(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211059615.2 (22)申请日 2022.08.31 (71)申请人 南京工业大 学 地址 211816 江苏省南京市浦口区浦珠南 路30号81号信箱 (72)发明人 王瑜　袁琳慧　康娜　 (51)Int.Cl. H05K 7/20(2006.01) (54)发明名称 一种用于数据中心服务器散热的浸没射流 冷却装置及方法 (57)摘要 本发明涉及数据中心液冷技术领域， 具体涉 及一种用于数据中心服务器散热的浸没射流冷 却装置， 由液冷柜本体、 冷却散热装置和服务器 三部分组成。 冷却散热装置包括冷却液管段组件 和射流腔， 一部分冷却液通过管段组件进入液冷 柜本体完全浸没服务器和射流腔， 另一部分冷却 液通过管段组件进入射流腔； 射流腔由缓冲腔、 整流网和射流孔板叠加而成， 用于向服务器表面 喷射冷却液。 本发明采用浸没式冷却技术和射流 冷却技术相结合的方式， 充分利用液冷柜内冷却 液， 依靠液体内射流冲击和加速扰动的冷却液吸 收服务器的发热量， 同时有效解决服务器局部高 热流密度区域快速散热的问题， 以及空气射流冷 却会和空气换 热产生热量浪费的问题。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 115297697 A 2022.11.04 CN 115297697 A 1.一种用于数据中心服 务器散热的浸没射 流冷却装置， 其特 征在于： 由液冷柜本体(1)、 冷却散热装置和服 务器(3)三部分组成。 所述液冷柜本体(1)包括液冷柜外壁(1 ‑1)和液冷柜内壁(1 ‑2)， 所述液冷柜本体(1)内 浸没冷却液； 所述液冷柜外壁(1 ‑1)上设有进液口(1 ‑3)和出液口(1 ‑4)， 所述进液口(1 ‑3) 和出液口(1 ‑4)位于液冷柜外壁(1 ‑1)同侧， 出液口(1 ‑4)的位置高于进液口(1 ‑3)的位置； 所述液冷柜内壁(1 ‑2)位于进液口(1 ‑3)的上方， 所述液冷柜内壁(1 ‑2)的左端端部与液冷 柜外壁(1 ‑1)的左侧壁 面之间留有间隙； 所述冷却散热装置包括冷却液 管段组件(5)和射 流腔(2)； 所述冷却液水平干管(5 ‑4)与液冷柜的进液口(1 ‑3)连接， 冷却液水平干管(5 ‑4)穿过 液冷柜外壁(1‑1)后， 通过三通接头(5 ‑3)分为射流水平管(5 ‑1)和浸没水平管(5 ‑6)两根支 管； 所述射流水平管(5 ‑1)通过射流立管(5 ‑2)与射流腔(2)连通， 所述浸没水平管(5 ‑6)与 液冷柜本体(1)连通； 所述射流腔(2)底部放置在液冷柜内壁(1 ‑2)上， 所述射流腔(2)最顶端的高度低于出 液口(1‑4)最底端的高度， 所述射流腔(2)平行于液冷柜 外壁(1‑1)的左右两侧壁； 所述第一 射流腔(2 ‑a)、 第二射流腔(2 ‑b)、 第三射流腔(2 ‑c)、 第四射流腔(2 ‑d)和第五射流腔(2 ‑e) 的底部分别对应与第一射流立管(5 ‑2‑a)、 第二射流立管(5 ‑2‑b)、 第三射流立管(5 ‑2‑c)、 第四射流立管(5 ‑2‑d)和第五射流立管(5 ‑2‑e)连通， 所述射流立管(5 ‑2)穿过液冷柜内壁 (1‑2)与射流水平管(5 ‑1)连接； 所述服务器(3)的底部放置在液冷柜内壁(1 ‑2)上， 所述服务器(3)完全浸没于冷却液 中， 所述第一服务器(3 ‑a)、 第二服务器(3 ‑b)、 第三服务器(3 ‑c)和第四服务器(3 ‑d)等间距 布置。 2.根据权利要求1所述的用于数据中心服务器散热的浸没射流冷却装置， 其特征在于： 所述射流腔(2)包括射流孔板(2 ‑1)、 整流网(2 ‑2)和缓冲 腔(2‑3)； 所述整流网(2 ‑2)为与缓 冲腔(2‑3)尺寸相等的不锈钢编织丝网； 所述第一射流腔(2 ‑a)和第五射流腔(2 ‑e)的缓冲 腔(2‑3)、 整流网(2 ‑2)和射流孔板(2 ‑1)朝液冷柜本体(1)内部单面布置， 所述第二射流腔 (2‑b)、 第三射流腔(2 ‑c)和第四射流腔(2 ‑d)的射流孔板(2 ‑1)和整流网(2‑2)在缓冲 腔(2‑ 3)两侧对称布置 。 3.根据权利要求2所述的用于数据中心服务器散热的浸没射流冷却装置， 其特征在于： 所述服务器(3)的高度与射流腔(2)的高度相一致； 所述射流腔(2)和服务器(3)的相对位 置， 从进液口(1 ‑3)的近端到远端依次为： 第一射流腔(2 ‑a)、 第一服务器(3 ‑a)、 第二射流腔 (2‑b)、 第二服务器(3 ‑b)、 第三射流腔(2 ‑c)、 第三服务器(3 ‑c)、 第四射流腔(2 ‑d)、 第四服 务器(3‑d)和第五射 流腔(2‑e)， 射流腔(2)和服 务器(3)两 两等距布置。 4.根据权利要求2所述的用于数据中心服务器散热的浸没射流冷却装置， 其特征在于： 所述射流冲击孔(2 ‑1‑1)在射流孔板(2 ‑1)上采用叉排阵列式排布， 所述射流孔板(2 ‑1)上 的所有射 流冲击孔(2 ‑1‑1)喷射出的冷却液 可以覆盖对应服 务器(3)表面。 5.根据权利要求1所述的用于数据中心服务器散热的浸没射流冷却装置， 其特征在于： 所述潜水泵(6)固定在液冷柜内壁(1 ‑2)上， 所述潜水泵(6)底部与回流立管(5 ‑5)连接， 所 述回流立管(5 ‑5)穿过液冷柜内壁(1 ‑2)与水平干管(5 ‑4)连接； 所述第一立管流量调节阀 (4‑1‑a)、 第二立管流量调节阀(4 ‑1‑b)、 第三立管流量调节阀(4 ‑1‑c)、 第四立管流量调节权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115297697 A 2阀(4‑1‑d)和第五立管流量调节阀(4 ‑1‑e)分别对应设置在第一射流立管(5 ‑2‑a)、 第二射 流立管(5 ‑2‑b)、 第三射流立管(5 ‑2‑c)、 第四射流立管(5 ‑2‑d)和第五射流立管(5 ‑2‑e)的 末端； 所述水平管流量调节阀(4 ‑2)设置于射流水平管(5 ‑1)的起始端； 所述潜水泵(6)、 流 量调节阀(4)的电源线均从液冷柜外壁(1 ‑1)的密封孔 穿出。 6.根据权利要求1所述的用于数据中心服务器散热的浸没射流冷却装置， 其特征在于： 所述室内侧换热装置包括液泵(7)、 板式换热器(9)和 储液罐(8)， 所述出液口(1 ‑4)通过管 道和储液罐(8)连通， 所述储 液罐(8)通过管道和板式换热器(9)的热端进口连通， 所述板式 换热器(9)的热端出口通过管道和液泵(7)连通， 所述液泵(7)通过管道和进液口(1 ‑3)连 通； 所述室外侧换热装置包括液冷室外机(11)、 循环泵(10)和板式换热器(9)， 所述液冷室 外机(11)通过管道和循环泵(10)连通， 所述循环泵(10)通过管道和板式换热器(9)的冷端 进口连通， 所述板式换 热器(9)的冷端出口通过 管道和液冷室外 机(11)连通。 7.根据权利要求1所述的用于数据中心服务器散热的浸没射流冷却装置的运行方法， 其特征在于： 冷却液从水平干管(5 ‑4)通过进液口(1 ‑3)， 在三通接头(5 ‑3)处分别进入射流水平管 (5‑1)和浸没水平管(5 ‑6)； 一部分冷却液通过浸没水平管(5 ‑6)进入液冷柜本体(1)完全浸 没服务器(3)， 吸收服务器(3)的发热量； 同时， 另一部分冷却液依次通过射流水平管(5 ‑1)、 水平管流 量调节阀(4 ‑2)、 射流立管(5‑2)、 立管流 量调节阀(4 ‑1)进入射 流腔(2)； 在射流腔(2)内， 冷却液首先进入缓冲腔(2 ‑3)， 消除进入射流腔(2)前的初速度， 然后 冷却液流经整流网(2 ‑2)进行匀流， 处理后的冷却液从射流孔板(2 ‑1)上的所有射流冲击孔 (2‑1‑1)高速喷射出， 直接撞击 到对应服 务器(3)表面， 实现散热； 喷射出的冷却液与浸没的冷却液混合后， 一部分从出液口(1 ‑4)离开进入室内侧换热 循环， 另一部分通过潜水泵(6)从回流立管(5 ‑5)进入水平干管(5 ‑4)， 驱动冷却液在液冷柜 本体(1)内部循环运动； 从出液口(1 ‑4)流出的冷却液分别通过储液罐(8)、 板式换热器(9)、 液泵(7)和进液口 (1‑3)， 回到液冷柜 本体(1)内部， 构成室内侧换热循环； 冷源分别通过板式换热器(7)、 液冷 室外机(11)和循环泵(10)， 构成室外侧换 热循环， 用于冷却流经板式换 热器(7)的冷却液。 8.根据权利要求通过调节7所述的用于数据中心服务器散热的浸没射流冷却装置的运 行方法， 其特征在于： 通过调节第一立管流量调节阀(4 ‑1‑a)、 第二立管流量调节阀(4 ‑1‑ b)、 第三立管流量调节阀(4 ‑1‑c)、 第四立管流量调节阀(4 ‑1‑d)和第五立管流量调节阀(4 ‑ 1‑e)， 一一对应分别控制进入第一射流腔(2 ‑a)、 第二射流腔(2 ‑b)、 第三射流腔(2 ‑c)、 第四 射流腔(2 ‑d)和第五射流腔(2 ‑e)的冷却液流量； 通过调节水平管流量调节阀(4 ‑2)可以控 制进入射 流水平管(5 ‑1)的冷却液流 量。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115297697 A 3