CN212411145U - 一种液冷服务器散热系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种液冷服务器散热系统，该系统由多台液冷服务器组成，液冷服务器中设置有冷板，冷板位于液冷服务器中的发热元件的上方，冷板包括：冷媒流道以及第一循环泵；冷媒流道设置于冷板内，连通于冷板的冷板进口和冷板出口，冷板内的冷媒沿冷媒流道流动；第一循环泵设置于冷板内，第一循环泵位于冷媒流道的上方，以调节冷板内冷媒的流量。通过本申请中的技术方案，在系统分支管路的发热元件处，通过内置第一循环泵来控制系统支路中冷媒的流量，使得系统散热功能与需求相匹配，精确地对液冷服务器进行散热，使得系统散热更加高效且节能。

Description

一种液冷服务器散热系统

技术领域

本申请涉及服务器散热的技术领域，具体而言，涉及一种液冷服务器散热系统。

背景技术

液冷散热即利用工作流体作为中间热量传输的媒介，将热量由热区传递到远处再进行冷却。由于液体比空气的比热大很多，散热速度也远远大于空气，因此，液冷散热的散热效率远高于风冷散热。

目前所使用的计算机大都依靠冷空气给机器降温，但在数据中心，仅靠风冷已经不足以满足高热流密度服务器的散热要求。传统的风冷模式均采用间接接触冷却的方式进行，传热过程复杂，存在接触热阻及对流换热热阻，导致热阻总和较大、换热效率较低，且换热过程中高低温热源间的温差较大，需要较低的室外低温热源引导换热过程进行。

并且，对于数据中心各服务器中的CPU、GPU等芯片，随着芯片的功率越来越大，热流密度也越来越大，风冷散热已不能满足散热需求，因此，液冷散热得到了应用。

而现有技术中，利用液冷散热技术对数据中心进行散热时，一般情况下是通过分液模块采用并联方式给各个服务器单独提供液体，在实际过程中，数据中心中的服务器大多时间是部分服务器设备工作，需要低温液体循环散热，剩余部分服务器设备处于空载待机中，这些服务器设备的低温液体循环，未发挥其载热功能，导致整体散热系统浪费了较大的耗能。另外，对于服务器中CPU、GPU等芯片的散热，是按照其最大散热功率需求设计的，以保证有足够的液体流量进行散热。在服务器正常工作下，此类芯片并非满负荷工作，实际液体流量会大于所需液体流量，造成液体的载热效率降低，导致制冷系统耗能浪费。

发明内容

本申请的目的在于：采用系统总管路恒定供液压力差调节控制模式，系统分支管路的热源处通过内置循环泵来控制支路流量，使得散热的功能与需求相匹配，能够精确散热，这样更加高效且节能。

本申请的技术方案是：提供了一种液冷服务器散热系统，系统由多台液冷服务器组成，液冷服务器中设置有冷板，冷板位于液冷服务器中的发热元件的上方，冷板包括：冷媒流道以及第一循环泵；冷媒流道设置于冷板内，连通于冷板的冷板进口和冷板出口，冷板内的冷媒沿冷媒流道流动，其中，冷媒流道由多个挡板组成，挡板并行设置；第一循环泵设置于冷板内，第一循环泵位于冷媒流道的上方，以调节冷板内冷媒的流量。

上述任一项技术方案中，进一步地，液冷服务器，还包括：第一控制器；第一控制器的调节端通过第二通讯线连接于第一循环泵，第一控制器调节第一循环泵的转速。

上述任一项技术方案中，进一步地，系统还包括：制冷模块，分液模块以及集液模块；制冷模块的供液端连接于分液模块，制冷模块的回液端连接于集液模块，制冷模块将冷却的冷媒泵入分液模块，并对由集液模块汇流的冷媒进行散热；分液模块中设置有多个供液口，供液口分别连接于液冷服务器中冷板的冷板进口，分液模块将由制冷模块泵入的冷媒分流至液冷服务器中的冷板；集液模块中设置有多个回液口，回液口分别连接于液冷服务器中冷板的冷板出口，集液模块将冷板中的冷媒汇流至制冷模块。

上述任一项技术方案中，进一步地，制冷模块包括：风冷板，储液罐以及第二循环泵；风冷板、储液罐以及第二循环泵串联设置，风冷板还连接于集液模块，风冷板对由集液模块汇流后的冷媒进行风冷散热，并将风冷后的冷媒存储至储液罐，第二循环泵还连接于分液模块，第二循环泵将储液罐中的冷媒泵入分液模块。

上述任一项技术方案中，进一步地，系统还包括：进口压力传感器，出口压力传感器以及第二控制器；进口压力传感器设置于制冷模块的供液端，以检测冷却的冷媒的供液压力；出口压力传感器设置于制冷模块的回液端，以检测汇流后的冷媒的回液压力；第二控制器的采集端连接于进口压力传感器和出口压力传感器，第二控制器的调节端连接于第二循环泵，第二控制器根据供液压力和回液压力调节第二循环泵的转速，以使第二循环泵恒压供液。

上述任一项技术方案中，进一步地，分液模块中供液口的数量以及集液模块中回液口的数量均由液冷服务器的台数确定。

本申请的有益效果是：

本申请中的技术方案，通过在液冷服务器的冷板内设置内置循环泵(第一循环泵)，并结合设置的冷媒流道，能够在第一循环泵的作用下调节冷媒流道内冷媒的流速。再通过芯片结温以及第一控制器，对第一循环泵的转速(流量)进行调节，以实现系统中液冷服务器散热的精确控制，使得系统的液冷散热更加高效且节能。

本申请中，系统的整体冷媒流量的控制模式采用恒定供液压力差调节的方式，各支路发热元件处冷媒流量的控制模式采用温度控制方式，通过内置循环泵来调节支路冷媒流量，使得液冷服务器散热的功能与需求相匹配，能够精确散热，并利用相应的控制模式，对制冷模块中的第二循环泵的流量进行调节，保证个分支管路中冷媒的供应，使得整个散热系统更加高效且节能。

附图说明

本申请的上述和/或附加方面的优点在结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本申请的一个实施例的液冷服务器散热系统的示意框图；

图2是根据本申请的一个实施例的冷板的示意框图。

其中，1-制冷模块、2-主供液管路、3-分液模块、4-冷板、5-发热元件、6-液冷服务器、7-集液模块、8-分支管路、9-进口压力传感器、10-出口压力传感器，11-第二循环泵、21-冷板进口、22-冷板出口、23-第一循环泵、24-冷媒流道、25-第一通讯线、26-第一控制器、27-第二通讯线。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

在下面的描述中，阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，本实施例提供了一种液冷服务器散热系统，系统包括：制冷模块1，分液模块3，至少两台液冷服务器6以及集液模块7，其中，分液模块3中供液口的数量以及集液模块7中回液口的数量均由液冷服务器6的台数确定。

液冷服务器6中设置有冷板4，冷板4位于液冷服务器6中的发热元件5的上方，冷板4用于对发热元件5进行散热，其中，发热元件5可以为CPU、GPU等芯片；

制冷模块1的供液端连接于分液模块3，制冷模块1的回液端连接于集液模块7，并对由集液模块7汇流的冷媒进行散热，并将冷却的冷媒泵入分液模块3；

具体的，制冷模块1作为冷却的冷媒的提供端，将冷却的冷媒经主供液管路2传输至分液模块3中，再由分液模块3将冷却的冷媒分流至多台并行设置的液冷服务器6，液冷服务器6中设置有冷板4，冷板4作为冷媒与发热元件5进行热交换的换热元件。冷媒吸收发热元件5的热量后，冷板4中的冷媒由集液模块7进行汇流，回流后的冷媒再通过主供液管路2返回至制冷模块1，进行散热，重新形成冷却后的冷媒，以供冷板4散热使用。

对于分液模块3而言，其主要的功能是对冷却的冷媒进行分流，因此，分液模块3中设置有多个供液口，供液口均通过分支管路8分别连接于液冷服务器6中的冷板4，以向该冷板4提供冷却的冷媒，实现将由制冷模块1泵入的冷媒分流至液冷服务器6中的冷板4。

相似的，对于集液模块7而言，集液模块7同样设置有多个回液口，其数量与供液口数量相等，回液口由分支管路8连接于液冷服务器6中冷板4，由集液模块7将冷板4中的冷媒汇流至制冷模块1。

本实施例示出一种冷板4的实现方式，冷板4的两端分别设置有冷板进口21和冷板出口22，其中，冷板进口21和冷板出口22的位置可以由具体的冷板结构、尺寸进行设定，如横向或纵向的设置在冷板4的同一侧、成一定角度的分别设置在冷板4的两侧。

如图2所示，冷板进口21设置于冷板4的上方，连接于分液模块3，冷板出口22设置于冷板4的下方，位于冷板进口21的对侧，连接于集液模块7，以使冷媒能够流经冷板4中的各个冷媒流道24，冷媒流向如图2中箭头所示。

进一步的，冷板4包括：冷媒流道24以及第一循环泵23；冷媒流道24设置于冷板4内，连通于冷板进口21和冷板出口22，其中，冷媒流道24可以由多个并行设置的挡板组成，当冷板4内被冷媒完全填充后，新进入的、冷却后的冷媒由冷媒流道24的上方，沿冷媒流道24流至冷媒流道24的下方，使得每一个流道内均有冷却的冷媒。

为了对冷板4内流动的冷媒进行控制，提高冷板4的散热效率，或者降低系统散热能耗，该系统中还设置了第一循环泵23，第一循环泵23设置于冷板4内，位于冷媒流道24的上方，通过调整第一循环泵23的转速，调节冷板4内冷媒的流量，以提高散热效率或者降低散热能耗。

当需要提高冷板4的散热效率时，增大第一循环泵23的转速，以增加冷板4内冷媒的流速(流量)，冷却的冷媒不断由冷板进口21流入，因此，能够提高冷板4的散热效率。

当需要以降低系统散热能耗时，减小第一循环泵23的转速，以减小冷板4内冷媒的流速，因此，汇流至制冷模块1中的冷媒流量减小，系统整体散热能耗降低。

进一步的，为了实现对第一循环泵23的精确控制，液冷服务器6还包括：第一控制器26，第一控制器26的调节端通过第二通讯线27连接于第一循环泵23，第一控制器26调节第一循环泵23的转速。

具体的，本实施例中以芯片结温作为第一控制器26的控制参数，芯片结温可由芯片输入功率和芯片热阻通过常规方法计算得到，发热元件5(芯片)将芯片结温通过第一通讯线25传输至第一控制器26的检测端，由第一控制器26确定第一循环泵23的转速(流量)，而第一控制器26的调节端通过第二通讯线27连接于第一循环泵23，之后第一控制器26将对应的转速由第二通讯线27发送至第一循环泵23，以实现调节第一循环泵23的转速，其中，第一循环泵23的转速控制可以由常规PWM控制实现。

第一控制器26对第一循环泵23的控制还可以通过阈值比较的方式实现，如设定温度阈值范围为[60℃-75℃]，当发热元件5的温度小于该温度阈值范围时，第一控制器26可以降低第一循环泵23的转速，降低系统能耗；当发热元件5的温度属于该温度阈值范围时，第一循环泵23的转速维持不变；当发热元件5的温度大于该温度阈值范围时，第一控制器26可以增加第一循环泵23的转速，提高其散热效率。

需要说明的是，本实施例中，对第一控制器26根据温度调节第一循环泵23的转速的方式，不进行限定。

本实施例示出一种制冷模块1的实现方式，制冷模块1包括：风冷板，储液罐以及第二循环泵11，其中，风冷板的散热形式可以是自然对流散热，也可以是设置风机进行风冷散热。风冷板、储液罐以及第二循环泵11串联设置，风冷板还连接于集液模块7，风冷板对由集液模块7汇流后的冷媒进行风冷散热，并将风冷后的冷媒存储至储液罐，第二循环泵11还连接于分液模块3，第二循环泵11将储液罐中的冷媒泵入分液模块3。

具体的，本实例中的第二循环泵11作为该系统的主循环泵，第二循环泵11可支持变频调节，该系统采用系统总管路恒定供液压力差调节控制模式，在正常条件下，第二循环泵11根据主供液管路中冷媒的压差，在设定压差条件下运行，给系统中的冷媒提供驱动力，使其缓慢流动。

进一步的，系统还包括：进口压力传感器9，出口压力传感器10以及第二控制器；进口压力传感器9设置于制冷模块1的供液端，以检测冷却的冷媒的供液压力；出口压力传感器10设置于制冷模块1的回液端，以检测汇流后的冷媒的回液压力；第二控制器的采集端连接于进口压力传感器9和出口压力传感器10，第二控制器的调节端连接于第二循环泵11，第二控制器根据供液压力和回液压力调节第二循环泵11的转速，以使第二循环泵11恒压供液。

具体的，设定系统中全部液冷服务器6运行于满功率加载状态，CPU、GPU等发热元件5的芯片结温升高，第一控制器26通过芯片结温确定发热元件5的温度，增加第一循环泵23的转速(流量)，为分支管路8中的冷却的冷媒提供二次动力，增加支路的流量，提高冷板4的散热效率。此时，冷板4两端的分支管路8的进出口压力差降低，导致系统中主供液管路2中的压力差降低，再由第二控制器反馈给第二循环泵11，提高其工作频率、增加主供液管路2中冷媒的流量，以平衡支路的流量变化，满足温度升高的发热元件5的散热需求。

设定系统中部分液冷服务器6运行于满功率加载状态，该部分液冷服务器6中的CPU、GPU等发热元件5的芯片结温升高，与上述过程相同，该部分液冷服务器6对应的第一控制器26增加第一循环泵23的转速，相应的，对应的分支管路8的进出口压力差降低。而另一部分液冷服务器6则运行于空载待机状态，通过检测发热元件5的温度，可以降低第一循环泵23的转速，相应的，对应的分支管路8的进出口压力差升高。最后，由第二控制器根据主供液管路2中的压力差变化，反馈给第二循环泵11，增加或降低主供液管路2中冷媒的流量，以提高散热效率或者降低系统散热能耗。

以上结合附图详细说明了本申请的技术方案，本申请提出了一种液冷服务器散热系统，该系统由多台液冷服务器组成，液冷服务器中设置有冷板，冷板位于液冷服务器中的发热元件的上方，冷板包括：冷媒流道以及第一循环泵；冷媒流道设置于冷板内，连通于冷板的冷板进口和冷板出口，冷板内的冷媒沿冷媒流道流动；第一循环泵设置于冷板内，第一循环泵位于冷媒流道的上方，以调节冷板内冷媒的流量。通过本申请中的技术方案，在系统分支管路的发热元件处，通过内置第一循环泵来控制系统支路中冷媒的流量，使得系统散热功能与需求相匹配，精确地对液冷服务器进行散热，使得系统散热更加高效且节能。

在本申请中，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

附图中的各个部件的形状均是示意性的，不排除与其真实形状存在一定差异，附图仅用于对本申请的原理进行说明，并非意在对本申请进行限制。

尽管参考附图详地公开了本申请，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本申请的应用。本申请的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本申请保护范围和精神的情况下针对发明所作的各种变型、改型及等效方案。

Claims (6)

1.一种液冷服务器散热系统，其特征在于，所述系统由多台液冷服务器(6)组成，所述液冷服务器(6)中设置有冷板(4)，所述冷板(4)位于所述液冷服务器(6)中的发热元件(5)的上方，所述冷板(4)包括：冷媒流道(24)以及第一循环泵(23)；

所述冷媒流道(24)设置于所述冷板(4)内，连通于所述冷板(4)的冷板进口(21)和冷板出口(22)，所述冷板(4)内的冷媒沿所述冷媒流道(24)流动，其中，所述冷媒流道(24)由多个挡板组成，所述挡板并行设置；

所述第一循环泵(23)设置于所述冷板(4)内，所述第一循环泵(23)位于所述冷媒流道(24)的上方，以调节所述冷板(4)内冷媒的流量。

2.如权利要求1所述的液冷服务器散热系统，其特征在于，所述液冷服务器(6)，还包括：第一控制器(26)；

所述第一控制器(26)的调节端通过第二通讯线(27)连接于所述第一循环泵(23)，所述第一控制器(26)调节所述第一循环泵(23)的转速。

3.如权利要求1所述的液冷服务器散热系统，其特征在于，所述系统还包括：制冷模块(1)，分液模块(3)以及集液模块(7)；

所述制冷模块(1)的供液端连接于所述分液模块(3)，所述制冷模块(1)的回液端连接于所述集液模块(7)，所述制冷模块(1)将冷却的冷媒泵入所述分液模块(3)，并对由所述集液模块(7)汇流的冷媒进行散热；

所述分液模块(3)中设置有多个供液口，所述供液口分别连接于所述液冷服务器(6)中所述冷板(4)的冷板进口(21)，所述分液模块(3)将由所述制冷模块(1)泵入的冷媒分流至所述液冷服务器(6)中的所述冷板(4)；

所述集液模块(7)中设置有多个回液口，所述回液口分别连接于所述液冷服务器(6)中所述冷板(4)的冷板出口(22)，所述集液模块(7)将所述冷板(4)中的冷媒汇流至所述制冷模块(1)。

4.如权利要求3所述的液冷服务器散热系统，其特征在于，所述制冷模块(1)包括：风冷板，储液罐以及第二循环泵(11)；

所述风冷板、所述储液罐以及所述第二循环泵(11)串联设置，

所述风冷板还连接于所述集液模块(7)，所述风冷板对由所述集液模块(7)汇流后的冷媒进行风冷散热，并将风冷后的冷媒存储至所述储液罐，

所述第二循环泵(11)还连接于所述分液模块(3)，所述第二循环泵(11)将所述储液罐中的冷媒泵入所述分液模块(3)。

5.如权利要求4所述的液冷服务器散热系统，其特征在于，所述系统还包括：进口压力传感器(9)，出口压力传感器(10)以及第二控制器；

所述进口压力传感器(9)设置于所述制冷模块(1)的供液端，以检测冷却的所述冷媒的供液压力；

所述出口压力传感器(10)设置于所述制冷模块(1)的回液端，以检测汇流后的所述冷媒的回液压力；

所述第二控制器的采集端连接于所述进口压力传感器(9)和所述出口压力传感器(10)，所述第二控制器的调节端连接于所述第二循环泵(11)，所述第二控制器根据所述供液压力和所述回液压力调节所述第二循环泵(11)的转速，以使所述第二循环泵(11)恒压供液。

6.如权利要求3所述的液冷服务器散热系统，其特征在于，所述分液模块(3)中供液口的数量以及所述集液模块(7)中回液口的数量均由液冷服务器(6)的台数确定。

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