CN109339871A - 一种浸没式液冷系统的回收装置及回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浸没式液冷系统的回收装置及回收方法，该回收装置包括：冷媒循环管路，冷媒循环管路的一端与连通浸没式液冷系统的气相区连通，以使得浸没式液冷系统的冷媒蒸汽进入冷媒循环管路，冷凝后的冷媒蒸汽形成的冷凝液经由冷媒循环管路的另一端回到连通浸没式液冷系统中；第一发电机，第一发电机包括叶片，叶片设置在冷媒循环管路中；其中，利用浸没式液冷系统的冷媒蒸汽推动叶片以使得第一发电机发电。本发明的上述技术方案，至少能够提高电能回收率。

Description

一种浸没式液冷系统的回收装置及回收方法

技术领域

本发明涉及冷却技术领域，具体来说，涉及一种浸没式液冷系统的回收装置及回收方法。

背景技术

半导体行业遵循摩尔定律，近年来单位面积集成的晶体管越来越多，其一方面带来了芯片性能提升，同时芯片的功率也越来越大。由此带来IT及附属设备消耗的电能原来越大，对能源供给，环境污染治理都造成极大挑战。本发明通过一套能源回收利用装置将能源重新回收利用，从而降低IT系统的能源消耗，同时减少碳排放，有利于保护环境。

当前对IT设备的散热方案都只是集中于高效地将热量排放到大气中，至多是余热回收用于供暖。其带来的问题是能量利用率低，IT能耗大，对能源消耗大，对环境可持续发展不利。

发明内容

针对相关技术中的上述问题，本发明提出一种浸没式液冷系统的回收装置及回收方法，能够提高电能回收率。

本发明的技术方案是这样实现的：

根据本发明的一个方面，提供了一种浸没式液冷系统的回收装置，浸没式液冷系统的冷媒浸没发热元件，回收装置包括：

冷媒循环管路，冷媒循环管路的一端与连通浸没式液冷系统的气相区连通，以使得浸没式液冷系统的冷媒蒸汽进入冷媒循环管路，冷凝后的冷媒蒸汽形成的冷凝液经由冷媒循环管路的另一端回到连通浸没式液冷系统中；

第一发电机，第一发电机包括叶片，叶片设置在冷媒循环管路中；

其中，利用浸没式液冷系统的冷媒蒸汽推动叶片以使得第一发电机发电。

根据本发明的实施例，冷媒循环管路包括位于一端与叶片之间的第一部分管路和第二部分管路，第一部分管路延水平方向延伸，第二部分管路连接于第一部分管路且延竖直方向延伸；其中，第一部分管路上设置有增压泵，增压泵用于增加流经叶片的冷媒蒸汽的流速。

根据本发明的实施例，第一部分管路的截面尺寸大于第二部分管路的截面尺寸。

根据本发明的实施例，第一部分管路的内壁和第二部分管路的内壁均为螺旋状。

根据本发明的实施例，浸没式液冷系统的回收装置还包括：第二发电机，包括水轮机，水轮机设置于叶片与冷媒循环管路的另一端之间；第一冷凝管，设置于第一发电机和第二发电机之间；其中，冷媒蒸汽通过第一冷凝管形成凝后的冷凝液，冷凝液推动水轮机以使得第二发电机发电。

根据本发明的实施例，浸没式液冷系统的回收装置还包括：导流件，导流件具有第一开口和第二开口，第一开口的尺寸大于第二开口的尺寸，第一开口比第二开口更靠近第一冷凝管；其中，第二发电机设置在第二开口处。

根据本发明的实施例，浸没式液冷系统的回收装置还包括：第二冷凝管，设置在第一冷凝管的下方。

根据本发明的实施例，浸没式液冷系统的回收装置还包括：第三发电机，第三发电机包括桨叶；其中，第一冷凝管和第二冷凝管连接至冷塔，第三发电机的桨叶与冷塔的风机相对设置。

根据本发明的实施例，浸没式液冷系统的回收装置还包括并联连接的电池和电容阵列；其中，电池的一端连接于第一发电机、第二发电机和第三发电机，另一端连接于发热元件的供电模块；电容阵列的一端连接于第一发电机、第二发电机和第三发电机，另一端连接于发热元件的供电模块。

根据本发明的另一方面，提供了一种浸没式液冷系统的回收方法，浸没式液冷系统的冷媒浸没发热元件，回收方法包括：

浸没式液冷系统的冷媒蒸汽由冷媒循环管路的一端进入冷媒循环管路；

利用浸没式液冷系统的冷媒蒸汽推动叶片以使得第一发电机发电；

冷凝后的冷媒蒸汽形成的冷凝液经由冷媒循环管路的另一端回到连通浸没式液冷系统中。

本发明通过冷媒循环管路的设计将浸没式液冷系统的冷媒蒸汽推动第一发动机的叶轮使得第一发电机发电，从而将冷媒蒸汽的热能转化为动能，可以提高电能回收率，大大提升电源的使用效率，节约电能，同时减少碳排放。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的浸没式液冷系统的回收装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，根据本发明实施例的浸没式液冷系统的回收装置。其中，浸没式液冷系统的冷媒浸没发热元件3。该浸没式液冷系统的回收装置包括冷媒循环管路，冷媒循环管路的一端4与连通浸没式液冷系统的气相区连通，以使得浸没式液冷系统的冷媒蒸汽进入冷媒循环管路，冷凝后的冷媒蒸汽形成的冷凝液经由冷媒循环管路的另一端回到连通浸没式液冷系统中。该浸没式液冷系统的回收装置还包括第一发电机6，第一发电机6包括叶片，叶片设置在冷媒循环管路中。其中，利用浸没式液冷系统的冷媒蒸汽推动叶片以使得第一发电机6发电。

本发明的上述技术方案，通过冷媒循环管路的设计将冷媒蒸汽的热能转化为动能，使得浸没式液冷系统的冷媒蒸汽推动第一发动机6的叶片使得第一发电机6发电，从而将发热元件发出的热能转化成电能加以回收利用，提高了电能回收率，大大提升了电源的使用效率，节约了电能，同时减少了碳排放。

继续参考图1所示，冷媒循环管路包括位于一端4与叶片之间的制冷管路(即第一部分管路)5和第二部分管路6，制冷管路5延水平方向延伸，第二部分管路6连接于制冷管路5且延竖直方向延伸。其中，制冷管路5上设置有增压泵，增压泵用于增加流经叶片的冷媒蒸汽的流速。

在一个实施例中，制冷管路5的截面尺寸大于第二部分管路6的截面尺寸。在一个实施例中，制冷管路5的内壁和第二部分管路6的内壁均为螺旋状。

在一个实施例中，浸没式液冷系统的回收装置还包括第二发电机9，第二发电机9包括水轮机，水轮机设置于叶片与冷媒循环管路的另一端之间。第一冷凝管7，设置于第一发电机6和第二发电机9之间。其中，冷媒蒸汽通过第一冷凝管7形成凝后的冷凝液，冷凝液推动水轮机以使得第二发电机9发电。

在一个实施例中，浸没式液冷系统的回收装置还包括导流件8，导流件8具有第一开口和第二开口，第一开口的尺寸大于第二开口的尺寸，第一开口比第二开口更靠近第一冷凝管7。其中，第二发电机9设置在第二开口处。

在一个实施例中，浸没式液冷系统的回收装置还包括第二冷凝管11，设置在第一冷凝管7的下方。

在一个实施例中，浸没式液冷系统的回收装置还包括第三发电机16，第三发电机16包括桨叶。其中，第一冷凝管7和第二冷凝管11连接至冷塔14，第三发电机16的桨叶与冷塔14的风机15相对设置。

在一个实施例中，浸没式液冷系统的回收装置还包括并联连接的电池18和电容阵列17。其中，电池18的一端连接于第一发电机6、第二发电机9和第三发电机16，另一端连接于发热元件3的供电模块。电容阵列17的一端连接于第一发电机6、第二发电机9和第三发电机16，另一端连接于发热元件3的供电模块。

具体的，在图1所示的实施例中，服务器主板1浸泡在浸没式液冷系统的密闭腔体2中，腔体2中盛有绝缘液态冷媒(以后统一称冷媒)。服务器主板1工作后，电功率导致服务器的处理器、加速器以及所有电子元器件等发热元件3发热，导致冷媒沸腾。沸腾的冷媒形成的冷媒蒸汽通过出汽口4(即冷媒循环管路的一端)将高温的冷媒蒸汽传输到制冷管道5中。在制冷管道5中安装有发电机6的叶片，高温高速的冷媒蒸汽推动发电机6(例如汽轮发电机)的叶片转动发电。优选的，将制冷管道5的管径设得比发电机6处管路(即第二部分管路)的管径细，以确保发电机6处具有较高的流速，以推动发电机6做功，完成机械能到电能的转化。制冷管道5中还放置有增压泵，例如在需要增加发电机6处的流速时可以制冷管道5中放置的该增压泵。制冷管道5和发电机6处管路的内部管线内纹路尽量作成螺旋状，这样可以进一步加大旋转力量以有效推动发电机6处的发电机6发电。进一步的，高温的冷媒蒸汽经过发电机6的叶片后到达冷凝管7进行冷凝，冷凝后的冷媒液经过导流件8(例如漏斗)到流体出口，利用冷媒液的势能推动流体出口的第二发电机9(例如水轮机)发电。更进一步地，冷凝后的冷媒液经过浸没在冷媒中的冷凝管11进一步冷却。然后由泵10推回到容纳服务器主板1的密闭腔体2，完成一次冷媒循环。同时冷凝管7和11将换出的热量通过泵13导入到冷塔14，冷塔14根据散热情况启动风机15将热量导出到大气中。在风机15上方设置一个发电机16的桨叶，而将风机15的剩余动能转化成电能。

此外，发电机6、9、15回收的电能通过电路传给电池18和并联的电容阵列17。电池18和并联的电容阵列17的输出连接服务器主板1供电的输入端。当电池18和并联电容阵列17达到和服务器主板1的供电电路输入电源相同指标，即大于等于服务器主板1的供电模块19的电压指标时，则电池18和并联电容17的电可以为服务器主板1提供电能。由此带来电能的回收利用，提升系统的用电效率。

可选的，本发明还可以设置温度、压力和流量的控制软件，以确保发电机6、9、和16在完成能量回收时，发热元件的温度控制在芯片能允许的范围内，压力控制在冷媒循环管路及服务器主板1的芯片等器件设计范围内。具体为：以发热元件的温度为核心，通过制冷管道5的增压泵调节达到腔体压力和发电机6处管路流量的平衡。本发明的发热元件3和冷塔14区域的热循环可以进一步利用热管等技术进一步细化，将热能转化成电能。

根据本发明的实施例，还提供了一种浸没式液冷系统的回收方法，浸没式液冷系统的冷媒浸没发热元件，回收方法包括以下步骤：

S202，浸没式液冷系统的冷媒蒸汽由冷媒循环管路的一端进入冷媒循环管路；

S204，利用浸没式液冷系统的冷媒蒸汽推动叶片以使得第一发电机发电；

S206，冷凝后的冷媒蒸汽形成的冷凝液经由冷媒循环管路的另一端回到连通浸没式液冷系统中。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过将发热元件发出的热能转化成电能加以回收利用，提高电能使用效率。打破传统的电子设备散热只是考虑如何将电能转化出的热能尽快传递到大气中。只是简单的热能-热能传递，而没有考虑热能转化回收为电能的思想。本发明考虑到电子器件由于工作发出的热能实际是一种可回收的电能，通过管道设计分别在蒸汽热能转化为动能，汽体热能转化成液体势能再转化成势能最终转化成电能，以及冷塔风扇的动能回收一部分成为电能的方式将一部分热能转化成电能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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)

1.一种浸没式液冷系统的回收装置，其特征在于，所述浸没式液冷系统的冷媒浸没发热元件，所述回收装置包括：

冷媒循环管路，所述冷媒循环管路的一端与所述连通浸没式液冷系统的气相区连通，以使得所述浸没式液冷系统的冷媒蒸汽进入所述冷媒循环管路，冷凝后的冷媒蒸汽形成的冷凝液经由所述冷媒循环管路的另一端回到所述连通浸没式液冷系统中；

第一发电机，所述第一发电机包括叶片，所述叶片设置在所述冷媒循环管路中；

其中，利用所述浸没式液冷系统的冷媒蒸汽推动所述叶片以使得所述第一发电机发电。

2.根据权利要求1所述的浸没式液冷系统的回收装置，其特征在于，所述冷媒循环管路包括位于所述一端与所述叶片之间的第一部分管路和第二部分管路，所述第一部分管路延水平方向延伸，所述第二部分管路连接于所述第一部分管路且延竖直方向延伸；

其中，所述第一部分管路上设置有增压泵，所述增压泵用于增加流经所述叶片的冷媒蒸汽的流速。

3.根据权利要求2所述的浸没式液冷系统的回收装置，其特征在于，所述第一部分管路的截面尺寸大于所述第二部分管路的截面尺寸。

4.根据权利要求2所述的浸没式液冷系统的回收装置，其特征在于，所述第一部分管路的内壁和所述第二部分管路的内壁均为螺旋状。

5.根据权利要求1所述的浸没式液冷系统的回收装置，其特征在于，还包括：

第二发电机，包括水轮机，所述水轮机设置于所述叶片与所述冷媒循环管路的所述另一端之间；

第一冷凝管，设置于所述第一发电机和所述第二发电机之间；

其中，所述冷媒蒸汽通过所述第一冷凝管形成凝后的所述冷凝液，所述冷凝液推动所述水轮机以使得所述第二发电机发电。

6.根据权利要求5所述的浸没式液冷系统的回收装置，其特征在于，还包括：

导流件，所述导流件具有第一开口和第二开口，所述第一开口的尺寸大于所述第二开口的尺寸，所述第一开口比所述第二开口更靠近所述第一冷凝管；

其中，所述第二发电机设置在所述第二开口处。

7.根据权利要求5所述的浸没式液冷系统的回收装置，其特征在于，还包括：

第二冷凝管，设置在所述第一冷凝管的下方。

8.根据权利要求7所述的浸没式液冷系统的回收装置，其特征在于，还包括：

第三发电机，所述第三发电机包括桨叶；

其中，所述第一冷凝管和第二冷凝管连接至冷塔，所述第三发电机的所述桨叶与所述冷塔的风机相对设置。

9.根据权利要求8所述的浸没式液冷系统的回收装置，其特征在于，还包括并联连接的电池和电容阵列；

其中，所述电池的一端连接于所述第一发电机、第二发电机和第三发电机，另一端连接于所述发热元件的供电模块；

所述电容阵列的一端连接于所述第一发电机、第二发电机和第三发电机，另一端连接于所述发热元件的供电模块。

10.一种浸没式液冷系统的回收方法，其特征在于，所述浸没式液冷系统的冷媒浸没发热元件，所述回收方法包括：

所述浸没式液冷系统的冷媒蒸汽由所述冷媒循环管路的一端进入所述冷媒循环管路；

利用所述浸没式液冷系统的冷媒蒸汽推动所述叶片以使得所述第一发电机发电；

冷凝后的冷媒蒸汽形成的冷凝液经由所述冷媒循环管路的另一端回到所述连通浸没式液冷系统中。