CN115793807A - 超算液冷柜用热交换系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超算液冷柜用热交换系统，包括安装在盖板内侧上部的冷凝板以及安装在冷凝板上的热交换盘管；所述盖板上分别设置有进水组件和出水组件，且进水组件和出水组件分别连通的热交换盘管；所述进水组件和出水组件连接外部水冷装置；所述盖板上安装有覆盖冷凝板和热交换盘管的散热罩；所述散热罩的下部设置有若干泄流口；所述散热罩上设置有若干通风装置。本发明全部的热交换盘管都可以进行热交换，这是因为冷凝板和热交换盘管之间有凹槽，并且散热风扇可以带动气流，使得柜体内实现空气的微循环流动，全部空间都经过热交换盘管，保证热交换的充分，提升了热交换的效率，可以在有限的空间内保证散热，适用性强。

Description

超算液冷柜用热交换系统

技术领域

本发明涉及超级计算机冷却设备领域，特别是涉及一种超算液冷柜用热交换系统。

背景技术

超级计算机指能够执行一般个人电脑无法处理的大资料量与高速运算的电脑，其基本组成组件与个人电脑的概念无太大差异，但规格与性能则强大许多。现有的超级计算机运算速度大都可以达到每秒一兆(万亿，非百万)次以上。

超级计算机的运行会产生大量的热量，热量的快速积累会产生很高的温度。高温带来的危害有很多，损坏电子元器件，降低寿命，拖慢运算速度等等。

目前，超级计算机一般采用水冷或水冷加风冷模式。但是，水冷系统不仅占用空间较大，而且冷却效果也并不佳，目前也出现了水冷加风冷的冷却方式，但是这种方式还是不能达到直接散热的效果，所需消耗的资源也较大，在向柜内补液时需借助机器动力进行补液，不方便控制。

目前有一种超算液冷柜，依靠冷媒介质的热蒸发带有热量，并通过热交换盘管的热交换作用带走冷媒介质内的热量。此时冷媒介质重新凝结成液态，再次进行热量的带走，如此循环实现热交换。

但是在实际使用过程中，工作人员发现了两个缺陷，主要是：

1、依靠柜体内的蒸汽上升、并与热交换盘管进行热交换，带走蒸汽内的热量，但是这种交换只是在柜体内的上部，柜体内其他位置的蒸汽无法进行热交换。

2、热交换盘管安装在柜体内，并且与柜体内壁接触，造成一部分热交换盘管无法直接进行热交换，导致热交换效率的降低。

鉴于此，本公司技术人员开发了一种超算液冷柜用热交换系统，避免了上述问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种超算液冷柜用热交换系统，实现双相转化并且实现热交换，将热量快速带到外界，全程环保无害，并且解决了背景技术中的两个缺陷。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

超算液冷柜用热交换系统，包括柜体和盖体，柜体内设置有浸没装置，浸没装置内有若干安装格；所述盖体包括盖板，盖板的内部设置有热交换系统；所述柜体与盖体铰连接且盖体盖住柜体后实现密封扣接；其特征在于：所述的热交换系统包括安装在盖板内侧上部的冷凝板以及安装在冷凝板上的热交换盘管；所述盖板上分别设置有进水组件和出水组件，且进水组件和出水组件分别连通的热交换盘管；所述进水组件和出水组件连接外部水冷装置；所述盖板上安装有覆盖冷凝板和热交换盘管的散热罩；所述散热罩的下部设置有若干泄流口；所述散热罩上设置有若干通风装置。

作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述冷凝板通过粘结的方式安装在盖板的内壁上；所述冷凝板的结构依次包括底板层、隔热层、耐腐蚀层和铝箔层。

作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述底板层是由塑料材料制成的底板层，其厚度为1-1.5cm；所述隔热层是由真空隔热板制成的隔热层，其厚度为0.5-1cm；所述耐腐蚀层是由聚四氟乙烯材料制成的耐腐蚀膜，其厚度为0.1-0.2cm。

作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述进水组件包括设置在盖板内的进水盘管，进水盘管的外侧端部设置有进水连接头，进水盘管的内侧端部连通热交换盘管；

所述出水组件包括设置在盖板内的出水盘管，出水盘管的外侧端部设置有出水连接头，出水盘管的内侧端部连通热交换盘管。

作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述水冷装置包括外部盛有水资源的容器，所述的容器上设置有外进水管和内进水管，外进水管连通进水连接头，出水连接头连通内进水管；所述外进水管或者内进水管上安装有循环水泵。

作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述冷凝板上设置有若干凹槽，热交换盘管的的上部嵌入到凹槽内，且热交换盘管与凹槽之间有0.2-0.4cm的空隙。

作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述散热罩的底部为罩板，罩板包括设置在中心位置的中心罩板和设置在侧边部位置的边罩板；所述边罩板由内向外依次向下倾斜，且倾斜角A的度数在5°≤∠A≤15°。

作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述通风装置设置在散热罩上的通孔，通孔的下部安装有风扇罩；所述通孔内安装有通气风扇。

本发明将用来针对现有技术中的不足加以创新性的改进，同时增加其实际的使用效果。

与现有技术相比，本发明实现的有益效果：

本发明全部的热交换盘管都可以进行热交换，这是因为冷凝板和热交换盘管之间有凹槽，并且散热风扇可以带动气流，使得柜体内实现空气的微循环流动，全部空间都经过热交换盘管，保证热交换的充分，提升了热交换的效率，可以在有限的空间内保证散热，适用性强，适合目前小型化的超级计算机。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步详细说明本发明：

图1为本发明实施例的整体的正面结构示意图；

图2为本发明实施例的整体的侧面结构示意图；

图3为本发明实施例中盖板内热交换系统的结构示意图；

图4为本发明实施例的冷凝板的截面结构示意图；

图5为本发明实施例的罩板一侧的结构示意图；

图6为本发明实施例的冷凝板与热交换盘管的相对位置关系的结构示意图。

图中：1、柜体；2、出水连接头；3、出水盘管；4、散热罩；5、通孔；6、通气风扇；7、盖体；8、进水盘管；9、进水连接头；10、热交换盘管；11、冷凝板；110、底板层；111、隔热层；112、耐腐蚀层；113、铝箔层；12、泄流口；13、凹槽；14、空隙；40、侧罩板；41、中心罩板。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图6。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本专利对应的是一种超算液冷柜，超算液冷柜包括盖体和柜体1，所述盖体和柜体1铰接。所述柜体1内设有服务器，且柜体1的外侧面上设置有连接服务器的触摸屏。服务器其实就是一种工业计算机，提供整机的自动化控制，并且可以存储数据、自动运行控制盒外部通讯的多种作用。柜体1内设置有浸没装置。所述浸没装置包括设置在柜体1内的浸没箱体，浸没箱体的内部通过隔板分成若干安装格。所述安装格的上部设置有接线板，接线板连接安装台上的数据接口。浸没箱体的一侧设置有高出安装格的安装台，安装台上设置有与安装格一一对应的数据接口。所述柜体1上设置有与数据接口连接的外部密封通讯接口。所述柜体的一侧分别设置有补液出口组件和补液进口组件。所述补液出口组件和补液进口组件上分别安装有电磁控制阀。补液出口组件和补液进口组件对消耗的冷媒介质进行补充。盖体7包括盖板，盖板的内部设置有热交换系统。热交换系统安装在盖体7的内部，利用热交换原理将热量带走，保证柜体内的温度处于正常工作要求的温度范围内。鉴于此，对热交换系统的热交换效率就有了很高的要求。

整个超算液冷柜的工作原理是：超级计算机安装在柜体内，并且利用液态冷媒将超级计算机浸没，产生的热量会使得液态冷媒气化，产生带有热量的蒸汽，蒸汽通过散热风扇后与热交换盘管表面接触并产生热交换，热交换后的热量进入到热交换盘管内的水中并带到外界，蒸汽转换成液态重新落回到浸没箱体内，重新吸收热量并气化，如此循环。此液冷柜的好处是体积小，换热效率提升，可以在有限的空间内保证散热，适用性强，适合目前小型化的超级计算机。本发明的柜体内设有补液出口组件和补液进口组件，能够及时对柜体内进行补液且全程自动化操作，保证冷媒的容量能够正常对超级计算机进行散热。

如图1-6所示，本发明介绍了一种超算液冷柜用热交换系统，包括安装在盖板内侧上部的冷凝板11以及安装在冷凝板11上的热交换盘管10。所述盖板上分别设置有进水组件和出水组件，且进水组件和出水组件分别连通的热交换盘管10。所述进水组件包括设置在盖板内的进水盘管8，进水盘管8的外侧端部设置有进水连接头9，进水盘管8的内侧端部连通热交换盘管10。所述出水组件包括设置在盖板内的出水盘管3，出水盘管3的外侧端部设置有出水连接头2，出水盘管3的内侧端部连通热交换盘管10。

所述进水组件中的进水连接头9和出水组件中的出水连接头2连接外部水冷装置。所述水冷装置包括外部盛有水资源的容器，所述的容器上设置有外进水管和内进水管，外进水管连通进水连接头，出水连接头连通内进水管，所述外进水管或者内进水管上安装有循环水泵。容器是一个大的称呼，包含的种类很多，包括水箱、水池、水塔或者直接使用自然界中的流动水，种类不一而足。另外，热交换后的水带有一定的温度，可以用于室内小范围供暖或者生活用水，实现资源的二次利用。

所述盖板上安装有覆盖冷凝板11和热交换盘管10的散热罩4。所述散热罩4的下部设置有若干泄流口12。泄流口12的设计是在低点，作用是冷凝后的冷媒介质从泄流口进出，下落到浸没箱体内，重新吸热并挥发成蒸汽。基于这样的思路，对散热罩4也进行了设计，设计如下：所述散热罩的底部为罩板，罩板包括设置在中心位置的中心罩板41和设置在侧边部位置的边罩板40。所述边罩板40由内向外依次向下倾斜，且倾斜角A的度数在5°≤∠A≤15°。这样的设计有两个好处：一、边罩板40向下倾斜，便于冷媒介质快速流下，循环速度加快，热交换效率和散热效率都是非常的高。二、边罩板40向下倾斜，保证冷媒介质尽可能多的流下，不会有残留，可以使用量少的冷媒介质产生效率很高的热交换，节约了成本，减少了补液的次数。

所述散热罩上设置有5-12个通风装置。所述通风装置设置在散热罩4上的通孔5，通孔5的下部安装有风扇罩，所述通孔内安装有通气风扇6。通气风扇6工作的时候，风扇带动气流从下往上运动，气流碰到冷凝板后向四周发散，并通过泄流口进入到柜体内。这就形成了一个气流在柜体和盖体内的微循环，流动速度快，热交换的效果更好。

所述冷凝板11通过粘结的方式安装在盖板的内壁上，冷凝板11的结构依次包括底板层、隔热层、耐腐蚀层和铝箔层。在本实施例中，冷凝板为复合板，通过高压热熔工艺制成的复合板。所述底板层是由塑料材料制成的底板层，其厚度为1-1.5cm。所述隔热层是由真空隔热板制成的隔热层，其厚度为0.5-1cm。所述耐腐蚀层是由聚四氟乙烯材料制成的耐腐蚀膜，其厚度为0.1-0.2cm。考虑到实际的实际需要，底板层的厚度为1cm，隔热层的厚度为0.6cm，耐腐蚀层的厚度为0.1cm，铝箔层的厚度为0.3cm，是最佳的选择。

所述冷凝板上设置有若干凹槽13，热交换盘管10的的上部嵌入到凹槽13内，且热交换盘管与凹槽之间有0.2-0.4cm的空隙14。空隙的要求是能够反射热量，并且在微循环中能够保证气流的流动。本实施例中实验了三个尺寸的空隙的风速，其中：空隙在0.1cm的时候，风速在1-2m/s；空隙在0.3cm的时候，风速在3-4m/s；空隙在0.5cm的时候，风速在10-12m/s。空隙大的时候，风速大，但是气流与热交换盘管的接触时间短，热交换效果变慢，还有一点事空隙大占用了盖体内部的空间，导致微循环的气流整体速度变慢。

工作原理：

工作人员利用自然界中温度低的水资源，依靠循环水泵的驱动从现有的容器中流出，经过管路进入到热交换盘管中与散热罩内，此时柜体内吸收了热量的蒸汽也进入到盖体内，这是依靠风扇的工作。热交换盘管内的水与盖体内的蒸汽进行热交换。热交换后的水变成热水，从出水管中流出，在流动过程中自然降温并回到容器内，然后低温的水被循环使用。之前的蒸汽降温后冷凝为液体，重新成为冷媒介质。冷媒介质聚集后从散热罩中泄流口流入到浸没箱体内，循环实现液-气的双相转换，带走了超级计算机产生的热量。为了方便液体的滴落，所述散热罩的罩板采用侧边低于中心位置的设计。

本发明全部的热交换盘管都可以进行热交换，这是因为冷凝板和热交换盘管之间有凹槽，并且散热风扇可以带动气流，使得柜体内实现空气的微循环流动，全部空间都经过热交换盘管，保证热交换的充分，提升了热交换的效率，可以在有限的空间内保证散热，适用性强，适合目前小型化的超级计算机。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.超算液冷柜用热交换系统，包括柜体和盖体，柜体内设置有浸没装置，浸没装置内有若干安装格；所述盖体包括盖板，盖板的内部设置有热交换系统；所述柜体与盖体铰连接且盖体盖住柜体后实现密封扣接；

其特征在于：

所述的热交换系统包括安装在盖板内侧上部的冷凝板以及安装在冷凝板上的热交换盘管；

所述盖板上分别设置有进水组件和出水组件，且进水组件和出水组件分别连通的热交换盘管；所述进水组件和出水组件连接外部水冷装置；

所述盖板上安装有覆盖冷凝板和热交换盘管的散热罩；所述散热罩的下部设置有若干泄流口；

所述散热罩上设置有若干通风装置。

2.根据权利要求1所述的超算液冷柜用热交换系统，其特征在于：所述冷凝板通过粘结的方式安装在盖板的内壁上；所述冷凝板的结构依次包括底板层、隔热层、耐腐蚀层和铝箔层。

3.根据权利要求2所述的超算液冷柜用热交换系统，其特征在于：所述底板层是由塑料材料制成的底板层，其厚度为1-1.5cm；所述隔热层是由真空隔热板制成的隔热层，其厚度为0.5-1cm；所述耐腐蚀层是由聚四氟乙烯材料制成的耐腐蚀膜，其厚度为0.1-0.2cm。

4.根据权利要求3所述的超算液冷柜用热交换系统，其特征在于：

所述进水组件包括设置在盖板内的进水盘管，进水盘管的外侧端部设置有进水连接头，进水盘管的内侧端部连通热交换盘管；

所述出水组件包括设置在盖板内的出水盘管，出水盘管的外侧端部设置有出水连接头，出水盘管的内侧端部连通热交换盘管。

5.根据权利要求4所述的超算液冷柜用热交换系统，其特征在于：所述水冷装置包括外部盛有水资源的容器，所述的容器上设置有外进水管和内进水管，外进水管连通进水连接头，出水连接头连通内进水管；所述外进水管或者内进水管上安装有循环水泵。

6.根据权利要求5所述的超算液冷柜用热交换系统，其特征在于：所述冷凝板上设置有若干凹槽，热交换盘管的的上部嵌入到凹槽内，且热交换盘管与凹槽之间有0.2-0.4cm的空隙。

7.根据权利要求6所述的超算液冷柜用热交换系统，其特征在于：所述散热罩的底部为罩板，罩板包括设置在中心位置的中心罩板和设置在侧边部位置的边罩板；所述边罩板由内向外依次向下倾斜，且倾斜角A的度数在5°≤∠A≤15°。

8.根据权利要求7所述的超算液冷柜用热交换系统，其特征在于：所述通风装置设置在散热罩上的通孔，通孔的下部安装有风扇罩；所述通孔内安装有通气风扇。

Images