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TWI810559B - 浸沒式冷卻系統及具有其之電子設備 - Google Patents

浸沒式冷卻系統及具有其之電子設備 Download PDF

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TWI810559B
TWI810559B TW110116494A TW110116494A TWI810559B TW I810559 B TWI810559 B TW I810559B TW 110116494 A TW110116494 A TW 110116494A TW 110116494 A TW110116494 A TW 110116494A TW I810559 B TWI810559 B TW I810559B
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TW
Taiwan
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chassis
immersion cooling
rack
heat dissipation
dissipation medium
Prior art date
Application number
TW110116494A
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English (en)
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TW202245578A (zh
Inventor
朱禹丞
徐勤浩
李宗翰
白庭育
Original Assignee
緯穎科技服務股份有限公司
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Publication date
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Priority to US17/397,981 priority patent/US11665864B2/en
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Abstract

一種浸沒式冷卻系統，包括一機架及至少一浸沒式冷卻模組。浸沒式冷卻模組包括一機箱及一冷凝管路，機箱滑設於機架且適於容納一散熱介質，至少一發熱構件適於配置於機箱內而浸於液態的散熱介質中。冷凝管路配置於機箱中而位於液態的散熱介質上方。此外，一種具有此浸沒式冷卻系統的電子設備亦被提及。

Description

浸沒式冷卻系統及具有其之電子設備
本發明是有關於一種冷卻系統及具有其之電子設備，且特別是有關於一種浸沒式冷卻系統及具有其之電子設備。
隨著伺服器的效能發展快速，高效能的伺服器產生大量廢熱。為避免廢熱的堆積造成主機的運作不佳，一些伺服器被設計為將其主機板浸於散熱液中，散熱液吸收主機板之發熱元件產生的熱而氣化並凝結於冷凝管路上，凝結於冷凝管路上的散熱液滴藉由重力落回散熱液中，以此循環達到散熱的效果，即業界所稱之兩相浸沒式冷卻技術。然而，應用浸沒式冷卻技術的伺服器，其一般利用單一大體積的箱體容納複數主機板，而難以將其整合至滑軌式的機架。並且，所述箱體的開口端朝向上方，故其內的主機板的置入與移出方向被限制為上下方向，而在操作上較為不便。
本發明提供一種浸沒式冷卻系統，其浸沒式冷卻模組可整合於滑軌式的機架。
本發明的浸沒式冷卻系統包括一機架及至少一浸沒式冷卻模組。浸沒式冷卻模組包括一機箱及一冷凝管路，機箱滑設於機架且適於容納一散熱介質，至少一發熱構件適於配置於機箱內而浸於液態的散熱介質中。冷凝管路配置於機箱中而位於液態的散熱介質上方。
本發明的電子設備包括至少一發熱構件及一浸沒式冷卻系統。浸沒式冷卻系統包括一機架及至少一浸沒式冷卻模組。浸沒式冷卻模組包括一機箱及至少一冷凝管路，機箱滑設於機架且適於容納一散熱介質，發熱構件配置於機箱內而浸於液態的散熱介質中。至少一冷凝管路配置於機箱中而位於液態的散熱介質上方。
在本發明的一實施例中，上述的機箱的滑設方向為機架的一前後方向，至少一冷凝管路在機架的垂直於前後方向的一上下方向上位於液態的散熱介質上方。
在本發明的一實施例中，上述的機架具有至少一冷凝流路，至少一冷凝管路適於隨著機箱沿機架的滑動而插拔於至少一冷凝流路。
在本發明的一實施例中，上述的至少一冷凝流路具有兩第一連接端，至少一冷凝管路具有兩第二連接端，兩第二連接端適於分別插拔於兩第一連接端。
在本發明的一實施例中，上述的各第一連接端具有一導引部，各第二連接端適於藉由對應的導引部的導引而插接至對應的第一連接端。
在本發明的一實施例中，上述的至少一冷凝流路包括一第一管道、一配冷單元及一熱交換器，配冷單元配置於機架，第一管道連接於至少一冷凝流路的第一連接端與配冷單元之間，熱交換器配置於機架且連接配冷單元。
在本發明的一實施例中，上述的熱交換器包括相結合的一第二管道及一散熱鰭片組，並藉由第二管道而連接於配冷單元。
在本發明的一實施例中，上述的浸沒式冷卻系統包括一氣流產生單元，熱交換器位於氣流產生單元與機架之間。
在本發明的一實施例中，上述的機箱包括一箱體及一盒體，盒體可抽拉地配置於箱體內且適於容納散熱介質及發熱構件，盒體適於從機箱的朝向機架外側的一端被拉出。
在本發明的一實施例中，上述的浸沒式冷卻模組包括一散熱介質排出閥，散熱介質排出閥配置於機箱的朝向機架外側的一端。
在本發明的一實施例中，上述的浸沒式冷卻模組包括一連接埠面板，連接埠面板配置於機箱的朝向機架外側的一端。
在本發明的一實施例中，上述的連接埠面板可拆列地配置於機箱。
在本發明的一實施例中，上述的浸沒式冷卻模組包括一 密封結構，密封結構配置於連接埠面板與機箱之間。
基於上述，在本發明的浸沒式冷卻系統中，浸沒式冷卻模組的機箱以滑設於機架的方式設置，使浸沒式冷卻模組可整合於機架。從而，使用者可沿機箱的滑設方向將浸沒式冷卻模組插拔於機架，而在操作上較為便利。
100:電子設備
110:發熱構件
120:浸沒式冷卻系統
122:機架
122a:冷凝流路
122a1、122a2:第一連接端
122a3:第一管道
122a4:配冷單元
122a5:背板熱交換器
124、124A:浸沒式冷卻模組
1241、1241A:機箱
1241a:箱體
1241b:盒體
1242:冷凝管路
1242a1、1242a2:第二連接端
1243:散熱介質排出閥
1244、1244A:連接埠面板
1244a:連接埠
1245:密封結構
CA:冷空氣
CW:冷水
D1:前後方向
D2:上下方向
F:散熱鰭片組
FW:氣流產生單元
G:導引部
HA:熱空氣
HW:熱水
M、M’:散熱介質
T:第二管道
WA:溫空氣
圖1是本發明一實施例的電子設備的部分構件立體圖。
圖2是圖1的浸沒式冷卻模組的透視圖。
圖3是圖2的浸沒式冷卻模組的分解圖。
圖4A至圖4C繪示圖2的浸沒式冷卻模組的部分構件的作用方式。
圖5是圖1的電子設備的部分構件分解圖。
圖6是圖2的浸沒式冷卻模組的局部立體圖。
圖7繪示圖6的盒體從箱體被拉出。
圖8是本發明另一實施例的浸沒式冷卻模組的局部立體圖。
圖9是圖8的浸沒式冷卻模組的分解圖。
圖10是本發明另一實施例的電子設備的部分構件分解圖。
圖11是圖1的電子設備的側視示意圖。
圖12繪示圖11的電子設備的冷凝作用方式。
圖13是圖11的背板熱交換器的立體圖。
圖1是本發明一實施例的電子設備的部分構件立體圖。圖2是圖1的浸沒式冷卻模組的透視圖。圖3是圖2的浸沒式冷卻模組的分解圖。請參考圖1至圖3，本實施例的電子設備100包括至少一發熱構件110及一浸沒式冷卻系統120。浸沒式冷卻系統120包括一機架122及至少一浸沒式冷卻模組124。浸沒式冷卻模組124包括一機箱1241及一冷凝管路1242，機箱1241沿機架122的前後方向D1滑設於機架122，發熱構件110例如是主機板且配置於機箱1241內。冷凝管路1242配置於機箱1241中而在機架122的垂直於前後方向D1的上下方向D2上位於發熱構件110上方。
圖1示意性地繪示出一個浸沒式冷卻模組124，實際上浸沒式冷卻模組124的數量可為多個且依序層疊於機架122中。此外，機架122可具有適當形式的滑軌結構供浸沒式冷卻模組124的機箱1241滑設。所述滑軌結構例如是機箱1241既有的用以供一般機架式伺服器機箱滑設的滑軌，浸沒式冷卻模組124的機箱1241的規格可依其加以設計，使浸沒式冷卻模組124適於取代原本的機架式伺服器而直接裝設於機架122。
圖4A至圖4C繪示圖2的浸沒式冷卻模組的部分構件的作用方式。請參考圖4A，機箱1241適於容納一散熱介質M，發熱構件110浸於液態的散熱介質M中。冷凝管路1242配置於機箱 1241中而在機架122的上下方向D2上位於液態的散熱介質M上方。
散熱介質M例如是常溫下為液態的介電容液，其例如為沸點介於攝氏40~60度的氟化液或其他適當之散熱介質，本發明不對此加以限制。如圖4A所示，當發熱構件110尚未發熱或是發熱構件110的溫度不高時，液態的散熱介質M未產生氣泡。當發熱構件110的溫度高時，液態的散熱介質M會吸收發熱構件110產生的熱以降低發熱構件110的溫度，並藉由發熱構件110產生的熱而快速沸騰氣化而如圖4B所示產生氣泡，即氣態的散熱介質M’。如圖4C所示，具有高熱能的氣態的散熱介質M’會往上移動而使液態的散熱介質M的液面擾動。當具有高熱能的氣態的散熱介質M’在密閉的機箱1241內流動至冷凝管路1242時，其會因冷凝管路1242內流動的低溫冷凝液而降溫並如圖4C所示在冷凝管路1242上凝結，冷凝管路1242內的冷凝液吸收來自散熱介質M的熱能後流至浸沒式冷卻模組124外部進行熱交換而冷卻，冷卻後的冷凝液再流回冷凝管路1242，以此不斷循環。另一方面，凝結於冷凝管路1242上的散熱介質M液滴藉由重力落回液態的散熱介質M中，以此循環達到散熱的效果。
在上述配置方式之下，浸沒式冷卻模組124的機箱1241以滑設於機架122的方式設置，使複數浸沒式冷卻模組124可整合於機架122。從而，使用者可沿機箱1241的滑設方向(即機架122的前後方向D1)將浸沒式冷卻模組124插拔於機架122，而在 操作上較為便利。
圖5是圖1的電子設備的部分構件分解圖。請參考圖5，本實施例的機架122具有一冷凝流路122a，冷凝流路122a具有兩第一連接端122a1、122a2。本發明不對冷凝流路122a的實際配置延伸方式加以限制，圖5是意性地繪示出冷凝流路122a的第一連接端122a1、122a2。承上，浸沒式冷卻模組124的冷凝管路1242具有兩第二連接端1242a1、1242a2，兩第二連接端1242a1、1242a2適於隨著機箱1241沿機架122的滑動而分別插拔於冷凝流路122a的兩第一連接端122a1、122a2，使冷凝管路1242內的冷凝液能夠循環至浸沒式冷卻模組124外。
在本實施例中，各第一連接端122a1、122a2具有一導引部G，導引部G的外徑例如大於各第二連接端1242a1、1242a2的外徑且往各第一連接端122a1、122a2的主體漸縮，以提供導引效果。各第二連接端1242a1、1242a2適於藉由對應的導引部G的導引而插接至對應的第一連接端122a1、122a2。藉此，使用者只需要直覺性地將浸沒式冷卻模組124的機箱1241往機架122內推，就能夠順利地將各第二連接端1242a1、1242a2插接至各第一連接端122a1、122a2。
圖6是圖2的浸沒式冷卻模組的局部立體圖。圖7繪示圖6的盒體從箱體被拉出。請參考圖6及圖7，本實施例的機箱1241包括一箱體1241a及一盒體1241b，盒體1241b可抽拉地配置於箱體1241a內且適於容納散熱介質M(繪示於圖4)及發熱構件 110。盒體1241b適於如圖7所示從機箱1241的朝向機架122外側的一端被拉出，讓使用者便於對其內的構件進行維護或更換。
進一步而言，本實施例的浸沒式冷卻模組124包括一散熱介質排出閥1243，散熱介質排出閥1243配置於盒體1241b而位於機箱1241的朝向機架122外側的一端。在使用者將盒體1241b從箱體1241a拉出之前，可先開啟散熱介質排出閥1243而使散熱介質M(繪示於圖4)先排出至外部的收集槽進行保存，以避免盒體1241b被拉出時其內的散熱介質M逸散至外部環境中。待使用者完成盒體1241b內的構件之維護或更換並如圖6所示將盒體1241b推回，再透過散熱介質排出閥1243將散熱介質M注入盒體1241b內。
此外，本實施例的浸沒式冷卻模組124包括一連接埠面板1244，連接埠面板1244配置於盒體1241b而位於機箱1241的朝向機架122外側的一端。藉此，使用者便於透過連接埠面板1244上的連接埠1244a(繪示為多個)連接各種外接裝置。在本實施例中，前述散熱介質排出閥1243例如整合於連接埠面板1244上。
圖8是本發明另一實施例的浸沒式冷卻模組的局部立體圖。圖9是圖8的浸沒式冷卻模組的分解圖。圖8及圖9所示浸沒式冷卻模組124A與前述實施例的浸沒式冷卻模組124的不同處在於，浸沒式冷卻模組124A的連接埠面板1244A可拆列地配置於機箱1241A。並且，浸沒式冷卻模組124A更包括一密封結構1245，密封結構1245配置於連接埠面板1244A與機箱1241A之 間以達到密封效果，藉以避免散熱介質透過連接埠面板1244A與機箱1241A之間的縫隙而滲漏。密封結構1245可為密封環，或可藉由灌膠的方式而形成，本發明不對其具體形式加以限制。
圖10是本發明另一實施例的電子設備的部分構件分解圖。圖10所示實施例與圖5所示實施例的不同處在於，圖10的冷凝流路122a的數量為兩個，且浸沒式冷卻模組124的冷凝管路1242為兩個。從而，總共有四個第一連接端，即一冷凝流路122a的兩第一連接端122a1、122a2及另一冷凝流路122a的兩第一連接端122a1、122a2，且總共有四個第二連接端，即一冷凝管路1242的兩第二連接端1242a1、1242a2及另一冷凝管路1242的兩第二連接端1242a1、1242a2。一冷凝流路122a的兩第一連接端122a1、122a2適於分別插拔於對應的一冷凝流路122a的兩第一連接端122a1、122a2，且另一冷凝流路122a的兩第一連接端122a1、122a2適於分別插拔於對應的另一冷凝流路122a的兩第一連接端122a1、122a2，使冷凝管路1242內的冷凝液能夠循環至浸沒式冷卻模組124外。在其他實施例中，冷凝流路122a及冷凝管路1242可為其他更多數量，本發明不對此加以限制。
以下對前述實施例的冷凝流路122a進行詳細說明。圖11是圖1的電子設備的側視示意圖。圖12繪示圖11的電子設備的冷凝作用方式。圖13是圖11的背板熱交換器的立體圖。請參考圖11及圖12，本實施例的冷凝流路122a包含第一管道122a3、配冷單元(Chiller Distribution Unit，CDU)122a4及背板熱交換器 (Rear Door Heat Exchanger，RDHX)122a5。配冷單元122a4配置於機架122的底部，第一管道122a3連接於冷凝流路122a的第一連接端122a1、122a2(繪示於圖5)與配冷單元122a4之間，背板熱交換器122a5配置於機架122的後側且連接配冷單元122a4。其中，背板熱交換器122a5如圖13所示包含相結合的第二管道T及散熱鰭片組F，並如圖12所示藉由第二管道T而連接於配冷單元122a4。此外，氣流產生單元FW如圖11所示配置於背板熱交換器122a5後側，使得背板熱交換器122a5位於氣流產生單元FW與機架122之間。氣流產生單元FW例如是由複數風扇所構成的風扇牆。
各浸沒式冷卻模組124中的冷凝管路1242(繪示於圖5)內的高溫冷凝液可通過圖12所示的第一管道122a3而到達配冷單元122a4，以與第二管道T內的冷水CW進行熱交換，使第二管道T內的冷水CW成為熱水HW並循環至背板熱交換器122a5。熱水HW在背板熱交換器122a5處將熱傳遞至圖13所示的散熱鰭片組F而降溫成為冷水CW，並循環至配冷單元122a4。氣流產生單元FW可驅使冷空氣CA(繪示於圖12)通過浸沒式冷卻模組124而成為溫空氣WA並往背板熱交換器122a5流動，溫空氣WA與散熱鰭片組F進行熱交換而成為熱空氣HA並往氣流產生單元FW後側排放。
110:發熱構件
124:浸沒式冷卻模組
1241:機箱
1241a:箱體
1241b:盒體
1242:冷凝管路
1242a1、1242a2:第二連接端
1243:散熱介質排出閥
1244:連接埠面板
1244a:連接埠
D1:前後方向
D2:上下方向

Claims (24)

  1. 一種浸沒式冷卻系統，包括：一機架；以及至少一浸沒式冷卻模組，包括一機箱及至少一冷凝管路，其中該機箱滑設於該機架且適於容納一散熱介質，至少一發熱構件適於配置於該機箱內而浸於液態的該散熱介質中，該至少一冷凝管路配置於該機箱中而位於液態的該散熱介質上方，該散熱介質保持於該機箱內，該機箱的滑設方向為該機架的一前後方向，該至少一冷凝管路在該機架的垂直於該前後方向的一上下方向上位於液態的該散熱介質上方。
  2. 如請求項1所述的浸沒式冷卻系統，其中該機架具有至少一冷凝流路，該冷凝管路適於隨著該機箱沿該機箱的滑動而插拔於該至少一冷凝流路。
  3. 如請求項2所述的浸沒式冷卻系統，其中該至少一冷凝流路具有兩第一連接端，該至少一冷凝管路具有兩第二連接端，該兩第二連接端適於分別插拔於該兩第一連接端。
  4. 如請求項3所述的浸沒式冷卻系統，其中各該第一連接端具有一導引部，各該第二連接端適於藉由對應的該導引部的導引而插接至對應的該第一連接端。
  5. 如請求項3所述的浸沒式冷卻系統，其中該至少一冷凝流路包括一第一管道、一配冷單元及一熱交換器，該配冷單元配置於該機架，該第一管道連接於該至少一冷凝流路的該第一連 接端與該配冷單元之間，該熱交換器配置於該機架且連接該配冷單元。
  6. 如請求項5所述的浸沒式冷卻系統，其中該熱交換器包括相結合的一第二管道及一散熱鰭片組，並藉由該第二管道而連接於該配冷單元。
  7. 如請求項5所述的浸沒式冷卻系統，包括一氣流產生單元，其中該熱交換器位於該氣流產生單元與該機架之間。
  8. 如請求項1所述的浸沒式冷卻系統，其中該機箱包括一箱體及一盒體，該盒體可抽拉地配置於該箱體內且適於容納該散熱介質及該至少一發熱構件，該盒體適於從該機箱的朝向該機架外側的一端被拉出。
  9. 如請求項1所述的浸沒式冷卻系統，其中該至少一浸沒式冷卻模組包括一散熱介質排出閥，該散熱介質排出閥配置於該機箱的朝向該機架外側的一端。
  10. 如請求項1所述的浸沒式冷卻系統，其中該至少一浸沒式冷卻模組包括一連接埠面板，該連接埠面板配置於該機箱的朝向該機架外側的一端。
  11. 如請求項10所述的浸沒式冷卻系統，其中該連接埠面板可拆列地配置於該機箱。
  12. 如請求項10所述的浸沒式冷卻系統，其中該至少一浸沒式冷卻模組包括一密封結構，該密封結構配置於該連接埠面板與該機箱之間。
  13. 一種電子設備，包括：至少一發熱構件；以及一浸沒式冷卻系統，包括：一機架；以及至少一浸沒式冷卻模組，包括一機箱及至少一冷凝管路，其中該機箱滑設於該機架且適於容納一散熱介質，該至少一發熱構件配置於該機箱內而浸於液態的該散熱介質中，該至少一冷凝管路配置於該機箱中而位於液態的該散熱介質上方，該散熱介質保持於該機箱內，該機箱的滑設方向為該機架的一前後方向，該冷凝管路在該機架的垂直於該前後方向的一上下方向上位於液態的該散熱介質上方。
  14. 如請求項13所述的電子設備，其中該機架具有至少一冷凝流路，該至少一冷凝管路適於隨著該機箱沿該機架的滑動而插拔於該至少一冷凝流路。
  15. 如請求項14所述的電子設備，其中該至少一冷凝流路具有兩第一連接端，該至少一冷凝管路具有兩第二連接端，該兩第二連接端適於分別插拔於該兩第一連接端。
  16. 如請求項15所述的電子設備，其中各該第一連接端具有一導引部，各該第二連接端適於藉由對應的該導引部的導引而插接至對應的該第一連接端。
  17. 如請求項15所述的電子設備，其中該至少一冷凝流路包括一第一管道、一配冷單元及一熱交換器，該配冷單元配 置於該機架，該第一管道連接於該至少一冷凝流路的該第一連接端與該配冷單元之間，該熱交換器配置於該機架且連接該配冷單元。
  18. 如請求項17所述的電子設備，其中該熱交換器包括相結合的一第二管道及一散熱鰭片組，並藉由該第二管道而連接於該配冷單元。
  19. 如請求項17所述的電子設備，其中該浸沒式冷卻系統包括一氣流產生單元，該熱交換器位於該氣流產生單元與該機架之間。
  20. 如請求項13所述的電子設備，其中該機箱包括一箱體及一盒體，該盒體可抽拉地配置於該箱體內且適於容納該散熱介質及該至少一發熱構件，該盒體適於從該機箱的朝向該機架外側的一端被拉出。
  21. 如請求項13所述的電子設備，其中該至少一浸沒式冷卻模組包括一散熱介質排出閥，該散熱介質排出閥配置於該機箱的朝向該機架外側的一端。
  22. 如請求項13所述的電子設備，其中該至少一浸沒式冷卻模組包括一連接埠面板，該連接埠面板配置於該機箱的朝向該機架外側的一端。
  23. 如請求項22所述的電子設備，其中該連接埠面板可拆列地配置於該機箱。
  24. 如請求項22所述的電子設備，其中該至少一浸沒式冷卻模組包括一密封結構，該密封結構配置於該連接埠面板與該機箱之間。
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