CN107124853A - 液冷装置及其应用的电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种液冷装置及其应用的电子设备，用于对电子设备中的至少一个交换芯片和至少一个光模块进行散热，所述液冷装置包括：第一冷板，贴设于所述交换芯片，用于对所述交换芯片进行散热；第二冷板，贴设于所述光模块，用于对所述光模块进行散热；气液热交换器，用于装设有冷却液并通过冷气对回流的冷却液进行冷却；传输管道，用于将从所述气液热交换器流出的冷却液依次传输到所述第一冷板，所述第二冷板后回流到所述气液热交换器；动力装置，用于控制所述传输管道内冷却液依次传输到所述第一冷板，所述第二冷板以及所述冷却液的回流。本发明使得交换芯片和光模块的温度被有效大幅度降低。

Description

液冷装置及其应用的电子设备

技术领域

本发明涉及电子设备，特别是涉及一种液冷装置及其应用的电子设备。

背景技术

通常大功率交换机由光模块、交换芯片、中央处理器、电源、风扇及控制板等器件组成。随着数据机房的扩容导致交换机的功率密度不断提高，在交换机热设计中以光模块及交换芯片的散热形势最为严峻。

保证光模块长期可靠的工作，其最高运行温度需控制在70度以内。当前使用的光模块100G QSFP28，最大发热量为5W,而下一代将投入使用的400G QSFP-DD最大发热量将直接提升60％达到8W，不仅发热量越来越高，在实际应用中，光模块需要插入壳体中使用，导致光模块无法直接被冷却，而堆叠型光模块则加剧了热设计的难度。除光模块外，交换芯片的功耗也随着对交换容量要求的提高而提高，当前使用的Tomahawk1.0交换芯片最大发热量为175W,而下一代Tomahawk2.0交换芯片最大发热量将提升74％高达305W，除了要保证其在高功耗情况下正常运行外，还需要专门针对交换芯片在FSC上做特殊的保护措施防止过热，常见的过热保护温度设定上限为105度。综合上述因素，传统的风冷已经不足以解决下一代高功率的光模块和交换芯片的散热问题，需要寻找新的冷却方式。

此外，交换机热设计的特殊性还包括噪音要求，短期支持高环境温度，同时支持前进后出以及后进前出的双风向要求，以及风扇和电源的冗余设计。对于高环境温度下后进前出的送风方式，上游空气经过中央处理器等器件的预热后再来冷却交换芯片和光模块，风冷散热能力减弱，更容易导致交换芯片和光模块的过热问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种液冷装置及其应用的电子设备，用于解决现有技术中电子设备的液冷装置无法有效解决交换芯片和光模块的过热问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电子设备的液冷装置，用于对电子设备中的至少一个交换芯片和至少一个光模块进行散热，所述液冷装置包括：第一冷板，贴设于所述交换芯片，用于对所述交换芯片进行散热；第二冷板，贴设于所述光模块，用于对所述光模块进行散热；气液热交换器，用于装设有冷却液并通过冷气对回流的冷却液进行冷却；传输管道，分别与所述第一冷板、所述第二冷板以及所述气液热交换器相连，用于将从所述气液热交换器流出的冷却液依次传输到所述第一冷板，所述第二冷板后回流到所述气液热交换器；动力装置，用于控制所述传输管道内冷却液依次传输到所述第一冷板，所述第二冷板以及所述冷却液的回流。

于本发明一具体实施例中，所述第二冷板包括贴设于所述光模块上表面的第二上冷板；所述传输管道包括：第一出液管道，连接于所述气液热交换器的出液口和所述第一冷板之间，用于将从所述气液热交换器流出的冷却液传输到所述第一冷板；冷却液连接管道，连接于所述第一冷板和所述第二上冷板之间，用于将从所述第一冷板流出的冷却液传输到所述第二上冷板；第一回流管道，连接于所述第二上冷板与所述气液热交换器的回液口之间，用于将从所述第二上冷板流出的冷却液回流到所述气液热交换器；所述动力装置包括：第一动力泵，装设于所述第一出液管道上，用于控制从所述气液热交换器流出的冷却液依次传输到所述第一冷板和所述第二上冷板；第二动力泵，装设于所述第一回流管道上，用于控制从所述第二上冷板流出的冷却液回流到所述气液热交换器。

于本发明一具体实施例中，所述第二冷板还包括贴设于所述光模块下表面的第二下冷板；所述传输管道还包括：第二出液管道，连接于所述气液热交换器的出液口和所述第二下冷板之间，用于将从所述气液热交换器流出的冷却液传输到所述第二下冷板；第二回流管道，连接于所述第二下冷板与所述气液热交换器的回液口之间，用于将从所述第二下冷板流出的冷却液回流到所述气液热交换器。

于本发明一具体实施例中，所述第一出液管道和所述第二出液管道通过第一连接管道连接于所述气液热交换器的出液口；所述第一回流管道和所述第二回流管道通过第二连接管道连接于所述气液热交换器的回液口；所述第一动力泵装设于所述第一连接管道上；所述第二动力泵装设于所述第一回流管道第二连接管道上。

于本发明一具体实施例中，所述液冷装置还包括：散热风扇，设置于所述电子设备一端并使得吹出的气流依次经过电子设备中的中央处理器、所述交换芯片和所述光模块。

于本发明一具体实施例中，所述气液热交换器装设于所述散热风扇的出风侧相对的背面，使得冷气依次经过所述气液热交换器和所述散热风扇并经所述散热风扇依次经过电子设备中的中央处理器、所述交换芯片和所述光模块。

于本发明一具体实施例中，所述气液热交换器装设于所述散热风扇的出风侧，使得所述散热风扇吹出的气流经过所述气液热交换器并和所述气液热交换器的冷气混合后一起依次经过电子设备中的中央处理器、所述交换芯片和所述光模块。

于本发明一具体实施例中，所述第一冷板的表面大小不小于所述交换芯片的表面大小的一半。

于本发明一具体实施例中，所述第二冷板贴设于所述光模块的表面，所述第二冷板的长度与各所述光模块排列的长度相匹配，所述第二冷板的宽度小于单个所述光模块的长度。

于本发明一具体实施例中，所述第一冷板和所述第二冷板为铜管嵌入式冷板、桥接式冷板或真空硬焊式冷板。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种电子设备，包括：电子设备壳体，装设于所述电子设备壳体内的至少一个交换芯片、若干光模块、中央处理器、电源模块、控制主板以及如上所述的液冷装置，其中：若干所述光模块设置于所述电子设备壳体内的一端并沿该端排列成一行；所述液冷装置的气液热交换器和散热风扇依次设置于与所述光模块相对的所述电子设备壳体内的另一端；所述控制主板紧邻所述光模块设置且所述交换芯片设置于所述控制主板上；所述中央处理器与所述控制主板相连且设置于所述控制主板和所述散热风扇之间。

如上所述，本发明的电子设备的液冷装置，通过第一冷板，第二冷板，气液热交换器以及传输管道形成一个密闭的冷却液循环系统，冷却液经过冷板吸收光模块和交换芯片上的热量，通过循环将热量带到面积更大的气液热交换器进行散热，冷却后的液体再次回流到冷板吸收光模块和交换芯片上的热量，如此循环往复，降低交换芯片和光模块的温度；同时冷空气通过气液热交换器被预热，经由散热风扇依次经过中央处理器等器件，最后对交换芯片和光模块进行冷却后排出，使得交换芯片和光模块经过液冷和风冷的双重冷却之后，温度被有效大幅度降低。

附图说明

图1显示为本发明的液冷装置在一具体实施例中的结构示意图。

图2显示为本发明的液冷装置在另一具体实施例中的结构示意图。

图3显示为图1中A-A截面的示意图。

图4显示为图1中B-B截面的示意图。

图5显示为本发明的电子设备的结构示意图。

元件标号说明

100 液冷装置

110 第一冷板

120 第二冷板

121 第二上冷板

122 第二下冷板

130 气液热交换器

140 传输管道

141 第一出液管道

142 冷却液连接管道

143 第二出液管道

144 第一回流管道

145 第二回流管道

146 第一连接管道

147 第二连接管道

150 动力装置

151 第一动力泵

152 第二动力泵

160 散热风扇

200 电子设备

210 电子设备壳体底座

220 交换芯片

230 光模块

240 中央处理器

250 控制主板

260 第一电源模块

270 第二电源模块

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本实施例的目的在于提供一种液冷装置及其应用的电子设备，用于解决现有技术中电子设备的液冷装置无法有效解决交换芯片和光模块的过热问题。以下将详细阐述本实施例的一种液冷装置及其应用的电子设备的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本实施例的一种液冷装置及其应用的电子设备。

请参阅图1，显示为本发明的电子设备的液冷装置100在一具体实施例中的结构示意图。

所述液冷装置100用于对电子设备中的至少一个交换芯片和至少一个光模块进行散热，所述液冷装置100包括：第一冷板110，第二冷板120，气液热交换器130，传输管道140以及动力装置150。

其中，所述电子设备优选为交换机，也可以为服务器等电子设备。

所述第一冷板110，所述第二冷板120，所述气液热交换器130，所述传输管道140以及所述动力装置150构成一个密闭的冷却液循环系统。以下对本实施例中的冷却液循环系统进行详细说明。

于本实施例中，所述气液热交换器130用于装设有冷却液并通过冷气对回流的冷却液进行冷却。在空间有限，功率密度高，散热要求苛刻的交换机中，液冷机构的优势明显。

所述气液热交换器130盛装有冷却液，冷却液经传输管道140流向所述第一冷板110和所述第二冷板120，最后回流到所述气液热交换器130，所述气液热交换器130通过外部输入的冷空气对回流的冷却液进行降温散热，散热后的冷却液再次流向所述第一冷板110和所述第二冷板120，如此循环往复，不断对所述交换芯片和所述光模块进行液冷散热。

于本实施例中，所述传输管道140分别与所述第一冷板110、所述第二冷板120以及所述气液热交换器130相连，用于将从所述气液热交换器130流出的冷却液依次传输到所述第一冷板110，所述第二冷板120后回流到所述气液热交换器130。

于本实施例中，所述第一冷板110贴设于所述交换芯片，用于对所述交换芯片进行散热。

具体地，所述第一冷板110的表面大小不小于所述交换芯片的表面大小的一半，例如，所述第一冷板110的表面大小与所述交换芯片的表面大小相同，或略小于所述交换芯片的表面大小。

所述第一冷板110的形状优选为与所述交换芯片的形状相同。

其中，所述第一冷板110为但不限于铜管嵌入式冷板、桥接式冷板或真空硬焊式冷板。铜管嵌入式冷板、桥接式冷板或真空硬焊式冷板都是用于冷液冷却时常用的几种冷板，在此不再详述。

于本实施例中，所述第二冷板120贴设于所述光模块，用于对所述光模块进行散热。

具体地，所述第二冷板120贴设于所述光模块的表面，由于所述光模块有多个，排成一排，所述第二冷板120优选为长方形，所述第二冷板120的长度与各所述光模块排列的长度相匹配，所述第二冷板120的宽度小于单个所述光模块的长度，即没有完全覆盖所述光模块的表面。

其中，所述第二冷板120为但不限于铜管嵌入式冷板、桥接式冷板或真空硬焊式冷板。铜管嵌入式冷板、桥接式冷板或真空硬焊式冷板都是用于冷液冷却时常用的几种冷板，在此不再详述。

于一具体实施例中，所述光模块通过一个冷板进行冷却散热，如图2所示，所述第二冷板120包括贴设于所述光模块上表面的第二上冷板121。

此时，所述传输管道140包括：第一出液管道141，冷却液连接管道142以及第一回流管道144。

于本实施例中，如图1和图2所示，所述第一出液管道141连接于所述气液热交换器130的出液口和所述第一冷板110之间，用于将从所述气液热交换器130流出的冷却液传输到所述第一冷板110。

所述冷却液连接管道142连接于所述第一冷板110和所述第二上冷板121之间，用于将从所述第一冷板110流出的冷却液传输到所述第二上冷板121。

如图4所示，所述第一回流管道144连接于所述第二上冷板121与所述气液热交换器130的回液口之间，用于将从所述第二上冷板121流出的冷却液回流到所述气液热交换器130。

于本实施例中，所述动力装置150用于控制所述传输管道140内冷却液依次传输到所述第一冷板110，所述第二冷板120以及所述冷却液的回流。

具体地，如图2所示，于本实施例中，所述动力装置150包括：第一动力泵151和第二动力泵152。

此时，于本实施例中，所述第一动力泵151装设于所述第一出液管道141上，用于控制从所述气液热交换器130流出的冷却液依次传输到所述第一冷板110和所述第二冷板120。

于本实施例中，所述第二动力泵152装设于所述第一回流管道144上，用于控制从所述第二上冷板121流出的冷却液回流到所述气液热交换器130。

此外，于另一本实施例中，如图3和图4所示，所述第二冷板120还包括贴设于所述光模块下表面的第二下冷板122，即所述第二冷板120包括分别贴设于所述光模块上下表面的第二上冷板121和第二下冷板122。此时所述光模块通过两个冷板：第二上冷板121和第二下冷板122进行冷却散热。

此时，如图3和图4所示，所述传输管道140除了包括：第一出液管道141，冷却液连接管道142，第一回流管道144之外，还包括第二出液管道143和第二回流管道145。

所述第二出液管道143连接于所述气液热交换器130的出液口和所述第二下冷板122之间，用于将从所述气液热交换器130流出的冷却液传输到所述第二下冷板122。

所述第二回流管道145连接于所述第二下冷板122与所述气液热交换器130的回液口之间，用于将从所述第二下冷板122流出的冷却液回流到所述气液热交换器130。

其中，所述第一出液管道141和所述第二出液管道143通过第一连接管道146连接于所述气液热交换器130的出液口；所述第一回流管道144和所述第二回流管道145通过第二连接管道147连接于所述气液热交换器130的回液口。

此时，所述第一动力泵151装设于所述第一连接管道146上；所述第二动力泵152装设于所述第一回流管道第二连接管道147上。

于本实施例中，所述第一动力泵151装设于所述第一连接管道146上，用于控制从所述气液热交换器130流出的冷却液依次传输到所述第一冷板110和所述第二冷板120。

于本实施例中，所述第二动力泵152装设于所述第二连接管道147上，用于控制从所述第二上冷板121和所述第二下冷板122流出的冷却液回流到所述气液热交换器130。

于本实施中，所述液冷装置100同时支持前进后出以及后进前出的双风向要求，适用于机支持前进后出和后进前出的双风向要求的交换机。即所述液冷装置100可以支持两种风流方向：

风流方向1：前到后，此时冷风先经过所述光模块，所述交换芯片和所述中央处理器之后，送入气液热交换器130，冷却效果较好。

风流方向2：后到前，此时送入气液热交换器130的冷风先经过所述中央处理器的部件预热之后，经过所述光模块，所述交换芯片和，冷却效果相对较差。

于一具体实施例中，所述液冷装置100还包括散热风扇160，设置于所述电子设备一端并使得吹出的气流依次经过电子设备中的中央处理器、所述交换芯片和所述光模块。

散热风扇160与所述气液热交换器130的位置关系有以下两种：

1)于本实施例中，具体地，所述气液热交换器130装设于所述散热风扇160的出风侧相对的背面，使得冷气依次经过所述气液热交换器130和所述散热风扇160并经所述散热风扇160依次经过电子设备中的中央处理器、所述交换芯片和所述光模块。

冷空气通过气液热交换器130被预热，经由散热风扇160进入电子设备，冷空气经由散热风扇160依次经过中央处理器等器件，最后对交换芯片和光模块进行冷却后排出，使得交换芯片和光模块经过液冷和风冷的双重冷却之后，温度被有效大幅度降低。

2)所述气液热交换器130装设于所述散热风扇160的出风侧，使得所述散热风扇160吹出的气流经过所述气液热交换器130并和所述气液热交换器130的冷气混合后一起依次经过电子设备中的中央处理器、所述交换芯片和所述光模块。

此外，如图5所示，本实施例还提供一种电子设备200，电子设备200包括：电子设备壳体，装设于所述电子设备壳体内(具体为电子设备壳体底座210)的至少一个交换芯片220、若干光模块230、中央处理器240、电源模块、控制主板250以及如上所述的液冷装置100。

其中：若干所述光模块230设置于所述电子设备壳体内的一端并沿该端排列成一行。

所述液冷装置100的气液热交换器130和散热风扇160依次设置于与所述光模块230相对的所述电子设备壳体内的另一端；所述控制主板250紧邻所述光模块230设置且所述交换芯片220设置于所述控制主板250上；所述中央处理器240与所述控制主板250相连且设置于所述控制主板250和所述散热风扇160之间。

所述电源模块包括分别位于所述散热风扇160两侧的第一电源模块260和第二电源模块270。

其中，所述散热风扇160的数量优选为1～5个。上述已经对液冷装置100进行了详细说明，在此不再赘述。

综上所述，如上所述，本发明的液冷装置，通过第一冷板，第二冷板，气液热交换器以及传输管道形成一个密闭的冷却液循环系统，冷却液经过冷板吸收光模块和交换芯片上的热量，通过循环将热量带到面积更大的气液热交换器进行散热，冷却后的液体再次回流到冷板吸收光模块和交换芯片上的热量，如此循环往复，降低交换芯片和光模块的温度；同时冷空气通过气液热交换器被预热，经由散热风扇依次经过中央处理器等器件，最后对交换芯片和光模块进行冷却后排出，使得交换芯片和光模块经过液冷和风冷的双重冷却之后，温度被有效大幅度降低。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中包括通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种液冷装置，其特征在于：用于对电子设备中的至少一交换芯片和至少一个光模块进行散热，所述液冷装置包括：

第一冷板，贴设于所述交换芯片，用于对所述交换芯片进行散热；

第二冷板，贴设于所述光模块，用于对所述光模块进行散热；

气液热交换器，用于装设有冷却液并通过冷气对回流的冷却液进行冷却；

传输管道，分别与所述第一冷板、所述第二冷板以及所述气液热交换器相连，用于将从所述气液热交换器流出的冷却液依次传输到所述第一冷板，所述第二冷板后回流到所述气液热交换器；

动力装置，用于控制所述传输管道内冷却液依次传输到所述第一冷板，所述第二冷板以及所述冷却液的回流。

2.根据权利要求1所述的液冷装置，其特征在于，所述第二冷板包括贴设于所述光模块上表面的第二上冷板；

所述传输管道包括：

第一出液管道，连接于所述气液热交换器的出液口和所述第一冷板之间，用于将从所述气液热交换器流出的冷却液传输到所述第一冷板；

冷却液连接管道，连接于所述第一冷板和所述第二上冷板之间，用于将从所述第一冷板流出的冷却液传输到所述第二上冷板；

第一回流管道，连接于所述第二上冷板与所述气液热交换器的回液口之间，用于将从所述第二上冷板流出的冷却液回流到所述气液热交换器；

所述动力装置包括：

第一动力泵，装设于所述第一出液管道上，用于控制从所述气液热交换器流出的冷却液依次传输到所述第一冷板和所述第二上冷板；

第二动力泵，装设于所述第一回流管道上，用于控制从所述第二上冷板流出的冷却液回流到所述气液热交换器。

3.根据权利要求2所述的液冷装置，其特征在于，所述第二冷板还包括贴设于所述光模块下表面的第二下冷板；

所述传输管道还包括：

第二出液管道，连接于所述气液热交换器的出液口和所述第二下冷板之间，用于将从所述气液热交换器流出的冷却液传输到所述第二下冷板；

第二回流管道，连接于所述第二下冷板与所述气液热交换器的回液口之间，用于将从所述第二下冷板流出的冷却液回流到所述气液热交换器。

4.根据权利要求5所述的液冷装置，其特征在于，所述第一出液管道和所述第二出液管道通过第一连接管道连接于所述气液热交换器的出液口；所述第一回流管道和所述第二回流管道通过第二连接管道连接于所述气液热交换器的回液口；所述第一动力泵装设于所述第一连接管道上；所述第二动力泵装设于所述第一回流管道第二连接管道上。

5.根据权利要求1所述的液冷装置，其特征在于，所述液冷装置还包括：

散热风扇，设置于所述电子设备一端并使得吹出的气流依次经过电子设备中的中央处理器、所述交换芯片和所述光模块。

6.根据权利要求5所述的液冷装置，其特征在于，所述气液热交换器装设于所述散热风扇的出风侧相对的背面，使得冷气依次经过所述气液热交换器和所述散热风扇并经所述散热风扇依次经过电子设备中的中央处理器、所述交换芯片和所述光模块。

7.根据权利要求5所述的的液冷装置，其特征在于，所述气液热交换器装设于所述散热风扇的出风侧，使得所述散热风扇吹出的气流经过所述气液热交换器并和所述气液热交换器的冷气混合后一起依次经过电子设备中的中央处理器、所述交换芯片和所述光模块。

8.根据权利要求1所述的液冷装置，其特征在于，所述第一冷板的表面大小不小于所述交换芯片的表面大小的一半。

9.根据权利要求1或2所述的液冷装置，其特征在于，所述第二冷板贴设于所述光模块的表面，所述第二冷板的长度与各所述光模块排列的长度相匹配，所述第二冷板的宽度小于单个所述光模块的长度。

10.根据权利要求1所述的液冷装置，其特征在于，所述第一冷板和所述第二冷板为铜管嵌入式冷板、桥接式冷板或真空硬焊式冷板。

11.一种电子设备，其特征在于，包括：电子设备壳体，装设于所述电子设备壳体内的至少一个交换芯片、若干光模块、中央处理器、电源模块、控制主板以及如权利要求1至权利要求8任一权利要求所述的液冷装置，其中:

若干所述光模块设置于所述电子设备壳体内的一端并沿该端排列成一行；

所述液冷装置的气液热交换器和散热风扇依次设置于与所述光模块相对的所述电子设备壳体内的另一端；

所述控制主板紧邻所述光模块设置且所述交换芯片设置于所述控制主板上；

所述中央处理器与所述控制主板相连且设置于所述控制主板和所述散热风扇之间。