CN111556692B - 一种利用温差发电散热的服务器液冷系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用温差发电散热的服务器液冷系统及其控制方法，所述系统包括：温差发电散热水箱、循环泵、流量计、压力变送器、冷却液循环管道、液冷服务器与控制模块；所述温差发电散热水箱、循环泵与液冷服务器之间通过冷却液循环管道依次连接，呈串联关系，在循环泵与液冷服务器之间的冷却液循环管道上布置有流量计和压力变送器，在液冷服务器与温差发电散热水箱之间的冷却液循环管道上布置有压力变送器；所述液冷服务器包括有多个，多个液冷服务器之间通过冷却液循环管道呈并联式连接；所述控制模块与所述温差发电散热水箱、循环泵、流量计及压力变送器电性连接。本发明不需要额外加装冷却液散热装置，能够有效提高服务器液冷系统的紧凑度。

Description

一种利用温差发电散热的服务器液冷系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及领域，尤其涉及一种利用温差发电散热的服务器液冷系统及其控制方法。

背景技术

伴随着数字技术的快速发展，人们对高性能计算的需求日益增长，数据中心已成为信息技术时代的一个重要核心。高性能计算单元是数据中心的重要组成部分，就现有的计算机硬件技术而言高性能也意味着高能耗，高能耗伴随着高热量的产生。高热量的长期积累会对设备可靠性产生严重影响，根据相关理论分析，电子元件每提高2℃其可靠性降低10％。如果热量长期积累，高性能计算单元的计算性能和可靠性不可避免的受到影响，进而严重影响数据中心的工作效率。

针对计算单元的高热量，目前已有几种解决方案。

传统方案采用气冷散热，即用冷空气对高性能计算单元进行散热。该技术方案实施简单，成本较低，然而受环境因素影响较大。直接引导外界的空气进行散热其气体的温度和湿度等许多参数不可控，这对于数据中心内的精密电子元器件而言是不可接受的。改进方案有采用空调设备对数据中心内空气参数进行调控，然而也存在空调设备能耗较高，气体传热效率较低的问题。气冷技术在满足数据中心的散热要求下已无法保持较低的机房PUE值。

现有液体冷却技术，利用高比热容冷却液传导计算单元产生的热量，对发热元器件进行精准散热。液冷散热技术具有高效低能耗的特点，然而也存在新的技术问题。现有的液冷技术中，冷却液起到的是热量传输的作用，吸收热量的冷却液也需要降温，否则循环中冷却液的温度将不断升高最终失去传导热量的作用。

目前针对冷却液降温需要有专门的散热装置，比如翅片铜管散热器和冷却水箱等。额外的散热装置会严重影响系统的空间占用，增大冷却系统的能耗这对设计紧凑的服务器和单机柜服务器系统而言是难以接受的。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种温差发电散热的服务器液冷系统及其控制方法，用于解决服务器液冷系统内冷却液降温的问题。它具有结构紧凑，能耗低的特点，避免了传统服务器液冷系统需要额外加装冷却液散热装置导致系统空间占用过大的问题，能够使液冷系统更加紧凑，能耗更低。

本发明的目的通过以下的技术方案来实现：

一种利用温差发电散热的服务器液冷系统，包括：温差发电散热水箱、循环泵、流量计、压力变送器、冷却液循环管道、液冷服务器与控制模块；

所述温差发电散热水箱、循环泵与液冷服务器之间通过冷却液循环管道依次连接，呈串联关系，在循环泵与液冷服务器之间的冷却液循环管道上布置有流量计和压力变送器，在液冷服务器与温差发电散热水箱之间的冷却液循环管道上布置有压力变送器；

所述液冷服务器包括有多个，多个液冷服务器之间通过冷却液循环管道呈并联式连接；

所述控制模块与所述温差发电散热水箱、循环泵、流量计及压力变送器电性连接。

一种利用温差发电散热的服务器液冷系统的控制方法，包括：

S1通过循环泵做功，冷却液在温差发电散热水箱与液冷服务器内传热模块间循环，并吸收传热模块内的热量，热量在温差发电散热水箱中释放；

S2在温差发电散热水箱内温度传感器测得冷却液温度超过设定值T1时，控制模块调整循环泵功率并上报警告；

S3在温差发电散热水箱内温度传感器测得冷却液液面低于设定值T1时，控制模块上报警告。

与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：

水箱与冷却液散热装置一体设计，无需额外为服务器液冷系统加装冷却液散热装置，能够使服务器液冷系统更加紧凑。

采用温差发电芯片为散热装置供电，有效利用服务器芯片产生的热量减少服务器液冷系统的能耗。

附图说明

图1为本发明实施例1利用温差发电散热的服务器液冷系统结构示意图；

图2为本发明实施例2利用温差发电散热的服务器液冷系统结构示意图；

图3为本发明的温差发电散热水箱的原理图；

图4为本发明的温差发电散热水箱的剖面结构示意图；

图5为本发明的温差发电散热水箱的俯视结构示意图；

图6为本发明的温差发电芯片和散热翅片的局部结构示意图；

图7为利用温差发电散热的液冷系统的控制方法流程图；

图中，1-温差发电散热水箱；101-水箱体；10101-进液口；10102-出液口；10103-温度传感器；10104-液位传感器；102-内散热翅片；103-温差发电芯片；104-外散热翅片；105-聚四氟乙烯搅拌子；106-导流罩；10601-进风口；10602-出风口；107-蓄电池；108-轴流风扇；109-磁力搅拌电机；2-循环泵；3-流量计；4-压力变送器；5-冷却液循环管道；501-供液管道；502-供液软管；503-回液软管；504-回液管道；505-连接管道；6-液冷服务器；601-微通道型传热模块；60101-微通道型传热模块进液口；60102-微通道型传热模块出液口；602-热管型传热模块；60201-热管型传热模块进液口；60202-热管型传热模块出液口；7-控制模块。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述。

如图1所示，为本发明实施例1利用温差发电散热的服务器液冷系统结构，包括温差发电散热水箱1、循环泵2、流量计3、压力变送器4、冷却液循环管道5、液冷服务器6与控制模块7；

温差发电散热水箱1、循环泵2与液冷服务器6之间通过冷却液循环管道5依次连接，呈串联关系，在循环泵2与液冷服务器6之间的冷却液循环管道上布置有流量计3和压力变送器4，在液冷服务器6与温差发电散热水箱1之间的冷却液循环管道上布置有压力变送器4；各液冷服务器6之间通过冷却液循环管道5连接，呈并联关系，控制模块7与温差发电散热水箱1，循环泵2，流量计3，压力变送器4之间存在电性连接。

上实施例1中的液冷服务器6内装有微通道型传热模块601，微通道型传热模块601安装于服务器芯片上，通过硅脂与服务器芯片接触以减小接触热阻，微通道传热模块可将芯片产生的热量传导至冷却液，使芯片温度保持在设定范围。

如图2所示，为实施例2中液冷服务器6内装有热管型传热模块602，热管型传热模块602安装于服务器芯片上，通过硅脂与服务器芯片接触以减小接触热阻，热管型传热模块可将芯片产生的热量传导至服务器外的冷却端，然后冷却端的热量通过冷却液循环带走，使芯片温度保持在设定范围。其它与实施例1雷同，在此不再详细描述。

所述冷却液循环管道5包括：供液管道501、供液软管502、回液软管503、回液管道504、连接管道505；所述供液管道501一端与循环泵2连接，另一端通过供液软管502与微通道型传热模块进液口60101连接，连接方式为快速接头连接；所述回液管道504一端与温差发电散热水箱1的进液口10101连接，另一端通过回液软管503与微通道型传热模块出液口60102连接，连接方式为快速接头连接；温差发电散热水箱1的出液口10102与循环泵2通过连接管道505连接；所述流量计3与压力变送器4用以监测冷却液参数。

参见图3，温差发电散热水箱1，包括：水箱总成、温差发电芯片组、水箱散热装置；温差发电芯片组覆盖在水箱总成外壁，水箱散热装置设置于水箱总成下部，其内设置有蓄电池，温差发电芯片组和水箱散热装置间存在电性连接；所述温差发电芯片组通过水箱总成内的高温冷却液与外界低温空气间的温差产生电能，并将电能储存在水箱散热装置的蓄电池内，同时，蓄电池驱动水箱散热装置为水箱总成内冷却液降温。

参见图4，水箱总成包括：水箱体101、进液口10101、出液口10102、温度传感器10103、液位传感器10104、内散热翅片102；

所述水箱体101为铝合金结构冲压成型，内部设置有内散热翅片102，目的为提高水箱体101内冷却液热量传导至水箱体壁的效率，此外水箱体101还设置有温度传感器10103和液位传感器10104，用以测量水箱体内冷却液温度与液位并传送给外部控制模块7。

所述温差发电芯片组包括：若干温差发电芯片103、外散热翅片104；所述温差发电芯片的一侧与水箱体外壁接触，目的在于使温差发电芯片103一侧吸收水箱体外壁的热量成为高温侧；所述温差发电芯片103另一侧附着有一层外散热翅片104，其目的在于加速导出温差发电芯片103外侧的热量使之成为低温侧。

所述温差发电芯片103是根据赛贝克效应原理，采用薄膜加工技术制造的一种半导体器件，各温差发电芯片103间相互串联，当温差发电芯片103两侧存在温度差时，其会在两级产生电动势从而驱动用电器工作。

所述水箱散热装置包括：聚四氟乙烯搅拌子105、导流罩106、进风口10601、出风口10602、蓄电池107、轴流风扇108、磁力搅拌电机109。

所述聚四氟乙烯搅拌子105放置于水箱体101内底端，所述磁力搅拌电机109安装于水箱体101下部，所述轴流风扇108与磁力搅拌电机109同轴共用一个电机转子，所述导流罩用以配合轴流风扇引导冷却气流。

液冷系统工作时，循环泵2将冷却液从温差发电散热水箱1内导出，冷却液通过出液口10102、供液管道501、供液软管502、微通道型传热模块进液口60101进入液冷服务器6内的微通道型传热模块601。冷却液在微通道型传热模块601内吸收芯片热量后成为高温冷却液，高温冷却液在循环泵2作用下通过微通道型传热模块出液口60102流出微通道传热模块601，经回液软管503、回液管道504、进液口10101流回温差发电散热水箱1。

高温冷却液进入水箱体101后，冷却液的热量通过内散热翅片102传导至水箱体101，水箱体外壁与温差发电芯片103一侧接触形成高温侧；温差发电芯片103另一侧通过外散热翅片104与冷空气接触，形成低温侧；由于温差发电芯片103两侧存在温差，其上产生电动势，其产生的电能储存于蓄电池内，蓄电池驱动磁力搅拌电机109工作，所述磁力搅拌电机109转子上带有磁极，聚四氟乙烯搅拌子105两端也带有磁极，转子旋转时带动聚四氟乙烯搅拌子105旋转从而起到搅拌冷却液的作用，加大了冷却液与空气的接触面积同时也使冷却液内部热量更加均匀，强化了冷却液热量向空气与水箱体壁的传导。

所述磁力搅拌电机109工作时带动共轴的轴流风扇108转动，所述轴流风扇108通过导流罩进风口10601吸入冷空气并将冷空气通过导流罩出风口10602导入外散热翅片104间，冷空气流经外散热翅片104带走其上热量使温差发电芯片103与外散热翅片104接触侧始终保持冷端状态从而持续产生电能，维持水箱散热装置的工作状态，水箱散热装置使水箱体101内冷却液温度降低至额定值，冷却液经循环泵作用通过出液口10102流出温差发电散热水箱1(如图5和图6所示)。

参见图7，为利用温差发电散热的液冷系统的控制方法，包括：

S1正常工况下，通过循环泵做功，冷却液在温差发电散热水箱与液冷服务器内微通道型传热模块间循环，冷却液吸收微通道型传热模块内的热量并在温差发电散热水箱中释放热量；

S2当温差发电散热水箱内温度传感器测得冷却液温度超过设定值T1，控制模块调整循环泵功率并上报警告；

S3当温差发电散热水箱内液位传感器测得冷却液液面低于设定值H1后控制模块上报警告。

上述S1步骤包括：

S11循环泵将冷却液从温差发电散热水箱中导出，冷却液依次通过供液管道、供液软管、微通道型传热模块进液口进入微通道型传热模块中；

S12微通道型传热模块将芯片产生的热量传导至冷却液中；

S13吸收热量的冷却液流出微通道型传热模块，依次通过微通道型传热模块出液口、回液软管、回液管道、温差发电散热水箱进液口进入水箱；

S14冷却液经过温差发电散热水箱的作用温度回到设定的区间完成冷却液循环。

上述S2步骤包括：

S21控制模块增大循环泵功率并上报温度警告；

S22温度传感器测量值低于T1时，循环泵功率回到默认值。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (7)

1.一种利用温差发电散热的服务器液冷系统，其特征在于，所述系统包括温差发电散热水箱、循环泵、流量计、压力变送器、冷却液循环管道、液冷服务器与控制模块；

所述温差发电散热水箱、循环泵与液冷服务器之间通过冷却液循环管道依次连接，呈串联关系，在循环泵与液冷服务器之间的冷却液循环管道上布置有流量计和压力变送器，在液冷服务器与温差发电散热水箱之间的冷却液循环管道上布置有压力变送器；

所述液冷服务器包括有多个，多个液冷服务器之间通过冷却液循环管道呈并联式连接；

所述控制模块与所述温差发电散热水箱、循环泵、流量计及压力变送器电性连接；

所述温差发电散热水箱包括水箱总成、温差发电芯片组与水箱散热装置；所述温差发电芯片组与水箱散热装置电性连接；所述温差发电芯片组覆盖在水箱总成上，所述水箱散热装置设置于水箱总成下部，并在水箱散热装置内设置有蓄电池；

所述温差发电芯片组包括温差发电芯片与外散热翅片；所述温差发电芯片的一侧与水箱体接触，另一侧附着一层外散热翅片，温差发电芯片间相互串联；

所述水箱散热装置包括聚四氟乙烯搅拌子、导流罩、轴流风扇、磁力搅拌电机与蓄电池；

所述聚四氟乙烯搅拌子放置于水箱体内底端；所述磁力搅拌电机安装于水箱下部；所述轴流风扇与磁力搅拌电机同轴，共用一个电机转子；所述导流罩安装于轴流风扇下部。

2.如权利要求1所述的利用温差发电散热的服务器液冷系统，其特征在于，所述液冷服务器内设置有传热模块，所述传热模块安装于液冷服务器内的服务器芯片上，通过硅脂与服务器芯片接触；所述传热模块设置有传热模块进液口与传热模块出液口。

3.如权利要求2所述的利用温差发电散热的服务器液冷系统，其特征在于，所述冷却液循环管道包括供液管道、供液软管、回液软管、回液管道、连接管道；

所述供液管道一端与循环泵连接，另一端通过供液软管与传热模块进液口连接；所述回液管道一端与温差发电散热水箱的进液口连接，另一端通过回液软管与传热模块出液口连接。

4.如权利要求3所述的利用温差发电散热的服务器液冷系统，其特征在于，所述水箱总成包括水箱体、内散热翅片、进液口、出液口、温度传感器与液位传感器；

所述内散热翅片设置在水箱体的内部；

所述出液口通过连接管道与循环泵连接；

所述温度传感器与液位传感器用于测量冷却液温度与液位，并将测量数据传输给控制模块。

5.一种基于权利要求4所述的利用温差发电散热的服务器液冷系统的控制方法，其特征在于，包括：

S1 通过循环泵做功，冷却液在温差发电散热水箱与液冷服务器内传热模块间循环，并吸收传热模块内的热量，热量在温差发电散热水箱中释放；

S2 在温差发电散热水箱内温度传感器测得冷却液温度超过设定值T1时，控制模块调整循环泵功率并上报警告；

S3在温差发电散热水箱内温度传感器测得冷却液液面低于设定值T1时，控制模块上报警告。

6.如权利要求5所述的利用温差发电散热的服务器液冷系统的控制方法，其特征在于，所述S1包括：

S11循环泵将冷却液从温差发电散热水箱中导出，冷却液依次通过供液管道、供液软管、传热模块进液口进入传热模块中；

S12 通过传热模块将芯片产生的数量传导至冷却液中；

S13 吸收热量的冷却液流出传热模块，依次通过传热模块出液口、回液软管、回液管道、温差发电散热水箱进液口进入水箱；

S14冷却液经过温差发电散热水箱的作用温度回到设定的区间完成冷却液循环。

7.如权利要求5所述的利用温差发电散热的服务器液冷系统的控制方法，其特征在于，所述S2包括：

S21 由控制模块增大循环泵功率并上报温度警告；

S22 在温度传感器测量值低于T1时，循环泵功率回到默认值。

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