[发明专利]一种两相流主被动式多层级数据中心机柜散热装置及方法

说明书

本发明提供了一种两相流主被动式多层级数据中心机柜散热装置及方法，系统级结构包括机柜散热装置，冷凝水系统，余热回收装置，储液器，液体泵，气体室以及流体工质和相应管道。以上结构构成一个闭合环路，环路充入氮气保持低压状态，由液体泵驱动管道流体流动；气体室维持两相流环路中气压相对稳定；储液器连通气体室，提供了使得相变更容易发生的足够气体空间；机柜散热装置可切换主被动模式，以求在良好散热能力下达到PUE最小化；冷凝水系统独立于环路外，为机架级热虹吸管冷凝端提供冷源；余热回收装置回收余热，并使热虹吸管入口工质温度保持稳定。本发明高集成度，自动控制，多级结构散热，能效比优良。

技术领域

本发明涉及一种散热装置及方法，特别涉及一种两相流主被动式多层级数据中心机柜散热装置及方法，属于机房散热技术领域。

背景技术

随着云计算业务的高速发展，数据中心的规模逐渐增大，数据中心机柜中的刀片服务器发热量越来越大，加之电子设备尤其是CPU集成集体管数量激增，为了保证电子设备正常运行，这些热量需要高效的被输送出去，因此，数据中心机柜的散热系统有着更新换代以匹配更高散热要求的必要；此外，数据中心机柜服务器的高散热需求也会增大PUE(PowerUsage Effectiveness，电能利用效率)值，PUE值是指数据中心消耗的所有能源与IT负载消耗的能源之比，已经成为国际上比较通行的数据中心电力使用效率的衡量指标，出于节能考虑，数据中心机柜的散热系统需要在满足散热需求的前提下尽可能减少能源消耗。

目前，数据中心散热主要有风冷、单相液冷以及两种方式结合三种方案，而部分方案中含有热管的使用。风冷散热主要针对的是数据中心机房的散热，虽然方案较成熟，耗能较小，但是风冷散热难以满足机柜内部的散热需求；风冷与单相液冷结合的散热方法使用也较为广泛，兼顾了机房散热与机柜散热，但是两种散热系统须分别供能，能耗较高；单相液冷方案应用较少，且由于少了机房级风冷散热，散热效果不如风冷与单相液冷结合的方案。也有不少方案应用了现有的热管技术，运用到了气液两相流，但是热管仅作为一个散热组件出现，气液两相流并不是数据中心系统的主要散热手段。

根据目前数据中心机柜散热方案，可以发现具体存在以下几个问题，首先，对于机柜散热，没有一个既高效又足够节能的散热方案，两相流散热可以解决这个问题但是目前没有一个成形的方案以支持数据中心的两相流散热；其次，目前的数据中心散热方案层次不够分明，没有一个集芯片级散热，组件级散热和系统级散热于一体的高效易集成的散热方案，对于芯片级散热，现有方案涉及较少，且都不够具体可行，与组件级散热和系统级散热不相兼容；其三，目前的散热方案有较多涉及到散热模式的转换，以实现根据散热需求而改变散热模式进而实现减小能耗的目标，但风冷和单相液冷的散热模式转换难以提供高散热性能与节约能耗兼具的方案。

授权公告号为CN 111479441 B的专利提供了一个泵驱两相流循环的数据中心散热系统，其中涉及到了两相散热和散热模式的转换，还涉及到通过风冷与外界环境的换热，具有高效的散热性能；不过，该专利涉及到气液分离器和喷淋装置，结构复杂，散热方式众多但同时也意味着耗能的增加，同时，该专利应用到两相散热，但没有对该专利所述热收集模块应用模式转化，直接热源处没有散热手段的改进，具体的模式转换效果可能不明显。

结合以上情况，现在的数据中心机柜亟需一个兼具高散热性能与节约能耗的散热系统，而其中两相流散热是一个值得考虑的优良选择；同时考虑到数据中心载荷变化幅度大，需要一个可根据散热需求而改变散热模式的散热系统，以实现能耗的最小化，当然，此系统也需要高度的自动控制以降低应用的难度。

发明内容

技术问题：针对数据中心机柜散热难以集成，能效低，自动化程度低的问题，本发明提出了一种两相流主被动式数据中心机柜散热装置及方法，根据数据中心机柜不同工作状态调整散热模式，从而达到低耗能的自动控制散热。