一种沉浸式液冷机柜的均流装置和控流方法与流程

本发明涉及一种液冷机柜，尤其涉及一种沉浸式液冷机柜的均流装置和控流方法。

背景技术：

1、随着机柜数据中心芯片组功率逐步提高，在考虑芯片运行寿命的前提下，液冷机柜中芯片的运行差异致使各组芯片在相同放电倍率下散发的热量也存在差异，因此要实现对流场的实时调控是极为重要的。现有技术方案中为使高功率沉浸式液冷机柜冷凝液分布均匀，通常会在其柜底部铺设均流板，容纳压缩液体实现液冷效果。然而对于不可压缩的冷凝液或针对单个芯片的温控和冷凝调节，其应用面存在局限性。

2、例如，一种在中国专利文献上公开的“一种机柜、浸没液冷系统及浸没式液冷方法”，其公告号cn113301764a，包括：柜体、出液口、进液口以及设置于柜体底部的导流板；柜体具有容纳空间；进液口设置于柜体底部，且位于导流板和底部之间；出液口位于柜体的顶部区域；导流板位于进液口上方，导流板的板面覆盖于所述柜体底部；导流板上设置的导流通道将通过进液口进入到导流板和柜体底部之间的液体，均匀导流到导流板上方与柜体顶部之间的容纳空间内并形成整面流场，容纳空间内的液体对放置在容纳空间中的冷却装置进行制冷，在液位到达出液口时，将液体通过出液口排出。此方案能够避免因为流场混乱而导致的液体温度在不同区域差别较大，局部温度较高而造成冷却装置散热效率低的问题，但其主要采用导流板形式来均匀液体，无法实现对芯片的针对性降热。

技术实现思路

1、本发明主要解决现有液冷机柜中调节组件无法实现对单个芯片实时监控调节从而导致液池中流量分配不均的问题；提供一种沉浸式液冷机柜的均流装置和控流方法，适用于高密度高功率沉浸式液冷机柜，通过监控流场，在发现不同芯片负载过热时，按照控流方法调整装置，从而对每条支路的流量实现分配，使得储液槽内芯片能够均匀地换热，从而显著提升液冷机柜的换热能力和运行安全性，提高了系统的运行效率。

2、本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

3、本发明包括：主管路，水平置于液冷机柜内，与出液机器的导液管垂直连通，容纳冷却液；支管路若干，水平置于液冷机柜内，分别垂直连通于导液管，各支管路之间相互平行设置，对支管路对应位置的芯片供流液冷；控流结构组，分设在各条支管路上，包括若干出液分配结构和对应的检测装置，根据检测结果分配冷却液。出液机器将冷却液沿导液管输送至主管路中，由主管路分配至相通各条支管路中，检测单个芯片的温度变化，控制对应支管路设置的分配结构，从而实现精确到单个芯片的温度控制，显著提高液冷机柜内部芯片运行的安全性。

4、作为优选，所述的控流结构组的检测装置包括设置在各支管路与主管路连接处的传感装置和控流阀门，所述传感装置应设置为温度传感装置、流速传感装置、压力传感装置和/或热敏传感装置中的至少一种，所述控流阀门贯穿支管路，调节支管路流量。设置上述类型的传感装置能够在一定程度上对支管路内部冷却液的流速以及其附近的温度进行监测，从而更有效地配合控流阀门对支管路内部冷却液流速进行调节。

5、作为优选，所述的控流结构的出液分配结构包括均匀设置在各支管路面一侧或多侧的出液孔，所述出液孔应设置为具备规则形状或具备不规则形状的孔状，包含但不仅包含长条状、圆形、其他若干种规则形状。出液孔普遍设置为圆孔，但在实际应用过程中也可以通过设置不同类型的出液孔来调节其出液的速率，并且实际应用场景下更多考虑的是其使用寿命，比如选择何种形状的出液孔能够使其周围设备受到的压力更小，更能够增加内部原件的应用时长；因此此设计服务于实际应用场景，能够使得整体结构更具灵活性。

6、作为优选，所述的支管路均匀分设在主管路上，设置在主管路两端的支管路通过单弯头连通，其余所有支管路均通过三通弯头与主管路连通。支管路均匀分布能够有效减缓主管理的压力，平均受压更能够保证初始情况下每个支管路中的冷却液流速相同，便于后续对单个支管路进行调节；此外三通弯头与单弯头的设计能够保证主管路与各条支管路之间连接的稳固性，保证其不会出现漏液的情况。

7、作为优选，所述的主管路、支管路、芯片和液冷机柜包含如下对应关系：设液冷机柜长度为n、宽度为m，n条支管路长度均为y、管径为d2，主管路长度为x、管径为d1；则y＝(m-80)×k3；k3∈(0.8～1.1)，k4∈(0.5～1.0)；k1∈(0.8～1.2)，k为比例系数；其中芯片数等于支管路数量n，且设置支路间距分别为x1、x2、...xn，支路间距随着中心向两边逐渐递增，即x2＝kx1、xn＝knxn，k∈(0.9-1.0)，kn∈(0.9(kn-1)～1.0(kn-1))。在实际应用场景下，根据本方案提供的装置长度设计关系进行系统设计，能够统一装置内冷却液流速的计算结构，从而为后续的调节打基础；并且上述涉及能够最大化保证系统内结构的适配性，使其最大限度实现各自的功能，仅需根据上述设计方案在实际应用场景下调整，即可得到适用于任何场景的均流装置。

8、作为优选，所述的出液孔为圆形时孔径出液孔普遍设置为圆形，在此情形下配合上述设计方案对出液孔的孔径也做配套设计，能够提高整体结构的可控性，便于后续检测与调节。

9、本发明的一种控流方法包括：均判断过程下，在液冷机柜运行时检测各芯片温度后求得温度均值，将温度均值与预设阈值比对，后根据比对结果调整出液机器电动阀门，流场均匀稳定后重新检测各芯片温度直至求得温度均值等于预设阈值；单芯片判断过程下，依次判断各芯片温度最大值与高温阈值、最小值与低温阈值关系，并持续检测对应支管路中的控流阀门，直至所有芯片温度处于正常区间。在此处设置均判断过程和单芯片判断过程是为了便于本领域技术人员理解所做的设置，其中均判断过程是保证每条支路中都已有稳定的冷却液流通，而单芯片判断过程能够更加直观且有针对性地针对过热过冷的芯片进行逐个的温控调节，进而保证整体系统的温度均处在正常区间内，实现对液冷机柜内组件温度的最有效调节。

10、作为优选，所述的均判断过程包括：设置芯片温度依次为a1、a2、...an，预设阈值为t，若则增大电动阀门；若则减弱电动阀门，直至进入单芯片判断过程。通过在场内稳定时对芯片温度进行逐个检测并求出均值，得到均值与预设阈值的差值，从而根据差值判断场内芯片整体的温度为偏高或偏低，从而对整体芯片进行统一调节，为后续单芯片调节做基础，并且能够显著提高对机柜内组件整体温控的效率。

11、作为优选，所述的多芯片判断过程包括：设高温阈值为tmax，低温阈值为tmin；计算得出芯片温度最大值为max(an)，最小值为min(an)；若max(an)≥tmax，则增大该芯片对应支管路的控流阀门，若max(an)<tmax，则不做调整；若min(an)≤tmin，则减弱该芯片对应支管路的控流阀门，若min(an)>tmin，则不做调整；单次调整控流阀门后，等待时刻t后重新检测各芯片温度，重复上述步骤直至各芯片温度均处于区间(tmin,tmax)。通过对当前时刻场内最高温度值和最低温度值芯片的分别调节，并持续检测调节后续时刻的最高温度值和最低温度值芯片，最终实现对所有芯片的针对性准确温控。

12、本发明的有益效果是：

13、1.本发明的一种沉浸式液冷机柜的均流装置和控流方法,通过设置各类传感器对芯片组的温度、温差以及支管路内的冷却液流量、流速进行监控，从而精准识别各个芯片组和浸没式液冷机柜的运行状态，实现对温度异常点的精准判断和快速温控补偿，显著提升设备的精准控制和可靠性；

14、2.本发明的一种沉浸式液冷机柜的均流装置和控流方法，通过对芯片组发热温度的平均值乃至最值判断，利用循环且实时检测的手段，对各芯片温度及其温度变化的趋势进行预测和调整，实现对液冷机柜内部组件温控的预判和精准控制。