CN116133317A - 冷却液流量控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种冷却液流量控制装置。包含散热底板、固定座、冷却模组以及温控元件。散热底板具有底面配置以与基板上的发热元件接触。固定座与散热底板连接，并配置以与基板固定。冷却模组与散热底板的顶面连接以形成腔室。腔室配置以流通冷却液。温控元件与冷却模组连接，并包含阀体。阀体配置以基于发热元件的温度旋转，进而调节进出腔室的冷却液的流量。

Description

冷却液流量控制装置

技术领域

本发明涉及一种冷却液流量控制装置。

背景技术

现有电子元件(例如：CPU)的水冷模组以电子元件的导热基板为基底，配合入水侧与出水侧做内部的循环回路做热交换后以达到电子元件散热的效果，并以电子元件平台对应的孔位执行在PCB上的固定。

然而，现有的水冷模组并无流量(例如：冷却水的流量)控制之功能。由于水冷模组无法控制流量大小，便无法针对电子元件在闲置或是全负载的状态下做散热最佳化，从而无法调节配冷单元(Cooling Distribution Units，简称CDU)对于系统的电力负载。

因此，如何提出一种冷却液流量控制装置来控制冷却液的流量并达到节能的功效，是目前业界亟欲投入研发资源解决的问题之一。

发明内容

有鉴于此，本申请的一目的在于提出一种可有解决上述问题的冷却液流量控制装置。

为了达到上述目的，依据本申请的一实施方式，一种冷却液流量控制装置包含散热底板、固定座、冷却模组以及温控元件。散热底板具有底面配置以与基板上的发热元件接触。固定座与散热底板连接，并配置以与基板固定。冷却模组与散热底板的顶面连接以形成腔室。腔室配置以流通冷却液。温控元件与冷却模组连接，并包含阀体。阀体配置以基于发热元件的温度旋转，进而调节进出腔室的冷却液的流量。

于本申请的一或多个实施方式中，冷却模组包含进液管以及出液管，且腔室还包含第一子腔室以及第二子腔室。第一子腔室配置以接受来自进液管的冷却液。第二子腔室配置以将来自第一子腔室的冷却液输送至出液管。

于本申请的一或多个实施方式中，冷却模组还包含顶板、侧壁以及分隔墙。顶板具有进液孔以及出液孔，其中进液孔连接于第一子腔室以及温控元件之间，且出液孔连接于温控元件以及第二子腔室之间。侧壁垂直延伸自顶板的边缘并环绕顶板的边缘，其中侧壁连接散热底板。分隔墙垂直延伸自顶板并将第一子腔室与第二子腔室隔开，其中分隔墙连接散热底板。

于本申请的一或多个实施方式中，温控元件还包含腔体以及驱动件。腔体配置以容置来自第一子腔室的冷却液。驱动件邻近腔体，并配置以驱动阀体。

于本申请的一或多个实施方式中，冷却液流量控制装置还包含处理单元。处理单元配置以：接收来自发热元件的温度的信号；以及将信号转换为电流输出至驱动件，其中电流致使阀体旋转。

于本申请的一或多个实施方式中，腔体包含进液区、出液区以及间隔部。进液区配置以接收来自第一子腔室的冷却液。出液区配置以将来自进液区的冷却液输送至第二子腔室。间隔部将进液区与出液区隔开。

于本申请的一或多个实施方式中，间隔部具有开口。开口连接于进液区及出液区中的一个与阀体之间。

于本申请的一或多个实施方式中，阀体具有通孔，且当通孔对齐开口时，通孔与开口共同构成通道的至少一部分。

于本申请的一或多个实施方式中，间隔部还具有另一开口以及容纳阀体的容置空间，开口连接于进液区与容置空间之间，且另一开口连接于出液区与容置空间之间，其中当通孔的两端分别对齐开口与另一开口时，通孔、开口与另一开口共同构成通道。

于本申请的一或多个实施方式中，阀体配置以在发热元件处于闲置状态时，通孔不对齐开口，以不导通进液区与出液区；在发热元件处于正常运作状态时，旋转致使通孔对齐开口，以导通进液区与出液区。

综上所述，在本申请的冷却液流量控制装置中，由于温控元件利用阀体基于发热元件的温度可以旋转的特性，使得阀体的通孔可以对齐或不对齐开口以达到控制冷却液流量的目的。在本申请的冷却液流量控制装置中，阀体可以基于发热元件的温度比例性地导通进液区以及出液区，藉此便能达到使冷却液流量控制装置节省能源的功效。

以上所述仅是用以阐述本申请所欲解决的问题、解决问题的技术手段及其产生的功效等等，本申请的具体细节将在下文的实施方式及相关图式中详细介绍。

附图说明

为让本申请的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式的说明如下：

图1为根据本申请的一实施方式的冷却液流量控制装置的示意图。

图2为根据本申请的一实施方式的冷却液流量控制装置的另一示意图。

图3为根据本申请的一实施方式的冷却液流量控制装置的剖面图。

图4A为根据本申请的一实施方式的冷却模组的局部示意图。

图4B为根据本申请的一实施方式的冷却模组的另一局部示意图。

图5为根据本申请的一实施方式的温控元件的爆炸图。

图6为根据本申请的一实施方式的阀体旋转以不导通进液区与出液区的剖面图。

图7为根据本申请的一实施方式的阀体旋转以导通进液区与出液区的剖面图。

符号说明:

100:冷却液流量控制装置

110:散热底板

110a:顶面

110b:底面

120:固定座

130:冷却模组

132:顶板

132A:进液孔

132B:出液孔

134:侧壁

136:分隔墙

140:温控元件

142:腔体

143:间隔部

144:驱动件

145:固定部

146:阀体

A1:进液区

A2:出液区

AS:容置空间

C1:第一子腔室

C2:第二子腔室

CH:通孔

H:壳体

IT:进液管

O:开口

OT:出液管

S1,S2:固定件

W:电线

具体实施方式

以下将以图式公开本申请的复数个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本申请。也就是说，在本申请部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与元件在图式中将以简单示意的方式绘示。在所有图式中相同的标号将用于表示相同或相似的元件。

以下将详细介绍本实施方式的冷却液流量控制装置100所包含的各元件的结构、功能以及各元件之间的连接关系。

请参考图1以及图2。图1以及图2为根据本申请的一实施方式的冷却液流量控制装置100的不同视角的示意图。在本实施方式中，冷却液流量控制装置100包含散热底板110、固定座120、冷却模组130以及温控元件140。散热底板110具有顶面110a以及底面110b。底面110b配置以与一基板(未绘示；例如：PCB)上的发热元件(未绘示；例如：CPU)接触。固定座120与散热底板110连接，并配置以与基板固定。具体来说，如图1以及图2所示，散热底板110通过固定件S1与固定座120连接，发热元件与散热底板110的底面110b接触，发热元件位于散热底板110与基板之间，当固定座120藉由固定件S2朝向基板固定时，散热底板110是压抵发热元件。冷却模组130与散热底板110的顶面110a连接以形成一腔室。冷却模组130还包含进液管IT以及出液管OT。腔室配置以流通冷却液。温控元件140与冷却模组130连接，并配置以基于发热元件的温度调节进出腔室的冷却液的流量。

在一些实施方式中，如图1以及图2所示，冷却液流量控制装置100还包含壳体H。壳体H配置以提供温控元件140的保护。

在一些实施方式中，冷却液流量控制装置100还包含处理单元(未绘示)。处理单元配置以接收来自发热元件的温度的信号。处理单元还配置以将信号转换为电流输出至温控元件140。

在一些实施方式中，如图1以及图2所示，冷却液流量控制装置100还包含电线W。电线W配置以输送来自处理单元的电流至温控元件140。

请参考图3、图4A以及图4B。在本实施方式中，冷却模组130包含顶板132、侧壁134以及分隔墙136。顶板132具有进液孔132A以及出液孔132B。侧壁134垂直延伸自顶板132的边缘，并环绕顶板132的边缘，其中侧壁134连接散热底板110。分隔墙136垂直延伸自顶板132，并配置以将腔室分为第一子腔室C1以及第二子腔室C2。即，分隔墙136将第一子腔室C1与第二子腔室C2隔开，其中分隔墙136连接散热底板110。第一子腔室C1配置以接受来自进液管IT的冷却液。第二子腔室C2配置以将来自第一子腔室C1的冷却液输送至出液管OT。在一些实施方式中，如图3所示，进液孔132A连接于第一子腔室C1以及温控元件140之间，且出液孔132B连接于温控元件140以及第二子腔室C2之间。

请参考图3以及图5，在本实施方式中，温控元件140包含腔体142、驱动件144以及阀体146。腔体142配置以容置来自第一子腔室C1的冷却液。驱动件144邻近腔体142。阀体146连接驱动件144，具体来说，驱动件144藉由固定部145连接阀体146，举例来说，固定部145是将驱动件144与阀体146锁固。阀体146配置以基于发热元件的温度旋转，进而调节进出腔室的冷却液的流量。

请继续参考图3以及图5，在本实施方式中，腔体142还包含进液区A1、出液区A2以及间隔部143。进液区A1配置以接收来自第一子腔室C1的冷却液。出液区A2配置以将来自进液区A1的冷却液输送至第二子腔室C2。间隔部143将进液区A1与出液区A2隔开，并具有开口O。开口O致使冷却液于进液区A1与出液区A2之间流通。在一些实施方式中，如图3以及图5所示，间隔部143具有两个开口O，并且间隔部143具有容置空间AS。容置空间AS配置以容纳阀体146。其中一开口O连接于进液区A1与容置空间AS之间，且另一开口O连接于出液区A2与容置空间AS之间。在本实施方式中，阀体146具有通孔CH，且通孔CH设置为可以同时与两个开口O对齐，以使冷却液可藉由通孔CH于进液区A1与出液区A2之间流通。

通过前述结构配置，当冷却液自进液管IT流入第一子腔室C1时，冷却液是经过进液孔132A进入进液区A1。接着，冷却液经由间隔部143上的开口O通过通孔CH，从而流入出液区A2。接着，冷却液经过出液孔132B进入第二子腔室C2之后，再流入出液管OT。

接下来将说明冷却液流量控制装置100如何控制冷却液的流量的方法。

请参考图6以及图7。图6以及图7为温控元件140的阀体146如何旋转以控制冷却液在冷却液流量控制装置100中的流量。在本实施方式中，具体举例来说，发热元件的温度是由基板上的管理晶片(BMC)经由其连接的信号来得知。处理单元是透过基板上管理晶片经由信号转换得知发热元件的温度，处理单元再透过内部软体函数转换成PWM信号输出，并将0％～100％占空比的PWM信号线性转换成电流输出，电线W接收电流输入可控制驱动件144旋转，进而控制阀体146旋转，以阀体146的开度大小来控制冷却液的流速及流量。

在一使用情境中，当位于散热底板110下方并与底面110b接触的发热元件因处于闲置(idle)状态而未产生废热时，处理单元未对电线W输出电流，驱动件144未带动阀体146旋转(如图6所示)时，通孔CH不对齐开口O，以不导通进液区A1与出液区A2。由于通孔CH与开口O不对齐(即，包围通孔CH的实心球面部分堵塞开口O)，所以来自进液管IT的冷却液暂时无法经由开口O与通孔CH进入出液区A2。

在一使用情境中，当位于散热底板110下方的发热元件因处于全负载(full load)状态而产生相对较多的废热时，处理单元对电线W输出相对应的最大电流，进而使驱动件144带动阀体146产生旋转(如图7所示)以使通孔CH对齐开口O，以导通进液区A1与出液区A2。在这种情况下，通孔CH与开口O共同构成一个通道，如图7所示。由于通孔CH与开口O对齐而形成通道，所以来自进液管IT的冷却液便可以经由开口O与通孔CH进入出液区A2。

在本申请的冷却液流量控制装置100中，在发热元件处于正常运作状态时，处理单元将对驱动件144输出适当电流，驱动件144致使阀体146的通孔CH与部分的开口O连通以导通进液区A1与出液区A2。在一使用情境中，当位于散热底板110下方的发热元件因处于部分负载状态而相对在全负载状态下没有产生那么多的废热时，使得发热元件的温度低于全负载状态下的温度，进而使通孔CH仅与一部分的开口O的截面连通。由于通孔CH仅与一部分的开口O的截面连通，所以来自进液管IT的冷却液便能以较小的流量经由开口O与通孔CH进入出液区A2以及第二子腔室C2。

通过以上操作，冷却液流量控制装置100即可基于发热元件的温度来控制冷却液的流量，以达到控制冷却液的流量及节省能源的功效。

在一些实施方式中，如图5所示，间隔部143的中央处形成为中空圆柱状的延伸部以形成容置空间AS，但本申请不以此为限。在其他一些实施方式中，间隔部143的中央处可不形成为中空圆柱状的延伸部而不具有容置空间AS。在间隔部143不具有容置空间AS的实施方式中，间隔部143仅具有一个开口O，且此开口O连接于进液区A1及出液区A2中的一个与阀体146之间(即，阀体146可以位于进液区A1内或出液区A2内)。具体来说，位于阀体146下部的球状部位是抵接前述开口O。

在间隔部143不具有容置空间AS的实施方式中，当通孔CH对齐开口O时，通孔CH与开口O共同构成前述通道。在这种情况下，驱动件144仍可以产生与电流相应的旋转以控制冷却液在冷却液流量控制装置100中的流量。

在一些实施方式中，如图1、图2、图6以及图7，固定件S2包含弹簧与螺丝等元件，但本申请不以此为限。在一些实施方式中，固定件S2也可以不包含弹簧。虽然本申请公开的是以锁固的手段将固定座120连接至基板上，但本申请不意欲针对将固定座120连接至基板上的结构、方法或手段进行限制。

在一些实施方式中，如图1、图2、图5以及图7所示，固定件S1实质上是螺丝。虽然本申请公开的是以锁固的手段使散热底板110与固定座120彼此连接(例如：透过固定件S1将散热底板110与固定座120彼此锁固)，但本申请不意欲针对将散热底板110与固定座120彼此连接的结构、方法或手段进行限制。

在一些实施方式中，冷却液的成分可以是液态水(H2O)，但本申请不以此为限。在一些实施方式中，冷却液的成分可以是乙二醇(C2H6O2)或丙二醇(C3H8O2)。以上仅为简单说明而举例，本申请不意欲针对冷却液的成分进行限制。

在一些实施方式中，散热底板110与冷却模组130实质上是分离地设置，但本申请不以此为限。在一些实施方式中，散热底板110与冷却模组130可以一体成型而非分离地设置。举例来说，散热底板110与冷却模组130可以一体成型地形成为具有腔室的一水冷箱体。

在一些实施方式中，散热底板110与冷却模组130之间实质上是紧靠连接。或者，在一些实施方式中，散热底板110与冷却模组130之间可以彼此粘合连接。或者，在一些实施方式中，散热底板110与冷却模组130之间可以彼此扣合连接。以上仅为简单说明而举例，本申请不意欲针对散热底板110与冷却模组130之间彼此连接的结构、方法或手段进行限制。

在一些实施方式中，举例来说，驱动件144可以是步进马达或感应马达。以上仅为简单说明而举例，本申请不意欲针对驱动件144的结构或材料进行限制。具体来说，只要是能够使驱动件144基于电流产生相应的旋转并带动阀体146旋转的结构、方法或手段都在本申请的精神与范围内。

在一些实施方式中，温控元件140设置于冷却模组130上，但本申请不以此为限。在一些实施方式中，举例来说，温控元件140可以设置于第一子腔室C1与第二子腔室C2之间。本申请不意欲针对温控元件140的设置位置进行限制。

由以上对于本申请的具体实施方式的详述，可以明显地看出，在本申请的冷却液流量控制装置中，由于温控元件利用阀体基于发热元件的温度可以旋转的特性，使得阀体的通孔可以对齐或不对齐开口以达到控制冷却液流量的目的。在本申请的冷却液流量控制装置中，阀体可以基于发热元件的温度比例性地导通进液区以及出液区，由此便能达到使冷却液流量控制装置节省能源的功效。

在本申请的一实施方式中，本申请的冷却液流量控制装置可应用于伺服器，该伺服器是可用于人工智能(Artificial Intelligence，简称AI)运算、边缘运算(edgecomputing)，亦可当作5G伺服器、云端伺服器或车联网伺服器使用。

虽然本申请已以实施方式申请如上，然其并不用以限定本申请，任何熟习此技艺者，在不脱离本申请的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本申请的保护范围当视后附的权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种冷却液流量控制装置，其特征在于，包含：

一散热底板，具有一底面配置以与一基板上的一发热元件接触；

一固定座，与所述散热底板连接，并配置以与所述基板固定；

一冷却模组，与所述散热底板的一顶面连接以形成一腔室，所述腔室配置以流通一冷却液；以及

一温控元件，与所述冷却模组连接，并包含一阀体，所述阀体配置以基于所述发热元件的一温度旋转，进而调节进出所述腔室的所述冷却液的一流量。

2.如权利要求1所述的冷却液流量控制装置，其特征在于，其中所述冷却模组包含一进液管以及一出液管，且所述腔室进一步包含：

一第一子腔室，配置以接受来自所述进液管的所述冷却液；以及

一第二子腔室，配置以将来自所述第一子腔室的所述冷却液输送至所述出液管。

3.如权利要求2所述的冷却液流量控制装置，其特征在于，其中所述冷却模组进一步包含：

一顶板，具有一进液孔以及一出液孔，其中所述进液孔连接于所述第一子腔室以及所述温控元件之间，且所述出液孔连接于所述温控元件以及所述第二子腔室之间；

一侧壁，垂直延伸自所述顶板的边缘并环绕所述顶板的边缘，其中所述侧壁连接所述散热底板；以及

一分隔墙，垂直延伸自所述顶板并将所述第一子腔室与所述第二子腔室隔开，其中所述分隔墙连接所述散热底板。

4.如权利要求3所述的冷却液流量控制装置，其特征在于，其中所述温控元件进一步包含：

一腔体，配置以容置来自所述第一子腔室的所述冷却液；以及

一驱动件，邻近所述腔体，并配置以驱动所述阀体。

5.如权利要求4所述的冷却液流量控制装置，其特征在于，进一步包含一处理单元，所述处理单元配置以：

接收来自所述发热元件的所述温度的一信号；以及

将所述信号转换为一电流输出至所述驱动件，其中所述电流致使所述阀体旋转。

6.如权利要求4所述的冷却液流量控制装置，其特征在于，其中所述腔体包含：

一进液区，配置以接收来自所述第一子腔室的所述冷却液；

一出液区，配置以将来自所述进液区的所述冷却液输送至所述第二子腔室；以及

一间隔部，配置以将所述进液区与所述出液区隔开。

7.如权利要求6所述的冷却液流量控制装置，其特征在于，其中所述间隔部具有一开口，所述开口连接于所述进液区及所述出液区中的一个与所述阀体的间。

8.如权利要求7所述的冷却液流量控制装置，其特征在于，其中所述阀体具有一通孔，且当所述通孔对齐所述开口时，所述通孔与所述开口共同构成一通道的至少一部分。

9.如权利要求8所述的冷却液流量控制装置，其特征在于，其中所述间隔部进一步具有另一开口以及容纳所述阀体的一容置空间，所述开口连接于所述进液区与所述容置空间的间，且所述另一开口连接于所述出液区与所述容置空间之间，其中当所述通孔的两端分别对齐所述开口与所述另一开口时，所述通孔、所述开口与所述另一开口共同构成所述通道。

10.如权利要求9所述的冷却液流量控制装置，其特征在于，其中所述阀体配置以：

在所述发热元件处于闲置状态时，所述通孔不对齐所述开口，以不导通所述进液区与所述出液区；

在所述发热元件处于正常运作状态时，旋转致使所述通孔对齐所述开口，以导通所述进液区与所述出液区。

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