CN202711152U - 一种大规模发热服务器机柜散热制冷系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大规模发热服务器机柜散热制冷系统，包括服务器机柜和制冷机组，所述制冷机组设置在相邻两台服务器机柜之间，所述制冷机组包括换热器和设置在换热器侧面的轴流风机。本实用新型具有以下优点：制冷效率高，制冷量100%送入服务器机柜用于冷却通信设备，能有效解决传统空调的散热不均匀问题；使用灵活，可以根据目标机柜的实际需求确定合适的冗余度，实现更高密度布局；制冷量大，可以解决普通空调散热系统所无法解决的高热密度散热问题；空调风机密闭空间内气流循环，降低机房噪声，具有很好的实用性，能够解决超大规模发热芯片的制冷问题。

Description

一种大规模发热服务器机柜散热制冷系统

技术领域

    本实用新型属于服务器机柜散热制冷技术领域，尤其涉及大规模发热芯片的空调制冷系统。

背景技术

随着半导体芯片技术的高速发展，电脑处理器芯片的运算速度成倍地增长而体积却大幅缩小，但随之而来的是服务器高发热量的散热问题。特别是随着刀片服务器逐渐得到广泛应用，数据中心的部署密度正日益增加：把热插拔和冗余运用到刀片服务器之中，这些设计满足了密集计算环境对服务器性能的要求。

从表面看，与传统的机架/塔式服务器相比，刀片服务器能够最大限度地节约服务器的使用空间和费用，实现机柜优化的飞跃。但同时也造成了单个机架或机架局部单位面积发热量急剧上升，并导致机房局部“发热”的高热密度现象的产生。虽然很多刀片服务器在设计中采用了低功耗的处理器，但依旧是机房中最大的热源之一。这使得5 kW，10 kW，15 kW，20 kW，甚至是30 kW热量的机柜相继出现。因此，数据中心面临着因刀片服务器带来的局部过热而烧毁服务器及小型计算机挡机的威胁，进而可能给投资者和用户造成经济及无形资产的损失。

另一方面，超级计算机技术的发展，使超级计算机服务器机柜的发热量急剧上升，且超级计算机机柜的发热量大于刀片机机柜，可以达到60 kW和70 kW。如此高发热量的机柜，采用常规机房空调解决方案，显然无法解决超级计算机的散热问题。

因此，为解决未来更高发热密度的刀片机机柜和超级计算机机柜的散热问题，需提供大规模发热芯片的制冷解决方案。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种大规模发热服务器机柜散热制冷系统，从而为大规模发热芯片的散热提供解决方案。

技术方案：为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种大规模发热服务器机柜散热制冷系统，包括服务器机柜和制冷机组，所述制冷机组设置在相邻两台服务器机柜之间，所述制冷机组包括换热器和设置在换热器侧面的轴流风机。

由于在两台服务器机柜之间设置制冷机组，从而大大提供制冷机组换热降温效率，轴流风机采用精确送风原理将冷空气直接送入服务器机柜、气流无转向，能充分发挥换热作用。

作为优选，所述换热器为盘管换热器，包括换热铜管和设在铜管外壁的散热翅片，所述换热铜管为内螺纹管，并流通有冷冻水或乙二醇溶液，且所述换热器与轴流风机的间距小于50mm，从而可以增大换热器与轴流风机送入的空气的接触面积，提供换热效率。

作为优选，所述换热器侧面沿水平方向串联有两台轴流风机，该两台轴流风机之间的距离小于50mm，送入的空气经过串联的两台轴流风机，可以提高空气的静压力，从而提高散热降温效果，同时当某台风机出现故障，其他风机仍能正常工作。

作为优选，所述轴流风机采用紧凑型风机，从而在单位面积上具有更大的送风量，进而提高散热效果。

作为优选，所述换热器侧面布满多个轴流风机，从而将服务器机柜侧面全布满，提供强劲的散热效果。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：制冷效率高，制冷量100%送入服务器机柜用于冷却通信设备，能有效解决传统空调的散热不均匀问题；使用灵活，可以根据目标机柜的实际需求确定合适的冗余度，实现更高密度布局；制冷量大，可以解决普通空调散热系统所无法解决的高热密度散热问题；空调风机密闭空间内气流循环，降低机房噪声，具有很好的实用性，能够解决超大规模发热芯片的制冷问题。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1的俯视图。

其中，服务器机柜1、制冷机组2、换热器3、轴流风机4。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

如附图1～2所示，一种大规模发热服务器机柜1散热制冷系统，它包括服务器机柜1和制冷机组2，其中制冷机组2由换热器3和轴流风机4组成，将制冷机组2设置在两台服务器机柜1中间，其中所示换热器3采用盘管换热器3，包括换热铜管和设在铜管外壁的铝制散热翅片，所述换热铜管为内螺纹管，并流通有冷冻水或乙二醇溶液，且所述换热器3与轴流风机4的间距小于50mm，该轴流风机4采用紧凑型小型轴流风机4，例如型号为EBM 2218 F/2TDH4P，尺寸220×200×51 mm。并在换热器3侧面沿水平方向串接两台这样的轴流风机4从而可以提高气流静压，通过实验气流静压能超过400Pa，而一般的轴流风机4最多提供200Pa的静压。根据流体力学原理，同种型号的风机串联布置，风量不变，静压加倍，因此，在制冷机组2中，紧凑型轴流风机4串联后，静压加倍，因此制冷机组2能提供相比单台紧凑型风机更大的静压。大静压的气流能克服服务器机柜1的阻力而在服务器机柜1中穿行。

制冷机组2配备5排管、76列、有效长度650 mm （即5 × 76 × 650）的换热器3，载冷剂为冷冻水，并在侧面布满轴流风机4从下到上为7层，每层4个，每层两列，每列则为串联的两个轴流风机4，总风量大于16000 m³/h，单台制冷机组2能产生大于70 kW的制冷量。对于制冷机组2的整机控制流程为：风机热插拔设计，四个风机为一模块，以模块为单位进行热插拔。一个制冷机组2上有7个风机模块，一共28个风机。7个风机模块完全相同，可互换安装。可对每个风机模块的运行情况进行监控，如某模块的一个风机发生故障，能进行报警。轴流风机4为可调速，28个风机按同一风速运行。每台制冷机组2（4）有4个温度传感器检测回风温度，4个温度传感器检测送风温度。采用三通比例电磁阀控制冷源的进水流量。控制逻辑：根据回风温度和送风温度来调节水流量和风机转速。控制的原则：回风不高于38 ℃，送回风温差不高于18 ℃。电源模块为4+1冗余，每个电源模块的功率为1000 W，电源模块置于制冷机组2（4）的上部，可利用的空间大小为350 × 300 × 650 mm（H × W × D）。

工作时气流路径：第一台制冷机组2的风机吸入高热密度服务器机柜1内的芯片散发的热量，传给盘管换热器3进行散热，气流继续通过轴流风机4，经由两台串联的轴流风机4增压后，气流进入第二台服务器机柜1；形成一排服务器机柜1及制冷机组2的封闭气流组织，散去大规模发热芯片的热量。

相比传统冷冻水末端机组，能提高至少30 kW的制冷量和200 Pa的静压，且风量、冷量和静压无损失，能解决超级计算机的散热问题。制冷量提高的关键在于本实用新型采用了进行紧凑型风机，这类紧凑型轴流风机体积小、风量大，是轴流风机的最新产品，这类紧凑型轴流风机在制冷空调领域的应用非常少见。静压提高的关键在于与本实用新型采用了同种型号轴流风机串联的方案，且串联两风机之间的间距小于50 mm，如此处理能将冷冻水末端的静压加倍，充分提高机外余压，使机外余压大于400 Pa，解决了传统应用轴流风机的冷冻水机组机外余压过小的问题，这类风机串联的方案在制冷空调领域也非常少见。风量、冷量和静压无损失的关键在于本实用新型采用了循环接力送风的方案，即：空气经过服务器机柜成为低静压热风后，进入制冷机组冷却并增加为高静压冷风，再进入下一台服务器机柜再次成为低静压热风，并再进入下一台制冷机组，依次循环，能保证风量、冷量及静压无损耗，目前这类接力循环送风的机柜和空调组合方案也还未见到。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种大规模发热服务器机柜散热制冷系统，其特征在于：包括服务器机柜和制冷机组，所述制冷机组设置在相邻两台服务器机柜之间，所述制冷机组包括换热器和设置在换热器侧面的轴流风机。

2.根据权利要求1所述大规模发热服务器机柜散热制冷系统，其特征在于：所述换热器为盘管换热器，包括换热铜管和设在铜管外壁的散热翅片，所述换热铜管为内螺纹管，并流通有冷冻水或乙二醇溶液，且所述换热器与轴流风机的间距小于50mm。

3.根据权利要求1或2所述大规模发热服务器机柜散热制冷系统，其特征在于：所述换热器侧面沿水平方向串联有两台轴流风机，该两台轴流风机之间的距离小于50mm。

4.根据权利要求3所述大规模发热服务器机柜散热制冷系统，其特征在于：所述轴流风机采用紧凑型风机。

5.根据权利要求3所述大规模发热服务器机柜散热制冷系统，其特征在于：所述换热器侧面布满多个轴流风机。

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