一种浸没式液冷服务器及其内循环式高效节能散热系统的制作方法

本发明涉及服务器，特别涉及一种浸没式液冷服务器及其内循环式高效节能散热系统。

背景技术：

1、随着中国电子技术的发展，越来越多的电子设备已得到广泛使用。

2、服务器是电子设备中的重要组成部分，主要用于提供计算服务。根据服务器提供的服务类型，主要分为存储服务器、文件服务器、数据库服务器、应用程序服务器、网页服务器等。服务器的主要构成包括主板、处理器、硬盘、内存等，与通用的计算机架构类似。

3、在大数据时代，大量的it（information technology，信息技术）设备会集中放置在数据中心。这些数据中心包含各类型的服务器、存储、交换机及大量的机柜及其它基础设施。传统的数据中心采用风冷散热方式，能量消耗中约43%用于散热冷却，对应数据中心的pue（power usage effectiveness，能源使用效率）通常大于2，能源利用率较低，不符合信息行业绿色发展要求。并且当高功率密度的大型数据中心逐步成为主流后，常规的风冷散热方式由于散热极限较低，已经难以满足数据中心超高的散热需求。在这样的背景下，液冷冷却散热技术，尤其是浸没式冷却散热技术，因其散热效率高，噪声低、可靠性高等优势备受关注。

4、目前，根据冷却液在系统工作温度范围内是否发生相变，浸没式冷却系统可分为单相浸没式冷却系统和两相浸没式冷却系统。其中，单相浸没式冷却系统的冷却液主要通过循环对流传热带走发热设备的热量，后通过泵驱通过换热器将热量传递到冷却装置。两相浸没式冷却系统主要依靠沸点较低的冷却液沸腾汽化产生蒸汽，蒸汽运动到箱体上侧与通有低温冷却液的冷凝管接触遇冷凝结落回。与单相浸没式冷却系统相比，两相浸没式冷却系统传热系数和散热极限更高，具有更为广阔的应用前景。

5、两相浸没式冷却系统需要通过水泵来驱动外部冷却液进入冷凝器，与服务器机柜内的内部冷却液相变后产生的高温蒸汽进行热交换，以使高温蒸汽冷凝后重新进入服务器机柜内。在相关技术中，为保证水泵的运行和控制，两相浸没式冷却系统通常需要额外安装驱动电机，利用驱动电机驱动水泵进行工作，而驱动电机的耗电量较大，导致系统能耗额外增加，pue增高。并且，在整个热交换过程中，服务器产生的大量热能被浪费，这些热量还需要额外通过外部制冷设备耗费电量进行处理，导致能耗进一步加剧。

6、因此，如何在实现对两相冷却液的正常冷凝的基础上，降低系统能耗，提高能源利用率，是本领域技术人员面临的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种浸没式液冷服务器及其内循环式高效节能散热系统，能够利用服务器的热量作为动能，在实现对两相冷却液的正常冷凝的基础上，降低系统能耗，提高能源利用率。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种内循环式高效节能散热系统，包括服务器机柜、冷凝通道、引流部件、驱动机构；

3、所述服务器机柜内盛装有可产生气液相变的两相冷却液，用于浸没安装服务器节点；

4、所述服务器机柜的上侧区域连通有蒸汽引出管，用于引出所述服务器机柜内的两相冷却液吸热相变后形成的冷却液蒸汽；

5、所述冷凝通道贯穿所述服务器机柜的上侧区域，用于供冷凝介质流通，以对所述服务器机柜内的冷却液蒸汽进行冷凝；

6、所述引流部件与所述冷凝通道连通，用于驱动所述冷凝介质流经所述冷凝通道；

7、所述驱动机构包括安装于所述蒸汽引出管内的驱动叶轮，所述驱动叶轮用于在所述冷却液蒸汽的压力作用下进行旋转，且所述驱动叶轮的转轴与所述引流部件的动力输入端相连。

8、在一些具体实施方式中，所述蒸汽引出管连通在所述服务器机柜的顶壁或连通在所述服务器机柜的侧壁顶部。

9、在一些具体实施方式中，所述服务器机柜的侧壁上连通有蒸汽回流管，所述蒸汽回流管与所述蒸汽引出管连通，以将流经所述驱动叶轮的冷却液蒸汽回流至所述两相冷却液内。

10、在一些具体实施方式中，还包括连通于所述蒸汽引出管与所述蒸汽回流管之间的散热器，以对所述冷却液蒸汽进行冷凝。

11、在一些具体实施方式中，还包括设置于所述蒸汽回流管上的净化器，以对经过所述散热器冷凝形成的两相冷却液进行杂质过滤。

12、在一些具体实施方式中，所述服务器机柜内立设有若干块沿垂向延伸的安装隔板，各所述服务器节点均呈竖直姿态安装于各所述安装隔板上。

13、在一些具体实施方式中，各块所述安装隔板上均设置有导向滑轨，各所述服务器节点均可滑动地安装于所述导向滑轨上。

14、在一些具体实施方式中，所述冷凝通道沿预设方向贯穿所述服务器机柜的两侧侧壁，且所述冷凝通道的一端与冷凝介质源连通，所述冷凝通道的另一端与所述引流部件连通。

15、在一些具体实施方式中，所述引流部件为引流泵，且所述引流泵的动力输入端与所述驱动叶轮的转轴相连。

16、在一些具体实施方式中，所述引流泵为蠕动泵，且所述蠕动泵的驱动器与所述驱动叶轮的转轴相连，所述蠕动泵的泵管的一端与所述冷凝通道的另一端连通。

17、在一些具体实施方式中，所述冷凝通道包括第一冷凝管，所述第一冷凝管为具有弹热效应特性的形状记忆材料管；

18、所述驱动机构还包括传动组件和伸缩驱动组件，所述传动组件的输入端与所述驱动叶轮的转轴相连，所述传动组件的输出端与所述伸缩驱动组件的输入端动力连接，所述伸缩驱动组件的输出端与所述第一冷凝管相连，以带动所述第一冷凝管进行伸缩形变。

19、在一些具体实施方式中，所述第一冷凝管的一端与所述服务器机柜的侧壁相连，所述第一冷凝管的另一端位于所述服务器机柜内；

20、所述冷凝通道还包括第二冷凝管，所述第二冷凝管为软管，且所述第二冷凝管的一端与所述服务器机柜的侧壁相连，所述第二冷凝管的另一端与所述第一冷凝管的另一端连通。

21、在一些具体实施方式中，所述传动组件包括输入传动轴、固定在所述输入传动轴上的主动齿轮、输出传动轴、固定在所述输出传动轴上的从动齿轮；

22、所述输入传动轴与所述驱动叶轮的转轴相连，所述主动齿轮与所述从动齿轮啮合，所述输出传动轴与所述伸缩驱动组件的输入端动力连接。

23、在一些具体实施方式中，所述主动齿轮与所述从动齿轮的传动比大于1。

24、在一些具体实施方式中，所述伸缩驱动组件包括正反转切换子组件、丝杆和滑块；

25、所述正反转切换子组件的输入端与所述传动组件的输出端动力连接，所述正反转切换子组件的输出端与所述丝杆相连，以自动切换对所述丝杆的扭矩输出方向；

26、所述滑块环套在所述丝杆上并与其形成螺纹传动，且所述滑块与所述第一冷凝管相连。

27、在一些具体实施方式中，所述伸缩驱动组件还包括连接套；

28、所述连接套环套在所述第一冷凝管的管壁上，且所述连接套与所述滑块相连。

29、在一些具体实施方式中，所述正反转切换子组件包括中心轴、太阳轮、行星轮、内齿圈；

30、所述中心轴与所述传动组件的输出端相连，所述太阳轮及所述内齿圈均固定于所述中心轴上，所述行星轮择一地与所述太阳轮或所述内齿圈啮合，所述行星轮的转轴与所述丝杆相连，且所述太阳轮的外圆面仅局部设置有齿牙，所述内齿圈的内圆面仅局部设置有齿牙。

31、在一些具体实施方式中，所述正反转切换子组件还包括第一锥齿轮和第二锥齿轮；

32、所述第一锥齿轮的转轴与所述传动组件的输出端相连，所述第二锥齿轮固定在所述中心轴上，且所述第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合。

33、在一些具体实施方式中，所述服务器机柜内设置有支撑件，所述支撑件用于支撑所述第一冷凝管并对所述第一冷凝管的伸缩形变方向进行导向。

34、在一些具体实施方式中，还包括控制器、压力传感器和第一电磁节流阀；

35、所述压力传感器设置于所述服务器机柜内，用于检测所述服务器机柜内的气压；

36、所述第一电磁节流阀设置于所述蒸汽引出管上，用于控制所述蒸汽引出管的流通面积；

37、所述控制器与所述压力传感器信号连接，用于根据所述压力传感器的检测结果与预设阈值的关系，控制所述第一电磁节流阀的开度。

38、在一些具体实施方式中，所述第一电磁节流阀至少设置有两个，且分别设置于所述驱动叶轮的入口侧与出口侧。

39、在一些具体实施方式中，还包括补液管、第二电磁节流阀和液位传感器；

40、所述补液管与所述服务器机柜连通，用于对所述服务器机柜补充两相冷却液；

41、所述第二电磁节流阀设置于所述补液管上，用于控制所述补液管的流通面积；

42、所述液位传感器设置于所述服务器机柜内，用于检测所述服务器机柜内的两相冷却液的液位高度；

43、所述控制器与所述液位传感器信号连接，用于根据所述液位传感器的检测结果与预设阈值的关系，控制所述第二电磁节流阀的开度。

44、在一些具体实施方式中，所述驱动机构还包括编码器；

45、所述编码器用于检测所述驱动叶轮的转速及转动角度；

46、所述控制器与所述编码器信号连接，用于根据所述编码器的检测结果监测所述第一冷凝管的形变疲劳寿命。

47、本发明还提供一种浸没式液冷服务器，包括若干个服务器节点，还包括如上述任一项所述的内循环式高效节能散热系统。

48、本发明所提供的内循环式高效节能散热系统，主要包括服务器机柜、冷凝通道、引流部件和驱动机构。其中，服务器机柜为本系统的主体部件，在服务器机柜内盛装有一定量的两相冷却液，主要用于安装多个服务器节点，以通过两相冷却液完全浸没服务器节点，对服务器节点实现浸没式液冷散热。并且，两相冷却液的沸点较低，能够比较容易地通过吸热的方式相变形成冷却液蒸汽，或者通过放热的方式相变形成（液态）冷却液。同时，在服务器机柜的上侧区域连通有蒸汽引出管，该蒸汽引出管主要用于将服务器机柜内的两相冷却液吸热相变后形成的冷却液蒸汽引出，避免冷却液蒸汽全部蓄积在服务器机柜内的液面上方空间。冷凝通道贯穿服务器机柜的上侧区域，主要用于供冷凝介质进行流通，以使冷凝介质从服务器机柜的内部流过，而冷却液蒸汽均集中在服务器机柜内部的上侧空间，因此冷却液蒸汽在上升过程中将与冷凝通道接触，进而被冷凝介质冷凝，相变形成液态冷却液后重新落回服务器机柜内，实现冷却液的循环利用。引流部件与冷凝通道连通，主要用于对冷凝通道内的冷凝介质产生驱动力，以驱动冷凝介质流动并经过冷凝通道。驱动机构为核心部件，主要用于将冷却液蒸汽中的热能（来自于服务器）转化为引流部件的动能，代替驱动电机等动力部件驱动引流部件进行运转。驱动机构主要包括驱动叶轮，该驱动叶轮安装在蒸汽引出管内，与被引出的冷却液蒸汽接触，主要用于在冷却液蒸汽的压力（或推动）作用下进行旋转，以形成扭矩输出。同时，驱动叶轮的转轴与引流部件的动力输入端相连，从而将转轴旋转产生的扭矩输入到引流部件内，驱动引流部件进行运转，进而驱动冷凝介质持续流经冷凝通道，对冷却液蒸汽进行冷凝。

49、本发明的有益效果在于：两相冷却液吸收了服务器节点的热量后，相变形成冷却液蒸汽，部分冷却液蒸汽接触冷凝通道被冷凝成液态冷却液后重新滴落回服务器机柜内，部分冷却液蒸汽通过蒸汽引出管引出，该部分冷却液蒸汽在蒸汽引出管内流动时，推动驱动机构中的驱动叶轮进行旋转，驱动叶轮再将旋转动力输出至引流部件，驱动引流部件进行运转，而引流部件运转时将驱动冷凝介质持续流经冷凝通道，对冷却液蒸汽进行冷凝。其中，由于引流部件的运转动力来源是驱动叶轮，而驱动叶轮的旋转动力来源是冷却液蒸汽，冷却液蒸汽的能量又来自于各个服务器节点运行发热产生的热量，因此本发明合理利用了服务器的热量作为动能，无需额外安装驱动电机等部件对引流部件进行驱动，也无需通过其余制冷设备耗费电量对服务器的热量进行处理，能够在实现对两相冷却液的正常冷凝的基础上，降低系统能耗，提高能源利用率。

50、此外，在一些具体实施方式中，本发明还能够利用服务器的热量作为动能驱动第一冷凝管进行伸缩形变，从而利用第一冷凝管在伸缩形变过程中进行相变-逆相变时产生的弹热效应，周期性地迅速改变第一冷凝管的温度，进而在第一冷凝管内侧与冷凝介质形成高温差，并在第一冷凝管外侧与冷却液蒸汽形成高温差，以此提高冷却液蒸汽与冷凝介质的热交换效率，实现对各个服务器节点的高效节能散热。