CN217470627U - 一种服务器双面芯片用高效喷雾相变液冷装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种服务器双面芯片用高效喷雾相变液冷装置，包括对称分布的第一喷雾液冷组件和第二喷雾液冷组件、第三喷雾液冷组件以及连接第一喷雾液冷件、第二喷雾液冷组件和第三喷雾液冷组件的热管；所述第三喷雾液冷组件设置在第一喷雾液冷组件和第二喷雾液冷组件的侧面，用来由冷却由热管蒸发端传递到冷凝端的芯片热量。本实用新型提供的装置采用高压不凝性气体辅助液体冷却介质实现雾化，产生的喷雾冲击加剧，冷却效果更好；本实用新型采用阵列式喷雾孔及优异均温性的热管，降低了芯片内部因热量传递不均匀而产生局部热点的温度。

Description

一种服务器双面芯片用高效喷雾相变液冷装置

技术领域

本实用新型涉及数据中心服务器芯片散热技术领域，尤其涉及一种服务器双面芯片用高效喷雾相变液冷装置。

背景技术

随着全球数据中心的数量和规模迅速增长，机房高性能、高热流密度服务器设备不断增加。现有服务器采用较多的散热方式为风冷散热，即在服务器机箱内置风扇模组进行散热，该散热方式占用安装空间大、噪音大并且散热效率不高，因此散热效率较高的液冷散热方式近年来逐渐受到人们的关注，服务器液冷散热通常采用外置或内置热管微通道水冷模组，存在液体冷却介质需求量大及散热不均匀的缺点。尽管人们对改进服务器的散热做了很多工作，但传统的风冷或液冷散热方式依旧无法跟上服务器高热流密度芯片持续增长的散热需求。

喷雾冷却技术作为一种新型相变冷却技术，具有工质需求量少、冷却过程中与发热固体表面间没有接触热阻、喷雾面积大等优点。热管是一种具有高效导热和优异均温性的相变元件，若将其与喷雾冷却相结合，可以实现在保证喷雾冷却的高效散热性能的同时，还能将热量均匀的传递，提升整体的均温性能，可以降低了芯片的局部热点温度，从而延长服务器芯片的使用寿命。但目前大部分液冷装置只能冷却一个芯片，为了适应服务器高热流密度芯片持续增长的散热需求以及双面芯片冷却需要，提出了一种服务器双面芯片用高效喷雾相变液冷装置。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种服务器双面芯片用高效喷雾相变液冷装置。

本实用新型的目的通过以下的技术方案来实现：

一种服务器双面芯片用高效喷雾相变液冷装置，包括：

对称分布的第一喷雾液冷组件和第二喷雾液冷组件、第三喷雾液冷组件以及连接第一喷雾液冷件、第二喷雾液冷组件和第三喷雾液冷组件的热管；所述第三喷雾液冷组件设置在第一喷雾液冷组件和第二喷雾液冷组件的侧面，用来由冷却由热管蒸发端传递到冷凝端的芯片热量。

与现有技术相比，本实用新型的一个或多个实施例可以具有如下优点：

本实用新型服务器高热流密度芯片的热量一部分由对称分布的喷雾液冷组件带走，一部分热量经由高效导热的热管快速传递到侧面设置的第三喷雾液冷组件被冷却，达到两颗高热流密度芯片的热量同时被第一喷雾组件、第二喷雾液冷组件以及第三喷雾组件带走的目的，实现高效散热；

采用高压不凝性气体辅助液体冷却介质实现雾化，产生的喷雾冲击加剧，冷却效果更好；

同时采用阵列式喷雾孔，增大了喷雾面积，使得作用在换热面上的冷量更均匀，从而降低了芯片内部因热量传递不均匀而产生局部热点的温度；

采用具有优异均温性的热管，芯片热量可均匀传递至喷雾冷凝端板冷却，进一步降低了芯片的局部热点温度。

附图说明

图1是服务器双面芯片用高效喷雾相变液冷装置的结构示意图；

图2是服务器双面芯片用高效喷雾相变液冷装置的另一视角的结构示意图；

图3是第一喷雾液冷组件的结构示意图；

图4是第一喷雾液冷组件的剖面结构示意图；

图5是第二喷雾液冷组件(拆除储气板)的结构示意图；

图6是第二喷雾液冷组件(拆除储气板)的剖面结构示意图；

图7是第三喷雾液冷组件的结构示意图；

图8是第三喷雾液冷组件的剖面结构示意图；

图9是热管结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例及附图对本实用新型实施方式作进一步详细的描述。

如图1和图2所示，为服务器双面芯片用高效喷雾相变液冷装置的结构，包括：对称分布的第一喷雾液冷组件1和第二喷雾液冷组件2、第三喷雾液冷组件3以及连接第一喷雾液冷件、第二喷雾液冷组件和第三喷雾液冷组件的热管4；所述第三喷雾液冷组件设置在第一喷雾液冷组件和第二喷雾液冷组件的侧面，其整体结构基本与第一喷雾液冷组件相同，用来由冷却由热管蒸发端传递到冷凝端的芯片热量。

所述第一喷雾液冷组件和第二喷雾液冷组件分别与服务器CPU芯片或其他高热流密度芯片发热面接触，可同时冷却两颗芯片，接触面均匀涂有导热硅脂。

如图1-图8所示，所述第一喷雾液冷组件和第二喷雾液冷组件呈镜像对称分布，两者共用储气板12，其余组成部分相同。所述第三喷雾液冷组件整体结构基本与第一喷雾液冷组件相同，但储气板32及喷雾冷凝端板36与第一喷雾液冷组件1中的储气板12及喷雾冷凝端板16略有差异。

如图3-图8所示，所述第一、第二和第三喷雾液冷组件包括依次叠加放置的储气板12、32、进气板13、23、33、喷雾板15、25、35、喷雾液冷端板16、26、36，其中储气板、进气板、喷雾液冷端板侧边分别设置有进气管道11、31、进液管道14、24、34、流体出口管道17、27、37，所述进气管道、进液管道及流体出口管道相互平行，可根据安装需求设置在喷雾液冷组件的同侧或不同侧；所述储气板上设有气体腔121、321以及进气流道122、322，所述气体腔121为空腔，即气体腔121高度等于储气板12的高度；所述气体腔321为凹腔，即气体腔321高度小于储气板32的高度；所述进气流道分别与进气管道11、31、气体腔121、321相连通；所述气体腔用以容纳高压不凝性气体介质；

所述进气板13、23、33上设有阵列进气孔131、231、331，其形状呈倒锥形，截面积由上到下逐渐减小；所述阵列进气孔是高压不凝性气体介质进入下一层喷雾板15、25、35平行流道阵列的通道；喷雾板上设有分流腔151、251、351、平行翅片152、252、352、阵列平行通道153、253、353、阵列喷雾孔154、254、354以及进液流道155、255、355；所述进液流道分别与进液管道、分流腔相连通；所述分流腔与阵列平行通道无边界连通，是用来提供液体冷却介质暂存与分配的场所；所述阵列平行通道、阵列喷雾孔为气液冷却介质混合提供空间；所述阵列喷雾孔呈锥形，即阵列喷雾孔的截面积逐渐增大；所述阵列喷雾孔与阵列进气孔数量相等，且位置一一对应。

进气板、喷雾板为喷雾冷却的提前雾化提供条件。高压不凝性气体介质从阵列进气孔131、231、331进入后，随着阵列进气孔131、231、331截面积的减小，气体速度增加，根据伯努利方程，气体压强逐渐减小，在阵列进气孔131、231、331的末端形成低压区。此时，液体冷却介质通过进液管道14、24、34被吸入阵列平行通道153、253、353中与高压气体进行混合后进入锥形阵列喷雾孔154、254、354中，随着锥形阵列喷雾孔154、254、354的截面积逐渐增大，气体流速逐渐减小，压强逐渐增大，在高压的作用下，液体冷却介质破碎成细小的液滴群并快速从阵列喷雾孔154、254、354的末端喷出；所述喷雾液冷端板16、26、36侧面设有流体出口流道164、264、364，上表面设有集流腔161、261、361、喷雾腔162、262、362，下表面设有热管半圆槽阵列163、263、363。

所述流体出口流道164、264、364分别与流体出口管道17、27、37、集流腔161、261、361相连通；所述集流腔161、261、361与喷雾腔162、262、362无边界相互连通；所述喷雾腔162、262、362为细小液滴群雾化提供必要空间，由阵列喷雾孔154154、254、354出口高速喷出的细小液珠群，遇到喷雾腔162、262、362、内静止或低速的气流，在液体表面张力、粘性、空气阻力的相互作用下，逐渐由滴落、平滑流、波状流转变为雾状微细群并冲击至喷雾腔162、262、362的内表面，也就是流体与固体的换热面，依靠喷雾冲击、液滴相变带走发热面的热量，进行换热后的流体介质在集流腔161、261、361内聚集后经流体出口流道164、264、364和出口管道17、27、37排出；所述热管半圆槽阵列163、263用来容纳热管4的蒸发端41；所述热管半圆槽阵列363开槽方向与热管半圆槽阵列163、263开槽方向垂直，其目的是适应热管4的弯折形状，以确保热管半圆槽阵列363与其容纳热管4的圆形冷凝端42紧密接触。如图9所示，所述热管4一端为扁平形的蒸发端41，一端为圆形的冷凝端42，热管4呈90°弯折；所述热管4包括对称布置的两组，数量与第一喷雾液冷组件1及第二喷雾液冷组件2对应的热管半圆槽阵列的总数量相等；所述两组热管蒸发端41的其中一组与高热流密度芯片及第一喷雾液冷组件的热管半圆槽阵列163紧密接触，另一组同时与高热流密度芯片以及第二喷雾液冷组件2的热管半圆槽阵列263紧密接触，所述两组热管冷凝端42均与第三喷雾液冷组件的热管半圆槽阵列363紧密接触，所有接触面皆均匀涂有硅脂。

优选的，所述第三喷雾液冷组件3的喷雾冷凝端板36上的热管半圆槽阵列363开槽方向也可以与第一、第二喷雾液冷组件1上的热管半圆槽阵列163、263开槽方向平行或成一定角度相交，具体根据热管4的弯折形状而定。

优选的，所述第三喷雾液冷组件3也可以为微通道液冷板、射流冷却模组等；所述热管4也可以为平板热管、均热板、吹胀型均热板或其他相变传热元件；

优选的，喷雾冷凝端板16、26、36的喷雾腔162、262、362的内表面可设置微通道阵列或微扰流柱阵列等三维复杂表面结构，以增大散热面积及液体湍流程度，从而强化散热装置的散热效果；

优选的，所述液体冷却介质为去离子水或低沸点液体工质(无水乙醇、液氨、氟化液等)；所述气体介质为空气、氮气等不凝性气体。

本实用新型的工作过程为：

高效喷雾相变液冷装置与两颗高热流密度芯片接触，芯片的热量一部分传递至与之接触的第一喷雾组件1的喷雾冷凝端板16以及第二喷雾液冷组件2的喷雾冷凝端板26，一部分热量传递至与热管4的圆形冷凝端接触的第三喷雾组件3的喷雾冷凝端板36，达到两颗高热流密度芯片的热量同时被第一喷雾组件1、第二喷雾液冷组件2以及第三喷雾组件3带走的目的，实现高效散热；

图3-图9所示，高压不凝性气体介质连续不断从进气管道11、进气流道122进入进气腔121以及截面积逐渐减小的阵列进气孔131、231，气体的速度逐渐加快、气体压强逐渐减小，在阵列进气孔131、231的末端形成低压区，此时，液体冷却介质通过进液管道14、24被吸入阵列平行通道153、253中与高压气体进行混合，随后气液混合介质进入锥形阵列喷雾孔154、254中，由于锥形阵列喷雾孔154、254的截面积逐渐增大，气体流速逐渐减小，压强逐渐增大，在高压的作用下，液体冷却介质破碎成细小的液滴群并快速从阵列喷雾孔154、254末端喷出，遇到喷雾腔162、262中静止或低速的气流，在液体表面张力、粘性、空气阻力的相互作用下，逐渐由滴落、平滑流、波状流转变为雾状微细群并冲击至受热后的喷雾腔162、262内表面，也就是流体与固体的换热面，依靠喷雾冲击、液滴相变带走发热面的热量，进行换热后的流体介质在集流腔161、261内聚集后经流体出口流道164、264和出口管道17、27排出。与此同时，经由热管4传递至第三喷雾组件3的喷雾冷凝端板的热量，同样被第三喷雾组件3中产生的喷雾冲击、液滴相变的作用带走。至此，高效喷雾相变液冷装置完成一个散热过程。

虽然本实用新型所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本实用新型而采用的实施方式，并非用以限定本实用新型。任何本实用新型所属技术领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本实用新型的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种服务器双面芯片用高效喷雾相变液冷装置，其特征在于，包括对称分布的第一喷雾液冷组件和第二喷雾液冷组件、第三喷雾液冷组件以及连接第一喷雾液冷件、第二喷雾液冷组件和第三喷雾液冷组件的热管；所述第三喷雾液冷组件设置在第一喷雾液冷组件和第二喷雾液冷组件的侧面，用来由冷却由热管蒸发端传递到冷凝端的芯片热量。

2.根据权利要求1所述的服务器双面芯片用高效喷雾相变液冷装置，其特征在于，所述芯片包括服务器CPU芯片与高热流密度芯片；所述第一喷雾液冷组件和第二喷雾液冷组件分别与芯片发热面接触，同时冷却服务器CPU芯片与高热流密度芯片，且接触面均匀涂有导热硅脂。

3.根据权利要求1所述的服务器双面芯片用高效喷雾相变液冷装置，其特征在于，所述第一喷雾液冷组件和第二喷雾液冷组件呈镜像对称分布，并共用储气板；所述第三喷雾液冷组件整体结构与第一喷雾液冷组件相同，但储气板及喷雾冷凝端板存在差异；所述第一、第二、第三喷雾液冷组件均包括依次叠加放置的储气板、进气板、喷雾板、喷雾液冷端板，所述储气板、进气板、喷雾液冷端板侧边分布设置有进气管道、进液管道和流体出口管道；所述进气管道、进液管道及流体出口管道相互平行，根据安装需求设置在喷雾液冷组件的同侧或不同侧。

4.根据权利要求3所述的服务器双面芯片用高效喷雾相变液冷装置，其特征在于，

所述储气板上设有气体腔以及进气流道，所述气体腔为空腔，用于容纳高压不凝性气体介质；所述进气流道分别与气体腔、进气管道相连通；

所述进气板的形状呈倒锥形，且在进气板上设有阵列进气孔，阵列进气孔为高压不凝性气体介质进入下一层喷雾板平行流道阵列的通道。

5.如权利要求3所述的服务器双面芯片用高效喷雾相变液冷装置，其特征在于，所述喷雾板上设有分流腔、平行翅片、阵列平行通道、阵列喷雾孔以及进液流道；所述分流腔与阵列平行通道无边界连通，是用来提供液体冷却介质暂存与分配的场所；所述阵列平行通道、阵列喷雾孔为气液冷却介质混合提供空间；所述阵列喷雾孔呈锥形；所述阵列喷雾孔与阵列进气孔数量相等，且位置一一对应；所述进液流道分别与进液管道、分流腔相连通。

6.如权利要求3所述的服务器双面芯片用高效喷雾相变液冷装置，其特征在于，所述喷雾液冷端板侧面设有流体出口流道，上表面设有集流腔、喷雾腔，下表面设有热管半圆槽阵列；所述流体出口流道分别与流体出口管道、集流腔相连通；所述集流腔与喷雾腔无边界相互连通；所述热管半圆槽阵列用来容纳热管的蒸发端。

7.如权利要求1所述的服务器双面芯片用高效喷雾相变液冷装置，其特征在于，所述第一与第三喷雾液冷组件的储气板上设有气体腔及进气流道；所述第一喷雾液冷组件储气板的气体腔为空腔，第三喷雾液冷组件储气板的气体腔为凹腔；

第三喷雾液冷组件喷雾冷凝端板上的热管半圆槽阵列开槽方向与第一喷雾液冷组件的喷雾冷凝端板上的热管半圆槽阵列开槽方向垂直，适应热管的弯折形状，以与热管的圆形冷凝端紧密接触。

8.如权利要求3所述的服务器双面芯片用高效喷雾相变液冷装置，其特征在于，所述热管一端为D形的蒸发端，一端为圆形的冷凝端，热管呈90°弯折；所述热管包括对称布置的两组，其中一组热管蒸发端与高热流密度芯片及第一喷雾液冷组件热管半圆槽阵列紧密接触；另一组中的热管蒸发端与高热流密度芯片及第二喷雾液冷组件热管半圆槽阵列紧密接触；所述冷凝端均与第三喷雾液冷组件的热管半圆槽阵列紧密接触，并且在接触面均匀涂有硅脂。

9.如权利要求3或7所述的服务器双面芯片用高效喷雾相变液冷装置，其特征在于，

所述第三喷雾液冷组件为微通道液冷板、射流冷却模组；

所述热管为平板热管、均热板、吹胀型均热板或其他相变传热元件；

第一喷雾冷凝端板、第二喷雾冷凝端板及第三喷雾冷凝端板的喷雾腔内表面设置微通道阵列或微扰流柱阵列，以增大散热面积及液体湍流程度，从而强化散热装置的散热效果。

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