[發(fā)明專利]服務器用微噴霧相變液冷均熱板、散熱運行系統(tǒng)及控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210094752.3
• 申請日: 2022-01-26
• 公開（公告）號: CN114599201B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發(fā)明（設計）人: 潘敏強;易麗;朱宏賜;牛亞婷;張穎
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20
• 代理公司: 廣州市華學知識產(chǎn)權代理有限公司 44245
• 代理人: 王東東

1.一種服務器用微噴霧相變液冷均熱板，設置在服務器發(fā)熱芯片上部，其特征在于，包括微噴霧液冷模塊、均熱板本體、進氣管道、進液管道以及流體出口管道；

所述微噴霧液冷模塊包括順序?qū)盈B的上蓋板、噴霧板以及冷凝板；所述上蓋板設有氣體介質(zhì)入口和流體介質(zhì)出口；所述氣體介質(zhì)入口與進氣管道連通，所述流體介質(zhì)出口和流體出口管道連通；

所述噴霧板包括液體介質(zhì)入口、液體腔、陣列噴霧孔、氣體腔和流體介質(zhì)出口；所述液體介質(zhì)入口分別與進液管道、液體腔相連通，所述陣列噴霧孔與液體腔相連通，所述氣體腔與氣體介質(zhì)入口相連通；所述噴霧板的流體介質(zhì)出口與上蓋板的流體介質(zhì)出口上下位置對應相連通；

所述冷凝板包括噴霧腔和集流腔，所述噴霧腔用于為細小液滴群霧化提供空間，噴霧腔底部用于接受噴霧沖擊，所述集流腔與噴霧板上的流體介質(zhì)出口上下相連通；

陣列噴霧孔與噴霧腔的距離計算如下：

設陣列噴霧孔中，單個噴霧孔的理論噴霧高度H與理論噴霧圓直徑D及噴霧錐角θ關系為：H =0.5D/tan (θ/2);

噴霧腔的面積覆蓋噴霧腔的受熱面時，噴霧冷卻效率最佳，因此以噴霧腔的長度L和寬度W為陣列噴霧面積的邊界；

利用單一的噴霧圓計算整個陣列的噴霧面積，在相同噴嘴入口壓力條件下，采用的7×6陣列噴霧孔布局在噴射腔體地面產(chǎn)生的噴霧圓直徑需同時滿足D＞L/6以及D＞W(wǎng)/7得到噴霧空間的最小臨界噴霧高度值，由此確定冷凝板結構，從陣列噴霧孔出口底端到噴霧腔體底面的垂直距離大于得到的最小臨界噴霧高度值，保證液體冷卻介質(zhì)霧化的充足空間。

2.根據(jù)權利要求1所述的服務器用微噴霧相變液冷均熱板，其特征在于，所述陣列噴霧孔的截面積自上往下先減小后增大。

3.根據(jù)權利要求1-2任一項所述的服務器用微噴霧相變液冷均熱板，其特征在于，所述噴霧板與冷凝板的距離越近，陣列噴霧孔的孔數(shù)越多或孔徑越小。

4.根據(jù)權利要求1所述的服務器用微噴霧相變液冷均熱板，其特征在于，所述噴霧腔和集流腔的內(nèi)表面設置三維復雜表面結構，所述三維復雜表面結構包括微通道陣列或微擾流柱陣列。

5.根據(jù)權利要求1所述的服務器用微噴霧相變液冷均熱板，其特征在于，

所述均熱板本體包括冷凝板、吸液芯、蒸發(fā)板以及進液除氣管道；所述吸液芯設有Y形槽，所述吸液芯分別燒結在蒸發(fā)板的真空腔底面以及對應位置的冷凝板的下表面；

所述蒸發(fā)板設有Y形支撐柱、真空腔以及用于注入液體相變工質(zhì)以及將真空腔抽成低壓或真空狀態(tài)的進液除氣孔，所述Y形支撐柱是與蒸發(fā)板一體成型加工，所述進液除氣孔與進液除氣管道相連通。

6.一種散熱運行系統(tǒng)，其特征在于，包括如權利要求1-5任一項所述的微噴霧相變液冷均熱板、氣體流動回路及液體冷卻循環(huán)回路。

7.根據(jù)權利要求6所述的散熱運行系統(tǒng)，其特征在于，所述液體冷卻循環(huán)系統(tǒng)包括液體冷卻介質(zhì)流經(jīng)的液體換熱循環(huán)回路，所述液體換熱循環(huán)回路包括儲液罐、齒輪泵、過濾器、板式換熱器、控制針閥、液體流量計、壓力變送器及溫度傳感器；

以及液體冷卻介質(zhì)由過濾器流出后經(jīng)旁通閥流回儲液罐的液體卸壓循環(huán)回路。

8.根據(jù)權利要求6所述的散熱運行系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體流動回路中氣體介質(zhì)為不凝性的空氣，用于輔助進入微噴霧相變液冷均熱板的液體冷卻介質(zhì)實現(xiàn)霧化。

9.一種基于權利要求6-8任一項所述的散熱運行系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括：

服務器運行時，與發(fā)熱芯片接觸的微噴霧相變液冷均熱板的蒸發(fā)板受熱后，均熱板真空腔的液體工質(zhì)受熱蒸發(fā)，充滿整個真空腔，汽化后的氣體遇到溫度較低的冷凝板凝結成液態(tài)并釋放熱能；此刻，環(huán)境中的空氣連續(xù)不斷地被空氣壓縮機壓縮后進入儲氣罐形成高壓氣體，高壓氣體經(jīng)過管道輸送進入微噴霧相變液冷均熱板內(nèi)，為液體冷卻介質(zhì)實現(xiàn)霧化提供高壓氣體條件；

與此同時，參與換熱循環(huán)的液體冷卻介質(zhì)由齒輪泵輸送至微噴霧相變液冷均熱板內(nèi)，在陣列噴霧孔內(nèi)遇到高壓空氣后，在高壓作用下，液體冷卻介質(zhì)破碎成細小的液滴群并從陣列噴霧孔末端快速噴射至充滿低速流動或靜止空氣的噴霧腔內(nèi)，在液體表面張力、粘性、空氣阻力的相互作用下，逐漸由滴落、平滑流、波狀流轉(zhuǎn)變?yōu)殪F狀微細群并沖擊至噴霧腔的內(nèi)表面，依靠噴霧沖擊、液滴相變帶走由均熱板傳遞的服務器芯片的熱量；換熱后的氣液兩相介質(zhì)進入氣液分離裝置，分離后的高壓空氣被直接排至環(huán)境中被冷卻，液體冷卻介質(zhì)進入換熱器被冷卻后流回儲液罐，依此循環(huán)。