CN109890183A - 一种数据中心散热机柜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种设备散热技术领域，公开了一种数据中心散热机柜，将制冷管组以及作为翅片的水平隔板设置在数据中心机柜内，服务器放置于水平隔板上，实现接触式散热，提高了冷却能力及冷量利用效率，满足了高密度散热的需求。另外，每个冷却回路单独设置可以灵活调节制冷剂流量的阀门，进而实现根据每个机柜、甚至机柜内部不同位置的散热需求进行按需供冷。

Description

一种数据中心散热机柜

技术领域

本发明涉及设备散热技术领域，尤其涉及一种数据中心散热机柜。

背景技术

随着电子信息技术的快速发展，数据中心发展趋势越来越体现在：规模越来越大，设备数量及集成度不断增加，使得机柜发热密度越来越大，近10年内机房单位面积发热量增加10倍，这部分热量高度集中且分布不均匀、可变。

针对上述情况，目前我国数据中心运用得比较普遍的依然是上送风或地板下送风等以空气为冷却介质的供冷方式。然而因为这种供冷方式是将机房当作一个均匀需求的供冷对象，忽略了各个部分对冷量需求的不同，容易造成制冷效率低下，且因为是大空间送风，实际运行中还会存在输配能耗大、送风不均匀、冷热气流混合等一系列问题，严重影响了设备的冷却效果。为解决上述问题，现有机房中采用了冷热通道封闭、列间空调及精确送风等方式，这些方法虽然可以有效地减少冷热气流的掺混，提高供冷效率，但是仍无法彻底解决冷热空气混合、冷量分配不均等问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供一种数据中心散热机柜，用以解决现有的数据中心机柜以送风进行散热的方式存在冷热空气混合、冷量分配不均、冷却效率低的问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明实施例中提供一种数据中心散热机柜，包括用于放置服务器的机柜本体，还包括：

设置在所述机柜本体内的多层制冷管组，制冷剂流入制冷管组，经过热交换后流出；

多层用于散热的水平隔板，服务器放置于水平隔板上，所述水平隔板一一对应固定在制冷管组上。

可选的，每一水平隔板包括层叠设置的第一隔板和第二隔板，服务器放置于第一隔板和第二隔板之间；

每一制冷管组包括：

入口支路，穿设在所述第一隔板中，所述入口支路包括分支入口；

出口支路，穿设在第二隔板中，所述出口支路包括分支出口，制冷剂从分支入口流入制冷管组，经过热交换后从所述分支出口流出；

多个盘管，每一盘管包括穿设在第一隔板中的第一管道、穿设在第二隔板中的第二管道，以及连通所述第一管道和第二管道的位于同一侧的两端的连接管，所述第一管道的另一端与所述入口支路连通，所述第二管道的另一端与所述出口支路连通。

可选的，每一入口支路的靠近分支入口的一端设置有阀门，用于控制制冷剂流入每一制冷管组的流量。

可选的，所述数据中心散热机柜还包括：

进口总管，所有制冷管组的入口支路的分支入口与所述进口总管连通，所述进口总管的总进口端穿过所述机柜本体，位于所述机柜本体的外部；

出口总管，所有制冷管组的出口支路的分支出口与所述出口总管连通，所述出口总管的总出口端穿过所述机柜本体，位于所述机柜本体的外部；

所述进口总管的总进口端设置有总阀门，用于控制制冷剂流入所有制冷管组的流量。

可选的，每一制冷管组的多个盘管平行设置且等间隔分布，且所述多组制冷管组的盘管的位置一一对应。

可选的，所述数据中心散热机柜还包括：

多个第一固定柱，所述第一固定柱与所述水平隔板垂直设置，且与盘管的位置对应；所述第一固定柱的两端固定在机柜本体上，且所述第一固定柱与位置对应的盘管固定连接；

多个第二固定柱，所述第二固定柱与所述水平隔板垂直设置，所述第二固定柱的一端与入口支路或出口支路固定连接，另一端固定在机柜本体上；

所述第一固定柱和第二固定柱在所述水平隔板所在的平面上的正投影大致均匀分布在所述水平隔板所在区域的周边。

可选的，所述第一固定柱与盘管之间采用焊接的方式来固定连接，所述第二固定柱与入口支路或出口支路之间采用焊接的方式来固定连接。

可选的，所述水平隔板的表面涂覆有绝缘材料。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

基于非均匀环境营造理念，采用分散式供冷末端，将现有均匀环境冷却方式转变为定量化和精确化的按需供冷方式，可以根据每个机柜具体的热负荷分布情况进行独立、灵活调节，确保系统的节能性；

在冷却方式方面，将制冷管组设置在机柜内部，以制冷剂为冷却介质，利用水平隔板的导热性能对服务器和制冷剂管之间进行热交换，使得制冷量全部在机柜内部用于冷却服务器，减少了冷量损失，提高了冷却效率和冷却能力，满足了高热密度机柜的冷却需求；

在冷量输配方面，因为服务器采用接触式散热方式，所以直接省略了风机输送冷风的能耗；

采用制冷剂作为载体，相比以空气和水，载冷密度大大提高，有效降低了输配过程的能耗及冷量损失，规避了泄露对设备安全性的影响。

附图说明

图1表示本发明实施例中数据中心散热机柜的结构示意图；

图2表示本发明实施例中数据中心散热机柜的内部结构示意图；

图3表示本发明实施例中每层制冷管组、水平隔板和服务器的结构关系示意图；

图4表示本发明实施例中每层制冷管组的结构示意图；

图5表示本发明实施例中制冷剂的流向示意图；

图6表示本发明实施例中盘管和水平隔板的局部结构示意图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

结合图1-图4所示，本发明实施例中提供一种数据中心散热机柜，包括：

用于放置服务器12的机柜本体1；

设置在所述机柜本体1内的多层制冷管组，制冷剂流入制冷管组，经过热交换后流出；

多层用于散热的水平隔板10，服务器12放置于水平隔板10上，水平隔板10一一对应固定在所述制冷管组上。

上述技术方案将制冷管组以及作为翅片的水平隔板设置在数据中心机柜内，通过制冷剂吸收服务器产生的热量，满足了高密度散热的需求，提高了冷量的利用效率，并将服务器放置于水平隔板上，实现接触式散热，提高了散热效果。另外，可以灵活调节每一层制冷管组的制冷剂流量，进行按需供冷，便于根据每个机柜、甚至机柜内部不同位置的散热需求来灵活调节不同制冷管组的制冷剂流量，降低能耗。

其中，每一水平隔板10上可以放置若干个服务器12。水平隔板10相当于翅片，增加散热面积，提高散热效果。

制冷管组和水平隔板10的材料可以为导热性良好的金属材料。为了保证安全，还可以在水平隔板10的表面涂覆绝缘材料。

制冷剂选择不会与机柜的材料和服务器的材料发生反应的制冷剂，即使发生泄漏也不会对机柜造成大的影响。

具体的，所述机柜1包括相互平行的前门2和后壁7，以及连接前门2和后壁7的左壁5、右壁6、顶壁4和底壁。前门2可沿轴自由开关，以方便放置服务器12，安装制冷管组、水平隔板10等。

需要说明的是，为了便于描述和理解，本发明中的方位关系为机柜处于工作状态时对应的方位关系，并不具有其它限定意义。

在一个具体的实施方式中，参见图3、图4和图6所示，每一水平隔板包括层叠设置的第一隔板100和第二隔板101，服务器放置于第一隔板100和第二隔板101之间。每一制冷管组包括：

入口支路18，穿设在第一隔板100中，所述入口支路18包括分支入口180；

出口支路19，穿设在第二隔板101中，所述出口支路19包括分支出口190，制冷剂从分支入口180流入制冷管组，经过热交换后经所述分支出口流出；

多个盘管13，每一盘管13包括穿设在第一隔板100中的第一管道130、穿设在第二隔板101中的第二管道131，以及连通所述第一管道130和第二管道131的位于同一侧的两端的连接管132，即所述盘管13为U型结构，所述第一管道130的另一端与所述入口支路18连通，所述第二管道131的另一端与所述出口支路19连通。

上述技术方案通过设置多个盘管，制冷剂均匀流入每一盘管，提高冷却效果。

所述多个盘管13可以平行设置且等间隔分布，有利于实现均匀制冷。

进一步地，还可以设置所述多组制冷管组的盘管13的位置一一对应，更加有利于实现均匀制冷。

优选的，设置多个盘管13平行且等间隔分布，且多组制冷管组的盘管13的位置一一对应，使得均匀制冷的效果更佳。

上述具体实施方式给出制冷管组的一种具体结构形式，具体描述了本发明的技术方案。

当然，制冷管组的结构形式并不局限于上述一种，其都属于本发明的保护范围。

为了简化结构，设置所述数据中心散热机柜还包括：

进口总管15，所有制冷管组的入口支路18的分支入口与所述进口总管15连通，所述进口总管15的总进口端8穿过所述机柜本体1，位于所述机柜本体1的外部；

出口总管16，所有制冷管组的出口支路的分支出口19与所述出口总管16连通，所述出口总管16的总出口端9穿过所述机柜本体1，位于所述机柜本体1的外部。

上述技术方案通过设置进口总管制冷剂同时流入每一入口支路，并设置出口总管，每一出口支路的制冷蒸汽同时流入出口总管，以简化设备的结构。

其中，进口总管15和出口总管16可以位于机柜本体1的同一侧。

显然，进口总管和出口总管也可以位于机柜的相对两侧。

进一步地，可以在每一入口支路18的靠近分支入口的一端设置阀门17(例如：膨胀阀或电子膨胀阀)，用于控制制冷剂流入每一制冷管组的流量，以根据每层服务器12的具体热负荷来调节制冷剂流量，从而做到对每层服务器进行精确化的按需供冷，实现节流降压。

当然，如果仅仅是要实现对整个机柜的热负荷进行按需供冷，也可以仅在进口总管的进口端设置有总阀门，用于控制制冷剂流入所有制冷管组的流量，以根据所有层服务器的总热负荷来调节制冷剂流量。

为了实现对制冷管组的支撑固定，所述数据中心散热机柜还包括：

多个第一固定柱11，所述第一固定柱11与所述水平隔板10垂直设置，且与盘管13的位置对应；所述第一固定柱11的两端固定在机柜本体1上，且所述第一固定柱11与位置对应的盘管13固定连接；

多个第二固定柱14，所述第二固定柱14与所述水平隔板10垂直设置，所述第二固定柱14的一端与入口支路或出口支路固定连接，另一端固定在机柜本体1上；

所述第一固定柱11和第二固定柱14在所述水平隔板10所在的平面上的正投影大致均匀分布在所述水平隔板10所在区域的周边。

上述技术方案利用固定柱实现制冷管组的支撑固定。

固定柱的材料可以但并不局限于为金属材料。

具体的，所述第一固定柱与盘管之间可采用焊接的方式来固定连接，也可以采用其他方式固定连接。所述第二固定柱与入口支路或出口支路之间可采用焊接的方式来固定连接，也可以采用其他方式固定连接。

需要说明的是，大致均匀分布是指设置有第一固定柱或第二固定柱的区域在所述水平隔板所在的平面上的正投影均匀分布在所述水平隔板所在区域的周边，例如：在水平隔板的所有顶点的外围区域均设置第一固定柱或第二固定柱。

结合图5所示，本发明实施例中的数据中心散热机柜的散热原理为：

制冷剂从进口总管15的总进口端8流入后由下往上输送，在流动的过程中分成若干个支路，经各入口支路18流入每一层制冷管组的盘管13，从盘管13的第一管道130流到第二管道131，并在流动过程中经水平隔板10与服务器进行热交换后吸热蒸发，形成的制冷剂蒸气从各出口支路19流出，再汇合流进出口总管16，最后从出口总管16的总出口端9流出。

本发明的散热方式具有以下优点：

基于非均匀环境营造理念，采用分散式供冷末端，将现有均匀环境冷却方式转变为定量化和精确化的按需供冷方式，可以根据每个机柜具体的热负荷分布情况进行独立、灵活调节，确保系统的节能性；

在冷却方式方面，将制冷管组设置在机柜内部，以制冷剂为冷却介质，利用水平隔板的导热性能对服务器和制冷剂管之间进行热交换，使得制冷量全部在机柜内部用于冷却服务器，减少了冷量损失，提高了制冷效率，满足了高热密度机柜的冷却需求；

在冷量输配方面，因为服务器采用接触式散热方式，所以直接省略了风机输送冷风的能耗；

采用制冷剂作为载体，相比以空气和水，载冷密度大大提高，有效降低了输配过程的能耗及冷量损失，规避了泄露对设备安全性的影响。

以上所述仅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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种数据中心散热机柜，包括用于放置服务器的机柜本体，其特征在于，还包括：

设置在所述机柜本体内的多层制冷管组，制冷剂流入制冷管组，经过热交换后流出；

多组用于散热的水平隔板，所述水平隔板一一对应固定在制冷管组上。

2.如权利要求1所述的数据中心散热机柜，其特征在于，每组水平隔板包括层叠设置的第一隔板和第二隔板，服务器放置于第一隔板和第二隔板之间；

每一制冷管组包括：

入口支路，穿设在所述第一隔板中，所述入口支路包括分支入口；

出口支路，穿设在第二隔板中，所述出口支路包括分支出口，制冷剂从分支入口流入制冷管组，经过热交换后从所述分支出口流出；

多组盘管，每组盘管包括穿设在第一隔板中的第一管道、穿设在第二隔板中的第二管道，以及连通所述第一管道和第二管道的位于同一侧的两端的连接管，所述第一管道的另一端与所述入口支路连通，所述第二管道的另一端与所述出口支路连通。

3.如权利要求2所述的数据中心散热机柜，其特征在于，每一入口支路的靠近分支入口的一端设置有阀门，用于控制制冷剂流入每一制冷管组的流量。

4.如权利要求2所述的数据中心散热机柜，其特征在于，所述数据中心散热机柜还包括：

进口总管，所有制冷管组入口支路的分支入口与所述进口总管连通，所述进口总管的总进口端穿过所述机柜本体，位于所述机柜本体的外部；

出口总管，所有制冷管组出口支路的分支出口与所述出口总管连通，所述出口总管的总出口端穿过所述机柜本体，位于所述机柜本体的外部；

所述进口总管的总进口端设置有总阀门，用于控制制冷剂流入所有制冷管组的流量。

5.如权利要求2所述的数据中心散热机柜，其特征在于，每一制冷管组的多个盘管平行设置且等间隔分布，且所述多组制冷管组的盘管的位置一一对应。

6.如权利要求5所述的数据中心散热机柜，其特征在于，所述数据中心散热机柜还包括：

多个第一固定柱，所述第一固定柱与所述水平隔板垂直设置，且与盘管的位置对应；所述第一固定柱的两端固定在机柜本体上，且所述第一固定柱与位置对应的盘管固定连接；

多个第二固定柱，所述第二固定柱与所述水平隔板垂直设置，所述第二固定柱的一端与入口支路或出口支路固定连接，另一端固定在机柜本体上；

所述第一固定柱和第二固定柱在所述水平隔板所在的平面上的正投影大致均匀分布在所述水平隔板所在区域的周边。

7.如权利要求6所述的数据中心散热机柜，其特征在于，所述第一固定柱与盘管之间采用焊接的方式来固定连接，所述第二固定柱与入口支路或出口支路之间采用焊接的方式来固定连接。

8.如权利要求1所述的数据中心散热机柜，其特征在于，所述水平隔板的表面涂覆有绝缘材料。