CN114828588B - 一种两相流双循环多模式数据中心机柜散热系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种两相流双循环多模式数据中心机柜散热系统。本发明包括数据中心机柜、服务器直冷板、散热背板、蒸发器电磁阀、蒸发器电子膨胀阀、直冷板电磁阀、直冷板电子膨胀阀、直冷板总电磁阀、压缩机循环电磁阀、变频制冷剂泵、储液器、冷凝器、变频压缩机和制冷剂泵循环电磁阀；本发明具有压缩机循环和制冷剂泵循环两种可以自由切换的制冷循环方式，并且可以根据机柜散热需求、载荷大小灵活控制，选择是否打开冷板散热和蒸发器风扇散热，极大地提高了制冷量利用效率，避免了因数据中心载荷不同而造成的资源浪费。

Description

一种两相流双循环多模式数据中心机柜散热系统

技术领域

本发明属于散热系统技术领域，涉及一种两相流双循环多模式数据中心机柜散热系统。

背景技术

推进节能减排工作是应对全球气候变暖的重要途径。随着5G技术的发展和信息化时代的来临，互联网业务量不断增大，数据中心机柜中的服务器发热量也在不断加大，为保证服务器能够安全高效的运行，必须对服务器进行有效的散热降温。然而服务器并不是每时每刻都在高功率运行，其载荷变化幅度很大，在网络使用高峰期时，服务器发热量增加，在低谷期时，服务器发热量减少，但是机柜的散热系统却一直维持同样散热状态，造成服务器在低负荷运行时，机柜散热能力与服务器散热需求的失配，导致机柜散热系统能耗增大和能量利用率下降，大量的电能被无意义的浪费。

根据目前数据中心机柜散热方案，可以发现对于不同工作状态、不同散热需求的数据中心机柜，已有的散热方案不能很好的匹配其需要的制冷量，从而造成大量的资源浪费，也很难同时顾及高散热效率和低散热能耗。因此，现在的数据中心机柜需要一种具有多种模式可以根据数据中心载荷变化灵活匹配的散热方案。

发明内容

本发明的目的就是针对现有数据中心机柜散热系统的不足提供一种两相流双循环多模式数据中心机柜散热系统。能根据数据中心机柜的散热需求、载荷变化选择不同的散热模式。

本发明包括数据中心机柜、服务器直冷板、散热背板、蒸发器电磁阀、蒸发器电子膨胀阀、直冷板电磁阀、直冷板电子膨胀阀、直冷板总电磁阀、压缩机循环电磁阀、变频制冷剂泵、储液器、冷凝器、变频压缩机和制冷剂泵循环电磁阀；

数据中心机柜阵列包含多个数据中心机柜，每一个数据中心机柜内置有多个服务器直冷板，在每个服务器直冷板内铺设微型制冷剂管道，并在每个服务器直冷板入口设置有直冷板电磁阀；各层的直冷板电磁阀相互并联后与直冷板电子膨胀阀和直冷板总电磁阀相连；机柜的背部设有散热背板，散热背板包括管翅式蒸发器和蒸发器风扇，管翅式蒸发器入口设有蒸发器电磁阀和蒸发器电子膨胀阀；

储液器的出液口连接压缩机循环电磁阀入液口和变频制冷剂泵入液口，压缩机循环电磁阀和制冷剂泵的出液口均与蒸发器电子膨胀阀的入液口和直冷板电子膨胀阀的入液口连接；蒸发器电磁阀与蒸发器电子膨胀阀并联连接，直冷板电子膨胀阀和直冷板总电磁阀并联连接；蒸发器电磁阀和蒸发器电子膨胀阀的出口与散热背板的管翅式蒸发器入口相连；直冷板电子膨胀阀和直冷板总电磁阀出口与服务器直冷板入口的直冷板电子膨胀阀相连；各直冷板电磁阀连接对应的直冷板的微型制冷剂管道；管翅式蒸发器的出口、冷板微型制冷剂管道的出口、变频压缩机入口、制冷剂泵循环电磁阀的入口相连；变频压缩机和制冷剂泵循环电磁阀并联连接后连接冷凝器入口；冷凝器出口与储液器入液口相连。

所述的服务器直冷板上设置有多个CPU散热开口。

上述系统具压缩机循环和制冷剂泵循环两种循环。

通过所述的数据中心机柜、服务器直冷板、散热背板、蒸发器电子膨胀阀、直冷板电子膨胀阀、变频压缩机、冷凝器、储液器和压缩机循环电磁阀配合，形成压缩机循环；

通过所述的数据中心机柜、服务器直冷板、散热背板、蒸发器电磁阀、直冷板总电磁阀、制冷剂泵循环电磁阀、冷凝器、储液器和变频制冷剂泵配合，形成制冷剂泵循环。

采用压缩机循环对数据中心机柜进行散热时，变频制冷剂泵、制冷剂泵循环电磁阀、蒸发器电磁阀和直冷板总电磁阀关闭，变频压缩机和压缩机循环电磁阀打开；若系统使用压缩机循环运行模式一，则关闭直冷板电磁阀，仅采用蒸发器风扇对数据中心机柜进行散热；若系统使用压缩机循环运行模式二，则关闭直冷板电子膨胀阀，仅采用直冷板对数据中心机柜进行散热；若系统使用压缩机循环运行模式三，则打开蒸发器电子膨胀阀和直冷板电子膨胀阀，采用蒸发器风扇和直冷板同时对数据中心机柜进行散热。

当系统采用制冷剂泵循环对数据中心机柜进行散热时，变频压缩机、压缩机循环电磁阀、蒸发器电子膨胀阀和直冷板电子膨胀阀关闭，变频制冷剂泵和制冷剂泵循环电磁阀打开；若系统使用制冷剂泵循环运行模式一，则关闭直冷板总电磁阀，打开蒸发器电磁阀，仅采用蒸发器风扇对数据中心机柜进行散热；若系统使用制冷剂泵循环运行模式二，则关闭蒸发器电磁阀，打开直冷板总电磁阀，仅采用直冷板对数据中心机柜进行散热；若系统使用制冷剂泵循环运行模式三，则打开蒸发器电磁阀和直冷板总电磁阀，采用蒸发器风扇和直冷板同时对数据中心机柜进行散热。

本发明具有压缩机循环和制冷剂泵循环两种可以自由切换的制冷循环方式，并且可以根据机柜散热需求、载荷大小灵活控制，选择是否打开冷板散热和蒸发器风扇散热，极大地提高了制冷量利用效率，避免了因数据中心载荷不同而造成的资源浪费。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为图1中服务器直冷板结构示意图；

图3位图1中散热背板结构示意图。

具体实施方式

如图1所示,一种两相流双循环多模式数据中心机柜散热系统，包括数据中心机柜1、服务器直冷板2、散热背板3、蒸发器电磁阀4、蒸发器电子膨胀阀5、直冷板电磁阀6、直冷板电子膨胀阀7、直冷板总电磁阀8、压缩机循环电磁阀9、变频制冷剂泵10、储液器11、冷凝器12、变频压缩机13和制冷剂泵循环电磁阀14。

如图2所示，直冷板2包括微型制冷剂管道15、第一CPU散热开口16、第二CPU散热开口17和第三CPU散热处18。

如图3所示，散热背板3包括管翅式蒸发器19和蒸发器风扇20。

数据中心机柜阵列包含多个数据中心机柜1，每一个数据中心机柜1内置有多个服务器直冷板2，在每个服务器直冷板2内铺设微型制冷剂管道15，并在每个服务器直冷板2入口设置有直冷板电磁阀6；各层的直冷板电磁阀6相互并联后与直冷板电子膨胀阀7和直冷板总电磁阀8相连；机柜的背部设有散热背板3，散热背板3包括管翅式蒸发器19和蒸发器风扇20，管翅式蒸发器19入口设有蒸发器电磁阀4和蒸发器电子膨胀阀5。

储液器11的出液口连接压缩机循环电磁阀9入液口和变频制冷剂泵10入液口，压缩机循环电磁阀9和制冷剂泵10的出液口均与蒸发器电子膨胀阀5的入液口和直冷板电子膨胀阀7的入液口连接；蒸发器电磁阀4与蒸发器电子膨胀阀5并联连接，直冷板电子膨胀阀7和直冷板总电磁阀8并联连接；蒸发器电磁阀4和蒸发器电子膨胀阀5的出口与散热背板3的管翅式蒸发器19入口相连；直冷板电子膨胀阀7和直冷板总电磁阀8出口与服务器直冷板2入口的直冷板电子膨胀阀6相连；各直冷板电磁阀6连接对应的直冷板的微型制冷剂管道15；管翅式蒸发器19的出口、冷板微型制冷剂管道15的出口、变频压缩机13入口、制冷剂泵循环电磁阀14的入口相连；变频压缩机13和制冷剂泵循环电磁阀14并联连接后连接冷凝器12入口；冷凝器12出口与储液器11入液口相连，最终形成封闭的循环管路。

通过数据中心机柜1、服务器直冷板2、散热背板3、蒸发器电子膨胀阀5、直冷板电子膨胀阀7、变频压缩机13、冷凝器12、储液器11和压缩机循环电磁阀9配合，形成压缩机循环。

当系统采用压缩机循环对数据中心机柜进行散热时，变频制冷剂泵10、制冷剂泵循环电磁阀14、蒸发器电磁阀4和直冷板总电磁阀8关闭，变频压缩机13和压缩机循环电磁阀9打开；若系统使用压缩机循环运行模式一，则关闭直冷板电磁阀6，仅采用蒸发器风扇20对数据中心机柜1进行散热；若系统使用压缩机循环运行模式二，则关闭直冷板电子膨胀阀5，仅采用直冷板2对数据中心机柜1进行散热；若系统使用压缩机循环运行模式三，则打开蒸发器电子膨胀阀5和直冷板电子膨胀阀7，采用蒸发器风扇20和直冷板2同时对数据中心机柜1进行散热。

通过数据中心机柜1、服务器直冷板2、散热背板3、蒸发器电磁阀4、直冷板总电磁阀8、制冷剂泵循环电磁阀14、冷凝器12、储液器11和变频制冷剂泵10配合，形成制冷剂泵循环。

当系统采用制冷剂泵循环对数据中心机柜进行散热时，变频压缩机13、压缩机循环电磁阀9、蒸发器电子膨胀阀5和直冷板电子膨胀阀7关闭，变频制冷剂泵10和制冷剂泵循环电磁阀14打开；若系统使用制冷剂泵循环运行模式一，则关闭直冷板总电磁阀8，打开蒸发器电磁阀4，仅采用蒸发器风扇20对数据中心机柜1进行散热；若系统使用制冷剂泵循环运行模式二，则关闭蒸发器电磁阀4，打开直冷板总电磁阀8，仅采用直冷板2对数据中心机柜进行散热；若系统使用制冷剂泵循环运行模式三，则打开蒸发器电磁阀4和直冷板总电磁阀8，采用蒸发器风扇20和直冷板2同时对数据中心机柜1进行散热。

该散热系统具压缩机循环和制冷剂泵循环两种循环，每种循环都有三种运行模式，合计六种不同运行模式。

压缩机循环运行模式一(变频制冷剂泵10、制冷剂泵循环电磁阀14、蒸发器电磁阀4、直冷板电子膨胀阀7、直冷板总电磁阀8关闭，变频压缩机13、压缩机循环电磁阀9、蒸发器电子膨胀阀5打开)：制冷剂从储液器11出液口流出后经过压缩机循环电磁阀9和蒸发器电子膨胀阀5进入管翅式蒸发器19，在管翅式蒸发器19内蒸发吸热，蒸发器风扇20吹出冷风对数据中心机柜进行散热；蒸发后的制冷剂在变频压缩机13中绝热压缩后进入冷凝器12，在冷凝器12内冷凝为制冷剂液体，最终进入储液器11。

压缩机循环运行模式二(变频制冷剂泵10、制冷剂泵循环电磁阀14、蒸发器电磁阀4、蒸发器电子膨胀阀5、直冷板总电磁阀8关闭，变频压缩机13、压缩机循环电磁阀9、直冷板电子膨胀阀7打开)：制冷剂从储液器11出液口流出后经过压缩机循环电磁阀9、直冷板电子膨胀阀7和直冷板电磁阀6进入各层的直冷板微型制冷剂管道15，在微型制冷剂管道15内蒸发吸热，带走服务器主板产生的热量；蒸发后的制冷剂在变频压缩机13中绝热压缩后进入冷凝器12，在冷凝器12内冷凝为制冷剂液体，最终进入储液器11。

压缩机循环运行模式三(变频制冷剂泵10、制冷剂泵循环电磁阀14、蒸发器电磁阀4、直冷板总电磁阀8关闭，变频压缩机13、压缩机循环电磁阀9、蒸发器电子膨胀阀5、直冷板电子膨胀阀7打开)：制冷剂从储液器11出液口流出后经过压缩机循环电磁阀9进入蒸发器电子膨胀阀5和直冷板电子膨胀阀7，从蒸发器电子膨胀阀5流出的制冷剂进入管翅式蒸发器19，在管翅式蒸发器19内蒸发吸热，蒸发器风扇20吹出冷风对数据中心机柜进行散热；从直冷板电子膨胀阀7流出的制冷剂经过各层的直冷板电磁阀6进入直冷板微型制冷剂管道15，在微型制冷剂管道15内蒸发吸热，带走服务器主板产生的热量；在直冷板微型制冷剂管道15和管翅式蒸发器19内蒸发后的制冷剂在变频压缩机13中绝热压缩后进入冷凝器12，在冷凝器12内冷凝为制冷剂液体，最终进入储液器11。

制冷剂泵循环运行模式一(变频压缩机13、压缩机循环电磁阀9、蒸发器电子膨胀阀5、直冷板电子膨胀阀7、直冷板总电磁阀8关闭，变频制冷剂泵10、制冷剂泵循环电磁阀14、蒸发器电磁阀4打开)：制冷剂从储液器11流出后经过变频制冷剂泵10和蒸发器电磁阀4进入管翅式蒸发器19，在管翅式蒸发器19内蒸发吸热，蒸发器风扇20吹出冷风对数据中心机柜进行散热；蒸发后的制冷剂经过制冷剂泵循环电磁阀14进入冷凝器12，在冷凝器12内冷凝为制冷剂液体，最终进入储液器11。

制冷剂泵循环运行模式二(变频压缩机13、压缩机循环电磁阀9、蒸发器电磁阀4、蒸发器电子膨胀阀5、直冷板电子膨胀阀7关闭，变频制冷剂泵10、制冷剂泵循环电磁阀14、直冷板总电磁阀8打开)：制冷剂从储液器11流出后经过变频制冷剂泵10、直冷板总电磁阀8和直冷板电磁阀6进入直冷板微型制冷剂管道15，在微型制冷剂管道15内蒸发吸热，带走服务器主板产生的热量；蒸发后的制冷剂经过制冷剂泵循环电磁阀14进入冷凝器12，在冷凝器12内冷凝为制冷剂液体，最终进入储液器11。

制冷剂泵循环运行模式三(变频压缩机13、压缩机循环电磁阀9、蒸发器电子膨胀阀5、直冷板电子膨胀阀7关闭，变频制冷剂泵10、制冷剂泵循环电磁阀14、蒸发器电磁阀4、直冷板总电磁阀8打开)：制冷剂从储液器11流出后经过变频制冷剂泵10进入蒸发器电磁阀4和直冷板总电磁阀8，从蒸发器电磁阀4流出的制冷剂进入管翅式蒸发器19，在管翅式蒸发器19内蒸发吸热，蒸发器风扇20吹出冷风对数据中心机柜进行散热；从直冷板总电磁阀8流出的制冷剂经过各层的直冷板电磁阀6进入直冷板微型制冷剂管道15，在微型制冷剂管道15内蒸发吸热，带走服务器主板产生的热量；在直冷板微型制冷剂管道15和管翅式蒸发器19内蒸发后的制冷剂经过制冷剂泵循环电磁阀14进入冷凝器12，在冷凝器12内冷凝为制冷剂液体，最终进入储液器11。

Claims (6)

1.一种两相流双循环多模式数据中心机柜散热系统，其特征在于：

包括数据中心机柜、服务器直冷板、散热背板、蒸发器电磁阀、蒸发器电子膨胀阀、直冷板电磁阀、直冷板电子膨胀阀、直冷板总电磁阀、压缩机循环电磁阀、变频制冷剂泵、储液器、冷凝器、变频压缩机和制冷剂泵循环电磁阀；

数据中心机柜阵列包含多个数据中心机柜，每一个数据中心机柜内置有多个服务器直冷板，在每个服务器直冷板内铺设微型制冷剂管道，并在每个服务器直冷板入口设置有直冷板电磁阀；各层的直冷板电磁阀相互并联后与直冷板电子膨胀阀和直冷板总电磁阀相连；机柜的背部设有散热背板，散热背板包括管翅式蒸发器和蒸发器风扇，管翅式蒸发器入口设有蒸发器电磁阀和蒸发器电子膨胀阀；

储液器的出液口连接压缩机循环电磁阀入液口和变频制冷剂泵入液口，压缩机循环电磁阀和制冷剂泵的出液口均与蒸发器电子膨胀阀的入液口和直冷板电子膨胀阀的入液口连接；蒸发器电磁阀与蒸发器电子膨胀阀并联连接，直冷板电子膨胀阀和直冷板总电磁阀并联连接；蒸发器电磁阀和蒸发器电子膨胀阀的出口与散热背板的管翅式蒸发器入口相连；直冷板电子膨胀阀和直冷板总电磁阀出口与服务器直冷板入口的直冷板电子膨胀阀相连；各直冷板电磁阀连接对应的直冷板的微型制冷剂管道；管翅式蒸发器的出口、冷板微型制冷剂管道的出口、变频压缩机入口、制冷剂泵循环电磁阀的入口相连；变频压缩机和制冷剂泵循环电磁阀并联连接后连接冷凝器入口；冷凝器出口与储液器入液口相连。

2.如权利要求1所述的两相流双循环多模式数据中心机柜散热系统，其特征在于：所述的服务器直冷板上设置有多个CPU散热开口。

3.如权利要求1所述的两相流双循环多模式数据中心机柜散热系统，其特征在于：具压缩机循环和制冷剂泵循环两种循环。

4.如权利要求3所述的两相流双循环多模式数据中心机柜散热系统，其特征在于：通过所述的数据中心机柜、服务器直冷板、散热背板、蒸发器电子膨胀阀、直冷板电子膨胀阀、变频压缩机、冷凝器、储液器和压缩机循环电磁阀配合，形成压缩机循环；

通过所述的数据中心机柜、服务器直冷板、散热背板、蒸发器电磁阀、直冷板总电磁阀、制冷剂泵循环电磁阀、冷凝器、储液器和变频制冷剂泵配合，形成制冷剂泵循环。

5.如权利要求4所述的两相流双循环多模式数据中心机柜散热系统，其特征在于：

采用压缩机循环对数据中心机柜进行散热时，变频制冷剂泵、制冷剂泵循环电磁阀、蒸发器电磁阀和直冷板总电磁阀关闭，变频压缩机和压缩机循环电磁阀打开；若系统使用压缩机循环运行模式一，则关闭直冷板电磁阀，仅采用蒸发器风扇对数据中心机柜进行散热；若系统使用压缩机循环运行模式二，则关闭直冷板电子膨胀阀，仅采用直冷板对数据中心机柜进行散热；若系统使用压缩机循环运行模式三，则打开蒸发器电子膨胀阀和直冷板电子膨胀阀，采用蒸发器风扇和直冷板同时对数据中心机柜进行散热。

6.如权利要求4所述的两相流双循环多模式数据中心机柜散热系统，其特征在于：

当系统采用制冷剂泵循环对数据中心机柜进行散热时，变频压缩机、压缩机循环电磁阀、蒸发器电子膨胀阀和直冷板电子膨胀阀关闭，变频制冷剂泵和制冷剂泵循环电磁阀打开；若系统使用制冷剂泵循环运行模式一，则关闭直冷板总电磁阀，打开蒸发器电磁阀，仅采用蒸发器风扇对数据中心机柜进行散热；若系统使用制冷剂泵循环运行模式二，则关闭蒸发器电磁阀，打开直冷板总电磁阀，仅采用直冷板对数据中心机柜进行散热；若系统使用制冷剂泵循环运行模式三，则打开蒸发器电磁阀和直冷板总电磁阀，采用蒸发器风扇和直冷板同时对数据中心机柜进行散热。