一种液体浸没式冷却机柜的制作方法

本发明涉及电子设备的散热技术领域，尤其涉及一种液体浸没式冷却机柜。

背景技术：

随着计算机技术的快速发展，人们对于电子设备的性能要求也越来越高。一般来说，高性能电子设备有着较高的发热量，这使得传统的空气冷却方式不得不采取更低的控制温度以及更大的空气流量来满足高性能电子设备的散热要求，这将导致现有的空气冷却方式变得困难且复杂，同时冷却设备成本和冷却设备运行所需的电费也将成倍增加。

在空气冷却技术遇到瓶颈之后，人们开始尝试新的冷却技术，例如用液体替代空气作为电子设备的冷却介质就是其中的一个方向。作为传热介质，液体在传热效率和单位体积热容量方面有着空气无法比拟的优势。

浸没式液体冷却技术是液体冷却技术的一个技术分支，浸没式冷却指的是将电子设备直接浸没在绝缘的冷却液内，电子设备内的组件与冷却液直接进行热交换。常见的液体浸没式冷却机柜(以下简称液冷机柜)被设计成一种上部开口且具有一定容积的容器，其内部可以安装多台电子设备并盛有绝缘的冷却液，液冷机柜在底部设有冷却液进口，顶部设有冷却液出口，低温冷却液在机柜内与电子设备进行热交换后由冷却液出口排出机柜，但现有的液冷机柜中，由于没有对其内部的液体流动进行有效的组织和调节，导致冷却效率不高且效果不好。

技术实现要素：

本发明提供一种液体浸没式冷却机柜，通过调整机柜本体内部结构，从而对机柜本体内的液体流道进行优化，使液体冷却的效率进一步提高。

本发明实施例提供了一种液体浸没式冷却机柜，该液体浸没式冷却机柜包括机柜本体，所述机柜本体的底壁上设有第一隔板，所述第一隔板将所述机柜本体分为溢流区以及循环区；其中，

所述循环区内设有第二隔板，所述第二隔板与所述第一隔板并排设置，并将所述循环区分为电子设备安置区以及回流区；

所述电子设备安置区与所述回流区之间设有顶部通道以及底部通道，所述电子设备安置区内的冷却液吸收热量后一部分从所述第一隔板溢出进入所述溢流区，一部分经所述顶部通道进入所述回流区，所述回流区内的冷却液经所述底部通道进入所述电子设备安置区；

还包括进液管路与回液管路，所述进液管路与所述回流区连通，用于向所述回流区提供冷却液；所述回液管路与所述溢流区连通，用于导出所述溢流区内的冷却液。

上述实施例中，该液体浸没式冷却机通过设置隔板将机柜内的空间分为溢流区、电子设备安置区以及回流区，冷却液与电子设备进行热交换后在电子设备安置区的顶部将产生分层，位于上层的高温冷却液溢流进入溢流区，位于下层的低温冷却液进入回流区并与新鲜的冷却液进行混合后重新进入电子设备安置区进行热交换，提高了冷却液的循环效率，进而提高了电子设备的冷却效果。

可选的，所述电子设备安置区内设有多个推进器，所述多个推进器用于推动冷却液流动。

在具体设置时，所述多个推进器排列成多排，且所述电子设备安置区内的每个电子设备下方至少有一排推进器。

在具体进行安装时，还包括第三隔板，所述第三隔板设置在所述第一隔板以及所述第二隔板之间，且所述第三隔板上设有与每个推进器对应的安装孔，所述每个推进器固定在对应的安装孔内。

为了方便布线，所述电子设备安置区一侧沿竖直方向设有理线槽，且所述理线槽的顶部设有穿线挡板。

穿线挡板的结构有多种形式，在一个具体的实施例中，所述穿线挡板包括主板以及一端与所述主板连接，另一端为自由端的多个弹性挡片，且所述多个弹性挡片并排设置。

为了增强回流区内冷却液的流动，所述回流区内设有进液分配管，所述进液分配管与所述进液管路连通，且所述进液分配管沿长度方向设有多个喷嘴。

可选的，所述电子设备安置区的顶部设有两个支撑架，所述两个支撑架并排设置，且电子设备上设有与每个支撑架配合的挂耳。支撑架可以托住电子设备两端的挂耳，使得电子设备可以竖直的放入或移出机柜。

进一步的，该液体浸没式冷却机还包括：

进液温度传感器，设置在所述进液管路上，用于监测所述进液管路内冷却液的温度；

进液流量调节阀，设置在所述进液管路上，用于调节所述进液管路内冷却液的流量，即流入回流区的冷却液的流量；

回液温度传感器，设置在所述回液管路上，用于监测所述回液管路内冷却液的温度；

控制系统，与所述进液温度传感器、进液流量调节阀以及回液温度传感器信号连接，用于当所述进液温度传感器与所述回液温度传感器之间的温差大于设定值时，调节所述进液流量调节阀的开度，使进入所述回流区的冷却液的流量增加；当所述进液温度传感器与所述回液温度传感器之间的温差小于设定值时，调节所述进液流量调节阀的开度，使进入所述回流区的冷却液的流量减小。

进一步的，还包括：

液位传感器，设置在所述溢流区内，用于监测所述溢流区内冷却液的液面高度；

回液流量调节阀，设置在所述回液管路上，用于调节所述回液管路内冷却液的流量，即从溢流区流出的冷却液的流量；

控制系统与所述液位传感器以及所述回液流量调节阀信号连接，还用于当所述液位传感器显示的液位高度大于上限值时，调节所述回液流量调节阀的开度，使流出所述溢流区的冷却液的流量增加；当所述液位传感器显示的液位高度小于下限值时，调节所述回液流量调节阀的开度，使流出所述溢流区的冷却液的流量减小。

进一步的，所述电子设备安置区内设有多个推进器，所述多个推进器排列成多排，且所述电子设备安置区内的每个电子设备下方至少有一排推进器；

每个电子设备上设有温度传感器，所述温度传感器用于检测对应电子设备上的发热器件的温度；

所述控制系统与所述温度传感器以及所述多个推进器信号连接，还用于根据所述每个电子设备上的温度传感器检测到的温度调节对应的推进器的转速。

根据电子设备上温度传感器所检测到的温度，控制装置可以调节位于电子设备下方的推进器的转速，以增大或减小经过该电子设备的冷却液流量，从而使冷却液的流量能够与单台电子设备的发热量相适应。

附图说明

图1为本发明实施例提供的液体浸没式冷却机柜的结构示意图；

图2为图1中示出的机柜的剖视图；

图3为图1中示出的液体浸没式冷却机柜内冷却液的流动示意图；

图4为本发明实施例提供的推进器的结构示意图；

图5为图1中示出的液体浸没式冷却机柜的局部剖视图。

附图标记：

10-机柜本体

11-第一隔板12-第二隔板13-第三隔板

101-溢流区102-电子设备安置区103-回流区

20-推进器21-桨叶22-电动机23-安装支架

30-进液管路31-进液温度传感器32-进液流量调节阀

40-回液管路41-回液温度传感器42-回液流量调节阀

50-支撑架60-理线槽

70-穿线挡板71-主板72-弹性挡片

80-进液分配管81-喷嘴

90-液位传感器

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步详细地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种液体浸没式冷却机柜，该液体浸没式冷却机柜通过设置隔板优化了机柜内冷却液的流道，对冷却液的流动进行了有效的组织和调节，提高了冷却液的循环效率，进而提高了电子设备的冷却效果。

具体的，该液体浸没式冷却机柜包括机柜本体，机柜本体的底壁上设有第一隔板，第一隔板将机柜本体分为溢流区以及循环区；其中，

循环区内设有第二隔板，第二隔板与第一隔板并排设置，并将循环区分为电子设备安置区以及回流区；

电子设备安置区与回流区之间设有顶部通道以及底部通道，电子设备安置区内的冷却液吸收热量后一部分从第一隔板溢出进入溢流区，一部分经顶部通道进入回流区，回流区内的冷却液经底部通道进入电子设备安置区；

还包括进液管路与回液管路，进液管路与回流区连通，用于向回流区提供冷却液；回液管路与溢流区连通，用于导出溢流区内的冷却液。

上述实施例中，第一隔板以及第二隔板将机柜内的空间分为溢流区、电子设备安置区以及回流区，冷却液在电子设备安置区内与放入其中的电子设备进行热交换，由于不同电子设备的发热量不同，导致从电子设备顶部流出的冷却液的温度并不均匀，并且由于不同温度的冷却液密度产生的差异，冷却液将发生分层，温度较高、密度较小的冷却液会集中在靠近液面的位置，并从第一隔板溢出进入溢流区内，而温度较低、密度较大的冷却液会集中在液面下层到电子设备顶部这一区域，这部分冷却液将由电子设备安置区与回流区之间的顶部通道进入回流区并与进液管路提供的新鲜冷却液混合，再由电子设备安置区与回流区之间的底部通道再次进入电子设备安置区内参与冷却液与发热电子设备的热交换。这样，该液体浸没式冷却机柜通过合理的流道设计对冷却液的流动进行了有效的组织和调节，提高了冷却液的循环效率，进而提高了电子设备的冷却效果。

为了方便理解本发明提供的液体浸没式冷却机柜的结构，下面将结合附图对其进行详细的说明。

该液体浸没式冷却机柜通过冷却液对电子设备进行降温冷却，具体通过将电子设备直接浸没在冷却液中，使电子设备在运行中产生的热量可以直接传递给冷却液，从而达到冷却的目的。需要指出的是，所使用的冷却液具有绝缘、安全、稳定等特性，可作为冷却液的典型物质有：脂肪族化合物，或称脂肪类碳氢化物，主要包括石油烃基或异链烷烃基，如矿物油、合成油等；硅酮类物质，包括二甲基硅氧烷和甲基硅氧烷，也就是通常所说的硅油；氟碳化合物，主要指以氟取代相应碳链氢原子的有机化合物或聚合物，包括全氟烷烃、全氟氨、氢氟醚、全氟酮、氢氟烃等。

该液体浸没式冷却机柜的结构如图1～图3所示，包括机柜本体10，机柜本体10内盛有冷却液，为了对机柜本体10内冷却液的流动进行有效的组织和调节，提高冷却效果，该机柜本体10通过设置隔板对冷却液的流道进行了优化，具体的，包括第一隔板11以及第二隔板12，其中，第一隔板11设置在机柜本体10的底壁上，并将机柜本体10内的空间分为溢流区101以及循环区；第二隔板12位于循环区内，并与第一隔板11并排设置，第二隔板12将循环区分为电子设备安置区102以及回流区103，其中，电子设备安置区102介于溢流区101以及回流区103之间，电子设备安置区102与回流区103之间设有顶部通道以及底部通道，电子设备安置区102内的冷却液吸收热量后一部分从第一隔板11溢出进入溢流区101，一部分经顶部通道进入回流区103，回流区103内的冷却液经底部通道再次进入电子设备安置区102，这部分冷却液在电子设备安置区102以及回流区103之间形成循环，并且，回流区103还与设置在机柜本体10外的进液管路30连通，新补充的低温冷却液进入回流区103参与循环；如图2所示，以机柜本体10的底壁为参考，第一隔板11的高度高于第二隔板12，且第二隔板12与机柜本体10的底壁之间设有间隙，从而在电子设备安置区102以及回流区103之间形成了上述顶部通道以及底部通道，或者，也可以通过其他的结构形成上述顶部通过以及底部通道，在此，不再详细介绍。冷却液在电子设备安置区102内与放入其中的电子设备进行热交换，由于不同电子设备的发热量不同，导致从电子设备顶部流出的冷却液温度并不均匀，此时，由于流道截面积变大，电子设备顶部到冷却液液面这个区域内的液体流速将会减缓，在流速减缓后，由于液体的密度随温度升高而变小，冷却液将发生分层，温度较高、密度较小的液体集中在靠近液面的位置，并从第一隔板11溢出进入溢流区101内，温度较低、密度较大的液体集中在液面下层到电子设备顶部这一区域，这部分冷却液将由顶部通道进入回流区103。这样，该液体浸没式冷却机柜通过合理的流道设计对冷却液的流动进行了有效的组织和调节，提高了冷却液的循环效率，进而提高了电子设备的冷却效果。

具体设置时，电子设备安置区102的顶部设有两个支撑架50，这两个支撑架50并排设置，且电子设备顶部设有突出的两个挂耳，这两个支撑架50托住电子设备的挂耳，使电子设备悬置在冷却液中，这样，电子设备可以通过机柜本体10上部的开口竖直地置入或移出机柜本体10。

在电子设备安置区102的一侧沿竖直方向还设有理线槽60，理线槽60用于电子设备的布线，这样，与电子设备底部的i/o接口连接的网线以及电源线等可以通过理线槽60引到液面上方。如图2所述，理线槽60设置在电子设备安置区102靠近第一隔板11的一侧，也可以设置在第二隔板12一侧。在一个具体的实施例中，理线槽60的顶部设有穿线挡板70，理线槽60内的线缆可以穿过穿线挡板70并与外部设备连接。穿线挡板70能够阻挡冷却液从理线槽60顶部的开口进入机柜本体10上部区域，这使得大部分冷却液只能从电子设备的内部流过，并与电子设备内的发热器件进行热交换。穿线挡板70的结构如图5所示，包括主板71以及一端与主板71连接，另一端为自由端的多个弹性挡片72，这些弹性挡片72并排设置，且紧密相连。理线槽60内的线缆在穿过穿线挡板70时，弹性挡片72的自由端将翘起，从而形成供线缆穿过的孔洞，没有线缆穿过的区域，弹性挡片72紧密的连在一起以阻挡冷却液向上流动。继续参考图5，其中，主板71围成框型结构，且弹性挡片72排列成两排，并布置在中间区域内，每一排弹性挡片72与对应一侧的主板71连接。具体的，主板71与弹性挡片72可以为一体结构，在制作时，穿线挡板70可以由柔性材料制成并被分割形成上述主板71以及弹性挡片72。

电子设备安置区102内还设有多个推进器20，这些推进器20用于推动冷却液流动；这些推进器20与控制系统信号连接，并可根据控制系统的信号进行调速，当推进器20的转速发生变化时，经过电子设备的冷却液的流量也将随之变化。进一步的，在电子设备安置区102内，可以将推进器20设置成多排，并保证每个电子设备下方至少有一排推进器20，这些推进器20的排布方向与上方的电子设备的排布方向一致。其中，每排推进器20可以包含一个或多个推进器20，在推进器20的推动作用下，冷却液向上流动并进入位于推进器20上方的电子设备中，从而与该电子设备中的发热器件进行热交换，提高了冷却效果。在实际应用中，放置在机柜本体10内的电子设备的发热量并不相同，为了使冷却液的流量与单台电子设备的发热量相匹配，每个电子设备上设有温度传感器，温度传感器用于检测对应电子设备上的发热器件的温度；控制系统与温度传感器信号连接，控制系统还用于根据每个电子设备上的温度传感器检测到的温度调节对应的推进器的转速。具体的，当其中某一个电子设备的发热量增加时，则温度传感器检测到的温度升高，此时，控制系统将调节与该电子设备对应的推进器20的转速，使转速增加，则通过这些推进器20向上流动的冷却液的流量增大，与电子设备进行热交换的冷却液的流量增多，从而使冷却液的流量与单台电子设备的发热量相匹配。

为了便于推进器20的安装，机柜本体10内还设有第三隔板13，第三隔板13设置在第一隔板11以及第二隔板12之间，且第三隔板13上设有与每个推进器20对应的安装孔，每个推进器20都固定在对应的安装孔内。如图4所示，推进器20由桨叶21、电动机22以及安装支架23组成，推进器20的工作原理为：由电动机22带动桨叶21旋转，旋转的桨叶21推动其后方的液体向轴线前方流动，液体推动方向由桨叶21的结构和转动方向决定。一并参考图2、图3，第三隔板13平行于机柜本体10的底壁设置，推进器20固定在第三隔板13上，这些推进器20的排列方向与电子设备的布置方向一致，且每一排推进器20与一个电子设备相对应，并位于该电子设备的正下方，且可以根据控制系统的信号进行独立的调速。

在回流区103，为了增强液体的流动，回流区103内设有进液分配管80，进液分配管80与设置在机柜本体10外部的进液管路30连通，且进液分配管80沿长度方向设有多个喷嘴81，每个喷嘴81的喷射方向朝向回流区103的底部。喷嘴81将进入机柜本体10的冷却液的一部分势能转换为动能来增加喷嘴81出口处液体的流速，由于喷嘴81出口液体高速流动产生的射流效应，将带动冷却液向下流动，并在机柜本体10底部折流后在推进器20的作用下向上流动，与电子设备内部的发热器件进行热交换，吸热后的冷却液在电子设备顶部产生分层，温度较低、密度较小的下层液体受喷嘴81处射流作用的影响，快速向下流动并与新鲜的冷却液进行混合。这样，在推进器20的推动作用下以及喷嘴81处产生的射流效应的影响下，加强了冷却液在电子设备安置区102以及回流区103之间的循环流动，进一步提高了冷却效果。具体设置时，这些喷嘴81沿进液管路30均匀分布，从而使得进入机柜本体10的冷却液流量沿长度方向均匀分配。

机柜本体10的外部除设有进液管路30外，还设有回液管路40，具体的，进液管路30与回流区103连通，用于向回流区103提供冷却液，从电子设备安置区102进入回流区103的低温冷却液向下流动并与进液管路30提供的新鲜冷却液混合，并经底部通道再次进入电子设备安置区102内参与热交换；回液管路40与溢流区101连通，用于导出溢流区101内的高温冷却液，这部分冷却液即已与发热电子设备进行热交换，并从电子设备安置区102溢出的高温冷却液。在一个具体的实施例中，进液管路30与回液管路40连通，且进液管路30与回液管路40之间设有换热器以及压力泵，溢流区101内的高温冷却液通过回液管路40进入换热器中进行冷却降温，冷却后的低温冷却液在压力泵的驱动下通过进液管路30重新进入回流区103内。

进一步的，如图3所示，该液体浸没式冷却机柜还包括进液温度传感器31、进液流量调节阀32以及回液温度传感器41，其中，进液温度传感器31以及进液流量调节阀32分别设置在进液管路30上，进液温度传感器31用于监测进液管路30内冷却液的温度，进液流量调节阀32用于调节进液管路30内冷却液的流量，即流入回流区103的冷却液的流量；回液温度传感器41设置在回液管路40上，用于监测回液管路40内冷却液的温度；控制系统与上述进液温度传感器31、进液流量调节阀32以及回液温度传感器41信号连接，控制装置用于根据进液温度传感器与回液温度传感器之间的温差调节进液流量调节阀的开度，具体的，当电子设备的总发热量增大时，回液管路40内冷却液的温度将升高，且当进液温度传感器31与回液温度传感器41之间的温差大于设定值时，控制装置将调节进液流量调节阀32的开度，使进入回流区103的冷却液的流量增加，增加的这部分低温冷却液将进入机柜本体10参与热交换，从而使电子设备的温度保持在适当的范围内；反之，当电子设备的总发热量减少时，回液管路40内冷却液的温度将降低，且当进液温度传感器31与回液温度传感器41之间的温差小于设定值时，控制装置将调节进液流量调节阀32的开度，使进入回流区13的冷却液的流量减小。总之，控制系统可以根据进液温度传感器31与回液温度传感器41的温差调节进入机柜本体10内的冷却液流量，可以使得冷却液的流量与电子设备总的发热量相适应。

当进入机柜本体10的冷却液流量发生变化时，从电子设备安置区102顶部液面溢流到溢流区101内的冷却液的流量也会随之变化。为了使溢流区101内的液位始终保持在一个合适的范围内，该液冷机柜本体10还包括液位传感器90以及回液流量调节阀42，液位传感器90设置在溢流区101内，用于监测溢流区101内冷却液的液面高度；回液流量调节阀42设置在回液管路40上，用于调节回液管路40内冷却液的流量，即从溢流区101流出的冷却液的流量；控制系统与上述液位传感器90以及回液流量调节阀42连接，用于根据液位传感器90显示的液位高度调节回液流量调节阀42的开度。具体的，当进入机柜本体10的冷却液的流量增加时，溢流到溢流区101内的冷却液随之增多，溢流区101内液面升高，当液位传感器90显示的液位高度大于上限值时，通过控制装置调节回液流量调节阀42的开度，使从溢流区101流出的冷却液的流量增加，从而使过多的冷却液及时流出溢流区101；反之，当进入机柜本体10的冷却液的流量减少时，溢流到溢流区101内的冷却液随之减少，溢流区101内液面降低，当液位传感器90显示的液位高度小于下限值时，通过控制装置调节回液流量调节阀42的开度，使从溢流区101流出的冷却液的流量减小，保证溢流区101内的液位始终保持在一个合适的范围内。

当机柜本体10内电子设备的总发热量趋于稳定时，进液流量调节阀32和回液流量调节阀42的开度也将趋于稳定，进入机柜本体10的冷却液流量和流出机柜本体10的冷却液流量趋于一致，机柜本体10冷却系统达到稳定状态。

另外，该液体浸没式冷却机柜工作异常时，可能会导致溢流区101内的液面过高或过低，为了及时发现故障并进行处理，还可以在溢流区101内设置低液位开关和高液位开关，低液位开关用于监测溢流区101内的低液位告警点，若溢流区101内的液面达到低液位告警点，则发出报警信息；高液位开关用于监测溢流区101内的高液位告警点，若溢流区101内的液面达到高液位告警点，则发出报警信息。

通过以上描述可以看出，该液体浸没式冷却机柜通过设置隔板优化了机柜本体10内冷却液的流道，对冷却液的流动进行了有效的组织和调节，提高了冷却液的循环效率，进而提高了电子设备的冷却效果；同时，通过调节推进器20的转速使得冷却液的流量与单台电子设备的发热量相适应，并根据进液温度传感器31与回液温度传感器41的温差调节进入机柜本体10内的冷却液流量，使得冷却液的流量与电子设备总的发热量相适应。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。