CN104571420B - 浸没式液冷服务器、用于服务器的浸没式液冷方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可避免制冷剂蒸气泄漏的浸没式液冷服务器及用于服务器的浸没式液冷方法。浸没式液冷服务器包括：制冷剂槽；设置在制冷剂槽中的被制冷剂浸没的发热元件；位于制冷剂的液面上方的冷却元件；在冷却元件的上方设置风扇或风机，其吹出的气流的方向平行于制冷剂的液面以构成位于冷却元件上方的风幕。用于服务器的浸没式液冷方法，包括步骤：制冷剂吸收浸没在其中的发热元件的热量而蒸发成制冷剂蒸气，制冷剂蒸气向上流动；冷却元件与向上流动的制冷剂蒸气换热，将制冷剂蒸气冷凝成制冷剂液滴，制冷剂液滴因重力作用滴落回制冷剂槽中；风扇或风机所吹出的平行于制冷剂的液面的气流，构造位于冷却元件上方的风幕。

Description

浸没式液冷服务器、用于服务器的浸没式液冷方法

技术领域

本发明涉及一种浸没式液冷服务器、用于服务器的浸没式液冷方法。

背景技术

目前所使用的计算机大都依靠冷空气给机器降温，但在数据中心里，仅仅依靠风冷已经不足以满足高热流密度服务器的散热要求。水冷或液冷有两大好处：它能把冷却剂直接导向热源，而不是像风冷那样间接制冷；和风冷相比，每单位体积所传输的热量即散热效率高达3500倍。水冷散热器在08年左右就出现在市场，惠普、IBM等服务器和其他一些专注于数据中心技术的公司都先后推出过水冷散热产品。

蒸发冷却从热学原理上，是利用制冷剂沸腾时的汽化潜热带走热量。由于液体的汽化潜热比比热要大很多，因此蒸发冷却的冷却效果更为显著。而在制冷剂蒸发成制冷剂蒸气后，需要不断地将制冷剂蒸汽冷却为液态，并将冷却后的液态制冷剂送回蒸发腔中。由此造成了结构复杂，并且容易造成能量在服务器中散失，降低了散热效果。

现有技术中，在制冷剂上方加装冷却元件来使上升的制冷剂蒸气冷凝为制冷剂液滴下落至制冷剂槽中，在此情况下可以省略上述导出、冷却、送回制冷剂的装置。但是，由于冷却元件各部分的冷却能力有所不同，以及随着发热元件所发出的热量的增加而造成冷却元件的冷却能力不足以完全冷凝所有上升的制冷剂蒸气，制冷剂蒸气穿过冷却元件向上流动，进而造成能量在服务器中散失。此外，冷却元件的冷却能力不足，导致制冷剂蒸气无法及时冷却，使得制冷剂温度上升，整个制冷剂槽的压力也随之上升，无法完成制冷需要。此外，泄露的制冷剂蒸汽会增加密闭空间内的化学试剂浓度，即使制冷剂对于环境和人体无害，也会令用户产生担忧。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种可避免制冷剂蒸气泄漏的浸没式液冷服务器和用于服务器的浸没式液冷方法。

为实现上述目的，本发明一方面提供了一种浸没式液冷服务器，包括：用于容纳制冷剂的制冷剂槽；设置在制冷剂槽中的被制冷剂浸没的发热元件以及位于制冷剂的液面上方的冷却元件；还包括：在冷却元件的上方设置风扇或风机，风扇或风机吹出的气流的方向平行于制冷剂的液面以构成位于冷却元件上方的风幕。

根据本发明，冷却元件为冷凝盘管。

根据本发明，设置相对的两个风扇或风机，相对的两个风扇或风机吹出的相反方向的气流构成风幕。

根据本发明，两个风扇或风机分别设置在冷却元件的两端。

根据本发明，发热元件为服务器主板。

根据本发明，制冷剂为电绝缘制冷剂。

根据本发明，制冷剂的沸点在30℃—60℃之间。

本发明另一方面提供了一种用于服务器的浸没式液冷方法，包括如下步骤：容纳于制冷剂槽中的制冷剂吸收浸没在其中的发热元件的热量而蒸发沸腾成制冷剂蒸气，制冷剂蒸气向上流动；冷却元件与向上流动的制冷剂蒸气换热，将制冷剂蒸气冷凝成制冷剂液滴，制冷剂液滴因重力作用滴落回到制冷剂槽中；通过设置在冷却元件上方的风扇或风机所吹出的平行于制冷剂的液面的气流，构造位于冷却元件上方的风幕。

根据本发明，冷却元件为冷凝盘管。

根据本发明，设置相对的两个风扇或风机，相对的两个风扇或风机吹出的相反方向的气流构成风幕。

相比于现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明的浸没式液冷服务器，通过冷却元件与蒸发出的制冷剂蒸气换热，制冷剂蒸气冷凝成制冷剂液滴，制冷剂液滴由于其自身的重力而滴落回到制冷剂槽中，由此实现了制冷剂在制冷剂槽中的循环。进一步，通过在冷却元件上方设置风扇或风机来形成风幕密封，防止无法充分被冷却元件冷却而穿过冷却元件向上运动的制冷剂蒸气逃逸散失，使得更多的制冷剂蒸气通过冷却元件来冷却，强化冷凝换热。

本发明的用于服务器的浸没式液冷方法，制冷剂吸收浸没在其中的发热元件的热量而蒸发成制冷剂蒸气，制冷剂蒸气向上运动，冷却元件与向上运动的制冷剂蒸气换热，将制冷剂蒸气冷凝成制冷剂液滴，制冷剂液滴下落直至与浸没发热元件的制冷剂混合。由此形成了循环。进一步，通过在冷却元件上方设置风扇或风机来形成风幕密封，防止无法充分被冷却元件冷却而穿过冷却元件向上运动的制冷剂蒸气逃逸散失，使得更多的制冷剂蒸气通过冷却元件来冷却，强化冷凝换热。

附图说明

图1是本发明的浸没式液冷服务器的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下参见附图描述本发明的具体实施方式。

参见图1，本发明的浸没式液冷服务器的一个实施例，包括制冷剂槽2、设置在制冷剂槽2中的发热元件3以及设置在制冷剂槽2中的冷却元件4。其中，制冷剂槽2用于容纳制冷剂1，发热元件3被制冷剂1浸没，冷却元件4位于制冷剂1的液面上方。

本实施例的浸没式液冷服务器，制冷剂1吸收发热元件3的热量而被蒸发沸腾成制冷剂蒸气，制冷剂蒸气向上运动，在其碰到冷却元件4的时候与冷却元件4换热，制冷剂蒸气冷凝成制冷剂液滴，制冷剂液滴由于其自身的重力而下落至制冷剂槽2中，由此实现了制冷剂1在制冷剂槽2中的循环。由于，本发明的浸没式液冷服务器的制冷剂1循环是在制冷剂槽2中实现的，使得该结构简单且避免了热量散失到服务器中，进而提高了散热效果。

具体地，在本实施例中，发热元件3完全浸没于制冷剂1中，即制冷剂槽2中容纳的制冷剂1的量，允许在整个制冷剂循环过程中发热元件3始终全部浸没于制冷剂1中，进而提高散热效果。

进一步参照图1，在冷却元件4的上方设置有风扇或风机5(即，可选择使用风扇或选择使用风机)，风扇或风机5吹出的气流的方向平行于制冷剂1的液面以构成位于冷却元件4上方的风幕。即，在冷却元件4的上方与制冷剂1液面垂直地安装风扇或风机5，由此，风扇或风机5所吹出的气流是平行于制冷剂1的液面的，并且形成了位于冷却元件4上方的平行于制冷剂1的液面的风幕。具体到本实施例，设置相对的两个风扇或风机5，相对的两个风扇或风机5吹出的相反方向的气流构成风幕。即，相对的两个风扇或风机5朝向对方吹风，相反方向的气流构成了风幕。优选地，如图1示出，在冷却元件4的相对两端分别设置一个风扇或风机5。

由此，在两个风扇或风机5开始转动后，两个风扇或风机5相向而吹，形成风幕密封，防止无法充分被冷却元件4冷却而穿过冷却元件4向上运动的制冷剂蒸气逃逸散失，使得更多的制冷剂蒸气通过冷却元件来冷却，强化冷凝换热。此效果，尤其是在冷却元件4的冷却能力不足时更为有益。

此外，本实施例中的发热元件3为服务器主板。服务器主板安装在机箱内，一般为矩形电路板，上面安装了组成计算机的主要电路系统，一般有BIOS芯片、I/O控制芯片、键盘和面板控制开关接口、指示灯插接件、扩充插槽、主板及插卡的直流电源供电接插件等元件。

另外，制冷剂1为本领域技术人员公知的电绝缘制冷剂，由此，在目前市面上的液冷服务器采用的制冷剂1大多为水(有杂质的水为良导体)的情况下，采用电绝缘制冷剂可省略或简化现有技术中的密封结构，进而在避免造成电路板短路的同时，简化了服务器的结构。优选地，上述电绝缘制冷剂为氟化物，因氟化物的沸点在30℃—60℃之间，能够将从发热元件吸收的热量及时地通过制冷剂蒸气带出液相的制冷剂。当然，本发明不局限于此，所有沸点在30℃—60℃之间的制冷剂均可作为本发明中的制冷剂的实施例。

可选地，冷却元件4为冷凝盘管。当然，也可理解，风扇或风机5的数量不局限于两个，根据制冷剂槽的尺寸以及风扇或风机的风量等因素，只要满足风扇或风机5能在冷却元件上方形成风幕以防止制冷剂蒸气溢出即可。

在使用上述装置时，在发热元件3开始发热(例如，服务器主板上的CPU启动)的同时，风扇或风机5通电开始转动，并向冷凝盘管(即冷却元件4)中注入冷却剂(优选地为水)。此时，制冷剂1吸收服务器主板的热量，部分制冷剂蒸发沸腾成制冷剂蒸气向上运动，在遇到冷却元件4时与冷却元件4换热，部分制冷剂蒸气冷凝成制冷剂液滴落回制冷剂槽中，而未被冷凝的制冷剂蒸气越过冷却元件4上升，并且之后被风幕挡住而向下运动，进而再次与冷却元件4接触而冷凝成制冷剂液滴。

本发明的用于服务器的浸没式液冷方法，在本实施例中在上述浸没式液冷服务器中实施。该浸没式液冷方法包括如下步骤：容纳于制冷剂槽中的制冷剂1吸收浸没在其中的发热元件3的热量而蒸发成制冷剂蒸气，制冷剂蒸气向上运动；冷却元件4与向上运动的制冷剂蒸气换热，将制冷剂蒸气冷凝成制冷剂液滴，制冷剂液滴因重力作用滴落回所述制冷剂槽中；通过设置在冷却元件4上方的风扇或风机5所吹出的平行于制冷剂1的液面的气流，构造位于冷却元件4上方的风幕。

可理解，在服务器运行的过程中，即发热元件3有热量产生的过程中，风扇或风机5吹风形成风幕、制冷剂1蒸发、以及冷却元件4冷凝制冷剂蒸气这三个步骤均为同时进行的。并且，冷却元件4冷凝制冷剂蒸气的步骤中，冷却元件4中注入冷却剂(优选地为冷却水)。此时，制冷剂1吸收服务器主板的热量，部分制冷剂蒸发(蒸发沸腾)成制冷剂蒸气向上运动，在遇到冷却元件4时与冷却元件4换热，部分制冷剂蒸气冷凝成制冷剂液滴落回制冷剂槽中，而未被冷凝的制冷剂蒸气越过冷却元件4上升，并且之后被风幕挡住而向下运动，进而再次与冷却元件4接触而冷凝成制冷剂液滴。

由此结构，构成了制冷剂1在同一空间(例如上述制冷剂槽2)中的循环，使得服务器结构简单且避免了热量散失到服务器中，进而散热效果好。其中，风幕防止无法充分被冷却元件4冷却而穿过冷却元件4向上运动的制冷剂蒸气逃逸散失，使得更多的制冷剂蒸气通过冷却元件来冷却，强化冷凝换热效果。此效果，尤其是在冷却元件4的冷却能力不足时更为有益。

此外，在本实施例中，设置相对的两个风扇或风机5，相对的两个风扇或风机5吹出的相反方向的气流构成风幕。即，相对的两个风扇或风机5朝向对方吹风，相反方向的气流构成了风幕。

当然，也可理解，风扇或风机5的数量不局限于两个，根据制冷剂槽的尺寸以及风扇或风机的风量等因素，只要满足风扇或风机5能在冷却元件上方形成风幕以防止制冷剂蒸气溢出即可。

进一步，在本实施例中，冷却元件4为冷凝盘管，制冷剂1为本领域技术人员公知的电绝缘制冷剂1。

此外，在本文中所提及的用词“上”、“下”均以图1示出的方向定向，并且可理解，由“上”指向“下”的方向即为重力的方向。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种浸没式液冷服务器，包括：

用于容纳制冷剂(1)的制冷剂槽(2)；

设置在所述制冷剂槽(2)中的被所述制冷剂(1)浸没的发热元件(3)以及位于所述制冷剂(1)的液面上方的冷却元件(4)；

其特征在于，还包括：

在所述冷却元件(4)的上方设置风扇或风机(5)，所述风扇或风机(5)吹出的气流的方向平行于所述制冷剂(1)的液面以构成位于所述冷却元件(4)上方的风幕。

2.根据权利要求1所述的浸没式液冷服务器，其特征在于，

所述冷却元件(4)为冷凝盘管。

3.根据权利要求1所述的浸没式液冷服务器，其特征在于，

设置相对的两个所述风扇或风机(5)，所述相对的两个风扇或风机(5)吹出的相反方向的气流构成所述风幕。

4.根据权利要求3所述的浸没式液冷服务器，其特征在于，

所述两个风扇或风机(5)分别设置在所述冷却元件(4)的两端。

5.根据权利要求1所述的浸没式液冷服务器，其特征在于，

所述发热元件(3)为服务器主板。

6.根据权利要求1所述的浸没式液冷服务器，其特征在于，

所述制冷剂为电绝缘制冷剂。

7.根据权利要求6所述的浸没式液冷服务器，其特征在于，

所述制冷剂的沸点在30℃—60℃之间。

8.一种用于服务器的浸没式液冷方法，其特征在于，包括如下步骤：

容纳于制冷剂槽中的制冷剂吸收浸没在其中的发热元件的热量而蒸发成制冷剂蒸气，所述制冷剂蒸气向上流动；

冷却元件与向上流动的所述制冷剂蒸气换热，将所述制冷剂蒸气冷凝成制冷剂液滴，所述制冷剂液滴因重力作用滴落回所述制冷剂槽中；

通过设置在所述冷却元件上方的风扇或风机所吹出的平行于所述制冷剂的液面的气流，构造位于所述冷却元件上方的风幕。

9.根据权利要求8所述的用于服务器的浸没式液冷方法，其特征在于，

所述冷却元件为冷凝盘管。

10.根据权利要求8或9所述的用于服务器的浸没式液冷方法，其特征在于，

设置相对的两个所述风扇或风机，所述相对的两个风扇或风机吹出的相反方向的气流构成所述风幕。