TW202228498A

TW202228498A - 散熱機櫃

Info

Publication number: TW202228498A
Application number: TW109146995A
Authority: TW
Inventors: 林建宏; 鍾紹恩
Original assignee: 致茂電子股份有限公司
Priority date: 2020-12-31
Filing date: 2020-12-31
Publication date: 2022-07-16
Also published as: TWI749977B; CN114698332A

Abstract

本發明提出一種散熱機櫃，包含殼體及間隔件。殼體包含容置空間、進風口及出風口。間隔件設置於容置空間中且將容置空間分隔成第一區域及第二區域，第一區域連通進風口，第二區域連通出風口，間隔件容置至少一電子設備，且間隔件具有內循環口。由進風口進入第一區域的氣體對應第一進風量，由出風口離開第二區域的氣體對應第一出風量，由第二區域經過內循環口進入第一區域的氣體對應內循環風量，由第一區域經過電子設備進入第二區域的氣體對應散熱風量。第一進風量等於第一出風量，第一進風量與內循環風量之總和等散熱風量。

Description

散熱機櫃

本發明係關於一種散熱機櫃，特別是關於一種能夠降低出風量的散熱機櫃。

一般來說，為了便於管理及控制多個電子設備，往往會將多個電子設備置放於散熱機櫃中，且這些電子設備可以由下往上的方式彼此層疊，其中這些電子設備的種類可以是伺服器、電源供應器、電子負載、或電子量測儀器等。由於電子設備在運作的過程中會產生熱量，為了使電子設備不因過熱導致運作異常，因此用來存放電子設備的散熱機櫃皆具有散熱的機制，用以將電子設備產生的熱量帶離電子設備。

習知的散熱機櫃請參考圖1。圖1係繪示習知的散熱機櫃的示意圖。習知的散熱機櫃9包含殼體90。殼體90內部有中空的容置空間92，且殼體90具有進風口94及出風口96。複數個電子設備ED層疊於於殼體90的容置空間92中，用以將容置空間92分隔成第一區域A1及第二區域A2，第一區域A1連通進風口94，第二區域A2連通出風口96。一般來說，習知的散熱機櫃9的散熱機制主要是透過風扇(圖未示)將氣體吹入進風口94中，如圖1中進入進風口94的實線箭頭所示。接著，自進風口94進入的氣體會先到第一區域A1，再進入電子設備ED，最後到達第二區域A2，如虛線箭頭所示。最後，氣體可以自殼體90右方的出風口96流出，如圖1中離開出風口96的實線箭頭所示。實務上，電子設備ED應當在相鄰第一區域A1的一側具有可以吸氣的開口，而在相鄰第二區域A2的一側具有可以排氣的開口，使得氣流可以穿過電子設備ED的內部以帶走廢熱。藉此，電子設備ED由於產生的廢熱經由氣流排出殼體90，可以減少過熱的機率。

於所屬技術領域具有通常知識者可以理解，散熱機櫃9內部的電子設備ED數量會正比於產生廢熱的總量。當散熱機櫃9內部的電子設備ED數量較多，為了能夠將產生的熱量帶離，傳統上都是提高進風口94風扇的轉速，以增加吹入進風口94的氣流量，或說增加離開出風口96的氣流量。不過，現代化的工廠內多數設有廢氣管理的系統，導致工廠的廢氣總排出量是受到限制的，連帶地會限制離開出風口96的氣流量。據此，業界需要一種新的散熱機櫃，所述散熱機櫃要在不增加出風量的情況下，提高內部電子設備的散熱效率。

本發明提供一種散熱機櫃，提供了一個內循環路徑以回收帶有廢熱的氣流，再透過製冷模組降溫內循環路徑中的氣流以移除廢熱。藉此，內循環路徑中的氣流可以再次進入電子設備以帶走廢熱，從而可以不增加出風的情況下，提高內部電子設備的散熱效率。

本發明提出一種散熱機櫃，包含殼體及間隔件。殼體包含容置空間、進風口及出風口。間隔件設置於容置空間中且將容置空間分隔成第一區域及第二區域，第一區域連通進風口，第二區域連通出風口，間隔件容置至少一電子設備，且間隔件具有內循環口。由進風口進入第一區域的氣體對應第一進風量，由出風口離開第二區域的氣體對應第一出風量，由第二區域經過內循環口進入第一區域的氣體對應內循環風量，由第一區域經過電子設備進入第二區域的氣體對應散熱風量。第一進風量等於第一出風量，第一進風量與內循環風量之總和等該散熱風量。

於一些實施例中，散熱機櫃更可以包含製冷模組，製冷模組包含第一熱交換器與第二熱交換器，第一熱交換器設置於內循環口，第二熱交換器設置於殼體外，其中第一熱交換器可以用以對通過內循環口的氣體降溫，第二熱交換器可以用以對環境散熱。此外，散熱機櫃更可以包含出風管，出風管由殼體外連通出風口，第二熱交換器可以設置於出風管中。再者，製冷模組更可以包含壓縮機及膨脹閥，壓縮機連通於第一熱交換器的第一端與第二熱交換器的第一端之間，膨脹閥連通於第一熱交換器的第二端與第二熱交換器的第二端之間，且壓縮機及膨脹閥設置於第二區域。

於一些實施例中，間隔件可以具有第一風扇，第一風扇設置內循環口，用以將氣體由第二區域吹向第一區域。此外，殼體可以具有第二風扇，第二風扇設置於出風口，用以將氣體由第二區域吹向殼體外。此外，內循環風量可以小於第一進風量，且內循環風量與第一進風量的比值可以在0.3到0.5之間。此外，散熱機櫃更可以包含環境偵測器，環境偵測器可以至少依據容置空間內的溫度或濕度，設定內循環風量與第一進風量的比值。另外，於殼體的直立方向上，出風口的位置可以高於內循環口。

綜上所述，本發明提供的散熱機櫃在間隔件上設置有內循環口，所述內循環口可以提供內循環路徑以回收帶有廢熱的氣流，再透過製冷模組降溫內循環路徑中的氣流以移除廢熱。藉此，內循環路徑中的氣流可以再次進入電子設備以帶走廢熱，從而可以不增加出風的情況下，提高內部電子設備的散熱效率。

下文將進一步揭露本發明之特徵、目的及功能。然而，以下所述者，僅為本發明之實施例，當不能以之限制本發明之範圍，即但凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化及修飾，仍將不失為本發明之要意所在，亦不脫離本發明之精神和範圍，故應將視為本發明的進一步實施態樣。

請參閱圖2，圖2係繪示依據本發明一實施例之散熱機櫃的示意圖。如圖2所示，本實施例示範了一個散熱機櫃1，包含殼體10及間隔件20。殼體10具有容置空間12、進風口14及出風口16。具體來說，容置空間12係由殼體10包圍而形成，進風口14及出風口16則可以是在殼體10的穿孔，所述穿孔可以用以連通至殼體10的外側。間隔件20設置於容置空間12中且將容置空間12分隔成第一區域A1及第二區域A2，其中第一區域A1連通進風口14，第二區域A2連通出風口16。於此實施例中，間隔件20大致可由兩種結構連接而成，由上至下分別為可用於容置電子設備ED的層櫃及內循環口22。圖2繪示的例子中，電子設備ED的數量是7個，但本實施例不用以限制電子設備ED的數量。此外，本實施例也不限制進風口14及出風口16的數量，例如只要多個穿孔可以連通殼體10的外側和第一區域A1，則可以共同被稱為一個進風口14。又例如，只要多個穿孔可以連通殼體10的外側和第二區域A2，則可以共同被稱為一個出風口16。

另外，圖2繪示的層櫃(用於容置電子設備ED)及內循環口22的相對關係並不限制層櫃在上而內循環口22在下，只要內循環口22可以連通第一區域A1及第二區域A2，於所屬技術領域具有通常知識者可以自由設計內循環口22的位置。接下來，將進一步說明散熱機櫃1的散熱機制。首先，從殼體10外進來的第一氣流G1自進氣口14進入第一區域A1。一般來說，殼體10外的空氣較冷，因此應可以理解第一氣流G1的溫度較低。接著，第一氣流G1通過電子設備ED後將電子設備ED產生的熱量帶離，本實施例將通過電子設備ED的氣流定義為第四氣流G4。第四氣流G4進入第二區域A2後，會區分為離開殼體10的第二氣流G2及進入內循環口22的第三氣流G4。實務上，第四氣流G4因為帶走了電子設備ED的廢熱，故第四氣流G4溫度會較第一氣流G1高一些。同樣地，離開殼體10的第二氣流G2因是第四氣流G4的一部分，故第二氣流G2溫度也會較第一氣流G1高，並將熱量帶離開散熱機櫃1。

另一方面，第三氣流G3會由第二區域A2經過內循環口22進入第一區域A1，然後第三氣流G3將與第一氣流G1在第一區域A1結合，並再次通過電子設備ED。實務上，本實施例的第三氣流G3會先被降溫，之後再進入第一區域A1。其原因在於，第三氣流G3是從較高溫度的第二區域A2來的，若不先移除第三氣流G3帶有的廢熱，再次通過電子設備ED時的熱量將會持續累積，將無法有效替電子設備ED散熱。因此，本實施例還可以包含製冷模組30，製冷模組30包含第一熱交換器32、第二熱交換器34、壓縮機36及膨脹閥38，且第一熱交換器32、第二熱交換器34、壓縮機36及膨脹閥38可以利用管路連通，所述管路之內可以裝有冷媒。實務上，當壓縮機36啟動後，在管路中的冷媒可以由壓縮機36到第二熱交換器34，再由第二熱交換器34經過膨脹閥38到達第一熱交換器32，並形成一個冷媒相態變化的循環。

舉例來說，低壓低溫的氣態冷媒經過壓縮機36的壓縮後變成高壓高壓的氣態冷媒。接著，高壓高壓的氣態冷媒經過第二熱交換器34(例如是冷凝器)後變成高壓中溫的液態冷媒，由於此相變將造成放熱反應。由於第二熱交換器34設置在出風口16的位置，恰好可以讓第二熱交換器34對環境散熱，例如將熱量散出至殼體10。接著，高壓中溫的液態冷媒再流到膨脹閥38降壓，變成低壓低溫的液、氣冷媒。最後，低壓低溫的液、氣態冷媒在經過第一熱交換器32後變成低壓低溫的氣態冷媒，由於此相變將造成吸熱反應，因此第一熱交換器32可用以對通過內循環口22的氣體降溫。換句話說，第三氣流G3帶有的廢熱可以被第一熱交換器32移除，使得第三氣流G3的溫度會比第四氣流G4低一些。從而低溫的第一氣流G1和第三氣流G3再次進入電子設備ED之後，可以有效地替電子設備ED降溫散熱。

於一個例子中，第一熱交換器32設置於內循環口22，且具有第一端及第二端，第一熱交換器32可例如為蒸發器。第二熱交換器34設置於殼體10外，例如可以設置於出風管40中，且具有第一端及第二端。第二熱交換器34可例如為冷凝器。壓縮機36連通於第一熱交換器32的第一端與第二熱交換器34的第一端之間，並由中空的管路連接。膨脹閥38連通於第一熱交換器32的第二端與第二熱交換器34的第二端之間，並同樣由中空的管路連接。在第一熱交換器32、第二熱交換器34、壓縮機36及膨脹閥38彼此連通的管路中具有冷媒(圖未示)。壓縮機36及膨脹閥38設置於該第二區域A2，但不以此為限。於其他實施例中，壓縮機36及膨脹閥38亦可設置於第一區域A1或者是殼體10外。

此外，本實施例還可以包含出風管40，出風管40可以設置於殼體10，並連通出風口16。實務上，出風管40可以連接到工廠內的廢氣管理系統，並且由廢氣管理系統管理能夠離開出風口16的氣流量。本實施例因為設置有內循環口22，因此不只有第一氣流G1會進入電子設備ED，還多了第三氣流G3能夠替電子設備ED降溫。為了方便說明，本實施例在此假設第一氣流G1有風量V1(第一進風量)，第二氣流G2有風量V2(第一出風量)，第三氣流G3有風量V3(內循環風量)，第四氣流G4有風量V4(散熱風量)。於一個例子中，進入和離開散熱機櫃1的殼體10風量應相同，如下列算式(1)所示： V1 = V2 (1)

也就是，第一氣流G1的風量V1會等於第二氣流G2的風量V2。此外，由圖2可以理解，假設殼體10沒有其他地方流出氣體，則第一氣流G1的風量V1與第三氣流G3的風量V3之總和，會等於第四氣流G4的風量V4。並且，第四氣流G4的風量V4會再分從內循環口22循環利用的第三氣流G3的風量V3，以及離開殼體10的第二氣流G2有風量V2。如下列算式(2)和算式(3)所示： V1 + V3 = V4 (2) V4 = V3 + V2 (3)

為了說明圖2的散熱機櫃1具有更加的散熱效果，需以圖1的散熱機櫃9作為比對對象。基於前述說明可明白，圖2的散熱機櫃1相較於與的差異處在於，圖2的散熱機櫃1更包含內循環口22及製冷模組30，其中製冷模組30的第一熱交換器32設置於內循環口22中，第二熱交換器34設置於出風口16中。圖2的散熱機櫃1加上內循環口22及製冷模組30之效果在於，散熱機櫃1內產生第三氣流G3在內部循環，且第三氣流G3在經過第一熱交換器32時將被降溫。第三氣流G3被降溫的能量將轉移到經過第二熱交換器34的第二氣流G2，因此第二氣流G2將被升溫。藉此，可以了解到，圖2的散熱機櫃1的出風口16之氣體溫度應會更高於圖1的散熱機櫃9的出風口96之氣體溫度。換句話說，固然製冷模組30會消耗能量去降溫第三氣流G3，但因現代化的工廠內會利用廢氣管理系統限制能夠離開出風口16的氣流量。故本實施例關鍵之處在於離開出風口16的氣流量有限的情況下，可以提高離開出風口16的氣流溫度。即相較於圖1的散熱機櫃9，在相同散熱效率之下，圖2的散熱機櫃1的出風量可以較低。

此外，由上述算式(2)和算式(3)可之，可知在第二氣流G2的風量V2不變的情況下，本實施例可以利用增加或減少第三氣流G3的風量V3，來調整經過電子設備ED第四氣流G4的風量V4，也就是調整對電子設備ED的散熱效率。於一實施例中，散熱機櫃1更包含環境偵測器50，環境偵測器50至少依據容置空間12內的溫度或濕度，設定第三氣流G3的風量V3與第一氣流G1的風量V1的比值。於較佳實施例中，可設定第三氣流G3的風量V3會小於第一氣流G1的風量V1，且第三氣流G3的風量V3與第一氣流G1的風量V1的比值在0.3到0.5之間。也就是說，風量V3大概是30%到50%的風量V1。於一個例子中，調整第三氣流G3的風量V3的一個原因是當容置空間12(可以是第一區域A1或第二區域A1)內的溫度過高，或者電子設備ED的溫度過高，則可以調大風量V3。調整第三氣流G3的風量V3的另一個原因是，為了避免散熱機櫃1內部結露，故需要考慮容置空間12內的濕度，當濕度過高，則可以調降風量V3，避免第一區域A1或電子設備ED的溫度太低造成結露的現象，即製冷模組30也可以保護散熱機櫃1內的元件不因結露造成毀損。舉例來說，環境偵測器50可以用來監控第四氣流G4的溫度，並通知製冷模組30迴授控制第三氣流G3的溫度，使得第四氣流G4的溫度可以保持固定，例如保持在於40度，本實施例不加以限制。

於一實施例中，間隔件20還可以具有第一風扇F1，第一風扇F1設置內循環口22，用以將氣體吹入第一區域A1。本實施例不以此為限，例如第一風扇F1亦可設置於第一區域A1中，作為抽風機使用，用以將氣體由第二區域A2吸入第一區域A1。此外，殼體10具有第二風扇F2，第二風扇F2設置於出風口16，用以將氣體吹出出風口16。當然，第二風扇F2亦可設置於出風管40中，用以將氣體由第二區域A2吸入出風管40，而作為抽風機使用。藉此，藉由第一風扇F1及第二風扇F2之設置，可大幅地提升散熱機櫃1內氣體風量，進而提升散熱的效率。另外，於殼體10的直立方向(圖2的垂直方向)上，出風口16的位置可以高於內循環口22。藉此，根據熱空氣上升、冷空氣下降之原理，也可減少風扇的電能消耗，同時又可提升散熱的效率。

1:散熱機櫃 10:殼體 12:容置空間 14:進風口 16:出風口 20:間隔件 22:內循環口 30:製冷模組 32:第一熱交換器 34:第二熱交換器 36:壓縮機 38:膨脹閥 40:出風管 50:環境偵測器 A1:第一區域 A2:第二區域 ED:電子設備 F1:第一風扇 F2:第二風扇 G1:第一氣體 G2:第二氣體 G3:第三氣體 G4:第四氣體 9:散熱機櫃 90:殼體 92:容置空間 94:進風口 96:出風口

圖1係繪示習知散熱機櫃的示意圖。

圖2係繪示依據本發明一實施例之散熱機櫃的示意圖。

無

1:散熱機櫃

10:殼體

12:容置空間

14:進風口

16:出風口

20:間隔件

22:內循環口

30:製冷模組

32:第一熱交換器

34:第二熱交換器

36:壓縮機

38:膨脹閥

40:出風管

50:環境偵測器

A1:第一區域

A2:第二區域

ED:電子設備

F1:第一風扇

F2:第二風扇

G1:第一氣體

G2:第二氣體

G3:第三氣體

G4:第四氣體

Claims

一種散熱機櫃，包含：一殼體，具有一容置空間、一進風口及一出風口；以及一間隔件，設置於該容置空間中且將該容置空間分隔成一第一區域及一第二區域，該第一區域連通該進風口，該第二區域連通該出風口，該間隔件容置至少一電子設備，且該間隔件具有一內循環口；其中由該進風口進入該第一區域的氣體對應一第一進風量，由該出風口離開該第二區域的氣體對應一第一出風量，由該第二區域經過該內循環口進入該第一區域的氣體對應一內循環風量，由該第一區域經過該電子設備進入該第二區域的氣體對應一散熱風量；其中該第一進風量等於該第一出風量，該第一進風量與該內循環風量之總和等於該散熱風量。
如請求項1所述之散熱機櫃，更包含：一製冷模組，包含一第一熱交換器與一第二熱交換器，該第一熱交換器設置於該內循環口，該第二熱交換器設置於該殼體外，其中該第一熱交換器用以對通過該內循環口的氣體降溫，該第二熱交換器用以對環境散熱。
如請求項2所述之散熱機櫃，更包含一出風管，該出風管由該殼體外連通該出風口，該第二熱交換器設置於該出風管中。
如如請求項2所述之散熱機櫃，其中該製冷模組更包含一壓縮機及一膨脹閥，該壓縮機連通於該第一熱交換器的一第一端與該第二熱交換器的一第一端之間，該膨脹閥連通於該第一熱交換器的一第二端與該第二熱交換器的一第二端之間。
如請求項4所述之散熱機櫃，其中該壓縮機及該膨脹閥設置於該第二區域。
請求項1所述之散熱機櫃，其中該間隔件具有一第一風扇，該第一風扇設置該內循環口，用以將氣體由該第二區域吹向該第一區域。
如請求項6所述之散熱機櫃，其中該殼體具有一第二風扇，該第二風扇設置於該出風口，用以將氣體由該第二區域吹向該殼體外。
請求項1所述之散熱機櫃，其中該內循環風量小於該第一進風量，且該內循環風量與該第一進風量的比值在0.3到0.5之間。
請求項8所述之散熱機櫃，更包含一環境偵測器，該環境偵測器至少依據該容置空間內的一溫度或一濕度，設定該內循環風量與該第一進風量的比值。
請求項1所述之散熱機櫃，其中於該殼體的一直立方向上，該出風口的位置高於該內循環口。