门式冷水换热装置和液冷装置结合的服务器机柜散热系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及服务器机柜散热系统，尤其涉及一种所述门式冷水换热装置和液冷装置结合的服务器机柜散热系统。
【背景技术】
[0002]随着IDC互联网数据中心机房高密度机柜的不断增加，设备的集成度越来越高，处理能力也逐渐增高，但设备的功率消耗也随之增大，导致机柜内设备的发热量越多。据统计，目前国内大型IDC机房内机柜服务器发热量大，且基本为全年8760h运行，对于不采用新风的机房而言，全年均需供冷，导致空调系统能耗巨大，其空调能耗约占数据机房整体能耗的 40%~50%。
[0003]传统数据机房送风方式有底板风道送风、冷热通道隔离送风和全房间制冷送风等方式，该模式已不满足现代化机房高密度机柜的制冷需求，出现了局部过热、耗电量大、机房空调能耗过高、噪音大等问题。同时机房精密空调需反复加湿、除湿运转或配套专用除湿机进行机房空气湿度、露点控制，以确保设备内部不发生凝露，导致机房空调系统制冷效率降低、能耗增大。如果机房的散热问题解决不好，就会严重威胁机房设备的安全运行。因此如何在满足设备使用要求的情况下，有效降低机房内空调系统的能耗是空调行业和数据机房运营行业面临的一个重要问题。
[0004]从节能角度考虑，目前有直接采用将室外空气引入室内为机房降温的方案，其优点是制冷效率高、初投资低、能耗低，但缺点是引入室外冷空气后，使得室内空气洁净度、湿度难以保证，带来了安全隐患，后期运行维护量较大。另外也有采用气气蜂窝式换热器，将热管热空气与室外冷空气间接换热，从而降低机房内温度；其优点是在利用室外冷源时不引入室外的空气，不影响机房内的空气的洁净度和湿度，缺点是初投资相对较高，换热器结构比较复杂，容易堵塞，需要定期清洗，维护工作量大。
[0005]而且随着服务器技术的发展，大功率、高发热密度的服务器应用越来越多，而且是不可逆转的发展趋势，目前部分行业用户的单个机柜的最大运行功率已经达到10~15kW左右，但由于空气冷却方式散热效率的局限，使得大功率服务器的应用也难以突破15kW/机柜以上。
[0006]液冷散热是近年发展起来的最高效、最先进的散热方案，其原理是将液态换热介质直接通入具有液冷功能的服务器内部，把主要发热元件--芯片(CPU)产生的热量带走(占整个服务器发热量的70~80%)，采用液冷散热方案，理论上甚至可以使得单位机柜功率突破50kW/以上。但目前这种散热方案仅存在于高校实验室和极少数企业内部小范围研宄，而未能形成实用化推广应用，很重要的原因之一，是因为这种采用液冷散热的服务器，其机柜需要内置液冷水分配系统，这就需要对液冷服务器机柜进行专门的定制设计，而机柜生产厂家一般是标准化生产，现阶段也没有掌握液冷水分配系统设计的关键技术，无法为液冷服务器用户配套提供内置液冷水分配系统的机柜产品，特别是旧机房的升级改造，如果想改为液冷散热方案，要对全部服务器机柜都进行替换为内置液冷水分配系统的机柜，无论是改造工程量和成本都非常高昂，极大地局限了液冷散热技术的发展普及。另外，液冷散热系统只能带走70~80%的服务器发热量，但仍然有20~30%的热量需要辅助制冷装置承担，对于液冷服务器这种单机柜功率高达50kW以上的高密度应用，每个机柜需要辅助制冷装置处理10~15kW以上的热量(总功率的20~30%)，如果辅助制冷装置仍然采用传统的风冷散热方式，极易出现机柜的局部热点问题，影响服务器的元件寿命，这也是高密度液冷服务器推广应用所不能忽视的问题。
[0007]申请号为201010261284.1专利名称为《服务器机柜及其液冷散热系统》的中国专利公开了一种服务器机柜，包括外壳、设于所述外壳内的服务器及液冷散热系统，所述外壳内设有靠近所述服务器的导热板，所述液冷散热系统包括设于所述外壳外的致冷器及将所述导热板与致冷器热连接的管路，所述服务器工作时产生的热量于所述外壳内形成热流，所述热流在导热板处冷却，所述管路延伸出所述外壳外，并分别与所述致冷器的相对两端相连通，以将所述导热板从服务器吸收的热量传递至致冷器处进行热交换。该专利虽然也是采用液冷散热，但服务器的热量是通过导热板间接吸收带出，其冷却效果不明显，导致服务器的热量不能高效地被液冷散热系统带走，故会有局部热点、寿命短等问题。
[0008]申请号为201210545675.5专利名称为《一种服务器机柜冷却系统》的中国专利公开了一种服务器机柜冷却系统，包括置于服务器机柜内部的液冷箱、服务器机柜内水冷散热器、柜内空气散热器、第一储液箱以及室外外冷系统，液冷箱包括集成在一个箱内的翅片式换热器、板式换热器及第一水泵，板式换热器热水侧、第一水泵、第一储液箱及服务器机柜内水冷散热器通过管道连接成第一循环回路，外冷系统、柜内空气散热器、翅片式换热器及板式换热器冷水侧通过管道连接成第二循环回路。该专利采用第二循环回路带走第一循环回路的热量，但第一循环回路的散热器是对整个服务器机柜内部空气进行导热，并无直接针对服务器发热体芯片进行导热，这导致该专利散热效率低、效果差，另外，第一循环回路设有第一水泵，第一水泵运行时发热较多，需要专门设置换热器来传递第一水泵运行积聚的热量，这无疑给系统造成负担，从而进一步地降低系统的散热效率。
【发明内容】
[0009]本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有制冷效率高效果好，不会出现局部热点问题且无需对机柜进行改造的门式冷水换热装置和液冷装置结合的服务器机柜散热系统。
[0010]本实用新型的上述目的通过如下技术方案予以实现:
[0011]一种门式冷水换热装置和液冷装置结合的服务器机柜散热系统，包括液冷服务器机柜，所述液冷服务器机柜包括机柜柜体和设置于机柜柜体内的多个液冷服务器，设有液冷装置对液冷服务器进行直接的液冷散热，还设有门式冷水换热装置进行辅助散热。本实用新型通过采用液冷散热技术进行主制冷，机柜级高温冷水散热技术进行辅助制冷，主辅配合制冷，一方面制冷效率高效果好，不会出现局部热点问题，另一方面，本实用新型提供的方案无需对机柜进行改造，这给液冷散热提供了普及使用的可能性。
[0012]所述液冷装置包括液冷散热器、分配器、集流器和一次换热介质，所述液冷散热器用于对服务器芯片进行散热，所述分配器通过多根进液连接支管与液冷散热器连接，液冷散热器再通过多根出液连接支管与所述集流器连接，所述一次换热介质通过分配器和进液连接支管进入液冷散热器，再通过出液连接支管流出液冷散热器并由集流器汇集。一次换热介质由分配器通过进液连接支管进入液冷散热器，再通过出液连接支管进入集流器形成循环将液冷服务器的热量带走。
[0013]进一步地，所述的液冷装置外置安装在机柜柜体上。采用固定式或活动式安装，优选固定式安装。
[0014]所述一次换热介质为自来水、纯净水、有机溶液、无机溶液或氟利昂。优选采用纯净水。所述进液连接支管和出液连接支管为硬态管或软态管。优选软态管。
[0015]所述液冷散热器设于服务器芯片附近，或直接与服务器芯片接触。
[0016]所述门式冷水换热装置包括冷水换热器、连接管路以及二次换热介质，所述冷水换热器设置在液冷服务器机柜或液冷装置上，并通过连接管路装载二次换热介质。具体地，所述冷水换热器安装在机柜柜体的前门侧或背门侧，优选安装在背门侧；可以采用全铝微通道换热器或铜管套铝翅片换热器，优选铜管套铝翅片换热器。此外，所述冷水换热器可以轴转打开，冷水换热器的进水连接管和出水连接管均采用软态管。
[0017]进一步地，所述门式冷水换热装置还包括风机，所述风机安装在冷水换热器的出风侧。所述风机可以采用离心式、轴流式、混流式，优选轴流式风机。
[0018]更进一步地，所述门式冷水换热装置还包括冷水机和水泵，所述冷水机和水泵设于机房外，并通过连接管路与冷水换热器连接。
[0019]所述冷水机通过水泵将二次换热介质送至冷水换热器，再由冷水换热器流回冷水机形成循环带走部分热量。所述二次换热介质为水或防冻溶液。
[0020]本系统运行时，液冷服务器中的液冷服务器芯片的发热量占据总发热量约80%，这部分热量由液冷散热器吸收，并通过流经液冷散热器的、温度约35~45°C的一次换热介质带走，使得液冷服务器芯片的内部温度保持在60~70°C的正常运行状态。每个液冷服务器内部的液冷散热器的一次换热介质的流量分配和汇集，均由液冷装置完成:温度约35~45°C的一次换热介质从供液总管道流入分配器后，通过进液连接支管进入液冷散热器，吸收液冷服务器芯片的热量后，变成40~50°C温度状态、通过出液连接支管进入集流器、流回集液总管道。
[0021]液冷服务器中的其他元件的发热量占据总发热量