CN108598052A - 一种直接氟冷芯片散热器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直接氟冷芯片散热器及其使用方法，包括换热器，其特征是，所述换热器底部与芯片接触连接，所述换热器上部设有出气管，所述出气管上设有压力传感器和气体流量传感器，所述换热器侧壁底部设有进液管，所述进液管上设有液体流量传感器，所述换热器中部设有若干层格栅板，所述格栅板上方为集气腔，下方为冷却液腔，所述换热器通过出气管与冷凝器连接，所述冷凝器出液口通过管道与储液箱连接，所述储液箱通过管道与调节泵连接，所述调节泵出液口通过进液管与换热器连接。本发明利用氟化液的相变传热提高散热器的效率，可以检测实时状态、调节散热功率并具备准确检测漏点的优点，保证散热***的稳定运行。

Description

一种直接氟冷芯片散热器及其使用方法

技术领域

本发明属于芯片散热装置技术领域，特别涉及一种直接氟冷芯片散热器及其使用方法。

背景技术

随着科技的发展，数据中心电子信息设备的功率密度是不断增大的，而且新一代的CPU、GPU等芯片的功耗越来越大，这对现有的数据中心散热提出了更高的要求。液冷是数据中心应对高功率密度发展的一种新技术，往往利用水或者氟化液带走芯片产生的热量，目前常见的液冷散热器有液冷板(水冷板)、热管等。

经检索公开号为CN201510970405.2，提到了一种液冷板散热器，利用冷却液的温升带走发热元件产生的热量，冷却液不发生相变(根据其结构可以得知为非相变换热，因为没有限制沸腾气泡的装置或结构，通过检测进出口流量而非压力来判断***运行状态可以得知出口为液体而非气体)，与相变换热相比换热效率低，而且存在泄漏风险，即使充的是纯水，当发生泄漏时，遇到空气也会导电，很可能将电路烧毁。

公开号为CN201720022480.0，提到了一种热管散热器，通过两级热管换热，再经过一次与水的热交换，将热量带走。热管是一种换热效率很高的换热器，里面充注的氟化液可以在发热元件端蒸发吸热，然后在冷却端冷凝放热，但是由于热管加工工艺的限制，尺寸较小，需要多根热管一起工作，导热功率限制了热管不能用在更高密度的机柜中。另外，热管受到驱动力的限制，不能进行长距离的传热，这些都限制了热管散热器的散热功率和散热效率。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中不足，提供一种直接氟冷芯片散热器，利用氟化液的相变传热提高散热器的效率，可以检测实时状态、调节散热功率并具备准确检测漏点的优点，保证散热***的稳定运行。

本发明还提供一种直接氟冷芯片散热器使用方法，利用氟化液的相变传热提高散热器的效率，可以检测实时状态、调节散热功率并具备准确检测漏点的优点，保证散热***的稳定运行。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种直接氟冷芯片散热器，包括换热器，所述换热器底部与芯片接触连接，所述换热器上部设有出气管，所述出气管上设有压力传感器和气体流量传感器，所述换热器侧壁底部设有进液管，所述进液管上设有液体流量传感器，所述换热器中部设有若干层格栅板，所述格栅板上方为集气腔，下方为冷却液腔，所述换热器通过出气管与冷凝器连接，所述冷凝器出液口通过管道与储液箱连接，所述储液箱通过管道与调节泵连接，所述调节泵出液口通过进液管与换热器连接，所述压力传感器、气体流量传感器、液体流量传感器、调节泵、冷凝器与控制器电连接。

所述换热器底部与芯片通过硅脂连接。

所述控制器包括压强监控模块、气液流量监控模块、调节阀控制模块、冷凝器控制模块和信息处理模块，压强监控模块与压力传感器电连接，气液流量监控模块分别与气体流量传感器和液体流量传感器电连接，调节阀控制模块与调节泵电连接，冷凝器控制模块与冷凝器电连接，压强监控模块、气液流量监控模块、调节阀控制模块、冷凝器控制模块分别与信息处理模块电连接。

一种直接氟冷芯片散热器使用方法，用真空泵抽空管路内的空气并保持一定的负压，从外部向储液箱充注一定量的冷却液，启动调节泵使冷却液在管路内流动，服务器启动后，冷却液从散热器进液管进入，在冷却液腔内吸热蒸发，气体经过多层格栅板消除大气泡，从散热器的出气管排出，汇集到外部的冷凝器冷凝成液体后流回储液器，压强监控模块将压力传感器的数据传递到信息处理模块，信息处理模块根据压强判断换热器内冷却液的蒸发速度，然后通过调节阀控制模块调节调节泵的泵液速率，气液流量监控模块将气体流量传感器和液体流量传感器的数据传递到信息处理模块，冷凝器通过冷凝器控制模块将冷凝器内冷凝速率传递到信息处理模块，然后信息处理模块根据进出换热器的气液流量、冷凝速率和调节泵的泵液速率判断冷凝液是否有泄露和通过调节阀控制模块调节调节泵泵入换热器的冷凝液体积。

所述冷凝液为氟化液。

本发明的有益效果是：

1)换热器底部与芯片接触连接，当芯片发热时，热量通过换热器内的冷凝液吸收带走，气化的冷凝液通过出气管，进入冷凝器，冷凝器将气体降温液化，导入储液箱中，调节泵将储液箱中的冷凝液重新泵入换热器中，压力传感器和气体流量传感器测量出气口的压强和气体流量，液体流量传感器测量进入换热器的流量，格栅板限制氟化液蒸发沸腾时的气泡体积，防止产生过大的气泡而对腔体造成冲击，腔体体积、格栅板孔尺寸、格栅板数量根据所冷却元件发热功率大小而定，格栅板可以采用方形孔、圆形孔或其他各种形状的孔；利用氟化液的相变传热提高散热器的效率，可以检测实时状态、调节散热功率并具备准确检测漏点的优点，保证散热***的稳定运行；本发明可实现状态监测：在调节泵运行转速一定的情况下，根据进出口流量差值和气体压力值可以计算出实时的冷却液蒸发率；流量调节：当芯片发热功率较小时，冷却液蒸发速率慢，出口压力小，控制调节泵降低该服务器支路的冷却液流量，当出口气体压力较大时，控制调节泵增大该服务器支路的冷却液流量；漏点判断：当某颗芯片正常工作，进口流量稳定而散热器出口流量和压力急剧下降，可以判断该芯片散热器的腔体存在泄漏，当进口流量急剧下降，该进口之前管段可能存在泄漏。

2)硅脂将发热源的热量高效的传导到换热器上，能有效提高电子元器件散热能力和使用稳定性，防止气隙影响导热均匀。

3)本发明可实现状态监测：在调节泵运行转速一定的情况下，根据进出口流量差值和气体压力值可以计算出实时的冷却液蒸发率；流量调节：当芯片发热功率较小时，冷却液蒸发速率慢，出口压力小，信息处理模块通过调节阀控制模块控制调节泵降低该服务器支路的冷却液流量，当出口气体压力较大时，控制调节泵增大该服务器支路的冷却液流量；漏点判断：当某颗芯片正常工作，进口流量稳定而散热器出口流量和压力急剧下降，可以判断该芯片散热器的腔体存在泄漏，当进口流量急剧下降，该进口之前管段可能存在泄漏。

附图说明

附图1是本发明一种直接氟冷芯片散热器示意图。

附图2是本发明一种直接氟冷芯片散热器换热器示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“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发明，而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发明的限制。

一种直接氟冷芯片散热器，包括换热器11，所述换热器11底部与芯片12接触连接，所述换热器11上部设有出气管21，所述出气管21上设有压力传感器19和气体流量传感器20，所述换热器11侧壁底部设有进液管24，所述进液管24上设有液体流量传感器23，所述换热器11中部设有若干层格栅板17，所述格栅板17上方为集气腔16，下方为冷却液腔18，所述换热器11通过出气管21与冷凝器13连接，所述冷凝器13出液口通过管道与储液箱15连接，所述储液箱15通过管道与调节泵14连接，所述调节泵14出液口通过进液管24与换热器11连接，所述压力传感器19、气体流量传感器20、液体流量传感器23、调节泵14、冷凝器13与控制器电连接，换热器11底部与芯片12接触连接，当芯片12发热时，热量通过换热器11内的冷凝液吸收带走，气化的冷凝液通过出气管21，进入冷凝器13，冷凝器13将气体降温液化，导入储液箱15中，调节泵14将储液箱15中的冷凝液重新泵入换热器11中，压力传感器19和气体流量传感器20测量出气口的压强和气体流量，液体流量传感器23测量进入换热器11的流量，格栅板17限制氟化液蒸发沸腾时的气泡体积，防止产生过大的气泡而对腔体造成冲击，腔体体积、格栅板17孔尺寸、格栅板17数量根据所冷却元件发热功率大小而定，格栅板17可以采用方形孔、圆形孔或其他各种形状的孔；利用氟化液的相变传热提高散热器的效率，可以检测实时状态、调节散热功率并具备准确检测漏点的优点，保证散热***的稳定运行；本发明可实现状态监测：在调节泵14运行转速一定的情况下，根据进出口流量差值和气体压力值可以计算出实时的冷却液蒸发率；流量调节：当芯片12发热功率较小时，冷却液蒸发速率慢，出口压力小，控制调节泵14降低该服务器支路的冷却液流量，当出口气体压力较大时，控制调节泵14增大该服务器支路的冷却液流量；漏点判断：当某颗芯片12正常工作，进口流量稳定而散热器出口流量和压力急剧下降，可以判断该芯片12散热器的腔体存在泄漏，当进口流量急剧下降，该进口之前管段可能存在泄漏。

所述换热器11底部与芯片12通过硅脂连接，硅脂将发热源的热量高效的传导到换热器11上，能有效提高电子元器件散热能力和使用稳定性，防止气隙影响导热均匀。

所述控制器包括压强监控模块、气液流量监控模块、调节阀控制模块、冷凝器13控制模块和信息处理模块，压强监控模块与压力传感器19电连接，气液流量监控模块分别与气体流量传感器20和液体流量传感器23电连接，调节阀控制模块与调节泵14电连接，冷凝器13控制模块与冷凝器13电连接，压强监控模块、气液流量监控模块、调节阀控制模块、冷凝器13控制模块分别与信息处理模块电连接。

一种直接氟冷芯片散热器使用方法，用真空泵抽空管路内的空气并保持一定的负压，从外部向储液箱15充注一定量的冷却液，启动调节泵14使冷却液在管路内流动，服务器启动后，冷却液从散热器进液管24进入，在冷却液腔18内吸热蒸发，气体经过多层格栅板17消除大气泡，从散热器的出气管21排出，汇集到外部的冷凝器13冷凝成液体后流回储液器，压强监控模块将压力传感器19的数据传递到信息处理模块，信息处理模块根据压强判断换热器11内冷却液的蒸发速度，然后通过调节阀控制模块调节调节泵14的泵液速率，气液流量监控模块将气体流量传感器20和液体流量传感器23的数据传递到信息处理模块，冷凝器13通过冷凝器13控制模块将冷凝器13内冷凝速率传递到信息处理模块，然后信息处理模块根据进出换热器11的气液流量、冷凝速率和调节泵14的泵液速率判断冷凝液是否有泄露和通过调节阀控制模块调节调节泵14泵入换热器11的冷凝液体积，在调节泵14运行转速一定的情况下，根据进出口流量差值和气体压力值可以计算出实时的冷却液蒸发率；流量调节：当芯片12发热功率较小时，冷却液蒸发速率慢，出口压力小，信息处理模块通过调节阀控制模块控制调节泵14降低该服务器支路的冷却液流量，当出口气体压力较大时，控制调节泵14增大该服务器支路的冷却液流量；漏点判断：当某颗芯片12正常工作，进口流量稳定而散热器出口流量和压力急剧下降，可以判断该芯片12散热器的腔体存在泄漏，当进口流量急剧下降，该进口之前管段可能存在泄漏。

所述冷凝液为氟化液。

以上内容仅仅是对本发明的结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种直接氟冷芯片散热器，包括换热器，其特征是，所述换热器底部与芯片接触连接，所述换热器上部设有出气管，所述出气管上设有压力传感器和气体流量传感器，所述换热器侧壁底部设有进液管，所述进液管上设有液体流量传感器，所述换热器中部设有若干层格栅板，所述格栅板上方为集气腔，下方为冷却液腔，所述换热器通过出气管与冷凝器连接，所述冷凝器出液口通过管道与储液箱连接，所述储液箱通过管道与调节泵连接，所述调节泵出液口通过进液管与换热器连接，所述压力传感器、气体流量传感器、液体流量传感器、调节泵、冷凝器与控制器电连接。

2.如权利要求1所述的一种直接氟冷芯片散热器，其特征是，所述换热器底部与芯片通过硅脂连接。

3.如权利要求1所述的一种直接氟冷芯片散热器，其特征是，所述控制器包括压强监控模块、气液流量监控模块、调节阀控制模块、冷凝器控制模块和信息处理模块，压强监控模块与压力传感器电连接，气液流量监控模块分别与气体流量传感器和液体流量传感器电连接，调节阀控制模块与调节泵电连接，冷凝器控制模块与冷凝器电连接，压强监控模块、气液流量监控模块、调节阀控制模块、冷凝器控制模块分别与信息处理模块电连接。

4.一种直接氟冷芯片散热器使用方法，其特征是，用真空泵抽空管路内的空气并保持一定的负压，从外部向储液箱充注一定量的冷却液，启动调节泵使冷却液在管路内流动，服务器启动后，冷却液从散热器进液管进入，在冷却液腔内吸热蒸发，气体经过多层格栅板消除大气泡，从散热器的出气管排出，汇集到外部的冷凝器冷凝成液体后流回储液器，压强监控模块将压力传感器的数据传递到信息处理模块，信息处理模块根据压强判断换热器内冷却液的蒸发速度，然后通过调节阀控制模块调节调节泵的泵液速率，气液流量监控模块将气体流量传感器和液体流量传感器的数据传递到信息处理模块，冷凝器通过冷凝器控制模块将冷凝器内冷凝速率传递到信息处理模块，然后信息处理模块根据进出换热器的气液流量、冷凝速率和调节泵的泵液速率判断冷凝液是否有泄露和通过调节阀控制模块调节调节泵泵入换热器的冷凝液体积。

5.如权利要求4所述的一种直接氟冷芯片散热器使用方法，其特征是，所述冷凝液为氟化液。