CN110958814B - 一种服务器用柔性相变传热降温器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种服务器用柔性相变传热降温器，包括相变传热单元和水冷单元，所述相变传热单元包括前端相变传热组件、固定板、柔性传热组件和末端相变传热组件，所述水冷单元包括水管接头、水冷降温腔、上盖板及下盖板，所述前端相变传热组件通过固定板与热源件固定，所述柔性传热组件的两端分别与前端相变传热组件和末端相变传热组件连通，所述末端相变传热组件固定在水冷降温腔内，所述水冷降温腔的出水口及入水口分别与水管接头连接，上盖板及下盖板对水冷箱进行密封。本发明具有高效冷却的优点。
Description
技术领域
本发明涉及服务器散热领域，具体涉及一种服务器用柔性相变传热降温器。
背景技术
随着互联网技术和通信技术的快速发展，尤其是5G技术的到来，数据中心的应用越来越广泛。数据中心内服务器的核心电子元器件(譬如北桥芯片、南桥芯片和内存条)在高效运行时会产生大量的热量，如果热量得不到及时地散发，服务器的性能和运转不可避免地会受到影响，数据遭到破坏或丢失的可能性也大大增加，甚至有可能导致整个数据中心的瘫痪。因此，如何将数据中心产生的热量快速地排去显得特别重要。
目前，传统数据中心机房一般采用安装空调的方法来散热，这种方法虽然能有效解决数据中心的散热问题，但空调必须常年累月不间断地开着，导致消耗的电量非常多。据统计，传统数据中心采用空调散热的方法，空调所消耗的电量最高可达整个机房耗电量的40%~50%，更严重的是空调所消耗的电量并不是直接作用于服务器内直接发热的关键电子元器件上，而是大部分浪费在机房环境中。对于此类问题，有研究者提出使用水冷式热管散热方法对服务器的关键发热芯片进行散热。这种方法虽然可以实现对服务器的关键元器件进行直接散热，但却又带来了额外的问题，即目前所采用的水冷式热管散热器的热管结构需要根据服务器的具体结构来开模定制，制造成本昂贵，而且热管一般由具有较好导热性能的铜金属制成，这就要求对所制造的热管进行绝缘处理或在设计时要尽可能绕开管脚等易导电部位，从而进一步增加了设计制造的成本。另外，在热管模组失效或者破裂时，需要将整个水冷式热管散热器一起更换，因为这类散热器大多数是一体式制造的，从而增加了相关散热设备的维护成本。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种服务器用柔性相变传热降温器。
本发明采用如下技术方案：
一种服务器用柔性相变传热降温器，包括相变传热单元和水冷单元，所述相变传热单元包括前端相变传热组件、固定板、柔性传热组件和末端相变传热组件，所述水冷单元包括水管接头、水冷降温腔、上盖板及下盖板；
所述前端相变传热组件通过固定板与热源件固定，所述柔性传热组件的两端分别与前端相变传热组件和末端相变传热组件连通，所述末端相变传热组件固定在水冷降温腔内，所述水冷降温腔的出水口及入水口分别与水管接头连接，上盖板及下盖板对水冷箱进行密封。
所述前端相变传热组件及末端相变传热组件均由金属铜制成的金属管，该金属管内壁设置吸液芯。
所述柔性传热组件包括柔性外管、柔性内管及柔性毛细管构成，所述柔性内管设置在柔性外管内，所述柔性毛细管以环状阵列形式设置在柔性内管及柔性外管之间。
所述柔性外管、柔性内管及柔性毛细血管均为柔性高分子材料制造而成的圆管。
所述柔性外管的外壁具有绝缘绝热特性，所述柔性外管的内壁、柔性内管的外壁及柔性毛细管的内外壁均具有亲水性。
所述柔性毛细管的外表面设置毛细螺旋槽。
所述柔性内管内设置内管细孔。
所述柔性外管内嵌支撑弹簧。
所述金属管的截面为矩形或圆形。
所述水冷降温腔包括入水口、出水口、液冷一腔、液冷二腔及一二腔分流部，所述冷却水经过一二腔分流部将冷却水一分为二，分别进入液冷一腔及液冷二腔。
本发明的有益效果：
本发明通过相变传热组件和柔性传热组件并以水为降温介质对服务器内发热芯片进行散热，不仅具有高效冷却的优点，而且由于使用了柔性传热组件，使整个柔性降温器的安装不受设备内部结构复杂程度的影响。
本发明的前端相变传热组件是通过固定板固定在热源件上，无需对热源件进行改装，使用方便；
本发明制造工艺简单、成本低廉，无需像传统热管散热模组那样需要使用昂贵的定制设计制造工艺。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2（a）及图2（b）是前端相变传热组件的剖视图及立体图；
图3是本发明的柔性传热组件的结构示意图；
图4（a）是本发明内间隙及外间隙的示意图；
图4（b）是本发明柔性传热组件的内部剖视图；
图5（a）及图5（b）分别是末端相变传热组件的剖视图及立体图；
图6（a）及图6（b）是本发明水冷降温腔的斜俯视图及斜仰俯视图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，一种服务器用柔性相变传热降温器，主要包括相变传热单元和水冷单元两部分。所述相变传热单元包括前端相变传热组件1、固定板2、柔性传热组件3和末端相变传热组件4，所述水冷单元包括水管接头6A和6B、水冷降温腔8、上盖板5及下盖板7。
具体设置方式为：
所述的前端相变传热组件1由固定板2固定在热源件9上，所述的热源件9是指服务器内部的发热芯片，所述的柔性传热组件3的两端分别与前端相变传热组件1和末端相变传热组件4相连，所述的末端相变传热组件4被固定在水冷降温腔8内，所述的水冷降温腔8的入水口和出水口分别与两个水管接头6A和6B连接，所述的水冷降温腔8上下面分别有上盖板5和下盖板7密封。所述的前端相变传热组件1和末端相变传热组件4皆为金属铜制造而成的的矩形、圆形或其他形状的金属管，管内壁由一定厚度的铜粉烧结而成。
所述的柔性传热组件由柔性外管031、柔性内管032和柔性毛细管033构成。所述的柔性外管031、柔性内管032和柔性毛细管033皆为柔性高分子材料制造而成的圆管。所述的柔性外管031的外壁经过表面化学处理，以使柔性外管031的外表面具有绝缘绝热等特性，所述的柔性外管031的内壁、柔性内管032的外壁和柔性毛细管033的内外壁经过表面化学处理，以使其表现出超强的亲水性。所述的前端相变传热组件1、柔性传热组件3和末端相变传热组件4共同连接成一体的相变传热组件，所述的一体的相变传热组件内注有适量的水作为工质，并对其进行抽真空和密封处理。
整个柔性相变传热降温器的降温过程为：
所述的热源件9所产生的热量传导给前端相变传热组件1，以使得前端相变传热组件1内的工质蒸发形成蒸汽，所述的蒸汽在前端相变传热组件1和末端相变传热组件4之间的压力差作用下从前端相变传热组件1的内腔流经柔性传热组件3的内管再流入末端相变传热组件4，又由于水冷降温腔8内的冷却水的作用使得末端相变传热组件4的温度下降，以致末端相变传热组件4内的蒸汽冷凝形成液体，同时蒸汽由于冷凝所释放的热量传导到水冷降温腔8内并被冷却水带走。而末端相变传热组件4所形成的液体在其内壁经铜粉烧结而成的吸液芯内毛细力作用下流向柔性毛细管033和相邻柔性毛细管033之间的间隙，液体在柔性毛细管033和相邻柔性毛细管033之间间隙所提供的毛细力作用下继续流向前端相变传热组件1内的吸液芯以补充吸液芯内被蒸发的水分。从而形成工质从前端相变传热组件1吸收热量并形成蒸汽，然后流经柔性传热组件3的内管到达末端相变传热组件4再释放热量形成液体，最后在吸液芯和毛细管及毛细管间隙的毛细力作用下流回前端相变传热组件1的不断循环传热的过程。
图2（a）及图2（b）所示的是前端相变传热组件1的结构示意图，其中前端管壁011为金属铜制成的矩形、圆形或其他形状的金属管，前端吸液芯013是由一定厚度的铜粉烧结而成，空心处为前端管腔012。热源件9所产生的热量使前端吸液芯013内的工质蒸发形成蒸汽，然后在压力差的作用下流向柔性内管，前端吸液芯013内的工质在蒸发后由柔性毛细管033及其间隙内的工质在毛细力作用下由柔性毛细管033及其间隙内的工质进行补充。
图3和图4(a)及图4（b）所示的是柔性传热组件3的结构示意图，所述柔性传热组件3由柔性外管031、柔性内管032和柔性毛细管033构成。所述的柔性外管031、柔性内管032和柔性毛细管033皆为柔性高分子材料制造而成的圆管。所述的柔性外管031的外壁经过表面化学处理，以使柔性外管031的外表面具有绝缘绝热等特性，所述的柔性外管031的内壁、柔性内管032的外壁和柔性毛细管033的内外壁经过表面化学处理，以使其表现出超强的亲水性，从而增大其毛细力的作用。所述的柔性内管032装配在柔性外管031内，所述的柔性毛细管033以环状阵列形式装在柔性内管032与柔性外管031之间。所述的柔性外管031内嵌有支撑弹簧0311，以防止在抽真空时柔性传热组件发生坍塌。所述的柔性内管032上的内管细孔0322主要起到排积液的作用，即在柔性内管032内的蒸汽受到外界环境的影响而产生小部分蒸汽过早冷凝时可以在毛细力的作用通过内管细孔0322排去。所述的柔性毛细管033外表面的毛细螺旋槽0331的主要作用是使内间隙0301与外间隙0302贯通，从而加快了柔性内管032内积液的排去速度。工质在柔性传热组件3内的工作流程为：工质从前端相变传热组件1吸热形成蒸汽并在压力差的作用下流经内管腔0321并到达末端相变传热组件4后放热形成液体，然后所形成的液体在前端和末端的吸液芯、柔性毛细管033、内间隙0301和外间隙0302内的毛细力的作用下流经柔性毛细管内腔0332或内间隙0301或外间隙0302并回到前端相变传热组件1的吸液芯继续进行蒸发，同时进入下一次的传热循环中。
图5（a）及图5（b）所示的是末端相变传热组件4的结构示意图，其中末端管壁041为金属铜制成的矩形、圆形或其他形状的金属管，末端吸液芯042是由一定厚度的铜粉烧结而成，空心处为末端管腔044。蒸汽从柔性内管032流入末端管腔044后由于水冷降温腔的作用使得蒸汽发生冷凝并释放热量，冷凝后的液体渗透在末端吸液芯042中，然后在末端吸液芯042和柔性毛细管033或内间隙0301或外间隙0302内的毛细力的作用下流向柔性毛细管033或内间隙0301或外间隙0302，所述内间隙是指柔性内管和两相邻柔性毛细管的间隙，外间隙是指柔性外管和两相邻柔性毛细管的间隙，末端管壁的中间位置设置末端中间缝043。
图6（a）及图6（b）所示的是水冷降温腔8的结构示意图，其中左图为斜俯视图，右图为斜仰视图。其中相变件通过相变件固定孔081插入液冷一腔082和液冷二腔088内，冷却水从降温腔入口087流入后，经过一二腔分流部083将冷却水一分为二，然后再分别进入液冷一腔082和液冷二腔088中。其中两液冷腔被隔板089隔开，两腔中的冷却水分别从不同的流道流出，液冷一腔082内的冷却水从一腔出口084流入一腔出口流道086，再从降温腔出口085流出。而液冷二腔088直接从降温腔出口085流出。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种服务器用柔性相变传热降温器，其特征在于，包括相变传热单元和水冷单元，所述相变传热单元包括前端相变传热组件、固定板、柔性传热组件和末端相变传热组件，所述水冷单元包括水管接头、水冷降温腔、上盖板及下盖板；
所述前端相变传热组件通过固定板与热源件固定，所述柔性传热组件的两端分别与前端相变传热组件和末端相变传热组件连通，所述末端相变传热组件固定在水冷降温腔内，所述水冷降温腔的出水口及入水口分别与水管接头连接，上盖板及下盖板对水冷箱进行密封；
所述柔性传热组件包括柔性外管、柔性内管及柔性毛细管构成，所述柔性内管设置在柔性外管内，所述柔性毛细管以环状阵列形式设置在柔性内管及柔性外管之间；
所述柔性外管的外壁具有绝缘绝热特性，所述柔性外管的内壁、柔性内管的外壁及柔性毛细管的内外壁均具有亲水性；
所述柔性外管、柔性内管及柔性毛细血管均为柔性高分子材料制造而成的圆管；
所述柔性内管设置有内管细孔；
所述柔性外管内嵌支撑弹簧；所述柔性毛细管的外表面设置毛细螺旋槽；
所述水冷降温腔包括入水口、出水口、液冷一腔、液冷二腔及一二腔分流部，冷却水经过一二腔分流部将冷却水一分为二，分别进入液冷一腔及液冷二腔。
2.根据权利要求1所述的一种服务器用柔性相变传热降温器，其特征在于，所述前端相变传热组件及末端相变传热组件均由金属铜制成的金属管，该金属管内壁设置吸液芯。
3.根据权利要求2所述的一种服务器用柔性相变传热降温器，其特征在于，所述金属管的截面为矩形或圆形。
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