CN103025126B - 用于组合式电子设备的液体冷却系统 - Google Patents

Abstract

一种电子设备集成电路的冷却系统包括一冷却体和一框架，框架相对所述冷却体放置，用于将设备可逆式插入至所述框架上，以便所述冷却体热接触所述集成电路。所述冷却体引入一种流经一输入管的流体被冷却。通过一输出管从所述冷却体接收的热流体被冷却后再循环。所述电子设备的外壳包括一向后缺口，允许所述冷却体从此进入所述电子设备的外壳。优选地，强制气体流经所述输出管可以用于进一步冷却。

Description

用于组合式电子设备的液体冷却系统

技术领域

本发明涉及冷却系统，特别是，涉及一种用于组装式电子设备的集成电路的冷却系统，组装式电子设备适于用这样一种系统被冷却。

背景技术

当集成电路的元件变的越来越小且越来越快，这些电路产生的热量也增长到无法有效冷却电路而易损害或损坏电路的程度。对集成电路上方吹气来长时间冷却集成电路的风扇已经成为个人电脑的一种特征。这样强制气体的冷却方式，其本身及其组成，对于很多现代电子设备来说是不适用的。 因此，比气体（例如空气）有更高热容量的液体（例如水）已经开始用于冷却集成电路。例如，专利号为6,999,316，哈曼的美国专利，是为了如同在此充分阐述的多种目的而纳入本发明的参考文件，其明示一种带有若干冷却流体内部管道的印刷电路板。所述若干内部管道为热交换器单元供给冷却流体，且从热交换器单元转移热量，所述热交换器单元长期热接触一安装在所述电路板上的集成电路（尤其是一处理器）。所述若干内部管道提供一些配件用于可逆向连接所述若干内部管道若干外部管道，所述若干外部管道为所述电路板供给冷却液，而且将热流体送至一热交换器以便冷却和再循环。这种冷却系统承受的缺点是，配件有可能泄露，特别是一电路板换成另一电路板时，因而浪费冷却液体，如果冷却液体是可导电的，还存在集成电路短路的风险。

一种无泄漏风险的、用液体冷却设备的集成电路的电子设备冷却系统具有很大的优势。

发明内容

根据本发明提供一种电子设备集成电路的冷却系统，包括：(a)一冷却体；(b)一框架，相对所述冷却体放置，以便电子设备可逆式插入至所述框架上，在所述可逆式插入时，所述冷却体热接触所述集成电路；(c)一输入管，流通至所述冷却体，用于引进一种流体至所述冷却体；以及(d)一输出管，流通至所述冷却体，用于从所述冷却体接收所述流体。

根据本发明提供一种电子设备，包括：(a)一外壳，包含一基板；以及(b)一集成电路，设置于所述基板上，以致当电子设备被可逆式插入至一包含冷却体的系统的一框架上时，该冷却体进入所述外壳并与所述集成电路进行热接触。

根据本发明提供一种电子设备集成电路的冷却方法，包括如下步骤：(a)提供一冷却体和一框架；(b)安装该电子设备，并将所述框架相对所述冷却体放置，以便当该电子设备可逆式插入至所述框架上时，所述冷却体与所述集成电路进行所述热接触；(c)通过一输入管引入一种吸热流体至所述冷却体；(d)将所述电子设备插入至所述框架上；以及(e)通过一输出管从所述冷却体抽出至少部分所述流体。

根据本发明提供一种操作一对电子设备的方法，每一电子设备分别包括一集成电路，包括如下步骤：(a)提供一冷却体和一框架；(b)安装该对电子设备，并将所述框架相对所述冷却体放置，以便当任一电子设备可逆式插入至所述框架上时，所述冷却体分别与该电子设备的集成电路进行所述热接触；(c)通过一输入管引入一种吸热流体至所述冷却体；(d)通过一输出管从所述冷却体抽出至少部分所述流体；(e)将该对电子设备中的一第一电子设备插入至所述框架上；以及，(f)将所述第一电子设备从所述框架上移开；(g)将该对电子设备中的一第二个电子设备插入至所述框架上。

本发明的一基本系统，用于冷却一种电子设备的一集成电路，包括一冷却体、一框架、一输入管和一输出管。所述框架相对所述冷却体放置，以便电子设备可逆式插入至所述框架上，这样，在所述可逆式插入时，所述冷却体热接触所述集成电路。所述输入管和所述输出管皆流通至所述冷却体。所述输入管用于引进一种吸热流体，例如一种温度比所述集成电路的工作温度还低的流体，至所述冷却体，所述输出管用于从所述冷却体接收所述流体。

优选地，所述系统包括一屏障，用于引导所述电子设备插入至所述框架上，使所述冷却体热接触所述集成电路。在如下所述的优选实施例中，此屏障包括机架的背板和所述冷却体的侧面。

优选地，在电子设备都被插入到所述机架上之后，所述冷却体大幅地覆盖所有的集成电路。

优选地，所述系统还包括一机构，用于维持所述冷却体与所述集成电路的所述热接触。

优选地，所述系统还包括一机构，当电子设备被插入至所述框架上时，用于保护集成电路以免损坏。

原则上，所述流体可以为一种气体，但是在实践中所述流体通常是一种液体，因为液体具有的热容量比气体高得多。

优选地，所述输入管和所述输出管紧密连接至所述冷却体。

优选地，所述系统还包括一热交换器，用于连接所述输出管，以对所述输出管接收的所述液体的散热。更优选地，所述热交换器还再循环冷却的流体至所述输入管。

优选地，所述系统还包括一机构，用于强制气体流经所述输出管。通常，所述气体也流经所述输入管，但所述气体流动的主要目的是冷却所述输出管。

本发明的一基本机架，包括多个所述系统的实施例。所述基本机架还包括一用于供给所述流体至所述输入管的供给管和一用于接收来自所述输出管的所述流体的排水管。

优选地，所述机架还包括一热交换器，用于连接所述排水管，以对所述排水管接收的所述流体散热。更优选地，所述热交换器还用于从散热之处供给所述流体至所述供给管。

优选地，所述机架还包括一机构，用于强制气体流经所述输出管。通常，所述气体也流经所述输入管，但所述气体流动的主要目的是冷却所述输出管。

本发明的一基本电子设备包括一外壳和一集成电路。所述外壳包含一基板。所述集成电路设置于所述基板上，以致当电子设备被可逆式插入至一包含冷却体的系统的一框架上时，该冷却体进入所述外壳并与所述集成电路进行热接触。

优选地，所述电子设备的外壳还包括一向后缺口；而且，当该电子设备可逆式插入至所述框架上时，所述冷却体通过所述向后缺口进入所述外壳，并与所述集成电路进行所述热接触。

优选地，所述电子设备的外壳包括一具有至少一个通风孔的侧壁。

优选地，所述电子设备的外壳还包括一相对所述基板放置的顶盖，以便在电子设备被插入所述框架上后，维持所述冷却体与所述集成电路的所述热接触。

优选地，所述电子设备还包括一机构，当电子设备被插入至所述框架上时，用于保护集成电路以免损坏。

在电子设备集成电路的基本冷却方法中，提供一冷却体和一框架。所述电子设备被安装，所述框架被相对所述冷却体放置，以便当该电子设备可逆式插入至所述框架上时，所述冷却体与所述集成电路进行所述热接触。一种吸热流体，例如一种温度比所述集成电路的工作温度还低的流体，通过一输入管被引入至所述冷却体，且所述电子设备被插入至所述框架上。至少部分所述流体通过一输出管从所述冷却体中被抽出。

优选地，从所述冷却体抽出的至少部分所述流体的热量散失。更优选地，已散失热量的所述至少部分所述流体被重新引入至所述冷却体。

优选地，一种气体被压迫从而流经所述输出管。

因为所述电子设备，所述冷却体和所述框架被安装上，以便所述电子设备可逆式插入至所述框架上，所以在所述电子设备插入至所述框架后的任何时间，所述电子设备都可能被从所述框架上移开。

在操作一对电子设备的方法中，每一电子设备分别包括一集成电路，提供一冷却体和一框架。该对电子设备被安装上，并将所述框架相对所述冷却体放置，以便当任一电子设备可逆式插入至所述框架上时，所述冷却体分别与该电子设备的集成电路进行所述热接触。一种吸热流体通过一输入管被引入至所述冷却体，至少部分所述流体通过一输出管从所述冷却体被抽出，该对电子设备中的一第一电子设备被插入至所述框架上。过一会儿，所述第一电子设备被从所述框架上移开，另一个电子设备被插入至所述框架上。

附图说明

参考所附图纸，在此处仅以举例的方式说明各种实施例，其中：

图1为本发明的机架的部分剖开透视图；

图2所示为图1的机架与一个本发明的电子设备配置一起；

图3所示为图1的机架的侧剖视图，该机架配置的一个本发明的电子设备安装在其中一个框架上；

图4A和4B显示分两个阶段将所述电子设备的一个实施例插入至所述机架的一个实施例的框架上；以及

图5A和5B显示分两个阶段将所述电子设备的另一个实施例插入至所述机架的另一个实施例的框架上。

具体实施例

参照附图和所附说明可以更好地理解本发明中的电子设备的冷却系统的原理和作用。

参照附图，图1是本发明的机架10的部分剖开透视图，机架10用于安装六个电子设备，例如图2所示的电子设备50。机架10包括六个框架12。每一框架分别装备有一冷却体14，冷却体14用于冷却设在相应框架12上的电子设备的集成电路。

上述若干冷却体14为若干个由热导材料（例如铜或铝）制成的中空箱子。每一冷却体14装备有一根用于引入一种冷却流体至冷却体14的输入管16和一根用于从冷却体14接收被加热的冷却流体的输出管18。在某些实施例中，冷却体14只是一个冷却流体自由流动于其中的箱子。在另一些实施例中，冷却体14包括一根盘旋的、螺旋状的或弯曲的导管，所述导管连接输入管16和输出管18，所述导管凭借其盘旋的、螺旋状的或弯曲的形状占用冷却体14大部分内部空间，而且冷却体14中所述冷却流体的流动被限制在所述弯曲导管内。

所述冷却流体一般是水。在特别的应用中，所述冷却流体可以为一种不同的流体，例如丙二醇基的防冻液。

输入管16被连接至一用于供给冷的冷却流体至输入管16的供给管20。输出管18连接至一用于接收来自输出管18的热的冷却流体的排水管22。所述热的冷却流体被排水管22运载至一热交换器24，所述热的冷却流体在热交换器24中被冷却，以便通过供给管20和输入管16再循环至冷却体14。一般地，热交换器24是一种以强制气体循环方式对冷却体14散热的冷却器。所述冷却流体通过管道16、18、20和22以及热交换器24的循环可以为对流循环，或者其它以一泵驱动强制循环的方式。图1中的箭头所示为所述冷却流体的循环方向。

热交换器24安装在机架10上并非绝对必要的。热交换器24可以与机架10物理分离（除了与管20和22流体交流），甚至在与机架10不同的房间。

机架10还包括一背板26。联系下文中的图3，背板26有更多的细节被披露。

图2所示为一种类型的电子设备50，例如一可现场更换的单元，这种类型的集成电路52适于被插入至一框架12的一冷却体14冷却。设备50包括一外壳54，外壳54依次包括一基板56、一顶盖60、两侧壁62和一前壁64。设备50的电子元件包括在基板56上的一集成电路52，集成电路52需要被冷却体14冷却。设备50的电子元件包括两个用于插入背板26的插头72，如下文中联系图3的说明。设备50被安装在机架10上，且被置于相应的框架12上，设备50滑向背板26直至冷却体14覆盖集成电路52。

图2中的箭头显示管道16和18具有足够弹性可以提供冷却体14上下运动的限度，以帮助设备50安装在框架12上，且冷却体14覆盖集成电路52。

图3为机架10的侧剖视图，显示两个电子设备50安装在若干框架12的其中之一上。更确切地说，如图3所示只有电子设备50的集成电路52和基板56，以及电子设备50的插头72中的一个。在每一个已占用的框架12上，冷却体14设在集成电路52的上方热接触集成电路52。所示的插头72插入背板26的背板连接处28，从而为电子设备50提供电力，且为电子设备50和其他安装在机架10上的电子设备50之间提供一有线连接的途径。

两个插头72彼此相对的侧壁界定一个缺口68，当设备50被插入至框架12上时，冷却体14通过缺口68进入外壳54。优选地，缺口68大约和冷却体14同样宽，因此两个插头72内侧壁用于引导设备50适当的横向置入，以便冷却体14覆盖集成电路52。背板26用作设备50插入框架12上时的档板以确保外壳50不能插入框架10太多，以便冷却体14覆盖集成电路52。由此，背板26和冷却体14的侧面一起，正合于填入缺口68，引导电子设备50插入框架12之上，直到保证冷却体14能完全覆盖集成电路52的程度。缺口68是申请中的权利要求中被称为”向后”缺口的一个实施例，可理解的是，当电子设备被安装在机架10的框架12上时，缺口68位于电子设备50在机架10深处（靠近背板26处）的部分， 即是“向后的”。

图3还表明以一风扇30产生的强制气体冷却来补充冷却流体提供的冷却。图3中的单向箭头表示冷却气体流动的方向。如图2，图3中的双向箭头表明管16和18有足够弹性提供冷却体14上下运动的限度。如图2所示，电子设备50的前壁64包括通风孔70，便于冷却气体循环进出外壳54。

简单举例说明，图1-3所示为一机架10，该机架10 的所有框架12都朝向同一方向。本发明的范围还包括双面机架，所示双面机架的框架朝向相反方向、被一中板隔离开，所述中板具有和背板26一样的作用：提供电源连接器并且为安装在所述机架上的电子设备提供有线连接的途径，以及用作设备50插入的档板，以便所述机架的各个冷却体覆盖所述电子设备的集成电路。

电子设备50是组合式的，在某种意义上来说，并非所有框架12都需要被电子设备50占用。事实上，图3所示的只是被电子设备50占用的六个框架12中的两个。

图4A和图4B所示分两个安装阶段将电子设备50的一个实施例安装至机架10的一个实施例的一框架12上。在机架10的这一实施例中，每一冷却体14装备一向前弯曲的防护板32，以确保当电子设备50滑（图4A和图4B中，向右）至框架12时冷却体14不会损害集成电路52。图4A显示集成电路52开始接触防护板32的情况。图4B 显示所示电子设备被完全插入至框架12上且冷却体14完全覆盖集成电路52的情况。在本实施例中，顶盖60在冷却体14上方向下压，以便维持冷却体14 和集成电路52之间的热接触。在图3所示的实施例中，管16和18很有弹性，足以允许集成电路52插入冷却体14下方，而且很有韧性，足以推动冷却体14向下，一旦集成电路52被插入至冷却体14下方，维持与集成电路52的热接触。

图5A和图5B所示分两个安装阶段将电子设备50的另一个实施例安装至机架10的另一个实施例的一框架12上。在这些实施例中，在每一电子设备50的基板56上的集成电路52后面安装一斜面74，以确保当电子设备50滑（图5A和图5B中，向右）至框架12时冷却体14不会损害集成电路52，而不用在冷却体14上装备防护板。如图3中的实施例所示，在机架10的这一实施例中，管16和18很有弹性，足以允许集成电路52被插入至冷却体14下方，而且很有韧性，足以推动冷却体14向下，一旦集成电路52被插入至冷却体14下方，维持与集成电路52的热接触。

这一电子设备50很容易插入至框架12以及从框架12移开，很容易用一个所需的替代电子设备50替换一种有缺陷的或即将过时的电子设备50。

本发明用于说明的实施例数量有限，值得赞赏的是，本发明的许多变形、修正以及其他应用也可以被制造出。因而，如下述权利要求书所述的请求保护的发明，并非仅限于其中说明的实施例。

Claims (23)

1.一种电子设备集成电路的冷却系统，包括：

(a)一冷却体；

(b)一框架，相对所述冷却体放置，以便电子设备可逆式插入至所述框架上，在所述可逆式插入时，所述冷却体热接触所述集成电路；当电子设备保持插入至所述框架上时，所述框架使得所述集成电路与所述冷却体保持所述的热接触；

(c)一输入管，流通至所述冷却体，用于引进一种流体至所述冷却体；以及

(d)一输出管，流通至所述冷却体，用于从所述冷却体接收所述流体；

其中，所述框架为所述冷却系统的一独立部件，使得所述集成电路与所述冷却体保持所述的热接触。

2.权利要求1所述的系统，还包括：

(e)一屏障，用于引导所述电子设备插入至所述框架上，使所述冷却体热接触所述集成电路。

3.权利要求1所述的系统，当所述电子设备插入到所述框架上时，所述冷却体实质覆盖所有的集成电路。

4.权利要求1所述的系统，还包括：

(e)一机构，用于维持所述冷却体与所述集成电路的所述热接触。

5.权利要求1所述的系统，还包括：

(e)一机构，当电子设备被插入至所述框架上时，用于保护集成电路以免损坏。

6.权利要求1所述的系统，其中，所述输入管和所述输出管紧密连接至所述冷却体。

7.权利要求1所述的系统，还包括：

(e)一热交换器，连接至所述输出管，用于从所述输出管接收的所述流体移除热量。

8.权利要求7所述的系统，其中，所述热交换器还用于供给所述热量被移除的所述流体至所述输入管。

9.权利要求1所述的系统，还包括：

(e)一机构，用于强制气体流经所述输出管。

10.一机架，用于安装多个电子设备，包括：

(a)权利要求1所述的多个系统；

(b)一供给管，用于供给所述流体至所述输入管；以及

(c)一排水管，用于接收来自所述输出管的所述流体。

11.权利要求10所述的机架，还包括：

(d)一热交换器，连接至所述排水管，用于从所述排水管接收的所述流体移除热量。

12.权利要求11所述的机架，其中，所述热交换器还用于供给所述热量被移除的所述流体至所述供给管。

13.权利要求10所述的机架，还包括：(d)一机构，用于强制气体流经所述输出管。

14.一电子设备，包括：

(a)一外壳，包含

（i）一基板；

（ii）一向后缺口，即该电子设备中两个被安装在该电子设备后部的部件之间的缺口；以及

(b)一集成电路，设置于所述基板上，以致当电子设备被可逆式插入至一包含冷却体的系统的一框架上时，该冷却体进入所述外壳并与所述集成电路进行热接触；

其中，当该电子设备可逆式插入至所述框架上时，所述冷却体通过所述向后缺口进入所述外壳，并与所述集成电路进行所述热接触。

15.权利要求14所述的电子设备，其中，所述外壳包括一具有至少一个通风孔的侧壁。

16.权利要求14所述的电子设备，其中，所述外壳还包括一相对所述基板放置的顶盖，以便在电子设备被插入所述框架上后，维持所述冷却体与所述集成电路的所述热接触。

17.权利要求14所述的电子设备，还包括：

(c)一机构，当电子设备被插入至所述框架上时，用于保护集成电路以免损坏。

18.电子设备集成电路的冷却方法，包括如下步骤：

(a)提供一冷却体和一框架；

(b)安装该电子设备，并将所述框架相对所述冷却体放置，以便当该电子设备可逆式插入至所述框架上时，所述冷却体与所述集成电路进行热接触；以便当电子设备保持插入至所述框架上时，所述框架使得所述集成电路与所述冷却体保持热接触；

(c)通过一输入管引入一种吸热流体至所述冷却体；

(d)将所述电子设备插入至所述框架上；以及

(e)通过一输出管从所述冷却体抽出至少部分所述流体；

其中，该电子设备被安装上，并将所述框架相对所述冷却体放置，只有所述框架使得所述集成电路与所述冷却体保持所述热接触。

19.权利要求18所述的方法，还包括如下步骤：

(f)从所述冷却体抽出的所述至少部分所述流体移除热量。

20.权利要求19所述的方法，还包括如下步骤：

(g)从所述至少部分所述流体移除热量后，重新引入所述至少部分所述流体至所述冷却体。

21.权利要求18所述的方法，还包括如下步骤：

(f)强制气体流经所述输出管。

22.权利要求18所述的方法，还包括如下步骤：

(f)将该电子设备从所述框架上移开。

23.操作一对电子设备的方法，每一电子设备分别包括一集成电路，包括如下步骤：

(a)提供一冷却体和一框架；

(b)安装该对电子设备，并将所述框架相对所述冷却体放置，以便当任一电子设备可逆向插入至所述框架上时，所述冷却体分别与该电子设备的集成电路进行热接触；当该对电子设备保持插入至所述框架上时，所述框架使得该对电子设备相应的集成电路与所述冷却体保持热接触；

(c)通过一输入管引入一种吸热流体至所述冷却体；

(d)通过一输出管从所述冷却体抽出至少部分所述流体；

(e)将该对电子设备中的一第一电子设备插入至所述框架上；

(f)将所述第一电子设备从所述框架上移开；以及，

(g)将该对电子设备中的一第二个电子设备插入至所述框架上；

其中，该对电子设备被安装上，并将所述框架相对所述冷却体放置，只有所述框架使得所述电子设备相应的集成电路与所述冷却体保持所述热接触。