用于高发热密度机柜的热管冷却系统技术方案

一种用于高发热密度机柜的热管冷却系统，包括：热管循环回路和与热管循环回路相连的辅助冷却回路；热管循环回路包括：串联的热管蒸发器背板和板式换热器，其中：板式换热器的垂直高度高于热管蒸发器背板；辅助冷却回路包括：依次串联的板式换热器、压缩机、外部冷凝器和节流装置；或风冷冷凝器、三通阀和单向阀；热管循环回路可为一拖多的结构形式，实现对多台机柜和机房的同时冷却。本发明专利技术无需对机房另外配置一套空调系统，也无需架设底部冷风送风道和顶部热风回风道，降低了成本，节约了能耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种制冷系统领域的技术，具体是一种用于高发热密度机柜的热管冷却系统。
技术介绍
随着IT技术的飞速发展，速度更快、功能更强大的高功率密度机架服务器、网络交换机等越来越多地被采用，设备的部署密度也越来越大，使得单个机柜的能耗及单位面积散热量急剧上升，从而导致机柜局部”过热”的高热密度现象的产生。为了保证机柜设备的正常运行以及机房环境的舒适性，亟需能满足高发热密度机柜冷却要求的冷却方案。传统的机房冷却系统一般采用冷热风通道隔离、自下而上送风的方式为机柜中的IT设备提供冷量。但这种冷却方式只有在单个机柜发热量小于5kw时，才能使机柜/机房的总体温度得到控制，否则局部过热问题就会出现，而且还必须架设占用大量空间的底部冷风送风风道和顶部热风回风风道。分离式热管技术的出现有利于解决上述问题。分离式热管的工作原理是制冷剂液体在下部蒸发器中从室内吸热变成气体，在密度差的作用下进入上部冷凝器，制冷剂气体在冷凝剂内对外放热变成液体，在重力的作用下进入蒸发器，完成制冷循环，实现将热量从室内转移到室外的功能。分离式热管在室内外温差为5℃以上便可正常运行，并且仅仅存在风机功耗，相对传统蒸汽压缩式制冷，真正实现了低能耗。通过将分离式热管技术与冷却系统结构改进结合，可以在满足高发热密度机柜冷却要求的同时降低能源消耗。经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN102878616B，公告日2014.12.24，公开了一种高热密度列间冷却空调机组及其应用方法，包括控制该空调机组运行的控制系统、由冷凝器和用于为冷凝器散热的轴流风机构成的室外机，以及主要由压缩机、储液器、干燥过滤器、膨胀阀、蒸发器和用于与蒸发器换热的离心风机构成的室内机，其中：压缩机、冷凝器、储液器、干燥过滤器、膨胀阀和蒸发器通过传输管道依次连接构成回路。中国专利文献号CN103047710A，公布日2013.4.17，公开了一种机房空调系统及控制方法，包括由压缩机、冷凝器、第一节流装置以及双向换热器依次串联构成的制冷剂回路，由双向换热器、第一换热装置、液泵、第一选通阀件以及节能换热器依次串联构成载冷剂回路；第一换热装置与机房内的发热设备对应设置，制冷剂回路与载冷剂回路通过双向换热器连接。但上述技术不同室内外温差均使用同一套辅助冷却回路，且需架设风道，能耗较大。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出一种用于高发热密度机柜的热管冷却系统，在室内外温差不同时采用不同的辅助冷却模式，满足高发热密度机柜和机房的冷却要求，解决局部过热的问题，降低了系统能耗，节约成本。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术包括：热管循环回路和与热管循环回路相连的辅助冷却回路。所述的热管循环回路包括：串联的热管蒸发器背板和板式换热器，其中：板式换热器的垂直高度高于热管蒸发器背板。所述的辅助冷却回路包括：并联的外部冷却机构和冷凝器机构。技术效果与现有技术相比，本专利技术在机房内外温差较大时，仅采用冷凝器机构来冷凝热管循环回路的高温气态制冷剂，关闭外部冷却机构就可保证热管循环回路的正常运行，降低系统能耗，实现热管冷却系统的高效运行；在较高的室内温度下，外部冷却机构的蒸发温度只需保持在10～20℃，系统的能效比高。附图说明图1为本专利技术示意图；图中：(a)为室外侧，(b)为室内侧；图中：1为热管蒸发器背板，2为蒸发风机，3为风冷冷凝器，4为板式换热器，5为液压泵，6为机柜，7为服务器设备，8为冷风道，9为热风道，10为压缩机，11为外部冷凝器，12为节流装置，13为三通阀，14为单向阀。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1如图1所示，本实施例包括：依次串联的机柜6、热管循环回路和辅助冷却回路。如图1(b)所示，所述的机柜6内依次设有冷风道8、服务器设备7和热风道9。所述的机柜6的前门采用高通孔率的网孔门。所述的热管循环回路包括：串联的热管蒸发器背板1和板式换热器4。所述的板式换热器4与热管蒸发器背板1的高度差为1.2～1.5m。所述的热管蒸发器背板1为微通道平行流换热器。所述的热管蒸发器背板1一侧与所述的机柜6的背门相连，另一侧设有蒸发风机2。所述的蒸发风机2为轴流风机。可选的，在热管冷却系统驱动阻力较大或者板式换热器4与热管蒸发器背板1的高度差不足导致无法自驱动时，在板式换热器4向机柜6的输出管路上设置液压泵5。如图1(a)所示，所述的辅助冷却回路包括：并联的外部冷却机构和冷凝器机构。所述的外部冷却机构包括：依次串联的板式换热器4、压缩机10、外部冷凝器11和节流装置12。所述的冷凝器机构并联设置于热管循环回路的板式换热器的进气管路上。所述的冷凝器机构包括：依次串联的三通阀13、风冷冷凝器3和单向阀14。当室内外温差不大时，冷凝器机构的三通阀13关闭，外部冷却机构打开，机房内的冷气流通过机柜6的前门进入冷风道8，冷却服务器设备7后成为热气流通过热风道9和机柜6的背门进入热管蒸发器背板1，经热管蒸发器背板1中的低温液态制冷剂冷却后的冷气流经蒸发风机2排向机房，制冷剂由低温液态变为高温气态，通过管路进入板式换热器4；板式换热器4向压缩机10输入低温气态制冷剂，压缩机10向外部冷凝器11输入高温气态制冷剂；外部冷凝器11输出的低温高压液态制冷剂经过节流装置12后变成低温低压液态制冷剂，进入板式换热器4，完成辅助冷却；板式换热器4将低温液态制冷剂通过管路输送到热管蒸发器背板1内，完成制冷剂的循环。当室内外温差较大时，切换三通阀13，关闭外部冷却机构，打开冷凝器机构，机房内的冷气流通过机柜6的前门进入冷风道8，冷却服务器设备7后成为热气流通过热风道9和机柜6的背门进入热管蒸发器背板1，经热管蒸发器背板1中的低温液态制冷剂冷却后的冷气流经蒸发风机2排向机房，制冷剂由低温液态变为高温气态，通过管路进入风冷冷凝器3，制冷剂变为高温液态，完成辅助冷却，进入板式换热器4；板式换热器4输出低温液态制冷剂，通过管路输送到热管蒸发器背板1内，完成制冷剂的循环。所述的板式换热器4两侧的制冷剂流动均为逆时针流动，将输入的热管循环回路制冷剂蒸气冷却为液体，实现热管循环回路制冷剂的自主循环。所述的热管蒸发器以背板形式安装在机柜6背门，保证了充足的换热面积，满足高发热密度机柜的冷却要求。所述的热管循环回路可为一拖多的结构形式，即一个板式换热器4通过管路与多个并联的热管蒸发器背板1相连，实现对多台机柜6和机房的同时冷却。冷气流先后经过机柜6和机房，可同时对机柜6和机房环境进行冷却，不需要对机房另外配置一套空调系统，也无需架设底部冷风送风道和顶部热风回风道，降低了成本。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于高发热密度机柜的热管冷却系统，其特征在于，包括：热管循环回路和与热管循环回路相连的辅助冷却回路；所述的热管循环回路包括：串联的热管蒸发器背板和板式换热器，其中：板式换热器的垂直高度高于热管蒸发器背板。

【技术特征摘要】
1.一种用于高发热密度机柜的热管冷却系统，其特征在于，包括：热管循环回路和与热管循环回路相连的辅助冷却回路；所述的热管循环回路包括：串联的热管蒸发器背板和板式换热器，其中：板式换热器的垂直高度高于热管蒸发器背板。2.根据权利要求1所述的热管冷却系统，其特征是，所述的热管蒸发器背板为微通道平行流换热器。3.根据权利要求2所述的热管冷却系统，其特征是，所述的热管蒸发器背板一侧与机柜相连，另一侧设有蒸发风机。4.根据权利要求3所述的热管冷却系统，其特征是，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈江平，朱建民，李万勇，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31