CN104597994B - 浸没式液冷服务器、用于服务器的浸没式液冷方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种浸没式液冷服务器以及一种用于服务器的浸没式液冷方法。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、位于制冷剂的液面上方的冷却元件、以及在冷却元件的上方设置的风机或风扇，风机或风扇吹出的气流的方向朝向冷却元件。该浸没式液冷服务器具有强化的冷凝换热。用于服务器的浸没式液冷方法包括如下步骤：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；通过风机或风扇朝向冷却元件向下吹风。该方法强化了浸没式液冷系统的冷凝换热。

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，需要将其不断地导出后冷却为液态，并将冷却后的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。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明的目的在于提供增强散热效果的浸没式液冷服务器以及一种增强服务器散热效果的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的风机或风扇，风机或风扇吹出的气流的方向朝向冷却元件。
根据本发明，冷却元件为冷凝盘管。
根据本发明，风机或风扇设置在冷却元件的一端上方。
根据本发明，在冷却元件的相对两端的上方分别设置有风机或风扇。
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。
本发明的另一方面提供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；通过风机或风扇朝向冷却元件向下吹风。
根据本发明，冷却元件为冷凝盘管。
根据本发明，通过两个风机或风扇分别朝向冷却元件的两端向下吹风。
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下落至制冷剂槽中，由此实现了制冷剂在制冷剂槽中的循环。进一步，在冷却元件上方设置风机或风扇，风机或风扇开始转动后，在风机或风扇的背面形成了负压区，从而迫使因为无法充分被冷却元件冷却而穿过冷却元件向上流动的制冷剂蒸气再次向冷却元件汇聚，促进了冷却元件外表面上的制冷剂液滴的形成，强化冷凝换热，进而也增强了散热效果。此外，通过将风机或风扇设置在冷却元件中冷却效果不佳的部分的上方，可利用风机或风扇吹出的气流将制冷剂蒸气驱赶到冷却元件的冷凝效果最佳的位置。由此，进一步增强了冷凝换热效果。
本发明的用于服务器的浸没式液冷方法，制冷剂吸收至少部分地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，制冷剂液滴下落直至与浸没发热元件的制冷剂汇合。由此形成了循环。进一步，通过风机或风扇朝向冷却元件向下吹风，风机或风扇开始转动后，在风机或风扇的背面形成了负压区，从而迫使因为无法充分被冷却元件冷却而穿过冷却元件向上流动的制冷剂蒸气再次向冷却元件汇聚，促进了冷却元件外表面上的制冷剂液滴的形成，强化冷凝换热，进而也增强了散热效果。此外，通过风机或风扇向冷却元件向下吹风，可利用风机或风扇吹出的气流将制冷剂蒸气驱赶到冷却元件的冷凝效果最佳的位置。由此，进一步增强了冷凝换热效果。
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。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。
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，制冷剂蒸气向上流动，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，由此完成制冷循环。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。
进一步参照图1，在冷却元件4的上方设置有风机或风扇5(即，可选择使用风扇或选择使用风机)，风机或风扇5吹出的气流的方向朝向冷却元件4。即，在靠近制冷剂槽2的壁面并与制冷剂1液面平行的位置安装风机或风扇5。具体到本实施例，在冷却元件4的相对两端的上方分别设置一个风机或风扇5，风机或风扇5吹出的气流的方向垂直地朝向冷却元件4。由此，在两个风机或风扇5开始转动后，在风机或风扇5的背面形成了负压区，从而迫使穿过冷却元件4向上流动的制冷剂蒸气(因无法充分被冷却元件4冷却而穿过冷却元件4向上流动)再次向冷却元件4汇聚，促进了冷却元件4外表面上的制冷剂液滴的形成，强化冷凝换热，进而也增强了散热效果。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，本实施例中，冷却元件4为冷凝盘管。由于冷凝盘管的中部的换热效果最佳，因此风机或风扇5运转后，风向为吹向冷凝盘管与制冷剂1液面，从而迫使沿冷凝盘管两侧上升的制冷剂蒸气向制冷效果最优的冷凝盘管中央汇集，强化了冷凝换热，进而也增强了散热效果。可理解，在冷却元件4为其他装置时，可根据其自身不同位置的冷凝效果的差异来设置风机或风扇5，以利用风机或风扇5吹出的气流将制冷剂蒸气驱赶到冷却元件4的冷凝效果最佳的位置。
当然，也可理解，风机或风扇5的数量不局限于两个，根据所选择的冷却元件4的形状以及散热的需要，并基于风机或风扇5能够产生的负压效果以及促使制冷剂蒸气汇集的效果来选择一个或多个风机或风扇5。
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，风机或风扇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。
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吸收在其中的发热元件3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4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；通过风机或风扇朝向冷却元件向下吹风。其中，优选地，制冷剂1为本领域技术人员公知的电绝缘制冷剂1。
可理解，上述三个步骤在服务器运行的过程中是同时进行的，由此构成了制冷剂1在同一空间(例如上述制冷剂槽2)中的循环。通过风机或风扇5朝向冷却元件4向下吹风，风机或风扇5开始转动后，在风机或风扇5的背面形成了负压区，从而迫使因为无法充分被冷却元件冷却而穿过冷却元件向上流动的制冷剂蒸气再次向冷却元件汇聚，促进了冷却元件外表面上的制冷剂液滴的形成，强化冷凝换热，进而也增强了散热效果。此外，通过风机或风扇5向冷却元件4向下吹风，可利用风机或风扇5吹出的气流将制冷剂蒸气驱赶到冷却元件4的冷凝效果最佳的位置。由此，进一步增强了冷凝换热效果。
进一步，在本实施例中，冷却元件4为冷凝盘管。由于冷凝盘管的中部的换热效果最佳，因此在本实施例中，通过两个风机或风扇分别朝向冷凝盘管的两端向下吹风。风机或风扇5运转后，风向为吹向冷凝盘管与制冷剂1液面，从而迫使沿冷凝盘管两侧上升的制冷剂蒸气向制冷效果最优的冷凝盘管中央汇集，强化了冷凝换热，进而也增强了散热效果。可理解，在冷却元件4为其他装置时，可根据其自身不同位置的冷凝效果的差异来设置风机或风扇5，以利用风机或风扇5吹出的气流将制冷剂蒸气驱赶到冷却元件4的冷凝效果最佳的位置。
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，风机或风扇5吹风、制冷剂1蒸发沸腾、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)的上方设置的风机或风扇(5)，所述风机或风扇(5)吹出的气流的方向朝向所述冷却元件(4)，以使穿过所述冷却元件(4)向上流动的制冷剂蒸气向所述冷却元件(4)汇聚。
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或2所述的浸没式液冷服务器，其特征在于，
所述风机或风扇设置在所述冷却元件(4)的一端上方。
4.根据权利要求3所述的浸没式液冷服务器，其特征在于，
在所述冷却元件(4)的相对两端的上方分别设置有所述风机或风扇(5)。
5.根据权利要求1或2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；
通过风机或风扇朝向所述冷却元件向下吹风，以使穿过所述冷却元件向上流动的制冷剂蒸气向所述冷却元件汇聚。
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，
通过两个所述风机或风扇分别朝向所述冷却元件的两端向下吹风。
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Applicant before: Sugon Information Industry Co., Ltd.

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Address after: 100193 building 36, Zhongguancun Software Park, 8 North East West Road, Haidian District, Beijing.

Patentee after: Dawning data infrastructure innovation technology (Beijing) Co.,Ltd.

Address before: 100193 room 528, 5th floor, building 36, courtyard 8, Dongbeiwang Road, Haidian District, Beijing

Patentee before: SUGON ENERGY-SAVING TECHNOLOGY (BEIJING) Co.,Ltd.

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