CN102342192A - 液冷式冷却装置、电子机架及其制造方法 - Google Patents

Abstract

提供液冷式电子机架及其制造方法，其中基于液体的冷却装置在电子子系统衔接于该电子机架内时促进电子子系统的冷却。该冷却装置包括安装至该电子机架的前侧的液冷式冷却结构，以及多个热传递元件。该冷却结构为一导热材料，其具有用于促进冷却剂流过该结构的冷却剂载运通道。每一热传递元件耦接至一相应电子子系统的一个或多个发热组件，在将电子子系统衔接于该机架内时物理地接触该冷却结构，且提供自该电子子系统的所述发热组件至该液冷式冷却结构的热输送路径。有利的是，电子子系统可在不影响通过该液冷式冷却结构的冷却剂的流动的情况下衔接于该电子机架内或自该电子机架解除衔接。

Description

液冷式冷却装置、电子机架及其制造方法

技术领域

本发明涉及热传递机构，且更特定而言，涉及用于移除由一个或多个电子子系统产生的热量的冷却装置、液冷式电子机架(electronics rack)及其制造方法。更特定而言，本发明涉及冷却装置及冷却电子机架，所述冷却电子机架包括用于该电子机架的前安装型液冷式冷却结构。

现有技术

如所已知，操作电子器件产生热量。应自所述器件移除此热量以便使器件结温(junction temperature)维持在所要界限内，而未有效地移除热量导致增大设备温度，从而有可能导致热失控(thermal runaway)情况。电子工业中的若干趋势已组合起来而增大了热管理的重要性，所述热管理包括针对电子器件的热移除，这包括传统上较少考虑热管理的技术(诸如，CMOS)。特定而言，对于更快及更密集封装电路的需要已对热管理的重要性产生直接影响。首先，电力消耗及因此产生的热随着器件操作频率增大而增大。其次，增大的操作频率在较低器件结温下是可能的。另外，随着愈来愈多器件被封装于单一芯片上，热流通量(瓦特/平方厘米)增大，从而导致自给定大小的芯片或模块移除更多功率的需要。这些趋势已组合起来以形成不再需要仅通过传统的空气冷却方法(诸如，通过使用具有热管或蒸汽腔室的气冷式散热器)自现代器件移除热量的应用。这些空气冷却技术在其自具有高功率密度的电子器件提取热量的能力方面固有地有限。

冷却当前及未来高热负载、高热流通量电子器件及系统的需要因此要求开发使用液体冷却的进取性的热管理技术。

发明内容

在一方面，经由提供一种用于促进电子子系统的冷却的冷却装置克服了现有技术的缺点且提供了额外优点。该冷却装置包括一液冷式冷却结构及一热传递元件。该液冷式冷却结构被配置为安装至一外壳的前侧，该电子子系统被配置为衔接(dock)于该外壳内。该电子子系统可经由该外壳的该前侧而相对于该外壳滑动，用于其相对于该外壳的衔接或解除衔接(undock)。该液冷式冷却结构包括一导热材料且包括延伸通过其中的至少一个冷却剂载运通道。该热传递元件被配置为耦接至该电子子系统的一个或多个发热组件，且被配置为在将该液冷式冷却结构安装至该外壳的该前侧时以物理地接触该液冷式冷却结构，该热传递元件耦接至该电子子系统的该一个或多个发热组件，且该电子子系统衔接于该外壳内，其中该热传递元件提供自该电子子系统的该一个或多个发热组件至该液冷式冷却结构的一热输送路径，且该电子子系统可在不影响通过该液冷式冷却结构的冷却剂的流动的情况下衔接于该外壳内或自该外壳解除衔接。

在另一方面，提供一种液冷式电子机架，包括：一电子机架，其包括多个子系统衔接端口；多个电子子系统，其可经由该电子机架的一前侧而相对于该多个子系统衔接端口滑动，用于其相对于该电子机架的衔接或解除衔接；及一冷却装置，其用于在该多个电子子系统衔接于该电子机架内时促进该多个电子子系统的冷却。该冷却装置包括安装至该电子机架的一前侧的一液冷式冷却结构，及多个热传递元件。该液冷式冷却结构包括一导热材料且包括延伸通过其中的至少一个冷却剂载运通道。每一热传递元件耦接至该多个电子子系统的相应的电子子系统的一个或多个发热组件，且被配置为在将该相应电子子系统衔接于该电子机架内时物理地接触该液冷式冷却结构，其中每一热传递元件提供自该相应电子子系统的该一个或多个发热组件至该液冷式冷却结构的一热输送路径，且其中该多个电子子系统可在不影响通过该液冷式冷却结构的冷却剂的流动的情况下衔接于该电子机架内或自该电子机架解除衔接。

在又一方面，提供一种制造一液冷式电子机架的方法。该方法包括：使用包括多个子系统衔接端口的一电子机架，及多个电子子系统，该多个电子子系统可相对于该多个子系统衔接端口滑动，用于该多个电子子系统相对于该电子机架的衔接或解除衔接；及提供一冷却装置，其用于在该多个电子子系统衔接于该电子机架内时促进该多个电子子系统的冷却。该冷却装置的该提供包括：将一液冷式冷却结构邻近于该多个子系统衔接端口安装至该电子机架，该液冷式冷却结构包括一导热材料且包括延伸通过其中的至少一个冷却剂载运通道；及提供多个热传递元件，且将每一热传递元件紧固至该多个电子子系统的相应电子子系统的一个或多个发热组件，每一热传递元件被配置为在将该相应电子子系统衔接于该电子机架内时物理地接触该液冷式冷却结构，其中每一热传递元件提供自该相应电子子系统的该一个或多个发热组件至该液冷式冷却结构的一热输送路径，且其中所述电子子系统可在不影响通过该液冷式冷却结构的冷却剂的流动的情况下衔接于该电子机架内或自该电子机架解除衔接。

另外，经由本发明的技术实现了额外特征及优势。在本文中详细描述本发明的其它实施例及方面且将其视为所主张的本发明的一部分。

附图说明

在本说明书的结尾处的权利要求书中特定地指出并明确地主张本发明的主题。本发明的前述及其它目标、特征及优点从结合附图阅读的以下详细描述中是显而易见的，在附图中：

图1描绘了气冷式数据中心的传统高架地板布局的一实施例；

图2描绘了根据本发明的一方面的用于数据中心的一个或多个电子机架的液体冷却的冷却剂分布单元的一实施例；

图3为根据本发明的一方面的说明用于冷却电子子系统的组件的空气及液体冷却系统的电子子系统布局的一实施例的平面图；

图4描绘了根据本发明的一方面的部分组装的电子子系统布局的一详细实施例，其中该电子子系统包括八个待冷却的发热电子组件或器件，每一发热电子组件或器件具有一与其相关联的相应冷却器件；

图5A为根据本发明的另一方面的待由一液冷式冷却装置修改的气冷式电子机架的另一实施例的横截面平面图；

图5B为根据本发明的一方面的通过图5A的电子机架实施例的一排垂直方向的电子子系统的横截面正视图，其是沿图5A的线5B-5B截取的，且该电子机架是待由一液冷式冷却装置修改的；

图6A为根据本发明的一方面的图5A及图5B的待由一液冷式冷却装置修改的气冷式电子机架的侧面正视图；

图6B为根据本发明的一方面的图6A的气冷式电子机架的横截面正视图，其是沿图6A的线6B-6B截取的，且该气冷式电子机架是待由一液冷式冷却装置修改的；

图7为根据本发明的一方面的液冷式电子机架的一实施例的部分分解透视图；

图8A为根据本发明的一方面的一电子子系统及图7的液冷式电子机架的冷却装置的一L形热传递元件的部分分解图；

图8B为根据本发明的一方面的图8A的L形热传递元件的部分剖示图，其示出了图7的液冷式电子机架的冷却装置的L形热传递元件的水平延伸热传递部件内的热管；

图9为根据本发明的一方面的若干电子子系统及图7的液冷式电子机架的冷却装置的部分透视图；

图10为根据本发明的一方面的图9的结构的部分透视图，其示出了衔接于操作位置的三个电子子系统，其中该三个电子子系统的发热电子组件与相应的L形热传递元件物理地接触，所述相应的L形热传递元件提供至冷却装置的液冷式冷却结构的热输送路径；以及

图11为根据本发明的一方面的一电子子系统及用于图7的液冷式电子机架的冷却装置的一T形热传递元件的部分分解图。

具体实施方式

如本文中所使用，术语“电子机架”、“安装于机架上的电子设备”及“机架单元”是互换地使用的，且除非另外指定，否则其包括任何外壳、框架、机架、隔室、刀片服务器系统等，其具有计算机系统或电子系统的一个或多个发热组件，且可为例如具有高端、中端或低端处理能力的独立计算机处理器。在一实施例中，电子机架可包含多个电子子系统或机箱(drawer)，每一电子子系统或机箱具有安置于其中的需要冷却的一个或多个发热组件。“电子子系统”指代具有安置于其中的一个或多个发热电子器件的任何子外壳、刀片、盒子(book)、机箱、节点、隔室等。电子机架的每一电子子系统可相对于该电子机架移动或固定，其中安装于机架上的电子机箱及刀片中心系统的刀片为待冷却的电子机架的子系统的两个示例。

“发热组件”或“电子组件”指代例如计算机系统或其它电子子系统或单元的需要冷却的任何发热电子器件。作为示例，电子组件可包含待冷却的一个或多个集成电路管芯(或芯片)及/或其它电子器件，包括一个或多个处理器芯片、存储器芯片及存储器支持芯片。作为另一示例，电子组件可包含一个或多个裸管芯或一个或多个安置于共同载体上的封装式管芯。如本文中所使用的，“主要发热组件”指代电子子系统内的主要发热电子器件，而“次要发热组件”指代电子子系统的比待冷却的主要发热组件产生较少热量的电子器件。举例而言，“主要发热管芯”指代包含主要及次要发热管芯的发热电子器件中的主要发热管芯或芯片(其中，处理器管芯为一示例)。“次要发热管芯”指代多管芯电子器件的比其主要发热管芯产生较少热量的管芯(其中，存储器管芯及存储器支持管芯为待冷却的次要管芯的示例)。作为一示例，发热电子器件可包含在一共同载体上的多个主要发热裸管芯及多个次要发热管芯。另外，术语“冷却板”指代具有形成于其中的一个或多个通道或过道的任何导热结构，所述信道或过道用于冷却剂流动通过。此外，“冶金地接合”在本文中通常指代两个组件通过任何手段熔接、硬钎焊或焊接在一起。

如本文中所使用的，“液到液热交换器”可包含例如两个或两个以上冷却剂流径，其由彼此热接触或机械接触的导热管(诸如，铜管或其它管)形成。该液到液热交换器的大小、配置及构造可在不脱离本文中所揭示的本发明的范围的情况下变化。另外，“数据中心”指代一含有一个或多个待冷却的电子机架的计算机安装。作为一特定示例，数据中心可包括一或多排安装于机架上的计算单元，例如，服务器单元。

设施冷却剂及系统冷却剂的一示例为水。然而，本文中所揭示的冷却概念很容易适合于在设施侧及/或系统侧使用其它类型的冷却剂。举例而言，所述冷却剂中的一者或多者可包含盐水、氟碳化合物液体、氢氟醚液体、液态金属，或其它类似冷却剂，或致冷剂，而仍保持本发明的优势及独特特征。

下文参考附图，并未按比例绘制所述附图以便于理解，其中贯穿不同附图所使用的相同标号表示相同或类似组件。

图1描绘在现有技术中典型的气冷式数据中心100的高架地板布局，其中多个电子机架110按一或多排安置。诸如图1中所描绘的数据中心可容纳几百乃至几千个微处理器。在所示出的安排中，冷却空气经由有孔地砖160自供气充气室(plenum)145进入计算机机房，该供气充气室145界定于高架地板140与机房的地基或底层地板165之间。经冷却的空气经由电子机架的空气入口侧120的百叶窗罩被吸入且经由电子机架的背面(亦即，空气出口侧130)被排出。每一电子机架110可具有一个或多个空气移动器件(例如，风扇或吹风机)以提供强制的入口到出口气流，从而冷却该机架的(一个或多个)子系统内的电子器件。供气充气室145经由安置于计算机安装的“冷”通道中的有孔地砖160将经调节并冷却的空气提供至电子机架的空气入口侧。经调节并冷却的空气由一个或多个空气调节单元150供应至充气室145，该一个或多个空气调节单元150也安置于数据中心100内。在接近于每一空气调节单元上部，机房空气被吸入该空气调节单元150中。此机房空气可部分地包含来自计算机安装的“热”通道的废气，所述“热”通道例如由电子机架110的相对的空气出口侧130来界定。由于不断增加的通过电子机架的气流需要，及典型数据中心安装内的空气分布的限制，将基于液体的冷却与传统的空气冷却进行组合。图2至图4示出了使用一具有一个或多个冷却板的基于液体的冷却系统的数据中心实现的一实施例，该一个或多个冷却板耦接至安置于电子机架内的高发热电子器件。

图2部分地描绘用于数据中心的冷却剂分布单元200的一实施例。该冷却剂分布单元传统上为一大的单元，其占用将被视为的一完整的电子框架。在冷却剂分布单元200内的是电力/控制元件212、储集器/膨胀箱213、热交换器214、泵215(时常伴随一冗余的第二泵)、设施入口供水管216及出口供水管217、经由耦接件220及管线222将水或系统冷却剂供应至电子机架110的供给歧管218，及经由管线223及耦接件221自电子机架110接收水的回流歧管219。每一电子机架包括(在一示例中)用于该电子机架的一电力/控制单元230、多个电子子系统240、一系统冷却剂供给歧管250，及一系统冷却剂回流歧管260。如所示出的，每一电子机架110安置于数据中心的高架地板140上，其中将系统冷却剂提供至系统冷却剂供给歧管250的管线222以及促使系统冷却剂自系统冷却剂回流歧管260的回流的且管线223安置于高架地板下的供气充气室中。

在所示出的实施例中，系统冷却剂供给歧管250经由挠性软管连接件251将系统冷却剂提供至电子子系统的冷却系统(更特定而言，提供至冷却系统的液冷式冷却板)，所述挠性软管连接件251安置于供给歧管与机架内的相应电子子系统之间。类似地，系统冷却剂回流歧管260经由挠性软管连接件261耦接至电子子系统。可在挠性软管251、261与单个电子子系统之间的界面处使用快速连接耦接件。作为示例，这些快速连接耦接件可包含各种类型的市售耦接件，诸如，可自St.Paul，Minnesota，USA的ColderProducts Company或Cleveland，Ohio，USA的Parker Hannifin购得的耦接件。

尽管图中未示出，但电子机架110也可包括安置于其空气出口侧的一空气到液体热交换器，其也自系统冷却剂供给歧管250接收系统冷却剂且将系统冷却剂回流至系统冷却剂回流歧管260。

图3描绘了电子子系统313组件布局的一实施例，其中一个或多个空气移动器件311提供强制气流315以冷却电子子系统313内的多个组件312。冷空气经由子系统的前侧331被吸入且经由子系统的背侧333被排出。待冷却的多个组件包括与(基于液体的冷却系统的)液冷式冷却板320耦接的多个处理器模块，以及与气冷式散热器耦接的存储器模块330(例如，双列直插存储器模块(DIMM))的多个阵列及多排存储器支持模块332(例如，DIMM控制模块)。在所示出的实施例中，存储器模块330及存储器支持模块332部分地排列于接近于电子子系统313的前侧331，且部分地排列于接近于电子子系统313的背侧333。又，在图3的实施例中，存储器模块330及存储器支持模块332由跨越电子子系统的气流315冷却。

所示出的基于液体的冷却系统进一步包括多个冷却剂载运管，其连接至液冷式冷却板320且与液冷式冷却板320流体连通。所述冷却剂载运管包含冷却剂载运管组，其中每一组包括(例如)冷却剂供给管340、桥接管341及冷却剂回流管342。在此示例中，每一管组将液体冷却剂提供至一对串连的冷却板320(其耦接至一对处理器模块)。冷却剂经由冷却剂供给管340流入每一对中的第一冷却板中且自该第一冷却板经由桥接管或管线341(可能为导热的或不导热的)流至该对中的第二冷却板。冷却剂自该对中的该第二冷却板经由相应的冷却剂回流管342回流。

图4更详细地描绘一替代性电子子系统布局，其包含八个处理器模块，每一处理器模块具有与其耦接的基于液体的冷却系统的相应液冷式冷却板。基于液体的冷却系统被示出为进一步包括用于促进液体冷却剂通过液冷式冷却板的相关联冷却剂载运管，以及用于促进将液体冷却剂分布至液冷式冷却板上及自液冷式冷却板回流液体冷却剂的一集流管分总成(subassembly)。作为特定示例，通过基于液体的冷却子系统的液体冷却剂为经冷却并调节的水。

图4为电子子系统或机箱及单体(monolithic)冷却系统的一实施例的等角视图。所描绘的平面服务器总成(assembly)包括一多层印刷电路板，存储器DIMM插槽及各种待冷却的电子组件系物理地及电地附接至该多层印刷电路板。在所描绘的冷却系统中，提供一供给集流管以将液体冷却剂自单个入口分布至多个平行冷却剂流径，且一回流集流管将排出的冷却剂自多个平行冷却剂流径收集至单个出口中。每一平行冷却剂流径包括呈串联流动配置的一个或多个冷却板以便促使冷却以机械及热方式与冷却板耦接的一个或多个电子器件。平行路径的数目及串联连接的液冷式冷却板的数目取决于例如所要的器件温度、可用冷却剂温度及冷却剂流动速率以及自每一电子器件消耗的总热负载。

更具体而言，图4描绘了一部分组装的电子子系统413及耦接至待冷却的主要发热组件(例如，包括处理器管芯)的一组装的基于液体的冷却系统415。在此实施例中，电子系统被配置为用于(或作为)电子机架的电子机箱，且作为示例包括支撑基板或平板405、多个存储器模块插槽410(其中未示出存储器模块(例如，双列直插存储器模块))、多排存储器支持模块432(每一排耦接有一气冷式散热器434)，及安置于基于液体的冷却系统415的液冷式冷却板420下的多个处理器模块(未示出)。

除了液冷式冷却板420之外，基于液体的冷却系统415包括多个冷却剂载运管，其包括与相应液冷式冷却板420流体连通的冷却剂供给管440及冷却剂回流管442。冷却剂载运管440、442也连接至集流管(或歧管)分总成450，其促进将液体冷却剂分布至冷却剂供给管及自冷却剂回流管442回流液体冷却剂。在此实施例中，耦接至较接近于电子子系统413的前侧431的存储器支持模块432的气冷式散热器434在高度上短于耦接至接近于电子子系统413的背侧433的存储器支持模块432的气冷式散热器434′。此大小差异是为了便利于冷却剂载运管440、442，因为在此实施例中，集流管分总成450处于电子机箱的前侧431，且多个液冷式冷却板420处于该机箱的中间。

基于液体的冷却系统415包含一预先配置的单体结构，其包括被配置并以间隔关系安置以啮合相应发热电子器件的多个(预先组装的)液冷式冷却板420。在此实施例中，每一液冷式冷却板420包括一液体冷却剂入口及一液体冷却剂出口，以及一附接分总成(即，冷却板/负载臂总成)。使用每一附接分总成以将其相应液冷式冷却板420耦接至相关联的电子器件，从而形成冷却板及电子器件总成。在冷却板的侧面上提供对准开口(即，通孔)以在组装过程期间容纳对准销或定位钉。另外，连接器(或导向销)包括于附接分总成内，其促进附接总成的使用。

如图4中所示出的，集流管分总成450包括两个液体歧管，即，一冷却剂供给集流管452及一冷却剂回流集流管454，该两者在一实施例中经由支撑托架耦接在一起。在图4的单体冷却结构中，冷却剂供给集流管452经冶金地接合而流体连通至每一冷却剂供给管440，而冷却剂回流集流管454经冶金地接合而流体连通至每一冷却剂回流管442。单个冷却剂入口451及单个冷却剂出口453自集流管分总成延伸以耦接至电子机架的冷却剂供给歧管及冷却剂回流歧管(图中未示出)。

图4也描绘了预先配置的冷却剂载运管的一实施例。除冷却剂供给管440及冷却剂回流管442之外，提供了桥接管或管线441以使例如一液冷式冷却板的液体冷却剂出口耦接至另一液冷式冷却板的液体冷却剂进口，从而以串联流体流的方式连接冷却板，其中该对冷却板经由相应一组冷却剂供给管及冷却剂回流管接收及回流液体冷却剂。在一实施例中，冷却剂供给管440、桥接管441及冷却剂回流管442各自为预配置的由导热材料(诸如，铜或铝)形成的半刚性管，且所述管分别以不透水方式硬钎焊、焊接或熔接至集流管分总成及/或液冷式冷却板。所述管被预先配置用于特定电子系统以促进以与该电子系统啮合的关系来安装单体结构。

关于上文所描述的基于液体的冷却系统的一问题为在例如集流管分总成与机架级冷却剂供给歧管及冷却剂回流歧管之间存在多个液体连接件，且将需要使这些连接件中的多者断裂以允许移除及/或替换机架内的电子子系统或电子子系统内的组件。如果当替换将发生时该电子机架在现场或在操作中，则此情形可能存在问题。因此就可靠性及可维修性观点而言，多个液体连接件是不当的。此外，通过在电子子系统内使用至冷却板的冷却剂管道连接件，存在冷却剂(诸如，水)泄漏至运行中的电路组件上且由此引起的损害可能发生的不当可能性。因此在后文中(参看图5A至图10)所描述的是一替代的基于液体的冷却方法，该方法在不需要使流体连接件断裂以维修或移除位于机架内的一电子子系统或电子子系统内的一个或多个组件的情况下，且在不存在任何冷却剂或不将任何冷却剂带入电子子系统内部或电子框架内部的情况下，提供针对电子子系统(诸如，“刀片状”封装)的液体冷却的优点。

图5A至图6B示出了由强制空气冷却来冷却的替代电子机架实施例。如图5A与图6A中所示出的，机房空气进入电子机架500的入口侧501以冷却该电子机架内的电子组件，且随后作为受热空气经由电子机架的背侧502排出。为了促进此气流，电子机架500可包括诸如风扇或吹风机的一个或多个空气移动器件510(图5A)，其提供强制的入口到出口气流以冷却电子机架的电子子系统内的电子组件。

在图5A及图5B中，示出多个电子子系统520在排515中，每一电子子系统520包含电路板521或其它支撑基板，连同安置于其上的多个发热电子组件522，该多个发热电子组件522在一实施例中可包含相同类型或不同类型的电子模块。举例而言，每一发热电子组件522可包含一盘驱动器，其中每一电路板521支撑需要冷却的盘驱动器的一阵列。在其它实施例中，发热组件可包含不同类型的电子组件，诸如，电路模块、处理器、存储器，或需要冷却的具有不同大小及形状的其它逻辑器件。

图5A至图6B中的每一电子子系统520为垂直定向的电子子系统(仅作为一示例)，其相对于电子机架、且具体而言相对于电底板530(图5A)衔接及解除衔接。电底板530提供电力及电子子系统之间的通讯连接。作为一详细示例，每一电子子系统为多刀片中心系统的一刀片。

如图6B中所示出的，视实施而定，可电子机架内提供电子子系统的多排515。此类型的封装安排的一示例是由Armonk，New York的International Business Machines Corporation所供应的刀片中心系统提供的，其中所述刀片服务器为待冷却的电子子系统的一示例。

以下所描述的图7至图10提供了根据本发明的一方面的冷却装置、液冷式电子机架及其制造方法的一示例。

如在图7的液冷式电子机架中所示出的，冷却装置700包括安装至电子机架500的前侧501(在一实施例中)的一液冷式冷却结构710，以及多个L形热传递元件720，每一L形热传递元件720耦接至相应电子子系统520的待冷却的一个或多个发热组件。如本文中所使用的，电子机架500的“前侧”指代一访问平面，电子子系统经由该访问平面相对于界定于电子机架内的多个相应子系统衔接端口而衔接或解除衔接。另外，当衔接时，假设电子子系统电耦接至电子机架的电底板，使得电子子系统得以操作性地安置于电子机架内。

在所示出的实施例中，液冷式冷却结构710为一单体结构，其包含一冷却剂入口充气室711、一冷却剂出口充气室712及多个水平延伸的液冷式冷却杆713，当相应的电子子系统520衔接于电子机架内时，L形热传递元件720物理地接触及/或附接至所述液冷式冷却杆713。如所示出的，冷却剂入口充气室711经由供给管714以流体连通方式耦接至一冷却剂供给源(诸如，系统或设施水源)，且冷却剂出口充气室712经由回流管715以流体连通方式耦接至一冷却剂回流(例如，系统或设施回水)。如以下进一步解释的，由电子子系统520的一个或多个发热电子组件产生的热量经由通过热输送路径(其通过L形热传递元件)的传导而传递至相应的液冷式冷却杆713，例如附接至电子机架前侧的管状冷却杆结构。液冷式冷却杆713通过到流过该液冷式冷却杆内的一个或多个冷却剂载运通道的冷却剂(例如，水)的对流来传递热量，且该冷却剂经由例如消费者的设施水系统带走要废弃的热量。可通过在每一热传递部件与相应液冷式冷却杆713之间提供一可断裂的热界面(诸如，热脂、导热衬垫或其它间隙导热层)来促进热传导，以确保该热传递部件及相应液冷式冷却杆通过其间的良好导热路径而热界面连接。

如图7中所示出的，电子机架500包括多排子系统衔接端口，刀片状电子子系统系滑动地插入至所述子系统衔接端口中以便衔接或插入至电子机架的一个或多个电底板中。有利地，通过将液冷式冷却结构710提供为一单体结构(在一实施例中)，提供了一集成式结构，其中整体地形成多个冷却杆及歧管结构以使电子机架处的冷却剂连接件最少。在此实施例中，分别在正面右侧及左侧处的电子机架的底部利用单个冷却剂供给连接件及单个冷却剂回流连接件。

图8A描绘了根据图7的冷却电子机架实施例的刀片状电子子系统520及L形热传递元件720的简化分解图。如所示出的，电子子系统520为一刀片型封装总成，其包含电路板521及安置于该电路板上的多个电子组件或模块522。也可将一个或多个电连接器(图中未示出)提供于电路板的一边缘处，以便在电子子系统衔接于电子机架内时将电子子系统插入至电子机架的相应电底板中。

如所示出的，L形热传递元件720包括一水平延伸部分800及一垂直延伸部分810。在所示出的实施例中，该水平延伸部分为一水平延伸的热传递部件，其在一末端处以冶金方式附着至垂直延伸部分810。或者，水平延伸部分800及垂直延伸部分810可包括被配置为如图8A中所示出的单体结构的不同部分。无论为L形或者为T形(如以下参看图11所讨论的)，这种单体结构将有可能提供通过热传递元件的最佳热传递。如以下所进一步描述的，该垂直延伸部分为(在一实施例中)一热界面板，其附接至水平延伸热传递部件的末端且物理地接触相应的液冷式冷却杆。可使用金属夹(未示出)或类似紧固件将水平延伸热传递部件800紧固至(例如)电子子系统520的电路板521，从而使热传递部件与待冷却的一个或多个电子组件522接触。可通过在热传递部件与待冷却的相应发热组件之间提供环氧树脂、热脂(thermal grease)、导热衬垫或其它间隙导热层来促进热传导，以确保所述部件及组件通过所述组件与热传递部件之间的良好热传导路径而热界面连接。可在热传递部件的面向所述组件的主表面上使用突起或凸区(land)以确保接触至电路板521之上的具变化高度的组件(图中未示出)。注意，尽管在图8A中示出为两个单独组件，但可将L形热传递元件制造为包含导热材料的一整体结构，该导热材料被配置为形成通过该整体结构的热输送路径。

在一实施例中，水平延伸的热传递部件800包含一个或多个热管820，且热界面板810可为一固体导热板，或其自身也包含一个或多个热管。在所示出的示例中，示出了三个圆柱形热管嵌入于水平延伸的热传递部件内。如所公知的，热管可包含一中空结构，其允许热量自该结构的一末端经由蒸汽流迁移至另一末端，且提供经由芯(wick)或筛状基质在毛细管力的作用下的液体冷凝物的回流。高浓度的蒸汽可较接近于热源而存在，而低浓度的蒸汽处于热管的冷凝器末端。结果为自部件的一末端至另一末端的质量流，其利用了蒸汽的潜在热容量将热量自一末端载运至另一末端。在一实施例中，可通过在导热材料(诸如，铜或铝)的块体中钻适当大小的孔，然后将圆柱形热管插入所述孔中，来制造图8B示出的热传递部件。

图9及图10示出诸如图7中所描绘的液冷式电子机架的部分实施例，其中图9示出一冷却电子子系统总成至液冷式电子机架中的对应子系统衔接槽中的滑动，该冷却电子子系统总成包含一电子子系统及耦接至该电子子系统的L形热传递元件，且图10示出处于电子机架内的衔接位置中的冷却电子子系统总成，其中L形热传递元件物理地接触液冷式冷却杆713。

如图9中所示出的，提供了附接至每一热界面板810的手柄900以用于促进将冷却电子子系统总成插入至电子机架中及将冷却电子子系统总成从中移除。在此实施例中，使用两个固持元件910(例如，螺钉)以便螺纹附接至所示出的液冷式冷却杆713中的螺纹开口920，以促进热界面板至冷却杆的良好物理接触，且因此促进自热界面板至冷却杆的良好热输送路径。仅作为示例提供了固持螺钉。可使用用于提供一机械加载以达成热界面板与冷却杆之间的良好热界面的任何构件作为固持组件。举例而言，可使用单个固持螺钉或一夹持机构。

在图9中所示出的实施例中，液冷式冷却杆713包括两个延伸通过该液冷式冷却杆713的冷却剂载运通道930。所述冷却剂载运通道被配置为自冷却杆的一侧延伸至另一侧，以允许冷却剂(诸如，水)经由冷却杆自由地自冷却装置的冷却剂入口充气室流至冷却剂出口充气室(参见图7)。注意，在图9中仅作为示例描绘了两个冷却剂通道。可使用单个冷却剂通道，或者可使用两个以上冷却剂通道。另外，尽管未示出，但可在穿过冷却杆的冷却剂载运通道或过道中提供肋状物(或鳍片)，以增大用于自热界面板至流过液冷式冷却杆的冷却剂的对流热传递的热传递面积。

图10描绘了图9的结构，其中冷却电子子系统总成完全衔接于电子机架内，且电子子系统的电连接器啮合电子机架的电底板530以用于电力及信号分布。如所示出的，在一实施例中，热界面板810延伸高于电路板521的高度以便接触相应液冷式冷却杆713。一旦冷却电子子系统总成与机架的底板中的电连接件连接，则扣紧热界面板的正面上的固持元件以将该总成锁定就位且确保热界面板与冷却装置的水平延伸冷却杆之间的良好热接触。在操作中，热量经传导自一个或多个发热电子组件522流动至热传递部件，且接着通过水平延伸的热传递部件800(包含例如热管)中的路径1000、向上沿热界面板810中的路径1010且跨越物理界面1020到达水平安置的液冷式冷却杆713的壁，且因此到达通过延伸通过其中的冷却剂载运通道的冷却剂流1030。

注意，冷却电子子系统总成中的一者或多者的衔接以及解除衔接并不影响通过液冷式冷却结构(诸如，通过该结构的水平延伸冷却杆)的冷却剂的流动。不需要使冷却剂连接器断裂以滑动地使冷却电子子系统总成与电子机架解除衔接或将冷却电子子系统总成衔接于电子机架内。

图11描绘了刀片状电子子系统520及T形热传递元件720′的简化分解图，该T形热传递元件720′可根据图7的冷却电子机架实施例来使用。如所示出的，在此替代实施例中，T形热传递元件720′也包括水平延伸部分800′及垂直延伸部分810′。该水平延伸部分为一水平延伸的热传递部件，其可在一末端处以冶金方式附着至垂直延伸部分810′。或者，可将该T形热传递元件形成为一单体结构。该垂直延伸部分为(在一实施例中)一热界面板，其附接至水平延伸热传递部件的该末端，且其大小被确定为并被配置为物理地接触液冷式冷却结构的上部及下部液冷式冷却杆，诸如在图7中所描绘的那样。如所示出的，可使用多组固持组件以便以螺纹方式将垂直延伸部分810′附接至上部及下部液冷式冷却杆(未示出)两者，从而促进垂直延伸部分与上部及下部冷却杆的良好物理接触，且因此提供至所述冷却杆中的良好热输送路径。再次地，仅作为示例提供了固持螺钉。可使用用于提供一机械加载以达成垂直延伸部分与相应冷却杆之间的良好热界面的任何构件作为固持组件。

尽管已在本文中详细地描绘并描述了实施例，但对于熟悉相关技术者显而易见的是，可在不脱离本发明的精神的情况下进行各种修改、添加、替代及其类似操作，且因此，将这些修改、添加、替代及其类似操作视为在如以下权利要求书中所界定的本发明的范畴内。

Claims (20)

1.一种用于促进电子子系统的冷却的冷却装置，该冷却装置包括：

液冷式冷却结构，其被配置为安装至一外壳的前侧，该电子子系统被配置为衔接于该外壳内，该电子子系统可经由该外壳的该前侧而相对于该外壳滑动，以便其相对于该外壳衔接或解除衔接，该液冷式冷却结构包括导热材料且包括延伸通过其中的至少一个冷却剂载运通道；以及

热传递元件，其被配置为耦接至该电子子系统的一个或多个发热组件，且被配置为在将该液冷式冷却结构安装至该外壳的该前侧时物理地接触该液冷式冷却结构，该热传递元件耦接至该电子子系统的该一个或多个发热组件，且该电子子系统衔接于该外壳内，其中该热传递元件提供自该电子子系统的该一个或多个发热组件至该液冷式冷却结构的热输送路径，且其中该电子子系统可在不影响通过该液冷式冷却结构的冷却剂的流动的情况下衔接于该外壳内或自该外壳解除衔接。

2.如权利要求1的冷却装置，其中该热传递元件包括被配置为耦接至该电子子系统的该一个或多个发热组件的水平延伸热传递部件及耦接至该水平延伸热传递部件的末端的垂直延伸热界面板，该热输送路径通过该水平延伸热传递部件及该垂直延伸热界面板。

3.如权利要求2的冷却装置，其中该垂直延伸热界面板在其第一末端处连接至该水平延伸热传递部件，且被配置为在将该液冷式冷却结构安装至该外壳的该前侧时在其第二末端处物理地接触至该液冷式冷却结构，该热传递元件耦接至该电子子系统的该一个或多个发热组件，且该电子子系统衔接于该外壳内。

4.如权利要求3的冷却装置，其中该水平延伸热传递部件或该垂直延伸热界面板中的至少一个包括热管，该热管界定该热输送路径的一部分且促进由该电子子系统的该一个或多个发热组件产生的热量至该液冷式冷却结构的输送。

5.如权利要求2的冷却装置，其中该垂直延伸热界面板包括手柄，当将该热传递元件耦接至该电子子系统的该一个或多个发热组件时，该手柄促进该电子子系统经由该外壳的该前侧相对于该外壳的滑动衔接或解除衔接，且其中该垂直延伸热界面板进一步包括至少一个固持组件，该至少一个固持组件被配置为在将该液冷式冷却结构安装至该外壳的该前侧、将该热传递元件耦接至该一个或多个发热组件、且将该电子子系统衔接于该外壳内时促进维持该垂直延伸热界面板至该液冷式冷却结构的物理接触。

6.如权利要求2的冷却装置，其中该液冷式冷却结构包括至少一个水平延伸的液冷式冷却杆，该至少一个水平延伸的液冷式冷却杆被配置为经由多个相应的热传递元件来冷却多个电子子系统，所述多个相应的热传递元件被配置耦接到所述多个电子子系统。

7.如权利要求1的冷却装置，其中该液冷式冷却结构包括多个液冷式冷却杆，该多个液冷式冷却杆具有延伸通过其中的冷却剂载运通道，且其中该液冷式冷却结构进一步包括冷却剂入口充气室及冷却剂出口充气室，该冷却剂入口充气室及该冷却剂出口充气室与延伸通过所述液冷式冷却杆的该多个冷却剂载运通道流体连通，该液冷式冷却结构为被配置为附接至该外壳的该前侧的单体结构，且其中该外壳为包括多个电子子系统的电子机架。

8.如权利要求1的冷却装置，其中该电子子系统包括待冷却的多个发热组件，且其中该热传递元件包括水平延伸部分及垂直延伸部分，该水平延伸部分热界面连接至待冷却的该多个发热组件中的至少一些发热组件，且该垂直延伸部分被确定大小并被配置为在将该液冷式冷却结构安装至该外壳的该前侧且将该电子子系统衔接于该外壳内时物理地接触该液冷式冷却结构。

9.一种液冷式电子机架，包括：

电子机架，其包括多个子系统衔接端口；

多个电子子系统，其可经由该电子机架的前侧而相对于该多个子系统衔接端口滑动，用于其相对于该电子机架的衔接或解除衔接；以及

冷却装置，其用于在该多个电子子系统衔接于该电子机架内时促进该多个电子子系统的冷却，该冷却装置包括：

安装至该电子机架的该前侧的液冷式冷却结构，该液冷式冷却结构包括导热材料且包括延伸通过其中的至少一个冷却剂载运通道；以及

多个热传递元件，每一热传递元件耦接至该多个电子子系统中的一相应电子子系统的一个或多个发热组件，且被配置为在将该电子子系统衔接于该电子机架内时物理地接触该液冷式冷却结构，其中每一热传递元件提供自该相应电子子系统的该一个或多个发热组件至该液冷式冷却结构的热输送路径，且其中该多个电子子系统可在不影响通过该液冷式冷却结构的冷却剂的流动的情况下衔接于该电子机架内或自该电子机架解除衔接。

10.如权利要求9的液冷式电子机架，其中该液冷式冷却结构包括延伸跨越该电子机架的该前侧的多个液冷式冷却杆，每一液冷式冷却杆包括延伸通过其中的至少一个冷却剂载运通道，且其中该液冷式冷却结构进一步包括冷却剂入口充气室及冷却剂出口充气室，该冷却剂入口充气室及该冷却剂出口充气室与延伸跨越该电子机架的该前侧的该多个液冷式冷却杆的所述冷却剂载运通道流体连通，其中该冷却剂入口充气室及该冷却剂出口充气室是安装至该电子机架的该前侧的垂直定向充气室。

11.如权利要求10的液冷式电子机架，其中该液冷式冷却结构为单体结构，且其中该电子机架包括多排子系统衔接端口，且该多个液冷式冷却杆促进该多排子系统衔接端口内的所衔接电子子系统的冷却。

12.如权利要求9的液冷式电子机架，其中每一热传递元件包括耦接至相应电子子系统的该一个或多个发热组件的水平延伸热传递部件及自该水平延伸热传递部件的末端延伸的垂直延伸热界面板，其中该相应热输送路径通过该水平延伸热传递部件及该垂直延伸热界面板。

13.如权利要求12的液冷式电子机架，其中该垂直延伸热界面板在其第一末端处连接至该水平延伸热传递部件，且被配置为在将相应电子子系统衔接于该电子机架的该多个子系统衔接端口中的一子系统衔接端口内时在其第二末端处物理地接触至该液冷式冷却结构。

14.如权利要求13的液冷式电子机架，其中该多个热传递元件的至少一个热传递元件的该水平延伸热传递部件或该垂直延伸热界面板中的至少一个包括热管，该热管界定该热输送路径的一部分且促进由相应电子子系统的该一个或多个发热组件产生的热量至该液冷式冷却结构的输送。

15.如权利要求12的液冷式电子机架，其中该多个热传递元件的所述垂直延伸热界面板各自包括手柄及至少一个固持组件，该手柄用以促进相应电子子系统相对于该电子机架的衔接或解除衔接，且该至少一个固持组件被配置为在将相应电子子系统衔接于该电子机架内时促进维持该垂直延伸热界面板至该液冷式冷却结构的物理接触。

16.如权利要求12的液冷式电子机架，其中该液冷式冷却结构包括多个水平延伸的液冷式冷却杆，每一水平延伸的液冷式冷却杆被配置为经由多个相应热传递元件来冷却多个电子子系统，所述多个相应热传递元件耦接至所述多个电子子系统。

17.一种制造液冷式电子机架的方法，包括：

使用包括多个子系统衔接端口的电子机架，及多个电子子系统，该多个电子子系统可相对于该多个子系统衔接端口滑动，用于该多个电子子系统相对于该电子机架的衔接或解除衔接；以及

提供冷却装置，用于在该多个电子子系统衔接于该电子机架内时促进该多个电子子系统的冷却，其中提供该冷却装置包括：

将液冷式冷却结构邻近于该多个子系统衔接端口安装至该电子机架，该液冷式冷却结构包括导热材料且包括延伸通过其中的至少一个冷却剂载运通道；以及

提供多个热传递元件，及将每一热传递元件紧固至该多个电子子系统中的相应电子子系统的一个或多个发热组件，每一热传递元件被配置为在将相应电子子系统衔接于该电子机架内时物理地接触该液冷式冷却结构，其中每一热传递元件提供自该相应电子子系统的该一个或多个发热组件至该液冷式冷却结构的热输送路径，且其中所述电子子系统可在不影响通过该液冷式冷却结构的冷却剂的流动的情况下衔接于该电子机架内或自该电子机架解除衔接。

18.如权利要求17的方法，其中该液冷式冷却结构包括延伸跨越该电子机架的该前侧的多个液冷式冷却杆，该电子机架的该多个子系统衔接端口可经由该电子机架的该前侧访问，且每一液冷式冷却杆包括延伸通过其中的至少一个冷却剂载运通道，且其中该液冷式冷却结构进一步包括冷却剂入口充气室及冷却剂出口充气室，该冷却剂入口充气室及该冷却剂出口充气室与延伸跨越该电子机架的该前侧的该多个液冷式冷却杆的所述冷却剂载运通道流体连通，且其中该方法进一步包括将该冷却剂入口充气室及该冷却剂出口充气室垂直地安装至该电子机架的该前侧，及水平地跨越该电子机架的该前侧安装该多个液冷式冷却杆。

19.如权利要求18的方法，其中提供该液冷式冷却结构包括提供该液冷式冷却结构作为单体结构，该单体结构包括该冷却剂入口充气室、该冷却剂出口充气室及多个液冷式冷却杆，其中该电子机架包括多排子系统衔接端口，且该多个液冷式冷却杆利用该多个热传递元件促进该多排子系统衔接端口内的所衔接电子子系统的冷却。

20.如权利要求17的方法，其中提供该多个热传递元件进一步包括物理地将每一热传递元件连接至相应电子子系统的至少一个发热组件，以及向每一热传递元件提供至少一个固持组件，该至少一个固持组件被配置为在将相应电子子系统衔接于该电子机架内时促进维持该热传递元件至该液冷式冷却结构的物理接触。

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