技術領域

本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)中心服務器機柜冷卻技術領域，尤其是一種控制分層配置的相變換熱蒸發(fā)室處于半盈狀態(tài)有利于集中冷卻的機柜。

技術背景

隨著信息化快速發(fā)展，全球數(shù)據(jù)中心建設步伐明顯加快，其高能耗問題已引起高度重視。其中大多數(shù)數(shù)據(jù)中心的服務器都采用高轉(zhuǎn)速風機對處理器等進行冷卻，機柜加裝大直徑風機將熱量排入機房，由機房的空調(diào)系統(tǒng)處理。很多數(shù)據(jù)中空調(diào)能耗占40％以上。為降低空調(diào)能耗，發(fā)展了很多在機柜內(nèi)加裝換熱裝置將熱能直接排除機房的技術。專利CN201410057650公開了一種新型服務器冷卻機柜，用于放置若干服務器，此新型服務器冷卻機柜包括：一服務器機柜、安裝于服務器機柜上的多個換熱器、室外冷卻裝置及連接管路；所述的安裝于服務器機柜上的多個換熱器都是直冷式換熱器；所述的多個換熱器分別安裝于所述服務器機柜放置服務器的每一層支架上，與服務器直按按觸；所述的多個換熱器分別通過連接管路并聯(lián)起來然后連接所述的室外冷卻裝置。微通道銅鋁盤管直冷式換熱器結構復雜，并很難實現(xiàn)對各層服務器的溫度均衡控制。

專利CN200810000097.0一種蒸發(fā)冷卻集中換熱分布式開關電源系統(tǒng)由于要求所有的發(fā)熱源處于同一水平面而有很大局限。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是將服務器的CPU等電子器件所產(chǎn)生的熱量通過與之直接接觸的蒸發(fā)室蒸發(fā)冷媒送至冷凝器與外界進行熱交換。圖1為本發(fā)明的一種典型適用于服務器分層配置的相變換熱機柜。如圖所示，機柜內(nèi)可以分層放置服務器，每層放置多個，每一個服務器都與一個換熱蒸發(fā)室通過螺栓緊固或卡壓緊密接觸，其中的CPU等主要發(fā)熱器件位置，換熱蒸發(fā)室的內(nèi)膽薄金屬板應該通過沖壓或拉伸等方法透出框架，通過導熱硅脂或?qū)岵桓赡z形成良好的熱接觸，一般的發(fā)熱較小元件，可以通過預先成型的導熱能力較好的膠凍體樹脂，將熱量傳給換熱蒸發(fā)室。與服務器接觸的換熱蒸發(fā)室通過上下兩根管路與每層的主蒸發(fā)室相聯(lián)，下部的管子吸收液體冷媒，上部的管子排出蒸發(fā)的冷媒，主蒸發(fā)室的外邊也可以配置發(fā)熱部件。每層的主蒸發(fā)室配有液位閥，通過所述的液位閥主蒸發(fā)室與機柜的系統(tǒng)液體冷媒回流管相聯(lián)，可以控制蒸發(fā)室內(nèi)的液位，使得發(fā)熱器件位于液位平面之下，同時每個蒸發(fā)室的上部 留有充分的汽體冷媒流通空間。機柜的汽體冷媒輸送管收集所有蒸發(fā)的冷媒，輸送至冷凝器。

下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細的說明：

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種適用于服務器分層配置的相變換熱機柜；

圖2是本發(fā)明機柜中一層蒸發(fā)室的典型結構；

圖3是本發(fā)明的一種與服務器直接接觸的換熱蒸發(fā)室結構；

圖4是本發(fā)明的一種水冷換熱冷凝器置于機柜內(nèi)適用于服務器分層配置的相變換熱機柜；

圖5是本發(fā)明的一種水冷換熱冷凝器置于機柜內(nèi)底部適用于服務器分層配置的相變換熱機柜。

具體實施方式

結合上述附圖說明本發(fā)明的具體實施例。

圖1給出了一個典型適用于服務器分層配置的相變換熱機柜的實施例。圖中100為機柜箱體，200為分層配置的主蒸發(fā)室，300為系統(tǒng)液體冷媒回流管，310為液體冷媒儲存箱，400為系統(tǒng)汽體冷媒輸送管，500為冷凝器，600為換熱蒸發(fā)室；210為液體冷媒連接管，220為汽體冷媒連接管，230為液位閥。

圖2和圖3給出了與服務器接觸換熱蒸發(fā)室的結構。圖中600為換熱蒸發(fā)室由薄金屬板內(nèi)膽和外框架組成，630薄金屬板應該通過沖壓或拉伸等方法在服務器的CPU等高發(fā)熱元件處透出框架，610為汽體冷媒連接支管，620為液體冷媒連接支管。

圖4給出的是機柜內(nèi)置水冷冷凝器和備用風冷冷凝器的服務器分層配置的相變換熱機柜的實施例。與圖1相比增加了水冷換熱器700，包括710冷卻水進水管、720冷卻水出水管和備用風冷冷凝器500。

圖5給出的是機柜內(nèi)置水冷冷凝器，置于機柜底部，和備用風冷凝器的服務器分層配置的相變換熱機柜的實施例。與圖1和圖4相比還水冷換熱器700被移到了機柜的底部，增加了液體冷媒收集器730，溫差驅(qū)動冷媒泵800，上液位開關810，下液位開關820，冷媒入口電磁閥830，冷媒出口電磁閥840，液體冷媒輸送管860，備用風冷冷凝器500和密封隔板110。

如圖1所示，所有分層配置的主蒸發(fā)室200的液體冷媒連接管210都連接到系統(tǒng)的 液體冷媒回流管300，液體冷媒連接管210的主蒸發(fā)室側(cè)配有液位閥230，所有的汽體冷媒連接管220都連接到系統(tǒng)的汽體冷媒輸送管400，系統(tǒng)汽體冷媒輸送管400的高端出口連接到冷凝器500的上部入口，冷凝器500的下部出口連接系統(tǒng)液體冷媒回流管300，系統(tǒng)的液體冷媒回流管300的上部配置液體冷媒儲存箱310。每個換熱蒸發(fā)室600上部的汽體冷媒連接支管610連接到主蒸發(fā)室的上部，換熱蒸發(fā)室600下部的液體冷媒連接支管620連接到主蒸發(fā)室的下部。

圖4給出的服務器分層配置的相變換熱機柜的實施例中系統(tǒng)的汽體冷媒輸送管400的高端出口連接到機柜內(nèi)水換熱冷凝器700的上部入口和備用風冷冷凝器500的上部入口，機柜內(nèi)水換熱冷凝器700的下部出口和備用風冷換熱器500的下部出口都連接到系統(tǒng)液體冷媒回流管300的上部。圖5給出的服務器分層配置的相變換熱機柜的實施例中柜內(nèi)底部的水換熱冷凝器700的底部出口連接液體冷媒收集箱730，系統(tǒng)汽體冷媒輸送管的上出口連接到備用風冷冷凝器500的上部入口，系統(tǒng)汽體冷媒輸送管400的下出口連接到水冷冷凝器700的上部入口。液體冷媒輸送管860的下口深入到液體冷媒收集箱730的底部，液體冷媒輸送管860的上出口通過冷媒入口電磁閥830的控制連接到溫差驅(qū)動冷媒泵800的上部，溫差驅(qū)動冷媒泵800的下部出口通過冷媒出口電磁閥840的控制連接到系統(tǒng)液體冷媒回流管300。

每一個主蒸發(fā)室200的液體冷媒連接管210的主蒸發(fā)室側(cè)配有液位閥230，液位閥230控制蒸發(fā)室內(nèi)的液位，使得液位平面高于發(fā)熱器件，同時每個蒸發(fā)室的上部留有充分的空間供蒸發(fā)后的冷媒汽體流通。由薄金屬板內(nèi)膽和外框架組成換熱蒸發(fā)室600，在630處薄金屬板應該通過沖壓或拉伸等方法在服務器的CPU等高發(fā)熱元件處透出框架，通過導熱硅脂或?qū)岵桓赡z形成良好的熱接觸，對于發(fā)熱不大的器件，換熱蒸發(fā)室的薄金屬板內(nèi)膽可以通過預先成型的導熱能力較好的膠凍體樹脂與之接觸。服務器蒸發(fā)后的冷媒蒸汽通過汽體冷媒連接支管610送主蒸發(fā)室200，并通過液體冷媒連接支管620獲得液體冷媒補充。主蒸發(fā)室200匯集的冷媒汽體通過汽體冷媒連接管220，系統(tǒng)汽體冷媒輸送管400送到冷凝器500散熱轉(zhuǎn)換成液體，通過冷凝器500底部的出口，進入系統(tǒng)液體冷媒回流管300，形成循環(huán)。

許多建成的數(shù)據(jù)中心配套有冷卻水循環(huán)的制冷機組，統(tǒng)一進行綜合的熱管理。圖4和圖5給出的適用于服務器分層配置的相變換熱機柜的實施例中都在機柜內(nèi)設置了水冷換熱冷凝器700，并配有備用風冷冷凝器500。備用風冷冷凝器500除了在水冷系統(tǒng)故障時維持服務器正常工作外，還可以在天氣寒冷的季節(jié)為機房供暖。圖5給出的機柜適應于水冷管路在地下通行，并且機柜下部水循環(huán)系統(tǒng)被密封隔板110與服務器分離，發(fā)生水管漏水不會導致服務器的損壞。

由于冷凝器在機柜的底部，其冷凝形成的液體冷媒必須泵升至機柜的上部才能形成 循環(huán)，當然可以配置專用的冷媒泵，由于系統(tǒng)以散熱為目的有熱能可以利用，本專利技術提供了一個可選的溫差泵方案。正常工作的蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)只有回流液柱對應的壓差和相應的很小的溫差。冷媒入口電磁閥830關閉，電磁閥840打開，關閉風機850后溫差驅(qū)動冷媒泵800腔體中的液體冷媒會在重力的作用下流入液體冷媒儲存箱310，液體冷媒儲存箱310上部儲存的冷媒汽體會流入溫差驅(qū)動冷媒泵800腔體，如果再增加一路電磁閥控制的系統(tǒng)汽體冷媒輸送管400到冷媒泵800腔體上部的通道會增加溫差泵的能力。當溫差驅(qū)動冷媒泵800腔體中的液位降至下液位開關820的位置時，關閉冷媒出口電磁閥840，打開冷媒入口電磁閥830，打開風機850，溫差驅(qū)動冷媒泵800腔體溫度的降低使之壓強低于整個系統(tǒng)，通過液體冷媒輸送管860抽取液體冷媒收集器730中的液體冷媒，形成整個系統(tǒng)的循環(huán)。

以上對本發(fā)明的幾個實施例作了詳盡的表述，但本領域的工程技術人員應明了本專利的應用范圍不局限于服務器機柜，如N+1式的大功率開關電源，大功率的工業(yè)整流器等都存在類似的問題，凡基于本發(fā)明權利保護范圍內(nèi)的幾種方式的組合以及不脫離本發(fā)明權利要求宗旨變化均應在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。