CN107105601A - 一种Smart Rack整机柜的水冷系统及换热方法 - Google Patents

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孙锐羽
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Abstract

本发明公开了一种Smart Rack整机柜的水冷系统及换热方法，属于服务器散热技术领域。本发明的Smart Rack整机柜的水冷系统包括液冷终端、分集水装置、CDU调控和换热单元，液冷终端设置在节点内部，由液冷板通过管路连通而成；分集水装置与液冷终端、CDU调控和换热单元分别通过快接头相连通，分集水装置将液冷终端的热介质汇集并输送至CDU调控和换热单元，与CDU调控和换热单元中的热交换器进行换热，并将换热后的冷介质送至液冷终端。该发明的Smart Rack整机柜的水冷系统设计合理，能够减少服务器需求风量，解决机房送风不足的问题，同时降低风扇转速，解决噪音过大的问题，具有很好的推广应用价值。

Description

一种Smart Rack整机柜的水冷系统及换热方法
技术领域
本发明涉及服务器散热技术领域，具体提供一种Smart Rack整机柜的水冷系统及换热方法。
背景技术
随着社会及经济的飞速发展，计算机的应用领域越来越广泛。相较于传统的计算机，服务器具有更加优良的稳定性、扩展性和性能。随着社会经济的进一步发展，各大型企业对服务器的性能要求进一步提高，服务器性能的提高导致服务器在运行过程中产生的热量增多，为了保证服务器正常的运行，需要更高效的散热方式。当前Rack机柜采用单一的冷风模式散热，在服务器系统背面用风扇组成风扇墙来提供系统风流的动力，工作介质采用已获得的空气。随着CPU平台的不断更新，主板走线越来越密集、CPU功耗越来越高，导致热密度不断增大，传统的冷风模式已经不能满足高热密度的散热功能。此外，目前机房多为空调机房，机柜需求风量大，机房普遍存在送风不足的问题，对高功耗的机柜，需要风扇墙很高的转速，随之而来的即是噪声的超标，并且系统风扇和机房空调负荷高，消耗能量过大，PUE（Power Usage Effectiveness）只能做到1.3-1.5，有待进一步改进。
发明内容
本发明的技术任务是针对上述存在的问题，提供一种设计合理，使用安全，能够减少服务器需求风量，解决机房送风不足的问题，同时降低风扇转速，解决噪音过大的问题的Smart Rack整机柜的水冷系统。
本发明进一步的技术任务是提供一种利用上述水冷系统的Smart Rack整机柜的水冷换热方法。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种Smart Rack整机柜的水冷系统，包括液冷终端、分集水装置、CDU调控和换热单元，所述液冷终端设置在节点内部，由液冷板通过管路连通而成；CDU调控和换热单元设置在机柜下方，分集水装置与液冷终端、CDU调控和换热单元分别通过快接头相连通，分集水装置将液冷终端的热介质汇集并输送至CDU调控和换热单元，通过CDU调控和换热单元中的热交换器进行换热，并将换热后的冷介质送至液冷终端。
在该水冷系统中，仍然保留风扇墙，以确保节点内小功耗部件不发生超温。此外，在该系统中还可选配水冷门，系统出风在水冷门处再次冷却，以达到进出风温度一致、移除机房空调系统的目的。
所述分集水装置与液冷终端、CDU调控和换热单元分别通过盲插的快接头相连通，可实现盲插和热插拔的需求。
在机柜底部预留4U高度（具体高度需要根据整机柜所支持的功耗来选择CDU调控和换热单元的热交换器的尺寸大小）来安装CDU调控和换热单元。所述CDU调控和换热单元包含控制和显示系统，可以根据系统芯片温度实现水量和水压的智能调节及告警机制。
液冷终端的液冷板通过管路连通而成，冷介质由进水口沿管路进入液冷终端，通过液冷板与节点内部元器件发生换热，将热量转移到介质中，并由出水口带出节点。每个节点出来的热介质经过分集水装置，汇集并输送至CDU调控和换热单元进行换热，热介质经过换热后变为冷介质，冷介质通过配液中枢输送至每个节点进水口进入液冷终端，实现密闭的内循环，完成换热。
作为优选，所述液冷板设置在节点内部高功耗器件处。
作为优选，所述分集水装置设置在机柜背面。
一种Smart Rack整机柜的水冷换热方法，节点内部高功耗器件与液冷终端进行热量交换，将节点内部高功耗器件产生的热量转移至液冷终端介质中，由节点出来的热介质汇集并输送至分集水装置，再由分集水装置输送至CDU调控和换热单元中，通过CDU调控和换热单元的热交换器与外部水塔提供的冷水发生热交换，将热量转移至外部水塔并带出机房，热介质经过热交换器换热后变为冷介质，并通过分集水装置返回液冷终端，完成换热。
作为优选，CDU调控和换热单元的热交换器与外部水塔提供的冷水发生热交换时，通过热交换器与水塔的壁面换热，不做混合。
作为优选，所述液冷终端设置在节点内部，由液冷板通过管路连通而成。
作为优选，所述分集水装置与液冷终端、CDU调控和换热单元分别通过快接头相连通。
与现有技术相比，本发明的Smart Rack整机柜的水冷系统具有以下突出的有益效果：所述Smart Rack整机柜的水冷系统与传统散热机柜相比较，更能适应高热密度的散热需求，避免了因为空气换热效率低引起的风扇墙转速很高，甚至更换更高转速高性能风扇，进而引起风扇墙噪音过大和整机柜功耗超标的问题。相较于传统的散热模式，水的比热要比空气高出很多，换热效率随之加强，更能适应服务器热密度越来越大的需求。
附图说明
图1是本发明所述Smart Rack整机柜的水冷系统的结构示意图。
其中，1.液冷终端，2.分集水装置，3.CDU调控和换热单元，4.机柜。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例，对本发明的Smart Rack整机柜的水冷系统及换热方法作进一步详细说明。
实施例1
如图1所示，本发明的Smart Rack整机柜的水冷系统，包括液冷终端1、分集水装置2、CDU调控和换热单元3。液冷终端1设在机柜4节点内部高功耗器件处。液冷终端1由液冷板通过管路连通而成。分集水装置2设在机柜4背面。CDU调控和换热单元3设在机柜4下方，在机柜4底部预留4U高度，安装CDU调控和换热单元3。分集水装置2与液冷终端1、CDU调控和换热单元3分别通过盲插的快接头相连接。
实施例2
本发明的Smart Rack整机柜的水冷换热方法，冷介质由液冷终端1的进水口沿管路进入液冷终端1，通过液冷板与机柜4内每U节点内部高功耗器件进行换热，将热量转移到冷介质中，并由出水口带出节点。每U节点出来的热介质通过分集水装置2汇集并输送至CDU调控和换热单元3的热交换器，通过热交换器与外部水塔提供的冷水发生热交换，该过程通过壁面发生换热，不做混合，将热量转移至外部水塔并带出机房。热介质经过热交换器后变为冷介质，通过CDU调控和换热单元3的配液中枢均匀的返回每U节点，实现密闭的内循环。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种Smart Rack整机柜的水冷系统，其特征在于：包括液冷终端、分集水装置、CDU调控和换热单元，所述液冷终端设置在节点内部，由液冷板通过管路连通而成；CDU调控和换热单元设置在机柜下方，分集水装置与液冷终端、CDU调控和换热单元分别通过快接头相连通，分集水装置将液冷终端的热介质汇集并输送至CDU调控和换热单元，通过CDU调控和换热单元中的热交换器进行换热，并将换热后的冷介质送至液冷终端。
2.根据权利要求1所述的Smart Rack整机柜的水冷系统，其特征在于：所述液冷板设置在节点内部高功耗器件处。
3.根据权利要求1或2所述的Smart Rack整机柜的水冷系统，其特征在于：所述分集水装置设置在机柜背面。
4.一种Smart Rack整机柜的水冷换热方法，其特征在于：节点内部高功耗器件与液冷终端进行热量交换，将节点内部高功耗器件产生的热量转移至液冷终端介质中，由节点出来的热介质汇集并输送至分集水装置，再由分集水装置输送至CDU调控和换热单元中，通过CDU调控和换热单元的热交换器与外部水塔提供的冷水发生热交换，将热量转移至外部水塔并带出机房，热介质经过热交换器换热后变为冷介质，并通过分集水装置返回液冷终端，完成换热。
5.根据权利要求4所述的Smart Rack整机柜的水冷换热方法，其特征在于：CDU调控和换热单元的热交换器与外部水塔提供的冷水发生热交换时，通过热交换器与水塔的壁面换热，不做混合。
6.根据权利要求4或5所述的Smart Rack整机柜的水冷换热方法，其特征在于：所述液冷终端设置在节点内部，由液冷板通过管路连通而成。
7.根据权利要求6所述的Smart Rack整机柜的水冷换热方法，其特征在于：所述分集水装置与液冷终端、CDU调控和换热单元分别通过快接头相连通。
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