CN110996619A - 单相浸没式液冷机柜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子信息设备散热技术领域，公开了一种单相浸没式液冷机柜，包括柜体，柜体设有供液管路、回液管路以及用于容纳冷却液以及多个电子信息设备的空间；还包括：位于柜体内的冷却液分液器，冷却液分液器与供液管路连通，并设有与多个电子信息设备一一对应的分液口；设置在每个电子信息设备内部并用于为主要发热元件进行散热的散热器，散热器贴设在主要发热元件的表面，并设有冷却液流道，且散热器的进液口与对应的分液口连通，散热器的出液口与对应的电子信息设备的内部空间连通。

Description

单相浸没式液冷机柜

技术领域

本发明涉及电子信息设备散热技术领域，尤其涉及一种单相浸没式液冷机柜。

背景技术

随着科技进步，大数据技术蓬勃发展，对于电子信息设备性能要求越来越高，性能提升必将带来电子元件的发热量和热流密度大幅度增加，若电子元件工作时产生的热量不及时带走，这些元件内部温度将迅速升高，而电子元件工作的可靠性对温度十分敏感，这给传统低效率的风冷技术带来严峻挑战，因此液冷技术逐渐成为高密度电子信息设备的散热技术研究热点。

一般单相浸没式液冷技术应用时，只是驱动冷却液从电子信息设备的进液端流入，从电子信息设备的出液端流出，冷却液在流过整个电子信息设备内部时，同时与主要发热元件以及次要发热元件进行热交换，而未针对主要发热元件和次要发热元件进行区分，导致冷量供给不够精确，存在着一定的冷量浪费。另外，由于电子信息设备内部流通截面积较大且发热元件排布杂乱且相互遮挡，这使得冷却液实际流速较低，无法有效充分地与主要发热元件进行换热。

发明内容

本发明提供一种单相浸没式液冷机柜，用以提高冷却液与主要发热元件的换热效果，并实现冷却液的精确供给，减少冷量的浪费。

本发明实施例提供了一种单相浸没式液冷机柜，该单相浸没式液冷机柜包括柜体，所述柜体设有供液管路、回液管路以及用于容纳冷却液以及多个电子信息设备的空间，其中，每个电子信息设备内包含主要发热元件以及次要发热元件；还包括：

位于所述柜体内的冷却液分液器，所述冷却液分液器与所述供液管路连通，并设有与所述多个电子信息设备一一对应的分液口；

设置在所述每个电子信息设备内部并用于为所述主要发热元件进行散热的散热器，所述散热器贴设在所述主要发热元件的表面，并设有冷却液流道，且所述散热器的进液口与对应的分液口连通，所述散热器的出液口与对应的电子信息设备的内部空间连通。

上述实施例中，通过冷却液分液器将外部低温的冷却液强制并集中性的通入到散热器中，散热器中的冷却液先冷却主要发热元件，然后冷却液经散热器流出进入电子信息设备的内部空间，再冷却次要发热元件，从而有效地强化了冷却液与主要发热元件的换热效果，增强了单相浸没式液冷系统冷却性能；同时，还可以根据主要发热元件的发热量控制冷却液的供给，有效减少冷量的浪费，提高了冷却效果，这样，通过一套液冷系统即可完成电子信息设备主要发热元件和次要发热元件的散热，降低了设计难度及建设成本。

可选的，所述散热器的出液口靠近对应的电子信息设备的进液端设置。冷却液由散热器流出后从电子信息设备的进液端向出液端流动，并在流动过程中与次要发热元件产生热交换，提高了冷却液与次要发热元件之间的换热效果。

可选的，所述每个电子信息设备内设有多个所述散热器并设有与每个散热器连通的分液头，所述分液头与所述供液管路上对应的分液口连通。

可选的，所述散热器包括一个或多个液冷板，所述液冷板内设有流道，并设有与所述流道连通的第一支路以及第二支路；

当所述液冷板的数量为多个时，相邻的两个液冷板之间，后一个液冷板的第一支路与前一个液冷板的第二支路连通。

可选的，所述液冷板内的流道设有多个折弯部。这样设计可以增大冷却液与液冷板的接触面积，提高冷却液与液冷板的换热效果。

可选的，所述液冷板内部的流道中设有多排交叉排布的扰流柱。这样设计可以增大冷却液流动时的扰动，提高冷却液与液冷板的换热效果。

可选的，所述分液头上设有第一快速接头，且对应的分液口上设有与所述第一快速接头配合的第二快速接头。

可选的，所述冷却液分液器设置在所述柜体的底部，且每个第二快速接头朝向对应的电子信息设备设置；

所述分液头固定在对应的电子信息设备的底部，且所述第一快速接头朝向所述柜体的底部设置。这样，可以借助电子信息设备自身的重力将第一快速接头与第二快速接头进行连接，并在断开时向上提升电子信息设备即可，操作便捷。

可选的，还包括位于所述柜体内的冷却液集液器，所述冷却液集液器与所述出液口连通，且设有与所述多个电子信息设备一一对应的集液口。

可选的，所述集液口上设有用于调节开口面积的调节装置。

可选的，所述调节装置包括滑槽以及与所述滑槽滑动连接的挡液板。

附图说明

图1为本发明实施例提供的单相浸没式液冷机柜的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的电子信息设备内部的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的液冷板的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的分液头的结构示意图。

图5为本发明实施例提供的冷却液分液器的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的冷却液集液器的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的调节装置的结构示意图。

附图标记：

01-柜体

02-电子信息设备 021-主要发热元件 022-次要发热元件

03-冷却液分液器 031-分液口 032-进液口 033-万向快装卡式连接件

04-冷却液集液器 041-集液口 042-出液口

05-调节装置 051-滑槽 052-挡液板

06-液冷 板061-流道 0611-折弯部 062-扰流柱

063-第一支管 064-第二支管

07-分液头 08-第一快速接头 09-第二快速接头

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步详细地描述，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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种单相浸没式液冷机柜，通过冷却液分液器强制并集中性的将低温冷却液通入到散热器中为主要发热元件进行散热，提高了冷却效果。

该单相浸没式液冷机柜包括柜体，柜体设有供液管路、回液管路以及用于容纳冷却液以及多个电子信息设备的空间，其中，每个电子信息设备内包含主要发热元件以及次要发热元件；还包括：

位于柜体内的冷却液分液器，冷却液分液器与供液管路连通，并设有与多个电子信息设备一一对应的分液口；

设置在每个电子信息设备内部并用于为主要发热元件进行散热的散热器，散热器贴设在主要发热元件的表面，并设有冷却液流道，且散热器的进液口与对应的分液口连通，散热器的出液口与对应的电子信息设备的内部空间连通。

上述实施例中，通过冷却液分液器将外部低温的冷却液强制并集中性的通入到散热器中，使冷却液先冷却主要发热元件，冷却液吸收主要发热元件产生的热量后从散热器中流出并进入电子信息设备内部，再次冷却次要发热元件，这样设置使得冷却液与散热器之间可以形成强制对流，从而降低了冷却液与主要发热元件之间的换热热阻，有效地强化了冷却液与主要发热元件的换热效果，增强了单相浸没式液冷系统冷却性能；同时，由于主要发热元件与次要发热元件分别进行冷却，可以根据主要发热元件或次要发热元件的发热量调节冷却液的供给，有效减少了冷量的浪费，提高了冷却效果。

为了更加清楚的了解本发明实施例提供的单相浸没式液冷机柜的结构及工作原理，现结合附图进行详细的描述。

如图1及图2所示，该单相浸没式液冷机柜包括柜体01，柜体01设有供液管路、回液管路以及用于容纳冷却液以及多个电子信息设备02的空间，其中，供液管路用于向柜体01内部输送低温冷却液，回液管路用于将柜体01内的吸收了电子信息设备02的热量的高温冷却液输出。电子信息设备02包括壳体以及设置在壳体内部的多种电器元件，可分为主要发热元件021和次要发热元件022，主要发热元件021指的是电子信息设备02上发热量较大或热流密度较高的器件，次要发热元件022指的是电子信息设备02上其它发热量较小且热流密度较低的器件。电子信息设备02部分或全部浸没在冷却液中，每个电子信息设备02具有进液端以及出液端，电子信息设备02的进液端和出液端是相对于冷却液的流向而言的，并不特指电子信息设备02的某一端，从结构上来说，电子信息设备02一般为长方体结构，包括前端与后端，前端指设有挂耳、开关机按键的一端，后端是与前端相对的一端，前端和后端的壳体上都设有开口，当冷却液从电子信息设备02的前端进入，穿过电子信息设备02的内部空间并从后端流出时，前端则为电子信息设备的进液端，后端则为出液端，反之，当冷却液从电子信息设备02的后端进入，从前端流出时，则后端为电子信息设备02的进液端，前端为出液端。

该单相浸没式液冷机柜还包括位于柜体01内的冷却液分液器03，冷却液分液器03与供液管路连通，并设有与电子信息设备02一一对应的分液口031(请结合参考图1和图5)，外部低温的冷却液由冷却液分液器03被分配到每一个电子信息设备02内。为了提高冷却液与主要发热元件021的换热效果，还包括设置在每个电子信息设备02内部并用于为主要发热元件021进行散热的散热器，散热器贴设在主要发热元件021的表面，并设有冷却液流道，主要发热元件021首先与散热器发生热交换，散热器再将吸收的热量传递给从内部经过的冷却液，为了提高散热效果，散热器与主要发热元件021之间设有界面导热材料。具体连接时，散热器的进液口与对应的分液口031连通，散热器的出液口与对应的电子信息设备的内部空间连通，外部低温的冷却液经冷却液分液器03进入每个电子信息设备02内的散热器中，散热器内的冷却液吸收主要发热元件021产生的热量后从散热器的出液口流出并进入对应的电子信息设备02的内部空间，在电子信息设备02内，冷却液再次吸收次要发热元件022产生的热量，吸热后的冷却液从电子信息设备02的出液端流出，并通过回液管路流出柜体01。

该单相浸没式液冷机柜通过将外部低温的冷却液强制并集中性的通入到散热器中，从而在冷却液与散热器之间形成强制对流换热，降低了冷却液与主要发热元件021之间的换热热阻，有效地强化了冷却液与主要发热元件021的换热效果，增强了单相浸没式液冷系统冷却性能；同时，由于主要发热元件021与次要发热元件022分别进行冷却，可以根据主要发热元件021的发热量精确控制冷却液的供给，有效减少了冷量的浪费，提高了冷却效果。

具体设置时，如图2所示，散热器的出液口靠近对应的电子信息设备02的进液端设置，这样，冷却液从散热器进入电子信息设备02内后，从电子信息设备02的进液端向出液端流动，并在流动过程中与次要发热元件022产生热交换，从而提高了次要发热元件022的冷却效果，也避免了在电子信息设备02内形成循环死区。散热器的数量可以是一个，也可以是多个，当电子信息设备02内设有多个散热器时，这些散热器并联连接，为了将冷却液分配到每个散热器中，电子信息设备02上还设有与每个散热器连通的分液头07，分液头07与对应的分液口031连通。

在一个具体的实施例中，每个散热器包括一个或多个液冷板06，液冷板06内设有流道061，并设有与流道061连通的第一支管063以及第二支管064，针对液冷板06而言，第一支管063为进液管路，第二支管064为出液管路。当每个散热器包括一个液冷板06时，如图2所示出的电子信息设备内部的结构示意图，在该电子信息设备02内，这些液冷板06并联连接，每个液冷板06通过第一支管063与分液头07连通，并通过第二支管064与电子信息设备02的内部空间连通，且第二支管064的出液口靠近电子信息设备02的进液端设置。在另一实施例中，当每个散热器包括多个液冷板06时，在每个散热器中，这些液冷板06可以串联连接，在进行串联时，后一个液冷板06的第一支管063与前一个液冷板06的第二支管064连通，这样串联连接后，这一组液冷板06通过位于一端的第一支管063与分液头07连通，并通过位于另一端的第二支管064与电子信息设备02的内部空间连通，且第二支管064的出液口靠近电子信息设备02的进液端设置，多个这样串联后的液冷板06再并联连接。或者，还可以是几个液冷板06串联再与其它的液冷板06并联，具体可以根据电子信息设备02内的主要发热元件021的分布情况进行设置。由于电子信息设备02内部结构复杂，第一支管063与第二支管064可以采用软管，采用软管连接方便，且走管不易与电子信息设备02上其他电子元件发生干涉。

上述散热过程中，电子信息设备02上的主要发热元件021产生的热量首先通过导热方式传递给液冷板06，冷却液在流经液冷板06时带走大部分的热量。为强化导热过程，液冷板06由高导热率的材料制作，可以是但不限于是铜或铝等，同时，为减小主要发热元件021与液冷板06之间的接触热阻，液冷板06紧密贴合在主要发热元件021的表面，且两者接触面要表面平整，接触面之间的间隙可以填充界面导热材料，界面导热材料可以是但不限于是铟片或导热硅脂，材料的类型及填充尺寸要求可根据主要发热元件021发热量优化确定。在液冷板06吸收主要发热元件021热量后，液冷板06通过对流换热方式将主要热量传递给液冷板06内部的冷却液，为了增强冷却液与液冷板06之间的对流换热系数，可以通过结构设计增大液冷板06与冷却液的接触面积，增强冷却液流过液冷板06内部时的扰动，具体的，如图3所示，液冷板06内部的流道具有多个折弯部0611，即冷却液在流经液冷板06时经过了多次折返。并且，还可以在液冷板06内部的流道中设置多排交叉排布的扰流柱062，扰流柱062为横截面可以为圆形、菱形或其他形状，扰流柱062分布在两个弯折部之间的区域，弯折处分布较少，以减小冷却液在弯折处的阻力。液冷板06可以但不限于是微通道液冷板，微通道液冷板的外形尺寸、内部流道尺寸、流道折返次数及扰流柱尺寸均根据冷却液物性参数及电子信息设备02主要发热元件021的发热情况优化获得。

针对每一个电子信息设备02，分液头07用于将冷却液分液器03中的低温冷却液分配到每个散热器中，具体设置时，分液头07上设有第一快速接头08，且对应的分液口031上设有与第一快速接头08配合的第二快速接头09，第一快速接头08与第二快速接头09在中心偏移允许范围内可自动对准盲插连接，连接后导通不自锁，断开后可双向截止。如图4所示的分液头07结构，分液头07上设有一个进液口和多个出液口，第一快速接头8设置在进液口，散热器与出液口连通，一并参考图2、图4，其中，分液头07固定在电子信息设备02的底部，且第一快速接头08朝向柜体01的底部设置，相应的，将冷却液分液器03设置在柜体01的底部，且每个第二快速接头09朝向对应的电子信息设备02设置，这样，可以借助电子信息设备02自身的重力将第一快速接头08与第二快速接头09进行连接，并在断开时向上提升电子信息设备02即可，操作简便。

冷却液分液器03的结构如图5所示，冷却液分液器03在进液口032处设置有可活动调节的万向快装卡式连接件033，从而有效避免了因制造加工误差导致冷却液分液器03与供液管路无法对接的情况发生，连接件还可以是活接头。冷却液分液器03上可以设置多个这样的进液口032，当电子信息设备02数量较多时，可以同时从这些进液口032向内部供液。冷却液分液器03所具有的分液口031的数量可以根据所有电子信息设备02上的分液头07数量设置，且冷却液分液器03的分液口031设计应考虑水力平衡，如靠近冷却液分液器03的进液端的分液口031的开口面积较小，远离进液端的分液口031的开口面积较大，保证冷却液的均匀分配，且每个分液口031上设置有第二快速接头09。图5所示出的冷却液分液器03中，该冷却液分液器03包括分别设置在管路两端的进液口032以及沿管路的延伸方向设置的多个分液口031，且管路的延伸方向与电子信息设备02的排列方向一致。

该单相浸没式液冷机柜还包括位于柜体01内的冷却液集液器04，冷却液集液器04与回液管路连通，且设有与多个电子信息设备02一一对应的集液口041，从每个电子信息设备02内流出的冷却液通过对应的集液口041汇集到冷却液集液器04中，并通过回液管路流出柜体01，进入冷却装置中释放热量。如图6所示出的冷却液集液器04，每个集液口041上设有用于调节开口面积的调节装置05，当各电子信息设备02内的发热量不一样时，可通过调节集液口041的开度调整某一区域的冷却液循环量，尽可能让液冷机柜内温度场均匀。具体的，如图7所示，调节装置05包括滑槽051以及与滑槽051滑动连接的挡液板052，当挡液板052沿滑槽051滑动时，所露出的集液口041的面积发生变化，从而起到调节流量的作用。在一个具体的实施例中，一并参考图1、图6，冷却液集液器04位于柜体01内的上部区域，且设有至少一个出液口042以及多个集液口041，出液口042与回液管路连通，集液口041与电子信息设备02的内部空间连通，当需要增大机柜内的冷却液流量时，可以将多个出液口042与回液管路连通，加快冷却液的排出速度。

通过以上描述可以看出，本发明实施例中通过冷却液分液器将外部低温的冷却液强制并集中性的通入到散热器中，使冷却液先冷却主要发热元件，然后再冷却次要发热元件，从而有效地强化了冷却液与主要发热元件的换热效果，增强了单相浸没式液冷系统冷却性能；同时，由于主要发热元件与次要发热元件分别进行冷却，可以根据主要发热元件或次要发热元件的发热量控制冷却液的供给，有效减少冷量的浪费，提高了冷却效果。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种单相浸没式液冷机柜，包括柜体，所述柜体设有供液管路、回液管路以及用于容纳冷却液以及多个电子信息设备的空间，其中，每个电子信息设备内包含主要发热元件以及次要发热元件；其特征在于，还包括：

位于所述柜体内的冷却液分液器，所述冷却液分液器与所述供液管路连通，并设有与所述多个电子信息设备一一对应的分液口；

设置在所述每个电子信息设备内部并用于为所述主要发热元件进行散热的散热器，所述散热器贴设在所述主要发热元件的表面，并设有冷却液流道，且所述散热器的进液口与对应的分液口连通，所述散热器的出液口与对应的电子信息设备的内部空间连通。

2.如权利要求1所述的单相浸没式液冷机柜，其特征在于，所述散热器的出液口靠近对应的电子信息设备的进液端设置。

3.如权利要求1所述的单相浸没式液冷机柜，其特征在于，所述每个电子信息设备内设有多个所述散热器并设有与每个散热器的进液口连通的分液头，所述分液头与所述供液管路上对应的分液口连通。

4.如权利要求3所述的单相浸没式液冷机柜，其特征在于，所述散热器包括一个或多个液冷板，所述液冷板内设有流道，并设有与所述流道连通的第一支路以及第二支路；

当所述液冷板的数量为多个时，相邻的两个液冷板之间，后一个液冷板的第一支路与前一个液冷板的第二支路连通。

5.如权利要求4所述的单相浸没式液冷机柜，其特征在于，所述液冷板与对应的主要发热元件之间设有界面导热材料。

6.如权利要求4所述的单相浸没式液冷机柜，其特征在于，所述液冷板内的流道设有多个折弯部。

7.如权利要求6所述的单相浸没式液冷机柜，其特征在于，所述液冷板内的流道中设有多排交叉排布的扰流柱。

8.如权利要求3所述的单相浸没式液冷机柜，其特征在于，所述分液头上设有第一快速接头，且对应的分液口上设有与所述第一快速接头配合的第二快速接头。

9.如权利要求8所述的单相浸没式液冷机柜，其特征在于，所述冷却液分液器设置在所述柜体的底部，且每个第二快速接头朝向对应的电子信息设备设置；

所述分液头固定在对应的电子信息设备的底部，且所述第一快速接头朝向所述柜体的底部设置。

10.如权利要求1所述的单相浸没式液冷机柜，其特征在于，还包括位于所述柜体内的冷却液集液器，所述冷却液集液器与所述回液管路连通，且设有与所述多个电子信息设备一一对应的集液口。

11.如权利要求10所述的单相浸没式液冷机柜，其特征在于，所述集液口上设有用于调节开口面积的调节装置。

12.如权利要求11所述的单相浸没式液冷机柜，其特征在于，所述调节装置包括滑槽以及与所述滑槽滑动连接的挡液板。

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