CN219981399U - 一种数据中心节能冷却装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种数据中心节能冷却装置，应用于数据中心，数据中心具有至少一个机柜。该数据中心节能冷却装置包括吸热器、冷凝器、气态介质管路和液态介质管路。吸热器设置于机柜内的热源处，吸热器设有介质进口、气体介质出口和液体介质出口。气态介质管路的进气端与气体介质出口连通；冷凝器与气态介质管路的出气端连通，并适于安装于机房外。液态介质管路的第一进液端与液体介质出口连通，液态介质管路的第二进液端与冷凝器的出液端连通，液态介质管路的第一出液端与介质进口连通。本实用新型利用自然冷源或室外风机冷却气体介质，减少了机房内热功率，并采用介质气液分离的形式冷却服务器，降低了能耗。

Description

一种数据中心节能冷却装置

技术领域

本实用新型涉及散热装置技术领域，尤其涉及一种数据中心节能冷却装置。

背景技术

目前，数据中心节能冷却方案一般采用常规的精密空调、冷水机组、自然冷风新风机组、浸没式液冷及间接液冷等。

现有的数据中心节能冷却系统包括压缩机、冷凝器、储液罐、蒸发器及数据中心机柜等。其中压缩机压缩有机工质，压缩机、冷凝器、储液罐与蒸发器依次连接并形成一个循环。数据中心机柜与蒸发器连接并构造成与蒸发器进行换热循环，以使得蒸发器吸收数据中心机柜产生的热量。

其中，蒸发器内的有机工质在吸热后通入至压缩机中，压缩机将来自蒸发器的低压气态工质压缩成高压气态工质进行压缩，然后工质流入至冷凝器中冷却。然而，压缩机需要依靠电机驱动，机房内热功率高，能耗较大。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种数据中心节能冷却装置，旨在减少机房内热功率，降低能耗。

为实现上述目的，本实用新型提出一种数据中心节能冷却装置，应用于数据中心，所述数据中心具有至少一个机柜，所述数据中心节能冷却装置包括：

吸热器，适于设置于所述机柜内的热源处，所述吸热器设有介质进口、气体介质出口和液体介质出口；

气态介质管路，所述气态介质管路的进气端与所述气体介质出口连通；

冷凝器，与所述气态介质管路的出气端连通，并适于安装于机房外；以及

液态介质管路，具有第一进液端、第二进液端和第一出液端，所述液态介质管路的第一进液端与所述液体介质出口连通，所述液态介质管路的第二进液端与所述冷凝器的出液端连通，所述液态介质管路的第一出液端与所述介质进口连通。

可选地，所述数据中心节能冷却装置还包括气液分离器，所述气液分离器设置于所述气态介质管路上并位于所述吸热器与所述冷凝器之间，且所述气液分离器的出液端与所述液态介质管路连通。

可选地，所述吸热器为蒸发器。

可选地，所述蒸发器的数量为多台，多台所述蒸发器串联设置。

可选地，所述数据中心节能冷却装置还包括至少一个储液器，所述储液器设于所述液态介质管路上。

可选地，所述数据中心节能冷却装置还包括循环泵，所述循环泵设于所述液态介质管路上。

可选地，所述数据中心节能冷却装置还包括风机，所述风机设于所述冷凝器内。

可选地，所述数据中心节能冷却装置还包括控制阀，所述控制阀设于所述液态介质管路上。

可选地，所述数据中心节能冷却装置还包括：

第一温度传感器，所述第一温度传感器设于所述气态介质管路上并用于检测气体介质的温度；和/或

第二温度传感器，所述第二温度传感器设于所述液态介质管路上并用于检测液态介质的温度。

可选地，所述数据中心节能冷却装置还包括：

第一压力传感器，所述第一压力传感器设于所述气态介质管路上并用于检测气态介质的压力；和/或

第二压力传感器，所述第二压力传感器设于所述液态介质管路上并用于检测液态介质的压力。

在本实用新型的技术方案中，该数据中心节能冷却装置包括吸热器、冷凝器、气态介质管路和液态介质管路；吸热器设置于机柜内的热源处，吸热器设有介质进口、气体介质出口和液体介质出口。气态介质管路的进气端与气体介质出口连通；冷凝器与气态介质管路的出气端连通，并适于安装于机房外。液态介质管路的第一进液端与液体介质出口连通，液态介质管路的第二进液端与冷凝器的出液端连通，液态介质管路的第一出液端与介质进口连通。可以理解的是，本实用新型利用吸热器对服务器吹出的热风进行热量收集，吸热器内部介质相变吸收热量，吸热后的气体介质流至室外冷凝器处，通过自然冷源或室外风机降温冷却，再回流到柜内的蒸发器内，而未相变的液体介质通过液体管道直接回流至吸热器中，如此往复循环。本实用新型的冷却装置无需设置压缩机及电机等，利用自然冷源或室外风机冷却气体介质，减少了机房内热功率，采用介质气液分离的形式冷却服务器，降低了能耗。

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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型数据中心节能冷却装置的液冷循环原理图。

附图标号说明：

200、机柜；10、吸热器；20、冷凝器；30、气态介质管路；40、液态介质管路；50、储液器；60、循环泵；70、控制阀。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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的一部分实施例，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作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。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种数据中心节能冷却装置，可以应用于数据中心等，数据中心具有至少一个机柜。

参照图1，在本实用新型一实施例中，该数据中心节能冷却装置包括吸热器10、冷凝器20、气态介质管路30和液态介质管路40。吸热器10适于设置于机柜200内的热源处，吸热器10设有介质进口、气体介质出口和液体介质出口；气态介质管路30的进气端与气体介质出口连通；冷凝器20与气态介质管路30的出气端连通，并适于安装于机房外；液态介质管路40具有第一进液端、第二进液端和第一出液端，液态介质管路40的第一进液端与液体介质出口连通，液态介质管路40的第二进液端与冷凝器20的出液端连通，液态介质管路40的第一出液端与介质进口连通。

本实施例中，吸热器10可为利用冷却介质相变吸热的装置，具体可以是蒸发器等，尤其是多通道平行流液冷板蒸发器，此处不限。

其中，蒸发器的数量可设置为多台，参照图1，多台蒸发器可沿机柜200的高度方向依次串联设置于机柜200中。如此，可以大幅度提升该数据中心节能冷却装置冷却服务器的效果。

需要说明，吸热器10内冷却介质在吸收热量后包括液态介质和气态介质两种形态，由于气态介质的密度小于液态介质的密度，气态介质会位于液态介质的上方，故可将气体介质出口设置于吸热器10的上方，将液体介质出口设置于吸热器10的下方，以实现气液分离。

可以理解的是，本实用新型利用吸热器10对服务器吹出的热风进行热量收集，吸热器10内部介质相变吸收热量，吸热后的气体介质流至室外冷凝器20处，通过自然冷源或室外风机降温冷却，再回流到柜内的蒸发器内，而未相变的液体介质通过液体管道直接回流至吸热器10中，如此往复循环。

本实用新型的冷却装置无需设置压缩机及电机等，利用自然冷源或室外风机冷却气体介质，减少了机房内热功率，采用介质气液分离的形式来冷却服务器，降低了能耗。

值得一提的是，机柜200内微模块冷通道内部温度一般设定在20℃～22℃，服务器工作时CPU表面温度可达50℃～55℃；机柜200尾端出风口温度40℃～45℃，其为服务器外的温度最高点。

对此，该数据中心节能冷却装置还可配置精密空调，精密空调安装于机房内，机柜200尾端出风口的热风可与机房内的精密空调进行热交换，通过空调蒸发器降温后再循环到机柜200的冷通道中，这样可以将服务器排出的热量转移到室外，利用自然冷源减少机房内热功率，从而降低空调制冷能耗，进一步地增强了节能效果。

服务器出风口热量分析：以2U服务器、额定功率600W、实际平均能耗300W为例，机房环境温度为26℃，服务器出风口温度为40℃时，该数据中心节能冷却装置理论上能够将服务器出风口温度下降9.8℃，因此当环境温度为40-9.8＝30.2℃时，该数据中心节能冷却装置可以实现自驱散热，随环温降低，散热效果逐渐增强。

该数据中心节能冷却装置在常规服务器及其机柜200结构上设计的相变换热结构，不改变服务器和机柜200的主体结构，仅对机柜200内的空间优化利用，通过提高服务器在机柜200内的排热效率，从而降低服务器排出的热功率来减少制冷能耗。该数据中心节能冷却装置可以适用于常规无冷板散热、浸没式液冷散热的数据中心建设和机房节能改造。通过柜级热量转移自然冷源散热，可以大幅降低精密空调、冷水机组的能耗，与常规自然冷源新风换热相比，能够更直接地接触到高温热源位置，其相变换热效率比新风辐射换热效率远高多个数量级。

为进一步地提升气液分离的效果，从而提升冷却介质的利用率，在一实施例中，数据中心节能冷却装置还可包括气液分离器，气液分离器设置于气态介质管路30上并位于吸热器10与冷凝器20之间，且气液分离器的出液端与液态介质管路40连通。

本实施例中，数据中心节能冷却装置还可包括循环泵60，循环泵60设于液态介质管路40上。如此，可以有效提升冷却介质流动速度，从而提升该冷却装置的冷却效率。

本实施例中，气液分离器用于对内部相变介质进行气液分离，以获得更纯的气体介质和液体介质，气体介质进入室外冷凝器20通过自然冷源或室外风机降温冷却，未相变的液体介质在循环泵60作用下流动，以再次参与热量收集。

为提升冷凝器20的热交换效率，在一实施例中，数据中心节能冷却装置还可包括风机，风机设于冷凝器20内，以加速空气流动。

为实现调节冷却介质的流量和压力，以调整冷却效果，在一实施例中，数据中心节能冷却装置还可包括至少一个储液器50，储液器50设于液态介质管路40上。

参照图1，本实施例中，该数据中心节能冷却装置还可包括控制阀70，控制阀70设于液态介质管路40上。

控制阀70可为手动阀、电磁阀等可以用于控制液态介质管路40的通断和/或调节介质流量和压力的阀门。

在冷却过程中，循环泵60持续维持在低转速工作状态，协助冷凝后的气体进入冷凝器20并回流到储液器50内。

作为一可选实施例，如图1所示，储液器50可包括一位于底部的第一储液器及另一位于上部的第二储液器。在第一储液器达到上限时，控制阀70开启，循环泵60增加运行功率，将第一储液器液体转移到第二储液器内。其中，在液体介质转运过程中，对上部的气体介质冷凝循环无影响。

进一步地，该数据中心节能冷却装置还可包括第一温度传感器和/或第二温度传感器。第一温度传感器设于气态介质管路30上并用于检测气体介质的温度。第二温度传感器设于液态介质管路40上并用于检测液态介质的温度。如此，通过设置温度传感器可以实时监测气体介质和液体介质的温度，供操作者或系统判断是否需要调整各装置的运行状态或功率等，以使介质的温度处于正常的温度范围内。

需要说明，当机柜200内设置多台蒸发器作为吸热器10时，介质在各台蒸发器内流动，从上到下各蒸发器内的介质容量可以设置为相等，介质温度较为均衡，可以有效保证每台蒸发器的均温性，从而保持每台服务器的温度均匀。

此外，该数据中心节能冷却装置还可包括第一压力传感器和/或第二压力传感器。第一压力传感器设于气态介质管路30上并用于检测气态介质的压力。第二压力传感器设于液态介质管路40上并用于检测液态介质的压力。如此，通过设置压力传感器可以实时监测气体介质和液体介质的温度，供操作者或系统判断是否需要调整各装置的运行状态或功率等，以使介质的压力处于正常压力范围内。

以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种数据中心节能冷却装置，应用于数据中心，所述数据中心具有至少一个机柜，其特征在于，所述数据中心节能冷却装置包括：

吸热器，适于设置于所述机柜内，所述吸热器设有介质进口、气体介质出口和液体介质出口；

气态介质管路，所述气态介质管路的进气端与所述气体介质出口连通；

冷凝器，与所述气态介质管路的出气端连通，并适于安装于机房外；以及

液态介质管路，具有第一进液端、第二进液端和第一出液端，所述液态介质管路的第一进液端与所述液体介质出口连通，所述液态介质管路的第二进液端与所述冷凝器的出液端连通，所述液态介质管路的第一出液端与所述介质进口连通。

2.如权利要求1所述的数据中心节能冷却装置，其特征在于，所述数据中心节能冷却装置还包括气液分离器，所述气液分离器设置于所述气态介质管路上并位于所述吸热器与所述冷凝器之间，且所述气液分离器的出液端与所述液态介质管路连通。

3.如权利要求1所述的数据中心节能冷却装置，其特征在于，所述吸热器为蒸发器。

4.如权利要求3所述的数据中心节能冷却装置，其特征在于，所述蒸发器的数量为多台，多台所述蒸发器串联设置。

5.如权利要求1所述的数据中心节能冷却装置，其特征在于，所述数据中心节能冷却装置还包括至少一个储液器，所述储液器设于所述液态介质管路上。

6.如权利要求1所述的数据中心节能冷却装置，其特征在于，所述数据中心节能冷却装置还包括循环泵，所述循环泵设于所述液态介质管路上。

7.如权利要求1所述的数据中心节能冷却装置，其特征在于，所述数据中心节能冷却装置还包括风机，所述风机设于所述冷凝器内。

8.如权利要求1所述的数据中心节能冷却装置，其特征在于，所述数据中心节能冷却装置还包括控制阀，所述控制阀设于所述液态介质管路上。

9.如权利要求1所述的数据中心节能冷却装置，其特征在于，所述数据中心节能冷却装置还包括：

第一温度传感器，所述第一温度传感器设于所述气态介质管路上并用于检测气体介质的温度；和/或

第二温度传感器，所述第二温度传感器设于所述液态介质管路上并用于检测液态介质的温度。

10.如权利要求1所述的数据中心节能冷却装置，其特征在于，所述数据中心节能冷却装置还包括：

第一压力传感器，所述第一压力传感器设于所述气态介质管路上并用于检测气态介质的压力；和/或

第二压力传感器，所述第二压力传感器设于所述液态介质管路上并用于检测液态介质的压力。