CN209497777U - 水冷背板系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了水冷背板系统，包括进水模块、设置于机柜排风口的冷却模块以及出水模块，进水模块包括分配水量的集水箱、以及输送冷冻水的进水管，集水箱与进水管连通，多个进水管构成具有至少两个环形冷却区间；每个冷却区间均具有冷却模块，冷却模块包括换热盘管和多组冷却水路，换热盘管覆盖冷却水路，冷却水路具有进水端和出水端，进水端与进水管连通，出水模块包括出水管和集水箱，出水端与出水管连通，出水管与集水箱连通。本实用新型提供了一种适用于多个机柜冷却，各冷却水路流量均匀分配、防止水路出现堵塞而无法进行冷却，并且实现冷量按需分配的水冷背板系统。

Description

水冷背板系统

技术领域

本实用新型涉及机柜冷却技术领域，更具体的说，它涉及一种水冷背板系统。

背景技术

随着中国高密度的数据中心更多地涌现出来，节能降耗或改造增容的挑战对机房功率密度及安装密度提出新的要求。众多的IDC机房及数据中心单个机架或机架局部单位面积发热量的急剧上升，从而导致了机房局部发热的高热密度现象的产生，针对这一现象，就有了相应解决的办法：推出的机房高热密度制冷解决方案—水冷背板系统。当前水冷背板系统存在一些问题，对多个机柜冷却时，系统供水不平衡，各水路存在流量不均匀分配，导致某个机柜会出现热点问题；如果某一水路出现堵塞，这一水路就不能再有冷冻水通过；当机柜中的IT设备没有全部开启的时候不能实现单机柜的流量调整，不能满足只为开启的IT设备冷却的精确制冷需求。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种适用于多个机柜冷却，各冷却水路流量均匀分配、防止水路出现堵塞而无法进行冷却，并且实现冷量按需分配的水冷背板系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：水冷背板系统，包括进水模块、设置于机柜排风口的冷却模块以及出水模块，进水模块包括分配水量的集水箱、以及输送冷冻水的进水管，集水箱与进水管连通，多个进水管构成具有至少两个环形冷却区间；每个冷却区间均具有冷却模块，冷却模块包括换热盘管和多组冷却水路，换热盘管覆盖冷却水路，冷却水路具有进水端和出水端，进水端与进水管连通，出水模块包括出水管和集水箱，出水端与出水管连通，出水管与集水箱连通。优选的，冷却水路的结构均相同。

集水箱能够将水流流量进行等量分配，通过进水口将水量通过进水管输送至冷却水路，保证各组冷却水路的流量满足负荷需要；同时，多个冷却区间适用于多个机柜，每个冷却区间为环形结构，水流始终保持动态平衡状态，各个冷却区间中的冷却水路水流流量等量分配，保证每个机柜的冷量均匀分配，避免某个机柜出现热点问题。

作为优选的方案，每个冷却区间平行排列。优选的，每个冷却区间等间距排列。优选的，冷却区间具有三个。冷却区间的个数根据机柜个数而定。

作为优选的方案，相邻两个冷却区间之间通过进水管隔开。优选的，相邻两个冷却区间之间连接同一个进水管，或者相邻两个冷却区间之间连接不同的进水管。相邻两个冷却区间之间连接同一个进水管时，位于进水管两侧的冷却水路进水端与进水管连通。相邻两个冷却区间之间连接不同的进水管时，进水管只有一侧与冷却水路的进水端连通。作为优选的方案，冷区区间为方形结构。

作为优选的方案，每个冷却区间具有两列竖向排列的冷却水路，每列冷却水路形成一组冷却单元；每个冷却区间具有两组冷却单元，两组冷却单元并列设置，每组冷却单元均配置有换热盘管。

作为优选的方案，进水管具有至少一个进水口，进水口均与集水箱连通。

作为优选的方案，每组冷却水路的进水端均设有控制进水量的阀门。当多个机柜没有全部开启，或者机柜中的IT设备没有全部开启，或者根据IT设备排风温度，通过阀门来控制冷却水路的进水量或开启冷却水路的个数，从而实现多机柜的流量调整，实现精准冷量分配。

作为优选的方案，进水模块中的集水箱和出水模块中的集水箱为同一个集水箱。

作为优选的方案，出水管具有至少一个出水口，出水口均与集水箱连通。

作为优选的方案，集水箱连接总进水管与总回水管。

本实用新型的工作过程：集水箱通过多个进水管将冷冻水输送至各冷却水路，因任意最不利环路的进水与出水均与集水箱相连，所以任意环路的压降均相等，即使冷却水路上的阀门关闭也保证任意环路的压降相等，所以水流始终保持动态平衡状态，冷却水路中的冷冻水通过换热盘管与机柜排出的热空气进行换热，使热空气冷却，冷冻水经由换热盘管从出水管流出。

本实用新型的优点在于：1、该背板系统具有多个冷却区间，适用于多个机柜，进水管均与集水器相连，进水管间相互连接，形成进水环路，任意环路的压降均相等，即使冷却水路上的阀门关闭也保证任意环路的压降相等，水流始终保持动态平衡状态，保证每组冷却水路的进水量均衡。

2、通过设置多组并列的冷却单元，冷冻水通过并列的冷却单元对机柜实现冷却功能，当其中某个冷却单元出现堵塞时，冷冻水依然能够通过其它冷却单元对机柜排出的热空气进行降温。

3、当机柜中的IT设备没有全部开启或者根据IT设备排风温度，通过阀门来控制冷却水路的进水量，从而实现单机柜的流量调整，实现冷量精准分配。

附图说明

图1为实施例1中水冷背板的结构示意图。

图2为实施例1进水管、冷却水路和出水管连接示意图。

图3实施例1水冷背板系统安装于机柜排风口的示意图。

图4实施例1为进水管与集水箱的第一种连通方式。

图5实施例1为进水管与集水箱的第二种连通方式。

图6为实施例2中水冷背板的结构示意图。

图7为实施例2中水冷背板的另一种结构示意图。

图中标识：进水模块1，冷却模块2，出水模块3，集水箱11，进水管12，冷却区间13，换热盘管21，冷却水路22，进水端221，出水端222，出水管31，第一出水口311，第二出水口312，冷却单元23，总进水管111，总回水管112，阀门224，进水口14，第一进水口131，第二进水口132，第一冷却单元231，第二冷却单元232，第一连接管道113，第二连接管道31。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

实施例1

如图1和图2所示，一种水冷背板系统，包括设置于机柜排风口的进水模块1、冷却模块2和出水模块3，进水模块1包括分配水量的集水箱11，以及输送冷冻水的进水管12，进水管12与集水箱11连通，进水管12与集水箱11构成环形结构；冷却模块2包括换热盘管21和多组冷却水路22，冷却水路22插入换热盘管21中，冷却水路22具有进水端221和出水端222，进水端221与进水管12连通，出水模块3包括出水管31，出水端222与出水管31连通。集水箱11能够将水流流量进行等量分配，通过进水口13将水量通过进水管12输送至冷却水路22，保证各组冷却水路22的流量满足负荷需要；同时，进水管12与集水箱11构成封闭的环形结构，水流始终保持动态平衡状态，保证每组冷却水路22的流量均匀分配，避免机柜会出现局部热点问题。

进水模块1中的集水箱与出水模块3中的集水箱为同一个集水箱11。如图2所示，冷却水路22具有多组，每组冷却水路22的进水端221均与进水管12连通，每组冷却水路22的出水端222均与出水管31连通，进水管12中的冷冻水经过冷却水路22，然后从出水管31流出。冷却水路22的结构均相同。冷却水路22的设置组数根据机柜尺寸而定。

如图1和图2所示，同一竖向排列的冷却水路22形成冷却单元23，共设有两组冷却单元23，冷却单元23之间并列设置，每组冷却单元23均配置有换热盘管21。换热盘管采用翅片管换热器，换热原理是：冷却水路外部套有翅片，冷却水路中冷冻水的冷量传递给套在冷却水路外面的翅片，翅片的冷量再以对流的方式传递给翅片表面的由机柜排出的热空气，从而达到冷却空气的目的。传统的背板冷却系统只设有一个冷却单元，当冷却单元出现堵塞时，冷冻水无法通过从而无法对机柜排出的热空气进行降温，出现局部热点问题，现将多组冷却单元23并列设置，每组冷却单元23覆盖的面积更小，冷却效率更高。当其中一个或多个换热盘管损坏而无法工作时，其它换热盘管能够继续进行冷却工作。

进水管具有第一进水口131和第二进水口132，进水管12与集水箱11的连通方式包括：

第一种：第一进水口131和第二进水口132分别直接与集水箱11连通，采用集水箱11与进水管12直接连接的方式，进水管12结构简单，而集水箱11需开有与进水口数量一致的孔，如图4所示。

第二种：集水箱11通过第一连接管道113与进水管12连接，第一连接管道113分流输送水量至各个进水口。该种方式中的集水箱结构简单，但需在集水箱与进水管之间设置一个连接集水箱11、第一进水口131和第二进水口132的Y型三通管即第一连接管道113，如图5所示。

出水管31与集水箱构成环形结构，出水管31具有第一出水口311和第二出水口312，出水管31与集水箱11的连通方式为第一出水口311和第二出水312口分别直接与集水箱11连通；或者，集水箱11通过第二连接管道313与出水管31连接，第二连接管道313为Y型三通管。当出水管31的某一出水口或出水管31的某一处堵塞时，换热后的水避开堵塞管路，通过出水管31的另一进水口排出换热后的水。

传统的输送冷冻水的进水管为直线条结构，当进水管某一段堵塞时，冷冻水无法通过冷却水路，从而无法对机柜降温。而将进水管12设置为环形结构，当进水管12某一段堵塞时，冷冻水避开堵塞管路，通过进水管12的另一进水口对冷却水路22输送冷冻水。例如，冷却单元包括第一冷却单元231和第二冷却单元232，进水管12具有第一进水口131和第二进水口132，当第一进水口131或者进水管12的某一段堵塞，冷冻水从第二进水口132进入，通过环形管道给各组冷却单元供水。

如图2所示，每组冷却水路的进水端221均设有控制进水量的阀门224。当机柜中的IT设备没有全部开启或者根据IT设备排风温度，通过阀门224来控制冷却水路22的进水量或开启冷却水路的个数，从而实现单机柜的流量调整，实现精准冷量分配。

如图2所示，进水管12为方形结构。方形结构的进水管12方便安装与拆卸。

如图3所示，集水箱11连接总进水管111与总回水管112。集水箱11连接总进水管111与总回水管112，总进水管111中的冷冻水经由集水箱11输出，然后经过进水管12、冷却水路22的进水端221流经换热盘管21，与机柜排出的热空气进行换热，再从冷却水路22的出水端流出，最后从出水管31流出，进入集水箱11，汇集至总回水管112。

如图3所示，集水箱11、进水管12、出水管31、冷却水路22、控制阀门224和换热盘管21构成水冷背板系统，安装于机柜排风口。

实施例2

本实施与实施例1的区别之处在于多个进水管12构成具有至少两个环形的冷却区间13，冷却模块2位于冷却区间13中。多个冷却区间13适用于多个机柜，每个冷却区间13为环形结构，水流始终保持动态平衡状态，各个冷却区间13中的冷却水路22水流流量等量分配，保证每个机柜的冷量均匀分配，避免某个机柜出现热点问题。冷却区间13的个数根据机柜个数而定。

本实施中，如图6和图7所示，进水管12构成三个冷却区间13，每个冷却区间13等间距平行排列。相邻两个冷却区间13之间通过进水管12隔开。相邻两个冷却区间13之间连接同一个进水管12，或者相邻两个冷却区间13之间连接不同的进水管12。如图6所示，相邻两个冷却区间13之间连接同一个进水管12时，位于进水管12两侧的冷却水路22进水端221与进水管12连通。如图7所示，相邻两个冷却区间13之间连接不同的进水管12时，每个进水管12只有一侧与冷却水路22的进水端221连通。传统的输送冷冻水的进水管12为直线条结构，当进水管12某一段堵塞时，冷冻水无法通过冷却水路，从而无法对机柜冷却。而将进水管12设置为环形结构，当进水管12某一段堵塞时，冷冻水避开堵塞管路，通过另一进水管12对冷却水路22输送冷冻水。

如图6和图7所示，每个冷却区间13具有两列竖向排列的冷却水路22，同一竖向排列的冷却水路22形成一组冷却单元23；每个冷却区间13具有两组冷却单元23，两组冷却单元23并列设置，每组冷却单元23均配置有换热盘管21。

进水管12具有至少一个进水口14，进水口14均与集水箱11连通。如图6所示，进水管12具有一个进水口14。如图7所示，进水管12具有三个进水口14。出水管31具有至少一个出水口。出水口均与集水箱11连通。

水冷背板系统工作时，冷冻水从总进水管111进入集水箱11，集水箱11分配水量到进水管12，通过冷却水路22进入换热盘管21，经过换热后的冷冻水从冷却水路22汇集到出水管31，进入集水箱11，从总回水管112离开系统。因任意最不利环路的进水与出水均与集水箱11相连，所以任意环路的压降均相等，即使冷却水路22上的阀门224关闭也保证任意环路的压降相等，所以水流始终保持动态平衡状态，各冷却水路22的水量分配均匀。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也及于本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (10)

1.水冷背板系统，其特征在于：水冷背板系统，包括进水模块、设置于机柜排风口的冷却模块以及出水模块，进水模块包括分配水量的集水箱、以及输送冷冻水的进水管，集水箱与进水管连通，多个进水管构成具有至少两个环形冷却区间；每个冷却区间均具有冷却模块，冷却模块包括换热盘管和多组冷却水路，换热盘管覆盖冷却水路，冷却水路具有进水端和出水端，进水端与进水管连通，所有进水管位于同一个平面，位于外侧的横向进水管和纵向进水管连接成进水环，位于进水环内的纵向进水管均与该进水环连通，每一根纵向进水管对应各自的冷却水路，出水模块包括出水管和集水箱，出水端与出水管连通，出水管与集水箱连通。

2.如权利要求1所述的水冷背板系统，其特征在于：相邻两个冷却区间之间通过进水管隔开。

3.如权利要求2所述的水冷背板系统，其特征在于：相邻两个冷却区间之间连接同一个进水管。

4.如权利要求2所述的水冷背板系统，其特征在于：相邻两个冷却区间之间连接不同的进水管，以相邻的冷却水路组成一个冷却区间，每个冷却区间是纵向进水管在外、冷却水路在内，每个冷却区间的进水环上设有跟集水箱相连的进水口。

5.如权利要求2所述的水冷背板系统，其特征在于：每个冷却区间具有两列竖向排列的冷却水路，每列冷却水路形成一组冷却单元；每个冷却区间具有两组冷却单元，两组冷却单元并列设置，每组冷却单元均配置有换热盘管。

6.如权利要求1所述的水冷背板系统，其特征在于：每组冷却水路的进水端均设有控制进水量的阀门。

7.如权利要求1所述的水冷背板系统，其特征在于：进水模块中的集水箱和出水模块中的集水箱为同一个集水箱。

8.如权利要求1所述的水冷背板系统，其特征在于：进水管具有至少一个进水口，进水口均与集水箱连通。

9.如权利要求1所述的水冷背板系统，其特征在于：出水管具有至少一个出水口，出水口均与集水箱连通。

10.如权利要求1所述的水冷背板系统，其特征在于：集水箱连接总进水管与总回水管。