TW201925947A

TW201925947A - 散熱控制方法及其浸入式冷卻系統

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Publication number: TW201925947A
Application number: TW106141597A
Authority: TW
Inventors: 童凱煬; 陳虹汝
Original assignee: 英業達股份有限公司
Priority date: 2017-11-29
Filing date: 2017-11-29
Publication date: 2019-07-01
Also published as: TWI633407B

Abstract

一種散熱控制方法應用在對發熱元件進行散熱之浸入式冷卻設備，浸入式冷卻設備包含冷卻液槽、泵浦裝置及風扇裝置，發熱元件浸入冷卻液槽所儲存之冷卻液中，風扇裝置將冷卻液於吸收發熱元件之熱能時所產生之蒸氣冷卻回液體，泵浦裝置連通於冷卻液槽以及風扇裝置以用來將蒸氣送至風扇裝置及用來將冷卻液送回冷卻液槽，散熱控制方法包含使用感測處理裝置偵測蒸氣溫度、感測處理裝置於判斷出蒸氣溫度大於溫控範圍之最大值時，優先提昇泵浦裝置之運作功率，及感測處理裝置於判斷出蒸氣溫度小於溫控範圍之最小值時，優先降低風扇裝置之運作功率。

Description

散熱控制方法及其浸入式冷卻系統

本發明關於一種散熱控制方法及其浸入式冷卻系統，尤指一種使用感測處理裝置偵測冷卻液之蒸氣溫度以優先調整泵浦裝置或風扇裝置之運作功率的散熱控制方法及其浸入式冷卻系統。

一般而言，浸入式冷卻系統係利用將發熱元件（如刀鋒型伺服器、磁碟陣列等）浸沒在冷卻液槽所儲存的冷卻液中，透過冷卻液吸熱後所產生之蒸氣帶走發熱元件運作時之熱能，再使用風扇裝置將蒸氣冷卻回液體並經由泵浦裝置送回的液氣兩相轉換過程來產生散熱功效。然而，由於傳統浸入式冷卻系統並沒有針對散熱功耗進行最佳化處理，而僅是由工作人員根據實務經驗以手動方式調整風扇裝置與泵浦裝置之運作功率或是直接將風扇裝置與泵浦裝置之運作功率調至最高，因此往往會造成浸入式冷卻系統在散熱控制操作上費時費工且相當地耗電。

本發明之目的在於提供一種使用感測處理裝置偵測冷卻液之蒸氣溫度以優先調整泵浦裝置或風扇裝置之運作功率的散熱控制方法及其浸入式冷卻系統，以解決上述之問題。

根據一實施例，本發明之散熱控制方法應用在對一發熱元件進行散熱之一浸入式冷卻設備。該浸入式冷卻設備包含一冷卻液槽、一泵浦裝置，以及一風扇裝置，該發熱元件浸入該冷卻液槽所儲存之冷卻液中，該風扇裝置用來將該冷卻液於吸收該發熱元件之熱能時所產生之蒸氣冷卻回液體，該泵浦裝置連通於該冷卻液槽以及該風扇裝置以用來將蒸氣送至該風扇裝置以及用來將冷卻回液體之冷卻液送回該冷卻液槽。該散熱控制方法包含該浸入式冷卻設備於開機的期間進行至少一冷卻相關參數的初始化、使用一感測處理裝置偵測該冷卻液槽內之一蒸氣溫度、該感測處理裝置於判斷出該蒸氣溫度大於一溫控範圍之一最大值時優先提昇該泵浦裝置之運作功率，以及該感測處理裝置於判斷出該蒸氣溫度小於一溫控範圍之一最小值時優先降低該風扇裝置之運作功率。

根據另一實施例，本發明之浸入式冷卻系統用來對一發熱元件進行散熱，該浸入式冷卻系統包含一浸入式冷卻設備以及一感測處理裝置。該浸入式冷卻設備包含一冷卻液槽、一風扇裝置，以及一泵浦裝置。該冷卻液槽用來儲存一冷卻液以及容置該發熱元件，以使該發熱元件浸入該冷卻液中。該風扇裝置用來將該冷卻液於吸收該發熱元件之熱能時所產生之蒸氣冷卻回液體。該泵浦裝置連通於該冷卻液槽以及該風扇裝置，用來將蒸氣送至該風扇裝置以及用來將冷卻回液體之冷卻液送回該冷卻液槽。該感測處理裝置電連接於該浸入式冷卻設備，用來偵測該冷卻液槽內之一蒸氣溫度、於判斷出該蒸氣溫度大於一溫控範圍之一最大值時優先提昇該泵浦裝置之運作功率，以及於判斷出該蒸氣溫度小於一溫控範圍之一最小值時優先降低該風扇裝置之運作功率。

相較於先前技術，透過在蒸氣溫度過熱的情況下優先提昇具有低耗電功率之泵浦裝置之運作功率，以及在蒸氣溫度過低的情況下優先降低具有高耗電功率之風扇裝置之運作功率的自動化監控方法，本發明係可有效地解決先前技術所提及的浸入式冷卻系統在散熱控制操作上費時費工且相當地耗電的問題，從而大大地改善浸入式冷卻系統在散熱控制操作上的簡便性並且達到節能省電之功效。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的實施方式及所附圖式得到進一步的瞭解。

請參閱第1圖，其為根據本發明之一實施例所提出之一浸入式冷卻系統10之功能方塊示意圖，浸入式冷卻系統10係用來對一發熱元件12（如刀鋒型伺服器、磁碟陣列等）進行散熱，如第1圖所示，浸入式冷卻系統10包含一浸入式冷卻設備14以及一感測處理裝置16。浸入式冷卻設備14包含一冷卻液槽18、一風扇裝置20，以及一泵浦裝置22。冷卻液槽18係可為一般常見應用在浸入式冷卻設備中之冷卻液儲存槽室（其相關槽室設計係常見於先前技術中，故於此不再贅述）而用來儲存一冷卻液24以及容置發熱元件12，以使發熱元件12可浸入冷卻液24中，其中冷卻液24係可為常見用來進行浸入式冷卻的惰性介電液（如礦物油、聚矽氧油等）。風扇裝置20係用來將冷卻液24於吸收發熱元件12之熱能時所產生之蒸氣冷卻回液體。泵浦裝置22係連通於冷卻液槽18以及風扇裝置20，以用來將蒸氣送至風扇裝置20進行冷卻以及用來將冷卻回液體之冷卻液24送回冷卻液槽18。感測處理裝置16係電連接於浸入式冷卻設備14，以用來對浸入式冷卻設備14進行冷卻相關數值以及冷卻液槽之蒸氣溫度的監控，從而確保浸入式冷卻設備14可順利運作，至於針對感測處理裝置16之感測原理（如系統溫度感測、冷卻液流速感測、泵浦轉速感測、風扇轉速感測、系統壓力感測、液面高度感測，以及蒸氣溫度感測）的相關描述，其係常見於先前技術中，故於此不再贅述。此外，在此實施例中，浸入式冷卻設備14可另包含一過濾泵浦26，過濾泵浦26係連通於冷卻液槽18，以用來對冷卻液槽18所儲存之冷卻液24進行雜質（如附著在發熱元件12上之微小異物）濾出，從而防止因雜質沈積所造成的散熱不良問題以及因雜質具有導電性所造成的電性短路問題。

於此針對浸入式冷卻系統10之散熱控制方法進行說明，請參閱第1圖以及第2圖，第2圖為根據本發明之一實施例所提出之散熱控制方法之流程圖，本發明之散熱控制方法包含下列步驟。

步驟200：浸入式冷卻設備14於開機期間初始化冷卻相關參數。

步驟202：感測處理裝置16判斷冷卻相關參數是否異常；若是，執行步驟204；若否，執行步驟206。

步驟204：關閉浸入式冷卻設備14。

步驟206：感測處理裝置16判斷冷卻液槽18之蒸氣溫度是否大於溫控範圍之最大值；若是，執行步驟208；若否，執行步驟214。

步驟208：感測處理裝置16判斷泵浦裝置22之運作功率是否已升至最高；若是，執行步驟210；若否，執行步驟212。

步驟210：感測處理裝置16提昇風扇裝置20之運作功率。

步驟212：感測處理裝置16提昇泵浦裝置22之運作功率。

步驟214：感測處理裝置16判斷冷卻液槽18之蒸氣溫度是否小於溫控範圍之最小值；若是，執行步驟216；若否，執行步驟222。

步驟216：感測處理裝置16判斷風扇裝置20之運作功率是否已降至最低；若是，執行步驟218；若否，執行步驟220。

步驟218：感測處理裝置16降低泵浦裝置22之運作功率。

步驟220：感測處理裝置16降低風扇裝置20之運作功率。

步驟222：感測處理裝置16於浸入式冷卻設備14開機時，開啟過濾泵浦26過濾冷卻液24。

步驟224：感測處理裝置16週期性開啟過濾泵浦26過濾冷卻液。

以下係針對上述步驟進行詳細之描述。首先，在步驟200中，浸入式冷卻設備14可進行開機操作以對發熱元件12進行散熱，在上述開機期間，浸入式冷卻設備14係可進行針對浸入式冷卻設備14之冷卻相關參數的初始化，以使得浸入式冷卻設備14可在合適的冷卻相關參數設定下對發熱元件12進行散熱，其中上述冷卻相關參數係可較佳地包含系統溫度、冷卻液流速、泵浦轉速、風扇轉速、系統壓力以及冷卻液面高度（但不受此限，其係可根據浸入式冷卻設備14之實際散熱控制需求而有所增減）。接下來，感測處理裝置16係可在浸入式冷卻設備14開機的期間，針對上述冷卻相關參數進行監控且據以判斷是否異常（步驟202），若是感測處理裝置16判斷出上述冷卻相關參數出現異常（例如系統溫度過高、冷卻液流速過慢、泵浦轉速過低、風扇轉速過低、系統壓力過高，以及冷卻液面高度過低等），則會逕行關閉浸入式冷卻設備14，等到浸入式冷卻設備14經檢修而使得上述冷卻相關參數皆回復到正常數值後再行開機，藉以達到保護浸入式冷卻設備14的功效。

在完成冷卻相關參數之檢測後，感測處理裝置16係可針對冷卻液24於吸收發熱元件12之熱能時所產生之蒸氣進行溫度監控並據以調控風扇裝置20或泵浦裝置22之運作功率，以對浸入式冷卻設備14之散熱功耗進行最佳化處理。更詳細地說，在步驟206中，感測處理裝置16係可用來判斷冷卻液槽18之蒸氣溫度是否大於溫控範圍之最大值，此處所提及之溫控範圍係可較佳地由冷卻液之沸點溫度±遲滯溫度（浸入式冷卻系統10可允許超出的工作溫度）所形成之溫度範圍來定義（但不以此為限，其亦可根據實務經驗而有所擴增或縮小）。當感測處理裝置16判斷出冷卻液槽18之蒸氣溫度大於溫控範圍之最大值時，此即代表浸入式冷卻系統10處於過熱狀態，則感測處理裝置16可據以提高浸入式冷卻設備14之散熱能力。

在實際應用中，由於泵浦裝置22之耗電功率係低於風扇裝置20之耗電功率，因此在節能省電的考量下，感測處理裝置16係可優先提昇泵浦裝置22之運作功率，也就是說，感測處理裝置16係可先判斷泵浦裝置22之運作功率是否已升至最高（步驟208）；若感測處理裝置16判斷出泵浦裝置22之運作功率尚未升至最高，則感測處理裝置16可繼續提昇泵浦裝置22之運作功率（步驟212，例如以脈寬調變（Pulse Width Modulation, PWM）方式提昇泵浦裝置22之轉速），直到冷卻液槽18之蒸氣溫度下降至溫控範圍內為止；反之，若感測處理裝置16判斷出泵浦裝置22之運作功率已升至最高，但冷卻液槽18之蒸氣溫度仍然大於溫控範圍之最大值時，則感測處理裝置16可提昇風扇裝置20之運作功率（步驟210，例如以脈寬調變方式提昇風扇裝置20之轉速），從而使得冷卻液槽18之蒸氣溫度可在同時提昇泵浦裝置22與風扇裝置20之運作功率的情況下快速地下降至溫控範圍內，以避免浸入式冷卻系統10過熱。

另一方面，在步驟214中，感測處理裝置16係可用來判斷冷卻液槽18之蒸氣溫度是否小於溫控範圍之最小值，當感測處理裝置16判斷出冷卻液槽18之蒸氣溫度小於溫控範圍之最小值時，此即代表浸入式冷卻系統10須適當地調降散熱能力。同上所述，在實際應用中，由於泵浦裝置22之耗電功率係低於風扇裝置20之耗電功率，因此在節能省電的考量下，感測處理裝置16係可優先降低風扇裝置20之運作功率，也就是說，感測處理裝置16係可先判斷風扇裝置20之運作功率是否已降至最低（步驟216）；若感測處理裝置16判斷出風扇裝置20之運作功率尚未降至最低，則感測處理裝置16可繼續降低風扇裝置20之運作功率（步驟220，例如以脈寬調變方式降低風扇裝置20之轉速），直到冷卻液槽18之蒸氣溫度上升至溫控範圍內為止；反之，若感測處理裝置16判斷出風扇裝置20之運作功率已降至最低，但冷卻液槽18之蒸氣溫度仍然小於溫控範圍之最小值時，則感測處理裝置16可降低泵浦裝置22之運作功率（步驟218，例如以脈寬調變方式降低泵浦裝置22之轉速），從而使得冷卻液槽18之蒸氣溫度可在同時降低泵浦裝置22與風扇裝置20之運作功率的情況下上升至溫控範圍內。

如此一來，透過在蒸氣溫度過熱的情況下優先提昇具有低耗電功率之泵浦裝置之運作功率，以及在蒸氣溫度過低的情況下優先降低具有高耗電功率之風扇裝置之運作功率的自動化監控方法，本發明係可有效地解決先前技術所提及的浸入式冷卻系統在散熱控制操作上費時費工且相當地耗電的問題，從而大大地改善浸入式冷卻系統在散熱控制操作上的簡便性並且達到節能省電之功效。

除此之外，在步驟222中，感測處理裝置16係可在浸入式冷卻設備14開機期間，開啟過濾泵浦26對冷卻液槽18所儲存之冷卻液24進行雜質濾出，藉以確實地解決浸入式冷卻設備14因雜質沈積所造成的散熱不良問題以及因雜質具有導電性而導致發熱元件12電性短路的問題。另外，由於浸入式冷卻設備14在運作一段時間後仍然會容易產生上述問題，因此，在步驟224中，感測處理裝置16會根據一特定時間（例如一週），週期性地開啟過濾泵浦26對冷卻液槽18所儲存之冷卻液24進行雜質濾出，也就是說，除了在浸入式冷卻設備14開機時立即開啟過濾泵浦26過濾冷卻液24之外，感測處理裝置16係會在判斷出浸入式冷卻設備14在開機後之運作時間已超過上述特定時間的倍數（例如一週、二週等）時，開啟過濾泵浦26再次過濾冷卻液24，以確保浸入式冷卻設備14可順利地對發熱元件12進行散熱。

值得一提的是，上述判斷冷卻相關參數是否異常、於開機時開啟過濾泵浦，以及週期性開啟過濾泵浦之步驟係可為可省略之步驟，舉例來說，另一實施例中，本發明係可僅採用針對冷卻液之蒸氣溫度進行監控並據以調控風扇裝置或泵浦裝置之運作功率而對浸入式冷卻設備之散熱功耗進行最佳化處理的設計，從而簡化本發明之散熱控制設計。至於針對其他衍生變化實施例（如僅採用判斷冷卻相關參數是否異常與監控蒸氣溫度之實施例等）的相關描述，其係可參照上述實施例類推，於此不再贅述。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10‧‧‧浸入式冷卻系統

12‧‧‧發熱元件

14‧‧‧浸入式冷卻設備

16‧‧‧感測處理裝置

18‧‧‧冷卻液槽

20‧‧‧風扇裝置

22‧‧‧泵浦裝置

24‧‧‧冷卻液

26‧‧‧過濾泵浦

步驟200、202、204、206、208、210、212、214、216、218、220、222、224‧‧‧步驟

第1圖為根據本發明之一實施例所提出之浸入式冷卻系統之功能方塊示意圖。第2圖為根據本發明之一實施例所提出之散熱控制方法之流程圖。

Claims

一種散熱控制方法，其應用在對一發熱元件進行散熱之一浸入式冷卻設備，該浸入式冷卻設備包含一冷卻液槽、一泵浦裝置，以及一風扇裝置，該發熱元件浸入該冷卻液槽所儲存之冷卻液中，該風扇裝置用來將該冷卻液於吸收該發熱元件之熱能時所產生之蒸氣冷卻回液體，該泵浦裝置連通於該冷卻液槽以及該風扇裝置以用來將蒸氣送至該風扇裝置以及用來將冷卻回液體之冷卻液送回該冷卻液槽，該散熱控制方法包含：該浸入式冷卻設備於開機的期間，進行至少一冷卻相關參數的初始化；使用一感測處理裝置偵測該冷卻液槽內之一蒸氣溫度；該感測處理裝置於判斷出該蒸氣溫度大於一溫控範圍之一最大值時，優先提昇該泵浦裝置之運作功率；以及該感測處理裝置於判斷出該蒸氣溫度小於一溫控範圍之一最小值時，優先降低該風扇裝置之運作功率。
如請求項1所述之散熱控制方法，其中該感測處理裝置優先提昇該泵浦裝置之運作功率之步驟包含：當該泵浦裝置之運作功率已提昇至最高且該蒸氣溫度大於該溫控範圍之該最大值時，該感測處理裝置提昇該風扇裝置之運作功率。
如請求項1所述之散熱控制方法，其中該感測處理裝置優先降低該風扇裝置之運作功率之步驟包含：當該風扇裝置之運作功率已降至最低且該蒸氣溫度小於該溫控範圍之該最小值時，該感測處理裝置降低該泵浦裝置之運作功率。
如請求項1所述之散熱控制方法，其另包含：該感測處理裝置於該浸入式冷卻設備開機的期間，偵測該浸入式冷卻設備之該至少一冷卻相關參數是否異常以產生一偵測結果；以及該感測處理裝置根據該偵測結果控制該浸入式冷卻設備之開關；其中該至少一冷卻相關參數包含一系統溫度、一冷卻液流速、一泵浦轉速、一風扇轉速、一系統壓力以及一冷卻液面高度之至少其中之一。
如請求項1所述之散熱控制方法，其中該浸入式冷卻設備另包含一過濾泵浦，該散熱控制方法另包含：該感測處理裝置於該浸入式冷卻設備開機時，開啟該過濾泵浦對該冷卻液槽所儲存之冷卻液進行雜質濾出。
一種浸入式冷卻系統，其用來對一發熱元件進行散熱，該浸入式冷卻系統包含：一浸入式冷卻設備，其包含：一冷卻液槽，用來儲存一冷卻液以及容置該發熱元件，以使該發熱元件浸入該冷卻液中；一風扇裝置，用來將該冷卻液於吸收該發熱元件之熱能時所產生之蒸氣冷卻回液體；以及一泵浦裝置，連通於該冷卻液槽以及該風扇裝置，用來將蒸氣送至該風扇裝置以及用來將冷卻回液體之冷卻液送回該冷卻液槽；以及一感測處理裝置，其電連接於該浸入式冷卻設備，用來偵測該冷卻液槽內之一蒸氣溫度、於判斷出該蒸氣溫度大於一溫控範圍之一最大值時優先提昇該泵浦裝置之運作功率，以及於判斷出該蒸氣溫度小於一溫控範圍之一最小值時優先降低該風扇裝置之運作功率。
如請求項6所述之浸入式冷卻系統，其中當該泵浦裝置之運作功率已提昇至最高且該蒸氣溫度大於該溫控範圍之該最大值時，該感測處理裝置提昇該風扇裝置之運作功率。
如請求項6所述之浸入式冷卻系統，其中當該風扇裝置之運作功率已降至最低且該蒸氣溫度小於該溫控範圍之該最小值時，該感測處理裝置降低該泵浦裝置之運作功率。
如請求項6所述之浸入式冷卻系統，其中該感測處理裝置另用來於該浸入式冷卻設備開機的期間，偵測該浸入式冷卻設備之至少一冷卻相關參數是否異常以產生一偵測結果，以及根據該偵測結果控制該浸入式冷卻設備之開關，該至少一冷卻相關參數包含一系統溫度、一冷卻液流速、一泵浦轉速、一風扇轉速、一系統壓力以及一冷卻液面高度之至少其中之一。
如請求項6所述之浸入式冷卻系統，其中該浸入式冷卻設備另包含一過濾泵浦，該過濾泵浦連通於該冷卻液槽，該感測處理裝置另用來於該浸入式冷卻設備開機時，開啟該過濾泵浦對該冷卻液槽所儲存之冷卻液進行雜質濾出。