CN220752647U - 一种伺服器的液冷散热*** - Google Patents

Abstract

一种伺服器的液冷散热***，包含第一壳体以及液冷散热模组。第一壳体具有第一进液口以及第一出液口。液冷散热模组设置于第一壳体之中并包含多个三维蒸气腔元件以及半开放壳体。其中，半开放壳体接合于每一三维蒸气腔元件的下盖形成第一热交换腔体，并且半开放壳体具有一第二进液口以及一第二出液口。第一热交换腔体、第一进液口、第二进液口、第一出液口以及第二出液口相互连通形成第一流道，用以供第一冷却液循环流动并且每一三维蒸气腔元件内部各自形成第二流道供第二冷却液以两相流循环形式流动；由此，本实用新型能有效提升伺服器整体的热移转及散热效率，改善习知多颗三维蒸气腔元件设置于伺服器散热效果差异大的问题，有效达到各三维蒸气腔元件的均匀散热效果。

Description

一种伺服器的液冷散热***

技术领域

本实用新型系关于一种液冷散热***，尤其是指伺服器的液冷散热***。

背景技术

当前电子产品的需求日渐提升，为满足消费者需求以及因应大数据的趋势下，应用于电子装置内的晶片性能要求也越来越高，由其是伺服器的单颗晶片的功率已达500W或700W，甚至将来会有功率超过1000W的高算力晶片产品设计需求。一般情况下，晶片的计算速度越快其性能越是强大，但同时晶片的热设计功率及发热量也大增。如果不能有效地将晶片的热量散出，可能造成晶片超温进而导致晶片降频工作甚至烧毁。

针对主热源例如AI晶片、CPU或GPU上的热能，蒸气腔均温板(Vapor Chamber,VC)是目前解决晶片散热问题的一种常用结构，而一般VC常为平面板形，可以用于解决二维热扩散问题。然而随着晶片的功率越来越大，平板式的蒸气腔均温板元件无法满足散热需求，进而产生三维立体的蒸气腔均温板元件结构，让两相流循环的吸热区及冷凝区分别位于不同平面上，以增加立体散热的功能。

请参阅图1，图1显示了习知伺服器的液冷散热***的示意图。如图1所示，习知伺服器的液冷散热***1包含有第一壳体10、半开放壳体11、12以及三维蒸气腔元件13、14。其中三维蒸气腔元件13设置于半开放壳体11之中；三维蒸气腔元件14设置于半开放壳体12之中，并且三维蒸气腔元件13、14的下盖131、141的下外表面各自接合于主发热元件151以及152，并将各自对应主发热元件151、152所发出的热进行散热。其中，主发热元件151、152皆为相同规格、相同输出功率的高算力晶片。习知伺服器的液冷散热***1透过泵16将冷却液于第一进液口102流入，接着流经过半开放壳体11的进液口1101、半开放壳体11的出液口1102、半开放壳体12的进液口1201、半开放壳体12的液口1202最后再从第一出液口103流回至热交换器17以完成一散热循环。请一并参阅图1，图1中冷却液至第一进液口102到半开放壳体11的进液口1101的温度T1；半开放壳体11的出液口1102到半开放壳体12的进液口1201的温度T2以及半开放壳体12出液口1202到第一出液口103的温度T3。由于习知伺服器的液冷散热***1的冷却液仅有一条流道，并且是以串联的方式设置半开放壳体11、12，随着冷却液流入三维蒸气腔元件13的热交换腔以及三维蒸气腔元件14的热交换腔带走的热会使得冷却液的温度越来越高。也就是说冷却液的温度T3大于温度T2大于温度T1。较高温度的冷却液流入半开放壳体12内时导致半开放壳体12内的冷却液温度较半开放壳体11内的冷却液温度高许多，对于两颗相同的晶片在相同功率下运作而言，将会导致后端的晶片(即主发热元件152)温度较前端的晶片(即主发热元件151)温度高，而造成性能上的差异。

因此，为了解决习知技术的问题，有必要从伺服器的散热装置进行改良，以降低串联液冷散热器之间造成的不同高算力晶片之间的温度差异。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种伺服器的液冷散热***，以解决以上所述的习知问题，其能有效提升伺服器整体的热移转及散热效率，改善习知多颗三维蒸气腔元件设置于伺服器散热效果差异大的问题，有效达到各三维蒸气腔元件的均匀散热效果。

为实现上述目的，本实用新型公开了一种伺服器的液冷散热***，应用于一伺服器的散热，该伺服器包含设有N个主发热元件的一电路母板，其特征在于该液冷散热***包含有：

一第一壳体，具有一第一腔体、一第一进液口以及一第一出液口，以及设有N个主发热元件的该电路母板设置于该第一腔体之中；以及

一液冷散热模组，设置于该第一壳体之中并包含有一下盖、N个上盖以及一半开放壳体，该下盖具有相对于该N个上盖以及N个主发热元件的N个第一区域以及一下外表面，当该N个上盖分别接合于该下盖的各自所对应的第一区域后形成N个三维蒸气腔元件，该每一第一区域所对应的下外表面分别接触各自对应的主发热元件，该半开放壳体接合于该下盖而形成一第一热交换腔体，该半开放壳体具有一第二进液口以及一第二出液口，该第二进液口以及该第二出液口分别与该第一进液口以及该第一出液口相互连通；

其中，该第一热交换腔体、该第一进液口、该第二进液口、该第一出液口以及该第二出液口形成一第一流道以供一第一冷却液循环流动，每一三维蒸气腔元件内部各自形成一第二流道供一第二冷却液以两相流循环形式流动，以及N为大于一的自然数。

其中，该第一壳体是一第一封闭壳体并具有一第三进液口以及一第三出液口，该第一腔体是一第二热交换腔体，以及该第三进液口以及该第三出液口分别与该第二热交换腔体相互贯通。

其中，该第二热交换腔体、该第三进液口以及该第三出液口形成一第三流道以供一第三冷却液循环流动。

其中，每一三维蒸气腔元件各具有一冷凝端，该些冷凝端浸没于该第一冷却液中。

其中，该第一冷却液为水，该第二冷却液为水，以及该第三冷却液为一不导电的单相冷却液体。

其中，该液冷散热模组另包含有一第一连接管，设置于该第一热交换腔体之中，该第一连接管具有一第一端，该第一端连结于该第二进液口。

其中，该第一连接管具有多个孔洞，该第一进液口、该第二进液口、该第一连接管、该第一热交换腔体、该第二出液口以及该第一出液口形成该第一流道以供该第一冷却液循环流动。

其中，每一上盖包含有一基板与一管体，该基板具有一基板空腔、一开口以及一上外表面，该管体具有一管体空腔，该管体设于该上外表面并位于该开口之上且自该上外表面向外突出，当每一上盖接合于该下盖所对应的该第一区域时该管体空腔以及该基板空腔各自形成一两相流循环密闭腔体。

其中，该第一流道由一第二连通管以连通该第一进液口、该第二进液口、该第一热交换腔体、该第一出液口以及该第二出液口所形成，以及该第三流道由一第三连通管以连通该第三进液口、该第二热交换腔体以及该第三出液口所形成。

其中，每一三维蒸气腔元件各自具有一两相流循环密闭气腔，该些两相流循环密闭气腔中的热流方向与该第一热交换腔体中的热流方向呈垂直交错。

综上所述，本实用新型提供一种伺服器的液冷散热***，首先透过加入半开放壳体于整个第一壳体之中，可使得冷却液流入半开放壳体时，半开放壳体内部的三维蒸气腔元件皆能有效率地进行热交换及热移转。接着本实用新型透过设置半开放壳体使得三维蒸气腔元件可以应对未来多颗高算力晶片(即主发热元件)统整于一伺服器的趋势。并且透过三维蒸气腔元件内部的第二热交换腔体有效率地将各自对应的高算力晶片(即主发热元件)进行散热。除此之外，相较习知技术仅使用风扇将伺服器内部热气排出。本实用新型也可以将第一壳体设计成一密闭壳体，使的密闭型态的第一壳体内部具有第三热交换腔体进而搭配冷却液可以更有效率地的针对电路母板上的其他次热源的发热元件进行热交换及热移转。如此一来，本实用新型的液冷散热***应用在伺服器散热时，可以透过三组液冷循环(Liquid Cooling Cycle)来做不同层次的热交换及热移转。三组液冷循环等于同时提供三个叠加式的热交换***，由内而外，分层次的液冷循环散热，故可大幅提升伺服器整体的热移转及散热效率。综上所述，本实用新型提供一种伺服器的液冷散热***可大幅改善习知多颗三维蒸气腔元件设置于伺服器散热效果差异大的问题，进得有效达到每颗三维蒸气腔元件均匀散热的效果因应未来趋势。

附图说明

图1显示了习知伺服器的液冷散热***的示意图。

图2显示了根据本实用新型的一具体实施例的伺服器的液冷散热***的示意图。

图3显示了根据图2的前视图。

图4显示了根据本实用新型的另一具体实施例的伺服器的液冷散热***的示意图。

图5显示了根据本实用新型的另一具体实施例的伺服器的液冷散热***的示意图。

图6显示了根据本实用新型的另一具体实施例的伺服器的液冷散热***的示意图。

图7显示了根据本实用新型的另一具体实施例的伺服器的液冷散热***的示意图。

图8显示了根据图1的三维蒸气腔元件的示意图。

具体实施方式

为了让本实用新型的优点，精神与特征可以更容易且明确地了解，后续将以具体实施例并参照所附图式进行详述与讨论。需注意的是，这些具体实施例仅为本实用新型代表性的具体实施例，其中所举例的特定方法、装置、条件、材质等并非用以限定本实用新型或对应的具体实施例。又，图中各元件仅系用于表达其相对位置且未按其实际比例绘述，本实用新型的步骤编号仅为区隔不同步骤，并非代表其步骤顺序，合先叙明。

请一并参阅图2以及图3，图2显示了根据本实用新型的一具体实施例的伺服器的液冷散热***的示意图，图3显示了根据图2的前视图。如图2以及图3所示，本实用新型的一具体实施例的伺服器的液冷散热***2，应用于伺服器的散热，其中，伺服器内设有N个主发热元件20的电路母板21。本实用新型的一具体实施例的伺服器的液冷散热***2包含有第一壳体22以及液冷散热模组23。第一壳体22具有第一腔体221、第一进液口222以及第一出液口223，并且N个主发热元件20的电路母板21皆设置于第一腔体221之中。液冷散热模组23设置于第一壳体22之中并包含有下盖2310、N个上盖2312以及半开放壳体232。下盖2310具有相对于N个上盖2312以及N个主发热元件20的N个第一区域A以及下外表面2311。当N个上盖2312分别接合于下盖2310的各自所对应的第一区域A后形成N个三维蒸气腔元件231，每一第一区域A所对应的下外表面2311用以分别接触各自对应的主发热元件20。半开放壳体232接合于下盖2310而形成第一热交换腔体271，并且半开放壳体232具有第二进液口2321以及第二出液口2322，第二进液口2321以及第二出液口2322分别与第一进液口222以及第一出液口223相互连通。其中，第一热交换腔体271、第一进液口222、第二进液口2321、第一出液口223以及第二出液口2322形成第一流道281，用以供第一冷却液291循环流动，每一三维蒸气腔元件231内部各自形成第二流道282供第二冷却液292以两相流循环形式流动。于实务中，透过泵31将第一冷却液291传送至第一进液口222，最后自第一出液口223流出后再进一步透过热交换器32将第一冷却液291进行热交换以散热，并且，第一冷却液291系为水或是水加醇类的水溶液，但不限于此，并且第二冷却液292系为水，以及N为大于一的自然数。

请继续参阅图2以及图3，在本具体实施例中，针对主发热元件上的散热分为两部分：首先，本实用新型可于对应的N个主发热元件20各别设置三维蒸气腔元件231。当主发热元件20运作时，可以将热能透过热传导的方式传递至每一三维蒸气腔元件231对应于区域A的下外表面2311。进一步地，透过三维蒸气腔元件231内部的第二冷却液292吸热后从液态的第二冷却液292相变化为气态的第二冷却液292，透过两相流的方式首先先将主发热元件20上的热能带走。接着，本实用新型将半开放壳体232一并附盖住2个三维蒸气腔元件231，也就是说，三维蒸气腔元件231的冷凝端2319浸没于第一冷却液291之中。因此，当第一冷却液291自第二进液口2321流入时，半开放壳体232内的三维蒸气腔元件231皆能同时在三维蒸气腔元件231的冷凝端2319与第一冷却液291进行热交换，进一步达到散热的效果。除此之外，由于三维蒸气腔元件内部两相流循环的热流方向F与第一热交换腔体中的热流方向G垂直，因此，当伺服器在运作时，两种方向的热流方向能有效提升散热效率。

上述的实施例中的三维蒸气腔元件数量为2。然而，针对伺服器的设计除了上述实施例中使用2颗三维蒸气腔元件各自对应主发热元件(即2颗高功率晶片)。本实用新型也可以适用未来针对4颗高功率晶片甚至是8颗高功率晶片以搭配伺服器的规格。请参阅图4以及图5，图4显示了根据本实用新型的另一具体实施例的伺服器的液冷散热***的示意图。图5显示了根据本实用新型的另一具体实施例的伺服器的液冷散热***的示意图。如图4所示，伺服器的液冷散热***4内为设有4颗三维蒸气腔元件231。第一冷却液291透过第一流道281从第二进液口2321进入后可将4颗三维蒸气腔元件231同时进行热交换。如图5所示，伺服器的液冷散热***4内为设有8颗三维蒸气腔元件231，其中是以2颗三维蒸气腔元件231设置于一半开放壳体232的方式，并且以4组半开放壳体232透过并联的方式设置于第一壳体22之中。请注意，4颗三维蒸气腔元件231也可以透过并联的方式设置于第一壳体22之中，但数量以及排序方式不以此为限，可针对伺服器规格自行设计。

请参阅图6，图6显示了根据本实用新型的另一具体实施例的伺服器的液冷散热***的示意图。本实用新型的一具体实施例的伺服器的液冷散热***5中的第一壳体22可以是一第一封闭壳体224并进一步具有第三进液口225以及第三出液口226。因此，第一腔体221可以是第二热交换腔体272以及第三进液口225以及第三出液口226分别与第二热交换腔体272相互贯通。进一步地，第二热交换腔体272、第三进液口225以及第三出液口226形成第三流道283用以供第三冷却液293循环流动。也就是说，本实用新型的一具体实施例的伺服器的液冷散热***5使用三组液冷循环进行散热。于实务中，第三冷却液293为不导电的单相冷却液体，并且三维蒸气腔元件231的数量以及设置方式也可以为4颗或8颗，也可以使用2颗一组的方式将三维蒸气腔元件231设置于半开放壳体232之中。第一流道281系由第二连通管242连通第一进液口222、第二进液口2321、第一热交换腔体271、第一出液口223以及第二出液口2322所形成。第三流道283系由第三连通管243以连通第三进液口225、第二热交换腔体272以及第三出液口226所形成。因此，进一步地，本实用新型的伺服器的液冷散热***可以针对电路母板上其余的次发热元件透过第三流道中的第三冷却液进行热交换。如此一来，本实用新型除了可针对主发热元件进行有效的散热之外，第一壳体内所有的热能也可以有效率地被第三冷却液进行热交换以带走，进而大幅提升伺服器的整体散热效果。

请参阅图7，图7显示了根据本实用新型的另一具体实施例的伺服器的液冷散热***的示意图。如图7所示，伺服器的液冷散热***6的液冷散热模组23另包含有第一连接管241，此第一连接管241设置于第一热交换腔体271之中。并且第一连接管241具有第一端2411、多个孔洞2412以及第二端2413。第一端2411连结于第二进液口2321，第二端2413设置于靠近第二出液口2322的位置并且为封闭结构。第一进液口222、第二进液口2321、第一连接管241、第一热交换腔体271、第二出液口2322以及第一出液口223形成第一流道2810，用以供第一冷却液291循环流动。由于第二端2413为封闭结构，因此当第一冷却液291自第一连接管241流入时，第一冷却液291沿着第一连接管241上的孔洞2412流出。

请参阅图8，图8显示了根据图1的三维蒸气腔元件的示意图。如图8所示，每一上盖2312包含有基板2313与管体2316，基板2313具有基板空腔2314、开口以及上外表面。管体2316具有管体空腔2317。管体2316设于基板2313的上外表面并位于开口之上且自上外表面向外突出。当每一上盖2312接合于下盖2310所对应的第一区域A时，管体空腔2317以及基板空腔2314各自形成两相流循环密闭腔体2318，并且进一步形成三维蒸气腔元件231。于实务中，上盖2312以及下盖2310可选用铜材做为加工的原料，但不限于此，可根据设计的成本以及需求进行调整。并且，两相流循环密闭腔体2318的两相流循环密闭气腔中的热流方向H与第一热交换腔体中的热流方向垂直，以增加本实用新型的液冷散热***的散热效率。此外，上述的每一具体实施例(即伺服器的液冷散热***2、3、4、5、6)之中的三维蒸气腔元件231，其制程方式以及材料选用皆与上述相同，于此不再赘述。

综上所述，本实用新型提供一种伺服器的液冷散热***，首先透过加入半开放壳体于整个第一壳体之中，可使得冷却液流入半开放壳体时，半开放壳体内部的三维蒸气腔元件皆能有效率地进行热交换及热移转。接着本实用新型透过设置半开放壳体使得三维蒸气腔元件可以应对未来多颗高算力晶片(即主发热元件)统整于一伺服器的趋势。并且透过三维蒸气腔元件内部的第二热交换腔体有效率地将各自对应的高算力晶片(即主发热元件)进行散热。除此之外，相较习知技术仅使用风扇将伺服器内部热气排出。本实用新型也可以将第一壳体设计成一密闭壳体，使的密闭型态的第一壳体内部具有第三热交换腔体进而搭配冷却液可以更有效率地的针对电路母板上的其他次热源的发热元件进行热交换及热移转。如此一来，本实用新型的液冷散热***应用在伺服器散热时，可以透过三组液冷循环(Liquid Cooling Cycle)来做不同层次的热交换及热移转。三组液冷循环等于同时提供三个叠加式的热交换***，由内而外，分层次的液冷循环散热，故可大幅提升伺服器整体的热移转及散热效率。综上所述，本实用新型提供一种伺服器的液冷散热***可大幅改善习知多颗三维蒸气腔元件设置于伺服器散热效果差异大的问题，进得有效达到每颗三维蒸气腔元件均匀散热的效果因应未来趋势。

由以上较佳具体实施例的详述，系希望能更加清楚描述本实用新型的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本实用新型的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本实用新型所欲申请的专利范围的范畴内。因此，本实用新型所申请的专利范围的范畴应该根据上述的说明作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具相等性的安排。

Claims (10)

1.一种伺服器的液冷散热***，应用于一伺服器的散热，该伺服器包含设有N个主发热元件的一电路母板，其特征在于该液冷散热***包含有：

一第一壳体，具有一第一腔体、一第一进液口以及一第一出液口，以及设有N个主发热元件的该电路母板设置于该第一腔体之中；以及

一液冷散热模组，设置于该第一壳体之中并包含有一下盖、N个上盖以及一半开放壳体，该下盖具有相对于该N个上盖以及N个主发热元件的N个第一区域以及一下外表面，当该N个上盖分别接合于该下盖的各自所对应的第一区域后形成N个三维蒸气腔元件，该每一第一区域所对应的下外表面分别接触各自对应的主发热元件，该半开放壳体接合于该下盖而形成一第一热交换腔体，该半开放壳体具有一第二进液口以及一第二出液口，该第二进液口以及该第二出液口分别与该第一进液口以及该第一出液口相互连通；

其中，该第一热交换腔体、该第一进液口、该第二进液口、该第一出液口以及该第二出液口形成一第一流道以供一第一冷却液循环流动，每一三维蒸气腔元件内部各自形成一第二流道供一第二冷却液以两相流循环形式流动，以及N为大于一的自然数。

2.如权利要求1所述的伺服器的液冷散热***，其特征在于，该第一壳体是一第一封闭壳体并具有一第三进液口以及一第三出液口，该第一腔体是一第二热交换腔体，以及该第三进液口以及该第三出液口分别与该第二热交换腔体相互贯通。

3.如权利要求2所述的伺服器的液冷散热***，其特征在于，该第二热交换腔体、该第三进液口以及该第三出液口形成一第三流道以供一第三冷却液循环流动。

4.如权利要求3所述的伺服器的液冷散热***，其特征在于，每一三维蒸气腔元件各具有一冷凝端，该些冷凝端浸没于该第一冷却液中。

5.如权利要求4所述的伺服器的液冷散热***，其特征在于，该第一冷却液为水，该第二冷却液为水，以及该第三冷却液为一不导电的单相冷却液体。

6.如权利要求1所述的伺服器的液冷散热***，其特征在于，该液冷散热模组另包含有一第一连接管，设置于该第一热交换腔体之中，该第一连接管具有一第一端，该第一端连结于该第二进液口。

7.如权利要求6所述的伺服器的液冷散热***，其特征在于，该第一连接管具有多个孔洞，该第一进液口、该第二进液口、该第一连接管、该第一热交换腔体、该第二出液口以及该第一出液口形成该第一流道以供该第一冷却液循环流动。

8.如权利要求1所述的伺服器的液冷散热***，其特征在于，每一上盖包含有一基板与一管体，该基板具有一基板空腔、一开口以及一上外表面，该管体具有一管体空腔，该管体设于该上外表面并位于该开口之上且自该上外表面向外突出，当每一上盖接合于该下盖所对应的该第一区域时该管体空腔以及该基板空腔各自形成一两相流循环密闭腔体。

9.如权利要求3所述的伺服器的液冷散热***，其特征在于，该第一流道由一第二连通管以连通该第一进液口、该第二进液口、该第一热交换腔体、该第一出液口以及该第二出液口所形成，以及该第三流道由一第三连通管以连通该第三进液口、该第二热交换腔体以及该第三出液口所形成。

10.如权利要求1所述的伺服器的液冷散热***，其特征在于，每一三维蒸气腔元件各自具有一两相流循环密闭气腔，该些两相流循环密闭气腔中的热流方向与该第一热交换腔体中的热流方向呈垂直交错。