[實用新型]風冷自然冷卻熱管空調和液冷裝置結合的服務器散熱系統

有效

• 申請號: 201520185251.1
• 申請日: 2015-03-31
• 公開（公告）號: CN204650407U
• 公開（公告）日: 2015-09-16
• 發明（設計）人: 潘展華;李敏華;謝春輝;鄉建飛;陳華;張學偉;歐陽惕
• 申請（專利權）人: 廣東申菱空調設備有限公司
• 主分類號: G06F1/20
• 分類號: G06F1/20;F24F5/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 邱奕才;汪曉東

技術領域

本實用新型涉及服務器機柜散熱系統，尤其涉及風冷自然冷卻熱管空調和液冷裝置結合的服務器散熱系統。

背景技術

隨著IDC互聯網數據中心機房高密度機柜的不斷增加，設備的集成度越來越高，處理能力也逐漸增高，但設備的功率消耗也隨之增大，導致機柜內設備的發熱量越多。據統計，目前國內大型IDC機房內機柜服務器發熱量大，且基本為全年8760h運行，對于不采用新風的機房而言，全年均需供冷，導致空調系統能耗巨大，其空調能耗約占數據機房整體能耗的40%~50%。

傳統數據機房送風方式有底板風道送風、冷熱通道隔離送風和全房間制冷送風等方式,?該模式已不滿足現代化機房高密度機柜的制冷需求，出現了局部過熱、耗電量大、機房空調能耗過高、噪音大等問題。同時機房精密空調需反復加濕、除濕運轉或配套專用除濕機進行機房空氣濕度、露點控制，以確保設備內部不發生凝露,導致機房空調系統制冷效率降低、能耗增大。如果機房的散熱問題解決不好，就會嚴重威脅機房設備的安全運行。因此如何在滿足設備使用要求的情況下，有效降低機房內空調系統的能耗是空調行業和數據機房運營行業面臨的一個重要問題。

從節能角度考慮，目前有直接采用將室外空氣引入室內為機房降溫的方案，其優點是制冷效率高、初投資低、能耗低，但缺點是引入室外冷空氣后，使得室內空氣潔凈度、濕度難以保證，帶來了安全隱患，后期運行維護量較大。另外也有采用氣氣蜂窩式換熱器，將熱管熱空氣與室外冷空氣間接換熱，從而降低機房內溫度；其優點是在利用室外冷源時不引入室外的空氣，不影響機房內的空氣的潔凈度和濕度，缺點是初投資相對較高，換熱器結構比較復雜，容易堵塞，需要定期清洗，維護工作量大。

而且隨著服務器技術的發展，大功率、高發熱密度的服務器應用越來越多，而且是不可逆轉的發展趨勢，目前部分行業用戶的單個機柜的最大運行功率已經達到10~15kW左右，但由于空氣冷卻方式散熱效率的局限，使得大功率服務器的應用也難以突破15kW/機柜以上。

液冷散熱是近年發展起來的最高效、最先進的散熱方案，其原理是將液態換熱介質直接通入具有液冷功能的服務器內部，把主要發熱元件--芯片（CPU）產生的熱量帶走（占整個服務器發熱量的70~80%），采用液冷散熱方案，理論上甚至可以使得單位機柜功率突破50kW/以上。但目前這種散熱方案僅存在于高校實驗室和極少數企業內部小范圍研究，而未能形成實用化推廣應用，很重要的原因之一，是因為這種采用液冷散熱的服務器，其機柜需要內置液冷水分配系統，這就需要對液冷服務器機柜進行專門的定制設計，而機柜生產廠家一般是標準化生產，現階段也沒有掌握液冷水分配系統設計的關鍵技術，無法為液冷服務器用戶配套提供內置液冷水分配系統的機柜產品，特別是舊機房的升級改造，如果想改為液冷散熱方案，要對全部服務器機柜都進行替換為內置液冷水分配系統的機柜，無論是改造工程量和成本都非常高昂，極大地局限了液冷散熱技術的發展普及。另外，液冷散熱系統只能帶走70~80%的服務器發熱量，但仍然有20~30%的熱量需要輔助制冷裝置承擔，對于液冷服務器這種單機柜功率高達50kW以上的高密度應用，每個機柜需要輔助制冷裝置處理10~15kW以上的熱量（總功率的20~30%），如果輔助制冷裝置仍然采用傳統的風冷散熱方式，極易出現機柜的局部熱點問題，影響服務器的元件壽命，這也是高密度液冷服務器推廣應用所不能忽視的問題。

申請號為201010141693.8的中國專利《無噪音節能服務器》提供一種無噪音節能服務器，包括：1)采用熱管結合液冷方式替代傳統的風扇強制對流方式解決處理器散熱問題，消除風扇噪音；2)使用功耗低的DDR3內存降低噪音；3)硬盤使用固態硬盤，消除硬盤噪音；4)使用無風扇高效電源為系統供電；具體步驟如下：采用熱管結合液冷方式散熱，將熱管一端與處理器連接，另一端與熱交換機中水管連接，根據熱管高熱傳導系性能，將處理器產生的熱量傳遞給熱交換機中的水管，冷水在水管中流動，熱管與水管中冷水進行熱交換，將冷水加熱，再把熱水從熱交換機中排出，熱水經制冷劑制冷后輸入冷水池，如此循環，以此解決處理器的散熱問題，水的流動通過水泵來支持。該專利以熱管散熱為主，主要的熱量由熱管來吸收，然后再用液冷的方式與熱管進行熱交換，只能帶走服務器的部分熱量，剩下的余熱并無任何措施來處理。