液冷式集装箱设备的制作方法

本发明属于服务器技术领域，涉及集装箱式服务器，尤其涉及液冷式集装箱设备。

背景技术：

目前业界现有的部分集装箱数据中心为了维护方便采用了单排的部署方式，设备布置密度低，单位体积功率密度上不去。部分集装箱数据中心为了提升密度，采用了横向多排的部署方式，集装箱重心不稳，增加了运输风险。

目前市场上集装箱数据中心存在以下缺点：集装箱内部布置率密度低；单排机柜布置重心不稳；维护不方便。

技术实现要素：

本发明要解决的问题是在于提供液冷式集装箱设备，散热效率高，单机柜可以达到80kw散热量，相比压缩机制冷，本申请的结构中，冷却液体通过液冷模块内部的冷板壳体与算力模块中的芯片接触导热，省去了中间的空气压缩环节，更节能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：液冷式集装箱设备，包括箱体，所述箱体内设有换热机组、中央控制柜、配电柜、纯水处理机和用于摆放计算设备的机柜；

换热机组、中央控制柜和纯水处理机设在所述箱体内的一端，所述机柜设在另一端，所述纯水处理机对换热机组进行冷却水的供应，换热机组对计算设备进行液冷组件降温，所述中央控制柜，控制电器元件动作；

机柜分列设置在集装箱长度方向的两侧，计算设备放置在机柜内部，多层放置，每列机柜对应一个配电柜设置，配电柜设在靠近换热机组的一端；

维护通道，位于两列机柜中间，计算设备的维护端口、面板均朝向维护通道设置。

进一步的，所述箱体的外侧靠近所述换热机组的一端设有排风扇，所述机柜中的计算设备成行成列设置，所述机柜的上端距离箱体内部上顶面的距离小于单个计算设备的厚度，两侧的机柜对称设置；所述配电柜通过pdu电源分配器对计算设备进行供电。

进一步的，液冷组件包括设在箱体顶部的冷主水管和热主水管，所述冷主水管和热主水管与换热机组连通形成一个循环水路，所述冷主水管上设有竖直设置的第一冷水支管，所述第一冷水支管上设有多个水平设置的第二冷水支管，第二冷水支管对计算设备降温后回流到热主水管，热主水管包括两个竖直设置的第二热水支管，两个所述第二热水支管设在所述第一冷水支管的两侧且对称，所述第一热水支管上设有多个第二热水支管，第二热水支管与第二冷水支管连通形成环路。

进一步的，液冷组件包括设在箱体顶部的冷主水管和热主水管，所述冷主水管、热主水管、换热机组和箱体外部的冷却塔连通形成一个循环水路；

机柜包括主体，计算设备包括配电模块和多个算力模块，所述主体的上端设置配电模块，下端的一侧设置多个平行的算力模块，多个算力模块构成算力中心，另一侧设置上下多层叠加的散热风扇，所述算力模块通过液冷模块降温，所述液冷模块相对所述主体为前后抽拉式结构；

所述主体的前端一侧设有第一主水管，另一端设有第二主水管；所述第一主水管上设有多个并联的软管，所述软管的一端与第一主水管连通，另一端进入到所述液冷模块后，然后从远离第一主水管的一侧穿出后与所述第二主水管连通，一个所述液冷模块对应一个软管设置，冷却介质经过软管流经液冷模块后对算力模块降温；

所述冷主水管连通第一主水管或第二主水管中的一个作为进水口，所述热主水管连通另外一个作为出水口。

进一步的，每个所述液冷模块的前端均设置有方便推拉的把手，所述液冷模块为刀片式液冷模块，液冷模块中的冷板壳体与算力模块中的芯片接触导热。

进一步的，所述第一主水管和第二主水管均竖直设置，且下端为弧形，均连通设有排污阀，所述排污阀向所述主体的前端水平延伸设置，所述第一主水管和第二主水管的上端连接口水平设置。

进一步的，多个所述软管平行并联式与第一主水管连通，多个软管上下平行设置，所述软管的与所述第一主水管之间设有控制软管通断的第一阀门，所述软管与所述第二主水管之间设有控制软管通过的第二阀门，所述软管与所述液冷模块通过快插接头连接。

进一步的，软管从第一主水管向远离主体的方向延伸，然后形成第一拱形后进入到液冷模块，所述散热风扇设在所述第一拱形的区域内，软管出液冷模块后形成第二拱形后进入所述第二主水管，所述第一阀门处于第一拱形的直线段位置，所述第二阀门处于第二拱形的直线段位置，所述第一主水管和第二主水管的其中一个作为进水管，另一个作为出水管。

进一步的，所述第一阀门的结构与第二阀门的结构相同，所述第一阀门的上端设有驱动柄，所述驱动柄为风扇式结构，包括四个竖直且均布设置的l形钣金。

进一步的，所述软管的材质包括但不限于以下几种，氢化丁腈橡胶、耐低温氟橡胶、低苯基硅橡胶、硅橡胶、氟硅橡胶、fep管、fpa管、特氟龙管或尼龙管，所述第一主水管的内径与所述第二主水管的规格相同，所述软管的内径是所述第一主水管内径的1/3以下。

进一步的，所述软管内冷却介质为水或者耐低温防冻液。

进一步的，所述散热风扇承担8％-12％的散热量。

进一步的，所述本体为拼装式框架结构。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果如下。

1、本发明整个结构的布置密度高，单个集装箱可以布置两列计算设备，设备的维护通道在集装箱的箱体中间，方便计算设备、配电柜、换热机组、纯水处理机检修维护，设备对称布置，重心在集装箱中部，方便运输、安装，设备集成度高，功能齐全，省去了现场各个模块现场组装的繁杂过程。

2、本发明设置的第一主水管、第二主水管和软管均设置在主体的前方，维护修方便，统一从前方进行，而且使得整个结构容易靠墙设置，占用空间小，介质从软管中流通，经过液冷模块进行降温，实现了液冷降温模式，即液冷模块中的冷板壳体与算力模块中的芯片接触导热，极大的提高了散热效率；

3、本发明采用液冷的方式降温，只有剩余10％左右热量需要散热风扇带走，极大降低了散热风扇噪音；软路内冷却介质为水，或者耐低温防冻液，具体以冬季当地最低温度来选择，目前是防止设备内部管路冷却液结冰而冻裂管路；

4、本发明设置排污阀，即关闭机柜进出主管与外界连通的阀门，打开排污阀，机柜内部水即可全部从上而下排出，方便检修时，排出机柜内所有冷却液，提升检修的便捷性；

5、本申请中的液冷模块每层独立设置，关闭对应刀片式液冷模块前后进出水软管上的第一阀门和第二阀门，拆卸与软管连接的快插接头，拔除待维修的刀片式液冷模块，刀片式液冷模块安装时与上述流程相反即可，维修快捷方便。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明液冷式集装箱设备实施例1的俯视图；

图2是本发明液冷式集装箱设备实施例1的侧视图；

图3是本发明液冷式集装箱设备实施例2的俯视图；

图4是本发明液冷式集装箱设备实施例2的侧视图；

图5是本发明液冷式集装箱设备实施例2的左视图；

图6是本发明机柜的结构示意图；

图7是本发明图6的a部详图；

图8是本发明图7的c部详图；

图9是本发明图6的b部详图；

图10是本发明机柜不含软管的结构示意图。

附图说明：

10、机柜；1、主体；2、配电模块；3、算力模块；4、第一主水管；5、第二主水管；6、软管；61、第一阀门；611、驱动柄；62、第二阀门；7、液冷模块；71、把手；72、快插接头；8、散热风扇；9、排污阀；20、箱体；30、纯水处理机；40、中央控制柜；50、换热机组；51、冷主水管；511、第一冷水支管；512、第二冷水支管；52、热主水管；521、第一热水支管；522、第二热水支管；60、排风扇；70、配电柜；80、计算设备；90、维护通道。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

比特币是一种p2p形式的虚拟的加密数字货币，点对点的传输意味着一个去中心化的支付系统，与所有的货币不同，比特币不依靠特定货币机构发行，它依据特定算法，通过大量的计算产生，比特币经济使用整个p2p网络中众多节点构成的分布式数据库来确认并记录所有的交易行为，并使用密码学的设计来确保货币流通各个环节安全性。p2p的去中心化特性与算法本身可以确保无法通过大量制造比特币来人为操控币值。基于密码学的设计可以使比特币只能被真实的拥有者转移或支付。

比特币的本质说起，比特币的本质其实就是一堆复杂算法所生成的特解，特解是指方程组所能得到有限个解中的一组，而每一个特解都能解开方程并且是唯一的。以钞票来比喻的话，比特币就是钞票的冠字号码，你知道了某张钞票上的冠字号码，你就拥有了这张钞票。而挖矿的过程就是通过庞大的计算量不断的去寻求这个方程组的特解，这个方程组被设计成了只有2100万个特解，所以比特币的上限就是2100万个。

算力(也称哈希率)是比特币网络处理能力的度量单位。即为计算机(cpu)计算哈希函数输出的速度。比特币网络必须为了安全目的而进行密集的数学和加密相关操作。例如，当网络达到10th/s的哈希率时，意味着它可以每秒进行10万亿次计算。

在通过“挖矿”得到比特币的过程中，我们需要找到其相应的解m，而对于任何一个六十四位的哈希值，要找到其解m，都没有固定算法，只能靠计算机随机的hash碰撞，而一个挖矿机每秒钟能做多少次hash碰撞，就是其“算力”的代表，单位写成hash/s,这就是所谓工作量证明机制pow(proofofwork)，算力是衡量在一定的网络消耗下生成新块的单位的总计算能力，每个硬币的单个区块链随生成新的交易块所需的时间而变化。

如图1-图5所示，本发明为液冷式集装箱设备，包括箱体20，箱体20内设有换热机组50、中央控制柜40、配电柜70、纯水处理机30和用于摆放计算设备80的机柜10；

换热机组50、中央控制柜40和纯水处理机30设在箱体20内的一端，机柜10设在另一端，纯水处理机30对换热机组50进行冷却水的供应，换热机组50对计算设备80进行液冷组件降温，中央控制柜40，控制电器元件动作；

机柜10分列设置在集装箱长度方向的两侧，计算设备80放置在机柜10内部，多层放置，每列机柜10对应一个配电柜70设置，配电柜70设在靠近换热机组50的一端；

维护通道90，位于两列机柜10中间，计算设备80的维护端口、面板均朝向维护通道90设置，本申请的结构集换热机组50、中央控制柜40、电力配电柜70、纯水处理机30和计算设备80机柜10于一体，自成一套标准产品，方便整体运输交付，省去了现场施工组装环节。

进一步的，箱体20的外侧靠近换热机组50的一端设有排风扇60，机柜10中的计算设备80成行成列设置，机柜10的上端距离箱体20内部上顶面的距离小于单个计算设备80的厚度，两侧的机柜10对称设置；配电柜70通过pdu电源分配器对计算设备80进行供电。

在实际工作的过程中，将纯净水作为液冷介质，介质通过换热机组50驱动，流入集装箱外部的冷却塔，介质经过闭式冷却塔冷却降温后，流回到集装箱内部的计算设备80内部，冷却液经过计算设备80内部的液冷板并发生热交换，降低液冷板温度，同时液冷介质温度升高，高温液体介质再由换热机组50驱动进入集装箱外部的闭式冷却塔并冷却，依次循环，液冷板与表面贴合的发热芯片发生热交换，从而达到降低芯片温度的目的。

热交换公式：

q＝δt*m*c；

c是冷却液比热容；m是冷却液质量；δt是温度差(加热放热前后)；

冷却液经过计算设备80内部液冷板吸收热量q1＝δt1*m1*c1，δt1为冷却液经过液冷板前后的温度差值。

冷却液经过闭式冷却散到空气中的热量q2＝δt2*m2*c2，δt2为冷却液经过闭式塔前后的温度差值。

由于整个冷却系统为闭式循环系统，冷却液流过计算设备80和集装箱外部冷却塔的流量一致，比热容一致，故m1＝m2，c1＝c2，由能量守恒原理：q1＝q2，得出δt1＝δt2。

计算设备80排出的热液回流到换热机组50，然后通过集装箱外部冷源冷却热液，再次回流到计算设备80内部，依次循环；计算设备80机柜10两列布局，可布置密度大，维修通道在集装箱中间，方便拆卸维护；整套液冷集装箱设备功能模块齐全，自成一套产品，方便运输，省去了现场安装过程。

整套液冷集装箱设备内部组装过程如下：集装箱外壳到位；安装水处理设备；安装换热机组50和中央控制设备；安装配电柜70；安装计算设备80；安装集装箱内部管道；安装集装箱内部电力线缆。

实施例1：液冷组件包括设在箱体20顶部的冷主水管51和热主水管52，冷主水管51、热主水管52、换热机组50外侧的冷却塔连通形成一个循环水路，冷主水管51上设有竖直设置的第一冷水支管511，第一冷水支管511上设有多个水平设置的第二冷水支管512，第二冷水支管512对计算设备80降温后回流到热主水管52，热主水管52包括两个竖直设置的第二热水支管522，两个第二热水支管522设在第一冷水支管511的两侧且对称，第一热水支管521上设有多个第二热水支管522，第二热水支管522与第二冷水支管512连通形成环路。

如图1、图2所示，实施例2：与实施例1的区别在于，液冷组件的布置方式不同，实施例1中的液冷组件是水平设置，实施例2中是竖直设置，在实施例2中，液冷组件包括设在箱体20顶部的冷主水管51和热主水管52，冷主水管51和热主水管52与换热机组50连通形成一个循环水路；

如图6-图10所示，机柜10包括主体1，主体1的上端设置配电模块2，下端的一侧设置多个平行的算力模块3，多个算力模块3构成算力中心，另一侧设置上下多层叠加的散热风扇8，算力模块3通过液冷模块7降温，液冷模块7相对主体1为前后抽拉式结构，算力模块和液冷模块是市场上常规的模块，按照本申请的结构，均可采用液冷的方式。

主体1的前端一侧设有第一主水管4，另一端设有第二主水管5；第一主水管4上设有多个并联的软管6，软管6的一端与第一主水管4连通，另一端进入到液冷模块7后，然后从远离第一主水管4的一侧穿出后与第二主水管5连通，一个液冷模块7对应一个软管6设置，冷却介质经过软管6流经液冷模块7后对算力模块3降温，实现了液冷降温的需求。

优选地，每个液冷模块7的前端均设置有方便推拉的把手71，方便进行推拉和维修，而且在维修的过程中，不影响其他的液冷模块7的工作，独立性强，液冷模块7为刀片式液冷模块7，液冷模块7中的冷板壳体与算力模块3中的芯片接触导热。

优选地，第一主水管4和第二主水管5均竖直设置，且下端为弧形，均连通设有排污阀9，排污阀9向主体1的前端水平延伸设置，第一主水管4和第二主水管5的上端连接口水平设置，水平设置的结构，方便进行管路的设置和连接，直接水平安装，减少了在竖直方向的操作，提升工作效率，也可以朝向其他方向进行设定，均可实现本申请的结构。

优选地，多个软管6平行并联式与第一主水管4连通，多个软管6上下平行设置，软管6的与第一主水管4之间设有控制软管6通断的第一阀门61，软管6与第二主水管5之间设有控制软管6通过的第二阀门62，软管6与液冷模块7通过快插接头72连接，设置快插接头72，连接方便快捷，而且快插接头72为市场上常用的接头，规格多样，可满足多种规格软管6的配合需求，而且同时设置第一软管6和第二软管6，将同层的软件进行控制，方便对独立的液冷模块7进行操作，彼此独立性强。

优选地，软管6从第一主水管4向远离主体1的方向延伸，然后形成第一拱形后进入到液冷模块7，散热风扇8设在第一拱形的区域内，软管6出液冷模块7后形成第二拱形后进入第二主水管5，第一阀门61处于第一拱形的直线段位置，第二阀门62处于第二拱形的直线段位置，第一主水管4和第二主水管5的其中一个作为进水管，另一个作为出水管，软管6均设置在主体1的前端，不占用机柜内部空间，管路更换方便；本申请中端子箱、算力模块3在前方安装，前方维护，省去机柜后侧操作空间，而且采用此结构后，可以靠墙设置，占用空间更小，结构更加紧凑，维护方便。

优选地，第一阀门61的结构与第二阀门62的结构相同，第一阀门61的上端设有驱动柄611，驱动柄611为风扇式结构，包括四个竖直且均布设置的l形钣金，这样利用方便调节驱动炳的位置，采用杆状结构插入后与其中两个l形钣金配合，即可驱动柄611旋转，完成对第一阀门61或第二阀门62的旋转，调节冷却介质的流量。

优选地，软管6的材质包括但不限于以下几种，氢化丁腈橡胶、耐低温氟橡胶、低苯基硅橡胶、硅橡胶、氟硅橡胶、fep管、fpa管、特氟龙管或尼龙管，主要软管6可以承受一定的低温，化学性能稳定即可，软管6从市场上直接购买即可，第一主水管4的内径与第二主水管5的规格相同，保证同等的进出水量，不易出现介质紊乱的情况，尺寸稳定降温效果好，软管6的内径是第一主水管4内径的1/3以下，保证第一主水管4或第二主水管5对多个软管6介质的供应。

优选地，软管6内冷却介质为水或者耐低温防冻液，具体以冬季当地最低温度来选择，目前是防止设备内部管路冷却液结冰而冻裂管路。

优选地，散热风扇8承担8％-12％的散热量，其余的热量均通过液冷的方式进行降温完成，二者结合，大大降低了风冷降温的噪音。

优选地，本体为拼装式框架结构，成本低，强度高。

在实际使用的过程中，本申请针对现有服务器主要用空调冷却空气后降温，单个标准机柜如果达到降温要求，最大发热量不能超过20kw，在本申请中可以直接通过冷却液进入服务器内部液冷散热板，即液冷模块7中的冷板壳体与算力模块3中的芯片接触导热，极大的提高了散热效率。

冷却液由主体1上的第一主水管4进入，随后通过软管6分流到刀片式液冷模块7内部，液冷模块7包括液冷板，液冷板板上设置有供冷却介质流通的管道，流通的冷却介质冷却发热芯片，冷却液被加热后通过软管6汇集到第二主水管5上，最后经过第二主水管5的上端排出机柜，刀片式液冷模块7内部剩余热量由主体1上设置散热风扇8排出柜外，在本申请中介质也可以从第二主水管5进入，从第一主水管4排出，没有方向的限定，主要是介质流通的过程，都可以起到降温的作用。

刀片式液冷模块7都是独立的，其检修流程是，关闭对应刀片式液冷模块7前后进出水软管6上的第一阀门61和第二阀门62，拆卸与软管6连接的快插接头72，拔出软管，排出冷却液，拔除待维修的刀片式液冷模块7，刀片式液冷模块7安装时与上述流程相反即可，维修快捷方便，成本低，在本申请中，第一阀门和第二阀门也可以用双向截止快插接头代替，采用双向截止快插头的方案，软管与模块不用拆卸，可以一体运输、维护、安装，此操作更便捷；在本申请中，手动阀门也可以使用，或者其他带有通断功能的阀门或者其他等效结构均可实现本申请中的作用。

如果整个机柜需要排水维修，需先关闭两个主水管与外界水系统连接进出阀门，保证主管与外部管路水流断开，打开第一主水管4和第二主水管5底部的排污阀9，即关闭并拆卸机柜与外界连通的排污阀9，机柜内部水即可全部从上而下排出，方便检修时，排出机柜内所有冷却液。

本申请整体深度约500-600mm，深度比较浅，适合比特币挖矿使用，散热效率高，单机柜可以达到80kw散热量，相比压缩机制冷，冷板壳体与算力模块3中的芯片接触导热，省去了中间的空气压缩环节，更节能；噪音降低，风冷服务器依靠大风量风扇来降低芯片温度，本申请中采用液冷的方式降温，只有剩余10％左右热量需要散热风扇8带走，散热风扇8数量级风速降低极大降低了散热风扇8噪音；软路内冷却介质为水，或者耐低温防冻液，具体以冬季当地最低温度来选择，目前是防止设备内部管路冷却液结冰而冻裂管路。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。