电子装置及安装在该电子装置上的冷却模块的制作方法

电子装置及安装在该电子装置上的冷却模块的制作方法
【专利摘要】本申请公开了一种电子装置及安装在该电子装置上的冷却模块，电子装置设置有沿空气冷却系统产生的冷却空气流的方向布置在中心区域中的多个CPU和布置在中心区域旁边的两个区域中的多个电子组件，电子装置设置有液体冷却系统，该液体冷却系统利用冷却剂来冷却所述多个CPU，使冷却空气行进经过散热器以冷却冷却剂，通过泵使低温冷却剂行进经过沿冷却空气流的方向延伸的冷却剂管线，使低温冷却剂行进至针对中心区域中的多个CPU中的每一个而设置的热接收部件以吸收通过冷却剂吸收CPU产生的热，并且通过冷却剂管线使温度升高的冷却剂返回至散热器。
【专利说明】电子装置及安装在该电子装置上的冷却模块
[0001]相关事情的交叉引用
[0002]本申请要求2012年9月7日提交的日本专利申请N0.2012-197918的优先权，并且通过引用包含该申请的全部公开。
【技术领域】
[0003]本申请涉及能够高效冷却以对齐方式布置的高发热组件的电子装置以及安装在该电子装置上的冷却模块。
【背景技术】
[0004]近年来，服务器和其他电子装置在速度上变得更快并且在功能上变得更先进。这种电子装置安装有大量的电子器件。这些电子器件伴随着它们的操作而产生热。作为这些电子器件中的一种，现在的CPU (中央处理单元)因其更高的速度和更先进的功能而消耗增加的功率。随着所供应的功率的增大，由CPU产生的热量趋向于增加。此外，通常服务器安装有多个CPU。由这些CPU产生的热量变得巨大。如果热导致服务器内部的温度变高，则将削弱电子器件的功能，并且导致服务器故障。因此，为了维持电子器件的功能并且避免服务器故障，发热电子器件需要被冷却。
[0005]对于从发热电子器件吸收热并且将热排出到外部的散热器，已经知道以下液体冷却系统:其使冷却剂流过冷却剂管线并且利用该通路来从电子器件吸收热并且将热排出至外部(例如，日本已公开专利公布N0.5-109798和日本已公开专利公布N0.2005-381126)。液体冷却系统通常设置有热接收单元、散热器、泵、管汇和将这些部件彼此连接以形成封闭路径的多个管。热接收单元利用冷却剂从CPU吸收热，同时散热器将因吸热而温度升高的冷却剂的热排出到空气或其他外部部件。通过泵，向流经通道的冷却剂供应力以行进经过通道，所述通道通过管线来形成。管汇分开并且汇合流经通道的冷却剂。
[0006]在这点上，由于液体冷却系统具有这样多个组件，因此当将液体冷却系统应用于服务器时，因服务器内部的空间有限，则需要考虑组件在服务器内的布局或者安装是不可能的。此外，在服务器中，安装使用风扇的空气冷却系统，以冷却除CPU以外的电子组件。风扇被用于抽取外部空气作为冷却电子组件的冷却空气，并且将因吸收热而温度变高的冷却空气排出到外部。为此，如果除现有的空气冷却系统以外还安装液体冷却系统，则存在以下问题:由空气冷却系统供应的冷却空气流将受到液体冷却系统的组件的阻挡，进而妨碍冷却。因此，安装是困难的。
[0007]此外，服务器或其他电子装置安装在数据中心或计算机房或其他狭小位置中，因此能够安装的位置有限。为了使大量的服务器能够被安装在该有限地方中，试图减小服务器尺寸并且减小在安装时所占用的区域。在这点上，近年来，服务器在功能和性能上有所扩展，因此过去由大量服务器运行的工作、计算等现在可以由较少数量的服务器来运行。此夕卜，各个服务器在性能上已经提高，因此硬件所占用的区域已经减小。服务器可执行的功能的改进和服务器的性能的改进已经导致在服务器中更高密度地安装电子组件。当在服务器中以更高密度安装电子组件时，产生以下问题:如何高效地冷却发热电子组件。

【发明内容】

[0008]在一方面中，本申请提供一种设置有空气冷却系统的电子装置，其中以对齐方式布置在电子装置中的多个CPU能够被高效冷却而不会妨碍冷却空气在空气冷却系统中的流动，并且提供了待安装在该电子装置中的冷却模块。在另一方面中，其提供了能够高密度地安装在预定器件处同时节省空间的电子装置，其能够完全确保除用于冷却的组件以外的组件的可安装区域，并且其使泵在配置上冗余从而确保高可靠性，并且提供了待安装在这种电子装置中的冷却模块。
[0009]根据本实施例的一方面，提供了一种电子装置，其设置有:风扇；电路板，其位于风扇所产生的冷却空气的下游并且具有与该冷却空气平行的安装表面；第一和第二区域，其通过沿冷却空气的方向行进的线来在安装表面上限定，并且安装有多个电子组件；以及作为电子组件的多个发热组件，其安装在第一区域处并且通过液体冷却剂来冷却。
[0010]根据本实施例的另一方面，提供了一种冷却模块，其设置有:散热器，其具有冷却剂的流入部和流出部并且使用冷却空气来冷却所述冷却剂；冷水管，其从流出部沿冷却空气的方向在直线上延伸；多个热接收单元，其在与冷却空气的方向垂直的方向上与冷水管邻近，其沿所述冷却空气的方向布置，其与所述冷水管彼此平行地连接并且其在发热组件和冷却剂之间交换热；以及热水管，其连接至热接收单元，其沿冷却空气的方向延伸，并且其使已经经过所述热接收单元的冷却剂行进至流入部。
【专利附图】

【附图说明】
[0011]图1A是示出安装有根据本申请的设置有冷却模块的多个服务器模块的服务器的外形的立体图。
[0012]图1B是示出从图1A所示的服务器的机柜中拉出一个服务器模块的状态的局部放大示图。
[0013]图1C是示出安装有空气冷却系统的一个服务器模块的大体内部配置的立体图。
[0014]图2A是示出在根据本申请的第一实施例的设置有空气冷却系统的服务器模块中安装根据本申请的液体冷却模块的状态的组装示图。
[0015]图2B是示出在图2A中所示的设置空气冷却系统的服务器模块中安装的冷却模块的状态的平面图。
[0016]图3A是示出在如2A所示的设置有冷却模块的服务器模块中的主板上安装根据本申请的冷却模块的状态的组装立体图。
[0017]图3B是图2B中所示的服务器模块的立体图。
[0018]图4是示出了图3A所示的冷却模块中的箱体和泵的主要部分的放大立体图。
[0019]图5A是示出图4中所示的箱体的内部结构的一个实例的垂直剖面图。
[0020]图5B是沿图5A的线B-B截取的剖面图。
[0021]图6A是示出图3中所示的散热器的翼片和冷却剂管线的连接部的结构的一个实施例的立体图。
[0022]图6B是图6A中所示的散热器的正视图。[0023]图7A是说明图2A和图3A中所示的冷却模块中的冷却剂流的说明性示图。
[0024]图7B是示出在图7A中所示的冷却模块中的泵的控制电路的配置的一个实施例的电路图。
[0025]图8是示出图7B中所示的泵的控制程序的实施例的流程图。
[0026]图9是示出根据本申请的服务器模块中的发热组件和存储器的布局和冷却发热组件的冷却模块的布局的说明性示图。
[0027]图10是示出根据本申请的冷却模块的特定组成部件的分解立体图。
[0028]图1lA是对流经设置有空气冷却系统的服务器模块的内部的冷却空气流与在服务器模块的内部的中心部分处设置壁的情形下的冷却空气流进行比较的比较示图。
[0029]图1lB是示出天花板部覆盖的壁的实施例的剖视图。
[0030]图1lC是示出在壁的上游侧处设置弯曲部的情形下的冷却空气流的说明性示图。
[0031]图1lD是示出在壁的上游侧处设置锥形部的情形下的冷却空气流的说明性视图。
[0032]图12是示出在图3A中所示的主板和冷却模块之间布置泄漏盘的实施例的组装立体图。
[0033]图13A是示出在图12中所示的主板上安装泄漏盘和水冷却系统的状态的立体图。
[0034]图13B是图13A中所示的服务器模块的主要部分的剖视图。
[0035]图14A是图13中所示的服务器模块的主要部分的剖视图。
[0036]图14B是示出泄漏盘的结构的示意性剖视图，其示出了图14A中所示的泄漏盘的
第二实施例。
[0037]图14C是示出泄漏盘的结构的示意性剖视图，其示出了图14A中所示的泄漏盘的
第三实施例。
[0038]图14D是示出泄漏盘的结构的示意性剖视图，其示出了图14A中所示的冷却模块的防漏水结构的第四实施例。
[0039]图15A是示出布置在冷却模块的箱体的两侧处的热接收部件和六个泵的配置的局部放大立体图。
[0040]图15B是示出倾斜地支撑图15A中所示的六个泵的支撑结构的局部放大立体图。
[0041]图16是示出安装有本申请的冷却模块和空气冷却系统的服务器模块I的第二实施例的平面图。
[0042]图17是示出将空气冷却系统的冷却空气供应至设置在图16中所示的第二实施例的服务器模块的后表面侧处的上和下服务器模块的连接机构的状态的平面图。
[0043]图18是示出将单个服务器模块安装在安装有冷却模块的两个主板上的本申请的第三实施例的组装立体图。
[0044]图19是示出图18中所示的上侧主板的下表面的结构的立体图。
[0045]图20是在图18中所示的第一系统单元其上覆盖第二系统单元的状态下的服务器模块的主要部分的立体图。
【具体实施方式】
[0046]下文中，附图用于基于特定实施例详细说明本申请的工作模式。注意，在下文描述的实施例中，将形成服务器的服务器模块描述为电子装置的实例，但电子装置不限于此。此夕卜，在以下实施例中，为了便于描述，设置有相同功能的组成部件具有相同的附图标记。
[0047]图1A是示出机架服务器100的外形的立体图，其中在机柜9中安装了设置有根据本申请的液体冷却系统的服务器模块I。机架服务器100是一种数据处理系统。在机柜9内，安装有一个或更多个服务器模块I。用于冷却服务器模块I的冷却空气从前表面吸入，冷却服务器模块I的内部器件，并且从后表面排出。
[0048]图1B是示出当从图1A中所示的机柜9中拉出一个服务器模块I时的状态的局部放大示图。此外，图1C是示出安装在一个服务器模块I中的空气冷却系统的配置的立体图。在服务器模块I内，第一发热组件2相对于冷却空气流位于风扇5的上游侧，而在风扇5的下游侧布置有CPU (第二发热组件)3、电子组件4等。第一发热组件2为例如硬盘或SSD(固态器件)或其他电子组件。来自风扇5的冷却空气用于冷却CPU3和电子组件4和其他发热组件和电子组件。
[0049]图2A示出了本申请的一个实施例的服务器模块I并且是组装示图，其通过平面图来示出设置有空气冷却系统并且安装有液体冷却系统10的服务器模块I的状态。注意，下文中，液体冷却系统10有时也被称为“冷却模块10”。此外，图2B是示出设置有图2A中所示的空气冷却系统并且安装有液体冷却系统10的服务器模块I的状态的平面图。空气冷却系统设置有产生冷却空气的多个风扇5。在风扇5的上游侧的主板6设置有第一发热组件(硬盘、SSD等)，其在图1C中描述，此处未示出。
[0050]在本申请中，服务器模块I的在风扇5的下游侧处的主板6的区域通过沿冷却空气CA流的方向延伸的线来划分为第一区域Al和第二区域A2。第一区域Al是布置有多个发热组件(此处，发热组件3A和3B)的区域。多个发热组件3A和3B布置成沿冷却空气CA流的方向对齐。发热组件3A和3B是例如CPU 3A和3B。这些是需要强冷却的大型发热组件。在该实施例中，CPU 3B布置在CPU 3A的下游侧处。因此，发热组件3A和3B在下文中也称为“CPU 3A和3B”或“需要强冷却的组件3A和3B”。第二区域A2是位于第一区域Al的两侧(有时在第一区域Al的一侧)的区域并且包括能够由冷却空气冷却的电子组件。
[0051]布置在第一区域Al的CPU 3A和3B不能够被冷却空气充分地冷却，也就是说，是需要强冷却的组件，进而由液体冷却系统10来冷却。布置有液体冷却系统10的部分还具有不需要冷却空气的组件，即具有IW或更小的发热特性。如果CPU 3A和3B布置在布置有液体冷却系统10的区域中，则冷却空气流的方向不一定为直线。布置在第二区域A2处的电子组件4是能够通过供应冷却空气来冷却或能够通过供应冷却空气并且安装散热片或其他散热器来冷却并具有IW至100W左右的发热特性的电子组件4。它们也被称为“需要弱冷却的组件”。对于这种电子组件4，存在DIMM (存储模块)、功率组件等。
[0052]上述第一区域Al和第二区域A2为长矩形区域。确保无锥形区域。这是因为，如果主板6上的区域通过液体冷却系统10的组件来细分，空气冷却组件之间的距离将受到液体冷却系统10的限制并且将难于实现系统所要求的电路配置。主板6上的第一区域Al的位置由第二区域A2的尺寸和位置决定，但大致在稍微偏离主板6的中心部分的位置处。此夕卜，位于第一区域Al的两侧处的第二区域A2不一定是相同的。
[0053]在本申请中，在空气冷却系统的冷却空气CA的下游侧处的主板6上的区域被划分成第一区域Al和第二区域A2。在该服务器模块I中，设计成不会与至第二区域A2的冷却空气CA相干扰的液体冷却系统10安装在第一区域Al处。液体冷却系统10 —般设置有对冷却剂进行冷却的散热器、从发热组件吸取热(从发热部件吸收热)的热接收部件、使冷却剂从散热器行进至热接收部件的冷却剂管线和使冷却剂在冷却剂管线中移动的泵。热接收部件也称为“冷却套”。
[0054]在图2A和图2B所示的实施例中，散热器11设置在风扇5的下游侧处，以便由冷却空气CA充分冷却。通常，沿与冷却空气CA流的方向垂直的方向设置。散热器11设置成，使由风扇5供应的所有冷却空气CA能够供应至散热器11。散热器11的长度小于多个对齐风扇5的总长度。热接收部件12设置在CPU 3上。将冷却剂从散热器11供应至热接收部件12的冷却剂管线13设置在主板6上，以避免进入第二区域A2。散热器11具有多个通道。冷却剂管线13通过管汇16连接至散热器11的多个通道。此外，在冷却剂管线13与热接收部件12之间设置有暂时存储冷却剂的箱体15和移动冷却剂的泵14。稍后将详细描述泵14的配置，但在箱体15的两侧处设置了多个泵。注意，如果泵14的容积较大，则泵14还可以设置在箱体15的仅一侧处。
[0055]由于该结构，热接收部件12具有泵14和以邻接方式集中在泵14周围的箱体15，因此可以缩短连接这些部件的冷却剂管线13，并且能够节省空间。此外，当冷却剂流经冷却剂管线13的内部时，通道阻力取决于冷却剂管线的长度，因此通过缩短冷却剂管线13，可以减小流经液体冷却系统10内部的冷却剂的通道阻力。此外，通过使冷却剂的移动量变大，将热从热接收单元12有效地传输至散热器11，因此能够提高了液体冷却系统10的性倉泛。
[0056]此外，需要强冷却的组件集中在第一区域Al处而非第二区域，因此液体冷却系统10的组件也能够集中在第一区域Al处。结果，确保第二区域A2能够较宽，而不会变窄。另夕卜，液体冷却系统10不会禁止冷却空气CA流动至第二区域Al，并且能够将冷却空气CA充分地供应至安装在第二区域A2处的电子组件4。由于这些优点，液体冷却系统10的性能被提高，并且能够在服务器上安装液体冷却系统10 (其冷却具有300W左右的高发热特性的发热组件3A和3B)，同时不会与使用冷却空气CA进行冷却的电子组件4的冷却相干扰。
[0057]图3A是示出在图2A所示的主板6上安装液体冷却系统10的状态的组装立体图，而图3B是图2B所示的服务器模块I的立体图。由这些附图可知，电子组件4包括安装在子板4A的一个或两个表面上的大量电子组件。子板4A附接至设置在主板6上的插槽4B。此外，单个箱体15具有并联连接至其的六个泵14，因此可以增加冷却剂的流速。
[0058]此处，图9将用于说明安装有电子组件4的子板4A的布局和与CPU 3A和3B的连接的特征。此处，电子组件4为存储器(DIMM)。DMM 4构造为其两侧或一侧处安装有多个DRAM器件的子板4A。下文中，电子组件4也称为“存储器4”或“DMM 4”。多个子板4A与冷却空气CA流平行地布置在CPU 3A和3B的两侧处。因此，可以使DMM 4和CPU 3A和3B之间的物理布线长度最短。
[0059]在CPU 3A和3B内，设置有系统控制器3S和存储器存取控制器3M。存储器4通过存储器存取控制器3M和系统控制器3S来与CPU 3A和3B传输数据。器件之间的数据传输花费与器件之间的布线长度(物理距离)对应的时间。在该时间段内，停止CPU处的数据处理。在本实施例中，如上所述，可以使存储器4和CPU 3A和3B之间的布线的物理长度最短，因此直到传输数据完成为止的时间(存储器延迟)较小，并且可以在整体上缩短系统中数据处理所需要的时间。[0060]即，在本实施例中，在主板6的设计中，将最高的优先权给予存储器4和CPU 3A和3B的布局。液体冷却系统10根据主板6上需要强冷却的组件3的布局来布置。因此，在本实施例中，液体冷却系统10布置在偏离主板6的中心的位置处，同时空气冷却系统具有左右不对称的面积比。
[0061]图4是示出在图3A所示的液体冷却系统10中的冷却剂管线13、泵14和箱体15的结构的主要部分的放大立体图。冷却剂管线13设置有在散热器处冷却的低温冷却剂所流经的冷水管13C和吸收了发热组件的热并且温度升高的高温冷却剂流经的热水管(未示出)。冷水管13C连接至箱体15。箱体15设置有六个泵14。泵14通过抽吸管14S抽吸暂时存储在箱体15内的冷却剂，并且通过排出管14D将冷却剂送回至箱体15内。六个泵14在对角倾斜的状态下附接至箱体15，以便降低离热接收部件12的高度。从六个泵14返回至箱体15的内部的冷却剂汇合，经过冷水管13C，并且供应至未示出的热接收部件。稍后将描述热接收部件的结构。在泵14的内部，虽然没有示出，在泵故障时阻止冷却剂回流。
[0062]图5A是示出图4中所示的箱体15的内部结构的一个实例的垂直剖视图，而图5B是沿图5A的线B-B截取的剖视图。从这些附图可知，箱体15的内部通过分隔壁15W划分成两个室。一个室是与连接至散热器的冷却剂管线13和泵14的抽吸管14S连接的存储室15S。另一个室是与连接至热接收部件的冷却剂管线13和泵14的排出管14D连接的混合室15M。存储室15S接收并且暂时存储从散热器流入的冷却剂。此时，包含在冷却剂中的空气在存储室15S的天花板部累积。泵14的抽吸管14S连接至靠近存储室15S的下表面的部分，以便吸出冷却剂，从而在存储室15S的天花板部处累积的空气根本不会进入泵14。混合室15M接收并且混合从泵14经过排出管14D流入的冷却剂，并且将混合的冷却剂从冷却剂管线13排出。分隔壁15W的形状不限于该实施例。
[0063]图6A是示出本申请中的散热器11的一个实施例的配置的立体图，而图6B是图6A中所示的散热器的正视图。本实施例的散热器11以管汇16为中心在左侧处设置有四个散热通道和在右侧处设置有四个散热通道。通道由向后弯曲成U形的扁平通道形成。在正对的通道之间，设置有波纹状翼片11F，以提高散热效率。
[0064]通道连接至管汇16。管汇16具有冷却剂入口部16H和冷却剂出口部16C。冷却剂入口部16H在管汇16的内部连接至在管汇16的左侧处的四个散热通道的第一端部，而冷却剂出口部16C在管汇16的内部连接至在管汇16的右侧处的四个散热通道。左侧和右侧散热通道中未连接至冷却剂入口部16H和冷却剂出口部16C的其他端部在管汇16内被连接。
[0065]从未示出的冷却剂管线流至冷却剂入口部16H的冷却剂(热水)流入管汇16的左侧处的四个散热通道，在端部进行U形转弯，返回至管汇16，接着流入管汇16的右侧处的四个散热通道内。流入管汇16的右侧处的四个散热通道内的冷却剂在端部进行U形转弯以再次返回至管汇16，从冷却剂出口部16C排出，并且流入未示出的冷却剂管线内。从冷却剂入口部16H流入的冷却剂为热水，但从冷却剂出口部16C排出的冷却剂通过散热器11的散热通道来冷却，从而为冷水。
[0066]图7A是说明在图2A和图3A中所示的液体冷却系统10中的冷却剂流的说明性示图，而图7B是示出在图7A中所示的液体冷却系统10中的泵的控制电路的配置的实施例的电路图。如上所述，冷却剂通过散热器11冷却，经过冷水管13H流入箱体15，并且通过泵14发送至热接收部件12以冷却发热组件。然后，温度升高的冷却剂通过热水管13H返回至散热器11。
[0067]虽然没有示出，泵14附接有速度检测传感器。泵14的操作通过控制电路(服务处理器)20来监视，其中速度信号(脉冲信号)输入至所述控制电路20。控制电路20包括将脉冲信号转换成速度信号的转换电路21、将泵14的速度与阈值相比较的阈值判定电路22、以及使用来自阈值判定电路22的输出来判定泵14是否正常的组件判定电路23和系统判定电路24。
[0068]例如，当六个泵14中的仅一个泵14故障时，来自该一个泵14的速度信号没有输入至控制电路20，但是控制电路20判定在仅一个泵故障的情形下，通过液体冷却系统10冷却发热组件没有受到阻碍。此外，组件判定电路23输出泵14中的一个故障的通知，但是系统判定电路24输出液体冷却系统继续运行(“好”)的命令，从而继续通过液体冷却系统10对发热组件进行冷却。通过以该方式给出泵14的控制的冗余度，即使在泵14故障时，如果可以确保冷却能力，则液体冷却系统10不会停止并且CPU可以继续被冷却，从而可以确保可靠性。
[0069]图8是示出图7B中所示的泵14的控制电路20的控制程序的一个实施例的流程图。在步骤801中，开始液体冷却系统的操作。在步骤802中，控制电路20读取泵的速度X。当服务器模块运行时，泵的速度通过控制电路来不断地监视。此外，在步骤803中，判定泵的速度X是否达到阈值(2050rpm (转数/分))或更高。当所有的泵的速度x达到阈值或更高时(是)，则程序返回至步骤802，在该步骤802中泵的速度X持续被读取。
[0070]另一方面，如果在步骤803中判定存在速度X没有超过阈值的泵(否)，则程序进入步骤804，在步骤804中通知该泵的故障，接着程序进入步骤805。在步骤805中，判定是否仅一个泵故障。如果仅一个泵故障(是)，则如上所述判定通过液体冷却系统冷却发热组件没有受到阻碍，并且程序返回至步骤802，在步骤802中泵的速度X继续被读取。在这点上，当在步骤805中判定若干个泵故障(否)时，则判定通过液体冷却系统冷却发热组件受到阻碍，并且程序进入步骤806，在步骤806中冷却系统的操作停止并且该程序结束。
[0071]图10是详细示出在根据本申请的液体冷却系统10中的泵14和箱体15的下方的部件的配置的分解立体图。在泵14和箱体15下方，存在泵支撑机构50和热接收部件12。热接收部件12通过热接收部件紧固部17紧固至未示出的主板的顶部。在热接收部件紧固部17的内部形成有内螺纹。这些内螺纹与图12中所示的外螺纹19结合。泵支撑机构50设置有泵放置件51、基板52、支架54和托架(泵安装配件)55。此外，每个热接收部件12设置有金属板40、CPU用金属板60以及冷板90。
[0072]金属板40具有台阶部41、CPU电源用金属板部42、CPU用金属板部43、用于避免与安装部件相干涉的孔44、凹槽部45和供热接收部件紧固部17插入的孔46。CPU用金属板60具有基板61和供热接收部件紧固部17插入的安装孔62。冷板90具有冷水入口 91、冷却剂通道92、CPU用冷板93、U形转弯通道94和CPU电源用冷板95。稍后使用放大示图来详细描述形成金属板40、CPU用金属板60和冷板90的部件。
[0073]此处，将描述设置在本申请的服务器模块处的气障壁和泄漏盘。图1lA是对流经设置有空气冷却系统的服务器模块I的内部的冷却空气CA流与在服务器模块I内的中心部分处设置气障壁7的情形下的冷却空气CA流进行比较的比较示图。当服务器模块I内没有气障壁7时，由风扇产生的冷却空气CA主要在安装有低高度发热组件3(CPU3A和3B)的主板6上流动，因为集中有电子组件4的部分具有通道阻力。
[0074]通道阻力因主板6上的组件之间的窄间距而产生，所述窄间距由高密度安装和在这种区域处安装的组件的高度较高而引起。即，电子组件4是DIMM、电源模块和由子板上的电路形成的其他组件，所述子板竖直地安装在主板6上，从而高度较高。因此，冷却空气CA的通道最终被DIMM、电源模块等阻挡，从而产生通道阻力。与此相反，CPU3A和3B直接安装在主板6上，从而与DIMM、电源模块等相比高度较低。DIMM距离主板6的高度为例如33mm。此外，泄漏盘8距离主板6的高度为例如26.5_。防止泄漏的泄漏盘8的高度的下限值为大约一半或13mm，而防止与壳体的天花板接触的泄漏盘8的高度的上限值为35mm。如果在该高度范围内不存在泄漏，则可以预期DMM和电源的更高的冷却效率。
[0075]即使安装有低高度发热组件3的主板6设置有由虚线所示的上述这种液体冷却系统10，则冷却空气CA流向液体冷却系统的周围，从而冷却空气CA对电子组件4的冷却能力失效。即，在虚线的区域内，仅安装有需要强冷却且由液体冷却覆盖的组件和需要弱冷却且具有不需要空气冷却的范围内的低发热特性(包括不发热)的组件。尽管事实上不需要供应冷却空气，但冷却空气仍流入该区域。因此，减小了供应至相对来说需要供应冷却空气的电子组件4的冷却空气，从而电子组件4的冷却性能下降。
[0076]因此，为了防止冷却空气CA流向发热组件3的周围，在安装于发热组件3的上方的液体冷却系统10的周围的区域通过气障壁7来覆盖。因此，防止冷却空气CA流向需要强冷却的组件3。结果，能够防止冷却空气流入至不需要供应冷却空气的区域，并且所有的冷却空气可以被供应至需要冷却空气且要求弱冷却的部件4，从而提高了冷却空气CA对电子组件4的冷却能力。
[0077]此外，如图1lB所示，如果在围绕安装在主板6上的发热组件3和液体冷却系统10而设置的气障壁7的上方形成天花板部70，并且由此覆盖作为整体的发热组件3和液体冷却系统10，则冷却空气CA对电子组件4的冷却能力大大提高。此外，当如图1lC所示围绕发热组件3和液体冷却系统10设置气障壁7时，如果在气障壁7的上游侧处设置弯曲部，或者如图1lD所示如果在气障壁7的上游侧处设置锥形部，则冷却空气CA更容易流向电子组件侧。
[0078]在这点上，在至此已经说明的液体冷却系统10中，用于执行冷却的冷却剂为液体(如，水)，从而冷却剂可能从冷却剂管线13或冷却剂管线13与热接收部件12、泵14或箱体15的连接部泄漏。此外，如果冷却剂从液体冷却系统10泄漏，则泄漏的冷却剂易于溢流至主板6，从而电子组件4易被淹没并且电路易短路。因此，考虑在液体冷却系统10的热接收部件、泵14和箱体15的下方放置防止所泄漏的冷却剂泄漏至其他位置的泄漏盘。
[0079]图12是示出将泄漏盘插入在图3A所示的主板6和安装在主板6上的液体冷却系统10之间的状态的组装立体图，而图13A是示出在主板6上安装泄漏盘8和液体冷却系统10的状态的立体图。假定，在主板6上安装有CPU 3A和3B、用于附接子板的插槽4B和供CPU使用的电源电路30A和30B。此外，如上所述，液体冷却系统10包括散热器11、热接收部件12、冷却剂管线13、泵14、箱体15和管汇16。
[0080]泄漏盘8设置有基板80、CPU接触用孔8A和8B、电源电路接触用孔8HA和8HB和从基板80的外围伸出的气障壁7。CPU接触用孔8A和8B是供主板6上的CPU 3A和3B插入的孔，而电源电路接触用孔8HA和8HB是供CPU用电源电路30A和30B插入的孔。此外，CPU接触用孔8A和8B之间的基板80设置有套筒8S。稍后将描述套筒8S。
[0081]气障壁7通过从泄漏盘8的基板80的外缘部，向上延伸并弯曲来形成。这是因为泄漏盘8的基板80的外缘部需要用于将来自液体冷却系统10的泄漏保持在泄漏盘8内的弯曲部，因此该弯曲部向上延伸以增加壁高度，并且还用作气障壁7。如图13A所示，如果将泄漏盘8附接在主板6上并且将液体冷却系统10附接在泄漏盘8上，则气障壁7在泵14和箱体15周围伸出，因此冷却空气不再进入设置有泵14和箱体15的区域。
[0082]图13B是图13A中所示的液体冷却系统10沿垂直于冷却空气流的方向的剖视图。热接收部件紧固部17是顶部缠绕有弹簧17B的螺杆组件。它们从金属板40侧经过金属板40、CPU用金属板60、泄漏盘8和主板6而插入，并且旋入到附接至主板6的后侧的紧固板18内。弹簧17B插入在热接收部件紧固部17的头部17H与金属板40之间，并且将金属板40偏压至主板6侧。从该图可以理解，气障壁7在其内部保持从冷水管13C和热水管13H至冷板的冷却剂通道92的范围中的所有组件，并且冷却空气不会进入液体冷却系统10内。
[0083]另一方面，图14A是图13A中所示的液体冷却系统10沿冷却空气流的方向的局部剖视图。图14A仅示出了 CPU 3A的一部分。省略了 CPU 3B侧的剖视图。也从该图将理解，热接收部件紧固部17通过外螺纹19与主板6的后侧处的紧固板18螺纹连接，并且弹簧17B将主板40从头部17H侧偏压至主板6侧。
[0084]此处，将利用图14A描述图10中所示的金属板40、CPU用金属板60和冷板90与图12中所示的主板6和泄漏盘8的接合状态。主板6安装有作为CPU用电源电路30A的第一组件30A1和第二组件30A2、以及CPU 3A。在主板6附接有泄漏盘8的状态下，CPU用电源电路30A进入泄漏盘8的电源接触用孔8HA，而CPU 3A进入泄漏盘8的CPU接触用孔8A。泄漏盘8的主板6侧上的基部80的表面处，CPU接触用孔8A和8B可以由填料环绕。填料附接在CPU 3A和3B周围，从而增强水封效果。
[0085]图10中所示的冷板90包括CPU用冷板93和CPU电源用冷板95。CPU用冷板93具有两个通道。一个通道的端部连接至冷水入口 91，而另一端连接至U形转弯通道94。另一个通道一端连接至U形转弯通道94，而且另一端连接至冷却剂通道92。冷却剂通道92的内部划分成两个通道。具有冷水入口 91的冷却剂通道92和供已经过U形转弯通道94的冷却剂返回的通道92没有连通。因此，已经过U形转弯通道94并且返回至冷却剂通道92的全部冷却剂量，流入CPU电源用冷板95并且流入冷却剂管线13的热水管13H。冷却剂流通过图10中箭头标记来示出。
[0086]如果液体冷却系统10附接在泄漏盘8上，冷板90中形成有热接收部件12的CPU用冷板93位于CPU 3A的正上方，而CPU电源用冷板95位于CPU用电源电路30A的正上方。此时，CPU 3A通过热传导片31放置在CPU用冷板93上方，而CPU用电源电路30A的第一组件30A1的高度较低，从而不会覆盖在CPU电源用冷板95上方。因此，在CPU用电源电路30A的第一组件30A1上设置有通过热传导片31与CPU电源用冷板95接触的金属杆32。
[0087]CPU金属片60在基板61的四个角部处设置有安装孔62。通过安装孔62插入的热接收部件紧固部17用于将基板61覆盖在CPU用冷板93上。
[0088]金属板40设置有CPU用金属板部43。CPU用金属板部43设置有与形成在基板61的四个角部处的安装孔62重叠的孔46。金属板40的一端部具有台阶部41。台阶部41具有弹性。此外，在台阶部41之后的CPU电源用金属板部42远低于CPU用金属板部43，并且形成为在安装时靠近主板6。在金属板40通过热接收部件紧固部17附接的状态下，CPU用金属板部43覆盖在CPU金属板60的基板61上，并且CPU电源用金属板部42覆盖在CPU电源用冷板95上。此外，在金属板40的CPU用金属板部43覆盖在CPU金属板60的基板61上的状态下，CPU电源用金属板部42的下表面距离主板6的高度小于CPU电源用冷板95的上表面距离主板6的高度。为此，在主板40通过热接收部件紧固部17来附接并且CPU电源用金属板42覆盖在CPU电源用冷板95上的状态下，台阶部41的弹性通过CPU电源用金属板部42来使CPU电源用冷板95被偏压。
[0089]由于上述配置，由CPU3A和3B以及CPU用电源组件30A中布置在主板6的第一区域Al中的组件所产生的热通过CPU用冷板93和CPU电源用冷板95来吸收。
[0090]注意，如果使防止液体冷却系统10的泄漏的泄漏盘8的底板形成为如图14B和14C所示的双层结构，则从液体冷却系统10泄漏的冷却剂难于逸出。图14B示出了在双层底部84处设置有排出沟83的实施例。图14C示出了设置有两个倾斜底板85、86的配置实施例。此外，可能不能够使泄漏盘8形成为双层底部，但如图14D中所示的另一个实施例，在泄漏盘8的底板处插入吸水片87以使从液体冷却系统10泄漏的冷却剂难于逸出。
[0091]图15A是示出布置在液体冷却系统10的箱体15的两侧处的六个泵14的安装状态的局部放大立体图。如上所述，箱体15具有连接至其的六个泵14。从冷却剂管线13的冷水管13C向箱体15供应冷却剂。在泵14与箱体15之间连接有抽吸管14S和排出管14D。箱体15内的冷却剂由泵14吸出，加压并且返回至箱体15。由泵14加压的冷却剂从箱体15的与馈送侧相反侧处的端部流出，经过冷水管13C，并且被供应至热接收部件12。已经描述了热接收部件12的结构，相同的组成部件分配有相同的附图标记进而不再赘述。吸热冷却剂从热接收部件12的CPU电源用冷板95返回至热水管13H。
[0092]图15B是从图15A所示的结构中移除了六个泵14以便于说明泵支撑机构50的结构的局部立体图。箱体15在设置于冷却剂管线13侧的安装凸台15A处，通过螺杆53紧固至泵支撑机构的基板52。此外，基板52具有存在于托架55的两端部处的安装件54，所述托架55设置有通过螺杆53固定至其的三个泵放置件51。为了相对于箱体15倾斜地放置泵14，泵放置件51形成为V形槽。在箱体15的侧表面处，设置有用于将冷却剂排出至泵14的排出口 15T和用于使冷却剂从泵流入的抽吸口 15K。托架50例如包括SUS(不锈钢薄板)。此外，泵放置件51设置有在托架55与泵14之间的缓冲板。这些缓冲板使得因热接收部件12和箱体15的变形或制造时的尺寸公差而造成的任何偏离能够被吸收。
[0093]图16是示出安装有本申请的空气冷却系统和液体冷却系统10的服务器模块I的第二实施例的平面图。第二实施例的服务器模块I与上述实施例的不同之处在于:在服务器模块I的后表面侧处，设置有连接单元(下文称为“XB单元”)71，该连接单元71将沿垂直方向堆叠的服务器模块I处的主板6相连。XB单元71设置在第一区域Al的设置有液体冷却系统10 —侧的第二区域A2处并且在冷却空气流的下游侧。液体冷却系统10在第一区域Al处的配置和布置在第一区域Al的两侧的第二区域A2处的配置与已述实施例类似，从而相同的组成部件将分配有相同的附图标记并且将省略对它们的说明。
[0094]类似服务器模块I的第二实施例，当服务器模块I设置有XB单元71时，则如图17所示，在XB单元71内具有在运行时产生大量热的XB芯片73。此外，该XB芯片73为需要通过冷却空气冷却的弱冷却组件。为此，在服务器模块I的第二实施例中，第一区域Al和两个第二区域A2向相对于服务器模块I的壳体的一侧移位。冷却空气CA经由通过向XB单元71移位而敞开的部分来发送。
[0095]图18是示出本申请的服务器模块I的第三实施例的组装立体图，其提供了第二实施例的服务器模块1，该服务器模块I在图16、图17中描述为具有液体冷却系统10并且附接有两个主板6。此处，设置有第一区域Al和第二区域A2 (在这些区域上安装有已述的发热组件或电子组件)并且设置有液体冷却系统10的主板6将被称为“系统单元”。在这种情形下，在第三实施例的服务器模块I中，第一系统单元Ul首先附接在壳体上，接着第二系统单元U2附接成覆盖在第一系统单元Ul的顶侧上。电子组件在第一系统单元Ul的主板6处的位置和电子组件在第二系统单元U2的主板6处的位置完全相同。
[0096]在该情形下，第二系统单元U2的主板6的下表面具有图19中所示的附接至其的连接器70。当第二系统单元U2附接成覆盖第一系统单元Ul的顶侧时，连接器70用于将第二系统单元U2处的电路连接至第一系统单元Ul处的电路。如果第一系统单元Ul和第二系统单元U2通过连接器70电连接，则位于一个主板6处的CPU 3A、3B可以使用在另一个主板6处的DMM 4的数据。
[0097]设置在第二系统单元U2的下表面处的连接器70的位置与附接至第一系统单元Ul的主板6的泄漏盘9处的套筒8S的位置相同。在该情形下，在泄漏盘8的套筒8S内，第一系统单元Ul的主板6安装有与设置在第二系统单元U2的主板6的下表面处的连接器70匹配的连接器(配对连接器)。因此，如果第二系统单元U2附接成覆盖在第一系统单元Ul的顶侧上，则位于第二系统单元U2处的连接器70插入第一系统单元Ul处的套筒8S并且连接至配对连接器。
[0098]图20是服务器模块I的主要部分的立体图，其示出了图18所示的第一系统单元Ul和第二系统单元U2堆叠在一起的状态。省略了对风扇的说明。从图可知，即使在第二系统单元U2附接成覆盖在第一系统单元Ul上的状态下，仍确保冷却空气至XB单元71的路径。注意，如图18所示，风扇5的尺寸为使足够的冷却空气能够被送至在两个水平面上堆叠的散热器11的尺寸。
[0099]这样，根据本申请，可以提供以下液体冷却系统:其能够驱散所产生的大量热，其能够以高密度安装在预定器件处同时节省空间，此外其能够完全确保除用于冷却的那些组件以外的组件的可安装区域。此外，可以提供液体冷却系统并提供安装有所述液体冷却系统的电子装置，所述液体冷却系统具有用于传输冗余地配置且冗余地控制的冷却剂的泵，从而获得高可靠性并且不会妨碍除正被冷却的组件以外的其他组件的冷却。
[0100]本申请的液体冷却系统在散热器尺寸为高36mm,深59mm且宽350mm的情形下通过
0.9升/分的泵流速来实现对两个300W CPU的冷却。此外，冷却DIMM的冷却空气的路径中仅具有散热器，因此冷却空气有效地撞击DMM，由此使256W的DMM (32个8W的DMM)成为可能。此外，如果假设有泵异常的通知并且在出现该异常的短时间内安装了替换件，则消除了两个泵同时故障的可能性，并且可以消除在液体冷却系统中出现的系统事故的可能性。
[0101]尽管以上已经详细描述了本发明的一些示例性实施例，但本领域技术人员将容易理解，可以在未本质上脱离新颖教导和本发明的优点的情形下对示例性实施例进行很多变形。另外，所有的这种变形意在包含在本发明的范围内。
【权利要求】
1.一种电子装置，设置有: 风扇； 电路板，所述电路板位于所述风扇所产生的冷却空气的下游，并且具有平行于所述冷却空气的、用于电子组件的安装表面； 第一区域和第二区域，所述第一区域和第二区域由沿所述冷却空气的方向延伸的线来在所述安装表面上限定，并且安装有多个电子组件；以及 多个发热组件，所述多个发热组件安装在所述第一区域处并且通过液体冷却剂来冷却。
2.根据权利要求1所述的电子装置，其中所述第二区域布置在所述第一区域的两侧处。
3.根据权利要求1所述的电子装置，其中安装有多个中央处理单元，以作为所述发热组件，并且所述第二区域安装有多个存储器。
4.根据权利要求3所述的电子装置，其中所述存储器以矩阵的形式布置。
5.根据权利要求1所述的电子装置，其中高度与所述发热组件不同的第一发热组件和第二发热组件安装在所述第一区域中，以作为所述发热组件。
6.根据权利要求5所述的电子装置，所述电子装置具有: 散热器，所述散热器布置在所述风扇的下游侧，具有所述冷却剂的流入部和流出部，并且使用所述冷却空气来冷却所述冷却剂；` 冷却剂管线，所述冷却剂管线使所述冷却剂在所述流出部和所述流入部之间沿避开所述第二区域的路径行进； 热接收部件，所述热接收部件设置在所述冷却剂管线的中部并且在所述冷却剂和所述发热组件之间交换热；以及 泵，所述泵设置在所述冷却剂管线的中部并且使所述冷却剂移动。
7.根据权利要求6所述的电子装置，其中， 在分叉之后的所述冷却剂管线与所述热接收部件之间设置有暂时存储所述冷却剂的箱体，以及 在所述不同箱体处设置多个所述泵。
8.根据权利要求6所述的电子装置，其中所述散热器关于所述冷却空气布置在所述风扇的下游侧处，并且在所述发热组件的上游侧处。
9.根据权利要求1所述的电子装置，所述电子装置设置有泄漏盘，所述泄漏盘具有插入在所述板和所述冷却剂管线之间的间隙内的基板和从所述基板的周围沿所述电路板的垂直方向竖立并且围绕所述冷却剂管线和所述箱体的壁。
10.根据权利要求9所述的电子装置，其中所述泄漏盘设置有多个开口并且经过所述开口的内部来插装所述发热组件。
11.根据权利要求7所述的电子装置，其中所述泵在由泵安装配件保持的状态下附接至所述箱体的侧表面。
12.根据权利要求11所述的电子装置，其中所述泵附接有所述泵和泵安装配件之间的缓冲板。
13.根据权利要求6所述的电子装置，其中所述热接收部件均设置有用于所述第一区域处的第一发热组件的冷板和用于第二发热组件的冷板。
14.根据权利要求13所述的电子装置，其中所述热接收部件设置有金属板，并且所述金属板中的每一个设置有与用于所述第一发热组件的冷板接触的第一金属板部和与用于所述第二发热组件的冷板接触的第二金属板部。
15.根据权利要求1所述的电子装置，其中多个所述电路板沿与所述电路板的所述安装表面垂直的方向堆叠，并且彼此电连接。
16.根据权利要求16所述的电子装置，其中在所述电子装置的侧表面之一附近的后表面部设置有连接机构，所述连接机构与沿垂直方向堆叠在其上的另一个电子装置连接，并且其中所述第一区域和第二区域在所述电子装置的壳体内放置成向另一侧表面侧偏移，以确保在所述连接机构内使冷却空气流向需要冷却的组件的路径。
17.根据权利要求15所述的电子装置，其中将所述多个电路板彼此电连接的连接器布置在所述多个强制冷却组件之间的空间中。
18.—种冷却模块，所述冷却模块设置有: 散热器，所述散热器具有冷却剂的流入部和流出部并且使用冷却空气来冷却所述冷却剂； 冷水管，所述冷水管从所述流出部沿所述冷却空气的方向在直线上延伸； 多个热接收单元，所述多个热接收单元在与所述冷却空气的方向垂直的方向上与所述冷水管邻近，沿所述冷却空气的方向布置，彼此平行地与所述冷水管连接并且在所述发热组件和所述冷却剂之间交换热；以及 热水管，所述热水管连接至 所述热接收单元，沿所述冷却空气的方向延伸，并且使已经经过所述热接收单元的冷却剂行进至所述流入部。
19.根据权利要求18所述的冷却模块，其中在所述冷水管与所述多个热接收单元之间的所述冷却剂路径上，设置有存储所述冷却剂的多个箱体，所述箱体放置在所述热接收单元上。
20.根据权利要求19所述的冷却模块，其中所述多个箱体分别附接有使所述冷却剂移动的多个泵。
21.一种电子装置，包括: 风扇； 电路板，所述电路板位于所述风扇所产生的空气流的下游； 至少一个处理器，所述至少一个处理器安装在所述电路板上； 散热器，所述散热器位于所述风扇所产生的空气流的下游，所述散热器对液体冷却剂进行冷却； 管单元，所述管单元包括热接收部件和冷却剂管线，所述冷却剂在所述热接收部件中流动，所述热接收部件安装在所述处理器上，并且所述冷却剂管线使所述液体冷却剂在所述散热器和所述热接收部件之间循环；以及 安装有存储器组件的至少一个存储器板，所述存储器板安装在所述电路板上，并且所述存储器板和所述管单元沿与所述风扇吹出空气流的方向垂直的方向布置。
22.根据权利要求21所述的电子装置，其中多个所述存储器板沿与所述风扇吹出空气流的方向垂直的方向布置在所述处理器的两侧，并且存储在所述存储器组件中的数据能够由所述处理器访问。
23.根据权利要求22所述的电子装置，其中所述存储器板垂直地安装在所述电路板上，并且沿所述风扇吹出空气流的方向延伸。
24.根据权利要求21所述的电子装置，其中多个所述处理器沿所述风扇吹出空气流的方向布置。
25.根据权利要求21所述的电子装置，其中所述冷却剂管线具有沿所述风扇吹出空气流的方向延伸并且将所述冷却剂供应至所述热接收部件的第一管线，以及沿所述风扇吹出空气流的方向延伸并且将所述冷却剂供应至所述散热器的第二管线。
26.根据权利要求21所述的电子装置，其中多个风扇沿与所述风扇吹出空气流的方向垂直的方向布置，并且所述空气流的方向沿所述电路板的表面。
【文档编号】G06F1/20GK103677180SQ201310399769
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月5日 优先权日:2012年9月7日
【发明者】渡边雅之, 篠部贤二, 轮岛荣二, 铃木真纯, 青木亨匡 申请人:富士通株式会社