TWI445289B - 伺服器機櫃之冷卻流管 - Google Patents

Description

伺服器機櫃之冷卻流管

一種機櫃及其流管，特別是一種用於伺服器的機櫃及其冷卻流管。

目前用於機櫃式伺服器的散熱模組，係多採用氣冷式的散熱模式。其原理係於機櫃內之一托盤上的熱源上設置一散熱鰭片，並於機櫃上設置一散熱風扇模組，令熱風扇模組所產生的強制熱對流而協助熱源進行散熱。然而，在散熱鰭片對熱源散熱的同時，也相對造成其他熱源散熱的問題。舉例而言，當一氣流流經前端的熱源而移除此熱源所產生的熱能時，氣流的溫度即被升高，如此一來將不利於後端熱源的散熱。

相較之下，液冷式的散熱模組提供了另一種的散熱模式。由於液冷式的散熱模組並非以空氣進行冷卻降溫，因此不需考慮氣流流動所需的流道空間。液冷式的散熱模組係包含一冷卻裝置及連接於冷卻裝置的一冷卻管路，冷卻裝置及冷卻管路係設置於機櫃上，冷卻管路並連接設置於熱源上的一熱交換器。藉由冷卻裝置提供一冷卻流體，使冷卻流體經由冷卻管路流至熱交換器，令冷卻流體於熱交換器內進行熱交換，以將熱源所產生的熱能移除。

其中，承載熱源的每一托盤係互相堆疊設置，使得每一熱交換器具有不同的相對高度。冷卻管路通常係以垂直擺放的方式設置於機櫃上，以能夠對應連接於所有上下堆疊排列的熱交換器。然而當冷卻流體於冷卻管路內流動時，冷卻流體係朝平行於重力方向而流動，使得冷卻管路內之不同水平高度的冷卻流體之間具有壓差的存在。如此一來，使得每一熱交換器因受流體壓差的影響，造成每一熱交換器所獲得之冷卻流體的流量不相同，進而使每一熱交換器的散熱效率不一致。

本發明提供一種伺服器機櫃之冷卻流管，藉以改善每一熱交換器因受流體壓差的影響，使得每一熱交換器所獲得之冷卻流體的流量不相同，造成每一熱交換器的散熱效率不一致之問題。

本發明所揭露之伺服器機櫃之冷卻流管，伺服器機櫃適於容設至少一托盤。托盤承載有至少一熱源以及設置於熱源上的一熱交換器。伺服器機櫃之冷卻流管包含一第一冷卻流管、一第二冷卻流管及一冷卻循環動力裝置。第一冷卻流管包含互相串聯的多個管體及至少一調節閥門。每一管體內區隔有相鄰的一第一腔室及一第二腔室，相鄰的兩管體之第二腔室係互相連通，每一管體上具有至少一連接口連通第一腔室，連接口適於連接熱交換器。調節閥門設置於其中一腔室內，管體內的第一腔室係透過調節閥門而連通管體內的第二腔室。第二冷卻流管適於連接熱交換器，冷卻循環動力裝置連接第一冷卻流管及第二冷卻流管。其中，冷卻循環動力裝置用以驅動一冷卻流體流入第一冷卻流管的這些管體之這些第二腔室。調節閥門用以調整對應的管體內之由第二腔室流進第一腔室的冷卻流體之流量，令冷卻流體由第一腔室流入熱交換器而對熱源進行熱交換，然後再經由第二冷卻流管流回冷卻循環動力裝置。

本發明所揭露之冷卻流管，包含互相串聯的多個管體及至少一調節閥門。每一管體內區隔有相鄰的一第一腔室及一第二腔室，相鄰的兩管體之第二腔室係互相連通，每一管體的一壁面上具有至少一連接口連通第一腔室。調節閥門設置於其中一管體內，管體內的第一腔室係透過調節閥門而連通管體內的第二腔室。

根據上述本發明所揭露之伺服器機櫃及其冷卻流管，冷卻流管係包含多個串聯的管體。並且，至少一管體內可設置有一調節冷卻流體流量的調節閥門，以令調節閥門控制冷卻流體的出液量。藉此，使得位於不同高度的每一管體的冷卻流體之出液量能夠較為平均一致，以確保每一托盤上的熱交換器可獲得相近的冷卻流體之流量，以令每一熱交換器具有相近的散熱效率。

有關本發明的特徵、實作與功效，茲配合圖式作最佳實施例詳細說明如下。

請參照「第1圖」，「第1圖」所示為一實施例之伺服器機櫃的結構示意圖。

本實施例之伺服器機櫃10，適用於容設多個托盤20、20’。托盤20、20’分別承載有兩熱源42、42’以及設置於熱源42、42’上的一熱交換器30、30’。以其中一托盤20為例，托盤20係用以承載伺服器之主機板40，熱源42則是位於主機板40上的運算晶片或是其他可產生熱能的電子元件。熱交換器30係以熱接觸的型態設置於熱源42上，熱交換器30用以排除熱源42所產生的熱能，以避免伺服器機櫃10內的溫度過高。

伺服器機櫃10包含一櫃體100、一第一冷卻流管110、一第二冷卻流管120及一冷卻循環動力裝置130。以其中一托盤20為例，當托盤20容設於櫃體100內時，熱源42上的熱交換器30則可分別連接於第一冷卻流管110及一第二冷卻流管120。詳細而言，熱交換器30係具有兩導管32、34。藉由導管32連接於第一冷卻流管110以及導管34連接於第二冷卻流管120，使熱交換器30分別連接於第一冷卻流管110及第二冷卻流管120。

此外，冷卻循環動力裝置130可以包含一冷卻器及一幫浦，冷卻循環動力裝置130係連接第一冷卻流管110及一第二冷卻流管120。冷卻循環動力裝置130用以驅動一冷卻流體流經第一冷卻流管110而至熱交換器30，以令冷卻流體與熱交換器30進行熱交換，以將熱交換器30所吸收的熱能移除。經熱交換後的冷卻流體由熱交換器30流出至第二冷卻流管120，冷卻流體並由第二冷卻流管120流入冷卻循環動力裝置130進行冷卻以將熱能排除。如此一來，即完成冷卻流體的一次循環運作。

請接著參照「第2圖」至「第4圖」，並同時搭配「第1圖」。「第2圖」所示為一實施例之冷卻流管的結構示意圖，「第3圖」所示為一實施例之冷卻流管的結構局部放大圖，「第4圖」所示為一實施例之冷卻流管的結構局部剖視圖。

其中，本實施例之第一冷卻流管110包含互相串聯的多個管體111及至少一調節閥門112。需注意的是，本實施例之圖式的第一冷卻流管110係由五個管體111互相串聯所構成，但管體111的數量非用以限定本發明。熟悉此項技藝者可根據實際櫃體100的尺寸大小而加以調整管體111的數量。並且，本實施例之調節閥門112的數量係可匹配於管體111的數量即可。

由於每一管體111的內部結構相似，因此後續第一冷卻流管110的詳細結構將針對第一冷卻流管110之第一端1101的相鄰的兩管體111、111’來做說明。

本實施例之管體111內區隔有相鄰的一第一腔室1111及一第二腔室1112，管體111’內區隔有相鄰的一第一腔室1111，及一第二腔室1112’。以管體111為例而更進一步說明，管體111內係具有一牆體1113，牆體1113沿著管體111的縱向方向延伸，以將管體111的內部空間區隔出縱向延伸的第一腔室1111及第二腔室1112。並且，本實施例之調節閥門112係設置於第二腔室1112內，第一腔室1111係透過調節閥門112而連通第二腔室1112。更進一步來說，調節閥門112係用以控制由第二腔室1112流進第一腔室1111的冷卻流體之流量。此外，相鄰的兩管體111、111’之第二腔室1112及第二腔室1112’係互相連通，使得流入第二腔室1112的冷卻流體可繼續流向第二腔室1112’。需注意的是，本實施例係以調節閥門112設置於第二腔室1112內為例，但此特徵非用以限定本發明。舉例來說，調節閥門112也可以是設置於第一腔室1111內。

此外，管體111的一壁面1110上具有至少一連接口1114連通第一腔室1111。連接口1114係用以連接熱交換器30的導管32，第一腔室1111內的冷卻流體係經由連接口1114而流至熱交換器30。並且，相鄰的兩管體111、111’之第一腔室1111及第一腔室1111’係被一或一個以上的壁體所阻隔，使得由第二腔室1112流入第一腔室1111的冷卻流體無法繼續流向第一腔室1111’。其中，阻隔第一腔室1111及第一腔室1111’的壁體係可設置於管體111及管體111’之間，或者壁體可同時設置於管體111及管體111’。就本實施例來說，第一冷卻流管110更可具有一第一接合件114，第一腔室1111及第一腔室1111’係被第一接合件114的壁體所阻隔。更詳細來說，第一接合件114設置於相鄰的管體111及管體111’之間，第一接合件114阻隔相鄰的第一腔室1111及第一腔室1111’。此外，第一接合件114具有一穿孔1141，相鄰的第二腔室1112及第二腔室1112’係透過穿孔1141而相互連通。

並且，本實施例之第一冷卻流管110更具有一第二接合件115，第二接合件115具有一流體出入口1151。第二接合件115設置於管體111連接冷卻循環動力裝置130的一端，第二接合件115封閉住管體111之第一腔室1111，管體111的第二腔室1112透過流體出入口1151連接於冷卻循環動力裝置130。更進一步來說，冷卻循環動力裝置130驅使冷卻流體經由管體111的流體出入口1151進入第二腔室1112，第二腔室1112內的部分冷卻流體經由調節閥門112流至第一腔室1111，第二腔室1112內的另一部分之冷卻流體則經由穿孔1141流至相鄰之管體111’的第二腔室1112’。由第二腔室1112流至第二腔室1112’的冷卻流體更可藉由調節閥門112’而流至同一個管體111’的第一腔室1111’或是繼續流往下一個相鄰之管體的第二腔室。

此外，本實施例之第一冷卻流管110更具有一封閉件119，封閉件119設置於第一冷卻流管110的第二端1101之管體111”端緣處。封閉件119同時封閉住第二端1101之管體111”的第一腔室1111”及第二腔室1112”，以避免管體111”內的冷卻流體外漏。

請繼續參照「第1圖」並同時搭配「第4圖」。本實施例之櫃體100的底部更可具有一支撐腳架140，櫃體100藉由支撐腳架140而設置於一平面上。並且，托盤20、20’係以上下堆疊的方式設置於本實施例之伺服器機櫃10的櫃體100內，而第一冷卻流管110及一第二冷卻流管120係以直立設置的方式設置於櫃體100上，以使第一冷卻流管110及一第二冷卻流管120能夠同時匹配托盤20、20’所設置的位置。以第一冷卻流管110為例而更進一步來說，第一冷卻流管110係具有相對的一第一端1101及一第二端1102，且第一端1101至支撐腳架140的距離小於第二端1102至支撐腳架140的距離。意即，第一端1101的相對高度小於第二端1102的相對高度。需注意的是，第一冷卻流管110及一第二冷卻流管120的設置方式並非用以限定本發明，只要第一冷卻流管110的第二端1102之相對高度大於第一端1101之相對高度即可。

並且，第一冷卻流管110係以第一端1101連接於冷卻循環動力裝置130，使得位於第一冷卻流管110內冷卻流體係由第一端1101朝第二端1102流動，意即第一冷卻流管110內的冷卻流體係由下朝上流動。值得一提的是，由熱交換器30流出至第二冷卻流管120內的冷卻流體之流向，則是與第一冷卻流管110內的冷卻流體之流向相反，意即第二冷卻流管120內的冷卻流體是由上朝下流動。

綜上所述，本實施例之第一冷卻流管110係藉由管體111內的調節閥門112來控制由管體111流出至熱交換器30的冷卻流體之流量，藉以改善位於不同高度的每一管體111的冷卻流體之出液量可趨於一致。

舉例來說，如「第1圖」所示之托盤20與托盤20’係為於不同的水平高度，托盤20至支撐腳架140的距離係小於托盤20’至支撐腳架140的距離。意即，托盤20’位於托盤20的上方。其中，托盤20’上的熱交換器30’連接於第一冷卻流管110的管體111’，托盤20上的熱交換器30則連接於第一冷卻流管110的管體111。由於管體111位於管體111’的下方，使得管體111內的冷卻流體之壓力大於管體111’內的冷卻流體之壓力。本創作分別藉由調整管體111及管體111’內的調節閥門112及調節閥門112’，使調節閥門112的閥口略小於調節閥門112’的閥口而均化管體111及管體111’的出液流量，減少托盤20上的熱交換器30與托盤20’上的熱交換器30’內的冷卻流體的流量差異。

如此一來，即使櫃體100上容設有多個具有不同相對高度位置的托盤20，皆可藉由調整每一管體111內的調節閥門112來改善每一托盤20上的熱交換器30獲得冷卻流體之流量差異，以使每一熱交換器30的散熱效率能夠趨於一致。

此外，本實施例之第一冷卻流管110更具有數量匹配於調節閥門112的驅動器113，驅動器113與連接口1114係位於第一冷卻流管110的相對兩側。驅動器113可為一馬達，且驅動器113連接調節閥門112，驅動器113係作為調節閥門112之動力源。驅動器113用以驅動調節閥門112，以令調節閥門112控制冷卻流體的出液流量。藉由訊號個別控制每一驅動器113，可以達到即時、自動的對管體111或管體111’的流量進行調節。此外，第一冷卻流管110上更具有數量匹配於管體111數量的支架1115，支架1115與驅動器113位於管體111的相同之一側。支架1115可用以供第一冷卻流管110固定於櫃體100上。

並且，本實施例之管體111係為模組化設計，意即每一管體111、111’、111”的外型皆可相同。組裝者可視實際需求而調整管體111、111’、111”的數量，並搭配第一接合件114、第二接合件115及封閉件119而使多個管體111串接成一具有預期長度的第一冷卻流管110。並且為了因應模組化的需求，本實施例之第二冷卻流管120的結構係可採用與第一冷卻流管110相同的模式。需注意的是，第二冷卻流管120的結構並非一定要與第一冷卻流管110相同。在另一實施例當中，第二冷卻流管120也可以是一普通的流管，而僅第一冷卻流管110具有分段調節冷卻流體之流量的功效即可達成本實施例之功效。

此外，本實施例之調節閥門112係設置於每一管體111的第二腔室1112內且位於每一管體111的相對高點處。其中，每一管體111的相對高點處係指每一管體111距離支撐腳架140較遠的一端。如此的結構設計，可減少調節閥門112所承受的液體壓力之影響。

此外，第一冷卻流管110更可具有三密封環116、117、118。密封環116環設於管體111與第一接合件114之間，密封環116用以密封住第一接合件114與管體111之間的組裝間隙。密封環117環設於管體111與調節閥門112之間，密封環117用以密封住調節閥門112與管體111之間的組裝間隙。密封環118環設於管體111與第二接合件115之間，密封環118用以密封住第二接合件115與管體111之間的組裝間隙。藉由密封環116、117、118的設置，可確保第一冷卻流管110內的冷卻流體不會有外漏的情況發生。

請接著參照「第5圖」至「第7圖」並同時搭配「第4圖」，「第5圖」至「第7圖」所示為一實施例之調節閥門的運作示意圖。

本實施例之調節閥門112包含一外管件1125及一內管件1122，外管件1125設置於第二腔室1112。外管件1125具有一環形側壁1127，環型側壁1127上具有一外閥口1126，外閥口1126連通第二腔室1112。內管件1122樞設於外管件1125內而可相對外管件1125旋轉，內管件1122具有相互連通的一內閥口1123及一開口1121。其中，內管件1122具有一環形側壁1124，內閥口1123位於環形側壁1124上，開口1121位於環形側壁1124的一端。開口1121連通第一腔室1111，內閥口1123對應於外閥口1126。

其中，驅動器113驅動內管件1122相對外管件1125旋轉，使得內閥口1123與外閥口1126的位置係不相重疊，如「第5圖」所示。此時，調節閥門112係為一關閉狀態，第二腔室1112內的冷卻流體將無法流至第一腔室1111。

其中，驅動器113驅動內管件1122相對外管件1125旋轉，使得內閥口1123與外閥口1126的位置係部份重疊，如「第6圖」所示。此時，調節閥門112係為一半開狀態，第二腔室1112內的冷卻流體可透過由內閥口1123與外閥口1126共同形成的一連通口而流至第一腔室1111。

其中，驅動器113驅動內管件1122相對外管件1125旋轉，使得內閥口1123與外閥口1126的位置係完全重疊，如「第7圖」所示。此時，調節閥門112係為一全開狀態，第二腔室1112內的冷卻流體可大量地透過由內閥口1123與外閥口1126共同形成的一連通口而流至第一腔室1111。

因此，藉由上述內管件1122相對外管件1125的活動配置，使調節閥門112可藉由整內閥口1123與外閥口1126的相對位置，以形成各種不同尺寸大小的連通口。如此一來，即可控制由第二腔室1112流至第一腔室1111的冷卻流體之流量。

根據上述本實施例所揭露之伺服器機櫃及其冷卻流管，冷卻流管係包含多個串連的管體。其中，至少一管體內可設置有一調節閥門，以令調節閥門控制冷卻流體的出液量。藉此，使得位於不同高度的每一管體的冷卻流體出液量能夠趨於一致，以確保每一托盤上的熱交換器獲得較為一致的冷卻流體之流量，以令每一熱交換器具有較為一致的散熱效率。

並且，藉由管體的模組化，使得組裝者可視實際需求而調整管體的使用數量，並搭配第一接合件、第二接合件及封閉件而使多個管體串接成預期長度的冷卻流管。如此一來，本實施例之冷卻流管可運用於各種尺寸外型的伺服器機櫃，以節省額外的模具成本。

雖然本發明揭露如上所述，然並非用以限定本發明，任何熟習相關技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，舉凡依申請範圍所述之形狀、構造、特徵及精神當可做些許之變更，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．．．伺服器機櫃

100．．．櫃體

110．．．第一冷卻流管

1101．．．第一端

1102．．．第二端

111．．．管體

111’．．．管體

111”．．．管體

1110．．．壁面

1111．．．第一腔室

1111’．．．第一腔室

1111”．．．第一腔室

1112．．．第二腔室

1112’．．．第二腔室

1112”．．．第二腔室

1113．．．牆體

1114．．．連接口

1114’．．．連接口

1115．．．支架

1115’．．．支架

112．．．調節閥門

1121．．．開口

1122．．．內管件

1123．．．內閥口

1124．．．環形側壁

1125．．．外管件

1126．．．外閥口

1127．．．環形側壁

112’．．．調節閥門

113．．．驅動器

113’．．．驅動器

114．．．第一接合件

1141．．．穿孔

115．．．第二接合件

1151．．．流體出入口

116．．．密封環

117．．．密封環

118．．．密封環

119．．．封閉件

120．．．第二冷卻流管

130．．．冷卻循環動力裝置

140．．．支撐腳架

20．．．托盤

20’．．．托盤

30．．．熱交換器

30’．．．熱交換器

32．．．導管

32’．．．導管

34．．．導管

34’．．．導管

40．．．主機板

40’．．．主機板

42．．．熱源

42’．．．熱源

第1圖所示為一實施例之伺服器機櫃的結構示意圖。

第2圖所示為一實施例之冷卻流管的結構示意圖。

第3圖所示為一實施例之冷卻流管的結構局部放大圖。

第4圖所示為一實施例之冷卻流管的結構局部剖視圖。

第5圖至第7圖所示為一實施例之調節閥門的運作示意圖。

10．．．伺服器機櫃

100．．．櫃體

110．．．第一冷卻流管

1101．．．第一端

1102．．．第二端

111．．．管體

111’．．．管體

120．．．第二冷卻流管

130．．．冷卻循環動力裝置

140．．．支撐腳架

20．．．托盤

20’．．．托盤

30．．．熱交換器

30’．．．熱交換器

32．．．導管

32’．．．導管

34．．．導管

34’．．．導管

40．．．主機板

40’．．．主機板

42．．．熱源

42’．．．熱源

Claims (10)

1. 一種伺服器機櫃之冷卻流管，該伺服器機櫃適於容設至少一托盤，該托盤承載有至少一熱源以及設置於該熱源上的一熱交換器，該伺服器機櫃之冷卻流管包含：一第一冷卻流管，包含：互相串聯的多個管體，每一該管體內區隔有相鄰的一第一腔室及一第二腔室，相鄰的兩該管體之該第二腔室係互相連通，每一該管體上具有至少一連接口連通該第一腔室，該連接口適於連接該熱交換器；以及多個調節閥門，設置於每一該管體內，每一該管體內的該第一腔室係透過該調節閥門而連通該管體內的該第二腔室；一第二冷卻流管，適於連接該熱交換器；以及一冷卻循環動力裝置，連接該第一冷卻流管及該第二冷卻流管；其中，該冷卻循環動力裝置用以驅動一冷卻流體流入該第一冷卻流管的該些管體之該些第二腔室，該調節閥門用以調整對應的該管體內之由該第二腔室流進該第一腔室的該冷卻流體之流量，令該冷卻流體由該第一腔室流入該熱交換器而對該熱源進行熱交換，該冷卻流體並經由該第二冷卻流管流回該冷卻循環動力裝置。
2. 如請求項第1項所述之伺服器機櫃之冷卻流管，其中該第一冷卻流管具有相對的一第一端及一第二端，該第一端的相對高度 小於該第二端的相對高度。
3. 如請求項第1項所述之伺服器機櫃之冷卻流管，其中該第一冷卻流管更具有至少一驅動器，該驅動器連接該調節閥門，該驅動器係為該調節閥門之動力源。
4. 如請求項第1項所述之伺服器機櫃之冷卻流管，其中每一該調節閥門更包含：一外管件，設置於該第二腔室，該外管件具有一外閥口，連通該第二腔室；以及一內管件，樞設於該外管件內，該內管件具有相互連通的一內閥口及一開口，該開口連通該第一腔室，該內閥口對應於該外閥口，該內管件用以相對該外管件旋轉，以令該內閥口連通於該外閥口。
5. 如請求項第1項所述之伺服器機櫃之冷卻流管，其中該第一冷卻流管更具有一第一接合件，設置於相鄰的兩該管體之間，該第一接合件阻隔相鄰的兩該第一腔室，該第一接合件具有一穿孔，相鄰的兩該第二腔室透過該穿孔而相連通。
6. 如請求項第1項所述之伺服器機櫃之冷卻流管，其中該第一冷卻流管更具有一第二接合件，該第二接合件具有一流體出入口，該第二接合件設置於連接該冷卻循環動力裝置的該管體之一端，該第二接合件封閉住該管體之該第一腔室，該管體的該第二腔室透過該流體出入口連接於該冷卻循環動力裝置。
7. 一種冷卻流管，包含：互相串聯的多個管體，每一該管體內區隔有相鄰的一第一腔室及一第二腔室，相鄰的兩該管體之該第二腔室係互相連通，每一該管體的一壁面上具有至少一連接口連通該第一腔室；以及多個調節閥門，設置於每一該管體內，每一該管體內的該第一腔室係透過該調節閥門而連通該管體內的該第二腔室。
8. 如請求項第7項所述之冷卻流管，更具有至少一驅動器，該驅動器連接該調節閥門，該驅動器係為該調節閥門之動力源。
9. 如請求項第7項所述之冷卻流管，其中每一該調節閥門更包含：一外管件，設置於該第二腔室，該外管件具有一外閥口，連通該第二腔室；以及一內管件，樞設於該外管件內，該內管件具有相連通的一內閥口及一開口，該開口連通該第一腔室，該內閥口對應於該外閥口，該內管件用以相對該外管件旋轉，以令該內閥口連通於該外閥口。
10. 如請求項第7項所述之冷卻流管，更包含一第一接合件，設置於相鄰的兩該管體之間，該第一接合件阻隔相鄰的兩該第一腔室，該第一接合件具有一穿孔，相鄰的兩該第二腔室透過該穿孔而相連通。