ES2943656T3 - Disipador de calor, disposición del disipador de calor y módulo para refrigeración por inmersión líquida - Google Patents

Disipador de calor, disposición del disipador de calor y módulo para refrigeración por inmersión líquida Download PDF

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Abstract

Se proporcionan disposiciones de disipador de calor y disipador de calor para un dispositivo electrónico sumergido en un refrigerante líquido. Un disipador de calor puede comprender: una base para montar encima de una superficie transmisora de calor del dispositivo electrónico y transferir calor desde la superficie transmisora de calor; y un muro de contención que se extiende desde la base y define un volumen. Un disipador de calor puede tener una disposición de pared para definir un volumen en el que se monta el dispositivo electrónico. Un disipador de calor puede ser para que un dispositivo electrónico se monte en una superficie en un contenedor, en una orientación que sea sustancialmente perpendicular al piso del contenedor. El calor se transfiere desde el dispositivo electrónico al refrigerante líquido contenido en el volumen del disipador de calor. También se proporciona un módulo de refrigeración que comprende un disipador de calor. Una disposición de boquilla puede dirigir el líquido refrigerante a la base del disipador de calor. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Disipador de calor, disposición del disipador de calor y módulo para refrigeración por inmersión líquida
Campo técnico de la invención
La descripción se refiere a disipadores de calor para un dispositivo electrónico sumergido en un refrigerante líquido, un módulo de enfriamiento para el dispositivo electrónico que comprende uno o más disipadores de calor, un módulo de enfriamiento que permite sumergir un dispositivo electrónico en un refrigerante líquido.
Antecedentes de la invención
Muchos tipos de componentes eléctricos generan calor durante su funcionamiento. En particular, los componentes eléctricos del ordenador, como las placas base, las unidades centrales de procesamiento (CPU) y los módulos de memoria, pueden disipar cantidades sustanciales de calor cuando están en uso. El calentamiento de los componentes eléctricos a altas temperaturas puede causar daños, afectar el rendimiento o causar un peligro para la seguridad. En consecuencia, se han realizado esfuerzos sustanciales para encontrar sistemas eficientes y de alto rendimiento para enfriar componentes eléctricos de manera efectiva y segura.
Un tipo de sistema de enfriamiento utiliza refrigeración líquida. Aunque se han demostrado diferentes conjuntos de enfriamiento líquida, en general los componentes eléctricos se sumergen en un refrigerante líquido para proporcionar una gran superficie para el intercambio de calor entre los componentes eléctricos generadores de calor y el refrigerante.
El documento US-7,905,106 describe un sistema de enfriamiento por inmersión en líquido que enfría una serie de dispositivos electrónicos dentro de una pluralidad de cajas conectadas a un sistema de bastidores. Una carcasa se llena con un refrigerante líquido dieléctrico con componentes electrónicos generadores de calor sumergidos en el refrigerante líquido dieléctrico. El sistema de bastidores contiene un colector que permite la transferencia de líquido para múltiples cajas y un sistema de bomba para bombear el líquido de enfriamiento dieléctrico dentro y fuera del bastidor. Los intercambiadores de calor externos permiten enfriar el refrigerante líquido dieléctrico calentado antes de devolverlo al bastidor. En áreas donde hay mucho calor, se utiliza un flujo de líquido dirigido para brindar enfriamiento localizado. Una pluralidad de tubos se extiende desde un colector para dirigir el refrigerante líquido dieléctrico a puntos calientes específicos. Los extremos de los tubos se colocan junto a los puntos calientes deseados o los tubos se pueden conectar a cámaras de dispersión para ayudar a dirigir el flujo del líquido de retorno a los puntos calientes deseados. La dirección o el enfoque del fluido refrigerante dentro de cada caja se realiza a expensas de otros componentes, que pueden no enfriarse con tanta eficacia. Además, es posible que la capacidad de transporte de calor del refrigerante líquido no se utilice de manera eficiente. Por estas razones, esta técnica requiere que se bombee una cantidad significativa de fluido refrigerante dieléctrico dentro y fuera de cada caja en el bastidor.
En el documento US-8,305,759, se usa líquido dieléctrico para enfriar componentes electrónicos generadores de calor dispuestos en una placa de circuito dentro de una caja. El líquido se vierte o se dirige de otro modo sobre los componentes electrónicos, y la gravedad ayuda a que el líquido fluya hacia abajo sobre los componentes, y el líquido se recoge a continuación en un sumidero para su eventual retorno a los componentes electrónicos. Se proporcionan cámaras de aire dispuestas sobre el componente electrónico para contener el líquido a medida que fluye sobre el componente electrónico. Esto tiene por objeto hacer que una mayor parte del líquido entre en contacto con el componente, mejorando así la eficacia del enfriamiento con líquido. Nuevamente, esto requiere una cantidad significativa de líquido de enfriamiento dieléctrico y depende de la asistencia de la gravedad, lo que puede hacer que el sistema sea menos flexible e introducir otras restricciones de diseño que pueden hacer que el sistema sea menos eficiente.
El documento US-8,014,150 describe el enfriamiento de módulos electrónicos en los que un aparato de enfriamiento se acopla a un sustrato para formar un componente sellado alrededor de un dispositivo electrónico. Las bombas están ubicadas dentro del compartimiento sellado para que el fluido dieléctrico sea bombeado hacia el dispositivo electrónico. El enfriamiento se produce cambiando la fase del fluido dieléctrico de líquido a vapor, que luego se condensa a medida que asciende hacia una placa fría enfriada por líquido que es alimentada por un segundo fluido. Sin embargo, este sistema de enfriamiento requiere sellos de alta presión y múltiples compartimentos de enfriamiento dentro de una caja y, por lo tanto, arreglos de tuberías relativamente complicados para el segundo fluido de enfriamiento.
Por lo tanto, se desea una forma más eficiente de usar refrigerante líquido para enfriar sistemas electrónicos.
El documento US-5,491,363 analiza una estructura de enfriamiento utilizada para el enfriamiento forzado de un paquete de circuito electrónico tal como un circuito integrado. La estructura de enfriamiento comprende un miembro de aleta tubular que tiene muchos orificios pasantes de pequeño diámetro, un miembro de placa plana que se une y sella un extremo del miembro de aleta tubular, un miembro de tapa unido al otro extremo del miembro de aleta tubular y un elemento de tubería utilizado como boquilla desde la cual se inyecta refrigerante hacia el elemento de placa.
El documento US 2018/027695 describe un baño de medio refrigerante configurado para alojar un primer refrigerante en donde se sumerge un dispositivo electrónico y una camisa de enfriamiento líquida configurada para proporcionarse al dispositivo electrónico y enfriar el dispositivo electrónico mediante un segundo refrigerante que fluye en un sección interna de la camisa de enfriamiento líquida.
El documento JP H02-73657 se refiere a aletas en forma de placa que tienen un orificio pasante que están dispuestas radialmente para ser laminadas a través de un elemento espacial para componer un disipador de calor de un refrigerador de semiconductores. El fluido refrigerante se introduce en el paso axial del enfriador y se convierte radialmente mediante una placa inferior para que fluya radialmente en un pequeño espacio formado por muchas aletas en forma de placa. Un elemento generador de calor compuesto por el disipador de calor se une a través de una placa inferior, el calor se transfiere secuencialmente a las aletas por el elemento aplicado a las aletas y se transfiere desde las aletas a un fluido refrigerante que fluye radialmente en el estrecho espacio.
Resumen de la invención
En este contexto, generalmente se proporciona un disipador de calor para enfriar un dispositivo electrónico generador de calor (los ejemplos se describen a continuación). El disipador de calor está diseñado para su uso en un módulo de enfriamiento, en donde el dispositivo electrónico debe sumergirse parcial o totalmente en un refrigerante líquido. Proporciona un volumen para contener o retener refrigerante líquido contra el dispositivo electrónico generador de calor, por ejemplo, similar a un baño o depósito. Entonces, el refrigerante puede bombearse desde un nivel bajo dentro del módulo de enfriamiento hasta dentro del volumen del disipador de calor, en un nivel más alto. En el presente documento se analizan varias estructuras y ejemplos diferentes de un disipador de calor y/o un módulo de enfriamiento de acuerdo con este diseño.
De acuerdo con la invención, se proporciona un módulo de enfriamiento para una pluralidad de dispositivos electrónicos como se define en la reivindicación 1. Otras características de este aspecto se detallan en las reivindicaciones dependientes y en el presente documento.
Un disipador de calor se puede montar en un dispositivo electrónico que genera calor, como un circuito integrado, un procesador de ordenador u otro componente electrónico (que genera calor cuando se le suministra energía eléctrica en funcionamiento normal). El disipador de calor está diseñado para su uso en un módulo de enfriamiento, en donde el dispositivo electrónico debe sumergirse en un refrigerante líquido. Proporciona un volumen para contener o retener refrigerante líquido contra el dispositivo electrónico generador de calor, por ejemplo, similar a una bañera o depósito. De esta manera, el refrigerante líquido se puede aplicar de manera más efectiva al lugar o lugares donde se genera más calor. Por lo tanto, se puede usar menos refrigerante. Dado que el refrigerante es costoso y pesado, reducir la cantidad de refrigerante puede mejorar la flexibilidad, la eficiencia y la confiabilidad (por ejemplo, ya que las fugas de refrigerante son menos probables y el refrigerante en el volumen puede resistir cambios instantáneos de temperatura causados por la falla de otros componentes en el sistema).
Un módulo de enfriamiento para dispositivos electrónicos tiene un contenedor que aloja un dispositivo electrónico de manera que el dispositivo electrónico puede sumergirse (al menos parcialmente) en el refrigerante líquido, con el disipador de calor del primer aspecto como se describe en este documento, montado en el dispositivo electrónico. En algunas realizaciones, el dispositivo electrónico es plano o está montado en una placa de circuito plana y el módulo de enfriamiento se configura para funcionar de manera que el plano del dispositivo electrónico y/o la placa de circuito sea horizontal. El contenedor puede alargarse de acuerdo con el plano del dispositivo electrónico y/o placa de circuito, por ejemplo, teniendo una forma que coincida con la del dispositivo electrónico y/o placa de circuito.
Con respecto a dicho disipador de calor, el volumen para contener o retener el refrigerante líquido está definido por una base y una pared de contención (que pueden ser integrales o separadas). La base es la parte del disipador de calor montada en la parte superior del dispositivo electrónico (más específicamente, una superficie de transmisión de calor del dispositivo electrónico) y transfiere calor desde la superficie de transmisión de calor. La base normalmente tiene una superficie plana que define el volumen (y la base misma puede tener una forma plana). El calor transferido (típicamente conducido) a través de la base (en particular, su superficie que define el volumen) se transfiere al refrigerante líquido contenido en el volumen. La pared de contención se extiende desde la base.
Un efecto de este tipo de disipador de calor es elevar el nivel del refrigerante contenido dentro del volumen del disipador de calor por encima del volumen externo (por ejemplo, cuando el módulo de enfriamiento funciona con el plano del dispositivo electrónico y/o la placa de circuito horizontal y el cantidad de refrigerante dentro del contenedor del módulo de enfriamiento es inferior a la altura de la pared de contención). Esto también reduce la cantidad de refrigerante necesaria.
Ventajosamente, el disipador de calor tiene proyecciones (tales como clavijas y/o aletas) que se extienden desde la base (o menos preferiblemente, desde la pared de contención) dentro del volumen. Estas proyecciones no se extienden beneficiosamente más allá de la base (especialmente en la dirección perpendicular desde un plano de la base) como pared de contención. Esto puede asegurar que el refrigerante líquido sumerja todas las proyecciones. Más preferiblemente, las proyecciones se extienden sustancialmente a la misma distancia desde la base que la pared de contención. Esto también puede evitar la creación de rutas dentro del volumen que podrían pasar por alto las proyecciones. Las proyecciones pueden hacer que el refrigerante líquido se extienda en una dirección radial alejándose de un punto predeterminado en una superficie de la base (por ejemplo, coincidiendo con una parte más caliente del dispositivo electrónico). En particular, las proyecciones se pueden formar en un patrón no lineal.
Ventajosamente, se hace que el refrigerante líquido fluya dentro del contenedor, preferentemente mediante una bomba como parte del módulo de enfriamiento, o menos preferentemente mediante la configuración del módulo de enfriamiento (por ejemplo, para fomentar la convección). Esto puede causar que el refrigerante líquido alcance el volumen del disipador de calor. Por ejemplo, se puede proporcionar además una disposición de boquilla, que recibe refrigerante líquido que fluye o bombea y lo dirige al volumen del disipador de calor. La disposición de boquillas normalmente comprende una o más boquillas (que pueden ajustarse a presión), cada una de las cuales dirige el refrigerante líquido que fluye o bombea a una parte respectiva del volumen del disipador de calor, particularmente a una parte de la base del disipador de calor. Por ejemplo, cada boquilla puede dirigir el refrigerante líquido que fluye o bombea a una parte respectiva del volumen del disipador de calor adyacente a una parte de la superficie de transmisión de calor del dispositivo electrónico que tiene una temperatura máxima o una temperatura por encima de un nivel de umbral (que es, una de las partes más calientes del dispositivo). Lo más preferiblemente, la disposición de boquilla dirige el refrigerante líquido que fluye o bombea en una dirección perpendicular a la base del disipador de calor. Esto puede forzar el refrigerante directamente en el volumen y mejorar la disipación de calor.
En un segundo aspecto, no conforme a la presente invención, se proporciona un módulo de enfriamiento para un dispositivo electrónico.
El módulo de enfriamiento está dispuesto de tal manera que el dispositivo electrónico (como un circuito integrado, procesador de ordenador, componente electrónico o placa de circuito) se sumerge (al menos parcialmente) en un refrigerante líquido y se proporciona un disipador de calor en el dispositivo electrónico. Se coloca una boquilla para dirigir el refrigerante al disipador de calor, en particular a una base del disipador de calor (siendo la base la parte montada o configurada para montar en el dispositivo electrónico a enfriar). En una realización preferida, la boquilla hace que el refrigerante líquido fluya en una dirección perpendicular a la base del disipador de calor (y/o si el dispositivo electrónico es plano, en una dirección perpendicular a ese plano).
El módulo de enfriamiento comprende preferentemente un contenedor, que aloja el dispositivo electrónico de enfriamiento, de manera que el dispositivo electrónico puede sumergirse al menos parcialmente en el refrigerante líquido. El disipador de calor comprende una base montada en el dispositivo electrónico. La boquilla es parte de una disposición de boquillas. Ventajosamente, se hace que el refrigerante líquido fluya dentro del contenedor, preferentemente mediante una bomba, como parte del módulo de enfriamiento. La disposición de boquilla puede estar dispuesta para recibir refrigerante líquido bombeado o que fluye. La disposición de la boquilla puede permitir el suministro de refrigerante directamente a la parte más caliente del disipador de calor y, por lo tanto, puede proporcionar un contraflujo.
Ventajosamente, la disposición de boquilla está dispuesta para dirigir el refrigerante líquido que fluye o bombea a una parte del disipador de calor adyacente a la parte más caliente del dispositivo electrónico. La disposición de boquillas comprende ventajosamente una o más boquillas. Entonces, cada una de la una o más boquillas puede configurarse para dirigir el refrigerante líquido que fluye o bombea a una parte respectiva del disipador de calor. En algunas realizaciones, la disposición de boquillas comprende una pluralidad de boquillas. Entonces, cada boquilla puede configurarse para dirigir el refrigerante líquido que fluye o bombea a una parte respectiva del disipador de calor adyacente a una parte del dispositivo electrónico que tiene una temperatura por encima de un nivel de umbral. El nivel de umbral se puede establecer en función de la temperatura de la parte más caliente del dispositivo electrónico, por ejemplo en función de un porcentaje o para enfriar un número determinado de áreas más calientes del dispositivo electrónico.
En la realización preferida, el módulo de enfriamiento comprende además: al menos una tubería, dispuesta para transportar refrigerante líquido (preferiblemente desde la bomba, donde se proporciona una) a la disposición de boquilla. Cada una de la una o más boquillas puede configurarse entonces para acoplarse a un extremo respectivo de al menos una tubería. Preferentemente, el acoplamiento es por ajuste a presión. En otras palabras, cada boquilla puede acoplarse a presión a un extremo de tubería respectivo.
El refrigerante líquido puede ser un refrigerante líquido primario. Entonces, el módulo de enfriamiento puede comprender además: un intercambiador de calor, configurado para recibir un refrigerante líquido secundario y para transferir calor desde el refrigerante líquido primario al refrigerante líquido secundario. La bomba puede configurarse para hacer que el refrigerante líquido fluya hacia y/o desde el intercambiador de calor. La disposición de boquilla está ventajosamente dispuesta para recibir el refrigerante líquido primario del intercambiador de calor. De esta forma, el refrigerante dirigido por la disposición de boquillas al disipador de calor puede ser el refrigerante más frío.
Entonces, puede dirigirse beneficiosamente a la parte más caliente del disipador de calor.
En un tercer aspecto, que no está de acuerdo con la presente invención, se proporciona un disipador de calor para un dispositivo electrónico.
El disipador de calor puede estar previsto dentro de un módulo de enfriamiento. El disipador de calor contiene el dispositivo electrónico (por ejemplo, una fuente de alimentación) y permite que se acumule refrigerante líquido a su alrededor. De este modo, el dispositivo electrónico se sumerge (al menos parcialmente) en el refrigerante líquido. El disipador de calor tiene ventajosamente una disposición de pared para definir un volumen interno, en donde se monta el dispositivo electrónico. El refrigerante líquido se acumula así alrededor del dispositivo electrónico en funcionamiento, de manera que el calor se transfiere desde el dispositivo electrónico al refrigerante líquido contenido en el volumen interno.
La disposición de pared puede estar formada por: una base, configurada para montar el disipador de calor dentro del módulo de enfriamiento; y una pared de contención que se extiende desde la base. Entonces, la base y la pared de contención pueden definir el volumen interno para acumular el refrigerante líquido. La base y/o una superficie de la base que define el volumen interno es preferentemente plana.
Un módulo de enfriamiento para un dispositivo electrónico puede comprender: un contenedor, para alojar el dispositivo electrónico de manera que el dispositivo electrónico pueda sumergirse al menos parcialmente en un refrigerante líquido; y el disipador de calor del tercer aspecto de la divulgación, montado en el contenedor. El módulo de enfriamiento puede configurarse además para hacer que el refrigerante líquido fluya dentro del contenedor, preferiblemente usando una bomba. Además, el módulo de enfriamiento puede comprender al menos una tubería, dispuesta para recibir refrigerante líquido bombeado o que fluye y que tiene una salida, desde la cual el refrigerante líquido bombeado o que fluye se dirige al volumen interno del disipador de calor.
La disposición de pared define ventajosamente además un pico para permitir o estimular que el refrigerante líquido fluya fuera del volumen interno. Esto puede (al menos parcialmente) definir una dirección de flujo del refrigerante líquido a través del volumen interno. Adicional o alternativamente, el volumen interno puede tener una forma alargada, definiendo de este modo primera y segunda partes de extremo en extremos opuestos del volumen interno alargado. Ventajosamente, la salida del tubo y el pico están situados en las primera y segunda partes de extremo, respectivamente.
En algunos ejemplos, la salida está situada en la mitad superior de una altura del volumen interior. En otros ejemplos, la salida está situada en la mitad inferior de una altura del volumen interior. La salida de la tubería puede comprender una o más boquillas. Entonces, cada boquilla está preferiblemente configurada para dirigir el refrigerante líquido que fluye o bombea a una parte respectiva del volumen interno. Opcionalmente, cada una de la una o más boquillas se configura para acoplarse a presión a un extremo respectivo de al menos una tubería.
En un cuarto aspecto, que no está de acuerdo con la presente invención, se proporciona una disposición de disipador de calor para un dispositivo electrónico.
El dispositivo electrónico debe montarse sobre una superficie en un contenedor y en una orientación que sea sustancialmente perpendicular al piso del contenedor, siendo el piso generalmente una superficie plana horizontal de manera que la orientación del dispositivo electrónico sea sustancialmente vertical. Por ejemplo, el dispositivo electrónico puede montarse en una placa de circuito impreso y la placa de circuito impreso puede orientarse sustancialmente perpendicular al suelo del contenedor (es decir, generalmente verticalmente para un suelo de contenedor horizontal). La placa de circuito impreso puede ser una placa secundaria acoplada a una placa base, que puede estar orientada sustancialmente paralela al suelo del contenedor. En otros ejemplos, la placa de circuito impreso podría ser una placa base y puede haber o no otra placa de circuito impreso orientada sustancialmente paralela al suelo del contenedor.
La disposición del disipador de calor tiene una pared de contención, configurado para definir al menos parcialmente un volumen interno. La pared de contención coopera (o se configura para cooperar) con la superficie sobre la que se montará el dispositivo electrónico (si el componente electrónico se monta sobre una placa de circuito impreso, esta superficie puede ser la placa de circuito impreso) y/o una superficie montado en el dispositivo electrónico (como una placa) para que el refrigerante líquido dirigido al volumen interno se acumule dentro del volumen interno. Esto significa que el volumen interno puede estar definido por la pared de contención en cooperación con la superficie sobre la cual se montará el dispositivo electrónico (en cuyo caso el volumen interno puede encerrar el dispositivo electrónico) y/o una superficie montada sobre el dispositivo electrónico (en cuyo caso, el volumen interno puede montarse adyacente y térmicamente acoplado al dispositivo electrónico). Estos arreglos pueden permitir que el calor se transfiera desde el dispositivo electrónico al refrigerante líquido acumulado en el volumen interno.
Esto puede significar que la superficie sobre la que se va a montar el dispositivo electrónico y/o la superficie montada sobre el dispositivo electrónico (denominada en lo sucesivo como una o ambas superficies) coopera con la disposición del disipador de calor o forma parte de ella. Por ejemplo, la pared de contención se puede unir y/o cerrar (o sellar) lo suficiente a la superficie en la que se montará el dispositivo electrónico y/o la superficie montada en el dispositivo electrónico para permitir que se acumule líquido en el volumen interno, aunque cualquier sellado entre la pared de contención y una o ambas superficies no tiene por qué ser suficiente para evitar fugas (y en los ejemplos, tal sellado puede no ser necesario). Se pueden proporcionar orificios en la pared de contención para que pase el refrigerante líquido a una velocidad predefinida. La pared de contención y una o ambas superficies preferiblemente cooperan (o están configuradas para cooperar) de manera que el volumen interno tenga al menos una abertura (como se indicó anteriormente, que puede estar distal al piso del contenedor o si se proporciona en forma de orificios, pueden estar en una parte de la base de la pared de contención) para permitir que salga el refrigerante líquido acumulado dentro del volumen interno. La superficie montada en el dispositivo electrónico puede ser parte de (es decir, integrada con) el dispositivo electrónico.
La disposición de disipador de calor incluye ventajosamente una disposición de boquilla, dispuesta para recibir refrigerante líquido y dirigir el refrigerante líquido al interior del volumen interno del disipador de calor. En un ejemplo, la disposición de la boquilla está dispuesta para dirigir el refrigerante líquido desde el lado abierto (superior) del volumen interno distal al piso del contenedor, por ejemplo, usando una boquilla ubicada hacia la parte superior del volumen interno.
Generalmente, la pared de contención define un volumen interno en forma de paralelepípedo. El volumen interno definido por la pared de contención solo puede estar abierto en uno o ambos lados: un primer lado adyacente al componente electrónico; y un segundo lado típicamente distal al piso del contenedor (un lado superior). Opcionalmente, la pared de contención comprende una parte de base, orientada sustancialmente paralela al piso del contenedor. Entonces, una o más (típicamente tres) partes de la pared lateral pueden extenderse desde la parte de la base (en una dirección sustancialmente perpendicular al piso del contenedor). En otro sentido, puede verse que la pared de contención comprende: una parte de la pared lateral, que se extiende sustancialmente paralela al suelo del contenedor; y una parte de tapa, orientada sustancialmente perpendicular al piso del contenedor y dispuesta para encajar con la parte de la pared lateral para definir el volumen interno. La parte de la pared lateral puede separarse de la parte de la cubierta. En ciertos ejemplos, la pared de contención puede comprender: una placa de montaje, orientada sustancialmente perpendicular al piso del contenedor y dispuesta para encajar con la parte de la pared lateral para definir el volumen interno. La placa de montaje puede ser la superficie montada en el dispositivo electrónico.
Las proyecciones (como pasadores y/o aletas) pueden extenderse al volumen interno desde la pared de contención y/o una superficie montada en el dispositivo electrónico (por ejemplo, una placa). Se puede disponer un material de interfaz térmica entre el dispositivo electrónico y la superficie montada en el dispositivo electrónico. Las proyecciones pueden extenderse en una dirección perpendicular a un plano del dispositivo electrónico (cuando el dispositivo electrónico es sustancialmente plano) y/o paralelo al suelo del contenedor. Las proyecciones pueden estar dispuestas en un patrón lineal o no lineal. En algunos ejemplos, las proyecciones comprenden uno o más deflectores, para dirigir el flujo de refrigerante líquido dentro del volumen interno. Los deflectores pueden hacer que el refrigerante líquido fluya (por gravedad) primero hacia una parte inferior del volumen interno y luego hacia una parte superior del volumen interno. Adicional o alternativamente, los deflectores pueden hacer que el refrigerante líquido fluya desde una parte más central del volumen interno a una parte más externa del volumen interno (antes de abandonar el volumen interno). Los deflectores pueden hacer que el flujo de refrigerante líquido se divida entre dos trayectorias de flujo distintas (que pueden ser generalmente simétricas o asimétricas).
En un ejemplo, la disposición de boquilla comprende un sistema de tuberías que forma al menos un canal para que fluya a través de él el refrigerante líquido. El al menos un canal tiene uno o más orificios, cada uno de los cuales actúa como una boquilla para dirigir el refrigerante líquido desde el canal hacia el volumen interno del disipador de calor. El canal se orienta opcionalmente en una dirección perpendicular al suelo del contenedor. El canal puede estar integrado dentro de parte de la pared de contención. Opcionalmente, el sistema de tuberías comprende paneles primero y segundo, estando conformados uno o ambos de los paneles primero y segundo para formar el al menos un canal. Entonces, los paneles primero y segundo pueden unirse entre sí para permitir que el refrigerante líquido fluya a través del al menos un canal.
Un módulo de enfriamiento para un dispositivo electrónico puede comprender un contenedor, que tiene una superficie interna que define el piso y define un volumen para alojar el componente electrónico en una orientación que es sustancialmente perpendicular al piso. Una disposición de disipador de calor del cuarto aspecto, como se describe aquí, puede montarse dentro del volumen del contenedor. En ejemplos, el dispositivo electrónico está montado dentro del volumen del contenedor. La disposición de boquilla puede recibir refrigerante líquido que fluye y dirigirlo al volumen interno de la disposición de disipador de calor. Opcionalmente, la disposición de boquilla puede dirigir el refrigerante líquido que fluye a una parte del volumen interno de la disposición de disipador de calor adyacente a la parte más caliente del dispositivo electrónico. La disposición de boquillas puede comprender una pluralidad de boquillas, estando configurada cada boquilla para dirigir el refrigerante líquido que fluye a una parte respectiva del volumen interno de la disposición de disipador de calor adyacente a una parte del dispositivo electrónico que tiene una temperatura superior a un nivel de umbral. Se puede configurar una bomba para hacer que el refrigerante líquido fluya dentro del contenedor. Puede disponerse al menos una tubería para transportar refrigerante líquido desde la bomba hasta la disposición de boquilla. Una sola tubería (o una pluralidad de tuberías conectadas) puede transportar refrigerante líquido a una primera disposición de disipador de calor y desde la primera disposición de disipador de calor a una segunda disposición de disipador de calor (en una disposición en cadena o conectada en serie).
Con respecto a cualquiera y todos los aspectos descritos en el presente documento, se pueden proporcionar adicionalmente características de un método para fabricar y/u operar correspondientes a las de cualquiera o más de los disipadores de calor y/o módulos de enfriamiento descritos. También son posibles combinaciones de aspectos. Además, también se describen combinaciones de características específicas para un aspecto con el disipador de calor y/o el módulo de enfriamiento de otro aspecto, donde dichas combinaciones son compatibles. En este documento se sugieren ejemplos específicos de tales combinaciones, a modo de ejemplo.
Breve descripción de las figuras
La invención se puede poner en práctica de varias maneras y las realizaciones preferidas se describirán ahora solo a modo de ejemplo y con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
La Figura 1 muestra una realización de un módulo de enfriamiento de acuerdo con la divulgación;
La Figura 2 representa una vista en despiece ordenado de la realización de la Figura 1;
La Figura 3 ilustra una primera realización de un disipador de calor de acuerdo con la divulgación;
La Figura 4 representa una vista en despiece ordenado de la realización de la Figura 3;
La Figura 5 muestra una vista en sección transversal del disipador de calor de la Figura 3 en funcionamiento;
La Figura 6 muestra una vista desde arriba de la realización de la Figura 3, que muestra una disposición de boquilla; La Figura 7 muestra una vista desde arriba de una primera variante de la disposición de boquillas de la realización de la Figura 3;
La Figura 8 muestra una vista desde arriba de una segunda variante de la disposición de boquillas de la realización de la Figura 3;
La Figura 8A ilustra una vista en perspectiva de una tercera variante de la disposición de boquilla de la realización de la Figura 3;
La Figura 8B muestra una vista en sección de la ilustración de la Figura 8A;
La Figura 8C ilustra una vista en perspectiva de una cuarta variante de la disposición de boquilla de la realización de la Figura 3;
La Figura 8D ilustra una vista en perspectiva de una quinta variante de la disposición de boquilla de la realización de la Figura 3;
La Figura 8E ilustra una vista en perspectiva de una sexta variante de la disposición de boquilla de la realización de la Figura 3;
La Figura 8F muestra una vista en sección parcial de la ilustración de la Figura 8E;
La Figura 9 representa una vista superior ampliada de una parte de la realización de la Figura 3, que muestra una disposición de proyección;
La Figura 10 representa una vista desde arriba de una primera variante de la disposición de proyección de la realización de la Figura 3;
La Figura 11 representa una vista desde arriba de una segunda variante de la disposición de proyección de la realización de la Figura 3;
La Figura 12 representa una vista desde arriba de una tercera variante de la disposición de proyección de la realización de la Figura 3;
La Figura 13 ilustra una vista en sección transversal de una parte del disipador de calor de la Figura 3, que muestra la altura de la disposición de proyección;
La Figura 14 ilustra una vista en sección transversal de una primera variante de altura del dispositivo de proyección de la realización de la Figura 3;
La Figura 15 ilustra una vista en sección transversal de una segunda variante de la disposición de proyección en altura de la realización de la Figura 3;
La Figura 16 representa una vista en sección transversal de un ejemplo de un disipador de calor que no está de acuerdo con la presente invención;
La Figura 17 muestra una vista en perspectiva del disipador de calor de la Figura 16;
La Figura 17A representa una vista en perspectiva de un sistema de enfriamiento que incorpora una primera variante del ejemplo de las Figuras 16 y 17;
La Figura 17B representa una vista en despiece ordenado del sistema de enfriamiento de la Figura 17A;
La Figura 17C representa una segunda variante de la realización de las Figuras 16 y 17;
La Figura 17D representa una modificación de la segunda variante como se muestra en la Figura 17A;
La Figura 18 ilustra una vista en perspectiva explosionada de una tercera variante de la realización de las Figuras 16 y 17;
La Figura 19 muestra la vista en despiece ordenado de la Figura 18 con una parte de boquilla retirada;
La Figura 20 representa una vista en perspectiva de otro ejemplo de un disipador de calor que no está de acuerdo con la presente invención; y
La Figura 21 ilustra una vista en perspectiva explosionada de una variante del ejemplo que se muestra en la Figura 20.
La Figura 22A muestra una vista frontal en despiece de otro ejemplo de una disposición de disipador de calor que no está de acuerdo con la presente invención;
La Figura 22B muestra una vista en perspectiva ensamblada del ejemplo de la Figura 22A;
La Figura 22C muestra una vista lateral ensamblada del ejemplo de la Figura 22A;
La Figura 22D muestra una vista posterior en despiece ordenado del ejemplo de la Figura 22A;
La Figura 23A muestra una vista frontal en despiece de otro ejemplo más de una disposición de disipador de calor que no está de acuerdo con la presente invención;
La Figura 23B muestra una vista en perspectiva ensamblada del ejemplo de la Figura 23A;
La Figura 23C muestra una vista lateral ensamblada del ejemplo de la Figura 23A;
La Figura 23D muestra una vista posterior en despiece ordenado del ejemplo de la Figura 23A;
La Figura 23E muestra una vista ensamblada en sección transversal del ejemplo de la Figura 23A;
La Figura 23F muestra una vista en perspectiva ensamblada de una primera variante del ejemplo de la Figura 23A; La Figura 23G muestra una vista en sección de la primera variante de la Figura 23F;
La Figura 23H muestra una vista en perspectiva ensamblada de una segunda variante del ejemplo de la Figura 23A; La Figura 23I muestra una vista en sección de la primera variante de la Figura 23H;
La Figura 24 muestra una vista frontal en despiece de otro ejemplo de una disposición de disipador de calor que no está de acuerdo con la presente invención;
La Figura 25A muestra una vista frontal explosionada de una primera variante del ejemplo de la Figura 24;
La Figura 25B representa una vista frontal de una parte del ejemplo de la Figura 25A en forma ensamblada;
La Figura 26A muestra una vista frontal explosionada de una segunda variante del ejemplo de la Figura 24;
La Figura 26B representa una vista frontal de una parte del ejemplo de la Figura 26A en forma ensamblada;
La Figura 27A ilustra una disposición de disipador de calor ensamblada con otras partes para mostrar el flujo de refrigerante líquido;
La Figura 27B muestra una vista en corte de la realización de la Figura 27A dentro de un contenedor;
La Figura 28A ilustra una disposición de disipador de calor ensamblada con otras partes en una variante de la Figura 27A;
La Figura 28B muestra una vista en corte del ejemplo de la Figura 28A dentro de un contenedor;
La Figura 29A representa una vista en perspectiva de un primer diseño con múltiples disipadores de calor acoplados para recibir refrigerante líquido en serie;
La Figura 29B ilustra una vista en perspectiva de un segundo diseño con múltiples disipadores de calor acoplados para recibir refrigerante líquido en serie;
La Figura 29C representa una vista en perspectiva de un primer diseño con múltiples disipadores de calor acoplados para recibir refrigerante líquido en paralelo;
La Figura 29D representa una vista en perspectiva de un segundo diseño con múltiples disipadores de calor acoplados para recibir refrigerante líquido en paralelo;
La Figura 29E muestra una vista en sección parcial del diseño de la Figura 29D;
La Figura 30A ilustra una vista en perspectiva de un diseño que muestra la transferencia de refrigerante desde un primer tipo de disipador de calor a un segundo tipo de disipador de calor;
La Figura 30B muestra una vista en sección del diseño de la Figura 30A;
La Figura 31A ilustra una vista superior en perspectiva de un disipador de calor con una adaptación adicional;
La Figura 31B representa una vista en perspectiva inferior del disipador de calor de la Figura 31A;
La Figura 31C muestra una vista lateral en sección transversal del disipador de calor de la Figura 31A;
La Figura 31D representa una vista inferior en perspectiva de una primera variante del disipador de calor de la Figura 31A;
La Figura 31E representa una vista en perspectiva inferior de una segunda variante del disipador de calor de la Figura 31A;
La Figura 32A ilustra una vista superior en perspectiva de un disipador de calor con una variante de disposición de boquillas;
La Figura 32B muestra una vista en sección superior del disipador de calor de la Figura 32A;
La Figura 32C muestra una vista en sección lateral del disipador de calor de la Figura 32A;
La Figura 33A ilustra una vista en perspectiva de un disipador de calor con entrada de refrigerante a través de su base;
La Figura 33B muestra una vista en sección lateral del disipador de calor de la Figura 33A;
La Figura 34A muestra una vista en perspectiva de un primer diseño de un dispositivo generador de calor integrado con un disipador de calor;
La Figura 34B representa una vista en sección lateral del disipador de calor de la Figura 34A;
La Figura 34C ilustra una vista lateral en sección transversal del disipador de calor de la Figura 34A;
La Figura 34D muestra una vista en perspectiva de un dispositivo generador de calor con un disipador de calor separable;
La Figura 34E representa una vista en sección lateral del disipador de calor de la Figura 34D;
La Figura 34F ilustra una vista lateral en sección transversal del disipador de calor de la Figura 34D;
La Figura 34G muestra una vista en perspectiva de un segundo diseño de un dispositivo generador de calor integrado con un disipador de calor;
La Figura 34H representa una vista en sección lateral del disipador de calor de la Figura 34E;
La Figura 34I muestra una vista en perspectiva del diseño de disipador de calor vertical de múltiples volúmenes; La Figura 35A ilustra una vista en perspectiva de un primer diseño de una disposición de disipador de calor para enfriar múltiples dispositivos;
La Figura 35B representa una vista en despiece ordenado del diseño de la Figura 35A;
La Figura 35C ilustra una vista en perspectiva de un segundo diseño de una disposición de disipador de calor para enfriar múltiples dispositivos;
La Figura 35D representa una vista en despiece ordenado del diseño de la Figura 35C; y
La Figura 35E ilustra una vista en perspectiva y en despiece de un tercer diseño de una disposición de disipador de calor para enfriar varios dispositivos.
Descripción detallada de las modalidades preferidas
Con referencia a la Figura 1, se muestra una realización del módulo de enfriamiento (a veces denominado "lámina") de acuerdo con la divulgación. También se debe considerar la Figura 2, en la que se representa una vista en despiece ordenado de la realización de la Figura 1. El módulo de enfriamiento 100 comprende un contenedor 110 (que se muestra sin tapa), que aloja los componentes 12 que generan una temperatura relativamente alta y los componentes 10 que generan una temperatura relativamente baja. Tanto los componentes de baja temperatura 10 como los componentes de alta temperatura 12 están montados en una placa de circuito 15. En las Figuras 1 y 2, dos placas de circuito 15 idénticas de este tipo se muestran dentro del contenedor 110. Los disipadores de calor 1 están montados en los componentes de alta temperatura 12. Más detalles con respecto a los disipadores de calor 1 se discutirán posteriormente.
El contenedor 110, en funcionamiento, se llena con un refrigerante líquido dieléctrico (no mostrado), que puede denominarse refrigerante primario. El refrigerante líquido no es conductor eléctrico, pero normalmente es conductor térmico y puede transportar calor por conducción y/o convección. La cantidad de refrigerante líquido dentro del contenedor 110 es suficiente para cubrir o sumergir los componentes de baja temperatura 10 al menos parcialmente, pero no necesariamente puede sumergir completamente los componentes de baja temperatura 10. El nivel de refrigerante líquido utilizado en la operación se analiza a continuación. Las bombas 11 hacen que el refrigerante líquido fluya a través de las tuberías 5 y se desplace a un intercambiador de calor 19. El intercambiador de calor 19 recibe un refrigerante líquido secundario (típicamente agua o a base de agua) y transfiere calor desde el refrigerante líquido dentro del contenedor 110 a este refrigerante líquido secundario. El refrigerante líquido secundario se proporciona y sale del intercambiador de calor 19 a través de las conexiones de interfaz 18. Las bombas 11 hacen que el refrigerante líquido primario enfriado salga del intercambiador de calor 19 a través de las tuberías 5 y salga a través de las boquillas 2. Los tubos 5 y las boquillas 2 están colocados para hacer que el refrigerante fluya directamente sobre los disipadores de calor 1.
El módulo de enfriamiento 100 es típicamente un módulo montado en bastidor y los componentes electrónicos dentro del contenedor 110 son preferiblemente al menos parte de un circuito de servidor de ordenador, por ejemplo, que comprende una placa base y componentes asociados. Por lo tanto, el módulo de enfriamiento puede tener una altura de 1 unidad de rack (1U, correspondiente a 44,45 mm) o un número entero de unidades de rack. El módulo de enfriamiento 100 puede configurarse para su instalación o instalarse en un bastidor correspondiente, alojando múltiples módulos de enfriamiento (uno, algunos o todos pueden tener una construcción interna diferente del módulo de enfriamiento 100 descrito en este documento). En esta configuración, el refrigerante líquido secundario puede compartirse entre los módulos de enfriamiento en una disposición en serie o en paralelo. Se puede proporcionar una cámara impelente y/o colector en el bastidor para permitir esto. Se pueden proporcionar otros componentes en el bastidor para que sean eficientes y seguros (como reguladores de potencia, una o más bombas o dispositivos similares).
Con referencia a la Figura 3, se ilustra una primera realización de un disipador de calor de acuerdo con la divulgación. Con referencia a la Figura 4, se muestra una vista detallada de la realización de la Figura 3. Esta es una vista ampliada del disipador de calor que se muestra en las Figuras 1 y 2. El disipador de calor 1 comprende: una base formada por una montura 16 y un sustrato plano 17 fijado a la montura 16; una pared de contención 7 unido al sustrato plano 17; proyecciones (mostradas en forma de pasadores) 6; y tornillos de fijación 13, que sujetan el sustrato 17 al soporte 16. De esta forma, el sustrato plano 17 se asienta directamente sobre el componente de alta temperatura 12 y transfiere calor desde el componente de alta temperatura 12 a un volumen definido por el sustrato plano 17 y la pared de contención 7, en donde se proporcionan proyecciones 6.
El disipador de calor 1 puede estar hecho de un solo componente, por ejemplo mediante: fundición a presión; fundición a la cera perdida; moldeo por inyección de metal (MIM); fabricación aditiva; o forjado. También se puede mecanizar a partir de un bloque de material o biselar. El disipador de calor 1 puede estar formado por cualquier material que sea térmicamente conductor, como un metal u otro conductor térmico. Algunos ejemplos pueden incluir aluminio, cobre o carbono.
También se muestran en las Figuras 3 y 4 el tubo 5 y la boquilla 2. El refrigerante líquido se entrega al disipador de calor 1 a través de la boquilla 2. La boquilla 2 está dispuesta para dirigir el refrigerante perpendicular al plano del sustrato 17. Esto fuerza el chorro o flujo del refrigerante líquido directamente al volumen definido por el sustrato 17 y la pared de contención 7 del disipador de calor 1. Como consecuencia, se mejora la disipación de calor. Este es especialmente el caso en comparación con un sistema en donde se dirige el refrigerante para que fluya sobre el disipador de calor, en una dirección paralela al plano del sustrato del disipador de calor, como en un sistema enfriado por aire.
En los ejemplos que se muestran en las Figuras 3 y 4, la boquilla 2 entrega el refrigerante directamente en el centro del volumen definido por el sustrato 17 y la pared de contención 7. En este ejemplo, el centro de ese volumen se corresponde con la parte más caliente del área del sustrato 17, que está adyacente (y directamente sobre) el componente de alta temperatura 12. Esto proporciona un contraflujo, de manera que el refrigerante más frío se dirige al área más caliente del disipador de calor. El refrigerante sale radialmente de la parte más caliente.
La boquilla 2 está diseñada para tener una conexión de ajuste a presión 3 a la tubería 5. Esto no requiere herramientas, por lo que se puede montar y desmontar fácilmente. En consecuencia, la sustitución de las placas de circuitos 15, que pueden ser placas base de ordenador, todos los componentes puede ser fácil y rápida. La boquilla también está provista de un punto de tierra 4, que se puede acoplar a una tierra o un punto de tierra, para eliminar la acumulación de electricidad estática en la tubería 5 y la boquilla 2.
Con referencia a la Figura 5, se muestra una vista en sección transversal del disipador de calor de la Figura 3 en funcionamiento. Las mismas características que se muestran en los dibujos anteriores se identifican con números de referencia idénticos. La flecha indica el flujo de refrigerante dentro de la tubería 5, para proporcionar refrigerante 8 dentro del volumen definido por el sustrato 17 y la pared de contención 7 del disipador de calor 1 y el refrigerante 9 fuera del disipador de calor 1. Como se indicó anteriormente, el refrigerante que sale de la boquilla 2 se dirige hacia el centro del volumen (correspondiente al centro de la superficie del sustrato 17) y desde allí sale radialmente hacia la pared de contención 7. Se bombea suficiente refrigerante a través de la boquilla 2 al volumen, de manera que rebosa la pared de contención 7 y se acumula con el refrigerante restante 9 en el exterior del disipador de calor 1. La pared de contención 7 que actúa como pared lateral permite diferentes niveles de refrigerante. El refrigerante 8 dentro del volumen del disipador de calor 1 está en un nivel relativamente alto y el refrigerante 9, que sumerge al menos parcialmente los componentes de baja temperatura 10 (no mostrados en este dibujo), está en un nivel más bajo. Esto permite utilizar significativamente menos refrigerante líquido que en otros sistemas similares que cubren todos los componentes a la misma altura.
Por lo tanto, se obtienen una serie de beneficios. En primer lugar, dado que se utiliza menos refrigerante dieléctrico y este refrigerante puede resultar caro, los costes pueden reducirse significativamente. Los refrigerantes líquidos dieléctricos suelen ser muy pesados. Al usar menos refrigerante líquido, el módulo de enfriamiento 100 puede ser más sencillo de instalar y/o levantar. Además, la instalación del módulo de enfriamiento 100 puede requerir menos infraestructura. Además, el módulo de enfriamiento 100 es más fácil de manejar que los dispositivos similares son sistemas que usan significativamente más refrigerante líquido primario. El nivel del refrigerante líquido primario 9 dentro de la mayor parte del contenedor 110 no está cerca de la parte superior del contenedor. Como resultado, los derrames durante el mantenimiento o el cambio de componentes son menos probables. También se reduce el riesgo de fugas.
La pared de contención 7 crea un efecto de vertedero. El refrigerante 9 a un nivel relativamente bajo enfría los componentes de baja temperatura 10 que, en ausencia de un refrigerante líquido, normalmente serían enfriados por aire. No es necesario que los componentes de baja temperatura 10 estén completamente sumergidos en refrigerante líquido.
Otra ventaja del volumen delimitado por el sustrato 17 y la pared de contención 7 es la redundancia de enfriamiento temporal. Si la bomba 11 u otro componente crítico para el flujo de refrigerante líquido se avería, hay un volumen de refrigerante atrapado en el volumen del disipador de calor 1. Este refrigerante es suficiente para continuar enfriando el componente de alta temperatura 12, al menos por un corto tiempo. Esto contrarrestará y potencialmente evitará los cambios de temperatura instantáneos en el componente de alta temperatura 12, reduciendo así el espectáculo y dando tiempo para que estos componentes se apaguen.
Ahora se discutirá un aspecto de la invención en términos más generales. Por ejemplo, puede considerarse un disipador de calor para un dispositivo electrónico sumergido en un refrigerante líquido, que comprende: una base, configurada para montarse sobre una superficie de transmisión de calor del dispositivo electrónico y transferir calor desde la superficie de transmisión de calor; y una pared de contención que se extiende desde la base. La base y la pared de contención definen un volumen para contener parte del refrigerante líquido, de manera que el calor transferido a través de la base se transfiere al refrigerante líquido contenido en el volumen. El volumen permite ventajosamente la retención de calor junto a la superficie de transmisión de calor.
Se puede usar menos refrigerante dieléctrico que en los sistemas o módulos de enfriamiento existentes. La base y la pared de contención están dispuestas de manera que el nivel de refrigerante líquido contenido dentro del volumen es mayor que el nivel de refrigerante externo al volumen. Por ejemplo, esto puede implementarse mediante la base que comprende un montaje, lo que puede hacer que el volumen se eleve por encima de la parte inferior de la base. La base puede comprender además un sustrato integral o unido al soporte, definiendo una parte del volumen. La base y la pared de contención pueden ser partes separadas o integrales.
En la realización preferida, una superficie de la base que define el volumen (tal como una parte de sustrato de la base) es plana o esencialmente o sustancialmente plana. Sin embargo, esto no es necesario. La base (que se puede considerar una superficie montada en el dispositivo electrónico) se puede unir a la pared de contención y/o integrarse con el dispositivo electrónico. Opcionalmente, la pared de contención coopera con la base, de manera que el volumen interno tiene al menos una abertura para permitir que salga el refrigerante líquido acumulado dentro del volumen interno.
Ventajosamente, las proyecciones se extienden desde la base y/o la pared de contención dentro del volumen. En particular, las proyecciones pueden extenderse sustancialmente a la misma distancia desde la base (en una dirección perpendicular desde un plano de la base) que la pared de contención. Las proyecciones pueden comprender pasadores y/o aletas. Las proyecciones se extienden preferiblemente en una dirección perpendicular a un plano de la base (las proyecciones son ventajosamente rectos). En particular, las proyecciones pueden disponerse para hacer que el refrigerante líquido se extienda en una dirección radial alejándose de un punto predeterminado en una superficie de la base (tal como un punto coincidente o adyacente a la parte más caliente del dispositivo electrónico). Las proyecciones se forman preferiblemente en un patrón no lineal. Esto puede permitir que el refrigerante se disperse radialmente desde el punto predeterminado.
Se proporciona un módulo de enfriamiento (sellable) para un dispositivo electrónico, que comprende: un contenedor que aloja el dispositivo electrónico de manera que el dispositivo electrónico puede sumergirse al menos parcialmente en un refrigerante líquido; y el disipador de calor como se describe aquí, montado en el dispositivo electrónico. El módulo de enfriamiento comprende además el refrigerante líquido. El refrigerante líquido es ventajosamente un dieléctrico. Es ventajosamente conductor térmico y aislante eléctrico.
El módulo de enfriamiento puede configurarse además para hacer que el refrigerante líquido fluya dentro del contenedor. En particular, el módulo de enfriamiento puede comprender además: una bomba para hacer fluir el refrigerante líquido dentro del contenedor. Adicional o alternativamente, la configuración del módulo de enfriamiento puede hacer que el refrigerante líquido fluya dentro del contenedor (por ejemplo, permitiendo o fomentando la convección del refrigerante líquido). En cualquier caso, el refrigerante líquido puede ser un refrigerante primario. El módulo de enfriamiento puede comprender un intercambiador de calor, configurado para recibir un refrigerante líquido secundario y para transferir calor desde el refrigerante líquido primario al refrigerante líquido secundario. El intercambiador de calor está preferiblemente dentro del contenedor. La bomba puede configurarse para hacer que el refrigerante líquido fluya hacia y/o desde el intercambiador de calor. Opcionalmente, se pueden proporcionar múltiples intercambiadores de calor de este tipo.
Ventajosamente, el módulo de enfriamiento puede comprender adicionalmente una disposición de boquilla, dispuesta para recibir refrigerante líquido bombeado o que fluye y dirigirlo al volumen del disipador de calor. La disposición de la boquilla puede estar dispuesta para dirigir el refrigerante líquido que fluye o bombea a una parte de la base del disipador de calor y/o a una parte del volumen del disipador de calor adyacente a la parte más caliente de la superficie de transmisión de calor del dispositivo electrónico. La disposición de boquilla está ventajosamente dispuesta para dirigir el refrigerante líquido que fluye o bombea en una dirección perpendicular a la base del disipador de calor.
La disposición de boquillas comprende preferiblemente una o más boquillas. Cada una de la una o más boquillas puede estar configurada para dirigir el refrigerante líquido que fluye o bombea a una parte respectiva del volumen del disipador de calor. En algunas realizaciones, la disposición de boquillas comprende una pluralidad de boquillas. Luego, cada boquilla puede configurarse para dirigir el refrigerante líquido que fluye o bombea a una parte respectiva del volumen del disipador de calor adyacente a una parte de la superficie de transmisión de calor del dispositivo electrónico que tiene una temperatura por encima de un nivel de umbral. El nivel de umbral se puede establecer en función de la temperatura de la parte más caliente de la superficie de transmisión de calor del dispositivo electrónico, por ejemplo en función de un porcentaje o para enfriar un cierto número de áreas más calientes de la superficie de transmisión de calor.
El módulo de enfriamiento puede comprender además al menos una tubería, dispuesta para transportar refrigerante líquido (preferiblemente desde la bomba, donde se proporciona una) a la disposición de boquilla. Cada una de la una o más boquillas puede configurarse entonces para acoplarse a un extremo respectivo de al menos una tubería. Preferentemente, el acoplamiento es por ajuste a presión. En otras palabras, cada boquilla puede acoplarse a presión a un extremo de tubería respectivo.
Haciendo referencia a continuación a la Figura 6, se muestra una vista desde arriba de la realización de la Figura 3, que muestra una disposición de boquilla. Como se ha comentado anteriormente, la boquilla 2 (de la que se puede ver la conexión a presión 3) acoplada a la tubería 5. La boquilla 2 se coloca de cara al centro del área superficial del sustrato 17 (no mostrado en este dibujo). El flujo radial de refrigerante se muestra con flechas en este dibujo.
Son posibles posiciones alternativas para la boquilla 2. Algunas de estas posiciones se describirán ahora con referencia a la Figura 7, en la que se muestra una vista superior de la primera variante de la disposición de boquilla de la realización de la Figura 3 y con referencia a la Figura 8, en la que se muestra una vista superior de una segunda variante de la disposición de boquillas de la realización de la Figura 3. Con referencia primero a la Figura 7, la boquilla 2 se muestra descentrada. Se puede proporcionar una disposición de este tipo si la parte más caliente del componente de temperatura 12 no está junto al centro del sustrato 17. Haciendo referencia a la Figura 8, se muestran dos boquillas. Las dos boquillas 2 están situadas sobre el área superficial del sustrato 17 (no mostrado) junto a dos de las partes más calientes del componente de alta temperatura 12 (no mostrado) debajo.
Haciendo referencia a continuación a la Figura 8A, se ilustra una vista en perspectiva de una tercera variante de la disposición de boquilla de la realización de la Figura 3. En esta variante, se muestran los pasadores 6 dentro de la pared de contención 7. El tubo 5a está acoplado directamente a una abertura dentro del sustrato plano 17. Esto es más visible con referencia a la Figura 8B, en la que se muestra una vista en sección de la ilustración de la Figura 8A. Por lo tanto, la tubería 5a puede proporcionar refrigerante directamente dentro del volumen definido por la pared de contención 7. En otra variante (no mostrada), la tubería 5a puede acoplarse directamente a una abertura o abertura en un lado de la pared de contención 7.
Con referencia ahora a la Figura 8C, se ilustra una vista en perspectiva de una cuarta variante de la disposición de boquilla de la realización de la Figura 3. Esta variante es similar al diseño que se muestra en la Figura 7. La tubería 5 y la boquilla 3 se colocan de tal manera que la boquilla 3 esté ubicada más centralmente con respecto al volumen definido por la pared de contención 7. Además, se proporciona una tapa parcial 7a para cubrir parte del volumen interno. Una o más aberturas en la tapa parcial 7a pueden permitir que el refrigerante líquido de la boquilla 3 alcance el volumen interno. La tapa parcial 7a puede unirse a una parte de la boquilla 3, aunque esto puede no ser necesario.
La tapa parcial puede permitir un aumento en la presión y el caudal del refrigerante. En otras palabras, puede evitar que el refrigerante abandone inmediatamente el volumen sobre los lados de la pared de contención 7. En esta variante, la pared parcial se une a la pared de contención 7. Sin embargo, se ha reconocido que esto puede ajustarse en función de la conveniencia y/o los requisitos de los disipadores de calor individuales. Por ejemplo, uno o más de la forma y posición de la tapa y si, cómo y dónde la tapa se une a la pared de contención 7 se pueden ajustar para cambiar el flujo de refrigerante líquido y establecer o ajustar dónde se derrama el refrigerante sobre la pared de contención 7. Con referencia a la Figura 8D, ilustra una vista en perspectiva de una quinta variante de la disposición de boquilla de la realización de la Figura 3, que es similar a la cuarta variante que se muestra en la Figura 8C, pero con una tapa parcial 7b que es más pequeña que la tapa parcial 7a y no está unido a la pared de contención 7.
A continuación, se hace referencia a la Figura 8E, en la que se ilustra una vista en perspectiva de una sexta variante de la disposición de boquillas de la realización de la Figura 3. En esta variante, la boquilla está integrada con el tubo 5b. Haciendo referencia a la Figura 8F, se muestra una vista en sección parcial de la ilustración de la Figura 8E, en la que se puede ver esto más claramente. Las aberturas u orificios 3a en la parte inferior del tubo 5b permiten dirigir y/o distribuir el refrigerante líquido al volumen definido por la pared de contención 7, sin necesidad de una boquilla separada. Una disposición de este tipo puede permitir una distribución más uniforme del refrigerante a diferentes áreas usando un solo tubo 5b. Una o más de las posiciones, el número, el paso y el tamaño de los orificios 3a pueden establecerse o ajustarse para alcanzar el rendimiento deseado. Por ejemplo, puede verse en la Figura 8F que al menos uno de los orificios 3a tiene un diámetro mayor que los otros orificios, para un mayor caudal de refrigerante a través de ese orificio que de los otros orificios. La tubería 5b puede tener un extremo cerrado 3b, aunque esto no es necesario (como se explicará más adelante). En algunas variantes adicionales (no mostradas), la tubería 5b puede ser cónica o tener su área de sección transversal variada para controlar y/o equilibrar la distribución de refrigerante entre diferentes áreas.
Ahora se discutirá otro aspecto generalizado de la presente descripción, en donde se proporciona un módulo de enfriamiento, que comprende: un contenedor que aloja un dispositivo electrónico para enfriamiento, de manera que el dispositivo electrónico puede sumergirse al menos parcialmente en un refrigerante líquido; un disipador de calor, que comprende una base montada en el dispositivo electrónico; y una disposición de boquilla, dispuesta para recibir refrigerante líquido y dirigirlo a la base del disipador de calor. En particular, la disposición de boquilla puede estar dispuesta para dirigir el refrigerante líquido recibido al disipador de calor en una dirección perpendicular a la base. En algunas realizaciones, la disposición de boquilla puede estar dispuesta para dirigir el refrigerante líquido recibido a la base del disipador de calor a través de un volumen interno (depósito) del disipador de calor. Dirigir el flujo de refrigerante líquido de esta manera puede promover el enfriamiento del dispositivo electrónico a través del disipador de calor, ya que el refrigerante líquido más frío puede dirigirse a las partes más calientes de manera eficiente.
La disposición de boquilla puede comprender una tubería, dispuesta para recibir el refrigerante líquido, por ejemplo, de una bomba. Un extremo de la tubería puede estar fuera de un volumen definido por el disipador de calor. En este caso, se puede acoplar, montar o disponer una boquilla en el extremo de la tubería para dirigir el refrigerante líquido. Se puede integrar una boquilla con la tubería, proporcionando uno o más orificios en la tubería para dirigir el refrigerante en consecuencia. Cuando se proporcionan múltiples orificios en la tubería, una o más de las posiciones, el número, el paso y el tamaño de los orificios pueden variar entre orificios. Se puede disponer una tapa sobre una parte del volumen definido por la pared de contención, que opcionalmente se puede unir a la pared de contención. La tapa se puede colocar y/o configurar para permitir que el refrigerante líquido alcance el volumen, pero para evitar que algo de refrigerante salga del volumen a través de una parte abierta no delimitada por una base y/o una pared de contención. En otra realización, la tubería se puede acoplar a la base del disipador de calor (de manera que el refrigerante se dirija a la base) o a una pared lateral del disipador de calor, adyacente a la base.
Ventajosamente, se hace que el refrigerante líquido fluya dentro del contenedor. En algunas realizaciones, el módulo de enfriamiento comprende además una bomba para hacer que el refrigerante líquido fluya dentro del contenedor. La disposición de boquilla puede estar dispuesta para recibir refrigerante líquido bombeado o que fluye. La disposición de la boquilla puede permitir el suministro de refrigerante directamente a la parte más caliente del disipador de calor y, por lo tanto, puede proporcionar un contraflujo.
Ventajosamente, la disposición de boquilla está dispuesta para dirigir el refrigerante líquido que fluye o bombea a una parte del disipador de calor adyacente a la parte más caliente del dispositivo electrónico. La disposición de boquillas comprende ventajosamente una o más boquillas. Entonces, cada una de la una o más boquillas puede configurarse para dirigir el refrigerante líquido que fluye o bombea a una parte respectiva del disipador de calor. En algunas realizaciones, la disposición de boquillas comprende una pluralidad de boquillas. Entonces, cada boquilla puede configurarse para dirigir el refrigerante líquido que fluye o bombea a una parte respectiva del disipador de calor adyacente a una parte del dispositivo electrónico que tiene una temperatura por encima de un nivel de umbral. El nivel de umbral se puede establecer en función de la temperatura de la parte más caliente del dispositivo electrónico, por ejemplo en función de un porcentaje o para enfriar un número determinado de áreas más calientes del dispositivo electrónico.
En la realización preferida, el módulo de enfriamiento comprende además: al menos una tubería, dispuesta para transportar refrigerante líquido (preferiblemente desde la bomba, donde se proporciona una) a la disposición de boquilla. Cada una de la una o más boquillas puede configurarse entonces para acoplarse a un extremo respectivo de al menos una tubería. Preferentemente, el acoplamiento es por ajuste a presión. En otras palabras, cada boquilla puede acoplarse a presión a un extremo de tubería respectivo. Son posibles arreglos alternativos, como se discutió anteriormente.
El disipador de calor de este aspecto puede ser el disipador de calor del otro aspecto descrito anteriormente. Por ejemplo, la base del disipador de calor puede configurarse para montarse encima de una superficie de transmisión de calor del dispositivo electrónico y transferir calor desde la superficie de transmisión de calor. El disipador de calor puede comprender además: una pared de contención que se extiende desde la base, definiendo la base y la pared de contención un volumen para contener parte del refrigerante líquido, de manera que el calor transferido a través de la base se transfiera al refrigerante líquido contenido en el volumen. La base y la pared de contención pueden disponerse de manera que el nivel de refrigerante líquido contenido dentro del volumen sea mayor que el nivel de refrigerante externo al volumen. Una superficie de la base que define el volumen es plana. El volumen del disipador de calor puede configurarse de manera que el refrigerante recibido en el volumen desde la disposición de boquillas se mueva hacia fuera radialmente desde la parte del volumen en donde se recibe el refrigerante. El disipador de calor puede comprender además proyecciones que se extienden desde la base y/o la pared de contención dentro del volumen. Preferiblemente, las proyecciones se extienden sustancialmente a la misma distancia desde la base que la pared de contención. Los resaltes comprenden ventajosamente pasadores y/o aletas. En realizaciones, las proyecciones se extienden en una dirección perpendicular a un plano de la base. Las proyecciones pueden estar dispuestas para hacer que el refrigerante líquido se extienda en una dirección radial alejándose de un punto predeterminado en una superficie de la base (tal como la parte más caliente). Por ejemplo, pueden formarse en un patrón no lineal.
El refrigerante líquido puede ser un refrigerante líquido primario. Entonces, el módulo de enfriamiento puede comprender además: un intercambiador de calor, configurado para recibir un refrigerante líquido secundario y para transferir calor desde el refrigerante líquido primario al refrigerante líquido secundario. La bomba puede configurarse para hacer que el refrigerante líquido fluya hacia y/o desde el intercambiador de calor. La disposición de boquilla está ventajosamente dispuesta para recibir el refrigerante líquido primario del intercambiador de calor. De esta forma, el refrigerante dirigido por la disposición de boquillas al disipador de calor puede ser el refrigerante más frío. Entonces, puede dirigirse beneficiosamente a la parte más caliente del disipador de calor.
Las proyecciones 6 (como pasador y/o aletas) podrían formarse integralmente con el resto del disipador de calor 1 o estar hechas de componentes separados del resto del disipador de calor 1. Las proyecciones 6 podrían ajustarse con tolerancia, pegarse o soldarse en su lugar. Adicional o alternativamente, la pared de contención 7 podría formarse integralmente o hacerse por separado del resto del disipador de calor 1, por ejemplo, mediante una extrusión o pieza de chapa fabricada. Entonces, la pared de contención 7 podría ajustarse con tolerancia, pegarse en su lugar, soldarse o soldarse.
Con referencia a la Figura 9, se representa una vista superior ampliada de parte de la realización de la Figura 3, que muestra una disposición de proyección. Como puede verse en esta realización, las proyecciones 6 son pasadores separados regularmente.
Aunque las proyecciones 6 se han mostrado como pasadores, otras disposiciones pueden ser posibles y, de hecho, ventajosas. Las proyecciones 6 pueden ser aletas o una combinación de pasadores y aletas. A continuación se describirán varias de tales variantes. Por ejemplo, los pasadores y/o las aletas se pueden disponer de forma no lineal (no en línea recta). Esto puede mejorar el flujo radial de refrigerante. Las variantes ahora descritas son ejemplos de posibles implementaciones alternativas, pero el experto en la materia considerará fácilmente otras opciones.
Con referencia a la Figura 10, se representa una vista desde arriba de una primera variante de la disposición de proyección de la realización de la Figura 3. Aquí, las proyecciones comprenden pasadores 6 y aletas 6' dispuestas en un diseño en espiral. Estas proyecciones nuevamente promueven el flujo radial de refrigerante líquido.
Con referencia a la Figura 11, se representa una vista desde arriba de una segunda variante de la disposición de proyección de la realización de la Figura 3. Las proyecciones comprenden pasadores 6 y aletas 6”, dispuestos en un diseño de 'araña'. Al igual que los diseños anteriores, esto fomentó aún más el flujo radial.
Con referencia a la Figura 12, se representa una vista desde arriba de una tercera variante de la disposición de proyecciones de la realización de la Figura 3, en la que las proyecciones comprenden pasadores 6 y pasadoresaletas 6”'. Estos están dispuestos en un diseño de 'explosión', que también promueve el flujo radial.
Haciendo referencia a continuación a la Figura 13, se ilustra una vista en sección transversal de una parte del disipador de calor de la Figura 3, que muestra la altura de la disposición de proyección. Como se puede ver aquí, los pasadores 6 están al ras con la altura de la pared de contención 7. Esto tiene una serie de beneficios. La pared de contención 7 puede garantizar que todos las proyecciones 6 estén totalmente mojados. En otras palabras, se pretende que todos las proyecciones 6 (ya sean pasadores, aletas o una combinación de los mismos) estén sumergidos en el refrigerante 8. Esto puede ayudar a garantizar que todas las superficies posibles se utilicen para disipar el calor. Además, el refrigerante no puede desviarse ni pasar por encima de las proyecciones 6, ya que tienen la misma altura que la pared de contención 7. Dichos diseños pueden ser posibles, sin embargo, la formación de las proyecciones 6, que no necesitan ser como los pasadores que se muestran en la Figura 13.
Con referencia ahora a la Figura 14, se ilustra una vista en sección transversal de la primera variante de la altura de la disposición de proyección de la realización de la Figura 3. En esto, las proyecciones 6a están a una altura más baja que la pared de contención 7. Esto mantiene el beneficio de las proyecciones que están completamente humedecidas, pero sin el beneficio de que el refrigerante pueda pasar por alto las proyecciones. Con referencia a la Figura 15, se ilustra una vista en sección transversal de una segunda variante de la altura del arreglo de proyección de la realización de la Figura 3, en la cual las proyecciones 6b son más altas que la altura de la pared de contención 7. Esto mantiene el beneficio de que el refrigerante no puede eludir la proyección 6b, pero no se beneficia de que todo la proyección 6b se humedezca por completo.
Se hace referencia nuevamente a las Figuras 1 y 2. Ahora se discutirá otra parte del módulo de enfriamiento 100 (como se muestra más claramente en la Figura 1). En el centro del contenedor 110 se encuentra un dispositivo electrónico 24. Esto es típicamente una fuente de alimentación. Se asienta dentro de una parte separada del área de la base del contenedor 110 de las placas de circuito 15, limitada por una pared de contención 27. Con referencia ahora a la Figura 16, se representa una vista en sección transversal de un ejemplo de un disipador de calor que no está de acuerdo con la presente invención, que corresponde a una variante del dispositivo electrónico 24 y la pared de contención 27 que se muestra en la Figura 1. La Figura 17 muestra una vista en perspectiva del disipador de calor de la Figura 16. La Figura 17 muestra una vista en perspectiva del disipador de calor de la Figura 16.
En este ejemplo, se proporciona un disipador de calor 20 sobre una base 120 del contenedor 110. El disipador de calor 20 comprende una base 21 y una pared de contención 27. El dispositivo electrónico, como la fuente de alimentación 24, se asienta sobre la base 21 del disipador de calor 20, dentro de un volumen (un volumen interno) definido por la base 21 y la pared de contención 27. El proceso de construcción y/o los materiales del disipador de calor 20 pueden ser equivalentes o similares a los utilizados con respecto al disipador de calor 1 descrito anteriormente.
El refrigerante se canaliza a este volumen por medio de la tubería 22. Como se muestra en la Figura 16, este refrigerante fluye directamente desde el extremo del tubo hacia una parte inferior del volumen definido por la base 21 y la pared de contención 27. El dispositivo electrónico 24 se muestra completamente sumergido dentro del refrigerante. Sin embargo, solo puede sumergirse parcialmente según el escenario más eficiente en términos de extracción de calor y volumen de refrigerante.
Al igual que con otras realizaciones y ejemplos de la divulgación, el refrigerante puede fluir sobre la pared de contención 27, lo que permite múltiples niveles de enfriamiento. Los mismos beneficios identificados anteriormente para esta característica se aplican igualmente a este ejemplo. Además, esto puede proporcionar dos niveles de enfriamiento, en los que los componentes de baja temperatura 10 se enfrían con un nivel de capa de refrigerante que un nivel de refrigerante dentro del volumen del disipador de calor 20. También se proporciona el beneficio de la redundancia de enfriamiento temporal.
Se usa un corte 25 para crear un pico en el otro extremo del volumen del tubo de entrada de refrigerante 22. Esto puede dar una dirección al flujo de refrigerante y garantizar que los componentes no se asienten en el refrigerante estancado, ya que el refrigerante más frío se bombea directamente sobre las paredes laterales.
Las variantes de este diseño son posibles. Haciendo referencia a la Figura 17A, se representa una vista en perspectiva de un sistema de enfriamiento que incorpora una primera variante del ejemplo de las Figuras 16 y 17. También se hace referencia a la Figura 17B, en la que se representa una vista en despiece ordenado del sistema de enfriamiento de la Figura 17A. Los componentes o dispositivos generadores de calor (o emisores de calor) del sistema de enfriamiento están montados sobre un sustrato 112, que normalmente es una placa de circuito (como una placa de circuito impreso o placa base). Algunos de estos componentes o dispositivos no pueden enfriarse fácilmente con un bajo nivel de refrigerante líquido. Podría ser factible una solución de acuerdo con el diseño general del disipador de calor 20, que se muestra en las Figuras 16 y 17. Sin embargo, no es necesaria una base (como la base 21 del disipador de calor 20).
En su lugar, se proporciona una pared lateral de retención, que actúa como una pared de vertedero para crear un volumen para retener el refrigerante. La base del volumen la proporciona el sustrato 112. Los ejemplos incluyen un primer pared de contención 113, un segundo pared de contención 114 y un tercer pared de contención 115. Las paredes de contención pueden estar hechas de cualquier material (como metal, plástico o silicona) y pueden unirse, adherirse, atornillarse o fijarse o unirse al sustrato. Las paredes laterales también se pueden sobremoldear, moldear con silicona o imprimir en 3D. Se puede usar una junta o cinta adhesiva para sellar la unión entre las paredes laterales y el sustrato. Los disipadores de calor formados por la pared de contención y el sustrato pueden tener cualquier forma o altura dependiendo de los requisitos de enfriamiento o la huella de los componentes que se enfrían.
El refrigerante se proporciona desde una bomba (no mostrada) al volumen formado por el sustrato 112 y la primera pared de contención 113 usando un primer tubo 116, al volumen formado por el sustrato 112 y la segunda pared de contención 114 usando una segunda tubería 117 y en el volumen formado por el sustrato 112 y el tercer pared de contención 115 utilizando un tercer tubo 118. Aunque el diseño que se muestra en las Figuras 17A y 17B muestra cada tubería proporcionando refrigerante a la parte superior de una pared de contención respectivo, se entenderá que se pueden utilizar otras formas de suministrar el refrigerante (por ejemplo, como se describe más adelante en este documento).
En una segunda variante de este diseño, la base 21 no necesita ser un componente separado del diseño, sino que puede ser la base del contenedor o una placa de circuito. Con referencia a la Figura 17C, se representa una segunda variante del ejemplo de las Figuras 16 y 17, en este sentido. Un sustrato 121 es una parte existente del contenedor, por ejemplo, la base del contenedor 120 (como se muestra en la Figura 16) o una placa de circuito 15 (como se muestra en la Figura 2, por ejemplo). Una pared de contención está parcialmente formada por una placa de circuito vertical 122, perpendicular al sustrato 121. Las partes de la pared de contención que no están formadas por las placas de circuito verticales 122 están formadas por partes de pared lateral 123. En este caso, se proporcionan dos placas de circuito verticales 122 para formar paredes opuestas, con las partes de pared lateral 123 también formando paredes opuestas para formar un volumen interno rectangular 125. Las placas de circuito verticales 122 y las partes de la pared lateral 123 están parcialmente selladas contra el sustrato 121, de manera que el refrigerante líquido dirigido al volumen interno 125 se mantiene contra los componentes (no mostrados) dentro del volumen interno 125. Un sello parcial puede permitir que algo de líquido fluya fuera del volumen interno 125, a través de espacios en el sello, pero típicamente a una velocidad significativamente más lenta que la velocidad del líquido que se proporciona (como no más del 50 %, 30 %, 25 % , 20 %, 10 %, 5 % o 1 % de la tasa de provisión de líquido en el volumen interno 125. Opcionalmente, el sello de las placas de circuitos verticales 122 y las partes de la pared lateral 123 contra el sustrato 121 puede ser más sustancial o completo. Los medios para dirigir el refrigerante líquido (no mostrado) al volumen interno pueden incluir cualquiera de los descritos aquí, por ejemplo con referencia a las Figuras 7, 8, 8A a 8F o 16 u otras opciones como se discute a continuación.
Con referencia ahora a la Figura 17D, se representa una modificación de la segunda variante como se muestra en la Figura 17C. Aquí, solo se proporciona una placa de circuito vertical 122 con tres partes de pared lateral 123 que juntas proporcionan el volumen interno 125 contra el sustrato 121. Se reconocerá que el número de placas de circuito verticales 122 y partes de pared lateral 123 puede variar aún más (no es necesario que la forma de la pared de contención sea cuadrada) y, de hecho, toda la pared de contención puede estar formada completamente por paredes laterales 123 o enteramente por placas de circuitos verticales 122. Dichos diseños pueden ser eficientes en espacio y optimizados para configuraciones de componentes particulares. Por ejemplo, los componentes existentes se pueden usar para formar parte o todo la pared de contención. De este modo, se utiliza un efecto vertedero para crear el volumen interno 125.
Con referencia a la Figura 18, se ilustra una vista en perspectiva explosionada de una tercera variante del ejemplo de las Figuras 16 y 17. En este ejemplo, el disipador de calor 20' incluye un volumen definido por una base 21 y una pared de contención 27. Se proporciona un dispositivo electrónico 24 dentro de este volumen. El refrigerante se entrega al volumen a través de la tubería 22. Sin embargo, en lugar de proporcionar este refrigerante hacia una parte inferior del volumen, se proporciona en una parte superior del volumen a través de un accesorio de boquilla 23.
Esto puede controlar mejor la dirección del flujo de refrigerante. Un pico 25 en el otro extremo del volumen del tubo de entrada de refrigerante 22 puede dar dirección nuevamente al flujo de refrigerante. Las otras ventajas asociadas con el pico 25 también se proporcionan en esta variante. Con referencia a la Figura 19, se muestra la vista en despiece ordenado de la Figura 18 con una pieza de boquilla 3 retirada. No es necesario proporcionar la boquilla y el refrigerante puede fluir directamente desde el extremo del tubo.
Haciendo referencia a la Figura 20, se representa una vista en perspectiva de otro ejemplo de un disipador de calor de acuerdo con la divulgación. Esto es similar al ejemplo anterior en que comprende una base 31 y una pared de contención 37 para definir un volumen en donde se proporcionan los dispositivos electrónicos 34. El refrigerante llega al volumen a través de una tubería 32 y se proporciona un pico 35 en el otro extremo del volumen desde el tubo 32 para que fluya el refrigerante.
La Figura 21 ilustra una vista en perspectiva explosionada de una variante del ejemplo que se muestra en la Figura 20. Cuando se muestran las mismas características, se utilizan números de referencia idénticos. En esta variante, la tubería 32 está provista de un accesorio de boquilla 33 y se proporciona refrigerante a una parte superior del volumen definido por la base 31 y la pared de contención 37. Se proporcionará otra variante de esto, en la que se omite el accesorio de boquilla 33.
Ahora se considerará otro aspecto generalizado de la presente descripción. Puede proporcionarse un disipador de calor para un dispositivo electrónico ubicado en un módulo de enfriamiento y sumergido en un refrigerante líquido. El disipador de calor tiene una disposición de pared para definir un volumen interno, en donde se monta el dispositivo electrónico y en donde el refrigerante líquido se acumula alrededor del dispositivo electrónico en funcionamiento, de manera que el calor se transfiere desde el dispositivo electrónico al refrigerante líquido contenido en el volumen interno. Opcionalmente, el dispositivo electrónico también puede proporcionarse montado dentro del volumen interno. En un ejemplo preferido, el dispositivo electrónico es una fuente de alimentación.
Normalmente, la disposición de pared comprende: una base, configurada para montar el disipador de calor dentro del módulo de enfriamiento; y una pared de contención que se extiende desde la base, definiendo la base y la pared de contención el volumen interno para acumular el refrigerante líquido. Por lo tanto, la disposición de la pared puede definir una estructura en forma de cuboide o en forma de prisma con la parte superior abierta (o parcialmente cerrada). En particular, la base o una superficie de la base que define el volumen interno es plana. Por ejemplo, la superficie de la base puede quedar plana contra la superficie de un contenedor en donde se monta como resultado el disipador de calor. Una superficie de base plana también puede permitir que el dispositivo electrónico quede plano contra la base dentro del volumen interno, especialmente si el dispositivo electrónico también tiene una superficie plana sobre la que está montado.
Opcionalmente, la base puede ser proporcionada por una superficie del contenedor que aloja el módulo de enfriamiento o una placa de circuito dentro del módulo de enfriamiento. Adicional o alternativamente, parte o la totalidad de la pared de contención puede estar formada por un lado del contenedor que aloja el módulo de enfriamiento o una placa de circuito dentro del módulo de enfriamiento. La base y/o la pared de contención pueden, por lo tanto, no necesitar ser una parte separada del disipador de calor, sino que pueden estar integrados con otras partes o componentes del módulo de enfriamiento.
Como se describe con respecto a otros aspectos o realizaciones de la divulgación, la disposición de pared está dispuesta ventajosamente de manera que el nivel de refrigerante líquido contenido dentro del volumen interno es mayor que el nivel de refrigerante externo al volumen interno. Las ventajas (y opcionalmente, la implementación) de esto son generalmente las mismas que para las otras realizaciones o aspectos.
En un ejemplo preferido, la disposición de pared define además un pico. Esto puede permitir que el refrigerante líquido fluya fuera del volumen interno. También puede (al menos parcialmente) definir el flujo de refrigerante líquido a través y/o dentro del volumen interno del disipador de calor. El caño puede ser, por ejemplo, un corte en la disposición de la pared o en la pared de contención.
Además, se puede considerar un módulo de enfriamiento para un dispositivo electrónico, que comprende: un contenedor, para alojar el dispositivo electrónico de manera que el dispositivo electrónico pueda sumergirse al menos parcialmente en un refrigerante líquido; y el disipador de calor como se describe aquí con referencia a este aspecto. El módulo de enfriamiento puede configurarse además para hacer que el refrigerante líquido fluya dentro del contenedor, en particular comprendiendo una bomba (aunque en su lugar pueden usarse alternativas como las discutidas en otra parte del presente documento). Además, el módulo de enfriamiento puede comprender al menos una tubería, dispuesta para recibir refrigerante líquido bombeado y que tiene una salida, desde la cual el refrigerante líquido que fluye o bombeado se dirige al volumen interno del disipador de calor.
El volumen interno puede tener una forma alargada (por ejemplo, con un perfil rectangular). De este modo se pueden definir primera y segunda partes de extremo en extremos opuestos del volumen interno alargado. Entonces, la salida de la tubería se ubica preferiblemente en la primera parte de extremo y el pico se ubica preferiblemente en la segunda parte de extremo. Esto puede promover el flujo de refrigerante líquido a lo largo de la dimensión alargada del volumen interno, para permitir un contacto más eficiente con el dispositivo electrónico.
En algunos ejemplos, la salida está ubicada en la mitad superior de una altura del volumen interno (en otras palabras, la mitad superior del volumen interno). Esto puede dirigir el flujo de refrigerante líquido mejor que si la salida se encuentra en la mitad inferior. En otros ejemplos, la salida está situada en la mitad inferior de una altura del volumen interior. Esto puede mejorar la eficiencia en comparación con proporcionar la salida en la mitad superior, ya que el refrigerante más frío puede tener un contacto más prolongado con el dispositivo electrónico. En ejemplos menos preferidos, la salida está situada aproximadamente a la mitad de la altura del volumen interno.
La salida de la tubería puede comprender una o más boquillas, estando configurada cada boquilla para dirigir el refrigerante líquido que fluye o bombea a una parte respectiva del volumen interno. Por ejemplo, esta disposición puede parecerse (y/o implementarse de manera similar) a la descrita con respecto a otras realizaciones o aspectos de la divulgación. Por ejemplo, cada una o más boquillas pueden estar configuradas para acoplarse a presión a un extremo respectivo de al menos una tubería.
El refrigerante líquido es ventajosamente un refrigerante líquido primario. Entonces, el módulo de enfriamiento puede comprender además un intercambiador de calor, configurado para recibir un refrigerante líquido secundario y para transferir calor desde el refrigerante líquido primario al refrigerante líquido secundario. Los detalles de los refrigerantes líquidos primario y secundario se han discutido anteriormente, con referencia a otros aspectos. La bomba puede configurarse para hacer que el refrigerante líquido fluya hacia y/o desde el intercambiador de calor. La una o más boquillas están preferiblemente dispuestas para recibir el refrigerante líquido primario del intercambiador de calor.
Aunque ahora se han descrito realizaciones específicas, el experto en la materia apreciará que son posibles diversas modificaciones y alternancias. El diseño del contenedor 110 puede ser diferente en forma y/o estructura, del indicado (por ejemplo, puede no ser paralelepipédico). Cualquiera de las partes termoconductoras del diseño descrito en este documento puede formarse utilizando cualquier material termoconductor, como cobre o aluminio. Se podrían usar diferentes plantaciones o revestimientos para mejorar el rendimiento térmico, como un baño de oro. Se pueden usar diferentes construcciones de materiales, como sinterizado por láser, conos de miel o espumas para aumentar el área de la superficie.
Con referencia al disipador de calor 1, la estructura base puede ser diferente. Por ejemplo, el montaje 16 se puede proporcionar de una forma diferente. El sustrato 17 no necesita ser plano. Se pueden considerar alternativas a los tornillos de fijación 13, como adhesivos, remaches u otras formas de fijación. La pared de contención 7, 37 se puede proporcionar como un solo pared (integral) o múltiples paredes. La forma y/o el tamaño de la pared de contención 7, 37 también se pueden ajustar.
El diseño del disipador de calor 20 también puede variar, con diferentes formas, tamaños y/o implementaciones. Por ejemplo, puede formarse utilizando múltiples paredes de contención y/o con una base no plana. La base 120 y la pared de contención 27 (o variantes de los mismos) pueden ser componentes integrales o separados. Es típico que los dispositivos o componentes electrónicos, como el componente de alta temperatura 12 y el dispositivo electrónico 24, tengan al menos una (o algunas o todas) superficies planas, especialmente la superficie sobre la cual se monta, coloca o fija el disipador de calor (una superficie de unión). Sin embargo, los aspectos de la descripción pueden adaptarse fácilmente para usarse con dispositivos y/o componentes electrónicos que no tienen superficies planas. Por ejemplo, la superficie de unión puede tener protuberancias, ser curva, comprender puntos (por ejemplo, tener forma de triángulo u otra forma poligonal).
Se pueden usar dispositivos electrónicos alternativos a los que se muestran como componente de alta temperatura 12 y/o dispositivo electrónico 24, por ejemplo, que tengan diferentes formas, estructuras o aplicaciones. En algunas realizaciones, puede haber un diseño diferente de (o de hecho, no tener) la placa de circuito 15. La disposición de las placas de circuitos 15 y/o los componentes puede variar significativamente. Por ejemplo, la posición del dispositivo electrónico 24 puede ser diferente de la que se muestra.
El flujo de refrigerante líquido dentro del contenedor se logra preferiblemente usando bombas 11. Sin embargo, puede haber más o menos bombas de las que se muestran y, de hecho, en algunas realizaciones solo se puede proporcionar una bomba. Alternativamente, el flujo de refrigerante líquido se puede lograr y/o estimular sin bombas. Por ejemplo, esto es posible si la configuración del contenedor 110 y/o el refrigerante líquido permite el flujo de refrigerante líquido de alguna otra forma. Un enfoque consiste en utilizar la consecuencia natural del funcionamiento del módulo de enfriamiento: cuando los componentes y/o dispositivos electrónicos están operativos, hacen que el refrigerante líquido se caliente y se convecte. La convección del refrigerante líquido hará que fluya. La orientación o el diseño adecuados del contenedor 110 pueden permitir que el flujo convectivo de refrigerante líquido circule dentro del contenedor 110. Luego, el flujo de refrigerante líquido se puede estimular aún más mediante placas deflectoras u otras construcciones adecuadas dentro del contenedor 110. También serán adecuados otros diseños que hagan que fluya el refrigerante líquido.
Las disposiciones de disipador de calor de otro aspecto de la descripción están diseñadas para encajar en o alrededor de un dispositivo electrónico generador de calor (para refrigeración) montado en una placa de circuito impreso (PCB) que está orientada verticalmente. Las características de este aspecto también se pueden aplicar a otros aspectos descritos en este documento, cuando corresponda. El dispositivo electrónico puede ser un procesador, un circuito integrado de aplicación específica (ASIC) u otro dispositivo electrónico con una salida de calor significativa en funcionamiento. La placa de circuito impreso de este aspecto está montada dentro de un contenedor de un módulo de enfriamiento (a veces denominado "lámina", que no se muestra en los siguientes dibujos) y puede ser, por ejemplo, una placa secundaria montada en (o junto a) una placa base que se monta horizontalmente en el contenedor. Los términos vertical y horizontal como se usan aquí se refieren a un contenedor de un módulo de enfriamiento con un piso y paredes laterales que se extienden desde el piso. Horizontal implica paralelo al piso y vertical implica perpendicular al piso (típicamente paralelo a una o más paredes laterales). La parte superior implica la parte distal del piso del contenedor y la parte inferior implica la proximidad del piso del contenedor. El contenedor del módulo de enfriamiento puede tener una tapa para sellar el volumen interno del módulo de enfriamiento.
Con referencia a la Figura 22A, se muestra una vista frontal en despiece de otro ejemplo de una disposición de disipador de calor. La disposición del disipador de calor comprende: un material de interfaz térmica 41; proyecciones del disipador de calor parte 42; pared de contención 46; y tubería 49. La parte de proyecciones del disipador de calor 42 comprende: una parte de superficie de montaje 42a (para ser montada sobre el material de interfaz térmica 41 y en ausencia del material de interfaz térmica 41, directamente sobre una superficie del dispositivo electrónico 43); y proyecciones 44. El refrigerante líquido se proporciona a través del tubo 49 y pasa a un volumen interno formado por la pared de contención 46 y la parte de la superficie de montaje 42a. El material de interfaz térmica 41 une térmicamente la parte de las proyecciones del disipador de calor 42 al dispositivo electrónico 43. La pared de contención 46 se puede formar a partir de un material térmicamente conductor, como un metal. Las proyecciones 44 se muestran como aletas lineales en este ejemplo, aunque se puede usar una variedad de tipos de aletas, pasadores o una combinación de pasadores y aletas como alternativas. También se proporcionan en la PCB 45 dispositivos adicionales 61, que en este caso son dispositivos de memoria de acceso aleatorio (RAM).
Con referencia a la Figura 22B, se muestra una vista en perspectiva ensamblada del ejemplo de la Figura 22A y con referencia a la Figura 22C, se muestra una vista lateral ensamblada del ejemplo de la Figura 22A. A partir de estos dibujos, se puede ver el posicionamiento relativo de la pared de contención 46 y la tubería 49. En uso, el refrigerante líquido se proporciona desde la tubería 49 y se acumula en el volumen interno definido por la pared de contención 46 junto con la parte de la superficie de montaje 42a. También se muestra en la Figura 22C un nivel 54 de refrigerante líquido operativo normal para el contenedor. La profundidad del refrigerante líquido dentro del contenedor puede permanecer baja (inferior a la altura del dispositivo electrónico 43 y/o la pared de contención 46), ya que no se requiere sumergir ninguno de los dispositivos electrónicos. Más bien, el refrigerante líquido se mantiene contra la parte de las proyecciones del disipador de calor 42 (que está acoplada térmicamente al dispositivo electrónico 43 a través del material de interfaz térmica 41), con la parte superior del volumen interno definida por la pared de contención 46 abierta. Esto permite que el refrigerante líquido se derrame del volumen interno.
También se hace referencia a la Figura 22D, en la que se muestra una vista posterior en despiece ordenado del ejemplo de la Figura 22A. Esto demuestra además el flujo de refrigerante líquido desde la tubería 49 hacia el volumen interno definido por la pared de contención 46, a través de un conjunto de orificios de suministro de refrigerante 50 en la tubería 49. El posicionamiento y la separación de los orificios de suministro de refrigerante 50 pueden configurarse para suministrar refrigerante líquido a partes específicas del volumen interno, según se desee. Se utilizan otras tuberías (no mostradas) para suministrar refrigerante a otros componentes, como RAM 61 en la PCB 45.
Se proporcionan pequeños orificios 48 en la base (que es la parte inferior) de la pared de contención 46 para el refrigerante líquido. El tamaño de estos orificios y/o la velocidad de flujo del refrigerante líquido a través del tubo 49 pueden configurarse de manera que el refrigerante líquido se retenga dentro del volumen interno durante al menos un tiempo de duración predeterminado. Dichos agujeros también se pueden aplicar a otras realizaciones y diseños como se describe aquí (con referencia a las Figuras 3 y/o 16, por ejemplo) para un propósito similar.
En términos generales, se puede considerar una disposición de disipador de calor para que un dispositivo electrónico se monte sobre una superficie en un contenedor y en una orientación que sea sustancialmente perpendicular al piso del contenedor. La disposición del disipador de calor comprende: una pared de contención configurado para definir al menos parcialmente un volumen interno. La pared de contención coopera (o se configura para cooperar) con una superficie montada en el dispositivo electrónico (como una placa u otra superficie, que puede ser plana o tener otra forma), de manera que el refrigerante líquido dirigido al volumen interno se acumula dentro del volumen interior. La disposición de disipador de calor puede comprender además una disposición de boquilla, dispuesta para recibir refrigerante líquido y dirigir el refrigerante líquido al volumen interno del disipador de calor. En particular, el volumen interno puede definirse y/o disponerse de manera que se transfiera calor desde el dispositivo electrónico al refrigerante líquido acumulado en el volumen interno. Opcionalmente, la superficie montada en el dispositivo electrónico se fija a la pared de contención.
Ventajosamente, la pared de contención comprende una parte de base, orientada sustancialmente paralela al suelo del contenedor. La pared de contención puede comprender además la superficie montada sobre el dispositivo electrónico (una superficie de montaje). La superficie montada en el dispositivo electrónico y la pared de contención (o el resto de la pared de contención) cooperan ventajosamente (o están configurados para cooperar) de manera que el volumen interno tiene al menos una abertura (preferiblemente distal al piso del contenedor) para permitir refrigerante líquido acumulado dentro del volumen interno para salir. La disposición de disipador de calor puede comprender además un material de interfaz térmica dispuesto entre el dispositivo electrónico y la superficie montada en el dispositivo electrónico.
La disposición del disipador de calor puede comprender además proyecciones que se extienden hacia el interior del volumen interno desde la pared de contención y/o una superficie montada en el dispositivo electrónico (como la parte de la superficie de montaje). Las proyecciones comprenden opcionalmente pasadores y/o aletas. Las proyecciones pueden extenderse en una dirección perpendicular a un plano del dispositivo electrónico (particularmente cuando el dispositivo electrónico es sustancialmente plano). En ejemplos, las proyecciones se extienden hacia el interior del volumen interno desde una superficie montada en el dispositivo electrónico, tal como una superficie de montaje.
En algunos diseños, la pared de contención comprende una parte de la pared lateral (que puede incluir la parte de la base), que se extiende sustancialmente paralela al piso del contenedor. La pared de contención puede comprender además una placa de montaje o una parte de la superficie de montaje, orientada sustancialmente perpendicular al suelo del contenedor y dispuesta para encajar con la parte de la pared lateral para definir al menos parcialmente el volumen interno. La parte o placa de la superficie de montaje puede estar configurada para montarse junto a y/o sobre (particularmente en comunicación térmica con) el dispositivo electrónico. La parte o placa de superficie de montaje puede ser, por lo tanto, la superficie montada en el dispositivo electrónico.
La disposición de boquilla comprende opcionalmente al menos una boquilla ubicada en un lado del volumen interno distal al piso del contenedor (una parte superior del volumen interno). En algunos diseños, la disposición de la boquilla comprende un sistema de tuberías que forma al menos un canal para que el refrigerante líquido fluya a su través (por ejemplo, en forma de tubería). Entonces, el al menos un canal puede tener uno o más orificios, cada uno de los cuales actúa como una boquilla para dirigir el refrigerante líquido desde el canal hacia el volumen interno del disipador de calor. El al menos un canal está opcionalmente orientado en una dirección paralela al suelo del contenedor.
Se puede proporcionar al menos una abertura en la pared de contención (especialmente en una parte de la pared de contención próxima al suelo del contenedor) para permitir que el refrigerante fluya a través de la pared de contención y abandone el volumen interno.
Ahora se describe otro ejemplo más con referencia a las Figuras 23A a 23E. Haciendo referencia a continuación a la Figura 23A, se muestra una vista frontal en despiece ordenado de un ejemplo de una disposición de disipador de calor. Algunos aspectos de este ejemplo son similares al ejemplo anterior y donde se muestran los mismos componentes, se emplean números de referencia idénticos. La estructura de la PCB 45, el dispositivo electrónico 43, la parte 42 de las proyecciones del disipador de calor y la RAM 51 son las mismas que para el ejemplo anterior. La diferencia clave está en la entrega del refrigerante líquido. Un panel 52 está montado verticalmente frente a la pared de contención 46a y otros componentes en el tablero, como la RAM 51. Los canales 53 están provistos en el panel 52 y los canales están sellados por una placa 56. Haciendo referencia a la Figura 23B, se muestra una vista en perspectiva ensamblada del ejemplo de la Figura 23A, en la que se puede ver la colocación del panel 52 sobre la pared de contención 46a y el RAM 51.
A continuación, se hace referencia a: La Figura 23C, en la que se muestra una vista lateral ensamblada del ejemplo de la Figura 23A; la Figura 23D, que muestra una vista posterior en despiece ordenado del ejemplo de la Figura 23A; y la Figura 23E, que muestra una vista ensamblada en sección transversal del ejemplo de la Figura 23A. Los canales 53 reciben refrigerante líquido y lo distribuyen a través de los orificios de suministro de refrigerante 50a. Éstos vierten o lanzan un chorro 55 de refrigerante líquido en el volumen interno definido por la pared de contención 46a (y la parte de base 42a) y en otros componentes de la placa, como RAM 51. Los orificios de suministro de refrigerante 50a se pueden ajustar y reposicionar para modificar el suministro de refrigerante. El ensamblaje del panel 52 y el ensamblaje de la placa 56 también se pueden aplicar por separado a la placa base u otros componentes.
El panel 52 puede ser eléctricamente conductor y estar en equilibrio con los componentes electrónicos para disipar cualquier carga generada en los orificios de suministro de refrigerante 50a. Podría agregarse un panel adicional 52 al otro lado de la PCB para enfriar cualquier componente montado en la parte posterior de la PCB.
Con referencia a la Figura 23F, se muestra una vista en perspectiva ensamblada de una primera variante del ejemplo de la Figura 23A. Visible en este dibujo está la pared de contención 46, que es similar o igual al que se muestra en los ejemplos descritos anteriormente. La parte de proyecciones del disipador de calor 42' comprende proyecciones de aletas verticales. El tubo 49' está acoplado directamente a una abertura dentro de una base inferior de la pared de contención 46. Esto es más visible con referencia a la Figura 23G, en la que se muestra una vista en sección de la primera variante de la Figura 23F. La tubería 49' puede proporcionar refrigerante directamente dentro del volumen definido por la pared de contención 46. Esto es análogo al diseño que se muestra en la Figura 8A, por ejemplo. Con referencia a la Figura 23H, se muestra una vista en perspectiva ensamblada de una segunda variante del ejemplo de la Figura 23A, que es similar al diseño de la Figura 23F, pero con proyecciones de pasador que forman la parte 42 de las proyecciones del disipador de calor. En la Figura 23I, se muestra una vista en sección de la primera variante de la Figura 23H, en la que se aprecia más claramente la tubería 49'. En una variante adicional (no mostrada) a cualquiera de las dos variantes descritas ahora, la tubería 49' puede acoplarse directamente a una abertura o abertura en un lado de la pared de contención 46.
En los términos generales discutidos anteriormente, se puede considerar que el al menos un canal está orientado en una dirección perpendicular al suelo del contenedor. Adicional o alternativamente, el sistema de tuberías puede comprender paneles primero y segundo, uno o ambos paneles primero y segundo están conformados para formar al menos un canal y los paneles primero y segundo están unidos entre sí para permitir que el refrigerante líquido fluya a través el al menos un canal. Se pueden proporcionar uno o más orificios en el primer o segundo panel (específicamente en el al menos un canal) para permitir que el refrigerante líquido fluya desde el al menos un canal al volumen interno). Una abertura en la pared de contención (por ejemplo, a lo largo de un borde de una parte perpendicular al piso del contenedor) puede permitir que el refrigerante líquido ingrese al volumen interno desde uno o más de los orificios.
Con referencia ahora a la Figura 24, se muestra una vista frontal en despiece de otro ejemplo de una disposición de disipador de calor de acuerdo con la divulgación. Para este ejemplo, solo se muestran los componentes que componen el disipador de calor. Se comprenderá a partir de los ejemplos anteriores descritos en este documento cómo se ajusta y/o acopla el disipador de calor al dispositivo electrónico y cualquier otro componente dentro del módulo de refrigerante (por ejemplo, con referencia al uso de un material de interfaz térmica). La disposición de disipador de calor comprende: una parte de superficie de montaje 61; proyecciones (en forma de pasadores) 62; deflectores 63; paredes de contención 64 y parte de cubierta 65.
El patrón de pasadores 62 y deflectores 63 en la parte de superficie de montaje 61 crea dos canales simétricos para el flujo de refrigerante líquido. Las paredes de contención 64 y la parte de cubierta 65, junto con la parte de superficie de montaje 61, definen un volumen interno para el disipador de calor. El refrigerante líquido se proporciona al volumen interno utilizando la disposición de boquillas de los ejemplos anteriores (como se describe anteriormente) o una alternativa. De esta forma, el refrigerante líquido fluye hacia el volumen interno en paralelo o perpendicularmente a la placa de circuito impreso orientada verticalmente. El refrigerante líquido se entrega al volumen interno hacia su parte superior y central. De esta manera, se hace que el refrigerante líquido fluya a ambos canales. Esto obliga al refrigerante líquido a descender hasta la parte inferior de los pasadores 62 antes de volver a subir y salir del volumen interno por la parte lateral superior (esquina). Beneficiosamente, esto asegura que el refrigerante líquido toque un área de superficie más grande (y potencialmente la más grande posible) del dispositivo electrónico y/o superficie montada o acoplada térmicamente al dispositivo electrónico (como la parte de superficie de montaje 61) y también fuerza la refrigerante líquido fluya y enfríe toda la superficie del dispositivo electrónico.
Esto se puede combinar con los otros ejemplos o realizaciones descritos en este documento o variantes de los mismos. Por ejemplo, la forma en que se proporciona el refrigerante líquido al volumen interno puede implementarse de acuerdo con los ejemplos anteriores o una combinación de los mismos.
Haciendo referencia a continuación a la Figura 25A, se muestra una vista frontal explosionada de una primera variante del ejemplo de la Figura 24. Al igual que el ejemplo de la Figura 24, la disposición del disipador de calor comprende: una parte de superficie de montaje 61; proyecciones (en forma de pasadores) 62a; deflector 63a; pared de contención 64a; y cubra la parte 65a. Aparte de la parte de la superficie de montaje 61, la configuración y/o estructura de los otros componentes varía de la que se muestra en la Figura 24. En particular, en la Figura 25A se muestra un único deflector 63a en forma de espiral. Se hacen adaptaciones a los pasadores 62a y a la pared de contención 64a para adaptarse al diseño del deflector 63a. La parte de superficie de montaje 61, la pared de contención 64a y la parte de cubierta 65a cooperan para definir un volumen interno. Además, la parte de cubierta 65a incluye un orificio 66, que puede actuar como una entrada o boquilla para recibir refrigerante líquido y/o dirigir refrigerante líquido al interior del volumen. El refrigerante líquido se dirige al volumen interno desde una parte central de la parte de cubierta 65a (en términos de las dimensiones de ancho y/o altura de la parte de cubierta 65a).
Con referencia a la Figura 25B, se representa una vista frontal de una parte del ejemplo de la Figura 25A en forma ensamblada. El refrigerante líquido entra en el volumen interno perpendicular a una parte central del área de la parte de la superficie de montaje 61 dentro del volumen interno. Por lo tanto, se puede ver cómo se hace que el refrigerante líquido se desplace por el camino en espiral formado por el deflector 63a y, por lo tanto, atraviese todo el volumen interno, antes de abandonar el volumen interno.
A continuación, se hace referencia a la Figura 26A, en la que se muestra una vista frontal explosionada de una segunda variante del ejemplo de la Figura 24. En cuanto al ejemplo de la Figura 24, la disposición del disipador de calor comprende: una parte de superficie de montaje 61; proyecciones (en forma de pasadores) 62; deflectores 63b; pared de contención 64b; y cubrir la parte 65b. Aparte de la parte de la superficie de montaje 61 y los pasadores 62, la configuración y/o estructura de los otros componentes varía de la que se muestra en las Figuras 24, 25A y 25B. Sin embargo, los deflectores 63b son similares a los deflectores 62 que se muestran en la Figura 24.
Los principales cambios son en la pared de contención 64b; y cubrir la parte 65b. En particular, la parte de cubierta 65b incluye una abertura 67, que puede actuar como una entrada o boquilla para recibir refrigerante líquido y/o dirigir refrigerante líquido al volumen interno. El refrigerante líquido se dirige al volumen interno desde una parte central superior de la parte de cubierta 65a (superior en términos de su altura y central en términos de su ancho).
Con referencia ahora a la Figura 26B, se representa una vista frontal de una parte del ejemplo de la Figura 26A en forma ensamblada. Esta configuración es similar (o la misma) que la configuración correspondiente para el ejemplo de la Figura 24 (con los deflectores formando dos canales para el flujo de refrigerante líquido dentro del volumen interno). En el diseño de la Figura 24, el refrigerante líquido se dirige hacia el volumen interno hacia abajo; es decir, en una dirección sustancialmente perpendicular al suelo del contenedor. Por el contrario, el ejemplo de la Figura 26A dirige el refrigerante líquido al volumen interno de lado; es decir, en una dirección sustancialmente paralela al suelo del contenedor. En ambos ejemplos, el refrigerante líquido se dirige al volumen interno desde la parte superior del volumen interno (distal al piso del contenedor). En particular, el refrigerante se dirige hacia una parte central del volumen interno, en términos de su ancho (la dimensión paralela al piso del contenedor).
En los términos generales expuestos anteriormente, se puede considerar que la pared de contención comprende una parte de la pared lateral (que puede incluir la parte de la base), que se extiende sustancialmente paralela al suelo del contenedor. La pared de contención puede entonces comprender además una parte de cubierta, orientada sustancialmente perpendicular al suelo del contenedor y dispuesta para encajar con la parte de la pared lateral para definir el volumen interno. La parte de la pared lateral y la parte de la cubierta pueden ser separables. Estos determinados ejemplos pueden combinarse con la parte de la superficie de montaje, como se ha descrito anteriormente.
En ejemplos, las proyecciones comprenden uno o más deflectores, configurados para dirigir el flujo de refrigerante líquido dentro del volumen interno. Por ejemplo, uno o más deflectores pueden estar configurados para hacer que el refrigerante líquido fluya (por ejemplo, por gravedad) hacia una primera parte del volumen interno próximo al piso del contenedor y posteriormente fluya hacia una segunda parte del volumen interior distal al piso del contenedor. Esto puede permitir la circulación del refrigerante líquido alrededor del volumen interno, en particular haciendo uso de la gravedad para promover el movimiento del refrigerante líquido. Adicional o alternativamente, uno o más deflectores están ventajosamente configurados para hacer que el refrigerante líquido fluya desde una parte más central del volumen interno hacia una parte más externa del volumen interno, en particular antes de abandonar el volumen interno. En algunos diseños, uno o más deflectores están configurados para hacer que el refrigerante líquido fluya en un canal de forma serpenteante y/o espiral.
En ciertos ejemplos, uno o más deflectores están configurados de manera que el refrigerante líquido recibido en el volumen interno del disipador de calor desde la disposición de boquilla fluye a través de dos caminos de flujo distintos. Especialmente cuando el refrigerante líquido se dirige al volumen interno desde su parte superior (distal al piso del contenedor), esto puede permitir que el refrigerante alcance todas las partes del volumen interno, particularmente el área de superficie adyacente al dispositivo electrónico dentro del volumen interno. Cada uno de los dos caminos de flujo distintos puede ser generalmente simétrico o asimétrico, dependiendo del dispositivo electrónico y otros aspectos de configuración.
La posición de la boquilla puede estar en la parte superior del volumen interno o en una parte central de una superficie del volumen interno (particularmente a lo largo de una dimensión perpendicular al fondo del contenedor). Preferiblemente, la boquilla se coloca para dirigir el refrigerante líquido a una parte central del volumen interno a lo largo de una dimensión del volumen interno paralela al piso del contenedor (particularmente la más larga de dicha dimensión). La posición de la boquilla permite opcionalmente que el refrigerante líquido se dirija a la parte más caliente del volumen interno en funcionamiento.
Se entenderá que las disposiciones de disipador de calor de la descripción están montadas en un tanque. Los detalles de las posibles configuraciones del tanque (contenedor o módulo de enfriamiento) se pueden encontrar como se describe anteriormente con referencia a las Figuras 1 a 21, así como en las Publicaciones de Patentes Internacionales Números WO2018/096362 y WO2018/096360. El tanque (a veces denominado "lámina") suele ser un contenedor generalmente en forma de paralelepípedo que define un volumen interior para contener uno o más dispositivos electrónicos, al menos uno de los cuales está montado verticalmente, así como refrigerante líquido. Tal configuración de tanque típicamente incluye una o más: bombas; intercambiadores de calor, para transferir calor del refrigerante líquido como refrigerante primario a un refrigerante secundario externo al tanque; y sistemas de tuberías para transferir refrigerante líquido dentro del volumen del contenedor. El contenedor normalmente está sellado para evitar fugas de refrigerante líquido desde el interior. La cantidad de refrigerante líquido dentro del contenedor generalmente no es suficiente para cubrir el dispositivo electrónico cuando el refrigerante líquido no se bombea y se deposita dentro del contenedor (y esta condición también puede aplicarse a algunos, la mayoría o preferiblemente todos los dispositivos electrónicos montados horizontalmente dentro del contenedor, más cerca del piso del contenedor que cualquier dispositivo electrónico montado verticalmente). Esto se conoce como refrigeración líquida por inmersión y contrasta con la refrigeración por inmersión, en la que el nivel de refrigerante es suficiente para cubrir el dispositivo electrónico cuando el refrigerante líquido no se bombea y se deposita dentro del contenedor. El uso de una disposición de disipador de calor de acuerdo con la divulgación crea múltiples niveles de refrigerante líquido en funcionamiento, dirigiendo así el refrigerante líquido para mejorar la eficiencia de la transferencia de calor. Se obtienen una serie de beneficios mediante dicho enfriamiento por inmersión. En primer lugar, dado que se utiliza menos refrigerante dieléctrico y este refrigerante puede resultar caro, los costes pueden reducirse significativamente. Los refrigerantes líquidos dieléctricos suelen ser muy pesados. Al usar menos refrigerante líquido, el tanque puede ser más sencillo de instalar y/o levantar. Además, la instalación del tanque puede requerir menos infraestructura. Además, el tanque puede ser más fácil de manejar que dispositivos o sistemas similares que utilizan una cantidad significativamente mayor de refrigerante líquido primario. El nivel del refrigerante líquido primario dentro de la mayor parte del contenedor no está cerca de la parte superior del contenedor. Como resultado, los derrames durante el mantenimiento o el cambio de componentes son menos probables. También se reduce el riesgo de fugas.
A continuación se hace referencia a la Figura 27A, en la que se ilustra una disposición de disipador de calor ensamblada con otras piezas para mostrar el flujo de refrigerante líquido. En la disposición del disipador de calor, se muestran una PCB vertical 45, los dispositivos RAM 51 y el panel 52 para dirigir el refrigerante líquido al volumen interno de la disposición del disipador de calor y/o los dispositivos RAM 51. Por lo tanto, la disposición del disipador de calor puede estar de acuerdo con la que se muestra en las Figuras 23A, 23B, 23C, 23D y 23E. La disposición del disipador de calor y otras partes están montadas sobre un sustrato 70, que en algunos ejemplos es una placa base, una placa base o una placa portadora. La PCB vertical 45 se inserta en el sustrato 70. Opcionalmente, se pueden proporcionar múltiples PCB verticales de este tipo. En algunos ejemplos, se puede omitir el sustrato 70.
Las otras partes incluyen: bomba 72; y el intercambiador de calor 74. El refrigerante líquido (dentro del contenedor, denominado refrigerante "primario") se recibe en la bomba 72 a través de una entrada de refrigerante principal 73 y la bomba dirige el refrigerante líquido al intercambiador de calor a través del primer tubo 76. El refrigerante líquido primario se enfría en el intercambiador de calor y el refrigerante líquido primario enfriado se transporta a través del segundo tubo 82, a una entrada de panel 84 del panel 52, donde se dirige al volumen interno de la disposición del disipador de calor y/o a los dispositivos RAM 51.
El intercambiador de calor 74 incluye una entrada de refrigerante secundario 78, para recibir refrigerante secundario (que normalmente es un líquido, por ejemplo, agua que puede provenir de un suministro principal del edificio) y una salida de refrigerante secundario 80. El refrigerante líquido secundario recibe calor del refrigerante líquido primario a través del intercambiador de calor 74 y enfría así el refrigerante líquido primario. El refrigerante secundario que lleva el calor sale del intercambiador de calor (y opcionalmente del contenedor) a través de la salida de refrigerante secundario 80.
Haciendo referencia a la Figura 27B, se muestra una vista en corte del ejemplo de la Figura 27A dentro de un contenedor. Pueden verse la pared lateral 90 y el suelo 91 del contenedor. En algunos diseños, se puede omitir un sustrato 70 y la PCB 45 (o equivalente) se puede montar en el piso 91 o en la pared lateral 90.
A continuación, con referencia a la Figura 28A, se ilustra una disposición de disipador de calor ensamblada con otras piezas en una variante de la Figura 27A. Hay algunas similitudes con el diseño que se muestra en la Figura 27A, particularmente que la disposición del disipador de calor comprende una PCB vertical 45, dispositivos RAM 51 y un panel 52 para dirigir el refrigerante líquido al volumen interno de la disposición del disipador de calor y/o los dispositivos RAM 51 (de acuerdo con lo mostrado en las Figuras 23A, 23B, 23C, 23D y 23E). Además, la disposición del disipador de calor y otras partes se montan sobre un sustrato 70, que puede ser una placa base, una placa base o una placa portadora. Un orificio a través de la placa fría 95 permite que la PCB vertical 45 se monte en el sustrato 70. Opcionalmente, se pueden proporcionar múltiples PCB de este tipo.
También se proporciona una bomba 92 con una entrada de refrigerante principal 93 para recibir refrigerante líquido principal. La bomba dirige el refrigerante líquido al panel 52, donde se dirige al volumen interno de la disposición del disipador de calor y/o a los dispositivos RAM 51.
Una gran diferencia está en la forma del intercambiador de calor, que se proporciona como una placa fría 95. La superficie principal (superficie de conducción) de la placa fría 95 actúa como conductor térmico para transferir calor del refrigerante líquido primario en contacto con la superficie a un refrigerante secundario (que es ventajosamente un líquido, como el agua, por ejemplo, proveniente del suministro principal del edificio). La placa fría 95 incluye una entrada de refrigerante secundario 97 y una salida de refrigerante secundario 99, para recibir refrigerante secundario (que normalmente es un líquido, por ejemplo agua que puede provenir). El refrigerante líquido secundario recibe calor del refrigerante líquido primario a través de la placa fría 90 y enfría el refrigerante líquido primario transfiriendo el calor al refrigerante secundario (que puede pasar por tuberías o canales adyacentes a la superficie de conducción de la placa fría 90. El refrigerante secundario que lleva el calor sale de la placa fría (y opcionalmente del contenedor) a través de la salida de refrigerante secundario 99.
Con referencia ahora a la Figura 28B, se muestra una vista en corte del ejemplo de la Figura 28A dentro de un contenedor. Nuevamente, se puede ver el posicionamiento de la disposición con referencia a la pared lateral 90 y el piso 91 del contenedor. En ejemplos alternativos, se puede omitir un sustrato 70 y la placa fría 95 se puede montar en el piso 91 o en la pared lateral 90. Entonces, el agujero en la placa fría 95 puede no ser necesario.
En términos generales, puede por tanto considerarse un módulo de enfriamiento para un dispositivo electrónico, que comprende: un contenedor, que tiene una superficie interna que define el piso y define un volumen para alojar el componente electrónico en una orientación que es sustancialmente perpendicular al piso; y una disposición de disipador de calor como se describe aquí, montada dentro del volumen del contenedor. El modo de enfriamiento también puede incluir el dispositivo electrónico montado dentro del volumen del contenedor. El dispositivo electrónico puede montarse en una placa de circuito impreso, orientada sustancialmente perpendicular al suelo del contenedor. La placa de circuito impreso es opcionalmente una placa hija, que puede acoplarse a una placa base orientada (y preferiblemente montada dentro del contenedor) sustancialmente paralela al suelo del contenedor. En ejemplos preferidos, la disposición de boquilla está dispuesta para recibir refrigerante líquido que fluye y dirigirlo al volumen interno de la disposición de disipador de calor. Por ejemplo, la disposición de boquilla puede disponerse para dirigir el refrigerante líquido que fluye a una parte del volumen interno de la disposición de disipador de calor adyacente a la parte más caliente del dispositivo electrónico. En algunos ejemplos, la disposición de boquillas comprende una pluralidad de boquillas, cada boquilla se configura para dirigir el flujo de refrigerante líquido a una parte respectiva del volumen interno de la disposición del disipador de calor adyacente a una parte del dispositivo electrónico que tiene una temperatura por encima de un nivel de umbral.
El módulo de enfriamiento puede comprender además una bomba configurada para hacer que el refrigerante líquido fluya dentro del contenedor. Puede disponerse al menos una tubería para transportar refrigerante líquido desde la bomba hasta la disposición de boquilla.
Aunque ahora se han descrito ejemplos específicos, el experto en la materia apreciará que son posibles diversas modificaciones y alternancias. Por ejemplo, la disposición de las boquillas se puede variar en cuanto al número, tipo, forma y/o estilo de las boquillas proporcionadas. Se pueden usar varias boquillas para dirigir el refrigerante líquido a partes particularmente calientes del volumen interno en funcionamiento. El refrigerante líquido puede transportarse a múltiples disposiciones de boquillas, cada una para una respectiva disposición separada de disipador de calor. Esto se puede hacer en paralelo. Alternativamente, las disposiciones de boquillas para disposiciones separadas de disipadores de calor se pueden acoplar en serie, en una configuración denominada "en cadena". Una tubería que entrega refrigerante a la primera disposición de disipador de calor puede continuar luego a una segunda disposición de disipador de calor en consecuencia.
No es necesario montar el dispositivo electrónico en una PCB dentro del contenedor, sino en otro componente o en una pared lateral del contenedor. La PCB podría ser una placa base (es decir, no necesariamente tiene que ser una placa secundaria). Puede haber uno o más PCB dentro del contenedor. Estos PCB adicionales pueden estar orientados sustancialmente paralelos al suelo del contenedor o sustancialmente perpendiculares al suelo del contenedor. Si bien la superficie montada en el dispositivo electrónico puede ser un componente separado unido al dispositivo electrónico, el experto en la materia puede reconocer que la superficie montada en el dispositivo electrónico puede estar integrada con el dispositivo electrónico o ser parte del mismo. Entonces, la pared de contención puede unirse directamente al dispositivo electrónico.
Pueden emplearse diferentes patrones de proyección dentro del volumen interno de la disposición del disipador de calor. Se pueden utilizar patrones de proyecciones lineales, no lineales y aleatorios. El posicionamiento y la forma de los deflectores pueden variar de los que se muestran. Pueden concebirse diseños de deflectores alternativos para hacer que el refrigerante líquido fluya dentro de todas las partes del volumen interno, usando uno, dos o más canales para el flujo de refrigerante líquido dentro del volumen interno. Se podría usar una espuma metálica porosa de celda abierta junto con o como alternativa a las proyecciones para mejorar el rendimiento. Esto puede acuñarse para aumentar la densidad en áreas específicas del volumen.
En los ejemplos descritos anteriormente, se ha utilizado una parte de la superficie de montaje para definir el volumen interno. Sin embargo, es posible que otros componentes definan el volumen interno (en cooperación con la pared de contención). Por ejemplo, la PCB (es decir, la superficie sobre la que se monta o se va a montar el dispositivo electrónico) puede cooperar con la pared de contención 6 para definir el volumen interno. En ese caso, el dispositivo electrónico 3, opcionalmente el material de interfaz térmica 1 y la parte 2 de las proyecciones del disipador de calor estarían todos dentro del volumen interno de ese modo.
En términos generales, se puede considerar una variante del aspecto más general, como una disposición de disipador de calor para un dispositivo electrónico que se monta en una superficie en un contenedor y en una orientación que es sustancialmente perpendicular a un piso del contenedor. La disposición del disipador de calor comprende: una pared de contención configurado para encerrar el dispositivo electrónico al menos parcialmente, para definir un volumen interno. La pared de contención coopera (o se configura para cooperar) con una superficie sobre la que se monta o se va a montar el dispositivo electrónico (como una placa, una carcasa o una pared del contenedor u otra superficie, que puede ser plana o tener otra forma) de manera que el refrigerante líquido dirigido al volumen interno se acumule dentro del volumen interno. La superficie sobre la que se monta o se va a montar el dispositivo electrónico puede fijarse a la pared de contención. Todas las demás características descritas en este documento, ya sean opcionales o no, pueden emplearse con esta variante.
Cualquiera de las partes térmicamente conductoras del diseño descrito en este documento puede formarse utilizando cualquier material térmicamente conductor, como cobre o aluminio o combinaciones de los mismos. Se podrían usar diferentes plantaciones o revestimientos para mejorar el rendimiento térmico, como un baño de oro. Se pueden usar diferentes construcciones de materiales, como sinterizado por láser, conos de miel o espumas para aumentar el área de la superficie.
Con referencia a la disposición del disipador de calor, la estructura puede ser diferente de la que se muestra. Por ejemplo, se puede montar de una manera diferente. La pared o paredes de contención se pueden proporcionar como un solo pared (integral) o múltiples paredes. También se puede ajustar la forma y/o el tamaño de la pared o paredes de contención.
El diseño del disipador de calor también puede variar, con diferentes formas, tamaños y/o implementaciones, incluido el uso de un solo componente integral o componentes separados. Es típico que los dispositivos o componentes electrónicos tengan al menos una (o algunas o todas) superficies planas, especialmente la superficie sobre la cual se monta, coloca o fija la parte de proyección del disipador de calor (una superficie de fijación). Sin embargo, los aspectos de la descripción pueden adaptarse fácilmente para usarse con dispositivos y/o componentes electrónicos que no tienen superficies planas. Por ejemplo, la superficie de unión puede tener protuberancias, ser curva o comprender puntos (por ejemplo, con forma de triángulo u otra forma poligonal).
Se pueden usar dispositivos electrónicos alternativos a los mostrados o descritos, por ejemplo, que tengan diferentes formas, estructuras o aplicaciones. En algunos ejemplos, puede haber un diseño diferente de (o de hecho, no) la placa de circuito impreso 45. La disposición de las placas de circuitos 45 y/o los componentes puede variar significativamente. Por ejemplo, la posición de la RAM 51 puede ser diferente de la que se muestra, se pueden proporcionar otros componentes en lugar de o además de la RAM 51 o, de hecho, no se necesita proporcionar ningún otro componente.
También se pueden encontrar otros detalles de las disposiciones del disipador de calor con referencia a otros aspectos, como se describe anteriormente.
A continuación se discutirán otras combinaciones y variaciones relevantes para todos los aspectos. Es posible acoplar disipadores de calor para mejorar la eficiencia. Por ejemplo, con referencia a la Figura 29A, se representa una vista en perspectiva de un primer diseño con múltiples disipadores de calor acoplados para recibir refrigerante líquido en serie. Se muestran cuatro disipadores de calor 201, cada uno de los cuales está generalmente de acuerdo con el que se muestra en la Figura 3 (aunque se reconocerá que puede sustituirse por cualquier otro diseño de disipador de calor descrito en este documento). La tubería 202 suministra refrigerante líquido (desde una bomba, no mostrada) y cada disipador de calor recibe refrigerante en serie desde la tubería, a través de una boquilla respectiva 203. El tamaño de la abertura dentro de cada boquilla 203 se puede variar para permitir una distribución uniforme del refrigerante a cada disipador de calor 201. Por ejemplo, la boquilla 203 más cercana a la salida de la bomba puede tener un tamaño de abertura menor en comparación con una boquilla 203 más alejada de la salida de la bomba. El número de disipadores de calor 201 y boquillas 203 puede variar en consecuencia. Haciendo referencia a la Figura 29B, se ilustra una vista en perspectiva de un segundo diseño con múltiples disipadores de calor acoplados para recibir refrigerante líquido en serie, en donde se proporcionan dos disipadores de calor 201 en serie.
El refrigerante líquido puede suministrarse adicional o alternativamente a los disipadores de calor 201 en paralelo. Con referencia a la Figura 29C, se representa una vista en perspectiva de un primer diseño con múltiples disipadores de calor acoplados para recibir refrigerante líquido en paralelo. Desde la tubería 204 se proporcionan ramificaciones hacia: la primera sección de tubería 205, que suministra refrigerante a un disipador de calor 201 a través de una boquilla 203; y la segunda sección de tubería 206, que entrega refrigerante a un disipador de calor 201 a través de una boquilla 203. Es posible que no sea necesario variar el tamaño de la abertura de la boquilla o que no sea necesario variarlo tanto como para los disipadores de calor acoplados en serie descritos anteriormente. Haciendo referencia a continuación a la Figura 29D, se representa una vista en perspectiva de un segundo diseño con múltiples disipadores de calor acoplados para recibir refrigerante líquido en paralelo. Una tubería 206 suministra refrigerante a un disipador de calor 201 a través de una tobera 203 y desde aquí se ramifica en: una primera sección de tubería 207, que suministra refrigerante a otro componente 212 a través de una tobera 212; una segunda sección de tubería 208, que suministra refrigerante a las placas verticales 209 (DIMM verticales), a través de las respectivas boquillas 203. Con referencia a la Figura 29E, se muestra una vista en sección parcial de la modificación del diseño de la Figura 29D, en la que el componente adicional 212 recibe refrigerante a través de una boquilla modificada 210 y las tablas verticales 209 reciben refrigerante a través de una boquilla modificada 211. La boquilla modificada 210 y la boquilla modificada 211 tienen un diseño similar a la boquilla de las Figuras 8E y 8F, por ejemplo.
A continuación, se hace referencia a la Figura 30A, en la que se ilustra una vista en perspectiva de un diseño que muestra la transferencia de refrigerante desde un primer tipo de disipador de calor a un segundo tipo de disipador de calor. Específicamente, el refrigerante líquido pasa desde un primer disipador de calor 201, generalmente de acuerdo con el que se muestra en la Figura 3 (y típicamente para enfriar un componente relativamente más caliente), a un segundo disipador de calor 230, generalmente de acuerdo con la Figura 16 (y para enfriar un dispositivo 235), que generalmente opera a una temperatura relativamente más fría). El primer disipador de calor 201 está dispuesto sobre un primer sustrato 221 en un primer nivel y el segundo disipador de calor 230 está dispuesto sobre un segundo sustrato 222 en un segundo nivel, más bajo que el primer nivel (dirigiendo así el flujo de refrigerante debido a la gravedad) . Se dispone una tubería 225 para transportar el refrigerante. Se proporciona una entrada 231 en el disipador de calor 230 para permitir que el refrigerante ingrese al volumen interno del segundo disipador de calor 230. Con referencia a la Figura 30B, se muestra una vista en sección del diseño de la Figura 30A, desde la cual se puede ver una salida 223 en el primer disipador de calor 201, que brinda acceso desde el volumen interno del primer disipador de calor 201 a la tubería 225. La tubería 225 podría reemplazarse por una manguera, canal u otro dispositivo adecuado para transportar el refrigerante líquido.
En una adaptación adicional, especialmente relevante para el disipador de calor de la Figura 3 y sus variaciones (aunque aplicable a otros disipadores de calor descritos en este documento), se puede proporcionar una tubería de calor o equivalente, como una tubería de vapor, una cámara de vapor o un elemento Peltier, para facilitar la transferencia de calor. Haciendo referencia a la Figura 31A, se ilustra una vista superior en perspectiva de un disipador de calor con dicha adaptación adicional. El disipador de calor se basa en donde se muestra en la Figura 3 y tiene una pared de contención 250 y proyecciones 251. El disipador de calor también tiene una base 252, no visible en este dibujo, pero visible con referencia a la Figura 31B, que representa una vista en perspectiva inferior del disipador de calor de la Figura 31A.
Sobre o dentro de la base 252 se encuentran tubos de calor 253. Estos tienen un diseño similar a los provistos en los disipadores de calor enfriados por aire existentes. Los conductos de calor 252 pueden permitir una mejor transferencia de calor a través del disipador de calor y, por lo tanto, pueden distribuir mejor el calor. Esto puede permitir un uso más eficiente del área de superficie del disipador de calor o permitir el uso de disipadores de calor más grandes con más área de superficie de lo que hubiera sido posible de otro modo. Las características también se pueden ver más claras con referencia a la Figura 31C, en la que se muestra una vista transversal lateral del disipador de calor de la Figura 31A.
El diseño de las tuberías de calor puede variar significativamente. Como ejemplo, se hace referencia a la Figura 31D, en la que se representa una vista en perspectiva inferior de una primera variante. La pared de contención 250 y la base 251 son visibles, con el tubo de calor 254 en forma de 'X'. Con referencia ahora a la Figura 31E, se representa una vista en perspectiva desde abajo de una segunda variante, con los conductos de calor 255 formados como líneas paralelas.
La disposición de boquillas de panel que se muestra, por ejemplo, con referencia a las Figuras 23A a 23E puede aplicarse a otras disposiciones de disipadores de calor. Se muestra un ejemplo con referencia a la Figura 32A, en la que se ilustra una vista superior en perspectiva de un disipador de calor con una disposición de boquilla variante de este tipo. El disipador de calor 301 generalmente está de acuerdo con la Figura 3, aunque puede ser reemplazado por cualquiera de tales variaciones o disipadores de calor alternativos descritos en este documento. Una tubería 302 proporciona refrigerante a una disposición de boquilla de panel 303, que se configura para dirigir el refrigerante al volumen interno del disipador de calor 301.
Con referencia ahora a la Figura 32B, se muestra una vista en sección superior del disipador de calor de la Figura 32A, en la que se pueden ver más detalles de la disposición de boquilla del panel 303. El refrigerante del tubo 302 se dirige a lo largo de una pluralidad de canales 304. En la base de cada canal 304 se forman orificios de boquilla 305, que hacen que el refrigerante salga del arreglo de boquilla 303 y entre en el disipador de calor 301. También se hace referencia a la Figura 32C, en la que se muestra una vista en sección lateral del disipador de calor de la Figura 32A, donde se pueden ver los orificios de las boquillas 305. Se puede variar uno o más del tamaño, la posición y el paso de cada orificio de boquilla 305. Adicional o alternativamente, uno o más del número, posición y diámetro de los canales 304 pueden cambiar. También son posibles variaciones de estos parámetros para el canal 304 y/o los orificios de boquilla 305 a través de un solo panel 303, incluido el cambio del tamaño del canal 304 por disminución, por ejemplo. Estos pueden permitir el control y/o el equilibrio del suministro de refrigerante, por ejemplo, para permitir una distribución uniforme del refrigerante. Se reconocerá que se puede emplear una amplia variedad de formas diferentes de proporcionar refrigerante al disipador de calor, incluidos diferentes tipos de diseño de boquilla.
La introducción de refrigerante desde la base de un disipador de calor se ha comentado anteriormente, por ejemplo con referencia a las Figuras 8A, 8B y 32F a 32I. A continuación se detalla una variante adicional de dichas realizaciones, con referencia a la Figura 33A, en la que se ilustra una vista en perspectiva de un disipador de calor con introducción de refrigerante a través de su base. El disipador de calor tiene una pared de contención 320 (que en esta representación es, en general, de acuerdo con el diseño que se muestra en la Figura 3, aunque esto podría variar de acuerdo con cualquier alternativa que se muestre o analice aquí) con una base 321. Se forman agujeros 322 en la base y se proporciona refrigerante al volumen interno formado por la pared de contención 320 y la base 321. El refrigerante llega a través de la tubería 325. Aunque no se muestran proyecciones (clavijas y/o aletas), esto es solo por razones de claridad y dichas proyecciones pueden proporcionarse, por ejemplo, como se describe con respecto a otras realizaciones en este documento.
Haciendo referencia a la Figura 33B, se muestra una vista en sección lateral del disipador de calor de la Figura 33A, en la que los agujeros 323 son visibles. El refrigerante que llega desde la tubería 325 se proporciona a un canal 322 formado entre la base 321 y una base inferior 326. El refrigerante luego pasa a través de los orificios 323 y al volumen interno. Uno o más del tamaño, la posición y el paso de cada agujero 323 se pueden variar, dentro de un solo disipador de calor y/o entre múltiples disipadores de calor. Adicional o alternativamente, el tamaño y/o la forma del canal 323 pueden cambiar. Las variaciones de los parámetros con respecto a los orificios 322 y/o el canal 323 a través de un solo disipador de calor pueden permitir el control y/o el equilibrio del suministro de refrigerante, por ejemplo, para permitir una distribución uniforme del refrigerante. Esto puede incluir cambiar el tamaño del canal 304 ahusándolo, por ejemplo.
Un beneficio del diseño que se muestra con referencia a las Figuras 33A y 33B es que el refrigerante se entrega en la base 321. Para los disipadores de calor horizontales (por ejemplo, como se muestra con referencia a la Figura 3), la base suele ser la parte más caliente del disipador de calor en funcionamiento. Dichos sistemas pueden ser especialmente útiles cuando la profundidad del volumen interno del disipador de calor es grande, en donde puede ser posible una alta capacidad de enfriamiento, por ejemplo.
La integración del disipador de calor con el componente puede ser un beneficio adicional. Con referencia a la Figura 34A, se muestra una vista en perspectiva de un primer diseño de un dispositivo generador de calor integrado con un disipador de calor y con referencia a la Figura 34B, se representa una vista en sección lateral del disipador de calor de la Figura 34A. La disposición de componente y disipador de calor 310 está montada sobre un sustrato 300 (por ejemplo, una placa de circuito). El disipador de calor y el componente tienen una forma integrada 315, de manera que la pared de contención se forma integralmente con la carcasa del componente. En este diseño, el componente es un procesador, pero este diseño puede ser adecuado para cualquier tipo de componente o dispositivo generador de calor. Con referencia a la Figura 34C, se ilustra una vista lateral en sección transversal del disipador de calor de la Figura 34A, en la que se puede ver más claramente la integración.
Haciendo referencia a continuación a la Figura 34D, se muestra una vista en perspectiva de un dispositivo generador de calor con un disipador de calor separable y haciendo referencia a la Figura 34E, se representa una vista en sección lateral del disipador de calor de la Figura 34D. En este diseño, el disipador de calor y la disposición de componentes 320 tienen una forma separable, de manera que la pared de contención 327 está unida (por ejemplo, con pegamento o similar) con la carcasa de componentes 325. En este diseño, el componente es un procesador, pero este diseño puede ser adecuado para cualquier tipo de componente o dispositivo generador de calor. Con referencia a la Figura 34F, se ilustra una vista lateral en sección transversal del disipador de calor de la Figura 34D, en la que se puede ver más claramente la separación entre la pared de contención 327 y la carcasa del componente 325.
Con referencia a la Figura 34G, se muestra una vista en perspectiva de un segundo diseño de un dispositivo generador de calor integrado con un disipador de calor. El componente integrado y disipador de calor 330 está montado sobre un sustrato. Haciendo referencia a la Figura 34H, se representa una vista en sección lateral del disipador de calor de la Figura 34G. Este diseño tiene la forma de una memoria de unidad de estado sólido (SSD). Con referencia a la Figura 34I, se muestra una vista en perspectiva del diseño del disipador de calor vertical de múltiples volúmenes. Un sustrato vertical 350 (que puede ser un lado de la carcasa del módulo de enfriamiento o una placa de circuito montada verticalmente, por ejemplo) está provisto de múltiples disipadores de calor 351, 352, 353 montados sobre el mismo. El primer disipador de calor 351 está en la parte superior y el segundo disipador de calor 352 está montado debajo y ligeramente desplazado lateralmente del primer disipador de calor 351, para que el refrigerante rebose el primer disipador de calor 351 y se dirija al segundo disipador de calor 352. De manera similar, el tercer disipador de calor 353 está montado debajo y ligeramente desplazado lateralmente del segundo disipador de calor 352, de manera que el refrigerante rebosa el segundo disipador de calor 352 y se dirige al tercer disipador de calor 353. Esto puede denominarse disposición en cascada. Se pueden proporcionar ranuras (no mostradas) en el sustrato 350 para dirigir el desbordamiento de cada uno de los disipadores de calor superiores al lugar correcto en el disipador de calor inferior respectivo.
Se puede usar un solo disipador de calor para enfriar múltiples componentes o dispositivos. Se discutirán varios ejemplos, con el propósito de explicar esto. En todos estos ejemplos, el disipador de calor generalmente está de acuerdo con la Figura 3, pero el experto en la materia reconocerá que puede ser reemplazado por cualquier variación o disipador de calor alternativo descrito en este documento.
Haciendo referencia a continuación a la Figura 35A, se ilustra una vista en perspectiva de un primer diseño de una disposición de disipador de calor para enfriar varios dispositivos. Un disipador de calor 401 está montado sobre un sustrato 400. Con referencia a la Figura 35B, se representa una vista en despiece ordenado del diseño de la Figura 35A. Debajo del único disipador de calor 401 se proporciona un componente grande 402 (como un procesador) y múltiples componentes más pequeños 403, todos los cuales son enfriados por el único disipador de calor 401. Tal disposición es típica de una (GPU), por ejemplo.
La disposición que se muestra en las Figuras 35A y 35B puede ampliarse. Haciendo referencia a la Figura 35C, se ilustra una vista en perspectiva de un segundo diseño de una disposición de disipador de calor para enfriar varios dispositivos. Un disipador de calor 410 está montado sobre un sustrato 400. Con referencia a la Figura 35D, se representa una vista en despiece ordenado del diseño de la Figura 35C. Debajo del único disipador de calor 410 se proporcionan múltiples componentes grandes 412 (cada uno de los cuales puede ser un procesador) y múltiples componentes más pequeños 413, todos los cuales son enfriados por el único disipador de calor 410.
La Figura 35E ilustra una vista en perspectiva y en despiece de un tercer diseño de una disposición de disipador de calor para enfriar varios dispositivos. Esto es similar al segundo diseño (que se muestra en las Figuras 35C y 35D). Debajo de un solo disipador de calor 410 se proporcionan múltiples componentes grandes 412, cada uno de los cuales es típicamente un procesador. Tal disposición es típica de un ordenador a exaescala, en la que los procesadores pueden montarse en lotes de cuatro para mejorar el rendimiento.
Todas las características descritas en este documento pueden combinarse en cualquier combinación, excepto combinaciones en las que al menos algunas de dichas características y/o pasos se excluyen mutuamente. En particular, las características preferidas de cada aspecto de la divulgación son generalmente aplicables a todos los aspectos de la divulgación y las características de todos los aspectos pueden usarse en cualquier combinación. Igualmente, las características descritas en combinaciones no esenciales puede usarse por separado (no en combinación).
También se proporciona un método de fabricación y/o funcionamiento de cualquiera de los dispositivos descritos en el presente documento. El método puede comprender pasos de proporcionar cada una de las características divulgadas y/o configurar la característica respectiva para su función establecida.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un módulo de enfriamiento (100) para una pluralidad de dispositivos electrónicos (10, 12), que comprende:
un contenedor (110), que aloja la pluralidad de dispositivos electrónicos y un refrigerante líquido, de manera que un primer dispositivo electrónico (10) se sumerja al menos parcialmente en el refrigerante líquido; y
un disipador de calor (1) montado en un segundo dispositivo electrónico (12), el disipador de calor (1) que comprende:
una base (16, 17), montada encima de una superficie de transmisión de calor del segundo dispositivo electrónico (12) y que transfiere calor desde la superficie de transmisión de calor; y
una pared de contención (7) que se extiende desde la base, definiendo la base y la pared de contención un volumen para contener parte del refrigerante líquido, de manera que el calor transferido a través de la base se transfiere al refrigerante líquido contenido en el volumen; y
en donde la base y la pared de contención del disipador de calor están dispuestas de manera que el nivel de refrigerante líquido (8) contenido dentro del volumen del disipador de calor es mayor que el nivel de refrigerante líquido (9) en el que se sumerge al menos parcialmente el primer dispositivo electrónico (10) en el contenedor.
2. El módulo de enfriamiento de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la base y la pared de contención del disipador de calor están dispuestas además de manera que el flujo de suficiente refrigerante líquido hace que el refrigerante líquido fluya a través o sobre la pared de contención y se acumule con refrigerante líquido fuera del disipador de calor.
3. El módulo de enfriamiento de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, que comprende además proyecciones (6) que se extienden desde la base (16, 17) y/o la pared de contención (7) dentro del volumen del disipador de calor (1).
4. El módulo de enfriamiento de acuerdo con la reivindicación 3, en donde las proyecciones (6) se caracterizan por uno o más de:
extenderse sustancialmente a la misma distancia desde la base (16, 17) que la pared de contención (7); comprender pasadores y/o aletas; y
extenderse en una dirección perpendicular a un plano de la base (16, 17).
5. El módulo de enfriamiento de acuerdo con la reivindicación 3 o la reivindicación 4, en donde las proyecciones (6) están dispuestas para hacer que el refrigerante líquido se extienda en una dirección radial alejándose de un punto predeterminado en una superficie de la base (16, 17) y/o en donde las proyecciones (6) están dispuestas en un patrón no lineal.
6. El módulo de enfriamiento de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, configurado además para hacer que el refrigerante líquido fluya dentro del contenedor y que comprende además:
una disposición de boquilla (2, 3), dispuesta para recibir refrigerante líquido que fluye y dirigirlo al volumen del disipador de calor.
7. El módulo de enfriamiento de acuerdo con la reivindicación 6, en donde la disposición de boquillas (2, 3) está dispuesta para dirigir el refrigerante líquido que fluye a una parte del volumen del disipador de calor (1) adyacente a la parte más caliente de la superficie de transmisión de calor del segundo dispositivo electrónico (12).
8. El módulo de enfriamiento de acuerdo con la reivindicación 6 o la reivindicación 7, en donde la disposición de boquillas comprende una o más boquillas (3), estando configurada cada una o más boquillas para dirigir el refrigerante líquido que fluye a una parte respectiva del volumen del disipador de calor.
9. El módulo de enfriamiento de acuerdo con la reivindicación 8, en donde la disposición de boquillas comprende una pluralidad de boquillas (3), estando configurada cada boquilla para dirigir el refrigerante líquido que fluye a una parte respectiva del volumen del disipador de calor adyacente a una parte de la superficie de transmisión de calor del dispositivo electrónico que tiene una temperatura por encima de un nivel de umbral.
10. El módulo de enfriamiento de acuerdo con la reivindicación 8 o la reivindicación 9, que comprende además:
una bomba (11) configurada para hacer que el refrigerante líquido fluya dentro del contenedor (110), al menos una tubería (5), dispuesta para transportar refrigerante líquido desde la bomba hasta la disposición de boquillas (2, 3).
11. El módulo de enfriamiento de acuerdo con la reivindicación 10, en donde cada una de la una o más boquillas (3) se configura para acoplarse a presión a un extremo respectivo de al menos una tubería.
12. El módulo de enfriamiento de acuerdo con la reivindicación 10 o la reivindicación 11, en donde al menos una tubería (5) se configura además para transportar refrigerante líquido desde la bomba hasta un segundo disipador de calor.
13. El módulo de enfriamiento de cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10, en donde la disposición de boquillas (2, 3) está dispuesta para dirigir el refrigerante líquido que fluye en una dirección perpendicular a la base (16, 17) del disipador de calor (1).
14. El módulo de enfriamiento de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde la pluralidad de dispositivos electrónicos comprende una placa de circuito (15).
15. El módulo de enfriamiento de acuerdo con la reivindicación 12, en donde:
el primer dispositivo electrónico (10) comprende componentes de baja temperatura montados en la placa de circuito (15); y
el segundo dispositivo electrónico (12) es un componente de alta temperatura montado en la placa de circuito, estando montado el disipador de calor (1) en el componente de alta temperatura.
ES18769441T 2017-09-06 2018-09-06 Disipador de calor, disposición del disipador de calor y módulo para refrigeración por inmersión líquida Active ES2943656T3 (es)

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GB1714304.1A GB2571053B (en) 2017-09-06 2017-09-06 Heat sink for immersion cooling
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