一种适用于服务器分层配置的相变换热机柜的制作方法

技术领域

本发明涉及数据中心服务器机柜冷却技术领域，尤其是一种控制分层配置的相变换热蒸发室处于半盈状态有利于集中冷却的机柜。

技术背景

随着信息化快速发展，全球数据中心建设步伐明显加快，其高能耗问题已引起高度重视。其中大多数数据中心的服务器都采用高转速风机对处理器等进行冷却，机柜加装大直径风机将热量排入机房，由机房的空调系统处理。很多数据中空调能耗占40％以上。为降低空调能耗，发展了很多在机柜内加装换热装置将热能直接排除机房的技术。专利CN201410057650公开了一种新型服务器冷却机柜，用于放置若干服务器，此新型服务器冷却机柜包括：一服务器机柜、安装于服务器机柜上的多个换热器、室外冷却装置及连接管路；所述的安装于服务器机柜上的多个换热器都是直冷式换热器；所述的多个换热器分别安装于所述服务器机柜放置服务器的每一层支架上，与服务器直按按触；所述的多个换热器分别通过连接管路并联起来然后连接所述的室外冷却装置。微通道铜铝盘管直冷式换热器结构复杂，并很难实现对各层服务器的温度均衡控制。

专利CN200810000097.0一种蒸发冷却集中换热分布式开关电源系统由于要求所有的发热源处于同一水平面而有很大局限。

技术实现要素：

本发明的目的是将服务器的CPU等电子器件所产生的热量通过与之直接接触的蒸发室蒸发冷媒送至冷凝器与外界进行热交换。图1为本发明的一种典型适用于服务器分层配置的相变换热机柜。如图所示，机柜内可以分层放置服务器，每层放置多个，每一个服务器都与一个换热蒸发室通过螺栓紧固或卡压紧密接触，其中的CPU等主要发热器件位置，换热蒸发室的内胆薄金属板应该通过冲压或拉伸等方法透出框架，通过导热硅脂或导热不干胶形成良好的热接触，一般的发热较小元件，可以通过预先成型的导热能力较好的胶冻体树脂，将热量传给换热蒸发室。与服务器接触的换热蒸发室通过上下两根管路与每层的主蒸发室相联，下部的管子吸收液体冷媒，上部的管子排出蒸发的冷媒，主蒸发室的外边也可以配置发热部件。每层的主蒸发室配有液位阀，通过所述的液位阀主蒸发室与机柜的系统液体冷媒回流管相联，可以控制蒸发室内的液位，使得发热器件位于液位平面之下，同时每个蒸发室的上部 留有充分的汽体冷媒流通空间。机柜的汽体冷媒输送管收集所有蒸发的冷媒，输送至冷凝器。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明：

附图说明

图1是本发明一种适用于服务器分层配置的相变换热机柜；

图2是本发明机柜中一层蒸发室的典型结构；

图3是本发明的一种与服务器直接接触的换热蒸发室结构；

图4是本发明的一种水冷换热冷凝器置于机柜内适用于服务器分层配置的相变换热机柜；

图5是本发明的一种水冷换热冷凝器置于机柜内底部适用于服务器分层配置的相变换热机柜。

具体实施方式

结合上述附图说明本发明的具体实施例。

图1给出了一个典型适用于服务器分层配置的相变换热机柜的实施例。图中100为机柜箱体，200为分层配置的主蒸发室，300为系统液体冷媒回流管，310为液体冷媒储存箱，400为系统汽体冷媒输送管，500为冷凝器，600为换热蒸发室；210为液体冷媒连接管，220为汽体冷媒连接管，230为液位阀。

图2和图3给出了与服务器接触换热蒸发室的结构。图中600为换热蒸发室由薄金属板内胆和外框架组成，630薄金属板应该通过冲压或拉伸等方法在服务器的CPU等高发热元件处透出框架，610为汽体冷媒连接支管，620为液体冷媒连接支管。

图4给出的是机柜内置水冷冷凝器和备用风冷冷凝器的服务器分层配置的相变换热机柜的实施例。与图1相比增加了水冷换热器700，包括710冷却水进水管、720冷却水出水管和备用风冷冷凝器500。

图5给出的是机柜内置水冷冷凝器，置于机柜底部，和备用风冷凝器的服务器分层配置的相变换热机柜的实施例。与图1和图4相比还水冷换热器700被移到了机柜的底部，增加了液体冷媒收集器730，温差驱动冷媒泵800，上液位开关810，下液位开关820，冷媒入口电磁阀830，冷媒出口电磁阀840，液体冷媒输送管860，备用风冷冷凝器500和密封隔板110。

如图1所示，所有分层配置的主蒸发室200的液体冷媒连接管210都连接到系统的 液体冷媒回流管300，液体冷媒连接管210的主蒸发室侧配有液位阀230，所有的汽体冷媒连接管220都连接到系统的汽体冷媒输送管400，系统汽体冷媒输送管400的高端出口连接到冷凝器500的上部入口，冷凝器500的下部出口连接系统液体冷媒回流管300，系统的液体冷媒回流管300的上部配置液体冷媒储存箱310。每个换热蒸发室600上部的汽体冷媒连接支管610连接到主蒸发室的上部，换热蒸发室600下部的液体冷媒连接支管620连接到主蒸发室的下部。

图4给出的服务器分层配置的相变换热机柜的实施例中系统的汽体冷媒输送管400的高端出口连接到机柜内水换热冷凝器700的上部入口和备用风冷冷凝器500的上部入口，机柜内水换热冷凝器700的下部出口和备用风冷换热器500的下部出口都连接到系统液体冷媒回流管300的上部。图5给出的服务器分层配置的相变换热机柜的实施例中柜内底部的水换热冷凝器700的底部出口连接液体冷媒收集箱730，系统汽体冷媒输送管的上出口连接到备用风冷冷凝器500的上部入口，系统汽体冷媒输送管400的下出口连接到水冷冷凝器700的上部入口。液体冷媒输送管860的下口深入到液体冷媒收集箱730的底部，液体冷媒输送管860的上出口通过冷媒入口电磁阀830的控制连接到温差驱动冷媒泵800的上部，温差驱动冷媒泵800的下部出口通过冷媒出口电磁阀840的控制连接到系统液体冷媒回流管300。

每一个主蒸发室200的液体冷媒连接管210的主蒸发室侧配有液位阀230，液位阀230控制蒸发室内的液位，使得液位平面高于发热器件，同时每个蒸发室的上部留有充分的空间供蒸发后的冷媒汽体流通。由薄金属板内胆和外框架组成换热蒸发室600，在630处薄金属板应该通过冲压或拉伸等方法在服务器的CPU等高发热元件处透出框架，通过导热硅脂或导热不干胶形成良好的热接触，对于发热不大的器件，换热蒸发室的薄金属板内胆可以通过预先成型的导热能力较好的胶冻体树脂与之接触。服务器蒸发后的冷媒蒸汽通过汽体冷媒连接支管610送主蒸发室200，并通过液体冷媒连接支管620获得液体冷媒补充。主蒸发室200汇集的冷媒汽体通过汽体冷媒连接管220，系统汽体冷媒输送管400送到冷凝器500散热转换成液体，通过冷凝器500底部的出口，进入系统液体冷媒回流管300，形成循环。

许多建成的数据中心配套有冷却水循环的制冷机组，统一进行综合的热管理。图4和图5给出的适用于服务器分层配置的相变换热机柜的实施例中都在机柜内设置了水冷换热冷凝器700，并配有备用风冷冷凝器500。备用风冷冷凝器500除了在水冷系统故障时维持服务器正常工作外，还可以在天气寒冷的季节为机房供暖。图5给出的机柜适应于水冷管路在地下通行，并且机柜下部水循环系统被密封隔板110与服务器分离，发生水管漏水不会导致服务器的损坏。

由于冷凝器在机柜的底部，其冷凝形成的液体冷媒必须泵升至机柜的上部才能形成 循环，当然可以配置专用的冷媒泵，由于系统以散热为目的有热能可以利用，本专利技术提供了一个可选的温差泵方案。正常工作的蒸发冷却系统只有回流液柱对应的压差和相应的很小的温差。冷媒入口电磁阀830关闭，电磁阀840打开，关闭风机850后温差驱动冷媒泵800腔体中的液体冷媒会在重力的作用下流入液体冷媒储存箱310，液体冷媒储存箱310上部储存的冷媒汽体会流入温差驱动冷媒泵800腔体，如果再增加一路电磁阀控制的系统汽体冷媒输送管400到冷媒泵800腔体上部的通道会增加温差泵的能力。当温差驱动冷媒泵800腔体中的液位降至下液位开关820的位置时，关闭冷媒出口电磁阀840，打开冷媒入口电磁阀830，打开风机850，温差驱动冷媒泵800腔体温度的降低使之压强低于整个系统，通过液体冷媒输送管860抽取液体冷媒收集器730中的液体冷媒，形成整个系统的循环。

以上对本发明的几个实施例作了详尽的表述，但本领域的工程技术人员应明了本专利的应用范围不局限于服务器机柜，如N+1式的大功率开关电源，大功率的工业整流器等都存在类似的问题，凡基于本发明权利保护范围内的几种方式的组合以及不脱离本发明权利要求宗旨变化均应在本发明的保护范围之内。