CN110958818B - 单相浸没式液冷机柜及单相浸没式液冷*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子信息设备散热技术领域，公开了一种单相浸没式液冷机柜及单相浸没式液冷***，该单相浸没式液冷机柜包括柜体，柜体设有进液管路、出液管路以及用于容纳冷却液以及电子信息设备的空间，其中，电子信息设备内包含主要发热元件以及次要发热元件；还包括：设置在电子信息设备内部并用于为主要发热元件进行散热的散热器，散热器贴设在主要发热元件的表面，且设有冷却液流道；散热器的进液口与供液管路连通，散热器的出液口与电子信息设备的内部空间连通；或者，散热器的进液口与电子信息设备的内部空间连通，散热器的出液口与回液管路连通。上述实施例中，将主要发热元件与次要发热元件分别进行冷却，提高了散热效果。

Description

单相浸没式液冷机柜及单相浸没式液冷***

技术领域

本发明涉及电子信息设备散热技术领域，尤其涉及一种单相浸没式液冷机柜及单相浸没式液冷***。

背景技术

随着科技进步，大数据技术蓬勃发展，对于电子信息设备性能要求越来越高，性能提升必将带来电子元件的发热量和热流密度大幅度增加，若电子元件工作时产生的热量不及时带走，这些元件内部温度将迅速升高，而电子元件工作的可靠性对温度十分敏感，这给传统低效率的风冷技术带来严峻挑战，因此液冷技术逐渐成为高密度电子信息设备的散热技术研究热点。

一般单相浸没式液冷技术应用时，只是驱动冷却液从电子信息设备的进液端流入，从电子信息设备的出液端流出，冷却液在流过整个电子信息设备内部时，同时与主要发热元件以及次要发热元件进行热交换，而未针对主要发热元件和次要发热元件进行区分，导致冷量供给不够精确，存在着一定的冷量浪费。另外，由于电子信息设备内部流通截面积较大且发热元件排布杂乱且相互遮挡，这使得冷却液实际流速较低，无法有效充分地与主要发热元件进行换热。

发明内容

本发明提供一种单相浸没式液冷机柜及单相浸没式液冷***，用以提高冷却液与主要发热元件的换热效果，并实现冷却液的精确供给，减少冷量的浪费。

本发明实施例提供了一种单相浸没式液冷机柜，包括柜体，所述柜体设有进液管路、出液管路以及用于容纳冷却液以及电子信息设备的空间，其中，所述电子信息设备内包含主要发热元件以及次要发热元件；还包括：

设置在所述电子信息设备内部并用于为所述主要发热元件进行散热的散热器，所述散热器贴设在所述主要发热元件的表面，且设有冷却液流道；

所述散热器的进液口与所述供液管路连通，所述散热器的出液口与所述电子信息设备的内部空间连通；或者，所述散热器的进液口与所述电子信息设备的内部空间连通，所述散热器的出液口与所述回液管路连通。

上述实施例中，通过将冷却液强制并集中性的通入到散热器中以冷却主要发热元件，将冷却液通入电子信息设备内部以冷却次要发热元件，从而将主要发热元件与次要发热元件分别进行冷却，有效地强化了冷却液与主要发热元件的换热效果，增强了单相浸没式液冷***的冷却性能；同时，还可以根据主要发热元件的发热量控制冷却液的供给，有效减少冷量的浪费，提高了冷却效果。

可选的，当所述散热器的进液口与所述供液管路连通时，所述散热器的出液口靠近所述电子信息设备的进液端设置；

当所述散热器的出液口与所述回液管路连通时，所述散热器的进液口靠近所述电子信息设备的出液端设置。

可选的，所述散热器包括一个或多个液冷板，所述液冷板内设有流道，并设有与所述流道连通的第一支路以及第二支路；

当所述液冷板的数量为多个时，相邻的两个液冷板之间，后一个液冷板的第一支路与前一个液冷板的第二支路连通。

可选的，所述散热器的数量为多个，且多个所述散热器并联连接。

可选的，所述液冷板与对应的主要发热元件之间设有界面导热材料。

可选的，所述液冷板上还设有与所述流道连通的第一支管以及第二支管，且所述第一支管与所述第二支管均为柔性管路。

可选的，所述液冷板的内部流道设有多个折弯部。这样设计可以增大冷却液与液冷板的接触面积，提高冷却液与液冷板的换热效果。

可选的，所述液冷板的内部流道中设有多排交叉排布的扰流柱。这样设计可以增大冷却液流动时的扰动，提高冷却液与液冷板的换热效果。

本发明实施例还提供了一种单相浸没式液冷***，包括上述任一种技术方案中所述的单相浸没式液冷机柜，还包括设置在所述柜体外的冷却装置，所述进液管路与所述出液管路分别与所述冷却装置连通。

上述实施例中，可以先将冷却液导入散热器中吸收主要发热元件产生的热量，冷却液从散热器中流出后进入电子信息设备内部并吸收次要发热元件产生的热量，或者，也可以先将冷却液导入电子信息设备内部吸收次要发热元件产生的热量，然后进入散热器中吸收主要发热元件产生的热量，从而将主要发热元件与次要发热元件分别进行冷却；冷却液吸收主要发热元件以及次要发热元件产生的热量后温度升高，这部分高温冷却液通过出液管路进入冷却装置中进行放热，温度降低后的冷却液经进液管路再次回到柜体内完成一次循环。

可选的，所述冷却装置为空气冷却器、冷却塔、换热器以及空调外机的任意一种。

可选的，所述供液管路或所述回液管路上设有循环泵。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种单相浸没式液冷***的组成示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种单相浸没式液冷***的组成示意图；

图3为本发明实施例提供的一种电子信息设备内设置的散热器的连接示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种电子信息设备内设置的散热器的连接示意图；

图5为本发明实施例提供的液冷板的结构示意图。

附图标记：

01-柜体

011-供液管路 012-回液管路

02-电子信息设备

021-主要发热元件 022-次要发热元件

023-进液端 024-出液端

03-冷却装置

04-液冷板 041-流道 0411-折弯部 042-扰流柱

05-第一支管 06-第二支管

07-循环泵

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步详细地描述，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。

本发明实施例提供了一种单相浸没式液冷机柜，通过将冷却液强制并集中性的通入到散热器中以冷却主要发热元件，将冷却液通入电子信息设备内部以冷却次要发热元件，从而将主要发热元件与次要发热元件分别进行冷却，提高了散热效果。

该单相浸没式液冷机柜包括柜体，柜体设有进液管路、出液管路以及用于容纳冷却液以及电子信息设备的空间，其中，电子信息设备内包含主要发热元件以及次要发热元件；还包括：

设置在电子信息设备内部并用于为主要发热元件进行散热的散热器，散热器贴设在主要发热元件的表面，且设有冷却液流道；

散热器的进液口与供液管路连通，散热器的出液口与电子信息设备的内部空间连通；或者，散热器的进液口与电子信息设备的内部空间连通，散热器的出液口与回液管路连通。

上述实施例中，可以将低温冷却液优先导入散热器中，低温冷却液吸收主要发热元件产生的热量后从散热器流出并进入机柜内，在机柜内，冷却液流过电子信息设备内的其它区域以冷却次要发热元件，也可以将低温冷却液优先导入电子信息设备中，低温冷却液与电子信息设备上的次要发热元件发生热交换，经过汇聚后再进入散热器中以冷却主要发热器件；这样，通过将冷却液强制并集中性的通入到散热器中，使得冷却液与散热器之间可以形成强制对流，从而有效地强化了冷却液与主要发热元件的换热效果，增强了单相浸没式液冷***冷却性能。

为了更加清楚的了解本发明实施例提供的单相浸没式液冷***的组成以及工作原理，现结合附图进行详细的描述。

如图1、图2所示，该单相浸没式液冷机柜包括柜体01，柜体01设有供液管路011、回液管路012以及用于容纳冷却液以及多个电子信息设备02的空间，其中，供液管路011用于向柜体01内部输送低温冷却液，回液管路012用于将柜体01内吸收了电子信息设备02的热量的高温冷却液输出。电子信息设备02包括壳体以及设置在壳体内部的多种电器元件，可分为主要发热元件021和次要发热元件022，主要发热元件021指的是电子信息设备上发热量较大或热流密度较高的器件，次要发热元件022指的是电子信息设备上其它发热量较小且热流密度较低的器件。电子信息设备02部分或全部浸没在冷却液中，每个电子信息设备02具有进液端023以及出液端024，电子信息设备02的进液端023和出液端024是相对于冷却液的流向而言的，并不特指电子信息设备02的某一端；从结构上来说，电子信息设备02一般为长方体结构，包括前端与后端，前端指设有挂耳、开关机按键的一端，后端是与前端相对的一端，前端和后端的壳体上都设有开口，当冷却液从电子信息设备02的前端进入，穿过电子信息设备02的内部空间并从后端流出时，前端则为电子信息设备的进液端023，后端则为出液端024，反之，当冷却液从电子信息设备02的后端进入，从前端流出时，则后端为电子信息设备02的进液端023，前端为出液端024。

该单相浸没式液冷机柜还包括设置在电子信息设备02内部并用于为主要发热元件021进行散热的散热器，散热器贴设在主要发热元件021的表面，且设有冷却液流道，主要发热元件021首先与散热器发生热交换，散热器再将吸收的热量传递给从内部经过的冷却液，为了提高散热效果，散热器与主要发热元件021之间设有界面导热材料；具体连接时，可以将散热器的进液口与供液管路011连通，散热器的出液口与电子信息设备02的内部空间连通，此时，低温冷却液经供液管路011优先进入散热器中，冷却液吸收主要发热元件021产生的热量后从散热器流出并进入柜体01内，在柜体01内，冷却液再次吸收次要发热元件022产生的热量，吸热后的冷却液从电子信息设备02的出液端024流出，并通过回液管路012回到设置在柜体01外的冷却装置03中进行放热，即，冷却液优先冷却主要发热元件021，再冷却次要发热元件022；或者，还可以将散热器的进液口与回液管路012连通，散热器的出液口与回液管路012连通，此时，低温冷却液经供液管路011进入柜体01后，经电子信息设备02的进液端023优先进入电子信息设备02内部，在电子信息设备02内，冷却液吸收次要发热元件022产生的热量后进入散热器中，并在散热器中再次吸收主要发热元件021产生的热量，吸热后的冷却液通过回液管路012回到冷却装置03中进行放热，即，冷却液优先冷却次要发热元件022，再冷却主要发热元件021。这样，通过将冷却液强制并集中性的通入到散热器中以冷却主要发热元件021，将冷却液通入电子信息设备02内部以冷却次要发热元件022，从而将主要发热元件021与次要发热元件022分别进行冷却，这样可以根据主要发热元件021的发热量控制冷却液的供给，有效减少冷量的浪费，提高了冷却效果；同时，冷却液在流经散热器时，与散热器之间形成强制对流，有效地强化了冷却液与主要发热元件021的换热效果，增强了单相浸没式液冷***的冷却性能。

为了保证冷却液在流动过程中能够与电子信息设备02上的所有次要发热元件022产生热交换，具体的，当散热器的进液口与供液管路011连通时，散热器的出液口靠近电子信息设备02的进液端023设置，这样，从散热器中流出的冷却液可以从电子信息设备02的进液端023向出液端024流动，冷却液在流动过程中与次要发热元件022进行热交换，增强了换热效果，并避免了在电子信息设备02内形成循环死区；同理，当散热器的出液口与回液管路012连通时，散热器的进液口靠近电子信息设备02的出液端024设置，这样保证了进入散热器的冷却液在电子信息设备02内与所有次要发热元件022均进行了热交换，提高了次要发热元件022的冷却效果，并避免了在电子信息设备02内形成循环死区。

具体设置时，散热器可以包括一个或多个液冷板04，每个液冷板04内设有流道041并设有与流道041连通的第一支管05以及第二支管06，且针对液冷板04而言，第一支管05为进液管路，第二支管06为出液管路，每个液冷板04贴设在一个主要发热元件021的表面，针对一个液冷板04的情况，如图1所示，该液冷板04通过第一支管05与供液管路011连通，并通过第二支管06与电子信息设备02的内部空间连通，且第二支管06的出液口靠近电子信息设备02的进液端023设置；或者，如图2所示，该液冷板04通过第一支管05与电子信息设备02的内部空间连通，且第一支管05的进液口靠近电子信息设备02的出液端024设置，该液冷板04通过第二支管06与回液管路012连通。

针对多个液冷板04的情况，这些液冷板04串联连接，在进行串联时，将后一个液冷板04的第一支管05与前一个液冷板04的第二支管06连通，这样进行串联后，这一组液冷板04可以通过位于一端的第一支管05与供液管路011连通，并通过位于另一端的第二支管06与电子信息设备02的内部空间连通，且将第二支管06的出液口靠近电子信息设备02的进液端023设置；或者，这一组液冷板04还可以通过位于一端的第一支管05与电子信息设备02的内部空间连通，并通过位于另一端的第二支管06与回液管路012连通，且将第一支管05的进液口靠近电子信息设备02的出液端024设置。

电子信息设备02内散热器的数量可以根据主要发热元件021的数量进行设置，当每个电子信息设备02内设有多个散热器时，这些散热装置并联连接，每个散热器中液冷板04的数量则根据需要具体设定。如图3所示，该电子信息设备02内设有两个散热器，每个散热器包括一个液冷板04，每个液冷板04通过第一支管05与供液管路011连通，并通过第二支管06与电子信息设备02的内部空间连通；在另一种结构中，如图4所示，该电子信息设备02内设有一个散热器，该散热器包括两个串联的液冷板04，串联连接后的这两个液冷板04通过位于一端的第一支管05与供液管路011连通，并通过位于另一端的第二支管06与电子信息设备的内部空间连通。由于电子信息设备02内部结构复杂，第一支管05与第二支管06可以采用软管，采用软管连接方便，且走管不易与电子信息设备02上的其他电子元件发生干涉。

上述散热过程中，电子信息设备02上的主要发热元件021产生的热量首先通过导热方式传递给液冷板04，冷却液在流经液冷板04时带走大部分的热量。为强化导热过程，液冷板04由高导热率的材料制作，可以是但不限于是铜或铝等，同时，为减小主要发热元件021与液冷板04之间的接触热阻，液冷板04需紧密贴合在主要发热元件021的表面，且两者接触面要表面平整，接触面之间的间隙可以填充界面导热材料，界面导热材料可以是但不限于是铟片或导热硅脂，材料的类型及填充尺寸要求可根据主要发热元件021发热量优化确定。在液冷板04吸收主要发热元件021热量后，液冷板04通过对流换热方式将主要热量传递给液冷板04内部的冷却液，为了增强冷却液与液冷板04之间的对流换热系数，可以通过结构设计增大液冷板04与冷却液的接触面积，增强冷却液流过液冷板04内部时的扰动，具体的，如图5所示，液冷板04内部的流道041具有多个折弯部0411，即冷却液在流经液冷板04时经过了多次折返，并且，还可以在液冷板04内部的流道041中设置多排交叉排布的扰流柱042，扰流柱042为横截面可以为圆形、菱形或其他形状。液冷板04可以但不限于是微通道液冷板，微通道液冷板的外形尺寸、内部流道尺寸、流道折返次数及扰流柱尺寸均根据冷却液物性参数及电子信息设备02内的主要发热元件021的发热情况优化获得。

一并参考图1、图2，本发明实施例还提供了一种单相浸没式液冷***，包括上述技术方案中所涉及的任意一种单相浸没式液冷机柜，还包括设置在柜体01外的冷却装置03，柜体01通过进液管路011与出液管路012分别与冷却装置03连通，且供液管路011或回液管路012上设有循环泵07。柜体01内的冷却液在电子信息设备02内部吸收主要发热元件021以及次要发热元件022产生的热量后温度升高，这部分高温冷却液通过出液管路012进入冷却装置03中进行放热，温度降低后的冷却液经进液管路011再次回到柜体01内完成一次循环。

冷却装置03的冷侧介质可以是但不限于是空气、水等，冷却装置03根据冷侧介质不同可以是多种形式，可以是但不限于直接使用风冷的空冷器、利用蒸发冷却方式的冷却塔、采用蒸汽压缩制冷技术的空调外机，以及利用冷冻水或冷却水进行冷却的换热器等。

该单相浸没式液冷***中，冷却液是一种液体，其具有绝缘、安全、稳定等特性，并且在工作温度区间范围内无相态变化。可作为冷却液的典型物质有：脂肪族化合物，或称脂肪类碳氢化物，主要包括石油烃基或异链烷烃基，如矿物油、合成油等。硅酮类物质；硅酮类物质包括二甲基硅氧烷和甲基硅氧烷，也就是通常所说的硅油；氟碳化合物，主要指以氟取代相应碳链氢原子的有机化合物或聚合物，包括全氟烷烃、全氟氨、氢氟醚、全氟酮、氢氟烃等。

通过以上描述可以看出，本发明实施例提供的单相浸没式液冷***中，通过将冷却液强制并集中性的通入到散热器中，使冷却液吸收主要发热元件产生的热量，从而有效地强化了冷却液与主要发热元件的换热效果，增强了单相浸没式液冷***的冷却性能；同时，由于主要发热元件与次要发热元件分别进行冷却，因此可以根据主要发热元件的发热量调节冷却液的供给，有效减少冷量的浪费，提高了冷却效果。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种单相浸没式液冷机柜，包括柜体，所述柜体设有进液管路、出液管路以及用于容纳冷却液以及电子信息设备的空间，其中，所述电子信息设备内包含主要发热元件以及次要发热元件；其特征在于，还包括：

设置在所述电子信息设备内部并用于为所述主要发热元件进行散热的散热器，所述散热器贴设在所述主要发热元件的表面，且设有冷却液流道；

所述散热器的进液口与供液管路连通，所述散热器的出液口与所述电子信息设备的内部空间连通；低温冷却液经所述供液管路进入所述散热器中，冷却液吸收所述主要发热元件产生的热量后从所述散热器流出并进入所述电子信息设备内，在所述电子信息设备内，冷却液再次吸收所述次要发热元件产生的热量，吸热后的冷却液从所述电子信息设备的出液端流出，并通过回液管路回到设置在所述柜体外的冷却装置中进行放热；

或者，所述散热器的进液口与所述电子信息设备的内部空间连通，所述散热器的出液口与回液管路连通；低温冷却液经供液管路进入所述柜体后，经所述电子信息设备的进液端进入所述电子信息设备内部，在所述电子信息设备内，冷却液吸收所述次要发热元件产生的热量后进入所述散热器中，并在所述散热器中再次吸收所述主要发热元件产生的热量，吸热后的冷却液通过所述回液管路回到设置在所述柜体外的冷却装置中进行放热。

2.如权利要求1所述的单相浸没式液冷机柜，其特征在于，当所述散热器的进液口与所述供液管路连通时，所述散热器的出液口靠近所述电子信息设备的进液端设置；

当所述散热器的出液口与所述回液管路连通时，所述散热器的进液口靠近所述电子信息设备的出液端设置。

3.如权利要求1所述的单相浸没式液冷机柜，其特征在于，所述散热器包括一个或多个液冷板，且所述液冷板内设有流道，并设有与所述流道连通的第一支路以及第二支路；

当所述液冷板的数量为多个时，相邻的两个液冷板之间，后一个液冷板的第一支路与前一个液冷板的第二支路连通。

4.如权利要求1所述的单相浸没式液冷机柜，其特征在于，所述散热器的数量为多个，且多个所述散热器并联连接。

5.如权利要求3所述的单相浸没式液冷机柜，其特征在于，所述液冷板与对应的主要发热元件之间设有界面导热材料。

6.如权利要求3所述的单相浸没式液冷机柜，其特征在于，所述第一支路与所述第二支路为柔性管路。

7.如权利要求3所述的单相浸没式液冷机柜，其特征在于，所述液冷板内部的流道设有多个折弯部。

8.如权利要求7所述的单相浸没式液冷机柜，其特征在于，所述液冷板内部的流道中设有多排交叉排布的扰流柱。

9.一种单相浸没式液冷***，其特征在于，包括权利要求1～8任一项所述的单相浸没式液冷机柜，还包括设置在所述柜体外的冷却装置，所述进液管路与所述出液管路分别与所述冷却装置连通。

10.如权利要求9所述的单相浸没式液冷***，其特征在于，所述冷却装置为空气冷却器、冷却塔、换热器以及空调外机的任意一种。

11.如权利要求9所述的单相浸没式液冷***，其特征在于，所述供液管路或所述回液管路上设有循环泵。

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