CN208047120U - 一种液冷散热自吸式回流机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种液冷散热自吸式回流机构，包括分支回油管、总回油管、压力自动启闭阀门和回油箱，分支回油管一端连接服务器机箱回油口，另一端连接总回油管，总回油管下端伸至回油箱，总回油管下端具有一膨大的集液腔，压力自动启闭阀门设置在集液腔内用于根据总回油管内积聚的回油重量自动开启或者闭合使回油向下流动或者截流，总回油管内积聚的回油致使压力自动阀门在其重力作用下开启，待卸下回油，压力自动启闭阀门闭合，此时分支回油管以及总回油管位于压力自动启闭阀门以上管路内为真空状态，在虹吸作用下，服务器内积油回流至总回油管。本实用新型采用压力自动启闭阀门，充分利用虹吸作用的优势，实现服务器内绝缘冷却液的迅速回流。

Description

一种液冷散热自吸式回流机构

技术领域

本实用新型涉及一种液冷散热回流机构，尤其涉及一种液冷散热自吸式回流机构，可适用于数据中心服务器、机房机柜、电子柜、工厂生产设备、生物化工制品等领域。

背景技术

目前的服务器大多依靠风冷进行强制对流散热，但是，风冷模式是一种传热效率低下的间接接触冷却方式。传统服务器在解决更高功率器件的废热或者追求更低的热阻时，常常采用功率更强的风扇或者更低的进风温度来控制器件温度，前者会带来更大的噪音，而后者则容易引发过低的湿空气的结露问题。

液冷散热由于其绝缘冷却液的密度与比热的乘积所体现的工质的载热能力比风冷模式要高接近2000倍，因此其必将在不久之后成为服务器散热的主流技术。由本申请人研发的喷淋式液体冷却系统是将绝缘冷却液直接喷淋到服务器发热器件表面或喷淋到与器件接触的扩展表面上并带走器件所排放的废热，从而对服务器发热器件进行高效热管理。然而，喷淋式液体冷却系统需要其内部的绝缘冷却液进行高效、迅速的循环，才能保证大功率器件的废热被迅速带走。

但是，传统液体循环系统的结构较为简单，它包括总管路和与总管路连接的分支管路，分支管路与服务器相连，冷却液在对服务器进行冷却后依靠重力流入分支管路，再汇总到总管路中。冷却液这种通过重力回流的方式存在着以下缺陷：

⑴冷却液仅通过重力回流，回流速度慢，且回油中夹杂有空气等容易形成涡流，进一步减慢回流速度，容易造成服务器出现满溢的现象。

⑵为了提高回流速度，传统做法是加粗分支管路，如此，不仅提高了成本，而且加粗后的管路会占用更多空间，然而机柜内的空间是十分有限的。

⑶现有加设了泵的液体循环系统，虽然可以提高回流速度，但是，对整体循环管路具有较高的密封要求，不符合液冷散热节能环保的理念，而且服务器内无法保证一直满液面，泵内容易进入空气造成损坏。

因此，传统液体循环系统所存在的上述缺陷极大地制约了喷淋式液体冷却系统的应用和发展。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种结构简单、制造成本低、提高回流速度、散热效果好、节能环保的液冷散热自吸式回流机构。

本实用新型的目的通过以下的技术措施来实现：一种液冷散热自吸式回流机构，它包括横向设置的分支回油管、竖向设置的总回油管和位于总回油管下方的回油箱，所述分支回油管的一端密封连接服务器机箱的回油口，另一端密封连接总回油管，总回油管的下端伸至所述回油箱并与其连通，其特征在于：所述液冷散热自吸式回流机构还包括压力自动启闭阀门，所述总回油管的下端具有一膨大的集液腔，所述压力自动启闭阀门设置在集液腔内用于根据总回油管内积聚的回油重量自动开启或者闭合使回油向下流动或者截流，总回油管内积聚的回油致使压力自动阀门在其重力作用下开启，待卸下回油，压力自动启闭阀门闭合，此时所述分支回油管以及总回油管位于压力自动启闭阀门以上的管路内为真空状态，在虹吸作用下，服务器内积油回流至总回油管。

本实用新型的压力自动启闭阀门在通常情况下处于闭合状态，当总回油管内回油积聚到一定重量后阀门打开，回油卸下后迅速闭合。由于服务器内液位、压力自动启闭阀门的作用，分支回油管和总回油管整体为密封结构，当回油卸下后密封结构内为真空状态，服务器内压力高于密封结构的压力，从而在压力作用下使服务器内积油迅速回流至总回油管，回流速度快，可使大功率器件的废热被迅速带走，散热效果好；另外，本实用新型结构简单、制造成本低，未增加额外输入功率，符合液冷散热节能环保的理念，可进一步推动喷淋式液体冷却系统的广泛应用。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述分支回油管为数条，每条分支回油管密封连接于总回油管的管身上，所述总回油管的上端封闭。

为了进一步加速服务器内积油回流，作为本实用新型的一种改进，在所述服务器的回油口与分支回油管之间增设一虹吸构件。

作为本实用新型的一种实施方式，所述虹吸构件主要由竖向的锥形管和隔气板组成，所述锥形管的上管段自上而下呈渐缩状，下管段为直管段，其与分支回油管的管径相同，所述隔气板固定在锥形管的上端管口并覆盖住该管口，在所述隔气板上开设有多个与直管段相通的过流孔，各过流孔的总面积大于或者等于直管段的管口面积，所述隔气板与服务器的回油口相连，而所述锥形管的下管段则与所述分支回油管对接成一体。

本实用新型的工作原理是：在排液时，冷却液通过隔气板上的过流孔流到锥形管的直管段，在上管段集液的作用下，且各过流孔的总面积大于或者等于直管段的管口面积，冷却液迅速占满直管段截面并形成满管段。由于冷却液表面与直管段底端表面存在液位差，直管段内冷却液在重力作用下流速快，带动上部冷却液源源不断被吸入直管段，产生虹吸，冷却液在虹吸效应的作用下迅速排出。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述过流孔是沿所述隔气板的同一圆周均匀设置的弧形孔。

作为本实用新型的一种推荐方式，所述过流孔的外孔沿与锥形管的上端内壁面上下相对齐。

本实用新型所述隔气板沿径向向外延伸形成一连接边，所述连接边与回油口的密封结构相连。

作为本实用新型的另一种实施方式，所述虹吸构件主要由隔气板、垫块、支撑板、外管、内管、隔管和封板组成，所述隔气板为一完整板体且位于支撑板的上方，在隔气板和支撑板之间沿圆周间隔设有数个垫块从而在二者之间形成间隙，在所述支撑板上开设有多个过流孔，所述外管竖向设置，其上端连接在支撑板的下表面上，所述封板中心开孔，封板的外板沿圆周与外管的下端管口连接，在所述外管内设有短管状的隔管，所述隔管的上端连接在支撑板的下表面上，且所述外管与隔管之间具有第一环形间隙，所述过流孔对应于该第一环形间隙并与之相通，所述内管竖向插装在封板的中心孔内，且所述内管的上端伸至隔管的下管口内并与其之间具有第二环形间隙，各过流孔的总面积大于或者等于内管的管口面积，所述支撑板与服务器的回油口相连，使得所述隔气板与回油口的内壁之间形成用于冷却液流入的第三环形间隙，所述内管与所述分支回油管的管径相同并与之对接成一体。

本实用新型的工作原理是：在排液时，冷却液从隔气板与支撑板之间的间隙流到由外管、封板、内管、支撑板构成的空间中，最后从内管流出。在隔气板的作用下，空气被排除在隔气板的外面。由外管、封板、内管、支撑板构成的空间截面大于内管的截面，在外部冷却液的冲击下由外管、封板、内管、支撑板构成的空间内的液体迅速占满内管并形成满管段；冷却液表面与内管低端表面存在液位差，内管内在重力作用下下侧冷却液流速快，带动上部冷却液源源不断被吸入内管，产生虹吸。冷却液在虹吸效应的作用下迅速排出。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述过流孔是沿所述支撑板的同一圆周均匀设置的弧形孔，所述过流孔的内孔沿与隔管的外管壁上下相对齐，所述过流孔的外孔沿与外管的内管壁上下相对齐。

本实用新型所述支撑板沿径向向隔气板的外板沿之外延伸形成一连接边，所述连接边的外缘与回油口的密封结构相连，从而形成所述的第三环形间隙。

与现有技术相比，本实用新型具有如下显著的效果：

⑴本实用新型采用压力自动启闭阀门，充分利用虹吸作用的优势，实现服务器内绝缘冷却液的迅速、高效回流，扩大喷淋式液体冷却系统的使用范围。

⑵本实用新型在服务器的回油口与分支回油管之间增设一虹吸构件，可以进一步加速服务器内积油回流。

⑶本实用新型管路结构紧凑，管路利用率高，在应用于大功率服务器喷淋式液体冷却系统时，效果尤其显著。

⑷本实用新型结构简单、制造成本低，未增加额外输入功率，符合液冷散热节能环保的理念，可进一步推动喷淋式液体冷却系统的广泛应用。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

图1是本实用新型实施例1的整体结构示意图；

图2是本实用新型实施例1的液体循环系统组成结构示意图；

图3是本实用新型实施例2虹吸构件的轴向剖视图；

图4是本实用新型实施例2隔气板的俯视图；

图5是本实用新型实施例3虹吸构件的轴向剖视图。

具体实施方式

实施例1

如图1和2所示，是本实用新型一种应用于大功率服务器喷淋式液体冷却系统的液冷散热自吸式回流机构，它包括横向设置的分支回油管1、竖向设置的总回油管2、机械式压力自动启闭阀门5和位于总回油管2下方的回油箱3，支回油管1为数条，每条分支回油管1的一端密封连接服务器4机箱底部或侧面的回油口，分支回油管1的另一端密封连接于总回油管2的管身上，总回油管2的上端封闭，下端伸至回油箱3内，总回油管2的下端具有一膨大的集液腔6，机械式压力自动启闭阀门5设置在集液腔6内用于根据总回油管2内积聚的回油重量自动开启或者闭合使回油向下流动或者截流，总回油管2内积聚的回油致使机械式压力自动阀门5在其重力作用下开启，待卸下回油，机械式压力自动启闭阀门5闭合，此时分支回油管1以及总回油管2位于机械式压力自动启闭阀门5以上的管路内为真空状态，在虹吸作用下，服务器内积油回流至总回油管2。

本实用新型的工作原理是：机械式压力自动启闭阀门5在通常情况下处于闭合状态，当总回油管2内回油积聚到一定重量后阀门打开，回油卸下后迅速闭合。由于服务器4内液位、机械式压力自动启闭阀门5的作用，分支回油管1和总回油管2整体为密封结构，当回油卸下后密封结构内为真空状态，服务器4内压力高于密封结构的压力，从而在压力作用下使服务器4内积油迅速回流至总回油管2，达到一定重量后阀门5再次开启闭合，如此循环。回油箱3内绝缘冷却液经过泵23的作用进入散热器24冷却后重新进入服务器4进行喷淋，如此循环。

实施例2

如图3和4所示，本实施例与实施例1的不同之处在于：在服务器4的回油口与分支回油管1之间增设一虹吸构件，可以进一步加速服务器4内积油回流。在本实施例中，虹吸构件主要由竖向的锥形管7和隔气板8组成，锥形管7的上管段9自上而下呈渐缩状，下管段10为直管段，其与分支回油管1的管径相同，隔气板8固定在锥形管7的上端管口并覆盖住该管口，在隔气板8上开设有多个与直管段相通的过流孔11，在本实施例中，过流孔11是沿隔气板8的同一圆周均匀设置的4个弧形孔，各过流孔11的总面积大于或者等于直管段的管口面积，过流孔11的外孔沿与锥形管的上端内壁面上下相对齐。隔气板8与服务器4的回油口相连，具体是隔气板8沿径向向外延伸形成一连接边12，该连接边12与回油口的密封结构相连，具体是与密封垫片通过螺栓连接。锥形管的下管段10则与分支回油管1对接成一体。

本实施例的工作原理是：在排液时，冷却液A通过隔气板8上的过流孔11流到锥形管7的直管段，在上管段9集液的作用下，且各过流孔11的总面积大于或者等于直管段的管口面积，冷却液迅速占满直管段截面并形成满管段。由于冷却液表面与直管段底端表面存在液位差，直管段内冷却液在重力作用下流速快，带动上部冷却液源源不断被吸入直管段，产生虹吸，冷却液在虹吸效应的作用下迅速排出。

实施例3

如图5所示，本实施例与实施例2的不同之处在于：虹吸构件主要由隔气板8、垫块13、支撑板14、外管15、内管16、隔管17和封板18组成，隔气板8为一完整板体且位于支撑板14的上方，在隔气板8和支撑板14之间沿圆周间隔设有数个垫块13从而在二者之间形成间隙19，在支撑板14上开设有多个过流孔20，在本实施例中，过流孔20是沿支撑板14的同一圆周均匀设置的弧形孔，外管15竖向设置，其上端连接在支撑板14的下表面上，封板18中心开孔，封板18的外板沿圆周与外管15的下端管口连接，在外管15内设有短管状的隔管17，隔管17的上端连接在支撑板14的下表面上，且外管15与隔管17之间具有第一环形间隙21，过流孔20对应于该第一环形间隙21并与之相通，内管16竖向插装在封板18的中心孔内，且内管16的上端伸至隔管17的下管口内并与其之间具有第二环形间隙22，过流孔20的内孔沿与隔管17的外管壁上下相对齐，过流孔20的外孔沿与外管15的内管壁上下相对齐。各过流孔20的总面积大于或者等于内管16的管口面积，支撑板14与服务器4的回油口相连，使得隔气板8与回油口的内壁之间形成用于冷却液流入的第三环形间隙(图中未画出)，内管16与分支回油管1的管径相同并与之对接成一体。在本实施例中，支撑板14沿径向向隔气板8的外板沿之外延伸形成一连接边25，连接边25的外缘与回油口的密封结构相连，具体是与密封垫片通过螺栓连接，从而形成第三环形间隙。

本实施例的工作原理是：在排液时，冷却液A从隔气板8与支撑板14之间的间隙流到由外管15、封板18、内管16、支撑板14构成的空间中，最后从内管16流出。在隔气板8的作用下，空气被排除在隔气板8的外面。由外管15、封板18、内管16、支撑板14构成的空间截面大于内管16的截面，在外部冷却液的冲击下由外管15、封板18、内管16、支撑板14构成的空间内的液体迅速占满内管并形成满管段；冷却液表面与内管16低端表面存在液位差，内管16内在重力作用下下侧冷却液流速快，带动上部冷却液源源不断被吸入内管16，产生虹吸。冷却液在虹吸效应的作用下迅速排出。

本实用新型的实施方式不限于此，根据本实用新型的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，本实用新型还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本实用新型权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种液冷散热自吸式回流机构，它包括横向设置的分支回油管、竖向设置的总回油管和位于总回油管下方的回油箱，所述分支回油管的一端密封连接服务器机箱的回油口，另一端密封连接总回油管，总回油管的下端伸至所述回油箱并与其连通，其特征在于：所述液冷散热自吸式回流机构还包括压力自动启闭阀门，所述总回油管的下端具有一膨大的集液腔，所述压力自动启闭阀门设置在集液腔内用于根据总回油管内积聚的回油重量自动开启或者闭合使回油向下流动或者截流，总回油管内积聚的回油致使压力自动阀门在其重力作用下开启，待卸下回油，压力自动启闭阀门闭合，此时所述分支回油管以及总回油管位于压力自动启闭阀门以上的管路内为真空状态，在虹吸作用下，服务器内积油回流至总回油管。

2.根据权利要求1所述的液冷散热自吸式回流机构，其特征在于：所述分支回油管为数条，每条分支回油管密封连接于总回油管的管身上，所述总回油管的上端封闭。

3.根据权利要求2所述的液冷散热自吸式回流机构，其特征在于：在所述服务器的回油口与分支回油管之间增设一虹吸构件。

4.根据权利要求3所述的液冷散热自吸式回流机构，其特征在于：所述虹吸构件主要由竖向的锥形管和隔气板组成，所述锥形管的上管段自上而下呈渐缩状，下管段为直管段，其与分支回油管的管径相同，所述隔气板固定在锥形管的上端管口并覆盖住该管口，在所述隔气板上开设有多个与直管段相通的过流孔，各过流孔的总面积大于或者等于直管段的管口面积，所述隔气板与服务器的回油口相连，而所述锥形管的下管段则与所述分支回油管对接成一体。

5.根据权利要求4所述的液冷散热自吸式回流机构，其特征在于：所述过流孔是沿所述隔气板的同一圆周均匀设置的弧形孔。

6.根据权利要求5所述的液冷散热自吸式回流机构，其特征在于：所述过流孔的外孔沿与锥形管的上端内壁面上下相对齐。

7.根据权利要求6所述的液冷散热自吸式回流机构，其特征在于：所述隔气板沿径向向外延伸形成一连接边，所述连接边与回油口的密封结构相连。

8.根据权利要求3所述的液冷散热自吸式回流机构，其特征在于：所述虹吸构件主要由隔气板、垫块、支撑板、外管、内管、隔管和封板组成，所述隔气板为一完整板体且位于支撑板的上方，在隔气板和支撑板之间沿圆周间隔设有数个垫块从而在二者之间形成间隙，在所述支撑板上开设有多个过流孔，所述外管竖向设置，其上端连接在支撑板的下表面上，所述封板中心开孔，封板的外板沿圆周与外管的下端管口连接，在所述外管内设有短管状的隔管，所述隔管的上端连接在支撑板的下表面上，且所述外管与隔管之间具有第一环形间隙，所述过流孔对应于该第一环形间隙并与之相通，所述内管竖向插装在封板的中心孔内，且所述内管的上端伸至隔管的下管口内并与其之间具有第二环形间隙，各过流孔的总面积大于或者等于内管的管口面积，所述支撑板与服务器的回油口相连，使得所述隔气板与回油口的内壁之间形成用于冷却液流入的第三环形间隙，所述内管与所述分支回油管的管径相同并与之对接成一体。

9.根据权利要求8所述的液冷散热自吸式回流机构，其特征在于：所述过流孔是沿所述支撑板的同一圆周均匀设置的弧形孔，所述过流孔的内孔沿与隔管的外管壁上下相对齐，所述过流孔的外孔沿与外管的内管壁上下相对齐。

10.根据权利要求9所述的液冷散热自吸式回流机构，其特征在于：所述支撑板沿径向向隔气板的外板沿之外延伸形成一连接边，所述连接边的外缘与回油口的密封结构相连，从而形成所述的第三环形间隙。