[發明專利]用于高功率密度機柜的泵驅兩相環路散熱系統

有效

• 申請號: 201910586668.1
• 申請日: 2019-07-01
• 公開（公告）號: CN110278691B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 袁衛星;任柯先;楊波;苗澤;楊通智
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20
• 代理公司: 北京航智知識產權代理事務所(普通合伙) 11668
• 代理人: 黃川;史繼穎

本發明公開了一種用于高功率密度機柜的泵驅兩相環路散熱系統，包括依次連通的制冷劑儲液罐、泵、過濾器、分流管、多個服務器散熱單元、匯流管、熱交換器，熱交換器和制冷劑儲液罐連通從而形成循環回路，分流管包括進液端口、自下而上層狀排列的多個第一分流端口和第二分流端口；匯流管包括主出口、自下而上層狀排列的多個第一匯流端口、第二匯流端口和輔助出口，第二分流端口通過單向閥與第二匯流端口連接，各服務器散熱單元的進液口的前端設置有局部阻力元件。本系統可以對服務器主要發熱元件進行散熱，有效解決了服務器和機柜局部熱點的問題，并利用微小通道流動沸騰換熱技術，顯著提升單個機柜內服務器的功率密度，并降低機柜散熱風扇噪音。

技術領域

本發明屬于設備散熱技術領域，特別涉及一種用于高功率密度機柜的泵驅兩相環路散熱系統。

背景技術

隨著信息技術的突飛猛進，對運算速度更快、功能更強的服務器需求猛增，由此導致單個機柜功率密度顯著提升。

傳統的風冷模式利用空氣強制對流對服務器進行散熱，由于空氣熱阻大，空氣和服務器之間需要較大的溫差實現傳熱，因此需要配套的制冷設備，諸如機房空調，來冷卻空氣，維持有效的散熱溫差。當單個機柜功率密度不斷提高，風冷模式只能通過不斷降低空氣溫度，或者是提高風速加強對流來應對機柜散熱問題，兩者都會顯著提升散熱系統的能耗。

傳統的液冷模式利用單相液體強制對流對服務器進行散熱，散熱能力高于風冷模式。然而液冷散熱機理與風冷模式相同，其對于機柜功率密度提升時的應對措施也相同。并且，液體泄露對服務器運行的潛在威脅或特種液體的高昂成本均制約了其在服務器散熱領域的廣泛應用。

目前結合傳統熱管(主要是毛細熱管)的散熱模式在服務器散熱領域得到了廣泛的應用和實踐，其主要形式為：熱管熱交換器貼合在服務器主要發熱元件(如CPU，GPU芯片)之上，其內部工質吸熱相變后，將熱量從熱管的蒸發端轉移到冷凝端，并在熱管冷凝端將熱量傳遞給一個冷卻循環。這種模式換熱能力強，擴展性強。但是由于熱管需要和發熱元件和冷卻循環產生接觸面，才能將產熱轉移，即會產生兩次接觸熱阻，而接觸熱阻在整體熱阻中占比明顯，這無疑產生了不必要的溫差，增加了散熱代價。此外，熱管自身傳熱能力有限，且蒸發端和冷凝端均需較大散熱面積才能傳遞高功率密度的熱量，決定了熱管并不完全適合高功率密度芯片服務器對高效、緊湊散熱的需求。

發明內容

針對上述現有技術的缺陷，本發明提供了一種用于高功率密度機柜的泵驅兩相環路散熱系統，本系統可以對服務器主要發熱元件進行散熱，有效解決了局部熱點的問題，并利用微小通道流動沸騰換熱技術，顯著提升單個機柜內服務器的功率密度，降低機柜冷卻風扇的噪音。

根據本發明的一方面，提供了一種用于高功率密度機柜的泵驅兩相環路散熱系統，包括依次連通的制冷劑儲液罐、泵、過濾器、分流管、多個服務器散熱單元、匯流管、熱交換器，所述熱交換器和制冷劑儲液罐連通從而形成循環回路；

所述分流管包括位于分流管底部的進液端口、自下而上層狀排列的多個第一分流端口以及位于分流管頂部的第二分流端口，所述進液端口與所述過濾器連通，各層的第一分流端口通過可插拔自鎖接頭分別連接于各服務器散熱單元的進液口；

所述匯流管包括位于匯流管底部的主出口、自下而上層狀排列的多個第一匯流端口、位于匯流管頂部的第二匯流端口和輔助出口，所述主出口和所述輔助出口通過管路均連接于所述熱交換器的制冷劑入口，各層的第一匯流端口通過可插拔自鎖接頭分別連接于各服務器散熱單元的出液口，

所述第二分流端口通過單向閥與所述第二匯流端口連通，

各服務器散熱單元的進液口的前端設置有局部阻力元件，以使所述分流管整體形成自下而上逐漸變小的局部阻力。

在一些實施方式中，所述泵、所述制冷劑儲液罐、所述過濾器以及所述熱交換器可以設置于機柜底部的抽屜式方艙，所述方艙可以通過可插拔自鎖接頭與所述分流管和所述匯流管連接。