CN113242679B - 一种散热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种散热装置，用于对计算集群进行散热，包括箱体、第一冷凝器、储液箱和控制机构，箱体设置有密封的容置腔，容置腔用于容置冷却液，计算集群浸没于冷却液中，第一冷凝器与箱体连接，第一冷凝器用于对冷却液汽化后的气体放热冷凝，储液箱与第一冷凝器连接，储液箱用于储存第一冷凝器冷凝后的冷却液，控制机构分别与储液箱和箱体连接，控制机构用于感应容置腔内的物理状态，并根据容置腔内的物理状态，控制储液箱内的冷却液流入容置腔内的流量。通过控制容置腔内的冷却液的量，进而控制容置腔内的气压，从而维持容置腔内的气压稳定与大气压的平衡。

Description

一种散热装置

技术领域

本发明涉及液体冷却技术领域，特别涉及一种散热装置。

背景技术

云计算、人工智能和大规模仿真等的快速发展需要大功率、高性能计算集群作为支撑。计算集群的散热降温问题一直是阻碍其计算性能提升的重要技术瓶颈。现有技术中使用浸没式液冷的方式对计算集群进行散热降温。浸没式液冷利用了汽化潜热的原理，是一种高效的散热技术。然而，浸没式液冷在进行系统化应用时还存在问题：机箱内部和整个供液系统的压力剧烈波动。因此，如何维持机箱内部压力稳定成为亟需解决的技术问题。

发明内容

基于此，有必要提供一种散热装置，解决现有技术中维持箱体的内部压力稳定技术问题。

本发明提供的一种散热装置，用于对计算集群进行散热，包括：

箱体，所述箱体设置有密封的容置腔，所述容置腔用于容置冷却液，所述计算集群浸没于所述冷却液中；

第一冷凝器，所述第一冷凝器与所述箱体连接，所述第一冷凝器用于对所述冷却液汽化后的气体放热冷凝；

储液箱，所述储液箱与所述第一冷凝器连接，所述储液箱用于储存所述第一冷凝器冷凝后的冷却液；及

控制机构，所述控制机构分别与所述储液箱和所述箱体连接，所述控制机构用于感应所述容置腔内的物理状态，并根据所述容置腔内的物理状态，控制所述储液箱内的冷却液流入所述容置腔内的流量。

进一步地，所述控制机构包括控制组件和第一电磁阀，所述控制组件与所述第一电磁阀电连接，且所述第一电磁阀的一端与所述储液箱连接，所述第一电磁阀的另一端与所述箱体连接，所述控制组件用于感应所述容置腔内的物理状态，并根据所述容置腔内的物理状态开启或关闭所述第一电磁阀。

进一步地，所述散热装置还包括过滤器，所述过滤器与所述储液箱连接，所述过滤器用于去除所述容置腔内的所述冷却液的杂质。

进一步地，所述散热装置还包括脱气机构，所述脱气机构与所述储液箱连接，所述脱气机构用于排出所述容置腔内的所述冷却液中的不凝结气体。

进一步地，所述脱气机构包括中空纤维脱气膜组和氮气源，所述中空纤维脱气膜组与所述储液箱连接，所述氮气源设置于所述中空纤维脱气膜组背离所述储液箱的一侧，所述氮气源用于在所述中空纤维脱气膜组背离所述储液箱的一侧提供氮气。

进一步地，所述散热装置还包括干燥器，所述干燥器与所述储液箱连接，所述干燥器用于去除所述容置腔内的所述冷却液的水分子。

进一步地，所述散热装置还包括供液泵，所述供液泵分别与所述过滤器和所述脱气机构连接，所述供液泵用于驱动所述过滤器中的冷却液流入所述脱气机构。

进一步地，所述散热装置还包括冷却塔和循环泵，所述循环泵分别与所述冷却塔和所述第一冷凝器连接，所述循环泵用于驱动冷却水在所述冷却塔和所述第一冷凝器之间循环流动。

进一步地，所述散热装置还包括气体集管，所述箱体设置有多个，所述气体集管的一端与多个所述箱体连接，所述气体集管的另一端与所述第一冷凝器连接，所述气体集管用于将多个所述箱体内的所述冷却液汽化后的气体输送至所述第一冷凝器中。

进一步地，所述散热装置还包括液体集管，所述箱体设置有多个，所述液体集管的一端与多个所述箱体连接，所述液体集管的另一端与所述储液箱连接，所述液体集管用于将所述储液箱内的冷却液输送至所述多个所述箱体内。

本发明提供的一种散热装置，包括箱体、第一冷凝器、储液箱和控制机构，箱体设置有密封的容置腔，容置腔用于容置冷却液，计算集群浸没于冷却液中，在计算集群工作后会发出热量，计算集群的温度上升，计算集群的温度通过热传递给冷却液，以使冷却液的温度上升，当冷却液的温度到达沸点时发生汽化，冷却液汽化过程中吸收热量，进而以对计算集群散热，抑制计算集群的温度上升。同时封闭的容置腔内产生大量的冷却液汽化的气体，以使容置腔内的气压大幅上升，箱体与第一冷凝器连接，冷却液汽化的气体进入第一冷凝器，第一冷凝器对冷却液汽化的气体进行冷凝，以形成冷却液，从而减少容置腔内的冷却液汽化的气体，进而降低容置腔内的气压。经过第一冷凝器冷凝的冷却液进入储液箱储存。控制机构能够感应容置腔的物理状态，并根据容置腔内的物理状态，控制储液箱内的冷却液流入容置腔内的流量。通过控制容置腔内的冷却液的量，进而控制容置腔内的气压，从而维持容置腔内的气压稳定和与大气压的平衡。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例中散热装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中第一冷凝器的结构示意图；

图3为本发明实施例中中空纤维脱气模组和氮气源的结构示意图；

图4为本发明实施例中箱体的结构示意图；

图5为本发明实施例中箱体另一角度的结构示意图；

图6为本发明另一个实施例中散热装置的结构示意图。

主要元件：

1、箱体；101、排气口；102、泄压口；103、泄压阀；104、入液口；105、调压口；106、出液口；107、泄压集管；108、调压集管；109、液体集管；110、气体集管；2、控制机构；3、截止阀；4、第三调节阀；5、第四调节阀；6、第五调节阀；9、第一调节阀；7、第二调节阀；8、换热器；10、第一排空阀；11、第二电磁阀；12、回液泵；13、第一冷凝器；14、第二冷凝器；15、储液箱；16、过滤器；17、第三电磁阀；18、供液泵；19、备用泵；20、氮气源；21、中空纤维脱气模组；22、第二排空阀；23、干燥器；24、容置腔；25、冷却塔；26、循环泵。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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的一部分实施例，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作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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中的“和/或”包括三个方案，以A和/或B为例，包括A技术方案、B技术方案，以及A和B同时满足的技术方案；另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如图1至图3所示，在一些实施例中，一种散热装置，用于对计算集群进行散热，包括箱体1、第一冷凝器13、储液箱15和控制机构2，箱体1设置有密封的容置腔24，容置腔24用于容置冷却液，计算集群浸没于冷却液中，第一冷凝器13与箱体1连接，第一冷凝器13用于对冷却液汽化后的气体放热冷凝，储液箱15与第一冷凝器13连接，储液箱15用于储存第一冷凝器13冷凝后的冷却液，控制机构2分别与储液箱15和箱体1连接，控制机构2用于感应容置腔24内的物理状态，并根据容置腔24内的物理状态，控制储液箱15内的冷却液流入容置腔24内的流量。具体地，冷却液为非导电液体。冷却液可以但不限于为电子氟化液，例如，FC-72、HFE-7100、HFE-7200等。进一步地，第一冷凝器13与箱体1管道连接，该散热装置能够维持管道压力的稳定。

在计算集群工作后会发出热量，计算集群的温度上升，计算集群的温度通过热传递给冷却液，以使冷却液的温度上升，当冷却液的温度到达沸点时发生汽化，冷却液汽化过程中吸收热量，进而以对计算集群散热，抑制计算集群的温度上升。同时封闭的容置腔24内产生大量的冷却液汽化的气体，以使容置腔24内的气压大幅上升，箱体1与第一冷凝器13连接，冷却液汽化的气体进入第一冷凝器13，第一冷凝器13对冷却液汽化的气体进行冷凝，以形成冷却液，从而减少容置腔24内的冷却液汽化的气体，进而降低容置腔24内的气压。经过第一冷凝器13冷凝的冷却液进入储液箱15储存。控制机构2能够感应容置腔24的物理状态，并根据容置腔24内的物理状态，控制储液箱15内的冷却液流入容置腔24内的流量。通过控制容置腔24内的冷却液的量，进而控制容置腔24内的气压，从而维持容置腔24内的气压稳定和与大气压的平衡。

在一些实施例中，箱体1的侧面设置有排气口101。排气口101用于连通箱体1和第一冷凝器13。容置腔24内的冷却液汽化的气体通过排气口101进入第一冷凝器13。

如图4和图5所示，具体地，箱体1的侧面还设置有泄压口102和泄压阀103。泄压口102分别与泄压阀103和泄压口102连通，通过泄压口102和泄压阀103配合，以控制容置腔24内的气压。当容置腔24内的压力突升至1.5bar以上时，泄压阀103自动打开，将气体排散至第一冷凝器13，迅速降低容置腔24的压力。当容置腔24出现负压(压力<1bar)时，截止阀3自动打开，利用大气压对容置腔24压力进行平衡，待容置腔24的压力与大气压平衡时关闭。截止阀3可以为单向阀。

进一步地，散热装置还包括截止阀3，箱体1的侧面设置有调压口105，调压口105与截止阀3连通，截止阀3直接对空。

更进一步地，散热装置还包括第一调节阀9、第二调节阀7、第二冷凝器14和第一排空阀10，第一调节阀9分别与第一冷凝器13和第二冷凝器14连通，第二调节阀7分别与第二冷凝器14和储液箱15连通，第一排空阀10设置在第二冷凝器14上，在第一冷凝器13的高位设置有用于不凝结气体的排出口，排出口与第二冷凝器14连通，不凝结气体通过排出口进入第二冷凝器14，通过第二冷凝器14进行二次冷凝，经过第二冷凝器14冷凝的冷却液，通过第二调节阀7进入储液箱15，第二调节阀7用于调节第二冷凝器14进入储液箱15的冷却液的流量。第二冷凝器14内的不凝结气体通过第一排空阀10排出外界环境。所析出的不凝结气体和少量冷却液气体从第一冷凝器13的高位流出，进入第二冷凝器14冷凝，不凝结气体对空排放，冷却液回收至储液箱15。

具体地，控制机构2包括控制组件和第一电磁阀，控制组件与第一电磁阀电连接，且第一电磁阀的一端与储液箱15连接，第一电磁阀的另一端与箱体1连接，控制组件用于感应容置腔24内的物理状态，并根据容置腔24内的物理状态开启或关闭第一电磁阀。当需要增加容置腔24内的冷却液时，控制组件控制第一电磁阀开启，以使储液箱15内的冷却液流入容置腔24内。当需要减少容置腔24内的冷却液时，控制组件控制第一电磁阀关闭，以截止储液箱15内的冷却液流入容置腔24内。

进一步地，控制组件包括控制器和传感器，控制器与传感器和第一电磁阀电连接，传感器与箱体1连接，传感器用于感应容置腔24内的物理状态并生成信号，控制器用于接收传感器生成的信号，并控制第一电磁阀的开启或关闭。

更进一步地，传感器可以为压力传感器，压力传感器用于检测容置腔24内的气压。当容置腔24内的气压远远大于外部气压时，控制器控制第一电磁阀关闭，截止储液箱15的冷却液进入容置腔24，进入容置腔24内的冷却液减少，计算集群的温度会上升，以使冷却液会持续汽化，冷却液汽化的气体通过第一冷凝器13冷凝后形成冷却液，因此，容置腔24内的冷却液汽化的气体会减少，容置腔24内的气压会降低。

在另一个实施例中，传感器可以为温度传感器，温度传感器用于感应容置腔24内的温度。

在另一个实施例中，传感器可以为液位传感器，液位传感器用于感应容置腔24内冷却液的液位。

在一些实施例中，散热装置还包括过滤器16，过滤器16与储液箱15连接，过滤器16用于去除容置腔24内的冷却液的杂质。

在一些实施例中，散热装置还包括脱气机构，脱气机构与储液箱15连接，脱气机构用于排出容置腔24内的冷却液中的不凝结气体。不凝结气体指的是在经过第一冷凝器13后没有冷凝成液体的气体。系统运行初始会有大量游离空气，同时电子氟化液是氧气、氮气和二氧化碳等不凝结气体的极好溶剂，不凝结气体的存在会极大地降低冷凝设备效率，从而使散热系统能耗上升，严重时会使电子氟化液过冷度下降而引起循环泵气蚀。不凝结气体会极大地降低第一冷凝器13的工作效率，脱气机构排出冷却液中的不凝结气体，以提高第一冷凝器13的工作效率。在整个散热回路中，脱气机构对溶解在冷却液中的不凝结气体进行深度脱除。

具体地，脱气机构包括中空纤维脱气膜组和氮气源20，中空纤维脱气膜组与储液箱15连接，氮气源20设置于中空纤维脱气膜组背离储液箱15的一侧，氮气源20用于在中空纤维脱气膜组背离储液箱15的一侧提供氮气。

更具体地，中空纤维脱气模组21是由高分子材料的多孔中空纤维膜封装形成。只有气体小分子能够穿过多孔中空纤维膜，多孔中空纤维膜的两侧分别流通冷却液和氮气，氮气源20在多孔中空纤维膜背离储液箱15的一侧提供氮气，在多孔中空纤维膜的两侧形成气体的浓度差，以使不凝结气体从冷却液中自动析出。

进一步地，脱气机构还包括第二排空阀22，第二排空阀22与中空纤维脱气模组21连接，第二排空阀22用于将氮气对空排放。

在一些实施例中，散热装置还包括干燥器23，干燥器23与储液箱15连接，干燥器23用于去除容置腔24内的冷却液的水分子。在工作过程中，会有少量的水蒸汽与冷却液混合，从而降低其电绝缘性。干燥器23将冷却液中的水分子进行吸附脱除，以保证计算集群中芯片电路板的安全。干燥器23可以但不限于为脱水分子筛。分子筛吸附剂优选为多空球形或者条形颗粒，分子筛吸附剂通过多层栅板固定在圆筒形腔室中。分子筛吸附剂的重量根据储存箱所储存的冷却液重量和混合水的比例核算得到的。水的质量与分子筛吸附剂的质量比为1:5～3:10。

在一些实施例中，散热装置还包括供液泵18，供液泵18分别与过滤器16和脱气机构连接，供液泵18用于驱动过滤器16中的冷却液流入脱气机构。具体地，供液泵18从过滤器16到中空纤维脱气膜组。在一些实施例中，散热装置还包括备用泵19，备用泵19分别与过滤器16和脱气机构连接，当供液泵18发生故障时，备用泵19启动工作，驱动过滤器16中的冷却液流入脱气机构。

具体地，箱体1的侧面设置有入液口104，散热装置还包括第二电磁阀11，第二电磁阀11分别与入液口104和干燥器23连通。冷却液能够从干燥器23经过第二电磁阀11和入液口104进入容置腔24内。

进一步地，散热装置还包括第三电磁阀17，第三电磁阀17分别与储液箱15和干燥器23连通。冷却液能够从干燥器23经过第三电磁阀17进入储液箱15。

更进一步地，散热装置还包括换热器8和回液泵12，箱体1的底部设置有出液口106，箱体1的底部设置有出液口106，出液口106与换热器8连通，回液泵12分别与换热器8和第一冷凝器13连接。工作时，在容置腔24内未发生汽化的冷却液的温度高于冷却液的常温，影响冷却液对计算集群的散热效果。未发生汽化的冷却液能够通过出液口106进入换热器8，在经过第三电磁阀17后进入第一冷凝器13。第三电磁阀17能够控制从换热器8进入第一冷凝器13的冷却液的流量。

在一些实施例中，散热装置还包括冷却塔25和循环泵26，循环泵26分别与冷却塔25和第一冷凝器13连接，循环泵26用于驱动冷却水在冷却塔25和第一冷凝器13之间循环流动。

具体地，散热装置还包括第三调节阀4、第四调节阀5和第五调节阀6，第三调节阀4的一端与循环泵26连接，另一端与换热器8连接，第三调节阀4用于调节从循环泵26进入换热器8的冷却水的流量。第四调节阀5的一端与换热器8连接，另一端与第一冷凝器13连接，第四调节阀5用于调节从换热器8进入第一冷凝器13的冷却水的流量。第五调节阀6的一端与第一冷凝器13连接，另一端与第二冷凝器14连接，第五调节阀6用于调节从第一冷凝器13进入第二冷凝器14的冷却水的流量。进一步地，冷却水在冷却塔25中与空气换热冷却后，经循环泵26经过第三调节阀4进入换热器8，经过第四调节阀5进入第一冷凝器13，经过第五调节阀6进入第二冷凝器14，然后从换热器8、第一冷凝器13和第二冷凝器14的冷流体侧出口流出，进而流入冷却塔25，冷却水循环流动。

进一步地，冷却塔25可以为喷淋式，利用空气对循环冷却水进行冷却，循环冷却水温度可高至35℃。在外界温度降低至零下，循环冷却水需要做防冻处理，例如添加适量乙二醇。

如图6所示，在一些实施例中，散热装置可以应用于包括若干U的数据中心机柜的浸没散热。散热装置还包括气体集管110，箱体1设置有多个，气体集管110的一端与多个箱体1连接，气体集管110的另一端与第一冷凝器13连接，气体集管110用于将多个箱体1内的冷却液汽化后的气体输送至第一冷凝器13中。

具体地，散热装置还包括液体集管109，箱体1设置有多个，液体集管109的一端与多个箱体1连接，液体集管109的另一端与储液箱15连接，液体集管109用于将储液箱15内的冷却液输送至多个箱体1内。具体地，第二电磁阀11与液体集管109连接。当冷却液经过第二电磁阀11进入液体集管109后，流入多个箱体1内的容置腔24。冷却液汽化后的气体通过气体集管110进入第一冷凝器13进行冷凝。未发生汽化的冷却液经过出液口106流入换热器8。

在另一个实施例中，散热装置还包括泄压集管107，每个箱体1上均设置有泄压阀103，泄压集管107的一端与多个泄压阀103连接，另一端与第一冷凝器13连接。泄压气体经过泄压阀103进入泄压集管107，然后进入第一冷凝器13进行冷凝。

具体地，散热装置还包括调压集管108，多个箱体1通过调压集管108连通后，经过截止阀3直接对空。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种散热装置，用于对计算集群进行散热，其特征在于，包括：

箱体，所述箱体设置有密封的容置腔，所述容置腔用于容置冷却液，所述计算集群浸没于所述冷却液中；

第一冷凝器，所述第一冷凝器与所述箱体连接，所述第一冷凝器用于对所述冷却液汽化后的气体放热冷凝；

储液箱，所述储液箱与所述第一冷凝器连接，所述储液箱用于储存所述第一冷凝器冷凝后的冷却液；及

控制机构，所述控制机构分别与所述储液箱和所述箱体连接，所述控制机构用于感应所述容置腔内的物理状态，并根据所述容置腔内的物理状态，控制所述储液箱内的冷却液流入所述容置腔内的流量；

所述散热装置还包括第一调节阀、第二调节阀、第二冷凝器和第一排空阀，所述第一调节阀分别与所述第一冷凝器和所述第二冷凝器连通，所述箱体、所述第一冷凝器和所述第二冷凝器串联连接，所述第二调节阀分别于所述第二冷凝器和所述储液箱连通，所述第一排空阀设置在所述第二冷凝器上，所述第一冷凝器设置有排出口，所述第一冷凝器内的不凝结气体能够通过所述排出口进入所述第二冷凝器，所述第二冷凝器用于对所述第一冷凝器输送的气化后的所述冷却液进行冷凝；

其中，所述箱体的侧面还设置有泄压口和泄压阀，所述泄压口和所述泄压阀连通，通过所述泄压口和所述泄压阀的配合，以控制所述容置腔内的气压；

其中，所述控制机构包括控制组件和第一电磁阀，所述控制组件与所述第一电磁阀电连接，且所述第一电磁阀的一端与所述储液箱连接，所述第一电磁阀的另一端与所述箱体连接，所述控制组件用于感应所述容置腔内的物理状态，并根据所述容置腔内的物理状态开启或关闭所述第一电磁阀；

其中，所述散热装置还包括气体集管，所述箱体设置有多个，所述气体集管的一端与多个所述箱体连接，所述气体集管的另一端与所述第一冷凝器连接，所述气体集管用于将多个所述箱体内的所述冷却液汽化后的气体输送至所述第一冷凝器中；

所述散热装置还包括液体集管，所述箱体设置有多个，所述液体集管的一端与多个所述箱体连接，所述液体集管的另一端与所述储液箱连接，所述液体集管用于将所述储液箱内的冷却液输送至所述多个所述箱体内。

2.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述散热装置还包括过滤器，所述过滤器与所述储液箱连接，所述过滤器用于去除所述容置腔内的所述冷却液的杂质。

3.根据权利要求2所述的散热装置，其特征在于，所述散热装置还包括脱气机构，所述脱气机构与所述储液箱连接，所述脱气机构用于排出所述容置腔内的所述冷却液中的不凝结气体。

4.根据权利要求3所述的散热装置，其特征在于，所述脱气机构包括中空纤维脱气膜组和氮气源，所述中空纤维脱气膜组与所述储液箱连接，所述氮气源设置于所述中空纤维脱气膜组背离所述储液箱的一侧，所述氮气源用于在所述中空纤维脱气膜组背离所述储液箱的一侧提供氮气。

5.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述散热装置还包括干燥器，所述干燥器与所述储液箱连接，所述干燥器用于去除所述容置腔内的所述冷却液的水分子。

6.根据权利要求3所述的散热装置，其特征在于，所述散热装置还包括供液泵，所述供液泵分别与所述过滤器和所述脱气机构连接，所述供液泵用于驱动所述过滤器中的冷却液流入所述脱气机构。

7.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述散热装置还包括冷却塔和循环泵，所述循环泵分别与所述冷却塔和所述第一冷凝器连接，所述循环泵用于驱动冷却水在所述冷却塔和所述第一冷凝器之间循环流动。

Images