CN211429864U - 一种单机柜数据中心液冷结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种单机柜数据中心液冷结构，包括单机柜模块、设置于单机柜模块上部的制冷模块、设置于单机柜模块内部的液冷服务器终端，液冷服务器终端包括至少一组分液器和集液器、冷板、若干组设置于冷板一侧的冷凝管；冷板安装在芯片的一侧，冷凝管一端与分液器的分液口连通，另一端与集液器的集液口连通；壳体侧壁上设有若干进风口，壳体上部设有出风口；风冷冷凝器一端与集液器的集液口连通，另一端与储液罐连通；储液罐一侧与制冷剂泵连接，制冷剂泵一端与分液器的进液口连通。本实用新型整个机柜集成相变冷板技术，实现了服务器“无水”冷板冷却，结合风冷自然冷源和液冷两种制冷方式的优点，弥补了两种方式在制冷方面的不足。
Description
技术领域
本实用新型属于服务器散热技术领域，特别涉及一种单机柜数据中心液冷结构。
背景技术
伴随着我国数据中心产业技术创新步伐的加快，数据中心和服务器国产化水平不断提升，涌现出越来越多的产品。数据中心又是耗电大户，全年不间断运行的电子信息设备以及制冷机组会消耗大量电能，采取节能措施降低制冷机组的功耗，有利于实现整个数据中心的节能。
目前数据中心节能效果比较好的是利用自然冷源，如空气、水等，在过渡季节和冬季的温度较低，用来冷却数据中心，可以降低数据中心制冷机组的负荷。利用自然冷源对数据中心进行制冷，现阶段效果较好的技术是利用热管空调制冷或结合氟泵。室内机部分利用原有的列间空调室内机，室外部分在冷凝器的基础上根据实际需求增加喷淋，采取蒸发式冷凝器。但对于热管空调，制约其换热效率的主要方面来自于换热管壁与空气的对流换热，其换热热阻较大，因此增加管内冷却液流速及增加空调风机风量、风速均难以对提高换热效率起到显著作用，部分服务器部件依旧会呈现高温状态，单独采用该种方法，无法完全替代压缩机，实现自然冷源制冷。
液冷是新兴的一种服务器制冷方法，分为间接接触式液冷和直接浸没式液冷两种方式。
间接接触式液冷是利用冷板接触CPU，冷板中通过连接管道或设置流动槽道使纯水在其中流动，代替传统的风扇换热。采用该种换热方式，其优点是将传统的空气与CPU的对流换热变为“水-冷板-CPU”的对流换热和导热，极大地增大了对流换热系数，对CPU降温具有明显优势。但传统的水冷板与CPU接触，存在“水进服务器”的风险，一旦接口处出现泄漏，其会对服务器造成巨大的破坏，这使利用水进行液冷技术的安全性有所降低。
直接浸没式液冷是将服务器完全浸入装满冷却液的箱体中，利用冷却液直接带走服务器芯片、内存等部件产生的热量。根据冷却液带走服务器热量时状态的不同，又分为单相直接浸没式液冷和两相直接浸没式液冷。
其中单相直接浸没式液冷，是指整个过程冷却液不发生相变，以单相(液相)形式带走服务器产生的热量。该种制冷方式，冷却液通常在泵的驱动下不断循环流动。冷却液在箱体内吸热升温后沿管道流出，进入换热器，换热后再次流回箱体，完成一个循环。该种制冷方式所选用冷却液多为矿物油、硅油、高沸点温度氟化液等，其特点是冷却液沸点高，导电性差。但同时其粘度系数高，流动性差，实现箱体内全部冷却液整体在泵的驱动下流出箱体并在整个循环流动，对管道和冷却液泵的要求较高，同时泵功损耗较大。
两相直接浸没式液冷，是指冷却液在冷却过程中发生气液两相的相变，液态冷却液吸热变为气态，气态冷却液在流动过程中遇冷冷凝为液体，回流至箱体，完成整个循环，该循环的动力来源于相变气泡上升，冷凝液滴下降，是一种自发的过程，无需冷却液泵驱动。该种制冷方式所选用冷却液多为沸点温度50-60℃的氟化液，其特点是冷媒沸点较低，导电性差。其优势是省去了冷却液泵的选型节省成本更加节能，由于浸没液冷箱需定期开启和运维，多次开启的结果会造成沸腾气态冷却液量的不断减少。同时冷却液在CPU处进行相变汽化，需要对CPU等部件表面进行特殊处理，控制沸腾阶段和气泡产生情况，工艺较为复杂，成本较高。
边缘计算应用场景下，机柜多单独作为数据中心进行边缘布置与使用，且应用环境难以达到传统风冷数据中心环境，在震动、噪声、空气洁净度及温湿度方面，条件更加苛刻，因此采用传统的机架式空调风冷单机柜数据中心在多数场景下难以满足需求，同时会造成更高的故障率，对运维带来更大的问题。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供一种单机柜数据中心液冷结构，整个机柜集成相变冷板技术，实现了服务器“无水”冷板冷却，结合风冷自然冷源和液冷两种制冷方式的优点，弥补了两种方式在制冷方面的不足。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种单机柜数据中心液冷结构，包括单机柜模块、设置于单机柜模块上部的制冷模块、设置于单机柜模块内部的液冷服务器终端，所述单机柜模块内部从下到上依次设置有监控模块、电源模块和服务器；所述液冷服务器终端包括至少一组分液器和集液器、冷板、若干组设置于冷板一侧的冷凝管，所述分液器和集液器安装在单机柜模块的内壁上，所述分液器包括分液管、设置于分液管一端的进液口和若干设置于分液管上的分液口；所述冷板安装在芯片的一侧，所述冷凝管一端与分液器的分液口连通，另一端与集液器的集液口连通，集液器一端设有出液口；所述制冷模块包括壳体、设置于壳体内部的风冷冷凝器和储液罐，所述壳体侧壁上设有若干进风口，壳体上部设有出风口；所述风冷冷凝器一端与集液器的集液口连通，另一端与储液罐连通；储液罐内部设有制冷剂，所述储液罐一侧通过管道与制冷剂泵连接，制冷剂泵一端通过管道与分液器的进液口连通。
制冷剂流经冷板吸收芯片产生的热量，被加热后发生相变，气液两相流体从冷板中流出，进入风冷冷凝器内部进行自然冷却，将来自室内的气态制冷剂冷凝至液态，并进入储液罐；在泵的驱动作用下，制冷剂在储液罐汇合后再流入分液器，并分配进入各个服务器冷板，完成整个循环，集成了相变冷板技术，实现了服务器“无水”冷板冷却，同时结合风冷自然冷源和液冷两种制冷方式的优点，弥补了两种方式在制冷方面的不足。
作为本技术方案的进一步优选，所述制冷剂为氟化液，且氟化液的沸点为45℃-55℃，其沸点低于服务器芯片正常工作温度，实现服务器“无水”冷板冷却。
作为本技术方案的进一步优选，所述壳体内部设有气液分离器，气液分离器采用市售成熟产前，其结构不再详述，所述气液分离器上端侧壁通过管道与集液器的集液口连通，气液分离器上端与风冷冷凝器连通，所述气液分离器下端侧壁通过管道与储液罐连通，且气液分离器的安装高度高于储液罐的安装高度，气液分离器与储液罐间的管道上设有电磁阀；气液两相流体从冷板中流出后，进入气液分离器，经过气液分离后，气态流入风冷冷凝器中进行冷凝，液态则直接流入储液罐内部，提高了制冷剂冷凝的效率。
作为本技术方案的进一步优选，所述进风口一侧设有百叶窗，避免了灰尘落入制冷模块内部。
作为本技术方案的进一步优选，所述进风口内部设有第一过滤网，进一步避免了灰尘落入制冷模块内部。
作为本技术方案的进一步优选，所述出风口上部设有排风风道，所述排风风道内部设有第二过滤网，避免了灰尘从出风口进入制冷模块内部。
作为本技术方案的进一步优选，所述壳体顶部设有若干轴流风机，轴流风机加快了壳体内部的空气流动，保证了风冷冷凝器的冷凝效果和冷凝效率。
作为本技术方案的进一步优选，若干组分液器与冷凝管一端并联连接，若干组集液器与冷凝管另一端并联连接；正常运行时，单个冷板流量由多个分液器和集液器共同提供，按照比例分配；当一路出现故障或需要检修时，其他分液器和集液器完全提供冷板流量，保证了服务器的散热效果。
作为本技术方案的进一步优选，所述冷凝管蛇形布置，扩大了冷凝管与冷板的接触面积，保证了冷板的冷却效果。
本实用新型的有益效果是：
1)整个机柜集成相变冷板技术，实现了服务器“无水”冷板冷却，结合风冷自然冷源和液冷两种制冷方式的优点，弥补了两种方式在制冷方面的不足。
2)制冷剂为氟化液，且氟化液的沸点为45℃-55℃，其沸点低于服务器芯片正常工作温度，实现服务器“无水”冷板冷却。
3)壳体内部设有气液分离器，气液分离器上端侧壁通过管道与集液器的集液口连通，气液分离器上端与风冷冷凝器连通，气液分离器下端侧壁通过管道与储液罐连通，且气液分离器的安装高度高于储液罐的安装高度，气液分离器与储液罐间的管道上设有电磁阀；气液两相流体从冷板中流出后，进入气液分离器，经过气液分离后，气态流入风冷冷凝器中进行冷凝，液态则直接流入储液罐内部，提高了制冷剂冷凝的效率。
4)进风口一侧设有百叶窗，避免了灰尘落入制冷模块内部。
5)进风口内部设有第一过滤网，进一步避免了灰尘落入制冷模块内部。
6)出风口上部设有排风风道，排风风道内部设有第二过滤网，避免了灰尘从出风口进入制冷模块内部。
7)壳体顶部设有若干轴流风机，轴流风机加快了壳体内部的空气流动，保证了风冷冷凝器的冷凝效果和冷凝效率。
8)若干组分液器与冷凝管一端并联连接，若干组集液器与冷凝管另一端并联连接；正常运行时，单个冷板流量由多个分液器和集液器共同提供，按照比例分配；当一路出现故障或需要检修时，其他分液器和集液器完全提供冷板流量，保证了服务器的散热效果。
9)冷凝管蛇形布置，扩大了冷凝管与冷板的接触面积，保证了冷板的冷却效果。
附图说明
附图1是本实用新型一种单机柜数据中心液冷结构示意图。
附图2是本实用新型一种单机柜数据中心液冷结构单机柜模块内部示意图。
附图3是本实用新型一种单机柜数据中心液冷结构制冷模块示意图。
附图4是本实用新型一种单机柜数据中心液冷结构中分液器结构示意图。
附图5是本实用新型一种单机柜数据中心液冷结构中液冷服务器终端示意图。
图中：1、单机柜模块；11、电源模块；12、监控模块；13、服务器；2、制冷模块；21、风冷冷凝器；22、气液分离器；23、储液罐；24、电磁阀；25、制冷剂泵；26、进风口；27、第一过滤网；28、出风口；29、轴流风机；30、壳体；301、百叶窗；3、液冷服务器终端；31、分液器；311、分液管；312、进液口；313、分液口；32、集液器；33、冷板；34、冷凝管；4、排风风道；41、第二过滤网；
具体实施方式
下面结合附图1-5，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“纵向”、“横向”、“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，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。
一种单机柜数据中心液冷结构，包括单机柜模块1、设置于单机柜模块1上部的制冷模块2、设置于单机柜模块1内部的液冷服务器终端3，所述单机柜模块1内部从下到上依次设置有监控模块12、电源模块11和服务器13；所述液冷服务器终端3包括至少一组分液器31和集液器32、冷板33、若干组设置于冷板33一侧的冷凝管34，所述分液器31和集液器32安装在单机柜模块1的内壁上，所述分液器31包括分液管311、设置于分液管311一端的进液口312和若干设置于分液管311上的分液口313；所述冷板33安装在芯片的一侧，所述冷凝管34一端与分液器31的分液口313连通，另一端与集液器32的集液口连通，集液器32一端设有出液口；所述制冷模块2包括壳体30、设置于壳体30内部的风冷冷凝器21和储液罐23，所述壳体30侧壁上设有若干进风口26，壳体30上部设有出风口28；所述风冷冷凝器21一端与集液器32的集液口连通，另一端与储液罐23连通；储液罐23内部设有制冷剂，所述储液罐23一侧通过管道与制冷剂泵25连接，制冷剂泵25一端通过管道与分液器31的进液口312连通。
制冷剂流经冷板33吸收芯片产生的热量，被加热后发生相变，气液两相流体从冷板33中流出，进入风冷冷凝器21内部进行自然冷却，将来自室内的气态制冷剂冷凝至液态，并进入储液罐23；在泵的驱动作用下，制冷剂在储液罐23汇合后再流入分液器31，并分配进入各个服务器13冷板33，完成整个循环，集成了相变冷板33技术，实现了服务器13“无水”冷板33冷却，同时结合风冷自然冷源和液冷两种制冷方式的优点，弥补了两种方式在制冷方面的不足。
在本实施例中，所述制冷剂为氟化液，且氟化液的沸点为45℃-55℃，其沸点低于服务器13芯片正常工作温度，实现服务器13“无水”冷板33冷却。
在本实施例中，所述壳体30内部设有气液分离器22，气液分离器22采用市售成熟产前，其结构不再详述，所述气液分离器22上端侧壁通过管道与集液器32的集液口连通，气液分离器22上端与风冷冷凝器21连通，所述气液分离器22下端侧壁通过管道与储液罐23连通，且气液分离器22的安装高度高于储液罐23的安装高度，气液分离器22与储液罐23间的管道上设有电磁阀24；气液两相流体从冷板33中流出后，进入气液分离器22，经过气液分离后，气态流入风冷冷凝器21中进行冷凝，液态则直接流入储液罐23内部，提高了制冷剂冷凝的效率。
在本实施例中，所述进风口26一侧设有百叶窗301，避免了灰尘落入制冷模块2内部。
在本实施例中，所述进风口26内部设有第一过滤网27，进一步避免了灰尘落入制冷模块2内部。
在本实施例中，所述出风口28上部设有排风风道4，所述排风风道4内部设有第二过滤网41，避免了灰尘从出风口28进入制冷模块2内部。
在本实施例中，所述壳体30顶部设有若干轴流风机29，轴流风机29加快了壳体30内部的空气流动，保证了风冷冷凝器21的冷凝效果和冷凝效率。
在本实施例中，若干组分液器31与冷凝管34一端并联连接，若干组集液器32与冷凝管34另一端并联连接；正常运行时，单个冷板33流量由多个分液器31和集液器32共同提供，按照比例分配；当一路出现故障或需要检修时，其他分液器31和集液器32完全提供冷板33流量，保证了服务器13的散热效果。
在本实施例中，所述冷凝管34蛇形布置，扩大了冷凝管34与冷板33的接触面积，保证了冷板33的冷却效果。
以上内容仅仅是对本实用新型的结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种单机柜数据中心液冷结构，包括单机柜模块、设置于单机柜模块上部的制冷模块、设置于单机柜模块内部的液冷服务器终端，所述单机柜模块内部从下到上依次设置有监控模块、电源模块和服务器；其特征在于，所述液冷服务器终端包括至少一组分液器和集液器、冷板、若干组设置于冷板一侧的冷凝管，所述分液器和集液器安装在单机柜模块的内壁上，所述分液器包括分液管、设置于分液管一端的进液口和若干设置于分液管上的分液口；所述冷板安装在芯片的一侧，所述冷凝管一端与分液器的分液口连通，另一端与集液器的集液口连通，集液器一端设有出液口；所述制冷模块包括壳体、设置于壳体内部的风冷冷凝器和储液罐，所述壳体侧壁上设有若干进风口，壳体上部设有出风口；所述风冷冷凝器一端与集液器的集液口连通，另一端与储液罐连通；储液罐内部设有制冷剂，所述储液罐一侧通过管道与制冷剂泵连接，制冷剂泵一端通过管道与分液器的进液口连通。
2.根据权利要求1所述的一种单机柜数据中心液冷结构，其特征在于，所述制冷剂为氟化液，且氟化液的沸点为45℃-55℃。
3.根据权利要求1所述的一种单机柜数据中心液冷结构，其特征在于，所述壳体内部设有气液分离器，所述气液分离器上端侧壁通过管道与集液器的集液口连通，气液分离器上端与风冷冷凝器连通，所述气液分离器下端侧壁通过管道与储液罐连通，且气液分离器的安装高度高于储液罐的安装高度，气液分离器与储液罐间的管道上设有电磁阀。
4.根据权利要求1所述的一种单机柜数据中心液冷结构，其特征在于，所述进风口一侧设有百叶窗。
5.根据权利要求1所述的一种单机柜数据中心液冷结构，其特征在于，所述进风口内部设有第一过滤网。
6.根据权利要求1所述的一种单机柜数据中心液冷结构，其特征在于，所述出风口上部设有排风风道，所述排风风道内部设有第二过滤网。
7.根据权利要求1所述的一种单机柜数据中心液冷结构，其特征在于，所述壳体顶部设有若干轴流风机。
8.根据权利要求1所述的一种单机柜数据中心液冷结构，其特征在于，若干组分液器与冷凝管一端并联连接，若干组集液器与冷凝管另一端并联连接。
9.根据权利要求1所述的一种单机柜数据中心液冷结构，其特征在于，所述冷凝管蛇形布置。
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- 2019-12-25 CN CN201922368861.6U patent/CN211429864U/zh active Active
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