TWI747628B

TWI747628B - 伺服器的冷卻系統

Info

Publication number: TWI747628B
Application number: TW109140986A
Authority: TW
Inventors: 童凱煬; 陳虹汝
Original assignee: 英業達股份有限公司
Priority date: 2020-11-23
Filing date: 2020-11-23
Publication date: 2021-11-21
Also published as: TW202222139A

Abstract

一種伺服器的冷卻系統包含槽體、箱體、多孔盒體、第一吸濕材料、第一管線以及第二管線。槽體配置以容置介電液。多孔盒體設置於箱體內。第一吸濕材料設置於多孔盒體內。第一管線包含第一進/出氣端以及第二進/出氣端分別連接至槽體以及箱體。第二進/出氣端連接第一吸濕材料。第二管線包含進液端以及出液端分別連接至箱體以及槽體。

Description

伺服器的冷卻系統

本揭露是有關於一種伺服器的冷卻系統，尤其是有關於一種單相浸沒式冷卻系統。

目前的單相浸沒式冷卻系統包含低溫液體自槽體下方流入，透過多孔板將液體均勻分配於整個槽體中。流經電子元件(例如：伺服器)的液體溫度將因電子元件產生的廢熱而上升。此高溫液體透過位於槽體上部的出口流出槽體並透過熱交換器將熱排出系統，使液體溫度降低並再次流入槽體。由於槽體未抽真空且非完全密封，槽內將存在空氣。當空氣被降溫時，其內含的水蒸氣將被冷凝，進而形成液態水。當此液態水與電子元件接觸時，將造成毀損。

單相浸沒式冷卻系統使用的液體主要分為兩類，一是傳統上常使用的礦物油等不導電的油類液體，另一種是近期新式系統較常使用的氟化液。由於氟化液具有較低的黏滯性並稍具揮發性，伺服器自液體槽中取出後，表面殘留的液體量較少，放置於通風處一段時間後，殘留的氟化液將揮發殆盡，便於使用者進行維護。

然而，由於氟化液成本較高，且較油類容易揮發，對於系統的密封性及壓力控制的要求也較高。除此之外，由於氟化液密度較液態水大，冷凝水將漂浮於氟化液槽體上。為了避免冷凝水與電子元件接觸，需要加裝除水裝置。

因此，如何提出一種可解決上述問題的伺服器的冷卻系統，是目前業界亟欲投入研發資源解決的問題之一。

有鑑於此，本揭露之一目的在於提出一種可有解決上述問題之伺服器的冷卻系統。

為了達到上述目的，依據本揭露之一實施方式，一種伺服器的冷卻系統包含槽體、箱體、多孔盒體、第一吸濕材料、第一管線以及第二管線。槽體配置以容置介電液。多孔盒體設置於箱體內。第一吸濕材料設置於多孔盒體內。第一管線包含第一進/出氣端以及第二進/出氣端分別連接至槽體以及箱體。第一進/出氣端連接第一吸濕材料。第二管線包含進液端以及出液端分別連接至箱體以及槽體。

於本揭露的一或多個實施方式中，伺服器的冷卻系統進一步包含第三管線以及第一閥。第三管線連通該箱體內外之空間。第一閥設置於第三管線。

於本揭露的一或多個實施方式中，伺服器的冷卻系統進一步包含氣壓計以及控制器。氣壓計配置以偵測槽體內之氣壓值。控制器配置以在此氣壓值高於氣壓上限值時開啟第一閥，並配置以在此氣壓值低於氣壓上限值時關閉第一閥。

於本揭露的一或多個實施方式中，控制器還配置以在此氣壓值低於氣壓下限值時開啟第一閥。

於本揭露的一或多個實施方式中，進液端與第三管線連接箱體的一端分別位於第一吸濕材料的相反兩側。

於本揭露的一或多個實施方式中，伺服器的冷卻系統進一步包含第二閥。第二閥設置於第二管線。

於本揭露的一或多個實施方式中，伺服器的冷卻系統進一步包含液位感測器以及控制器。液位感測器配置以感測箱體內之冷凝液之液位。控制器配置以在此液位高於以及低於一預設值時分別開啟以及關閉第二閥。

於本揭露的一或多個實施方式中，伺服器的冷卻系統進一步包含第二吸濕材料。第二吸濕材料設置於第二管線。

於本揭露的一或多個實施方式中，伺服器的冷卻系統進一步包含第二閥。第二閥設置於第二管線。第二閥以及第二吸濕材料分別鄰近進液端以及出液端。

於本揭露的一或多個實施方式中，槽體具有相對的液體側以及氣體側，且此出液端以及此第一進/出氣端分別鄰近此液體側以及此氣體側。

綜上所述，在本發明之伺服器的冷卻系統中，因為浸沒在介電液中產生廢熱的電子元件所導致的槽內熱蒸氣以及從外界進入伺服器的冷卻系統之濕空氣皆經由吸濕材料吸收水蒸氣和/或液態水，以達到避免在伺服器的冷卻系統內產生液態水與電子元件接觸的目的。由於進出伺服器的冷卻系統之空氣皆經過吸濕材料的處理，因此可有效地維持伺服器的冷卻系統內為低濕度狀態。在本發明之伺服器的冷卻系統中，使用者可以透過控制閥的開啟與關閉以達到使氣壓維持於設定的上限與下限之間以及防止介電液的逸散的目的，因此可有效地使氣壓恆定以及提升介電液的回收率。

以上所述僅係用以闡述本揭露所欲解決的問題、解決問題的技術手段、及其產生的功效等等，本揭露之具體細節將在下文的實施方式及相關圖式中詳細介紹。

以下將以圖式揭露本揭露之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本揭露。也就是說，在本揭露部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。在所有圖式中相同的標號將用於表示相同或相似的元件。

以下將詳細介紹本實施方式之伺服器的冷卻系統100所包含的各元件的結構、功能以及各元件之間的連接關係。

如第1圖所示，在本實施方式中，伺服器的冷卻系統100包含槽體110、箱體120、第一管線130以及第二管線132。槽體110具有相對的液體側110a以及氣體側110b，且裝載於槽體110內之介電液L1是位於液體側110a。多孔盒體122設置於箱體120中。第一吸濕材料124設置於多孔盒體122中。第一吸濕材料124配置以吸收水而不吸收介電液L1以及由介電液L1產生的介電液蒸氣。第一管線130具有第一進/出氣端130a以及第二進/出氣端130b分別連接至槽體110以及箱體120。第二進/出氣端130b連接第一吸濕材料124。第二管線132具有進液端132a以及出液端132b分別連接至箱體120以及槽體110。當槽體110內的介電液L1產生介電液蒸氣時（例如，因電子元件的熱加溫），槽體110內的混合氣體會經由第一管線130抵達第一吸濕材料124而被吸收其中的水氣。被吸收水氣的氣體接著進入箱體120，並在箱體120內冷凝出介電液L1。

在本實施方式中，伺服器的冷卻系統100進一步包含第三管線134。第三管線134連通箱體120內外的空間。當槽體110內的氣壓過高時（例如，槽體110內之氣壓值大於氣壓上限值），伺服器的冷卻系統100可經由第三管線134將箱體120內的空氣排至箱體120外，以避免伺服器的冷卻系統100內的氣體過多。當槽體110內的氣壓過低時（例如，槽體110內之氣壓值小於氣壓下限值），伺服器的冷卻系統100可經由第三管線134導入外界的濕空氣進入箱體120，並經由第一吸濕材料124吸收水氣。經吸濕的乾空氣可再經由第一管線130進入槽體110，以避免伺服器的冷卻系統100內的氣體過少。於箱體120內的空氣經冷凝而獲得的介電液L1與液態水會混合形成冷凝液L2。冷凝液L2可經由第二管線132流入槽體110，其中設置於第二管線132之第二吸濕材料126先吸收液態水，剩餘之介電液L1隨後流入槽體110。

藉由前述結構配置，伺服器的冷卻系統100即可經由第一吸濕材料124以及第二吸濕材料126的吸濕以達到保持整個系統為乾燥狀態之功效，並有效避免液態水接觸到電子元件。另外，由於槽體110內的介電液L1所產生之介電液蒸氣可經由上述路徑冷凝於箱體120，再經由第二管線132流回槽體110，因此可有效地減少介電液L1之逸散以提高介電液L1的回收率。

在一些實施方式中，介電液L1可以是油類或氟化液等介電物質，但本揭露不以此為限。

在一些實施方式中，箱體120設置於高於介電液L1之液面的位置，以便於讓冷凝於箱體120內的介電液L1基於自身的重力而自動流回槽體110，但本揭露不以此為限。

在一些實施方式中，第一進/出氣端130a與槽體110之氣體側110b的側壁連接。在另一些實施方式中，第一進/出氣端130a穿過氣體側110b之側壁而突伸至槽體110內，如第1圖所示。

在一些實施方式中，第二進/出氣端130b與箱體120之側壁連接，如第1圖所示。在另一些實施方式中，第二進/出氣端130b穿過箱體120之側壁而突伸至箱體120內。

在一些實施方式中，第一吸濕材料124可以是分子篩，但本揭露不以此為限。在一些實施方式中，第一吸濕材料124可搭配濕度指示劑使用，以方便使用者根據濕度指示劑所指示的濕度狀態來即時更換第一吸濕材料124。

在一些實施方式中，第二吸濕材料126可以是分子篩，但本揭露不以此為限。在一些實施方式中，第二吸濕材料126可搭配濕度指示劑使用，以方便使用者根據濕度指示劑所指示的濕度狀態來即時更換第二吸濕材料126。

在一些實施方式中，第二管線132之進液端132a與箱體120之側壁連接。在另一些實施方式中，進液端132a穿過箱體120之側壁而突伸至箱體120內，如第1圖所示。

在一些實施方式中，出液端132b與槽體110之液體側110a的側壁連接。在另一些實施方式中，出液端132b穿過液體側110a槽體110之側壁而突伸至液體側110a，如第1圖所示。

在一些實施方式中，第三管線134之一端與箱體120之側壁連接，如第1圖所示。在另一些實施方式中，第三管線134之一端穿過箱體120之側壁突伸至箱體120內。

如第2圖所示，混合氣體mg係由槽體110內之介電液蒸氣Lv以及濕空氣wa所組成。當槽體110之氣壓過大以致混合氣體mg從槽體110流經第一管線130到達多孔盒體122中的第一吸濕材料124時，因為介電液蒸氣Lv之密度通常大於乾空氣da之密度，所以在箱體120內位於第一吸濕材料124以上的乾空氣da的濃度大於介電液蒸氣Lv的濃度。而在箱體120內位於第一吸濕材料124以下的乾空氣da的濃度小於介電液蒸氣Lv的濃度，以利經吸濕之乾空氣da經由第三管線134排出箱體120外以及介電液蒸氣Lv儲存於箱體120中。

如第3圖所示，當槽體110之氣壓過小時，箱體120外之濕空氣wa將經由第三管線134流入箱體120，並經過第一吸濕材料124之除濕成為乾空氣da。經吸濕之乾空氣da以及位於箱體120中的介電液蒸氣Lv形成乾混合氣體dmg經由第一管線130流入槽體110中。

在一些實施方式中，少部分之箱體120外之濕空氣wa經由第三管線134流入箱體120時可不經過第一吸濕材料124而冷凝為液態水儲存於箱體120中。在一些實施方式中，冷凝液L2係由來自箱體120外之濕空氣wa冷凝而成之液態水以及在箱體120內經冷凝的介電液L1所組成。

如第1圖以及第4圖所示，在本實施方式中，伺服器的冷卻系統100進一步包含氣壓計150以及控制器C。氣壓計150設置於槽體110，並配置以偵測槽體110內之氣壓值。控制器C例如設置於伺服器的冷卻系統100外以控制第一閥140以及第二閥142之開啟與關閉。

在一些實施方式中，第一閥140以及第二閥142可以是電磁閥，但本揭露不限於此。

請參考第1圖、第2圖以及第4圖，在一些實施方式中，當氣壓計150偵測到槽體110之氣壓值大於氣壓上限值時，氣壓計150會發出訊號至控制器C，隨後控制器C將控制第一閥140開啟，以使槽體110內之混合氣體mg從第一進/出氣端130a經由第一管線130流入第一吸濕材料124再經由第三管線134排出箱體120外。

請參考第1圖以及第4圖，在一些實施方式中，當氣壓計150偵測到槽體110之氣壓值低於氣壓上限值時，氣壓計150會發出訊號至控制器C，隨後控制器C將控制第一閥140關閉，以使槽體110以及箱體120內之氣體無法經由第三管線134排出箱體120外。

請參考第1圖、第3圖以及第4圖，在一些實施方式中，當氣壓計150偵測到槽體110之氣壓值低於氣壓下限值時，氣壓計150會發出訊號至控制器C，隨後控制器C將控制第一閥140開啟，以使箱體120外之濕空氣wa經由第三管線134流入箱體120，經過第一吸濕材料124後再從第二進/出氣端130b經由第一管線130流入槽體110。

請參考第1圖以及第4圖，在一些實施方式中，伺服器的冷卻系統100進一步包含液位感測器152。液位感測器152設置於箱體120中，並配置以偵測箱體120中冷凝液L2之液位。當液位感測器152偵測到冷凝液L2之液位高於一預設值時，液位感測器152會發出訊號至控制器C，隨後控制器C將控制第二閥142開啟，以使箱體120內之冷凝液L2從進液端132a流入第二管線132。經過第二吸濕材料126時冷凝液L2中的液態水被吸收，而剩餘的介電液L1再透過第二管線132從出液端132b流入槽體110。當液位感測器152偵測到冷凝液L2之液位低於預設值時，液位感測器152會發出訊號至控制器C，隨後控制器C將控制第二閥142關閉，藉此，即可確保只有冷凝液L2經由第二管線132由箱體120流入槽體110。

在一些實施方式中，第二閥142以及第二吸濕材料126可分別設置鄰近進液端132a以及出液端132b，以在需要更換第二吸濕材料126時無須先將第二管線132進行排液即可執行更換，而可以增加更換時的便利性。

請參考第4圖，在一些實施方式中，控制器C可以是單一控制單元以同時控制第一閥140以及第二閥142。在其他一些實施方式中，控制器C可包含多個控制單元以分別控制第一閥140以及第二閥142。

由以上對於本揭露之具體實施方式之詳述，可以明顯地看出，在本發明之伺服器的冷卻系統中，因為浸沒在介電液中產生廢熱的電子元件所導致的槽內熱蒸氣以及從外界進入伺服器的冷卻系統之濕空氣皆經由吸濕材料吸收水蒸氣和/或液態水，以達到避免在伺服器的冷卻系統內產生液態水與電子元件接觸的目的。由於進出伺服器的冷卻系統之空氣皆經過吸濕材料的處理，因此可有效地維持伺服器的冷卻系統內為低濕度狀態。此外，在本發明之伺服器的冷卻系統中，使用者可以透過控制閥的開啟與關閉以達到使氣壓維持於設定的上限與下限之間以及防止介電液的逸散的目的，因此可有效地使氣壓恆定以及提升介電液的回收率。

在本發明的一實施方式中，本發明之冷卻系統係可應用於伺服器，該伺服器係可用於人工智慧(Artificial Intelligence，簡稱AI)運算、邊緣運算(edge computing)，亦可當作5G伺服器、雲端伺服器或車聯網伺服器使用。

雖然本揭露已以實施方式揭露如上，然其並不用以限定本揭露，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭露的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本揭露的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100:伺服器的冷卻系統 110:槽體 110a:液體側 110b:氣體側 120:箱體 122:多孔盒體 124:第一吸濕材料 126:第二吸濕材料 130:第一管線 130a:第一進/出氣端 130b:第二進/出氣端 132:第二管線 132a:進液端 132b:出液端 134:第三管線 140:第一閥 142:第二閥 150:氣壓計 152:液位感測器 C:控制器 L1:介電液 L2:冷凝液

為讓本揭露之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖為繪示根據本揭露一實施方式之伺服器的冷卻系統的示意圖。第2圖為繪示根據本揭露一實施方式之伺服器的冷卻系統排出氣體的局部示意圖。第3圖為繪示根據本揭露一實施方式之伺服器的冷卻系統吸入氣體的局部示意圖。第4圖為繪示根據本揭露一實施方式之伺服器的冷卻系統的部分元件的功能方塊圖。

100:伺服器的冷卻系統

110:槽體

110a:液體側

110b:氣體側

120:箱體

122:多孔盒體

124:第一吸濕材料

126:第二吸濕材料

130:第一管線

130a:第一進/出氣端

130b:第二進/出氣端

132:第二管線

132a:進液端

132b:出液端

134:第三管線

140:第一閥

142:第二閥

150:氣壓計

152:液面感測器

L1:介電液

L2:冷凝液

Claims

一種伺服器的冷卻系統，包含：一槽體，配置以容置一介電液；一箱體；一多孔盒體，設置於該箱體內；一第一吸濕材料，設置於該多孔盒體內；一第一管線，包含一第一進/出氣端以及一第二進/出氣端分別連接至該槽體以及該箱體，且該第二進/出氣端連接該第一吸濕材料；一第二管線，包含一進液端以及一出液端分別連接至該箱體以及該槽體；以及一第二吸濕材料，設置於該第二管線中。
如請求項1所述之伺服器的冷卻系統，進一步包含：一第三管線，連通該箱體內外之空間；以及一第一閥，設置於該第三管線。
如請求項2所述之伺服器的冷卻系統，進一步包含：一氣壓計，配置以偵測該槽體內之一氣壓值；以及一控制器，配置以在該氣壓值大於一氣壓上限值時開啟該第一閥，並配置以在該氣壓值小於該氣壓上限值時關閉該第一閥。
如請求項3所述之伺服器的冷卻系統，其中該控制器還配置以在該氣壓值小於一氣壓下限值時開啟該第一閥。
如請求項2所述之伺服器的冷卻系統，其中該進液端與該第三管線連接該箱體的一端分別位於該第一吸濕材料的相反兩側。
如請求項1所述之伺服器的冷卻系統，進一步包含：一第二閥，設置於該第二管線。
如請求項6所述之伺服器的冷卻系統，進一步包含：一液位感測器，配置以感測該箱體內之一冷凝液之一液位；以及一控制器，配置以在該液位高於與低於一預設值時分別開啟與關閉該第二閥。
如請求項1所述之伺服器的冷卻系統，進一步包含：一第二閥，設置於該第二管線，其中該第二閥與該第二吸濕材料分別鄰近該進液端與該出液端。
如請求項1所述之伺服器的冷卻系統，其中該槽體具有相對的一液體側以及一氣體側，且該出液端與該第一進/出氣端分別鄰近該液體側與該氣體側。