冷却数据中心中的电子设备的制作方法

文档序号:13426513
冷却数据中心中的电子设备的制作方法
本文献涉及用于利用热虹吸向电子设备(诸如计算机服务器机架和计算机数据中心中的相关装备)提供冷却的系统和方法。

背景技术:
计算机用户经常关注计算机微处理器的速度(例如,兆赫兹和千兆赫兹)。许多人忘记,这种速度通常会带来代价——更高的功耗。这种功耗还会产生热量。那是因为,通过简单的物理学定律,所有的功率都必须到达某处,而最后就是转化为热量。安装在单个母板上的一对微处理器可以消耗数百瓦特或更多的功率。将该数字乘以数千(或数万),以对于在大型数据中心中的许多计算机来进行计算,并且可以容易地了解能够产生的热的量。当数据中心中的临界负载并入支持临界负载所需的所有辅助装备时,数据中心的临界负载的功率的影响通常被复杂化。许多技术可用于冷却位于服务器或网络机架托盘上的电子设备(例如,处理器、存储器、网络设备和其他发热设备)。例如,可以通过在设备上提供冷却气流来产生强制对流。位于设备附近的风扇、位于计算机服务器室中的风扇和/或位于与围绕电子设备的空气流体连通的管道系统中的风扇可以强制冷却气流横过包含设备的托盘。在某些情况下,服务器托盘上的一个或多个部件或设备可能位于托盘难以冷却的区域中;例如,强制对流不是特别有效或不可用的区域。冷却不充分和/或不充足的后果可以是由于设备的温度超过最大额定温度而导致的托盘上的一个或多个电子设备的故障。虽然在计算机数据中心、服务器机架、以及甚至单个托盘中可以建立特定的冗余性,但由于过热导致的设备故障可能在速度、效率和费用方面付出巨大代价。热虹吸件是使用经历相变的流体操作的热交换器。流体的液体形式在蒸发器中蒸发,并且热量由流体的蒸气形式从蒸发器运送到冷凝器。在冷凝器中,蒸气冷凝,然后流体的液体形式经由重力返回到蒸发器。因此,流体在蒸发器和冷凝器之间循环,而不需要机械泵。

技术实现要素:
本公开描述了一种热虹吸系统,其可用于冷却安装在计算机数据中心的机架中(例如,在母板、服务器板或其它地方)的一个或多个发热设备。热虹吸系统,是一些示例实施方式,包括与管道流体联接在一起的流动沸腾蒸发器和冷凝器。在一些方面,流动沸腾蒸发器包括一个或多个流体路径,工作流体的液相通过所述一个或多个流体路径流动,工作流体的液相从一个或多个发热设备接收热量并且变成蒸气或混合(液体和蒸气)相。在示例一般实施方式中,一种热虹吸件包括:冷凝器;蒸发器,所述蒸发器包括流体通道和传热表面,所述传热表面在所述流体通道中限定延伸通过所述流体通道的多个流体路径,所述蒸发器被配置为热联接到一个或多个发热电子设备;以及输送构件,所述输送构件流体地联接所述冷凝器和所述蒸发器,所述输送构件包括液体管道,所述液体管道延伸通过所述输送构件以将工作流体的液相传输到所述流体路径中,所述输送构件还包括表面以竖直地包围所述多个流体路径。在可与一般实施方式结合的第一方面中,所述流体通道横向于所述流体路径取向。在可与前述方面中的任一结合的第二方面中,所述输送构件还包括蒸发管道,所述蒸发管道延伸通过所述输送构件以从所述流体路径接收所述工作流体的混合相。在可与前述方面中的任一结合的第三方面中,所述流体路径被配置为将热量从所述发热电子设备传递到所述工作流体,以在所述流体路径的入口和所述流体路径的出口之间,将所述工作流体从所述液相改变为所述混合相。在可与前述方面中的任一结合的第四方面中,所述流体路径的入口定位在所述流体路径的第一端并且所述流体路径的出口定位在所述流体路径的与所述第一端相对的第二端。在可与前述方面中的任一结合的第五方面中,所述流体路径的入口定位在所述流体路径的中间点,并且所述流体路径的出口定位在所述流体路径的相对的端。在可与前述方面中的任一结合的第六方面中,所述传热表面包括多个翅片或脊,并且所述多个翅片或脊在所述流体通道中形成所述多个流体路径,并且所述多个流体路径横向于所述流体通道延伸。在可与前述方面中的任一结合的第七方面中,所述传热表面包括多个翅片或脊,并且所述多个翅片或脊在所述流体通道中形成所述多个流体路径,并且所述多个流体路径平行于所述流体通道延伸。在可与前述方面中的任一结合的第八方面中,所述输送构件还包括在所述液体管道和所述蒸气管道之间的传热界面,以将热量从所述蒸气管道中的所述工作流体传传递到所述液体管道中的所述工作流体。在可与前述方面中的任一结合的第九方面中,所述液相处于或接近所述工作流体的饱和温度。在可与前述方面中的任一结合的第十方面中,所述蒸气管道包括至少两个蒸气管道。在可与前述方面中的任一结合的第十一方面中,所述蒸气管道的至少一部分定位在所述输送构件的上半部中,并且所述液体管道的至少一部分定位在所述输送构件的下半部中。在可与前述方面中的任一结合的第十二方面中,所述输送构件包括冷凝器端,所述冷凝器端包括所述液体管道的入口,所述液体管道的入口在所述输送构件中相对于所述输送构件的所述冷凝器端中的所述蒸气管道的出口偏移。在可与前述方面中的任一结合的第十三方面中,所述液体管道的横截面面积和所述蒸气管道的横截面面积至少部分地基于所述发热电子设备的热负荷。在可与前述方面中的任一结合的第十四方面中,所述输送构件从所述冷凝器到所述蒸发器倾斜,并且所述倾斜的大小至少部分地限定所述工作流体的液体头。在可与前述方面中的任一结合的第十五方面中,所述工作流体的所述液体头等于在闭环流体回路中的多个压力损失的和,所述闭环流体回路包括所述液体管道、所述蒸发器、所述蒸气管道和所述冷凝器。可与前述方面中的任一结合的第十六方面还包括定位在所述流体通道中的间隔件。在另一示例一般实施方式中,一种用于冷却数据中心中的发热电子设备的方法,包括:使工作流体的液相在热虹吸件的输送构件中从所述热虹吸件的冷凝器流动到所述热虹吸件的蒸发器;使所述工作流体的液相从所述输送构件流动到所述蒸发器的流体通道中;使所述工作流体的液相从所述流体通道流动到多个流体路径,所述多个流体路径延伸通过所述流体通道并被封闭在所述蒸发器和所述输送构件之间;基于来自热联接到所述蒸发器的至少一个数据中心发热设备的热传递来使在所述多个流体路径中流动的液体工作流体的至少一部分沸腾;以及使所述工作流体的混合相流动出所述多个流体路径而到所述输送构件的至少一个蒸气管道中并且到所述冷凝器。可与一般实施方式结合的第一方面还包括:通过形成所述多个流体路径的传热表面将热量从所述发热电子设备传递到所述工作流体;以及在所述流体路径的入口和所述流体路径的出口之间,将所述工作流体从所述液相改变为所述混合相。可与前述方面中的任一结合的第二方面还包括:使所述液相流动到所述流体路径的入口中,所述流体路径的入口定位在所述流体路径的第一端;以及使所述混合相流动出所述流体路径的出口,所述流体路径的出口定位在所述流体路径的与所述第一端相对的第二端。可与前述方面中的任一结合的第三方面还包括:使所述液相流动到所述流体路径的入口中,所述流体路径的入口定位在所述流体路径的中间点;以及使所述混合相流动出所述流体路径的出口,所述流体路径的出口定位在所述流体路径的相对的端。可与前述方面中的任一结合的第四方面还包括:使所述工作流体流动通过定位成在所述流体通道中形成所述多个流体路径的多个翅片或脊。在可与前述方面中的任一结合的第五方面中,使所述工作流体流动通过在所述流体通道中形成所述多个流体路径的多个翅片或脊包括,使工作流体从所述流体通道横向地流动通过所述多个流体路径。可与前述方面中的任一结合的第六方面还包括:通过在所述输送构件中的所述液体管道和所述蒸气管道之间的传热界面,将热量从所述蒸气管道中的所述工作流体传递到所述液体管道中的所述工作流体。在可与前述方面中的任一结合的第七方面中,所述液相处于或接近所述工作流体的饱和温度。可与前述方面中的任一结合的第八方面还包括:使所述工作流体的混合相流动通过所述至少一个蒸气管道到所述冷凝器。在另一示例一般实施方式中,一种数据中心冷却系统包括:托盘子组件,所述托盘子组件配置为与机架接合;支撑板,所述支撑板安装在所述托盘子组件上,所述支撑板包括发热计算设备;以及热虹吸系统。所述热虹吸系统包括:冷凝器;流动沸腾蒸发器,所述流动沸腾蒸发器包括至少一个流体路径,所述至少一个流体路径被配置为接收以液相的工作流体的流动,并且基于从所述发热计算设备传递到所述工作流体的流动的热量将以混合液-蒸气相的所述工作流体的流动输出;以及输送管,所述输送管将所述冷凝器和所述蒸发器流体联接。在可与一般实施方式结合的第一方面中,所述蒸发器包括流体通道和延伸通过所述流体通道的多个流体路径。在可与前述方面中的任一结合的第二方面中,所述输送管包括:液体载体,所述液体载体延伸通过所述输送管并且横向于所述流体路径取向,以将以液相的所述工作流体的流动传递到所述流体路径中;以及蒸气载体,所述蒸气载体延伸通过输送管,以从所述流体路径接收以混合液-蒸气相的所述工作流体的流动。在可与前述方面中的任一结合的第三方面中,所述多个流体路径被限定在多个传热表面之间。在可与前述方面中的任一结合的第四方面中,所述多个流体路径的入口定位在所述流体路径的第一端并且所述多个流体路径的出口定位在所述流体路径的与所述第一端相对的第二端。在可与前述方面中的任一结合的第五方面中,所述多个流体路径的入口定位在所述流体路径的中间点处或附近,并且所述多个流体路径的出口定位在所述流体路径的相对的端。根据本公开的数据中心冷却系统的各种实施方式可以包括以下特征中的一个、一些或全部。例如,与传统的池沸腾热虹吸件比,数据中心冷却系统的热虹吸组件可以通过从发热电子设备中移除更多的热量来提供提高的热性能。作为另一示例,热虹吸组件可以更好地匹配发热电子设备的特定热负荷,从而提供更精确的冷却量而不会过度或过小。作为又一个示例,与传统的热虹吸件相比,所述热虹吸组件可以流动平衡,从而更有效地将工作流体循环通过组件。在附图和下面的描述中阐述了一个或多个实施例的细节。其它特征、对象和优点将从描述和附图以及从权利要求中变得显而易见。附图说明图1示出了服务器机架的前视图和被配置为安装在数据中心环境中使用的机架内的服务器机架子组件。图2A-2B分别示出了包括热虹吸冷却系统的示例实施方式的服务器机架子组件的示意性侧视图和顶视图。图3A-3C分别示出了热虹吸冷却系统的示例实施方式的蒸发器的示意性横截面端视图、等距视图和顶视图。图4A-4C示意性地示出了热虹吸冷却系统的另一示例实施方式的蒸发器的横截面端视图、等距视图和顶视图。图5A-5C示出了热虹吸冷却系统的示例实施方式的冷凝器的示意性侧视图和等距视图。图6A-6B分别示出了热虹吸冷却系统的另一示例实施方式的蒸发器的示意性侧视图和顶部横截面视图。图6C示出了热虹吸冷却系统的另一示例实施方式的蒸发器的示意性顶部横截面视图。具体实施方式图1示出了示例系统100,其包括服务器机架105(例如,13英寸或19英寸服务器机架)以及安装在机架105内的多个服务器机架子组件110。虽然示出了单个服务器机架105,服务器机架105可以是系统100内的多个服务器机架中的一个,该系统100可以包括服务器场或包含各种机架安装的计算机系统的协同定位设施。此外,虽然多个服务器机架子组件110被示出为安装在机架105内,但是可以只有单个服务器机架子组件。通常,服务器机架105限定在服务器机架105内以有序且重复的方式布置的多个槽107,并且每个槽107是机架中的空间,相应的服务器机架子组件110可以放置和移除到该空间中。例如,服务器机架子组件可以支撑在轨道112上,所述轨道112从机架105的相对侧突出并且可以限定槽107的位置。槽107和服务器机架子组件110可以以所示的水平布置(相对于重力)取向。可替代地,槽107和服务器机架子组件110可以竖直地(相对于重力)取向,虽然这将需要对下面描述的蒸发器和冷凝器结构的一些重新配置。在槽水平取向的情况下,它们可以竖直地堆叠在机架105中,并且在槽竖直取向的情况下,它们可以水平地堆叠在机架105中。服务器机架105,作为例如较大数据中心的一部分,可以提供数据处理和存储容量。在操作中,数据中心可以连接到网络,并且可以接收并响应来自网络的各种请求来检索、处理和/或存储数据。例如,在操作中,服务器机架105通常有助于利用用户的web浏览器应用生成的用户接口而在网络上传送信息,所述用户请求由数据中心中的计算机上运行的应用提供的服务。例如,服务器机架105可以提供或帮助提供正在使用web浏览器来访问因特网或万维网上的网站的用户。服务器机架子组件110可以是能够安装在服务器机架中的各种结构中的一个。例如,在一些实施方式中,服务器机架子组件110可以是能够可滑动地插入到服务器机架105中的“托盘”或托盘组件。术语“托盘”不限于任何特定的布置,而是适用于母板或用于将母板支撑在机架结构中的适当位置的附属于母板的其他相对扁平的结构。在一些实施方式中,服务器机架子组件110可以是服务器支架(chassis)或服务器容器(例如,服务器盒)。在一些实施方式中,服务器机架子组件110可以是硬盘驱动器保持架(cage)。参见图2A-2B,服务器机架子组件110包括框架或保持架120、印刷电路板122(例如,支撑在框架120上的母板)、一个或多个发热电子设备124(例如,安装在印刷电路板122上的处理器或存储器)、以及热虹吸系统130。一个或多个风扇126也可以安装在框架120上。框架120可以包括或简单地是扁平结构,母板122可以放置和安装在所述扁平结构上,使得框架120可以被技术人员抓住以将母板移动到位并将其保持在机架105内的适当位置。例如,服务器机架子组件110可以水平地安装在服务器机架105中,诸如通过在服务器机架子组件110的相对侧上滑动框架120到槽107中并且在机架105中的一对轨道之上滑动框架120——很像将午餐托盘滑入到食堂架中。虽然图2A-2B示出了在母板122下方延伸的框架120,但是框架可以具有其他形式(例如,通过将其实现为围绕母板的周边框架)或者可以被省略,使得母板本身位于机架105中(例如,可滑动地接合机架105)。另外,尽管图2A将框架120示出为扁平板,框架120可以包括从扁平板的边缘向上突出的一个或多个侧壁,并且扁平板可以是闭顶式或敞篷式盒或保持架的底板。所示的服务器机架子组件110包括印刷电路板122,例如,母板,各种部件安装在所述母板,包括发热电子设备124。虽然一个母板122被示出为安装在框架120上,但是可以根据具体应用的需要将多个母板安装在框架120上。在一些实施方式中,一个或多个风扇126可以放置在框架120上,使得空气在服务器机架子组件110的前边缘(在图2A-2B中的左手侧)进入,在母板122之上、母板122上的一些发热部件之上流动(如图所示),并且在后边缘(在右手侧)从服务器机架组件110排出,所述前边缘当子组件110安装在机架105中时更靠近机架105的前部,所述后边缘当子组件110安装在机架105中时更靠近机架105的后部。一个或多个风扇126可以通过支架固定到框架120。因此,风扇126可以从框架120区域内拉动空气,并且在空气已经被升温之后将空气推出机架105。母板122的下侧可以通过间隙与框架120分离。热虹吸系统130包括蒸发器132,安装在基部139上的冷凝器134以及将蒸发器132连接到冷凝器134的输送构件136。蒸发器132接触电子设备124,使得通过从电子设备124到蒸发器132的传导热传输来消耗热量。例如,蒸发器132与电子设备124导热接触。特别地,蒸发器132的底部接触电子设备124的顶部。在操作中,来自电子设备124的热量使蒸发器132中的工作流体蒸发。然后,蒸气通过输送构件136被传递到冷凝器134。热量从冷凝器134辐射离开,例如到围绕冷凝器134的空气中,或者到被一个或多个风扇126吹送或抽吸的,通过冷凝器134、传热表面138(例如,翅片表面)或两者的空气中,导致工作流体冷凝。如图2A所示,冷凝器134可以位于蒸发器132和一个或多个风扇126之间,但也可以位于一个或多个风扇126的相对侧上(例如,在子组件110的边缘附近)。如图2A所示,输送构件136处于轻微(非零)角度,使得重力使冷凝的工作流体通过输送构件136流回到蒸发器132。因此,在一些实施方式中,输送构件136的至少一部分不平行于框架120的主表面。例如,输送构件136的冷凝器侧端可以高于输送构件136的蒸发器侧端大约1-5mm,例如2mm。然而,输送构件136也可以是水平管,或者甚至处于轻微的负角度(尽管正角度提供重力改善液体从冷凝器到蒸发器的流动的优点)。因为在单个母板上可以有多个发热电子设备,所以母板上可以有多个蒸发器,其中每个蒸发器对应于单个电子设备。如图2A所示,存在第一蒸发器132和第二蒸发器132以及第一电子设备124和第二电子电子设备124。将第一蒸发器连接到第二蒸发器的输送构件136可以是水平的。在操作期间,在冷凝器134内部的工作流体(作为液体)的顶表面将高于蒸发器132中的工作流体的顶表面液体高度,例如,高1至10mm。可以使用处于轻微(正非零)角度的输送构件136而更容易地实现这一点,但是对于水平或轻微负角度的输送构件136,考虑到热虹吸系统130的预期热传输要求而适当地选择工作流体的热和机械性质,仍可以实现这一点。在操作期间,工作流体的液相可以流动通过输送构件136的液体管道,并且工作流体的蒸气相(或混合蒸气-液相)可以流动通过运输构件136的蒸气管道。图2A-2B示出了具有多个蒸发器132的热虹吸系统130;每个蒸发器132可以接触不同的电子设备124,或者多个蒸发器132可以接触相同的电子设备,例如,如果电子设备特别大或具有多个发热区域。多个蒸发器132可以由输送构件136串联连接到冷凝器134,例如,单个输送构件136将冷凝器134连接到第一蒸发器132和第二蒸发器132。可替代地,多个蒸发器132中的一些或全部可以通过多个输送构件136并联连接到冷凝器134,例如,第一输送构件将冷凝器连接到第一蒸发器,第二输送构件将冷凝器134连接到第二蒸发器。串联实施方式的优点可以是较少的管,而并联的管的优点在于管直径可以更小。图2A-2B示出了热虹吸系统130,其中公共输送构件136用于从冷凝器134到蒸发器132的冷凝物流动,以及用于从蒸发器132到冷凝器134的蒸气(或混合相)流动。因此,在该实施方式中,蒸发器132和冷凝器134之间的流体联接由组合冷凝物和蒸气输送管线136组成。组合冷凝物和蒸气输送管线的潜在优点是输送构件136可以连接到冷凝器的侧面,相对于具有用于蒸气的单独管线的系统,减小系统的垂直高度,因为蒸气管线通常联接到蒸发器的顶部或在蒸发器的顶部附近。输送构件136可以是柔性管或管子,例如,是铜的或铝的。如参考图3A-3C更全面地示出的,热虹吸系统130包括流动沸腾蒸发器132(或蒸发器132),而不是池沸腾蒸发器。在示例性流动沸腾蒸发器132中,当液体从电子设备124(或设备124)吸收热量时,进入蒸发器132的液体工作流体随着其流动通过蒸发器132而沸腾。相比之下,在池沸腾蒸发器中,工作流体的液相在蒸发器中(例如,在最低高度处)“沉淀”并缓慢沸腾,其中来自液相的蒸气升高到液体工作流体池之上。随着工作流体的液相沸腾,形成工作流体的蒸气相,由此随着工作流体在蒸发器中流动,工作流体的密度降低。工作流体的降低的密度可以增加通过蒸发器132的流动工作流体的速度,从而进一步使液相流动通过蒸发器132。这种增加的速度可以导致蒸发器132中增加的对流热传递,并且因此导致在电子设备124和蒸发器132中的工作流体之间的更有效的热传递过程。在一些方面,通过热虹吸系统130的压降被平衡(例如,基本上或精确地)。可以通过液体头(例如,在冷凝器134中积聚的工作流体的液相的量)来提供使工作流体通过热虹吸系统130的流动循环的“泵送力”。该液体头压力可以等于(例如,基本上或相等地)通过系统130的所有压降的总和。压降包括:例如,通过输送构件136从冷凝器134到蒸发器132的液相的压降,随着液相流动沸腾成蒸发器132中的蒸气(或混合)相的压降,以及通过输送构件136从蒸发器132流动到冷凝器134的蒸气(或混合)相的压降。在一些方面,为了确保工作流体在自然流动系统(例如,没有机械泵送)中的适当流动,总压降等于或基本上等于系统130中可用的液体头。在当前描述的实施方式的某些方面,延伸通过热虹吸系统130的输送构件136的蒸气管道可以比延伸通过输送构件136的液体管道更大(例如,在横截面积上)。例如,通过具有较大的(例如,横截面)蒸气管道,可以帮助或实现工作流体的适当流动,例如,工作流体的蒸气(或混合)相不如液相那样致密。因此,与使通过液体管道的液相循环(例如,自然地)相关的压力损失相比,为了减少与使通过蒸气管道的蒸气(或混合)相循环(例如,自然地)相关的压力损失,蒸气管道流动面积可以更大。在一些方面,蒸气管道流动面积可以是延伸通过输送构件136的两个或更多个蒸气管道的流动面积的总和。图3A-3C分别示出了热虹吸冷却系统(诸如图2A-2B所示的热虹吸冷却系统130)的示例实施方式的蒸发器的示意性横截面侧视图、等距视图和顶视图。如图3A的侧横截面所示,输送构件136的蒸发器端140安装在蒸发器132上。在输送构件136的这种实施方式中,构件136包括单个液体管道144和两个蒸气管道146。如图所示,液体管道144包括出口150,并且(例如,以“十字”形的横截面)通过输送构件136的中间部分并且在蒸发器132的传热表面138的上方延伸。在该实施方式中,传热表面138定位在蒸发器132的流体通道154之上,所述流体通道154平行于(例如,精确地或基本上)液体管道144。此外,在该示例中,传热表面138包括多个翅片159,所述多个翅片159在流体通道154内跨过蒸发器132(例如,横向于液体管道144)形成流体通道160。在一些方面,翅片159可以被形成为在流体通道154上方4毫米(mm)处或约4毫米(mm),并且被形成为以16-40个翅片/英寸(fpi)跨过流体通道154。其它延伸的表面,诸如圆化或尖锐的脊,也可用作传热表面138。在该示例实施例中,输送构件136形成流体路径160的顶表面149,从而覆盖流体路径160,使得工作流体蒸气相156被约束在流体路径160内,直到蒸气相156流动到沟槽158中。在替代实施方式中,可以使用单独的构件(例如,平片或其它构件)来在路径160的顶部处竖直地包围或覆盖流体路径160。在图3A-3C所示的该示例实施方式中,存在具有入口143的两个蒸气管道146,其示出在输送构件136的相对侧上。在该示例中,每个蒸气管道146基本上为“L”形,其具有朝向输送构件136的中间的延伸部分和定位在蒸发器132的沟槽158之上的短截部分(stubportion)。图3C示出了蒸发器132的顶部横截面视图。如图所示,流体通道154延伸通过蒸发器132,并且,在该实施方式中,横向于形成在翅片159之间的流体路径160。如这里的虚线所示,输送构件136的出口150平行于流体通道154(并且横向于流体路径160)并且通过通道154的中心延伸。沟槽158也以虚线示出,所述虚线平行于出口150并且在流体通道154的相对侧上延伸。简要地转到图5B,示出了输送构件136的冷凝器端182的示意性等距视图。在一些示例性实施方式中,冷凝器端182可以与输送构件136的蒸发器端142对应,因为蒸气管道146的两个出口145示出为离开冷凝器端182,其中单个液体管道144具有在冷凝器端182中的液体入口147。如图5B所示,冷凝器端182包括延伸部分184,其包括蒸气管道146的出口145和液体管道144的入口147的一部分。冷凝器端182还包括凹陷部分186,其包括液体管道144的入口147的一部分。作为输送构件136的实心部分的凹陷部分186在长度方向上延伸通过输送构件136以促使工作流体蒸气的流动通过L形蒸气管道146的延伸部分而循环(例如,自然地),所述延伸部分延伸输送构件136的整个长度(并且如图5B所示在冷凝器端182处离开)。在一些方面,液体管道144或蒸气管道164或两者的入口和出口可以是可调节的(例如,制造为),使得通过输送构件136、蒸发器132和冷凝器134循环的工作流体的压力损失可以更特别地与所需的热负荷匹配(例如,以匹配发热电子设备124的热输出)。例如,调节入口、出口或两者可以调节工作流体随着其循环通过热虹吸系统130时的总压力损失,这可以调节工作流体的冷却能力。在操作中,热虹吸冷却系统的工作流体的液相152通过在输送构件136中的液体管道144朝向蒸发器132流动(例如,自然地)。当液相152到达定位在输送构件136下方的蒸发器132时,液相152流动通过液体管道144的出口150并且进入流体通道154中。当传热表面138被分成流体路径160(例如,通过翅片159)时,液相152从出口150流入流体路径160中。在流体路径160中,液相152从热联接到蒸发器132的一个或多个发热设备(未示出)接收热量。随着热量被接收,液相152开始沸腾,例如,从液体相变到工作流体的混合相或蒸气相。如前所述,随着液相152在流体路径160中变为蒸气相(或混合相)156,工作流体的密度降低,从而增加流体路径160中的工作流体的流速(这反过来又增加到流体路径160中的工作流体的热传递)。此外,在一些示例实施方式中,流体路径160可以远离出口150并且朝向沟槽158倾斜。被顶表面149竖直地包围在流体路径160内并且从流体路径160流入沟槽158中的工作流体是蒸气或混合相156(例如,全部或基本上全部)。在一些示例中,热虹吸系统可以被设计成使得大多数液相152在流体通道160内被蒸发,而当发热设备运转在峰值或铭牌热输出(例如,峰值或铭牌功率、峰值速度或其他)时不使热虹吸件“变干”(例如,蒸发所有液相152)。当蒸气或混合相156聚集在沟槽158中时,自然循环(例如,密度和/或压力差)导致该相156迁移到蒸气管道146并且在输送构件136中循环回到热虹吸系统的冷凝器端182。在操作期间,在输送构件136的一些示例方面中,随着两相流动通过输送构件136,热量可以从蒸气(或混合相)156传递到液相152。例如,输送构件136可以包括在液体管道144和蒸气管道146之间延伸输送构件136的长度的传热界面188。传热界面188可以由与输送构件136相同或相似的材料(例如,铜、铝或其它物质)制成,或者可以由比输送构件136更高导热性的材料制成。在任何情况下随着蒸气(或混合)相156朝向冷凝器循环(例如,自然地),热量可以从相156传递到液相152。通过“预热”液相152(例如,在进入流体路径160之前加热相152),可以实现路径160中的液相152的附加蒸发。图4A-4C分别示出了热虹吸冷却系统(诸如图3A-3B所示的热虹吸冷却系统130)的另一示例实施方式的蒸发器端的示意性横截面侧视图、等距视图和顶视图。如图4A的横截面所示,输送构件136的蒸发器端162安装在蒸发器132上。在输送构件136的这种实施方式中,构件136包括单个液体管道164和单个蒸气管道166。如图所示,液体管道164通过输送构件136的右侧部分(在这些视图中)并且在蒸发器132的传热表面168的上方延伸(例如,以“L”形的横截面)。在该实施方式中,传热表面168定位在蒸发器132的流体通道174之上,所述流体通道154平行于(例如,精确地或基本上)液体管道164。此外,在该示例中,传热表面168包括多个翅片161,所述多个翅片161在流体通道174内跨过蒸发器132(例如,横向于液体管道164)形成流体通道180。在一些方面,翅片161可以被形成为在流体通道174上方4mm处或约4mm,并且被形成为以16-40片翅片/英寸(fpi)跨过流体通道174。其它延伸的表面,诸如圆化或尖锐的脊,也可用作传热表面168。在该示例实施例中,输送构件136形成流体路径180的顶表面169,从而覆盖流体路径180,使得工作流体蒸气相176被约束在流体路径180内,直到蒸气相176流动到沟槽178中。在替代实施方式中,可以使用单独的构件(例如,平片或其它构件)来在路径180的顶部处竖直地包围或覆盖流体路径180。在图4A-4C所示的该示例实施方式中,有一个蒸气管道166,其示出在输送构件136的与液体管道164的相对的左侧(在这些视图中)。在该示例中,蒸气管道166为倒置的“L”形,其具有朝向输送构件136的中间的延伸部分和定位在蒸发器132的沟槽178之上的短截部分。图4C示出了蒸发器132的顶部横截面视图。如图所示,流体通道174延伸通过蒸发器132,并且,在该实施方式中,还横向于形成在翅片161之间的流体路径180。如这里的虚线所示,入口沟槽177平行于流体通道174(并且横向于流体路径180)并且沿通道174的一侧延伸。出口沟槽178也示出为虚线,所述虚线平行于入口沟槽177并且在相对于入口沟槽177的流体通道174的相对侧延伸。简要地转到图5C,示出了输送构件136的冷凝器端192的示意性等距视图。在一些示例实施方式中,冷凝器端192可以与输送构件136的蒸发器端162对应,因为一个蒸气管道166示出为离开冷凝器端192,其中单个液体管道164具有在冷凝器端192中的液体入口147。如图5C所示,冷凝器端192包括延伸部分194,其包括蒸气管道166的出口和液体管道164的入口的一部分。冷凝器端192还包括凹陷部分196,其包括液体管道164的入口的一部分。作为输送构件136的实心部分(在蒸气管道166之下)的凹陷部分196在长度方向上延伸通过输送构件136以促使工作流体蒸气的流动通过倒置L形蒸气管道166的延伸部分而循环(例如,自然地),所述延伸部分延伸输送构件136的整个长度(并且如图5C所示在冷凝器端192处离开)。在操作中,热虹吸冷却系统的工作流体的液相172通过在输送构件136中的液体管道164朝向蒸发器132流动(例如,自然地)。当液相172到达定位在输送构件136下方的蒸发器132时,液相172流动通过液体管道164的出口170,进入入口沟槽177中,并且进入流体通道174中。当传热表面168被分成流体路径180(例如,通过翅片161)时,液相172从出口170流入流体路径180中。在流体路径180中,液相172从热联接到蒸发器132的一个或多个发热设备(未示出)接收热量。随着热量被接收,液相172开始沸腾,例如,从液体相变到工作流体的混合相或蒸气相。如前所述,随着液相172在流体路径180中变为蒸气相(或混合相)176,工作流体的密度降低,从而增加流体路径180中的工作流体的流速(这反过来又增加到流体路径180中的工作流体的热传递)。此外,在一些示例实施方式中,流体路径180可以远离入口沟槽177并且朝向出口沟槽178倾斜。从流体路径180流动到出口沟槽178中的工作流体是蒸气或混合相176(例如,全部或基本上全部)。在一些示例中,热虹吸系统可以被设计成使得大多数液相172在流体通道180内被蒸发,而当发热设备运转在峰值或铭牌热输出(例如,峰值或铭牌功率、峰值速度或其他)时不使热虹吸件“变干”(例如,蒸发所有液相172)。当蒸气或混合相176聚集在沟槽178中时,自然循环(例如,密度和/或压力差)导致该相176迁移到蒸气管道166并且在输送构件136中循环回到热虹吸系统的冷凝器端192。在操作期间,在输送构件136的一些示例方面中,随着两相流动通过输送构件136,热量可以从蒸气(或混合相)176传递到液相172。例如,输送构件136可以包括在液体管道164和蒸气管道166之间延伸输送构件136的长度的传热界面198。传热界面198可以由与输送构件136相同或相似的材料(例如,铜、铝或其它物质)制成,或者可以由比输送构件136更高导热性的材料制成。在任何情况下,随着蒸气(或混合)相176朝向冷凝器循环(例如,自然地),热量可以从相176传递到液相172。通过“预热”液相172(例如,在进入流体路径180之前加热相172),可以实现路径180中的液相172的额外蒸发。图5A示出了热虹吸冷却系统的示例实施方式的蒸发器的示意性侧视图。如图所示,图5A示出了分别如图5B或5C所示的冷凝器端182或192中的任一个的侧视图。该侧视图示出了定位在冷凝器134内的冷凝器端182或192。通常,从冷凝器端182/192循环出而进入冷凝器134的工作流体的蒸气(或混合)相,被冷却,并冷凝成工作流体的液相。如图所示,冷凝器端182和192的延伸部分184和194为蒸气(或混合)相156和176提供出口。此外,冷凝器端182和192的凹陷部分186和196为液相152和172提供入口的至少一部分。在一些实施方式中,入口在冷凝器端182和192中偏移,使得液体工作流体朝向入口(例如,通过重力)被引导。在替代实施例中,流体路径160可以与流体通道154平行地(例如,精确地或基本上)取向。因此,在包括翅片159的方面中,翅片159(或例如,脊)被取向成形成平行于流体通道154的流体路径160。图6A-6B分别示出了热虹吸冷却系统的另一示例实施方式的蒸发器的示意性侧视图和顶部横截面视图。例如,图6A-6B示出了蒸发器132,其中流体路径与蒸发器内的流体通道平行地延伸通过蒸发器。转向图6A,输送构件136被示出在蒸发器132的顶部上并且形成用于流体路径220的顶表面205。流体通道220通过蒸发器132的流体通道215形成在传热表面210(例如,翅片或脊)之间。图6B示出了图6A所示的蒸发器132的顶部横截面。如图所示,传热表面210通过并平行于流体通道215延伸(相对于通道215的最长尺寸)。流体路径220还形成为与流体通道215的最长尺寸平行地延伸。在操作中,液体工作流体可以流入蒸发器132的入口区域225中,并且由于来自与蒸发器热联接的一个或多个发热电子设备的热量传递,可以相变成通过流体路径220的蒸气或混合相工作流体。当流体路径220被顶表面205包围时,工作流体被约束为通过流体路径220流动到出口区域230。蒸气或混合相工作流体从出口区域230离开蒸发器132,并且进入到输送构件136的蒸气管道中。图6C示出了图6A所示的蒸发器的另一实施方式的顶部横截面,所述是实施方式包括一个或多个间隔件235。在该实施方式中,间隔件235可以是插入到蒸发器132的流体通道215中的实心或大部分实心的构件。间隔件235可以有与流体通道215的基本相同的深度并且竖直地向上延伸到顶表面205。在一些实施方式中,间隔件235可以有效地降低蒸发器132的传热体积(例如,通过减少流体路径220的数量或总体积),从而降低热虹吸件的总冷却功率。尽管图6C中将间隔件235示出为沿流体通道215的侧面延伸,但是间隔件235可以是任何形状或尺寸,并且可以适应为有效地减少任何所期望的传热体积。例如,间隔件235可以限制流动并平衡通过蒸发器132的工作流体的液体流速。如所指出的,可以改变多个间隔件235(或单个间隔件235)的厚度和尺寸以基于预期的热负荷调节流速。一个或多个间隔件235还可以减少或消除对输送构件126中的液体或蒸气入口/出口具有不同的切出尺寸的需要。如图所示,将间隔件235添加到翅片210的两侧上以消除围绕翅片210的旁路流动并引导所有工作流体通过翅片210之间的流体路径220。因此,热性能可以适应于热虹吸件对特定应用(例如,一个或多个发热电子设备的特定的热输出)的冷却功率。已经描述了许多实施例。然而,应当理解,在不脱离所描述内容的精神和范围的情况下,可以进行各种修改。此外,在一些实施方式中,相变材料可以例如定位在热虹吸件的蒸发器和一个或多个发热电子设备之间,以增加蒸发器和设备之间的热接触面积。作为另一示例,在一些实施方式中,热虹吸件的蒸发器的传热表面可以不包括翅片或脊。因此,其它实施例在所附权利要求的范围内。...
当前第1页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1