CN114020123B - 一种浸入式冷却循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种浸入式冷却循环系统，其包括冷却槽、热交换器、自适应变量泵、流量计、控制器、及两个用于检测冷却槽进、出口温度的传感器，通过预设值及检测数据计算冷却槽入口端的流量q1，控制器调节自适应变量泵并使实际流量q2趋向计算流量q1。本发明浸入式冷却循环系统，结构紧凑，根据不同的工况进行自适应调节，提高冷却液的利用率，提高冷却效果，适用范围广，无需伺服控制实现高精度控制，成本低，操作方便。

Description

一种浸入式冷却循环系统

技术领域

本发明涉及一种冷却系统，特别涉及一种浸入式冷却循环系统。

背景技术

散热是计算机系统和数据中心设计中的突出因素。高性能电子组件(例如封装在服务器内的高性能处理器)的数量稳步增加，从而增加了在服务器的日常操作期间生成和消散的热量。如果允许服务器运行的环境随着时间的推移而升温，则数据中心内使用的服务器的可靠性将降低。维持适当的热环境对于在数据中心中的这些服务器的正常运行以及服务器的性能和使用寿命至关重要。这就需要更为有效和高效的散热解决方案，特别是在冷却这些高性能服务器的情况下。

传统的浸入式冷却系统采用定量式流速，发热量大和发热量小的流速相同，冷却液未吸收足量的热量后再经蒸发器散热，能源利用率低，影响冷却效果。

发明内容

【1】要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种能根据不同效率、发热量进行自适应调节、以提高冷却液利用率的浸入式冷却循环系统。

【2】解决问题的技术方案

本发明提供一种浸入式冷却循环系统，其包括：

冷却槽1，用于放置待冷却的主机以实现浸入式冷却；

热交换器，用于散热；

自适应变量泵，用于驱动冷却液流动；

所述冷却槽1、所述热交换器、和所述自适应变量泵依次串联并形成循环管路；

第一温度传感器12，设置在所述冷却槽1的进液口，用于检测冷却槽进口端的冷却液温度；

第三温度传感器13，设置在所述冷却槽1的出液口，用于检测冷却槽出口端的冷却液温度；

流量计，设置在自适应变量泵的出口端或所述冷却槽的进液口，用于检测冷却液的实际流量q2；

控制器，分别与所述自适应变量泵、所述第一温度传感器及所述第三温度传感器电连接；

通过预设值及检测数据计算冷却槽入口端的(理论)流量q1，且

式中：b为修正系数，P为主机功率，K为主机效率，Cp为冷却液比热容，ρ为冷却液密度，T2为冷却槽出口端的冷却液温度，T1为冷却槽入口端的冷却液温度；

控制器调节自适应变量泵并使流量q2趋向或等于q1。

进一步的，所述自适应变量泵内设有与所述控制器电连接且用于调节其流量的调节机构。

进一步的，还包括用于检测主机的发热部件温度T3的第三温度传感器，当T3≥T4且自适应变量泵输出最大流量时，发出报警，其中，T4为预先设定的主机发热部件的预警温度。

进一步的，所述变量泵包括壳体21，所述壳体21内转动地安装有转轴31，且在所述壳体21内成型有工作腔210，所述工作腔内转动地安装有调节盘32，所述调节盘32的转动轴线垂直并相交于所述调节盘的轴线，所述调节盘32上转动地安装有驱动盘33，所述驱动盘33与所述调节盘32同轴、且所述驱动盘33的转动轴线与所述调节盘的轴线，所述工作腔内转动地安装有缸体36，所述缸体36的转动轴线垂直并相交于所述调节盘32的转动轴线，所述缸体36的端面周向均布有朝向所述驱动盘33的柱塞孔362，所述柱塞孔362的端部贯通有油口363，所述柱塞孔内滑配有柱塞37，所述柱塞37的头部与所述驱动盘33铰接，所述缸体36的后端固定有配油盘35，所述配油盘上开设有分别与壳体上的进口20、出口21连通的两配油孔350；所述转轴31与所述缸体36刚性连接并用于驱动其转动，所述转轴31的端部延伸至所述壳体外且与一电机连接；所述壳体21内设有与所述调节盘32连接并用于驱动其转动以调节驱动盘与转轴之间的角度的调节机构，所述调节机构与所述控制器电连接。

进一步的，所述调节机构包括滑塞43、齿轮组件和调节电机，所述壳体21内成型有滑腔220，所述滑腔220的轴线平行于所述转轴31的轴线，所述滑腔220内滑配有滑塞43，所述滑塞43的端部固定有推杆431，所述推杆431延伸至所述工作腔210内并通过所述连杆41与所述调节盘32铰接，通过所述滑塞43的滑动调节所述调节盘的倾斜角度；所述滑塞43上螺纹连接有螺杆421，所述螺杆421通过齿轮组件与所述调节电机连接。

进一步的，所述调节机构还包括有与所述滑腔220同轴且用于轴向定位的定位压盘42，所述定位压盘转动地安装在所述滑腔220端部，所述螺杆421固定在所述定位压盘42的前端，所述定位压盘42的后端固定有连接轴422，所述连接轴422上设有第一齿轮46，所述第一齿轮上啮合有第二齿轮47，所述调节电机的输出轴与所述第二齿轮连接。

进一步的，所述壳体包括主壳体、前壳体和后壳体，所述工作腔210设置在所述主壳前端与所述前壳体之间，所述滑腔220开设在所述主壳体后端面，所述滑腔220的敞口端设有压盘安装孔并形成限位台阶，所述定位压盘42转动地安装在所述压盘安装孔内，所述后壳体固定在所述主壳体的后端面，所述定位压盘42与所述限位台阶之间、及与所述后壳体之间设有滑动轴承44；所述后壳体内成型有第二安装腔230，所述连接轴向后延伸至所述第二安装腔内，所述齿轮组件设置在所述第二安装腔内，所述调节电机固定在所述后壳体的侧壁，且其输出轴延伸至所述第二安装腔内。

进一步的，所述压盘安装孔内滑配有补偿环45，所述补偿环45的滑动方向平行于所述滑腔的轴线，所述补偿环的后端与所述后壳体之间设有第一弹性部件，所述第一弹性部件使所述补偿环有向所述定位压盘靠近的运动趋势，所述补偿环45端面设有与所述定位压盘42接触的滑动轴承44。

进一步的，所述连接轴422的端部通过花键及卡簧固定有套筒，所述套筒的端部设有锥形部，所述锥形部上设有齿并形成锥齿轮。

进一步的，所述调节盘与所述转轴之间的倾斜角度为α，且50°≤α＜90°。

进一步的，所述控制器内预设有报警阈值AIS1和AIS2，其与△t进行比对，△t＝T2-T1，当△t≤AIS1或△t≥AIS2时，发出报警。

【3】有益效果

本发明浸入式冷却循环系统，设置有温度传感器组和自适应变量泵，能根据具体的发热量对流量进行调节，使冷却液实现最大的吸热量，提高冷却液利用率，利于冷却液后期散热，进而提高冷却效率；在自适应变量泵内设置调节机构，调节机构能对驱动盘实现快速调节，使驱动盘与转轴之间产生不同的夹角，进而产生不同的出液量，调节方便，响应快；无需伺服电机调节，成本低，控制精度高；设置调节盘，用于制成驱动盘，通过调节盘的转动带动驱动盘转动，实现柱塞的行程调节，进而产生不同的排液量；在调节盘上开设油口和油槽，使润滑油进入调节盘和驱动盘的接触面之间实现两者润滑，提高运行的稳定性和可靠性，同时延长使用寿命；在驱动盘上开设有油孔，用于将调节盘和驱动盘之间的润滑油进入第一连接部与第二连接部之间，实现驱动盘与柱塞之间的润滑，提高运行的舒畅；在柱塞孔与柱塞之间设置有弹性部件，提高柱塞的回弹力，避免调节角度过大而造成驱动力不足，提高了运行的可靠性；螺杆调节滑塞，驱动力大，且具有自锁功能，稳定性好；设置定位压盘，提高装配精度和运行精度高，强度高；壳体采用分体结构，制造方便，成本低，精度高；本发明浸入式冷却循环系统，结构紧凑，根据不同的工况进行自适应调节，提高冷却液的利用率，提高冷却效果，适用范围广，无需伺服控制实现高精度控制，成本低，操作方便。

附图说明

图1为本发明浸入式冷却循环系统的结构示意图；

图2为本发明浸入式冷却循环系统的变量泵的结构示意图；

图3为本发明浸入式冷却循环系统的调节机构的结构示意图；

图3a为图3中A部放大图；

图4为本发明浸入式冷却循环系统另一角度的结构示意图；

图5为本发明浸入式冷却循环系统的调节盘装配示意图；

图6为本发明浸入式冷却循环系统的调节盘的结构示意图；

图7为本发明浸入式冷却循环系统的剖视图；

图8为本发明浸入式冷却循环系统的驱动盘的结构示意图；

图9为本发明浸入式冷却循环系统的配油盘的结构示意图；

图10为本发明浸入式冷却循环系统的油缸的结构示意图；

图11为本发明浸入式冷却循环系统油缸的左视图。

具体实施方式

下面结合附图，详细介绍本发明实施例。

参阅图1至图11，本发明提供一种浸入式冷却循环系统，其包括冷却槽1、热交换器、自适应变量泵、温度传感器及控制器，控制器连接温度传感器和自适应变量泵，实现自适应控制，其中冷却槽1、热交换器和自适应变量泵之间形成循环管路，自适应变量泵的出口端与冷却槽的入口端连接，冷却槽的出口端与热交换器的进口端连接，热交换器的出口端与自适应变量泵的进口端连接，冷却液位于循环管路内，包括管路和冷却槽，冷却槽的进液量和出液量相同，整个循环管路内的冷却液的流动方向为：冷却槽→热交换器→自适应变量泵→冷却槽；

其中，冷却槽1内具有放置腔，用于放置待冷却的主机，冷却槽内充装有冷却液，冷却液没过主机，实现对主机的浸入式冷却，在冷却槽内设有(冷却液)进液口和(冷却液)出液口，为了提高冷却效率和效果，进液口的水平高度低于出液口的水平高度，主机位于进液口与出液口之间，进液口进入的冷却液吸收主机热量，受热后上升，从上端的出液口排出，并进入热交换器进行散热，完成散热后经泵进入冷却槽槽内，以此实现循环。

在自适应变量泵的出口端或冷却槽的进液口设置有流量计，用于检测冷却液的实际流量q2。

本实施例中，在循环管路上还设有补(储)液罐，其出口端分支成两个支路，第一支路与冷却槽连通，用于对冷却槽进行补液，另一支路连接在自适应变量泵与热交换器之间，用于对管路进行补液，在两个支路上均设有开关阀。

在冷却槽的进口端和出口端均设有开关阀11、14，为了便于维护保养等，在进口端设有电子阀和一个手动阀，在出口端也设有一个电子阀门和手动阀，正常工作时，手动阀均为开启状态，电子阀受控制器控制，根据不同的工况自动开关电子阀，当出现紧急状态时可以进行手动操作，关闭手动阀。

本申请中，在冷却槽1的进液口设有第一温度传感器12，用于检测冷却槽进液口的冷却液温度，并将检测到的进液口的温度传送至控制器内；在冷却槽1的出液口设有第三温度传感器13，用于检测冷却槽1的出液口的冷却液温度，并将检测到的出液口的温度传送至控制器；第一温度传感器12和第三温度传感器13作为数据采集端，并将采集到的数据(温度)传递至控制器内，控制器经过分析处理后，并发送相应的执行信号给自自适应变量泵，使自适应变量泵实现响应的调节；

具体的，控制器按以下公式对数据进行分析计算，并按计算结果输出信号，执行机构为自适应变量泵，通过调节使自适应变量泵的输出流量，使实际值与计算值(理论值)相同；具体的，所需的冷却槽进口端的流量为q1，且q1满足以下公式：

其中，b为修正系数，根据具体工况进行手动调节，默认值为1，预先输入，取值范围为1-2.0；P为冷却槽内待冷却的主机功率，单位为KW；K为主机的有效效率，且0＜K＜1(100％)，其预先输入；Cp为冷却液比热容，单位为J/(kg·℃)；ρ为冷却液密度，单位为Kg/m³；T2为第三温度传感器检测到的冷却槽的出液口的冷却液温度，单位为℃；T2为第一温度传感器检测到的冷却槽的进液口的冷却液温度，单位为℃；上述T2、T1通过温度传感器检测得到，会实时变动，为自变量，修正系数b、主机功率P、有效效率K、比热容Cp及冷却液密度ρ为预设值，即预先输入，q为因变量，以一定的比例(上述公式)随自变量变动而变动；

同时，在自适应变量泵的出口端或在冷却槽的进液口端设置有流量计，用于检测进液(实际)流量q2，控制器控制自适应变量泵流量，使其与流量q1相同、或趋向流量q1；由于计算值精度较高，调节量无法达到该精度，为了提高调节效率，降低控制器(对自适应变量泵)的计算量，避免出现实际值无法与计算值相同而不间断调节造成死循环，控制器控制实际流量q1与计算流量q2满足以下条件即可：

q2＝e*q1，其中，e为趋向值，其为数值范围，例如[1，1.2]，本实施例中，为[1，1.1]，即1≤e≤1.1，即，只要q2/q1的值位于该趋向值范围内，即自适应变量泵完成自动调节，否则，进行调节，直至使q2/q1位于趋向值范围内。

本申请中，在控制器中预先设置执行间隔t，即每个t时进行计算及调节。

本实施例中，在自适应变量泵内设有与控制器电连接的调节机构，该调节机构用于在电机速度不变的前提下调节泵的出液量，精度高，响应快，具体的，该变量泵包括有壳体21，在壳体内转动地安装有转轴31，该转轴31的一端位于壳体外，且用于与一电机连接，电机作为泵的动力输入源提供动力，在壳体内成型有一密封的空腔并形成工作腔210，转轴31穿过该工作腔210，在工作腔210内转动地安装有调节盘32，该调节盘32的转动轴线垂直并相交于调节盘的轴线，同时，该调节盘32的转动轴线垂并相交于转轴31的轴线，在调节盘32上转动地安装有驱动盘33，该驱动盘33与调节盘32同轴设置，且相互贴合，驱动盘33绕其(驱动盘33)的轴线转动，即，驱动盘33的转动轴线与调节盘32同轴，在驱动盘33与调节盘32的中心均设有容转轴31穿过的孔，同时在转轴上固定有一缸体36，缸体位于工作腔内，且位于靠近驱动盘33的一侧，在缸体36的前端面开设有至少两个柱塞孔360，该柱塞孔360的开口端朝向驱动盘，且倾斜向外设置，即与转轴之间存在有一定的夹角，该柱塞孔360沿缸体的轴线周向均布，在柱塞孔内360内滑配有柱塞37，在柱塞孔内设置有第一弹性部件34，该第一弹性部件为弹簧，其使柱塞有向外的运动趋势，即使柱塞有向驱动盘靠近的趋势，本实施例中，在柱塞的底面开设沉孔并形成弹簧座，第一弹性部件的端部与该弹簧接触；柱塞37的端部设有球形的第一连接部，在驱动盘33上设有容第一连接部连接套入并实现万向连接的第二连接部，在柱塞孔的底面(端面)贯穿有油孔363，在缸体的后端固定有配油盘35，该配油盘35上开设有两个配油孔350，同时在壳体上设有的进口27和出口28，进口20与其中一配油孔连通，出口与另一配油孔连通，配油孔所在的分度圆直径与油孔363所构成的分度圆直径相同，且配油孔的(径向)宽度大于油孔363的直径；在壳体21内设有调节机构，调节机构与调节盘32机械连接，且与控制器电连接，用于驱动调节盘转动，以调节驱动盘与转轴之间的角度，实现柱塞的行程控制，达到对流量的调节。

参阅图5-图7，调节盘包括整体为圆盘形的调节盘本体，调节盘本体的中心开设有容转轴穿过的中心孔320，中心孔320的孔径大于转轴的直径，以容调节盘32实现角度调节，为了使调节盘有更大的调节角度，同时保证其强度，提高运行稳定性和可靠性，调节盘的边沿轴向向外延伸并形成加强部，加强部提高了调节盘的结构强度和刚度，满足不同倾斜角度下的工作可靠性；在调节盘的两端对称设置有轴体321，轴体321的轴线垂直并相交于调节盘的轴线；同时在调节盘的侧壁设有一凸耳323，凸耳的一侧为平面并第二工作面323a，该第二工作面323a所在的平面垂直于轴体的轴线，且调节盘的轴线位于该第二工作面所在的平面内，在第二工作面上轴向均布有多个第一进油孔324，该第一进油孔324贯穿调节盘，同时在第二工作面上开设有弧形的导油槽3211，该导油槽3211一端连通第一进油孔324，另一端向外辐射，以使润滑油能经进油充分进入到该第二工作面，该调节盘与转轴之间的倾斜角度为α，且50°≤α＜90°。

参阅图5、图8，驱动盘包括整体为圆盘形的驱动盘本体，驱动盘本体的盘面上开设有中心孔3320，驱动盘的一端为平面并形成第三工作面33a，装配时，该第三工作面33a贴合于第二工作面32a，驱动盘的中心孔3320的边沿向第三工作面33a一侧(轴向)延伸并形成限位部332，该限位部整体为圆形，其外缘为圆形面，即工作面，用于套设在调节盘的中心孔内，实现径向定位，而第三工作面33a与第二工作面32a贴合实现轴向限位，且驱动盘能绕其(驱动盘)轴线实现旋转，在驱动盘本体的另一侧，即背向第三工作面一侧，该面为向内凹的弧形面或斜面，为了加工方便和装配方便，本实施例中为斜面，该斜面形成第四工作面331，其与驱动盘之间的轴线间的夹角为75°-82°，在第四工作面上轴向均布有与柱塞孔数量相同的滑履(图中未示出)，滑履整体为圆柱形，其端部固定在第四工作面上，其另一端设置有容球形的第一连接部(柱塞)卡入并实现万向连接的凹孔、并形成第二连接部；同时，在驱动盘盘体上开设有第二进油口3310，该第二进油口3310延伸至滑履的凹孔底面，用于实现对第一连接部与第二连接部之间的润滑，具体的，润滑油能从工作腔210内进第一进油口324进入导油槽3211，进而实现对相互贴合的第一工作面32a与第二工作面33a之间的润滑，同时有部分润滑油经过第二进油口3310进入滑履的凹孔内，即进入第二连接部内，实现第一连接部与第二连接部之间的润滑。

参阅图5、图10和图11，缸体36包括整体为圆台形的缸体本体，该缸体本体为中心对称结构，本实施例中，其横截面为圆形，优选的为圆台型，缸体本体的直径较大一端的端面设置有轴套361，组装时，该轴套361穿过调节盘与驱动盘的中心孔；该轴套361与缸体本体同轴，该轴套与缸体本体一体成型，轴套361内成型有容转轴穿过的轴孔3610，同时在缸体36的两端面贯穿有花键槽孔，该花键槽孔与轴孔3610同轴设置，缸体本体的大大直径端面(与轴套连接的一侧)为中心向外(轴套方向)凸的斜面，其形成第五工作面36a，该第五工作面36a与其(缸体本体)轴线之间的夹角小于第四工作面331与其(驱动盘33)轴线的夹角，本实施例中，第五工作面36a与轴线之间的夹角为68°-75°，柱塞孔362周向均布在该第五工作面上，且柱塞孔362的轴线垂直于该第五工作面36a，在该柱塞孔的端面开设有油口363，缸体本体的端面为平面，该平面形成第六工作面，该第六工作面垂直于缸体的轴线，油口363贯穿至该第六工作面外。

参阅图9，配油盘35整体为圆盘形，在配油盘的中心开设有容转轴穿过的孔，同时在配油盘35的盘面上贯穿有配油孔350，该配油孔350为弧形，该配油孔350与配油盘35同轴，配油孔有两个且周向均布，且配油孔形成的圆形角度为90°-120°，且该配油孔350所构成的分度圆直径与缸体的油口363所构成分度圆直径相同，且该配油孔的径向宽度大于或等于缸体的油口的直径，该配油盘35固定在工作腔侧壁，其轴线与转轴同轴，固定在转轴上的缸体的第六工作面贴合于该配有盘盘面，同时在壳体的侧壁设有。

参阅图2-图3a，调节机构包括滑塞43、齿轮组件和调节电机，在壳体21内成型有滑腔220，该滑腔220的轴线平行于转轴31的轴线，在滑腔220的端部开设有推杆孔，该推杆孔与工作腔连通，且该推杆孔与滑腔同轴，在滑腔220内滑配有滑塞43，在滑塞43的端部固定有推杆431，推杆431穿过推杆孔并延伸至工作腔210内，在推杆的端部铰接有连杆41，该连杆41为圆弧形，连杆41的端部铰接在调节盘的凸耳上，连杆41的转动轴线平行于调节盘的转动轴线，通过滑塞43的轴向滑动来控制调节盘的倾斜角度；在螺杆上螺纹连接有螺杆421，螺杆421通过齿轮组件与调节电机连接，调节电机作为动力输入端，通过齿轮组件带动螺杆转动，进而实现滑塞的滑动。具体的，该调节机构还包括有定位压盘42，该定位压盘42与滑腔同轴，用于轴向定位，定位压盘42转动地安装在滑腔220端部，该定位压盘42与滑腔同轴设置，螺杆421固定在定位压盘42的前端，该螺杆421螺纹连接在开设在滑塞43尾部的螺孔430内，在定位压盘42的后端固定有连接轴422，该连接轴、定位压盘和螺杆同轴设置，齿轮组件包括第一齿轮46和第二齿轮47，第一齿轮46固定在连接轴422上，第一齿轮上啮合有第二齿轮47，调节电机的输出轴与该第二齿轮连接，本实施例中，第一齿轮与第二齿轮为锥齿轮，优选的为斜齿锥齿轮；连接轴422的端部通过花键及卡簧固定有套筒，套筒的端部设有锥形部，锥形部上设有齿并形成锥齿轮,该锥齿轮即为第一齿轮。

具体的，壳体包括主壳体、前壳体和后壳体，工作腔210设置在主壳前端与前壳体之间，工作腔210为密封腔，密封腔的侧壁开设有加油孔，在工作腔内充装有润滑油，实现对调节盘、驱动盘、第一连接部及第二连接部的润滑，提高使用可靠性和使用寿命；滑腔220开设在主壳体后端面，滑腔220端面的推杆孔延伸至主壳体的前端面，在滑腔220的敞口端设有压盘安装孔并形成限位台阶，该压盘安装孔与滑腔220同轴，后壳体通过螺栓固定在主壳体的后端面，后壳体与限位台阶之间形成压盘安装腔体，定位压盘42转动地安装在该压盘安装腔内，定位压盘42与限位台阶之间、及与后壳体之间设有滑动轴承44；在后壳体内成型有第二安装腔230，连接轴向后延伸至该第二安装腔内，齿轮组件设置在第二安装腔内，调节电机固定在后壳体的侧壁，且其输出轴延伸至第二安装腔内并与第二齿轮连接。为了降低生产或装配产生的误差，在压盘安装孔内滑配有补偿环45，补偿环45的滑动方向平行于滑腔的轴线，具体的，补偿环与后壳体之间之间设有销轴，销轴至少为三个且周向均布，其能使用补偿环产生轴向滑动，而不能产生径向转动；补偿环整体为圆环形，该补偿环的截面为矩形，在补偿环的后端与后壳体之间设有第一弹性部件，第一弹性部件使补偿环有向定位压盘靠近的运动趋势，即第一弹性部件使补偿环右后向前顶住定位压盘，具体的，在补偿环的后端面周向均布有至少三个，优选的为六个弹簧孔，第一弹性部件为压缩弹簧并套设在该弹簧孔内，第一弹性部件的另一端设有垫圈，该垫圈与后壳体接触；在补偿环45端面设有与定位压盘42接触的滑动轴承44，在补偿环和限位台阶面之间也时而又滑动轴承44，滑动轴承为环形的片状结构，在滑动轴承上开设有若干凹孔，在凹孔内填充有石墨，起到润滑目的。

为了提高运行安全性，本实施例中，还包括有第三温度传感器，该第三温度传感器用于检测主机的发热部件的温度T3，其可以为一个或多个，主机的发热部件为CPU，该温度T3也可以采集主机自带的温度检测器数据，当检测到的温度T3≥T4，且自适应变量泵输出量最大时，发出报警，其中，T4为预先设定的主机发热部件的预警温度，及安全阀值。

同时在控制器内预设有报警阈值AIS1和AIS2，其与△t进行比对，该△t＝T2-T1，当△t≤AIS1或△t≥AIS2时，发出报警，即出口温度与进口温度的温差过大或过小时，发出报警，提高安全性，当温差过大时，说明主机发热量较大，冷却液充分吸热后温度升高至阈值之外，此时冷却液的吸热速度低于主机的放热速度，会影响主机正常工作，甚至损坏主机，因此发出报警，启动响应的应急程序，例如，增大泵转速以提高流量、或降低主机信息处理量，以减少热量产生。

以下对本发明一种浸入式冷却循环系统的主要工作原理及过程进行阐述：

将主机放入冷却槽1内，盖合冷却槽1，避免粉尘、水分等杂物进入而污染冷却液，先开启该冷却循环系统，使冷却液充分进入循环系统的各个管路及部件(冷却槽、阀等)，再启动冷却槽内的主机，通过循环的冷却液对主机进行冷却。

主机工作时，其主要散热部件(主要为cpu、GPU或其它芯片等)散发一定的热量，其散热的热量Q跟功率P、主机的效率K及时间t有关，具体为：

Q＝P*(1-K)*t；

其中1KW＝1KJ/S；

例如，取功率P为60KW，K为95％，t为1小时，则

Q＝60KW*(1-0.95)*3600s，

＝3KW*3600s

＝3KJ/s*3600s

＝10800KJ，

即功率为60kw，效率为95％的主机每小时产生的热量为10800KJ。

冷却液需要将该热量带走，进而使主机在正常的温度范围内工作；理想状态下，冷却液的吸收热量与主机的发热量相同，即一定时间内主机的发热量全部被冷却液带走，使冷却液的利用率达到最大；

所需的冷却液体积为V，

V＝q1*t；

代入上述热量公式；

则

上述，Cp为冷却液比热容，ρ为冷却液密度，T2为冷却槽出口端的冷却液温度，T1为冷却槽入口端的冷却液温度。

例如，取Cp＝5×10³J/kg℃，ρ＝1.0Kg/L，T1为20℃，T2为25℃，则根据

即每秒的冷却液进入量为0.12L，每分钟的冷却液流入量为7.2L，每小时的流量为432L；上述流量为刚好完全吸收主机所释放的热量，在实际工作中，为了提高系统运行的稳定性和可靠性，本发明中的可以设置一定的充入余量，即修整系数b，其取值范围为1-2，适当增加冷却液的进入量，即使进入量放大1-2倍，确保能冷却液充足。

经修整系数调整后的流量q1为冷却槽入口的计算值，该值由控制器进行计算，通过控制器采集输入端的实际流量值q2，使计算值q1与实际值q2进行对比，使实际值q2趋近q1或与q1相同，其中，实际值可以通过自适应变量泵进行调节；

当实际量小于计算量时，控制器输出执行信号，调节电机正转，使滑塞向工作腔一侧运动(靠近)，增大驱动盘与转轴之间的夹角(倾斜角度增大)，增大柱塞运动形成，提高自适应变量泵的流量，直至两者相同；

当计算量小于实际量时，控制器输出执行信号，调节电机反转，使滑塞背向工作腔一侧运动(远离)，减小驱动盘与转轴之间的夹角(倾斜角度减小)，减小柱塞运动形成，降低自适应变量泵的流量，直至两者相同。

为了降低计算量，避免q1与q2无法相等而造成调准死循环，本发明中设置有趋近值e，使q2＝e*q1，当两者的比值在该范围内时即视为调准完成，其能提高响应速度和调准效率，降低了计算量，避免执行死循环。本发明浸入式冷却循环系统，设置有温度传感器组和自适应变量泵，能根据具体的发热量对流量进行调节，使冷却液实现最大的吸热量，提高冷却液利用率，利于冷却液后期散热，进而提高冷却效率；在自适应变量泵内设置调节机构，调节机构能对驱动盘实现快速调节，使驱动盘与转轴之间产生不同的夹角，进而产生不同的出液量，调节方便，响应快；无需伺服电机调节，成本低，控制精度高；设置调节盘，用于制成驱动盘，通过调节盘的转动带动驱动盘转动，实现柱塞的行程调节，进而产生不同的排液量；在调节盘上开设油口和油槽，使润滑油进入调节盘和驱动盘的接触面之间实现两者润滑，提高运行的稳定性和可靠性，同时延长使用寿命；在驱动盘上开设有油孔，用于将调节盘和驱动盘之间的润滑油进入第一连接部与第二连接部之间，实现驱动盘与柱塞之间的润滑，提高运行的舒畅；在柱塞孔与柱塞之间设置有弹性部件，提高柱塞的回弹力，避免调节角度过大而造成驱动力不足，提高了运行的可靠性；螺杆调节滑塞，驱动力大，且具有自锁功能，稳定性好；设置定位压盘，提高装配精度和运行精度高，强度高；壳体采用分体结构，制造方便，成本低，精度高；本发明浸入式冷却循环系统，结构紧凑，根据不同的工况进行自适应调节，提高冷却液的利用率，提高冷却效果，适用范围广，无需伺服控制实现高精度控制，成本低，操作方便。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种浸入式冷却循环系统，其特征在于，包括：

冷却槽，用于放置待冷却的主机以实现浸入式冷却；

热交换器，用于散热；

自适应变量泵，用于驱动冷却液流动；

所述冷却槽、所述热交换器、和所述自适应变量泵依次串联并形成循环管路；

第一温度传感器，设置在所述冷却槽的进液口，用于检测冷却槽进口端的冷却液温度；

第三温度传感器，设置在所述冷却槽的出液口，用于检测冷却槽出口端的冷却液温度；

流量计，设置在自适应变量泵的出口端或所述冷却槽的进液口，用于检测冷却液的实际流量q2；

控制器，分别与所述自适应变量泵、所述第一温度传感器及所述第三温度传感器电连接；

通过预设值及检测数据计算冷却槽入口端的流量q1，且

式中：b为修正系数，P为主机功率，K为主机效率，Cp为冷却液比热容，ρ为冷却液密度，T2为冷却槽出口端的冷却液温度，T1为冷却槽入口端的冷却液温度；

控制器调节自适应变量泵并使流量q2趋向q1；

所述自适应变量泵包括壳体，所述壳体内转动地安装有转轴，且在所述壳体内成型有工作腔，所述工作腔内转动地安装有调节盘，所述调节盘的转动轴线垂直并相交于所述调节盘的轴线，所述调节盘上转动地安装有驱动盘，所述驱动盘与所述调节盘同轴、且所述驱动盘的转动轴线与所述调节盘的轴线，所述工作腔内转动地安装有缸体36，所述缸体的转动轴线垂直并相交于所述调节盘的转动轴线，所述缸体的端面周向均布有朝向所述驱动盘的柱塞孔，所述柱塞孔的端部贯通有油口，所述柱塞孔内滑配有柱塞，所述柱塞的头部与所述驱动盘铰接，所述缸体的后端固定有配油盘，所述配油盘上开设有分别与壳体上的进口、出口连通的两配油孔；所述转轴与所述缸体刚性连接并用于驱动其转动，所述转轴的端部延伸至所述壳体外且与一电机连接；所述壳体内设有与所述调节盘连接并用于驱动其转动以调节驱动盘与转轴之间的角度的调节机构，所述调节机构与所述控制器电连接。

2.如权利要求1所述的浸入式冷却循环系统，其特征在于：所述自适应变量泵内设有与所述控制器电连接且用于调节其流量的调节机构。

3.如权利要求1所述的浸入式冷却循环系统，其特征在于：还包括用于检测主机的发热部件温度T3的第三温度传感器，当T3≥T4且自适应变量泵输出最大流量时，发出报警，其中，T4为预先设定的主机发热部件的预警温度。

4.如权利要求1所述的浸入式冷却循环系统，其特征在于：所述调节机构包括滑塞、齿轮组件和调节电机，所述壳体内成型有滑腔，所述滑腔的轴线平行于所述转轴的轴线，所述滑腔内滑配有滑塞，所述滑塞的端部固定有推杆，所述推杆延伸至所述工作腔内并通过一连杆与所述调节盘铰接，通过所述滑塞的滑动调节所述调节盘的倾斜角度；所述滑塞上螺纹连接有螺杆，所述螺杆通过齿轮组件与所述调节电机连接。

5.如权利要求4所述的浸入式冷却循环系统，其特征在于：所述调节机构还包括有与所述滑腔同轴且用于轴向定位的定位压盘，所述定位压盘转动地安装在所述滑腔端部，所述螺杆固定在所述定位压盘的前端，所述定位压盘的后端固定有连接轴，所述连接轴上设有第一齿轮，所述第一齿轮上啮合有第二齿轮，所述调节电机的输出轴与所述第二齿轮连接。

6.如权利要求5所述的浸入式冷却循环系统，其特征在于：所述壳体包括主壳体、前壳体和后壳体，所述工作腔设置在所述主壳体前端与所述前壳体之间，所述滑腔开设在所述主壳体后端面，所述滑腔的敞口端设有压盘安装孔并形成限位台阶，所述定位压盘转动地安装在所述压盘安装孔内，所述后壳体固定在所述主壳体的后端面，所述定位压盘与所述限位台阶之间、及与所述后壳体之间设有滑动轴承；所述后壳体内成型有第二安装腔，所述连接轴向后延伸至所述第二安装腔内，所述齿轮组件设置在所述第二安装腔内，所述调节电机固定在所述后壳体的侧壁，且其输出轴延伸至所述第二安装腔内。

7.如权利要求6所述的浸入式冷却循环系统，其特征在于：所述压盘安装孔内滑配有补偿环，所述补偿环的滑动方向平行于所述滑腔的轴线，所述补偿环的后端与所述后壳体之间设有第一弹性部件，所述第一弹性部件使所述补偿环有向所述定位压盘靠近的运动趋势，所述补偿环端面设有与所述定位压盘接触的滑动轴承。

8.如权利要求1所述的浸入式冷却循环系统，其特征在于：所述调节盘与所述转轴之间的倾斜角度为α，且50°≤α＜90°。

9.如权利要求1所述的浸入式冷却循环系统，其特征在于：所述控制器内预设有报警阈值AIS1和AIS2，其与△t进行比对，△t＝T2-T1，当△t≤AIS1或△t≥AIS2时，发出报警。