CN211064001U - 一种用于数据中心的被动散热冷凝柱 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于数据中心的被动散热冷凝柱，属于数据中心散热设备领域，包括两端封闭的隔热管、均设于隔热管内的冷凝罩、导流管、导气管、冷凝液，以及导热管、散热鳍片，冷凝罩设于隔热管顶部，导流管插入冷凝罩内，导气管同轴套于导流管内，导气管下端呈喇叭口状，冷凝液置于隔热管底部位于喇叭口下方，导热管从隔热管底部插入隔热管内，二者连接处密封，散热鳍片与隔热管底部以及隔热管外的导热管连接为一体。该被动散热冷凝柱可以用于数据中心的辅助散热，使用时，冷凝柱下部安装于地下，上部位于地面上方，地下部分散热鳍片通过额外的导热管与数据中心服务器的主板等连接，通过冷凝液受热蒸发与遇冷液化两个过程辅助散热。

Description

一种用于数据中心的被动散热冷凝柱

技术领域

本实用新型属于数据中心散热设备领域,具体涉及一种用于数据中心的风道被动散热一体式壳体和冷凝柱。

背景技术

近年来，随着新一代信息技术的发展，数据中心作为重要信息基础设施其规模实现了高速增长，随之带来的大量的资源、资源消耗，这种高耗能，导致碳排放巨大，形成局部热岛效应。传统的辅助散热办法多为空调散热、海水散热等，比如微软在海底建设数据中心，阿里巴巴用千岛湖的湖水散热等，这些例子虽然散热有效，但是其散热设备建立的条件极为复杂、造价极其昂贵、可复制性很差。

其中,风道散热属于空气散热,传统数据中心使用的空气散热为通过空调作为驱动力进行的,将数据中心内部的热量通过使用制冷剂循环流动的管路被挤压到室外的环境中,热空气将热量传递给蒸发器盘管,进而传递给空调的制冷剂,高温高压的制冷剂被压缩机送至室外的冷凝器,但后将热量散热发到室外的大气中.从冷却角度看,主要能耗产生于压缩机、室内风机、风冷室外冷凝器,且每一层数据中心如果都安装空调驱动的风冷散热设备,层冷凝器的热量将不断向上散发，上层的冷凝器效率将大大降低，热量散不出去，形成严重的热岛效应.故针对传统数据中心以压缩机、室内风机、风冷室外冷凝器制冷带来的局部热岛效应为代价, 制冷设备安装困难成本高等问题,急需升级为绿色、防热岛效应、低成本的风冷系统,本实用新型提出了一种用于数据中心的风冷散热壳体.

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对传统数据中心的风冷散热存在的问题：以空调为驱动力的风冷设备安装困难、成本高，多层的冷凝器设备会造成效率降低、形成局部热岛效应,为了产生冷凝水需要在除湿和降温上增加更多的消耗,急需升级为绿色、防热岛效应、低成本的风冷系统或装置，提供一种用于数据中心的风道被动散热一体式壳体和冷凝柱。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种用于数据中心的风道被动散热一体式壳体,该壳体为八边形塔状结构,在壳体内部设有涵道模块、空箱组模块，空箱组模块包括由下至上依次设置固定于壳体内的多组空箱单元，每组包括两个空箱，空箱用于安装服务器或数据中心的其他模块，在空箱上设有进风口和出风口，涵道模块位于壳体内中部，由中间的主涵道和外侧的次涵道组成,次涵道设于主涵道外圈形成套筒状，垂直向上设置，下端进风上端出风，每组空箱单元对应设置一个涵道模块，同时在壳体周身上也对应开有进风口和出风口，用于通风与调节气压。

在上述技术方案中，进一步的，所述的壳体分成上下两部分,上部分壳体位于地面之上,下部分壳体埋于地下土壤中。

进一步的，所述的次涵道进风口倾斜，主涵道的宽度是两侧次涵道宽度的3 倍，即涵道比为1:3。由盖-吕萨克提出的空气膨胀系数是1:2.73左右可得在主涵道与两侧次涵道体积比例为1:3左右,即套环内的涵道比为1:3时,可以约束涵道内外的空气压力,保证最好通风效果。

进一步的，所述的中心主涵道的出口位置在竖直方向上高于次涵道的出口位置，也高于同一层中的出风口位置。这样可以防止上面热空气的膨胀系数要比周围下面的热膨胀系数高,而导致热空气倒流,影响通风散热效果。

进一步的，所述的空箱上的进风口与出风口的大小之比为1:3。根据盖-吕萨克定律提出的空气膨胀系数1:2.73可计算出空箱内部的进风口与出风口的比例也是1:3,此时可达到最好通风散热效果。

进一步的，在空箱组中,位于最下方的空箱组放置服务器,上方的空箱组用于放置数据中心的其他模块。这样可以保证下面产生的热量高于上面产生的热量, 即风道散热才会有更好的效果。

本实用新型的壳体，其利用了风道散热、空气热力学、查理与盖-吕萨克定律等原理，在位于壳体内最下面的两个空箱中放置数据中心的服务器,在其他空箱中放置数据中心的其他模块,如供电电池等；在服务器运行产生大量热量后,会将壳体内部下面部分温度升高，且上面的其他空箱内的模块也会产生部分热量；根据查理与盖-吕萨克定律,在壳体内部体积不变的情况下,温度与气压成正比例, 即随着上述产生的热量而造成温度变大,壳体内部分空气压力也会变大,同时根据空气热力学可知,壳体内部下面的空气压力要远大于上面的部分,因为上面箱体中的其他模块产生的热量远远小于服务器产生的热量,故服务器周围的热空气会因空气压力差而往上流动；向上流动的热空气首先经过最下面的涵道模块,然后虽然该涵道模块对应的壳体周身左右两侧也有进风口进风,但是进来的空气温度小于向上流动的热空气,因此空气会继续往上流动,一直到最上面的涵道模块,空气会从此涵道模块中间的主涵道流出壳体,从而热空气流过的整个壳体内部的所有模块都会因此达到散热的效果。

此外，本实用新型还提供一种用于数据中心的被动散热冷凝柱，包括两端封闭的隔热管、均设于隔热管内的冷凝罩、导流管、导气管、冷凝液，以及导热管、散热鳍片，冷凝罩设于隔热管顶部，导流管插入冷凝罩内，导气管同轴套于导流管内，导气管下端呈喇叭口状，冷凝液置于隔热管底部位于喇叭口下方，导热管从隔热管底部插入隔热管内，二者连接处密封，散热鳍片与隔热管底部以及隔热管外的导热管连接为一体。

上述技术方案中，进一步的，所述的散热鳍片通过额外的导热管与服务器连接，用于数据中心的服务器散热。

进一步的，所述的导流管的下端管口高于导气管的喇叭口。与现有技术相比, 本实用新型的有益效果如下:

1.本实用新型呈现为八边形塔状的壳体结构,整个壳体可以分成上下两部分, 上部分壳体位于地面之上,下部分壳体可以埋设于地下的土壤中，在整个壳体表面和内部设置有多种形式的进风口及出风口可大大增加单位时间内空气流过物体的速率及表面积；

2.本实用新型的结构利用了空气热力学、查理与盖-吕萨克定律,数据中心只需通过内部的气压差与冷热空气流动,无需外部的空调及冷凝器驱动装置即可循环工作；

3.本实用新型的结构无需使用传统数据中心的多层冷凝器,不会产生局部热岛效应.

4.本实用新型结构中不会出现传统数据中心在风冷进行的同时,需要通过额外加湿调节数据中心的湿度问题带来的消耗问题.

5.本实用新型的结构制造成本较低、安装方便,对于升级或推广绿色散热方式具有很大的普适性.

附图说明

图1.本实用新型一种具体实例的结构示意图；

图2.本实用新型一种具体实例的俯视图。

具体实施方式

下面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.基于本使用新型中的实施例,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.

一种用于数据中心的风道被动散热一体式壳体,区别于传统的数据中心,本实用新型提出了一种新型的数据中心结构,呈现为八边形塔状的壳体结构从俯视图中可以看出八边形结构,整个壳体分成上下两部分,上部分壳体位于地面之上,下部分壳体埋于地下的土壤中.整个壳体主要包括壳体内部的涵道模块、壳体内部的空箱组模块、壳体周身外侧及壳体内部的进风口与出风口组三大部分.

壳体内部的涵道模块由中间的主涵道和两侧的次涵道组成,体内共有四个涵道模块(涵道1～4),涵道模块主要用来通风与气调节气压.

其中,主涵道与次涵道的设计原理是根据空气热力学、查理与盖-吕萨克定律提出的,具体有下面三个方面:

1.涵道模块的中间主涵道处置垂直向上出风,两侧的次涵道有一定的角度倾斜,这样主涵道可以与次涵道形成一个套环结构,中间主涵道的体积是两侧次涵道的3倍左右,由盖-吕萨克提出的空气膨胀系数是1:2.73左右可得在主涵道与两侧次涵道比例为1:3左右,即套环内的涵道比为1:3时,可以约束涵道内外的空气压力, 保证最好通风效果.

2.涵道模块的中间主涵道的高度是高于两侧的次涵道及周围两侧的壳体外部分出风口的,这样可以防止上面热空气的膨胀系数要比周围下面的热膨胀系数高,而导致热空气倒流,影响通风散热效果.

壳体内部的空箱组呈长方体状,壳体内部共有四组空箱,每组两个,即共八个空箱,从下向上分别是空箱①～⑧号,主要用于安装服务器及其他数据中心内模块, 另外空箱的设计原理也是来自于空气热力学、查理与盖-吕萨克定律,具体有两个方面:

1.空箱内部的进风口与出风口的比例也是1:3,根据盖-吕萨克定律提出的空气膨胀系数1:2.73可计算出空箱内部的进风口与出风口的大小比例也是1:3,此时可达到最好通风散热效果；

2.壳体内的空箱组中,最下面的空箱组中放置服务器,上面的空箱组放数据中心的其他模块,这样可以保证下面产生的热量高于上面产生的热量,即风道散热才会有更好的效果.

壳体周身外侧及内部的进风口与出风口类弧状结构,壳体周身外侧分别有进风口和出风口各五组(进风口A～E,出风口A～E),壳体内部的进风口与出风口位于涵道模块中,中间的主涵道为出风口,两侧的次涵道为进风口,即壳体内部共有进风口四组,每组两个,共八个,有出风口四个,所以整个壳体共有进风口十八个,出风口十四个,进风口与出风口用于外部与内部的进风与通风.

另外，在进风口与出风口处加入了DSI进气道设计模块，DSI进气道辅助进风口设计，共有八个，分别位于进风口B～E位置，起到消除风速过大的噪声影响； DSI进气道辅助出风口设计，共有八个，分别位于出风口A～E位置，起到消除风速过大的产生振动影响；

壳体内利用了风道散热,其利用了空气热力学、查理与盖-吕萨克定律,具体工作过程如下:首先在位于壳体内最下面的两个空箱①和②中放置若干服务器,在其他空箱③～⑧中放置数据中心的其他模块,如供电电池等；在服务器运行产生大量热量后,会将壳体内部下面部分温度升高,且上面的其他空箱③～⑧内的模块也会产生部分热量；根据查理与盖-吕萨克定律,在壳体内部体积不变的情况下,温度与气压成正比例,即随着上述产生的热量而造成温度变大,壳体内部分空气压力也会变大,同时根据空气热力学可知,壳体内部下面的空气压力要远大于上面的部分, 因为上面箱体③～⑧中的其他模块产生的热量远远小于空箱①和②中服务器产生的热量,故服务器周围的热空气会因空气压力差而往上流动,向上流动的热空气首先经过涵道模块1,然后虽然涵道1左右两侧也有进风口B组进风,但是进来的空气温度小于向上流动的热空气,因此空气会继续往上流动,一直到最上面的涵道模块4,空气会从此涵道模块4中间的主涵道流出壳体,从而热空气流过的整个壳体内部的所有模块都会因此达到散热的效果。

此外，本实用新型还提供一种用于数据中心的被动散热冷凝柱，包括两端封闭的隔热管、均设于隔热管内的冷凝罩、导流管、导气管、冷凝液，以及导热管、散热鳍片，冷凝罩设于隔热管顶部，导流管插入冷凝罩内，导气管同轴套于导流管内，导气管下端呈喇叭口状，冷凝液置于隔热管底部位于喇叭口下方，导热管从隔热管底部插入隔热管内，二者连接处密封，散热鳍片与隔热管底部以及隔热管外的导热管连接为一体。进一步的，所述的散热鳍片通过额外的导热管与服务器连接，用于数据中心的服务器散热。进一步的，所述的导流管的下端管口高于导气管的喇叭口。

Claims (3)

1.一种用于数据中心的被动散热冷凝柱，其特征在于，包括两端封闭的隔热管、均设于隔热管内的冷凝罩、导流管、导气管、冷凝液，以及导热管、散热鳍片，冷凝罩设于隔热管顶部，导流管插入冷凝罩内，导气管同轴套于导流管内，导气管下端呈喇叭口状，冷凝液置于隔热管底部位于喇叭口下方，导热管从隔热管底部插入隔热管内，二者连接处密封，散热鳍片与隔热管底部以及隔热管外的导热管连接为一体。

2.根据权利要求1所述的用于数据中心的被动散热冷凝柱，其特征在于，所述的散热鳍片通过额外的导热管与服务器连接，用于数据中心的服务器散热。

3.根据权利要求1所述的用于数据中心的被动散热冷凝柱，其特征在于，所述的导流管的下端管口高于导气管的喇叭口。

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