CN111712109B - 模块化液体冷却装置和液体冷却系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了模块化液体冷却装置和液体冷却系统，涉及电子器件的液体冷却领域，该电子器件可用于包括但不限于云计算、云服务、深度学习、大数据等应用场景。所述模块化液体冷却装置包括：冷板本体，所述冷板本体包括冷板基板和冷板上壳，所述冷板上壳能够拆卸地连接到所述冷板基板以在所述冷板本体内部限定供冷却液体通过的液密通道，所述冷板基板的第一表面与待冷却热源直接或间接热接触，以使得所述热源的热量能够传导到所述冷却基板；散热模块，所述散热模块热连接到所述冷板基板的与所述第一表面相对的第二表面上，以使得热量能够从所述冷板基板传导到所述散热模块；和固定支架，所述固定支架用于将所述冷板本体压接到所述待冷却热源。

Description

模块化液体冷却装置和液体冷却系统

技术领域

本申请涉及电子器件的液体冷却，并且具体涉及模块化液体冷却装置和液体冷却系统，所述电子器件可用于包括但不限于云计算、云服务、深度学习、大数据等应用场景。

背景技术

处理器功率密度随着计算需求的增加在逐年攀升，按照主流芯片厂家的技术规划在未来两到三年内处理器功耗在达到400W或更高，针对功率密度的持续攀升及运行稳定可靠性的需求，很多主流服务器厂商都开始陆续推出板式液冷产品，但这些已有的冷板设计均针对特定的板卡、处理器及其特定的器件布局，导致冷板设计方案的冗余扩展性较差，开发周期长、迭代成本高，并且这些冷板设计沿用风冷散热模式采用全定制化设计，导致可复制性差。

可预期的是，在未来3-5年，各主流处理器厂商将陆续推出下一代架构的高功率处理器，预计服务器厂商在2022年后主流出货产品将逐渐迭代更替为高密度处理器，而高热流密度处理器的散热设计尤为重要。

液冷板方案在军工、高铁、医疗等领域应用历史悠久，自2012年起开始逐步应用于数据中心领域，初期定位主要解决高功率密度服务器节点散热问题，各主要应用厂商根据处理器功率、板卡定位孔设计等因素，为需要应用液冷的板卡定制化设计冷板式液冷的整体解决方案。但这些整体解决方案均为处理器和内存全定制设计，解决板卡95％以上的发热量，这些方案高度依赖服务器板卡上元器件布局，处理器的迭代或者新板卡的开发都需要对冷板进行重新设计，设计方案的更新带来人力成本、时间成本等大幅度提升。

上述定制化的解决方案通常仅适用于某一款产品，受限因素过多，推广性差；且针对不同功率密度的处理器可复用性不高，如均按高功率密度设计，由此也将带来成本的提升；数据中心冷板液冷产品目前还全部处于定制化设计阶段，缺少标准及规范指导，整个产业生态尚未健全完善。

发明内容

根据本申请的第一方面，提供一种模块化液体冷却装置，所述模块化液体冷却装置包括：冷板本体，所述冷板本体包括冷板基板和冷板上壳，所述冷板上壳能够拆卸地连接到所述冷板基板以在所述冷板本体内部限定供冷却液体通过的液密通道，所述冷板基板的第一表面与待冷却热源直接或间接热接触，以使得所述热源的热量能够传导到所述冷却基板；散热模块，所述散热模块热连接到所述冷板基板的与所述第一表面相对的第二表面上，以使得热量能够从所述冷板基板传导到所述散热模块；和固定支架，所述固定支架用于将所述冷板本体压接到所述待冷却热源。

可选地，所述第一表面通过导热介质与待冷却热源热接触，以增加所述第一表面与所述待冷却热源的热接触面积。

可选地，所述冷板本体包括尺寸和/或形状不同的至少两个冷板本体，以适应不同形状和/或尺寸的待冷却热源。

可选地，所述散热模块包括尺寸和/或形状不同的至少两个散热模块。

可选地，所述散热模块包括选自以下项中的至少两个散热模块：微槽道式散热特征、翅片式散热特征和/或微柱式散热特征、带有散热增强涂层的散热模块。

可选地，所述散热模块通过导热介质附接到所述冷板基板，或者所述散热模块钎焊到所述冷板基板。

可选地，所述冷板基板包括散热增强涂层。

可选地，所述冷板基板的所述第二表面的一部分包括一体形成的微槽道式散热特征、翅片式散热特征和微柱式散热特征中的至少一个。

可选地，所述固定支架包括冷板本体压接件和连接到所述冷板本体压接件并且用于将所述冷板本体压接到所述待冷却热源的至少两个连接支腿。

可选地，所述固定支架包括尺寸和/或形状不同的至少两个压接件，以适应不同形状和/或尺寸的冷板本体。

可选地，所述至少两个连接支腿对称地连接到所述冷板本体压接件，使得所述冷板本体压接件仅向所述待冷却热源施加垂直于所述待冷却热源的压力。

可选地，所述至少两个连接支腿的第一端部能够枢转地连接所述冷板本体压接件。

可选地，所述至少两个连接支腿中的至少一个连接支腿包括第一支腿部和第二支腿部，所述第一支腿部的第一端部连接到所述冷板本体压接件，所述第二支腿部能够枢转地连接到所述第一支腿部的与所述第一端部相反的第二端部。

可选地，所述第一支腿部能够相对于所述冷板本体压接件伸缩，以使得所述第一支腿部的第二端部与所述冷板本体压接件相距至少两个不同的距离。

可选地，所述第一支腿部被能够滑动地容纳在所述冷板本体压接件的滑道内，以使得所述第一支腿部的第二端部与所述冷板本体压接件相距至少两个不同的距离。

可选地，所述第一支腿部包括固定部和活动部，所述固定部连接到所述冷板本体压接件，所述活动部被能够滑动地容纳在所述固定部的槽道内，以使得所述活动部能够相对于所述固定部处于不同的位置。

可选地，所述模块化液体冷却装置还包括泵，用于将冷却液体泵送通过所述液密通道。

可选地，所述模块化液体冷却装置还包括流量调节阀，用于调节通过所述液密通道的冷却液体的流量。

可选地，所述模块化液体冷却装置还包括控制器，所述控制器连接到所述泵和/或所述流量调节阀，以调节冷却液体的流量。

根据本申请的第二方面，提供一种液体冷却系统，所述液体冷却系统包括冷却液体源；和至少一个上述模块化液体冷却装置。

根据本申请的模块化液体冷却装置和液体冷却系统具有冷却本体、散热模块和固定支架这三个模块，其中可以根据待冷却热源(例如处理器、内存等不同的电子器件)的尺寸、布局、最大热功率选择适当的冷却本体、散热模块和固定支架，从而提高了模块化液体冷却装置和液体冷却系统的适应性。

附图说明

本申请的实施例在附图中通过示例而非限制的方式示出，在附图中，相同的附图标记表示类似的元件，其中：

图1A示出了根据本申请的一个实施例的模块化液体冷却装置的结构示意图；

图1B示出了图1A中所示的模块化液体冷却装置的结构示意图，其与图1A的区别在于连接支腿从冷板本体压接件伸出的长度不同，以适应PCB板上的不同孔距；

图2示出了根据本申请的一个实施例的包含散热翅片的散热模块的立体图；

图3示出了根据本申请的一个实施例的包含散热翅片的散热模块的立体图，其与图2所示的散热模块的区别在于，翅片的密度不同；

图4示出了根据本申请的一个实施例的包含微柱的散热模块的立体图；

图5示出了根据本申请的一个实施例的包含微柱的散热模块的立体图，其与图4所示的散热模块的区别在于，尺寸不同并且微柱的形状和密度不同；

图6A和图6B示出了根据本申请的一个实施例的固定支架的主视图和立体图；并且

图7A和图7B示出了图6A和图6B所示的固定支架的另一种状态的主视图和立体图，其与图6A和图6B的区别在于，连接支腿从冷板本体压接件伸出的长度不同，以适应PCB板上的不同孔距。

具体实施方式

在本申请中，除非另有说明，否则使用术语“第一”、“第二”等来描述各种要素不意图限定这些要素的位置关系、时序关系或重要性关系，这种术语只是用于将一个元件与另一元件区分开。在一些示例中，第一要素和第二要素可以指向该要素的同一实例，而在某些情况下，基于上下文的描述，它们也可以指代不同实例。

在本申请中对各种所述示例的描述中所使用的术语只是为了描述特定示例的目的，而并非旨在进行限制。除非上下文另外明确地表明，如果不特意限定要素的数量，则该要素可以是一个也可以是多个。此外，本申请中所使用的术语“和/或”涵盖所列出的项目中的任何一个以及全部可能的组合方式。

以下结合附图对本申请的示例性实施例做出说明，其中包括本申请的各种实施例的细节以帮助理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

图1A和图1B示出了根据本申请的一个实施例的模块化液体冷却装置100的示意图，其用于冷却布置在PCB板200上的处理器300(待冷却热源)。应当理解的是，这里处理器300仅仅是待冷却热源的一个示例，并且本申请的待冷却热源可以是任何部件，例如内存、硬盘、显卡芯片等等，并且根据本申请的模块化液体冷却装置100可以用于同时冷却多个相同或不同的部件。

如图1A和图1B所示，所述模块化液体冷却装置100包括冷板本体110，所述冷板本体110包括冷板基板111和冷板上壳112，所述冷板上壳112能够拆卸地连接到所述冷板基板111以在所述冷板本体110内部限定供冷却液体(未示出)通过的液密通道113，所述冷板基板111的第一表面111a与处理器300热接触，并且优选地通过诸如导热硅脂、导热硅胶石墨垫片等的导热介质(未示出)与处理器300热接触，以使得所述处理器300在工作时所产生的热量能够传导到所述冷却基板111。导热介质用于增加冷板基板111与处理器300的接触面积，从而增加有效的热接触面积。

所述模块化液体冷却装置100还包括散热模块120，所述散热模块120热连接到所述冷板基板111的与所述第一表面111a相对的第二表面111b上，以使得热量能够从所述冷板基板111传导到所述散热模块120。如图1所示，散热模块120可以包括多个翅片121，所述多个翅片121的延伸方向与冷却流体流动通过液密通道113的方向大致相同，使得冷却流体在所述多个翅片121之间流过，从而增加冷却流体与所述散热模块120的热接触面积。虽然图1中示出了散热模块120具有多个翅片121，但应当理解的是，散热模块120也可以具有微槽道、散热增强涂层、微柱等有助于增大与散热流体的热接触面积或有助于在散热流体中产生湍流的特征。而且，散热模块120可以包括上述翅片121、微槽道、散热增强涂层、微柱等的特征的任何组合。

在本申请的一个实施例中，当散热模块120包括上述翅片121、微槽道、微柱中的至少两个时，可以通过将上述翅片121、微槽道、微柱中的至少两个布置成相互交错，以增强冷却液体的湍流，从而进一步提高散热效率。

根据本申请的模块化液体冷却装置100可以包括多种形状和/或尺寸的散热模块120，以根据处理器的尺寸、形状、最大热功率等选择适当的一种散热模块120或多种散热模块的组合。

根据本申请的一个实施例，所述散热模块120可以通过导热介质能够拆卸地固定到(例如粘附到)冷板基板111。这个实施例的优点在于，当需要改变模块化冷却液体装置100的散热参数时，例如以便适应不同的处理器、处理器的工作环境的变化等，可以将模块化液体冷却装置100的散热模块120从冷板基板111移除，并将根据期望的散热参数重新选择一的种散热模块120或多种不同的散热模块120的组合通过导热介质固定到冷板基板111。相比于已有的液体冷却装置，为了实现的期望散热参数，不需要更换整套液体冷却装置，而只需要更换散热模块即可，并且更换下来的散热模块120也可以重复使用。应当理解的是，所述散热模块120也可以钎焊到冷板基板111上。

更具体地，根据本申请的模块化液体冷却装置100可以包括图2至图5中所示的尺寸不同和/或形状不同和/或辅助散热特征(例如微槽道、翅片、微柱等)和/或辅助散热特征的布置密度不同的各种散热模块。图2和图3示出了辅助散热特征均为翅片但翅片布置密度不同的散热模块。图4和图5示出了辅助散热特征均为微柱但形状、尺寸和微柱密度均不同的散热模块。应当理解的是，本申请的散热模块120并不局限于图中所示的形状、结构，而不是可以根据待冷却热源的形状、布局、最大热功率等而具有任何形状和结构。上述微槽道(也称微通道)、翅片、微柱等散热特征在本技术领域中是已知的，因此这里不再对其进行详细描述。

需要注意的是，在图1A和图1B中，冷板基板111示出为本身不具有任何散热增强特征，即不具有任何翅片、微槽道、微柱等特征，但是应当理解的是，根据本申请的一个实施例，冷板基板111也可以设计成使得其第二表面111b的一部分上一体地形成有上述微槽道、翅片、微柱或散热增强涂层。在这个实施例中，冷板基板111自身设计成能够满足一定热功率范围内的散热需求，并且仅当具体应用的处理器300的热功率超出了冷板基板111自身所具有的散热能力时，在冷板基板111的第二表面111b的其余部分通过导热介质等增加根据本申请的散热模块120，以满足该处理器300所需要的散热能力。

如图1A和图1B所示，根据本申请的模块化液体冷却装置100还包括固定支架130，所述固定支架130通过螺钉140连接到PCB板200，以用于将所述冷板本体110压接到处理器300上。所述固定支架130包括冷板本体压接件131和连接到所述冷板本体压接件131的两个侧面并且用于将所述冷板本体110压接到所述处理器300的4个连接支腿132。由于图1A和图1B均为模块化液体冷却装置100的正投影视图，所以仅示出了其中两个连接支腿132。当然，连接支腿132的数量并不局限于4个，而不是可以根据具体应用具有3个连接支腿132或具有多于4个的连接支腿。

所述连接支腿132对称地连接到所述冷板本体压接件131，使得所述冷板本体压接件131仅向所述处理器300施加垂直于所述处理器300的压力，而不产生任何具有平行于处理器300的方向的分量的力。

为了适应性PCB板200的螺钉孔的不同布局、不同孔距等，在根据本申请的一个实施例中，如图1A和图1B所示，所述连接支腿132包括第一支腿部132a和第二支腿部132b，所述第一支腿部132a的第一端部连接到所述冷板本体压接件131，所述第一支腿部132a的第二端部连接到所述第二支腿部132b，使得第二支腿部132b能够相对于第一支腿部132a枢转，其中，所述第二支腿部132b用于将第一支腿部132a从而将冷板本体压接件131连接到PCB板200。图1A和图1B示出了第一支腿部132a从所述冷板本体压接件131延伸出不同距离，以便适应PCB板200的螺钉孔的不同布局、不同孔距等。通过设置这种伸出距离可调的第一支腿部132a，进一步提高了本申请的模块化液体冷却装置100适应不同散热需求的能力，即同一个固定支架130可以适用于不同尺寸、形状的处理器300、适用于处理器300在PCB板200上的不同布局，并且可以适用于PCB板200上的不同布局、不同孔距的螺钉孔。

在图1A和图1B中，连接支腿132设置在冷板本体压接件131的相对的两个侧面处，从而能够适用于沿着图1A和图1B的长度方向具有不同孔距的螺钉孔。替代地，在根据本申请的一个实施例中，如图6A、6B和图7A、7B所示，固定支架130可以具有设置在固定支架130的四个角部处的4个连接支腿132。所述连接支腿132对称地连接到所述冷板本体压接件131，使得所述冷板本体压接件131仅向所述处理器300施加垂直于所述处理器300的压力，而不产生任何具有平行于处理器300的方向的分量的力。

在图6A、6B和图7A、7B所示的实施例中，所述第一支腿部132a被能够滑动地容纳在所述冷板本体压接件131的滑道内，使得所述第一支腿部132a能够相对于所述冷板本体压接件131大致沿着所述冷板本体压接件131的对角线方向伸缩，以使得所述第一支腿部132a的第二端部与所述冷板本体压接件131相距至少两个不同的距离，以适应PCB板200上的不同距离和/或不同布局的螺钉孔(未示出)。

在本申请的一个实施例中，第一支腿部132a上可以设置有用于指示从所述冷板本体压接件131伸出的距离的刻度，以便于在调节伸出距离时能够确保各个第一支腿部132a从冷板本体压接件131伸出相同的距离。

在根据本申请的一个实施例中，为了适应不同形状和/或尺寸的冷板本体110，所述固定支架130可以包括尺寸和/或形状不同的多个压接件131。

如上所述，所述固定支架130通过螺钉140连接到PCB板200，即通过将螺钉140旋拧到PCB板200上的螺钉孔(未示出)而将固定支架130连接到PCB板200。为了适应性PCB板200的螺钉孔的不同布局、不同距离等，在根据本申请的一个未示出的实施例中，所述连接支腿132的第一端部能够枢转地连接所述冷板本体压接件131。

作为图6A、6B和图7A、7B所示的实施例的一种替代实施例(未示出)，所述第一支腿部132a可以包括固定部和活动部，所述固定部固定地连接到所述冷板本体压接件131，所述活动部被能够滑动地容纳在所述固定部的槽道内，以使得所述活动部能够相对于所述固定部处于不同的位置，从而能够实现与图6A、6B和图7A、7B所示的实施例相同的有益技术效果。

另外，在图6A、6B和图7A、7B中，所述冷板本体压接件131示出为板状结构。为了减轻本申请的模块化液体冷却装置100的重量，在根据本申请的一个实施例中，冷板本体压接件131也可以呈压接框的形式，只要能够实现将冷板本体110压接到处理器300的功能即可。

在一个实施例中，所述模块化液体冷却装置100还可以包括泵和流量调节阀(未示出)，所述泵用于将冷却液体泵送通过所述液密通道，所述流量调节阀用于调节通过所述液密通道的冷却液体的流量。在一个实施例中，所述模块化液体冷却装置还可以包括控制器，所述控制器连接到所述泵和/或所述流量调节阀，以根据处理器的温度或从冷板本体110流出的冷却液体的温度来自动地调节冷却液体的流量。

根据本申请的第二方面，提供一种液体冷却系统，所述液体冷却系统包括冷却液体源和至少一个上述模块化液体冷却装置100。任选地，液体冷却系统还可以冷却液体回路，用于将冷却液体从冷却液体源输送到模块化液体冷却装置100并将从模块化液体冷却装置100流出的冷却液体输送回冷却液体源。当液体冷却系统包括多个模块化液体冷却装置100时，这些模块化液体冷却装置100可以并联连接。

综上，利用根据本申请的模块化液体冷却装置100和液体冷却系统，可以实现以下有益技术效果中的一个或多个：

1)全模块化设计：将原有的冷板整体解决方案拆分为三个模块化组合，三个模块可进行不同配置组合，满足客户多样化需求；

2)核心换热模块可根据处理器功率、热阻或流动阻力要求选择不同方案，例如，在处理器功率密度较低时采用普通翅片方案，在处理器功率密度较高时可采用微槽道设计；并且散热模块与冷板基板之间贴合方式可以根据热阻要求选择；

3)固定支架的设计可根据服务器节点设计方案根据不同固定孔位、不同扣合力需求等设计因素灵活调整固定支架设计，以便兼容不同服务器节点使用需求；

4)本技术方案可以大幅度降低冷板液冷设计生产周期，将原来的单一定制化产品进行模块化拆解，实现单一模块的产品化设计，可针对主流处理器的不同需求(按照功率和外形尺寸)分段满足；本申请的技术方案仅需对固定支架部分针对不同厂商板卡定位孔布局进行调整，而固定支架设计简单、生产周期短、成本低，可大大降低定制化水平，推动板式液冷产业生态生产成本优化、准入门槛降低、产品标准化的实现，为应对更高功率密度的产品提供更优的解决方案。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (16)

1.一种模块化液体冷却装置，其特征在于，所述模块化液体冷却装置包括：

冷板本体，所述冷板本体包括冷板基板和冷板上壳，所述冷板上壳能够拆卸地连接到所述冷板基板以在所述冷板本体内部限定供冷却液体通过的液密通道，所述冷板基板的第一表面与待冷却热源直接或间接热接触，以使得所述热源的热量能够传导到所述冷却基板；

散热模块，所述散热模块热连接到所述冷板基板的与所述第一表面相对的第二表面上，以使得热量能够从所述冷板基板传导到所述散热模块；和

固定支架，所述固定支架用于将所述冷板本体压接到所述待冷却热源；

其中，所述固定支架包括冷板本体压接件和连接到所述冷板本体压接件并且用于将所述冷板本体压接到所述待冷却热源的至少两个连接支腿；

所述至少两个连接支腿中的至少一个连接支腿包括第一支腿部和第二支腿部，所述第一支腿部的第一端部连接到所述冷板本体压接件，所述第二支腿部能够枢转地连接到所述第一支腿部的与所述第一端部相反的第二端部；

所述第一支腿部能够相对于所述冷板本体压接件伸缩，以使得所述第一支腿部的第二端部与所述冷板本体压接件相距至少两个不同的距离，其中，所述第一支腿部上设置有用于指示从所述冷板本体压接件伸出的距离的刻度。

2.根据权利要求1所述的模块化液体冷却装置，其中，所述第一表面通过导热介质与待冷却热源热接触，以增加所述第一表面与所述待冷却热源的热接触面积。

3.根据权利要求1所述的模块化液体冷却装置，其中，所述冷板本体包括尺寸和/或形状不同的至少两个冷板本体，以适应不同形状和/或尺寸的待冷却热源。

4.根据权利要求1所述的模块化液体冷却装置，其中，所述散热模块包括尺寸和/或形状不同的至少两个散热模块。

5.根据权利要求1所述的模块化液体冷却装置，其中，所述散热模块包括选自以下项中的至少两个散热模块：微槽道式散热特征、翅片式散热特征和/或微柱式散热特征、带有散热增强涂层的散热模块。

6.根据权利要求1所述的模块化液体冷却装置，其中，所述散热模块通过导热介质附接到所述冷板基板，或者所述散热模块钎焊到所述冷板基板。

7.根据权利要求1所述的模块化液体冷却装置，其中，所述冷板基板包括散热增强涂层。

8.根据权利要求1所述的模块化液体冷却装置，其中，所述冷板基板的所述第二表面的一部分包括一体形成的微槽道式散热特征、翅片式散热特征和微柱式散热特征中的至少一个。

9.根据权利要求1所述的模块化液体冷却装置，其中，所述固定支架包括尺寸和/或形状不同的至少两个压接件，以适应不同形状和/或尺寸的冷板本体。

10.根据权利要求1所述的模块化液体冷却装置，其中，所述至少两个连接支腿对称地连接到所述冷板本体压接件，使得所述冷板本体压接件仅向所述待冷却热源施加垂直于所述待冷却热源的压力。

11.根据权利要求1所述的模块化液体冷却装置，其中，所述第一支腿部被能够滑动地容纳在所述冷板本体压接件的滑道内，以使得所述第一支腿部的第二端部与所述冷板本体压接件相距至少两个不同的距离。

12.根据权利要求1所述的模块化液体冷却装置，其中，所述第一支腿部包括固定部和活动部，所述固定部连接到所述冷板本体压接件，所述活动部被能够滑动地容纳在所述固定部的槽道内，以使得所述活动部能够相对于所述固定部处于不同的位置。

13.根据权利要求1所述的模块化液体冷却装置，其中，所述模块化液体冷却装置还包括泵，用于将冷却液体泵送通过所述液密通道。

14.根据权利要求13所述的模块化液体冷却装置，其中，所述模块化液体冷却装置还包括流量调节阀，用于调节通过所述液密通道的冷却液体的流量。

15.根据权利要求14所述的模块化液体冷却装置，其中，所述模块化液体冷却装置还包括控制器，所述控制器连接到所述泵和/或所述流量调节阀，以调节冷却液体的流量。

16.一种液体冷却系统，其特征在于，所述液体冷却系统包括：

冷却液体源；和

至少一个根据权利要求1至15中任一项所述的模块化液体冷却装置。

Images