CN116997140A - 集成模块化的浸没式液冷服务器循环散热系统 - Google Patents

Abstract

一种服务器冷却技术领域的集成模块化的浸没式液冷服务器循环散热系统，包括上集装箱、下集装箱、液冷机柜、均流板、服务器、风机、收水器、喷淋系统、盘管、集水器、集水池、泵，本发明上集装箱为散热模块，下集装箱为机柜模块，服务器按照固定位置浸没安装于液冷机柜冷却油内，液冷机柜侧部设有集油装置和出口管路，液冷机柜出口经第一泵连接上集装箱的盘管入口，盘管出口连接液冷机柜入口，经过液冷机柜内的均流板进入液冷机柜腔体，由液冷机柜侧部流出。本发明每个服务器内部上下通透，冷却油从服务器下部进入，顶部流出，将服务器内部热量带走，实现散热目的，且结构简单，服务器紧密放置在液冷机柜内，减少了风扇用量，达到降噪效果。

Description

集成模块化的浸没式液冷服务器循环散热系统

技术领域

本发明涉及的是服务器冷却技术领域的一种散热系统，特别是一种冷却和降噪效果均比较好的集成模块化的浸没式液冷服务器循环散热系统。

背景技术

随着英特尔创始人之一的戈登摩尔提出了经典的摩尔定律“每18个月性能提升一倍，价格降低一半”，芯片行业开始蓬勃发展。这条定律就像一座路标，指引着芯片的发展方向与节奏，随之而来的就是更小的晶体管，更高频率的CPU，集成度更高的数字电路和更低廉的成本。电子产品和芯片一代又一代的迭代使其从专业走向普及，慢慢渗透进生活工作的方方面面。如此，人们渐渐打开了数字世界的大门，见到了前所未见的光景，但是，与此同时，芯片的性能提升也遇到了瓶颈。随着性能大幅提升，功耗也在快速上涨，随之而来的便是产热量的急剧升高，而热量会导致芯片温度升高，当温度达到一定限度时，芯片的性能就会收到影响。

由于芯片发展，其热瓶颈带来的限制变得越发严重，目前服务器机房使用的传统的空气自然对流、空气强制对流冷却方式带来的效果就显得极为有限。此外，传统服务器的风能散热系统会带来严重的噪声污染，进一步威胁到人们的身心健康，降低噪声问题也迫在眉睫。另外，机房一般是一幢固定的建筑，无法对于突发自然灾害等各种原因作出及时的反应，往往其造成的损失巨大。因此，在服务器上应用效率更高的冷却手段是必不可少的；为了避免机房无法移动造成不可估量的损失，机房的机动性考量也变得重要起来。

综上所述，为了高效利用服务器中芯片的机能，需要提出一种液冷服务器散热系统，并结合高机动性的机房箱体，实现热量的快速转移和机房的高机动性，提高芯片在利用上的效率和安全性，降低散热系统带来的噪声，促进该系统在各种场景的商业化发展。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种集成模块化的浸没式液冷服务器循环散热系统，本发明能充分利用液冷式散热，并结合高机动性的机房箱体，实现热量的快速转移和机房的高机动性，提高芯片在利用上的效率和安全性，降低散热系统带来的噪声。

本发明是通过以下技术方案来实现的，本发明包括上集装箱、下集装箱，其特征在于，还包括风机、收水器、喷淋系统、盘管、百叶、集水器、液冷机柜、第一泵、第二泵、均流板、集水池、服务器、盘管进液管、盘管出液管、喷淋系统进液管、喷淋系统回液管；风机、收水器、喷淋系统、盘管、集水器均布置在上集装箱内，百叶布置在上集装箱的侧壁上，风机布置在上集装箱的顶部，收水器布置在风机的正下方，喷淋系统布置在收水器的下方；盘管布置在上集装箱的中间部位并位于喷淋系统的下方，集水器布置在上集装箱的底部；集水器为斜坡结构，斜坡的下端部位布置有出液口；集水池、液冷机柜、第一泵、第二泵均布置在下集装箱内，集水池布置在下集装箱的底部，液冷机柜布置在集水池的上方，均流板布置在液冷机柜的底部，服务器布置在均流板上并沉浸于液冷机柜内部的冷却油内；盘管进液管、盘管出液管、喷淋系统进液管均贯穿上集装箱、下集装箱之间的隔板；盘管进液管的进液口与液冷机柜侧壁的出液口相连通，盘管进液管的出液口与盘管的进液口相连通；盘管的出液口与盘管出液管的进液口相连通，盘管出液管的出液口与均流板的进液口相连通，第一泵串接在盘管进液管上；喷淋系统进液管的进液口与集水池的出液口相连通，喷淋系统进液管的出液口与喷淋系统的进液口相连通；喷淋系统回液管的进液口与集水器的出液口相连通，喷淋系统回液管的出液口与集水池的进液口相连通，第二泵串接在喷淋系统进液管上。

进一步地，在本发明中，上集装箱与下集装箱为20HQ海运集装箱，内部使用岩棉彩钢板装修，顶部布置多盏三防LED照明灯，底部为钢板，下集装箱前后端面开门；上集装箱为半开放式，侧面四方布置有百叶。

更进一步地，在本发明中，服务器为集成的刀片式服务器，外壳及上下端面为铝制，内含两块算力板和一个液冷电源；液冷机柜内腔体可布置多台服务器。

更进一步地，在本发明中，均流板位于液冷机柜下部，板上有规律分布小孔，使进入液冷机柜的冷却油均匀流向上方腔体，小孔位置分别对应置于上方的服务器。

更进一步地，在本发明中，盘管中的循环介质为冷却油，喷淋系统中的循环介质为水。

在本发明中，上集装箱为半开放式，侧面四方布置有百叶，与上部风机共同作用，有利于增强盘管冷却效果。服务器为集成的刀片式服务器，外壳及上下端面为铝制，内含两块算力板和一个液冷电源，浸没于冷却油中进行散热。液冷机柜内腔体可布置多台服务器，侧部设置有冷却油(50℃)的回收装置，下部设置有冷却油(40℃)的均流板。均流板位于液冷机柜下部，板上有规律分布小孔，使进入液冷机柜的冷却油均匀流向上方腔体，小孔位置分别对应置于上方的服务器。集水池位于下集装箱下部，深度为0.5m，收集来自集水器的水，其布置位置有利于降低漏水影响冷却油质量的风险。集水器位于上集装箱下部，收集来自盘管的喷淋水和来自风机前收水器的水。盘管位于上集装箱中部，其液体回路中的基础循环工质是冷却油，循环过程使冷却油从50℃冷却到40℃，循环过程穿插上下集装箱。喷淋系统位于上集装箱中上部，其液体回路中的基础循环工质是水，循环过程穿插上下集装箱。收水器布置于上集装箱上部的风机下方，防止来自喷淋系统的水被抽入风机并进入外界环境。风机位于上集装箱顶部，风机运作使上集装箱内负压，空气从下部周围百叶进入内部，流过盘管、收水器，对盘管进行散热。

由于本发明设计的一种集成模块化的浸没式液冷服务器的循环散热系统采用了上述技术方案，即服务器按照固定位置浸没安装于液冷机柜冷却油(40～50℃)内，液冷机柜侧部设有集油装置和出口管路，液冷机柜出口经第一泵连接上集装箱的盘管入口，盘管出口连接液冷机柜入口，经过液冷机柜内的均流板进入液冷机柜腔体，由液冷机柜侧部流出；上集装箱内从上到下依次布置风机、收水器、喷淋系统、盘管、百叶、集水器，上集装箱下部集水器出口连接下集装箱集水池，经过第二泵连接喷淋系统入口。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果为：本发明设计合理，每个服务器内部上下通透，冷却油从服务器下部进入，顶部流出，将服务器内部热量带走，实现散热目的，且结构简单，成本低，服务器紧密放置在液冷机柜内，便于安装拆卸维护，同时减少了风扇用量，达到降噪效果，又设置阀门调节流量，实现精准控温，使服务器可超频静音稳定运行，优化节能减排和散热效果，上下集装箱的布置方式降低了污染冷却油的几率，使服务器可多区域移动工作。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例中下集装箱内部结构俯视图；

其中，1、上集装箱，2、下集装箱，3、风机，4、收水器，5、喷淋系统，6、盘管，7、百叶，8、集水器，9、液冷机柜，10、第一泵，11、第二泵，12、均流板，13、集水池，14、服务器，15、第一控制阀，16、第二控制阀，17、第三控制阀，18、第四控制阀，19、第五控制阀，20、第六控制阀，21、第七控制阀，22、第八控制阀，23、第九控制阀，24、第十控制阀，25、第十一控制阀，26、第十二控制阀，27、盘管进液管，28、盘管出液管，29、喷淋系统进液管，30、喷淋系统回液管，31、液冷机柜进液总管，32、液冷机柜出液总管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1和图2所示，本发明包括上集装箱1、下集装箱2、风机3、收水器4、喷淋系统5、盘管6、百叶7、集水器8、液冷机柜9、第一泵10、第二泵11、均流板12、集水池13、服务器14、第一控制阀15、第二控制阀16、第三控制阀17、第四控制阀18、第五控制阀19、第六控制阀20、第七控制阀21、第八控制阀22、第九控制阀23、第十控制阀24、第十一控制阀25、第十二控制阀26、盘管进液管27、盘管出液管28、喷淋系统进液管29、喷淋系统回液管30、液冷机柜进液总管31、液冷机柜出液总管32；风机3、收水器4、喷淋系统5、盘管6、集水器8均布置在上集装箱内，百叶7布置在上集装箱1的侧壁上，风机3布置在上集装箱1的顶部，收水器4布置在风机3的正下方，喷淋系统5布置在收水器4的下方；盘管6布置在上集装箱的中间部位并位于喷淋系统5的下方，集水器8布置在上集装箱1的底部；集水器8为斜坡结构，斜坡的下端部位布置有出液口；集水池13、液冷机柜9、第一泵10、第二泵11均布置在下集装箱2内，集水池13布置在下集装箱2的底部，液冷机柜9布置在集水池13的上方，均流板12布置在液冷机柜9的底部，服务器14布置在均流板12上并沉浸于液冷机柜9内部的冷却油内；盘管进液管27、盘管出液管28、喷淋系统进液管29均贯穿上集装箱1、下集装箱2之间的隔板。喷淋系统进液管29的进液口与集水池13的出液口相连通，喷淋系统进液管29的出液口与喷淋系统5的进液口相连通；喷淋系统回液管30的进液口与集水器8的出液口相连通，喷淋系统回液管30的出液口与集水池13的进液口相连通，第二泵11串接在喷淋系统进液管29上。液冷机柜9分为六组，每组中都布置有服务器14。液冷机柜进液总管31通过六个支管分别与均流板12的六个进液口相连接，六个支管上分别布置有第三控制阀17、第四控制阀18、第七控制阀21、第八控制阀22、第十一控制阀25、第十二控制阀26。液冷机柜出液总管32通过六个支管分别与液冷机柜9的六个出液口相连接，六个支管上分别布置有第一控制阀15、第二控制阀16、第五控制阀19、第六控制阀20、第九控制阀23、第十控制阀24。盘管进液管的进液口27与液冷机柜出液总管32的出液口相连通，盘管进液管27的出液口与盘管6的进液口相连通；盘管6的出液口与盘管出液管28的进液口相连通，盘管出液管28的出液口与液冷机柜进液总管31的进液口相连通，第一泵10串接在盘管进液管上。

在本发明中，上集装箱1与下集装箱2为20HQ海运集装箱，内部使用岩棉彩钢板装修，顶部布置多盏三防LED照明灯，底部为钢板，下集装箱2前后端面开门，便于人员进入中部通道安装拆卸维护。上集装箱1为半开放式，侧面四方布置有百叶7，与上部风机3共同作用，有利于增强盘管6冷却效果。服务器14为集成的刀片式服务器，外壳及上下端面为铝制，内含两块算力板和一个液冷电源，浸没于冷却油中进行散热。液冷机柜9内腔体可布置多台服务器14，侧部设置有冷却油(50℃)的回收装置，下部设置有冷却油(40℃)的均流板12。均流板12位于液冷机柜9下部，板上有规律分布小孔，使进入液冷机柜9的冷却油均匀流向上方腔体，小孔位置分别对应置于上方的服务器14。集水池13位于下集装箱2下部，深度为0.5m，收集来自集水器8的水，其布置位置有利于降低漏水影响冷却油质量的风险。集水器8位于上集装箱1下部，收集来自盘管6的喷淋水和来自风机前收水器4的水。盘管位于上集装箱1中部，其液体回路中的基础循环工质是冷却油，循环过程使冷却油从50℃冷却到40℃，循环过程穿插上下集装箱。喷淋系统5位于上集装箱1中上部，其液体回路中的基础循环工质是水，循环过程穿插上下集装箱。收水器4布置于上集装箱1上部的风机3下方，防止来自喷淋系统5的水被抽入风机3并进入外界环境。风机3位于上集装箱1顶部，风机3运作使上集装箱1内负压，空气从下部周围百叶7进入内部，流过盘管6、收水器4，对盘管6进行散热。

在本发明中，上集装箱1为散热模块，下集装箱2为机柜模块，服务器14按照固定位置浸没安装于液冷机柜9冷却油内，液冷机柜9侧部设有集油装置和出口管路，液冷机柜9出口经第一泵10连接上集装箱1的盘管6入口，盘管6出口连接液冷机柜9入口，经过液冷机柜9内的均流板12进入液冷机柜9腔体，由液冷机柜9侧部流出。在浸没于冷却油的服务器14散热的过程中，服务器14内部上下通透，冷却油从服务器14下部进入，顶部流出，将服务器14内部热量带走，实现散热目的。且服务器14置于冷却油中，阻止了噪声的传播，同时减少了风扇用量，达到降噪效果。总的来说，达到了超频静音稳定运行的完美效果。

在冷却油的过程中，冷却塔的结构分别拆分分布于上集装箱1和下集装箱2，主要结构风机3、收水器4、喷淋系统5、盘管6、百叶7、集水器8位于上集装箱1，集水池13位于下集装箱2，实现了强化冷却冷却油能力的目的，且干湿分离，减少发生漏水污染液冷机柜9中冷却油的风险。

在本发明中，置于液冷机柜9中的均流板12，有减小流速、平衡液冷机柜9腔体中冷却油分布，达到分层储热、增强服务器散热的目的。液冷机柜9侧部分布有冷却油收集装置，利用流体溢出不破坏分层的特性收集较热的冷却油。

在本发明中，每个服务器14内部上下通透，冷却油从服务器14下部进入，顶部流出，将服务器14内部热量带走，实现散热目的，且结构简单，成本低，服务器14紧密放置在液冷机柜9内，便于安装拆卸维护，同时减少了风扇用量，达到降噪效果，又设置阀门调节流量，实现精准控温，使服务器14可超频静音稳定运行，优化节能减排和散热效果，上下集装箱的布置方式降低了污染冷却油的几率，使服务器14可多区域移动工作。

在本发明中，若有特殊情况，如自然灾害、政策变动等情况出现时，可快速拆卸管路，分离上下集装箱，具有机动性强、组装安装方便、投入使用时限短的特点。

在本发明具有成本较低、独立模块化、环境适应性强、等功率低能耗、静音超频的特点，提高了服务器14的综合利用效率，利于各种场景的使用，具有一定商业化发展的潜力。

在本发明建立于服务器浸没式液冷散热的基础上，通过浸没式液冷散热的手段，结合高机动性的机房箱体，实现热量的快速转移和机房的高机动性，提高芯片在利用上的效率和安全性，降低散热系统带来的噪声。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种集成模块化的浸没式液冷服务器循环散热系统，包括上集装箱、下集装箱，其特征在于，还包括风机、收水器、喷淋系统、盘管、百叶、集水器、液冷机柜、第一泵、第二泵、均流板、集水池、服务器、盘管进液管、盘管出液管、喷淋系统进液管、喷淋系统回液管；

所述风机、收水器、喷淋系统、盘管、集水器均布置在上集装箱内，百叶布置在上集装箱的侧壁上，风机布置在上集装箱的顶部，收水器布置在风机的正下方，喷淋系统布置在收水器的下方；盘管布置在上集装箱的中间部位并位于喷淋系统的下方，集水器布置在上集装箱的底部；集水器为斜坡结构，斜坡的下端部位布置有出液口；

所述集水池、液冷机柜、第一泵、第二泵均布置在下集装箱内，集水池布置在下集装箱的底部，液冷机柜布置在集水池的上方，均流板布置在液冷机柜的底部，服务器布置在均流板上并沉浸于液冷机柜内部的冷却油内；

所述盘管进液管、盘管出液管、喷淋系统进液管均贯穿上集装箱、下集装箱之间的隔板；

所述盘管进液管的进液口与液冷机柜侧壁的出液口相连通，盘管进液管的出液口与盘管的进液口相连通；盘管的出液口与盘管出液管的进液口相连通，盘管出液管的出液口与均流板的进液口相连通，第一泵串接在盘管进液管上；

所述喷淋系统进液管的进液口与集水池的出液口相连通，喷淋系统进液管的出液口与喷淋系统的进液口相连通；喷淋系统回液管的进液口与集水器的出液口相连通，喷淋系统回液管的出液口与集水池的进液口相连通，第二泵串接在喷淋系统进液管上。

2.根据权利要求1所述的集成模块化的浸没式液冷服务器循环散热系统，其特征在于所述上集装箱与下集装箱为20HQ海运集装箱，内部使用岩棉彩钢板装修，顶部布置多盏三防LED照明灯，底部为钢板，下集装箱前后端面开门；上集装箱为半开放式，侧面四方布置有百叶。

3.根据权利要求1所述的集成模块化的浸没式液冷服务器循环散热系统，其特征在于所述服务器为集成的刀片式服务器，外壳及上下端面为铝制，内含两块算力板和一个液冷电源；液冷机柜内腔体可布置多台服务器。

4.根据权利要求1所述的集成模块化的浸没式液冷服务器循环散热系统，其特征在于所述均流板位于液冷机柜下部，板上有规律分布小孔，使进入液冷机柜的冷却油均匀流向上方腔体，小孔位置分别对应置于上方的服务器。

5.根据权利要求1所述的集成模块化的浸没式液冷服务器循环散热系统，其特征在于所述盘管中的循环介质为冷却油，喷淋系统中的循环介质为水。