CN113614673B - 包括换热单元的冷却系统 - Google Patents
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Abstract
随着对紧凑计算且易于安装的计算机组件的需求增加，对用户友好型冷却方案的需求增加。因此，提供了一种用于液冷计算机系统(10)中的冷却液的冷却单元(100)，其中冷却单元(100)包括：气流单元(110)，其用于沿着气流路径在第一方向(170)上产生气流；辐射单元(130)，其具有用于接收冷却液的输入流的液体入口(126)、用于释放冷却液的输出流的液体出口(127)、用于在所述液体入口(126)与所述液体出口(127)之间引导液体的内部液体路径(171)、各自具有多条平行的通道(160)的至少两个辐射桥(131，132)的阵列，所述辐射桥(131，132)横穿所述气流路径并且沿着所述第一方向(170)间隔开，所述辐射桥(131，132)还通过间隙(141)彼此热隔离，其中所述至少两个辐射桥(131，132)的阵列中的第一辐射桥(131)被设置为接收来自所述液体入口(126，127)的液体使其穿过其通道(160)，所述第一辐射桥(131)是距离所述气流单元(110)最远的辐射桥，其中所述内部液体路径(171)从所述液体入口(126)引出、按照接近所述第一辐射桥(131)的顺序依次经过所述辐射桥(131，132)到达所述液体出口(127)，因此使所述气流单元(110)产生的气流穿过所述辐射桥(131，132)，以在所述气流与所述辐射单元(130)之间进行换热。因此，提供了一种在匹配迄今为止不便的形状尺寸的同时提供足够冷却的冷却单元。
Description
技术领域
背景技术
在计算机操作期间，通过系统的组件、例如中央处理单元(CPU)和显卡产生热量。
考虑到例如在游戏工业中可以处理不断增加的数据的计算机，产热的量、因此所需的冷却效果也在增长。这种压力与减小计算机系统的尺寸的压力结合在一起。这些结合的压力产生了对于适配多种计算机装配情况的有效的冷却系统的需求。因此，需要能够根据用户需求而适应性地定位在计算机系统中的新型冷却系统。
风冷系统由于它们的形状多样性而被小型计算机的组装者所喜爱，其中即使较小的系统也可以获得适合它们的构造的散热片和风扇。
水冷爱好者在小型计算机中使用传统的水冷系统。然而，这常常会抵消掉小型计算机方案的优势，因为由于这些方案空间不足而需要外部冷却回路。
然而，风冷方案也并非表现得更好。它们不能有效地足够快速地散发处理单元产生的热量。
这意味着用户必须在高部件温度下的减少的部件寿命和热节流、超负荷风扇发出的噪声、通过计算机单元进一步降低的计算功率或者在使用水冷的情况下的一开始就与小型计算机的用户需求背道而驰的外部部件之间进行选择。
US2006/108105公开了一种模块化冷却器，其具有堆叠设置的至少两个热辐射模块，它们具有一组辐射翅片和环绕辐射翅片的换热管。换热管通过多个折弯部进行连接，该折弯部与散热管一起形成连续的S形管道。该模块化冷却器还具有至少一个连接管，其将热辐射模块的S形管道串联连接。
US6997247公开了一种液体循环冷却装置中的换热器。该换热器包括设置在具有多个基本平行的管道节段的多段式结构中的管道。该换热器还包括耦合至管道节段的多个翅片。相邻管道节段的翅片通过间隙分隔开。
US2005/230083公开了一种水冷辐射模块，其包括具有外壳主体的支撑部。该外壳主体包括风扇和连接至冷水管和热水管以及冷水源的水槽。支撑部可以插入到计算机壳体上的插槽中，使得水可以通过管道中的水循环而从产热电子组件转移热量。风扇吹送空气经过管道并且通过辐射孔离开模块，以向外部散热。
US2017/255211公开了一种用于对储存系统内的组件进行温度控制的方法和设备，其中该储存系统包括与组件热联通的换热器，以控制组件的温度。
US2009/001560公开了一种对产热装置进行冷却的系统。该系统具有适于耦合至产热装置的基部以及通过液体通道连接至基部的壳体。传热液体可以通过液体通道进行循环，以移除产热装置产生的热量。该系统还具有使传热液体暴露的传热表面积增大的热管。
US2011/056668公开了一种模块化多通道管道换热器，其包括通过互连管道选择性地流体连通的多个铝制换热器模块。每个换热器模块都包括铝制入口和出口集管以及它们之间的多个铝制换热器管道。
发明内容
本发明的目的是解决至少一些上述问题。这是通过一种用于液冷计算机系统中的冷却液的冷却单元来实现的，其中该冷却单元包括用于在第一方向上产生气流的气流单元以及辐射单元。辐射单元具有：用于接收冷却液的输入流的液体入口；用于释放冷却液的输出流的液体出口；用于在所述液体入口与所述液体出口之间引导液体的内部液体路径；具有进气端部和排气端部的隔室，这些端部沿着所述第一方向彼此相对地设置，进气端部被设置为靠近所述气流单元，以使所产生的气流通过所述进气端部进入到所述隔室中；具有多个平行的通道的两个以上的辐射桥，所述辐射桥横穿所述隔室并且沿着所述第一方向间隔开，并且还通过间隙在所述隔室中彼此热隔离，其中所述内部液体路径从所述液体入口引出、按照接近所述排放口的顺序依次经过所述辐射桥并且随后到达所述液体出口，以使所述气流单元产生的气流进入到所述隔室中并且进入到所述辐射桥的所述通道之间，以在所述气流与所述辐射单元之间进行热交换。
因此，冷却液的路径由于其在穿过冷却单元的蜿蜒路径形状中移动而变长，通过每次连续地穿过辐射桥而靠近气流单元。空气的温度接近环境温度并且逐步地对辐射器及其中的空气进行冷却。由于使用了阶梯式伪对流结构而实现了提高的冷却效率，同时保持了例如可以非常窄并因此能够更容易地安装到个人计算机中的合适的辐射器形状。此外，构造辐射器以及穿过其中的液体与更复杂的真对流结构相比还具有多种制造方面的优势。
辐射桥例如通过将每条通道的端部与相邻辐射桥的对应部分相连接的简单的通道连接器而被相应地彼此连接。
在一个实施方式中，辐射桥通过重分配歧管进行连接来在它们的端部处提供内部液体路径，该歧管在相邻的辐射桥的通道中对冷却液进行组合和重分配。因此，可以平衡液体中的温度差异。此外，使用重分配歧管的结构可以容易地制造。
在一个实施方式中，使用局部隔室，辐射桥横穿该隔室与气流横切。该隔室的侧部用于保持气流移动穿过所有的辐射桥并且用于形成歧管或通道连接器。隔室可具有封闭式或开放式顶部以及封闭式或开放式的底部。在另一个实施方式中，使用必然具有开放式端部并且还具有封闭式侧部以及顶部和底部的真隔室，以帮助进行最大的换热。
可以使用任何传统的且适配的气流产生单元来提供冷却单元所需的气流，例如径流风扇或轴流风扇。优选使用径流风扇作为气流单元。通过使用径流风扇，实现了持久且有力的低风扇轮廓，并且能够提供和保持对于较长的辐射单元有利的较高的静压力。此外，径流风扇有效地利用了可用的空间。
所述用于液冷计算机系统中的冷却液的冷却单元可以适于对诸如GPU、CPU或RAM的计算机系统的任何部件提供冷却。
在一个实施方式中，平行的通道沿着与第一方向垂直的方向彼此分隔开。
平行的通道沿着高度尺寸彼此间隔开，并且辐射单元具有在作为气流产生方向的第一方向上延伸的长度。在一个实施方式中，辐射单元的长度大于其高度。提供长度大于高度的辐射单元的优势在于该辐射单元可以采取扁平形状，并且因此在计算机系统的尺寸限制下、例如在冷却系统需要对也具有扁平形状的元件进行冷却的情况下或者在可用空间偏平且狭长的情况下提供足够的冷却。
在一个实施方式中，平行的通道基本上是扁平的和/或具有长方形横截面。这实现了更好的翅片层构造、更好的消散特性、更好地对气流进行控制并且与更圆或更方的横截面相比提供更少的气流阻碍。
在一个实施方式中，大多数辐射桥具有两个以上的平行通道。在一个实施方式中，大多数辐射桥具有三个以上的平行通道。在一个实施方式中，大多数辐射桥具有四个以上的平行通道。在一个实施方式中，所有的辐射桥都具有至少两个、至少三个或至少四个平行通道。在一个实施方式中，辐射单元再次具有其高度一半的长度。在一个实施方式中，辐射单元具有其高度两倍的长度。在一个实施方式中，辐射单元具有其高度三倍的长度。在一个实施方式中，辐射单元具有其高度四倍的长度。提供更长和/或更扁的辐射单元能够在提供足够冷却的同时匹配更严格的尺寸限制。
在一个实施方式中，辐射单元具有三个以上的辐射桥。在一个实施方式中，辐射单元具有四个以上的辐射桥。因此，使内部液体路径更长，并且提高了换热效率。在一个实施方式中，辐射单元具有五个以上的辐射桥。在一个实施方式中，辐射单元具有六个以上的辐射桥。在一个实施方式中，辐射单元具有八个以上的辐射桥。通过提供额外的辐射桥，内部液体路径变得更长，并且更进一步提高了换热效率。
对于所有的实施方式，内部液体路径都按照邻接/接近的顺序被引导穿过辐射桥。这意味着该路径变为蛇形、锯齿形或齿带形。液体入口将液体引导至距离气流单元最远的辐射桥。在该第一辐射桥之后，内部液体路径被引导至距离该第一辐射桥最近的辐射桥，随后被引导至距离该第二辐射桥最近的辐射桥，并以此类推，直到内部液体路径已经被引导穿过所有的辐射桥为止。内部液体路径最后被引导至距离气流单元最近的辐射桥。随后，内部液体路径被引导至液体出口。
换句话说，液体入口和液体出口仅仅是将辐射单元在其液体路径端部处流体连接至液冷系统的另一个部分的部分。该液冷系统可以是集成式冷却系统的一部分，例如刚性构造的系统或预组装的系统，或者其可以实现液体导管的模块化附接和拆卸。
在一个实施方式中，液体入口和液体出口包括螺纹接合机构或毛刺接合机构或其他的传统接合机构，以允许以模块化的方式将导管、附件或其他的传统液体循环组件附接至液体入口和液体出口。
在一个实施方式中，液体入口和液体出口是将第一个和最后一个辐射桥连接至液体回路的另一个部分的结构特征。这种入口和出口可以是构造为任何形式的集成式液体回路的一部分，例如集成式计算系统，其中冷却单元被直接安装至产热PCB或逻辑板。在这个实施方式中，入口将距离气流单元最远的辐射桥连接至液体回流通道；并且液体出口将距离气流单元最近的辐射桥连接至冷却通道。
在一个实施方式中，辐射单元具有偶数个辐射桥。
因此，液体入口和液体出口被设置在冷却单元的同一侧上，因此避免了沿着冷却单元在外部侧向地引导液体路径，并且需要较小的组件。因此，提高了冷却单元的效率。
在一个实施方式中，冷却单元还包括扩展卡插头，其适于通过摩擦而安装到计算机系统的主板或逻辑板上的对应的扩展插槽中。在一个实施方式中，冷却单元适于作为用于个人计算机主板的扩展卡而被安装到计算机中，例如安装到PCI-e插槽中的卡。在一个实施方式中，冷却单元适于通过PCI-e插槽而被安装到计算机中。
通过将冷却单元设置为扩展卡，冷却单元可被设置为安装到计算机系统的其中一个扩展插槽中，例如PCI-e插槽。这些插槽通常是未经填充的，因此在许多情况下在计算机系统中存在用于储存冷却单元的足够空间。这与换热单元必须被安装在多个组件已经占用了大部分的可用空间的其他位置处或为了确保用于换热单元的足够空间而必须临时移除或重定位已被安装的元件的情况相比由于具有用于操作冷却单元固定就位的足够空间而能够更容易地安装冷却单元。此外，可以在基本上不需要螺钉和其他固定装置的情况下进行冷却单元的固定，并且依赖于冷却单元的插头与主板上的插槽之间的摩擦配合也比在壳体外部将支架上的螺钉紧固到卡的后端部上更佳。因此，安装十分简单，并且冷却单元基本上是“即插即用的”。
通过经由摩擦而安装到计算机中的预定空间中，冷却单元在计算机中的安装是容易且便捷的，并且冷却单元可被安装到多种类型的计算机中。例如，如果计算机具有GPU并且主板具有两个以上的PCI-e插槽，则能够将GPU安装到一个插槽中并且将冷却单元安装到另一个插槽中。
在一个实施方式中，冷却单元适于具有与单插槽PCI-e卡相匹配的高度尺寸。在一个实施方式中，冷却单元适于具有与双插槽PCI-e卡相匹配的高度尺寸。
通过与诸如标准PCI-e卡尺寸的标准扩展卡尺寸相匹配，冷却单元被用户友好地安装到计算机中来对计算机系统进行液体冷却。
此外，如果冷却系统需要对也被安装在插槽支架处的元件(例如显卡)进行冷却，则有利的是冷却系统被定位为靠近该元件，从而能够更容易且快速地将冷却系统连接至该元件，并且还使得将换热单元连接至与所述元件接触的泵送单元的冷却液体管道保持为尽可能最短的长度，从而例如在冷却液穿过所述管道期间尽可能减小其温度变化。
在一个实施方式中，扩展卡插头提供了所述冷却单元与所述主板或逻辑板之间的电连接。
因此，提供了液冷系统的控制和/或冷却单元的供电。这改进了计算机中的线缆管理，因为在计算机中至少省略了一条线缆。许多消费者喜欢展示他们的系统，对于这些人来说，计算机中的线缆越少越好。此外，通过扩展卡接口提供冷却单元与计算机系统之间的电连接减少了部件数量和使用的材料，并且能够减小线缆损坏或松动的可能性。
在一个实施方式中，冷却单元适于安装到服务器机箱支架系统中，其中冷却单元适于占用服务器机箱中的多个支架插槽并且为多个计算单元提供冷却。因此，获得了一种仍然能够通过本发明的冷却单元的独特布局来实现有效冷却的紧凑型冷却单元。
在一个实施方式中，冷却单元安装到服务器机箱中的单一支架插槽中。在一个实施方式中，冷却单元安装到服务器机箱中的双重支架插槽/两个相邻的支架插槽中。在一个实施方式中，冷却单元安装到服务器机箱中的三重支架插槽/三个相邻的支架插槽中。在一个实施方式中，冷却单元安装到服务器机箱中的四个相邻的支架插槽中。通过与服务器机箱的尺寸标准相匹配，获得了一种仍然不会占据所插入的服务器机箱的外部空间的有效的热交换器。
在一个实施方式中，设置有用于测量内部液体路径中的液体温度的温度传感器，并且其中来自该传感器的传感器数据被设置为用于控制气流单元的速度。
通过控制输送至气流单元的功率，冷却单元可以控制其速度并因此控制所产生的气流的速度和/或压力。
在一个实施方式中，气流单元基于位于冷却单元中的温度传感器来控制。在另一个实施方式中，气流单元基于位于辐射系统中的温度传感器来控制。
传统上，在液冷系统中，已经包含有靠近液体系统的电子器件的泵具有用于控制对辐射器进行冷却的气流单元的气流单元速度的液体温度传感器。然而，由于在泵与辐射器之间存在一定距离，这会错过重要的时机。此外，直接在冷却单元中设置传感器控制系统是实用的。这提供了用户友好的精确冷却。通过直接在冷却单元上设置气流单元控制器，简化了PC壳体中的布线，因为可以省略来自泵/处理单元的传统控制线缆。
在一个实施方式中，传感器位于液体入口处。通过将传感器设置在液体入口处，可以感测计算单元温度/液体温度上的工作负载的变化的作用，并且可以相应地随着液体进入辐射单元而调节气流单元速度。
在一个实施方式中，传感器位于液体出口处。通过将传感器设置在液体出口中，可以评估计算单元工作负载和气流单元工作负载的组合作用，并且可以相应地调节气流单元速度。
在一个实施方式中，在液体入口和液体出口处都设置有传感器。因此，可以按照需要精确地调节液体温度。这还允许评估冷却单元随时间推移的效率。例如，可以创建基准性能，其中给定环境温度下的给定风扇速度具有预期出口温度。由于辐射器中管道的过度堆积或发生渗漏的液冷系统，冷却单元可能在给定风扇速度下表现不佳，这可以随后被精确地确定为背离了输送至风扇的功率与液体出口处的液体输出温度之间的预期关系。
在一个实施方式中，本发明涉及一种用于诸如GPU的处理单元的液冷系统，该液冷系统包括根据本发明的冷却单元。该液冷系统还包括附接至处理单元的散热片。该散热片具有散热片液体入口、散热片液体出口以及用于在所述散热片入口与所述散热片出口之间引导液体的散热片液体路径，以引导用于进行换热的冷却液。该液冷系统还具有从液体出口延伸至散热片入口的冷却管、从散热片出口延伸至液体入口的回流管、基本上填满内部液体路径、管以及液体通道的冷却液，并且该系统还具有泵，其用于泵送所述液体穿过所述液冷系统，从而使所述液体从所述液体入口开始、按照接近所述排放口的顺序依次移动经过所述辐射桥，并且到达所述液体出口。
因此，提供了一种液冷系统，其中液体用于通过按伪对流结构中的预期方式来使用冷却单元而对计算单元进行冷却。这允许对诸如GPU的计算单元进行有效冷却。
在一个实施方式中，本发明涉及一种包括根据本发明的冷却单元的集成式计算系统。该集成式计算系统还包括：
-扩展卡，其包括扩展卡PCB和产热处理组件；
-冷板，其通过冷板腔附接至所述处理组件，通过所述冷板腔引导液体来在所述处理组件与所述液体之间进行换热；
-从所述液体出口延伸至所述冷板腔的冷却通道以及从所述冷板腔延伸至所述液体入口的回流通道，其中通道、入口和出口、冷板腔以及内部液体路径形成了液体回路；
-插入到液体回路中的液体泵，其用于泵送所述液体穿过所述液体回路，
其中冷却单元被安装在扩展卡PCB上。
因此，针对扩展卡实现了紧凑和有效的冷却。
在集成式计算系统的一个实施方式中，液体泵使液体在从所述液体入口开始，按照接近所述第一辐射桥的顺序依次经过所述辐射桥、并且到达所述液体出口的方向上移动。因此，实现了一种对流换热器。
在集成式计算系统的一个实施方式中，气流单元具有上部气流入口和下部气流入口。这些气流入口中的一个接收来自扩展卡PCB附近的气流入口通道的空气，并且该气流入口通道被构造为向扩展卡PCB上的产热电子单元提供空气冷却。扩展卡倾向于产生越来愈多的热量，同时诸如GPU处理芯片的中央处理芯片产生最多的热量，其他组件也产生大量的热量。通过构造一种被设计为对扩展卡PCB上的特定的产热电子单元进行冷却的气流入口通道，可以实现粒状且精确的冷却。
在一个实施方式中，气流入口通道开口位于卡的后端部处，远离气流单元。在一个实施方式中，气流入口通道位于横向侧部上。在一个实施方式中，设置有多个气流入口通道。
附图说明
下文描述了根据本发明的示例性实施方式，其中：
图1是根据本发明的冷却单元的示意图；
图2是根据本发明的冷却装置的轴测图；
图3是根据本发明的冷却装置的俯视剖视图；
图4是根据本发明的冷却装置的侧视剖视图；
图5是具有根据本发明的冷却装置的PC的平行投影侧视图；
图6A-6C是根据本发明的冷却装置的多个实施方式的前视剖视图；
图7A和7B是根据本发明的集成式计算系统的俯视剖视图；
图7C是根据本发明的集成式计算系统的侧视剖视图；并且
图8是根据本发明的集成式计算系统的实施方式的侧视剖视图。
具体实施方式
在下文中，通过实施方式详细描述本发明，这些实施方式不应认为是对本发明的范围进行限制。
图1是根据本发明的冷却单元100的实施方式的示意图。冷却单元100具有气流单元110和辐射单元130。气流单元适于沿着第一方向170穿过/跨过辐射单元130提供气流。
辐射单元130具有用于与液冷系统的液体管道接合的液体入口126和液体出口127。它们通常被设置为确保容易地与按惯例对计算机系统进行液体冷却所使用的管道尺寸相匹配。
辐射单元130还具有通过间隙141热隔离的两个辐射桥131、132。这些单独的辐射桥131、132可以通常简单地称为辐射器，并且结构上可以类似于传统的液冷辐射器。它们穿过气流单元110产生的气流从一侧架起到另一侧。在辐射单元130中设置有按序地穿过辐射桥131、132的内部液体路径171。内部液体路径的顺序为首先穿过第一辐射桥131并且随后穿过靠近气流单元110的最近的辐射桥。
这允许第一辐射桥131的温度与第二辐射桥132的温度不同。因为冷却单元100跨过气流路径蛇形地朝向气流单元110引导内部液体路径171，因此在内部实现了液体的阶梯式冷却。这实现了对流辐射器设计的一些益处，同时更容易进行制造并且更容易匹配方便的形状尺寸。
辐射桥131、132各自包括至少两条平行的通道160(在图1中仅针对每个辐射桥示出一条通道)，它们沿着与第一方向170成角度、优选与第一方向垂直的方向彼此间隔开。
优选地，在第一辐射桥131的通道160中设置有分割歧管，以有效地将液体与液体入口126分离，同时优选设置有组合歧管，以在将液流提供给液体出口127之前有效地将它们组合在一起。在辐射桥131、132之间，液流从一个桥被重新分配到按序地靠近的下一个。
优选地，液流从前一个辐射桥的通道开始被重新组合，并且在下一个辐射桥的通道中使用重分配歧管被重新分配。这可用于减小液流阻力，减小液体中的温度差异，设置不会使气流逸出的辐射器壁部，并且容易进行制造。还能够在不在单独的通道160中进行重分配的情况下连续地引导液流穿过辐射单元130中的平行的长S形通道。
根据将针对其他附图描述的内容，可以设置更多的辐射桥来增大内部液体路径171的有效长度。对于不同的使用情况，辐射桥的优选数量为四个、六个和八个。
图2是根据本发明的冷却装置100的轴测图。该冷却装置具有辐射单元130以及通过风扇开口111吹送环境空气跨过/穿过辐射单元130的气流单元110。辐射单元130具有辐射桥133、135、137、139的阵列以及侧板120。侧板120保证气流单元110产生的气流穿过所有四个辐射桥。侧板120具有将在下文中进一步描述的歧管。每个辐射桥都具有用于输送水的多条通道160以及夹在它们之间的翅片层150。来自气流单元110的空气穿过翅片层150，从而吸收发散到翅片层150的以及来自通道160自身的热量。
在每对相邻的辐射桥之间，隔离间隙确保有效的热隔离。隔离间隙通常简单地为空气，或者换句话说是导热辐射材料的空缺。冷却装置100被安装在具有用于固定在PCI-e插槽中的细长插头的PCI-e尺寸板或PCB101上。突出部可以电连接至PCI-e插槽，或者简单地具有确保其可被可逆地通过摩擦而紧固在PCI-e插槽中的匹配的厚度。
液体通过液体入口126进入到冷却单元100中，其从此处开始沿着内部液体路径穿过第一辐射桥133，随后穿过第二辐射桥135、第三辐射桥137、第四辐射桥139并离开液体出口127。这确保了液体随着其靠近气流单元110而被进一步冷却。
图3是本发明的冷却器100的示意性俯视图，例如更详细地示出了内部液体路径。冷却器100被安装在具有符合PCI-e的突出部103的PCB101上。冷却装置103可以通过PCI-e插槽为气流单元110获取电力。冷却装置还可通过PCI-e插头103获取冷却控制。PCI-e插头上示出的电连接器是优选的但非必须的。
冷却装置100可使用后部接口处的标准PCI-e支架102被安装在PC壳体中。通过使用PCI-e支架102和PCI-e接口将冷却装置100附接在PC壳体中，冷却装置100按惯例被有效地固定在壳体中，并且实现了容易的安装。
通过处理单元加热的冷却液通过液体入口126从回流管4进入到冷却器100中。冷却液流过辐射单元130，并且随后流出出口附件127进入到冷却管6中。在俯视示意图中没有示出单独的辐射桥131、132、133、134或歧管121、122、123、124、125的结构。
冷却液在第一辐射桥131的通道之间的分割歧管121中散开。加热的冷却液在此处通过来自气流单元110的穿过第一辐射桥131的空气被主动冷却。在第一辐射桥131的相对一侧，重分配歧管122将现在被略微冷却的水分配到第二辐射桥132的通道中。水在此处被再次冷却。当水位于第二辐射桥135的相对一侧上时，第二重分配歧管123将现在被进一步冷却的水分配到第三辐射桥133的通道中。水在此处通过来自气流单元110的空气被第三次冷却。在水穿过第三辐射桥133之后，其进入到第三重分配歧管124中并且被分配到第四辐射桥125的通道中。当水穿过第四辐射桥125时，其通过气流单元110被第四次冷却。水离开冷却装置100并且进入到冷却管6中，从而移动至诸如GPU的处理单元来提供冷却。
气流单元110被定位为靠近作为第四辐射桥134的最后一个辐射桥。来自气流单元110的环境空气随着其穿过/跨过辐射桥而逐渐地吸收它们的热量。这确保了来自气流单元110的空气在水最热时在第一辐射桥131处最热，并且空气在水最冷时在第四辐射桥134处接近环境温度。当水离开冷却单元100时，其潜在地且理想地实现接近环境的温度。
通过设置辐射器间隙141，防止了来自辐射桥的热水向更冷的“上游”辐射桥散发热量并且增大了辐射器的有效长度。此外，由于每个后续的辐射桥都更靠近气流单元110的环境温度的空气，因此保持了温度梯度并且增大了空气与辐射器之间的平均温差，由此提高了冷却效率。换句话说，虽然冷却单元100依赖于横流式辐射器设计，但是其实现了在给定大小和尺寸约束下有利的阶梯式对流换热特性。
在图3中，所示的实施方式的侧板仅为歧管121、122、123、124、125。
图4是根据本发明的冷却装置100的平行于PCI-e支架102的长边的表面的侧视剖视图。通道160是辐射桥的一部分并且在侧板120之间延伸。通道160由导热材料形成，例如铝或铜。它们允许在辐射桥的两侧上在歧管121、122之间进行流体连接。在通道160之间，导热材料制成的翅片层150允许在作为气流单元所提供的气流的方向的第一方向上输送空气，同时提供用于散热的较大表面积。
图5是具有根据本发明的冷却装置的固定式计算机10的平行投影侧视图。计算机10包括驱动器托盘30、供电单元50以及主板11。此外，PC具有电布线51和用于线缆管理的线缆敷设孔53。
主板11具有CPU，其具有用于通过CPU管21来进行液体冷却的泵20、CPU辐射器以及CPU风扇23。主板安装有RAM模块24。主板还具有三个PCI-e插槽12、13、14。
GPU1被安装在顶部PCI-e插槽12中。GPU1包括具有GPU泵3的散热片2。冷却水被引导至散热片2，其在此处吸收GPU产生的热量。散热片可以由任何导热材料制成并且通常由铝、铜或锌铜制成。液体泵3保持水流动并且可以通常与GPU散热片2制成为一体或与其附接。水在GPU1与冷却单元100之间通过冷却管6和回流管4进行移动。
冷却单元100被安装在另一个PCI-e插槽15中。在图4中，冷却单元100被安装在底部PCI-e插槽14中。基于主板的布局，可以使用任何可取的PCI-e插槽。
冷却液通过液体入口126进入冷却单元100并且通过液体出口127离开。它们可以通常是模块化的，以允许安装管在GPU与冷却单元100之间延伸。
冷却单元100具有用于吹送环境空气跨过冷却单元100的辐射单元130的气流单元110。在所示的实施方式中，气流单元110通过传统的风扇电连接器112来供电。在一个优选实施方式中，通过PCI-e插槽14将电能供应到冷却单元100的PCI-e插头中。
在所示的实施方式中，气流单元110通过位于冷却单元100的辐射系统中的温度传感器来控制，由此允许精确的冷却以及PC壳体中的简易线缆管理。由于可以因此省略控制线而使线缆管理变得容易，使用位于冷却单元处的温度传感器，可以代替地将布线敷设在PCB101上。
图6A-6C是根据本发明的冷却单元100的多个实施方式的前视剖视图。图6A示出了目前为止示出和讨论的实施方式的辐射单元130。其具有四个辐射桥131、132、133、134，并且每个辐射桥都具有在之间插有三个翅片层的四条通道160。其还具有气流单元110和三个辐射器间隙141。
图6B示出了根据本发明的冷却装置100的另一个实施方式，其具有六个辐射桥131、132、133、134、135、136。因此，增大了辐射器的有效长度，这可以提高冷却效率。
图6C示出了根据本发明的冷却装置100的另一个实施方式，其中冷却桥具有六条通道160以及插在其中的五个翅片层150。因此，针对穿过冷却装置100的每个体积增大了水的表面积，这可以提高冷却效率。
图7A和7B是本发明的实施方式的俯视图，其中其涉及一种集成式计算系统200。该集成式计算系统200包括计算卡，例如扩展卡。计算卡具有产热电子组件以及计算卡PCB201内置的单元。图7A和7B示出了液体回路271的两个不同的部分。液体回路271对应于目前为止描述的辐射单元230的内部液体路径，其具有用于形成完整液体回路的额外的特征。
在图7A中，示出了液体回路271的与目前为止描述的内部液体路径匹配的部分。液体回路271沿着目前为止针对内部液体路径描述的蛇形路径穿过辐射单元230。虚线圆表示液体泵280的位置，其位于冷板腔(在图7C和图8中更好地示出)的顶部。
现在观察图7B，可以从辐射单元230中看到液体回路271通过液冷通道206引导冷却液穿过出口227到达液体泵280的泵送腔281，该泵驱动冷却液流。从泵送腔281开始，冷却液移动到液体泵280底部的冷板腔283中。在冷板腔283中，冷却液吸收来自计算卡/扩展卡PCB201的电子组件的热量，并且随后通过回流通道204进一步被引导至液体入口226并随后回到距离气流单元210最远的辐射单元230，以再次如图7A所示那样沿着辐射单元230的液体路径朝向气流单元210移动。在辐射单元中，冷却液随后将热量散发到气流单元210产生的气流中。
这种结构允许通过辐射单元230执行对流式液体-空气热换热，因此是十分有效的，同时由于是集成式、紧凑式预编程单元而因此是用户友好的。
图7C是也在图7A和7B中示出的集成式计算系统200的侧视剖面。其具有图1-6中所述的、与集成式计算系统200构造为一体的冷却单元。在这个实施方式中，诸如扩展卡的计算卡具有产热电子组件204。这通常是GPU处理器，但也可以是RAM、转换器和/或其他的这种组件。冷却单元被直接安装在该计算卡/扩展卡PCB201的顶部上。辐射单元230和气流单元210牢固地附接在计算卡PCB201上。
冷板281附接于至少一个电子组件204并且允许液体流过冷板281来移除热量。液体泵280使液体从冷板281移动至目前为止所描述的、但是将在下文中更详细描述的辐射单元230。液体泵280附接至冷板281，这实现了一种紧凑的集成式计算系统200。液体通过首先在远离气流单元210的端部处进入辐射单元230并且随后沿着蛇形内部液体路径朝向气流单元210移动而经由泵280从冷板281被引导至辐射单元230。在冷却液已经流过辐射单元230之后，其返回液体泵280和冷板281，以从电子组件204中移除热量。
在沿着蛇形路径的一个位置处，修改或完全舍弃至少一个辐射桥，以允许将液体泵280和/或冷板281放置在辐射单元230的边界内。这种液体泵230的布置允许利用一个扩展卡插槽或任何数量的插槽(例如两个、三个或四个这种插槽)的物理占地面积内可用于换热的最大空间量。在液流和气流增加的液体泵280周围可能形成液体和气流的收缩部。换句话说，在辐射桥具有比其他位置更少的通道的情况下形成收缩部，同时辐射桥的通道之间的更少的翅片层形成了气流收缩部。为了提高热效率，可以在受影响的辐射桥上设置盖板284，例如，受影响的辐射桥为包括泵的辐射桥和其附近的辐射桥。这使气流保持在辐射单元230内，继而提高了液体泵的气流方向下游的辐射桥的热效率。显然，这种盖板284可以覆盖辐射器的整个长度或冷却单元的整个长度。有利地，盖板284可以由隔热材料制成，例如聚合物，或者非常细的金属箔条。也可以使用穿孔塑料/聚合物或金属箔的细条来冷却盖板284并且避免辐射桥之间的热联通。
在另一个实施方式中，泵280被定位为靠近气流单元210而不是位于辐射单元230内。
图8示出了根据本发明的计算系统200的实施方式。在所示的实施方式中，气流单元210优选是径流风扇。气流单元210具有上部气流入口213并且还具有下部气流入口214。使用上部气流入口213来允许较高的进气量。下部气流入口214连接至沿着扩展卡PCB201延伸并且经过至少一个产热电子单元205的气流入口通道215。以这种方式，进入的空气可用于冷却一些电子组件。除了多个产热电子组件204之外，扩展卡PCB201可具有多个产生不同程度的热量的中等产热电子单元205，它们小于中央芯片或远离所述中央电子组件204。因此，有利的是通过气流来冷却这些电子单元205中的至少一些。通过根据扩展卡PCB201的热曲线来设置下部气流入口214和气流入口通道215的尺寸，能够实现粒状且有效的卡冷却。
Claims (15)
1.一种用于液冷计算机系统(10)中的冷却液的冷却单元(100)，其中所述冷却单元(100)包括：
-气流单元(110)，其用于沿着气流路径在第一方向(170)上产生气流；
-辐射单元(130)，其具有：
用于接收冷却液的输入流的液体入口(126，226)；
用于释放冷却液的输出流的液体出口(127，227)；
用于在所述液体入口(126，226)与所述液体出口(127，227)之间引导液体的内部液体路径(171)；
各自具有多条设置为平行的通道(160)的至少两个辐射桥(131，132)的阵列，所述辐射桥(131，132)横穿所述气流路径并且沿着所述第一方向(170)间隔开，所述辐射桥(131，132)还通过间隙(141)彼此热隔离，
其中所述至少两个辐射桥(131，132)的阵列中的第一辐射桥(131)被设置为接收来自所述液体入口(126)的液体使其穿过所述通道(160)，所述第一辐射桥(131)是距离所述气流单元(110)最远的辐射桥，
其中所述内部液体路径(171)从所述液体入口(126)引出、按照接近所述第一辐射桥(131)的顺序依次经过所述辐射桥(131，132)到达所述液体出口(127)，
其中所述辐射桥通过歧管(122，123，124)进行连接来提供所述内部液体路径(171)，所述歧管在相邻的所述辐射桥的所述通道中对所述冷却液进行组合和重分配，
由此使所述气流单元(110)产生的气流穿过所述辐射桥(131，132)，以在所述气流与所述辐射单元(130)之间进行换热。
2.根据权利要求1所述的冷却单元(100)，其中，平行的所述通道(160)沿着高度尺寸彼此间隔开，并且其中所述辐射单元(130)具有在所述第一方向(170)上延伸的长度，其中所述辐射单元(130)的长度大于其高度。
3.根据权利要求1或2所述的冷却单元(100)，其中，所述辐射单元(130)具有四个以上的辐射桥(131，132，133，134)。
4.根据权利要求1或2所述的冷却单元(100)，其中，所述辐射单元(130)具有偶数个辐射桥。
5.根据权利要求1或2所述的冷却单元(100)，其中，所述辐射桥的平行的所述通道基本上是扁平的、具有长方形横截面。
6.根据权利要求1或2所述的冷却单元(100)，其还包括扩展卡插头(103)，其适于通过摩擦而安装到所述计算机系统(10)的主板(11)或逻辑板上的对应的扩展插槽(12)中。
7.根据权利要求6所述的冷却单元(100)，其中，所述扩展卡插头(103)在所述冷却单元(100)与所述主板(11)或逻辑板之间提供电连接。
8.根据权利要求1或2所述的冷却单元(100)，其适于安装到服务器机箱支架系统中，其中所述冷却单元适于占用服务器机箱中的多个支架插槽并且为多个计算单元提供冷却。
9.根据权利要求1或2所述的冷却单元(100)，其中，设置有温度传感器来测量所述内部液体路径(171)中的液体温度，并且其中来自所述传感器的传感器数据被设置为用于控制所述气流单元(110)的速度。
10.一种用于处理单元的液冷系统，所述液冷系统包括根据权利要求1-9中任一项所述的冷却单元(100)，所述液冷系统还包括：
-附接至所述处理单元的散热片(2)，所述散热片(2)具有散热片液体入口、散热片液体出口以及用于在所述散热片入口与所述散热片出口之间引导液体的散热片液体路径，以引导用于进行换热的冷却液；
-冷却管(6)，其从所述液体出口延伸至所述散热片入口；
-回流管(4)，其从所述散热片出口延伸至所述液体入口；
-冷却液，其基本上填满所述内部液体路径(171)、所述管(4，6)以及所述散热片液体路径；
-泵(3)，其用于泵送所述液体穿过所述液冷系统，从而使所述液体从所述液体入口(126)开始、按照接近所述第一辐射桥(131)的顺序依次移动经过所述辐射桥(131，132)，并且到达所述液体出口(127)。
11.根据权利要求10所述的液冷系统，所述处理单元例如是GPU(1)。
12.一种包括根据权利要求1-9中任一项所述的冷却单元(100)的集成式计算系统(200)，所述集成式计算系统(200)还包括：
-扩展卡，其包括扩展卡PCB(201)和产热处理组件(281)；
-冷板(282)，其通过冷板腔(283)附接至所述处理组件(281)，通过所述冷板腔引导液体来在所述处理组件(204)与所述液体之间进行换热；
-从所述液体出口(227)延伸至所述冷板腔(283)的冷却通道(206)以及从所述冷板腔(283)延伸至所述液体入口(226)的回流通道(204)，其中所述通道(204，206)、所述入口和出口(226，227)、所述冷板腔(283)以及所述内部液体路径(171)形成了液体回路(271)；
-插入到所述液体回路(271)中的液体泵(280)，其用于泵送所述液体穿过所述液体回路，
其中所述冷却单元(100)被安装在所述扩展卡PCB(201)上。
13.根据权利要求12所述的集成式计算系统(200)，其中，所述液体泵(280)使所述液体在从所述液体入口(226)到所述第一辐射桥的方向上移动，随后按照接近所述第一辐射桥(131)的顺序依次经过所述辐射桥(131，132)到达所述液体出口(127)。
14.根据权利要求12或13所述的集成式计算系统(200)，其中，所述气流单元(110，210)具有上部气流入口(213)和下部气流入口(214)，其中所述气流入口中的一个接收来自所述扩展卡PCB(201)附近的气流入口通道(215)的空气，并且所述气流入口通道(215)被构造为向所述扩展卡PCB(201)上的产热电子单元(205)提供空气冷却。
15.根据权利要求12或13所述的集成式计算系统(200)，其中，所述气流单元(110，210)为径流风扇。
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