CN114167961A - 浸没式服务器液冷装置和具有其的设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高热流密度服务器领域，具体涉及一种浸没式服务器液冷装置和具有其的设备。本发明旨在解决现有的风冷换热系统已经不能满足高热密度服务器的散热需求的问题。为此目的，本发明的浸没式服务器液冷装置，其包括：密封箱，具有密闭的容纳部，容纳部填充有电绝缘的相变液体；安装部，设置于密封箱壁部朝向容纳部的表面，用于连接待散热器件，安装部浸没于相变液体中，以使待散热器件至少部分浸没于相变液体；换热盘管，换热盘管位于相变液体的上方，待散热器件发热以使相变液体受热相变蒸发蒸汽，在位于上方的换热盘管冷凝后回流至相变液体。本发明的浸没式服务器液冷装置相比风冷的方式来说，散热效果增强多倍，同时节能效果显著。
Description
技术领域
本公开涉及高热流密度服务器领域，具体涉及一种浸没式服务器液冷装置和具有其的设备。
背景技术
伴随数据技术的发展，数据机房的建设需求迅速增长，海量的服务器产生了巨大的能源消耗。数据中心是一种高能耗的设施，根据摩尔定律原理，单位面积集成的晶体管越多，芯片的功率也越大，虽使芯片性能得到了提升，但由此带来服务器消耗的电能也越来越大，同时热流密度亦不断升高，预计到2025年15-20kW/柜将成为主流。
如何解决高热流密度服务器的散热问题，给空调制冷行业带来了新的挑战。随着数据处理技术的进展，服务器热流密度已高于80w/cm2，常规的风冷换热系统已经不能满足高热密度服务器的散热需求，且已严重影响了电子元器件的性能和使用寿命。
相应地，本领域需要一种新的浸没式服务器液冷装置和具有其的设备来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种浸没式服务器液冷装置和具有其的设备，该浸没式服务器液冷装置不仅可以满足高热密度服务器的散热需求，而且大大降低能耗。
第一方面，本发明提出了一种浸没式服务器液冷装置，其包括：密封箱，具有密闭的容纳部，所述容纳部填充有电绝缘的相变液体，所述相变液体能够受热蒸发为气体，所述气体能够冷凝为液体；安装部，设置于所述密封箱壁部朝向所述容纳部的表面，用于连接待散热器件，所述安装部浸没于所述相变液体中，以使所述待散热器件至少部分浸没于所述相变液体；换热盘管，所述换热盘管位于所述相变液体的上方，所述待散热器件发热以使所述相变液体受热相变蒸发蒸汽，在位于上方的换热盘管冷凝后回流至所述相变液体。
根据本发明实施例的一个方面，所述密封箱设置有泄压阀、压力采集器及控制器，所述压力采集器采集所述密封箱内的压力，所述控制器根据所述压力采集器采集的压力控制所述换热盘管内部冷却介质的流量；所述泄压阀当所述密封箱内的压力达到预设阈值时自动开启泄压。
根据本发明实施例的一个方面，所述控制器集成于控制面板设置于所述密封箱的壁部，所述控制面板还能够输出信号、读取信号数据及显示数据；所述密封箱进一步设置有温度采集器，用于采集所述待散热器件的表面温度、所述相变液体温度、所述换热盘管周侧空气温度以及所述换热盘管表面温度；可选的，所述温度采集器为线性采温计。
根据本发明实施例的一个方面，所述密封箱还设置有检修门，所述检修门采用高强度透明材料，通过密封垫圈及固定螺栓压实，保证气密性；所述密封箱的侧壁设置有补液管，所述密封箱的底壁设置有放液管。
根据本发明实施例的一个方面，还包括相互电连接的扎线板和接线插盘，所述扎线板设置于所述密封箱的内部，所述接线插板设置于所述密封箱的侧壁，所述扎线板连接于所述待散热器件，所述接线插盘用于连接外部的电源和数据端。
根据本发明实施例的一个方面，所述待散热器件滑动连接于所述安装部。
根据本发明实施例的一个方面，所述换热盘管为双层横排式蛇形盘管，且上层的所述换热盘管在水平面的投影与下层的所述换热盘管在水平面的投影相错。
第二方面，提供一种具有浸没式服务器液冷装置的设备，其特征在于，包括：上述的浸没式服务器液冷装置；服务器，所述服务器包括主板，所述主板安装于所述安装部中；冷却装置，所述冷却装置位于所述密封箱的外部，所述冷却装置用于对所述换热盘管中的冷却介质进行冷却；输送装置，所述输送装置设置于所述换热盘管和所述冷却装置之间，用于输送所述换热盘管的冷却介质。
根据本发明实施例的一个方面，所述冷却装置为散热风机。
根据本发明实施例的一个方面，所述主板包括在高度方向上的第一端和第二端；所述安装部包括上下对称设置的第一滑轨和第二滑轨，所述第一滑轨和所述第二滑轨与密封箱的内壁固定连接；第一滑轨的下部滑动配合有多个第一卡槽，第二滑轨的上部滑动配合有多个第二卡槽，所述第一端与所述第一卡槽固定连接，所述第二端与所述第二卡槽固定连接，所述主板能够沿所述第一滑轨和所述第二滑轨滑动。
与现有技术相比，本发明实施例提供的浸没式服务器液冷装置将待散热器件设置于密封箱内，并至少部分浸没在相变液体中，待散热器件通过直接接触相变液体，最大程度地将热量散发出去，相比风冷的方式来说，散热效果增强多倍，大大满足了高热密度服务器的散热需求，增加了电子元器件的使用寿命。同时，由于散热效果较强，消耗较少的能耗便可满足散热的需求，因此，也大大减少了能源的消耗，节能效果显著。而且，相变液体的蒸发与冷凝始终在密闭的密封箱内进行，只需换热盘管为其进行换热即可，不仅相变液体较少流失，同时冷凝回流的方式也较为节能。
附图说明
下面将通过参考附图来描述本发明示例性实施例的特征、优点和技术效果。
图1是本发明一实施例的浸没式服务器液冷装置的结构示意图(一)；
图2是本发明一实施例的浸没式服务器液冷装置的结构示意图(二)。
在附图中，附图未必按照实际的比例绘制。
标记说明：
1、密封箱；100、容纳部；
2、安装部；201、第一滑轨；202、第二滑轨；203、第一卡槽；204、第二卡槽；
3、换热盘管；4、泄压阀；5、压力采集器；6、控制面板；7、线性采温计；8、检修门；9、固定螺栓；10、补液管；11、放液管；12、扎线板；13、接线插盘；14、主板；15、进液阀门；16、出液阀门；17、补液阀门；18、放液阀门；19、相变液体。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本发明的具体结构进行限定。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为了更好地理解本发明，下面结合图1和图2对本发明实施例提供的浸没式服务器液冷装置和具有其的设备进行详细描述。
如图1和2所示，在一些实施例中，浸没式服务器液冷装置包括密封箱1、安装部2和换热盘管3。密封箱1具有密闭的容纳部100，容纳部100填充有电绝缘的相变液体19。其中，相变液体19能够受热蒸发为气体，气体能够冷凝为液体。相变液体19填充在密封箱1的部分体积中，即未填满，以留置出上方放置换热盘管3的空间。安装部2设置于密封箱1壁部朝向容纳部100的表面，用于连接待散热器件。安装部2浸没于相变液体19中，以使待散热器件至少部分浸没于相变液体19。换热盘管3位于相变液体19的上方，换热盘管3内填充有冷却介质，能够起到冷却的作用。待散热器件发热时使得相变液体19受热相变蒸发蒸汽，在位于上方的换热盘管3冷凝后回流至相变液体19中。优选地，待散热器件完全浸没于相变液体19中，以达到更好的散热效果。
其中，相变液体19为电子氟化液，当然也可以为其他能够满足受热容易汽化、遇冷容易冷凝的绝缘的液体。
在一些实施例中，待散热器件滑动连接于安装部2。具体的，安装部2包括上下对称设置的第一滑轨201和第二滑轨202，第一滑轨201和第二滑轨202与密封箱1的内壁固定连接。其中，第二滑轨202优选设置在密封箱1的底面上。第一滑轨201的下部滑动配合有多个第一卡槽203，第二滑轨202的上部滑动配合有多个第二卡槽204，第一卡槽203和第二卡槽204之间形成容纳待散热器件的容纳空间，且第一卡槽203用于固定待散热器件的上部，第二卡槽204用于固定待散热器件的下部，多个待散热器件能够沿第一滑轨201和第二滑轨202滑动，如图2中的左右方向。
如此设置，当待散热器件的功率过大且在相变液体19内相互影响形成气泡栓塞而不能有效散热时，通过调节各个待散热器件在第一滑轨201和第二滑轨202上的相对位置，使得相变液体19产生的气泡能有效排出，避免形成气泡栓塞影响散热进而影响服务器的性能。其中，可以在密封箱1的顶部或侧壁开设调节口(图中未示出)以及与调节口密封连接的盖体(图中未示出)，在需调节待散热器件位置的时候打开盖体伸入进行调节，不需要的时候则关闭盖体。
在一些实施例中，换热盘管3为双层或多层横排式蛇形盘管，且上层的换热盘管3在水平面的投影与下层的换热盘管3在水平面的投影相错，即不重合。位于上层的换热盘管3与位于下层的换热盘管3交错排布，使得上层的液滴不能在下层的换热盘管3的壁面形成液膜影响换热。
在另一些实施例中，换热盘管3也可以为单层的横排式蛇形盘管。采用双层横排式蛇形盘管，冷凝效果更好。
在一些具体的实施例中，换热盘管3设置有进液阀门15和出液阀门16，进液阀门15和出液阀门16均设置在密封箱1外。
在一些实施例中，密封箱1的侧壁设置有补液管10，密封箱1的底壁设置有放液管11。补液管10上设置有补液阀门17，放液管11上设置有补液阀门18。补液阀门17和补液阀门18均设置在密封箱1外。当待散热器件需要更换检修时通过放液管11将相变液体19放出，当密封箱1需要补液时通过补液管10进行补充。
在一些具体的实施例中，密封箱1设置有泄压阀4、压力采集器5及控制器(图中未示出)。压力采集器5与控制器电连接。泄压阀4优选设置在密封箱1的顶壁上，也可以设置在密封箱1的侧壁上。同样的，压力采集器5优选设置在密封箱1的顶壁上，也可以设置在密封箱1的侧壁上。其中，控制器可以单独设置在密封箱1的壁部，也可以集成于控制面板6，控制面板6设置于密封箱1的壁部。控制面板6还能够输出信号、读取信号数据及显示数据，方便操作人员的使用。
压力采集器5采集密封箱1内的压力，即采集相变液体19汽化后在上方形成的压力。控制器根据压力采集器5采集的压力控制换热盘管3内部冷却介质的流量。具体的，当密封箱1内的压力过大时，控制器控制加大换热盘管3内部冷却介质的流量。除此，也可以通过降低冷却介质的温度来实现。泄压阀4当密封箱1内的压力达到预设阈值时自动开启泄压，为密封箱1的安全提供有力的保障。通过设置泄压阀4和压力采集器5，控制密封箱1内的压力，保障装置的安全。
其中，控制器可以是现有技术中任意一种控制元件，例如CPU、单片机等。
在一些具体的实施例中，密封箱1设置有温度采集器，用于采集待散热器件的表面温度、相变液体19温度、换热盘管3周侧空气温度以及换热盘管3表面温度。温度采集器与控制器电连接。可选地，温度采集器为线性采温计7。线性采温计7设置在密封箱1的顶部。
在另一些具体的实施例中，也可以设置多个温度传感器分别进行测量。使用线性温度计代替普通温度传感器，不仅能够减少数量、降低成本，同时也节省空间，减少电线的布局。
通过设置温度采集器，可及时知晓密封箱1内的待散热器件的散热情况，而后操作人员可通过控制面板6进行判断和相应操作。例如，待散热器件的表面温度过高时，可加大换热盘管3内部冷却介质的流量。
在另一些具体的实施例中，密封箱1的外壁设置有声光报警机构，当压力采集器5采集的压力和温度采集器采集的温度达到相应的设定值时，控制器控制开启声光报警机构，对操作人员进行提醒，而后操作人员可通过控制面板6进行相应的调控操作。
在一些具体的实施例中，密封箱1还设置有检修门8，检修门8优选设置在正对待散热器件侧端的壁部上，从而能够直接更换或检修多个待散热器件。检修门8采用高强度透明材料，方便查看内部情况。并且通过密封垫圈(图中未示出)及固定螺栓9压实，保证气密性。其中，多个固定螺栓9沿检修门8的周向间隔布置。
在一些具体的实施例中，还包括相互电连接的扎线板12和接线插盘13，扎线板12设置于密封箱1的内部，接线插板设置于密封箱1的侧壁，扎线板12连接于待散热器件，接线插盘13用于连接外部的电源和数据端。
本发明的浸没式服务器液冷装置将待散热器件设置于密封箱1内，并至少部分浸没在相变液体19中，待散热器件通过直接接触相变液体19，最大程度地将热量散发出去，相比风冷的方式来说，散热效果增强多倍。并且，由于散热效果较强，消耗较少的能耗便可满足散热的需求，因此，也大大减少了能源的消耗。实验测试数据显示本发明的浸没式服务器液冷装置的实测PUE约1.05左右，较常规的数据中心PUE降低超过35％，节能效果显著。同时，相变液体19的蒸发与冷凝始终在密闭的密封箱1内进行，只需换热盘管3为其进行换热即可，不仅相变液体19较少流失，同时冷凝回流的方式也较为节能。除此，通过设置泄压阀4、压力采集器5和温度采集器对密封箱1内的压力和温度进行监控，保证散热工作正常进行。
本发明还提供了一种具有浸没式服务器液冷装置的设备，在一些实施例中，参照图1和图2，包括上述的浸没式服务器液冷装置、服务器、冷却装置(图中未示出)和输送装置(图中未示出)。服务器包括主板14，主板14安装于安装部2中。冷却装置位于密封箱1的外部，冷却装置用于对换热盘管3中的冷却介质进行冷却。输送装置设置于换热盘管3和冷却装置之间，用于输送换热盘管的冷却介质，为冷却介质提供动力。换热盘管3中的冷却介质吸收热量后温度升高，经输送装置输送到密封箱1外部后由冷却装置对其进行冷却，冷却后的冷却介质继续流入换热盘管3中。
在一些具体的实施例中，冷却装置为散热风机。散热风机对其进行风冷降温。可替代的，冷却装置也可以为其他的能够冷却换热盘管3中的冷却介质装置，例如水箱。
在一些具体的实施例中，输送装置为水泵。
在一些具体的实施例中，主板14包括在高度方向上的第一端和第二端；安装部2包括上下对称设置的第一滑轨201和第二滑轨202，第一滑轨201和第二滑轨202与密封箱1的内壁固定连接。具体的，可以采用螺纹连接或粘接等方式固定连接，也可以采用卡接的方式连接。第一滑轨201的下部滑动配合有多个第一卡槽203，第二滑轨202的上部滑动配合有多个第二卡槽204，主板14的第一端与第一卡槽203固定连接，第二端与第二卡槽204固定连接。通过直接移动主板14，可使其沿第一滑轨201和第二滑轨202滑动。第一卡槽203和第二卡槽204对主板14起到固定作用，方便其进行移动，也避免后续相变液体19相变时主板14晃动。当主板14的功率过大时，在相变液体19内相互影响形成气泡栓塞而不能有效散热时，通过调节主板14在第一滑轨201和第二滑轨202上的相对位置，使得相变液体19产生的气泡能有效排出，避免形成气泡栓塞影响散热进而影响服务器的性能。
本发明的具有浸没式服务器液冷装置的设备不仅散热效果显著，而且能耗很低。且本发明的具有浸没式服务器液冷装置的设备能够对不同功率的主板14进行有效散热，避免其发生气泡栓塞。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (10)
1.一种浸没式服务器液冷装置，其特征在于，包括：
密封箱，具有密闭的容纳部，所述容纳部填充有电绝缘的相变液体，所述相变液体能够受热蒸发为气体，所述气体能够冷凝为液体；
安装部，设置于所述密封箱壁部朝向所述容纳部的表面，用于连接待散热器件，所述安装部浸没于所述相变液体中，以使所述待散热器件至少部分浸没于所述相变液体；
换热盘管，所述换热盘管位于所述相变液体的上方，所述待散热器件发热以使所述相变液体受热相变蒸发蒸汽，在位于上方的换热盘管冷凝后回流至所述相变液体。
2.根据权利要求1所述的浸没式服务器液冷装置，其特征在于，所述密封箱设置有泄压阀、压力采集器及控制器，所述压力采集器采集所述密封箱内的压力，所述控制器根据所述压力采集器采集的压力控制所述换热盘管内部冷却介质的流量；
所述泄压阀当所述密封箱内的压力达到预设阈值时自动开启泄压。
3.根据权利要求2所述的浸没式服务器液冷装置，其特征在于，所述控制器集成于控制面板设置于所述密封箱的壁部，所述控制面板还能够输出信号、读取信号数据及显示数据；
所述密封箱进一步设置有温度采集器，用于采集所述待散热器件的表面温度、所述相变液体温度、所述换热盘管周侧空气温度以及所述换热盘管表面温度；
优选的，所述温度采集器为线性采温计。
4.根据权利要求1所述的浸没式服务器液冷装置，其特征在于，所述密封箱还设置有检修门，所述检修门采用高强度透明材料，通过密封垫圈及固定螺栓压实，保证气密性；
所述密封箱的侧壁设置有补液管，所述密封箱的底壁设置有放液管。
5.根据权利要求1所述的浸没式服务器液冷装置，其特征在于，还包括相互电连接的扎线板和接线插盘，所述扎线板设置于所述密封箱的内部，所述接线插板设置于所述密封箱的侧壁，所述扎线板连接于所述待散热器件，所述接线插盘用于连接外部的电源和数据端。
6.根据权利要求1所述的浸没式服务器液冷装置，其特征在于，所述待散热器件滑动连接于所述安装部。
7.根据权利要求1所述的浸没式服务器液冷装置，其特征在于，所述换热盘管为双层横排式蛇形盘管，且上层的所述换热盘管在水平面的投影与下层的所述换热盘管在水平面的投影相错。
8.一种具有浸没式服务器液冷装置的设备，其特征在于，包括：
液冷装置，为如权利要求1-7中任一项所述的浸没式服务器液冷装置；
服务器，所述服务器包括主板，所述主板安装于所述安装部中；
冷却装置，所述冷却装置位于所述密封箱的外部，所述冷却装置用于对所述换热盘管中的冷却介质进行冷却；
输送装置，所述输送装置设置于所述换热盘管和所述冷却装置之间，用于输送所述换热盘管的冷却介质。
9.根据权利要求8所述的具有浸没式服务器液冷装置的设备，其特征在于，所述冷却装置为散热风机。
10.根据权利要求8所述的具有浸没式服务器液冷装置的设备，其特征在于，所述主板包括在高度方向上的第一端和第二端；所述安装部包括上下对称设置的第一滑轨和第二滑轨，所述第一滑轨和所述第二滑轨与密封箱的内壁固定连接；
第一滑轨的下部滑动配合有多个第一卡槽，第二滑轨的上部滑动配合有多个第二卡槽，所述第一端与所述第一卡槽固定连接，所述第二端与所述第二卡槽固定连接，所述主板能够沿所述第一滑轨和所述第二滑轨滑动。
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| CN202010955476.6A CN114167961A (zh) | 2020-09-11 | 2020-09-11 | 浸没式服务器液冷装置和具有其的设备 |
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| CN204679944U (zh) * | 2015-06-03 | 2015-09-30 | 浪潮电子信息产业股份有限公司 | 一种新型液冷Rack服务器 |
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2020
- 2020-09-11 CN CN202010955476.6A patent/CN114167961A/zh active Pending
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