[發明專利]一種用于數據中心刀片式服務器兩相浸沒式液冷系統

在審

• 申請號: 202110377947.4
• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN113093890A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 李羽白;李洋;劉軒羽;彭春陽;李玉龍
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06F1/20
• 分類號: G06F1/20;G06F1/18
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪

本發明屬于服務器冷卻技術領域，提供了一種用于數據中心刀片式服務器兩相浸沒式液冷系統。利用氟化液相變帶走服務器工作過程中產生的熱量，氟化液蒸氣充分利用自然環境的低溫進行液化冷卻，當外界環境較高時，通過利用制冷循環液化冷卻氟化液，每個刀片式服務器的液冷單元相互連通，液面由儲液槽維持，并在每個液冷單元的液面處覆蓋一層硅油油膜，避免氟化液蒸發。相比于傳統的兩相浸沒式液冷系統具有以下優點：利用季節變化帶來的低溫環境，減少系統耗電。液冷單元液面由硅油油膜覆蓋，降低氟化液的蒸發損耗。通過相互聯通的液冷單元與儲液罐維持液面，實現及時的補液。各個管路均由閥門，便于系統的維護管理。

技術領域

本發明屬于服務器冷卻技術領域，具體涉及一種用于數據中心刀片式服務器兩相浸沒式液冷系統。

背景技術

隨著服務器冷卻技術領域的快速發展，目前大型集群式服務器單元的集成度升高，產熱量增大，較差的散熱條件會導致服務器工作不穩定，耗電量增加，嚴重時會導致設備熱失控，因此需要對服務器進行充分的散熱，維持服務器各部分溫度的均一性，保證服務器工作的穩定性。因此設計一種高效的服務器冷卻系統是提升大型集群式服務器單元整體性能的必要條件。

目前服務器冷卻系統所采用的方式主要有：風冷散熱、液冷散熱以及目前倍受學者關注的兩相浸沒式液冷。例如李永剛等人在“一種新型服務器風冷散熱器”專利中(專利號：202010856501.5)提出通過在CPU上覆蓋導熱管，遠離導熱管的一段設置有銅鰭片，通過兩個風扇的強迫對流將銅鰭片上的熱量傳至外界環境中。該裝置小巧可靠，便于安裝與維修。

例如范瑞展等人在“電子設備及其水冷服務器”專利中(專利號：201810283629.X)提出通過利用一個自動調節水壓大小的水冷設備對于服務器進行冷卻。該設備通過設備自動調節水壓，避免了壓力的波動，同時水的比熱容較大，可以保證服務器溫度的恒定，有利于以提升服務器的效率。

例如張亮等人在“一種數據中心液冷機柜”專利中(專利號：201922321821.6)提出通過將浸沒式液冷技術與射流沖擊技術相結合，通過向服務器上噴淋制冷劑的方式對服務器進行冷卻，再將吸收熱量的制冷劑通過出液口排出，冷卻后再次對服務器進行噴淋冷卻，實現數據中心全年低PUE運行。該設備可以為服務器提供一個可靠穩定的工作環境，可以保證服務器溫度分布均勻，提升服務器運行的效率。

但是傳統的服務器冷卻方式存在一些不足，風冷散熱不足在于當服務器處于高負荷情況下，風扇的強迫對流帶走的熱量無法滿足服務器散熱的需要。液冷散熱不足在于循環水系統比較龐大，不利于服務器集成度的提升，同時還會存在漏水、密封等問題。熱管散熱不足在于，熱管與服務器接觸面積較小，無法較好的分布熱量，在服務器負載較高的條件下，由于服務器溫度分布不均而導致過大的熱應力。

目前兩相浸沒式液冷技術發展迅速，通過將服務器浸沒在氟化液中，通過氟化液相變帶走服務器的熱量，使得服務器溫度分布均勻，提升服務器效率與負載能力，有利于服務器集成度的提升和大型的數據中心的建立，但是目前利用兩相浸沒式液冷技術的大型數據中心面臨著很多的問題，例如：氟化液的蒸發導致氟化液的損耗，常年的制冷機組開啟導致的能量消耗過大等。

鑒于上述幾種服務器散熱方式的不足，本發明提出了一種用于數據中心刀片式服務器兩相浸沒式液冷系統，利用氟化液的顯熱和潛熱帶走高集成度的刀片式服務器集群工作時所產生的熱量。通過兩種對氟化液蒸氣的冷凝方式的切換從而達到降低能量消耗的目的，縮短散熱系統對于制冷機組的使用時間。通過在氟化液液面上覆蓋一層硅油油膜，降低由于氟化液蒸發而導致的氟化液的損耗。將刀片式服務器模塊與儲液罐相互連通，對各個單元進行及時補液，同時各個模塊氣相區域相互聯通，保證壓力的恒定。

發明內容