专利名称：一种发热装置蒸发冷却循环系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种发热装置的冷却系统。
背景技术：
电子设备中的各种电子元器件，尤其是电子芯片在工作时需要冷却散热。传统的解决方案是风冷。但是随着电子技术的发展，电子芯片的发热量越来越高，特别在大型电子设备向集约化、高密度发展的今天，传统的风冷方案在应对高热流密度时只能依靠提高风扇转速、增加送风量。而这只能造成更大的噪音污染和能源浪费。此外，风冷需要通畅的风路，即要求设备对外开放，这样容易造成外部灰尘随气流进入电子设备内部。灰尘的堆积不但进一步恶化冷却效果，又是造成芯片烧毁的一个重要原因。近几年来出现的用于大型电子设备冷却的水冷方案，只是将二次换热的空调系统换成了热空气与水进行热交换。这样的改进虽然提高了效率，但是实际上芯片侧的冷却依然是空冷，没有从根本上解决高热流密度电子元器件的散热瓶颈。大型高热流密度电子设备的发展要求一种新的高效可靠的冷却方案。
发明内容为了从根本上解决大型高热流密度电子设备散热冷却的问题，本实用新型提出了一种基于蒸发冷却技术的全浸式自循环冷却系统。相比传统风冷，该系统具有高效、节能、安静、可靠等优点，尤其适用于高热流密度大型电子设备，如服务器机群、超级计算机、磁盘阵列、变流器和变频器等。本实用新型的所有发热装置放置在一个密封的箱体内，箱体内充有低沸点的液态冷却介质，所有发热装置浸泡在低沸点的液态冷却介质中。发热装置周围的液态冷却介质吸收发热装置散发出的热量后气化带走热量。高温气态的冷却介质在上部冷凝器中放热凝结成液相后，回流入下面的液态介质池中，热量也最终被二次介质带走。值得注意的是，由于这里的液态冷却介质与发热装置直接接触冷却，所以选用的介质本身除了有较好的热物理参数外，还必须保证电气绝缘性、化学稳定性、无毒环保等等一系列要求，以确保长期使用中不会对设备和身体造成伤害。本冷却系统是全密闭式蒸发冷却自循环热力循环系统，冷却系统的循环动力恰好来源于所需带走热量，不需要外界再为冷却系统任何能量，绿色节能。并且具有自调节能力，自动适应热负荷的变化。[0009]本实用新型自循环蒸发冷却系统主要由储液层、自循环密封箱体和冷凝器组成。所述的储液层位于本实用新型自循环密封箱体的最下方，或者与自循环密封箱体平行放置，冷凝器放置于自循环密封箱体顶部内侧或者置于自循环密封箱体顶部外侧。自循环密封箱体与储液层通过带有阀门的管道连接；当冷凝器放置于自循环密封箱体顶部内侧时，冷凝管直接穿过自循环密封箱体壁面，在所述的自循环密封箱体壁面上固定及密封，与自循环密封箱体内的气相介质直接接触；当冷凝器置于自循环密封箱体顶部外侧时，通过自循环密封箱体顶部管道连接自循环密封箱体和冷凝器。当冷凝器放置于自循环密封箱体顶部内侧时，该自循环蒸发冷却系统还包括进水总管和出水总管，进水总管和出水总管放置在所述发热装置蒸发冷却循环系统外部。置于若干自循环密封箱体内部的冷凝器的冷凝管通过进水总管和出水总管实现全部并联。冷凝管可以是空心管，为直状、蛇形状或盘状。当冷凝器置于自循环密封箱体顶部外侧时，若干个自循环密封箱体的顶部管道通过集汽管并联，通过集汽管与置于所述的箱体外部的冷凝器连接，若干个自循环密封箱体的底部管道通过集液管并联，通过集液管与所述箱体外部冷凝器连接，即若干个自循环密封箱体共用一个置于所述的箱体外部的冷凝器。本实用新型中自循环密封箱体中所置的发热装置是一组或多组刀片计算单元、主板、CPU、GPU、内存，以及大功率电力电子器件等，自循环密封箱体中放置蒸发冷却介质。本实用新型结构简单可靠，适用于各种大型电子设备等发热装置，而且被冷却设备热密度越大，结构越紧凑，其冷却效果较风冷的优势越明显。考虑到电子设备等发热装置的可靠性和维护性，本实用新型自循环蒸发冷却系统外围采用多支路并联的管路设计，当电子设备等发热装置的一小部分需要停机维护或者故障更换时，可以在不影响其他部分继续工作的情况下，将该部分所处的密封箱体单元/刀片盒单元断电，然后将该密封箱体/刀片盒单元内液体介质放入储液层，而后开箱维护。密封箱体当中装设的发热装置的单元数为N，N > I。
图1a多台发热装置密封箱体结构示意图，图1b单台发热装置密封箱体结构示意图； 图2是本实用新型中分散冷凝单元的冷却系统总体结构示意图；图3是本实用新型中集中式冷凝单元的冷却系统总体结构示意图；图中:1储液层，2自循环密封箱体，3进水总管，4出水总管，5冷凝器，6集液总管，7集汽总管，60下液管，70出汽管，80冷凝管。
具体实施方式
以下结合附图和具体方式进一步说明本实用新型。图1a为包含多个发热装置的自循环密封箱体2，图中立式刀片架构仅为一例，该实用新型可适用于各种架构，冷凝器采用内置冷凝管80的形式。图1b为只含单个发热装置的自循环密封箱体2，60为下液管，70为出汽管。图2为本实用新型具体实施例1:冷却介质首先需要依靠外力灌入自循环密封箱体2，要求介质完全浸泡所有发热装置中的发热元器件；储液层I置于自循环密封箱体2的下部或者与密封箱体2平行放置，储液层I与自循环密封箱体2之间通过设有阀门的管道连接，当某个密封箱体2中的发热装置需要维护更换时，将该密封箱体与储液层之间连接的管道阀门打开进行排液。当发热装置正常工作时，介质在发热装置表面发生剧烈的相变换热，气化带走热量。然后，带着热量的气态介质依靠浮升力自动上升至密封箱体2顶部，与位于箱体2顶部的冷凝管80进行热交换，凝结成液体介质，重新滴落至密封箱体2的液态介质池中，完成自循环。整个系统可以自动地随着热负荷的变化调节循环速度，始终保持可靠的动态平衡。每个箱体当中的冷凝管80在箱体外部与进水总管3和出水总管4并联。图3为本实用新型的实施例2。如图3所示，多个密封箱体2并联，储液层I放置于密封箱体2的下部，当箱体2中的发热装置正常工作时，密封箱体2中的冷却介质吸热汽化，气态介质上升到密封箱体2顶部，通过出汽管70进入集汽总管7，然后进入冷凝器5，与冷凝器5中的二次冷却介质发生热交换凝结成液体从冷凝器流入到集液总管6再通过下液管60回流到密封箱体2中，参与下一次循环。冷凝器中的二次冷却介质的选择比较灵活，可以因地制宜。如当机房建设在江河湖海附近，便可以“就地取材”，二次冷却介质采用河水或者海水。一般的，也可以 选择室外空气强迫冷却或自来水。
权利要求1.一种发热装置蒸发冷却循环系统，其特征在于所述的蒸发冷却循环系统由储液层(I)、自循环密封箱体(2 )和冷凝器(5 )组成；所述的储液层(I)位于自循环密封箱体(2 )的最下方，或者与自循环密封箱体平行放置；所述的冷凝器(5)放置于自循环密封箱体(2)顶部内侧或者置于自循环密封箱体(2 )的顶部外侧；自循环密封箱体(2 )与储液层(I)通过带有阀门的管道连接；当冷凝器(5 )放置于自循环密封箱体(2 )顶部内侧时，冷凝管(80 )直接穿过自循环密封箱体(2)的壁面，在所述的自循环密封箱体(2)壁面上固定及密封，与自循环密封箱体(2)内的气相介质直接接触；当冷凝器(5)置于自循环密封箱体(2)顶部外侧时，通过自循环密封箱体顶部管道、出汽管(70 )和下液管(60 )分别连接自循环密封箱体(2)和冷凝器。
2.如权利要求1所述的发热装置蒸发冷却循环系统，其特征在于所述的循环系统还包括进水总管和出水总管，进水总管和出水总管放置在所述发热装置蒸发冷却循环系统的外部，置于自循环密封箱体(2)内的所述冷凝器(5)的冷凝管通过进水总管和出水总管并联。
3.如权利要求1所述的发热装置蒸发冷却循环系统，其特征在于所述置于自循环密封箱体(2)内部的冷凝器的冷凝管是空心管，为直状、蛇形状或盘状。
4.如权利要求1所述的发热装置蒸发冷却循环系统，其特征在于若干个所述的自循环密封箱体(2)的出汽管通过集汽管并联，通过集汽管与置于所述箱体外部的冷凝器连接，若干个自循环密封箱体(2)的下液管通过集液管并联，通过集液管与置于所述箱体外部的冷凝器连接。
5.如权利要求4所述的发热装置蒸发冷却循环系统，其特征在于若干个所述的自循环密封箱体共用一个置于所述箱体外部的冷凝器。
6.如权利要求1-5的任何一项所述的发热装置蒸发冷却循环系统，其特征在于所述的自循环密封箱体(2)内放置的发热装置是一组或多组刀片计算单元、主板、CPU、GPU、内存，以及大功率电力电子器件；所述的自循环密封箱体(2)内放置蒸发冷却介质。
专利摘要一种发热装置蒸发冷却循环系统，其特征在于所述的蒸发冷却循环系统由储液层(1)和自循环密封箱体(2)和冷凝器(5)组成；所述的储液层(1)位于自循环密封箱体(2)的最下方，或者与自循环密封箱体(2)平行放置，所述的冷凝器(5)放置于自循环密封箱体顶部内侧或者置于自循环密封箱体顶部外侧。自循环密封箱体(2)与储液层(1)通过带有阀门的管道连接；当冷凝器放置于自循环密封箱体顶部内侧时，冷凝管(80)直接穿过自循环密箱封体壁面,在所述的自循环密封箱体壁面上固定及密封,与自循环密封箱体内的气相介质直接接触；当冷凝器置于自循环密封箱体顶部外侧时,通过自循环密封箱体顶部管道连接自循环密封箱体和冷凝器。
文档编号H05K7/20GK203120350SQ201220713109
公开日2013年8月7日 申请日期2012年12月20日 优先权日2012年12月20日
发明者阮琳, 李振国, 张鹏, 熊斌 申请人:中国科学院电工研究所