CN204026888U - 自然对流热管机组散热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自然对流热管机组散热系统，包括设置在机房外的冷凝器室外机、机房内的蒸发器室内机、连接机组的路管、机组控制器以及依工况需要可选择设置的氟泵等。以靠近机房服务器机柜实现就近冷却的思路，采用热管技术原理在在机组内充满循环工质，防止将水引入机房的风险，同时热管室内机安装于服务器机柜上方，不设置风机，依靠热通道内高温空气受热浮力上升流经热管内机，完成机房高温空与热管室内机内循环工质的自然对流热交换，降低机房内温度，余热通过此热管机组出室外。本实用新型采用热管循环工质，防止了将水引水机房的风险，同时室内部分热管室内机不带风机，室内机功耗为零，且无动运部件，运行具有良好的节能性和稳定性表现。

Description

自然对流热管机组散热系统

技术领域

本实用新型涉及电子信息系统机房排热领域，特别涉及适用于高散热密度机房或有局部有热点机房的热管机组及其系统。

背景技术

近年来我国电子信息系统机房行业发展迅速，机房内的服务器设备发热量更大，但对PUE值追求更小，为了保证机房内的服务器设备稳定、节能的运行在适宜的环境温度下，对各类机房排热降温设备提出更高要求，同时亦是促其发展。

当前国内高散热密度机房的节能型排热方式主要有以下几种。

其一是精密空调地板送风加冷通道或热通道封闭。此方式是当前采用最多的，优点是系统设计简单，实现了均匀送风及冷热风的隔离，提高回风温度，减小了冷量的衰减。缺点是受送风量限制，单台机柜冷量受限，同时考虑气流组织和结构布局，空调一般布置在房间端侧，送风距离远，有较大的风机功耗。

其二是精密空调精确送风，采用空调通过风管系统将冷风直接送入机柜，优点是风量增大提出了机柜容量，并按需送风，使机柜运行在较理想状态。缺点是，风管系统比地板送风系统有更大的风阻，提高了风机的功耗，对风管的设计和调节有更高的要求。

其三是采用行间空调方式，行间空调布置在机柜中间，实现就近送冷风。优点是送风距离近，风量大，可以较小风机功耗提高冷风，较好的解决局部热点问题。缺点是行间空调占用一个机柜的位置，减少了机柜布置数量，同时如果采用水冷的行间空调，则有将水引入机房的风险。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的风机功耗大、水入机房存在风险的问题，本实用新型提出一种自然对流热管散热系统，可以满足机房内服务器机柜的排热需求，以靠近机房服务器机柜实现就近冷却的思路，采用热管技术防止将水引入机房的风险，同时热管室内机安装于服务器机柜上方，不设置风机，依靠空气受热浮力与热管内机完成自然对流换热，完全节省室内风机功耗。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

自然对流热管机组及其系统，适用于电子信息系统机房的排热，自然对流热管机组包括设置在机房外的热管室外机、机房内的热管室内机、连接机组的路管、机组控制器以及依工况需要可选择设置的氟泵。自然对流热管机组与电子信息系统机房内的服务器机柜、热通道封闭等部件组成自然对流热管机组系统。其特征在于：

所述自然对流热管机组各部件由管道连，组成系统，管道包含了阀门等，内部充满低温工质，低温工质在系统内循环，通过室内机吸收机房热量，通过管道将热量循环到室外机排出。

进一步的，所述的自然对流热管机组的低温工质采用为R134a，R407c，R410a，R22，R714中的至少一种或组合。

进一步的，所述的自然对流热管机组的室内机，安装在服务器机柜的上部，与服务器机柜背部的热通道组成封闭空间，由服务器机柜排出的高温空气在热通道内上升，与热管热管室内机进行自然对流热交换，降低温度后的冷空气排向机柜前部，不设风机，形成自然循环，排出余热。

进一步的，所述的热管室内机，即可设置风机，但如果设置了风机，则室内机的蒸发换热变成了强制对流，可以提高部分换热量，同时亦不受限热通道封闭，也可以安装成冷通道封闭，但增加风机必然有功耗。

进一步的，所述的热管室内机，其台数为一台或多台，由连接机组的管路连接各设备。受管路主管径限制和低温工质水力平衡等多因素的影响，一般室内机台数不超过三台，特殊情况不限，如室内机大于一台，则构成多联热管机组。

进一步的，所述的热管室内机，其单台设备的长度与服务器机柜的宽度相等或成倍数关系。如一台机柜上部设置一台热管室内机或几台机柜上部共设一台热管室内机，便于有效利用空间，从经验上看，一般单台热管室内机的长度不越过2.4米，即四台标准600mm机柜或三台宽体800mm机柜的总宽度，特殊情况不限。

进一步的，所述的热管室内机，其单台设备的高度和厚度的设计受室内机换设计换热量的影响。

进一步的，所述的热管室内机包括下部的接水盘，用于收集排出室内机的冷凝水，包括了冷凝水排出管路。自然对流热管机组从系统设计上为全显热，电子信息系统机房采用温湿度独立控制，热管室内机不产生冷凝水，但为防不可遇见的突变工况发生，设置接水盘。

进一步的，所述的热管室内机，在安装上形成了热通道封闭，且没有风机，相应的要求封闭空间实完整，对于服务器机柜上进行未使用区域端口的封闭，及其它的措施，减小热气回流。

进一步的，所述的热管室内机，安装在服务器机柜的上部，机柜下部可以不安装常规的高架静电地板，节约了成本。同时弱电、强电全部上部进出线，方便了检修。

进一步的，所述的热管热管室外机，安装在机房外部区域，与电子信息系统机房进行隔离。热管室外机负责将热管循环工质进行降温，将热量排出，在室外机侧，与热管循环工质进行热交换的可是以空气、水或其它流体。常用为空气或水或氟，即为空气冷却冷凝型室外机，水冷却型冷凝室外机或氟冷却型室外机，热管内的循环工质在经过室外机后被冷却为低温液态工质。

进一步的，所述的热管室个机的台数，常规为一台，当为空气冷却器时，也可以采用多台。

进一步的，所述的热管的可选择设置的氟泵，主要用于多台热管室内机时，提供额外的压力，来减小多台室内机工况时流体的水力不平衡影响，在一台室外机与一台室内机相对应设置时，可以选择不安装氟泵。选择氟泵时，考虑使用在严寒地区冬季工况和系统大小需要，依设计可能会增加配合的储液装置。

进一步的，所述的热管机组控制器，包括用于监测热管室内机进口处空气温度的探测器，包括用于监测热管室外机与热管循环工质进行换热的外界流体的温度探测器，以及箱体和线缆。当监测到所述热管室内机进口处的空气温度高于设定值时，启动制冷模式，控制室外机的冷却流体。当监测到所述热管室内机进口处的空气温度低于设定值时，关闭制冷模式。同时因热管室风机没有配置风机，靠服务器机柜的送回风空气热温差为空气动气，当服务器机柜散热量小时，自然温差小，热管室内机不工作，此项不设风机对热管机组的控制有优化作用。

本实用新型还涉及一种自然对流热管机组散热系统，散热系统具有自然对流热管机组，自然对流热管机组包括设置在机房外的热管室外机、机房内的热管室内机、连接机组的管路、机组控制器(为现有技术，可以采用单片机例如PL5250)，自然对流热管机组还包括机房内的热通道上部密封板、接水盘及冷凝水管、服务器机柜、热通道封闭门、热管室内机支吊架、消防翻转天窗，设置在机房外的热管室外机、机房内的热管室内机由连接机组的管路连接在一起组成循环系统，循环系统的内部充满循环工质，循环工质在机房内的热管室内机吸收机房内热量后，经连接机组的管路流动到机房外的热管器室外机，由机房外的热管器室外机将余热排向外界流体，其改进之处在于：所述的热管室内机安装于服务器机柜上部以形成一热通道的封闭空间。

其进一步改进在于：所述的连接机组的管路上还设置有氟泵。

其进一步改进在于：所述的热通道的封闭空间由安装于服务器机柜上部的热管室内机与机房内的热通道上部的密封板、热管室内机、连接机组的管路、接水盘及冷凝水管、服务器机柜、热通道封闭门、热管室内机支吊架、消防翻转天窗构成。

其进一步改进在于：所述的热管室内机不设置循环风机，仅依造热通道内的高温空气自然上升流经热管室内机进行自然对流换热，热管室内机不消耗风机电能。

其进一步改进在于：所述的热管室内机数量大于一台，且成对布置。

其进一步改进在于：所述的设置在机房外的热管室外机，其换热器形式是板式、翅片管式、壳管式或微通道式其中之一。

其进一步改进在于：所述一台热管室外机与多个机房内的热管室内机连接。

其进一步改进在于：所述多台热管室外机与一个机房内的热管室内机连接。

由以上技术方案可知，本实用新型为满足机房内服务器机柜的排热需求，以靠近机房服务器机柜实现就近冷却的思路，采用热管技术防止将水引入机房的风险，同时热管室内机安装于服务器机柜上部，依靠空气受热浮力与热管内机完成自然对流换热，完全节省室内风机功耗，达到节能高效排热功效。

附图说明

图1为本实用新型自然对流热管机组的结构示意图

图2为本实用新型自然对流热管机组及其系统应用时的系统图和室内机的正面视图

图3为本实用新型自然对流热管机组及其系统应用时的室内机的立面与气流组织图

具体实施方式

为使本实用新型的技术方案及优点更加清楚，以下参照附图并举实例，对本实用新型进一步详细说明。

图1为本实用新型自然对流热管机组的系统结构系统图。本实用新型包括设置在机房外的热管室外机1、机房内的热管室内机2、连接机组的管路3、机组控制器4以及依工况需要可选择设置的氟泵5。其中室内机2不限于一台，图中仅为示例为2和2’两台，氟泵5以及配合的储液装置非必需部件，按工况设计可选择是否安装。其中由路管3而连接各部件组成的设备中，充满了热管循环工质，在室外机1内，外部的低温流体经过室外机1，与室外机1机的热管循环工质进行热交换，将将热管循环工质由气态冷却成低温液态工质，将热量传递给了流经室外机1的外部流体，低温工质由重力作用由管路3进入室内机2，在室内机2中机房机机柜热通道中的热空气上升，经过室内机2与其内部低温工质进行热交换，低温工质吸热气化液态变成气态，气态工质上升经过氟泵5和管路3进入到室外机1，完成一个循环，将机房内余热排入外部的流体。其中控制器4一般安装在室内，通过控制室外机1的外部低温流体的流量或温度来实现对热管系统的控制。

图2为本实用新型自然对流热管机组及其系统应用时的系统图和室内机的正面视图。应用于电子信息系统机房中，包括设置在机房外的热管室外机1、机房内的热管室内机2、连接机组的路管3、机组控制器4、氟泵及储液装置5、接水盘及冷凝水管6、服务器机柜7以及另一组热管室内机8。本实例举例为一个由20台服务器机柜组的热通道组合，单排为10台600mm标准机柜。选取两台两个机柜宽度和两台三个机柜宽度的热管室内机，共四台。由于单台机柜发热量较大，受循环工质流动管径限制，四台热管室内机分成两组，与热管室外机相连接。即为室内机2和室内机2’为一组管路，与室外机1和氟泵及储液装置5相连接，室内机8和室内机8’为一组管路，与室内机2的管路并联接入室外机2和氟泵及储液装置5.其中各管路上均设置有较小局部阻力的阀门，以备检修使用。其中控制器4安装在机房内，对热管机组进行运行控制。

图3为本实用新型自然对流热管机组及其系统应用时的室内机的立面与气流组织图，是作为图2的补充，对图2所举实例的室内机部分进行立面的详细说明。热管的室内机部分与服务器的机柜配合安装，包括热通道上部密封板11、热管室内机2、连接机组的管路3、强电线槽位置12、弱电线槽位置13、接水盘及冷凝水管6、服务器机柜7、热通道封闭门8、热管室内机支吊架9、消防翻转天窗10。其中热通道上部密封板11、热管室内机2等、服务器机柜7、热通道封闭门8、热管室内机支架架9、消防翻转开窗10以及地面，组成了一个密闭的空间，其中服务器机柜7包含了前面不用部分的密封挡板。在此密闭空间内，机房内空气被吸入服务器机柜7，吸热后从背部排出进入密闭的热通道空间，空气温度上升后密度减小自然向上升，进热通道上部腔，后进入两侧布置的热管室内机2，热空气与热管室内机2内部的低温液态工质进行自然对流热交换，降温后的空气进入房间，自然下沉被吸入服务器机柜7完成机房内的空气流动循环。其中空气的流动示意如图3中的箭头所示。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施案例而已，本领域内技术人员还可以跟据本实用新型作出各种改变与变形，只要不脱离本实用新型的精神，均应属于本实用新型所附权利要求所定义的范围。

Claims (8)

1.自然对流热管机组散热系统，散热系统具有自然对流热管机组，自然对流热管机组包括设置在机房外的热管室外机(1)、机房内的热管室内机(2)、连接机组的管路(3)、机组控制器(4)，自然对流热管机组还包括机房内的热通道上部密封板(11)、接水盘及冷凝水管(6)、服务器机柜(7)、热通道封闭门(8)、热管室内机支吊架(9)、消防翻转天窗(10)，设置在机房外的热管室外机(1)、机房内的热管室内机(2)由连接机组的管路(3)连接在一起组成循环系统，循环系统的内部充满循环工质，循环工质在机房内的热管室内机(2)吸收机房内热量后，经连接机组的管路(3)流动到机房外的热管器室外机(1)，由机房外的热管器室外机(1)将余热排向外界流体，其特征在于：所述的热管室内机(2)安装于服务器机柜(7)上部以形成一热通道的封闭空间。 

2.根据权利要求1所述的散热系统，其特征在于：所述的管路(3)上还设置有氟泵(5)。 

3.根据权利要求1或2所述的散热系统，其特征在于：所述的热通道的封闭空间由安装于服务器机柜(7)上部的热管室内机(2)与机房内的热通道上部的密封板(11)、热管室内机(2)、连接机组的管路(3)、接水盘及冷凝水管(6)、服务器机柜(7)、热通道封闭门(8)、热管室内机支吊架(9)、消防翻转天窗(10)构成。 

4.根据权利要求3所述的散热系统，其特征在于：所述的热管室内机(2)不设置循环风机，仅依靠热通道内的高温空气自然上升流经热管室内机(2)进行自然对流换热，热管室内机(2)不消耗风机电能。 

5.根据权利要求2或4所述的散热系统，其特征在于：所述的热管室内机(2)数量大于一台，且成对布置。 

6.根据权利要求5所述的散热系统，其特征在于：所述的设置在机房外的热管室外机(1)，其换热器形式是板式、翅片管式、壳管式或微通道式其中之一。 

7.根据权利要求6所述的散热系统，其特征在于：所述一台热管室外机(1)与多个机房内的热管室内机连接。 

8.根据权利要求6所述的散热系统，其特征在于：所述多台热管室外机(1)与一个机房内的热管室内机连接。