CN217721855U - 机柜液冷系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种机柜液冷系统，包括：机柜，用于容置发热元件；冷却件，连接于发热元件；换热件，连接于机柜的出风口；散热装置，用于将机柜产生的热量交换至户外环境中；第一管道组件，用于连通散热装置和冷却件；以及第二管道组件，用于连通散热装置和换热件。本公开技术方案有效解决了传统机柜冷却系统能耗大/安全性能低的技术问题，有效减小了机房能耗、提高了机房安全性能。

Description

机柜液冷系统

技术领域

本公开涉及散热技术领域，尤其涉及一种机柜液冷系统。

背景技术

随着互联网数据中心(ICT)机房计算和储存密度增加，高密度机柜的不断增加，设备的集成度越来越高，设备的功率消耗也随之增大，使得机柜内设备的发热量增多，导致系统能耗巨大，其中散热能耗约占数据机房整体能耗的40％～50％。

传统机房散热设备无法满足现下高度集成的机房散热需求，并且，将传统机房散热设备布局在当代机房中，还造成了高能耗。具体而言，传统机房精密空调通过压缩制冷循环，再将室内空气冷却，通过专用通道将冷空气送入机房内，冷空气经由机柜底部或前部进入机柜，而高温空气被ICT设备自带的风扇由服务器后方吹出，使得机柜容易造成局部过热、机房空调能耗大、噪音大等问题。

目前，针对机房降温散热问题通常采用将室外空气引入室内为机房降温的新风方案，其优点是制冷效率高、初投资低、能耗低；但是，将室外冷空气引入室内后，会带来室内空气洁净度低、湿度无法保证的新问题，使得整个机房的安全性能降低，后期运维工作量大且繁琐。

实用新型内容

本公开提供了一种机柜液冷系统，以解决传统机柜冷却系统能耗大/安全性能低的技术问题。

为此，本公开实施例提供了一种机柜液冷系统，包括：

机柜，用于容置发热元件；

冷却件，连接于发热元件；

换热件，连接于机柜的出风口；

散热装置，用于将机柜产生的热量交换至户外环境中；

第一管道组件，用于连通散热装置和冷却件；以及

第二管道组件，用于连通散热装置和换热件。

根据本公开实施例提供的机柜液冷系统，其包括：机柜，用于容置发热元件；冷却件，连接于发热元件；换热件，设于机柜的出风口；散热装置，用于将机柜产生的热量交换至户外环境中；第一管道组件，用于连通散热装置和冷却件；以及第二管道组件，用于连通散热装置和换热件。本公开技术方案通过优化设置机房的散热系统，以提高机房散热系统能效、降低机房能耗。具体而言，本公开实施例提供的机柜液冷系统通过将ICT设备产生的全部热量传递给液体，通过液体将所有热量排放至户外，从而去除或大幅减少机房空调的使用，进而减少机房能耗，提高机房安全性能。基于此，在设置有发热元件的机柜的出风口侧设置了换热件，并将该换热件与散热装置连通，如此，以对机柜的出风口侧进行散热降温；同时，还在机柜内设置了与发热元件连接的冷却件，并将该冷却件与散热装置连通，如此，以直接对发热元件进行散热降温。本公开对机柜进行多路供液散热，减少了冷冻机组的使用，减少了能耗损失；并且，本公开通过一种全液冷的方式对发热元件进行散热，并未对机房内部引进外部空气，规避了降低机房内部空气洁净度、改变湿度的新问题的产生，保证了机房运维的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本公开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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。另外，在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，且附图并未按照实际的比例绘制。

图1为本公开实施例一提供的机柜液冷系统的结构示意图；

图2为本公开实施例二提供的机柜液冷系统的结构示意图；

图3为本公开实施例三提供的机柜液冷系统的结构示意图；

图4为本公开实施例四提供的多组机柜的第一阵列排布图；

图5为本公开实施例四提供的多组机柜的第二阵列排布图。

附图标记说明：

1、室内；2、室外；10、发热元件；

100、机柜；200、冷却件；300、换热件；

400、第一管道组件；410、第一供液管；420、第一回液管；401一次侧管道；402二次侧管道；500、第二管道组件；510、第二供液管；520、第二回液管；

600、散热装置；610、第一散热单元；620、第二散热单元；

700、冷量分配单元；800、补冷设备。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

在IT设备单板布局的服务器产品(比如E900服务器)中，一般包括CPU(centralprocessing unit中央处理器)、内存、硬盘、RAID卡(Redundant Array of IndependentDisks独立磁盘冗余阵列)等器件，目前的IT设备散热方案一般将CPU和内存进行液冷设计，两者热量通过液冷冷板带走，并通过管路将热量带到机房外面，其他器件如硬盘和RAID卡等使用IT设备自带的风扇吹出的风散热，而风带走的热量则由机房空调制冷。但是，使用空调对风冷带走的热量制冷不利于能效的提升。基于此，本公开提出一种机柜液冷系统，以解决上述技术问题。

图1示出本公开实施例一中的机柜液冷系统的结构示意图。

实施例一

参见图1，本公开提供的一种机柜液冷系统，包括：用于容置发热元件10的机柜100、连接在发热元件10上的冷却件200、设置在机柜100出风口上的换热件300以及通过第一管道组件400和冷却件200连通、同时通过第二管道组件500和换热件300连通的散热装置600。例如但不限于，该散热装置600靠近机柜100设置，以减小机柜液冷系统的占用空间。

本实施例中，通过对机房的散热系统进行优化设置，以提高机房散热系统能效、降低机房能耗。进一步地，本公开实施例提供的机柜液冷系统通过将ICT设备产生的全部热量传递给液体，通过液体将所有热量排放至户外，从而去除或大幅减少机房空调的使用，进而减少机房能耗，提高机房安全性能。

具体而言，在设置了发热元件10/发热设备的机柜100的出风口侧设置了换热件300，并将该换热件300与散热装置600连通，如此，以对机柜100的出风口侧进行散热降温；同时，还在机柜100内设置了直接与发热元件10连接的冷却件200，并将该冷却件200与散热装置600连通，如此，以直接对发热元件10进行散热降温。这样，本实施例通过对机柜100内部的发热元件10/发热设备进行多路液冷散热，减少了冷冻机组的使用，减少了能耗损失；并且，本实施例通过通过一种全液冷的方式对发热元件10进行散热，未对机房内部引进外部空气，规避了通过新风系统散热时损害机房内部空气洁净度、改变机房内环境湿度的新问题的产生，有利于提高机房后续的运维安全性。

此外，本实施例提供的机柜液冷系统在不改造机房的条件下，比精密空调散热技术更节省机房空间，提高了机房的空间利用率。散热采用完全液冷技术，对发热芯片以及热气流进行更高效准确的散热，有效减少了机房的PUE值，保证服务器的高效运行，实现更节能的数据中心运营模式。

例如但不限于，散热装置600为冷却塔或者干冷器。本实施例并不局限散热装置600的具体类型，只要其满足散热即可。

当然，在另一些实施例中，第一管道组件400和第二管道组件500的使用可单独控制，如此，以根据不同地区不同环境和不同使用需求对机柜100进行针对性散热，进一步提升机房散热的高效性。

在一种可能的实施方式中，第一管道组件400包括第一供液管410和第一回液管420，第一供液管410的两端分别连通散热装置600的出口端和冷却件200的进口端，第一回液管420的两端分别连通散热装置600的进口端和冷却件200的出口端，第一供液管410中的工质温度为40～50℃。

本实施例中，对第一管道组件400的具体构成进行设计。具体而言，该第一管道组件400至少包括连通散热装置600出口端和冷却件200进口端的第一供液管410、和连通散热装置600进口端和冷却件200出口端的第一回液管420，如此，以在散热装置600和冷却件200之间形成第一散热冷液回路，以便对连接在冷却件200背向散热装置600的一侧的发热元件10进行散热。应当理解，该冷却件200背向散热装置600一侧连接的发热元件10为大发热器件，其产生的热量高，因此，本实施例进一步对流向该冷却件200的第一供液管410中的工质的温度进行优化，使其满足40～50℃。优选地，使得第一供液管410中的工质温度为40～45℃。

在一种可能的实施方式中，第二管道组件500包括第二供液管510和第二回液管520，第二供液管510的两端分别连通散热装置600的出口端和换热件300的进口端，第二回液管520的两端分别连通散热装置600的进口端和换热件300的出口端，第二供液管510中的工质温度为20～30℃。

本实施例中，对第二管道组件500的具体构成进行设计。具体而言，该第二管道组件500至少包括连通散热装置600出口端和换热件300进口端的第二供液管510、和连通散热装置600进口端和换热件300出口端的第二回液管520，如此，以在散热装置600和换热件300之间形成第二散热冷液回路，以便对连接在换热件300背向散热装置600的一侧的发热元件10进行散热。应当理解，该换热件300背向散热装置600一侧连接的发热元件10为小型发热器件，其产生的热量低，因此，本实施例进一步对流向该换热件300的第二供液管510中的工质的温度进行优化，使其满足20～30℃。优选地，使得第二供液管510中的工质温度为20～25℃。

在一具体实施例中，机柜液冷系统至少涉及了两个散热回路，即第一散热冷液回路和第二散热冷液回路。在第一散热冷液回路中，发热元件10产生的热量顺次经过冷却件200、第一供液管410及散热装置600，并在散热装置600内冷却，降温后的液体经过第一回液管420回流至冷却件200中，如此，以实现对机柜内的大型发热器件的快速降温。在第二散热冷液回路中，小器件和小部件产生的热量顺次经过换热件300、第二供液管510及散热装置600，并在散热装置600内冷却，降温后的液体经过第二回液管520流回换热件中，如此，以实现对机柜内的小型器件的快速降温。这样，通过至少两个冷液回路实现对机柜内部设置的各个零部件的降温散热，实现了机柜的全冷液散热，避免风扇的使用，有利于能耗的减少。

图2示出本公开实施例二中的机柜液冷系统的结构示意图。

实施例二

参见图2，在本实施例中提供的机柜液冷系统还包括冷量分配单元700，冷量分配单元700设于散热装置600和冷却件200之间；

第一管道组件400顺次连通散热装置600、冷量分配单元700及冷却件200。

本实施例中，为提高机柜液冷系统在不同温带的适应性，对第一散热冷液回路进行优化设置。具体而言，在第一散热冷液回路中增设了一冷量分配单元700，即在散热装置600和冷却件200之间设置了一冷量分配单元700。如此，在一些温带气温较高的地区，可使用该冷量分配单元700对进入冷却件200中的第一供液管410中的工质进行降温，使其满足使用需求。

在一种可能的实施方式中，第一管道组件400包括一次侧管道401和二次侧管道402，一次侧管道401用于连通散热装置600和冷量分配单元700，二次侧管道402用于连通冷量分配单元700和冷却件200。

本实施例中，进一步对第一散热冷液回路进行优化设置。具体而言，使得在冷量分配单元700和冷却件200之间流通的工质区别于在冷量分配单元700和散热装置600之间流通的工质，并使得在冷却件200和冷量分配单元700之间流通的工质的质量高于在冷量分配单元700和散热装置600之间流通的工质的质量。

例如但不限于，在冷却件200和冷量分配单元700之间流通的工质可以为具有去离子水、防虫、防腐特征的液体；在冷量分配单元700之间流通的工质为普通除杂质后的水源。

例如但不限于，根据成本和可靠性的要求，第一工质可以为软化水或纯水，第二工质可以为乙二醇溶液、氟碳类溶液或碳氢类溶液。

在一种可能的实施方式中，机柜液冷系统还包括补冷设备800，补冷设备800设于散热装置600和换热件300之间；

第二管道组件500顺次连通散热装置600、补冷设备800及换热件300。

本实施例中，进一步对第二散热冷液回路进行优化设置。具体而言，在第二散热冷液回路中增设了一补冷设备800，即在散热装置600和换热件300之间设置了一补冷设备800。如此，在一些温带气温较高的地区，可通过该补冷设备800对进入换热件300中的第二供液管510路中的工质进行降温，使其满足使用需求。

应当理解，第二管道组件500的管路比第一管道组件400的管路粗大，因此，即便在散热装置600和换热件300之间设置了一补冷设备800，补冷设备800两侧的工质也可使用同一工质，无需采用需求不同的工质。如此，减少了CDU等装配设备的使用，并且后续运维方便。

图3示出本公开实施例三中的机柜液冷系统的结构示意图。

实施例三

参见图3，在本实施例中提供的散热装置600包括间隔设置的第一散热单元610和第二散热单元620，第一散热单元610连通冷却件200，第二散热单元620连通换热件300。

本实施例中，对散热装置600进一步优化。具体而言，该散热装置600可仅设置一散热单元，并同时使冷却件200和换热件300分别连通该散热单元。

但是，在其他实施例中，该散热装置600还可设置两个散热单元，并使冷却件200和换热件300分别对应连通其中一个散热单元，如此，可减小对单一散热单元的散热功率的要求。

当然，在另外一些实施例中，该散热装置600还可设置多个散热单元，多个该散热单元可任意组合，并分别连通冷却件200和换热件300，如此，在降低单个散热单元要求的同时，还可针对实际情况对第一管道组件400/第二管道组件500内的工质温度进行高效调节。

在一种可能的实施方式中，冷却件200为板式换热器，换热件300为管翅式换热器。

本实施例中，对冷却件200和换热件300的具体结构进行设计。具体而言，该冷却件200为板式换热器/冷板，该换热件300为管翅式换热器。如此，使得该冷板可直接与CPU等大器件接触，对该大器件进行高效散热；使得该管翅式换热器可针对小器件/小部件进行局部散热，针对性强，散热效率高。

在一种可能的实施方式中，换热件300铰接于机柜100。

本实施例中，换热件300可作为门式部件安装在机柜100上，如铰接在机柜100上。如此，在对该换热件300进行检修时，直接转动打开该换热件300即可，不必拆卸，检修方便。

当然，为提高换热件300与机构的连接紧固性，还可将该换热件300直接固定在机柜100的出风口侧。

在一种可能的实施方式中，发热元件10设有多个，冷却件200设有多个，一冷却件200对应一发热元件10设置，第一管道组件400设有多个，一第一管道组件400对应一冷却件200设置。

本实施例中，为满足机柜的扩容需求，可设置多个发热元件10。每一发热元件10均设置有冷却件200，每一冷却件200均对应一第一管道组件400设置，如此，以实现对每一发热元件10的额点散热。应当理解，此时多个发热元件10共用一个换热件设备，如此，以通过该换热件实现对机柜100内部的热风进行热量交换，使交换降温后的空气重新进入机房空间内。

实施例四

图4示出实施例四提供的多组机柜组合的阵列排布图；图5为实施例四的多组机柜的另一排布图。

参见图4，在一种可能的实施方式中，为满足机房的扩容需求，设置了多组机柜100，多组机柜100呈排设置，且相邻两机柜100的出风侧相对设置。例如但不限于，设置了四组机柜100，四组机柜100呈“一”字形排布，其中一机柜100的出风口与相邻机柜100的进风口设置在同一侧，如图4中的箭头所示为气体/热量的流动方向。换热件300设置了四个，每一机柜100对应一换热件300，此时，每一换热件300对应一第二管道组件500设置，如此，以方便后续维修；即便其中一个换热件300被拆除或者打开后，该机柜100仍然可以正常散热，整个机柜组仍然可以正常作业。冷却件200设置了四个，每一机柜100对应一冷却件200，如此，以分别对每一机柜100内的发热元件10产生的高热量单独散热，提高散热效果。每一冷却件200对应一第一管道组件400设置。散热装置600可设置一个，也可设置多个，具体可根据实际需要进行选择。

当然，在其他实施例中，多组机柜还可共用一个换热件300，以减少装置成本，在此并不对换热件300的具体个数进行限定。

在其他实施例中，每一机柜100还可使用多个冷却件200，每一冷却件200对应一大型发热器件，以提高散热效率，在此并不对冷却件200的具体个数进行限定。

参见图5，当然，在其他实施例中，还可设置多个机柜100。多个机柜100成阵列设置，相邻两排的机柜100首尾相对，应当理解，在相对两机柜之间还设有维护通道，以便作业人员后续对机柜100进行检修维护。例如但不限于，设置了四组机柜100，四组机柜100呈两排两列的“田”字形排布，第一排机柜100的出风口与第二排中相对机柜100的进风口相对，如图5中的箭头所示为气体/热量的流动方向。换热件300设置了四个，每一机柜100对应一换热件300，每一换热件300对应一第二管道组件500设置。冷却件200设置了四个，每一机柜100对应一冷却件200，每一冷却件200对应一第一管道组件400设置。散热装置600可设置一个，也可设置多个，具体可根据实际需要进行选择。

根据上述实施例提供的机柜液冷系统，本公开实施例提供的机构液冷系统至少具有如下几方面有益效果：

①本公开针对机柜100内大型发热器件和小型发热器件两方面发热器件进行散热系统的设计。具体而言，对大型发热器件采用冷却件200进行散热，并且该冷却件200和散热装置600联合形成第一散热冷液回路；对小型发热器件采用换热件300进行散热，并且该换热件300和散热装置600联合形成第二散热冷液回路，然后通过第一散热冷液回路和第二散热冷液回路将机柜100中的发热器件产生的热量带到室外2释放。

②本公开提供了一种针对服务器/交换机/路由器/BBU等ICT设备的全液冷系统，其规避采用新风系统对ICT设备进行散热，减少了使用空调等的能耗，以及运维成本。

③本公开采用管翅式换热器对机柜100中的热气流进行散热，其将ICT设备中的小型发热器件(不适应冷板接触散热的发热器件)的热量从室内1带至室外2释放，避免液体工质与电子设备的直接接触，保证了系统的可靠性，同时降低了用于散热的功耗。

④本公开提供的机柜液冷系统节省了机房空间，提升了空间利用率；并且，前期的成本投入低，有利于工业化发展。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (12)

1.一种机柜液冷系统，其特征在于，包括：

机柜，用于容置发热元件；

冷却件，连接于发热元件；

换热件，连接于所述机柜的出风口；

散热装置，用于将所述机柜产生的热量交换至户外环境中；

第一管道组件，用于连通所述散热装置和所述冷却件；以及

第二管道组件，用于连通所述散热装置和所述换热件。

2.根据权利要求1所述的机柜液冷系统，其特征在于，所述第一管道组件包括第一供液管和第一回液管，所述第一供液管的两端分别连通所述散热装置的出口端和所述冷却件的进口端，所述第一回液管的两端分别连通所述散热装置的进口端和所述冷却件的出口端。

3.根据权利要求2所述的机柜液冷系统，其特征在于，所述第一供液管中的工质温度为40～50℃。

4.根据权利要求2所述的机柜液冷系统，其特征在于，所述第二管道组件包括第二供液管和第二回液管，所述第二供液管的两端分别连通所述散热装置的出口端和所述换热件的进口端，所述第二回液管的两端分别连通所述散热装置的进口端和所述换热件的出口端。

5.根据权利要求4所述的机柜液冷系统，其特征在于，所述第二供液管中的工质温度为20～30℃。

6.根据权利要求1所述的机柜液冷系统，其特征在于，所述机柜液冷系统还包括冷量分配单元，所述冷量分配单元设于所述散热装置和所述冷却件之间；

所述第一管道组件顺次连通所述散热装置、所述冷量分配单元及所述冷却件。

7.根据权利要求6所述的机柜液冷系统，其特征在于，所述第一管道组件包括一次侧管道和二次侧管道，所述一次侧管道用于连通所述散热装置和所述冷量分配单元，所述二次侧管道用于连通所述冷量分配单元和所述冷却件。

8.根据权利要求1所述的机柜液冷系统，其特征在于，所述机柜液冷系统还包括补冷设备，所述补冷设备设于所述散热装置和所述换热件之间；

所述第二管道组件顺次连通所述散热装置、所述补冷设备及所述换热件。

9.根据权利要求1所述的机柜液冷系统，其特征在于，所述散热装置包括间隔设置的第一散热单元和第二散热单元，所述第一散热单元连通所述冷却件，所述第二散热单元连通所述换热件。

10.根据权利要求1所述的机柜液冷系统，其特征在于，所述冷却件为板式换热器，所述换热件为管翅式换热器。

11.根据权利要求1所述的机柜液冷系统，其特征在于，所述换热件铰接于所述机柜。

12.根据权利要求1所述的机柜液冷系统，其特征在于，所述发热元件设有多个，所述冷却件设有多个，一所述冷却件对应一所述发热元件设置，所述第一管道组件设有多个，一所述第一管道组件对应一所述冷却件设置。

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