一種新型熱管背板空調系統的製作方法

2023-11-30 16:33:06

本實用新型屬於空調機組的製冷技術領域，尤其涉及集空調、配電、伺服器等於一體化的一體化機櫃。

背景技術：

近年來，數據中心散熱的兩大課題：高熱密度場合的散熱問題和如何實現數據中心節能運行。

高熱密度方面：近年來，隨著數據中心的發展，數據中心單個機櫃的熱密度越來越高，達到15kW/機櫃，甚至更高，採用傳統的直膨式機房空調或冷凍水機房空調已經很難解決這類高熱密度機房的散熱事宜，很容易在局部產生熱點。

能耗方面，隨著數據中心的發展，熱量越大，風量相應的也會越大，採用傳統的機房空調方面，將會採用更大的送風系統；由於送風距離較大，送風的壓頭損失也較大，因此風機功耗大幅度增加，也是帶來了額外的熱負荷，部分情況下風機的功耗達到了機房熱負荷的10％。

技術實現要素：

發明目的：針對上述現有存在的問題和不足，本實用新型的目的是提供一種新型熱管背板空調系統，解決了高熱密度機櫃的散熱問題，降溫效率更高、能耗更低。

技術方案：為實現上述發明目的，本實用新型採用的技術方案為：一種新型熱管背板空調系統，包括至少一套冷凝器、多個機櫃和與機櫃對應數量的背板空調，所述多個機櫃依次並排連接，且相鄰機櫃之間為串通設計，僅有最外側機櫃設有密封側板；所述背板空調對應的設在機櫃背面，包括換熱器、風機、溫溼度傳感器和控制部件，所述換熱器內流通有製冷劑，所述換熱器包括熱端和冷端，所述熱端設在機櫃內並設有進液口和回氣出口，並通過管道與設在外環境的冷端循環連通，所述風機設在機櫃內並將流經機櫃的氣流強制經過換熱器的熱端對氣流降溫，所述溫溼度傳感器與控制部件連接；所述冷凝器設在外環境中並設有冷凝器進水口和冷凝器出水口，所述背板空調的換熱器的冷端與冷凝器實現熱交換。

作為優選，包括兩套冷凝器，所述相鄰機櫃中的換熱器分別與兩套冷凝器連通。

作為優選，所述冷凝器為管殼式換熱器或板式換熱器。

作為優選，所述換熱器為翅片管式換熱器或微通道換熱器。

作為優選，所述冷凝器的安裝高度超過背板空調底部至少1.5米，或者換熱器冷端和熱端之間的管道設有製冷劑泵。

作為優選，所述換熱器的熱端為單盤管結構。

作為優選，還包括設在機櫃背面並鉸接的機櫃背板架，所換熱器的熱端設在機櫃背板架上，所述風機為引風機設在換熱器熱端的外層並呈矩陣排列。

作為優選，所述換熱器的回氣出口與冷凝器連接的管道為回氣管道，所述回氣管道包括內管和包裹在外觀外的保護套，所述內管的管徑呈周期漸變，且與冷凝器連接的一端管徑大於與換熱器的連接端的管徑。

作為優選，所述回氣管道的內管的內壁設有海綿銅層。

有益效果：相對於現有技術，本實用新型具有以下優點：背板空調利用熱管的原理，安裝於機櫃的後門，空調直接貼近機櫃，將有效解決上述問題：1)解決高熱密度機櫃的散熱問題，目前背板空調可為15kW/機櫃的場合提供解決方案；2)採用了貼近冷源式的冷卻方案，大大減小風機功率，風機功率減少高達75％；3)採用靠近冷源式的冷卻方法，迴風溫度提高，換熱效率也相應的增加。

附圖說明

圖1為本實用新型所述熱管背板空調系統的結構示意圖；

圖2為本實用新型所述背板空調的結構示意圖；

圖3為本實用新型所述回氣管道的結構示意圖。

其中，1-水冷冷凝器A,2-水冷冷凝器A出水口，3-水冷冷凝器A進水口，4-水冷冷凝器B，5-水冷冷凝器B出水口，6-水冷冷凝器B進水口，7-水冷冷凝器A製冷劑回氣管路，8-水冷冷凝器A製冷劑進液管路，9-水冷冷凝器B製冷劑進液管路，10-水冷冷凝器B製冷劑回氣管路,11-製冷劑泵單元A，12-製冷劑泵單元B、13-內管、14-保護套、15-海綿銅層。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本實用新型，應理解這些實施例僅 用於說明本實用新型而不用於限制本實用新型的範圍，在閱讀了本實用新型之後，本領域技術人員對本實用新型的各種等價形式的修改均落於本申請所附權利要求所限定的範圍。

如圖1和2所示，本實用新型的新型熱管背板空調系統，包括2套冷凝器、多個機櫃和與機櫃對應數量的背板空調，所述多個機櫃依次並排連接，且相鄰機櫃之間為串通設計，從而有利於氣流串流，並僅有最外側機櫃設有密封側板用於密封。

所述背板空調對應的設在機櫃的背面，包括換熱器、風機、溫溼度傳感器和控制部件，所述換熱器內流通有製冷劑，所述換熱器包括熱端和冷端，所述熱端設在機櫃內並設有進液口和回氣出口，並通過管道與設在外環境的冷端循環連通，所述風機設在機櫃內並將流經機櫃的氣流強制經過換熱器的熱端對氣流降溫，所述溫溼度傳感器與控制部件連接；所述冷凝器設在外環境中並設有冷凝器進水口和冷凝器出水口，用於流通冷凝液進而對熱管的冷端降溫是熱管中的製冷劑液化降溫回流至設在機櫃背面的熱端，在與機櫃散熱形成的熱風進行熱交換過程中氣化吸收熱量後形成氣液混合再次通過管道進入冷凝器冷卻成液態。

為了使經過冷凝器冷卻成液態的製冷劑回流至機櫃背面的背板空調內，可以將冷凝器的安裝高度設定在距背板空調底部至少1.5米以上的部位。如果安裝空間有限制，則可以在熱管的冷端和熱端之間的連接管道上設置製冷劑泵進行強制輸送。如圖3所示，換熱器的回氣出口與冷凝器連接的管道作為回氣管道，進行特殊處理：回氣管道的內管的管徑從與換熱器的連接端開始逐漸增大，然後縮小，依次重複周期性出現，也就是管徑呈周期漸變的結構。這種結構有利於熱管中製冷劑的快速氣化吸熱，這是由於製冷劑在管道進入空間較大局部區域受壓力減小更容易氣化從而驅動製冷劑的氣相部分向前流動利於散熱，由於周期性的漸變結構能儘可能延長向前的驅動力，進而加快製冷劑的吸熱效率。同時內管內壁的海綿銅層具有足夠的表面積能吸附氣相製冷劑的回流液。

本實用新型採用的送風方式為經過機櫃伺服器後的熱風氣流在矩陣排列的風機吸引下通過背板空調中的熱管降溫後，從機櫃內排出。熱管將熱量從熱端輸送至冷端，並經過冷凝器冷卻後排出得到室外環境空氣中，從而使得排出機櫃較冷的氣流再循環進入機櫃對伺服器冷卻。

本實用新型中從水冷冷凝器出來的低溫製冷劑液體，在高度差/動力的作用下，通過製冷劑進液管路進入機櫃後門處的背板空調，在背板空調的換熱器中吸收機櫃內的熱量升溫蒸發後，經過製冷劑回氣管進入水冷冷凝器，在冷凍水的冷卻作用下冷凝成低溫的製冷劑液體，形式整個循環。

兩個水冷冷凝器可以使用同一個冷凍水水源，也可以使用兩個不同的冷凍水水源。

機櫃並排放置，每排機櫃除了最外面的兩個機櫃需要安裝側門外，其餘機櫃均不需要安裝側門板。

每個機櫃後門處安裝有背板空調，相鄰兩個機櫃的背板空調分別連接兩個不同的水冷冷凝器。即每排機櫃的背板空調按照單雙序號分別連接於兩個不同水冷冷凝器上。當其中一個背板或者一個水冷冷凝器發生故障時，相鄰的背板可以帶走故障背板所在的機櫃的熱量，起到交叉備份的作用。

背板空調由換熱器、風機、溫溼度傳感器以及控制部件組成。換熱器可以是翅片管換熱器，也可以是微通道換熱器。風機為6～24個DC軸流風機，具有無級調速功能，一方面，可以根據負荷變化自動調速，以保證在低負荷下可以節能運行，另一方面，可以起到相互備份的功能，當某颱風機發生故障時，其他風機可以通過自動增加轉速的方式，補充風量，滿足製冷需求。

水冷冷凝器的安裝高度要比背板空調的頂部高1.5m以上；如果不能滿足高度安裝要求，可以在液體迴路上增加製冷劑泵單元。

背板空調安裝在機櫃後門，從機櫃吹出來的熱風，直接經過背板空調的換熱器盤管，減少空調的送風距離，同時減少了冷熱氣流的混合，提高換熱效率，減小消耗功率，具有節能降耗的作用。本實用新型的主要特點有：

每個背板空調採用單盤管的結構形式，減小空氣側阻力，減小風機運行功率；

相鄰兩個機櫃的背板空調分別連接2不同的水冷冷凝器；如圖所示機櫃1,3,5,7,9等奇數機櫃的背板空調連接於水冷冷凝器1，機櫃2,4,6,8,10,等偶數機櫃的背板空調連接於水冷冷凝器2。

機櫃不設側板，相鄰機櫃可以起到相互備份的作用；當一臺背板空調發生故障時，相鄰左右兩個背板均可以帶走故障機櫃的熱量。

兩個水冷冷凝器相互備份；當一臺水冷冷凝器發生故障時，末端機櫃的熱量 可以由相鄰背板空調帶出。

兩個水冷冷凝器的可以使用同一路冷凍水源，也可以是不同的冷凍水源。

兩個水冷冷凝器可以是殼管冷凝器也可以是板式換熱器。

每個水冷冷凝器上均具有手動閥門，以方便檢修。

每個機櫃的背板空調的進出管路上均具有閥門，以便檢修維護。

每個背板空調均具有6～24個DC風扇，可以進行PWM無級調速，可以根據負荷的需要自動調節風機轉速，以保證系統節能運行。並且保證風機相互備份運行。

水冷冷凝器安裝高度要求高於背板上端1.5m以上；當安裝距離不能滿足要求時，需要在液管上增加製冷劑泵單元。