浸入式冷却系统及浸入式冷却方法

技术领域

本揭示涉及一种浸入式冷却系统及浸入式冷却方法。

背景技术

一般而言，浸入式冷却系统应用在电子设备的散热时，浸入式冷却系统的压力会随着其电子设备的负载变化。系统压力过高会使冷却液的沸点升高，不利电子设备散热，系统压力过低则容易造成外界空气或水气渗入。此外，系统压力过高或过低皆可能造成系统的结构损坏/变形。因此，控制浸入式冷却系统的压力为重要课题。

发明内容

有鉴于此，本揭示的一目的在于提出一种可以有效控制系统压力的浸入式冷却系统。

为达成上述目的，依据本揭示的一些实施方式，一种浸入式冷却系统包含冷却槽、壳体以及第一阀门。冷却槽配置以容纳冷却液以及浸入冷却液的电子装置。壳体覆盖在冷却槽的一侧以形成一封闭空间。第一阀门具有两端口分别连通封闭空间以及冷却槽位在冷却液之上的部分，且第一阀门配置以因应于冷却槽的气压超过第一上限值而开启。

在本揭示的一或多个实施方式中，浸入式冷却系统进一步包含压力传感器以及控制器。压力传感器配置以提供感测信号，感测信号显示冷却槽的气压。控制器配置以基于感测信号来判定冷却槽的气压是否超过第一上限值，并在判定冷却槽的气压超过第一上限值时驱使第一阀门开启。

在本揭示的一或多个实施方式中，浸入式冷却系统进一步包含安全阀。安全阀具有两端口分别连通封闭空间以及冷却槽位在冷却液之上的部分，且安全阀配置以在冷却槽的气压超过第二上限值时自动开启。第二上限值大于第一上限值。

在本揭示的一或多个实施方式中，浸入式冷却系统进一步包含冷凝器以及回收管路。冷凝器设置在封闭空间中，并配置以使封闭空间中的汽化的冷却液凝结。回收管路连接封闭空间以及冷却槽，并配置以导引冷凝器凝结产生的冷却液流入冷却槽。

在本揭示的一或多个实施方式中，浸入式冷却系统进一步包含冷凝器。冷凝器设置在冷却槽中，并配置以执行冷凝作业，冷凝作业包含使汽化的冷却液凝结。当第一阀门关闭时，冷凝器配置以随着冷却槽的气压发生变化而加快或减慢冷凝作业。

在本揭示的一或多个实施方式中，浸入式冷却系统进一步包含膨胀装置，膨胀装置连通冷却槽位在冷却液之上的部分。当第一阀门关闭时，膨胀装置配置以随着冷却槽的气压发生变化而改变体积。

在本揭示的一或多个实施方式中，浸入式冷却系统进一步包含冷凝器。当冷却槽的气压超过一门坎值时，冷凝器配置以使流向膨胀装置的蒸气凝结。所述门坎值小于第一上限值。

在本揭示的一或多个实施方式中，浸入式冷却系统进一步包含第二阀门。第二阀门具有两端口分别连通冷却槽以及位于冷却槽与壳体外部的周遭环境，且第二阀门配置以因应于冷却槽的气压低于一下限值而开启。

依据本揭示的一些实施方式，一种浸入式冷却方法包含：将电子装置浸入冷却槽中的冷却液；提供壳体，壳体覆盖在冷却槽的一侧以形成一封闭空间；以及因应于冷却槽的气压超过第一上限值而开启第一阀门，使气体从冷却槽流向封闭空间。

在本揭示的一或多个实施方式中，开启第一阀门的步骤包含：自压力传感器接收感测信号，感测信号显示冷却槽的气压；基于感测信号来判定冷却槽的气压是否超过第一上限值；以及若判定结果为是，则驱使第一阀门开启。

在本揭示的一或多个实施方式中，浸入式冷却方法进一步包含：提供安全阀，安全阀具有两端口分别连通封闭空间以及冷却槽位在冷却液之上的部分，且安全阀配置以在冷却槽的气压超过第二上限值时自动开启，其中第二上限值大于第一上限值。

在本揭示的一或多个实施方式中，浸入式冷却方法进一步包含：将封闭空间中的汽化的冷却液冷凝；以及导引封闭空间中凝结出的冷却液流入冷却槽。

在本揭示的一或多个实施方式中，浸入式冷却方法进一步包含：因应于冷却槽的气压低于一下限值而开启第二阀门，使气体从位于冷却槽与壳体外部的周遭环境流向冷却槽。

在本揭示的一或多个实施方式中，浸入式冷却方法进一步包含：在开启第一阀门前，利用位于冷却槽中的第一冷凝器或是连通冷却槽的膨胀装置来控制冷却槽的气压。

在本揭示的一或多个实施方式中，浸入式冷却方法进一步包含：当冷却槽的气压超过一门坎值时，利用第二冷凝器使至少部分的从冷却槽流向膨胀装置的蒸气凝结。所述门坎值小于第一上限值。

综上所述，在本揭示的浸入式冷却系统中，冷却槽内部气压过高时，冷却槽的气体排出到位于冷却槽一侧的封闭空间而不直接排出到大气，如此一来，可以避免汽化的冷却液流失。封闭空间收集的汽化的冷却液可以被回收至冷却槽再利用。

附图说明

为使本揭示的上述及其他目的、特征、优点与实施方式能更明显易懂，所附附图的说明如下：

图1为示出依据本揭示一实施方式的浸入式冷却系统的示意图；

图2为示出依据本揭示一实施方式的浸入式冷却方法的流程图；

图3为示出依据本揭示另一实施方式的浸入式冷却方法的流程图。

附图标号说明：

10:浸入式冷却系统

11:输送管路

13:过滤器

15:流量计

17,77:逆止阀

20:冷却槽

30:冷却液

35:汽化的冷却液

41,42,72:冷凝器

50:壳体

56:封闭空间

61,63:阀门

62:安全阀

64:流量控制阀

70:回收系统

74:回收管路

80:控制器

90:膨胀装置

100,200:浸入式冷却方法

101,102,103,104,201,202:步骤

E:电子装置

PT01,PT02:压力传感器

具体实施方式

为使本揭示的叙述更加详尽与完备，可参照的附图及以下所述各种实施方式。附图中的各组件未按比例绘制，且仅为说明本揭示而提供。以下描述许多实务上的细节，以提供对本揭示的全面理解，然而，相关本领域技术人员应当理解可在没有一或多个实务上的细节的情况下实施本揭示，因此，该些细节不应用以限定本揭示。

请参照图1，浸入式冷却系统10包含冷却槽20，冷却槽20配置以容纳冷却液30以及浸入冷却液30的一或多个电子装置E。电子装置E例如是计算机服务器或数据储存装置，在运行过程中产生热。冷却液30配置以接触电子装置E，并从电子装置E吸热，以协助电子装置E冷却。冷却液30为非导电液体，例如是介电液。

如图1所示，于一些实施方式中，冷却槽20中的冷却液30从电子装置E吸热而部分汽化，冷却槽20位在冷却液30之上的部分包含汽化的冷却液35。浸入式冷却系统10进一步包含冷凝器41，冷凝器41设置在冷却槽20中，并配置以执行冷凝作业，冷凝作业包含使汽化的冷却液35凝结。在上述二相式冷却方法中，冷却液30重复从电子装置E吸热而汽化以及被冷凝器41转换回液态的流程，藉此协助电子装置E散热。

一般而言，冷却槽20内部的气压与电子装置E的负载呈正相关。具体而言，当电子装置E的负载增加时(例如：当电子装置E的运算量增加时)，电子装置E在单位时间内产生较多的热，使冷却液30更快速地汽化，冷却槽20的气压因而上升。反之，当电子装置E的负载降低时，电子装置E在单位时间内产生较少的热，使冷却液30的汽化减慢，冷却槽20的气压因而下降。

如图1所示，浸入式冷却系统10还包含壳体50。壳体50覆盖在冷却槽20的一侧以形成封闭空间56，封闭空间56具有固定的体积。在所示的实施方式中，壳体50覆盖在冷却槽20的顶部。于一些实施方式中，壳体50可包含金属、玻璃、压克力、其他合适的材料或上述材料的任意组合。

如图1所示，浸入式冷却系统10还包含阀门61。阀门61具有两端口分别连通封闭空间56以及冷却槽20位在冷却液30之上的部分(亦即，冷却槽20中具有汽化的冷却液35的空间)。阀门61配置以在开启状态与关闭状态之间切换。当阀门61处于开启状态时，阀门61允许气体在封闭空间56与冷却槽20之间流通。当阀门61处于关闭状态时，阀门61阻止气体在封闭空间56与冷却槽20之间流通。

承上所述，阀门61配置以因应于冷却槽20的气压超过第一上限值而开启，使气体从冷却槽20流向封闭空间56，藉此降低冷却槽20的气压。如此一来，可避免冷却槽20结构损坏，同时避免冷却液30的沸点过高，导致电子装置E散热不良。从冷却槽20流向封闭空间56的气体包含汽化的冷却液35，除此之外，亦可能包含混入汽化的冷却液35的其他气体，例如空气或水蒸气。

在本揭示的浸入式冷却系统10中，冷却槽20内部气压过高时，冷却槽20的气体排出到位于冷却槽20一侧的封闭空间56而不直接排出到大气，如此一来，可以避免汽化的冷却液35流失。封闭空间56收集的汽化的冷却液35可以被回收至冷却槽20再利用。

如图1所示，于一些实施方式中，浸入式冷却系统10进一步包含回收系统70，回收系统70包含冷凝器72以及回收管路74。冷凝器72设置在封闭空间56中，并配置以使封闭空间56中的汽化的冷却液35凝结。回收管路74具有相对的两端，一端连接封闭空间56，另一端连接冷却槽20。回收管路74配置以导引冷凝器72凝结产生的冷却液30流入冷却槽20。于一些实施方式中，回收管路74包含逆止阀77，逆止阀77配置以阻止冷却液30或汽化的冷却液35从冷却槽20逆流至封闭空间56。

如图1所示，于一些实施方式中，浸入式冷却系统10进一步包含压力传感器PT02及控制器80。压力传感器PT02配置以提供感测信号，感测信号显示冷却槽20的气压。控制器80可通讯地连接压力传感器PT02，并配置以自压力传感器PT02接收感测信号。控制器80还配置以基于感测信号来判定冷却槽20的气压是否超过第一上限值。若冷却槽20的气压超过第一上限值，则控制器80驱使阀门61开启(例如：控制器80可发送控制信号驱使阀门61开启)。于一些实施方式中，阀门61为电磁阀。于一些实施方式中，压力传感器PT02配置以测量冷却槽20与封闭空间56之间的气压差。

如图1所示，于一些实施方式中，浸入式冷却系统10进一步包含安全阀62。安全阀62具有两端口分别连通封闭空间56以及冷却槽20位在冷却液30之上的部分，且安全阀62配置以在冷却槽20的气压超过第二上限值时自动开启，第二上限值大于第一上限值。如此一来，当冷却槽20的气压进一步上升时，可以加速将冷却槽20的气体排出至封闭空间56。此外，安全阀62的设置也可以提高浸入式冷却系统10的压力控制机制的可靠度，当阀门61故障时，冷却槽20的气体仍能通过安全阀62排出至封闭空间56。于一些实施方式中，阀门61与安全阀62设置在一管路中，所述管路一端连通冷却槽20，并延伸进入封闭空间56中。

如图1所示，于一些实施方式中，浸入式冷却系统10进一步包含阀门63，阀门63具有两端口分别连通冷却槽20以及位于冷却槽20与壳体50外部的周遭环境，且阀门63配置以因应于冷却槽20的气压低于一下限值而开启。如此一来，当冷却槽20内部的气压过低时，可以将周遭环境的空气引入冷却槽20中，增加冷却槽20的气压以避免冷却槽20结构损坏。

于一些实施方式中，阀门63为电磁阀。于一些实施方式中，控制器80配置以基于压力传感器PT02提供的感测信号来判定冷却槽20的气压是否低于下限值，并在冷却槽20的气压低于下限值时驱使阀门63开启(例如：控制器80可发送控制信号驱使阀门63开启)。在冷却槽20的气压未低于下限值时，阀门63关闭。

于一些实施方式中，当冷却槽20的气压未超过第一上限值且未低于下限值时，浸入式冷却系统10可以执行其他的压力控制手段来维持冷却槽20的气压。如图1所示，于一些实施方式中，当阀门61关闭时(换言之，在开启阀门61之前)，冷却槽20中的冷凝器41配置以随着冷却槽20的气压发生变化而加快或减慢冷凝作业，藉此控制冷却槽20的气压。于一些实施方式中，控制器80配置以基于压力传感器PT02提供的感测信号来控制冷凝器41加快或减慢冷凝作业。

具体而言，当冷却槽20的气压上升但未超过第一上限值时，冷凝器41配置以加快冷凝作业(例如：增加单位时间凝结的汽化的冷却液35的量或是增加单位时间从冷却槽20移除的热)，以降低冷却槽20的气压。反之，当冷却槽20的气压下降但未低于下限值时，冷凝器41配置以减慢冷凝作业(例如：减小单位时间凝结的汽化的冷却液35的量或是减小单位时间从冷却槽20移除的热)，以增加冷却槽20的气压。

如图1所示，于一些实施方式中，冷凝器41配置以通过输送管路11接收工作流体，利用工作流体与汽化的冷却液35进行热交换，使汽化的冷却液35凝结回到液态，最后通过输送管路11将工作流体排出。于一些实施方式中，输送管路11上设置有一或多个流量控制阀64，流量控制阀64可调节通过冷凝器41的工作流体的流量，藉此加快或减慢冷凝作业。于一些实施方式中，流量控制阀64为电动马达阀。于一些实施方式中，控制器80配置以基于压力传感器PT02提供的感测信号来操控流量控制阀64。

如图1所示，于一些实施方式中，输送管路11上还设置有压力传感器PT01，压力传感器PT01配置以测量工作流体的压力。于一些实施方式中，输送管路11上还设置有过滤器13，过滤器13配置以在工作流体流入冷凝器41前过滤工作流体，以去除其中的杂质。于一些实施方式中，输送管路11设置有流量计15，流量计15配置以测量工作流体的流量。于一些实施方式中，输送管路11设置有逆止阀17，逆止阀17配置以阻止工作流体逆流。

如图1所示，于一些实施方式中，浸入式冷却系统10进一步包含膨胀装置90，膨胀装置90设置在冷却槽20以及壳体50外，并连通冷却槽20位在冷却液30之上的部分。当阀门61关闭时，膨胀装置90配置以随着冷却槽20的气压发生变化而改变体积。于一些实施方式中，膨胀装置90包含一弹性体，弹性体的内部空间连通冷却槽20。因应于冷却槽20的气压上升，弹性体配置以自动膨胀(增加体积)，以降低冷却槽20的气压。因应于冷却槽20的气压下降，弹性体配置以自动缩小(减小体积)，以增加冷却槽20的气压。

如图1所示，于一些实施方式中，浸入式冷却系统10进一步包含冷凝器42，冷凝器42连接在冷却槽20与膨胀装置90之间，气体从冷却槽20流向膨胀装置90时通过冷凝器42。当冷却槽20的气压超过一门坎值时，冷凝器42启动并配置以使流向膨胀装置90的蒸气(包含汽化的冷却液35)凝结，所述门坎值小于第一上限值。通过上述配置，可减低膨胀装置90的负荷。于一些实施方式中，膨胀装置90通过一管路连接冷却槽20，所述管路通过冷凝器42。冷凝器42启动后，在冷凝器42凝结产生的冷却液30可顺着所述管路流回冷却槽20。

于一些实施方式中，控制器80配置以基于压力传感器PT02提供的感测信号来判定冷却槽20的气压是否超过所述门坎值，并在冷却槽20的气压超过所述门坎值时启动冷凝器42。在冷却槽20的气压未超过所述门坎值时，冷凝器42关闭。

请参照图2，本实施方式的浸入式冷却方法100包含因应于冷却槽中的气压上升的控制流程。请一并参照图1，在步骤101中，通过(i)与冷却槽20连通的膨胀装置90随着冷却槽20的气压上升而增加体积和/或(ii)冷却槽20中的冷凝器41随着冷却槽20的气压上升而加快冷凝作业的方式来控制冷却槽20的气压。

如图1与图2所示，若冷却槽20的气压上升至超过一门坎值，则浸入式冷却方法100前进至步骤102，在步骤102中，启动冷却槽20与膨胀装置90之间的冷凝器42，使至少部分的从冷却槽20流向膨胀装置90的蒸气凝结。

如图1与图2所示，若冷却槽20的气压进一步上升超过第一上限值，则浸入式冷却方法100前进至步骤103，在步骤103中，开启阀门61，使气体从冷却槽20流向位于冷却槽20的一侧的封闭空间56。

如图1与图2所示，若冷却槽20的气压进一步上升超过第二上限值，则浸入式冷却方法100前进至步骤104，在步骤104中，开启安全阀62，使气体从冷却槽20流向封闭空间56。

请参照图3，本实施方式的浸入式冷却方法200包含因应于冷却槽中的气压下降的控制流程。请一并参照图1，在步骤201中，通过(i)与冷却槽20连通的膨胀装置90随着冷却槽20的气压下降而减小体积和/或(ii)冷却槽20中的冷凝器41随着冷却槽20的气压下降而减慢冷凝作业的方式来控制冷却槽20的气压。

如图1与图3所示，若冷却槽20的气压下降至低于一下限值，则浸入式冷却方法200前进至步骤202，在步骤202中，开启阀门63，使气体从位于冷却槽20与封闭空间56外部的周遭环境流向冷却槽20。

综上所述，在本揭示的浸入式冷却系统中，冷却槽内部气压过高时，冷却槽的气体排出到位于冷却槽一侧的封闭空间而不直接排出到大气，如此一来，可以避免汽化的冷却液流失。封闭空间收集的汽化的冷却液可以被回收至冷却槽再利用。

尽管本揭示已以实施方式揭示如上，然其并非用以限定本揭示，任何本领域技术人员，于不脱离本揭示的精神及范围内，当可作各种的更改与润饰，因此本揭示的保护范围当视后附的权利要求范围所界定的为准。