一种相变式散热系统

本发明涉及服务器散热，具体涉及一种相变式散热系统。

背景技术：

1、服务器作为数据中心的基础it设备，是数据存储、处理、转换和挖掘的重要载体。随着新兴技术对算力需求的持续增长，服务器微处理器的功率和热流密度随之增高。根据国际电子制造计划技术路线图预测，未来微处理系统的热流密度将攀升至1000w/cm2，服务器系统将面临巨大散热压力。

2、传统的数据中心采用风冷散热方式，初期搭建成本较低，但能源利用率较低且噪音影响较大。而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。单相液冷散热方式具有更高的换热系数，但在面对高热流密度时，需要不断提高泵的功率以应对散热压力，不利于节能减排的需求。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷中的至少一种而提供一种相变式散热系统，两相液冷散热是一种先进的散热技术，它利用液体工质相变时的潜热带走大量热量，具有换热系数高且能耗较低的特点，本发明设计的系统通过使用绝缘流体作为工质，避免了一般水冷系统的漏电风险，同时通过微结构冷头的散热方式促进工质在沸腾状态下的换热系数，显著提高了对发热元件的热去除效率，解决了服务器单元中高功率器件的散热问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种相变式散热系统，包括：

4、服务器机柜单元，其包括服务器机柜，以及设置于服务器机柜内的多个发热元件；

5、热交换单元，其包括微结构冷头、热交换机；所述微结构冷头与发热元件相贴合，二者之间的间隙填充有导热介质；所述微结构冷头内部设有填充流体工质的换热腔体；；所述微结构冷头的工质出口管路与热交换机相连通；所述热交换单元布置于服务器机柜单元相对位置的上方；所述导热介质可以是导热膏、液态金属、固体热界面材料或焊料。

6、工质供给单元，其包括依次连通的储液罐和驱动元件；所述储液罐的工质进口端与热交换机的工质出口端通过管路相连通，驱动元件的工质出口端与微结构冷头的工质进口端通过管路相连通。

7、进一步地，所述服务器机柜沿高度方向设置有多层服务器机柜托盘；所述服务器机柜托盘放置有服务器主板；所述服务器主板上安装有发热元件。本发明对服务器机柜托盘的固定方式不做限制，示例性的，服务器机柜托盘可以通过平行滑轨等方式和服务器机柜连接，平行滑轨可以便于服务器机柜托盘在服务器机柜中上下位置的调整。

8、可选地，在服务器机柜顶部设有散热风机可以将服务器内的气体从机柜顶部吹出，促进机柜内的气流循环。

9、可选地，所述服务器主板安装于服务器机箱中，所述服务器机箱尺寸结合服务器主板可以是1u、2u或多u。

10、优选地，所述发热元件通过卡扣或卡槽的方式嵌入于服务器主板上。需要说明的是，上述的发热元件的具体类型不做限制，示例性的，发热元件可以是cpu、gpu或芯片等高功耗器件。

11、进一步地，所述导热膏为导热硅脂，导热硅脂成本低且不存在导电风险；所述液态金属为镓、铟、锡、铋、锑金属元素的合金，在常温下可以保持液态；所述固体热界面材料选自导热垫、金属软垫、热界面胶片其中的一种；所述焊料的材料为低熔点金属材料。

12、更进一步地，所述导热介质选自导热膏、液态金属或固体热界面材料时，微结构冷头采用螺纹连接或卡扣的方式固定于发热元件上方，并通过紧固件施加的预紧力实现微结构冷头与发热元件的表面贴合。

13、更进一步地，所述导热介质为液态金属时，微结构冷头与发热元件的贴合界面四周要增设密封装置，防止液态金属泄露。本申请对密封装置不设限制，示例性的，微结构冷头与发热元件的贴合界面四周可以采用耐高温氟胶o型圈在螺纹连接或卡扣的预紧力下实现密封。

14、更进一步地，所述导热介质为焊料时，微结构冷头与发热元件采用焊接的方式连接，形成一体结构。

15、进一步地，所述热交换机的一侧或两侧安装有散热风机；当所述散热风机平行安装于热交换机散热表面的两侧时，所有的散热风机出风口方向保持一致。

16、进一步地，所述热交换机的数量有一个或多个；当有多个所述热交换机时，多个所述热交换机串联成一个整体。

17、进一步地，所述储液罐上设置有液位计、压力表和气体泄压阀；所述储液罐与驱动元件之间的管路上设置有过滤器。所述液位计用以检测储液罐内的液位高度，避免因工作流体过少而导致的运行风险；所述压力表用以检测系统压力情况；在填充工作流体介质后，通过截止阀连接真空泵排出工质循环系统中的空气；所述气体泄压阀用以防止因沸腾造成的管内压力过大；所述工质流体选自纳米流体、含氟化合物、超纯水其中的一种。

18、进一步地，所述驱动元件与微结构冷头之间的管路上设置有流量计。

19、进一步地，所述微结构冷头工质出口端通过工质出口通道与热交换机连通；所述微结构冷头的数量为多个时，多个所述微结构冷头工质出口端所连通的工质出口通道并联后再与热交换机连通，微结构冷头工质进口端所连通的工质进口通道也并联后再与驱动元件连通。

20、进一步地，所述微结构冷头分别与工质进口通道、工质出口通道之间通过不锈钢宝塔接头、不锈钢螺纹或快速接头连接。

21、进一步地，所述驱动元件包括齿轮泵、离心泵、柱塞泵或叶片泵中的一种。

22、优选地，所述热交换单元和工质供给单元布置于服务器机柜单元相对位置的上方或下方；工质流体经由工质进口通道进入微结构冷头，工质流体通过微结构冷头发生沸腾换热，带走发热元件的热量并使自身转化为含有大量蒸汽泡的两相状态，两相工质流体再经由工质出口通道进入热交换单元完成冷凝后回到工质供给单元，形成工质流体的相变式散热循环。

23、进一步地，所述热交换单元和工质供给单元集成于箱体中，箱体放置于服务器机柜最高处。

24、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

25、(1)本发明通过使用绝缘流体作为工质，避免了一般水冷系统的漏电风险，同时通过微结构冷头的散热方式促进工质在沸腾状态下的换热系数，显著提高了对发热元件的热去除效率，解决了服务器单元中高功率器件的散热问题。

26、(2)本发明通过必要的器件搭建了由微结构冷头、热交换单元和工质供给单元组成的循环散热系统，由于两相沸腾换热优异的散热能力，在不使用大功率散热器件的情况就能满足整个机柜系统的散热循环需要，在结构紧凑的同时，大大降低了系统能耗。

技术特征：

1.一种相变式散热系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种相变式散热系统，其特征在于，所述服务器机柜(11)沿高度方向设置有多层服务器机柜托盘(12)；所述服务器机柜托盘(12)放置有服务器主板(13)；所述服务器主板(13)上安装有发热元件(14)；所述发热元件(14)选自cpu、gpu、芯片其中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种相变式散热系统，其特征在于，所述热交换机(21)的一侧或两侧安装有散热风机(22)；当所述散热风机(22)平行安装于热交换机(21)散热表面的两侧时，所有的散热风机(22)出风口方向保持一致。

4.根据权利要求1所述的一种相变式散热系统，其特征在于，所述热交换机(21)的数量有一个或多个；当有多个所述热交换机(21)时，多个所述热交换机(21)串联成一个整体。

5.根据权利要求1所述的一种相变式散热系统，其特征在于，所述储液罐(31)上设置有液位计、压力表(32)和气体泄压阀；所述储液罐(31)与驱动元件(35)之间的管路上设置有过滤器(34)。

6.根据权利要求1所述的一种相变式散热系统，其特征在于，所述驱动元件(35)与微结构冷头(15)之间的管路上设置有流量计(36)。

7.根据权利要求1所述的一种相变式散热系统，其特征在于，所述微结构冷头(15)工质出口端通过工质出口通道(38)与热交换机(21)连通；所述微结构冷头(15)的数量为多个时，多个所述微结构冷头(15)工质出口端所连通的工质出口通道(38)并联后再与热交换机(21)连通，微结构冷头(15)工质进口端所连通的工质进口通道(37)也并联后再与驱动元件(35)连通。

8.根据权利要求7所述的一种相变式散热系统，其特征在于，所述微结构冷头(15)分别与工质进口通道(37)、工质出口通道(38)之间通过不锈钢宝塔接头、不锈钢螺纹或快速接头连接。

9.根据权利要求1所述的一种相变式散热系统，其特征在于，所述热交换单元(2)和工质供给单元(3)布置于服务器机柜单元(1)相对位置的上方或下方；工质流体经由工质进口通道(37)进入微结构冷头(15)，工质流体通过微结构冷头(15)发生沸腾换热，带走发热元件(14)的热量并使自身转化为含有大量蒸汽泡的两相状态，两相工质流体再经由工质出口通道(38)进入热交换单元(2)完成冷凝后回到工质供给单元(3)，形成工质流体的相变式散热循环。

10.根据权利要求1所述的一种相变式散热系统，其特征在于，所述热交换单元(2)和工质供给单元(3)集成于箱体(4)中，箱体(4)放置于服务器机柜(11)最高处。

技术总结本发明涉及一种相变式散热系统，包括：服务器机柜单元，其包括服务器机柜，以及设置于服务器机柜内的多个发热元件；热交换单元，其包括微结构冷头、热交换机；微结构冷头与发热元件相贴合，二者之间的间隙填充有导热介质；微结构冷头内部设有填充流体工质的换热腔体；微结构冷头的工质出口管路与热交换机相连通；工质供给单元，其包括依次连通的储液罐和驱动元件；储液罐的工质进口端与热交换机的工质出口端通过管路相连通，驱动元件的工质出口端与微结构冷头的工质进口端通过管路相连通。与现有技术相比，本发明通过使用绝缘流体作为工质，避免了一般水冷系统的漏电风险，同时通过微结构冷头的散热方式促进工质在沸腾状态下的换热系数，显著提高了对发热元件的热去除效率，解决了服务器单元中高功率器件的散热问题。技术研发人员：王有铜,潘振海受保护的技术使用者：上海应用技术大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9