CN103838337A - 一种数据中心服务器冷却机柜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数据中心服务器冷却机柜，包括一服务器机柜、相变传热***、服务器机壳以及固定服务器机壳的弹簧片；所述相变传热***包括安装于服务器机柜内的多个换热器、室外冷却装置以及连接管路；所述的多个换热器分别安装于所述服务器机柜内放置服务器的每一层支架上；所述服务器机壳放置于所述的多个换热器的上部；所述服务器密封于服务器机壳内部；所述整个数据中心服务器冷却机柜无风冷，服务器发热单元与服务器机壳直接接触，服务器机壳与安装于服务器机柜内的多个换热器直接接触，达到接触传热，提高传热效率；本发明的数据中心服务器冷却机柜能够提高服务器的放置密度、建设成本低、建设周期短、并且整个数据中心的运行成本也很大的降低了。
Description
技术领域
本发明涉及服务器机柜，具体涉及一种能够实现接触传热的数据中心服务器冷却机柜。
背景技术
随着服务器集成度的提高，数据中心机房单机架的功率大幅提升。数据中心高速发展和其高能耗的特点已被社会高度关注，对其进行节能改造或建造高能效的数据中心对于节能降耗工作具有重大的意义。据统计，现在最新的刀片式服务器机架功率高达15kW，台式服务器机架功率为1.5kW，模块式服务器机架功率为5kW。高耗电必然产生高发热，这使得局部发热变得很厉害，温度梯度变化大，通风降温处理复杂。空调短时间的停机或制冷量不足，机房温度会迅速升高到极限温度，造成服务器全部报警甚至停机。据相关数据显示，我国有近33%的机房曾因为空调制冷问题出现过宕机现象。高耗能的计算机使数据中心陷入困境。
服务器的散热永远是业界的关注点，在计算密度越来越高，电力消耗越来越大的今天，服务器，尤其是大量应用服务器的数据中心，散热问题永远“挥之不散”，现在，由于外部散热难以完全解决问题，而且散热效率较低，经常造成服务器内部局部过热，从而不能达到服务器散热的要求，于是越来越多的服务器厂商已经将服务器的散热聚焦于服务器内部。对于服务器散热来说，尤其是内部散热，单纯的增加风扇数量或增加风扇转速并不能很好的解决问题，风扇越多，转速越快，耗电也就越多，噪音也会越大，对于用户来说，耗电和噪音也是很大的问题。
因此寻找一种如何在有限的空间和空调投入前提下，保障有效的散热效果，以实现机柜的数量最大化和机柜内服务器的数量最大化的散热装置迫在睫毛。
发明内容
本发明的目的在于解决现存服务器散热问题，而提供一种能够实现接触传热的数据中心服务器冷却机柜，该冷却机柜实现了数据中心服务器机柜、节能传热***以及服务器机壳一体化设计，通过本发明的实施，实现数据中心接触式传热，不仅提高传热效率，而且通过该数据中心服务器冷却机柜内部的相变传热***模块的设计，降低数据中心空调耗能。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种数据中心服务器冷却机柜，其特征在于，包括一服务器机柜（1）、相变传热***、服务器机壳（5）以及固定服务器机壳的弹簧片（6）；所述相变传热***包括安装于服务器机柜内的多个换热器（2）、室外冷却装置（3）以及连接管路（4）；所述的多个换热器（2）分别安装于所述服务器机柜（1）内放置服务器的每一层支架上；所述的安装于服务器机柜内的多个换热器（2）都是直冷式换热器；所述的多个换热器（2）分别通过连接管路并联起来然后连接所述的室外冷却装置（3）；所述服务器机壳（5）放置于所述的多个换热器（2）的上部，其包括服务器机壳底座（51）和服务器机壳上盖（52）两个部分；所述服务器机壳底座（51）的底板及该底板四侧板为铸造的一体式结构；所述服务器机壳底座（51）是导热性较好的金属壳体；所述服务器机壳底座（51）的底板内部根据服务器（7）上发热量较大的电子元器件（71）结构形状铸有凹槽型或凸型结构，使所述服务器机壳底座（51）的底板与所述服务器（7）上发热量较大的电子元器件（71）能够紧密接触；所述服务器机壳底座（51）的底板与所述服务器（7）上发热量较小的电子元器件之间留有空间，它们是不接触的；所述服务器机壳底座（51）的底板的外表面是一个平整金属板；所述服务器机壳底座（51）与服务器机壳上盖（52）之间的结合面上分别设置有密封衬垫；所述服务器机壳底座（51）的一侧板上设有出线口（53），保证服务器机壳内部服务器（7）上的I/O口通过所述出线口（53）与外部连接；所述固定服务器机壳的弹簧片（6）固定在放置服务器所在支架的上一层服务器支架的底部，位于所固定服务器的顶部；这样服务器上的发热量较大的电子元器件（71）与所述服务器机壳底座（51）的底板相接触，将热量直接传递给服务器金属机壳（5），服务器金属机壳（5）与换热器（2）紧密接触，将热量直接传递给直冷式换热器（2），直冷式换热器（2）内部的制冷工质吸热蒸发，蒸发后的制冷工质循环至室外冷却装置（3）进行散热，然后制冷工质再回到直冷式换热器，进行下一个循环。
以上所述安装于服务器机柜上的多个换热器（2）是铜铝盘管直冷式换热器。
以上所述安装于服务器机柜上的多个换热器（2）是微通道直冷式换热器。
以上所述的多个换热器（2）与室外冷却装置（3）组成的换热***内部循环的介质是流体介质。
以上所述安装于服务器机柜上的换热器（2）与服务器机壳之间是设置一层导热硅脂。
以上所述服务器机壳上盖（52）是外表面平整的塑料结构或金属结构。
以上所述机壳底座（51）的底板与所述服务器（7）上发热量较大的电子元器件（71）之间设置有绝缘导热材料，保证所述机壳底座（51）的底板与所述服务器（7）上发热量较大的电子元器件（71）达到最大面积的接触，使所述服务器（7）上发热量较大的电子元器件（71）散发出来的热量能够通过金属服务器外壳直接传输出去。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1） 整个机柜无风冷，服务器发热单元与服务器机壳直接接触，服务器机壳与相变传热***直接接触，达到接触传热；
2）使用该服务器机壳的服务器，是密封在服务器机壳内部的，无外部空气流动，避免了空气中的粉尘或者易腐蚀服务器上的电子元器件的气体进去，可以增加服务器的使用寿命；
3）这种数据中心服务器冷却机柜的设计，能够降低整个数据中心的能耗，PUE接近1，国外先进的数据中心机房PUE值通常小于2，而我国的大多数数据中心的PUE值在2-3之间；
4）根据现有数据中心耗能状况进行相变传热***模块的设计，在室外温度低于室内所需设定温度5℃时，可以实现无压缩机运行传热，显著节省压缩机的电耗；
5）根据现有数据中心耗能状况进行节能散热方案的设计，本发明的数据中心相变传热***的能效比达到一般热泵制冷***的2倍；
6）通过本发明服务器冷却机柜内部结构的合理布置，能够提高服务器的放置密度；
7）建设成本低，建设周期短，并且整个数据中心的运行成本也很大的降低了。
由此可见，本发明的数据中心服务器冷却机柜采取先进的设计思路，在保证数据中心设备长期稳定运行的基础上，又体现了优秀的节能效果，此技术处于国内外领先。
附图说明
图1为本发明的服务器机壳截面图。
图2为本发明的服务器机壳侧面图。
图3为本发明冷却机柜的截面示意图。
图4为本发明冷却机柜内制冷***的模块图。
图5为本发明数据中心服务器冷却机柜的总体结构示意图。
图中编号：（1）机壳底座；（2）机壳上盖；（3）服务器；（4）服务器上发热量较大的电子元器件；（5）服务器机壳；（51）服务器机壳底座；（52）服务器机壳上盖；（53）出线口；（6）固定服务器机壳的弹簧片；（7）服务器；（71）服务器上发热量较大的电子元器件。
具体实施方式
结合上述附图说明本发明的具体实施例。
如图1所示本发明的服务器机壳截面图，包括服务器机壳（5）和服务器（7），所述服务器机壳（5）包括服务器机壳底座（51）和服务器机壳上盖（52）两个部分；所述该机壳底座（51）的底板及该底板四侧板为铸造的一体式结构；所述机壳底座（51）是导热性较好的金属壳体，所述机壳底座（51）的底板内部根据服务器（7）上发热量较大的电子元器件（71）结构形状铸有凹槽型或凸型结构，使所述机壳底座（51）的底板与所述服务器（7）上发热量较大的电子元器件（71）能够紧密接触；所述机壳底座（51）的底板与所述服务器（7）上发热量较小的电子元器件之间留有空间，它们是不接触的；所述该机壳底座（51）的底板的外表面是一个平整金属板；所述机壳底座（51）与机壳上盖（52）之间的结合面上分别设置有密封衬垫。
图2为本发明的服务器机壳侧面图，所述机壳底座（51）的一侧板上设有出线口（53），保证服务器机壳内部服务器（7）上的I/O口通过所述出线口（53）与外部连接。
如图3所示的本发明冷却机柜的截面示意图和图4所示的本发明冷却机柜内制冷***的模块图，该服务器冷却机柜，包括一服务器机柜（1）、安装于服务器机柜上的多个换热器（2）、固定服务器机壳的弹簧片（6）、室外冷却装置（3）及连接管路（4）；所述的安装于服务器机柜上的多个换热器（2）都是直冷式换热器；所述的多个换热器（2）分别安装于所述服务器机柜（1）内放置服务器的每一层支架上，与服务器直接接触；所述的多个换热器（2）分别通过连接管路并联起来然后连接所述的室外冷却装置（3）；所述多个换热器（2）中的一个换热器坏了都不影响其它换热器的工作；所述固定服务器机壳的弹簧片（6）固定在放置服务器所在支架的上一层服务器支架的底部，位于所固定服务器的顶部。
如图5所示的本发明数据中心服务器冷却机柜的总体结构示意图，该数据中心服务器冷却机柜包括一服务器机柜（1）、安装于服务器机柜内的多个换热器（2）、位于换热器（2）上部的多个服务器机壳（5）、固定服务器机壳的弹簧片（6）、室外冷却装置（3）以及连接管路（4）；本发明的服务器机壳的设计思想对于现在所有需要散热的电子元器件都适应，能够根据不同服务器主板的形状在机壳底座（51）的底板上铸成不同的凸凹结构使其与发热量较大的电子元器件相接触，直接把发热量较大的电子元器件发出的热通过接触传热方式传导到外面，其散热效率远大于风冷或者水冷散热，使用该机壳的服务器，是密封在机壳内部的，无外部空气流动，避免了空气中的粉尘或者易腐蚀服务器上的电子元器件的气体进去，可以增加服务器的使用寿命。并且本发明服务器机壳的结构简单、生产成本低、易于加工、功能全面、直接把匹配的服务器放进去即可直接散热，使用非常方面。
在本发明数据中心服务器冷却机柜内部的服务器机壳达到最大密度的放置，服务器放入对应的服务器机壳内部，这样服务器上的发热量较大的电子元器件（71）与所述服务器机壳底座（51）的底板相接触，将热量直接传递给服务器金属机壳（5），服务器金属机壳（5）与换热器（2）紧密接触，将热量直接传递给直冷式换热器（2），直冷式换热器（2）内部的制冷工质吸热蒸发，蒸发后的制冷工质循环至室外冷却装置（3）进行散热，，室外冷却装置（3）经过风冷或者水冷等方式将被加热的液态制冷工质冷却，然后冷却的制冷工质又循环到直冷式换热器（2），这样源源不断的循环把该新型服务器冷却机柜内部服务器产生的热量散发出去。
本发明通过大量现有数据中心的调研和对目前数据中心能耗大原因的分析，并且结合数据中心服务器的散热特点，实现了数据中心服务器机柜、节能传热***以及服务器外壳一体化设计，数据中心服务器机柜采用散热性较好的全金属框架结构，内部设有多个直冷式换热器模块，直冷式换热器与服务器机壳接触的表面是平整的，使其与服务器的最大横截面能够紧密接触，为服务器提供所需的工作环境，保证万无一失的高密度的散热要求，以保证服务器工作安全可靠。并且这种新型服务器冷却机柜整体结构合理，外形美观，隔档、立柱可自由调节，方便灵活，可按用户要求任意配置、扩展和重新组合，造型生动。组合好的机柜力学性能优良，有足够的强度、刚度、稳定性，整个结构如同焊接一样牢固。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种数据中心服务器冷却机柜，其特征在于，包括一服务器机柜（1）、相变传热***、服务器机壳（5）以及固定服务器机壳的弹簧片（6）；所述相变传热***包括安装于服务器机柜内的多个换热器（2）、室外冷却装置（3）以及连接管路（4）；所述的多个换热器（2）分别安装于所述服务器机柜（1）内放置服务器的每一层支架上；所述的安装于服务器机柜内的多个换热器（2）都是直冷式换热器；所述的多个换热器（2）分别通过连接管路并联起来然后连接所述的室外冷却装置（3）；所述服务器机壳（5）放置于所述的多个换热器（2）的上部，其包括服务器机壳底座（51）和服务器机壳上盖（52）两个部分；所述服务器机壳底座（51）的底板及该底板四侧板为铸造的一体式结构；所述服务器机壳底座（51）是导热性较好的金属壳体；所述服务器机壳底座（51）的底板内部根据服务器（7）上发热量较大的电子元器件（71）结构形状铸有凹槽型或凸型结构，使所述服务器机壳底座（51）的底板与所述服务器（7）上发热量较大的电子元器件（71）能够紧密接触；所述服务器机壳底座（51）的底板与所述服务器（7）上发热量较小的电子元器件之间留有空间，它们是不接触的；所述服务器机壳底座（51）的底板的外表面是一个平整金属板；所述服务器机壳底座（51）与服务器机壳上盖（52）之间的结合面上分别设置有密封衬垫；所述服务器机壳底座（51）的一侧板上设有出线口（53），保证服务器机壳内部服务器（7）上的I/O口通过所述出线口（53）与外部连接；所述固定服务器机壳的弹簧片（6）固定在放置服务器所在支架的上一层服务器支架的底部，位于所固定服务器的顶部；这样服务器上的发热量较大的电子元器件（71）与所述服务器机壳底座（51）的底板相接触，将热量直接传递给服务器金属机壳（5），服务器金属机壳（5）与换热器（2）紧密接触，将热量直接传递给直冷式换热器（2），直冷式换热器（2）内部的制冷工质吸热蒸发，蒸发后的制冷工质循环至室外冷却装置（3）进行散热，然后制冷工质再回到直冷式换热器，进行下一个循环。
2.根据权利要求1所述的一种数据中心服务器冷却机柜，其特征在于，所述安装于服务器机柜上的多个换热器（2）是铜铝盘管直冷式换热器。
3.根据权利要求1所述的一种数据中心服务器冷却机柜，其特征在于，所述安装于服务器机柜上的多个换热器（2）是微通道直冷式换热器。
4.根据权利要求1所述的一种数据中心服务器冷却机柜，其特征在于，所述的多个换热器（2）与室外冷却装置（3）组成的换热***内部循环的介质是流体介质。
5.根据权利要求1所述的一种数据中心服务器冷却机柜，其特征在于，所述安装于服务器机柜上的换热器（2）与服务器机壳之间是设置一层导热硅脂。
6.根据权利要求1所述的一种数据中心服务器冷却机柜，其特征在于，所述服务器机壳上盖（52）是外表面平整的塑料结构或金属结构。
7.根据权利要求1所述的一种数据中心服务器冷却机柜，其特征在于，所述机壳底座（51）的底板与所述服务器（7）上发热量较大的电子元器件（71）之间设置有绝缘导热材料，使所述机壳底座（51）的底板与所述服务器（7）上发热量较大的电子元器件（71）达到最大面积的接触，这样所述服务器（7）上发热量较大的电子元器件（71）散发出来的热量能够通过金属服务器外壳直接传输出去。
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