TWI742569B

TWI742569B - 浸入式冷卻系統

Info

Publication number: TWI742569B
Application number: TW109108887A
Authority: TW
Inventors: 童凱煬; 陳虹汝
Original assignee: 英業達股份有限公司
Priority date: 2020-03-18
Filing date: 2020-03-18
Publication date: 2021-10-11
Also published as: TW202137854A

Abstract

一種浸入式冷卻系統，適用於儲存用來冷卻一熱源的一冷卻液。浸入式冷卻系統包含一儲液容器、一流管及一氣體調節組件。儲液容器用以儲存用來冷卻熱源的冷卻液。流管的一端連接於儲液容器。氣體調節組件位於流管上方並包含一閥體、一冷卻器及一儲氣容器。閥體包含一第一輸送管、一第二輸送管及一第三輸送管。閥體受切換而令第一輸送管連通第二輸送管或第三輸送管。閥體之第一輸送管透過冷卻器連通流管。第二輸送管連通於外，第三輸送管連通於儲氣容器。

Description

浸入式冷卻系統

本發明係關於一種冷卻系統，特別是一種浸入式冷卻系統。

目前電子設備常利用熱源浸泡於冷卻液中的浸入式液冷系統達到散熱的效果，以令冷卻液可直接吸取熱源的熱量，並藉由冷卻液吸熱後的相變化將熱源的熱量帶離，而使得熱源得以冷卻。

由於浸入式液冷系統常需開蓋維護，故浸入式液冷系統的蓋體為非密封的設置，使得熱源在啟動的過程中，冷卻液吸熱後產生的冷卻液蒸氣迅速累積而使得浸入式液冷系統內部的壓力增加，進而造成部分的冷卻液蒸氣逸漏於外部而損失。有鑑於此，廠商於浸入式液冷系統上方加裝一儲氣容器，透過儲氣容器暫時儲存汽化後的冷卻液蒸汽。

然而，因目前儲氣容器的體積非常龐大，使得電子設備的排放密度受到大體積之儲氣容器的影響而大幅下降。因此，如何縮小儲氣容器的體積，以避免電子設備的排放密度因此下降，則為研發人員應解決的問題之一。

本發明在於提供一種浸入式冷卻系統，其主要目的係藉以縮小氣體調節組件中儲氣容器的體積，以進一步提升電子設備的熱排放密度。

本發明另一目的係在兼顧系統壓力的調節下，提供兩段式冷卻液回收以及釋壓的機制，以在釋壓過程中可以減少冷卻液的散逸。

本發明再一目的係透過散熱鰭片輔助散熱或主動散熱機制，以增進散熱效率。

本發明又再一目的係透過冷卻器的優化，以增進回收路徑中的冷卻液回流效率。

本發明之一實施例所揭露之浸入式冷卻系統，適用於儲存用來冷卻一熱源的一冷卻液。浸入式冷卻系統包含一儲液容器、一流管及一氣體調節組件。儲液容器用以儲存用來冷卻熱源的冷卻液。流管的一端連接於儲液容器。氣體調節組件位於流管上方並包含一閥體、一冷卻器及一儲氣容器。閥體包含一第一輸送管、一第二輸送管及一第三輸送管。閥體受切換而令第一輸送管連通第二輸送管或第三輸送管。閥體之第一輸送管透過冷卻器連通流管。第二輸送管連通於外，第三輸送管連通於儲氣容器。

在本實施例中，冷卻器更包含多個散熱鰭片，這些散熱鰭片連接這些導熱管，以進一步提升冷卻器的冷卻效率。

根據上述實施例之浸入式冷卻系統，透過一對多之閥體的設置，使得混合氣體可依氣態冷卻液之濃度來決定排出於大氣中，或是收容於儲氣容器中。如此一來，將可避免冷卻液的損失。

此外，在閥體與流管間加裝冷卻器，使得冷卻器可先將混合氣體中部分的氣態冷卻液冷凝回液體冷卻液，以進一步降低氣態冷卻液在混合氣體中的濃度。也就是說，當要將混合氣體從第三輸送管排出於大氣時，因為混合氣體中氣態冷卻液的濃度降低了，故可進一步減少冷卻液的損失。

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。

10:浸入式冷卻系統

100:儲液容器

200:流管

300:氣體調節組件

310:閥體

311:第一輸送管

312:第二輸送管

313:第三輸送管

314:第四輸送管

320:冷卻器

321:第一導熱殼體

3211:第一空間

3212:第一連通口

3213:導斜面

322:第二導熱殼體

3221:第二空間

3222:第二連通口

323:導熱管

324:散熱鰭片

330:儲氣容器

340:風扇

350:外殼

351:通風槽體

352:通風蓋體

D:直徑

圖1為根據本發明第一實施例所述之浸入式冷卻系統的立體示意圖。

圖2為圖1之局部放大示意圖。

圖3為圖2之側視示意圖。

圖4為圖2之簡易示意圖。

圖5為圖2之冷卻器的剖面示意圖。

圖6為根據本發明第二實施例所述之浸入式冷卻系統的簡易示意圖。

請參閱圖1。圖1為根據本發明第一實施例所述之浸入式冷卻系統的立體示意圖。

本實施例之浸入式冷卻系統10適用於儲存用來冷卻一熱源(未繪示)的一冷卻液(未繪示)。熱源例如為伺服器或主機組件。冷卻液例如為水或冷媒。浸入式冷卻系統10包含一儲液容器100、一流管200及一氣體調節組件300。儲液容器100用以儲存用來冷卻熱源的冷卻液。流管200的一端連接於儲液容器100，且流管200的另一端連接於氣體調節組件300。

請參閱圖2至圖4。圖2為圖1之局部放大示意圖。圖3為圖2之側視示意圖。圖4為圖2之簡易示意圖。氣體調節組件300包含一閥體310、一冷卻器320及一儲氣容器330。閥體310包含一第一輸送管311、一第二輸送管312及一第三輸送管313。閥體310之第一輸送管311透過冷卻器320連通流管200。第二輸送管312連通於儲氣容器330。在本實施例中，儲氣容器330、閥體310與冷卻器320三者的水平高度由高到低，即儲氣容器330內若有氣體冷凝回液體，則液體會受重力自然先流至閥體310再流至冷卻器320。

閥體310例如為電子閥，並可受電訊號之切換而令第一輸送管311連通第二輸送管312或第三輸送管313。舉例來說，第一輸送管311一開始先阻斷第二輸送管312並連通第三輸送管313而連通於外，接著，閥體310受到電訊號之切換時，第一輸送管311變成阻斷第三輸送管313，並透過第二輸送管312連通於儲氣容器330。

進一步來說，當儲液容器100的冷卻液接收熱源傳來的熱量時，冷卻液會逐漸由液態汽化成氣態，並與儲液容器100內之空氣形成混合氣體。在汽化初期時，因為混合氣體中氣態冷卻液的含量極低，氣態冷卻液的損失尚可接受，故可選擇讓閥體310的第一輸送管311連通於第三輸送管313並阻斷第二輸送管312，先將儲液容器100內的部分混合氣體自然排出於大氣中。再者，在汽化中、後期時，因為混合氣體中氣態冷卻液的含量慢慢增加，故若持續讓混合氣體透過第三輸送管313排出於大氣中，則恐會造成大量冷卻液的損失。因此，在汽化中、後期時，可選擇讓閥體310的第一輸送管311連通於第二輸送管312並阻斷第三輸送管313，以將含有氣態冷卻液的混合氣體收容於儲氣容器330中，待氣態冷卻液重新冷凝回液態冷卻液時，再回流至儲液容器100。如此一來，除了可降低冷卻液的損失外，又可大幅縮小儲氣容器330所需的容積，進而提升伺服器或主機等熱源的排列密度。

此外，雖然在汽化初期，混合氣體中氣態冷卻液的含量極低，但將其排出大氣仍然為不必要的損失。因此，在本實施例中，更在閥體310與流管200間加裝冷卻器320，使得冷卻器320可先將混合氣體中部分的氣態冷卻液冷凝回液態冷卻液，以進一步降低氣態冷卻液在混合氣體中的濃度。也就是說，當要將混合氣體從第三輸送管313排出於大氣時，因為混合氣體中氣態冷卻液的濃度降低了，故可進一步減少冷卻液的損失。

在本實施例中，氣體調節組件300還可以包含多個風扇340，這些風扇340位於冷卻器320之一側。當這些風扇340運轉時產生一散熱氣流來對冷卻器320進行散熱。在本實施例中，這些風扇340例如為軸流式風扇340，但並不以此為限。在其他實施例中，這些風扇也可以為離心式風扇或鼓風機。

請參閱圖1與圖3。氣體調節組件300還可以包含一外殼350，外殼350包含一通風槽體351及一通風蓋體352，通風蓋體352覆蓋於通風槽體351，以令通風蓋體352與通風槽體351共同將閥體310、冷卻器320、儲氣容器330及這些風扇340包覆於內。

請參閱圖5。圖5為圖2之冷卻器的剖面示意圖。冷卻器320例如還可以包含一第一導熱殼體321、一第二導熱殼體322及多個導熱管323。第一導熱殼體321連接並連通於流管200，第二導熱殼體322連接並連通閥體310之第一輸送管311，這些導熱管323之相對兩端分別連通第一導熱殼體321與第二導熱殼體322。在本實施例中，第一導熱殼體321包含一第一空間3211、一第一連通口3212及二導斜面3213。第一空間3211透過第一連通口3212連通流管200之通道。二導斜面3213分別連接於第一連通口3212的相對兩側，且二導斜面3213靠近第一連通口3212之一側的水平高度低於二導斜面3213遠離第一連通口3212之一側的水平高度。第二導熱殼體322包含一第二空間3221及一第二連通口3222。第二空間3221除了透過這些導熱管323連通第一空間3211外，更透過第二連通口3222連通第一輸送管311。

在本實施例中，這些導熱管323例如為圓管，且導熱管323的直徑D例如介於4至8毫米之間，以避免於導熱管323內形成阻礙流體流通的液膜。

在本實施例中，這些導熱管323呈直條狀，即這些導熱管323是自第一導熱殼體321直線延伸至第二導熱殼體322，中間並無任何彎曲。如此一來，當儲氣容器330中的氣體變回冷卻液時，直條狀的導熱管323並不會阻礙儲氣容器330中的冷卻液回流至儲液容器100。

在本實施例中，這些導熱管323內皆設有毛細結構，以進一步協助液體回流。毛細結構例如為溝槽式、網目式(編織)、纖維式及燒結式。

在本實施例中，冷卻器320更包含多個散熱鰭片324，這些散熱鰭片324連接這些導熱管323，以進一步提升冷卻器320的冷卻效率。

請參閱圖6。圖6為根據本發明第二實施例所述之浸入式冷卻系統的簡易示意圖。在本實施例中，進一步包含一第四輸送管314。第四輸送管314連通於儲氣容器330。閥體310可受切換而令第四輸送管314連通該第二輸送管。當儲氣容器330之壓力超過臨界時，閥體310受切換而令第四輸送管314連通該第二輸送管312。儲氣容器330中汽化後之至少部分冷卻液經由閥體310排放至浸入式冷卻系統外部。

基於前述本發明之各實施例，其係可應用於各種形式之電子計算機架構(Computer Architecture)，例如網路通訊設備、工業電腦、伺服器及其周邊裝置，並也可以進一步應用於人工智慧(英語：Artificial Intelligence，簡稱AI)運算、邊緣運算(edge computing)、雲端運算伺服器、雲端存儲伺服器、5G伺服器或車聯網伺服器使用。

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。

100...儲液容器 200...流管 310...閥體 311...第一輸送管 312...第二輸送管 313...第三輸送管 320...冷卻器 321...第一導熱殼體 322...第二導熱殼體 323...導熱管 324...散熱鰭片 330...儲氣容器 340...風扇 350...外殼

Claims

一種浸入式冷卻系統，適用於儲存用來冷卻一熱源的一冷卻液，該浸入式冷卻系統包含：一儲液容器，用以儲存用來冷卻該熱源的該冷卻液；一流管，該流管的一端連接於該儲液容器；以及一氣體調節組件，位於該流管上方並該包含一閥體、一冷卻器及一儲氣容器，該閥體包含一第一輸送管、一第二輸送管及一第三輸送管，該閥體受切換而令該第一輸送管連通該第二輸送管或該第三輸送管，該閥體之該第一輸送管透過該冷卻器連通該流管，該第二輸送管連通於外，該第三輸送管連通於該儲氣容器。
如請求項1所述之浸入式冷卻系統，其中該冷卻器包含一第一導熱殼體、一第二導熱殼體及多個導熱管，該第一導熱殼體連接並連通於該流管，該第二導熱殼體連接並連通該閥體之該第一輸送管，該些導熱管之相對兩端分別連通該第一導熱殼體與該第二導熱殼體。
如請求項2所述之浸入式冷卻系統，其中該些導熱管呈直條狀。
如請求項2所述之浸入式冷卻系統，其中該些導熱管內皆設有毛細結構。
如請求項2所述之浸入式冷卻系統，其中該第一導熱殼體包含一第一空間、一第一連通口及二導斜面，該第一空間透過該第一連通口連通該流管之通道，該二導斜面分別連接於該第一連通口的相對兩側，且該二導斜面靠近第一連通口之一側的水平高度低於該二導斜面遠離第一連通口之一側的水平高度。
如請求項5所述之浸入式冷卻系統，其中該儲氣容器、該閥體與該冷卻器三者的水平高度由高到低。
如請求項1所述之浸入式冷卻系統，其中在該閥體受切換而令該第一輸送管連通該第三輸送管並阻斷該第二輸送管的狀態中，該儲液容器之部分該冷卻液氣化並經由該流管進入該氣體調節組件；氣化後之至少部分該冷卻液在該氣體調節組件之該冷卻器中冷卻並液化；氣化後之至少部分該冷卻液經由該閥體進入在該氣體調節組件之該儲氣容器中；以及該冷卻器中液化的該冷卻液經該流管回流至該儲液容器。
如請求項7所述之浸入式冷卻系統，其中氣化後之至少部分該冷卻液經由該閥體進入在該氣體調節組件之該儲氣容器中冷卻並液化；以及該儲氣容器中液化的該冷卻液經該閥體進入該冷卻器中。
如請求項1所述之浸入式冷卻系統，其中進一步包含一第四輸送管，該第四輸送管連通於該儲氣容器，該閥體受切換而進一步包含令該第四輸送管連通該第二輸送管；其中，在該閥體受切換而令該第四輸送管連通該第二輸送管；以及該儲氣容器中汽化後之至少部分該冷卻液經由該閥體排放至該浸入式冷卻系統外部。
如請求項1所述之浸入式冷卻系統，其中在該閥體受切換而令該第一輸送管連通該第二輸送管並阻斷該第三輸送管的狀態中，該儲液容器之部分該冷卻液氣化並經由該流管進入該氣體調節組件；汽化後之至少部分該冷卻液在該氣體調節組件之該冷卻器中冷卻並液化；汽化後之至少部分該冷卻液經由該閥體排放至該浸入式冷卻系統外部；以及該冷卻器中液化的該冷卻液經該流管回流至該儲液容器。