CN108124408A - 基于热管技术的数据中心浸没式液冷机柜 - Google Patents
基于热管技术的数据中心浸没式液冷机柜 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于热管技术的数据中心浸没式液冷机柜，多个加装冷柜竖直排列于液冷柜的第一侧壁外；多个服务器组沿平行于第一侧壁的长度方向错位设置且间隔紧贴于第一侧壁和面向第一侧壁的第二侧壁以形成第一流道，第一冷媒循环管路连通于第一流道；每个加装冷柜的内部沿竖直方向排列设置有多个热管组，每个热管组包括多个水平排列设置的热管，热管部分伸入液冷柜的内部且密封固接于加装冷柜上，加装冷柜的内部以多个热管之间的间隙形成第二流道，第二冷媒循环管路连通于第二流道且连接有制冷机。该浸没式液冷机柜能迅速带走服务器热量，减少机柜局部热点，提高机房的整体散热效率，减少数据中心散热系统能耗。
Description
技术领域
本发明涉及液冷装置，具体地涉及基于热管技术的数据中心浸没式液冷机柜。
背景技术
IDC(Internet Data Center，互联网数据中心)机房已成为国民经济发展中的重要组成部分，是推进国家科技工业信息化和数字化的基础设施。随着数据中心规模的增大以及高发热功率的刀片式服务器的普及，机柜热密度急剧增长，一方面，高热密度服务器的散热成为亟待解决的问题，若处理不慎，可能由于设备过热而导致设备停机，造成巨大损失；另一方面，散热所需的制冷设备功率成倍提高，进一步增加数据中心的能源消耗。
美国Lawrence Berkeley国家实验室调查显示，一个典型的数据中心能耗比例为：1)IT设备(服务器、交换机、路由器等)占44％；2)制冷设备(机房精密空调、风机)占38％；3)电源设备(UPS、SPM等)占15％；4)照明占4％。因此，制冷设备的耗电量仅次于IT设备的耗电量。
现有数据中心节能集中在新风式节能系统、冷热通道封闭、水冷空调系统以及热管换热器节能装置等。传统机柜散热系统采用空调风冷系统，具有以下几个明显的缺陷：其一，由于空气的换热性能差，为保证高热密度服务器的正常运行需要较低的送风温度，这将增加空调系统的运行能耗，从而导致现有数据中心的散热能耗增加；其二，由于机柜内空间狭小，气流组织不善，易导致机柜内出现局部高温点，影响服务器等IT设备的安全运行；为了消除局部热点，往往加大空调送风量、降低送风温度，导致空调系统的能耗进一步增加；其三，空调系统对空气的洁净程度也有较高的要求，空气中的粉尘、硫氧化物和氮氧化物等会使服务器的故障率上升、寿命缩短。
为了对IDC机房中高热密度服务器进行更有效的散热，近几年兴起了一种液体直接冷却的服务器散热系统，该系统采用将服务器整体浸泡在活性很低且不导电的电绝缘介质中，电绝缘介质吸收热量，再通过制冷系统与电绝缘介质换热，持续地将服务器的热量散发出去，该系统有助于进一步提高服务器的数据密度和计算能力，但该散热系统仍存在温度分布不均匀而影响散热效率等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于热管技术的数据中心浸没式液冷机柜，该浸没式液冷机柜能够迅速带走服务器热量，减少机柜局部热点，提高机房的整体散热效率，减少数据中心散热系统能耗。
为了实现上述目的，本发明提供了一种基于热管技术的数据中心浸没式液冷机柜，该浸没式液冷机柜包括：液冷柜、加装冷柜、第一冷媒循环管路和第二冷媒循环管路，多个所述加装冷柜竖直设置且排列固接于所述液冷柜的第一侧壁的外壁；所述液冷柜的内部设置有多个垂直于所述第一侧壁服务器组，多个所述服务器组沿平行于所述第一侧壁的长度方向错位设置且间隔紧贴于所述第一侧壁和面向所述第一侧壁的第二侧壁以形成第一流道，所述第一流道内填设有第一冷媒，所述第一冷媒循环管路连通于所述第一流道以使得所述第一冷媒位于所述第一流道内流动；每个所述加装冷柜的内部沿竖直方向排列设置有多个热管组，每个所述热管组包括多个水平排列设置的热管，所述热管部分伸入所述液冷柜的内部且密封固接于所述加装冷柜上，所述加装冷柜的内部以多个所述热管之间的间隙形成第二流道，所述第二流道内填设有第二冷媒，所述第二冷媒循环管路连通于所述第二流道且连接有制冷机。
优选地，所述液冷柜的内部自左往右包括第一放置区和第二放置区，所述第一放置区和所述第二放置区以所述液冷柜的中轴线为对称轴对称设置，且各自的内部均设置有多个服务器组；所述第一冷媒循环管路包括第一循环泵和多条导液管，所述第一循环泵上设置有第一进液口、第二进液口和出液口，所述第一进液口和所述第二进液口分别通过所述导液管连通于所述第一放置区和所述第二放置区远离所述液冷柜的中轴线的一端，所述出液口通过所述导液管连通于所述第一放置区和所述第二放置区的交界处。
优选地，所述第二冷媒循环管路包括进液管和回液管，所述进液管和所述回液管之间设置有制冷机，所述进液管上连接有第二循环泵；其中，所述进液管水平设置于多个所述加装冷柜的上方，所述进液管的侧壁上沿其自身长度方向设置有多个与所述进液管相连通的上支管，每个所述上支管各自连通于一个所述加装冷柜的顶端；所述回液管水平设置于多个所述加装冷柜的下方，所述回液管的侧壁上沿其自身长度方向设置有多个与所述回液管相连通的下支管，每个所述下支管各自连通于一个所述加装冷柜的底端。
优选地，多个所述加装冷柜内包含的所述热管组的数量自所述第一侧壁的中部朝向两端的方向逐渐增多。
优选地，所述热管的两端分别套设有前排翅片和后排翅片；其中，所述前排翅片位于所述液冷柜中，所述后排翅片位于所述加装冷柜中。
优选地，所述液冷柜的两端以及中部均安装有温度传感器。
优选地，所述液冷柜中设置有用于检测所述第一冷媒液位高度的液位传感器。
优选地，所述浸没式液冷机柜还包括数据收集系统，所述数据收集系统分别电连接于所述液位传感器和各个所述温度传感器，所述数据收集系统每间隔10-60min记录一次所述液位传感器和各个所述温度传感器的数值。
优选地，所述第一冷媒为电绝缘介质。
优选地，所述第二冷媒为水。
根据上述技术方案，本发明中多个所述加装冷柜竖直设置且排列固接于所述液冷柜的第一侧壁的外壁；所述液冷柜的内部设置有多个垂直于所述第一侧壁服务器组，多个所述服务器组沿平行于所述第一侧壁的长度方向错位设置且间隔紧贴于所述第一侧壁和面向所述第一侧壁的第二侧壁以形成第一流道，所述第一流道内填设有第一冷媒，所述第一冷媒循环管路连通于所述第一流道以使得所述第一冷媒位于所述第一流道内流动；每个所述加装冷柜的内部沿竖直方向排列设置有多个热管组，每个所述热管组包括多个水平排列设置的热管，所述热管部分伸入所述液冷柜的内部且密封固接于所述加装冷柜上，所述加装冷柜的内部以多个所述热管之间的间隙形成第二流道，所述第二流道内填设有第二冷媒，所述第二冷媒循环管路连通于所述第二流道且连接有制冷机。在使用过程中，通过加装冷柜连接于制冷机，使得加装冷柜中的热管位于加装冷柜的部分能够持续的在第二冷媒和制冷机的共同作用下保持低温，而热管是一种高效的传热部件能够将第二冷媒上的冷量几乎无损的传递至热管位于液冷柜的一端，由于液冷柜中的第一冷媒随着其自身不断地给服务器组散热其本身温度也会不断提高，而此时热管即可将第二冷媒上的冷量传递至第一冷媒中，使得第一冷媒的加热量和散热量保持均衡，从而给予服务器组散热更加的均衡，该浸没式液冷机柜能迅速带走服务器热量，减少机柜局部热点，提高机房的整体散热效率，减少数据中心散热系统能耗。而这里的服务器组通常由多个服务器组成，服务器通过插入液冷柜底部的槽座的方式予以固定，第一流道整体呈“S”型路径，可以增加散热面积，提高散热效率。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明中浸没式液冷机柜的一种优选实施方式的整体结构示意图；
图2是本发明中浸没式液冷机柜的一种优选实施方式的横向剖面示意图；
图3是本发明中热管的一种优选实施方式的整体结构示意图。
附图标记说明
1液冷柜 2服务器组
3热管 4加装冷柜
7制冷机 8上支管
9下支管 301前排翅片
302后排翅片 501导液管
502进液管 503回液管
601第一循环泵 602第二循环泵
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，“上下左右、前后内外”等包含在术语中的方位词仅代表该术语在常规使用状态下的方位，或为本领域技术人员理解的俗称，而不应视为对该术语的限制。
参见图1-3所示的基于热管技术的数据中心浸没式液冷机柜，该浸没式液冷机柜包括：液冷柜1、加装冷柜4、第一冷媒循环管路和第二冷媒循环管路，多个所述加装冷柜4竖直设置且排列固接于所述液冷柜1的第一侧壁的外壁；所述液冷柜1的内部设置有多个垂直于所述第一侧壁服务器组2，多个所述服务器组2沿平行于所述第一侧壁的长度方向错位设置且间隔紧贴于所述第一侧壁和面向所述第一侧壁的第二侧壁以形成第一流道，所述第一流道内填设有第一冷媒，所述第一冷媒循环管路连通于所述第一流道以使得所述第一冷媒位于所述第一流道内流动；每个所述加装冷柜4的内部沿竖直方向排列设置有多个热管组，每个所述热管组包括多个水平排列设置的热管3，所述热管3部分伸入所述液冷柜1的内部且密封固接于所述加装冷柜4上，所述加装冷柜4的内部以多个所述热管3之间的间隙形成第二流道，所述第二流道内填设有第二冷媒，所述第二冷媒循环管路连通于所述第二流道且连接有制冷机7。
通过上述技术方案的实施，多个所述加装冷柜4竖直设置且排列固接于所述液冷柜1的第一侧壁的外壁；所述液冷柜1的内部设置有多个垂直于所述第一侧壁服务器组2，多个所述服务器组2沿平行于所述第一侧壁的长度方向错位设置且间隔紧贴于所述第一侧壁和面向所述第一侧壁的第二侧壁以形成第一流道，所述第一流道内填设有第一冷媒，所述第一冷媒循环管路连通于所述第一流道以使得所述第一冷媒位于所述第一流道内流动；每个所述加装冷柜4的内部沿竖直方向排列设置有多个热管组，每个所述热管组包括多个水平排列设置的热管3，所述热管3部分伸入所述液冷柜1的内部且密封固接于所述加装冷柜4上，所述加装冷柜4的内部以多个所述热管3之间的间隙形成第二流道，所述第二流道内填设有第二冷媒，所述第二冷媒循环管路连通于所述第二流道且连接有制冷机7。在使用过程中，通过加装冷柜4连接于制冷机7，使得加装冷柜4中的热管3位于加装冷柜4的部分能够持续的在第二冷媒和制冷机7的共同作用下保持低温，而热管3是一种高效的传热部件能够将第二冷媒上的冷量几乎无损的传递至热管3位于液冷柜1的一端，由于液冷柜1中的第一冷媒随着其自身不断地给服务器组2散热其本身温度也会不断提高，而此时热管3即可将第二冷媒上的冷量传递至第一冷媒中，使得第一冷媒的加热量和散热量保持均衡，从而给予服务器组2散热更加的均衡，该浸没式液冷机柜能迅速带走服务器热量，减少机柜局部热点，提高机房的整体散热效率，减少数据中心散热系统能耗。而这里的服务器组2通常由多个服务器组2成，服务器通过插入液冷柜1底部的槽座的方式予以固定，第一流道整体呈“S”型路径，可以增加散热面积，提高散热效率。
在该实施方式中，为了使得服务器散热更加均衡，优选地，所述液冷柜1的内部自左往右包括第一放置区和第二放置区，所述第一放置区和所述第二放置区以所述液冷柜1的中轴线为对称轴对称设置，且各自的内部均设置有多个服务器组2；所述第一冷媒循环管路包括第一循环泵601和多条导液管，所述第一循环泵601上设置有第一进液口、第二进液口和出液口，所述第一进液口和所述第二进液口分别通过所述导液管连通于所述第一放置区和所述第二放置区远离所述液冷柜1的中轴线的一端，所述出液口通过所述导液管连通于所述第一放置区和所述第二放置区的交界处。通过设置相互对称的第一放置区和第二放置区，第一放置区和第二放置区内都设置有多个服务器组2，所组成的流道都呈“S”型，两个“S”型以液冷柜1的中轴线为对称轴对称，通过第一循环泵601的出液口在第一放置区和所述第二放置区的交界处第二侧壁的中心处作为出液口向两侧的“S”型流道朝向两端流出，分别流出至第一进液口、第二进液口之后再从出液口流出，通过这样的设置可以减小第一冷媒单次给服务器降温的路径长度，那么在第一冷媒流出至距离出液口最长的位置时所被服务器加热的温度会减小，可以减轻加装冷柜4内热管3的负担，从而，在热管3具有相同冷量的情况下，第一冷媒所降温的速度就越快。
在该实施方式中，为实现第二冷媒的循环流动，优选地，所述第二冷媒循环管路包括进液管502和回液管503，所述进液管502和所述回液管503之间设置有制冷机7，所述进液管502上连接有第二循环泵602；其中，所述进液管502水平设置于多个所述加装冷柜4的上方，所述进液管502的侧壁上沿其自身长度方向设置有多个与所述进液管502相连通的上支管8，每个所述上支管8各自连通于一个所述加装冷柜4的顶端；所述回液管503水平设置于多个所述加装冷柜4的下方，所述回液管503的侧壁上沿其自身长度方向设置有多个与所述回液管503相连通的下支管9，每个所述下支管9各自连通于一个所述加装冷柜4的底端。第二冷媒通过进液管502上的上支管8流入第二流道内，再往下通过下支管9流入回液管503内，最后进入制冷机7之后将第二冷媒降温再流入至进液管502，如此循环往复。
在该实施方式中，为了更进一步使得服务器散热更加均衡，优选地，多个所述加装冷柜4内包含的所述热管组的数量自所述第一侧壁的中部朝向两端的方向逐渐增多。由于第一冷媒从中部往两端流动，从而位于中部的第一冷媒的温度由于与较少的服务器接触，使得位于中部的第一冷媒要低于位于两端的第一冷媒的温度，为了降低制冷机7的能耗并且还能使得服务器散热更加均衡，多个加装冷柜4内包含的热管组的数量自第一侧壁的中部朝向两端的方向逐渐增多
在该实施方式中，为了提高热管3的导热效率，优选地，所述热管3的两端分别套设有前排翅片301和后排翅片302；其中，所述前排翅片301位于所述液冷柜1中，所述后排翅片302位于所述加装冷柜4中。通过增加前排翅片301和后排翅片302增加导热接触面积，提高导热效率。
在该实施方式中，为了能够实时监控液冷柜1两端和中部的温度，便于更好的调整制冷机7的制冷功率，达到能源最大化利用，优选地，所述液冷柜1的两端以及中部均安装有温度传感器。
在该实施方式中，为了避免由于长时间的存放或漏液导致第一冷媒液位高度下降，使得服务器与第一冷媒接触不均，导致散热效果变差，优选地，所述液冷柜1中设置有用于检测所述第一冷媒液位高度的液位传感器。
在该实施方式中，优选地，所述浸没式液冷机柜还包括数据收集系统，所述数据收集系统分别电连接于所述液位传感器和各个所述温度传感器，所述数据收集系统每间隔10-60min记录一次所述液位传感器和各个所述温度传感器的数值。数据收集系统定时收集温度传感器和液位传感器检测到的参数，并根据检测参数调节第一冷媒循环泵的流量，以控制液冷机柜中服务器的散热的快慢，还可以根据检测参数控制远程通讯和液冷机柜的故障报警功能。
在该实施方式中，为了避免第一冷媒造成对服务器的影响，优选地，所述第一冷媒为电绝缘介质。
在该实施方式中，考虑到成本以及便携性因素，优选地，所述第二冷媒为水。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种基于热管技术的数据中心浸没式液冷机柜，其特征在于，所述浸没式液冷机柜包括：液冷柜(1)、加装冷柜(4)、第一冷媒循环管路和第二冷媒循环管路，多个所述加装冷柜(4)竖直设置且排列固接于所述液冷柜(1)的第一侧壁的外壁；
所述液冷柜(1)的内部设置有多个垂直于所述第一侧壁服务器组(2)，多个所述服务器组(2)沿平行于所述第一侧壁的长度方向错位设置且间隔紧贴于所述第一侧壁和面向所述第一侧壁的第二侧壁以形成第一流道，所述第一流道内填设有第一冷媒，所述第一冷媒循环管路连通于所述第一流道以使得所述第一冷媒位于所述第一流道内流动；
每个所述加装冷柜(4)的内部沿竖直方向排列设置有多个热管组，每个所述热管组包括多个水平排列设置的热管(3)，所述热管(3)部分伸入所述液冷柜(1)的内部且密封固接于所述加装冷柜(4)上，所述加装冷柜(4)的内部以多个所述热管(3)之间的间隙形成第二流道，所述第二流道内填设有第二冷媒，所述第二冷媒循环管路连通于所述第二流道且连接有制冷机(7)。
2.根据权利要求1所述的浸没式液冷机柜，其特征在于，所述液冷柜(1)的内部自左往右包括第一放置区和第二放置区，所述第一放置区和所述第二放置区以所述液冷柜(1)的中轴线为对称轴对称设置，且各自的内部均设置有多个服务器组(2)；
所述第一冷媒循环管路包括第一循环泵(601)和多条导液管(501)，所述第一循环泵(601)上设置有第一进液口、第二进液口和出液口，所述第一进液口和所述第二进液口分别通过所述导液管(501)连通于所述第一放置区和所述第二放置区远离所述液冷柜(1)的中轴线的一端，所述出液口通过所述导液管(501)连通于所述第一放置区和所述第二放置区的交界处。
3.根据权利要求1所述的浸没式液冷机柜，其特征在于，所述第二冷媒循环管路包括进液管(502)和回液管(503)，所述进液管(502)和所述回液管(503)之间设置有制冷机(7)，所述进液管(502)上连接有第二循环泵(602)；其中，
所述进液管(502)水平设置于多个所述加装冷柜(4)的上方，所述进液管(502)的侧壁上沿其自身长度方向设置有多个与所述进液管(502)相连通的上支管(8)，每个所述上支管(8)各自连通于一个所述加装冷柜(4)的顶端；
所述回液管(503)水平设置于多个所述加装冷柜(4)的下方，所述回液管(503)的侧壁上沿其自身长度方向设置有多个与所述回液管(503)相连通的下支管(9)，每个所述下支管(9)各自连通于一个所述加装冷柜(4)的底端。
4.根据权利要求2所述的浸没式液冷机柜，其特征在于，多个所述加装冷柜(4)内包含的所述热管组的数量自所述第一侧壁的中部朝向两端的方向逐渐增多。
5.根据权利要求1、2或4所述的浸没式液冷机柜，其特征在于，所述热管(3)的两端分别套设有前排翅片(301)和后排翅片(302)；
其中，所述前排翅片(301)位于所述液冷柜(1)中，所述后排翅片(302)位于所述加装冷柜(4)中。
6.根据权利要求2所述的浸没式液冷机柜，其特征在于，所述液冷柜(1)的两端以及中部均安装有温度传感器。
7.根据权利要求6所述的浸没式液冷机柜，其特征在于，所述液冷柜(1)中设置有用于检测所述第一冷媒液位高度的液位传感器。
8.根据权利要求7所述的浸没式液冷机柜，其特征在于，所述浸没式液冷机柜还包括数据收集系统，所述数据收集系统分别电连接于所述液位传感器和各个所述温度传感器，所述数据收集系统每间隔10-60min记录一次所述液位传感器和各个所述温度传感器的数值。
9.根据权利要求1所述的浸没式液冷机柜，其特征在于，所述第一冷媒为电绝缘介质。
10.根据权利要求1所述的浸没式液冷机柜，其特征在于，所述第二冷媒为水。
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