冷却装置及单相浸没式液冷机柜的制作方法

本发明涉及电子信息设备散热技术领域，尤其涉及一种冷却装置及单相浸没式液冷机柜。

背景技术：

随着科技进步，大数据技术蓬勃发展，对于电子信息设备性能要求越来越高，性能提升必将带来电子元件的发热量和热流密度大幅度增加，若电子元件工作时产生的热量不及时带走，这些元件内部温度将迅速升高，而电子元件工作的可靠性对温度十分敏感，这给传统低效率的风冷技术带来严峻挑战，因此液冷技术逐渐成为高密度电子信息设备的散热技术研究热点。

一般单相浸没式液冷技术应用时，只是驱动冷却液从电子信息设备的进液端流入，从电子信息设备的出液端流出，冷却液在流过整个电子信息设备内部时，同时与主要发热元件以及次要发热元件进行热交换，而未针对主要发热元件和次要发热元件进行区分，导致冷量供给不够精确，存在着一定的冷量浪费。另外，由于电子信息设备内部流通截面积较大且发热元件排布杂乱且相互遮挡，这使得冷却液实际流速较低，无法有效充分地与主要发热元件进行换热。

技术实现要素：

本发明提供一种冷却装置及单相浸没式液冷机柜，用以提高冷却液与主要发热元件的换热效果，并实现冷却液的精确供给，减少冷量的浪费。

本发明实施例提供了一种冷却装置，用以冷却电子信息设备，所述电子信息设备内包含有主要发热元件以及次要发热元件；所述冷却装置包括：

散热器，用于贴设在所述主要发热元件的表面，并设有冷却液流道；

容器，容纳有与所述散热器连通的导流管路以及设置在所述导流管路上的循环泵；所述容器设有第一开口与第二开口，且所述容器通过所述第一开口与所述电子信息设备的内部空间连通，并通过所述第二开口与容纳所述电子信息设备的柜体连通；其中：

所述容器设置在所述电子信息设备的进液端，所述散热器的进液口与所述导流管路连通，所述散热器的出液口与所述电子信息设备的内部空间连通；

或者，所述容器设置在所述电子信息设备的出液端，所述散热器的进液口与所述电子信息设备的内部空间连通，所述散热器的出液口与所述导流管路连通。

上述实施例中，冷却液在流经散热器时吸收主要发热元件产生的热量，冷却液在流经电子信息设备的内部空间时吸收次要发热元件产生的热量，从而将主要发热元件与次要发热元件分别进行冷却，并有效地强化了冷却液与主要发热元件的换热效果，增强了单相浸没式液冷机柜的冷却性能；同时，可以根据主要发热元件的发热量调节冷却液的供给，有效减少冷量的浪费，提高了冷却效果。

可选的，所述容器的侧壁上设有i/o转接口，用于将电子信息设备上被容器遮挡的i/o接口转接到容器的侧面。

可选的，当所述散热器的出液口与所述电子信息设备的内部空间连通时，所述散热器的出液口靠近所述电子信息设备的进液端设置；

当所述散热器的进液口与所述电子信息设备的内部空间连通时，所述散热器的进液口靠近所述电子信息设备的出液端设置。

可选的，所述散热器的数量为多个，且所述冷却装置还包括设置在所述导流管路上的流量处理器，所述流量处理器包括一个总口和与所述散热器一一对应的多个分口，所述散热器分别与对应的分口连通。

可选的，所述散热器包括一个或多个液冷板，所述液冷板内设有流道，并设有与所述流道连通的第一支路以及第二支路；

当所述液冷板的数量为多个时，相邻的两个液冷板之间，后一个液冷板的第一支路与前一个液冷板的第二支路连通。

可选的，所述液冷板与对应的主要发热元件之间设有界面导热材料。

可选的，所述液冷板内的流道设有多个折弯部。这样设计可以增大冷却液与液冷板的接触面积，提高冷却液与液冷板的换热效果。

可选的，所述液冷板内部的流道中设有多排交叉排布的扰流柱。这样设计可以增大冷却液流动时的扰动，提高冷却液与液冷板的换热效果。

可选的，所述电子信息设备和所述容器浸没在所述柜体内的冷却液中，所述导流管路的一端从所述第二开口伸出至所述柜体内。

可选的，所述容器为侧壁和底壁密闭连接且顶部设有所述第一开口的容器，且所述容器的长度和宽度方向的尺寸与所述电子信息设备对应的尺寸保持一致。

本发明实施例还提供了一种单相浸没式液冷机柜，包括柜体，所述柜体设有供液管路、回液管路以及用于容纳冷却液以及多个电子信息设备的空间，还包括与每个电子信息设备一一对应且如上述技术方案所涉及的任一种冷却装置。

上述实施例中，可以先将冷却液导入散热器中吸收主要发热元件产生的热量，冷却液从散热器中流出后进入电子信息设备内部并吸收次要发热元件产生的热量，或者，也可以先将冷却液导入电子信息设备内部吸收次要发热元件产生的热量，然后进入散热器中吸收主要发热元件产生的热量，从而将主要发热元件与次要发热元件分别进行冷却；冷却液吸收主要发热元件以及次要发热元件产生的热量后温度升高，这部分高温冷却液通过出液管路进入冷却装置中进行放热，温度降低后的冷却液经进液管路再次回到柜体内完成一次循环。

可选的，所述多个电子信息设备的与所述柜体的内壁之间设有挡液板，所述挡液板介于所述柜体的进液口与出液口之间。

可选的，还包括控制装置以及用于检测所述主要发热元件的温度的温度传感器；

所述控制装置与所述循环泵以及所述温度传感器信号连接，用于根据所述温度传感器检测到的温度调节所述循环泵的转速。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种单相浸没式液冷机柜的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的电子信息设备以及冷却装置内部的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种单相浸没式液冷机柜的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种单相浸没式液冷机柜的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的液冷板的结构示意图。

附图标记：

01-柜体

011-供液管路012-回液管路

02-电子信息设备

021-主要发热元件022-次要发热元件

023-进液端024-出液端

03-液冷板031-流道0311-折弯部032-扰流柱

033-第一支管034-第二支管

04-导流管路05-循环泵

06-容器061-i/o转接口

07-流量处理器

08-挡液板

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用于冷却电子信息设备的冷却装置，通过将冷却液强制并集中性的通入到散热器中以冷却主要发热元件，将冷却液通入电子信息设备内部以冷却次要发热元件，从而将主要发热元件与次要发热元件分别进行冷却，提高了散热效果。

具体的，电子信息设备内包含有主要发热元件以及次要发热元件，且电子信息设备浸没在柜体内的冷却液中；冷却装置包括：

散热器，用于贴设在主要发热元件表面，并设有冷却液流道；

容器，容纳有与散热器连通的导流管路、设置在导流管路上的循环泵；容器上设有第一开口与第二开口，且该容器通过第一开口与电子信息设备的内部空间连通，并通过第二开口与容纳电子信息设备的柜体连通；其中：

容器设置在电子信息设备的进液端，且散热器的进液口与导流管路连通，散热器的出液口与电子信息设备的内部空间连通；

或者，容器设置在电子信息设备的出液端，且散热器的进液口与电子信息设备的内部空间连通，散热器的出液口与导流管路连通。

上述实施例中，当冷却装置中的容器设置在电子信息设备的进液端时，外部低温的冷却液进入柜体后首先进入容器中，并在循环泵的作用下沿导流管路进入散热器中，并吸收主要发热元件产生的热量，冷却液从散热器的出液口流出后在电子信息设备内再次吸收次要发热元件产生的热量，与所有发热元件产生热交换后，冷却液从电子信息设备的出液端流出，最后经回液管路排出柜体；当冷却装置中的容器设置在电子信息设备的出液口时，机柜内的冷却液先由电子信息设备的进液端流入电子信息设备内部并吸收次要发热元件产生的热量，在循环泵的作用下，冷却液进入散热器中再次吸收主要发热元件产生的热量，与所有发热元件产生热交换后，冷却液通过导流管路流出电子信息设备，最后经回液管路排出柜体；这样，通过将冷却液强制并集中性的通入到散热器中以冷却主要发热元件，从而降低了冷却液与主要发热元件之间的换热热阻，有效地强化了冷却液与主要发热元件的换热效果，增强了单相浸没式液冷机柜的冷却性能，同时，由于主要发热元件与次要发热元件分别进行冷却，因此可以根据主要发热元件的发热量调节冷却液的供给，有效减少冷量的浪费，提高了冷却效果。

为了更加清楚的了解本发明实施例提供的冷却装置以及单相浸没式液冷机柜的结构以及工作原理，现结合附图进行详细的描述。

一并参考图1、图2，电子信息设备02浸没在柜体01内的冷却液中，电子信息设备02包括壳体以及设置在壳体内部的多种电器元件，可分为主要发热元件021和次要发热元件022，主要发热元件021指的是电子信息设备上发热量较大或热流密度较高的器件，次要发热元件022指的是电子信息设备上其它发热量较小且热流密度较低的器件。每个电子信息设备02具有进液端023以及出液端024，电子信息设备02的进液端023和出液端024是相对于冷却液的流向而言的，并不特指电子信息设备02的某一端；从结构上来说，电子信息设备02一般为长方体结构，包括前端与后端，前端指设有挂耳、开关机按键的一端，后端是与前端相对的一端，前端和后端的壳体上都设有开口，当冷却液从电子信息设备02的前端进入，穿过电子信息设备02的内部空间并从后端流出时，前端则为电子信息设备的进液端023，后端则为出液端024，反之，当冷却液从电子信息设备02的后端进入，从前端流出时，则后端为电子信息设备02的进液端023，前端为出液端024。

冷却装置包括设置在每个电子信息设备02内部并用于为主要发热元件021进行散热的散热器，散热器贴设在主要发热元件021表面，并设有冷却液流道。电子信息设备02上的主要发热元件021产生的热量首先通过导热方式传递给散热器，冷却液在流经散热器时带走大部分的热量，从而起到冷却主要发热元件021的作用，为了提高散热效果，散热器与主要发热元件021之间设有界面导热材料。冷却装置还包括与散热器连通的导流管路04、设置在导流管路04上的循环泵05以及用于容纳导流管路04与循环泵05的容器06，其中，容器06上设有第一开口与第二开口，容器06通过上述第一开口与电子信息设备02内部连通，并通过第二开口与容纳电子信息设备02的柜体01连通；具体连接时，容器06可以设置在电子信息设备02的进液端023，此时，导流管路04与散热器的进液口连通，外部低温的冷却液进入柜体01后首先进入容器06中，在循环泵05的作用下，低温的冷却液沿管路进入散热器中，冷却液吸收主要发热元件021产生的热量后从散热器的出液口流出并进入电子信息设备02内，冷却液再次吸收次要发热元件022产生的热量，吸热后的冷却液从电子信息设备02的出液端024流出，并经回液管路012排出柜体01；或者，容器06也可以设置在电子信息设备02的出液端024，此时，导流管路04与散热器的出液口连通，外部低温的冷却液进入柜体01内，并由电子信息设备02的进液端023进入电子信息设备02内，冷却液吸收次要发热元件022产生的热量后在循环泵05的作用下进入散热器中，再次吸收主要发热元件021产生的热量，吸热后的冷却液从散热器中流出并经导流管路04排出，进入柜体01内，最后经回液管路012排出柜体01。这样，通过将冷却液强制并集中性的通入到散热器中以冷却主要发热元件021，从而降低了冷却液与主要发热元件021之间的换热热阻，有效地强化了冷却液与主要发热元件021的换热效果，增强了单相浸没式液冷机柜的冷却性能，同时，由于主要发热元件021与次要发热元件022分别进行冷却，因此可以根据主要发热元件021的发热量调节冷却液的供给，有效减少冷量的浪费，提高了冷却效果。

具体设置时，容器06为侧壁和底壁密闭连接且顶部敞口的容器，且容器06的长宽尺寸与电子信息设备02的长宽尺寸保持一致，容器06上敞口的部分形成上述第一开口，第二开口可以设置在底壁或侧壁上。

进一步的，导流管路04的一端从容器06的第二出口伸出至柜体01内，当容器06设置在电子信息设备02的进液端023时，容器06的内部空间与电子信息设备02的内部空间连通，容器06将柜体01进液口一侧温度较低的冷却液与电子信息设备02内温度较高的冷却液进行隔离，导流管路04一端伸至靠近柜体01的进液口一侧，另一端与散热器的进液口连通，在循环泵05的作用下，柜体01内这部分温度较低的冷却液沿管路进入散热器中以冷却主要发热元件021，从散热器中流出的冷却液进入电子信息设备02后与次要发热元件022进行热交换，吸热后的冷却液从电子信息设备02的出液端024流出。为了增强冷却液与次要发热元件022之间的换热效果，散热器的出液口靠近电子信息设备02的进液端023设置，这样，从散热器中流出的冷却液可以从电子信息设备02的进液端023向出液端024流动，冷却液在流动过程中与次要发热元件022进行热交换，增强了换热效果，并避免了电子信息设备02内形成循环死区。同理，当容器06设置在电子信息设备02的出液端024时，容器06的内部空间与电子信息设备02的内部空间连通，容器06将电子信息设备02内温度较低的冷却液与位于柜体01的出液口一侧的温度较高的冷却液进行隔离，导流管路04的一端伸至靠近柜体01的出液口一侧，另一端与散热器的出液口连通，外部低温的冷却液进入柜体01后，首先从电子信息设备02的进液端023流入电子信息设备02内，并向出液端024流动，在流动过程中，冷却液与次要发热元件022进行热交换，冷却液吸收次要发热元件022产生的热量后在循环泵05的作用下进入散热器中，再次吸收主要发热元件021产生的热量，吸热后的冷却液从散热器中流出，并经导流管路04流入柜体01，最后经回液管路012排出柜体01。为了增强冷却液与次要发热元件022之间的换热效果，散热器的进液口靠近电子信息设备02的出液端024设置，这样保证了进入散热器的冷却液在电子信息设备02内与所有次要发热元件022均进行了热交换，提高了次要发热元件022的冷却效果，并避免了在电子信息设备02内形成循环死区。

为了防止冷却液不经电子信息内部直接从柜体01的进液口流向出液口，电子信息设备02与柜体01的内壁之间设有挡液板08，挡液板08介于柜体01的进液口与出液口之间，这样，受挡液板08的阻挡，进入柜体01的低温冷却液必须穿过电子信息内部才能到达柜体01的出液口一侧。

散热器的数量可以根据主要发热元件021的数量进行设置，当电子信息设备02内设有多个散热器时，冷却装置还包括设置在导流管路04上的流量处理器07，流量处理器07包括一个总口和与散热器一一对应的多个分口，散热器分别与对应的分口连通。当容器06设置在电子信息设备02的进液端023时，流量处理器07起分液器的作用，即将从柜体01内抽取的低温冷却液分配到每个散热器中，当容器06设置在电子信息设备02的出液端024时，流量处理器07起集液器的作用，即将从每个散热器中流出的冷却液汇集并排出至柜体01内。

具体设置时，每个散热器包括一个或多个液冷板03，液冷板03内设有流道031，并设有与流道031连通的第一支管033以及第二支管034。当每个散热器包括一个液冷板03时，在每个电子信息设备02内，这些液冷板03并联连接，每个液冷板03通过第一支管033与流量处理器07连接，并通过第二支管034与电子信息设备02的内部空间连通；当每个散热器包括多个液冷板03时，在每个散热器中，这些液冷板03串联连接，在进行串联时，将后一个液冷板03的第一支管033与前一个液冷板03的第二支管034连通，这样进行串联后，这一组液冷板03通过位于一端的第一支管033与流量处理器07连通，并通过位于另一端的第二支管034与电子信息设备02的内部空间连通，多个这样串联后的液冷板03再并联连接；或者，还可以是几个液冷板03串联再与其它的液冷板03并联，具体可以根据电子信息设备02内的主要发热元件021的分布情况进行设置。由于电子信息设备02内部结构复杂，第一支管033与第二支管034可以采用软管，采用软管连接方便，且走管不易与电子信息设备02上其他电子元件发生干涉。

上述散热过程中，电子信息设备02上的主要发热元件021产生的热量首先通过导热方式传递给液冷板03，冷却液在流经液冷板03时带走大部分的热量。为强化导热过程，液冷板03由高导热率的材料制作，可以是但不限于是铜或铝等，同时，为减小主要发热元件021与液冷板03之间的接触热阻，液冷板03需紧密贴合在主要发热元件021的表面，且两者接触面要表面平整，接触面之间的间隙可以填充界面导热材料，界面导热材料可以是但不限于是铟片或导热硅脂，材料的类型及填充尺寸要求可根据主要发热元件021发热量优化确定。在液冷板03吸收主要发热元件021热量后，液冷板03通过对流换热方式将主要热量传递给液冷板03内部的冷却液，为了增强冷却液与液冷板03之间的对流换热系数，可以通过结构设计增大液冷板03与冷却液的接触面积，增强冷却液流过液冷板03内部时的扰动，具体的，如图5所示，液冷板03内部的流道031具有多个折弯0311，即冷却液在流经液冷板03时经过了多次折返，并且，还可以在液冷板03内部的流道031中设置多排交叉排布的扰流柱032，扰流柱032为横截面可以为圆形、菱形或其他形状。液冷板03可以但不限于是微通道液冷板03，微通道液冷板03的外形尺寸、内部流道031尺寸、流道031折返次数及扰流柱032尺寸均根据冷却液物性参数及电子信息设备02主要发热元件021的发热情况优化获得。

本发明实施例还提供了一种单相浸没式液冷机柜，一并参考图1、图3、图4，包括柜体01，柜体01设有供液管路011、回液管路012以及与供液管路011、回液管路012连通并用于容纳冷却液以及多个电子信息设备02的空间，其中，供液管路011用于向柜体01内部输送低温冷却液，回液管路012用于将柜体01内的高温冷却液输出；还包括与每个电子信息设备一一对应的如上述任一种技术方案中所涉及的冷却装置。

为了防止冷却液不经电子信息内部直接从柜体01的进液口流向出液口，电子信息设备02与柜体01的内壁之间设有挡液板08，挡液板08介于柜体01的进液口与出液口之间，这样，受挡液板08的阻挡，进入柜体01的低温冷却液必须穿过电子信息内部才能到达柜体01的出液口一侧。

另外，还包括控制装置以及分别用于检测主要发热元件021的温度传感器，控制装置与温度传感器以及循环泵05信号连接，用于根据温度传感器检测到的温度调节循环泵05的转速。当主要发热元件021的温度高于合理值时，通过增加循环泵05的转速，增大冷却液的流量，使主要发热元件的温度下降，反之，当主要发热元件021的温度低于合理值时，通过降低循环泵05的转速，减少冷却液的流量，使主要发热元件的温度上升，通过上述控制可以使发热元件工作在一个合理且相对恒定的温度区间上。

在一个具体的实施例中，如图1所示，供液管路011位于柜体01的底部，回液管路012位于柜体01的顶部，低温的冷却液从底部进入机柜内，高温的冷却液从顶部流出，针对每一个电子信息设备02，电子信息设备02的后端为进液端023，前端为出液端024，冷却装置包括两个散热器以及与每个散热器连通的流量处理器07，每个散热器包括两个串联连接的液冷板03，即，两个液冷板03串联后再与另两个串联后的液冷板03并联，或者，如图3所示，这几个液冷板03还可以分别并联连接；容器06设置在电子信息设备02的进液端023，导流管路04的一端从容器06中伸出至柜体01的底部，另一端通过流量处理器07与散热器的进液口连通，在循环泵05的作用下，机柜内的低温冷却液通过流量处理器07分配到每个散热器中，冷却液吸收主要发热元件021产生的热量后从散热器流出至电子信息设备02内，并再次吸收次要发热元件022产生的热量。参考图1、图3所示的结构(冷却液下进上出形式)，在一些机柜中，还可以将冷却装置中的容器06设置在电子信息设备02的出液端024，此时，导流管路04的一端从容器06中伸出至柜体01的顶部，另一端通过流量处理器07与散热器的出液口连通，在循环泵05的作用下，电子信息设备02内与次要发热元件022产生热交换后的冷却液进入散热器中再次吸收主要发热元件021产生的热量，最后经导流管路04排出至柜体01。

在另一个具体的实施例中，如图4所示，供液管路011位于柜体01的顶部，回液管路012位于柜体01的底部，低温的冷却液从顶部进入机柜内，高温的冷却液从底部流出。针对每一个电子信息设备02，电子信息设备02的前端为进液端023，后端为出液端024，冷却装置包括两个散热器以及与每个散热器连通的流量处理器07，每个散热器包括两个串联连接的液冷板03，即，两个液冷板03串联后再与另两个串联后的液冷板03并联；容器06设置在电子信息设备02的出液端024，导流管路04的一端从容器06中伸出至柜体01的底部，另一端通过流量处理器07与散热器的出液口连通，外部低温的冷却液通过进液管路011进入柜体01后，由电子信息设备02的进液端023进入内部，并由进液端023向出液端024流动，在流动过程中，冷却液吸收次要发热元件022产生的热量，在循环泵05的作用下，冷却液进入散热器中再次吸收主要发热元件021产生的热量，最后经导流管路04排出至柜体01。参考图4所示的结构(冷却液上进下出形式)，在一些机柜中，还可以将容器06设置在电子信息设备02的进液端023，此时，导流管路04的一端从容器06中伸出至柜体01的顶部，另一端通过流量处理器07与散热器的进液口连通，在循环泵05的作用下，机柜内的低温冷却液通过流量处理器07分配到每个散热器中，冷却液吸收主要发热元件021产生的热量后从散热器流出至电子信息设备02内，并再次吸收次要发热元件022产生的热量。

从结构上来看，图1、图3、图4所示的这几种机柜中，容器06都靠近柜体01的底部设置，或者说设置在电子信息设备02的后端，这样设置可以不影响电子信息设备02的开关机功能，将容器06设置在电子信息设备02的后端后，为了将电子信息设备02上的线缆引出，容器06的侧壁上设有i/o转接口061，i/o转接口061包括但不限于多个usb接口、rj45接口、c13电源接口。

通过以上描述可以看出，本发明实施例提供的单相浸没式液冷机柜通过将冷却液强制并集中性的通入到散热器中以冷却主要发热元件，将冷却液通入电子信息设备内部以冷却次要发热元件，从而将主要发热元件与次要发热元件分别进行冷却，提高了散热效果，其中，冷却液可以是先经过主要发热元件再经过次要发热元件，也可以是先经过次要发热元件再经过主要发热元件。

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。