[發明專利]一種高功率密度機柜的整體高效散熱系統

有效

• 申請號: 202010622753.1
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111629571B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 袁衛星;楊通智;任柯先;苗澤;楊波
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20
• 代理公司: 北京金恒聯合知識產權代理事務所 11324
• 代理人: 李強

1.高功率密度機柜的整體高效散熱系統，其特征在于包括：

制冷劑循環回路,和

空氣循環回路，

其中:

制冷劑循環回路包括：

泵驅兩相循環回路，其包括制冷劑儲液罐(1)、液體泵(2)、第一三通閥(3)、節流裝置(4)、風冷蒸發器(5)、第二三通閥(6)、第三三通閥(8)、Y型三通閥(9)、冷凝器(10)，

蒸汽壓縮循環回路，其包括制冷劑儲液罐(1)、液體泵(2)、第一三通閥(3)、節流裝置(4)、風冷蒸發器(5)、第二三通閥(6)、蒸汽壓縮機(7)、第三三通閥(8)、Y型三通閥(9)、冷凝器(10)，

空氣循環回路包括風扇(11)風冷蒸發器(5)、密閉機柜形成的循環風道(13)，

其中：

當使用泵驅兩相循環回路時，分別利用第二三通閥(6)、第三三通閥(8)將風冷蒸發器(5)至壓縮機(7)、壓縮機(7)至Y型三通閥(9)之間的通道關閉，將風冷蒸發器(5)至Y型三通閥(9)之間的通道打開，制冷劑儲液罐(1)中的液相制冷劑在液體泵(2)的驅動下，通過第一三通閥(3)進入節流裝置(4)，在節流裝置(4)中進行膨脹，壓力降低的同時溫度也降低，低溫的制冷劑沿著管路進入風冷蒸發器(5)，制冷劑在風冷蒸發器(5)中通過相變吸收熱空氣攜帶的熱量，制冷劑流過風冷蒸發器(5)之后成為氣液兩相，氣液兩相的制冷劑通過管路，流經Y型三通閥(9)，之后進入冷凝器(10)冷凝成液相，最后液相制冷劑回到制冷劑儲液罐，制冷劑在上述部件中依次循環流動，形成了機柜風冷系統中的泵驅兩相循環回路，通過循環持續散熱；

當使用蒸汽壓縮循環回路時，利用第二三通閥、第三三通閥將風冷蒸發器至Y型三通閥之間的通道關閉，分別將風冷蒸發器(5)至壓縮機、壓縮機至Y型三通閥之間的通道打開，制冷劑儲液罐中的液相制冷劑在液體泵的驅動下，通過第一三通閥進入節流裝置(4)，在節流裝置中進行膨脹，壓力降低的同時溫度也降低，低溫的制冷劑沿著管路進入風冷蒸發器，制冷劑在風冷蒸發器中通過相變吸收熱空氣攜帶的熱量，制冷劑流過風冷蒸發器(5)之后成為氣液兩相，氣液兩相的制冷劑通過管路到達壓縮機(7)的入口，在壓縮機的入口處經過氣液分離處理器，使制冷劑變為氣相制冷劑，氣相制冷劑進入壓縮機被壓縮，之后被壓縮的制冷劑流經Y型三通閥，進入冷凝器冷凝成液相，然后液相制冷劑回到制冷劑儲液罐，這樣，制冷劑通過機柜風冷系統中的蒸汽壓縮循環管路形成循環，持續散熱，

在空氣循環回路中，熱空氣(3-3)在風扇(11)的驅動下經過風冷蒸發器，在風冷蒸發器處，熱空氣所攜帶的熱量被制冷劑吸收，熱空氣被冷卻為冷空氣(3-1)，冷空氣通過密閉機柜(13)的引導流向(3-2)各層主板，因冷空氣的密度比熱空氣的密度高，冷空氣在向上流動的過程中，可以在各層水平方向上起到均流的作用，在流經各層主板的過程中，冷空氣吸收各層主板上非主要發熱元件的熱量，變成熱空氣(3-3)，熱空氣通過密閉機柜的引導流向風扇，空氣在循環回路中形成循環，持續散熱。

2.根據權利要求1所述的整體高效散熱系統，其特征在于：

制冷劑儲液罐沿重力方向的位置低于冷凝器，液體泵沿重力方向的位置低于制冷劑儲液罐。

3.根據權利要求1所述的整體高效散熱系統，其特征在于：

制冷劑選擇為R-141b，常壓沸點32℃；熱交換器選為板式換熱器，所用機柜為標準42U機柜，包含30個1U服務器，服務器從上到下連續布置，服務器內部有兩顆需要散熱的CPU芯片，具體過程包括：

-在高功率密度機柜的整體高效散熱系統的泵驅兩相環路高功率芯片散熱系統中，液相R-141b制冷劑通過在微小通道換熱器中的相變對機柜中的主要發熱元件CPU進行冷卻；

-在高功率密度機柜的整體高效散熱系統的機柜風冷系統所包含的制冷劑循環回路中。

4.根據權利要求1所述的整體高效散熱系統，其特征在于：

風冷蒸發器和風扇位于機柜頂部。