本發(fā)明涉及直接液冷，具體地說(shuō)是一種基于蒸汽壓縮-orc的刀片型液冷機(jī)箱。

背景技術(shù)：

1、隨著電子設(shè)備小型化、高密度化、器件高功耗化，如今液冷散熱已經(jīng)逐步成為新一代刀片機(jī)箱的發(fā)展趨勢(shì)。液冷機(jī)箱由液冷冷板及液冷循環(huán)系統(tǒng)組成，刀片板卡上的元器件在工作時(shí)釋放熱量，大量的熱量通過(guò)液冷冷板傳遞到液冷介質(zhì)，然后流進(jìn)循環(huán)泵到達(dá)外界環(huán)境的換熱器，經(jīng)過(guò)熱量釋放以后再次返回液冷冷板吸收板卡熱量，形成一個(gè)完整的循環(huán)過(guò)程，而單考慮散熱系統(tǒng)部分，液冷機(jī)箱及液冷冷板的設(shè)計(jì)成為了系統(tǒng)的關(guān)鍵。

2、常規(guī)液冷散熱機(jī)箱通常處于空調(diào)機(jī)房，通過(guò)空調(diào)給予外界穩(wěn)定的低溫環(huán)境才能將機(jī)箱內(nèi)部的熱量轉(zhuǎn)移到機(jī)房，這造成極大的資源浪費(fèi)，據(jù)專(zhuān)家估計(jì)，2025年數(shù)據(jù)中心耗電量將超過(guò)3800億kw·h，將占總用電量4.05％，其中空調(diào)的散熱用電量占數(shù)據(jù)中心散熱量的31％。此外，常規(guī)液冷散熱機(jī)箱在高性能計(jì)算、和高溫、高濕度、高鹽霧等惡劣環(huán)境下的應(yīng)用中，設(shè)備產(chǎn)生的熱量極大，可能無(wú)法滿(mǎn)足高熱流密度的散熱需求，尤其是環(huán)境溫度超過(guò)50℃時(shí)，循環(huán)介質(zhì)與外界環(huán)境無(wú)法有效散熱，更加沒(méi)可能有效降低刀片計(jì)算模塊的主芯片溫度，進(jìn)而導(dǎo)致主芯片降頻以及設(shè)備失效等嚴(yán)重問(wèn)題。而刀片計(jì)算模塊的器件長(zhǎng)期處于高溫高濕環(huán)境時(shí)，內(nèi)部產(chǎn)生一系列化學(xué)與應(yīng)力反應(yīng)，大大縮減元器件壽命，造成極大的算力資源與生產(chǎn)資源的浪費(fèi)。

3、目前，常規(guī)使用循環(huán)泵+塔式換熱器的液冷刀片機(jī)箱，基本上運(yùn)行在擁有空調(diào)的機(jī)房環(huán)境中使用，由于大面積使用空調(diào)制冷，造成極大的能源浪費(fèi)，電力成本飆升。此外，高溫高濕的惡劣環(huán)境下，液冷機(jī)箱既無(wú)法有效完成散熱，造成電子設(shè)備性能下降、失效與壽命縮短，也由于外部換熱裝置體積過(guò)大，失去便攜與移動(dòng)特性。

4、故如何實(shí)現(xiàn)機(jī)箱內(nèi)部的精準(zhǔn)散熱，減少熱效應(yīng)導(dǎo)致的設(shè)備故障，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命是目前亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)是提供一種基于蒸汽壓縮-orc的刀片型液冷機(jī)箱，來(lái)解決如何實(shí)現(xiàn)機(jī)箱內(nèi)部的精準(zhǔn)散熱，減少熱效應(yīng)導(dǎo)致的設(shè)備故障，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命的問(wèn)題。

2、本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)是按以下方式實(shí)現(xiàn)的，一種基于蒸汽壓縮-orc的刀片型液冷機(jī)箱，該液冷機(jī)箱內(nèi)設(shè)置有變頻壓縮機(jī)、殼管式換熱器、膨脹機(jī)、發(fā)電機(jī)一、分流器、刀片計(jì)算模塊、集流器、渦輪機(jī)及發(fā)電機(jī)二，集流器的出口與變頻壓縮機(jī)的入口相連接，變頻壓縮機(jī)的出口與殼管式換熱器的管束入口相連接，殼管式換熱器的管束出口與膨脹機(jī)的入口相連接，膨脹機(jī)的出口與分流器的分流器進(jìn)口相連接，分流器的分流器出口與刀片計(jì)算模塊的刀片計(jì)算模塊冷板進(jìn)液口相連接，刀片計(jì)算模塊的刀片計(jì)算模塊冷板出液口與集流器的入口相連接，完成蒸汽壓縮循環(huán)的管路連接；翅片管式換熱器的出口與殼管式換熱器的殼體入口相連接，殼管式換熱器的殼體出口與渦輪機(jī)的入口相連接，渦輪機(jī)的出口與翅片管式換熱器的入口相連接，完成orc循環(huán)。

3、作為優(yōu)選，所述膨脹機(jī)與發(fā)電機(jī)一同軸連接，共同旋轉(zhuǎn)。

4、更優(yōu)地，所述渦輪機(jī)與發(fā)電機(jī)二同軸連接，共同旋轉(zhuǎn)。

5、更優(yōu)地，所述液冷機(jī)箱是由底板、左側(cè)板、后面板、頂蓋、右面板和翻轉(zhuǎn)小門(mén)組成的方形結(jié)構(gòu)，翻轉(zhuǎn)小門(mén)的上部與頂蓋鉸接連接。

6、更優(yōu)地，所述翻轉(zhuǎn)小門(mén)中部靠上的位置開(kāi)設(shè)有通風(fēng)屏蔽窗。

7、更優(yōu)地，所述翻轉(zhuǎn)小門(mén)兩側(cè)設(shè)置有機(jī)架面板，機(jī)架面板上設(shè)置有把手。

8、更優(yōu)地，所述底板上設(shè)置有下導(dǎo)軌，下導(dǎo)軌上方設(shè)置有上導(dǎo)軌，上導(dǎo)軌與下導(dǎo)軌平行設(shè)置。

9、更優(yōu)地，所述刀片計(jì)算模塊設(shè)置有16個(gè)，16個(gè)刀片計(jì)算模塊平行設(shè)置在上導(dǎo)軌與下導(dǎo)軌之間。

10、更優(yōu)地，所述變頻壓縮機(jī)、殼管式換熱器、膨脹機(jī)、發(fā)電機(jī)一、分流器、刀片計(jì)算模塊、集流器、渦輪機(jī)及發(fā)電機(jī)二設(shè)置在底板上且位于刀片計(jì)算模塊相對(duì)的另一側(cè)。

11、更優(yōu)地，所述刀片計(jì)算模塊的冷板左右兩端設(shè)置有支持盲插的連接器，刀片計(jì)算模塊的冷板內(nèi)部流體管道流經(jīng)散熱芯片的凸臺(tái)進(jìn)行導(dǎo)熱；

12、其中，在熱流密度大于閾值的凸臺(tái)采用多毛細(xì)管，將主流道分化成多個(gè)毛細(xì)流道，使得制冷流體與刀片計(jì)算模塊的冷板的凸臺(tái)的換熱能力進(jìn)一步增強(qiáng)，滿(mǎn)足高熱流密度的元器件充分散熱。

13、膨脹機(jī)是一種利用壓縮氣體膨脹降壓時(shí)向外輸出機(jī)械功，使氣體溫度降低以獲得冷量的機(jī)械設(shè)備。膨脹機(jī)是一種利用壓縮氣體膨脹降壓時(shí)對(duì)外做功(將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能)，使氣體溫度降低以獲得冷量的機(jī)械設(shè)備。在熱力學(xué)循環(huán)中，膨脹機(jī)可以提高系統(tǒng)的效率，因?yàn)樗軌蚧厥詹糠衷诹黧w膨脹過(guò)程中釋放的能量。

14、有機(jī)朗肯循環(huán)(organic?rankine?cycle，簡(jiǎn)稱(chēng)orc)是一種以低沸點(diǎn)有機(jī)物為工質(zhì)的朗肯循環(huán)，主要用于熱力發(fā)電技術(shù)，特別適用于中低溫?zé)嵩吹哪茉崔D(zhuǎn)換。它主要由余熱鍋爐(或換熱器)、透平、冷凝器和工質(zhì)泵四大部分組成。在這個(gè)循環(huán)中，有機(jī)工質(zhì)在換熱器中從余熱流中吸收熱量，生成具有一定壓力和溫度的蒸汽，蒸汽進(jìn)入透平機(jī)械膨脹做功，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)或拖動(dòng)其他動(dòng)力機(jī)械。

15、本發(fā)明的基于蒸汽壓縮-orc的刀片型液冷機(jī)箱具有以下優(yōu)點(diǎn)：

16、(一)本發(fā)明的機(jī)箱內(nèi)部使用蒸汽壓縮散熱系統(tǒng)，擺脫了液冷機(jī)箱對(duì)外界環(huán)境的要求，可以在高溫高濕的惡劣環(huán)境中便攜使用，不再依賴(lài)機(jī)房環(huán)境，而且空調(diào)機(jī)房占地面積大，需要對(duì)建筑整機(jī)進(jìn)行制冷非常浪費(fèi)能源；

17、(二)本發(fā)明充分利用蒸汽壓縮制冷循環(huán)的蒸發(fā)溫度穩(wěn)定性，使得各刀片計(jì)算模塊的液冷冷板保持15℃恒定，提高了設(shè)備的高性能計(jì)算能力與使用壽命；再次，利用膨脹機(jī)可做更高程度的等熵節(jié)流過(guò)程，且膨脹機(jī)可以回收部分節(jié)流損失，轉(zhuǎn)化為電能；

18、(三)本發(fā)明利用orc循環(huán)吸收了蒸汽壓縮的能量，將部分熱能轉(zhuǎn)化為電能，大大提升整個(gè)機(jī)箱散熱系統(tǒng)的能效比；

19、(四)本發(fā)明整個(gè)機(jī)箱從各個(gè)刀片模塊排出的熱量經(jīng)膨脹機(jī)與渦輪機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，降低了整個(gè)系統(tǒng)排出到機(jī)箱外環(huán)境13％的熱量，使得機(jī)箱外的環(huán)境增加的更低，增大機(jī)箱與外界環(huán)境的溫差，更加有利于機(jī)箱對(duì)外換熱效率；

20、(五)本發(fā)明將蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)直接搬到機(jī)箱內(nèi)部，可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)散熱，使得刀片的冷板始終穩(wěn)定在恒定的15℃；考慮冷板流體與冷板換熱熱阻、冷板導(dǎo)熱熱阻、導(dǎo)熱材料熱阻、接觸熱阻以及芯片結(jié)殼熱阻等，此時(shí)電子器件殼溫基本上在20到25℃，處于電子器件最佳工作溫度15-30℃范圍內(nèi)，很大程度上減少熱效應(yīng)導(dǎo)致的設(shè)備故障，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命；同時(shí)，為減少液冷機(jī)箱內(nèi)蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)的功耗，首先使用orc循環(huán)吸收蒸汽壓縮循環(huán)的冷凝熱量，通過(guò)有機(jī)物質(zhì)的蒸發(fā)帶動(dòng)渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，將熱能轉(zhuǎn)化為電能；然后采用透平膨脹機(jī)回收高壓節(jié)流時(shí)的膨脹功用來(lái)帶動(dòng)渦輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電回收能量；蒸汽壓縮-orc結(jié)合的回收能量裝置，將一部分熱能與動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，回收能部分能源，提高了整個(gè)散熱系統(tǒng)的cop；另外整個(gè)機(jī)箱的整體散熱量隨著這部分能量轉(zhuǎn)化，整個(gè)機(jī)箱對(duì)外界環(huán)境排出的熱量將變少，將更加有利于整體散出的熱量與外界換熱。

21、故本發(fā)明具有設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于加工、體積小、使用方便、一物多用等特點(diǎn)，因而，具有很好的推廣使用價(jià)值。