CN211297477U - 一种服务器用的循环水降温系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种服务器用的循环水降温系统，包括N个相变传热单元和水冷输送单元，所述N个相变传热单元分别通过并联接头与水冷输送单元连接；所述相变传热单元包括固定板、相变传热元件、降温腔及并联接头，所述相变传热元件通过固定板固定在热源件上，所述相变传热元件、降温腔及并联接头依次连接；所述水冷输送单元包括三通接头、主泵、辅助泵、过滤器、水槽、进水泵、中间泵，所述水槽包括主水槽、热水槽和冷水槽。本实用新型具有节能低噪音以及运行维护成本低等优点，同时还能有效精准地对数据中心的核心单元进行散热，保证数据中心的安全可靠高效地运行。

Description

一种服务器用的循环水降温系统

技术领域

本实用新型涉及散热技术领域，具体涉及一种服务器用的循环水降温系统。

背景技术

随着互联网技术和通信技术的快速发展，尤其是5G技术的到来，数据中心的应用越来越广泛。数据中心内服务器的核心电子元器件(譬如北桥芯片、南桥芯片和内存条)在高效运行时会产生大量的热量，如果热量得不到及时地散发，服务器的性能和运转不可避免地会受到影响，数据遭到破坏或丢失的可能性也大大增加，甚至有可能导致整个数据中心的瘫痪。因此，如何将数据中心产生的热量快速地排去显得特别重要。

目前，传统数据中心机房一般采用安装空调的方法来散热，这种方法虽然能有效解决数据中心的散热问题，但空调必须常年累月不间断地开着，导致消耗的电量非常多。据统计，传统数据中心采用空调散热的方法，空调所消耗的电量最高可达整个机房耗电量的40％～50％，更严重的是空调所消耗的电量并不是直接作用于服务器内直接发热的关键电子元器件上，而是大部分浪费在机房环境中。对于此类问题，有研究者提出使用水冷式热管散热方法对服务器的关键发热芯片进行散热。这种方法虽然可以实现对服务器的关键元器件进行直接散热，但却又带来了额外的问题，即目前所采用的水冷式热管进行散热时，必需另外设计一个大水槽并在大水槽上设计一个大风机。由于大风机的工作而产生大分贝的噪音，会严重破坏数据中心的科研工作环境，从而影响科技人员的工作效率。更为严重的是，由于大风机的工作而导致水槽中的冷却水与外界空气直接接触以致容易引入外界杂质，从而使得水冷管路在长期循环流动过程中会因为水质或水垢问题出现堵塞，一旦芯片热量不能及时被冷却水带走，就会导致芯片温度迅速升高甚至引起整个服务器失效。

实用新型内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本实用新型提供一种服务器用的循环水降温系统，本实用新型具有节能低噪音的优点。

本实用新型采用如下技术方案：

一种服务器用的循环水降温系统，包括N个相变传热单元和水冷输送单元，所述N个相变传热单元分别通过并联接头与水冷输送单元连接，N为自然数；

所述相变传热单元包括固定板、相变传热元件、降温腔及并联接头，所述相变传热元件通过固定板固定在热源件上，所述相变传热元件、降温腔及并联接头依次连接；

所述水冷输送单元包括三通接头、主泵、辅助泵、过滤器、水槽、进水泵及中间泵，所述水槽包括主水槽、热水槽和冷水槽，所述三通接头、主泵、过滤器和主水槽通过水管连接；所述三通接头、辅助泵、过滤器和主水槽通过水管连接；所述主水槽分别通过水管与进水泵及出水泵连通，所述进水泵、冷水槽、中间泵、热水槽及出水泵通过水管依次连通。

所述主泵还设有检测主泵是否停止工作的速度传感器，所述速度传感器与辅助泵连接。

所述主水槽设置水位传感器及温度传感器，该水位传感器及温度传感器分别与进水泵连接。

所述冷水槽设置温度传感器及水位传感器，该水位传感器及温度传感器分别与中间泵连接。

所述主水槽连接第一常闭开关阀作为冷却水入口。

所述冷水槽连接第二常闭开关阀作为热水排出口。

所述热水槽初始状态为空槽。

本实用新型的有益效果：

本实用新型通过相变传热元件及降温腔，且以水为散热介质对关键产热器件进行散热，并通过传感器检测参数是否在设定阈值范围，进行操作切换进一步节能的同时降低维护运行成本，能实现低能耗及低噪音的目的；

本实用新型相变传热单元的数量可根据实际需要设定，同时需要多个时，可以将多个相变传热单元分别通过并联接头连接在一个水冷输送单元上，用于同时散发数据中心内部多个服务器芯片的热量，保证服务器内部关键器件的精准散热，从而大大降低了耗电量。

附图说明

图1是本实用新型的原理图；

图2是本实用新型的三维结构示意图；

图3是本实用新型的控制过程逻辑框图；

图4(a)及图4(b)是相变传热元件的整视图及轴测图；

图5(a)及图5(b)是降温腔的斜俯视图及斜仰视图；

图6是本实用新型的主水槽结构示意图；

图7(a)及图7(b)是三通接头的剖面图及轴测图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

如图1及图2所示，其中电线、传感器和相关的开关均未在该图中具体显示出来，一种服务器用的循环水降温系统，包括相变传热单元I和水冷输送单元II两部分，热源件17即服务器内部主要发热的关键电子元器件，譬如北桥芯片、南桥芯片和内存条等发热高的电子元器件，也可以是其他需要降温的器件。

所述相变传热单元通过并联接头与水冷输送单元连接，所述相变传热单元可以根据实际需要设置多个，本实施例中相变传热单元的个数为一个。

所述相变传热单元包括固定板1、相变传热元件2、降温腔3及并联接头，所述相变传热元件2通过固定板1固定在热源件17上，所述相变传热元件2、降温腔3及并联接头通过水管15依次连接；所述并联接头包括进水并联接头4A及出水并联接头4B。

所述的相变传热元件2是两端密封的内部带有工质的高效传热元件，可以是热管、平板热管、均热板或者是各种外形的相变传热元件等，通过密封元件内的工质相变过程实现热量的快速传递，使热量可以快速地从热源件17传递到降温腔3。所述的固定板1将相变传热元件2固定在热源件17上进行导热。所述的相变传热元件2与降温腔3连接。

水冷输送单元II主要包括三通接头5、辅助泵6、主泵7、过滤器14、电线16、主水槽8、第一及第二常闭开关阀18A和18B、进水泵9、冷水槽10、中间泵11、热水槽12、出水泵13、相关的传感器以及一些辅助开关。其中，相关的传感器和辅助开关未在附图中具体显示。

所述三通接头5、主泵7和主水槽8通过水管15串联在一起，所述三通接头5的另一端与进水并联接头4A连接。同样，所述的三通接头5、辅助泵6和主水槽8通过水管串联在一起。所述进水泵9、冷水槽10、中间泵11、热水槽12及出水泵13通过水管串联在一起。所述的主水槽8通过水管分别连接进水泵9和出水泵13，其余的虚线部分皆为电线16与相关的传感器连接位置。所述的主水槽8连接第一常闭开关阀18A以作为冷却水入口，所述的冷水槽10连接第二常闭开关阀18B以作为热水排出口。

所述主泵还设有检测主泵是否停止工作的速度传感器，速度传感器与辅助泵连接，当速度传感器检测主泵的转速为零时，则证明主泵停止工作，此时速度传感器将信号传输至辅助泵连接，辅助泵开始工作。

所述主水槽设置水位传感器及温度传感器，该水位传感器及温度传感器分别与进水泵连接。

所述冷水槽设置温度传感器及水位传感器，该水位传感器及温度传感器分别与中间泵连接。

本实用新型的工作过程为：

设定主泵7的角速度为W0，设定主水槽8内的水位为H2，设定冷水槽10的水温为T0，设定冷水槽10的水位为H1，设定热水槽12的水位为H0以及设定主水槽8内的水温为T1；

首先，在主水槽8和冷水槽10内分别装满冷却水并将所有传感器、所有水泵以及相关的用电器件与电源相连，其中热水槽12留空。

其次，在主泵7不发生故障、主水槽8内的水位在H2以上以及主水槽8内的水温在T1以下时，主泵7从主水槽8中抽出冷却水先经过过滤器14再使其流经三通接头5、进水并联接头4A，然后进入降温腔3。此时，相变传热元件2将热源件17产生的热量传到降温腔3，此时降温腔3内的冷却水将热量带走，然后降温腔3内被升温后的热水流经出水并联接头4B后流回主水槽8。

当主泵7因发生故障而停止工作时，主泵7上的传感器立刻将相关信号传给辅助泵6，以使辅助泵6继续对系统供水并警示相关工作人员适时进行维修。当主水槽8内的水温达到T1时，主水槽8上的温度传感器立刻将相关信号传给出水泵13并使其定时工作一段时间后再自动停止，以使主水槽8内的部分热水流入到热水槽12内，使得主水槽的温度达到正常值。当主水槽8因出水泵13的工作而导致水位下降到H2且冷水槽10的水温低于T0时，主水槽8的水位传感器和冷水槽10的温度传感器立刻将相关信号传给进水泵9并使其将冷水槽10内的冷却水抽入主水槽8内，同样的，进水泵9也会定时工作一段时间后再自动停止。

当冷水槽10内的水位下降到水位H1以下并且热水槽12内的水位上升到水位H0以上时，冷水槽10和热水槽12上的水位传感器同时将相关信号传给中间泵11，以使中间定时工作一段时间后再自动停止。

热水槽12内的热水流入冷水槽10后自动进行自然冷却，以等待下一次进水泵9的工作以进入下一次循环。

当主水槽8因出水泵13的工作而导致水位下降到H2但冷水槽10的水温高于T0时，主水槽8上的水位传感器和冷水槽10上的温度传感器立刻将相关信号传给常闭开关阀18A和18B并使其定时打开，以使冷却水经常闭开关阀18A流入主水槽8内同时使冷水槽10内的热水经常闭开关阀18B排出。

本实施例中涉及到的阈值，均由用户在使用前进行设定。

如图3所示，本实用新型的控制逻辑图，包括如下：

步骤A00：在相关的控制系统上设定主泵7的角速度为W0，设定主水槽内的水位为H2，设定冷水槽10的水温为T0，设定冷水槽10的水位为H1，设定热水槽12的水位为H0以及设定主水槽8内的水温为T1；

步骤B01：通过主泵7上的角速度传感器测量转速并通过控制系统判断主泵7的转速是否大于W0；

步骤B02：控制系统输出的相关指令保持不变，主泵7正常运转；

步骤B03：控制系统输出相关的指令使辅助泵6启动，同时输出相关的指令使主泵7停止；

步骤C01：通过热水槽12和冷水槽10内的水位传感器分别检测水位高度并通过控制系统判断是否热水槽12内的水位高于H0且冷水槽10内的水位低于H1；

步骤C02：控制系统输出相关指令使中间泵11定时工作以将热水槽12内的热水抽入冷水槽10内；

步骤C03：控制系统输出的相关指令保持不变，中间泵11保持关闭；

步骤D01：通过主水槽8内的水位传感器检测水位并通过控制系统判断其水位是否低于H2；

步骤D02：控制系统输出的相关指令保持不变，进水泵9保持关闭；

步骤D03：通过冷水槽10内的温度传感器检测水温并通过控制系统判断其水温是否低于T0；

步骤D04：控制系统输出相关指令使进水泵9定时工作以将冷水槽10内的冷却水抽入主水槽8内；

步骤D05：控制系统输出相关指令使进水泵9停止工作，并且使常闭开关阀18A定时打开以将冷却水引进主水槽8内，同时使常闭开关阀18B也定时打开以将冷水槽10内的热水排出；

步骤E01：通过主水槽8内的温度传感器检测水温并通过控制系统判断其水温是否高于T1；

步骤E02：控制系统输出相关指令使出水泵13定时工作以将主水槽8内的热水抽入热水槽12内；

步骤E03：控制系统输出的相关指令保持不变，出水泵13保持关闭。

整个系统的控制方法的逻辑关系具体如下：首先执行步骤A00，接着同时执行步骤B01、步骤C01、步骤D01和步骤E01。

B：在执行步骤B01时，即通过控制系统判断主泵7的转速是否大于W0。如果是，则执行步骤B02；否则，执行步骤B03。

C：在执行步骤C01时，即通过控制系统判断是否热水槽12内的水位高于H0且冷水槽10内的水位低于H1。如果是，则执行步骤C02；否则，执行步骤C03。

D：在执行步骤D01时，即通过控制系统判断主水槽8内的水位是否低于H2。如果否，则执行步骤D02；否则，执行步骤D03，即再通过控制系统判断冷水槽10的水温是否低于T0，如果是，则执行步骤D04，否则，执行步骤D05。

E：在执行步骤E01时，即通过控制系统判断主水槽8内的水温是否高于T1。如果是，则执行步骤E02；否则，执行步骤E03。

图4(a)及图4(b)所示的是相变传热元件的正视图及轴测图。其中相变件固定部021通过固定板1固定在热源件17上，另一端的相变件液冷部022置于降温腔3内。热源件17产生的热量传递到相变件固定部021后，通过相变传热元件2传到相变件液冷部022上，最后在降温腔3内进行散热。

图5(a)及图5(b)所示的是降温腔的斜俯视图及斜仰视图。其中相变传热元件通过相变件固定孔031插入液冷一腔032和液冷二腔038内，冷却水从降温腔入口037流入后，经过一二腔分流部033将冷却水一分为二，然后再分别进入液冷一腔032和液冷二腔038中。其中两液冷腔被隔板039隔开，两腔中的冷却水分别从不同的流道流出，液冷一腔032内的冷却水从一腔出口034流入一腔出口流道036，再从降温腔出口035流出。而液冷二腔038直接从降温腔出口035流出。

图6所示的是主水槽8的三维结构示意图，其中热水从热水上入口083或热水下入口084流入主水槽8中，当出水泵13起作用时，热水就会流经热水入口腔082后，再从热水出口081流入出水泵13中。当出水泵13不起作用时，热水流入后会经过隔道板0810所隔成的长槽增加散热效果，再流入冷水出口腔087中，最后从冷水上出口085或冷水下出口086流出。当进水泵9起作用时，冷却水就会从冷水二入口089流入冷水出口腔087中。当常闭开关阀4B打开时，冷却水就会从冷水一入口088流入冷水出口腔087中。另外的热水槽12和冷水槽10的内部结构也与主水槽8相近，均有隔道板所隔成的长槽。

图7(a)及图7(b)所示的是三通接头的剖面图及轴测图。三通内腔051的一个出口和两个入口相互贯通。在正常情况下，水流从主入口053流入三通内腔051后，再从三通出口054流出。只有当主入口053上的水流被堵塞或出现其他故障时，辅助入口052才有水流流入。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种服务器用的循环水降温系统，其特征在于，包括N个相变传热单元和水冷输送单元，所述N个相变传热单元通过并联接头与水冷输送单元连接，N为自然数；

所述相变传热单元包括固定板、相变传热元件、降温腔及并联接头，所述相变传热元件通过固定板固定在热源件上，所述相变传热元件、降温腔及并联接头依次连接；

所述水冷输送单元包括三通接头、主泵、辅助泵、过滤器、水槽、进水泵及中间泵，所述水槽包括主水槽、热水槽和冷水槽，所述三通接头、主泵、过滤器和主水槽通过水管连接；所述三通接头、辅助泵、过滤器和主水槽通过水管连接；所述主水槽分别通过水管与进水泵及出水泵连通，所述进水泵、冷水槽、中间泵、热水槽及出水泵通过水管连通。

2.根据权利要求1所述的循环水降温系统，其特征在于，所述主泵还设有检测主泵是否停止工作的速度传感器，速度传感器与辅助泵连接。

3.根据权利要求1所述的循环水降温系统，其特征在于，所述主水槽设置水位传感器及温度传感器，该水位传感器及温度传感器分别与进水泵连接。

4.根据权利要求1所述的循环水降温系统，其特征在于，所述冷水槽设置温度传感器及水位传感器，该水位传感器及温度传感器分别与中间泵连接。

5.根据权利要求1所述的循环水降温系统，其特征在于，所述主水槽连接第一常闭开关阀作为冷却水入口。

6.根据权利要求1所述的循环水降温系统，其特征在于，所述冷水槽连接第二常闭开关阀作为热水排出口。

7.根据权利要求1所述的循环水降温系统，其特征在于，所述热水槽初始状态为空槽。

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