TWI832543B - 壓力控制模組及兩相浸入式冷卻系統 - Google Patents
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Abstract
一種壓力控制模組，包含一冷凝器、一控制閥、一儲氣裝置以及一氣體分離裝置。控制閥連接於冷凝器。氣體分離裝置連接於控制閥與儲氣裝置。控制閥選擇性地使冷凝器連通於外界或使冷凝器連通於氣體分離裝置與儲氣裝置。當冷凝器連通於氣體分離裝置與儲氣裝置時，一混合氣體自冷凝器流入氣體分離裝置，且混合氣體中的空氣與水蒸氣經由氣體分離裝置排出至外界。
Description
本發明關於一種壓力控制模組及兩相浸入式冷卻系統，尤指一種具有氣體分離裝置之壓力控制模組及裝設有此壓力控制模組之兩相浸入式冷卻系統。
兩相浸入式冷卻系統係利用介電液以相變化的方式將熱量帶離電子元件。兩相浸入式冷卻系統中通常具有儲氣裝置，其中儲氣裝置可暫時容納含有介電液蒸氣、空氣與水蒸氣之混合氣體。然而，在儲存氣體時，儲氣裝置中會有部分空間用來存放混合氣體中不參與熱交換的空氣與水蒸氣，進而造成儲氣裝置之儲存空間的浪費。
本發明提供一種具有氣體分離裝置之壓力控制模組及裝設有此壓力控制模組之兩相浸入式冷卻系統，以解決上述問題。
根據一實施例，本發明之壓力控制模組包含一冷凝器、一控制閥、一儲氣裝置以及一氣體分離裝置。控制閥連接於冷凝器。氣體分離裝置連接於控制閥與儲氣裝置。控制閥選擇性地使冷凝器連通於外界或使冷凝器連通於氣體分離裝置與儲氣裝置。當冷凝器連通於氣體分離裝置與儲氣裝置時，一混合氣體自冷凝器流入氣體分離裝置，且混合氣體中的空氣與水蒸氣經由氣體分離裝置排出至外界。
根據另一實施例，本發明之兩相浸入式冷卻系統包含如上所述之壓力控制模組以及一冷卻槽。冷卻槽連接於冷凝器。
綜上所述，本發明係將氣體分離裝置連接於控制閥與儲氣裝置，且利用控制閥選擇性地使冷凝器連通於外界或使冷凝器連通於氣體分離裝置與儲氣裝置。當冷卻槽之目前壓力在預定範圍內時，控制閥使冷凝器連通於氣體分離裝置與儲氣裝置。此時，混合氣體即會自冷凝器流入氣體分離裝置，使得混合氣體中的空氣與水蒸氣經由氣體分離裝置排出至外界。藉此，儲氣裝置即可存放更多的介電液蒸氣，進而提升儲氣裝置的可用性。此外，當冷卻槽之目前壓力超出預定範圍時，控制閥使冷凝器連通於外界，以將混合氣體排出至外界或自外界吸入空氣。藉此，即可使冷卻槽之壓力維持於接近常壓。
關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
請參閱第1圖至第6圖，第1圖為根據本發明一實施例之兩相浸入式冷卻系統1的示意圖，第2圖為第1圖中的壓力控制模組10的示意圖，第3圖為第1圖中的壓力控制模組10的另一示意圖，第4圖為第1圖中的氣體分離裝置106的立體圖，第5圖為第4圖中的氣體分離裝置106的爆炸圖，第6圖為第1圖中的兩相浸入式冷卻系統1的功能方塊圖。
如第1圖所示，兩相浸入式冷卻系統1包含一壓力控制模組10以及一冷卻槽12。壓力控制模組10包含一冷凝器100、一控制閥102、一儲氣裝置104以及一氣體分離裝置106。冷卻槽12連接於冷凝器100。冷卻槽12儲存有低沸點之介電液120，電子元件（未繪示於圖中）可浸入介電液120中，介電液120在吸收電子元件產生的熱量後會蒸發為蒸氣。介電液蒸氣會與冷卻槽12內部空氣及水蒸氣混合為混合氣體。當冷卻槽12之壓力增加時，混合氣體會流入冷凝器100。冷凝器100可將混合氣體中的介電液蒸氣冷凝回收，以減少混合氣體體積，且降低介電液蒸氣的耗損。
控制閥102連接於冷凝器100，且氣體分離裝置106連接於控制閥102與儲氣裝置104。在本實施例中，儲氣裝置104可藉由一連接管108連接於控制閥102，且氣體分離裝置106可藉由一歧管110連接於連接管108，使得儲氣裝置104與氣體分離裝置106並聯於控制閥102。
控制閥102可選擇性地使冷凝器100連通於外界或使冷凝器100連通於氣體分離裝置106與儲氣裝置104。在本實施例中，控制閥102可為電磁閥，但不以此為限。如第2圖與第3圖所示，控制閥102可包含一進氣口1020、一第一出氣口1022、一第二出氣口1024以及一遮擋件1026。進氣口1020連通於冷凝器100。第一出氣口1022連通於外界。第二出氣口1024經由連接管108與歧管110連通於氣體分離裝置106與儲氣裝置104。遮擋件1026可移動地設置於第一出氣口1022與第二出氣口1024之間。當遮擋件1026位於第2圖所示之第一位置時，遮擋件1026遮擋第二出氣口1024，且進氣口1020連通於第一出氣口1022，使得冷凝器100經由進氣口1020與第一出氣口1022連通於外界。當遮擋件1026位於第3圖所示之第二位置時，遮擋件1026遮擋第一出氣口1022，且進氣口1020連通於第二出氣口1024，使得冷凝器100經由進氣口1020與第二出氣口1024連通於氣體分離裝置106與儲氣裝置104。
如第4圖與第5圖所示，氣體分離裝置106可包含一腔體1060以及一半透膜1062，其中腔體1060可具有複數個通孔1064。在本實施例中，氣體分離裝置106可包含二半透膜1062，且腔體1060之相對二側可具有複數個通孔1064。半透膜1062設置於腔體1060上且覆蓋複數個通孔1064。在本實施例中，半透膜1062可以黏貼的方式固定於腔體1060上，但不以此為限。半透膜1062可容許混合氣體中分子較小的空氣與水蒸氣通過，且可防止分子較大的介電液蒸氣通過。在本實施例中，半透膜1062可為聚氨酯膜（polyurethane film，PU film）、3M Tegaderm防水透氣敷料（transparent film dressing）或其它類似薄膜，視實際應用而定。在本實施例中，氣體分離裝置106呈方形，但不以此為限。氣體分離裝置106之形狀可根據實際應用而決定。
當兩相浸入式冷卻系統1正常運作時，控制閥102之遮擋件1026係位於第3圖所示之第二位置，使得冷凝器100連通於氣體分離裝置106與儲氣裝置104。當冷凝器100連通於氣體分離裝置106與儲氣裝置104時，混合氣體即會自冷凝器100流入氣體分離裝置106，使得混合氣體中的空氣與水蒸氣經由氣體分離裝置106之半透膜1062排出至外界。藉此，儲氣裝置104即可存放更多的介電液蒸氣，進而提升儲氣裝置104的可用性。
在本實施例中，氣體分離裝置106可另包含一吸水材料1066，且吸水材料1066設置於腔體1060中，如第2圖與第3圖所示。吸水材料1066可為分子篩或其它與介電液相容的材料，視實際應用而定。因此，當混合氣體流入氣體分離裝置106之腔體1060時，水蒸氣可被吸水材料1066吸收，以進一步降低混合氣體中的水蒸氣濃度。當混合氣體流回冷卻槽12時，冷卻槽12中的水蒸氣濃度也會降低。藉此，即可降低液態水生成的可能，避免液態水對電子元件造成破壞。
如第6圖所示，兩相浸入式冷卻系統1可另包含一控制器14以及一壓力感測器16。控制器14電性連接於控制閥102與壓力感測器16。壓力感測器16設置於冷卻槽12中。壓力感測器16用以感測冷卻槽12之一目前壓力。
當兩相浸入式冷卻系統1啟動時，可先將控制閥102之遮擋件1026設定於第3圖所示之第二位置，使得冷凝器100連通於氣體分離裝置106與儲氣裝置104。接著，控制器14判斷冷卻槽12之目前壓力是否超出一預定範圍，其中預定範圍可根據實際應用而設定。當冷卻槽12之目前壓力超出預定範圍時，控制器14可控制控制閥102使冷凝器100連通於外界。進一步來說，控制器14可將控制閥102之遮擋件1026設定於第2圖所示之第一位置，使得冷凝器100連通於外界，以將混合氣體排出至外界或自外界吸入空氣。藉此，即可使冷卻槽12之壓力維持於接近常壓。此外，當冷卻槽12之目前壓力在預定範圍內時，控制器14可控制控制閥102使冷凝器100連通於氣體分離裝置106與儲氣裝置104。進一步來說，控制器14可將控制閥102之遮擋件1026設定於第3圖所示之第二位置，使得冷凝器100連通於氣體分離裝置106與儲氣裝置104。需說明的是，無論控制閥102之遮擋件1026位於何處，在一段時間後，控制器14會再次判斷冷卻槽12之目前壓力是否超出預定範圍，以決定遮擋件1026之位置。
請參閱第7圖以及第8圖，第7圖為根據本發明另一實施例之氣體分離裝置106'的立體圖，第8圖為第7圖中的氣體分離裝置106'的爆炸圖。
如第7圖與第8圖所示，氣體分離裝置106'包含一腔體1060以及複數個半透膜1062'，其中腔體1060具有複數個通孔1064。上述之氣體分離裝置106可以氣體分離裝置106'替換。在本實施例中，腔體1060之相對二側可具有複數個通孔1064，且半透膜1062'之數量對應通孔1064之數量。複數個半透膜1062'設置於腔體1060上，且各半透膜1062'分別覆蓋複數個通孔1064的其中之一。因此，各半透膜1062'可單獨更換，進而降低維護成本。在本實施例中，各半透膜1062'可以黏貼的方式固定於腔體1060上，但不以此為限。各半透膜1062'可容許混合氣體中分子較小的空氣與水蒸氣通過，且可防止分子較大的介電液蒸氣通過。在本實施例中，半透膜1062'可為聚氨酯膜、3M Tegaderm防水透氣敷料或其它類似薄膜，視實際應用而定。
請參閱第9圖至第11圖，第9圖為根據本發明另一實施例之氣體分離裝置106''的立體圖，第10圖為第9圖中的氣體分離裝置106''的爆炸圖，第11圖為第9圖中的氣體分離裝置106''沿X-X線的剖面圖。
如第9圖至第11圖所示，氣體分離裝置106''包含一腔體1060、一半透膜1062、二網狀結構1068以及一固定件1070，其中腔體1060具有複數個第一通孔1064a，且固定件1070具有複數個第二通孔1064b。上述之氣體分離裝置106可以氣體分離裝置106''替換。在本實施例中，氣體分離裝置106可包含二半透膜1062、四網狀結構1068以及二固定件1070，且腔體1060之相對二側可具有複數個第一通孔1064a。各固定件1070將半透膜1062與二網狀結構1068固定於腔體1060上，且半透膜1062夾置於二網狀結構1068之間，如第11圖所示。此時，複數個第一通孔1064a對齊複數個第二通孔1064b，且半透膜1062與二網狀結構1068覆蓋複數個第一通孔1064a與複數個第二通孔1064b。在本實施例中，固定件1070可藉由螺絲1072鎖固於腔體1060，以將半透膜1062與二網狀結構1068固定於腔體1060與固定件1070之間。藉由上述配置，可進一步減少半透膜1062形變，且避免半透膜1062與固定件1070接觸而被劃破。半透膜1062可容許混合氣體中分子較小的空氣與水蒸氣通過，且可防止分子較大的介電液蒸氣通過。在本實施例中，半透膜1062可為聚氨酯膜、3M Tegaderm防水透氣敷料或其它類似薄膜，視實際應用而定。
請參閱第12圖以及第13圖，第12圖為根據本發明另一實施例之壓力控制模組10'的示意圖，第13圖為第12圖中的氣體分離裝置106'''的爆炸圖。
如第12圖所示，壓力控制模組10'與上述之壓力控制模組10的主要不同之處在於，壓力控制模組10'之儲氣裝置104連接於氣體分離裝置106'''，且氣體分離裝置106'''連接於控制閥102，使得儲氣裝置104與氣體分離裝置106'''串聯於控制閥102。上述之壓力控制模組10可以壓力控制模組10'替換。
在本實施例中，氣體分離裝置106'''呈圓形，但不以此為限。氣體分離裝置106'''之形狀可根據實際應用而決定。如第13圖所示，氣體分離裝置106'''包含一腔體1060、一半透膜1062、二網狀結構1068以及一固定件1070，其中腔體1060具有複數個第一通孔1064a，且固定件1070具有複數個第二通孔1064b。固定件1070將半透膜1062與二網狀結構1068固定於腔體1060上，且半透膜1062夾置於二網狀結構1068之間。此時，複數個第一通孔1064a對齊複數個第二通孔1064b，且半透膜1062與二網狀結構1068覆蓋複數個第一通孔1064a與複數個第二通孔1064b。在本實施例中，固定件1070可藉由螺絲1072鎖固於腔體1060，以將半透膜1062與二網狀結構1068固定於腔體1060與固定件1070之間。藉由上述配置，可進一步減少半透膜1062形變，且避免半透膜1062與固定件1070接觸而被劃破。半透膜1062可容許混合氣體中分子較小的空氣與水蒸氣通過，且可防止分子較大的介電液蒸氣通過。在本實施例中，半透膜1062可為聚氨酯膜、3M Tegaderm防水透氣敷料或其它類似薄膜，視實際應用而定。
需說明的是，氣體分離裝置106'''亦可設計為上述之氣體分離裝置106、106'的形式，在此不再贅述。
綜上所述，本發明係將氣體分離裝置連接於控制閥與儲氣裝置，且利用控制閥選擇性地使冷凝器連通於外界或使冷凝器連通於氣體分離裝置與儲氣裝置。當冷卻槽之目前壓力在預定範圍內時，控制閥使冷凝器連通於氣體分離裝置與儲氣裝置。此時，混合氣體即會自冷凝器流入氣體分離裝置，使得混合氣體中的空氣與水蒸氣經由氣體分離裝置排出至外界。藉此，儲氣裝置即可存放更多的介電液蒸氣，進而提升儲氣裝置的可用性。此外，當冷卻槽之目前壓力超出預定範圍時，控制閥使冷凝器連通於外界，以將混合氣體排出至外界或自外界吸入空氣。藉此，即可使冷卻槽之壓力維持於接近常壓。
在本發明的一實施例中，本發明之兩相浸入式冷卻系統係可應用於伺服器中，該伺服器係可用於人工智慧（Artificial Intelligence，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。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
1:兩相浸入式冷卻系統
10,10':壓力控制模組
12:冷卻槽
14:控制器
16:壓力感測器
100:冷凝器
102:控制閥
104:儲氣裝置
106,106',106'',106''':氣體分離裝置
108:連接管
110:歧管
120:介電液
1020:進氣口
1022:第一出氣口
1024:第二出氣口
1026:遮擋件
1060:腔體
1062,1062':半透膜
1064:通孔
1064a:第一通孔
1064b:第二通孔
1066:吸水材料
1068:網狀結構
1070:固定件
1072:螺絲
X:剖面線
第1圖為根據本發明一實施例之兩相浸入式冷卻系統的示意圖。
第2圖為第1圖中的壓力控制模組的示意圖。
第3圖為第1圖中的壓力控制模組的另一示意圖。
第4圖為第1圖中的氣體分離裝置的立體圖。
第5圖為第4圖中的氣體分離裝置的爆炸圖。
第6圖為第1圖中的兩相浸入式冷卻系統的功能方塊圖。
第7圖為根據本發明另一實施例之氣體分離裝置的立體圖。
第8圖為第7圖中的氣體分離裝置的爆炸圖。
第9圖為根據本發明另一實施例之氣體分離裝置的立體圖。
第10圖為第9圖中的氣體分離裝置的爆炸圖。
第11圖為第9圖中的氣體分離裝置的剖面圖。
第12圖為根據本發明另一實施例之壓力控制模組的示意圖。
第13圖為第12圖中的氣體分離裝置的爆炸圖。
1:兩相浸入式冷卻系統
10:壓力控制模組
12:冷卻槽
100:冷凝器
102:控制閥
104:儲氣裝置
106:氣體分離裝置
108:連接管
110:歧管
120:介電液
Claims (8)
- 一種壓力控制模組，包含：一冷凝器；一控制閥，連接於該冷凝器；一儲氣裝置；以及一氣體分離裝置，包含一腔體、一半透膜、二網狀結構以及一固定件，該氣體分離裝置連接於該控制閥與該儲氣裝置，該控制閥選擇性地使該冷凝器連通於外界或使該冷凝器連通於該氣體分離裝置與該儲氣裝置，該固定件將該半透膜與該二網狀結構固定於該腔體上，該半透膜夾置於該二網狀結構之間；其中，當該冷凝器連通於該氣體分離裝置與該儲氣裝置時，一混合氣體自該冷凝器流入該氣體分離裝置，且該混合氣體中的空氣與水蒸氣經由該氣體分離裝置排出至外界。
- 如請求項1所述之壓力控制模組，其中該腔體具有複數個第一通孔，該固定件具有複數個第二通孔，該複數個第一通孔對齊該複數個第二通孔，該半透膜與該二網狀結構覆蓋該複數個第一通孔與該複數個第二通孔，該半透膜容許該混合氣體中的空氣與水蒸氣通過。
- 如請求項1所述之壓力控制模組，其中該氣體分離裝置包含一吸水材料，該吸水材料設置於該腔體中。
- 如請求項1所述之壓力控制模組，其中該控制閥包含一進氣口、一第一出氣口、一第二出氣口以及一遮擋件，該進氣口連通於該冷凝器，該第一出氣口連通於外界，該第二出氣口連通於該氣體分離裝置與該儲氣裝置，該遮擋件可移動地設置於該第一出氣口與該第二出氣口之間；當該遮擋件位於一第一位置時，該遮擋件遮擋該第二出氣口，且該進氣口連通於該第一出 氣口；當該遮擋件位於一第二位置時，該遮擋件遮擋該第一出氣口，且該進氣口連通於該第二出氣口。
- 如請求項1所述之壓力控制模組，其中該儲氣裝置連接於該氣體分離裝置，且該氣體分離裝置連接於該控制閥，使得該儲氣裝置與該氣體分離裝置串聯於該控制閥。
- 如請求項1所述之壓力控制模組，其中該儲氣裝置藉由一連接管連接於該控制閥，且該氣體分離裝置藉由一歧管連接於該連接管，使得該儲氣裝置與該氣體分離裝置並聯於該控制閥。
- 一種兩相浸入式冷卻系統，包含：如請求項1至6中任一項所述之壓力控制模組；以及一冷卻槽，連接於該冷凝器。
- 如請求項7所述之兩相浸入式冷卻系統，另包含一控制器以及一壓力感測器，該控制器電性連接於該控制閥與該壓力感測器，該壓力感測器設置於該冷卻槽中，該壓力感測器感測該冷卻槽之一目前壓力，該控制器判斷該目前壓力是否超出一預定範圍；當該目前壓力超出該預定範圍時，該控制器控制該控制閥使該冷凝器連通於外界；當該目前壓力在該預定範圍內時，該控制器控制該控制閥使該冷凝器連通於該氣體分離裝置與該儲氣裝置。
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