CN111328248B - 一种冷却液分配装置及液冷机柜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子设备散热技术领域，公开了一种冷却液分配装置及液冷机柜，该冷却液分配装置包括分液部，分液部用于设置在液冷机柜的柜体底部，并与液冷机柜的进液管连通；分液部的表面沿机柜内电子设备的排列方向设有多个分液孔；分液部内沿柜体内电子设备的排列方向设有主流道，且主流道的一侧或两侧设有多个分支，其中：每个分支包括与主流道连通的主支路，主支路与分液孔一一对应且连通；或者，每个分支包括与主流道连通的主支路以及直接或间接地与主支路连通的多个侧支路，多个侧支路关于主支路对称分布，且沿冷却液的流动方向，位于末端的侧支路与分液孔一一对应且连通。

Description

一种冷却液分配装置及液冷机柜

技术领域

本发明涉及电子设备散热技术领域，尤其涉及一种冷却液分配装置及液冷机柜。

背景技术

随着技术的发展，电子设备的功耗越来越大，单纯的风冷很多时候已经无法满足散热需求。液冷技术应运而生，且不断发展，在未来液冷的市场也将继续扩大，其中，浸没式液冷则由于其高效节能、低建设成本等优势，更是成为液冷中的新宠。

在多电子设备的液冷机柜中，电子设备并排设置于柜体内，外部低温的冷却液由进液口进入柜体内，在柜体内，冷却液流入每个电子设备内，穿过电子设备内部并带走发热元件产生的热量，吸收热量后的冷却液温度升高，并由出液口流出，这部分冷却液在换热装置中放热后温度降低，低温冷却液再次由进液口进入柜体，完成一个循环。冷却液通常为氟化液、硅油、合成油等具有良好的绝缘性能的液体，粘度和密度较高，在机柜中流动时会产生较大的阻力，这样，离进液口越远，则进入电子设备的冷却液越少，使得位于同一机柜不同位置的电子设备之间的冷却液流量存在较大差异，进而导致每台电子设备的散热量也会存在较大差异；同时，为了保证良好的散热效果，最小流量的电子设备同样需要充分的散热，故而往往会按照最大流量需求来估计进入系统的总冷却液的体积，因而被迫设计较大的设计裕量，也造成了部分资源的浪费。

目前，对于浸没式液冷流体的均布性研究，主要集中在机柜结构改进和控制方面，在机柜上通过结构改进来改善流量均匀性不仅繁琐而且效果一般，从控制方面着手，也有着控制难度非常大、成本高等问题。

发明内容

本发明提供一种冷却液分配装置及液冷机柜，用以提高冷却液分配的均匀性，从而降低每台电子设备的散热差异，减少冷却液用量；并且，不改变原有机柜的尺寸和结构，具有结构简单，使用方便的特点。

本发明实施例提供了一种冷却液分配装置，包括分液部，所述分液部用于设置在液冷机柜的柜体，并与所述液冷机柜的进液管连通；

所述分液部的表面沿所述机柜内电子设备的排列方向设有多个分液孔；

所述分液部内沿所述柜体内电子设备的排列方向设有主流道，且所述主流道的一侧或两侧设有多个分支，其中：

所述每个分支包括与所述主流道连通的主支路，所述主支路与所述分液孔一一对应且连通；

或者，所述每个分支包括与所述主流道连通的主支路以及直接或间接地与所述主支路连通的多个侧支路，所述多个侧支路关于所述主支路对称分布，且沿冷却液的流动方向，位于末端的侧支路与所述分液孔一一对应且连通。

上述实施例中，冷却液经主流道以及各个分支的分流后可以形成流量接近的多股流体，并由分液孔进入电子设备内，从而有效缩小了不同电子设备之间的流量差异，使每台电子设备的散热效果接近，在保证充分散热的前提下，柜体内所需的冷却液的用量大大减少，进而减小了冷却液的设计裕量。

可选的，沿所述主流道内冷却液的流动方向，所述主流道与所述主支路之间的夹角大于等于90°小于180°。这样，冷却液在主流道内的流动方向与其在主支路内的流动方向成直角或钝角，增大了冷却液在进入主支路时受到的局部流阻，有利于冷却液沿主流道的长度方向平均分配。

可选的，所述分液部还用于填满所述柜体底部的空间。由于分液部占据了柜体底部的一部分空间，从而减少了填满柜体所需的冷却液用量。

可选的，所述分液部包括隔板，所述隔板将所述机柜分为上下隔离的两个空间，所述分液孔位于所述隔板上，且为贯穿所述隔板的厚度的通孔；

所述分液部还包括位于所述隔板与所述机柜的底面之间的填料层，所述主流道以及与所述主流道连通的多个分支位于所述填料层。

这样，在不改变原有机柜结构的基础上，通过隔板将机柜分为上下隔离的两个空间，上层空间用于容纳冷却液以及电子设备，下层空间用于设置填料层并形成导流通道，冷却液在下层空间经过导流通道的流量分配后，均匀的通过分液孔进入上层空间，由于隔板以及填料层占据了机柜底部的一部分空间，从而减少了填满机柜所需的冷却液用量。

可选的，所述主流道的两端分别设有进液口，且与所述主流道连通的多个分支关于所述主流道的中点对称分布。通过两端进液形式有利于缩小冷却液沿主流道长度方向的流量分配差异。

可选的，与所述主流道连通的多个分支对称分布在所述主流道的两侧。

可选的，所述分液部内设有多个所述主流道，多个所述主流道并排设置，且两两为一组，同一组中的两个所述主流道同侧设置的进液口与一个进液管连通，且对称分布在所述进液管的两侧。

可选的，当每个分支包括与所述主流道连通的主支路，且所述主支路与所述分液孔一一对应且连通时，沿所述主流道内冷却液的流动方向，介于所述主流道的进液口与中点之间的主支路与所述主流道之间的夹角介于120°与150°之间，如120°、125°、130°、135°、140°、145°、150°。

可选的，每个分支包括与所述主支路连通且对称分布的两个侧支路，每个侧支路与一个分液孔连通；

沿所述主流道内冷却液的流动方向，所述主流道与所述主支路之间的夹角为90°。

可选的，所述主流道的截面尺寸大于所述主支路的截面尺寸。

本发明实施例还提供了一种液冷机柜，包括柜体、位于所述柜体底部的上述任一项所述的冷却液分配装置、进液管以及出液管，其中：

所述进液管与所述分液部连通；

所述出液管与所述柜体连通。

上述实施例中，无需改变机柜的尺寸和结构，只需将冷却液分配装置固定到机柜的底部，并连通进液管与分液部内的主流道即可，具有结构简单、使用方便的特点。

可选的，所述进液管沿竖直方向设置。这样设置一方面可以减小柜体整体的体积，另一方面，冷却液在由进液管流入主流道时将在转折处消耗部分动能，使得流速减慢，进而使靠近柜体两侧的电子设备内的流量易调节。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种液冷机柜的结构示意图；

图2为图1中所示出的一种分液部内主流道与各个分支的结构示意图；

图3为图1中所示出的分液部内冷却液的流动示意图；

图4为图1中所示出的液冷机柜内冷却液的流动示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种主流道与各个分支的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的另一种主流道与各个分支的结构示意图。

附图标记：

10-柜体

20-分液部

201-分液孔 202-主流道

203-分支 2031-主支路 2032-侧支路

204-进液流道

21-隔板22-填料层

30-电子设备

40-进液管

50-出液管

60-溢流槽

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冷却液分配装置，冷却液通过主流道以及各个分支的分流形成流量接近的多股流体，并通过分液孔直接分配到各个电子设备中，从而减小了不同电子设备之间的流量差异。

具体的，该冷却液分配装置包括分液部，分液部用于设置在液冷机柜的柜体底部，并与液冷机柜的进液管连通；

分液部的表面沿机柜内电子设备的排列方向设有多个分液孔；

分液部内沿柜体内电子设备的排列方向设有主流道，且主流道的一侧或两侧设有多个分支，其中：

每个分支包括与主流道连通的主支路，主支路与分液孔一一对应且连通；

或者，每个分支包括与主流道连通的主支路以及直接或间接地与主支路连通的多个侧支路，多个侧支路关于主支路对称分布，且沿冷却液的流动方向，位于末端的侧支路与分液孔一一对应且连通。

上述实施例中，由于各个分支的结构相同，则冷却液在流动过程中产生的局部阻力相同，当局部阻力远大于主流道内的沿程阻力时，根据流量由流阻决定的原理，每个分支所分配的冷却液的流量接近，而每个分支可以通过一个与主流道连通的主支路将这部分冷却液通入一个分液孔中，也可以通过一个与主流道连通的主支路以及直接或间接地与该主支路连通的多个侧支路将冷却液平均或近于平均地分配到多个分液孔中，这样使得由每个分液孔流出的冷却液的流量差异较小，进而使每台电子设备的散热效果接近，减小了冷却液的设计裕量；在具体应用时，无需改变机柜的尺寸和结构，只需将上述冷却液分配装置固定到机柜的底部，并连通进液管与分液部内的主流道即可，具有结构简单、使用方便的特点。

为了更加清楚的了解本发明实施例提供的冷却液分配装置的结构以及原理，现结合附图进行详细的描述。

一并参考图1、图2，该冷却液分配装置包括分液部20，分液部20用于设置在液冷机柜的柜体10底部，并与液冷机柜的进液管40连通；在液冷机柜的柜体10内，电子设备30并排设置在分液部20的上方，外部低温的冷却液经进液管40进入分液部20，分液部20再将冷却液分配到每个电子设备30中。具体的，分液部20的表面沿电子设备30的排列方向设有多个分液孔201，这些分液孔201可以排列成一排，也可以排列成多排；分液部20内沿电子设备30的排列方向设有主流道202，且主流道202的一侧或两侧设有多个分支203，每个分支203至少与一个分液孔201连通。冷却液沿主流道202流动时，由于自身的黏性以及与管壁之间的摩擦将产生沿程阻力，同时，冷却液在由主流道202进入各个分支203时，由于流道的截面大小发生变化、流动方向发生变化等将产生局部阻力，通过结构设计可以使局部阻力远大于沿程阻力，此时，根据流量由流阻决定的原理，进入每个分支203的冷却液的流量主要受局部阻力的影响，而每个分支203的结构相同，则局部阻力相同，从而使进入每个分支203内的冷却液流量趋于一致，每个分支203可以仅通过一个与主流道202连通的主支路2031将这部分冷却液通入一个分液孔201中，也可以通过一个与主流道202连通的主支路2031以及以直接或间接的方式与该主支路2031连通的多个侧支路2032将冷却液平均或近于平均地分配到多个分液孔201中，这样，使得由每个分液孔201流出的冷却液的流量差异较小，进而使每台电子设备30的散热效果接近。

具体设置时，一方面，可以通过减小主流道202内的沿程阻力的方式来降低其对各个分支203的流量分配所产生的影响，使主流道202的截面尺寸大于各个分支203中用于与主流道202连通的主支路2031的截面尺寸，主流道202的尺寸越大，内壁对流体的束缚作用越小，则流体克服沿程阻力的能量损失就越小，这样，冷却液沿主流道202流动时，靠近主流道202进液口位置的分支203以及远离主流道202进液口的分支203所分配到的冷却液的流量差异较小；另一方面，由于各个分支203的结构相同，还可以通过增大各个分支203处的局部阻力的方式使得在局部阻力的影响下各个分支203所分配的冷却液的流量接近，具体的，沿主流道202内冷却液的流动方向，使主流道202与主支路2031之间的夹角大于等于90°小于180°，即，冷却液在主流道202内的流动方向与其在主支路2031内的流动方向成直角或钝角，此时，冷却液的流动方向在主流道202与主支路2031的连接处将产生较大的变化，使得局部阻力增加。

另外，还可以通过其他方式来改善各个分支203内的流量差异，如降低主流道202内壁的粗糙度以降低沿程阻力；再有，当冷却液由进液管40进入主流道202时，通过降低流速的方式也可以改善靠近进液口的分支203与远离进液口的分支203所分配到的冷却液的流量差异，此时，可以将液冷机柜的进液管40沿竖直方向设置，从而使冷却液在转折处产生能量损失，速度降低。

在一种具体的实施方式中，如图2所示，每个分支203包括与主流道202连通的主支路2031，主支路2031与分液孔201一一对应且连通，冷却液由主流道202进入各个分支203后，通过主支路2031直接进入相应的分液孔201中。进一步的，沿主流道202内冷却液的流动方向，主流道202与主支路2031之间的夹角大于等于90°小于180°，如90°、120°、125°、130°、135°、140°、145°、150°等，通过增大局部阻力的方式来降低各个主支路2031之间的流量差异。

在另一种具体的实施方式中，如图5、图6所示，每个分支203包括与主流道202连通的主支路2031以及直接或间接地与主支路2031连通的多个侧支路2032，这些侧支路2032关于主支路2031对称分布，且沿冷却液的流动方向，位于末端的侧支路2032与分液孔201一一对应且连通，这样，冷却液进入各个分支203后，通过多个侧支路2032的分流，以使冷却液可以平均或近于平均地分配到各个分液孔201中。例如，冷却液由主支路2031一分为二进入两个与之连通且对称分布的侧支路2032中，在每个侧支路2032，冷却液再以一分为二的形式进入另两个与之连通且对称分布的侧支路2032中，逐层进行分流，最终形成流量均匀的多股流体。如图5所示出的一种结构中，每个分支203包括主支路2031以及与主支路2031连通且对称分布的两个侧支路2032，每个侧支路2032各与一个分液孔201连通，且沿主流道202内冷却液的流动方向，主流道202与主支路2031之间的夹角为90°。或者，还可以采用图6所示出的结构，经过多个侧支路2032的逐层分流实现流量的分配，在此不再赘述。值得说明的是，图5、图6仅作为一种原理性示意图，分液部的内部结构包括采用上述原理的任一种形式。

该分液部20中，可以在主流道202的两端分别设置进液口，并使与主流道202连通的多个分支203关于主流道202的中点对称分布，这样，通过两端进液的形式进一步缩小了冷却液在各个分支203之间的流量差异，此时，若分支203的个数为奇数个，如图2所示，则位于主流道202中点位置的分支203中，使主支路2031与主流道202之间的夹角为直角，位于中点两侧的各个分支203中，以主流道202内冷却液的流动方向为参考，使各个主支路2031与主流道202之间的夹角为钝角，如该夹角为介于120°与150°之间的任意一个角度。分液部20内可以设置多个上述主流道202，这些主流道202并排设置，每个主流道202与一个进液管40连通，或者，多个主流道202与同一个进液管40连通，后一种形式中，为了保证冷却液在每个主流道202内平均分配，优选的，这些主流道202两两为一组，且位于同一组的两个主流道202同侧设置的进液口共用一个进液管40，且这两个主流道202对称分布在该进液管40的两侧。进一步的，与主流道202连通的多个分支203对称分布在主流道202的两侧。

在一个具体的实施例中，分液部20内设有两个主流道202，以图2中建立的坐标系为参考，这两个主流道202关于X轴对称，每个主流道202的两端分别设有进液口，且同侧设置的进液口分别通过进液流道204与进液管40连通，其中，进液流道204沿X轴设置；继续参考图2，主流道202沿长度方向设有多个分支203，这些分支203在主流道202的两侧均匀分布，且关于主流道202的中点对称，即关于Y轴对称分布，每个分支203包括与主流道202连通的主支路2031，主支路2031与分液孔201一一对应且连通。参考图3，以其中一个主流道202为例，若将两端的进液口分别记为A1、A2，将主流道202的中点记为O，则，分布在进液口A1和中点O之间的这一组主支路2031与分布在进液口A2和中点O之间的这一组主支路2031的倾斜方向恰好相反，参考图3内箭头所示出的冷却液的流向，从进液口A1到中点O，主流道202内冷却液的流动方向与各个主支路2031内冷却液的流动方向之间的夹角为钝角，该夹角可以为介于120°与150°之间的任意一个角度，如135°；同理，从进液口A2到中点O，主流道202内冷却液的流动方向与各个主支路2031内冷却液的流动方向之间的夹角为钝角，该夹角可以为介于120°与150°之间的任意一个角度，如135°；另外，在中点O位置还设置有一对主支路2031，这一对主支路2031分布在主流道202的两侧，且与主流道202垂直。

分液部20除了分配冷却液外，还可以用于填满柜体10底部的空间，这样，由于分液部20占据了柜体10底部的一部分空间，从而减少了填满柜体10所需的冷却液用量。具体设置时，如图1所示，分液部20包括隔板21，隔板21将柜体10分为上下隔离的两个空间，分液孔201位于隔板21上，且为贯穿隔板21的厚度的通孔；分液部20还包括位于隔板21与柜体10的底面之间的填料层22，主流道202以及与主流道202连通的多个分支203位于填料层22，填料层22与隔板21之间可以通过胶体粘结固定，也可以通过螺钉等紧固件固定。这样，在不改变原有柜体10结构的基础上，通过隔板21将柜体10分为上下隔离的两个空间，上层空间用于容纳冷却液以及电子设备30，下层空间用于设置填料并形成导流通道以实现流量分配，由于隔板21以及填料层22占据了柜体10底部的一部分空间，从而减少了填满柜体10所需的冷却液用量。

上述冷却液分配装置在提高冷却液分配均匀性的同时，还可大大减小柜体10内冷却液的体积，为整个液冷系统减小成本，提高市场竞争力。并且，上述冷却液分配装置可根据不同机柜的尺寸或电子设备30的数量进行相应的设计和定制。

请参考图4，本发明实施例还提供了一种液冷机柜，包括柜体10、位于柜体10底部的上述任一项所述的冷却液分配装置、进液管40以及出液管50，其中，进液管40与分液部20连通，出液管50与柜体10连通。冷却液在分液部20内经主流道202以及各个分支203的分配，使得从每个分液孔201流出的冷却液的流量趋于一致，从而有效缩小了最终进入每台电子设备30内的流量差异，使每台电子设备30的散热效果接近。

在具体应用时，无需改变柜体10的尺寸和结构，只需将上述冷却液分配装置固定到柜体10的底部，并连通进液管40与分液部20内的主流道202即可，具有结构简单、使用方便的特点。优选的，进液管40可以沿竖直方向设置，这样，一方面可以减小柜体10整体的体积，另一方面，冷却液在由进液管40流入主流道202时将在转折处消耗部分动能，使得流速减慢，进而使靠近柜体10两侧的电子设备30内的流量易调节。

以某数据中心液冷机柜为例，该柜体10的尺寸为42U，可放置42台1U服务器或21台2U服务器，柜体10的两侧沿竖直方向分别设有进液管40，冷却液分配装置位于柜体10的底部，包括隔板21以及位于隔板21与柜体10底面之间的填料层22，隔板21将柜体10分为上下隔离的两个空间，服务器位于上层空间内，隔板21上设有4排分液孔201，每排分液孔201的设置方向与服务器的排布方向一致；填料层22为一板形填料，板形填料通过加工形成如图2所示的导流通路，包括与进液管40对应设置且连通的进液流道204、沿服务器的排列方向延伸的两个主流道202、沿主流道202的长度方向设置并与之连通的多个主支路2031，主支路2031对称分布在主流道202的两侧，且每个主支路2031与一个分液孔201对应且连通，整个导流通路分别关于X轴、Y轴对称。

如图4所示，从进液管40输出的冷却液经过进液流道204后首先被平均分配到两个主流道202中，每个主流道202再将冷却液分配到与之连通的多个主支路2031中，最后，冷却液经分液孔201流出并进入服务器中，在服务器内，冷却液与发热元件进行热交换，使这些发热元件温度降低，冷却液由服务器流出后进入溢流槽60，最后从出液管50流出柜体10。

通过以上描述可以看出，本发明实施例提供的冷却液分配装置，通过主流道以及各个分支的分流形成流量接近的多股流体，并通过分液孔直接分配到各个电子设备中，从而减小了不同电子设备之间的流量差异；在具体应用时，无需改变机柜的尺寸和结构，只需将上述冷却液分配装置固定到柜体的底部，并连通进液管与分液部内的主流道即可，具有结构简单、使用方便的特点。

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 (11)

1.一种冷却液分配装置，其特征在于，包括分液部，所述分液部用于设置在液冷机柜的柜体底部，并与所述液冷机柜的进液管连通；

所述分液部的表面沿所述柜体内电子设备的排列方向设有多个分液孔；

所述分液部内沿所述柜体内电子设备的排列方向设有主流道，且所述主流道的一侧或两侧设有多个分支，所述主流道的两端分别设有进液口，且与所述主流道连通的多个分支关于所述主流道的中点对称分布，位于所述主流道的中点两侧的分支的结构相同，其中：

所述每个分支包括与所述主流道连通的主支路，所述主支路与所述分液孔一一对应且连通；

或者，所述每个分支包括与所述主流道连通的主支路以及直接或间接地与所述主支路连通的多个侧支路，所述多个侧支路关于所述主支路对称分布，且沿冷却液的流动方向，位于末端的侧支路与所述分液孔一一对应且连通。

2.如权利要求1所述的冷却液分配装置，其特征在于，沿所述主流道内冷却液的流动方向，所述主流道与所述主支路之间的夹角大于等于90°小于150°。

3.如权利要求1所述的冷却液分配装置，其特征在于，所述分液部还用于填满所述柜体底部的空间。

4.如权利要求3所述的冷却液分配装置，其特征在于，所述分液部包括隔板，所述隔板将所述机柜分为上下隔离的两个空间，所述多个分液孔位于所述隔板上，且为贯穿所述隔板的厚度的通孔；

所述分液部还包括位于所述隔板与所述机柜的底面之间的填料层，所述主流道以及与所述主流道连通的多个分支位于所述填料层。

5.如权利要求1所述的冷却液分配装置，其特征在于，与所述主流道连通的多个分支对称分布在所述主流道的两侧。

6.如权利要求5所述的冷却液分配装置，其特征在于，所述分液部内设有多个所述主流道，多个所述主流道并排设置，且两两为一组，同一组中的两个所述主流道同侧设置的进液口与一个进液管连通，且对称分布在所述进液管的两侧。

7.如权利要求6所述的冷却液分配装置，其特征在于，当每个分支包括与所述主流道连通的主支路，且所述主支路与所述分液孔一一对应且连通时，沿所述主流道内冷却液的流动方向，介于所述主流道的进液口与中点之间的主支路与所述主流道之间的夹角介于120°与150°之间。

8.如权利要求6所述的冷却液分配装置，其特征在于，每个分支包括与所述主支路连通且对称分布的两个侧支路，每个侧支路与一个分液孔连通；

沿所述主流道内冷却液的流动方向，所述主流道与所述主支路之间的夹角为90°。

9.如权利要求1～8任一项所述的冷却液分配装置，其特征在于，所述主流道的截面尺寸大于所述主支路的截面尺寸。

10.一种液冷机柜，其特征在于，包括柜体、位于所述柜体底部的如权利要求1～9任一项所述的冷却液分配装置、进液管以及出液管，其中:

所述进液管与所述分液部连通；

所述出液管与所述柜体连通。

11.如权利要求10所述的液冷机柜，其特征在于，所述进液管沿竖直方向设置。

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