CN109496106B - 一种机柜液冷散热系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机柜散热技术领域，公开了一种机柜液冷散热系统，包括若干机柜，机柜的背面设有散热柜，冷却腔内设有冷却盘管，冷却腔内填充有导热介质；每个机柜上的冷却盘管的下端均通过进水支管与总进水管连接，每个机柜上的冷却盘管的上端通过出水支管与总出水管连接，总进水管上设有水泵；还包括双水源热泵，双水源热泵包括冷凝器、蒸发器，总出水管的出水端与总进水管的进水端之间连接有回流管，回流管经过蒸发器，回流管上设有阀A，回流管与总进水管之间设有水箱，水箱与总进水管之间设有阀B，热水管的进水端设有阀C，每个机柜上的进水支管上均设有阀D，冷水管的进水端设有阀E。本发明具有散热效率高、防尘性能好的有益效果。

Description

一种机柜液冷散热系统

技术领域

本发明涉及机柜散热技术领域，尤其涉及一种机柜液冷散热系统。

背景技术

目前一些大型机房内，机柜数量众多，机柜内部安装各种数据处理器、控制器等电子设备，发热量很大，而且机房内机柜数量较多，机柜中的各种电子设备在运行过程中均会产生大量的热量，如果无法及时排除这些热量，机柜中的电子设备的使用寿命、运行效率和稳定性都会降低，甚至产生故障。目前通常都是机房内全年空调制冷，机柜内采用风扇与机房内的冷空气进行热交换，从而保持机柜内部散热良好。然而机柜内部风冷散热，散热效率低，机房内空间大，采用空调制冷，一方面能耗非常大，另一方面空调的制冷并非直接作用于机柜内的散热，其制冷量很大程度浪费在保持机房低温、补偿机房与室外的热交换，实际过程中，机柜内的温度远大于机房内的温度，这不利于机柜内部电子设备的良好运行，而且机房空调能耗巨大，但并没有给机柜带来良好的散热效果，造成极大的能耗浪费。而且很多机柜内部的电子设备需要防尘，机柜与机房之间的空气流动，容易将机房内的粉尘带入机柜中。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的机柜存在的上述问题，提供了一种机柜液冷散热系统，该散热系统直接作用于机柜本身，保持机柜内各种电子设备的良好散热，无需对机房内的空间进行大面积空调制冷，降低了能耗；而且无需机柜与机房之间的空气流动散热，机柜本身密封性能好，防尘性能好。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种机柜液冷散热系统，包括若干机柜，所述机柜的背面设有散热柜，散热柜内设有冷却腔，所述的冷却腔内设有冷却盘管，所述冷却盘管的下端从散热柜的下端侧壁伸出散热柜外，冷却盘管的上端从散热柜上端侧壁伸出散热柜外，所述冷却腔内填充有导热介质；每个机柜上的冷却盘管的下端均通过进水支管与总进水管连接，每个机柜上的冷却盘管的上端通过出水支管与总出水管连接，总进水管上设有水泵；还包括双水源热泵，所述的双水源热泵包括冷凝器、蒸发器，总进水管的进水端经过蒸发器与冷水管连接，总出水管的出水端与经过冷凝器的热水管连接，所述总出水管的出水端与总进水管的进水端之间连接有回流管，所述的回流管经过蒸发器，回流管上设有阀A，回流管与总进水管之间设有水箱，所述水箱与总进水管之间设有阀B，热水管的进水端设有阀C，每个机柜上的进水支管上均设有阀D，冷水管的进水端设有阀E。

内循环模式：使用时，阀D关闭，阀B、阀E打开，通过冷水管向水箱内供水，冷水管中的常温水经过蒸发器时，蒸发器与常温的水进行热交换，将常温的水进一步冷却，冷却后的水进入水箱中并进入整个系统管路中，然后阀E、阀C关闭，阀A、阀B、阀D打开，水泵开启，水箱中的冷水经过总进水管、进水支管分别进入每个机柜内的冷却腔中，机柜内的电子设备产生的热量被导热介质吸收，冷水进入冷却盘管与导热介质热交换，冷水吸热后通过出水支管进入出水总管中，出水总管中吸热后的水通过回流管进入蒸发器内，热水在蒸发器内热交换变成冷水后进入水箱，系统中的水往复循环，不断的与机柜中的导热介质进行热交换，从而确保机柜稳定散热，机柜的散热性能受到机房内的环境温度影响小，从而极大的降低机房的能耗；根据需要，还可以进入外循环模式：阀A、阀B关闭，阀C、阀E打开，冷水管中的常温水经过蒸发器进一步冷却后直接进入冷却盘管中，热交换吸热后的水经过冷凝器后进一步被加热，最后从热水管中排出的热水直接用于生活热水，即将机柜的热量储存在水中用于生活热水使用，对废热进行利用。该种散热系统直接针对机柜内部散热，受机房环境温度影响小，而且机柜与机房直接不需要空气流动散热，机柜密封性能好、防尘性能好。

作为优选，所述机柜的内部背面设有隔板，所述隔板与散热柜之间形成导流间隙，所述机柜的底部设有支撑板，所述支撑板与机柜底面之间形成回流腔，所述导流间隙的下端与回流腔连通，所述导流间隙的上端与机柜内的空间连通，所述的支撑板的中心设有吸风口，支撑板的下侧面固定有风机。机柜内部风机开启后，热气流从吸风口处被吸入回流腔内，热气流沿着导流间隙向上流动时与导热介质之间快速热交换，机柜内降温后的气流从导流间隙的上端回流到机柜中，机柜内的气流往复循环，防止机柜内的部分电子设备局部过热，而且还能促进导热介质与机柜之间的热交换。

作为优选，所述散热柜上位于导流间隙所在的侧面设有若干散热翅片。散热翅片能增加空气与导热介质之间的热交换效率。

作为优选，所述散热柜上朝向机柜的一侧外壁设有导热座，所述冷却腔内与导热座的相对处设有隔离罩，所述隔离罩与散热柜的内壁之间形成封闭的导热腔，每个导热腔的下端通过管路与进水支管连接，每个导热腔的上端通过管路与出水支管连接。每个机柜中通常都安装多种电子设备，有些电子设备发热量大，例如处理器、芯片等，有些发热量小，导热座用于安装发热量大的电子设备，针对发热量大的电子设备单独导热、散热。

作为优选，所述的导热座包括铝基板、陶瓷座，所述铝基板与散热柜连接，所述陶瓷座与铝基板连接，所述陶瓷座的底面设有凹腔，所述导热腔与凹腔之间设有若干热管，所述热管的吸热端伸入凹腔内，所述热管的放热端伸入导热腔内，所述凹腔内填充有导热胶。将发热量大的电子设备直接贴合陶瓷座安装，电子设备发出的热量快速传递给陶瓷座，一部分热量通过陶瓷座的四周直接与机柜内循环的空气进行热交换，还有一部分热量依次通过导热胶、铝基板、散热柜直接与导热腔内的冷却水直接热交换，大部分热量通过热管直接与冷却水进行热交换，因此陶瓷座吸热后，热量能快速被带走，从而确保发热量大的电子设备能够快速散热。

作为优选，所述隔离罩的外侧面设有隔热罩。由于外界冷却水直接进入导热腔内，而冷却腔内的导热介质实时吸热，因此导热介质的温度都会高于冷却水的温度，隔热罩能防止导热介质的热量快速传递给冷却水而导致热管放热端的温差减小，从而确保热管快速导热。

作为优选，所述热管的放热端的外侧设有若干环形散热翅片。热管的放热端散热效率越高，热管整体导热性能越强，环形散热翅片能增强热管放热端的放热效率。

作为优选，机柜的顶面、机柜的左侧面、机柜的右侧面、散热柜的后侧面均设有隔热层。由于该散热系统直接针对机柜散热，因此通过隔热层隔离、削弱机柜与机房内的热交换，减小机房的环境温度对机柜的影响。

作为优选，所述的阀A、阀B、阀C、阀D、阀E均为电控阀。电控阀便于自动切换、控制。

因此，本发明具有如下有益效果：（1）直接针对机柜散热，机柜散热不受机房环境的限制，降低机房的空调能耗；（2）整体散热效率高，确保机柜散热稳定；（3）机柜与机房之间无空气流动，机柜整体密封性能好、防尘性能好；（4）通过风机促进机柜内部空气流动、防止局部热量集聚，通过冷却水、冷却盘管、导热介质对机柜进行整体散热，通过导热罩、热管、导热腔针对机柜内发热量大的电子设备单独散热，三重散热，确保机柜内部各个电子设备的稳定、高效散热。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图。

图2为散热柜的内部结构示意图。

图3 为机柜的侧剖视图。

图4为图3中G处局部放大示意图。

图中：机柜1、散热柜2、冷却腔3、冷却盘管4、进水支管5、总进水管6、出水支管7、总出水管8、水泵9、双水源热泵10、冷凝器100、蒸发器101、压缩机102、电磁阀103、冷水管11、热水管12、回流管13、阀A14、水箱15、阀B16、阀C17、阀D18、阀E19、隔板20、导流间隙21、散热翅片22、支撑板23、回流腔24、吸风口25、风机26、导热座27、铝基板271、陶瓷座270、凹腔272、环形散热翅片273、隔离罩28、隔热罩280、导热腔281、热管29。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

如图1、图2和图3所示的一种机柜液冷散热系统，包括若干机柜1，机柜的背面设有散热柜2，散热柜内设有冷却腔3，冷却腔内设有冷却盘管4，冷却盘管的下端从散热柜的下端侧壁伸出散热柜外，冷却盘管的上端从散热柜上端侧壁伸出散热柜外，冷却腔内填充有导热介质，本实施例中的导热介质为导热油；每个机柜上的冷却盘管的下端均通过进水支管5与总进水管6连接，每个机柜上的冷却盘管的上端通过出水支管7与总出水管8连接，总进水管上设有水泵9；还包括双水源热泵10，双水源热泵包括冷凝器100、蒸发器101，冷凝器100与蒸发器101之间设有压缩机102、电磁阀103，总进水管6的进水端经过蒸发器与冷水管11连接，总出水管8的出水端经过冷凝器与热水管12连接，总出水管的出水端与总进水管的进水端之间连接有回流管13，回流管经过蒸发器，回流管上设有阀A14，回流管与总进水管之间设有水箱15，水箱与总进水管之间设有阀B16，热水管的进水端设有阀C17，每个机柜上的进水支管上均设有阀D18，冷水管的进水端设有阀E19。本实施例中的阀A、阀B、阀C、阀D、阀E均为电控阀；机柜的顶面、机柜的左侧面、机柜的右侧面、散热柜的后侧面均设有隔热层。

机柜1的内部背面设有隔板20，隔板与散热柜之间形成导流间隙21，散热柜上位于导流间隙所在的侧面设有若干散热翅片22，机柜的底部设有支撑板23，支撑板与机柜底面之间形成回流腔24，导流间隙的下端与回流腔连通，导流间隙的上端与机柜内的空间连通，支撑板的中心设有吸风口25，支撑板的下侧面固定有风机26。

如图2、图3和图4所示，散热柜2上朝向机柜的一侧外壁设有导热座27，冷却腔内与导热座的相对处设有隔离罩28，隔离罩的外侧面设有隔热罩280，隔离罩与散热柜的内壁之间形成封闭的导热腔281，每个导热腔的下端通过管路与进水支管连接，每个导热腔的上端通过管路与出水支管连接；导热座27包括铝基板271、陶瓷座270，铝基板与散热柜连接，陶瓷座与铝基板连接，陶瓷座的底面设有凹腔272，导热腔与凹腔之间设有若干热管29，热管的吸热端伸入凹腔内，热管的放热端伸入导热腔内，热管的放热端的外侧设有若干环形散热翅片273，凹腔内填充有导热胶274。

结合附图，本发明的原理如下：将发热量大的电子设备直接安装在导热座上，该散热系统有两种工作模式：

第一种为内循环模式，阀D关闭，阀B、阀E打开，通过冷水管向水箱内供水，冷水管中的常温（20℃-25℃）水经过蒸发器时，蒸发器与常温的水进行热交换，将常温的水进一步冷却（冷却至15℃-20℃），冷却后的水进入水箱中并进入整个系统管路中，然后阀E、阀C关闭，阀A、阀B、阀D打开，水泵开启，水箱中的冷水经过总进水管、进水支管分别进入每个机柜内的冷却腔中，机柜内的电子设备产生的热量被导热介质吸收，冷水进入冷却盘管与导热介质热交换，冷水吸热后（温度为30℃-40℃）通过出水支管进入出水总管中，还有一部分冷却水直接进入导热腔中与热管的放热端进行热交换，出水总管中吸热后的水通过回流管进入蒸发器内，热水在蒸发器内热交换变成冷水（15℃-20℃）后进入水箱，系统中的水往复循环，不断的与机柜中的导热介质进行热交换，从而确保机柜稳定散热，机柜的散热性能受到机房内的环境温度影响小，从而极大的降低机房的能耗。

第二种模式为外循环模式，也叫制备热水模式：阀A、阀B关闭，阀C、阀E打开，冷水管中的常温水（20℃-25℃）经过蒸发器进一步冷却（冷却至15℃-20℃）后直接进入冷却盘管中，热交换吸热后的水（温度为30℃-40℃）经过冷凝器后进一步被加热（加热至55℃-65℃），最后从热水管中排出的热水直接用于生活热水，即将机柜的热量储存在水中用于生活热水使用，对废热进行利用；还有一部分冷却水直接进入导热腔中与热管的放热端进行热交换。

上述两种工作模式，都是直接针对机柜内部散热，受机房环境温度影响小，而且机柜与机房直接不需要空气流动散热，机柜密封性能好、防尘性能好；还针对发热量大的电子设备单独采用热管散热，针对性散热，散热效果更佳好。

以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出的简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种机柜液冷散热系统，包括若干机柜，其特征是，所述机柜的背面设有散热柜，散热柜内设有冷却腔，所述的冷却腔内设有冷却盘管，所述冷却盘管的下端从散热柜的下端侧壁伸出散热柜外，冷却盘管的上端从散热柜上端侧壁伸出散热柜外，所述冷却腔内填充有导热介质；每个机柜上的冷却盘管的下端均通过进水支管与总进水管连接，每个机柜上的冷却盘管的上端通过出水支管与总出水管连接，总进水管上设有水泵；还包括双水源热泵，所述的双水源热泵包括冷凝器、蒸发器，总进水管的进水端经过蒸发器与冷水管连接，总出水管的出水端与经过冷凝器的热水管连接，所述总出水管的出水端与总进水管的进水端之间连接有回流管，所述的回流管经过蒸发器，回流管上设有阀A，回流管与总进水管之间设有水箱，所述水箱与总进水管之间设有阀B，热水管的进水端设有阀C，每个机柜上的进水支管上均设有阀D，冷水管的进水端设有阀E。

2.根据权利要求1所述的一种机柜液冷散热系统，其特征是，所述机柜的内部背面设有隔板，所述隔板与散热柜之间形成导流间隙，所述机柜的底部设有支撑板，所述支撑板与机柜底面之间形成回流腔，所述导流间隙的下端与回流腔连通，所述导流间隙的上端与机柜内的空间连通，所述的支撑板的中心设有吸风口，支撑板的下侧面固定有风机。

3.根据权利要求2所述的一种机柜液冷散热系统，其特征是，所述散热柜上位于导流间隙所在的侧面设有若干散热翅片。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种机柜液冷散热系统，其特征是，所述散热柜上朝向机柜的一侧外壁设有导热座，所述冷却腔内与导热座的相对处设有隔离罩，所述隔离罩与散热柜的内壁之间形成封闭的导热腔，每个导热腔的下端通过管路与进水支管连接，每个导热腔的上端通过管路与出水支管连接。

5.根据权利要求4所述的一种机柜液冷散热系统，其特征是，所述的导热座包括铝基板、陶瓷座，所述铝基板与散热柜连接，所述陶瓷座与铝基板连接，所述陶瓷座的底面设有凹腔，所述导热腔与凹腔之间设有若干热管，所述热管的吸热端伸入凹腔内，所述热管的放热端伸入导热腔内，所述凹腔内填充有导热胶。

6.根据权利要求5所述的一种机柜液冷散热系统，其特征是，所述隔离罩的外侧面设有隔热罩。

7.根据权利要求5所述的一种机柜液冷散热系统，其特征是，所述热管的放热端的外侧设有若干环形散热翅片。

8.根据权利要求1所述的一种机柜液冷散热系统，其特征是，机柜的顶面、机柜的左侧面、机柜的右侧面、散热柜的后侧面均设有隔热层。

9.根据权利要求1所述的一种机柜液冷散热系统，其特征是，所述的阀A、阀B、阀C、阀D、阀E均为电控阀。