采用两相式浸没冷却的机箱和服务器组件制造技术

本公开提供了一种采用两相式浸没冷却的机箱，其特征在于，该机箱从下到上依次包括：下部结构1、中部结构2和上部结构3，它们内部连通，形成一个密封的内部空间，其中所述下部结构1内可容纳冷却介质并且具有冷却介质的入口和出口，所述中部结构2内安装有循环冷凝器，所述上部结构3包括可伸缩结构，所述可伸缩结构的高度可随压力的增减而升降。该机箱可用于服务器，尤其是刀片式服务器。还提供了采用该机箱的服务器组件。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及一种用两相式浸没冷却的机箱和服务器组件，其可用于电子设备结构的冷却，例如可用于刀片服务器，以及可采用浸没式冷却的其他电子设备。
技术介绍
随着电子设备的功能不断提高，其功率和发热量也随之增长，良好的散热解决方案，不但决定设备的寿命和可靠性，同时也直接影响设备的运营成本。特别是对数据中心中的服务器，传统风冷加精密空调的散热方式一般占整体电力消耗很大部分，而其制冷效率已越来越接近其极限。随着服务器功耗和关键元件如处理器热密度的提高，局部过热问题日益突出，选用大功率风扇所带来的噪声问题也会影响数据中心的工作环境。为提高冷却效率，相应冷却技术正在开发应用。例如将冷却水直接循环至处理器等热点位置的水冷式液冷解决方案，但该方案不但结构复杂、造价昂贵，而且众多管路接口的泄漏问题也是影响系统长期运行可靠性的关键隐患。一些厂商采用将发热器件浸入绝缘液体介质的全浸式散热方式(如图1a和图1b所示)，通过液体的对流使内部温度相等均匀，避免过热点的产生，再通过冷却水循环对介质的二次换热将热量导出，保持介质的温度不会上升过高。该方法的缺点是通过绝缘液体与器件间传导传热的传热效率较低。而且为保持介质的单相状态在运行中不会沸腾，一些浸没方案选择高沸点的绝缘液体如矿物油、硅油等，其粘度较大，附着在设备或器件上清理困难，对服务器的日常维护更换带来一定难度。浸没式冷却也可以选用低沸点易挥发的液体介质，当发热元件温度超过介质沸点时，通过液态介质在沸腾汽化中吸收大量热的性能将器件热量带走，这一过程导热效率较高，再通过二次冷却如水冷将蒸汽冷凝回流，将整个循环限制在一定空间中；同时可以利用相变中介质温度保持不变的特性，控制芯片的运行温度。介质的低粘度也使其不会黏附于器件上。但使用这一方案需考虑少量介质挥发出冷凝限制区引起的介质损失。因此，现有技术中仍然需要一种改进的、便于安装使用的高效低耗散热系统，特别是适用于诸如刀片服务器等的浸没式冷却系统。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的上述问题，减少由于多管路所带来的制造成本增加，本公开提供了一种采用两相式浸没冷却的机箱，其特征在于，该机箱从下到上依次包括:下部结构(I)、中部结构(2)和上部结构(3)，它们内部连通，形成一个密封的内部空间，其中所述下部结构⑴内可容纳冷却介质并且具有冷却介质的入口和出口，所述中部结构⑵内安装有循环冷凝器，所述上部结构(3)包括可伸缩结构，所述可伸缩结构的高度可随压力的增减而升降。该机箱可用于服务器，尤其是刀片式服务器。根据某些实施方案，本公开的机箱的下部结构(I)包括上端开口的金属壳体。所述下部结构(I)的壳体后部可以分别设置冷却介质的注入接口和排出接口，用于与容纳所述机箱的机柜的冷却介质注入接口和排出接口连接。根据某些实施方案，本公开的机箱的中部结构(2)包括上下两端开口的金属壳体。根据某些实施方案，所述中部结构(2)与下部结构(I)可以采用可拆分式连接方式密封连接。根据某些实施方案，所述中部结构(2)与下部壳体(I)可以采用插接式连接，并使用密封圈和机械紧固固定。根据某些实施方案，所述上部结构(3)与中部结构(2)可以采用固定密封连接。根据某些实施方案，所述中部结构(2)内部的水循环冷凝器可以通过其壳体后部的接口与容纳所述机箱的机柜的冷却水循环管路的接口连接。 根据某些实施方案，所述循环冷凝器可以是鳍片式冷凝器或管束式冷凝器。根据某些实施方案，本公开的机箱的上部结构(3)为折叠可伸缩结构，其下端具有开口，用于与中部结构(2)固定连接。本公开还提供了一种服务器组件，其特征在于，包括:服务器；根据本公开的机箱，所述服务器安装于所述机箱的下部结构⑴中；机柜，用于容纳所述机箱；和操作控制装置，其设置在机柜上或相对于机柜独立设置。根据本公开，当服务器工作时，服务器器件浸没于低沸点绝缘介质中，通过冷却介质的两相自发循环将产生的热量集中传至冷却水循环，整个过程仅需冷却水的循环动力。相比于传统风冷，传热效率提高，同时免除空调、风扇和架空地板等配套设施。而且机箱采用密闭结构，避免冷却介质的损失。机柜样式可以类似传统机房设施，具有结构简单，操作可靠性高，便于维护的优点。【附图说明】图1a和图1b示出了一种现有技术的单相冷却浸没式刀片服务器结构，通过侧壁循环水冷冷却内部液态介质。图2示出了本公开两相式浸没冷却系统服务器机箱的工作原理，其中21代表壳体、22代表蒸汽区、23代表浸没于冷却介质中的结构，24代表冷却装置，25代表由于器件过热而产生沸腾的冷却介质区域。图3是本公开的可用于刀片式服务器的两相式浸没冷却系统服务器机箱的结构示意图，自下至上分为下部结构1:用于浸没服务器的壳体；中部结构2:水冷凝器层；和上部结构3:顶部折叠伸缩结构。其中下部结构I和中部结构2为插接固定，在更换服务器时可打开。中部结构2与上部结构3固定连接，不可分开。在下部结构I和中部结构2背部各有两个与机柜冷却介质和循环水连接的快速接口。图4是本公开的机箱的中部结构2与下部结构I插接示意图及剖面图，其中41为螺丝紧固，42为密封圈。图5是本公开的机箱的中部结构2中可使用的鳍片式和管束式冷凝器示意图。图6是本公开的机箱的可伸缩的上部结构I示意图。图7是本公开中配套用于两相式浸没冷却系统服务器机箱的机柜，其每层预留上部空间，供服务器工作时顶部上升，底部具有冷却介质储液槽，其中71为预留上部空间，72为冷却介质存储槽。图8是本公开采用的冷却系统在操作过程中对机柜和机箱锁定的流程图。图9是本公开采用的冷却系统在操作过程中对机柜和机箱解锁的流程图。【具体实施方式】下文中将以刀片服务器为例进一步说明本专利技术的浸没式冷却系统的工作原理。但本领域技术人员可以理解，本公开的浸没式冷却系统也可以用于能够采用浸没式冷却的其他电子设备。除非另外指明，否则本说明书中出现的“两相式”是指机箱下部结构中的冷却介质可以在过热元件所发出热量的作用下，由液相转换成蒸汽相，该蒸汽相在中部结构内的冷凝设备的作用下再次形成液相回至下部结构。本公开提供了一种采用两相式浸没冷却的机箱，其特征在于，该机箱从下到上依次包括:下部结构(I)、中部结构(2)和上部结构(3)，它们内部连通，形成一个密封的内部空间，其中所述下部结构⑴内可容纳冷却介质并且具有冷却介质的入口和出口，所述中部结构(2)内安装有循环冷凝器，所述上部结构(3)包括可伸缩结构，所述可伸缩结构的高度可随机箱内部压力的增减而升降。在根据本公开的一个实施方案中，所述可伸缩结构的高度可在压力作用下上升，随着压力的降低而下降。可伸缩结构可以为类似手风琴的可折叠结构。适用于本公开的冷却介质可以为常见的冷却介质，例如水，也可选自购自3M公司的 Novec649、Novec7100 或 FC72。在根据本公开的一个实施方案中，所述中部结构内的循环冷凝器中的冷却介质为循环水，该循环水的进口温度低于冷却介质沸点温度10°C。可以通过流速调节控制所述循环水到出口位置的温升为3-5°C。在根据本公开的一个实施方案中，在冷却系统运行过程中，不对所述下部结构中的冷却介质施加动力。更具体地，机箱的下部结构可以为上端开口的金属制壳体，用于容纳电子设备器件例如服务器器件，包括主板，处理器及内存等本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用两相式浸没冷却的机箱，其特征在于，该机箱从下到上依次包括：下部结构(1)、中部结构(2)和上部结构(3)，它们内部连通，形成一个密封的内部空间，其中所述下部结构(1)内可容纳冷却介质并且具有冷却介质的入口和出口，所述中部结构(2)内安装有循环冷凝器，所述上部结构(3)包括可伸缩结构，所述可伸缩结构的高度可随压力的增减而升降。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蓝滨，郑毅飞，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：新型
国别省市：美国;US