CN110213943B - 一种服务器机柜多级冷却热管节能系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种服务器机柜多级冷却热管节能系统，通过在热管列间空调中布置至少四组独立的热管换热器，并分别与中间换热单元中的两水/制冷剂换热器的制冷剂侧接口相互连接匹配，形成至少四组独立的热管换热系统，并通过对中间换热单元中两水/制冷剂换热器的冷冻水供水、回水管路的设计，使得各热管换热系统中的制冷剂工作在不同的蒸发温度下，从而形成多级换热，可实现热管列间空调回风温度与出风温度温差较大的情况下，采用提高冷冻水供回水温度的情况下，仍可满足热管列间空调出风温度要求，系统节能运行。

Description

一种服务器机柜多级冷却热管节能系统

技术领域

本发明涉及机房排热领域，特别涉及一种服务器机柜多级冷却热管节能系统。

背景技术

机房内机柜服务器集成密度越来越高，服务器的发热量越来越大，为了保证高散热密度机房内服务器工作在最适宜的环境温度下，目前高散热密度机房排热方式也在不断发展变化。

目前采用热管列间空调冷却的封闭通道制冷方式，因热管运行节能，送风距离近等优势，在机房服务器机柜散热中，得到越来越广泛的应用。

目前与热管空调列间相匹配的室外冷冻水供回水温度，通常采用7℃/12℃，12℃/17℃，14℃/19℃，近年来为减小整个系统的能耗，也有将室外冷冻水供回水温度提高到15℃/20℃的情况，而在保障室内散热能力和送风温度满足要求的前提下，如果能将室外冷冻水供回水温度再进一步提高，将会使系统更加节能。

发明内容

针对现有技术的缺点和不足，本发明旨在提供一种服务器机柜多级冷却热管节能系统，采用多级换热，可实现热管列间空调回风温度与出风温度温差较大的情况下，采用提高冷冻水供回水温度的情况下，仍可满足热管列间空调出风温度要求，系统节能运行。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种服务器机柜多级冷却热管节能系统，包括室内封闭通道模块、中间换热单元，其特征在于：

--所述室内封闭通道模块，包括一列或两列服务器机柜、若干台热管列间空调、封闭通道组件，其中，

每列服务器机柜中包括多台服务器机柜，其中各服务器机柜的进风方向、排风方向均相同，且所述多台服务器机柜之间间隔布置若干台热管列间空调，其中各热管列间空调的出风方向、回风方向均相同，

每一所述热管列间空调前部出风、后部回风且出风临近相邻服务器机柜的进风、回风临近相邻服务器机柜的排风，

当所述室内封闭通道模块中仅布置一列服务器机柜时，该列服务器机柜通过封闭通道组件形成封闭换热通道，

当所述室内封闭通道模块中布置两列服务器机柜时，该两列服务器机柜相对布置且通过封闭通道组件形成封闭换热通道；

每一所述热管列间空调均至少包括四组独立的热管换热器，分别为热管换热器Ⅰ、热管换热器Ⅱ、热管换热器Ⅲ、热管换热器Ⅳ，每一热管换热器均包括一液管进管和一气管出管，且四组热管换热器沿高温回风方向依次布置，其中，高温回风依次经过所述热管换热器Ⅳ、热管换热器Ⅲ、热管换热器Ⅱ、热管换热器Ⅰ逐级冷却为所需温度的出风，所述热管换热器Ⅰ、热管换热器Ⅱ、热管换热器Ⅲ、热管换热器Ⅳ中制冷剂的蒸发温度依次升高；

所述中间换热单元，包括水/制冷剂换热器Ⅰ、水/制冷剂换热器Ⅱ，每一水/制冷剂换热器均包括一水进管、一水出管、一制冷剂进口Ⅰ、一制冷剂出口Ⅰ、一制冷剂进口Ⅱ、一制冷剂出口Ⅱ；

每列服务器机柜中间隔布置的热管列间空调对应一所述中间换热单元，各所述热管列间空调中的热管换热器Ⅰ、Ⅱ的气管出管分别通过集气管Ⅰ、Ⅱ与所述中间换热单元中的水/制冷剂换热器Ⅰ的制冷剂进口Ⅰ、Ⅱ连通，热管换热器Ⅰ、Ⅱ的液管进管分别通过出液管Ⅰ、Ⅱ与水/制冷剂换热器Ⅰ的制冷剂出口Ⅰ、Ⅱ连通；热管换热器Ⅲ、Ⅳ的气管出管分别通过集气管Ⅲ、Ⅳ与水/制冷剂换热器Ⅱ的制冷剂进口Ⅰ、Ⅱ连通，热管换热器Ⅲ、Ⅳ的液管进管分别通过出液管Ⅲ、Ⅳ与水/制冷剂换热器Ⅱ的制冷剂出口Ⅰ、Ⅱ连通；

所述中间换热单元中，所述水/制冷剂换热器Ⅰ的水进管与室外冷冻水直接连通，冷冻水经由所述水/制冷剂换热器Ⅰ的水出管流出后，进入所述水/制冷剂换热器Ⅱ的水进管，再由所述水/制冷剂换热器Ⅱ的水出管回流至室外冷冻水回水管；

所述热管换热器Ⅰ对应的蒸发温度A、所述热管换热器Ⅱ对应的蒸发温度B、所述热管换热器Ⅲ对应的蒸发温度C、所述热管换热器Ⅳ对应的蒸发温度D、冷冻水供水温度E、冷冻水回水温度F、热管列间空调的回风温度G、热管列间空调的出风温度H之间满足：G＞D＞F＞C＞B＞H＞A＞E。

本发明的服务器机柜多级冷却热管节能系统中，所述中间换热单元中的水/制冷剂换热器Ⅰ、水/制冷剂换热器Ⅱ与每列服务器机柜中间隔布置的热管列间空调中的热管换热器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ通过管路形成多级冷却热管节能系统，为节约系统能耗和能源，采用较高的冷冻水供水温度E、回水温度F，为保障所述多级冷却热管节能系统在采用较高的冷冻水供水温度E、回水温度F时，在所述热管列间空调的回风温度G与出风温度H差值较大时，实现所述热管列间空调的出风温度H满足机房设定温度要求，所述热管列间空调采用多级冷却方式，假设所述热管换热器Ⅰ对应的蒸发温度为A，所述热管换热器Ⅱ对应的蒸发温度为B，所述热管换热器Ⅲ对应的蒸发温度为C，所述热管换热器Ⅳ对应的蒸发温度为D，则可取热管列间空调的回风温度G＞热管换热器Ⅳ对应的蒸发温度为D＞冷冻水回水温度F＞热管换热器Ⅲ对应的蒸发温度C＞热管换热器Ⅱ对应的蒸发温度B＞热管列间空调的出风温度H＞热管换热器Ⅰ对应的蒸发温度为A＞冷冻水供水温度E，来实现多级冷却换热。

优选地，所述水/制冷剂换热器Ⅰ的水出管与所述水/制冷剂换热器Ⅱ的水进管之间的连通管路中，水温约为(E+F)/2。

优选地，所述热管列间空调在靠近出风侧门板附近安装有可根据热负荷变化情况进行无级调速的风机。

优选地，每列服务器机柜中，各所述热管列间空调的布置方向相同，当每一所述热管列间空调的出风口均朝向所述室内封闭通道模块时，所述室内封闭通道模块形成为封闭冷通道，当每一所述热管列间空调的出风口均背离所述室内封闭通道模块时，所述室内封闭通道模块形成为封闭热通道。

优选地，所述热管换热器Ⅰ、热管换热器Ⅱ、热管换热器Ⅲ、热管换热器Ⅳ可采用下进上出、下进下出、上进上出的接管方式，当采用下进上出、下进下出可选配底座；当采用下进下出、上进上出时可选配制冷剂泵驱动。

优选地，所述热管换热器Ⅰ、热管换热器Ⅱ、热管换热器Ⅲ、热管换热器Ⅳ与所述水/制冷剂换热器Ⅰ、水/制冷剂换热器Ⅱ所构成的循环系统中的制冷剂工质为氟利昂类制冷剂。

同现有技术相比，本发明的服务器机柜多级冷却热管节能系统，通过在热管列间空调中布置至少四组独立的热管换热器，并分别与中间换热单元中的两水/制冷剂换热器的制冷剂侧接口相互连接匹配，形成至少四组独立的热管换热系统，并通过对中间换热单元中两水/制冷剂换热器的冷冻水供水、回水管路的设计，使得各热管换热系统中的制冷剂工作在不同的蒸发温度下，从而形成多级换热，可实现热管列间空调回风温度与出风温度温差较大的情况下，采用提高冷冻水供回水温度的情况下，仍可满足热管列间空调出风温度要求，系统节能运行。

附图说明

图1为本发明的服务器机柜多级冷却热管节能系统的示意图；

图2为本发明的服务器机柜多级冷却热管节能系统工作原理示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，以下实施例是对本发明的解释，而本发明并不局限于以下实施例。

图1为本发明的服务器机柜多级冷却热管节能系统的示意图。如图所示，本发明的服务器机柜多级冷却热管节能系统，包括室内封闭通道模块1、中间换热单元2，其中，室内封闭通道模块1包括一列或两列服务器机柜3、若干台热管列间空调4、封闭通道组件5，每列服务器机柜3中包括多台服务器机柜3，各服务器机柜的进风方向、排风方向均相同，且多台服务器机柜3之间间隔布置若干台热管列间空调4，各热管列间空调的出风方向、回风方向均相同，每一热管列间空调4前部出风、后部回风且出风临近相近服务器机柜3的进风、回风临近相邻服务器机柜3的排风，当室内封闭通道模块1中仅布置一列服务器机柜时，该列服务器机柜3通过封闭通道组件4形成封闭换热通道，当室内封闭通道模块中布置两列服务器机柜时，相对布置的两列服务器机柜3通过封闭通道组件5形成封闭换热通道。

每一热管列间空调4，均包括4组独立的热管换热器，分别为热管换热器Ⅰ6、热管换热器Ⅱ7、热管换热器Ⅲ8、热管换热器Ⅳ9，热管换热器Ⅰ6包括液管进管Ⅰ10、气管出管Ⅰ11，热管换热器Ⅱ7包括液管进管Ⅱ12、气管出管Ⅱ13，热管换热器Ⅲ8包括液管进管Ⅲ14、气管出管Ⅲ15，热管换热器Ⅳ9包括液管进管Ⅳ16、气管出管Ⅳ17；中间换热单元2，包括水/制冷剂换热器Ⅰ18、水/制冷剂换热器Ⅱ19，水/制冷剂换热器Ⅰ18包括一路水管接管和两路氟管接口，分别对应水进管Ⅰ20、水出管Ⅰ21、氟进口Ⅰ22、氟出口Ⅰ23、氟进口Ⅱ24、氟出口Ⅱ25，水/制冷剂换热器Ⅱ19也包括一路水管接管和两路氟管接口，分别对应水进管Ⅱ26、水出管Ⅱ27、氟进口Ⅲ28、氟出口Ⅲ29、氟进口Ⅳ30、氟出口Ⅳ31。

每列热管列间空调4分别对应一组中间换热单元2，每列热管列间空调4中的热管换热器Ⅰ6分别通过气管出管Ⅰ11、集气管Ⅰ32、进液管Ⅰ33、液管进管Ⅰ10与一组中间换热单元2中的水/制冷剂换热器Ⅰ18的氟进口Ⅰ22、氟出口Ⅰ23连通；每列热管列间空调4中的热管换热器Ⅱ7分别通过气管出管Ⅱ13、集气管Ⅱ34、出液管Ⅱ35、液管进管Ⅱ12与一组中间换热单元2中的水/制冷剂换热器Ⅰ18的氟进口Ⅱ24、氟出口Ⅱ25连通。

每列热管列间空调4中的热管换热器Ⅲ8分别通过气管出管Ⅲ15、集气管Ⅲ36、出液管Ⅲ37、液管进管Ⅲ14与一组中间换热单元2中的水/制冷剂换热器Ⅱ19的氟进口Ⅲ28、氟出口Ⅲ29连通；每列热管列间空调4中的热管换热器Ⅳ9分别通过气管出管Ⅳ17、集气管Ⅳ38、出液管Ⅳ39、液管进管Ⅳ16与一组中间换热单元2中的水/制冷剂换热器Ⅱ19的氟进口Ⅳ30、氟出口Ⅳ31连通；室外冷冻水由水进管Ⅰ20进入水/制冷剂换热器Ⅰ18，经由水/制冷剂换热器Ⅰ18的水出管Ⅰ21后再进入水/制冷剂换热器Ⅱ19的水进管Ⅱ26，再由水/制冷剂换热器Ⅱ19的水出管Ⅱ27回流至冷冻水回水管。

热管列间空调4在靠近出风侧门板附近安装有可根据热负荷变化情况进行无级调速的风机40；每列服务器机柜中，各热管列间空调的布置方向相同，当每一热管列间空调的出风口均朝向室内封闭通道模块时，室内封闭通道模块形成为封闭冷通道，当每一热管列间空调的出风口均背离室内封闭通道模块时，室内封闭通道模块形成为封闭热通道。

本发明的服务器机柜多级冷却热管节能系统，采用较高的冷冻水供水温度E、回水温度F，节约系统能耗和能源；为保障本发明的服务器机柜多级冷却热管节能系统在采用较高的冷冻水供水温度E、回水温度F时，在热管列间空调4的回风温度G与出风温度H差值较大时，实现热管列间空调4的出风温度H满足机房设定温度要求，热管列间空调4采用多级冷却方式；假设热管换热器Ⅰ6对应的蒸发温度为A，热管换热器Ⅱ7对应的蒸发温度为B，热管换热器Ⅲ8对应的蒸发温度为C，热管换热器Ⅳ9对应的蒸发温度为D，则可取回风温度G＞蒸发温度为D＞回水温度F＞蒸发温度为C＞蒸发温度为B＞出风温度H＞蒸发温度为A＞冷冻水供水温度E，来实现多级冷却换热；水出管Ⅰ21与水进管Ⅱ26所连通的管路中的水温约为(E+F)/2。

热管列间空调4中的热管换热器Ⅰ6、热管换热器Ⅱ7、热管换热器Ⅲ8、热管换热器Ⅳ9可采用下进上出、下进下出、上进上出的接管方式，当采用下进上出、下进下出可选配底座；当采用下进下出、上进上出时可选配制冷剂泵驱动；热管换热器Ⅰ6、热管换热器Ⅱ7、热管换热器Ⅲ8、热管换热器Ⅳ9与水/制冷剂换热器Ⅰ18、水/制冷剂换热器Ⅱ19所构成的系统中的制冷剂工质为氟利昂类制冷剂。

图2为本发明的服务器机柜多级冷却热管节能系统工作原理示意图。如图所示，本发明的服务器机柜多级冷却热管节能系统，室内封闭通道模块1采用封闭冷通道形式，服务器机柜3中的每一热管列间空调4的风机40吹出的冷风风口均朝向室内封闭通道模块1，室内封闭通道模块1中每一热管列间空调4吹出的冷空气，由位于封闭冷通道内的服务器机柜3进风侧吸入，经过服务器机柜3中服务器加热后，由服务器机柜3出风侧排出，再由每一热管列间空调4进风侧吸入，依次经过热管换热器Ⅳ9、热管换热器Ⅲ8、热管换热器Ⅱ7、热管换热器Ⅰ6逐级冷却为所需温度的出风，空气流动方向如图2中箭头J所示；热管换热器Ⅳ9与水/制冷剂换热器Ⅱ19的氟进口Ⅳ30、氟出口Ⅳ31及气管出管Ⅳ17、集气管Ⅳ38、出液管Ⅳ39、液管进管Ⅳ16所构成的系统中的制冷剂流动方向如图中箭头K所示；热管换热器Ⅲ8与水/制冷剂换热器Ⅱ19的氟进口Ⅲ28、氟出口Ⅲ29及气管出管Ⅲ15、集气管Ⅲ36、出液管Ⅲ37、液管进管Ⅲ14所构成的系统中的制冷剂流动方向如图中箭头L所示；热管换热器Ⅱ7与水/制冷剂换热器Ⅰ18的氟进口Ⅱ24、氟出口Ⅱ25及气管出管Ⅱ13、集气管Ⅱ34、出液管Ⅱ35、液管进管Ⅱ12所构成的系统中的制冷剂流动方向如图中箭头M所示；热管换热器Ⅰ6与水/制冷剂换热器Ⅰ18的氟进口Ⅰ22、氟出口Ⅰ23及气管出管Ⅰ11、集气管Ⅰ32、出液管Ⅰ33、液管进管Ⅰ10所构成的系统中的制冷剂流动方向如图中箭头N所示；室外冷冻水经由水进管Ⅰ20、水/制冷剂换热器Ⅰ18、水/制冷剂换热器Ⅰ18的水出管Ⅰ21、水/制冷剂换热器Ⅱ19的水进管Ⅱ26、水/制冷剂换热器Ⅱ19、水/制冷剂换热器Ⅱ19的水出管Ⅱ27回流至冷冻水回水管的冷冻水流动方向如图中箭头P所示。

以上，仅为本发明的优选实施例，本发明保护的范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的范围内可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种服务器机柜多级冷却热管节能系统，包括室内封闭通道模块、中间换热单元，其特征在于：

--所述室内封闭通道模块，包括一列或两列服务器机柜、若干台热管列间空调、封闭通道组件，其中，

每列服务器机柜中包括多台服务器机柜，其中各服务器机柜的进风方向、排风方向均相同，且所述多台服务器机柜之间间隔布置若干台热管列间空调，其中各热管列间空调的出风方向、回风方向均相同，

每一所述热管列间空调前部出风、后部回风且出风临近相邻服务器机柜的进风、回风临近相邻服务器机柜的排风，

当所述室内封闭通道模块中仅布置一列服务器机柜时，该列服务器机柜通过封闭通道组件形成封闭换热通道，

当所述室内封闭通道模块中布置两列服务器机柜时，该两列服务器机柜相对布置且通过封闭通道组件形成封闭换热通道；

每一所述热管列间空调均至少包括四组独立的热管换热器，分别为热管换热器Ⅰ、热管换热器Ⅱ、热管换热器Ⅲ、热管换热器Ⅳ，每一热管换热器均包括一液管进管和一气管出管，且四组热管换热器沿高温回风方向依次布置，其中，高温回风依次经过所述热管换热器Ⅳ、热管换热器Ⅲ、热管换热器Ⅱ、热管换热器Ⅰ逐级冷却为所需温度的出风，所述热管换热器Ⅰ、热管换热器Ⅱ、热管换热器Ⅲ、热管换热器Ⅳ中制冷剂的蒸发温度依次升高；

所述中间换热单元，包括水/制冷剂换热器Ⅰ、水/制冷剂换热器Ⅱ，每一水/制冷剂换热器均包括一水进管、一水出管、一制冷剂进口Ⅰ、一制冷剂出口Ⅰ、一制冷剂进口Ⅱ、一制冷剂出口Ⅱ；

每列服务器机柜中间隔布置的热管列间空调对应一所述中间换热单元，各所述热管列间空调中的热管换热器Ⅰ、Ⅱ的气管出管分别通过集气管Ⅰ、Ⅱ与所述中间换热单元中的水/制冷剂换热器Ⅰ的制冷剂进口Ⅰ、Ⅱ连通，热管换热器Ⅰ、Ⅱ的液管进管分别通过出液管Ⅰ、Ⅱ与水/制冷剂换热器Ⅰ的制冷剂出口Ⅰ、Ⅱ连通；热管换热器Ⅲ、Ⅳ的气管出管分别通过集气管Ⅲ、Ⅳ与水/制冷剂换热器Ⅱ的制冷剂进口Ⅰ、Ⅱ连通，热管换热器Ⅲ、Ⅳ的液管进管分别通过出液管Ⅲ、Ⅳ与水/制冷剂换热器Ⅱ的制冷剂出口Ⅰ、Ⅱ连通；

所述中间换热单元中，所述水/制冷剂换热器Ⅰ的水进管与室外冷冻水直接连通，冷冻水经由所述水/制冷剂换热器Ⅰ的水出管流出后，进入所述水/制冷剂换热器Ⅱ的水进管，再由所述水/制冷剂换热器Ⅱ的水出管回流至室外冷冻水回水管；

所述热管换热器Ⅰ对应的蒸发温度A、所述热管换热器Ⅱ对应的蒸发温度B、所述热管换热器Ⅲ对应的蒸发温度C、所述热管换热器Ⅳ对应的蒸发温度D、冷冻水供水温度E、冷冻水回水温度F、热管列间空调的回风温度G、热管列间空调的出风温度H之间满足：G＞D＞F＞C＞B＞H＞A＞E。

2.根据权利要求1所述的服务器机柜多级冷却热管节能系统，其特征在于，所述水/制冷剂换热器Ⅰ的水出管与所述水/制冷剂换热器Ⅱ的水进管之间的连通管路中，水温约为(E+F)/2。

3.根据权利要求1所述的服务器机柜多级冷却热管节能系统，其特征在于，所述热管列间空调在靠近出风侧门板附近安装有根据热负荷变化情况进行无级调速的风机。

4.根据权利要求1所述的服务器机柜多级冷却热管节能系统，其特征在于，每列服务器机柜中，各所述热管列间空调的布置方向相同，当每一所述热管列间空调的出风口均朝向所述室内封闭通道模块时，所述室内封闭通道模块形成为封闭冷通道，当每一所述热管列间空调的出风口均背离所述室内封闭通道模块时，所述室内封闭通道模块形成为封闭热通道。

5.根据权利要求1所述的服务器机柜多级冷却热管节能系统，其特征在于，所述热管换热器Ⅰ、热管换热器Ⅱ、热管换热器Ⅲ、热管换热器Ⅳ采用下进上出、下进下出、或上进上出的接管方式，当采用下进上出、下进下出的接管方式时，所述热管列间空调选配有底座；当采用下进下出、上进上出时，所述热管列间空调选配有制冷剂泵驱动。

6.根据权利要求1所述的服务器机柜多级冷却热管节能系统，其特征在于，所述热管换热器Ⅰ、热管换热器Ⅱ、热管换热器Ⅲ、热管换热器Ⅳ与所述水/制冷剂换热器Ⅰ、水/制冷剂换热器Ⅱ所构成的系统中，制冷剂工质为氟利昂类制冷剂。

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