CN113518533B - 流体分流装置以及具有阻流器的流体分流模组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种流体分流装置以及具有阻流器的流体分流模组。流体分流装置包括：第一流体输送管；第二流体输送管；多个流体歧管，分别位于第一流体输送管与第二流体输送管之间，且分别与第一流体输送管及第二流体输送管连通；进水口，设置在第一流体输送管侧，且位于第一流体输送管的两端之间；以及出水口，设置在第二流体输送管侧，且对应于进水口所设置的位置而设置。自进水口供给流体至第一流体输送管，流体沿着第一流体输送管而输送至流体歧管，并通过流体歧管流入第二流体输送管而自出水口流出。本发明将进水口与出水口设置在流体输送管的中间可大幅改善流量差异过大的问题，并进一步达到节能的功效。

Description

流体分流装置以及具有阻流器的流体分流模组
技术领域
本发明是有关于一种分流机构，且特别是有关于一种流体分流装置以及具有阻流器的流体分流模组。
背景技术
随着科技快速地成长，特别是在网络、人工智能、云端服务的需求大幅提高的时代，数据中心(data center)需要处理的资料量越来越庞大，为了维持或提升数据中心的处理效率，有必要对数据中心进行持续且有效的散热。但由于数据中心的功率密度高，所产生的热量过于庞大，传统的散热手段需要以提升功率或规模的方式来因应。然这样的做法非常耗能，反而大幅增加成本与对环境的冲击。
发明内容
本发明提供一种流体分流装置以及具有阻流器的流体分流模组，可解决流体流量不均匀的问题。
本发明的流体分流装置，包括：第一流体输送管；第二流体输送管；多个流体歧管，分别位于第一流体输送管与第二流体输送管之间，且分别与第一流体输送管及第二流体输送管连通；进水口，设置在第一流体输送管侧，且位于第一流体输送管的两端之间；以及出水口，设置在第二流体输送管侧，且对应于进水口所设置的位置而设置。其中，自进水口供给流体至第一流体输送管，流体沿着第一流体输送管而输送至流体歧管，并通过流体歧管流入第二流体输送管而自出水口流出。
在本发明的一实施例中，所述流体分流装置安装于机柜的一侧。
在本发明的一实施例中，所述进水口位于相邻两根流体歧管之间。
在本发明的一实施例中，所述流体分流装置更包括：进水导流装置，开设有进水口，且包括多个第一导流孔，其中所述第一导流孔分别与第一流体输送管连通，自进水口流入的流体分别经由所述第一导流孔流入第一流体输送管；以及出水导流装置，开设有出水口，且包括多个第二导流孔，其中所述第二导流孔分别与第二流体输送管连通，自第二流体输送管流出的流体分别经由所述第二导流孔流入出水口。
在本发明的一实施例中，所述第一导流孔至少包括3个，其分别设置于第一流体输送管的两端以及所述两端之间的位置。
在本发明的一实施例中，所述第二导流孔至少包括3个，其分别设置于第二流体输送管的两端以及所述两端之间的位置。
在本发明的一实施例中，与最上方一根流体歧管相邻的其中一个第一导流孔以及与最上方一根流体歧管相邻的其中一个第二导流孔，分别与最上方一根流体歧管之间的距离设定为大于或等于5D，其中D为流体歧管的内径尺寸。与最下方一根流体歧管相邻的另一个第一导流孔以及与最下方一根流体歧管相邻的其中一个第二导流孔，分别与最下方一根流体歧管之间的距离设定为大于或等于5D。
在本发明的一实施例中，进水导流装置与出水导流装置各自的截面积A为大于或等于(5D)2，D为流体歧管的内径尺寸。
在本发明的一实施例中，各流体歧管的第一端与第一流体输送管连通，各流体歧管的第二端与第二流体输送管连通。
在本发明的一实施例中，所述流体分流装置更包括：挡板，设置在进水口处，以降低流体的流速。
在本发明的一实施例中，所述挡板的形状为矩形、圆形及正方形其中一个。
在本发明的一实施例中，所述挡板的面积为进水口的面积的三分之一。
本发明的具有阻流器的流体分流模组，包括：流体输送管、至少二流体歧管以及阻流器。流体输送管分别与至少二流体歧管及阻流器管路连接。
基于上述，藉由将进水口与出水口设置在流体输送管的中间可大幅改善流量差异过大的问题，并进一步达到节能的功效。
附图说明
图1是依照本发明第一实施例的流体分流装置的示意图。
图2是依照本发明第一实施例的机柜系统的示意图。
图3是依照本发明第二实施例的流体分流装置的示意图。
图4是依照本发明第二实施例的机柜系统的示意图。
图5是依照本发明第二实施例的流体流动方向的示意图。
图6是依照本发明第二实施例的流体分流装置的局部放大的示意图。
图7是依照本发明第二实施例的进水导流装置的截面的示意图。
图8是依照本发明第二实施例的截面边长与平均流量的最大绝对误差百分比之间关系的分布图。
图9是依照本发明第三实施例的流体分流装置的示意图。
图10是依照本发明第三实施例的挡板的安装示意图。
图11为本发明一实施例的未设置挡板的流量分配比对的直方图。
图12为图11的绝对误差的直方图。
图13为本发明一实施例的设置有挡板的流量分配比对的直方图。
图14为图13的绝对误差的直方图。
附图符号说明：
100:流体分流装置；
110:第一流体输送管；
120:第二流体输送管；
130:进水口；
140:出水口；
150:流体歧管；
310:进水导流装置；
311、312:第一导流孔；
320:出水导流装置；
321、322:第二导流孔；
910:挡板；
A:截面积；
L:距离；
W:边长。
具体实施方式
图1是依照本发明第一实施例的流体分流装置的示意图。请参照图1，流体分流装置100包括第一流体输送管110、第二流体输送管120、进水口130、出水口140以及多个流体歧管150。这些流体歧管150分别位于第一流体输送管110与第二流体输送管120之间，且分别与第一流体输送管110及第二流体输送管120连通。即，每一流体歧管150的第一端与第一流体输送管110连通，每一流体歧管150的第二端与第二流体输送管120连通。
进水口130设置在第一流体输送管110侧，且位于第一流体输送管110的两端之间。出水口140设置在第二流体输送管120侧，且对应于进水口130所设置的位置而设置。即，进水口130与出水口140两者的位置为相对称。
在本实施例中，以将进水口130设置在第一流体输送管110的中央以及将出水口140设置在第二流体输送管120的中央为较佳。然，在其他实施例中，亦可将进水口130与出水口140设置在较靠近上端的位置，或者设置在较靠近下端的位置，在此并不限制。
图2是依照本发明第一实施例的机柜系统的示意图。请参照图2，机柜系统包括机柜200以及流体分流装置100。流体分流装置100安装于机柜200的一侧。在本实施例中，进水口130与出水口140两者分别为垂直设置在第一流体输送管110与第二流体输送管120。进水口130与出水口140两者对称地设置在所述相邻两根流体歧管150之间。
图3是依照本发明第二实施例的流体分流装置的示意图。图4是依照本发明第二实施例的机柜系统的示意图。图5是依照本发明第二实施例的流体流动方向的示意图。本实施例为第一实施例的应用例。
请参照图3～图5，流体分流装置100更包括进水导流装置310以及出水导流装置320。流体分流装置100安装于机柜200的一侧。
进水导流装置310开设有进水口130，且包括第一导流孔311、312。出水导流装置320开设有出水口140，且包括第二导流孔321、322。在此，第一导流孔311与第二导流孔321设置在上方且高于第一根流体歧管150的位置。第一导流孔312与第二导流孔322设置在下方且低于最后一根流体歧管150的位置。
第一导流孔311、312分别与第一流体输送管110连通，自进水口130流入的流体分别经由第一导流孔311、312流入第一流体输送管110。第二导流孔321、322分别与第二流体输送管120连通，自第二流体输送管120流出的流体分别经由第二导流孔321、322流入出水口140。
另外，在进水导流装置310的进水口130处也可另设置第一导流孔而与第一流体输送管110连通，使得自进水口130流入的流体除了可分别经由第一导流孔311、312流入第一流体输送管110，也可直接流入第一流体输送管110(如图5所示)。而在出水导流装置320的出水口140处也可另设置第二导流孔而与第二流体输送管120连通，使得自第二流体输送管120流出的流体除了可分别经由第二导流孔321、322流入至出水口140，也可直接流入至出水口140(如图5所示)。
在此，并不限制第一导流孔与第二导流孔的数量，在其他实施例中亦可以设置更多的第一导流孔与第二导流孔。
图6是依照本发明第二实施例的流体分流装置的局部放大的示意图。请参照图6，将流体歧管150的内径尺寸定义为D。在此，将第一导流孔311与第二导流孔321分别与最上方的一根流体歧管150之间的距离L设定为大于或等于5D。另外，将第一导流孔312与第二导流孔322分别与最下方的一根流体歧管150之间的距离亦设定为大于或等于5D。
为了减少流速过快造成流体歧管150管内防腐涂层掉落，故，管内流速应小于1.5m/s。基此，流体的总流量Q应该小于或等于9×104×A，单位：LPM(liter per minute)。其中A为进水导流装置310的截面积，单位为m2。基于上述，进水导流装置310的截面积A必须大于或等于Q/(9×104)m2。依照此公式，若平均流量要小于或等于2LPM，进水导流装置310的流速不超过1.5m/s，则进水导流装置310的截面积A必须大于或等于930mm2。
图7是依照本发明第二实施例的进水导流装置的截面的示意图。如图7所示，主管(进水导流装置310、出水导流装置320)的截面的边长为W，出水导流装置320的截面积A≧W2，倘若流体歧管150选用一般常见的两分管(外径为8mm，内径为6mm)，则边长W需选用大于或等于30mm。即，W≥5D。基于上述可得知A≧(5D)2。
图8是依照本发明第二实施例的截面边长与平均流量的最大绝对误差百分比之间关系的分布图。如图8所示，固定总流量为84LPM(平均流量为2LPM)下，改变截面积W2，并比较平均流量的最大绝对误差百分比(Qmax％)。由图8可以知道，当截面积A变大至30×30mm2时，流体歧管150内平均流量的最大绝对误差百分比大幅下降至10％以内，随着加大截面积A，最大绝对误差百分比也跟着下降，但下降幅度逐渐减缓。
目前市面上常见的42U机柜，流体歧管150的数量为42支，各流体歧管150的平均流量(总流量42LPM除以42支)约在1LPM以下。因此，倘若流体歧管150的平均流量范围满足2LPM以下，则各流体歧管150内流速与平均流速误差在10％以内，且须符合主管(进水导流装置310、出水导流装置320)内平均流速小于1.5m/s。故，出水导流装置320的截面积A较佳为设定为大于或等于(5D)2。在此，D为流体歧管150的内径尺寸。而流体歧管150的内径尺寸D＝6mm时，进水口130、出水口140、进水导流装置310、出水导流装置320的截面积A应大于或等于930mm2。由此可知，上述实施例可有效改善流量不均问题。
图9是依照本发明第三实施例的流体分流装置的示意图。本实施例为第二实施例的应用例。参照图9，流体分流装置100还可进一步包括挡板910。挡板910设置在进水口130处，通过挡板910来进行分流，藉此降低流体的流速。另外，亦可在第一实施例的流体分流装置100中的进水口130处设置挡板910。
图10是依照本发明第三实施例的挡板的安装示意图。请参照图10，进水口130的面积定义为A，挡板910的面积较佳为进水口130的三分之一，即，1/3A。故，面积符合此公式的挡板910皆适用，并不限制挡板910的形状。例如，挡板910可以是矩形、圆形或正方形等。
底下针对进水口130与出水口140皆设置在下方的实施例(下进下出)与进水口130与出水口140设置在中间的实施例(中间进出)的流量分配来进行比对。
图11为本发明一实施例的未设置挡板的流量分配比对的直方图。图12为图11的绝对误差的直方图。图11及图12的横轴所示为流体歧管编号，图11的纵轴所示为流量Q，图12的纵轴所示为绝对误差。图12所示为将图11的直方图的流量Q的值减去理想流量2.5(单位：LPM)之后取绝对值并除以流量平均值所获得的直方图。在此，白色直条代表进水口与出水口皆设置在下方的实施例(下进下出)，黑色直条代表进水口与出水口设置在中间的流体分流装置的实施例(中间进出)。由图11、图12可以清楚地知道，中间进出实施例的各流体歧管150的流量均匀，而下进下出实施例中，越靠近下部(流体歧管编号越大)的流体歧管150的流量会越高，越靠近上部(流体歧管编号越小)的流体歧管150的流量会越低。
图13为本发明一实施例的设置有挡板的流量分配比对的直方图。图14为图13的绝对误差的直方图。图13及图14的横轴所示为流体歧管编号，图13的纵轴所示为流量Q，图14的纵轴所示为绝对误差。图14所示为将图13的直方图的流量的值减去理想流量2.5(单位：LPM)之后取绝对值并除以流量平均值所获得的直方图。在此，白色直条代表进水口与出水口皆设置在下方的实施例(下进下出)，黑色直条代表进水口与出水口设置在中间的流体分流装置的实施例(中间进出)。
在图11～图14的示例中，进水口130设置在流体歧管编号21、22之间。在流体分流装置100未加设挡板910的情况下，如图11的黑色直条所示，流体歧管编号1～42中，只有流体歧管编号21、22的流量高于理想流量2.5LPM，其他流体歧管编号的流量则低于理想流量2.5LPM。也就是说，流体歧管编号21、22的绝对误差远高于其他流体歧管编号的绝对误差(如图12的黑色直条所示)。
另一方面，在流体分流装置100加设挡板910的情况下，如图13的黑色直条所示，流体歧管编号1～42各自的流量皆趋近于理想流量2.5LPM。参照图14的黑色直条，流体歧管编号1～42各自的绝对误差会在一门槛值内(例如10％)。
据此，由图11～图14可以清楚地知道，通过在进水口130处设置挡板910，可以进一步使得各个流体歧管150的流量与平均流量的差异小于一门槛值(例如10％)，可有效降低对应于进水口130的位置的流体歧管编号21、22的流量。
另外，在其他实施例中，提出有一种具有阻流器的流体分流模组。所述流体分流模组包括流体输送管、至少两流体歧管以及阻流器。流体输送管分别与至少二流体歧管及阻流器管路连接。所述流体分流模组还包括有进水口。所述进水口设置在流体输送管侧，且位于流体输送管的两端之间，自进水口供给流体至流体输送管，流体沿着流体输送管而输送至至少二流体歧管。而所述阻流器设置在进水口处，以降低流体的流速。阻流器例如为挡板，且其形状为矩形、圆形及正方形其中一个。
综上所述，上述实施例改善现有分流装置在不同出水位置流量差异过大的问题，可达到流量分配差异小于10％的效果。并且，上述实施例利用简易机构设计，达到解决流量分配问题，符合容易制造的原则。据此，可以减少冷却分配装置(Cooling DistributionUnit，CDU)因为流量分配不均需要提供过高的压力或是流量。换句话说，可以减少能量的耗损，也就是节能的目的。对于需要耗损大量能源的资料中心来说，能够达到节能的目的，也就是降低电力使用效率(power usage efficiency，PUE)。由于流体流量不均匀会影响散热效果，而上述实施例解决了流体流量不均匀的问题，自然亦提高了散热效果。此外，通过设置挡板，进一步解决了进水口处流速过快的问题。

Claims (14)

1.一种流体分流装置，其特征在于，包括：
一第一流体输送管；
一第二流体输送管；
多个流体歧管，分别位于该第一流体输送管与该第二流体输送管之间，且分别与该第一流体输送管及该第二流体输送管连通；
一进水口，设置在该第一流体输送管侧，且位于该第一流体输送管的两端之间；以及
一出水口，设置在该第二流体输送管侧，且对应于该进水口所设置的位置而设置，
其中，自该进水口供给一流体至该第一流体输送管，该流体沿着该第一流体输送管而输送至该些流体歧管，并通过该些流体歧管流入该第二流体输送管而自该出水口流出；
一进水导流装置，开设有该进水口，且包括多个第一导流孔，其中该些第一导流孔分别与该第一流体输送管连通，自该进水口流入的该流体分别经由该些第一导流孔流入该第一流体输送管。
2.如权利要求1所述的流体分流装置，其特征在于，该流体分流装置安装于一机柜的一侧，该进水口位于相邻两根流体歧管之间。
3.如权利要求1所述的流体分流装置，其特征在于，该流体分流装置安装于一机柜的一侧，该流体分流装置更包括：
一出水导流装置，开设有该出水口，且包括多个第二导流孔，其中该些第二导流孔分别与该第二流体输送管连通，自该第二流体输送管流出的该流体分别经由该些第二导流孔流入该出水口。
4.如权利要求3所述的流体分流装置，其特征在于，该些第一导流孔至少包括3个，其分别设置于该第一流体输送管的两端以及所述两端之间的位置。
5.如权利要求3所述的流体分流装置，其特征在于，该些第二导流孔至少包括3个，其分别设置于该第二流体输送管的两端以及所述两端之间的位置。
6.如权利要求3所述的流体分流装置，其特征在于，与最上方一根所述流体歧管相邻的其中一个所述第一导流孔以及与最上方一根所述流体歧管相邻的其中一个所述第二导流孔，分别与最上方一根所述流体歧管之间的距离设定为大于或等于5D，其中D为所述流体歧管的内径尺寸。
7.如权利要求3所述的流体分流装置，其特征在于，与最下方一根所述流体歧管相邻的其中一个所述第一导流孔以及与最下方一根所述流体歧管相邻的其中一个所述第二导流孔，分别与最下方一根所述流体歧管之间的距离设定为大于或等于5D，其中D为所述流体歧管的内径尺寸。
8.如权利要求3所述的流体分流装置，其特征在于，该进水导流装置与该出水导流装置各自的截面积A为大于或等于(5D)2，
其中，D为所述流体歧管的内径尺寸。
9.如权利要求1所述的流体分流装置，其特征在于，每一该些流体歧管的第一端与该第一流体输送管连通，每一该些流体歧管的第二端与该第二流体输送管连通。
10.如权利要求1所述的流体分流装置，其特征在于，更包括：
一挡板，设置在该进水口处，以降低该流体的流速。
11.如权利要求10所述的流体分流装置，其特征在于，该挡板的形状为矩形、圆形及正方形其中一个。
12.如权利要求10所述的流体分流装置，其特征在于，该挡板的面积为该进水口的面积的三分之一。
13.一种具有阻流器的流体分流模组，其特征在于，包括：
一流体输送管；
至少二流体歧管；以及
一阻流器，
其中，该流体输送管分别与该至少二流体歧管及该阻流器管路连接；
一进水口，设置在该流体输送管侧，且位于该流体输送管的两端之间，
其中，自该进水口供给一流体至该流体输送管，该流体沿着该流体输送管而输送至所述至少二流体歧管，
该阻流器设置在该进水口处，以降低该流体的流速；
一进水导流装置，开设有该进水口，且包括多个第一导流孔，其中该些第一导流孔分别与该流体输送管连通，自该进水口流入的该流体分别经由该些第一导流孔流入该流体输送管。
14.如权利要求13所述的流体分流模组，其特征在于，该阻流器的形状为矩形、圆形及正方形其中一个。
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