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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Diese Anmeldung ist eine Fortsetzung der US-Patentanmeldung Nr. 13/613 753, eingereicht am 13. September 2012 mit dem Titel ”Vapor Condensor with Three-Dimensional Folded Structure”, die hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen wird.
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HINTERGRUND
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Bekanntlich erzeugen elektronische Komponenten in Betrieb Wärme. Diese Wärme sollte den Einheiten entzogen werden, um die Sperrschichttemperaturen der Einheiten innerhalb wünschenswerter Grenzen zu halten, da das Fehlen einer wirksamen Wärmeabfuhr erhöhte Temperaturen der Einheiten verursacht und potenziell zu unkontrollierbaren Wärmebedingungen führt. Mehrere Trends in der Elektronikindustrie haben dazu beigetragen, die Wichtigkeit des Wärmemanagements zu erhöhen, darunter die Wärmeableitung für elektronische Bauelemente, einschließlich Technologien wie z. B. CMOS, in welchen das Wärmemanagement traditionell weniger problematisch war. Insbesondere die Notwendigkeit schnellerer und dichter gepackter Schaltkreise hat eine direkte Auswirkung auf das Wärmemanagement. Erstens nimmt die Verlustleistung und somit die Wärmeerzeugung mit zunehmenden Betriebsfrequenzen der Einheiten zu. Zweitens werden bei niedrigeren Sperrschichttemperaturen höhere Betriebsfrequenzen der Einheiten ermöglicht. Da mehr und mehr Bauelemente auf einen Einzelchip gepackt werden, nimmt der Wärmefluss (Watt/cm2) zu, was zur Folge hat, dass einem Chip oder Modul gegebener Größe mehr Leistung entzogen werden muss. Diese Trends haben dazu beigetragen, Anwendungen zu schaffen, in denen nicht mehr wünschenswert ist, die Wärme moderner Einheiten allein durch traditionelle Kühlverfahren zu entziehen, z. B. mithilfe von luftgekühlten Kühlkörpern mit Wärmerohren oder Dampfkammern. Derartige Umluftkühltechniken sind in ihrer Fähigkeit, elektronischen Komponenten mit hoher Leistungsdichte Wärme zu entziehen, inhärent eingeschränkt.
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Die Notwendigkeit, gegenwärtige und künftige elektronische Einheiten mit hoher Wärmelast und hohem Wärmefluss zu kühlen, macht deshalb die Entwicklung aggressiver Wärmemanagement-Techniken mit Flüssigkeitskühlung zwingend erforderlich. Verschiedene Kühlflüssigkeitsarten stellen unterschiedliche Kühlleistungen bereit. Zum Beispiel weisen Flüssigkeiten wie z. B. Kältemittel oder andere dielektrische Flüssigkeiten (z. B. Fluorkohlenwasserstoff-Flüssigkeit) im Vergleich zu Flüssigkeiten wie Wasser oder andere wässrige Flüssigkeiten eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit und niedrigere spezifische Wärmeeigenschaften auf. Dielektrische Flüssigkeiten weisen jedoch insofern einen Vorteil auf, als sie ohne nachteilige Wirkungen wie z. B. Korrosion oder elektrische Kurzschlüsse in direktem physischem Kontakt mit elektronischen Einheiten oder Komponenten und deren Zwischenverbindungen angeordnet werden können. Andere Kühlflüssigkeiten wie z. B. Wasser oder andere wässrige Flüssigkeiten weisen im Vergleich zu dielektrischen Flüssigkeiten eine höhere Wärmeleitfähigkeit und höhere spezifische Wärmeeigenschaften auf. Kühlflüssigkeiten auf Wasserbasis müssen jedoch vom physischen Kontakt mit elektronischen Einheiten und deren Zwischenverbindungen abgehalten werden, da dies sonst zu Korrosions- und elektrischen Kurzschlussproblemen führen kann.
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KURZBESCHREIBUNG
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In einem Aspekt wird ein Verfahren zum Herstellen einer Kühlvorrichtung bereitgestellt, welches das Herstellen eines Dampfkondensators (Verflüssigers) einschließt. Das Herstellen des Dampfkondensators weist auf: Erhalten einer dreidimensional gefalzten Struktur, die mindestens zum Teil einen ersten Satz kühlflüssigkeitsführender Kanäle und einen zweiten Satz dampfkondensierender Kanäle des Dampfkondensators definiert, wobei der erste Satz kühlflüssigkeitsführender Kanäle mit dem zweiten Satz dampfkondensierender Kanäle verschachtelt ist und parallel dazu verläuft, wobei die dreidimensional gefalzte Struktur ein Wärmeleitblech mit Mehrfachfalzen darin aufweist, wobei eine Seite des Wärmeleitblechs eine dampfkondensierende Oberfläche aufweist und eine Gegenseite des Wärmeleitblechs eine kühlflüssigkeitsgekühlte Oberfläche aufweist, wobei mindestens ein Teil der kühlflüssigkeitsgekühlten Oberfläche mindestens teilweise den ersten Satz kühlflüssigkeitsführender Kanäle definiert; Anordnen eines ersten Endsammelrohrs an ein erstes Ende der dreidimensional gefalzten Struktur und eines zweiten Endsammelrohrs an ein zweites, entgegengesetztes Ende der dreidimensional gefalzten Struktur, wobei das erste Endsammelrohr und das zweite Endsammelrohr Öffnungen aufweisen, die mit dem ersten Satz kühlflüssigkeitsführender Kanäle der dreidimensional gefalzten Struktur in Fluidverbindung sind, um den Kühlflüssigkeitsfluss durch den ersten Satz kühlflüssigkeitsführender Kanäle zu ermöglichen; und Verbinden einer Platte mit der kühlflüssigkeitsgekühlten Oberflächenseite des Wärmeleitblechs mit den Mehrfachfalzen, wobei die Platte und das Wärmeleitblech mit den Mehrfachfalzen darin den ersten Satz kühlflüssigkeitsführender Kanäle der dreidimensional gefalzten Struktur definieren.
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Zusätzliche Merkmale und Vorteile werden durch die Techniken der vorliegenden Erfindung realisiert. Weitere Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung werden hierin im Detail beschrieben und als Teil der beanspruchten Erfindung betrachtet.
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KURZE BESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
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Ein oder mehrere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden in den Ansprüchen am Ende der Ausführungen besonders hervorgehoben und gesondert als Beispiele beansprucht. Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervor, wobei:
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1 eine Ausführungsform eines herkömmlichen Doppelboden-Layouts eines luftgekühlten Rechenzentrums zeigt;
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2 eine Ausführungsform einer Kühlflüssigkeitsverteilungseinheit zeigt, die einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung gemäß eine Flüssigkeitskühlung von Elektronik-Racks eines Rechenzentrums ermöglicht;
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3 eine Grundrissansicht einer Ausführungsform eines elektronischen Teilsystem (oder Knoten)-Layouts ist, die eine Luft- und Flüssigkeitskühlvorrichtung zur Kühlung von Bauelementen des elektronischen Teilsystems gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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4A eine Ausführungsform eines Dampfkondensators gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4B eine partiell auseinandergezogene Ansicht des Dampfkondensators von 4A gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4C eine vergrößerte Querschnittsansicht des Dampfkondensators von 4A gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung entlang der Linie 4C-4C zeigt;
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4D eine Ausführungsform der dreidimensional gefalzten Struktur des Dampfkondensators von 4A bis 4C zeigt, die gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung ein Beispiel für Mehrfachfalze in dessen Wärmeleitblech veranschaulicht;
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5A eine Schnitt- und Vorderseitenansicht einer Ausführungsform eines gekühlten Elektronik-Moduls entlang der Linie 5A-5A von 5C ist, das ein zu kühlendes elektronischen Bauelement und eine Kühlvorrichtung gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung aufweist;
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5B eine Schnitt- und Vorderseitenansicht des gekühlten Elektronik-Moduls von 5A entlang der Linie 5B-5B gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung ist;
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5C eine weitere Schnitt- und Vorderseitenansicht des gekühlten Elektronik-Moduls von 5A entlang der Linie 5C-5C gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung ist;
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6A eine Vorderseitenansicht einer Ausführungsform eines flüssigkeitsgekühlten Elektronik-Racks mit Tauchkühlung seiner elektronischen Teilsysteme und mit Dampfkondensation gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung ist;
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6B eine Schnitt- und Vorderseitenansicht eines tauchgekühlten elektronischen Teilsystems des flüssigkeitsgekühlten Elektronik-Racks von 6A gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung ist; und
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7 eine Vorderseitenansicht einer anderen Ausführungsform eines flüssigkeitsgekühlten Elektronik-Racks mit einer Vielzahl von tauchgekühlten elektronischen Teilsystemen und mit Dampfkondensation gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die Ausdrücke ”Elektronik-Rack”, ”rackmontierte elektronische Ausrüstung” und ”Rack-Einheit” werden hierin auf austauschbare Weise verwendet und schließen, außer bei anderslautender Angabe, ein Gehäuse, einen Rahmen, ein Gestell (Rack), ein Fach, ein Blade-Server-System usw. ein, die eine oder mehrere wärmeerzeugende Komponenten eines Computersystems oder elektronischen Systems aufweisen, bei dem es sich zum Beispiel um einen eigenständigen Computerprozessor mit einer High-, Mid- oder Low-End-Verarbeitungsfähigkeit handeln kann. In einer Ausführungsform kann ein Elektronik-Rack ein oder mehrere elektronische Teilsysteme aufweisen. ”Elektronisches Teilsystem” bezieht sich auf ein Teilgehäuse, eine Baugruppe, eine Platine, ein Book, ein Blade, einen Einschub, einen Knoten usw., die eine oder mehrere elektronische Komponenten aufweisen, die darin oder darauf angeordnet sind. Ein elektronisches Teilsystem eines Elektronik-Racks kann relativ zum Elektronik-Rack beweglich oder feststehend sein, wobei die rackmontierten elektronischen Einschübe einer Rack-Einheit und Blades eines Blade-Center-Systems zwei Beispiele für Teilsysteme eines zu kühlenden Elektronik-Racks sind. In einer Ausführungsform bezieht sich ”elektronisches Teilsystem” auf ein elektronisches System oder einen Teil eines elektronischen Systems, das mehrere elektronische Komponenten gleichen oder unterschiedlichen Typs aufweist und in einem Beispiel eine Servereinheit sein kann.
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”Elektronische Komponente” bezieht sich auf jede wärmeerzeugende elektronische Komponente zum Beispiel eines Computersystems oder einer sonstigen elektronischen Einheit, die der Kühlung bedarf. Beispielsweise kann eine elektronische Komponente einen oder mehrere IC-Chips und/oder andere zu kühlende elektronische Einheiten aufweisen, einschließlich eines oder mehrerer Prozessorchips, Speicherchips und Speicherunterstützungschips. Als weiteres Beispiel kann die elektronische Komponente einen oder mehrere Nacktchips oder einen oder mehrere Gehäusechips aufweisen, die auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sind. Außer bei anderslautender Angabe hierin, beziehen sich die Ausdrücke ”flüssigkeitsgekühlte Kälteplatte”, ”flüssigkeitsgekühlte Grundplatte” oder ”flüssigkeitsgekühlte Struktur” auf eine konventionelle wärmeleitende Struktur, die eine Vielzahl von Kanälen oder Durchgängen aufweist, die darin derart geformt sind, dass sie eine Kühlflüssigkeit durchströmen lassen können.
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Wie hierin verwendet, kann ein ”Flüssigkeit-Flüssigkeit-Wärmetauscher” zum Beispiel zwei oder mehr Kühlflüssigkeitsströmungswege aufweisen, die aus wärmeleitenden Rohrleitungen (wie z. B. Kupfer oder andere Rohrleitungen) bestehen, die in thermischem oder mechanischem Kontakt miteinander sind. Die Größe, Konfiguration und Konstruktion des Flüssigkeit-Flüssigkeit-Wärmetauschers können variieren, ohne vom Umfang der hierin offenbarten Erfindung abzuweichen. Ferner bezieht sich ”Rechenzentrum” auf eine Computerinstallation, die zum Beispiel ein oder mehrere zu kühlende Elektronik-Racks enthält. Als spezifisches Beispiel kann ein Rechenzentrum eine oder mehrere Reihen rackmontierter Computereinheiten wie z. B. Server-Einheiten einschließen.
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Ein Beispiel für eine Anlagenkühlflüssigkeit und Systemkühlflüssigkeit ist Wasser. Die Konzepte, die hierin offenbart werden, können jedoch leicht zur Verwendung mit anderen Kühlflüssigkeitstypen auf der Anlagen- und/oder Systemseite angepasst werden. Zum Beispiel können eine oder mehrere der Kühlflüssigkeiten eine Sole, eine Fluorkohlenwasserstoff-Flüssigkeit, ein Flüssigmetall oder eine andere vergleichbare Kühlflüssigkeit oder ein Kältemittel aufweisen, während die Vorteile und einzigartigen Merkmale der vorliegenden Erfindung dennoch erhalten bleiben.
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Im Folgenden wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, die zum leichteren Verständnis nicht maßstabsgerecht sind, wobei gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren durchweg gleiche oder vergleichbare Komponenten bezeichnen.
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1 zeigt ein Doppelboden-Layout eines luftgekühlten Rechenzentrums 100, das nach dem Stand der Technik typisch ist, wobei mehrere Elektronik-Racks 110 in einer oder mehreren Reihen angeordnet sind. In einem Rechenzentrum wie in 1 gezeigt können mehrere hundert oder gar mehrere tausend Mikroprozessoren untergebracht sein. In der dargestellten Anordnung tritt Kaltluft über perforierte Bodenfliesen 160 aus einem Zuluftraum 145, der zwischen dem Doppelboden 140 und einem Unterbau oder Unterboden 165 des Raums definiert ist, in den Computerraum ein. Gekühlte Luft wird durch Lüftungsgitter auf Lufteinlassseiten 120 der Elektronik-Racks angesaugt und durch die Rückseiten, das heißt, durch Luftauslassseiten 130 der Elektronik-Racks ausgestoßen. Jedes Elektronik-Rack 110 kann eine oder mehrere Lüftungseinheiten (z. B. Lüfter oder Gebläse) aufweisen, um einen Zwangsluftstrom vom Einlass zum Auslass zur Kühlung der elektronischen Einheiten im oder in den Teilsystem(en) des Racks bereitzustellen. Der Zuluftraum 145 führt den Lufteinlassseiten der Elektronik-Racks über perforierte Bodenfliesen 160, die in einem ”Kaltgang” der Computerinstallation angeordnet sind, klimatisierte und gekühlte Luft zu. Die klimatisierte und gekühlte Luft wird dem Luftraum 145 durch eine oder mehrere Klimatisierungseinheiten 150 zugeführt, die ebenfalls im Rechenzentrum 100 angeordnet sind. Raumluft wird in der Nähe eines Oberteils jeder Klimatisierungseinheit 150 angesaugt. Diese Raumluft enthält zum Teil Abluft aus den ”Warmgängen” der Computerinstallation, die durch gegenüberliegende Luftauslassseiten 130 der Elektronik-Racks 110 definiert werden.
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Aufgrund des ständig zunehmenden Luftströmungsbedarfs durch Elektronik-Racks und der Grenzen der Luftverteilung innerhalb der typischen Computerrauminstallation wird eine Flüssigkeitskühlung mit der oben beschriebenen konventionellen Umluftkühlung kombiniert. 2 bis 3 veranschaulichen eine Ausführungsform einer Realisierung eines Rechenzentrumsrealisierung, die ein hybrides Kühlsystem auf Luft- und Flüssigkeitsbasis mit einer oder mehreren Kälteplatten verwendet, die mit wärmeerzeugenden elektronischen Einheiten verbunden sind, die in den Elektronik-Racks angeordnet sind.
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2 zeigt eine Ausführungsform einer Kühlflüssigkeitsverteilungseinheit 200 für ein Rechenzentrum. In der Kühlflüssigkeitsverteilungseinheit 200 sind ein Leistungs/Steuer-Element 212, ein Vorrats/Expansions-Tank 213, ein Wärmetauscher 214, eine Pumpe 215 (oft in Begleitung einer redundanten zweiten Pumpe), Anlagenwassereinlass- 216 und -auslassleitungen 217, ein Zulaufsammelrohr 218, das über Anschlüsse 220 und Leitungen 222 die Elektronik-Racks 210 mit Wasser oder Systemkühlflüssigkeit versorgt, und ein Rücklaufsammelrohr 219, das über Leitungen 223 und Anschlüsse 221 Wasser aus den Elektronik-Racks 210 empfängt. Jedes Elektronik-Rack weist (in einem Beispiel) eine Leistungs-/Steuer-Einheit 230 für das Elektronik-Rack, mehrere elektronische Teilsysteme 240, ein Systemkühlflüssigkeit-Zulaufsammelrohr 250 und ein Systemkühlflüssigkeit-Rücklaufsammelrohr 260 auf. In dieser Ausführungsform ist jedes Elektronik-Rack 210 auf dem Doppelboden 140 des Rechenzentrums angeordnet, wobei im Zuluftraum unterhalb des Doppelbodens Leitungen 222 angeordnet sind, die den Systemkühlflüssigkeit-Zulaufsammelrohren 250 Systemkühlflüssigkeit zuführen, und Leitungen 223, die den Rücklauf von Systemkühlflüssigkeit aus Systemkühlflüssigkeit-Rücklaufsammelrohren 260 ermöglichen.
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In der dargestellten Ausführungsform führt das Systemkühlflüssigkeit-Zulaufsammelrohr 250 über flexible Schlauchverbindungen 251, die zwischen dem Zulaufsammelrohr und den jeweiligen elektronischen Teilsystemen im Rack angeordnet sind, den Kühlsystemen der elektronischen Teilsysteme (zum Beispiel insbesondere deren flüssigkeitsgekühlten Kälteplatten) Systemkühlflüssigkeit zu. Dementsprechend ist das Systemkühlflüssigkeit-Rücklaufsammelrohr 260 über flexible Schlauchverbindungen 261 mit den elektronischen Teilsystemen verbunden. Schnellkupplungen können an der Schnittstelle zwischen flexiblen Schläuchen 251, 261 und den einzelnen elektronischen Teilsystemen verwendet werden. Diese Schnellkupplungen können beispielsweise handelsübliche Kupplungen verschiedenen Typs sein wie z. B. jene, die von Colder Products Company in St. Paul, Minnesota (USA), oder Parker Hannifin in Cleveland, Ohio (USA) angeboten werden.
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Obwohl dies nicht gezeigt wird, kann das Elektronik-Rack 210 auch einen auf seiner Luftauslassseite angeordneten Luft-Flüssigkeit-Wärmetauscher einschließen, der ebenfalls Systemkühlflüssigkeit vom Systemkühlflüssigkeit-Zulaufsammelrohr 250 empfängt und Systemkühlflüssigkeit zum Systemkühlflüssigkeit-Rücklaufsammelrohr 260 zurückleitet.
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3 zeigt eine Ausführungsform eines Komponenten-Layouts eines elektronischen Teilsystems 313, in welchem eine oder mehrere Lüftungseinheiten 311 einen Zwangsluftstrom 315 zur Kühlung mehrerer Komponenten 312 im elektronischen Teilsystem 313 bereitstellen. Kaltluft wird durch eine Frontseite 331 des Teilsystems angesaugt und an dessen Rückseite 333 ausgelassen. Die zu kühlenden Komponenten schließen mehrere Prozessormodule ein, mit welchen flüssigkeitsgekühlte Kälteplatten 320 (eines Kühlsystems auf Flüssigkeitsbasis) verbunden sind, sowie mehrere Gruppen (Arrays) von Speichermodulen 330 (z. B. Dual Inline Memory Modules (DIMMs)) und mehrere Reihen Speicherunterstützungsmodule 332 (z. B. DIMM-Steuermodule), mit welchen luftgekühlte Kühlkörper verbunden sind. In der dargestellten Ausführungsform sind die Speichermodule 330 und die Speicherunterstützungsmodule 332 zum Teil in der Nähe der Frontseite 331 des elektronischen Teilsystems 313 und zum Teil in der Nähe der Rückseite 333 des elektronischen Teilsystems 313 angeordnet. In der Ausführungsform von 3 werden die Speichermodule 330 und die Speicherunterstützungsmodule 332 durch den Luftstrom 315 durch das elektronische Teilsystem gekühlt.
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Das dargestellte Kühlsystem auf Flüssigkeitsbasis schließt außerdem mehrere kühlflüssigkeitsführende Rohre 340, 341 ein, die mit flüssigkeitsgekühlten Kälteplatten 320 verbunden sind und mit diesen in Fluidverbindung sind. Die kühlflüssigkeitsführenden Rohre 340, 341 weisen Kühlflüssigkeit-Zulaufrohre 340 und Kühlflüssigkeit-Rücklaufrohre 341 auf, die jeweils mit einem Systemkühlflüssigkeit-Zulaufsammelrohr 350 und einem Systemkühlflüssigkeit-Rücklaufsammelrohr 360 in Fluidverbindung sind. Auf diese Weise wird Systemkühlflüssigkeit durch das elektronische Teilsystem 313 umgewälzt, und insbesondere durch dessen flüssigkeitsgekühlte Kälteplatten 320, um die Ableitung von Wärme aus stark wärmeerzeugenden Komponenten des elektronischen Teilsystems wie z. B. im Teilsystem angeordneten Prozessormodulen zu ermöglichen.
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Mit zunehmendem Rechenbedarf nimmt auch der Wärmeableitungsbedarf elektronischer Komponenten wie z. B. Mikroprozessoren und Speichermodulen zu. Dies hat zur Entwicklung der Anwendung von Lösungen mit Einphasen-Flüssigkeitskühlung geführt, wie oben beschrieben. Doch die Einphasen-Flüssigkeitskühlung bringt einige Probleme mit sich. Die erhebliche Erwärmung der Flüssigkeit beim Durchströmen der Kühlkanäle und der seriell verbundenen Komponenten hat einen Temperaturanstieg zu Folge. Um durch die wärmeerzeugende Komponente hindurch eine einheitlichere Temperatur aufrechtzuerhalten, muss die Temperaturänderung in der Flüssigkeit minimiert werden. Dies erfordert, dass die Flüssigkeit mit höheren Durchflussraten gepumpt wird, was mehr Pumpenleistung verbraucht und daher zu einem System mit geringerem Wirkungsgrad führt. Ferner wird es aufgrund der Dichte und Zahl der Komponenten wie z. B. Controller-Chips, E/A-Komponenten und Speichermodule immer schwieriger, alle Wärmequellen auf einem Server oder in einem elektronischen Teilsystem mit gepumpter Flüssigkeit zu kühlen. Die kleinen Räume und die Anzahl der zu kühlenden Komponenten können Flüssigkeitsleitungen zu einem komplexen Konstruktions- und Fertigungsproblem machen und die Gesamtkosten der Kühllösung erhöhen.
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Tauchkühlung ist eine mögliche Lösung für diese Probleme. Bei einer Tauchkühlung werden eine oder mehrere zu kühlende Komponenten in eine dielektrische Flüssigkeit getaucht, die Wärme durch Sieden abgibt. Der Dampf wird dann durch eine Sekundär-Arbeitsflüssigkeit auf Rack-Ebene mithilfe von Dampfkondensatoren auf Knoten- oder Modulebene kondensiert, wie weiter unten erläutert.
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Die direkte Tauchkühlung von elektronischen Komponenten eines elektronischen Teilsystems einer Rack-Einheit mithilfe einer dielektrischen Flüssigkeit (z. B. einer dielektrischen Kühlflüssigkeit) vermeidet vorteilhafterweise eine Zwangsluftkühlung und ermöglicht die völlige Flüssigkeitskühlung des Elektronik-Racks im Rechenzentrum. Auch wenn die indirekte Flüssigkeitskühlung, wie oben in Verbindung mit 2 und 3 beschrieben, aufgrund der geringen Kosten und der allgemeinen Verfügbarkeit von Wasser als Kühlflüssigkeit und seiner überlegenen thermischen und hydraulischen Eigenschaften bestimmte Vorteile hat, kann die Verwendung einer Tauchkühlung in dielektrischer Flüssigkeit, soweit möglich und machbar, mehrere einzigartige Vorteile bieten.
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Zum Beispiel ermöglicht die Verwendung einer dielektrischen Flüssigkeit, die bei einer Temperatur oberhalb der typischen Außenumgebungslufttemperatur kondensiert, Kühlarchitekturen für Rechenzentren, die keine energieintensiven Kältemaschinen erfordern. Weitere praktische Vorteile wie die Möglichkeit des Versands eines mit Kühlflüssigkeit gefüllten elektronischen Teilsystems können gegenüber wassergekühlten Ansätzen wie z. B. in 2 und 3 gezeigt, die den Trockenversand und das Führen eines Befüllungs- und Entleerungsprotokolls erfordern, um sich gegen Frostschäden während des Transports zu versichern, Vorteile bieten. Die Verwendung einer Flüssigkeitstauchkühlung kann in einigen Fällen auch eine größere Kompaktheit von elektronischen Komponenten auf der Ebene des elektronischen Teilsystems und/oder des Elektronik-Racks ermöglichen, da leitfähige Kühlstrukturen entfallen können. Im Gegensatz zu korrosionsempfindlichen wassergekühlten Systemen wäre bei einer chemisch inaktiven dielektrischen Kühlflüssigkeit (mit einem Tauchkühlungsansatz wie hierin beschrieben) Kupfer als hauptsächliches wärmeleitfähiges benetztes Metall (Kontaktmetall) nicht zwingend erforderlich. Kostengünstigere und leichtere Aluminiumstrukturen könnten Kupferstrukturen ersetzen, wo immer dies thermisch machbar ist, und gemischte Kontaktmetallkonstruktionen wären galvanischer Korrosion gegenüber nicht anfällig, wie dies beim Kühlansatz auf Wasserbasis der Fall ist. Für mindestens diese potenziellen Vorteile kann eine Tauchkühlung eines oder mehrerer elektronischer Teilsysteme eines Elektronik-Rack in dielektrischer Flüssigkeit im Vergleich zu gegenwärtig verfügbaren luft- und indirekt wassergekühlten Hybridsystemen einen deutlich besseren energetischen Wirkungsgrad und eine höhere Kühlleistung bieten.
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In den im Folgenden beschriebenen Beispielen kommen für die dielektrische Flüssigkeit eine von verschiedenen handelsüblichen dielektrischen Flüssigkeiten infrage. Zum Beispiel kann eine der Flüssigkeiten FluorinertTM oder NovecTM eingesetzt werden, die von der 3M Corporation hergestellt werden (z. B. FC-72, FC-86, HFE-7000 und HFE-7200). Alternativ dazu kann ein Kältemittel wie z. B. R-134a oder R-245fa verwendet werden, wenn gewünscht.
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Bei tauchgekühlten elektronischen Modulen oder tauchgekühlten elektronischen Teilsystemen kann ein Dampfkondensator in das Modul oder Teilsystem integriert sein, um durch einen Prozess des Siedens und Kondensierens der dielektrischen Flüssigkeit die Wärmeabfuhr aus dem tauchgekühlten Modul oder System zu ermöglichen. 4A bis 7 veranschaulichen eine verbesserte Ausführungsform eines Dampfkondensators und dessen Verwendung in einem tauchgekühlten Elektronik-Modul, einem tauchgekühlten elektronischen Teilsystem oder einem Elektronik-Rack.
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4A bis 4D zeigen eine Ausführungsform eines Dampfkondensators 400, der eine dreidimensional gefalzte Struktur 410 aufweist, die hierin auch als gefalzte Kühlrippe bezeichnet wird. Gemeinsam auf 4A bis 4D Bezug nehmend, weist der Dampfkondensator 400 (in einer Ausführungsform) eine dreidimensional gefalzte Struktur 410, ein erstes Endsammelrohr 420, ein zweites Endsammelrohr 430 und eine Abdeckplatte 440 auf. Das erste und das zweite Endsammelrohr 420, 430 sind an entgegengesetzten Enden der dreidimensional gefalzten Struktur 410 angeordnet, und die Abdeckplatte 440 liegt über der dreidimensional gefalzten Struktur 410 und dem ersten und zweiten Endsammelrohr 420, 430, das heißt, in der dargestellten Ausführungsform.
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In einer Ausführungsform weist die dreidimensional gefalzte Struktur 410 ein Wärmeleitblech mit Mehrfachfalzen 412 auf, die das Definieren eines ersten Satzes kühlflüssigkeitsführender Kanäle 415 und eines zweiten Satzes dampfkondensierender Kanäle 416 ermöglichen. Der erste Satz kühlflüssigkeitsführender Kanäle 415 ist mit dem zweiten Satz dampfkondensierender Kanäle 416 verschachtelt und verläuft parallel dazu. In einer Ausführungsform weisen die Falze 412 des Wärmeleitblechs ein sich wiederholendes Falzmuster auf, sodass die kühlflüssigkeitsführenden Kanäle im Wesentlichen die gleiche Querschnittsfläche haben wie die dampfkondensierenden Kanäle. Es ist anzumerken, dass dies nur beispielhaft gezeigt wird. In einer oder mehreren anderen Ausführungsformen können eine oder mehrere der kühlflüssigkeitsführenden Kanäle eine andere Querschnittsfläche haben als einer oder mehrere der dampfkondensierenden Kanäle. Zudem ist anzumerken, dass einer oder mehrere der kühlflüssigkeitsführenden Kanäle oder der dampfkondensierenden Kanäle verschiedene Querschnittskonfigurationen aufweisen können. Zum Beispiel kann die Querschnittsfläche des ersten Satzes kühlflüssigkeitsführender Kanäle und des zweiten Satzes dampfkondensierender Kanäle in anderen Ausführungsformen quadratisch oder dreieckig geformt sein. Doch das hohe Seitenverhältnis und die rechteckig geformten Querschnittsflächen für den ersten Satz kühlflüssigkeitsführender Kanäle und den zweiten Satz dampfkondensierender Kanäle sorgen vorteilhafterweise für eine erhöhte Wärmeübertragung, indem sie die Fläche der dampfkondensierenden Oberfläche und der kühlflüssigkeitsgekühlten Oberfläche vergrößern.
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Im dargestellten Beispiel sind die dampfkondensierenden Kanäle 416 auf der Unterseite offen, um den Aufstieg des Dampfes in die dampfkondensierenden Kanäle zuzulassen, und die Kanäle weisen eine Höhe 'H' auf, die erheblich größer ist als eine Breite 'W', sodass der Querschnitt der dampfkondensierenden Kanäle das gewünschte hohe Seitenverhältnis der Höhe zur Breite hat. Zum Beispiel kann die Höhe des dampfkondensierenden Kanals zweimal, fünfmal oder gar zehnmal oder mehr so groß sein wie seine Breite, um die Fläche der dampfkondensierenden Oberfläche zu vergrößern.
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Wie erwähnt, ist das Wärmeleitblech eine gefalzte Kühlrippenstruktur, die eine dampfkondensierende Oberfläche 418 auf einer Seite des Wärmeleitblechs und eine kühlflüssigkeitsgekühlte Oberfläche 419 auf einer Gegenseite des Wärmeleitblechs aufweist. Die kühlflüssigkeitsgekühlte Oberfläche 419 definiert mindestens zum Teil den ersten Satz kühlflüssigkeitsführender Kanäle 415. In einer Ausführungsform wird der erste Satz kühlflüssigkeitsführender Kanäle durch die Abdeckplatte 440 und die dreidimensional gefalzte Struktur 410 definiert, und Kühlflüssigkeit im ersten Satz kühlflüssigkeitsführender Kanäle ist mindestens teilweise mit der kühlflüssigkeitsgekühlten Oberfläche 419 des Wärmeleitblechs der dreidimensional gefalzten Struktur 410 in Kontakt. Ferner kann das erste Endsammelrohr 420 (zum Beispiel) ein Kühlflüssigkeit-Zulaufsammelrohr sein, das mit einer Kühlflüssigkeit-Zulaufleitung 421 in Fluidverbindung ist, und das zweite Endsammelrohr 430 kann ein Kühlflüssigkeit-Rücklaufsammelrohr sein, das mit einer Kühlflüssigkeit-Rücklaufleitung 431 in Fluidverbindung ist. Das erste Endsammelrohr 420 und das zweite Endsammelrohr 430 weisen jeweils Öffnungen 422, 432 auf, die mit dem ersten Satz kühlflüssigkeitsführender Kanäle 415 der dreidimensional gefalzten Struktur 410 ausgerichtet sind und mit diesen in Fluidverbindung sind. In einer Ausführungsform kann das Wärmeleitblech eine gefalzte Kühlrippe sein, die aus einem Metallmaterial hergestellt ist und gefalzt oder gebogen ist, um die gewünschte gefalzte Konfiguration verschachtelter kühlflüssigkeitsführender Kanäle und dampfkondensierender Kanäle zu erhalten. In einer anderen Ausführungsform kann das Wärmeleitblechmaterial einen wärmeleitenden Kunststoff aufweisen, der in der gewünschten gefalzten Kühlrippenkonfiguration geformt ist. Nach ihrer Herstellung kann die gefalzte Kühlrippe physisch am ersten Endsammelrohr 420 und am zweiten Endsammelrohr 430 angebracht werden und (zum Beispiel) an das Sammelrohr hartgelötet, gelötet, geschweißt oder auf sonstige Weise sicher befestigt werden, damit sich eine flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen den Sammelrohren und dem ersten Satz kühlflüssigkeitsführender Kanäle 415 der gefalzten Kühlrippe ergibt.
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Vorteilhafterweise ist die dampfkondensierende Oberfläche des Wärmeleitblechs über die Dicke des Wärmeleitblechs mit der kühlflüssigkeitsgekühlten Oberfläche des Wärmeleitblechs in thermischem Kontakt. Durch geeignete Wahl der Dicke und des Materials für das Wärmeleitblech der dreidimensional gefalzten Struktur kann eine gute Wärmeleitung zwischen der dampfkondensierenden Oberfläche und der kühlflüssigkeitsgekühlten Oberfläche erreicht werden. Wie erwähnt, wird die gefalzte Kühlrippenstruktur in einer Realisierung mit einer Biegemaschine aus einem Metallblech hergestellt. Es gibt Biegemaschinen, die zur Herstellung gefalzter Kühlrippen mit verschiedenen Geometrien eingesetzt werden können, wie z. B. der in 4A bis 4B dargestellten Geometrie. In einer Realisierung ist die Kühlflüssigkeit, die über das erste und zweite Endsammelrohr 420, 430 zugeführt wird, Wasser, wobei das Wasser, das die kühlflüssigkeitsführenden Kanäle (oder Durchgänge) durchläuft, den Dampf abkühlt, der mit der dampfkondensierenden Oberfläche des Blechs oder der Kühlrippe in Kontakt sein kann.
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5A bis 7 zeigen verschiedene Realisierungen von Kühlvorrichtungen, die einen Dampfkondensator wie in 4A bis 4B verwenden. Der Dampfkondensator von 4A bis 4B wird beispielsweise in 5A bis 5C als Teil eines gekühlten elektronischen Moduls veranschaulicht, in 6A und 6B innerhalb tauchgekühlter elektronischer Teilsysteme, und in 7 in einem dampfkondensierenden Wärmetauscher, der dielektrischen Dampf kühlt, der aus einer Vielzahl von tauchgekühlten elektronischen Teilsystemen des Racks austritt.
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Wie erwähnt, zeigen 5A bis 5C eine Ausführungsform eines gekühlten elektronischen Moduls, allgemein mit 500 bezeichnet, gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung. Das gekühlte elektronische Modul 500 weist in dieser Ausführungsform eine elektronische Komponente 511 wie z. B. einen elektronischen Chip oder eine elektronischen Baugruppe auf, die durch einen Chipträger oder ein Substrat 513 mit einer gedruckten Leiterplatte 501 verbunden ist. Eine Kühlvorrichtung, die ein Gehäuse (oder eine Ummantelung) 507 aufweist, ist über Befestigungsmechanismen 505 mechanisch mit der Leiterplatte 501 verbunden.
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Wie gezeigt, ist das Gehäuse 507 konfiguriert, um mindestens teilweise eine Kammer 510 um die zu kühlende elektronische Komponente 511 herum zu umgeben und zu bilden. In dieser Ausführungsform ist die elektronische Komponente 511 zum Beispiel über eine erste Vielzahl von Lötverbindungen 512 mit dem Chipträger (oder Substrat) 513 verbunden. Das Substrat 513 ist zum Beispiel über eine zweite Vielzahl von Lötpunktverbindungen 514 (und einem Unterfüllungsmaterial) mit der gedruckten Leiterplatte 501 elektrisch verbunden. Ein Unterfüllungsmaterial 515 umgibt die erste Vielzahl von Lötpunktverbindungen 512 und dichtet die Arbeitsflüssigkeit 520 in der Kammer 510 gegenüber der ersten Vielzahl von elektrischen Verbindungen und in einer Ausführungsform gegenüber der aktiven Fläche der elektronischen Komponente 511 ab, die in beabstandeter, gegenüberliegender Beziehung zum Substrat 513 angeordnet ist.
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Das Gehäuse 507 ist eine schalenartige Komponente, die zum Beispiel mit Befestigungsmechanismen 505 wie Bolzen oder Schrauben an der gedruckten Leiterplatte 501 befestigt ist, und mit einer Dichtung 504, die zwischen einer Unterseite des Gehäuses und einer Oberseite der Leiterplatte oder, alternativ dazu, zwischen einer Unterseite des Gehäuses und einer Oberseite des Substrats 513, mit der die elektronische Komponente 511 direkt verbunden ist, zusammengepresst wird. Es ist anzumerken, dass das Wort ”Substrat” sich hierin auf eine darunterliegende Struktur bezieht, z. B. das Substrat 513 oder die gedruckte Leiterplatte 501, mit welcher die elektronische Komponente verbunden ist und an welcher das Gehäuse abgedichtet werden kann, um eine flüssigkeitsdichte Kammer 510 um die elektronische Komponente herum zu bilden. Die Dichtung 504 dichtet die Kammer des Gehäuses ab und trägt dazu bei, die Flüssigkeit 520 in der dichten Kammer zurückzuhalten.
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Wie dargestellt, weist das gekühlte elektronische Modul 500 in einem Dampfkondensationsbereich 530, der in einem oberen Teil der Kammer 510 angeordnet ist, außerdem einen flüssigkeitsgekühlten Dampfkondensator 400' auf. Der Dampfkondensator 400' ist in das Gehäuse 507 integriert und weist in dieser Ausführungsform einen Satz kühlflüssigkeitsführender Kanäle 415 auf, durch welche eine Kühlflüssigkeit (wie z. B. Wasser) umläuft, wie oben in Verbindung mit 4A bis 4D beschrieben. Kühlflüssigkeit 542 läuft durch einen Einlass 544 in den flüssigkeitsgekühlten Dampfkondensator und tritt durch einen Auslass 545 aus, die in dieser Ausführungsform mit dem ersten und zweiten Endsammelrohr 540, 541 des Dampfkondensators 400' in Fluidverbindung sind. Es ist anzumerken, dass das erste und zweite Endsammelrohr 540, 541 in dieser Ausführungsform dem ersten und zweiten Endsammelrohr 420, 430 entsprechen, die in 4A bis 4D dargestellt sind und oben beschrieben wurden. Die Sammelrohre sind in 5A bis 5C separat angegeben, da sie in der dargestellten Ausführungsform in das Gehäuse 507 integriert sind, und die Ein- und Auslässe 544, 545 sind von den in 4A bis 4D gezeigten separat angegeben, da sie vom elektronischen Modul aus vertikal verlaufen, wogegen die Zulauf- und die Rücklaufleitung 421, 431 in der Ausführungsform von 4A bis 4D seitlich verlaufen. Ansonsten gleicht der Dampfkondensator 400' von 5A bis 5C im Wesentlichen dem in Verbindung mit 4A bis 4D beschriebenen und schließt eine dreidimensional gefalzte Struktur mit dem ersten Satz kühlflüssigkeitsführender Kanäle 415 und dem zweiten Satz dampfkondensierender Kanäle 416 ein, wie oben beschrieben.
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In einer Ausführungsform haben die dampfkondensierenden Kanäle 416 eine Querschnittsfläche, die für die zu erwartende Dampfschicht 530 konfiguriert ist, die beim Betrieb der wärmeerzeugenden elektronischen Komponente im oberen Teil der geschlossenen Kammer gebildet wird. Das heißt, im betriebsbereiten Zustand ist über der oder den elektronischen Komponente(n) in der Kammer ein Flüssigkeitsbad z. B. aus dielektrischer Flüssigkeit vorhanden. Ein Siede-Kühlkörper 550 kann an der oder den elektronischen Komponente(n) angebracht sein, um die Wärmeübertragungsfläche zu vergrößern. Wenn die Flüssigkeit 520 Wärme absorbiert, wechselt sie von der Flüssigphase zur Dampfphase, und ihre latente Verdampfungswärme wird daher zu Kühlzwecken genutzt. Der erzeugte Flüssigkeitsdampf steigt aufgrund der Tatsache, dass er im Vergleich zur umgebenden Flüssigkeit eine viel geringere Dichte hat, in der Kammer auf. Beim Erreichen des oberen Teils der dichten Kammer kommt der Flüssigkeitsdampf mit der kühlen dampfkondensierenden Oberfläche 418 in Kontakt (5B). Wenn er mit der kühlen, dampfkondensierenden Oberflächen in Kontakt kommt, wechselt der Flüssigkeitsdampf seine Phase vom dampfförmigen zum flüssigen Zustand, und die Flüssigkeitstropfen fallen schwerkraftbedingt und aufgrund der relativ höheren Dichte der Flüssigkeit im Vergleich zum benachbarten Dampfbereich nach unten zurück. Solange die Kühlprozesse des Siedens und Kondensierens im Gleichgewicht sind und der von den elektronischen Komponenten erzeugten Wärme entsprechen, wird die in 5A bis 5C gezeigte Kühlvorrichtung erfolgreich Wärme von der elektronischen Komponente zu der den Dampfkondensator durchlaufenden Kühlflüssigkeit übertragen. Es ist anzumerken, dass ganz oben im Inneren der Kammer eine dünne Schicht aus nicht kondensierbaren Gasen (wie z. B. Luft) vorhanden sein kann, die die Flüssigkeit verlassen und aufsteigen. Diese Gase können in der dielektrischen Flüssigkeit im gelösten Zustand vorliegen, aber durch den Kühlflüssigkeitskondensationsprozess nicht wieder gelöst werden, wenn sie einmal durch den Siedeprozess ausgegast wurden. Die im Kühlmodul verwendete Flüssigkeit kann eine dielektrische Flüssigkeit sein, um keinen Kurzschluss des elektronischen Stroms an den verschiedenen freiliegenden Teilen der elektronischen Komponente und des Substrats zu verursachen. Es ist auch anzumerken, dass zusätzlich zur Kühlung, die an der elektronischen Komponente und am Siede-Kühlkörper erfolgt, auch eine Wärmeübertragung vom Substrat und von jeder wärmeerzeugenden Komponente innerhalb des Gehäuses auftritt.
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Die Verwendung eines Dampfkondensators mit einer dreidimensional gefalzten Struktur, wie hierin offenbart, stellt vorteilhafterweise eine vergrößerte Wärmeübertragungsfläche in einem kompakten Volumen bereit, wobei sie den Wärmeleitwiderstand zwischen der dampfkondensierenden Oberfläche und der kühlflüssigkeitsgekühlten Oberfläche der gefalzten Struktur verringert, und wobei sie Kühlmittelkanäle wie z. B. Wasserkanäle bereitstellt, welche die Wärmeübertragung auf der kühlflüssigkeitsgekühlten Seite erhöhen können, sowie die dampfkondensierenden Kanäle bereitstellt, die die Dampfkondensation ermöglichen.
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Das Gehäuse 507 kann in der dargestellten Ausführungsform auch eine Flüssigkeitseinfüllöffnung 525 aufweisen, die verwendet werden kann, um das gekühlte elektrische Modul zum Beispiel mit dielektrischer Flüssigkeit zu füllen. Das Modul kann mit Flüssigkeit gefüllt werden, indem zuerst durch die Flüssigkeitseinfüllöffnung 525 ein Unterdruck erzeugt wird und die Kammer dann mit der gewünschten Flüssigkeit verfüllt wird. Es ist davon auszugehen, dass die gekühlten elektronischen Module ohne Nachfüllen betrieben werden können, wenn sie einmal mit Flüssigkeit gefüllt wurden.
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6A ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines flüssigkeitsgekühlten Elektronik-Racks gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, allgemein mit 600 bezeichnet, das eine Tauchkühlung von elektronischen Teilsystemen verwendet. Wie gezeigt, schließt das flüssigkeitsgekühlte Elektronik-Rack 600 ein Elektronik-Rack 601 ein, das eine Vielzahl von elektronischen Teilsystemen 610 aufweist, die in der dargestellten Ausführungsform horizontal angeordnet sind, um innerhalb des Racks gestapelt werden zu können. Jedes elektronische Teilsystem 610 kann beispielsweise eine Server-Einheit einer rackmontierten Vielzahl von Server-Einheiten sein. Zusätzlich schließt jedes elektronische Teilsystem mehrere zu kühlende elektronische Komponenten ein, die in einer Ausführungsform mehrere verschiedene Typen von elektronischen Komponenten mit unterschiedlichen Höhen und/oder Formen im elektronischen Teilsystem aufweisen können.
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Die Kühlvorrichtung weist eine oder mehrere modulare Kühleinheiten (MCU) 620 auf, die beispielsweise in einem unteren Teil des Elektronik-Racks 601 angeordnet sind. Die modulare Kühleinheit 620 schließt zum Beispiel einen Flüssigkeit-Flüssigkeit-Wärmetauscher ein, um Kühlflüssigkeit, die durch einen Systemkühlflüssigkeitskreislauf 630 der Kühlvorrichtung fließt, Wärme zu entziehen und Wärme an einen Anlagenkühlflüssigkeitskreislauf 619 abzugeben, der eine Anlagenkühlflüssigkeit-Zulaufleitung 621 und eine Anlagenkühlflüssigkeit-Rücklaufleitung 622 aufweist. Als Beispiel verbinden die Anlagenkühlflüssigkeit-Zulauf- und Rücklaufleitung 621, 622 die modulare Kühleinheit 620 mit einem Anlagenkühlflüssigkeitszulauf- und -rücklauf des Rechenzentrums (nicht gezeigt). Die modulare Kühleinheit 620 schließt außerdem einen Vorratsbehälter geeigneter Größe, eine Pumpe und ein optionales Filter ein, um unter Druck stehende Kühlflüssigkeit durch den Systemkühlflüssigkeitskreislauf 630 zu fördern. In einer Ausführungsform schließt der Systemkühlflüssigkeitskreislauf 630 ein Kühlflüssigkeit-Zulaufsammelrohr 631 und ein Kühlflüssigkeit-Rücklaufsammelrohr 632 ein, die zum Beispiel über flexible Schläuche mit der modularen Kühleinheit 620 verbunden sind. Die flexiblen Schläuche erlauben den Einbau des Zulauf- und Rücklaufsammelrohrs zum Beispiel in eine Klappe des Elektronik-Racks, die auf der Vorder- oder Rückseite des Elektronik-Racks über ein Scharnier montiert ist. In einem Beispiel weisen das Kühlflüssigkeit-Zulaufsammelrohr 631 als auch das Kühlflüssigkeit-Rücklaufsammelrohr 632 ein langes steifes Rohr auf, das vertikal an dem Elektronik-Rack 601 oder an eine Klappe des Elektronik-Racks montiert ist.
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In der dargestellten Ausführungsform sind das Kühlflüssigkeit-Zulaufsammelrohr 631 und das Kühlflüssigkeit-Rücklaufsammelrohr 632 mit jeweiligen Kühlflüssigkeitseinlässen 635 und Kühlflüssigkeitsauslässen 636 der einzelnen dichten Gehäuse 640, die die elektronischen Teilsysteme 610 enthalten, in Fluidverbindung. Die Fluidverbindung zwischen den Sammelrohren und den dichten Gehäusen wird zum Beispiel über flexible Schläuche 633, 634 geeigneter Größe hergestellt. In einer Ausführungsform ist jeder Kühlflüssigkeitseinlass 635 und Kühlflüssigkeitsauslass 636 eines dichten Gehäuses mit einem jeweiligen (flüssigkeitsgekühlten) Dampfkondensator 400 verbunden, der im dichten Gehäuse 640 angeordnet ist. Wärme, die dem elektronischen Teilsystem 610 über den jeweiligen Dampfkondensator 400 entzogen wird, wird von der Systemkühlflüssigkeit über das Kühlflüssigkeit-Auslasssammelrohr 632 und die modulare Kühleinheit 620 zum Anlagenkühlflüssigkeitskreislauf 619 übertragen. In einem Beispiel ist die Kühlflüssigkeit, die den Systemkühlflüssigkeitskreislauf 630 durchläuft, und daher die Kühlflüssigkeit, die den jeweiligen Dampfkondensator 400 durchläuft, Wasser. Wie oben erwähnt, kann der in 6A und 6B dargestellte Dampfkondensator 400 demjenigen entsprechen, der oben in Verbindung mit 4A bis 4D beschrieben wurde.
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Es ist anzumerken, dass die Fluidverbindung zwischen den elektronischen Teilsystemen und den Kühlflüssigkeitssammelrohren sowie zwischen den Sammelrohren und der oder den modularen Kühleinheiten) allgemein mit geeigneten Schläuchen, Schlauchverschraubungen und Schnellkupplungen hergestellt werden kann. Im dargestellten Beispiel weisen die vertikal orientierten Zulauf- und Rücklaufsammelrohre 631, 632 jeweils Anschlüsse auf, die über die flexiblen Schläuche 633, 634 die Fluidverbindung der jeweiligen Kühlflüssigkeitseinlässe 635 und -auslässe 636 der (die elektronischen Teilsysteme enthaltenden) Gehäuse mit den Sammelrohren ermöglichen. Jeweilige Schnellkupplungen können zur Verbindung der flexiblen Schläuche mit den Kühlflüssigkeitseinlässen und Kühlflüssigkeitsauslässen verwendet werden, um den Ausbau eines Gehäuses und elektronischen Teilsystems aus dem Elektronik-Rack zu erlauben.
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Auch ein oder mehrere hermetisch abgeschlossene elektrische Verbinder 648 können in jedem dichten Gehäuse 640 zum Beispiel auf dessen Rückseite angeordnet sein, um an eine entsprechende elektrische Anschlussfläche des Elektronik-Racks angedockt zu werden und dem elektronischen Teilsystem, das im dichten Gehäuse angeordnet ist, elektrische Verbindungen und Netzwerkverbindungen 649 bereitzustellen, wenn das elektronische Teilsystem betriebsbereit im dichten Gehäuse positioniert ist und das Gehäuse betriebsbereit im Elektronik-Rack positioniert ist.
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Wie in 6B dargestellt, weist das elektronische Teilsystem 610 auf einem Substrat 641 eine Vielzahl von elektronischen Komponenten 642, 643 unterschiedlicher Höhe und unterschiedlichen Typs auf und ist in einem Gehäuse 640 angeordnet, wobei die Vielzahl von elektronischen Komponenten 642, 643 in eine dielektrische Flüssigkeit 645 getaucht sind. Das dichte Gehäuse 640 ist konfiguriert, um mindestens teilweise eine dichte Kammer um das elektronische Teilsystem zu umgeben und um diese herum zu bilden, wobei die Vielzahl von elektronischen Komponenten 642, 643 in der dichten Kammer angeordnet sind. In einem betriebsbereiten Zustand sammelt sich die dielektrische Flüssigkeit 645 im flüssigen Zustand am Boden der dichten Kammer und sein Volumen reicht aus, um die elektronischen Komponenten 642, 643 eintauchen zu können. Die elektronischen Komponenten 642, 643 geben veränderliche Leistungsmengen ab, die bewirken, dass die dielektrische Flüssigkeit siedet und dielektrischen Flüssigkeitsdampf freisetzt, der zum oberen Teil der dichten Kammer des Gehäuses aufsteigt.
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Der obere Teil des dichten Gehäuses 640 weist in 6B einen Dampfkondensator 400 auf. Wie erwähnt, ist der Dampfkondensator 400 in einer Ausführungsform ein Dampfkondensator, wie oben in Verbindung mit 4A bis 4D beschrieben. Dieser Dampfkondensator weist eine dreidimensional gefalzte Struktur mit einem ersten Satz kühlflüssigkeitsführender Kanäle 415 und einem zweiten Satz dampfkondensierender Kanäle 416 auf, die verschachtelt sind und parallel zueinander verlaufen. Die verschiedenen Sätze von Kanälen werden durch ein wärmeleitfähiges Material definiert, das zu einer dreidimensional gefalzten Struktur gefalzt ist, um eine dampfkondensierende Oberfläche und eine kühlflüssigkeitsführende Oberfläche des Materials aufzuweisen. In Betrieb kommt dielektrischer Flüssigkeitsdampf mit der dampfkondensierenden Oberfläche der dreidimensional gefalzten Struktur des Dampfkondensators 400 in Kontakt und kondensiert wieder zur Flüssigphase, um zum Boden der dichten Kammer abzutropfen. Es ist anzumerken, dass der Dampfkondensator in der Ausführungsform von 6A und 6B größer sein kann als der für das in 5A bis 5C gezeigte gekühlte elektronische Modul, dass die Gesamtkonfiguration aber der in Verbindung mit 4A bis 4D beschriebenen entspricht. Kühlflüssigkeit wie z. B. Wasser wird dem Dampfkondensator in den tauchgekühlten elektronischen Teilsystemen zugeführt und läuft durch die jeweiligen Sätze kühlflüssigkeitsführender Kanäle, um die dampfkondensierenden Oberflächen der dreidimensional gefalzten Strukturen zu kühlen.
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Insbesondere läuft Systemkühlflüssigkeit, die dem Kühlflüssigkeitseinlass des Gehäuses zugeführt wird, durch die kühlflüssigkeitsgekühlten Kanäle des Dampfkondensators und kühlt das feste Material des Wärmeleitblechs, wodurch sie die in der dichten Kammer freiliegende dampfkondensierende Oberfläche kühlt. In einer Ausführungsform wird die dampfkondensierende Oberfläche auf eine Temperatur weit unter der Sättigungstemperatur des Dampfes gekühlt. Daher gibt Dampf, der mit der kühlen kondensierenden Oberfläche in Kontakt ist, Wärme an diese Oberfläche ab und kondensiert zur flüssigen Form zurück. Abhängig von den Betriebsbedingungen des flüssigkeitsgekühlten Dampfkondensators 400 kann die kondensierte Flüssigkeit eine Temperatur nahe an der Dampftemperatur haben oder auf eine viel niedrigere Temperatur unterkühlt werden.
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Die Zweiphasen-Eintauchkühlung einer oder mehrerer elektronischer Komponenten kann durch die Sättigungstemperaturen und die Leistung des Dampfkondensators begrenzt werden. Zum Beispiel weisen Elektronik-kompatible Flüssigkeiten (z. B. dielektrische Flüssigkeiten wie z. B. Fluorkohlenwasserstoffe (FC) (wie z. B. FC-86, FC-87, FC-72) oder segregierte Hydrofluorether-Flüssigkeiten (wie z. B. HFE-7000, HFE-7100 oder HFE-7200), die von 3M Corporation in St. Paul Minnesota (USA) erhältlich sind), die in Tauchkühlanwendungen verwendbar sind, spezifische Siedepunkte auf, die auf ihrer chemischen Zusammensetzung beruhen. Diese Siedepunkte sind nicht immer für Elektronik-Kühlanwendungen geeignet und möglicherweise ist es erforderlich, zur Anpassung die Tauchkühlkammer mit Druck zu beaufschlagen, um den Sättigungsdruck und damit die Siedetemperatur zu ändern.
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7 ist eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform eines flüssigkeitsgekühlten Elektronik-Rack, allgemein mit 700 bezeichnet, das eine Tauchkühlung von elektronischen Teilsystemen 710 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung verwendet. In dieser Realisierung ist die Vielzahl von tauchgekühlten elektronischen Teilsystemen 710 in einem Elektronik-Rack 701 horizontal angeordnet, um im Wesentlichen im Rack gestapelt werden zu können. Beispielsweise kann jede elektronische Teilsystem 710 eine Server-Einheit einer rackmontierten Vielzahl von Server-Einheiten sein und mehrere elektronische Komponenten einschließen, die zu kühlen sind. In einer Ausführungsform weist jedes elektronische Teilsystem mehrere zu kühlende elektronische Komponenten auf, die verschiedene Höhen und/oder Formen haben können.
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Die tauchgekühlten elektronischen Teilsysteme 710 weisen (in diesem Beispiel) jeweils ein Gehäuse 740 auf, das mindestens teilweise eine dichte Kammer um das elektronische Teilsystem herum umgibt und bildet, wobei die Vielzahl von elektronischen Komponenten 712 des elektronischen Teilsystems in der dichten Kammer angeordnet ist. In einem Beispiel können die elektronischen Komponenten 712 einen oder mehrere Prozessoren oder ein oder mehrere Dual-Inline-Memory-Module(DIMM)-Arrays einschließen. Eine dielektrische Flüssigkeit 711 ist in der dichten Kammer angeordnet, und die Vielzahl von zu kühlenden elektronischen Komponenten sind in die dielektrische Flüssigkeit 711 eingetaucht. Ein Leitblech 713 ist angeordnet, um die elektronischen Komponenten 712 in der dielektrischen Flüssigkeit getaucht zu halten, und um den Strom des dielektrischen Flüssigkeitsdampfes, der durch Sieden der dielektrischen Flüssigkeit an einer oder mehreren Oberflächen der elektronischen Komponenten erzeugt wird, zu einem Auslass 742 für dielektrischen Flüssigkeitsdampf zu leiten, der in einem oberen Teil der dichten Kammer angeordnet ist. In einer Ausführungsform weist das Leitblech 713 mehrere Öffnungen auf, die den Abfluss von dielektrischer Flüssigkeit im flüssigen Zustand über dem Leitblech 713 zurück zum unteren Teil der dichten Kammer und den Durchgang von dielektrischem Flüssigkeitsdampf vom unteren Teil der dichten Kammer zum oberen Teil der dichten Kammer ermöglichen. Wie gezeigt, weist das Gehäuse außerdem einen Einlass 741 für dielektrische Flüssigkeit auf, durch welchen der dichten Kammer dielektrische Flüssigkeit im flüssigen Zustand zugeführt wird. Eine Einlassleitung 743 und eine Auslassleitung 744 für dielektrische Flüssigkeit sind mit dem jeweiligen Einlass 741 und Auslass 742 für dielektrische Flüssigkeit verbunden.
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In einem betriebsbereiten Zustand sammelt sich dielektrische Flüssigkeit 711 im flüssigen Zustand am Boden der dichten Kammer und weist ein Volumen auf, das zum Eintauchen der elektronischen Komponenten 712 ausreichend ist. Die elektronischen Komponenten 712 geben veränderliche Leistungsmengen ab, die bewirken, dass die dielektrische Flüssigkeit siedet und einen dielektrischen Flüssigkeitsdampf freisetzt, der zum oberen Teil der dichten Kammer des Gehäuses aufsteigt.
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Auch ein oder mehrere hermetisch abgeschlossene elektrische Verbinder 745 können in jedem dichten Gehäuse 740 zum Beispiel auf dessen Rückseite angeordnet sein, um an eine entsprechende elektrische Anschlussfläche des Elektronik-Racks angedockt zu werden und dem elektronischen Teilsystem, das im dichten Gehäuse angeordnet ist, elektrische Verbindungen und Netzwerkverbindungen 746 bereitzustellen, wenn das elektronische Teilsystem betriebsbereit im dichten Gehäuse positioniert ist und das Gehäuse betriebsbereit im Elektronik-Rack positioniert ist.
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Wie in 7 gezeigt, verbinden Auslassleitungen 744 für dielektrische Flüssigkeit Auslässe 742 für dielektrischen Flüssigkeitsdampf der tauchgekühlten elektronischen Teilsysteme 710 in Fluidverbindung mit einem Rücklaufsammelrohr 731 für dielektrischen Flüssigkeitsdampf. Das Rücklaufsammelrohr 731 für dielektrischen Flüssigkeitsdampf wiederum verbindet die Auslassleitungen 744 für dielektrischen Flüssigkeitsdampf in Fluidverbindung mit einer passiven Dampfkondensationseinheit 730, die in einem oberen Teil des Elektronik-Racks 701 angeordnet ist. Wie dargestellt, weist die passive Dampfkondensationseinheit 730 einen dampfkondensierenden Wärmetauscher 400 (wie z. B. oben in Verbindung mit 4A bis 4D beschrieben) auf, der (in einer Ausführungsform) durch Anlagenkühlflüssigkeit gekühlt wird und der den dielektrischen Flüssigkeitsdampf, der aus den jeweiligen tauchgekühlten elektronischen Teilsystemen austritt, kondensiert, um dielektrisches Flüssigkeitskondensat 711 zu erzeugen. Dieses dielektrische Flüssigkeitskondensat tropft auf den Boden der passiven Dampfkondensationseinheit ab, die eine Kondensat-Abflussöffnung aufweist, die mit einer Fallleitung 732 in Fluidverbindung ist. Die Fallleitung 732 leitet das dielektrische Flüssigkeitskondensat schwerkraftbedingt in einen Vorratsbehälter 715, der in einem unteren Teil des Elektronik-Racks 701 angeordnet ist.
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Der Vorratsbehälter 715 weist einen eingetauchten, unterkühlenden Wärmetauscher 720 auf, um die dielektrische Flüssigkeit vor dem Rücklauf der Flüssigkeit in die tauchgekühlten Teilsysteme zu kühlen. Wie dargestellt, sind ein Vorratsbehälter-Auslass 716 und eine Pumpe 717 in Fluidverbindung verbunden. Die Pumpe 717 führt einem Zulaufsammelrohr 733 für dielektrische Flüssigkeit, das den Vorratsbehälter 715 in Fluidverbindung mit Einlässen 741 für dielektrische Flüssigkeit der Vielzahl von tauchgekühlten elektronischen Teilsystemen 710 verbindet, über jeweilige Einlassleitungen 743 für dielektrische Flüssigkeit unter Druck stehende dielektrische Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter 715 zu. In der dargestellten Ausführungsform ist an einem unteren Ende des Rücklaufsammelrohrs 731 für dielektrischen Flüssigkeitsdampf ein Flüssigkeitsabflussrohr 734 angeordnet, das den Boden des Rücklaufsammelrohrs mit der Fallleitung 732 verbindet, um dielektrisches Flüssigkeitskondensat aus dem Rücklaufsammelrohr 731 für dielektrischen Flüssigkeitsdampf abfließen zu lassen. In einer Ausführungsform ist dieses Flüssigkeitsabflussrohr 734 benachbart zu einem Einlass des Vorratsbehälters 715 angeordnet. Es ist anzumerken, dass der von der Pumpe 717 bereitzustellende Gesamtvolumenstrom an Kühlflüssigkeit relativ klein ist, da im Wesentlichen die ganze Wärmeübertragung in den flüssigkeitsgekühlten Elektronik-Racks von 7 durch Sieden und Dampferzeugen erfolgt.
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In einer Ausführungsform ist der eingetauchte, unterkühlende Wärmetauscher 720 lediglich beispielsweise ein Rippenrohr-Wärmetauscher, der der dielektrischen Flüssigkeit im Vorratsbehälter 715 Wärme entzieht und die Wärme in einem Anlagenkühlflüssigkeitskreislauf 719 abgibt, der eine Anlagenkühlflüssigkeit-Zulaufleitung 721 und eine Anlagenkühlflüssigkeit-Rücklaufleitung 723 aufweist. Zudem verbindet eine Anlagenkühlflüssigkeit-Verbindungsleitung 722 in der dargestellten Realisierung den eingetauchten, unterkühlenden Wärmetauscher 720 in serieller Fluidverbindung mit dem dampfkondensierenden Wärmetauscher 400, der im oberen Teil des Elektronik-Racks angeordnet ist. Anlagenkühlflüssigkeit-Zulauf- und Rücklaufleitungen 721, 723 verbinden den eingetauchten, unterkühlenden Wärmetauscher und den dampfkondensierenden Wärmetauscher mit einem Anlagenkühlflüssigkeitszulauf und -rücklauf des Rechenzentrums (nicht gezeigt). Es ist anzumerken, dass die dem dampfkondensierenden Wärmetauscher 400 zugeführte Anlagenkühlflüssigkeit bei einer Temperatur unterhalb der Sättigungstemperatur der dielektrischen Flüssigkeit liegen muss. Wenn die Anlagenkühlflüssigkeit beispielsweise Wasser ist, kann in Abhängigkeit von der Sättigungstemperatur der dielektrischen Flüssigkeit im flüssigkeitsgekühlten Elektronik-Rack eine Temperatur von etwa 30°C oder höher verwendet werden. Solch eine relativ hohe Kühlflüssigkeitstemperatur bedeutet, dass eine minimale Kühlleistung erforderlich ist, um die Anlagenkühlflüssigkeit mit der gewünschten Temperatur zu erzeugen und dem Elektronik-Rack Wärme zu entziehen.
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Es ist auch anzumerken, dass das Elektronik-Rack 701 in dieser Ausführungsform eine Klappe 750 aufweist, die dimensioniert ist, um vertikale Teile der Anlagenkühlflüssigkeit-Verbindungsleitung 722 und Anlagenkühlflüssigkeit-Rücklaufleitung 723 aufnehmen zu können. Eine Isolierung 751 ist in der Klappe 750 angeordnet, um Kondensation am im Inneren der Klappe liegenden Teil der Anlagenkühlflüssigkeitsleitungen zu verhindern, falls die Anlagenkühlflüssigkeit unter dem Taupunkt der Raumluft liegt.
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Allgemein kann die Fluidverbindung zwischen den elektronischen Teilsystemen und den Sammelrohren und Leitungen für dielektrische Flüssigkeit sowie zwischen den Sammelrohren und dem dampfkondensierenden Wärmetauscher, dem Vorratsbehälter und den Anlagenkühlflüssigkeitszulauf und -rücklauf durch geeignete Schläuche, Schlauchverschraubungen und Schnellkupplungen hergestellt werden. In einem Beispiel können die dargestellten vertikal orientierten Rücklaufsammelrohre für dielektrischen Flüssigkeitsdampf und die Zulaufsammelrohre für dielektrische Flüssigkeit jeweils Anschlüsse aufweisen, die die Fluidverbindung der jeweiligen Komponenten mit den Sammelrohren über flexible Schläuche ermöglichen. Jeweilige Schnellkupplungen können verwendet werden, um flexible Einlass- und Auslassleitungen 743, 744 für dielektrische Flüssigkeit mit den jeweiligen Einlässen für dielektrische Flüssigkeit und Auslässen für dielektrischen Flüssigkeitsdampf der tauchgekühlten elektronischen Teilsysteme zu verbinden, um (zum Beispiel) den Ausbau eines Gehäuses und elektronischen Teilsystems aus dem Elektronik-Rack zu ermöglichen.
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Als Verbesserung können in diesem Beispiel an den Einlässen für dielektrische Flüssigkeit zu den tauchgekühlten elektronischen Teilsystemen 710 mehrere Durchflussbegrenzer 705 angeordnet sein. Diese Durchflussbegrenzer können konfiguriert und angeordnet sein, um eine Fehlverteilung des dielektrischen Flüssigkeitsstroms durch die mehreren tauchgekühlten elektronischen Teilsysteme zu beseitigen. Die Durchflussbegrenzer, die in der Ausführungsform von 7 angeordnet sind, ermöglichen es, den Strömungswiderstand der dielektrischen Flüssigkeit durch die elektronischen Teilsysteme anzupassen. Diese Durchflussbegrenzer können feste oder einstellbare Durchflussbegrenzer aufweisen oder beides.
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Feste Durchflussbegrenzer weisen einen festen Öffnungsdurchmesser auf, und zwei oder mehr der festen Öffnungsdurchmesser der Durchflussbegrenzer im flüssigkeitsgekühlten Elektronik-Rack können unterschiedlich groß sein, um zum Beispiel abhängig von den zu kühlenden elektronischen Teilsystemen und/oder von der Lage der elektronischen Teilsysteme zum Beispiel in Bezug auf die Pumpe 717 verschiedene Kühlmittelströmungswiderstände durch mindestens zwei verschiedene tauchgekühlte elektronische Teilsysteme zu definieren. Indem sie verschiedene Strömungswiderstände der dielektrischen Flüssigkeit definieren, passen die mehrfachen Durchflussbegrenzer den dielektrischen Flüssigkeitsstrom an, um die Gesamtwärmeübertragung in der Vielzahl von tauchgekühlten elektronischen Teilsystemen zu ermöglichen, indem sie zum Beispiel das Aufrechterhalten eines gewünschten Flüssigkeitsstands in jedem der elektronischen Teilsysteme ermöglichen.
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In einer alternativen Ausführungsform können die mehrfachen Durchflussbegrenzer alle feste Durchflussbegrenzer mit festen Öffnungsdurchmessern gleicher Größe sein. Dies gewährleistet einen gleichen dielektrischen Flüssigkeitsstrom zu der Vielzahl von tauchgekühlten elektronischen Teilsystemen. Diese Realisierung kann vorteilhaft sein, wenn angenommen wird, dass die elektronischen Teilsysteme im Elektronik-Rack gleich sind, während verschiedene Durchflussbegrenzer mit unterschiedlichen festen Öffnungsdurchmessern in einer Realisierung vorteilhaft sein können, wo die elektronischen Teilsysteme unterschiedliche Größen und/oder Leistungen haben.
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Auch wenn die mehrfachen Durchflussbegrenzer in Bezug auf die Ausführungsform von 7 dargestellt wurde, wird aus der obigen Beschreibung für den Fachmann hervorgehen, dass sie auch in Kombination mit der Ausführungsform mit dem flüssigkeitsgekühlten Elektronik-Rack von 6A und 6B angewandt werden können. Auch wenn sie oben hauptsächlich als feste Durchflussbegrenzer beschrieben wurde, können ein oder mehrere der mehrfachen Durchflussbegrenzer zudem regulierbare Durchflussbegrenzer aufweisen, die zum Beispiel in Abhängigkeit von einem dielektrischen Flüssigkeitsstand im jeweiligen tauchgekühlten elektronischen Teilsystem gesteuert werden. Solche eine Konfiguration bietet einen Vorteil darin, dass jedes elektronische Teilsystem selbstüberwachend ist und den Strömungswiderstand der dielektrischen Flüssigkeit dadurch dem Bedarf entsprechend anpasst, um die Wärmelast zu kühlen, die vom elektronischen Teilsystem erzeugt wird. Verschiedene passiv gesteuerte, einstellbare Durchflussbegrenzer werden beispielsweise von Metrix Valve Corp. in Glendora, Kalifornien (USA) angeboten.
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Vorteilhafterweise kann der in 4A bis 4D dargestellte Dampfkondensator in verschiedenen Kühlvorrichtungsrealisierungen verwendet werden, die beispielsweise die oben in Verbindung mit 5A bis 7 beschriebenen Kühlungsrealisierungen einschließen. Auch wenn die Abmessungen abhängig von der Realisierung variieren können, ist der Dampfkondensator in jedem Falle mit einer dreidimensional gefalzten Struktur versehen, die ein Wärmeleitblech mit Mehrfachfalzen im Blech aufweist, um das Definieren eines ersten Satzes kühlflüssigkeitsführender Kanäle und eines zweiten Satzes dampfkondensierender Kanäle zu ermöglichen, die nur um die Dicke des Wärmeleitblechmaterials getrennt sind. Durch Berücksichtigung verschiedener Materialeigenschaften und -dicken kann zwischen der dampfkondensierenden Oberfläche und der kühlflüssigkeitsgekühlten Oberfläche des Blechmaterials eine gewünschte Wärmeübertragung erhalten werden. Auf diese Weise wird in Kombination mit einem ersten und zweiten Endsammelrohr und einer Abdeckplatte ein Dampfkondensator mit hohem Wirkungsgrad erhalten, wie oben beschrieben. Wie erwähnt, können die Mehrfachfalze im Wärmeleitblech ein sich wiederholendes Muster aufweisen, das (wenn gewünscht) die kühlflüssigkeitsführenden Kanäle mit einer gleichen Querschnittsfläche wie die dampfkondensierenden Kanäle aufweisen kann. In einer Realisierung weisen die dampfkondensierenden Kanäle ein hohes Seitenverhältnis der Höhe zur Breite auf, zum Teil, um die dampfkondensierende Oberfläche zu vergrößern, sowie, um das Vorhandensein unkondensierbarer Gase in der dichten Kammer, in welcher der Dampfkondensator eingesetzt werden kann, zu berücksichtigen.
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Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und soll die Erfindung in keiner Weise einschränken. Die Singularformen ”ein, eine” und ”der, die, das”, wie sie hierin verwendet werden, sollen auch die Pluralformen einschließen, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes besagt. Es versteht sich außerdem, dass die Begriffe ”aufweisen” (und jede Form von ”aufweisen” wie z. B. ”weist auf” und ”aufweisend”), ”haben” (und jede Form von ”haben” wie z. B. ”hat” und ”habend”), ”einschließen” (und jede Form von ”einschließen” wie z. B. ”schließt ein” und ”einschließend”) und ”enthalten” (und jede Form von ”enthalten” wie z. B. ”enthält” und ”enthaltend”) nicht ausschließende Bindeverben sind. Demnach besitzt ein Verfahren oder eine Einheit, die einen oder mehrere Schritte oder Elemente ”aufweist”, ”hat”, ”einschließt” oder ”enthält”, diese Schritte oder Elemente, ist aber nicht nur auf den Besitz dieser Schritte oder Elemente beschränkt. Dementsprechend besitzt ein Schritt eines Verfahrens oder ein Element einer Einheit, das ein oder mehrere Merkmale ”aufweist”, ”hat”, ”einschließt” oder ”enthält”, dieses Merkmal oder diese Merkmale, ist aber nicht nur auf den Besitz dieser Merkmale beschränkt. Ferner kann eine Einheit oder Struktur, die auf eine bestimmte Weise konfiguriert ist, auf mindestens diese Weise konfiguriert sein, kann aber auch auf nicht aufgeführte Weisen konfiguriert sein.
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Die entsprechenden Strukturen, Materialien, Vorgänge und Entsprechungen aller Mittel oder Schritte und Funktionselemente in den folgenden Ansprüchen, falls vorhanden, sollen alle Strukturen, Materialien und Vorgänge zur Durchführung der Funktion in Kombination mit anderen beanspruchten Elementen einschließen, wie spezifisch beansprucht. Die Beschreibung der vorliegenden Erfindung soll der Veranschaulichung und Beschreibung dienen, ohne aber erschöpfend oder auf die Erfindung in der offenbarten Form beschränkt zu sein. Dem Fachmann werden viele Modifikationen und Varianten einfallen, ohne vom Umfang und Geist der Erfindung abzuweichen. Die Ausführungsform wurde gewählt und beschrieben, um die Prinzipien eines oder mehrerer Aspekte der Erfindung und die praktische Anwendung am besten zu erklären und anderen Fachleuten das Verständnis der Erfindung für verschiedene Ausführungsformen mit verschiedenen Modifikationen zu ermöglichen, wie sie für die in Betracht gezogene spezifische Anwendung geeignet sind.
