CN117241539A - 冷却系统及伺服器 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种冷却系统及伺服器。冷却系统包含一液冷板、一第一热虹吸装置及一第二热虹吸装置。该液冷板具有一U形流道，该U形流道依序包含一第一区段、一第二区段、一第三区段及一第四区段，该第一区段与该第四区段相对，该第二区段与该第三区段相对。该第一热虹吸装置对应该第一区段及该第四区段热耦合至该液冷板。该第二热虹吸装置对应该第二区段及该第三区段热耦合至该液冷板。一种伺服器包含一第一处理器、一第二处理器及前述冷却系统。该第一热虹吸装置热耦合至该第一处理器，该第二热虹吸装置热耦合至该第二处理器。

Description

冷却系统及伺服器

技术领域

本发明涉及一种冷却系统，尤指一种利用热虹吸的冷却系统及用于伺服器的冷却系统。

背景技术

在使用多个热虹吸装置的冷却系统中，考量到安装的便利性与制作时的公差，一般将各个热虹吸装置设计为可独立运作，例如分别在个别的热虹吸装置的冷凝器上设置鳍片，使各热虹吸装置与外界独立进行热交换。于某些使用情境中，例如热虹吸装置使用于机柜中的伺服器(或电脑)中，热虹吸装置的冷凝器可先与液冷板进行热交换，液冷板再经由传输管以透过外部的散热装置(例如散热鳍片)散热。前述传输管通常透过快速接头与机柜上的歧管连接，故一个液冷板会有对应入口、出口的两个快速接头，两个液冷板则会有四个快速接头。然而，现有的1U伺服器的空间中，一个歧管通常只容许安装一个快速接头，因此，机柜上需设置四支歧管，每支歧管上安装一个快速接头。这些传输管、快速接头与歧管除了会造成建置成本的上升外，也会因占去伺服器机箱与机柜内不少空间，将造成散热气流流阻上升，对伺服器机箱与机柜内其他气冷元件的冷却效果造成负面的影响。

发明内容

鉴于先前技术中的问题，本发明的一目的在于提供一种冷却系统，其利用同一个液冷板与两个热虹吸装置进行热交换。

根据本发明的一冷却系统包含一液冷板、一第一热虹吸装置及一第二热虹吸装置。该液冷板具有一U形流道，该U形流道依序包含一第一区段、一第二区段、一第三区段及一第四区段，该第一区段与该第四区段相对，该第二区段与该第三区段相对。该第一热虹吸装置对应该第一区段及该第四区段热耦合至该液冷板。该第二热虹吸装置对应该第二区段及该第三区段热耦合至该液冷板。因此，该冷却系统使用同一个液冷板与两个热虹吸装置进行热交换，且相较于一般热虹吸装置的配置(即一个热虹吸装置搭配一个液冷板及两条传输管)，该冷却系统减少该液冷板对外连接的传输管的设置数量，亦即减少与外部歧管(例如设置于伺服器机柜内)的连接界面(例如透过快速接头实现)数量。此外，该冷却系统于运作时，虽然该液冷板内于各区段处的工作流体温度会不同，但是于该第一区段及该第四区段内的工作流体温度的平均与于该第二区段及该第三区段内的工作流体温度的平均原则上会相近，使得该液冷板提供该第一热虹吸装置及该第二热虹吸装置的热交换能力也会相近。

本发明的另一目的在于提供一种伺服器，其冷却系统利用同一液冷板与两个热虹吸装置进入热交换。

根据本发明的一伺服器包含一第一处理器、一第二处理器及一冷却系统。该冷却系统包含一液冷板、一第一热虹吸装置及一第二热虹吸装置。该液冷板具有一U形流道，该U形流道依序包含一第一区段、一第二区段、一第三区段及一第四区段，该第一区段与该第四区段相对，该第二区段与该第三区段相对。该第一热虹吸装置对应该第一区段及该第四区段热耦合至该液冷板。该第二热虹吸装置对应该第二区段及该第三区段热耦合至该液冷板。该第一热虹吸装置热耦合至该第一处理器，该第二热虹吸装置热耦合至该第二处理器。因此，该伺服器的冷却系统使用同一个液冷板与两个热虹吸装置进行热交换，且相较于一般热虹吸装置的配置(即一个热虹吸装置搭配一个液冷板及两条传输管)，该伺服器的冷却系统可减少该液冷板对外连接的传输管的设置数量，亦即减少与外部歧管(例如设置于伺服器机柜内)的连接界面(例如透过快速接头实现)数量。此外，该冷却系统于运作时，虽然该液冷板内于各区段处的工作流体温度会不同，但是于该第一区段及该第四区段内的工作流体温度的平均与于该第二区段及该第三区段内的工作流体温度的平均原则上会相近，使得该液冷板提供该第一热虹吸装置及该第二热虹吸装置的热交换能力也会相近；亦即该第一热虹吸装置及该第二热虹吸装置原则上可提供该第一处理器及该第二处理器相近的散热效率。

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

附图说明

图1为根据一第一实施例的一冷却系统的示意图。

图2为图1中冷却系统的爆炸图。

图3为图2中液冷板于另一视角的示意图。

图4为图2中液冷板的爆炸图。

图5为图2中液冷板沿线X-X的剖面图。

图6为图2中液冷板沿线Y-Y的剖面图。

图7为根据一第二实施例的一伺服器内部的示意图。

符号说明：

1:冷却系统

12:第一热虹吸装置

122:冷凝器

124:蒸发器

126a,126b:传输管

14:第二热虹吸装置

142:冷凝器

144:蒸发器

146a,146b:传输管

16:液冷板

16a:第一外表面

16b:第二外表面

16c:上盖

16d:下盖

160:流道结构

162:U形流道

162a:第一区段

162b:第二区段

162c:第三区段

162d:第四区段

162e,162f:空腔段

1622:内壁面

164:入口

166:出口

168:散热鳍片

170a～d:第一至第四鳍片

1702:缺口

3:伺服器

30:装置壳体

32:主机板

34:第一处理器

36:第二处理器

D1:方向

具体实施方式

请参阅图1及图2。根据一第一实施例的一冷却系统1包含一第一热虹吸装置12、一第二热虹吸装置14及一液冷板16。第一热虹吸装置12及第二热虹吸装置14分别与液冷板16热耦合。透过第一热虹吸装置12及第二热虹吸装置14与液冷板16的热交换，液冷板16可吸收第一热虹吸装置12及第二热虹吸装置14内的热能，进而达到散热效果。

于第一实施例中，第一热虹吸装置12包含一冷凝器122、一蒸发器124、连接冷凝器122及蒸发器124的二传输管126a、126b、及于前述构件内环循流动的一工作流体(未显示于图中)。第一热虹吸装置12经由冷凝器122与液冷板16热耦合；例如但不限于冷凝器122直接密贴于液冷板16的一第一外表面16a上(实作上两者的间可填充热界面材料)。由此，第一热虹吸装置12可经由蒸发器124自一发热元件(例如处理器，其于运作时会生热且与蒸发器124热耦合，例如直接接触，其间亦可填充热界面材料)吸收热能，再经由冷凝器122与液冷板16热交换，进而达到对该发热元件散热的效果。同理，第二热虹吸装置14包含一冷凝器142、一蒸发器144、连接冷凝器142及蒸发器144的二传输管146a、146b、及于前述构件内环循流动的一工作流体(未显示于图中)。第二热虹吸装置14经由冷凝器142与液冷板16热耦合；例如但不限于，冷凝器142直接密贴于液冷板16的第一外表面16a上(实作上两者的间可填充热界面材料)。由此，第二热虹吸装置14可经由蒸发器144自一发热元件(例如另一处理器，其相关说明同前述处理器，不另赘述)吸收热能，再经由冷凝器142与液冷板16热交换，进而达到对该发热元件散热的效果。于实作上，第一热虹吸装置12及第二热虹吸装置14可由现有的热虹吸装置实现，故关于第一热虹吸装置12及第二热虹吸装置14热传递的其他说明，不另赘述。另外，于第一实施例中，第一外表面16a(即液冷板16的上表面)非呈单一平面，而形成两个凹槽以配合冷凝器122、142的结构轮廓，但实作上不以此为限。

请亦参阅图3至图6。液冷板16包含一上盖16c及一下盖16d，上盖16c及下盖16d结合形成一流道结构160，流道结构160具有一U形流道162(或谓U形的流道部分)，U形流道162两端部分别连接至流道结构160的一入口164及一出口166。液冷板16例如但不限于使用水作为其工作流体，以传递热能，其中水将经由入口164进入液冷板16，并经由出口166离开液冷板16。于实作上，入口164及出口166上连接有传输管，传输管末端可安装快速接头，便于与外部管路(例如伺服器机柜上的歧管)连接。液冷板16包含复数个散热鳍片168，设置于液冷板16相对于第一外表面16a(位于上盖16c)的一第二外表面16b(位于下盖16d)上，有助于液冷板16的散热效率。

此外，U形流道162依序(例如依水于U形流道162内的流动)包含一第一区段162a、一第二区段162b、一第三区段162c及一第四区段162d(分别以虚线框表示于图5中)。第一区段162a与第四区段162d相对，第二区段162b与第三区段162c相对。第一热虹吸装置12的冷凝器122(其于图5中的投影位置以链线表示)对应第一区段162a及第四区段162d热耦合至第一外表面16a，第二热虹吸装置14的冷凝器142(其于图5中的投影位置以链线表示)对应第二区段162b及第三区段162c热耦合至第一外表面16a。一般而言，于U形流道162内的水温自第一区段162a至第四区段162d渐增，使得与第一热虹吸装置12的冷凝器122进行热交换的平均水温与与第二热虹吸装置14的冷凝器142进行热交换的平均水温相近，进而能减少液冷板16对第一热虹吸装置12及第二热虹吸装置14之间的散热性能差异。

于第一实施例中，第一至第四区段162a～d内分别设置有复数个第一至第四鳍片170a～d，可扩大热传面积以增强工作流体与液冷板16间的热交换(亦即增强液冷板16与冷凝器122、142间的热交换)。各区段162a～d内的鳍片170a～d平行于各区段162a～d的延伸方向延伸，且连接至各区段162a～d的相对内壁面1622，其中第一区段162a及第二区段162b同向(例如平行于方向D1，以双头箭头表示于图中)延伸，第三区段162c及第四区段162d亦同向延伸(例如平行于方向D1)；但实作上不以此为限。于实作上，U形流道162内壁面上亦可设置其他微结构，同样可扩大热传面积以增强工作流体与液冷板16间的热交换。此外，以第一区段162a为例，第一鳍片170a可透过其于其延伸方向(方向D1)上的延伸截面的非连续变化，破坏第一鳍片170a表面产生的边界层，增加热传效率。于本实施例中，第一鳍片170a具有缺口1702，此使得第一鳍片170a的延伸截面于缺口1702边缘处产生非连续变化。于实作上，第一鳍片170a的表面上亦可形成其他微结构，以破坏鳍片第一鳍片170a表面产生的边界层，同样可增加热传效率。前述关于第一鳍片170a的说明，亦适用于第二至第四鳍片170b～d，不另赘述。

此外，于第一实施例中，U形流道162于第一区段162a与第二区段162b之间及第三区段162c及第四区段162d之间各具有一空腔段162e、162f(分别以虚线框表示于图5中)，内未设置鳍片。由此，第一区段162a与第二区段162b之间的流阻(即空腔段162e的流阻)会小于第一区段162a的流阻及第二区段162b的流阻，第三区段162c与第四区段162d之间的流阻(即空腔段162f的流阻)小于第三区段162c的流阻及第四区段162d的流阻。此流阻差有助于工作流体在流入第二区段162b及第四区段162d前先行在空腔段162e、162f内混合，增加工作流体温度的均匀性，可避免局部热点的产生。

根据第一实施例，第一热虹吸装置12及第二热虹吸装置14共用同一个液冷板16，故相较于一般热虹吸装置的配置(即一个热虹吸装置搭配一个液冷板及两条传输管)，冷却系统1使用较少的液冷板且可减少对外连接的传输管的设置数量，亦即减少与外部歧管(例如设置于伺服器机柜内)的连接界面(例如透过快速接头实现)数量。从另一方面而言，冷却系统1可避免因使用多个液冷板而造成的制造成本的增加，亦可避免或抑制干扰散热气流(例如配备有冷却系统1的电子设备内部的散热气流)而增加其流阻。

请参阅图7。根据一第二实施例的一伺服器3包含一装置壳体30(其上盖未显示于图中，以便于显示伺服器3内部配置)及设置于装置壳体30内的一主机板32、一第一处理器34、一第二处理器36及一冷却系统(为便于说明，以前述冷却系统1为例，故关于冷却系统1的相关说明，请参阅前文，不另赘述)；伺服器3其他组件(例如储存装置、电源供应器、风扇等)未显示于图中，以简化图面。第一处理器34及第二处理器36经由冷却系统1散热，其隐藏轮廓以虚线绘示于图中。冷却系统1的第一热虹吸装置12经由蒸发器124与第一处理器34热耦合；例如但不限于蒸发器124直接密贴于第一处理器34的上表面上(实作上两者的间可填充热界面材料)。冷却系统1的第二热虹吸装置14经由蒸发器144与第二处理器36热耦合；例如但不限于蒸发器144直接密贴于第二处理器36的上表面上(实作上两者之间可填充热界面材料)。冷却系统1的液冷板16位于装置壳体30的后侧，液冷板16的入口164及出口166原则上会突出于装置壳体30，以便于与外部管路(例如机柜的歧管)连接，例如液冷板16的工作流体经由此管路流至外部的热交换器以散热。藉此，第一处理器34及第二处理器36于运作时产生的热可分别经由第一热虹吸装置12及第二热虹吸装置14散热。

此外，于第二实施例中，第一处理器34及第二处理器36前后排列，第一处理器34位于第二处理器36与液冷板16之间，第二热虹吸装置14的传输管146a、146b跨过蒸发器124上方。液冷板16的散热鳍片168平行于装置壳体30前后方向延伸，此有益于利用装置壳体30内的散热气流(以空心箭头表示于图中，例如由风扇产生)散热。又，相较于一般热虹吸装置的配置(即一个热虹吸装置搭配一个液冷板及两条传输管)，冷却系统1减少液冷板16对外连接的传输管(以虚线绘示于图7中)的设置数量，对于设置于机柜(例如安装有伺服器3)内的歧管的需求也减少，故伺服器3可避免因使用多个液冷板而造成的制造成本的增加，亦可避免或抑制干扰伺服器3及机柜内的散热气流而增加其流阻。

在本发明的一实施例中，本发明的冷却系统及伺服器可用于人工智能(Artificial Intelligence，简称AI)运算、边缘运算(Edge Computing)，亦可当作5G伺服器、云端伺服器或车联网伺服器使用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求书所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (11)

1.一种冷却系统，其特征在于，包含：

一液冷板，具有一U形流道，所述U形流道依序包含一第一区段、一第二区段、一第三区段及一第四区段，所述第一区段与所述第四区段相对，所述第二区段与所述第三区段相对；

一第一热虹吸装置，对应所述第一区段及所述第四区段热耦合至所述液冷板；以及

一第二热虹吸装置，对应所述第二区段及所述第三区段热耦合至所述液冷板。

2.如权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，其中所述第一热虹吸装置包含一冷凝器、一蒸发器及连接所述冷凝器及所述蒸发器的二传输管，所述第一热虹吸装置经由所述冷凝器与所述液冷板热耦合。

3.如权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，其中所述U形流道内设有复数个鳍片。

4.如权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，其中所述U形流道于所述第一区段与所述第二区段之间的流阻小于所述第一区段的流阻及所述第二区段的流阻。

5.如权利要求4所述的冷却系统，其特征在于，其中复数个第一鳍片设置于所述第一区段内，复数个第二鳍片设置于所述第二区段内，所述U形流道包含一空腔段，位于所述第一区段及所述第二区段之间，所述空腔段内未设置鳍片。

6.如权利要求5所述的冷却系统，其特征在于，其中所述第一区段及所述第二区段于同一方向延伸，所述复数个第一鳍片及所述复数个第二鳍片平行于所述方向延伸。

7.如权利要求5所述的冷却系统，其特征在于，其中所述第一鳍片及所述第一区段于同一方向延伸，所述第一鳍片于所述方向上的延伸截面具有一非连续变化。

8.如权利要求5所述的冷却系统，其特征在于，其中所述第一鳍片连接至所述第一区段的相对内壁面。

9.如权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，其中所述液冷板具有一第一外表面及一第二外表面，所述第一热虹吸装置及所述第二热虹吸装置经由所述第一外表面与所述液冷板热耦合，复数个散热鳍片设置于所述第二外表面上。

10.如权利要求9所述的冷却系统，其特征在于，其中所述第一外表面相对于所述第二外表面。

11.一种伺服器，其特征在于，包含：

一第一处理器；

一第二处理器；以及

如权利要求1至9其中任一权利要求所述的冷却系统，所述第一热虹吸装置热耦合至所述第一处理器，所述第二热虹吸装置热耦合至所述第二处理器。