TWI792810B - 散熱系統 - Google Patents

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TWI792810B
TWI792810B TW110149066A TW110149066A TWI792810B TW I792810 B TWI792810 B TW I792810B TW 110149066 A TW110149066 A TW 110149066A TW 110149066 A TW110149066 A TW 110149066A TW I792810 B TWI792810 B TW I792810B
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張文鏵
吳世國
曾智勇
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財團法人工業技術研究院
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Abstract

一種散熱系統用以對至少一熱源散熱。散熱系統包含一浸泡槽體、一散熱器及至少一對流元件。浸泡槽體具有一儲液空間及至少一回流通道。儲液空間用以儲存一冷卻流體與至少一熱源，並具有相連通的一第一區域及一第二區域。至少一回流通道之相對兩端分別連通儲液空間之第一區域及第二區域，以令儲液空間與至少一回流通道共同構成一循環流道。散熱器之一側位於儲液空間之第一區域，且散熱器之另一側位於浸泡槽體之外。對流元件位於循環流道，並用以令冷卻流體於循環流道流動。

Description

散熱系統
本發明係關於一種散熱系統。
現行伺服器專用浸泡式散熱系統，主要由浸泡槽本體、中間熱交換器、循環水泵及環境散熱裝置所組成。伺服器的主機直接浸泡在不導電的工作流體中。主機板上運算晶片所產生的熱能傳導至工作流體，再經由冷卻分配器(CDU)與泵浦將工作流體接收的熱能傳至外部水冷裝置，最後由外部水冷裝置將熱能散至環境。
然而，由於現行浸泡式散熱系統皆需使用冷卻分配器(CDU)與泵浦，除了增加系統耗電外，更讓整體結構更複雜。
本發明在於提供一種散熱系統，藉以除了減少系統耗電外，更讓整體結構更精簡。
本發明之一實施例所揭露之散熱系統，用以對至少一熱源散熱。散熱系統包含一浸泡槽體、一散熱器及至少一對流元件。浸泡槽體具有一儲液空間及至少一回流通道。儲液空間用以儲存一冷卻流體與至少一熱源，並具有相連通的一第一區域及一第二區域。至少一回流通道之相對兩端分別連通儲液空間之第一區域及第二區域，以令儲液空間與至少一回流通道共同構成一循環流道。散熱器之一側位於儲液空間之第一區域，且散熱器之另一側位於浸泡槽體之外。對流元件位於循環流道，並用以令冷卻流體於循環流道流動。
本發明之另一實施例所揭露之散熱系統用以對至少一熱源散熱。散熱系統包含一浸泡槽體、一散熱器及至少一流量調節閥。浸泡槽體具有一儲液空間及至少一回流通道。儲液空間用以儲存一冷卻流體與至少一熱源，並具有相連通的一第一區域及一第二區域。至少一回流通道之相對兩端分別連通儲液空間之第一區域及第二區域，以令儲液空間與至少一回流通道共同構成一循環流道。散熱器之一側位於儲液空間之第一區域，且散熱器之另一側位於浸泡槽體之外。流量調節閥位於循環流道。
根據上述實施例之散熱系統，透過將散熱器一部分設置於浸泡槽體內，另一部分設置於浸泡槽體外，使得散熱系統可省去冷卻分配器(CDU)與外接水冷管路之配置，進而除了減少系統耗電外，更讓整體結構更精簡。進一步來說，上述之散熱系統除了將能源使用效率由1.3優化至1.1以下，單位體積移熱能力亦大幅增加40%，可以縮減整體系統體積及成本。
此外，透過對流元件或流量調節閥之設計，使得散熱系統可依據熱源的工作溫度來調整冷卻流體流經各熱源的流入量。舉例來說，若熱源的工作溫度較高，則可增加冷卻流體流經高溫熱源的流入量。反之，若源溫的工作溫度較低，則可減少冷卻流體流經低溫熱源的流入量。
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。
請參閱圖1至圖3。圖1為根據本發明第一實施例所述之散熱系統10搭載冷卻液體及熱源30的立體示意圖。圖2為圖1之另一視角的立體示意圖。圖3為圖1之剖面示意圖。
本實施例之散熱系統10例如為浸泡式散熱系統用以對至少一熱源30散熱。舉例來說，散熱系統10內儲存有冷卻流體20，冷卻流體20之液面為20A。冷卻流體20不導電且熱源30浸泡於冷卻流體20內，以透過冷卻流體20的冷卻循環來對熱源30進行散熱。本實施例之熱源30例如但不限於是伺服器。
散熱系統10包含一浸泡槽體100、一散熱器200及多個對流元件300。浸泡槽體100包含一槽部110及多個管部120。浸泡槽體100之槽部110具有一儲液空間S、多個第一流體管口111及多個第二流體管口112。儲液空間S具有相連通的一第一區域Sh及一第二區域Sc。第二區域Sc用以存放冷卻流體20與熱源30。第一區域Sh位於第二區域Sc上方。第一流體管口111連通於儲液空間S之第一區域Sh。這些第二流體管口112連通於儲液空間S之第二區域Sc。每一管部120具有一回流通道C，且這些回流通道C之一端分別透過這些第一流體管口111連通儲液空間S之第一區域Sh，以及這些回流通道C之另一端分別透過這些第二流體管口112連通儲液空間S之第二區域Sc，以令儲液空間S與回流通道C共同構成一循環流道。
散熱器200例如具有散熱鰭片與連接散熱鰭片的散熱管(未繪示)，且散熱器200之一側位於儲液空間S之第一區域Sh，以及散熱器200之另一側位於浸泡槽體100之外，以將儲液空間S之第一區域Sh內之熱量排至儲液空間S之外。
請參閱圖4與圖5。圖4為圖1之後視示意圖。圖5為圖1之前視示意圖。
對流元件300例如為風扇，並位於槽部110之第一流體管口111。對流元件300運轉時用以令冷卻流體20於循環流道流動。
在一實施例中，散熱系統10還可以包含多個流量調節閥400。這些流量調節閥400設置於第二流體管口112，以透過流量調節閥400之開度調整來精確控制自回流通道C流入儲液空間S之第二區域Sc之冷卻流體20的流量。
在一實施例中，散熱系統10還可以包含一分流底座500。分流底座500包含多個隔板510。分流底座500位於儲液空間S之第二區域Sc，且這些隔板510將儲液空間S之第二區域Sc之底部分隔出多個分流通道520。分流底座500的結構設計可讓冷卻流體20順勢沿例如圖3方向F1流至熱源30內部進行冷卻，也就是說，分流底座500實際上有導流的作用。這些分流通道520的數量與位置分別匹配於這些第二流體管口112的數量與位置，使得這些分流通道520與這些第二流體管口112相連通。這些熱源30的數量可以小於等於分流通道520的數量，且這些熱源30例如為一對一的方式位於分流通道520上，以令這些分流通道520內的冷卻流體20個別流經這些熱源30，以個別對這些熱源30進行散熱。
在一實施例中，散熱系統10還可以包含一散熱風扇600，散熱風扇600裝設於散熱器200，以透過散熱風扇600所產生之氣流來加速散熱器200的熱交換速率。
在本實施例中，對流元件300與流量調節閥400的數量為多個，但並不以此為限。在其他實施例中，也可以將對流元件的數量改為單個，或也可以將流量調節閥的數量改為單個，或也可以將對流元件與流量調節閥的數量皆改為單個。甚或，散熱系統也可以僅設置單個對流元件或僅設置單個流量調節閥。
在本實施例中，對流元件300位於槽部110之第一流體管口111，但並不以此為限。在其他實施例中，對流元件也可以改位於槽部之第二流體管口112或是循環流道之其他位置處。此外，當對流元件改位於槽部之第二流體管口112時，流量調節閥也可以改位於槽部之第一流體管口111。又於一些實施例中，流量調節閥也可以改位於分流通道520中。
在本實施例中，將第一區域Sh以熱區來舉例，將第二區域Sc以冷區來舉例說明。當熱源30運轉時，位於儲液空間S之第二區域Sc(冷區)的冷卻流體20會吸收熱源30所產生的熱量而逐漸升溫。接著，升溫後之冷卻流體20會沿方向F1流至儲液空間S之第一區域Sh(熱區)，再受到對流元件300之驅動而沿方向F2流至回流通道C。由於冷卻流體20自儲液空間S之第一區域Sh(熱區)流至回流通道C之過程會經過散熱器200，故可藉由散熱器200將冷卻流體20所吸收的熱量轉移至儲液空間S外而逐漸降溫。接著，降溫後之冷卻流體20再經由回流通道C之導引而分別沿方向F3自第二流體管口112流入儲液空間S之第二區域Sc(冷區)中的各分流通道520，以完成一冷卻循環。於一些實施例中，對流元件300也可以設定其抽吸流體的方式，使冷卻流體20的循環方向反過來流動，冷熱區也會對調。本實施例僅是舉例沿方向F1、F2至F3，並不以此為限。
此外，由於降溫後之冷卻流體20會各自流至各熱源30所對應的分流通道520中，故實際上散熱系統10可依據各熱源30的溫度調整降溫後之冷卻流體20流入分流通道520的流入量。詳細來說，散熱系統10在運轉時，會感測這些熱源30的溫度，以獲得這些熱源30的多個工作溫度值。接著，依據這些工作溫度值調整對應這些熱源30之多個對流元件300之流量大小。接著，依據這些工作溫度值調整對應這些熱源30之多個流量調節閥400之開度。舉例來說，若某一熱源30的工作溫度較高，則可透過對流元件300的流量大小調整或是增加流量調節閥400之開度來讓更多的冷卻流體20流入高溫熱源30所對應之分流通道520。反之，若某一熱源30的工作溫度較低，則可透過對流元件300的流量大小調整或是減少流量調節閥400之開度來讓較少的冷卻流體20流入低溫熱源30所對應之分流通道520。如此一來，即可透過較大量的冷卻流體20來加速高溫熱源30的降溫速度或透過較少量的冷卻流體20來冷卻低溫熱源30，以避免冷卻流體20在效能上的浪費。
在本實施例中，散熱系統10係透過調整對流元件300之流量大小與流量調節閥400之開度來精確調整冷卻流體20流入各分流通道520之流量，但並不以此為限。在其他實施例中，散熱系統亦可僅透過調整對流元件之流量大小或流量調節閥之開度來精確調整冷卻流體20流入各分流通道之流量。
請參閱圖6。圖6為根據本發明第二實施例所述之散熱系統10搭載冷卻液體及熱源30的正視示意圖。
散熱系統10A包含一浸泡槽體100、一散熱器200及一幫浦700。本實施例之浸泡槽體100與散熱器200的結構與圖1實施例之浸泡槽體100與散熱器200的結構相同或相似，故僅針對浸泡槽體100與散熱器200之部分結構進行說明，其餘不再贅述。浸泡槽體100之槽部110具有一儲液空間S。儲液空間S具有相連通的一第一區域Sh及一第二區域Sc。第二區域Sc用以儲存冷卻流體20與熱源30。第一區域Sh位於第二區域Sc上方。
散熱器200例如具有散熱鰭片與連接散熱鰭片的散熱管210，且散熱器200之一側位於儲液空間S之第一區域Sh，以及散熱器200之另一側位於浸泡槽體100之外，以將儲液空間S之第一區域Sh內之熱量排至儲液空間S之外。幫浦700連接於散熱器200之散熱管210，以於散熱管210形成強制對流。
請參閱圖7至圖9。圖7為根據本發明第三實施例所述之散熱系統10搭載冷卻液體及熱源30的立體示意圖。圖8為圖7之另一視角的立體示意圖。圖9為圖7之剖面示意圖。
本實施例之散熱系統10B例如為浸泡式散熱系統用以對至少一熱源30B散熱。舉例來說，散熱系統10B內儲存有冷卻流體20B。冷卻流體20B不導電且熱源30B浸泡於冷卻流體20B內，以透過冷卻流體20B的冷卻循環來對熱源30B進行散熱。本實施例之熱源30B例如但不限於是伺服器。
散熱系統10B包含一浸泡槽體100B、一散熱器200B及多個對流元件300B。浸泡槽體100B包含一槽部110B及一連通部120B。浸泡槽體100B之槽部110B具有一儲液空間S、多個第一流體管口111B及多個第二流體管口112B。儲液空間S具有相連通的一第一區域Sh及一第二區域Sc。第二區域Sc用以儲存冷卻流體20B與熱源30B。第一區域Sh位於第二區域Sc上方。這些第一流體管口111B連通於儲液空間S之第一區域Sh。這些第二流體管口112B連通於儲液空間S之第二區域Sc。連通部具有一回流通道C，且回流通道C之一端分別透過這些第一流體管口111B連通儲液空間S之第一區域Sh，以及回流通道C之另一端分別透過這些第二流體管口112B連通儲液空間S之第二區域Sc，以令儲液空間S與回流通道C共同構成一循環流道。
散熱器200B例如具有散熱鰭片與連接散熱鰭片的散熱管，且散熱器200B之一側位於儲液空間S之第一區域Sh，以及散熱器200B之另一側位於浸泡槽體100B之外，以將儲液空間S之第一區域Sh內之熱量排至儲液空間S之外。
請參閱圖10。圖10為圖7之後視示意圖。對流元件300B例如為風扇，並位於槽部110B之第一流體管口111B。對流元件300B運轉時用以令冷卻流體20B於循環流道流動。
在一實施例中，散熱系統10B還可以包含多個流量調節閥400B。這些流量調節閥400B設置於這些第二流體管口112B，以透過流量調節閥400B之開度調整來精確控制自回流通道C流入儲液空間S之第二區域Sc之冷卻流體20B的流量。
在一實施例中，散熱系統10B還可以包含一分流底座500B。分流底座500B包含多個隔板510B。分流底座500B位於儲液空間S之第二區域Sc，且這些隔板510B將儲液空間S之第二區域Sc之底部分隔出多個分流通道520B。分流底座500B的結構設計可讓冷卻流體20B順勢沿方向F1流至熱源30B內部進行冷卻，也就是說，分流底座500B實際上有導流的作用。這些分流通道520B的數量與位置分別匹配於這些第二流體管口112B的數量與位置，使得這些分流通道520B與這些第二流體管口112B相連通。這些熱源30B的數量可以小於等於分流通道520B的數量，且這些熱源30B例如為一對一的方式位於分流通道520B上，以令這些分流通道520B內的冷卻流體20B個別流經這些熱源30B，以個別對這些熱源30B進行散熱。
在一實施例中，散熱系統10B還可以包含一散熱風扇600B。散熱風扇600B裝設於散熱器200B，以透過散熱風扇600B所產生之氣流來加速散熱器200B的熱交換速率。
在本實施例中，對流元件300B與流量調節閥400B的數量為多個，但並不以此為限。在其他實施例中，也可以將對流元件的數量改為單個但流量調節閥的數量維持為多個，或也可以將流量調節閥的數量改為單個但對流元件的數量維持為多個，或也可以將對流元件與流量調節閥的數量皆改為單個。甚或，散熱系統也可以僅設置單個對流元件或僅設置單個流量調節閥。
在本實施例中，對流元件300B位於槽部110B之第一流體管口111B，但並不以此為限。在其他實施例中，對流元件也可以改位於槽部之第二流體管口112B或是循環流道之其他位置處。此外，當對流元件改位於槽部之第二流體管口112B時，流量調節閥也可以改位於槽部之第一流體管口111B。又於一些實施例中，流量調節閥也可以改位於分流通道520中。
根據上述實施例之散熱系統，透過將散熱器一部分設置於浸泡槽體內，另一部分設置於浸泡槽體外，使得散熱系統可省去冷卻分配器(CDU)與外接水冷管路之配置，進而除了減少系統耗電外，更讓整體結構更精簡。進一步來說，上述之散熱系統除了將能源使用效率由1.3優化至1.1以下，單位體積移熱能力亦大幅增加40%，可以縮減整體系統體積及成本。
此外，透過對流元件或流量調節閥之設計，使得散熱系統可依據熱源的工作溫度來調整冷卻流體流經各熱源的流入量。舉例來說，若熱源的工作溫度較高，則可增加冷卻流體流經高溫熱源的流入量。反之，若源溫的工作溫度較低，則可減少冷卻流體流經低溫熱源的流入量。
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。
10、10A、10B:散熱系統 20、20B:冷卻流體 20A:液面 30、30B:熱源 100、100B:浸泡槽體 110、110B:槽部 S:儲液空間 Sh:第一區域 Sc:第二區域 111、111B:第一流體管口 112、112B:第二流體管口 120:管部 120B:連通部 C:回流通道 200、200B:散熱器 210:散熱管 300、300B:對流元件 400、400B:流量調節閥 500、500B:分流底座 510、510B:隔板 520、520B:分流通道 600、600B:散熱風扇 700:幫浦 F1~F3:方向
圖1為根據本發明第一實施例所述之散熱系統搭載冷卻液體及熱源的立體示意圖。 圖2為圖1之另一視角的立體示意圖。 圖3為圖1之剖面示意圖。 圖4為圖1之後視示意圖。 圖5為圖1之前視示意圖。 圖6為根據本發明第二實施例所述之散熱系統搭載冷卻液體及熱源的正視示意圖。 圖7為根據本發明第三實施例所述之散熱系統搭載冷卻液體及熱源的立體示意圖。 圖8為圖7之另一視角的立體示意圖。 圖9為圖7之剖面示意圖。 圖10為圖7之後視示意圖。
10:散熱系統
20:冷卻流體
20A:液面
30:熱源
100:浸泡槽體
110槽部
S:儲液空間
Sh:第一區域
Sc:第二區域
111:第一流體管口
112:第二流體管口
120:管部
C:回流通道
200:散熱器
300:對流元件
400:流量調節閥
510:隔板
520:分流通道
600:散熱風扇
F1~F3:方向

Claims (16)

  1. 一種散熱系統，用以對至少一熱源散熱，該散熱系統包含：一浸泡槽體，具有一儲液空間及至少一回流通道，該儲液空間用以儲存一冷卻流體與該至少一熱源，並具有相連通的一第一區域及一第二區域，該至少一回流通道之相對兩端分別連通該儲液空間之該第一區域及該第二區域，以令該儲液空間與該至少一回流通道共同構成一循環流道；一散熱器，該散熱器之一側位於該儲液空間之該第一區域，且該散熱器之另一側位於該浸泡槽體之外；至少一對流元件，位於該循環流道，並用以令該冷卻流體於該循環流道流動；以及一散熱風扇，該散熱風扇裝設於該散熱器。
  2. 如請求項1所述之散熱系統，其中該至少一回流通道與該至少一對流元件的數量為多個，該浸泡槽體具有相連通的多個第一流體管口及多個第二流體管口，該些第一流體管口連通該儲液空間之該第一區域，該些第二流體管口連通該儲液空間之該第二區域，該些回流通道之相對兩端分別連通該些第一流體管口及該些第二流體管口，該些對流元件設置於該些第二流體管口或該些第一流體管口。
  3. 如請求項2所述之散熱系統，更包含至少一流量調節閥，該至少一流量調節閥設置於該些第二流體管口之其中一者，該些對流元件設置於該些第一流體管口。
  4. 如請求項2所述之散熱系統，更包含至少一流量調節閥，其中該至少一流量調節閥設置於該些第一流體管口之至少一者。
  5. 如請求項2所述之散熱系統，更包含一分流底座，該分流底座包含多個隔板，該分流底座位於該儲液空間之該第二區域，且該些隔板將該儲液空間之該第二區域分隔出多個分流通道，該些第二流體管口分別連通該些分流通道。
  6. 如請求項5所述之散熱系統，更包含至少一流量調節閥，該至少一流量調節閥設置於該些分流通道中。
  7. 如請求項1所述之散熱系統，其中該至少一對流元件的數量為多個，該浸泡槽體具有相連通的多個第一流體管口及多個第二流體管口，該些第一流體管口連通該儲液空間之該第一區域，該些第二流體管口連通該儲液空間之該第二區域，該至少一回流通道之相對兩端分別連通該些第一流體管口及該些第二流體管口，該些對流元件設置於該些第二流體管口或該些第一流體管口。
  8. 如請求項7所述之散熱系統，更包含至少一流量調節閥，該至少一流量調節閥設置於該些第二流體管口之其中一者，該些對流元件設置於該些第一流體管口。
  9. 如請求項7所述之散熱系統，更包含至少一流量調節閥，其中該至少一流量調節閥的數量為多個，該些流量調節閥設置於該些第一流體管口。
  10. 如請求項7所述之散熱系統，更包含一分流底座，該分流底座包含多個隔板，該分流底座位於該儲液空間之該第二區域，且該 些隔板將該儲液空間之該第二區域分隔出多個分流通道，該些第二流體管口分別連通該些分流通道。
  11. 如請求項10所述之散熱系統，更包含至少一流量調節閥，該至少一流量調節閥設置於該些分流通道中。
  12. 如請求項1所述之散熱系統，更包含一幫浦，該幫浦連接於該散熱器之一散熱管。
  13. 一種散熱系統，用以對至少一熱源散熱，該散熱系統包含：一浸泡槽體，具有一儲液空間及至少一回流通道，該儲液空間用以儲存一冷卻流體與該至少一熱源，並具有相連通的一第一區域及一第二區域，該至少一回流通道之相對兩端分別連通該儲液空間之該第一區域及該第二區域，以令該儲液空間與該至少一回流通道共同構成一循環流道；一散熱器，該散熱器之一側位於該儲液空間之該第一區域，且該散熱器之另一側位於該浸泡槽體之外；至少一流量調節閥，位於該循環流道；以及一散熱風扇，該散熱風扇裝設於該散熱器。
  14. 如請求項13所述之散熱系統，其中該至少一回流通道的數量為多個，該浸泡槽體具有相連通的多個第一流體管口及多個第二流體管口，該些第一流體管口連通該儲液空間之該第一區域，該些第二流體管口連通該儲液空間之該第二區域，該些回流通道之相對兩端分別 連通該些第一流體管口及該些第二流體管口，該至少一流量調節閥設置於該些第二流體管口之至少一者或該些第一流體管口之至少一者。
  15. 如請求項13所述之散熱系統，其中該至少一流量調節閥的數量為多個，該浸泡槽體具有相連通的多個第一流體管口及多個第二流體管口，該些第一流體管口連通該儲液空間之該第一區域，該些第二流體管口連通該儲液空間之該第二區域，該至少一回流通道之相對兩端分別連通該些第一流體管口及該些第二流體管口，該些流量調節閥設置於該些第二流體管口或該些第一流體管口。
  16. 如請求項13所述之散熱系統，更包含一幫浦，該幫浦連接於該散熱器之一散熱管。
TW110149066A 2021-08-04 2021-12-28 散熱系統 TWI792810B (zh)

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