TW202312840A

TW202312840A - 浸沒式冷卻系統及冷卻裝置

Info

Publication number: TW202312840A
Application number: TW110133659A
Authority: TW
Inventors: 陳驊; 林聖諺; 梁銓益
Original assignee: 緯創資通股份有限公司
Priority date: 2021-09-09
Filing date: 2021-09-09
Publication date: 2023-03-16
Also published as: CN115793803A; US20230070604A1; TWI793757B; EP4149227A1

Abstract

一種浸沒式冷卻系統及冷卻裝置，冷卻裝置包括箱體、散熱模組及冷卻模組。冷卻模組包括冷卻板及散熱鰭片組，冷卻板覆蓋於箱體之開口，冷卻板具有冷卻通道，冷卻通道設於冷卻板並包含入口與出口，入口與出口分別位於冷卻板兩側，散熱鰭片組一側接觸冷卻板表面且散熱鰭片組另一側位於該箱體內。藉上述結構，箱體內注入熱傳流體的使用量較傳統浸沒式冷卻裝置為低。

Description

浸沒式冷卻系統及冷卻裝置

一種冷卻系統，尤指一種浸沒式冷卻系統與裝置。

隨著伺服器效能的快速發展，伺服器在運作時會產生大量熱能，為避免熱能的堆積而造成伺服器運作效能不佳，一般將伺服器內的主機板浸泡於散熱液中，藉由散熱液吸收主機板上之發熱元件產生的熱能，通過散熱液循環至伺服器之箱體外部與水或空氣做熱交換，此種熱交換方式所需求的散熱液量較多，且在進出箱體時易造成洩漏。

依據一些實施例，一種浸沒式冷卻系統包括箱體、熱傳流體、散熱模組與冷卻模組。箱體包括開口，開口用以將箱體內連通至箱體外。熱傳流體位於箱體內。散熱模組位於箱體內。冷卻模組包括冷卻板及散熱鰭片組，冷卻板覆蓋於開口，冷卻板具有冷卻通道，冷卻通道設於冷卻板，冷卻通道包含入口及出口，入口及出口分別位於冷卻板兩側，散熱鰭片組一側接觸冷卻板且散熱鰭片組另一側位於箱體內。

在一些實施例中，浸沒式冷卻系統更包括流體輸送裝置，流體輸送裝置之出口處面向散熱模組，流體輸送裝置之出口處產生的流體流向散熱模組。

在一些實施例中，浸沒式冷卻系統更包括導流構件，導流構件位於箱體內，導流構件具有導流板，該導流板將該箱體內形成兩個分隔區域，流體輸送裝置定位於導流板，導流板分隔散熱模組與散熱鰭片組，散熱模組與散熱鰭片組分別位於各分隔區域，各分隔區域中之熱傳流體以相反流向輸送。

在一些實施例中，導流板具有轉折部，轉折部相鄰位於流體輸送裝置之出口處。

在一些實施例中，轉折部為直立式平板，直立式平板與流體輸送裝置表面平行，或者是轉折部為傾斜式平板，傾斜式平板與流體輸送裝置表面之間具有夾角，夾角小於90度。

在一些實施例中，浸沒式冷卻裝置更包括多個流體輸送裝置，各流體輸送裝置彼此相對成為兩組且排列於箱體內的兩側，各流體輸送裝置之出口處分別面向散熱模組及散熱鰭片組，各流體輸送裝置之出口處產生的流體流向是分別輸送至散熱模組及散熱鰭片組。

在一些實施例中，浸沒式冷卻裝置更包括多個散熱模組，各流體輸送裝置之出口處分別面向各散熱模組並將熱傳流體導流至各散熱模組。

在一些實施例中，導流構件具有多個導流板，各導流板分別相鄰位於各流體輸送裝置之出口處，各導流板用以將各流體輸送裝置所輸送之熱傳流體分別導引至散熱模組及散熱鰭片組，各導流板為傾斜式平板，各傾斜式平板分別與各流體輸送裝置表面之間具有夾角，各夾角小於90度，各導流板之夾角角度可相同或不同。

在一些實施例中，浸沒式冷卻裝置更包括電路板及多個電子元件，各電子元件設置於電路板上，電路板位於箱體內，各散熱模組分別結合於各電子元件。

在一些實施例中，浸沒式冷卻裝置更包括電路板及中央處理器，中央處理器設置於電路板上，電路板位於箱體內，散熱模組結合於中央處理器。

在一些實施例中，浸沒式冷卻裝置更包括多個擴充元件，各擴充元件設置於電路板且位於中央處理器側邊。

在一些實施例中，散熱模組具有基座及多個散熱片，各散熱片設置於基座上，基座具有多個擋板，各擋板分別位於多個散熱片兩側，各擋板的厚度大於各散熱片的厚度，基座與各散熱片可為一體之一件式構件，或者是基座與各散熱片為分離之二件式構件。

在一些實施例中，基座具有多個鎖接件，各散熱片以十字型排列方式設置於基座上，各鎖接件鎖入於多個散熱片的四周並鎖固於電路板。

在一些實施例中，各散熱片的厚度範圍為0.8mm至1.2mm之間，各散熱片之間的距離範圍為2.8mm至3.6mm之間。

在一些實施例中，各散熱片之長邊、散熱鰭片組之長邊的方向與熱傳流體的導流方向平行，各熱傳流體順向通過各散熱片之間與散熱鰭片組。

在一些實施例中，冷卻通道包括流道，流道以連續S型方式設置於冷卻板內，入口位於冷卻板一側並連接流道，出口位於冷卻板另一側並連接流道。

依據一些實施例，一種冷卻裝置包括箱體，箱體包括開口，開口用以將箱體內連通至箱體外。散熱模組位於箱體內。冷卻模組包括冷卻板及散熱鰭片組，冷卻板覆蓋於開口，冷卻板具有冷卻通道，冷卻通道設於冷卻板，冷卻通道包含入口及出口，入口及出口分別位於冷卻板兩側，散熱鰭片組之一側接觸冷卻板且散熱鰭片組之另一側位於箱體內。

依據一些實施例，一種冷卻裝置包括箱體，適用於容納熱傳流體，箱體包括開口，開口用以將箱體內連通至箱體外，熱傳流體位於箱體內。散熱模組位於箱體內。冷卻模組包括冷卻板及散熱鰭片組，冷卻板覆蓋於開口，冷卻板具有冷卻通道，冷卻通道設於冷卻板，冷卻通道包含入口及出口，入口及出口分別位於冷卻板兩側，散熱鰭片組之一側接觸冷卻板且散熱鰭片組之另一側位於箱體內。

綜上，依據一些實施例，冷卻模組覆蓋於箱體之開口，熱傳流體在箱體內經由冷卻模組的冷卻板及散熱鰭片組進行熱交換，熱傳流體無需經過箱體外部與空氣或水作熱交換，熱傳流體在箱體內的使用量相較於傳統方式須將熱傳流體輸送至箱體外部的使用量可相對減少。

請參閱圖1及圖2，圖1為浸沒式冷卻系統之外觀示意圖，以虛線表示箱體1與冷卻模組3，未繪製導流構件5，以二點鏈線之假想線圍成一圈表現透視箱體1內之熱傳流體9，各散熱模組2下方具有電子元件61（如圖6所示），圖2為浸沒式冷卻系統之外觀示意圖，以虛線表示箱體1，繪製出導流構件5並覆蓋在流體輸送裝置4周圍，未繪製冷卻模組3與熱傳流體9。在一些實施例中，浸沒式冷卻系統具有冷卻裝置100，冷卻裝置100包括箱體1、散熱模組2（Heat Sink）與冷卻模組3。箱體1包括開口11，開口11用以將箱體1內（以下以容置空間10說明）連通至箱體1外。散熱模組2位於容置空間10。冷卻模組3包括冷卻板31（covering plate）及散熱鰭片組32，冷卻板31覆蓋於開口11，冷卻板31具有冷卻通道33（為水路通道），冷卻通道33設於冷卻板31，冷卻通道33包含入口及出口，入口及出口分別位於冷卻板31兩側，散熱鰭片組32一側接觸冷卻板31，散熱鰭片組32另一側位於容置空間10（如圖6所示）。

在一些實施例中，冷卻裝置100適用於容納熱傳流體9，熱傳流體9（cooling coolant）為非導體，熱傳流體9位於冷卻裝置100之箱體1的容置空間10。

當箱體1內裝填熱傳流體9後，以冷卻模組3蓋合在箱體1之開口11並加以密封，使箱體1結合冷卻模組3成為一封閉式箱體，讓箱體1內的散熱模組2、冷卻模組3的散熱鰭片組32浸沒於熱傳流體9，使熱傳流體9在箱體1內經由冷卻板31及散熱鰭片組32進行熱交換。熱傳流體9無需經過箱體1外部與空氣或水作熱交換，熱傳流體9在箱體1內的使用量相較於傳統方式須將熱傳流體9輸送至箱體1外部的使用量相對減少，減少熱傳流體9輸送至箱體1外部之管路所造成的洩漏損失與蒸發，降低設備運轉費用。

參閱圖3A及圖3B，圖3A為散熱模組2之外觀示意圖，圖3B為散熱模組2之前視示意圖。在一些實施例中，散熱模組2具有基座21及多個散熱片22，各散熱片22設置於基座21上，基座21具有多個擋板211，各擋板211與多個散熱片22為同軸向（如圖3A中的Z軸方向）延伸成一長方形片體；各擋板211分別位於多個散熱片22兩側，各擋板211的厚度D1大於各散熱片22的厚度D2。當散熱模組2進行加熱測試時，多個散熱片22在遇熱後會呈現彎曲狀態，多個散熱片22會抵靠於擋板211，藉由擋板211位於多個散熱片22兩側，可使各散熱片22於彎曲時，各散熱片22限位在各擋板211之間，確保多個散熱片22在正常直立狀態。

參閱圖3A及圖3B，在一些實施例中，基座21與各散熱片22可為一體之一件式構件，或者是基座21與各散熱片22為分離之二件式構件。在一些實施例中，基座21具有多個鎖接件23，各散熱片22以十字型排列方式設置於基座21上，各鎖接件23鎖入於多個散熱片22的四周並鎖固於電路板6。

參閱圖3A與圖3B，在一些實施例中，各散熱片22之長邊22a、散熱鰭片組32的各鰭片之長邊32a（如圖4A所示）的方向與熱傳流體9的導流方向平行（如圖6所示的箭頭流向），各熱傳流體9順向通過各散熱片22之間與散熱鰭片組32的各鰭片之間。各散熱片22與散熱鰭片組32的各鰭片的形狀為長方形，亦可為梯形或正方形。

參閱圖3A與圖3B，在一些實施例中，各散熱片22的厚度D2範圍為0.8mm至1.2mm之間，各散熱片22之間的距離W範圍為2.8mm至3.6mm之間。傳統空氣冷卻方式使用的散熱片以堆疊式鰭片（stack fin）為主，傳統的散熱片22的薄度為0.3mm，傳統的各散熱片22之間的距離（pitch）小於1.65mm，材質為鋁；因熱傳流體9的高黏滯性的性質，若各散熱片22之間的距離過小，熱傳流體9不易通過各散熱片22之間；如圖3B中的各散熱片22為橫向依序間隔排列，各散熱片22之間的距離W以3.2mm設置，各散熱片22的厚度D2以1mm設置，有利於熱傳流體9通過。在一些實施例中，各散熱片22的材料為銅，使熱能快速且均勻傳導至熱傳流體9中。

參閱圖4A與圖4B，圖4A為冷卻模組3之外觀示意圖，圖4B為冷卻模組3之前視示意圖。在一些實施例中，冷卻模組3材質係為銅或鋁，冷卻通道33為水路通道，冷卻通道33包括流道331，流道331以連續S型方式設置於冷卻板31內，流道331可以是貫通冷卻板31的槽孔型式，或在槽孔中可以安裝有水管；入口為一進水管332，進水管332設置於冷卻板31一側並連接流道331，出口為一出水管333，出水管333設置於冷卻板31另一側並連接流道331，非以此為限，進水管332與出水管333可依需求，設置在冷卻板31的任何位置。當冷卻模組3於熱交換運作時，由圖6看出箱體1內的熱傳流體9由冷卻板31下方之散熱鰭片組32吸收，並由冷卻板31中的冷卻通道33之水進行熱交換（如圖7所示）。在一些實施例中，可以使用一般的水來注入冷卻板31中，將水從進水管332進入並繞著S型的流道331流向出水管333出水，進水管332進入的水的溫度大約35度，水將散熱鰭片組32上的熱能沿著S型的流道331朝出水管333帶走。

參閱圖4A與圖4B，在一些實施例中，冷卻板31與散熱鰭片組32可為一體之一件式構件，或者是冷卻板31與散熱鰭片組32為分離之二件式構件。散熱鰭片組32的一端接觸冷卻板31，散熱鰭片組32的另一端安裝在箱體1之容置空間10（如圖6所示）；散熱鰭片組32的另一端的至少一部分浸於熱傳流體9，若熱傳流體9的液體量多，散熱鰭片組32完全浸沒熱傳流體9，或者是若熱傳流體9的液體量少，散熱鰭片組32的至少一部分浸沒熱傳流體9。

請參閱圖2，在一些實施例中，浸沒式冷卻裝置100包括多個流體輸送裝置4（或可以是一個流體輸送裝置4），各流體輸送裝置4彼此相對成為兩組，兩組各為多個流體輸送裝置4使用（或可以各組各1個流體輸送裝置4使用），兩組的多個流體輸送裝置4排列於箱體1內的兩側，各流體輸送裝置4之出口41處分別面向散熱模組2及散熱鰭片組32（如圖6所示），各流體輸送裝置4之出口41處產生的流體流向是分別輸送至散熱模組2及散熱鰭片組32，各流體輸送裝置4強制混合熱傳流體9，提升熱傳效率。

請參閱圖2，在一些實施例中，浸沒式冷卻裝置100更包括至少一個流體輸送裝置4，流體輸送裝置4之出口41處面向散熱模組2，流體輸送裝置4之出口41處產生的流體流向輸送至散熱模組2。在一些實施例中，流體輸送裝置4為液體用的風扇，風扇的一側為流體排出的出口41處，風扇的另一側為流體入口的進口42處。當風扇在運作時，風扇中的葉片旋轉並帶動熱傳流體9從進口42處流向出口41處，流體輸送裝置4之出口41處產生的流體流向輸送至散熱模組2。

請參閱圖2、圖3A及圖3B，圖3A為散熱模組2之外觀示意圖，圖3B為散熱模組2之前視示意圖。在一些實施例中，浸沒式冷卻裝置100包括多個散熱模組2（如圖1的左側在X軸方向上左右排列有2個散熱模組2，非以此為限，亦可以1個散熱模組2），如圖1左側的各流體輸送裝置4之出口41處分別面向各散熱模組2，各流體輸送裝置4之出口41處產生的熱傳流體9導流至各散熱模組2。

在一些實施例中，流體輸送裝置4的數量對應散熱模組2的數量，非以此為限，在一些實施例中，流體輸送裝置4的數量可大於或小於散熱模組2的數量。在一些實施例中，可以2個流體輸送裝置4成一組使用，如圖1中所示左側的3個流體輸送裝置4省略中間的流體輸送裝置4使用，以及省略圖1中所示右側的3個流體輸送裝置4的使用方式。在一些實施例中，以2個流體輸送裝置4分別對應面向2個散熱模組2，非以此為限，在一些實施例中，可以2個流體輸送裝置4對應面向2個散熱模組2的側邊，藉由散熱模組2的側邊的流體流動將散熱模組2的熱能帶走。

在一些實施例中，可以3個流體輸送裝置4使用，如圖1中所示左側的3個流體輸送裝置4使用，省略圖1中所示右側的3個流體輸送裝置4。以圖1中所示左側的最左邊的第1個流體輸送裝置4之出口41處與左側的最右邊的第2個流體輸送裝置4之出口41處為面向各散熱模組2，以圖1所示左側的中間第3個流體輸送裝置4之出口41處為面向各散熱模組2之間，第3個流體輸送裝置4之出口41處產生的流體流向輸送至各散熱模組2之間。

參閱圖1及圖2，在一些實施例中，浸沒式冷卻裝置100更包括電路板6及多個電子元件61（或至少一個電子元件61），電路板6位於箱體1內，箱體1內為一矩形的封閉槽池，可注滿無導電性的熱傳流體9（如圖1右邊以二點鏈線之假想線內部示意表現熱傳流體9）於箱體1內，電路板6及電子元件61浸沒於熱傳流體9中。在一些實施例中，各電子元件61設置於如圖6所示電路板6左側且沿著X軸方向間隔排列，非以此為限，電子元件61可設置於如圖1所示電路板6的其他位置。如圖1所示左側的各電子元件61為高瓦數運作，多個散熱模組2分別結合於如圖1所示左側的各電子元件61上方（如圖6所示），用以吸收各電子元件61散發出的熱能。在一些實施例中，電子元件61為發熱瓦數高的中央處理器（CPU晶片）。

在一些實施例中，浸沒式冷卻裝置100更包括一個電子零件63（或者是多個電子零件63），電子零件63設置於如圖1所示電路板6右側的位置，如圖6中所示經過散熱模組2的流體流向輸送至電子零件63，使電子零件63產生的熱能被流體帶走。在一些實施例中，電子零件63為晶片組（Platform Controller Hub，簡稱PCH）或開關件（Switch）。

在一些實施例中，電路板6可為現有系統的成品，電路板6上具有電子元件61及散熱模組2，將現有系統的電路板6安裝在箱體1之容置空間10，接者，再裝入流體輸送裝置4及導流構件5，且裝填熱傳流體9於箱體1之容置空間10，將冷卻模組3蓋合在箱體1上，將箱體1的開口11封閉後即組裝完成各組件，具有容易使用及快速整合的效果。在一些實施例中，箱體1具有出線孔（例如在圖1的編號9旁邊的箱體1上設置一圓孔），供電路板6上連接的傳輸線可以從出線孔穿出，傳輸線用以傳輸電力提供給電路板6運作或／及傳輸線用以傳輸訊號連結電路板6與外部裝置，另外，傳輸線與出線孔之間可以加裝墊圈或防水膠加以密封，使箱體1內成為氣密封閉狀態。

參閱圖1及圖5，圖5為浸沒式冷卻裝置100之俯視示意圖，以實線表現電路板6、散熱模組2及流體輸送裝置4之狀態，以虛線表示箱體1、冷卻模組3之狀態。在一些實施例中，浸沒式冷卻裝置100更包括多個擴充元件62，各擴充元件62設置於電路板6且位於電子元件61側邊，各散熱模組2之間具有擴充元件62。在本實施例中，擴充元件62為記憶體模組（Dual In-line Memory Module，簡稱DIMM），但非以此為限，舉例來說，擴充元件62也可以是顯示卡或繪圖卡。流體輸送裝置4之出口41處可以面向擴充元件62，如圖1中所示的左邊中間位置的流體輸送裝置4之出口41處產生的流體流向輸送至各散熱模組2之間的擴充元件62，使擴充元件62產生的熱能被流體帶走。

參閱圖2及圖6，圖6繪示如圖5中標示6-6位置之側視剖面示意圖，以二點鏈線之假想線圍成一圈表現箱體1內之局部的熱傳流體9，以箭頭顯示各流體輸送裝置4運作產生流體流向、冷卻板31進出水方向之狀態。在一些實施例中，位於箱體1內兩側的兩組多個流體輸送裝置4的數量為6個，如圖2所示左邊的第一組的3個流體輸送裝置4為位於箱體1內一側且位於導流構件5的底部，如圖2所示右邊的第二組的3個流體輸送裝置4為位於箱體1內另一側且位於導流構件5的頂部。

參閱圖2及圖6，在一些實施例中，如圖2所示左邊的第一組的各流體輸送裝置4與如圖2所示右邊的第二組的各流體輸送裝置4以同軸（如圖2中的X軸）且平行的雙排型式排列，各組單一排的各流體輸送裝置4的數量為3顆，同一組的3顆流體輸送裝置4彼此相隔一預定距離。在圖5所示俯視圖中可清楚看出，雙排型式的6顆流體輸送裝置4為同軸設置（圖5中左右兩邊的流體輸送裝置4之出口41處彼此相對應設置），非以此為限，雙排型式的6顆流體輸送裝置4亦可非同軸設置，例如一組流體輸送裝置4在圖5中為X軸排列設置，另一組流體輸送裝置4在圖5中為非X軸（與圖5中的X軸呈一夾角）排列設置。

參閱圖6所示，在一些實施例中，圖6中左邊的流體輸送裝置4與右邊的流體輸送裝置4非同一水平面上設置，而是錯開位置的方式設置。左邊的流體輸送裝置4設置在電路板6上，位於導流板51下方，右邊的流體輸送裝置4設置在導流板51上方且相鄰於冷卻板31。左邊的流體輸送裝置4與右邊的流體輸送裝置4的錯開位置的方式可以是部分重疊（例如圖6左邊的流體輸送裝置4的頂部與右邊的流體輸送裝置4的底部在由Z軸方向投影至一平面上是重疊影像），或者可以是無重疊（例如圖8B左邊的流體輸送裝置4的頂部與右邊的流體輸送裝置4的底部在由Z軸方向投影至一平面上是無重疊影像）。

參閱圖2與圖6，在一些實施例中，浸沒式冷卻裝置100更包括導流構件5，導流構件5位於箱體1內並用以導流熱傳流體9至散熱模組2。

參閱圖2與圖6，在一些實施例中，導流構件5具有一導流板51及兩個分隔區域52，流體輸送裝置4定位於導流板51，導流板51分隔散熱模組2與散熱鰭片組32，散熱模組2與散熱鰭片組32分別位於各分隔區域52，各分隔區域52中之熱傳流體9以相反流向輸送（如圖6中所示的右側流向P1與左側流向P2），如圖7所示上層的分隔區域52中的熱傳流體9朝左方輸送，下層的分隔區域52中的熱傳流體9朝右方輸送。在一些實施例中，熱交換的作動原理：利用上下分流的導流板51將箱體1分成上下兩層，下層的流體輸送裝置4將熱傳流體9由左至右輸送，經過電子元件61並將電子元件61之熱能傳至上層，並由上層的流體輸送裝置4將熱傳流體9由右至左輸送，讓熱能被冷卻板31下方之散熱鰭片組32吸收並經由冷卻板31中之水做熱交換並將熱帶走。

參閱圖2與圖7，圖7為以圖1之視角，浸沒式冷卻裝置100之立體剖視示意圖，以箭頭顯示熱傳流體9與冷卻板31中冷卻通道33的流動方向之狀態。在一些實施例中，導流板51覆蓋於各流體輸送裝置4的側邊，流體輸送裝置4在導流板51的覆蓋情況下，流體輸送裝置4外露出口41及進口42，導流板51組裝在箱體1內可分隔成上下二層的分隔區域52，導流板51使箱體1內的熱傳流體9上下分流，使熱傳流體9在箱體1得到更好的循環和減少回流。

參閱圖2，在一些實施例中，導流板51可為一整片横向排列的水平式平板，如圖4所示，水平式平板的長邊與Z軸為相同水平軸，水平式平板為橫向設置於箱體1中。

在一些實施例中，導流板51可為一整片的傾斜式平板，例如圖6所示將水平式平板以X軸為中心軸旋轉一角度，使導流板51呈一傾斜的傾斜式平板型式，例如在圖6的水平導流板51呈現右邊高、左邊低或者是左邊高、右邊低的傾斜式平板型式）。在一些實施例中，各流體輸送裝置4在傾斜式平板上傾斜設置，各流體輸送裝置4可產生傾斜的流體流向，增加流體傾斜流向的適用範圍。

參閱圖6，在一些實施例中，導流板51具有一轉折部511，轉折部511相鄰位於流體輸送裝置4之出口41處，如圖6所示導流板51整體的側視觀之概呈階梯狀，導流板51左上方的一小片的水平平面與右下方的一大片的水平平面之間藉由轉折部511而位於不同水平面。當流體輸送裝置4產生的流體流向至轉折部511時，熱傳流體9會在轉折部511轉折並變換流向後再流至散熱模組2，如圖9所示在轉折部511處的多個箭頭圖案呈現密集、囤積的狀態，熱傳流體9在轉折部511處的速度變慢。

參閱圖6，在一些實施例中，轉折部511為直立式平板511a，直立式平板511a的方向相同於Y軸方向，直立式平板511a與流體輸送裝置4之出口41表面平行。當流體輸送裝置4產生熱傳流體9的流向至直立式平板511a時，直立式平板511a與熱傳流體9的流向垂直而阻擋流向，熱傳流體9會在直立式平板511a轉折並變換流向後再流至散熱模組2。

參閱圖8A，圖8A為以圖6之視角，浸沒式冷卻裝置100之側視剖面示意圖，顯示導流板51之轉折部511為斜板之狀態。在一些實施例中，轉折部511為傾斜式平板511b，傾斜式平板511b與流體輸送裝置4表面之間具有一夾角θ1，夾角θ1小於90度。如圖8A中左側的傾斜式平板511b之夾角θ1角度可依需求設定所需要的角度，例如流體輸送裝置4的位置改變，如圖8A左邊的流體輸送裝置4與散熱模組2之間的距離變長，夾角θ1可變小、小於60度，便於流體導引輸送；例如流體輸送裝置4的體積改變（例如圖8A與圖8C的流體輸送裝置4體積大，圖8B與圖8D的流體輸送裝置4體積小），如圖8A左邊的流體輸送裝置4的較大體積改變成如圖8B左邊的流體輸送裝置4的較小體積，圖8A左邊的流體輸送裝置4的流體輸送裝置4產生的大部分流體可對準散熱模組2進行輸送，流體輸送裝置4產生的一小部分流體須經過傾斜式平板511b轉向輸送至散熱模組2，傾斜式平板511b的夾角θ1可變大至接近90度，便於流體導引輸送。

參閱圖8C，圖8C為以圖6之視角，浸沒式冷卻裝置100之側視剖面示意圖，顯示多個導流板51為傾斜式平板511b之狀態。在一些實施例中，導流構件5具有多個導流板51，各導流板51為一小片的傾斜式平板511b，各傾斜式平板511b分別相鄰位於各流體輸送裝置4之出口41處，各傾斜式平板511b用以將各流體輸送裝置4所輸送之熱傳流體9分別導引至散熱模組2及散熱鰭片組32，各傾斜式平板511b分別與各流體輸送裝置4表面之間具有一夾角θ2、θ3，夾角θ2、θ3小於90度。如圖8C所示左邊夾角θ2的角度小於圖8C所示右邊夾角θ3的角度。如圖8C中左側的傾斜式平板511b之夾角θ2角度可依需求設定所需要的角度，例如流體輸送裝置4的位置改變，如圖8C左邊的流體輸送裝置4與散熱模組2之間的距離較長，夾角θ2可變小、小於60度，便於流體導引輸送；如圖8C中右側的傾斜式平板511b之夾角θ3角度可依需求設定所需要的角度，例如流體輸送裝置4的位置改變，如圖8C右邊的流體輸送裝置4與散熱模組2之間的距離較短，夾角θ3可變大至接近90度，便於流體導引輸送。

在一些實施例中，如圖8C中左側的導流板51之夾角θ2角度與如圖8C中右側的導流板51之夾角θ3角度可相同或不同；如圖8C中左側的導流板51之夾角θ2可依需求設定所需要的角度，例如當流體輸送裝置4的位置或體積改變或者是散熱模組2的位置或體積改變時，導流板51可進一步改變夾角θ2的角度，方可使流體輸送裝置4之出口41處產生的流體流向可以沿著導流板51導流至散熱模組2；如圖8C中右側的導流板51之夾角θ3可依需求設定所需要的角度，例如當流體輸送裝置4的位置或體積改變或者是散熱模組2的位置或體積改變時，導流板51可進一步改變夾角θ3的角度，方可使流體輸送裝置4之出口41處產生的流體流向可以沿著導流板51導流至散熱鰭片組32。

在一些實施例中，導流構件5具有至少一個導流板51（例如將圖8C中右側的導流板51省略，保留左側的導流板51），導流板51為一小片的傾斜式平板511b，對應一個流體輸送裝置4之出口41處設置，傾斜式平板511b用以將流體輸送裝置4所輸送之熱傳流體9分別導引至散熱模組2，傾斜式平板511b與流體輸送裝置4表面之間具有一夾角θ2，該夾角θ2小於90度。

在一些實施例中，當箱體1內安裝導流構件5之導流板51時，如圖9中左邊與右邊的各流體輸送裝置4使箱體1內熱傳流體9的流向分層流動，使熱傳流體9在導流板51的上下方分流並以逆時針方向循環，如圖9中左邊的流體輸送裝置4輸送的熱傳流體9會經過導流板51在下方流動，熱傳流體9會經過散熱模組2後由圖中右側的流體輸送裝置4吸入，幫助高瓦數的電子元件61、電子零件63的熱能帶至上方的散熱鰭片組32，接著，再利用上方冷卻板31中冷卻通道33的水將熱帶走；愈靠近流體輸送裝置4的熱傳流體9的流向速度較快，在遠離流體輸送裝置4的熱傳流體9的流向速度較慢，如圖9中左邊的流體輸送裝置4將熱傳流體9由左邊朝右邊輸送，如圖9中右邊的流體輸送裝置4將熱傳流體9由右邊朝左邊輸送，經由導流板51將熱傳流體9分流，使熱傳流體9有效的進入散熱模組2並將散熱模組2的熱能帶走，使熱傳流體9有效的進入散熱鰭片組32並供冷卻板31將熱能帶走。在一些實施例中，電子元件61（CPU）的溫度大約54度（Tc）左右，電子元件61附近環境溫度大約為40.5度（Ta），導流板51上方的分隔區域52與下方的分隔區域52的溫度大約為40.5度至40.6度，電子元件61的瓦數為350瓦（W），散熱模組2的熱阻值（Thermal resistance（R））為0.039（C／W），公式：R=Tc−Ta／Ｗ（C／W）。

參閱圖8D，圖8D為以圖6之視角，浸沒式冷卻裝置100之側視剖面示意圖，顯示未運用導流板51之狀態。在一些實施例中，箱體1內可以無安裝設置導流構件5之導流板51，當省略導流板51時，流體輸送裝置4可由支架等固定結構固定在箱體1內的預定位置。當各流體輸送裝置4在運作時，如圖10中左邊與右邊的各流體輸送裝置4使箱體1內熱傳流體9的流向產生擾動並造成循環或回流，幫助高瓦數的電子元件61將其熱能帶至上方的散熱鰭片組32，接著，再利用上方冷卻板31中冷卻通道33的水將熱帶走；愈靠近流體輸送裝置4的熱傳流體9的流向速度較快，在遠離流體輸送裝置4的熱傳流體9的流向速度較慢，如圖10中左邊的流體輸送裝置4將熱傳流體9由左邊朝右邊輸送，如圖10中右邊的流體輸送裝置4將熱傳流體9由右邊朝左邊輸送，使熱傳流體9在接近箱體1內中間處相撞且回流。在一些實施例中，電子元件61（CPU）的溫度大約60度（Tc）左右，電子元件61附近環境溫度大約為41.1度（Ta），箱體1內各部位的溫度大約為41.1度至41.2度，電子元件61的瓦數為350瓦（W），散熱模組2的熱阻值（Thermal resistance（R））為0.054（C／W），公式：R=Tc−Ta／Ｗ（C／W）。

在一些實施例中，電路板6上具有多個電子元件61、電子零件63與其他發熱元件，箱體1內各發熱源總共有1000瓦（W）的熱能，在未加入導流板51的情形下可有效下降箱體1內的溫度，而加入導流板51的情形下可以更有效下降箱體1內的溫度，電子元件61（CPU）的溫度下降約31%左右，而熱阻值下降約28%。

在一些實施例中，傳統空氣冷卻方式的散熱模組2的熱阻值為0.137（C／W）、未加入導流板51的散熱模組2的熱阻值為0.054（C／W）與有加入導流板51的散熱模組2的熱阻值為0.039（C／W）比對，未加入導流板51的散熱模組2的熱阻值為60.6%，加入導流板51的散熱模組2的熱阻值提升為71.5%。

在一些實施例中，一個標準伺服器的高度以U為單位（1U等於1.75英寸等於44.45毫米），以1U伺服器的機箱容量大約為15.7L，而浸沒式冷卻裝置100的箱體1內降低熱傳流體9的液體使用量，熱傳流體9無需經過箱體1外部與空氣或水作熱交換，熱傳流體9在箱體1內的使用量相較於傳統方式須將熱傳流體9輸送至箱體1外部的使用量可相對減少，因此，將不進行箱體1外的熱交換循環，所以可以減少傳統方式需經過箱體1外部的冷卻液分配裝置（Coolant Distribution Unit，簡稱CDU）以及歧管（Manifold）內所需的熱傳流體9的使用量，使用量大約為30公升（L）左右。而一般熱傳流體9的價格大約是180（USD／L），浸沒式冷卻裝置100約可以節省5400USD（180乘以30），約可節省65.7%的成本。

綜上所述，依據一些實施例，冷卻模組覆蓋於箱體之開口，熱傳流體在箱體內經由冷卻模組的冷卻板及散熱鰭片組進行熱交換，熱傳流體無需經過箱體外部與空氣或水作熱交換，熱傳流體在箱體內的使用量相較於傳統方式須將熱傳流體輸送至箱體外部的使用量可相對減少。

100:冷卻裝置 1:箱體 10:容置空間 11:開口 2:散熱模組 21:基座 211:擋板 22:散熱片 22a:長邊 23:鎖接件 3:冷卻模組 31:冷卻板 32:散熱鰭片組 32a:長邊 33:冷卻通道 331:流道 332:進水管 333:出水管 4:流體輸送裝置 41:出口 42:進口 5:導流構件 51:導流板 511:轉折部 511a:直立式平板 511b:傾斜式平板 52:分隔區域 6:電路板 61:電子元件 62:擴充元件 63:電子零件 9:熱傳流體 θ1:夾角 θ2:夾角 θ3:夾角 D1:厚度 D2:厚度 W:距離 P1:右側流向 P2:左側流向

圖1繪示依據一些實施例，浸沒式冷卻系統之外觀示意圖，以虛線表示箱體與冷卻模組，未繪製導流構件，以二點鏈線之假想線圍成一圈表現透視於箱體內之熱傳流體，各散熱模組下方具有電子元件；圖2繪示依據一些實施例，浸沒式冷卻系統之外觀示意圖，以虛線表示箱體，繪製導流構件覆蓋流體輸送裝置，未繪製冷卻模組與熱傳流體；圖3A繪示依據一些實施例，散熱模組之外觀示意圖；圖3B繪示依據一些實施例，散熱模組之前視示意圖；圖4A繪示依據一些實施例，冷卻模組之外觀示意圖；圖4B繪示依據一些實施例，冷卻模組之前視示意圖；圖5繪示依據一些實施例，浸沒式冷卻系統之俯視示意圖，以實線表現電路板、散熱模組及流體輸送裝置之狀態，以虛線表示箱體、冷卻模組之狀態；圖6繪示如圖5中標示6-6位置之側視剖面示意圖，以二點鏈線之假想線圍成一圈表現箱體內之局部的熱傳流體，以箭頭顯示各流體輸送裝置運作產生流體流向、冷卻板進出水方向之狀態；圖7繪示依據一些實施例，以圖1之視角，浸沒式冷卻系統之立體剖視示意圖，以箭頭顯示熱傳流體與冷卻板中冷卻通道的流動方向之狀態；圖8A繪示依據一些實施例，以圖6之視角，浸沒式冷卻系統之側視剖面示意圖，顯示導流板之轉折部為斜板之狀態；圖8B繪示依據一些實施例，以圖6之視角，浸沒式冷卻系統之側視剖面示意圖，顯示導流板為平板之狀態；圖8C繪示依據一些實施例，以圖6之視角，浸沒式冷卻系統之側視剖面示意圖，顯示多個導流板為傾斜式平板之狀態；圖8D繪示依據一些實施例，以圖6之視角，浸沒式冷卻系統之側視剖面示意圖，顯示未運用導流板之狀態；圖9繪示依據一些實施例，以圖6之視角，浸沒式冷卻系統之側視剖面示意圖，顯示安裝導流板之熱傳流體的流體流向之狀態；以及圖10繪示依據一些實施例，以圖6之視角，浸沒式冷卻系統之側視剖面示意圖，顯示未安裝導流板之熱傳流體的流體流向之狀態。

100:冷卻裝置

1:箱體

10:容置空間

11:開口

2:散熱模組

3:冷卻模組

31:冷卻板

33:冷卻通道

331:流道

332:進水管

333:出水管

4:流體輸送裝置

6:電路板

62:擴充元件

63:電子零件

9:熱傳流體

Claims

一種浸沒式冷卻系統，包括：一箱體，包括一開口，該開口用以將該箱體內連通至該箱體外；一熱傳流體，該熱傳流體位於該箱體內；一散熱模組，該散熱模組位於該箱體內；以及一冷卻模組，該冷卻模組包括一冷卻板及一散熱鰭片組，該冷卻板覆蓋於該開口，該冷卻板具有一冷卻通道，該冷卻通道設於該冷卻板，該冷卻通道包含一入口及一出口，該入口及該出口分別位於該冷卻板兩側，該散熱鰭片組之一側接觸該冷卻板且該散熱鰭片組之另一側位於該箱體內。
如請求項1所述的浸沒式冷卻系統，更包括一流體輸送裝置，該流體輸送裝置之一出口處面向該散熱模組，該流體輸送裝置之該出口處產生的流體流向該散熱模組。
如請求項2所述的浸沒式冷卻系統，更包括一導流構件，該導流構件位於該箱體內，該導流構件具有一導流板，該導流板將該箱體內形成兩個分隔區域，該流體輸送裝置定位於該導流板，該導流板分隔該散熱模組與該散熱鰭片組，該散熱模組與該散熱鰭片組分別位於各該分隔區域，各該分隔區域中之該熱傳流體以相反流向輸送。
如請求項3所述的浸沒式冷卻系統，其中該導流板具有一轉折部，該轉折部相鄰位於該流體輸送裝置之該出口處。
如請求項4所述的浸沒式冷卻系統，其中該轉折部為一直立式平板，該直立式平板與該流體輸送裝置表面平行，或者是該轉折部為一傾斜式平板，該傾斜式平板與該流體輸送裝置表面之間具有一夾角，該夾角小於90度。
如請求項3所述的浸沒式冷卻系統，更包括多個流體輸送裝置，各該流體輸送裝置彼此相對成為兩組且排列於該箱體內的兩側，各該流體輸送裝置之該出口處分別面向該散熱模組及該散熱鰭片組，各該流體輸送裝置之該出口處產生的流體流向是分別輸送至該散熱模組及該散熱鰭片組。
如請求項6所述的浸沒式冷卻系統，更包括多個散熱模組，各該流體輸送裝置之該出口處分別面向各該散熱模組並將該熱傳流體導流至各該散熱模組。
如請求項6所述的浸沒式冷卻系統，其中該導流構件具有多個導流板，各該導流板分別相鄰位於各該流體輸送裝置之該出口處，各該導流板用以將各該流體輸送裝置所輸送之該熱傳流體分別導引至該散熱模組及該散熱鰭片組，各該導流板為一傾斜式平板，各該傾斜式平板分別與各該流體輸送裝置表面之間具有一夾角，各該夾角小於90度，各該導流板之該夾角角度可相同或不同。
如請求項8所述的浸沒式冷卻系統，更包括一電路板及多個電子元件，各該電子元件設置於該電路板上，該電路板位於該箱體內，各該散熱模組分別結合於各該電子元件。
如請求項2所述的浸沒式冷卻系統，更包括一電路板及一中央處理器，該中央處理器設置於該電路板上，該電路板位於該箱體內，該散熱模組結合於該中央處理器。
如請求項10所述的浸沒式冷卻系統，更包括多個擴充元件，各該擴充元件設置於該電路板且位於該中央處理器側邊。
如請求項10所述的浸沒式冷卻系統，其中該散熱模組具有一基座及多個散熱片，各該散熱片設置於該基座上，該基座具有多個擋板，各該擋板分別位於該些散熱片兩側，各該擋板的厚度大於各該散熱片的厚度，該基座與各該散熱片可為一體之一件式構件，或者是該基座與各該散熱片為分離之二件式構件。
如請求項12所述的浸沒式冷卻系統，其中該基座具有多個鎖接件，各該散熱片以十字型排列方式設置於該基座上，各該鎖接件鎖入於該些散熱片的四周並鎖固於該電路板。
如請求項12所述的浸沒式冷卻系統，其中各該散熱片的厚度範圍為0.8mm至1.2mm之間，各該散熱片之間的距離範圍為2.8mm至3.6mm之間。
如請求項12所述的浸沒式冷卻系統，其中各該散熱片之一長邊、該散熱鰭片組之一長邊的方向與該熱傳流體的導流方向平行，各該熱傳流體順向通過各該散熱片之間與該散熱鰭片組。
如請求項2所述的浸沒式冷卻系統，其中該冷卻通道包括一流道，該流道以連續S型方式設置於該冷卻板內，該入口位於該冷卻板一側並連接該流道，該出口位於該冷卻板另一側並連接該流道。
一種冷卻裝置，包括：一箱體，包括一開口，該開口用以將該箱體內連通至該箱體外；一散熱模組，該散熱模組位於該箱體內；以及一冷卻模組，該冷卻模組包括一冷卻板及一散熱鰭片組，該冷卻板覆蓋於該開口，該冷卻板具有一冷卻通道，該冷卻通道設於該冷卻板，該冷卻通道包含一入口及一出口，該入口及該出口分別位於該冷卻板兩側，該散熱鰭片組之一側接觸該冷卻板且該散熱鰭片組之另一側位於該箱體內。
如請求項17所述的冷卻裝置，更包括一流體輸送裝置及一導流構件，該流體輸送裝置之一出口處面向該散熱模組，該流體輸送裝置之該出口處產生的流體流向該散熱模組，該導流構件位於該箱體內，該導流構件具有一導流板，該導流板將該箱體內形成兩個分隔區域，該流體輸送裝置定位於該導流板，該導流板分隔該散熱模組與該散熱鰭片組，該散熱模組與該散熱鰭片組分別位於各該分隔區域，各該分隔區域中之流體以相反流向輸送。
一種冷卻裝置，適用於容納一熱傳流體，該冷卻裝置包括：一箱體，包括一開口，該開口用以將該箱體內連通至該箱體外，該熱傳流體位於該箱體內；一散熱模組，該散熱模組位於該箱體內；以及一冷卻模組，該冷卻模組包括一冷卻板及一散熱鰭片組，該冷卻板覆蓋於該開口，該冷卻板具有一冷卻通道，該冷卻通道設於該冷卻板，該冷卻通道包含一入口及一出口，該入口及該出口分別位於該冷卻板兩側，該散熱鰭片組之一側接觸該冷卻板且該散熱鰭片組之另一側位於該箱體內。
如請求項19所述的冷卻裝置，更包括一流體輸送裝置及一導流構件，該流體輸送裝置之一出口處面向該散熱模組，該流體輸送裝置之該出口處產生的流體流向該散熱模組，該導流構件位於該箱體內，該導流構件具有一導流板，該導流板將該箱體內形成兩個分隔區域，該流體輸送裝置定位於該導流板，該導流板分隔該散熱模組與該散熱鰭片組，該散熱模組與該散熱鰭片組分別位於各該分隔區域，各該分隔區域中之該熱傳流體以相反流向輸送。