TWI904853B - 具有漏液警報功能之浸沒式冷卻系統 - Google Patents

Abstract

一種具有漏液警報功能之浸沒式冷卻系統包含浸沒式冷卻槽、漏液儲存槽、冷卻液分配裝置、管路漏液檢測線、多數個積液檢測線與漏液發報裝置。漏液儲存槽設置於浸沒式冷卻槽下方，用以收集並儲存一冷卻液。冷卻液分配裝置設置有一熱交換器與連通於浸沒式冷卻槽之一冷卻管路。管路漏液檢測線纏繞於冷卻管路。積液檢測線設置於浸沒式冷卻槽和冷卻液分配裝置之底部。漏液發報裝置用以在接收到管路漏液檢測線發送出之一管路漏液信號時發出一漏液提示信息，並在接收到積液檢測線發送出之一底部積液信號時發出一漏液警報。

Description

具有漏液警報功能之浸沒式冷卻系統

本發明係有關於一種浸沒式冷卻系統，尤其是指一種具有漏液警報功能之浸沒式冷卻系統。

隨著大數據時代的來臨，以及雲端技術的飛速發展，各行各業對高性能伺服器的需求日益增長。高性能伺服器在提升整合度和運算速度的同時，也大幅提高了發熱量和發熱密度。由於傳統的風冷技術已經無法滿足高性能伺服器日益嚴苛的散熱需求，為了避免因為散熱不足導致伺服器性能下降，散熱效率更高的液冷技術應運而生。

浸沒式冷卻技術是將高性能伺服器內的各個電子裝置（如中央處理器、顯示卡或記憶體模組）直接在浸沒式冷卻槽內浸泡於冷卻液（如氟化液中）。冷卻液吸收熱量後，經由管路被輸送至冷卻液分配裝置（Cooling Distribution Unit, CDU）內之熱交換器，將熱量傳遞給其他冷卻介質（如冷卻水），再循環回浸沒式冷卻槽內。

相較於風冷散熱，液冷散熱存在一個不可忽視的缺點：冷卻液洩漏的風險。一旦冷卻液從管路或浸沒式冷卻槽洩漏，不僅會影響周圍其他設備，還會導致冷卻槽內冷卻液不足，喪失散熱功能，進而影響伺服器的正常運作。

有鑒於在先前技術中，無法得知漏液嚴重程度以及具體漏液位置而普遍存在耗費較長時間進行排查的問題。本發明之主要目的在於提供一種浸沒式冷卻系統，可在檢測到漏液時分別發送出不同信號（包含管路漏液信號、底部積液信號或推測漏液信號），用以判斷出漏液的嚴重情況以及具體漏液位置，據以解決上述問題。

據此，本發明為解決先前技術之問題所採用之必要技術手段為提供一種具有漏液警報功能之浸沒式冷卻系統（以下簡稱浸沒式冷卻系統），包含浸沒式冷卻槽、漏液儲存槽、冷卻液分配裝置、管路漏液檢測線、多數個積液檢測線與漏液發報裝置。

浸沒式冷卻槽存放冷卻液，冷卻液用以吸收設置於浸沒式冷卻槽內之電子裝置在運作狀態時產生之熱量。漏液儲存槽設置於浸沒式冷卻槽下方，以收集並儲存自浸沒式冷卻槽洩漏出之冷卻液。

管路漏液檢測線纏繞於冷卻管路，用以在檢測出冷卻液自冷卻管路洩漏時，發出管路漏液信號。積液檢測線設置於漏液儲存槽與冷卻液分配裝置之底部，用以檢測出漏液儲存槽或冷卻液分配裝置之底部有冷卻液時，發出底部積液信號。

漏液發報裝置連接於管路漏液檢測線與積液檢測線，用以在接收到管路漏液信號時，判斷為輕微漏液，並發出漏液提示信息，更用以在接收到底部積液信號時，判斷為一嚴重漏液，並發出漏液警報。

較佳者，漏液發報裝置包含信號處理單元、判斷單元與發報單元。信號處理單元用以接收管路漏液信號與底部積液信號。判斷單元用以在接收到管路漏液信號時判斷為輕微漏液，並用以接收到底部積液信號時判斷為嚴重漏液。發報單元用以在判斷為輕微漏液時發出漏液提示信息，並用以在判斷為嚴重漏液時發出漏液警報。

以上述必要技術手段為基礎，可再衍生出以下附屬技術手段，較佳者，浸沒式冷卻系統更包含至少一液位檢測器。液位檢測器設置於浸沒式冷卻槽內，連接於漏液發報裝置，用以檢測出冷卻液之一液面高度，並在液面高度之一下降速率超過一推測漏液速率時，將一推測漏液信號發送至漏液發報裝置，使漏液發報裝置判斷為嚴重漏液，並發出漏液警報。

以上述必要技術手段為基礎，可再衍生出以下附屬技術手段，較佳者，漏液發報裝置連接於電子裝置，用以在漏液發報裝置判斷為嚴重漏液時，將功能關閉信號發送至電子裝置，以使電子裝置功能關閉。

綜合以上所述，本發明所提供之浸沒式冷卻系統，係分別在冷卻液分配裝置之底部、冷卻管路與浸沒式冷卻槽內設置有感測器（包含管路漏液檢測線、積液檢測線以及液位檢測器），並在檢測到漏液時分別發送出不同信號（包含管路漏液信號、底部積液信號或推測漏液信號），用以判斷出漏液的嚴重情況以及具體漏液位置，據以解決上述問題。

本創作所採用的具體實施例，將藉由以下之實施例及圖式作進一步之說明。

由於本發明所提供之漏液警報功能之浸沒式冷卻系統，可廣泛運用於各種伺服器，故在此不再一一贅述，僅列舉其中較佳的兩個實施例來加以具體說明，且此實施例僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的與功效。

請參閱第一圖，第一圖係顯示本發明較佳實施例中具有漏液警報功能之浸沒式冷卻系統之空間分佈示意圖。如第一圖所示，具有漏液警報功能之浸沒式冷卻系統（以下簡稱「浸沒式冷卻系統」）100包含浸沒式冷卻槽1、漏液儲存槽2、冷卻液分配裝置3、管路漏液檢測線、多數個積液檢測線、漏液發報裝置6與液位檢測器7。在本實施例中，浸沒式冷卻系統100包含兩條管路漏液檢測線4a與4b、兩條積液檢測線5a與5b與一個液位檢測器7。在其他實施例中，可以只使用一條管路漏液檢測線，亦可以使用多數個液位檢測器。

浸沒式冷卻槽1存放冷卻液11。冷卻液11吸收設置於浸沒式冷卻槽1內之電子裝置在運作狀態時產生之熱量。具體來說，冷卻液11為氟化液。氟化液具有無色透明、具化學和熱穩定、無毒且不燃等特性。

在本實施例中，以浸沒式冷卻槽1內設置一電子裝置12，但電子裝置12之數量自當不以此為限。具體來說，電子裝置12為伺服器但不以此為限。漏液儲存槽2設置在浸沒式冷卻槽1下方，用以收集並儲存自浸沒式冷卻槽1洩漏出之冷卻液11。

冷卻液分配裝置3設置有熱交換器31、冷卻管路32、第一幫浦33與熱交換管路34。冷卻管路32經過熱交換器31並且連通於浸沒式冷卻槽1，藉以將吸收熱量後之冷卻液11經過熱交換器31冷卻後再流回至浸沒式冷卻槽1。冷卻液分配裝置3(Cooling Distribution Units, CDU)為液體冷卻系統中不可或缺的裝置，用以調節冷卻液11。

在本實施例中，冷卻管路32具有第一熱交換段321、第一流入段322與第一流出段323。第一熱交換段321位於熱交換器31內。第一流入段322連通浸沒式冷卻槽1與第一熱交換段321，用以供吸收熱量之冷卻液11自浸沒式冷卻槽1流向第一熱交換段321。第一流出段323連通第一熱交換段321與浸沒式冷卻槽1，用以供冷卻後之冷卻液11自第一熱交換段321流回浸沒式冷卻槽1。第一幫浦33係設置於第一流入段322，用以使冷卻液11在冷卻管路32內循環流動。

熱交換管路34連通於冷卻水儲存槽35，用以供冷卻水36流動，藉以在冷卻水36流經熱交換器31時冷卻吸收熱量後之冷卻液11。熱交換管路34包含第二熱交換段341、第二流入段342與第二流出段343。冷卻水儲存槽35可以例如是外部水塔。

第二熱交換段341位於熱交換器31內。第二流入段342連通冷卻水儲存槽35與第二熱交換段341，用以供冷卻水36自冷卻水儲存槽35流向第二熱交換段341，以冷卻吸收熱量後之冷卻液11。第二流出段343連通第二熱交換段341與冷卻水儲存槽35，用以供吸收熱量後之冷卻水36自第二熱交換段341流回冷卻水儲存槽35。為了推動冷卻水36在熱交換管路34中流動，第二流入段342還包含第二幫浦37。

在本實施例中，第一熱交換段321緊鄰於第二熱交換段341，且冷卻液11與冷卻水36在熱交換器內流動時為同一方向。冷卻水儲存槽35包含致冷結構（圖未示）。

管路漏液檢測線4a與4b係分別纏繞於第一流入段322與第一流出段323。積液檢測線5a與5b分別設置在漏液儲存槽2與冷卻液分配裝置3之底部。管路漏液檢測線4a與4b以及積液檢測線5a與5b皆為線狀的液體感測器，可纏繞設置或是彎折設置於需要感測的地方，當液體接觸到液體感測器時，可透過其電阻之變化感應得知。

液位檢測器7設置在浸沒式冷卻槽1，以檢測出冷卻液11之液面高度LH。在本實施例中，液位檢測器7為壓力感測器，設置於浸沒式冷卻槽1底部，藉由水壓搭配液體特性計算出液面高度LH。在其他實施例中，液位檢測器7可以是浮球式感測器或是貼附於槽壁之液體檢測線，且不以此為限。

請參閱第二圖，第二圖係顯示本發明較佳實施例中具有漏液警報功能之浸沒式冷卻系統之系統方塊圖。請一併參閱第一圖，管路漏液檢測線4a與4b連接於漏液發報裝置6，用以在檢測出冷卻液11自冷卻管路32洩漏時，分別發出管路漏液信號S1a與S1b。積液檢測線5a與5b連接於漏液發報裝置6。積液檢測線5a在檢測出漏液儲存槽2有冷卻液11時，發出一底部積液信號S2a。積液檢測線5b則在檢測出冷卻液分配裝置3之底部有冷卻液11時，發出一底部積液信號S2b。

漏液發報裝置6連接於管路漏液檢測線4a與4b以及積液檢測線5a與5b，並包含信號處理單元61、判斷單元62與發報單元63。信號處理單元61接收管路漏液信號S1a與S1b以及底部積液信號S2a與S2b。在本實施例中，管路漏液檢測線4a與4b以及積液檢測線5a與5b係為設置於不同位置的檢測線，用以於接收到信號時卻認漏液的實際位置。

其中，例如是將不同條檢測線接入不同的接腳，則可以用信號通道的不同區分出信號來源。在本實施例中信號處理單元61為一樹梅派（Raspberry Pi），但不以此為限。

判斷單元62在接收到管路漏液信號S1a或S1b時判斷為輕微漏液，並在接收到底部積液信號S2a或S2b時判斷為嚴重漏液。換言之，判斷單元62在接收到信號處理單元61之信號後加以判斷漏夜情況。在本實施例中，判斷單元62為電腦主機，但不以此為限。

在本實施例中，冷卻管路32由多段管路相接而成，在管路與管路的交界處會因各種原因（例如交界處的鎖固結構沒鎖緊或管路中的閥門沒關緊導致液壓過大而超過管線承載能力等）導致冷卻液11自交界處滲漏出。剛洩漏出之冷卻液11會因為表面張力吸附在管路上，並隨著洩漏的量增加才會受重力作用往下滴落而累積在底部。

冷卻液11在初期滲漏時不會造成立即性的影響，且可以透過處理（如鎖緊交界處的鎖固結構或將閥門調整到正確開合狀態等）將滲漏情況排除。因此，在接收到管路漏液信號S1a或S1b時，判斷單元62會判斷為輕微漏液。

一般而言，普通的管路滲漏不會馬上滴落至底部，只有第一幫浦33異常或是管路本身破洞導致大量漏水才會觸發設置於冷卻液分配裝置3底部之積液檢測線5a。若是發生上述情況，則無法藉由處理將漏水狀況排除。因此，在積液檢測線5a檢測出漏液而發送出底部積液信號S2a時，判斷單元62會判斷為嚴重漏液。

另外，若是浸沒式冷卻槽1有洩漏，也不容易透過處理將漏水狀況排除，所以，在積液檢測線5b檢測出漏液而發送出底部積液信號S2b時，判斷單元62也會判斷為嚴重漏液。

發報單元63在判斷為輕微漏液時發出漏液提示信息，並在判斷為嚴重漏液時發出漏液警報。本實施例中之發報單元63包含警報器（圖未標示）與顯示器（圖未標示），但不以此為限。

在判斷單元62判斷為輕微漏液時，顯示器會顯示信號是來自管路漏液檢測線4a或4b，使得工作人員自顯示器看到漏液提示信息。

在判斷單元62判斷為嚴重漏液時，顯示器會顯示出信號是來自管路漏液檢測線4a或4b或是積液檢測線5a或5b，同時會使警報器發出警報聲響通知工作人員。

為了防止檢測線異常，本實施例還在浸沒式冷卻槽1內設置有液位檢測器7。液位檢測器7連接（在本實施例中為無線連接）於漏液發報裝置6，以在液面高度LH之下降速率超過推測漏液速率時，將推測漏液信號S3發送至信號處理單元61，使判斷單元62判斷為嚴重漏液，並且使發報單元63發出漏液警報。

具體的推測漏液速率需要依據浸沒式冷卻槽1之容量計算出，再經由工作人員進行評估。在液面高度LH快速下降時，雖然無法確認具體是哪邊有漏水，但是可以在檢測線發生異常時作為一道保險。

需要注意的是，若是發報單元63發送出漏液警報，說明當下為嚴重漏液，容易導致浸沒式冷卻槽1之液面高度LH快速下降。若是液面高度LH持續下降而低於電子裝置12，則會影響到散熱效率。因此，為了防止電子裝置12因散熱不足出現故障，需要漏液初期提前關閉電子裝置12。

因此，在本實施例中，漏液發報裝置6連接於電子裝置12（在本實施例中為無線連接），以在判斷單元62判斷為嚴重漏液時，將功能關閉信號S4發送至電子裝置12，藉以關閉電子裝置12（關機）。

在本實施例中，電子裝置12為伺服器，如果將伺服器電源瞬間切斷，會導致工作中的部分資料流失。因此，在伺服器接收到功能關閉信號S4時，可以設定等待一段延遲時間後再進行功能關閉，使工作中的資料可以先進行保存。

請參閱第三圖，第三圖係顯示本發明較佳實施例中具有漏液警報功能之浸沒式冷卻系統之流程方塊圖。請一併參閱第一圖與第二圖。

浸沒式冷卻系統100的流程包含步驟S101~S112。步驟S101至步驟S103時為將相關的感測器設置於對應的位置。首先，將管路漏液檢測線4a與4b分別纏繞於第一流入段322與第一流出段323（步驟S101），再將積液檢測線5a與5b分別設置在漏液儲存槽2與冷卻液分配裝置3之底部（步驟S102），最後將液位檢測器7設置在浸沒式冷卻槽1中（步驟S103）。

步驟S104為管路漏液檢測線4a與4b判斷是否檢測到漏液。步驟S105至步驟S107為管路漏液檢測線4a或4b檢測到漏液後實施的手段。在管路漏液檢測線4a或4b檢測到漏液並發出管路漏液信號S1a或S1b後，信號處理單元61接收管路漏液信號S1a或S1b（步驟S105），並在判斷單元62判斷為輕微漏液時（步驟S106），最後由發報單元63發出漏液提示信息（步驟S107）。

在步驟S107結束或是管路漏液檢測線4a或4b沒有檢測到漏液時，步驟S108為積液檢測線5a與5b接著判斷是否檢測到漏液。步驟S109至步驟S111為積液檢測線5a或5b檢測到漏液後實施的手段。在積液檢測線5a或5b檢測到漏液並發出底部積液信號S2a或S2b後，信號處理單元61接收底部積液信號S2a或S2b（步驟S109），並在判斷單元62判斷為嚴重漏液時，發出功能關閉信號S4（步驟S110），最後由發報單元63發出漏液警報，且關閉電子裝置12（步驟S111）。

在步驟S112，積液檢測線5a或5b未檢測到漏液時，液位檢測器繼續檢測是否液位異常（液面高度LH快速下降）。在液位檢測器繼續檢測到液位異常並發出推測漏液信號S3時，信號處理單元61接收推測漏液信號S3（步驟S113）並進入步驟S110與S111而發出漏液警報。在液位檢測器沒有檢測到液位異常時係返回步驟S104。

綜合以上所述，本發明所提供之浸沒式冷卻系統100，係可判斷出漏液的程度以及具體漏液位置，據以解決上述問題。

在本發明的一實施例中，本發明之浸沒式冷卻系統係可用於一伺服器，該伺服器係可用於人工智慧(Artificial Intelligence，AI)運算、邊緣運算(Edge Computing)，亦可當作5G伺服器、雲端伺服器或車聯網伺服器使用。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

100:浸沒式冷卻系統1:浸沒式冷卻槽11:冷卻液12:電子裝置2:漏液儲存槽3:冷卻液分配裝置31:熱交換器32:冷卻管路321:第一熱交換段322:第一流入段323:第一流出段33:第一幫浦34:熱交換管路341:第二熱交換段342:第二流入段343:第二流出段35:冷卻水儲存槽36:冷卻水37:第二幫浦4a,4b:管路漏液檢測線5a,5b:積液檢測線6:漏液發報裝置61:信號處理單元62:判斷單元63:發報單元7:液位檢測器S1a,S1b:管路漏液信號S2a,S2b:底部積液信號S3:推測漏液信號S4:功能關閉信號S101~S113:步驟

第一圖係顯示本發明較佳實施例中具有漏液警報功能之浸沒式冷卻系統之空間分佈示意圖；第二圖係顯示本發明較佳實施例中具有漏液警報功能之浸沒式冷卻系統之系統方塊圖；以及第三圖係顯示本發明較佳實施例中具有漏液警報功能之浸沒式冷卻系統之流程方塊圖。

100:浸沒式冷卻系統

1:浸沒式冷卻槽

11:冷卻液

12:電子裝置

2:漏液儲存槽

3:冷卻液分配裝置

31:熱交換器

32:冷卻管路

321:第一熱交換段

322:第一流入段

323:第一流出段

33:第一幫浦

34:熱交換管路

341:第二熱交換段

342:第二流入段

343:第二流出段

35:冷卻水儲存槽

36:冷卻水

37:第二幫浦

4a,4b:管路漏液檢測線

5a,5b:積液檢測線

6:漏液發報裝置

61:信號處理單元

62:判斷單元

63:發報單元

7:液位檢測器

Claims (9)

1. 一種具有漏液警報功能之浸沒式冷卻系統，包含： 一浸沒式冷卻槽，係存放一冷卻液，該冷卻液係用以吸收設置於該浸沒式冷卻槽內之至少一電子裝置在一運作狀態時產生之熱量； 一漏液儲存槽，係設置於該浸沒式冷卻槽下方，用以收集並儲存自該浸沒式冷卻槽洩漏出之該冷卻液； 一冷卻液分配裝置，包含一熱交換器與一冷卻管路，且該冷卻管路經過該熱交換器並且連通於該浸沒式冷卻槽，藉以將吸收熱量後之該冷卻液經過該熱交換器冷卻後再流回至該浸沒式冷卻槽； 至少一管路漏液檢測線，係纏繞於該冷卻管路，用以在檢測出該冷卻液自該冷卻管路洩漏時，發出一管路漏液信號； 多數個積液檢測線，係設置於該漏液儲存槽與該冷卻液分配裝置之底部，用以在檢測出該漏液儲存槽或該冷卻液分配裝置之底部有該冷卻液時，發出一底部積液信號；以及 一漏液發報裝置，係連接於該管路漏液檢測線與該些積液檢測線，用以在接收到該管路漏液信號時，判斷為一輕微漏液，並發出一漏液提示信息，更用以在接收到該底部積液信號時，判斷為一嚴重漏液，並發出一漏液警報。
2. 如請求項1所述之具有漏液警報功能之浸沒式冷卻系統，其中，該冷卻管路包含： 一第一熱交換段，係位於該熱交換器內； 一第一流入段，係連通該浸沒式冷卻槽與該第一熱交換段，用以供該冷卻液自該浸沒式冷卻槽流向該第一熱交換段；以及 一第一流出段，係連通該第一熱交換段與該浸沒式冷卻槽，用以供冷卻後之該冷卻液自該第一熱交換段流回該浸沒式冷卻槽。
3. 如請求項2所述之具有漏液警報功能之浸沒式冷卻系統，其中，該冷卻液分配裝置更包含一第一幫浦，該第一幫浦設置於該冷卻管路之該第一流入段，該第一幫浦係使該冷卻液在該冷卻管路中流動。
4. 如請求項2所述之具有漏液警報功能之浸沒式冷卻系統，其中，該冷卻液分配裝置更包含有一熱交換管路，該熱交換管路係連通於一冷卻水儲存槽，用以供一冷卻水流動，藉以在該冷卻水流經該熱交換器時冷卻該冷卻液。
5. 如請求項4所述之具有漏液警報功能之浸沒式冷卻系統，其中，該熱交換管路包含： 一第二熱交換段，係位於該熱交換器內； 一第二流入段，係連通該冷卻水儲存槽與該第二熱交換段，用以供該冷卻水自該冷卻水儲存槽流向該第二熱交換段，藉以冷卻吸收熱量後之該冷卻液；以及 一第二流出段，係連通該第二熱交換段與該第二熱交換段，用以供該冷卻水自該第二熱交換段流回該冷卻水儲存槽。
6. 如請求項5所述之具有漏液警報功能之浸沒式冷卻系統，其中，該第二流入段係設置有一第二幫浦，該第二幫浦係使該冷卻水在該熱交換管路中流動。
7. 如請求項1所述之具有漏液警報功能之浸沒式冷卻系統，更包含至少一液位檢測器，該液位檢測器係設置於該浸沒式冷卻槽內，連接於該漏液發報裝置，用以檢測該冷卻液之一液面高度，並在該液面高度之一下降速率超過一推測漏液速率時，發出一推測漏液信號。
8. 如請求項1所述之具有漏液警報功能之浸沒式冷卻系統，其中該漏液發報裝置包含： 一信號處理單元，係接收該管路漏液信號與該底部積液信號； 一判斷單元，係在接收到該管路漏液信號時判斷為該輕微漏液，並於接收到該底部積液信號時判斷為該嚴重漏液；以及 一發報單元，係在判斷為該輕微漏液時發出該漏液提示信息，並在判斷為該嚴重漏液時發出該漏液警報。
9. 如請求項1所述之具有漏液警報功能之浸沒式冷卻系統，其中，該漏液發報裝置係連接於該電子裝置，用以在該漏液發報裝置判斷為該嚴重漏液時，將一功能關閉信號發送至該電子裝置，藉以關閉該電子裝置。