CN104235981A - 一种机柜服务器用一次水环路热管散热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机柜服务器用一次水环路热管散热系统，包括机房单元、冷却单元和循环动力单元，机房单元与循环动力单元连接，机房单元与冷却单元连接，循环动力单元与冷却单元连接；冷媒水经冷却单元的室外空气自然冷源和喷淋水蒸发吸热降温后，由循环动力单元提供动力进入机房单元，对机房单元进行冷却降温。本发明采用缩短机柜冷风输送距离和精确送风的方法，在充分利用自然冷却能源和不增加能耗的基础上，解决服务器局部过热和存在热点的难题；同时，系统不引入室外空气，不影响机房内的空气的洁净度和湿度；整个系统设计简单、投资低，系统运行机房内部具有无动力需求、运行无噪音的特点，实现了数据机房节能增效、安全可靠的目的。

Description

一种机柜服务器用一次水环路热管散热系统

技术领域

本发明涉及互联网数据中心机柜服务的散热技术领域，尤其涉及的是一种机柜服务器用一次水环路热管散热系统。

背景技术

随着IDC互联网数据中心机房高密度机柜的不断增加，设备的集成度越来越高，处理能力也逐渐增高，但设备的功率消耗也随之增大，导致机柜内设备的发热量增多。据统计，目前国内大型IDC机房内机柜服务器发热量大，且基本都是全年8760h不停运行，对于不采用新风的机房而言，全年均需供冷，导致空调系统能耗巨大，其空调能耗约占数据机房整体能耗的40%~50%。

因传统机房精密空调需通过压缩制冷循环，再将室内空气冷却，通过架空地板通道送入机房内，但是，该模式存在局部过热、耗电量大、机房空调能耗过高、噪音大等问题，已经不能满足现代化机房高密度机柜的制冷需求。尤其是大型互联网数据中心，其发热源是摆放于机柜里的服务器，空气经由机柜底部或前部进入机柜，经过服务器加热后的高温空气被服务器自带的风机由机柜顶部或后门吹出，进入机房空间环境，如果机房的散热问题解决不好，就会严重威胁机房设备的安全运行。因此如何在满足设备使用要求的情况下，有效降低机房内空调系统的能耗是空调行业和数据机房运营行业面临的一个重要问题。

从节能角度考虑，目前有直接采用将室外空气引入室内为机房降温的方案，其优点是制冷效率高、初投资低、能耗低，但缺点是引入室外冷空气后，使得室内空气洁净度、湿度难以保证，带来了安全隐患，后期运行维护量较大。另外也有采用气蜂窝式换热器，将热管的热空气与室外冷空气间接换热，从而降低机房内温度，其优点是在利用室外冷源时不引入室外的空气，不影响机房内的空气的洁净度和湿度，缺点是初投资相对较高，换热器结构比较复杂，容易堵塞，需要定期清洗，维护工作量大。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机柜服务器用一次水环路热管散热系统，旨在解决现有的机房精密空调局部过热和存在热点，不能满足使用要求的问题。

本发明的技术方案如下：一种机柜服务器用一次水环路热管散热系统，其中，包括机房单元和冷媒供回水单元，所述冷媒供回水单元包括冷却单元和循环动力单元，机房单元通过机房一次水环供水干管与循环动力单元连接，机房单元通过机房一次水环回水干管与冷却单元连接，循环动力单元通过室外供水连接管与冷却单元连接；

所述冷却单元包括闭式冷却塔、供水阀和回水阀；所述闭式冷却塔包括冷却塔壳体、冷却塔风机、脱水装置、喷淋水泵、喷淋装置和换热盘管，所述冷却塔风机、脱水装置、喷淋装置和换热盘管都设置在冷却塔壳体内，冷却塔风机设置在冷却塔壳体的顶端，脱水装置设置在冷却塔风机的下面，换热盘管设置在冷却塔壳体的中部，喷淋装置设置在脱水装置和换热盘管之间；所述喷淋水泵与喷淋装置连接，喷淋水泵把储存于冷却塔壳体底部水箱的冷却液体泵到喷淋装置处实现喷淋；在冷却塔壳体的侧面设置有进风口，所述进风口置于换热盘管的下面，所述进风口处设置有进风格栅；换热盘管的出水口通过冷媒水供水管与供水阀连接，换热盘管的回水口通过冷媒水回水管与回水阀连接；供水阀通过室外供水连接管与循环动力单元连接，回水阀通过室外回水连接管、机房一次水环回水干管与机房单元连接。

所述的机柜服务器用一次水环路热管散热系统，其中，所述底部水箱的侧面设置有排水管、补水管和溢水管，所述排水管、补水管和溢水管连通室外。

所述的机柜服务器用一次水环路热管散热系统，其特征在于中所述换热盘管采用由铜管或不锈钢管或碳钢管或铝管材料制成的螺纹或椭圆结构的换热盘管。

所述的机柜服务器用一次水环路热管散热系统，其中，所述循环动力单元包括循环水泵和备用循环水泵，所述循环水泵和备用循环水泵通过水泵连接管并联连接于机房一次水环供水干管和室外供水连接管之间。

所述的机柜服务器用一次水环路热管散热系统，其中，所述循环动力单元还包括自动补水定压装置，所述自动补水定压装置安装于循环水泵的吸入口侧。

所述的机柜服务器用一次水环路热管散热系统，其中，所述机房单元包括不少于两个互相并联连接的机柜服务器散热空气循环系统，所述机柜服务器散热空气循环系统包括服务器机柜、热管换热器、服务器和散热风扇，所述服务器机柜采用底部进风、顶部出风的结构，所述散热风扇设置不少于2个，散热风扇设置在服务器机柜的顶部；所述热管换热器和服务器的数量一致，都设置多个；所述热管换热器和服务器都设置在服务器机柜内，热管换热器安装于服务器机柜下方；所述多个热管换热器之间采用异程并联方式连接，热管换热器一端通过一次水环供水支管与机房一次水环供水干管连接，热管换热器的另一端通过一次水环回水支管与机房一次水环回水干管连接。

所述的机柜服务器用一次水环路热管散热系统，其中，所述热管换热器采用翅片式热管换热器或微通道热管换热器或陶瓷式热管换热器。

本发明的有益效果：本发明通过提供一种机柜服务器用一次水环路热管散热系统，本系统充分利用室外空气自然冷源和喷淋水蒸发吸热，系统中换热管的换热温差大，换热效率高；同时采用闭式冷却塔换热盘管，无杂质进入冷媒水循环系统，能够保证机房的循环水不受污染，延长使用寿命；机房采用不引入室外的空气，确保了机房内空气的洁净度和湿度；整个系统设计简单，投资低，系统机房内部无动力、运行无噪音、安全环保，达到了数据机房节能增效、安全可靠的要求。

附图说明

图1是本发明中机柜服务器用一次水环路热管散热系统的结构示意图。

图2是本发明中冷媒供回水单元的结构示意图。

图3是本发明中机房单元的结构示意图。

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、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。

如图1-3所示，本机柜服务器用一次水环路热管散热系统包括机房单元100、冷媒供回水单元400，所述冷媒供回水单元400包括冷却单元200和循环动力单元300，机房单元100通过机房一次水环供水干管与循环动力单元300连接，机房单元100通过机房一次水环回水干管与冷却单元200连接，循环动力单元300通过室外供水连接管与冷却单元200连接；散热系统中的冷媒水经冷却单元200的室外空气自然冷源和喷淋水蒸发吸热降温后，由循环动力单元300提供循环动力进入机房单元100，对机房单元100进行冷却降温。

如图2所示，所述冷却单元200包括闭式冷却塔210、供水阀220和回水阀230；所述闭式冷却塔210包括冷却塔壳体211、冷却塔风机212、脱水装置213、喷淋水泵214、喷淋装置215和换热盘管216，所述冷却塔风机212、脱水装置213、喷淋装置215和换热盘管216都设置在冷却塔壳体211内，冷却塔风机212设置在冷却塔壳体211的顶端，脱水装置213设置在冷却塔风机212的下面，换热盘管216设置在冷却塔壳体211的中部，喷淋装置215设置在脱水装置213和换热盘管216之间；所述喷淋水泵214与喷淋装置215连接，喷淋水泵214把储存于冷却塔壳体211底部水箱的冷却液体泵到喷淋装置215处实现喷淋；在冷却塔壳体211的侧面设置有进风口，所述进风口置于换热盘管216的下面，所述进风口处设置有进风格栅217；换热盘管216的出水口通过冷媒水供水管与供水阀220连接，换热盘管216的回水口通过冷媒水回水管与回水阀230连接；供水阀220通过室外供水连接管与循环动力单元300连接，回水阀230通过室外回水连接管、机房一次水环回水干管与机房单元100连接。

所述换热盘管216采用但不限于采用由铜管、不锈钢管、碳钢管、铝管等材料制成的螺纹、椭圆等结构类型的换热盘管。

为了方便冷却塔壳体211底部水箱及时更换冷却液体，保证冷却效果，所述底部水箱的侧面设置有排水管、补水管和溢水管，所述排水管、补水管和溢水管连通室外。

冷却单元200在冷却塔顶部冷却塔风机212的作用下，室外的干冷空气经进风格栅217进入冷却塔壳体211，并由下至上通过换热盘管216热湿交换、脱水装置213成为饱和热湿空气，并经冷却塔风机212排出；冷却塔壳体211底部的循环冷却水在喷淋水泵214的作用下，经喷淋装置215雾化或喷淋至喷淋装置215表面，与其内部的循环冷媒水间接换热，吸热后的冷却水同时与进入冷却塔壳体211的干冷空气热湿交换降温完成冷却塔内的冷却水循环；当室外干冷空气温度较低时，系统自控控制停止喷淋水泵214运行，仅采用室外干冷空气与换热盘管216间接换热，起到节水效果；其中，冷却塔壳体211内的冷却水由自动控制调节补水管对冷却水量进行补充，通过排水管排水及排污和溢水管自由排水，保证闭式冷却塔的安全可靠运行，同时确保了机房内的循环水不受污染，延长了设备的使用寿命。

所述冷却单元200通过冷却塔风机212作为动力，把室外空气自然冷源通过设置在冷却塔壳体211的侧面的进风口引入对换热盘管216进行冷却；同时利用喷淋水泵214把储存于冷却塔壳体211底部水箱的冷却液体泵到喷淋装置215处实现喷淋，对换热盘管216进行喷淋水蒸发吸热，两种冷却方式同时冷却吸热，换热盘管216的换热温差大，换热效率高。而且，所述冷却单元200还采用闭式冷却塔换热盘管，避免杂质进入冷媒水循环系统，能够保证机房的循环水不受污染，延长机房设备的使用寿命；同时机房单元100没有引入室外的空气，确保了机房内空气的洁净度和湿度。

所述循环动力单元300包括循环水泵310和备用循环水泵320，所述循环水泵310和备用循环水泵320通过水泵连接管330并联连接于机房一次水环供水干管和室外供水连接管之间。

冷媒水循环动力源水泵采用一用一备方案（循环水泵310和备用循环水泵320），且两水泵均采用变频控制技术。系统运行默认启动循环水泵310，当循环水泵310故障或定期检修时，系统自动切换为备用循环水泵320运行；冷却单元200提供的低温冷媒水在水泵动力作用下依次经室外供水连接管、备用循环水泵320、水泵连接管后进入机房一次水环供水干管，连续为服务器机房设备提供散热所需的低温冷媒水。

为了能保证系统中冷却液体的正常循环，保证冷却效果，所述循环动力单元300还包括自动补水定压装置340，所述自动补水定压装置340安装于循环水泵310的吸入口侧。自动补水定压装置340安装于循环水泵310吸入口和室外供水连接管之间，能够排除冷媒水循环系统中的多余气体，同时根据循环冷媒水体积因温度变化导致的压力变化精确控制冷媒水系统内部压力，使系统压力保持恒定。

如图3所示，所述机房单元100包括不少于两个互相并联连接的机柜服务器散热空气循环系统110，所述机柜服务器散热空气循环系统110包括服务器机柜111、热管换热器112、服务器113和散热风扇114，所述服务器机柜111采用底部进风、顶部出风的结构，所述散热风扇114设置不少于2个，散热风扇114设置在服务器机柜111的顶部；所述热管换热器112和服务器113的数量一致，都设置多个，所述热管换热器112和服务器113都设置在服务器机柜111内，热管换热器112安装于服务器机柜111下方；所述多个热管换热器112之间采用异程并联方式连接，热管换热器112一端通过一次水环供水支管与机房一次水环供水干管连接，热管换热器112的另一端通过一次水环回水支管与机房一次水环回水干管连接。

热管换热器112安装于服务器机柜111下方，直接换热冷却服务器113，实现短距离的冷风输送和精确冷却，解决机柜局部过热和存在热点问题。所述热管换热器112采用但不限于采用翅片式热管换热器、微通道热管换热器和陶瓷式热管换热器等。

在服务器机柜111内置散热风扇114的动力作用下，机柜外部的热空气经机柜底部进风口进入机柜，热空气首先经过热管换热器112与其换热管内的低温冷媒水热交换，成为温度较低的冷空气，再经过服务器113对机柜设备进行降温，实现短距离的冷风输送和精确送风；换热后的循环空气温度又升高，在完成多个升温——降温——升温后，经机柜顶部散热风扇114排出，进而完成机柜内外空气循环，同时也完成对机柜服务器的降温冷却处理。

本机柜服务器用一次水环路热管散热系统的运作过程如下：冷却单元200提供的低温冷媒水在循环水泵310的作用下，沿机房一次水环供水干管进入机房单元100，通过一次水环供水支管进入服务器机柜111内；各支管内的冷媒水在水泵动力作用下进入服务器机柜111内的热管换热器112内，与经过换热器的热空气间接换热后成为高温冷媒水，继而经一次水环回水支管后流入机房一次水环回水干管并汇总，再经室外回水连接管、回水阀230、冷媒水回水管进入闭式冷却塔210；高温冷媒水在换热盘管216内与换热盘管216表面的喷淋水及通过换热盘管216表面的干冷空气间接换热，成为低温冷媒水；在循环水泵310动力作用下再依次经冷媒水供水管、供水阀220、室外供水连接管进入循环水泵310内，完成机柜服务器用一次水环路热管散热系统的封闭式冷媒水循环。

本机柜服务器用一次水环路热管散热系统采用缩短机柜冷风输送距离和精确送风的方法，在充分利用自然冷却能源和不增加能耗的基础上，解决了服务器局部过热和存在热点的难题；同时，系统不引入室外的空气，不影响机房内的空气的洁净度和湿度；整个系统设计简单、投资低，系统运行机房内部具有无动力需求、运行无噪音的特点，实现了数据机房节能增效、安全可靠的目的。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种机柜服务器用一次水环路热管散热系统，其特征在于，包括机房单元和冷媒供回水单元，所述冷媒供回水单元包括冷却单元和循环动力单元，机房单元通过机房一次水环供水干管与循环动力单元连接，机房单元通过机房一次水环回水干管与冷却单元连接，循环动力单元通过室外供水连接管与冷却单元连接；

所述冷却单元包括闭式冷却塔、供水阀和回水阀；所述闭式冷却塔包括冷却塔壳体、冷却塔风机、脱水装置、喷淋水泵、喷淋装置和换热盘管，所述冷却塔风机、脱水装置、喷淋装置和换热盘管都设置在冷却塔壳体内，冷却塔风机设置在冷却塔壳体的顶端，脱水装置设置在冷却塔风机的下面，换热盘管设置在冷却塔壳体的中部，喷淋装置设置在脱水装置和换热盘管之间；所述喷淋水泵与喷淋装置连接，喷淋水泵把储存于冷却塔壳体底部水箱的冷却液体泵到喷淋装置处实现喷淋；在冷却塔壳体的侧面设置有进风口，所述进风口置于换热盘管的下面，所述进风口处设置有进风格栅；换热盘管的出水口通过冷媒水供水管与供水阀连接，换热盘管的回水口通过冷媒水回水管与回水阀连接；供水阀通过室外供水连接管与循环动力单元连接，回水阀通过室外回水连接管、机房一次水环回水干管与机房单元连接。

2.根据权利要求1所述的机柜服务器用一次水环路热管散热系统，其特征在于，所述底部水箱的侧面设置有排水管、补水管和溢水管，所述排水管、补水管和溢水管连通室外。

3.根据权利要求2所述的机柜服务器用一次水环路热管散热系统，其特征在于，所述换热盘管采用由铜管或不锈钢管或碳钢管或铝管材料制成的螺纹或椭圆结构的换热盘管。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的机柜服务器用一次水环路热管散热系统，其特征在于，所述循环动力单元包括循环水泵和备用循环水泵，所述循环水泵和备用循环水泵通过水泵连接管并联连接于机房一次水环供水干管和室外供水连接管之间。

5.根据权利要求4所述的机柜服务器用一次水环路热管散热系统，其特征在于，所述循环动力单元还包括自动补水定压装置，所述自动补水定压装置安装于循环水泵的吸入口侧。

6.根据权利要求1-3任意一项所述的机柜服务器用一次水环路热管散热系统，其特征在于，所述机房单元包括不少于两个互相并联连接的机柜服务器散热空气循环系统，所述机柜服务器散热空气循环系统包括服务器机柜、热管换热器、服务器和散热风扇，所述服务器机柜采用底部进风、顶部出风的结构，所述散热风扇设置不少于2个，散热风扇设置在服务器机柜的顶部；所述热管换热器和服务器的数量一致，都设置多个；所述热管换热器和服务器都设置在服务器机柜内，热管换热器安装于服务器机柜下方；所述多个热管换热器之间采用异程并联方式连接，热管换热器一端通过一次水环供水支管与机房一次水环供水干管连接，热管换热器的另一端通过一次水环回水支管与机房一次水环回水干管连接。

7.根据权利要求6所述的机柜服务器用一次水环路热管散热系统，其特征在于，所述热管换热器采用翅片式热管换热器或微通道热管换热器或陶瓷式热管换热器。