CN110958813A - 一种服务器用的水冷风冷双降温器及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种服务器用的水冷风冷双降温器及控制方法，包括水冷通道、风冷通道及控制器；所述水冷通道在正常情况下散热，包括翅片块、相变传热元件及降温腔；所述风冷通道在水冷通道出现故障时进行散热，包括翅片块和电风机；所述相变传热元件一端通过翅片块固定在热源件上，相变传热元件的另一端与降温腔连通；所述翅片块固定在热源件上，所述电风机与翅片块连接，且设置在翅片块的上方；所述控制器与电风机连接。本发明在水冷通道被堵塞、热源件温度超过预设温度等故障情况时，控制器控制风冷通道启动工作并对热源件进行散热，能够有效地保证服务器安全可靠地持续运行。

Description

一种服务器用的水冷风冷双降温器及控制方法
技术领域
本发明涉及散热技术领域，具体涉及一种服务器用的水冷风冷双降温器及控制方法。
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在散热时，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，更为严重的是，热管直接接触芯片进行散热并没有采用冗余设计或者备份设计，一旦热管模组失效或者破裂，芯片热量就不能及时传递到热管水冷端，导致芯片热量瞬间升高甚至引起整个服务器失效。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供了一种服务器用的水冷风冷双降温器及控制方法，能够有效保证数据中心安全可靠的持续运行。
本发明采用如下技术方案：
一种服务器用的水冷风冷双降温器，包括水冷通道、风冷通道及控制器；
所述水冷通道在正常情况下散热，包括翅片块、相变传热元件及降温腔；
所述风冷通道在水冷通道出现故障时进行散热，包括翅片块和电风机；
所述相变传热元件一端通过翅片块固定在热源件上，相变传热元件的另一端与降温腔连通；
所述翅片块固定在热源件上，所述电风机与翅片块连接，且设置在翅片块的上方；
所述控制器与电风机连接。
所述翅片块设置温度传感器，所述温度传感器与控制器连接。
所述降温腔内设置流速传感器，所述流速传感器与控制器连接。
本发明还包括上盖板及下盖板，所述上盖板及下盖板分别位于降温腔的上方及下方。
所述相变传热元件为两端密封的内部带有工质的传热元件，所述相变传热元件为热管、均热板或其它相变传热元件。
所述翅片块包括翅片、底板、出风口、入风口及固定槽，所述底板安装在热源件上，所述出风口为相邻两翅片之间的扇形缝隙，所述入风口为相邻两翅片之间的矩形缝隙，所述的固定槽用于固定相变传热元件。
所述翅片为具有螺旋角的圆周阵列薄片。
一种服务器用的水冷风冷双降温器的控制方法，包括：
正常情况下，只有水冷通道对热源件进行散热。相变传热元件将热源件的热量传导到降温腔内，再通过冷却水循环将热量带走，热源件上方翅片块的温度保持在预设温度T0以下，降温腔内的水流速度保持在V0以上；
当发生故障时，即翅片块的温度超过T0或降温腔内的水流速度低于V0时，控制器控制电风机工作，热源件上的热量传导到翅片块后被加速流动的空气带走。
本发明的有益效果：
本发明包括风冷通道及水冷通道，正常情况下，只有水冷通道对热源件进行散热。相变传热元件将热源件的热量传导到降温腔内，再通过冷却水循环将热量带走，热源件上方翅片块的温度保持在预设温度T0以下，降温腔内的水流速度保持在V0以上。当发生故障时，即翅片块的温度超过T0或降温腔内的水流速度低于V0时，控制器控制电风机工作，热源件上的热量传导到翅片块后被加速流动的空气带走。从而保证了在出现水冷通道被堵塞、热源件温度超过预设温度等故障时，数据中心依然能够安全可靠地持续运行。
附图说明
图1是本发明的原理图；
图2是本发明的控制流程图；
图3是本发明的结构示意图；
图4是本发明的翅片块的结构示意图；
图5(a)及图5(b)分别是相变传热元件的正视图及轴测图；
图6(a)和图6(b)为本发明实施例的降温腔的斜俯视及斜仰视示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1及图3所示，一种服务器用的水冷风冷双降温器，主要包括水冷通道和风冷通道两个部分，所述的水冷通道包括翅片块2、相变传热元件4、降温腔8、上盖板5、下盖板7和水管接头6A、6B，所述的相变传热元件的一端被翅片块2固定在热源件3上，另一端固定在降温腔8内并与冷却水接触，所述的上盖板5和下盖板7分别位于降温腔8的上下方以使降温腔8密封，所述的水管接头共包括两个，分别位于降温腔的冷却水入口处和出口处。所述的风冷通道包括翅片块2和电风机1，所述翅片块2固定在热源件3上，所述电风机1与翅片块2连接，且设置在翅片块2的上方；本发明中风冷通道作为辅助散热单元，并通过控制器和传感器的联合作用来控制其的工作与停止。所述的水冷通道作为主要散热单元，其主要是通过冷却水循环的方式将热源件3的热量带走的，在正常情况下只有水冷通道对热源件3进行散热，只有在水冷通道被堵塞、热源件3温度超过预设温度等故障情况时，控制器才控制风冷通道启动工作并对热源件3进行散热，从而能够有效地保证数据中心安全可靠地持续运行。
所述翅片块2装有温度传感器，所述的温度传感器与控制器连接，通过温度传感器测量翅片块2的温度并将相应的信号传给控制器。
所述的降温腔8内装有流速传感器，所述的流速传感器与控制器连接，通过流速传感器测量降温腔内的水流速度并将相应的信号传给控制器。所述的控制器与电风机连接，通过控制器控制电风机的启动与关闭。
又如图2所示为所述控制器的控制流程内容，包括：
A1，正常情况下，只有水冷通道对热源件进行散热。相变传热元件将热源件的热量传导到降温腔内，再通过冷却水循环将热量带走，热源件上方翅片块的温度保持在预设温度T0以下，降温腔内的水流速度保持在V0以上。
A2，当发生故障时，即翅片块的温度超过T0或降温腔内的水流速度低于V0时，控制器控制电风机工作，热源件上的热量传导到翅片块后被加速流动的空气带走。
在未出现任何故障的情况下，只执行A1。只有当温度传感器测得相应的温度超过预设温度T0或流速传感器测得相应的流速低于V0时，控制器才会输出相应的指令使电风机工作，即执行A2。
所述V0及T0为根据实际情况的预设数值。
如图4所示为翅片块2的结构图，所述的翅片块2内设置有翅片021、底板022、出风口023、入风口024和固定槽025。所述的翅片021为中心向四周放射状扩展的并存在一定螺旋角的圆周阵列薄片，所述的底板022安装在热源件3上，所述的出风口023为相邻两翅片之间的扇形长缝，其上方与电风机1相连，所述的入风口024为相邻两翅片之间的矩形缝。当电风机1工作时，所述的翅片块2四周的空气快速从入风口024流进翅片块2内并从出风口023流向电风机1，所述的固定槽025主要用于固定相变传热元件4。所述的翅片块2的主要作用是增加热源件与空气的接触面积，从而加快热源件3内部热量的散去。
如图5(a)及图5(b)所示为相变传热元件4的三维结构示意图，所述的相变传热元件4为两端密封的内部带有工质的高效传热元件，所述相变传热元件4为热管、均热板或其它相变传热元件。通过密封元件内工质的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3传递到降温腔8。所述的相变传热元件4的两端分别为固定部041和液冷部042，所述的固定部041固定在热源件3上，所述的液冷部042固定在降温腔8内。热源件3所产生的热量通过相变传热元件4传导到降温腔8内，然后再通过降温腔8内冷却水的循环作用将热量带走。
如图6(a)和图6(b)所示为降温腔8的三维结构示意图，所述降温腔8内部依次设置有液冷一腔082、一二腔分流部083和液冷二腔088，所述的液冷一腔082和液冷二腔088分别被隔板089隔开，所述降温腔8的一侧边设置有用于固定相变传热元件4的固定孔081，所述降温腔8的另一侧边设置有降温腔入口087和降温腔出口085，所述液冷一腔082还设置有一腔出口084和一腔出口流道086。相变传热元件4通过固定孔081***液冷一腔082和液冷二腔088内以将热源件3所产生的热量导入降温腔8内。冷却水从降温腔入口087流入后，经过一二腔分流部083将冷却水一分为二，然后再分别进入液冷一腔082和液冷二腔088中。液冷一腔082内的冷却水从一腔出口084流入一腔出口流道086，再从降温腔出口085流出，而液冷二腔088内的冷却水直接从降温腔出口085流出，从而将相变传热元件4所导入的热量带走。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明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发明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，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种服务器用的水冷风冷双降温器，其特征在于，包括水冷通道、风冷通道及控制器；
所述水冷通道在正常情况下散热，包括翅片块、相变传热元件及降温腔；
所述风冷通道在水冷通道出现故障时进行散热，包括翅片块和电风机；
所述相变传热元件一端通过翅片块固定在热源件上，相变传热元件的另一端与降温腔连通；
所述翅片块固定在热源件上，所述电风机与翅片块连接，且设置在翅片块的上方；
所述控制器与电风机连接。
2.根据权利要求1所述的水冷风冷双降温器，其特征在于，所述翅片块设置温度传感器，所述温度传感器与控制器连接。
3.根据权利要求1所述的水冷风冷双降温器，其特征在于，所述降温腔内设置流速传感器，所述流速传感器与控制器连接。
4.根据权利要求1所述的水冷风冷双降温器，其特征在于，还包括上盖板及下盖板，所述上盖板及下盖板位于降温腔的上方及下方。
5.根据权利要求1所述的水冷风冷双降温器，其特征在于，所述相变传热元件为两端密封的内部带有工质的传热元件，所述相变传热元件为热管、均热板或其它相变传热元件。
6.根据权利要求1述的水冷风冷双降温器，其特征在于，所述翅片块包括翅片、底板、出风口、入风口及固定槽，所述底板安装在翅片块上，所述出风口为相邻两翅片之间的扇形缝隙，所述入风口为相邻两翅片之间的矩形缝隙，所述的固定槽用于固定相变传热元件。
7.根据权利要求6述的水冷风冷双降温器，其特征在于，所述翅片为具有螺旋角的圆周阵列薄片。
8.一种如权利要求1-7所述的水冷风冷双降温器的控制方法，其特征在于，包括：
正常情况下，只有水冷通道对热源件进行散热，相变传热元件将热源件的热量传导到降温腔内，再通过冷却水循环将热量带走，热源件上方翅片块的温度保持在预设温度T0以下，降温腔内的水流速度保持在V0以上；
当发生故障时，即翅片块的温度超过T0或降温腔内的水流速度低于V0时，控制器控制电风机工作，热源件上的热量传导到翅片块后被加速流动的空气带走。
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