数据中心热管背板冷却方案介绍.pptx

1、机房环境系统专家机房环境系统专家佳力图公司保密信息，未经授权禁止扩散。机柜热管背板冷却方案介绍机房环境系统专家机房环境系统专家佳力图公司保密信息，未经授权禁止扩散。目录目录背景及热管工作原理1佳力图热管方案31产品介绍4热管在空调系统中的应用2机房环境系统专家机房环境系统专家佳力图公司保密信息，未经授权禁止扩散。目录目录背景及热管工作原理1佳力图热管方案31产品介绍4热管在空调系统中的应用2机房环境系统专家机房环境系统专家佳力图公司保密信息，未经授权禁止扩散。背景背景u热管原理最早由美国工程师在1942年提出。u20世纪60年代初，开始研究和试制，最早被用于航天器与核反应堆。u20世纪70年代

2、，热管初次作为热能回收装置应用于暖通行业。u80年代以后，热管换热器的研制工作迅速开展。回转型、分离型等新的结构型式相继出现，并日趋大型化。u随着工业技术的发展，特别是考虑到现代能源形势的需要，热管技术正越来越广泛地渗入到各个工业领域中，如：在航空航天、核动力、太阳能、电子科技、冶金、建材、化工等领域发挥着越来越重要的作用。机房环境系统专家机房环境系统专家佳力图公司保密信息，未经授权禁止扩散。热管工作原理热管工作原理机房环境系统专家机房环境系统专家佳力图公司保密信息，未经授权禁止扩散。热管特性热管特性u a.超强的导热能力ub.优良的等温特性uc.热流密度可变性u d.热流方向（传热方向）的可

3、逆性ue.热二极管与热开关性能 uf.恒温特性 ug.环境的适应性 2012.04机房环境系统专家机房环境系统专家佳力图公司保密信息，未经授权禁止扩散。热管的分类由于由于热管的用途、种管的用途、种类和型式和型式较多，再加上多，再加上热管在管在结构、材构、材质和和工作液体等方面各有不同之工作液体等方面各有不同之处，故而，故而对热管的分管的分类也很多，常用的也很多，常用的分分类方法有以下几种。方法有以下几种。按照按照工作液体回流工作液体回流动力区分力区分有芯有芯热管、两相管、两相闭式式热虹吸管虹吸管(又称重又称重力力热管管)、重力、重力辅助助热管、旋管、旋转热管、管、电流体流体动力力热管、磁流体管

4、、磁流体动力力热管、渗透管、渗透热管等等。管等等。按照按照热管管内工作温度区分管管内工作温度区分有低温有低温热管、常温管、常温热管、中温管、中温热管、管、高温高温热管等。管等。按照按照管壳与工作液体的管壳与工作液体的组合区分合区分有有铜-水水热管、碳管、碳钢-水水热管、管、铝-丙丙酮热管、不管、不锈钢-钠热管等。管等。按照按照结构形式区分构形式区分有普通有普通热管、分离式管、分离式热管、毛管、毛细泵回路回路热管、管、微型微型热管、平板管、平板热管、径向管、径向热管等。管等。按照按照热管的功用划分管的功用划分有有传输热量的量的热管、管、热二极管、二极管、热开关、开关、热控制用控制用热管、仿真管、

5、仿真热管、制冷管、制冷热管等。管等。机房环境系统专家机房环境系统专家佳力图公司保密信息，未经授权禁止扩散。两相闭式热虹吸管 两相两相闭式式热虹吸管虹吸管简称称热虹吸管，又称虹吸管，又称为重力重力热管。其管。其结构和原理如右构和原理如右图所示。与普通所示。与普通热管原理一管原理一样，但不同的是，但不同的是热管内没有吸液芯，冷凝液的回流管内没有吸液芯，冷凝液的回流主要是靠自身的重力作用，因此，主要是靠自身的重力作用，因此，热虹吸管的作用虹吸管的作用有一定的方向性：冷凝段位置必有一定的方向性：冷凝段位置必须高于蒸高于蒸发段。其段。其结构构简单、制造方便、成本低廉、而且、制造方便、成本低廉、而且传热性

6、能性能优良、工作可靠，因此他在地面上的各良、工作可靠，因此他在地面上的各类传热设备中中都可以作都可以作为高效高效传热元件，其元件，其应用用领域非常广泛。域非常广泛。两相闭式热虹吸管两相闭式热虹吸管 对于两相于两相闭式式热虹吸管，所可能虹吸管，所可能发生的生的传热极限主要是干涸极限、极限主要是干涸极限、沸沸腾极限极限(又称又称烧毁极限极限)和携和携带极限。干涸极限一般极限。干涸极限一般发生在充液量生在充液量过小小时。为了避免了避免热管工作管工作时达到达到这些些传热极限，并极限，并强化化热管的管的换热，目前，目前行之有效的方法有行之有效的方法有：在在热虹吸管的蒸虹吸管的蒸发段内同心放置段内同心放置

7、开孔抑泡管开孔抑泡管抑制抑制该段气泡的脱离；在冷凝段内段气泡的脱离；在冷凝段内设置置溢流同心溢流同心导管管降低降低该段的凝段的凝结热阻；将阻；将热虹吸管的内壁加工成虹吸管的内壁加工成为轴向槽道表面向槽道表面提高提高热虹吸管的虹吸管的换热系数等。系数等。机房环境系统专家机房环境系统专家佳力图公司保密信息，未经授权禁止扩散。旋转热管旋转热管的概念是由Gray于1969年首次提出的，他分析了旋转热管较普通热管具有更强的传热能力。旋转热管的显著特征是热管自身是旋转件，因而可以用于所有需要冷却散热的旋转零部件，如电机转子，发动机电动机转轴等的冷却，具有实际应用价值。旋转热管为一密闭的空心轴(管)，此空心

8、轴内腔具有一定初始真空度，并充有少 量工作液。内腔的形状可以是空心圆柱形、空心内锥形成圆柱台阶形。上图为一锥形空腔的旋转热管工作原理简图。在高转速下，工作液覆盖在空腔的内壁面上，并形成一层环状液膜。旋转热管的一端由于被加热，该处液体蒸发、液膜变薄，所产生的蒸汽流到另一端(冷却端)。蒸汽在冷却端放出潜热而凝结成液体。在热管的旋转作用下液体受到一离心力，这一离心力沿锥面的分力使这些冷凝液沿锥面流回到蒸发段。这样连续地循环就完成了把热量从加热段输送到冷却段的过程。从传热性能来看，旋转热管没有吸液芯，因此不存在毛细极限，并且在热流回路中间少了由于吸液芯引起的热阻。旋转热管内部空腔较大，蒸汽流速不高，不

9、易产生声速极限，因此，其传热极限主要为：冷凝极限、携带极限和沸腾极限。机房环境系统专家机房环境系统专家佳力图公司保密信息，未经授权禁止扩散。分离式热管 分离式热管结构示意图 分离式热管的结构如左图所示，其蒸发段和分离式热管的结构如左图所示，其蒸发段和冷凝段是分开的，通过蒸汽上升管和液体下降管冷凝段是分开的，通过蒸汽上升管和液体下降管连通形成一个自然循环回路。工作时，在热管内连通形成一个自然循环回路。工作时，在热管内的工质汇集在蒸发段，蒸发段受热后，工质蒸发，的工质汇集在蒸发段，蒸发段受热后，工质蒸发，产生的蒸汽通过蒸汽上升管到达冷凝段释放出潜产生的蒸汽通过蒸汽上升管到达冷凝段释放出潜热而凝结成

10、液体，在重力作用下，经液体下降管热而凝结成液体，在重力作用下，经液体下降管回到蒸发段，如此循环往复运行。回到蒸发段，如此循环往复运行。分离式热管的分离式热管的冷凝段冷凝段必须必须高于蒸发段高于蒸发段，液体，液体下降管与蒸汽上升管之间会形成一定的密度差，下降管与蒸汽上升管之间会形成一定的密度差，这个密度差所能提供的压头与冷凝段和蒸发段的这个密度差所能提供的压头与冷凝段和蒸发段的高度差密切相关，它用以平衡蒸汽流动和液体流高度差密切相关，它用以平衡蒸汽流动和液体流动的压力损失，维系着系统的正常运行而不再需动的压力损失，维系着系统的正常运行而不再需要外加动力。要外加动力。分离式热管既有经典热管的共性两

11、相流动、相变传热、自然循环等，同时也具有鲜明的个性管内汽液两相同向流动。分离式热管内蒸汽与液体同向流动，故不存在携带极限，限制其传热能力的主要极限为烧干极限、声速极限和冷凝极限。适当加大其充液量，加大蒸汽上升管的管径或增加蒸汽上升管的个数等方法可以适当消除这些极限的影响。分离式热管最大的特点是冷凝段和蒸发段可以较远距离安装，从而分离式热管最大的特点是冷凝段和蒸发段可以较远距离安装，从而使得冷热流体完全隔离，避免了相互渗漏的问题使得冷热流体完全隔离，避免了相互渗漏的问题 ，安全性能较经典热，安全性能较经典热管大为提高。管大为提高。机房环境系统专家机房环境系统专家佳力图公司保密信息，未经授权禁止扩

12、散。可变导热管 可变导热管热阻的简化模型 普通热管的工作温度是由热源和热汇的条件确定的，因此，改变热负荷或蒸发段的温度就将引起热管工作温度的改变。对于普通热管来说，其导热率接近一个常量。然而在某些应用场合，需要冷凝段(或蒸发段)的温度随着热负荷的变化而保持不变，因而利用热管的热可控性产生了可变导热管。可变导热管的基本原理如右图所示，这是简化了的热管基本热阻模型。在这个模型中，Re表示热源与热管内蒸汽之间所有热阻之和，Rc 表示热管因蒸汽流动等因素引起的热阻，Rv表示热管内蒸汽与热汇之间所有热阻之和。任意一项热阻的变化，将导致总热导的改变，热管的传热率也将发生变化。按照变化传导方法的不同可分为：

13、充气热管、过量液相工质热管、液流调节热管和汽流调节热管。机房环境系统专家机房环境系统专家佳力图公司保密信息，未经授权禁止扩散。微型热管及小型热管微型热管横截面示意图 随着集成芯片中电路数目的增加，其产生热量的散逸变得越来越困难，除了最高芯片温度的限制外，对温度均匀性也有更高的要求，因而热力特性是电子产品开发、研制中非常重要的技术，且直接影响到最终产品的成本、可靠性和表观。微型热管作为一项很有前途的技术，可用于计算机芯片以获得高的热量导出率及温度均匀化。随着热管尺寸的减小，微型热管遇到了蒸汽连续流动极限。此极限限制了微型热管在低温状态下的工作。如果热管工作在较高的温度下，此极限为暂时的，随着热管

14、温度升高将会消失。除了蒸汽连续自流动极限外，微型热管还将遇到常规热管的操作极限。如毛细极限，沸腾极限等几种常见的传热极限。典型的微型热管有凸面、锐角的截面(例如多边形)。其典型横截面形状如上图所示。对于小型热管，其最小截面直径为1mm数量级。在小型热管内部往往加吸液芯结构，较为常见的是金属烧结吸液芯结构、丝网结构、干道结构、内槽道结构等。机房环境系统专家机房环境系统专家佳力图公司保密信息，未经授权禁止扩散。毛细泵回路 热管作为高效的传热元件已广泛应用于各个领域，然而在地面上，如果热管的蒸发段位于冷凝段之上，其传热能力就将受到限制，毛细泵回路(CPL-Capillary Pumped Loop)

15、可以解决这一问题，其基本工理与普通热管的基本原理相似，但其可有效地用于小温差、长距离、无附加动力的热量回收，也可用于航天器的热管理系统，并可能使大型航天器的热管理系统出现巨大的变革。机房环境系统专家机房环境系统专家佳力图公司保密信息，未经授权禁止扩散。各种类型的换热器对比总结各种类型的换热器对比总结 参数参数热管类型热管类型是否有吸是否有吸液芯液芯液体回流液体回流动力动力传热极限传热极限常用场合常用场合两相闭式热管两相闭式热管无重力干涸极限、沸腾极限、携带极限常用于热源在冷源下方的情况旋转热管旋转热管无离心力冷凝极限、携带极限、沸腾极限所有需要冷却散热的旋转零部件分离式热管分离式热管无重力烧干

16、极限、声速极限、冷凝极限需要严格避免冷热流体相互渗漏的场合可变导热管可变导热管有些有毛细力或其他烧干极限、携带极限、冷凝极限需要冷凝段(或蒸发段)的温度不随热负荷变化而变的场合微型热管及小微型热管及小型热管型热管有毛细力毛细极限、沸腾极限电子产品等毛细泵回路毛细泵回路有毛细力毛细极限等航空领域，电子元器件等机房环境系统专家机房环境系统专家佳力图公司保密信息，未经授权禁止扩散。热管热管应用应用u热管在工业领域的应用2012.0415机房环境系统专家机房环境系统专家佳力图公司保密信息，未经授权禁止扩散。目录目录背景及热管工作原理1佳力图热管方案31产品介绍4热管在空调系统中的应用2机房环境系统专家

17、机房环境系统专家佳力图公司保密信息，未经授权禁止扩散。整体式热管换热器整体式热管换热器图 整体式热管-气-气换热器图 整体式热管气-液式换热器机房环境系统专家机房环境系统专家佳力图公司保密信息，未经授权禁止扩散。热管在直流系统中的应用热管在直流系统中的应用机房环境系统专家机房环境系统专家佳力图公司保密信息，未经授权禁止扩散。分离式热管换热分离式热管换热机房环境系统专家机房环境系统专家佳力图公司保密信息，未经授权禁止扩散。热管排风热回收系统热管排风热回收系统机房环境系统专家机房环境系统专家佳力图公司保密信息，未经授权禁止扩散。热管除湿热回收热管除湿热回收机房环境系统专家机房环境系统专家佳力图公司

18、保密信息，未经授权禁止扩散。目录目录背景及热管工作原理1佳力图热管方案31产品介绍4热管在空调系统中的应用2机房环境系统专家机房环境系统专家佳力图公司保密信息，未经授权禁止扩散。自然冷源重力热管方案（自然冷源重力热管方案（Free Cooling Gravity Cycle Free Cooling Gravity Cycle Heat PipeHeat Pipe）机房环境系统专家机房环境系统专家佳力图公司保密信息，未经授权禁止扩散。自然冷源动力热管方案（自然冷源动力热管方案（Free Cooling Pump Cycle Free Cooling Pump Cycle Heat PipeHe

19、at Pipe）机房环境系统专家机房环境系统专家佳力图公司保密信息，未经授权禁止扩散。冷冻水型重力热管方案（冷冻水型重力热管方案（Chilled Water Gravity Chilled Water Gravity Cycle Heat PipeCycle Heat Pipe）机房环境系统专家机房环境系统专家佳力图公司保密信息，未经授权禁止扩散。冷冻水型动力热管方案冷冻水型动力热管方案(Chilled Water Pump Cycle(Chilled Water Pump Cycle Heat Pipe)Heat Pipe)机房环境系统专家机房环境系统专家佳力图公司保密信息，未经授权禁止扩散

20、。目录目录背景及热管工作原理1佳力图热管方案31产品介绍4热管在空调系统中的应用2机房环境系统专家机房环境系统专家佳力图公司保密信息，未经授权禁止扩散。xCoolingxCooling热管背板热管背板产品冷量范围：5-15kW/机柜风量范围：1000-4200m3/h回风温度：24-37送风温度：22-24机房环境系统专家机房环境系统专家佳力图公司保密信息，未经授权禁止扩散。高效换热器高效换热器u采用全铝式平行流微通道换热器，具有以下特点：采用扁管、微通道，载冷剂和空气接触面积更大，换热器效率更高风阻小，减少风机功率空间紧凑、重量轻机房环境系统专家机房环境系统专家佳力图公司保密信息，未经授权禁

21、止扩散。DCDC轴流风扇轴流风扇u风机贴近冷源、送风距离短，功耗低；u24VDC供电，安全、高效、节能；u采用轴流风扇，气流无需换向，流动损失少；u著名国外品牌风机，安全可靠机房环境系统专家机房环境系统专家佳力图公司保密信息，未经授权禁止扩散。更长的自然冷源利用时间更长的自然冷源利用时间u贴近热源，热风不经混合而直接进入热管换热器，进风温度高，载冷剂温度可相应提高；u如果采用冷冻水作为冷源，即冷冻水温度可以提升，冷冻水主机效率提高，自然冷源利用时间加长；u如果采用气-气式的直接自然冷源型热管，可在更高的室外温度下就可以达到冷量需求，也就是自然冷源利用时间得到了延长；机房环境系统专家机房环境系统

22、专家佳力图公司保密信息，未经授权禁止扩散。灵活的湿度控制灵活的湿度控制u集成的控制系统，可控制载冷剂的温度，保证热管背板不产生凝结水；u当需要除湿时，可通过控制系统控制背板进入除湿模式，除去机柜中多余的水分，并通过排水系统排至外部。机房环境系统专家机房环境系统专家佳力图公司保密信息，未经授权禁止扩散。产品质量控制产品质量控制u设计层面质量控制u关键零部件质量控制u生产过程质量控制u运输过程质量控制机房环境系统专家机房环境系统专家佳力图公司保密信息，未经授权禁止扩散。设计因素设计因素u结合具体应用，进行产品设计节能与维护的综合考虑：嵌入机柜式与旋转开启式抗振、可弯曲的氟利昂软管选用；快速维护接口

23、；高效、超轻的微通道换热器设计；冰箱式的密封设计；快速插拔式风机设计。机房环境系统专家机房环境系统专家佳力图公司保密信息，未经授权禁止扩散。关键零部件质量控制关键零部件质量控制u风机选用进口品牌风机安全电压设计防护罩设计，保护人体安全依据实际负荷、风量需求，自适应调节风量u氟利昂软管氟利昂耐腐蚀性试验抗弯曲试验抗挤压试验机房环境系统专家机房环境系统专家佳力图公司保密信息，未经授权禁止扩散。关键零部件质量控制关键零部件质量控制-微通道腐蚀性对比测试微通道腐蚀性对比测试微通道腐蚀性对比测试Welding slot between flat tube andmanifold no apparent

24、change扁管和集液管间的焊缝无明显变化Little white semi-transparent colloid inwelding slot between flat tube and fin扁管和翅片焊缝间少量白色半透明胶状物Fin heavily eroded翅片严重腐蚀Black rust in Tube铜管上黑锈机房环境系统专家机房环境系统专家佳力图公司保密信息，未经授权禁止扩散。PerformanceLife-time in serviceAlloy Combination Extended lifetime 合金-延长寿命 The MCHX is built to last

25、微通道换热器结构一体化 The Micro Channel Tube,the fin,header,baffles/end caps andinlet/outlet is balanced so the differences in electrical potential keptat a minimum.微通道扁管，翅片，集流管，隔板和端盖材料相互配合，保证最小的电势差。The MCHX has better corrosion resistance.微通道换热器有较好的耐腐蚀性Micro Channel Heat ExchangersDesigned to resist galvanic

26、 corrosion设计足以抵抗电化学腐蚀Traditional f&t heat exchangers.Fin to tube contact will be lost due to galvanic corrosion翅片与管路连接处因为电化学腐蚀而失效Corrosion Test关键零部件质量控制关键零部件质量控制-性能影响性能影响性能影响机房环境系统专家机房环境系统专家佳力图公司保密信息，未经授权禁止扩散。生产过程质量控制生产过程质量控制u体系保证：ISO9001，ISO14001,OHSAS18001及TL9000-HR5.0认证体系u依据NNACZLSC-A 质量手册控制产品质量u由于背板产品在运行过程中需要旋转运动，对焊接质量要求比较高，因此针对这个产品的特点，特别制定钎焊指导文件机房环境系统专家机房环境系统专家佳力图公司保密信息，未经授权禁止扩散。运输过程质量控制运输过程质量控制u长距离运输：可选用木箱包装，内部做好减震措施u软管等单独发货，配备备用密封圈u板换、阀门、管路等预制后单独发货机房环境系统专家机房环境系统专家佳力图公司保密信息，未经授权禁止扩散。佳力图热管业绩佳力图热管业绩u定点制冷u氟泵机房环境系统专家机房环境系统专家佳力图公司保密信息，未经授权禁止扩散。谢谢！