液体冷却式电子模块和用于更换该模块的方法
【专利摘要】实施例包括一种液体冷却式电子设备，所述液体冷却式电子设备包括配置成在其中封闭电子模块的隔室。所述隔室包括设置在所述隔室的内部部分上的静止冷却板，所述静止冷却板包括配置成从所述静止冷却板移除热的液体冷却系统以及配置成连接到所述电子模块的多个电连接器。所述电子模块包括移动冷却板，其配置成当所述多个电连接器被连接到电子设备模块时与所述静止冷却板紧密配合。所述电子模块所产生的热通过所述移动冷却板和所述静止冷却板来移除。
【专利说明】
液体冷却式电子模块和用于更换该模块的方法
【背景技术】
[0001]本发明一般涉及包含液体冷却式电子模块的电子设备，以及用于快速移除和/或更换电子模块的方法。
[0002]电子设备的正常操作偶尔会因故障状况而中断。当这发生时，期望将修理电子设备并使它返回继续服务所需的时间减至最少。为此，电子设备通常构造有能够根据需要快速地移除和更换的一个或多个电子模块。
[0003]在一个示例中，例如电源之类的电子设备可使所有电子部件结合成单一模块，所述单一模块能够快速地移除和更换，而不干扰壳体、接入的电源连接、断路器、接出的电源连接或上述各项的组合。在另一示例中，电源可包括并联连接以便增加电源的输出电流的若干模块。如果一个模块发生故障，则它能够被快速和方便地更换，而不干扰其他模块或电源的其他部件中的任何部件。在又一示例中，电源可包括串联连接以便增加电源的输出电压的若干模块。如果一个模块发生故障，则它能够被快速和方便地更换，而不干扰其他模块或电源的其他部件中的任何部件。
[0004]—般而言，电子模块可以是空气冷却式或液体冷却式。在液体冷却式电子设备中， 电子模块包括一个或多个液压连接，其中，热提取流体在压力下流入和流出电子模块。能够通过在电子模块上设置用于电连接的插入式连接器来实现空气冷却式电子模块的快速更换。液体冷却式电子模块也能使用插入式连接器，但更换由于液压冷却连接而变得更困难。
[0005]因此，需要提供一种用于电子设备的液体冷却式电子模块，所述液体冷却式电子模块能够在不干扰液压冷却连接的情况下更换。
【发明内容】
[0006]根据一个实施例，一种液体冷却式电子设备包括隔室，其配置成在其中封闭电子模块。所述隔室包括设置在所述隔室的内部部分上的静止冷却板，所述静止冷却板包括配置成从所述静止冷却板移除热的液体冷却系统以及配置成连接到所述电子模块的多个电连接器。所述电子模块包括移动冷却板，其配置成当所述多个电连接器被连接到电子设备模块时与所述静止冷却板紧密配合。所述电子模块产生的热通过流动到移动冷却板中，然后到静止冷却板中，并且随后到冷却液体中而被移除。
[0007]根据另一实施例，一种更换设置在液体冷却式电子设备的隔室中的第一电子模块的方法包括移动第一电子模块，以使所述第一电子模块与多个电连接器断开电连接，并且还使所述第一电子模块的移动冷却板与固定到所述隔室的静止冷却板分离。所述方法还包括从所述隔室移除所述第一电子模块。所述方法还包括将第二电子模块插入所述隔室中， 并且移动第二电子设备模块，以使所述第二电子模块电连接到所述多个电连接器，并且还使第二电子设备的移动冷却板与所述静止冷却板紧密接触。
[0008]附加的特征和优点通过本发明的技术来实现。本发明的其他实施例和方面在本文中详细描述并且被认为是所要求保护的本发明的一部分。为了更好地理解本发明的优点和特征，参照描述和附图。
【附图说明】
[0009]在本说明书的结论部分处的权利要求中具体地指出了并且明确地要求保护被视为本发明的主题。通过下面的详细描述结合附图，本发明的前述和其他的特征和优点是显而易见的，在附图中:
图1图示了根据现有技术的具有单模块的电源的示意图。
[0010]图2图示了根据现有技术的具有多个串联连接的电子模块的电源的示意图。
[0011]图3图示了根据现有技术的具有多个并联连接的电子模块的电源的示意图。
[0012]图4图示了根据现有技术的配置有插入式电连接器的电子模块的顶视图、侧视图和后视图。
[0013]图5A图示了根据示例性实施例的液体冷却式电子模块的后视图。
[0014]图5B图不了根据不例性实施例的液体冷却式电子模块的侧视图。
[0015]图6A图示了根据示例性实施例的处于连接模式中的液体冷却式电子模块和冷却设备的侧视图。
[0016]图6B图示了根据示例性实施例的处于断开模式中的液体冷却式电子模块和冷却装置的侧视图。
[0017]图7A图示了根据示例性实施例的图6A的液体冷却式电子模块和冷却装置的剖视图。
[0018]图7B图示了根据示例性实施例的图6B的液体冷却式电子模块和冷却装置的剖视图。
[0019]图8是图示了根据示例性实施例的用于更换液体冷却式电子设备的电子模块的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0020]提供了一种能够在不干扰液压冷却连接的情况下更换的用于电子设备的液体冷却式电子模块。在不例性实施例中，用于电子模块的液体冷却机构被分成两个板，一个移动冷却板和一个静止冷却板。在示例性实施例中，静止冷却板被设置于在操作期间收容电子模块的壳体中，而非电子模块内。使所有的液压冷却连接都到静止板。在示例性实施例中，移动冷却板被设置在电子模块的外表面上，并且被定位成使得当电子模块处于完全连接位置时，移动冷却板与静止板进行热接触。通过使液体冷却式静止板与电子模块分尚，可以在不断开作为液体冷却系统的一部分的管道、软管等的情况下更换电子模块。在示例性实施例中，两个冷却板可具有增加接触表面积的槽和脊，并且可涂覆有导热油脂，以改进它们之间的热传递。冷却机构的静止板被配置成与冷却机构的置于电子模块上的移动板紧密匹配，以有效地移除在电子模块内产生的热。
[0021]图1图示了具有单模块1I的已知的电源100的示例。三相AC输入电源102被耦接到电源100的模块101。电源100可提供可变频率电压，并且可被耦接到负载103，例如三相AC电机。
[0022 ]图2图示了具有串联连接的电子模块212的已知的电源200的示例。电源200可提供可变频率电压，并且可被耦接到负载204，例如三相AC电机。电源200包括具有初级绕组208和多个次级绕组210的变压器206。电源200还包括多个相同的模块212，并且每个次级绕组210可供给相应的模块212。电子模块212中的每一个能够包括输入交流至直流整流器、平滑滤波器以及采用脉宽调制(PWM)的单相输出直流至交流转换器。电子模块212被配置成三组，其中，每组中的每个电子模块212的输出串联连接，以为给负载204的输出功率的一个相位产生电压。电源200包括十二个模块，其配置成三组，每组四个串联连接的模块。美国专利号5，625，545中描述了电源200和用于电子模块212的电路的示例，该专利在此通过引用结合于本文中。
[0023]图3图示了具有并联连接的电子模块312的已知的电源300的示例。电源300包括变压器306，其包括初级绕组308和多个次级绕组310。每个次级绕组310可供给相应的电子模块312。电源300具有并联耦接的多个相同的模块312。电子模块312能够包括输入交流至直流整流器、平滑滤波器以及采用脉宽调制(PWM)的输出直流至直流转换器。所有电子模块312的负输出端子被并联连接到负载304的负端子，所述负载304可以是电阻。所有电子模块312的正输出端子通过电感器314并联连接到负载304的正端子。美国专利号5，638，263中描述了电源300和用于电子模块312的电路的示例，该专利在此通过引用结合于本文中。
[0024]在图1、图2和图3的电源中，期望能够快速地移除和更换有缺陷的电子模块。图4示出了配置成用于快速更换的典型的现有技术的电子模块401的三个视图。电子模块401可具有位于后表面404上的多个电连接器402。电连接器402可包括输入和输出电源连接二者。电连接器402可以是插入式连接器，并且可以在没有手工工具的情况下是可连接的，并且例如可以是根据预期它们传导的电流量来设定尺寸的如图所示的金属刀形连接器。电连接器402可具有不需要手工工具来连接的其他连接器配置，例如，插针和插座配置和/或任何其他合适的插入式配置。电连接器402可以是凸型或凹型的连接器，并且可由任何合适的导电材料制成。在一些实施例中，用于控制信号的电连接器(未示出)也可位于后表面404上，并且也可以在没有手工工具的情况下是可连接的。
[0025]现在参照图5A和图5B，二者分别示出了根据本发明的示例性实施例的电子模块501的不例性实施例的后视图和侧视图。在不例性实施例中，模块520的后表面具有多个电连接器511，但也能使用其他表面。在示例性实施例中，电子模块501的底表面具有移动冷却板502，但电子模块501的其他表面也可包括移动冷却板。在不例性实施例中，电子模块501的底表面可包括一个或多个开口，使得需要冷却的各种产热部件508、509和510能够被直接安装在移动冷却板502的上表面上。产热部件508、509和510可以按照使得移动冷却板502的每个单位面积的热流量保持尽可能均匀的方式来分布。在示例性实施例中，导热元件可以被设置在移动冷却板502上或其内部，以帮助在整个移动冷却板502上扩散第一电子设备模块的电气部件所产生的热。例如，能够将热管添加到移动冷却板502，以帮助在整个移动冷却板502上散布产热部件508、509和510所产生的热。在另一示例中，导热元件可以被设置在移动冷却板502之上，以帮助在整个移动冷却板502上散布产热部件508、509和510所产生的热。
[0026]在示例性实施例中，移动冷却板502的底表面可具有配置成增加冷却板502与静止冷却板503接触的表面积的多个槽和脊。在一个实施例中，移动冷却板502的底表面还能涂覆有导热油脂，例如Wakefield Type 120，以进一步改进移动冷却板502和静止冷却板503之间的热传递。
[0027]在不例性实施例中，静止冷却板503被安装到将安置电子模块501的壳体(未不出)，并且定位成使得电子模块501的移动冷却板502能够接触它。静止冷却板503可包括具有多个槽和脊的表面，所述多个槽和脊与移动冷却板502上的脊和槽紧密匹配。在一个实施例中，两个板上的槽和脊沿从前到后的轴线彼此平行地延伸，这将有助于促进使用者从前部将电子模块501滑动到静止冷却板503上，直到后表面上的电连接器511接合它们在壳体(未示出)中的匹配对应部分。在示例性实施例中，所述脊和槽被示出为具有等距的空间分布，但是，本领域技术人员将理解的是，可使用多种配置。例如，可使用非均匀分布的脊、槽和内部冷却通道来补偿移动板502上散热的不均匀性。
[0028]在示例性实施例中，静止冷却板503具有多个内部通道，其从前到后延伸，以运载在压力下流动的液体冷却剂。供应歧管504可以被设置在静止冷却板503的一端处，以接收进入的冷却剂505的流，并且将冷却剂505分配到所述多个内部通道。返回歧管506可以被设置在静止冷却板503的相对端处，以收集从所述多个内部通道排出的冷却剂，并且将它输送到流出的冷却剂507的流。
[0029]由于静止冷却板503被永久地安装在电源的壳体中，因此运载进入的冷却剂505和流出的冷却剂507的管道或软管也能被永久地连接到静止冷却板503。在一个实施例中，整个冷却系统能够在地电位下操作，使得连接到静止冷却板503的管道和机械支撑件能够是金属的。在其他实施例中，静止冷却板503可被安装在绝缘的支撑件上，并且非导电的管道、软管和冷却剂能够被用于冷却系统的全体或一部分。
[0030]在示例性实施例中，移动冷却板502和静止冷却板503二者可由具有低热阻的材料制成，例如铜或铝。在示例性实施例中，可基于电子模块501的操作条件和环境来选择502和503的匹配表面的几何构型，例如总面积以及脊的数量、尺寸和位置，以提供期望的热传递量。
[0031]在一个实施例中，电子模块501小且轻质，并且它能够被手动抬离静止冷却板503，且更换模块能够被手动抬放到静止冷却板503上。但是，在其他实施例中，液体冷却式电子模块可能是大且重的。
[0032]现在参照图6A和图6B，二者分别示出了处于连接和断开状态的大且重的液体冷却式电子模块601的侧视图。电子模块601可配备有轮609，其在电源壳体中的水平表面608上滚动。在一些情况下，表面608能够是接地金属，但在其他情况下，它由绝缘材料制成。电子模块601从壳体的前方(图6A和图6B中的左边)放置在表面608上，并且滚动就位，直到电子模块601的后表面上的电源连接器604接合电源壳体中的竖直绝缘板607上的相对应的连接器605，如图所示。汇流条(bus bar)或电缆606运载电流往返连接器605。
[0033]在示例性实施例中，移动冷却板602被安装到电子模块601，使得它以小角度朝向前方(图6A和图6B中的左边)向下倾斜。静止冷却板603被安装到电源壳体的表面608，使得它也以相同的小角度朝向前方向下倾斜。冷却板602、603被定位成使得当电子模块601朝向竖直绝缘板607滚动时，冷却板602、603在连接器604和605变为完全接合之前几毫米进行接触。在示例性实施例中，在最后几毫米的行进期间，电子模块601向上骑到静止冷却板603上，使得电子模块601的大部分重量从轮609传递到冷却板602、603。将这两个冷却板602、603压在一起的重量改善了冷却板602、603之间的热传递。
[0034]现在参照图7A和图7B，二者分别示出了沿线A-A ’和B-B ’所取的图6A和图6B中所示的两个冷却板的剖视图。如图7A中所示，当电子模块处于连接位置时，冷却板702、703紧密接触。如图7B中所示，当电子模块处于断开位置时，冷却板702、703不直接接触。在示例性实施例中，冷却板702中的任一者或两者可涂覆有导热油脂，以改进它们之间的热传递。在示例性实施例中，静止冷却板703包括用于循环液体冷却系统的冷却流体的多个通道710。
[0035]现在参照图8，其示出了根据示例性实施例的用于更换液体冷却式电子设备的电子模块的方法800的流程图。所述电子设备包括封闭在专用隔室中的至少一个电子模块。在示例性实施例中，冷却系统包括设置在电子设备的每个隔室中的静止冷却板和固定到每个电子模块的移动冷却板。如框802处所不，方法800可包括移动第一电子模块，以使第一电子模块与电子设备的多个电连接器断开电连接。例如，可沿远离静止的电连接器并且朝向前壁和门的方向移动第一电子模块。该移动可使当电子模块从连接模式移至断开模式时，电子模块的电连接器与静止的电连接器断开电连接。此外，该移动将使电子模块的移动冷却板从设置在隔室中的静止冷却板脱尚。
[0036]继续参照图8，如框804处所示，方法800包括从隔室移除第一电子模块。如框806处所示，方法800包括将第二电子模块插入隔室中。如框808处所示，方法800包括移动第二电子设备模块，以使第二电子模块电连接到所述多个电连接器，并且使第二电子设备的移动冷却板与静止冷却板紧密接触。
[0037]尽管已主要参照电源和模块论述了本发明，但本领域技术人员将理解的是，本发明不限于这样的设备，并且可应用于具有可移除模块的任何电子设备。
[0038]本文使用的术语仅用于描述具体实施例的目的，而非意在限制本发明。如本文使用的，单数形式“一”、“一个”以及“一种”等意在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还应理解的是，用语“包括”和/或“包含”当在本说明书中使用时指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。
[0039]以下权利要求中的所有装置或步骤加功能元件的相对应的结构、材料、动作及等同物意在包括用于执行如明确要求保护的与其他要求保护的元件结合的功能的任何结构、材料或动作。本发明的描述被提出用于说明和描述的目的，但不意在是穷尽性的或限于所公开形式的本发明。在不脱离本发明的范围和精神的情况下，许多修改和变型对于本领域技术人员而言将是显而易见的。实施例被选择和描述成以便最佳地解释本发明的原理和实践应用，并且使得针对具有适于预期的特定用途的各种修改的各种实施例，其他本领域技术人员能够理解本发明。
[0040]虽然已描述了本发明的优选实施例，但本领域技术人员将理解的是，在现在和未来，可作出落入后续权利要求的范围内的各种改进和增强。这些权利要求应当被解释为维持对首次描述的本发明的适当保护。
【主权项】
1.一种液体冷却式电子设备，包括:隔室，其配置成在其中封闭电子模块，所述隔室包括:设置在所述隔室的内部部分上的静止冷却板，所述静止冷却板包括配置成从所述静止 冷却板移除热的液体冷却系统；以及多个电连接器，其配置成连接到所述电子模块；其中，所述电子模块包括:移动冷却板，其配置成当所述多个电连接器被连接到电子设备模块时与所述静止冷却 板紧密配合；以及其中，所述电子模块所产生的热通过所述移动冷却板和所述静止冷却板来移除。2.如权利要求1所述的液体冷却式电子设备，其特征在于，所述电子模块包括导热元 件，所述导热元件配置成在整个所述移动冷却板上扩散所述电子模块的电气部件所产生的 热。3.如权利要求1所述的液体冷却式电子设备，其特征在于，导热油脂被设置在所述电子 模块的移动冷却板和所述静止冷却板之间。4.如权利要求1所述的液体冷却式电子设备，其特征在于，所述静止冷却板包括具有等 距分布的多个脊和槽的系统。5.如权利要求4所述的液体冷却式电子设备，其特征在于，所述静止冷却板包括用于循 环所述液体冷却系统的冷却流体的多个通道。6.如权利要求1所述的液体冷却式电子设备，其特征在于，所述电子模块的移动冷却板 包括具有等距分布的多个脊和槽。7.如权利要求5所述的液体冷却式电子设备，其特征在于，所述多个通道中的每一个被 设置成当所述多个电连接器被连接到所述电子模块时与所述多个脊中的一个或多个相邻。8.如权利要求1所述的液体冷却式电子设备，其特征在于，所述移动冷却板和所述静止 冷却板的几何构型基于从所述电子设备模块的期望的热传递率。9.如权利要求1所述的液体冷却式电子设备，其特征在于，所述多个电连接器能够在没 有手工工具的情况下连接。10.如权利要求1所述的液体冷却式电子设备，还包括可移动引导件，所述可移动引导 件配置成引导所述电子设备模块与所述多个电连接器电接触或脱离电接触。11.如权利要求1所述的液体冷却式电子设备，其特征在于，所述静止冷却板包括具有 非等距分布的多个脊、槽和冷却通道。12.如权利要求10所述的液体冷却式电子设备，其特征在于，所述电子模块的移动冷却 板包括与静止板的几何构型相匹配的具有非等距分布的多个脊和槽。13.—种更换设置在液体冷却式电子设备的隔室中的电子设备模块的方法，包括:移动第一电子模块，以使所述第一电子模块与多个电连接器断开电连接，并且使所述第一电子模块的移动冷却板与固定到所述隔室的静止冷却板分离；从所述隔室移除所述第一电子模块；将第二电子模块插入所述隔室中；以及移动第二电子设备模块，以使所述第二电子模块电连接到所述多个电连接器，并且使 第二电子设备的移动冷却板与固定到所述隔室的所述静止冷却板紧密接触。14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述静止冷却板包括用于循环液体冷却系 统的冷却流体的多个通道。15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第一电子模块的移动冷却板被配置成 当所述多个电连接器被连接到第一电子设备模块时与所述静止冷却板紧密配合。16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第一电子模块包括导热元件，所述导 热元件配置成在整个所述移动冷却板上扩散所述第一电子模块的电气部件所产生的热。17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，导热油脂被设置在所述第一电子设备模块 的移动冷却板和所述静止冷却板之间。18.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述移动冷却板的表面包括多个脊。19.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第二电子模块的移动冷却板被配置成 当所述多个电连接器被连接到所述第二电子设备模块时与所述静止冷却板紧密配合。20.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第二电子模块包括导热元件，所述导 热元件配置成在整个所述移动冷却板上扩散所述第二电子设备模块的电气部件所产生的 热。21.如权利要求13所述的方法，其特征在于，导热油脂被设置在所述第二电子设备模块 的移动冷却板和所述静止冷却板之间。22.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第二电子设备模块的移动冷却板的表 面包括多个脊。23.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述移动冷却板和所述静止冷却板远离所 述电连接器以小角度向下倾斜，由此当安装所述第二电子模块时，所述第二电子模块的移 动冷却板在所述电连接器接合时向上滑动到所述静止冷却板上，从而使所述第二电子模块 的重量将所述移动冷却板压到所述静止冷却板上，以改善热传递。
【文档编号】H05K7/20GK105993210SQ201480051611
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2014年9月5日
【发明人】B.约内斯库, P.W.哈蒙德
【申请人】西门子公司