CN214278873U - 模块化高性能计算机表贴式蒸发冷却装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于冷却技术领域，旨在解决现有的冷却装置不便于应用于分布式热源的问题，提供了一种模块化高性能计算机表贴式蒸发冷却装置，包括冷凝器、冷却器和多个冷却液盒，冷凝器与冷却器通过回液总管连通；多个冷却液盒与多个发热元件紧密接触，且多个冷却液盒并联设置；多个冷却液盒的出口通过多个集气管与冷凝器连通，入口通过多个分液管与冷却器连通；本实用新型采用分级冷凝冷却，有效减小冷凝器和冷却器的容量，实现集成化设计，同时有效缩短循环回路的路径，而且无需在柜体外外置冷凝器，可完全实现冷却装置的单元化、模块化。

Description

模块化高性能计算机表贴式蒸发冷却装置

技术领域

本实用新型属于冷却技术领域，具体涉及一种模块化高性能计算机表贴式蒸发冷却装置。

背景技术

随着高性能计算机的高速发展，其计算速度、数据处理能力不断提高，相应地能耗也不断增加，然而若芯片等核心部件的温度升高，对计算机性能及工作寿命均有不同程度的影响；因此，高性能计算机冷却成为亟需解决的关键问题之一。

作为一种传统冷却方式，空冷系统原理简单，操作简单，具有良好的安全可靠性；目前，高性能计算机普遍采用的冷却方式为空冷，然而，空冷系统的冷却效率较低，并且面对集成度、复杂度越来越高的高性能计算机，空冷系统较难在复杂系统中实现均匀的温度分布；不仅如此，在实际应用中还需面对噪音，以及冷却系统自身的能耗问题。

蒸发冷却技术利用蒸发冷却介质的潜热实现冷却；与传统的冷却方式利用工质比热吸热相比，蒸发冷却技术冷却效率高，温度分布均匀性好；该技术所采用的蒸发冷却工质具有绝缘性好、不燃不爆、安全稳定、无毒环保的特点，保证系统运行的安全可靠性；不仅如此，自循环蒸发冷却系统不需要提供外部动力，且运行压力较低，具有自调节自适应的能力，易于运行和维护。

中国专利200910243551.X公开了一种高性能计算机表贴式蒸发冷却装置，该装置用于冷却高性能计算机的刀片计算单元上的主要发热元件，其包括冷却液盒、集气总管、集液总管、冷凝器及回液管、出气管，但是冷凝器需要安装在计算机机柜的顶部，这样的设置受限于冷凝器的结构和安装，不易于实现模块化设计和应用，不便于应用于分布式热源，并且当高性能计算机采用节点式计算的运行方式，集中设置的冷凝器会给各并联液路带来不可避免的影响。

实用新型内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有的冷却装置不便于应用于分布式热源的问题，本实用新型提供了一种模块化高性能计算机表贴式蒸发冷却装置，其特征在于，该装置包括冷凝器、冷却器和多个冷却液盒，所述冷凝器与所述冷却器通过回液总管连通；多个所述冷却液盒与多个发热元件紧密接触，且多个所述冷却液盒并联设置；多个所述冷却液盒的出口通过多个集气管与所述冷凝器连通，入口通过多个分液管与所述冷却器连通；

在工作状态下，计算机各分布式热源的热量通过设置的多个所述冷却液盒的金属表面传递至其内部的蒸发冷却工质，蒸发冷却工质吸热相变，相变后的混合两相态工质通过集气管流入冷凝器，在冷凝器中完成第一级冷凝，冷凝为饱和液态工质；饱和液态工质沿回液总管流入冷却器，在冷却器中完成第二级冷却，冷却至预设温度；在由液态工质与气态工质的密度差所产生的静态压头驱动下，被冷却至适合温度的液态工质通过分液管流回多个所述冷却液盒内部，继续下一阶段循环。

在一些优选实施例中，多个所述冷却液盒间隔设置；

多个所述集气管间隔设置；

多个所述分液管间隔设置；

每个所述集气管远离所述冷却器的一端均设置有单向控制装置。

在一些优选实施例中，所述单向控制装置为单向阀。

在一些优选实施例中，所述回液总管与所述冷凝器的设定连接部连接；

所述设定连接部为所述冷凝器的本体的底部或者中下部。

在一些优选实施例中，所述预设温度为T，T∈(0，50℃)。

在一些优选实施例中，所述冷凝器与所述冷却器中设置的二次冷却工质为水或空气。

在一些优选实施例中，所述冷却液盒中设置的蒸发冷却工质的液面顶部到所述冷凝器底部的距离小于或等于所述冷却液盒的顶部到所述冷凝器底部的距离。

在一些优选实施例中，该装置设置于计算机的机柜中；所述冷却液盒为多种异型结构液槽，所述异型结构液槽与待冷却发热元件匹配设置。

在一些优选实施例中，所述蒸发冷却介质为氟碳类化合物。

在一些优选实施例中，所述冷却液盒的内部为光滑平面，或者，所述冷却液盒的内部设置有强化换热结构。

1)本实用新型提供的用于高性能计算机的模块化冷却系统可对高性能计算机分层、分计算单元节点灵活应用，同时也可实现模块化控制，配合高性能计算机的不同工作模式。

2)本实用新型提供的用于高性能计算机的模块化冷却系统采用分级冷凝冷却，冷凝器和冷却器的容量减小，可实现集成化设计，可依据实际情况紧凑布置于冷却液盒附近；如此，不仅缩短了循环回路的路径，而且无需在柜体外外置冷凝器，可完全实现冷却装置的单元化、模块化；因此，所述装置的适用性、灵活性更强，不仅可针对整体机柜利用模块装置组合实现，也可作为其他冷却方式的补充分布式布置。

3)本实用新型中的蒸发冷却工质为符合环保要求、绝缘性好的氟碳化合物，因此即使发生泄露，也不会发生类似水冷系统的事故。选择合适沸点的工质，确保高性能计算机能够运行在最佳工作温度。

4)本实用新型提供的用于高性能计算机的模块化冷却系统是一个密闭的独立单元，因此可配套控制系统实现节点化控制；在高性能计算机工作在整机开启，或按照计算节点分别开启等不同模式下，可通过对模块化超计算机表贴式蒸发冷却装置的控制，对冷却系统实现同步控制，使其开启或关闭；这可避免不同运行状态下冷却液盒之间的互相影响，确保优异的冷却效果，考虑到二次冷却侧的消耗，本实用新型也有利于实现节能降耗。

5)本实用新型中冷却液盒的设计及安装方式应与被冷却对象相匹配，可水平放置，也可为竖直方式；本实用新型中构成1个冷却单元的N个冷却液盒，可包含单一结构、单一形态，也可为多种不同结构、形态的组合。

6)本实用新型适用于高性能计算机，也适用于其他高功率密度的设备或器件的模块化冷却。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本实用新型一种具体实施例的示意图；

图2是图1中的冷凝器与集气管路连接处的局部示意图。

附图标记说明：1、冷却液盒；2、冷凝器；3、冷却器；4、集气管路，4-1、单向阀；5、回液总管；6、分液管路。

具体实施方式

下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式，本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非旨在限制本实用新型的保护范围。

以下参照附图结合具体实施例进一步说明本实用新型。

参照附图1和附图2，图1是本实用新型一种具体实施例的示意图，图2是图1中的冷凝器与集气管路连接处的局部示意图，本实用新型提供了一种模块化高性能计算机表贴式蒸发冷却装置，该装置包括冷凝器2、冷却器3和多个冷却液盒1，冷凝器与冷却器通过回液总管 5连通；多个冷却液盒与多个发热元件紧密接触，且多个冷却液盒并联设置；多个冷却液盒的出口通过多个集气管4与所述冷凝器连通，入口通过多个分液管6与冷却器连通；每个集气管远离冷却器的一端均设置有单向控制装置，单向控制装置为单向阀4-1，以保证相变后的两相蒸发冷却工质单向流入冷凝器；在工作状态下，计算机各分布式热源的热量通过设置的多个冷却液盒的金属表面传递至其内部的蒸发冷却工质，蒸发冷却工质吸热相变，相变后的混合两相态工质通过集气管流入冷凝器，在冷凝器中完成第一级冷凝，冷凝为饱和液态工质；饱和液态工质沿回液总管流入冷却器，在冷却器中完成第二级冷却，冷却至预设温度；在由液态工质与气态工质的密度差所产生的静态压头驱动下，被冷却至适合温度的液态工质通过分液管流回多个所述冷却液盒内部，继续下一阶段循环，如此，无需额外动力装置，形成了密闭的自循环。

本实用新型提供的用于高性能计算机的模块化冷却系统是一个密闭的独立单元，因此可配套控制系统实现节点化控制；在高性能计算机工作在整机开启，或按照计算节点分别开启等不同模式下，可通过对模块化超计算机表贴式蒸发冷却装置的控制，对冷却系统实现同步控制，使其开启或关闭；这可避免不同运行状态下冷却液盒之间的互相影响，确保优异的冷却效果，考虑到二次冷却侧的消耗，本实用新型也有利于实现节能降耗。

本系统采用冷凝器、冷却器实现分布式、分级冷凝冷却，容量减小，体积减小；因此本系统中冷凝器、冷却器可依据热源的冷却液盒就近布置；本系统中冷凝器、冷却器可为管壳式、管翅式、板翅式、管束式等，也可通过各种肋化表面、丝网状材料等途径提高冷凝器、冷却器的紧凑性。

本实用新型模块化表贴式蒸发冷却装置可对高性能计算机分层、分计算单元节点灵活应用，同时也可实现模块化控制，配合高性能计算机的不同工作模式。

进一步地，多个冷却液盒间隔设置。

进一步地，多个所述集气管间隔设置。

进一步地，多个分液管间隔设置。

进一步地，回液总管与冷凝器的设定连接部连接；设定连接部为冷凝器的本体的底部或者中下部。

进一步地，预设温度为T，T∈(0，50℃)。

进一步地，冷凝器与冷却器中设置的二次冷却工质为水或空气，即使为水，由于二次冷却侧与一次冷却侧相互隔绝，可免于水泄露的隐患。

优选地，冷却液盒中设置的蒸发冷却工质的液面顶部到冷凝器底部的距离小于或等于冷却液盒的顶部到冷凝器底部的距离。

该装置设置于计算机的机柜中；冷却液盒为多种异型结构液槽，异型结构液槽与待冷却发热元件匹配设置。

进一步地，蒸发冷却介质为氟碳类化合物，本装置所使用的蒸发冷却介质是符合环保要求的氟碳类化合物，该介质具有高绝缘性能，即使发生泄露也不会引起像水冷那样的短路电气事故，其沸点温度可以根据被冷却对象的最佳工作温度来选取，优选地，蒸发冷却工质的沸点温度为h，h∈[30℃，60℃]。

冷却液盒的内部为光滑平面，或者，冷却液盒的内部设置有强化换热结构；其中，强化换热结构可包括凹槽、肋或肋阵等其它强化换热结构。

优选地，冷却器设置于N个冷却液盒的最下方，冷凝器设置于N个冷却液盒的最上方。

虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来；本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

在本实用新型的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种模块化高性能计算机表贴式蒸发冷却装置，其特征在于，该装置包括冷凝器、冷却器和多个冷却液盒，所述冷凝器与所述冷却器通过回液总管连通；多个所述冷却液盒与多个发热元件紧密接触，且多个所述冷却液盒并联设置；多个所述冷却液盒的出口通过多个集气管与所述冷凝器连通，入口通过多个分液管与所述冷却器连通；

在工作状态下，计算机各分布式热源的热量通过设置的多个所述冷却液盒的金属表面传递至其内部的蒸发冷却工质，蒸发冷却工质吸热相变，相变后的混合两相态工质通过集气管流入冷凝器，在冷凝器中完成第一级冷凝，冷凝为饱和液态工质；饱和液态工质沿回液总管流入冷却器，在冷却器中完成第二级冷却，冷却至预设温度；在由液态工质与气态工质的密度差所产生的静态压头驱动下，被冷却至适合温度的液态工质通过分液管流回多个所述冷却液盒内部，继续下一阶段循环。

2.根据权利要求1所述的模块化高性能计算机表贴式蒸发冷却装置，其特征在于，多个所述冷却液盒间隔设置；

多个所述集气管间隔设置；

多个所述分液管间隔设置；

每个所述集气管远离所述冷却器的一端均设置有单向控制装置。

3.根据权利要求2所述的模块化高性能计算机表贴式蒸发冷却装置，其特征在于，所述单向控制装置为单向阀。

4.根据权利要求1所述的模块化高性能计算机表贴式蒸发冷却装置，其特征在于，所述回液总管与所述冷凝器的设定连接部连接；

所述设定连接部为所述冷凝器的本体的底部或者中下部。

5.根据权利要求1所述的模块化高性能计算机表贴式蒸发冷却装置，其特征在于，所述预设温度为T，T∈(0，50℃)。

6.根据权利要求1所述的模块化高性能计算机表贴式蒸发冷却装置，其特征在于，所述冷凝器与所述冷却器中设置的二次冷却工质为水或空气。

7.根据权利要求1所述的模块化高性能计算机表贴式蒸发冷却装置，其特征在于，所述冷却液盒中设置的蒸发冷却工质的液面顶部到所述冷凝器底部的距离小于或等于所述冷却液盒的顶部到所述冷凝器底部的距离。

8.根据权利要求1所述的模块化高性能计算机表贴式蒸发冷却装置，其特征在于，该装置设置于计算机的机柜中；所述冷却液盒为多种异型结构液槽，所述异型结构液槽与待冷却发热元件匹配设置。

9.根据权利要求1所述的模块化高性能计算机表贴式蒸发冷却装置，其特征在于，所述蒸发冷却工质为氟碳类化合物。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的模块化高性能计算机表贴式蒸发冷却装置，其特征在于，所述冷却液盒的内部为光滑平面，或者，所述冷却液盒的内部设置有强化换热结构。

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