CN116679805A - 冷却装置及计算设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种冷却装置及计算设备。本申请的冷却装置包括风扇装置、热交换器及至少一个冷却板。风扇装置被设置为在操作过程中提供气流路径。热交换器包括穿设于其中的流体管道，热交换器被设置为所述气流路径穿过其中。流体管道与至少一个冷却板流体连通那个，且被设置为提供冷却液流。至少一个冷却板包括液流腔以及设置于液流腔中的用于导引所述液流腔内的所述冷却液流的多个导流片。

Description

冷却装置及计算设备

技术领域

本公开涉及热管理装置，并且更具体地涉及用于机架的冷却装置 及具有冷却装置的计算设备。

背景技术

在运行过程中,布置于机架上的计算设备中的电子元件产生热量。 电子元件的过热可能对电子元件的性能产生不利影响。现有计算设备 的冷却装置难以符合高处理能力的计算设备及高密度安装的机架的散 热要求。

发明内容

一方面，本公开提供一种冷却装置，包括：风扇装置、热交换器、 流体管道及至少一个冷却板。风扇装置被设置为在操作过程中提供气 流路径。热交换器包括穿设于其中的流体管道，热交换器被设置为所 述气流路径穿过其中。流体管道与至少一个冷却板流体连通那个，且 被设置为提供冷却液流。至少一个冷却板包括液流腔以及设置于液流 腔中的用于导引所述液流腔内的所述冷却液流的多个导流片。

根据一个实施例，热交换器包括沿所述流体管道分布的多个散热 片。

根据一个实施例，多个散热片中相邻的散热片间隔设置以界定多 个通风道。

根据一个实施例，多个通风道被设置为允许所述气流路径穿过其 中。

根据一个实施例，至少一个冷却板位于所述热交换器的流体管道 的下游。

根据一个实施例，多个导流片沿液流腔的宽度方向以不同的间距 布设，以提高冷却流体沿液流腔宽度方向的流速均匀度。

根据一个实施例，液流腔包括中心区和周边区。其中多个导流片 被布设为在中心区中的间距小于在周边区中的间距。

根据一个实施例，至少一个冷却板还包括在液流腔的入口与出口 之间延伸的至少一条旁路通道，其中所述至少一条旁路通道被设置为 绕过液流腔的上游段并与液流腔的下游段连通。

根据一个实施例，还包括相互平行且在液流腔的入口与出口之间 延伸的多条旁路通道。

在另一方面，本公开提供一种计算设备，包括：界定有机架空间 的机架及根据前述一个或多个实施例的、设置于机架的冷却装置。

根据一个实施例，热交换器设置于所述机架空间的第一部件区和 所述机架空间的第二部件区之间，以使得所述气流路径从所述第一部 件区向所述第二部件区延伸。

根据一个实施例，气流路径从所述热交换器向下游横穿所述第二 部件区的至少一部分。

附图说明

图1是根据本公开的一个实施例的计算机柜的立体图；

图2A是根据本公开实施例的机架空间中的冷却装置的立体图；

图2B是图2A所示冷却装置的热交换器沿剖面线A-A的剖视图；

图2C是图2B的部分21的局部放大图；

图3是图2A的俯视图；

图4是根据另一实施例的冷却装置的立体图；

图5是根据本公开实施例的冷却板的立体图；

图6是图5所示冷却板沿剖面线B-B的剖视立体图；

图7是图5所示冷却板的俯视图；

图8是图7所示冷却板沿剖面线C-C的剖视侧视图；

图9是图7所示冷却板沿剖面线D-D的剖视立体图；

图10是图9冷却板的横向部分局部放大主视图；

图11是根据另一实施例的冷却板的立体图；

图12是图11所示冷却板的俯视图；

图13是图11所示冷却板沿剖面线E-E的剖视立体图；

图14是图13所示冷却板的侧视图；

图15是图11所示冷却板沿剖面线F-F的剖视立体图；

图16是图12所示冷却板沿剖面线G-G的剖视立体图；

图17是图16所示冷却板的横向部分局部放大视图。

具体实施方式

在本说明书中对“一个实施例”、“另一实施例”或“一实施例” (或类似短语)的引用意味着结合该实施例所描述的特定特征、结构 或特性被包括于至少一个实施例中。因此，在本说明书的各处出现的 短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”或类似短语不一定都指 代相同的实施例。此外，所描述的特征、结构或特性可以在一个或多 个实施例中以任何合适的方式组合。在以下描述中，提供了多个具体 细节以提供对实施例的透彻理解。相关领域的技术人员将认识到，可 以在没有一个或多个具体细节的情况下实施各种实施例，或者使用其 他方法、部件、材料等来实施各种实施例。在其他情况下，一些或所 有已知的结构、材料或操作可能不示出或不详细描述以避免混淆。

图1所示为根据本公开一个实施例的计算机柜100，例如服务器 机柜、计算机机箱或数据存储机架。如图1所示，计算机柜100包括 多个计算设备200，例如多个计算服务器。作为示例性实施例，为了优 化服务器机房中的空间，计算设备200彼此相邻地垂直堆叠布置于计 算机柜100中。垂直堆叠布置可以节省机架及机房空间，然而紧凑排 列的多个计算设备可能会限制每个计算设备200及其之间的可用的通 风通道或散热空间。

如图2A、图2B、图2C及图3所示，计算设备200包括设置于机 架210上的多个部件及元器件。机架210界定有机架空间220。机架空 间220包括第一部件区222、第二部件区224和其他部件区226、228。 例如，第一部件区222、第二部件区224和其他部件区226、228中的 每一个部件区都可以被计算设备部件及不同的元器件分别占据，其中 计算设备部件及元器件可以是例如以下元器件之一或多个：计算处理 器、芯片组、双列直插内存模块(DIMM)的计算机内存、主板、基板 管理控制器(BMC)、供电单元(PSU)、外围部件互连快速接口(PCIe)卡等。在计算设备的运行过程中，计算设备部件及元器件各自产生不 同的热量，导致其机架空间220中温度的总体升高并且分布可能很不 均匀。为保证计算设备的正常运行，对机架210及各计算设备的热管 理因此具有挑战性。

冷却装置230设置于机架空间220中。冷却装置230包括热交换 器240。如图2B及图2C所示，热交换器240包括流体管道250的第 一节段251及穿设于第一节段251的多个散热片248。流体管道250的 第一节段251沿长向轴线82延伸布设。流体管道250具有贯穿其中的的流体通道242。多个散热片248固定连接于或可拆卸地连接于流体管 道250第一节段251的外部。流体管道250的第一节段251穿设于各 散热片248的中心。多个冷却散热片248中的每一个散热片分别具有 两个相对且平的主表面248a，多个冷却散热片248设置为各主表面248a 与长向轴线82垂直。各冷却散热片248相互平行且间隔设置，以允许 空气流过相邻的冷却散热片248之间构成的各个通风道248c，以及扫 过冷却散热片248的主表面248a。在一个示例中，热交换器240由叠 层设置的多个冷却散热片248构成，流体管道250的第一节段251穿 过叠层设置的多个冷却散热片248。每个冷却散热片248分别形成有相 对于主表面248a垂直弯折的边缘248b。边缘238b在相邻冷却散热片 248之间构成间隔件，从而将该堆叠设置的多个冷却散热片248保持为 间隔定位状态。边缘238b和主表面248a共同界定多个通风道248c， 气流可以流经多个通风口248c。即，多个通风道248c允许气流穿过其 中，使得散热片248与流经热交换器240的空气之间发生热交换。在 运行过程中，在流体通道242中提供冷却液流或其他合适的冷却剂液 流，例如水流。流体通道242具有热交换器入口244以及热交换器出 口246。热交换器入口244用于接收冷却流体，冷却流体经热交换器出 口246流出热交换器240，实现冷却流体与冷却散热片248的热交换。 在一些实施例中，至少一个冷却散热片248的高度H可以被设置为与 机架空间220的高度相同，从而冷却散热片248可适配安装于机架空 间220。

风扇装置300设置于机架210的边缘。风扇装置300可包括一个 风扇单元或彼此相邻设置的多个风扇单元。风扇装置300在运行中将 外部空气70吹入机架空间220的内部，从而在机架空间220中提供空 气流动。在本文中，由风扇装置300产生的空气流动为沿气流路径80 的气流。风扇装置300及热交换器240被设置为由风扇300吹入机架 空间220中的气流路径80横向穿过热交换器240主导管250的第一节 段251。

在一些实施例中，风扇装置300及热交换器240设置在机架中， 使得第一部件区222位于风扇装置300与热交换器240之间，并且热 交换器240被设置于第一部件区222与第二部件区224之间。风扇装 置300和第一部件区222可以位于热交换器240的第一侧，第二部件 区224位于热交换器240的相对的第二侧。

风扇装置300被设置为在运行过程中提供横向导向的气流路径80， 气流路径80在继续向下游横穿热交换器240之前穿过第一部件区222， 使得沿气流路径80流动的空气将第一部件区222的热空气疏散，从而 为第一部件区222的元器件提供散热。在流经热交换器240过程中， 来自第一部件区222的热空气与散热片248进行热交换，从而热空气 的温度得以降低。风扇装置300将降温的空气沿气流路径80从热交换 器240继续吹向下游并穿过第二部件区224的至少一部分，以继续向 第二部件区224的元器件提供散热。

在本文中，涉及流经热交换器240的空气的描述可以理解为围绕 散热片248和/或热交换器整体、在散热片248和/或热交换器整体的上 方，或在散热片248和/或热交换器整体之间的空气流动。类似地，涉 及流经部件区的空气的描述可以理解为在所有部件区中的至少部分部 件的上方、扫过部件表面及/或部件周围的空气流动。

图4示出替代实施例，其中的热交换器240位于沿风扇装置302 所提供气流路径的第一部件区222的下游并且位于第二部件区224的 上游。风扇装置302设置于邻近第二部件区224、处于第二部件区224 下游的位置，并且以“吸气”模式运作，以使得机架210内部的空气 在风扇驱动下从第一部件区222朝向风扇装置302流动并在沿气流路 径80流经第二部件区224之前，穿过热交换器240。风扇装置300处 于机架210的其他部件的气流下游，从而将机架210内的高温空气排 到外部环境中。

在另外的实施例中，风扇装置300和热交换器240被设置于第一 部件区222的两侧。此外，风扇装置200和热交换器240也可以被设 置于第二部件区224的两侧。

继续参考图2A、图2B、图2C及图3，冷却装置230的流体管道 250包括与第一节段251流体连通第二节段252、第三节段253及第四 节段254。流体管道250包括与第一节段251流体连通的入口250a及 与第四节段254流体连通的出口250b。冷却流体被设置为经由入口250a流入流体管道250，流经第一节段251、第二节段252、第三节段 253及第四节段254并且经由出口250b流出流体管道250。流体管道 250可以形成为局部或整圈围绕一个或多个部件区222、224的环形。 例如，流体管道250可以形成为围绕第一部件区222的环形。在另一示例中，流体管道250可以被设置为部分地围绕部件区222、224之一 的局部环形。流体管道250由导热材料制成，通过形成围绕部件区222、 224之一的环形，流体管道250可将沿途及周围空间的热量从其周围传 导消散，从而向该部分的元器件提供散热。

冷却装置230还可包括与流体管道250流体连通的一个或多个具 有液流腔的冷却板260，从而冷却流体可通过流体管道250流经冷却板 260。与热交换器240共用流体管道250的一个或多个冷却板260被布 置于流体管道250的下游。如图3所示，本实施例的冷却装置230包 括第一冷却板2601及第二冷却板2602。流体管道250与第一冷却板 2601连通构成第二节段252，流体管道250与第二冷却板2602连通构 成第四节段254。第二节段252与第四节段254之间通过第三节段253 流体连通。第一冷却板2601及第二冷却板2602可以具有相同的结构、 形状及尺寸，或者可以根据元器件的散热要求设置为不同的结构、形 状及/或尺寸。在本文中，以参考号260、2601或2602标示的冷却版， 可以理解为具有相同或不同结构、形状及/或尺寸的冷却版。

如图5至图8所示，根据本公开实施例的冷却板260包括壳体262 和底板269。底板269由高导热率材料，例如金属制造。壳体262与底 板269构成液流腔264，液流腔264具有入口265和出口266。入口265、 液流腔264及出口266构成流体管道250的第二节段252的一部分。 液流腔264可以经由入口265接收流经流体管道250的冷却流体，允 许冷却流体流经液流腔264，并且经由出口266排出冷却流体。底板 269可以设置为与一个或多个计算设备部件或元器件直接接触。在计算 设备运行过程中，计算设备部件或元器件产生的热量通过冷却板260 与该计算设备部件或元器件之间的热传导传递至冷却板260，再由流经 冷却板260的液流腔264的冷却流体将该热量消散，从而为计算设备 部件或元器件散热及降温。

冷却板260包括设置于液流腔264中的多个导流片268。各导流 片268的长度方向沿入口265和出口266延伸，并且多个导流片268 沿液流腔264的宽度W方向相互平行布设。如图9及图10所示，液流 腔264沿宽度方向W具有中心区264a及位于中心区264a两侧的两个周边区264b。多个导流片268相互平行布设。位于中心区264a的导流 片268以较小间距268a相互间隔设置，位于周边区264b的导流片268 以较大间距268b相互间隔设置，从而液流流经中心区264a的流阻高 于周边区264b中的流阻。

在运行中，流经中心区264a的冷却流体的流动阻力大于冷却流体 流经周边区264b的冷却流体的流动阻力，因此中心区264a中的冷却 液流流速可以降低为接近周边区264b的冷却液流流速。导流片分布间 距的差异导致中心区264a和周边区264b之间的流阻的差异，从而提 高沿液流腔宽度(W)方向冷却流体流速的均匀度。根据上述设置，对 于与底板269接触或邻近设置的计算设备部件，根据本实施例的冷却 装置230可以向计算设备提供较均匀的散热及冷却效果。多个导流片 268可以与底板269一体制成，或者单独制成后固定安装于底版269。 多个导流片268提供冷却板260与冷却液流的附加接触面积。多个导流片268可以由高导热率材料，例如由金属制成，从而在冷却液流流 经各导流片268之间的过程中与底板269共同实现与冷却液流的热交 换。因此，多个导流片268在通过其各导流片的间距设置提高冷却液 流均匀度的同时，也可以起到提高与冷却液流热交换效率的作用。

在入口265和出口266偏离冷却板260中心的实施例中，导流片 268沿宽度W方向的分布可以被设置为靠近入口265或出口266的导 流片268在相邻导流片268之间的间距较小，并且远离入口265或出 口266的导流片268在相邻导流片之间的间距较大。导流片以不均匀 的间距相互间隔设置，以提高横跨液流腔整体的冷却流体流速均匀度。

如图11至图17所示，根据本公开另一实施例的冷却板270包括 壳体272和由高导热率材料制成的底板279，例如金属板。壳体272与 底板279构成液流腔274，液流腔274具有入口275及出口276。液流 腔274与流体管道250流体连通。液流腔274包括上游段274a和下游 段274b，上游段274a和下游段274b沿液流腔274的长度L的方向接 续定位。冷却板260还包括设置于底板279中或形成于底板279上的 多个导流片278，导流片278以均匀间距设置于液流腔274中，如图 17所示。

冷却板270可以设置有形成于壳体272与多个导流片278阵列之 间的至少一条旁路通道277。在一个示例中，冷却板270包括多条纵向 延伸的旁路通道277。如图13至图15所示，多条纵向延伸的旁路通道 277在下游段274b位置共同连通于横向的连通通道280。每条旁路通 道277分别终止于下游段274b。在所示的非限制性示例中，多条旁路 通道277相互平行地纵向延伸布设。至少一条旁路通道277绕过液流 腔274的上游段274a而直接连通于液流腔274的下游段274b，使得一 部分冷却流体271从入口275通过旁路通道277直接流到下游段274b。 因此，旁路通道277可将一部分冷却流体直接引导至液流腔274的下 游段274b。从而实现对邻近下游段274b设置的处理器芯片或其他计算 部件的附加冷却效果。

在一些实施例中，旁路通道277可以被设置为沿整段长度与液流 腔274流体连通，如图13和图14所示。或者，旁路通道277可以被 设置为其整段长度的仅一部分，例如处于下游段274b的部分，与液流 腔274流体连通，以使得较多部分的冷却流体绕过液流腔274的上游 段274a而直接流到液流腔274的下游段274b，实现对邻近下游段274b 设置的处理器芯片或其他计算部件进一步增强的冷却效果。

热交换器240与一个或多个冷却板260/270可以共同连通于同一 冷却管道250。在运行过程中，风扇装置300将空气从机架空间220的 外部吹入第一部件区222的内部。当空气经第一部件区222朝向第二 部件区224流动时，该空气首先被热交换器240冷却，然后该空气流 经第二部件区224，从而产生将第二部件区224中的温度降低的效果。 即，冷却装置230使得机架内部深处的部件区(例如第二部件区224) 的温度能够保持在预定限值之下，以有助于获得位于其中的计算部件 的更高的可靠性和更长的使用寿命。热交换器中的冷却流体可以被引 导以经由流体管道250继续向下游到达冷却板260/270。根据上述用于 冷却板260/270的实施例的一种或多种组合，可以在使用相同的冷却流 体的情况下获得高效的冷却效果，从而可以降低冷却全部机架210所 需的冷却流体的供应量，并且可以有助于腾空机架210上的较多空间， 以用于容纳其他计算部件。冷却板260/270用于提供更高的冷却效率， 从而获得有效的冷却效果。综上所述，冷却装置230在仅使用一条流 体管道250的情况下，仍然能够在较大体积的机架空间220实现高效 的热管理。

如本文所用，单数“一”和“一个”可被解释为包括复数“一个 或多个”，除非另有明确说明。

本公开是出于说明和描述的目的而呈现的，但并非旨在穷举或限 制本公开。许多修改和变化对于本领域普通技术人员而言将是显而易 见的。选择和描述示例实施例是为了解释原理和实际应用，并且使本 领域普通技术人员能够理解本公开具有适合于预期的特定用途的各种 修改的各种实施例。

因此，虽然这里已经参考附图描述了说明性示例实施例，但是应 当理解，该描述不是限制性的，并且本领域普通技术人员可以在其中 实现各种其他改变和修改而不脱离本公开的范围。

Claims (12)

1.一种冷却装置，其特征在于，所述冷却装置包括：

风扇装置，所述风扇装置被设置为在运行过程中提供气流路径；

热交换器，所述热交换器包括穿设于其中的流体管道，且所述热交换器被设置为所述气流路径穿过其中；及

至少一个冷却板，

所述热交换器与所述冷却板流体连通，且被设置为提供冷却液流；

其中所述至少一个冷却板包括：

液流腔；以及

设置于所述液流腔中用于引导所述液流腔内的所述冷却液流的多个导流片。

2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，其中所述热交换器包括沿所述流体管道分布的多个散热片。

3.根据权利要求2所述的冷却装置，其特征在于，其中所述多个散热片中相邻的散热片间隔设置以界定多个通风道。

4.根据权利要求3所述的冷却装置，其特征在于，其中所述多个通风道被设置为允许所述气流路径穿过其中。

5.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，其中所述至少一个冷却板位于所述热交换器的所述流体管道的下游。

6.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，其中所述多个导流片沿所述液流腔的宽度方向以不同的间距布设，以提高所述冷却流体沿所述液流腔宽度方向的流速均匀度。

7.根据权利要求6所述的冷却装置，其特征在于，其中所述液流腔包括中心区和周边区，所述多个导流片被布设为在所述中心区中的间距小于在所述周边区中的间距。

8.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，其中所述至少一个冷却板还包括在所述液流腔的入口与出口之间延伸的至少一条旁路通道，其中所述至少一条旁路通道被设置为绕过所述液流腔的上游段并与所述液流腔的下游段连通。

9.根据权利要求8所述的冷却装置，其特征在于，还包括相互平行且在所述液流腔的入口与出口之间延伸的多条旁路通道。

10.一种计算设备，其特征在于，包括：

界定有机架空间的机架；及

根据权利要求1至9中任一项所述的冷却装置，所述冷却装置设置于所述机架。

11.根据权利要求10所述的计算设备，其特征在于，其中所述热交换器设置于所述机架空间的第一部件区和所述机架空间的第二部件区之间，以使得所述气流路径从所述第一部件区向所述第二部件区延伸。

12.根据权利要求11所述的计算设备，其特征在于，其中所述气流路径从所述热交换器向下游横穿所述第二部件区的至少一部分。