TWI773981B - 流體分流裝置以及具有阻流器的流體分流模組 - Google Patents

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Abstract

流體分流裝置以及具有阻流器的流體分流模組。流體分流裝置包括：第一流體輸送管；第二流體輸送管；多個流體歧管，分別位於第一流體輸送管與第二流體輸送管之間，且分別與第一流體輸送管及第二流體輸送管連通；進水口，設置在第一流體輸送管側，且位於第一流體輸送管的兩端之間；以及出水口，設置在第二流體輸送管側，且對應於進水口所設置的位置而設置。自進水口供給流體至第一流體輸送管，流體沿著第一流體輸送管而輸送至流體歧管，並透過流體歧管流入第二流體輸送管而自出水口流出。

Description

流體分流裝置以及具有阻流器的流體分流模組
本發明是有關於一種分流機構，且特別是有關於一種流體分流裝置以及具有阻流器的流體分流模組。
隨著科技快速地成長，特別是在網路、人上智慧、雲端服務的需求大幅提高的時代，數據中心(data center)需要處理的資料量越來越龐大，為了維持或提升數據中心的處理效率，有必要對數據中心進行持續且有效的散熱。但由於數據中心的功率密度高，所產生的熱量過於龐大，傳統的散熱手段需要以提升功率或規模的方式來因應。然這樣的做法非常耗能，反而大幅增加成本與對環境的衝擊。
本發明提供一種流體分流裝置以及具有阻流器的流體分流模組，可解決流體流量不均勻的問題。
本發明的流體分流裝置，包括：第一流體輸送管；第二 流體輸送管；多個流體歧管，分別位於第一流體輸送管與第二流體輸送管之間，且分別與第一流體輸送管及第二流體輸送管連通；進水口，設置在第一流體輸送管側，且位於第一流體輸送管的兩端之間；以及出水口，設置在第二流體輸送管側，且對應於進水口所設置的位置而設置。其中，自進水口供給流體至第一流體輸送管，流體沿著第一流體輸送管而輸送至流體歧管，並透過流體歧管流入第二流體輸送管而自出水口流出。
在本發明的一實施例中，所述流體分流裝置安裝於機櫃的一側。
在本發明的一實施例中，所述進水口位於相鄰兩根流體歧管之間。
在本發明的一實施例中，所述流體分流裝置更包括：進水導流裝置，開設有進水口，且包括多個第一導流孔，其中所述第一導流孔分別與第一流體輸送管連通，自進水口流入的流體分別經由所述第一導流孔流入第一流體輸送管；以及出水導流裝置，開設有出水口，且包括多個第二導流孔，其中所述第二導流孔分別與第二流體輸送管連通，自第二流體輸送管流出的流體分別經由所述第二導流孔流入出水口。
在本發明的一實施例中，所述第一導流孔至少包括3個，其分別設置於第一流體輸送管的兩端以及所述兩端之間的位置。
在本發明的一實施例中，所述第二導流孔至少包括3個，其分別設置於第二流體輸送管的兩端以及所述兩端之間的位置。
在本發明的一實施例中，與最上方一根流體歧管相鄰的其中一個第一導流孔以及與最上方一根流體歧管相鄰的其中一個第二導流孔，各別與最上方一根流體歧管之間的距離設定為大於或等於5D，其中D為流體歧管的內徑尺寸。與最下方一根流體歧管相鄰的另一個第一導流孔以及與最下方一根流體歧管相鄰的其中一個第二導流孔，各別與最下方一根流體歧管之間的距離設定為大於或等於5D。
在本發明的一實施例中，進水導流裝置與出水導流裝置各自的截面積A為大於或等於(5D)2，D為流體歧管的內徑尺寸。
在本發明的一實施例中，各流體歧管的第一端與第一流體輸送管連通，各流體歧管的第二端與第二流體輸送管連通。
在本發明的一實施例中，所述流體分流裝置更包括：擋板，設置在進水口處，以降低流體的流速。
在本發明的一實施例中，所述擋板的形狀為矩形、圓形及正方形其中一者。
在本發明的一實施例中，所述擋板的面積為進水口的面積的三分之一。
本發明的具有阻流器的流體分流模組，包括：流體輸送管、至少二流體歧管以及阻流器。流體輸送管分別與至少二流體歧管及阻流器管路連接。
基於上述，藉由將進水口與出水口設置在流體輸送管的中間可大幅改善流量差異過大的問題，並進一步達到節能的功效。
100:
100:流體分流裝置
110:第一流體輸送管
120:第二流體輸送管
130:進水口
140:出水口
150:流體歧管
310:進水導流裝置
311、312:第一導流孔
320:出水導流裝置
321、322:第二導流孔
910:擋板
A:截面積
L:距離
W:邊長
圖1是依照本發明第一實施例的流體分流裝置的示意圖。
圖2是依照本發明第一實施例的機櫃系統的示意圖。
圖3是依照本發明第二實施例的流體分流裝置的示意圖。
圖4是依照本發明第二實施例的機櫃系統的示意圖。
圖5是依照本發明第二實施例的流體流動方向的示意圖。
圖6是依照本發明第二實施例的流體分流裝置的局部放大的示意圖。
圖7是依照本發明第二實施例的進水導流裝置的截面的示意圖。
圖8是依照本發明第二實施例的截面邊長與平均流量的最大絕對誤差百分比之間關係的分佈圖。
圖9是依照本發明第三實施例的流體分流裝置的示意圖。
圖10是依照本發明第三實施例的擋板的安裝示意圖。
圖11為本發明一實施例的未設置擋板的流量分配比對的直方圖。
圖12為圖11的絕對誤差的直方圖。
圖13為本發明一實施例的設置有擋板的流量分配比對的直方圖。
圖14為圖13的絕對誤差的直方圖。
圖1是依照本發明第一實施例的流體分流裝置的示意圖。請參照圖1，流體分流裝置100包括第一流體輸送管110、第二流體輸送管120、進水口130、出水口140以及多個流體歧管150。這些流體歧管150分別位於第一流體輸送管110與第二流體輸送管120之間，且分別與第一流體輸送管110及第二流體輸送管120連通。即，每一流體歧管150的第一端與第一流體輸送管110連通，每一流體歧管150的第二端與第二流體輸送管120連通。
進水口130設置在第一流體輸送管110側，且位於第一流體輸送管110的兩端之間。出水口140設置在第二流體輸送管120側，且對應於進水口130所設置的位置而設置。即，進水口130與出水口140兩者的位置為相對稱。
在本實施例中，以將進水口130設置在第一流體輸送管110的中央以及將出水口140設置在第二流體輸送管120的中央為較佳。然，在其他實施例中，亦可將進水口130與出水口140設置在較靠近上端的位置，或者設置在較靠近下端的位置，在此並不限制。
圖2是依照本發明第一實施例的機櫃系統的示意圖。請參照圖2，機櫃系統包括機櫃200以及流體分流裝置100。流體分流裝置100安裝於機櫃200的一側。在本實施例中，進水口130與出水口140兩者分別為垂置設置在第一流體輸送管110與第二 流體輸送管120。進水口130與出水口140兩者對稱地設置在所述相鄰兩根流體歧管150之間。
圖3是依照本發明第二實施例的流體分流裝置的示意圖。圖4是依照本發明第二實施例的機櫃系統的示意圖。圖5是依照本發明第二實施例的流體流動方向的示意圖。本實施例為第一實施例的應用例。
請參照圖3~圖5，流體分流裝置100更包括進水導流裝置310以及出水導流裝置320。流體分流裝置100安裝於機櫃200的一側。
進水導流裝置310開設有進水口130，且包括第一導流孔311、312。出水導流裝置320開設有出水口140，且包括第二導流孔321、322。在此，第一導流孔311與第二導流孔321設置在上方且高於第一根流體歧管150的位置。第一導流孔311與第二導流孔322設置在下方且低於最後一根流體歧管150的位置。
第一導流孔311、312分別與第一流體輸送管110連通，自進水口130流入的流體分別經由第一導流孔311、312流入第一流體輸送管110。第二導流孔321、322分別與第二流體輸送管120連通，自第二流體輸送管120流出的流體分別經由第二導流孔321、322流入出水口140。
另外，在進水導流裝置310的進水口130處也可另設置第一導流孔而與第一流體輸送管110連通，使得自進水口130流入的流體除了可分別經由第一導流孔311、312流入第一流體輸送 管110，也可直接流入第一流體輸送管110(如圖5所示)。而在出水導流裝置320的出水口140處也可另設置第二導流孔而與第二流體輸送管120連通，使得自第二流體輸送管120流出的流體除了可分別經由第二導流孔321、322流入至出水口140，也可直接流入至出水口140(如圖5所示)。
在此，並不限制第一導流孔與第二導流孔的數量，在其他實施例中亦可以設置更多的第一導流孔與第二導流孔。
圖6是依照本發明第二實施例的流體分流裝置的局部放大的示意圖。請參照圖6，將流體歧管150的內徑尺寸定義為D。在此，將第一導流孔311與第二導流孔321分別與最上方的一根流體歧管150之間的距離L設定為大於或等於5D。另外，將第一導流孔312與第二導流孔322分別與最下方的一根流體歧管150之間的距離亦設定為大於或等於5D。
為了減少流速過快造成流體歧管150管內防腐塗層掉落，故，管內流速應小於1.5m/s。基此，流體的總流量Q應該小於或等於9×104×A(單位：LPM(liter per minute))。其中A為進水導流裝置310的截面積，單位為m2。基於上述，進水導流裝置310的截面積A必須大於或等於Q/(9×104)m2。依照此公式，若平均流量要小於或等於2LPM，進水導流裝置310的流速不超過1.5m/s，則進水導流裝置310的截面積A必須大於或等於930mm2。
圖7是依照本發明第二實施例的進水導流裝置的截面的示意圖。如圖7所示，主管(進水導流裝置310、出水導流裝置 320)的截面的邊長為W，出水導流裝置320的截面積A≧W2，倘若流體歧管150選用一般常見的兩分管(外徑為8mm，內徑為6mm)，則邊長W需選用大於或等於30mm。即，W
Figure 109112239-A0305-02-0010-1
5D。基於上述可得知A≧(5D)2。
圖8是依照本發明第二實施例的截面邊長與平均流量的最大絕對誤差百分比之間關係的分佈圖。如圖8所示，固定總流量為84LPM(平均流量為2LPM)下，改變截面積W2，並比較平均流量的最大絕對誤差百分比(Qmax%)。由圖8可以知道，當截面積A變大至30×30mm2時，流體歧管150內平均流量的最大絕對誤差百分比大幅下降至10%以內，隨著加大截面積A，最大絕對誤差百分比也跟著下降，但下降幅度逐漸減緩。
目前市面上常見的42U機櫃，流體歧管150的數量為42支，各流體歧管150的平均流量(總流量42LPM除以42支)約在1LPM以下。因此，倘若流體歧管150的平均流量範圍滿足2LPM以下，則各流體歧管150內流速與平均流速誤差在10%以內，且須符合主管(進水導流裝置310、出水導流裝置320)內平均流速小於1.5m/s。故，出水導流裝置320的截面積A較佳為設定為大於或等於(5D)2。在此，D為流體歧管150的內徑尺寸。而流體歧管150的內徑尺寸D=6mm時，進水口130、出水口140、進水導流裝置310、出水導流裝置320的截面積A應大於或等於930mm2。由此可知，上述實施例可有效改善流量不均問題。
圖9是依照本發明第三實施例的流體分流裝置的示意 圖。本實施例為第二實施例的應用例。參照圖9，流體分流裝置100還可進一步包括擋板910。擋板910設置在進水口130處，透過擋板910來進行分流，藉此降低流體的流速。另外，亦可在第一實施例的流體分流裝置100中的進水口130處設置擋板910。
圖10是依照本發明第三實施例的擋板的安裝示意圖。請參照圖10，進水口130的面積定義為A，擋板910的面積較佳為進水口130的三分之一，即，1/3A。故，面積符合此公式的擋板910皆適用，並不限制擋板910的形狀。例如，擋板910可以是矩形、圓形或正方形等。
底下針對進水口130與出水口140皆設置在下方的實施例(下進下出)與進水口130與出水口140設置在中間的實施例(中間進出)的流量分配來進行比對。
圖11為本發明一實施例的未設置擋板的流量分配比對的直方圖。圖12為圖11的絕對誤差的直方圖。圖11及圖12的橫軸所示為流體歧管編號，圖11的縱軸所示為流量Q，圖12的縱軸所示為絕對誤差。圖12所示為將圖11的直方圖的流量Q的值減去理想流量2.5(單位：LPM)之後取絕對值並除以流量平均值所獲得的直方圖。在此，白色直條代表進水口與出水口皆設置在下方的實施例(下進下出)，黑色直條代表進水口與出水口設置在中間的流體分流裝置的實施例(中間進出)。由圖11、圖12可以清楚地知道，中間進出實施例的各流體歧管150的流量均勻，而下進下出實施例中，越靠近下部(流體歧管編號越大)的流體歧 管150的流量會越高，越靠近上部(流體歧管編號越小)的流體歧管150的流量會越低。
圖13為本發明一實施例的設置有擋板的流量分配比對的直方圖。圖14為圖13的絕對誤差的直方圖。圖13及圖14的橫軸所示為流體歧管編號，圖13的縱軸所示為流量Q，圖14的縱軸所示為絕對誤差。圖14所示為將圖13的直方圖的流量的值減去理想流量2.5(單位：LPM)之後取絕對值並除以流量平均值所獲得的直方圖。在此，白色直條代表進水口與出水口皆設置在下方的實施例(下進下出)，黑色直條代表進水口與出水口設置在中間的流體分流裝置的實施例(中間進出)。
在圖11~圖14的示例中，進水口130設置在流體歧管編號21、22之間。在流體分流裝置100未加設擋板910的情況下，如圖11的黑色直條所示，流體歧管編號1~42中，只有流體歧管編號21、22的流量高於理想流量2.5LPM，其他流體歧管編號的流量則低於理想流量2.5LPM。也就是說，流體歧管編號21、22的絕對誤差遠高於其他流體歧管編號的絕對誤差(如圖12的黑色直條所示)。
另一方面，在流體分流裝置100加設擋板910的情況下，如圖13的黑色直條所示，流體歧管編號1~42各自的流量皆趨近於理想流量2.5LPM。參照圖14的黑色直條，流體歧管編號1~42各自的絕對誤差會在一門檻值內(例如10%)。
據此，由圖11~圖14可以清楚地知道，透過在進水口 130處設置擋板910，可以進一步使得各個流體歧管150的流量與平均流量的差異小於一門檻值(例如10%)，可有效降低對應於進水口130的位置的流體歧管編號21、22的流量。
另外，在其他實施例中，提出有一種具有阻流器的流體分流模組。所述流體分流模組包括流體輸送管、至少兩流體歧管以及阻流器。流體輸送管分別與至少二流體歧管及阻流器管路連接。所述流體分流模組還包括有進水口。所述進水口設置在流體輸送管側，且位於流體輸送管的兩端之間，自進水口供給流體至流體輸送管，流體沿著流體輸送管而輸送至至少二流體歧管。而所述阻流器設置在進水口處，以降低流體的流速。阻流器例如為擋板，且其形狀為矩形、圓形及正方形其中一者。
綜上所述，上述實施例改善現有分流裝置在不同出水位置流量差異過大之問題，可達到流量分配差異小於10%的效果。並且，上述實施例利用簡易機構設計，達到解決流量分配問題，符合容易製造的原則。據此，可以減少冷卻分配裝置(Cooling Distribution Unit，CDU)因為流量分配不均需要提供過高之壓力或是流量。換句話說，可以減少能量的耗損，也就是節能的目的。對於需要耗損大量能源的資料中心來說，能夠達到節能的目的，也就是降低電力使用效率(power usage efficiency，PUE)。由於流體流量不均勻會影響散熱效果，而上述實施例解決了流體流量不均勻的問題，自然亦提高了散熱效果。此外，透過設置擋板，進一步解決了進水口處流速過快的問題。
100:流體分流裝置
110:第一流體輸送管
120:第二流體輸送管
130:進水口
140:出水口
150:流體歧管

Claims (15)

  1. 一種流體分流裝置，包括：一第一流體輸送管；一第二流體輸送管；多個流體歧管，分別位於該第一流體輸送管與該第二流體輸送管之間，且分別與該第一流體輸送管及該第二流體輸送管連通；一進水口，設置在該第一流體輸送管側，且位於該第一流體輸送管的兩端之間；以及一出水口，設置在該第二流體輸送管側，且對應於該進水口所設置的位置而設置，其中，該進水口位於相鄰兩根流體歧管之間，自該進水口供給一流體至該第一流體輸送管，該流體沿著該第一流體輸送管而輸送至該些流體歧管，並透過該些流體歧管流入該第二流體輸送管而自該出水口流出。
  2. 如請求項1所述的流體分流裝置，其中該流體分流裝置安裝於一機櫃的一側。
  3. 如請求項1所述的流體分流裝置，其中該流體分流裝置安裝於一機櫃的一側，該流體分流裝置更包括：一進水導流裝置，開設有該進水口，且包括多個第一導流孔，其中該些第一導流孔分別與該第一流體輸送管連通，自該進水口流入的該流體分別經由該些第一導流孔流入該第一流體輸送管；以及 一出水導流裝置，開設有該出水口，且包括多個第二導流孔，其中該些第二導流孔分別與該第二流體輸送管連通，自該第二流體輸送管流出的該流體分別經由該些第二導流孔流入該出水口。
  4. 如請求項3所述的流體分流裝置，其中該些第一導流孔至少包括3個，其分別設置於該第一流體輸送管的兩端以及所述兩端之間的位置。
  5. 如請求項3所述的流體分流裝置，其中該些第二導流孔至少包括3個，其分別設置於該第二流體輸送管的兩端以及所述兩端之間的位置。
  6. 如請求項3所述的流體分流裝置，其中與最上方一根所述流體歧管相鄰的其中一個所述第一導流孔以及與最上方一根所述流體歧管相鄰的其中一個所述第二導流孔，各別與最上方一根所述流體歧管之間的距離設定為大於或等於5D，其中D為所述流體歧管的內徑尺寸。
  7. 如請求項3所述的流體分流裝置，其中與最下方一根所述流體歧管相鄰的其中一個所述第一導流孔以及與最下方一根所述流體歧管相鄰的其中一個所述第二導流孔，各別與最下方一根所述流體歧管之間的距離設定為大於或等於5D，其中D為所述流體歧管的內徑尺寸。
  8. 如請求項3所述的流體分流裝置，其中該進水導流裝置與該出水導流裝置各自的截面積A為大於或等於(5D)2，其中，D為所述流體歧管的內徑尺寸。
  9. 如請求項1所述的流體分流裝置，其中每一該些流體歧管的第一端與該第一流體輸送管連通，每一該些流體歧管的第二端與該第二流體輸送管連通。
  10. 如請求項1所述的流體分流裝置，更包括：一擋板，設置在該進水口處，以降低該流體的流速。
  11. 如請求項10所述的流體分流裝置，其中該擋板的形狀為矩形、圓形及正方形其中一者。
  12. 如請求項10所述的流體分流裝置，其中該擋板的面積為該進水口的面積的三分之一。
  13. 一種具有阻流器的流體分流模組，包括：一流體輸送管；一進水口，設置在該流體輸送管側，且位於該流體輸送管的兩端之間；至少二流體歧管；以及一阻流器，其中，該流體輸送管分別與該至少二流體歧管及該阻流器管路連接，該阻流器的面積小於該進水口的面積。
  14. 如請求項13所述的流體分流模組，其中，自該進水口供給一流體至該流體輸送管，該流體沿著該流體輸送管而輸送至所述至少二流體歧管，該阻流器設置在該進水口處，以降低該流體的流速。
  15. 如請求項13所述的流體分流模組，其中該阻流器的形狀為矩形、圓形及正方形其中一者。
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