浸入式冷却系统的被动式流体驱动装置

摘要

本发明公开了一种浸入式冷却系统的被动式流体驱动装置，其包括一导热壳体及一驱动装置。导热壳体隔出一内部空间及一外部空间，内部空间与外部空间分别用以储存一冷却液，且导热壳体具有连通内部空间与外部空间的至少一出气孔。驱动装置包括一枢轴、一扰动件及一叶轮，枢轴枢设导热壳体，扰动件为于内部空间固定于枢轴，叶轮位于外部空间并固定于枢轴，叶轮具有多个叶片，且部分叶片对应于出气孔，出气孔用以供冷却液汽化后的气体排出，且部分叶片受气体推动而带动叶轮与扰动件相对导热壳体旋转。

说明书

技术领域

本发明关于一种流体驱动装置，特别是一种浸入式冷却系统的被动式流体驱动装置。

背景技术

传统的浸入式冷却系统中，依带动液体流动的方式可分为两种不同形式的冷却系统，一是利用风扇或泵施加额外能量的条件下带动液体，使液体产生流动，即为主动式冷却系统，另一种则是利用电子元件产生的废热使液体产生密度差，进而产生自然对流使液体流动，或是利用液体因废热而沸腾时所产生的气泡使液体流动，由于气泡密度较液体小，因此气泡将自然浮出液面，进而带动液体流动，即为被动式冷却系统，以上两种形式的浸入式冷却系统皆是利用液体吸收电子元件的热量，并通过液体流动的方式，逐渐将电子元件的热量传导至所有液体分子，并通过液体吸热汽化的过程，将热量消散。

虽然利用主动式冷却系统，能有效的控制液体的流动速度与方向，使液体能均匀吸收电子元件所产生的热量，但须额外加装风扇或泵等驱动液体流动的装置，如此需要提供额外的能量，将使其冷却系统的功耗增加。相反地，利用被动式冷却系统，虽不需外加能量，但受限于其物理特性，液体主要流动方向仅能与重力方向相反，且无法控制流体速度，使液体无法有效且均匀地吸收电子元件所产生的热量。

发明内容

本发明在于提供一种浸入式冷却系统的被动式流体驱动装置，藉以解决现有技术中浸入式冷却系统的液体仅能以相反重力方向流动的问题。

本发明的一实施例所公开的一种浸入式冷却系统的被动式流体驱动装置，其包括一导热壳体及一驱动装置。导热壳体隔出一内部空间及一外部空间，内部空间与外部空间分别用以储存一冷却液，且导热壳体具有连通内部空间与外部空间的至少一出气孔。驱动装置包括一枢轴、一扰动件及一叶轮，枢轴枢设导热壳体，扰动件为于内部空间固定于枢轴，叶轮位于外部空间并固定于枢轴，叶轮具有多个叶片，且部分叶片对应于出气孔，出气孔用以供冷却液汽化后的气体排出，且部分叶片受气体推动而带动叶轮与扰动件相对导热壳体旋转。

根据上述实施例所公开的浸入式冷却系统的被动式流体驱动装置，因导热壳体具有连通内部空间与外部空间的出气孔，以及对应出气口叶轮的叶片，使冷却液汽化后的气体得以通过出气孔排出，并推动叶轮的叶片。叶轮被气体推动后可通过枢轴带动扰动件于内部空间旋转，以带动位于内部空间的冷却液于水平方向流动，进而搅拌内部空间内的冷却液而让内部空间的冷却液均匀吸热。如此一来，在不外加耗能的驱动装置情形下，也可使冷却液往不同于重力相反方向流动，以增加浸入式冷却系统的散热效果。

此外，在扰动件搅拌内部空间的冷却液的过程中，扰动件也会顺势将冷却液汽化后的气体往位于中央区域中出气口集中，以让气体推动叶片的动作能更为流畅与连贯。

以上关于本发明内容的说明及以下实施方式的说明用以示范与解释本发明的原理，并且提供本发明的权利要求保护范围更进一步的解释。

附图说明

图1为根据本发明第一实施例所公开浸入式冷却系统的被动式流体驱动装置立体示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为图2沿着3-3线的剖视图。

图4为图1的驱动装置立体分解图。

图5为图1的带动件位于缸体的一侧的俯视图。

图6为图5沿着6-6线的剖视图。

图7为图2的局部放大图。

图8为图5的局部放大图。

图9为根据本发明第二实施例所公开浸入式冷却系统的被动式流体驱动装置的驱动装置立体分解图。

图10为为根据本发明第二实施例所公开浸入式冷却系统的被动式流体驱动装置的局部俯视放大图。

其中，附图标记：

10 浸入式冷却系统的被动式流体驱动装置

11 冷却液

12 热源

100导热壳体

110内部空间

111底面

112第一顶面

112a 出气孔

113第二顶面

113a 进液口

114热接触面

120外部空间

200散热鳍片

300、300’ 驱动装置

310、310’ 枢轴

320扰动件

330叶轮

331叶片

340、340’ 带动件

400液体补充装置

410缸体

411容置腔室

412吸液口

413出液口

414逆止阀

420往复件

421活塞部

422、422’ 受推部

422a、422a’ 活动槽

4221a、4221b长边

4222a短边

D1、D2距离

W、H、P、C方向

L1、L2长度

R1、R2直径

A气泡

具体实施方式

以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域的技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所公开的内容、权利要求保护范围及附图，任何本领域的技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。

请参阅图1至图4。图1为根据本发明第一实施例所公开浸入式冷却系统的被动式流体驱动装置立体示意图。图2为图1的俯视图。图3为图2沿着4-4线的剖视图。图4为图1的驱动装置立体分解图。

本实施例的浸入式冷却系统的被动式流体驱动装置10用于解决服务器中电子元件过热的问题，其包括一导热壳体100、一散热鳍片200、一驱动装置300及一液体补充装置400。导热壳体100隔出一内部空间110及一外部空间120。导热壳体100的内部空间110与外部空间120分别用以储存一冷却液11。导热壳体100形成有内部空间110的壁面具有一底面111、一第一顶面112及两个第二顶面113。第一顶面112与两个第二顶面113皆相对于底面111，且第一顶面112位于两个第二顶面113之间，且第一顶面112具有两个出气孔112a。两个出气孔112a连通内部空间110与外部空间120。第二顶面113具有一进液口113a。第一顶面112至底面111的距离D1大于两个第二顶面113至底面111的距离D2。也就是说，第一顶面112的水平高度高于第二顶面113的水平高度。导热壳体100进一步具有一热接触面114。热接触面114背向底面111，用以接触一热源12，此外，散热鳍片200设置于导热壳体100的底面，用以吸收热源12传导的热量。

如图4所示，驱动装置300包括一枢轴310、一扰动件320、一叶轮330及一带动件340。枢轴310穿过第一顶面112并枢设于导热壳体100。扰动件320位于内部空间110并固定于枢轴310。叶轮330位于外部空间120并固定于枢轴310。叶轮330具有多个叶片331，且部分叶片331对应于两个出气孔112a，可使由两个出气孔112a排出的气体成为叶轮330转动的推动力而令叶轮330旋转。本实施例的带动件340例如但不限为凸柱，带动件340固定于叶轮330，且带动件340与枢轴310的轴线非共轴，使带动件340与叶轮330同动而绕枢轴310旋转。

在本实施例中，两个出气孔112a设置于枢轴310的相对两侧。如此一来，由两个出气孔112a所排出的气体能较对称地喷向叶轮330而让叶轮330受力较为平均。然而，前述出气孔112a的位置配置与数量并非用以限制本发明，在其他实施例中，出气孔的数量可为一或多个，且出气孔也可为非对称配置。

液体补充装置400位于导热壳体100的外部空间120。液体补充装置400包括一缸体410及一往复件420。缸体410具有一容置腔室411及连通容置腔室411的一吸液口412及一出液口413。吸液口412对应于外部空间120。出液口413对应于第二顶面113的进液口113a。往复件420包括一活塞部421及一受推部422。活塞部421的一端与受推部422连接，活塞部421的另一端可活动地设置于缸体410。受推部422位于叶轮330与第一顶面112之间。受推部422具有一活动槽422a。驱动装置300的枢轴310穿过活动槽422a，且带动件340位于活动槽422a。带动件340可绕枢轴310转动并推抵受推部422，以带动活塞部421相对缸体410以方向W往复移动。如此一来，可让外部空间120的冷却液11自吸液口412进入容置腔室411，再将位于容置腔室411的冷却液11经由出液口413与进液口113a挤入内部空间110，以达到补充内部空间110液体的效果。此外，吸液口412与出液口413分别设有一逆止阀414，以防止冷却液11逆流。

请一同参阅图2、图3、图5与图6。图5为图1的带动件位于缸体的一侧的俯视图。图6为图5沿着6-6线的剖视图。

如图2与图3所示，当冷却液11吸收导热壳体100与散热鳍片200从热源12传导的热量时，内部空间110的部分冷却液11会汽化而变成气泡A。由于气体密度相较于液体小，故气泡A会上升。一部分气泡A上升后会经由位于第一顶面112的两个出气孔112a排出，另一部分气泡A则会分散在第二顶面113。上升至第一顶面112的气泡A会经由两个出气孔112a排出并推动叶片331使叶轮330旋转，同时也带动固定于枢轴310的扰动件320旋转。扰动件320旋转会使内部空间110的冷却液11产生水平方向H的流动，使内部空间110的冷却液11能较均匀吸热。

如图5与图6所示，上述冷却液11水平流动的过程中，使得原本分散在第二顶面113的气泡A沿箭头方向P朝向枢轴310移动而变成位于第一顶面112下方。此时，因第一顶面112的水平高度高于第二顶面113的水平高度，故原受第二顶面113局限的气泡A移出第二顶面113下方时就不会再受到第二顶面113的局限，进而可上升至第一顶面112并经出气孔112a排出与推动叶片331。

此外，因第一顶面112与第二顶面113的段差设计，使集中于出气孔112a的气泡A不会因扰动件320的扰动又再分散至第二顶面113下方的区域，故第一顶面112与第二顶面113的段差设计可较有效地将气泡A朝两个出气孔112a集中。如此一来，叶轮330的转动即较不会因为气体量不足而中断，也就是说，叶轮330的转动能更为流畅与连贯。

此外，在上述叶轮330旋转的过程中，叶轮330会令带动件340于受推部422的活动槽422a绕枢轴310旋转，使带动件340推抵受推部422而带动与受推部422连接的活塞部421相对于缸体410移动。

如图3所示，当叶轮330令带动件340旋转至远离缸体410时，受推部422受到带动件340的推抵也使活塞部421朝远离缸体410的一侧移动，此时缸体410的容置腔室411为负压状态，而使对应于外部空间120的吸液口412打开，外部空间120的冷却液11进入容置腔室411，因出液口413设置有逆止阀414，故在带动件340推抵受推部422远离缸体410过程中，容置腔室411内的负压不会使对应于内部空间110的出液口413打开，而使内部空间110的冷却液11进入容置腔室411。

如图6所示，当带动件340推抵受推部422靠近缸体410过程中，前述位于容置腔室411的冷却液11因受到活塞部421的挤压，而将出液口413打开，此时冷却液11即可进入内部空间110进行补充，而吸液口412因设置有逆止阀414，故在带动件340推抵受推部422靠近缸体410过程中不会造成吸液口412开启，而使容置腔室411内的冷却液11又回到外部空间120。如此一来，本实施例的浸入式冷却系统的被动式流体驱动装置10，不会因汽化后的冷却液11气体离开内部空间110而造成内部空间110的冷却液11持续减少。

请参阅图7与图8。图7为图2的局部放大图。图8为图5的局部放大图。以带动件340与枢轴310彼此相连的态样为例。本实施例的活动槽422a的形状例如但不限为矩形。受推部422具有围绕出活动槽422a的两个长边4221a、4221b与两个短边4222a。两个长边4221a、4221b与方向W垂直，且长边4221a较长边4221b远离活塞部421(如图2所示)。两个短边4222a与方向W平行。活动槽422a短边4222a的长度L2等于枢轴310的直径R1与带动件340的直径R2总和。此外，活动槽422a的长边4221a的长度L1需大于等于枢轴310的直径R1与带动件340的直径R2的两倍总和，也就是说，枢轴310与短边4222a之间最短的距离大于等于带动件340的直径R2。

如图7所示，带动件340一开始抵靠于长边4221a。当带动件340以顺时针方向C旋转时，带动件340会从原本抵靠长边4221a变成抵靠另一长边4221b而使受推部422朝方向W移动(如图8所示)。因活动槽422a短边4222a的长度L2等于枢轴310的直径R1与带动件340的直径R2总和的关系，故受推部422朝方向W移动的过程中，长边4221b与枢轴310之间的距离会逐渐增加至带动件340的直径R2，让带动件340得以绕过枢轴310并恢复至与长边4221a相抵靠的位置(如图7所示)。如此一来，将使受推部422可于正反方向W往复地移动。

然而，活动槽422a的短边4222a长度L2并非必须等于枢轴310直径R1与带动件340直径R2的总和，而是活动槽422a的短边4222a长度L2可约略大于枢轴310直径R1与带动件340直径R2的总和，如此依旧可以达成带动件340推抵受推部422，并使受推部422作往复移动。

此外，因枢轴310与短边4222a之间最短的距离大于等于带动件340的直径R2，故带动件340绕枢轴310旋转的过程中，带动件340不会推动两个短边4222a，而使受推部422在垂直方向W不会摆动，如此可让往复件420(请参阅图2)更流畅地沿方向W往复移动。

在本实施例中，带动件340与枢轴310为彼此相连的设置，但并非用以限定本发明。在其他实施例中，带动件与枢轴也可间隔一段距离，如此一来，活动槽的大小必须对应带件与枢轴的距离作调整。

前述实施例的带动件340为凸柱并固定于叶轮上，但并不以此为限。请参阅图9与图10。图9为根据本发明第二实施例所公开浸入式冷却系统的被动式流体驱动装置的驱动装置立体分解图。图10为为根据本发明第二实施例所公开浸入式冷却系统的被动式流体驱动装置的局部俯视放大图。

在本实施例中，驱动装置300’的带动件340’为固定于枢轴310’，带动件340’例如但不限为凸轮。带动件340’与枢轴310’共轴旋转地位于活动槽422a’。

由于带动件340’推抵受推部422’的操作方式与图4与图5实施例中凸柱的操作原理相似，以及活动槽422a’的大小限制缘由与图7与图8实施例中与活动槽的大小限制缘由相似，故不再赘述。

根据上述实施例所公开的浸入式冷却系统的被动式流体驱动装置，因导热壳体具有连通内部空间与外部空间的出气孔，以及对应出气口叶轮的叶片，使冷却液汽化后的气体得以通过出气孔排出，且排出的气体推动叶轮的叶片，使叶轮通过枢轴带动扰动件于内部空间旋转，旋转的扰动件带动内部空间的冷却液于水平方向流动，使冷却液能均匀吸热，增进散热效果。

此外，堆积于第二顶面的气泡，受到内部空间冷却液的流动而往枢轴移动，加上气泡会上升的特性，以及导热壳体内部空间的第一顶面至底面的距离大于两个第二顶面至底面的距离，使集中于出气孔的气泡不会因扰动件的扰动又再分散至第二顶面下方的区域，如此可有效地搜集分散于第二顶面的气泡并引导至出气孔，使得叶轮转动的动力来源增加，进而让叶轮转动更为流畅与连贯。

上述实施例所公开的浸入式冷却系统的被动式流体驱动装置具有液体补充装置，即使内部空间的冷却液因汽化成气体且经由出气孔排出而减少，仍可藉由驱动装置带动液体补充装置补充冷却液于内部空间，达到维持被动式散热系统的功效。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。