一种喷雾式相变冷却系统的制作方法

1.本实用新型属于大型数据中心冷却系统领域，特别是一种喷雾式相变冷却系统。


背景技术：

2.随着互联网时代的发展，数据中心作为支撑互联网产业的硬件设施随之空前的繁荣。全球数据中心市场规模越来越大，数据中心的建设朝着大型化、集中化发展，随之会带来严重的散热问题。高功耗所述电子器件密集的数据中心耗电量很大，如何提高数据中心的散热效率，解决散热问题，同时降低数据中心的散热能耗即降低pue值(power usage effectiveness,数据中心总能耗与it设备能耗的比值)是数据中心冷却研究的关键。
3.目前数据中心所采用的冷却技术中，主要包括风冷冷却技术、液(油)冷却技术、热管冷却技术等。风冷冷却技术，存在散热死角和局部紊流，易出现局部散热效果不好引起局部温度急剧升高；液(油)冷却技术通过直接接触式冷却，专利号cn106659092a和专利号cn108563305a分别提出了一种液冷喷淋机柜及其液冷喷淋系统一种喷淋式液冷服务器，其散热能力优于传统空调冷却技术，但本质上还是通过显热进行热交换，传热能力提高有限。热管冷却技术冷却效率虽高，但受限于工作温差条件限制，当遇到机房外环境温度过高时，冷却效率急剧下降。浸没式冷却是将发热电子器件浸没在绝缘冷却液中，利用冷却液的蒸发相变带走热量，传热效率高，但浸没式冷却需要大量绝缘液浸没工作发热器件，由于绝缘冷却工质价格昂贵，成本高是制约浸没式冷却规模化使用的关键。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种喷雾式相变冷却系统，采用直接接触式的喷雾相变冷却，通过雾状液滴和电子器件表面直接接触，通过雾化液滴相变潜热带走热量，喷头数量、位置和流量依据所述电子器件的位置和热流密度自由定义，实现了高冷却效率，集成度高，降低能耗、减小噪音；采用喷雾相变冷却，解决浸没式冷却价格昂贵的成本问题。
5.实现本实用新型目的的技术解决方案为：
6.一种喷雾式相变冷却系统，包括相变冷却液、微型泵、集液箱、冷凝器、密闭机箱、喷雾板、服务器机箱；
7.所述微型泵、集液箱、冷凝器均设置在密闭机箱内；所述微型泵设置在集液箱内，所述集液箱内设有相变冷却液；所述微型泵通过进液管路与喷雾板连接，用于将集液箱内相变冷却液泵入喷雾板腔内；所述喷雾板包括上盖板、下盖板；所述上盖板与下盖板配合，二者之间形成喷雾板的腔体结构；所述喷雾板作为所述服务器机箱上盖结构，并固定于所述服务器机箱上；喷雾板底部设有多个喷头，所述相变冷却液通过喷雾喷头喷出雾状冷却液至所述电子器件表面冷却；所述底盖板侧端上侧和下侧分别设有出汽口和回液口；所述密闭机箱上设有冷凝出气口，冷凝出气口与冷凝器相连，冷凝器回液口与集液箱相连。
8.本实用新型与现有技术相比，其显著优点是：
9.(1)实用新型采用喷雾冷却，通过雾状液滴和所述电子器件表面直接接触，通过雾
化液滴相变潜热带走热量实现了冷却效率高，能耗低；采用喷雾形式，解决喷淋或者风冷噪音大问题。
10.(2)本实用新型采用喷雾头集成于服务器上盖板，喷雾冷却板作为服务器上盖板功能使用，集成度高，节约空间，在实际的使用中能替代所以服务的上盖板实现喷雾冷却。装配简单，成本低、易于推广。
11.(3)依据服务器内发热器件位置布置数量和发热器件热耗控制喷头数量和喷雾流量、解决了部分所述电子器件热耗较高引起的局部过热问题，采用喷雾相变冷却，解决了需要大量工质浸没所述电子器件带来的昂贵成本。
附图说明
12.图1是喷雾相变冷却系统原理示意图。
13.图2是喷雾相变冷板与所述服务器机箱示意图。
14.图3是本实用新型的喷头结构示意图和喷头结构剖视图。
具体实施方式
15.下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步的介绍。
16.结合图1、图2，本实用新型的一种喷雾式相变冷却系统，包括相变冷却液1、微型泵2、集液箱3、电子膨胀阀4、冷凝器5、密闭机箱6、喷雾板7、服务器机箱8。
17.所述微型泵2、集液箱3、电子膨胀阀4、冷凝器5均设置在密闭机箱6内；所述微型泵2设置在集液箱3内，所述集液箱3内设有相变冷却液1；所述微型泵2通过进液管路与喷雾板7连接，用于将集液箱3内相变冷却液泵入喷雾板7腔内；所述喷雾板7包括上盖板75、下盖板71；所述上盖板75与下盖板71配合，二者之间形成喷雾板7的腔体结构；所述喷雾板7作为所述服务器机箱8上盖结构，并固定于所述服务器机箱8上；所述喷雾喷头72和所述下盖板71集成于一体，所述喷雾喷头72锥形导向机构和所述上盖板75集成于一体。喷雾板71底部设有多个喷头72，所述相变冷却液1通过喷雾喷头72喷出雾状冷却液至所述电子器件83表面冷却。所述底盖板侧端上侧和下侧分别设有出汽口82和回液口81，所述密闭机箱6上设有冷凝出气口，冷凝出气口与冷凝器5相连，冷凝器5回液口与集液箱3相连；当所述电子器件83表面温度未达到冷却沸点，随着大量冷却液的累积后通过所述回液口81排出进入所述集液箱3，当所述电子器件83表面温度达到冷却沸点汽化，气态冷却液从出汽口82排入密闭机箱6，然后在压力的作用下通过密闭机箱6上冷凝进气口进入所述冷凝装置5，冷凝后的液态冷却液在重力作用下进入所述集液箱3，同时在没有热耗的地方未及时发生相变冷却液也通过所述回液口81排出进入所述集液箱3，从而完成系统循序。
18.所述喷雾板7上设有进液口73，进液管路通过进液口73流入喷雾板7内，所述喷雾喷头72集成在所述喷雾板7上，相变冷却液通过喷嘴，雾化为小的液滴，击打在待冷却的器件表面，形成液膜，与器件表面进行换热，蒸发吸热成为蒸汽，随后通过冷凝放热将热量排出的方法实现高效的热量传递；为了保证每个所述喷雾喷头72的流量一致，所述喷雾板7的内的流动速度控制在0.5m/s以下，同时在所述喷雾板7内设置多个支撑柱74，让内部冷却液达到均匀流入所述喷雾板7腔体内，应当理解，所述喷雾板7内的低速流动和所述支撑柱74作用都是确保不同喷头出口的流量一致，同时所述支撑柱74能够加强所述喷雾板7强度，避
免腔体内部压力过高引起盖板变形，当整个系统稳定后，所述喷雾板7应处于一种恒压恒流的状态。
19.为了排除未发生充分相变后累计的相变冷却，使得器件表面不会形成液膜，降低相变的效果，位于服务器较低位置，所述喷雾板7和所述电子器件(印制板)8平行，与所述密闭机箱6安装成一定的角度，可利用这个斜度排出因未发生相变而累积冷却液时，服务器和密闭机箱6的安装角度优选地5
°
～20
°
。
20.优选地，为了解决所述电子器件83不同的发热功耗，进液管路中布置所述电子膨胀阀4，通过控制喷雾的流量来解决所述电子器件83热耗发生变化，所述电子膨胀阀4通过热耗表面的温度传感器来反馈，但不局限于此。
21.结合图3，优选地，为了解决所述电子器件83热耗分布不均匀问题，通过调节所述喷雾板7和所述电子器件83的高度和在热流密度大的地方布置多个喷头来解除，通过所述喷雾头72喷出为圆形的区域，圆形区域大小和所述喷雾头72出口角度和高度有关，所述喷头72距离所述电子器件83热源的高度为5～30mm。所述喷头72喷雾孔722的直径尺寸为0.2～1mm，应当理解，喷雾孔722孔的直径的直接决定雾化颗粒直径大小；所述上盖板75下端设有对个对应于喷头72的喷孔722的导向结构721，所述锥形导向结构721和所述喷孔722距离为0.1mm，所述锥形导向结构721和所述喷头锥角723决定了喷头的出口角度，为90
°
～120
°
，以上参数均为优先地，但不局限于此。
22.优先地，所述冷却液为绝缘相变冷却液，包括氟化液，但不局限于此种绝缘冷却液。
23.所述冷凝装置5位于喷雾相变冷却板装置上方，冷凝装置可利用翅片风冷散热，但不局限于此种散热方式，所述相变冷却液1通过重力回到所述集液箱3。