专利名称：模块化毛细抽吸循环冷却系统的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及计算机系统的冷却系统，具体地说涉及适用于高密度计算机服务器的毛细抽吸循环冷却系统和组件。
背景技术：
近来的市场需求已引导计算机产业开发出具有更高电路密度的计算机系统。例如，许多硬件供应商例如惠普、IBM、康柏和戴尔提供了高密度的机架安装型服务器(rack-mounted server)，其使得可以在单个标准化的机架内容纳大量服务器。这些机架安装型服务器的底座被构造成具有特定的外形参数(form factor)，所述参数针对于其中将安装服务器的的标准化机架而设计。在一种构造中，使用了称为“1U”外形参数的超薄外形参数。根据1U外形参数，每个服务器的底座高度仅有1.75英寸。在另一种称为“2U”外形参数的构造中，每个服务器的底座高度是3.5英寸。
计算机服务器中的组件正在以越来越高的频率运行，使用更小的管芯尺寸和更密集的压缩型电路。结果，这些组件(尤其是微处理器)产生了大量热量，必须从底座排除这些热量以使所述组件不会过热。在传统的计算机系统中，这是通过强制性空气对流来实现的，所述空气对流使用一个设置在底座内部或者连接到底座的一个或多个风扇，通过底座吸引空气经过所述组件，从而将热量传递离开电路组件。为了进一步促进热量排除处理，经常将散热片安装到各种高功率电路组件上，以提高自然或强制性的对流传热过程。例如，通常使用包括一列鳍片的散热片来冷却桌面系统、工作站和基座安装型服务器(pedestal-mounted server)中的微处理器，其中所述鳍片高约1-2英寸。散热片与它们安装在其上的组件相比提供了大得多的表面积。
1U和2U外形参数的低型(low profile)给热工程师制造了几个问题。由于内在的高度限制，散热片的使用通常限制为具有低型的那些散热片，这种散热片由于较小的表面积，与较高的散热片比起来效率较低。而且，为了通过强制性空气对流来提供足够的冷却，需要足够的气流；1U底座所具有的高度限制可能会严重地限制能够传递通过系统的空气量。
尽管在许多情况下散热片具有优势，但是它们产生了显著的气流限制，极大地减少了通过计算机底座的气流量。它们还占用了可以由其他系统组件使用的空间。另外，由于风扇片的面积大约与(当具有不同直径的风扇以相同速度旋转时)所产生的气流量成正比，因此，1U和2U外形参数中所使用的较小的风扇与在具有较大外形参数的系统中所具有的风扇相比吸引了较少的空气。结果，在多微处理器1U构造中使用散热片可能行不通。在其他情形下，必须将多处理器对齐以提供经过所有微处理器之上的足够的气流，这可能会限制电路设计。
为了解决前述问题，人们已经提出了包含很大的平面热导管的热冷却系统，用于将能量传递到1U底座中的另一个位置，在该位置处可以更容易地散发能量。热导管是这样的设备，其通过蒸发液体并使得其以蒸汽形式而从热源流走，从而提供了传热机制。然后在离热源一定距离处将热蒸汽冷凝成液体，随后将之返回，一般是通过吸液材料(wickingmaterial)。吸液材料从热源延伸到热导管的冷凝区域。由于大多数液体的蒸发潜热的巨大价值，可以传递大量的热而几乎没有热阻抗。
一种这样的热导管系统是修正的毛细抽吸循环(CPL)。需要远端冷却时经常使用CPL。CPL与标准热导管的区别在于吸液材料仅仅位于蒸发器部位；因此，由于吸液材料中减短的液体流路径，对液体流的阻抗要小得多。将吸液材料只设置在蒸发器部位还使得可实现灵活的传输线路，可以路由绕过系统内的任何组件。
参考下面的详细描述，结合附图，本发明的前述方面以及随之而来的许多优点将更易于被认识到并被理解，其中图1是示出了毛细抽吸循环(CPL)冷却系统的示意图；
图2A是根据本发明的第一示例性蒸发器实施例的分解等角视图；图2B是示出了设置在图2A所示的蒸发器的底部内的吸液结构的等角视图；图2C是图2A的实施例在装配后的等角视图；图3A是根据本发明的第二示例性蒸发器实施例的分解等角视图；图3B是图3A的实施例在装配后的等角视图；图4A是根据本发明的第一示例性细线冷凝器(slim-line condenser)的顶侧分解等角视图；图4B是图4A的冷凝器的下侧等角切面视图；图4C是图4A的冷凝器装配后的等角视图；图4D是图4A的冷凝器的平面视图，示出了工作液体穿过冷凝器时的流动路径；图5A是包括图4A的冷凝器的冷却设备的分解等角视图；图5B是图5A的冷却设备装配后的等角视图；图6A是根据本发明的第二示例性冷凝器的等角视图；图6B是图6A的冷凝器的等角分割视图；图7A是根据本发明的第三示例性冷凝器的前视图；图7B是图7A的冷凝器的平面视图；图8是1U底座计算机服务器的等角视图，其中实现了本发明的第一示例性CPL冷却系统实施例；图9是图8的CPL冷却系统的多个组件的前视图；图10是1U底座的等角视图，其中实现了本发明的第二示例性CPL冷却系统实施例；图11是1U底座计算机服务器的等角视图，其中实现了本发明的第三示例性CPL冷却系统实施例；并且图12是图11的CPL冷却系统的多个组件的前视图。
具体实施例方式
在下面的描述中，给出了大量的具体细节以提供对本发明的实施例的透彻理解。然而，本领域内的技术人员将会认识到没有这些具体细节中的一项或多项细节，或者利用其他方法组件等也可实施本发明。在其他情形下，未详细示出或描述一些公知结构或操作以免混淆本发明的各实施例的多个方面。
在整个说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该实施例而描述的特定特征、结构或特性至少包含在本发明的一个实施例中。因此，在整个说明书中不同地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”未必都指同一个实施例。而且，在一个或多个实施例中可以任何适当的方式结合多个具体的特征、结构或特性。
本发明涉及一种模块化毛细抽吸循环(CPL)热冷却系统，其将热量从计算机底座内设置的高功率电路组件(例如微处理器)传递到底座内部或外部的其他位置，在该位置，通过冷凝CPL的工作液体，可以比较容易地排除所述热量。CPL是一种热管理系统，其通过工作液体的相变，将工作液体从(多个)热获取设备(例如蒸发器)抽吸到(多个)热辐射设备(例如冷凝器)。毛细作用然后又促进了冷凝液体回流到蒸发器。
图1中示出了典型的CPL系统。该CPL系统包括蒸发器10和冷凝器12，二者通过蒸汽传输线路14和液体传输线路16而连接。蒸发器10包括设置在其某个部分中的吸液结构(wick structure)20，并耦合到热源22，例如微处理器。在所示出的实施例中，冷凝器12还用作两相蓄液池。
可选地，所述系统可包括一个或多个与冷凝器分离的蓄液池。在其他实施例中，CPL系统还可包括一个或多个液体从属冷却器和/或隔离体(未示出)。
CPL系统以如下方式操作。热源22产生的热量由蒸发器10的某部分所接收，使得保持在吸液结构20的顶部的新月形层24中的液体蒸发成蒸汽26。然后借助于温度引发的压力梯度，使得蒸汽26通过蒸汽传输线路14而传输到冷凝器12，所述压力梯度是由蒸发器10中的蒸汽的温度(高温度)和冷凝器12中的蒸汽的温度(较低的温度)之间的差引起的。冷凝器12由热排除装置28维持在较低的温度，这通常是通过传导、对流或辐射来实现的。若干延伸表面(鳍片)可以设置在冷凝器的表面上，以辅助热排除过程。相应地，进入较低温度的冷凝器12后，蒸汽26冷凝成冷凝液30，包括形成在冷凝器的顶部内表面和侧壁上的薄膜或液滴。液体32然后通过液体传输线路16而传回到蒸发器10以完成循环。
如其名称所暗示的那样，毛细抽吸循环使用毛细作用来使得循环中的液体被抽吸。这是通过使用吸液结构20来实现的。更具体地说，在吸液结构顶部的新月形液气边界处产生了压力差。这一压力差使得液体32被抽吸到吸液结构20中，同时液体在吸液结构的顶部蒸发成蒸汽26。
随着液体32蒸发成蒸汽26，热量被传递离开热源22，传递速度基于液体蒸发潜热以及液体通过循环的流动速度。在一个实施例中，所述液体是水，其具有2258-2432kJ/kg(970-1052Btu/lbm)的蒸发潜热。按照类似的方式，随着蒸汽在冷凝器12中重新冷凝成液体，按照液体蒸发潜热和液体通过循环的流动速度的函数排除热量。
根据本发明的一个方面，提供了模块化的CPL实施例，其中在CPL循环中可适当地使用多个组件，并且各种系统组件可由提供类似功能的其他系统组件所替代。例如本发明提供的模块化CPL冷却系统可包括各种类型的蒸发器、冷凝器、蓄液池和传输线路构造，并可构造成工作在单处理器和多处理器计算机系统中。
根据本发明第一示例性蒸发器实施例的蒸发器40示出在图2A-C中。蒸发器40包括一个两部分外壳构造，其包括具有空腔44的底部42，为顶盖46所覆盖以形成密封空间。液体通过液体注入口48而进入蒸发器，同时蒸汽通过蒸汽排出口50离开蒸发器。蒸发器还包括吸液结构52，设置在空腔44的下部。在一个实施例中，吸液结构52包括大量熔结金属粉末，其提供了很高的毛细抽吸能力。在较低功率的应用中(即可使用相对较低的液体流动速度的应用中)，吸液结构52可包括线网。当使用熔结金属粉末时，空腔44的下部可用该粉末填充，然后加热，产生结合到底部42的熔结金属粉末层，如图2B所示。
优选地，用于蒸发器中的组件以及CPL系统中其他组件的材料应该选择为与系统中所使用的工作液体相容的材料。在一个实施例中，工作液体包括水。相应地，蒸发器的组件和其他系统组件应该由不会因为水的存在而氧化或变质的材料制成。例如，在一个实施例中，底部42和顶盖46中的每一个都由铜制成，而吸液结构52包括熔结铜粉。
另一个考虑是在此讨论的各实施例可能工作在亚大气压(即真空)条件下。通过工作在较小的压力下，降低了液体的饱和温度(液体从液相转变为气相的温度)。这使得所述(多个)组件的表面被冷却到在较低的温度下工作。例如，如果使用了大气压下的水，则正在被冷却的组件例如微处理器的表面温度将不得不高于水的沸点100℃(212°F)以上。然而，将系统压力降低到0.3bar(4.35psi)会导致69.10℃(156.38°F)的饱和温度。因此，将要冷却的组件的工作温度将根据工作压力而下降。为了提供亚大气压循环，必须密封循环中的各种工作空间。因此，顶盖46需要固定到底部42的边缘部分以形成密封件。如图2A-C所示，可以使用多个紧固件54将顶盖46固定到底部42。在一个实施例中，可以使用垫圈(未示出)来确保密封件的形成。在另一个实施例中，顶盖和底部可以使用密封铜焊或焊接来固定。
设计亚大气压CPL系统时，在密封考虑之外，还需要考虑结构因素。例如，底部42和顶盖46中的一个或二者可包括多个柱子56，用于确保当密封空间内的压力减小时该空间不会坍塌。柱子56还通过从热源导热来辅助工作液体的蒸发。
第二示例性蒸发器60实施例示出在图3A-B中。蒸发器60包括其中设置了空腔64的底部62、吸液结构66、顶盖68、液体注入口70和蒸汽排出口72。如图所示，顶盖68包括多个凹痕，以巩固顶盖并防止它在向蒸发器60应用真空状态时坍塌。与前面一样，可使用多个紧固件(未示出)或者密封铜焊或焊接来将顶盖68固定到底部62，以形成密封空间。
一般地，实施例40和60中的每一个都以和上面参考图1所讨论的蒸发器10相似的方式工作。实施例40的组件一般使用机加工工艺、冲压工艺和/或铸造工艺来形成。实施例60的组件可以使用冲压工艺而从适当的金属片形成。理想地，应该使用具有良好的热传导性和液体相容性的材料，例如铜合金。
第一示例性冷凝器实施例80的细节示出在图4A-5D中。冷凝器80包括开沟的底部元件82，装配时盖板84设置于其上。盖板84包括蒸汽注入口86、一对液体排出口88L和88R以及装料口90。如图4B所示，在一个实施例中，盖板84包括多个柱子92，用于巩固盖板并防止当冷凝器80使用于亚大气压CPL系统中时盖板发生坍塌。所述柱子还通过有效地将热量传导到冷凝器之外，用作为形成冷凝液的成核(nucleation)位置，并且为流过它们的蒸汽提供了有效的雾沫分离器(entrainment trap)。盖板84还包括孔洞94和多个紧固件间隔孔96。
如图4A和4D所示，开沟的底部元件82包括多个侧壁，构造成引导冷凝在冷凝器80的中央冷凝区域中的液体通过液体排出口88L和88R流出。这些侧壁包括外部侧壁98、左内侧壁100L、右内侧壁100R、左毛细侧壁102L、右毛细侧壁102R、流体转向侧壁104以及通孔侧壁106。外部侧壁和左右毛细侧壁102L及102R分别形成很细的毛细沟道108L和108R。开沟底部元件82还包括通孔110和多个凸起112，其构造成孔模式，与盖板84中的各个紧固件孔96对齐；每个凸起都包括间隔孔113，在装配冷凝器时紧固件杆部通过这些间隔孔113(未示出紧固件)。
如图4D所示，冷凝器80以下述方式操作。蒸汽26通过蒸汽注入口86进入冷凝器。然后蒸汽在盖板84的下侧以及冷凝器的各个侧壁上冷凝到中央冷凝区域中，形成了液体32。然后借助于液体排出口外侧的较低的压力(相对于冷凝器内部的压力)以及毛细沟道108L和108R产生的毛细作用，通过液体排出口88L和88R，将液体32抽吸到冷凝器之外。
注意，在一个实施例中，存在一对区域114L和114R，其中不会出现蒸汽或液体。这些区域用来将位于冷凝器中央的蒸汽/液体混合物与毛细沟道108L和108R中的液体热隔离开来。
装料口90用来将使用冷凝器80的CPL系统中的工作液体装填到冷凝器80中。可以看到，将通过将冷凝器竖立(即图4D所示的构造)并用工作液体填充冷凝器的下部来装填冷凝器。冷凝器对称的构造应该能确保两个毛细沟道都可以用工作液体适当地装填。工作液体将对称地流出液体排出口，进入到(多个)液体传输线路，并浸透CPL系统蒸发器中的(多个)吸液结构，从而提供了对CPL系统的适当的装填操作。
当用于CPL系统中时，冷凝器80的中央冷凝部分还用作为蓄液池。这使得可在CPL中保持稳定的温度和压力条件，并且还有助于适应功率波动。
为了获得改进的性能，冷凝器80可耦合到一个散热设备，例如散热片。优选地，经由散热片的热量排除可以通过使得空气在散热片上流过而得以改进。示例性热量排除设备120示出在图5A和5B中，其包含冷凝器80并提供了前述功能。热量排除设备120包括散热片122、马达124以及环形离心风扇转子组合件126，其中环形离心风扇转子组合件126包括多个放射状设置在该转子的中心周围的风扇叶片。在一个实施例中，散热片122包括连接到底盘130的一列针128。散热片通过多个紧固件(未示出)耦合到盖板84，其中紧固件的头部位于所述针列中所限定的间隔132内。利用穿过3个穿孔支座136的3个紧固件(未示出)，将马达124固定到散热片122。然后在马达轴138处将环形离心风扇转子组合件126固定到马达124。
热量排除设备120以下述方式工作。热量通过盖板84从冷凝器80传到散热片122的底部130。热量然后流到散热片中的针列。随着马达124转动离心风扇叶片组合件126，使得空气流过针列128从而使其冷却。被加热的空气然后从风扇叶片向外排出。如果希望的话，可以通过适当的导管将所排出的空气引导到所期望的排出口。
第二示例性冷凝器实施例140示出在图6A和6B中。冷凝器140包括主体142，主体142包括空腔144，蒸汽通过蒸汽注入口146进入空腔144，并且，液体32通过液体排出口148流出空腔144。在一个实施例中，包括多个鳍片151的散热片150被集成到主体142中。可选地，散热片可作为独立部件而附接到主体142。外框152设置在空腔144之上，以在将该外框装配到主体142后形成一个被包围的空间，外框152包容被集成的、包括多个鳍片155的散热片154。出于亚大气压实施例和成核改善中的结构性考虑，主体142还包括多个柱子156。
随着蒸汽26通过蒸汽注入口146进入空腔144，它在空腔的上部的壁上冷凝成薄膜或液滴；最后该薄膜或液滴落到空腔的下部并形成液体32，液体32通过液体排出口148流出空腔。散热片150和154的鳍片的很大的表面积有助于将冷凝器140保持在低工作温度上，从而提高了冷凝过程的效率。
第三示例性冷凝器实施例160示出在图7A和7B中。冷凝器160包括具有螺旋状构造的单圈管道162以及轴向设置在该管道周围的多个环行鳍片164。冷凝器160还包括蒸汽注入口166以及液体排出口168。工作时，蒸汽26进入蒸汽注入口166，并开始在管道162的内壁上冷凝。蒸汽冷凝时，它转换成液滴并最终沿着管道壁滚落，聚集在管道的较低的前部(即图7A中管道的右侧部分)。冷凝的工作液体然后通过液体排出口168流出冷凝器。
根据本发明的第一示例性CPL系统实施例180示出在图8和9中。如图8所示，CPL系统180可以实现在容纳于1U底座182中的计算机服务器内。计算机服务器包括各种计算机电路和印刷电路板(PCB)，包括耦合到模块化处理器板的一对处理器184A和184B。注意，计算机服务器的组件中的若干个组件例如磁盘驱动器PCB、电连接器、主板等已从图8所示的构造中去除，以更加清楚。CPL系统180包括一对蒸发器60A和60B，二者安装到各处理器184，以使得每个处理器的顶表面热耦合到该处理器所安装到的蒸发器的底部62。在可选的构造中，可以使用各种传热化合物来改进蒸发器底部和处理器之间的热耦合。
蒸发器的蒸汽排出口72通常通过一对活动的蒸汽传输线路部分187和188连接到T型连接件186。该T型连接件的公共端口连接到活动蒸汽传输线路190，其具有连接到冷凝器80的蒸汽注入口86的排出侧。冷凝器80是热量排除设备120的一部分，如上参考图5A和5B所述。冷凝器80的液体排出口88L和88R连接到各液体传输线路192和194的第一端。液体传输线路192的另一端连接到蒸发器60A的液体注入口70，而液体传输线路194的另一端连接到蒸发器60B的液体注入口70。
CPL系统180的前视图示出在图9中。重要的是需要认识到根据本发明的CPL系统的设计必须考虑该系统中所使用的组件的前端构造。一般地，机架安装型服务器例如1U和2U服务器被配置成水平叠放的多个服务器。如图9所示，冷凝器的位置使得它具有与蒸发器和传输线路相似的高度。这减少了系统压力损失，提高了系统效率。
第二CPL系统实施例200示出在图10中。1U服务器的右侧部分中的许多组件与上述参考图8所述的组件基本相同；相应地，这些组件共享图8和10中相同的标号。CPL系统200包括3个冷凝器140A、140B和140C，其具有和上面参考图6A和6B所讨论的冷凝器140相似的构造。与CPL系统180相同，蒸汽26通过蒸汽排出口72离开蒸发器60A和60B，通过蒸汽传输线路187和188流入T形连接件186。T形连接件186连接到活动蒸汽传输线路202的一端。该蒸汽传输线路的另一端连接到集合管204，其将蒸汽分成3个部分。集合管204的输出分支耦合到冷凝器140A、140B和140C的各蒸汽注入口146。一个具有类似构造的集合管(未示出)将所述冷凝器的液体排出口148连接到活动液体传输线路206的一端，而该液体传输线路的另一端连接到T形连接件208。T形连接件208的分支连接到各液体传输线路210和212的端头，同时所述液体传输线路的端头连接到蒸发器60A和60B的各液体注入口70。
CPL系统200还包括多个轴向风扇214。这些风扇用于将空气抽吸经过冷凝器的鳍片，从而冷却冷凝器并改进系统的热排除能力。一般地，轴向风扇214将位于底座的外部中。
第三示例性CPL系统实施例220示出在图11和12中。图11右侧部分的许多组件与上述CPL系统180中所使用的组件类似；这些组件共享图8和11中相同的标号。与CPL系统180相同，蒸汽26通过蒸汽排出口72流出蒸发器60A和60B，通过蒸汽传输线路187和188流入T形连接件186。T形连接件186连接到活动蒸汽传输线路222的一端。该蒸汽传输线路的另一端连接到冷凝器160的蒸汽注入口166。耦合到马达124的离心风扇126位于冷凝器160内，并用于使得空气流过鳍片164，以改进冷凝器在由马达转动时的冷凝功能。
冷凝器的液体排出口168通过液体传输线路228连接到蓄液池226的注入口224。该蓄液池的排出口229通过液体传输线路232连接到T形连接件230。T形连接件230的分支连接到各液体传输线路234和236的端头，同时所述液体传输线路的端头连接到蒸发器60A和60B的各液体注入口70。
与现有技术相比，本发明提供了若干优点。例如，现有技术中通常使用大散热片以冷却微处理器。这些散热片通常很笨重并且可能在强制性对流环境中产生振动。而且，在底座产生振动的环境例如其中安装了多个服务器的机架型构造中，所引发的与散热片的重量相联合的对底座的振动与震动可能会损坏处理器。通过使用活动传输线路，组件之间耦合的振动可以被大大减小。而且，由于CPL系统不使用大散热片，而只具有附接到处理器的蒸发器组件，因此可以减少前述振动问题。另外，CPL系统使得可以将热量转移到计算机系统底座中比较好地构造来用于排热的位置。结果，可以对更高密度的服务器构造进行充分冷却以用于高可靠性操作。本发明还避免了热导管系统的一些缺点。尤其是，由于CPL系统具有较少的吸液结构，因此减小了工作液体可感触到的压力损失，从而增大了热容量和最大热传输距离。
尽管以优选实施形式及对其的修改来描述了本发明，但是本领域内的技术人员将会理解到，可以在所附的权利要求的范围内对本发明做出许多其他的修改。因此，本发明的范围不应被上述描述所限制，而完全由对所附的权利要求的参考来确定。
权利要求
1.一种毛细抽吸循环冷却系统，包括第一蒸发器，其热耦合到第一半导体热源，该蒸发器包括空腔并具有液体注入口和蒸汽排出口，工作液体在该空腔中从液态蒸发成蒸汽态，所述液体注入口用于接收液态的该工作液体，并且所述工作液体以蒸汽态的形式从所述蒸汽排出口离开所述蒸发器；第一吸液结构，具有用于接收液态的所述工作液体的输入侧，并包括多个毛细沟道，用于通过毛细传输机制将所述工作液体抽吸到所述蒸发器中；第一冷凝器，用于将所述工作液体从蒸汽态冷凝成液态，并具有蒸汽注入口和液体排出口，所述蒸汽注入口用于接收蒸汽态的所述工作液体，并且所述工作液体以液态形式流出所述冷凝器；蒸汽传输线路，可操作地将所述蒸发器的所述蒸汽排出口耦合到所述冷凝器的所述蒸汽注入口；以及液体传输线路，可操作地将所述冷凝器的所述液体排出口耦合到所述蒸发器的所述液体注入口。
2.如权利要求1所述的毛细抽吸循环冷却系统，其中所述第一吸液结构设置在所述蒸发器的所述空腔内。
3.如权利要求1所述的毛细抽吸循环冷却系统，其中所述第一冷凝器还包括内部空腔，其中以液态形式保持了一定量的工作液体，从而用作除了冷凝器之外的蓄液池。
4.如权利要求1所述的毛细抽吸循环冷却系统，还包括蓄液池，其具有注入口和排出口，所述注入口通过所述液体传输线路的第一部分可操作地耦合到所述第一冷凝器的所述液体排出口，并且所述排出口通过所述液体传输线路的第二部分耦合到所述蒸发器的所述液体注入口。
5.如权利要求1所述的毛细抽吸循环冷却系统，其中所述第一吸液结构包括一定量的熔结材料。
6.如权利要求5所述的毛细抽吸循环冷却系统，其中所述熔结材料包括熔结铜。
7.如权利要求1所述的毛细抽吸循环冷却系统，其中所述第一吸液结构包括设置在所述蒸发器内的网状材料。
8.如权利要求1所述的毛细抽吸循环冷却系统，还包括第二蒸发器，其热耦合到第二半导体热源，所述第二蒸发器包括空腔并具有液体注入口和蒸汽排出口，工作液体在该空腔中从液态蒸发成蒸汽态，所述液体注入口用于接收一部分液态的所述工作液体，并且一部分所述工作液体以蒸汽态的形式从所述蒸汽排出口离开所述第二蒸发器；第二吸液结构，具有用于接收液态的所述工作液体的输入侧，并包括多个毛细沟道，用于通过毛细传输机制将所述工作液体抽吸到所述蒸发器中；蒸汽传输线路连接段，可操作地将所述第二蒸发器的所述蒸汽排出口耦合到所述蒸汽传输线路；以及液体传输线路连接段，可操作地将所述第二蒸发器的所述液体注入口耦合到所述液体传输线路。
9.如权利要求1所述的毛细抽吸循环冷却系统，还包括热耦合到所述冷凝器的散热片。
10.如权利要求9所述的毛细抽吸循环冷却系统，还包括相对于所述散热片而设置的风扇，以当所述风扇运行时将空气抽吸经过所述散热片。
11.如权利要求1所述的毛细抽吸循环冷却系统，其中所述工作液体包括水。
12.如权利要求1所述的毛细抽吸循环冷却系统，还包括第二冷凝器，用于将一部分所述工作液体从蒸汽态冷凝成液态，并具有蒸汽注入口和液体排出口，所述蒸汽注入口用于接收蒸汽态的所述工作液体，并且所述工作液体以液态形式流出所述第二冷凝器；蒸汽传输线路连接段，可操作地将所述第二冷凝器的所述蒸汽注入口耦合到所述蒸汽传输线路；以及液体传输线路连接段，可操作地将所述第二冷凝器的所述液体排出口耦合到所述液体传输线路。
13.如权利要求1所述的毛细抽吸循环冷却系统，其中所述液体传输线路和所述蒸汽传输线路中的每一个的至少一部分是活动的。
14.如权利要求1所述的毛细抽吸循环冷却系统，其中，所述冷却系统的组件被构造成工作在具有1U外形参数的计算机服务器中。
15.一种冷凝器，包括单圈管道，具有螺旋型构造，并包括注入口和排出口，所述注入口用于接收蒸汽态的工作液体，并且所述工作液体以液态形式从所述排出口离开所述冷凝器；以及多个鳍片，设置在所述单圈管道的中心线周围。
16.如权利要求15所述的冷凝器，还包括低型的离心风扇，设置在所述单圈管道内，并可操作地耦合到所述单圈管道，所述低型离心风扇包括耦合到风扇转子的马达，所述风扇转子包括多个风扇叶片，当所述风扇叶片由所述马达转动时，使得空气流过所述多个鳍片，从而辅助了从所述冷凝器排除热量。
18.一种薄型冷凝器，包括盖板；开沟底部元件，具有沿着其外围延伸的外壁，所述盖板固定到所述开沟底部元件以形成密封空腔，所述开沟底部元件还包括至少一个这样的内壁，该内壁的一部分设置成大致与所述外壁的一部分相邻，从而形成毛细沟道，所述至少一个内壁将所述密封空腔划分成冷凝区域和所述毛细沟道；蒸汽注入口，可操作地耦合到所述密封空腔，用于接收蒸汽态的工作液体；以及第一液体排出口，可操作地耦合到所述毛细沟道的排出端，所述工作液体从该第一液体排出口离开所述冷凝器。
19.如权利要求18所述的薄型冷凝器，还包括装料口，可操作地耦合到所述冷凝器，以使得可将所述工作液体装填到所述冷凝器。
18.如权利要求18所述的薄型冷凝器，还包括延伸穿过所述冷凝区域的孔洞。
19.如权利要求18所述的薄型冷凝器，其中所述至少一个内壁包括被构造成将所述毛细沟道与所述冷凝区域热隔离的部分。
20.如权利要求18所述的薄型冷凝器，其中所述至少一个内壁包括这样的部分，其被对称地构造，以形成设置在中央的冷凝区域，该区域连接到设置在所述冷凝区域的第一侧上的第一毛细沟道，并连接到设置在所述冷凝区域与所述第一侧相对的第二侧上的第二毛细沟道。
21.如权利要求20所述的薄型冷凝器，还包括第二液体排出口，其可操作地耦合到所述第二毛细沟道的排出端。
22.如权利要求18所述的薄型冷凝器，还包括多个柱子，设置在所述冷凝区域内，延伸在所述开沟底部元件和所述盖板之间。
23.如权利要求18所述的薄型冷凝器，还包括热耦合到所述盖板的散热片。
24.如权利要求23所述的薄型冷凝器，其中所述散热片包括底板，该底板具有从其处向上延伸的多个针。
25.如权利要求23所述的薄型冷凝器，还包括离心风扇，该风扇包括环形风扇转子，该转子具有沿着所述散热片的外围而设置的多个风扇叶片，以在旋转时将空气抽吸经过所述散热片。
26.一种蒸发器，包括底部，在其外围部分内具有一个空腔，并被构造成热耦合到半导体热源；顶盖，固定到所述底部的所述外围部分以形成密封空间，工作液体在该密封空间中蒸发；液体注入口，可操作地耦合到所述密封空间，以接收液态的所述工作液体；蒸汽排出口，可操作地耦合到所述密封空间，所述工作液体从该排出口以蒸汽态离开所述蒸发器；以及吸液结构，设置在所述空腔的一部分内，具有在其上形成了新月形的所述工作液体的顶表面，并具有底表面，通过毛细机制以及压力差，所述工作液体被抽吸进入所述底表面，其中所述压力差形成在所述新月形的所述工作液体的压力以及所述密封空间中的所蒸发的工作液体的压力之间。
27.如权利要求26所述的蒸发器，还包括多个结构性元件，延伸在所述底部和所述顶盖之间，以在所述蒸发器工作时防止所述密封空间坍塌，使得所述工作液体的蒸发发生在亚大气压条件下。
28.如权利要求26所述的蒸发器，其中所述吸液结构包括一定量的熔结材料。
29.如权利要求27所述的蒸发器，其中所述熔结材料包括熔结铜。
30.如权利要求27所述的蒸发器，其中所述底部和所述顶盖中的每一个都包括冲压金属组件。
全文摘要
模块化CPL冷却系统将热量从底座中的高功率电路组件(22)传递到底座内部或外部的其他位置，在该位置处可以更容易地排除热量。所述CPL冷却系统包括一个或多个蒸发器(10)，其通过活动的液体传输线路和蒸汽传输线路(16、14)连接到一个或多个冷凝器(12)。每个冷凝器(10)中都设置了吸液结构(20)。吸液结构(20)基于毛细机制和压力差，将液态的工作液体(例如水)抽吸到蒸发器(10)中，所述压力差跨越形成在吸液结构(20)的上表面上的液体/蒸汽界面处的新月形。在这一界面处，液体蒸发，并从热源(22)吸收能量。该能量由蒸汽传输到冷凝器(12)，在此处工作液体重新冷凝成液体，从而释放了能量。
文档编号H05K7/20GK1556911SQ02818561
公开日2004年12月22日 申请日期2002年8月29日 优先权日2001年9月20日
发明者贾森·切瑟, 巴雷特·法纳夫, 斯蒂夫·蒙哥马利, 法纳夫, 蒙哥马利, 贾森 切瑟 申请人:英特尔公司