CN108668508B - 机柜的冷却装置及机柜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了机柜的冷却装置及机柜，包括冷凝区和设置于机柜设备排风侧的散热区，冷凝区与散热区之间通过隔板隔开，冷凝区处于封闭空间；冷凝区内布满蓄冷介质，蓄冷介质***有蓄冷管道和热管，热管具有冷凝段和散热段，冷凝段位于冷凝区，散热段位于散热区；冷凝段外部套设供制冷剂通过的换热管道；机柜，包括柜体以及设置于柜体设备排风口的冷却装置；冷却装置安装于柜体内部。本发明中的热管冷凝段为套管式换热器，采用制冷剂对冷凝段进行冷却，换热效率高；蓄冷介质与换热管道直接接触，一方面可实现保冷，另一方面在断电等意外发生时，可避免冷却立即失效，延长保冷时间，避免设备过热损坏。

Description

机柜的冷却装置及机柜

技术领域

本发明涉及机柜散热领域，更具体的说，它涉及机柜的冷却装置及机柜。

背景技术

随着服务器及网络通信设备性能的提升，使得机柜内部发热元件的密度越来越高。如果电子元器件所散发的热量不能及时排出到机柜外部环境中，就会积聚在机柜内部，导致机柜内的IT设备发生故障，从而给***和设备本身造成损失。现有冷却形式根据气流影响的范围可分为房间级、列间级和机柜级，但对于房间级的气流控制方式，以降低整个房间的温度为目的，而为消除局部热点，降低整个房间的温度将造成能源的浪费。为此可采用热管技术，针对机柜内IT设备进行冷却。但热管冷凝段的散热存在的技术问题是：冷凝段的热量交换是通过空气对流方式实现，换热效率低下，而且受机柜外部环境温度波动的影响较大。热管内的气态相变介质经过管道进入室外换热器散热，管路复杂，因气态介质的存在，对管道的压力及气密性均有较高要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结合套管式热管和蓄冷介质的冷却装置，通过套管式热管与热气流进行换热，蓄冷介质对热管保温，具有提高换热效率并且实现保冷的作用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：机柜的冷却装置，包括冷凝区和设置于机柜设备排风侧的散热区，冷凝区与散热区之间通过隔板隔开，冷凝区处于封闭空间；冷凝区内布满蓄冷介质，蓄冷介质***有蓄冷管道和热管，热管具有冷凝段和散热段，冷凝段位于冷凝区，散热段位于散热区；冷凝段外部套设供制冷剂通过的换热管道。换热管道之间互相连通。

优选的，热管冷凝段与换热管道构成套管式热管。

优选的，封闭空间由围板、顶板和隔板构成；散热区具有热风进入的进风口，以及冷风流出的出风口。

优选的，冷凝区与散热区上下设置。

优选的，蓄冷管道向散热区延伸。

优选的，冷凝区包括换热区和蓄冷区，换热区位于冷凝区中部，蓄冷区沿换热区周边设置，热管位于换热区，蓄冷管道位于蓄冷区；或者热管和蓄冷管道交替布置。

优选的，热管与换热管道之间设有布满蓄冷材料的导热管道，蓄冷材料为基于石墨烯的复合相变材料。

优选的，蓄冷管道和换热管道的一端均与进液管连通，蓄冷管道和换热管道的另一端均与出液管连通。

优选的，进液管和出液管均从顶板伸出。

优选的，机柜，包括柜体以及设置于柜体设备排风口的冷却装置；冷却装置安装于柜体内部。

本发明相比现有技术优点在于：1、热管冷凝段为套管式换热器，内管为热管，内管中是相变物质，外管为换热管道，换热管道内为制冷剂，采用制冷剂对冷凝段进行冷却，换热效率高；蓄冷介质与换热管道直接接触，一方面可实现保冷，另一方面在断电等意外发生时，可避免冷却立即失效，延长保冷时间，避免设备过热损坏。

2、冷凝区中的蓄冷管道向散热区延伸，使机柜排出的热空气不仅经过热管散热段进行冷却，同时经过蓄冷管道进行冷却，使热空气得到多次冷却。

3、在热管与换热管道之间增加了内部布满蓄冷材料的导热管道，导热管道能多次保证蓄冷稳定；蓄冷材料为基于石墨烯的复合相变材料，石墨烯作为框架材料，导热性好，而且为固体，不易泄露。

4、将冷凝区设置为封闭形式，有利于充分利用冷凝区内的冷量，避免冷量流失。

附图说明

图1为冷却装置的结构示意图。

图2为冷凝区及气流通道的结构示意图。

图3为散热区及气流通道的结构示意图。

图4机柜气流分布示意图。

图5为门轴示意图。

图6为制冷***示意图。

图中标识：冷凝区1，热管2，散热区3，冷凝段21，散热段22，换热管道11，蓄冷介质12，蓄冷管道13，进液管14，出液管15，隔板16，封闭空间17，围板171，进风口31，出风口32，换热区18，蓄冷区19，导热管道20；柜体4，柜门41，侧板42，第一通道43，第二通道44，第一挡板321，第二挡板322，第三挡板323，门轴411，导水滑环412；压缩机51，冷凝器52，节流阀53，制冷剂回液管54，制冷剂供液管55。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

冷却装置

如图1所示，机柜的冷却装置，包括冷凝区1、热管2和设置于机柜设备排风口的散热区3，冷凝区1通过热管2与散热区3之间互相换热。热管2工作原理是：将热管抽真空后充入部分工质，由于管径较小工质表面张力的作用，工质在管内以汽塞、液塞相间隔的形式随机分布。当热管散热段受热时，散热段工质吸收热量，液膜蒸发膨胀产生气泡，压力升高，推动工质向冷凝段流动。在冷凝段气泡遇冷收缩破裂，压力降低，工质流向散热段，同时由于相邻管路的压力不平衡，相邻管路中的工质也会及时补充，形成了整个热管工质在散热段和冷凝段之间的来回振荡，实现热量传递。

如图1和图2所示，热管2具有冷凝段21和散热段22，热管2的冷凝段21外部套设换热管道11，换热管道11之间互相连通。换热管道11通过制冷剂与冷凝段21换热，冷凝段21的热管内部具有相变物质，冷凝段21和散热段22互相换热，对机柜设备排出的热风进行冷却。

如图2所示，冷凝区1布满蓄冷介质12，蓄冷介质12的导热系数大于空气的导热系数。蓄冷介质12中***有蓄冷管道13和热管冷凝段21，冷凝段21位于冷凝区1，散热段22位于散热区3。蓄冷管道13通过制冷剂与蓄冷介质12换热，蓄冷介质12提供冷量给热管2，热管2内部具有相变物质，冷凝段21和散热段22互相换热，对机柜设备排出的热风进行冷却。冷凝区1充满有机固态蓄冷介质12，一方面蓄冷介质12对热管2进行保温，且蓄冷介质12的导热系数大于空气，加强换热效果，另一方面有效地做到合理用电，缓解电力负荷的峰谷差现象。

如图1所示，冷凝区1与散热区3通过隔板16隔开，冷凝区1位于封闭空间17内，封闭空间17由围板171、顶板和隔板16构成，设置成封闭空间有利于充分利用冷凝区1内的冷量，避免冷量流失。散热区3具有热风进入的进风口31，以及冷风流出的出风口32。

热管2和蓄冷管道13的布置方式可以有两种，一种是冷凝区1包含换热区18和蓄冷区19，换热区18位于冷凝区1中部，蓄冷区19沿换热区18周边设置，热管2均匀布置于换热区18中，蓄冷管道13位于蓄冷区19中，如图2所示；另一种是冷凝区1中的热管2和蓄冷管道13以一定间隔交替布置，保证蓄冷管13道提供给蓄冷介质12的冷量均匀。

冷凝区1中的蓄冷管道13向散热区3延伸。散热区3中不仅布置有热管散热段22，而且布置有蓄冷管道13，对机柜排出的热空气多重冷却，冷却效率高。

热管2与换热管道11之间具有导热管道20，导热管道20内部布满蓄冷材料，导热管道20能保证蓄冷稳定。蓄冷材料为基于石墨烯的复合相变材料，石墨烯导热性好，而且为固体，不易泄露。导热管道20和蓄冷介质12对热管2进行双重蓄冷。

如图2所示，蓄冷管道13和换热管道11的一端均与进液管14连通，蓄冷管道13和换热管道11的另一端均与出液管15连通。进液管14和出液管15从顶板或围板伸出，进液管14与制冷剂供液管连接，出液管15与制冷剂回液管连接，采用一个制冷剂供液管对蓄冷管道13和换热管道11输送制冷剂，采用一个制冷剂回液管将蓄冷管道13和换热管道11中的制冷剂输送出，结构简单，避免管道之间的分布繁杂。

机柜

机柜，包括位于机柜内部的设备，柜门以及设置于机柜排风侧的冷却装置，冷却装置固定于柜门上。下面对机柜及气流冷却方式进行具体描述。

如图3和图4所示，机柜，包括封闭的柜体4，柜体包括柜门41和两侧板42，柜门41安装有冷却装置，冷却装置通过冷凝区1中的围板171与柜门41内壁固定。冷却装置具有位于设备排风侧的进风口31以及出风口32，出风口32与柜门41之间具有供气流通过的第一通道43，冷却装置与两侧板42之间均具有气流通过的第二通道44，第一通道43和第二通道44之间连通；第一通道43和第二通道44均设有蓄冷管道13。从设备中穿过的热气流通过进风口31进入冷却装置，实现第一次冷却，然后从出风口32进入第一通道43和第二通道44中的蓄冷管道13，实现第二次冷却，冷气流再次进入设备，以此实现不断循环。所述冷却装置已在文中有所描述。

第一通道43和第二通道44中的蓄冷管道13由冷凝区1中的蓄冷管道13延伸而来。通过冷凝区1中的蓄冷管道13向第一通道43和第二通道44延伸，避免了重复布置管道，同时加强冷却效果。

如图3所示，出风口32设有第一挡板321，第一挡板321与隔板16固定，第一挡板321与柜门41之间的间隙为第一通道43，散热区3两侧均设有第二挡板322，第二挡板322均与隔板16固定，第二挡板322与侧板42之间的间隙为第二通道44；第一挡板321设有用于冷气流通过的通孔。在出风口32设有第一挡板321，防止气流流速过大，延长气流在散热区3内的冷却时间。

如图3所示，第二挡板322向柜体内的设备区域延伸，将设备两侧包围，第二通道44延长，从而将气流冷却通道与气流进入设备中的路径分隔，防止气流紊乱，并达到封闭热空气的目的。从设备排风口排出的热空气经过冷却装置，冷却后的气流能再次通过第二通道44中的蓄冷管道13，实现二次冷却。

如图3所示，第二通道44设有第三挡板323，第三挡板323设有用于气流穿过的通孔。第三挡板323将冷却装置与柜体4内的设备分隔，第三挡板323位于具有蓄冷管道13的第二通道44中，继续延长气流的冷却时间。

如图2所示，冷却装置具有进液管14和出液管15，进液管14提供给蓄冷管道13和换热管道11制冷剂，蓄冷管道13和换热管道11中的制冷剂通过出液管15排出。

如图5所示，柜门41绕门轴411转动，门轴411内部设有导水滑环412，导水滑环包括第一导水滑环和第二导水滑环，门轴411开有进液管14和出液管15通过的孔，第一导水滑环一端与进液管14连通，第一导水滑环另一端与制冷剂供液管连通；第二导水滑环一端与出液管15连通，第二导水滑环另一端与制冷剂回液管连通。置于门轴内部的第一导水滑环和第二导水滑环均与门轴411固定，柜门41相对于门轴411转动，柜门41转动时，门轴411静止，从而第一导水滑环和第二导水滑环也呈静止状态，置于柜门41上的冷却装置随柜门41转动，冷却装置上的进液管14与第一导水滑环连接，进液管14绕第一导水滑环转动，冷却装置上的出液管15与第二导水滑环连接，出液管15绕第二导水滑环转动。导水滑环也为旋转接头，是一种可360°旋转的输送介质的密闭旋转连接器。在门轴411内部设置第一导水滑环和第二导水滑环，可以防止进液管14与制冷剂供液管、出液管15与制冷剂回液管之间发生拉扯。而且，进液管14和出液管15绕导水滑环412转动，不影响柜门41开合。

柜门41包括第一柜门和第二柜门，第一柜门和第二柜门相对设置，第一柜门和第二柜门均安装有冷却装置。

冷却装置固定于第一柜门414和第二柜门415的方式相同，门轴411中均置有导水滑环412。从柜体4中排出的热气流先通过第一柜门414上的冷却装置，实现第一次冷却；然后，进入第一管道和第二通道44中的蓄冷管道13，实现第二次冷却，最后进入第二柜门415上的冷却装置，实现第三次冷却，以此不断循环，对机柜排出的热风不断地、充分地冷却。

机柜冷却***

如图6所示，机柜冷却***包括冷却装置、机柜和制冷单元。冷却装置安装于柜门，且位于机柜内部，制冷单元包括压缩机51、冷凝器52和节流阀53，压缩机51一端与制冷剂回液管54连接，压缩机51另一端与冷凝器52一端连接，冷凝器52另一端与节流阀53一端连接，节流阀53另一端与制冷剂供液管55连接。制冷剂经过压缩机51、冷凝器52和节流阀53，通过制冷剂供液管55供向机房，然后经过进液管14，分别流至换热管道11和蓄冷管道13，然后交换的热量通过出液管15，再通过制冷剂回液管54流向制冷单元。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (9)

1.机柜的冷却装置，其特征在于：包括冷凝区和设置于机柜设备排风侧的散热区，冷凝区与散热区之间通过隔板隔开，冷凝区处于封闭空间；冷凝区内布满蓄冷介质，蓄冷介质***有蓄冷管道和热管，热管具有冷凝段和散热段，冷凝段位于冷凝区，散热段位于散热区；冷凝段外部套设供制冷剂通过的换热管道；

换热管道之间互相连通；换热管道通过制冷剂与冷凝段换热，冷凝段的热管内部具有相变物质，冷凝段和散热段互相换热，对机柜设备排出的热风进行冷却；

冷凝区包括换热区和蓄冷区，换热区位于冷凝区中部，蓄冷区沿换热区周边设置，冷凝段位于换热区，蓄冷管道位于蓄冷区；或者，冷凝段和蓄冷管道以一定间隔交替布置。

2.如权利要求1所述的机柜的冷却装置，其特征在于：热管冷凝段与换热管道构成套管式热管。

3.如权利要求1所述的机柜的冷却装置，其特征在于：封闭空间由顶板、围板和隔板组成；散热区具有热风进入的进风口，以及冷风流出的出风口。

4.如权利要求1所述的机柜的冷却装置，其特征在于：冷凝区与散热区上下设置。

5.如权利要求1所述的机柜的冷却装置，其特征在于：蓄冷管道向散热区延伸。

6.如权利要求1所述的机柜的冷却装置，其特征在于：热管冷凝段与换热管道之间设有布满蓄冷材料的导热管道，蓄冷材料为基于石墨烯的复合相变材料。

7.如权利要求6所述的机柜的冷却装置，其特征在于：蓄冷管道和换热管道的一端均与进液管连通，蓄冷管道和换热管道的另一端均与出液管连通。

8.如权利要求7所述的机柜的冷却装置，其特征在于：进液管和出液管均从封闭空间伸出。

9.一种机柜，其特征在于：包括柜体和如权利要求1-8中任意一项所述的冷却装置，冷却装置安装于柜体内部。