一种数据中心机房的散热系统的制作方法

本发明专利涉及热管理领域。更具体地说，本发明专利涉及一种数据中心机房的散热系统。

背景技术：

数据中心机房内的机柜服务器集成密度越来越高，发热量也相应增大pue(powerusageeffectiveness，电源使用效率)值已经成为国际上比较通行的数据中心电力使用效率的衡量指标。pue值是指数据中心消耗的所有能源与it负载消耗的能源之比。pue值越接近于1，表示一个数据中心的绿色化程度越高。当前，国外先进的数据中心机房pue值通常小于2，而我国的大多数数据中心的pue值在2-3之间。所以国内机房内芯片级主设备1w的功耗会导致总体耗电量达到2-3w，而国外机房内芯片级主设备1w的功耗只会导致总体耗电量为2w以下。为了保证高效的服务器在适宜的环境温度下正常工作，需要及时把服务器产生的热量排除机房以保证设备的正常运行，同时出于节能考虑，在热量产生大的时候增加冷却措施采用带走更多的热量，但在产热小时减少相应的冷却措施。

目前大中型数据中心机房散热主要采用以下几种方式：

第一是制冷空调处理新风后将冷量准确送入需要冷却的地方，这一方法的主要优点是将冷风直接送到数据机房内机柜中，直接带走产生的热量，但此方法需要的能耗比较大，且在送入过程中无法根据热点分配问题从而导致冷量分配不均。

第二是采用列间空调的形式，将空调布置在机柜内部两台服务器的中间，实现就近制冷，由于列间空调放置在两台服务器之间，所以与第一种方式相比，送风传输距离比较近，耗功也比较小，但为了保障其送风有效的传至机柜服务器进风口，其回风有效的吸收机柜服务器的高温排风，就需要通过一定的外围通道进行隔绝，这就会增加占地面积和成本投入。

根据目前大中型数据中心散热采取的主要方式，可以发现具体存在以下几个问题，首先，现有技术无法根据局部热点问题进行集中针对处理，从而导致耗功较大；其次，现有的技术通常采用单一的冷却方式，无法适应室外温度变化而自行调节冷却方式，从而造成数据中心pue偏大，节能空间有待挖掘。针对现有技术存在的缺点与不足之处，本发明专利旨在提供一种数据中心机房的散热系统，首先可根据局部热问题进行针对性处理，局部温度较高通过加大气液两相流体的流量解决，其次，该系统可根据室外空气温度的不同来改变冷端的冷却方式，实现调节，达到节能目的。

技术实现要素：

针对现有技术存在的缺点和不足，本发明旨在提供一种数据中心机房的散热系统，采用热收集模块排出机房内部产生的热量，流量自应变机构调节流体的流量从而做到精准控制，解决局部过热位置的热量排出问题，气液分离器利用动量驱动涡旋效应进行气液分离，且起到平衡系统压力和高效气液分离的作用；冷端根据室外空气温度采用散热装置进行调节，达到节能目的。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种数据中心机房的散热系统，包括热收集模块、气液分离器、储液罐、散热装置以及流体工质，所述热收集模块、气液分离器、储液罐与散热装置形成一散热循环管路，流体工质在散热循环管路内流动；其特征在于：所述收集模块包括蒸发段、流体进口管道、流体出口管道、控制机构、感应机构和蒸汽分管路；热收集模块的蒸发端设置在位于每一列机柜内部两个服务器之间的卡槽内，卡槽内设有所述流体进口管道和流体出口管道，控制机构设置在蒸发端每一个流体进口管道上用于控制流体进口管道的开合度，感应机构设置在蒸发端每一个流体出口管道上用于感应蒸发端出口蒸汽的过热度，每一个流体出口管道通过分管路汇合到一起进入气液分离器；所述气液分离器包括分离室、切向入口端口、气体出口喷射器和多尺度液滴捕集芯；所述多尺度液滴捕集芯为具有多尺度孔径的多孔固体，分为内部气体流通模块与外部液滴捕集模块，内部气体模块为锥形多孔固体，所述外部液滴捕集模块为具有锥形空心的圆柱形多孔固体，所述的锥形空心体积与所述内部气体模块相同；所述内部气体流通模块的整体孔隙尺寸大于所述外部捕集液滴模块的整体孔隙尺寸，具有从下往上逐渐减小的多尺度孔径特征，所述外部液滴捕集模块具有从上到下逐渐减小的多尺度孔径特征。

本发明数据中心机房的散热系统，包括热收集模块、气液分离器、储液罐、机械泵、压缩机、散热装置、流体工质，可实现的工作循环方式包括制冷循环、重力驱动自循环和泵驱两相流循环，所述散热装置包括散热器阵列、风机、喷淋机械三部件，其特征在于：散热模式为包含任一所述散热装置的部件及其可能结合方式；工作模式为包含任一工作循环方式及其可能的结合方式；数据中心机房的运行根据室外温度条件和机房热负荷状况，以能耗最小化为目标，自行切换所述散热模式和所述工作模式来带走所述热收集模块的蒸发端产生的热量；通过所述热收集模块的流量自应变机构自动调节流量以解决机柜内部各个热收集模块之间产热差异的问题；所述气液分离器依靠动量驱动涡旋分离原理达到各个流体收集回路的压力稳定和气液高效分离；所述储液罐根据所述蒸发端的负荷变动来调控进入蒸发段的液体工质状态；所述制冷循环、所述重力驱动自循环和所述泵驱两相流循环共用散热器阵列。

根据室外空气温度情况分别有三种形式的冷端配置方案，所述的重力驱动自循环模块主要用于冬季；所述的泵驱两相流循环模块主要用于春秋两季；所述的制冷循环模块主要用于夏季。

所述的重力驱动自循环，即利用所述储液罐与所述数据中心机房中蒸发段存在高度差（储液罐更高）而形成的重力驱动力，使在所述冷凝端冷凝成为液体的工质自发地进入蒸发端，形成液体工质的循环流动。其工作原理为：所述热收集模块产生的蒸汽直接进入所述的气液分离器，在动量驱动涡旋效应作用下发生气液分离，分离出来的气体直接进入散热器阵列发生冷凝相变，相变放出的热量被散热装置带走，所述蒸汽冷凝为液体后，继而在重力作用下重新回到热收集模块的蒸发段。

所述的泵驱两相流循环，即开启管路中所述流体泵，强迫管路中气液两相工质在冷凝端与蒸发端之间流动，形成循环。其工作原理为：所述热收集模块产生的蒸汽通过进入所述的气液分离器，在动量驱动涡旋效应作用下发生气液分离；分离出来的气体直接进入散热器阵列进行发生处理冷凝相变，相变放出的热量被散热装置带走；蒸汽冷凝为液体后在流体泵作用下重新回到热收集模块的蒸发段。

所述的制冷循环，即开启管路中所述压缩机，提高管路中蒸汽工质进入冷凝端时的压力，同时也迫使管内气液两相工质进行循环流动。其工作原理为：所述热收集模块产生的蒸汽通过进入所述的气液分离器，在动量驱动涡旋效应作用下发生气液分离；分离出来的气体在压缩机抽吸作用下进入压缩机，在压缩机内蒸汽发生升温升压作用后直接进入散热器阵列，继而在散热器阵列内发生处理冷凝相变；相变放出的热量被散热装置带走；蒸汽冷凝为液体后，在压缩机与流体泵所提供压力，以及储液罐高度差所提供重力的共同作用下，重新回到热收集模块的蒸发段。

所述流体工质通过热收集模块的蒸发端吸收机柜内功耗元件的热量，在冷端排放出热量，完成一个循环。所述热收集模块分布于每个机柜内，与机柜内部间隔布置的卡槽相嵌合，包括蒸发端、流体工质进出管路和流量自应变机构。所述卡槽内部为所述热收集模块的蒸发端，收集机柜内功耗元件散发的热量。所述卡槽设有流体进出管道，所述流量自应变机构设置在所述蒸发端流体进出口管路上，通过分管路汇合到一起进入所述气液分离器，从而进入所述散热装置。

所述泵驱两相流循环模式下，所述重力自驱动循环模式始终开启；所述制冷模式下，所述重力自驱动循环模式始终开启，所述泵驱两相流循环可根据所述数据中心热负荷大小选择性开启。

采用所述的重力驱动自循环模块时，随着所述数据中心热负荷的增加，可依次启用以下四种工作模式：

工作模式a-1：机房热负荷很小时，启用自然对流冷却工作模式。打开所述散热器阵列与外界环境之间的阀门，室外冷空气自由进入所述的散热器阵列；由于冷凝温度低，进入所述散热器阵列内的蒸汽直接发生冷凝相变，将从机房吸收的热量释放出来；而冷空气则通过自然对流方式吸收所述散热器阵列释放出的热量并成为热空气，并在浮力作用下上升至空气出口，将热量带到室外，实现散热。所述蒸汽冷凝为液体后，继而在重力作用下重新回到热收集模块的蒸发段。

工作模式a-2：机房热负荷较小时，启用强制对流冷却工作模式。打开所述散热器阵列与外界环境之间的阀门与风机，室外冷空气在风机的作用下吹扫所述的散热器阵列；进入所述散热器阵列内的蒸汽直接发生冷凝相变，将从机房吸收的热量释放出来；而冷空气则通过强迫对流方式吸收所述散热器阵列释放出的热量并成为热空气，并在风机作用下迅速被排到室外。所述蒸汽冷凝为液体后，继而在重力作用下重新回到热收集模块的蒸发段。与工作模式a-1相比，由于强迫对流方式的换热系数高于自然对流方式，且风机作用下的空气流量远大于自然流动，因此工作模式a-2的散热能力得到明显增强。

工作模式a-3：机房热负荷较大时，启用喷淋+自然对流冷却的工作模式。打开所述散热器阵列与外界环境之间的阀门，室外冷空气自由进入所述的散热器阵列，同时打开喷淋机械，将冷水喷淋在散热器阵列表面；进入所述散热器阵列内的蒸汽发生冷凝，将从机房内带来的热量放出；冷空气与所述散热器阵列表面进行自然对流换热，吸收所述散热器释放出的少量热量成为热空气而开始上升，被喷洒到所述散热器阵列表面的冷水液滴通过吸热蒸发，吸收所述散热器阵列释放出的大部分热量，蒸发形成的蒸汽被热空气携带至室外，实现散热。所述蒸汽冷凝为液体后，继而在重力作用下重新回到热收集模块的蒸发段。与工作模式a-1和a-2相比，工作模式a-3的主要传热方式从显热换热转换成为潜热换热，其换热能力有进一步增强。

工作模式a-4：机房热负荷很大时，启用喷淋+强制对流冷却的工作模式。打开所述散热器阵列与外界环境之间的阀门与风机，室外冷空气在风机的作用下吹扫所述的散热器阵列，同时打开喷淋机械，将冷水喷淋在散热器阵列表面；进入所述散热器阵列内的蒸汽发生冷凝，将从机房内带来的热量放出；被喷洒到所述散热器阵列表面的冷水液滴通过吸热蒸发，吸收所述散热器阵列释放出的大部分热量，冷空气则通过强迫对流方式吸收所述散热器阵列释放出的热量并成为热空气，并迅速将冷水液滴蒸发形成的水蒸气带到室外，形成散热。所述蒸汽冷凝为液体后，继而在重力作用下重新回到热收集模块的蒸发段。与上述三种工作模式相比，工作模式a-4通过强制对流传热模式，大大增强了由喷淋形成的冷湿空气与所述散热器阵列间的热质交换过程，其换热能力有极大提高。

采用所述的泵驱两相流循环模块时，室外温度已有所上升，自然对流冷却模式由于其散热能力有限，已不再适用。随着所述数据中心热负荷的增加，可依次启用以下三种工作模式：

工作模式b-1：机房热负荷较小时，启用强制对流冷却工作模式。打开所述散热器阵列与外界环境之间的阀门与风机，室外中温空气在风机的作用下吹扫所述的散热器阵列；进入所述散热器阵列内的蒸汽直接发生冷凝相变，将从机房吸收的热量释放出来；而中温空气则通过强迫对流方式吸收所述散热器阵列释放出的热量并成为热空气，并在风机作用下迅速被排到室外，实现散热。蒸汽冷凝为液体后在机械泵作用下重新回到热收集模块的蒸发段。

工作模式b-2：机房热负荷较大时，启用喷淋+自然对流冷却的工作模式。打开所述散热器阵列与外界环境之间的阀门，室外中温空气自由进入所述的散热器阵列，同时打开喷淋机械，将冷水喷淋在散热器阵列表面；进入所述散热器阵列内的蒸汽发生冷凝，将从机房内带来的热量放出；中温空气与所述散热器阵列表面进行自然对流换热，吸收所述散热器释放出的少量热量成为热空气而开始上升，被喷洒到所述散热器阵列表面的冷水液滴通过吸热蒸发，吸收所述散热器阵列释放出的大部分热量，蒸发形成的蒸汽被热空气携带至室外，实现散热。所述蒸汽冷凝为液体后，在机械泵作用下重新回到热收集模块的蒸发段。

工作模式b-3：机房热负荷很大时，启用喷淋+强制对流冷却的工作模式。打开所述散热器阵列与外界环境之间的阀门与风机，室外中温空气在风机的作用下吹扫所述的散热器阵列，同时打开喷淋机械，将冷水喷淋在散热器阵列表面；进入所述散热器阵列内的蒸汽发生冷凝，将从机房内带来的热量放出；被喷洒到所述散热器阵列表面的冷水液滴通过吸热蒸发，吸收所述散热器阵列释放出的大部分热量，中温空气则通过强迫对流方式吸收所述散热器阵列释放出的热量并成为热空气，并迅速将冷水液滴蒸发形成的水蒸气带到室外，形成散热。所述蒸汽冷凝为液体后，继而在重力作用下重新回到热收集模块的蒸发段。

采用所述的制冷循环时，随着所述数据中心热负荷的增加，可依次启用以下三种工作模式：

工作模式c-1：机房热负荷较小时，启用强制对流冷却，但不开启所述流体机械泵的工作模式。打开所述散热器阵列与外界环境之间的阀门与风机，室外高温空气在风机的作用下吹扫所述的散热器阵列；从所述数据中心蒸发端出来经所述气液分离器分离得到的纯蒸汽进入压缩机后被加压升温，随后再进入所述散热器阵列内的蒸汽发生冷凝相变，将从机房吸收的热量释放出来；而高温空气则通过强迫对流方式吸收所述散热器阵列释放出的热量并继续提高温度，并在风机作用下被排到室外，实现散热。蒸汽冷凝为液体后在压缩机及重力共同作用下重新回到热收集模块的蒸发段。

工作模式c-2：机房热负荷较大时，启用喷淋+强制对流冷却，但不开启所述流体机械泵的工作模式。打开所述散热器阵列与外界环境之间的阀门与风机，室外高温空气在风机的作用下吹扫所述的散热器阵列，同时打开喷淋机械，将冷水喷淋在散热器阵列表面；从所述数据中心蒸发端出来经所述气液分离器分离得到的纯蒸汽进入压缩机后被加压升温，随后再进入所述散热器阵列内的蒸汽发生冷凝相变，将从机房吸收的热量释放出来；被喷洒到所述散热器阵列表面的冷水液滴通过吸热蒸发，吸收所述散热器阵列释放出的大部分热量，高温空气则通过强迫对流方式吸收所述散热器阵列释放出的热量并成为热空气，将冷水液滴蒸发形成的水蒸气带到室外，实现散热。蒸汽冷凝为液体后在压缩机及重力共同作用下重新回到热收集模块的蒸发段。与工作模式c-1相比，工作模式c-2在强制对流换热的基础上增加了相变传热方式，所述换热装置的换热能力进一步增强。

工作模式c-3：机房热负荷很大时，启用喷淋+强制对流冷却，同时开启所述流体机械泵的工作模式。打开所述散热器阵列与外界环境之间的阀门与风机，增大室外空气进入所述散热器阵列的进风量，室外高温空气在风机的作用下高速吹扫所述的散热器阵列，同时打开所述喷淋机械，将冷水喷淋在所述散热器阵列表面；从所述数据中心蒸发端出来经所述气液分离器分离得到的纯蒸汽进入压缩机后被加压升温，随后再进入所述散热器阵列内的蒸汽发生冷凝相变，将从机房吸收的热量释放出来；被喷洒到所述散热器阵列表面的冷水液滴通过吸热蒸发，吸收所述散热器阵列释放出的大部分热量，高温空气则通过强迫对流方式吸收所述散热器阵列释放出的热量并成为热空气，并迅速将冷水液滴蒸发形成的水蒸气带到室外，实现散热。蒸汽冷凝为液体后在压缩机、流体机械泵及重力共同作用下重新回到热收集模块的蒸发段。与工作模式c-2相比，工作模式c-3增大了风机风量并开启了机械泵，空气与所述换热器阵列传热量增大，管路中液体循环流量增大，可保证满足散热器阵列的散热需求与机房的蒸发量需求，因此所述散热装置的散热能力有极大提高。

所述热收集模块包括蒸发端、流量自应变机构、流体管路。所述热收集模块通过蒸发端带走机柜内功耗设备产生的热量。机房内部并列分布着若干机柜，在每个机柜内部设置多个热收集模块，所述流体管路布置于热收集模块的内部，通过流体管理内部工作的蒸发/沸腾相变收集机柜内部功耗元件产生的热量。机柜内部各个热收集模块之间由于机柜内功耗元件的运行产热差异，迫切需要流体工质的流量动态调整加以适应。本发明通过所述流量自应变机构来适应机柜内各个热收集模块之间的产热量差异来调节流体管路中流体工质的流量大小，所述流量自应变机构通过放置在流体管路出口的感应机构所感应的出口流体的工作状态信号温度反馈到设置在流体入口的控制机构的开合度，从而控制流量的大小。所述流体工质在所述热收集模块的蒸发端中吸收机柜内功耗元件的热量发生蒸发相变后流出，所述各支路上的蒸汽汇合到总管路中继而进入到所述气液分离器中，分离出来的蒸汽进入自行选择所述散热模式进行冷凝放热。所述蒸发端内部设置有流体进出管路，所述流体工质从所述蒸发端的下部进入，吸收机柜功耗元件的热量后从所述蒸发端的上部流出，所述流体工质在蒸发端吸热蒸发，从而带走所述机柜内部各种功耗元件产生的热量。

所述流量自应变机构包括感应机构、调整机构、阀体和控制机构，感应机构设置在机柜出口的管路上，阀体设置在流体进入机柜之前的管路支路上；所述流量自应变机构通过放置在所述蒸发端出口的所述感应机构来感应蒸发端出口蒸汽的过热度，并将对应的压力反馈到所述调整机构，所述调整机构带动所述执行机构上下移动，从而控制支路的开合度，实现根据所需排出的热量调整所述流体工质的流量；所述感应机构内填充有感温介质，根据所述蒸发端出口的温度来响应，根据机柜内不同区域的不同散热量来合理分配所述流体循环量，解决机柜内部局部过热位置热量的高效排出问题，实现流量的精准控制。

所述气液分离器利用动量驱动涡旋效应实现气液分离，主要包括由圆柱形分离室、切向入口喷嘴、两相入口端口、挡板、液体、气体出口喷射器和多尺度液滴捕集芯组成。实心环上具有一个驱动喷嘴和三个两相入口，来自蒸发端流体将通过两相入口进入，使用驱动装置为两个喷射器提供动力。离开所述热收集模块的流体被引导至所述气液分离器，被切向注入该装置的分离室，所述流体的动量会在设备内产生涡流，从而导致流体参考系产生离心加速度场。在所述离心力的作用下，利用多尺度液滴捕集芯，所述气体和液体实现分离，所述蒸汽向装置的中心移动并被所述蒸汽出口喷射器排出，并且所述挡板可防止所述蒸汽到达液体出口，同时所述液体由所述液体出口喷射器排出。所述气液分离器作用就是处理含有少量凝结液的气体，实现凝液回收或者气相净化，其结构相当于一个压力容器，内部配有相关进气构件、液滴捕集构件。一般情况下气体由上部出口，液相由下部收集。

所述的多尺度液滴捕集芯，为具有不同孔径直径的多孔固体结构，分为内部气体流通模块以及外部液滴捕集模块。

所述的内部气体流通模块，为锥形结构，其整体孔隙尺寸大于所述的外部捕集液滴模块的整体孔隙尺寸，气体流通阻力小，因此含有凝结液滴的气体进入所述气液分离器后，主要在该模块中进行流动并最终流出所述的气液分离器。同时，所述的内部气体流通模块，其孔隙尺寸从下到上逐渐减小，因此气体进入气液分离器后，所携带的较大的液滴先被大孔径芯体捕捉并分离，小液滴随着气体继续上升并进入较小孔隙尺寸部分后，被小孔径芯体捕捉并分离。同时，由于内部气体流通模块成锥形，因此气体在上升过程中流通空间被压缩，导致气体旋转速度增加，使小液滴更容易由于离心力被甩出后由小孔径芯体捕捉，如此不但保证了气体流通性，还可有效分离气体与所携带的冷凝液滴，增加小液滴的捕集效率，提高分离效果。

所述的外部液滴捕集模块外观为扣除所述内部气体流通模块对应体积的圆柱形，即外部液滴捕集模块与内部气体流通模块互补，组合后可填充满整个所述的气液分离室。孔隙尺寸越小，多孔固体的吸液能力越强，而所述的外部液滴捕集模块整体孔径较小，因此可将内部气体流通模块捕捉到的冷凝液滴吸纳过来，实现气体和冷凝液滴的高效分离。同时，所述的外部液滴捕集模块的孔隙尺寸从上到下逐渐减小，因此当冷凝液滴进入外部液滴捕集模块后，会在从上到下逐渐增大的毛细抽吸力作用下，自发的向下流动并最终到达所述气液分离器底部后排出。如此，被分离出来的冷凝液滴进入外部液滴捕集模块后，其下降过程中不但受重力作用，还受到了从上到下逐渐增大的毛细抽吸力作用，因此其向下流动的动力较强，回流效率增大，提高了冷凝液体回收效率。

所述储液罐用于主通道中所述流体工质流量的补偿，其主要由壳体、波纹管以及温控加热器组成，所述储液器壳体是基于金属材料采用机械工艺加工而成，其配有封闭的可伸缩的波纹管，所述波纹管内有温控加热器；所述封闭的波纹管将所述壳体内部隔绝为两个区域，所述波纹管外部是液体工质，内部为气体，通过所述温控加热器加热气体增加气体压力促使波纹管膨胀挤压外部液体，为主通道补偿工质。

所述的蒸发端，其管道内表面做疏水处理，同时复合一层亲水点阵。当流体在所述蒸发端内吸热发生沸腾相变时，所述亲水点阵可为气泡产生提供汽化核心，使流体更容易发生汽化形成气泡，从而可有效增加流体在沸腾相变时的气泡产生速率，提高蒸发时的热流密度，增强蒸发器与机柜之间的换热效果。

所述的散热器阵列，其表面同样做疏水处理，并符合一层亲水性从上到下逐渐增加的点阵，形成定向驱液疏水表面。当进入散热器阵列的蒸汽温度较低时，此时液滴在散热器表面的蒸发速度较慢，容易积累形成液膜，增大了散热器阵列与外界环境的散热热阻。而所述的定向驱液疏水表面，在液滴不能完全蒸发时，可迅速使其从所述散热器阵列表面滑落，防止了所述散热器阵列表面液膜的形成，提高了所述散热器阵列与外界环境的传热效果。因此，所述定向驱液疏水表面，可有效控制从上而下喷洒的液滴在所述散热器阵列表面的停留时间与流动性，使液滴与散热器阵列表面传热过程的传热热流密度与喷淋流量达到最佳，实现散热效果最优化。

有益效果

本发明专利可以实现的有益效果如下，相对于现有技术的不足，本发明专利旨在提供一种数据中心机房的散热系统，采用热收集模块排出机房内部产生的热量，流量自应变机构调节流体的流量从而做到精准控制，解决局部过热位置的热量排出问题，气液分离器利用动量驱动涡旋效应进行气液分离，且起到平衡系统压力和气液分离的作用；冷端根据室外空气温度采用散热装置进行调节，达到低pue目的。多尺度液滴捕集芯体通过分别为气液和冷凝液体提供流通通道，可有效提高气液分离效率以及冷凝液回收效率。所述蒸发端内亲水点阵可有效增加流体在蒸发器内的沸腾相变过程的强度，提高换热效果；所述定向驱液疏水表面可根据散热器阵列表面散热情况及液滴滞留情况，控制液滴在所述散热器阵列表面的停留时间与流动性，使液滴与所述散热器阵列表面传热过程的传热热流密度达到最佳，实现散热效果最优化。

附图说明

图1为本发明的数据中心机房的散热系统结构示意图；

图2为本发明的数据中心机房的散热的机房布置图；

图3为本发明的数据中心机房的散热系统中的流量自应变机构；

图4为本发明的数据中心机房的散热系统中的气液分离器；

图5为本发明的数据中心机房的散热系统中散热器阵列表面涂覆的定向驱液疏水表面。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明专利进一步详细说明。

如图1所示，本发明的数据中心机房的散热系统，包括机房散热系统1、机柜2、控制机构3、感应机构4、流体进口管路5、卡槽6、流体出口管路7、蒸汽分管路8、蒸汽分管路9、蒸汽总管路10，12，16，23、气液分离器11、控制阀门13，14，19,27,29、压缩机15、空气进口管路17，风机18、补水管路20、喷淋机械21、散热器阵列22、储液罐24、流体泵28、液体分管路31、液体分管路32。整个散热系统1包括n列机柜，每一列机柜内部两个服务器之间设置一个卡槽6，卡槽内部为热收集模块的蒸发端，主要收集机房各服务器散发的热量，卡槽6内设有流体进出管道5和7，控制机构3设置在蒸发端每一个流体进口管路上，感应机构4设置在蒸发端每一个流体出口管路上，通过分管路8和分管路9汇合到一起进入气液分离器11。

流量自应变机构通过放置在所述蒸发端出口的所述感应机构4来感应蒸发端出口蒸汽的过热度，并将对应的压力反馈到控制机构3，控制机构3带动执行机构上下移动，从而控制支路的开合度，实现根据所需排出的热量调整所述流体工质的流量。感应机构4内填充有感温介质，根据蒸发端出口的温度来响应，根据机柜内不同区域的不同散热量来合理分配流体循环量，解决机柜内部局部过热位置热量的高效排出问题，实现流量的精准控制。

分离出来的蒸汽有三种冷却模块可以选择，采用所述重力驱动自循环模块时，根据机房热负荷的增加，可依次启用四种工作模式：

工作模式a-1：开启阀门19，使得室外空气自由进入散热器阵列22，工作流体通过阀门13流入散热器阵列22与室外冷空气进行自然对流换热，利用室外新风处理冷凝放出的热量，蒸汽冷凝为液体后通过管路23流入储液罐24；

工作模式a-2：开启阀门19与风机18，使得室外空气在风机作用下吹扫散热器阵列22，工作流体通过阀门13流入散热器阵列22与室外冷空气进行强迫对流换热，利用室外新风处理冷凝放出的热量，蒸汽冷凝为液体后通过管路23流入储液罐24；

工作模式a-3：开启阀门19，使得室外空气自由进入散热器阵列22；开启阀门20，冷却水经过阀门20进入喷淋机械21，利用喷淋机械21向散热器阵列22喷洒液滴；工作流体通过阀门13流入散热器阵列22与室外冷空气进行自然对流传热，喷洒在散热器阵列22表面的液滴通过蒸发吸收散热器阵列22内部蒸汽冷凝放出的热量，蒸汽冷凝为液体后通过管路23流入储液罐24；

工作模式a-4：开启阀门19与风机18，使得室外空气在风机作用下吹扫散热器阵列22；开启阀门20，冷却水经过阀门20进入喷淋机械21，利用喷淋机械21向散热器阵列22喷洒液滴；工作流体通过阀门13流入散热器阵列22与室外冷空气进行强迫对流传热，喷洒在散热器阵列22表面的液滴通过蒸发吸收散热器阵列22内部蒸汽冷凝放出的热量，蒸汽冷凝为液体后通过管路23流入储液罐24；

采用所述泵驱两相流模块时，根据机房热负荷的增加，可依次启用以下三种工作模式：

工作模式b-1：开启阀门19与风机18，使得室外空气在风机作用下吹扫散热器阵列22；工作流体通过阀门13流入散热器阵列22与室外冷空气进行强迫对流换热，利用室外新风处理冷凝放出的热量；开启流体机械泵28，关闭阀门29，蒸汽冷凝成为液体后，在流体机械泵28的作用下进入机房蒸发端6.

工作模式b-2：开启阀门19，使得室外空气自由进入散热器阵列22；开启阀门20，冷却水经过阀门20进入喷淋机械21，利用喷淋机械21向散热器阵列22喷洒液滴；工作流体通过阀门13流入散热器阵列22与室外冷空气进行自然对流传热，喷洒在散热器阵列22表面的液滴通过蒸发吸收散热器阵列22内部蒸汽冷凝放出的热量；开启流体机械泵28，关闭阀门29，蒸汽冷凝成为液体后，在流体机械泵28的作用下进入机房蒸发端6.

工作模式b-3：开启阀门19与风机18，使得室外空气在风机作用下吹扫散热器阵列22；开启阀门20，冷却水经过阀门20进入喷淋机械21，利用喷淋机械21向散热器阵列22喷洒液滴；工作流体通过阀门13流入散热器阵列22与室外冷空气进行强迫对流换热，喷洒在散热器阵列22表面的液滴通过蒸发吸收散热器阵列22内部蒸汽冷凝放出的热量；开启流体机械泵28，关闭阀门29，蒸汽冷凝成为液体后，在流体机械泵28的作用下进入机房蒸发端6.

采用所述制冷模块时，根据机房热负荷的增加，可依次启用以下三种工作模式：

工作模式c-1：开启阀门14，关闭阀门13，启动压缩机15，将经过气液分离器11的蒸汽进行加压升温；开启阀门19与风机18，使得室外空气在风机作用下吹扫散热器阵列22；工作流体通过阀门13流入散热器阵列22与室外冷空气进行强迫对流换热，利用室外新风处理冷凝放出的热量；关闭流体机械泵28，开启阀门29，蒸汽冷凝成为液体后，在压缩机15的作用下进入机房蒸发端6.

工作模式c-2：开启阀门14，关闭阀门13，启动压缩机15，将经过气液分离器11的蒸汽进行加压升温；开启阀门19与风机18，使得室外空气在风机作用下吹扫散热器阵列22；开启阀门20，冷却水经过阀门20进入喷淋机械21，利用喷淋机械21向散热器阵列22喷洒液滴；工作流体通过阀门13流入散热器阵列22与室外冷空气进行强迫对流换热，喷洒在散热器阵列22表面的液滴通过蒸发吸收散热器阵列22内部蒸汽冷凝放出的热量并成为蒸汽，随后排出；关闭流体机械泵28，开启阀门29，蒸汽冷凝成为液体后，在压缩机15的作用下进入机房蒸发端6.

工作模式c-3：开启阀门14，关闭阀门13，启动压缩机15，将经过气液分离器11的蒸汽进行加压升温；开启阀门19与风机18，使得室外空气在风机作用下吹扫散热器阵列22；开启阀门20，冷却水经过阀门20进入喷淋机械21，利用喷淋机械21向散热器阵列22喷洒液滴；工作流体通过阀门13流入散热器阵列22与室外冷空气进行强迫对流换热，喷洒在散热器阵列22表面的液滴通过蒸发吸收散热器阵列22内部蒸汽冷凝放出的热量并成为蒸汽，随后排出；开启流体机械泵28，关闭阀门29，蒸汽冷凝成为液体后，在压缩机15，流体机械泵28的共同作用下进入机房蒸发端6.

从气液分离器11分离出来的部分液体通过支路流入储液罐22，与从管路23流入的液体混合后，在重力的作用下通过管道26流出，当储液罐放置位置比较高，依靠重力可以将流体打入各个支路的情况下，开启阀门29，经过管路30流入各个支路；当储液罐无法放置很高，重力不足以提供流体向上的动力时，此时可以开启阀门27，利用流体泵28将流体打入各个支路，从而完成一个循环。

图2为本发明专利的数据中心机房的散热系统的机房内部散热系统图，如图所示，通过总管路30引入流体，将液体分别分配到若干个服务器机柜的支路上（图中只列出两个机柜），在每两个所述服务器机柜中的间隙设置有所述热收集模块，所述流体管路设置在所述机柜内部的卡槽6中，相当于一个蒸发端，通过流体泵28的驱动力（储液罐足够高时则无需流体泵28），将各个支路上的流体工质打到若干个卡槽支路上，机柜内部各个热收集模块之间由于服务器的运行情况产热也有所不同，这种差异就导致每个热收集模块的产热量不同，相应的流体工质的流量也有所差异。在流体工质入口处设置有控制机构3，可控制流体的流量，在流体出口处设置有感应机构4，可根据出口流体的温度来反馈到控制机构3上。从而调节控制机构3的开合度，在卡槽内部，流体吸收服务器的热量蒸发变为蒸汽，各个支路上的蒸汽汇合到总管路10中，随后进入气液分离器11进行气液分离。

所述的蒸发端，其管道内表面做疏水处理，同时复合一层亲水点阵。当流体在所述蒸发端内吸热发生沸腾相变时，所述亲水点阵可为气泡产生提供汽化核心，使流体更容易发生汽化形成气泡，从而可有效增加流体在沸腾相变时的气泡产生速率，提高蒸发时的热流密度，增强蒸发器与机柜之间的换热效果。

所述机房内部并列分布着若干所述服务器机柜，图3为本发明专利的热收集模块中的流量自应变机构。如图所示，本发明专利的数据中心机房散热系统的流量自应变机构包括感应机构33、调整机构34、阀体35和执行机构36，感应机构33内充注有一定量的感温介质，放置在蒸发段出口管路7上来感应出口蒸汽的过热度，根据其内充注感温介质温度和压力的曲线图来使得调整机构18产生相应的变化，从而带动执行机构36上下移动，控制机构的开合度大小，从而有针对性准确地排除产生热量的热点，对流体流量做到精准控制，有效地解决了局部热点问题。

图4为本发明专利的数据中心机房散热系统中的气液分离器，如图所示，本发明专利的数据中心机房散热系统的气液分离器利用动量驱动涡旋效应实现气液分离，主要包括由圆柱形分离室、切向入口喷嘴42、两相入口端口38、挡板40、液体和气体出口喷射器以及多尺度液滴捕集芯43组成。所述的多尺度液滴捕集芯43，为具有不同孔径直径的多孔固体结构，分为内部气体流通模块以及外部液滴捕集模块，所述的内部气体流通模块，为锥形结构，所述的外部液滴捕集模块与所述内部气体流通模块互补，组合后填充满整个所述的气液分离室。所述的内部气体流通模块整体孔隙尺寸大于所述的外部捕集液滴模块的整体孔隙尺寸。所述的内部气体流通模块的孔隙尺寸从下到上逐渐减小，具体地，其从下往上的变化区间可为1mm(18目)~0.25mm(60目)。所述的外部液滴捕集模块的孔隙尺寸从上到下逐渐减小，具体地，其从上往下的变化区间可为0.18mm(80目)~0.075mm(200目)。实心环39上具有一个驱动喷嘴42和三个两相入口，来自蒸发端流体将通过两相入口38进入，使用驱动装置为两个喷射器提供动力。离开所述热收集模块的所述流体被引导至所述气液分离器，被切向注入该装置的分离室，所述流体的动量会在设备内产生涡流，从而导致流体参考系产生离心加速度场。气体进入气液分离器后，在所述离心力的作用下，所携带的较大的液滴先被分离，随着气体的上升并运动至较小孔隙尺寸部分后，较小尺寸的液滴再被分离，所述蒸汽向装置的中心移动并被所述蒸汽出口喷射器排出。被分离出来的冷凝液滴进入外部液滴捕集模块后，在从上到下逐渐增大的毛细抽吸力及重力的作用下，到达所述气液分离器底部。所述挡板40可防止所述蒸汽到达液体出口，同时所述液体由所述液体出口喷射器排出。所述气液分离器作用就是处理含有少量凝结液的气体，实现凝液回收或者气相净化，其结构相当于一个压力容器，内部配有相关进气构件、液滴捕集构件。一般情况下气体由上部出口，液相由下部收集。

图5为本发明的数据中心机房的散热系统中散热器阵列表面涂覆的定向驱液疏水表面，其所具有的亲水性从上往下逐渐增加的点阵，可将液滴从上往下进行引导，提高液滴在所述散热器阵列表面的流动性，有效防止所述散热器阵列表面液膜的形成，减低传热热阻，提高散热效率。