TW202414743A - 浸沒式液冷裝置 - Google Patents
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Abstract
一種浸沒式液冷裝置，用以存放一第一冷卻液，並透過第一冷卻液對至少一發熱設備散熱。浸沒式液冷裝置包含一箱體、一蓋體以及一製冷設備。蓋體與箱體共同圍繞形成一密閉空間。密閉空間至少部分用以容納第一冷卻液與至少一發熱設備，而令密閉空間分成一液體儲存空間及一氣體儲存空間。製冷設備位於氣體儲存空間。製冷設備包含一盤管、一第一液冷式熱交換器以及一致冷晶片。第一液冷式熱交換器與盤管相連通而形成一第一循環通道。第一循環通道用以容納一第二冷卻液。致冷晶片具有一冷端。致冷晶片之冷端與第一液冷式熱交換器熱耦合。
Description
本發明係關於一種液冷裝置，特別是一種浸沒式液冷裝置。
隨著大數據時代的來臨及雲端技術的不斷發展，各行各業對高性能伺服器的要求越來越高，在提高整合度及運算速度的同時也大幅提升熱流密度及發熱量。傳統的風冷技術無法滿足其散熱需求。為了避免由於散熱不足而造成設備性能降低的情形，需要採用散熱效率更高的液冷技術。浸沒式液冷技術是將伺服器的各發熱元件如中央處理器(CPU)、圖形處理器(GPU)、雙列直插式記憶體模組(DIMM)等直接浸泡在氟化液中。高沸點的氟化液將各發熱元件產生的熱量帶走，在外部熱交換器中將熱量傳遞給其他冷卻介質或冷卻設備後再回到機櫃中進行循環以散熱。
然而，高溫的氟化液在密閉空間內會持續蒸發，達到氟化液蒸氣的飽和濕度後，氟化液蒸氣遇到溫度較低的機櫃上蓋表面會發生凝露現象。達到飽和濕度的氟化液蒸氣與上蓋表面接觸產生凝露後可能會從縫隙中滲出，滲出之氟化液無法繼續參與循環散熱而造成資源浪費或損耗。此外，對機櫃進行開蓋操作時，凝結在上蓋表面的氟化液可能會沿上蓋表面流出，流出之氟化液無法回流至機櫃中而造成資源浪費或損耗。且上蓋玻璃表面發生凝露現象後會遮擋視線，影響工作人員對機櫃內部情況進行監測。因此，如何解決凝露現象的問題便成為設計上的一大課題。
本發明在於提供一種浸沒式液冷裝置，藉以使機櫃內之冷卻液蒸氣凝結於機櫃內之冷卻盤管上並回滴於機櫃內以循環利用冷卻液，而可以避免冷卻液凝結於機櫃之上蓋表面造成冷卻液於縫隙中流失或開蓋時流失所造成之浪費，也可以避免冷卻液凝結於機櫃之上蓋玻璃表面而遮擋工作人員對機櫃內部情況監測的視線。
本發明之一實施例所揭露之浸沒式液冷裝置用以存放一第一冷卻液，並透過第一冷卻液對至少一發熱設備散熱。浸沒式液冷裝置包含一箱體、一蓋體以及一製冷設備。蓋體與箱體共同圍繞形成一密閉空間。密閉空間至少部分用以容納第一冷卻液與至少一發熱設備，而令密閉空間分成供第一冷卻液與至少一發熱設備容納之一液體儲存空間及未供冷卻液容納之一氣體儲存空間。製冷設備位於氣體儲存空間。製冷設備包含一盤管、一第一液冷式熱交換器以及一致冷晶片。第一液冷式熱交換器與盤管相連通而形成一第一循環通道。第一循環通道用以容納一第二冷卻液。致冷晶片具有一冷端以及一熱端。致冷晶片之冷端與第一液冷式熱交換器熱耦合。
根據上述實施例之浸沒式液冷裝置，由於在浸沒式液冷裝置之氣體儲存空間中裝設製冷設備，使得冷卻液蒸氣在朝蓋體上升的過程中，會先凝結於製冷設備的盤管上，而非凝結於蓋體上。如此一來，冷卻液蒸氣凝結於盤管上後就會先回滴於浸沒式液冷裝置內，除了可透過製冷設備之設置而減少冷卻液的浪費，更可減少冷卻液在透明窗上的附著量而便於工作人員透過透明窗清楚監測機櫃內部。
以上關於本發明內容的說明及以下實施方式的說明係用以示範與解釋本發明的原理，並且提供本發明的專利申請範圍更進一步的解釋。
請參閱圖1至圖3。圖1為根據本發明第一實施例所述之浸沒式液冷裝置之立體示意圖。圖2為圖1之浸沒式液冷裝置之蓋體開啟之前視示意圖。圖3為圖2之局部放大之立體示意圖。
本實施例之浸沒式液冷裝置10包含一箱體11、一蓋體12以及一製冷設備14。蓋體12可分離地蓋合於箱體11，且蓋體12與箱體11共同圍繞形成一密閉空間S。密閉空間S分成一液體儲存空間S1及一氣體儲存空間S2。液體儲存空間S1供一第一冷卻液13與多個發熱設備20容納。第一冷卻液13例如為氟化液或水。發熱設備20例如為伺服器。多個發熱設備20浸沒於第一冷卻液13中，由第一冷卻液13帶走多個發熱設備20運作時所產生的熱量。
請參閱圖3至圖5。圖4為圖3之製冷裝置放大之立體示意圖。圖5為圖4之分解示意圖。
製冷設備14位於氣體儲存空間S2。製冷設備14包含一盤管141、一第一連接管142、一第一液冷式熱交換器143、一致冷晶片145以及一第一幫浦146。盤管141圍繞透明窗121之外圍。第一連接管142用以連接第一液冷式熱交換器143與第一幫浦146。第一液冷式熱交換器143、盤管141、第一連接管142以及第一幫浦146相連通而形成一第一循環通道C1。第一循環通道C1用以容納一第二冷卻液144。第二冷卻液144例如為氟化液或水。第一幫浦146驅動第二冷卻液144於第一循環通道C1內循環流動。
致冷晶片145具有一冷端T1以及一熱端T2。致冷晶片145之冷端T1熱耦合於第一液冷式熱交換器143。所謂熱耦合，可以是透過熱傳導、熱對流或熱輻射的方式傳遞熱量。如此一來，當致冷晶片145運轉時，致冷晶片145之冷端T1會透過第一液冷式熱交換器143對第一循環通道C1中的第二冷卻液144持續冷卻。接著，冷卻後的第二冷卻液144流經盤管141，以降低盤管141的溫度。由於盤管141的溫度被低溫的第二冷卻液144降低，故當第一冷卻液13蒸氣在朝蓋體12上升的過程中，會先凝結於製冷設備的盤管141上，而非凝結於蓋體12上。因此凝結後之第一冷卻液13將回滴於浸沒式液冷裝置10內。
浸沒式液冷裝置10還可以包含一透明窗121。透明窗121位於箱體11上。密閉空間S藉由透明窗121顯露於外。製冷設備14之盤管141位於透明窗121之一側，例如製冷設備14之盤管141圍繞透明窗121之外圍，或製冷設備14之盤管141全部或部分位於透明窗121與第一冷卻液13之間。如此一來，工作人員可透過透明窗121對機櫃內部情況進行監測。
在本實施例中，浸沒式液冷裝置10之透明窗121也可以位於蓋體12上。
在本實施例中，浸沒式液冷裝置10還可以包含一透明窗121，但不以此為限。在其他實施例中，浸沒式液冷裝置也可以無設置透明窗。
浸沒式液冷裝置10還可以包含一散熱設備15，散熱設備15用以對致冷晶片145之熱端T2散熱。散熱設備15包含一第二液冷式熱交換器151、二冷卻管路152、一第二連接管153以及一第二幫浦154。第二連接管153用以連接第二液冷式熱交換器151與第二幫浦154。第二液冷式熱交換器151、二冷卻管路152、一第二連接管153、第二幫浦154以及箱體11相連通而形成一第二循環通道C2。第二循環通道C2用以容納第一冷卻液13。致冷晶片145之熱端T2與第二液冷式熱交換器151熱耦合。第二幫浦154驅動第一冷卻液13於第二循環通道C2內循環流動，使第一冷卻液13流經第二液冷式熱交換器151，並且第一冷卻液13透過第二液冷式熱交換器151對致冷晶片145之熱端T2散熱。如此一來，致冷晶片145之熱端T2透過第二循環通道C2中的第一冷卻液13持續冷卻而可以持續運作，不致熱端T2溫度過高造成致冷晶片145受損。
在本實施例中，於浸沒式液冷裝置10之氣體儲存空間S2內設置製冷設備14的目的在於，將製冷設備14設置於蓋體12靠近第一冷卻液13的一側。如此一來，第一冷卻液13蒸氣在朝蓋體12上升的過程中，會先凝結於製冷設備的盤管141上，而非凝結於蓋體12上。因此可以避免因第一冷卻液13蒸氣凝結於蓋體12上而第一冷卻液13於縫隙中流失或第一冷卻液13於打開蓋體12時流失所造成之浪費，也可以減少第一冷卻液13在透明窗121上的附著量而便於工作人員透過透明窗121清楚監測浸沒式液冷裝置10內部。此外，浸沒式液冷裝置10之散熱設備15可對致冷晶片145的熱端T2循環冷卻，使得致冷晶片145維持正常運作而不致因溫度過高而受損。
浸沒式液冷裝置10之製冷設備14還可以包含一溫控裝置147。溫控裝置147包含一溫度感應器1471以及一溫度控制器1472。溫度感應器1471熱耦合於致冷晶片145，並感應致冷晶片145當前之溫度。溫度控制器1472電性連接於致冷晶片145，並透過溫度感應器1471所感應致冷晶片145當前之溫度控制致冷晶片145之溫度。
在本實施例中，浸沒式液冷裝置10之製冷設備14還可以包含一溫控裝置147，但不以此為限。在其他實施例中，浸沒式液冷裝置之製冷設備也可以無設置溫控裝置。
在本實施例中，浸沒式液冷裝置10還可以包含一風扇16。風扇16位於氣體儲存空間S2中。風扇16可產生一擾動氣流，且擾動氣流帶動氣體儲存空間中S2之第一冷卻液13蒸氣流動。如此一來，氣體儲存空間S2中各處之第一冷卻液13蒸氣可以快速達成均溫，使第一冷卻液13蒸氣可以均勻凝結於盤管141上並回滴於浸沒式液冷裝置10內。
在本實施例中，浸沒式液冷裝置10的風扇16數量為一個，但不以此為限。在其他實施例中，風扇的數量也可以為多個，或浸沒式液冷裝置也可以無設置風扇。
浸沒式液冷裝置10之製冷設備14還可以包含一電路模組148。電路模組148電性連接於致冷晶片145，透過電路模組148傳輸電力至致冷晶片145，使致冷晶片145通電後產生冷端T1以及熱端T2。
請參閱圖6。圖6為圖1之製冷設備與散熱設備冷卻循環之系統示意圖。
在本實施例中，致冷晶片145之冷端T1熱耦合於第一液冷式熱交換器143，並對流經第一液冷式熱交換器143的第二冷卻液144進行冷卻。如此一來，經冷卻後之第二冷卻液144流經盤管141並對盤管141冷卻，使得盤管141溫度低於第一冷卻液13蒸氣溫度，因此第一冷卻液13蒸氣將先凝結於盤管141上，而非凝結於蓋體12表面上。
在本實施例中，致冷晶片145之熱端T2熱耦合於第二液冷式熱交換器151，且第二循環通道C2中的第一冷卻液13流經第二液冷式熱交換器151，並對致冷晶片145之熱端T2進行冷卻。如此一來，致冷晶片145之熱端T2可透過第一冷卻液13持續冷卻而不會使致冷晶片145之熱端T2溫度過高造成致冷晶片145受損。
根據上述實施例之浸沒式液冷裝置，由於在浸沒式液冷裝置之氣體儲存空間中裝設製冷設備，使得冷卻液蒸氣在朝蓋體上升的過程中，會先凝結於製冷設備的盤管上，而非凝結於蓋體上。如此一來，冷卻液蒸氣凝結於盤管上後就會先回滴於浸沒式液冷裝置內，除了可透過製冷設備之設置而減少冷卻液的浪費，更可減少冷卻液在透明窗上的附著量而便於工作人員透過透明窗清楚監測機櫃內部。
雖然本發明以前述之諸項實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。
10:浸沒式液冷裝置
11:箱體
12:蓋體
121:透明窗
13:第一冷卻液
14:製冷設備
141:盤管
142:第一連接管
143:第一液冷式熱交換器
144:第二冷卻液
145:致冷晶片
146:第一幫浦
147:溫控裝置
1471:溫度感應器
1472:溫度控制器
148:電路模組
15:散熱設備
151:第二液冷式熱交換器
152:冷卻管路
153:第二連接管
154:第二幫浦
16:風扇
20:發熱設備
C1:第一循環通道
C2:第二循環通道
S:密閉空間
S1:液體儲存空間
S2:氣體儲存空間
T1:冷端
T2:熱端
圖1為根據本發明第一實施例所述之浸沒式液冷裝置之立體示意圖。
圖2為圖1之浸沒式液冷裝置之蓋體開啟之前視示意圖。
圖3為圖2之局部放大之立體示意圖。
圖4為圖3之製冷裝置放大之立體示意圖。
圖5為圖4之分解示意圖。
圖6為圖1之製冷設備與散熱設備冷卻循環之系統示意圖。
10:浸沒式液冷裝置
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20:發熱設備
C1:第一循環通道
C2:第二循環通道
S:密閉空間
S1:液體儲存空間
S2:氣體儲存空間
Claims (10)
- 一種浸沒式液冷裝置，用以存放一第一冷卻液，並透過該第一冷卻液對至少一發熱設備散熱，該浸沒式液冷裝置包含： 一箱體；一蓋體，該蓋體與該箱體共同圍繞形成一密閉空間，該密閉空間至少部分用以容納該第一冷卻液與該至少一發熱設備，而令該密閉空間分成供該第一冷卻液與該至少一發熱設備容納之一液體儲存空間及未供該冷卻液容納之一氣體儲存空間；以及一製冷設備，位於該氣體儲存空間，包含：一盤管；一第一液冷式熱交換器，該第一液冷式熱交換器與該盤管相連通而形成一第一循環通道，該第一循環通道用以容納一第二冷卻液；以及一致冷晶片，該致冷晶片具有一冷端以及一熱端，該致冷晶片之該冷端與該第一液冷式熱交換器熱耦合。
- 如請求項1所述之浸沒式液冷裝置，更包含一透明窗，該透明窗位於該箱體上或該蓋體上，且該密閉空間藉由該透明窗顯露於外，該製冷設備之該盤管位於該透明窗之一側。
- 如請求項1所述之浸沒式液冷裝置，其中該製冷設備包含一第一幫浦，該第一幫浦與該盤管相連通，並提供該第二冷卻液於該第一循環通道內循環流動之動力。
- 如請求項3所述之浸沒式液冷裝置，更包含一散熱設備，該散熱設備包含一第二液冷式熱交換器以及二冷卻管路，該致冷晶片之該熱端與該第二液冷式熱交換器熱耦合，且該第二液冷式熱交換器、該二冷卻管路以及該箱體相連通而形成一第二循環通道，該第二循環通道用以容納該第一冷卻液。
- 如請求項4所述之浸沒式液冷裝置，其中該散熱設備包含一第二幫浦，該第二幫浦與該二冷卻管路相連通，並提供該第一冷卻液於該第二循環通道內循環流動之動力。
- 如請求項1所述之浸沒式液冷裝置，其中該製冷設備包含一溫控裝置，該溫控裝置包含一溫度感應器以及一溫度控制器，該溫度感應器熱耦合於該致冷晶片，並感應該致冷晶片當前之溫度，該溫度控制器電性連接於該致冷晶片，並透過該溫度感應器所感應該致冷晶片當前之溫度控制該致冷晶片之溫度。
- 如請求項1所述之浸沒式液冷裝置，更包含至少一風扇，該至少一風扇位於該氣體儲存空間中，且該至少一風扇產生一擾動氣流，該擾動氣流帶動該氣體儲存空間中之氣體流動。
- 如請求項1所述之浸沒式液冷裝置，其中該製冷設備包含一電路模組，電性連接於該致冷晶片，透過該電路模組傳輸電力至該致冷晶片。
- 如請求項4所述之浸沒式液冷裝置，其中該第一冷卻液係為氟化液或水。
- 如請求項1所述之浸沒式液冷裝置，其中該第二冷卻液係為氟化液或水。
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