CN109782880B - 浸入式冷却设备及其服务器系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种浸入式冷却设备及其服务器系统，其中的浸入式冷却设备包括：冷却液腔室、增设腔室、泄压口及挡条；发热元件浸入冷却液腔室的冷却液中；增设腔室自冷却液腔室的一侧水平侧向延伸；泄压口形成于增设腔室的末端且连通增设腔室与外界；挡条可平移地横挡于增设腔室中，以在冷却液腔室与增设腔室内分隔出第一及第二可变空间；冷却液于吸收发热元件的热能时产生蒸气，以使得第一可变空间具有蒸气压力；泄压口连通第二可变空间与外界，以使得第二可变空间具有外界压力；当蒸气压力大于外界压力时，蒸气压力与外界压力的压力差驱动挡条往第二可变空间移动至使蒸气压力等于外界压力的位置。

Description

浸入式冷却设备及其服务器系统

技术领域

本发明关于一种浸入式冷却设备及其服务器系统，尤指一种具有增设腔室的浸入式冷却设备及其服务器系统。

背景技术

一般而言，在传统的两相浸入式冷却系统中，为了避免因两相浸入式冷却系统的散热能力无法赶上服务器的发热效率时所产生的大量冷却液蒸气造成冷却液腔室内的压力大幅度变化(此情况会对冷却液的沸点等物理特性产生影响)，通常会直接在冷却液腔室内的蒸气区装设泄压阀，当蒸气压力高于设定值(如一大气压)时，泄压阀就会开启，将部分冷却液蒸气与空气的混合气体排出冷却液腔室外，藉以有效地防止冷却液腔室内的蒸气压力过高的情况发生。然而，在将混合气体排出冷却液腔室外的同时，部分冷却液蒸气也会随之离开冷却液腔室而造成冷却液腔室内的冷却液总量下降，进而增加两相浸入式冷却系统的维护成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有增设腔室的浸入式冷却设备及其服务器系统，以解决上述技术问题。

根据一个实施例，本发明的浸入式冷却设备用于对发热元件进行散热，所述浸入式冷却设备包括冷却液腔室、增设腔室、泄压口以及挡条；

所述冷却液腔室用于储存冷却液以及容置所述发热元件，以使所述发热元件浸入所述冷却液中；所述增设腔室连通于所述冷却液腔室且自所述冷却液腔室的一侧水平侧向延伸；所述泄压口形成于所述增设腔室远离所述冷却液腔室的末端且连通所述增设腔室与外界；所述挡条可平移地横挡于所述增设腔室中，以在所述冷却液腔室与所述增设腔室内分隔出第一可变空间以及第二可变空间；所述冷却液于吸收所述发热元件的热能时产生蒸气，以使得所述第一可变空间具有蒸气压力；所述泄压口连通所述第二可变空间与外界，以使得所述第二可变空间具有外界压力；

其中，当所述蒸气压力大于所述外界压力时，所述蒸气压力与所述外界压力之间的压力差驱动所述挡条往所述第二可变空间移动至使所述蒸气压力等于所述外界压力的位置。

根据另一个实施例，本发明的具有散热功能的服务器系统包括服务器以及浸入式冷却设备；

所述浸入式冷却设备用于对所述服务器进行散热，所述浸入式冷却设备包括冷却液腔室、增设腔室、泄压口以及挡条；

所述冷却液腔室用于储存冷却液以及容置所述服务器，以使所述服务器浸入所述冷却液中；所述增设腔室连通于所述冷却液腔室且自所述冷却液腔室的一侧水平侧向延伸；所述泄压口形成于所述增设腔室远离所述冷却液腔室的末端且连通所述增设腔室与外界；所述挡条可平移地横挡于所述增设腔室中，以在所述冷却液腔室与所述增设腔室内分隔出第一可变空间以及第二可变空间；所述冷却液于吸收所述服务器的热能时产生蒸气，以使得所述第一可变空间具有蒸气压力；所述泄压口连通所述第二可变空间与外界，以使得所述第二可变空间具有外界压力；

其中，当所述蒸气压力大于所述外界压力时，所述蒸气压力与所述外界压力之间的压力差驱动所述挡条往所述第二可变空间移动至使所述蒸气压力等于所述外界压力的位置。

优选地，当所述蒸气压力与所述外界压力之间的所述压力差驱动所述挡条移动至对应所述增设腔室的所述末端的泄压位置时，所述第一可变空间经由所述泄压口往外界泄压，以使所述蒸气压力等于所述外界压力。

优选地，在所述第一可变空间经由所述泄压口往外界泄压而使得所述蒸气压力等于所述外界压力后，所述挡条被推回至对应所述增设腔室接近所述冷却液腔室的一前端的一初始位置。

优选地，所述浸入式冷却设备还包括：单向泄压阀以及传感器；

所述单向泄压阀设置于所述泄压口中，用于允许所述第一可变空间单向往外界泄压，以使所述蒸气压力等于所述外界压力；

所述传感器设置于所述增设腔室中，用于侦测所述单向泄压阀的泄压功能是否正常运作。

优选地，所述浸入式冷却设备还包括：至少一个散热鳍片结构，设置于所述冷却液腔室的内顶表面或外顶表面上。

相较于现有技术在蒸气压力大于外界压力的情况下直接开启泄压阀，以将部分冷却液蒸气与空气的混合气体排出冷却液腔室外的设计，本发明的浸入式冷却设备可利用增设腔室所提供的额外增设空间，以与冷却液腔室共同容置冷却液吸收发热元件如服务器运作时的热能所产生的蒸气，藉以产生在无须将冷却液蒸气排出冷却液腔室外的情况下仍然可防止冷却液腔室内的蒸气压力过高的功效，从而降低浸入式冷却设备的维护成本。

关于本发明的优点与精神可以藉由以下的实施方式及所附图式得到进一步的了解。

附图说明

附图用于更好地理解本发明，不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为根据本发明的一实施例所提供的服务器系统的立体示意图；

图2为图1的服务器系统沿着剖面线A-A的剖面示意图；

图3为图2的挡条移动至对应增设腔室的末端的泄压位置时的剖面示意图。

符号说明如下：

10 服务器系统 12 服务器

14 浸入式冷却设备 16 冷却液腔室

18 增设腔室 20 泄压口

22 挡条 24 冷却液

26 第一可变空间 28 第二可变空间

30 单向泄压阀 32 传感器

34、38 散热鳍片结构 36 内顶表面

40、42 外顶表面

具体实施方式

以下结合附图对本发明的示范性实施例做出说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

于本说明书的所谓的示意图中，由于用以说明而可有其尺寸、比例及角度等较为夸张的情形，但并非用以限定本发明。于未违背本发明要旨的情况下能够有各种变更。此外，如在本说明书中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，除非内容另外明确指出外。

请参阅图1以及图2，图1为根据本发明的一实施例所提供的服务器系统10的立体示意图，图2为图1的服务器系统10沿着剖面线A-A的剖面示意图。如图1以及图2所示，服务器系统10包括服务器12以及浸入式冷却设备14，浸入式冷却设备14是用来对服务器12进行散热，需注意的是，本发明所提供的浸入式冷却设备14亦可应用在其他发热元件的散热，例如磁盘阵列等，其相关描述是可参照下列说明类推，于此不再赘述。浸入式冷却设备14包括冷却液腔室16、增设腔室18、泄压口20以及挡条22。冷却液腔室16具体为冷却液储存槽室，用来储存冷却液24以及容置服务器12，以使服务器12可浸入冷却液24中，其中冷却液24可为惰性介电液(如矿物油、聚矽氧油等)。增设腔室18连通于冷却液腔室16且自冷却液腔室16的一侧水平侧向延伸，藉以提供额外冷却液蒸气容置空间。泄压口20形成于增设腔室18远离冷却液腔室16的末端且连通增设腔室18与外界，而挡条22可平移地横挡于增设腔室18中，以在冷却液腔室16与增设腔室18内分隔出第一可变空间26以及第二可变空间28，其中由图2可知，第一可变空间26可容置冷却液蒸气而具有蒸气压力，第二可变空间28可连通于泄压口20而具有外界压力(例如大气压力)。

在实际应用中，为了使泄压口20能够具有单向泄压功能，以可有效地避免异物或其他气体经由泄压口20进入冷却液腔室16中影响冷却液24的散热效果，如图2所示，在此实施例中，浸入式冷却设备14可还包括单向泄压阀30，单向泄压阀30设置于泄压口20中，单向泄压阀30可用来允许第一可变空间26单向往外界泄压，以使第一可变空间26内的蒸气压力等于外界压力，其针对单向泄压设计的相关说明为常见现有技术，于此不再赘述。另外，浸入式冷却设备14可还包括传感器32，传感器32可设置于增设腔室18中，以用来侦测单向泄压阀30的泄压功能是否正常运作，举例来说，传感器32可为压力计，藉此，在挡条22移动至使第一可变空间26可经由泄压口20的单向泄压阀30单向往外界泄压的位置，但传感器32却侦测到第一可变空间26内的蒸气压力越来越高的情况下，传感器32即可相对应地判断出单向泄压阀30的泄压功能失效，并且可据以发出相对应的提醒讯息(如发出警示性声响等)，以提醒用户实时关闭服务器系统10进行泄压功能的检修，进而有效地避免冷却液腔室16的蒸气压力过高的问题发生。

除此之外，为了提升浸入式冷却设备14的散热效率，如图2所示，浸入式冷却设备14可还包括至少一个散热鳍片结构34(于图2中显示二个，但不受此限)，散热鳍片结构34可设置于冷却液腔室16的内顶表面36上，以直接针对冷却液24的蒸气进行散热，藉以使服务器12在运作时所产生的热能可部分经由散热鳍片结构34排出至外界。另外，在此实施例中，浸入式冷却设备14可还包括至少一个散热鳍片结构38(于图2中显示一个，但不受此限)，散热鳍片结构38可设置于冷却液腔室16的外顶表面40以及增设腔室18的外顶表面42上，以使服务器12在运作时所产生的热能可更进一步地经由散热鳍片结构38快速地排出至外界。

以下针对浸入式冷却设备14的泄压操作进行详细的描述，请参阅图2以及图3，图3为图2的挡条22移动至对应增设腔室18的末端的泄压位置时的剖面示意图。当第一可变空间26内的蒸气压力等于(或小于)第二可变空间28内的外界压力时，挡条22可停止在如图2所示的初始位置。当第一可变空间26内的蒸气压力大于第二可变空间28内的外界压力时(例如在因浸入式冷却设备14的散热能力无法赶上服务器12的发热效率时产生大量冷却液蒸气造成冷却液腔室16内的蒸气压力大幅度变化的情况下)，第一可变空间26内的蒸气压力与第二可变空间28的外界压力之间的压力差就会驱动挡条22往第二可变空间28移动，此时，根据气体压力与空间体积成反比的物理特性，随着挡条22往第二可变空间28的移动，第一可变空间26的空间体积就会相对应地增加，从而导致原本大于外界压力的蒸气压力就会随之下降，直到挡条22被驱动横移至使蒸气压力再次等于外界压力的位置为止。

如此一来，相较于现有技术在蒸气压力大于外界压力的情况下直接开启泄压阀以将部分冷却液蒸气与空气的混合气体排出冷却液腔室外的设计，本发明可利用增设腔室所提供的额外增设空间，以与冷却液腔室共同容置冷却液吸收服务器运作时的热能所产生的蒸气，藉以产生在无须将冷却液蒸气排出冷却液腔室外的情况下仍然可防止冷却液腔室内的蒸气压力过高的功效，从而降低浸入式冷却设备的维护成本。

值得一提的是，若是第一可变空间26内的蒸气压力与外界压力之间的压力差大到足以驱动挡条22往第二可变空间28移动至如图3所示的对应增设腔室18的末端的泄压位置，此时，由于第一可变空间26已可经由泄压口20中的单向泄压阀30连通于外界，因此，第一可变空间26可直接经由单向泄压阀30往外界进行单向泄压，直到第一可变空间26的蒸气压力等于外界压力为止，从而确保浸入式冷却设备14在蒸气压力大到增设腔室所提供的额外增设空间已无法使蒸气压力降回到等于外界压力的情况下，能够经由泄压口20直接进行泄压。需注意的是，在实际应用中，在第一可变空间26经由泄压口20往外界泄压而使得第一可变空间26的蒸气压力等于外界压力后，使用者可将挡条22推回(例如以手动(如使用相关治具将挡条22推回)、马达驱动、液压驱动，或气压驱动等方式)至如图2所示的对应增设腔室18接近冷却液腔室16的前端的初始位置，以有效地防止冷却液蒸气的泄漏，至于针对上述回位驱动设计的相关描述，其常见于先前技术中，故于此不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种浸入式冷却设备，用于对一发热元件进行散热，其特征在于，所述浸入式冷却设备包括：

一冷却液腔室，用于储存一冷却液以及容置所述发热元件，以使所述发热元件浸入所述冷却液中；

一增设腔室，连通于所述冷却液腔室且自所述冷却液腔室的一侧水平侧向延伸；

一泄压口，形成于所述增设腔室远离所述冷却液腔室的一末端且连通所述增设腔室与外界；以及

一挡条，能够平移地横挡于所述增设腔室中，以在所述冷却液腔室与所述增设腔室内分隔出一第一可变空间以及一第二可变空间；所述冷却液于吸收所述发热元件的热能时产生蒸气，以使得所述第一可变空间具有一蒸气压力，所述泄压口连通所述第二可变空间与外界，以使得所述第二可变空间具有一外界压力；

其中，当所述蒸气压力大于所述外界压力时，所述蒸气压力与所述外界压力之间的一压力差驱动所述挡条往所述第二可变空间移动至使所述蒸气压力等于所述外界压力的位置；

当所述蒸气压力与所述外界压力之间的所述压力差驱动所述挡条移动至对应所述增设腔室的所述末端的一泄压位置时，所述第一可变空间经由所述泄压口往外界泄压，以使所述蒸气压力等于所述外界压力。

2.如权利要求1所述的浸入式冷却设备，其特征在于，在所述第一可变空间经由所述泄压口往外界泄压而使得所述蒸气压力等于所述外界压力后，所述挡条被推回至对应所述增设腔室接近所述冷却液腔室的一前端的一初始位置。

3.如权利要求1所述的浸入式冷却设备，其特征在于，还包括：

一单向泄压阀，设置于所述泄压口中，用于允许所述第一可变空间单向往外界泄压，以使所述蒸气压力等于所述外界压力；以及

一传感器，设置于所述增设腔室中，用于侦测所述单向泄压阀的泄压功能是否正常运作。

4.如权利要求1所述的浸入式冷却设备，其特征在于，还包括：

至少一散热鳍片结构，设置于所述冷却液腔室的一内顶表面或一外顶表面上。

5.一种具有散热功能的服务器系统，其特征在于，包括：

一服务器；以及

一浸入式冷却设备，用于对所述服务器进行散热，所述浸入式冷却设备包括：

一冷却液腔室，用于储存一冷却液以及容置所述服务器，以使所述服务器浸入所述冷却液中；

一增设腔室，连通于所述冷却液腔室且自所述冷却液腔室的一侧水平侧向延伸；

一泄压口，形成于所述增设腔室远离所述冷却液腔室的一末端且连通所述增设腔室与外界；以及

一挡条，能够平移地横挡于所述增设腔室中，以在所述冷却液腔室与所述增设腔室内分隔出一第一可变空间以及一第二可变空间；所述冷却液于吸收所述服务器的热能时产生蒸气，以使得所述第一可变空间具有一蒸气压力；所述泄压口连通所述第二可变空间与外界，以使得所述第二可变空间具有一外界压力；

其中，当所述蒸气压力大于所述外界压力时，所述蒸气压力与所述外界压力之间的一压力差驱动所述挡条往所述第二可变空间移动至使所述蒸气压力等于所述外界压力的位置；

当所述蒸气压力与所述外界压力之间的所述压力差驱动所述挡条移动至对应所述增设腔室的所述末端的一泄压位置时，所述第一可变空间经由所述泄压口往外界泄压，以使所述蒸气压力等于所述外界压力。

6.如权利要求5所述的服务器系统，其特征在于，在所述第一可变空间经由所述泄压口往外界泄压而使得所述蒸气压力等于所述外界压力后，所述挡条被推回至对应所述增设腔室接近所述冷却液腔室的一前端的一初始位置。

7.如权利要求5所述的服务器系统，其特征在于，所述浸入式冷却设备还包括：

一单向泄压阀，设置于所述泄压口中，用于允许所述第一可变空间单向往外界泄压，以使所述蒸气压力等于所述外界压力；以及

一传感器，设置于所述增设腔室中，用于侦测所述单向泄压阀的泄压功能是否正常运作。

8.如权利要求5所述的服务器系统，其特征在于，所述浸入式冷却设备还包括：

至少一散热鳍片结构，设置于所述冷却液腔室的一内顶表面或一外顶表面上。

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