CN210986824U - 一种数据中心液冷冷板装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种数据中心液冷冷板装置，主要涉及服务器冷却领域。包括冷板主体，所述冷板主体内设有换热腔、集气腔，所述换热腔位于集气腔的下方，所述换热腔与集气腔之间连通有多个通气管，所述换热腔上设有冷却液进口、冷却液出口，所述集气腔上设有气压平衡出口，所述气压平衡出口上设有气压平衡管，多个集气腔之间通过气压平衡管相连通。本实用新型的有益效果在于：它可以使各个位置的冷板内的压力保持平衡，保证冷却液的均衡，提高冷却效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及数据中心散热领域，具体是一种数据中心液冷冷板装置。
背景技术
伴随着我国数据中心产业技术创新步伐的加快，数据中心和服务器国产化水平不断提升，涌现出越来越多的产品。根据摩尔定律，服务器芯片功耗逐年增加，在未来2年内，CPU芯片功耗将超过300W，GPU芯片功耗将超过500W。过高的芯片功耗导致采用风冷冷却方式，芯片热量难以完全散失，易产生局部热点，造成服务器芯片温度过高，发生宕机等危害。因此，服务器及芯片新型冷却方式成为当今工业界和学术界一个重要研究课题。
液冷是新兴的一种服务器制冷方法，常用的冷板式液冷方式中，冷板内流动介质为去离子水或纯水，存在“水进服务器”的风险，一旦接口处出现泄漏，其会对服务器造成巨大的破坏，这使利用水进行液冷技术的安全性有所降低。
除单相水冷板技术外，相变氟冷板技术也逐渐兴起，该种技术选取一种特殊的制冷剂-氟化液，制冷剂沸点低于服务器芯片正常工作温度(约50-55℃)，当冷却液流过发热芯片处的冷板时，冷却液被加热达到沸点后汽化，形成气液混合物，汽化时沸腾传热系数高，传热强，所需汽化潜热高，吸热量大，因此利用该种氟冷板冷却方式，既可以实现服务器“无水”冷板冷却，也可以适应更高功率密度的芯片。
对于相变氟冷板技术，换热方面更有优势，但冷板内部液体为气液混合的形态，使系统内不同功耗芯片对应冷板处吸热量及汽化率不同，造成不同支路系统进出口压降存在较大偏差，导致不同支路系统供液流量偏差，长此以往功率较大的位置的冷板内压力过大减少了冷却液的流入，反过来导致功率较大位置的冷却效果降低，不利于系统的稳定运行。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种数据中心液冷冷板装置，它可以使各个位置的冷板内的压力保持平衡，保证冷却液的均衡，提高冷却效果。
本实用新型为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
一种数据中心液冷冷板装置，包括冷板主体，所述冷板主体内设有换热腔、集气腔，所述换热腔位于集气腔的下方，所述换热腔与集气腔之间连通有多个通气管，所述换热腔上设有冷却液进口、冷却液出口，所述集气腔上设有气压平衡出口，所述气压平衡出口上设有气压平衡管，多个集气腔之间通过气压平衡管相连通。
进一步的，所述换热腔内设有多个金属柱，靠近所述冷却液进口的金属柱的排列密度大于换热腔内部金属柱的排列密度。
进一步的，所述金属柱的表面上设有多个通孔。
进一步的，所述冷却液进口的口径大小小于冷却液出口的口径大小。
进一步的，还包括主供液管、主回液管，所述主供液管上设有多个支路管，每个支路管上首尾连接有多个冷板主体，所述气压平衡管的两端分别与相邻的两个支路管上冷板主体的气压平衡出口相连，多个支路管的末端均与主回液管相连通。
对比现有技术，本实用新型的有益效果在于：
本实用新型是对相变氟冷板液冷技术冷板的优化，可以从根本上解决相变冷板液冷系统压力变化大，系统不稳定的限制，结合数据中心两相换热冷板制冷方式的优点，弥补了该种方式在流量分配方面的不足，在一定程度上可以实现安全、高效数据中心制冷系统，通过该种冷板结构的应用，可以使将相变氟冷板液冷技术更好地在数据中心液冷技术进行推广，使冷板液冷更好地实现数据中心“无水冷却”和高功耗芯片冷却，适应高功耗芯片及高负载服务器，降低数据中心PUE值，实现数据中心的绿色化。
附图说明
附图1是本实用新型的内部的立体结构示意图。
附图2是本实用新型的前视图。
附图3是本实用新型的附图2中A方向的剖视图。
附图4是本实用新型的附图2中B方向的剖视图。
附图5是本实用新型的使用状态示意图。
附图6是本实用新型的使用状态示意图。
附图中所示标号：
1、冷板主体；2、换热腔；3、集气腔；4、通气管；5、冷却液进口；6、冷却液出口；7、气压平衡出口；8、气压平衡管；9、金属柱；10、主供液管；11、主回液管；12、支路管。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
本实用新型所述是一种数据中心液冷冷板装置，主体结构包括冷板主体1，所述冷板主体1使用金属材质制作，换热效率高，所述冷板主体1内设有换热腔2、集气腔3，所述冷板主体1的底部与服务器的芯片相接触，所述换热腔2位于集气腔3的下方，所述换热腔2位于冷板主体1靠近底部的位置，芯片工作时产生的热量通过与冷板主体1的底部的接触传递给换热腔2内，冷却液进入换热腔2中进行循环，带走热量，降低芯片周围的温度，优选的所述冷却液使用氟化液，沸点很低，芯片工作的温度下，冷却液被加热达到沸点后汽化，形成气液混合物，汽化时沸腾传热系数高，传热强，所需汽化潜热高，吸热量大，因此利用该种氟冷板冷却方式，既可以实现服务器“无水”冷板冷却，也可以适应更高功率密度的芯片；
所述换热腔2与集气腔3之间连通有多个通气管4，所述通气管4为多个圆形管，其上下两端分别与集气腔3、换热腔2相连通，当换热腔2中的冷却液沸腾汽化后，换热腔2中的压力变大，蒸汽会沿着通气管4进入集气腔3内，所述换热腔2上设有冷却液进口5、冷却液出口6，冷却液通过冷却液进口5进入换热腔2中，带走热量后通过冷却液出口6流出，所述集气腔3上设有气压平衡出口7，所述气压平衡出口7上设有气压平衡管8，多个集气腔3之间通过气压平衡管8相连通，温度较高的区域的换热腔2中的汽化率较高，因此内部的压力比较大，温度较低的区域的汽化率较低，压力也低，压力较大的蒸汽进入集气腔3中之后，会在压力的作用下沿着气压平衡管8进入压力较低的集气腔3中，从而使两处的集气腔3中的压力逐渐达到平衡，进而使与其相连的两处换热腔2中的压力平衡，这样冷却液进入两处的流量差异较小，可以使温度较高的区域中的换热腔2内保持足够的冷却液，保证冷却效果，相比于传统的液冷方式中温度较高区域压力大冷却液进入量小的情况，本实用新型的装置可以长时间使用时保证冷却效果，对高功耗芯片及高负载服务器的冷却效果同样明显，实用性强。
优选的，所述换热腔2内设有多个金属柱9，靠近所述冷却液进口5的金属柱9的排列密度大于换热腔2内部金属柱9的排列密度，所述金属柱9在近端排列紧密，阻力较大，远端排列稀疏，阻力较小，保证金属柱9区域流阻近似，冷却液均匀流过金属柱9。
优选的，所述金属柱9的表面上设有多个通孔，所述金属柱9的金属表层为多孔介质金属材质，增加冷板内液体成核速率及成核数量，增强冷板沸腾传热能力。
优选的，所述冷却液进口5的口径大小小于冷却液出口6的口径大小，冷却液进出口管路不均匀分布，出口含气量较大，体积较大，为保证流速近似，进口宽度较小，出口宽度较大。
优选的，还包括主供液管10、主回液管11，所述主供液管10上设有多个支路管12，所述主供液管10与冷却系统相连通，冷却液通过主供液管10进入服务器内部，然后沿多个支路管12进行分流，每个支路管12上首尾连接有多个冷板主体1，所述首尾连接的方式即每个支路管12的一端与前一个冷板主体1的冷却液出口6相连通，与后一个冷板主体1的冷却液进口5相连通，这样冷却液从前一个冷板主体1流入后一个冷板主体1，可以同时流经不同的冷板主体1，提高利用效率，所述气压平衡管8的两端分别与相邻的两个支路管12上冷板主体1的气压平衡出口7相连，这样所述气压平衡管8就能将不同支路上的冷板主体1的集气腔3连通起来，可调节的区域更大，效果更好，多个支路管12的末端均与主回液管11相连通，循环升温之后的冷却液集中到主回液管11中，进入冷却系统进行降温，以便进行后续的冷却循环。
实施例：本实用新型的冷板主体1的结构为双层设计，底层区域为换热区域的换热腔2，主要布置有立方体型金属柱9，金属柱9分布不均匀，近端排列紧密，阻力较大，远端排列稀疏，阻力较小，保证金属柱9区域冷却液的流阻近似，冷却液均匀流过金属柱9；所述金属柱9的金属表层为多孔介质金属材质，增加换热腔2内液体成核速率及成核数量，增强冷板沸腾传热能力；冷却液进出口管路不均匀分布，出口含气量较大，体积较大，为保证流速近似，进口宽度较小，出口宽度较大；上层区域为稳压区域，主要为集气腔3，用作气体缓冲和压力平衡，底层区域与上层区域由通气管4连接，不同集气腔3通过系统气压平衡管8相互连接，高低压冷板集气腔3可实现压力平衡，保证整体系统压力稳定；
换热区域的换热腔2内冷却液沸腾后，若芯片功耗较大，则沸腾产生的腔内气体过多，气压过大，则部分气体经过通气管4进入集气腔3，进而进而分配至周边产气较少的集气腔3，若芯片功耗较小，则沸腾产生的腔内气体较少，气压较低，集气腔3压力低，则会吸收周边高压集气腔3内的蒸汽，通过该种沸腾整体分配机制，实现整个系统压力稳定，各处的压力稳定之后，冷却液进入各个位置的流量差异则大大降低，可以保证各处的分液稳定，进而使高温区域内保证充足的冷却液，保证冷却效果。
Claims (5)
1.一种数据中心液冷冷板装置，其特征在于：包括冷板主体(1)，所述冷板主体(1)内设有换热腔(2)、集气腔(3)，所述换热腔(2)位于集气腔(3)的下方，所述换热腔(2)与集气腔(3)之间连通有多个通气管(4)，所述换热腔(2)上设有冷却液进口(5)、冷却液出口(6)，所述集气腔(3)上设有气压平衡出口(7)，所述气压平衡出口(7)上设有气压平衡管(8)，多个集气腔(3)之间通过气压平衡管(8)相连通。
2.根据权利要求1所述一种数据中心液冷冷板装置，其特征在于：所述换热腔(2)内设有多个金属柱(9)，靠近所述冷却液进口(5)的金属柱(9)的排列密度大于换热腔(2)内部金属柱(9)的排列密度。
3.根据权利要求2所述一种数据中心液冷冷板装置，其特征在于：所述金属柱(9)的表面上设有多个通孔。
4.根据权利要求1所述一种数据中心液冷冷板装置，其特征在于：所述冷却液进口(5)的口径大小小于冷却液出口(6)的口径大小。
5.根据权利要求1所述一种数据中心液冷冷板装置，其特征在于：还包括主供液管(10)、主回液管(11)，所述主供液管(10)上设有多个支路管(12)，每个支路管(12)上首尾连接有多个冷板主体(1)，所述气压平衡管(8)的两端分别与相邻的两个支路管(12)上冷板主体(1)的气压平衡出口(7)相连，多个支路管(12)的末端均与主回液管(11)相连通。
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