CN102484956B - 被动冷却外壳系统及用于电子设备的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于被动式冷却电子仪器的设备。用于被动式冷却电子仪器的设备包括至少一个成形为热耦合到至少一个机箱上的散热器。当至少一个机箱热耦合到至少一个散热器上时，至少一个散热器从至少一个机箱吸走热量。

Description

被动冷却外壳系统及用于电子设备的方法

技术领域

与相关专利申请的交叉参考

本申请要求2010年3月3日提交的美国专利申请序号No.12/716888的优先权，该专利申请是2009年6月22日提交的美国专利申请序号No.12/488818的部分继续申请，其整个公开内容包括在本文中作为参考文献。

本公开一般涉及被动冷却的领域，而更具体地说涉及电子设备的被动冷却。

背景技术

老式的电子设备冷却技术通常使用强制风冷降温方法来从电子设备中除去热量。更近一些，已经研究出了一些先进的冷却方法如水冷却系统和相冷却系统。然而，例如在电子设备中使用这些系统产生的安装和维护上有许多问题。

大多数现有系统都取决于强制风冷降温方法亦即风扇。在现有系统中，利用风扇来冷却处理器和其它内部部件。风扇具有许多不足之处。例如，风扇需要相当大的物理空间、由于高RPM（每分钟转数）而有噪音、需要相当大的通风空间、随着它们工作以减少热量但产生热量、及消耗大量能源来操作。此外，制造大多数风扇的制造程序在某些情况下可能使用有害的工业化学药品，这些有害的工业化学药品随着风扇的叶片的温度增加而能恢复活动，因而将这些化学药品释放到暴露的环境中。因此，有与操作风扇基系统有关的高成本及潜在的健康和环境问题。常常，数据中心设计用于超过必需的更大瓦数，以便计及必需但效率低的冷却系统。此外，风扇基系统由于粉尘的积聚、电机故障或烧坏而易于失效，因而增加了运行和维护成本。当过热发生时，部件经受不可逆的损坏、而增加了成本、能耗、和环境影响。

液体冷却系统是合为一体的两个系统。液体冷却系统在它们的冷却能力上大受限制，这取决于电子设备的配置。液体冷却系统需要热交换器如散热器。结果，液体冷却系统仍需要风扇来冷却散热器和其它未附接到热交换器上的部件，因而用潜在地有危险和高成本的液体冷却系统替代强制风冷降温系统的低效率仍然依靠风扇。液体冷却系统需要相当大的物理空间、复杂化、由于散热器风扇而有噪音、需要相当大的通风空间、随着它们工作以减少热量但产生热量、及消耗大量能源来操纵和保持。终端用户必须花费相当多时间和精力来建立和保持液体冷却系统。

此外，冷却液与电子仪器接近是潜在的安全危险。由于部件产生大量热，所以通常使用的管道系统一贯地膨胀和收缩而使管道缺少和漏泄冷却溶液，这能造成电短路和无可挽回的内部损坏。

相冷却包括用压缩机系统来冷却电子仪器。相冷却通常仅冷却CPU（中央处理单元），因此仍需要风扇来冷却其它部件。风扇和压缩机产生相当大量的噪音、需要广泛的维护、并消耗相当大量能源。操作相冷却系统需要高度技术熟练水平。

因此，需要改进的冷却系统和技术。

发明内容

代表性实施例涉及用于被动式冷却电子仪器的设备。用于被动式冷却电子仪器的设备包括至少一个成形为热耦合到至少一个机箱上的散热器。当至少一个机箱热耦合到至少一个散热器上时，至少一个散热器从至少一个机箱吸走热量。

另一个代表性实施例涉及用于被动式冷却电子仪器的方法。方法包括通过托架从电子部件吸走热量送到至少一个热管。热量能通过桥接板从至少一个热管吸走送到至少一个散热器。热量能消散。

附图说明

图1是代表性实施例的被动冷却系统的透视图。

图2是代表性实施例图1的被动冷却系统的部件分解图。

图3是代表性实施例图2的被动冷却系统的顶视图。

图4是代表性实施例图2的装置模块的透视图。

图5A-5F是代表性实施例代表性热管布局的示意图。

图6是代表性实施例图2的热管组件的部件分解图。

图7是代表性实施例图6的桥接板的示意图。

图8是代表性实施例图2的处理器热管组件的透视图。

图9是代表性实施例被动冷却外壳系统的透视图。

图10是代表性实施例图9的被动冷却外壳系统的前视图。

图11是代表性实施例图9的被动冷却外壳系统的顶视图。

图12是代表性实施例图9的被动冷却外壳系统的侧视图。

图13是代表性实施例图9的机箱内部的顶视图。

图14是代表性实施例具有后散热器的被动冷却外壳系统的顶视图。

图15是代表性实施例被动冷却外壳系统配置的顶视图。

图16是代表性实施例图15的被动冷却外壳系统配置的前视图。

图17是代表性实施例服务器室的顶视图。

图18是代表性实施例图17的服务器室的侧视图。

图19是代表性实施例具有不同的另外配置的服务器室的顶视图。

图20是代表性实施例被动冷却外壳系统的透视图。

图21是代表性实施例图20的被动冷却外壳系统的前透视图。

图22是代表性实施例热接合的顶视图。

图23是代表性实施例图22的热接合的侧视图。

图24是代表性实施例受保护的热管的顶视图。

图25是代表性实施例被动冷却系统的一部分的顶视图。

图26是代表性实施例电源单元的顶视图。

具体实施方式

说明一种被动冷却外壳系统和用于电子设备的方法。在下面说明中，为了解释起见，陈述了许多特定的细节以便提供对本发明的代表性的实施例的充分理解。然而，对该领域的技术人员来说，很显然，代表性的实施例可以在没有这些特定细节的情况下实施。各附图不是按比例绘出。在另一些情况下，众所周知的结构和装置以简化的形式示出，以便有助于说明代表性的实施例。

参见图1，图1示出代表性实施例的被动冷却系统100的透视图。在实施例中，被动冷却系统100成形为安装在机架上的底盘。被动冷却系统100包括前面板110、驱动器机架120、盖130、散热器140、填充条150、和媒体驱动器160。前面板110包括用于将被动冷却系统100安装到机架（未示出）上的孔113。机架能是19英寸机架、23英寸机架、半机架、或者任何其它尺寸或深度机架。同样，非机架配置是可行的。此外，孔113能包括快速连接、轨道、或其它紧固件。前面板110还包括用于移动被动冷却系统的把手115和用于固定覆盖驱动器机架120的机架门125的闩锁111。媒体驱动器160能是例如光盘（CD）刻录机或磁带驱动器。

被动冷却系统100能是任何高度或深度。尤其是，驱动器机架120能是1单元、2单元、4单元、8单元、或16单元机架。机架能用各种不同配置的水平或垂直成形。此外，被动冷却系统100能包括其它输入装置如可卸媒体驱动器、键盘、显示器、小型集成电路计算机、或操纵杆。可供选择地，被动冷却系统100能是可编程逻辑控制器底盘、叶片底盘、VME总线型机壳、PCI型机壳、紧凑PCI型机壳、服务器、或任何其它具有模块化机架和/或子机架的电子设备。被动冷却系统100还能是台式计算机、塔式计算机、显示器形成整体的一体化系统、仪表、或移动平台如便携式计算机。

参见图2，图2示出代表性实施例图1的被动冷却系统100的部件分解图。被动冷却系统100包括前面板110、盖130、散热器140、填充条150、和媒体驱动器160。前面板110包括把手115和用于固定机架门125的闩锁111，该机架门125覆盖驱动器机架。被动冷却系统100还包括热管组件210、设备模块220、处理器热管组件230、母板260、子插件板250、底部270、和后面板280。前面板110、盖130、散热器140、填充条150、底部270、和后面板280构成被动冷却系统100的机壳。

设备模块220包括托架组件和电子部件。优选地，电子部件是热可交换非易失存储装置如硬盘驱动器。可供选择地，电子部件能是任何电子设备；例如3.5’’硬盘驱动器、2.5’’硬盘驱动器、5.25’’驱动器、光驱动器、磁带驱动器、固态驱动器、卡片阅读机、存储体、磁性存储体、通信模块、子插件板、传感器模块、或输入/输出模块。电子部件热耦合到托架组件上。托架组件从电子部件吸走热量。被动冷却系统100能包括多个设备模块。托架组件还能包括夹紧或固定机构，如下面更详细说明的。

设备模块220通过托架组件可拆卸式安装在热管组件210上。设备模块220热耦合到热管组件210上。热管组件210热耦合到散热器140和填充条150上。热管组件210从设备模块220吸出热量。散热器140从热管组件210吸出热量。两个分开部件相遇处的每个热耦合都能包括热化合物以便增加接合处的热特性。可供选择地，热管组件210、散热器140和填充条150能是热连续的一个部件。热管组件210还能包括用于电子部件的电连接。热管组件210在下面更详细说明。

设备模块220的电子部件电连接到母板260上。母板260还能包括子插件板250，该子插件板250能是例如视频卡片、以太网卡片、处理器卡片、或任何其它计算机卡片。母板260控制设备模块220和子插件板250。母板260能经由被动冷却系统100安装于其上的机架提供电力。母板260包括一个或多个处理器，该处理器通过处理器热管组件230热耦合到散热器140上。可供选择地，母板260和子插件板250的其它装置例如电源也能热耦合到散热器140上。有利地，被动冷却系统100在不使用风扇或液体冷却系统和不需要额外动力或高费用维护的情况下给设备模块220和母板260的处理器提供有效冷却。

参见图3，图3示出代表性实施例图2的被动冷却系统100的顶视图。闭合箭头表示热能经由其行进的主要热路线。被动冷却系统100包括前面板110、散热器140、填充条150、热管组件210、设备模块220、处理器热管组件230、母板260、存储器模块310、和电源热管组件320。

随着设备模块220产生热量，热管组件210从设备模块220吸走热量。填充条150从热管组件210吸走热量。最后，散热器140从填充条150吸走热量并把热量消散到周围大气中。因此，散热器140、填充条150、热管组件210、和设备模块220形成开环冷却系统。

随着母板260的处理器（未示出）产生热量，处理器热管组件230从处理器吸走热量。散热器140从处理器热管组件230吸走热量。同样地，随着母板260的电源（未示出）产生热量，电源热管组件320从处理器吸走热量。散热器140从电源热管组件320吸走热量。在某些情况下，部件不需要额外冷却。例如，存储器模块310能通过周围大气冷却。有利地，被动冷却系统100在不使用风扇或液体冷却系统的情况下给设备模块220、处理器和电源提供有效冷却。

参见图4，图4示出代表性实施例图2的设备模块220的透视图。设备模块220包括托架组件410和电子部件420。电子部件420紧固到托架组件410上。电子部件420能是非易失存储装置如硬盘驱动器，如上所述。托架组件410能是用于电子部件420的散热器和对接机构二者。托架组件410能用金属或任何导热材料制成。优选地，托架组件410用铝或铜合金制成。托架组件410能机加工、铸造、或压制。在托架组件410中能埋置热散布器。热化合物能施加到电子部件420和托架组件410之间的空间中。

托架组件410包括热管管道430。托架组件410对接在匹配热管管道430的热管上。托架组件410能具有一个或多个热管管道430。热管管道430设在电子部件420的其中一侧上。可供选择地，热管管道430能位于电子部件420的主热源附近。视应用而定，热管管道430能是直径为1.5英寸或更小；然而，较大管道也是可行的。例如，热管管道430直径能在1.5英寸到0.25英寸范围内。此外，各热管管道430每个都能是不同的尺寸。例如，朝向外壳的中心设置的热管道/热管能比朝向外壳的外部设置的热管道/热管大。热管管道430包括夹紧槽440，该夹紧槽440能用来改变热管管道430的尺寸。

夹紧槽440与夹紧机构450有关。当压入夹杆460时，夹紧机构450闭合夹紧槽440，因而紧固热管管道430。夹紧作用在托架组件410和它的相关热管之间产生更好的热耦合。此外，夹紧作用将托架组件410紧固到热管上，因此托架组件410不能移动并保持热连续性。因此，托架组件410能快速拆卸和替换。可供选择地，许多其它夹紧机构和/或附接机构是可行的。

参见图5A-5F，图5A-5F示出代表性实施例的代表性热管布局的透视图。如图5A中所示，热管510能是圆形。如图5B中所示，热管520能具有压入托架组件525的侧面中的指状物。如图5C中所示，热管530能具有翼片以增加表面积。如图5D中所示，热管540能是方形并压紧在托架组件547和分开的板条545之间。如图5E中所示，热管550能是三角形。如图5F中所示，热管560能是圆形并压紧在托架组件567和分开的板条565之间。

参见图6，图6示出代表性实施例图2的热管组件210的部件分解图。热管组件210包括桥接板610、后平面印刷电路板（PCB）620、和热管630。热管630通过后平面PCB 620结合到桥接板610上。桥接板610用螺钉655结合到填充条150上。热化合物能施加到桥接板610和填充条150之间的空间中。

桥接板610能是散热器和用于设备模块220的托架（dock）二者。桥接板610能用金属或任何导热材料制成。在某些实施方案中，桥接板610用铝或铜合金制成。桥接板610能机加工、铸造、冲压或压制。在桥接板610中能埋置热散布器。桥接板610包括一系列用于热管630的放出孔。可供选择地，热管630能通过提供良好热连接的压紧或其它紧固机构紧固到桥接板610上。热化合物能施加到桥接板610和热管630之间的空间中。

设备模块220在一对热管630上滑动。热管630在一端处形成锥形以便使设备模块220很容易滑动到热管630上。视应用而定，热管630直径能在1.5英寸或更小的范围内。热管630如此安装，以便当安装设备模块时，热管630设在设备模块的其中一侧上。可供选择地，热管630能围绕设备模块以不同的配置安装，如安装在顶部和底部上。热管630能用金属或任何导热材料制成。优选地，热管630用导热材料如铜合金或铝制成。热管630也能是电镀的以防氧化作用。热管630能机加工、铸造、冲压或压制。在使用中，能把热化合物涂敷到热管630的表面上以促进对相关设备模块220的热导率和减少氧化作用。当设定设备模块220的夹紧机构时，设备模块220的托架组件压紧相关的热管630而产生热和物理连接。

后平面PCB 620包括用于设备模块220的电力和数据连接。后平面PCB 620连接到电子设备的母板上。因此，设备模块220能很容易电连接到母板上。后平面PCB 620是设计成围绕热管630装配的定制PCB。后平面PCB 620包括适合于与设备模块220有关的特定种类电子部件的连接。例如，在设备模块220安装有硬盘的地方，后平面PCB 620包括电力和串行ATA（异步通信终端适配器）、EIDE（增强型IDE）、IDE（集成设备电路）、或SCSI（小型计算机系统接口）连接器。因此，当用户把设备模块插入机架中时，设备模块接合电力连接器和数据连接器。当用户接合夹紧机构时，设备模块变成锁紧在合适位置。夹紧机构能设计成主动地将连接器接合在后平面PCB 620上。

参见图7，图7示出代表性实施例图6的桥接板610的示意图。桥接板610包括用于每组热管的热散布器710。在一个实施方案中，桥接板610是铝，而热散布器710用铜合金制成。热散布器710设在桥接板610的内部。桥接板610还包括用来附接热管的孔720。孔720贯穿热散布器710，以便当附接热管时，在热管和热散布器710之间有直接热连接。热散布器710通过导引热流增加桥接板610的传热效率。在该实施例中，热散布器710是环形的。可供选择地，热散布器能水平地和以其它配置延伸。

参见图8，图8示出代表性实施例图2的处理器热管组件230的透视图。母板260包括处理器810。第一热质量820附接到每个处理器810上。第一热质量820通过热管830热耦合到第二热质量840上。第二热质量840各都热耦合到散热器140上。热化合物能施加在第一热质量820和处理器之间；及施加在第二热质量840和散热器140之间。

随着处理器产生热量，第一热质量820从处理器吸出热量。第二热质量840通过热管830从第一热质量820吸出热量。散热器140从第二热质量840吸出热量。最后，散热器140将热量消散到周围空气中。有利地，被动冷却系统在不使用风扇或液体冷却系统的情况下给处理器提供有效的冷却。

如上所述，电源也能热耦合到散热器上。参见图25，图25示出代表性实施例的被动冷却系统2500的一部分的顶视图。被动冷却系统2500的这部分是被动冷却系统包括散热器140、填充条150、和母板260的示例性电源区，如上所述。

电源2510能热耦合到散热器140上。电源2510为被动冷却系统提供电力。电源2510能包括印刷电路板2520、第一电源集成电路2530、第二电源集成电路2540、部件2550、和电容器2560。电源2510能通过支座2570附接到散热器140上。第一电源集成电路2530和第二电源集成电路2540能是例如功率晶体管或电源模块。第一电源集成电路2530和第二电源集成电路2540能例如在高速下转换，以便将120伏交流转变成至少12伏直流、5伏直流、3.3伏直流或任何其它电压的其中之一，因而产生热量。

在一个示例性实施例中，将第一电源集成电路2530和第二电源集成电路2540焊接到印刷电路板2520的第一侧上，以使第一电源集成电路2530和第二电源集成电路2540能直接贴着散热器140设置，因而将第一电源集成电路2530和第二电源集成电路2540热耦合到散热器140上。电源集成电路（2530，2540）和散热器140之间的接合部能包括热化合物，以便增加热耦合的热特性。将由电源2510，尤其是第一电源集成电路2530和第二电源集成电路2540所产生的热量吸收到散热器140上并消散到周围空气中。

电源2510的其它部分如部件2550和电容器2560能设在印刷电路板2520的第二侧上。部件2550和电容器2560如此安装，以便能尽量减少印刷电路板2520的面积而在印刷电路板2520的第一侧上为电源集成电路（2530，2540）提供容隙。可供选择地，能把第一电源集成电路2530、第二电源集成电路2540、部件2550、和电容器2560设在印刷电路板2520的一侧上，并如此安装以使电源集成电路（2530，2540）能接触散热器140。散热器140能包括隆起的区域以便能与电源集成电路（2530，2540）接触。可供选择地，能把任何数量的电源集成电路或部件热耦合到散热器上。有利地，电源能直接用被动冷却系统的散热器冷却。

参见图26，图26示出代表性实施例的电源单元2600的顶视图。电源单元2600能结合到被动冷却系统中。电源单元2600给被动冷却系统提供电力。

电源单元2600包括电源2610和散热器140。电源2610能热耦合到散热器140上。电源2610能包括印刷电路板2520、第一电源集成电路2530、第二电源集成电路2540、部件2550、和电容器2560。电源2610能通过支座2570附接到散热器140上。第一电源集成电路2530和第二电源集成电路2540能是例如功率晶体管或电源模块。

在一个示例性实施例中，第一电源集成电路2530和第二电源集成电路2540焊接到印刷电路板2520的第一侧上。第一电源集成电路2530结合到第一热管2630上。第一热管2630结合到散热器140上。因此，第一电源集成电路2530通过第一热管2630热偶合到散热器140上。由第一电源集成电路2530所产生的热量通过第一热管2630吸收到散热器140并消散到周围空气中。第一热管2630能是“工字梁”形状；然而，任何其它形状也能使用。第一电源集成电路2530、第一热管2630、和散热器140之间的接合能包括热化合物以便增强热耦合。

第二电源集成电路2540结合到第二热管2640上。第二热管2640结合到散热器140上。因此，第二电源集成电路2540通过第二热管2640热耦合到散热器140上。将由第二电源集成电路2540所产生的热量通过第二热管2640吸出送到散热器140并消散到周围空气中。第二热管2640能是“工字梁”形状；然而，任何其它形状也能使用。第二电源集成电路2540、第二热管2640、和散热器140之间的接合能包括热化合物以便增强热耦合。

第一热管2630和第二热管2640能用铜合金、铝、金属、或任何其它导热材料制成。如所示，第一热管2630和第二热管2640能是不同的高度，以便适应第一电源集成电路2530和第二电源集成电路2540的不同高度。可供选择地，能用一个或多个热管来将电源连接到散热器上。电源能包括任何数量的电源集成电路和其它部件。此外，视电源的特定实施方案而定，热管能有不同的配置。例如，热管能跨过许多部件或刺穿印刷电路板以便接触部件的底部。有利地，热管通过将电源中热量吸出送到散热器来冷却电源。

被动冷却外壳系统

参见图9，图9示出代表性实施例被动冷却外壳系统900的透视图。在一个实施例中，被动冷却外壳系统900成形为机架。被动冷却外壳系统900能包括支承结构905、散热器910、机箱920、热管930、和管道连接器940。和被动冷却系统100不同，被动冷却外壳系统900的散热器能设在机架外壳物上代替单个安装机架的底盘（或除了该底盘之外）。被动冷却外壳系统900能是用于安装安装机架的底盘的机架。被动冷却外壳系统900能结合到一种结构如标准装运集装箱、集装箱化的数据中心、或建筑物中，或者是该结构的一部分。例如，散热器910能结合到装运集装箱的侧面中。

支承结构905能支承散热器910和机箱920。支承结构905能是例如用于安装服务器的标准机架的尺寸。支承结构905能是任何高度、深度、和宽度。支承结构905能包括电源和用于供电和与机箱920通信耦合的后面板。

散热器910能包括翼片、冷却剂通道、或任何其它散热机构。翼片优选地垂直结合到散热器910的外部中。散热器910能用铝、铝合金、或任何其它热导体制成。散热器910能包括如上所述的热散布器（未示出）。热散布器能用铜合金或任何其它热导体制成。

散热器910能包括管连接器940。管连接器940将散热器910热耦合到热管930上。管连接器940能包括夹紧机构或夹紧装置以便将管连接器940机械紧固到热管930上，因而促进管连接器940和热管930之间的热粘合。此外，管连接器940能把机箱920用机械方法固定到支承结构905上。管连接器940能与散热器910分开或结合到散热器910中。能应用不同的夹紧机构，如下面进一步说明的。管连接器940能用铝、铝合金、或任何其它热导体制成。

机箱920能插到支承结构905中。机箱920能是服务器、开关、路由器、存储装置、蓄电池后备电源、电气设备、或任何其它电子设备。机箱920能是任何高度或深度。尤其是，机箱920能包括机架，如上所述。机架能以不同的配置如水平或垂直的配置成形。此外，机箱920能包括其它输入装置如可拆媒体驱动器、键盘、显示器、小型集成电路计算机、或操纵杆。可供选择地，机箱920能是可编程逻辑控制器底盘、叶片底盘、VME总线型外壳、PCI型外壳、紧凑PCI型外壳、服务器、或任何其它具有模块化机架和/或子机架的电子设备。可供选择地，散热器910能支承机箱920。

机箱920能包括热管930。热管930能热耦合到机箱920的内部部件上。例如，热管930能热耦合到处理器、磁盘驱动器、或机箱920的其它发热部件上。在与散热器910相关的每一侧上，热管930能是单根热管或多个单独的热管。可供选择地，热管930能是散热器910的一部分，而管连接器940能是机箱920的一部分。有利地，来自每个机箱920的热量能通过热管930和管连接器940吸出送到散热器910。有利地，每个机箱920都通过热传导冷却，因而消除了粉尘聚集在机箱920的内部部件上。

在一个示例性实施例中，每个机箱920都能是具有如上所述模块化机架的服务器。在另一示例性实施例中，每个机箱920都能是密封的机架底盘单元如热密封的单元。有利地，密封的机架底盘单元能很容易拆卸和清洁。例如，假定将包括被动冷却外壳系统的服务器群设在暴露于对生物有害如炭疽热或暴露于颗粒物污染、洪水、或飓风下的区域中。人员很容易拆除和去除污染或抢救密封的机架底盘单元。然后能把去除污染或抢救的密封机架底盘安全地移到不同的设施，因而保护设备和存储在密封的机架底盘单元上的数据。此外，支承结构905和散热器910能很容易去除污染。此外，能把与被动冷却外壳系统900有关的任何电源模块或其它电子设备密封在可拆机箱中。

在另一个示例性实施例中，被动冷却外壳系统900能结合到一种结构如标准装运集装箱、集装箱化数据中心、或建筑物中，或者是上述结构的一部分。例如，散热器910能结合到装运集装箱的外部。散热器910的翼片能沿着装运集装箱的侧面（及顶部和底部）设置。有利地，由机箱920所产生的热量能吸入到散热器910中。有利地，是装运集装箱的一部分的散热器910能用周围空气冷却。有利地，包括被动冷却外壳系统900的便携式数据中心比常规服务器群需要极少维护和需要较小电力操作。

尤其是，密封的机架底盘单元在许多军事应用中能是有利的。例如，机箱920的密封设计使机箱920能在极端环境如沙漠、海边、或北极中工作。例如，在北极环境中进入机箱的水分能很容易在电子部件上产生冷凝作用而引起故障。由于机箱920是密封的，所以粉尘、污物、沙子、水分、和其它污染物不能进入机箱920。此外，被动冷却外壳系统900比典型的服务器机架消耗显著更少的电力。因此，被动冷却外壳系统900很容易可适合于获得电力困难的许多环境。因此，机箱920需要极少维护、比典型的机架使用更少的电力，且不易出故障。

参见图10，图10示出代表性实施例图9的被动冷却外壳系统900的前视图。被动冷却外壳系统900包括散热器910、机箱920、热管930、和管连接器940，如上所述。

参见图11，图11示出代表性实施例图9的被动冷却外壳系统900的顶视图。被动冷却外壳系统900包括散热器910、机箱920、热管930、和管连接器940，如上所述。

参见图12，图12示出代表性实施例图9的被动冷却外壳系统900的侧视图。被动冷却外壳系统900包括机箱920、热管930、和管连接器940，如上所述。

参见图13，图13示出代表性实施例图9的机箱920的内部的顶视图。机箱920包括热管930，如上所述。机箱920的右侧示出许多单独的热管，而机箱920的左侧示出一个热管。

热管930能热连接到内部热管1360上。内部热管1360热耦合到桥接板1350上。桥接板1350能热耦合到设备热管1370上。设备热管1370能热耦合到设备1310上。设备1310能是例如硬盘驱动器，如上所述。处理器1320也能热耦合到内部热管1360和/或桥接板1350上。因此，由设备1310和处理器1320所产生的热量能从设备1310和处理器1320吸出送到热管930。可供选择地，在机箱包括管连接器的地方，由设备1310和处理器1320所产生的热量能从设备1310和处理器1320吸出送到管连接器。

设备1310和处理器1320能通过母板1340电连接。母板1340能通过端口1380电连接到外部设备上。端口1380能气密式与机箱920电连接而不使机箱920的内部部件暴露于污染物中。

参见图14，图14示出代表性实施例具有后散热器的被动冷却外壳系统1400的顶视图。在一个实施例中，具有后散热器的被动冷却外壳系统1400成形为机架。具有后散热器的被动冷却外壳系统1400包括散热器1410、机箱1420、热管1430、和管连接器1440。

散热器1410能包括翼片、冷却剂通道、或任何其它热消散机构，如上所述。散热器1410设置朝向后面。在某些实施例中，散热器1410还提供机架的结构。

散热器1410能包括热管1430。热管1430能热耦合到散热器1410上。热管1430从散热器1410伸出。在某些实施例中，热管1430能形成锥形。

机箱1420能包括管连接器1440。管连接器1440包括匹配热管1430的凹槽。当机箱1420安装到具有后散热器的被动冷却外壳系统1400上时，管连接器1440在热管1430上滑动。管连接器1440能包括夹紧机构或夹紧装置，以便用机械方法将管连接器1440固定到热管1430上，因而促进管连接器1440和热管1430之间的热接合。此外，管连接器1440能用机械方法将机箱1420固定到热管1430上。

被动冷却外壳系统能以不同的配置安装。参见图15，图15示出代表性实施例被动冷却外壳系统配置的顶视图。在图15中，并排安装两个被动冷却外壳系统900。每个被动冷却外壳系统900都包括支承结构905和散热器910，如上所述。

两个被动冷却外壳系统900用通道1510分开。通道1510部分地由两个被动冷却外壳系统900的每一个中的两个散热器910形成。通道1510能像导管一样起装入空气的作用。此外，通道1510能结合到别的数据中心监测和/或冷却技术中。在一个示例性实施例中，通道1510能用来装入冷空气。在另一个示例性实施例中，通道1510能用来装入气体如，但不限于，空气、潮湿空气、空调空气、氮气、或任何其它气体。在另一个示例性实施例中，通道1510能用来装入液体如，但不限于，乙二醇、氨水、水、或任何其它液体。通道1510能适合于所应用的特定冷却剂机构。

参见图16，图16示出代表性实施例图15的被动冷却外壳系统配置的前视图。并排安装两个被动冷却外壳系统900。每个被动冷却外壳系统900都包括支承结构905、散热器910、和机箱920，如上所述。

两个被动冷却外壳系统900用通道1510分开。通道1510部分地由两个被动冷却外壳系统900的每个中的两个散热器910形成。通道1510像导管一样起装入空气的作用。在一个示例性实施例中，通道1510能用来装入空气。在另一个示例性实施例中，通道1510能用来装入液体。

空气能穿过通道1510移动，如箭头1610所表示的。空气在形成通道1510的两个被动冷却外壳系统900的每一个中的两个散热器910上方流动，因而从散热器910吸走热量。

通道1510能用来在散热器910上方被动式亦即通过对流传导空气。此外，空气能例如通过用风扇被强制通过通道1510。在一个示例性实施例中，将设施外部的冷空气吸入通道1510中。有利地，通道1510中的冷空气不能到达机箱920，因而防止污染物进入电子仪器。

有利地，不需要隆起的底板、热通道/冷通道配置、及采暖通风和空调（HVAC）系统来冷却机箱920。有利地，计算和电子设施能通过减少冷却服务器机架所需的管道系统的量用节约空间的方式安装。

参见图17，图17示出代表性实施例服务器室1710的顶视图。服务器室1710能以不同的配置安装。在一个示例性实施例中，被动冷却外壳系统900安装成若干排。每两个被动冷却外壳系统900都用通道1510分开。服务器室1710能是建筑物、模块化货运集装箱、汽车的一部分、或任何其它外壳。

穿过通道1510移动的空气能从被动冷却外壳系统900的散热器吸走热量。通道1510能连接到导管系统上。因此，在服务器室1710的内部完成与冷却机构分开。有利地，污染物不能到达服务器室1710的内部。在另一些示例性实施例中，通道1510能成形为装入气体或液体，如上所述。

参见图18，图18示出代表性实施例图17的服务器室1710的侧视图。服务器室1710能以不同的配置安装。在一个实施例中，被动冷却外壳系统900安装成若干排。每两个被动冷却外壳系统900都用一个通道1510分开。

服务器1710包括壁1870、顶板1860、和底板1850。通道1510能从底板1850延伸到顶板1860。电缆槽1840能在底板1850下方延伸。可供选择地，电缆线路能在服务器室1710内延伸。

通道1510连接到底板1850下方的进气道1890和顶板1860上方的排气道1880上。在一个示例性实施例中，通过对流将设施外部的冷空气吸入进气道1890中。将冷空气穿过通道1510并在被动冷却外壳系统900的散热器上方吸入。因此，将来自进气道1890的空气加热。热空气在通道1510中上升，因而将更冷的外部空气吸入到进气道1890中。

受热的空气通过对流持续进入排气道1880。将受热的空气排放到外部。通道1510的对流性能和相关的管道系统能设计成显示特定的对流性能。例如，能把烟囱加到排气道1880上以便增强对流。此外，多个底板能包括连续的通道以便增强对流。能实施不同的被动和主动冷却设计，如该领域的技术人员众所周知的。有利地，来自被动冷却外壳系统900的机箱的热量能被动式除去，因而降低了冷却成本、设施成本、维护成本、和研制成本。

参见图19，示出根据相应实施例具有不同另外配置的服务器室1910的顶视图。服务器室1910能以不同的配置安装。在一个示例性实施例中，被动冷却外壳系统900安装在箱（pod）中。可供选择地，更多或更少的被动冷却外壳系统可以安装在箱内。此外，各箱能彼此相对旋转以便增强将箱包装在特定空间中。

每4个被动冷却外壳系统900被通道1930和电缆系统通道1920分开。4个被动冷却外壳系统900和电缆系统通道1920背对背安装以便形成通道1930。在这种配置中，4个被动冷却外壳系统900的散热器能如此设计，以使散热器仅处在通道1930中。服务器室1910能是建筑物、模块化货运集装箱、汽车的一部分、或任何其它外壳。

穿过通道1930移动的空气能从被动冷却外壳系统900的散热器吸走热量。通道1930能连接到导管系统上。因此，在服务器室1910的内部完成与冷却机构分开。有利地，污染物不能到达服务器室1910的内部。

在另一个示例性实施例中，将（图14的）具有后散热器的被动冷却外壳系统1400以可供选择的箱排列安装。如上所述，具有后散热器的被动冷却外壳系统1400有朝向机架后面设置的散热器。每4个具有后散热器的被动冷却外壳系统1400被通道1940分开。可供选择地，能把更多或更少被动冷却外壳系统安装在箱中。此外，各箱能彼此相对旋转，以便增强将箱包装在特定空间中。

4个具有后散热器的被动冷却外壳系统1400能背对背安装以便形成通道1940。在这种配置中，具有后散热器的被动冷却外壳系统1400的散热器能如此安装，以使散热器仅处在通道1940中。

穿过通道1940移动的空气能从具有后散热器的被动冷却外壳系统1400的散热器吸走热量。通道1940能连接到导管系统上。因此，在服务器室1910的内部完成与冷却机构分开。有利地，污染物不能到达服务器室1910的内部。

热管和热连接器能用不同的热连接设计实施。参见图20，图20示出代表性实施例被动冷却外壳系统2000的透视图。在图20中，被动冷却外壳系统2000成形为标准机架。被动冷却外壳系统2000包括外壳结构2005、散热器2010、机箱2020、热管2030、和管连接器2040。

外壳结构2005能支承散热器2010。外壳结构2005能是例如用于安装服务器的标准机架的尺寸。外壳结构2005能包括任何电子设备。外壳结构2005能是任何高度、深度、和宽度。外壳结构2005能包括电源和用于供电和通信耦合机箱2020的后面板。

散热器2010能包括翼片、冷却剂通道、或任何其它散热机构（未示出）。散热器2010能用铝、铝合金、或任何其它热导体制成。散热器2010能包括如上所述的热分布器（未示出）。热分布器能用铜合金制成。

散热器2010能包括管连接器2040。管连接器2040将散热器2010热耦合到热管2030上。管连接器2040能用机械方法将机箱2020固定到被动冷却外壳系统2000上。管连接器2040能结合到散热器2010中。管连接器2040能包括槽2072。槽2072在前面处能具有宽的锥形，以便能方便机箱安装。槽2072能沿着散热器2010的深度延伸。槽2072能从前到后稍成锥形。

机箱2020能插到外壳结构2005中。机箱2020能是服务器、开关、路由器、存储装置、蓄电池备用电源、电气设备、或任何其它电子设备。机箱2020能是任何高度或深度。尤其是，机箱2020能包括机架，如上所述。机架能以不同的配置如水平或垂直配置成形。

机箱2020能包括热管2030。热管2030能热耦合到机箱2020的内部部件上。例如，热管2030能热耦合到处理器、磁盘驱动器、或机箱2020的其它发热部件上。在图20中，热管2030沿着机箱2020的两侧延伸。

随着机箱2020插入到被动冷却外壳系统2000中，热管2030热接合槽2072。能用热化合物来增强热管2030和管连接器2040之间的热耦合。热管2030能包括起始块2062、第一压缩轨道2066、和第二压缩轨道2066。当热管2030插入槽2072中时，起始块2062导引热管2030。起始块2062保护第一压缩轨道2066和第二压缩轨道2066的边缘。起始块2062用耐久材料如铝、铝合金、或任何其它金属制成。同时，第一压缩轨道2066和第二压缩轨道2066形成锥形以使宽度比槽2072稍大，亦即在起始块2062处第一压缩轨道2066和第二压缩轨道2066的宽度大约是起始块2062的宽度，但在相对端处第一压缩轨道2066和第二压缩轨道2066比槽2072的前面开口稍宽。

第一压缩轨道2066和第二压缩轨道2066能挠曲以匹配槽2072，因而用机械方法和热方法二者接合槽2072。第一压缩轨道2066和第二压缩轨道2066能用嵌条或其他缓解方法加强挠曲。第一压缩轨道2066和第二压缩轨道2066能用任何可挠曲的导热材料如铝、铝合金、或任何其它金属制成。

因此，当机箱2020插入一组槽2072中时，起始块2062将第一压缩轨道2066和第二压缩轨道2066导入槽2072中。随着机箱2020进一步推入被动冷却外壳系统2000中，第一压缩轨道2066和第二压缩轨道2066压紧槽2072的侧面，因而在热管2030和管连接器2040之间形成热耦合。

参见图21，图21示出代表性实施例图20的被动冷却外壳系统2000的前透视图。被动冷却外壳系统2000包括外壳结构2005、散热器2010、机箱2020、热管2030、和管连接器2040。管连接器2040能包括槽2072。热管2030能包括第一压缩轨道2066，和第二压缩轨道2066。图21示出机箱2020接合管连接器2040的槽2072的两个热管2030。

参见图22，图22示出代表性实施例热接合2200的顶视图。在一个示例性实施例中，热接合2200能是热管2230和管连接器2040之间的热和机械耦合。热管2230与机箱2220有关。管连接器2240与散热器2210有关。

管连接器2240包括热管管道2245。管连接器2240座落在匹配热管管道2245的热管突起2235上。管连接器2240能具有一个或多个热管管道2245。热管突起能设在机箱2220的任一侧上。视应用而定，热管管道2245直径能是1.5英寸或更小；然而，较大的管道也是可行的。例如，热管管道2245直径能在1.5英寸至0.25英寸范围内。此外，在被动冷却外壳系统中不同部位处的热管管道尺寸能各不相同。例如，用于电源机箱的热管道/热管能比用于服务器机箱的热管道/热管大。热管管道2245包括能用来改变热管管道2245尺寸的夹紧槽。热管管道2245能具有不同的外形，如图5A-5F所示的那些。当把机箱2220插入被动冷却外壳系统中时，热管突起2235接合热管管道2245。可供选择地，热管突起2235和热管管道2245能从后到前形成锥形。

参见图23，图23示出代表性实施例图22的热接合2200的侧视图。热接合2200能是热管2230和管连接器2240之间的热和机械耦合。热管2230与机箱2220有关。管连接器2240与散热器2210有关。

管连接器2240包括热管管道2245。管连接器2240对接在匹配热管管道2245的热管突起2235上。在图23中，热管突起2235和热管管道2245具有圆形外形。可供选择地，能使用其它不同的外形，如图5A-5F中所示。

管连接器2240还能包括夹紧槽2347。夹紧槽2347能与夹紧机构结合使用。例如，当压入夹紧机构的夹杆时，夹紧机构能闭合夹紧槽2347，因而紧固热管管道2245。夹紧作用在管连接器2240和热管2230之间形成更好的热耦合。此外，夹紧作用将机箱2220紧固到热管2230上，以使机箱2220不能移动和使机箱2220保持与散热器2210的热连续性。因此，机箱2220能快速拆卸和更换。可供选择地，许多其它夹紧和/或附接机构是可行的。

参见图24，图24示出代表性实施例加保护的热管2400的顶视图。在一个示例性实施例中，热管2430与散热器2410有关。匹配的管连接器（未示出）与机箱（未示出）有关。可供选择地，热管与机箱有关，而管连接器与散热器有关。

热管2430热耦合到散热器2410上。热管2430包括热管突起2435。热管突起2435能具有不同的外形，如图5A-5F中所示。保护块2485在热管突起2435上滑动。保护块2485用弹簧2480进行弹簧加载。保护块2485防止热管突起2435变弯或另外损坏。

当匹配的管连接器在热管突起2435上滑动时，保护块2485收缩。最后，露出缺口2490。管连接器能接合缺口2490以把管连接器固定到热管突起2435上。可供选择地，有保护块的热管能与机箱有关。

代表性实施例涉及用于被动冷却电子仪器的设备。用于被动冷却电子仪器的设备包括至少一个热管和至少一个热耦合到桥接板上的散热器。当托架热耦合到至少一个热管上时，至少一个散热器从托架吸走热量。

另一个代表性实施例涉及用于被动冷却电子仪器的方法。方法包括通过托架从电子部件吸走热量送到至少一个热管。来自至少一个热管的热量通过桥接板吸出送到至少一个热管并消散。

另一个代表性的实施例涉及用于被动冷却电子仪器的设备。用于被动冷却电子仪器的设备包括托架，该托架成形为热耦合至少一个热管和电子部件。用于被动冷却电子仪器的设备还能包括夹紧机构，该夹紧机构成形为增强托架热耦合到至少一个热管上。

另一个代表性实施例涉及用于被动冷却电子仪器的设备。用于被动冷却电子仪器的设备包括至少一个成形为热耦合到至少一个机箱上的散热器。当至少一个机箱热耦合到至少一个散热器上时，至少一个散热器从至少一个机箱吸走热量。

另一个代表性实施例涉及用于被动冷却电子仪器的设备。用于被动冷却电子仪器的设备包括成形为热耦合到至少一个散热器上的机箱。当机箱热耦合到至少一个散热器上时，至少一个散热器从机箱吸走热量。

另一个代表性实施例涉及用于被动冷却电子仪器的方法。方法包括通过热接头从机箱吸走热量送到至少一个散热器。热量在通道中消散。至少一个散热器形成通道的至少一部分。

上述一些代表性实施例的说明提供了用于例证和说明的目的。上述说明不打算是详尽的或是把本发明限于所公开的精确形式，而一些修改和变动按照上述说法是可行的或可以从本发明的实践中获得。例如，所说明的一些代表性实施例集中在安装机架的服务器上水平驱动器配置的代表性实施方案上。然而，本发明不限于如上所述和所示的代表性实施方案。该领域的技术人员应该认识到，本发明的装置和方法可以用若干部件的各种不同组合实施。此外，装置和方法可以适用于需要冷却的不同的电子系统。选择和说明一些实施例以便阐明本发明的原理，且作为本发明的实际应用以便使该领域的技术人员能在各种不同实施例中利用本发明，且用不同的修改作为适合于所实施的特定使用。打算把本发明的范围通过所附的权利要求及其等效物限定。

Claims (13)

1.一种用于被动式冷却电子仪器的设备，包括：

机箱，其容纳：

电子部件；

设备热管，成形为热耦合到该电子部件；

桥接板，热成形为热耦合到该设备热管；和

内部热管，成形为热耦合到该桥接板；

至少一个热管，成形为热耦合到该内部热管上；

至少一个散热器，成形为被动地从该机箱吸走热量；

支承结构，成形为支承该机箱和该至少一个散热器；和

管连接器，成形为机械式固定该机箱到该支承结构并且将该至少一个热管热耦合到该至少一个散热器。

2.如权利要求1所述的设备，其中管连接器包括夹紧机构，该夹紧机构成形为增强该机箱到该至少一个散热器的热耦合。

3.如权利要求1所述的设备，其中机箱还包括至少一个压缩轨道，该压缩轨道成形为压抵该至少一个散热器的槽。

4.如权利要求1所述的设备，其中该机箱包括密封的机箱。

5.如权利要求1所述的设备，其中该机箱包括服务器、开关、路由器、存储装置、备用电池、和电气设备的至少其中之一。

6.如权利要求1所述的设备，其中该机箱成形为可拆式结合到该至少一个散热器上。

7.如权利要求1所述的设备，其中该至少一个散热器包括通道的至少一部分，其中该通道成形为提供冷却流体。

8.如权利要求7所述的设备，其中该通道成形为是建筑物的采暖通风和空调（HVAC）系统的一部分。

9.一种被动式冷却电子仪器的方法，包括：

通过设备热管从电子部件吸送热量；

通过桥接板从该设备热管吸送所述热量；

通过内部热管从该桥接板吸送所述热量，其中该电子部件、该设备热管、该桥接板和该内部热管容纳在机箱内；

通过至少一个热管从该内部热管吸送所述热量；

经过管连接器从该至少一个热管被动式吸送热量到至少一个散热器，其中该至少一个散热器成形为通过支承结构被支承，并且其中该管连接器成形为将机箱机械式固定到该支承结构上。

10.如权利要求9所述的方法，其中该管连接器包括夹紧机构，该夹紧机构成形为增强该管连接器到该至少一个热管的热耦合。

11.如权利要求9所述的方法，

其中该至少一个散热器形成通道的至少一部分；和

其中该通道是建筑物的采暖通风和空调（HVAＣ）系统的一部分。

12.如权利要求9所述的方法，其中该电子部件包括服务器、开关、路由器、存储装置、备用电池、和电气设备的至少其中之一，且电子部件包括密封的机箱。

13.如权利要求11所述的方法，其中该通道成形为被动式抽吸流体以消散通道中的热量。