CN106455439A - 一种数据中心机房集中冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种数据中心机房集中冷却系统，包括集成在机柜外部的喷淋液压装置和液压工质冷却装置、外部液体工质箱以及至少一个机柜，喷淋液压装置、液压工质冷却装置、外部液体工质箱和机柜通过管路进行连接，机柜包括辅助机柜、服务器机柜、进液管和回流管，辅助机柜内设有内部液体工质箱、主管路和管路分配器，服务器机柜内设有服务器和多个喷淋结构，喷淋结构喷淋出的液体工质通过回流管回流至外部液体工质箱，然后通过喷淋液压装置和液压循环冷却装置冷却后进入内部液体工质箱，喷淋过程中液体工质无相变。本发明散热效果好，能耗低，系统集成简单，用户使用体验好。

Description

一种数据中心机房集中冷却系统
技术领域
本发明涉及机柜冷却技术领域，具体涉及一种数据中心机房集中冷却系统。
背景技术
随着互联网的不断发展，为适应数据处理及用户的需求，数据中心的硬件设施规模不断扩大，由此产生的巨额能源消耗，已然成为数据中心发展不可回避的问题，亟待解决。与此同时，机房的冷却问题也日益突出，最为常规的自然冷却已不能满足现有机房的冷却需求，现有技术中通常采用空调组冷却和水冷冷却两种方式用于机房冷却，其中仅所用制冷设备的能耗就占据数据中心的总能耗的30％，能耗较大。
按照摩尔定律，关联的计算机芯片密度增加，数据中心冷却荷载密度将成倍增加，而这导致了在同等面积情况下，其制冷的能源需求比通常的办公室制冷需求至少大10倍，因而现有技术中通常的简单地采用由非中央空调机组的方式来进行冷却，不但不能有效地将冷空气均匀分布在不同的设备上，不方便对送风的精细调节，也增加了制冷能耗；而安装整体的中央空调，却又大大增加了建设成本，均不能很好的适应实际使用；
采用水冷冷却则需要一定量的水源，在目前国家水资源短缺，提倡节约用水的大环境下，该方式在缺水地区推广仍有很多顾虑；冷却塔在低温情况下存在结冻的风险，不适用于寒冷地区；此外，水冷方式成本较高，难以得到广泛的推广。
因此，为满足数据中心机房的节能降耗需求及成本限制，有必要对现有技术方案加以改进。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出一种数据中心机房集中换热冷却系统，通过该系统能够实现数据机柜服务器的分体喷淋冷却及换热介质的集中冷却。该系统中服务器机柜采用液体工质对发热元件进行喷淋冷却，由于液体工质的比热容比空气的比热容大，因此能够大幅度提高冷却性能。该系统对介质的二次冷却采用集中冷却的方式，有利于单体服务器机柜的设计排布及数据机房的整体安排。
本发明的具体技术方案如下：
一种数据中心机房集中冷却系统，包括集成在机柜外部的喷淋液压装置和液压工质冷却装置、外部液体工质箱以及至少一个所述机柜，所述喷淋液压装置、所述液压工质冷却装置、所述外部液体工质箱和所述机柜通过管路进行连接，
所述机柜包括辅助机柜、服务器机柜、进液管和回流管，
所述辅助机柜内设有内部液体工质箱、主管路和管路分配器，所述管路分配器通过主管路连通所述内部液体工质箱，所述外部液体工质箱和所述内部液体工质箱内均装有绝缘导热的液体工质，
所述服务器机柜内设有服务器和多个喷淋结构，所述喷淋结构正对着在所述服务器的热源，
所述喷淋结构通过所述进液管与所述管路分配器连接，所述喷淋结构喷淋出的所述液体工质通过所述回流管回流至所述外部液体工质箱，通过所述喷淋液压装置和所述液压工质冷却装置冷却后进入辅助机柜内部液体工质箱，喷淋过程中所述液体工质无相变。
优选地，所述辅助机柜内还设有第一液体工质泵，所述第一液体工质泵与所述管路分配器连通。
优选地，所述辅助机柜内还设有第一液体工质过滤器，所述第一液体工质过滤器设置在所述内部液体工质箱内且与所述第一液体工质泵的进液口连通。
优选地，所述液压工质冷却装置优选风冷散热装置，所述风冷散热装置包括散热器和风扇。
优选地，所述喷淋液压装置包括第二工质过滤器和第二液体工质泵，所示第二液体工质过滤器设置在所述外部液体工质箱内，所述第二液体工质过滤器与所述第二液体工质泵的进液口连通。
优选地，多个所述喷淋结构与所述服务器的热源横向平行间隔设置，所述喷淋结构为喷淋盒。
优选地，所述喷淋结构喷淋到所述热源上的液体工质呈雨淋状。
优选地，所述喷淋结构喷淋到所述热源上的液体工质呈雾状。
优选地，所述液体工质为矿物油。
优选地，所述服务器机柜为全密封结构。
实施本发明具有以下有益效果：
(1)本发明对机柜进行了功能分区，将机柜分成服务器机柜和辅助机柜，且对服务器对机柜的初始结构没有明显改动，降低了系统集成难度和加工难度；
(2)本发明采取一拖多的形式将喷淋液压装置和液压工质冷却装置集成在机柜外部，从而能够安装在机房室外向至少一个机柜供给液体工质并进行冷却，在工程实现上更为容易；
(3)本发明将液体工质直接喷淋到服务器的发热元件表面，显著减少了中间热阻，提高了传热性能，降低了系统能耗；
(4)本发明采用喷淋介质集中冷却方式，机房内部取消风扇，明显降低室内噪声，提高用户使用体验。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1是本发明提供的一种数据中心机房集中冷却系统的结构示意图；
图2是本发明提供的一种机柜的结构示意图；
图3是本发明提供的服务器机柜的结构示意图；
图4是本发明提供的辅助机柜的结构示意图。
其中，1-机柜，2-辅助机柜，21-内部液体工质箱，22-管路分配器，23-第一液体工质泵，24-第一液体工质过滤器，25-第二液体工质过滤器，26-第二液体工质泵，3-服务器机柜，31-服务器，32-喷淋结构，4-进液管，5-回流管，6-喷淋液压装置，7-液压工质冷却装置，8-外部液体工质箱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
参见图1，本发明提供了一种数据中心机房集中冷却系统，包括集成在机柜1外部的喷淋液压装置6和液压工质冷却装置7、外部液体工质箱8以及至少一个所述机柜1，所述喷淋液压装置6、所述液压工质冷却装置7、所述外部液体工质箱8和所述机柜1通过管路进行连接，
参见图2和图3，所述机柜1包括辅助机柜2、服务器机柜3、进液管4和回流管5，
参见图3和图4，所述辅助机柜2内设有内部液体工质箱21、主管路和管路分配器22，所述管路分配器22通过主管路连通所述内部液体工质箱21，所述外部液体工质箱8和所述内部液体工质箱21内均装有绝缘导热的液体工质，
所述服务器机柜3内设有服务器31和多个喷淋结构32，所述喷淋结构32正对着在所述服务器31的热源，
所述喷淋结构32通过所述进液管4与所述管路分配器22连接，所述喷淋结构32喷淋出的所述液体工质通过所述回流管5回流至所述外部液体工质箱8，然后通过所述喷淋液压装置6和所述液压工质冷却装置7冷却后进入辅助机柜2内部液体工质箱21，喷淋过程中所述液体工质无相变。
优选地，所述喷淋液压装置6包括第二工质过滤器和第二液体工质泵26，所示第二液体工质过滤器25设置在所述外部液体工质箱8内，所述第二液体工质过滤器25与所述第二液体工质泵26的进液口连通。
优选地，多个所述喷淋结构32与所述服务器31的热源横向平行间隔设置，所述喷淋结构32为喷淋盒。
优选地，所述喷淋结构32喷淋到所述热源上的液体工质呈雨淋状。
优选地，所述液体工质为矿物油。
优选地，所述服务器机柜3为全密封结构。
工作时，盛放于所述内部液体工质箱21内的所述液体工质经主管路输送至管路分配器22，再由所述管路分配器22将所述液体工质分成几路流入所述喷淋结构32；所述液体工质通过所述喷淋结构32被直接喷淋到所述服务器31的电路板上，通过所述液体工质与所述服务器31的热源直接接触从而带走热量，对服务器31进行冷却；所述液体工质被加热后携带热量经所述回流管5汇集并回流至所述外部液体工质箱8中，然后通过所述喷淋液压装置6和所述液压工质冷却装置7冷却后进入辅助机柜2内部液体工质箱21。
实施本发明具有以下有益效果：
(1)本发明将机柜分成服务器机柜和辅助机柜，功能分区更为简单、直接，且对服务器机柜的初始结构没有明显改动，系统集成简单，易于加工。
(2)本发明中喷淋液压装置和液压工质冷却装置集成在机柜的外部，采取一拖多的形式安装在机房室外，向至少一个机柜供给液体工质并进行冷却，在工程实现上更为容易。
(3)本发明将液体工质直接喷淋到服务器的发热元件表面，显著减少了中间热阻，提高了传热性能，降低了系统能耗。
(4)本发明采用喷淋介质集中冷却方式，机房内部取消风扇，明显降低室内噪声，提高用户使用体验。
(5)服务器机柜做成全密封机构，相比传统风冷机柜，能够提高IP等级，防尘防水效果更好。
实施例二
参见图1，本发明提供了一种数据中心机房集中冷却系统，包括集成在机柜1外部的喷淋液压装置6和液压工质冷却装置7、外部液体工质箱8以及至少一个所述机柜1，所述喷淋液压装置6、所述液压工质冷却装置7、所述外部液体工质箱8和所述机柜1通过管路进行连接，
参见图2和图3，所述机柜1包括辅助机柜2、服务器机柜3、进液管4和回流管5，
参见图3和图4，所述辅助机柜2内设有内部液体工质箱21、主管路和管路分配器22，所述管路分配器22通过主管路连通所述内部液体工质箱21，所述外部液体工质箱8和所述内部液体工质箱21内均装有绝缘导热的液体工质，
所述服务器机柜3内设有服务器31和多个喷淋结构32，所述喷淋结构32正对着在所述服务器31的热源，
所述喷淋结构32通过所述进液管4与所述管路分配器22连接，所述喷淋结构32喷淋出的所述液体工质通过所述回流管5回流至所述外部液体工质箱8，然后通过所述喷淋液压装置6和所述液压工质冷却装置7冷却后进入辅助机柜内部液体工质箱21，喷淋过程中所述液体工质无相变。
优选地，所述辅助机柜2内还设有第一液体工质泵23，所述第一液体工质泵23与所述管路分配器22连通。
优选地，所述喷淋液压装置6包括第二工质过滤器和第二液体工质泵26，所示第二液体工质过滤器25设置在所述外部液体工质箱8内，所述第二液体工质过滤器25与所述第二液体工质泵26的进液口连通。
优选地，多个所述喷淋结构32与所述服务器31的热源横向平行间隔设置，所述喷淋结构32为喷淋盒。
优选地，所述喷淋结构32喷淋到所述热源上的液体工质呈雨淋状。
优选地，所述液体工质为矿物油。
优选地，所述服务器机柜3为全密封结构。
工作时，盛放于所述内部液体工质箱21内的所述液体工质经过所述第一液体工质泵23加压后，由所述管路分配器22将所述液体工质分成几路流入所述喷淋结构32；所述液体工质通过所述喷淋结构32被直接喷淋到所述服务器31的电路板上，通过所述液体工质与所述服务器31的热源直接接触从而带走热量，对服务器31进行冷却；所述液体工质被加热后携带热量经所述回流管5汇集并回流至所述外部液体工质箱8中，然后通过所述喷淋液压装置6和所述液压工质冷却装置7冷却后进入辅助机柜内部液体工质箱21。
本实施例与实施例一的区别在于所述液体工质经过所述第一液体工质泵加压后，由所述喷淋结构喷淋到所述电路板上，喷淋压力增大，单位时间内液体工质与所述服务器的热源接触更充分，冷却效果更好。
实施例三
参见图1，本发明提供了一种数据中心机房集中冷却系统，包括集成在机柜1外部的喷淋液压装置6和液压工质冷却装置7、外部液体工质箱8以及至少一个所述机柜1，所述喷淋液压装置6、所述液压工质冷却装置7、所述外部液体工质箱8和所述机柜1通过管路进行连接，
参见图2和图3，所述机柜1包括辅助机柜2、服务器机柜3、进液管4和回流管5，
参见图3和图4，所述辅助机柜2内设有液体工质箱21、主管路和管路分配器22，所述管路分配器22通过主管路连通所述内部液体工质箱21，所述外部液体工质箱8和所述内部液体工质箱21内均装有绝缘导热的液体工质，
所述服务器机柜3内设有服务器31和多个喷淋结构32，所述喷淋结构32正对着在所述服务器31的热源，
所述喷淋结构32通过所述进液管4与所述管路分配器22连接，所述喷淋结构32喷淋出的所述液体工质通过所述回流管5回流至所述外部液体工质箱8，然后通过所述喷淋液压装置6和所述液压工质冷却装置7冷却后进入辅助机柜内部液体工质箱21，喷淋过程中所述液体工质无相变。
优选地，所述辅助机柜2内还设有第一液体工质泵23，所述第一液体工质泵23与所述管路分配器22连通。
优选地，所述喷淋液压装置6包括第二工质过滤器和第二液体工质泵26，所示第二液体工质过滤器25设置在所述外部液体工质箱8内，所述第二液体工质过滤器25与所述第二液体工质泵26的进液口连通。
优选地，所述辅助机柜2内还设有第一液体工质过滤器24，所述第一液体工质过滤器24设置在所述内部液体工质箱21内且与所述第一液体工质泵23的进液口连通。
优选地，多个所述喷淋结构32与所述服务器31的热源横向平行间隔设置，所述喷淋结构32为喷淋盒。
优选地，所述喷淋结构32喷淋到所述热源上的液体工质呈雾状。
优选地，所述液体工质为矿物油。
优选地，所述服务器机柜3为全密封结构。
工作时，盛放于所述内部液体工质箱21内的所述液体工质经所述第一液体工质过滤器24流入所述第一液体工质泵23，经过所述第一液体工质泵23加压后，由所述管路分配器22将所述液体工质分成几路流入所述喷淋结构32；所述液体工质通过所述喷淋结构32被直接喷淋到所述服务器31的电路板上，通过所述液体工质与所述服务器31的热源直接接触从而带走热量，对服务器31进行冷却；所述液体工质被加热后携带热量经所述回流管5汇集并回流至所述液体工质箱8中，然后通过所述喷淋液压装,6和所述液压工质冷却装置7冷却后进入辅助机柜内部液体工质箱21。
本实施例与实施例二的区别在于所述辅助机柜内还设置有第一液体工质过滤器，第一液体工质过滤器用于保持液体工质的清洁度，喷淋结构喷淋到所述热源上的液体工质呈雾状，液体工质与所述服务器的热源接触更充分，冷却效果更好。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种数据中心机房集中冷却系统，其特征在于，包括集成在机柜外部的喷淋液压装置和液压工质冷却装置、外部液体工质箱以及至少一个所述机柜，所述喷淋液压装置、所述液压工质冷却装置、所述外部液体工质箱和所述机柜通过管路进行连接，
所述机柜包括辅助机柜、服务器机柜、进液管和回流管，
所述辅助机柜内设有内部液体工质箱、主管路和管路分配器，所述管路分配器通过主管路连通所述内部液体工质箱，所述外部液体工质箱和所述内部液体工质箱内均装有绝缘导热的液体工质，
所述服务器机柜内设有服务器和多个喷淋结构，所述喷淋结构正对着在所述服务器的热源，
所述喷淋结构通过所述进液管与所述管路分配器连接，所述喷淋结构喷淋出的所述液体工质通过所述回流管回流至所述外部液体工质箱，通过所述喷淋液压装置和所述液压工质冷却装置冷却后进入辅助机柜内部液体工质箱，喷淋过程中所述液体工质无相变。
2.根据权利要求1所述的一种数据中心机房集中冷却系统，其特征在于，所述辅助机柜内还设有第一液体工质泵，所述第一液体工质泵与所述管路分配器连通。
3.根据权利要求2所述的一种数据中心机房集中冷却系统，其特征在于，所述辅助机柜内还设有第一液体工质过滤器，所述第一液体工质过滤器设置在所述内部液体工质箱内且与所述第一液体工质泵的进液口连通。
4.根据权利要求1所述的一种数据中心机房集中冷却系统，其特征在于，所述液压工质冷却装置优选风冷散热装置，所述风冷散热装置包括散热器和风扇。
5.根据权利要求1所述的一种数据中心机房集中冷却系统，所述喷淋液压装置包括第二工质过滤器和第二液体工质泵，所示第二液体工质过滤器设置在所述外部液体工质箱内，所述第二液体工质过滤器与所述第二液体工质泵的进液口连通。
6.根据权利要求1所述的一种数据中心机房集中冷却系统，其特征在于，多个所述喷淋结构与所述服务器的热源横向平行间隔设置，所述喷淋结构为喷淋盒。
7.根据权利要求6所述的一种数据中心机房集中冷却系统，其特征在于，所述喷淋结构喷淋到所述热源上的液体工质呈雨淋状。
8.根据权利要求6所述的一种数据中心机房集中冷却系统，其特征在于，所述喷淋结构喷淋到所述热源上的液体工质呈雾状。
9.根据权利要求1所述的一种数据中心机房集中冷却系统，其特征在于，所述液体工质为矿物油。
10.根据权利要求1所述的一种数据中心机房集中冷却系统，其特征在于，所述服务器机柜为全密封结构。
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