CN110958822A - 一种用于服务器的回路热管系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种用于服务器的回路热管系统，包括：一用于与服务器中待冷却的芯片进行接触的板式蒸发器，板式蒸发器内构成有一蒸发腔室，板式蒸发器上开设有分别与蒸发腔室连通的冷却液进口和蒸汽出口；一冷凝器，冷凝器内构成有一冷凝腔室，冷凝器上开设有分别与冷凝腔室连通的冷却液出口和蒸汽进口；一冷却液管路，冷却液管路的一端与板式蒸发器的冷却液进口连接，其另一端与冷凝器的冷却液出口连接；以及一蒸汽管路，蒸汽管路的一端与板式蒸发器的蒸汽出口连接，其另一端与冷凝器的蒸汽进口连接。本发明利用两相流传热的高效性，提高服务器散热器的散热能力和灵活布局能力，解决了服务器CPU等芯片的散热问题。
Description
技术领域
本发明涉及计算机散热技术领域，尤其涉及一种用于服务器的回路热管系统。
背景技术
数据中心(又称机房)的散热能耗问题随着数据中心规模和机柜功率密度的增大而越来越受到关注和重视。数据中心传统的散热方式主要是空调风冷系统和单相循环水冷系统。其中，空调风冷系统结构简单，最易实施，但散热能力有限，能耗高；单相循环水冷系统的散热能力强，但系统庞大复杂，并且出于安全考虑，水冷管路一般布置在机房或机柜外。
热管技术作为一种被动式两相换热技术，被誉为“热的超导体”，近年来在数据中心得到了初步的应用，包括热管换热器(热管式空调)和热管背板等，在节能降耗方面发挥了巨大的作用。
目前现有技术主要是针对机房整体或单个机柜进行散热设计，属于机房级和机柜级的散热模式，因此无法有效地解决机柜中无数服务器芯片的局部散热问题和实现高功率下工作温度的有效控制。而从服务器产生热量的来源角度来看，主要芯片产生的热量占服务器发热的70％以上。要想解决这一问题，适应未来高功率密度机柜和大功率服务器的发展需要，开发一种基于芯片级散热模式的新型机房散热方式将成为今后的主流方向。
芯片级散热模式是指采用先进冷却技术直接作用于服务器的芯片发热位置。备选的技术包括单相液冷回路、浸泡式液冷、热管冷却技术等。单相液冷回路是将液体通过管路直接输送到发热芯片表面带走热量，浸泡式液冷是将芯片直接浸没在液体中。然而，这两种方式都存在辅助配套系统庞大、成本高、后期维护繁琐、存在泄露安全隐患等问题，且受结构和服务器内部空间限制，散热效率有限。热管冷却技术是利用热管高速传热的原理，将取热端直接贴合服务器芯片，把服务器芯片的热量通过热管快速递传递到冷却端，实现对服务器芯片的精确控温，属于芯片级散热技术。
随着服务器技术的发展，芯片的功率越来越大，而服务器内部空间则越来越小，而且服务器内部结构也在发生变化，在空间上的约束可能会影响热管散热装置的布置。因此，研究出一种可以满足芯片散热且管路可以灵活布置的热管散热装置很有必要，可以解决未来服务器芯片的散热需求。为此，本申请人经过有益的探索和研究，找到了解决上述问题的方法，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于服务器的回路热管系统，在不消耗任何能源的前提下，解决服务器芯片的散热问题，同时能够使管路灵活布置，满足不同服务器的布局要求。
本发明所要解决的技术问题可以采用如下技术方案来实现：
一种用于服务器的回路热管系统，包括：
一用于与服务器中待冷却的芯片进行接触的板式蒸发器，所述板式蒸发器内构成有一蒸发腔室，所述板式蒸发器上开设有分别与所述蒸发腔室连通的冷却液进口和蒸汽出口；
一冷凝器，所述冷凝器内构成有一冷凝腔室，所述冷凝器上开设有分别与所述冷凝腔室连通的冷却液出口和蒸汽进口；
一冷却液管路，所述冷却液管路的一端与所述板式蒸发器的冷却液进口连接，其另一端与所述冷凝器的冷却液出口连接；以及
一蒸汽管路，所述蒸汽管路的一端与所述板式蒸发器的蒸汽出口连接，其另一端与所述冷凝器的蒸汽进口连接。
在本发明的一个优选实施例中，所述板式蒸发器包括：
一用于与服务器中待冷却的芯片进行接触的接触平板；
一密封盖合在所述接触平板的上表面上的面板，所述面板的下板面与所述接触平面的上表面之间构成所述蒸发腔室；
设置在所述接触平板与面板之间且位于所述蒸发腔室内的毛细结构；
一设置在所述面板上的冷媒进出口模块，所述冷媒进出口模块内构成有一与所述蒸发腔室连通的冷媒进出口腔室，所述板式蒸发器的冷却液进口和蒸汽出口分别开设在所述冷媒进出口模块上并与所述冷媒进出口腔室连通。
在本发明的一个优选实施例中，在所述板式蒸发器的冷媒进出口模块上还开设有一与所述冷媒进出口腔室连通的充液口，所述充液口上可拆卸地安装有一用于将所述充液口进行密封的密封堵头。
在本发明的一个优选实施例中，在所述接触平板的周缘处间隔开设有若干安装孔。
在本发明的一个优选实施例中，所述冷凝器包括：
一冷凝底板，所述冷凝底板上形成有蒸汽冷却通道和液体回流通道，在冷凝底板的侧面上开设有所述冷却液出口和蒸汽进口；
一密封盖设在所述冷凝底板上的冷凝盖板，所述冷凝盖板与冷凝底板之间形成所述冷凝腔室；以及
一设置在所述冷凝底板的背面上的风冷翅片结构。
在本发明的一个优选实施例中，在所述风冷翅片结构的外侧面上周向间隔设置有若干安装孔。
由于采用了如上技术方案，本发明的有益效果在于：本发明利用两相流传热的高效性，提高服务器散热器的散热能力和灵活布局能力，解决了服务器CPU等芯片的散热问题。
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，下面将对实施例或现有技术描述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是本发明的结构示意图。
图2是本发明的板式蒸发器的结构示意图。
图3是本发明的板式蒸发器的剖面示意图。
图4是本发明的冷凝器的结构示意图。
图5是本发明的冷凝器去掉冷凝盖板后的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参见图1，图中给出的是一种用于服务器的回路热管系统，包括板式蒸发器100、冷凝器200、冷却液管路300以及蒸汽管路400。
板式蒸发器100用于与服务器中待冷却的芯片进行接触，板式蒸发器100内构成有一蒸发腔室101，板式蒸发器100上开设有分别与蒸发腔室101连通的冷却液进口102和蒸汽出口103。参见图2和图3，板式蒸发器100包括接触平板110、面板120、毛细结构130以及冷媒进出口模块140。接触平板110为一个平板结构，其用于与服务器中待冷却的芯片进行接触。在接触平板110的周缘处间隔开设有若干安装孔111，用于方便将板式蒸发器100安装至服务器中的指定位置。面板120密封盖合在接触平板110的上表面上，面板120的下板面与接触平板110的上表面之间构成蒸发腔室101。毛细结构130设置在接触平板110与面板120之间且位于蒸发腔室101内。冷媒进出口模块140设置在面板120上，冷媒进出口模块140内构成有一与蒸发腔室101连通的冷媒进出口腔室141，板式蒸发器100的冷却液进口102和蒸汽出口103分别开设在冷媒进出口模块140上并与冷媒进出口腔室141连通。
在板式蒸发器100的冷媒进出口模块140上还开设有一与冷媒进出口腔室141连通的充液口104，充液口104上可拆卸地安装有一用于将充液口104进行密封的密封堵头150。当需要添加冷却液时，卸下密封堵头150而将充液口104打开，然后通过充液口104向板式蒸发器100内添加冷却液。在本实施例中，冷却液可以采用R134a，R1234ze，R1233zd等多种冷媒。
参见图4和图5，冷凝器200包括冷凝底板210、冷凝盖板220以及风冷翅片结构230。冷凝底板210上形成有蒸汽冷却通道211和液体回流通道212，在冷凝底板210的侧面上开设有冷却液出口201和蒸汽进口202。冷凝盖板220密封盖设在冷凝底板210上，冷凝盖板220与冷凝底板210之间形成一冷凝腔室，该冷凝腔室由蒸汽冷却通道211和液体回流通道212共同构成，其分别与冷却液出口201和蒸汽进口202连通。风冷翅片结构230设置在冷凝底板210的背面上。此外，在风冷翅片结构230的外侧面上周向间隔设置有若干安装孔231，其用于方便将冷凝器200安装至服务器外的指定位置。
过热蒸汽进入冷凝器200后，在冷凝器200中并联的蒸汽冷却通道211中流动，并联的蒸汽冷却通道211提升了蒸汽冷却的换热面积，在风冷翅片结构230的作用下，过热蒸汽逐渐变化为饱和蒸汽和/或饱和液体，最终形成过冷液体通过液体回流通道212流动至冷却液出口201液体出口，并联的蒸汽冷却通道211与液体回流通道212是完全隔离的，因此形成了气液分离的作用。
冷却液管路300的一端与板式蒸发器100的冷却液进口102连接，其另一端与冷凝器200的冷却液出口201连接。蒸汽管路400的一端与板式蒸发器100的蒸汽出口103连接，其另一端与冷凝器200的蒸汽进口202连接。
本发明的用于服务器的回路热管系统的工作原理如下：
先将板式蒸发器100与服务器中待冷却的芯片进行接触，以实现对待冷却的芯片的冷却。在对待冷却的芯片进行冷却时，板式蒸发器100内的冷却液因吸收热量而产生蒸汽，产生的蒸汽经由板式蒸发器100的蒸汽出口103、蒸汽管路400、冷凝器200的蒸汽进口202进入冷凝器200的冷凝腔室内，冷凝器对蒸汽进行冷凝处理，使得蒸汽冷凝成液态冷却液，冷凝后的冷却液再经由冷凝器200的冷却液出口201、冷却液管路300、板式蒸发器100的冷却液进口102回流至板式蒸发器100的蒸发腔室101内，实现两相流传热。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种用于服务器的回路热管系统，其特征在于，包括：
一用于与服务器中待冷却的芯片进行接触的板式蒸发器，所述板式蒸发器内构成有一蒸发腔室，所述板式蒸发器上开设有分别与所述蒸发腔室连通的冷却液进口和蒸汽出口；
一冷凝器，所述冷凝器内构成有一冷凝腔室，所述冷凝器上开设有分别与所述冷凝腔室连通的冷却液出口和蒸汽进口；
一冷却液管路，所述冷却液管路的一端与所述板式蒸发器的冷却液进口连接，其另一端与所述冷凝器的冷却液出口连接；以及
一蒸汽管路，所述蒸汽管路的一端与所述板式蒸发器的蒸汽出口连接，其另一端与所述冷凝器的蒸汽进口连接。
2.如权利要求1所述的用于服务器的回路热管系统，其特征在于，所述板式蒸发器包括：
一用于与服务器中待冷却的芯片进行接触的接触平板；
一密封盖合在所述接触平板的上表面上的面板，所述面板的下板面与所述接触平面的上表面之间构成所述蒸发腔室；
设置在所述接触平板与面板之间且位于所述蒸发腔室内的毛细结构；
一设置在所述面板上的冷媒进出口模块，所述冷媒进出口模块内构成有一与所述蒸发腔室连通的冷媒进出口腔室，所述板式蒸发器的冷却液进口和蒸汽出口分别开设在所述冷媒进出口模块上并与所述冷媒进出口腔室连通。
3.如权利要求2所述的用于服务器的回路热管系统，其特征在于，在所述板式蒸发器的冷媒进出口模块上还开设有一与所述冷媒进出口腔室连通的充液口，所述充液口上可拆卸地安装有一用于将所述充液口进行密封的密封堵头。
4.如权利要求2所述的用于服务器的回路热管系统，其特征在于，在所述接触平板的周缘处间隔开设有若干安装孔。
5.如权利要求1所述的用于服务器的回路热管系统，其特征在于，所述冷凝器包括：
一冷凝底板，所述冷凝底板上形成有蒸汽冷却通道和液体回流通道，在冷凝底板的侧面上开设有所述冷却液出口和蒸汽进口；
一密封盖设在所述冷凝底板上的冷凝盖板，所述冷凝盖板与冷凝底板之间形成所述冷凝腔室；以及
一设置在所述冷凝底板的背面上的风冷翅片结构。
6.如权利要求5所述的用于服务器的回路热管系统，其特征在于，在所述风冷翅片结构的外侧面上周向间隔设置有若干安装孔。
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