CN210924458U - 蒸发冷却系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种蒸发冷却系统，包括容置室、发热元器件、冷却循环结构以及冷却塔，发热元器件置于容置室内并沉浸于冷却液中，冷却循环结构连接容置室与冷却塔，其还包括压力调节结构，压力调节结构包括循环冷却管道和气泵，循环冷却管道连接容置室和冷却塔，气泵连接在循环冷却管道上。本实用新型的蒸发冷却系统通过设置压力调节结构，可以改变冷却液的沸点而促进沸腾，最终降低发热元器件的温度，满足了不同功耗发热元器件的工作温度需求。本实用新型能够降低冷却循环结构出现故障时的安全隐患，同时，促进冷却液蒸汽往上流动，进一步强化了换热，减少了冷却液蒸汽的流动阻力。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种蒸发冷却系统，具体地说，是涉及一种用于对计算设备的计算芯片进行散热的蒸发冷却的系统。
背景技术
计算设备是一种用于高速计算的电子设备，例如是用于运行特定演算法，与远方服务器通讯后以得到相应虚拟货币的电子设备。现有工业的进步促进了包括计算设备在内的各种待散热设备向自动化、智能化发展，计算设备性能的优化需要越来越多的计算芯片的支持。
随着元器件集成度越来越高，设备上部署的元器件个数也越来越多，在设备运行时，发热量相应地也越来越大。现有计算设备的集成计算芯片的计算板一般采用风冷冷却的方式。但是随着散热密度的增加，风冷逐渐难以满足散热要求，此时，具有更高热流密度的蒸发冷却就成了未来的选择之一，蒸发冷却技术是利用流体沸腾时的汽化散热的一种散热技术。
现有蒸发冷却系统为常压设计，配套常见的电子氟化液沸点一般在70℃至90℃之间，但是低功耗芯片适宜的工作温度在70℃以下。由于芯片工作温度必然高于电子氟化液的沸点，这样一来就无法满足低功耗芯片的温度要求。如果采用低沸点电子氟化液，会存在运输和储存容易挥发的问题，同时低沸点电子氟化液不太常用，价格非常昂贵，供货周期非常漫长。如何有效解决这个难题，成了热设计的关键技术之一。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种蒸发冷却系统，改变了冷却液的沸点，能够使不同功耗芯片工作在适宜的温度，散热性好，经济性高。
为了实现上述目的，本实用新型的蒸发冷却系统，包括容置室、发热元器件、冷却循环结构以及冷却塔，所述发热元器件置于所述容置室内并沉浸于冷却液中，所述冷却循环结构连接所述容置室与冷却塔，其还包括压力调节结构，所述压力调节结构包括循环冷却管道和气泵，所述循环冷却管道连接所述容置室和冷却塔，所述气泵连接在所述循环冷却管道上。
上述的蒸发冷却系统的一实施方式中，所述循环冷却管道包括冷却塔次盘管，所述冷却塔次盘管位于所述冷却塔内。
上述的蒸发冷却系统的一实施方式中，所述循环冷却管道还包括由所述容置室延伸至所述冷却塔的第一循环管道和由所述冷却塔延伸至所述容置室的第二循环管道，所述冷却塔次盘管连接在所述第一循环管道和第二循环管道之间。
上述的蒸发冷却系统的一实施方式中，所述气泵为抽真空泵，所述抽真空泵连接在所述第一循环冷却管道上。
上述的蒸发冷却系统的一实施方式中，所述冷却循环结构包括第三循环管道、第四循环管道、冷凝器以及冷却塔主盘管，所述冷凝器连接在所述第三循环管道以及第四循环管道的位于所述容置室内的一端，所述冷却塔主盘管连接所述第三循环管道以及第四循环管道的位于所述冷却塔内的一端。
上述的蒸发冷却系统的一实施方式中，所述冷却循环结构还包括水泵，所述水泵连接在所述第三循环管道和/或第四循环管道上。
上述的蒸发冷却系统的一实施方式中，所述容置室具有液态层和位于所述液态层之上的气态层，所述冷却循环结构位于所述气态层。
上述的蒸发冷却系统的一实施方式中，所述压力调节结构连接在所述容置室的顶部。
本实用新型的有益功效在于：
1、本实用新型的蒸发冷却系统通过设置压力调节结构，可以改变冷却液的沸点而促进沸腾，最终降低了发热元器件的温度，满足了不同功耗发热元器件的工作温度需求。
2、降低冷却循环结构的水泵出现故障时的安全隐患。
3、促进冷却液蒸汽往上流动，进一步强化了换热，减少了冷却液蒸汽的流动阻力。
以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对本实用新型的限定。
附图说明
图1为本实用新型的蒸发冷却系统的一实施例的结构简图。
其中，附图标记
10：蒸发冷却系统
100：容置室
110：液态层
120：气态层
200：发热元器件
300：冷却循环结构
310：第三循环管道
320：第四循环管道
330：冷凝器
340：冷却塔主盘管
350：水泵
400：冷却塔
500：压力调节结构
510：循环冷却管道
511：冷却塔次盘管
512：第一循环管道
513：第二循环管道
520：气泵
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本实用新型的目的、方案及功效，但并非作为本实用新型所附权利要求保护范围的限制。
说明书中针对“实施例”、“另一实施例”、“本实施例”等的引用，指的是描述的该实施例可包括特定的特征、结构或特性，但是不是每个实施例必须包含这些特定特征、结构或特性。此外，这样的表述并非指的是同一个实施例。进一步，在结合实施例描述特定的特征、结构或特性时，不管有没有明确的描述，已经表明将这样的特征、结构或特性结合到其它实施例中是在本领域技术人员的知识范围内的。
在说明书及后续的权利要求书中使用了某些词汇来指称特定组件或部件，本领域普通技术的员应可理解，技术使用者或制造商可以不同的名词或术语来称呼同一个组件或部件。本说明书及后续的权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件或部件的方式，而是以组件或部件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及后续的权利要求项中所提及的“包括”和“包含”为一开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。以外，“连接”一词在此包含任何直接及间接的连接手段。
需要说明的是，在本实用新型的描述中，如出现术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。为便于清楚说明，本文述及的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等次序用语是用于将元件、区域、部分与另一个相同或相似的元件、区域、部分区分开来，而非用以限定特定的元件、区域、部分。
如图1所示，图1为本实用新型的蒸发冷却系统的一实施例的结构简图。本实用新型的蒸发冷却系统10包括容置室100、发热元器件200、冷却循环结构300以及冷却塔400，其中，容置室100内盛装有冷却液，冷却液例如为电子氟化液，发热元器件200置于容置室100内并沉浸于冷却液中，冷却循环结构300连接容置室100与冷却塔400。冷却液吸收发热元器件200消耗的功率后蒸发成气态，气态的冷却液通过冷却循环结构300冷凝，冷凝成液态的冷却液依靠重力回落。冷却循环结构300循环带走吸收的热量至冷却塔400，并将热量在冷却塔400中释放掉，以持续对发热元器件200进行散热。
如图所示，容置室100内具有液态层110和气态层120，气态层120位于液态层110之上。发热元器件200沉浸于液态层110中，液态层110的冷却液吸收发热元器件200消耗的功率后蒸发成气态而上升至气态层120中。其中，冷却循环结构300连接容置室100的气态层120与冷却塔400。
本实用新型的蒸发冷却系统10还包括压力调节结构500，压力调节结构 500能够对容置室100内的气态层120的压力进行调整，进而改善散热效果，使发热元器件200于更适宜的温度下进行工作。
冷却液的沸点与压力有关，当压力越高时沸点越高，压力越低时沸点越低。例如，配套常见的电子氟化液沸点一般在70℃至90℃之间，但是低功耗芯片之类的发热元器件适宜的工作温度在70℃以下，而一些高功耗芯片之类的发热元器件适宜工作在90℃以上。本实用新型通过设置压力调节结构500，以改变容置室100内的气态层120的压力大小，降低或提高冷却液的沸点，进而使本实用新型的蒸发冷却系统10适用于不同的工作温度要求的发热元器件的散热，最终达到降低芯片温度的目的。
较佳地，本实用新型的一实施例中，压力调节结构500连接在容置室100 的顶部，即压力调节结构500位于容置室100的气态层120的顶部，气态的冷却液升腾，易于进入压力调节机构500。
压力调节结构500包括循环冷却管道510和气泵520，循环冷却管道510 连接容置室100和冷却塔400，气泵520连接在循环冷却管道510上。本实用新型的压力调节结构500通过气泵520抽取部分气态的冷却液，气态的冷却液通过循环冷却管道510循环至冷却塔400，散热后回流至容置室100内。
详细来说，本压力调节结构500的循环冷却管道510包括冷却塔次盘管 511，冷却塔次盘管511位于冷却塔400内，用于在冷却塔400内散热。
循环冷却管道510还包括第一循环管道512和第二循环管道513，第一循环管道512由容置室100延伸至冷却塔400，第二循环管道513由冷却塔400 延伸至容置室100，冷却塔次盘管511连接在第一循环管道512和第二循环管道513之间。
气泵520例如为抽真空泵，抽真空泵连接在第一循环冷却管道512上。
其中，冷却循环结构300包括第三循环管道310、第四循环管道320、冷凝器330以及冷却塔主盘管340，冷凝器330连接在第三循环管道310以及第四循环管道320的位于容置室100内的一端，冷却塔主盘管340连接第三循环管道310以及第四循环管道320的位于冷却塔400内的一端。其中，第三循环通道310由容置室100延伸至冷却塔400，第四循环管道320由冷却塔400延伸至容置室100。
冷却循环结构300还包括水泵350，水泵350连接在第三循环管道310或第四循环管道320上，在其它实施例中，根据距离远近以及流量大小，水泵也可以连接在第三循环管道以及第四循环管道，确保循环通畅。
详细举例来说，本实用新型的蒸发冷却系统10的工作过程如下：
发热元器件200沉浸于容置室100的液态层110，发热元器件200工作时发热，电子氟化液吸收发热元器件200消耗的功率后蒸发成气态，并上升散逸于容置室100的气态层120中。气态的电子氟化液在冷却循环结构300的冷凝器330外冷凝，并依靠重力回落到容置室100的液态层110。冷凝器330内的冷却介质吸收热量，通过循环水泵350以及第三循环管道310将热量从冷凝器 330带至冷却塔主盘管340内释放，释放完热量的冷却介质通过第四循环管道 320回流至冷凝器330。
本实用新型的一实施例中，发热元器件200为低功耗芯片。本实用新型在容置室100的上部增设压力调节结构500，压力调节结构500通过气泵520以及第一循环管道512抽取部分气化后的电子氟化液，气化后的电子氟化液通过第一循环管道512到达冷却塔400内的冷却塔次盘管511并冷凝，冷凝后的电子氟化液通过第二循环管道513回流至容置室100内。气泵520通过抽走部分电子氟化液蒸汽，在容置室100内部形成负压，由于容器内部压力越低，电子氟化液沸点也会越低，也更加容易蒸发，最终达到降低发热元器件200温度的目的。其中，气泵520也可以调速运行，通过调节出不同的负压来调节出不同的沸点温度，以满足容置室100内部的不同负压的需求，最终使发热元器件获得最佳的功耗比。
进一步地，对于适合高温的发热元器件，可以让气泵反转形成正压来提高沸点。
同时，通过设置压力调节结构500，还可以促进电子氟化液蒸汽往上流动，进一步强化换热，减少蒸汽的流动阻力。
另外，本实用新型中，在冷却循环结构300的水泵350发生故障时，依然有部分蒸汽通过压力调节结构500的冷却塔次盘管511冷凝，可以减缓容置室 100内部发生超压的速度，降低安全隐患。
当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种蒸发冷却系统，包括容置室、发热元器件、冷却循环结构以及冷却塔，所述发热元器件置于所述容置室内并沉浸于冷却液中，所述冷却循环结构连接所述容置室与冷却塔，其特征在于，还包括压力调节结构，所述压力调节结构包括循环冷却管道和气泵，所述循环冷却管道连接所述容置室和冷却塔，所述气泵连接在所述循环冷却管道上。
2.根据权利要求1所述的蒸发冷却系统，其特征在于，所述循环冷却管道包括冷却塔次盘管，所述冷却塔次盘管位于所述冷却塔内。
3.根据权利要求2所述的蒸发冷却系统，其特征在于，所述循环冷却管道还包括由所述容置室延伸至所述冷却塔的第一循环管道和由所述冷却塔延伸至所述容置室的第二循环管道，所述冷却塔次盘管连接在所述第一循环管道和第二循环管道之间。
4.根据权利要求3所述的蒸发冷却系统，其特征在于，所述气泵为抽真空泵，所述抽真空泵连接在所述第一循环冷却管道上。
5.根据权利要求3所述的蒸发冷却系统，其特征在于，所述冷却循环结构包括第三循环管道、第四循环管道、冷凝器以及冷却塔主盘管，所述冷凝器连接在所述第三循环管道以及第四循环管道的位于所述容置室内的一端，所述冷却塔主盘管连接所述第三循环管道以及第四循环管道的位于所述冷却塔内的一端。
6.根据权利要求5所述的蒸发冷却系统，其特征在于，所述冷却循环结构还包括水泵，所述水泵连接在所述第三循环管道和/或第四循环管道上。
7.根据权利要求1至6任一项所述的蒸发冷却系统，其特征在于，所述容置室具有液态层和位于所述液态层之上的气态层，所述冷却循环结构位于所述气态层。
8.根据权利要求1至6任一项所述的蒸发冷却系统，其特征在于，所述压力调节结构连接在所述容置室的顶部。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN114690869A (zh) * | 2022-03-24 | 2022-07-01 | 安徽超清科技股份有限公司 | 一种传输稳定的大数据服务器终端 |
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2019
- 2019-09-20 CN CN201921577732.1U patent/CN210924458U/zh active Active
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