CN118175794A - 浸没式冷却装置、主动式散热模块及主动式导流模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种浸没式冷却装置、主动式散热模块及主动式导流模块，其中该浸没式冷却装置包括一壳体、至少一发热元件、至少一散热件及至少一流体驱动单元。壳体包括一槽体及至少一罩体且具有一容纳结构。发热元件位于容纳结构内，且浸没式冷却装置适于对发热元件进行单相冷却。散热件配置于发热元件上。罩体具有一导流结构且罩覆散热件而使散热件位于导流结构内。流体驱动单元连接于罩体。导流结构连通于流体驱动单元与容纳结构之间。

Description

浸没式冷却装置、主动式散热模块及主动式导流模块

技术领域

本发明涉及一种冷却装置、散热模块及导流模块，且特别涉及一种浸没式冷却装置、主动式散热模块及主动式导流模块。

背景技术

一般的液冷式散热方式分成接触式液冷(direct contact liquid cooling)和浸没式冷却(immersion cooling)。浸没式液冷又可分成单相(single phase)和两相(twophase)两种类型，其中单相浸没式液冷装置的结构相对简单，除了不需要风扇而具有低噪音和低电能使用效率的优势外，由于冷却液不会发生相变，没有气密和压力控制的需求，整体***稳定可靠。

然而，一般的单相浸没式液冷装置内所使用的冷却液体之粘滞性较高，冷却液体难以被驱动对流，因而装置内部流场的流速慢且流量不足，容易造成欲冷却的高瓦数电子元件过热。又或者，单相浸没式液冷装置需搭配大型的散热元件(例如大型散热鳍片)，以弥补流速与流量不足的问题，如此一来反而占用装置内部空间，并降低可容纳的欲冷却之电子元件数量。

发明内容

本发明提供一种浸没式冷却装置、主动式散热模块及主动式导流模块，可有效提升对发热元件的散热效果。

本发明的一种浸没式冷却装置包括一壳体、至少一发热元件、至少一散热件及至少一流体驱动单元。壳体包括一槽体及至少一罩体且具有一容纳结构。发热元件位于容纳结构内，且浸没式冷却装置适于对发热元件进行单相冷却。散热件配置于发热元件上。罩体具有一导流结构且罩覆散热件而使散热件位于导流结构内。流体驱动单元连接于罩体。导流结构连通于流体驱动单元与容纳结构之间。

在本发明的一实施例中，上述的至少一罩体包括一顶壁及两侧壁，两侧壁分别连接于顶壁的相对两边缘。

在本发明的一实施例中，上述的浸没式冷却装置还包括至少一电路板，其中至少一发热元件配置于至少一电路板上，至少一罩体及至少一散热件的至少其中之一组装于至少一电路板。

在本发明的一实施例中，上述的至少一罩体组装于至少一散热件。

在本发明的一实施例中，上述的至少一罩体具有相对的一连接端及一开口端，连接端连接于至少一流体驱动单元，导流结构通过开口端而连通于容纳结构。

在本发明的一实施例中，上述的至少一罩体具有至少一导引斜面，至少一导引斜面位于至少一流体驱动单元与至少一散热件之间。

在本发明的一实施例中，上述的至少一导引斜面的数量为两个，两导引斜面彼此相对，两导引斜面之间的距离从至少一流体驱动单元往至少一散热件渐增。

在本发明的一实施例中，上述的至少一散热件与至少一流体驱动单元之间具有一间隙。

在本发明的一实施例中，上述的至少一散热件为一散热鳍片组。

在本发明的一实施例中，上述的容纳结构适于容纳一散热介质，至少一流体驱动单元适于驱动散热介质流经导流结构。

本发明的主动式散热模块包括一散热件、一罩体及一流体驱动单元。罩体具有一导流结构。罩体罩覆散热件而使散热件位于导流结构内。流体驱动单元连接于罩体。导流结构连通于流体驱动单元。

在本发明的一实施例中，上述的罩体包括一顶壁及两侧壁，两侧壁分别连接于顶壁的相对两边缘。

在本发明的一实施例中，上述的罩体组装于散热件。

在本发明的一实施例中，上述的罩体具有相对的一连接端及一开口端，连接端连接于流体驱动单元。

在本发明的一实施例中，上述的罩体具有至少一导引斜面，至少一导引斜面位于流体驱动单元与散热件之间。

在本发明的一实施例中，上述的至少一导引斜面的数量为两个，两导引斜面彼此相对，两导引斜面之间的距离从流体驱动单元往散热件渐增。

在本发明的一实施例中，上述的散热件与流体驱动单元之间具有一间隙。

在本发明的一实施例中，上述的散热件为一散热鳍片组。

本发明的主动式导流模块包括一罩体及一流体驱动单元。罩体具有一导流结构。流体驱动单元连接于罩体。导流结构连通于流体驱动单元。

在本发明的一实施例中，上述的罩体包括一顶壁及两侧壁，两侧壁分别连接于顶壁的相对两边缘。

在本发明的一实施例中，上述的罩体具有相对的一连接端及一开口端，连接端连接于流体驱动单元。

在本发明的一实施例中，上述的罩体具有至少一导引斜面，至少一导引斜面邻接流体驱动单元。

在本发明的一实施例中，上述的至少一导引斜面的数量为两个，两导引斜面彼此相对，两导引斜面之间的距离沿着远离流体驱动单元的方向渐增。

基于上述，在本发明的浸没式冷却装置中，散热件配置于容纳结构内的发热元件上，罩体罩覆散热件而使散热件位于罩体的导流结构内。并且，罩体连接流体驱动单元，以驱动流体流经导流结构。据此，可提高容纳结构内的流场效率，特别是提高发热元件周围的流场之流速与流量，从而有效增强对发热元件的散热效果。

附图说明

图1是本发明一实施例的浸没式冷却装置的示意图；

图2A是图1的主动式散热模块的示意图；

图2B是图1的主动式散热模块的另一视角的示意图；

图3A是图1的主动式散热模块组装于电路板的局部示意图；

图3B是图3A的构件分解图；

图4是本发明另一实施例的浸没式冷却装置的示意图；

图5是图4的主动式散热模块的示意图。

符号说明

100、100A:浸没式冷却装置

105:壳体

110:槽体

120:发热元件

130:电路板

140:主动式散热模块

142:散热件

144:主动式导流模块

1441:罩体

1441a:连接端

1441b:开口端

1441c:顶壁

1441d:侧壁

1441e:边缘

1441f:导引斜面

1441g:底端

1441h:缺口

1442:流体驱动单元

148:组装件

G:间隙

M：散热介质

S1:容纳结构

S2:导流结构

具体实施方式

图1是本发明一实施例的浸没式冷却装置的示意图。图1中的发热元件以虚线绘示。请参考图1，本实施例的浸没式冷却装置100包括一壳体105、至少一发热元件120及至少一主动式散热模块140。发热元件120与主动式散热模块140分别绘示为两个，但数量不以此为限制。壳体105包括一槽体110及一罩体1441。槽体110具有一容纳结构S1，适于容纳一散热介质M例如是冷却液。浸没式冷却装置100为单相冷却装置，即在热交换的过程中，散热介质M保持为液相状态。发热元件120位于容纳结构S1内，例如可配置于至少一电路板130(绘示为一个)上。发热元件120例如是服务器的芯片组，浸没于散热介质M中，使发热元件120产生的热传递至散热介质M，以达到冷却发热元件120的效果。单相浸没式冷却装置100为已知技术，此不再赘述其详细作用方式。

本实施例的浸没式冷却装置100通过将主动式散热模块140配置于电路板130且对位于发热元件120，可有效增加容纳结构S1内散热介质M的流动，尤其能提升发热元件120附近的散热介质M的流量与流速，从而增进对发热元件120的散热效果。以下对此进行详细说明。

图2A是图1的主动式散热模块的示意图。图2B是图1的主动式散热模块的另一视角的示意图。图2B中另以粗体箭头示意性地绘示散热介质的流动方向。请参考图2A与图2B，具体而言，本实施例的主动式散热模块140包括一散热件142(图2B)与一主动式导流模块144(图2B)，其中主动式导流模块144包括一罩体1441及一流体驱动单元1442。散热件142例如是散热鳍片组，配置于发热元件120(图1)上，可与发热元件120进行热交换，以使发热元件120运作所产生的热能传递至散热件142，但散热件142的种类不以此为限制。罩体1441具有一导流结构S2(图2B)，通过罩体1441罩覆散热件142而使散热件142位于导流结构S2内。流体驱动单元1442例如以锁固或卡合方式连接于罩体1441，以使导流结构S2连通于流体驱动单元1442与容纳结构S1(图1)之间。流体驱动单元1442例如是泵浦、抽水马达、风扇、小型螺旋桨、造浪机或喷水推进器，适于驱动散热介质M流经导流结构S2，但流体驱动单元1442的种类不以此为限制。

本实施例的罩体1441具有相对的一连接端1441a及一开口端1441b。连接端1441a连接于流体驱动单元1442，而导流结构S2通过开口端1441b连通于容纳结构S1。流体驱动单元1442可驱动散热介质M(图1)从开口端1441b流经容纳结构S1，再从连接端1441a流出罩体1441。也就是说，散热介质M的流动方向是从图2B的左下方(即上游端)流向右上方(即下游端)。当然，流体驱动单元1442也可设计为驱动散热介质M的流动方向与图2B所标示的流动方向相反，即从图2B的右上方流向左下方，本发明不以此为限制。

罩体1441包括一顶壁1441c及两侧壁1441d。散热件142在顶壁1441c所在的平面上的投影区域不超出顶壁1441c，以使罩体1441完整地加强散热件142所在的流场效率。两侧壁1441d分别连接于顶壁1441c的相对两边缘1441e，以使散热件142被顶壁1441c与两侧壁1441d环绕。另外，罩体1441更具有相对于顶壁1441c的一底端1441g，其中底端1441g连通于容纳结构S1(图1)，以便散热件142经由底端1441g配置于电路板130上。

进一步而言，当流体驱动单元1442启动时，罩体1441外的散热介质M被驱动而从开口端1441b流入导流结构S2。进入导流结构S2的散热介质M可流经散热件142与散热件142进行热交换，使散热件142的热能传递至散热介质M，散热介质M再从连接端1441a经流体驱动单元1442排出。换而言之，本实施例的主动式散热模块140凭借流体驱动单元1442驱动散热介质M的流动，配合罩体1441的导流作用，可改善散热介质M因粘滞性高而不易流动的问题，大幅提高散热介质M的流量。本实施例的浸没式冷却装置100例如可将散热介质M的流量从0.54LPM(liters per minute)增加至1LPM，从而降低发热元件120的温度达7℃以上。例如若再将散热介质M的流量再提高至5LPM，则更可降低发热元件120的温度达15℃以上，大大增强了对发热元件120的冷却效果。

值得注意的是，本实施例的罩体1441还包括至少一导引斜面1441f。导引斜面1441f连接于顶壁1441c、侧壁1441d及流体驱动单元1442，位于流体驱动单元1442与散热件142之间。散热件142与流体驱动单元1442之间具有一间隙G，以避免流体驱动单元1442因离散热件142过近而减弱其流体驱动力。本实施例的导引斜面1441f的数量绘示为两个，彼此相对，且两导引斜面1441f之间的距离从流体驱动单元1442往散热件142渐增。换句话说，当散热介质M从散热件142流往流体驱动单元1442时，两导引斜面1441f之间的流道空间渐窄，致使散热介质M的流速增加，罩体1441内的热交换效率提高，从而提升主动式散热模块140的散热效果。

此外，由于本实施例的罩体1441具有良好的导流效果，故不需在槽体110内增设挡板以将散热介质M导至目标散热元件，不仅可节省挡板的料件数量或尺寸，更能降低整体流场的阻抗，有助于进一步提升散热介质M的流量。

图3A是图1的主动式散热模块组装于电路板的局部示意图。图3B是图3A的构件分解图。请参考图3A与图3B，本实施例的主动式散热模块140可通过罩体1441及散热件142的至少其中之一组装于电路板130。例如，罩体1441可与流体驱动单元1442组装一起，散热件142通过一组装件148配置于电路板130，最后再将罩体1441组装于散热件142上或通过罩体1441的多个缺口1441h(图3B)卡合于电路板130的固定部(未绘示)上。或者，罩体1441可先与散热件142与流体驱动单元1442组装一起，最后再组装至电路板130。换句话说，散热件142可为电路板130上既有的元件，或是可整合于主动式散热模块140，再一起组装至电路板130。当然，主动式散热模块140与电路板130的组装方式不以此为限制。

此外，主动式散热模块140的各元件可通过螺丝、卡扣或夹钳结构完成组合或固定。主动式散热模块140也可通过螺丝、卡扣或夹钳结构组装至电路板130。本发明不对上述元件的组装或固定方式加以限制，可视实际设计需求而调整。

由于本实施例的主动式散热模块140的结构简便，通过散热件142与流体驱动单元1442的配合，即可直接针对高功率与散热需求大的发热元件120进行散热，不需变更整体流场的设计并增设额外的挡板，以将流体导向目标发热元件。再加上流体驱动单元1442可采用常见的风扇结构，因而相容于一般的浸没式液冷***，无需大幅修改电路设计。因此，本实施例的主动式散热模块140适用于任何浸没式液冷***，在应用上相当灵活方便。

另外，本实施例的流体驱动单元1442可强制驱动散热介质M流动，改善整体流场的流动性，也可帮助其他功率较低的元件散热，故不需增大散热件142的尺寸，即能达成良好的冷却功效。如此一来，不仅节省了槽体110内的设计空间，并能增加发热元件120的数量。若以相同容量的槽体110而言，本实施例的浸没式冷却装置100实现了更佳的散热能力，可支持更高功率的发热元件120，或使发热元件120可在更高功率下运行，有益于电子装置的效能扩充。

此外，若其他功率较低的元件有较高的散热需求时，可结合主动式散热模块140与适当的挡板设计，使通过这些元件的流量增加，提升冷却效能。若其他功率较低的元件之散热需求较低时，即可依靠自然对流达到冷却效果，不需设置额外的挡板，有利于进一步节省料件及空间。

图4是本发明另一实施例的浸没式冷却装置的示意图，其中发热元件以虚线绘示。图5是图4的主动式散热模块的示意图。图5中另以粗体箭头示意性地绘示散热介质的流动方向。请参考图4与图5，图4所示实施例与图1所示实施例的不同之处在于，图4的浸没式冷却装置100A的主动式散热模块140的配置方向与图1的主动式散热模块140的配置方向相反。

进一步而言，本实施例的流体驱动单元1442可驱动散热介质M从连接端1441a流经容纳结构S1，再从开口端1441b流出罩体1441，即散热介质M的流动方向是从图5的左下方(即上游端)流向右上方(即下游端)。当然，流体驱动单元1442也可设计为驱动散热介质M的流动方向与图5所标示的流动方向相反，即从图5的右上方流往左下方，本发明不以此为限制。

换而言之，在本实施例中，流体驱动单元1442驱动散热介质M的流动方向与前述实施例相同，均是从上游端流往下游端，惟前述实施例的流体驱动单元1442配置于下游端，而本实施例的流体驱动单元1442配置于上游端。不过，本实施例的主动式散热模块140的设置方向不影响其散热表现，能对发热元件120产生良好的冷却效果。

综上所述，在本发明的浸没式冷却装置中，散热件配置于容纳结构内的发热元件上，罩体罩覆散热件而使散热件位于罩体的导流结构内。并且，罩体连接流体驱动单元，可驱动流体流经导流结构。据此，可提高容纳结构内的流场效率，特别是提高发热元件周围流场的流速与流量，从而有效增强对发热元件的散热效果。

Claims (20)

1.一种浸没式冷却装置，包括：

壳体，包括槽体及至少一罩体，其中该槽体具有容纳结构；

至少一发热元件，位于该容纳结构内，其中该浸没式冷却装置适于对该至少一发热元件进行单相冷却；

至少一散热件，配置于该至少一发热元件上，其中该至少一罩体具有导流结构且罩覆该至少一散热件而使该至少一散热件位于该导流结构内；以及

至少一流体驱动单元，连接于该至少一罩体，其中该导流结构连通于该至少一流体驱动单元与该容纳结构之间。

2.如权利要求1所述的浸没式冷却装置，其中该至少一罩体包括顶壁及两侧壁，该两侧壁分别连接于该顶壁的相对两边缘。

3.如权利要求1所述的浸没式冷却装置，包括至少一电路板，其中该至少一发热元件配置于该至少一电路板上，该至少一罩体及该至少一散热件的至少其中之一组装于该至少一电路板。

4.如权利要求1所述的浸没式冷却装置，其中该至少一罩体组装于该至少一散热件。

5.如权利要求1所述的浸没式冷却装置，其中该至少一罩体具有相对的连接端及开口端，该连接端连接于该至少一流体驱动单元，该导流结构通过该开口端而连通于该容纳结构。

6.如权利要求1所述的浸没式冷却装置，其中该至少一罩体具有至少一导引斜面，该至少一导引斜面位于该至少一流体驱动单元与该至少一散热件之间。

7.如权利要求6所述的浸没式冷却装置，其中该至少一导引斜面的数量为两个，该两导引斜面彼此相对，该两导引斜面之间的距离从该至少一流体驱动单元往该至少一散热件渐增。

8.如权利要求1所述的浸没式冷却装置，其中该至少一散热件与该至少一流体驱动单元之间具有间隙。

9.一种主动式散热模块，包括：

散热件；

罩体，具有导流结构，其中该罩体罩覆该散热件而使该散热件位于该导流结构内；以及

流体驱动单元，连接于该罩体，其中该导流结构连通于该流体驱动单元。

10.如权利要求9所述的主动式散热模块，其中该罩体包括顶壁及两侧壁，该两侧壁分别连接于该顶壁的相对两边缘。

11.如权利要求9所述的主动式散热模块，其中该罩体组装于该散热件。

12.如权利要求9所述的主动式散热模块，其中该罩体具有相对的连接端及开口端，该连接端连接于该流体驱动单元。

13.如权利要求9所述的主动式散热模块，其中该罩体具有至少一导引斜面，该至少一导引斜面位于该流体驱动单元与该散热件之间。

14.如权利要求13所述的主动式散热模块，其中该至少一导引斜面的数量为两个，该两导引斜面彼此相对，该两导引斜面之间的距离从该流体驱动单元往该散热件渐增。

15.如权利要求9所述的主动式散热模块，其中该散热件与该流体驱动单元之间具有间隙。

16.一种主动式导流模块，包括：

罩体，具有导流结构；以及

流体驱动单元，连接于该罩体，其中该导流结构连通于该流体驱动单元。

17.如权利要求16所述的主动式导流模块，其中该罩体包括顶壁及两侧壁，该两侧壁分别连接于该顶壁的相对两边缘。

18.如权利要求16所述的主动式导流模块，其中该罩体具有相对的连接端及开口端，该连接端连接于该流体驱动单元。

19.如权利要求16所述的主动式导流模块，其中该罩体具有至少一导引斜面，该至少一导引斜面邻接该流体驱动单元。

20.如权利要求19所述的主动式导流模块，其中该至少一导引斜面的数量为两个，该两导引斜面彼此相对，该两导引斜面之间的距离沿着远离该流体驱动单元的方向渐增。