TWM610267U - 浸入式液冷系統 - Google Patents

Abstract

一種浸入式液冷系統，包括一冷卻液槽用以容置工程液，一標的電子裝置係浸入工程液中。至少一局部冷卻元件浸入工程液中且接觸於標的電子裝置的至少一發熱元件。一工程液冷卻裝置通過一工程液循環管路連通於冷卻液槽。發熱元件所產生的熱能傳導至局部冷卻元件後，由工程液帶入工程液循環管路中，再由散熱器將工程液中的熱能予以散熱，使局部冷卻元件提供一局部冷卻溫度於發熱元件，從而使發熱元件所產生的熱能受到更有效的散熱。

Description

浸入式液冷系統

本創作係關於一種浸入式液冷系統，特別是一種在浸入式液冷系統中還包括一局部冷卻元件，以對標的電子裝置的發熱元件提供一相對低於工程液溫度的局部冷卻溫度。

在電子裝置的散熱需求方面，由於電子組件在工作期間將產生大量的熱能，故有浸入式冷卻系統的設計。在浸入式冷卻系統中，主要是將電子裝置浸沒在冷卻液槽中所容置的工程液中，透過工程液和配合的工程液循環管路、泵浦、散熱裝置將電子裝置所產生之熱能予以散發。

雖然浸入式冷卻系統可針對特定電子裝置提供良好的冷卻功能，但對於經常工作在高速、超頻使用或受到空間限制、聚熱環境等條件的電子裝置而言，目前浸入式冷卻系統的散熱功能設計，仍無法滿足這些高發熱量的電子裝置的需求。

緣此，本創作之主要目的即是提供一種浸入式液冷系統，以期使浸入至冷卻液槽中的電子裝置所產生的熱能可受到更有效的散熱。

本創作之另一目的是提供一種具有局部制冷效果的浸入式液冷系統，可針對電子裝置的選定發熱元件提供一相對低於工程液溫度的局部冷卻溫度。

本創作所採用之技術手段係包括至少一局部冷卻元件浸入工程液中且接觸於標的電子裝置的至少一發熱元件。一工程液冷卻裝置通過一工程液循環管路連通於冷卻液槽。發熱元件所產生的熱能傳導至局部冷卻元件後，由工程液帶入工程液循環管路中，再由散熱器將工程液中的熱能予以散熱，使局 部冷卻元件提供一局部冷卻溫度於發熱元件，從而使發熱元件所產生的熱能受到更有效的散熱。局部冷卻元件可為熱電轉換元件、熱管或冷卻頭之一。

本創作另一實施例中，包括至少一冷卻頭，浸入該工程液中且接觸於該標的電子裝置的該至少一發熱元件；一冷卻媒體散熱裝置，連通於該至少一冷卻頭。其中，該至少一發熱元件所產生的該熱能傳導至該至少一冷卻頭後，由該冷卻媒體散熱裝置對該熱能進行熱交換，從而使該至少一冷卻頭提供一局部冷卻溫度於該至少一發熱元件

本創作另一實施例中，包括至少一冷卻頭，浸入該工程液中且接觸於該標的電子裝置的該至少一發熱元件；一冷卻媒體散熱裝置，連通於該至少一冷卻頭，用以對該至少一發熱元件傳導至該至少一冷卻頭的該熱能進行熱交換；一工程液冷卻裝置，連通於該冷卻液槽，用以對該冷卻液槽中的工程液予以散熱。其中，該冷卻媒體散熱裝置所設定的一冷卻媒體溫度設定值係低於該工程液冷卻裝置所設定的一工程液溫度設定值。

在效果方面，本創作可由工程液冷卻裝置對浸入式液冷系統的冷卻液槽中所容置的工程液提供散熱效果。同時，本創作還藉由局部冷卻元件對選定的發熱元件提供一相對低於工程液溫度的局部冷卻溫度，從而使發熱元件所產生的熱能受到更有效的冷卻。本創作可徹底解決非浸入液冷系統(即空氣冷卻系統)中，局部冷卻元件會造成空氣露點結冰或凝水，而導致電子裝置或電子元件短路損壞的重大缺點。

再者，本創作可以實現高、低冷卻溫度的系統搭配，在應用於伺服器機房的設計時，可以達到對發熱元件作局部有效冷卻的效果，又能同時滿足能耗指標PUE的要求。

本創作所採用的具體技術，將藉由以下之實施例及附呈圖式作進一步之說明。

100、100a、100b、100c、100d:浸入式液冷系統

1:冷卻液槽

2:標的電子裝置

21:電路基板

22:發熱元件

3:局部冷卻元件

31:冷端基板

32:熱端基板

33:電源供應器

4:工程液冷卻裝置

41:工程液循環管路

42:泵浦

43:散熱器

5:熱管

51:蒸發段

52:冷凝段

6:冷卻頭

7:冷卻媒體散熱裝置

71:冷卻媒體循環管路

72:熱交換裝置

73:泵浦

74:冷卻器

L:工程液

L1:冷卻媒體

T1:冷卻媒體溫度設定值

T2:工程液溫度設定值

圖1顯示本創作第一實施例的系統配置示意圖。

圖2顯示本創作第二實施例的系統配置示意圖。

圖3顯示本創作第三實施例的系統配置示意圖。

圖4顯示本創作第四實施例的系統配置示意圖。

圖5顯示本創作第五實施例的系統配置示意圖。

參閱圖1所示，其顯示本創作第一實施例示意圖。本創作的浸入式液冷系統100包括一冷卻液槽1，其內部空間可容置工程液L。一標的電子裝置2係浸入冷卻液槽1所容置之工程液L中。標的電子裝置2可為各種電子裝置、電腦裝置、量測裝置，且可包括電路基板21及發熱元件22。

一局部冷卻元件3亦浸入冷卻液槽1中的工程液L中，且接觸於該標的電子裝置2。在本實施例中，局部冷卻元件3係一熱電轉換元件或一熱電致冷晶片，其具有一冷端基板31及一熱端基板32，其中該冷端基板31係接觸於該標的電子裝置2的發熱元件22，而該熱端基板32係接觸於該工程液L。一電源供應器33可供應局部冷卻元件3工作所需的電能。

一工程液冷卻裝置4連通結合於冷卻液槽1，可用以對冷卻液槽1中所容置的工程液L進行冷卻。工程液冷卻裝置4包括一工程液循環管路41連通於該冷卻液槽1。一泵浦42連通於該工程液循環管路41，用以將該冷卻液槽1中的工程液L送入該工程液循環管路41中。一散熱器43連通於工程液循環管路41，用以將通過該工程液循環管路41的工程液L散熱。

當浸入式液冷系統100工作時，泵浦42將冷卻液槽1中的工程液L送入工程液循環管路41中，由散熱裝置43將工程液L中的熱能予以散熱以及將工程液L送回冷卻液槽1，如此即可使標的電子裝置2受到冷卻。

同時，由於局部冷卻元件3的冷端基板31係接觸於標的電子裝置2的發熱元件22，故局部冷卻元件3可進一步提供一局部冷卻溫度至冷端基板31和發熱 元件22之間的接觸區，而該局部冷卻溫度係相對低於該工程液L的溫度。如此，可使發熱元件22受到更有效的冷卻。

圖2顯示本創作第二實施例示意圖。本實施例的組成構件與前述第一實施例大致相同，故相同元件乃標示相同的元件編號，以資對應。在本實施例的浸入式液冷系統100a中，可以在二個以上電路基板21上的發熱元件22分別配置一局部冷卻元件3，如此可使各個發熱元件22分別受到有效的冷卻。在應用時，也可以在一個電路基板上的至少一個發熱元件分別配置局部冷卻元件。

圖3顯示本創作第三實施例示意圖。本實施例的浸入式液冷系統100b中，是以一熱管5來取代第一實施例中的熱電轉換元件作為局部冷卻元件。該熱管5具有一蒸發段51、一冷凝段52、一連通於該蒸發段51和該冷凝段52之間的絕熱段53，其中該蒸發段51係接觸於發熱元件22，該發熱元件22所產生的熱能可由該蒸發段51通過絕熱段53傳導至冷凝段52，同樣可以由熱管5提供一相對低於工程液L的溫度的局部冷卻溫度至發熱元件22。

圖4顯示本創作第四實施例示意圖。本實施例的浸入式液冷系統100c中，是以一冷卻頭6接觸於標的電子裝置2的發熱元件22，而冷卻頭6內部具有通道可連通於一冷卻媒體散熱裝置7的冷卻媒體循環管路71，而冷卻媒體循環管路71又連通一熱交換裝置72和一泵浦73。熱交換裝置72也可包括一冷卻器74。冷卻頭6也可以熱管予以替換。

在冷卻媒體循環管路71中充填容置有適合的冷卻媒體L1(例如可為水、冷媒或其它可以傳導熱能的媒體)。熱交換裝置72可以採用任何一種習知的散熱系統(例如包括板式熱交換器、管殼式熱交換器、鰭片式熱交換器、噴淋式交換器、沉浸式交換器...等)。冷卻器74可以採用任何一種習知的製冷系統(例如較小的系統一般可用致冷晶片，較大的系統則可用壓縮機冷媒製冷系統，在溫度要求不須太低的情況下，則可直接用散熱風扇或冷卻水塔作熱交換來藉大氣散熱)。

當浸入式液冷系統100c工作時，泵浦73將冷卻媒體L1送入冷卻媒體循環管路71中，並使冷卻媒體L1通過冷卻頭6。因此，發熱元件22所產生的熱能可以在傳導至冷卻頭6後，由冷卻媒體L1帶入冷卻媒體循環管路71中，再由熱交換裝置72、冷卻器74將冷卻媒體L1中的熱能進行熱交換。由於冷卻頭6係接觸於標的電子裝置2的發熱元件22，故冷卻頭6可提供一局部冷卻溫度至發熱元件22，而該局部冷卻溫度係相對低於工程液L的溫度。如此，可使發熱元件22受到有效的冷卻。

再者，圖4中是以兩個電路基板21、兩個發熱元件22、分別配置在兩個發熱元件22的兩個冷卻頭6作為實施例說明。在實際應用時，可以依據需求作數量上的改變。

圖5顯示本創作第五實施例的系統配置示意圖。本實施例的浸入式液冷系統100d基本上與圖4所示的實施例相同，但另外結合了圖1中的工程液冷卻裝置4中的工程液循環管路41、泵浦42、散熱器43，以對冷卻液槽1中的工程液L予以散熱。本實施例的設計可以實現高、低冷卻溫度的系統搭配。亦即，在系統工作時，冷卻媒體散熱裝置7所設定的冷卻媒體溫度設定值T1會低於工程液冷卻裝置4所設定的工程液溫度設定值T2為低。

本實施例的設計，特別適合應用在伺服器機房的場合。目前在伺服器機房的設計中，對於能耗指標PUE非常重視。能耗指標PUE的定義為可工作的電能與輸入電能的比值。該能耗指標PUE要越低越好。而本實施例的系統配置，可以達到對發熱元件作局部有效冷卻的效果，又能同時滿足能耗指標PUE的要求。

以上所舉實施例僅係用以說明本創作，並非用以限制本創作之範圍，凡其他未脫離本創作所揭示之精神下而完成的等效修飾或置換，均應包含於後述申請專利範圍內。

100:浸入式液冷系統

1:冷卻液槽

2:標的電子裝置

21:電路基板

22:發熱元件

3:局部冷卻元件

31:冷端基板

32:熱端基板

33:電源供應器

4:工程液冷卻裝置

41:工程液循環管路

42:泵浦

43:散熱器

L:工程液

Claims (11)

1. 一種浸入式液冷系統，用以對一標的電子裝置的至少一發熱元件所產生的熱能提供散熱，包括：

   一冷卻液槽，用以容置工程液，該標的電子裝置係浸入該工程液中；

   至少一局部冷卻元件，浸入該工程液中且接觸於該標的電子裝置的該至少一發熱元件；

   一工程液冷卻裝置，連通於該冷卻液槽；

   其中，該至少一發熱元件所產生的該熱能通過該至少一局部冷卻元件傳導至該工程液中，再由該工程液冷卻裝置將該工程液中的該熱能予以散熱，從而使該至少一局部冷卻元件提供一局部冷卻溫度於該至少一發熱元件。
2. 依據請求項1所述之浸入式液冷系統，其中該至少一局部冷卻元件係一熱電轉換元件，其具有一冷端基板及一熱端基板，其中該冷端基板係浸入該工程液中且接觸於該至少一發熱元件，而該熱端基板係接觸於該工程液，該標的電子裝置所產生的該熱能由該熱電轉換元件的該冷端基板傳導至該熱端基板，再由該工程液帶走該熱能。
3. 依據請求項1所述之浸入式液冷系統，其中該至少一局部冷卻元件係一熱管，其具有一蒸發段、一冷凝段、一連通於該蒸發段和該冷凝段的絕熱段，其中該蒸發段係浸入該工程液中且接觸於該至少一發熱元件，該至少一發熱元件所產生的該熱能由該蒸發段通過該絕熱段傳導至該冷凝段。
4. 依據請求項1所述之浸入式液冷系統，其中該至少一局部冷卻元件係一冷卻頭，其係浸入該工程液中且接觸於該至少一發熱元件，該冷卻頭經由一冷卻媒體循環管路連通於一熱交換裝置，而該冷卻媒體循環管路中充填容置有冷卻媒體，該至少一發熱元件所產生的該熱能傳導至該冷卻頭後，由該冷卻媒體帶入該冷卻媒體循環管路中，再由該熱交換裝置將該冷卻媒體中的熱能進行熱交換。
5. 依據請求項1所述之浸入式液冷系統，其中該工程液冷卻裝置包括：

   一工程液循環管路，連通於該冷卻液槽；

   一泵浦，連通於該工程液循環管路，用以將該冷卻液槽中的該工程液送入該工程液循環管路中；

   一散熱器，連通於該工程液循環管路，用以將通過該工程液循環管路的該工程液散熱。
6. 一種浸入式液冷系統，用以對一標的電子裝置的至少一發熱元件所產生的熱能提供散熱，包括：

   一冷卻液槽，用以容置工程液，該標的電子裝置係浸入該工程液中；

   至少一冷卻頭，浸入該工程液中且接觸於該標的電子裝置的該至少一發熱元件；

   一冷卻媒體散熱裝置，連通於該至少一冷卻頭；

   其中，該至少一發熱元件所產生的該熱能傳導至該至少一冷卻頭後，由該冷卻媒體散熱裝置對該熱能進行熱交換，從而使該至少一冷卻頭提供一局部冷卻溫度於該至少一發熱元件。
7. 依據請求項6所述之浸入式液冷系統，其中該冷卻媒體散熱裝置包括：

   一冷卻媒體循環管路，連通於該至少一冷卻頭，該冷卻媒體循環管路中充填容置有冷卻媒體；

   一泵浦，連通於該冷卻媒體循環管路，用以將該冷卻媒體循環管路中的該冷卻媒體送入該冷卻媒體循環管路中；

   一熱交換裝置，連通於該冷卻媒體循環管路，用以將通過該冷卻媒體循環管路的該冷卻媒體進行熱交換。
8. 一種浸入式液冷系統，用以對一標的電子裝置的至少一發熱元件所產生的熱能提供散熱，包括：

   一冷卻液槽，用以容置工程液，該標的電子裝置係浸入該工程液中；

   至少一冷卻頭，浸入該工程液中且接觸於該標的電子裝置的該至少一發熱元件；

   一冷卻媒體散熱裝置，連通於該至少一冷卻頭，用以對該至少一發熱元件傳導至該至少一冷卻頭的該熱能進行熱交換；

   一工程液冷卻裝置，連通於該冷卻液槽，用以對該冷卻液槽中的工程液予以散熱。
9. 依據請求項8所述之浸入式液冷系統，其中該冷卻媒體散熱裝置所設定的一冷卻媒體溫度設定值係低於該工程液冷卻裝置所設定的一工程液溫度設定值。
10. 依據請求項8所述之浸入式液冷系統，其中該冷卻媒體散熱裝置包括：

    一冷卻媒體循環管路，連通於該至少一冷卻頭，該冷卻媒體循環管路中充填容置有冷卻媒體；

    一泵浦，連通於該冷卻媒體循環管路，用以將該冷卻媒體循環管路中的該冷卻媒體送入該冷卻媒體循環管路中；

    一熱交換裝置，連通於該冷卻媒體循環管路，用以將通過該冷卻媒體循環管路的該冷卻媒體進行熱交換。
11. 依據請求項8所述之浸入式液冷系統，其中該工程液冷卻裝置包括：

    一工程液循環管路，連通於該冷卻液槽；

    一泵浦，連通於該工程液循環管路，用以將該冷卻液槽中的該工程液送入該工程液循環管路中；

    一散熱器，連通於該工程液循環管路，用以將通過該工程液循環管路的該工程液散熱。

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