CN217160341U - 单相浸没式冷却系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种单相浸没式冷却系统，适用于至少一个电子装置且包括热交换器、浸没单元、介电循环单元以及控制单元。浸没单元包括浸没槽，浸没槽内配置有介电液，电子装置配置于浸没槽内且至少一部分浸没于介电液内；介电循环单元包括输入管路、回流管路以及辅助泵，输入管路及回流管路连接于热交换器以及浸没槽之间，辅助泵配置于输入管路以及回流管路的其中之一上；控制单元包括主控制器以及温度传感器，主控制器电性连接于辅助泵，温度传感器电性连接于主控制器且用以侦测介电液的温度。

Description

单相浸没式冷却系统

技术领域

本实用新型涉及一种单相浸没式冷却系统，尤其涉及一种可自动控制对电子装置进行冷却的单相浸没式冷却系统。

背景技术

冷却系统为工业上相当常见的一种机械设备。一般而言，电子装置(例如计算机主机、服务器等)在运作时会产生庞大的热量，若不散逸这些热量或对电子装置进行冷却，将会降低电子装置的运算效能甚至有当机故障的风险，因此如何有效地散热俨然成为一个重要的课题。

在冷却系统的选用上，由于液冷系统相较于风冷系统具有高热传、对流快速以及高比热容的优势，因此在市场上逐渐取代传统的风冷系统，而在液冷系统中，浸没式冷却系统能通过一次储存大量的介电液并直接将电子装置浸没于其中，不仅能加速将热量传递至未接触电子装置的部分，且省去了局部水道的设计工序，因此受到业界众多使用者的青睐。

实用新型内容

然而，过往的两相浸没式冷却系统在散热过程中，介电液将会沸腾或蒸发并形成蒸气，在这过程中不仅会造成介电液的损失，且蒸发后的蒸气可能进入厂区工作人员的体内或凝结于装置以外的部分造成腐蚀或污染。为此，一些使用者改为采用单相浸没式冷却系统，然而现有的单相浸没式冷却系统缺乏有效的冷却运转机制，因此在冷却效率上表现不彰。

发明人于是竭其心智悉心研究，进而研发出一种可自动控制对电子装置进行冷却的单相浸没式冷却系统，以期达到节省监控人力以及快速散热的效果。

本实用新型提供一种单相浸没式冷却系统，适用于至少一个电子装置且包括热交换器、浸没单元、介电循环单元以及控制单元。浸没单元包括浸没槽，浸没槽内配置有介电液，电子装置配置于浸没槽内且至少一部分浸没于介电液内；介电循环单元包括输入管路、回流管路以及辅助泵，输入管路连接于热交换器以及浸没槽之间，用以将热交换器冷却后的介电液输入浸没槽，回流管路连接于热交换器以及浸没槽之间，用以使流经电子装置的介电液回流至热交换器进行冷却；辅助泵配置于输入管路以及回流管路的其中之一上；控制单元包括主控制器以及温度传感器，主控制器电性连接于辅助泵，温度传感器电性连接于主控制器且用以侦测介电液的温度。

在实施例中，上述的浸没单元还包括至少一个分歧管，分歧管配置于浸没槽内且连通于输入管路。分歧管上形成有至少一个开口，且开口对位于电子装置。

在实施例中，上述的浸没单元还包括混流件，混流件配置于电子装置以及分歧管之间，且混流件上形成有多个通孔。

在实施例中，上述的电子装置以及开口为多个，且浸没单元还包括多个分歧支管以及多个调节阀。分歧支管形成于分歧管上且朝电子装置延伸；调节阀用于调节分歧管流入分歧支管的介电液的流量，且开口形成于分歧支管的末端。

在实施例中，上述的控制单元还包括多个分歧流量计，这些分歧流量计配置于分歧支管上，且分歧支管的侧壁上分别形成有导流侧管。

在实施例中，上述的分歧管有多个，且这些分歧管上的各开口的大小沿该分歧管的排列方向渐变。

在实施例中，上述的介电循环单元还包括过滤器，且过滤器配置于回流管路上。

在实施例中，上述的输入管路连接于浸没槽的底侧，回流管路连接于浸没槽的顶侧且低于介电液的液面。

在实施例中，上述的热交换器为板式热交换器。

借此，本实用新型的单相浸没式冷却系统能通过温度传感器侦测介电液的温度，通过主控制器驱动辅助泵使得介电液依序流经输入管路、浸没槽、回流管路并回流至热交换器进行冷却，进而达到节省监控人力以及快速散热的效果。

为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1为本实用新型的单相浸没式冷却系统的实施例的立体示意图；

图2为图1隐藏部分组件的右侧视示意图；

图3为图1的单相浸没式冷却系统的组件方块示意图；

图4为图1的单相浸没式冷却系统的管路配置示意图；

图5为图4中区域A的放大示意图；

图6为图4中分歧管以及局部输入管路的立体示意图；

图7为图4中的混流件的立体示意图；

图8为本实用新型的单相浸没式冷却系统的另一实施例的管路配置示意图；

图9为图8中区域A’的放大示意图。

【附图标记说明】

1 单相浸没式冷却系统

100 热交换器

200、200’ 浸没单元

210 浸没槽

212 排液管路

214 排液阀

220、220’ 分歧管

222 分歧支管

222a 导流侧管

224 调节阀

230 混流件

232 通孔

300 介电循环单元

310 输入管路

320 回流管路

330 辅助泵

340 过滤器

350 介电液储存槽

352 排气阀

332 逆止阀

400 控制单元

410 主控制器

412 控温阀驱动器

420 温度传感器

430 湿度传感器

440 介电侧流量计

450 冷却侧流量计

460 分歧流量计

500 冷却单元

510 冷却输入管路

520 冷却回流管路

530 控温阀

540 调节管路

2电子装置

A、A’区域

D介电液

O、O’、O₁、O₂、O₃、O₄开口

具体实施方式

有关本实用新型的前述及其它技术内容、特点与效果，在以下配合参考附图的较佳实施例的详细说明中，将可清楚地呈现。值得一提的是，以下实施例所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用以说明，而非对本实用新型加以限制。此外，在下列的实施例中，相同或相似的组件将采用相同或相似的标号。

请参考图1至图4，其中图1为本实用新型的单相浸没式冷却系统的实施例的立体示意图，图2为图1隐藏部分组件的右侧视示意图，图3为图1的单相浸没式冷却系统的组件方块示意图，而图4为图1的单相浸没式冷却系统的管路配置示意图。本实施例的单相浸没式冷却系统1适用于至少一个电子装置2，其中电子装置2例如是工业用计算机或可串联使用的服务器，且单相浸没式冷却系统1包括热交换器100、浸没单元200、介电循环单元300以及控制单元400，其中浸没单元200通过介电循环单元300连接于热交换器100，且控制单元400电性连接于介电循环单元300。

详细而言，浸没单元200如图2所示包括浸没槽210，其中浸没槽210例如是箱形槽体，内部配置有可直接接触电子装置2且不会漏电或导电的介电液D，而电子装置2配置于浸没槽210内且至少一部分浸没于介电液D内。在本实施例中，介电液D例如是包括碳氟硅化合物的溶液，相较于一般电子组件常用的冷却液具有高沸点(约100～150℃)、高比热容(约1150J/kg℃)以及高表面张力(约15mN/m)的优点。因此，当电子装置2浸没于其中时能快速且大量地将热量传递至介电液D中，且流经电子装置2的介电液D不易残留于电子装置2的表面，从而提升散热效果。较佳地，浸没槽210的底侧配置有排液管路212，且排液管路212上配置有排液阀214，借此浸没单元200可在单相浸没式冷却系统1未运作时通过排液管路212以及排液阀214将容置的介电液D排掉，并补充新的介电液D。

请一并参考图2及图4，本实施例的介电循环单元300连接于热交换器100的一侧且包括输入管路310、回流管路320以及至少一个辅助泵330，其中输入管路310连接于热交换器100以及浸没槽210之间，用以将热交换器100冷却后的介电液D输入浸没槽210；回流管路320连接于热交换器100以及浸没槽210之间，用以使流经电子装置2的介电液D回流至热交换器100进行冷却；而辅助泵330在本实施例中例如是电动泵且数量有两个，配置于回流管路320上用以提供压力使介电液D沿着上述方向流动并形成回路，但在其它可能的实施例中，辅助泵330也可以配置于输入管路310上，本实用新型对此不加以限制。较佳地，介电循环单元300还包括至少一个逆止阀332，其中逆止阀332配置于辅助泵330的下游端且数量对应于辅助泵330，用以防止由辅助泵330加压后的介电液D再度逆向回流。

除此之外，如图4所示，控制单元400包括主控制器410以及温度传感器420，其中主控制器410例如是可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)且电性连接于辅助泵330；而温度传感器420例如是电子式热电偶，电性连接于主控制器410且用以侦测介电液D的温度。在本实施例中，温度传感器420例如是连接于输入管路310的管壁并侦测冷却后的介电液D是否低于目标温度，但依据实际需求，温度传感器420也可连接于浸没槽210或回流管路320以侦测不同区段介电液D的温度，或者是配置多个温度传感器420以实现对各区段介电液D的精确温度监控，本实用新型对此不加以限制。

通过上述的配置，当温度传感器420侦测到介电液D的温度高于阈值时，主控制器410将会驱动辅助泵330提供压力，使得介电液D由输入管路310进入浸没槽210，流经电子装置2充分接收热量后再通过回流管路320回流至热交换器100进行冷却，不仅可节省监控的人力，还能自动达到散热的效果。

较佳地，如图3及图4所示，单相浸没式冷却系统1还包括冷却单元500，其中冷却单元500连接于热交换器100相对于介电循环单元300的另一侧且电性连接于控制单元400。具体而言，本实施例的热交换器100例如是板式热交换器，可降低工作流体在内部的阻塞情形且易于清洗，且只要增加或减少内部的流道板片便可针对电子装置2数量的更动改变热传需求。

另一方面，冷却单元500包括冷却输入管路510、冷却回流管路520、控温阀530以及调节管路540，其中冷却输入管路510以及冷却回流管路520连接于热交换器100，分别用以将冷却用的低温工作流体输入热交换器100或自热交换器100回流输出；控温阀530配置于冷却回流管路520上；而调节管路530连接于控温阀530以及冷却输入管路510之间。此外，控制单元400还包括控温阀驱动器412，且控温阀530通过控温阀驱动器412电性连接于主控制器410。借此，当介电循环单元300以及浸没单元200内的介电液D温度过高时，主控制器410可通过控温阀驱动器412驱动控温阀530，藉以调整低温工作流体流经热交换器100的流量从而实时动态调整介电液D的温度。

值得一提的是，在一些实施例中，冷却单元500例如连接于冰水机，且冰水的温度约为7～11℃。然而，由于电子装置2的工作温度较高，因此若以节能的角度考虑，冷却单元500也可以仅连接于一般的冷却水塔，以约30℃的温水作为冷却用的低温工作流体，并将介电液D维持在约45℃的温度，本实用新型对此不加以限制。

为了避免工作环境湿度过高从而影响热交换器100、浸没单元200、介电循环单元300、控制单元400以及冷却单元500的运作功率，较佳地，控制单元400如图4所示还包括湿度传感器430，其中湿度传感器430电性连接于主控制器410，用以侦测工作环境的湿度。另一方面，由于介电液D在循环的过程中可能会因为管路接头部分的润湿而逐渐减少，较佳地，介电循环单元300还包括介电液储存槽350，其中介电液储存槽350例如配置于回流管路320上且储存有足量的的介电液D，可在输入管路310以及回流管路320内的介电液D减少时作为缓冲备用。较佳地，介电液储存槽350上配置有排气阀352，可将介电液D中可能存在的微小气泡排出，避免凝结于热交换器100内部或电子装置2的表面。更佳地，控制单元400还包括介电侧流量计440以及冷却侧流量计450，分别配置于回流管路320以及冷却回流管路520上且电性连接于主控制器410，用以实时监测介电液D以及低温工作流体的流量。

由于本实施例的单相浸没式冷却系统1使用的是单一液相的介电液D作为冷却流体，考虑到流体的受热对流效应，如图2及图4所示，输入管路310较佳地连接于浸没槽210的底侧，回流管路320则连接于浸没槽210的顶侧且低于介电液D的液面。通过这样的配置，由浸没槽210底侧注入的低温介电液D在接触电子装置2受热后将会向上流动，并由连接于浸没槽210顶侧的回流管路320导引回流，可进一步地提高对流效率。除此之外，由于电子装置2内部或表面可能具有灰尘或标签等异物，若直接流入热交换器100可能会对热交换器100造成损伤。因此，如图4所示，介电循环单元300较佳地还包括过滤器340，其中过滤器340例如是三住企业的STRY25A筛网且配置于回流管路320上，可有效地过滤上述异物从而延长热交换器100以及管路中其它组件的使用寿命。

请一并参考图4及图5，其中图5为图4中区域A的放大示意图。在本实施例中，浸没槽210中配置的电子装置2可能有多个，为了使各个电子装置2能够均匀接触到由输入管路310注入的低温介电液D，如图4所示，浸没单元200还包括至少一个分歧管220，其中分歧管220配置于浸没槽210内且连通于输入管路310。如图5所示，分歧管220上形成有至少一个开口O，且各开口O对位于各电子装置2。借此，低温介电液D可通过分歧管220上的各个开口O注入浸没槽210，使得浸没槽210内各处的介电液D温度分布能够更加均匀。较佳地，浸没单元200还包括混流件230，其中混流件230例如是金属板件且配置于电子装置2以及分歧管220之间，且混流件230上形成有多个通孔232。通过这样的配置，由开口O注入的介电液D会先流经混流件230，并通过各个通孔232朝电子装置2流动，从而更加均匀地混合。

请一并参考图6及图7，其中图6为图4中分歧管以及局部输入管路的立体示意图，而图7为图4中的混流件的立体示意图。详细而言，本实施例的输入管路310连通有多个分歧管220，且各个分歧管220上分别形成有多个开口O。由于电子装置2在不同位置处的组件发热状况不同，为了能对应不同组件的发热状况，较佳地，这些分歧管220上的各开口O沿这些分歧管220的排列方向渐变。如图6所示，由左上至右下的分歧管220上分别形成有多个开口O₁、多个开口O₂、多个开口O₃以及多个开口O₄，且开口O₁、开口O₂、开口O₃、开口O₄的大小逐渐增加。通过这样的配置，用户可以将多个电子装置2沿各个分歧管220的延伸方向彼此间隔配置，并将各个电子装置2沿各个分歧管220的排列方向延伸(即，电子装置2与分歧管220两者的排列方向彼此垂直)，这么一来可以在维持各个电子装置2获得相同流量介电液D注入的情况下，调整各个电子装置2的局部位置接触到的液量。然而，在其它可能的实施例中，也可以改为在同一个分歧管220上配置不同大小的开口O，并将电子装置2与分歧管220彼此平行配置，也可达到相同的效果。

另一方面，如图7所示，混流件230上的通孔232的形状例如是正六边形，且均匀地分布在混流件230上。通过这样的配置，可在兼顾混流件230结构强度的情况下允许大量的介电液D流经混流件230。然而，依据实际加工的需求，通孔232也可以是圆形或正方形，且可依据电子装置2的配置位置而改变局部的分布密度。

请参考图8及图9，其中图8为本实用新型的单相浸没式冷却系统的另一实施例的管路配置示意图，而图9为图8中区域A’的放大示意图。本实施例的单相浸没式冷却系统1’与单相浸没式冷却系统1相似，两者主要的差异在于：单相浸没式冷却系统1’的浸没单元200’还包括多个分歧支管222以及多个调节阀224，这些分歧支管222分别形成于分歧管220’上且朝电子装置2延伸，调节阀224配置于分歧管220’上且电性连接于控制单元400，且浸没槽210内未配置混流件230。

详细而言，本实施例的单相浸没式冷却系统1’可以对流向各个电子装置2的分歧支管222的介电液D流量主动进行控制。如图9所示，调节阀224例如是三通阀且配置于分歧管220’与分歧支管222的连接处，用于调节分歧管220’流入分歧支管222的介电液D的流量，甚至可使特定的分歧支管222完全关闭，且开口O’形成于各个分歧支管222的末端。通过这样的配置，控制单元400可以依据浸没槽210内配置的电子装置2彼此之间不同的散热需求，改变流向各个电子装置2的介电液D流量，从而调整局部区域介电液D的对流速率。较佳地，控制单元400还包括多个分歧流量计460，这些分歧流量计460分别配置于各个分歧支管222上，用以侦测流经对应的分歧支管222的介电液D流量。此外，这些分歧支管222的侧壁上可分别形成有导流侧管222a，通过这样的配置，介电液D除了可通过分歧支管222末端的开口O’直接流向电子装置2外，还可通过导流侧管222a往平行于电子装置2的方向流动，从而达到局部混流的效果。

本实用新型在上文中已以较佳实施例揭露，然而本领域技术人员应理解的是，上述实施例仅用于描绘本实用新型，而不应解读为限制本实用新型的范围。且应注意的是，凡是与上述实施例等效的变化与置换，均应视为涵盖于本实用新型的范围内。因此，本实用新型的保护范围当以权利要求书所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种单相浸没式冷却系统，其特征在于，适用于至少一个电子装置，且该单相浸没式冷却系统包括：

热交换器；

浸没单元，包括：

浸没槽，该浸没槽内配置有介电液，该至少一个电子装置配置于该浸没槽内且至少一部分浸没于该介电液内；

介电循环单元，包括：

输入管路，连接于该热交换器以及该浸没槽之间，用以将该热交换器冷却后的该介电液输入该浸没槽；

回流管路，连接于该热交换器以及该浸没槽之间，用以使流经该至少一个电子装置的该介电液回流至该热交换器进行冷却；以及

辅助泵，配置于该输入管路以及该回流管路的其中之一上；以及

控制单元，包括：

主控制器，电性连接于该辅助泵；以及

温度传感器，电性连接于该主控制器且用以侦测该介电液的温度。

2.根据权利要求1所述的单相浸没式冷却系统，其特征在于，该浸没单元还包括：

至少一个分歧管，配置于该浸没槽内且连通于该输入管路，该至少一个分歧管上形成有至少一个开口，且该至少一个开口对位于该至少一个电子装置。

3.根据权利要求2所述的单相浸没式冷却系统，其特征在于，该浸没单元还包括混流件，该混流件配置于该至少一个电子装置以及该至少一个分歧管之间，且该混流件上形成有多个通孔。

4.根据权利要求2所述的单相浸没式冷却系统，其特征在于，该至少一个电子装置以及该至少一个开口为多个，该浸没单元还包括多个分歧支管以及多个调节阀，该多个分歧支管形成于该至少一个分歧管上且朝该多个电子装置延伸，该多个调节阀用于调节该分歧管流入该多个分歧支管的该介电液的流量，且该多个开口形成于该多个分歧支管的末端。

5.根据权利要求4所述的单相浸没式冷却系统，其特征在于，该控制单元还包括多个分歧流量计，该多个分歧流量计配置于该多个分歧支管上，且该多个分歧支管的侧壁上分别形成有导流侧管。

6.根据权利要求2所述的单相浸没式冷却系统，其特征在于，该至少一个分歧管有多个，且该多个分歧管上的各该至少一个开口的大小沿该多个分歧管的排列方向渐变。

7.根据权利要求1所述的单相浸没式冷却系统，其特征在于，该介电循环单元还包括过滤器，且该过滤器配置于该回流管路上。

8.根据权利要求1所述的单相浸没式冷却系统，其特征在于，该输入管路连接于该浸没槽的底侧，该回流管路连接于该浸没槽的顶侧且低于该介电液的液面。

9.根据权利要求1所述的单相浸没式冷却系统，其特征在于，该热交换器为板式热交换器。

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