專利名稱：用于電子設(shè)備的冷卻系統(tǒng)及相應(yīng)冷卻方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電氣或電子設(shè)備的冷卻，尤其是包括多個產(chǎn)生熱量的單元的電氣或電子設(shè)備的冷卻。
背景技術(shù)：
電子設(shè)備例如電源中的電子器件通常在運(yùn)行時產(chǎn)生大量的熱，這些熱量需要被及時且有效地耗散，以便保證這些電子器件并從而保證電子設(shè)備正常運(yùn)行。為此，需要在電子設(shè)備中設(shè)置冷卻系統(tǒng)，以將其中的電子器件所產(chǎn)生的熱量傳遞并釋放到外界。典型的冷卻系統(tǒng)主要包括空氣冷卻系統(tǒng)和液體冷卻系統(tǒng)兩種類型。例如，可以在電子設(shè)備中容易產(chǎn)生熱量的電子器件附近設(shè)置風(fēng)扇，以使空氣經(jīng)由所述電子器件流動，從而帶走該電子器件運(yùn)行產(chǎn)生的熱量；或者，可以緊鄰所述電子器件設(shè)置含有冷卻液體的熱交換回路，以便通過冷卻液體的熱交換作用實現(xiàn)對所述電子器件的冷卻。然而，無論采用空氣冷卻還是采用液體冷卻，都要求在電子設(shè)備中為冷卻系統(tǒng)設(shè)置安放空間，并且電子設(shè)備中容易產(chǎn)生熱量的電子器件通常布置地比較分散，因此常規(guī)冷卻系統(tǒng)的設(shè)置方式往往對電子設(shè)備的小型化發(fā)展方向產(chǎn)生不利的影響。此外，由于電子設(shè)備在世界范圍內(nèi)被廣泛使用，給定的電子設(shè)備往往可能被用在氣候尤其是溫度差異非常明顯的不同環(huán)境中，這些環(huán)境對電子設(shè)備冷卻系統(tǒng)的冷卻能力有不同的要求。通常，由于給定的電子設(shè)備上的冷卻系統(tǒng)已經(jīng)固定，為了滿足不同環(huán)境的要求，往往按照最大冷卻能力設(shè)計冷卻系統(tǒng)，從而容易造成冷卻能力的浪費(fèi)。本發(fā)明旨在解決上述問題中的一個或多個。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明提供了一種用于電子設(shè)備的冷卻系統(tǒng)，該電子設(shè)備包括至少一個產(chǎn)生熱量的單元，該冷卻系統(tǒng)包括熱量收集及傳遞模塊，該熱量收集及傳遞模塊與所述產(chǎn)生熱量的單元熱連接以便收集并傳遞該單元所產(chǎn)生的熱量，該熱量收集及傳遞模塊包括含有載熱介質(zhì)的傳熱回路，其中，載熱介質(zhì)在該傳熱回路中流動，其特征在于，該熱量收集及傳遞模塊還包括主集熱板，該主集熱板設(shè)置在傳熱回路的相對于熱量傳遞方向的下游，并且與該傳熱回路流體連通，以便收集由該傳熱回路傳遞的熱量；該冷卻系統(tǒng)還包括冷卻端模塊，該冷卻端模塊與該主集熱板可拆分地?zé)徇B接，以便耗散該主集熱板中的熱量。應(yīng)當(dāng)指出，在本發(fā)明中，術(shù)語“熱連接”是指使得部件之間能夠進(jìn)行熱交換的任何部件間相對連接或定位方式，例如包括但不限于，使得部件間能通過熱傳導(dǎo)交換熱量的接觸或貼合式連接，或者使得部件間能通過熱輻射交換熱量的彼此靠近的相對定位。這種冷卻系統(tǒng)使得使用者可以根據(jù)外界環(huán)境尤其是溫度的變化采用不同的冷卻端模塊，由此能夠容易地調(diào)節(jié)冷卻功率和冷卻方式，從而可以減少能量消耗、增大相關(guān)聯(lián)的電子設(shè)備的功率密度。另外，這種冷卻系統(tǒng)還有利于減小電子設(shè)備的尺寸，以及有利于減少電子設(shè)備的噪音。
另一方面，本發(fā)明涉及一種冷卻電子設(shè)備的方法，該電子設(shè)備包括至少一個產(chǎn)生熱量的單元，該方法包括-準(zhǔn)備熱量收集及傳遞模塊，并將該模塊與電子設(shè)備的各個單元熱連接，其中該熱量收集及傳遞模塊包括含有流動的載熱介質(zhì)的傳熱回路；-為該熱量收集及傳遞模塊設(shè)置主集熱板，其中，將該主集熱板布置在傳熱回路的相對于熱量傳遞方向的下游，并使該主集熱板與該傳熱回路流體連通；以及-提供冷卻端模塊，以使該冷卻端模塊與該熱量收集及傳遞模塊尤其是是該熱量收集及傳遞模塊的主集熱板可拆分地?zé)徇B接。


下面將參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例，在附圖中圖1示出裝備有本發(fā)明第一實施例的冷卻系統(tǒng)的電子設(shè)備的示意圖；圖2從另一角度示出圖1中的電子設(shè)備；圖3是安裝有第一實施例的冷卻系統(tǒng)的電子設(shè)備的總體透視圖；以及圖4示出裝備有本發(fā)明第二實施例的冷卻系統(tǒng)的電子設(shè)備的示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)用于冷卻具有至少一個尤其是多個容易產(chǎn)生熱量的單元的電子設(shè)備，例如UPS (不間斷電源)。所述電子設(shè)備例如可以是單機(jī)UPS，也可以是安裝在機(jī)柜中的機(jī)架式UPS陣列，例如用于數(shù)據(jù)中心的UPS陣列。特別地，本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)可以是 PCB板(印刷電路板)級的冷卻系統(tǒng)，也就是說，該冷卻系統(tǒng)可以設(shè)置在PCB板上并且用于冷卻該P(yáng)CB板上的電子器件。下面參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。在附圖中，相同或相似的部件用同樣的標(biāo)號表示。參見圖1和圖2，其中示出可應(yīng)用本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)的示例性電子設(shè)備20，該電子設(shè)備20具有多個容易產(chǎn)生熱量的單元21、22、23、24。在這些圖所示出的實施例中，電子設(shè)備20具體可以是UPS (圖中尤其示出其內(nèi)部的PCB板)，熱量產(chǎn)生單元21-M則可以是固定在UPS的PCB板上的電子器件，例如電感21、22、23以及包括多個晶體管的晶體管組24。在該P(yáng)CB板上，與所述熱量產(chǎn)生單元21、22、23、M相關(guān)聯(lián)地-尤其是熱連接地_設(shè)置有根據(jù)本發(fā)明第一實施例的冷卻系統(tǒng)，該冷卻系統(tǒng)包括相互熱連接的熱量收集及傳遞模塊11和冷卻端模塊12，如圖中所示。根據(jù)本發(fā)明，該熱量收集及傳遞模塊11構(gòu)造成液體冷卻式模塊。在本實施例中， 該液體冷卻式模塊包括由冷卻板111和可選的泵裝置113形成的傳熱回路，載熱介質(zhì)例如水在該傳熱回路中流動，以便實現(xiàn)熱量的收集和傳遞。具體地，如圖1和2中所示，電子設(shè)備20中作為熱量產(chǎn)生單元的電感21、22、23每個都熱連接有一個冷卻板111，所述冷卻板111例如通過環(huán)氧樹脂貼附在相應(yīng)的電感上；作為熱量產(chǎn)生單元的晶體管組M則可以熱連接兩個冷卻板111，即，一個通過例如環(huán)氧樹脂貼附在該晶體管組24上的冷卻板111以及一個與該冷卻板串聯(lián)的附加冷卻板111’。為了有利于熱量傳遞，冷卻板111優(yōu)選由金屬例如鋁或銅制成，并且構(gòu)造成具有用于接納并傳送載熱流體的優(yōu)選封閉的流體通道。特別地，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，每個冷卻板111均可在內(nèi)部具有供載熱液體流動的槽道，例如通過機(jī)加工形成的多個槽道。所述槽道可以構(gòu)造成在冷卻板111的內(nèi)部相互連通并且僅在例如該冷卻板111的相對的端面上具有入口和出口，或者，更優(yōu)選地，所述多個槽道可以構(gòu)造成每個都貫通冷卻板111的兩相對端面并且通過冷卻板外部的連接管115相互連通，如可從圖1或2中看出的。連接管 115可以是由例如硅膠制成的軟管，或者是由金屬例如鋁或銅制成的金屬管。在另一未示出的優(yōu)選實施方式中，每個冷卻板111均可以包括優(yōu)選由金屬例如鋁或銅制成的板部以及固定在該板部的與電子設(shè)備的熱量產(chǎn)生單元相反的側(cè)面上的多個管道段，所述管道段例如由銅管或鋁管制成并且可以通過焊接或粘接固定在該板部的側(cè)面上。這些管道段相互連通以便構(gòu)成允許載熱介質(zhì)流動的封閉的流體通道。作為一種替代方案，可將單個銅管或鋁管曲折盤繞地固定到每個冷卻板的側(cè)面上，以便在該冷卻板上形成供載熱流體流動的流體通道。仍參見圖1和2，在如圖所示的優(yōu)選實施例中，與電子設(shè)備20的各個熱量產(chǎn)生單元21、22、23、M熱連接的各個冷卻板111通過軟管112例如硅膠管相互串聯(lián)連接，并且在它們之間連接泵裝置113以便為載熱流體在每個冷卻板111中以及在不同冷卻板111之間的流動提供動力。這樣，就形成了傳熱回路。在此，軟管112也可以替換為金屬管，例如鋁管或銅管。此外，應(yīng)當(dāng)指出，雖然在前面的實施例中與電子設(shè)備的各個熱量產(chǎn)生單元熱連接的冷卻板彼此串聯(lián)連接以形成傳熱回路，但不同熱量產(chǎn)生單元的冷卻板也可以并聯(lián)連接并且連接到共同的管路上，以便形成傳熱回路。根據(jù)本發(fā)明的一個重要特征，熱量收集及傳遞模塊11還包括用于將傳熱回路所傳送的熱量收集到一起以便隨后通過冷卻端模塊12耗散的主集熱板110。具體地，如圖1 所示，在熱量傳遞方向上，主集熱板110設(shè)置在熱量收集及傳遞模塊11的由冷卻板111等構(gòu)成的傳熱回路的下游，并且與該傳熱回路流體連通，以便接納該傳熱回路中已承載有熱量的載熱流體。在此，應(yīng)當(dāng)指出，如本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的，熱量傳遞方向是指從冷卻系統(tǒng)的較熱模塊朝向該冷卻系統(tǒng)的較冷模塊定向的方向，也就是從熱量收集及傳遞模塊11 朝向冷卻端模塊12定向的方向。該主集熱板110與冷卻端模塊12熱連接，以便通過該冷卻端模塊12耗散該主集熱板110中的熱量。當(dāng)然，主集熱板110與冷卻端模塊12之間的連接是可拆分式連接。主集熱板110可以由鋁或銅等具有良好導(dǎo)熱性能的金屬制成，并且可以具有與前述冷卻板111類似的結(jié)構(gòu)。具體地說，主集熱板110可以構(gòu)造成具有封閉的流體通道，該流體通道可以通過在主集熱板110內(nèi)部形成槽道而建立，或者通過在主集熱板110的與冷卻端模塊12相背的側(cè)面上固定曲折的管道而建立。主集熱板110中的流體通道與構(gòu)成傳熱回路的冷卻板111中的流體通道相互連通，以使載熱流體在這些通道內(nèi)循環(huán)，并且通過與主集熱板111熱連接的冷卻端模塊12的冷卻作用將該載熱流體所攜帶的熱量耗散，由此實現(xiàn)對電子設(shè)備的熱量產(chǎn)生單元的冷卻。有利地，如圖1所示，主集熱板110可以安放在電子設(shè)備尤其是電子設(shè)備的PCB板的端部，以便緊鄰優(yōu)選設(shè)置在電子設(shè)備外部的冷卻端模塊12。應(yīng)當(dāng)指出，在本發(fā)明中，術(shù)語 “緊鄰”不僅包括部件之間直接接觸的相對定位方式，而且包括部件之間通過中間介質(zhì)例如粘合劑相互接合的相對定位方式以及部件之間以較小的間隔(中間存在或不存在間隔物) 隔開的相對定位方式。尤其參見圖2，根據(jù)如圖所示的優(yōu)選實施方式，冷卻端模塊12為風(fēng)冷式冷卻模塊， 它可以具體構(gòu)造為翅片式散熱器或散熱片與風(fēng)扇例如軸流式風(fēng)扇的組合。該冷卻端模塊12 可以例如通過螺栓、卡接裝置或夾持裝置等類似裝置與主集熱板111可拆卸地?zé)徇B接。例如，在該圖所示的實施例中，冷卻端模塊12通過例如螺栓安裝在電子設(shè)備20的殼體外側(cè)， 熱量收集及傳遞模塊11的主集熱板110則在該電子設(shè)備20的殼體內(nèi)側(cè)緊貼該殼體安放， 由此在冷卻端模塊12與主集熱板110之間建立可拆分的熱連接。這樣，本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)可以允許使用者根據(jù)使用環(huán)境的不同更換具有不同散熱能力或功率的冷卻端模塊12，從而可以提高冷卻效率，并且避免冷卻能力的浪費(fèi)，由此可以降低能量消耗。本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)可以按照如下方式設(shè)置或使用-準(zhǔn)備熱量收集及傳遞模塊11，并將該模塊11緊鄰待冷卻的電子設(shè)備20的各個熱量產(chǎn)生單元21、22、23、對設(shè)置以便在該模塊11與各單元之間建立熱連接，其中，緊鄰每個熱量產(chǎn)生單元放置其內(nèi)含有載熱介質(zhì)例如水的冷卻板111，并將這些冷卻板111串聯(lián)或并聯(lián)連接以便建立傳熱回路；-在傳熱回路的相對于熱量傳遞方向的下游，例如圖1的右側(cè)，布置單個主集熱板 110，并使該主集熱板110通過其內(nèi)的流體通道與該傳熱回路流體連通，以用于將傳熱回路所攜帶的熱量集中到該主集熱板110上；-提供冷卻端模塊12，并將該冷卻端模塊12與熱量收集及傳遞模塊11尤其是該模塊11的主集熱板110熱連接，以便通過熱交換消耗由該主集熱板111中的熱量，其中，冷卻端模塊12與主集熱板110之間的連接為可拆分式連接；-在需要時，根據(jù)環(huán)境溫度的不同更換具有不同能力或功率的冷卻端模塊12，以使該冷卻系統(tǒng)的冷卻效率和功率消耗達(dá)到最佳值。有利地，冷卻端模塊12布置在電子設(shè)備20的外部。例如，當(dāng)電子設(shè)備20為單機(jī) UPS時，可以將該冷卻端模塊12設(shè)置在該UPS的殼體外側(cè)，如圖3所示，并使該冷卻端模塊 12與位于UPS殼體內(nèi)側(cè)的熱量收集及傳遞模塊11尤其是該模塊11的主集熱板110之間建立熱連接。這樣，由于冷卻端模塊12暴露于外界環(huán)境中，一方面進(jìn)一步提高了冷卻能力，另一方面增大了該冷卻端模塊12自身的設(shè)計自由度，并且有利于電子設(shè)備的小型化，因為不再需要在電子設(shè)備保留冷卻端模塊12所必須的空氣流通通路等空間。在這種布置下，還可以為冷卻端模塊12設(shè)置附加冷卻裝置，例如用于向該冷卻端模塊12吹送冷空氣以使之冷卻的風(fēng)機(jī)等。圖4示出裝備有根據(jù)本發(fā)明第二實施例的冷卻系統(tǒng)的電子設(shè)備20。該實施例與圖 1-2所示的實施例基本相同，區(qū)別僅在于該第二實施例中的冷卻端模塊12為液體冷卻式模塊。具體地說，在該第二實施例中，冷卻端模塊12具體構(gòu)造為冷卻板，該冷卻板可以具有與前述的冷卻板111相似的結(jié)構(gòu)，也就是說，該冷卻板內(nèi)具有用于使載熱流體循環(huán)流動的流體通道，并且通過該載熱流體的循環(huán)流動實現(xiàn)散熱。當(dāng)電子設(shè)備為包括多個電子裝置的機(jī)柜尤其是安裝在機(jī)房中的機(jī)柜時，該第二實施例將特別有利。因為在這種情況下，可以將冷卻板形式的冷卻端模塊12與機(jī)房自身的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)相連接，從而利用該冷卻水循環(huán)系統(tǒng)實現(xiàn)有效的冷卻。應(yīng)當(dāng)指出，在這種實施方式中，可以為機(jī)柜中的每個電子裝置都設(shè)置本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)。最后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，上述實施例可以相互結(jié)合。例如，冷卻端模塊12 可以既包括風(fēng)冷卻式模塊部分又包括液體冷卻式模塊部分。應(yīng)當(dāng)指出，此處所示出并說明的優(yōu)選實施例僅用于解釋本發(fā)明，在不脫離發(fā)明精神的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明的具體形式和細(xì)節(jié)作出各種改變或變型。
權(quán)利要求
1.一種用于電子設(shè)備的冷卻系統(tǒng)，該電子設(shè)備包括至少一個產(chǎn)生熱量的單元，該冷卻系統(tǒng)包括熱量收集及傳遞模塊，該熱量收集及傳遞模塊與所述產(chǎn)生熱量的單元熱連接以便收集并傳遞由該單元產(chǎn)生的熱量，該熱量收集及傳遞模塊包括含有流動的載熱介質(zhì)的傳熱回路，其特征在于，該熱量收集及傳遞模塊還包括主集熱板，該主集熱板設(shè)置在傳熱回路的相對于熱量傳遞方向的下游并且與該傳熱回路流體連通，以便收集由該傳熱回路所傳遞的熱量；該冷卻系統(tǒng)還包括冷卻端模塊，該冷卻端模塊與所述主集熱板可拆分地?zé)徇B接，以便耗散該主集熱板中的熱量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，該電子設(shè)備包括PCB板，所述產(chǎn)生熱量的單元為設(shè)置在該P(yáng)CB板上的電子器件，所述熱量收集及傳遞模塊緊鄰所述電子器件設(shè)置在該P(yáng)CB板上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述電子設(shè)備為單機(jī)UPS或者為包含多個UPS的機(jī)柜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述主集熱板是具有封閉的流體通道的金屬板，該金屬板通過其封閉的流體通道與所述傳熱回路流體連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述封閉的流體通道包括形成在該金屬板內(nèi)部的槽道。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述封閉的流體通道包括固定在該金屬板的背離冷卻端模塊的側(cè)面上的管路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述傳熱回路包括緊鄰各個產(chǎn)生熱量的單元安放的冷卻板，這些冷卻板均具有用于使載熱介質(zhì)流動的封閉的流體通道，不同的冷卻板通過其流體通道相互串聯(lián)或并聯(lián)連接并且與所述主集熱板流體連通。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，不同的冷卻板通過軟管相互串聯(lián)連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻端模塊設(shè)置在該電子設(shè)備的外部。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻端模塊包括散熱片以及風(fēng)扇。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻端模塊包括冷卻板，該冷卻板構(gòu)造成具有含冷卻液的封閉流體通道。
12.—種冷卻電子設(shè)備的方法，該電子設(shè)備包括至少一個產(chǎn)生熱量的單元，該方法包括-提供熱量收集及傳遞模塊，并將該熱量收集及傳遞模塊與該電子設(shè)備的各個產(chǎn)生熱量的單元熱連接，其中該熱量收集及傳遞模塊包括含有流動的載熱介質(zhì)的傳熱回路； 其特征在于，還包括以下步驟-為該熱量收集及傳遞模塊設(shè)置主集熱板，其中，將該主集熱板安放在該傳熱回路的相對于熱量傳遞方向的下游，并使該主集熱板與該傳熱回路流體連通；以及 -提供冷卻端模塊，以使該冷卻端模塊與該主集熱板可拆分地?zé)徇B接。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，根據(jù)環(huán)境溫度的不同更換具有不同冷卻能力或功率的冷卻端模塊。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于電子設(shè)備的冷卻系統(tǒng)，該電子設(shè)備包括至少一個產(chǎn)生熱量的單元，該冷卻系統(tǒng)包括熱量收集及傳遞模塊，該熱量收集及傳遞模塊與所述產(chǎn)生熱量的單元熱連接以便收集并傳遞該單元所產(chǎn)生的熱量，該熱量收集及傳遞模塊包括含有流動的載熱介質(zhì)的傳熱回路，其中，該熱量收集及傳遞模塊還包括主集熱板，該主集熱板設(shè)置在該傳熱回路的相對于熱量傳遞方向的下游，并且與該傳熱回路流體連通以便收集該傳熱回路所傳送的熱量；該冷卻系統(tǒng)還包括冷卻端模塊，所述冷卻端模塊與所述主集熱板可拆分地?zé)徇B接。這種冷卻系統(tǒng)可以減少冷卻能耗、增加電子設(shè)備產(chǎn)品的功率密度并且有利于電子設(shè)備的小型化。本發(fā)明還涉及使用這種冷卻系統(tǒng)冷卻電子設(shè)備的方法。
文檔編號H05K7/20GK102573396SQ20101060840
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月23日
發(fā)明者駱曉東 申請人:山特電子(深圳)有限公司