CN117440641A - 计算设备及基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了计算设备及基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元。该液冷工质分配单元的外部罩体设置在设备机箱的背面，冷凝部件内置于其中，组装完成后不占用设备有效布置空间；在前后方向上，冷凝部件与罩体正面的冷凝区壁面相对设置，且该冷凝区壁面上设置有液接头和汽接头，并配置为与设置在设备机箱的通汽口和通液口的接头相对设置，且可分别适配连接，以快速建立设备机箱与液冷工质分配单元之间的汽路连通和液路连通关系。组装操作时，插装或推动设备机箱，即可实现设备机箱与液冷工质分配单元之间汽、液两路的连接及导通；组装完成后，该液冷工质分配单元位于设备机箱的后侧，未占用设备有效布置空间，在满足汽态工质冷凝处理和液态工质分配等功能的基础上，具有较好的系统集成度。可广泛应用于高密布署的应用场景。

Description

计算设备及基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元

技术领域

本申请实施例涉及计算机硬件领域，尤其涉及一种计算设备及基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元。

背景技术

随着计算设备朝着大功率、高集成度、超大规模化方向发展，高性能芯片和集成电路的使用越来越广泛，这些高热流元件工作时产生的热量是计算设备热负荷的最主要来源。以数据中心服务器为例，常规的空气冷却系统已经无法满足散热需求，为了保证数据中心服务器的稳定性和可靠性，液体冷却技术的研发设计已经成为数据中心系统设计的重点环节，尤其是浸没式液体冷却技术，以其优异的散热能力备受行业关注。

根据液冷工质是否发生相变，浸没式液体冷却可以分为单相浸没式液体冷却和相变浸没式液体冷却。其中，相变浸没式液体冷却利用冷却液沸腾气化带走设备产生的热量，通常采用密闭设计，在其中充入一定量的相变工质。服务器工作后，设备产生的热量使冷却系统内的液态工质汽化，汽态工质通过在冷凝部件表面遇冷变为液态工质，再回流至服务器机箱。

对于服务器设置多个节点的情形，现有技术中一种典型的处理方案采用CDU(Coolant distribution unit，液冷工质分配单元)分别控制各服务器节点。为了满足高密负荷的散热需要，CDU的设计体量较大，且占用服务器节点的有效布置空间，例如但不限于设置在机柜中节点的上方或下方，或者占用相邻机柜之间的一个机柜，影响服务器配置密度。

发明内容

本申请实施例提供了一种计算设备及基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元，在不占用设备有效空间的基础上，保证系统稳定可靠运行。

本申请实施例第一方面提供了一种基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元，该液冷工质分配单元包括外部罩体和内置于该罩体内的冷凝部件，其外部罩体用于设置在设备机箱的背面，不占用设备有效布置空间；该罩体的正面配置为冷凝区壁面，且在前后方向上，冷凝区壁面与冷凝部件相对设置；该冷凝区壁面上设置有液接头和汽接头，液接头和汽接头配置为：与设置在设备机箱的通汽口和通液口的接头相对设置，且可分别适配连接，以快速建立设备机箱与液冷工质分配单元之间的汽路连通和液路连通关系。组装操作时，插装或推动设备机箱，即可实现设备机箱与液冷工质分配单元之间汽、液两路的连接及导通；组装完成后，该液冷工质分配单元位于设备机箱的后侧，未占用设备有效布置空间，在满足汽态工质冷凝处理和液态工质分配等功能的基础上，具有较好的系统集成度。

另外，基于液冷工质分配单元部署在设备相箱背部的结构特点，冷凝区壁面至少可配置为与设备有效布置空间的幅度大致相同，在高度和宽度方向上两者尺寸趋于一致，由此，冷凝部件的换热管可在相应幅度范围内大面积布置，充分利用设备的背部空间提高冷凝能力，可提升整机散热效率。此外，该设备机箱与液冷工质分配单元之间通过相适配的接头快速连接，减少了以往管路连接的操作工时；且两者之间的实际汽、液连接路径较短，可规避管路连接可能导致的渗漏问题。

在具体应用中，储液部位于罩体的底部，冷凝部件位于储液部的上方，在满足液冷工质分配单元的冷凝集液功能的基础上，整机结构具有更好的集成度。

基于第一方面，本申请实施例还提供了第一方面的第二种实施方式：还包括调节部件，其内腔与罩体的内腔连通，该调节部件包括具有内腔的本体，其本体可在其内腔侧的压力作用下产生形变，使其内腔的容纳空间相应改变；当汽化速度高于冷凝速度时，内部压力将随之增大，基于调节部件可受压形变的特点，其本体形变后扩容后可释放系统内压力，系统压力得以有效平衡，能够规避内部压力增大产生的不利影响，例如但不限于，压力过高使得液冷工质的沸点升高，可能会导致芯片超温造成损害；影响部分压力敏感元件的正常工作，以及其他安全隐患。整体上，能够保持系统常压运行，降低工作过程中的压力波动幅度，保证系统稳定可靠运行。

基于第一方面的第二种实施方式，本申请实施例还提供了第一方面的第三种实施方式：调节部件位于罩体的后侧，且可在前后方向展收以改变其内腔的容纳空间。如此设置，充分利用了横纵两向的尺寸空间，在提供相同压力平衡能力的基础上，其前后方向上的尺寸得以合理控制，整机集成度较高；与此同时，可减小扩容状态下在前后方向上的空间占用，利于机房等应用空间的整体部署。

基于第一方面的第三种实施方式，本申请实施例还提供了第一方面的第四种实施方式：调节部件设置为多个，且沿上下方向顺次设置，充分利用设备背部空间。工作过程中，每个调节部件所在区域压力不同时，相应的实际扩容展开量也不完全相同。另外，对于各服务器节点内汽化速度不同的情形，基于各调节部件的内腔扩容调节能力，能够提供各自所在对应区域间的冗余补充。

基于第一方面，或第一方面的第一种实施方式，或第一方面的第二种实施方式，或第一方面的第三种实施方式，或第一方面的第四种实施方式，本申请实施例还提供了第一方面的第五种实施方式：还包括设置在罩体上的分流岐管，分流岐管可连通至储液部，多个液接头插装在分流岐管上。整体上集中分配液态工质至各液接头，且供液压力可保持大体一致，可保障散热供给能力均一。

在具体应用中，分流岐管固定在罩体的正面，也即罩体外部，冷凝部件得以贴近冷凝区壁面设置，保证汽态工质可快速到达换热管表面进行放热冷凝。

在其他具体应用中，还包括供液泵，用于将储液部中的液态介质输送至分流岐管。示例性的，供液泵可内置于储液部内。

基于第一方面，或第一方面的第一种实施例，或第一方面的第二种实施例，或第一方面的第三种实施例，或第一方面的第四种实施例，或第一方面的第五种实施例，本申请实施例还提供了第一方面的第六种实施方式：液接头和汽接头可设置为多组，且每组包括至少一个液接头和至少一个汽接头。如此设置，对应于多个设备机箱，每个设备机箱可通过一组汽、液接头建立汽路连通和液路连通，以实现精确的工质管理分配。

在其他实际应用中，每个设备机箱也可对应配置两组或两组以上的汽、液接头，以满足设备机箱内器件的散热需求。

基于第一方面，或第一方面的第一种实施方式，或第一方面的第二种实施方式，或第一方面的第三种实施方式，或第一方面的第四种实施方式，或第一方面的第五种实施方式，或第一方面的第六种实施方式，本申请实施例还提供了第一方面的第七种实施方式：液接头和汽接头均为快插接头，可应用在不同多计算节点的应用场景，例如服务器机柜。其中，多组液接头和汽接头由上至下顺次设置，方便更加合理地布置连接管路，同时节点机箱可采用横向插装的方式，以获得良好的相变散热能力。

基于第一方面，或第一方面的第一种实施例，或第一方面的第二种实施例，或第一方面的第三种实施例，或第一方面的第四种实施例，或第一方面的第五种实施方式，或第一方面的第六种实施方式，或第一方面的第七种实施方式，本申请实施例还提供了第一方面的第八种实施方式：冷凝部件包括进水管、出水管及分别连通在两者之间的换热件，该换热件包括冷却水流道，经由进水管流入的低温冷却水与换热件本体热交换，完成热交换后的高温冷却水经由出水管流回。这样，充分利用设备的背部空间布置冷凝换热件，例如但不限于冷凝盘管，在该幅度范围内进行大面积布置，提高冷凝能力，可满足高算力设备的散热处理要求。

在实际应用中，冷凝部件设置为至少两个，至少两个冷凝部件的进水管和出水管并联连通。由此，可灵活调节各冷凝部件的冷却水流量，根据具体散热需求进行合理分配。

基于第一方面，或第一方面的第一种实施方式，或第一方面的第二种实施方式，或第一方面的第三种实施方式，或第一方面的第四种实施方式，或第一方面的第五种实施方式，或第一方面的第六种实施方式，或第一方面的第七种实施方式，或第一方面的第八种实施方式，本申请实施例还提供了第一方面的第九种实施方式：换热件为换热管，在前后方向上，汽接头与换热管相对设置。这样，经由汽接头流入的汽态工质到达换热管表面的距离较短，可快速在换热管表面放热冷凝为液态工质，换热效率较高。

示例性的，汽接头的通流中心可与相应换热管的中心相交叉，或者汽接头的通流截面与换热管的本体表面至少部分重叠。

基于第一方面的第九种实施方式，本申请实施例还提供了第一方面的第十种实施方式：进水管和所述出水管可均竖直设置，该换热管配置为多根，且均换热管均包括水平延伸管段。这里，可利用设备的背部空间采用阵列形式布置，结构工艺性较好。例如但不限于，对应于每个汽接头的出汽口相应设置有一根换热管，以服务器节点为例，对应于一个服务器节点，各服务器节点至液冷工质分配单元的汽路，路径长度一致，散热效果或者所提供的散热能力趋于一致，同时可避免某个服务器节点距离液冷工质分配单元较远且散热较差，并以该散热较差的节点作为表征整个系统散热能力上限的问题。由此，可提供均一化的液冷分配能力。

基于第一方面的第十种实施方式，本申请实施例还提供了第一方面的第十一种实施方式：换热管的下方均设置有导流挡板，且导流挡板的延伸端位于换热管的旁侧。这样，液态工质向下滴落时，首先到达其下方的导流挡板，并通过该导流挡板引导至换热管的旁侧再落下，收集在储液部中；可避免向下滴落的液态工质附着在下方的换热管表面，而影响冷凝换热管与汽态工质的接触换热。

示例性的，该导流挡板可以为倾斜设置平板状，结构简单且易于加工制造。

在其他具体应用中，该换热管的管体可以倾斜布置。如此设置，换热管表面冷凝形成的液态工质可沿倾斜管体流向低端，这样可减少直接向下滴落的液量，降低对下方换热管冷凝效率的影响。

基于第一方面，或第一方面的第一种实施方式，或第一方面的第一种实施方式，或第一方面的第二种实施方式，或第一方面的第三种实施方式，或第一方面的第四种实施方式，或第一方面的第五种实施方式，或第一方面的第六种实施方式，或第一方面的第七种实施方式，或第一方面的第八种实施方式，或第一方面的第九种实施方式，或第一方面的第十种实施方式，或第一方面的第十一种实施方式，本申请实施例还提供了第一方面的第十二种实施方式：罩体的顶部或底部包括冷却水出口和冷却水入口，分别连通冷凝部件的出水管和进水管。如此设置，冷凝部件的冷却水出、入口设置在罩体顶部或底部，换言之，用于建立冷却水循环的管路自顶部或底部引出，不占用宽度方向上的空间，利于整机紧凑布置。

本申请实施例第二方面提供了一种计算设备，包括基于相变浸没液冷系统进行器件散热的设备机箱，还包括如前所述的基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元，其中，所述设备机箱上的液接头和汽接头位于所述设备机箱的背面，所述设备机箱上的液接头和汽接头分别与所述罩体上的液接头和汽接头适配连接，以分别建立液路连通和汽路连接关系。

基于第二方面，本申请实施例还提供了第二方面的第二种实施方式：设备机箱包括多个节点设备机箱，罩体上的的液接头和汽接头分别与多个节点设备机箱的液接头和汽接头一一对应连通。也就是说，对于一个节点设备机箱，基于液冷工质分配单元上的一对液接头和汽接头建立汽路连通和液路连通关系，可独立控制管理，方便进行运维操作。

在具体应用中，该计算设备可以为计算机、服务器等产品类型。示例性地，该计算设备可以为服务器，设备机箱为安装在服务器机柜中的浸没式液冷节点设备机箱。

示例性的，计算设备可以为服务器机柜，多个节点设备机箱节点竖向插装的方式来说，节点横向插装方式的相变散热能力较好，其机箱内器件的器件浸没面积相对较大，整体散热能力更强。同时，对于节点竖插方式，至少需要按每排节点布置一根分流岐管的建立液路连通关系；而整机柜体内的横向插装各节点，可基于一个分流岐管顺次排布，并布满整个机柜后侧，结构简单且工艺性较好。

附图说明

图1为本申请实施例提供的基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元的一种组装关系示意图；

图2为本申请实施例提供的基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元的另一角度组装示意图；

图3为图1的A-A剖视图；

图4为图1中所示液冷工质分配单元的正视图；

图5为图4的C向俯视图；

图6为本申请实施例提供的一种服务器节点的示意图；

图7为图6中所示服务器节点的一种内部结构示意图；

图8为本申请实施例提供的一种冷凝部件的结构示意图；

图9为本申请实施例提供的一种冷凝部件与罩体的一种装配关系示意图；

图10为图3的D部放大图；

图11为本申请实施例提供的基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元的装配爆炸图；

图12为本申请实施例提供的基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元的另一装配爆炸图；

图13为本申请实施例中调节部件的一种扩容状态示意图；

图14为本申请实施例提供的基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元的一种运维状态示意图；

图15为本申请实施例中液冷工质分配单元和柜体之间的装配关系示意图；

图16和图17分别为基于图1中所示E-E剖切位置的两个视角形成的示意图；

图18为本申请实施例提供的基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元的工作原理示意图；

图19为本申请实施例提供的另一种基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元的局部示意图；

图20为本申请实施例提供的另一种冷凝部件的示意图；

图21为本申请实施例提供的又一种冷凝部件的示意图；

图22为本申请实施例提供的另一种冷凝部件的示意图；

图23为本申请实施例提供的又一种冷凝部件的示意图；

图24为本申请实施例提供的另一种冷凝部件的示意图；

图25为本申请实施例提供的又一种冷凝部件的示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供了一种基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元，在不占用设备有效空间的基础上，保证系统稳定可靠运行。

现有技术中，用于相变浸没液冷系统的CDU(Coolant Distribution Unit，液冷工质分配单元)设计体量较大，以满足高密负荷的散热需要，且较大的CDU大多占用计算设备的有效布置空间。这里，“有效布置空间”是指在该计算设备的布置平面内的，用于高密布局的空间。以服务器机柜为例，典型的CDU布置方式是将设置在机柜中节点的上方或下方，或者占用相邻机柜之间的一个机柜，影响服务器配置密度。同时，上述布置方式中，为将机箱中的汽态工质输送至CDU中进行冷凝处理，再将液态工质回输至机箱，在CDU与服务器机箱之间均需要通过相应的管路，组装和运维的作业量较大，且存在管路连接渗漏的问题。

基于此，本申请实施例提供了一种基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元，该液冷工质分本单元用于设置在设备机箱的背面，包括外部罩体和内置于罩体内的冷凝部件，该罩体罩体的正面配置为冷凝区壁面，在冷凝区壁面上设置有液接头和汽接头。这里的“罩体的正面”是指，该罩体在前后方向上与设备机箱背部正对的壁面。在前后方向上，冷凝区壁面与冷凝部件相对设置，且液接头和汽接头配置为：与设置在设备机箱的通汽口和通液口的接头相对设置，且可分别适配连接，以快速建立设备机箱与液冷工质分配单元之间的汽路连通和液路连通关系。这里的“设备机箱”是指，采用相变浸没液冷的计算设备外部箱体，其中安装有依据产品设计要求配置的器件，该设备机箱的本体为密封结构，以容纳相变液冷工质，同时该设备机箱具有满足功能需要的外部连接接口。

组装操作时，插装或推动设备机箱，即可实现设备机箱与液冷工质分配单元之间汽、液两路的连接及导通。本申请实施例中，液冷工质分配单元未占用设备有效布置空间，在满足汽态工质冷凝处理和液态工质分配等功能的基础上，可最大限度地保障高密配置的系统集成度；另外，基于液冷工质分配单元部署在设备相箱背部的结构特点，冷凝区壁面至少可配置为与设备有效布置空间的幅度大致相同，换言之，两者可在高度和宽度方向上尺寸趋于一致，相应地，冷凝部件可在相应幅度范围内大面积布置，充分利用设备的背部空间提高冷凝能力，整机散热效率得以有效提升。

此外，本申请实施例中，设备机箱与液冷工质分配单元之间通过相适配的接头快速连接，减少了以往管路连接的操作工时；且两者之间的实际汽、液连接路径较短，可规避管路连接可能导致的渗漏问题，并降低连接管路带来的成本增加。

为了更好地理解本申请的技术方案和技术效果，不失一般性，以下将结合附图并以服务器作为散热处理对象，对具体的实施例进行详细的描述。请参见图1和图2，两图分别从不同角度示出了基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元的组装应用示意图。图中以箭头X示意服务器的前后方向，也即各服务器节点10在柜体20上的插装方向，且标记F所示方位为服务器节点10的前侧、标记B所示方位为服务器节点10的后侧；同时，图中分别以箭头Y和箭头Z分别示意服务器的宽度方向和高度方向。

该液冷工质分配单元30为各服务器节点10提供液态工质，并回收冷凝汽态工质后，再送回服务器节点。本实施方案中，液冷工质分配单元30位于服务器节点10的后侧，也即位于服务器节点10的设备机箱背面。图1(a)、图2(a)所示为液冷工质分配单元30与柜体20组装前的相对位置关系，图1(b)、图2(b)所示为组装完成后的整体结构示意图。

本申请实施例中，该液冷工质分配单元30可以包括外部罩体1和冷凝部件2。请一并参见图3、图4和图5，其中，图3为图1的A-A剖视图，图4为图1中所示液冷工质分配单元30的正视图，图5为图4的C向俯视图。

如图4所示，该罩体1的底部为储液部11，罩体1的正面配置为冷凝区壁面12，在冷凝区壁面12上设置有多组液接头13和汽接头14。在前后方向X上，位于罩体1中的冷凝部件2与冷凝区壁面12相对设置，且该冷凝部件2位于储液部11的上方。该罩体1可采用隔热手段，例如但不限于，在罩体1的壁面上贴覆隔热棉层，或者罩体1的壁面采用双层隔热结构。

罩体1的冷凝区壁面12上设置有多对液接头13和汽接头14，其中，每对液接头13和汽接头14与各服务器节点10一一对应，并且分别与服务器节点10的设备机箱101上的液接头102和汽接头103相对设置，且可分别插装适配连接，液接头适配连接建立液路连通，汽接头适配连接建立汽路连通。请一并参见图6和图7，其中，图6为一种服务器节点的示意图，图7为图6中所示服务器节点的一种内部结构示意图。

服务器节点10侧的液接头102和汽接头103，位于设备机箱101的后端，拉拨设备机箱101，即可完成与液冷工质分配单元30侧的相应液接头13和汽接头14的连通或断开。在具体实现中可以采用相适配的快插接头，以快速建立每个设备机箱101与液冷工质分配单元10之间的汽路连通和液路连通关系。其中，液接头13和液接头102及汽接头103与汽接头14，可采用具有断开自动关闭功能的快接接头，便于现场操作管理。可以理解的是，该断开自动关闭功能的具体结构实现非本申请的核心发明点所在，故本文不再赘述。

另外，各节点设备机箱101内的器件104可以相同，也可以不同，例如但不限于图中所示的处理器。

服务器工作过程中，器件运行发热且热量交换至设备机箱101内的液态工质，温度超过该两相制冷工质的沸点时则汽化，汽态工质可通过汽接头103与汽接头14适配建立的汽路进入罩体1，并在与其相对的冷凝部件2换热管表面遇冷液化，液态工质积存在罩体1底部的储液部11中，液态工质可通过液接头13与液接头102建立的液路回流注入设备机箱101，进入下一个循环。

这里，位于罩体1底部的储液部11与罩体一体成型，当然，储液部11也可以作为独立部件加工，再与罩体1组装在一起。在其他具体实现中，作为积存液态工质的部件，储液部也可配置在系统其他位置，例如但不限于，可以在柜体20底部预留储液部安装位，或者将储液部设置在罩体后侧，同时，辅以必要导流结构以将冷凝下落的液态工质回收至其中。

对于冷凝区壁面12上设置的多组液接头13和汽接头14，本实施方式中，每组分别包括一个液接头13和一个汽接头14。可以理解的是，每组液接头13和汽接头14中，液接头13和汽接头14的配置数量及相对位置关系，非局限于图中所示，具体可根据待散热处理对象的实际数量成对配置。例如但不限于，在一种具体实现中，对应于一个节点设备机箱101，配置有两组或其他复数组的液接头13和汽接头14；在另一种具体实现中，对应于一个节点设备机箱101，配置为一组液接头13和汽接头14，且该组中包括一个液接头13和复数个汽接头14，或者，该组中包括复数个液接头13和一个汽接头14。

本实施方式中，罩体1上还包括冷却水出口15和冷却水入口16，分别与冷凝换热管两个管端连通，以建立冷却水循环将系统发热量带走。结合图4和图5所示，冷却水出口15和冷却水入口16位于罩体1的顶部，方便具体操作及管路布置。

对于位于顶部的冷却水出口15和冷却水入口16，冷凝部件可以包括进水管21、出水管22及分别连通在两者之间的多根换热管23，请一并参见图8，该图为冷凝部件的结构示意图。这里，装配完成后，进水管21和出水管22的底部管端封闭。

如图所示，进水管21和出水管22均竖向设置，也即沿高度方向Z布置，并可由进水管21和出水管22的顶部管端穿出罩体1后，分别形成用于与冷源侧连接的冷却水入口16和冷却水出口15。请一并参见图9，该图示出了冷凝换热管与罩体1的装配关系示意图。

在其他具体实现中，进水管21和出水管22也可完全置于罩体1内，两者顶部管端分别与设置在罩体1顶部的冷却水出口15和冷却水入口16连接，同样能够建立冷却水循环的低温冷却水路和高温冷却水路。低温冷却水进入进水管21后，依次通过大致呈水平姿态布置的各换热管23，也即沿宽度方向Y布置，在流动过程中与管体实现换热为高温冷却水，再汇流至出水管22流出，将热量带走。可以理解的是，交换至冷却水中的热量通过高温冷却水循环带走，完成换热后，低温冷却水再循环至冷凝部件2，该冷却水循环的具体功能实现可以采用现有技术，故本文不再赘述。

在其他具体实现中，冷却水出口15和冷却水入口16也可根据需要设置在罩体1的底部，结构简单且方便进行现场组装。当然，冷却水出口15和冷却水入口16还可以位于罩体1的两侧。相比较来说，图中所示将冷却水出口15和冷却水入口16设置在罩体顶部的方式，或设置在罩体底部的方式，不占用宽度方向Y上的空间，更加有利于紧凑布置机柜。另外，基于液冷工质分配单元30和罩体1相对位置关第，冷凝部件2的换热管23可自上而下大面积部署，散热能力得以增强。

应当理解，冷凝循环水路的具体实现非本申请的核心发明点所在，且本领域技术人员基于现有技术能够实现，故本文不再赘述。

本实施方案中，每个汽接头14与换热管23在前后方向上相对设置，请一并参见图10，该图示出了本申请实施例中换热管与相应液接头的组装关系示意图。这里的“相对设置”包括图中所示的汽接头14通流中心与换热管23中心相交叉的情形，也包括汽接头14通流截面与换热管23本体表面至少部分重叠的情形(图中未示出)。

为了获得更好的放热冷凝效率，如图10所示，对应于每个汽接头14的出汽口相应设置有一根换热管23，也就是说，对应于一个服务器节点，由一根换热管23作为主要冷凝换热主体。可以理解的是，在其他具体实现中，可以根据换热管通流量和换热管间距确定换热管23的配置数量，而非局限于图中所示换热管与汽接头一一对应的方式。

对于经由汽接头14流入的汽态工质来说，其到达换热管23表面的距离较短，可快速在换热管23表面放热冷凝为液态工质，换热效率较高。同时，各服务器节点10至液冷工质分配单元30的汽路，路径长度一致，散热效果或者所提供的散热能力趋于一致，这样，可避免某个服务器节点距离液冷工质分配单元30较远且散热较差，并以该散热较差的节点作为表征整个系统散热能力上限的问题，直接影响整机运维的综合判断。

再如图10所示，储液部11内的液态工质通过分流岐管17分别输送至每个液接头13，并通过液接头13和液接头102建立的液路进入相应的设备机箱101。请一并参见图4和图5，该分流岐管17固定在罩体1外部，管体沿竖直方向布置，各液接头13顺次设置在分流岐管17上。这里，储液部11中可设置有供液泵5，将液态工质由储液部11泵送至分流岐管17内，再分配到每个服务器节点。

当然，该分流岐管17也可以布置在罩体1内部(图中未示出)。位于罩体1内部的分流岐管17需要占用罩体1的内部空间，冷凝部件2需要相应地后移，汽态工质到达冷凝换热管表面的距离增大。相较于分流岐管17位于罩体1内部的布置方式，图中所示的实施方案中，汽态工质可快速到达换热管23表面，实现放热冷凝，具有相对较好换热效率。

在具体实现中，根据总体产品设计要求，分流岐管17的管体也可以采用非沿竖直方向布置的方式，以适应设备机箱侧的接口位置形式，从而满足特定产品的结构配置。

在其他具体实现中，分流岐管17的管体还可以根据实际需要采用非直管的形式。相比较来说，图中所示实施方案的分流岐管17采用直管体，管内液态工质的流阻相对较小，在液态工质回流至各服务器节点的功能实现的基础上，能够合理控制工质输送能耗。

通常，在高功耗运行状态下，汽态工质的产生速度相对较高，当冷凝部件2提供的冷凝速度低于蒸汽产生的速度时，则罩体1内的压力将会增大。为了实现系统压力的平衡，本实施方式进一步包括调节部件3，请一并参见图2、图3、图10和图11，其中，图11为本申请实施例提供的另一种基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元的装配爆炸图。

该调节部件3设置在罩体1的后侧，且调节部件3的内腔与罩体1的内腔连通。其中，调节部件3的本体可在其内腔侧压力的作用下形变，以使其内腔的容纳空间随着压力的变化增大或者缩小。这里的“形变”，包括该调节部件3本体可沿单一维度上形变的情形，还包括多维度形变的情形。工作过程中，设备机箱101内的器件发热，且热量交换至设备机箱内的液态工质，超过该两相制冷工质的沸点时则汽化，通过汽接头103与汽接头14适配建立的汽路进入罩体1，当汽化速度高于冷凝速度时，内部压力将随之增大，基于调节部件3可受压形变的特点，其本体形变后扩容后可释放系统内压力，系统压力得以有效平衡，能够规避内部压力增大产生的不利影响，例如但不限于，压力过高使得液冷工质的沸点升高，可能会导致芯片超温造成损害；影响部分压力敏感元件的正常工作，以及其他安全隐患。整体上，能够保持系统常压运行，降低工作过程中的压力波动幅度，保证系统稳定可靠运行。

这里，该调节部件3本体可采用隔热手段，例如但不限于，调节部件3本体表面贴覆隔热棉层，或者调节部件3的本体采用双层隔热结构，可避免热量扩散至外部环境。

为了方便执行检修维护操作，本实施方案中的调节部件3设置为多个，并分别通过安装架体4固定在罩体1的后侧。不失一般性，本方案以五个调节部件3作为描述对象，详细说明其与安装架体4的组装关系。请一并参见图11和图12，其中，图12为本申请实施例提供的基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元的另一装配爆炸图。

图中所示，安装架体4包括外部框体41，该外部框体41具有五个调节部件安装位，相应地，罩体1的后侧具有适配该安装架体4的敞口。如图12所示，每个调节部件3的本体为层叠收展结构，其开口朝向罩体1设置，各调节部件3组装在外部框体41上后，再通过外部框体41插装固定在罩体1后侧敞口中，上述连接关系具有良好的密封固定关系。由此，实现各调节部件3内腔与罩体1内腔的连通，并在内部压力的作用下得以形变并改变其内腔的容纳空间。

请参见图13，该图示出了调节部件3的一种扩容使用状态下示意图。图中所示，各调节部件3在系统内部压力的作用下，均展开扩容。这里，各调节部件3的展开尺寸相同，在实际应用中，每个调节部件3所在区域压力不同时，相应的实际扩容展开量也不完全相同。另外，对于各服务器节点10内汽化速度不同的情形，基于各调节部件3的内腔扩容调节能力，能够提供各自所在对应区域间的冗余补充。

这里，各调节部件3上下顺次布置在罩体1后侧敞口形成的幅度范围内，也就是说，调节部件3在高度方向和宽度方向上空间占用，与罩体1及待散热处理的设备趋于一致，如图所示，液冷工质分配单元30整体为立式形态。如此设置，一方面，能够更加及时有效地处理各汽接头103所在位置区域的压力变化；另外，调节部件3充分利用横纵两向的尺寸空间，在提供相同压力平衡能力的基础上，其前后方向上的尺寸得以合理控制，整机集成度较高；与此同时，可减小扩容状态下在前后方向上的空间占用，利于机房等应用空间的整体部署。

另外，在具体实现中，多个调节部件3也可左右顺次布置在罩体1后侧敞口形成的幅度范围内，或者交错布置。在其他具体应用中，该调节部件3也可以设置为一个，例如但限于适配该罩体1的后侧敞口形成的幅度范围。相比较来说，基于调节部件3设置为多个，且分别通过安装架体4独立安装的结构特点，无需将液冷工质分配单元30拆下进行维护，当需要进行检修维护时，将其中部分调节部件3拆下来即可执行运维操作，实际作业量及工作强度相对较小，具有较好的可操作性。具体请一并参见图14，该图示出了该液冷工质分配单元的一种运维状态。

需要说明的是，基于调节部件3本体可在内部压力作用下形变，改变内腔容纳空间，除可通过其本体结构实现外，在其他具体实现中，也可以通过调节部件本体材料的选择达成上述功能，例如但不限于，采用成型后为柔性本体，且基于材料特性本体具有弹性，同样能够在内部压力作用下调节或改变内部容纳空间的大小。

本实施方案中，液冷工质分配单元30的固定结构可集成在柜体20框架上，使得液冷工质分配单元30的组装固定结构得以简化，可节省后侧空间占用，且可在一定程度上降低制造成本。请参见图15，该图示出了该液冷工质分配单元30和柜体20之间的装配关系示意图，为了清楚示意两者之间的固定结构，图中以剖切去除部分构成的方式形成相应的图示。

结合图15(a)所示，柜体20的后端侧设置有第一连接框201，该第一连接框201自柜体20的外周沿向内延伸，以形成第一安装止口2011。该第一连接框201可采用不同方式固定连接，例如但不限于，与柜体的后端外周沿采用钣金工艺一体成型。液冷工质分配单元30的前端侧设置有第二连接框18，该第二连接框18自罩体1的正面向前延伸，以形成第二安装止口181。该第二连接框18也可采用不同方式固定连接，例如但不限于，采用形成钣金成型或者采用型材加工成型后，再焊接于罩体1上。

结合图15(b)所示，第二连接框18插装在第一连接框201中，并基于第一安装止口2011和第二安装止口181实现组装定位，将液冷工质分配单元30固定在柜体20的后侧。充分利用高度和宽度方向上的空间，不占用柜体内部有效空间，具有较高的系统集成度。在此基础上，为各服务器节点10提供冷凝换热、空气管理和压力控制功能的液冷工质分配单元30，可与柜体20作为一个组装总成交付、运输转场。

运输至现场后，将各服务器节点10依次从柜体30的前面插入其中，不需要在现场组装相变浸没液冷系统，降低现场安装难度。服务器节点10插到位后，服务器节点的快接头与液冷工质分配单元30的快接头连接配合，实现液、汽两路连通，以实现相变浸没液冷系统的循环工作。请一并参见图16和图17，两图分别为基于图1中所示E-E剖切位置的形成示意图。

当然，在其他具体实现中，根据不同现场施工条件，也可采用液冷工质分配单元30与柜体20分别交付的方式，在现场将其拼装在柜体20后部。

下面以图18所示的基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元的原理示意图，简要说明本实施方式的工作原理。

首先，相变浸没液冷服务器工作后，发热器件104工作产生的热量换热至液态制冷工质，并温度升高超过工质沸点时液态工质汽化。汽态工质通过汽接头103与汽接头14适配建立的汽路(图18中箭头Ⅰ所示)，进入液冷工质分配单元30的罩体1。接下来，汽态工质进入液冷工质分配单元30后，在冷凝部件2的换热管表面遇冷，基于冷凝换热管中循环流动的低温冷却水，汽态工质与冷凝部件2发生热交换，热量转移到冷凝换热管的冷却水中，汽态工质冷凝液化，液态工质滴落并被收集到下方的储液部11中。

其中，储液部11内的液态工质，在供液泵5的作用下被泵送至分流岐管17(图18中箭头Ⅱ所示)，经由分流岐管17以及液接头13与液接头102建立的液路，回流注入设备机箱101，进入下一个循环。

工作过程中，当汽化后系统内压力出现变化时，调节部件3的内部空腔的空间可相应调节变化，压力增大时，该调节部件3展开增大空间；压力减小时，该调节部件3可缩回减小空间，以维护系统内部压力与外界大气的平衡。

对于上下依次排布的换热管23来说，上部换热管表面冷凝形成的液态工质向下滴落，为了避免向下滴落的液态工质附着在下方的换热管表面，而影响冷凝换热管与汽态工质的接触换热，在另一具体实现方式中，可以在换热管23的下方设置导流挡板6。请一并参见图18和图19，其中，图19为另一基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元的局部视图。

图19所示，该实施方案中，各换热管23下方可分别固定配置一导流挡板6，该导流挡板6的延伸端位于换热管23的旁侧，这样，液态工质向下滴落时，首先到达其下方的导流挡板6，并通过该导流挡板6引导至换热管23的旁侧再落下(图18和图19中箭头Ⅲ所示)，收集在储液部11中。图中所示的，导流挡板6为倾斜设置平板状，结构简单且易于加工制造。

在具体实现中，该导流挡板6还可以为其他形态，应当理解，只要能够将其上方换热管23冷凝形成的液态工质导向旁侧均可。

另外，在其他具体实现中，还可以将换热管的管体倾斜布置。请参见图20，该图示出了另一种冷凝部件的整体结构示意图。

图20中所示的冷凝部件2a，其主体构成与图11中所示实施例的冷凝部件2相同，均包括进水管21和出水管22，且在进水管21和出水管22连通布置有多根换热管。本实施方案的主要区别在于，各换热管23a的管体均倾斜布置。如此设置，换热管23a表面冷凝形成的液态工质可沿倾斜管体流向低端，这样可减少直接向下滴落的液量，降低对下方换热管23a冷凝效率的影响。

对于作为冷凝部件主要换热件的换热管，在其他具体实现中，可以为非直管，或者非呈水平姿态布置方式的布置形式，只要换热管23包括与相应汽接头14在前后方向相对设置的管体部分，均可在一定程度上达成缩短汽态工质到达路径的功能。

请参见图21，该图为本申请实施例提供的又一种冷凝部件的示意图。

图21所示，该冷凝部件2b包括进水管21和出水管22，多根换热管23b连通设置进水管21和出水管22之间，且两根相邻设置的换热管23b为一组。可以理解的是，每组换热管可以配置为相邻设置的三根或其他复数根换热管23b。

在具体应用中，每组换热管23b可对应于一汽接头14的出汽口(图中未示出)，可针对性地提升冷凝换热效率。这里，对于每个服务器节点，所配置的换热管数量可以相同或不同，以根据实际散热需求合理配置液冷换热能力。

请参见图22，该图为本申请实施例提供的另一种冷凝部件的示意图。

图22所示，该冷凝部件2c设置为两个。每个冷凝部件2c包括进水管21和出水管22，且在进水管21和出水管22连通布置有多根换热管23。两个冷凝部件2c的进水管21并联连通于冷却水入口16c，两个冷凝部件2c的出水管22并联连通于冷却水出口15c。当然，在其他的具体实现中，并联配置的冷凝部件2c的数量可根据散热需求进行配置。

由此，基于两个冷凝部件2c建立并联冷却水循环，可灵活调节各冷凝部件的冷却水流量，根据具体散热需求进行合理分配。

请参见图23，该图为本申请实施例提供的又一种冷凝部件的示意图。

图23所示，该冷凝部件2d包括进水管21和出水管22，多根换热管23d连通设置进水管21和出水管22之间，且换热管23d的本体呈迂回弯折状，以提高流经每根换热管23d的换热效率。图中所示的换热管23d包括水平延伸的管段，也可以采用其他非规则迂回弯折的本体。

此外，基于前述图11、图20至图23所描述的冷凝部件，系统各服务器节点10可以采用横向插装式，在其他具体实现中，也可以采用节点竖向插装的方式，只要在相应设备机箱101后端插装配置液接头102和汽接头103，也可在服务器节点插装到位后，快速与液冷工质分配单元30建立汽、液连通关系。

相比较于节点竖向插装的方式来说，节点横向插装方式的相变散热能力较好，其机箱内器件的器件浸没面积相对较大，整体散热能力更强。同时，对于节点竖插方式，至少需要按每排节点布置一根分流岐管的建立液路连通关系；而整机柜体内的横向插装服务器节点10，可基于一个分流岐管17顺次排布，并布满整个机柜后侧，结构简单且工艺性较好。

进一步地，对于作为冷凝部件的主要换热件，也可以为并联连通在进水管和出水管的换热片结构。

请参见图24，该图为本申请实施例提供的另一种冷凝部件的示意图。

该冷凝部件2e包括进水管21和出水管22，多组换热片23e顺次串接在连通支管上，每个换热片23e的冷却水流道通过连通支管分别与进水管21和出水管22连通，也即，各组换热片23e并联连通在进水管21和出水管22之间。

请参见图25，该图为本申请实施例提供的又一种冷凝部件的示意图。

该冷凝部件2f包括进水管21和出水管22，多组换热片23e顺次串接在进水管21和出水管22上，也即，各换热片23e并联连通在进水管21和出水管22之间。

在具体应用场景下，基于前述图24和图25所描述的冷凝部件，每组换热片可对应一个服务器节点或者多个服务器节点。

本申请实施例还提供了一种计算设备，该计算设备包括基于相变浸没液冷系统进行器件散热的设备机箱，还包括如前述图1至图23中所描述的基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元。

该计算设备可以为计算机、服务器等产品类型，特别适用于大功率、高集成度、超大规模化的数据中心服务器。基于相变浸没液冷系统的运行机制，可满足相应制冷循环下的内部空间扩容能力，同时提供的工质循环冷凝功能及制冷工质供给功能，为相变浸没式液冷可靠应用于相应器件的散热处理提供了技术保障。

应当理解，相应计算设备的其他功能构成非本申请的核心发明点所在，故本文不再赘述。

以上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 (22)

1.一种基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元，其特征在于，所述液冷工质分配单元包括用于设置在设备机箱的背面的外部罩体，以及内置于所述罩体内的冷凝部件；所述罩体的正面配置为冷凝区壁面，在前后方向上，所述冷凝区壁面与所述冷凝部件相对设置；所述冷凝区壁面上设置有液接头和汽接头，所述液接头和所述汽接头配置为：与设置在设备机箱的通汽口和通液口的接头相对设置，且可分别适配连接。

2.根据权利要求1所述的基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元，其特征在于，还包括调节部件，所述调节部件包括具有内腔的本体，其本体可在其内腔侧的压力作用下产生形变，使其内腔的容纳空间相应改变；所述调节部件的内腔与所述罩体的内腔连通。

3.根据权利要求2所述的基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元，其特征在于，所述调节部件位于所述罩体的后侧，且可在前后方向展收以改变其内腔的容纳空间。

4.根据权利要求3所述的基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元，其特征在于，所述调节部件设置为多个，且沿上下方向顺次设置。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元，其特征在于，还包括设置在所述罩体上的分流岐管，所述分流岐管用于与储液部连通，所述液接头设置为多个且均多插装在所述分流岐管上。

6.根据权利要求5所述的基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元，其特征在于，所述分流岐管固定在所述罩体的正面。

7.根据权利要求5或6所述的基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元，其特征在于，还包括供液泵，用于将所述储液部中的液态介质输送至所述分流岐管。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元，其特征在于，所述液接头和所述汽接头设置为多组，且每组包括至少一个所述液接头和至少一个所述汽接头。

9.根据权利要求8所述的基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元，其特征在于，多组所述液接头和所述汽接头由上至下顺次设置，所述液接头和所述汽接头均为快插接头。

10.根据权利要求1所述的基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元，其特征在于，所述冷凝部件包括进水管、出水管及分别连通在两者之间的换热件，所述换热件包括与所述进水管和所述出水管连通的冷却水流道。

11.根据权利要求10所述的基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元，其特征在于，所述冷凝部件设置为至少两个，所述至少两个冷凝部件的进水管和出水管并联连通。

12.根据权利要求10或11所述基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元，其特征在于，所述换热件为换热管，在前后方向上，所述汽接头与所述换热管相对设置。

13.根据权利要求12所述的基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元，其特征在于，所述汽接头的通流中心与相应所述换热管的中心相交叉，或者所述汽接头的通流截面与所述热热管的本体表面至少部分重叠。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元，其特征在于，所述进水管和所述出水管均竖直设置，所述换热管配置为多根，且所述多根换热管均包括水平延伸管段。

15.根据权利要求14所述的基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元，其特征在于，至少所述换热管的水平延伸管段下方设置有导流挡板，且所述导流挡板的延伸端位于所述换热管的旁侧。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元，其特征在于，所述换热管的管体倾斜布置。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元，其特征在于，所述罩体的顶部或底部包括冷却水出口和冷却水入口，所述冷却水出口和所述冷却水入口分别连通所述冷凝部件的出水管和进水管。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元，其特征在于，所述罩体的底部设置有储液部，所述冷凝部件位于所述储液部的上方。

19.一种计算设备，其特征在于，包括基于相变浸没液冷系统进行器件散热的设备机箱，还包括权利要求1至18中任一项所述的基于相变浸没液冷系统的液冷工质分配单元，其中，所述设备机箱上的液接头和汽接头位于所述设备机箱的背面，所述设备机箱上的液接头和汽接头分别与所述罩体上的液接头和汽接头适配连接，以分别建立液路连通和汽路连接关系。

20.根据权利要求19所述的计算设备，其特征在于，所述设备机箱包括多个节点设备机箱，所述罩体上的的液接头和汽接头分别与所述多个节点设备机箱的液接头和汽接头一一对应连通。

21.根据权利要求20所述的计算设备，其特征在于，所述计算设备为服务器。

22.根据权利要求21所述的计算设备，其特征在于，所述计算设备为服务器机柜，多个所述节点设备机箱横向插装在柜体内。