CN114138084A - 一种应用于服务器的浸没式负压液冷系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种应用于服务器的浸没式负压液冷系统，包括连通形成回路的储液罐、换热器及与用于浸没安装服务器的浸没器，储液罐包括真空度较低的第一负压腔和真空度较高的第二负压腔，第一负压腔与第二负压腔互相间隔并通过输液管道连通，第二负压腔内设置有与输液管道的管口导通、用于将第二负压腔内的冷却液运输至第一负压腔内的驱动泵，输液管道内设置有用于仅允许冷却液从第二负压腔内单向流动至第一负压腔内的单向阀。如此，由于第一负压腔与第二负压腔均保持负压状态，因此，若系统存在裂缝时，理论上冷却液持续受到负压吸引作用并不会产生泄露，从而能够降低冷却液的损耗率，防止冷却液出现泄漏风险，同时保证服务器具有充足的散热性能。
Description
技术领域
本发明涉及服务器技术领域，特别涉及一种应用于服务器的浸没式负压液冷系统。
背景技术
随着中国电子技术的发展，越来越多的电子设备已得到广泛使用。
服务器是电子设备中的重要组成部分，是提供计算服务的设备。由于服务器需要响应服务请求，并进行处理，因此一般来说服务器应具备承担服务并且保障服务的能力。根据服务器提供的服务类型不同，分为文件服务器，数据库服务器，应用程序服务器，WEB服务器等。服务器的主要构成包括处理器、硬盘、内存、系统总线等，和通用的计算机架构类似，但是由于需要提供高可靠的服务，因此在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性等方面要求较高。
在大数据时代，大量的IT设备会集中放置在数据中心。这些数据中心包含各类型的服务器、存储、交换机及大量的机柜及其它基础设施。每种IT设备都是有各种硬件板卡组成，如计算模块、存储模块、机箱、风扇模块等等。
目前，部分服务器采用散热效率相对风冷散热更高的液冷散热，液冷散热技术使用的结构件更多也更复杂，通过冷却液的循环流动将发热的服务器组件的热量带走，比如CPU、GPU等。液冷散热主要包括冷板式散热和浸没式散热，后者的散热效率更高，但对安全性和可靠性的要求也更高。
然而，传统液冷服务器的浸没式液冷系统都是正压差运行模式，在解决高热流密度的同时也引入了漏液的风险，比如系统某处存在软管管路损坏或金属焊缝开裂时，冷却液将从裂缝处泄漏出至外界，导致冷却液的损耗率加剧，并且存在散热性能下降的风险。
因此，如何降低冷却液的损耗率，防止冷却液出现泄漏风险，同时保证服务器具有充足的散热性能，是本领域技术人员面临的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用于服务器的浸没式负压液冷系统，能够降低冷却液的损耗率，防止冷却液出现泄漏风险，同时保证服务器具有充足的散热性能。
为解决上述技术问题，本发明提供一种应用于服务器的浸没式负压液冷系统，包括连通形成回路的储液罐、换热器及与用于浸没安装服务器的浸没器，所述储液罐包括真空度较低的第一负压腔和真空度较高的第二负压腔，所述第一负压腔与所述第二负压腔互相间隔并通过输液管道连通，所述第二负压腔内设置有与所述输液管道的管口导通、用于将所述第二负压腔内的冷却液运输至所述第一负压腔内的驱动泵，所述输液管道内设置有用于仅允许冷却液从所述第二负压腔内单向流动至所述第一负压腔内的单向阀。
优选地，所述第一负压腔与所述第二负压腔内盛装的冷却液均不满配。
优选地，所述第一负压腔与所述第二负压腔的顶壁均连接有用于抽真空的真空泵。
优选地，所述第一负压腔和/或所述第二负压腔内设置有用于检测液位的液位传感器。
优选地，所述第一负压腔及所述第二负压腔内均设置有用于检测气压的压力传感器。
优选地，所述换热器的出水口设置有用于检测冷却液温度的温度传感器，且所述换热器的一次侧区域设置有用于通过调节换热介质流量而控制冷却液温度的流量调节阀。
优选地，还包括与所述驱动泵、各所述真空泵、各所述液位传感器、各所述压力传感器、所述温度传感器、所述流量调节阀信号连接的控制器。
优选地，所述换热器的进水口与所述第一负压腔连通，所述浸没器的出水口与所述第二负压腔连通。
优选地，所述换热器与所述第一负压腔之间连通有过滤器。
优选地，所述储液罐内设置有用于将所述第一负压腔及所述第二负压腔互相间隔的间隔板。
本发明所提供的应用于服务器的浸没式负压液冷系统，主要包括储液罐、换热器、浸没器、输液管道、驱动泵和单向阀。其中，储液罐主要用于储存一定量的冷却液，其内设置有均呈负压的第一负压腔和第二负压腔，且第一负压腔的真空度相对较低(为高压腔)，而第二负压腔的真空度相对较高(为低压腔)。同时，第一负压腔与第二负压腔互相间隔，且两者之间通过输液管道实现连通。换热器主要用于为循环流动的冷却液进行散热，使得吸收了服务器热量的冷却液重新得到冷却，实现循环使用。浸没器主要用于安装服务器，并使服务器在浸没器内实现浸没式安装，进而对服务器(或服务器组件)实现浸没式液冷散热。储液罐、换热器和浸没器三者互相连通形成液压回路。驱动泵设置在第二负压腔内，并与输液管道的管口(位于第二负压腔内)导通，主要用于通过动力驱动第二负压腔内的冷却液克服压差流动至第一负压腔内，由此实现冷却液的循环流动；而在储液罐以外的回路中，由于第一负压腔与第二负压腔之间的压差作用，第一负压腔内的冷却液将自行沿着管路流经换热器、浸没器等部件后流回至第二负压腔内。单向阀设置在输液管道内，主要用于防止第一负压腔内的冷却液在压差作用下自行流动至第二负压腔内，仅允许第二负压腔内的冷却液在驱动泵的泵送作用下流动至第一负压腔内。如此，本发明所提供的应用于服务器的浸没式负压液冷系统，由于第一负压腔与第二负压腔均保持负压状态，且利用两者之间的压差和驱动泵的作用使得冷却液在液冷回路中循环流动，因此，若系统某处存在软管管路损坏或金属焊缝开裂时，理论上冷却液持续受到负压吸引作用并不会产生泄露，从而能够降低冷却液的损耗率，防止冷却液出现泄漏风险，同时保证服务器具有充足的散热性能。
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为本发明所提供的一种具体实施方式的系统结构示意图。
其中，图1中：
储液罐—1，换热器—2，浸没器—3，输液管道—4，驱动泵—5，单向阀—6，真空泵—7，液位传感器—8，压力传感器—9，温度传感器—10，流量调节阀—11，控制器—12，过滤器—13；
第一负压腔—101，第二负压腔—102，间隔板—103。
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。
请参考图1，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的系统结构示意图(图中部件间虚线表示信号线，部件内虚线表示液体)。
在本发明所提供的一种具体实施方式中，应用于服务器的浸没式负压液冷系统主要包括储液罐1、换热器2、浸没器3、输液管道4、驱动泵5和单向阀6。
其中，储液罐1主要用于储存一定量的冷却液，其内设置有均呈负压的第一负压腔101和第二负压腔102，且第一负压腔101的真空度相对较低(为高压腔)，而第二负压腔102的真空度相对较高(为低压腔)。同时，第一负压腔101与第二负压腔102互相间隔，且两者之间通过输液管道4实现连通。
换热器2主要用于为循环流动的冷却液进行散热，使得吸收了服务器热量的冷却液重新得到冷却，实现循环使用。一般的，该换热器2为板式换热器2，当然也可以为列管式换热器2等结构。
浸没器3主要用于安装服务器a，并使服务器a在浸没器3内实现浸没式安装，进而对服务器a(或服务器组件)实现浸没式液冷散热。
储液罐1、换热器2和浸没器3三者互相连通形成液压回路。
驱动泵5设置在第二负压腔102内，并与输液管道4的管口(位于第二负压腔102内)导通，主要用于通过动力驱动第二负压腔102内的冷却液克服压差流动至第一负压腔101内，由此实现冷却液的循环流动；而在储液罐1以外的回路中，由于第一负压腔101与第二负压腔102之间的压差作用，第一负压腔101内的冷却液将自行沿着管路流经换热器2、浸没器3等部件后流回至第二负压腔102内。
单向阀6设置在输液管道4内，主要用于防止第一负压腔101内的冷却液在压差作用下自行流动至第二负压腔102内，仅允许第二负压腔102内的冷却液在驱动泵5的泵送作用下流动至第一负压腔101内。
如此，本实施例所提供的应用于服务器的浸没式负压液冷系统，由于第一负压腔101与第二负压腔102均保持负压状态，且利用两者之间的压差和驱动泵5的作用使得冷却液在液冷回路中循环流动，因此，若系统某处存在软管管路损坏或金属焊缝开裂时，理论上冷却液持续受到负压吸引作用并不会产生泄露(实际可能会存在小幅泄漏，但在负压吸引作用下会大幅削弱泄漏)，从而能够降低冷却液的损耗率，防止冷却液出现泄漏风险，同时保证服务器具有充足的散热性能。
在关于第一负压腔101与第二负压腔102的一种可选实施例中，为便于两者始终保持一定的负压状态，第一负压腔101与第二负压腔102内盛装的冷却液均呈不满配状态，即第一负压腔101与第二负压腔102内的冷却液均未盛满，均保持一定容积空置率。一般的，第一负压腔101可保持20％～30％的容积空置率，而第二负压腔102可保持30％～40％的容积空置率。如此设置，第一负压腔101的液面高度将大于第二负压腔102的液面高度，如此设置，有利于维持第一负压腔101与第二负压腔102之间的稳定压差，从而便于保持冷却液的循环流动稳定性。当然，第一负压腔101的液面高度与第二负压腔102的液面高度也可以相同，必要时还可以第二负压腔102的液面高度高于第一负压腔101的液面高度。
进一步的，为便于实现第一负压腔101与第二负压腔102的一定真空度的负压状态，本实施例在第一负压腔101与第二负压腔102的顶壁均连接有真空泵7。具体的，该真空泵7的泵口嵌设在第一负压腔101与第二负压腔102的顶壁中，并与第一负压腔101与第二负压腔102的内部空间连通。如此设置，通过真空泵7的运行，即可顺利将第一负压腔101与第二负压腔102内的空气抽出，直至使第一负压腔101与第二负压腔102均保持一定负压。一般的，第一负压腔101内可保持﹣0.5Bar的真空度，而第二负压腔102内科保持﹣1.0Bar的真空度，两者之间的压差维持在0.5Bar。同时，由于第一负压腔101与第二负压腔102内的冷却液均不满配，因此还能够避免冷却液被真空泵7吸入导致流失。
此外，考虑到在负压液冷系统的正常运行过程中，冷却液存在微小的自然蒸发损失情况，且在出现极端情况时，冷却液可能快速流失，为及时发现冷却液的运行情况，本实施例中增设了液位传感器8。具体的，该液位传感器8设置在第一负压腔101或第二负压腔102内，也可以同时设置在第一负压腔101与第二负压腔102内，主要用于检测第一负压腔101、第二负压腔102内的冷却液的液位。在正常情况下，第一负压腔101、第二负压腔102内的液位是保持在一定范围内的，而在出现异常时，第一负压腔101、第二负压腔102的液位将产生大幅突变。
基于同样的考虑，本实施例还增设了压力传感器9。具体的，该压力传感器9同时设置在第一负压腔101与第二负压腔102内，主要用于分别检测第一负压腔101与第二负压腔102的气压，以便判断两者的气压或真空度是否产生变化。在正常情况下，第一负压腔101与第二负压腔102的气压各自保持不变，而在出现异常时，第一负压腔101与第二负压腔102的气压可能会产生剧烈变化。
不仅如此，考虑到不同工况下的或不同类型的服务器a的散热需求不同，本实施例中增设了温度传感器10和流量调节阀11。具体的，该温度传感器10设置在换热器2的出水口处，并位于浸没器3之前，主要用于检测经过换热器2重新冷却后的冷却液的温度。流量调节阀11设置在换热器2的一次侧区域，主要用于调节换热介质(如换热液体、换热气体等)的流量，以便冷却液流经换热器2时，能够与不同流量的换热介质进行换热，从而改变冷却液的换热面积、换热时间等换热参数，进而调节冷却液的重新冷却效果，以与当前服务器a的散热需求相匹配。一般的，流量调节阀11调节换热介质流量的方式是调节其阀门开度。
为便于实现负压液冷系统的自动控制，本实施例中增设了控制器12。具体的，该控制器12为负压液冷系统的控制中枢，同时与前述驱动泵5、各个真空泵7、各个液位传感器8、各个压力传感器9、温度传感器10、流量调节阀11保持信号连接，从而能够根据各种传感器的检测数据实时调整控制指令或控制系统运行状态，比如控制保持第一负压腔101、第二负压腔102的真空度、控制保持冷却液温度、控制保持冷却液的循环流速、控制保持冷却液的液位等。
此外，为尽量保证冷却液在循环流动的过程中对浸没器3的冷却效果，在本实施例中，换热器2的进水口与第一负压腔101连通，而浸没器3的出水口与第二负压腔102连通。如此设置，从储液罐1中流出的冷却液将首先经过换热器2的重新冷却后，再流经浸没器3，从而保证对浸没器3具有充足的冷却效果。
进一步的，考虑到冷却液中可能存在一定杂质，为避免影响水质，本实施例在换热器2与第一负压腔101之间连通有过滤器13。
为便于实现储液罐1内的第一负压腔101与第二负压腔102的互相间隔，本实施例在储液罐1内设置有间隔板103，从而通过间隔板103将储液罐1的内部空间分隔为两部分，分别形成第一负压腔101和第二负压腔102。
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)
1.一种应用于服务器的浸没式负压液冷系统，其特征在于，包括连通形成回路的储液罐(1)、换热器(2)及用于浸没安装服务器(a)的浸没器(3)，所述储液罐(1)包括真空度较低的第一负压腔(101)和真空度较高的第二负压腔(102)，所述第一负压腔(101)与所述第二负压腔(102)互相间隔并通过输液管道(4)连通，所述第二负压腔(102)内设置有与所述输液管道(4)的管口导通、用于将所述第二负压腔(102)内的冷却液泵送至所述第一负压腔(101)内的驱动泵(5)，所述输液管道(4)内设置有用于仅允许冷却液从所述第二负压腔(102)内单向流动至所述第一负压腔(101)内的单向阀(6)。
2.根据权利要求1所述的应用于服务器的浸没式负压液冷系统，其特征在于，所述第一负压腔(101)与所述第二负压腔(102)内盛装的冷却液均不满配。
3.根据权利要求2所述的应用于服务器的浸没式负压液冷系统，其特征在于，所述第一负压腔(101)与所述第二负压腔(102)的顶壁均连接有用于抽真空的真空泵(7)。
4.根据权利要求3所述的应用于服务器的浸没式负压液冷系统，其特征在于，所述第一负压腔(101)和/或所述第二负压腔(102)内设置有用于检测液位的液位传感器(8)。
5.根据权利要求4所述的应用于服务器的浸没式负压液冷系统，其特征在于，所述第一负压腔(101)及所述第二负压腔(102)内均设置有用于检测气压的压力传感器(9)。
6.根据权利要求5所述的应用于服务器的浸没式负压液冷系统，其特征在于，所述换热器(2)的出水口设置有用于检测冷却液温度的温度传感器(10)，且所述换热器(2)的一次侧区域设置有用于通过调节换热介质流量而控制冷却液温度的流量调节阀(11)。
7.根据权利要求6所述的应用于服务器的浸没式负压液冷系统，其特征在于，还包括与所述驱动泵(5)、各所述真空泵(7)、各所述液位传感器(8)、各所述压力传感器(9)、所述温度传感器(10)、所述流量调节阀(11)信号连接的控制器(12)。
8.根据权利要求1所述的应用于服务器的浸没式负压液冷系统，其特征在于，所述换热器(2)的进水口与所述第一负压腔(101)连通，所述浸没器(3)的出水口与所述第二负压腔(102)连通。
9.根据权利要求8所述的应用于服务器的浸没式负压液冷系统，其特征在于，所述换热器(2)与所述第一负压腔(101)之间连通有过滤器(13)。
10.根据权利要求1所述的应用于服务器的浸没式负压液冷系统，其特征在于，所述储液罐(1)内设置有用于将所述第一负压腔(101)及所述第二负压腔(102)互相间隔的间隔板(103)。
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