CN108563305A - 一种喷淋式液冷服务器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种喷淋式液冷服务器，包括机箱、板卡和电子器件，机箱主要由顶面开口的箱体和设于箱体开口上的盖板组成，在盖板的内面上设有一用于盛装绝缘冷却液的密闭喷淋腔体，密闭喷淋腔体上设有用于引入绝缘冷却液的冷却液入口，且冷却液入口延伸至盖板上，在密闭喷淋腔体的底面上分布有贯穿的喷淋孔，箱体的底板上设有冷却液出口。本发明采用喷淋式液体冷却模式，提高了服务器内的空间利用率，且器件扩展表面所用的散热器可减小，使得机箱的高度降低，可以在原来的架构空间中形成更加紧密的器件布局，集成度高，提升了服务器的计算能力；本发明减小了噪音，优化了操作人员的工作环境，降低了电力消耗；本发明的散热效果好，延长了使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种液冷服务器，尤其涉及一种喷淋式液冷服务器。
背景技术
随着计算机通信行业及电子业的高速发展，IDC机房高密度服务器在不断增加，服务器集成度和处理能力也逐渐提高，但同时服务器的消耗功率也随之增大，使得服务器内部电子器件的散热问题成为了本行业亟待解决的技术难题。
目前，服务器大多依靠风冷对其电子器件进行强制对流散热，但是，风冷散热模式是一种传热效率十分低下的间接接触冷却方式，它占用了服务器内部较大的空间，总热阻高，散热效果差。为了将更高功率器件的废热带走或者实现更低的总热阻时，本行业通常是采用功率更高的风扇或者更低的进风温度来控制电子器件的温度，然而，前一种方式会引起更大的噪音，后一种方式则容易产生温度过低所致的湿空气结露问题。
因为液冷散热的液体工质密度与比热的乘积所体现的工质的载热能力比风冷散热模式的载热能力要高出接近2000倍，因此，液冷散热在不久的将来必定会成为服务器散热的主流技术。由本公司研发的喷淋式液体冷却系统是将绝缘冷却液直接喷淋到服务器发热器件的表面上或喷淋到与发热器件相接触的扩展表面上，冷却液带走发热器件所排放的废热，从而对发热器件进行高效热管理。
虽然，以上这种喷淋式液体式冷却系统的冷却效率比风冷散热模式的冷却效率要高出几个数量级，但是，传统服务器的结构均是适用于风冷散热模式的架构，其结构并不适用于喷淋式液冷散热方式，从而造成了服务器内部空间的浪费和集成度低的缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可提高空间利用率、减小噪音、降低能耗、集成度高、散热效果好、可延长使用寿命的喷淋式液冷服务器。
本发明的目的通过以下技术措施来实现：一种喷淋式液冷服务器，包括机箱、内置于机箱中的板卡和设于板卡上的电子器件，所述机箱主要由顶面开口的箱体和设于箱体开口上的盖板组成，其特征在于：在所述盖板的内面上设有一用于盛装绝缘冷却液的密闭喷淋腔体，所述密闭喷淋腔体上设有用于引入绝缘冷却液的冷却液入口，且所述冷却液入口延伸至盖板上，在所述密闭喷淋腔体的底面上分布有贯穿的喷淋孔，所述箱体的底板上设有冷却液出口，绝缘冷却液从冷却液入口进入密闭喷淋腔体中，通过喷淋孔喷淋到发热的电子器件或与其接触的扩展表面上，将电子器件工作所产生的热量带走，吸热后的绝缘冷却液从冷却液出口流出，再通过机箱外部的冷却装置冷却后回流至冷却液入口，如此循环。
本发明采用喷淋式液体冷却模式，替代了传统的风冷散热模式，由于没有使用风扇，节约了服务器内部空间，提高了服务器的空间利用率，同时因为本发明采用喷淋液冷方式，电子器件的扩展表面所用的散热器可以减小，从而使得机箱的高度降低，可以在原来的架构空间中形成更加紧密的器件布局，集成度高，提升了服务器的计算能力，经验证，本发明相比于传统风冷服务器单位空间内性能提高约四倍。而且，由于本发明没有使用风扇，减小了噪音，优化了操作人员的工作环境，同时降低了服务器的电力消耗。另外，本发明的散热效果好，电子器件的工作温升明显降低，并且服务器内部器件温度的均匀性和稳定性较好，保持服务器内的器件工作在最高效的温度区间，降低功耗，并延长使用寿命。
作为本发明的一种优选实施方式，位于发热量越大的电子器件的正上方的喷淋孔排布得越密集；所述喷淋孔的下孔缘向下延伸成为短筒状，所述喷淋孔的横截面为方形、圆形或多边形，或者所述喷淋孔为上大下小的锥形体。
作为本发明的一种改进，所述板卡上的电子器件包括处理器、硬盘、内存、系统总线和电源，所述电源包括电源外壳和位于其内部的发热器件，在电源外壳上设有进液孔和出液孔，绝缘冷却液从进液孔流入电源外壳中对发热器件进行冷却，再从出液孔流出到箱体内。本方案的绝缘冷却液可为直接喷淋流下的绝缘冷却液，也可以是包括直接喷淋流下的绝缘冷却液和已经流过其他电子器件的绝缘冷却液，其中，已经流过其他电子器件的绝缘冷却液再通过电源外壳的进液孔和出液孔对电源内部的相关发热器件进行冷却，这是指电源与其他发热器件不处于同一层的情况。
本发明所述喷淋式液冷服务器还包括位于机箱外的电源，所述电源包括电源外壳和位于其内部的发热器件，在电源外壳上设有进液孔和出液孔，电源外壳内的发热器件由在机箱外部喷淋的绝缘冷却液从进液孔流入再从出液孔流出进行冷却。
本发明所述硬盘直接由绝缘冷却液喷淋散热，或者通过设于硬盘发热表面并与之紧贴导热结构将硬盘产生的热量导出至机箱内部或者外部后再由绝缘冷却液对导热结构进行喷淋散热。
作为本发明推荐的实施方式，所述导热结构是高效传热元件或者导热片、或者所述导热结构由导热片外接散热器组成、或者所述导热结构由高效传热元件外接散热器组成。
本发明所述盖板与密闭喷淋腔体一体制成，密闭喷淋腔体的顶面即是盖板的内面，或者所述盖板和密闭喷淋腔体独立设置，所述密闭喷淋腔体固定在所述盖板内侧。
本发明在所述机箱内增设PCB板，所述PCB板设于传统服务器风扇和通风通道的位置上，所述PCB板上设有芯片及其扩展表面，所述芯片为新增的芯片、或为原有的芯片、或包括新增的芯片和原有的芯片，并在拆除多层传统服务器风扇和/或降低电子器件的扩展表面后，可降低机箱的高度，使得服务器内部空间紧凑，大大提高服务器单位空间的计算能力。
为了对服务器各电子器件的温度进行精准控制，作为本发明的进一步改进，在机箱内设有液体温度感应系统，所述液体温度感应系统包括控制器、设于冷却液入口上的控制阀和设置在发热的电子器件、冷却液出口上的温度传感器，所述温度传感器、控制阀分别与控制器相连，各温度传感器分别采集发热的电子器件和冷却液出口处的温度信号并将其传送至控制器，由控制器对进入冷却液入口的绝缘冷却液的温度进行控制，同时控制控制阀的开度来调节进入密闭喷淋腔体的绝缘冷却液的流量，从而实现对电子器件喷淋冷却的自动调节。
作为本发明的优选实施方式，所述绝缘冷却液是矿物油、硅油或氟化液等，在实际应用中，绝缘冷却液只要导热绝缘即可。
本发明还可以做以下改进，多个所述的喷淋式液冷服务器放置于同一机柜中，各机柜与喷淋式液体冷却系统相配合，即所述喷淋式液体冷却系统包括循环管路、设于循环管路上的散热器、油箱和冷却液循环动力系统，各机柜中每个喷淋式液冷服务器的冷却液入口和冷却液出口通过其所在的机柜上的进油口和回油口连接在喷淋式液体冷却系统的循环管路中；各喷淋式液冷服务器的液体温度感应系统的控制器集成为一体构成控制系统，由控制系统对喷淋式液体冷却系统整体的工作状态进行自动控制。
与现有技术相比，本发明具有如下显著的效果：
⑴本发明采用喷淋式液体冷却模式，替代了传统的风冷散热模式，由于没有使用风扇，节约了服务器的内部空间，提高了服务器的空间利用率，即传统服务器中原一层用于放置风扇的位置可以用来放置PCB板，另，高密度服务器风扇数量较多，有时需要分为两层放置，在拆除风扇后，可以减小服务器高度，同时因为本发明采用喷淋液冷方式，电子器件的扩展表面所用的散热器可以减小，从而使得机箱的高度降低，因此，可以在传统服务器原来的架构空间中形成更加紧密的器件布局，集成度高，提升了服务器的计算能力，经验证，本发明相比于传统风冷服务器单位空间内性能提高约四倍。
⑵由于本发明没有使用风扇，减小了噪音，优化了操作人员的工作环境，同时降低了服务器的电力消耗。
⑶本发明的散热效果好，电子器件的工作温升明显降低，并且服务器内部器件温度的均匀性和稳定性较好，保持服务器内的器件工作在最高效的温度区间，降低功耗，并延长使用寿命。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明的整体结构示意图之一；
图2是本发明的整体结构示意图之二(拆除侧板)；
图3是本发明的整体结构示意图之三(拆除侧板、盖板和密闭喷淋腔体)；
图4是本发明密闭喷淋腔体的结构示意图。
具体实施方式
如图1～4所示，一种喷淋式液冷服务器，包括机箱1、内置于机箱1中的板卡2和设于板卡2上的电子器件，机箱1主要由顶面开口的箱体11和设于箱体11开口上的盖板12组成，在盖板12的内面上设有一用于盛装绝缘冷却液的密闭喷淋腔体3，绝缘冷却液可以是矿物油、硅油或氟化液等，绝缘冷却液只要导热绝缘即可。在本实施例中，盖板12与密闭喷淋腔体3一体制成，密闭喷淋腔体3的顶面即是盖板12的内面，在其它实施例中，盖板12和密闭喷淋腔体3也可以分别独立设置，密闭喷淋腔体3固定在盖板12内侧。密闭喷淋腔体3上设有用于引入绝缘冷却液的冷却液入口4，且冷却液入口4延伸至盖板上，在密闭喷淋腔体3的底面上分布有贯穿的喷淋孔5，位于发热量越大的电子器件的正上方的喷淋孔5排布得越密集；喷淋孔5的下孔缘向下延伸成为短筒状，具体地，喷淋孔的横截面可以为方形、圆形或多边形等形状，或要求冷却液流速大时，喷淋孔可以设计成上大下小的锥形体。箱体11的底板上设有冷却液出口6，绝缘冷却液从冷却液入口4进入密闭喷淋腔体3中，通过喷淋孔5喷淋到发热的电子器件或与其接触的扩展表面上，将电子器件工作所产生的热量带走，吸热后的绝缘冷却液从冷却液出口6流出，再通过机箱外部的冷却装置冷却后回流至冷却液入口4，如此循环。
服务器板卡2上的电子器件包括处理器7、硬盘8、内存、系统总线和电源9，电源9包括电源外壳和位于其内部的发热器件，在电源外壳上分别设有进液孔和出液孔，绝缘冷却液从进液孔流入电源外壳中对发热器件进行冷却，再从出液孔流出到箱体内。优选地，进液孔位于电源外壳的顶面，而出液孔则位于电源外壳的底面上。在其它实施例中，喷淋式液冷服务器的电源位于机箱外，电源包括电源外壳和位于其内部的发热器件，在电源外壳上设有进液孔和出液孔，电源外壳内的发热器件由在机箱外部喷淋的绝缘冷却液从进液孔流入再从出液孔流出进行冷却。
硬盘8直接由绝缘冷却液喷淋散热，或者通过设于硬盘8发热表面并与之紧贴的导热结构将硬盘产生的热量导出至机箱内部或者外部后再由绝缘冷却液对导热结构进行喷淋散热。固态硬盘、氦气硬盘等可以采取上述两种散热模式，机械硬盘优选通过导热结构散热。具体地，导热结构可以是高效传热元件或者导热片、或者导热结构由导热片外接散热器组成、或者导热结构由高效传热元件外接散热器组成。
本发明在机箱1内增设PCB板，PCB板设于传统服务器风扇和通风通道的位置上，PCB板上设有芯片及其扩展表面，芯片为新增的芯片、或为原有的芯片、或包括新增的芯片和原有的芯片，并在拆除多层传统服务器风扇和/或降低电子器件的扩展表面后，可降低机箱的高度，节约了服务器内部空间，提高了服务器的空间利用率，同时因为本发明采用喷淋液冷方式，电子器件的扩展表面所用的散热器可以减小，从而使得机箱的高度降低，可以在原来的架构空间中形成更加紧密的器件布局，集成度高，提升了服务器的计算能力。
为了对服务器各电子器件的温度进行精准控制，在机箱1内设有液体温度感应系统，液体温度感应系统包括控制器、设于冷却液入口上的控制阀和设置在发热的电子器件、冷却液出口上的温度传感器，温度传感器、控制阀分别与控制器相连，各温度传感器分别采集发热的电子器件和冷却液出口处的温度信号并将其传送至控制器，由控制器对进入冷却液入口的绝缘冷却液的温度进行控制，同时控制控制阀的开度来调节进入密闭喷淋腔体的绝缘冷却液的流量，从而实现对电子器件喷淋冷却的自动调节。
多个喷淋式液冷服务器放置于同一机柜中，各机柜与喷淋式液体冷却系统相配合，即喷淋式液体冷却系统包括循环管路、设于循环管路上的散热器、油箱和冷却液循环动力系统，各机柜中每个喷淋式液冷服务器的冷却液入口4和冷却液出口6通过其所在的机柜上的进油口和回油口连接在喷淋式液体冷却系统的循环管路中；各喷淋式液冷服务器的液体温度感应系统的控制器集成为一体构成控制系统，由控制系统对喷淋式液体冷却系统整体的工作状态进行自动控制。
本发明的工作过程如下：
⑴当服务器开始工作之前，喷淋式液体冷却系统启动，当服务器正式启动时，服务器内的核心器件开始发热，喷淋式液体冷却系统的绝缘冷却液通过冷却液入口传输到密闭喷淋腔体内，通过喷淋孔喷淋至发热的电子器件上，并对电子器件进行冷却，吸热后的绝缘冷却液通过冷却液出口输送到服务器外部进行散热冷却，冷却后的绝缘冷却液重新进入喷淋式液体冷却系统，再次进入喷淋式液冷服务器吸热，如此循环。
⑵服务器内部设置的液体温度感应系统对服务器各发热器件温度进行监测，协同控制系统对喷淋式液体冷却系统的启停等进行控制。
⑶服务器冷却液入口处设置控制阀，喷淋式液体冷却系统的控制系统设置喷淋速度控制模块，根据反馈的服务器各部件温度对控制阀进行控制，调节进入密闭喷淋腔体的液体流量。
本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明密闭喷淋腔体的具体结构和设置方式、喷淋孔在密闭喷淋腔体底面上的分布形式、喷淋孔的形状、绝缘冷却液等等还具有其它的实施方式，因此本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (10)
1.一种喷淋式液冷服务器，包括机箱、内置于机箱中的板卡和设于板卡上的电子器件，所述机箱主要由顶面开口的箱体和设于箱体开口上的盖板组成，其特征在于：在所述盖板的内面上设有一用于盛装绝缘冷却液的密闭喷淋腔体，所述密闭喷淋腔体上设有用于引入绝缘冷却液的冷却液入口，且所述冷却液入口延伸至盖板上，在所述密闭喷淋腔体的底面上分布有贯穿的喷淋孔，所述箱体的底板上设有冷却液出口，绝缘冷却液从冷却液入口进入密闭喷淋腔体中，通过喷淋孔喷淋到发热的电子器件或与其接触的扩展表面上，将电子器件工作所产生的热量带走，吸热后的绝缘冷却液从冷却液出口流出，再通过机箱外部的冷却装置冷却后回流至冷却液入口，如此循环。
2.根据权利要求1所述的喷淋式液冷服务器，其特征在于：位于发热量越大的电子器件的正上方的喷淋孔排布得越密集；所述喷淋孔的下孔缘向下延伸成为短筒状，所述喷淋孔的横截面为方形、圆形或多边形，或者所述喷淋孔为上大下小的锥形体。
3.根据权利要求2所述的喷淋式液冷服务器，其特征在于：所述板卡上的电子器件包括处理器、硬盘、内存、系统总线和电源，所述电源包括电源外壳和位于其内部的发热器件，在电源外壳上设有进液孔和出液孔，绝缘冷却液从进液孔流入电源外壳中对发热器件进行冷却，再从出液孔流出到箱体内；或者所述喷淋式液冷服务器还包括位于机箱外的电源，所述电源包括电源外壳和位于其内部的发热器件，在电源外壳上设有进液孔和出液孔，电源外壳内的发热器件由在机箱外部喷淋的绝缘冷却液从进液孔流入再从出液孔流出进行冷却。
4.根据权利要求3所述的喷淋式液冷服务器，其特征在于：所述硬盘直接由绝缘冷却液喷淋散热，或者通过设于硬盘发热表面并与之紧贴的导热结构将硬盘产生的热量导出至机箱内部或者外部后再由绝缘冷却液对导热结构进行喷淋散热。
5.根据权利要求4所述的喷淋式液冷服务器，其特征在于：所述导热结构是高效传热元件或者导热片、或者所述导热结构由导热片外接散热器组、或者所述导热结构由高效传热元件外接散热器组成。
6.根据权利要求5所述的喷淋式液冷服务器，其特征在于：所述盖板与密闭喷淋腔体一体制成，密闭喷淋腔体的顶面即是盖板的内面，或者所述盖板和密闭喷淋腔体独立设置，所述密闭喷淋腔体固定在所述盖板内侧。
7.根据权利要求6所述的喷淋式液冷服务器，其特征在于：在所述机箱内增设PCB板，所述PCB板设于传统服务器风扇和通风通道的位置上，所述PCB板上设有芯片及其扩展表面，所述芯片为新增的芯片、或为原有的芯片、或包括新增的芯片和原有的芯片，并在拆除多层传统服务器风扇和/或降低电子器件的扩展表面后，可降低机箱的高度，使得服务器内部空间紧凑。
8.根据权利要求7所述的喷淋式液冷服务器，其特征在于：在机箱内设有液体温度感应系统，所述液体温度感应系统包括控制器、设于冷却液入口上的控制阀和设置在发热的电子器件、冷却液出口上的温度传感器，所述温度传感器、控制阀分别与控制器相连，各温度传感器分别采集发热的电子器件和冷却液出口处的温度信号并将其传送至控制器，由控制器对进入冷却液入口的绝缘冷却液的温度进行控制，同时控制控制阀的开度来调节进入密闭喷淋腔体的绝缘冷却液的流量，从而实现对电子器件喷淋冷却的自动调节。
9.根据权利要求1～8任一项所述的喷淋式液冷服务器，其特征在于：多个所述的喷淋式液冷服务器放置于同一机柜中，各机柜与喷淋式液体冷却系统相配合，即所述喷淋式液体冷却系统包括循环管路、设于循环管路上的散热器、油箱和冷却液循环动力系统，各机柜中每个喷淋式液冷服务器的冷却液入口和冷却液出口通过其所在的机柜上的进油口和回油口连接在喷淋式液体冷却系统的循环管路中；各喷淋式液冷服务器的液体温度感应系统的控制器集成为一体构成控制系统，由控制系统对喷淋式液体冷却系统整体的工作状态进行自动控制。
10.根据权利要求9所述的喷淋式液冷服务器，其特征在于：所述绝缘冷却液是矿物油、硅油或氟化液。
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