CN101443724B - 液体浸没式冷却系统 - Google Patents

Abstract

一种独立的便携式液体浸没式冷却系统，其适用冷却各种电子装置，包括冷却计算机系统里的发热零部件以及冷却其它使用电子发热零部件的系统。该电子装置包括具有内部空间的外壳、在该内部空间里的电绝缘冷却液体、设置于该内部空间里面并浸没于该电绝缘冷却液体中的电子发热零部件以及泵，该泵用于将冷却液体输入或输出该内部空间，并将冷却液体输到或输出固定在内部空间之外的热交换器。该热交换器包括冷却液入口、冷却液出口以及用于让冷却液由冷却液体入口经其流到冷却液体出口的流动通道。送风设备如风扇可用于使气体流过该热交换器，以提高热传导。

Description

液体浸没式冷却系统

本申请以固核电脑公司的名义提交了PCT国际申请，并且要求享有2006年5月16日提交的美国临时申请号为60/800,715，以及2007年4月18日提交的美国临时申请号为11/736,947的优先权，并通过引用把它们的全部内容结合到本申请中。

技术领域

本发明涉及一种液体浸没式冷却系统，尤其涉及一种适用于冷却包括计算机系统的电子装置的液体浸没式冷却系统。

背景技术

发热是计算机行业所面临的一个重大难题。因为零部件运行时的温度越高，它就越容易出现故障。高温尽管不会引起灾难性故障，但它会使数据处理出现错误。高温运行会引起功率波动，这就导致在中央处理器(CPU)或主板上进行处理数据的地方都将会出现错误。尽管人们在减少废热同时增大零部件处理能力上作出了很大的努力，但是市场上每一代新型中央处理器和图形处理器运行时产生的热量比过去的还要多。同样，随着产品的更新换代，提供电力的电源和进行信号处理的主板零部件所产生的热量也越来越多。

在冷却系统中采用液体来冷却计算机系统是众所周知的。一种公认的冷却计算机零部件的方法是使用闭式回路两相系统10，如图1所示。两相系统10用于被动冷却北面的桥接芯片12和南面的桥接芯片14。水蒸气通过管16流到冷却室18，变回成液体，然后液体通过管20返回到芯片12和14，进一步冷却它们。在另一个已知液体冷却系统里，内部泵输送液体经过中央处理器上的热板，然后把加热了的液体用泵输入鳍片式冷却塔，以便被动冷却液体并让它返回到热板。

对于大型固定式超级计算机，通常的做法是把超级计算机的有源处理部件浸没在惰性绝缘液体里进行冷却。该惰性绝缘液体一般流过有源处理部件，然后被泵送到外部热交换器里进行冷却，最后才返回到主腔室。

尽管前面提供了冷却计算机部件的尝试，但还需要进一步改善冷却系统。

发明内容

一种液体浸没式冷却系统，适用于冷却各种电子装置，包括冷却计算机系统里的发热零部件以及冷却其它使用电子发热零部件的系统。这里所述的电子装置的包括但不限于台式计算机以及其它形式的个人计算机，包括便携式计算机、落地式游戏机和手提式设备如平板型计算机和个人数字助理(PDAs)；服务器，包括刀片式服务器；磁盘阵列/存储系统；存储区域网；存储通信系统；工作站；路由器；电信基础设施/开关；有线光学/无线通信装置；单元处理机；打印机；电源；显示器；光学设备；仪器系统，包括手提式系统；军用电子设备等等。

该电子设备有一个独立的便携式液体浸没式冷却系统，可包括一个具有内部空间的壳体。绝缘冷却液包含在内部空间中，一个或多个发热电子部件设置于该内部空间内并浸没于绝缘冷却液中。有源发热电子部件直接与绝缘冷却液接触。或者，电子部件间接被冷却液冷却。另外还装有一个泵，用于将冷却液输入或输出该内部空间，并将冷却液输到或输出固定在壳体外的热交换器。其中热交换器包含有冷却液入口、冷却液出口以及用于让冷却液由冷却液入口流到冷却液出口的流动通道。该泵可以安装在壳体内，以便浸没在冷却液里，或者安装在内部空间外。

另一个实施例提供一种电子设备，其依靠冷却液的对流来进行冷却，因而不需要安装泵。在这个实施例中，发热电子部件设置于包含绝缘冷却液的内部空间内。对流能使冷却液流出内部空间并流到热交换器，然后再从热交换器返回到内部空间。

可以用送风设备，例如风扇，使风流过热交换器，以加强热交换器的热传递。此外，过滤器，例如高效微粒空气过滤器，可以安装在送风设备的附近，以便过滤空气。

如果电子设备是电脑，例如个人电脑，那么主板设于内部空间里面。主板包含多个发热电子部件。电脑的发热零部件可包含：一个或多个中央处理器(CPU)、一个或多个图形处理器(GPU)、一个或多个存储器模块(例如随机存取存储器RAM)、一个或多个电源、一个或多个机械储存装置(例如硬盘)、以及其它储存装置，包括固态存储器。所有这些部件都可以浸没在冷却液里。

附图说明

图1显示一种冷却系统，其用两相系统10来被动冷却北面和南面的桥接芯片。

图2是用在个人电脑上的独立的便携式液体浸没式冷却系统的一个实施例视图。

图3A和3B分别是液体浸没式冷却系统的透视图和端视图，显示了图2中的液体浸没式冷却系统的零部件。

图4是电脑外壳的透视图。

图5A、5B和5C分别是电脑外壳的盖子的透视图、俯视图和侧视图，显示了直通连接器。

图6是直通连接器的详细图例。

图7是计算机母板或主板的透视图。

图8A和8B分别是显示母板上的子插件板及其与盖子的连接结构的透视图和侧视图。

图9举例说明一个包含外壳、外壳体里的子插件板和主板以及盖子的子组件。

图10举例说明图9中的子组件，其中子组件的壳体内具有泵。

图11A和11B分别是包括设于外壳内的硬盘驱动器的子组件的透视图和端视图。

图12A和12B分别是包含多个热交换器的子组件的透视图和端视图。

图13A和13B分别是只包含单个热交换器子组件的透视图和端视图。

图14是与图12B相类似的端视图，显示了对流冷却的工作原理。

图15是包含液体浸没式冷却系统的原型计算机的图例，其中，可以看到视频板和泵安装在壳体里面，以及看到散热器安装在侧面。

图16是显示了外壳的前部和顶部的图15中的原型计算机的图例。

图17是个人电脑上的独立的便携式液体浸没式冷却系统的另一实施例的透视图。

图18是图17所示的电脑的侧视图。

图19是图17所示的电脑的顶视图。

图20是类似于图17的透视图，但带有可以从内部空间上升高部分的主板组件。

图21是从电脑上拆卸下的主板组件的端视图。

图22是主板组件的透视图。

图23是主板组件的侧视图。

图24举例说明在升高位置时的主板组件。

图25是主板组件和盖子移除后的计算机外壳的透视图。

图26是热交换器的侧视图。

图27举例说明用于形成热交换器的一对热交换板。

图28是热交换器和风扇的透视图。

图29举例说明供硬盘驱动器使用的通气管附件。

图30A、30B和30C举例说明通气管附件在硬盘驱动器上的使用情况。

图31A、31B和31C举例说明与盖子相连接的交流电流切断装置的详细结构。

具体实施方式

一种液体浸没式冷却系统，适用于冷却各种电子装置，包括冷却计算机系统里的发热零部件以及冷却其它使用电子发热零部件的系统。如果是计算机系统，液体浸没式冷却系统可以用于结构可伸缩的台式计算机，在台式计算机里可能配置有32到64或更多的芯片处理系统(8插座×8芯＝64处理器)。这些台式计算机系统的处理能力比得上或超过超级计算系统的处理能力，到现在为止，超级计算系统的占地面积还很大。

这里所述的电子仪器包括但不限于台式计算机以及其它个人计算机，包括便携式计算机、落地式游戏机和手提式设备如平板型计算机、可穿戴式计算机和个人数字助理；服务器，包括刀片式服务器；磁盘阵列/存储系统；存储区域网；存储通信系统；工作站；路由器；电信基础设施/开关；有线光学/无线通信装置；单元处理机；打印机；电源；显示器；光学设备；仪器系统，包括手提式系统；军用电子设备等等。将以用于台式计算机为例来描述及举例说明本方案。但需要指出的是，本方案也适用于其它电子仪器。

图2、3A和3B举例说明使用液体浸没式冷却系统22的台式计算机20的一个实施例。图示的所有有源部件都浸没在电绝缘液体槽里。本系统使电绝缘冷却液体直接与计算机系统的热的电子有源部件相接触。能用于这种类型液体浸没式冷却系统的电绝缘液体包括但不限于以下：

●类似于3M^TM公司的Novec^TM型的工程液体

●矿物油

●硅油

●天然酯油，包括豆油

●合成酯油

计算机零部件上着火时，大部分这些电绝缘液体能够扑灭它。通过把计算机零部件浸没在电绝缘防火液体里，能够降低由于计算机零部件出现故障而引起火灾的可能性。

初步的测试的电绝缘液体包括3M^TMNovec^TM。当然也可以使用其它电绝缘液体，例如矿物油和酯油。此外也可以使用其它具有较高沸点温度和热传导性能的电绝缘液体。如果这些电绝缘液体具有足以除去系统部件产生的热量的高热传导性能，那么它们不需要发生相变。

如图7、8A和8B所示，外壳1的盖2连接在计算机主板30的连接器侧，能让主板的输入/输出(IO)连接件、子插件板4的输入/输出口(IO)以及电源接入或接出系统。通过打开槽盖2并从外壳1中提起附属电子设备，可以把零部件，例如子插件板4、附加处理器6、电源卡5和存储器卡8添加到系统上。此外，硬盘驱动器11可以设于外壳1里，带有一条气管10连接到硬盘驱动器的通气孔，该气管10从硬盘驱动器导通到外壳1外面。

至少一个泵13把暖液从外壳1的顶部送到周围的热交换器3。如图3B和10所示，泵13可以浸没在液体里或装在外壳1的外面。如果使用两个装有速排软管附件的泵13，那么当其中一个泵出现故障时，它还可以进行热交换，同时另一个泵可以满足系统循环的要求。如果只使用一个装有速排软管附件的泵13，那么当它出现故障时，系统只需停机一会儿就可以把它更换掉。

热交换器3可以作为计算机外壳1的外表面支撑结构。外壳壁的大部分可以作为散热表面。不像当前的高级技术扩展(AdvancedTechnologyExtended，简称ATX)或平衡技术扩展(balancedTechnologyExtended，简称BTX)外壳那样通过风扇把空气从外壳的前部送到后部，本实施例揭露的系统是从外壳底部运送冷空气的，并且当吸入空气被加热上升时，由于空气的自然对流，可以运送更多空气。热交换器3的内壁可以是向上渐缩的形状，就像是锅炉上的冷却塔。这种渐缩的形状可以促进空气对流，从而不必使用送风设备(如风扇)也可以对系统进行冷却。

如图3A和3B所示，外壳1应足够大，以容纳所有需要进行冷却的有源计算机部件。应为液体回流管留有相应的空间，并在需要进行冷却的重要部件上方留有喷嘴。多个喷嘴可以合成一体，以便使回流液体流喷向特定的高温区域(例如CPU)。

如图5A-C、6和9所示，盖子2不仅为外壳1提供液封和气封，而且它也包含一个直通连接器7，该连接器7可以让外部零部件的输入/输出口、存储器输入/输出口以及电源接入或接出外壳1，通到或导出计算机主板30及其部件。盖子2有一个垫圈，可以密封外壳1。盖子2也配备一个填充口32，为外壳1填充冷却液。

如图7、8A和8B所示，除了它的输入/输出口和电源接头不同外，计算机主板30与当前的ATX或BTX标准板在功能上基本相同。该主板的顶部边缘镶有一系列导电焊垫，作为连接直通连接器7的接触点，其中直通连接器7是盖子2的一部分。可以使用多个主板或其它电路板来堆叠额外的处理器6或其它部件，以便获取更高的计算能力，或者让多个计算机放在同一个槽里。此冷却系统可以让多个计算机系统放在同一个槽里或分别放在不同的槽里进行冷却，这些冷却液槽可以互相连接起来形成一个服务器或工作站托架系统。

如图8A和8B所示，子插件板4连接到主板30上，这跟它们连接到当前的ATX或BTX规格板上一样。子插件板4可以包含视频卡以及其它要求输入输出口直通到外壳1外面的PCI或PCIE卡。这些子插件板4要配备有液封和气封垫圈，以便连接外面的输入输出连接件。

与ATX或BTX设计不同的是，电源5也可以是子插件板4，不用为主板配线提供电源。电源也可以直接集成在主板里。外部交流电线路穿过直通连接器，通过液封和气封垫圈进入装有的已注满液体的槽内。

如图9所示，直通连接器7集成在盖子2里，其集成方式是使得其形成一条为输入输出口以及电源连通的液封和气封电连接通道。它连接在外壳1内部的主板30上，并通向槽1外面的连接器开口36。

泵13(或多个泵)可以是如图10所示的安装在外壳1里面，浸没在液体里，或者安装在外面。该泵能使温热的冷却液在热交换器3里的槽1的外面和里面进行循环。此外，液体也可以通过硬盘驱动器的冷却板来进行循环。泵13可装设电线成使得计算机关机时它也能启动使液体循环。或者，泵13的电线装设成只在计算机开机时才能启动。计算机关机后，外壳1里面的液体还具有足够的热容量，可以除去浸没在液体里的零部件的剩余热量。这样可以确保零部件不出现计算机关机后的热损坏。同样，当流量传感器或泵监控器显示出冷却液已经停止或者流速低于规定的最小流速时，可以很好地对计算机进行有控制的关机，而不对浸没在液体里的零部件构成损坏。本实施例可以避免由于风扇出现故障而导致整个计算机突然失效，因为那样的计算机依靠空气冷却的。

如图10所示，泵13示例性设于外壳1的左下角。温热的冷却液从槽1顶部泵送到槽1外面，并进入热交换器3。泵13也可以连接到计算机的盖子2上。这样可以从槽1的较温热区域直接吸入液体，并且更容易维护和更换坏泵。

如图11A和11B所示，也可以把硬盘驱动器或其它内部存储系统浸没在液体里。对于当前要求配备有通气孔的底板式机械存储系统，气管10可以固定在通气孔上，以让外面空气连通到将槽1外部。对驱动器11的其余部分作相应的气封和液封处理。

处理器6通过标准的指定插座安装到主板30上。测试结果已经表明，处理器6上不必附加散热器或其它装置来进行冷却以恢复到标准的指定温度。但是，如果处理器6超频需要较低的运行温度或较高的传热水平，可以使用散热器，因为它们可以大大地增加处理器6暴露的热传导表面的面积。

如图12A和12B所示，热交换器3或热交换器表面可以作为计算机20的外壳。当温热的冷却液从外壳1内部泵送到热交换器3时，冷却液被冷却到环境温度。利用热交换器3来对冷却液进行冷却可以通过以下方法之一来实现：

●压缩机，其配备有典型的制冷系统

●珀尔帖效应冷却

●通过将尽可能大的热交换器导热表面暴露在较低温度的环境中的被动式空气冷却

如图12A、12B、13A和13B所示，正如在工业用锅炉上所看到的那样，热交换器3设计成向内及向上成倾角，能够产生冷却塔效应。这种渐缩能用于形成热传导，该热传导从外壳1底部附近获取更多冷却空气，并让空气自然向上流动，离开热交换器3的顶部。热交换器底部的冷却空气进气口(图未示)可以用过滤材料盖住，以防空气进来时带进灰尘和其它杂质。可以使用一个或多个风扇帮助空气向上流过冷却系统。

当冷却液被送回到外壳1时，可以通过管道或其它偏转/路线安排装置把冷却液送到喷射头组件，这些喷射头组件能使冷却液加速穿过最热的有源零部件。对冷却液进行加速可以使冷却液形成湍流，穿过热表面。冷却液形成湍流可以破坏自然层流，冷却液的自然层流的传热能力比较差，因为实际上只有最初与热表面相接触的少数冷却液分子能从热表面上带走的热量。

计算机20也可包含外部可移动存储驱动器，例如CD、DVD、软盘驱动器和闪存驱动器(图未示)。此外，外部输入输出口、电源按钮以及其它人机界面控制装置(图未示)连接到直通连接器7上，并安装在刚性电路板或软性电路板上。

图12B举例说明穿过多个热交换器3的一条可能的液体流动通道：

1.泵13把液体经过进口管40从外壳1的上方暖区域送出外壳1，然后液体从排放管42(参见图10)中排出；排放管42连接到热交换器3的进液口44。

2.液体流过热交换器3并被冷却，同时热交换器3也是计算机外壳的一面侧壁。

3.连接件46能让液体从外壳1一侧的热交换器3流到计算机外壳1另一侧的热交换器3。

4.冷却液流过外壳1另一侧的热交换器3。

5.冷却液从热交换器流过管道48，返回到底部附近的外壳1，在外壳1里冷却液被发热电子设备和零部件加热，然后上升回到外壳1顶部，由此又开始新的循环。

如图13A和13B所示，也可通过以下步骤将单个热交换器3用于冷却系统。

1.如同图12B所示的实施例一样，液体是从槽的上部暖区域用泵送出外壳1。

2.液体流过热交换器3并被它冷却，其中热交换器3位于计算机外壳1的一面侧壁上。

3.冷却液通过管道50流回到槽1的底部，冷却液在槽1的底部被加热，然后上升回到外壳1顶部，由此又开始新的循环。

如图14所示，通过主动或被动对流冷却可以对计算机系统进行冷却。传统的设计方法是强迫空气从外壳前部流到外壳后部，但本实施例中的空气是垂直流动的。如以下步骤所述，冷却系统22的构造就是对受热上升性能加以利用。

1.如箭头52所示，冷却空气从计算机下面开始上升。

2.热交换器3构造成可以让冷却空气在热交换器和外壳1外部之间向上流动。当热量从热交换器3里的冷却液中散发出来时，热交换器3周围的冷却空气受热并上升。

3.空气流过热交换器3并在系统的侧面和顶部排出。空气的上升有助于带更多的冷却空气进入系统，这跟锅炉用的冷却塔非常相似。

可通过使用一台或多台送风设备加强空气流动，例如采用一台或多台安装在冷却塔顶部或底部的风扇。但是在某些情况下，只能采用被动对流式空气流。

图15和16举例说明一台与液体浸没式冷却系统结合为一体的原型计算机80。由于外壳清晰，在外壳里可以看见视频板和泵，也可以看到热交换器安装在外壳的侧面。

图17至19举例说明采用另一实施例的液体浸没式冷却系统102的个人电脑100。电脑100包含外壳104，该外壳104有一个液封的内部空间106(图20)，内部空间106构造成为防漏的，以填充冷却液。在这里，外壳是指包括机架、机壳以及类似部件。在图示实施例中，外壳的侧壁107成为内部空间106的至少一侧面，并且侧壁107的部分109由半透明的材料制成，优选为透明的材料，因而可以看到内部空间106的里面。用于制造部分109的材料可以是能形成防漏容器的任意材料，如果想观察内部的计算机零部件，这些材料应是半透明或透明的。例如，一种适用的材料就是聚碳酸酯。

外壳104还包含紧邻液封内部空间106的非液封内部空间111，在内部空间106里，计算机100的零部件以及冷却系统102按照如下所述的方式设置。

参考图17和20，外壳104包含盖子108，该盖子盖住外壳104的顶部，但它是可以拆下来以便进入内部空间106和111。盖子108包含密封件113(如图21和22所示)，以便当盖子108盖住外壳时它能密封住外壳的内部空间106，防止液体泄漏。此外，盖子108上有一条手柄110，便于抓住盖子108把与盖子108连接的计算机零部件提出内部空间106。盖子108也包含直通连接器112(在图22中局部可视)，该直通连接器112与直通连接器7在功能上相似，它连接到主板114组件，并且能让直通接口，例如USB接口和视频卡接口等，通过盖子108连通内部空间106的里面和外面。

如图31A-C所示，为了安全起见，需要安装交流电切断装置115，以便当盖子108打开时能切断计算机的电源，防止电气部件继续运行。例如，通过桥接板400为交流电布置线路，可以实现装置115的安装，桥接板400包含在盖子108里或连接至盖子108。桥接板400连接到由主板302和支承构件300组成的主板组件114上。

桥接板400包含一个交流电源插座402，用于接收交流电。中性线404和地线406从电源插座402通向直通连接器112，而直通连接器112又通向内部空间106。此外，热线或带电线路408从电源插座402通向第二直通连接器112，而第二直通连接器112通向内部空间111，穿过桥接板400下面，然后返回到桥接板400顶部和返回部410。返回部410连接到直通连接器112上，把交流电送进内部空间106。

如图31C所示，外板412固定在内部空间111里。外板402的顶部包含一条U型连接器414，该连接器414的一端连接到热线408上，另一端当盖子108就位时连接到返回部位410。

通过拆除盖子108打开外壳时，热线408脱离外板412上的连接器414，断开电路并切断内部空间的交流电。通过桥接板400上的两条插脚为交流电布线，从而实现电流切断装置115的功能。此两条插脚将短路，把电流送回到外板412上。当外壳打开时，桥接板400脱离外板412上的连接器414。

盖子108也配备有开口116，通过它可以把液体添加到内部空间106里。开口116用可拆卸盖封住，当添加液体时把可拆卸盖拆开。盖子108也可以包含锁紧机构(图未示)，以便把盖子锁紧到位。

参考图20，外壳104包含有排泄阀118(如图所示)，它能被打开以便把液体从外壳中排泄出去。排泄阀118可以是任何一种类型的阀门，只要它能被打开和关闭，优选为手动操作的，并且能够把液体从外壳中排泄出去。图示的排泄阀118安装在位于外壳104的底部的内部空间的底部。然而，该阀门也可以安装在外壳的其它合适位置。外壳104的前部有一个触摸屏显示器，用户通过它可以在前面运行计算机，而不必接通监控器的电源。

主板组件114作为计算机100大多数内部零部件的支撑。主板组件114是可拆卸的，并且它设于内部空间106里面。当盖子108被举起时，可以从外壳里把主板组件114提出。参考图20至22，主板组件114包含支承构件300，在支承构件300上安装有主板302，它能支承浸没在液体里的零部件。

如图24所示，通过主板114顶端的边缘122，主板组件114被固定在盖子108上，其中边缘122与直通连接器112相连接。此外，固定在支承构件300上的一对调整片123被连接到盖子108上。

图23举例说明主板零部件的示例性布局。该布局构造成使得主板302上几乎或完全没有电线，并促进冷却液在内部空间106里流动。如图所示，主板302上安装了4个CPU和/或GPU124、视频/主板存储器卡126、存储器卡127、电源128以及控制器芯片130。这些部件相互对应布置成能留出许多垂直和水平液流通路，从而促进液体流动。例如，垂直液流通路包括CPU/GPU124之间的通路132A、控制器芯片130之间的通路132B、以及CPU/GPU124和存储器卡126和127之间的通路132C。水平液流通路包括CPU/GPU124之间的通路134A、CPU/GPU124和控制器芯片130之间的通路134B、以及CPU/GPU124和电源128之间的通路134C。可以把多组能够产生所需颜色和波长的光(例如紫外线光)的发光二极管(LED)136分散地安装在主板上。发光时，发光二极管136能够为内部空间106里的液体提供辉光。

为了促进散热，可以在主板302的某些或全部发热零部件上安装散热器。散热器的使用取决于特定零部件所产生的热量，以及是否特定的零部件需要的散热量多于与液体直接相接触所散发的热量。

如图20至图23所示，散热器140设于CPU/GPU124和控制器芯片130上。每个散热器140包括多个长鳍片，这些长鳍片由固定在零部件的底板144上延伸出。鳍片142和底板144把零部件的热量传递出来。此外，鳍片142之间形成液流通道，从而冷却液可以流过鳍片，让鳍片把热量传递给冷却液。

散热器150也附设在存储器卡126、127以及电源128上。散热器150与散热器140相类似，包括连接在底板154上的鳍片152，其中底板154固定在零部件上。但是鳍片152比较短，其轴向长度远小于鳍片142的轴向长度。鳍片152之间也形成了液流通道，从而冷却液可以流过鳍片，让鳍片把热量传递给冷却液。

如上所述，主板组件114是可拆卸的，并设置于内部空间106内。当盖子108被举起时，可以从内部空间里把主板组件114提出。参考图24，外壳104的内部空间106在内壁两端上具有一对通道160，该对通道160限定了该内部空间106。每条通道160从内壁顶部连续地延伸到底部。如图22和图24所示，主板组件的侧面边缘设有滑杆162，这些滑杆162的尺寸和结构构造成为能够在通道内滑动。通道160和滑杆162有助于引导主板组件114向上提升或把主板组件114放进内部空间。

参考图21至图24，可以使用一个或多个防滑装置170将主板组件114保持在提升的并处于内部空间106外的位置。图中举例说明了两个防滑装置170。然而，如果一个防滑装置170足以保持主板组件114在提升的位置，那么使用一个防滑装置170即可。通过使主板组件升起，可以很方便地对主板零部件进行维护和/或更换。另外，当把主板组件114向上提升时，液体也可以向下流进内部空间106。

防滑装置170可以有多种结构。图中实施例所示的防滑装置包括构成滑杆一部分的止动构件172。止动构件172的枢轴连接在主板组件上，以便它能在图21至23的位置和图24的位置之间转动。止动构件172由弹簧(图未示)偏转，将止动构件172以逆时针方向(当从图21视角看时)偏转，以便当主板组件被向上提起时，止动构件能自动地旋转到图24所示的位置，穿出通道160。

在如图24所示的位置上，由于止动构件172和形成通道160的结构之间的干涉作用，止动构件172被阻止沿逆时针方向进一步旋转，以防止主板组件掉回到内部空间106。释放防滑装置170的方法是进一步向上提起主板组件，此时止动构件可自动顺时针旋转到图21至23所示的位置。然后，主板组件向下放进外壳里。

参考图17和图20，液体浸没式冷却系统102包括安装在外壳104的内部空间111里的热交换器180、安装在内部空间106里的主板302上的泵210、以及内部空间106里的电绝缘冷却液体。内部空间应填充足够的电绝缘冷却液体，以便浸没需要浸没的零部件。例如，冷却液基本上填满内部空间106，以便浸没主板上的所有发热零部件。冷却系统102构造成能把受热的电绝缘液体从内部空间106内部送入热交换器180内进行冷却。然后，冷却液返回到内部空间106。

如图18所示，热交换器180安装在内部空间的外面，形成计算机100的外壁。热交换器180构造成能让液体流经其中以进行冷却。在图示的实施例中，热交换器180的尺寸刚好可以形成外壳104的一面侧壁。参考图26，热交换器180包括进口182(冷却液由此输入)、出口184(冷却液由此输出)、以及至少一条流动通道，该流动通道让冷却液从进口182流到出口184，穿过热交换器。

热交换器180可以具有不同的结构形状，只要它能在液体返回到内部空间106之前把液体冷却到可接受的温度。图26和图27显示了热交换器180的示例性结构。在这个实施例中，热交换器180由许多连接在一起且相同的板186组成。每片板186的各端包含孔188和190，这些孔在使用时能够形成接收电绝缘液体的空间。板186也包含多个第一孔192(由向某一方向凸起的部分限定)以及多个第二孔194(由向相反方向凸起的部分限定)。孔188和190也可以由向相同方向凸起的部分限定，该相同方向与凸起部分限定孔192的方向一样。此外，板186的中部196沿着限定孔188、190和192的凸起方向凸出，以便板186的另一侧面有凹陷198凹入周边200的下面。

如图27所示，为了形成热交换器180，翻转第一片板186A，然后把两块板186A和186B固定，例如在周边200焊接在一起。两个孔188对准顶部，而两个孔190对准底部。此外，界定孔194的凸起部分彼此之间相互啮合，在两块板186A和186B之间形成多个空气通路。凹陷198可以让液体从孔188上往下流，经过孔194的啮合凸起部分，然后往下流到孔190。

第三块板186与板186A和186B中的任一块板相连接，并相对于与其相连接的板翻转。界定孔188和190的凸起部分彼此之间相互啮合，就像界定孔192的凸起部分一样。如图26所示，这样可以在热交换器的外面形成一系列空气通路202。按照上述步骤，继续添加板186直到制成所要求的热交换器尺寸。对于位于热交换器180两端的两块板，应关闭孔192和194以便防止液体泄漏。此外，界定入口182的入口配件204与界定开口188的凸起部分相连接，而界定出口184的出口配件206与界定开口190的凸起部分相连接。在热交换器的另一端，开口188和190由适当的盖208封住。

使用热交换器180时，需要冷却的液体流进入口182，然后流进由孔188界定的热交换器顶部上的高压空间里。液体可以流过孔194的凸起部分，向下流进凹陷198，这样，液体把热量传给凸起部分。同时，空气可以流进孔194的排成一行的凸起部分，并吸收热量。空气也流进空气通道202以与凸起的中央部分196进行额外的热交换。冷却液集中在由排成一行的孔190界定的高压空间里，然后通过出口184用泵210把冷却液送回到内部空间106里。

参考图20、22和23，泵210安装在主板302上，并在使用时浸没在电绝缘液体里。泵210的尺寸制作成能把液体送到外面，穿过热交换器，然后再返回到内部空间。图中所示的泵210是一个离心泵，拥有进液口212和出口214。进液口212接收来自内部空间106里的液体，并通过泵把液体送到设在盖子108上的且与出液口218相连接的出口214。出液口218贯穿盖子108，并通过适当的输液管道与热交换器的进液口182相连接。热交换器的出液口184通过适当的输液管道与贯穿盖子的进液口222相连接，以便把液体送回到内部空间106。

对于热量较多的区域，可以采用直接冲击冷却的方法来提供局部冷却。如图20、22和23所示，喷杆组件230连接到进液口222，它包含一条沿着垂直通道132A延伸的中央通道231，以及沿着水平通道134A-C(位于内部空间106的底部)延伸的多个支路或出口232。支路232包含孔234(图20)，把冷却液直接通向零部件124、126、127、128和130。孔234位于支路232的顶部，向上输送液体。但是，这些孔也可以设在支路232的底部，把液体向下喷到零部件上。

可以安装一台送风设备，以提供流过热交换器的气流。可以使用多种不同的送风设备，例如风扇或电离装置。图中示例出使用风扇240来产生流经热交换器180的气流。风扇240可在图20、25和28看得清楚，其安装在计算机100的底部，其中计算机100位于热交换器180的底部。在图示的实施例中，风扇是一种鼠笼型风扇，其具有在热交换器的整个长度上延伸的排风口241，以便形成流经热交换器的气流。空气过滤器242位于风扇240进风口的前面，以便过滤空气。空气过滤器242可以是任何适当类型的空气过滤器，例如高效微粒空气(HEPA)过滤器。过滤器242可以安装使得其能滑动并通过拉紧手柄243从外壳104上把它拆卸下来。这样可以对过滤器242进行清洁或更换。空气是通过计算机侧面上的气孔244(图18)吸入过滤器和风扇的。

计算机100也可以包含其它装置，例如外壳104外面的驱动机构250。驱动机构250可以是DVD驱动器、软盘驱动器、CD驱动器、蓝光(Blu-ray)驱动器、硬盘驱动器以及其它类似的驱动器。此外，在外壳104的对边可存取一个或多个硬盘驱动器252。硬盘驱动器252安装成便于更换的形式。

在某些实施例中，硬盘驱动器252可以布置在外壳104的内部空间106里，并浸没在电绝缘液体里。在这些实施例中，应保持硬盘驱动器以及内部空间106外部里的空气压力均衡。图29和30A-C举例说明了一个通气管附件260，其与硬盘驱动器上的通气孔261(请看图30A)相连接，以便保持空气压力平衡。通气管附件260包含圆盖262，该圆盖262构造成为装配在通气孔261(请看图30B)的周围，并和硬盘驱动器252一起形成液封，防止液体渗入。配件264由圆盖262上伸出，并且与通气管266相连接。通气管266可以通向内部空间106的外部，或者它可以与贯穿盖子108的配件相连接。通气管附件260可以让硬盘驱动器和外部空气压力之间保持压力平衡，从而当硬盘驱动器浸没在电绝缘液体里时可以让硬盘驱动器正常工作。

用于计算机100的电绝缘液体可以是以上所述的任何一种电绝缘液体。此外，可以使用以大豆为主要成分的豆油作为电绝缘液体。如果需要，可以在电绝缘液体里添加色料，使电绝缘液体具有特定的颜色。因为侧壁107的部分109是清晰的，在电绝缘液体里添加色料将改变计算机的视觉效果。

Claims (15)

1.一种电脑，包括：

外壳，其具有液封的内部空间、由所述内部空间外面通向所述内部空间的进液口、以及由所述内部空间里面通向外面的出液口；

设置在内部空间内的发热零部件，所述发热零部件包括电脑的处理器或者电源；

在内部空间里的电绝缘冷却液体，所述发热零部件浸没在所述电绝缘冷却液体里，直接与冷却液体接触；

设置在所述内部空间的冷却单元，所述冷却单元包括通道和支路，所述通道连接到进液口，所述连接到通道的支路将所述电绝缘冷却液体导向所述电脑的处理器或电源；

固定在所述外壳上并位于所述内部空间外部的热交换器，所述热交换器包含位于内部空间外部的冷却液入口、位于内部空间外部的冷却液出口以及让冷却液从所述冷却液入口流到冷却液出口的冷却液流动通道；

将所述出液口连接到所述冷却液入口的第一液流通道；以及将所述进液口连接到所述冷却液出口的第二液流通道。

2.如权利要求1所述的电脑，其特征在于，还包收容于所述内部空间里的主板，所述发热零部件包括设置在所述主板上的处理器、存储器和电源中的至少一个。

3.如权利要求1所述的电脑，其特征在于，还包含与热交换器相邻的送风设备，用以使气体流过热交换器。

4.如权利要求1所述的电脑，其特征在于，进一步包括设置在内部空间里并且浸没在电绝缘冷却液体中的硬盘驱动装置，以及连接到硬盘驱动器装置并与内部空间外部相连通的通气管，以使硬盘驱动器和外部空气压力之间保持平衡。

5.如权利要求1所述的电脑，其特征在于，还包括安装在所述外壳里面或者外面的泵，所述泵将所述冷却液体抽入到所述内部空间里或者将所述冷却液体从所述内部空间里抽出来。

6.如权利要求2所述的电脑，其特征在于，还包括一个可拆地连接到外壳且用于盖住所述外壳顶部的盖子，所述盖子包括一个直通连接器，所述直通连接器连接在所述主板上，形成一条为输入输出口以及电源连通的液封和气封电连接通道。

7.如权利要求1所述的电脑，其特征在于，所述通道包括沿着垂直通道延伸的通道，所述支路包括多个沿着水平通道延伸的支路。

8.如权利要求6所述的电脑，其特征在于，所述盖子包括交流电切断装置，当所述盖子打开时所述交流电切断装置切断通向所述内部空间的电流。

9.如权利要求2所述的电脑，其特征在于，还包括一个防滑装置，所述防滑装置将所述主板保持在提升的且处于所述内部空间之外的位置。

10.如权利要求2所述的电脑，其特征在于，还包括安装在所述主板上的发光二极管。

11.一种通过液体冷却的电脑，其包括：

外壳，其具有内部空间，且所述外壳将电绝缘冷却液体保持在所述内部空间里，由所述内部空间外面通向所述内部空间的进液口，以及由所述内部空间里面通向外面的出液口；

设置在所述内部空间里的多个电路板，每一电路板包括发热零部件，所述发热零部件包括安装在所述电路板上的处理器和电源；

在所述内部空间中的电绝缘冷却液，且每个电路板的发热零部件，包括所述处理器和电源，都浸没在所述电绝缘冷却液中并直接与所述电绝缘冷却液接触；

位于内部空间外部且与所述外壳的内部空间相连通的热交换器，所述热交换器包含冷却液入口、冷却液出口以及让冷却液从所述冷却液入口流到冷却液出口的至少一个冷却液流动通道。

12.如权利要求11所述的电脑，其特征在于，所述电脑为个人电脑或者服务器。

13.如权利要求11所述的电脑，其特征在于，进一步包括冷却系统，所述冷却系统包括通道和支路，所述通道与所述热交换器的冷却液出口连接，所述支路与所述通道连接以将所述电绝缘冷却液体直接导向每一电路板上的处理器或电源。

14.一种计算机系统的冷却方法，所述计算机系统包括多个发热零部件，所述发热零部件包括组成计算机系统的计算机的处理器和电源，所述冷却方法包括：

将所述发热零部件浸没在计算机内部空间的电绝缘冷却液体中，使得发热零部件与冷却液体直接接触；

将所述电绝缘冷却液体通过连接到通道的支路直接导向所述计算机的处理器或者电源以冷却所述计算机的处理器或者电源；以及

使所述电绝缘冷却液体循环到外部的热交换器，所述热交换器安装在所述计算机上，用于冷却所述电绝缘冷却液体。

15.如权利要求14所述的冷却方法，其特征在于，将所述电绝缘冷却液体通过多个连接到通道的支路直接导向所述计算机的处理器和电源以冷却所述计算机的处理器和电源。