背板上。

水冷背板式换热器的性能测试系统包括两个以上模拟服务器、服务器标准机柜、温度传感器、压力表和冷水机组；所述模拟服务器包括具有分档调节功能的电加热器和风速可调的风扇，其中电加热器用于模拟服务器的发热量，风扇用于模拟服务器不同运行工况下的风量；

其连接关系为：将两个以上模拟服务器放置在服务器标准机柜中，然后将待测试的水冷背板式换热器通过铰链套件悬挂于服务器机柜背板上；水冷背板式换热器的进水主管和出水主管分别通过管路与冷水机组中的水箱相连；在服务器标准机柜的进口、水冷背板式换热器的进口和出口上分别布置温度传感器；同时在服务器标准机柜上设置用于测量水冷背板式换热器进口风速和压力的测量孔；所述水冷背板式换热器的进口指与服务器机柜背板相接触的一侧，出口指远离服务器机柜背板的一侧。

有益效果：

将该换热器安装在服务器机柜的背板上，能够有效提高数据机房的散热效率，解决高热密度服务器的制冷问题。在换热器中采用百叶窗型翅片能够有效减薄边界层的厚度，同时间断缝的存在会有效加强气流的扰动，大幅提高翅片的换热系数。

通过测试系统对该水冷背板式换热器的性能进行测试，能够有效确定该换热器的换热性能，为其后期优化提供可靠的实验依据。

附图说明

图1为该水冷背板式换热器的整体结构示意图(散热管和翅片未全部示出)；

图2为未安装翅片时该换热器的结构示意图；

图3为该水冷背板式换热器性能测试系统结构示意图。

其中，1-换热管、2-翅片、3-背板框、4-背板冷门、5-进水主管、6-出水主管、7-排气阀、8-排水阀

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供一种水冷背板式散热器及其性能测试系统，将该换热器运用在服务器机柜的散热中，能够有效提高数据机房的散热效率，解决高热密度服务器的制冷问题。

该背板式散热器为管翅式的气液换热器，其结构如图1所示，包括背板冷门4、背板框3、换热管1、翅片2、进水总管5及出水总管6。换热管1为传热系数较大的铜管，翅片2采用导热良好的铝材料。同时翅片采用换热性能较好的百叶窗型翅片，翅片的厚度为0.12mm，片距1.4mm。百叶窗型翅片能够有效减薄边界层的厚度，同时间断缝的存在会有效加强气流的扰动，大幅提高翅片的换热系数。

在背板框3的矩形框内安装螺旋盘管，该螺旋盘管即为换热管1，如图2所示。在背板框3一侧长边上安装进水主管5和出水主管6，进水主管5和出水主管6外径为25mm。进水主管5和出水主管6分别通过多个支管与换热管1贯通，用于向换热管1中注入作为冷却液的纯水；所述支管沿背板框3的长度方向均匀分布。翅片2沿背板框3的长度方向平行安装在盘管上。背板换热器工作时冷却水经过进水主管进入各路换热管，吸收外掠翅片的空气热量，经出水总管汇集后离开背板式换热器。热空气流经背板换热器可以达到较低的温度水平。

同时在进水主管5和出水主管6顶部各安装一个排气阀，在首次向换热管1内注入冷却液时，通过排气阀排出换热管1中的气体。而在背板散热器工作时，如果换热管1中带入气泡，也可方便随时排气。出水主管6底部安装有一个排水阀，在对背板换热器维护时，可通过排水阀排出换热管1中的冷却液。为方便安装和维护，进水主管5和出水主管6上均连接带截止阀的快速接头，每次接管和拆卸都不会造成散热管内冷却液的泄露。

背板冷门4整体成板形，呈门状结构，背板框3通过螺钉固定在背板冷门4上，背板冷门4通过两个铰链套件直接悬挂于服务器机柜背后。

该背板式换热器在使用时，一侧是标准机柜内部流动的气体(背板式换热器的进口)，该气体通过服务器内部的风扇扰动，由于不同的服务器内部有不同类型和功率的风扇，意味着到达换热器翅片入口的风速是不定的。散热器内部流动冷却水，该冷却水根据气体一侧风速及换热量的不同就对应了不同的入口冷水温度、不同的水流速和不同的出口温度。为使换热器气液两侧热换参数能够进行有效的匹配，从而获得换热器的最佳换热效率，需对该水冷背板式换热器的性能进行测试。

由此而设计的测试系统包括数据中心服务器标准机柜、四个模拟服务器、温度传感器、流量计、手动阀、压力表和冷水机组；其中冷水机组包括泵、水箱、排液阀、压缩机、膨胀阀、蒸发器和冷凝器，如图3所示。模拟服务器主要结构部件为电加热器和风扇，电加热器用来模拟服务器的发热量，并且可以分档位进行调节。风扇风速可以调节，用来模拟服务器不同运行工况下的风量。

其连接关系为：将四个模拟服务器放置在数据中心服务器标准机柜中，然后将背板式换热器通过两个铰链套件直接悬挂于服务器机柜背后，背板式换热器的进水主管和出水主管分别通过管路与冷水机组中的水箱相连，其中在服务器标准机柜的进口、背板式换热器的进口和出口分别布置有温度传感器，用来测量相应位置的温度。在机柜的相应位置开设有测量孔，以方便使用便携式风速仪测量背板式换热器进口的风速和压力。

试验过程中通过预开的测量孔测量进入背板换热器的风量，通过对水侧进口温度、出口温度及流量的测量可以计算冷却水从背板换热器带走的热量，通过对服务器进口温度、背板换热器进口温度及出口温度的测量，来考核背板换热器的散热能力。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.水冷背板式换热器，其特征在于，包括：背板冷门(4)、背板框(3)、换热管(1)、翅片(2)、进水总管(5)及出水总管(6)；所述换热管(1)采用蛇管式排管，安装在背板框(3)的矩形框内；所述翅片(2)为百叶窗型翅片，沿背板框(3)的长度方向平行安装在换热管(1)上；设置在背板框(3)侧边上的进水主管(5)和出水主管(6)分别通过两个以上支管与换热管(1)贯通；所述进水主管(5)和出水主管(6)的顶部各安装有一个排气阀；同时所述出水主管(6)的底部安装有排水阀；所述背板框(3)固定在背板冷门(4)上，背板冷门(4)悬挂于待散热的机柜背板上。

2.如权利要求1所述的水冷背板式换热器，其特征在于，所述换热管(1)为铜管。

3.如权利要求1所述的水冷背板式换热器，其特征在于，在所述进水主管(5)和出水主管(6)上均连接有带截止阀的快速接头。

4.如权利要求1所述的水冷背板式换热器，其特征在于，所述翅片(2)的厚度为0.12mm，片距1.4mm。

5.如权利要求1所述的水冷背板式换热器，其特征在于，所述翅片(2)的材料为铝。

6.水冷背板式换热器的性能测试系统，其特征在于，包括两个以上模拟服务器、服务器标准机柜、温度传感器、压力表和冷水机组；所述模拟服务器包括具有分档调节功能的电加热器和风速可调的风扇，其中电加热器用于模拟服务器的发热量，风扇用于模拟服务器不同运行工况下的风量；

其连接关系为：将两个以上模拟服务器放置在服务器标准机柜中，然后将待测试的水冷背板式换热器通过铰链套件悬挂于服务器机柜背板上；水冷背板式换热器的进水主管和出水主管分别通过管路与冷水机组中的水箱相连；在服务器标准机柜的进口、水冷背板式换热器的进口和出口上分别布置温度传感器；同时在服务器标准机柜上设置用于测量水冷背板式换热器进口风速和压力的测量孔；所述水冷背板式换热器的进口指与服务器机柜背板相接触的一侧，出口指远离服务器机柜背板的一侧。