CN103039137A - 后门热交换器 - Google Patents

Abstract

一种后门热交换器，适用于安装在发热电子设备的机架或其他配件的背部，并且当使用所述后门热交换器时，其用于冷却穿过所述后门热交换器的空气。该后门热交换器包括上游头件和下游头件，其中基本上平行的多个微通道在所述上游头件和所述下游头件之间延伸，并且所述多个微通道与所述上游头件和所述下游头件这二者均有流体互通。这样，这两个头件对于所述多个微通道的微通道而言都是共用的。

Description

后门热交换器

技术领域

背景技术

数据中心通常通过周边冷却器（perimeter cooling）而冷却，其中去往液态热交换器的空气位于机房的周边，并且空气被从数据中心的内部泵送到数据中心的地板下方的热交换器，并且从那儿经过地板材料（flooring）中的气孔朝上进入多排叶片式机架（blade rack）之间的通道。因此，这些通道是冷却通道。这些通道中的冷却空气通过对流在叶片之间穿过，并且从中穿出而到达多排机架的另一侧，进入热通道。在热通道中的热空气通过对流而流往机架上方的空气，流经天花板，然后朝下再次流到周边冷却器的热交换器。这种循环连续进行，以将该中心的温度保持在为了叶片（blade）有效运行而可接受的较低水平。

随着叶片的运行能力的提高，对数据中心内空气冷却量的增大就变得颇有需求乃至十分必要。由于这种方式会对冷却量有限制，简单地提高周边冷却器的冷却能力未必是一种选择。这一问题已经通过将各自的空气附送至机架背部（空气流在机架背部处从机架流出）的流体热交换器而得以解决。因而，从这个意义上来说，“背部”是指机架（或者其他发热电子设备）的用于冷却空气流出的一侧。这种热交换器称作后门热交换器。提供到已有的后门热交换器的冷却剂的温度通常大约是被认为是常规室温的温度，或者仅仅稍微低一些的温度，典型地处在18℃到22℃的范围内。由于空气从叶片流出时的温度较高，可能是处在从35℃到45℃的范围内，因而这仍然有效。

已有的后门热交换器包括：在交换器一侧相邻地且通常是竖直地布置的上游头件（header）和下游头件，水平管从上游头件向外延伸，在热交换器的另一侧转动180°，然后水平延伸到下游头件。这种结构涉及到对直径相对很宽且由重金属部件制成的管的使用，从而使得该后门热交换器笨重、造价高昂且难以移动。

发明内容

本发明旨在消除这些缺陷中的一个或多个，然而应当理解，对于对流经任意发热电子设备（不管该设备是否可以被准确地称作叶片式机架或多个叶片式机架）的空气的冷却，本发明都是有效的。

因此，本发明涉及一种后门热交换器，适用于安装在发热电子设备的机架或其他配件的背部，并且当使用所述后门热交换器时，其用于冷却穿过所述后门热交换器的空气，该后门热交换器包括：上游头件和下游头件，其中基本上平行的多个微通道在所述上游头件和所述下游头件之间延伸，并且所述多个微通道与所述上游头件和所述下游头件这二者均有流体互通，使得这两个头件对于所述多个微通道的微通道而言都是共用的。

这便于构架重量轻的后门热交换器，更特别地，由于使用了多个微通道，因而使得热交换器表面面积与冷却剂通路的横剖面面积之间的比率很高，并促进了热交换器的通风和排放。

优选的是，当安装好后门热交换器而准备使用时，多个微通道是竖立的。

在多个微通道沿着在竖直方向上具有至少一部件的方向上延伸的情况下，进一步促进热交换器的通风和排放。

所述上游头件可以是上方头件，所述下游头件可以是下方头件。

每个微通道从它朝向所述上游头件打开的位置延伸到它朝向所述下游头件打开的位置，这是单程路径，没有弯折。

这促进了高的吸热能力，并且通过相对低的跨过交换器的压降促进了交换器的运行，而且进一步促进了热交换器的通风和排放。

为了本文的目的，微通道将被认为是通过内部剖面直径或宽度小于3.5mm的任意通路而构成的。优选地，多个微通道的内部剖面直径或宽度处在从0.5mm到基本上3.0mm的范围内。更优选地，多个微通道的内部剖面直径或宽度基本上是1.1mm或者基本上是0.8mm。

可在某些或全部微通道的内部形成螺旋纹路（rifled），以在冷却剂与多个微通道之间提供更优的热传递。

该后门热交换器具有多个利用多个管设置的通道，由此而提供关于这种后门热交换器的一种方便的结构。

通过相对于多个微通道横向延伸并且与多个微通道热接触的材料条，可以使得后门热交换器更加有效。

如果该交换器包括金属或金属合金，则它能够获得良好的交换器效率。例如，该后门热交换器可以包括铝。有利的是，为了改善通道的通风和排放，上方头件是上游头件，然而，根据位置布置和性能要求，该上游头件也可以是下方头件。

附图说明

现在将参照附图更详细地描述用来实施本发明的后门热交换器的示例，其中：

图1示出从添设多个后门热交换器的数据中心一侧并从其上方看过去的透视图，每个后门热交换器实施本发明；

图2示出如图1所示的装置的部件的下部平面图；

图3示出从图1和图2中所示装置的背部、从该装置的一部分的一侧以及上方看过去的透视图，所绘出的该装置的一些部件是透明的以显露出其他部件；

图4示出图3中所示装置的一部分的正视图，为了清楚起见，该装置的一些部件被去掉；

图5示出图4中所示装置的一部分的侧视图，该装置的一侧被去掉以显露出更多部件；

图6a到图6c示出如图4和图5所示装置的一部分的三个不同实施例的剖面图；以及

图7以较大比例示出如图4和图5所示装置的一部分的正视图。

具体实施方式

图1示出设置有制冷单元110的数据中心100，该制冷单元110被连接为向周边冷却器120提供冷却用水。数据中心100设置有多排叶片式机架140，该叶片式机架140设置有各自的后门热交换器142。来自制冷器110的冷却水经由馈送管143被泵送到周边冷却器120，来自周边冷却器120的热水经由另一个管子144返回到制冷器110。

周边冷却器120以及带有它们的后门热交换器142的叶片式机架140坐落在升高地板145上。多个叶片式机架140被布置成多个排146。气孔148设置在升高地板145中位于多个排146之间的一个或多个通道150中，相邻的通道152没有气孔，使得带有气孔的通道和没有气孔的通道交错而设。当使用数据中心100时，热通道152中的热空气朝上上升，穿过机架140利用该热空气吸取来自相邻冷却通道150的冷却空气。这建立了穿过机架140的冷却空气流的连续吸取（a continual draft ofcool air）。热空气朝向数据中心的天花板上升，并且向外流向周边冷却器120，热空气在周边冷却器120处冷却，并因此朝下降落而在升高地板145下方从周边冷却器120流出。通过使得冷空气经由气孔148朝上升起而使得对流气流持续，以延续该空气冷却循环。

该后门热交换器142提供对流经数据中心100的空气的额外冷却。

冷却剂分配单元200将冷却剂分配给后门热交换器142。从图2中更容易看出冷却剂分配单元200的分配方式。这样，冷却剂分配单元200连接到初级冷却剂回路210和次级冷却剂回路214，其中该初级冷却剂回路210热耦接到冷却剂分配单元200的热交换器212，而该次级冷却剂回路214也耦接到该冷却剂分配单元200的该热交换器212，从而当该装置运行时将热量从次级回路214中的冷却剂传递到初级回路210中的冷却剂。为此目的，如同次级冷却剂回路214中的冷却剂那样，初级回路210中的冷却剂经由冷却剂分配单元200被泵送。

每个后门热交换器142被连接为借助于上游连接器通路218接收来自次级冷却剂回路214的上游侧216的冷却剂，并借助于下游连接器222将冷却剂返回到次级冷却剂回路214的下游侧220。

图2还示出了叶片式机架140的内部风扇224，该风扇促使空气穿过机架流向后门热交换器142。

图3示出叶片式机架140和安装在叶片式机架140背部的后门热交换器142的组合的外部镶板。如图3所示，后者在机架140的左手侧铰接至机架140。门142的背板226设有大量通孔228以使空气经过后门热交换器142。由于后者铰接至机架140，因而它可以打开，以便能够接近后门热交换器142自身以及机架140的背部这两者。

从图4和图5可以清楚看见每个后门热交换器142的进一步的特征。这样，后门热交换器142具有铰链400、上游头件402、下方下游头件414以及多个中空条或拉长的挤压制件406，从图4看过去，其中该铰链400位于后门热交换器142的右手侧，当从图4中看过去时，该上游头件402位于它的背板226的前面，该上游头件402连接有上游连接器218的竖直布置部件，该下方下游头件414连接至下游连接器222的竖直部件，而每个中空条或拉长挤压制件406均提供多个微通道。这些微通道都基本上彼此平行并且竖直布置，它们的上端与上方上游头件402的内部有流体互通，并且从上端朝下延伸到它们的下端，没有弯曲或弯折，该下端与下方下游头件404的内部有流体互通。为了清楚起见，没有示出所有的微通道挤压制件406，而只是示出了后门热交换器142的左手侧和右手侧的微通道挤压制件，在所示出的微通道挤压制件之间的空白处由这些微通道条填满。

供给阀（bleeder valve）408设置在上方上游头件402的顶部中，泄放阀410设置在下方下游头件414的底部中。

冷却U形鳍412（仅在图4中示意性地示出了U形鳍的一些线）每一个在该鳍412的“U”字形基底处均相对于多个微通道挤压制件406横向延伸而且与所述多个微通道挤压制件406热接触。从微通道挤压制件406的顶部到其下端一路呈现有这些鳍412。

图6a示出每个微通道挤压制件406的剖面图。这样，每个挤压制件是铝挤压制件，并且其剖面是拉长的，大约20mm长且大约2mm宽，具有大致是矩形剖面的多个微通道440，该微通道440中每一个的宽度大约是1.4mm，条406的壁442的厚度大约是0.3mm。在剖面中每个端部通道的外形呈圆角，以与所述条的剖面的圆角端部444相匹配。

对每个挤压制件406这样取向，它的直边大致与穿过热交换器142的空气的流动方向平行。

图7更清楚地示出多个鳍412，该图示出每个热交换器142的上部的前视图。相邻微通道挤压制件406的鳍互相交叉（interdigitate）。

连接器218和222的竖直部件、头件402和414、微通道挤压制件406和多个鳍412均是由铝制成的。因而，应当理解，由于使用了重量轻的铝，因而该后门热交换器142整体相对较轻。而且它制造起来更加便宜，也更容易安装。而且，微通道的使用增大了后门热交换器142的冷却剂通路的外部表面积对内部容量的比率。而且，竖直延伸的微通道的使用促使来自后门热交换器的空气或其他气体借助于阀408而容易地供给，而且促使来自后门热交换器142的液态冷却剂通过阀410而容易地泄放。应当理解，上方上游头件402和下方下游头件404对于所有的微通道440而言都是共用的。

当使用该装置时，如前面参照图1所述，空气经过数据中心流通，并且冷却剂经过初级回路210和次级回路214而被泵送，来自次级回路214上游侧的冷却剂流进每个后门热交换器142的上游连接器218的竖直部件而抵达它的上游头件142，冷却剂从该位置下降，经过微通道条406的微通道而进入下方下游头件404，并穿出下游连接器222的竖直部件进入次级回路214的下游侧220。随着空气穿过后门热交换器142并穿出打孔面板326进入热通道152，流过后门热交换器的冷却剂的这种通道冷却了穿过相关叶片式机架140的空气。

可以在每个后门热交换器142中使用的冷却剂可以包括水或者R134a制冷剂（1，1，1，2-四氟乙烷）。后者可以双相态（液相态和气相态这两种）呈现在微通道挤压制件406的微通道中。

在所形成的结构不脱离本发明的范围的情况下，对于读者来说，可以出现对所示出的装置的各种改型和修改。例如，每个微通道挤压制件可以设置有各自的弯折条来代替鳍412。当所示出的配置要求上方头件402与下方头件404之间的压差相对小时，连接器218和222的连接也可以反过来，这样前者连接到次级回路214的下游侧220，而连接器222连接到次级回路214的上游侧216，这样冷却剂经由微通道条406的微通道朝上流动，而不是经由微通道朝下流动。

图6b中示出了微通道挤压制件406的优选改型剖面，该微通道挤压制件406是16mm长、1.8mm宽，具有8个方形剖面的微通道，每一个方形剖面均为1.12mm宽，角部略微呈圆角，而且两端的微通道剖面的最外端呈圆角，该条的壁的厚度是0.34mm。

图6c中示出了微通道挤压制件406的另一个优选改型剖面，该微通道挤压制件406是25.4mm长、1.3mm宽。它还有10个微通道，其中中间的8个具有矩形剖面，边角略微呈圆角，并且是1.88mm长，0.76mm宽。两端的微通道也是在最外端呈圆角。这样，该条沿着矩形较长边的壁厚是0.27mm，而该条在相邻微通道之间的壁厚是0.6mm。

显然该后门热交换器142可以被重新配置为铰接在与图中所示的相反的一侧。

典型地，当使用该装置时，次级冷却剂回路214的上游侧216中的冷却剂的温度将基本上处在从10℃到25℃的范围内，优选为从15℃到20℃，更优选为18℃。当使用该装置时，次级冷却剂回路214的下游侧220中的冷却剂的温度将基本上处在从20℃到35℃的范围内，优选为25℃到30℃，更优选为28℃。

在图4和图5的装置中，如图6b所示的条的冷却功率（cooling duty）基本上处在从10到30公升每分钟（l/m）的范围内，优选为15到25l/m，更优选为20l/m。对于如图6c所示的挤压制件而言，冷却任务基本上处在从30到50公升每分钟（l/m）的范围内，优选为35到45l/m，更优选为40l/m。

Claims (14)

1.一种后门热交换器，用于安装在发热电子设备的机架或其他配件的背部，并且当使用所述后门热交换器时，其用于冷却穿过所述后门热交换器的空气，该后门热交换器包括：上游头件和下游头件，其中基本上平行的多个微通道在所述上游头件和所述下游头件之间延伸，并且所述多个微通道与所述上游头件和所述下游头件这二者均有流体互通，使得这两个头件对于所述多个微通道的微通道而言都是共用的。

2.根据权利要求1所述的后门热交换器，其中，当安装好所述后门热交换器而准备使用时，所述多个微通道在沿着在竖直方向上具有至少一部件的方向延伸。

3.根据权利要求2所述的后门热交换器，其中，当安装好所述后门热交换器而准备使用时，所述多个微通道是竖立的。

4.根据前述任一权利要求所述的后门热交换器，其中，所述上游头件是上方头件，所述下游头件是下方头件。

5.根据前述任一权利要求所述的后门热交换器，其中，每个微通道从它朝向所述上游头件打开的位置延伸到它朝向所述下游头件打开的位置，这是单程路径，没有弯折。

6.根据前述任一权利要求所述的后门热交换器，每一个微通道的内部剖面直径或宽度小于3.5mm。

7.根据权利要求6所述的后门热交换器，其中，每个微通道的内部剖面直径或宽度处在从基本上0.5mm到基本上3.0mm的范围内。

8.根据权利要求7所述的后门热交换器，其中，每个微通道的内部剖面直径或宽度基本上为1.1mm。

9.根据权利要求7所述的后门热交换器，其中，每个微通道的内部剖面直径或宽度基本上为0.8mm。

10.根据前述任一权利要求所述的后门热交换器，其中，在所述多个微通道中至少一个微通道的内部形成螺旋纹路以在冷却剂与所述多个微通道之间提供更优的热传导。

11.根据前述任一权利要求所述的后门热交换器，其中，所述多个微通道由多个管设置。

12.根据前述任一权利要求所述的后门热交换器，还包括相对于所述多个微通道横向延伸并且与所述多个微通道热接触的材料条。

13.根据前述任一权利要求所述的后门热交换器，包括金属或金属合金。

14.根据权利要求13所述的后门热交换器，包括铝。

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