CN108575078A - 一种基于微通道换热技术的数据中心机柜内服务器冷却系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于微通道换热技术的数据中心机柜内服务器冷却系统，属于数据中心环境控制领域。本发明可解决随着芯片热流密度增大而带来的机柜内服务器局部热积聚问题。主要部件包括空调冷却水入口、进水泵、进水截止阀、进水流量调节阀、支路进水截止阀、二级进水泵、支路流量调节阀、微通道、服务器、二级排水泵、支路排水截止阀、排水泵、排水截止阀和空调冷却水出口。本发明在夏冬季节分别以机房空调冷却水和外界冷空气作为冷源，在微通道换热器中与服务器表面换热，换热完成后的水流入空调冷却塔或热管中冷却。本系统与机房空调系统耦合，有效利用了空调和外界冷量实现对服务器的精确液冷；且微通道换热效率高、体积小，在消除热积聚问题的基础上不会影响系统的正常运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于微通道换热技术的数据中心机柜内服务器冷却系统，属于数据中心环境控制领域。
背景技术
随着大数据、互联网+和云计算等信息技术的蓬勃发展，数据中心作为信息技术必要的基础设施逐渐向大规模、高密度的方向发展，导致了近10年内数据中心内单位面积发热量增加了10倍。电子信息设备的高密度发展带来的一个突出问题是机柜内服务器发热量急剧增大，机柜内产生局部热点。局部热点在很大程度上会影响各种电子信息设备的运行效率和使用寿命，甚至会导致电子信息设备不可修复的损坏。
目前，对于局部热点的处理方式主要分为两大类：(1)通过加大系统送风量，或者降低送风温度等方式从整体上增大对机房的供冷量，全面降低机房及服务器的温度；(2)通过封闭冷通道，精确送风，列间送风等方式对机房的气流组织形式进行调整，使其直接作用于多个或单个机柜，提高冷量的利用效率。如专利201611207244.2采用一种数据机房用逆流空气换热自然冷却系统，保证机房设备良好地运行，其缺陷在于均为机柜级冷却，冷空气并未深入机柜内部服务器，无法解决机柜内部仍然存在的服务器温度积聚。专利201310459541.6提出将空调机组直接置于机柜内，相当于精确送风，提高了制冷效率，同时也在可操作性方面有所提升，其缺陷在于机柜内空气有限，增加空调机组后会导致机柜内过于拥挤，空调机组会影响机柜正常运行。此外，随着科技的进步，风冷方式带走的热流密度大小已逐渐无法与服务器芯片增大的发热量相匹配。
微通道冷却是被冷却物体通过通道壁面与通道内流动的冷却介质进行换热的一种新型冷却方式，其优点在于：高传热系数、高表面积-体积比、低传热温差、高效的定点冷却能力、可与现有的芯片制造工艺相结合等。
本发明充分考虑不同季节不同工况下的实际条件和冷却需求。在夏季工况下，引入数据中心空调冷却水作为冷源；在冬季工况下，使用环境低温空气作为冷源，微通道换热模块安装于服务器表面，与服务器一一对应；冷却水通过微通道换热模块的壁面与服务器表面进行降温，消除服务器的热堆积。夏季工况下，换热完成后的水收集入空调水系统，通过空调冷却塔降温后再次送入微通道模块；冬季工况下，换热完成后的水进入热管，通过热管冷却后再次送入微通道模块。从而实现服务器级的数据中心机柜冷却功能。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于微通道换热技术的数据中心机柜内服务器冷却系统。
一种基于微通道换热技术的数据中心机柜内服务器冷却系统，其特征在于：
由空调冷却水入口(1)、第一三通阀(2)、进水泵(3)、进水截止阀(4)、进水流量调节阀(5)、第一支路进水截止阀(6)、第一二级进水泵(7)、第一支路流量调节阀(8)、机组(9)、第一微通道换热模块(10)、第一二级排水泵(11)、第一支路排水截止阀(12)、第一服务器(13)、第二支路进水截止阀(14)、第二二级进水泵(15)、第二支路流量调节阀(16)、第二微通道换热模块(17)、第二二级排水泵(18)、第二支路排水截止阀(19)、第二服务器(20)、第三支路进水截止阀(21)、第三二级进水泵(22)、第三支路流量调节阀(23)、第三微通道换热模块(24)、第三二级排水泵(25)、第三支路排水截止阀(26)、第三服务器(27)、第四支路进水截止阀(28)、第四二级进水泵(29)、第四支路流量调节阀(30)、第四微通道换热模块(31)、第四二级排水泵(32)、第四支路排水截止阀(33)、第四服务器(34)、冷却水出口(35)、第二热管蒸发段(36)、第一热管蒸发段(37)、冷却水入口(38)、冷空气出口(39)、第二热管冷凝段(40)、第一热管冷凝段(41)、冷空气入口(42)、排水泵(43)、排水截止阀(44)、第二三通阀(45)、空调冷却水出口(46)、热管换热箱(47)组成；
冷却水出口(35)、第二热管蒸发段(36)、第一热管蒸发段(37)、冷却水入口(38)、冷空气出口(39)、第二热管冷凝段(40)、第一热管冷凝段(41)、冷空气入口(42)位于热管换热箱(47)内部；
其中第一三通阀(2)有两个入口和一个出口，两个入口分别对应空调冷却水出口和冷却水出口(35)；进水流量调节阀(5)有一个入口和四个出口，四个出口分别对应第一微通道换热模块(10)、第二微通道换热模块(17)、第三微通道换热模块(24)和第四微通道换热模块(31)；排水泵(43)有四个入口和一个出口，四个入口分别对应第一支路排水截止阀(12)、第二支路排水截止阀(19)、第三支路排水截止阀(26)、第四支路排水截止阀(33)；第二三通阀(45)有一个入口和两个出口，两个出口分别对应空调冷却水出口(46)和冷却水入口(38)；
空调冷却水入口(1)的出口与第一三通阀(2)的第一入口相连，冷却水出口(35)与第一三通阀(2)的入口相连，第一三通阀(2)的出口与进水泵(3)的入口相连，进水泵(3)的出口与进水截止阀(4)的入口相连，进水截止阀(4)的出口与进水流量调节阀(5)的入口相连；
进水流量调节阀(5)的第一出口与第一支路进水截止阀(6)的入口相连，第一支路进水截止阀(6)的出口与第一二级进水泵(7)的入口相连，第一二级进水泵(7)的出口与第一支路流量调节阀(8)的入口相连，第一支路流量调节阀(8)的出口与第一微通道换热模块(10)的入口相连，第一微通道换热模块(10)的出口与第一二级排水泵(11)的入口相连，第一二级排水泵(11)的出口与第一支路排水截止阀(12)的入口相连；
进水流量调节阀(5)的第二出口与第二支路进水截止阀(14)的入口相连，第二支路进水截止阀(14)的出口与第二二级进水泵(15)的入口相连，第二二级进水泵(15)的出口与第二支路流量调节阀(16)的入口相连，第二支路流量调节阀(16)的出口与第二微通道换热模块(17)的入口相连，第二微通道换热模块(17)的出口与第二二级排水泵(18)的入口相连，第二二级排水泵(18)的出口与第二支路排水截止阀(19)的入口相连；
进水流量调节阀(5)的第三出口与第三支路进水截止阀(21)的入口相连，第三支路进水截止阀(21)的出口与第三二级进水泵(22)的入口相连，第三二级进水泵(22)的出口与第三支路流量调节阀(23)的入口相连，第三支路流量调节阀(23)的出口与第三微通道换热模块(24)的入口相连，第三微通道换热模块(24)的出口与第三二级排水泵(25)的入口相连，第三二级排水泵(25)的出口与第三支路排水截止阀(26)的入口相连；
进水流量调节阀(5)的第四出口与第四支路进水截止阀(28)的入口相连，第四支路进水截止阀(28)的出口与第四二级进水泵(29)的入口相连，第四二级进水泵(29)的出口与第四支路流量调节阀(30)的入口相连，第四支路流量调节阀(30)的出口与第四微通道换热模块(31)的入口相连，第四微通道换热模块(31)的出口与第四二级排水泵(32)的入口相连，第四二级排水泵(32)的出口与第四支路排水截止阀(33)的入口相连；
第一支路排水截止阀(12)的出口与排水泵(43)的第一入口相连，第二支路排水截止阀(19)的出口与排水泵(43)的第二入口相连，第三支路排水截止阀(26)的出口与排水泵(43)的第三入口相连，第四支路排水截止阀(33)的出口与排水泵(43)的第四入口相连，排水泵(43)的出口与排水截止阀(44)的入口相连，排水截止阀(44)的出口与第二三通阀(45)的入口相连。第二三通阀(45)的第一出口与空调冷却水出口(46)相连。第二三通阀(45)的第二出口与冷却水入口(38)相连。
在夏季工况下，第一三通阀(2)的第一入口连接空调冷却水入口(1)，第二入口关闭，第一三通阀(2)的出口连接水泵(3)的入口；第二三通阀(45)的入口连接排水截止阀(44)的出口，第二三通阀(45)第一出口与空调冷却水出口(46)相连，第二三通阀(45)第二出口关闭；
在冬季工况下，第一三通阀(2)的第二入口连接冷却水出口(35)，第一入口关闭，第一三通阀(2)的出口连接水泵(3)的入口；第二三通阀(45)的入口连接排水截止阀(44)的出口，第二三通阀(45)第二出口与冷却水入口(38)相连，第二三通阀(45)第一出口关闭；
在夏季工况下，系统开始运行时，空调冷却水入口(1)引入降温后的空调水系统冷却水，第一三通阀(2)开启，将空调冷却水与入口(1)与水泵(3)的入口相连接，经进水泵(3)驱动后流经进水截止阀(4)，由进水流量调节阀(5)调节流量后流入四个支路；
第一支路中的水流入第一支路进水截止阀(6)后，再经第一二级进水泵(7)驱动后流入第一支路流量调节阀(8)，由第一支路流量调节阀(8)的出口流入第一微通道换热模块(10)中，水在第一微通道换热模块(10)中流动，热量从第一服务器(13)经过壁面传递给水，水带走第一服务器(13)的热量，换热后的水由第一微通道换热模块(10)的出口流出，经第一二级排水泵(11)、第一支路排水截止阀(12)流入主回路；
第二支路中的水流入第二支路进水截止阀(14)后，再经第二二级进水泵(15)驱动后流入第二支路流量调节阀(16)，由第二支路流量调节阀(16)的出口流第二微通道换热模块(17)中，水在第二微通道换热模块(17)中流动，热量从第二服务器(20)经过壁面传递给水，水带走第二服务器(20)的热量，换热后的水由第二微通道换热模块(17)的出口流出，经第二二级排水泵(18)、第二支路排水截止阀(19)流入主回路；
第三支路中的水流入第三支路进水截止阀(21)后，再经第三二级进水泵(22)驱动后流入第三支路流量调节阀(23)，由第三支路流量调节阀(23)的出口流入第三微通道换热模块(24)中，水在第三微通道换热模块(24)中流动，热量从第三服务器(27)经过壁面传递给水，水带走第三服务器(27)的热量，换热后的水由第三微通道换热模块(24)的出口流出，经第三二级排水泵(25)、第三支路排水截止阀(26)流入主回路；
第四支路中的水流入第四支路进水截止阀(28)后，再经第四二级进水泵(29)驱动后流入第四支路流量调节阀(30)，由第四支路流量调节阀(30)的出口流入第四微通道换热模块(31)中，水在第四微通道换热模块(31)中流动，热量从第四服务器(34)经过壁面传递给水，水带走第四服务器(34)的热量，换热后的水由第四微通道换热模块(31)的出口流出，经第四二级排水泵(32)、第四支路排水截止阀(33)流入主回路；
第一支路排水截止阀(12)、第二支路排水截止阀(19)、第三支路排水截止阀(26)和第四支路排水截止阀(33)出口流出的换热后的冷却水汇合后，经排水泵(43)驱动，流经排水截止阀(44)后流经第二三通阀(45)，后进入空调冷却水出口(46)，空调冷却水出口(36)将换热完成后的水送入数据中心空调水系统中流向冷却塔预备冷却的水管中。
在冬季工况下，系统开始运行时，冷却水入出口(35)流出经过热管与外界环境空气换热的冷水，第一三通阀(2)的第一入口关闭，第二入口开启，将冷却水出口(35)与水泵(3)的入口相连接，经进水泵(3)驱动后流经进水截止阀(4)，由进水流量调节阀(5)调节流量后流入四个支路；
第一支路中的水流入第一支路进水截止阀(6)后，再经第一二级进水泵(7)驱动后流入第一支路流量调节阀(8)，由第一支路流量调节阀(8)的出口流入第一微通道换热模块(10)中，水在第一微通道换热模块(10)中流动，热量从第一服务器(13)经过壁面传递给水，水带走第一服务器(13)的热量，换热后的水由第一微通道换热模块(10)的出口流出，经第一二级排水泵(11)、第一支路排水截止阀(12)流入主回路；
第二支路中的水流入第二支路进水截止阀(14)后，再经第二二级进水泵(15)驱动后流入第二支路流量调节阀(16)，由第二支路流量调节阀(16)的出口流第二微通道换热模块(17)中，水在第二微通道换热模块(17)中流动，热量从第二服务器(20)经过壁面传递给水，水带走第二服务器(20)的热量，换热后的水由第二微通道换热模块(17)的出口流出，经第二二级排水泵(18)、第二支路排水截止阀(19)流入主回路；
第三支路中的水流入第三支路进水截止阀(21)后，再经第三二级进水泵(22)驱动后流入第三支路流量调节阀(23)，由第三支路流量调节阀(23)的出口流入第三微通道换热模块(24)中，水在第三微通道换热模块(24)中流动，热量从第三服务器(27)经过壁面传递给水，水带走第三服务器(27)的热量，换热后的水由第三微通道换热模块(24)的出口流出，经第三二级排水泵(25)、第三支路排水截止阀(26)流入主回路；
第四支路中的水流入第四支路进水截止阀(28)后，再经第四二级进水泵(29)驱动后流入第四支路流量调节阀(30)，由第四支路流量调节阀(30)的出口流入第四微通道换热模块(31)中，水在第四微通道换热模块(31)中流动，热量从第四服务器(34)经过壁面传递给水，水带走第四服务器(34)的热量，换热后的水由第四微通道换热模块(31)的出口流出，经第四二级排水泵(32)、第四支路排水截止阀(33)流入主回路；
第一支路排水截止阀(12)、第二支路排水截止阀(19)、第三支路排水截止阀(26)和第四支路排水截止阀(33)出口流出的换热后的冷水汇合后，经排水泵(43)驱动，流经排水截止阀(44)后流经第二三通阀(45)，后进入冷却水入口(38)，在热管换热箱(47)中与外界低温空气换热，冷却水出口(35)将换热完成后的水送入数据中心空调水系统中流向热管预备冷却的水管中。
热管换热箱(47)内的工作流程为：由冷却水入口(38)流入的冷却水，流经第一热管蒸发段(37)和第二热管蒸发段(36)，在第一热管蒸发段(37)和第二热管蒸发段(36)与热管中的介质水进行换热，将热量传给介质水，然后从冷却水出口(35)流出。由冷空气入口(42)流入的冷空气，流经第一热管冷凝段(41)和第二热管冷凝段(40)，在第一热管冷凝段(41)和第二热管冷凝段(40)中与热管中的介质水换热，将介质水中的热量带走，然后从冷空气出口(39)流出。
空调冷却水入口(1)与数据中心空调水系统中由冷却塔流出的冷却水管相连，空调冷却水出口(46)与数据中心空调水系统中流向冷却塔的冷却水管相连。
第一服务器(13)、第二服务器(20)、第三服务器(27)和第四服务器(34)均安装在机柜(9)中，第一微通道换热模块(10)、第二微通道换热模块(17)、第三微通道换热模块(24)和第四微通道换热模块(31)也均安装在机柜(9)中，并分别覆盖于第一服务器(13)、第二服务器(20)、第三服务器(27)和第四服务器(34)上方，微通道换热模块与服务器一一对应，实际使用时微通道换热模块数目根据机柜内具体服务器数目确定。
微通道换热模块材料为导热效果好的金属，根据具体服务器的表面面积和发热量确定喷嘴的具体数目。
附图说明
附图1为本发明的原理图。
附图1中的标号名称：1.空调冷却水入口、2.第一三通阀、3.进水泵、4.进水流量截止阀5.进水流量调节阀、6.第一支路进水截止阀、7.第一二级进水泵、8.第一支路流量调节阀、9.机柜、10.第一微通道换热模块、11.第一二级排水泵、12.第一支路排水截止阀、13.第一服务器、14.第二支路进水截止阀、15.第二二级进水泵、16.第二支路流量调节阀、17.第二微通道换热模块、18.第二支路排水泵、19.第二支路排水截止阀、20.第二服务器、21.第三支路截止阀、22.第三二级进水泵、23.第三支路流量调节阀、24.第三微通道换热模块、25.第三二级排水泵、26.第三支路排水截止阀、27.第四服务器、28.第四支路进水截止阀、29.第四二级进水泵、30.第四支路流量调节阀、31.第四微通道换热模块、32.第四二级排水泵、33.第四支路排水截止阀、34.第四服务器、35.冷却水出口、36.第二热管蒸发段、37.第一热管蒸发段、38.冷却水入口、39.热管空气出口、40.第二热管冷凝段、41.第一热管冷凝段、42.热管空气进口、43.排水泵、44.排水截止阀、45.第二三通阀、46.空调冷却水出口
附图2为本发明中机柜(9)的正面视图。
附图2中的标号名称：6.第一支路进水截止阀、7.第一二级进水泵、8.第一支路流量调节阀、9.机柜、10.第一微通道换热模块、11.第一二级排水泵、12.第一支路排水截止阀、13.第一服务器、14.第二支路进水截止阀、15.第二二级进水泵、16.第二支路流量调节阀、17.第二微通道换热模块、18.第二支路排水泵、19.第二支路排水截止阀、20.第二服务器、21.第三支路截止阀、22.第三二级进水泵、23.第三支路流量调节阀、24.第三微通道换热模块、25.第三二级排水泵、26.第三支路排水截止阀、27.第四服务器、28.第四支路进水截止阀、29.第四二级进水泵、30.第四支路流量调节阀、31.第四微通道换热模块、32.第四二级排水泵、33.第四支路排水截止阀、34.第四服务器。
具体实施方式
如图1所示，一种基于微通道换热技术的数据中心机柜内服务器冷却系统主要包括空调冷却水入口1、第一三通阀2、进水泵3、进水截止阀4、进水流量调节阀5、第一支路进水截止阀6、第一二级进水泵7、第一支路流量调节阀8、机柜9、第一微通道换热模块10、第一二级排水泵11、第一支路排水截止阀12、第一服务器13、第二支路进水截止阀14、第二二级进水泵15、第二支路流量调节阀16、第二微通道换热模块17、第二支路排水泵18、第二支路排水截止阀19、第二服务器20、第三支路截止阀21、第三二级进水泵22、第三支路流量调节阀23、第三微通道换热模块24、第三二级排水泵25、第三支路排水截止阀26、第四服务器27、第四支路进水截止阀28、第四二级进水泵29、第四支路流量调节阀30、第四微通道换热模块31、第四二级排水泵32、第四支路排水截止阀33、第四服务器34、冷却水出口35、第二热管蒸发段36、第一热管蒸发段37、冷却水入口38、冷空气出口39、第二热管冷凝段40、第一热管冷凝段41、冷空气入口42、排水泵43、排水截止阀44、第二三通阀45、空调冷却水出口46。
微通道换热模块与服务器一一对应，并紧贴服务器上表面安装，本发明以包含四个服务器的机柜为例说明具体实施方式。
夏季工况下，当服务器开始运行时，第一三通阀打开，连接空调冷却水入口1和进水泵3，打开进水截止阀4、排水截止阀44及各支路截止阀，开启进水泵3、排水泵43及各支路二级进水泵，空调冷却水入口1引入降温后的空调水系统冷却水，经进水泵3驱动后流经进水截止阀4，由进水流量调节阀5调节流量后流入四个支路；
第一支路中的水流入第一支路进水截止阀6后，再经第一二级进水泵7驱动后流入第一支路流量调节阀8，由第一支路流量调节阀8的出口流入第一微通道换热模块10中，水在第一微通道换热模块10带走第一服务器13的热量，换热后的水由第一微通道换热模块10的出口流出，经第一二级排水泵11、第一支路排水截止阀12流入主回路；
第二支路中的水流入第二支路进水截止阀14后，再经第二二级进水泵15驱动后流入第二支路流量调节阀16，由第二支路流量调节阀16的出口流入第二微通道换热模块17中，水在第二微通道换热模块17中带走第二服务器20的热量，换热后的水由第二微通道换热模块17的出口流出，经第二二级排水泵18、第二支路排水截止阀19流入主回路；
第三支路中的水流入第三支路进水截止阀21后，再经第三二级进水泵22驱动后流入第三支路流量调节阀23，由第三支路流量调节阀23的出口流入第三微通道换热模块24中，水在第三微通道换热模块22中带走第三服务器27的热量，换热后的水由第三微通道换热模块21的出口流出，经第三二级排水泵25、第三支路排水截止阀26流入主回路；
第四支路中的水流入第四支路进水截止阀28后，再经第四二级进水泵29驱动后流入第四支路流量调节阀30，由第四支路流量调节阀30的出口流入第四微通道换热模块31中，水在第四微通道换热模块29中带走第四服务器34的热量，换热后的水由第四微通道换热模块31的出口流出，经第四二级排水泵32、第四支路排水截止阀33流入主回路；
第一支路排水截止阀12、第二支路排水截止阀19、第三支路排水截止阀26和第四支路排水截止阀33出口流出的换热后的冷却水汇合后，经排水泵43驱动，流经排水截止阀44和第二三通阀45后进入空调冷却水出口46，空调冷却水出口46将换热完成后的水送入数据中心空调水系统中流向冷却塔预备冷却的水管中；
在空调冷却塔中，喷微通道冷却换热完成后的水被冷却，流入空调水系统的供水管，在供水管中再次引入空调冷却水入口1，继续实现对服务器的冷却。
冬季工况下，当服务器开始运行时，第一三通阀打开，连接冷却水出口35和进水泵3，打开进水截止阀4、排水截止阀44及各支路截止阀，开启进水泵3、排水泵43及各支路二级进水泵，冷却水出口35引入降温后的空调水系统冷却水，经进水泵3驱动后流经进水截止阀4，由进水流量调节阀5调节流量后流入四个支路；
第一支路中的水流入第一支路进水截止阀6后，再经第一二级进水泵7驱动后流入第一支路流量调节阀8，由第一支路流量调节阀8的出口流入第一微通道换热模块10中，水在第一微通道换热模块10带走第一服务器13的热量，换热后的水由第一微通道换热模块10的出口流出，经第一二级排水泵11、第一支路排水截止阀12流入主回路；
第二支路中的水流入第二支路进水截止阀14后，再经第二二级进水泵15驱动后流入第二支路流量调节阀16，由第二支路流量调节阀16的出口流入第二微通道换热模块17中，水在第二微通道换热模块17中带走第二服务器20的热量，换热后的水由第二微通道换热模块17的出口流出，经第二二级排水泵18、第二支路排水截止阀19流入主回路；
第三支路中的水流入第三支路进水截止阀21后，再经第三二级进水泵22驱动后流入第三支路流量调节阀23，由第三支路流量调节阀23的出口流入第三微通道换热模块24中，水在第三微通道换热模块22中带走第三服务器27的热量，换热后的水由第三微通道换热模块21的出口流出，经第三二级排水泵25、第三支路排水截止阀26流入主回路；
第四支路中的水流入第四支路进水截止阀28后，再经第四二级进水泵29驱动后流入第四支路流量调节阀30，由第四支路流量调节阀30的出口流入第四微通道换热模块31中，水在第四微通道换热模块29中带走第四服务器34的热量，换热后的水由第四微通道换热模块31的出口流出，经第四二级排水泵32、第四支路排水截止阀33流入主回路；
第一支路排水截止阀12、第二支路排水截止阀19、第三支路排水截止阀26和第四支路排水截止阀33出口流出的换热后的冷却水汇合后，经排水泵43驱动，流经排水截止阀44和第二三通阀45后进入冷却水入口38，冷却水入口38将换热完成后的水送入热管中；
在热管中，由冷却水入口38流入的冷却水，流经热管蒸发段，在蒸发段与热管中的介质水进行换热，将热量传给介质水，然后从冷却水出口35流出。由冷空气入口42流入的冷空气，流经热管冷凝段，在冷凝段与热管中的介质水换热，将介质水中的热量带走，然后从冷空气出口39流出。换热完成后的水流入主回路中，继续对服务器进行冷却。
过渡季节本系统可根据空调是否开启和室外温度数值选择换热水的冷却方式。
本发明所提供的基于微通道换热技术的数据中心机柜内服务器冷却系统在夏季利用空调冷却塔提供冷源，在冬季利用热管与室外冷空气换热提供冷源，在微通道换热模块中将水通过壁面与服务器换热，利用微通道换热的高效冷量传导特性应对服务器逐渐增大的发热量。系统结构简单，较之现有的输送冷空气进入机柜的冷却方法，将冷却级别由机柜级深入至服务器级，换热效率更高，冷却效果更好；且无需额外添加冷源或制冷系统，全程依靠空调冷却水或外界自然冷源，减轻了机房的空间负担。
Claims (6)
1.一种基于微通道换热技术的数据中心机柜内服务器冷却系统，其特征在于：
由空调冷却水入口(1)、第一三通阀(2)、进水泵(3)、进水截止阀(4)、进水流量调节阀(5)、第一支路进水截止阀(6)、第一二级进水泵(7)、第一支路流量调节阀(8)、机组(9)、第一微通道换热模块(10)、第一二级排水泵(11)、第一支路排水截止阀(12)、第一服务器(13)、第二支路进水截止阀(14)、第二二级进水泵(15)、第二支路流量调节阀(16)、第二微通道换热模块(17)、第二二级排水泵(18)、第二支路排水截止阀(19)、第二服务器(20)、第三支路进水截止阀(21)、第三二级进水泵(22)、第三支路流量调节阀(23)、第三微通道换热模块(24)、第三二级排水泵(25)、第三支路排水截止阀(26)、第三服务器(27)、第四支路进水截止阀(28)、第四二级进水泵(29)、第四支路流量调节阀(30)、第四微通道换热模块(31)、第四二级排水泵(32)、第四支路排水截止阀(33)、第四服务器(34)、冷却水出口(35)、第二热管蒸发段(36)、第一热管蒸发段(37)、冷却水入口(38)、冷空气出口(39)、第二热管冷凝段(40)、第一热管冷凝段(41)、冷空气入口(42)、排水泵(43)、排水截止阀(44)、第二三通阀(45)、空调冷却水出口(46)、热管换热箱(47)组成；
冷却水出口(35)、第二热管蒸发段(36)、第一热管蒸发段(37)、冷却水入口(38)、冷空气出口(39)、第二热管冷凝段(40)、第一热管冷凝段(41)、冷空气入口(42)位于热管换热箱(47)内部；
其中第一三通阀(2)有两个入口和一个出口，两个入口分别对应空调冷却水出口和冷却水出口(35)；进水流量调节阀(5)有一个入口和四个出口，四个出口分别对应第一微通道换热模块(10)、第二微通道换热模块(17)、第三微通道换热模块(24)和第四微通道换热模块(31)；排水泵(43)有四个入口和一个出口，四个入口分别对应第一支路排水截止阀(12)、第二支路排水截止阀(19)、第三支路排水截止阀(26)、第四支路排水截止阀(33)；第二三通阀(45)有一个入口和两个出口，两个出口分别对应空调冷却水出口(46)和冷却水入口(38)；
空调冷却水入口(1)的出口与第一三通阀(2)的第一入口相连，冷却水出口(35)与第一三通阀(2)的入口相连，第一三通阀(2)的出口与进水泵(3)的入口相连，进水泵(3)的出口与进水截止阀(4)的入口相连，进水截止阀(4)的出口与进水流量调节阀(5)的入口相连；
进水流量调节阀(5)的第一出口与第一支路进水截止阀(6)的入口相连，第一支路进水截止阀(6)的出口与第一二级进水泵(7)的入口相连，第一二级进水泵(7)的出口与第一支路流量调节阀(8)的入口相连，第一支路流量调节阀(8)的出口与第一微通道换热模块(10)的入口相连，第一微通道换热模块(10)的出口与第一二级排水泵(11)的入口相连，第一二级排水泵(11)的出口与第一支路排水截止阀(12)的入口相连；
进水流量调节阀(5)的第二出口与第二支路进水截止阀(14)的入口相连，第二支路进水截止阀(14)的出口与第二二级进水泵(15)的入口相连，第二二级进水泵(15)的出口与第二支路流量调节阀(16)的入口相连，第二支路流量调节阀(16)的出口与第二微通道换热模块(17)的入口相连，第二微通道换热模块(17)的出口与第二二级排水泵(18)的入口相连，第二二级排水泵(18)的出口与第二支路排水截止阀(19)的入口相连；
进水流量调节阀(5)的第三出口与第三支路进水截止阀(21)的入口相连，第三支路进水截止阀(21)的出口与第三二级进水泵(22)的入口相连，第三二级进水泵(22)的出口与第三支路流量调节阀(23)的入口相连，第三支路流量调节阀(23)的出口与第三微通道换热模块(24)的入口相连，第三微通道换热模块(24)的出口与第三二级排水泵(25)的入口相连，第三二级排水泵(25)的出口与第三支路排水截止阀(26)的入口相连；
进水流量调节阀(5)的第四出口与第四支路进水截止阀(28)的入口相连，第四支路进水截止阀(28)的出口与第四二级进水泵(29)的入口相连，第四二级进水泵(29)的出口与第四支路流量调节阀(30)的入口相连，第四支路流量调节阀(30)的出口与第四微通道换热模块(31)的入口相连，第四微通道换热模块(31)的出口与第四二级排水泵(32)的入口相连，第四二级排水泵(32)的出口与第四支路排水截止阀(33)的入口相连；
第一支路排水截止阀(12)的出口与排水泵(43)的第一入口相连，第二支路排水截止阀(19)的出口与排水泵(43)的第二入口相连，第三支路排水截止阀(26)的出口与排水泵(43)的第三入口相连，第四支路排水截止阀(33)的出口与排水泵(43)的第四入口相连，排水泵(43)的出口与排水截止阀(44)的入口相连，排水截止阀(44)的出口与第二三通阀(45)的入口相连。第二三通阀(45)的第一出口与空调冷却水出口(46)相连。第二三通阀(45)的第二出口与冷却水入口(38)相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于微通道换热技术的数据中心机柜内服务器冷却系统，其特征在于包括以下过程：
在夏季工况下，第一三通阀(2)的第一入口连接空调冷却水入口(1)，第二入口关闭，第一三通阀(2)的出口连接水泵(3)的入口；第二三通阀(45)的入口连接排水截止阀(44)的出口，第二三通阀(45)第一出口与空调冷却水出口(46)相连，第二三通阀(45)第二出口关闭；
在冬季工况下，第一三通阀(2)的第二入口连接冷却水出口(35)，第一入口关闭，第一三通阀(2)的出口连接水泵(3)的入口；第二三通阀(45)的入口连接排水截止阀(44)的出口，第二三通阀(45)第二出口与冷却水入口(38)相连，第二三通阀(45)第一出口关闭；
在夏季工况下，系统开始运行时，空调冷却水入口(1)引入降温后的空调水系统冷却水，第一三通阀(2)开启，将空调冷却水与入口(1)与水泵(3)的入口相连接，经进水泵(3)驱动后流经进水截止阀(4)，由进水流量调节阀(5)调节流量后流入四个支路；
第一支路中的水流入第一支路进水截止阀(6)后，再经第一二级进水泵(7)驱动后流入第一支路流量调节阀(8)，由第一支路流量调节阀(8)的出口流入第一微通道换热模块(10)中，水在第一微通道换热模块(10)中流动，热量从第一服务器(13)经过壁面传递给水，水带走第一服务器(13)的热量，换热后的水由第一微通道换热模块(10)的出口流出，经第一二级排水泵(11)、第一支路排水截止阀(12)流入主回路；
第二支路中的水流入第二支路进水截止阀(14)后，再经第二二级进水泵(15)驱动后流入第二支路流量调节阀(16)，由第二支路流量调节阀(16)的出口流第二微通道换热模块(17)中，水在第二微通道换热模块(17)中流动，热量从第二服务器(20)经过壁面传递给水，水带走第二服务器(20)的热量，换热后的水由第二微通道换热模块(17)的出口流出，经第二二级排水泵(18)、第二支路排水截止阀(19)流入主回路；
第三支路中的水流入第三支路进水截止阀(21)后，再经第三二级进水泵(22)驱动后流入第三支路流量调节阀(23)，由第三支路流量调节阀(23)的出口流入第三微通道换热模块(24)中，水在第三微通道换热模块(24)中流动，热量从第三服务器(27)经过壁面传递给水，水带走第三服务器(27)的热量，换热后的水由第三微通道换热模块(24)的出口流出，经第三二级排水泵(25)、第三支路排水截止阀(26)流入主回路；
第四支路中的水流入第四支路进水截止阀(28)后，再经第四二级进水泵(29)驱动后流入第四支路流量调节阀(30)，由第四支路流量调节阀(30)的出口流入第四微通道换热模块(31)中，水在第四微通道换热模块(31)中流动，热量从第四服务器(34)经过壁面传递给水，水带走第四服务器(34)的热量，换热后的水由第四微通道换热模块(31)的出口流出，经第四二级排水泵(32)、第四支路排水截止阀(33)流入主回路；
第一支路排水截止阀(12)、第二支路排水截止阀(19)、第三支路排水截止阀(26)和第四支路排水截止阀(33)出口流出的换热后的冷却水汇合后，经排水泵(43)驱动，流经排水截止阀(44)后流经第二三通阀(45)，后进入空调冷却水出口(46)，空调冷却水出口(36)将换热完成后的水送入数据中心空调水系统中流向冷却塔预备冷却的水管中。
在冬季工况下，系统开始运行时，冷却水入出口(35)流出经过热管与外界环境空气换热的冷水，第一三通阀(2)的第一入口关闭，第二入口开启，将冷却水出口(35)与水泵(3)的入口相连接，经进水泵(3)驱动后流经进水截止阀(4)，由进水流量调节阀(5)调节流量后流入四个支路；
第一支路中的水流入第一支路进水截止阀(6)后，再经第一二级进水泵(7)驱动后流入第一支路流量调节阀(8)，由第一支路流量调节阀(8)的出口流入第一微通道换热模块(10)中，水在第一微通道换热模块(10)中流动，热量从第一服务器(13)经过壁面传递给水，水带走第一服务器(13)的热量，换热后的水由第一微通道换热模块(10)的出口流出，经第一二级排水泵(11)、第一支路排水截止阀(12)流入主回路；
第二支路中的水流入第二支路进水截止阀(14)后，再经第二二级进水泵(15)驱动后流入第二支路流量调节阀(16)，由第二支路流量调节阀(16)的出口流第二微通道换热模块(17)中，水在第二微通道换热模块(17)中流动，热量从第二服务器(20)经过壁面传递给水，水带走第二服务器(20)的热量，换热后的水由第二微通道换热模块(17)的出口流出，经第二二级排水泵(18)、第二支路排水截止阀(19)流入主回路；
第三支路中的水流入第三支路进水截止阀(21)后，再经第三二级进水泵(22)驱动后流入第三支路流量调节阀(23)，由第三支路流量调节阀(23)的出口流入第三微通道换热模块(24)中，水在第三微通道换热模块(24)中流动，热量从第三服务器(27)经过壁面传递给水，水带走第三服务器(27)的热量，换热后的水由第三微通道换热模块(24)的出口流出，经第三二级排水泵(25)、第三支路排水截止阀(26)流入主回路；
第四支路中的水流入第四支路进水截止阀(28)后，再经第四二级进水泵(29)驱动后流入第四支路流量调节阀(30)，由第四支路流量调节阀(30)的出口流入第四微通道换热模块(31)中，水在第四微通道换热模块(31)中流动，热量从第四服务器(34)经过壁面传递给水，水带走第四服务器(34)的热量，换热后的水由第四微通道换热模块(31)的出口流出，经第四二级排水泵(32)、第四支路排水截止阀(33)流入主回路；
第一支路排水截止阀(12)、第二支路排水截止阀(19)、第三支路排水截止阀(26)和第四支路排水截止阀(33)出口流出的换热后的冷水汇合后，经排水泵(43)驱动，流经排水截止阀(44)后流经第二三通阀(45)，后进入冷却水入口(38)，在热管换热箱(47)中与外界低温空气换热，冷却水出口(35)将换热完成后的水送入数据中心空调水系统中流向热管预备冷却的水管中。
3.根据权利要求1所述的一种基于微通道换热技术的数据中心机柜内服务器冷却系统，其特征在于：空调冷却水入口(1)与数据中心空调水系统中由冷却塔流出的冷却水管相连，空调冷却水出口(46)与数据中心空调水系统中流向冷却塔的冷却水管相连。
4.根据权利要求1所述的一种基于微通道换热技术的数据中心机柜内服务器冷却系统，其特征在于：所述的第一服务器(13)、第二服务器(20)、第三服务器(27)和第四服务器(34)均安装在机柜(9)中，第一微通道换热模块(10)、第二微通道换热模块(17)、第三微通道换热模块(24)和第四微通道换热模块(31)也均安装在机柜(9)中，并分别覆盖于第一服务器(13)、第二服务器(20)、第三服务器(27)和第四服务器(34)上方，微通道换热模块与服务器一一对应，实际使用时微通道换热模块数目根据机柜内具体服务器数目确定。
5.根据权利要求1所述的一种基于微通道换热技术的数据中心机柜内服务器冷却系统，其特征在于：所述的微通道换热模块材料为导热效果好的金属，根据具体服务器的表面面积和发热量确定喷嘴的具体数目。
6.根据权利要求1所述的一种基于微通道换热技术的数据中心机柜内服务器冷却系统，其特征在于：所述的热管换热箱(47)内的工作流程为由冷却水入口(38)流入的冷却水，流经第一热管蒸发段(37)和第二热管蒸发段(36)，在第一热管蒸发段(37)和第二热管蒸发段(36)与热管中的介质水进行换热，将热量传给介质水，然后从冷却水出口(35)流出。由冷空气入口(42)流入的冷空气，流经第一热管冷凝段(41)和第二热管冷凝段(40)，在第一热管冷凝段(41)和第二热管冷凝段(40)中与热管中的介质水换热，将介质水中的热量带走，然后从冷空气出口(39)流出。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20180925 |