冷卻設(shè)備及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種蒸汽冷凝器，其包括至少部分限定第一組冷卻劑傳送通道和第二組蒸汽冷凝通道的三維折疊結(jié)構(gòu)，該冷卻劑傳送通道與該蒸汽冷凝通道交替并與該蒸汽冷凝通道并行地延伸。該折疊結(jié)構(gòu)包括片中多處折疊的導熱片。該導熱片的一側(cè)是蒸汽冷凝表面，以及該導熱片的對側(cè)是冷卻劑冷卻表面，該冷卻劑冷卻表面的至少一部分限定該冷卻劑傳送通道，并與冷卻劑傳送通道內(nèi)的冷卻劑接觸。在一個實施例中，該蒸汽冷凝器進一步包括頂板、和第一和第二端歧管，該第一和第二端歧管與該折疊結(jié)構(gòu)的相對側(cè)耦合并與該冷卻劑傳送通道流體連通，以便有助于冷卻劑流過該冷卻劑傳送通道。
【專利說明】冷卻設(shè)備及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及冷卻設(shè)備及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，電子部件工作起來會發(fā)熱。應(yīng)該除去這種熱量，以便使器件結(jié)溫保持在希望范圍內(nèi)，不能有效地除去熱量會導致部件溫度升高，并潛在地造成熱失控狀況。電子產(chǎn)業(yè)中的幾方面趨勢綜合在一起提高了包括像CMOS (互補金屬氧化物半導體)那樣，包括傳統(tǒng)上較少關(guān)注熱管理的技術(shù)的電子部件的除熱在內(nèi)的熱管理的重要性。尤其，對更快和更密集封裝電路的需要直接影響熱管理的重要性。首先，功耗，因此發(fā)熱隨著器件工作頻率升高而增大。其次，升高的工作頻率在較低器件結(jié)溫上才有可能。并且，隨著越來越多的器件或部件被封裝到單個芯片中，使熱通量(W/cm2)增大，導致需要從給定尺寸芯片或模塊中除去更大功率。這些趨勢綜合在一起產(chǎn)生了不再希望像使用帶有熱管或蒸汽室的氣冷式散熱器那樣，只通過傳統(tǒng)氣冷方法從現(xiàn)代器件中除去熱量的應(yīng)用。這樣的氣冷技術(shù)在它們的能力方面固有地局限于從具有高功率密度的電子部件中取走熱量。
[0003]因此，冷卻當前和未來高熱負載、高熱能量電子器件的需要迫使人們使用液冷來發(fā)展進取性熱管理技術(shù)。各種類型的液體冷卻劑提供不同的冷卻能力。例如，像制冷劑或其他介電流體(例如，碳氟化合物液體)那樣的流體與像水或其他水基流體那樣的液體相比呈現(xiàn)較低的導熱性和比熱特性。但是，介電流體具有可以與電子器件或部件直接物理接觸地放置他們以及它們的互連沒有像腐蝕或電短路那樣的負面影響的優(yōu)點。像水或其他水基流體那樣的其他冷卻液體與介電流體相比呈現(xiàn)高的導熱性和比熱。但是，基于水的冷卻劑必須避免與電子器件物理接觸和互連，因為要不然有可能導致腐蝕和電短路問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在一個方面中，通過提供包含蒸汽冷凝器的冷卻設(shè)備克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點和提供附加優(yōu)點。該蒸汽冷凝器包括至少部分限定第一組冷卻劑傳送通道和第二組蒸汽冷凝通道的三維折疊結(jié)構(gòu)，其中該第一組冷卻劑傳送通道與該第二組蒸汽冷凝通道交替并與該第二組蒸汽冷凝通道并行地延伸。該三維折疊結(jié)構(gòu)包括其中多處折疊的導熱片。該導熱片的一側(cè)包含蒸汽冷凝表面，以及該導熱片的對側(cè)包含冷卻劑冷卻表面，其中該冷卻劑冷卻表面的至少一部分至少部分限定該第一組冷卻劑傳送通道。
[0005]在另一個方面中，提供了一種包括配置成有助于形成隔區(qū)的機殼、布置在隔區(qū)內(nèi)的流體、和蒸汽冷凝器的冷卻設(shè)備。該蒸汽冷凝器包括至少部分限定第一組冷卻劑傳送通道和第二組蒸汽冷凝通道的三維折疊結(jié)構(gòu)。該第一組冷卻劑傳送通道與該第二組蒸汽冷凝通道交替并與該第二組蒸汽冷凝通道并行地延伸。該三維折疊結(jié)構(gòu)包括其中多處折疊的導熱片。該導熱片的一側(cè)包含蒸汽冷凝表面，該蒸汽冷凝表面在該隔區(qū)內(nèi)在其上部暴露出來。該第二組蒸汽冷凝通道使該蒸汽冷凝表面的冷凝表面積增大，從而有助于冷卻上升到該隔區(qū)的上部的流體蒸汽。[0006]在另一個方面中，提供了一種包括多個浸冷電子子系統(tǒng)和蒸汽冷凝熱交換器的液冷電子機架。至少一個浸冷電子子系統(tǒng)包括機殼、介電流體、和介電流體入口和介電流體蒸汽出口。該機殼至少部分包圍和形成圍繞電子子系統(tǒng)的隔區(qū)。該電子子系統(tǒng)包含要冷卻的至少一個電子部件。該介電流體被布置在該隔區(qū)內(nèi)，以及要冷卻的至少一個電子部件至少部分浸在該介電流體內(nèi)。該介電流體入口和介電流體蒸汽出口與該隔區(qū)流體連通，經(jīng)由該介電流體入口將介電流體提供給該隔區(qū)，以及經(jīng)由該介電流體蒸汽出口使介電流體蒸汽從該隔區(qū)流到該蒸汽冷凝熱交換器。該蒸汽冷凝熱交換器有助于冷凝從該至少一個浸冷電子子系統(tǒng)的隔區(qū)流出的介電流體蒸汽。該蒸汽冷凝熱交換器包含至少部分限定第一組冷卻劑傳送通道和第二組蒸汽冷凝通道的三維折疊結(jié)構(gòu)。該第一組冷卻劑傳送通道與該第二組蒸汽冷凝通道交替并與該第二組蒸汽冷凝通道并行地延伸。該三維折疊結(jié)構(gòu)包括其中多處折疊的導熱片，其中該導熱片的一側(cè)包含蒸汽冷凝表面，以及該導熱片的對側(cè)包含冷卻劑冷卻表面。該冷卻劑冷卻表面的至少一部分至少部分限定該第一組冷卻劑傳送通道，以及該第一組冷卻劑傳送通道內(nèi)的冷卻劑至少部分與該三維折疊結(jié)構(gòu)的導熱片的冷卻劑冷卻表面接觸。
[0007]在進一步方面中，提供了一種制造冷卻設(shè)備的方法，其包括制造蒸汽冷凝器。制造蒸汽冷凝器包含:獲取至少部分限定第一組冷卻劑傳送通道和第二組蒸汽冷凝通道的三維折疊結(jié)構(gòu)，該第一組冷卻劑傳送通道與該第二組蒸汽冷凝通道交替并與該第二組蒸汽冷凝通道并行地延伸，其中該三維折疊結(jié)構(gòu)包含其中多處折疊的導熱片，其中該導熱片的一側(cè)包含蒸汽冷凝表面，以及該導熱片的對側(cè)包含冷卻劑冷卻表面，該冷卻劑冷卻表面的至少一部分至少部分限定該第一組冷卻劑傳送通道；布置在該三維折疊結(jié)構(gòu)的第一端上的第一端歧管和在該三維折疊結(jié)構(gòu)的第二相對側(cè)上的第二端歧管，該第一端歧管和該第二端歧管包含與該三維折疊結(jié)構(gòu)的第一組冷卻劑傳送通道流體連通的開口，以便有助于冷卻劑流過第一組冷卻劑傳送通道；以及將一個平板與多處折疊的導熱片的冷卻劑冷卻表面?zhèn)锐詈?，其中該平板和該其中多處折疊的導熱片限定該三維折疊結(jié)構(gòu)的第一組冷卻劑傳送通道。
[0008]通過本發(fā)明的技術(shù)可以實現(xiàn)另外的特征和優(yōu)點。本發(fā)明的其他實施例和方面將在本文中得到詳細描述，并且被認為是要求保護的發(fā)明的一部分。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]在作為本說明書的結(jié)論的權(quán)利要求書中，作為例子，具體指出和不同地要求保護本發(fā)明的一個或多個方面。本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點可從結(jié)合附圖所作的如下詳細描述中明顯看出，在附圖中:
[0010]圖1描繪了氣冷數(shù)據(jù)中心的傳統(tǒng)高起地板布局的一個實施例；
[0011]圖2描繪了依照本發(fā)明的一個或多個方面，有助于液冷數(shù)據(jù)中心的電子機架的冷卻劑分配單元的一個實施例；
[0012]圖3是依照本發(fā)明的一個或多個方面，例示冷卻電子子系統(tǒng)的部件的氣冷和液冷設(shè)備的電子子系統(tǒng)(或節(jié)點)布局的一個實施例的平面圖；
[0013]圖4A描繪了依照本發(fā)明的一個或多個方面的蒸汽冷凝器的一個實施例；
[0014]圖4B描繪了依照本發(fā)明的一個或多個方面的圖4A的蒸汽冷凝器的局部分解圖；
[0015]圖4C描繪了依照本發(fā)明的一個或多個方面，沿著其中的4C-4C線截取的圖4A的蒸汽冷凝器的橫截面放大圖；
[0016]圖4D描繪了依照本發(fā)明的一個或多個方面，例示其導熱片中的多處折疊的一個例子的圖4A-4C的蒸汽冷凝器的三維折疊結(jié)構(gòu)的一個實施例；
[0017]圖5A是依照本發(fā)明的一個或多個方面，沿著圖5C的5A-5A線截取、和包含要冷卻的電子部件和冷卻設(shè)備的被冷卻電子模塊的一個實施例的橫截面正視圖；
[0018]圖5B是依照本發(fā)明的一個或多個方面，沿著圖5A的5B-5B線截取的圖5A的被冷卻電子模塊的橫截面正視圖；
[0019]圖5C是依照本發(fā)明的一個或多個方面，沿著圖5A的5C-5C線截取的圖5A的被冷卻電子模塊的進一步橫截面正視圖；
[0020]圖6A是依照本發(fā)明的一個或多個方面，浸冷其中的電子子系統(tǒng)和蒸汽冷凝的液冷電子機架的一個實施例的正視圖；
[0021]圖6B是依照本發(fā)明的一個或多個方面，圖6A的液冷電子機架的浸冷電子子系統(tǒng)的橫截面正視圖；以及
[0022]圖7是依照本發(fā)明的一個或多個方面，包含多個浸冷電子子系統(tǒng)和蒸汽冷凝的液冷電子機架的另一個實施例的正視圖。
【具體實施方式】
[0023]如本文所使用，術(shù)語“電子機架”、“機架式電子裝備”、和“機架單元”可交換使用，除非另有說明，包括含有計算機系統(tǒng)、電子系統(tǒng)或信息技術(shù)裝備的一個或多個發(fā)熱部件的任何機殼、框架、機架、隔區(qū)、片狀服務(wù)器系統(tǒng)等，以及可以是，例如，具有高、中或低端處理能力的獨立計算機處理器。在一個實施例中，電子機架可以包含一個或多個電子子系統(tǒng)?！半娮幼酉到y(tǒng)”指的是含有布置在其中或上面的一個或多個發(fā)熱電子部件的任何子殼、片狀件、小盒、抽屜、節(jié)點、隔區(qū)、板件等。電子機架的電子子系統(tǒng)相對于該電子機架可以是可移動的或固定的，機架單元的機架式電子抽屜和片狀中心系統(tǒng)的片狀件是要冷卻的電子機架的子系統(tǒng)的兩個例子。在一個實施例中，電子子系統(tǒng)指的是包含相同或不同類型的多個電子部件，和在一個例子中可以是服務(wù)器單元的電子系統(tǒng)或電子系統(tǒng)的一部分。
[0024]“電子部件”指的是，例如，計算機系統(tǒng)或需要冷卻的其他電子單元的任何發(fā)熱電子部件。舉例來說，電子部件可以包含一個或多個集成電路小片和/或要冷卻的其他電子器件，包括一個或多個處理器小片、存儲器小片、和存儲器支持小片。作為進一步的例子，電子部件可以包含一個或多個裸片或布置在公用載體上的一個或多個封裝小片。進一步，除非本文另有規(guī)定，術(shù)語“液冷散熱板”、“液冷基板”或“液冷結(jié)構(gòu)”每一個都指含有讓液體冷卻劑從中流過的在其中形成的多條通道或通路的傳統(tǒng)熱傳導結(jié)構(gòu)。
[0025]如本文所使用，液體與液體熱交換器可以包含，例如，由相互熱或機械接觸的熱傳導管(像銅管或其他管道那樣)形成的兩條或多條冷卻劑流路。流體與液體熱交換器的尺寸、配置和結(jié)構(gòu)可以不偏離本文公開的本發(fā)明的范圍地加以改變。進一步，“數(shù)據(jù)中心”指的是包含，例如，要冷卻的一個或多個電子機架的計算機裝置。作為一個特例，數(shù)據(jù)中心可以包括一行或多行像服務(wù)器單元那樣的機架式計算單元。
[0026]設(shè)施冷卻劑和系統(tǒng)冷卻劑的一個例子是水。但是，本文公開的概念容易地適合用在設(shè)施側(cè)和/或系統(tǒng)側(cè)其他類型的冷卻劑上。例如，這些冷卻劑的一種或多種冷卻劑可以包含鹽水、介電流體、碳氟化合物液體、液態(tài)金屬、或其他類似的冷卻劑或制冷劑，同時仍保持本發(fā)明的優(yōu)點和獨特特征。
[0027]下面參照附圖，為了易于理解起見，這些附圖未按比例畫出，其中貫穿不同圖形使用的相同標號表不相同或相似部件。
[0028]圖1描繪了在現(xiàn)有技術(shù)中典型的氣冷數(shù)據(jù)中心100的高起地板布局，其中在一行或多行中布置了多個電子機架110。像描述在圖1中那樣的數(shù)據(jù)中心可以容納幾百個，或甚至幾千個微處理器。在例示的安排中，急冷空氣經(jīng)由有孔地磚160從限定在機房的高起地板140與基層或底層地板165之間的供氣室145進入計算機房中。冷空氣通過處在電子機架的空氣入口側(cè)120的百葉窗蓋吸入，通過電子機架的后部，即，空氣出口側(cè)130排出。每個電子機架110可以含有一個或多個空氣驅(qū)動設(shè)備(例如，風扇或吹風機)，以提供冷卻機架的子系統(tǒng)內(nèi)的電子部件的強制入口到出口氣流。供氣室145經(jīng)由布置在計算機裝置的“冷”走廊中的有孔地磚160向電子機架的空氣入口側(cè)提供調(diào)節(jié)和冷卻空氣。調(diào)節(jié)和冷卻空氣由也布置在數(shù)據(jù)中心100內(nèi)的一個或多個空氣調(diào)節(jié)單元150供應(yīng)給供氣室145。機房空氣在每個空氣調(diào)節(jié)單元150的上部附近吸入每個空氣調(diào)節(jié)單元150。這種機房空氣可能部分包含來自由，例如，電子機架110的相對空氣出口側(cè)130限定的計算機裝置的“熱”走廊的排出空氣。
[0029]由于通過電子機架的越來越高氣流要求，以及典型數(shù)據(jù)中心裝置內(nèi)的空氣分布的局限性，人們正在將基于液體的冷卻與上述傳統(tǒng)氣冷結(jié)合。圖2-3例示了采用將一個或多個散熱板與布置在電子機架內(nèi)的高發(fā)熱電子器件耦合的基于氣體和液體混合冷卻系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)的一個實施例。
[0030]圖2描述了用于數(shù)據(jù)中心的冷卻劑分配單元200的一個實施例。在冷卻劑分配單元200內(nèi)的是供電/控制元件212、儲存/膨脹箱213、熱交換器214、泵215 (往往伴隨著冗余第二泵)、設(shè)施水入口(216)和出口(217)供應(yīng)管、經(jīng)由耦合器220和管線222向電子機架210供應(yīng)水或系統(tǒng)冷卻劑的供應(yīng)歧管218、和經(jīng)由管線223和耦合器221從電子機架210接收水的返回歧管219。每個電子機架包括(在一個例子中)用于該電子機架的供電/控制單元230、多個電子子系統(tǒng)240、系統(tǒng)冷卻劑供應(yīng)歧管250、和系統(tǒng)冷卻劑返回歧管260。在這個實施例中，每個電子機架210被布置在數(shù)據(jù)中心的高起地板140上，將系統(tǒng)冷卻劑提供給系統(tǒng)冷卻劑供應(yīng)歧管250的管線222、和有助于系統(tǒng)冷卻劑從系統(tǒng)冷卻劑返回歧管260返回的管線223被顯示成布置在高起地板下面的供氣室中。
[0031]在例示的實施例中，系統(tǒng)冷卻劑供應(yīng)歧管250經(jīng)由布置在供應(yīng)歧管與機架內(nèi)的各自電子子系統(tǒng)之間的柔性軟管連接線251將系統(tǒng)冷卻劑供應(yīng)給電子子系統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)(更具體地說，例如，供應(yīng)給它的液冷散熱板)。類似地，系統(tǒng)冷卻劑返回歧管260經(jīng)由柔性軟管連接線261與電子子系統(tǒng)耦合。在柔性軟管251，261與各自電子子系統(tǒng)之間的接口上可以采用快速連接耦合器。舉例來說，這些快速連接耦合器可以包含像從美國明尼蘇達州圣保羅市的Colder Product公司或美國俄亥俄州克利夫蘭市的Parker Hannifin公司獲得的那些那樣各種類型的商用耦合器。
[0032]盡管未例示出來，但電子機架210也可以包括布置在其空氣出口側(cè)的氣體與液體熱交換器，該氣體與液體熱交換器也從系統(tǒng)冷卻劑供應(yīng)歧管250接收系統(tǒng)冷卻劑，并使系統(tǒng)冷卻劑返回到系統(tǒng)冷卻劑返回歧管260。[0033]圖3描繪了一個或多個空氣驅(qū)動設(shè)備311提供強制氣流315來冷卻電子子系統(tǒng)313內(nèi)的多個部件312的電子子系統(tǒng)313的部件布局的一個實施例。冷空氣通過子系統(tǒng)的前部331吸入，通過子系統(tǒng)的后部333排出。要冷卻的多個部件包括與(基于液體冷卻系統(tǒng)的)液冷散熱板320耦合的多個處理器模塊，以及與氣冷散熱器耦合的多個陣列存儲器模塊330 (例如，雙列直插存儲器模塊(DIMM))和多行存儲器支持模塊332 (例如，DIMM控制模塊)。在例示的實施例中，存儲器模塊330和存儲器支持模塊332部分安排在電子子系統(tǒng)313的前部331附近，部分安排在電子子系統(tǒng)313的后部333附近。此外，在圖3的實施例中，存儲器模塊330和存儲器支持模塊332由跨過電子子系統(tǒng)的氣流315冷卻。
[0034]例示的基于液體冷卻系統(tǒng)進一步包括與液冷散熱板320連接和流體連通的多條冷卻劑傳送管340，341。冷卻劑傳送管340，341包含冷卻劑供應(yīng)管340和冷卻劑返回管341，它們分別與系統(tǒng)冷卻劑供應(yīng)歧管350和系統(tǒng)冷卻劑返回歧管360流體連通。這樣，系統(tǒng)冷卻劑循環(huán)通過電子子系統(tǒng)313，尤其，它的液冷散熱板320，以便有助于從像布置在子系統(tǒng)內(nèi)的處理器模塊那樣，電子子系統(tǒng)的高發(fā)熱部件中除去熱量。
[0035]隨著計算要求不斷提高，像微處理器和存儲器模塊那樣的電子部件的散熱要求也正在提高。這樣就促進了像上述那樣的單相液冷解碼方案的應(yīng)用的發(fā)展。但是，單相液冷存在一些問題。隨著液體沿著冷卻通道和跨過串聯(lián)的部件流動，它的可感覺得到發(fā)熱導致溫度梯度。為了從發(fā)熱元件的一端到另一端保持更均勻溫度，需要使液體的溫度變化最小。這樣就要求以較高流速抽運液體，消耗更多的抽運功率，因此導致低效的系統(tǒng)。進一步，由于像控制器芯片、I/o部件和存儲器模塊那樣的部件的密度和數(shù)量，所以使用抽運液體冷卻服務(wù)器或電子子系統(tǒng)上的所有熱源越來越具有挑戰(zhàn)性。要冷卻的部件的小空間和數(shù)量可能使液體管道變成一個復雜的設(shè)計和制造問題，使冷卻解決方案的總成本升高。
[0036]浸冷是這些問題的一種可能解決方案。在浸冷中，將要冷卻的一個或多個部件浸在通過沸騰散熱的介電流體中。然后，如下所述，使用節(jié)點或模塊級蒸汽冷凝器通過輔助機架級工作流體將蒸汽冷凝。
[0037]使用介電流體(例如，液體介電冷卻劑)直接浸冷機架單元的電子子系統(tǒng)的電子部件有利地避免了強迫氣冷，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)中心內(nèi)的電子機架的完全液冷。盡管像上面結(jié)合圖2和3所述那樣的間接液冷由于作為冷卻劑的水的低成本和廣泛可用性，以及它的卓越熱力和水力性質(zhì)而具有某些優(yōu)點，但在可能和可行的情況下，使用介電流體浸冷可以提供幾方面獨特好處。
[0038]例如，使用在高于典型室外環(huán)境空氣溫度的溫度上冷凝的介電流體將實現(xiàn)無需高能耗急速制冷器的數(shù)據(jù)中心冷卻架構(gòu)。還有像裝運充滿冷卻劑電子子系統(tǒng)的能力那樣的其他實用優(yōu)點可以提供超過在運輸期間需要干運和簽訂填充和排放協(xié)議來保證不會造成凍結(jié)損壞、像描繪在圖2和3中那樣的水冷做法的好處。此外，使用液體浸冷在某些情況下可以使電子子系統(tǒng)級和/或電子機架級上的電子部件更加緊湊，因為可以去掉傳導冷卻結(jié)構(gòu)。與腐蝕敏感水冷系統(tǒng)不同，化學惰性介電冷卻劑(用在像本文所述那樣的浸冷做法上)不會迫使人們使用作為主要導熱潤濕金屬的銅。在熱可行的任何地方，都可以用較低成本和較輕質(zhì)量的鋁取代銅結(jié)構(gòu)，并且混合潤濕金屬組件不會像在基于水的冷卻做法的情況下那樣，易遭電化學腐蝕損壞。對于至少這些潛在好處，介電流體浸冷電子機架的一個或多個電子子系統(tǒng)與當前可用混合氣冷和間接水冷系統(tǒng)相比，可以提供更高能效和更高性能的冷卻好處。
[0039]在下面討論的例子中，介電流體可以包含多種商用介電冷卻劑的任何一種。例如，可以采用由3M公司制造的Fluorinert?或Novec?流體的任何一種(例如，F(xiàn)C-72、FC-86、HFE-700、和HFE-7200)?？商娲?，如果需要的話，可以采用像R_134a或R_245fa那樣的制冷劑。
[0040]對于浸冷電子模塊或浸冷電子子系統(tǒng)，可以將蒸汽冷凝器與該模塊或子系統(tǒng)合并，以便有助于使用介電流體沸騰和冷凝過程從浸冷模塊或系統(tǒng)中取走熱量。圖4A-7描繪了蒸汽冷凝器的增強實施例及其在浸冷電子模塊、浸冷電子子系統(tǒng)、或電子電機中的使用。
[0041]圖4A-4D描繪了蒸汽冷凝器400的一個實施例，其包含本文可替代地稱為折疊片的三維折疊結(jié)構(gòu)410。一起參照圖4A-4D，蒸汽冷凝器400被顯示(在一個實施例中)成包含三維折疊結(jié)構(gòu)410、第一端歧管420、第二端歧管430、和頂板440。在所描繪的實施例中，第一和第二端歧管420，430被布置在三維折疊結(jié)構(gòu)410的相反端上，頂板440覆蓋在三維折疊結(jié)構(gòu)410和第一和第二端歧管420，430的上面。
[0042]在一個實施例中，三維折疊結(jié)構(gòu)410包含導熱片411，其多處折疊412有助于限定第一組冷卻劑傳送通道415和第二組蒸汽冷凝通道416。第一組冷卻劑傳送通道415與第二組蒸汽冷凝通道416交替并與第二組蒸汽冷凝通道416并行延伸。在一個實施例中，導熱片411的折疊412包含重復模式的折疊，使得冷卻劑傳送通道具有與蒸汽冷凝通道幾乎相同的橫截面積。注意，這種情況只是作為例子來描繪。在一個或多個可替代實施例中，一條或多條冷卻劑傳送通道與一條或多條蒸汽冷凝通道相比可以具有不同的橫截面積。還要注意，一條或多條冷卻劑傳送通道或蒸汽冷凝通道可以具有不同橫截面配置。例如，第一組冷卻劑傳送通道和第二組蒸汽冷凝通道的橫截面在可替代實施例中可以是正方形的或三角形的。但是，通過增大蒸汽冷凝表面積，以及增加冷卻劑冷卻表面積，第一組冷卻劑傳送通道和第二組蒸汽冷凝通道的大高寬比、長方形橫截面有利地為熱傳遞的增加創(chuàng)造條件。
[0043]在描繪的例子中，蒸汽冷凝通道416在底部是開口的，使流體蒸汽上升，進入蒸汽冷凝通道中，該通道具有明顯大于寬度“W”的高度“H”，使得蒸汽冷凝通道的橫截面具有高度與寬度的所希望大高寬比。例如，蒸汽冷凝通道的高度可以是其寬度的兩倍、五倍、甚至十倍或更大，以便增大蒸汽冷凝表面積。
[0044]如所描述，導熱片411是折疊片狀結(jié)構(gòu)，包括在導熱片的一側(cè)的蒸汽冷凝表面418、和在導熱片的另一側(cè)的冷卻劑冷卻表面419。冷卻劑冷卻表面419至少部分限定第一組冷卻劑傳送通道415。在一個實施例中，第一組冷卻劑傳送通道由頂板440和三維折疊結(jié)構(gòu)410限定，第一組冷卻劑傳送通道內(nèi)的冷卻劑至少部分與三維折疊結(jié)構(gòu)410的導熱片411的冷卻劑冷卻表面419接觸。進一步，第一端歧管420可以是(例如)與冷卻劑供應(yīng)管線421流體連通的冷卻劑供應(yīng)歧管，第二端歧管430可以是與冷卻劑返回管線431流體連通的冷卻劑返回歧管。第一端歧管420和第二端歧管430分別包含與三維折疊結(jié)構(gòu)410的第一組冷卻劑傳送通道415對準和流體連通的開口 422，432。在一個實施例中，導熱片411可以是由金屬材料制造的折疊片，折疊或彎曲成實現(xiàn)冷卻劑傳送通道和蒸汽冷凝通道交替的所希望折疊配置。在一個可替代實施例中，導熱片材料包含模制成所希望折疊片配置的導熱塑料。一旦制造好，就可以物理地將折疊片附在第一端歧管420和第二端歧管430上，以及(例如)硬焊，釬焊，焊接，或要不然牢固地附在歧管上，以便在歧管與折疊片的第一組冷卻劑傳送通道415之間形成流體密封連接。
[0045]有利的是，導熱片的蒸汽冷凝表面經(jīng)由導熱片的厚度與導熱片的冷卻劑冷卻表面熱接觸。通過為三維折疊結(jié)構(gòu)的導熱片適當選擇厚度和材料，可以實現(xiàn)蒸汽冷凝表面與冷卻劑冷卻表面之間的良好熱傳導。如所描述，在一種實現(xiàn)中，使用折彎機從一片金屬中制造折疊片結(jié)構(gòu)。已有可以應(yīng)用于制造像描繪在圖4A-4D中的幾何形狀那樣的不同幾何形狀的折疊片陣列的折彎機。在一種實現(xiàn)中，經(jīng)由第一和第二端歧管420，430提供的冷卻劑是水，通過冷卻劑傳送通道(或通路)的水冷卻可以與導熱片或折疊片的蒸汽冷凝表面接觸的蒸汽。
[0046]圖5A-7例示了使用像描繪在圖4A-4D中那樣的蒸汽冷凝器的各種冷卻設(shè)備實現(xiàn)。舉例來說，圖4A-4D的蒸汽冷凝器在圖5A-5C中被例示成被冷卻電子模塊的一部分，在圖6A和6B中被例示在浸冷電子子系統(tǒng)內(nèi)，以及在圖7中被例示在冷卻從機架的多個浸冷電子子系統(tǒng)中流出的介電蒸汽的機架級蒸汽冷凝熱交換器中。
[0047]如所描述，圖5A-5C描繪了依照本發(fā)明的一個或多個方面,籠統(tǒng)表不成500的被冷卻電子模塊的一個實施例。被冷卻電子模塊500在這個實施例中包括像電子芯片或封裝件那樣，通過芯片載體或基板513與印刷電路板501稱合的電子部件511。包含機殼(或外殼)507的冷卻設(shè)備經(jīng)由固定機構(gòu)505與電路板510機械耦合。
[0048]如所描述，機殼507被配置成至少部分包圍和形成圍繞要冷卻的電子部件511的隔區(qū)510。在這個實施例中，電子部件511經(jīng)由，例如，第一多個焊接球連接件512與芯片載體(或基板)513連接?；?13經(jīng)由，例如，第二多個焊接球連接件514 (和底部填料)與印刷電路板501電連接。底部填料515包圍第一多個焊接球連接件512，將隔區(qū)510內(nèi)的工作流體520與第一多個電連接件，以及在一個實施例中，以與基板513隔開、相對關(guān)系布置的電子部件511的活性表面隔絕。
[0049]機殼507是使用像螺釘或螺絲那樣的固定機構(gòu)505、和壓在機殼的下表面與電路板的上表面之間，或可替代地，壓在機殼的下表面與直接與電子部件511耦合的基板513的上表面之間的密封墊片504附在，例如，印刷電路板501上的殼狀部件。注意，如本文所使用，詞匯“基板”指的是像與電子部件耦合，和可以與機殼密封以便形成圍繞電子部件的流體密封隔區(qū)510的基板513或印刷電路板501那樣的任何底下支承結(jié)構(gòu)。密封墊片504密封機殼的隔區(qū)以及幫助流體520保持在密封隔區(qū)內(nèi)。
[0050]正如描繪的那樣，被冷卻電子模塊500進一步包括布置在隔區(qū)510的上部、蒸汽冷凝區(qū)530中的液冷蒸汽冷凝器400'。蒸汽冷凝器400'與機殼507合并在一起，以及在這個實施例中，包含如上面結(jié)合圖4A-4D所述，冷卻劑(像水那樣)循環(huán)通過的一組冷卻劑傳送通道415。冷卻劑542通過入口 544進入液冷蒸汽冷凝器中，通過蒸汽冷凝器400'的在這個實施例中與第一和第二端歧管540，541流體連通的出口 545流出。注意，在這個實施例中，第一和第二端歧管540,541類似于描繪在圖4A-4D中和如上所述的第一和第二端歧管420,430。這些歧管在圖5A-5C中分開標識，因為在所描繪的實施例中，它們與機殼507合并在一起，以及入口和出口 544，545與描繪在圖4A-4D中的那些不同地分開標識，因為它們從電子模塊垂直延伸出來，而在圖4A-4D的實施例中，供應(yīng)和返回管線421，431橫向延伸。另一方面，圖5A-5C的蒸汽冷凝器400'與上面結(jié)合圖4A-4D所述的基本相同，包括如上所述具有第一組冷卻劑傳送通道415和第二組蒸汽冷凝通道416的三維折疊結(jié)構(gòu)。[0051]在一個實施例中，蒸汽冷凝通道416具有配置成隨著發(fā)熱電子部件工作起來在密封隔區(qū)的上部形成預定蒸汽層530的橫截面。尤其，在工作狀態(tài)下像介電流體那樣的一池流體駐留在隔區(qū)內(nèi)的一個或多個電子部件上?？梢允狗序v散熱體550附在電子部件上，以便為熱傳遞提供增強的區(qū)域。隨著液態(tài)流體520吸熱，它經(jīng)歷從液相到汽相的相變，因此將它的蒸發(fā)潛熱用于冷卻目的。生成的流體蒸汽由于與周圍液體相比具有低多個密度，所以在隔區(qū)中向上行進。一旦到達密封隔區(qū)的上部，該流體蒸汽就與冷蒸汽冷凝表面418接觸(圖5B)。一旦與冷蒸汽冷凝表面接觸，該流體蒸汽就經(jīng)歷從蒸汽狀態(tài)到液體狀態(tài)的相變過程，由于重力以及與相鄰蒸汽區(qū)相比液體的相對較高密度，液滴向下落回。只要沸騰和冷凝冷卻過程保持平衡，以及與一個或多個電子部件產(chǎn)生的熱量相稱，描繪在圖5A-5C中的冷卻設(shè)備將成功地把熱量從電子部件輸送給流過蒸汽冷凝器的冷卻劑。注意，在隔區(qū)內(nèi)部的頂端，可能存在由離開液體向上行進的非冷凝氣體(像空氣那樣)形成的薄層。這些氣體可以駐留在介電液體內(nèi)的溶液中，但一旦通過沸騰過程排氣，它們就不能經(jīng)由冷卻劑冷凝過程返回溶液中。用在冷卻模塊內(nèi)部的液體可以是介電流體，以便不會在電子部件和基板的各種暴露部分上引起電流的短路。還要注意，除了發(fā)生在電子部件和沸騰散熱體中的冷卻之外，還存在出現(xiàn)在基板和殼體內(nèi)發(fā)熱的任何部分中的熱傳遞。
[0052]使用包含像本文所公開那樣的三維折疊結(jié)構(gòu)的蒸汽冷凝器在減小折疊結(jié)構(gòu)的蒸汽冷凝表面與冷卻劑冷卻表面之間的傳導阻力的同時，在為像水通道那樣，可以增大冷卻劑冷卻側(cè)上的熱傳遞的冷卻劑通道創(chuàng)造條件的同時，以及在提供有助于蒸汽冷凝的蒸汽冷凝通道的同時，有利地為緊湊空間中的熱傳遞提供更大表面積。
[0053]機殼507在例示的實施例中還可以包含流體填充端口 525，流體填充端口 525可以用于將，例如，介電流體裝入被冷卻電子模塊中?？梢允紫韧ㄟ^流體填充端口 525抽成真空，然后將所希望流體填料填回隔區(qū)中將流體裝入該模塊中?？梢栽O(shè)想，一旦填上流體，該被冷卻電子模塊就將不用再對流體做什么地起作用。
[0054]圖6A是依照本發(fā)明的一個或多個方面，將浸冷應(yīng)用于電子子系統(tǒng)、籠統(tǒng)表示成600的液冷電子機架的一個實施例的示意圖。如圖所示，液冷電子機架600包括電子機架601，電子機架601包含在例示的實施例中，水平布置以便堆疊在機架內(nèi)的多個電子子系統(tǒng)61。舉例來說，每個電子子系統(tǒng)610可以是裝在機架上的多個服務(wù)器單元的一個服務(wù)器單元。另外，每個電子子系統(tǒng)包括要冷卻的多個電子部件，在一個實施例中，該電子部件包含在電子子系統(tǒng)內(nèi)具有不同高度和/或形狀的多種不同類型電子部件。
[0055]該冷卻設(shè)備被顯示成包括布置在，舉例來說，電子機架610的下部的一個或多個模塊化冷卻單元(MCU)620。模塊化冷卻單元620包括，例如，液體與液體熱交換器，用于從通過冷卻設(shè)備的系統(tǒng)冷卻劑回路630的冷卻劑中取走熱量，并將熱量散發(fā)在包含設(shè)施冷卻劑供應(yīng)管線621和設(shè)施冷卻劑返回管線622的設(shè)施冷卻劑回路619內(nèi)。作為一個例子，設(shè)施冷卻劑供應(yīng)和返回管線621，622將模塊化冷卻單元620與數(shù)據(jù)中心設(shè)施冷卻劑供應(yīng)和返回管線(未示出)耦合。模塊化冷卻單元620進一步包括適當大小儲存箱、冷卻劑泵和可選過濾器，以便在壓力作用下驅(qū)動液態(tài)冷卻劑通過系統(tǒng)冷卻劑回路630。在一個實施例中，系統(tǒng)冷卻劑回路630包括冷卻劑供應(yīng)歧管631和冷卻劑返回歧管632，它們經(jīng)由，例如，柔性軟管與模塊化冷卻單元620耦合。柔性軟管使供應(yīng)和返回歧管可以安裝在，例如，用鉸鏈安裝在電子機架的前部或后部的電子機架的門內(nèi)。在一個例子中，冷卻劑供應(yīng)歧管631和冷卻劑返回歧管632的每一條都包含垂直安裝在電子機架601上或安裝在電子機架的門上的細長剛性管。
[0056]在例示的實施例中，冷卻劑供應(yīng)歧管631和冷卻劑返回歧管632與包含電子子系統(tǒng)610的各自密封機殼640的各自冷卻劑入口 635和冷卻劑出口 636流體連通。歧管與密封機殼之間的流體連通是，例如，經(jīng)由適當大小柔性軟管633，634建立起來的。在一個實施例中，密封機殼的每個冷卻劑入口 635和冷卻劑出口 636與布置在密封機殼640內(nèi)的各自(液冷)蒸汽冷凝器400耦合。經(jīng)由各自蒸汽冷凝器400從電子子系統(tǒng)610中除去的熱量經(jīng)由冷卻劑出口歧管632和模塊化冷卻單元620從系統(tǒng)冷卻劑傳遞給設(shè)施冷卻劑回路619。在一個例子中，通過系統(tǒng)冷卻劑回路630的冷卻劑，因此，通過各自蒸汽冷凝器400的冷卻劑是水。如上所述，描繪在圖6A和6B中的蒸汽冷凝器400可以類似于上面結(jié)合圖4A-4D所述的那種。
[0057]注意，一般說來，電子子系統(tǒng)與冷卻劑歧管之間，以及歧管與模塊化冷卻單元之間的流體耦合可以使用適當軟管、軟管倒鉤配件和快速斷開耦合器建立起來。在例示的例子中，垂直取向冷卻劑供應(yīng)和返回歧管631,632的每一條都包括有助于經(jīng)由柔性軟管633,634將機殼(包括電子子系統(tǒng))的各自冷卻劑入口和出口 635，636與歧管流體連接的端口。各自快速連接耦合器可以用于將柔性軟管與密封機殼的冷卻劑入口和冷卻劑出口耦合，以便允許，例如，從電子機架中移走機殼和電子子系統(tǒng)。
[0058]在每個密封機殼640中，例如，在其背面上也可以配備一個或多個氣密電連接器648，使其?？吭陔娮訖C架的相應(yīng)帶電表面上，以便當電子子系統(tǒng)被可操作地放置在密封機殼內(nèi)以及密封機殼被可操作地放置在電子機架內(nèi)時，提供與布置在密封機殼內(nèi)的電子子系統(tǒng)的電和網(wǎng)絡(luò)連接649。
[0059]如圖6B所例示，電子子系統(tǒng)610包含基板641上不同高度和類型的多個電子部件642,643,并且被顯不成在多個電子部件642,643浸在介電流體645內(nèi)的密封機殼640內(nèi)。密封機殼640被配置成至少部分包圍和形成圍繞電子子系統(tǒng)的密封隔區(qū)，以及多個電子部件642，643被布置在密封隔區(qū)內(nèi)。在工作狀態(tài)下，介電流體645在液態(tài)下聚集在密封隔區(qū)的底部上，具有足夠的體積來淹沒電子部件642，643。電子部件642，643消耗數(shù)量可變的功率，使介電流體沸騰，釋放出上升到機殼的密封隔區(qū)的上部的介電流體蒸汽。
[0060]密封機殼640的上部在圖6B中被顯示成包括蒸汽冷凝器400。如所描述，蒸汽冷凝器400在一個實施例中，是像上面結(jié)合圖4A-4所述那樣的蒸汽冷凝器。這種蒸汽冷凝器包含第一組冷卻劑傳送通道415和第二組蒸汽冷凝通道416相互交替和并行延伸的三維折疊結(jié)構(gòu)。不同組的通道由折疊成三維折疊結(jié)構(gòu)的導熱材料限定，以便包含該材料的蒸汽冷凝表面和冷卻劑傳送表面。在工作中，介電流體蒸汽與蒸汽冷凝器400的三維折疊結(jié)構(gòu)的冷蒸汽冷凝表面接觸，冷凝回到液相，朝著密封隔區(qū)的底部向下滴落。注意，在圖6A和6B的實施例中蒸汽冷凝器的尺寸可以比描述在圖5A-5C中的被冷卻電子模塊的蒸汽冷凝器的尺寸大，但整個配置類似于上面結(jié)合圖4A-4D所描述的。像水那樣的冷卻劑被供應(yīng)給浸冷電子子系統(tǒng)內(nèi)的蒸汽冷凝器，并通過相應(yīng)組的冷卻劑傳送通道，以便冷卻三維折疊結(jié)構(gòu)的蒸汽冷凝表面。
[0061]尤其，供應(yīng)給機殼的冷卻劑入口的系統(tǒng)冷卻劑通過蒸汽冷凝器的冷卻劑冷卻通道，冷卻導熱片的固體材料，因此冷卻暴露在密封隔區(qū)內(nèi)的蒸汽冷凝表面。在一個實施例中，蒸汽冷凝表面被冷卻到遠遠低于蒸汽的飽和溫度的溫度。因此，與蒸汽冷凝表面接觸的蒸汽將熱量排給那個表面，冷凝回到液體形式。根據(jù)液冷蒸汽冷凝器400的工作條件，冷凝液體在溫度上可能接近蒸汽溫度或可以過冷卻到低得多的溫度。
[0062]一個或多個電子的雙相浸冷可以受飽和溫度和蒸汽冷凝器的性能限制。例如，介電流體可以包含多種商用介電冷卻劑的任何一種。例如，可用在浸冷應(yīng)用中的電子相容流體(例如，可美國明尼蘇達州圣保羅市的3M公司獲得的、像碳氟化合物(FC)(像FC-86、FC-87、或FC-72那樣)或分離氫氟醚液體(像HFE-700、HFE-7100、或HFE-7200那樣)那樣的介電流體)具有基于它們的化學性質(zhì)的特定沸點。這些沸點未必適合電子冷卻應(yīng)用，可能需要對浸冷殼體加壓以變更飽和壓強，因此變更沸點溫度加以修改。
[0063]圖7是依照本發(fā)明的一個或多個方面，將浸冷應(yīng)用于電子子系統(tǒng)710、籠統(tǒng)表示成700的液冷電子機架的一個可替代實施例的示意性例示。在這種實現(xiàn)中，多個浸冷電子子系統(tǒng)710被例示成水平布置在電子機架701內(nèi)，以便大致上堆疊在機架內(nèi)。舉例來說，每個電子子系統(tǒng)710可以是裝在機架上的多個服務(wù)器單元的一個服務(wù)器單元。包括要冷卻的多個電子部件，在一個實施例中，每個電子子系統(tǒng)包含具有不同高度和/或形狀的要冷卻的多種不同類型電子部件。
[0064]每個浸冷電子子系統(tǒng)710包含(在這個例子中)至少部分包圍和形成圍繞電子子系統(tǒng)的密封隔區(qū)的機殼740，電子子系統(tǒng)的多個電子部件712被布置在密封隔區(qū)內(nèi)。在一個例子中，電子部件712包括一個或多個處理器和一個或多個雙排直插(DIMM)陣列。介電流體711被裝在密封隔區(qū)內(nèi)，要冷卻的多個電子部件被浸在介電流體711內(nèi)。擋板713被配備成有助于保持電子部件712浸在介電流體內(nèi)，以及將電子部件的一個或多個表面上的介電流體的沸騰生成的介電流體蒸汽的流動引向布置在密封隔區(qū)的上部的介電流體蒸汽出口742。在一個實施例中，擋板713包括有助于將擋板713上面的處在液態(tài)下的任何介電流體排回到密封隔區(qū)的下部，以及使介電流體蒸汽從密封隔區(qū)的下部通到密封隔區(qū)的上部的多個開口。如所例示，該機殼進一步包括將處在液態(tài)下的介電流體提供給密封隔區(qū)的介電流體入口 741。介電流體入口管線743和介電流體出口管線744與各自介電流體入口 741和介電流體蒸汽出口 742耦合。
[0065]在工作狀態(tài)下，介電流體645在液態(tài)下聚集在密封隔區(qū)的底部上，具有足夠的體積來淹沒電子部件712。電子部件712消耗數(shù)量可變的功率，使介電流體沸騰，釋放出上升到機殼的密封隔區(qū)的上部的介電流體蒸汽。
[0066]在每個密封機殼740中，例如，在其背面上也可以配備一個或多個氣密電連接器745，使其?？吭陔娮訖C架的相應(yīng)帶電表面上，以便當電子子系統(tǒng)被可操作地放置在密封機殼內(nèi)以及密封機殼被可操作地放置在電子機架內(nèi)時，提供與布置在密封機殼內(nèi)的電子子系統(tǒng)的電和網(wǎng)絡(luò)連接746。
[0067]如圖7所例示，介電流體出口管線744流體連通地耦合浸冷電子子系統(tǒng)710的介電流體蒸汽出口 742和介電流體蒸汽返回歧管731。介電流體蒸汽返回歧管731又流體連通地耦合介電流體出口管線744和布置在電子機架701的上部的被動蒸汽冷凝單元730。如所例示，被動蒸汽冷凝單元730包含蒸汽冷凝熱交換器400 (像上面結(jié)合圖4A-4D所述的那樣)，它(在一個實施例中)通過設(shè)施冷卻劑冷卻，冷凝從各自浸冷電子子系統(tǒng)流出的介電流體蒸汽，以生成介電流體711的冷凝物。這種介電流體冷凝物滴落到包括與重力排出管線732流體連通的冷凝物排出端口的被動蒸汽冷凝單元。重力排出管線732經(jīng)由重力將介電流體冷凝物引向布置在電子機架701的下部的儲存箱715。
[0068]儲存箱715包括在流體返回到浸冷子系統(tǒng)之前冷卻介電流體的過浸冷熱交換器720。如所例示，儲存箱716和冷卻劑泵717流體連通地耦合。冷卻劑泵717在壓力作用下將介電流體從儲存箱715供應(yīng)給介電流體供應(yīng)歧管733，介電流體供應(yīng)歧管733流體連通地，即，經(jīng)由各自介電流體入口管線743耦合儲存箱715和多個浸冷電子子系統(tǒng)710的介電流體入口 741。在例示的實施例中，液體排出管734被布置在介電流體蒸汽返回歧管731的下端，將返回歧管的底部與重力排出管線732耦合，以便從介電流體蒸汽返回歧管731中排出任何介電流體冷凝物。在一個實施例中，這種液體排出管線734被布置成與儲存箱715的入口相鄰。注意，由于圖7的液冷電子機架中的幾乎所有熱傳遞都經(jīng)由沸騰和蒸汽生成而發(fā)生，所以要由冷卻劑泵717提供的總冷卻劑體積流速相對較小。
[0069]只舉例來說，在一個實施例中，過浸冷熱交換器720是管狀和片狀熱交換器，它從儲存箱715內(nèi)的介電流體中取走熱量，并將熱量散發(fā)在包含設(shè)施冷卻劑供應(yīng)管線721和設(shè)施冷卻劑返回管線723的設(shè)施冷卻劑回路719內(nèi)。另外，在描繪的實現(xiàn)中，設(shè)施冷卻劑連接管線722串行流體連通地將過浸冷熱交換器720與布置在電子機架的上部的蒸汽冷凝熱交換器400耦合。設(shè)施冷卻劑供應(yīng)和返回管線721，723將過浸冷熱交換器720和蒸汽冷凝熱交換器400與數(shù)據(jù)中心設(shè)施冷卻劑供應(yīng)和返回管線(未示出)耦合。注意，供應(yīng)給蒸汽冷凝熱交換器400的設(shè)施冷卻劑需要處在低于介電流體的飽和溫度的溫度上。舉例來說，如果設(shè)施冷卻劑是水，則根據(jù)液冷電子機架內(nèi)的介電流體的飽和溫度，可以采用大約30°C或更高的溫度。這樣的相對較高冷卻劑溫度意味著在從電子機架中除去熱量的所希望溫度上產(chǎn)生設(shè)施冷卻劑所需的冷卻功率最小。
[0070]還要注意，在這個實施例中，電子機架701包含大小做成適合設(shè)施冷卻劑連線管線722和設(shè)施冷卻劑返回管線723的垂直部分的門750。在門750中配備絕緣體751以便在設(shè)施冷卻劑低于機房空氣露點的情況下，防止冷凝在門內(nèi)的設(shè)施冷卻劑管線的部分上。
[0071]一般說來，電子子系統(tǒng)與介電流體歧管和管線之間，以及歧管與蒸汽冷凝熱交換器，與儲存箱，與設(shè)施冷卻劑供應(yīng)和返回管線之間的流體耦合可以使用適當軟管、軟管倒鉤配件和快速斷開耦合器建立起來。在一個例子中，例示的垂直取向介電流體蒸汽返回和介電流體供應(yīng)歧管的每一條都包括有助于經(jīng)由柔性軟管將各自部件與歧管流體連接的端口。各自快速連接耦合器可以用于將柔軟介電流體入口和出口管線743，744與浸冷電子子系統(tǒng)的各自介電流體入口和蒸汽出口耦合，以便(例如)允許從電子機架中移走機殼和電子子系統(tǒng)。
[0072]作為一種提高，可以將多個限流器705布置在，在本例子中，到浸冷電子子系統(tǒng)710的介電流體入口上。這些限流器可以配置和放置成消除通過多個浸冷電子子系統(tǒng)的介電流體流動的任何錯誤分布。在圖7的實施例中配備的限流器有助于調(diào)適通過浸冷電子子系統(tǒng)的介電流體流動阻力。這些限流器可以包含固定或可調(diào)限流器，或兩者。
[0073]固定限流器具有固定孔徑，液冷電子機架中的限流器的兩個或更多個固定孔徑可以具有不同尺寸，以便限定通過至少兩個不同液冷電子子系統(tǒng)的不同冷卻劑流動阻力，例如，取決于要冷卻的電子子系統(tǒng)和/或機架內(nèi)的電子子系統(tǒng)相對于，例如，冷卻劑泵717的地點。通過限定不同介電流體流動阻力，多個限流器將介電流體流動調(diào)適成通過，例如，有助于保持每個電子子系統(tǒng)內(nèi)的所希望液體水平，有助于多個浸冷電子子系統(tǒng)內(nèi)的總熱傳遞。
[0074]在一個可替代實施例中，多個限流器的每一個可以是固定孔徑的大小相等的固定限流器。這保證了介電流體共同流入多個浸冷電子子系統(tǒng)中。在假設(shè)電子機架內(nèi)的電子子系統(tǒng)都相同的情況下，這種實現(xiàn)是有利的，但在電子子系統(tǒng)的尺寸和/或供電不同的實現(xiàn)中，具有不同固定孔徑的不同限流器可能是有益的。
[0075]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該從上面的描述中注意到，盡管參考圖7的實施例來描繪，但多個限流器可替代地也可以結(jié)合圖6A和6B的液冷電子機架實施例來應(yīng)用。另外，盡管上面主要描述成固定限流器，但多個限流器的一個或多個也可以包含，例如，參照各自浸冷電子子系統(tǒng)內(nèi)介電流體的水平控制的可調(diào)限流器。這樣的配置提供了每個電子子系統(tǒng)自我監(jiān)視，以及如冷卻電子子系統(tǒng)產(chǎn)生的熱負載所需調(diào)整通過其中的介電流體流動阻力的優(yōu)點。舉例來說，美國加利福尼亞州格倫多拉市的Metrix Valve公司提供了各種被動控制可調(diào)限流器。
[0076]有利的是，描繪在圖4A-4D中的蒸汽冷凝器可以應(yīng)用在包括，舉例來說，上面結(jié)合圖5A-7所述的冷卻設(shè)備實現(xiàn)在內(nèi)的多種冷卻設(shè)備實現(xiàn)中。盡管可能取決于實現(xiàn)地改變尺度，但在每一種情況下，蒸汽冷凝器都配有三維折疊結(jié)構(gòu)，該三維折疊結(jié)構(gòu)包含片中多種折疊的導熱片，以便有助于限定只通過導熱片材料的厚度分開的第一組冷卻劑傳送通道和第二組蒸汽冷凝通道。通過考慮不同材料特性和厚度，可以達到片材的蒸汽冷凝表面與冷卻劑冷卻表面之間的所希望熱傳遞。這樣，如上所述，與第一和第二端歧管和頂板結(jié)合實現(xiàn)高效的蒸汽冷凝器。如所描述，導熱片中的多處折疊可以包含可以(如果需要的話)將冷卻劑傳送通道限定成具有與蒸汽冷凝通道相同的橫截面積的重復模式。在一種實現(xiàn)中，蒸汽冷凝通道具有高度與寬度的大高寬比，以便部分增大蒸汽冷凝表面積，以及適應(yīng)可以應(yīng)用蒸汽冷凝器的密封隔區(qū)內(nèi)不可冷凝氣體的存在。
[0077]本文使用的術(shù)語只是為了描述特定實施例的目的，而無意限制本發(fā)明。如本文所使用，單數(shù)形式“一個”、“一種”和“該”也有意包括復數(shù)形式，除了上下文另有明確指明。還要明白，術(shù)語“包含”、“含有”、“包括”、和“內(nèi)含”都是開放式連系動詞。因此，“包含”，“含有”，“包括”，和“內(nèi)含” 一個或多個步驟或元件的方法或設(shè)備擁有那些一個或多個步驟或元件，但不局限于只擁有那些一個或多個步驟或元件。同樣，“包含”，“含有”，“包括”，和“內(nèi)含”一種或多種特征的方法的步驟或設(shè)備的元件擁有那些一種或多種特征，但不局限于只擁有那些一種或多種特征。而且，以某種方式配置的設(shè)備或結(jié)構(gòu)至少以那些方式配置，但也可以以未列出的方式配置。
[0078]所附權(quán)利要求書中的所有裝置或步驟加功能元件的相應(yīng)結(jié)構(gòu)、材料、操作以及等價物，如有的話，旨在包括用于結(jié)合如特別要求保護的其他所要求保護的元件來執(zhí)行所述功能的任何結(jié)構(gòu)、材料或操作。呈現(xiàn)本發(fā)明的說明是為了示出和描述的作用，但不是窮盡性的或?qū)⒈景l(fā)明限制于所公開的形式。許多修改和變化對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說是明顯的，且不脫離本發(fā)明的范圍。選擇和描述實施例是為了最佳地解釋本發(fā)明的原理和實際應(yīng)用，并使得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能針對適于考慮的特定用途的具有各種修改的各種實施例理解本發(fā)明。
【權(quán)利要求】
1.一種冷卻設(shè)備，其包含: 蒸汽冷凝器，該蒸汽冷凝器包含至少部分限定該蒸汽冷凝器的第一組冷卻劑傳送通道和第二組蒸汽冷凝通道的三維折疊結(jié)構(gòu)，該第一組冷卻劑傳送通道與該第二組蒸汽冷凝通道交替并與該第二組蒸汽冷凝通道并行地延伸；以及 其中該三維折疊結(jié)構(gòu)包括其中多處折疊的導熱片，其中該導熱片的一側(cè)包含蒸汽冷凝表面，以及該導熱片的對側(cè)包含冷卻劑冷卻表面，該冷卻劑冷卻表面的至少一部分至少部分限定該第一組冷卻劑傳送通道。
2.如權(quán)利要求1所述的冷卻設(shè)備，其中該三維折疊結(jié)構(gòu)的導熱片中的多處折疊包含導熱片中的重復模式的折疊。
3.如權(quán)利要求2所述的冷卻設(shè)備，其中該重復模式的折疊將第一組冷卻劑傳送通道的至少一條冷卻劑傳送通道限定成具有與第二組蒸汽冷凝通道的至少一條蒸汽冷凝通道相同的橫截面積。
4.如權(quán)利要求1所述的冷卻設(shè)備，其中該三維折疊結(jié)構(gòu)進一步包含頂板、和第一端歧管和第二端歧管，該頂板、和第一端歧管和第二端歧管有助于與多處折疊的導熱片結(jié)合限定第一組冷卻劑傳送通道，其中該第一端歧管和第二端歧管被布置在該三維折疊結(jié)構(gòu)的相對側(cè)上，并且包含與第一組冷卻劑傳送通道對準的開口，以便有助于冷卻劑從中流過。
5.如權(quán)利要求1所述的冷卻設(shè)備，其中該三維折疊結(jié)構(gòu)的第二組蒸汽冷凝通道是使流體蒸汽上升進入第二組蒸汽冷凝通道中和使冷凝流體從第二組蒸汽冷凝通道中滴落的開口通道。
6.如權(quán)利要求1所述的冷卻設(shè)備，其中該第二組蒸汽冷凝通道的至少一條蒸汽冷凝通道包含細長通道，該細長通道包括具有高度與寬度的大高寬比的橫截面，其中該細長通道的高度至少是其寬度的兩 倍。
7.如權(quán)利要求1所述的冷卻設(shè)備，其中該第一組冷卻劑傳送通道內(nèi)的冷卻劑至少部分與該三維折疊結(jié)構(gòu)的導熱片的冷卻劑冷卻表面接觸。
8.—種冷卻設(shè)備，其包含: 配置成有助于形成隔區(qū)的機殼； 布置在隔區(qū)內(nèi)的流體；以及 蒸汽冷凝器，該蒸汽冷凝器包含至少部分限定第一組冷卻劑傳送通道和第二組蒸汽冷凝通道的三維折疊結(jié)構(gòu)，該第一組冷卻劑傳送通道與該第二組蒸汽冷凝通道交替并與該第二組蒸汽冷凝通道并行地延伸，其中該三維折疊結(jié)構(gòu)包括其中多處折疊的導熱片，其中該導熱片的一側(cè)包含蒸汽冷凝表面，該蒸汽冷凝表面在該隔區(qū)內(nèi)在該隔區(qū)的上部暴露出來，以及該第二組蒸汽冷凝通道使該蒸汽冷凝表面的冷凝表面積增大，從而有助于冷卻上升到該隔區(qū)的上部的流體蒸汽。
9.如權(quán)利要求8所述的冷卻設(shè)備，其中該三維折疊結(jié)構(gòu)的導熱片的對側(cè)包含冷卻劑冷卻表面，該冷卻劑冷卻表面的至少一部分至少部分限定該第一組冷卻劑傳送通道，以及該第一組冷卻劑傳送通道內(nèi)的冷卻劑與該三維折疊結(jié)構(gòu)的導熱片的冷卻劑冷卻表面接觸。
10.如權(quán)利要求8所述的冷卻設(shè)備，其中該三維折疊結(jié)構(gòu)的導熱片中的多處折疊包含導熱片中的重復模式的折疊。
11.如權(quán)利要求10所述的冷卻設(shè)備，其中該重復模式的折疊將第一組冷卻劑傳送通道的至少一條冷卻劑傳送通道限定成具有與第二組蒸汽冷凝通道的至少一條蒸汽冷凝通道相同的橫截面積。
12.如權(quán)利要求8所述的冷卻設(shè)備，其中該三維折疊結(jié)構(gòu)進一步包含頂板、和第一端歧管和第二端歧管，該頂板、和第一端歧管和第二端歧管有助于與多處折疊的導熱片結(jié)合限定第一組冷卻劑傳送通道，其中該第一端歧管和第二端歧管被布置在該三維折疊結(jié)構(gòu)的相對側(cè)上，包含與第一組冷卻劑傳送通道對準的開口，以便有助于冷卻劑從中流過。
13.如權(quán)利要求8所述的冷卻設(shè)備，其中該三維折疊結(jié)構(gòu)的第二組蒸汽冷凝通道是使流體蒸汽上升進入第二組蒸汽冷凝通道中和使冷凝流體從第二組蒸汽冷凝通道中滴落的開口通道。
14.如權(quán)利要求8所述的冷卻設(shè)備，其中該第二組蒸汽冷凝通道的至少一條蒸汽冷凝通道包含細長通道，該細長通道包括具有高度與寬度的大高寬比的橫截面，其中該細長通道的高度至少是其寬度的兩倍。
15.如權(quán)利要求8所述的冷卻設(shè)備，其中該機殼被配置成至少部分包圍和形成圍繞要冷卻的至少一個電子部件的隔區(qū)，以及其中要冷卻的至少一個電子部件至少部分浸在該隔區(qū)內(nèi)的流體內(nèi)。
16.一 種液冷電子機架，其包含: 多個浸冷電子子系統(tǒng)，該多個浸冷電子子系統(tǒng)的至少一個浸冷電子子系統(tǒng)包含: 至少部分包圍和形成圍繞電子子系統(tǒng)的隔區(qū)的機殼，該電子子系統(tǒng)包含要冷卻的至少一個電子部件； 布置在該隔區(qū)內(nèi)的介電流體，其中要冷卻的至少一個電子部件至少部分浸在該介電流體內(nèi)；以及 與該隔區(qū)流體連通的介電流體入口和介電流體蒸汽出口，其中經(jīng)由該介電流體入口將介電流體提供給該隔區(qū)，以及經(jīng)由該介電流體蒸汽出口使介電流體蒸汽從該隔區(qū)流出；以及 有助于冷凝從該至少一個浸冷電子子系統(tǒng)的隔區(qū)流出的介電流體蒸汽的蒸汽冷凝熱交換器，該蒸汽冷凝熱交換器包含至少部分限定第一組冷卻劑傳送通道和第二組蒸汽冷凝通道的三維折疊結(jié)構(gòu)，該第一組冷卻劑傳送通道與該第二組蒸汽冷凝通道交替并與該第二組蒸汽冷凝通道并行地延伸，其中該三維折疊結(jié)構(gòu)包含其中多處折疊的導熱片，其中該導熱片的一側(cè)包含蒸汽冷凝表面，以及該導熱片的對側(cè)包含冷卻劑冷卻表面，該冷卻劑冷卻表面的至少一部分至少部分限定該第一組冷卻劑傳送通道，以及其中該第一組冷卻劑傳送通道內(nèi)的冷卻劑至少部分與該三維折疊結(jié)構(gòu)的導熱片的冷卻劑冷卻表面接觸。
17.如權(quán)利要求16所述的液冷電子機架，其中該蒸汽冷凝熱交換器的三維折疊結(jié)構(gòu)的導熱片中的多處折疊包含導熱片中的重復模式的折疊。
18.如權(quán)利要求17所述的液冷電子機架，其中該重復模式的折疊將第一組冷卻劑傳送通道的至少一條冷卻劑傳送通道限定成具有與第二組蒸汽冷凝通道的至少一條蒸汽冷凝通道相同的橫截面積。
19.如權(quán)利要求16所述的液冷電子機架，其中該蒸汽冷凝熱交換器的三維折疊結(jié)構(gòu)進一步包含頂板、和第一端歧管和第二端歧管，該頂板、和第一端歧管和第二端歧管有助于與多處折疊的導熱片結(jié)合限定第一組冷卻劑傳送通道，其中該第一端歧管和第二端歧管被布置在該三維折疊結(jié)構(gòu)的相對側(cè)上，包含與第一組冷卻劑傳送通道對準的開口，以便有助于冷卻劑從中流過。
20.如權(quán)利要求16所述的液冷電子機架，其中該蒸汽冷凝熱交換器的三維折疊結(jié)構(gòu)的第二組蒸汽冷凝通道是使介電流體蒸汽上升進入第二組蒸汽冷凝通道中和使介電流體從第二組蒸汽冷凝通道中滴落的開口通道。
21.一種制造冷卻設(shè)備的方法，其包含: 制造蒸汽冷凝器，其中制造蒸汽冷凝器包含: 獲取至少部分限定第一組冷卻劑傳送通道和第二組蒸汽冷凝通道的三維折疊結(jié)構(gòu)，該第一組冷卻劑傳送通道與該第二組蒸汽冷凝通道交替并與該第二組蒸汽冷凝通道并行地延伸，其中該三維折疊結(jié)構(gòu)包含其中多處折疊的導熱片，其中該導熱片的一側(cè)包含蒸汽冷凝表面，以及該導熱片的對側(cè)包含冷卻劑冷卻表面，該冷卻劑冷卻表面的至少一部分至少部分限定該第一組冷卻劑傳送通道； 布置在該三維折疊結(jié)構(gòu)的第一端上的第一端歧管和在該三維折疊結(jié)構(gòu)的第二相對側(cè)上的第二端歧管，該第一端歧管和該第二端歧管包含與該三維折疊結(jié)構(gòu)的第一組冷卻劑傳送通道流體連通的開口，以便有助于冷卻劑流過第一組冷卻劑傳送通道；以及 將平板與多處折疊的導熱片的冷卻劑冷卻表面?zhèn)锐詈?，其中該平板和該其中多處折疊的導熱片限定該三維折疊結(jié)構(gòu)的第一組冷卻劑傳送通道。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中該蒸汽冷凝器的三維折疊結(jié)構(gòu)的第二組蒸汽冷凝通道是使流體蒸汽上升進入第二組蒸汽冷凝通道中和使冷凝流體從第二組蒸汽冷凝通道中滴落的開口通道。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其中包含配備配置成有助于形成隔區(qū)的機殼、和布置在該隔區(qū)內(nèi)的流體，以及將該蒸汽冷凝器布置成使它的蒸汽冷凝表面在該隔區(qū)內(nèi)在該隔區(qū)的上部暴露出來，該第二組蒸汽冷凝通道使該蒸汽冷凝表面的冷凝表面積增大，從而有助于冷卻上升到該隔區(qū)的上部的流體蒸汽。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中配備機殼包含將機殼配置成至少部分包圍和形成圍繞要冷卻的至少一個電子部件的隔區(qū)，以及其中該流體包含介電流體。
【文檔編號】H05K7/20GK103687443SQ201310416872
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月13日
【發(fā)明者】L.A.坎貝爾, 朱兆凡, M.P.戴維, 小邁克爾.J.埃爾斯沃思, M.K.延加, R.R.施米特, R.E.西蒙斯 申請人:國際商業(yè)機器公司