CN203615671U - 一种机柜服务器散热用前板系统 - Google Patents

一种机柜服务器散热用前板系统 Download PDF

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李敏华
邱育群
张镇城
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Abstract

一种机柜服务器散热用前板系统,包括一个以上换热前板、服务器机柜、连接球阀、连接软管、进液总管、出气/回水总管、中间换热器、储液器、储液器进/出液管、阀门、连接管、氟泵、冷水机组、回水管、出水管、水泵、流量调节阀;其特征在于换热前板、连接球阀、连接软管、进液总管、出气/回水总管、阀门、中间换热器、储液器、储液器进/出液管、氟泵串联组成冷媒制冷剂循环系统;中间换热器、阀门、回水管、冷水机组、出水管、水泵串联组成冷冻水冷却循环系统。本实用新型实现缩短机柜冷风输送距离和精确送风,解决机房局部过热问题,同时具备机房内部无动力运行模式,满足按需供冷的节能理念,系统具有安全可靠、运行无噪音、节省空间和环保的特点。

Description

一种机柜服务器散热用前板系统
技术领域
[0001] 本实用新型涉及互联网数据中心机柜服务的散热技术领域,尤其涉及一种具备依靠重力运行、采用氟泵运行和直接利用冷冻水运行三种模式的机柜服务器散热用前板系统。
背景技术
[0002] 随着IDC互联网数据中心机房高密度机柜的不断增加,设备的集成度越来越高,处理能力也逐渐增高,但设备的功率消耗也随之增大,导致机柜内设备的发热量越多。据统计,目前国内大型IDC机房内机柜服务器发热量大,且基本为全年8760h运行,对于不采用新风的机房而言,全年均需供冷,导致空调系统能耗巨大,其空调能耗约占数据机房整体能耗的40%〜50%。
[0003] 因传统机房精密空调需通过压缩制冷循环再将室内空气冷却,通过架空地板通道送入机房内,该模式已不满足现代化机房高密度机柜的制冷需求,出现了局部过热、耗电量大、机房空调能耗过高、噪音大等问题。尤其是大型互联网数据中心,其发热源是摆放于机柜里的服务器,空气经由机柜前部进入机柜,经过服务器加热后高温空气被服务器自带的风机由机柜后门吹出,进入机房空间环境。如果机房的散热问题解决不好,就会严重威胁机房设备的安全运行。因此如何在满足设备使用要求的情况下,有效降低机房内空调系统的能耗是空调行业和数据机房运营行业面临的一个重要问题。
[0004] 从节能角度考虑,目前有直接采用将室外空气引入室内为机房降温的方案,其优点是制冷效率高、初投资低、能耗低,但缺点是引入室外冷空气后,使得室内空气洁净度、湿度难以保证,带来了安全隐患,后期运行维护量较大。另外也有采用气气蜂窝式换热器,将热管热空气与室外冷空气间接换热,从而降低机房内温度;其优点是在利用室外冷源时不引入室外的空气,不影响机房内的空气的洁净度和湿度,缺点是初投资相对较高,换热器结构比较复杂,容易堵塞,需要定期清洗,维护工作量大。
实用新型内容
[0005] 本实用新型的目的旨在提供一种机柜服务器散热用前板系统,可以高效解决服务器局部过热和存在热点的难题,具有无电力需求、运行无噪音、安全环保等特点,可以整体提高空调系统的运行效率,实现数据机房空调节能增效、安全可靠的目的。
[0006] 按此目的设计的一种机柜服务器散热用前板系统,包括一个以上换热前板、服务器机柜、连接球阀、连接软管、进液总管、出气/回水总管、中间换热器、储液器、储液器进/出液管、阀门、连接管、氟泵、冷水机组、回水管、出水管、水泵、流量调节阀;其特征在于换热前板、连接球阀、连接软管、进液总管、出气/回水总管、阀门、中间换热器、储液器、储液器进/出液管、氟泵串联组成冷媒制冷剂循环系统;中间换热器、阀门、回水管、冷水机组、出水管、水泵串联组成冷冻水冷却循环系统。
[0007] 所述连接管为9个,阀门为10个;连接球阀包括进液侧连接球阀和出气/回水侧连接球阀;连接软管包括进液连接软管和出气/回水连接软管;水泵包括第一水泵和第二水泵;储液器设有储液器进口和出口,分别与储液器进液管和储液器出液管连接。
[0008] 所述第二阀门、第二连接管、氟泵、第三连接管、第三阀门串联组成氟泵运行管路,其中氟泵为动力循环源;储液器出液管、第一阀门、第一连接管串联后与氟泵运行管路并联组成储液器与进液总管的流通管路。
[0009] 所述进液总管、进液侧连接球阀、进液连接软管、换热前板、出气/回水侧连接球阀、出气/回水连接软管、出气/回水总管、第四阀门、中间换热器、储液器进液管、储液器与流通管路串联组成冷媒制冷剂循环系统。
[0010] 所述冷水机组、出水管、第六阀门、第一水泵、中间换热器、第五阀门、回水管串联组成冷冻水冷却循环系统。
[0011] 所述第四连接管、第七阀门、第五连接管、第二水泵、第六连接管、第八阀门串联组成直接利用冷冻水模式进水支管;第七连接管、第九阀门、第八连接管、流量调节阀、第九连接管、第十阀门串联组成直接利用冷冻水模式回水支管。
[0012] 所述前板系统具备依靠重力运行、采用氟泵运行和直接利用冷冻水运行三种模式,其中采用依靠重力运行模式时,中间换热器的安装最低位置高于机房服务器机柜的换热前板的最高位置。
[0013] 所述冷媒制冷剂循环系统中一个中间换热器匹配6-9个换热前板,中间换热器包括板式换热器、管壳式换热器、套管式换热器,换热前板包括铜管套招翅片换热前板、铜管套铜翅片换热前板和微通道换热前板,安装于机柜的发热设备的进风侧;换热前板包括有风扇和无风扇两种形式。
[0014] 所述连接球阀一端通过焊接与换热前板连接,另一端与连接软管连接;连接软管为螺纹连接软管,螺纹连接软管两端均为内螺纹结构,通过螺纹分别与带螺纹的进液侧连接球阀和带螺纹的出气/回水侧连接球阀连接;螺纹连接软管主体为橡胶柔性管;或者,连接软管为快速接头连接软管、径向密封快速接头连接软管。
[0015] 所述冷水机组包括水冷冷水机组、风冷冷水机组,具有冷冻水出口和进口,分别与出水管和回水管连接;
[0016] 所述冷媒制冷剂循环系统中采用的换热介质为R22、R134a、R410A、R407C中的任何一种;
[0017] 所述冷冻水冷却循环系统、冷冻水模式进水支管和冷冻水模式回水支管中的冷冻水为纯净水或加防冻液的水溶液。
[0018] 本实用新型采用缩短机柜冷风输送距离和精确送风的方法,解决机房局部过热问题,同时具备机房内部无动力运行模式,满足按需供冷的节能理念,系统具有安全可靠、运行无噪音、节省空间和环保的特点。
附图说明
[0019] 图1为机柜服务器散热用前板系统机房室内设备连接示意图;
[0020] 图2为机柜服务器散热用前板系统依靠重力运行示意图;
[0021] 图3为机柜服务器散热用前板系统采用氟泵运行示意图;
[0022] 图4为机柜服务器散热用前板系统直接利用冷冻水运行示意图。[0023] 图中:1.换热前板,2.服务器机柜,3.进液侧连接球阀,4.出气/回水侧连接球阀,5.进液连接软管,6.出气/回水连接软管,7.进液总管,8.出气/回水总管,9.中间换热器,10.储液器,11.储液器进液管,12.储液器出液管,13.第一阀门,14.第一连接管,15.第二阀门,16.第三阀门,17.氟泵,18.第二连接管,19.第三连接管,20.第四阀门,21.冷水机组,22.回水管,23.出水管,24.第五阀门,25.第一水泵,26.第六阀门,27.第四连接管,28.第七阀门,29.第五连接管,30.第二水泵,31.第六连接管,32.第八阀门,33.第七连接管,34.第九阀门,35.第八连接管,36.流量调节阀,37.第九连接管,38.第十阀门,A.机柜进风侧,B.机柜出风侧。图中阀门涂黑状态时为关闭状态,否则为连通状态。
具体实施方式
[0024] 下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述。
[0025] 参见图1-图4,一种机柜服务器散热用前板系统,包括一个以上换热前板1、服务器机柜2、连接球阀、连接软管、进液总管7、出气/回水总管8、中间换热器9、储液器10、储液器进/出液管、阀门、连接管、氟泵17、冷水机组21、回水管22、出水管23、水泵、流量调节阀36 ;连接管为9个,阀门为10个;连接球阀包括进液侧连接球阀3和出气/回水侧连接球阀4 ;连接软管包括进液连接软管5和出气/回水连接软管6 ;水泵包括第一水泵25和第二水泵30,水泵为水系统循环动力,流量调节阀36可根据机房服务器的能耗自动调节冷媒水循环量,实现节能控制。储液器10用于存储液相冷媒制冷剂,设有储液器进口和出口,分别与储液器进液管11和储液器出液管12连接。
[0026] 第二阀门15、第二连接管18、氟泵17、第三连接管19、第三阀门16串联组成氟泵运行管路,其中氟泵17为动力循环源;储液器出液管11、第一阀门13、第一连接管14串联后与氟泵运行管路并联组成储液器10与进液总管7的流通管路。进液总管7、进液侧连接球阀3、进液连接软管5、换热前板1、出气/回水侧连接球阀4、出气/回水连接软管6、出气/回水总管8、第四阀门20、中间换热器9、储液器进液管11、储液器10与流通管路串联组成冷媒制冷剂循环系统。
[0027] 冷水机组21、出水管23、第六阀门26、第一水泵25、中间换热器9、第五阀门24、回水管22串联组成冷冻水冷却循环系统。
[0028] 第四连接管27、第七阀门28、第五连接管29、第二水泵30、第六连接管31、第八阀门35串联组成直接利用冷冻水模式进水支管;第七连接管33、第九阀门34、第八连接管35、流量调节阀36、第九连接管37、第十阀门38串联组成直接利用冷冻水模式回水支管。
[0029] 前板系统具备依靠重力运行、采用氟泵17运行和直接利用冷冻水运行三种模式,其中采用依靠重力运行模式时,中间换热器9的安装最低位置高于机房服务器机柜2的换热前板I的最高位置,以便于中间换热器9内的液相冷媒制冷剂能够在重力作用下自动回流至换热前板I内,实现无需增加动力自动运行。采用氟泵17运行或直接利用冷冻水运行模式中间换热器9的安装位置与机房服务器机柜2的换热前板I无关,系统依靠氟泵17或水泵提供的动力运行。
[0030] 冷媒制冷剂循环系统中一个中间换热器9匹配6-9个换热前板1,中间换热器9包括板式换热器、管壳式换热器、套管式换热器,换热前板I包括铜管套招翅片换热前板、铜管套铜翅片换热前板和微通道换热前板,安装于服务器机柜2的发热设备的进风侧,可实现与机柜自然配合,进出管采用软管连接可随意开关前门而不影响机柜内设备的维护工作;换热前板I包括有风扇和无风扇两种形式。连接球阀一端通过焊接与换热前板I连接,另一端与连接软管连接;连接软管为螺纹连接软管,螺纹连接软管两端均为内螺纹结构,通过螺纹分别与带螺纹的进液侧连接球阀3和带螺纹的出气/回水侧连接球阀4连接;螺纹连接软管主体为橡胶柔性管。
[0031] 冷水机组21包括水冷冷水机组、风冷冷水机组,具有冷冻水出口和进口,分别与出水管23和回水管22连接。冷媒制冷剂循环系统中采用的换热介质为R22、R134a、R410A、R407C中的任何一种。冷冻水冷却循环系统、冷冻水模式进水支管和冷冻水模式回水支管中的冷冻水为纯净水或加防冻液的水溶液。
[0032] 在服务器机柜内置风扇的作用下,机柜进风侧的热空气先通过换热前板I与其内部的换热工作进行热交换形成冷空气,再进入机柜内部并对其内的服务器进行降温,吸热后的空气在风扇作用下排出机柜,排气侧的热空气在机房机柜进出风形成正负压的作用下自动回流至进风侧完成室内空气循环。
[0033] 采用缩短机柜冷风输送距离和精确送风的方法,在不增加能耗的基础上,可大大缩短数据机房机柜散热的冷、热端距离,有效提高机房空调系统的供冷和换热效率。另外,换热前板I内部为冷媒制冷剂时,系统因为具备自适应平衡的特点,可有效消除信息机房内的局部热点;当换热前板I内部为冷媒水时,可通过安装于系统中的流量调节阀36自动调节循环水量,在解决机房局部过热问题的前提下同时满足节能理念,系统具有安全可靠、运行无噪音、节省空间和环保的特点。
[0034] 参见图1,机柜服务器散热用前板系统机房室内设备连接运行过程:
[0035]当换热前板I内换热工质为冷媒制冷剂时:机房外设备提供的液相冷媒进入进液总管7,再依次通过带螺纹的进液侧连接球阀3a、进液螺纹连接软管5、带螺纹的进液侧连接球阀3b进入换热前板I。液相冷媒在换热前板I的内置换热管内均匀分布并吸收流经前板热空气的热量后,在换热管内由液态相变为气态,气化后的制冷剂依次通过带螺纹的出气/回水侧连接球阀4a、出气/回水螺纹连接软管6、带螺纹的出气/回水侧连接球阀4b后进入出气/回水总管8。总管8内的气态制冷剂再通过机房外设备的热交换处理由气态转变为液态,最终再进入进液总管7,进而完成制冷剂循环。
[0036]当换热前板I内换热工质为冷媒水时:机房外设备提供的低温冷媒水进入进液总管7,再依次通过带螺纹的进液侧连接球阀3a、进液螺纹连接软管5、带螺纹的进液侧连接球阀3b进入换热前板I。低温冷媒水在换热前板I的内置换热管内均匀分布并吸收流经前板热空气的热量后升温,换热升温后的冷媒水依次通过带螺纹的出气/回水侧连接球阀4a、出气/回水螺纹连接软管6、带螺纹的出气/回水侧连接球阀4b后进入出气/回水总管8。总管8内的冷媒水再通过机房外设备的热交换处理转变为低温冷媒水,最终再进入进液总管7,进而完成冷媒水机房室内循环。
[0037] 在服务器机柜2内置风扇的作用下(含以上两种方案),A区热空气先通过换热前板I与其内部的换热工作进行热交换形成冷空气,在进入机柜内部并对其内的服务器进行降温,吸热后的空气在风扇作用下排出机柜达到B区;而B区热空气在机房机柜进出风形成正负压的作用下自动回流至A区完成室内空气循环。
[0038] 参见图2,机柜服务器散热用前板系统依靠重力运行过程:[0039] 换热前板I内换热工质为冷媒制冷剂,且中间换热器9的安装高度高于机房室内的换热前板I的高度。系统根据模式自动关闭第二阀门15、氟泵17、第三阀门16、第七阀门28、第二水泵30、第八阀门32、第九阀门34、流量调节阀36、第十阀门38,其余阀门和水泵正常开启。出气/回水总管8内的气态制冷剂经阀门4进入中间换热器9,被冷却为液态制冷剂后依靠重力作用自行经储液器进液管11进入储液器10,再经储液器出液管12、第一阀门13、第一连接管14进入进液总管7,再按照换热前板I内换热工质为冷媒制冷剂的附图1模式运行,进而完成制冷剂重力换热循环。
[0040] 冷水机组21提供的低温冷冻水依次经出水管23、第六阀门26、第一水泵25后进入中间换热器9,吸收制冷剂热量并将其液化,升温后的冷冻水经第五阀门24、回水管22返回冷水机组21,经换热后形成低温冷冻水再次进入出水管完成循环。
[0041] 参见图3,机柜服务器散热用前板系统采用氟泵运行过程:
[0042] 换热前板I内换热工质为冷媒制冷剂,中间换热器9的安装高度与机房室内的换热前板I的高度无关。系统根据模式自动关闭第一阀门13、第七阀门28、第二水泵30、第八阀门32、第九阀门34、流量调节阀36、第十阀门38,其余阀门和水泵正常开启。出气/回水总管8内的气态制冷剂经阀门4进入中间换热器9,被冷却为液态的制冷剂在氟泵17的作用下,经储液器进液管11进入储液器10,再经储液器出液管12、第二阀门15、第二连接管18、氟泵17、第三连接管19、第三阀门16、第一连接管14进入进液总管7,再按照换热前板I内换热工质为冷媒制冷剂的附图1模式运行,进而完成制冷剂重力换热循环。
[0043] 冷水机组21提供的低温冷冻水依次经出水管23、第六阀门26、第一水泵25后进入中间换热器9,吸收制冷剂热量并将其液化,升温后的冷冻水经第五阀门24、回水管22返回冷水机组21,经换热后形成低温冷冻水再次进入出水管23完成循环。
[0044] 参见图4,机柜服务器散热用前板系统直接利用冷冻水运行过程:
[0045] 换热前板I内换热工质为循环冷媒水,中间换热器9的安装高度与机房室内的换热前板I的高度无关。系统根据模式自动关闭第一阀门13、第二阀门15、第三阀门16、氟泵17、第四阀门20、第五阀门24、第六阀门26、第一水泵25,其余阀门和水泵正常开启。总管8内的冷媒水在第二水泵30的作用下,依次通过第七连接管33、第九阀门34、第八连接管35、流量调节阀36、第九连接管37、第十阀门38、回水管22进入冷水机组21。经换热形成低温冷媒水依次经出水管23、第四连接管27、第七阀门28、第五连接管29、第二水泵30、第六连接管31、第八阀门32后进入进液总管7。再按照换热前板I内换热工质为冷媒水时附图1的模式运行,升温后的冷媒水再次进入出气/回水总管8,进而完成前板系统直接利用冷冻水换热循环。
[0046] 以上所述的具体实施案例是对本实用新型技术方案的进行了进一步详细说明,但并不限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机柜服务器散热用前板系统,包括一个以上换热前板(I)、服务器机柜(2)、连接球阀、连接软管、进液总管(7)、出气/回水总管(8)、中间换热器(9)、储液器(10)、储液器进/出液管、阀门、连接管、氟泵(17)、冷水机组(21)、回水管(22)、出水管(23)、水泵、流量调节阀(36);其特征在于换热前板、连接球阀、连接软管、进液总管、出气/回水总管、阀门、中间换热器、储液器、储液器进/出液管、氟泵串联组成冷媒制冷剂循环系统;中间换热器、阀门、回水管、冷水机组、出水管、水泵串联组成冷冻水冷却循环系统。
2.根据权利要求1所述的机柜服务器散热用前板系统,其特征在于所述连接管为9个,阀门为10个;连接球阀包括进液侧连接球阀(3)和出气/回水侧连接球阀(4);连接软管包括进液连接软管(5 )和出气/回水连接软管(6 );水泵包括第一水泵(25 )和第二水泵(30 );储液器(10 )设有储液器进口和出口,分别与储液器进液管(11)和储液器出液管(12 )连接。
3.根据权利要求2所述的机柜服务器散热用前板系统,其特征在于第二阀门(15)、第二连接管(18)、氟泵(17)、第三连接管(19)、第三阀门(16)串联组成氟泵运行管路,其中氟泵为动力循环源;储液器出液管(12)、第一阀门(13)、第一连接管(14)串联后与氟泵运行管路并联组成储液器(10)与进液总管(7)的流通管路。
4.根据权利要求3所述的机柜服务器散热用前板系统,其特征在于所述进液总管(7)、进液侧连接球阀(3 )、进液连接软管(5 )、换热前板(I)、出气/回水侧连接球阀(4 )、出气/回水连接软管(6)、出气/回水总管(8)、第四阀门(20)、中间换热器(9)、储液器进液管(11)、储液器(10)与流通管路串联组成冷媒制冷剂循环系统。
5.根据权利要求2-4任一项所述的机柜服务器散热用前板系统,其特征在于所述冷水机组(21)、出水管(23 )、第六阀门(26)、第一水泵(25)、中间换热器(9)、第五阀门(24)、回水管(22)串联组成冷冻水冷却循环系统。
6.根据权利要求5所述的机柜服务器散热用前板系统,其特征在于第四连接管(27)、第七阀门(28)、第五连接管(29)、第二水泵(30)、第六连接管(31)、第八阀门(32)串联组成直接利用冷冻水模式进水支管;第七连接管(33)、第九阀门(34)、第八连接管(35)、流量调节阀(36)、第九连接管(37)、第十阀门(38)串联组成直接利用冷冻水模式回水支管。
7.根据权利要求6所述的机柜服务器散热用前板系统,其特征在于所述前板系统具备依靠重力运行、采用氟泵(17)运行和直接利用冷冻水运行三种模式,其中采用依靠重力运行模式时,中间换热器(9)的安装最低位置高于机房服务器机柜(2)的换热前板(I)的最高位置。
8.根据权利要求7所述的机柜服务器散热用前板系统,其特征在于所述冷媒制冷剂循环系统中一个中间换热器(9)匹配6-9个换热前板(1),中间换热器包括板式换热器、管壳式换热器、套管式换热器,换热前板包括铜管套招翅片换热前板、铜管套铜翅片换热前板和微通道换热前板,安装于机柜的发热设备的进风侧;换热前板包括有风扇和无风扇两种形式。
9.根据权利要求8所述的机柜服务器散热用前板系统,其特征在于所述连接球阀一端通过焊接与换热前板连接,另一端与连接软管连接;连接软管为螺纹连接软管,螺纹连接软管两端均为内螺纹结构,通过螺纹分别与带螺纹的进液侧连接球阀和带螺纹的出气/回水侧连接球阀连接;螺纹连接软管主体为橡胶柔性管;或者,连接软管为快速接头连接软管、径向密封快速接头连接软管。
10.根据权利要求9所述的机柜服务器散热用前板系统,其特征在于所述冷水机组(21)包括水冷冷水机组、风冷冷水机组,具有冷冻水出口和进口,分别与出水管(23 )和回水管(22)连接; 所述冷媒制冷剂循环系统中采用的换热介质为R22、R134a、R410A、R407C中的任何一种; 所述冷冻水冷却循环系统、冷冻水模式进水支管和冷冻水模式回水支管中的冷冻水为纯净水或加防冻液的水溶液。
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