門式冷水換熱裝置和液冷裝置結(jié)合的服務(wù)器機柜散熱系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及服務(wù)器機柜散熱系統(tǒng)，尤其涉及一種所述門式冷水換熱裝置和液冷裝置結(jié)合的服務(wù)器機柜散熱系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著IDC互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心機房高密度機柜的不斷增加，設(shè)備的集成度越來越高，處理能力也逐漸增高，但設(shè)備的功率消耗也隨之增大，導(dǎo)致機柜內(nèi)設(shè)備的發(fā)熱量越多。據(jù)統(tǒng)計，目前國內(nèi)大型IDC機房內(nèi)機柜服務(wù)器發(fā)熱量大，且基本為全年8760h運行，對于不采用新風(fēng)的機房而言，全年均需供冷，導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)能耗巨大，其空調(diào)能耗約占數(shù)據(jù)機房整體能耗的 40%~50%。
[0003]傳統(tǒng)數(shù)據(jù)機房送風(fēng)方式有底板風(fēng)道送風(fēng)、冷熱通道隔離送風(fēng)和全房間制冷送風(fēng)等方式，該模式已不滿足現(xiàn)代化機房高密度機柜的制冷需求，出現(xiàn)了局部過熱、耗電量大、機房空調(diào)能耗過高、噪音大等問題。同時機房精密空調(diào)需反復(fù)加濕、除濕運轉(zhuǎn)或配套專用除濕機進行機房空氣濕度、露點控制，以確保設(shè)備內(nèi)部不發(fā)生凝露，導(dǎo)致機房空調(diào)系統(tǒng)制冷效率降低、能耗增大。如果機房的散熱問題解決不好，就會嚴重威脅機房設(shè)備的安全運行。因此如何在滿足設(shè)備使用要求的情況下，有效降低機房內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)的能耗是空調(diào)行業(yè)和數(shù)據(jù)機房運營行業(yè)面臨的一個重要問題。
[0004]從節(jié)能角度考慮，目前有直接采用將室外空氣引入室內(nèi)為機房降溫的方案，其優(yōu)點是制冷效率高、初投資低、能耗低，但缺點是引入室外冷空氣后，使得室內(nèi)空氣潔凈度、濕度難以保證，帶來了安全隱患，后期運行維護量較大。另外也有采用氣氣蜂窩式換熱器，將熱管熱空氣與室外冷空氣間接換熱，從而降低機房內(nèi)溫度；其優(yōu)點是在利用室外冷源時不引入室外的空氣，不影響機房內(nèi)的空氣的潔凈度和濕度，缺點是初投資相對較高，換熱器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，容易堵塞，需要定期清洗，維護工作量大。
[0005]而且隨著服務(wù)器技術(shù)的發(fā)展，大功率、高發(fā)熱密度的服務(wù)器應(yīng)用越來越多，而且是不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢，目前部分行業(yè)用戶的單個機柜的最大運行功率已經(jīng)達到10~15kW左右，但由于空氣冷卻方式散熱效率的局限，使得大功率服務(wù)器的應(yīng)用也難以突破15kW/機柜以上。
[0006]液冷散熱是近年發(fā)展起來的最高效、最先進的散熱方案，其原理是將液態(tài)換熱介質(zhì)直接通入具有液冷功能的服務(wù)器內(nèi)部，把主要發(fā)熱元件--芯片(CPU)產(chǎn)生的熱量帶走(占整個服務(wù)器發(fā)熱量的70~80%)，采用液冷散熱方案，理論上甚至可以使得單位機柜功率突破50kW/以上。但目前這種散熱方案僅存在于高校實驗室和極少數(shù)企業(yè)內(nèi)部小范圍研宄，而未能形成實用化推廣應(yīng)用，很重要的原因之一，是因為這種采用液冷散熱的服務(wù)器，其機柜需要內(nèi)置液冷水分配系統(tǒng)，這就需要對液冷服務(wù)器機柜進行專門的定制設(shè)計，而機柜生產(chǎn)廠家一般是標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，現(xiàn)階段也沒有掌握液冷水分配系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)，無法為液冷服務(wù)器用戶配套提供內(nèi)置液冷水分配系統(tǒng)的機柜產(chǎn)品，特別是舊機房的升級改造，如果想改為液冷散熱方案，要對全部服務(wù)器機柜都進行替換為內(nèi)置液冷水分配系統(tǒng)的機柜，無論是改造工程量和成本都非常高昂，極大地局限了液冷散熱技術(shù)的發(fā)展普及。另外，液冷散熱系統(tǒng)只能帶走70~80%的服務(wù)器發(fā)熱量，但仍然有20~30%的熱量需要輔助制冷裝置承擔(dān)，對于液冷服務(wù)器這種單機柜功率高達50kW以上的高密度應(yīng)用，每個機柜需要輔助制冷裝置處理10~15kW以上的熱量(總功率的20~30%)，如果輔助制冷裝置仍然采用傳統(tǒng)的風(fēng)冷散熱方式，極易出現(xiàn)機柜的局部熱點問題，影響服務(wù)器的元件壽命，這也是高密度液冷服務(wù)器推廣應(yīng)用所不能忽視的問題。
[0007]申請?zhí)枮?01010261284.1專利名稱為《服務(wù)器機柜及其液冷散熱系統(tǒng)》的中國專利公開了一種服務(wù)器機柜，包括外殼、設(shè)于所述外殼內(nèi)的服務(wù)器及液冷散熱系統(tǒng)，所述外殼內(nèi)設(shè)有靠近所述服務(wù)器的導(dǎo)熱板，所述液冷散熱系統(tǒng)包括設(shè)于所述外殼外的致冷器及將所述導(dǎo)熱板與致冷器熱連接的管路，所述服務(wù)器工作時產(chǎn)生的熱量于所述外殼內(nèi)形成熱流，所述熱流在導(dǎo)熱板處冷卻，所述管路延伸出所述外殼外，并分別與所述致冷器的相對兩端相連通，以將所述導(dǎo)熱板從服務(wù)器吸收的熱量傳遞至致冷器處進行熱交換。該專利雖然也是采用液冷散熱，但服務(wù)器的熱量是通過導(dǎo)熱板間接吸收帶出，其冷卻效果不明顯，導(dǎo)致服務(wù)器的熱量不能高效地被液冷散熱系統(tǒng)帶走，故會有局部熱點、壽命短等問題。
[0008]申請?zhí)枮?01210545675.5專利名稱為《一種服務(wù)器機柜冷卻系統(tǒng)》的中國專利公開了一種服務(wù)器機柜冷卻系統(tǒng)，包括置于服務(wù)器機柜內(nèi)部的液冷箱、服務(wù)器機柜內(nèi)水冷散熱器、柜內(nèi)空氣散熱器、第一儲液箱以及室外外冷系統(tǒng)，液冷箱包括集成在一個箱內(nèi)的翅片式換熱器、板式換熱器及第一水泵，板式換熱器熱水側(cè)、第一水泵、第一儲液箱及服務(wù)器機柜內(nèi)水冷散熱器通過管道連接成第一循環(huán)回路，外冷系統(tǒng)、柜內(nèi)空氣散熱器、翅片式換熱器及板式換熱器冷水側(cè)通過管道連接成第二循環(huán)回路。該專利采用第二循環(huán)回路帶走第一循環(huán)回路的熱量，但第一循環(huán)回路的散熱器是對整個服務(wù)器機柜內(nèi)部空氣進行導(dǎo)熱，并無直接針對服務(wù)器發(fā)熱體芯片進行導(dǎo)熱，這導(dǎo)致該專利散熱效率低、效果差，另外，第一循環(huán)回路設(shè)有第一水泵，第一水泵運行時發(fā)熱較多，需要專門設(shè)置換熱器來傳遞第一水泵運行積聚的熱量，這無疑給系統(tǒng)造成負擔(dān)，從而進一步地降低系統(tǒng)的散熱效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有制冷效率高效果好，不會出現(xiàn)局部熱點問題且無需對機柜進行改造的門式冷水換熱裝置和液冷裝置結(jié)合的服務(wù)器機柜散熱系統(tǒng)。
[0010]本實用新型的上述目的通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn):
[0011]一種門式冷水換熱裝置和液冷裝置結(jié)合的服務(wù)器機柜散熱系統(tǒng)，包括液冷服務(wù)器機柜，所述液冷服務(wù)器機柜包括機柜柜體和設(shè)置于機柜柜體內(nèi)的多個液冷服務(wù)器，設(shè)有液冷裝置對液冷服務(wù)器進行直接的液冷散熱，還設(shè)有門式冷水換熱裝置進行輔助散熱。本實用新型通過采用液冷散熱技術(shù)進行主制冷，機柜級高溫冷水散熱技術(shù)進行輔助制冷，主輔配合制冷，一方面制冷效率高效果好，不會出現(xiàn)局部熱點問題，另一方面，本實用新型提供的方案無需對機柜進行改造，這給液冷散熱提供了普及使用的可能性。
[0012]所述液冷裝置包括液冷散熱器、分配器、集流器和一次換熱介質(zhì)，所述液冷散熱器用于對服務(wù)器芯片進行散熱，所述分配器通過多根進液連接支管與液冷散熱器連接，液冷散熱器再通過多根出液連接支管與所述集流器連接，所述一次換熱介質(zhì)通過分配器和進液連接支管進入液冷散熱器，再通過出液連接支管流出液冷散熱器并由集流器匯集。一次換熱介質(zhì)由分配器通過進液連接支管進入液冷散熱器，再通過出液連接支管進入集流器形成循環(huán)將液冷服務(wù)器的熱量帶走。
[0013]進一步地，所述的液冷裝置外置安裝在機柜柜體上。采用固定式或活動式安裝，優(yōu)選固定式安裝。
[0014]所述一次換熱介質(zhì)為自來水、純凈水、有機溶液、無機溶液或氟利昂。優(yōu)選采用純凈水。所述進液連接支管和出液連接支管為硬態(tài)管或軟態(tài)管。優(yōu)選軟態(tài)管。
[0015]所述液冷散熱器設(shè)于服務(wù)器芯片附近，或直接與服務(wù)器芯片接觸。
[0016]所述門式冷水換熱裝置包括冷水換熱器、連接管路以及二次換熱介質(zhì)，所述冷水換熱器設(shè)置在液冷服務(wù)器機柜或液冷裝置上，并通過連接管路裝載二次換熱介質(zhì)。具體地，所述冷水換熱器安裝在機柜柜體的前門側(cè)或背門側(cè)，優(yōu)選安裝在背門側(cè)；可以采用全鋁微通道換熱器或銅管套鋁翅片換熱器，優(yōu)選銅管套鋁翅片換熱器。此外，所述冷水換熱器可以軸轉(zhuǎn)打開，冷水換熱器的進水連接管和出水連接管均采用軟態(tài)管。
[0017]進一步地，所述門式冷水換熱裝置還包括風(fēng)機，所述風(fēng)機安裝在冷水換熱器的出風(fēng)側(cè)。所述風(fēng)機可以采用離心式、軸流式、混流式，優(yōu)選軸流式風(fēng)機。
[0018]更進一步地，所述門式冷水換熱裝置還包括冷水機和水泵，所述冷水機和水泵設(shè)于機房外，并通過連接管路與冷水換熱器連接。
[0019]所述冷水機通過水泵將二次換熱介質(zhì)送至冷水換熱器，再由冷水換熱器流回冷水機形成循環(huán)帶走部分熱量。所述二次換熱介質(zhì)為水或防凍溶液。
[0020]本系統(tǒng)運行時，液冷服務(wù)器中的液冷服務(wù)器芯片的發(fā)熱量占據(jù)總發(fā)熱量約80%，這部分熱量由液冷散熱器吸收，并通過流經(jīng)液冷散熱器的、溫度約35~45°C的一次換熱介質(zhì)帶走，使得液冷服務(wù)器芯片的內(nèi)部溫度保持在60~70°C的正常運行狀態(tài)。每個液冷服務(wù)器內(nèi)部的液冷散熱器的一次換熱介質(zhì)的流量分配和匯集，均由液冷裝置完成:溫度約35~45°C的一次換熱介質(zhì)從供液總管道流入分配器后，通過進液連接支管進入液冷散熱器，吸收液冷服務(wù)器芯片的熱量后，變成40~50°C溫度狀態(tài)、通過出液連接支管進入集流器、流回集液總管道。
[0021]液冷服務(wù)器中的其他元件的發(fā)熱量占據(jù)總發(fā)熱量