CN111506176A - 一种基于渐缩流道设计的高效浸没式液冷服务器 - Google Patents

Abstract

本发明具体公开了一种基于渐缩流道设计的高效浸没式液冷服务器，包括外壳和封板，所述外壳内部设有供硬盘固定的硬盘安装部；所述硬盘安装部与外壳侧壁之间形成液体介质流道；所述外壳的侧壁上至少设有一个服务器进液口和至少一个服务器出液口；所述服务器进液口和服务器出液口分别与液体介质流道的两端连通；所述外壳内部设有内存条和CPU模块；所述内存条和CPU模块置于液体介质流道内；其中所述内存条靠近外壳的内侧壁安装；所述封板固定连接于外壳的顶部。本发明体积小，通过低功耗模块和高功耗均匀合理布置，能够有效提高液冷服务器内部整体换热能力。

Description

一种基于渐缩流道设计的高效浸没式液冷服务器

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种基于渐缩流道设计的高效浸没式液冷服务器。

背景技术

随着微电子技术的快速发展，高集成度，高热流密度的产品不断出现。日趋复杂的工况（如频繁的热负荷交变、大幅的器件温度波动）对电子设备均会造成不同程度的损耗，轻则电学性能退化，重则元器件永久失效。

由于常规的电气布置原理往往忽视了元件热效应的危害，通常存在高能耗元器件集中布置的现象，布局区域规整，往往会造成两个问题：1、热集中效应；2、温差较大的进口区域元器件换热正常，出口区域的元器件温差较小，容易出现局部元器件温度过高。

缓解上述电子设备热失效的传统方式是风冷冷却技术，即用空气来直接冷却电子设备的发热元器件，利用设备元器件之间的间隙和壳体进行热传导、对流和辐射换热，实现发热元件热量向周围环境散热的目的。然而当产品热流密度高于80 W/cm²时，风冷冷却显得低效高耗。相比之下，液冷冷却的优势得以凸显，不同于风冷冷却，液冷冷却采用导热率高、比热容大的液体介质代替空气介质，适用于热流密度高于80 W/cm²的产品。

然而，目前市场小型液冷服务器结构较少，常规高功耗模块居中布置及低功耗模块边缘分布布置散热能力较低，基于温差幅度的低速流动换热往往会造成流道末端的高功耗器件的温度高于流道进口处的相同器件的温度。

为此，针对上述所存在的问题，我们提供一种基于渐缩流道设计的高效浸没式液冷服务器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于渐缩流道设计的高效浸没式液冷服务器，其体积小，通过低功耗模块和高功耗均匀合理布置，能够有效提高液冷服务器内部整体换热能力。

一种基于渐缩流道设计的高效浸没式液冷服务器，包括外壳和封板，所述外壳内部设有供硬盘固定的硬盘安装部；所述硬盘安装部与外壳侧壁之间形成液体介质流道；所述外壳的侧壁上至少设有一个服务器进液口和至少一个服务器出液口；所述服务器进液口和服务器出液口分别与液体介质流道的两端连通；所述外壳内部设有内存条和CPU模块；所述内存条和CPU模块置于液体介质流道内；其中所述内存条靠近外壳的内侧壁安装；所述封板固定连接于外壳的顶部。

优选地，所述外壳的宽度为A，长度为B，高度为C；其中400mm≤A≤600 mm，500 mm≤B≤900 mm，40 mm≤C≤170mm。

进一步优选地，所述液体介质流道包括进口流道、出口流道和转向流道；所述进口流道与服务器进液口相连通；所述出口流道与服务器出液口相连通；所述口流道和出口流道通过转向流道连通。

进一步优选地，所述进口流道宽度为E，所述转向流道宽度为F，所述出口流道宽度为D；所述液体介质流道为渐缩型流道，即D≤F≤E；其中0.2A≤E≤0.5A，0.5E≤F≤E，0.5F≤D≤F。

优选地，所述硬盘安装部包括条形安装座；所述条形安装座一端与外壳设有服务器进液口的侧壁相连接。

进一步优选地，所述条形安装座的底部设有沿着靠近服务器进液口一端向远离服务器进液口一端依次设有全开型内循环液口、中速隔栅型内循环液口和近流道隔栅型内循环液口。

进一步优选地，所述硬盘安装部包括第一安装座和第二安装座；所述第一安装座和第二安装座的长度以比例3：1或2:1或1：1设置于壳体内部的两端；所述转向流道至于第一安装座和第二安装座之间；所述第一安装座和第二安装座相互靠近处开设有圆角。

优选地，所述液体介质流道内还设有通讯模块；所述壳体的侧壁上设有至少一个通讯孔；所述通讯孔上安装有通讯接头；所述通讯模块通过通讯接头与外界设备连接。

优选地，所述内存条与外壳的侧壁形成夹角G，所述夹角G的值为0°≤G≤45°。

进一步优选地，所述封板的内表面设有凸台；所述凸台与液体介质流道相对应设置；所述凸台沿服务器进液口的方向呈高度递增式矩形结构或高度递增式矩形弧形结构或高度递增式斜型结构；所述凸台的最大高度为H，其中0.02C≤H≤0.5C。

有益效果：本发明设计一款高度最小可达1U（即4.445 cm）的小型液冷服务器，通过低功耗模块（硬盘、内存条、通信模块等）和高功耗（CPU模块）合理布置，均匀分布，提高液冷服务器内部整体换热能力；本发明通过合理的流道设计和对流道截面的控制，进一步提高液冷服务器内部整体换热能力，其中高功耗元器件靠近服务器进液口一端设置，提高高功耗元器件的换热效率，低功耗元器件靠边布置，或者远离服务器进液口设置，低能耗硬盘居中布置能有效增加换热流道长度，常规的液冷服务器内部为低速流动，而本发明通过不断缩小流道截面积，增加流速以提高服务器末端流道元器件的换热效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的爆炸图。

图3为本发明的俯视图。

图4为本发明的侧视图。

图5为本发明的一种内部结构示意图。

图6为本发明图5中K处的放大示意图。

图7为本发明图5的俯视图。

图8为本发明的另一种内部结构示意图。

图9为本发明的又一种内部结构示意图。

图10、11和12为本发明不同形状的封板的整体结构图。

图13、14和15分别是图10、11和12的封板的剖视图。

图16为本发明图5的液体流向示意图。

图17为本发明图6的液体流向示意图。

图中：1-外壳；2-封板；101-服务器进液口；102-服务器出液口；103-通讯孔；104-条形安装座；104a-第一安装座；104b-第二安装座；105-进口流道；106-出口流道；107-硬盘；108-内存条；109-CPU模块；110-通讯模块；111-转向流道；112-全开型内循环液口；113-中速隔栅型内循环液口；114-近流道隔栅型内循环液口；115-圆角；201-凸台一；201a-凸台二；201b-凸台三；A-外壳宽度；B-外壳长度；C-外壳高度；D-进口流道宽度；E-转向流道宽度；F-出口流道宽度；G-内存条与外壳侧壁的夹角；H-内凸结构的最大高度。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

在本发明中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“靠近”、“远离”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“一”、“二”、“三”、“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

如图1-5所示，本发明提供一种基于渐缩流道设计的高效浸没式且高度最小可达1U（即4.445 cm）的液冷服务器，包括外壳1和封板2，外壳1内部设有供硬盘107固定的硬盘安装部，硬盘安装部与外壳1侧壁之间形成液体介质流道，外壳1的侧壁上设有服务器进液口101和服务器出液口102，服务器进液口101和服务器出液口102的数量为1或2或3或4个，为了详细说明其实施方式，在本实施例中，服务器进液口101和服务器出液口102均设置1个，服务器进液口101和服务器出液口102分别与液体介质流道的两端连通，外壳1内部设有内存条108和CPU模块109，内存条108和CPU模块109置于液体介质流道内，其中内存条108靠近外壳1的内侧壁安装，在服务器内的液体介质流道内可以布置1-6块CPU模块109，优选布置4块，如需要减少CPU模块109的数量，应优先减少靠近服务器出液口102的CPU模块109，本实施例通过低功耗模块（如硬盘、内存、通信模块等）和高功耗（如CPU模块）合理布置，均匀分布，提高液冷服务器内部整体换热能力；封板2固定连接于外壳1的顶部，在本实施例中，外壳1的宽度为A，，长度为B，高度为C；其中400mm≤A≤600mm，500 mm≤B≤900 mm，40 mm≤C≤170mm，在某些实施方式中，优选A=500mm，B=700mm，C=45 mm，采用该尺寸使得该液冷服务器的体积更小，性价比更高。

在本发明的一个实施方式中，如图7所示，所述液体介质流道包括进口流道105、出口流道106和转向流道111；所述进口流道105与服务器进液口101相连通；所述出口流道106与服务器出液口102相连通；所述口流道105和出口流道106通过转向流道111连通；所述进口流道105宽度为E，所述转向流道111宽度为F，所述出口流道106宽度为D；所述液体介质流道为渐缩型流道，即D≤F≤E；其中0.2A≤E≤0.5A，0.5E≤F≤E，0.5F≤D≤F，在优选外壳1的宽度为A =500mm的情况下，100mm≤E≤250mm，在某些实施方式中，优选E=0.3A，即E=150mm，此时，75mm≤F≤150mm，在某些实施方式中，优选F=0.9E，即F=135mm，在该实施方式中，67.5mm≤D≤135mm，在某些实施方式中，优选D=0.9F，即D=121.5mm，本发明通过不断缩小流道的宽度，增加流速以提高服务器末端流道元器件的换热效率。

在本发明的一个示例中，参照图6，硬盘安装部包括条形安装座104，所述硬盘107间隔均匀设置于条形安装座104的上方，其中，条形安装座104一端与外壳1设有服务器进液口101的侧壁相连接且居中设置，使得液体介质流道形成U型的流道布局，即进口流道105、出口流道106和转向流道111首尾连接，如硬盘107数量较少，可考虑减小服务器整体尺寸或采用区域填充解决，当服务器进液口101和服务器出液口102不变的情况下，U型流道设计换热路径更长性能更优，在具体示例中，硬盘107的数量优选为5个，在某些实施方式中，可以在条形安装座104的底部设有沿着靠近服务器进液口101一端向远离服务器进液口101一端依次设有全开型内循环液口112、中速隔栅型内循环液口113和近流道隔栅型内循环液口114，也可以根据硬盘107的数量设置成全开型内循环液口112或中速隔栅型内循环液口113或近流道隔栅型内循环液口114中的一种或两种，分隔区出液口的作用是保证硬盘107能和浸没液体充分结接触换热，靠近服务器进液口101处为低流速区，在该区域可以做成全全开型内循环液口112，由于封板2的内表面设有凸台，远离服务器进液口101处为高流速区，针对高流速区开口面积应减小，故该区域应采用通流面积更小的近流道隔栅型内循环液口114，其中分隔区出液口的开口型式不限于附图中所示的矩形，在某些实施方式中，也可以为正方形、三角形、圆形，弧形等。

在本发明的另一示例中，参照图8，硬盘安装部包括第一安装座104a和第二安装座104b，其中，第一安装座104a和第二安装座104b的长度以比例3：1设置于壳体1内部的两端，使得液体介质流道形成H型的流道布局，其中，第一安装座104a靠近服务器进液口101设置，在该示例中，第一安装座104a上硬盘107的数量应不小于第二安装座104b上硬盘107的数量，在该具体示例中，第一安装座104a上的硬盘107数量优选为3个，第二安装座104b上的硬盘107数量优选为1个，在本具体示例中，转向流道111至于第一安装座104a和第二安装座104b之间，第一安装座104a和第二安装座104b相互靠近处开设有圆角115，此时，内存条108与外壳1的侧壁形成夹角G，由于第一安装座104a和第二安装座104b上设有圆角115，因此不需要内存条108的导向作用，此时优选G=0°，即内存条108与外壳1的侧壁平行设置，通过合理的流道设计和对流道截面的控制，进一步提高液冷服务器内部整体换热能力，其中高功耗元器件靠近服务器进液口101一端设置，提高高功耗元器件的换热效率，低功耗元器件靠边布置，或者远离服务器进液口101设置，低能耗硬盘107居中布置能有效增加换热流道长度。

在本发明的又一示例中，参照图9，硬盘安装部包括第一安装座104a和第二安装座104b；所述第一安装座104a和第二安装座104b的长度以比例1：1设置于壳体1内部的两端，使得液体介质流道形成H型的流道布局，其中，第一安装座104a靠近服务器进液口101设置，在该示例中，第一安装座104a上硬盘107的数量等于第二安装座104b上硬盘107的数量，在该具体示例中，第一安装座104a和第二安装座104b上的硬盘107数量优选2个，在本具体示例中，内存条108与外壳1的侧壁形成夹角G，由于第一安装座104a和第二安装座104b不设置圆角，因此需要内存条108起到导向的作用，此时优选G=45°，即内存条108与外壳1的侧壁呈45°设置，本发明通过合理的流道设计和对流道截面的控制，进一步提高液冷服务器内部整体换热能力，其中高功耗元器件靠近服务器进液口101一端设置，提高高功耗元器件的换热效率，低功耗元器件靠边布置，或者远离服务器进液口101设置，低能耗硬盘107居中布置能有效增加换热流道长度

在一些示意性实施方式中，液体介质流道内还设有通讯模块110，壳体1的侧壁上设有通讯孔103，通讯孔103的数量与服务器进液口101或服务器出液口102的数量一致，即可设置1或2或3或4个，为了详细说明其实施方式，本实施例设置1个通讯孔103，通讯孔103上安装有1个通讯接头，通讯模块110通过通讯接头与外界设备连接。

在某些实施方式中，如图10-12所示，封板2不仅可以采用常规的矩形封板，也可以采用向内凸起结构的封板，内凸封板可以更好的缩小流道，提高服务器整体换热性能，内凸区域需要根据流道进行加工，整体可为I型，L型、H型、┣型、┗型等。常规的液冷服务器内部为低速流动，而本发明通过采用向内凸起结构的封板配合渐缩型流道不断缩小流道截面积，增加流速以提高服务器末端流道元器件的换热效率。

在本发明的一些实施方式中，所述封板2的内表面设有凸台；所述凸台与液体介质流道相对应设置；所述凸台沿服务器进液口101的方向呈高度递增式矩形结构（如图13中的凸台一201）或高度递增式矩形弧形结构（如图14中的凸台二201a）或高度递增式斜型结构（如图15中的凸台三201b）；所述凸台的最大高度为H，其中0.02C≤H≤0.5C，在某些实施方式中，在优选外壳1的宽度为C=45mm的情况下，优选H=0.1C，即H=4.5mm。

在其他一些示例中，外壳上可以设有不同的接头数量对应不同的通讯孔开孔数量及进出液口，如可以是2个或3个或4个，其中，进出液口只能实现进液或出液一种功能（即当进出液口实现进液功能时将不具有出液功能的设置），当进出液口具有进液功能时称为进液口，当进出液口具有出液功能时称为出液口，根据实际工况其他进出液口和通讯孔不使用时，可以采用堵头进行封堵操作。

如图16所示，硬盘安装部包括条形安装座104，条形安装座104一端与外壳1设有服务器进液口101的侧壁相连接且居中设置，使得液体介质流道形成U型的流道布局，此时，液冷介质沿着服务器进液口101进入外壳1的进口流道105内，液冷介质依次经过条形安装座104底部的全开型内循环液口112、中速隔栅型内循环液口113和近流道隔栅型内循环液口114，保证硬盘107能和浸没液体充分结接触换热，再经内存条108导向作用通过转向流道111进入出口流道106，CPU模块为高功耗元器件，其主要设置于流道的中部以提高换热速度，换热后的液冷介质经出口流道106流出。

如图17所示，硬盘安装部包括第一安装座104a和第二安装座104b，其中，第一安装座104a和第二安装座104b的长度以比例3：1设置于壳体1内部的两端，使得液体介质流道形成H型的流道布局，其中，第一安装座104a靠近服务器进液口101设置，由于第一安装座104a和第二安装座104b上设有圆角115，可以选择不需要内存条108的导向作用，此时优选G=0°，即内存条108与外壳1的侧壁平行设置，此时，液冷介质沿着服务器进液口101进入外壳1的进口流道105内，液冷介质依次经过第一安装座104a和第二安装座104b底部的分隔区出液口，保证硬盘107能和浸没液体充分结接触换热，再沿着第一安装座104a和第二安装座104b上设有的圆角115的导向作用通过转向流道111进入出口流道106，CPU模块为高功耗元器件，其主要设置于流道的中部以提高换热速度，换热后的液冷介质经出口流道106流出。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

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 ,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。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种基于渐缩流道设计的高效浸没式液冷服务器，包括外壳和封板，其特征在于：所述外壳内部设有供硬盘固定的硬盘安装部；所述硬盘安装部与外壳侧壁之间形成液体介质流道；所述外壳的侧壁上至少设有一个服务器进液口和至少一个服务器出液口；所述服务器进液口和服务器出液口分别与液体介质流道的两端连通；所述外壳内部设有内存条和CPU模块；所述内存条和CPU模块置于液体介质流道内；其中所述内存条靠近外壳的内侧壁安装；所述封板固定连接于外壳的顶部。

2.根据权利要求1所述的一种基于渐缩流道设计的高效浸没式液冷服务器，其特征在于，所述外壳的宽度为A，长度为B，高度为C；其中400mm≤A≤600mm，mm 500≤B≤900 mm，40mm≤C≤170mm。

3.根据权利要求2所述的一种基于渐缩流道设计的高效浸没式液冷服务器，其特征在于，所述液体介质流道包括进口流道、出口流道和转向流道；所述进口流道与服务器进液口相连通；所述出口流道与服务器出液口相连通；所述口流道和出口流道通过转向流道连通。

4.根据权利要求3所述的一种基于渐缩流道设计的高效浸没式液冷服务器，其特征在于，所述进口流道宽度为E，所述转向流道宽度为F，所述出口流道宽度为D；所述液体介质流道为渐缩型流道，即D≤F≤E；其中0.2A≤E≤0.5A，0.5E≤F≤E，0.5F≤D≤F。

5.根据权利要求1所述的一种基于渐缩流道设计的高效浸没式液冷服务器，其特征在于，所述硬盘安装部包括条形安装座；所述条形安装座一端与外壳设有服务器进液口的侧壁相连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于渐缩流道设计的高效浸没式液冷服务器，其特征在于，所述条形安装座的底部设有沿着靠近服务器进液口一端向远离服务器进液口一端依次设有全开型内循环液口、中速隔栅型内循环液口和近流道隔栅型内循环液口。

7.根据权利要求3所述的一种基于渐缩流道设计的高效浸没式液冷服务器，其特征在于，所述硬盘安装部包括第一安装座和第二安装座；所述第一安装座和第二安装座的长度以比例3：1或2:1或1：1设置于壳体内部的两端；所述转向流道至于第一安装座和第二安装座之间；所述第一安装座和第二安装座相互靠近处开设有圆角。

8.根据权利要求1所述的一种基于渐缩流道设计的高效浸没式液冷服务器，其特征在于，所述液体介质流道内还设有通讯模块；所述壳体的侧壁上设有至少一个通讯孔；所述通讯孔上安装有通讯接头；所述通讯模块通过通讯接头与外界设备连接。

9.根据权利要求1所述的一种基于渐缩流道设计的高效浸没式液冷服务器，其特征在于，所述内存条与外壳的侧壁形成夹角G，所述夹角G的范围为0°≤G≤45°。

10.根据权利要求2所述的一种基于渐缩流道设计的高效浸没式液冷服务器，其特征在于，所述封板的内表面设有凸台；所述凸台与液体介质流道相对应设置；所述凸台沿服务器进液口的方向呈高度递增式矩形结构或高度递增式矩形弧形结构或高度递增式斜型结构；所述凸台的最大高度为H，其中0.02C≤H≤0.5C。

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