CN109843025B - 一种浸没式冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浸没式冷却装置，由尖头冷却柜、蒸气动力混流扇、回流换热管组成；所述蒸气动力混流扇包括动力扇和混流扇；所述回流换热管由绝缘冷却液回流内管和传热流体外管组成；所述传动杆上部固定于所述尖头冷却柜的顶部，所述动力扇布置于所述尖头冷却柜的尖头顶细流道处，所述混流扇浸没在所述绝缘冷却液中；所述绝缘冷却液回流内管上部与所述尖头冷却柜的顶部连通，下部与所述尖头冷却柜下部相连；在所述尖头冷却柜内灌注有绝缘冷却液。本实用使用浸没式冷却方法对大数据中心的高功率计算设备进行冷却，该装置能够有效提高大数据中心的散热效率并降低大数据中心的冷却能耗，从而实现节能减排的目的。

Description

一种浸没式冷却装置

技术领域

本发明涉及一种冷却装置，具体涉及的是一种基于浸没式冷却的大数据中心高效冷却散热装置。

背景技术

近年来，随着大数据技术的广泛应用，数据中心的数量逐年增加。由于数据中心内部计算设备能耗高，在其工作中转化并耗散了大量热能。研究表明：数据中心温度越高，数据计算设备故障率越高，因此必须保证其正常工作温度。目前广泛采取的温控措施是使用传统的风冷冷却方法，这种方法不仅进一步增加了数据中心的能耗，而且将热量直接排放到环境中，造成了热能的浪费且加剧了温室效应。同时，空气的低导热率和工作计算设备的空间位置分布不均衡会导致数据中心的温度均匀性较差，易造成局部高温而导致计算设备故障。

针对现有技术的不足，本发明提出了一种浸没式冷却装置。使用绝缘冷却液浸没计算设备，在计算设备散热时利用绝缘冷却液的气化带走其热量，由于冷却液气化潜热较大且气化过程冷却液温度不变，因此能够保证热量及时高效的排出，且有效避免了局部高温的出现。同时，本发明利用装置内绝缘冷却液气化后的蒸气驱动力驱动混流扇加强绝缘冷却液扰流，从而进一步强化对计算设备的散热。此外，本方案设置了套管式回流换热管，高温冷却液蒸气在回流换热管内冷凝并将热量传递给传热流体，热量可由传热流体供给外部用热设备，从而达到了热能回收利用的目的，减少了能源的浪费，对节能减排有着十分积极的作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供了一种浸没式冷却装置，该装置能够实现对设备的高效散热，达到保障设备运行安全的目的。

一种浸没式冷却装置，由尖头冷却柜、蒸气动力混流扇、回流换热管组成；所述尖头冷却柜由上部的圆锥形导气顶、下部的矩形柜体、柜体内的绝缘冷却液和其内浸没的高功率计算设备组成；所述蒸气动力混流扇由传动杆和连传动杆上部固定的动力扇和传动杆下部固定的混流扇组成；所述回流换热管由绝缘冷却液回流内管和传热流体外管组成；所述传动杆上部通过滑轮固定于所述尖头冷却柜的顶部，所述动力扇布置于所述尖头冷却柜的尖头顶细流道处，所述混流扇浸没在绝缘冷却液中；所述绝缘冷却液回流内管上部与所述的尖头冷却柜的顶部连通，下部与所述矩形柜体相连。

本发明散热装置采用浸没式冷却方法，使用所述绝缘冷却液浸没计算设备，在计算设备工作时利用所述的绝缘冷却液的气化实现对计算设备的冷却。本发明使用圆锥状尖顶作为聚流通道，通过所述蒸气动力混流扇有效利用气化后的绝缘冷却液的蒸汽动力，加强了绝缘冷却液的扰动，从而进一步强化所述高功率计算设备的散热。此外，本发明使用了套管式换热管，可以通过所述的传热流体外管将热量回收。

为强化高功率计算设备的散热，使用浸没式冷却的散热方式。将高功率计算设备浸没在绝缘冷却液中，绝缘冷却液的气化温度略高于高功率计算设备的高效工作温度。当高功率计算设备的温度升高时，通过绝缘冷却液的气化定点带走热量，保证高功率计算设备的正常工作。

本发明设置了蒸汽动力混流扇以强化绝缘冷却液的扰动，从而进一步提高绝缘冷却液对高功率计算设备的冷却效果。当浸没式冷却装置在工作时，绝缘冷却液气化，气化后的蒸气通过圆锥形导气顶聚集并向上流动，带动动力扇转动，并进一步通过传动杆带动混流扇转动。混流扇浸没在绝缘冷却液中，能够带动其发生扰动，从而起到强化换热的目的。

可以通过传热流体将热量回收，实现热能的回收利用。

本发明公开了一种浸没式冷却散热装置，使用浸没式冷却的方法对高功率计算设备进行冷却，利用绝缘冷却液的相变带走设备产生的热量，既提高了冷却效果，又降低了空气调节能耗。同时通过蒸气自动力混流扇进一步利用绝缘冷却液的浮升力加强了对高功率设备的冷却，从而进一步提高了冷却效率。此外，本发明使用传热流体对绝缘冷却液蒸气进行冷却，热量可以通过传热流体进行进一步的利用，从而达到节能减排的目的。

附图说明

图1为本发明的整体结构图；

图2是冷凝管、蒸汽以及电加热棒的温度随时间的变化曲线图。

图中，1.圆锥导气顶；2.矩形柜体；3.绝缘冷却液；4.高功率计算设备；5.冷却液蒸气；6.传动杆；7.动力扇；8.混流扇；9.冷却液回流内管；10.传热流体外管；11.传热流体。

具体实施方式

下面结合附图说明进行更进一步的详细说明：

图1为本发明的浸没式冷却装置的整体结构图，由尖头冷却柜、蒸气动力混流扇、回流换热管组成。尖头冷却柜由上部的圆锥形导气顶1、下部的矩形柜体2、柜体内的绝缘冷却液3和其内浸没的高功率计算设备4组成。蒸气动力混流扇由传动杆6和连传动杆6上部固定的动力扇7和传动杆6下部固定的混流扇8组成。回流换热管由绝缘冷却液回流内管9和传热流体外管10组成。传动杆6上部通过滑轮固定于尖头冷却柜的顶部，动力扇7布置于尖头冷却柜的尖头顶细流道处，混流扇8浸没在绝缘冷却液3中。绝缘冷却液回流内管9上部与尖头冷却柜的顶部连通，下部与矩形柜体2相连。当高功率计算设备4发热时，绝缘冷却液3吸收热量并气化，冷却液蒸气5向上浮升后推动动力扇7转动，随后通过传动杆6带动混流扇8转动，加强绝缘冷却液3的扰动从而加强换热。

对本发明中数据中心浸没冷却制冷系统制作了实验样件，并对其制冷性能以及能耗进行了实验研究，以此验证本发明的可靠性。数据中心浸没冷却制冷装置如图1所示，包括浸没尖头冷却柜，具体尺寸为长×宽×高为0.16m×0.115m×0.15m，铝制容器，用来模拟采用浸没冷却的数据中心。CHD-2040型低温恒温槽的恒温水浴装置用来模拟恒温自来水，进出水管分别接尖头冷却柜的两侧水管，用稳压器和电压表组合作为调压装置，控制下部铜管内电加热棒的加热功率，用来模拟数据中心的电子元件发热，同时用数据采集板卡与热电偶连接起来，每隔10秒三个测温点测一组数据。

实验中，我们首先装置与管道连接起来，用钢圈固定每个接口，然后通入自来水检查整个管道是否漏水。检验无误后，安装背部热电偶。然后我们用氮气罐6Mpa的压力加到我们的冷却装置上，检查装置的气密性。在没有感受到装置外泄气体之后，我们认为装置的气密性达到了要求。用真空泵对装置进行十分钟左右的抽真空，然后冲入无水乙醇至覆盖加热铜棒上表面。连接装置水管道和水浴装置。连接热电偶和电脑软件。连接下部电加热棒和调压装置。接通水浴装置，调压装置，开启测温软件开始测温。通过调压装置，分别调取100w，150w，200w，300w，400w的功率，观察实验现象，记录分析温度变化，实验结果如图2所示。实验结果分析

对比一下在面对相同散热需求时，风冷对流散热和浸没式冷却散热两种散热方式的散热效果和所需能耗。

首先是风冷。以1匹的空调(能效比为平均值3.4)制冷为例，要满足所设计的散热需求(以散热功率为400w为例)

即每小时耗0.11765度电。

而我们的浸没式冷却散热装置，在400W的电加热棒下我们得到稳态实验数据。

表1. 400W加热功率下浸没冷却装置实验数据

由表可知电加热棒平均温度：81.129℃。冷凝管平均温度：57.007℃。蒸汽平均温度：76.746℃。

散热面积A＝3.1415r²＝0.2827cm²。

装置的散热能力，即所达到的散热的热流密度

从实验数据中我们可以看出，我们的装置使热流密度为354W/cm²的电加热棒的温度保持在81.129℃，基本满足电子元器件正常工作的温度需求。而且，受限于调压装置量程的限制(最大提供400W的功率)，本实验装置的散热能力还没有到达极限。

由于只需要在整个冷却系统刚开始运行时抽取真空，而散热本身用不到真空泵，我们可以忽略它的耗功。所以除了水资源的消耗外我们的装置基本不耗费其他能源，相比风冷来说更有优势。

Claims (3)

1.一种浸没式冷却装置，其特征在于：由尖头冷却柜、蒸气动力混流扇、回流换热管组成；所述蒸气动力混流扇包括传动杆、固定在传动杆上部的动力扇和固定在传动杆下部的混流扇；所述回流换热管由绝缘冷却液回流内管和传热流体外管组成；所述传动杆上部固定于所述尖头冷却柜的顶部，所述动力扇布置于所述尖头冷却柜的尖头顶细流道处，所述混流扇浸没在绝缘冷却液中；所述绝缘冷却液回流内管上部与所述尖头冷却柜的顶部连通，下部与所述尖头冷却柜下部相连；在所述尖头冷却柜内灌注有绝缘冷却液。

2.根据权利要求1所述的一种浸没式冷却装置，其特征在于：所述尖头冷却柜由上部的圆锥形导气顶和下部的矩形柜体组成。

3.根据权利要求1所述的一种浸没式冷却装置，其特征在于：所述传动杆上部通过滑轮固定于所述圆锥形导气顶的顶部。

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