CN111988965B - 一种高发热电子设备浸没式相变冷却机箱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热交换设备技术领域，且公开了一种高发热电子设备浸没式相变冷却机箱，包括壳体，壳体内部中间位置设置有机箱，机箱一侧设置有左散热室，机箱另一侧设置有右散热室，左散热室内壁固定安装有蒸发器，蒸发器一端固定连接有管路一，管路一上固定安装有压缩机，压缩机一侧设置有冷凝器，冷凝器一侧设置有节流阀，管路一一端固定连接有冷凝管。该高发热电子设备浸没式相变冷却机箱，通过设置冷凝管与螺线管，采用更加环保、低耗的液冷方式对电子设备进行一二级双重冷却降温，冷却效果好，通过设置蒸发器与换热室将热量带至机箱外侧进行散热，且冷却液可循环利用，从而达到热源循环冷却的目的，能耗更低，更加环保。

Description

一种高发热电子设备浸没式相变冷却机箱

技术领域

本发明涉及热交换设备技术领域，具体为一种高发热电子设备浸没式相变冷却机箱。

背景技术

随着计算机技术的高速发展，高性能高密度的数据中心服务器的能耗也不断增加，一些电子设备的发热也日趋严重，为了保证电子设备的正常运行，急需提高机箱内部的冷却能力。

现有技术中通常采用风冷冷却技术，具体地，先通过热管或其他高导热材料将芯片产生的热量传递出来，再通过高性能风扇或大型散热器将热量散失在环境中。服务器在高负荷工作时芯片的热流密度非常高，而空气的热传导效率很低，加上气流分布不均匀容易导致主板局部温度过高，影响服务器正常工作。同时数据中心机房内功率密度的不断攀升使空调的制冷能耗也越来越大，这与提高冷却效率，降低冷却成本的发展趋势并不相符。

新一代高密度服务器对于单元空间的消耗也逐步增加，如果进一步提高散热器和风扇的体积将对机箱内部的空间提出更大的挑战，很可能无法满足高密度部署的需求，因此需要从根本上改变冷却方式。

浸没式相变冷却主要用于高发热电子设备的冷却，是直接冷却技术的一种，这种冷却设备依靠被动冷却技术，具有以下优点：①、散热能力强、温差小、传热快、冷却均匀；②、为器件提供更洁净的环境，隔绝氧气，延长工作寿命；③、节能环保：可减少95％的冷却能耗，减少废弃物的排放；④、节省空间：可减小设备体积，大约是风冷散热设备体积的1/25。

现有技术发展状况如下：

虽然浸没式相变冷却技术利用低沸点冷却液体单位质量较高的气化吸热能力实现热量交换，但对于服务器机箱而言尺寸较小，冷却液体在机箱内为自然对流状态，在热负荷较高的情况下热量难以充分传递至环境中，若单一采用冷凝器制冷回流冷却效果不理想，会造成机箱内压力升高，冷却液体饱和温度升高，最终导致电子元器件超温。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高发热电子设备浸没式相变冷却机箱，可以解决现有的问题浸没式相变冷却机箱结构单一，冷却效果差的问题。本高发热电子设备浸没式相变冷却机箱通过通过设置冷凝管与螺线管，采用环保、低耗的液冷的方式对电子设备进行一二级双重冷却降温，冷却速度快，冷却效果好，控温精确，通过设置蒸发器与换热室将机箱内部热量及时带至机箱外侧进行散热，避免热负荷较高的情况下热量难以充分传递至环境中造成机箱内压力升高问题，且本高发热电子设备浸没式相变冷却机箱内部冷却液与冷却水可循环利用，从而达到热源循环冷却的目的，能耗更低，更加环保。

为实现上述的高发热电子设备浸没式相变冷却机箱在使用中散热能力强，冷却效果好，控温精准，节约能耗的目的，本发明提供如下技术方案：一种高发热电子设备浸没式相变冷却机箱，包括壳体，所述壳体内部中间位置设置有机箱，所述机箱一侧设置有左散热室，所述机箱另一侧设置有右散热室，所述左散热室内壁固定安装有蒸发器，所述蒸发器一端固定连接有管路一，所述管路一上固定安装有压缩机，所述压缩机一侧设置有冷凝器，所述冷凝器一侧设置有节流阀，所述管路一一端固定连接有冷凝管，所述机箱内部设置有电子器件，所述机箱顶部内壁设置有吸气室，所述吸气室底部内外壁贯穿设置有进气孔，所述吸气室顶部固定安装有风机，所述吸气室顶部固定连接有管路二，所述管路二上固定安装有泵体一，所述管路二一端设置有换热室，所述冷凝管一端固定连接有管路三，所述换热室内部设置有螺线管，所述换热室底部固定安装有蓄水槽，所述蓄水槽一端固定连接有回流管一，所述螺线管一端固定连接有回流管二，所述回流管二上固定安装有泵体二，所述左散热室与右散热室侧壁分别设置有散热槽。

优选的，所述机箱为密闭式空间，所述左散热室、右散热室对称分布在机箱两侧。

优选的，所述蒸发器通过螺栓固定安装在左散热室内壁，所述蒸发器贯穿左散热室内外壁设置，所述蒸发器通过导线与外部电源电性连接。

优选的，所述压缩机、冷凝器分别通过螺栓固定安装在左散热室内部，所述压缩机、冷凝器分别通过导线与外部电源电性连接，所述压缩机、冷凝器、节流阀均固定安装在管路一上。

优选的，所述冷凝管一端与管路一固定连接，所述冷凝管另一端与管路三固定连接，所述冷凝管等距分布在电子器件上方，所述冷凝管的数量为若干个。

优选的，所述吸气室通过螺栓固定安装在机箱顶部内壁，所述吸气室通过导线与外部电源电性连接，所述进气孔等距均匀分布在吸气室底部，所述进气孔贯穿吸气室底部内外壁，所述进气孔的数量为若干个。

优选的，所述吸气室顶部与管路二一端贯通连接，所述泵体一设置在管路二上，所述泵体一通过导线与外部电源电性连接，所述管路二另一端与换热室内部贯通连接。

优选的，所述螺线管S形环绕设置在换热室内部，所述螺线管一端与管路三固定连接，所述螺线管另一端与回流管二一端固定连接。

优选的，所述蓄水槽一端与换热室贯通连接，所述蓄水槽另一端与回流管一固定连接，所述回流管一一端延伸至机箱内部。

优选的，所述回流管二另一端与蒸发器固定连接，所述泵体二设置在回流管二上，所述泵体二通过导线与外部电源电性连接。

与现有技术相比，本发明提供了一种高发热电子设备浸没式相变冷却机箱，具备以下有益效果：

1、本高发热电子设备浸没式相变冷却机箱，通过设置管路一，管路一内部流动设置有冷却液，通过设置蒸发器，液态冷却液送入蒸发器，在蒸发器中吸热蒸发而成为低温低压的蒸汽，压缩机把气态冷却液压缩成高温高压气体，再经冷凝器冷凝成中温高压的液体，经节节流阀节流后，成为低温低压的液态冷却液，通过在电子器件顶部设置冷凝管，低温低压的液态冷却液流经冷凝管内部对冷凝管表面进行降温，注入密封的机箱中冷却介质以沸腾和蒸发换热的方式带走电子设备表面产生的热量，冷凝管中的冷流体对聚集机箱顶部蒸汽进行冷凝，冷凝后的液态冷却液返回至机箱冷却液中循环利用，通过设置多组冷凝管，增大与蒸汽的接触面积，提高散热速度，使机箱散热效果得到明显提升。

2、本高发热电子设备浸没式相变冷却机箱，通过在电子器件顶部设置吸气室，吸气室顶部设置风机，聚集在机箱内壁顶部的蒸汽在风机风力作用下，经进气孔进入聚集在吸气室内部，最后在泵体一作用下快速抽取到外部进行散热处理，避免了大量蒸汽在热负荷较高的情况下热量难以充分传递至环境中，造成机箱内压力升高，冷却液体饱和，温度升高，最终导致电子元器件超温的现象。

3、本高发热电子设备浸没式相变冷却机箱，通过设置螺线管，经泵体一抽取的高温蒸汽经管路二进入到换热室内部，螺线管通过管路三与冷凝管固定连接，冷凝管内部冷却液进而流动到螺线管内部，对进入换热室内部的蒸汽进行二次冷却，二次冷却后的蒸汽与螺线管表面接触冷凝为液体，最后经蓄水槽、回流管一回流至机箱内部循环利用，螺线管内部的冷却液则经回流管二重新回流到蒸发器内，在蒸发器中吸热蒸发而成为低温低压的蒸汽，再次输送进压缩机，从而完成制冷循环，通过冷凝管对机箱内部冷却水进行两次冷却处理，一方面提高了本浸没式相变冷却机箱冷却效果，另一方面使得能源得到充分利用，能耗降低。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明立体结构示意图；

图3为本发明局部结构示意图；

图4为本发明局部放大结构示意图；

图5为本发明局部放大结构示意图。

图中：1、壳体；2、机箱；3、左散热室；4、右散热室；5、蒸发器；6、管路一；7、压缩机；8、冷凝器；9、节流阀；10、冷凝管；11、电子器件；12、吸气室；13、进气孔；14、风机；15、管路二；16、泵体一；17、换热室；18、管路三；19、螺线管；20、蓄水槽；21、回流管一；22、回流管二；23、泵体二；24、散热槽。

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。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。

请参阅图1-5，一种高发热电子设备浸没式相变冷却机箱，包括壳体1，壳体1内部中间位置设置有机箱2，机箱2一侧设置有左散热室3，机箱2另一侧设置有右散热室4，左散热室3内壁固定安装有蒸发器5，蒸发器5一端固定连接有管路一6，管路一6上固定安装有压缩机7，压缩机7一侧设置有冷凝器8，冷凝器8一侧设置有节流阀9，管路一6一端固定连接有冷凝管10，机箱2内部设置有电子器件11，机箱2顶部内壁设置有吸气室12，吸气室12底部内外壁贯穿设置有进气孔13，吸气室12顶部固定安装有风机14，吸气室12顶部固定连接有管路二15，管路二15上固定安装有泵体一16，管路二15一端设置有换热室17，冷凝管10一端固定连接有管路三18，换热室17内部设置有螺线管19，换热室17底部固定安装有蓄水槽20，蓄水槽20一端固定连接有回流管一21，螺线管19一端固定连接有回流管二22，回流管二22上固定安装有泵体二23，左散热室3与右散热室4侧壁分别设置有散热槽24。

综上，机箱2为密闭式空间，左散热室3、右散热室4对称分布在机箱2两侧，为机箱2内部器件提供更洁净的环境，隔绝氧气，延长工作寿命；蒸发器5通过螺栓固定安装在左散热室3内壁，蒸发器5贯穿左散热室3内外壁设置，蒸发器5通过导线与外部电源电性连接，蒸发器5提供制冷，冷却液送入蒸发器5，在蒸发器5中吸热蒸发而成为低温低压的蒸汽；压缩机7、冷凝器8分别通过螺栓固定安装在左散热室3内部，压缩机7、冷凝器8分别通过导线与外部电源电性连接，压缩机7、冷凝器8、节流阀9均固定安装在管路一6上，压缩机7把冷却液由低温低压气体压缩成高温高压气体，再经过冷凝器8冷凝成中温高压的液体，经节流阀9节流后，则成为低温低压的液体；冷凝管10一端与管路一6固定连接，冷凝管10另一端与管路三18固定连接，冷凝管10等距分布在电子器件11上方，冷凝管10的数量为若干个，低温低压的液体流经冷凝管10内部对冷凝管10表面进行降温；吸气室12通过螺栓固定安装在机箱2顶部内壁，吸气室12通过导线与外部电源电性连接，进气孔13等距均匀分布在吸气室12底部，进气孔13贯穿吸气室12底部内外壁，进气孔13的数量为若干个，通过风机14对机箱2内部蒸汽充分吸收；吸气室12顶部与管路二15一端贯通连接，泵体一16设置在管路二15上，泵体一16通过导线与外部电源电性连接，管路二15另一端与换热室17内部贯通连接，高温蒸汽经吸气室12顶部经管路二15输送到外部；螺线管19S形盘绕设置在换热室17内部，螺线管19一端与管路三18固定连接，螺线管19另一端与回流管二22一端固定连接，对螺线管19表面冷却液以及换热室17内部进行降温，使流经换热室17内部高温蒸汽冷凝；蓄水槽20一端与换热室17贯通连接，蓄水槽20另一端与回流管一21固定连接，回流管一21一端延伸至机箱2内部，对冷凝蒸汽进行回收进而回流到机箱2内部循环利用；回流管二22另一端与蒸发器5固定连接，泵体二23设置在回流管二22上，泵体二23通过导线与外部电源电性连接，泵体二23驱动回流管二22内部冷却液回流到蒸发器5内部循环利用。

本结构的工作使用流程以及安装方法为，在使用时使用者首先在管路一6内部填充冷却液，在机箱2内部填充冷却水，通过设置蒸发器5，液态冷却液送入蒸发器5，在蒸发器5中吸热蒸发而成为低温低压的蒸汽，压缩机7把气态冷却液压缩成高温高压气体，再经冷凝器8冷凝成中温高压的液体，经节节流阀9节流后，成为低温低压的液态冷却液，通过在电子器件11顶部设置冷凝管10，低温低压的液态冷却液流经冷凝管10内部过程中对冷凝管10表面进行降温处理，注入密封的机箱中冷却介质受到电子设备表面传热以沸腾和蒸发换热的方式带走电子设备表面热量，则吸收热量产生的高温蒸汽通过与冷凝管10表面接触迅速进行冷凝，冷凝后的液态冷却液返回至机箱2冷却液中循环利用，通过设置多组冷凝管10，增大与蒸汽的接触面积，提高散热速度，使机箱散热效果得到明显提升；通过在电子器件11顶部设置吸气室12，吸气室12顶部设置风机14，聚集在机箱2内壁顶部的蒸汽在风机14风力作用下，经进气孔13进入聚集在吸气室12内部，最后在泵体一16作用下快速抽取到外部进行散热处理，避免了大量蒸汽在热负荷较高的情况下热量难以充分传递至环境中，造成机箱内压力升高，冷却液体饱和，温度升高，最终导致电子元器件超温的现象；通过设置螺线管19，经泵体一16抽取的高温蒸汽经管路二15进入到换热室17内部，螺线管19通过管路三18与冷凝管10固定连接，冷凝管10内部冷却液进而流动到螺线管19内部，对进入换热室17内部的蒸汽进行二次冷却，二次冷却后的蒸汽与螺线管19表面接触冷凝为液体，最后经蓄水槽20、回流管一21回流至机箱2内部循环利用，螺线管19内部的冷却液则经回流管二22重新回流到蒸发器5内，在蒸发器5中吸热蒸发而成为低温低压的蒸汽，再次输送进压缩机7，从而完成制冷循环，通过冷凝管10对机箱2内部冷却水进行两次冷却处理，一方面提高了机箱2冷却效果，另一方面使得能源得到充分利用，能耗降低。本高发热电子设备浸没式相变冷却机箱冷却介质一次制冷后进行两次降温冷却处理，冷却效果好，能源利用率得到提高，冷却介质可循环利用，对当前全球性的节能减排，实现资源节约和能源节约有着重要的现实意义。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种高发热电子设备浸没式相变冷却机箱，包括壳体(1)，所述壳体(1)内部中间位置设置有机箱(2)，所述机箱(2)一侧设置有左散热室(3)，所述机箱(2)另一侧设置有右散热室(4)，所述左散热室(3)内壁固定安装有蒸发器(5)，所述蒸发器(5)一端固定连接有管路一(6)，所述管路一(6)上固定安装有压缩机(7)，所述压缩机(7)一侧设置有冷凝器(8)，所述冷凝器(8)一侧设置有节流阀(9)，所述管路一(6)一端固定连接有冷凝管(10)，所述机箱(2)内部设置有电子器件(11)，所述机箱(2)顶部内壁设置有吸气室(12)，所述吸气室(12)底部内外壁贯穿设置有进气孔(13)，所述吸气室(12)顶部固定安装有风机(14)，所述吸气室(12)顶部固定连接有管路二(15)，所述管路二(15)上固定安装有泵体一(16)，所述管路二(15)一端设置有换热室(17)，所述冷凝管(10)一端固定连接有管路三(18)，所述换热室(17)内部设置有螺线管(19)，所述换热室(17)底部固定安装有蓄水槽(20)，所述蓄水槽(20)一端固定连接有回流管一(21)，所述螺线管(19)一端固定连接有回流管二(22)，所述回流管二(22)上固定安装有泵体二(23)，所述左散热室(3)与右散热室(4)侧壁分别设置有散热槽(24)。

2.根据权利要求1所述的一种高发热电子设备浸没式相变冷却机箱，其特征在于：所述机箱(2)为密闭式空间，所述左散热室(3)、右散热室(4)对称分布在机箱(2)两侧。

3.根据权利要求1所述的一种高发热电子设备浸没式相变冷却机箱，其特征在于：所述蒸发器(5)通过螺栓固定安装在左散热室(3)内壁，所述蒸发器(5)贯穿左散热室(3)内外壁设置，所述蒸发器(5)通过导线与外部电源电性连接。

4.根据权利要求1所述的一种高发热电子设备浸没式相变冷却机箱，其特征在于：所述压缩机(7)、冷凝器(8)分别通过螺栓固定安装在左散热室(3)内部，所述压缩机(7)、冷凝器(8)分别通过导线与外部电源电性连接，所述压缩机(7)、冷凝器(8)、节流阀(9)均固定安装在管路一(6)上。

5.根据权利要求1所述的一种高发热电子设备浸没式相变冷却机箱，其特征在于：所述冷凝管(10)一端与管路一(6)固定连接，所述冷凝管(10)另一端与管路三(18)固定连接，所述冷凝管(10)等距分布在电子器件(11)上方，所述冷凝管(10)的数量为若干个。

6.根据权利要求1所述的一种高发热电子设备浸没式相变冷却机箱，其特征在于：所述吸气室(12)通过螺栓固定安装在机箱(2)顶部内壁，所述吸气室(12)通过导线与外部电源电性连接，所述进气孔(13)等距均匀分布在吸气室(12)底部，所述进气孔(13)贯穿吸气室(12)底部内外壁，所述进气孔(13)的数量为若干个。

7.根据权利要求1所述的一种高发热电子设备浸没式相变冷却机箱，其特征在于：所述吸气室(12)顶部与管路二(15)一端贯通连接，所述泵体一(16)设置在管路二(15)上，所述泵体一(16)通过导线与外部电源电性连接，所述管路二(15)另一端与换热室(17)内部贯通连接。

8.根据权利要求1所述的一种高发热电子设备浸没式相变冷却机箱，其特征在于：所述螺线管(19)S形环绕设置在换热室(17)内部，所述螺线管(19)一端与管路三(18)固定连接，所述螺线管(19)另一端与回流管二(22)一端固定连接。

9.根据权利要求1所述的一种高发热电子设备浸没式相变冷却机箱，其特征在于：所述蓄水槽(20)一端与换热室(17)贯通连接，所述蓄水槽(20)另一端与回流管一(21)固定连接，所述回流管一(21)一端延伸至机箱(2)内部。

10.根据权利要求1所述的一种高发热电子设备浸没式相变冷却机箱，其特征在于：所述回流管二(22)另一端与蒸发器(5)固定连接，所述泵体二(23)设置在回流管二(22)上，所述泵体二(23)通过导线与外部电源电性连接。

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