CN112105220A - 浸没式冷却模块及具有其的电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种浸没式冷却模块及具有其的电子设备，其中该电子设备包括一箱体、至少一发热元件及一浸没式冷却模块。浸没式冷却模块包括一冷凝结构及一气流导引装置。箱体具有一容纳空间，容纳空间适于容纳一散热介质。发热元件配置于容纳空间内而浸于液态的散热介质。冷凝结构配置于容纳空间内且包括一第一冷凝部。气流导引装置配置于箱体，且适于将气态的散热介质往第一冷凝部导引。

Description

浸没式冷却模块及具有其的电子设备
技术领域
本发明涉及一种浸没式冷却模块及具有其的电子设备，且特别是涉及一种具有气流导引装置浸没式冷却模块及具有其的电子设备。
背景技术
随着服务器的效能发展快速，高效能的服务器产生大量废热。为避免废热的堆积造成主机的运作不佳，一些服务器被设计为将其主机板浸于散热液中，散热液吸收主机板的发热元件产生的热而气化并凝结于冷凝管路上，凝结于冷凝管路上的散热液滴通过重力落回散热液中，以此循环达到散热的效果，即业界所称的两相浸没式冷却技术。散热液的价格通常昂贵，若散热液气化后非预期地逸散至外界，将过度增加服务器的维护成本。
发明内容
本发明提供一种电子设备，可避免散热介质逸散至外界，且可增加散热介质的冷凝效率而提升电子设备的散热能力。
本发明的电子设备包括一箱体、至少一发热元件及一浸没式冷却模块。浸没式冷却模块包括一冷凝结构及一气流导引装置。箱体具有一容纳空间，容纳空间适于容纳一散热介质。发热元件配置于容纳空间内而浸于液态的散热介质，其中液态的散热介质适于通过发热元件的热能而气化为气态的散热介质。冷凝结构配置于容纳空间内且包括一第一冷凝部。气流导引装置配置于箱体，且适于将气态的散热介质往第一冷凝部导引。
本发明的浸没式冷却模块适用于一电子设备，电子设备包括一箱体及至少一发热元件。箱体具有一容纳空间，容纳空间适于容纳一散热介质。发热元件配置于容纳空间内而浸于液态的散热介质。浸没式冷却模块包括一冷凝结构及一气流导引装置。冷凝结构配置于容纳空间内且包括一第一冷凝部。气流导引装置配置于箱体，且适于将气态的散热介质往第一冷凝部导引。
在本发明的一实施例中，上述的电子设备包括一盖体，其中盖体适于覆盖于箱体而密封容纳空间，且盖体适于展开于箱体而使容纳空间暴露于外界。
在本发明的一实施例中，当盖体展开于箱体时，气流导引装置启动。
在本发明的一实施例中，上述的浸没式冷却模块包括至少一传感器，传感器配置于容纳空间内，当传感器感测到容纳空间内的气体温度高于一温度门槛值或容纳空间内的气体压力高于一压力门槛值时，气流导引装置启动。
在本发明的一实施例中，上述的浸没式冷却模块包括一控制单元，其中当传感器感测到容纳空间内的气体温度高于温度门槛值或容纳空间内的气体压力高于压力门槛值时，控制单元控制冷凝结构内的冷凝液的流动速度增加。
在本发明的一实施例中，上述的传感器包括温度传感器及压力传感器的至少其中之一。
在本发明的一实施例中，上述的气流导引装置包括至少一气流产生装置及一气流通道，至少一气流产生装置适于产生一导引气流，导引气流带动气态的散热介质沿气流通道流动至第一冷凝部。
在本发明的一实施例中，上述的气流通道包括至少一导管，至少一导管沿容纳空间的边缘延伸且具有至少一进气孔。
在本发明的一实施例中，上述的至少一进气孔包括多个进气孔，这些进气孔的孔径，与这些进气孔与至少一气流产生装置之间的距离成正比。
在本发明的一实施例中，上述的冷凝结构包括一第二冷凝部，第二冷凝部位于至少一导管下方，至少一进气孔朝向第二冷凝部。
在本发明的一实施例中，上述的冷凝结构包括一第二冷凝部，第二冷凝部被至少一导管围绕，至少一进气孔朝向第二冷凝部。
在本发明的一实施例中，上述的气流导引装置包括一罩体，罩体连接于至少一气流产生装置与气流通道之间，来自气流通道的导引气流适于通过罩体而往至少一气流产生装置流动。
在本发明的一实施例中，上述的气流通道的一区段连接于罩体，导引气流沿一流动方向往区段的中央流动，气流导引装置包括多个止挡片，这些止挡片配置于区段内且沿流动方向排列，这些止挡片的长度与这些止挡片和区段的中央之间的距离成反比。
在本发明的一实施例中，上述的至少一气流产生装置及气流通道形成于箱体的侧壁内。
在本发明的一实施例中，上述的冷凝结构包括一第二冷凝部，第二冷凝部沿容纳空间的边缘延伸。
在本发明的一实施例中，上述的电子设备包括一显示界面，其中显示界面配置于箱体外侧且适于显示容纳空间内的物理测量参数及影像。
在本发明的一实施例中，上述的电子设备是服务器、存储器或交换器。
基于上述，本发明的电子设备设置了气流导引装置，而可通过气流导引装置将箱体内的气态的散热介质强制导引至冷凝结构。据此，可避免气态的散热介质非预期地逸散至外界。此外，通过气流导引装置将气态的散热介质强制导引至冷凝结构，也可增加散热介质的冷凝效率，从而提升电子设备的散热能力。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附的附图作详细说明如下。
附图说明
图1是本发明一实施例的电子设备的立体图；
图2是图1的盖体展开于箱体的示意图；
图3是图1的冷凝结构及气流导引装置的立体图；
图4是图3的冷凝结构及气流导引装置的分解图；
图5是图1的电子设备的部分构件示意图；
图6是图1的电子设备的作动流程图；
图7是图4的气流导引装置的分解图；
图8是图4的气流导引装置的立体图；
图9是图4的气流导引装置的局部剖视图；
图10是图4的气流导引装置的前视图；
图11是图1的箱体的容纳空间内的蒸气线的示意图；
图12是图3的浸没式冷却模块省略了部分结构的配置的示意图。
符号说明
100：电子设备
110：箱体
120：盖体
130：发热元件
140：冷凝结构
142：第一冷凝部
142a、144a：冷凝液入口
142b、144b：冷凝液出口
144：第二冷凝部
150：气流导引装置
152：气流产生装置
152a：上壳体
152b：下壳体
152c：气流产生单元
154：气流通道
1541：区段
154a：进气孔
156：导引结构
158：罩体
160：控制单元
170：温度传感器
180：压力传感器
190：显示界面
D：流动方向
M：浸没式冷却模块
S1、S2：散热介质
V：蒸气线
具体实施方式
图1是本发明一实施例的电子设备的立体图。图2绘示图1的盖体展开于箱体。图3是图1的冷凝结构及气流导引装置的立体图。图4是图3的冷凝结构及气流导引装置的分解图。请参考图1至图4，本实施例的电子设备100例如是服务器、存储器或交换器且包括一箱体110、一盖体120、至少一发热元件130及一浸没式冷却模块M。浸没式冷却模块M包括一冷凝结构140及一气流导引装置150。箱体110的容纳空间适于容纳一散热介质。发热元件130配置于箱体110的容纳空间内而浸于液态的散热介质。发热元件130例如是服务器中的可插拔的多个主机板上的中央处理器或其他种类的芯片，本发明不对此加以限制。液态的散热介质会通过发热元件130的热能而气化为气态的散热介质。
冷凝结构140配置于箱体110的容纳空间内且包括一第一冷凝部142及一第二冷凝部144。第一冷凝部142例如是主冷凝部，第二冷凝部144例如是副冷凝部且沿箱体110的容纳空间的边缘延伸，而不会占据及阻挡容纳空间的中央的电子构件装设区域。第一冷凝部142例如是冷凝管组且具有冷凝液入口142a及冷凝液出口142b，供外部的冷凝液输入及输出。类似地，第二冷凝部144例如是冷凝管组且具有冷凝液入口144a及冷凝液出口144b，供外部的冷凝液输入及输出。
所述散热介质例如是常温下为液态的介电溶液，其例如为沸点介于摄氏40～60度的氟化液或其他适当的散热介质，本发明不对此加以限制。液态的散热介质会吸收发热元件130(如服务器中的主机板上的中央处理器或其他种类的芯片)产生的热以降低发热元件130的温度，并通过发热元件130产生的热而快速沸腾气化。当具有高热能的气态的散热介质在密闭的所述容纳空间内流动至冷凝结构140时，其会因冷凝结构140内流动的低温冷凝液而降温并在冷凝结构140上凝结，冷凝结构140内的冷凝液吸收来自散热介质的热能后流至电子设备100外部进行热交换而冷却，冷却后的冷凝液再流回冷凝结构140，以此不断循环。另一方面，凝结于冷凝结构140上的散热介质液滴通过重力落回液态的散热介质中，以此循环达到散热的效果。盖体120适于如图1所示覆盖于箱体110而密封箱体110的容纳空间，使散热介质在密闭的容纳空间内进行上述循环。并且，盖体120适于如图2所示展开于箱体110而使箱体110的容纳空间暴露于外界，以便于进行电子设备100的维修或构件的拆卸、更换。
气流导引装置150配置于箱体110。当盖体120展开于箱体110时，气流导引装置150可启动以将气态的散热介质往第一冷凝部142导引而使其即时地冷凝成液态。据此，可避免气态的散热介质在盖体120展开的情况下非预期地逸散至外界。此外，通过气流导引装置150将气态的散热介质强制导引至冷凝结构140，也可增加散热介质的冷凝效率，从而提升电子设备100的散热能力。
请先参看图11，其示意地绘示箱体110及其容纳空间，其中蒸气线(vapor line)V与液态散热介质S1的液面之间分布了气态散热介质S2，而比重小于气态散热介质S2的空气则位于蒸气线V上方。容纳空间内的温度及/或压力越高，代表气态散热介质S2的量越多，亦即蒸气线V的位置越高，这会使气态散热介质S2容易逸散至外界。图5是图1的电子设备的部分构件示意图。如图5所示，本实施例的电子设备100还包括一控制单元160、一温度传感器170及一压力传感器180。温度传感器170及压力传感器180配置于箱体110的容纳空间内且分别用以感测容纳空间内的气体温度及气体压力。控制单元160耦接温度传感器170及压力传感器180，且可依据温度传感器170所感测到的气体温度及压力传感器180所感测到的气体压力的至少其中之一而判断容纳空间内蒸气线V的高低，据以控制气流导引装置150的启动与否并控制冷凝结构140内的冷凝液的流动速度增加与否。以下对相关的作动流程进行详细说明。
图6是图1的电子设备的作动流程图。请参考图6，当盖体120展开(步骤S601)时，气流导引装置150启动(步骤S602)。此时控制单元160依据温度传感器170所感测的温度来判断箱体110的容纳空间内的气体温度是否大于温度门槛值T1(步骤S603)。当温度传感器170感测到容纳空间内的气体温度高于温度门槛值T1时，代表气态的散热介质的量大于临界值而使得蒸气线V的位置过高且气态的散热介质有较大的机率逸散至外界，此时控制单元160据以控制冷凝结构140内的冷凝液的流动速度增加(步骤S604)，以加快散热介质的冷凝速度，避免所述逸散的发生。反之，当温度传感器170感测到容纳空间内的气体温度不高于温度门槛值T1时，代表气态的散热介质的量小于临界值而使得气态的散热介质有较小的机率逸散至外界，此时控制单元160可据以控制气流导引装置150关闭(步骤S605)，以节省电力的消耗。在步骤S605也可选择不关闭气流导引装置150，以确保气态的散热介质不会逸散至外界，本发明不对此加以限制。
另一方面，当盖体120关闭(步骤S606)而覆盖箱体110时，控制单元160依据温度传感器170所感测的温度来判断箱体110的容纳空间内的气体温度是否大于门槛值T2(步骤S607)。当温度传感器170感测到容纳空间内的气体温度高于温度门槛值T2时，代表气态的散热介质的量大于临界值而使得蒸气线V的位置过高且气态的散热介质有较大的可能从箱体110与盖体120之间的缝隙逸散至外界，此时控制单元160据以控制气流导引装置150启动并控制冷凝结构140内的冷凝液的流动速度增加(步骤S608)，以避免所述逸散的发生。反之，当温度传感器170感测到容纳空间内的气体温度不高于温度门槛值T2时，代表气态的散热介质的量小于临界值而使得气态的散热介质有较小的机率逸散至外界，此时控制单元160可据以控制气流导引装置150关闭(步骤S609)，以节省电力的消耗。在步骤S609也可选择不关闭气流导引装置150，以确保气态的散热介质不会逸散至外界，本发明不对此加以限制。
此外，当盖体120关闭(步骤S606)而覆盖箱体110时，控制单元160更可依据压力传感器180所感测的压力来判断箱体110的容纳空间内的气体压力是否大于压力门槛值P(步骤S610)。当压力传感器180感测到容纳空间内的气体压力高于压力门槛值P时，代表气态的散热介质的量大于临界值而使得蒸气线V的位置过高且气态的散热介质有较大的可能从箱体110与盖体120之间的缝隙逸散至外界，此时控制单元160据以控制气流导引装置150启动并控制冷凝结构140内的冷凝液的流动速度增加(步骤S611)，以避免所述逸散的发生。反之，当压力传感器180感测到容纳空间内的气体压力不高于压力门槛值P时，代表气态的散热介质的量小于临界值而使得气态的散热介质有较小的机率逸散至外界，此时控制单元160可据以控制气流导引装置150关闭(步骤S612)，以节省电力的消耗。在步骤S612也可选择不关闭气流导引装置150，以确保气态的散热介质不会逸散至外界，本发明不对此加以限制。
如图1及图2所示，本实施例的电子设备100还包括一显示界面190，显示界面190配置于箱体110外侧且适于显示箱体110的容纳空间内的物理测量参数(如温度、压力)及影像等信息供使用者观看。
图7是图4的气流导引装置的分解图。请参考图7，本实施例的气流导引装置150包括至少一气流产生装置152及一气流通道154，气流产生装置152例如是风扇且适于产生一导引气流，导引气流带动气态的散热介质沿气流通道154流动至图3所示的第一冷凝部142。其中，气流产生装置152的转速可依据电子设备100的散热量需求而决定。
进一步而言，气流产生装置152包括上壳体152a、下壳体152b及多个气流产生单元152c，上壳体152a与下壳体152b相互组装而包覆气流产生单元152c。气流导引装置150还包括导引结构156，导引结构156连接于气流产生装置152下端，用以将来自气流产生装置152的气流导引至气流产生装置下方的第一冷凝部142。
图8是图4的气流导引装置的立体图。详言之，气流通道154例如由多个导管所构成，导管沿箱体110的容纳空间的边缘延伸且如图8所示具有多个进气孔154a，所述导引气流透过这些进气孔154a而进入导管并往气流产生装置152处流动。进一步而言，由于气流产生装置152对于距离气流产生装置152越远的进气孔154a产生越小的气流导引力，因此可如图8所示将这些进气孔154a的孔径设计为与这些进气孔154a与气流产生装置152之间的距离成正比，使距离气流产生装置152越远的进气孔154a具有越大的孔径，以使这些进气孔154a的进气量均匀。
在本实施例中，所述导管包括对应于气流产生装置152的主体部(图8中以实线标示的气流通道154)，且包括从所述主体部的两端延伸出而对应于第二冷凝部144的两臂部(图8中以虚线标示的气流通道154)。在其他实施例中，可不设置第二冷凝部144且不设置所述臂部，本发明不对此加以限制。
图9是图4的气流导引装置的局部剖视图。在本实施例中，气流导引装置150包括一罩体158，罩体158连接于气流产生装置152与气流通道154之间。来自气流通道154的导引气流适于沿图9所示的流动方向通过罩体158而往气流产生装置152流动，并通过气流产生装置152而往图1所示的第一冷凝部142流动。
图10是图4的气流导引装置的前视图。请参考图10，在本实施例中，气流通道154的一区段1541连接于罩体158，导引气流沿流动方向D往气流通道154的区段1541的中央流动。气流导引装置150包括多个止挡片159，这些止挡片159配置于气流通道154的区段1541内且沿流动方向D排列，这些止挡片159的长度与这些止挡片139和气流通道154的区段1541的中央之间的距离成反比，使得距离气流通道154的区段1541的中央越近的止挡片159在垂直于流动方向D的方向上具有越大的长度，以避免导引气流在未被气流产生装置152往下驱动之前就过度集中于气流通道154的区段1541的中央，从而使气流产生装置152能够均匀地驱动导引气流往下流动。
如图3所示，本实施例的部分冷凝管组(第二冷凝部144)位于导管(气流通道154)下方，且导管(气流通道154)的进气孔154a(绘示于图8)形成于导管(气流通道154)的下表面而朝向冷凝管组(第二冷凝部144)。然而，本发明不对冷凝管组与导管的相对配置位置加以限制，在其他实施例中，部分冷凝管组(第二冷凝部144)可被导管(气流通道154)围绕而位于导管(气流通道154)侧边，且导管(气流通道154)的进气孔154a(绘示于图8)形成于导管(气流通道154)的侧表面而朝向冷凝管组(第二冷凝部144)。此外，在其他实施例中，气流产生装置152及气流通道154可形成于箱体110的侧壁内，以进一步节省箱体110内的配置空间。
图12绘示图3的浸没式冷却模块省略了部分结构的配置。相较于图3所示实施例，可如图12所示实施例般将气流导引装置150的气流通道154改变为省略两侧的延伸臂，且相应地省略第二冷凝部144的配置，藉以增加箱体110(标示于图1)内的容纳空间的可用容积。
综上所述，本发明的电子设备设置了气流导引装置，而可通过气流导引装置将箱体内的气态的散热介质强制导引至冷凝结构。据此，可避免气态的散热介质非预期地逸散至外界。此外，通过气流导引装置将气态的散热介质强制导引至冷凝结构，也可增加散热介质的冷凝效率，从而提升电子设备的散热能力。
虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (20)

1.一种电子设备，其特征在于，包括：
箱体，具有容纳空间，其中该容纳空间适于容纳散热介质；
至少一发热元件，配置于该容纳空间内而浸于液态的该散热介质，其中液态的该散热介质适于通过该至少一发热元件的热能而气化为气态的该散热介质；以及
浸没式冷却模块，包括冷凝结构及气流导引装置，其中该冷凝结构配置于该容纳空间内且包括第一冷凝部，该气流导引装置配置于该箱体，且适于将气态的该散热介质往该第一冷凝部导引。
2.如权利要求1所述的电子设备，包括盖体，其中该盖体适于覆盖于该箱体而密封该容纳空间，且该盖体适于展开于该箱体而使该容纳空间暴露于外界。
3.如权利要求2所述的电子设备，其中当该盖体展开于该箱体时，该气流导引装置启动。
4.如权利要求1所述的电子设备，其中该浸没式冷却模块包括至少一传感器，该至少一传感器配置于该容纳空间内，当该至少一传感器感测到该容纳空间内的气体温度高于一温度门槛值或该容纳空间内的气体压力高于一压力门槛值时，该气流导引装置启动。
5.如权利要求4所述的电子设备，其中该浸没式冷却模块包括控制单元，当该至少一传感器感测到该容纳空间内的气体温度高于该温度门槛值或该容纳空间内的气体压力高于该压力门槛值时，该控制单元控制该冷凝结构内的冷凝液的流动速度增加。
6.如权利要求4所述的电子设备，其中该至少一传感器包括温度传感器及压力传感器的至少其中之一。
7.如权利要求1所述的电子设备，其中该气流导引装置包括至少一气流产生装置及气流通道，该至少一气流产生装置适于产生导引气流，该导引气流带动气态的该散热介质沿该气流通道流动至该第一冷凝部。
8.如权利要求7所述的电子设备，其中该气流通道包括至少一导管，该至少一导管沿该容纳空间的边缘延伸且具有至少一进气孔。
9.如权利要求8所述的电子设备，其中该至少一进气孔包括多个进气孔，该些进气孔的孔径，与该些进气孔与该至少一气流产生装置之间的距离成正比。
10.如权利要求8所述的电子设备，其中该冷凝结构包括第二冷凝部，该第二冷凝部位于该至少一导管下方，该至少一进气孔朝向该第二冷凝部。
11.如权利要求8所述的电子设备，其中该冷凝结构包括第二冷凝部，该第二冷凝部被该至少一导管围绕，该至少一进气孔朝向该第二冷凝部。
12.如权利要求7所述的电子设备，其中该气流导引装置包括罩体，该罩体连接于该至少一气流产生装置与该气流通道之间，来自该气流通道的该导引气流适于通过该罩体而往该至少一气流产生装置流动。
13.如权利要求12所述的电子设备，其中该气流通道的区段连接于该罩体，该导引气流沿一流动方向往该区段的中央流动，该气流导引装置包括多个止挡片，该些止挡片配置于该区段内且沿该流动方向排列，该些止挡片的长度与该些止挡片和该区段的中央之间的距离成反比。
14.如权利要求7所述的电子设备，其中该至少一气流产生装置及该气流通道形成于该箱体的侧壁内。
15.如权利要求1所述的电子设备，其中该冷凝结构包括第二冷凝部，该第二冷凝部沿该容纳空间的边缘延伸。
16.如权利要求1所述的电子设备，包括显示界面，其中该显示界面配置于该箱体外侧且适于显示该容纳空间内的物理测量参数及影像。
17.如权利要求1所述的电子设备，其中该电子设备是服务器、存储器或交换器。
18.一种浸没式冷却模块，适用于电子设备，其特征在于，该电子设备包括箱体及至少一发热元件，该箱体具有容纳空间，该容纳空间适于容纳散热介质，该至少一发热元件配置于该容纳空间内而浸于液态的该散热介质，该浸没式冷却模块包括：
冷凝结构，配置于该容纳空间内且包括第一冷凝部；以及
气流导引装置，配置于该箱体，且适于将气态的该散热介质往该第一冷凝部导引。
19.如权利要求18所述的浸没式冷却模块，其中该气流导引装置包括至少一气流产生装置及气流通道，该至少一气流产生装置适于产生导引气流，该导引气流带动气态的该散热介质沿该气流通道流动至该第一冷凝部，该气流导引装置包括罩体，该罩体连接于该至少一气流产生装置与该气流通道之间，来自该气流通道的该导引气流适于通过该罩体而往该至少一气流产生装置流动。
20.如权利要求18所述的浸没式冷却模块，其中该冷凝结构包括第二冷凝部，该第二冷凝部沿该容纳空间的边缘延伸。
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