CN207885071U - 液冷服务器机柜及液冷服务器机柜的散热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种液冷服务器机柜及液冷服务器机柜的散热系统，以提高液冷服务器机柜的维护便利性，降低维护成本，提高换热效率，进而降低散热系统的能耗。液冷服务器机柜包括柜体以及设置于柜体内的进口侧主管路、出口侧主管路、并列设置且分别连接进口侧主管路和出口侧主管路的多个支管路，其中：每个支管路上设置有靠近进口侧主管路的第一开关阀、靠近出口侧主管路的第二开关阀，以及位于第一开关阀和第二开关阀之间的液冷服务器浸没单元。

Description

液冷服务器机柜及液冷服务器机柜的散热系统

技术领域

本实用新型涉及制冷设备技术领域，特别是涉及一种液冷服务器机柜及液冷服务器机柜的散热系统。

背景技术

随着互联网与云计算等技术的发展，数据中心(俗称机房)应用高密度机柜的数量逐渐增加，设备的集成度越来越高，功耗越来越大。另外，我国数据中心迅猛发展，数据中心年耗电量也迅猛增加，根据《国家绿色数据中心试点工作方案》中表述，我国数据中心数量已经超过40万个，年耗电量超过全社会用电量的1.5％，其中大多数数据中心的PUE(PowerUsage Effectiveness，电源使用效率，PUE＝数据中心总设备能耗/IT设备能耗)仍普遍高于2.2，因此，降低数据中心PUE、实现节能减排是数据中心一直追求的目标。

目前，传统的服务器机柜主要采用风冷散热方式，不但冷却能耗高、噪音大、而且导致机柜尺寸较大。随着机柜热密度的增加，传统服务器机柜已无法满足机房需求，液冷服务器机柜应运而生，其基本原理是：将冷却介质通入机柜内部，通过热交换将各个液冷服务器中的主要发热元件的热量带走。相比传统服务器机柜，液冷服务器机柜不但换热密度大，而且具有很好的节能效果；此外，使用液冷服务器机柜还能够减少噪音，也更容易实现热能的回收。

目前，液冷服务器机柜的大规模应用还存在以下技术问题：

由于需要考虑液冷服务器机柜的密封问题，对液冷服务器的维护操作比较繁琐，并且会影响到机柜内其它液冷服务器的正常工作，维护成本较高。

液冷服务器的发热元件需要通过灌注于封闭壳体内的第一级冷却介质来进行换热冷却，而第一级冷却介质需要通过通入柜体内结构中的第二级冷却介质来进行换热冷却，有时，第二级冷却介质还需要再通过柜体外的换热器与外界环境进行热交换，这一级级的换热都存在传热温差，从而导致液冷服务器的换热效率较低。

因此，如何提高液冷服务器机柜的维护便利性，降低维护成本，提高换热效率，进而降低散热系统的能耗，是目前亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的是提供一种液冷服务器机柜及液冷服务器机柜的散热系统，以提高液冷服务器机柜的维护便利性，降低维护成本，提高换热效率，进而降低散热系统的能耗。

本实用新型实施例所提供的液冷服务器机柜，包括柜体以及设置于所述柜体内的进口侧主管路、出口侧主管路、并列设置且分别连接所述进口侧主管路和所述出口侧主管路的多个支管路，其中：

每个所述支管路上设置有靠近所述进口侧主管路的第一开关阀、靠近所述出口侧主管路的第二开关阀，以及位于所述第一开关阀和所述第二开关阀之间的液冷服务器浸没单元。

可选的，所述液冷服务器浸没单元为刀片式液冷服务器浸没单元或机架式液冷服务器浸没单元。

可选的，所述第一开关阀和所述第二开关阀为球阀。

可选的，还包括位于所述柜体顶部的换热器。

可选的，所述换热器为冷凝器或液冷换热器。

将上述实施例的液冷服务器机柜置于封闭循环的散热系统中，通过换热器对流出液冷服务器机柜的气液两相介质进行冷凝降温，使之转变为液态低温冷却介质，之后在泵的动力作用下，液态低温冷却介质再次进入液冷服务器机柜内部，依此循环，实现对各个液冷服务器浸没单元的持续散热，换热效率较高。

由于液冷服务器机柜内的各个支管路相互独立，互不影响，因此，液冷服务器机柜内的其它无需维护的液冷服务器浸没单元仍可以正常工作，从而提高了液冷服务器机柜的维护便利性，降低了维护成本。

本实用新型实施例还提供一种液冷服务器机柜的散热系统，包括换热器、泵以及如前述任一技术方案所述的液冷服务器机柜，所述出口侧主管路、所述换热器、所述泵和所述进口侧主管路依次连接。

可选的，所述换热器为冷凝器，所述冷凝器包括变频风机，所述泵为变频泵，所述散热系统还包括：

设置于所述出口侧主管路与所述冷凝器之间管路上的第一温度传感器和压力传感器；

设置于所述泵与所述进口侧主管路之间管路上的第二温度传感器；

控制器，与所述变频风机、所述变频泵、所述第一温度传感器、所述压力传感器和所述第二温度传感器电连接，用于根据所述第一温度传感器、所述压力传感器和所述第二温度传感器的检测信息调节所述变频风机和所述变频泵的工作频率。

可选的，所述换热器为冷凝器，所述冷凝器包括变频风机，所述泵为变频泵，所述散热系统还包括：

设置于所述出口侧主管路与所述冷凝器之间管路上的第一温度传感器和压力传感器；

设置于所述冷凝器与所述泵之间管路上的储液罐和第三开关阀；

设置于所述泵与所述进口侧主管路之间管路上的单向阀、流量计和第二温度传感器；

控制器，与所述变频风机、所述变频泵、所述第一温度传感器、所述压力传感器、所述流量计和所述第二温度传感器电连接，用于根据所述第一温度传感器、所述压力传感器、所述流量计和所述第二温度传感器的检测信息调节所述变频风机和所述变频泵的工作频率。

可选的，所述换热器为液冷换热器，所述泵为变频泵，所述散热系统还包括：

设置于所述出口侧主管路与所述液冷换热器之间管路上的第一温度传感器和压力传感器；

设置于所述泵与所述进口侧主管路之间管路上的第二温度传感器；

控制器，与所述变频泵、所述第一温度传感器、所述压力传感器和所述第二温度传感器电连接，用于根据所述第一温度传感器、所述压力传感器和所述第二温度传感器的检测信息调节所述变频泵的工作频率。

可选的，所述换热器为液冷换热器，所述泵为变频泵，所述散热系统还包括：

设置于所述出口侧主管路与所述液冷换热器之间管路上的第一温度传感器和压力传感器；

设置于所述液冷换热器与所述泵之间管路上的储液罐和第三开关阀；

设置于所述泵与所述进口侧主管路之间管路上的单向阀、流量计和第二温度传感器；

控制器，与所述变频泵、所述第一温度传感器、所述压力传感器、所述流量计和所述第二温度传感器电连接，用于根据所述第一温度传感器、所述压力传感器、所述流量计和所述第二温度传感器的检测信息调节所述变频泵的工作频率。

可选的，所述液冷服务器机柜为多个且并联设置。

液冷服务器机柜的散热系统采用上述设计，不但可以提高液冷服务器机柜的维护便利性，降低维护成本，而且可以提高换热效率，进而降低散热系统的能耗。

附图说明

图1为本实用新型实施例一提供的液冷服务器机柜示意图；

图2为本实用新型实施例二提供的液冷服务器机柜示意图；

图3为本实用新型实施例三提供的液冷服务器机柜示意图；

图4为本实用新型实施例四提供的液冷服务器机柜的散热系统示意图；

图5为本实用新型实施例五提供的液冷服务器机柜的散热系统示意图；

图6为本实用新型实施例六提供的液冷服务器机柜的散热系统示意图；

图7为本实用新型实施例七提供的液冷服务器机柜的散热系统示意图；

图8为本实用新型实施例八提供的液冷服务器机柜的散热系统示意图；

图9为本实用新型实施例九提供的液冷服务器机柜的散热系统示意图。

附图标记：

1-液冷服务器机柜

10-柜体

101-进口侧主管路

102-出口侧主管路

103-支管路

1031-第一开关阀

1032-第二开关阀

104-液冷服务器浸没单元

100-发热元件

2-换热器

3-泵

2a-冷凝器

201a-风机

2b-液冷换热器

4-第一温度传感器

5-压力传感器

6-第二温度传感器

7-控制器

8-储液罐

9-第三开关阀

10-单向阀

11-流量计

具体实施方式

为提高液冷服务器机柜的维护便利性，降低维护成本，提高换热效率，进而降低散热系统的能耗，本实用新型实施例提供了一种液冷服务器机柜及液冷服务器机柜的散热系统。为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本实用新型作进一步详细说明。

实施例一

如图1所示，本实用新型实施例一提供一种液冷服务器机柜1，包括柜体10以及设置于柜体10内的进口侧主管路101、出口侧主管路102、并列设置且分别连接进口侧主管路101和出口侧主管路102的多个支管路103，其中：每个支管路103上设置有靠近进口侧主管路101的第一开关阀1031、靠近出口侧主管路102的第二开关阀1032，以及位于第一开关阀1031和第二开关阀1032之间的液冷服务器浸没单元104。

如图1所示，在液冷服务器浸没单元104内部，诸如芯片等的发热元件100浸没在冷却介质中，与冷却介质直接接触进行热交换。液冷服务器浸没单元104的具体类型不限，例如，可以为机架式液冷服务器浸没单元或刀片式液冷服务器浸没单元。如图1所示，该实施例中，液冷服务器浸没单元104具体为机架式液冷服务器浸没单元，多个机架式液冷服务器浸没单元水平设置并沿高度方向依次排列，进口侧主管路101和出口侧主管路102分别沿高度方向设置并位于机柜1内的左右两侧，液冷服务器机柜1的冷却介质进口和出口分别位于柜体10的底部和顶部。

在本实用新型实施例中，第一开关阀1031和第二开关阀1032的具体类型不限，可以采用手动球阀。

对液冷服务器机柜104进行散热的原理为：第一开关阀1031和第二开关阀1032在开启状态下，液态低温冷却介质从液冷服务器机柜1底部进入进口侧主管路101后进入各个支管路103，进而进入各液冷服务器浸没单元104内部，冷却介质在液冷服务器浸没单元104内部与发热元件100进行换热达到沸腾状态，变为高温的气液两相介质，各个液冷服务器浸没单元104流出的气液两相介质汇入出口侧主管路102，继而从柜体10的顶部流出。

可结合图4所示，将上述的液冷服务器机柜1置于封闭循环的散热系统中，通过换热器2对流出液冷服务器机柜1的气液两相介质进行冷凝降温，使之转变为液态低温冷却介质，之后在泵3的循环动力作用下，液态低温冷却介质再次进入液冷服务器机柜1内部，依此循环，实现对各个液冷服务器浸没单元104的持续散热，换热效率较高。

参考图1所示，对液冷服务器机柜1进行维护操作的步骤为：

一、关闭需要维护的液冷服务器浸没单元104所在支管路103上的第一开关阀1031。由于该支管路103上的第二开关阀1032仍处于开启状态，因此，液冷服务器浸没单元104内的压力会逐渐减小，冷却介质的沸点逐渐降低，液冷服务器浸没单元104内的冷却介质持续处于沸腾状态，直至全部汽化并汇入出口侧主管路102排出。

二、关闭第二开关阀1032，将液冷服务器浸没单元104拆卸取出并进行相关维护。

由于液冷服务器机柜1内的各个支管路103相互独立，互不影响，因此，液冷服务器机柜1内的其它无需维护的液冷服务器浸没单元104仍可以正常工作，从而提高了液冷服务器机柜1的维护便利性，降低了维护成本。

实施例二

如图2所示，本实用新型实施例二提供一种液冷服务器机柜1，采用了与实施例一相同的实用新型构思，其中，液冷服务器浸没单元104具体为刀片式液冷服务器浸没单元，多个刀片式液冷服务器浸没单元竖向设置并依次排列，进口侧主管路101和出口侧主管路102分别位于柜体10内的底部和顶部。

该实施例液冷服务器机柜1的散热原理，对液冷服务器机柜1进行维护操作的步骤，以及所能达到的有益效果与实施例一类似，这里不再重复赘述。

实施例三

如图3所示，本实用新型实施例三提供一种液冷服务器机柜1，采用了与实施例一相同的实用新型构思，进一步的，该液冷服务器机柜1还包括位于柜体10顶部的换热器2。根据散热系统的具体设计形式不同，换热器2具体可以为冷凝器或液冷换热器，这里不做具体限定。

该实施例液冷服务器机柜1的散热原理，对液冷服务器机柜1进行维护操作的步骤，以及所能达到的有益效果与实施例一类似，这里不再重复赘述。进一步的，上述设计充分利用液冷服务器机柜1的占地面积来布置散热系统中的换热器2，使得机房的占地面积大大减小，从而降低了机房成本。

实施例四

如图4所示，本实用新型实施例四提供一种液冷服务器机柜的散热系统，包括换热器2、泵3以及如前述实施例一的液冷服务器机柜1，出口侧主管路102、换热器2、泵3和进口侧主管101路依次连接。

液冷服务器机柜1也可以采用实施例二或者实施例三所示的结构形式，当采用实施例三所示的结构形式时，相当于把换热器2集成在液冷服务器机柜1上，散热系统的占地面积更小。

将液冷服务器机柜1置于封闭循环的散热系统中，通过换热器2对流出液冷服务器机柜1的气液两相介质进行冷凝降温，使之转变为液态低温冷却介质，之后在泵3的循环动力作用下，液态低温冷却介质再次进入液冷服务器机柜1内部，依此循环，实现对各个液冷服务器浸没单元的持续散热，换热效率较高。

其中，换热器2可以采用冷凝器2a或者液冷换热器。

通过选择合适沸点、凝结点的冷却介质，可以使液冷服务器浸没单元内的冷却介质在发热元件可接受的温度范围内持续沸腾汽化；在冷凝器2a中，高温的气液两相冷却介质可以在室外温度下放热并冷凝，从而充分利用自然冷源对液冷服务器机柜1进行散热，节能环保，能效较高。

实施例五

如图5所示，本实用新型实施例五提供一种液冷服务器机柜的散热系统，采用了与实施例四相同的实用新型构思，进一步的，换热器2具体采用了冷凝器2a，冷凝器2a的风机201a为变频风机，泵3具体为变频泵，散热系统还包括：

设置于出口侧主管路102与冷凝器2a之间管路上的第一温度传感器4和压力传感器5；

设置于泵3与进口侧主管路101之间管路上的第二温度传感器6；

控制器7，与变频风机(即风机201a)、变频泵(即泵3)、第一温度传感器4、压力传感器5和第二温度传感器6电连接，用于根据第一温度传感器4、压力传感器5和第二温度传感器6的检测信息调节变频风机和变频泵的工作频率。

其中，第一温度传感器4和压力传感器5可以为独立的物理实体，也可以采用集成式一体结构设计。

该实施例中，冷凝器2a的风机201a采用变频风机，如EC无级调速风机，泵3采用变频泵，变频风机和变频泵的工作频率由控制器7根据液冷服务器机柜1的冷却介质出口侧和进口侧的温度压力信息进行动态调节，从而与液冷服务器机柜1的热负荷相匹配，节能可靠，能效较高。

实施例六

如图6所示，本实用新型实施例六提供一种液冷服务器机柜的散热系统，采用了与实施例四相同的实用新型构思，进一步的，换热器2具体采用了冷凝器2a，冷凝器2a的风机201a为变频风机，泵3具体为变频泵，散热系统还包括：

设置于出口侧主管路102与冷凝器2a之间管路上的第一温度传感器4和压力传感器5；

设置于冷凝器2a与泵3之间管路上的储液罐8和第三开关阀9；

设置于泵3与进口侧主管路101之间管路上的单向阀10、流量计11和第二温度传感器6；

控制器7，与变频风机、变频泵、第一温度传感器4、压力传感器5、流量计10和第二温度传感器6电连接，用于根据第一温度传感器4、压力传感器5、流量计10和第二温度传感器6的检测信息调节变频风机和变频泵的工作频率。

该实施例中，冷凝器2a的风机采用变频风机，如EC无级调速风机，泵3采用变频泵，变频风机和变频泵的工作频率由控制器7根据液冷服务器机柜1的冷却介质出口侧的温度和压力信息以及冷却介质进口侧的温度和流量信息进行动态调节，从而与液冷服务器机柜1的热负荷相匹配，节能可靠，能效较高。

散热系统中，设置储液罐8可以保证有充足的冷却介质进入泵3，从而进一步提高散热系统的散热效率。设置单向阀10可以防止冷却介质回流，以提高散热系统工作的可靠性。第三开关阀9可以采用手动球阀，当需要对散热系统进行维护时，关闭第三开关阀9，使冷却介质回流入储液罐8即可，维护操作十分方便。

实施例七

如图7所示，本实用新型实施例七提供一种液冷服务器机柜的散热系统，采用了与实施例四相同的实用新型构思，进一步的，换热器2为液冷换热器2b，泵3为变频泵，散热系统还包括：

设置于出口侧主管路102与液冷换热器2b之间管路上的第一温度传感器4和压力传感器5；

设置于泵3与进口侧主管路101之间管路上的第二温度传感器6；

控制器7，与变频泵、第一温度传感器4、压力传感器5和第二温度传感器6电连接，用于根据第一温度传感器4、压力传感器5和第二温度传感器6的检测信息调节变频泵的工作频率。

其中，液冷换热器2b通过外部冷源(如冷冻水或其它冷却介质)来冷却散热系统中循环的冷却介质，液冷换热器2b的具体类型不限，包括但不限于板式换热器。

其中，第一温度传感器4和压力传感器5可以为独立的物理实体，也可以采用集成式一体结构设计。

该实施例中，变频泵的工作频率由控制器7根据液冷服务器机柜1的冷却介质出口侧和进口侧的温度压力信息进行动态调节，从而与液冷服务器机柜1的热负荷相匹配，节能可靠，能效较高。

实施例八

如图8所示，本实用新型实施例八提供一种液冷服务器机柜的散热系统，采用了与实施例四相同的实用新型构思，换热器2为液冷换热器2b，泵3为变频泵，散热系统还包括：

设置于出口侧主管路102与液冷换热器2b之间管路上的第一温度传感器4和压力传感器5；

设置于液冷换热器2b与泵3之间管路上的储液罐8和第三开关阀9；

设置于泵3与进口侧主管路101之间管路上的单向阀10、流量计11和第二温度传感器6；

控制器7，与变频泵、第一温度传感器4、压力传感器5、流量计11和第二温度传感器6电连接，用于根据第一温度传感器4、压力传感器5、流量计11和第二温度传感器6的检测信息调节变频泵的工作频率。

该实施例中，变频泵的工作频率由控制器7根据液冷服务器机柜1的冷却介质出口侧的温度和压力信息以及冷却介质进口侧的温度和流量信息进行动态调节，从而与液冷服务器机柜1的热负荷相匹配，节能可靠，能效较高。

散热系统中，设置储液罐8可以保证有充足的冷却介质进入泵3，从而进一步提高散热系统的散热效率。设置单向阀10可以防止冷却介质回流，以提高散热系统工作的可靠性。第三开关阀9可以采用手动球阀，当需要对散热系统进行维护时，关闭第三开关阀9，使冷却介质回流入储液罐8即可，维护操作十分方便。

实施例九

如图9所示，本实用新型实施例九提供一种液冷服务器机柜的散热系统，采用了与实施例四至实施例九任一相同的实用新型构思，进一步的，散热系统中，液冷服务器机柜1为多个且并联设置。通过一个散热循环为该多个液冷服务器机柜1进行散热，同样具有维护便利，维护成本较低，能效较高的有益效果，此外，整个散热系统的占地面积也较小。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种液冷服务器机柜，其特征在于，包括：柜体以及设置于所述柜体内的进口侧主管路、出口侧主管路、并列设置且分别连接所述进口侧主管路和所述出口侧主管路的多个支管路，其中：

每个所述支管路上设置有靠近所述进口侧主管路的第一开关阀、靠近所述出口侧主管路的第二开关阀，以及位于所述第一开关阀和所述第二开关阀之间的液冷服务器浸没单元。

2.如权利要求1所述的液冷服务器机柜，其特征在于，所述液冷服务器浸没单元为刀片式液冷服务器浸没单元或机架式液冷服务器浸没单元。

3.如权利要求1所述的液冷服务器机柜，其特征在于，所述第一开关阀和所述第二开关阀为球阀。

4.如权利要求1～3任一项所述的液冷服务器机柜，其特征在于，还包括位于所述柜体顶部的换热器。

5.如权利要求4所述的液冷服务器机柜，其特征在于，所述换热器为冷凝器或液冷换热器。

6.一种液冷服务器机柜的散热系统，其特征在于，包括换热器、泵以及如权利要求1～4任一项所述的液冷服务器机柜，所述出口侧主管路、所述换热器、所述泵和所述进口侧主管路依次连接。

7.如权利要求6所述的散热系统，其特征在于，所述换热器为冷凝器，所述冷凝器包括变频风机，所述泵为变频泵，所述散热系统还包括：

设置于所述出口侧主管路与所述冷凝器之间管路上的第一温度传感器和压力传感器；

设置于所述泵与所述进口侧主管路之间管路上的第二温度传感器；

控制器，与所述变频风机、所述变频泵、所述第一温度传感器、所述压力传感器和所述第二温度传感器电连接，用于根据所述第一温度传感器、所述压力传感器和所述第二温度传感器的检测信息调节所述变频风机和所述变频泵的工作频率。

8.如权利要求6所述的散热系统，其特征在于，所述换热器为冷凝器，所述冷凝器包括变频风机，所述泵为变频泵，所述散热系统还包括：

设置于所述出口侧主管路与所述冷凝器之间管路上的第一温度传感器和压力传感器；

设置于所述冷凝器与所述泵之间管路上的储液罐和第三开关阀；

设置于所述泵与所述进口侧主管路之间管路上的单向阀、流量计和第二温度传感器；

控制器，与所述变频风机、所述变频泵、所述第一温度传感器、所述压力传感器、所述流量计和所述第二温度传感器电连接，用于根据所述第一温度传感器、所述压力传感器、所述流量计和所述第二温度传感器的检测信息调节所述变频风机和所述变频泵的工作频率。

9.如权利要求6所述的散热系统，其特征在于，所述换热器为液冷换热器，所述泵为变频泵，所述散热系统还包括：

设置于所述出口侧主管路与所述液冷换热器之间管路上的第一温度传感器和压力传感器；

设置于所述泵与所述进口侧主管路之间管路上的第二温度传感器；

控制器，与所述变频泵、所述第一温度传感器、所述压力传感器和所述第二温度传感器电连接，用于根据所述第一温度传感器、所述压力传感器和所述第二温度传感器的检测信息调节所述变频泵的工作频率。

10.如权利要求6所述的散热系统，其特征在于，所述换热器为液冷换热器，所述泵为变频泵，所述散热系统还包括：

设置于所述出口侧主管路与所述液冷换热器之间管路上的第一温度传感器和压力传感器；

设置于所述液冷换热器与所述泵之间管路上的储液罐和第三开关阀；

设置于所述泵与所述进口侧主管路之间管路上的单向阀、流量计和第二温度传感器；

控制器，与所述变频泵、所述第一温度传感器、所述压力传感器、所述流量计和所述第二温度传感器电连接，用于根据所述第一温度传感器、所述压力传感器、所述流量计和所述第二温度传感器的检测信息调节所述变频泵的工作频率。

11.如权利要求6～10任一项所述的散热系统，其特征在于，所述液冷服务器机柜为多个且并联设置。