CN113260235A - 浸没冷却系统及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种浸没冷却系统及电子设备，其中，浸没冷却系统包括：壳体，其密封设置于发热元器件上；冷凝部件，封盖于壳体的顶部开口，冷凝部件、壳体和发热元器件围成密闭空间，用于容置绝缘冷却介质，冷凝部件用于冷凝气化的绝缘冷却介质，绝缘冷却介质与发热元器件接触。该浸没冷却系统的绝缘冷却介质的冷凝和气化过程都在密闭空间内，不需将气化的绝缘冷却介质通过管道输送到外部远端进行冷凝，无需动力，降低了能耗，简化了系统管路、降低泄漏的风险。且冷凝部件可用于导热冷凝，通过冷凝部件的外部进行散热，不会出现冷凝部件泄漏至密闭空间的问题。

Description

浸没冷却系统及电子设备

技术领域

本发明涉及电子设备散热技术领域，特别涉及一种浸没冷却系统。本发明还涉及一种包含浸没冷却系统的电子设备。

背景技术

电子设备的发热部件工作产生热量，需要采用冷却系统进行冷却降温，针对高功耗、高热流密度的电子设备的冷却，目前液体浸没冷却具有比较好的冷却效果。现有的一种液体浸没冷却方式为：将电子设备浸没在绝缘液态工质内，直接将循环水冷凝器放置在位于绝缘液态工质上方的沸腾蒸发腔内，绝缘液态工质吸热相变之后变为气态工质，气态工质直接在沸腾蒸发腔内与循环水冷凝器接触而冷凝为液态工质，并在重力的作用下直接滴落回下方绝缘液态工质继续吸收热量。但在实际使用过程中，循环水冷凝器的循环管路中的循环水有泄漏到沸腾蒸发腔和绝缘液态工质内的风险而造成器件短路。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种浸没冷却系统，以实现有效冷却的同时，还可降低冷凝器泄漏至液态工质中的风险。

本发明还提供一种包含该浸没冷却系统的电子设备，以实现电子设备有效冷却的同时，还可降低冷凝器泄漏至液态工质中的风险。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种浸没冷却系统，包括：

壳体，所述壳体的底部密封设置于发热元器件上；

冷凝部件，封盖于所述壳体的顶部开口，所述冷凝部件、所述壳体和发热元器件围成密闭空间，所述密闭空间用于容置绝缘冷却介质，所述冷凝部件用于冷凝所述密闭空间内气化的绝缘冷却介质，所述绝缘冷却介质与所述发热元器件接触。

优选地，在上述的浸没冷却系统中，还包括散热器，所述散热器设置于所述冷凝部件的背向所述密闭空间的一侧，用于对所述冷凝部件进行散热。

优选地，在上述的浸没冷却系统中，所述冷凝部件的朝向所述密闭空间的一侧设置有向所述密闭空间内延伸的延伸结构。

优选地，在上述的浸没冷却系统中，所述延伸结构为片状结构、柱状结构、块状结构、异形结构中的一种或多种组合，所述延伸结构的延伸方向为竖直方向或倾斜于竖直方向。

优选地，在上述的浸没冷却系统中，所述密闭空间内的绝缘冷却介质分成位于所述密闭空间的下部的液态部分和位于所述密闭空间的上部的气态部分。

优选地，在上述的浸没冷却系统中，所述密闭空间内的绝缘冷却介质分成位于所述密闭空间的下部的液态部分和位于所述密闭空间的上部的气态部分；所述延伸结构部分伸入所述液态部分。

优选地，在上述的浸没冷却系统中，所述冷凝部件的材质为具有高导热系数的材质。

优选地，在上述的浸没冷却系统中，所述冷凝部件的位于所述密闭空间内的表面设置有用于增大冷凝面积、阻止气化的绝缘冷却介质冷凝时形成连续液膜、对冷凝的绝缘冷却介质进行导流的第一微结构。

优选地，在上述的浸没冷却系统中，所述第一微结构为凸起、凹槽、通道、沟槽中的一种或多种组合。

优选地，在上述的浸没冷却系统中，所述散热器为风冷翅片散热器或液冷板散热器，所述液冷冷板散热器的材质为具有高导热系数的材质。

优选地，在上述的浸没冷却系统中，所述冷凝部件与所述散热器为一体化加工成型结构或分体组合结构。

本发明还提供了一种电子设备，包括发热元器件，还包括如以上任一项所述的浸没冷却系统。

优选地，在上述的电子设备中，所述发热元器件的与所述浸没冷却系统的绝缘冷却介质接触的表面设置有用于增加接触换热面积的第二微结构。

优选地，在上述的电子设备中，所述第二微结构为多孔介质结构、翅片、沟槽、铲齿、通道、凸起、凹槽中的一种或多种组合。

与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：

一种浸没冷却系统，包括壳体、冷凝部件和散热器其中，壳体密封设置于发热元器件上；冷凝部件封盖于壳体的顶部开口，冷凝部件、壳体和发热元器件围成密闭空间，密闭空间用于容置绝缘冷却介质，冷凝部件用于冷凝密闭空间内气化的绝缘冷却介质，绝缘冷却介质与发热元器件接触。

该浸没冷却系统由冷凝部件、壳体和发热元器件组合围成密闭空间，密闭空间内容置绝缘冷却介质，发热元器件浸没在绝缘冷却介质中。工作时，发热元器件的热量使得液态的绝缘冷却介质气化，气化的绝缘冷却介质接触到冷凝部件的朝向密闭空间的一侧表面，将热量传递给冷凝部件后再次冷凝成液态的绝缘冷却介质，不断地进行气化和冷凝的循环，将发热元器件的热量传递给冷凝部件，冷凝部件将热量向外部传递进行散热，以保持冷凝部件继续冷凝气化的绝缘冷却介质。可见，该浸没冷却系统的绝缘冷却介质冷凝和气化过程都在密闭空间内，不需要将气化的绝缘冷却介质通过管道输送到外部远端进行冷凝，不需要借助任何外部动力实现气化、冷凝循环，降低了系统能耗，同时也简化了系统管路、降低泄漏的风险。且冷凝部件可用于导热冷凝，通过冷凝部件的外侧进行散热，不会出现冷凝部件泄漏至密闭空间的问题。

本发明提供的电子设备包括发热元器件和浸没冷却系统，通过浸没冷却系统可仅对电子设备的发热量大的发热元器件进行冷却，并不对电子设备的其它电子元器件进行冷却，从而可以减少浸没冷却系统中的绝缘冷却介质的用量，降低成本，且解决了电子设备中的其它电子元器件与的液态的绝缘冷却介质的兼容性问题。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种浸没冷却系统的原理结构示意图。

其中，1为散热器、2为冷凝部件、21为延伸结构、3为壳体、31为密闭空间、4为发热元器件、5为液面、6为液态部分、7为气态部分、8为气泡、9为液珠。

具体实施方式

本发明提供了一种浸没冷却系统，实现了对高功率、高热密度发热元器件进行有效冷却的同时，还可以降低冷凝器泄漏至液态工质中的风险。

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。

请参考图1，本发明实施例提供了一种浸没冷却系统，包括壳体3和冷凝部件2，其中，壳体3的顶部可以设置开口，壳体3的底部或侧部密封设置于发热元器件4上，只要发热元器件在竖直方向上的高度低于冷凝部件2即可，也就是绝缘冷却介质可以气化向上即可；冷凝部件2封盖于壳体3的顶部开口，冷凝部件2、壳体3和发热元器件4围成密闭空间31，发热元器件4置于密闭空间31内，密闭空间31用于容置绝缘冷却介质，冷凝部件2可用于冷凝密闭空间31内气化的绝缘冷却介质，绝缘冷却介质与发热元器件4接触。其中，绝缘冷却介质可以通过设置于壳体3上的进口注入密闭空间31内，通过设置于壳体3上的出口排出密闭空间31。也可以在冷凝部件2装配于壳体3的顶部开口之前，将绝缘冷却介质填充于壳体3内，再封盖冷凝部件2。

发热元器件4可以是高功率、高热密度发热元器件，例如芯片。

该浸没冷却系统由冷凝部件2、壳体3和发热元器件4组合围成密闭空间31，密闭空间31内容置绝缘冷却介质，发热元器件4浸没在绝缘冷却介质中。壳体3可以是筒形。工作时，发热元器件4的热量使得液态的绝缘冷却介质气化，气化的绝缘冷却介质接触到冷凝部件2的朝向密闭空间31的一侧表面，将热量传递给冷凝部件2后再次冷凝成液态的绝缘冷却介质，如此不断地进行气化和冷凝的循环，将发热元器件4的热量传递给冷凝部件2，冷凝部件2将热量向外部传递，进行散热，以保持冷凝部件2继续冷凝气化的绝缘冷却介质。

可见，该浸没冷却系统的绝缘冷却介质的冷凝和气化过程都在密闭空间31内，不需要将气化的绝缘冷却介质通过管道输送到外部远端进行冷凝，不需要借助任何外部动力实现气化、冷凝循环，降低了系统能耗，同时也简化了系统管路、降低泄漏的风险。且冷凝部件2可用于导热冷凝，通过冷凝部件2进行散热，不会出现冷凝部件2发生泄漏至密闭空间31的问题。

进一步地，在本实施例中，浸没冷却系统还包括散热器1，散热器1设置于冷凝部件2的背向密闭空间31的一侧，用于对冷凝部件2进行散热。发热元器件4的热量传递给冷凝部件2后，冷凝部件2将热量传递给位于冷凝部件2的外侧的散热器1，通过散热器1对冷凝部件2进行散热，提高了冷凝部件2的散热效果。

在本实施例中，冷凝部件2的朝向密闭空间31的一侧设置有向密闭空间31内延伸的延伸结构21。该延伸结构21增大了冷凝部件2的冷凝面积，且能够缩短气化的绝缘冷却介质从密闭空间31底部向上移动的距离，使得气化的绝缘冷却介质尽快与冷凝部件2的延伸结构21接触冷凝，缩短气化、冷凝循环的周期，加快发热元器件4的冷却速度。

作为优化，在本实施例中，延伸结构21为片状结构、柱状结构、块状结构、异形结构中的一种或多种组合。具体地，延伸结构21为翅片结构，翅片结构的形状可以为矩形片状、矩形柱状、多边形柱状、圆柱、波纹片状、波纹柱状、铲齿结构、沟槽状、S形状等不规则的异形结构中的任意一种或多种组合。翅片结构的数量优选为多个，并排布置，只要能够增加冷凝部件2的位于密闭空间31内的一侧的冷凝面积即可，并不局限于本实施例所列举的结构形式。

在本实施例中，延伸结构21的延伸方向可以沿竖直方向或倾斜于竖直方向，只要能够增加冷凝部件2的位于密闭空间31内的一侧的冷凝面积即可。

进一步地，在本实施例中，密闭空间31内的绝缘冷却介质分成位于密闭空间31的下部的液态部分6和位于密闭空间31的上部的气态部分7。即密闭空间31内并没有填满液态的绝缘冷却介质，而是只填充一部分，在密闭空间31内形成气液分界面，气液分界面的上方为气态部分7，气液分界面的下方为液态部分6，发热元器件4完全浸没于液态部分6。如此设置，发热元器件4工作发热时，液态部分6吸收热量而升温并发生相变沸腾，产生气泡8，气泡8脱离发热元器件4后，在浮力的作用下向液面5移动。一部分气泡8在未到达液面5时，就被液态部分6冷凝，而另一部分气泡8到达液面5后，扩散到气态部分7，与气态部分7中的冷凝器2接触并冷凝后形成液珠9，在重力的作用下，滴落回液态部分6。将密闭空间31内填充部分液态的绝缘冷却介质，为液态的绝缘冷却介质的气化提供气体容纳空间，使气泡8与液态的绝缘冷却介质快速分离，上浮至气态部分7，加快气态的绝缘冷却介质与冷凝器2的快速接触冷凝，且增大了气态的流动区域，增大了冷凝面积，提高了冷凝效率。

当然，也可以在密闭空间31内填满液态的绝缘冷却介质，冷凝部件2位于密闭空间31的一侧与液态的绝缘冷却介质完全接触，气化的绝缘冷却介质形成气泡8，在液态的绝缘冷却介质内冷凝，并在接触冷凝部件2的表面后直接冷凝，冷凝部件2位于密闭空间31的一侧还可以直接接触冷却液态的绝缘冷却介质，降低液态的绝缘冷却介质的温度，通过液态的绝缘冷却介质冷凝气泡8。

在绝缘冷却介质分成液态部分6和气态部分7的情况下，如果冷凝部件2设置有延伸结构21，则延伸结构21可以延伸至液态部分6内部，也可以只延伸至气态部分7内部，而不延伸至液态部分6内部。优选地，将延伸结构21延伸至液态部分6内部，由于冷凝部件2具有导热作用，因此，延伸结构21插入液态部分6，可以通过延伸结构21对液态部分6进行直接冷却，使得液态部分6的温度较低，因此，发热元器件4附近的液态的绝缘冷却介质受热气化形成气泡8后，可以在上浮的过程中，通过温度较低的液态部分6迅速冷凝，变成液态，进一步提高冷却速度。与此同时，气泡8也可以与伸入液态部分6的延伸结构21尽早接触，实现冷凝，变回液态。延伸结构21浸没在液态部分6，一方面直接接触冷凝位于液态部分6中的一部分气泡8，另一方面冷却液态部分6，降低液态部分6的温度，通过液态部分6冷凝气泡8；未浸没在液态部分6(即位于气态部分7)的延伸结构21，用来冷凝气态部分的气态绝缘冷却介质。

当然，如果延伸结构21只延伸至气态部分7内部，则大部分气泡8可以是上浮进入气态部分7后，再与延伸结构21接触进行冷凝，冷却速度不如延伸结构21延伸至液态部分6的形式。

在本实施例中，冷凝部件2的材质为具有高导热系数的材质，具体地，冷凝部件2的材质可以为紫铜、无氧铜、铝合金、不锈钢、高导热复合材料中的任意一种或多种组合。只要采用高导热系数的材质即可，并不局限于本实施例所列举的材质。

进一步地，在本实施例中，冷凝部件2的位于密闭空间31内的表面设置有用于增大冷凝面积、阻止气化的绝缘冷却介质冷凝时形成连续液膜、对冷凝的绝缘冷却介质进行导流的第一微结构。在冷凝部件2通过延伸结构21增大冷凝面积的基础上，进一步通过第一微结构增大冷凝面积。且气化的绝缘冷却介质在冷凝部件2的表面冷凝后，如果表面光滑，则容易形成连续的液膜，阻碍了后续气化的绝缘冷却介质与冷凝部件2的接触冷凝，为了使冷凝的绝缘冷却介质，即液珠能够依靠重力快速回落至液态部分6。本实施例通过在冷凝部件2的表面设置第一微结构，能够实现进一步增大冷凝面积，阻止连续液膜的形成，以及对液珠9进行导流，以使其快速回落至液态部分6。

具体地，在本实施例中，第一微结构为凸起、凹槽、通道、沟槽中的一种或多种组合。其中，以上结构的尺寸均较小，具体可以为毫米级或微米级。凹槽、通道和沟槽的导流方向沿竖直方向，通过这些结构以使液珠在自身张力作用下，不会形成连续液膜，或者能够阻隔连续液膜的形成。当然，第一微结构还可以为其它结构，并不局限于本实施例所列举的结构形式。

作为优化，在本实施例中，冷凝部件2的表面的第一微结构的加工方式可以为数控加工、蚀刻、激光镭雕、电化学沉积、高温烧结任意一种或多种组合。

在本实施例中，散热器1为风冷翅片散热器或液冷板散热器，其中，液冷冷板散热器的材质为具有高导热系数的材质。具体地，材质可以为紫铜、无氧铜、铝材、不锈钢中的任意一种或多种组合。只要采用高导热系数的材质即可，并不局限于本实施例所列举的材质。

在本实施例中，液冷板换热器内的液体工质可以为水、去离子水、乙二醇、氟化液中的任意一种或多种组合。

进一步地，在本实施例中，冷凝部件2与散热器1为一体化加工成型结构，从而消除两者之间的接触热阻，进一步提高传热性能。当然，冷凝部件2与散热器1之间也可以分体加工后，组合安装，具体可以为可拆卸安装或焊接、粘接固定。

在本实施例中，液态的绝缘冷却介质可以为氟化液(如FC-72、Novec7100、Novec7200等)、酒精、乙二醇、去离子水、水、纳米流体中的任意一种或多种组合。

在本实施例中，液态的绝缘冷凝介质的液面5位置可以通过发热元器件4的散热量、冷凝部件2和可以利用的空间的特性决定。

基于以上任一实施例所描述的浸没冷却系统，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括发热元器件4，还包括如以上任一实施例所描述的浸没冷却系统。

该电子设备通过浸没冷却系统仅对电子设备中的发热元器件4进行冷却，并不对其它电子元器件进行冷却，从而可以减少浸没冷却系统中的绝缘冷却介质的用量，降低成本，且解决了电子设备中的其它电子元器件与的液态的绝缘冷却介质的兼容性问题。

进一步地，在本实施例中，发热元器件4的与浸没冷却系统的液态的绝缘冷却介质接触的表面设置有用于增加接触换热面积的第二微结构。

具体地，第二微结构为多孔介质结构、翅片、沟槽、铲齿、通道、凸起、凹槽中的一种或多种组合，第二微结构的尺寸为毫米级或微米级，只要能够起到增大接触换热面积即可，并不局限于本实施例所列举的结构形式。

在本实施例中，电子设备可以为服务器，发热元器件可以为芯片，芯片为高功率密度的发热元器件4，因此，采用本申请中的浸没冷却系统，不仅解决了服务器或PCB板上某些电子元器件与绝缘冷却介质的兼容性问题，同时也极大的减少了绝缘冷却介质的使用量，降低成本。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种浸没冷却系统，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体密封设置于发热元器件上；

冷凝部件，封盖于所述壳体的顶部开口，所述冷凝部件、所述壳体和所述发热元器件围成密闭空间，所述密闭空间用于容置绝缘冷却介质，所述冷凝部件用于冷凝所述密闭空间内气化的绝缘冷却介质，所述绝缘冷却介质与所述发热元器件接触。

2.根据权利要求1所述的浸没冷却系统，其特征在于，还包括散热器，所述散热器设置于所述冷凝部件的背向所述密闭空间的一侧，用于对所述冷凝部件进行散热。

3.根据权利要求1所述的浸没冷却系统，其特征在于，所述冷凝部件的朝向所述密闭空间的一侧设置有向所述密闭空间内延伸的延伸结构；所述发热元器件密封设置于所属壳体的底部或侧部。

4.根据权利要求3所述的浸没冷却系统，其特征在于，所述延伸结构为片状结构、柱状结构、块状结构、异形结构中的一种或多种组合，所述延伸结构的延伸方向为竖直方向或倾斜于竖直方向。

5.根据权利要求1-4任一项所述的浸没冷却系统，其特征在于，所述密闭空间内的绝缘冷却介质分成位于所述密闭空间的下部的液态部分和位于所述密闭空间的上部的气态部分。

6.根据权利要求3或4所述的浸没冷却系统，其特征在于，所述密闭空间内的绝缘冷却介质分成位于所述密闭空间的下部的液态部分和位于所述密闭空间的上部的气态部分；所述延伸结构部分伸入所述液态部分。

7.根据权利要求1-4任一项所述的浸没冷却系统，其特征在于，所述冷凝部件的材质为具有高导热系数的材质。

8.根据权利要求1-4任一项所述的浸没冷却系统，其特征在于，所述冷凝部件的位于所述密闭空间内的表面设置有用于增大冷凝面积、阻止气化的绝缘冷却介质冷凝时形成连续液膜、对冷凝的绝缘冷却介质进行导流的第一微结构；所述第一微结构为凸起、凹槽、通道、沟槽中的一种或多种组合。

9.一种电子设备，包括发热元器件，其特征在于，还包括如权利要求1-10任一项所述的浸没冷却系统。

10.根据权利要求9所述的电子设备，其特征在于，所述发热元器件的与所述浸没冷却系统的绝缘冷却介质接触的表面设置有用于增加接触换热面积的第二微结构。

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