CN115315135A

CN115315135A - 具有浸没式冷却系统的电子设备及其操作方法

Info

Publication number: CN115315135A
Application number: CN202110589568.1A
Authority: CN
Inventors: 郑屹; 林隽帏; 李宗翰; 白庭育
Original assignee: Wiwynn Corp
Current assignee: Wiwynn Corp
Priority date: 2021-05-07
Filing date: 2021-05-28
Publication date: 2022-11-08
Also published as: TWI807318B; TW202245577A; US20220361357A1; EP4087378A1; US11740669B2

Abstract

一种电子设备，包括至少一发热构件及一浸没式冷却系统。浸没式冷却系统包括一箱体及一冷凝模块。箱体适于容纳一散热介质，发热构件配置于箱体内而浸于液态的散热介质中。冷凝模块包括一管路及一冷凝液，管路通过箱体内且适于供冷凝液流动。冷凝液的至少一参数可改变，以通过冷凝液对箱体内部的降温而使散热介质的沸点降低至一预定值。此外，上述电子设备的操作方法亦被提及。

Description

具有浸没式冷却系统的电子设备及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种冷却系统、具有其的电子设备及其操作方法，且特别是涉及一种浸没式冷却系统、具有其的电子设备及其操作方法。

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行不佳，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。然而，散热液的价格通常昂贵，而随着服务器效能的不断提升，其散热需求大幅增加，若为此而更换散热液将增加服务器的运行成本。此外，若用以容纳散热液的空间内的压力大，则散热液气化后容易逸散至外界，而会增加服务器的维护成本。

发明内容

本发明提供一种浸没式冷却系统、具有其的电子设备及其操作方法，可提高散热介质的解热能力。

本发明的浸没式冷却系统包括一箱体及一冷凝模块。箱体适于容纳一散热介质。冷凝模块驱动一冷凝液并调整冷凝液的至少一参数，以降低箱体内部的温度。

在本发明的一实施例中，上述的参数为冷凝液的流量。

在本发明的一实施例中，上述的参数为冷凝液的初始温度。

在本发明的一实施例中，上述的参数为冷凝液的种类。

在本发明的一实施例中，上述的浸没式冷却系统还包括一压力控制模块，其中压力控制模块包括一加热单元及一泄压阀，加热单元适于加热箱体内的散热介质，以使溶解于液态的散热介质中的一空气从液态的散热介质被释放，泄压阀适于将被释放的空气排放至箱体外。

在本发明的一实施例中，上述的压力控制模块包括一气体检测单元，气体检测单元配置于箱体外且对应于泄压阀，泄压阀关闭对应于气体检测单元检测到气态的散热介质。

在本发明的一实施例中，上述的冷凝模块包括一管路及一冷凝液，管路通过箱体内且适于供冷凝液流动。

在本发明的一实施例中，上述的冷凝模块通过冷凝液对箱体内部的降温而使散热介质的沸点降低至一预定值。

本发明的电子设备包括至少一发热构件及一浸没式冷却系统。浸没式冷却系统包括一箱体及一冷凝模块。箱体适于容纳一散热介质，发热构件配置于箱体内而浸于液态的散热介质中。冷凝模块包括一管路及一冷凝液，管路通过箱体内且适于供冷凝液流动。冷凝液的至少一参数可改变，以通过冷凝液对箱体内部的降温而使散热介质的沸点降低至一预定值。

在本发明的一实施例中，上述的参数为冷凝液的流量。

在本发明的一实施例中，上述的参数为冷凝液的初始温度。

在本发明的一实施例中，上述的参数为冷凝液的种类。

在本发明的一实施例中，上述的电子设备还包括一压力控制模块，其中压力控制模块包括一加热单元及一泄压阀，加热单元适于加热箱体内的散热介质，以使溶解于液态的散热介质中的一空气从液态的散热介质被释放，泄压阀适于将被释放的空气排放至箱体外。

本发明的电子设备的操作方法，其中电子设备包括至少一发热构件及一浸没式冷却系统，浸没式冷却系统的一冷凝模块包括一管路及一冷凝液，管路通过箱体内且适于供冷凝液流动。所述方法包括以下步骤。通过浸没式冷却系统的一箱体容纳一散热介质。将发热构件配置于箱体内而浸于液态的散热介质中。改变冷凝液的至少一参数，以通过冷凝液对箱体内部的降温而使散热介质的沸点降低至一预定值。

在本发明的一实施例中，上述的参数为冷凝液的流量。

在本发明的一实施例中，上述的参数为冷凝液的初始温度。

在本发明的一实施例中，上述的参数为冷凝液的种类。

在本发明的一实施例中，上述的电子设备还包括一压力控制模块，压力控制模块包括一加热单元及一泄压阀。所述方法还包括以下步骤。通过加热单元加热箱体内的散热介质，以使溶解于液态的散热介质中的一空气从液态的散热介质被释放。通过泄压阀将被释放的空气排放至箱体外。

在本发明的一实施例中，上述的压力控制模块包括一气体检测单元，气体检测单元配置于箱体外且对应于泄压阀。所述方法还包括以下步骤。关闭泄压阀，对应于气体检测单元检测到气态的散热介质。

基于上述，本发明通过改变冷凝液的参数来降低散热介质的沸点，据以增加散热介质吸收发热构件的热而气化的效率，从而提升散热介质的解热能力。借此，不需为了提升散热介质的解热能力而将其更换成不同的散热介质，而可节省电子设备的运行成本。

附图说明

图1是本发明一实施例的电子设备的示意图。

图2是图1的电子设备的操作流程图。

图3A及图3B绘示图1的压力控制模块的作用方式。

图4绘示图3B的散热介质的饱和压力与温度的关系。

图5绘示图1的压力控制模块的操作步骤。

图6绘示图3B的冷凝模块降低散热介质的沸点的操作步骤。

图7绘示本发明一实施例的电子设备的部分结构。

其中，附图标记说明如下：

100：电子设备

110：发热构件

120：浸没式冷却系统

122：箱体

124：冷凝模块

124a：管路

124b：冷凝液

130：压力控制模块

132：加热单元

134：泄压阀

136：气体检测单元

140：温度感测器

A：空气

M、M’：散热介质

具体实施方式

图1是本发明一实施例的电子设备的示意图。请参考图1，本实施例的电子设备100例如是服务器且包括至少一发热构件110及一浸没式冷却系统120。浸没式冷却系统120包括一箱体122及一冷凝模块124。箱体122适于容纳一散热介质(绘示为液态的散热介质M及气态的散热介质M’)，发热构件110例如是主机板，其配置于箱体122内而浸于液态的散热介质M中。冷凝模块124包括一管路124a及一冷凝液124b，管路124a通过箱体122内且冷凝模块124驱动冷凝液124b在管路124a内流动。

所述散热介质例如是常温下为液态的介电容液，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M会吸收发热构件110上的中央处理器或其他种类的芯片产生的热以降低发热构件110的温度，并通过发热构件110产生的热而快速沸腾气化为气态的散热介质M’。当具有高热能的气态的散热介质M’在密闭的箱体122内流动至管路124a时，其会因管路124a内流动的低温冷凝液124b而降温并在管路124a上凝结为液态，管路124a内的冷凝液124b吸收来自散热介质的热能后流至箱体122外部进行热交换而冷却，冷却后的冷凝液124b再沿着管路124a到达箱体122内部，以此不断循环。另一方面，凝结于管路124a上的散热介质液滴通过重力落回箱体122内的液态的散热介质M中，以此循环达到散热的效果。在图1及后续的类似图式中，管路124a仅示意性地绘示出其在箱体122内的内循环部分，管路124a实际上包含延伸至箱体122外的外循环部分。

在本实施例中，管路124a中的冷凝液124b的参数可被冷凝模块124调整而更具有调整散热介质的沸点的作用。具体而言，冷凝液124b的至少一参数(如冷凝液124b的流量、初始温度及/或种类)可改变，以通过冷凝液124b对箱体122内部的降温而使散热介质的沸点降低至一预定值。据此，可增加散热介质吸收发热构件110的热而气化的效率，从而提升散热介质的解热能力。从而，不需为了提升散热介质的解热能力而将其更换成不同的散热介质，而可节省电子设备100的运行成本。

以下通过图2说明电子设备100的上述操作的流程。图2是图1的电子设备的操作流程图。首先，通过浸没式冷却系统120的箱体122容纳散热介质(步骤S1)。接着，将发热构件110配置于箱体122内而浸于液态的散热介质M中(步骤S2)。改变冷凝液124b的至少一参数(如上所述，可为冷凝液124b的流量、初始温度及/或种类)，以通过冷凝液124b对箱体122内部的降温而使散热介质的沸点降低至预定值(步骤S3)。

进一步而言，本实施例的电子设备100还包括一压力控制模块130，压力控制模块130包括一加热单元132、一泄压阀134及一气体检测单元136。加热单元132例如配置于箱体122底部，泄压阀134例如配置于箱体122顶部，气体检测单元136配置于箱体122外且对应于泄压阀134。

图3A及图3B绘示图1的压力控制模块的作用方式。基于空气在水中的溶解度大致反比于温度，加热单元132可如图3A所示加热箱体122内的散热介质M以使溶解于液态的散热介质M中的空气从液态的散热介质M被释放。泄压阀134适于将被释放的空气A排放至箱体122外。在此加热过程中，例如是将箱体122加热至摄氏50度。在排放空气A的过程中，由于空气A的密度比气态的散热介质M’小，故空气A始终位于气态的散热介质M’上方而先被排出，且箱体122内的气态的散热介质M’的体积如图3A所示随着箱体122内部的压力的降低而增加。当气体检测单元136检测到气态的散热介质M’时，表示箱体122内的空气A已大致完全排出，箱体122内的气体如图3B所示大致上仅包含气态的散热介质M’而不包含空气A，且箱体122内的气态的散热介质M’的压力大致相同于外界的压力(如1大气压)。此时可关闭泄压阀134及加热单元132，并让箱体122自然冷却(例如由摄氏50度降温至摄氏25度)而使其内部压力下降为小于外界压力(例如由1大气压下降至0.3大气压)，成为负压状态。亦即，泄压阀134的关闭是对应于气体检测单元136检测到气态的散热介质M’。

承上，当箱体122内部的气体如图3B所示不包含空气而仅包含气态的散热介质M’时，箱体122内部的温度等同于散热介质的沸点。基于此，在图2的步骤S3中，例如是对进行了泄压的图3B的箱体122内部进行降温，而可有效地使散热介质的沸点随之降低至所述预定值。

详细而言，热交换效率(heat exchange duty)的公式为Q＝U*A*LMTD，其中Q是热交换效率，U是热传系数(随着冷凝液流量的增加而上升)，A是热交换面积，LMTD是对数平均温差。由此公式可知，在热交换效率Q及热交换面积A固定的情况下，增加冷凝液124b的流量可降低对数平均温差LMTD，使箱体122内的温度下降，即，散热介质的沸点下降。此外，液态的散热介质M与浸于其中的发热构件110之间的热阻R等于(T1–T2)/W，其中T1是发热构件的温度，T2是散热介质的沸点，W是发热构件的功率。由此可知，在热阻R固定的情况下，散热介质的沸点T2越低，则可被其散热的发热构件的功率W越大。

图4绘示图3B的散热介质的饱和压力与温度的关系。举例来说，依照上述的热阻R、发热构件的温度T1、散热介质的沸点T2、发热构件的功率W的关系，若发热构件的温度T1为摄氏75度，热阻R为0.05，则图4所示的摄氏50度的散热介质(其饱和压力约为0.9大气压)可对功率为500瓦的发热构件进行解热，而降温至摄氏20度的散热介质(其饱和压力约为0.3大气压)可对功率为1100瓦的发热构件进行解热。

此外，如上述般通过加热散热介质M而将溶解于其中的空气预先释放并排至箱体122外，可避免溶解于散热介质M中的空气在散热介质M对发热构件110进行散热时才被释放出而增加箱体122内部压力，以使气态的散热介质M’不致因压力增加而易于逸散至外界。

以下对本实施例的压力控制模块130的具体操作步骤进行举例说明。图5绘示图1的压力控制模块的操作步骤。请参考图5，首先，开启泄压阀134(步骤S11)。接着，通过加热单元132加热散热介质M(步骤S12)。气体检测单元136是否检测到散热介质M’(步骤S13)。若气体检测单元136未检测到散热介质M’，则回到步骤S12。若气体检测单元136检测到散热介质M’，则关闭加热单元132(步骤S14)并关闭泄压阀134(步骤S15)，接着让箱体122自然冷却(步骤S16)。

以下对本实施例的冷凝模块124降低散热介质的沸点的具体操作步骤进行举例说明。图6绘示图3B的冷凝模块降低散热介质的沸点的操作步骤。请参考图6，首先，设定目标沸点(步骤S21)。接着，调整冷凝液124b的流量(步骤S22)。通过温度感测器140判断散热介质的沸点是否降低至目标沸点(步骤S23)。若散热介质的沸点未降低至目标沸点，则回到步骤S22。若散热介质的沸点降低至目标沸点，则完成操作。

图1所示的电子设备100仅为示意，本发明不对电子设备100的具体结构加以限制，以下通过图式对此举例说明。图7绘示本发明一实施例的电子设备的部分结构。如图7所示，发热构件110及冷凝结构124在箱体122的厚度方向上迭设于箱体122内，泄压阀134位于箱体122的侧壁的上部。在其他实施例中，电子设备100可为其他适当型态。

综上所述，本发明通过改变冷凝液的参数来降低散热介质的沸点，据以增加散热介质吸收发热构件的热而气化的效率，从而提升散热介质的解热能力。借此，不需为了提升散热介质的解热能力而将其更换成不同的散热介质，而可节省电子设备的运行成本。此外，在如上述般通过改变冷凝液的参数来降低散热介质的沸点之前，可先通过加热散热介质而将溶解于其中的空气预先释放并排至箱体外，使箱体内不包含空气，以有效地使散热介质的沸点随着箱体内的降温而降低至所述预定值。并且，如上述般将溶解于散热介质中的空气预先释放并排至箱体外，可避免溶解于散热介质中的空气在散热介质对发热构件进行散热时才被释放出而增加箱体内部压力，以使气态的散热介质不致因压力增加而易于逸散至外界。

Claims

1.一种浸没式冷却系统，包括：

一箱体，适于容纳一散热介质；以及

一冷凝模块，驱动一冷凝液并调整该冷凝液的至少一参数，以降低该箱体内部的温度。

2.如权利要求1所述的浸没式冷却系统，其中，该至少一参数为该冷凝液的流量。

3.如权利要求1所述的浸没式冷却系统，其中，该至少一参数为该冷凝液的初始温度。

4.如权利要求1所述的浸没式冷却系统，其中，该至少一参数为该冷凝液的种类。

5.如权利要求1所述的浸没式冷却系统，还包括一压力控制模块，其中该压力控制模块包括一加热单元及一泄压阀，该加热单元适于加热该箱体内的该散热介质，以使溶解于液态的该散热介质中的一空气从液态的该散热介质被释放，该泄压阀适于将被释放的该空气排放至该箱体外。

6.如权利要求5所述的浸没式冷却系统，其中，该压力控制模块包括一气体检测单元，该气体检测单元配置于该箱体外且对应于该泄压阀，该泄压阀关闭对应于该气体检测单元检测到气态的该散热介质。

7.如权利要求1所述的浸没式冷却系统，其中，该冷凝模块包括一管路及一冷凝液，该管路通过该箱体内且适于供该冷凝液流动。

8.如权利要求1所述的浸没式冷却系统，其中，该冷凝模块通过该冷凝液对该箱体内部的降温而使该散热介质的沸点降低至一预定值。

9.一种电子设备，包括：

至少一发热构件；以及

一浸没式冷却系统，包括：

一箱体，适于容纳一散热介质，其中该至少一发热构件配置于该箱体内而浸于液态的该散热介质中；以及

一冷凝模块，包括一管路及一冷凝液，其中该管路通过该箱体内且适于供该冷凝液流动，该冷凝液的至少一参数可改变，以通过该冷凝液对该箱体内部的降温而使该散热介质的沸点降低至一预定值。

10.如权利要求9所述的电子设备，其中，该至少一参数为该冷凝液的流量。

11.如权利要求9所述的电子设备，其中，该至少一参数为该冷凝液的初始温度。

12.如权利要求9所述的电子设备，其中，该至少一参数为该冷凝液的种类。

13.如权利要求9所述的电子设备，其中，该浸没式冷却系统包括一压力控制模块，该压力控制模块包括一加热单元及一泄压阀，该加热单元适于加热该箱体内的该散热介质，以使溶解于液态的该散热介质中的一空气从液态的该散热介质被释放，该泄压阀适于将被释放的该空气排放至该箱体外。

14.如权利要求13所述的电子设备，其中，该压力控制模块包括一气体检测单元，该气体检测单元配置于该箱体外且对应于该泄压阀，该泄压阀关闭对应于该气体检测单元检测到气态的该散热介质。

15.一种电子设备的操作方法，该电子设备包括至少一发热构件及一浸没式冷却系统，该浸没式冷却系统的一冷凝模块包括一管路及一冷凝液，该管路通过一箱体内且适于供该冷凝液流动，该方法包括：

通过该浸没式冷却系统的一箱体容纳一散热介质；

将该至少一发热构件配置于该箱体内而浸于液态的该散热介质中；以及

改变该冷凝液的至少一参数，以通过该冷凝液对该箱体内部的降温而使该散热介质的沸点降低至一预定值。

16.如权利要求15所述的电子设备的操作方法，其中，该至少一参数为该冷凝液的流量。

17.如权利要求15所述的电子设备的操作方法，其中，该至少一参数为该冷凝液的初始温度。

18.如权利要求15所述的电子设备的操作方法，其中，该至少一参数为该冷凝液的种类。

19.如权利要求15所述的电子设备的操作方法，其中，该浸没式冷却系统包括一压力控制模块，该压力控制模块包括一加热单元及一泄压阀，该方法还包括：

通过该加热单元加热该箱体内的该散热介质，以使溶解于液态的该散热介质中的一空气从液态的该散热介质被释放；

通过该泄压阀将被释放的该空气排放至该箱体外。

20.如权利要求19所述的电子设备的操作方法，其中，该压力控制模块包括一气体检测单元，该气体检测单元配置于该箱体外且对应于该泄压阀，该方法还包括：

关闭该泄压阀，对应于该气体检测单元检测到气态的该散热介质。