CN111630470A - 模块化计算机冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一个模块化计算机冷却系统，包括热桥组件，可将计算机系统中的可分离模块中热源产生热量以被动方式传递出去。热桥可以将热传递到冷却板上，冷却板具有供液体冷却剂流动的流体通道。冷板可位于或连接到具有泵和至少一个冷却元件(如散热器或风扇系统)的冷却舱中。来自独立模块的热量可以通过热桥被动地传输到冷板上，在冷板上泵入的液体可以将热量传输到冷却舱的冷却元件上，用于散热。

Description

模块化计算机冷却系统

相关专利申请

本专利申请要求于2018年7月31日提交的美国临时专利申请第62/712,672号的优先权，该临时专利申请的名称为“便利电子产品模块化的冷却方法”，其全部内容通过引用被引入本专利申请。

背景技术

计算机系统可以进行模块化设计，以便允许例如显卡、存储器、存储驱动器、光盘驱动以及/或者其他独立的模块，可以进行移除和切换。这种模块化设计方案具有灵活性，允许用户定制或者升级他们的计算机系统。

在计算机系统中，可以使用冷却系统对模块本身产生的热量进行散热。冷却系统可以使用风冷，也可以使用液冷。例如，风扇系统被安装在计算机系统的外壳中，内置一个或多个模块，通过将周围的空气吹过外壳消除模块产生的热量，从而使模块降温。

附图说明

下面通过附图进行详细说明。在附图中，最左边数字表示该标号首次出现的附图标号。在不同的附图中使用相同的标号，表示相似或相同的零部件或特征。

图1是计算机系统的实施例的结构示意图。

图2是热量从模块转移到冷却舱的实施例的结构示意图。

图3是具有可扩展模块的计算机系统的实施例的结构示意图。

图4是具有可扩展模块的计算机系统的可选择实施例的结构示意图。

图5A和5B是模块封装在模块外壳中的计算机系统的非限制性实施例的外观结构示意图。

图6A-6C是模块通过专属热桥延伸到冷却板的非限制性实施例的外观结构示意图。

图7A和7B是第一个非限制性的计算机系统实施例的外观结构示意图，其中，与不同模块相关联的热桥可以从模块外壳延伸到多个冷却舱。

图8A和8B是第二个非限制性的计算机系统实施例的外观结构示意图，其中，与不同模块相关联的热桥可以从模块外壳延伸到多个冷却舱。

图9A-9D是集成了冷却板的热桥的实施例的结构示意图。

图10是冷却舱的实施例的结构示意图，其中，该冷却舱能够接受多个带有集成冷却板的热桥。

图11A-11D是第一个冷却组件的外观结构示意图，其中，热桥具备可配置贴合一个模块中的一个或多个热源的形状。

图12A和图12B是第二个冷却组件的结构示意图，其中，单个冷却板可以放置在热桥的非平面翼段之间。

图13A和图13B是第三个冷却组件的结构示意图，其中，冷却板被放置在两个热桥之间。

图14A和图14B是第四个冷却组件的结构示意图，其中，一个非平面热桥连接到一个延伸到非平面热桥之外的平面冷却板。

图15A和15B是另外一个冷却集成的实施例的结构示意图，由至少一个冷却板，和一个或者多个冷却舱构成的冷却组件，该冷却组件被放置在含有电子元器件的模组上。

图16a-16f是计算机系统100实施例的外观结构示意图和组成元件，该计算机系统可以包括多个模块，每个模块都有专用的冷却组件，具有不同的热桥和冷却板。

图17A-17C是第一个不需要使用辅助工具就可以将冷却板锁定安装在热桥上的实施例的外观结构示意图。

图18A和18B是第二个不需要使用辅助工具就可以将冷却板锁定安装在热桥上的实施例的外观结构示意图。

图19A和19B是第三个不需要使用辅助工具就可以将冷却板锁定安装在热桥上的实施例的外观结构示意图。

图20A和20B是第四个不需要使用辅助工具就可以将冷却板锁定安装在热桥上的实施例的外观结构示意图。

图21A-21D是包含多个模块的计算机系统的外观结构示意图，其中，每个模块都不需要使用辅助工具就能安装特定的冷却板到不同的模块上。

详细说明

计算机系统通常采用模块化设计方案，允许单个硬件模块可以互换。例如，这些模块可以包括主板、处理器、显卡、存储器、存储驱动器、光驱、电源、扩展卡(附加卡)和其他类型的模块。然而，现有的计算机冷却系统的解决方案可能会限制计算机系统模块化设计的潜力。

一些现有的冷却系统使用风冷。然而，这种系统通常有单独的电子元件热模块，例如被动金属散热器和带冷却风扇和金属散热器的主动热模块。一般来说，电子元件被安装在有通风孔的外壳内，以便周围空气能够通过。主动热模块的风扇可以驱动冷却空气经过或穿过电子元器件，在某些例子中，其他独立的风扇系统一般也可以连接到外壳上，用以加强或调节空气流动。尽管这些类型的冷却系统可以与可互换的硬件模块一起使用，但在每个单独模块上装有风扇的主动热模块可能有些笨重。这可能会限制计算机系统中存在的模块数量和/或可能限制这些模块可以放置在外壳中的位置。当前，许多计算硬件模块会有多个组件产生大量热量，超出现有的冷却系统的能力，从而无法被充分冷却。

一些现有的冷却系统使用液冷。这些类型的冷却系统通常为单独的电子元件使用独立的冷却板模块，例如中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)、记忆体模组、储存驱动器和/或其他产热元件。这种单独的冷却板模块通常包括各种元件，例如，定制的冷却板、泵、液体回路、散热器、一组风扇和/或其他辅助部件。当不同的冷却板模块分别有自己的元组件，其中包括泵，散热器和风扇，会变得很笨重，从而系统壳体上放置多个冷却板模块会比较困难。在某些情况下，液体冷却板模块可以与空气冷却系统一起使用，以增加额外的冷却能力，但两种类型的冷却系统结合使用可能更加笨重，进一步限制了可以装入外壳的电子元件模块的数量和/或位置。

总体而言，虽然现有的一些冷却系统可以和计算机系统的模块化组件一起使用，但它们通常体积庞大，结构复杂，和/或必须为单个硬件组件进行高度定制。这会降低构建系统的灵活性、可扩展性和可互换性的能力，而这些本来是计算机系统的模块化设计的优点。

本发明的系统和方法，至少在一些例子中，可以从一个计算机系统的多个单独模块传递热量，同时使用比现有系统更少的空间。例如，每个单独模块的热桥可以通过独占的或共享的冷却板进行传热，同时，这些冷却板位于共享的冷却舱内，或连接于共享的冷却舱，这样的共享冷却舱包括共享的部件，例如泵、散热器和/或风扇。通过在多个单独的热桥模块之间共享这些冷却组件，可以减少整个系统的空间需求。

本发明的系统和方法，至少在一些例子中，也可以具有比其他冷却系统更好或同等的效率。例如，一些现有的冷却系统将冷却板直接放置在CPU或其他热源上，而不使用中间热桥。在这些现有的系统中，直接靠近热源的冷却板可以包括一组通道，每个通道的直径在1毫米或更小，液体冷却剂可以通过这些通道主动泵入，从热源吸收热量。然而，本发明所述的一些系统和方法可以使用热桥、被动式传热装置和/或散热器，将热量转移到不直接对着热源的冷却板上。在某些例子中，本发明的冷却板可能有一个单一的、更大的流体通道，而不是像现有的冷却板那样的一组小流道。因为热桥本身可以是一个散热器，可以将热量从热源传递到与冷却板接触的较大表面积，所以冷却板的单一流体通道至少可以像设计一组较小的通道一样有效地传递热量。使用单一流体通道还有其他好处，包括降低压头、消除污垢影响和降低制造成本。

此外，通过配置热桥和或冷却板与其他共享的冷却元件连接，可以减少或消除对不同电子元件的不同和独立的冷却解决方案的需要，取而代之的是实现通用或标准化的冷却系统，从而计算机系统的模块化设计在使用可交换模组时仍然保持灵活性和可扩展性。因此，本发明所述的冷却系统和方法，至少在一些实例中，可以充分发挥模块化设计在计算机系统中的潜力，并使设计具有更高的自由度。

如图1所示，是计算机系统100的实施例的结构示意图。计算机系统100包括一组热桥102(102A和102B)，用于相应的模块104(104A和104B)。计算机系统100也可以包括一个或多个冷却舱106。热桥102可以是导热片和/或被动传热设备，配置成将模块104中的一个或多个热源108(108A和108B)产生的热传导到与热桥102的至少一部分热接触的冷却板110。每个冷却板110设有流体通道112，热量通过热桥102传输到冷却板110，被通过冷却板110的液体冷却剂吸收，然后液体冷却剂进入冷却舱106的部分区域，在那里散发所吸收的热量。在一些例子中，如图1所示，冷却板110可以放置在冷却舱106内，热桥可以从模块104延伸到冷却舱106并与冷却板110连接。在另一个例子中，冷却板110可以集成到热桥102的一部分中，或者成为特定模块104的专用冷却组件的一部分，该模块104包括至少一个热桥102和该模块104的至少一个专用冷却板110，下面将进一步讨论。

每个模块104可以是计算机系统100中可移除和/或可互换的元组件。至少部分模块104可提供或实现计算机系统100的不同功能。例如，模块104可以包括中央处理单元(CPU)模块、图形处理器(GPU)模块，以及其他元件(包括存储驱动器、光驱、电源、附加卡和/或任何其他类型的计算元件)的模块。模块104可能包括一个或多个热源108，例如，模块104上的热源108，可以是在运行过程中产生相对大量热量的CPU和/或GPU，热源108还可以包括稳压器模块(VRMs)、随机存取存储器(RAM)模块或其它存储器元件，和/或其它在运行过程中也会产生热量的元件。

每个模块104可以配备一个或多个热桥102。在某些实施例中，一个单独的热桥102可以从每个模块104延伸到冷却舱106，在模块104上具有一个或多个预计产生至少一定阈值热量的热源108。在模块104处，热桥102的至少第一部分可置于或接近于热源108，同时，热桥102的至少第二部分可置于或接近于冷却板110。热桥102可以配置成将一个或多个热源108产生的热量传输到冷却板110。冷却板110可以具有一个或多个流体通道112，液体冷却剂可以通过该通道流动，以便吸收热量并通过流体流动将热量传递到冷却舱106的其他元件中，其具体过程在下面会进一步讨论。在某些例子中，热界面材料(TIMs)，例如热垫或导热介质，可以置于或施加在与热源108或冷却板110接触的热桥102表面之间的热接触区，热界面材料(TIMs)可以减少不同元件相邻表面之间的热接触阻力。

在某些例子中，热桥102可以包括自组织热力学系统(SOTS)，正如美国专利申请号15/060,426中所描述的那样，该专利申请通过引用包含在本专利申请中。在这些例子中，热桥102可以是一种非能动传热装置，其具有嵌入至少一个由相互连接的毛细微通道组成的SOTS网络的固体基体。在微通道网络(SOTS)中充有一种两相工质，通过该工质在微通道网络中的具有自组织特征的两相流，将热量从贴附于热源108的热吸收节点(TEA)处传递到散热节点(TED)处，然后热量进一步传输到冷却板110和/或冷却舱106中进行耗散。在微通道网络(SOTS)中的热量传输以网络通信的方式进行。更具体地说，微通道网络(SOTS)具有节点路径结构，其中通道路径在热桥102的TEA节点或TED节点连接。当热量通过SOTS热桥102传递时，微通道网络中分布的工作介质由于节点处的压差-温差驱动其通过节点和通道路径移动，形成具备整体稳定性的运动状态，即自组织临界状态。

SOTS热桥102的固体基体可以制成任何形状，包括平面或非平面形状，这些形状在某些情况下可以根据模块104的形状或结构进行定制，以便SOTS微通道网络中的自组织两相流体流可以将热从模块104中的一个或多个热源108的一个或多个TEA节点传输到位于一个或多个冷却板110处的一个或多个TED节点。在其他例子中，热桥102还可以同时或者选择性地包括其他类型的传热元件，如热管、蒸汽腔、具有流体通道112的嵌入式冷却板110，和/或任何其他传热元件。

在某些例子中，热桥102可以具有包裹传热元件的固体壳体，如SOTS网络、热管、蒸汽腔或其他传热元件。例如，该固体壳体可以由金属制成，如铝、铜、不锈钢或其他合金。在某些例子中，传热元件的内部结构可以在固体上预先加工，然后再经过真空钎焊、气氛控制钎焊、真空扩散接合、激光焊接、电子束焊接、摩擦焊、电阻扩散接合、超声波焊接或其他制造方法等工序加工。

如图2所示，是从模块104转移热量到冷却舱106散热的实施例的结构示意图。如上所述，在一些例子中，热桥102可以从多个模块104扩展到一个或多个冷却舱106，并且可以配置成将模块104中的一个或多个热源108产生的热量传输到位于冷却舱106中的一个或多个冷却板110。如图2所示，通过热桥102的热传递可以相应地表示来自多个模块104的通过多个热桥102的热传递。

在一些例子中，冷却舱106内的冷却板110可以与从模块104延伸到冷却舱106的热桥102的至少一部分进行热接触。在这些例子中，TIMs可以应用于热桥102和冷却板110表面之间的接触区域，以尽量减少热阻。在其他例子中，冷却板110可以被固定于，例如，集成到延伸至冷却舱106的热桥102的一部分。例如，热桥102的一部分可焊接到冷却板110上，或者扩展热桥102的一部分形成冷却板110的鳍片，以最小化热阻。

冷却板110可具有至少一个内部流体通道112，该内部流体通道112连接到管路202，该管道穿过冷却舱106的其他部分以形成闭合流体回路。液体冷却剂可以通过冷却板110的内部流体通道112和管路202进行循环。在一些例子中，快速断开配件、端口和/或连接头可以用来连接冷却板110的流体通道112到管路202，在许多情况下，管路202可连接至、和/或可断开于冷却板110，却不会泄漏或滴漏液体冷却剂。在其他例子中，管路202可以通过开环连接到冷却板110。

在一些例子中，冷却舱106可以包括泵204，该泵驱动液体冷却剂在闭合流体回路中通过管路202和冷却板110的流体通道112循环。管路202还可以通过或贴近耗散热量的元器件，如散热器206，或其他种类的热交换器，和/或鼓风机或其他风扇系统208。这些耗散热量元器件可以将热量耗散到计算机系统100的周边环境中。例如，模块104产生的热量通过热桥102传递到冷却板110处，然后由泵204驱使的冷却液体在冷却板110吸收这些热量，并通过管路202流出冷却板110。泵204也可以将被加热的液体流过管路202导入到散热器206。鼓风机或风扇系统208可以驱动冷却空气通过散热器206，从而，冷却液体经过散热器206后温度降低。然后冷却的液体可以传回冷却板110，在那里它可以再次吸收热桥102从模块104传递进来的热量。

如图3所示，是具有可扩展模块104的计算机系统100的实施例的结构示意图。虽然图1示出了具有两个模块104的示例，但计算机系统100也可具有空间或接口，容纳两个以上、更多的模块104。

模块104中的一个可以是主模块104A，其中包含主板302和主热源108A，比如一个或多个CPUs、VRMs、内存模块和/或其他元件。第一热桥102A可从主模块104A的主热源108A延伸到冷却舱106。在一些例子中，主模块104A可以独立地封装在一个外壳中，该外壳具有与其他模块进行电子和/或数据通信的开口，以及通过第一热桥102A与冷却舱106进行热传递的开口。

主模块104A也可以具有外围连接器304，例如电缆连接器、端口、插槽和或其他连接器，其他模块104可以通过这些连接器连接到主板302。例如，主模块104A可以具有接受其他模块104的相应组件的PCI Express(PCIe)插槽或类似连接器，和/或连接中间外围连接器304的连接器，如柔性电缆或转接卡，这些连接器将主板302与其他模块104连接。在某些例子中，外围连接器304，例如柔性电缆或转接卡，可以放置在主板302延伸出来的、用于外围连接的模块306中。

一个或多个附加模块104可以通过外围连接器304连接到主模块104(A)的主板302。每个附加模块104可以有自己的类似于主板302的印刷电路板(PCB)308，308上有热源108和/或与外围连接器304连接。虽然图3的实施例中显示了三个附加模块104B、104C和104D，但在计算机系统100中可以使用更少或更多的附加模块104。由于外围连接器304，附加模块104可以从计算机系统100中添加、删除或切换出来。因此，计算机系统100的功能可以通过增加额外的模块104来扩展。

扩展模块104带有热源108，预计产生至少一定量的热量，可以有自己的专用热桥102，可以连接到冷却舱106。例如，一个独立的扩展卡，如GPU卡，有自己的处理单元和相应的热桥102，可以堆叠在主模块上，并通过电缆、转接卡或其他外围连接器304连接到主板302。例如，可以使用PCIe延伸转接电缆将GPU模块104B的PCIe金手指连接到主CPU模块104A的PCIe插槽上，从而建立GPU扩展模块104B和主CPU模块104A之间的数据通信。

其他类型的模块104，如外围设备310(包括硬盘驱动器、光驱或电源)，预计不会产生超过阈值的热量，也可以通过外围连接器304连接到主板302。例如，这样的外围设备310可以堆叠在主模块104A的上方，并且如图3所示连接到主板302。在某些例子中，这种外围设备310可能没有延伸到冷却舱106的热桥102，因为它们预计产生的热量低于临界值，并且可以通过自然对流、低速风扇或其他独立的冷却机制得到充分冷却。然而，在其他例子中，这种外围设备310也可能具有专用的热桥102，延伸到本文所述的冷却舱106。

在一些例子中，冷却舱106本身可以被认为是一个模块。例如，如图3所示，冷却舱106的元件可以自身包含在单个模块中。在其他例子中，冷却舱106可以模块化为位于计算机系统100中不同位置的多个模块。例如，图4是具有可扩展模块的计算机系统的可选择实施例的结构示意图，在该实施例中，一组来自主模块104A的热桥102和一组附加模块104B-104D连接到冷却舱106的冷却连接器模块402中的一个或多个冷却板110，而冷却舱106的管路202贯穿连接器404和冷却舱106的主冷却模块406，该主冷却模块406容纳其他元件，如泵204、散热器206和/或风扇系统208。冷却连接器模块402和主冷却模块406可以位于计算机系统100中的不同位置。例如，冷却连接器模块402可以沿堆叠模块104的边缘垂直延伸，而主冷却模块406可以水平延伸到堆叠模块104的上方或下方。在其他例子中，相对于其他模块104，冷却舱的模块可以放置在计算机系统100的任何其他位置。

图5A和5B是模块封装在模块外壳中的计算机系统的非限制性实施例的外观结构示意图。图5A是计算机系统100的非限制性实施例的外观结构示意图，其中，模块104存储在模块壳体502中，而与不同模块104相关联的热桥102可以从模块壳体502延伸到冷却舱106的另一个壳体中。如图5A所示，模块壳体502可具有一个或多个开口504，用于与其他元件的电气和/或数据连接，以及开槽或其他开口，使得热桥102可以通过这些开口从模块壳体502延伸出来。图5B是模块104A和104B及其相关的热桥102A和102B的外观结构示意图，这些模块可能存在于图5A所示的模块外壳502中。如图5B所示，冷却舱106的外壳也可以具有开槽506或其他开口，允许从模块外壳502延伸的热桥102插入冷却舱106。

图6A-6C描绘了一个不受限制的例子，模块104设置为带有专用的热桥102，并延伸到冷却板110。如上所述，冷却板110可以位于冷却舱106(未显示)内。图6A-6C中所示的模块104A和104B可以放置在模块外壳502中，如图5A和5B所示。图6A是模块104实施例的组合外观图，而图6B是模块104实施例的爆炸图。图6C-1是图6A和6B所示的第二热桥102B的底部视图，图6C-2是第二热桥102B内SOTS微通道的剖视图。

在图6A-6C的例子中，主模块104A是CPU模块，另一个模块104B是GPU模块。CPU模块104A可以包括主板302、CPU 602、CPU电压控制模块604，以及一个或多个集成模块或可移动CPU内存606。GPU模块104B可以包括GPU板608、GPU 610，和/或GPU内存/VRMs 612。GPU模块104B可以使用外围连接器304(未显示)连接到CPU模块104A，例如，用一个PCIe延伸转接电缆，连接GPU板608上的PCIe金手指到CPU模块104A的主板302上的PCIe插槽。

第一热桥102A可以位于CPU模块104A的至少一部分上，从而使CPU模块104A的热源108产生的热量可以传输到第一热桥102A。在这个例子中，CPU 602可以是CPU模块104A的主热源108，而CPU模块104A的CPU电压控制模块604和CPU内存606可以是次热源108。在某些例子中，TIMs可以出现在这种热源108和第一热桥102A的接触表面区域，例如，在第一热桥102A的底部。

第二热桥102B可以位于GPU模块104B的至少一部分上，这样，GPU模块104B的热源108产生的热量可以传输到第二热桥102B。在本例中，GPU610可以作为GPU模块104B的主热源108，而GPU存储器/VRMs 612可以作为GPU模块104B的次热源108。在某些例子中，TIMs可以出现在这种热源108和第二热桥102B的接触表面区域，例如，在第二热桥102B的底部。

在某些例子中，可以提供额外的导热元件，以便在热源108和热桥102之间传递热量，和/或热桥102可以制成能与特定模块104的热源108接触的形状。例如，虽然CPU 602可直接接触图6A和6B所示的第一热桥102A的底面，但CPU VRM604可能不够高，无法直接接触第一热桥102A的底面。但是，在图6B中，可以通过由导热材料(如实心铝)制成的VRM接触块614垫高CPU VRM 604，并直接接触第一热桥102A的底面，从而使得CPU VRM 604可以向第一热桥102A传递热量。也可以在VRM接触块614和第一热桥102A之间加上TIMs，以尽量减少热阻，或者VRM接触块614可以直接焊接到第一热桥102A上，或者作为第一热桥102A的延伸加工，以尽量减少热阻。作为另一个例子，图6C显示了第二热桥102B的底面，该底面可以在与第二热桥102B的其他表面不同的高度上用接触面616制造，这些接触面经过特殊配置以接触GPU模块104B的GPU 610和GPU内存/VRM612。

由CPU模块104A的热源108产生的热量可以通过第一热桥102A传输到冷却板110，而GPU模块104B的热源108产生的热量可以通过第二热桥102B传输到冷却板110。例如，如图6A和6B所示，第一热桥102A的延伸部可定位于冷却板110的底表面，而第二热桥102B的延伸部可定位于冷却板110的顶表面，从而来自热桥102的热可转移到冷却板110。在一些例子中，如图6C的剖面部分所示，热桥102可以包括SOTS微通道618，它可以是一个毛细管网络，其中充有一个两相工作流体，该毛细管网络被构造成通过热桥102将热量从热源108附近的TEA节点传输到TED节点，热量可以传输到冷却板110。在某些例子中，TIMs可以出现在热桥102和冷却板110之间的接触表面。

正如上面所讨论的，液体冷却剂可以通过冷却板110的流体通道112，将热量从冷却板110传输到冷却舱106的其他部分，在那里热量进一步耗散出去。因此，如图6A和6B所示，冷却板110可以具有进(出)口端口620，其中冷却舱106的管路202(如图2所示)可以通过快速断开配件、开路流体连接或其他类型的连接进行连接。

图7A和7B是计算机系统100的第一个非限制性实施例的外观结构示意图，其中，与不同模块104相关的热桥102可以从模块外壳502延伸到多个冷却舱106。在一些例子中，单独的冷却舱106可以出现在计算机系统100中，该计算机系统可以接受不同模块104的热桥102。在某些例子中，可以添加或拆除独立的冷却舱106，以便计算机系统100的冷却能力可以扩展或可调节。例如，如果在图5A和5B所示的示例中添加额外的附加模块104C和104D，则可以在计算机系统100中添加第二个冷却舱106，如图7A和7B所示，从而可以容纳附加模块104C和104D的热桥102C和102D。然而，在其他例子中，一个单一的冷却舱106可能有足够的连接器，可用于四个或任何其他数量的附加模块104。

图8A和8B是计算机系统100的第二个非限制性实施例的外观结构示意图，其中，与不同模块104相关的热桥102可以从模块外壳502延伸到多个冷却舱106。虽然图7A和7B的描绘的示例将单独的冷却舱106(106A和106B)放置于外壳502的相对两端，502中包含模块104，但是实际上，单独的冷却舱106可以位于计算系统100中的任何想要的位置。例如，在图8A和8B的例子中，水平放置的模块104，例如主板302的主模块104和GPU模块104B可以有热桥102，它们可以水平延伸到第一个冷却舱106A。但同时在本例中，第三模块104C可以从主板302上的外围连接器304垂直延伸，从第三模块104C延伸的热桥102C可以具有弯曲的L形配置，这样热桥102C延伸到位于计算机系统100顶部的第二冷却舱106B。在一些例子中，一个或多个垂直模块104具有L形热桥102，可以相应地连接到第二冷却舱106B的一个或多个开槽506，第二冷却舱106B位于计算机系统100顶部。

图9A-9D是带有集成冷却板110的热桥102的实施例的结构示意图。图9A和9B是热桥102的透视图和侧面图。图9C是集成冷却板110沿图9B的a-a线的剖面图，而图9D是热桥102的截面图。在本例中，热桥102可包括具有一个或多个流体通道112的集成冷却板110。例如，如上所述，集成冷却板110具有可连接到冷却舱106的管路202的进(出)口端口620。进(出)口端口620还可以与进(出)端口620进行流体连通，以便液体冷却剂可以流过管路202和/或冷却舱106的其他元件，并流过集成冷却板110的流体通路112。如上所述，管路202和进(出)口端口620之间的连接可以包括快速断开接头、开放式流体连接和/或其他类型的连接。

热桥102还可以包括热传递元件902，其被配置为沿热桥102从一个或多个热吸收位置向集成冷却板110传递热量。所述传热元件902可以包括SOTS微通道网络、热管、蒸汽腔和/或其他传热元件。所述传热元件902能够相应地将模块104的一个或多个热源108产生的热量传递到热桥102的集成冷却板110，其中液体冷却剂通过出口端口620流过和流出集成冷却板110，能够将热桥102和集成冷却板110的热量传递出去。

热桥102可以包含固体基体，例如金属的基体，这种固体基体包覆热传递元件902和集成冷却板110的流体通道112。在某些例子中，热传递元件902以及(或者)流体通道112的内部结构可以在固体上预先加工，然后再经过一个或多个工序加工，如真空钎焊、气保护钎焊、真空扩散焊接、激光焊接、电子束焊接、摩擦焊、电阻扩散焊接、超声波和/或其他制造方法。

在一些例子中，采用本发明所述图9A-9D的集成冷却板110制作的热桥102相对于单独的热桥102和冷却板110的组合可以有更矮的高度，这可以使集成冷却板110的形状更紧凑。在某些例子中，冷却板110的集成还可以帮助减少热桥102和冷却板110之间的热阻。然而，在其他的例子中，热桥102和冷却板110是分开的，可以采取其他方法来减少元件之间的热阻，例如在接触表面上应用TIM。

图10是插接多重热桥102和如图9A-9D所示的集成冷却板110的冷却舱106的实施。在图10的例子中，冷却舱106可以包括分液管路1002，该分液管路1002可以连接到多重热桥102的集成冷却板110的进(出)端口620。分液管路1002可以包括它自己的流体端口1004，可以通过管道组1006连接到集成冷却板110的进(出)端口620。管路202可以将分液管路1002的流体端口1004连接到冷却舱106的其他元件，如泵204、散热器206和/或包括一个或多个风扇的风扇系统208。相应地，液体冷却剂可以通过管路202流入管道1002的流体端口1004，流入一个或多个管道组1006，经由端口620进入，流入一个或多个热桥102的集成冷却板110的一个或多个流体通道112，然后通过管道组1006离开集成冷却板110，并进一步耗散出去。在一些例子中，分液管路1002可以相应地分配液体冷却剂流经多个热桥102的集成冷却板110，从而辅助冷却多个模块104。

集成冷却板110的端口620与分液管路1002的管路组1006之间的连接可以使用快速断开连接、开放式流体连接和/或任何其他类型的连接。在一些使用开放式流体连接的例子中，当热桥102与集成冷却板110从分液管路1002连接或断开时，可能会发生滴漏或泄漏。因此，为了保护模块104的电子元件不受溢出的液体冷却剂的影响，连接端口可以位于模块104的外壳内或模块104外壳的其他地方。

由于热桥102可以从模块104延伸到冷却舱106，上面描绘的许多例子都有单独或集成的冷却板110放置在冷却舱106内。然而，在其他例子中，冷却板104组件是置于或集成在独立的模块104中的，然后通过管路202连接这些冷却板的端口到单独冷却舱106，冷却舱106置有其它冷却元件，如泵204、散热器206和/或风扇系统208，通过这种方式，多个具有独特的热桥102和冷却板110专属设计的模块104，依然可以整合在一起。

图11A-11D是第一个冷却组件的外观结构示意图，其中，热桥102的形状被配置可贴合模块104上的一个或多个热源108。如图11A所示，模块104可以有多个热源108，例如CPU602，CPU VRM 604，以及一组内存606。内存606的高度可以不同于CPU 602和/或CPU VRM604，因此，热桥102可以配置为包含一个平面部分用于贴合高度较低的CPU 602和/或CPUVRM 604，以及一个或多个延伸到较高高度的非平面翼展部分以贴合内存606组件。

这种非平面热桥102可以是具有一个或多个传热元件构成的热传导器件，传热元件可以是SOTS网络系统、蒸汽腔或振荡热管中的一种或组合，它可以将热量从多个热源108传输到与一个或多个冷却板110接触的非平面翼部的表面。例如，在图11A-11D的例子中，可以在非平面热桥102的相对两端上放置独立的冷却板110，并贴合于热桥102的非平面机翼部分。热桥102的非平面形状可以通过单个热桥102将CPU 602、CPUVRM 604、以及内存606组件的产生的热量传递给一个或多个冷却板110，同时在模块104增加高度最小，保持整个系统空间紧凑。在本例中，冷却板110可以作为模块104的冷却组件的一部分，与冷却舱106分离，但是仍然可以通过端口620连接到冷却舱106的管路202。

在某些例子中，内存606组件可以由覆盖件1102覆盖，比如说顶部为平面的金属夹片，这样的覆盖件1102可以在其所有的接触表面上施以导热片或其它种类的TIM，这些接触表面包括与102非平面翼展部分底面之间的接触区域。在某些例子中，TIMs也可用于热桥表面与其他热源108和/或冷却板110之间的接触区。在某些例子中，热桥102在主板302或PCB上的用于组装热模块的紧固螺栓对应位置处配置有通孔，以便于将其组装到CPU 602。

图12A和图12B是第二个冷却组件的结构示意图，其中，单个冷却板110可以放置在热桥102的两个非平面翼部之间，而不是如图11A-11D所示的在热桥102的相对两侧放置单独的冷却板110。图12B描绘了图12A的冷却板110内流体通道112的截面图。在本例中，冷却板110可以作为模块104的冷却组件的一部分，与冷却舱106分离，但是通过端口620可以连接到冷却舱106的管路202。在某些例子中，热桥102和冷却板110之间可以施加TIM。在该示例中，因为CPU 602可能在某些情况下产生比内存606更多的热量，因为冷却板110和热桥102表面之间的接触面积很大，将冷却板110放置在离CPU 602更近的位置可使得冷却板110更有效地冷却CPU 602，同时，该设置仍然允许热桥102将热量从内存606转移到中央冷却板110。热桥102所传递的热量可以进一步通过冷却板110的流体通道112的液体传输出去。在一些例子中，由于冷却板110较为接近CPU602，冷却板110上的端口620可以使用快速断开配件，以减少泄漏液体冷却剂的风险。如图12B所示，冷却板110上的安装孔也可以设置在与热桥102上的通孔相同或不同的位置，以便将冷却板110安装到热桥102和/或PCB上。

图13A和图13B是第三个冷却组件的结构示意图，其中，冷却板110放置在两个热桥102之间。例如，第一个平面热桥102可以位于冷却板110和热源108之间，如CPU 602和/或CPUVRM 604；而第二个非平面热桥102可以位于冷却板110上方，并延伸到内存606组件上方和/或旁边。两个热桥102中的每一个都可以将热量从相应的热源108传递到夹在它们中间的冷却板110。

图14A和14B是第四个冷却组件的结构示意图，其中，非平面热桥102延伸到非平面热桥102以外的平面冷却板110相接触。在图14A和14B的例子中，非平面热桥102的非平面翼段可以与平面冷却板110进行热接触。虽然没有显示，类似的非平面热桥102的GPU模块104或其他模块104也可以存在，并有其翼展部分与平面冷却板110热接触。平面冷却板110中的端口620可以连接到冷却舱106的管路202，这样，液体冷却剂可以从平面冷却板110传递到冷却舱106的其他元件，如泵204、散热器206和/或包括一个或多个风扇的风扇系统208。在某些例子中，平面冷却板110和热桥102或模块104之间的空间可用于布线或容纳外围设备310，如硬盘驱动器或固态硬盘，从而减少计算机系统100的总体尺寸。

图15A和15B是另外的配置电子元件的模块104的冷却组件的结构示意图，这些模块104中的电子元件包括：至少一个冷却板110和一个或多个冷却舱106。例如，冷却板110可以放置在模块104和一个或多个冷却舱106之间，如图15A所示，或者如图15B所示，冷却板110可以在模块104和其附近的冷却舱106之间建立热连接。

图16A-16C描绘了三个透视图，这是一个计算机系统100的例子，它可以包括多个模块104，每个模块都有专用的冷却组件，具有不同的热桥102和冷却板110。图16D是计算机系统100中这些模块104的示例布置图。图16E描绘了图16A-16C示例的部分视图，以及主模块104A的冷却组件的展开视图。图16F描绘了图16A-16C示例中附加模块104B的冷却组件的展开视图。虽然图16A-16F中没有显示冷却舱106，但是在每个不同的冷却组件内的冷却板110的端口620可以通过管路202或其他连接器连接到冷却舱106，从而液体冷却剂可以流动通过各冷却板110。

在图16A-16F的例子中，主模块104A可以有主板302，例如ATX主板，其中可以附加CPU 602、VRM 604、内存606和/或其他元件。其他附加模块104，如GPU模块104B，也可以连接到主板302，例如，GPU模块104B可以垂直插入主模块104A的主板302中的PCIe插槽。在一些例子中，具有专用冷却组件的一个或多个附加模块104可以位于外壳502内的水平主模块104A的第一部分上方，而水平主模块104A的第二部分上方的空间，例如位于CPU 602上方的空间，可以在外壳502内预留给其他外围设备310，如电源供应(PWS)、存储设备、光驱动器或其他外围设备。例如，图16D描绘了计算机系统100中这种元件排列的示例。

在图16A-16F的例子中，单个模块104，例如主模块104A、GPU模块104B和/或其他附加模块104，每个模块都可以有专用的冷却配件组装。用于特定模块104的专用冷却组件可包括一个或多个专用热桥102，该热桥102与模块的一个或多个热源108热接触，同时一个或多个专用冷却板110与模块104的一个或多个专用热桥102热接触。冷却组件及其部件的设计和配置可根据模块104及其热源的形状和/或设计而有所不同。例如，如图16E所示，主模块104A的冷却组件可类似于图13A和13B所示的冷却组件，其中，单个冷却板110位于非平面热桥102A(1)和非平面热桥102A(2)之间，其中非平面热桥102A(1)包括延伸到主模块104A的内存606上方的翼展部分，非平面热桥102A(2)覆盖主模块104A的CPU 602。与之形成对照的，如图16F所示，用于扩展模块104例如垂直于主模块104A的水平主板302的GPU模块104B的冷却组件，可以具有以平面为主的热桥102B，其类似于图6A-6C所示的热桥102B，但没有延伸出去的部分，该热桥的第一个表面与扩展模块104的热源108接触，第二个表面与平行于扩展模块104和/或热桥102B的冷却板110B接触。

针对不同模块104的多个专用冷却组件的冷却板110，可以将各端口620连接到管路202，然后进一步延伸连接到一个或多个冷却舱106。端口620可以延伸到安装模块104的外壳502上，这样可以从外壳外面连接端口620，以及(或者)将冷却板110和冷却舱106进行连接的管路202连接可以置于外壳502的外面。在某些例子中，可以使用支架将端口620固定在外壳上，也可以使用O形环或其他密封机构将端口620与支架密封。

如上所述，在某些例子中，可以为单个模块104提供专用的冷却组件，该模块104包括一个或多个热桥102，该热桥102被配置成可以将热量从模块104的热源108转移到包含流体通道112的一个或多个冷却板110。冷却板110本身可以具有端口620，该端口将流体通道112连接到管路202，该管路延伸并通过一个单独的冷却舱106，该冷却舱106可能包括其他组件，如泵204、散热器206和/或包括一个或多个风扇的风扇系统208。在某些例子中，冷却板110可以使用螺栓、螺丝或其他连接件连接到冷却组件中的一个或多个热桥102上，而在另一些例子中，热桥102和/或冷却板110可以包括一个免用工具安装的机构，该机构被配置成将冷却板110锁定在与热桥102对应的位置上。这种免用工具安装的机构可以使冷却板110在没有工具的情况下从热桥102上锁和/或解锁，从而简化安装过程和或/减少安装和/或拆卸时间。

图17A-17C描绘了第一个免用工具安装的例子，这种机构被配置为将冷却板110锁定到热桥102。在图17A-17C中，热桥102可以覆盖模块104的主板302或其他板308的至少一部分，并与模块104的热源108进行热接触，从而将热源108的热量吸走。例如，当模块104是GPU模块104B时，热桥102可以与GPU 610进行热接触。热桥102可以有一个无工具锁定机构，包括杠杆件1702和锁定件1704。杠杆件1702和/或锁定件1704可以被轴固定在热桥件102上，这样其中一个或两个可旋转用于锁定和解锁。如图17A-17C所示，冷却板110可以与热桥102相匹配。在某些例子中，TIMs 1706，比如石墨片或者一层导热脂，可以放置在热桥102和冷却板110之间。当冷却板110安装至热桥102时，杠杆件1702和锁定件1704可以组合在一起，这样锁定件1704上的锁定件1704钩入杠杆件1702上的槽中，从而将冷却板110紧紧锁固在热桥102上。当杠杆件1702从锁件1704上卸下时，冷却板件110可以自由拆卸。

图18A和18B描绘了第二个免用工具安装的例子，这种机构被配置为将冷却板110锁定到热桥102。在图18A和图18B中，冷却板110可以部分安装在机壳1802里。在某些例子中，机壳1802可以包括对应冷却板110端口620的孔，或者其它露出端口620的可能方式。机壳1802可能包括钳夹1804，例如位于机壳1802的相对两端，这些钳夹可以通过热桥102上的锚勾1806将热桥102夹持在机壳1802中。在一些例子中，钳夹1804可以加载弹簧装置、通过手夹紧或下压。在安装过程中，冷却板110可以装进机壳1802。冷却板110和机壳1802可以紧固在热桥102上，使冷却板110与热桥102热接触。钳夹1804可以压入热桥102上的锚勾1806的插槽，这样冷却板110就可以紧紧地锁固住热桥102。下压钳夹1804，可以允许冷却板110和机壳1802从热桥102移除。

图19A和19B描绘了第三种免用工具安装的例子，这种机构被配置为将冷却板110锁定到热桥102。在图19A和19B中，免用工具安装机构包括滑套1902，其可以至少部分容纳冷却板110，以及热桥102上的导轨1904。在某些例子中，滑套1902包括一些可露出冷却板110的端口620的孔，或者其它露出端口620的方式。在一些实施例中，热桥102上的导轨1904可以有对称的曲线槽，滑套1902或冷却板110边缘上的销或其他突起可以插入导轨1904的槽中，使滑套1902和冷却板110可以在导轨1904之间滑动并被压下。在安装冷却板110时，可将冷却板110封装在滑套1902内，滑套1902和冷却板110可插入两导轨1904之间，滑套1902和冷却板110可以用手推入。导轨1904上的槽可以施加推力将冷却板110紧紧地压在热桥102上，并将冷却板110紧紧地锁在热桥102上。

图20A和20B描绘了第四个免用工具安装的例子，这种机构被配置为将冷却板110锁定到热桥102。在图20A和20B中，热桥102可以配置侧夹2002，从至少两侧将热桥102夹紧至冷却板110。至少一个侧夹2002可滑动地安装在热桥102上，例如，通过从侧夹2002中的槽上延伸出来的锚夹2004。侧夹2002可以包括一个弹簧锁2006，可以穿过热桥102上的锚夹2004或其他元件，这样，弹簧锁2006的移动可将侧夹2002移出、移入，从而锁定或解锁冷却板110。例如，在安装过程中，可将冷却板110放置在固定的侧夹2002和移动的侧夹2002之间的热桥102上。弹簧锁2006动作，可将移动的侧夹2002推向冷却板110，使冷却板110夹在固定的侧夹具2002和移动的侧夹2002之间。如图20B所示，弹簧锁2006可以用锚夹2004夹紧固定到位，以锁定各个元件，包括将冷却板110紧紧固定在热桥102上。

图21A-21D描绘了计算机系统100的视图，该系统包括多个模块104，具有为不同模块104安装专用冷却板110的免工具安装机构。所述模块104中的每个模块104可具有至少一个与所述模块104中的热源108热接触的热桥102。例如，如图21A和21B所示，主模块104A可以在CPU 602和/或其他热源108上安装第一热桥102A，而第二模块104B可以在GPU 610和/或其他热源108上安装第二热桥102B。

冷却板夹具2102被配置为接受冷却板110作为每个热桥102的一部分，或者安装在每个热桥102附近。例如，第一冷却板夹具2102A可以根据主模块104A的第一热桥102A定位，以便第一冷却板110A可以安装到第一冷却板夹具2102A中，并与第一热桥102A保持热接触。图21C描绘了第一冷却板夹具2102A部分的放大视图。类似地，第二冷却板夹具2102B根据第二模块104B的第二热桥102B定位，以便第二冷却板110B可以装入第二冷却板夹具2102B并且与第二热桥102B保持热接触。图21D描绘了第二冷却板夹具2102D部分的放大视图。冷却板夹具2102可以像第一冷却板夹具2102A那样顶装、侧装或槽装，像第二冷却板夹具2102b那样顶装，或者接受任何其他方向的冷却板110。每个冷却板夹具2102可以有孔或槽，使冷却板110的端口620可以延伸冷却板夹具2102之外。

每个冷却板夹具2102可以有一个或多个锁臂2104配置锁定位置使得插入的冷却板110锁定在冷却板夹具2102内。在某些例子中，每个冷却板夹具2102可以有两个锁臂2104，一个是闩栓结构，另一个插槽结构，这样首先将闩栓锁臂2104从插入的冷却板110上方放锁下来，然后用手压下插销锁臂2104，这样锁闩进入插槽，如图21C所示使冷却板110就位。

在某些例子中，单个模块104和相应的附加热桥102、冷却板夹具2102和/或冷却板110可以作为一个整体安装或拆卸在计算机系统100中。例如，本文中描述的单个模块104的单独冷却组件可以单独组装，然后与模块104一起安装到一个更大的计算机系统100中，或者可以移除模块104，然后进行拆卸。然而，在其他例子中，单个模块104的冷却组件可以被安装或移除，而模块104则保留在计算系统100中。

虽然本发明的保护主题是用特定的语言对于结构特征和/或方法进行了描述，但应当理解的是，本发明的保护范围不限于上述结构特征或方法；相反，上述结构特征和方法仅作为实施例进行了披露。

Claims (20)

1.一种模块化计算机冷却系统，包括如下：

至少一个冷却板，冷却板设有可供液体冷却剂流动的的液体通道；

包括至少第一热吸收部的第一热桥，与该第一热桥热接触的计算机系统的第一模块的一个或多个热源，以及与至少一个冷却板热接触的至少第一散热部；

包括至少一个第二吸热部的第二热桥，与该第二热桥热接触的计算机系统的第二模块的一个或多个热源，以及与至少一个冷却板热接触的至少第二散热部；以及

冷却舱，包括泵、一个或多个冷却元件以及与至少一个冷却板的流体通道相连接的管路，其中所述泵的构造使得液体冷却剂从至少一个冷却板通过管路流向一个或多个冷却元件。

2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，至少有一个冷却板置于冷却舱内，并且第一热桥和第二热桥分别从第一模块和第二模块延伸到冷却舱。

3.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，至少一个冷却板包括与第一热桥热连通的第一冷却板和与第二热桥热连通的第二冷却板，其中，第一冷却板的第一流体通道和第二冷却板的第二流体通道均与冷却舱的管路连通。

4.根据权利要求3所述的冷却系统，其特征在于，第一冷却板位于冷却舱外，与第一热桥的第一表面接触，第二冷却板位于冷却舱外，与第二热桥的第二表面接触。

5.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，冷却舱的一个或多个冷却元件包括散热器或风扇中的至少一个。

6.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，至少第一热桥或第二热桥中的一个包括自组织热力学系统，该自组织热力学系统包括充有两相工作流体的一个或多个互连毛细管微通道网络。

7.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，至少第一热桥或第二热桥包括热管或蒸汽腔中的至少一个。

8.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，第一热桥和第二热桥为被动传热装置，构造成将所述一个或多个第一热源和一个或多个第二热源产生的热量传递到所述至少一个冷却板，其中，液体冷却剂流经至少一个冷却板的流体通道，将热量从至少一个冷却板传递至所述冷却舱并耗散。

9.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，第一模块包括含有外围连接器的主板，并且第二模块是通过外围连接器连接到主板的显卡。

10.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，第一模块的一个或多个第一热源位于不同的高度，且第一热桥是非平面的，并且包括至少两个处于不同高度上的部分。

11.根据权利要求10所述的冷却系统，其特征在于，所述一个或多个第一热源包括中央处理单元(CPU)和一个或多个存储器模块，其中，第一热桥的至少两个部分包括与CPU热接触的第一平面部分，和一个或多个非平面翼部分，其由第一平面部分延伸至至少一个或多个存储器模块。

12.根据权利要求11所述的冷却系统，其特征在于，至少一个冷却板包括一个第一冷却板，其位于第一热桥两个非平面翼之间的第一平面上。

13.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，进一步包括一个不用工具安装机构，配置成为可将至少一个冷却板锁固到第一热桥。

14.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，第一模块和第二模块可有选择地从计算系统中移除。

15.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，至少一个冷却板是由集成到第一热桥中的第一冷却板构成。

16.根据权利要求15所述的冷却系统，其特征在于，至少一个冷却板进一步包括集成到第二热桥的第二冷却板，同时冷却舱包括一个分管，用于连接第一冷却板和第二冷却板的流体通道。

17.一种模块化计算机冷却系统，包括如下：

冷却舱，包括泵、至少一个冷却元件和与设有流体通道的一个或多个冷却板相连接的管路；以及

计算机系统的多个模块，多个模块中的单个模块包括至少一个或多个热源，以及一个冷却组件，该冷却组件包括所述一个或多个冷却板中的至少一个，以及热桥，所述热桥与所述一个或多个热源热连接，并与所述一个或多个冷却板中的至少一个热连接，

其中所述热桥被构造成从一个或多个热源被动地将热传递到所述一个或多个冷却板中的至少一个，并且

其中所述冷却舱的泵配置为通过泵送管路和流体通道中的液体冷却剂，将所述一个或多个冷却板吸收的热量从所述热桥传递到所述至少一个冷却元件。

18.根据权利要求17所述的冷却系统，其特征在于，所述热桥包括自组织热力学系统，该自组织热力学系统包括一个或多个充有两相工作流体的相互连接的毛细微通道网络。

19.一种模块化计算机冷却方法，包括如下步骤：

将至少一个冷板与计算机系统的第一模块的第一热桥相连接，与计算系机统的第二模块的第二热桥相连接，第一模块包括第一热源组，第二模块包括第二热源组；以及

将所述至少一个冷板的一个或多个流体通道与包括泵和至少一个冷却元件的冷却舱的管路相连接；

其中，所述第一热桥设置为将热从第一热源组被动地传输到至少一个冷却板，第二热桥设置成将热从第二热源组被动地传输到至少一个冷却板，并且，泵设置成驱动液体冷却剂流经至少一个冷却板的管路和至少一个或多个流体通道，以将热从至少一个冷却板传输到冷却舱的至少一个冷却元件。

20.根据权利要求19所述的冷却方法，其特征在于，将至少一个冷却板与第一热桥和第二热桥连接，包括：

将至少一个冷却板置于第一热桥或第二热桥上，以及

通过不用工具安装机构将至少一个冷却板锁固在位置上。

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