CN114501945A - 一种服务器用喷雾液冷相变模组、控制方法及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种服务器用喷雾液冷相变模组、控制方法及其制造方法，包括相变传热模块和喷雾冷却模块，所述相变传热模块包括蒸发端、绝热端及冷凝端，所述冷凝端与喷雾冷却模块固定。本发明采用阵列式喷雾的布局，一方面增大了喷雾面积，使得作用在换热面上的冷量更均匀，从而降低了服务器芯片内部因热量传递不均匀而产生局部热点的温度；另一方面在保证喷雾效率前提下，降低喷雾高度，减小喷雾冷却模块的体积。

Description

一种服务器用喷雾液冷相变模组、控制方法及其制造方法

技术领域

本发明涉及数据中心高热流密度服务器散热技术领域，具体涉及一种服务器用喷雾液冷相变模组、控制方法及其制造方法。

背景技术

随着云计算、智能制造、大数据技术的应用，数据中心已成为推动社会进步的重要基础设施。数据中心机房的高密度服务器设备不断增加，高密度服务器设备部署是数据中心建设发展的必然趋势，而高热流密度服务器的散热问题成为制约服务器性能提升的关键。

液冷散热方式逐渐成为服务器的主流散热手段。现有服务器中的液冷散热方式一般采用的是外置或内置热管微通道水冷模组，存在液体冷却介质需求量大以及散热不均匀的缺点，且散热能力仍然无法跟上服务器高热流密度芯片持续增长的散热需求。

喷雾冷却技术是一种新型相变冷却技术，具有较小的工质需求量以及与发热固体表面之间没有接触热阻等优点。将其与高效导热和优异均温性的相变元件相结合，能在保证喷雾冷却的高效散热性能的同时，还能将发热芯片的热量均匀传递，解决芯片因温度不均匀而产生的局部热点问题，延长服务器芯片的使用寿命，可在一定程度上解决高热流密度服务器散热难题，因此，提出了一种服务器用喷雾液冷相变模组。

发明内容

为了解决高热流密度服务器散热的难题，本发明的目的是提出一种服务器用喷雾液冷相变模组、控制方法及其制造方法。

本发明采用如下技术方案实现：

一种服务器用喷雾液冷相变模组，包括相变传热模块和喷雾冷却模块；

所述相变传热模块固定在发热芯片上，包括蒸发端、绝热端及冷凝端，将发热芯片产生的热量经蒸发端、绝热端传递至冷凝端，并释放热量；

所述喷雾冷却模块，利用高压液体冷却介质或利用高压不凝性气体介质辅助液体冷却介质产生喷雾带走冷凝端释放热量，实现发热芯片散热。

进一步，所述喷雾冷却模块安装在相变传热模块上方，包括依次叠加设置的储气板、进气板、喷雾板、喷雾液冷板以及设置在储气板上的进气管道、设置在喷雾板上的进液管道以及设置在喷雾液冷板上的流体出口管道；

所述储气板上设有气体腔以及进气流道；所述进气流道分别与进气管道、气体腔相连通，所述气体腔用于容纳不凝性气体介质；

所述进气板上设有倒锥形的阵列进气孔；

所述喷雾板设有分流腔、平行翅片、阵列平行流道、阵列喷雾孔以及进液流道；所述进液流道分别与进液管道、分流腔相连通；所述分流腔与阵列平行流道无边界连通；

所述喷雾液冷板设有流体出口流道，上表面设有集流腔及喷雾腔，下表面与相变传热模块的冷凝端固定，所述流体出口流道分别与流体出口管道、集流腔相连通；所述集流腔与喷雾腔无边界相互连通。

进一步，所述阵列喷雾孔的截面积由上至下先减小后增大，呈圆形漏斗状。

进一步，所述阵列喷雾孔与阵列进气孔数量相等，且位置一一对应，喷雾孔初始端面的截面积小于阵列进气孔末端的截面积。

进一步，所述喷雾冷却模块安装在相变传热模块上方，包括入口管道、出口管道以及依次叠加设置的盖板、喷雾板、阵列压力雾化喷头及喷雾液冷板；

所述盖板设有冷却介质入口、锥形腔以及冷却介质出口，所述冷却介质入口与入口管道连通，所述冷却介质出口与出口管道连通；

所述喷雾板设置冷却介质出口及与阵列压力雾化喷头连接的阵列螺纹孔，所述阵列压力雾化喷头设置喷雾板与喷雾液冷板之间；

所述喷雾液冷板设有喷雾腔及集流腔，所述喷雾腔与集流腔无边界互通，所述喷雾腔的下方与冷凝端固定。

进一步，所述压力雾化喷头设有喷头壳体、喷头入口、静止分流叶片、导流叶片、旋流腔以及喷头出口，所述喷头壳体上设有壳体外螺纹；所述导流叶片上设有导流小孔；所述压力雾化喷头通过壳体外螺纹以螺纹连接方式安装在喷雾板的阵列螺纹孔中。

进一步，所述压力雾化喷头数量越多，喷头出口底端与喷雾腔底面距离越近。

进一步，所述相变传热模块为热管或吹胀型均热板。

一种服务器用喷雾液冷相变模组的控制方法，包括：

CPU或其他发热芯片所产生的热量经相变传热模块的蒸发端传递至冷凝端并释放大量热量；

高压不凝性气体介质连续不断从进气管道进入截面积自上而下逐渐减小的倒锥形的阵列进气孔，气体的速度逐渐加快，气体压强逐渐减小，在阵列进气孔的末端形成低压区；

液体冷却介质通过进液管道被吸入阵列平行流道中，与高压气体进行混合后进入截面积自上而下先减小后增大的圆形漏斗状的阵列喷雾孔，在截面积最小处，气体速度达到最大，压强最小，液体冷却介质进一步被吸入阵列喷雾孔中，在高压的作用下，破碎成细小的液滴群后从阵列喷雾孔的末端喷出，遇到喷雾腔内静止或低速的气流，在液体表面张力、粘性、空气阻力的相互作用下，逐渐由滴落、平滑流、波状流转变为雾状微细群并冲击至喷雾腔的底面，依靠喷雾冲击、液滴相变带走经由相变传热元件传递的热量，进行换热后的流体介质在集流腔内聚集后经出口管道排出。

一种服务器用喷雾液冷相变模组的控制方法，包括：

服务器运行过程中，CPU或其他发热芯片所产生的热量经相变传热模块的蒸发端传递至冷凝端并释放大量热量；

与此同时，高压液体冷却介质由入口管道进入锥形腔体，在液体自身压力的作用下，以很高的速度压入压力雾化喷头，经由静止分流叶片分流成多股液体流束，撞击在导流叶片上，反弹后形成细小液珠并经由导流小孔流入旋流腔产生液体旋流，最后通过压力雾化喷头出口喷射出细小液珠群，细小液滴群遇到喷雾腔内静止或低速的气流，在液体表面张力、粘性、空气阻力的相互作用下，逐渐由滴落、平滑流、波状流转变为雾状微细群并冲击至喷雾腔的底面，依靠喷雾冲击、液滴相变带走喷雾腔的底面的热量，进行换热后的流体介质在集流腔内聚集后经出口管道排出。

一种服务器用喷雾液冷相变模组的制作方法，包括：

通过冲压成型或铣削加工出带阵列热管槽的固定基板；

采用钎焊焊接方法将热管的蒸发端焊接在固定基板的阵列热管圆槽中，形成相变传热模块；

依次加工储气板、进气板、喷雾板及喷雾液冷板，所述喷雾液冷板的下表面设置阵列热管圆槽，并采用钎焊焊接方法将其焊接成一体；

采用钎焊焊接方法将热管的冷凝端焊接在喷雾液冷板的阵列热管圆孔中。

一种服务器用喷雾液冷相变模组的制作方法，包括：

通过冲压成型或铣削加工出带阵列热管槽的固定基板；

采用钎焊焊接方法将热管的蒸发端焊接在固定基板的阵列热管圆槽中，形成相变传热模块；

通过冲压成型或铣削制造带冷却介质入口、锥形腔以及冷却介质出口的盖板；

通过铣削、钻削及丝锥加工出带阵列螺纹孔、冷却介质出口的喷雾板；

通过铣削加工出带喷雾腔、集流腔以及阵列热管圆孔的喷雾液冷板；

通过螺纹连接方式将压力雾化喷头安装在喷雾板的阵列螺纹孔中；

采用钎焊焊接方法将盖板以及带有阵列压力雾化喷头的喷雾板焊接成一体；

采用螺栓或螺钉将盖板、喷雾板以及设置好密封垫片的喷雾液冷板锁紧密封成一体，喷雾冷却模块形成；

采用钎焊焊接方法将热管的冷凝端焊接在喷雾液冷板的阵列热管圆孔中。

本发明的有益效果：

(1)本发明采用阵列喷雾孔或压力雾化喷头的布局，一方面，增大了喷雾面积，使得作用在换热面上的冷量更均匀，从而降低了芯片内部因热量传递不均匀而产生局部热点的温度；另一方面在保证喷雾效率前提下，降低喷雾高度，减小喷雾冷却模块体积，以适应服务器狭小空间下CPU或其他高热流密度芯片的散热需求。

(2)本发明采用高压不凝性气体辅助液体冷却介质实现雾化，产生的喷雾冲击加剧，冷却效果更好；

(3)本发明采用可拆卸的压力雾化喷头，一方面便于定期检查、维护、更换压力雾化喷头，延长喷雾相变液冷热管的使用寿命；另一方面，可选择不同孔径的阵列压力雾化喷头进行安装替换，提升喷雾相变液冷热管对不同高热流密度服务器的适用性。

(4)本发明采用优异性能的相变传热元件，发热芯片的热量可快速均匀的传递至喷雾冷却模块进行冷却，进一步降低了芯片的局部热点温度。

附图说明

图1是本发明的一种服务器用喷雾液冷相变模组的结构示意图；

图2是本发明的相变传热模块的结构爆炸图；

图3是本发明实施例1的喷雾冷却模块的结构爆炸图；

图4是本发明实施例1的喷雾冷却模块的剖面结构示意图；

图5是本发明实施例2的相变传热模块的结构示意图；

图6是本发明实施例2的相变传热元件与喷雾冷却模块的装配示意图；

图7是本发明实施例3的喷雾冷却模块的结构爆炸图；

图8是本发明实施例3的喷雾冷却模块的剖面结构示意图；

图9是本发明实施例3的压力雾化喷头的剖面结构示意图；

图10是本发明实施例3的压力雾化喷头的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1所示，一种服务器用喷雾液冷相变模组，设置在服务器CPU芯片或其他高热流密度芯片上，可根据冷却需求进行调整，竖直或倾斜安装均可，包括相变传热模块1和喷雾冷却模块2。

进一步，相变传热模块包括吹胀型均热板或热管或其它相变传热元件。

如图2所示，所述相变传热模块1包括热管11及固定基板12，所述热管11及固定基板12数量为多个，分为至少一组，所述热管11与固定基板12相连，并通过固定基板12安装在CPU芯片或其他发热芯片上，所有芯片接触面皆均匀涂有导热硅脂。

所述热管11包括蒸发端111、绝热端112及冷凝端113；所述固定基板12上设有阵列热管槽121，用来容纳热管蒸发端111。

如图3和图4所示，所述喷雾冷却模块2包括依次叠加放置的储气板22、进气板23、喷雾板25、喷雾液冷板26以及设置在储气板22上的进气管道21，设置在喷雾板25上的进液管道24以及设置在喷雾液冷板26上的流体出口管道27；

所述进气管道21、进液管道24及流体出口管道27，可根据安装需求设置在喷雾冷却模块2的同侧或不同侧，可相互平行，也可相互垂直；

所述储气板22上设有气体腔221以及进气流道222；所述进气流道222分别与进气管道21、气体腔221相连通；所述气体腔221用以容纳空气、氮气等高压不凝性气体介质；

所述进气板23上设有阵列进气孔231，其截面积自上往下逐渐减小，呈一个倒锥形；所述阵列进气孔231是高压不凝性气体介质进入下一层喷雾板25阵列平行流道253的通道；

所述喷雾板25上设有分流腔251、平行翅片252、阵列平行流道253、阵列喷雾孔254以及进液流道255；所述进液流道255分别与进液管道24、分流腔251相连通；所述分流腔251与阵列平行通道253无边界连通，是用来提供液体冷却介质暂存与分配的场所；所述阵列平行通道253、阵列喷雾孔254为气液冷却介质混合提供空间；所述阵列喷雾孔254呈圆形漏斗状，即阵列喷雾孔154的截面积自上而下先减小后增大；所述阵列喷雾孔254与阵列进气孔231数量相等，且位置一一对应，阵列喷雾孔254初始端面的截面积小于阵列进气孔231末端的截面积；

所述进气板23、喷雾板25为喷雾冷却的提前雾化提供条件。高压不凝性气体介质从阵列进气孔231进入后，随着阵列进气孔231截面积的减小，气体速度增加，根据伯努利方程，气体压强逐渐减小，在阵列进气孔231的末端形成低压区。此时，液体冷却介质通过进液管道24被吸入阵列平行流道253中与高压气体进行混合后进入阵列喷雾孔254中，由于圆形漏斗状阵列喷雾孔254的截面积先减小后增大，且初始端面截面积比阵列进气孔231末端截面积小，进入阵列喷雾孔254后的气体的流速继续增加，在阵列喷雾孔254的截面积最小处，气体速度达到最大，压强最小，在阵列喷雾孔254中形成低压区，此时，液体冷却介质以极快的速度被吸入阵列喷雾孔254中；随后阵列喷雾孔254的截面积逐渐增大，气体流速逐渐减小，压强逐渐增大，在高压的作用下，液体冷却介质破碎成细小的液滴群并快速从阵列喷雾孔254的末端喷出；

所述喷雾液冷板26侧面设有流体出口流道264，上表面设有集流腔261、喷雾腔262，下表面设有阵列热管圆孔263；所述流体出口流道264分别与流体出口管道27、集流腔261相连通；所述集流腔261与喷雾腔262无边界相互连通；所述喷雾液冷板26的喷雾腔261、集流腔262内可设置阵列微通道或阵列微扰流柱等三维复杂表面结构，以增大散热面积及增大液体湍流程度，从而强化散热效果；所述喷雾腔262为细小液滴群雾化提供必要空间，由阵列喷雾孔254

出口喷射出来的细小液珠群，遇到喷雾腔262内静止或低速的气流，在液体表面张力、粘性、空气阻力的相互作用下，逐渐由滴落、平滑流、波状流转变为雾状微细群并冲击至喷雾腔262的内表面，也就是流体与固体的换热面，依靠喷雾冲击、液滴相变带走发热面的热量，进行换热后的流体介质在集流腔261内聚集后经流体出口流道264和出口管道27排出；所述阵列热管圆孔263用来容纳热管的蒸发端；

所述液体冷却介质为去离子水或低沸点液体工质(无水乙醇、液氨、氟化液等)

本发明的工作过程为：

服务器运行过程中，CPU或其他发热芯片所产生的热量传递至与之接触的热管11的蒸发端111，在热管11内部工质的相变作用下，热量经绝热端112快速传递至冷凝端113释放大量热量。与此同时，高压不凝性气体介质连续不断从进气管道21、进气流道222进入储气腔221以及截面积逐渐减小的阵列进气孔231，气体的速度逐渐加快，根据伯努利方程，气体压强逐渐减小，在阵列进气孔231的末端形成低压区，此时，液体冷却介质通过进液管道24被吸入阵列平行流道253中与高压气体进行混合后进入阵列喷雾孔254中，由于圆形漏斗状阵列喷雾孔254的截面积先减小后增大，且初始端面截面积比阵列进气孔231末端截面积小，进入阵列喷雾孔254后的气体的流速继续增加，在阵列喷雾孔254的截面积最小处，气体速度达到最大，压强最小，在阵列喷雾孔254中形成低压区，此时，液体冷却介质以极快的速度被吸入阵列喷雾孔254中；随后阵列喷雾孔254的截面积逐渐增大，气体流速逐渐减小，压强逐渐增大，在高压的作用下，液体冷却介质破碎成细小的液滴群并快速从阵列喷雾孔254的末端喷出，遇到喷雾腔262内静止或低速的气流，在液体表面张力、粘性、空气阻力的相互作用下，逐渐由滴落、平滑流、波状流转变为雾状微细群并冲击至喷雾腔262的内表面，也就是流体与固体的换热面，依靠喷雾冲击、液滴相变带走发热面的热量，进行换热后的流体介质在集流腔261内聚集后经流体出口流道264和出口管道27排出，此时，由相变传热模块1传递的热量由喷雾冷却模块2带走，喷雾液冷相变模组完成服务器内发热芯片的一个散热过程，依此循环。

本实施例1的制作方法，以相变传热模块为热管进行制作，具体包括以下步骤：

通过冲压成型或铣削加工出带阵列热管槽121的固定基板12；

采用钎焊焊接方法将热管11的蒸发端111焊接在固定基板12的阵列热管圆槽121中，此时，相变传热模块1形成；

通过冲压成型、铣削以及钻削制造出带气体腔221以及进气流道222的储气板22；

通过铣削、钻削加工出带有阵列进气孔231的进气板23；

通过铣削、钻削加工出带有分流腔251、平行翅片252、阵列平行流道253、阵列喷雾孔254以及进液流道255的喷雾板25；

通过钻削、铣削及冲压成型制造出侧面带有流体出口流道264、上表面带有集流腔261、喷雾腔262，下表面设置有阵列热管圆槽263的喷雾液冷板26；

采用钎焊焊接方法将储气板22、进气板23、喷雾板25、喷雾液冷板26焊接成一体，此时，喷雾冷却模块2形成；

采用钎焊焊接方法将热管11的冷凝端113焊接在喷雾液冷板26的阵列热管圆孔263中，此时，一种服务器用喷雾液冷相变模组形成。

实施例2

如图1所示，一种服务器用喷雾液冷相变模组，包括相变传热模块1和喷雾冷却模块2，本实施例与实施例1不同之处在于，所述相变传热模块1为吹胀型均热板13。

如图5和图6所示，所述吹胀型均热板13包括蒸发端131、绝热端132及冷凝端133；所述蒸发端131上表面为凸面，下表面为平面，蒸发端的平面与芯片紧密贴合，贴合面均匀涂有硅脂；所述冷凝端133的上、下表面均为平面，其中一面与喷雾液冷模组2的喷雾液冷板26底端接触。

本实施例的制造方法与实施例1不同之处在于，相变传热模块1与喷雾冷却模块2的结合方式，即采用钎焊焊接方法或者螺栓固定的方法将吹胀型均热板13与喷雾冷却模块2结合，当采用螺栓固定时，吹胀型均热板13与喷雾冷却模块2的接触面均匀涂有导热硅脂，此时，一种服务器用喷雾液冷相变模组形成。

本实施例的工作过程与实施例1不同之处在于，相变传热模块1的热量传递，即服务器运行过程中，CPU或其他发热芯片所产生的热量传递至与之接触的吹胀型均热板13的蒸发端131，在吹胀型均热板13内部工质的相变作用下，热量经绝热端132快速传递至冷凝端133释放大量热量。

实施例3

如图1所示，一种服务器用喷雾液冷相变模组，包括相变传热模块1和喷雾冷却模块2，本实施例与实施例1不同之处在于，所述喷雾冷却模块2为另一种形式，包括入口管道2-1、出口管道2-6以及依次叠加放置的盖板2-2、喷雾板2-3、阵列压力雾化喷头2-4、喷雾液冷板2-5；

所述入口管道2-1和出口管道2-6根据需要可设置在喷雾冷却模块2的同侧或不同侧；

如图7和图8所示，所述盖板2-2设有冷却介质入口2-21、锥形腔2-22以及冷却介质出口2-23，所述冷却介质入口2-21与入口管道2-1连通，所述冷却介质出口2-23与出口管道2-6连通；

所述喷雾板2-3设有阵列螺纹孔2-31及冷却介质出口2-32；

所述压力雾化喷头2-4设有喷头壳体2-41、喷头入口2-42、静止分流叶片2-43、导流叶片2-44和2-45、旋流腔2-46、喷头出口2-47；所述喷头壳体2-41设有壳体外螺纹2-411；所述导流叶片2-44和2-45分别设有导流小孔2-451和2-441；所述压力雾化喷头2-4通过壳体外螺纹2-411以螺纹连接方式安装在喷雾板2-3的螺纹孔阵列2-31中，可拆卸；

所述压力雾化喷头2-4为液体冷却介质破碎成细小液滴群提供场所；高压液体冷却介质由入口管道2-1和冷却介质入口2-21进入锥形腔体2-22，在液体自身压力的作用下，以很高的速度压入压力雾化喷头2-4，高速流动的液体冷却介质从喷头入口2-42进入后经由静止分流叶片2-43分流成多股液体流束，撞击在导流叶片2-44、2-45上，反弹后形成细小液珠并经由导流小孔2-441、2-451流入旋流腔2-46产生液体旋流，最后通过喷头出口2-47喷射出来，此阶段为液体冷却工质雾化的第一阶段，也就是喷雾冷却特有的提前雾化的过程；

所述喷雾液冷板2-5设有喷雾腔2-51、集流腔2-52以及阵列热管圆孔2-53；所述喷雾腔2-51与集流腔2-52无边界互通，用以收纳换热后的气液两相工质；所述喷雾腔2-51为细小液滴实现雾化提供空间；由压力雾化喷头出口阵列247喷射出来的细小液珠群，遇到喷雾腔2-51内静止或低速的气流，在液体表面张力、粘性、空气阻力的相互作用下，逐渐由滴落、平滑流、波状流转变为雾状微细群并冲击至喷雾腔2-51的底面，依靠喷雾冲击、液滴相变带走喷雾腔2-51的底面的热量，进行换热后的液体冷却介质在集流腔2-52内聚集后经流体出口2-35、2-23和出口管道26排出；所述阵列热管圆孔2-53设置在喷雾腔体2-51的下方，为贯穿通孔，用来容纳热管11的冷凝端113；

所述喷雾板2-3和喷雾液冷板2-5采用密封垫片或密封圈密封成一体，目的是为了在保证液体冷却介质不泄露的情况下，便于拆卸检修压力雾化喷头2-4，所述密封垫片或密封圈的材料为硅胶、氟胶、四氟、石墨，根据液体工质是否带有腐蚀性进行选择；

如图9和图10所示，所述压力雾化喷头2-4数量越多，喷头出口2-47底端与喷雾腔2-51底面距离越近，也就是有效喷雾的高度越小；

所述压力雾化喷头2-4的材料为塑料、不锈钢或其他耐腐蚀材料；

本实施例的制造方法与实施例1不同之处在于，喷雾冷却模块2的加工方式，即：

通过冲压成型或铣削制造带冷却介质入口2-21、锥形腔2-22以及冷却介质出口2-23的盖板2-2；

通过铣削、钻削及丝锥加工出带阵列螺纹孔2-31、冷却介质出口2-32的喷雾板2-3；

通过铣削加工出带喷雾腔2-51、集流腔2-52以及阵列热管圆孔2-53的喷雾液冷板2-5；

通过螺纹连接方式将压力雾化喷头2-4安装在喷雾板2-3的阵列螺纹孔2-31中；

采用钎焊焊接方法将盖板2-2以及带有阵列压力雾化喷头2-4的喷雾板2-3焊接成一体；

采用螺栓或螺钉将盖板2-2、喷雾板2-3以及设置好密封垫片的喷雾液冷板2-5锁紧密封成一体，此时，喷雾冷却模块2形成；

采用钎焊焊接方法将热管11的冷凝端113焊接在喷雾液冷板2-5的阵列热管圆孔2-53中，此时，一种服务器用喷雾液冷相变模组形成。

本实施例的工作过程与实施例1不同之处在于喷雾冷却模块2带走经由热管传递的热量的方式，即：

服务器运行过程中，CPU或其他发热芯片所产生的热量经由热管传递至喷雾液冷板2-5，此时，高压液体冷却介质由入口管道2-1和冷却介质入口2-21进入锥形腔体2-22，在液体自身压力的作用下，以很高的速度压入压力雾化喷头2-4，高速流动的液体冷却介质从喷头入口2-42进入后经由静止分流叶片2-43分流成多股液体流束，撞击在导流叶片2-44、2-45上，反弹后形成细小液珠并经由导流小孔2-441、2-451流入旋流腔2-46产生液体旋流，最后通过压力雾化喷头出口2-47喷射出细小液珠群，细小液滴群遇到喷雾腔2-51内静止或低速的气流，在液体表面张力、粘性、空气阻力的相互作用下，逐渐由滴落、平滑流、波状流转变为雾状微细群并冲击至喷雾腔2-51的底面，依靠喷雾冲击、液滴相变带走喷雾腔2-51的底面的热量，进行换热后的液体冷却介质在集流腔2-52内聚集后依次经过冷却介质出口2-32、2-23后由出口管道26排出。此时，由相变传热模块1传递的热量由喷雾冷却模块2带走，喷雾液冷相变模组完成服务器内发热芯片的一个散热过程，依此循环。

本发明包括相变传热模块和喷雾冷却模块；所述相变传热模块包括热管、吹胀型均热板或其他相变传热元件，喷雾冷却模块包括两种不同结构。本发明采用阵列式喷雾的布局，一方面增大了喷雾面积，使得作用在换热面上的冷量更均匀，从而降低了服务器芯片内部因热量传递不均匀而产生局部热点的温度；另一方面在保证喷雾效率前提下，降低喷雾高度，减小喷雾冷却模块的体积；本发明采用优异性能的相变传热元件，发热芯片的热量可快速均匀的传递至喷雾冷却模块进行冷却，进一步降低了芯片的局部热点温度。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种服务器用喷雾液冷相变模组，其特征在于，包括相变传热模块和喷雾冷却模块；

所述相变传热模块固定在发热芯片上，包括蒸发端、绝热端及冷凝端，将发热芯片产生的热量经蒸发端、绝热端传递至冷凝端，并释放热量；

所述喷雾冷却模块，利用高压液体冷却介质或利用高压不凝性气体介质辅助液体冷却介质产生喷雾带走冷凝端释放热量，实现发热芯片散热。

2.根据权利要求1所述的服务器用喷雾液冷相变模组，其特征在于，所述喷雾冷却模块安装在相变传热模块上方，包括依次叠加设置的储气板、进气板、喷雾板、喷雾液冷板以及设置在储气板上的进气管道、设置在喷雾板上的进液管道以及设置在喷雾液冷板上的流体出口管道；

所述储气板上设有气体腔以及进气流道；所述进气流道分别与进气管道、气体腔相连通，所述气体腔用于容纳不凝性气体介质；

所述进气板上设有倒锥形的阵列进气孔；

所述喷雾板设有分流腔、平行翅片、阵列平行流道、阵列喷雾孔以及进液流道；所述进液流道分别与进液管道、分流腔相连通；所述分流腔与阵列平行流道无边界连通；

所述喷雾液冷板设有流体出口流道，上表面设有集流腔及喷雾腔，下表面与相变传热模块的冷凝端固定，所述流体出口流道分别与流体出口管道、集流腔相连通；所述集流腔与喷雾腔无边界相互连通。

3.根据权利要求2所述的服务器用喷雾液冷相变模组，其特征在于，所述阵列喷雾孔的截面积由上至下先减小后增大，呈圆形漏斗状。

4.根据权利要求2所述的服务器用喷雾液冷相变模组，其特征在于，所述阵列喷雾孔与阵列进气孔数量相等，且位置一一对应，喷雾孔初始端面的截面积小于阵列进气孔末端的截面积。

5.根据权利要求1所述的服务器用喷雾液冷相变模组，其特征在于，所述喷雾冷却模块安装在相变传热模块上方，包括入口管道、出口管道以及依次叠加设置的盖板、喷雾板、阵列压力雾化喷头及喷雾液冷板；

所述盖板设有冷却介质入口、锥形腔以及冷却介质出口，所述冷却介质入口与入口管道连通，所述冷却介质出口与出口管道连通；

所述喷雾板设置冷却介质出口及与阵列压力雾化喷头连接的阵列螺纹孔，所述阵列压力雾化喷头设置喷雾板与喷雾液冷板之间；

所述喷雾液冷板设有喷雾腔及集流腔，所述喷雾腔与集流腔无边界互通，所述喷雾腔的下方与冷凝端固定。

6.根据权利要求5所述的服务器用喷雾液冷相变模组，其特征在于，压力雾化喷头设有喷头壳体、喷头入口、静止分流叶片、导流叶片、旋流腔以及喷头出口，所述喷头壳体上设有壳体外螺纹；所述导流叶片上设有导流小孔；所述压力雾化喷头通过壳体外螺纹以螺纹连接方式安装在喷雾板的阵列螺纹孔中。

7.根据权利要求6所述服务器用喷雾液冷相变模组，其特征在于，压力雾化喷头数量越多，喷头出口底端与喷雾腔底面距离越近。

8.根据权利要求1-7任一项所述的服务器用喷雾液冷相变模组，其特征在于，所述相变传热模块为热管或吹胀型均热板。

9.一种如权利要求2所述的服务器用喷雾液冷相变模组的控制方法，其特征在于，包括：

CPU或其他发热芯片所产生的热量经相变传热模块的蒸发端传递至冷凝端并释放大量热量；

高压不凝性气体介质连续不断从进气管道进入截面积自上而下逐渐减小的倒锥形的阵列进气孔，气体的速度逐渐加快，气体压强逐渐减小，在阵列进气孔的末端形成低压区；

液体冷却介质通过进液管道被吸入阵列平行流道中，与高压气体进行混合后进入截面积自上而下先减小后增大的圆形漏斗状的阵列喷雾孔，在截面积最小处，气体速度达到最大，压强最小，液体冷却介质进一步被吸入阵列喷雾孔中，在高压的作用下，破碎成细小的液滴群后从阵列喷雾孔的末端喷出，遇到喷雾腔内静止或低速的气流，在液体表面张力、粘性、空气阻力的相互作用下，逐渐由滴落、平滑流、波状流转变为雾状微细群并冲击至喷雾腔的底面，依靠喷雾冲击、液滴相变带走经由相变传热元件传递的热量，进行换热后的流体介质在集流腔内聚集后经出口管道排出。

10.一种如权利要求5所述的服务器用喷雾液冷相变模组的控制方法，其特征在于，包括：

服务器运行过程中，CPU或其他发热芯片所产生的热量经相变传热模块的蒸发端传递至冷凝端并释放大量热量；

与此同时，高压液体冷却介质由入口管道进入锥形腔体，在液体自身压力的作用下，以很高的速度压入压力雾化喷头，经由静止分流叶片分流成多股液体流束，撞击在导流叶片上，反弹后形成细小液珠并经由导流小孔流入旋流腔产生液体旋流，最后通过压力雾化喷头出口喷射出细小液珠群，细小液滴群遇到喷雾腔内静止或低速的气流，在液体表面张力、粘性、空气阻力的相互作用下，逐渐由滴落、平滑流、波状流转变为雾状微细群并冲击至喷雾腔的底面，依靠喷雾冲击、液滴相变带走喷雾腔的底面的热量，进行换热后的流体介质在集流腔内聚集后经出口管道排出。

11.一种根据权利要求1-4任一项所述的服务器用喷雾液冷相变模组的制作方法，其特征在于，包括：

通过冲压成型或铣削加工出带阵列热管槽的固定基板；

采用钎焊焊接方法将热管的蒸发端焊接在固定基板的阵列热管圆槽中，形成相变传热模块；

依次加工储气板、进气板、喷雾板及喷雾液冷板，所述喷雾液冷板的下表面设置阵列热管圆槽，并采用钎焊焊接方法将其焊接成一体；

采用钎焊焊接方法将热管的冷凝端焊接在喷雾液冷板的阵列热管圆孔中。

12.一种根据权利要求5-7任一项所述的服务器用喷雾液冷相变模组的制作方法，其特征在于，包括：

通过冲压成型或铣削加工出带阵列热管槽的固定基板；

采用钎焊焊接方法将热管的蒸发端焊接在固定基板的阵列热管圆槽中，形成相变传热模块；

通过冲压成型或铣削制造带冷却介质入口、锥形腔以及冷却介质出口的盖板；

通过铣削、钻削及丝锥加工出带阵列螺纹孔、冷却介质出口的喷雾板；

通过铣削加工出带喷雾腔、集流腔以及阵列热管圆孔的喷雾液冷板；

通过螺纹连接方式将压力雾化喷头安装在喷雾板的阵列螺纹孔中；

采用钎焊焊接方法将盖板以及带有阵列压力雾化喷头的喷雾板焊接成一体；

采用螺栓或螺钉将盖板、喷雾板以及设置好密封垫片的喷雾液冷板锁紧密封成一体，喷雾冷却模块形成；

采用钎焊焊接方法将热管的冷凝端焊接在喷雾液冷板的阵列热管圆孔中。

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