水環(huán)自然冷卻熱管空調(diào)和液冷裝置結(jié)合的服務(wù)器散熱系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及服務(wù)器機(jī)柜散熱系統(tǒng)，尤其涉及水環(huán)自然冷卻熱管空調(diào)和液冷裝置結(jié)合的服務(wù)器散熱系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著IDC互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心機(jī)房高密度機(jī)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(jī)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(jī)房內(nèi)機(jī)柜服務(wù)器發(fā)熱量大，且基本為全年8760h運(yùn)行，對于不采用新風(fēng)的機(jī)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(jī)房整體能耗的 40%~50%。
[0003]傳統(tǒng)數(shù)據(jù)機(jī)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(jī)房高密度機(jī)柜的制冷需求，出現(xiàn)了局部過熱、耗電量大、機(jī)房空調(diào)能耗過高、噪音大等問題。同時機(jī)房精密空調(diào)需反復(fù)加濕、除濕運(yùn)轉(zhuǎn)或配套專用除濕機(jī)進(jìn)行機(jī)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(jī)房空調(diào)系統(tǒng)制冷效率降低、能耗增大。如果機(jī)房的散熱問題解決不好，就會嚴(yán)重威脅機(jī)房設(shè)備的安全運(yùn)行。因此如何在滿足設(shè)備使用要求的情況下，有效降低機(jī)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(jī)房運(yùn)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(jī)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(yùn)行維護(hù)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(jī)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(jī)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(hù)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(jī)柜的最大運(yùn)行功率已經(jīng)達(dá)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(jī)柜以上。
[0006]液冷散熱是近年發(fā)展起來的最高效、最先進(jìn)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(jī)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(jī)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(jī)柜進(jìn)行專門的定制設(shè)計，而機(jī)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(jī)柜產(chǎn)品，特別是舊機(jī)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(jī)柜都進(jìn)行替換為內(nèi)置液冷水分配系統(tǒng)的機(jī)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(jī)柜功率高達(dá)50kW以上的高密度應(yīng)用，每個機(jī)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(jī)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?01010141693.8的中國專利《無噪音節(jié)能服務(wù)器》提供一種無噪音節(jié)能服務(wù)器，包括:1)采用熱管結(jié)合液冷方式替代傳統(tǒng)的風(fēng)扇強(qiáng)制對流方式解決處理器散熱問題，消除風(fēng)扇噪音；2)使用功耗低的DDR3內(nèi)存降低噪音；3)硬盤使用固態(tài)硬盤，消除硬盤噪音；4)使用無風(fēng)扇高效電源為系統(tǒng)供電；具體步驟如下:采用熱管結(jié)合液冷方式散熱，將熱管一端與處理器連接，另一端與熱交換機(jī)中水管連接，根據(jù)熱管高熱傳導(dǎo)系性能，將處理器產(chǎn)生的熱量傳遞給熱交換機(jī)中的水管，冷水在水管中流動，熱管與水管中冷水進(jìn)行熱交換，將冷水加熱，再把熱水從熱交換機(jī)中排出，熱水經(jīng)制冷劑制冷后輸入冷水池，如此循環(huán)，以此解決處理器的散熱問題，水的流動通過水泵來支持。該專利以熱管散熱為主，主要的熱量由熱管來吸收，然后再用液冷的方式與熱管進(jìn)行熱交換，只能帶走服務(wù)器的部分熱量，剩下的余熱并無任何措施來處理。
[0008]申請?zhí)枮?01410480206.9的中國專利《一種二次水環(huán)路服務(wù)器機(jī)柜散熱系統(tǒng)的控制方法》公開了一種二次水環(huán)路服務(wù)器機(jī)柜散熱系統(tǒng)的控制方法，采用液體傳導(dǎo)的方式進(jìn)行散熱，散熱系統(tǒng)包括內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)、外循環(huán)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，首先，內(nèi)循環(huán)環(huán)路載冷劑通過服務(wù)器熱管組件吸收服務(wù)器核心部件的散熱，然后內(nèi)循環(huán)環(huán)路載冷劑流動到中間換熱器與外循環(huán)流熱交換進(jìn)行散熱，外循環(huán)流吸收熱量之后再通過冷水塔將熱量散發(fā)到外界環(huán)境。該專利采用中間換熱器進(jìn)行內(nèi)外循環(huán)環(huán)流的熱交換，必然會比直接進(jìn)行熱交換的效率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于克服現(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(jī)柜進(jìn)行改造的水環(huán)自然冷卻熱管空調(diào)和液冷裝置結(jié)合的服務(wù)器散熱系統(tǒng)。
[0010]本發(fā)明的上述目的通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn):
一種風(fēng)冷自然冷卻熱管空調(diào)和液冷裝置結(jié)合的服務(wù)器散熱系統(tǒng)，包括液冷服務(wù)器機(jī)柜，所述液冷服務(wù)器機(jī)柜包括機(jī)柜柜體和設(shè)置機(jī)于柜柜體內(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(jìn)行直接的液冷散熱，還設(shè)有水環(huán)自然冷卻熱管空調(diào)進(jìn)行輔助散熱。本發(fā)明通過采用液冷散熱技術(shù)進(jìn)行主制冷，機(jī)柜級熱管散熱技術(shù)進(jìn)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，本發(fā)明提供的方案無需對機(jī)柜進(jìn)行改造，這給液冷散熱提供了普及使用的可能性。
[0011]所述液冷裝置包括液冷散熱器、分配器、集流器和液冷換熱介質(zhì)，所述液冷散熱器用于對服務(wù)器芯片進(jìn)行散熱，所述分配器通過多根進(jìn)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，所述液冷換熱介質(zhì)通過分配器和進(jìn)液連接支管進(jìn)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。液冷換熱介質(zhì)由分配器通過進(jìn)液連接支管進(jìn)入液冷散熱器，再通過出液連接支管進(jìn)入集流器形成循環(huán)將液冷服務(wù)器的主要熱量帶走。所述液冷換熱介質(zhì)為自來水、純凈水、有機(jī)溶液、無機(jī)溶液或氟利昂，優(yōu)選采用純凈水。
[0012]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。
[0013]所述水環(huán)自然冷卻熱管空調(diào)包括蒸發(fā)器、水環(huán)自然冷卻換熱裝置、電動調(diào)節(jié)冷媒閥、冷凝器、冷水機(jī)、連接管路及內(nèi)、外循環(huán)換熱介質(zhì)，所述蒸發(fā)器與冷凝器通過連接管路連接形成內(nèi)環(huán)路，并通過內(nèi)環(huán)路的連接管路裝載內(nèi)循環(huán)換熱介質(zhì)，所述風(fēng)冷自然冷卻換熱裝置串聯(lián)或并聯(lián)在外環(huán)路的連接管路上，所述冷水機(jī)與冷凝器通過連接管路連接形成外環(huán)路，并通過外環(huán)路的連接管路裝載外循環(huán)換熱介質(zhì)，所述內(nèi)、外環(huán)路通過冷凝器實現(xiàn)熱量傳遞。
[0014]進(jìn)一步地，所述水環(huán)自然冷卻熱管空調(diào)還包括風(fēng)機(jī)和水泵，所述風(fēng)機(jī)設(shè)于蒸發(fā)器出風(fēng)側(cè)，所述水泵設(shè)于冷凝器與冷水機(jī)之間。
[0015]更進(jìn)一步地，所述的水環(huán)自然冷卻換熱裝置包括軸流風(fēng)機(jī)和自然冷卻換熱盤管，所述自然冷卻換熱盤管串聯(lián)或并聯(lián)在外環(huán)路的連接管路上，所述電動調(diào)節(jié)冷媒閥設(shè)于水環(huán)自然冷卻換熱裝置進(jìn)口或出口管路上。
[0016]具體地，一種方案，內(nèi)環(huán)路的連接管路包括連接氣管和連接液管，所述蒸發(fā)器與冷凝器通過連接氣管和連接液管分別連接形成內(nèi)環(huán)路，外環(huán)路的連接管路包括進(jìn)液管和出液管，所述冷凝器與冷水機(jī)通過進(jìn)液管和出液管分別連接形成外環(huán)路，所述水環(huán)自然冷卻換熱裝置串聯(lián)在進(jìn)液管上，所述電動調(diào)節(jié)冷媒閥設(shè)于