TWI494529B - 冷卻裝置 - Google Patents

Description

冷卻裝置

本發明係關於一種冷卻裝置，尤其是一種模組化之冷卻裝置。

隨著時代的演進，資料的存取量逐步增大，除了處理這些資料存取的伺服器的工作量增加，伺服器的數量也逐步增加。在伺服器的工作量增加的情況下，伺服器中各個伺服主機的電子元件的運算量也跟著增加。故業界通常會在擺放伺服器的機房中，設置以壓縮機運作的空調系統，使擺放伺服器的機房的溫度下降，以避免伺服器的電子元件過熱而損毀。然而，在一個機房中擺放少量的伺服器，則浪費空調系統的運作效能。在伺服器擺滿機房的情況下，若要少量增加伺服器的數量，勢必得再開闢新的機房及其中的空調系統。如此一來，會導致擴增成本的大量增加。且在擴充少量伺服器的數量卻又得擴建新的機房時，又會遇到機房中擺放少量的伺服器而浪費空調系統的運作效能的問題。導致業者通常無法靈活的增減伺服器的數量，而在改變伺服架構規模時容易產生困擾。因此，能夠靈活調整空調系統以及伺服器的數量，是業界目前欲解決的課題。

有鑑於上述問題，本發明提供一種冷卻裝置，藉由模組化之冷卻裝置靈活調整冷卻裝置與伺服器之間的配置。

本發明提供一種冷卻裝置，用以與一伺服器連接且冷卻伺服 器。伺服器包括一第一負載管路及一第二負載管路。第一負載管路用以冷卻進入伺服器內之一氣體，第二負載管路用以與伺服器內之一電子元件熱接觸以冷卻電子元件。冷卻裝置包括一櫃體及一熱交換器。櫃體具有一第一櫃體出口、一第一櫃體入口、一第二櫃體出口、一第二櫃體入口、一冷卻流體出口及一冷卻流體入口。第一櫃體出口及第一櫃體入口用以連接至第一負載管路。第二櫃體出口及第二櫃體入口用以連接至第二負載管路。冷卻流體入口用以連接一冷卻流體之來源。冷卻流體出口用以排放冷卻流體。熱交換器設置於櫃體內。熱交換器具有彼此熱接觸之一第一循環管路、一第二循環管路及一冷卻管路。第一循環管路之二端分別連接至第一櫃體出口及第一櫃體入口。第二循環管路之二端分別連接至第二櫃體出口及第二櫃體入口。冷卻管路之二端分別連接至冷卻流體出口及冷卻流體入口。第一循環管路提供一第一流體流通。第二循環管路提供一第二流體流通。冷卻管路提供冷卻流體流通。櫃體及熱交換器構成模組化之冷卻裝置。

根據本發明之冷卻裝置，由於櫃體及熱交換器能構成模組化之冷卻裝置，而在架設由冷卻裝置及伺服器構成之伺服架構時，能抽換模組化之冷卻裝置，以靈活調整冷卻裝置以及伺服器的數量。在擴充伺服器數量時，僅需增加冷卻裝置的數量，即可達到足夠的冷卻能力。冷卻裝置與伺服器也能夠分開搬運，以利配置於不同機房。當要擴充伺服器數量時，也僅需要將冷卻裝置與伺服器從小機房搬到大機房即可，而不必另闢新的機房及空調系統。

以上之關於本發明內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

請參照第1圖，繪示依照本發明之實施例之冷卻裝置10之架構圖。本發明之冷卻裝置10能與一伺服器20連接。伺服器20包括一第一負載管路210及一第二負載管路220。第一負載管路210用以冷卻進入伺服器20內之一氣體。第二負載管路220用以與伺服器20內之一電子元件230熱接觸以冷卻電子元件230。冷卻裝置10包括一櫃體110及一熱交換器120。櫃體110具有一第一櫃體出口111、一第一櫃體入口112、一第二櫃體出口113、一第二櫃體入口114、一冷卻流體出口115及一冷卻流體入口116。第一櫃體出口111及第一櫃體入口112用以連接至第一負載管路210。第二櫃體出口113及第二櫃體入口114用以連接至第二負載管路220。冷卻流體入口116用以連接一冷卻流體之來源(未繪示)。冷卻流體出口115用以排放冷卻流體。熱交換器120設置於櫃體 110內。熱交換器120具有彼此熱接觸之一第一循環管路121、一第二循環管路122及一冷卻管路123。第一循環管路121之二端分別連接至第一櫃體出口111及第一櫃體入口112。第二循環管路122之二端分別連接至第二櫃體出口113及第二櫃體入口114。冷卻管路123之二端分別連接至冷卻流體出口115及冷卻流體入口116。第一循環管路121提供一第一流體流通。第二循環管路122提供一第二流體流通。冷卻管路123提供冷卻流體流通。

於本實施例中，冷卻裝置10還包括一第一流體槽131、一第一流體泵141及一第一緩衝槽151。第一流體槽131設置於第一循環管路121及第一櫃體出口111之間。第一流體泵141設置於第一流體槽131及第一櫃體出口111之間。第一緩衝槽151連接至第一流體槽131。

冷卻裝置10還包括一第二流體槽132、一第二流體泵142及一第二緩衝槽152。第二流體槽132設置於第二循環管路122及第二櫃體出口113之間。第二流體泵142設置於第二流體槽132及第二櫃體出口113之間。第二緩衝槽152連接至第二流體槽132。

冷卻裝置10還包括一第一過濾裝置161、一第二過濾裝置162及一第三過濾裝置163。第一過濾裝置161設置於第一循環管路121及第一櫃體入口112之間。第二過濾裝置162設置於第二循環管路122及第二櫃體入口114之間。第三過濾裝置163設置於冷卻管路123及冷卻流體入口116之間。

藉此，櫃體110、熱交換器120、第一流體槽131、第二流體 槽132、第一流體泵141、第二流體泵142、第一緩衝槽151、第二緩衝槽152、第一過濾裝置161、第二過濾裝置162及第三過濾裝置163能構成模組化之冷卻裝置10。

於本實施例中，熱交換器120能為板式熱交換器，但不限於此。熱交換器120能為其他類型之熱交換器。第一流體與第二流體能為相異物質，第一流體與冷卻流體能為相同物質。第一流體及冷卻流體能為液態水。第二流體能為冷媒。更甚者，此冷媒的液態-氣態之相變化溫度能低於電子元件230的運作溫度。

當組裝冷卻裝置10與伺服器20後，冷卻裝置10能冷卻伺服器20。詳言之，第一流體泵141能將儲存於第一流體槽131的第一流體經由第一櫃體出口111打出櫃體110，並打入伺服器20之第一負載管路210。第一負載管路210能設置於伺服器20之入風口。當伺服器20之一風扇240將伺服器20外的氣體吸入伺服器20時，第一負載管路210中的第一流體能吸收氣體的熱量而冷卻此氣體。藉此，能使經降溫的氣體進入伺服器20，以利冷卻裝置10冷卻伺服器20。吸收了熱量而升溫的第一流體離開伺服器20之第一負載管路210後，能經由第一櫃體入口112流進櫃體110內。第一流體經過第一過濾裝置161之過濾後進入第一循環管路121，以避免第一流體中的雜質進入第一循環管路121而使第一循環管路121受損。第一流體於第一循環管路121中能與冷卻管路123中的冷卻流體進行熱交換，以將熱量傳遞至冷卻流體而降溫。降溫後的第一流體能再次回到第一流體槽131儲存。於其他實施 例中，因第一流體所流經的管路並非開放式的管路，而使第一流體具有雜質的機率較低，故能省略設置第一過濾裝置161。當第一流體槽131的壓力過大或第一流體過多時，部分第一流體能流入第一緩衝槽151中，以茲緩衝。於其他實施例中，因第一流體幾乎沒有壓力變化，而亦能省略設置第一緩衝槽151。

第二流體泵142能將儲存於第二流體槽132的第二流體經由第二櫃體出口113打出櫃體110，並打入伺服器20之第二負載管路220。第二負載管路220設置於伺服器20內之電子元件230並與之熱接觸。第二負載管路220中的第二流體能吸收電子元件230所產生的熱量，而冷卻電子裝置230，以利冷卻裝置10冷卻伺服器20。此時，第二流體因吸收了熱量而升溫。第二流體能因升溫而較易吸收蒸發熱而至少部分蒸發為氣態。再者，當第二流體的溫度到達其液態-氣態之相變化溫度時，第二流體能吸收汽化熱而至少部分汽化為氣態。吸收了熱量而升溫的第二流體離開伺服器20之第二負載管路220後，能經由第二櫃體入口114流進櫃體110內。第二流體經過第二過濾裝置162之過濾後進入第二循環管路122，以避免第二流體中的雜質進入第二循環管路122而使第二循環管路122受損。第二流體於第二循環管路122中能與冷卻管路123中的冷卻流體進行熱交換，以將熱量傳遞至冷卻流體而降溫。降溫後的第二流體能再次回到第二流體槽132儲存。於其他實施例中，因第二流體所流經的管路並非開放式的管路，而使第二流體具有雜質的機率較低，故能省略設置第二過濾裝置162。當第二 流體槽132的壓力過大或第二流體過多時，部分第二流體能流入第二緩衝槽152中，以茲緩衝。

冷卻流體能從冷卻流體之來源經由冷卻流體入口116流入櫃體110內，經過第三過濾裝置163的過濾後，流入熱交換器120之冷卻管路123中，以避免冷卻流體中的雜質進入冷卻管路123而使冷卻管路123受損。於冷卻管路123中之冷卻流體吸收第一循環管路121中之第一流體的熱量，以及吸收第二循環管路122中之第二流體的熱量。冷卻流體吸收了熱量而升溫後，從冷卻流體出口115排放冷卻流體至櫃體110之外。

於使用冷卻裝置30時，能組裝冷卻裝置10及伺服器20而成為一伺服架構。於組裝冷卻裝置10及伺服器20的配置時，能以管路銜接冷卻裝置10及伺服器20。於調整或拆解伺服器20及冷卻裝置10的配置時，能拆解伺服器20及冷卻裝置10之間的管線。 因此，使用者能隨著設計或使用上的需求組裝模組化的冷卻裝置10與伺服器20，也能在變化設計或使用上的需求時將模組化的冷卻裝置10與伺服器20分離。

請參照第2A及2B圖，第2A圖繪示依照本發明之另一實施例之冷卻裝置30之立體圖，第2B圖繪示第2A圖之冷卻裝置30之另一視角之立體圖。於本實施例中，冷卻裝置30並未設置第1圖中之第一過濾裝置161、第二過濾裝置163及第一緩衝槽151。

第一流體從第一櫃體入口312進入熱交換器320中。第一流體於熱交換器320中放熱後，再流至第一流體槽331中。三個第 一流體泵341將第一流體打至一第一集液瓶311a，再從第一櫃體出口311流出。櫃體310還包括一第一流體注入口371及一第一流體排放口372。第一流體槽331連接至第一流體注入口371及第一流體排放口372。使用者能藉由第一流體注入口371補充冷卻裝置30中的第一流體。當冷卻裝置30中的第一流體過多或想要排放第一流體時，能經由第一流體排放口372將第一流體排離冷卻裝置30。

第二流體從第二櫃體入口314進入熱交換器320中。第二流體於熱交換器320中放熱後，再流至第二流體槽332中。三個第二流體泵342將第二流體打至一第二集液瓶313a，再從第二櫃體出口313流出。當第二流體槽332的壓力過大或第二流體過多時，部分第二流體能流入第二緩衝槽352中，以茲緩衝。櫃體310還包括一第二流體注入口373及一第二流體排放口374。第二流體槽332連接至第二流體注入口373及第二流體排放口374。使用者能藉由第二流體注入口373補充冷卻裝置30中的第二流體。當冷卻裝置30中的第二流體過多或想要排放第二流體時，能經由第二流體排放口374將第二流體排離冷卻裝置30。

冷卻流體能從冷卻流體入口316流入第三過濾裝置363。冷卻流體經過濾後，流入熱交換器320中。於熱交換器320中之冷卻流體吸收第一流體及第二流體的熱量而升溫後，從冷卻流體出口315排放冷卻流體至櫃體310之外。

於使用冷卻裝置30時，能類似第1圖所示，組裝冷卻裝置30 及第1圖中之伺服器20而成為一伺服架構。於組裝伺服器20及冷卻裝置30的配置時，能以管路銜接冷卻裝置30及伺服器20，再經由第一流體注入口371及第二流體注入口373分別注入第一流體及第二流體於第一流體槽331及第二流體槽332中。於調整或拆解第1圖中之伺服器20及冷卻裝置30的配置時，能先經由第一流體排放口372及第二流體排放口374分別排放第一流體槽331及第二流體槽332中之第一流體及第二流體，再拆解伺服器20及冷卻裝置30之間的管線。因此，使用者能隨著設計或使用上的需求組裝模組化的冷卻裝置30與伺服器20，也能在變化設計或使用上的需求時將模組化的冷卻裝置30與伺服器20分離。

綜上所述，本發明之冷卻裝置中，由於櫃體及熱交換器能構成模組化之冷卻裝置，而在架設由冷卻裝置及伺服器構成之伺服架構時，能抽換模組化之冷卻裝置，以靈活調整冷卻裝置以及伺服器的數量。在擴充伺服器數量時，僅需增加冷卻裝置的數量，即可達到足夠的冷卻能力。冷卻裝置與伺服器也能夠分開搬運，以利配置於不同機房。當要擴充伺服器數量時，也僅需要將冷卻裝置與伺服器從小機房搬到大機房即可，而不必另闢新的機房及空調系統。此外，本發明之冷卻裝置還能夠經由第二負載管路直接對伺服器中的電子元件進行熱接觸。相較於一般空調系統將環境溫度降低的間接降溫方式，本發明的冷卻裝置的冷卻方式較能直接將電子元件的熱量帶離電子元件。而且，本發明的冷卻裝置無需使用耗電的壓縮機。因此，在使電子元件降至同樣溫度的情 況下，本發明的冷卻裝置更能節省電能。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

10、30‧‧‧冷卻裝置

110、310‧‧‧櫃體

111、311‧‧‧第一櫃體出口

112、312‧‧‧第一櫃體入口

113、313‧‧‧第二櫃體出口

114、314‧‧‧第二櫃體入口

115、315‧‧‧冷卻流體出口

116、316‧‧‧冷卻流體入口

120、320‧‧‧熱交換器

121‧‧‧第一循環管路

122‧‧‧第二循環管路

123‧‧‧冷卻管路

131、331‧‧‧第一流體槽

132、332‧‧‧第二流體槽

141、341‧‧‧第一流體泵

142、342‧‧‧第二流體泵

151‧‧‧第一緩衝槽

152、352‧‧‧第二緩衝槽

161‧‧‧第一過濾裝置

162‧‧‧第二過濾裝置

163、363‧‧‧第三過濾裝置

20‧‧‧伺服器

210‧‧‧第一負載管路

220‧‧‧第二負載管路

230‧‧‧電子元件

240‧‧‧風扇

311a‧‧‧第一集液瓶

313a‧‧‧第二集液瓶

371‧‧‧第一流體注入口

372‧‧‧第一流體排放口

373‧‧‧第二流體注入口

374‧‧‧第二流體排放口

第1圖繪示依照本發明之實施例之冷卻裝置之架構圖。

第2A圖繪示依照本發明之另一實施例之冷卻裝置之立體圖。

第2B圖繪示第2A圖之冷卻裝置之另一視角之立體圖。

10‧‧‧冷卻裝置

110‧‧‧櫃體

111‧‧‧第一櫃體出口

112‧‧‧第一櫃體入口

113‧‧‧第二櫃體出口

114‧‧‧第二櫃體入口

115‧‧‧冷卻流體出口

116‧‧‧冷卻流體入口

120‧‧‧熱交換器

121‧‧‧第一循環管路

122‧‧‧第二循環管路

123‧‧‧冷卻管路

131‧‧‧第一流體槽

132‧‧‧第二流體槽

141‧‧‧第一流體泵

142‧‧‧第二流體泵

151‧‧‧第一緩衝槽

152‧‧‧第二緩衝槽

161‧‧‧第一過濾裝置

162‧‧‧第二過濾裝置

163‧‧‧第三過濾裝置

20‧‧‧伺服器

210‧‧‧第一負載管路

220‧‧‧第二負載管路

230‧‧‧電子元件

240‧‧‧風扇

Claims (9)

1. 一種冷卻裝置，用以與一伺服器連接且冷卻該伺服器，該伺服器包括一第一負載管路及一第二負載管路，該第一負載管路用以冷卻進入該伺服器內之一氣體，該第二負載管路用以與該伺服器內之一電子元件熱接觸以冷卻該電子元件，該冷卻裝置包括：一櫃體，具有一第一櫃體出口、一第一櫃體入口、一第二櫃體出口、一第二櫃體入口、一冷卻流體出口及一冷卻流體入口，該第一櫃體出口及該第一櫃體入口用以連接至該第一負載管路，該第二櫃體出口及該第二櫃體入口用以連接至該第二負載管路，該冷卻流體入口用以連接一冷卻流體之來源，該冷卻流體出口用以排放該冷卻流體；一熱交換器，設置於該櫃體內，該熱交換器具有彼此熱接觸之一第一循環管路、一第二循環管路及一冷卻管路，該第一循環管路之二端分別連接至該第一櫃體出口及該第一櫃體入口，該第二循環管路之二端分別連接至該第二櫃體出口及該第二櫃體入口，該冷卻管路之二端分別連接至該冷卻流體出口及該冷卻流體入口；一第一流體槽，設置於該第一循環管路及該第一櫃體出口之間；以及一第一緩衝槽，該第一緩衝槽連接至該第一流體槽；其中，該第一循環管路提供一第一流體流通，該第二循環 管路提供一第二流體流通，該冷卻管路提供該冷卻流體流通，該櫃體及該熱交換器構成模組化之該冷卻裝置。
2. 如請求項1所述之冷卻裝置，其中該冷卻裝置還包括一流體泵，該流體泵設置於該第一流體槽及該第一櫃體出口之間。
3. 如請求項1所述之冷卻裝置，其中該冷卻裝置還包括一第二流體槽及一流體泵，該第二流體槽設置於該第二循環管路及該第二櫃體出口之間，該流體泵設置於該第二流體槽及該第二櫃體出口之間。
4. 如請求項3所述之冷卻裝置，其中該冷卻裝置還包括一第二緩衝槽，連接至該第二流體槽。
5. 如請求項1所述之冷卻裝置，其中該冷卻裝置還包括一第一過濾裝置、一第二過濾裝置及一第三過濾裝置，該第一過濾裝置設置於該第一循環管路及該第一櫃體入口之間，該第二過濾裝置設置於該第二循環管路及該第二櫃體入口之間，該第三過濾裝置設置於該冷卻管路及該冷卻流體入口之間。
6. 如請求項1所述之冷卻裝置，其中該熱交換器為板式熱交換器。
7. 如請求項1所述之冷卻裝置，其中該第一流體與該第二流體為相異物質，該第一流體與該冷卻流體為相同物質。
8. 如請求項1所述之冷卻裝置，其中該櫃體還包括一流體注入口及一流體排放口，連接至該第一流體槽，該流體注入口用以供該第一流體注入於該第一流體槽中，該流體排放口用以排放該第一流體槽中之該第一流體。
9. 如請求項1所述之冷卻裝置，其中該冷卻裝置還包括一第二流體槽，該櫃體還包括一流體注入口及一流體排放口，連接至該第二流體槽，該流體注入口用以供該第二流體注入於該第二流體槽中，該流體排放口用以排放該第二流體槽中之該第二流體。