CN114816014A - 一种自适应多模式冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自适应多模式冷却系统，其包括冷却箱，冷却箱内成型有冷却腔，冷却腔的顶部设有能实现高度和角度调节的喷淋头；冷却腔内设有温度传感器和液位传感器；当冷却腔温度在第二阈值范围内且温度上升时，增大喷淋头喷液量并减小喷液口与水平面之间的夹角；当冷却腔温度在第三阈值范围内且温度上升时，喷淋头下降，且增大喷淋头喷液量并减小喷液口与水平面之间的夹角，同时提高冷却腔液位并使喷淋头位于液面下方；所述第一阈值温度＜所述第二阈值温度＜所述第三阈值温度。本发明自适应多模式冷却系统，能根据温度在纯喷淋、喷淋+半浸没、全浸没+扰流的多种冷却模式中自行切换，大大提高冷却液的有效利用率，降低功耗，提高冷却效率和冷却效果。

Description

一种自适应多模式冷却系统

技术领域

本发明涉及一种冷却系统，特别涉及一种自适应多模式冷却系统。

背景技术

随着移动数据、云计算和大数据业务的迅猛发展，服务器散热量越来越大，对数据中心散热的要求，也越来越高；近年来，出现了许多散热新技术，而采用电子冷媒技术的直接浸没式液冷服务器的产生，无疑是数据中心服务器散热的一大突破，其具有高可用性、高密度、超低PUE等优点。传统的液冷技术包含有浸没散热系统。

传统的主机冷却方案调节机制不灵活，有采用全浸没式的冷却系统，该冷却系统将发热主机完全浸没，所需冷却液体量大，易造成冷却液过剩，增加原料成本及运行成本；也有采用喷淋结构，当主机发热量过大时，喷淋无法实现快速及时的降温，影响主机或服务器的稳定运行。

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主机放热量进行喷淋、半浸没、全浸没膜式中自动切换及调节的自适应多模式冷却系统。

【100】解决问题的技术方案

一种自适应多模式冷却系统，其包括冷却箱1，所述冷却箱内成型有用于冷却主机8的冷却腔100，所述冷却腔100的顶部设有能实现高度和角度调节的喷淋头6；所述冷却腔100内设有温度传感器和液位传感器；

当冷却腔的温度在第一阈值范围内时，保持喷淋头喷液量及冷却腔液位，此时液位位于主机上表面下端；

当冷却腔温度在第二阈值范围内且温度上升时，增大喷淋头喷液量并减小喷液口与水平面之间的夹角；

当冷却腔温度在第三阈值范围内且温度上升时，喷淋头下降，且增大喷淋头喷液量并减小喷液口与水平面之间的夹角，同时提高冷却腔液位并使喷淋头位于液面下方；

所述第一阈值温度＜所述第二阈值温度＜所述第三阈值温度。

进一步的，所述第一阈值范围小于等于40度，所述第二阈值范围大于40度且小于等于50度，所述第三阈值范围大于60度。

进一步的，当温度位于第一阈值范围内时，冷却液浸没主机的1/3-1/2。

进一步的，当冷却腔温度上升时，所述喷淋头朝冷却腔的出液口方向转动，且冷却腔的进液口位于远离所述出液口一侧。

进一步的，所述冷却腔100的顶面设有升降板、及使用所述升降板有向上的运动趋势的第一弹性部件，所述升降板与所述冷却腔顶面之间设有与气源连接的第一气囊组71，所述喷淋头安装在所述升降板下表面。

进一步的，所述冷却腔100的下端设有用于放置主机8的支承台723，所述支承台723的上下端面贯穿有分流孔，所述冷却腔的进液孔位于支承台下端，所述支承台下端与所述冷却腔底面之间通过与气源连接的第二气囊组72连接。

进一步的，所述喷淋头包括水平设置的上底板及滑配在所述上底板下底面的下底板，所述上底板与所述下底板之间设有喷头本体，所述喷头本体包括铰接在所述上底板下端的第一球铰65及固定在所述第一球铰65下端的喷淋管652，所述上底板内成型有流道610，所述第一球铰65上开设有用于连通所述流道610与所述喷淋管652的连通孔；所述下底板上铰接有第二球铰651，所述第二球铰651上开设有导孔，所述喷淋管652穿过所述导孔并向下延伸至所述下底板外；所述上底板端部固定有安装架66，所述安装架上水平设置有第三气囊67，所述第三气囊的端部设有与所述下底板连接的推板631、及与所述流道连通的管体，所述第三气囊与冷却管路上的泵连接；且在所述下底板的端部设有使其有向所述第三气囊靠近的运动趋势的第二弹性部件；当所述第三气囊内的压力大于第二弹性部件的弹力时推动所述下底板滑动并使所述喷淋管的喷射角度产生偏转。

进一步的，所述安装架内设有安装腔660，所述下底板的端部向所述安装腔一侧延伸并形成连接部，所述连接部向上折弯90度并形成所述推板631，所述第三气囊37的一端固定在所述安装腔内壁、且在所述安装腔内壁开设有一连通所述第三气囊的进液口661，所述第三气囊的另一端贴合安装在所述推板侧壁，在所述第三气囊上水平设置有一出液管671，所述出液体管671穿过所述推板并滑配在开设于所述上底板侧壁的滑孔内，所述出液管与所述滑孔之间设有密封圈，所述滑孔连通所述流道610。

进一步的，当转动至最大角度时，所述喷淋头的出液角度与水平面之间的夹角大于等于8度且小于等于15度。

进一步的，所述冷却箱为一个或多个，所述冷却箱上开设有与冷却循环系统连通的进液口与出液口；

所述冷却循环系统包括储液箱21、喷淋进液管24、浸没进液管34、排液管41和出液管62；

所述储液箱21的第一出液口依次经主泵22、第一换热器23、第一调节阀242、压力传感器后与所述喷淋头连接；

所述进液管的出口端经第一流量调节阀342后与所述进液口连接，所述进液管的进口端分支成第一支路与第二支路，所述第一支路与主泵22的出口端连通，所述第一支路上设有阀，所述第二支路依次经第二换热器33、副泵32后与所述储液箱的第二出液口连接；

所述出液口经第二流量调节阀612、出液管后与所述储液箱的进口端连接。

进一步的，还包括一气源5，所述气源5的出气端分别经控制阀与第一气囊组、第二气囊组连接。

【31】有益效果

本发明自适应多模式冷却系统，具有以下效果：

1、采用多模式冷却方式，能根据温度在纯（全）喷淋、喷淋+半浸没、全浸没+扰流的多种冷却模式中自行切换，大大提高冷却液的有效利用率，降低功耗，提高冷却效率和冷却效果；

2、设置第一气囊，能实现喷淋头的高度快速调节，根据不同的冷却需求调节高度，调节方便快捷，无其它机械结构，可靠性好、稳定性高、使用寿命长；

3、设置第二气囊，能实现支承板（主机）的高度调节，根据不同的冷却需求调节主机高度，调节方便稳定，在取放主机时实现升降辅助，便于取放；

4、设置第三气囊，通过喷淋进液量使第三气囊产生不同的膨胀量，进而推动下底板产生不同的行程，使喷淋管产生不同的角度倾斜，增大喷淋角度，避免由于喷淋量的增大而与主机上端产生垂直方向的撞击，降低工作噪声，提高冷却效果；

5、设置副泵，当多个冷却箱同时达到大流量需求而使主泵达不到所需流量、或主泵故障时，该副泵工作，作为辅助及保障，降低系统成本及运行功耗，提高了系统运动的可靠性和稳定性；

6、双球铰结构设计，提高喷淋管转动的可靠性和稳定性，同步性好；

7、滑配式出液管设计，组装方便，实现喷淋头与气囊的快速连接，且能根据气囊膨胀量自由滑动，运行可靠性，稳定。

附图说明

图1为本发明自适应多模式冷却系统的原理示意图；

图2为本发明自适应多模式冷却系统的控制原理示意图；

图3为本发明自适应多模式冷却系统的冷却箱的结构示意图；

图4为本发明自适应多模式冷却系统的射流机构的喷淋头的结构示意图；

图5为本发明自适应多模式冷却系统的喷淋头的状态一的结构示意图；

图6为本发明自适应多模式冷却系统的喷淋头的状态二的结构示意图；

图7为本发明自适应多模式冷却系统的喷淋头的状态三的结构示意图；

图8为本发明自适应多模式冷却系统的第一球铰的结构示意图。

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-图8，本发明提供一种自适应多模式冷却系统，其主要包括冷却箱1、冷却循环系统、及控制系统。

冷却箱整体为长方体结构，其内部成型有冷却腔100，冷却腔100用于对主机进行冷却；在冷却腔100的顶部设有喷淋头6，该喷淋头6上设有执行机构，能实现喷淋头6的高度调节，同时能对喷淋头6的喷射（出液）角度进行调节，以满足不同的使用工况；

同时在冷却腔100内设有温度传感器和液位传感器，液位传感器用于检测冷却腔内的冷却液的高度，温度传感器用于检测冷却液液温度，本实施例中，温度传感器为多个，且位于冷却腔的不同处，一个放置于主机主要发热部件附件，一个放置于靠近冷却腔的出液口位置。

其可以根据不同的主机工况进行自动切换、调节，可以在全喷淋、半浸没-喷淋、全浸没-喷淋、全浸没-扰流进行切换，以满足不同的放热需求；

当冷却腔的温度在第一阈值范围内时，保持喷淋头喷（出）液量及冷却腔液位（不变）；

此时冷却腔的冷却液状态可以为两种：

实施例一，冷却腔内无冷却液，即不对主机进行浸没式冷却，而是完全采用喷淋冷却，此状态针对的是发热量较小的情况，此时，喷淋头上的喷液速度小，采用滴液形式；

实施例二，冷却腔内有冷却液，且冷却液液位位于主机上表面下端，此时，冷却模式为喷淋-半浸没的方式，次状态为主机发热量稍微高于前者，其能减小冷却液使用量，减小功耗，同时减轻了冷却箱的整体重量；本实施例中，冷却液浸没主机的1/3-1/2，优选的，浸没主机主要的发热部件。

当冷却腔温度在第二阈值范围内时，增大喷淋头喷液量并减小喷液口与水平面之间的夹角，此时，采用喷淋-半浸没的降温方式，增大喷淋的喷液量，提高喷淋降温效果，以满足该温度（发热量）下的降温效率和效果，且喷淋头的出液量随该范围内的温度的上升而增大。

当冷却腔温度在第三阈值范围内，喷淋头下降，且增大喷淋头喷液量并减小喷液口与水平面之间的夹角，同时提高冷却腔液位并使喷淋头位于液面下方，该状态为全浸没冷却状态，且喷淋头进入液位下，对冷却液产生扰流，提高冷却液与主机的接触效率，提高热交换率，进而提高降温效果；在该温度范围内，随着温度的上升，喷头流速越大、倾斜角度也越大。

当冷却腔温度上升时，喷淋头朝冷却腔的出液口方向转动，且冷却腔的进液口位于远离出液口一侧。

上述第一阈值温度＜第二阈值温度＜第三阈值温度，阈值范围预先设定，本实施例中，第一阈值范围小于等于40度，第二阈值范围大于40度且小于等于50度，第三阈值范围大于60度，其可以根据不同的使用工况进行调整。

温度在第一阈值范围内时，通过喷淋即能实现有效的冷却降温；

温度在第二阈值范围内时，通过全喷淋已经无法满足快速冷却降温的需求，采用喷淋-半浸没的方式进行冷却降温，同时喷淋出液量增大，为了避免高速冷却液以较大的角度与主机表面接触，因此，喷淋角度随温度的上升而减小，即喷淋角度随喷淋出液量的增大而减小。

温度在第三阈值范围内时，采用喷淋-半浸没已经无法满足快速冷却降温的需求，因此，增大冷却腔内冷却液液位，使其完全浸没主机，同时喷淋头（喷管）浸入冷却液，且喷淋头的喷射角度（与水平面之间的夹角）继续减小，从喷淋管喷射出的冷却液喷射面积大，形成湍流，提高冷却效率和效果。

在冷却腔100的顶面设有升降板、及使用升降板有向上的运动趋势的第一弹性部件，同时在升降板与冷却腔顶面之间设有第一气囊组71，该第一气囊组与一气源连接，其能实现垂直方向的伸缩，用于带动升降板升降，喷淋头安装在升降板下表面；为了实时了解升降板（喷淋头）高度，在冷却腔的顶部设有用于检测升降板高度的检测装置，该检测装置为高度传感器。

第一气囊组由至少三个气囊构成，其不仅可以用于实现升降板（喷淋头）的水平高度，同时能实现一定（辅助）角度调节，实现喷射角度的调准，适应不同的使用工况。

在冷却腔100的下底面设有支承台723，该支承台用于放置待冷却的主机8，在支承台723的上下端面贯穿有若干分流孔，（冷却腔）进液孔位于支承台下端，下端的冷却液向上流动并穿过分流孔，支承台将低温（相对）冷却液进行切割、分流后进入支承台上端，增大了与主机的接触面积，提高冷却、降温效果。

在支承台下端与冷却腔底面之间通过第二气囊组72，该第二气囊组72与气源连接，气囊组由至少三个气囊，能实现对支承台的高度调节，同时能实现角度的轻微偏转，实现不同的使用工况。

本发明的发明点还在于喷淋头，该喷淋头能根据流速无极调节喷射角度，具体的，参阅图4-图8。

喷淋头包括水平设置的上底板及滑配在上底板下底面的下底板，上底板和下底板均为矩形板状结构，在上底板与下底板之间设有喷头本体，喷头本体包括铰接在上底板下端的第一球铰65及固定在第一球铰65下端的喷淋管652，同时在上底板内成型有流道610，在第一球铰65上开设有用于连通流道610与喷淋管652的连通孔。

在下底板上铰接有第二球铰651，在第二球铰651上开设有导孔（滑孔），喷淋管652穿过导孔并向下延伸至下底板外，喷淋管滑配在导孔内，能实现相互滑动。

具体的，上底板包括上底板本体61及上固定板62，在上底板本体61内成型有若干流道610，流道相互连通，且平行设置；在上底板本体的下底面开设有用于安装上固定板62的安装槽，在安装槽内设有第一弧形槽，该第一弧形槽与流道连通，在上固定的上表面开设有与第一弧形槽同心的第二弧形槽，该第二弧形槽向下贯穿至上固定板外，第一弧形槽与第二弧形槽之间形成球形的第一安装腔，在该安装腔内设有第一球铰65，第一球铰整体为球形，其转动地安装在第一安装腔内；同时，为了提高密封性，且补偿生产加工误差，在第一安装腔内开设有环形凹槽，该环形凹槽开设第一弧形槽与第二弧形槽的接触面之间，在该环形凹槽内设有第一密封圈611，该第一密封圈的内壁为与第一安装腔同心的弧形面，且与第一球铰接触，实现密封；在第一球铰的下端固定有一喷淋管652，喷淋管内设有一出液管路650，该出液管路于开设在第一球铰上的连通孔连通，进而使连通孔与流道610连通，当第一球铰转动时，该喷淋管均与该流道连通，使流道610内的经连通孔进入喷淋管并喷出（流出）。

上述第一球铰（喷淋管）等距设置有多排，每排为多个且等距设置，相邻两排上的球铰交错设置。

下底板包括下底板本体63及下固定板64，在下底板的上表面开设有凹槽或条形槽，为凹槽时，为矩阵状排列，一个凹槽对应一个喷淋管，当为条形槽时，其位于条形槽的正下方，且其长度方向平行于下底板的滑动方向，该凹槽或条形槽为排料管的转动提供运动区间；在下底板本体的下底面开设有用于安装下固定板64的安装槽，在安装槽内设有第三弧形槽，该第三弧形槽与下底板本体上端的凹槽或条形槽连通（贯穿），在下固定的上表面开设有与第三弧形槽同心的第四弧形槽，该第四弧形槽向下贯穿至上固定板外，第三弧形槽与第四弧形槽之间形成球形的第二安装腔，在该第二安装腔内设有第二球铰651，第二球铰整体为球形，其转动地安装在第二安装腔内，在该第二球铰上开设有导孔，喷淋管套设在该导孔内，且喷淋管与导孔之间能实现相对运动（滑动）；

下底板滑配在上底板的下端，本实施例中，在上底板的下端开设有条形滑槽，该条形滑槽的长度方向平行于下底板的长度方向，同时在下底板的上端开设有与该条形滑槽对应的条形滑条，条形滑槽和条形滑条形成滑动连接，使下底板滑配在上底板下端。

为了提高滑动的顺畅性，降低摩擦，在条形滑槽与条形滑条之间设有滚珠或滚柱，实现滚动摩擦，降低摩擦力，提高灵活性。

本实施例中，喷淋管的下端端部向出液口一侧折弯20-45度，降低喷淋管喷液与水平面之间的夹角；为了避免在转动过程中产生偏转而使喷淋（弯）管产生径向转动，本实施例中，在第一球铰侧壁设有一个或两个平面653，该平面为垂面同时平行于下底板的滑动方向，同时，在第一安装腔内设有支承面（图中未示出），其与第一球铰侧壁的平面贴合，避免在转动过程中产生径向转动。

同时，为了提高密封性，且补偿生产加工误差，在第一安装腔内开设有环形凹槽，该环形凹槽开设第一弧形槽与第二弧形槽的接触面之间，在该环形凹槽内设有第一密封圈611，该第一密封圈的内壁为与第一安装腔同心的弧形面，其与第一球铰接触，实现密封。

通过下底板的水平滑动，带动第二球铰水平偏移，套设在该第二球铰上的喷淋管产生转动，同时带动第一球铰与第二球铰转动，进而实现滑动到转动的运动过程，并使喷淋管产生转动。

在上底板的端部固定有安装架66，在安装架上水平设置有第三气囊67，即第三气囊能实现水平方向的伸缩，第三气囊的端部设有与下底板连接的推板631、及与流道连通的管体，第三气囊与冷却管路上的泵连接；且在下底板的端部设有使其有向第三气囊靠近的运动趋势的第二弹性部件；当第三气囊内的压力大于第二弹性部件的弹力时，推动下底板滑动并使喷淋管的喷射角度产生偏转。

具体的，在安装架包括水平设置且固定在上底板上表面的安装部，安装部的端部向下折弯90度并形成支撑部，支撑部的下端向内折弯90度并形成遮挡部，遮挡部位于下底板的下端，在支撑部与上底板端面之间形成安装腔600，第三气囊水平设置在该安装腔内，具体的，第三气囊的一端固定在支撑部上，同时在支撑部上开设有连通该气囊的进液口661；

下底板的端部向安装腔（第三气囊）一侧延伸并形成连接部，连接部向上折弯90度并形成推板631，第三气囊的另一端贴合安装在该推板侧壁，在同时在第三气囊上水平设置有一出液管671，在上底板侧壁水平开设有一滑孔，该滑孔连通流道610，出液体管671向内穿过推板并滑配在该滑孔内，同时在出液管的侧壁设有一个或多个密封圈，实现与滑孔之间的密封连接；

同时还设有第二弹性部件，该第二弹性部件为设置在安装腔一侧的拉簧或设置在安装腔另一侧的压簧；

实施例一，在安装腔的两端对称设置有拉簧，该拉簧一端与安装腔连接，另一端与下支撑板连接，拉动下支撑板朝靠近第三气囊的方向运动。

实施例二，在上底板的另一端固定有支撑架，该支撑架设置在远离安装腔一侧，在支撑架上水平设置有压簧，该压簧的另一端与下底板接触，推动下底板朝第三气囊方向靠近。

冷却液经泵加压后从安装腔侧壁的进液口进入第三气囊67内，再经出液管671进入流道610 ，再经过喷淋管流出至主机上端，实现喷淋或浸入扰流。

进液压力、流量的不同，使第三气囊产生不同的变形量，使喷液管的喷液量和喷液角度产生变化。

当进液流量较小时，从进液口进入的流量小于或等于从喷淋管流出的流量，因此，第三气囊不会产生膨胀或膨胀力小于弹性力时，无法产生足够推动推板（下底板）克服第二弹性部件的推力，因此，喷淋管的下端位于左极限位（靠近安装腔一侧），此时，喷淋管的出液压力相对较小，为“淋”状态的降温，参阅图5。

当增大流量，并使第三气囊产生的压力等于第二弹性部件产生的弹力时，两者产生平衡，此时，喷淋管保持原有状态，不转动。

当进液流量较大时，从进液口进入的流量大于从喷淋管流出的流量，第三气囊产生膨胀，且膨胀力大于第二弹性部件的推力时，推动下底板向右（背向安装腔一侧）运动，使喷淋管产生向右的转动，且此时喷淋管内部压力较大，流速大，形成喷液。

即通过进液流量的大小来实现下底板的左右滑动，进而实现喷淋管的左右调节。

当（喷淋管向右）转动至最大角度时，喷淋头的出液角度与水平面之间的夹角大于等于8度且小于等于15度。

参阅图1，本实施例中的冷却箱为一个或多个，为多个时采用并联方式连接，具体的，在每个冷却箱上开设有与冷却循环系统连通的进液口与出液口，进液口开设在冷却箱（冷却腔）的底面，出液口开设在冷却箱侧壁（非底面）；

冷却循环系统包括储液箱21、喷淋进液管24、浸没进液管34、排液管41和出液管62；

储液箱21的第一出液口依次经主泵22、第一换热器23、第一调节阀242、压力传感器后与喷淋头（第三气囊）连接，在压力传感器用于检测第三气囊的压力；

冷却腔底部的进液口分支成两支路，进液支路341和排液支路411，进液支路与进液管连接，具体的，进液管的出口端经第一流量调节阀342后与进液口（进液支路）连接，进液管的进口端分支成第一支路与第二支路，第一支路与主泵22的出口端连通，第一支路上设有阀，第二支路依次经第二换热器33、副泵32后与储液箱的第二出液口连接，排液支路经过排液管41与储液箱的进液口连通，用于排液，在排液支路上设有阀412，通常状态下为常闭状态，当需要检修排液时打开该阀进行排液；

出液口经第二流量调节阀612、出液管后与储液箱的进口端连接，用于循环出液。

同时，气源5的出气端分别经控制阀与第一气囊组、第二气囊组连接，用于独立控制第一气囊组或第二气囊组的伸缩，进而使喷淋头、或支承台实现升降。

整个冷却系统通过控制器进行自动控制；

主要包括处理器，数据采集装置和执行装置，数据采集装置用于采集各种数据，然后将采集到的数据发送至处理器，处理器分析处理数据后发送信号至执行元件，执行相应动作。

数据采集传感器包括：

用于检测冷却腔内冷却液温度和/或腔体温度的温度传感器；

用于检测冷却腔冷却液高度的液位传感器；

用于检测喷淋压力，即第三气囊内压的压力传感器；

用于检测上气囊（第一气囊）内压的上气囊压力传感器；

用于检测下气囊（第二气囊）内压的下气囊压力传感器；

用于检测升降板高度的升降板传感器；

执行元件包括：

喷淋调节阀，即第一调节阀242，设置在喷淋头的进口端，具体的，设置在于安装腔进液口上的进液管上，用于调节进入第三气囊的进液流量；

升液调节阀，即第一流量调节阀342，设置在进液口的进液支路上，用于进入冷却的冷却液调节，增大流量时，实现冷却腔内液位的上升；否则则为动态平衡，即液位不便；

排液调节阀412，设置在进液口上的排液支路上，当需要检修时进行开启并使冷却腔内的冷却液排出，工作时为常闭状态；

上气囊调节阀512，用于对第一气囊进行充压，使升降板（喷淋头）实现升降；

下气囊调节阀522，用于对第二气囊进行充压，使支承板实现升降；

主泵，与喷淋管、浸没进液管连接，用于驱动流体流动，作为循环冷却系统中的动力装置；

副泵，并联于主泵，也与喷淋管、浸没进液管连接，作为辅助，当需要快速提供流量或主泵故障时辅助工作；

气泵，与第一、第二气囊连接，作为气源，用于对第一、第二气囊进行充气。

以下对该冷却系统的工作原理进行说明：

为了便于说明，以其中一个冷却箱为例：

预先设置各温度阈值，即改变冷却模式的温度界限（条件），同时，还设置初始状态的各个参数，例如喷淋流量（压力）、初始浸没（液位）高度、浸没冷却流量、升降板（喷淋头）初始高度、支承板（主机）初始高度，且设置随温度上升的增量流量，例如，每上升一度，喷淋流量或浸没进液流量或浸没高度的增量，及纯浸没时（第三阈值）的喷淋头的高度及浸没进液流量

上述参数设定为初始设置，后期工况不便无需改动。

启动系统，气泵5启动，根据设定高度对第一气囊和第二气囊进行充气，直至达到阈值高度后气泵5停止工作，气囊进气量通过上、下气囊调节阀进行调节控制；

同时主泵启动，储液箱内的冷却液经第一换热器23换热（散热）后分支成两个支路，一支路经喷淋进液管24进入喷淋头，第一调节阀242用于调节进入（第三气囊）的冷却液流量，实现喷淋；另一支路经浸没进液管34进入冷却腔，其流量通过第一流量调节阀342控制，直至到达预设的浸没高度，当初始状态为纯喷淋时，该第一调节流量阀关闭，即冷却器（浸没）进液口无进液；出液口的第二流量调节阀612开启，使冷却腔内的冷却液定量排除至储液箱，实现冷却循环，定量进入、定量排出冷却液，使冷却腔内的冷却液保持一定的液位高度，即为浸没高度，其与设定值相同，不同时，调节第一流量调节阀342的进液和第二流量调节阀612的出液调节，实现纯喷淋或喷淋+浸没的冷却方式进行冷却；

温度传感器用于检测冷却腔内的冷却液的温度，当其位于设定的第一温度阈值范围内时，上述状态不变。

当温度传感器检测到的温度位于第二阈值范围内时，根据设定增量增大喷淋流量、浸没冷却流量，同时根据设定降低喷淋头的水平高度，主泵为变量泵，当温度上升时出液量变大，同时通过第一调节阀242、第一流量调节阀342、上气囊调节阀512进行精确调节；当喷淋流量增大时，第三气囊内的压力随之增大，当第三气囊对下底板产生的推力大于第二弹性部件对下底板的弹力时，下底板滑动，并使喷淋管发生偏转，喷淋角度发生偏转，即与水平面之间的夹角减小，同时，根据设定提高浸没高度。

当温度传感器检测到的温度位于第三阈值范围内时，根据设定增量增大喷淋流量、浸没冷却流量，同时根据设定降低喷淋头的水平高度，运动至下极限位，调节主泵流量或第一调节阀242、第一流量调节阀342达到预设值（流量增量、浸没高度），此模式中，喷淋头位于冷却液液位下，且喷液角度最小，即与水平面之间的夹角最小，此时，喷淋头喷出的冷却液达到对浸没冷却液的扰流作用，提高冷却效果，实现有效降温。

副泵32并联于主泵，其通过第二换热器33与储液箱的出液端连接，当主泵达不到所需流量（例如多个冷却箱同时达到大流量需求）时、或主泵故障时，该副泵工作，其作为冷却系统的辅助或保障。

本发明的自适应多模式冷却系统，具有以下效果：

1、采用多模式冷却方式，能根据温度在纯喷淋、喷淋+半浸没、全浸没+扰流的多种冷却模式中自行切换，大大提高冷却液的有效利用率，降低功耗，提高冷却效率和冷却效果；

2、设置第一气囊，能实现喷淋头的高度快速调节，根据不同的冷却需求调节高度，调节方便快捷，无其它机械结构，可靠性好、稳定性高、使用寿命长；

3、设置第二气囊，能实现支承板（主机）的高度调节，根据不同的冷却需求调节主机高度，调节方便稳定，在取放主机时实现升降辅助，便于取放；

4、设置第三气囊，通过喷淋进液量使第三气囊产生不同的膨胀量，进而推动下底板产生不同的行程，使喷淋管产生不同的角度倾斜，增大喷淋角度，避免由于喷淋量的增大而与主机上端产生垂直方向的撞击，降低工作噪声，提高冷却效果；

5、设置副泵，当多个冷却箱同时达到大流量需求而使主泵达不到所需流量、或主泵故障时，该副泵工作，作为辅助及保障，降低系统成本及运行功耗，提高了系统运动的可靠性和稳定性；

6、双球铰结构设计，提高喷淋管转动的可靠性和稳定性，同步性好；

7、滑配式出液管设计，组装方便，实现喷淋头与气囊的快速连接，且能根据气囊膨胀量自由滑动，运行可靠性，稳定。

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 (10)

1.一种自适应多模式冷却系统，其特征在于：包括冷却箱（1），所述冷却箱内成型有用于冷却主机（8）的冷却腔（100），所述冷却腔（100）的顶部设有能实现高度和角度调节的喷淋头（6）；所述冷却腔（100）内设有温度传感器和液位传感器；

当冷却腔的温度在第一阈值范围内时，保持喷淋头喷液量及冷却腔液位，此时液位位于主机上表面下端；

当冷却腔温度在第二阈值范围内且温度上升时，增大喷淋头喷液量并减小喷液口与水平面之间的夹角；

当冷却腔温度在第三阈值范围内且温度上升时，喷淋头下降，且增大喷淋头喷液量并减小喷液口与水平面之间的夹角，同时提高冷却腔液位并使喷淋头位于液面下方；

所述第一阈值温度＜所述第二阈值温度＜所述第三阈值温度。

2.如权利要求1所述的自适应多模式冷却系统，其特征在于：所述第一阈值范围小于等于40度，所述第二阈值范围大于40度且小于等于50度，所述第三阈值范围大于60度。

3.如权利要求1所述的自适应多模式冷却系统，其特征在于：当温度位于第一阈值范围内时，冷却液浸没主机的1/3-1/2。

4.如权利要求1所述的自适应多模式冷却系统，其特征在于：当冷却腔温度上升时，所述喷淋头朝冷却腔的出液口方向转动，且冷却腔的进液口位于远离所述出液口一侧。

5.如权利要求1所述的自适应多模式冷却系统，其特征在于：所述冷却腔（100）的顶面设有升降板、及使所述升降板有向上的运动趋势的第一弹性部件，所述升降板与所述冷却腔顶面之间设有与气源连接的第一气囊组（71），所述喷淋头安装在所述升降板下表面。

6.如权利要求1所述的自适应多模式冷却系统，其特征在于：所述冷却腔（100）的下端设有用于放置主机（8）的支承台（723），所述支承台（723）的上下端面贯穿有分流孔，所述冷却腔的进液孔位于支承台下端，所述支承台下端与所述冷却腔底面之间通过与气源连接的第二气囊组（72）连接。

7.如权利要求1所述的自适应多模式冷却系统，其特征在于：所述喷淋头包括水平设置的上底板及滑配在所述上底板下底面的下底板，所述上底板与所述下底板之间设有喷头本体，所述喷头本体包括铰接在所述上底板下端的第一球铰（65）及固定在所述第一球铰（65）下端的喷淋管（652），所述上底板内成型有流道（610），所述第一球铰（65）上开设有用于连通所述流道（610）与所述喷淋管（652）的连通孔；所述下底板上铰接有第二球铰（651），所述第二球铰（651）上开设有导孔，所述喷淋管（652）穿过所述导孔并向下延伸至所述下底板外；所述上底板端部固定有安装架（66），所述安装架上水平设置有第三气囊（67），所述第三气囊的端部设有与所述下底板连接的推板（631）、及与所述流道连通的管体，所述第三气囊与冷却管路上的泵连接；且在所述下底板的端部设有使其有向所述第三气囊靠近的运动趋势的第二弹性部件；当所述第三气囊内的压力大于第二弹性部件的弹力时推动所述下底板滑动并使所述喷淋管的喷射角度产生偏转。

8.如权利要求1所述的自适应多模式冷却系统，其特征在于：所述安装架内设有安装腔（660），所述下底板的端部向所述安装腔一侧延伸并形成连接部，所述连接部向上折弯90度并形成推板（631），所述第三气囊（37）的一端固定在所述安装腔内壁、且在所述安装腔内壁开设有一连通所述第三气囊的进液口（661），所述第三气囊的另一端贴合安装在所述推板侧壁，在所述第三气囊上水平设置有一出液管（671），所述出液体管（671）穿过所述推板并滑配在开设于所述上底板侧壁的滑孔内，所述出液管与所述滑孔之间设有密封圈，所述滑孔连通所述流道（610）。

9.如权利要求1所述的自适应多模式冷却系统，其特征在于：当转动至最大角度时，所述喷淋头的出液角度与水平面之间的夹角大于等于8度且小于等于15度。

10.如权利要求1所述的自适应多模式冷却系统，其特征在于：所述冷却箱为一个或多个，所述冷却箱上开设有与冷却循环系统连通的进液口与出液口；

所述冷却循环系统包括储液箱（21）、喷淋进液管（24）、浸没进液管（34）、排液管（41）和出液管（62）；

所述储液箱（21）的第一出液口依次经主泵（22）、第一换热器（23）、第一调节阀（242）、压力传感器后与所述喷淋头连接；

所述进液管的出口端经第一流量调节阀（342）后与所述进液口连接，所述进液管的进口端分支成第一支路与第二支路，所述第一支路与主泵（22）的出口端连通，所述第一支路上设有阀，所述第二支路依次经第二换热器（33）、副泵（32）后与所述储液箱的第二出液口连接；

所述出液口经第二流量调节阀（612）、出液管后与所述储液箱的进口端连接。

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