CN113934276A - 浸没式冷却系统及具有该浸没式冷却系统的电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种浸没式冷却系统及具有该浸没式冷却系统的电子装置，用以解决现有浸没式冷却系统中的不导电液容易流失的问题。包括：一密封槽，内部具有一腔室；一工作层，由填装于该腔室中的至少一不导电液所形成；及一保护层，由填装于该腔室中的至少一保护液所形成，该保护液的密度低于该不导电液的密度，该保护液的沸点高于该不导电液的沸点。

Description

浸没式冷却系统及具有该浸没式冷却系统的电子装置

技术领域

本发明关于一种电子装置的冷却系统，尤其是一种将电子装置的热源沉浸于不导电液中以维持适当工作温度的浸没式冷却系统及具有该浸没式冷却系统的电子装置。

背景技术

浸没式冷却（Immersion cooling）是将电气单元（例如伺服器、主机板、中央处理器、显示卡或存储器等）沉浸于不导电液中，使电气单元工作时所产生的高温热能可直接由该不导电液吸收，使电气单元能够维持适当的工作温度，以达到预期的工作效能与使用寿命。

常见的现有浸没式冷却系统大致上包含有一冷却槽及一冷凝器，该冷却槽内的下层填装有液态的不导电液，该冷凝器装设于该冷却槽内的上层而位于液态的不导电液上方。需要冷却的电气单元沉浸于液态的不导电液中，由于不导电液的沸点较低，可以在吸收该电气单元的工作热能后，使部分的不导电液转变成气态，以于液态的不导电液中形成气泡并向上浮起，直至离开液态不导电液的表层后，在接触该冷凝器时再度凝结回液态并向下滴落。

然而，由于气态的不导电液在凝结回液态前，容易从该冷却槽或他处的缝隙泄漏至外界，导致该冷却槽内的不导电液量逐渐减少，每隔一段时间就需要补充，不仅需要检修的人力成本，且不导电液的价格昂贵，也造成了使用者的经济负担。

有鉴于此，现有的浸没式冷却系统确实仍有加以改善的必要。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种浸没式冷却系统及具有该浸没式冷却系统的电子装置，使气态的不导电液可以在液态环境中凝结回液态，以降低气态不导电液的流失量。

本发明的次一目的是提供一种浸没式冷却系统及具有该浸没式冷却系统的电子装置，可提升将气态不导电液冷凝回液态的效率。

本发明的又一目的是提供一种浸没式冷却系统及具有该浸没式冷却系统的电子装置，降低设备及运作成本。

本发明全文所述方向性或其近似用语，例如“前”、“后”、“左”、“右”、“上（顶）”、“下（底）”、“内”、“外”、“侧面”等，主要参考附图的方向，各方向性或其近似用语仅用以辅助说明及理解本发明的各实施例，非用以限制本发明。

本发明全文所记载的元件及构件使用“一”或“一个”的量词，仅是为了方便使用且提供本发明范围的通常意义；于本发明中应被解读为包括一个或至少一个，且单一的概念也包括复数的情况，除非其明显意指其他意思。

本发明全文所述“结合”、“组合”或“组装”等近似用语，主要包含连接后仍可不破坏构件地分离，或是连接后使构件不可分离等型态，本领域中技术人员可以依据欲相连的构件材质或组装需求予以选择。

本发明的浸没式冷却系统，包括：一密封槽，内部具有一腔室；一工作层，由填装于该腔室中的至少一不导电液所形成；及一保护层，由填装于该腔室中的至少一保护液所形成，该保护液的密度低于该不导电液的密度，该保护液的沸点高于该不导电液的沸点。

因此，本发明的浸没式冷却系统，其工作层中的液态不导电液可以在吸收热能后转换成气态，并形成气泡而上升进入保护层，使气态的不导电液可以在液态环境中凝结回液态，再下沉回到该工作层中，从而能够有效降低气态不导电液的流失量，使该密封槽内的不导电液量不易减少，具有大幅降低补充不导电液的费用与人力成本等功效。

其中，该密封槽可以具有一筒槽及一槽盖，该腔室位于该筒槽内部，该筒槽可以具有一盖合口连通该腔室，该槽盖可以遮盖该盖合口。如此，可便于对该腔室输入液体、取放物件或拉出线材，具有提升组装及使用便利性等功效。

其中，该保护层可以由两种以上不同密度的保护液所形成，越上层的保护液密度越低且沸点越高。如此，具有更进一步地降低不导电液流失量等功效。

该浸没式冷却系统另外可以包含一扰动器，该扰动器可以位于该保护层，该扰动器由一叶轮搅拌该保护液。如此，可以使整个保护层的各处温度较为平均，具有提升将气态不导电液冷凝回液态的效率等功效。

该浸没式冷却系统另外可以包含一循环冷却模组，该循环冷却模组可以具有一管件组，该管件组的局部可以通过该保护层并形成一吸热部，该保护液可以与该吸热部热交换。如此，该保护液可维持低温，具有提升冷却效率等功效。

其中，该循环冷却模组可以具有一驱动源连通该管件组，该驱动源可以驱动该管件组中的流体流动，该管件组可以连接一散热单元以降低该管件组中的流体温度。如此，具有提升冷却效率等功效。

该浸没式冷却系统另外可以包含至少一电气单元，该电气单元可以被定位于该腔室中，且该电气单元可以浸入该不导电液。如此，可使该电气单元被确实降温，具有使电气单元稳定运作等功效。

其中，该电气单元的热源可以位于该工作层中，该电气单元的局部可以位于该保护层中。如此，可在能够冷却该热源的前提下，减少不导电液的用量，具有降低成本等功效。

该浸没式冷却系统另外可以包含用以定位至少一电气单元的一座架，该座架可以位于该腔室底端，该座架可以具有相间隔的多个固定架，任两个相邻的固定架之间可以形成一插槽，该电气单元可以插设定位于其中一插槽中，该不导电液可以通过该插槽而浸润该电气单元的热源。如此，可稳固设置该电气单元，并增加同时可冷却的电气单元数量，具有提升冷却效果及减少占用空间等功效。

本发明另外提供一种电子装置，包括：多个电气单元，其中的至少一电气单元具有一热源；及一上述的浸没式冷却系统，该热源位于该工作层中。如此，同样可以由该保护层让气态的不导电液在液态环境中凝结回液态，从而降低不导电液的流失量，使该电子装置具有大幅降低补充不导电液的费用与人力成本等功效。

其中，具有该热源的电气单元的局部可以位于该保护层中。如此，可稳固设置该电气单元，并增加同时可冷却的电气单元数量，具有提升冷却效果及减少占用空间等功效。如此，可在能够冷却该热源的前提下，减少不导电液的用量，具有降低成本等功效。

其中，该浸没式冷却系统可以另外包括一座架，该座架可以位于该腔室底端，该座架可以具有相间隔的多个固定架，任两个相邻的固定架之间可以形成一插槽，具有该热源的电气单元可以插设定位于其中一插槽中，该不导电液可以通过该插槽而浸润该热源。如此，可稳固设置该电气单元，并增加同时可冷却的电气单元数量，具有提升冷却效果及减少占用空间等功效。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1：本发明第一实施例的分解立体图；

图2：本发明第一实施例的组合剖视图；

图3：本发明第二实施例的组合剖视图；

图4：本发明第三实施例的平面图；

图5：本发明第三实施例另一态样的平面图；

图6：本发明电子装置的局部剖视平面图。

附图标记说明

1:密封槽

11:筒槽

11a:环墙

11b:封底盘

111:盖合口

112:开口

12:槽盖

121:孔洞

2:工作层

3:保护层

4:座架

41:固定架

42:插槽

5:扰动器

51:外壳

511:流入口

512:排出口

52:连接架

53:叶轮

6:循环冷却模组

61:管件组

611:吸热部

62:驱动源

63:散热单元

7:电子装置

71:机壳

B:底端

C:腔室

E:电气单元

H:热源

L1:不导电液

L2:保护液

L21:第一保护液

L22:第二保护液。

具体实施方式

为让本发明的上述及其他目的、特征及优点能更明显易懂，下文列举本发明的较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：

请参照图1、图2所示，其是本发明浸没式冷却系统的第一实施例，包括一密封槽1、一工作层2及一保护层3。该密封槽1内部具有一腔室C，以供容装该工作层2、该保护层3及需冷却的至少一电气单元E。

本发明不限制该密封槽1的型态，以能够容装该工作层2、该保护层3及该电气单元E，使该工作层2可以吸收该电气单元E运作时所产生的热能为原则。其中，该密封槽1可以具有一筒槽11及一槽盖12，该腔室C位于该筒槽11内部，该筒槽11具有一盖合口111连通该腔室C，以便从该盖合口111对该腔室C输入液体，或取放如该电气单元E等物件，或拉出连接该电气单元E的电线或讯号线等线材；该槽盖12则可以遮盖该盖合口111，使该腔室C形成密闭。

在本实施例中，该筒槽11可以具有一环墙11a及一封底盘11b，使该筒槽11的不同部位可以由不同的材质制成；例如，该环墙11a可选择由可透视的材质制成，该封底盘11b则可依需求选择由具坚固、耐磨或防滑等特性的材质制成。该环墙11a的一端可以形成前述的盖合口111，该环墙11a的另一端可以形成一开口112，该开口112可以与该盖合口111相对；在使用状态下，该盖合口111可以朝向上，该开口112则朝向下。此外，对同时具有该盖合口111与该开口112的筒槽11而言，也可以选择从该开口112取放物件、接线或输入液体。另外，该封底盘11b可以结合该环墙11a并遮盖该开口112，且该封底盘11b可以与该环墙11a形成液密，确保该腔室C中的液体不会从该筒槽11的底端渗漏至外界。

该槽盖12可以结合该环墙11a并遮盖该盖合口111，且该槽盖12的周缘可例如由胶圈来与该环墙11a形成气密，确保该腔室C中的气体或液体不会从该槽盖12的周缘泄漏至外界。在使用状态下，该槽盖12可以位于该筒槽11的上方，本实施例可以选择在该槽盖12开设多个孔洞121，以便于该槽盖12维持遮盖该盖合口111的状态下，通过多个孔洞121来对该腔室C输入液体，或拉出连接该电气单元E的电线或讯号线等线材。其中，各孔洞121中较佳另外具有密封结构，以降低该腔室C中的气体或液体泄漏至外界的机会。

该工作层2由填装于该腔室C中的至少一不导电液L1所形成，该保护层3则由填装于该腔室C中的至少一保护液L2所形成，本实施例选择由单一种不导电液L1形成该工作层2，及由单一种保护液L2形成该保护层3，但不以此为限。其中，该保护液L2的密度低于该不导电液L1的密度，使该不导电液L1及该保护液L2可自然在该腔室C中分层，且该保护层3邻接于该工作层2上方。又，该保护液L2的沸点高于该不导电液L1的沸点。

该电气单元E为需要冷却的对象，该电气单元E可被定位于该腔室C中的预设位置，使该电气单元E能浸入而接触该不导电液L1。例如，可以使整个电气单元E都沉浸于该工作层2中，或至少使该电气单元E的热源H沉浸于该工作层2中，本发明均不加以限制。其中，可选择使该电气单元E的热源H位于该工作层2中，而该电气单元E的局部位于该保护层3中，即可在能够冷却该热源H的前提下，减少该不导电液L1的用量以降低成本；此外，还可以在架设该电气单元E时，可选择使该电气单元E的热源H越邻近该腔室C底端B越好，从而更进一步地节省该不导电液L1的用量。

更详言之，本实施例可选择将该电气单元E定位于一座架4，该座架4可以稳固设置于该腔室C底端B。例如但不限制地，该座架4可具有相间隔的多个固定架41，以于任两个相邻的固定架41之间形成一插槽42，当该电气单元E为主机板、通讯界面板、显示板或资料储存板等片状结构时，该电气单元E可以插设定位于其中一插槽42中，且该不导电液L1仍可通过该插槽42而浸润该电气单元E的热源H。或者，在其他实施例中，也可以在该槽盖12设置吊架以定位该电气单元E，使该电气单元E能沉浸于该工作层2中，故本发明不限制定位该电气单元E的方式。

该浸没式冷却系统还可另外包含一扰动器5，该扰动器5位于该保护层3，用以搅拌该保护液L2，使整个保护层3的各处温度能较为平均。在本实施例中，该扰动器5可以具有一外壳51，该外壳51可以由一连接架52组装于该槽盖12，并维持该外壳51浸润于该保护液L2中。该外壳51具有一流入口511及一排出口512，该外壳51内部则具有一叶轮53，用以带动该保护液L2从该流入口511流入该外壳51内部，再由该排出口512流出，其中该排出口512的口径可以小于该流入口511的口径，以提升从该排出口512流出的液体流速，从而降低该扰动器5的耗能。

请参照图2所示，本实施例的浸没式冷却系统，可以在该电气单元E运作而产生热能时，由该电气单元E周遭的不导电液L1吸收热能，使该电气单元E得以维持在适当的工作温度。其中，该工作层2中的液态不导电液L1可以在吸收热能后转换成气态，并形成气泡而上升进入该保护层3；此时，进到该保护层3中的气态不导电液L1可以将热能传递给液态的保护液L2，从而在该保护层3中冷凝回液态，再通过该不导电液L1与该保护液L2的密度差，使凝结回液态的不导电液L1能自然下沉回到该工作层2中。此外，由于该保护液L2的沸点较高，故气态的不导电液L1将热能传递给液态的保护液L2时，该保护液L2仍可维持液态，且气态的不导电液L1只要在未到达该保护层3顶端前冷凝回液态，就几乎不会有流失的情状发生，故可大幅降低该不导电液L1的流失量。

请参照图3所示，其为本发明浸没式冷却系统的第二实施例，本实施例的保护层3可以由两种以上不同密度的保护液L2所形成，以更进一步地提升前述降低不导电液L1流失量的效果。举例而言，本实施例的保护层3可以由两种不同密度的保护液L2所形成，且以下分别以第一保护液L21与第二保护液L22称之，以便说明。

该第一保护液L21的密度低于该不导电液L1的密度，该第二保护液L22的密度又再低于该第一保护液L21的密度，且该第一保护液L21的沸点高于该不导电液L1的沸点，该第二保护液L22的沸点又再高于该第一保护液L21的沸点。如此，本实施例的保护层3可以形成两层的形态，且该第二保护液L22邻接于该第一保护液L21上方，万一气态的不导电液L1来不及在到达该第一保护液L21顶端前冷凝回液态，气泡可以接续进入该第二保护液L22，而在液态的第二保护液L22中冷凝回液态，并自然下沉，通过该第一保护液L21以回到该工作层2中；因此，该第二保护液L22可更进一步地降低该不导电液L1的流失量。在其他实施例中，也可再添加不同密度的保护液，使该保护层3形成更多层的形态，只要掌握越上层的保护液密度越低且沸点越高的原则即可。

请参照图4所示，其是本发明浸没式冷却系统的第三实施例，本实施例可以另外具有一循环冷却模组6，该循环冷却模组6可以由一管件组61通过保护层3，以由循环于该管件组61中的液态或气态流体与形成该保护层3的保护液L2进行热交换，吸收该保护液L2的热能，使该保护液L2得以维持低温，以提升将气态不导电液L1冷凝回液态的效率。

详言之，该循环冷却模组6还可以具有一驱动源62及一散热单元63，该管件组61连通该驱动源62，以由该驱动源62驱动该管件组61中的流体流动；该管件组61连接该散热单元63，该管件组61位于该腔室C中的部位形成一吸热部611，该散热单元63与该管件组61的连接处较佳远离该吸热部611。据此，该管件组61中的流体可以在流经该吸热部611时，吸收该保护液L2的热能，并于流经该散热单元63时冷却降温，并于降温后再次被导向该吸热部611，如此不断循环，使该保护液L2能维持低温。

其中，该驱动源62可例如为叶轮或泵，且该驱动源62可以如图4所示设在该腔室C中，或如图5所示设在该密封槽1外。该散热单元63则可以为气冷式或液冷式的散热器，本发明均不加以限制。

请参照图6所示，本实施例的电子装置7可以具有一机壳71及多个电气单元E，多个电气单元E及前述各实施例的浸没式冷却系统可以位于该机壳71中。

详言之，该电子装置7可例如为工业电脑（Industrial Personal Computer，简称IPC），多个电气单元E可例如为电源供应器、硬碟、风扇、主机板、中央处理器、存储器及显示卡等，其中会在运作时产生高温的电气单元E，如主机板、中央处理器、存储器及显示卡等，其中的至少一电气单元E可以具有一热源H，且该热源H可以被安排设置于密封槽1的腔室C内，并沉浸于工作层2中；而其他不太会在运作时产生高温的电气单元E，则可以安排设置于该密封槽1外。其中，该工作层2由至少一不导电液L1所形成，该保护层3由至少一保护液L2所形成，该保护液L2的密度低于该不导电液L1的密度，且该保护液L2的沸点高于该不导电液L1的沸点。据此，该工作层2中的液态不导电液L1可以吸收该热源H所产生的热能并转换成气态，形成气泡而上升进入该保护层3，于该保护层3中冷凝回液态，再下沉回到该工作层2中，达到降低该不导电液L1流失量的效果。

值得一提的是，本实施例的保护层3也可以如前述第二实施例由两种以上不同密度的保护液L2所形成，以更进一步地提升前述降低不导电液L1流失量的效果；或者，也可以如前述第一实施例在该保护层3设一扰动器5（标示于图2），或如前述第三实施例具有一循环冷却模组6（标示于图4），以提升将气态不导电液L1冷凝回液态的效率。此外，在其他实施例中，该密封槽1可选择设于该电子装置7的机壳71外，而需设于该腔室C内中的电气单元E自然也位于该机壳71外，此为本领域技术人员可以理解，故本发明的电子装置7不以图6所示的配置关系为限。

综上所述，本发明的浸没式冷却系统及具有该浸没式冷却系统的电子装置，其工作层中的液态不导电液可以在吸收热能后转换成气态，并形成气泡而上升进入保护层，使气态的不导电液可以在液态环境中凝结回液态，再下沉回到该工作层中，从而能够有效降低气态不导电液的流失量，使该密封槽内的不导电液量不易减少，具有大幅降低补充不导电液的费用与人力成本等功效。

虽然本发明已利用上述较佳实施例揭示，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围之内，相对上述实施例进行各种更动与修改仍属本发明所保护的技术范畴，因此本发明的保护范围当视权利要求的保护范围所界定者为准。

Claims (12)

1.一种浸没式冷却系统，其特征在于，包括：

一个密封槽，内部具有一个腔室；

一个工作层，由填装于该腔室中的至少一个不导电液所形成；及

一个保护层，由填装于该腔室中的至少一个保护液所形成，该保护液的密度低于该不导电液的密度，该保护液的沸点高于该不导电液的沸点。

2.如权利要求1所述的浸没式冷却系统，其特征在于，该密封槽具有一个筒槽及一个槽盖，该腔室位于该筒槽内部，该筒槽具有一个盖合口连通该腔室，该槽盖遮盖该盖合口。

3.如权利要求1所述的浸没式冷却系统，其特征在于，该保护层由两种以上不同密度的保护液所形成，越上层的保护液密度越低且沸点越高。

4.如权利要求1所述的浸没式冷却系统，其特征在于，另外包括一个扰动器，该扰动器位于该保护层，该扰动器由一个叶轮搅拌该保护液。

5.如权利要求1所述的浸没式冷却系统，其特征在于，另外包括一个循环冷却模组，该循环冷却模组具有一个管件组，该管件组的局部通过该保护层并形成一个吸热部，该保护液与该吸热部热交换。

6.如权利要求5所述的浸没式冷却系统，其特征在于，该循环冷却模组具有一个驱动源连通该管件组，该驱动源驱动该管件组中的流体流动，该管件组连接一个散热单元以降低该管件组中的流体温度。

7.如权利要求1至6中任一项所述的浸没式冷却系统，其特征在于，另外包括至少一个电气单元，该电气单元被定位于该腔室中，且该电气单元浸入该不导电液。

8.如权利要求7所述的浸没式冷却系统，其特征在于，该电气单元的热源位于该工作层中，该电气单元的局部位于该保护层中。

9.如权利要求1至6中任一项所述的浸没式冷却系统，其特征在于，另外包括用以定位至少一个电气单元的一个座架，该座架位于该腔室底端，该座架具有相间隔的多个固定架，任两个相邻的固定架之间形成一个插槽，该电气单元插设定位于其中一个插槽中，该不导电液通过该插槽而浸润该电气单元的热源。

10.一种电子装置，其特征在于，包括：

多个电气单元，其中的至少一个电气单元具有一个热源；及

一个如权利要求1至6中任一项所述的浸没式冷却系统，该热源位于该工作层中。

11.如权利要求10所述的电子装置，其特征在于，具有该热源的电气单元的局部位于该保护层中。

12.如权利要求10所述的电子装置，其特征在于，该浸没式冷却系统另外包括一个座架，该座架位于该腔室底端，该座架具有相间隔的多个固定架，任两个相邻的固定架之间形成一个插槽，具有该热源的电气单元插设定位于其中一个插槽中，该不导电液通过该插槽而浸润该热源。

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