CN114945260A - 浸没式冷却系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种浸没式冷却系统，用以解决现有浸没式冷却系统中，因使用双相工作液而导致成本高昂的问题。包括：一个密封槽，具有一个腔室；一个循环层，由填装于该腔室中的一个第一工作液所形成；一个工作层，由填装于该腔室中的一个第二工作液所形成，该第二工作液的密度低于该第一工作液的密度，该第二工作液的沸点高于该第一工作液的沸点；及一个循环冷却模块，具有一个循环管路，该循环管路具有一个吸热段及一个冷凝段位于一个第一端口及一个第二端口之间，该第一端口及该第二端口位于该腔室中，且该第一端口连通该第一工作液，该吸热段位于该工作层。
Description
技术领域
本发明是关于一种冷却系统，尤其是一种浸没式冷却系统。
背景技术
浸没式冷却（Immersion cooling）是将电气单元（例如服务器、主板、中央处理器、显示适配器或内存等）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，该不导电液可以使用沸点较高的单相工作液，也可以使用沸点较低、热交换性能较佳的双相工作液。
现有使用双相工作液的浸没式冷却系统，大致上包括有一个冷却槽及一个冷凝器，该冷却槽内的下层填装有液态的双相工作液，该冷凝器装设于该冷却槽内的上层而位于液态的双相工作液上方。需要冷却的电气单元是沉浸于液态的双相工作液中，由于双相工作液的沸点较低，可以在吸收该电气单元的工作热能后，使部分的双相工作液转变成气态，以于液态的双相工作液中形成气泡并向上浮起，直至离开液态双相工作液的表层后，在接触该冷凝器时再度凝结回液态并向下滴落。
虽然双相工作液由于低温沸腾效应，而可以提供较佳的热交换性能，然而，双相工作液的价格昂贵，全然以双相工作液装填该冷却槽需耗费可观的成本，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，可以降低双相工作液的使用量。
本发明的次一个目的是提供一种浸没式冷却系统，可以提升散热效率。
本发明的又一个目的是提供一种浸没式冷却系统，可以缩小整体体积。
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，主要是参考附图的方向，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组件及构件使用“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多个的情况，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，主要包括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，是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的。
本发明的浸没式冷却系统，包括：一个密封槽，具有一个腔室；一个循环层，由填装于该腔室中的一个第一工作液所形成；一个工作层，由填装于该腔室中的一个第二工作液所形成，该第二工作液的沸点高于该第一工作液的沸点，该第二工作液的密度低于该第一工作液的密度，该第一工作液与该第二工作液不互相溶解，该循环层与该工作层互相邻接；及一个循环冷却模块，具有一个循环管路，该循环管路具有一个吸热段及一个冷凝段位于一个第一端口及一个第二端口之间，该第一端口及该第二端口位于该腔室中，且该第一端口连通该第一工作液，该吸热段位于该工作层，该第一工作液循环流动于该循环管路中。
因此，本发明的浸没式冷却系统，是同时使用该第一工作液及该第二工作液来进行冷却工作，而价格较高、热交换性能较佳的该第一工作液是仅用于该循环管路中进行热交换，因此，使用者可以大幅降低该第一工作液的使用量，进而节省可观的成本。
其中，该第一工作液的沸点可以低于水。如此，具有提升热交换性能的功效。
其中，该第一工作液的密度可以高于水，该第二工作液的密度可以低于水。如此，具有使该第一工作液及该第二工作液自然分层的功效。
其中，该第一工作液及该第二工作液皆为不导电液。如此，具有用以冷却电气装置的功效。
其中，该循环管路可以不为封闭回路。如此，具有使冷却的该第一工作液循环更替进入该循环管路的功效。
其中，该冷凝段可以不位于该循环层或该工作层中。如此，该冷凝段可以使用较充裕的散热空间，具有提升散热效率的功效。
其中，该冷凝段可以位于该腔室中。如此，具有缩小该浸没式冷却系统整体体积的功效。
其中，该循环冷却模块另外可以具有多个散热片，该散热片结合于该冷凝段。如此，具有增加散热面积的功效。
其中，循环冷却模块另外可以具有至少一个风扇，该风扇结合于该冷凝段。如此，具有使空气加速流通的功效。
其中，该第二端口可以位于该工作层中。如此，该循环管路可以具有较短的长度，具有节省材料的功效。
其中，该循环冷却模块具有一个逆止阀位于该冷凝段与该第二端口之间，且该逆止阀的出口连通该第二端口。如此，具有防止该第二工作液进入该循环管路的功效。
其中，该第二端口可以位于该循环层中。如此，该循环管路中回流的该第一工作液可以直接流入该循环层，具有提升该第一工作液的补充速度的功效。
其中，该循环管路具有一个回流段邻接该第二端口，该回流段可以具有多个贯孔。如此，具有排除管路空气的功效。
其中，循环冷却模块可以具有至少一个水冷头，该水冷头结合于该吸热段，该水冷头具有一个容槽，该循环层的流体与该容槽连通，该水冷头的外表面具有一个吸热面。如此，具有提升散热效率的功效。
其中，该水冷头可以具有至少一个锁固部。如此，可用以将该水冷头锁固于电气单元，具有使该吸热面更紧密接触热源的功效。
其中，该第一端口可以连通一个帮浦的出液口，该帮浦的入液口位于该循环层。如此，可以增加该第一工作液的循环速度，具有提升散热效率的功效。
其中，该帮浦可以位于该腔室中。如此，具有减少该浸没式冷却系统占用面积的功效。
其中，该循环冷却模块可以具有一个逆止阀位于该吸热段与该第一端口之间，且该逆止阀的入口连通该第一端口。如此，该逆止阀可以防止该循环管路中的该第一工作液，经由该第一端口进入该腔室，具有固定该第一工作液的循环方向的功效。
其中，该循环冷却模块另外可以具有多个散热片，该多个散热片结合于该循环管路的外表面，该多个散热片可以位于该工作层中。如此，具有增加该循环管路的散热面积的功效。
该浸没式冷却系统另外可以包括一个空气层，是由该腔室中的空气所形成于该腔室内，该循环冷却模块另外可以具有多个散热片，该多个散热片结合于该循环管路的外表面，该多个散热片位于该空气层中。如此，一旦该空气层中存在气态的该第二工作液，该散热片具有使气态的该第二工作液重新凝结成液态的功效。
该浸没式冷却系统另外可以包括至少一个电气单元，该电气单元具有至少一个热源，该热源位于该工作层中。如此，具有使该电气单元维持适当的工作温度的功效。
附图说明
图1:本发明第一实施例的组合剖视图；
图2:本发明第二实施例的组合剖视图；
图3:本发明第三实施例的组合剖视图；
图4:本发明第四实施例的组合剖视图。
附图标记说明
【本发明】
1:密封槽
11:筒体
111:开口
12:盖体
2:循环层
3:工作层
4:循环冷却模块
41:循环管路
41a:吸热段
41b:冷凝段
41c:回流段
411:第一端口
412:第二端口
413:贯孔
42:散热器
43:风扇
44:水冷头
441:容槽
442:吸热面
443:锁固部
45:帮浦
451:出液口
452:入液口
46:逆止阀
461:入口
462:出口
47:散热片
5:空气层
E:电气单元
F1,F2:外表面
H:热源
L1:第一工作液
L2:第二工作液
S:腔室。
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所示，其是本发明浸没式冷却系统的第一实施例，包括一个密封槽1、一个循环层2、一个工作层3及一个循环冷却模块4。该密封槽1内部具有一个腔室S，该循环层2及该工作层3容装于该腔室S，该循环冷却模块4连通该腔室S。
该密封槽1的型态本发明不予以限制，在本实施例中，该密封槽1可以具有一个筒体11及一个盖体12，该腔室S位于该筒体11内部。该筒体11可选择由可透视的材质制成，以便使用者通过该筒体11观察该腔室S的状况，该筒体11具有一个开口111连通该腔室S，该开口111可用以对该腔室S输入液体，或取放待冷却的对象；该盖体12则可以遮盖该开口111，该盖体12的周缘可例如由胶圈来与该筒体11形成气密，以确保该腔室S中的气体或液体不会从该盖体12的周缘泄漏至外界。
该循环层2是由填装于该腔室S中的一个第一工作液L1所形成，该第一工作液L1可以是较昂贵的双相工作液。该工作层3则由填装于该腔室S中的一个第二工作液L2所形成，该第二工作液L2的沸点高于该第一工作液L1的沸点，该第二工作液L2可以是价格较低廉的单相或双相工作液，较佳地，该第一工作液L1的沸点可以低于水，是可以提升该浸没式冷却系统的热交换性能。又，该第二工作液L2的密度低于该第一工作液L1的密度，较佳地，该第一工作液L1的密度可以高于水，而该第二工作液L2的密度可以低于水，借此，使该第一工作液L1及该第二工作液L2可自然在该腔室S中分层，并且该第一工作液L1与该第二工作液L2不互相溶解，使该工作层3邻接于该循环层2上方。该第一工作液L1与该第二工作液L2较佳皆为不导电液，借此可用以冷却电气装置。
该浸没式冷却系统另外可以包括至少一个电气单元E，该电气单元E为需要冷却的对象，是具有至少一个热源H，该电气单元E可以为主板、通讯界面板、显示适配器或数据储存板等装置。该电气单元E可以被定位于该腔室S中的默认位置，使该电气单元E能浸入而接触该第二工作液L2。例如，可以使整个电气单元E都沉浸于该工作层3中，或至少使该电气单元E的热源H沉浸于该工作层3中，本发明均不加以限制。
该循环冷却模块4具有一个循环管路41，是用以供该第一工作液L1循环流动，该循环管路41可以为铜、铝、钛或不锈钢等导热材料所制成，该循环管路41具有一个第一端口411，该第一端口411连通一个吸热段41a，该吸热段41a连通一个冷凝段41b，该冷凝段41b再连通该一个第二端口412，该第一端口411及该第二端口412位于该腔室S中，且该第一端口411连通该第一工作液L1，在本实施例中，该第一端口411是位于该循环层2中，使该第一工作液L1得以借此进入该循环管路41。
承上所述，该吸热段41a为该循环管路41通过该工作层3的局部，更明确的说，该吸热段41a是位于该工作层3，且可以是邻近于该热源H的位置，借此使该吸热段41a吸收该热源H的热量。该冷凝段41b是用以冷却该第一工作液L1，该冷凝段41b较佳可以不位于该循环层2或该工作层3中，在本实施例中，该冷凝段41b是位于该密封槽1外，如此，该冷凝段41b可以使用较充裕的散热空间，具有提升散热效率的作用。
另外，为进一步提升散热效率，该循环冷却模块4另外可以具有多个散热器42，该散热器42可以结合于该冷凝段41b，借此，具有增加散热面积的作用。较佳地，该循环冷却模块4可以再具有至少一个风扇43，该风扇43也可以结合于该冷凝段41b，借此，具有使空气加速流通的作用。
该第二端口412是用以使冷却后的该第一个工作液L1回流至该腔室S。该第二端口412在该腔室S中的位置本发明不予以限制，在本实施例中，该第二端口412可以位于该工作层3中，借此，该循环管路41可以具有较短的长度，具有节省材料的作用。
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周遭的该第二工作液L2及该循环管路41中的该第一工作液L1吸收热能，使该电气单元E得以维持在适当的工作温度，该第二工作液L2是用以冷却该电气单元E及与该循环管路41进行热交换，以该维持该工作层3的环境温度，该第一工作液L1是用以加速带走该发热源H的热量。
详细地说，在本实施例中，该循环管路41不为封闭回路，借此，冷却的该第一工作液L1可以循环更替进入该循环管路41，由于该第一工作液L1仅用于该循环管路41中进行热交换，故该第一工作液L1的使用量可以远低于该第二工作液L2，因此，使用者可以节省可观的成本。也由于该第二工作液L2的使用量高于该第一工作液L1，因此，可借助该第二工作液L2的重量加压，使该第一工作液L1得以通过该第一端口411，进入该循环管路41的吸热段41a中。该吸热段41a中的该第一工作液L1可以吸收该热源H的热量，而汽化成气态并流动进入该冷凝段41b，以将热量带离该热源H。气态的该第一工作液L1进入该冷凝段41b后，得以冷却降温而再凝结回液态，并往该第二端口412流动。冷却后的该第一工作液L1通过该第二端口412可以回流至该工作层3，再借助该第一工作液L1与该第二工作液L2的密度差，使液态的该第一工作液L1能自然下沉回到该循环层2，而得以再进入该第一端口411流向该吸热段41a，如此不断循环，以持续吸收该热源H的热量。
请参照图2所示，其是本发明浸没式冷却系统的第二实施例，在本实施例中，该循环冷却模块4可以具有至少一个水冷头44，该水冷头44结合于该吸热段41a，该水冷头44具有一个容槽441，该循环层2的流体与该容槽441连通，该水冷头44的外表面F1具有一个吸热面442。该吸热面442是可用以接触该热源H，该容槽441是可供该第一工作液L1流动，如此，该热源H的热能可以直接由该吸热面442传递至该容槽441内，再借助该第一工作液L1的相变化造成循环流动以带走该热源H的热能，借此，具有提升散热效率的作用。较佳地，该水冷头44可以具有至少一个锁固部443，可用以将该水冷头44锁固于该电气单元E，借此，该锁固部443具有使该吸热面442更紧密接触该热源H的作用。
另外，该循环管路41还可以具有一个回流段41c，该回流段41c邻接该第二端口412，该回流段41c可以具有多个贯孔413。该回流段41c是用以将该第一工作液L1导向该第二端口412，以使该第一工作液L1回流至该腔室S中，当该回流段41c中的该第一工作液L1仍为部分气态，或该循环管路41因管路架设过程而留有残余的空气时，该气体可以借助该贯孔413排出，具有排除管路空气的作用。
请参照图3所示，其是本发明浸没式冷却系统的第三实施例，该电气单元E的数量可以是多个，各电气单元E也可以具有多个该热源H，在本实施例中，该电气单元E具有两个该热源H，该吸热段41a可依序经过各热源H，并以相对应的两个该水冷头44对该热源H散热，该循环管路41的结构可依该电气单元E及该热源H的数量而调整，是本技术领域中技术人员可理解。
另外，该循环冷却模块4可以具有一个帮浦45，该帮浦45的出液口451连通该第一端口411，该第一端口411可以位于该工作层3中，或较佳位于该循环层2中，本发明不加以限制，该帮浦45的入液口452位于该循环层2。借此，该第一工作液L1仍得以进入该循环管路41，且可借助该帮浦45的驱动而增加循环速度，也相对的增加带走热量的速度，具有提升散热效率的作用。较佳地，该帮浦45可以位于该腔室S中，具有减少该浸没式冷却系统占用面积的作用。
该循环冷却模块4另外可以具有一个逆止阀46，该逆止阀46位于该吸热段41a与该第一端口411之间，且该逆止阀46的入口461连通该第一端口411。该逆止阀46可以防止该循环管路41中的该第一工作液L1，经由该第一端口411进入该腔室S，借此，该逆止阀46具有固定该第一工作液L1的循环方向的作用。
又，该浸没式冷却系统另外可以包括至少一个空气层5，该空气层5可以由该腔室S中的空气所形成于该腔室S内，该空气层5邻接于该工作层3的上方，该空气层5可用以提供一个冷却空间，使气化的该第一工作液L1或／及该第二工作液L2得以在此重新凝结成液态，再回流至该循环层2或／及该工作层3。
该循环冷却模块4较佳可以具有多个散热片47，该散热片47结合于该循环管路41的外表面F2，可以增加该循环管路41的散热面积，该多个散热片47的位置可以位于该工作层3中，也可以位于该空气层5中，本发明不加以限制，在本实施例中，该多个散热片47可以位于该空气层5中，借此，除了可以增加该循环管路41的散热面积外，一旦该空气层5中存在气态的该第二工作液L2，该散热片47也可以帮助气态的该第二工作液L2降温，而重新凝结成液态。
如前述地，该第二端口412在该腔室S中的位置本发明不予以限制，在本实施例中，该第二端口412可以位于该循环层2，是可以使该循环管路41中回流的该第一工作液L1直接流入该循环层2，借此，具有提升该第一工作液L1的补充速度的作用。
请参照图4所示，其是本发明浸没式冷却系统的第四实施例，在本实施例中，该冷凝段41b可以位于该腔室S中，该散热器42结合于该冷凝段41b，该散热器42可借助穿透该盖体12以接触外界环境来散热，借此以冷却该冷凝段41b中的该第一工作液L1。如此，具有缩小该浸没式冷却系统整体体积的作用。另外，该逆止阀46也可以位于该回流段41c与该第二端口412之间，且该逆止阀46的出口462连通该第二端口412，借此，该逆止阀46可以防止该第二工作液L2，经由该第二端口412进入该循环管路41中。
综上所述，本发明的浸没式冷却系统，是同时使用该第一工作液及该第二工作液来进行冷却工作，而价格较高、热交换性能较佳的该第一工作液仅用于该循环管路中进行热交换，因此，使用者可以大幅降低该第一工作液的使用量，进而节省可观的成本。另外，该循环管路另外可以结合该散热片、该风扇及该帮浦等装置，可以进一步的提升该浸没式冷却系统的散热效率。
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书为准。
Claims (21)
1.一种浸没式冷却系统，其特征在于，包括：
一个密封槽，具有一个腔室；
一个循环层，由填装于该腔室中的一个第一工作液所形成；
一个工作层，由填装于该腔室中的一个第二工作液所形成，该第二工作液的沸点高于该第一工作液的沸点，该第二工作液的密度低于该第一工作液的密度，该第一工作液与该第二工作液不互相溶解，该循环层与该工作层互相邻接；及
一个循环冷却模块，具有一个循环管路，该循环管路具有一个吸热段及一个冷凝段位于一个第一端口及一个第二端口之间，该第一端口及该第二端口位于该腔室中，且该第一端口连通该第一工作液，该吸热段位于该工作层，该第一工作液循环流动于该循环管路中。
2.如权利要求1所述的浸没式冷却系统，其特征在于，该第一工作液的沸点低于水。
3.如权利要求1所述的浸没式冷却系统，其特征在于，该第一工作液的密度高于水，该第二工作液的密度低于水。
4.如权利要求1所述的浸没式冷却系统，其特征在于，该第一工作液及该第二工作液皆为不导电液。
5.如权利要求1所述的浸没式冷却系统，其特征在于，该循环管路不为封闭回路。
6.如权利要求1所述的浸没式冷却系统，其特征在于，该冷凝段不位于该循环层或该工作层中。
7.如权利要求6所述的浸没式冷却系统，其特征在于，该冷凝段位于该腔室中。
8.如权利要求6所述的浸没式冷却系统，其特征在于，该循环冷却模块另外具有多个散热片，该散热片结合于该冷凝段。
9.如权利要求6所述的浸没式冷却系统，其特征在于，循环冷却模块另外具有至少一个风扇，该风扇结合于该冷凝段。
10.如权利要求1所述的浸没式冷却系统，其特征在于，该第二端口位于该工作层中。
11.如权利要求10所述的浸没式冷却系统，其特征在于，该循环冷却模块具有一个逆止阀位于该冷凝段与该第二端口之间，且该逆止阀的出口连通该第二端口。
12.如权利要求1所述的浸没式冷却系统，其特征在于，该第二端口位于该循环层中。
13.如权利要求1所述的浸没式冷却系统，其特征在于，该循环管路具有一个回流段邻接该第二端口，该回流段具有多个贯孔。
14.如权利要求1所述的浸没式冷却系统，其特征在于，循环冷却模块具有至少一个水冷头，该水冷头结合于该吸热段，该水冷头具有一个容槽，该循环层的流体与该容槽连通，该水冷头的外表面具有一个吸热面。
15.如权利要求14所述的浸没式冷却系统，其特征在于，该水冷头具有至少一个锁固部。
16.如权利要求1所述的浸没式冷却系统，其特征在于，该第一端口连通一个帮浦的出液口，该帮浦的入液口位于该循环层。
17.如权利要求16所述的浸没式冷却系统，其特征在于，该帮浦位于该腔室中。
18.如权利要求1所述的浸没式冷却系统，其特征在于，该循环冷却模块具有一个逆止阀位于该吸热段与该第一端口之间，且该逆止阀的入口连通该第一端口。
19.如权利要求1所述的浸没式冷却系统，其特征在于，该循环冷却模块另外具有多个散热片，该散热片结合于该循环管路的外表面，该散热片位于该工作层中。
20.如权利要求1所述的浸没式冷却系统，其特征在于，另外包括一个空气层，是由该腔室中的空气所形成于该腔室内，该循环冷却模块另外具有多个散热片，该散热片结合于该循环管路的外表面，该散热片位于该空气层中。
21.如权利要求1至20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，该电气单元具有至少一个热源，该热源位于该工作层中。
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