【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于氟化液冷却，特别涉及一种基于氟化液的计算设备多级冷却散热系统及方法。
技术介绍
1、目前，大型计算设备如服务器等由于对计算能力和计算速度的要求越来越高，设备在使用过程中常常产生大量的热量，需进行冷却散热处理，主要包括间接式冷却散热和直接式冷却散热。间接式冷却方式主要是指将空调系统或其他冷却方式应用在机房中或者服务器等设备所处的封闭环境中，通过调控室内环境加速设备热量的散失达到对设备冷却散热的目的。但是，间接式冷却散热仅仅对封闭空间内设备数量较少或者设备工作负荷较低时才有效果，当封闭空间内放置的设备密集度较大或者大量设备运行负荷较高、产生的热量较大时，间接式冷却散热方式冷却散热效果较差。直接式冷却散热方式是指对封闭空间内的服务器等计算设备直接进行冷却散热，尽可能地将热量从设备内部或设备表面带离，保证设备位于安全温度范围内从而保证设备的工作性能和使用寿命。
2、现有的针对大型计算设备的直接式冷却散热技术主要包括空气式直接冷却散热技术和液体式冷却散热技术两种。空气冷却散热是通过冷空气与温度较高表面或高温空间进行对流换热，实现对设备冷却散热的目的。但是，还需要与间接式冷却散热系统结合，比如借助空调系统将封闭空间的热量转移到室外，并且受空调性能、室外空气温度等因素的影响，冷却散热效果不稳定。
3、液冷式技术一般包括水冷式冷却散热技术和制冷剂冷却散热技术。水冷式冷却散热是指将水作为工质，通过管路系统构成回路使水循环流动将计算设备表面或内部的热量带离。由于管内工质泄露的风险较高，水冷式应用的领域不多。制冷
4、综上，现有的针对服务器等大型计算设备的两种冷却散热技术和系统都不能克服冷却散热工质不能与计算设备表面、计算设备内部直接接触的问题。另外，冷却散热工质在吸热后普遍存在着气化现象，导致设备内或管内压力过高，现有的冷却散热系统难以实现将气化后的工质重新液化使用和降低系统压力的目的，特别是当工质成本较高时这一问题就更加突出。目前，虽然氟化液被认为是一种能够与计算设备直接接触的液体工质，但仍缺少一种将氟化液作为工质的计算设备冷却散热系统，能够同时解决气化工质回收利用、调控系统压力不至过高的问题和实现有效载热和散热的功能。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术提供一种基于氟化液的计算设备多级冷却散热系统及方法，包含三个冷却散热的子系统，以电子氟化液为载热、散热工质，设置第一级冷却散热系统使工质与计算设备表面或内部直接接触将热量带离计算设备表面或内部，尽可能快的强化设备与工质之间的热量传递过程，将热量带离设备内部或表面。为辅助第一级冷却散热系统的冷却散热工作，设置第二级冷却散热系统和第三级冷却散热系统，强化换热并提高冷却散热效果。
2、通过本专利技术实现两个目的：设置对应的调压装置和冷凝换热装置，解决设备内部和管内压力过高的问题以及工质回收再利用问题。而设置多级冷却散热系统则能够尽快将机柜内和设备自身的热量快速转移并散失掉，解决了目前冷却散热系统散热速率慢的问题。
3、为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
4、首先，本专利技术提供一种基于氟化液的计算设备多级冷却散热系统，包括第一级冷却散热系统、第二级冷却散热系统和第三级冷却散热系统，所述第一级冷却散热系统包括液泡、调压装置和储液罐，所述液泡由弹性材料制成，计算设备的计算元件包裹在液泡内部，氟化液工质填充在液泡内，液泡内设置有多孔支撑板，用于支撑液泡不折叠，并且多孔支撑板上设有孔径不同的孔道，利用自身多孔和孔径不同的结构强化氟化液流动，所述第一级冷却散热系统的管内氟化液工质与计算设备构成环路，由计算设备流出的携带热量的高温气液混合的氟化液混合工质经过调压装置调控后由管路进入第二级冷却散热系统，所述第二级冷却散热系统用于将气态工质液化，并将液态工质输送到储液罐，储液罐内的液体氟化液工质进入计算设备内，再次对计算设备进行冷却散热，循环往复；所述第三级冷却散热系统用于转移第二级冷却散热系统的热量。
5、进一步的，所述第一级冷却散热系统还包括导流管和热流管，调压装置设于热流管上，将计算设备冷却后的高温气液混合的氟化液混合工质经过导流管流出并在热流管汇流后，经过调压装置的压力调节，气液混合态工质经过热流管进入第二级冷却散热系统；
6、所述第一级冷却散热系统还包括分流器、液阀和分流管，储液罐下部设置有冷流总管，冷流总管内流动的是低温的液态工质，冷流总管上设有液泵和截止阀，经过液泵作用后的管内低温液态工质随后流经截止阀，截止阀通过开闭和调整开合度以控制系统的启停和液态工质的流量，流经截止阀的液态工质沿着冷流总管继续流动进入分流器，分流器用于平均分配冷流总管内的液态工质，使工质经过液阀，沿着分流管继续流动进入计算设备内部，所述液阀用于控制对应的分流管内的液态工质流量。
7、进一步的，所述第二级冷却散热系统包含两个并联的支路，分别是液态工质输运支路和气态工质输运支路，分别输送液态工质和气态工质，液态工质输运支路包括气液分离器、单向阀和压力变送器，所述气液分离器内设有分离筛，用于将氟化液混合工质进行分离，分离后的液体工质经过单向阀和压力变送器进入储液罐；气态工质输运支路包括磁力泵、热引流管、单向阀和冷凝器，气液分离器分离后的气态工质依次经过磁力泵、热引流管和单向阀进入冷凝器，所述冷凝器内设有冷却水，用于与气态工质换热，将携带热量的气态工质液化。
8、进一步的，所述第三级冷却散热系统包括热水管、单向阀和冷却塔，冷凝器内与气态工质换热升温后的冷却水依次经过热水管、单向阀进入冷却塔，利用冷却水与周围环境之间的换热作用将热量散失到周围环境中。
9、进一步的，所述冷却塔的出水口处设有过滤网，用于过滤掉冷却水中的固体杂质，经过冷却塔降温后的低温冷却水经过冷水管回流至冷凝器，冷水管上设有单向阀和液泵。
10、进一步的，所述第三级冷却散热系统还包括风扇，风扇用于对冷却水进行强制蒸发降温。
11、进一步的，计算设备外设置有设备壳和机柜，导流管和分流管连接进入机柜内和设备壳内，与设备壳内的液泡连接，氟化液填充在液泡内部并与计算设备直接接触和换热。
12、进一步的，计算设备包括若干组并联的设备，每一组的热流管上均设有调压装置，用于控制对应的热流管内的压力，进而调节计算设备内部的压力；每一组的分流管上均设有液阀，用于控制对应的分流管内的液态工质流量。
13、其次每，本专利技术提供一种基于氟化液的计算设备多级冷却散热方法，包括以下步骤：
14、步骤1、计算设备冷却散热：
15、储液罐内的低温的液态工质，经过液泵作用后流经截止阀，截止阀通过开闭和调整开合度以控制系统的启停和液态工质的流量，液态工质沿着冷流总管继续流动进入分流器，分流器平均分配冷流总管内的液态工质，使本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于氟化液的计算设备多级冷却散热系统，其特征在于，包括第一级冷却散热系统、第二级冷却散热系统和第三级冷却散热系统，所述第一级冷却散热系统包括液泡(32)、调压装置(6)和储液罐(12)，所述液泡(32)由弹性材料制成，计算设备的计算元件包裹在液泡(32)内部，氟化液工质填充在液泡(32)内，液泡(32)内设置有多孔支撑板(33)，用于支撑液泡(32)不折叠，并且多孔支撑板(33)上设有孔径不同的孔道(34)，利用自身多孔和孔径不同的结构强化氟化液流动，所述第一级冷却散热系统的管内氟化液工质与计算设备构成环路，由计算设备流出的携带热量的高温气液混合的氟化液混合工质经过调压装置(6)调控后由管路进入第二级冷却散热系统，所述第二级冷却散热系统用于将气态工质液化，并将液态工质输送到储液罐(12)，储液罐(12)内的液体氟化液工质进入计算设备内，再次对计算设备进行冷却散热，循环往复；所述第三级冷却散热系统用于转移第二级冷却散热系统的热量。
2.根据权利要求1所述的一种基于氟化液的计算设备多级冷却散热系统，其特征在于，所述第一级冷却散热系统还包括导流管(4)和热流管(5)
3.根据权利要求1所述的一种基于氟化液的计算设备多级冷却散热系统，其特征在于，所述第二级冷却散热系统包含两个并联的支路，分别是液态工质输运支路和气态工质输运支路，分别输送液态工质和气态工质，液态工质输运支路包括气液分离器(7)、单向阀(10)和压力变送器(11)，所述气液分离器(7)内设有分离筛(8)，用于将氟化液混合工质进行分离，分离后的液体工质经过单向阀(10)和压力变送器(11)进入储液罐(12)；气态工质输运支路包括磁力泵(19)、热引流管(20)、单向阀(21)和冷凝器(22)，气液分离器(7)分离后的气态工质依次经过磁力泵(19)、热引流管(20)和单向阀(21)进入冷凝器(22)，所述冷凝器(22)内设有冷却水，用于与气态工质换热，将携带热量的气态工质液化。
4.根据权利要求3所述的一种基于氟化液的计算设备多级冷却散热系统，其特征在于，所述第三级冷却散热系统包括热水管(24)、单向阀(25)和冷却塔(26)，冷凝器(22)内与气态工质换热升温后的冷却水依次经过热水管(24)、单向阀(25)进入冷却塔(26)，利用冷却水与周围环境之间的换热作用将热量散失到周围环境中。
5.根据权利要求4所述的一种基于氟化液的计算设备多级冷却散热系统，其特征在于，所述冷却塔(26)的出水口处设有过滤网(28)，用于过滤掉冷却水中的固体杂质，经过冷却塔(26)降温后的低温冷却水经过冷水管(29)回流至冷凝器(22)，冷水管(29)上设有单向阀(30)和液泵(31)。
6.根据权利要求4所述的一种基于氟化液的计算设备多级冷却散热系统，其特征在于，所述第三级冷却散热系统还包括风扇(27)，风扇(27)用于对冷却水进行强制蒸发降温。
7.根据权利要求2所述的一种基于氟化液的计算设备多级冷却散热系统，其特征在于，计算设备外设置有设备壳和机柜，导流管(4)和分流管(18)连接进入机柜内和设备壳内，与设备壳内的液泡(32)连接，氟化液填充在液泡内部并与计算设备直接接触和换热。
8.根据权利要求7所述的一种基于氟化液的计算设备多级冷却散热系统，其特征在于，计算设备包括若干组并联的设备，每一组的热流管(5)上均设有调压装置(6)，用于控制对应的热流管(5)内的压力，进而调节计算设备内部的压力；每一组的分流管(18)上均设有液阀(17)，用于控制对应的分流管(18)内的液态工质流量。
9.一种基于氟化液的计算设备多级冷却散热方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于氟化液的计算设备多级冷却散热系统，其特征在于，包括第一级冷却散热系统、第二级冷却散热系统和第三级冷却散热系统，所述第一级冷却散热系统包括液泡(32)、调压装置(6)和储液罐(12)，所述液泡(32)由弹性材料制成，计算设备的计算元件包裹在液泡(32)内部，氟化液工质填充在液泡(32)内，液泡(32)内设置有多孔支撑板(33)，用于支撑液泡(32)不折叠，并且多孔支撑板(33)上设有孔径不同的孔道(34)，利用自身多孔和孔径不同的结构强化氟化液流动，所述第一级冷却散热系统的管内氟化液工质与计算设备构成环路，由计算设备流出的携带热量的高温气液混合的氟化液混合工质经过调压装置(6)调控后由管路进入第二级冷却散热系统，所述第二级冷却散热系统用于将气态工质液化，并将液态工质输送到储液罐(12)，储液罐(12)内的液体氟化液工质进入计算设备内，再次对计算设备进行冷却散热，循环往复；所述第三级冷却散热系统用于转移第二级冷却散热系统的热量。
2.根据权利要求1所述的一种基于氟化液的计算设备多级冷却散热系统，其特征在于，所述第一级冷却散热系统还包括导流管(4)和热流管(5)，调压装置(6)设于热流管(5)上，将计算设备冷却后的高温气液混合的氟化液混合工质经过导流管(4)流出并在热流管(5)汇流后，经过调压装置(6)的压力调节，气液混合态工质经过热流管(5)进入第二级冷却散热系统；
3.根据权利要求1所述的一种基于氟化液的计算设备多级冷却散热系统，其特征在于，所述第二级冷却散热系统包含两个并联的支路，分别是液态工质输运支路和气态工质输运支路，分别输送液态工质和气态工质，液态工质输运支路包括气液分离器(7)、单向阀(10)和压力变送器(11)，所述气液分离器(7)内设有分离筛(8)，用于将氟化液混合工质进行分离，分离后的液体工质经过单向阀(10)和压力变送器(11)进入储液罐(12)；气态工质输运支路包括磁力泵(19)、热引流管(20)...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈琛，于善良，朱恒博，
申请(专利权)人：中煤科工集团南京设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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