[發明專利]一種用于數據中心的液冷、風冷復合冷卻裝置

在審

• 申請號: 201710007452.6
• 申請日: 2017-01-05
• 公開（公告）號: CN106604618A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 董凱軍;蘇林
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州能源研究所
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20;G06F1/20
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司44001
• 代理人: 方燕,莫瑤江

技術領域

本發明涉及數據中心散熱冷卻技術領域，特別是一種用于數據中心的液冷、風冷復合冷卻裝置。

背景技術

數據中心中聚集了大量的計算機設備，計算機設備主要包括服務器、路由器、存儲設備、交換機等設備，數據中心是實現數據信息集中處理、傳輸、存儲、交換等業務的服務平臺。數據中心的電耗主要由計算機設備、空調系統和供配電系統三部分構成，其中空調系統電耗約占總量的40％。隨著我國信息行業的快速發展，數據中心將呈現爆發增長，其電耗呈幾何級數增長，能源消耗巨大。

隨著計算機設備集成度的進一步提高，單臺計算機設備的運算能力和發熱量大幅增加，同時體積越來越小，傳統風冷冷卻方式已經逐漸無法滿足計算機設備的散熱冷卻需求。

改善數據中心空調系統能耗問題需要考慮能從根本上解決計算機設備內電子元器件散熱冷卻難題的方法，現有風冷冷卻方式的缺點是空氣比熱小、導熱系數小，導致了輸送能耗高并且傳熱溫差大，不利于熱量被及時帶走，也不利于自然冷源的利用。

發明內容

本發明的目的是克服上述現有技術的不足，提供一種用于數據中心的液冷、風冷復合冷卻裝置，該裝置利用液體循環直接冷卻計算機設備內部高發熱元器件(如CPU、內存等)，并利用外置空氣-液體換熱器冷卻進入計算機設備內的空氣，以帶走其他低發熱元器件(如硬盤、南北橋芯片等)的熱量，實現采用一套液體循環系統通過液冷、風冷復合冷卻方式帶走整個計算機設備的發熱，解決了現有技術存在的問題。

本發明是通過以下技術方案來實現的：

一種用于數據中心的液冷、風冷復合冷卻裝置，包括液冷機構和空氣-液體換熱器，所述的液冷機構設置于計算機設備內部，與設置于計算機設備內部的高發熱元器件連接，計算機設備一側設置有進風口，計算機設備外部設置有用于冷卻進入計算機設備內部的空氣的空氣-液體換熱器，所述的液冷機構為雙向螺旋微通道換熱片，所述的雙向螺旋微通道換熱片內液體循環流道為雙向螺旋形；所述的液冷機構和所述的空氣-液體換熱器通過液體循環管路串聯或并聯連接；當所述的液冷機構和所述的空氣-液體換熱器通過液體循環管路串聯連接時，冷卻液體通過管路先流入空氣-液體換熱器，然后流入液冷機構；當所述的液冷機構和所述的空氣-液體換熱器通過液體循環管路并聯連接時，冷卻液體通過液體循環管路同時流入液冷機構和空氣-液體換熱器；所述的液冷機構內部設置有第一溫度傳感器，所述的空氣-液體換熱器上設置有第二溫度傳感器，所述的第一溫度傳感器和所述的第二溫度傳感器與控制機構分別連接，根據控制機構傳來的溫度情況，對供液溫度和流量進行調節。

本發明提出的裝置利用液體循環冷卻計算機設備內部的高發熱元器件，利用設置于計算機設備外部的空氣-液體換熱器冷卻進入計算機設備內的空氣，以帶走低發熱元器件的熱量，實現通過液冷、風冷復合冷卻裝置帶走整個計算機設備的發熱。

液冷、風冷復合冷卻裝置與控制機構連接，使用于數據中心的液冷、風冷復合冷卻裝置實現自動調節和故障處理；根據控制機構傳來的溫度情況，對供液溫度和流量進行調節，當監測到溫度傳感器的溫度值高于限定值時，將降低供液溫度同時增大供液流量；當監測到溫度傳感器的溫度低于限定值時，將升高供液溫度同時減小供液流量。

液冷機構盡可能靠近計算機設備內部的發熱元器件，在本發明中液冷機構為雙向螺旋微通道換熱片，換熱片內液體循環流道為雙向螺旋形，換熱片與發熱元器件直接接觸，顯著提高冷量利用效率，降低冷量輸送能耗和輸送損失，同時避免了對整個數據中心機房環境的冷卻所造成的能源浪費。經過發明人反復的理論分析和試驗驗證得出，雙向螺旋形換熱片所采用的雙向螺旋形液體循環流道比現有技術中常用的蛇形液體循環流道具備散熱更均衡的優勢，使被冷卻元器件表面溫度分布更為均勻，不會出現一端溫度較低、另一端溫度較高的情況；另外，雙向螺旋形流道設計保證了液體流動過程中的轉角均不超過90°，而蛇形流道設計存在180°轉角的情況，雙向螺旋形流道設計具備更小的流動阻力。

液冷機構和空氣-液體換熱器的并聯或串聯連接方式根據計算機設備元器件的耐熱性程度確定。當高發熱元器件和低發熱元器件的耐受溫度相近時，液冷機構和空氣-液體換熱器采用并聯連接方式；當有部分元器件的耐受溫度較高時，液冷機構和空氣-液體換熱器可以采用串聯連接方式，循環液體先流經耐受溫度低(約50～60℃)的元器件，然后再流經耐受溫度高(約80～90℃)的元器件。

優選地，所述的液冷機構內部還設置有用于檢測所述液冷機構是否漏液的第一漏液傳感器。