一种单相冷却系统技术方案

本实用新型专利技术属于浸没式液冷却技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种单相冷却系统


[0001]本技术属于浸没式液冷却

。

技术介绍

[0002]近年来，人工智能
、
云计算
、
物联网
、
区块链等技术的不断进步，对电子信息设备的性能和集成度提出了越来越高的要求，随之而来的高热密度和巨额能耗等问题对数据中心制冷技术也提出了更高的挑战，具体表现在高性能计算处理器单机热负荷已达到一般处理器的2倍以上，单机柜整体功耗已经翻倍，且数据中心的体量亦在与日俱增，计算处理器的高能耗已经成为一个亟待解决的问题
。
[0003]目前，电子器件功率和封装密度引发热流密度的急剧提升
。
据统计，失效的电子器件中有
55%
是由于温度过高或温度分布不均匀造成的，面对高功率和高封装带来的前所未有的热管理需求
。
同时，温度过高或温度分布不均匀还明显影响电动汽车锂电池的功率容量和使用寿命，特别是随着锂离子电池的快速充电变得更加普遍，对电池系统的热管理系统提出了更高的要求
。
[0004]针对上述发热器件的主流热管理方案包括风冷
、
液冷
、
蒸发冷却和自然冷却，其中风冷技术虽然凭借其低成本
、
易维护等特性成为当前主要冷却方式，但也存在空气换热系数过低
、
冷却效率低下
、
冷却能耗过高的缺陷，而且需要在设置大量的空间来放置空调
、
机架和送风通道，导致占用空间大
>、
部署密度低，不利于节能环保
。
据统计，数据中心大约
40%
的能源消耗来自于风冷散热设备，数据中心的碳排放量比航空业还大，因此风冷技术难于满足当前节能减排的要求
。
[0005]与空气导热系数相比，液体的导热系数比空气导热系数大得多，采用液体传导的方式可将热量迅速移走，因此使用液体冷却代替空气冷却可以节省成本
、
降低能源消耗和碳排放量
。
其中，液体冷却技术按热源与液体是否接触，可分为直接式和间接式两类
。
在常见的直接式液冷系统中，需要散热的发热器件被浸没在液体中通过与冷却液直接接触进行散热，故又被称为浸没式液冷，其中作为传热介质的液体又被称作“冷却液”。
[0006]鉴于浸没式液冷技术具有上述优势，因此成为了当前的研究热点
。
浸没式液冷是将需要散热的发热器件直接浸泡在冷却液中，依靠冷却液吸收设备产生的热量
。
按照冷却液在散热过程中是否发生相变，可以分为单相浸没式液冷和两相浸没式液冷
。
其中，两相浸没式液冷是将发热器件浸入带有两相冷却液的封闭槽中，两相浸没式冷却液沸点低于工作温度，当发热器件升温到最高达两相冷却液的沸点时，冷却液变成减去热量的蒸汽
。
然后，蒸汽在放置在冷却液上方的盖子或盘管冷凝器上冷凝，并再次沉淀在冷却液中，由此冷却液不断进行循环实现对发热器件的冷却
。
[0007]相对于两相浸没式液冷，单相浸没式冷却液无需发生相变即可实现对发热器件的散热处理，同时相应的设备结构更简单，无需冷凝器等装置，能够节约冷却系统空间
。
单相浸没式液冷相对于两相浸没式液冷的优势体现在两个方面，一是冷却液价格相对更低，相应的冷却设备结构更简单且容易维护，对密封性要求不高，有利于降低总体成本；二是冷却
液无相变，无需担心冷却液蒸发
、
溢出导致人员吸入的健康风险
。
[0008]当前的单相浸没式冷却系统，都是将发热器件置于该浸没式冷却槽进冷却，这种冷却方式只能是对发热器件的表面进冷却，而无法对发热器件的内部进行冷却，特别是当前数据中心机房为提升机房空间的有效利用率以及能源效率逐步使用高密度服务器，单独使用浸没式冷却无法有效解决服务器高负载工作时因服务器热点分布不均会导致局部出现过大的热应力，因此亟待对冷却系统进行改进，既保持浸没式冷却的优点，又可以快速转移发热器件内部的多余热量，避免发热器件出现局部过热
。

技术实现思路

[0009]为了解决上述的技术问题，本技术目的在于提供一种单相冷却系统，该系统不仅可以对发热器件的表面进冷却，并且单独设置一套冷却系统对发热器件的内部进行冷却，两套冷却系统使用相同的冷却液，且该冷却液具有较高的介电强度
。
[0010]为了实现上述的目的，本技术采用了以下的技术方案：
[0011]一种单相冷却系统，该冷却系统包括：浸没式冷却系统
、
循环冷却系统与控制系统；浸没式冷却系统包括：浸没式冷却槽
、
降温槽
、
换热管
、
连接通道
、
储液罐和第一循环泵；
[0012]其中，所述浸没式冷却槽为开放式或者封闭式，浸没式冷却槽中配有冷却液，至少一个发热器件置于该浸没式冷却槽内，并且至少一个换热管设置于降温槽中；浸没式冷却槽与降温槽之间至少存在2个连接通道相连接，第一循环泵连接设置在一个连接通道上，冷却液在浸没式冷却槽与降温槽之间构成冷却液循环；两个连接通道之间还有隔板连接，隔板上还设有导流孔，连接通道和导流孔允许冷却液在浸没式冷却槽与降温槽之间自由流动
。
[0013]作为优选，浸没式冷却槽内设有支架，发热器件放置在支架上
。
[0014]所述的循环冷却系统包括：循环管路
、
第二循环泵和换热器，所述循环管路中配有冷却液，并且所述循环管路至少一个分支管道从发热器件内部穿过，第二循环泵设置在循环管路中，用于为冷却液在循环管路中的流动提供动力；所述换热器设置在循环管路中，用于对循环管路内的冷却液进行冷却
。
[0015]其中，所述冷却液氟碳化合物或者碳氢化合物，冷却液的沸点高于发热器件的工作温度，且冷却液的介电强度大于
24kV
，所述碳氢化合物包括矿物油
、API
‑
II
类基础油
、API
‑
III
类基础油或
API
‑
IV
类基础油，作为优选，所述冷却液符合标准
YD/T 3982
‑
2021
中第5条接触式
(
绝缘性
)
冷却液体应用性能的要求
。
[0016]作为优选，所述分支管道以水平
、
垂直或者其他任意角度从发热器件内部穿过
。
[0017]进一步优选，所述分支管道适应发热器件的形状可以设置为螺旋形或者波浪形，从而增加传热面积，提高冷却效果
。
[0018]进一步优选，所述分支管道外侧还设有保护板，保护板用于保护分支管道，所述保护板优选为聚乙烯板
。
[0019]进一步优选，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种单相冷却系统，该冷却系统包括：浸没式冷却系统
、
循环冷却系统与控制系统；其特征在于，浸没式冷却系统包括：浸没式冷却槽（1）
、
降温槽（2）
、
换热管（3）
、
连接通道（4）
、
储液罐（8）和第一循环泵（9）；其中，所述浸没式冷却槽（1）为开放式或者封闭式，浸没式冷却槽（1）中配有冷却液，至少一个发热器件（5）置于该浸没式冷却槽（1）内，并且至少1个换热管（3）设置于降温槽（2）中；浸没式冷却槽（1）与降温槽（2）之间至少存在2个连接通道（4）相连接，第一循环泵（9）连接设置在一个连接通道（4）上，冷却液在浸没式冷却槽（1）与降温槽（2）之间构成冷却液循环；所述的循环冷却系统包括：循环管路（
12
）
、
第二循环泵（
15
）和换热器（
13
），所述循环管路（
12
）中配有冷却液，并且所述循环管路（
12
）至少一个分支管道（
121
）从发热器件（5）内部穿过，第二循环泵（
15
）设置在循环管路（
12
）中，用于为冷却液在循环管路（
12
）中的流动提供动力；所述换热器（
13
）设置在循环管路（
12
）中，用于对循环管路（
12
）内的冷却液进行冷却
。2.
根据权利要求1所述的一种单相冷却系统，其特征在于，所述的循环管路（
12
）与浸没式冷却槽（1）中的冷却液相同，均连接至同一的储液罐（8）
。3.
根据权利要求1所述的一种单相冷却系统，其特征在于，所述冷却液氟碳化合物或者碳氢化合物，且冷却液的介电强度大于
24kV
，所述碳氢化合物包括矿物油
、API
‑
II
类基础油
、API
‑
III
类基础油或
API
‑
IV
类基础油
。4.
根据权利要求2所述的一种单相冷却系统，其特征在于，储液罐（8）通过第一电控阀（7）与浸没式冷却槽（1）或降温槽（2）连接，并通过第三电控阀（
14
）与循环管路（
12
）连接
。5.
根据权利要求1所述的一种单相冷却系统，其特征在于，所述分支管道（
121
）以水平
、
垂直或者任意角度从发热器件（5）内部穿过
。6.
根据权利要求5所述的一种单相冷却系统，其特征在于，所述分支管道（
121
）适应发热器件（5）的形状可以设置为螺旋形或者波浪形
。7.
根据权利要求5所述的一种单相冷却系统，其特征在于，所述分支管道（
121
）外侧还设有保护板（
122
），保护板（
122
）用于保护分支管道
。8.
根据权利要求7所述的一种单相冷却系统，其特征在于，所述保护板（
122
）为聚乙烯板
。9.
根据权利要求5所述的一种单相冷却系统，其特征在于，所述分支管道（
121
）与其直接接触的发热器件（5）之间还设有垫片（
123
），垫片（
123
）紧贴在发热器件（5）与分支管道之间
。10.
根据权利要求9所述的一种单相冷却系统，其特征在于，垫片（
123
）材质为铝片或者氯丁橡胶片
。11.
根据权利要求5所述的一种单相冷却系统，其特征在于，每条分支管道（
121
）上设置有相应的分支管道阀门（
23
），根据发热器件（5）局部功率的变化开启或者关闭对应的分支管道阀门（
23
）
。12.
根据权利要求1所述的一种单相冷却系统，其特征在于，浸没式冷却槽（1）和降温槽（2）中分别设置有扰动风机（6），扰动风机（6）使用马达驱动，一端装有风机叶轮，在一个锥形区域内产生频率不同的扰动，用于驱动浸没式冷却槽（1）与降温槽（2）中冷却液的流动与
循环
。13.
根据权利要求
12
所述的一种单相冷却系统，其特征在于，所述扰动风机为轴流风机
。14.
根据权利要求1所述的一种单相冷却系统，其特征在于，所述换热管（3）的形状为直管
、
弯管
...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝汉，魏东初，杜大昌，陆晓晶，
申请(专利权)人：亚培烯科技上海有限公司，
类型：新型
国别省市：