CN108196650B - 基于液态金属的超级计算机冷却散热装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及散热设备技术领域，提供了一种基于液态金属的超级计算机冷却散热装置，该装置包括散热腔、液态金属泵、导热器以及贴设在超级计算机的待冷却部件上的集热器；集热器、导热器和液态金属泵首尾依次连接，以形成液态金属循环回路；散热腔设置在导热器的顶部，散热腔内的上部设有吸气泵、换热器、吸气管和输水管，吸气管通过吸气泵与换热器的进口连通，输水管的进口和出口分别与换热器的出口和进口连通，输水管上沿输水管的长度方向设有多个微喷嘴。本发明通过利用液态金属循环回路来冷却超级计算机中的待冷却部件，同时通过雾化冷却水来冷却液态金属循环回路中的液态金属，从而不仅能大幅提高冷却效率，而且还可保证安全性、降低成本。

Description

基于液态金属的超级计算机冷却散热装置

技术领域

本发明涉及散热设备技术领域，尤其涉及一种基于液态金属的超级计算机冷却散热装置。

背景技术

随着我国经济的快速发展，人们对高性能计算的需求也开始迅速增长。无论在国家安全、石油、气象等传统领域，还是在以生物医药、微观结构研究为代表的新的科学领域，超级计算机(Super Computer)已经成为这些领域快速发展的重要因素。

而随着大规模集成电路技术不断发展，电子芯片的热流密度越来越高，有效散热成为提高电子设备可靠性的一个重要因素。通常计算机发出的热量主要来自CPU，普通计算机只有一个CPU，服务器具有两个以上的CPU，而超级计算机则具有数百个甚至上万个CPU，其功耗高达数百千瓦，发热量之大是难以想象的。

目前，超级计算机一般采用水冷、风冷或热管冷却方式。其中，风冷冷却方式不仅冷却效率低，而且噪音大，容易积灰。而水冷和热管冷却方式占用空间大，而且安装不慎或者材料不佳时，容易发生漏水，进而损坏超级计算机内的贵重零部件。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构紧凑、安全性和冷却效率均较高的基于液态金属的超级计算机冷却散热装置。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于液态金属的超级计算机冷却散热装置，该装置包括散热腔、液态金属泵、导热器以及贴设在超级计算机的待冷却部件上的集热器；所述集热器、所述导热器和所述液态金属泵首尾依次连接，以形成液态金属循环回路；所述散热腔设置在所述导热器的顶部，所述散热腔内的上部设有吸气泵、换热器、吸气管和输水管，所述吸气管通过所述吸气泵与所述换热器的进口连通，所述输水管的进口和出口分别与所述换热器的出口和进口连通，所述输水管上沿所述输水管的长度方向设有多个微喷嘴。

其中，所述导热器包括导热本体以及设置在所述导热本体的顶部的翅片，所述导热本体内设有平板热管，所述平板热管的进口与所述集热器连通、出口与所述液态金属泵连通。

其中，所述翅片包括壳体以及充注在所述壳体内的液态金属。

其中，所述液态金属循环回路内的液态金属和/或所述壳体内的液态金属为镓、镓铟合金、镓锡合金、镓铝合金、镓锌合金、镓铟锡合金或镓铟锡锌合金。

其中，所述散热腔包括上腔体以及设于所述上腔体的下方的下腔体，所述上腔体与所述下腔体连通，所述吸气泵、换热器、吸气管和输水管均设于所述上腔体中，所述下腔体的内壁为射流面。

其中，所述吸气管上沿所述吸气管的长度方向开设有多个吸气口。

其中，所述集热器通过绝缘导热胶与所述超级计算机的待冷却部件连接。

其中，所述输水管为蛇形管道。

其中，所述液态金属泵为压电泵、电磁泵或蠕动泵。

其中，还包括温度传感器和控制器，所述温度传感器临近所述微喷嘴设置，所述液态金属泵、所述吸气泵、所述温度传感器和每个所述微喷嘴均与所述控制器电连接。

本发明结构简单、便于安装，通过利用液态金属循环回路来冷却超级计算机中的待冷却部件，同时通过雾化冷却水来冷却液态金属循环回路中的液态金属，从而不仅能大幅提高冷却效率、减少整个超级计算机的能耗，而且由于液态金属易于回收、可重复利用、损耗极低，从而还可保证安全性、降低成本。

附图说明

图1是本发明实施例中的一种基于液态金属的超级计算机冷却散热装置的示意图；

图2是本发明实施例中散热腔的上腔体的透视示意图。

附图标记：

1、集热器；2-1、导热本体；2-2、翅片；3、液态金属泵；

4、平板热管；5、待冷却部件；6、绝缘导热胶；7、散热腔；

8、吸气管；8-1、吸气口；9、吸气泵；10、换热器；

11、输水管；12、微喷嘴。

具体实施方式

为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。

结合图1和图2所示，本发明提供了一种基于液态金属的超级计算机冷却散热装置，该装置包括散热腔7、液态金属泵3、导热器以及贴设在超级计算机的待冷却部件5上的集热器1；集热器1、导热器和液态金属泵3首尾依次连接，以形成液态金属循环回路；散热腔7设置在导热器的顶部，散热腔7内的上部设有吸气泵9、换热器10、吸气管8和输水管11，吸气管8通过吸气泵9与换热器10的进口连通，输水管11的进口和出口分别与换热器10的出口和进口连通，输水管11上沿输水管11的长度方向设有多个微喷嘴12。

由此，当超级计算机运行时，启动液态金属泵3、吸气泵9和微喷嘴12，对超级计算机的待冷却部件5进行冷却散热。具体地，当液态金属泵3启动时，便在液态金属循环回路中循环流动，即液态金属首先流入集热器1，通过导热、辐射和对流等方式与超级计算机的待冷却部件5进行换热，液态金属充分吸收待冷却部件5释放的热量后，再流入导热器与散热腔7进行换热，以将热量传递给散热腔7，降温后的液态金属又可被液态金属泵3抽入集热器1继续吸收待冷却部件5释放的热量。同理，当吸气泵9和微喷嘴12启动时，输水管11沿路设置的微喷嘴12就会将输水管11内的冷却水雾化并喷向散热腔7的下部，冷却水雾化产生的小水滴在下落过程中会不断吸收散热腔7释放的热量，也就是说，流过导热器的液态金属会不断通过散热腔7与微喷嘴12喷出的小水滴换热，小水滴充分吸收液态金属释放的热量后转变为水蒸气，从而吸气泵9就可通过吸气管8将重量较轻的水蒸气吸入换热器10进行降温，降温后的水蒸气转变为冷却液后又会重新流入输水管11。需要说明的是，换热器10既可以通过在其内设置储水箱对吸气泵9抽入的水蒸气进行降温，也可通过在其内设置风扇对吸气泵9抽入的水蒸气进行降温。

由于液态金属的热导率是水的49倍左右，对流换热系数也明显高于水的对流换热系数，因此该装置通过利用液态金属循环回路来冷却超级计算机中的待冷却部件5，同时通过雾化冷却水来冷却液态金属循环回路中的液态金属，不仅能大幅提高冷却效率、减少整个超级计算机的能耗，而且由于液态金属易于回收、可重复利用、损耗极低，从而还可保证安全性、降低成本。

优选地，导热器包括导热本体2-1以及设置在导热本体2-1的顶部的翅片2-2，导热本体2-1内设有平板热管4，平板热管4的进口与集热器1连通、出口与液态金属泵3连通。更优选地，翅片2-2与导热本体2-1一体成型。其中，翅片2-2包括壳体以及充注在壳体内的液态金属。由于，翅片2-2的壳体内充注有液态金属，因此当液态金属循环回路中的液态金属沿着平板热管4流动时，翅片2-2就会迅速、均匀地将该液态金属传递至导热本体2-1的热量传到散热腔7，进而就可大大提高导热器与散热腔7之间的换热效率。另外，相比圆形热管，平板热管4的换热面积更大，从而就可显著增大单位时间内液态金属传递至导热本体2-1的热量。

进一步地，液态金属循环回路内的液态金属和/或壳体内的液态金属为镓、镓铟合金、镓锡合金、镓铝合金、镓锌合金、镓铟锡合金或镓铟锡锌合金。

优选地，集热器1包括集热本体以及设置在集热本体中的平板热管。

优选地，散热腔7包括上腔体以及设于上腔体的下方的下腔体，上腔体与下腔体连通，吸气泵9、换热器10、吸气管8和输水管11均设于上腔体中，下腔体的内壁为射流面。

优选地，吸气管8上沿吸气管8的长度方向开设有多个吸气口8-1、以增大吸气管8单位时间内吸入吸气泵9的水蒸气量。

优选地，为了减小集热器1与待冷却部件5之间的热阻，集热器1通过绝缘导热胶6与超级计算机的待冷却部件5连接。

优选地，输水管11为蛇形管道。这样设置的好处在于，在占用相同空间的前提下，可使输水管11的长度最长，进而就可提高微喷嘴12的数量，从而不仅可保证冷却水能够均匀喷洒到散热腔7下部的各个位置，而且还可提高冷却水的喷洒量，提高冷却水对液态金属的降温速率。

优选地，液态金属泵3为压电泵、电磁泵或蠕动泵。

另外，该装置还包括温度传感器和控制器，温度传感器临近微喷嘴12设置，液态金属泵3、吸气泵9、温度传感器和每个微喷嘴12均与控制器电连接。由此，当温度传感器监测到散热腔7内的温度大于指定值时，例如，当散热腔7内的温度大于环境温度时，控制器控制吸气泵9和微喷嘴12启动，微喷嘴12便不断将输水管11中的冷却水雾化后喷向散热腔7的下部，小水滴在下降过程中充分吸收液态金属释放的热量后就可转变为水蒸气，从而吸气泵9就可通过吸气管8将重量较轻的水蒸气吸入换热器10进行降温，降温后的水蒸气转变为冷却液后又会重新流入输水管11。另外，该装置在运行过程中，通过调节液态金属泵3和吸气泵9的功率便可改变液态金属和冷却水的流速，进而就可实现冷却速率的调节。例如，当需要提高冷却速率时，可增大液态金属泵3的功率，以提高液态金属的流速，进而单位时间内液态金属从待冷却部件5中带出的热量就随之增多。

更优选地，温度传感器的数量为多个，且温度传感器与微喷嘴12一一对应设置。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种基于液态金属的超级计算机冷却散热装置，其特征在于，包括散热腔、液态金属泵、导热器、贴设在超级计算机的待冷却部件上的集热器、控制器和多个温度传感器；所述集热器、所述导热器和所述液态金属泵首尾依次连接，以形成液态金属循环回路；所述散热腔设置在所述导热器的顶部，所述导热器包括导热本体以及设置在所述导热本体的顶部的翅片，所述导热本体内设有平板热管，所述平板热管的进口与所述集热器连通、出口与所述液态金属泵连通，所述翅片包括壳体以及充注在所述壳体内的液态金属；所述散热腔内的上部设有吸气泵、换热器、吸气管和输水管，所述吸气管通过所述吸气泵与所述换热器的进口连通，所述吸气管上沿所述吸气管的长度方向开设有多个吸气口，所述输水管的进口和出口分别与所述换热器的出口和进口连通，所述输水管上沿所述输水管的长度方向设有多个微喷嘴，所述温度传感器临近所述微喷嘴设置，且所述温度传感器与所述微喷嘴一一对应设置；所述液态金属泵、所述吸气泵、所述温度传感器和每个所述微喷嘴均与所述控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的基于液态金属的超级计算机冷却散热装置，其特征在于，所述液态金属循环回路内的液态金属和/或所述壳体内的液态金属为镓、镓铟合金、镓锡合金、镓铝合金、镓锌合金、镓铟锡合金或镓铟锡锌合金。

3.根据权利要求1所述的基于液态金属的超级计算机冷却散热装置，其特征在于，所述散热腔包括上腔体以及设于所述上腔体的下方的下腔体，所述上腔体与所述下腔体连通，所述吸气泵、换热器、吸气管和输水管均设于所述上腔体中，所述下腔体的内壁为射流面。

4.根据权利要求1所述的基于液态金属的超级计算机冷却散热装置，其特征在于，所述集热器通过绝缘导热胶与所述超级计算机的待冷却部件连接。

5.根据权利要求1所述的基于液态金属的超级计算机冷却散热装置，其特征在于，所述输水管为蛇形管道。

6.根据权利要求1所述的基于液态金属的超级计算机冷却散热装置，其特征在于，所述液态金属泵为压电泵、电磁泵或蠕动泵。

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