CN206531220U - 一种新型热管背板空调系统 - Google Patents

Abstract

一种新型热管背板空调系统，包括至少一套冷凝器、多个机柜和与机柜对应数量的背板空调，多个机柜依次并排连接，且相邻机柜之间为串通设计，仅有最外侧机柜设有密封侧板；背板空调对应的设在机柜背面，包括换热器、风机、温湿度传感器和控制部件，换热器内流通有制冷剂，换热器包括热端和冷端，热端设在机柜内并设有进液口和回气出口，并通过管道与设在外环境的冷端循环连通，风机设在机柜内并将流经机柜的气流强制经过换热器的热端对气流降温，温湿度传感器与控制部件连接；冷凝器设在外环境中并设有冷凝器进水口和冷凝器出水口，背板空调的换热器的冷端与冷凝器实现热交换。背板空调利用热管的原理，安装于机柜的后门，空调直接贴近机柜，解决了高热密度机柜的散热问题，降温效率更高、能耗更低。

Description

一种新型热管背板空调系统

技术领域

本实用新型属于空调机组的制冷技术领域，尤其涉及集空调、配电、服务器等于一体化的一体化机柜。

背景技术

近年来，数据中心散热的两大课题：高热密度场合的散热问题和如何实现数据中心节能运行。

高热密度方面：近年来，随着数据中心的发展，数据中心单个机柜的热密度越来越高，达到15kW/机柜，甚至更高，采用传统的直膨式机房空调或冷冻水机房空调已经很难解决这类高热密度机房的散热事宜，很容易在局部产生热点。

能耗方面，随着数据中心的发展，热量越大，风量相应的也会越大，采用传统的机房空调方面，将会采用更大的送风系统；由于送风距离较大，送风的压头损失也较大，因此风机功耗大幅度增加，也是带来了额外的热负荷，部分情况下风机的功耗达到了机房热负荷的10％。

发明内容

发明目的：针对上述现有存在的问题和不足，本实用新型的目的是提供一种新型热管背板空调系统，解决了高热密度机柜的散热问题，降温效率更高、能耗更低。

技术方案：为实现上述发明目的，本实用新型采用的技术方案为：一种新型热管背板空调系统，包括至少一套冷凝器、多个机柜和与机柜对应数量的背板空调，所述多个机柜依次并排连接，且相邻机柜之间为串通设计，仅有最外侧机柜设有密封侧板；所述背板空调对应的设在机柜背面，包括换热器、风机、温湿度传感器和控制部件，所述换热器内流通有制冷剂，所述换热器包括热端和冷端，所述热端设在机柜内并设有进液口和回气出口，并通过管道与设在外环境的冷端循环连通，所述风机设在机柜内并将流经机柜的气流强制经过换热器的热端对气流降温，所述温湿度传感器与控制部件连接；所述冷凝器设在外环境中并设有冷凝器进水口和冷凝器出水口，所述背板空调的换热器的冷端与冷凝器实现热交换。

作为优选，包括两套冷凝器，所述相邻机柜中的换热器分别与两套冷凝器连通。

作为优选，所述冷凝器为管壳式换热器或板式换热器。

作为优选，所述换热器为翅片管式换热器或微通道换热器。

作为优选，所述冷凝器的安装高度超过背板空调底部至少1.5米，或者换热器冷端和热端之间的管道设有制冷剂泵。

作为优选，所述换热器的热端为单盘管结构。

作为优选，还包括设在机柜背面并铰接的机柜背板架，所换热器的热端设在机柜背板架上，所述风机为引风机设在换热器热端的外层并呈矩阵排列。

作为优选，所述换热器的回气出口与冷凝器连接的管道为回气管道，所述回气管道包括内管和包裹在外观外的保护套，所述内管的管径呈周期渐变，且与冷凝器连接的一端管径大于与换热器的连接端的管径。

作为优选，所述回气管道的内管的内壁设有海绵铜层。

有益效果：相对于现有技术，本实用新型具有以下优点：背板空调利用热管的原理，安装于机柜的后门，空调直接贴近机柜，将有效解决上述问题：1)解决高热密度机柜的散热问题，目前背板空调可为15kW/机柜的场合提供解决方案；2)采用了贴近冷源式的冷却方案，大大减小风机功率，风机功率减少高达75％；3)采用靠近冷源式的冷却方法，回风温度提高，换热效率也相应的增加。

附图说明

图1为本实用新型所述热管背板空调系统的结构示意图；

图2为本实用新型所述背板空调的结构示意图；

图3为本实用新型所述回气管道的结构示意图。

其中，1-水冷冷凝器A,2-水冷冷凝器A出水口，3-水冷冷凝器A进水口，4-水冷冷凝器B，5-水冷冷凝器B出水口，6-水冷冷凝器B进水口，7-水冷冷凝器A制冷剂回气管路，8-水冷冷凝器A制冷剂进液管路，9-水冷冷凝器B制冷剂进液管路，10-水冷冷凝器B制冷剂回气管路,11-制冷剂泵单元A，12-制冷剂泵单元B、13-内管、14-保护套、15-海绵铜层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本实用新型，应理解这些实施例仅 用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1和2所示，本实用新型的新型热管背板空调系统，包括2套冷凝器、多个机柜和与机柜对应数量的背板空调，所述多个机柜依次并排连接，且相邻机柜之间为串通设计，从而有利于气流串流，并仅有最外侧机柜设有密封侧板用于密封。

所述背板空调对应的设在机柜的背面，包括换热器、风机、温湿度传感器和控制部件，所述换热器内流通有制冷剂，所述换热器包括热端和冷端，所述热端设在机柜内并设有进液口和回气出口，并通过管道与设在外环境的冷端循环连通，所述风机设在机柜内并将流经机柜的气流强制经过换热器的热端对气流降温，所述温湿度传感器与控制部件连接；所述冷凝器设在外环境中并设有冷凝器进水口和冷凝器出水口，用于流通冷凝液进而对热管的冷端降温是热管中的制冷剂液化降温回流至设在机柜背面的热端，在与机柜散热形成的热风进行热交换过程中气化吸收热量后形成气液混合再次通过管道进入冷凝器冷却成液态。

为了使经过冷凝器冷却成液态的制冷剂回流至机柜背面的背板空调内，可以将冷凝器的安装高度设定在距背板空调底部至少1.5米以上的部位。如果安装空间有限制，则可以在热管的冷端和热端之间的连接管道上设置制冷剂泵进行强制输送。如图3所示，换热器的回气出口与冷凝器连接的管道作为回气管道，进行特殊处理：回气管道的内管的管径从与换热器的连接端开始逐渐增大，然后缩小，依次重复周期性出现，也就是管径呈周期渐变的结构。这种结构有利于热管中制冷剂的快速气化吸热，这是由于制冷剂在管道进入空间较大局部区域受压力减小更容易气化从而驱动制冷剂的气相部分向前流动利于散热，由于周期性的渐变结构能尽可能延长向前的驱动力，进而加快制冷剂的吸热效率。同时内管内壁的海绵铜层具有足够的表面积能吸附气相制冷剂的回流液。

本实用新型采用的送风方式为经过机柜服务器后的热风气流在矩阵排列的风机吸引下通过背板空调中的热管降温后，从机柜内排出。热管将热量从热端输送至冷端，并经过冷凝器冷却后排出得到室外环境空气中，从而使得排出机柜较冷的气流再循环进入机柜对服务器冷却。

本实用新型中从水冷冷凝器出来的低温制冷剂液体，在高度差/动力的作用下，通过制冷剂进液管路进入机柜后门处的背板空调，在背板空调的换热器中吸收机柜内的热量升温蒸发后，经过制冷剂回气管进入水冷冷凝器，在冷冻水的冷却作用下冷凝成低温的制冷剂液体，形式整个循环。

两个水冷冷凝器可以使用同一个冷冻水水源，也可以使用两个不同的冷冻水水源。

机柜并排放置，每排机柜除了最外面的两个机柜需要安装侧门外，其余机柜均不需要安装侧门板。

每个机柜后门处安装有背板空调，相邻两个机柜的背板空调分别连接两个不同的水冷冷凝器。即每排机柜的背板空调按照单双序号分别连接于两个不同水冷冷凝器上。当其中一个背板或者一个水冷冷凝器发生故障时，相邻的背板可以带走故障背板所在的机柜的热量，起到交叉备份的作用。

背板空调由换热器、风机、温湿度传感器以及控制部件组成。换热器可以是翅片管换热器，也可以是微通道换热器。风机为6～24个DC轴流风机，具有无级调速功能，一方面，可以根据负荷变化自动调速，以保证在低负荷下可以节能运行，另一方面，可以起到相互备份的功能，当某台风机发生故障时，其他风机可以通过自动增加转速的方式，补充风量，满足制冷需求。

水冷冷凝器的安装高度要比背板空调的顶部高1.5m以上；如果不能满足高度安装要求，可以在液体回路上增加制冷剂泵单元。

背板空调安装在机柜后门，从机柜吹出来的热风，直接经过背板空调的换热器盘管，减少空调的送风距离，同时减少了冷热气流的混合，提高换热效率，减小消耗功率，具有节能降耗的作用。本实用新型的主要特点有：

每个背板空调采用单盘管的结构形式，减小空气侧阻力，减小风机运行功率；

相邻两个机柜的背板空调分别连接2不同的水冷冷凝器；如图所示机柜1,3,5,7,9等奇数机柜的背板空调连接于水冷冷凝器1，机柜2,4,6,8,10,等偶数机柜的背板空调连接于水冷冷凝器2。

机柜不设侧板，相邻机柜可以起到相互备份的作用；当一台背板空调发生故障时，相邻左右两个背板均可以带走故障机柜的热量。

两个水冷冷凝器相互备份；当一台水冷冷凝器发生故障时，末端机柜的热量 可以由相邻背板空调带出。

两个水冷冷凝器的可以使用同一路冷冻水源，也可以是不同的冷冻水源。

两个水冷冷凝器可以是壳管冷凝器也可以是板式换热器。

每个水冷冷凝器上均具有手动阀门，以方便检修。

每个机柜的背板空调的进出管路上均具有阀门，以便检修维护。

每个背板空调均具有6～24个DC风扇，可以进行PWM无级调速，可以根据负荷的需要自动调节风机转速，以保证系统节能运行。并且保证风机相互备份运行。

水冷冷凝器安装高度要求高于背板上端1.5m以上；当安装距离不能满足要求时，需要在液管上增加制冷剂泵单元。

Claims (9)

1.一种新型热管背板空调系统，其特征在于：包括至少一套冷凝器、多个机柜和与机柜对应数量的背板空调，所述多个机柜依次并排连接，且相邻机柜之间为串通设计，仅有最外侧机柜设有密封侧板；所述背板空调对应的设在机柜背面，包括换热器、风机、温湿度传感器和控制部件，所述换热器内流通有制冷剂，所述换热器包括热端和冷端，所述热端设在机柜内并设有进液口和回气出口，并通过管道与设在外环境的冷端循环连通，所述风机设在机柜内并将流经机柜的气流强制经过换热器的热端对气流降温，所述温湿度传感器与控制部件连接；所述冷凝器设在外环境中并设有冷凝器进水口和冷凝器出水口，所述背板空调的换热器的冷端与冷凝器实现热交换。

2.根据权利要求1所述新型热管背板空调系统，其特征在于：包括两套冷凝器，所述相邻机柜中的换热器分别与两套冷凝器连通。

3.根据权利要求1所述新型热管背板空调系统，其特征在于：所述冷凝器为管壳式换热器或板式换热器。

4.根据权利要求1所述新型热管背板空调系统，其特征在于：所述换热器为翅片管式换热器或微通道换热器。

5.根据权利要求1所述新型热管背板空调系统，其特征在于：所述冷凝器的安装高度超过背板空调底部至少1.5米，或者换热器冷端和热端之间的管道设有制冷剂泵。

6.根据权利要求1所述新型热管背板空调系统，其特征在于：所述换热器的热端为单盘管结构。

7.根据权利要求1所述新型热管背板空调系统，其特征在于：还包括设在机柜背面并铰接的机柜背板架，所换热器的热端设在机柜背板架上，所述风机为引风机设在换热器热端的外层并呈矩阵排列。

8.根据权利要求5所述新型热管背板空调系统，其特征在于：所述换热器的回气出口与冷凝器连接的管道为回气管道，所述回气管道包括内管和包裹在外观外的保护套，所述内管的管径呈周期渐变，且与冷凝器连接的一端管径大于与换热器的连接端的管径。

9.根据权利要求5所述新型热管背板空调系统，其特征在于：所述回气管道的内管的内壁设有海绵铜层。