CN114245654B - 一种服务器及其液冷换热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种服务器及其液冷换热系统，液冷换热系统包括用以与服务器换热的换热器、连接于所述换热器的入口和出口之间的循环管路、以及连接于所述循环管路、用以驱动冷却液循环的循环泵，所述循环管路设有对冷却液降温的散热器；所述换热器的入口的所述循环管路连接加热器，或，所述循环管路并联连接加热支路，所述加热支路设有用以加热冷却液的加热器。本发明所提供液冷换热系统能够对服务器进行降温散热，保证服务器稳定运行，而且能够在低温条件下对服务器进行加热，解决低温启动问题，更为重要的是，该液冷换热系统能够减少占用服务器内部空间，安装维护方便，降低了服务器低温启动的改造成本。

Description

一种服务器及其液冷换热系统

技术领域

本发明涉及服务器领域，特别涉及一种液冷换热系统。本发明还涉及一种具有液冷换热系统的服务器。

背景技术

随着边缘计算的发展，服务器更多开始放置在服务终端，甚至放置在室外，基于防雨防尘的要求，且随着服务器的发热量越来越高，放置在室外的服务器进行液冷散热可以解决服务器的高发热量问题，采用液冷散热也有利于防雨防尘，同时液冷散热也有节能的优势，但是长期放置在室外的液冷服务器面临低温启动的问题，当室外温度过低且需要启动时，CPU温度过低，则需要对CPU进行加热才能保证CPU的正常启动运行。目前常用的方法是在每一个CPU的冷板上单独放置加热装置如加热片，但是加热装置会占用服务器内部的空间，安装维护不方便，同时每个服务器放置加热装置的成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种液冷换热系统，该液冷换热系统能够解决服务器高温散热和低温启动问题，且占用服务器内部空间小，安装维护方便，降低了服务器低温启动的改造成本。本发明的另一目的是提供一种包括上述液冷换热系统的服务器。

为实现上述目的，本发明提供一种液冷换热系统，包括用以与服务器换热的换热器、连接于所述换热器的入口和出口之间的循环管路、以及连接于所述循环管路、用以驱动冷却液循环的循环泵，所述循环管路设有对冷却液降温的散热器；所述换热器的入口的所述循环管路连接加热器，或，所述循环管路并联连接加热支路，所述加热支路设有用以加热冷却液的加热器。

可选地，所述循环管路设有与所述散热器并联的第二支路。

可选地，所述换热器的入口与所述循环泵的出口之间的所述循环管路设有第一三通阀，所述加热支路远离所述换热器的入口的一端连接所述第一三通阀。

可选地，所述换热器的出口与所述散热器的入口之间的所述循环管路设有第二三通阀，所述第二支路靠近所述换热器的出口的一端连接所述第二三通阀。

可选地，所述加热器为TEC制冷器，所述TEC制冷器的热端串联于所述加热支路。

可选地，所述加热支路设有第一温度传感器，所述散热器处设有第二温度传感器、所述换热器处设有第三温度传感器。

可选地，所述TEC制冷器的冷端串联于所述换热器与所述散热器之间的所述循环管路。

可选地，还包括与所述TEC冷端连接所述的循环管路并联设置的第三支路，所述第三支路靠近所述换热器的一端和所述循环管路通过第三三通阀连接。

可选地，还包括储液机构，所述循环管路包括连接于所述换热器的出口和所述储液机构之间的回液管、以及连接于所述换热器的入口与所述储液机构之间的出液管。

本发明还提供一种服务器，包括服务器本体和如上述任一项所述的液冷换热系统，所述换热器为设于所述服务器本体内的冷板。

相对于上述背景技术，本发明针对边缘计算的服务器需要满足高温散热和低温加热启动的运行条件，在服务器内设置加热片引起的安装维护不便和成本高的问题，设计了一种液冷换热系统，该液冷换热系统采用换热器、循环管路、散热器和循环泵对服务器进行冷却，换热器安装在服务器内，散热器装设在服务器外，对冷却服务器升温后的冷却液进行加热。为实现服务器低温启动，本申请在换热器入口之前设置加热器或者在循环管路的局部段并联设置加热支路，加热支路设置加热器，在低温环境下需要启动服务器时，只需将加热器投运加热冷却液，利用升温后的冷却液对服务器进行加热，以便服务器在低温环境启动。本申请只需对液冷换热系统位于服务器之外的部分改造，安装维护方便，无需在服务器内一一设置加热片，由加热器加热后的冷却液能够同时通入多组服务器的换热器内，显著降低了改造和维护成本。

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为本发明一种实施例所提供的液冷换热系统的示意图；

图2为本发明另一种实施例所提供的液冷换热系统的示意图。

其中：

1-换热器、2-循环管路、3-散热器、4-散热风机、5-储液机构、6-循环泵、7-加热器、8-加热支路、9-第一三通阀、10-第二支路、11-第二三通阀、12-第三支路、13-第三三通阀、14-第一温度传感器、15-第二温度传感器、16-第三温度传感器、21-回液管、22-出液管。

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。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，在本发明所提供的一种实施例中，液冷换热系统包括换热器1、循环管路2、循环泵6、散热器3、加热支路8和加热器7，换热器1用来装设在服务器内，对CPU等高热流密度的发热器件进行降温，循环管路2的一端连接换热器1的入口，另一端连接换热器1的出口。循环管路2内设有冷却液，循环管路2连接有驱动冷却液沿循环管路2和换热器1循环流动的循环泵6。此外，循环管路2串接有散热器3，从换热器1出口流出的冷却液经散热器3与外界换热降温后进入下一轮的循环。考虑到服务器存在低温启动困难的问题，本申请特别在循环管路2上并联设置加热支路8，加热支路8可参考图1所示与散热器3所在的循环管路2局部段并联，加热器7串接在加热支路8上。

加热支路8和散热器3所在的循环管路2局部段通过第一三通阀9连接，第一三通阀9设置在加热支路8远离换热器1入口或者说靠近换热器1出口的一端。当服务器需要低温启动时，第一三通阀9切换导通加热支路8，将散热器3从循环管路2中断开，冷却液流经加热支路8加热升温后再次循环进入换热器1，对服务器的CPU等部件进行加热，确保低温环境能够顺利启动。当服务器处于运行状态，CPU等部件发热较高，此时切换第一三通阀9，将加热支路8从循环管路2上断开，散热器3连通循环管路2，换热器1对服务器进行冷却升温后的冷却液流向散热器3，散热器3与外界换热对冷却液降温后，冷却液再次进入换热器1进行下一轮的循环。

能够理解的是，散热器3可以采用风冷散热器3，同时在风冷散热器3一侧设置散热风机4，加速风冷散热器3与外界的对流换热；散热器3还可以采用液冷换热器，液冷换热器的一次侧与循环管路2连通，循环管路2内的冷却液为第一冷却介质，液冷换热器的二次侧与外部管路连通，外部管路内可通入冷却水对第一冷却介质也即冷却液进行换热冷却。

此外，加热器7还可直接设置在换热器1入口处的循环管路2上，无需设置加热支路8，需要对冷却液进行加热时才启动加热器7。无需加热时冷却液只流经加热器7而不进行加热，但是存在的弊端在于冷却液无需加热时同样流经加热器7会徒增冷却液的流阻，增大循环泵6的功耗，因此优选方案为设置加热支路8，在加热支路8安装加热器7。

请参考图2，在本发明所提供的另一种实施例中，液冷换热系统还包括储液机构5，加热器7优选采用TEC制冷器。循环管路2包括连接在换热器1的出口和储液机构5之间的回液管21，以及连接在换热器1的入口和储液机构5之间的出液管22，散热器3连接在回液管21上，循环泵6连接在出液管22上，加热支路8通过第一三通阀9并联在循环泵6出口之后的出液管22上，储液机构5能够对冷却液进行缓存，便于根据服务器的冷却需求调节循环泵6的功率及冷却液的循环速度，同时便于冷却液在储液机构5进行进一步的自然冷却；而加热器7和加热支路8设置在换热器1的入口处则能够有效降低加热升温后的冷却液在服务器外的热量损失。

加热器7采用TEC制冷器时，TEC制冷器的热端连接在加热支路8上。TEC制冷器(Thermo Electric Cooler)是利用半导体材料的珀尔帖效应制成的。所谓珀尔帖效应，是指当直流电流通过两种半导体材料组成的电偶时，其一端吸热，一端放热的现象，吸热的一端称为冷端，放热的一端称为热端。

在上述实施例中，为了降低服务器需要加热时的加热功耗，本申请还在散热器3处与回液管21/循环管路2并联连接第二支路10，第二支路10靠近换热器1的一端通过第二三通阀11与循环管路2连通。当服务器低温启动时，切换第一三通阀9仅导通加热支路8，并切换第二三通阀11仅导通第二支路10，避免散热器3对换热器1出口的冷却液进行散热降温，提高对服务器的加热效率。

进一步地，TEC制冷器的冷端连接回液管21，当服务器高功率运行，仅依靠散热器3对冷却液降温难以满足散热需求时，可启动TEC制冷器，令TEC制冷器的冷端同时对冷却液进行降温，此时加热支路8关闭，TEC制冷器的热端对环境放热。回液管21还可根据需要设置与TEC制冷器冷端并联的第三支路12，第三支路12通过第三三通阀13连接回液管21。当服务器需要加热时，不仅可以切换第二三通阀11借助第二支路10将散热器3相对回液管21隔离，还可以切换第三三通阀13借助第三支路12将TEC制冷器的冷端相对回液管21隔离，使TEC的冷端从环境吸热，提高服务器加热效率。

TEC制冷器制冷/制热的原理实质上是通过施加预设方向的电流/电压，将冷端的热量转移至热端，在服务器需要加热和降温过程中，TEC制冷器都可以投入运行，只需调节第一三通阀9和第三三通阀13，将其中一端接入循环管路2，另一端与环境换热即可。

为优化上述实施例，本申请所提供的液冷换热系统还包括温度检测机构和控制机构，温度检测机构具体包括用来检测加热支路8冷却液温度的第一温度传感器14、用来检测散热器3出口处冷却液温度的第二温度传感器15和设置在服务器的换热器1处、用来检测换热器1出口冷却液温度的第三温度传感器16。控制机构则连接第一温度传感器14、第二温度传感器15、第三温度传感器16、第一三通阀9、第二三通阀11、第三三通阀13和TEC制冷器。

当控制机构根据检测温度和设定温度对比，判定服务器处于需要加热启动状态时，如第三温度传感器16检测温度值低于服务器CPU的启动温度，控制机构控制第一三通阀9切换导通加热支路8，第二三通阀11切换导通第二支路10、第三三通阀13切换导通第三支路12，同时控制TEC制冷器启动，以便TEC制冷器的热端对冷却液进行加热。

当控制机构获知第三温度传感器16检测的温度高于第一设定温度时，控制机构控制第一三通阀9切换断开加热支路8，第二三通阀11切换断开第二支路10并将散热器3接入冷却液循环过程，第三三通阀13切换导通第三支路12，仅借助散热器3对冷却液进行降温。

当控制机构获知第三温度传感器16检测的温度高于第二设定温度且第二温度传感器15检测的经散热器3冷却后的冷却液温度高于第三设定温度时，控制机构控制第一三通阀9切换断开加热支路8，第二三通阀11切换断开第二支路10并将散热器3接入冷却液循环路径，同时控制机构控制TEC制冷器启动，第三三通阀13断开第三支路12，将TEC制冷器的冷端接入冷却液的循环路径，同时利用TEC的冷端和散热器3对冷却液进行散热，改善服务器的散热性能。当第二温度传感器15检测的冷却液温度较低时，控制机构还用于关闭TEC制冷器、调小散热风机4的功率乃至关闭散热风机4，或者调节循环泵6降频运行。能够理解的是，第二设定温度高于第一设定温度。

本发明还提供一种服务器，包括服务器本体和如上实施例记载的液冷换热系统，换热器1具体采用冷板，多组冷板并联连接在循环管路2之中，且多组冷板分设在多台服务器本体内。冷板可以用于对服务器本体进行换热降温或者进行加热，避免在服务器本体内一一对应增设加热片，避免占用过多的服务器本体的内部空间，同时降低了服务器成本。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明所提供的服务器及其液冷换热系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种液冷换热系统，其特征在于，包括用以与服务器换热的换热器、连接于所述换热器的入口和出口之间的循环管路、以及连接于所述循环管路、用以驱动冷却液循环的循环泵，所述循环管路设有对冷却液降温的散热器；所述循环管路设有与所述散热器并联的第二支路；所述循环管路并联连接加热支路，所述加热支路设有用以加热冷却液的加热器；所述换热器的入口与所述循环泵的出口之间的所述循环管路设有第一三通阀，所述加热支路远离所述换热器的入口的一端连接所述第一三通阀；所述换热器的出口与所述散热器的入口之间的所述循环管路设有第二三通阀，所述第二支路靠近所述换热器的出口的一端连接所述第二三通阀；

当服务器处于运行状态时，服务器的部件发热，切换所述第一三通阀以将所述加热支路从所述循环管路断开，所述散热器连通所述循环管路，所述换热器对服务器进行冷却升温后的冷却液流向所述散热器，所述散热器与外界换热对冷却液降温后，冷却液再次进入所述散热器进行下一轮的循环；

当服务器低温启动时，切换所述第一三通阀仅导通所述加热支路，并切换所述第二三通阀仅导通所述第二支路以将所述散热器从所述循环管路断开，冷却液流经所述加热支路加热升温后再次循环进入所述换热器，对服务器的部件进行加热。

2.根据权利要求1所述的液冷换热系统，其特征在于，所述加热器为TEC制冷器，所述TEC制冷器的热端串联于所述加热支路。

3.根据权利要求1所述的液冷换热器，其特征在于，所述加热支路设有第一温度传感器，所述散热器处设有第二温度传感器、所述换热器处设有第三温度传感器。

4.根据权利要求2所述的液冷换热系统，其特征在于，所述TEC制冷器的冷端串联于所述换热器与所述散热器之间的所述循环管路。

5.根据权利要求4所述的液冷换热系统，其特征在于，还包括与所述TEC冷端连接所述的循环管路并联设置的第三支路，所述第三支路靠近所述换热器的一端和所述循环管路通过第三三通阀连接。

6.根据权利要求1所述的液冷换热系统，其特征在于，还包括储液机构，所述循环管路包括连接于所述换热器的出口和所述储液机构之间的回液管、以及连接于所述换热器的入口与所述储液机构之间的出液管。

7.一种服务器，其特征在于，包括服务器本体和如权利要求1-6任一项所述的液冷换热系统，所述换热器为设于所述服务器本体内的冷板。