CN1967444B - 驱动器机架热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明描绘用于计算机硬件的冷却系统领域中一显著进步。一用于冷却一热产生装置的系统的一个实施例包含：一外壳，其经设计尺寸以安装在一计算装置的一驱动器机架内；一热交换器，其安置在所述外壳内并经配置以将热量从液体传递到空气；一风扇，其安置在所述外壳内并经配置以迫使空气穿过所述热交换器；和一泵，其安置在所述外壳内并经配置以使一液体循环穿过一冷板子组合件并返回所述热交换器。所述冷板子组合件经配置以热耦合到所述热产生装置。所述揭示的系统可有利地安置在底盘具有标准尺寸驱动器机架的任何计算装置中，藉此使所述系统能够容易地实施在广泛种类的计算装置上。

Description

驱动器机架热交换器
技术领域
本发明大体上涉及用于计算机硬件的冷却系统，且更明确地说涉及一种可实施在计算装置的驱动器机架内的热交换器系统。
背景技术
驻存在计算装置(例如，中央处理单元(CPU)和图形处理单元(GPU))中的热产生装置的常规冷却系统通常包含安置在处理器上的散热器，和引导散热器上方的空气穿过由安置在散热器顶部上的一系列散热片形成的通道的风扇。在此种设计中，热量从处理器传递到散热器和散热片，并传递到流经通道和在散热器上方的空气。热量接着随着气流流出通道并离开处理器而消散到周围环境中。
这些常规吹风机/风扇冷却系统的一个缺点是，随着处理器功能变得更强大且产生更多热量，风扇必须以非常高的速度操作以产生冷却处理器所必需的穿过空气通道和在散热器上方的气流。高速操作趋向于产生大量不必要的噪声，这对于计算机的用户来说较为烦扰。并且，在一些情况下，这些类型的常规冷却系统甚至可能不能够满足某些高性能处理器的热消散要求。使这些问题进一步复杂的是这一事实：虽然处理器功能正变得更强大，但计算装置内可用于冷却系统的空间通常不在增加。因此，需要冷却系统的效率显著改进以与处理器的发展维持同步。
液体冷却系统正开始兴起，作为常规吹风机/风扇冷却系统的可行的替代品。液体冷却系统以比同等的空气冷却系统高得多的速率消散热量。然而，需要克服若干挑战以有效地将液体冷却系统实施在计算机系统中。首先，液体冷却系统比空气冷却系统需要更多空间。液体冷却系统通常包含泵、储集器、风扇、热交换器、冷板子组合件(其耦合到处理器)和为冷却液体提供再循环路径的管道。相比之下，空气冷却系统通常仅需要风扇和散热器。适应液体冷却系统的增加的空间要求可需要较大的计算机底盘，或甚至将一些组件定位在底盘外部。此外，计算机底盘的尺寸和布局趋向于根据用户要求和偏好而变化。因此液体冷却系统通常需要某一程度的定制，且如果以成套工具的形式出售，那么用户会专长于将冷却系统的组件定位在计算机底盘内并安装管道。
如上文所说明，此项技术中需要一种可容易地实施在广泛种类的计算装置上的标准液体冷却系统。
发明内容
在一个实施例中，提供一种用于冷却热产生装置的系统。所述系统包含：一外壳，其经设计尺寸以安装在一计算装置的一驱动器机架内；一热交换器，其安置在所述外壳内并经配置以将热量从液体传递到空气；一风扇，其安置在所述外壳内并经配置以迫使空气穿过所述热交换器；和-泵，其安置在所述外壳内并经配置以使一液体循环穿过一冷板子组合件并返回所述热交换器。所述冷板子组合件经配置以热耦合到所述热产生装置。
所述揭示的系统可有利地安置在底盘具有标准尺寸驱动器机架的任何计算装置中，藉此使所述系统能够容易地实施在广泛种类的计算装置上。
附图说明
因此，可具体理解本发明的上述特征的方式，即对本发明(上文简要概述)的更明确描述，可参照实施例而获得，附图中说明其中一些实施例。然而应注意，附图仅说明本发明的典型实施例，且因此不应认为限制本发明范围，因为本发明可容许其它等效实施例。
图1是说明根据本发明一个实施例包含驱动器机架热交换器(DBHA)和热产生装置的计算装置的示意图；
图2A是根据本发明一个实施例图1的DBHA的一个等距视图；
图2B是根据本发明一个实施例图1的DBHA的另一等距视图；
图3是根据本发明一个实施例可结合图1的DBHA使用的冷板子组合件的等距视图。
具体实施方式
描述零件时对方向的所有参考(例如顶部和底部)均为了方便起见，而不是希望以任何方式限制本发明的实施例。
图1是说明根据本发明一个实施例包含驱动器机架热交换器(DBHA)200和图形处理单元(GPU)116的计算装置100的示意图。如图所示，计算装置100包含外壳120，外壳120内驻存有母板105。母板105上安装有中央处理单元(CPU)125、用于从计算装置100去除热量的系统风扇130。母板105并入有图形卡110，所述图形卡110使计算装置100能够处理例如游戏应用程序的图形密集应用程序的图形相关数据。图形卡110包括印刷电路板(PCB)，其上安装有例如存储器芯片和类似物的复数个电路组件(未图示)。另外安装到图形卡110的一个面上的是经配置用于处理图形相关数据的GPU 116。如本文更详细描述，计算装置100可为具有包含标准尺寸驱动器机架的底盘的任何类型计算装置。举例来说，计算装置100可为台式或膝上型计算机、服务器或大型计算机。
因为GPU 116的计算要求通常相当大，所以GPU 116趋向于在操作期间产生大量热量。如果所产生的热量没有适当消散，那么GPU 116的性能会降级。由于这个原因，DBHA200经由冷板子组合件300热耦合到GPU 116以在操作期间从GPU 116去除热量。如图1所示，冷板子组合件300耦合到GPU，且管道115a、115b连接到冷板子组合件300和DBHA 200两者。例如水、盐水、防冻剂、防冻剂与水的混合物、油、酒精、水银或类似物的冷却液体从DBHA 200循环到冷板子组合件300，且接着通过管道115a、115b返回DBHA 200。GPU 116产生的热量当通过冷板子组合件300时传递到冷却液体。热量接着由冷却液体载回DBHA 200，热量在DBHA 200处消散到局部环境中。以此方式，可在操作期间从GPU 116连续地或间歇地去除热量，藉此允许GPU 116保持在期望的温度范围内。
预期用户升级需要，计算机底盘120可包含一个或一个以上备用驱动器机架135。驱动器机架135允许安装附加的硬盘驱动器、光学驱动器、软盘驱动器、抽取式硬盘驱动器等。驱动器机架尺寸对于许多类型计算装置来说是标准的。用于个人计算机的两个最常见驱动器机架尺寸是3.5英寸(3.5″)尺寸和5.25英寸(5.25″)尺寸。3.5″尺寸约4英寸宽，5.75英寸深和1英寸高，且5.25″尺寸约5.75英寸宽，8英寸深和1.63英寸高。优选地，DBHA 200经设计尺寸以安装在这些标准尺寸驱动器机架的任一者内。或者，DBHA 200可经设计尺寸以适合其它尺寸驱动器机架，例如3.5″服务器驱动器机架或2.5″膝上型驱动器机架。
图2A是根据本发明一个实施例DBHA的一个等距视图。DBHA200包含外壳205、泵210、热交换器215、进气和排气风扇220a、220b，和储集器225。外壳205包含液体进入和排出口208a、208b，其连接到管道115a、115b以便将冷却液体运输到冷板子组合件300和从冷板子组合件300运输冷却液体。进入口208a经由管道230连接到热交换器215的进入口，且排出口208b经由管道232连接到泵210的排出口。
外壳205进一步包含风扇220a、220b的前和后空气通路202、206。进气风扇220a经配置以穿过前通路202从底盘120的外部汲取空气，并迫使空气穿过热交换器215(由箭头235a描绘)。排气风扇220b经配置以从热交换器215汲取空气，并迫使空气穿过后通路206并进入计算装置100内的局部环境中(由箭头235b描绘)。风扇220a、220b可直接连接到热交换器215，且可由计算装置100改变速度且/或控制。
泵210经配置以经由管道234从储集器225汲取冷却液体，并接着使冷却液体循环穿过排出口208b，穿过管道115a到冷板子组合件300，穿过冷板子组合件300，穿过管道115b返回DBHA 200，穿过进入口208a，穿过热交换器215，并接着经由管道233返回储集器225中。一旦处于储集器225中，冷却液体可再次通过系统进行循环。优选地，泵210可由计算装置100改变速度且/或控制。
从冷板子组合件300抽吸到热交换器215的冷却液体经由管道231运送并穿过热交换器215。来自冷却液体的热量从管道231传递到热耦合到管道231的散热片217。热量接着传递到被风扇220a、220b迫使穿过热交换器215的空气，且接着消散到计算装置100内的局部环境中。如图所示，在一个实施例中，热交换器215是由例如铝或铜的热传导材料制成的“管道和散热片”型散热装置(radiator)。
图2B是根据本发明一个实施例DBHA 200的另一等距视图。外壳205进一步包含窗口204，其允许用户视觉上监控储集器225中冷却液体的水平面。
图3是根据本发明一个实施例可结合DBHA 200使用的冷板子组合件300的等距视图。如图所示，冷板子组合件包含底座305、封盖310、液体进入和排出口315a、315b、复数个散热片325，和密封件320。底座305和散热片325由例如铝或铜的热传导材料制成。安置在底座305的每一角处的是具有从中穿过的孔的脚。穿过脚的孔与图形卡110中的孔一致以便经由例如帽螺钉的系件(未图示)在上方安装冷板子组合件300。底座305牢固地安装到GPU 116上，使得热量可从GPU 116传递到底座305。可在底座305与GPU 116之间沉积一层热油脂(未图示)以增强热传导。散热片325安置在底座305的顶部表面上。散热片325在底座305的顶部表面上的位置大体上对应于GPU 116接触底座305的底部表面的区域。散热片325传导来自底座305的热量并通过增大冷却液体对其暴露的热传递表面面积来增强向冷却液体进行热传递的效率。封盖310安置在底座305的顶部表面上并用例如帽螺钉的复数个系件固定到所述顶部表面。密封件320安置在封盖310与底座305之间以防止冷却液体泄漏。进入和排出口315a、315b连接到管道115a、115b，使得冷却液体穿过进入口315a进入冷板子组合件300，在底座305的顶部表面上和散热片325周围循环，从而允许由GPU 116产生的热量传递到冷却液体，并接着穿过排出口315b离开冷板子组合件300。经加热的冷却液体接着返回DBHA 200，在DBHA 200处从冷却液体中去除热量，如本文中先前所述。
冷板子组合件300的特定设计对于本发明并不关键。因此，在替代实施例中，冷板子组合件300可经配置以安置在GPU以及安置在图形卡110上的存储器单元上。冷板子组合件300也可经配置以安置在GPU 125上。在各种其它替代实施例中，冷板子组合件300可经配置以安置在计算装置100内的其它热产生装置上，例如芯片集、硬盘驱动器、某一其它类型的专用处理单元或类似物。
在又一替代实施例中，混合冷却系统可替代冷板子组合件300而安置在GPU 116(或其它热产生装置)上。2004年4月12日申请的且题为“System for Efficiently Cooling aProcessor”的美国专利申请案第10/822,958号中揭示了混合冷却系统。混合冷却系统包含用于空气冷却热产生装置的风扇散热器(fansink)和提供附加液体冷却的混合热量运输模块两者。风扇散热器和混合热量运输模块可独立地操作或组合操作以消散来自热产生装置的热量。风扇散热器以类似于常规风扇散热器设计的方式配置，且包含风扇、壁、底板和散热器罩。散热器罩连同风扇散热器的壁和底板一起界定复数个空气通道，空气被迫穿过所述通道去除从热产生装置传递的热量。混合热量运输模块适合与风扇散热器集成。混合热量运输模块热耦合到风扇散热器的底版的一部分，且包含液体通道以及补足风扇散热器的空气通道的复数个空气通道。冷却液体循环穿过热耦合到热产生装置的液体通道，藉此允许热产生装置产生的热量传递到冷却液体并被载运离开热产生装置。
操作中，DBHA200具有最大热阻约为13.5cfm(立方英尺/分)下每瓦0.23摄氏度。因此，DBHA 200能够实现约160瓦的最大热量俘获，同时维持110摄氏度或更低的处理装置温度。另外，DBHA 200经设计以保持在个人计算机的标准最大声级内-完全性能下36分贝且闲置性能下27分贝。
在替代实施例中，如果计算机底盘120具有两个可用的驱动器机架，那么可将第二DBHA添加到第二驱动器机架以增大总体冷却能力。第二DBHA可与DBHA 200以串联或并联的方式集成。或者，第二DBHA可用于冷却CPU 125，而DBHA200冷却GPU。在另一替代实施例中，DBHA 200可经重新配置以占用两个驱动器机架。在另一替代实施例中，可通过向DBHA 200添加第二热交换器或用较大热交换器替换热交换器215来增大冷却能力。
通过设计DBHA 200的尺寸以将其安装在备用的驱动器机架135内，DBHA 200可以标准化预装配单元的形式出售，藉此消除定制设计和/或与现有技术液体冷却系统关联的用户安装的许多问题。
虽然以上是针对本发明实施例，但可在不脱离本发明基本范围的情况下设计本发明的其它和进一步的实施例，且本发明范围由所附权利要求书确定。

Claims (18)

1.一种用于冷却一热产生装置的系统，所述系统包括：
一外壳，其经设计尺寸以安装在一计算装置的一驱动器机架内；
一热交换器，其安置在所述外壳内并经配置以将热量从液体传递到空气；
一风扇，其安置在所述外壳内并经配置以迫使空气穿过所述热交换器，其中所述风扇连接到所述热交换器并配置成一进气风扇；
一第二风扇，其连接到所述热交换器并配置成一排气风扇，以用于将经加热的空气排出外壳的；
一泵，其安置在所述外壳内并经配置以使一液体循环穿过一冷板子组合件并返回所述热交换器，其中所述冷板子组合件经配置以热耦合到所述热产生装置。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述冷板子组合件包括：
一底座，其由一热传导材料制成并经配置以安置在所述热产生电子装置上；
一封盖，其安置在所述底座上；和
一密封件，其安置在所述封盖与所述底座之间。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述冷板子组合件进一步包括由一热传导材料制成并安置在所述底座上的复数个散热片。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述热产生装置是一图形处理单元或一中央处理单元。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述热产生装置是一图形处理单元或一中央处理单元和一关联的芯片集。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述芯片集是一存储器芯片集。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述驱动器机架是一标准尺寸驱动器机架。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述驱动器机架是一3.5英寸或5.25英寸尺寸的驱动器机架。
9.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括一安置在所述外壳内的储集器。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统具有一最大热阻约为13.5cfm(立方英尺/分)下每瓦0.23摄氏度。
11.一种经配置具有一液体冷却系统的计算装置，所述计算装置包括：
一热产生装置；和
一热交换器子系统，其热耦合到所述热产生装置，所述热交换器子系统包含：
一外壳，其经设计尺寸以安装在一计算装置的一驱动器机架内，
一热交换器，其安置在所述外壳内并经配置以将热量从液体传递到空气，
一风扇，其安置在所述外壳内并经配置以迫使空气穿过所述热交换器，和
一泵，其安置在所述外壳内并经配置以使一液体循环穿过一冷板子组合件并返回所述热交换器，其中所述冷板子组合件经配置以热耦合到所述热产生装置，
其中所述热交换器子组合件进一步包含一耦合到所述热交换器的第二风扇，其中所述风扇配置成一进气风扇，且所述第二风扇配置成一排气风扇。
12.根据权利要求11所述的计算装置，其进一步包括一第二热交换器，所述第二热交换器安置在所述计算装置的一第二驱动器机架中并热耦合到所述热交换器子系统。
13.根据权利要求11所述的计算装置，其进一步包括一第二热交换器子系统，所述第二热交换器子系统安置在所述计算装置的一第二驱动器机架中并热耦合到所述热交换器子系统。
14.根据权利要求11所述的计算装置，其中所述热产生装置是一图形处理单元，且所述第二热产生装置是一中央处理单元。
15.根据权利要求11所述的计算装置，其中所述驱动器机架是一标准尺寸驱动器机架。
16.根据权利要求15所述的计算装置，其中所述驱动器机架是一3.5英寸或5.25英寸的驱动器机架。
17.根据权利要求11所述的计算装置，其中所述热交换器子组合件进一步包含一安置在所述外壳内的储集器。
18.根据权利要求11所述的计算装置，其中所述热交换器子组合件具有一最大热阻约为13.5cfm(立方英尺/分)下每瓦0.23摄氏度。
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