CN219893686U - 一种数据中心相变散热系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种数据中心相变散热系统，包括机柜、相变散热套件、分液管、集气管、回液泵、供液主管路、回气主管路、户外冷凝器、相变工质；户外冷凝器，设置在机房上部；户外冷凝器出液口与供液主管路连接，供液主管路与分液管连接，分液管连接相变散热套件；相变散热套件的另一端连接集气管，集气管连接至回气主管，回气主管路连接户外冷凝器，形成蒸发‑冷凝的散热循环；回液泵连接集气管和分液管，用于将集气管底部的液体相变工质输送回分液管，继续参与散热循环。与现有技术相比，本实用新型的一种数据中心重力驱动为主、泵驱动为辅的相变散热系统，提高能源利用效率。
Description
技术领域
本实用新型属于数据中心散热系统领域，特别是一种数据中心相变散热系统。
背景技术
随着信息化时代的来临，大数据、区块链、5G等技术得到迅速发展及深度结合，各种各类数据的集中程度和总体规模大幅提高，迫使数据中心提高通信及计算能力，以满足海量数据的处理需求。事实上，数据中心巨大的耗电量困扰着全球科技公司。据统计，全球数据中心的耗电总量占总用电量的3％，其中有约40％用于与业务无关的制冷系统，造成了能源的极大浪费。如何解决数据中心高效散热问题成为了本行业亟待解决的关键问题。
目前服务器所采用的冷却技术中，主要采用风冷冷却，部分高功率密度的服务器采用水冷板冷却或浸没冷却。其中风冷服务器的散热效率低，冷却系统需要包含压缩机、驱动泵等耗能部件，其能源利用率最低。水冷、浸没冷却等冷却方式虽然具有较高的冷却效率，但都含有功率较大的循环动力设备，如循环泵。因此这些冷却系统用于数据中心时，因循环动力设备必不可少，其能源利用效率PUE值较难降低。除此之外，还有一种重力热管背板的冷却系统，依靠热管内液体向下、气态往上的原理完成热量转移，该结构将冷量引入了机柜，但由于没有将冷量引入进服务器，其能源利用效率改善不大。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种数据中心相变散热系统，该系统是重力驱动为主、泵驱动为辅的相变散热系统，系统大循环采用重力驱动，低位液体工质吸热蒸发，由液相转变为气相，气相上升，在高位被冷凝为液相再落下的散热原理。同时散热系统将冷量引入服务器内，由相变冷板紧贴发热器件，解决大功率器件散热问题，对于其他小功率器件，对机房环境温度的要求可放宽，达到降低机房空调能耗的效果。系统小循环采用泵驱动，其作用是将气体管路内液体抽回液体管路，维持气体管路少量液体或无液体的状态，防止气体管路内液体过多导致相变冷板内气体排出困难，引起芯片过温。
本相变散热系统的大循环依靠重力驱动，无动力设备，系统小循环依靠小泵，对于一个30kW功耗的机柜，泵的运行功率仅需100W以内，因此该相变散热系统相比风冷散热系统和水冷散热系统具有更高的能源使用效率。
实现本实用新型目的的技术解决方案为：
一种数据中心相变散热系统，其特征在于，包括相变散热套件、分液管、集气管、回液泵、供液主管路、回气主管路、户外冷凝器、相变工质；
户外冷凝器，设置在机房上部；
相变散热套件，通过相变工质受热蒸发转变为气态工质，对数据中心进行散热；
户外冷凝器出液口与供液主管路连接，供液主管路与分液管连接，分液管连接相变散热套件；相变散热套件的另一端连接集气管，集气管连接至回气主管，回气主管路连接户外冷凝器，形成蒸发-冷凝的散热循环；
回液泵连接集气管和分液管，用于将集气管底部的液体相变工质输送回分液管，继续参与散热循环。
本实用新型与现有技术相比，其显著优点是：本实用新型的一种数据中心重力驱动为主、泵驱动为辅的相变散热系统，依靠重力驱动相变工质完成散热大循环，系统无大功率循环动力设备，减少散热系统的能源消耗，提高能源利用效率。
附图说明
图1为数据中心相变散热系统结构示意图；
图2为服务器散热结构示意图；
图3为相变板结构示意图；
图4为相变板内工质流动示意图。
图中：机柜1、相变散热套件2、分液管3、集气管4、回液泵5、供液主管路6、回气主管路7、户外冷凝器8、外接口9、相变板10、连接管11、进液口12、出气口13、壳体14、毛细结构15。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步的介绍。
结合图1-图4，本实用新型的提供的一种数据中心重力驱动相变散热系统，包括机柜1、相变散热套件2、分液管3、集气管4、回液泵5、供液主管路6、回气主管路7、户外冷凝器8、相变工质。
整个系统在高度空间上从上向下依次布置，高位为户外冷凝器8，机房位于低位，机房内设有多个机柜1，每个机柜1内放置多个服务器，每个服务器内有相变散热套件2；户外冷凝器8出液口与供液主管路6连接，供液主管路6向下通到机房内；供液主管路6在机柜1顶部与机柜1的分液管3连接，通过分液管3将液态相变工质分配到相变散热套件2内；相变工质在相变散热套件2内蒸发吸收热量转变为气态工质，出相变散热套件2后聚集到集气管4中，集气管4连接至回气主管路7，气态相变工质沿回气主管路7流到户外冷凝器8中冷凝，完成蒸发-冷凝散热循环。
由于机柜1内相变散热套件2可能存在少数不工作的情况，因此出相变散热套件2的相变工质依然为液体，此时集气管4为气液两相态，液体相变工质聚集在集气管4底部，通过回液泵5输送回分液管3中，继续参与散热循环。
进一步的，结合图2-图4，所述相变散热套件2包括对外接口9、相变板10、连接管11。每个相变散热套件2内可设置一个或多个相变板10，所述相变板10包括进液口12、出气口13、壳体14、毛细结构15，壳体14上设有进液口12和出气口13，毛细结构15设置在壳体14内。
具体的，如图4所示，毛细结构15位于蒸发区和进液口12之间，依靠毛细力可以平衡同一服务器内并联的相变板10由于管路长度导致的不同沿程压降问题，同时可以阻碍气态相变工质流向进液口12，使其形成进口向出口的单相循环。液体相变工质通过对外接口9、连接管11经进液口12流入相变板10中，进入相变板10的相变工质被毛细结构15输送到相变板内部，在内部完成蒸发吸热，转变为气态的相变工质分别经出气口13、连接管11、对外接口9聚集到集气管4中。
综上，本实用新型提供的一种数据中心散热系统进行工作时，相变工质从户外冷凝器8的出液口流出，经供液主管路6，流入机房机柜1内的分液管3中，经分液管3流入相变散热套件2的对外接口9、连接管11，经进液口12流入相变板10中，进入相变板10的相变工质被毛细结构15输送到相变板内部，在内部完成蒸发吸热，转变为气态的相变工质分别经出气口13、连接管11、对外接口9聚集到集气管4中，气态的相变工质沿回气主管路7流到户外冷凝器8中冷凝，完成蒸发-冷凝散热循环。同时集气管4为气液两相态时，液体相变工质聚集在集气管4底部，通过回液泵5输送回分液管3中，继续参与散热循环。
本实用新型的散热系统是重力驱动为主、泵驱动为辅的相变散热系统，提高了能源的利用效率。系统大循环采用重力驱动，低位液体工质吸热蒸发，由液相转变为气相，气相上升，在高位被冷凝为液相再落下的散热原理。系统小循环采用泵驱动，其作用是将气体管路内液体抽回液体管路，维持气体管路少量液体或无液体的状态，防止气体管路内液体过多导致相变冷板内气体排出困难。
Claims (4)
1.一种数据中心相变散热系统，其特征在于，包括相变散热套件、分液管、集气管、回液泵、供液主管路、回气主管路、户外冷凝器、相变工质；
户外冷凝器，设置在机房上部；
相变散热套件，通过相变工质受热蒸发转变为气态工质，对数据中心进行散热；
户外冷凝器出液口与供液主管路连接，供液主管路与分液管连接，分液管连接相变散热套件；相变散热套件的另一端连接集气管，集气管连接至回气主管，回气主管路连接户外冷凝器，形成蒸发-冷凝的散热循环；
回液泵连接集气管和分液管，用于将集气管底部的液体相变工质输送回分液管，继续参与散热循环。
2.根据权利要求1所述的数据中心相变散热系统，其特征在于，所述相变散热套件包括对外接口、相变板、连接管；
每个相变散热套件设置两个对外接口，对外接口外部分别与分液管和集气管连接，内部连接连接管，相变板与连接管连接；
相变工质从分液管进入对外接口，经连接管进入相变板，蒸发吸收热量转变为气态工质，气态相变工质在经连接管，从对外接口流入集气管。
3.根据权利要求2所述的数据中心相变散热系统，其特征在于，所述相变板包括进液口、出气口、壳体、毛细结构；壳体上设有进液口和出气口，毛细结构设置在壳体内。
4.根据权利要求3所述的一种数据中心相变散热系统，其特征在于，所述毛细结构位于蒸发区和进液口之间，用于平衡同一服务器内并联的相变板由于管路长度导致的不同沿程压降问题，同时阻止气态相变工质回流，形成进口向出口的单相循环。
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