TWI889380B

TWI889380B - 液冷裝置

Info

Publication number: TWI889380B
Application number: TW113121247A
Authority: TW
Inventors: 童凱煬; 陳虹汝; 邱穎波
Original assignee: 英業達股份有限公司
Priority date: 2024-06-07
Filing date: 2024-06-07
Publication date: 2025-07-01

Abstract

一種液冷裝置，包含一第一水冷板、一第二水冷板以及二連通管。第二水冷板疊設於第一水冷板。二連通管分別設置於第一水冷板與第二水冷板之相對兩側，並凸出於第一水冷板與第二水冷板。二連通管連通第一水冷板與第二水冷板。

Description

液冷裝置

本發明係關於一種液冷裝置，特別是一種設有二水冷板以及連通管的液冷裝置。

電子裝置的運作會伴隨大量熱能的產生。若不能有效地將熱能排除，則會使內部電子元件過熱而導致功能失效或當機等問題。因此，電子裝置內通常配置有相應的散熱系統，以確保元件的運作不會超過預設的工作溫度範圍。尤其對高效能的電子裝置來說，通常會搭配例如為水冷板之液冷式散熱系統，以提供較佳的散熱效果。

常見的液冷式散熱系統之一係將冷凝器夾設於二水冷板之間，以更均勻地散熱。一般來說，二水冷板之一側的中段會透過外凸形連接管來連通。然而，透過上述的設置，會使外凸形連接管的相對兩側產生零碎空間，造成電子裝置內的其他電子組件的擺放受到限制，進而降低電子裝置內的空間利用率。為了避免產生上述的問題，也有製造廠商透過縮小冷凝器的尺寸來將連接管設置於二水冷板之間，但小尺寸的冷凝器又會使散熱效率不足。因此，如何兼顧增加電子裝置內的空間利用率以及維持液冷式散熱系統的散熱效率，即為研發人員應解決的問題之一。

本發明在於提供一種液冷裝置，藉以兼顧增加伺服器內的空間利用率以及維持液冷裝置的散熱效率。

本發明之一實施例所揭露之液冷裝置包含一第一水冷板、一第二水冷板以及二連通管。第二水冷板疊設於第一水冷板。二連通管分別設置於第一水冷板與第二水冷板之相對兩側，並凸出於第一水冷板與第二水冷板。二連通管連通第一水冷板與第二水冷板。

根據上述實施例之液冷裝置，由於二連通管分別設置於第一水冷板與第二水冷板之相對兩側，故可減少產生零碎空間，進而提升伺服器內的空間利用率。

此外，由於二連通管凸出於第一水冷板與第二水冷板，而不會佔用冷凝器的設置空間，故無需縮小冷凝器的尺寸。如此一來，可維持液冷裝置的散熱效率。

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5。圖1為根據本發明實施例所述之液冷裝置之立體示意圖。圖2為圖1之液冷裝置之另一視角的立體示意圖。圖3為圖1之液冷裝置的第一水冷板之剖視示意圖。圖4為圖1之液冷裝置的連通管之剖視示意圖。圖5為圖1之液冷裝置的第二水冷板之剖視示意圖。

本實施例之液冷裝置100用以設置於一伺服器(未繪示)，並包含一第一水冷板101、一第二水冷板102、二連通管103、一冷凝器104、多個熱虹吸流管105、二蒸發器106、一進液管107以及一出液管108。第一水冷板101以及第二水冷板102用以容納一第一冷卻液(未繪示)。第二水冷板102疊設於第一水冷板101。第一水冷板101具有相對的一第一側1013以及一第二側1014。第二水冷板102具有相對的一第三側1023以及一第四側1024。二連通管103分別設置於第一水冷板101與第二水冷板102之相對兩側，並凸出於第一水冷板101之第一側1013與第二水冷板102之第三側1023。二連通管103連通第一水冷板101與第二水冷板102，並用以供第一冷卻液於自第一水冷板101流至第二水冷板102。

第一水冷板101之第二側1014具有一進液口1011。也就是說，進液口1011與連通管103分別位於第一水冷板101的相對兩側。進液管107設置於進液口1011，並用以供第一冷卻液流入。第二水冷板102之第四側1024具有一出液口1021。也就是說，出液口1021與連通管103分別位於第二水冷板102的相對兩側。出液管108設置於出液口1021，並用以供第一冷卻液流入。其中，第一冷卻液例如為水，但不以此為限。

冷凝器104、這些熱虹吸流管105以及二蒸發器106用以容納一第二冷卻液(未繪示)。冷凝器104設置於第一水冷板101與第二水冷板102之間。詳細來說，第一水冷板101位於冷凝器104之底部，且第二水冷板102位於冷凝器104之頂部。這些熱虹吸流管105之分別連接於冷凝器104之相對兩端。二蒸發器106分別連接於熱虹吸流管105遠離冷凝器104之一端。二蒸發器106用以熱耦合於二熱源200。所謂之熱耦合係指熱接觸或透過其他導熱介質連接。此外，所謂之熱虹吸係指液態冷卻流體受熱後會部分氣化而形成氣液混合物，並透過液態冷卻流體與氣態冷卻流體的密度差作為散熱循環的動力。其中，第二冷卻液例如為冷媒，熱源200例如為CPU，但不以此為限。

當第二冷卻液於二蒸發器106處吸收二熱源200所產生的熱量並透過這些熱虹吸流管105流至冷凝器104時，透過第一冷卻液於第一水冷板101、二連通管103以及第二水冷板102流動，可吸收並帶走傳遞至第二冷卻液的熱量。如此一來，即可對二熱源200進行散熱。

在本實施例中，由於二連通管103分別設置於第一水冷板101與第二水冷板102之相對兩側，並分別鄰接於這些熱虹吸流管105，故可在外形上整合二連通管103與這些熱虹吸流管105來減少產生零碎空間，進而提升伺服器內的空間利用率。

此外，由於二連通管103凸出於第一水冷板101與第二水冷板102，而不會佔用冷凝器104的設置空間，故無需縮小冷凝器104的尺寸。如此一來，可維持液冷裝置100的散熱效率。

在本實施例中，第一水冷板101的結構與第二水冷板102的結構例如相同。詳細來說，第一水冷板101具有一第一容置空間S1，且第一水冷板101包含一第一隔板1012。第一隔板1012位於第一容置空間S1，並將第一容置空間S1分隔出一第一容置子空間S11以及一第二容置子空間S12。第一容置空間S1具有一分流子空間S13。分流子空間S13與進液口1011相連通。第一容置子空間S11與第二容置子空間S12透過分流子空間S13相連通。如此一來，即可將流入第一容置空間S1的第一冷卻液進行分流。其中，第一水冷板101內的配置例如為對稱之結構。

第二水冷板102具有一第二容置空間S2，且第二水冷板102包含一第二隔板1022。第二隔板1022位於第二容置空間S2，並將第二容置空間S2分隔出一第三容置子空間S21以及一第四容置子空間S22。第二容置空間S2具有一匯流子空間S23。匯流子空間S23與出液口1021相連通。第三容置子空間S21與第四容置子空間S22透過匯流子空間S23相連通。第一容置子空間S11與第三容置子空間S21透過二連通管103之一者相連通。第二容置子空間S12與第四容置子空間S22透過二連通管103之另一者相連通。也就是說，第一冷卻液流入第一容置空間S1後，可分流成二獨立的循環流道。其中，第二水冷板102內的配置例如為對稱之結構。

液冷裝置100包含多個第一柱狀鰭片109、多個第一片狀鰭片110、多個第二柱狀鰭片111以及多個第二片狀鰭片112。這些第一柱狀鰭片109分別位於第一容置子空間S11以及第二容置子空間S12。這些第一片狀鰭片110分別位於第一容置子空間S11以及第二容置子空間S12。這些第一柱狀鰭片109較這些第一片狀鰭片110靠近第一隔板1012。其中，每一這些第一片狀鰭片110之延伸方向與第一隔板1012之延伸方向例如相垂直，但不以此為限。此外，每一這些第一柱狀鰭片109的厚度以及每一這些第一片狀鰭片110的厚度例如為0.3毫米，且這些第一柱狀鰭片109之間的間距以及這些第一片狀鰭片110之間的間距例如為1.5毫米。

這些第二柱狀鰭片111分別位於第三容置子空間S21以及第四容置子空間S22。這些第二片狀鰭片112分別位於第三容置子空間S21以及第四容置子空間S22。這些第二柱狀鰭片111較這些第二片狀鰭片112靠近第二隔板1022。其中，每一這些第二片狀鰭片112之延伸方向與第二隔板1022之延伸方向例如相垂直，但不以此為限。此外，每一這些第二柱狀鰭片111的厚度以及每一這些第二片狀鰭片112的厚度例如為0.3毫米，且這些第二柱狀鰭片111之間的間距以及這些第二片狀鰭片112之間的間距例如為1.5毫米。

在本實施例中，由於液冷裝置100靠近第一隔板1012處設有體積較小的這些第一柱狀鰭片109，以及靠近第二隔板1022處設有體積較小的這些第二柱狀鰭片111，故當第一冷卻液流入第一容置空間S1以及第一冷卻液自第二容置空間S2流出時，可提供較寬闊的空間來讓第一冷卻液轉換流動方向，使得第一冷卻液可均勻地於第一容置空間S1與第二容置空間S2內流動，進而提升冷卻效率。

此外，由於第一隔板1012的設置，第一冷卻液流入第一容置空間S1後，於第一容置子空間S11及第二容置子空間S12分別形成兩獨立的循環流道，可依熱源200的散熱需求透過調整第一容置子空間S11及第二容置子空間S12的這些柱狀鰭片及片狀鰭片配置藉以降低二熱源的溫差。

此外，由於液冷裝置100遠離第一隔板1012處設有熱交換面積較大的這些第一片狀鰭片110，以及遠離第二隔板1022處設有熱交換面積較大的這些第二片狀鰭片112，故進一步提升冷卻效率。再者，由於這些第一片狀鰭片110與這些第二片狀鰭片112的製作方式較單純，故可降低生產成本。

另一方面，透過設有二連通管103、這些第一柱狀鰭片109、這些第二柱狀鰭片111、這些第一片狀鰭片110以及這些第二片狀鰭片112，可降低第一冷卻液的壓降。如此一來，可降低第一冷卻液的流阻，以進一步提升散熱效率。舉例來說，相較於一般的液冷裝置(將連接管設置於二水冷板之一側的中段)，本實施例之液冷裝置100可使第一冷卻液的壓降例如自475.9帕(Pa)降低至295.4帕。也就是說，本實施例之液冷裝置100可使第一冷卻液的壓降例如降低180.5帕。

在本實施例中，液冷裝置100還可以包含多個外鰭片113。這些外鰭片113設置於第一水冷板101遠離第二水冷板102之一側。如此一來，透過伺服器之風扇(未繪示)所產生的氣流流經這些外鰭片113，可更進一步提升冷卻效率。其中，透過設有二連通管103、這些第一柱狀鰭片109、這些第二柱狀鰭片111、這些第一片狀鰭片110、這些第二片狀鰭片112以及這些外鰭片113，可使伺服器之風扇所產生的氣流流經這些外鰭片113後的溫度下降例如5.9°C。

在本實施例中，位於冷凝器104底部之第一水冷板101用以供第一冷卻液流入，且位於冷凝器104頂部之第二水冷板102用以供第一冷卻液流出，但不以此為限。在其他實施例中，第一冷卻液的流動方向也可以對調。也就是說，也可以為位於冷凝器頂部之第二水冷板用以供第一冷卻液流入，且位於冷凝器底部之第一水冷板用以供第一冷卻液流出。

在本實施例中，第一水冷板101內的配置以及第二水冷板102內的配置各為對稱之結構，但不以此為限。在其他實施例中，當因伺服器內配置的不同而需調整這些熱虹吸流管的結構時，第一水冷板內的配置以及第二水冷板內的配置也可以根據這些熱虹吸流管的結構來進行調整。

在本實施例中，這些第一柱狀鰭片109與這些第二柱狀鰭片111呈柱狀，且這些第一片狀鰭片110與這些第一片狀鰭片110呈片狀，但不以此為限。在其他實施例中，設置於第一容置空間與第二容置空間之這些鰭片也可以例如呈其他形式。

請再次參閱圖3至圖5。在本實施例中，當第一冷卻液沿方向A自進液管107流入第一容置空間S1時，首先，第一冷卻液於分流子空間S13沿方向B分別流至第一容置子空間S11以及第二容置子空間S12。接著，分流後的第一冷卻液沿方向C分別於第一容置子空間S11以及第二容置子空間S12內流動。接著，分流後的第一冷卻液沿方向D分別流至二連通管103，並沿方向E分別於二連通管103內流動。

接著，分流後的第一冷卻液沿方向F分別自二連通管103流至第三容置子空間S21以及第四容置子空間S22。接著，分流後的第一冷卻液沿方向G分別於第三容置子空間S21以及第四容置子空間S22內流動。接著，分流後的第一冷卻液沿方向H分別流至匯流子空間S23，並於匯流子空間S23進行匯流。接著，匯流後的第一冷卻液沿方向I自第二容置空間S2流至出液管108外，並進行下一次的循環流動。如此一來，即可完成第一冷卻液的冷卻循環。

根據上述實施例之液冷裝置，由於二連通管分別設置於第一水冷板與第二水冷板之相對兩側，並分別鄰接於這些熱虹吸流管，故可在外形上整合二連通管與這些熱虹吸流管來減少產生零碎空間，進而提升伺服器內的空間利用率。

此外，由於液冷裝置靠近第一隔板處設有體積較小的這些第一柱狀鰭片，以及靠近第二隔板處設有體積較小的這些第二柱狀鰭片，故當第一冷卻液流入第一容置空間以及第一冷卻液自第二容置空間流出時，可提供較寬闊的空間來讓第一冷卻液轉換流動方向，使得第一冷卻液可均勻地於第一容置空間與第二容置空間內流動，進而提升冷卻效率。

此外，由於液冷裝置遠離第一隔板處設有熱交換面積較大的這些第一片狀鰭片，以及遠離第二隔板處設有熱交換面積較大的這些第二片狀鰭片，故進一步提升冷卻效率。再者，由於這些第一片狀鰭片與這些第二片狀鰭片的製作方式較單純，故可降低生產成本。

另一方面，透過設有二連通管、這些第一柱狀鰭片、這些第二柱狀鰭片、這些第一片狀鰭片以及這些第二片狀鰭片，可降低第一冷卻液的壓降。如此一來，可降低第一冷卻液的流阻，以進一步提升散熱效率。

在本發明的一實施例中，本發明之液冷裝置係可用於伺服器，其伺服器可用於人工智慧(英語：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。

100:液冷裝置 101:第一水冷板 1011:進液口 1012:第一隔板 1013:第一側 1014:第二側 102:第二水冷板 1021:出液口 1022:第二隔板 1023:第三側 1024:第四側 103:連通管 104:冷凝器 105:熱虹吸流管 106:蒸發器 107:進液管 108:出液管 109:第一柱狀鰭片 110:第一片狀鰭片 111:第二柱狀鰭片 112:第二片狀鰭片 113:外鰭片 200:熱源 S1:第一容置空間 S11:第一容置子空間 S12:第二容置子空間 S13:分流子空間 S2:第二容置空間 S21:第三容置子空間 S22:第四容置子空間 S23:匯流子空間 A~I:方向

圖1為根據本發明實施例所述之液冷裝置之立體示意圖。圖2為圖1之液冷裝置之另一視角的立體示意圖。圖3為圖1之液冷裝置的第一水冷板之剖視示意圖。圖4為沿圖3的4-4割面線之液冷裝置的連通管之剖視示意圖。圖5為圖1之液冷裝置的第二水冷板之剖視示意圖。

100:液冷裝置

101:第一水冷板

1013:第一側

102:第二水冷板

1023:第三側

1024:第四側

103:連通管

104:冷凝器

105:熱虹吸流管

106:蒸發器

108:出液管

113:外鰭片

200:熱源

Claims

一種液冷裝置，包含：一第一水冷板；一第二水冷板，疊設於該第一水冷板；以及二連通管，分別設置於該第一水冷板與該第二水冷板之相對兩側，並凸出於該第一水冷板與該第二水冷板，該二連通管連通該第一水冷板與該第二水冷板。
如請求項1所述之液冷裝置，其中該第一水冷板遠離該二連通管之一側具有一進液口，該第二水冷板遠離該二連通管之一側具有一出液口。
如請求項2所述之液冷裝置，其中該第一水冷板具有一第一容置空間，且該第一水冷板包含一第一隔板，該第一隔板位於該第一容置空間，並將該第一容置空間分隔出一第一容置子空間以及一第二容置子空間，該第一容置空間具有一分流子空間，該分流子空間與該進液口相連通，該第一容置子空間與該第二容置子空間透過該分流子空間相連通。
如請求項3所述之液冷裝置，更包含多個第一柱狀鰭片以及多個第一片狀鰭片，該些第一柱狀鰭片分別位於該第一容置子空間以及該第二容置子空間，該些第一片狀鰭片分別位於該第一容置子空間以及該第二容置子空間，且該些第一柱狀鰭片較該些第一片狀鰭片靠近該第一隔板。
如請求項4所述之液冷裝置，其中每一該些第一片狀鰭片之延伸方向與該第一隔板之延伸方向相垂直。
如請求項4所述之液冷裝置，其中該第二水冷板具有一第二容置空間，且該第二水冷板包含一第二隔板，該第二隔板位於該第二容置空間，並將該第二容置空間分隔出一第三容置子空間以及一第四容置子空間，該第二容置空間具有一匯流子空間，該匯流子空間與該出液口相連通，該第三容置子空間與該第四容置子空間透過該匯流子空間相連通，該第一容置子空間與該第三容置子空間透過該二連通管之一者相連通，該第二容置子空間與該第四容置子空間透過該二連通管之另一者相連通。
如請求項6所述之液冷裝置，更包含多個第二柱狀鰭片以及多個第二片狀鰭片，該些第二柱狀鰭片分別位於該第三容置子空間以及該第四容置子空間，該些第二片狀鰭片分別位於該第三容置子空間以及該第四容置子空間，且該些第二柱狀鰭片較該些第二片狀鰭片靠近該第二隔板。
如請求項7所述之液冷裝置，其中每一該些第二片狀鰭片之延伸方向與該第二隔板之延伸方向相垂直。
如請求項1所述之液冷裝置，更包含一冷凝器、多個熱虹吸流管以及二蒸發器，該冷凝器設置於該第一水冷板與該第二水冷板之間，該些熱虹吸流管之分別連接於該冷凝器之相對兩端，該二蒸發器分別連接於該熱虹吸流管遠離該冷凝器之一端，該二蒸發器用以熱耦合於二熱源。
如請求項1所述之液冷裝置，更包含多個外鰭片，該些外鰭片設置於該第一水冷板遠離該第二水冷板之一側。