(19)中华 人民共和国 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 202111389652.5 (22)申请日 2021.11.22 (71)申请人 北京航空航天大 学 地址 100191 北京市海淀区学院路37号 (72)发明人 袁卫星　任柯先　王磊鑫　程浩　 杨通智　 (74)专利代理 机构 北京金恒联合知识产权代理 事务所 1 1324 代理人 李强 (51)Int.Cl. H05K 7/20(2006.01) (54)发明名称 一种用于高功率密度机柜的泵驱双环路热 管组合散热系统 (57)摘要 一种用于高功率密度机柜的泵驱双环路热 管组合散 热系统， 用于整体解决高功率机柜的高 效可靠散 热难题。 系统由机柜换热单元和室外散 热单元组成。 机柜换热单元由泵驱芯片级两相液 冷环路热管和泵驱背板级两相液冷环路热管组 成。 泵驱芯片级两相液冷环路热管吸热段由多个 贴合在各服务器大功率芯片上的气液双通道换 热器组成， 通过换热器内部的制冷剂流动沸 腾吸 收芯片产热； 泵驱背板级两相液冷环路热管的吸 热段由机柜背板换热器组成， 冷却服务器排出的 热空气。 本系统可以将机柜内部服务器产热全部 散出， 机柜无需额外的空调制冷， 具有散热功耗 低、 无局部 热点、 可靠性高、 余热方便回 收利用等 特点。 权利要求书2页 说明书6页 附图5页 CN 114071972 A 2022.02.18 CN 114071972 A 1.一种泵驱双环路热 管组合散热系统， 其特 征在于包括： 机柜换热单元， 和 室外散热单元， 其中： 机柜换热单元包括泵驱芯片级两相液冷环路热 管和泵驱背板级两相液冷环路热 管， 泵驱芯片级两相液冷环路热管包括： 第一制冷剂泵(101)、 第一备用制冷剂泵(101 ‑1)、 第一储液罐(102)、 第一热交换器(103)、 过滤器(104)、 分流管(105)、 汇流管(106)、 气液双 通道换热器(107)、 可插拔自封 接头(108)， 泵驱背板级两相液冷环路热管包括： 第二制冷剂泵(201)、 第二备用制冷剂泵(201 ‑1)、 第二储液 罐(202)、 第二热交换器(20 3)、 背板换 热器(205)、 调速风扇(20 6)， 泵驱芯片级两相液冷环路热管中的液相制冷剂经由第一制冷剂泵(101)驱动进入分流 管(105)， 分流管包括多个水平分支作为支路， 支路数目和服务器数目相等， 支路 的入口和 服务器之间以及支路 的出口和服务器之间由可插拔 自封接头(108)连接， 分流管内的制冷 剂经由支路进入布置在每层服 务器内部的气液双通道换 热器(107)； 液相制冷剂在气液双通道换热器(107)内吸收芯片产生的热量， 发生沸腾， 并转变为两 相状态； 两相状态的制冷剂经 过支路接口进入汇流管(10 6)， 之后流入第一热交换器(10 3)； 在第一热交换器(103)内部， 该两相状态的制冷剂向冷却液放热而回复液相状态， 流入 第一储液 罐(102)； 冷却液从制冷剂吸收热量导致温度升高， 流出第一热交换器(103)后进入室外散热单 元， 将热量释放到室外， 从而自身温度回复； 进入第一储液 罐(102)的液相 制冷剂， 由第一制冷剂泵(101)抽吸进入下一次循环； 泵驱背板级两相液冷环路热管中的液相制冷剂经由第二制冷剂泵(201)驱动进入背板 换热器， 服务器主板风扇抽吸机柜正 面冷空气， 吹拂主板上 各发热元件， 服务器主板风扇吸入机柜正面的冷空气， 该冷空气的一部分流过主板吸收热量， 温度 升高， 变成热空气； 该冷空气的另一部分经过气液双通道换热器(107)的翅片部分， 吸收一 部分芯片发热； 所述热空气透过机柜背板， 与背板换热器(205)进行热量交换， 自身温度降低， 再度变 成冷空气； 而背板换热器内部的制冷剂吸收热量变成两相状态的制冷剂， 该两相状态的制 冷剂通过 管道进入第二热交换器(20 3)； 进入第二热交换器(203)后， 该两相状态的制冷剂向冷却液循环释放热量， 恢复液相状 态， 并流入第二储液 罐(202)； 冷却液吸收热量温度升高， 流出热交换器后进入室外散热单元， 将热量释放到室外， 自 身温度回复； 进入储液罐(202)的液相 制冷器， 由泵第二制冷剂泵(201)抽吸进入下一次循环。 2.根据权利要求1所述的泵驱双环路热 管组合散热系统， 其特 征在于： 当泵驱动芯片级两相液冷环路热管发生故障， 气液双通道换热器(107)内液体流道无 法得到及时补液， 两相换热出现恶化， 服务器芯片温度持续升高时， 服务器主板风扇接收主 板信号提高转速， 加大风量， 使流过气液双通道换热器气 体流道的冷空气流量加大， 冷空气权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114071972 A 2携带走的芯片热量增大， 服务器芯片温度升高趋势减缓， 直到稳定。 布置在背板换热器上的 调速风扇(206)根据工况变化来调节自身转速， 以适应不同的热负荷。 调速风扇数目由具体 工况和安装的确定 。 3.根据权利要求1所述的泵驱双环路热 管组合散热系统， 其特 征在于： 在所述的机柜换热单元里在泵驱动芯片级两相液冷环路热管和/或泵驱背板级两相液 冷环路热管中加装了中间换热器(109， 207)， 用于提高进入机柜制冷剂的温度， 降低入口过 冷度， 强化两相换 热， 提高芯片的温度均匀性。 4.根据权利要求1所述的泵驱双环路热 管组合散热系统， 其特 征在于： 由于主板小功率元件工作所需的上限温度低于主板CPU上限温度。 所以服务器入口风 温需要保持较低水平， 例如25℃， 当室外温度较高， 例如35℃， 需要启动制冷机(302)用于降 低进入背板级两相液冷环路热管 的冷却液温度， 进而降低背板换热器的出风温度， 以满足 主板的散热需求， 和/或当 芯片级两相液冷环路热 管出现故障时提高系统的换 热能力。 5.根据权利要求1所述的泵驱双环路热 管组合散热系统， 其特 征在于： 室外散热单元包括： 水泵(3 01)、 备用水泵(3 01‑1)、 制冷机(3 02)、 阀门(3 04)， 室外散热单元还包括： 从冷却塔(303)和干式风冷散热器(305)中选出的至少一种， 用 于冷却从机柜换 热单元吸收热量的冷却液。 6.根据权利要求1所述的泵驱双环路热 管组合散热系统， 其特 征在于： 室外散热单元包括： 水泵(3 01)、 备用水泵(3 01‑1)、 制冷机(3 02)、 阀门(3 04)， 室外散热单元还包括换热器(306)， 用于余热回收利用。 7.根据权利要求1所述的泵驱双环路热 管组合散热系统， 其特 征在于： 室外散热单元包括： 水泵(3 01)、 备用水泵(3 01‑1)、 制冷机(3 02)、 阀门(3 04)， 室外散热单元还包括干式风冷散热器(3 05‑1， 305‑2)。 8.根据权利要求1所述的泵驱双环路热 管组合散热系统， 其特 征在于： 室外散热单元包括： 水泵(301)、 备用水泵(301 ‑1)、 制冷机(302)、 阀门(304)， 室外散热 单元还包括两个干冷器， 其中泵驱背板级两相液冷环路热管对应的室外散热环路包括了一 个制冷机(3 02)。 9.根据权利要求1所述的泵驱双环路热 管组合散热系统， 其特 征在于： 分流管支路出口处布置了均流元件， 调节制冷剂流量， 使制冷剂均匀分配到各层服务 器。 分流管顶部位置有一个排气口， 用以定期排出系统内的不凝性气体。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114071972 A 3