CN108055816A - 一种单元模块化可快速安装的水冷服务器 - Google Patents

Abstract

一种单元模块化可快速安装的水冷服务器。涉及服务器技术领域，尤其涉及对服务器散热系统的改进。提供了一种具有模块化设计、能自由增减水冷模块、冷却模块直接与服务器接触、散热效果好的单元模块化可快速安装的水冷服务器。一种单元模块化可快速安装的水冷服务器，所述服务器包括机柜，所述机柜内设置至少一台服务器模块，每台服务器模块上均设有水冷系统；所述水冷系统包括设于所述机柜上的进水口、回水口和水冷模块，所述水冷模块分别与所述进水口和所述回水口可拆卸连接。本发明制冷系统模块化设计、能自由增减水冷模块、冷却模块直接与服务器接触、散热效果好，具有能自由增减水冷模块，散热效果好的优点。

Description

一种单元模块化可快速安装的水冷服务器

技术领域

本发明涉及服务器技术领域，尤其涉及对服务器散热系统的改进。

背景技术

随着集成电路、信息工业的快速发展，对于长期高速工作的服务器来说，服务器的环境适应能力、温度适应能力、抗振动冲击能力以及快速处理能力作为军用服务器已越来越受到重视。现有技术中通常采用风冷方式解决服务器的散热需求，即在风扇的作用下对整改机柜及机柜内的发热器件进行热交换将热量带到外部环境；通过罗列增减服务器模块以提升其性能，导致较多的水管、电缆电线分布于整个服务器机柜。但上述方式在实际应用中存在一定的问题，如：风冷散热方式的散热效率低下、噪音问题、性能扩展能力受到环境和服务器自身缺陷的限制，无法在特定环境下使用；高性能的服务器处理因罗列增减服务器模块，导致水管、电缆电线数量较多，信号传输复杂，并相互间干扰，检测及维修繁琐，增大能耗及运营成本。

国家知识产权局2014-12-24公开了一项实用新型专利（CN 204044700 U，一种水冷服务器系统）涉及服务器领域，更具体地，涉及一种水冷服务器系统。包括水冷机柜和安装在水柜中的至少一台水冷服务器，还包括控制装置以及与控制装置连接的水流量计、水压力表、温度传感器、功率计和用于分配进入每台水冷服务器的水流量的冷水分配器，所述水冷机柜中设有主进水管道和主回水管道，水冷服务器上连接有与主进水管道连接的进水管道和与主回水管道连接的回水管道，进水管道和回水管道上均安装水流量计、水压力表和温度传感器；功率计安装在水冷服务器的供电电源前端，冷水分配器与主进水管道连接。其中附图部分具体公开了一种管道与服务器的连接方式，但是，其中并没有将水冷单元进行模块化配置，当服务器增加运算单元时，原有的水冷系统不能满足需求，也不能随着增加的运算单元增加水冷模块的数量，也就是说当运算单元增加时，冷却效果降低。

国家知识产权局2017-5-31公开的一项发明专利申请（CN 106774724 A，一种基于水冷散热的多处理器计算机系统）涉及一种基于水冷散热的多处理器计算机系统结构及实现方法包括：计算刀片，用于运行独立的操作系统，该计算单元由多个通用处理器构成，或加速部件构成，或通用处理器与加速部件共同构成，每个该计算刀片与一套独立的水冷散热装置相连接；互连背板，与该计算刀片相连，用于实现多处理器间互连通信、供电控制、复位控制、系统管理；供电模块，该供电模块具有冗余保护机制，且连接于该互连背板、该计算刀片，用于交流/直流转换，并作为电源输出直流电至该计算刀片与互连背板；水冷散热装置，用于给计算刀片散热。本发明通过给每个刀片配置独立的散热器，达到最佳散热效果同时节约能源还保证了各刀片和散热系统可以独立维护。运作原理是通过水冷却将散热片上吸收的热量传导到水中，冷却水不直接冷却计算刀片，冷却效果差。

发明内容

本发明针对以上问题，提供了一种具有模块化设计、能自由增减水冷模块、冷却模块直接与服务器接触、散热效果好的单元模块化可快速安装的水冷服务器。

本发明的技术方案是：一种单元模块化可快速安装的水冷服务器，所述服务器包括机柜，所述机柜内设置至少一台服务器模块，每台服务器模块上均设有水冷系统；

所述水冷系统包括设于所述机柜上的进水口、回水口和水冷模块，所述水冷模块分别与所述进水口和所述回水口可拆卸连接，所述进水口通过进水管道连通水冷散热器，所述回水口通过回水管连通水冷散热器；

所述水冷模块包括一对对称设置的框架，所述框架上均布若干孔，水冷管道穿过所述孔且呈S形排布在一对所述框架之间，所述水冷管道的进口连通进水口，所述水冷管道的出口连通回水口。

所述框架与所述机柜侧壁接触的部分设有滑块，所述框架的侧壁上对应滑块的部分设有直滑槽，所述直滑槽的末端设有定位槽，所述定位槽为斜槽，所述框架的末端设有定位块，所述定位块在所述定位槽内滑动且与所述斜槽适配。

所述机柜内通过隔板分隔为至少两个服务器仓，每个所述服务器仓内均设有滑槽。

所述水冷管道的进口插入所述进水口，所述水冷管道的出口插入所述回水口，所述进水口和所述出水口内分别设有阀门。

所述阀门包括分别铰接在所述进水口和所述回水口内的阀板一，所述阀板一的一侧设有拉簧，所述拉簧的一端固定在所述阀板上，所述拉簧的另一端固定在所述进水口的内壁上。

所述阀门包括分别设于所述进水口和所述回水口内的圆环形的阻挡台，所述阻挡台上设有阀板二，所述阀板二的外径大于所述阻挡台的内径，所述阀板二的上端面置于所述阻挡台的上端面上，所述阀板二的下端面上设有L形的限位条，所述限位条的长边的一端固定在所述阀板二的下端面上、且穿过所述阻挡台，所述限位条的短边设于所述长边的另一端，所述短边设于所述阻挡台的下端面的的下方，所述阀板的下端面与所述阻挡台之间设有弹簧。

所述阻挡台上设有容置槽，所述弹簧一端固定在所述容置槽的底部，所述弹簧的另一端固定在所述阀板的下端面上。

所述水冷散热器包括若干均布的散热片和集水箱，所述回水管道均布于相邻所述散热片之间，所述回水管道与所述进水管道分别连通所述集水箱。

本发明中当需要增加服务器的运算能力时通过增加对应的服务器模块增加服务器的运算能力和处理能力，同时为了应对新增的服务器模块的散热问题，对应的增加水冷模块，也就是增加一个服务器模块则在紧贴在服务器模块的上方或下方增加一个水冷模块，此时进水管道将冷水输送至水冷模块，回水管道将水冷管道中的回水（已经经过相应的服务器模块吸收热量的水）输送至水冷散热器进行热交换，使得回水重新冷却，便于循环利用。这样在机柜的容量范围内可以增加服务器模块，通过可拆卸的水冷系统使得对应的服务器模块均有专用的水冷系统，能够根据服务器模块的数量自由增减水冷系统的数量，有效解决因增加服务器的运算能力而产生的散热问题，且水冷系统直接与相应的服务器模块接触，减少了中间传热的环节，散热效果好。

实际使用时，呈S行的水冷管道在框架的支撑下固定在机柜内，且水冷管道直接与服务器模块接触，在水冷管道内的冷水将服务器模块上的热量传入冷水中，从而降低服务器模块的发热程度，同时经过水冷管道的出口将水冷管道中的热水输送至水冷散热器进行冷却后循环再利用，不需要采取风冷的形式，在机柜内仅存在服务器模块之间的接线，不存在其余的接线，因此信号传输时的干扰小，传输速度快，信号失真小。机柜的容量范围内可以增加服务器模块，通过可拆卸的水冷系统使得对应的服务器模块均有专用的水冷系统，能够根据服务器模块的数量自由增减水冷系统的数量，有效解决因增加服务器的运算能力而产生的散热问题，且水冷系统直接与相应的服务器模块接触，减少了中间传热的环节，散热效果好。

定位块在滑块的末端，当需要插入框架时，首先将定位块插入直滑槽内，由定位块起到导向作用，带动整个滑块在直滑槽内滑动，当定位块滑动到定位槽时定位块沿着定位槽斜向沉降，使得定位块与定位槽适配，此时滑块整体与直滑槽适配，卡合在直滑槽内，由于定位块卡合在定位槽内，使得框架不会因晃动而在直滑槽内移动，使得进口、出口和进水口、回水口之间插接紧密，不会产生漏液，需要拔出其中一个框架时则先将框架整体向上抬，使得定位块从定位槽内脱出，转而到直滑槽内，再抽出整个框架，也就是说，在整个框架滑动过程中定位块在直滑槽内滑动，滑块仅在定位块滑动到位（滑动到定位槽内）时用于卡合在直滑槽内，防止框架在整个机箱振动时出现位移。使得进口、出口和进水口、回水口之间插接紧密，不会产生漏液。确保整个水冷系统在工作时散热效果好。

在其中一个或几个水冷模块拔出时阀门可以阻挡水从相应的进水口或回水口渗漏，保障整个水冷系统中其他水冷模块的正常运行。在服务器模块增减时能够方便的拔出相应的水冷模块，不会影响其他水冷模块的正常运行，从而不会影响整个水冷散热系统的工作。整个水冷散热系统模块化设计，能够方便的根据服务器模块的数量增减相应的水冷模块，既不会浪费资源也保证了冷却效果，在需要增加相应服务器模块时能够方便的增加水冷模块，从而在增加服务器的数据处理能力的基础上保证了增容后的服务器的散热效果，具有模块化设计、能自由增减水冷模块、冷却模块直接与服务器接触、散热效果好。本发明制冷系统模块化设计、能自由增减水冷模块、冷却模块直接与服务器接触、散热效果好，具有能自由增减水冷模块，散热效果好的优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，

图2是图1的A向视图，

图3是本发明中后面板结构示意图，

图4是本发明中水冷模块结构示意图，

图5是本发明中侧板结构示意图，

图6是本发明中进水口或回水口结构示意图一，

图7是图6中B处放大结构示意图，

图8是本发明中进水口或回水口结构示意图二，

图9是图8中C处放大结构示意图，

图10是本发明中水冷散热器结构示意图；

图中1是机柜，11是服务器模块，12是水冷系统，121是进水口，122是回水口，123是水冷模块，1231是框架，1232是水冷管道，124是直滑槽，125是定位槽，13是服务器仓，2是水冷散热器，21是散热片，22是集水箱，3是阀门，31是阀板一，32是拉簧，33是阻挡台，34是阀板二，35是限位条，36是弹簧。

具体实施方式

本发明如图所示一种单元模块化可快速安装的水冷服务器，所述服务器包括机柜1，所述机柜内设置至少一台服务器模块11，每台服务器模块上均设有水冷系统12；机柜由前面板、后面板、底板、顶板和一对侧板组合成封闭的柜体。进水口121和回水口122设于后面板上，后面板内部设置进水管道和回水管道，也就是说，后面板内事先埋设进水管道和回水管道。

所述水冷系统12包括设于所述机柜上的进水口121、回水口122和水冷模块123，所述水冷模块123分别与所述进水口121和所述回水口122可拆卸连接，所述进水口121通过进水管道连通水冷散热器2，所述回水口122通过回水管连通水冷散热器2；当需要增加服务器的运算能力时通过增加对应的服务器模块增加服务器的运算能力和处理能力，同时为了应对新增的服务器模块的散热问题，对应的增加水冷模块，也就是增加一个服务器模块则在紧贴在服务器模块的上方或下方增加一个水冷模块，此时进水管道将冷水输送至水冷模块，回水管道将水冷管道中的回水（已经经过相应的服务器模块吸收热量的水）输送至水冷散热器进行热交换，使得回水重新冷却，便于循环利用。这样在机柜的容量范围内可以增加服务器模块，通过可拆卸的水冷系统使得对应的服务器模块均有专用的水冷系统，能够根据服务器模块的数量自由增减水冷系统的数量，有效解决因增加服务器的运算能力而产生的散热问题，且水冷系统直接与相应的服务器模块接触，减少了中间传热的环节，散热效果好。

所述水冷模块包括一对对称设置的框架1231，所述框架上均布若干孔，水冷管道1232穿过所述孔且呈S形排布在一对所述框架之间，所述水冷管道的进口连接进水口，所述水冷管道的出口连通回水口。

实际使用时，呈S行的水冷管道在框架的支撑下固定在机柜内，且水冷管道直接与服务器模块接触，在水冷管道内的冷水将服务器模块上的热量传入冷水中，从而降低服务器模块的发热程度，同时经过水冷管道的出口将水冷管道中的热水输送至水冷散热器进行冷却后循环再利用，不需要采取风冷的形式，在机柜内仅存在服务器模块之间的接线，不存在其余的接线，因此信号传输时的干扰小，传输速度快，信号失真小。机柜的容量范围内可以增加服务器模块，通过可拆卸的水冷系统使得对应的服务器模块均有专用的水冷系统，能够根据服务器模块的数量自由增减水冷系统的数量，有效解决因增加服务器的运算能力而产生的散热问题，且水冷系统直接与相应的服务器模块接触，减少了中间传热的环节，散热效果好。

服务器模块包括用于为服务器模块提供电源的电源板卡、用于处理数据的计算板卡和用于实现服务器功能的功能板卡，服务器模块外部设有罩壳，电源板卡、计算板卡和功能板卡均固定在所述罩壳内，所述罩壳外设有均温板，所述均温板均匀的包裹在罩壳的外部。电源板卡分别连接计算板卡和功能板卡，将外部220V电源转换为用于各个板卡工作的电源供给各个板卡工作。计算板卡和功能板卡连接，通过计算板卡处理服务器模块中的数据，典型的计算板卡为CPU（中央处理器），也就是说CPU用于处理服务器模块内的各种数据，功能板卡主要是实现各个服务器模块之间的通讯以及服务器模块与下位机之间的通信，在下位机和计算板卡之间实现通信，优选可以采用RS232电缆线或RS485电缆线现服务器模块和下位机之间的通讯或服务器模块间的通信。从而能够实现下位机和服务器模块之间的数据传输以及服务器模块之间的水位传输。罩壳外设有均温板，当插入水冷模块时，水冷模块的管道与均温板接触，使得整个水冷模块在为服务器模块降温时温度分布能够更加均匀。从而能够使得水冷散热的效果更好。

所述框架1231与所述机柜1侧壁接触的部分设有滑块，所述框架的侧壁上对应滑块的部分设有直滑槽124，所述直滑槽的末端设有定位槽125，所述定位槽为斜槽，所述框架的末端设有定位块，所述定位块在所述定位槽内滑动且与所述斜槽适配。定位块在滑块的末端，当需要插入框架时，首先将定位块插入直滑槽内，由定位块起到导向作用，带动整个滑块在直滑槽内滑动，当定位块滑动到定位槽时定位块沿着定位槽斜向沉降，使得定位块与定位槽适配，此时滑块整体与直滑槽适配，卡合在直滑槽内，由于定位块卡合在定位槽内，使得框架不会因晃动而在直滑槽内移动，使得进口、出口和进水口、回水口之间插接紧密，不会产生漏液，需要拔出其中一个框架时则先将框架整体向上抬，使得定位块从定位槽内脱出，转而到直滑槽内，再抽出整个框架，也就是说，在整个框架滑动过程中定位块在直滑槽内滑动，滑块仅在定位块滑动到位（滑动到定位槽内）时用于卡合在直滑槽内，防止框架在整个机箱振动时出现位移。使得进口、出口和进水口、回水口之间插接紧密，不会产生漏液。确保整个水冷系统在工作时散热效果好。

所述机柜1内通过隔板分隔为至少两个服务器仓13，每个所述服务器仓内均设有滑槽（直滑槽和定位槽统称为滑槽）。将服务器模块分别安置在服务器仓内，每个服务器仓仅安置一个服务器模块，工作时所有服务器模块之间互不干扰，最大限度降低了信号传输时的干扰使得信号传输失真小，质量高。

所述水冷管道1233的进口插入所述进水口，所述水冷管道的出口插入所述回水口，所述进水口内和所述回水口内分别设有阀门3。在其中一个或几个水冷模块拔出时阀门可以阻挡水从相应的进水口或回水口渗漏，保障整个水冷系统中其他水冷模块的正常运行。在服务器模块增减时能够方便的拔出相应的水冷模块，不会影响其他水冷模块的正常运行，从而不会影响整个水冷散热系统的工作。整个水冷散热系统模块化设计，能够方便的根据服务器模块的数量增减相应的水冷模块，既不会浪费资源也保证了冷却效果，在需要增加相应服务器模块时能够方便的增加水冷模块，从而在增加服务器的数据处理能力的基础上保证了增容后的服务器的散热效果，具有模块化设计、能自由增减水冷模块、冷却模块直接与服务器接触、散热效果好。

所述阀门包括分别铰接在所述进水口和所述回水口内的阀板一31所述阀板一31的一侧设有拉簧32，所述拉簧的一端固定在所述阀板一31上，所述拉簧的另一端固定在所述进水口的内壁上。在进口和出口对应的插入进水口和回水口时，顶开了阀板一，与整个水冷系统连通，使得冷却水在水冷模块中循环，实现制冷效果。当拔出水冷模块时阀板在拉簧的作用下复位，使得进水口和回水口封闭，从而不会影响冷却水在管路中循环，也就水冷系统中其他水冷模块的制冷。

所述进水口和所述回水口内分别设有圆环形的阻挡台33，所述阻挡台上设有阀板二34，所述阀板的外径大于所述阻挡台的内径，所述阀板二的上端面置于所述阻挡台的上端面上，所述阀板二的下端面上设有L形的限位条35，所述限位条的长边的一端固定在所述阀板二的下端面上、且穿过所述阻挡台，所述限位条的短边设于所述长边的另一端，所述短边设于所述阻挡台的下端面的的下方，所述阀板的下端面与所述阻挡台之间设有弹簧36。在进口和出口对应的插入进水口和回水口时，顶开了阀板二，阀板二远离阻挡台，此时，弹簧蓄能，进口和出口与水冷系统连通，使得冷却水在水冷模块中循环，实现制冷效果。当拔出水冷模块时，阀板二在弹簧的作用下复位，封闭进水口和回水口。为了避免插入进口货出口时将阀板二顶开的距离过大，在阀板上设有L形的限位条，当到位时，限位条的短边被阻挡台阻挡，进口和出口顶不动。从而避免阀板二与阻挡台的距离过大，防止弹簧出现范性形变（超出弹簧的变形量，在外力消失时弹簧不能恢复为初始状态）。限位条同时也起到了导向的作用，使得阀板二在弹簧的作用下能够快速准确的恢复到位。由于限位条仅能在阻挡台上开设的孔内滑动因此能够使得在阀板复位时，限位条能够带动阀板沿着固定的路径恢复，使得阀板能够迅速恢复到位。

所述阻挡台上设有容置槽37，所述弹簧一端固定在所述容置槽37的底部，所述弹簧的另一端固定在所述阀板二的下端面上。初始状态下，弹簧的主体全部在容置槽内，这样阀板二直接与阻挡台接触，使得阀板的密封性能升高，防止弹簧影响阀板二的密封性。阀板密封效果好，在拔出水冷模块时，进水口和回水口不会出现漏液，从而不会影响冷却水在管路中循环，也就水冷系统中其他水冷模块的制冷。

所述水冷散热器2包括若干均布的散热片21和集水箱22，所述回水管道均布于相邻所述散热片21之间，所述回水管道与所述进水管道分别连通所述集水箱22。回水管道呈S形设于相邻散热片之间，利用风冷散热，使得回水管道中的水冷却后进入集水箱，进水管道从集水箱中通过水泵抽水在整个水冷系统中循环，完成制冷。

Claims (8)

1.一种单元模块化可快速安装的水冷服务器，所述服务器包括机柜，所述机柜内设置至少一台服务器模块，其特征在于，每台服务器模块上均设有水冷系统；

所述水冷系统包括设于所述机柜上的进水口、回水口和水冷模块，所述水冷模块分别与所述进水口和所述回水口可拆卸连接，所述进水口通过进水管道连通水冷散热器，所述回水口通过回水管连通水冷散热器；

所述水冷模块包括一对对称设置的框架，所述框架上均布若干孔，水冷管道穿过所述孔且呈S形排布在一对所述框架之间，所述水冷管道的进口连通进水口，所述水冷管道的出口连通回水口。

2.根据权利要求1所述的一种单元模块化可快速安装的水冷服务器，其特征在于，所述框架与所述机柜侧壁接触的部分设有滑块，所述框架的侧壁上对应滑块的部分设有直滑槽，所述直滑槽的末端设有定位槽，所述定位槽为斜槽，所述框架的末端设有定位块，所述定位块在所述定位槽内滑动且与所述斜槽适配。

3.根据权利要求2所述的一种单元模块化可快速安装的水冷服务器，其特征在于，所述机柜内通过隔板分隔为至少两个服务器仓，每个所述服务器仓内均设有滑槽。

4.根据权利要求1所述的一种单元模块化可快速安装的水冷服务器，其特征在于，所述水冷管道的进口插入所述进水口，所述水冷管道的出口插入所述回水口，所述进水口和所述出水口内分别设有阀门。

5.根据权利要求4所述的一种单元模块化可快速安装的水冷服务器，其特征在于，所述阀门包括分别铰接在所述进水口和所述回水口内的阀板一，所述阀板一的一侧设有拉簧，所述拉簧的一端固定在所述阀板上，所述拉簧的另一端固定在所述进水口的内壁上。

6.根据权利要求4所述的一种单元模块化可快速安装的水冷服务器，其特征在于，所述阀门包括分别设于所述进水口和所述回水口内的圆环形的阻挡台，所述阻挡台上设有阀板二，所述阀板二的外径大于所述阻挡台的内径，所述阀板二的上端面置于所述阻挡台的上端面上，所述阀板二的下端面上设有L形的限位条，所述限位条的长边的一端固定在所述阀板二的下端面上、且穿过所述阻挡台，所述限位条的短边设于所述长边的另一端，所述短边设于所述阻挡台的下端面的的下方，所述阀板的下端面与所述阻挡台之间设有弹簧。

7.根据权利要求6所述的一种单元模块化可快速安装的水冷服务器，其特征在于，所述阻挡台上设有容置槽，所述弹簧一端固定在所述容置槽的底部，所述弹簧的另一端固定在所述阀板的下端面上。

8.根据权利要求1-7任一所述的一种单元模块化可快速安装的水冷服务器，其特征在于，所述水冷散热器包括若干均布的散热片和集水箱，所述回水管道均布于相邻所述散热片之间，所述回水管道与所述进水管道分别连通所述集水箱。