超算数据中心冷却装置的制作方法

1.本实用新型涉及强化换热和电子设备冷却领域，尤其设计一种超算数据中心冷却装置。


背景技术：

2.随着微电子和微机电系统的高速发展，电子芯片、光电芯片的集成度和性能得到不断提高，使得电子设备向大功率化、微型化发展。因而芯片单位面积的发热量也大幅增加，如果热量不能及时散出，将会严重降低器件和系统的稳定性、可靠性，甚至造成器件的损坏和系统的崩溃。因此散热是大功率高功率密度电力电子器件设计和制造中的关键瓶颈问题。传统上通常采用空气作为冷却介质对芯片进行散热，但由于空气密度低，导致难以满足高热流密度芯片的散热要求。近年来，采用液体作为散热介质开始出现，与空气相比，液体具有密度大，比热大等优点。但由于液体在流动中压降较大，且液体难以在各个流道间实现均匀分配，导致部分流道内的流速过低，进而传热效率低下，容易出现芯片局部过热的问题。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种超算数据中心冷却装置，以期至少部分的解决上述提及的技术问题中的至少之一。
4.为实现上述目的，本实用新型的技术方案：
5.本实用新型提供一种超算数据中心冷却装置，其特征在于，包括：
6.冷却流道组，包括均匀设置的多条冷却流道；
7.入口分流区，设置于冷却流道组的一端，沿冷却介质的流向呈扩口型，用于对通入的所述冷却介质扩流，使扩流后的冷却介质能均匀流入所述冷却流道组中的所述多条冷却流道中；
8.出口汇流区，设置于所述冷却流道组的另一端，用于将经过所述冷却流道组的冷却介质进行汇流。
9.从上述技术方案可以看出，本实用新型相对于现有技术至少具有以下有益效果的其中之一或其中一部分：
10.(1)在冷却流道组的两端分别布置不同几何结构的入口分流区和出口汇流区，入口分流区沿冷却介质的流向呈扩口型，用于对通入的冷却介质扩流，使扩流后的冷却介质能均匀流入冷却流道组中的多条冷却流道中从而确保通过不同平行流道的各流线中的压降相等；
11.(2)进液管管路垂直于冷却装置，可减小入流液体初始速度对冷却流道组间流量分配的影响；
12.(3)出液管管路平行于冷却装置的冷却流道且与入流管路位于水冷板的同一侧或对角线侧，可减小冷却装置体积；
13.(4)整个冷却装置总流量小，压降小，所消耗的功耗小，而且换热均匀性高；
14.(5)整个冷却装置安装方便，可靠性高。
附图说明
15.图1为本实用新型实施例一种超算数据中心冷却装置剖面示意图；
16.图2为本实用新型实施例入口分流区的横截面为直角梯形结构的示意图；
17.图3为本实用新型另一实施例入口分流区的横截面为三角形结构的示意图；
18.图4为本实用新型再一实施例中入口分流区的横截面为不规则结构的示意图；
19.图5为本实用新型实施例一种超算数据中心冷却装置立体结构示意图；
20.图6为本实用新型另一实施例一种超算数据中心冷却装置剖面示意图；
21.图7为本实用新型实施例中一种超算数据中心冷却装置中的冷却介质在各个冷却流道中的流动效果评价图；
22.图8为本实用新型实施例的超算数据中心冷却装置的冷却效果示意图。
23.上述附图中，附图说明含义如下：
[0024]1‑
冷却流道组；
[0025]2‑
入口分流区；
[0026]
21
‑
第一入口分流区；
[0027]
22
‑
第二入口分流区；
[0028]3‑
出口汇流区；
[0029]
31
‑
第一出口汇流区；
[0030]
32
‑
第二出口汇流区；
[0031]4‑
进液管；
[0032]5‑
出液管。
具体实施方式
[0033]
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型作进一步的详细说明。
[0034]
作为本实用新型的一个方面，如图1所示，提供一种超算数据中心冷却装置，包括冷却流道组1、入口分流区2及出口汇流区3。
[0035]
冷却流道组1，包括均匀设置的多条冷却流道；
[0036]
入口分流区2，设置于冷却流道组1的一端，沿冷却介质的流向呈扩口型，用于对通入的冷却介质扩流，使扩流后的冷却介质能均匀流入冷却流道组1中的多条冷却流道中；
[0037]
出口汇流区3，设置于冷却流道组1的另一端，用于将经过冷却流道组1的冷却介质进行汇流。
[0038]
根据本实用新型的实施例，本实用新型通过入口分流区2对冷却介质扩流，出口汇流区3对冷却介质汇流，解决了现有技术冷却装置各个冷却流道内流量差距较大的问题，在不显著增加流动阻力的前提下，实现冷却介质流量在各个冷却流道间的均匀分配。
[0039]
根据本实用新型的实施例，如图1所示，入口分流区2的流道开口沿冷却介质的第一分流方向逐渐变小；入口分流区2的流道开口沿冷却介质的第二分流方向逐渐变大；其
中，第一分流方向为与冷却流道垂直的方向；第二分流方向为与冷却流道平行的方向。
[0040]
根据本实用新型的实施例，冷却装置的入口分流区2的设计实现随着流量的减少，入口分流区2逐渐变窄，从而确保进入不同冷却流道的各流线中的压降相等；整个冷却方法冷却均匀性好，可靠性高。
[0041]
根据本实用新型的实施例，入口分流区2的横截面的形状包括三角形(图3)、直角梯形(图2)或者平行四边形。
[0042]
根据本实用新型的实施例，入口分流区2的横截面还可以为其他形状，例如不规则形状(图4)。
[0043]
根据本实用新型的实施例，入口分流区2的横截面的形状为不规则形状时，入口分流区2可以设计为沿冷却介质的流动方向依次包括第一入口分流区21和第二入口分流区22；第一入口分流区21内的冷却介质流动方向与第一入口分流区21的纵截面垂直；其中，纵截面定义为第一入口分流区21和第二入口分流区22的共端线与第一入口分流区21和第二入口分流区22的共端面的垂直面或者垂直面的平行面；第二入口分流区22的横截面的形状包括三角形、直角梯形或者平行四边形。
[0044]
更为具体的，如图4所示，入口分流区2的横截面的不规则形状的设计可以为，oc段为冷却流道组1纵截面宽度，bc段长度等于oc段中实际各冷却流道宽度之和(除去各流道肋宽)，线段cd平行于ab且长度相等，过点d做ab的垂线，垂足为e，取线段de的中点f，连结cf，则ef或其平行线gh即为定义的纵截面，入流冷却介质方向垂直于此纵截面。
[0045]
根据本实用新型的实施例，出口汇流区3的流道开口沿冷却介质的第三分流方向逐渐变小；出口汇流区3的流道开口沿冷却介质的第四分流方向逐渐变大；其中，第三分流方向为与冷却流道平行的方向；第四分流方向为与冷却流道垂直的方向。
[0046]
根据本实用新型的实施例，出口汇流区3的横截面的形状包括三角形、直角梯形或者平行四边形。
[0047]
根据本实用新型的实施例，出口汇流区3的横截面还可以为其他形状，例如不规则形状。
[0048]
根据本实用新型的实施例，出口汇流区3的横截面形状为不规则形状时，出口汇流区3可以设计为沿冷却介质的流动方向依次包括第一出口汇流区31和第二出口汇流区32；出口汇流区3的具体设计可以参照入口分流区2，在此不再赘述。
[0049]
根据本实用新型的实施例，如图5所示，冷却装置还包括进液管4；进液管4垂直于冷却装置的横截面；进液管4与冷却装置的上表面连接或者进液管4与冷却装置的下表面连接。
[0050]
根据本实用新型的实施例，将冷却介质以垂直于冷却装置的横截面方向流入入口分流区2可以包括将冷却介质以垂直于冷却装置的横截面方向向下流入入口分流区2。但是并不局限于此，还可以将冷却介质以垂直于冷却装置的横截面方向向上流入入口分流区2。
[0051]
根据本实用新型的实施例，如图5所示，进液管4入流管路垂直于冷却装置(可以为水冷板)，以减小入流液体初始速度对冷却流道间流量分配的影响。
[0052]
根据本实用新型的实施例，采用将冷却介质以垂直于冷却装置的横截面方向向下流入入口分流区2的方式，可以利用冷却介质的重力势能，减少冷却介质输送的动力。
[0053]
根据本实用新型的实施例，如图5所示，冷却装置还包括出液管5；出液管5与冷却
流道1处于同一水平面。如图6所示，出液管5与进液管4处于冷却流道1的同侧，但是并不局限于此，还可以如图1所示，出液管5与进液管4分处于冷却流道1的两侧。本实用新型中，采用出液管5与冷却流道1处于同一水平面的方式，增大了换热面积，进而减小冷却装置体积。
[0054]
根据本实用新型的实施例，出液管5内的冷却介质与冷却流道处于同一水平面。
[0055]
根据本实用新型实施例，出液管5内的冷却介质并不局限于此，还可以垂直于冷却装置的横截面或者与冷却装置的横截面呈倾斜状态。但是，采用出液管5内的冷却介质与冷却流道1处于同一水平面的方式，增大了换热面积，进而减小冷却装置体积。
[0056]
根据本实用新型的实施例，冷却流道1包括纳米尺度的流道，但是并不局限于此，还可以是微米尺度或者毫米尺度的流道。
[0057]
根据本实用新型的实施例，冷却流道1的纵截面宽度包括1μm～900mm。更为具体的，冷却流道的纵截面宽度包括1μm、100μm、500μm、1mm、50mm、100mm、500mm或者900mm。
[0058]
根据本实用新型的实施例，冷却装置的材质包括铜、铝或铝合金。但是并不局限于此，还可以是不锈钢等材质。但是考虑到材质的传热效果，适宜采用铜、铝或铝合金材质。
[0059]
根据本实用新型的实施例，冷却介质包括水、氟化液、乙醇、乙二醇、导热油中的一种或多种。在本实用新型中，冷却介质的选取，可以根据实际情况进行适宜更改，在此不再赘述。
[0060]
图7为本实用新型实施例中一种超算数据中心冷却装置中的冷却介质在各个冷却流道中的流动效果评价图；图8为本实用新型实施例的超算数据中心冷却装置的冷却效果示意图。
[0061]
如图7和图8所示，冷却介质在各个冷却流道内流速均衡，且实现的换热均匀性效果好。通过本实用新型的冷却装置实现冷却介质总流量需求量小，压降小，所消耗的功耗小，而且换热均匀性高的效果。
[0062]
综上，本实用新型提供一种超算数据中心冷却装置，利用该装置可以实现调配冷却介质在多个冷却流道内的流量均匀分配，更具体的，通过入口分流区2将冷却介质在进入冷却流道之前扩流，均匀分散于以阵列方式设置的多个冷却流道内；通过以上设计实现确保通过不同冷却流道的各流线中的压降相等，使冷却装置的冷却均匀，防止局部过热的问题。
[0063]
以上的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。