后门热交换器.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103039137 A (43)申请公布日 2013.04.10 CN 103039137 A *CN103039137A* (21)申请号 201180033426.1 (22)申请日 2011.05.12 1008099.2 2010.05.14 GB H05K 7/20(2006.01) (71)申请人 易通 - 威廉姆斯集团有限公司 地址 英国肯特 (72)发明人 戴恩迪代米奥蒂斯 (74)专利代理机构 隆天国际知识产权代理有限 公司 72003 代理人 张浴月 李玉锁 (54) 发明名称 后门热交换器 (57) 摘要 一种后门热交换器， 适用于安装在发热电子。

2、 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。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2013.01.06 (86)PCT申请的申请数据 PCT/GB2011/000732 2011.05.12 (87)PCT申请的公布数据 WO2011/141710 EN 2011.11.17。

3、 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 6 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 6 页 1/1 页 2 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。

4、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。

5、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。

6、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。 权 利 要 求 书 CN 103039137 A 2 1/5 页 3 后门热交换器 技术领域 背景技术 0001 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。

7、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。 0002 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， 。

8、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。 0003 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。

9、 （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 0004 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。 0005 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。

10、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。 0006 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。 0007 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。 说 明 书 CN 103039137 A 3 2/5 页 4 0008 在多个微通道。

11、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。 0009 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。 0010 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。 0011 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。 0012 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。

12、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。 0013 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。 0014 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。 0015 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。 0016 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。

13、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 0017 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 ： 0018 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 ； 0019 图 2 示出如图 1 所示的装置的部件的下部平面图 ； 0020 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 ； 0021 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。

14、被 去掉 ； 0022 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 ； 0023 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 0024 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 0025 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 说 明 书 CN 103039137 A 4 3/5 页 5 有各自的后门热交换器 。

15、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。 0026 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。

16、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。 0027 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。 0028 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。

17、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。 0029 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。

18、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。 0030 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。 0031 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。

19、身以及机架 140 的背部这两者。 0032 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。

20、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。 0033 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 说 明 书 CN 103039137 A 5 4/5 页 6 在下方下游头件 414 的底部中。 0034 冷却 U。

21、 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。 0035 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。

22、呈圆角， 以与所述条的剖面的圆角端部 444 相匹配。 0036 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。 0037 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） 。 0038 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。

23、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。 0039 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。

24、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。 0040 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。 0041 在所形成的结构不脱离本发明。

25、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。 0042 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。

26、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。 0043 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 说 明 书 CN 103039137 A 6 5/5 页 7 406 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 。

27、0.6mm。 0044 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。 0045 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。 0046 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。

28、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。 说 明 书 CN 103039137 A 7 1/6 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 103039137 A 8 2/6 页 9 图 2 说 明 书 附 图 CN 103039137 A 9 3/6 页 10 图 3 说 明 书 附 图 CN 103039137 A 10 4/6 页 11 图 4 图 5 图 6a 说 明 书 附 图 CN 103039137 A 11 5/6 页 12 图 6b 图 6c 说 明 书 附 图 CN 103039137 A 12 6/6 页 13 图 7 说 明 书 附 图 CN 103039137 A 13 。