CN111083910A - 一种服务器机柜密封水冷系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种服务器机柜密封水冷系统，涉及冷却装置领域，为解决现有的密封水冷系统基板散热面积利用率低，管路内部传热不够快的问题。本发明包括管路和基板，管路包括进水管和出水管，基板的两端贯通形成中空管状；管路还包括两个两端贯通形成中空管状的过渡管，其中一个过渡管的一端与进水管固定连接且连通，另一端与基板的一端固定连接且连通；另一个过渡管的一端与出水管固定连接且连通，另一端与基板的另一端固定连接且连通；基板、过渡管、进水管和出水管的中空部分各处横截面积均相等；基板内的中空部分的宽度大于进水管的直径。本发明通过将基板整个作为冷却水流路的一部分，增大了冷却水的表面积，减小了其厚度，加快传热速度。

Description

一种服务器机柜密封水冷系统
技术领域
本发明涉及冷却装置领域，具体为一种服务器机柜密封水冷系统。
背景技术
服务器是计算机的一种，它比普通计算机运行更快、负载更高、价格更贵。服务器在网络中为其它客户机(如PC机、智能手机、ATM等终端甚至是火车系统等大型设备)提供计算或者应用服务。服务器具有高速的CPU运算能力、长时间的可靠运行、强大的I/O外部数据吞吐能力以及更好的扩展性。根据服务器所提供的服务，一般来说服务器都具备承担响应服务请求、承担服务、保障服务的能力。服务器作为电子设备，其内部的结构十分的复杂，但与普通的计算机内部结构相差不大，如：cpu、硬盘、内存，系统、系统总线等。
由于服务器的上述特性，也造成了其内部发热量大于普通计算机，并且对于运行稳定性的要求也高于普通计算机，这样一来，服务器就需要更好的散热系统，而安装服务器的机柜一般集中设立，数量较多，体积较大，如果单纯使用散热风扇则会导致噪音大，且散热效果不够好，所以有不少服务器采用了性能更强的密封水冷系统单独或配合风扇进行散热。
密封水冷系统主要由以下几部分构成：管路、水箱、水泵和水，根据需要还可以增加热交换器以及散热结构等，其中管路是最重要的散热部件。
目前，市面上的服务器机柜所使用的密封水冷系统的管路通常由多组普通的圆管构成，也有由固定在整块金属板上的圆管或扁管盘回形成的结构，例如公告号CN209104318U，名称为“一种电池冷却器一体式水冷板”的发明专利文献中就公开了这种将水冷管焊接在基板上的结构，在实践中验证了这种结构确实能够带来比多组普通圆管构成的管路更好的散热效果；但是在服务器机柜中，这种结构仍不够好，其基板散热面积利用率低，管路内部传热不够快；密封水冷系统需要不断的进步，这样才能为服务器的发展提供强有力的支持，为科技的进步铺好稳固的道路，因此市场上急需一种服务器机柜密封水冷系统来解决这些问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种服务器机柜密封水冷系统，以解决上述背景技术中提出的现有的密封水冷系统基板散热面积利用率低，管路内部传热不够快的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种服务器机柜密封水冷系统，包括管路和基板，所述管路包括进水管和出水管，所述基板的两端贯通形成中空管状；所述管路还包括两个两端贯通形成中空管状的过渡管，其中一个所述过渡管的一端与所述进水管固定连接且连通，另一端与所述基板的一端固定连接且连通；另一个所述过渡管的一端与所述出水管固定连接且连通，另一端与所述基板的另一端固定连接且连通；所述基板、所述过渡管、所述进水管和所述出水管的中空部分各处横截面积均相等；所述基板内的中空部分的宽度大于所述进水管的直径。
优选的，所述基板内的中空部分的厚度小于所述进水管的半径。
优选的，所述基板的四个侧面中面积较小的两个侧面上设置有散热装置。
优选的，所述散热装置为延伸板，所述延伸板与所述基板固定连接，所述延伸板的长度等于所述基板的长度，所述延伸板的厚度小于等于所述基板的厚度。
优选的，所述散热装置为多个翅片，所述翅片为矩形金属片，所述翅片与所述基板固定连接，多个所述翅片沿着所述基板的长度方向等距间隔分布，所述翅片的厚度小于等于所述基板的厚度。
优选的，所述出水管的外侧固定设置有多个金属环，所述金属环的孔径等于所述出水管的外径。
优选的，所述金属环沿着所述出水管等距间隔分布。
优选的，还包括水箱和水泵，所述水箱内装有水，所述水箱与所述水泵的进水口通过水管连通，所述水箱连通所述出水管，所述水泵的出水口连通所述进水管。
优选的，还包括热交换器，所述热交换器放置于所述水箱内用于给水降温。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.该服务器机柜密封水冷系统，改变了在基板上安装或镶嵌水管的固定思维模式，将基板整个作为冷却水流路的一部分，增大了流经的冷却水的表面积，解决了密封水冷系统基板散热面积利用率低的问题，从而可以有效提高基板单位面积的散热能力。
2.该服务器机柜密封水冷系统，在上述增大了流经的冷却水的表面积的同时减小了流经的冷却水的厚度，以反例为证，当水从一根较粗的冷却水管流过时，越接近其中部的水温度越低，越接近水管表面的水温度越高，这是由于水的比热容大，传热速度慢，因此当采用本发明的形式时，水流较薄，可以加快传热速度，即能够使单位时间、单位流量的水携带更多热量，从而提高散热能力。
3.该服务器机柜密封水冷系统，由于基板为板状，而不是管状，所以更加方便安装在服务器内，夹于服务器单元之间。
4.该服务器机柜密封水冷系统，在基板的两侧设置有特殊的散热装置，其形状异于市面上现有散热装置的形状和结构，适用于该基板，有助于提高散热能力。
附图说明
图1为本发明的主视结构示意图的省略画法；
图2为图1所示本发明的左视结构示意图；
图3为沿图1中A-A方向的剖视结构示意图；
图4为沿图1中B-B方向的剖视结构示意图；
图5为本发明的一种实施方式的主视结构示意图的省略画法；
图6为本发明的另一种实施方式的主视结构示意图的省略画法；
图7为本发明的还一种实施方式的主视结构示意图的省略画法；
图8为本发明安装在服务器机柜中时的一种实施方式的立体位置关系示意图；
图9为本发明的工作原理框图。
图中：1、基板；2、过渡管；3、进水管；4、出水管；11、翅片；12、延伸板；41、金属环；100、服务器机柜；101、服务器单元。
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。
实施例一：
请参阅图1-4，本发明提供的一种实施例：一种服务器机柜密封水冷系统，包括管路和基板1，管路包括进水管3和出水管4，基板1的两端贯通形成中空管状；管路还包括两个两端贯通形成中空管状的过渡管2，其中一个过渡管2的一端与进水管3固定连接且连通，另一端与基板1的一端固定连接且连通；另一个过渡管2的一端与出水管4固定连接且连通，另一端与基板1的另一端固定连接且连通；基板1、过渡管2、进水管3和出水管4的中空部分各处横截面积均相等；基板1内的中空部分的宽度大于进水管3的直径，在上述中空部分各处横截面积均相等的条件下，该基板1内的中空部分的宽度越大，则相应的基板1内的中空部分的厚度越小，越趋近于薄板状，可以带来更好的散热能力。
进一步，基板1内的中空部分的厚度小于进水管3的半径，该基板1内的中空部分的厚度越小，基板1的侧面的表面积就越大，传热能力越好，但是，当该基板1内的中空部分的厚度趋近于0时，基板1内的阻力会增大，故最薄并不是最经济的散热方式。
请参阅图9，该密封水冷系统还包括水箱和水泵，水泵可以使用市面常见的水冷装置中使用的D5水泵或DDC水泵，也可依据所需流量选择更大功率的水泵型号，直流交流均可，只要能实现让水流动起来即可；水箱内装有水，水箱与水泵的进水口通过水管连通，水箱连通出水管4，水泵的出水口连通进水管3。
进一步，还包括热交换器，热交换器放置于水箱内用于给水降温，热交换器只要具有制冷的管路即可，该制冷可以通过压缩机实现，类似冰箱中的制冷原理；也可以不设置热交换器，将水箱中的水更换为流动的水，例如连通自来水水龙头即可。
工作原理：使用时，冷水从进水管3流入与之固定连接的过渡管2，并通过该过渡管2流入基板1内，基板1的面积最大的两个侧面可贴于待散热处，热量传至基板1，冷水流经基板1带走热量变为热水，热水经过另一个过渡管2，并从出水管4流出；由于基板1、过渡管2、进水管3和出水管4的中空部分各处横截面积均相等，即单位面积的水流量相等，故水流在各处的流速也相等，可以避免因水流在基板1内流速变慢而导致散热能力变弱，也可以避免因水流在基板1内流速变快导致易损坏。
实施例二：
请参阅图5，本发明提供的一种实施例：一种服务器机柜密封水冷系统，包括管路和基板1，管路包括进水管3和出水管4，基板1的两端贯通形成中空管状；管路还包括两个两端贯通形成中空管状的过渡管2，其中一个过渡管2的一端与进水管3固定连接且连通，另一端与基板1的一端固定连接且连通；另一个过渡管2的一端与出水管4固定连接且连通，另一端与基板1的另一端固定连接且连通；基板1、过渡管2、进水管3和出水管4的中空部分各处横截面积均相等；基板1内的中空部分的宽度大于进水管3的直径，基板1内的中空部分的厚度小于进水管3的半径，其作用与实施例一相同。
进一步，基板1的四个侧面中面积较小的两个侧面上设置有延伸板12，延伸板12能够增大基板1的表面积；延伸板12与基板1固定连接，延伸板12的长度等于基板1的长度，延伸板12的厚度小于等于基板1的厚度，当基板1贴于待散热处时，延伸板12与待散热处之间有间隙，可以利用微量的气流或者另设的散热风扇提升散热能力。
工作原理与实施例一相同，不再赘述。
实施例三：
请参阅图6，本发明提供的一种实施例：一种服务器机柜密封水冷系统，包括管路和基板1，管路包括进水管3和出水管4，基板1的两端贯通形成中空管状；管路还包括两个两端贯通形成中空管状的过渡管2，其中一个过渡管2的一端与进水管3固定连接且连通，另一端与基板1的一端固定连接且连通；另一个过渡管2的一端与出水管4固定连接且连通，另一端与基板1的另一端固定连接且连通；基板1、过渡管2、进水管3和出水管4的中空部分各处横截面积均相等；基板1内的中空部分的宽度大于进水管3的直径，基板1内的中空部分的厚度小于进水管3的半径，其作用与实施例一相同。
进一步，基板1的四个侧面中面积较小的两个侧面上设置有多个翅片11，翅片11为矩形金属片，翅片11与基板1固定连接，多个翅片11沿着基板1的长度方向等距间隔分布，翅片11的厚度小于等于基板1的厚度，其作用与实施例二相同，但翅片11之间有更多间隙，故更利于气流的流通。
工作原理与实施例一相同，不再赘述。
实施例四：
请参阅图7，本发明提供的一种实施例：一种服务器机柜密封水冷系统，包括管路和基板1，管路包括进水管3和出水管4，基板1的两端贯通形成中空管状；管路还包括两个两端贯通形成中空管状的过渡管2，其中一个过渡管2的一端与进水管3固定连接且连通，另一端与基板1的一端固定连接且连通；另一个过渡管2的一端与出水管4固定连接且连通，另一端与基板1的另一端固定连接且连通；基板1、过渡管2、进水管3和出水管4的中空部分各处横截面积均相等；基板1内的中空部分的宽度大于进水管3的直径，基板1内的中空部分的厚度小于进水管3的半径，其作用与实施例一相同。
进一步，出水管4的外侧固定设置有多个金属环41，金属环41的孔径等于出水管4的外径，金属环41沿着出水管4等距间隔分布，金属环41能够增大出水管4与空气的接触面积，可以使离开出水管4的热水更快通过空气散热。
另外金属环41也可用于其它各实施例中的出水管4外侧。
工作原理与实施例一相同，不再赘述。
实施例五：
请参阅图8，本发明提供的一种实施例：一种服务器机柜密封水冷系统，包括管路和基板1，管路包括进水管3和出水管4，基板1的两端贯通形成中空管状；管路还包括两个两端贯通形成中空管状的过渡管2，其中一个过渡管2的一端与进水管3固定连接且连通，另一端与基板1的一端固定连接且连通；另一个过渡管2的一端与出水管4固定连接且连通，另一端与基板1的另一端固定连接且连通；基板1、过渡管2、进水管3和出水管4的中空部分各处横截面积均相等；服务器机柜100中安装有多个竖直摆放的服务器单元101，每两个服务器单元101之间安装有一个上述密封水冷系统，且基板1两个面积最大的侧面分别贴在相邻的服务器单元101的一侧，为增加导热性能，可通过涂抹导热硅脂粘在服务器单元101上。
进一步，进水管3的内径d＝2厘米，此时其截面积s＝π平方厘米，基板1内的中空部分的宽度约15厘米，厚度约2毫米，截面积等于s。
进一步，本实施例中也可使用实施例一中的水箱和水泵的结构，上述多个密封水冷系统的各进水管3可通过多通连至同一个水泵来提供水流，也可单独设置，或者每2-3个进水管3共用一个水泵，各个出水管4将水流分别引回至水箱中。
在该实施例中，服务器单元101为模块式的整体结构，若使用于非模块式结构时，例如水平设置的CPU，则也可将基板1贴于CPU上，实现与上述相同的作用。
工作原理与实施例一相同，不再赘述。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (9)

1.一种服务器机柜密封水冷系统，包括管路和基板(1)，所述管路包括进水管(3)和出水管(4)，其特征在于：所述基板(1)的两端贯通形成中空管状；所述管路还包括两个两端贯通形成中空管状的过渡管(2)，其中一个所述过渡管(2)的一端与所述进水管(3)固定连接且连通，另一端与所述基板(1)的一端固定连接且连通；另一个所述过渡管(2)的一端与所述出水管(4)固定连接且连通，另一端与所述基板(1)的另一端固定连接且连通；所述基板(1)、所述过渡管(2)、所述进水管(3)和所述出水管(4)的中空部分各处横截面积均相等；所述基板(1)内的中空部分的宽度大于所述进水管(3)的直径。
2.根据权利要求1所述的一种服务器机柜密封水冷系统，其特征在于：所述基板(1)内的中空部分的厚度小于所述进水管(3)的半径。
3.根据权利要求1或2所述的一种服务器机柜密封水冷系统，其特征在于：所述基板(1)的四个侧面中面积较小的两个侧面上设置有散热装置。
4.根据权利要求3所述的一种服务器机柜密封水冷系统，其特征在于：所述散热装置为延伸板(12)，所述延伸板(12)与所述基板(1)固定连接，所述延伸板(12)的长度等于所述基板(1)的长度，所述延伸板(12)的厚度小于等于所述基板(1)的厚度。
5.根据权利要求3所述的一种服务器机柜密封水冷系统，其特征在于：所述散热装置为多个翅片(11)，所述翅片(11)为矩形金属片，所述翅片(11)与所述基板(1)固定连接，多个所述翅片(11)沿着所述基板(1)的长度方向等距间隔分布，所述翅片(11)的厚度小于等于所述基板(1)的厚度。
6.根据权利要求1或2所述的一种服务器机柜密封水冷系统，其特征在于：所述出水管(4)的外侧固定设置有多个金属环(41)，所述金属环(41)的孔径等于所述出水管(4)的外径。
7.根据权利要求6所述的一种服务器机柜密封水冷系统，其特征在于：所述金属环(41)沿着所述出水管(4)等距间隔分布。
8.根据权利要求1或2所述的一种服务器机柜密封水冷系统，其特征在于：还包括水箱和水泵，所述水箱内装有水，所述水箱与所述水泵的进水口通过水管连通，所述水箱连通所述出水管(4)，所述水泵的出水口连通所述进水管(3)。
9.根据权利要求8所述的一种服务器机柜密封水冷系统，其特征在于：还包括热交换器，所述热交换器放置于所述水箱内用于给水降温。
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