CN115884582B

CN115884582B - 智能调温装置、单相液冷系统及单相液冷系统的控制方法

Info

Publication number: CN115884582B
Application number: CN202310109064.4A
Authority: CN
Inventors: 朱欢来; 吴安; 刘广志
Original assignee: Suzhou Inspur Intelligent Technology Co Ltd
Current assignee: Suzhou Inspur Intelligent Technology Co Ltd
Priority date: 2023-02-14
Filing date: 2023-02-14
Publication date: 2023-06-02
Anticipated expiration: 2043-02-14
Also published as: CN115884582A

Abstract

本发明涉及一种智能调温装置、单相液冷系统及单相液冷系统的控制方法。智能调温装置包括第一壳体、第二壳体、第一阀体、第二阀体和相变材料，第一壳体的内部设有第一空腔，第一壳体上设有与第一空腔连通的进液口、第一出液口和第二出液口；第二壳体的内部设有第二空腔，第二壳体设置在第一空腔内；第一阀体活动设置在第一空腔内，具有封堵第一出液口的第一封堵位置，及打开第一出液口的第一打开位置；第二阀体与第二壳体的另一端软连接，并与第一阀体传动连接；第二阀体具有封堵第二出液口的第二封堵位置，及打开第二出液口的第二打开位置；相变材料，填充在第二空腔内，适于根据进液温度发生相变，进而带动所述第二阀体和所述第一阀体移动。

Description

智能调温装置、单相液冷系统及单相液冷系统的控制方法

技术领域

本发明涉及液冷散热技术领域，具体涉及一种智能调温装置、单相液冷系统及单相液冷系统的控制方法。

背景技术

目前，云计算、大数据等的蓬勃发展，数据量呈现的爆发式增长，都推动了数据中心市场的迅猛发展。但数据中心的建设通常被能耗过大等环境议题所困扰，建设绿色数据中心是其发展的必然趋势。为满足不断增长的算力需求，单机柜的功率密度越来越高。功率密度为40kW的机柜将会成为主流，而当单机柜功率密度达到20kW时现有的风冷系统就已接近其经济有效的制冷极限。在此背景下，低PUE（数据中心消耗的所有能源与IT负载消耗的能源的比值）、高解热密度的液冷数据中心散热技术应运而生。冷板式液冷利用高比热容的液体工质快速带走热量，具有更高的冷却效率和更低的PUE值。

现有的冷板式单相液冷系统，通常需要对热源（例如CPU）的温度进行精确控制，而影响热源温度的因素包括二次侧冷却液温度，二次侧冷却液流量以及热源的散热功耗，由于热源的散热功耗是一个变量，在不同时间段内的散热功耗会有变化，同时冷却液温度和冷却液流量之间也会相互影响，仅仅调整其中一项无法实现对热源的温度的精确控制。

现有的一种水水换热液冷系统及其液冷源供液温度、流量控制方法中，公开的控制方法中，通过设定温度目标值，以二次侧冷却液温度为温度反馈值，温度目标值与温度反馈值的差作为温度控制量，闭环控制一次侧控制阀的开度，这样来间接控制二次侧冷却液温度，进而达到控制热源的温度的目的。但是，该控制方法需要增设额外的温度测点，PLC系统根据测点数据进行PID调节，由于冷却液的比热容比较大，调整温度需要的时间较长，具有显著的滞后性，以轮询时间2S为例，通过间接PID调节二次侧冷却液温度最终稳定下来时间在100S以上。当热源功耗变化频繁的时候（如CPU功耗在30S时发生变化），会出现一波未平一波又起现象，即上一次温度尚未达到稳定，向热源输送的冷却液温度又受到散热功耗变化影响导致温度偏离目标值，最终会导致CPU实际运行温度长期偏离设置值，出现温控失效。

对此，现有技术中通常在液冷系统中增加调温装置来对冷却液温度进行调节，但是现有的调温装置对温度进行调节时，无法离开外部测点的配合，调整温度的滞后性无法避免。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的调温装置在调节冷却液温度时依靠外部测点，导致调整温度的滞后性无法避免的缺陷。

为了解决上述问题，本发明提供了一种智能调温装置，包括第一壳体、第二壳体、第一阀体、第二阀体和相变材料，第一壳体的内部设有第一空腔，所述第一壳体上设有与所述第一空腔连通的进液口、第一出液口和第二出液口；第二壳体的内部设有第二空腔，所述第二壳体设置在所述第一空腔内，并位于所述进液口与所述第一出液口之间；所述第二壳体的一端与所述第一壳体的内壁固定连接，另一端朝向所述第二出液口延伸；第一阀体活动设置在所述第一空腔内，具有封堵所述第一出液口的第一封堵位置，及打开所述第一出液口的第一打开位置；第二阀体与所述第二壳体的另一端软连接，并与所述第一阀体传动连接；所述第二阀体具有封堵所述第二出液口的第二封堵位置，及打开所述第二出液口的第二打开位置；相变材料填充在所述第二空腔内，适于根据进液温度发生相变，进而带动所述第二阀体和所述第一阀体移动。

本发明提供的智能调温装置，相变材料可以为石蜡、金属颗粒、氧化物粉体等的混合物。

本发明提供的智能调温装置，所述第一空腔的腔壁上凸出设有环形挡边，所述环形挡边将所述第一空腔分隔成相互连通的第一腔体和第二腔体，所述第一出液口与所述第一腔体连通，所述进液口和所述第二出液口均与所述第二腔体连通；所述第一阀体活动设置在所述第二腔体内，具有封堵在所述环形挡边处的所述第一封堵位置，及远离所述环形挡边的所述第一打开位置。

本发明提供的智能调温装置，所述第二壳体的一端与所述第一腔体的内壁固定连接，另一端穿过所述环形挡边的内环朝向所述第二出液口延伸；所述第一阀体套设在所述第二壳体的外周，并与所述第二壳体滑动配合。

本发明提供的智能调温装置，所述第二出液口设置在所述第二腔体上与所述环形挡边对应的底腔壁上；所述进液口设置在所述第二腔体上与所述底腔壁相邻的侧腔壁上，并朝向所述第二壳体的外周进液。

本发明提供的智能调温装置，还包括：

传动件，所述第一阀体和所述第二阀体的两者其中之一与所述传动件的一端固定连接，其中另一与所述传动件的另一端软连接；

复位弹性件，两端分别与所述第一阀体和所述第二阀体固定连接。

本发明提供的智能调温装置，所述复位弹性件为复位弹簧，套设在所述传动件的外周。

本发明提供的智能调温装置，所述传动件呈管状，套设在所述第二壳体的外周。

本发明提供的智能调温装置，还包括阻挡结构，设置在所述第二空腔内，并位于所述进液口和所述第一出液口之间，所述相变材料填充在所述阻挡结构与所述第二阀体之间，所述阻挡结构适于阻挡所述相变材料向所述第一出液口的方向移动。

本发明提供的智能调温装置，所述阻挡结构包括：

挡板，连接在所述第二空腔内，将所述第二空腔分隔成相变腔和阻挡腔，所述相变材料填充在所述相变腔内；

挡杆，设置在所述阻挡腔内，一端与固定连接所述第二壳体的一端的所述第一壳体的内壁抵接，另一端与所述挡板抵接。

本发明提供的智能调温装置，所述挡板由弹性材料制成，所述挡板的形状与所述第二空腔的内腔相匹配，外周与所述第二空腔的内腔固定连接。

本发明提供的智能调温装置，所述挡板为橡胶板。

本发明提供的智能调温装置，所述挡杆靠近所述挡板的一端设有尖头，所述尖头的尖端朝向所述第二阀体，所述挡板适于在所述尖头的作用下发生弹性形变。

本发明提供的智能调温装置，所述挡板的厚度由外周向与所述尖头的尖端对应的位置逐渐增大。

本发明提供的智能调温装置，所述挡板位于所述第二腔体内。

本发明还提供一种单相液冷系统，包括一次侧循环管路、二次侧循环管路和换热器，所述一次侧循环管路向所述换热器输入冷却液体；所述二次侧循环管路包括：

上述的智能调温装置；

第二循环泵，进液端与热源的冷却结构的热流出口连通，出液端与所述进液口连通；所述第一出液口通过所述换热器与所述冷却结构的冷流进口连通，所述第二出液口与所述冷流进口连通；

调节阀，靠近所述冷流进口设置，位于所述冷流进口与所述第二出液口之间，并位于所述冷流进口与所述换热器之间。

本发明提供的单相液冷系统，冷却结构具有并联设置的多个，每个所述冷却结构的冷流进口处均匹配一个所述调节阀。

本发明提供的单相液冷系统，所述调节阀为电磁调节阀。

本发明提供的单相液冷系统，所述一次侧循环管路包括第一循环泵，所述第一循环泵的进水端与散热末端的散热出口连通，出水端通过所述换热器与所述散热末端的散热进口连通。

本发明还提供一种用于所述的单相液冷系统的控制方法，影响热源的温度的变量包括热源的散热功耗、二次侧循环管路输送给热源的冷却结构的冷却液温度和冷却液流量；

所述控制方法包括以下步骤：

将所述冷却液温度与所述冷却液流量和所述热源的散热功耗解耦；

将所述冷却液流量和所述热源的散热功耗耦合控制。

本发明的控制方法，所述将所述冷却液温度与所述冷却液流量和所述热源的散热功耗解耦的步骤包括：通过所述智能调温装置恒温控制所述冷却液温度。

进一步的，所述将所述冷却液流量和所述热源的散热功耗耦合控制的步骤包括：根据热源的散热功耗和对应该热源的所述调节阀的阀门开度的关系式来调节所述调节阀的阀门开度；所述调节阀的阀门开度与所述冷却液流量成正比。

进一步的，所述关系式为：

B=（Q/K）²/Q_max；

其中，B为调节阀的阀门开度；

Q为热源的散热功耗；

K为系数；

Q_max为阀门全开时的冷却液流量。

本发明具有以下优点：

1. 本发明提供的智能调温装置，利用物体的固有属性，即相变材料和温度之间的物料变化属性，实现对输送给热源的冷却结构的冷却液温度的控制，不需要PID调节，不依赖于外部温度测点，不受限于外部温度测点的精度偏差或者失效或者滞后性，实现对冷却液温度的实时、可靠和安全的控制。

本发明提供的智能调温装置，第一出液口适于通过换热器与热源的冷却结构连通，第二出液口适于直接与热源的冷却结构连通；本发明提供的智能调温装置，可根据进液口处的冷却液温度，控制相变材料的相变状态，进而带动第一阀体和第二阀体移动，以改变第一出液口和第二出液口的开闭状态，进而可单独通过第一出液口排出冷却液温度较高的冷却液进入换热器进行换热冷却后降至相应温度，或单独通过第二出液口直接排出相应温度的冷却液，或者将通过第一出液口排出并经过换热器冷却后的冷却液与通过第二出液口排出的冷却液混合得到相应温度的冷却液，进而实现对输送给热源的冷却结构的冷却液温度和流量的控制。

2.本发明提供的单相液冷系统，二次侧循环管路通过智能调温装置实现对二次侧循环管路的冷却液温度的实时、可靠和精确控制，进而根据热源的散热功耗对应调整调节阀的开度，以实现对热源温度的实时、可靠和精确控制。解决了常规液冷系统通过调整一次侧循环管道的控制阀开度来对冷却液温度间接控制时的滞后性，并避免了常规液冷系统由于热源功耗频繁变化和依赖于二次侧温度测点带来的可靠性问题。

3.本发明提供的控制方法，先解除冷却液温度对散热功耗和冷却液流量的影响，再根据冷却液流量和所述热源的散热功耗的耦合控制，实现对热源温度的实时、可靠和精确控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明的智能调温装置的第一种调温工况示意图；

图2示出了本发明的智能调温装置的第二种调温工况示意图；

图3示出了本发明的智能调温装置的第三种调温工况示意图；

图4示出了本发明的单相液冷系统的示意图；

图5示出了本发明的控制方法的流程图。

附图标记说明：

1、第一壳体；11、第一空腔；111、第一腔体；112、第二腔体；12、进液口；13、第一出液口；14、第二出液口；15、环形挡边；2、第二壳体；21、第二空腔；3、第一阀体；4、第二阀体；5、相变材料；6、传动件；7、复位弹性件；8、阻挡结构；81、挡板；82、挡杆；83、尖头；

100、一次侧循环管路；101、第一循环泵；102、散热末端；200、二次侧循环管路；201、智能调温装置；202、第二循环泵；203、热源；204、冷却结构；205、调节阀；300、换热器；400、控制模块；500、数采模块。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1至图3所示，本实施例中公开了一种智能调温装置201，包括第一壳体1、第二壳体2、第一阀体3、第二阀体4和相变材料5，第一壳体1的内部设有第一空腔11，所述第一壳体1上设有与所述第一空腔11连通的进液口12、第一出液口13和第二出液口14；第二壳体2的内部设有第二空腔21，所述第二壳体2设置在所述第一空腔11内；第一阀体3活动设置在所述第一空腔11内，具有封堵所述第一出液口13的第一封堵位置，及打开所述第一出液口13的第一打开位置；第二阀体4与所述第二壳体2的另一端软连接，并与所述第一阀体3传动连接；所述第二阀体4具有封堵所述第二出液口14的第二封堵位置，及打开所述第二出液口14的第二打开位置；相变材料5，填充在所述第二空腔21内，适于根据进液温度发生相变，进而带动所述第二阀体4和所述第一阀体3移动。

第一出液口13适于通过换热器300与热源203的冷却结构204（例如单相冷板）连通，第二出液口14适于直接与热源203的冷却结构204连通；本发明提供的智能调温装置201，可根据进液口12处的冷却液温度，控制相变材料5的相变状态，进而带动第一阀体3和第二阀体4移动，以改变第一出液口13和第二出液口14的开闭状态，进而可单独通过第一出液口13排出冷却液温度较高的冷却液进入换热器300进行换热冷却后降至相应温度，或单独通过第二出液口14直接排出相应温度的冷却液，或者将通过第一出液口13排出并经过换热器300冷却后的冷却液与通过第二出液口14排出的冷却液混合得到相应温度的冷却液，进而实现对输送给热源203的冷却结构204的冷却液温度的控制。本发明提供的智能调温装置201，利用物体的固有属性，如相变材料5和温度之间的物料变化属性，实现对输送给热源203的冷却结构204的冷却液温度的控制，不需要PID调节，不依赖于外部温度测点，不受限于外部温度测点的精度偏差或者失效，实现对冷却液温度的实时、可靠和安全的控制。

具体地，第二壳体2位于所述进液口12与所述第一出液口13之间；进液口12进入冷却液后，先与第二壳体2接触，填充在第二壳体2的第二空腔21内的相变材料5的形变更灵敏。所述第二壳体2的一端与所述第一壳体1的内壁固定连接，另一端朝向所述第二出液口14延伸。一端固定，当发生形变时，仅另一端可因为相变材料5的相变而发生移动，使得与另一端软连接的第二阀体4可在移动时打开或封堵第二出液口14。

进一步的，第二阀体4与所述第二壳体2的另一端软连接，软连接包括第二阀体4与第二壳体2之间通过弹性管例如橡胶软管连接，或者通过波纹管连接。当相变材料5由固态转化为液态时，软连接的第二阀体4与第二壳体2在相变材料5的挤压下被弹性拉伸，第二阀体4向第二出液口14所在的方向移动；当相变材料5由液态转化为固态时，软连接的第二阀体4与第二壳体2在弹力和负压作用下回复至原位。第二阀体4与第二壳体2的另一端密封连接围出密封的第二空腔21。优选地，第二阀体4可为板状结构。具体的，热源203可以为例如CPU等电器元件或者服务器中的其他的电子设备。冷却结构204可以为单相冷板等通过冷却液进行冷却散热的冷却结构204。

本实施例提供的智能调温装置，相变材料5可以为石蜡、金属颗粒、氧化物粉体等的混合物。

智能调温装置201具体地调温过程包括，当进液口12的冷却液温度较高时，相变材料5从固态逐渐变化为液态，占用第二空腔21的体积逐渐增大，推动第二阀体4朝向第二封堵位置移动并逐渐封堵第二出液口14，第一阀体3与第二阀体4传动连接，第一阀体3向第一打开位置移动并逐渐打开第一出液口13，在此过程中，第一出液口13和第二出液口14均为打开状态，如图2所示，第一出液口13出来的冷却液经过换热器300冷却后与第二出液口14出来的冷却液混合并进入热源203的冷却结构204中吸热，以对热源203进行冷却。当进液口12的冷却液温度高到一定值时，第一出液口13全部打开，第二出液口14关闭，如图3所示，冷却液全部经过换热器300冷却后再进入热源203的冷却结构204中吸热。当进液口12的冷却液温度较低时，相变材料5从液态逐渐变为固态，占用第二空腔21的体积逐渐减小，第二阀体4逐渐回复至第二打开位置并逐渐打开第二出液口14，带动第一阀体3向第一封堵位置移动以逐渐封堵第一出液口13，在此过程中，第一出液口13和第二出液口14均为打开状态，如图2所示，第一出液口13出来的冷却液经过换热器300冷却后与第二出液口14出来的冷却液混合并进入热源203的冷却结构204中吸热，以对热源203进行冷却。当进液口12的冷却液温度低至一定值时，第一出液口13关闭，第二出液口14全部打开，如图1所示，冷却液通过第二出液口14直接进入热源203的冷却结构204中吸热。

本实施例中，所述第一空腔11的腔壁上凸出设有环形挡边15，所述环形挡边15将所述第一空腔11分隔成相互连通的第一腔体111和第二腔体112，所述第一出液口13与所述第一腔体111连通，所述进液口12和所述第二出液口14均与所述第二腔体112连通；所述第一阀体3活动设置在所述第二腔体112内，具有封堵在所述环形挡边15处的所述第一封堵位置，及远离所述环形挡边15的所述第一打开位置。

第一阀体3封堵在环形挡边15处即可关闭第一腔体111，进而实现对第一出液口13的封堵。第一阀体3和第二阀体4均设置在第二腔体112内，缩短两者之间的距离，使得第一阀体3更容易与第二阀体4传动连接，进而使得第一阀体3的控制更灵敏。

具体地实施方式中，第一壳体1为回转体结构，第一腔体111和第二腔体112沿轴向分布，且第一腔体111的直径小于第二腔体112。第二腔体112内还包括呈阶梯状分布的过渡段和进液段，过渡段位于第一腔体111与进液段之间，进液口12设置在进液段的外周，第二出液口14设置在进液段上远离过渡段的一侧；过渡段的直径大于第一腔体111的直径，小于进液段的直径。冷却液进入进液段后可停留较长的时间，与相变材料5进行热交换的时间较长，控制更为精确。优选地实施方式中，进液口12的进液方向与进液段的切向一致，进液口12进液后，可在进液段停留更长的时间。

本实施例中，所述第二壳体2的一端与所述第一腔体111的内壁固定连接，另一端穿过所述环形挡边15朝向所述第二出液口14延伸；所述第一阀体3套设在所述第二壳体2的外周，并与所述第二壳体2滑动配合。第二壳体2可对第一阀体3的动作进行限位，防止第一阀体3在移动的过程中偏离，导致无法对环形挡边15进行有效的封堵。

本实施例中，所述第二出液口14设置在所述第二腔体112上与所述环形挡边15对应的底腔壁上；所述进液口12设置在所述第二腔体112上与所述底腔壁相邻的侧腔壁上，并朝向所述第二壳体2的外周进液。保证进液口12进入的冷却液可直接与第二壳体2接触，温度可更好的传递给第二壳体2内部的相变材料5，相变材料5可更及时的根据冷却液温度进行相变。

本实施例的智能调温装置201，还包括传动件6和复位弹性件7，所述第一阀体3和所述第二阀体4的两者其中之一与所述传动件6的一端固定连接，其中另一与所述传动件6的另一端软连接；复位弹性件7的两端分别与所述第一阀体3和所述第二阀体4固定连接。传动件6的设置，实现第一阀体3和第二阀体4的传动连接，使得第一阀体3和第二阀体4可实时联动，及时根据相变材料5的相变状态对第一出液口13和第二出液口14的封堵和打开进行调整。复位弹性件7适于在第二阀体4不受力时，驱动第一阀体3回复至原位，并保证第一阀体3对第一出液口13的封堵效果。

作为可变换的实施方式，也可以为，可以仅设置传动件6，实现对第一阀体3和第二阀体4的稳定传动。或者，也可以仅设置复位弹性件7，通过复位弹性件7实现对第一阀体3和第二阀体4的弹性传动。

本实施例中，所述复位弹性件7为复位弹簧，套设在所述传动件6的外周。传动件6对复位弹簧进行限位，防止复位弹簧在移动或受力时发生歪斜或弯折，影响其对第一阀体3和/或第二阀体4的施力方向。

本实施例中，所述传动件6呈管状，套设在所述第二壳体2的外周。结构简单，且连接更稳固，传动效果更好，不会发生第二阀体4歪斜等失误。

作为可变换的实施方式，也可以为，传动件6包括至少三个传动杆，沿第一阀体3的周向均匀分布在第一阀体3的外周。复位弹性件7也可为至少三个复位弹簧，每个传动杆的外周均套设有一个复位弹簧。

本实施例的智能调温装置201还包括阻挡结构8，设置在所述第二空腔21内，并位于所述进液口12和所述第一出液口13之间，所述相变材料5填充在所述阻挡结构8与所述第二阀体4之间，所述阻挡结构8适于阻挡所述相变材料5向所述第一出液口13的方向移动。阻挡结构8将相变材料5阻挡在靠近进液口12和第二出液口14的位置，既使得相变材料5更早的接触冷却液，相变更灵敏，还可避免因为靠近第一出液口13时相变材料5继续相变导致第二阀体4无法复位以打开第二出液口14。

本实施例中，所述阻挡结构8包括挡板81和挡杆82，挡板81连接在所述第二空腔21内，将所述第二空腔21分隔成相变腔和阻挡腔，所述相变材料5填充在所述相变腔内；挡杆82设置在所述阻挡腔内，一端与固定连接所述第二壳体2的一端的所述第一壳体1的内壁抵接，另一端与所述挡板81抵接。挡杆82防止挡板81向第一出液口13的方向移动，进而保证相变材料5对第二阀体4的驱动力。

本实施例中，所述挡板81由弹性材料制成，所述挡板81的形状与所述第二空腔21的内腔相匹配，外周与所述第二空腔21的内腔固定连接。在相变材料5由固态变为液态时，挡板81可受压收缩，向挡杆82施力，由于挡杆82被固定连接所述第二壳体2的一端的所述第一壳体1的内壁抵接，导致挡杆82无法移动，但导杆向挡板81施加反向的作用力，推动相变材料5反向移动。挡板81设置为弹性材料，可在受力时发生弹性形变，避免挡板81因为经常受力而损坏。

具体地一种实施方式中，挡板81的外周与第二空腔21的内腔的腔壁焊接或者粘接。或者，挡板81的外周与第二空腔21的内腔过盈配合。

作为可变换的实施方式，也可以为，挡板81的外周设有硬质连接环，第二空腔21的内腔的腔壁上设有环形凹槽，硬质连接环连接在环形凹槽内。

本实施例中，所述挡板81为橡胶板。材料的成本低，且易于成型。

本实施例中，所述挡杆82靠近所述挡板81的一端设有尖头83，所述尖头83的尖端朝向所述第二阀体4，所述挡板81适于在所述尖头83的作用下发生弹性形变。尖头83可在挡板81受力时促使挡板81发生中间低外周高的形变，中间位置更靠近第二阀体4，增大了挡板81与相变材料5的接触面积，减小相变材料5对挡板81施加的压强。

具体地，所述尖头83为圆锤状结构，尖头83的尖端圆滑过渡，避免刺伤挡板81。尖头83远离尖端的一端的直径大于挡杆82的直径。

本实施例中，所述挡板81的厚度由外周向与所述尖头83的尖部对应的位置逐渐增大。增强挡板81与尖头83的尖端配合的位置的厚度，防止尖端扎破挡板81。

本实施例中，所述挡板81位于所述第二腔体112内。将挡板81分隔出的相变腔限位在第二腔体112内，保证相变材料5可在进液口12进液的第一时间发生相变，也可避免相变材料5位于第一腔体111内时，还影响相变材料5发生相变进而影响第二阀体4的正常打开。

如图4所示，本实施例中还公开了一种单相液冷系统，包括一次侧循环管路100、二次侧循环管路200和换热器300，所述一次侧循环管路100向所述换热器300输入冷却液体，以用来将二次侧循环管路200向所述换热器300输入的温度较高的冷却液体进行冷却降温。

所述二次侧循环管路200包括上述的智能调温装置201、第二循环泵202和调节阀205。

智能调温装置201包括第一壳体1、第二壳体2、第一阀体3、第二阀体4和相变材料5，第一壳体1的内部设有第一空腔11，所述第一壳体1上设有与所述第一空腔11连通的进液口12、第一出液口13和第二出液口14；第二壳体2的内部设有第二空腔21，所述第二壳体2设置在所述第一空腔11内，并位于所述进液口12与所述第一出液口13之间；所述第二壳体2的一端与所述第一壳体1的内壁固定连接，另一端朝向所述第二出液口14延伸；第一阀体3活动设置在所述第一空腔11内，具有封堵所述第一出液口13的第一封堵位置，及打开所述第一出液口13的第一打开位置；第二阀体4与所述第二壳体2的另一端软连接，并与所述第一阀体3传动连接；所述第二阀体4具有封堵所述第二出液口14的第二封堵位置，及打开所述第二出液口14的第二打开位置；相变材料5，填充在所述第二空腔21内，适于根据进液温度发生相变，进而带动所述第二阀体4和所述第一阀体3移动。

第二循环泵202的进液端与热源203的冷却结构204的热流出口连通，出液端与所述智能调温装置201的所述进液口12连通；第二循环泵202可为热源203的冷却结构204的热流出口排出的冷却液提供流动循环的动力，为二次侧循环管路中的冷却液的流动提供动力，是实现冷却循环的动力源。所述智能调温装置201的所述第一出液口13通过所述换热器300与所述冷却结构204的冷流进口连通，所述第二出液口14与所述冷流进口连通。

调节阀205靠近热源203的冷却结构204的所述冷流进口设置，位于热源203的冷却结构204的所述冷流进口与所述第二出液口14之间，并位于所述冷流进口与所述换热器300之间。调节阀205为流量调节阀，可根据需要对进入冷流进口的流量进行调节，配合智能调温装置201实现冷却液流量和温度的实时、精确控制。

本实施例中，单相液冷系统还包括控制模块400和数采模块500，控制模块400与数采模块500、冷却结构204和智能调温装置201均通信连接；数采模块500与调节阀205通信连接，用于采集调节阀205的开度信息，并发送给控制模块400。控制模块400根据实际散热需求控制智能调温装置201使得冷却液的温度恒温，并根据冷却结构204反馈的热源203的散热功耗和调节阀205的开度信息来调整调节阀205的开度，进而调整调节阀205的流量。

通信连接指的是通过信号的传输交互，在连接的设备之间构成通讯，包括有线连接（例如通过导线、网线连接等）和无线连接（例如WiFi、4G连接等）。

本实施例提供的单相液冷系统，二次侧循环管路200通过智能调温装置201实现对二次侧循环管路200的冷却液温度的实时、可靠和精确控制，进而根据热源203的散热功耗对应调整调节阀205的开度，以实现对热源203温度的实时、可靠和精确控制。解决了常规液冷系统通过调整一次侧循环管道的控制阀开度来对冷却液温度间接控制时的滞后性，并避免了常规液冷系统由于热源203功耗频繁变化和依赖于二次侧温度测点带来的可靠性问题。

本实施例中，冷却结构204具有并联设置的多个，每个所述冷却结构204的冷流进口处均匹配一个所述调节阀205。每个所述冷却结构204均匹配至少一个热源203，本实施例的单相液冷系统，可同时为多个热源203进行实时、可靠且精确的冷却散热，实现对多个热源203的温度的实时、可靠且精确的控制。

本实施例中，所述调节阀205为电磁调节阀。调节精度高，调节准确且高效，且可自动控制，无需人工进行调节。

本实施例中，所述一次侧循环管路100包括第一循环泵101，所述第一循环泵101的进水端与散热末端102的散热出口连通，出水端通过所述换热器300与所述散热末端102的散热进口连通。散热末端102将从换热器300流出的温度较高的冷却液体进行冷却，在第一循环泵101的作用下，冷却后的温度较低的冷却液体继续进入换热器300进行吸热以冷却二次侧循环管路200的冷却液体。

影响热源203的温度的变量包括热源203的散热功耗、二次侧循环管路200输送给热源203的冷却结构204的冷却液温度和冷却液流量。如图5所示，本实施例还公开了一种用于上述单相液冷系统的控制方法，包括以下步骤：将所述冷却液温度与所述冷却液流量和所述热源203的散热功耗解耦；将所述冷却液流量和所述热源203的散热功耗耦合控制。

先解除冷却液温度对散热功耗和冷却液流量的影响，再根据冷却液流量和所述热源203的散热功耗的耦合控制，实现对热源203温度的实时、可靠和精确控制。

本实施例中，所述将所述冷却液温度与所述冷却液流量和所述热源203的散热功耗解耦的步骤包括：通过所述智能调温装置201恒温控制所述冷却液温度。

本实施例中，所述将所述冷却液流量和所述热源203的散热功耗耦合控制的步骤包括：根据热源203的散热功耗和对应该热源203的所述调节阀205的阀门开度的关系式来调节所述调节阀205的阀门开度；所述调节阀205的阀门开度与所述冷却液流量成正比。

本实施例中，所述关系式为：B=（Q/K）²/Q_max；

其中，B为调节阀205的阀门开度；Q为热源203的散热功耗；K为系数；Q_max为阀门全开时的冷却液流量。

在冷却液温度一定的情况下，相同的设置温度时，一定的散热功耗需要的冷却液流量也是一定的。

传热学中对流传热系数h_x计算公式如下：

h_x=0.332（λ/x）Re^0.5Pr^1/3；

其中，λ为导热系数，x为特征尺寸，Pr为普朗特数，在设计条件下均为常数。

雷诺数公式如下：

Re=ρvx/η；

其中，V为冷却结构204内冷却液的流速，ρ为冷却液的密度，x为特征尺寸，η为动力粘度，ρ，x，η在设计条件下均为常数。

从上边两个公式可知，在其它参数不变的情况下， h_x（对流传热系数）与冷板内流速的0.5次方成正比，即与流量 Q_v的0.5次方成正比。

对流传热计算公式：

Q = h_xA（t_w-t_∞）；

其中，t_w为热源203温度，t_∞为进入冷却结构204的冷却液的温度（智能调温器恒定输出的温度），A为换热面积，如果维持相同热源203温度，设计条件下t_w、t_∞和A均为常数。

由此可得Q和h_x为线性关系，也即：

Q=KQ_v ^0.5；

其中，Q为散热功耗，Q_v为冷却液流量，K为系数；即Q_v=（Q/K）²。

调节型三偏心蝶阀开度和流量的对应关系如下表1所示：

表1

Q_v=Q_maxB，Q_max为阀门全开时的冷却液流量；B为阀门开度。

由此得出，B=（Q/K）²/Q_max。

综上，可知根据热源203散热功耗Q可以得出调节阀205的阀门相对行程即开度的一一对应关系。

由于二次侧循环管路200的冷却液温度通过智能调温器实时控制恒温输出，系统温控调节过程中只需要读取对应支路的热源203散热功耗并输出对应的调节阀205的阀门开度即可。以轮询时间2S为例，从轮询获取支路热源203功耗后即可同步输出阀门开度，电磁调节阀开度执行时间为1S，系统根据功耗变化调节一次侧循环管路100和二次侧循环管路200的温度，流量的稳定时间一共3S。相比现有的常规方案的100S,可以降低两个数量级。对CPU功耗变化频繁的系统，也可以敏捷跟上，不会出现常规方案中CPU实际运行温度长期偏离设置值的温控失效现象。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.一种智能调温装置（201），其特征在于，包括：

第一壳体（1），内部设有第一空腔（11），所述第一壳体（1）上设有与所述第一空腔（11）连通的进液口（12）、第一出液口（13）和第二出液口（14）；

第二壳体（2），内部设有第二空腔（21），所述第二壳体（2）设置在所述第一空腔（11）内；所述第二壳体（2）的一端与所述第一壳体（1）的内壁固定连接；

第一阀体（3），活动设置在所述第一空腔（11）内，具有封堵所述第一出液口（13）的第一封堵位置，及打开所述第一出液口（13）的第一打开位置；

第二阀体（4），与所述第二壳体（2）的另一端软连接，并与所述第一阀体（3）传动连接；所述第二阀体（4）具有封堵所述第二出液口（14）的第二封堵位置，及打开所述第二出液口（14）的第二打开位置；

相变材料（5），填充在所述第二空腔（21）内，适于根据进液温度发生相变，进而带动所述第二阀体（4）和所述第一阀体（3）移动。

2.根据权利要求1所述的智能调温装置（201），其特征在于，所述第一空腔（11）的腔壁上凸出设有环形挡边（15），所述环形挡边（15）将所述第一空腔（11）分隔成相互连通的第一腔体（111）和第二腔体（112），所述第一出液口（13）与所述第一腔体（111）连通，所述进液口（12）和所述第二出液口（14）均与所述第二腔体（112）连通；所述第一阀体（3）活动设置在所述第二腔体（112）内，具有封堵在所述环形挡边（15）处的所述第一封堵位置，及远离所述环形挡边（15）的所述第一打开位置。

3.根据权利要求2所述的智能调温装置（201），其特征在于，所述第二壳体（2）的一端与所述第一腔体（111）的内壁固定连接，另一端穿过所述环形挡边（15）的内环朝向所述第二出液口（14）延伸；所述第一阀体（3）套设在所述第二壳体（2）的外周，并与所述第二壳体（2）滑动配合。

4.根据权利要求2所述的智能调温装置（201），其特征在于，所述第二出液口（14）设置在所述第二腔体（112）上与所述环形挡边（15）对应的底腔壁上；所述进液口（12）设置在所述第二腔体（112）上与所述底腔壁相邻的侧腔壁上，并朝向所述第二壳体（2）的外周进液。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的智能调温装置（201），其特征在于，还包括：

传动件（6），所述第一阀体（3）和所述第二阀体（4）的两者其中之一与所述传动件（6）的一端固定连接，其中另一与所述传动件（6）的另一端软连接；

复位弹性件（7），两端分别与所述第一阀体（3）和所述第二阀体（4）固定连接。

6.根据权利要求5所述的智能调温装置（201），其特征在于，所述复位弹性件（7）为复位弹簧，套设在所述传动件（6）的外周。

7.根据权利要求5所述的智能调温装置（201），其特征在于，所述传动件（6）呈管状，套设在所述第二壳体（2）的外周。

8.根据权利要求2-4中任一项所述的智能调温装置（201），其特征在于，还包括阻挡结构（8），设置在所述第二空腔（21）内，并位于所述进液口（12）和所述第一出液口（13）之间，所述相变材料（5）填充在所述阻挡结构（8）与所述第二阀体（4）之间，所述阻挡结构（8）适于阻挡所述相变材料（5）向所述第一出液口（13）的方向移动。

9.根据权利要求8所述的智能调温装置（201），其特征在于，所述阻挡结构（8）包括：

挡板（81），连接在所述第二空腔（21）内，将所述第二空腔（21）分隔成相变腔和阻挡腔，所述相变材料（5）填充在所述相变腔内；

挡杆（82），设置在所述阻挡腔内，一端与固定连接所述第二壳体（2）的一端的所述第一壳体（1）的内壁抵接，另一端与所述挡板（81）抵接。

10.根据权利要求9所述的智能调温装置（201），其特征在于，所述挡板（81）由弹性材料制成，所述挡板（81）的形状与所述第二空腔（21）的内腔相匹配，外周与所述第二空腔（21）的内腔固定连接。

11.根据权利要求10所述的智能调温装置（201），其特征在于，所述挡板（81）为橡胶板。

12.根据权利要求10所述的智能调温装置（201），其特征在于，所述挡杆（82）靠近所述挡板（81）的一端设有尖头（83），所述尖头（83）的尖端朝向所述第二阀体（4），所述挡板（81）适于在所述尖头（83）的作用下发生弹性形变。

13.根据权利要求12所述的智能调温装置（201），其特征在于，所述挡板（81）的厚度由外周向与所述尖头（83）的尖端对应的位置逐渐增大。

14.根据权利要求9所述的智能调温装置（201），其特征在于，所述挡板（81）位于所述第二腔体（112）内。

15.一种单相液冷系统，其特征在于，包括一次侧循环管路（100）、二次侧循环管路（200）和换热器（300），所述一次侧循环管路（100）向所述换热器（300）输入冷却液体；所述二次侧循环管路（200）包括：

权利要求1-14中任一项所述的智能调温装置（201）；

第二循环泵（202），进液端与热源（203）的冷却结构（204）的热流出口连通，出液端与所述进液口（12）连通；所述第一出液口（13）通过所述换热器（300）与所述冷却结构（204）的冷流进口连通，所述第二出液口（14）与所述冷流进口连通；

调节阀（205），靠近所述冷流进口设置，位于所述冷流进口与所述第二出液口（14）之间，并位于所述冷流进口与所述换热器（300）之间。

16.根据权利要求15所述的单相液冷系统，其特征在于，冷却结构（204）具有并联设置的多个，每个所述冷却结构（204）的冷流进口处均匹配一个所述调节阀（205）。

17.根据权利要求15所述的单相液冷系统，其特征在于，所述调节阀（205）为电磁调节阀。

18.根据权利要求15所述的单相液冷系统，其特征在于，所述一次侧循环管路（100）包括第一循环泵（101），所述第一循环泵（101）的进水端与散热末端（102）的散热出口连通，出水端通过所述换热器（300）与所述散热末端（102）的散热进口连通。

19.一种用于权利要求15-18中任一项所述的单相液冷系统的控制方法，其特征在于，影响热源（203）的温度的变量包括热源（203）的散热功耗、二次侧循环管路（200）输送给热源（203）的冷却结构（204）的冷却液温度和冷却液流量；

所述控制方法包括以下步骤：

将所述冷却液温度与所述冷却液流量和所述热源（203）的散热功耗解耦；

将所述冷却液流量和所述热源（203）的散热功耗耦合控制。

20.根据权利要求19所述的单相液冷系统的控制方法，其特征在于，所述将所述冷却液温度与所述冷却液流量和所述热源（203）的散热功耗解耦的步骤包括：通过所述智能调温装置（201）恒温控制所述冷却液温度。

21.根据权利要求19所述的单相液冷系统的控制方法，其特征在于，所述将所述冷却液流量和所述热源（203）的散热功耗耦合控制的步骤包括：根据热源（203）的散热功耗和对应该热源（203）的所述调节阀（205）的阀门开度的关系式来调节所述调节阀（205）的阀门开度；所述调节阀（205）的阀门开度与所述冷却液流量成正比。

22.根据权利要求21所述的单相液冷系统的控制方法，其特征在于，所述关系式为：

B=（Q/K）2/Qmax；

其中，B为调节阀（205）的阀门开度；

Q为热源（203）的散热功耗；

K为系数；

Qmax为阀门全开时的冷却液流量。