一種用於冷卻電子設備的密封水冷設備的製作方法

2023-07-19 03:59:31

專利名稱：一種用於冷卻電子設備的密封水冷設備的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電子設備，特別是涉及伺服器機櫃、伺服器、網絡設備、PC、筆記本電腦等電腦設備產生的熱量的排散。
背景技術：
隨著信息技術的發展，電子設備的集成度越來越高，計算機和伺服器的性能越來越強，其相應的功率也越來越大，在帶來性能提升的同時也帶來了不斷上升的發熱量。當前，數據中心和高性能計算伺服器也在朝著更高密度、更高計算能力的方向發展，與此同時也帶來了更高的能耗和熱量密度，為這些設備進行冷卻和降低能耗成了很大的挑戰。目前數據中心普遍採取風冷散熱的方法，其弊端是散熱效率低和能耗高。例如傳統機房普遍採用的精密空調開孔地板下送風進行製冷的方式，單臺機櫃的最大散熱量為 3KW 5KW，而現在42U高的刀片式伺服器機架功率可高達15KW。有關統計表明，製冷設備的能源消耗要佔到整個數據中心能耗的50%左右。另外風冷散熱的發展也存在一定的限制。根據散熱的基本公式為Q=G* Δ T*C (Q 總冷量，G:流量，ΔΤ:溫差，C:比熱係數)。使用風冷，在比熱係數C相對不變的情況下，總散熱量的提高需要提高流量G和ΔΤ，即需要提高風速和降低冷風溫度。其限制在於，一方面風速受到設備承受能力的限制，難以滿足更高密度的計算需求。另一方面更高風速和更低冷風溫度需要消耗更多的能源。水的比熱係數是空氣的3500倍之多，使用水冷能大幅提高散熱效率和降低能耗。現有的水冷技術方面，一部份方案是通過直接在發熱量大的電腦部件(如CPU)上安裝冷媒置換管道，將設備散發的熱量通過管道接觸直接帶走，一部分方案是通過水冷門系統對伺服器機櫃進行冷卻。但是這些方案都存在冷卻水洩露的風險，冷卻水洩露可能會直接對設備造成損壞。
發明內容為解決現有散熱方法中風冷散熱效率低、能耗高和水冷對設備保護不足的問題， 本實用新型提供一種能將電腦設備密封起來用水冷散熱的設備，該設備不僅散熱效率高、 能耗低，而且能對電腦設備進行防水保護。本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是一種用於冷卻電子設備的密封水冷設備，包括水冷系統、密封系統和內部冷熱交換器。水冷系統包括水冷板、冷卻水管道和外部冷水源；水冷板上安裝有冷卻水槽，水冷板與冷卻水管道相連接，在連接處設置有水泵、溫度和流量傳感器以及洩漏傳感器，在冷卻水的出口連接處設置有防倒流片；水泵能根據所述溫度和流量傳感器以及洩漏傳感器的反饋而自動調節水流速度和關閉水流，洩漏傳感器能在發生洩漏時自動發出警報信號，防倒流片能阻止冷卻水倒流。外部冷水源通過冷卻水管道與水冷板相連接，外部冷水源可以是機房的或建築物內的水冷系統，或者可以由安裝在水冷板附近的散熱水箱和風扇組成。[0010]所述密封系統包括密封機箱、隔水接口擋板和電纜防水管道。所述密封機箱，在其機殼結合處以及機殼與其可拆卸部件的結合處安裝有密封墊圈進行密封防水；密封機箱內安裝有氣密洩露傳感器，氣密洩露傳感器上安裝有微型壓縮空氣罐，並與機箱電源接入點相連接，氣密洩露傳感器在機箱密閉通電後通過釋放壓縮空氣將機箱內氣壓增加到若干個標準大氣壓，並監控機箱內氣壓，當氣壓偏高或偏低時自動發出警報信號，當氣壓低於一定值時自動切斷機箱電源。所述隔水接口擋板上含有數據和電源接口，每個接口含有內外兩個接頭，外部接頭通過電源線或數據線透過隔水接口擋板的密封層後連接到內部接頭，內部接頭可以連接到機箱內部的電腦設備上。隔水接口擋板的外部安裝有防水基座，防水基座上可以安裝電纜防水管道，電纜防水管道將連接到接口的電源線和數據線包裹在內，防水基座上可以安裝防水封蓋，將未使用的接口密封起來。所述內部冷熱交換器包括熱傳導冷熱交換器和對流冷熱交換器。熱傳導冷熱交換器與密封機箱內壁和密封機箱內的發熱量大的電腦部件緊密接觸，能快速的傳導熱量，熱傳導冷熱交換器由上下兩片耦合在一起的導熱體組成，上下兩片導熱體之間安裝有彈簧； 發熱量大的電腦部件是CPU、主板南北橋晶片、顯卡、內存、硬碟等部件。對流冷熱交換器安裝在密封機箱內壁上，通過空氣流動吸收密封機箱內的餘熱；對流冷熱交換器由安裝有溫度傳感器和風扇的散熱片組成，風扇能根據溫度傳感器的反饋而自動調節風速。所述密封機箱的機箱體外一側安裝有機箱狀況監控系統，可以顯示機箱內氣壓， 溫度和風扇速度等信息。本實用新型的有益效果是，能顯著提高電腦設備的散熱效率，降低散熱能耗，還能對電腦設備進行防水保護。

圖1是本實用新型的散熱原理圖。圖2是本實用新型的密封結構平面示意圖。圖3是本實用新型的密封結構側面示意圖。圖4是一種用於冷卻刀片式伺服器機櫃的密封機箱結構正面示意圖。圖5是一種用於冷卻刀片式伺服器機櫃的密封機箱結構背面示意圖。圖6是一種用於冷卻刀片式伺服器機櫃的水冷機櫃單元結構示意圖。圖7是一種用於冷卻刀片式伺服器機櫃的水冷機櫃整體結構示意圖。各圖中，1.水冷板，2.冷卻水槽，3.冷卻水管道，4.冷卻水開關，5.電纜管道， 6.水泵，7.溫度和流量傳感器，8.洩漏傳感器，9.防倒流片，10.散熱水箱和風扇，11.機箱殼，12.密封墊圈，13.氣密洩露傳感器，14.機箱電源接入點，15.隔水接口擋板，16.電源線或數據線，17.密封層，18.外部接頭，19.內部接頭，20.熱傳導冷熱交換器，21.導熱體， 22.彈簧，23.對流冷熱交換器，24.溫度傳感器，25.風扇，26.散熱片，27.電源和數據接口，28.防水基座，29.電纜防水管道，30.防水封蓋，31.機箱狀況監控面板，32.發熱量大的電腦部件。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。[0023]如圖1所示，本實用新型的散熱結構是密封機箱內安裝有熱傳導冷熱交換器(20)和對流冷熱交換器(23)。熱傳導冷熱交換器(20)與機箱殼(11)和機箱內的CPU等發熱量大的電腦部件(32)緊密接觸，能快速的傳導熱量。熱傳導冷熱交換器(20)由上下兩片耦合在一起的導熱體(21)組成，上下兩片導熱體(21)之間安裝有彈簧(22)。對流冷熱交換器(23)安裝在機箱內壁上，通過空氣流動吸收機箱內的餘熱。對流冷熱交換器(23 )由安裝有溫度傳感器(24 )和風扇(25 )的散熱片(26 )組成，風扇(25 )能根據溫度傳感器(24 )的反饋而自動調節風速；通過熱傳導冷熱交換器(20 )和對流冷熱交換器(23 )，主要是熱傳導冷熱交換器(20 )，將密封機箱內電腦設備的熱量交換到機箱殼(11)上，然後通過密封機箱上的水冷板(1 )，將機箱殼(11)上的熱量交換到冷卻水中，然後通過機房的水冷系統散熱，或者通過安裝在密封機箱附近的散熱水箱和風扇(10)將水冷系統中的熱量交換到空氣中。如圖2，3所示，本實用新型的密封結構是密封機箱的機箱殼(11)分上下兩部分，上下兩部分結合處以及機箱殼(11)與安裝在機箱殼(11)上的隔水接口擋板(15)和機箱狀況監控面板(31)等可拆卸部件之間具有密封墊圈(12)。密封機箱的機箱內安裝有氣密洩露傳感器(13)，所述氣密洩露傳感器(13) 上安裝有微型壓縮空氣罐，並與機箱電源接入點(14)相連接。所述氣密洩露傳感器(13)在機箱密閉通電後通過釋放壓縮空氣將機箱內氣壓增加到若干個標準大氣壓，並監控機箱內氣壓，當氣壓偏高或偏低時自動發出警報信號，當氣壓低於一定值時自動切斷機箱電源。密封機箱的機箱殼(11)上安裝有隔水接口擋板(15)。隔水接口擋板(15)上含有電源和數據接口(27)，每個接口含有內外兩個接頭，外部接頭(18)通過電源線或數據線(16)透過擋板的密封層(17)後連接到內部接頭(19)，內部接頭(19)可以連接到機箱內部的電腦設備上， 隔水接口擋板(15)外部安裝有多個防水基座(28)，防水基座(28)上可以安裝電纜防水管道(29)，將連接到電源和數據接口(27)的電源線和數據線封裝在內。防水基座(28)上也可以安裝防水封蓋(30 )，將未使用的電源和數據接口( 27 )密封起來。在圖4，5，6，7中，本實用新型的實施例是一種用於刀片式伺服器機櫃的密封水冷設備。如圖4，5所示密封機箱的機箱殼(11)由鋁合金壓鑄而成，分上下兩部分，機箱殼(11)結合處以及機箱殼(11)與安裝在機箱殼(11)上的隔水接口擋板(15)和機箱狀況監控面板(31)等可拆卸部件之間具有密封墊圈(12)。密封機箱的機箱內安裝有氣密洩露傳感器(13)，所述氣密洩露傳感器(13)上安裝有微型壓縮空氣罐，並與機箱電源接入點(14)相連接。所述氣密洩露傳感器(13)在機箱密閉通電後通過釋放壓縮空氣將機箱內氣壓增加到若干個標準大氣壓，並監控機箱內氣壓，當氣壓偏高或偏低時自動發出RFID警報信號，當氣壓低於一定值時自動切斷機箱電源。密封機箱的機箱殼(11)上安裝有隔水接口擋板(15)。隔水接口擋板(15)上含有電源和數據接口(27)，所述接口通過電源線或數據線(16)透過擋板的密封層(17)後連接到擋板後的機箱內設備上。隔水接口擋板(15)外部安裝有多個防水基座(28)，防水基座(28)上可以安裝電纜防水管道(29)，將連接到電源和數據接口(27)的電源線和數據線封裝在內。防水基座(28 )上也可以安裝防水封蓋(30 )，將未使用的電源和數據接口(27)密封起來。
5[0030]密封機箱的機箱內安裝有熱傳導冷熱交換器(20)和對流冷熱交換器(23)。熱傳導冷熱交換器(20)與機箱殼(11)和機箱內的CPU等發熱量大的電腦部件(32)緊密接觸， 能快速的傳導熱量。熱傳導冷熱交換器(20)由上下兩片耦合在一起的導熱體(21)組成，上下兩片導熱體(21)之間安裝有彈簧(22)。對流冷熱交換器(23)安裝在機箱內壁上，通過空氣流動吸收機箱內的餘熱。對流冷熱交換器(23)由安裝有溫度傳感器(24)和風扇(25) 的散熱片(26 )組成，風扇(25 )能根據溫度傳感器(24 )的反饋而自動調節風速。熱傳導冷熱交換器(20)的導熱體(21)和對流冷熱交換器(23)的散熱片(26)由導熱性能良好的銅合金或鋁合金壓鑄而成。機箱前側安裝有機箱狀況監控面板(31)，可以顯示機箱內氣壓，溫度和風扇速度等信息。如圖6，7所示每個伺服器機櫃單元都安裝有由鋁合金壓鑄而成的水冷板(1)，水冷板(1)上安裝有冷卻水槽(2)，水冷板(1)與冷卻水管道(3)相連接。連接處安裝有冷卻水開關(4)，當該單元中沒有放置伺服器時，可以關閉該單元的冷卻水，減輕水冷系統的負荷。在水冷板 (1)與冷卻水管道(3)的連接處附近設置有水泵(6)、溫度和流量傳感器(7)和洩漏傳感器 (8)，在其冷卻水出口連接處設置有防倒流片(9)，所述水泵(6)能根據溫度和流量傳感器 (7)以及洩漏傳感器(8)的反饋而自動調節水流速度和關閉水流。洩漏傳感器(8)能在發生洩漏時自動發出RFID警報信號。防倒流片(9)，能阻止熱水倒流。外部冷水源可以是機房的水冷系統，通過冷卻水管道(3)與機柜上的水冷板(1)相連接。密封機箱的尺寸被設計為機櫃單元的內尺寸相當，刀片式伺服器插入機櫃後能與水冷板(1)緊密地接觸，確保熱量能快速的傳導到冷卻水中。機櫃內安裝有電纜管道(5)，電纜管道(5)在每個伺服器單元安裝有多個開口處， 每個開口處安裝有防水基座(28)，防水基座(28)上可以安裝電纜防水管道(29)，讓連接到伺服器的電纜從管道中通過。防水基座上(28)可以安裝防水封蓋(30)，將未使用的開口處封起來。
權利要求1.一種用於冷卻電子設備的密封水冷設備，其特徵是包括水冷系統、密封系統和內部冷熱交換器，所述水冷系統包括水冷板、冷卻水管道和外部冷水源；所述密封系統包括密封機箱、隔水接口擋板和電纜防水管道；所述內部冷熱交換器包括熱傳導冷熱交換器和對流冷熱交換器。
2.根據權利要求1所述的密封水冷設備，其特徵是所述水冷板上安裝有冷卻水槽，所述水冷板與所述冷卻水管道相連接，所述水冷板與所述冷卻水管道的連接處設置有水泵、 溫度和流量傳感器以及洩漏傳感器，所述水冷板與所述冷卻水管道的連接處的冷卻水出口端設置有防倒流片，所述水泵能根據所述溫度和流量傳感器以及洩漏傳感器的反饋而自動調節水流速度和關閉水流，所述洩漏傳感器，能在發生洩漏時自動發出警報信號，所述防倒流片，能阻止冷卻水倒流。
3.根據權利要求1所述的密封水冷設備，其特徵是所述外部冷水源通過冷卻水管道與所述水冷板相連接，所述外部冷水源可以是機房的或建築物內的水冷系統，或者可以由安裝在所述水冷板附近的散熱水箱和風扇組成。
4.根據權利要求1所述的密封水冷設備，其特徵是所述密封機箱在其機殼結合處以及機殼與其可拆卸部件的結合處安裝有密封墊圈進行密封防水。
5.根據權利要求1所述的密封水冷設備，其特徵是所述密封機箱內安裝有氣密洩露傳感器，所述氣密洩露傳感器上安裝有微型壓縮空氣罐，並與機箱電源接入點相連接，所述氣密洩露傳感器在機箱密閉通電後通過釋放壓縮空氣將機箱內氣壓增加到若干個標準大氣壓，並監控機箱內氣壓，當氣壓偏高或偏低時自動發出警報信號，當氣壓低於一定值時自動切斷機箱電源。
6.根據權利要求1所述的密封水冷設備，其特徵是所述隔水接口擋板上含有數據和電源接口，所述數據和電源接口的每個接口含有內外兩個接頭，外部接頭通過電源線或數據線透過所述隔水接口擋板的密封層後連接到所述隔水接口擋板後的內部接頭，所述內部接頭可以連接到機箱內部的電腦設備上。
7.根據權利要求1所述的密封水冷設備，其特徵是所述隔水接口擋板的外部安裝有防水基座，所述防水基座上可以安裝電纜防水管道，所述電纜防水管道將連接到接口的電源線和數據線包裹在內，所述防水基座上可以安裝防水封蓋，所述防水封蓋可以將未使用的接口密封起來。
8.根據權利要求1所述的密封水冷設備，其特徵是所述熱傳導冷熱交換器與所述密封機箱內壁和所述密封機箱內的發熱量大的電腦設備部件緊密接觸，能快速的傳導熱量， 所述熱傳導冷熱交換器由上下兩片耦合在一起的導熱體組成，所述上下兩片導熱體之間安裝有彈簧。
9.根據權利要求1所述的密封水冷設備，其特徵是所述對流冷熱交換器安裝在所述密封機箱內壁上，通過空氣流動吸收所述密封機箱內的餘熱，所述對流冷熱交換器由安裝有溫度傳感器和風扇的散熱片組成，所述風扇能根據所述溫度傳感器的反饋而自動調節風速。
10.根據權利要求1所述的密封水冷設備，其特徵是所述密封機箱的機箱體外一側安裝有機箱狀況監控系統。
專利摘要本實用新型涉及一種用於冷卻電子設備的密封水冷設備，具體涉及用於冷卻伺服器機櫃、伺服器、網絡設備、PC、筆記本電腦等電腦設備的設備。本技術方案的密封水冷設備包括水冷系統、密封系統和內部冷熱交換器，所述水冷系統包括水冷板、冷卻水管道和外部冷水源，所述密封系統包括密封機箱、隔水接口擋板和電纜防水管道，所述內部冷熱交換器包括熱傳導冷熱交換器和對流冷熱交換器。通過密封系統將電腦設備密封起來與水冷系統相隔離，防止水冷系統洩漏直接造成所述電腦設備的損壞。通過密封機箱內安裝的冷熱交換器，主要是熱傳導冷熱交換器，將機箱內電腦設備的熱量交換到機箱殼體上，然後通過與所述機箱相連接的水冷系統，將機箱殼體上的熱量交換到水冷系統中。本技術方案的優點是，能顯著提高電腦設備的散熱效率，降低散熱能耗，還能對電腦設備進行防水保護。
文檔編號H05K7/20GK202050634SQ20112016343
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月20日 優先權日2011年5月20日
發明者周哲明 申請人:周哲明