專利名稱：驅動器機架熱交換器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明大體上涉及用于計算機硬件的冷卻系統(tǒng)，且更明確地說涉及一種可實施在計算裝置的驅動器機架內的熱交換器系統(tǒng)。
背景技術：
駐存在計算裝置(例如，中央處理單元(CPU)和圖形處理單元(GPU))中的熱產(chǎn)生裝置的常規(guī)冷卻系統(tǒng)通常包含安置在處理器上的散熱器，和引導散熱器上方的空氣穿過由安置在散熱器頂部上的一系列散熱片形成的通道的風扇。在此種設計中，熱量從處理器傳遞到散熱器和散熱片，并傳遞到流經(jīng)通道和在散熱器上方的空氣。熱量接著隨著氣流流出通道并離開處理器而消散到周圍環(huán)境中。
這些常規(guī)吹風機/風扇冷卻系統(tǒng)的一個缺點是，隨著處理器功能變得更強大且產(chǎn)生更多熱量，風扇必須以非常高的速度操作以產(chǎn)生冷卻處理器所必需的穿過空氣通道和在散熱器上方的氣流。高速操作趨向于產(chǎn)生大量不必要的噪聲，這對于計算機的用戶來說較為煩擾。并且，在一些情況下，這些類型的常規(guī)冷卻系統(tǒng)甚至可能不能夠滿足某些高性能處理器的熱消散要求。使這些問題進一步復雜的是這一事實雖然處理器功能正變得更強大，但計算裝置內可用于冷卻系統(tǒng)的空間通常不在增加。因此，需要冷卻系統(tǒng)的效率顯著改進以與處理器的發(fā)展維持同步。
液體冷卻系統(tǒng)正開始興起，作為常規(guī)吹風機/風扇冷卻系統(tǒng)的可行的替代品。液體冷卻系統(tǒng)以比同等的空氣冷卻系統(tǒng)高得多的速率消散熱量。然而，需要克服若干挑戰(zhàn)以有效地將液體冷卻系統(tǒng)實施在計算機系統(tǒng)中。首先，液體冷卻系統(tǒng)比空氣冷卻系統(tǒng)需要更多空間。液體冷卻系統(tǒng)通常包含泵、儲集器、風扇、熱交換器、冷板子組合件(其耦合到處理器)和為冷卻液體提供再循環(huán)路徑的管道。相比之下，空氣冷卻系統(tǒng)通常僅需要風扇和散熱器。適應液體冷卻系統(tǒng)的增加的空間要求可需要較大的計算機底盤，或甚至將一些組件定位在底盤外部。此外，計算機底盤的尺寸和布局趨向于根據(jù)用戶要求和偏好而變化。因此液體冷卻系統(tǒng)通常需要某一程度的定制，且如果以成套工具的形式出售，那么用戶會專長于將冷卻系統(tǒng)的組件定位在計算機底盤內并安裝管道。
如上文所說明，此項技術中需要一種可容易地實施在廣泛種類的計算裝置上的標準液體冷卻系統(tǒng)。

發(fā)明內容
在一個實施例中，提供一種用于冷卻熱產(chǎn)生裝置的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包含一外殼，其經(jīng)設計尺寸以安裝在一計算裝置的一驅動器機架內一熱交換器，其安置在所述外殼內并經(jīng)配置以將熱量從液體傳遞到空氣；一風扇，其安置在所述外殼內并經(jīng)配置以迫使空氣穿過所述熱交換器；和一泵，其安置在所述外殼內并經(jīng)配置以使一液體循環(huán)穿過一冷板子組合件并返回所述熱交換器。所述冷板子組合件經(jīng)配置以熱耦合到所述熱產(chǎn)生裝置。
所述揭示的系統(tǒng)可有利地安置在底盤具有標準尺寸驅動器機架的任何計算裝置中，藉此使所述系統(tǒng)能夠容易地實施在廣泛種類的計算裝置上。


因此，可具體理解本發(fā)明的上述特征的方式，即對本發(fā)明(上文簡要概述)的更明確描述，可參照實施例而獲得，附圖中說明其中一些實施例。然而應注意，附圖僅說明本發(fā)明的典型實施例，且因此不應認為限制本發(fā)明范圍，因為本發(fā)明可容許其它等效實施例。
圖1是說明根據(jù)本發(fā)明一個實施例包含驅動器機架熱交換器(DBHA)和熱產(chǎn)生裝置的計算裝置的示意圖；圖2A是根據(jù)本發(fā)明一個實施例圖1的DBHA的一個等距視圖；圖2B是根據(jù)本發(fā)明一個實施例圖1的DBHA的另一等距視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例可結合圖1的DBHA使用的冷板子組合件的等距視圖。
具體實施例方式
描述零件時對方向的所有參考(例如頂部和底部)均為了方便起見，而不是希望以任何方式限制本發(fā)明的實施例。
圖1是說明根據(jù)本發(fā)明一個實施例包含驅動器機架熱交換器(DBHA)200和圖形處理單元(GPU)116的計算裝置100的示意圖。如圖所示，計算裝置100包含外殼120，外殼120內駐存有母板105。母板105上安裝有中央處理單元(CPU)125、用于從計算裝置100去除熱量的系統(tǒng)風扇130。母板105并入有圖形卡110，所述圖形卡110使計算裝置100能夠處理例如游戲應用程序的圖形密集應用程序的圖形相關數(shù)據(jù)。圖形卡110包括印刷電路板(PCB)，其上安裝有例如存儲器芯片和類似物的復數(shù)個電路組件(未圖示)。另外安裝到圖形卡110的一個面上的是經(jīng)配置用于處理圖形相關數(shù)據(jù)的GPU116。如本文更詳細描述，計算裝置100可為具有包含標準尺寸驅動器機架的底盤的任何類型計算裝置。舉例來說，計算裝置100可為臺式或膝上型計算機、服務器或大型計算機。
因為GPU116的計算要求通常相當大，所以GPU116趨向于在操作期間產(chǎn)生大量熱量。如果所產(chǎn)生的熱量沒有適當消散，那么GPU116的性能會降級。由于這個原因，DBHA200經(jīng)由冷板子組合件300熱耦合到GPU116以在操作期間從GPU116去除熱量。如圖1所示，冷板子組合件300耦合到GPU，且管道115a、115b連接到冷板子組合件300和DBHA200兩者。例如水、鹽水、防凍劑、防凍劑與水的混合物、油、酒精、水銀或類似物的冷卻液體從DBHA200循環(huán)到冷板子組合件300，且接著通過管道115a、115b返回DBHA200。GPU116產(chǎn)生的熱量當通過冷板子組合件300時傳遞到冷卻液體。熱量接著由冷卻液體載回DBHA200，熱量在DBHA200處消散到局部環(huán)境中。以此方式，可在操作期間從GPU116連續(xù)地或間歇地去除熱量，藉此允許GPU116保持在期望的溫度范圍內。
預期用戶升級需要，計算機底盤120可包含一個或一個以上備用驅動器機架135。驅動器機架135允許安裝附加的硬盤驅動器、光學驅動器、軟盤驅動器、抽取式硬盤驅動器等。驅動器機架尺寸對于許多類型計算裝置來說是標準的。用于個人計算機的兩個最常見驅動器機架尺寸是3.5英寸(3.5″)尺寸和5.25英寸(5.25″)尺寸。3.5″尺寸約4英寸寬，5.75英寸深和1英寸高，且5.25″尺寸約5.75英寸寬，8英寸深和1.63英寸高。優(yōu)選地，DBHA200經(jīng)設計尺寸以安裝在這些標準尺寸驅動器機架的任一者內?；蛘?，DBHA200可經(jīng)設計尺寸以適合其它尺寸驅動器機架，例如3.5″服務器驅動器機架或2.5″膝上型驅動器機架。
圖2A是根據(jù)本發(fā)明一個實施例DBHA的一個等距視圖。DBHA200包含外殼205、泵210、熱交換器215、進氣和排氣風扇220a、220b，和儲集器225。外殼205包含液體進入和排出口208a、208b，其連接到管道115a、115b以便將冷卻液體運輸?shù)嚼浒遄咏M合件300和從冷板子組合件300運輸冷卻液體。進入口208a經(jīng)由管道230連接到熱交換器215的進入口，且排出口208b經(jīng)由管道232連接到泵210的排出口。
外殼205進一步包含風扇220a、220b的前和后空氣通路202、206。進氣風扇220a經(jīng)配置以穿過前通路202從底盤120的外部汲取空氣，并迫使空氣穿過熱交換器215(由箭頭235a描繪)。排氣風扇220b經(jīng)配置以從熱交換器215汲取空氣，并迫使空氣穿過后通路206并進入計算裝置100內的局部環(huán)境中(由箭頭235b描繪)。風扇220a、220b可直接連接到熱交換器215，且可由計算裝置100改變速度且/或控制。
泵210經(jīng)配置以經(jīng)由管道234從儲集器225汲取冷卻液體，并接著使冷卻液體循環(huán)穿過排出口208b，穿過管道115a到冷板子組合件300，穿過冷板子組合件300，穿過管道115b返回DBHA200，穿過進入口208a，穿過熱交換器215，并接著經(jīng)由管道233返回儲集器225中。一旦處于儲集器225中，冷卻液體可再次通過系統(tǒng)進行循環(huán)。優(yōu)選地，泵210可由計算裝置100改變速度且/或控制。
從冷板子組合件300抽吸到熱交換器215的冷卻液體經(jīng)由管道231運送并穿過熱交換器215。來自冷卻液體的熱量從管道231傳遞到熱耦合到管道231的散熱片217。熱量接著傳遞到被風扇220a、220b迫使穿過熱交換器215的空氣，且接著消散到計算裝置100內的局部環(huán)境中。如圖所示，在一個實施例中，熱交換器215是由例如鋁或銅的熱傳導材料制成的“管道和散熱片”型散熱裝置(radiator)。
圖2B是根據(jù)本發(fā)明一個實施例DBHA200的另一等距視圖。外殼205進一步包含窗口204，其允許用戶視覺上監(jiān)控儲集器225中冷卻液體的水平面。
圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例可結合DBHA200使用的冷板子組合件300的等距視圖。如圖所示，冷板子組合件包含底座305、封蓋310、液體進入和排出口315a、315b、復數(shù)個散熱片325，和密封件320。底座305和散熱片325由例如鋁或銅的熱傳導材料制成。安置在底座305的每一角處的是具有從中穿過的孔的腳。穿過腳的孔與圖形卡110中的孔一致以便經(jīng)由例如帽螺釘?shù)南导?未圖示)在上方安裝冷板子組合件300。底座305牢固地安裝到GPU116上，使得熱量可從GPU116傳遞到底座305?？稍诘鬃?05與GPU116之間沉積一層熱油脂(未圖示)以增強熱傳導。散熱片325安置在底座305的頂部表面上。散熱片325在底座305的頂部表面上的位置大體上對應于GPU116接觸底座305的底部表面的區(qū)域。散熱片325傳導來自底座305的熱量并通過增大冷卻液體對其暴露的熱傳遞表面面積來增強向冷卻液體進行熱傳遞的效率。封蓋310安置在底座305的頂部表面上并用例如帽螺釘?shù)膹蛿?shù)個系件固定到所述頂部表面。密封件320安置在封蓋310與底座305之間以防止冷卻液體泄漏。進入和排出口315a、315b連接到管道115a、115b，使得冷卻液體穿過進入口315a進入冷板子組合件300，在底座305的頂部表面上和散熱片325周圍循環(huán)，從而允許由GPU116產(chǎn)生的熱量傳遞到冷卻液體，并接著穿過排出口315b離開冷板子組合件300。經(jīng)加熱的冷卻液體接著返回DBHA200，在DBHA200處從冷卻液體中去除熱量，如本文中先前所述。
冷板子組合件300的特定設計對于本發(fā)明并不關鍵。因此，在替代實施例中，冷板子組合件300可經(jīng)配置以安置在GPU以及安置在圖形卡110上的存儲器單元上。冷板子組合件300也可經(jīng)配置以安置在GPU125上。在各種其它替代實施例中，冷板子組合件300可經(jīng)配置以安置在計算裝置100內的其它熱產(chǎn)生裝置上，例如芯片集、硬盤驅動器、某一其它類型的專用處理單元或類似物。
在又一替代實施例中，混合冷卻系統(tǒng)可替代冷板子組合件300而安置在GPU116(或其它熱產(chǎn)生裝置)上。2004年4月12日申請的且題為“System for Efficiently Cooling aProcessor”的美國專利申請案第10/822,958號中揭示了混合冷卻系統(tǒng)?；旌侠鋮s系統(tǒng)包含用于空氣冷卻熱產(chǎn)生裝置的風扇散熱器(fansink)和提供附加液體冷卻的混合熱量運輸模塊兩者。風扇散熱器和混合熱量運輸模塊可獨立地操作或組合操作以消散來自熱產(chǎn)生裝置的熱量。風扇散熱器以類似于常規(guī)風扇散熱器設計的方式配置，且包含風扇、壁、底板和散熱器罩。散熱器罩連同風扇散熱器的壁和底板一起界定復數(shù)個空氣通道，空氣被迫穿過所述通道去除從熱產(chǎn)生裝置傳遞的熱量?；旌蠠崃窟\輸模塊適合與風扇散熱器集成?；旌蠠崃窟\輸模塊熱耦合到風扇散熱器的底版的一部分，且包含液體通道以及補足風扇散熱器的空氣通道的復數(shù)個空氣通道。冷卻液體循環(huán)穿過熱耦合到熱產(chǎn)生裝置的液體通道，藉此允許熱產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的熱量傳遞到冷卻液體并被載運離開熱產(chǎn)生裝置。
操作中，DBHA200具有最大熱阻約為13.5cfm(立方英尺/分)下每瓦0.23攝氏度。因此，DBHA200能夠實現(xiàn)約160瓦的最大熱量俘獲，同時維持110攝氏度或更低的處理裝置溫度。另外，DBHA200經(jīng)設計以保持在個人計算機的標準最大聲級內-完全性能下36分貝且閑置性能下27分貝。
在替代實施例中，如果計算機底盤120具有兩個可用的驅動器機架，那么可將第二DBHA添加到第二驅動器機架以增大總體冷卻能力。第二DBHA可與DBHA200以串聯(lián)或并聯(lián)的方式集成?；蛘撸诙﨑BHA可用于冷卻CPU125，而DBHA200冷卻GPU。在另一替代實施例中，DBHA200可經(jīng)重新配置以占用兩個驅動器機架。在另一替代實施例中，可通過向DBHA200添加第二熱交換器或用較大熱交換器替換熱交換器215來增大冷卻能力。
通過設計DBHA200的尺寸以將其安裝在備用的驅動器機架135內，DBHA200可以標準化預裝配單元的形式出售，藉此消除定制設計和/或與現(xiàn)有技術液體冷卻系統(tǒng)關聯(lián)的用戶安裝的許多問題。
雖然以上是針對本發(fā)明實施例，但可在不脫離本發(fā)明基本范圍的情況下設計本發(fā)明的其它和進一步的實施例，且本發(fā)明范圍由所附權利要求書確定。
權利要求
1.一種用于冷卻一熱產(chǎn)生裝置的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括一外殼，其經(jīng)設計尺寸以安裝在一計算裝置的一驅動器機架內；一熱交換器，其安置在所述外殼內并經(jīng)配置以將熱量從液體傳遞到空氣；一風扇，其安置在所述外殼內并經(jīng)配置以迫使空氣穿過所述熱交換器；和一泵，其安置在所述外殼內并經(jīng)配置以使一液體循環(huán)穿過一冷板子組合件并返回所述熱交換器，其中所述冷板子組合件經(jīng)配置以熱耦合到所述熱產(chǎn)生裝置。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述冷板子組合件包括一底座，其由一熱傳導材料制成并經(jīng)配置以安置在所述熱產(chǎn)生電子裝置上；一封蓋，其安置在所述底座上；和一密封件，其安置在所述封蓋與所述底座之間。
3.根據(jù)權利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述冷板子組合件進一步包括由一熱傳導材料制成并安置在所述底座上的復數(shù)個散熱片。
4.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述熱產(chǎn)生裝置是一圖形處理單元或一中央處理單元。
5.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述熱產(chǎn)生裝置是一圖形處理單元或一中央處理單元和一關聯(lián)的芯片集。
6.根據(jù)權利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述芯片集是一存儲器芯片集。
7.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述驅動器機架是一標準尺寸驅動器機架。
8.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述驅動器機架是一3.5英寸或5.25英寸尺寸的驅動器機架。
9.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其進一步包括一安置在所述外殼內的儲集器。
10.根據(jù)權利要求9所述的系統(tǒng)，其進一步包括一連接到所述熱交換器并配置成一排氣風扇的第二風扇，其中所述風扇連接到所述熱交換器并配置成一進氣風扇。
11.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)具有一最大熱阻約為13.5cfm(立方英尺/分)下每瓦0.23攝氏度。
12.一種經(jīng)配置具有一液體冷卻系統(tǒng)的計算裝置，所述計算裝置包括一熱產(chǎn)生裝置；和一熱交換器子系統(tǒng)，其熱耦合到所述熱產(chǎn)生裝置，所述熱交換器子系統(tǒng)包含一外殼，其經(jīng)設計尺寸以安裝在一計算裝置的一驅動器機架內，一熱交換器，其安置在所述外殼內并經(jīng)配置以將熱量從液體傳遞到空氣，一風扇，其安置在所述外殼內并經(jīng)配置以迫使空氣穿過所述熱交換器，和一泵，其安置在所述外殼內并經(jīng)配置以使一液體循環(huán)穿過一冷板子組合件并返回所述熱交換器，其中所述冷板子組合件經(jīng)配置以熱耦合到所述熱產(chǎn)生裝置。
13.根據(jù)權利要求12所述的計算裝置，其進一步包括一第二熱交換器，所述第二熱交換器安置在所述計算裝置的一第二驅動器機架中并熱耦合到所述熱交換器子系統(tǒng)。
14.根據(jù)權利要求12所述的計算裝置，其進一步包括一第二熱交換器子系統(tǒng)，所述第二熱交換器子系統(tǒng)安置在所述計算裝置的一第二驅動器機架中并熱耦合到所述熱交換器子系統(tǒng)。
15.根據(jù)權利要求12所述的計算裝置，其中所述熱產(chǎn)生裝置是一圖形處理單元，且所述第二熱產(chǎn)生裝置是一中央處理單元。
16.根據(jù)權利要求12所述的計算裝置，其中所述驅動器機架是一標準尺寸驅動器機架。
17.根據(jù)權利要求16所述的計算裝置，其中所述驅動器機架是一3.5英寸或5.25英寸的驅動器機架。
18.根據(jù)權利要求12所述的計算裝置，其中所述熱交換器子組合件進一步包含一安置在所述外殼內的儲集器。
19.根據(jù)權利要求18所述的計算裝置，其中所述熱交換器子組合件進一步包含一耦合到所述熱交換器的第二風扇，其中所述風扇配置成一進氣風扇，且所述第二風扇配置成一排氣風扇。
20.根據(jù)權利要求12所述的計算裝置，其中所述熱交換器子組合件具有一最大熱阻約為13.5cfm(立方英尺/分)下每瓦0.23攝氏度。
全文摘要
本發(fā)明描繪用于計算機硬件的冷卻系統(tǒng)領域中一顯著進步。一用于冷卻一熱產(chǎn)生裝置的系統(tǒng)的一個實施例包含一外殼，其經(jīng)設計尺寸以安裝在一計算裝置的一驅動器機架內；一熱交換器，其安置在所述外殼內并經(jīng)配置以將熱量從液體傳遞到空氣；一風扇，其安置在所述外殼內并經(jīng)配置以迫使空氣穿過所述熱交換器；和一泵，其安置在所述外殼內并經(jīng)配置以使一液體循環(huán)穿過一冷板子組合件并返回所述熱交換器。所述冷板子組合件經(jīng)配置以熱耦合到所述熱產(chǎn)生裝置。所述揭示的系統(tǒng)可有利地安置在底盤具有標準尺寸驅動器機架的任何計算裝置中，藉此使所述系統(tǒng)能夠容易地實施在廣泛種類的計算裝置上。
文檔編號H01L23/473GK1967444SQ200610138599
公開日2007年5月23日 申請日期2006年11月14日 優(yōu)先權日2005年11月14日
發(fā)明者佐蘭·斯特凡諾斯基 申請人:輝達公司