CN209693324U - 一种机柜散热系统及数据中心 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种机柜散热系统及数据中心，涉及机柜散热技术领域，用于解决相关技术中的机柜散热系统的散热效果较差的问题而发明。该机柜散热系统，包括机柜、送风风道和热管换热器，机柜内设有电子设备，电子设备包括发热部，送风风道的入口、出口均与室外相连通，机柜设置于送风风道之外；热管换热器包括蒸发部和冷凝部，蒸发部位于机柜内且与发热部导热接触，冷凝部位于送风风道内。本实用新型可用于数据中心服务器的散热。

Description

一种机柜散热系统及数据中心

技术领域

本实用新型涉及机柜散热技术领域，尤其涉及一种机柜散热系统及数据中心。

背景技术

目前，随着信息化、智能化的发展，云计算、大数据、物联网等新技术得到更多的应用，随之带来的是数据存储和计算量呈爆炸式增长，数据存储和运算的过程会产生大量的热量，随着技术的演进升级，数据中心的功率密度不断攀升，即便是寒冷的冬季，数据中心依然需要进行降温冷却，以保障服务器的正常运行。根据美国劳伦斯伯克利国家实验室关于数据中心用电分配的研究，IT设备约占43％，制冷约占23％，风机约占11％，UPS用电损耗约占8％，照明约占4％，其它11％。由此可知除IT设备之外，空调系统是数据中心最大耗能单位，因此成为节能降耗的重点。

随着制冷技术的发展，自然冷却技术得到越来越多的重视和应用，为适应数据中心绿色节能的趋势，利用自然冷源减少数据机房的能耗技术开辟了一个全新的应用领域。我国华北、西北及东北等地区，室外气温较低的天数占全年的百分比相当可观，利用这一自然冷源成为节能的首要措施。

如图1所示，相关技术中的一种机柜散热系统是通过引入室外新风，进入到室内与电子设备进行热交换，然后经过热交换后的热风由热通道排到室外。然而，由于电子设备内的元器件布局较复杂，单纯靠室外新风来散热则存在着较多的散热死角，散热效果不好；另外，经过换热后的热风由于多种原因(比如室内风压分布不均、元器件的阻挡等)容易发生回流而与冷风发生掺混，这样也降低了散热效果。

实用新型内容

本实用新型的实施例提供一种机柜散热系统及数据中心，用于解决相关技术中的机柜散热系统的散热效果较差的问题。

为达到上述目的，第一方面，本实用新型的实施例提供了一种机柜散热系统，包括机柜、送风风道和热管换热器，所述机柜内设有电子设备，所述电子设备包括发热部，所述送风风道的入口、出口均与室外相连通，所述机柜设置于所述送风风道之外；所述热管换热器包括蒸发部和冷凝部，所述蒸发部位于所述机柜内且与所述发热部导热接触，所述冷凝部位于所述送风风道内。

第二方面，本实用新型的实施例提供了包括第一方面中所述的机柜散热系统。

本实用新型的实施例提供的机柜散热系统及数据中心，由于蒸发部位于机柜内且与发热部导热接触，这样，机柜内电子设备的散热是通过蒸发部直接与电子设备的发热部导热接触，并把热量带出的，那么在机柜内哪些元器件的发热量大就可以通过与蒸发部导热接触的方式(也就是近端制冷的方式，近端制冷就是直接在散热源处进行降温冷却)散热，这样机柜内的电子设备不存在散热的死角，从而可以大大提高了散热的效果，同时，通过蒸发部直接与电子设备的发热部导热接触，这样也省去了空气等介质中间的热量传导的环节，热传递效率更高，散热效果更好；由于省去了空气等介质中间的热量传导的环节，机柜内就无需设置风机来进行散热，从而可以简化机柜内的布局，节省下风机所消耗的电能；另外，由于机柜是设置于送风风道之外，冷凝部位于送风风道内，这样，室外较冷的新风在散热过程中是在独立的送风风道内与冷凝部内制冷剂发生热交换的，室外新风不流经电子设备内布局较复杂的元器件，那么室外较冷的新风发生换热后形成的热风就不会发生回流与较高的温度的风混合，从而可以大大提高散热的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为相关技术中的一种机柜散热系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的机柜散热系统的结构示意图；

图3为图2中的A-A剖面视图；

图4为本实用新型实施例中的热管换热器的俯视图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种机柜散热系统，如图2所示，包括机柜1、送风风道2和热管换热器3，机柜1内设有电子设备11，电子设备11包括发热部(图中未示出)，送风风道2的入口、出口均与室外相连通，机柜1设置于送风风道2之外；如图3所示，热管换热器3包括蒸发部31和冷凝部32，蒸发部31位于机柜1内且与电子设备11的发热部导热接触，冷凝部32位于送风风道2内。

如图2和图3所示，在工作时，机柜1内电子设备11(比如服务器)产生的热量由电子设备11的发热部散出，热管换热器3的蒸发部31中的制冷剂蒸发吸热将电子设备11的发热部散发的热量带至热管换热器3的冷凝部32；室外的较冷的新风进入到送风风道2内与热管换热器3的冷凝部32内的制冷剂发生热交换，吸收制冷剂的热量以形成热风，最终热风由出口排出室外，从而实现了机柜1内电子设备11的散热。由于蒸发部31位于机柜1内且与电子设备11的发热部导热接触，这样，机柜1内电子设备11的散热是通过蒸发部31直接与电子设备11的发热部导热接触，并把热量带出的，那么在机柜1内哪些元器件的发热量大就可以通过与蒸发部31导热接触的方式(也就是近端制冷的方式，近端制冷就是直接在发热源处进行降温冷却)散热，这样机柜1内的电子设备11不存在散热的死角，从而可以大大提高了散热的效果，同时，通过蒸发部31直接与电子设备11的发热部导热接触，这样也省去了空气等介质中间的热量传导的环节，热传递效率更高，散热效果更好；由于省去了空气等介质中间的热量传导的环节，机柜1内就无需设置风机来进行散热，从而可以简化机柜1内的布局，节省下风机所消耗的电能；另外，由于机柜1是设置于送风风道2之外，冷凝部32位于送风风道2内，这样，室外较冷的新风在散热过程中是在独立的送风风道2内与冷凝部32内制冷剂发生热交换的，室外新风不流经电子设备11内布局较复杂的元器件，那么室外较冷的新风发生换热后形成的热风就不会发生回流与较高的温度的风混合，从而可以大大提高散热的效果。

此外，该机柜散热系统是采用室外的新风进行散热，具有较好的节能降耗效益，使该数据中心的PUE更加接近极限值。其中，PUE(Power Usage Effectiveness电源使用效率)值已经成为国际上比较通行的数据中心电力使用效率的衡量指标。PUE值是指数据中心消耗的所有能源与IT负载消耗的能源之比。PUE值越接近于1，表示一个数据中心的绿色化程度越高，能效水平越好。

在上述实施例中，热管换热器3的蒸发部31和冷凝部32的结构并不唯一，比如蒸发部31和冷凝部32可以均为毛细管网，如图4所示，蒸发部31包括第一毛细管网311，第一毛细管网311与电子设备11的发热部导热接触；冷凝部32包括第二毛细管网321，第二毛细管网321与第一毛细管网311相连通。另外，蒸发部31和冷凝部32也可以均为一个管腔，具体如下，蒸发部31包括第一管腔，第一管腔的管腔壁与电子设备11的发热部导热接触；冷凝部32包括第二管腔，第二管腔与第一管腔相连通。相比蒸发部31和冷凝部32均为一个管腔的实施例，蒸发部31和冷凝部32均为毛细管网的实施例中，蒸发部31和冷凝部32的换热面积大大增加，从而提高了蒸发部31吸收电子设备11的发热部热量的能力，以及提高了冷凝部32与室外新风发生热交换以释放热量的能力，从而大大提高了该机柜散热系统的散热效果。

如图4所示，热管换热器3还包括蒸汽流管33和液流管34，蒸发部31均与蒸汽流管33的第一端、液流管34的第一端相连接，冷凝部32均与蒸汽流管33的第二端、液流管34的第二端相连接；在工作过程中，制冷剂在蒸发部31吸收了电子设备11的发热部的热量后，气化成蒸汽，并沿蒸汽流管33流向冷凝部32，在冷凝部32与室外新风发生热交换后，重新冷凝成液态，并沿液流管34重新回流至蒸发部31，这样，制冷剂在蒸发部31和冷凝部32之间流动，以形成一个完整的热量传递循环。

为了避免制冷剂在蒸汽流管33和液流管34流动过程中与外界发生热交换，如图4所示，热管换热器3还包括绝热材料层35，绝热材料层35分别将蒸汽流管33和液流管34包覆。通过设置绝热材料层35，并且绝热材料层35分别将蒸汽流管33和液流管34包覆，这样绝热材料层35阻止了蒸汽流管33和液流管34内的制冷剂与外界发生热交换，保证制冷剂将电子设备11的发热部所散发的热量搬运至冷凝部32与冷风发生热交换，从而可以避免产生因制冷剂在蒸汽流管33和液流管34流动过程中与外界发生热交换所造成的系统散热效果降低的问题。

本实用新型实施例提供的机柜散热系统中，冷凝部32的换热面积可以大于蒸发部31的换热面积，例如图4所示，第二毛细管网321的面积大于第一毛细管网311的面积。另外，冷凝部32的换热面积也可以小于蒸发部31的换热面积，比如，第二毛细管网321的面积小于第一毛细管网311的面积。相比冷凝部32的换热面积小于蒸发部31的换热面积的实施例，冷凝部32的换热面积大于蒸发部31的换热面积的实施例，可以保证冷凝部32充分与送风风道2内的室外新风发生热交换，使制冷剂所吸收电子设备11的发热部散发的热量充分释放，避免出现因冷凝部32散热不足所造成的散热效果降低的问题。

在热管换热器3中，制冷剂可以采用水，也可以采用R134a等易挥发性物质，在此不做具体限定。热管散热器的整体的形状以及制冷剂的充注量可根据机柜1的外形及散热量进行定制化，在此也不做具体限定。

如图2所示，本实用新型实施例提供的机柜散热系统还包括架空地板4，机柜1设置于架空地板4上。

其中，送风风道2的设置方式也不唯一，比如送风风道2可以一部分位于架空地板4的上侧，一部分位于架空地板4的下侧，具体如图2和图3所示，送风风道2包括第一子风道21和第二子风道22，第一子风道21的一端与室外相连通，第一子风道21位于架空地板4的下侧，第二子风道22位于机柜1的侧向，并且第二子风道22的一端与第一子风道21相连通，另一端与室外相连通，冷凝部32位于第二子风道22内。另外，送风风道2也可以全部位于架空地板4的上侧。相比送风风道2全部位于架空地板4的上侧的实施例，送风风道2可以一部分位于架空地板4的上侧，一部分位于架空地板4的下侧的实施例(例如图2所示)，第一子风道21位于架空地板4的下侧，这样第一子风道21充分利用了架空地板4下面的空间，从而减小了送风风道2对架空地板4上侧空间的占用，减小了送风风道2对机柜1设置空间的占用，这样，架空地板4上就可以有更多的空间来设置机柜1。

在送风风道2包括第一子风道21和第二子风道22的实施例中，第二子风道22的设置位置也不唯一，比如，如图2所示，第二子风道22可以位于机柜1的背侧，当两个机柜1采用背对背设置时，两个机柜1就可以共用一个第二子风道22，就无需设置两个第二子风道22，从而可以节省第二子风道22的占用空间。

另外，第二子风道22也可以位于机柜1左侧或者右侧，这样当两个机柜1并排设置时，两个机柜1中间就可以共用一个第二子风道22，就无需设置两个第二子风道22，同样可以节省第二子风道22的占用空间。

需要说明的是：机柜1的背侧是指与机柜1的门体相对的一侧；上述描述中的方位词“左”“右”具体是指在人面向机柜1的门体的情况下来定义的。

在第二子风道22位于机柜1的背侧的实施例中，第二子风道22与机柜1的位置关系也不唯一，比如，如图2所示，第二子风道22的风道外壁有一部分(也可以是全部)与机柜1相贴合。另外，第二子风道22也可以与机柜1相隔设置。相比第二子风道22与机柜1相隔设置的实施例，第二子风道22的风道外壁至少有一部分与机柜1相贴合的实施例，可以缩短机柜1与第二子风道22之间的距离，从而可以缩短热管换热器3中蒸发部31与冷凝部32之间的距离(也就是蒸汽流管33和液流管34的长度)，这样可以使制冷剂较快地在蒸发部31与冷凝部32之间循环，从而可以提高散热效率。

如图3所示，热管换热器3的蒸汽流管33和液流管34是穿过送风风道2的风道壁，为了防止送风风道2内的热风在送风风道2的风道壁在贯穿处发生热交换，送风风道2的风道壁在贯穿处应设有绝热密封垫，这样可以保证该处的密封性，以防止送风风道2内的热风与室内的空气掺混，从而有利于保证该散热系统的散热效果。

在机柜1内的电子设备11中，有些元件(比如芯片)发热量较大，该元件可以采用热管换热器3散热，电子设备11中还有其它一些发热量较小的元件，这些元件并不适用热管换热器3散热。为了对这些发热量较小的元件进行散热，如图2所示，架空地板4上开设有通孔41，通孔41与第一子风道21相连通。这样，第一子风道21内的少量新风就可以经通孔41进入室内，然后进入对电子设备11中对发热量较小的元件进行散热；同时，第一子风道21内的少量新风就可以经通孔41进入室内，也可以调节室内的压力，从而使室内保持微正压，以满足数据中心机房设计规范的要求。

其中，通孔41可以是架空地板4的格栅。

本实用新型实施例提供的机柜散热系统中，第二子风道22的风道壁可以为绝热风道壁，也可以为非绝热风道壁。当第二子风道22的风道壁为绝热风道壁时，可以很好地阻止第二子风道22内的热风与室内的空气发生热交换，这样可以避免第二子风道22内的热风中的热量扩散到室内的其它区域，从而可以使室内保持适宜的温度，进而有利于提高机柜1内电子设备11的散热效果。

本实用新型实施例提供的机柜散热系统中，电子设备11可以为服务器，发热部可以为服务器内的芯片。由于在服务器中工作过程中，芯片的发热量通常较其它元器件的发热量较大，将服务器的芯片与热管换热器3的蒸发部31导热接触可以最大限度地对服务器进行散热，以提高散热效果。

如图2所示，机柜1内的服务器有多个，多个服务器在机柜1内沿竖直方向排布，热管换热器3有多个，每个热管换热器3的蒸发部31均与对应的服务器内的芯片导热接触，每个热管换热器3的冷凝部32均位于送风风道2内。

本实用新型实施例提供的机柜散热系统中，室内可以是放置机柜1的机房内，也可以是其它放置机柜1的空间内，比如集装箱内；室外可以是放置机柜1的机房外，也可以是其它放置机柜1的空间之外，比如集装箱外。

本实用新型实施例提供的机柜散热系统还包括风机组，风机组用于向送风风道2内输送室外新风，根据机柜1内电子设备11的散热情况，风机组可以调节送风风道2的送风量来满足散热的要求。

其中，送风风道2内还设有过滤器和除湿器，过滤器可以除去室外新风中的灰尘等颗粒，以保证室外新风的清洁度；除湿器可以除去室外新风中的水分，避免室外新风的湿度过大，保证室外新风的湿度处于最佳值。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种数据中心，包括第一方面中所述的机柜散热系统。

本实用新型实施例提供的数据中心所解决的技术问题和取得的技术效果，与第一方面中所述的机柜散热系统所解决的技术问题和取得的技术效果相同，在此不再赘述。

至于数据中心的其它组成部分及其结构已为本领域技术人员所公知，在此也不再赘述。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种机柜散热系统，其特征在于，包括机柜、送风风道和热管换热器，所述机柜内设有电子设备，所述电子设备包括发热部，所述送风风道的入口、出口均与室外相连通，所述机柜设置于所述送风风道之外；所述热管换热器包括蒸发部和冷凝部，所述蒸发部位于所述机柜内且与所述发热部导热接触，所述冷凝部位于所述送风风道内。

2.根据权利要求1所述的机柜散热系统，其特征在于，所述蒸发部包括第一毛细管网，所述第一毛细管网与所述发热部导热接触；所述冷凝部包括第二毛细管网，所述第二毛细管网与所述第一毛细管网相连通。

3.根据权利要求1所述的机柜散热系统，其特征在于，所述热管换热器还包括蒸汽流管和液流管，所述蒸发部均与所述蒸汽流管的第一端、所述液流管的第一端相连接，所述冷凝部均与所述蒸汽流管的第二端、所述液流管的第二端相连接；所述热管换热器还包括绝热材料层，所述绝热材料层分别将所述蒸汽流管和所述液流管包覆。

4.根据权利要求1所述的机柜散热系统，其特征在于，所述冷凝部的换热面积大于所述蒸发部的换热面积。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的机柜散热系统，其特征在于，还包括架空地板，所述机柜设置于所述架空地板上；所述送风风道包括第一子风道和第二子风道，所述第一子风道的一端与室外相连通，所述第一子风道位于所述架空地板的下侧，所述第二子风道位于所述机柜的侧向，并且所述第二子风道的一端与所述第一子风道相连通，另一端与室外相连通，所述冷凝部位于所述第二子风道内。

6.根据权利要求5所述的机柜散热系统，其特征在于，所述第二子风道位于所述机柜的背侧，并且所述第二子风道的风道外壁至少有一部分与所述机柜相贴合。

7.根据权利要求5所述的机柜散热系统，其特征在于，所述架空地板上开设有通孔，所述通孔与所述第一子风道相连通。

8.根据权利要求5所述的机柜散热系统，其特征在于，所述第二子风道的风道壁为绝热风道壁。

9.根据权利要求1～4中任一项所述的机柜散热系统，其特征在于，所述发热部为服务器的芯片。

10.一种数据中心，其特征在于，包括权利要求1～9中任一项所述的机柜散热系统。