CN206212549U - 应用于超算中心的即插式喷雾冷却装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及应用于超算中心的即插式喷雾冷却装置。包括一个以上密闭的喷雾腔；每个喷雾腔的一侧腔壁为铜片冷板，对应的另一侧腔壁上阵列安装五个以上的喷嘴；还包括储液罐和微泵；一个以上密闭的喷雾腔和储液罐形成一个封闭的循环回路。使用时，铜片冷板通过插片紧密固定在被冷却的发热元件上，通过对铜片冷板的冷却来带走发热元件的热量。每个喷雾腔由阀门与分液总管相连，可根据工况进行调节，保证冷却系统安全可靠的运行。该系统集成度高，安装便捷，使用安全，更换方便，适用于高热流密度、高集成度的超级计算机设备，也适用于各种高热流密度分布式热源。
Description
技术领域
本实用新型属于制冷技术领域，具体涉及一种用于超级计算机散热的即插式喷雾冷却装置。
背景技术
超级计算机在各个领域都有着广泛的应用，随着大数据时代的到来，对超级计算机的性能提出了更高的要求。超级计算机在集成度、数据处理能力和计算速度不断提高的同时，其能耗也不断增加，芯片及整体机柜的发热也越来越严重，超级计算机的散热成为制约其发展的关键问题之一。
目前超算中心冷却主要采用的是风冷和水冷两种方式。风冷冷却主要采用精密空调对整个机房进行冷却，该冷却方式虽然系统简单，维护方便，但是风冷机组安装密度大，导致气流难以分布均匀，从而使得机房各个机柜温度分布不均匀，容易出现局部温度过高。此外，风冷机组冷却噪音大，而且冷却效率低，能耗高。水冷冷却主要包括水冷塔和水冷机柜，其优点是冷却效率高，比空调机组节能15%左右，然而水冷原理是利用冷媒将机房内热量带走，再通过冷水塔或水冷机柜对冷媒进行冷却降温再进入机房内进行循环，不是对发热装置的直接冷却，降低了水冷的冷却效率。而且水冷塔及水冷机柜造价高，需要专门的制冷机组，并且维护成本高。综上所述，目前对超算中心的冷却方式都有一定的局限性。因此，需要一种新型冷却方式来提高冷却效率，并且降低冷却功耗。
实用新型内容
为了克服传统冷却方式的不足，本实用新型提出一种应用于超算中心的即插式喷雾冷却装置。
应用于超算中心的即插式喷雾冷却装置包括一个以上密闭的喷雾腔7；每个喷雾腔7的一侧腔壁为铜片冷板8，对应的另一侧腔壁5上均布设有五个以上的喷嘴6；喷雾腔7的上部设有进液口12，五个以上的喷嘴6连通着进液口12，所述进液口12连通着进液管的一端，进液管的另一端连通着储液罐1；所述进液管上设有阀门4，阀门4的进口处的进液管上串联着微泵2；喷雾腔7的底部设有出液口13，出液口13通过出液管连通着储液罐1，所述储液管上串联着冷凝器11；所述一个以上密闭的喷雾腔7和储液罐1形成一个封闭的循环回路。
使用时，铜片冷板8通过插片9紧密固定在被冷却的发热元件上，冷却工质从进液口12进入喷雾腔7，在喷雾腔7内发生喷雾冷却，在铜片冷板8上产生冷却效果，通过对铜片冷板8的冷却来带走发热元件的热量。
进一步限定的技术方案如下：
所述喷嘴6为压力旋流雾化喷嘴，喷嘴外径为6mm，喷孔孔径为0.2mm。
相邻喷嘴6之间的间距1cm。
所述腔壁5为夹壁，夹壁的内侧壁厚度为1.2mm；所述五个以上的喷嘴6阵列设于内侧壁上，且分别连通着内侧壁，所述进液口12设于夹壁的顶部。
所述内侧壁上阵列设有八个喷嘴6，八个喷嘴连通着内侧壁。
所述微泵2为磁力驱动齿轮电泵。
所述冷凝器11为带高速风机的平行流冷凝器。
一个以上密闭的喷雾腔7的进液管的阀门4的进口分别连通着进液总管3，进液总管3通过微泵2连通着储液罐1；一个以上密闭的喷雾腔7的出液管分别连通着集液管10，集液管10连通着储液罐1，集液管10上串联着冷凝器11。
本实用新型的有益技术效果体现在以下方面：
1.喷雾冷却技术是一种液体相变冷却技术，通过喷嘴将冷却工质雾化成高速微小液滴，小液滴冲击待冷却表面，通过液滴冲击、液膜流动、液膜表面蒸发、液膜核态沸腾以及二次成核等机理强化传热。喷雾冷却以其散热能力高、工质与热表面温差小、工质需求量小、没有沸腾的滞后性、与固体表面之间没有接触热阻等优点，在高热流密度电子器件散热方面具有广阔的应用前景。研究表明和空冷相比，应用喷雾冷却技术能使电子元器件的片结温度降低33℃，功耗降低35％。本实用新型将喷雾冷却技术应用于超算中心冷却，并采用即插式喷雾腔，将喷雾腔的铜片冷板8安装在超级计算机的发热元件上，并使二者紧密接触，通过对铜片冷板8的冷却来带走发热元件的热量。
2.本实用新型集成度高，安装便捷，使用安全，更换方便，既适用于高热流密度、高集成度的超级计算机设备，也适用于各种高热流密度分布式热源。
3.本实用新型各个喷雾腔7能根据发热器件位置安装在各个地方，并且各个喷雾腔配有流量调节阀能够独立调节，适用于各种高热流密度分布式热源，用途广泛。
4.本实用新型采用封闭式喷雾腔，液体制冷剂与发热器件不直接接触，很好的避免了液体泄漏的问题。
附图说明
图1为应用于超算中心的即插式喷雾冷却装置示意图；
图2为单个喷雾腔示意图；
图3为本实用新型采用的多喷嘴板喷嘴的排列方式。
上图中序号：1储液罐、2、微泵、3进液总管、4阀门、5多喷嘴板、6喷嘴、7喷雾腔、8铜片冷板、9插片、10集液总管、11冷凝器、12进液口、13出液口。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本实用新型作进一步地说明。
实施例1
只采用一个喷雾腔对单个发热器件冷却时的散热情况。
参见图2和图3，应用于超算中心的即插式喷雾冷却装置包括一个密闭的喷雾腔7；喷雾腔7的一侧腔壁为铜片冷板8，对应的另一侧腔壁5为夹壁，夹壁的内侧壁厚度为1.2mm，内侧壁上阵列安装有八个喷嘴6，且连通着内侧壁；喷嘴6为压力旋流雾化喷嘴，喷嘴外径为6mm，喷孔孔径为0.2mm；夹壁的顶部安装有进液口12。进液口12连通着进液管的一端，进液管的另一端连通着储液罐1。进液管上安装有阀门4，阀门4的进口处的进液管上串联着微泵2，微泵2为磁力驱动齿轮电泵。喷雾腔7的底部开设有出液口13，出液口13通过出液管连通着储液罐1，储液管上串联着冷凝器11，冷凝器11为带高速风机的平行流冷凝器。密闭的喷雾腔7和储液罐1形成一个封闭的循环回路。
本实施例的热控环境是：对发热功率800W的30mm×30mm的矩形发热表面进行冷却，并保持发热表面温度不超过75℃。
本实施例的铜片冷板8采用导热率高的金属铜，主要作用是使得热流可以大面积均匀传导，铜片冷板8为30mm×30mm的矩形，厚度4mm。喷雾腔7高度为26mm，截面为30mm×30mm的矩形。八个排成阵列的喷嘴6中相邻喷嘴之间的间距1cm，每个喷嘴6的直径8mm，孔径0.2mm，安装在厚1.2mm的内侧壁上，具体排列方式如图3所示。
使用时，喷雾腔7的铜片冷板8通过插片9紧密固定在被冷却的发热元件上。冷却工质水由微泵2驱动，在微泵2额定功率60W时，总流量为40L/h。高压水由进液口12进入喷雾腔7。在喷雾腔中7，高压水经过喷嘴6雾化喷射到铜片冷板8上，水通过喷嘴6雾化成高速微小液滴，小液滴冲击铜片冷板8，通过液滴冲击、液膜流动、等换热方式，带走大量的热，从而冷却发热元件。冷却后的热水从出液口13流出，流入冷凝器11冷凝成低温液体，再进入储液罐1，从而完成整个喷雾冷却的循环。
实施例2
采用十个喷雾腔对十个不同的发热器件分别进行冷却的情况。
参见图1，每个喷雾腔7的铜片冷板8通过插片9分别紧密固定在被冷却的对应的发热器件上。
每个喷雾腔7的进液管的阀门4的进口分别连通着进液总管3，进液总管3通过微泵2连通着储液罐1；十个喷雾腔7的出液管分别连通着集液管10，集液管10连通着储液罐1，集液管10上串联着冷凝器11。
其它结构和工作原理同实施例1。
Claims (8)
1.应用于超算中心的即插式喷雾冷却装置，其特征在于：包括一个以上密闭的喷雾腔（7）；每个喷雾腔（7）的一侧腔壁为铜片冷板（8），对应的另一侧腔壁（5）上均布设有五个以上的喷嘴（6）；喷雾腔（7）的上部设有进液口（12），五个以上的喷嘴（6）连通着进液口（12），所述进液口（12）连通着进液管的一端，进液管的另一端连通着储液罐（1）；所述进液管上设有阀门（4），阀门（4）的进口处的进液管上串联着微泵（2）；喷雾腔（7）的底部设有出液口（13），出液口（13）通过出液管连通着储液罐（1），所述储液管上串联着冷凝器（11）；所述一个以上密闭的喷雾腔（7）和储液罐（1）形成一个封闭的循环回路；
使用时，铜片冷板（8）通过插片（9）紧密固定在被冷却的发热元件上，冷却工质从进液口（12）进入喷雾腔（7），在喷雾腔（7）内发生喷雾冷却，在铜片冷板（8）上产生冷却效果，通过对铜片冷板（8）的冷却来带走发热元件的热量。
2.根据权利要求1所述应用于超算中心的即插式喷雾冷却装置，其特征在于：所述喷嘴（6）为压力旋流雾化喷嘴，喷嘴外径为6mm，喷孔孔径为0.2mm。
3.根据权利要求1所述应用于超算中心的即插式喷雾冷却装置，其特征在于：相邻喷嘴（6）之间的间距1cm。
4.根据权利要求1所述应用于超算中心的即插式喷雾冷却装置，其特征在于：所述腔壁（5）为夹壁，夹壁的内侧壁厚度为1.2mm；所述五个以上的喷嘴（6）阵列设于内侧壁上，且连通着内侧壁，所述进液口（12）设于夹壁的顶部。
5.根据权利要求4所述应用于超算中心的即插式喷雾冷却装置，其特征在于：所述内侧壁上阵列设有八个喷嘴（6），八个喷嘴（6）分别连通着内侧壁。
6.根据权利要求1所述应用于超算中心的即插式喷雾冷却装置，其特征在于：所述微泵（2）为磁力驱动齿轮电泵。
7.根据权利要求1所述应用于超算中心的即插式喷雾冷却装置，其特征在于：所述冷凝器（11）为带高速风机的平行流冷凝器。
8.根据权利要求1所述应用于超算中心的即插式喷雾冷却装置，其特征在于：一个以上密闭的喷雾腔（7）的进液管的阀门（4）的进口分别连通着进液总管（3），进液总管（3）通过微泵（2）连通着储液罐（1）；一个以上密闭的喷雾腔（7）的出液管分别连通着集液管（10），集液管（10）连通着储液罐（1），集液管（10）上串联着冷凝器（11）。
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