CN112449544B - 液溶性气封冷却系统 - Google Patents

Abstract

一种采用液溶性气封冷却系统的装置，第一和第二容积通过第一部段和第二部段的组合流体分隔，其中，第一部段不溶于冷却液，并且第二部段可溶于冷却液。在冷却剂泄漏的情况下，第二部段溶解，形成从第一容积到第二容积的流体路径。然后，冷却剂液体可以在由于第二部段的溶解而产生的空间中逸出第一容积。

Description

液溶性气封冷却系统

技术领域

本发明涉及冷却领域，特别涉及液溶性气封冷却系统。

背景技术

通常用于数据中心的大型计算机、存储、或网络服务器系统需要冷却。通常使用液体冷却系统来冷却这些系统。液体冷却系统通常是闭环系统，其将冷却的冷却流体(冷却剂)传送到冷却板，该冷却板热耦合到需要冷却的热负荷(例如，电子设备)。冷却板将热量从热负荷传递到冷却剂，并且加热后的冷却剂被传送到换热器进行冷却。

通常，液体冷却的机架或底架还包括多个不同的空气流域。空气流域，或更一般地，气流域是对其他气流域密封的容积，并且通过该容积，气体(通常是空气)可以维持在相对于环境大气压的正压下。有液体和空气冷却设备，其需要两个或更多个彼此独立且流体隔离(例如，相对于彼此流体密封)的气流域。然而，当在一个域中发生液体冷却剂泄漏时，冷却剂将趋于聚集在该域中，因为该域对其他域以及对外部大气流体密封。

为了防止冷却剂积聚，一些系统具有未密封的空气流域，通常通过未密封的排出口，以允许从具有液体冷却组件的空气流域中排出。然而，这种设计对与未密封的排出口连通的空气流域的空气冷却效率有不利影响。另一种设计涉及到每个域的单独排出路径。然而，该设计比先前的设计更复杂，并且难以扩展。

发明内容

该专利申请中的技术涉及用于在空气和水冷却电子设备中集成液溶性密封件/垫片以防止冷却剂积聚在限定空气流域的容积内的系统和方法。

一般地，本说明书中描述的主题的一个创新方面可以体现在一种装置中，该装置包括具有排放面的壳体，并且该壳体限定在第一容积和通过分隔构件与第一容积流体隔离的第二容积内，其中，分隔构件包括不溶于冷却液的第一部段以及一个或多个第二部段，其中，一个或多个第二部段中的每个第二部段均可溶于冷却液；并且其中，第一容积限定气体可以流过的气流域；第一容积位于第二容积的上方，并且排放面为第二容积的底面；以及当分隔构件的第二部段被冷却液溶解时，在分隔构件中形成开放空间，并且冷却液从第一容积排入第二容积。

本说明书中描述的主题的另一个创新方面可以体现在一种装置中，该装置包括：第一空气流域，位于第一空气流域内的液体冷却交换系统，该液体冷却交换系统包括在液体冷却交换系统内循环的冷却液；以及第二空气流域，该第二空气流域至少部分地通过气封组件对第一空气流域流体隔离，其中，气封组件包括可溶于冷却液的液溶性材料。

可以实施本说明书中描述的主题的特定实施方式，以实现以下优点中的一个或多个。液溶性空气密封件/垫片在与冷却剂物理接触时会溶解，因此在发生泄漏时允许自动打开排放路径。不需要机电开关设备或纯机械开关设备来打开排放路径；替代地，使用廉价且牺牲性密封材料塞住排放路径并密封该域。在泄漏的情况下时，牺牲性密封材料会溶解，允许冷却剂排出。由于消除了与排放管，泵等有关的设计因素，因此排放位置和排放路径实际上可以设置在空气流域中的任何位置。替代地，仅需要创建孔或空间，然后用牺牲性密封材料塞住，这样有助于实现排放路径设计的多种选择。

本说明书中描述的主题的一个或多个实施例的细节在附图和以下描述中阐述。根据说明书，附图和权利要求书，本主题的其他特征、方面和优点将变得显而易见。

附图说明

图1A和图1B是采用液溶性气封冷却系统的装置(例如服务器机架)的横截面图和顶部截面图。

图1C是图1A和1B的装置的横截面图，并且进一步示出了在牺牲性密封材料溶解之前冷却剂的泄漏。

图1D是图1C的装置的横截面图，示出了在牺牲性密封材料溶解之后的排放路径。

图2A和图2B是实施液溶性气封冷却系统的另一实施方式的装置的横截面图和顶部截面图。

图3A和图3B是实施液溶性气封冷却系统的又一实施方式的装置的横截面图和顶部截面图。

在各个附图中，相同的附图编号和标记表示相同的元件。

具体实施方式

本公开描述了一种液溶性气封冷却结构，该结构提供了具有液体冷却组件的流体密封的空气流域。空气流域部分地被由牺牲性密封材料制成的部段流体密封，该牺牲性密封材料对液体冷却组件中使用的冷却剂是液溶性的。例如，如果水是冷却剂，则牺牲性密封材料由水溶性材料制成，该水溶性材料在与水接触时溶解(或者以其它方式在结构上失效)以解封流体密封的域并为冷却剂提供排放路径。

牺牲性密封材料可以用作密封件、垫圈或塞子中的一个或多个。当牺牲性密封材料溶解时，就允许液体流过排放路径并以受控方式从设备排出。液溶性密封材料因此允许空气流域在正常运作期间被流体密封，但是在存在冷却剂泄漏的情况时被解封以允许冷却剂排出。

这些特征和附加特征将在下面更详细地描述。

图1A和1B是采用液溶性气封冷却系统的装置100(例如服务器机架)的横截面图和顶部截面图。装置100包括壳体102，壳体102具有排放面104，即相对于其他组件在沿重力的向下方向上的表面，并且流体可以从该面通过排出口106排放。排放面104可以是装置100搁置在其上的底表面，或者可替代地，可以是中间隔板，在其下方是附加的空气流域。

壳体100包括限定第一容积120和第二容积140的各种壁和结构。第一容积120位于第二容积140上方，并且第二容积140的底部由排放面104限定。

第二容积140通过分隔构件150与第一容积120流体隔离。分隔构件150包括对冷却剂不溶的组件和对冷却剂可溶的组件。在图1A和图1B的示例实施方式中，分隔构件150包括对冷却剂不溶的第一部段152，和对冷却剂可溶的一个或多个第二部段，例如第二部段154和156。

第一部段152可以是包括电子组件的印刷电路板，该电子组件在通电时产生热负荷。可替代地，第一部段152可以是安装结构，可以在其上安装一个或多个电路板，风扇或其他电子组件并为其供电。在其他实施方式中，第一部段152可以简单地是内板或分隔器部段，并且电子组件可以安装在第一容积120内的其他地方。

第二部段154和156是气封组件，用于填充第一部段152的侧边缘160和162与相应的侧壁108和110之间存在的间隙。第二部段是牺牲性密封材料，当与冷却剂接触时会溶解。牺牲性密封材料的种类可以取决于所使用的冷却剂。例如，当水是冷却剂时，牺牲性密封材料可以由可生物降解的植物产品制成，例如由高粱或玉米淀粉制成的材料，与用于包装花生的材料相同。其他可使用的材料包括聚乙烯醇(PVA)。更一般地，牺牲性密封材料是任何当与所使用的特定冷却剂接触时会溶解的材料，并且当干燥时在正常运作温度(例如，最高华氏140度/摄氏60度)下提供足够的纹状体完整性以在空气流域120和140之间提供标准压差下的流体(气体)隔离。

第一容积120限定了气体可以流过的密封的气体流域。例如，容积120中的气体可以维持在相对于环境大气压的正压下。如本说明书中所使用的，术语“密封的”不一定意味着进行气密密封或流体(气体或液体)不能逃逸的密封。相反，术语“密封的”在关于域的情境中是指可以将气体维持在相对于另一域或外部域更高的压力下。因此，第一部段152以及第二部段154和156不需要提供真正的气密密封，而仅需要提供足够的隔离以维持气流在域内。

假设第一部段152是印刷电路板，则第一部段152可以耦合至散热组件。在第一容积140内是热耦合器170和冷板172。冷板172耦合至管道174，冷却的冷却液通过该管道174循环。在运作中，电子组件产生热负荷，通过热耦合器170将该热负荷耦合到冷板172，该热负荷被冷却系统冷却。借助于第一部段152以及第二部段154和156，第一容积120和第二容积140流体隔离。然而，在冷却剂泄漏的情况下，第二部段154和156将溶解以允许冷却剂排出。参考图1C和图1D描述了这种情况。特别地，图1C是图1A和图1B的装置的横截面图，并且示出了在第二部段154和156的牺牲性密封材料溶解之前的冷却剂泄漏。图1D是示出牺牲性密封材料溶解之后的排放路径的横截面图。

图1C示出了在冷板172处发生的泄漏，以及由此导致的冷却剂180在第一容积120中的积聚。然而，由于冷却剂180与第二部段154和156接触，并且因为第二部段154和156由可溶于冷却剂的材料制成，所以第二部段154和156开始溶解。最终，牺牲性密封材料的结构完整性失效，并且如图1D所示，排放路径从第一空间120向第二空间140打开。排放路径由将第一容积120连接到第二容积140的空间限定，并且由牺牲性密封材料的溶解产生。然后，冷却剂180汇集在排放面104上并通过排出口106排出。

在图1A-图1D的示例实施方式中，第一部段152限定了与壳体102的侧壁108和110分开的边缘周160和162。但是也可以使用其他配置。例如，在图2A和图2B中，装置200的替代实施方式包括第一部段252，该第一部段252具有被第二部段254填充的多个孔，其中，每个第二部段由牺牲性密封材料制成。

作为另一个例子，在图3A和图3B中，装置300的替代实施方式包括第一部段352和填充在第一部段352中限定的插槽的第二部段354和356。还可以使用其他配置。例如，代替彼此间隔开的多个气封组件，可以使用单个气封组件来填充第一部段中的单个空间。

虽然本说明书包含许多具体的实施细节，但是这些不应被解释为对任何特征的或所要求保护的范围的限制，而应被解释为对特定实施例的特征的描述。在本说明书中在单独的实施例的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合实施。相反，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以分别在多个实施例中或以任何合适的子组合来实施。

而且，尽管以上可以将特征描述为以某些组合起作用并且甚至最初是这样声称的，但是在某些情况下可以从组合中切除所要求保护的组合中的一个或多个特征，并且所要求保护的组合可以针对子组合。或子组合的变体。

Claims (16)

1.一种采用液溶性气封冷却系统的装置，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体具有排放面并在以下范围内被限定：

第一容积；和

通过分隔构件与所述第一容积流体隔离的第二容积，其中，所述分隔构件包括：

不溶于冷却液的第一部段；和

一个或多个第二部段，其中，所述一个或多个第二部段中的每个第二部段均可溶于所述冷却液；其中：

所述第一容积限定气体可以流过的气流域；

所述第一容积位于所述第二容积的上方，并且所述排放面为所述第二容积的底面；

当所述分隔构件的所述第二部段被所述冷却液溶解时，在所述分隔构件中形成开放空间，并且所述冷却液从所述第一容积排入所述第二容积。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

布置在所述第一容积内的液体冷却组件，包括：

在其内连通所述冷却液的管道，所述管道对所述第一容积密封；以及

冷板，所述冷板耦合到所述管道并为热耦合到所述冷板的热负荷提供冷却。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：

所述第一部段包括电子组件，所述电子组件在通电时产生热负荷；以及

所述冷板与所述热负荷热耦合。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述冷却液是水；以及

所述第二部段是水溶性的。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第二部段由可生物降解的植物产品制成。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述第一部段限定与所述壳体的至少一个侧壁分开的周；以及

所述一个或多个第二部段限定垫圈，所述垫圈插入在所述第一部段的所述周和所述壳体的至少一个所述侧壁之间。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：

所述第一部段限定一个或多个孔，每个孔穿透所述第一部段并具有内周；以及

所述一个或多个第二部段限定塞子，每个塞子填充所述第一部段中的相应的孔。

8.一种采用液溶性气封冷却系统的装置，其特征在于，包括：

第一空气流域：

位于所述第一空气流域内的液体冷却交换系统，所述液体冷却交换系统包括在所述液体冷却交换系统内循环的冷却液；和

第二空气流域，所述第二空气流域至少部分地通过气封组件与所述第一空气流域流体分离，其中，所述气封组件包括可溶于所述冷却液的液溶性材料。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，进一步包括热耦合到所述液体冷却交换系统的计算机电子装置，其中，所述液体冷却交换系统冷却所述计算机电子装置。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述计算机电子装置包括印刷电路板，并且其中，所述第二空气流域通过所述气封组件和所述印刷电路板与所述第一空气流域分开。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述气封组件包括沿着所述印刷电路板的外周的至少一侧的垫圈。

12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述液溶性材料包括水溶性泡沫材料。

13.一种采用液溶性气封冷却系统的装置，其特征在于，包括：

气封组件，所述气封组件包括可溶于在液冷电子设备装置中使用的冷却液的液溶性材料，其中：

所述电子设备装置具有第一空气流域；和

第二空气流域，所述第二空气流域通过具有一个或多个开口的分隔部段与所述第一空气流域分隔，流体可通过所述开口在所述第一空气流域和所述第二空气流域之间流通；以及

其中：

所述气封组件的被塑型以适配在所述一个或多个开口中，以使所述第一空气流域与所述第二空气流域流体分隔；

当冷却液与所述气封组件接触时，所述气封组件溶解，从而产生所述一个或多个开口，使所述第一空气流域与所述第二空气流域流体连通。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于：

所述冷却液是水；以及

所述气封组件是水溶性的。

15.根据权利要求13所述的装置，其特征在于：

所述分隔部段的所述一个或多个开口在所述分隔部段中限定容纳垫圈的空间；

所述气封组件被塑型以限定所述垫圈和被容纳在所述分隔部段中的所述空间中。

16.根据权利要求13所述的装置，其特征在于：

所述分隔部段的所述一个或多个开口限定一个或多个孔，每个孔穿透所述分隔部段；以及

所述气封组件限定一个或多个相应的塞子，每个塞子填充所述分隔部段中的相应的孔。

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