專利名稱：一種浸沒式冷卻系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信息和通信領(lǐng)域，具體涉及一種浸沒式冷卻系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
隨著信息和通信產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，設(shè)備的集成度和熱密度越來越高。面對芯片功耗的日益上升和設(shè)備集成度的日益增長，傳統(tǒng)的以空氣為介質(zhì)為電子產(chǎn)品進(jìn)行散熱的技術(shù)越來越不能滿足需求，業(yè)界開始尋求更高密度的散熱解決方案，浸沒式冷卻開始進(jìn)入人們的視野。浸沒式冷卻是將發(fā)熱源浸沒于不導(dǎo)電液體中進(jìn)行散熱，從而把溫度控制在合理的范圍之內(nèi)。相對傳統(tǒng)的風(fēng)冷技術(shù)，浸沒式散熱可解決的熱密度可以高很多。同時，采用浸沒式散熱的系統(tǒng)方案相對簡單，部件通常也比較少，可靠性較高。但由于在浸沒于不導(dǎo)電工質(zhì)中熱源產(chǎn)生的熱量被不導(dǎo)電工質(zhì)吸收后，不導(dǎo)電工質(zhì)的溫度將升高，體積將膨脹。因此采用浸沒式散熱方案式，必須考慮工質(zhì)的體積膨脹問題，以防止由此造成的對殼體的破壞進(jìn)而其引起的安全性問題。為了控制浸沒式冷卻系統(tǒng)由于不導(dǎo)電工質(zhì)體積膨脹所造成的壓力升高問題，業(yè)界已有的浸沒式冷卻方案多采用安裝排氣閥門的方式?，F(xiàn)有的技術(shù)方案中設(shè)置了專門的排氣閥門以防止壓力升高甚至造成安全問題。不導(dǎo)電工質(zhì)盛于由固體材料制成的殼體中，采用這種排氣閥方案時，通常的做法是在充注液體工質(zhì)時預(yù)留一定的空間，也就是說不導(dǎo)電工質(zhì)只占?xì)んw所圍成的空間的一部分，剩余的空間內(nèi)仍然盛有氣體。當(dāng)不導(dǎo)電工質(zhì)溫度升高體積膨脹時就開始擠壓氣體，當(dāng)氣體壓力升高到一定程度時，安裝于殼體壁面上的排氣卸壓閥開始工作，將部分氣體排到外界，以降低殼體內(nèi)部的壓力。業(yè)界已有的排氣卸壓閥通常體積較大，通常須安裝于系統(tǒng)中較高的位置，因此其安裝方式也受到一定的限制。另外，那些未能浸沒于不導(dǎo)電工質(zhì)中而暴露在氣體中的電子設(shè)備部分，其散熱能力會受到嚴(yán)重影響。尤其對于用于橫插筐的單板級浸沒系統(tǒng)，空氣層的存在嚴(yán)重惡化了不導(dǎo)電工質(zhì)與冷源外殼之間的換熱，導(dǎo)致整個系統(tǒng)的散熱性能惡化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供了一種浸沒式冷卻的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明實(shí)施例提供了一種浸沒式冷卻系統(tǒng)，系統(tǒng)包括電子設(shè)備、不導(dǎo)電工質(zhì)和一個或多個氣囊；所述電子設(shè)備浸沒于不導(dǎo)電工質(zhì)中；所述不導(dǎo)電工質(zhì)用于對電子設(shè)備散熱，隨著溫度升高所述不導(dǎo)電工質(zhì)的體積膨脹；所述氣囊壁面有彈性，所述氣囊用于在受到不導(dǎo)電工質(zhì)體積膨脹帶來的擠壓時縮小體積，以緩沖不導(dǎo)電工質(zhì)的體積膨脹導(dǎo)致的系統(tǒng)內(nèi)壓力上升。本發(fā)明實(shí)施例提供了一種浸沒式冷卻的方法，所述方法包括在封閉容器中使用不導(dǎo)電工質(zhì)對電子設(shè)備散熱，所述電子設(shè)備浸沒在不導(dǎo)電工質(zhì)中，在所述不導(dǎo)電工質(zhì)中放置一個或多個可伸縮氣囊；在受到不導(dǎo)電工質(zhì)體積膨脹帶來的擠壓時，氣囊體積縮小以緩沖不導(dǎo)電工質(zhì)的體積膨脹導(dǎo)致的系統(tǒng)內(nèi)壓力上升。本發(fā)明實(shí)施例提供的浸沒式冷卻的系統(tǒng)和方法，使用氣囊代替排氣閥安裝更加靈活；并進(jìn)一步的提高了冷卻性能。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明浸沒式冷卻系統(tǒng)的一個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例中只有部分壁面可以移動的氣囊示意圖；圖3為本發(fā)明浸沒式冷卻方法的一個實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明實(shí)施例提供了一種浸沒式冷卻系統(tǒng)。請參考圖1，圖1提供了本發(fā)明浸沒式冷卻系統(tǒng)一個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖。系統(tǒng)包括電子設(shè)備101、不導(dǎo)電工質(zhì)103和一個或多個氣囊105 ；所述電子設(shè)備浸沒于不導(dǎo)電工質(zhì)中；所述不導(dǎo)電工質(zhì)用于對電子設(shè)備散熱，隨著溫度升高所述不導(dǎo)電工質(zhì)的體積膨脹；所述氣囊壁面有彈性，所述氣囊用于在受到不導(dǎo)電工質(zhì)體積膨脹帶來的擠壓時縮小體積，以緩沖不導(dǎo)電工質(zhì)的體積膨脹導(dǎo)致的系統(tǒng)內(nèi)壓力上升。熱源電子設(shè)備101浸沒于不導(dǎo)電工質(zhì)中，103不導(dǎo)電工質(zhì)充滿于殼體內(nèi)部。大小不一、形狀各異的氣囊被置于不導(dǎo)電工質(zhì)內(nèi)。氣囊105將氣體包裹于其內(nèi)部。氣囊通常是由橡膠材料制成，壁面具有一定的壓縮或者擴(kuò)張能力。本發(fā)明的一個具體實(shí)施案例便是將氣囊應(yīng)用于浸沒式散熱系統(tǒng)中，以達(dá)到控制壓力的目的。氣囊可以采用目前在市政管道和液壓系統(tǒng)中常用的氣囊。氣囊的本質(zhì)是能夠?qū)怏w包裹住，并且部分或者全部壁面能夠根據(jù)內(nèi)外壓差的變化而變化，從而使得當(dāng)不導(dǎo)電工質(zhì)膨脹時，氣囊內(nèi)的氣體可以被壓縮；反過來，當(dāng)不導(dǎo)電工質(zhì)體積縮小時，氣囊內(nèi)的氣體可以在內(nèi)部壓力的作用下被擴(kuò)張。請參考附圖2，圖2給出了一個只有一個可移動壁面201的氣囊示意圖，當(dāng)氣體體積膨脹時，可移動壁面向外移動，從而使氣體體積增加；當(dāng)氣體體積需要縮小時，可移動壁面向內(nèi)移動，從而使氣體體積減小。 圖2中(a)是氣囊的初始狀態(tài)，圖2中(b)是氣體膨脹后的氣囊狀態(tài)；圖2中(c)是氣體壓縮后的氣囊狀態(tài)。如果將氣囊內(nèi)的氣體看作工程熱力學(xué)上的理想氣體的話，氣囊內(nèi)氣體的壓力將遵循工程熱力學(xué)上的理想氣體狀態(tài)方程，如公式(1)所示VP = nRT(l)
其中ρ是氣體的壓強(qiáng)，V是氣體的體積，T是氣體的絕對溫度，η是理想氣體物質(zhì)的量，R是氣體常數(shù)。。在系統(tǒng)工作時，不導(dǎo)電工質(zhì)吸收熱源所產(chǎn)生的熱量后溫度升高體積膨脹，并擠壓氣囊。氣囊受到來自不導(dǎo)電工質(zhì)的擠壓后，由于氣體的可壓縮性，氣囊體積縮小，同時內(nèi)部壓力升高。在達(dá)到平衡狀態(tài)時，氣囊所減小的體積將等于不導(dǎo)電工質(zhì)膨脹所增加的體積。而當(dāng)熱源的功耗下降產(chǎn)生的熱量減少導(dǎo)致不導(dǎo)電工質(zhì)的溫度降低時，或者由于其他環(huán)境因素的原因不導(dǎo)電工質(zhì)的溫度降低體積縮小時，氣囊的體積則會增大，同時氣囊內(nèi)部的壓力也將減小。當(dāng)達(dá)到平衡時，氣囊所增加的體積將等于不導(dǎo)電工質(zhì)所減少的體積。所述在受到不導(dǎo)電工質(zhì)體積膨脹帶來的擠壓時所述氣囊的體積縮小包括所述氣囊體積根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程縮小，所述氣囊縮小的體積根據(jù)如下公式( 計算WW(吾(2).其中，V1是氣囊體積縮小前的氣囊體積，V2是氣囊體積縮小后的氣囊體積； \是氣囊體積縮小前的氣囊內(nèi)氣體絕對溫度，T2是氣囊體積縮小后的氣囊內(nèi)氣體絕對溫度；Ρ2是氣囊體積縮小前的氣囊內(nèi)氣體壓強(qiáng)，Ρ2是氣囊體積縮小后的氣囊內(nèi)氣體壓強(qiáng)；η是氣囊內(nèi)氣體的物質(zhì)的量；R是氣體常數(shù)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，浸沒式系統(tǒng)中不導(dǎo)電工質(zhì)的工作溫度范圍被控制在一定的規(guī)格之內(nèi)，也就是說所述氣囊的溫度變化是在一定的范圍之內(nèi)。若將氣囊壓縮或者擴(kuò)張后的體積V2與氣囊的初始體積V1控制在一定的范圍之內(nèi)，氣囊的壓力也控制在一定的允許范圍之內(nèi)。由于浸沒式系統(tǒng)中氣囊內(nèi)的壓力和不導(dǎo)電工質(zhì)的壓力存在一定的平衡關(guān)系，故通過氣囊的設(shè)計可以使浸沒式系統(tǒng)的壓力得到控制。所述一個或多個氣囊的氣囊數(shù)量根據(jù)不導(dǎo)電工質(zhì)的體積膨脹值和各個氣囊的體積縮小值確定，具體包括根據(jù)公式C3)計算
V Vv > VK ,、
^； (3)其中，VF是不導(dǎo)電工質(zhì)的體積膨脹值，表示第i個氣囊的體積縮小值，所述氣囊的氣囊數(shù)量i要保證所有氣囊的體積縮小值之和大于或等于不導(dǎo)電工質(zhì)的體積膨脹值。只要保證氣囊的總體積與不導(dǎo)電工質(zhì)的膨脹體積的合理比值，浸沒式系統(tǒng)的壓力就可以得到控制。在本發(fā)明的實(shí)施例中，氣囊的形狀和數(shù)量使可以根據(jù)殼體內(nèi)的具體情況進(jìn)行任意的靈活設(shè)置。雖然本實(shí)施案例中采用的是傳統(tǒng)工業(yè)體系中的氣囊，實(shí)際上，氣囊的具體形式可以根據(jù)浸沒式散熱方案的具體情況進(jìn)行多種變形和設(shè)計。所述氣囊固定于和所述電子設(shè)備101通過不導(dǎo)電工質(zhì)隔離的位置。此設(shè)計可以通過合理設(shè)置氣囊的位置避免現(xiàn)有方案中存在的電子設(shè)備暴露在氣體中，空氣隔離在不導(dǎo)電工質(zhì)和外殼之間的熱交換等缺陷，進(jìn)一步提高整個系統(tǒng)的散熱性能。在本發(fā)明實(shí)施例中，所述不導(dǎo)電工質(zhì)是不導(dǎo)電液體或不導(dǎo)電氣體。本發(fā)明實(shí)施例提供了一種浸沒式冷卻的方法。請參考圖3，圖3提供了本發(fā)明一個實(shí)施例的流程圖。所述方法包括S301使用不導(dǎo)電工質(zhì)對電子設(shè)備散熱；
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S303在受到不導(dǎo)電工質(zhì)體積膨脹帶來的擠壓時，氣囊體積縮小以緩沖不導(dǎo)電工質(zhì)的體積膨脹導(dǎo)致的系統(tǒng)內(nèi)壓力上升；所述系統(tǒng)包括電子設(shè)備、不導(dǎo)電工質(zhì)和一個或多個氣囊。在受到不導(dǎo)電工質(zhì)體積膨脹帶來的擠壓時，氣囊體積縮小包括，所述氣囊縮小的體積根據(jù)公式(4)計算V2 -V1 =nR(！ (4)
^2 Pl其中，V1是氣囊體積縮小前的氣囊體積，V2是氣囊體積縮小后的氣囊體積； \是氣囊體積縮小前的氣囊內(nèi)氣體絕對溫度，T2是氣囊體積縮小后的氣囊內(nèi)氣體絕對溫度；Ρ2是氣囊體積縮小前的氣囊內(nèi)氣體壓強(qiáng)，Ρ2是氣囊體積縮小后的氣囊內(nèi)氣體壓強(qiáng)；η是氣囊內(nèi)氣體的物質(zhì)的量；R是氣體常數(shù)。所述一個或多個氣囊的氣囊數(shù)量根據(jù)不導(dǎo)電工質(zhì)的體積膨脹值和各個氣囊的體積縮小值確定。所述一個或多個氣囊的氣囊數(shù)量根據(jù)不導(dǎo)電工質(zhì)的體積膨脹值和各個氣囊的體積縮小值確定具體包括根據(jù)公式( 確定ΣVv^V^ (5)其中，VK是不導(dǎo)電工質(zhì)的體積膨脹值，表示第i個氣囊的體積縮小值，其中i是大于等于1且小于等于N的自然數(shù)，所述氣囊的氣囊數(shù)量i要保證所有氣囊的體積縮小值之和大于或等于不導(dǎo)電工質(zhì)的體積膨脹值。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個優(yōu)選實(shí)施例的示意圖，附圖中的模塊或流程并不一定是實(shí)施本發(fā)明所必須的。最后應(yīng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種浸沒式冷卻系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)包括電子設(shè)備、不導(dǎo)電工質(zhì)和一個或多個氣囊；所述電子設(shè)備浸沒于不導(dǎo)電工質(zhì)中；所述不導(dǎo)電工質(zhì)用于對電子設(shè)備散熱，隨著溫度升高所述不導(dǎo)電工質(zhì)的體積膨脹；所述氣囊壁面有彈性，所述氣囊用于在受到不導(dǎo)電工質(zhì)體積膨脹帶來的擠壓時縮小體積，以緩沖不導(dǎo)電工質(zhì)的體積膨脹導(dǎo)致的系統(tǒng)內(nèi)壓力上升。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述氣囊縮小的體積根據(jù)如下公式計算V2 - V1 = nR ( )； P2 P1其中，V1是氣囊體積縮小前的氣囊體積，V2是氣囊體積縮小后的氣囊體積； \是氣囊體積縮小前的氣囊內(nèi)氣體絕對溫度，T2是氣囊體積縮小后的氣囊內(nèi)氣體絕對溫度；Ρ2是氣囊體積縮小前的氣囊內(nèi)氣體壓強(qiáng)，P2是氣囊體積縮小后的氣囊內(nèi)氣體壓強(qiáng)；η是氣囊內(nèi)氣體的物質(zhì)的量；R是氣體常數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述一個或多個氣囊的氣囊數(shù)量根據(jù)不導(dǎo)電工質(zhì)的體積膨脹值和各個氣囊的體積縮小值確定。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述一個或多個氣囊的氣囊數(shù)量根據(jù)如下公式確定JVZVvz. >WVz=l其中，VK是不導(dǎo)電工質(zhì)的體積膨脹值，表示第i個氣囊的體積縮小值，其中i是大于等于1且小于等于N的自然數(shù)，N是所述氣囊的氣囊數(shù)量，N要保證所有氣囊的體積縮小值之和大于或等于不導(dǎo)電工質(zhì)的體積膨脹值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述氣囊固定于和所述電子設(shè)備通過不導(dǎo)電工質(zhì)隔離開的位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述不導(dǎo)電工質(zhì)是不導(dǎo)電液體或不導(dǎo)電氣體。
7.一種浸沒式冷卻的方法，其特征在于，所述方法包括在封閉容器中使用不導(dǎo)電工質(zhì)對電子設(shè)備散熱，所述電子設(shè)備浸沒在所述不導(dǎo)電工質(zhì)中，在所述不導(dǎo)電工質(zhì)中放置一個或多個氣囊；在受到不導(dǎo)電工質(zhì)因?qū)﹄娮釉O(shè)備散熱導(dǎo)致體積膨脹帶來的擠壓時，氣囊體積縮小以緩沖不導(dǎo)電工質(zhì)的體積膨脹導(dǎo)致的系統(tǒng)內(nèi)壓力上升。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述氣囊縮小的體積根據(jù)以下公式確定V2 - V1 = nR ( U)； P2 P1其中，V1是氣囊體積縮小前的氣囊體積，V2是氣囊體積縮小后的氣囊體積； \是氣囊體積縮小前的氣囊內(nèi)氣體絕對溫度，T2是氣囊體積縮小后的氣囊內(nèi)氣體絕對溫度；Ρ2是氣囊體積縮小前的氣囊內(nèi)氣體壓強(qiáng)，P2是氣囊體積縮小后的氣囊內(nèi)氣體壓強(qiáng)；η是氣囊內(nèi)氣體的物質(zhì)的量；R是氣體常數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述在所述不導(dǎo)電工質(zhì)中放置一個或多個氣囊包括根據(jù)不導(dǎo)電工質(zhì)的體積膨脹值和各個氣囊的體積縮小值確定所述一個或多個氣囊的氣囊數(shù)量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)不導(dǎo)電工質(zhì)的體積膨脹值和各個氣囊的體積縮小值確定一個或多個氣囊的氣囊數(shù)量具體包括，根據(jù)如下公式確定Vv, >WV其中，VF是不導(dǎo)電工質(zhì)的體積膨脹值，表示第i個氣囊的體積縮小值，其中i是大于等于1且小于等于N的自然數(shù)，N是所述氣囊的氣囊數(shù)量，N要保證所有氣囊的體積縮小值之和大于或等于不導(dǎo)電工質(zhì)的體積膨脹值。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述不導(dǎo)電工質(zhì)是不導(dǎo)電液體或不導(dǎo)電氣體。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例提供一種浸沒式冷卻系統(tǒng)，包括電子設(shè)備、不導(dǎo)電工質(zhì)和一個或多個氣囊；電子設(shè)備浸沒于不導(dǎo)電工質(zhì)中；不導(dǎo)電工質(zhì)用于對電子設(shè)備散熱，隨著溫度升高所述不導(dǎo)電工質(zhì)的體積膨脹；氣囊壁面有彈性，在受到不導(dǎo)電工質(zhì)體積膨脹帶來的擠壓時所述氣囊的體積縮小，以緩沖不導(dǎo)電工質(zhì)的體積膨脹導(dǎo)致的系統(tǒng)內(nèi)壓力上升。本發(fā)明實(shí)施例提供的浸沒式冷卻的系統(tǒng)，使用氣囊代替排氣閥安裝更加靈活；并進(jìn)一步的提高了系統(tǒng)的冷卻性能。
文檔編號H05K7/20GK102440090SQ201180002417
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者柯有和, 羅朝霞, 翟立謙, 黃書亮 申請人:華為技術(shù)有限公司