一种浸没式相变液冷服务器机柜的制作方法

1.本技术涉及服务器冷却技术领域，具体为一种可应用于相变液冷数据中心的浸没式相变液冷服务器机柜。


背景技术：

2.随着计算机技术的飞速发展，数据中心服务器机柜的功率密度越来越高，传统的数据中心散热能力有限，需要单独的区域架构，项目施工工程量大，建设周期长，成本高。为了满足一些超高功率密度的服务器机柜的散热需求，相变液冷技术在数据中心领域的应用逐渐得到发展。
3.现有的浸没式液冷机柜，是将所有待冷却设备直接浸没于制冷剂中，虽然浸没式冷却具备高散热效能，但液体在相变化的过程中，产生的蒸汽会有逸散的问题，由于传统的机柜不具备密封功能，因此在运行一段时间就需要对机柜内的制冷剂进行补充，以保证待冷却设备始终完全浸没于制冷剂中，但制冷剂的成本高昂，这样无形中增加了机柜的运行成本和人力成本。同时，环境中的粉尘、硫氧化物和氮氧化物等杂质会进入到未密封的机柜内，既影响制冷剂的制冷效果，又容易造成待冷却设备的故障率上升、使用寿命缩短。
4.另外，为了冷却制冷剂在吸热后相变产生的气体，通常会在机柜内待冷却设备的上方设置冷凝管，当工作人员打开机柜的上盖进行维护或者需要更换待冷却设备时，需先将冷凝管拆除，这可能会发生冷凝管内的载冷剂泄露，给冷凝管下方待冷却设备带来了安全隐患。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的上述问题，本技术提供了一种浸没式相变液冷服务器机柜，具有密封功能，避免了机柜内制冷剂的逸散问题，也可防止环境中的粉尘等杂质进入到机柜内带来安全隐患，同时将冷凝管设置在机柜内待冷却设备的侧上方，无需拆除冷凝管即可方便地对待冷却设备进行维护或更换。
6.为实现上述目的，本技术提供的具体技术方案为：一种浸没式相变液冷服务器机柜，包括柜体，还包括密封盖板，所述柜体由固定连接的第一壁板、第二壁板、第三壁板、第四壁板、底板合围而成，所述密封盖板通过密封组件与所述柜体固定连接；
7.所述柜体内具有相互连通的液相区和气相区，所述液相区用于容纳制冷剂和待冷却设备，所述气相区设置有冷凝管，所述冷凝管固定连接于所述第一壁板或第二壁板，所述冷凝管的进液口和出液口分别贯穿所述柜体与外部管道连通。
8.作为一个实例，还包括设置于所述液相区的l形第一隔板和第二隔板，所述第一隔板的一端固定连接于所述第一壁板，另一端固定连接于所述底板；所述第二隔板的一端固定连接于所述第二壁板，另一端固定连接于所述底板。
9.作为一个实例，所述密封组件包括连接法兰，以及相配合的若干连接螺栓、若干连接螺母和若干密封垫片，所述连接法兰周向固设与所述柜体顶端，若干所述连接螺栓分别
贯穿所述密封盖板、密封垫片和连接法兰，与若干所述连接螺母螺接。
10.作为一个实例，所述冷凝管为蛇形管结构翅片管束，固定安装在所述第一隔板上。
11.作为一个实例，还包括设置于所述气相区，用于给待冷却设备供电的电源分配单元，所述电源分配单元固定安装在所述第二壁板上。
12.作为一个实例，所述第三壁板上设置有进液接头和出液接头，所述进液接头的一端与所述冷凝管的进液口相连通，另一端用于载冷剂的流入；所述出液接头的一端与所述冷凝管的出液口相连通，另一端用于载冷剂的流出。
13.作为一个实例，还包括设置于所述第三壁板或第四壁板外侧的第一温度传感器、第二温度传感器、安全阀、真空破坏阀、压力传感器、调压阀和液位计，所述第一温度传感器、第二温度传感器、压力传感器、调压阀和液位计均与外部控制系统通讯连接，所述安全阀和真空破坏阀为机械自启式阀门。
14.作为一个实例，所述第四壁板上设置有电缆密封接头、网线密封接头和接线盒。
15.作为一个实例，所述密封盖板上开设有观察孔，所述观察孔固定安装有透明板。
16.作为一个实例，所述密封盖板与所述柜体铰接有供所述密封盖板开合的支撑组件，所述密封盖板与铰接边相对的一边设置有把手，所述底板设置有脚轮。
17.本技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
18.本技术的一种浸没式相变液冷服务器机柜，密封盖板可通过连接法兰与柜体实现密封，避免了制冷剂因相变蒸发产生逸散造成经济损失、以及环境中的粉尘、硫氧化物和氮氧化物等杂质的进入而带来的安全隐患；l形隔板的设计，将冷凝管巧妙地布置于柜体内的侧面，不会阻挡待冷却设备的通过，方便待冷却设备的取放，在运维时不需要拆装冷凝管，杜绝了载冷剂泄露对待冷却设备造成损坏的风险；在密封盖板上增加了透明视窗，使柜体内部制冷剂沸腾时的运行情况更加直观，方便辅助运维人员检查设备状态；可应用于小型服务器机柜，使相变液冷数据中心的部署更灵活，提高了该类数据中心的可扩展性。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本技术一实施例提供的一种浸没式相变液冷服务器机柜结构示意图；
21.图2为本技术一实施例中第一壁板的结构示意图；
22.图3为本技术一实施例中第二壁板的结构示意图；
23.图4为本技术一实施例中第三壁板的结构示意图；
24.图5为本技术一实施例中第四壁板的结构示意图；
25.图6为本技术一实施例中底板的结构示意图；
26.图7为本技术一实施例中密封盖板的结构示意图；
27.图8为本技术一实施例中带冷却设备安装示意图。
28.附图标记：
29.1-柜体、101-液相区、102-气相区、2-密封盖板、3-支撑组件、4-制冷剂、5-冷凝管、
501-冷凝管底座、502-支架、6-载冷剂、7-电源分配单元、701-电源分配单元底座、8-第一温度传感器、9-第二温度传感器、10-安全阀、11-真空破坏阀、12-压力传感器、13-调压阀、14-液位计、15-底板、16-连接法兰、17-接线盒、18-脚轮、19-连接螺栓、191-连接螺母、20-密封垫圈、21-密封垫片、22-把手、23-合页、24-透明板、25-底板、26-待冷却设备、27-进液接头、28-出液接头、29-电缆密封接头、30-网线密封接头、31-第一壁板、32-第二壁板、33-第三壁板、34-第四壁板、35-第一隔板、351-第一横向部、352-第一竖向部、36-第二隔板、361-第二横向部、362-第二竖向部。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
31.如图1所示，本实施例提供的一种浸没式相变液冷服务器机柜，包括由通过满焊方式固定连接的第一壁板、第二壁板、第三壁板、第四壁板、底板合围而成的柜体，以及通过密封组件与柜体固定连接的密封盖板。
32.柜体内具有相互连通的液相区和气相区，液相区用于容纳制冷剂和待冷却设备，气相区设置有冷凝管，冷凝管固定连接于第一壁板或第二壁板，不影响待冷却设备的取放，冷凝管的进液口和出液口分别贯穿柜体与外部管道连通。制冷剂可选用具有良好电绝缘性、沸点适宜、无毒无腐蚀、不可燃、环保等特性的电子氟化液。
33.在一个实施例中，如图2-3所示，还包括设置于液相区的l形第一隔板和第二隔板，第一隔板的第一横向部的一端固定连接于第一壁板，第一竖向部的一端固定连接于底板；第二隔板的第二横向部的一端固定连接于第二壁板，第二竖向部的一端固定连接于底板，为保证连接的密封性，第一横向部与第一壁板、第一竖向部与底板、第二横向部与第二壁板、第二竖向部与底板均采用满焊的方式固定连接。
34.在一个实施例中，如图7所示，密封组件包括连接法兰，以及相配合的若干连接螺栓、若干连接螺母和若干密封垫片，连接法兰为与柜体相匹配的方形板，设置于柜体顶端分别与柜体的第一壁板、第二壁板、第三壁板、第四壁板满焊连接，若干连接螺栓分别贯穿密封盖板、密封垫片和连接法兰，与若干连接螺母螺接。在本实施例中，连接法兰周向均匀开设多个螺栓孔，将若干连接螺母焊接于螺栓孔的下表面。密封垫片用于保证密封盖板与连接法兰之间的密封。
35.在一个实施例中，冷凝管为蛇形管结构翅片管束，材质可选用铜管，固定安装在第一隔板的第一横向部上，不影响待冷却设备的取放。本实施例中，将蛇形管结构翅片管束置于支架上，使用u形板作为冷凝管底座，将u形板的第一侧面焊接于第一隔板的第一横向部上，通过螺栓螺纹的方式将支架固定安装在u形板的第二侧面。
36.如图4所示，为了方便连接并保证连接的密封性，冷凝管的进液口和出液口均焊接有金属软管，金属软管未焊接的一端连接有活接接头。在第三壁板上焊接有进液接头和出液接头，进液接头的一端与冷凝管的进液口相连通，另一端用于载冷剂的流入；出液接头的一端与冷凝管的出液口相连通，另一端用于载冷剂的流出，进液接头和出液接头的一端均
为活接接头，位于柜体外侧与外部管路连通，另一端为球面密封接头，位于柜体内侧。为了保证载冷剂充满管道以利于换热，本实施例中，进液接头设置在出液接头的下方。本实施例选用去离子水作为载冷剂，从进液接头进入冷凝管，流经翅片管束后，从出液接头离开浸没式相变液冷服务器机柜。
37.在一个实施例中，还包括设置于气相区，用于给待冷却设备供电的电源分配单元，为了方便电源分配单元的拆装，本实施例将电源分配单元通过电源分配单元底座固定安装在第二壁板上，电源分配单元底座采用与冷凝管底座同样的u形板，将u形板的一面焊接在第二壁板上，并通过螺栓螺纹的方式将电源分配单元固定安装在u形板未焊接的一面。
38.在一个实施例中，如图5所示，还包括设置于第三壁板或第四壁板外侧的第一温度传感器、第二温度传感器、安全阀、真空破坏阀、压力传感器、调压阀和液位计，第一温度传感器、第二温度传感器、压力传感器、调压阀和液位计均与外部控制系统通讯连接，安全阀和真空破坏阀为机械自启式阀门，在本实施例中以上均设置于第四壁板外侧。第一温度传感器用于测量气相区的温度，第二温度传感器用于测量液相区的温度，本实施例中第一温度传感器和第二温度传感器均采用pt100温度变送器，带赫斯曼接头，安装接口为外螺纹，通过安装接头安装，安装接头为工质管，一端贯穿第三壁板或第四壁板并与其焊接固定，另一端为内螺纹接头，以方便与第一温度传感器或第二温度传感器螺纹连接。安全阀、真空破坏阀、压力传感器、调压阀和液位计均位于柜体液相区的外侧。本实施例中安全阀采用弹簧式低压压力调压阀，当浸没式相变液冷服务器机柜内压力达到启动压力时，可自动泄压。通过调节弹簧松紧，可调节启动压力。当浸没式相变液冷服务器机柜内产生负压时，真空破坏阀可自动从外界吸入空气，以维持柜体内部压力处于正常工作范围。压力传感器采用扩散硅压力变送器，带赫斯曼接头。调压阀采用电动球阀，启闭通过外接控制系统来控制。液位计采用磁翻板液位计，带信号远传功能。
39.在一个实施例中，第四壁板上设置有电缆密封接头、网线密封接头和接线盒。电缆密封接头和网线密封接头均位于柜体内的气相区，电缆密封接头采用变压器接线柱，网线密封接头采用光纤航空插头连接器。接线盒通过焊接或螺栓螺母等方式固定设置于柜体的外侧，本实施例选用一进五出接线盒，进线端接入控制箱，出线端分别接入第一温度传感器、第二温度传感器、压力传感器、调压阀、液位计。
40.在一个实施例中，密封盖板上开设有观察孔，观察孔固定安装有透明板。为了确保密封性，观察孔的周向均布有螺栓孔，透明板通过连接螺栓、密封垫圈和密封垫片相配合固定安装于密封盖板。透明板可选用透明亚克力板，密封垫圈可选用聚四氟乙烯垫圈，密封垫片可选用硅胶垫片。密封垫片用于保证透明板与密封盖板之间的密封，密封垫圈用于保证连接螺栓与透明板之间的密封。
41.在一个实施例中，密封盖板与柜体铰接有供密封盖板开合的支撑组件，密封盖板与铰接边相对的一边设置有把手，如图6所示，本实施例中，把手为u形圆棒，圆棒两端焊接固定在盖板上，底板的底部周向对称设置有四个脚轮，脚轮均采用聚氨酯万向轮。将密封盖板的一边通过合页与连接法兰连接，以实现密封盖板的转动，支撑组件采用液压支撑杆实现密封盖板的开合，将液压支撑杆的杆体与密封盖板固定连接，液压支撑杆的缸体与第三壁板或第四壁板固定连接。
42.本技术的浸没式相变液冷服务器机柜使用原理是，如图8所示，将待冷却设备，如
机架式服务器、机架式交换机等，放置于柜体内，向液相区注入制冷剂，使制冷剂完全浸没待冷却设备，制冷剂的液面将柜体内空间分为了气相区和液相区，电源分配单元可给待冷却设备供电，在待冷却设备运行时，将密封盖板密封，制冷剂吸热气化，进入气相区，载冷剂流经冷凝管时，与气态制冷剂换热，使气态制冷剂液化，重新回到液相区，循环往复；冷凝管内的载冷剂将吸收的热量运至柜体外，进入其它单元完成换热后，重新进入冷凝管，如此循环。
43.具体使用过程如下：
44.在使用时，借助脚轮移动本装置至安装点；将第一温度传感器、第二温度传感器、压力传感器、调压阀和液位计的信号线接入接线盒，接线盒进线端接外部配电箱；电源分配单元的总电源线接电缆密封接头，电缆密封接头接外部配电箱；网线密封接头接外部互联交换机。载冷剂通过进液接头进入冷凝管并通过出液接头流出冷凝管进入外部换热单元，载冷剂离开冷凝管后，经外部换热，能重新进入冷凝管，往复循环。
45.满足待冷却设备安装条件后，首先握住把手将密封盖板往上推，待支撑杆撑住密封盖板后，将待冷却设备竖直并排放置于液相区内，待冷却设备的电源线接电源分配单元，待冷却设备的网线接入网线密封接头。
46.安装好待冷却设备后，将制冷剂加入柜体内，使制冷剂完全浸没待冷却设备。关闭密封盖板，并通过连接螺栓和密封垫片使密封盖板与柜体密封。
47.待冷却设备运行时，制冷剂吸热气化，随后气态的制冷剂与冷凝管中流经的载冷剂完成换热，气态的制冷剂放热冷凝后重新液化，如此循环往复，不断将待冷却设备散发的热量通过载冷剂输出柜体。
48.在待冷却设备运行过程中，第一温度传感器用于监测气相区温度，第二温度传感器用于监测液相区温度，压力传感器用于监测气相区压力，液位计用于监测制冷剂的液位，上述监测信号均可通过通讯连接线传递至外部控制系统。
49.在待冷却设备运行过程中，调压阀的启闭由与其通讯连接的外部控制系统控制，当压力传感器监测到的正压超过正启动压力时，调压阀将开启泄压；当压力传感器监测到的负压低于负启动压力时，调压阀将开启吸入空气，以维持柜体内压力处于正常工作范围。当遇到异常工况导致调压阀无法工作时，安全阀和真空破坏阀将作为压力安全装置，真空破坏阀和安全阀均为机械自启式阀门，达到压力后自动开启，以保证柜体内部不会超压或出现负压。
50.在待冷却设备运行时，运维人员可以在不打开密封盖板的情况下，通过观察孔观察柜体内部的运行状况。
51.总而言之，该浸没式相变液冷服务器机柜可避免柜内制冷剂逸散造成的浪费；同时冷凝管布置于柜体侧面，方便待冷却设备的运维及取放，不需要另外拆装冷凝管，避免了载冷剂泄露对待冷却设备造成损坏的风险；密封盖板上设置的可密封的透明板，使柜体内部制冷剂沸腾时的运行情况更加直观，可以辅助运维人员检查设备状态；部署灵活，扩展性强。
52.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种浸没式相变液冷服务器机柜，包括柜体，其特征在于，还包括密封盖板，所述柜体由固定连接的第一壁板、第二壁板、第三壁板、第四壁板、底板合围而成，所述密封盖板通过密封组件与所述柜体固定连接；所述柜体内具有相互连通的液相区和气相区，所述液相区用于容纳制冷剂和待冷却设备，所述气相区设置有冷凝管，所述冷凝管固定连接于所述第一壁板或第二壁板，所述冷凝管的进液口和出液口分别贯穿所述柜体与外部管道连通。2.根据权利要求1所述的一种浸没式相变液冷服务器机柜，还包括设置于所述液相区的l形第一隔板和第二隔板，所述第一隔板的一端固定连接于所述第一壁板，另一端固定连接于所述底板；所述第二隔板的一端固定连接于所述第二壁板，另一端固定连接于所述底板。3.根据权利要求1所述的一种浸没式相变液冷服务器机柜，所述密封组件包括连接法兰，以及相配合的若干连接螺栓、若干连接螺母和若干密封垫片，所述连接法兰周向固设与所述柜体顶端，若干所述连接螺栓分别贯穿所述密封盖板、密封垫片和连接法兰，与若干所述连接螺母螺接。4.根据权利要求2所述的一种浸没式相变液冷服务器机柜，其特征在于：所述冷凝管为蛇形管结构翅片管束，固定安装在所述第一隔板上。5.根据权利要求1所述的一种浸没式相变液冷服务器机柜，其特征在于：还包括设置于所述气相区，用于给待冷却设备供电的电源分配单元，所述电源分配单元固定安装在所述第二壁板上。6.根据权利要求1所述的一种浸没式相变液冷服务器机柜，其特征在于：所述第三壁板上设置有进液接头和出液接头，所述进液接头的一端与所述冷凝管的进液口相连通，另一端用于载冷剂的流入；所述出液接头的一端与所述冷凝管的出液口相连通，另一端用于载冷剂的流出。7.根据权利要求1所述的一种浸没式相变液冷服务器机柜，其特征在于：还包括设置于所述第三壁板或第四壁板外侧的第一温度传感器、第二温度传感器、安全阀、真空破坏阀、压力传感器、调压阀和液位计，所述第一温度传感器、第二温度传感器、压力传感器、调压阀和液位计均与外部控制系统通讯连接，所述安全阀和真空破坏阀为机械自启式阀门。8.根据权利要求1所述的一种浸没式相变液冷服务器机柜，其特征在于：所述第四壁板上设置有电缆密封接头、网线密封接头和接线盒。9.根据权利要求1所述的一种浸没式相变液冷服务器机柜，其特征在于：所述密封盖板上开设有观察孔，所述观察孔固定安装有透明板。10.根据权利要求1所述的一种浸没式相变液冷服务器机柜，其特征在于：所述密封盖板与所述柜体铰接有供所述密封盖板开合的支撑组件，所述密封盖板与铰接边相对的一边设置有把手，所述底板设置有脚轮。

技术总结
本申请提供了一种浸没式相变液冷服务器机柜，包括柜体，还包括密封盖板，所述柜体由固定连接的第一壁板、第二壁板、第三壁板、第四壁板、底板合围而成，所述密封盖板通过密封组件与所述柜体固定连接；所述柜体内具有相互连通的液相区和气相区，所述液相区用于容纳制冷剂和待冷却设备，所述气相区设置有冷凝管，所述冷凝管固定连接于所述第一壁板或者第二壁板，所述冷凝管的进液口和出液口分别贯穿所述柜体与外部管道连通。本申请具有密封功能，避免了机柜内制冷剂的逸散问题，也可防止环境中的粉尘等杂质进入到机柜内带来安全隐患，同时将冷凝管设置在机柜内待冷却设备的侧上方，无需拆除冷凝管即可方便地对待冷却设备进行维护或更换。或更换。或更换。


技术研发人员：龚正 周吉成 蓝桂平 李宗勇
受保护的技术使用者：武汉三江航天远方科技有限公司
技术研发日：2023.07.25
技术公布日：2023/9/22