CN204557361U - 一种机柜服务器背板式热管散热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种机柜服务器背板式热管散热装置，它包括自然冷却单元（1）、风冷冷水机组冷却单元（2）、冷量分配单元（3）和机柜背板热管换热单元（4），自然冷却单元（1）的出口和风冷冷水机组冷却单元（2）的出口与冷量分配单元（3）的第一入口通过冷却液供水管（10）连接，冷量分配单元（3）的第一出口与机柜背板热管换热单元（4）的入口连接，机柜背板热管换热单元（4）的出口与冷量分配单元（3）的第二入口连接，冷量分配单元（3）的第二出口与自然冷却单元（1）的入口和风冷冷水机组冷却单元（2）的入口通过冷却液回水管（11）连接。本实用新型的优点在于：提高冷量利用效率；可有效提高数据中心空间的利用率。

Description

一种机柜服务器背板式热管散热装置

技术领域

本实用新型涉及数据中心机房环境控制技术领域，特别是一种机柜服务器背板式热管散热装置。

背景技术

全球数据中心总量超过300万个，耗电量占到全球总电量的1.1%-1.5%，我国数据中心发展迅猛，总量已超过40万个，年耗电量超过全社会用电量的1.5%，其中大多数数据中心的PUE仍普遍大于2.2，与国际先进水平相比有较大差距。数据中心IT设备需要全天候进行散热，通常数据中心内采用精密空调或者冷水机组进行制冷，而随着数据机房的快速发展，每年机房的耗电量以20%的速度快速增长，而其中在数据机房中空调的能耗占到35%-45%，某些机房空调占比更高。数据中心现有的冷却方式通常为先冷却环境再冷却设备，如GB50174-2008《电子信息系统机房设计规范》中所述A、B类机房要求环境温度23℃±1℃，而实际数据中心服务器机柜内温度可达45℃以上，如采用直接冷却设备的理念，可有效减少冷负荷浪费，尤其根据不同地域及季节周期性变化，结合自然冷源与风冷冷水机组冷却技术相结合，采用背板式热管对服务器机柜进行冷却，对精密空调可以完全替代，一方面可有效降低PUE，提高能效利用率，另一方面可有效解决由于精密空调机组气流组织不合理造成局部热点等问题；同时，通过空调机组的完全替代，有效提高机房空间利用率，可布置更多服务器机柜，从而可有效提高经济效益及节地的效果。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种机柜服务器背板式热管散热装置，充分利用自然冷源及能效比较高的风冷冷水机组，并通过热管背板结构的合理设置，对传统精密空调实现完全替代，有效降低数据中心PUE值，达到节能减排的效果；另一方面，通过背板结构的布置，可优化气流组织，改变传统精密空调“先冷环境后冷设备”的传统理念，有效提高冷量利用效率，解决局部热点问题的产生；同时，通过该装置的设置，可有效提高数据中心空间的利用率，提高服务器机柜的布置数量，有效的提高经济效益并达到节地的效果。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：一种机柜服务器背板式热管散热装置，它包括自然冷却单元、风冷冷水机组冷却单元、冷量分配单元和机柜背板热管换热单元，自然冷却单元的出口和风冷冷水机组冷却单元的出口与冷量分配单元的第一入口通过冷却液供水管连接，冷量分配单元的第一出口与机柜背板热管换热单元的入口连接，机柜背板热管换热单元的出口与冷量分配单元的第二入口连接，冷量分配单元的第二出口与自然冷却单元的入口和风冷冷水机组冷却单元的入口通过冷却液回水管连接，冷却液回水管管路上还设置有压力传感器、流量传感器和温度传感器；所述的机柜背板热管换热单元包括多个机柜。

所述的自然冷却单元包括冷却塔和水处理输送装置，冷却塔的出口与水处理输送装置的入口连接，水处理输送装置的出口与冷却液供水管的入口连接。

所述的自然冷却单元包括风冷冷凝器和水处理输送装置，风冷冷凝器的出口与水处理输送装置的入口连接，水处理输送装置的出口与冷却液供水管的入口连接。

所述的风冷冷水机组冷却单元包括风冷冷水机组和水处理输送装置，风冷冷水机组的出口与水处理输送装置的入口连接，水处理输送装置的出口与冷却液供水管的入口连接。

所述的水处理输送装置包括水处理装置、储压罐和并联式管路，所述的并联式管路包括进水端干路、第一支路、第二支路和出水端干路，水处理装置和储压罐设置在进水端干路上，出水端干路与冷却液供水管连接，第一支路和第二支路上分别依次设置有电动调节阀、压力传感器、流量传感器、循环泵和温度传感器。

所述的风冷冷凝器外部还设置有潜热装置，所述的潜热装置包括湿膜装置、湿膜装置供水管、湿膜装置回水管和循环水箱，湿膜装置设置于风冷冷凝器的外壁上，湿膜装置的入口与循环水箱通过湿膜装置供水管连接，湿膜装置的出口与循环水箱通过湿膜装置回水管连接，循环水箱上还设设置有循环水箱供水管和排水溢水管。

所述的风冷冷凝器和风冷冷水机组采用并联或串联的形式连接。

所述的风冷冷凝器和风冷冷水机组采用并联形式连接，与风冷冷凝器和风冷冷水机组连接冷却液供水管通过三通换向阀形成合路。

所述的多个机柜并联设置，冷量分配单元的第一出口连接机柜背板热管气管干管，机柜背板热管气管干管分别通过机柜背板热管液管支管与每一个机柜连接，每个机柜连接有机柜背板热管气管支管，机柜背板热管气管支管与柜背板热管液管干管连接，柜背板热管液管干管与冷量分配单元的第二入口连接。

所述的机柜上安装有机柜背板热管换热器和机柜背板热管风机。

本实用新型具有以下优点：

1、通过在数据中心内设置该装置，可充分利用自然冷源，完全替代传统的精密空调，提高制冷系统能效比，有效降低PUE，提高能量的利用效率；

2、通过在数据中心内设置该装置，数据中心内的冷却方式打破原有的“先冷环境后冷设备”的观点，可合理的优化气流组织，避免由于气流不均造成和引起的服务器机柜局部高温及“局部热岛”现象；

3、通过该装置的设置，可有效提高数据中心的空间利用效率，同比可布置更多的机柜，有效的提高经济效益并达到节地的目的。

附图说明

图1 为自然冷却单元采用闭式冷却塔的并联系统示意图；

图2 为自然冷却单元采用风冷冷凝器的并联系统示意图；

图3 为自然冷却单元与风冷水冷机组单元串联系统示意图；

图4 为水处理输送装置的结构示意图；

图5 为带潜热装置的风冷冷凝器的结构示意图；

图6 为冷量分配单元与机柜背板热管换热单元独立布置示意图；

图7 为冷量分配单元互为备份与机柜背板热管换热单元布置示意图；

图8 为机柜背板热管换热单元与机柜走管结构布置示意图；

图9 为单系统机柜背板热管换热单元布置于机柜进风口侧示意图；

图10 为双系统机柜背板热管换热单元布置于机柜进风口侧示意图；

图11 为单系统机柜背板热管换热单元布置于机柜出风口侧示意图；

图12 为双系统机柜背板热管换热单元布置于机柜出风口侧示意图；

图中：1-自然冷却单元，2-风冷冷水机组冷却单元，3-冷量分配单元，4-机柜背板热管换热单元，5-冷却塔，6-风冷冷凝器，7-水处理输送装置，8-风冷冷水机组，9-三通换向阀，10-冷却液供水管，11-冷却液回水管，12-机柜，13-机柜背板热管气管干管，14-机柜背板热管液管支管，15-机柜背板热管气管支管，16-柜背板热管液管干管，17-电动阀，18-机柜背板热管换热器，19-机柜背板热管风机，20-水处理装置，21-储压罐，22-电动调节阀，23-压力传感器，24-流量传感器，25-循环泵，26-温度传感器，27-湿膜装置，28-湿膜装置回水管，29-湿膜装置供水管，30-循环水箱供水管，31-循环水箱，32-排水溢水管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的描述，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

【实施例1】：

如图1所示，一种机柜服务器背板式热管散热装置，它包括自然冷却单元1、风冷冷水机组冷却单元2、冷量分配单元3和机柜背板热管换热单元4，所述的自然冷却单元1包括冷却塔5和水处理输送装置7，冷却塔5的出口与水处理输送装置7的入口连接，水处理输送装置7的出口与冷却液供水管10的入口连接，自然冷却单元1的出口和风冷冷水机组冷却单元2的出口与冷量分配单元3的第一入口通过冷却液供水管10连接，所述的风冷冷水机组冷却单元2包括风冷冷水机组8和水处理输送装置7，如图4所示，所述的水处理输送装置7包括水处理装置20、储压罐21和并联式管路，所述的并联式管路包括进水端干路、第一支路、第二支路和出水端干路，水处理装置20和储压罐21设置在进水端干路上，出水端干路与冷却液供水管10连接，第一支路和第二支路上分别依次设置有电动调节阀22、压力传感器23、流量传感器24、循环泵25和温度传感器26，风冷冷水机组8的出口与水处理输送装置7的入口连接，水处理输送装置7的出口与冷却液供水管10的入口连接，冷量分配单元3的第一出口与机柜背板热管换热单元4的入口连接，机柜背板热管换热单元4的出口与冷量分配单元3的第二入口连接，冷量分配单元3的第二出口与自然冷却单元1的入口和风冷冷水机组冷却单元2的入口通过冷却液回水管11连接，冷却液回水管11管路上还设置有压力传感器23、流量传感器24和温度传感器26；所述的机柜背板热管换热单元4包括多个机柜12。

如图6和7所示，根据数据中心安全等级的要求可分别将冷量分配单元3中每两个换热器进行独立与机柜背板热管换热单元4进行配置，也可将冷量分配单元3中的每两个换热器进行互为备份，进行冗余设置，通过电动阀17进行管路切换，保证机柜背板热管换热单元4所要求冷量。

如图8所示，所述的多个机柜12并联设置，冷量分配单元3的第一出口连接机柜背板热管气管干管13，机柜背板热管气管干管13分别通过机柜背板热管液管支管14与每一个机柜12连接，每个机柜12连接有机柜背板热管气管支管15，机柜背板热管气管支管15与柜背板热管液管干管16连接，柜背板热管液管干管16与冷量分配单元3的第二入口连接。如图9～12所示，所述的机柜12上安装有机柜背板热管换热器18和机柜背板热管风机19。

自然冷却单元1与风冷冷水机组冷却单元2采用并联的形式，根据室外环境工况条件，通过三通换向阀9进行外围冷源的切换，根据工况对冷却液进行冷却，向冷量分配单元3供冷，冷量分配单元3作为机柜背板热管换热单元4的冷凝段，在冷量分配单元3内完成对工质的冷凝相变，液态制冷剂重力作用下延背板热管换热单元液管干管16分别回到机柜背板换热器18中，在机柜背板热管风机19作用下，热气流进入机柜背板换热器18，工质受热发生相变蒸发，延背板热管换热单元气管干管13进入冷量分配单元3中，最终形成闭式循环，不断将机柜服务器产生的热量带到数据中心外。

【实施例2】：

如图2所示，一种机柜服务器背板式热管散热装置，它包括自然冷却单元1、风冷冷水机组冷却单元2、冷量分配单元3和机柜背板热管换热单元4，所述的自然冷却单元1包括风冷冷凝器6和水处理输送装置7，风冷冷凝器6的出口与水处理输送装置7的入口连接，水处理输送装置7的出口与冷却液供水管10的入口连接，所述的风冷冷水机组冷却单元2包括风冷冷水机组8和水处理输送装置7，如图4所示，所述的水处理输送装置7包括水处理装置20、储压罐21和并联式管路，所述的并联式管路包括进水端干路、第一支路、第二支路和出水端干路，水处理装置20和储压罐21设置在进水端干路上，出水端干路与冷却液供水管10连接，第一支路和第二支路上分别依次设置有电动调节阀22、压力传感器23、流量传感器24、循环泵25和温度传感器26，风冷冷水机组8的出口与水处理输送装置7的入口连接，水处理输送装置7的出口与冷却液供水管10的入口连接，自然冷却单元1的出口和风冷冷水机组冷却单元2的出口与冷量分配单元3的第一入口通过冷却液供水管10连接，冷量分配单元3的第一出口与机柜背板热管换热单元4的入口连接，机柜背板热管换热单元4的出口与冷量分配单元3的第二入口连接，冷量分配单元3的第二出口与自然冷却单元1的入口和风冷冷水机组冷却单元2的入口通过冷却液回水管11连接，冷却液回水管11管路上还设置有压力传感器23、流量传感器24和温度传感器26；所述的机柜背板热管换热单元4包括多个机柜12，如图6～8所示，所述的多个机柜12并联设置，冷量分配单元3的第一出口连接机柜背板热管气管干管13，机柜背板热管气管干管13分别通过机柜背板热管液管支管14与每一个机柜12连接，每个机柜12连接有机柜背板热管气管支管15，机柜背板热管气管支管15与柜背板热管液管干管16连接，柜背板热管液管干管16与冷量分配单元3的第二入口连接。如图9～12所示，所述的机柜12上安装有机柜背板热管换热器18和机柜背板热管风机19。

如图2所示，所述的风冷冷凝器6外部还设置有潜热装置，所述的潜热装置包括湿膜装置27、湿膜装置供水管29、湿膜装置回水管28和循环水箱31，湿膜装置27设置于风冷冷凝器6的外壁上，湿膜装置27的入口与循环水箱31通过湿膜装置供水管29连接，湿膜装置27的出口与循环水箱31通过湿膜装置回水管28连接，循环水箱31上还设设置有循环水箱供水管30和排水溢水管32。

如图2所示，所述的风冷冷凝器6和风冷冷水机组8采用并联的形式连接，所述的风冷冷凝器6和风冷冷水机组8采用并联形式连接，与风冷冷凝器6和风冷冷水机组8连接冷却液供水管10通过三通换向阀9形成合路。

与实施1相似，只是自然冷却单元1中采用风冷冷凝器6对冷却液进行自然冷却，为了降低进入风冷冷凝器6的入口温度，提高其内外冷却液与环境温度的温差，提高换热量，在风冷冷凝器6外布置潜热装置，通过等焓降温过程达到环境空气的预冷的效果，其中将湿膜装置27布置于风冷冷凝器6外，在循环水箱31(含循环泵)作用下，通过循环供水管29向湿膜装置27供水，多余的水在重力作用下沿湿膜装置回水管28回到循环水箱31内，循环水箱31内通过水箱供水管30得到不断补水，并通过排水溢水管32实现排水和溢水。

【实施例3】：

如图3所示，一种机柜服务器背板式热管散热装置，它包括自然冷却单元1、风冷冷水机组冷却单元2、冷量分配单元3和机柜背板热管换热单元4，自然冷却单元1的出口和风冷冷水机组冷却单元2的出口与冷量分配单元3的第一入口通过冷却液供水管10连接，冷量分配单元3的第一出口与机柜背板热管换热单元4的入口连接，机柜背板热管换热单元4的出口与冷量分配单元3的第二入口连接，冷量分配单元3的第二出口与自然冷却单元1的入口和风冷冷水机组冷却单元2的入口通过冷却液回水管11连接，冷却液回水管11管路上还设置有压力传感器23、流量传感器24和温度传感器26；所述的机柜背板热管换热单元4包括多个机柜12。

所述的自然冷却单元1包括风冷冷凝器6和水处理输送装置7，风冷冷凝器6的出口与水处理输送装置7的入口连接，水处理输送装置7的出口与冷却液供水管10的入口连接，如图4所示，所述的水处理输送装置7包括水处理装置20、储压罐21和并联式管路，所述的并联式管路包括进水端干路、第一支路、第二支路和出水端干路，水处理装置20和储压罐21设置在进水端干路上，出水端干路与冷却液供水管10连接，第一支路和第二支路上分别依次设置有电动调节阀22、压力传感器23、流量传感器24、循环泵25和温度传感器26，冷却塔5的出口与水处理输送装置7的入口连接，水处理输送装置7的出口与冷却液供水管10的入口连接。

如图3所示，所述的风冷冷水机组冷却单元2包括风冷冷水机组8和水处理输送装置7，风冷冷水机组8的出口与水处理输送装置7的入口连接，水处理输送装置7的出口与冷却液供水管10的入口连接，风冷冷凝器6和风冷冷水机组8采用串联的形式连接。

所述的风冷冷凝器6外部还设置有潜热装置，所述的潜热装置包括湿膜装置27、湿膜装置供水管29、湿膜装置回水管28和循环水箱31，湿膜装置27设置于风冷冷凝器6的外壁上，湿膜装置27的入口与循环水箱31通过湿膜装置供水管29连接，湿膜装置27的出口与循环水箱31通过湿膜装置回水管28连接，循环水箱31上还设设置有循环水箱供水管30和排水溢水管32。

如图6～8所示，所述的多个机柜12并联设置，冷量分配单元3的第一出口连接机柜背板热管气管干管13，机柜背板热管气管干管13分别通过机柜背板热管液管支管14与每一个机柜12连接，每个机柜12连接有机柜背板热管气管支管15，机柜背板热管气管支管15与柜背板热管液管干管16连接，柜背板热管液管干管16与冷量分配单元3的第二入口连接。

如图9～12所示，所述的机柜12上安装有机柜背板热管换热器18和机柜背板热管风机19。

与实施2相似，只是自然冷却单元1与风冷水冷机组单元2为串联关系，其二者不是通过三通换向阀9实现，而是根据室外环境工况通过风冷冷凝器6与风冷冷水机组8的启闭，直接控制冷源的选择。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本实用新型所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机柜服务器背板式热管散热装置，其特征在于：它包括自然冷却单元（1）、风冷冷水机组冷却单元（2）、冷量分配单元（3）和机柜背板热管换热单元（4），自然冷却单元（1）的出口和风冷冷水机组冷却单元（2）的出口与冷量分配单元（3）的第一入口通过冷却液供水管（10）连接，冷量分配单元（3）的第一出口与机柜背板热管换热单元（4）的入口连接，机柜背板热管换热单元（4）的出口与冷量分配单元（3）的第二入口连接，冷量分配单元（3）的第二出口与自然冷却单元（1）的入口和风冷冷水机组冷却单元（2）的入口通过冷却液回水管（11）连接，冷却液回水管（11）管路上还设置有压力传感器（23）、流量传感器（24）和温度传感器（26）；所述的机柜背板热管换热单元（4）包括多个机柜（12）。

2.根据权利要求1所述的一种机柜服务器背板式热管散热装置，其特征在于：所述的自然冷却单元（1）包括冷却塔（5）和水处理输送装置（7），冷却塔（5）的出口与水处理输送装置（7）的入口连接，水处理输送装置（7）的出口与冷却液供水管（10）的入口连接。

3.根据权利要求1所述的一种机柜服务器背板式热管散热装置，其特征在于：所述的自然冷却单元（1）包括风冷冷凝器（6）和水处理输送装置（7），风冷冷凝器（6）的出口与水处理输送装置（7）的入口连接，水处理输送装置（7）的出口与冷却液供水管（10）的入口连接。

4.根据权利要求1所述的一种机柜服务器背板式热管散热装置，其特征在于：所述的风冷冷水机组冷却单元（2）包括风冷冷水机组（8）和水处理输送装置（7），风冷冷水机组（8）的出口与水处理输送装置（7）的入口连接，水处理输送装置（7）的出口与冷却液供水管（10）的入口连接。

5.根据权利要求2、3或4所述的一种机柜服务器背板式热管散热装置，其特征在于：所述的水处理输送装置（7）包括水处理装置（20）、储压罐（21）和并联式管路，所述的并联式管路包括进水端干路、第一支路、第二支路和出水端干路，水处理装置（20）和储压罐（21）设置在进水端干路上，出水端干路与冷却液供水管（10）连接，第一支路和第二支路上分别依次设置有电动调节阀（22）、压力传感器（23）、流量传感器（24）、循环泵（25）和温度传感器（26）。

6.根据权利要求3所述的一种机柜服务器背板式热管散热装置，其特征在于：所述的风冷冷凝器（6）外部还设置有潜热装置，所述的潜热装置包括湿膜装置（27）、湿膜装置供水管（29）、湿膜装置回水管（28）和循环水箱（31），湿膜装置（27）设置于风冷冷凝器（6）的外壁上，湿膜装置（27）的入口与循环水箱（31）通过湿膜装置供水管（29）连接，湿膜装置（27）的出口与循环水箱（31）通过湿膜装置回水管（28）连接，循环水箱（31）上还设设置有循环水箱供水管（30）和排水溢水管（32）。

7.根据权利要求3或4所述的一种机柜服务器背板式热管散热装置，其特征在于：所述的风冷冷凝器（6）和风冷冷水机组（8）采用并联或串联的形式连接。

8.根据权利要求7所述的一种机柜服务器背板式热管散热装置，其特征在于：所述的风冷冷凝器（6）和风冷冷水机组（8）采用并联形式连接，与风冷冷凝器（6）和风冷冷水机组（8）连接冷却液供水管（10）通过三通换向阀（9）形成合路。

9.根据权利要求1所述的一种机柜服务器背板式热管散热装置，其特征在于：所述的多个机柜（12）并联设置，冷量分配单元（3）的第一出口连接机柜背板热管气管干管（13），机柜背板热管气管干管（13）分别通过机柜背板热管液管支管（14）与每一个机柜（12）连接，每个机柜（12）连接有机柜背板热管气管支管（15），机柜背板热管气管支管（15）与柜背板热管液管干管（16）连接，柜背板热管液管干管（16）与冷量分配单元（3）的第二入口连接。

10.根据权利要求1所述的一种机柜服务器背板式热管散热装置，其特征在于：所述的机柜（12）上安装有机柜背板热管换热器（18）和机柜背板热管风机（19）。