TWI403883B - 藉使用經模組匯流排型熱交換器連結之多流體熱交換迴路於個人電腦中冷卻多熱源之方法 - Google Patents

Description

藉使用經模組匯流排型熱交換器連結之多流體熱交換迴路於個人電腦中冷 卻多熱源之方法 【相關申請案】

本申請案申請這些相同發明人2006年4月11日提出申請，美國臨時專利申請案序號60/791,242，標題為”藉使用經模組匯流排型熱交換器連結之多流體熱交換迴路於個人電腦中冷卻多熱源之方法”的優先權利。本發明將美國臨時專利申請案序號60/791,242併入其整體做參考。

本發明大致有關冷卻熱產生裝置之方法及裝置，更明確說，本發明係有關使用液體冷卻系統冷卻個人電腦內之熱產生裝置的方法及系統。

電子元件冷卻領域中，以高散熱冷卻高效能積體電路是項顯著挑戰。以熱導管及裝載風扇散熱片之傳統冷卻，並不足以冷卻具有不斷增加瓦特數，包含超過100瓦要求之晶片。

如刀鋒型伺服器及框架伺服器之電子伺服器，係因吾人可達成每單元容積較高處理器效能而被用於逐增數量。然而，高密度積體電路亦導致高熱密度，其係超越傳統空氣冷卻方法的能力。

冷卻個人電腦內之積體電路的特定問題，係更多及強力積體電路被配置於相同尺寸或小個人電腦底盤內。當更強力積體電路被發展時，各具有熱產生電晶體逐增密度，個別積體電路所產生的熱係繼續增加。再者，如繪圖處理單元，微處理器及多晶片組之越來越多積體電路係被添加至個人電腦。仍再者，更 強力及更豐富積體電路被添加至相同或小尺寸個人電腦底盤，藉此增加這些裝置所產生每單位熱量。該配置中，傳統個人電腦底盤可提供有限尺寸，而提供充分冷卻解。傳統上，係使用一散熱片及可吹動空氣於該散熱片上之一大風扇，或僅藉由直接吹動空氣於包含該積體電路之電路板上來冷卻個人電腦內的積體電路。然而，考慮到個人電腦底盤內有限空間，冷卻積體電路可用空氣量及如散熱片及風扇之傳統冷卻設備可用空間係受到限制。

封閉迴路液體冷卻係呈現傳統冷卻解的替代方法。封閉迴路冷卻解比空氣冷卻解更有效散熱至周圍。

需要冷卻個人電腦內之積體電路的更有效冷卻方法。亦需要冷卻裝設於個人電腦底盤內多電路板上之積體電路的更有效冷卻方法。

本發明冷卻系統係有關用來轉移如中央處理單元(CPUs)，晶片組，繪圖處理單元(GPUs)，物理處理單元(PPUs)，或其他積體電路的一個或更多熱產生裝置所製造之熱，從個人電腦底盤內一個或更多電子元件板至周圍的冷卻解。若干實施例中，係使用流體抽泵冷卻系統。該冷卻系統係由兩類型流體迴路組成。第一，一個或更多收集迴路可擴充陣列，其中一個或更多熱產生裝置係可將熱轉移至對應一個或更多熱交換裝置。熱係從該一個或更多熱產生裝置，經由一個或更多熱交換裝置，通過該收集迴路至流體。該流體繼續經由彈性及非彈性管件抽泵至轉移冷板。

該冷卻系統中之第二流體迴路係為抑制迴路。熱係從該收集迴路中之流體，經由熱介面轉移至該抑制迴路熱匯流排，藉此將熱從該收集迴路移除。該收集迴路中之流體接著返回 該熱交換裝置，繼續該收集迴路內的循環。其他實施例中，係取代流體抽泵收集迴路使用熱導管或傳導裝置。抑制迴路內，係從該熱匯流排經由一泵繼續抽泵一流體至如風扇及流體散熱器之一流體對空氣熱交換系統，並返回該熱匯流排。從該收集迴路轉移至該熱匯流排之熱，係轉移至通過熱匯流排之該流體。經由熱從該流體被轉移至周圍的該流體對空氣熱交換系統抽泵該被加熱流體。收集迴路或抑制迴路中係可包含一可選熱電冷卻模組(TEC)散熱器，依據應用要求來改善該冷卻系統的熱效能。雖然亦可設想替代配置，但該熱電冷卻模組單元係被最佳放置於該抑制迴路中之該流體對空氣熱交換系統下游以最大化系統效能。

冷卻系統中樞係為熱匯流排，其可將熱從收集迴路轉移至抑制迴路。該熱匯流排係提供不分裂流體線下即可擴充冷卻能力的一模組，可度量冷卻系統。該收集迴路係被事先附著或隨後附著至中央處理單元，繪圖處理單元，晶片組及/或物理處理單元，以輕易裝設於該熱匯流排位準處。

本發明一特徵中，係說明可冷卻個人電腦內一個或更多熱產生裝置的一冷卻系統。該冷卻系統包含一個人電腦底盤，裝設於個人電腦底盤內之一個或更多電路板，各電路板包含一個或更多熱產生裝置，一主要熱交換系統，包含一熱匯流排及通過那裡之一第一流體，其中該熱匯流排係被配置與一個或更多第一熱交換裝置熱接介，一個或更多流體冷卻系統，各流體冷卻系統係包含熱連結至該熱匯流排之至少一該第一熱交換裝置及至少一第二熱交換裝置，其中各流體冷卻系統係被熱連結至對應一個或更多電路板，使各第二熱交換裝置係被熱連結至該對應一個或更多電路板上的該熱產生裝置之一，再其中各流體冷卻系統係 包含一第二流體接收經由該第二熱交換裝置從對應一個或更多電路板之各熱交換裝置轉移熱，及一熱介面，被連結至各流體冷卻系統之該熱匯流排及該第一熱交換裝置，以轉移該第一流體及該第二流體之間的熱。

本發明另一特徵中，係說明可冷卻個人電腦內一個或更多熱產生裝置的另一冷卻系統。該冷卻系統包含一個人電腦底盤，一主要熱交換系統，包含一熱匯流排及通過那裡之一第一流體，其中該主要熱交換系統係被配置轉移最大熱容量，一可度量複數電路板，可移除裝設於該個人電腦底盤內，各電路板包含可產生熱輸出的一個或更多熱產生裝置，其中係依據該主要熱交換系統最大熱容量，決定連結至該主要熱交換系統之最大電路板數量，及一可度量複數流體冷卻系統，各流體冷卻系統係包含可移除連結至該熱匯流排之至少一第一熱交換裝置及至少一第二熱交換裝置，其中各流體冷卻系統係可移除連結至對應一個或更多電路板，使各第二熱交換裝置可移除連結至該對應一個或更多電路板上的該熱產生裝置之一，再其中各流體冷卻系統係包含通過那裡之一第二流體。

針對上述冷卻系統各特徵，亦可施加以下特性。若干實施例中，各流體冷卻系統係為一抽泵流體迴路。其他實施例中，各流體冷卻系統係包含一熱導管。再其他實施例中，一個或更多流體冷卻系統係為一抽泵流體迴路，而一個或更多冷卻迴路係包含一熱導管。至少一電路板可為母板。至少一電路板可被移除裝設於該個人電腦底盤內。該可移除電路板可為一繪圖卡，一物理處理卡，或其他包含一個或更多熱產生裝置之附卡。主要熱交換系統係形成一第一封閉流體迴路。該主要熱交換系統係包含 一第一泵，其中該第一泵係被包含於該第一封閉流體迴路中。該主要熱交換系統亦包含一流體對空氣熱交換系統，其中該流體對空氣熱交換系統係被包含於該第一封閉流體迴路中。各流體冷卻系統係形成一第二封閉流體迴路。若干實施例中，各流體冷卻系統係包含一第二泵，其中該第二泵係被包含於該第二封閉流體迴路中。若干實施例中，該第二泵係被與該第一熱交換裝置整合。該第一流體係實體上與該第二流體隔離。該熱匯流排係被配置該第一流體流過之流體通道。若干實施例中，流體通道係被彼此相對配置於一平行路徑中。其他實施例中，該流體通道係被配置於卷繞路徑中。若干實施例中，各第二熱交換裝置係被配置微通道。熱介面層亦包含用於連結一第一熱交換裝置至該熱匯流排的熱介面物質。各第一熱交換裝置係包含與該熱介面接觸之一熱介面幾何，各第一熱交換裝置之該熱介面幾何係與各其他第一熱交換裝置之該熱介面幾何無關。可依據被熱連結至對應該特定第一熱交換裝置之該流體冷卻系統的一個或更多熱產生裝置所產生的熱量，來配置各特定第一熱交換裝置的該熱介面幾何。可依據被熱連結至對應該特定第一熱交換裝置之該流體冷卻系統的一個或更多熱產生裝置所產生的熱量，來度量各第一熱交換裝置之該熱介面幾何。若干實施例中，主要熱交換系統係被配置於個人電腦底盤內一固定位置中。各流體冷卻系統之第一熱交換器係被固定至該熱匯流排，而該流體冷卻系統剩餘部分係被配置以彈性放置於該個人電腦底盤內。各流體冷卻系統之各第一熱交換器係被固定至該對應熱產生裝置，而該流體冷卻系統剩餘部分係與該一個或更多電路板無關。若干實施例中，該熱匯流排係被分割，各片段係經由流體線被連結，且各片段係被分配遍佈該個人電腦底盤。 若干實施例中，次要熱交換系統係被包含，從超過該主要熱交換系統最大熱容量之一個或更多熱產生裝置移除熱輸出。

審閱以下詳細說明實施例後將可了解本發明其他特性及優點。

8‧‧‧流體對空氣熱交換系統

10、100‧‧‧冷卻系統

22‧‧‧單流體線

24‧‧‧熱匯流排

34、44、54、64、122、164‧‧‧流體線

84、86、88、90、190‧‧‧熱介面幾何

第1圖說明依據本發明第一實施例的冷卻系統例側面圖。

第2圖說明依據一平行路徑配置的熱匯流排切除，上-下圖。

第3圖說明第2圖所示熱匯流排切除側面圖。

第4圖說明依據一卷繞路徑配置的熱匯流排切除，上-下圖。

第5圖說明依據本發明第二實施例的冷卻系統例側面圖。

本發明係相對該若干圖示做說明。適當且僅一個以上圖示揭示及顯示相同元件者，相同參考數字將被用來表示該相同元件。

本發明實施例係有關一種可度量及模組化冷卻系統，其可移除個人電腦內一個或更多熱產生裝置所產生的熱。該熱產生裝置包含但不限於被裝設於一母板，一子卡，及/或一個人電腦擴充卡上的一個或更多中央處理單元，被用來管理一個或更多中央處理單元輸入/輸出的一晶片組，一個或更多繪圖處理單元，及/或一個或更多物理處理單元，或其他積體電路的一個或更多熱產生裝置所製造之熱。該冷卻系統亦可被用來冷卻功率電子元件，如今屬氧化半導體場效電晶體(mosfets)，開關，及其他需要冷卻的高功率電子元件。通常，在此說明之冷卻系統，係可被施加至包含將被冷卻之一熱產生裝置的任何電子子系統。為了簡化，被裝設於包含將被冷卻之一個或更多熱產生裝置之個人 電腦內的任何子系統，均被稱為個人電腦卡。

該冷卻系統係被配置可度量及模組化，使包含熱產生裝置之新個人電腦卡可被添加至該個人電腦及連結至該冷卻系統。此外，已被裝設個人電腦卡可與新或被升級個人電腦卡交換。該冷卻系統係被配置以各種冷卻需求容納個人電腦卡。也就是說，熱移除一個人電腦卡要求，係從熱移除另一個人電腦卡及仍被該冷卻系統容納而有所不同。

該冷卻系統係包含兩基本組成。第一，該冷卻系統包含一抑制迴路，其包含一流體對空氣熱交換系統，一泵，及包含配置在此之流體通道之一熱匯流排。該流體對空氣熱交換系統包含一散熱器，如一個或更多輻射器及一個或更多風扇。該一個或更多風扇係產生氣流於該散熱器表面上。該散熱器較佳為一計數流輻射器。該熱匯流排係可接受一個或更多轉移冷板。各轉移冷板係使用一裝載機構被連結至該熱匯流排。該抑制迴路內的組成，係藉由密封，封閉迴路配置之彈性或無彈性管件連結。

第二，該冷卻系統包含一個或更多收集迴路，各收集迴路係包含具有被配置於此之流體通道的一個或更多轉移冷板，一泵，及被配置於此之流體通道的一個或更多熱交換裝置，如密封，封閉迴路中的微通道冷板(MCP)。該抑制迴路及該收集迴路中之泵係為任何傳統泵，包含但不限於電滲泵及機械泵。各收集迴路內之組成係藉由彈性管件連結。可替代是，可使用密封環境內傳送流體的任何裝置。若干實施例中，無彈性管件係被用於該收集迴路中。該收集迴路係藉由與該抑制迴路熱匯流排匹配之收集迴路轉移冷板被連結至該抑制迴路。收集迴路中之各熱交換裝置係被熱連結至一熱產生裝置。若干實施例中，一熱交換裝 置係被熱連結至一熱產生裝置。其他實施例中，具有一對多關係，如一熱交換裝置被連結至多熱產生裝置，或多熱交換裝置被連結至一熱產生裝置。若干實施例中，各收集迴路係包含一熱交換裝置。其他實施例中，一個或更多收集迴路係包含一個以上熱交換裝置。此例中，一收集迴路可被連結至一個或更多個人電腦卡。為了連結該熱交換裝置至該熱產生裝置，係使用一裝載機構。其他實施例中，一，若干或全部收集迴路係被配置使用被連結至一個或更多熱產生裝置及該轉移冷板的熱導管。

該雙重迴路配置係促成一永久冷卻迴路，抑制迴路被裝設於一電腦底盤，及被裝設於電腦底盤中及經由使用一個或更多收集迴路被擴充，其可經由該轉移冷板傳送複數中央處理單元，繪圖處理單元，晶片組，及/或物理處理單元之一所產生之熱至該抑制迴路。若干實施例中，該抑制迴路係相對個人電腦底盤被固定適當位置，而各該收集迴路係位於彈性適當位置中。以此法，不論收集迴路為被添加至冷卻系統之新收集迴路或使用既存收集迴路的個人電腦卡替代，其均可被輕易地操縱於個人電腦底盤內而容易安裝。收集迴路彈性定位亦可容納各種尺寸及配置的個人電腦卡。

收集迴路的模組特性，係不需一定要開啟流體迴路以添加冷板及/或熱交換裝置，即可於該冷卻系統使用壽命其間任何時間彈性裝設複數熱產生裝置的收集迴路。此模組特性亦不需耗盡及再充電全部冷卻系統，即可輕易維護或替換有缺陷收集或抑制迴路。

藉由具獨立冷卻迴路，各迴路內之流體係可被最佳化用於腐蝕電阻，物質相容性，熱容量/熱轉移特性，及冷凍保 護。亦適用高容積製造設計。模組化組件係遠較具多冷板及輻射器之傳統密封，封閉迴路系統簡單，使該單元裝設較涉及直接或間接操縱若干組件簡單而直接操作，使液體冷卻系統(LCS)可正確配適於一電腦底盤中。

若干實施例中，線上裴爾提(peltier)或熱電冷卻模組(TEC)，係被添加至收集迴路或抑制迴路或兩者。該熱電冷卻模組係包含被裝設至該熱電冷卻模組冷側的一液體側路徑，及被裝設至該熱電冷卻模組熱側的一散熱風扇。

若干實施例中，該冷卻系統係包含一電子分配板。該電子分配板包含一輸入電子插座，一串聯輸出電子插座，及一串聯感知電子插座。該輸入電子插座可接受來自個人電腦電源供應的標準功率輸入。該串聯輸出電子插座可提供功率及控制信號至冷卻系統中所使用的泵及風扇。以此法，對主機裂縫之一電子連接係提供電源至該冷卻系統中的所有泵。該串聯感知電子插座可接受操作期間被用來修正該冷卻系統表現的附加輸入。附加輸入例係包含但不限於，泵轉速計信號，空氣移動器轉速計信號，流體溫度，裝置溫度(中央處理單元，晶片組，繪圖處理單元，及/或物理處理單元)，周圍空氣溫度，及其他來自被冷卻之熱產生裝置的輸入。

第1圖說明依據本發明第一實施例的冷卻系統10例側面圖。冷卻系統10包含可包覆一抑制迴路16及收集迴路26，36，46，56的一個人電腦底盤外殼12。因技術領域中熟知如硬碟驅動器，電源供應器，母板，及其他傳統電路之個人電腦附加標準組件，所以為了簡化，第1圖不顯示該組件且不做進一步討論。各收集迴路26，36，46，56係被連結至一熱產生裝置，如 物理處理單元62，晶片組66，繪圖處理單元68，及中央處理單元70。各熱產生裝置係被連結至一印刷電路板(PCB)74、76、78、80、180，如母板，子板或個人電腦擴充卡。為了討論，各印刷電路板係包含一單熱產生裝置，而各收集迴路係被連結至一單熱產生裝置。應了解，各印刷電路板可包含一個以上熱產生裝置，而各收集迴路可包含一個以上熱交換裝置。雖然第1圖顯示四收集迴路，但應了解冷卻系統10亦可包含四個以上或以下收集迴路。通常，最大N收集迴路可被連結至抑制迴路16且藉由其有效冷卻。以下更詳細討論最大數N可依據抑制迴路16之散熱容量，及被連接至收集迴路之熱產生裝置所產生之熱量來決定。

抑制迴路16包含一熱匯流排24，一流體對空氣熱交換系統8，一泵20。流體對空氣熱交換系統8包含一散熱器18及一風扇14。泵20及散熱器18係被連結至熱匯流排24。較佳是，泵20係為一機械泵。可替代是，泵20係為一電滲泵。然而，熟練技術人士了解可替代設想任何類型泵。散熱器18係較佳為具有微通道及被緊密放置一起之風扇的一輻射器。更佳是，散熱器18係為在此併入參考之美國專利申請案序號6,988,535中說明之計數器流輻射器類型。然而，熟練技術人士了解可替代設想任何類型散熱器。風扇14包含可產生跨過及/或通過散熱器18之氣流的一個或更多吹扇。

應了解，抑制迴路16中之流體流與第1圖所示者相反。亦應了解，抑制迴路16中各組成相對位置僅為例證。例如，泵20可被放置於熱匯流排24輸出及輻射器18輸入之間。

第一收集迴路26，第二收集迴路36，第三收集迴路46及第四收集迴路56，各被裝設及熱連結至抑制迴路16的熱匯 流排24。收集迴路26包含各藉由流體線34連結的一熱交換裝置32，一泵30及一轉移冷板28。收集迴路36包含各藉由一個或更多流體線44連結的一熱交換裝置42，一泵40及一轉移冷板38。收集迴路46包含各藉由一個或更多流體線54連結的一熱交換裝置52，一泵50及一轉移冷板48。收集迴路56包含各藉由一個或更多流體線64連結的一熱交換裝置62，一泵60及一轉移冷板58。為了討論，之後僅說明收集迴路26配置及操作。各其他收集迴路36，46，56係類似收集迴路26般配置及操作。然而，應了解各收集迴路可被獨立配置如不同數量熱交換裝置，冷卻熱產生裝置通用功能係維持實質相同。

收集迴路26係為流體抽泵冷卻迴路。收集迴路26係包含用於對應個人電腦卡上之各熱產生裝置64的一熱交換裝置32。

較佳是，泵30係為機械泵。可替代是，泵30係為電滲泵。然而，熟練技術人士了解可替代設想任何類型泵。較佳是，熱交換裝置32係為在此併入參考之美國專利申請案序號7,000,684中說明之流體微通道熱交換器類型。然而，熟練技術人士了解可替代設想任何類型流體熱交換器。較佳是，轉移冷板28係被配置可最大化被暴露至通過那裡之流體之一表面區域的微通道。

如第1圖顯示，轉移冷板28係被直接連結至泵30。此配置中，一個或更多流體線34係輸入流體至轉移冷板28，該流體係被冷卻於轉移冷板28內，該流體係從轉移冷板28被傳遞至泵30，而該流體係從泵30被輸出至一個或更多流體線34。可替代是，該流體係被輸入至泵30，而從轉移冷板28被輸出。該 配置例係被說明於2007年3月30日提出申請在此併入其整體做參考，共有共同未決美國專利申請案序號(Cool 06000)，標題為”整合流體泵及輻射器貯器”中。其他實施例中，轉移冷板28及泵30不被直接連結，而反之藉由一個或更多流體線連結。仍其他實施例中，泵30被直接連結至熱交換裝置32。通常，具有可以特定應用基礎配置之完整設計彈性。

轉移冷板28下表面係經由一熱介面物質(無圖示)被熱連結至熱匯流排24上表面。該熱介面物質係較佳為一順從物質，如熱油脂，熱墊片，焊接劑，或任何類型熱傳導間隙填充物質。裝載機構(無圖示)係被用來將轉移冷板28固定至熱匯流排24。任何傳統裝載機構均可被使用，包含但不限於一個或更多鉗子，一個或更多螺絲，一個或更多彈簧夾，gimble機構，裝載欄標，或任何其他傳統保留機構，或一個或更多其組合。以此法，轉移冷板28被熱連結至熱匯流排24。熱匯流排24係較佳被配置可最大化被暴露至通過那裡之流體之一表面區域的流體通道。

雖然第1圖顯示收集迴路26為包含一單熱交換裝置32，但亦設想許多替代配置顯示收集迴路包含一個或更多熱交換裝置。例如，兩個或更多熱交換裝置可被串聯配置。此例中，流體首先流進第一熱交換裝置，而離開該第一熱交換裝置之流體接著被輸入第二熱交換裝置。可替代是，兩個或更多熱交換裝置可被並聯配置，使抵達任何該熱交換裝置之流體不被事先通過，且被另一熱交換裝置加熱。以此法，抵達任何並聯配置熱交換裝置之流體，係較若該流體首先通過串聯熱交換裝置為冷。該替代配置中，泵30係藉由一個或更多流體線被連結至該第一熱交換裝置，及獨立流體線將泵30連結至該第二熱交換裝置，等等。再 另一替代配置中，多熱交換裝置係為任何組合串聯及並聯配置。

轉移冷板28，泵30，熱交換裝置32及流體線34，係形成流體流過的第一封閉迴路。收集迴路26功能係捕捉熱產生裝置64所產生之熱。熱交換裝置32係被熱連結至熱交換裝置32。當流體流過第一封閉迴路至熱交換裝置32時，來自熱交換裝置32之熱係被轉移至該流體。

熱交換裝置32下表面係經由一熱介面物質(無圖示)被熱連結至熱交換裝置。該熱介面物質係較佳為一順從物質，如熱油脂，熱墊片，焊接劑，或任何類型熱傳導間隙填充物質。裝載機構(無圖示)係被用來將熱交換裝置32固定至熱產生裝置64。任何傳統裝載機構均可被使用，包含但不限於一個或更多鉗子，一個或更多螺絲，一個或更多彈簧夾，gimble機構，裝載欄標，或任何其他傳統保留機構，或一個或更多其組合。

各收集迴路26，36，46，56及抑制迴路16中所使用之流體類型係較佳以水為基礎。可替代是，該流體可以包含但不限於丙二醇，乙醇及異丙醇(IPA)之有機溶液組合為基礎。仍可替代是，該流體係為抽泵冷卻劑。所使用流體亦較佳呈現低冷凍溫度且具有抗腐蝕特性。一實施例中，視冷卻系統及熱產生裝置操作特性而定，該流體於該冷卻迴路內循環時係呈現單相位流。另一實施例中，該流體係被加熱至呈現兩相位流之一溫度，其中該流體係承受從液體至水汽或液體/水汽混合的相位轉移。

該被加熱流體係從熱交換裝置32流入轉移冷板28內的流體通道。熱係從該流體通道內之該被加熱流體被轉移至轉移冷板28之物質。一熱介面物質(無圖示)係提供轉移冷板28及熱匯流排24之間有效熱轉移，使熱從轉移冷板28得以被轉移至 熱匯流排24之物質。

各收集迴路之熱匯流排及轉移冷板實體尺寸，係被設計最大化該兩者之間的熱轉移。當熱匯流排被固定於個人電腦底盤時，熱匯流排實體尺寸亦被固定，明確說係將被與轉移冷板匹配之上接觸表面的一固定寬度及固定長度。多轉移冷板係可沿著熱匯流排長度被校準。各轉移冷板寬度實質類似熱匯流排寬度，且實質相同於從轉移冷板至轉移冷板。然而，轉移冷板至轉移冷板之各轉移冷板長度可不同。可依據收集迴路散熱需求設計各轉移冷板特定長度，及收集迴路被連結之一個或更多熱產生裝置。

特別是，一個或更多熱產生裝置所產生的熱量越多，被轉移至該收集迴路的熱越多。如此，被轉移至該收集迴路的熱越多，從轉移冷板所需轉移熱至熱匯流排越多。這些被配置消散相當多熱量的收集迴路，係被配置更大長度的轉移冷板，藉此提供轉移冷板及熱匯流排之間的較大的熱介面幾何84、86、88、90、190。這些被配置消散相當小熱量的收集迴路，係被配置較小長度的轉移冷板。各轉移冷板之熱介面幾何，係可決定通常被測量為散熱率，被轉移至熱匯流排之熱量。被連結至熱匯流排之所有轉移冷板的總散熱率，不能超過熱匯流排的最大散熱率。若干實施例中，熱匯流排的最大散熱率係為冷卻系統的固定特性。其他實施例中，抑制迴路係可度量增加該最大散熱率，如藉由添加一個或更多輻射器及/或風扇來增加流體對空氣熱交換系統的散熱容量。

仍另一實施例中，包含於個人電腦底盤內之一個或更多令人稱讚傳統冷卻系統，如標準空氣冷卻系統，係用於冷卻 超過熱匯流排24最大散熱率的若干或全部熱負載。該令人稱讚冷卻系統亦可被用來冷卻不被連結至冷卻系統10的一個或更多熱產生裝置。

參考第1圖，熱匯流排24，散熱器18，泵20及流體線22，係形成流體流過的一第二封閉迴路。該第二封閉迴路較佳係包含與上述第一封閉迴路相同的流體類型。該第二封閉迴路中的流體係與該第一封閉迴路的流體無關。

該第二封閉迴路及液體對空氣熱交換系統8之函數，係將熱從熱匯流排24轉移至周圍。當流體流過熱匯流排24內的流體通道時，熱係從熱匯流排24之物質被轉移至該流體。

熱匯流排內之被加熱流體係流至散熱器18。當該被加熱流體流過散熱器18時，熱係從該流體被轉移至散熱器18之物質。風扇14可吹動空氣於散熱器18表面，使該熱可從該散熱器18被轉移至周圍。較佳是，個人電腦底盤12包含空氣可進出冷卻系統10的吸氣口及排氣口。離開散熱器18之被冷卻流體係流回熱匯流排24。

第2圖說明依據一平行路徑配置的熱匯流排24切除，上-下圖。該平行路徑配置中，熱匯流排24中之流體通道係以從熱匯流排24內之一入口點延伸至一出口點之平行路徑配置。第3圖說明沿著第2圖顯示線A-A之熱匯流排24切除側面圖。雖然第2及3圖顯示五個流體通道，但熱匯流排可被配置五個以上或以下的流體通道。如第2圖顯示，單流體線22係於進入熱匯流排24之前被分為多流體線，而離開熱匯流排24之多流體線係被再連結形成一單流體線22。此配置中，熱匯流排24係被配置多輸入及輸出流體線被連結至之多流體通道輸入埠。替代 配置中，單流體線22係進出熱匯流排24，而該單流體線分為熱匯流排24內之多流體通道。另一配置中，單流體線22係進入熱匯流排24。任何這些流體線22均可流入多通道，或可流入單流體通道。亦可考慮多流體線流入及/或分割為熱匯流排24內之多流體通道的任何其他配置。

第4圖說明依據一卷繞路徑配置的熱匯流排24切除，上-下圖。該卷繞路徑配置中，熱匯流排24中之流體通道係以從熱匯流排24內之一入口點延伸至一出口點之纏繞，卷繞路徑配置。雖然第3圖顯示一單入口點及一出口點，但亦可設想多個該入口及出口點。再者，該流體通道可以任何非平行配置達成類似效應。明確說，不論各轉移冷板被連結至熱匯流排之相對位置為何，該卷繞路徑配置均分配實質等於跨越被連結至該熱匯流排之所有轉移冷板的熱梯度。此提供否定轉移冷板被放置於熱匯流排上之排序的優點。應了解，亦可設想替代流體通道路徑配置。

第5圖說明依據本發明第二實施例的冷卻系統例側面圖。除了冷卻系統10之熱匯流排24被分配熱匯流排124取代，其中各熱匯流排124片段被一個或更多流體線122連結，而收集迴路56被收集迴路156取代之外，冷卻系統10係與第1圖之冷卻系統10相同。收集迴路156包含藉由一個或更多流體線164連結的一轉移冷板158，一泵160及一熱交換裝置162。轉移冷板158係被熱連結至熱匯流排片段124，而熱交換裝置162係被連結至熱產生裝置170，如個人電腦中央處理單元。收集迴路156係被配置及操作類似收集迴路56(第1圖)。冷卻系統10之分配配置，係強調連結該冷卻系統至分配於個人電腦底盤12內之熱產生裝置，如系統母板位置對個人電腦擴充卡位置的替代方法。第 1圖之冷卻系統10係藉由各種收集迴路適應性配置匹配各種分配熱產生裝置位置來提供設計彈性。相對地，第6圖之冷卻系統100係藉由熱匯流排適應性配置，其中該熱匯流排片段係被放置接近各種分配熱產生裝置來提供設計彈性。

熟練技術人士了解本冷卻系統不限於第1至6圖所示組件，而替代性包含其他組件及裝置。例如，雖然第1圖不顯示，冷卻系統10亦可包含被連結至一個或更多收集迴路，或抑制迴路或兩者封閉迴路的一流體貯器。該流體貯器係說明隨時間因滲透造成之流體損失。

可替代是，雖然上述第1至6圖實施例各有關液體冷卻系統，但亦可使用如熱導管及傳導裝置之替代冷卻系統。當使用第6圖片段熱匯流排實施例時，熱導管特別有效。此例中，熱匯流排片段係被放置相當接近熱產生裝置，而熱導管係被連結至該熱產生裝置及該熱匯流排片段。亦可設想單冷卻系統可被配置一個或更多抽泵收集迴路及一個或更多熱導管收集迴路。

若干實施例中，冷卻系統係被配置冷卻包含於個人電腦底盤內之各熱產生裝置。其他實施例中，冷卻系統係被配置冷卻僅選擇熱產生裝置，或僅一單熱產生裝置，而其他熱產生裝置則由其他或另人稱讚裝置冷卻。

若干實施例中，冷卻系統模組化特性可使收集迴路被包含於個人電腦底盤中之一外殼內，經由該熱匯流排從收集迴路散熱至該外殼另一隔室外或內的抑制迴路。

本發明已以包含促進理解本發明建構及操作原理之細節的特定實施例型式做說明。如此，特定實施例及其細節之參考並不預期限制附帶申請專利範圍。熟練技術人士將明瞭，只要 不背離本發明範圍，均可對被選擇用於說明之實施例作修改。

8‧‧‧流體對空氣熱交換系統

10‧‧‧冷卻系統

22‧‧‧單流體線

34、44、54、64‧‧‧流體線

84、86、88、90‧‧‧熱介面幾何

Claims (55)

1. 一種冷卻系統，用於冷卻一個人電腦內一個或更多熱產生裝置，該冷卻系統包含：a.一個人電腦底盤；b.裝設於該個人電腦底盤內的一個或更多電路板，各電路板包含一個或更多熱產生裝置；c.一主要熱交換系統，包含一熱匯流排及通過該熱匯流排的一第一流體，其中該熱匯流排配置與一個或更多第一熱交換裝置熱接合，其中該主要熱交換系統是該個人電腦底盤中所包括的一封閉系統，並被配置成冷卻其中的該第一流體；d.一個或更多流體冷卻系統，各流體冷卻系統係包含熱連結至該熱匯流排的至少一該第一熱交換裝置及至少一第二熱交換裝置，其中各流體冷卻系統係被熱連結至對應一個或更多電路板，使各第二熱交換裝置被熱連結至該對應一個或更多電路板上的該熱產生裝置之一，另外中各流體冷卻系統係包含一第二流體，接收經由該第二熱交換裝置從對應一個或更多電路板的各熱交換裝置所轉移的熱，及e.一熱介面，連結至各流體冷卻系統的該熱匯流排及該第一熱交換裝置，以轉移該第一流體及該第二流體之間的熱。
2. 如申請專利範圍第1項的冷卻系統，其中各流體冷卻系統係包含一抽泵流體迴路。
3. 如申請專利範圍第1項的冷卻系統，其中各流體冷卻系統係包含一熱導管。
4. 如申請專利範圍第1項的冷卻系統，其中一個或更多該流體冷卻系統係包含一抽泵流體迴路，而一個或更多該流體冷 卻系統係包含一熱導管。
5. 如申請專利範圍第1項的冷卻系統，其中至少一該電路板包含一母板。
6. 如申請專利範圍第1項的冷卻系統，其中至少一電路板係可移除地裝設於該個人電腦底盤內。
7. 如申請專利範圍第6項的冷卻系統，其中該可移除電路板係包含一繪圖卡，一物理處理卡，或其他包含一個或更多熱產生裝置的附卡。
8. 如申請專利範圍第1項的冷卻系統，其中該主要熱交換系統係形成一第一封閉流體迴路。
9. 如申請專利範圍第8項的冷卻系統，其中該主要熱交換系統更包含一第一泵，其中該第一泵係包含於該第一封閉流體迴路中。
10. 如申請專利範圍第9項的冷卻系統，其中該主要熱交換系統更包含一流體對空氣熱交換系統，其中該流體對空氣熱交換系統係包含於該第一封閉流體迴路中。
11. 如申請專利範圍第1項的冷卻系統，其中各流體冷卻系統係形成一第二封閉流體迴路。
12. 如申請專利範圍第11項的冷卻系統，其中各流體冷卻系統更包含一第二泵，其中該第二泵係包含於該第二封閉流體迴路中。
13. 如申請專利範圍第12項的冷卻系統，其中該第二泵係與該第一熱交換裝置整合。
14. 如申請專利範圍第1項的冷卻系統，其中該第一流體係實體上與該第二流體隔離。
15. 如申請專利範圍第1項的冷卻系統，其中該熱匯流排係配置該第一流體流過的流體通道。
16. 如申請專利範圍第15項的冷卻系統，其中該流體通道係被彼此相對配置於一平行路徑中。
17. 如申請專利範圍第15項的冷卻系統，其中該流體通道係配置於一卷繞路徑中。
18. 如申請專利範圍第1項的冷卻系統，其中各第二熱交換裝置係配置微通道。
19. 如申請專利範圍第18項的冷卻系統，其中該熱介面更包含用於連結各第一熱交換裝置至該熱匯流排的一熱介面物質。
20. 如申請專利範圍第1項的冷卻系統，其中各第一熱交換裝置係包含與該熱介面接觸的一熱介面幾何，各第一熱交換裝置的該熱介面幾何係與各其他第一熱交換裝置的一熱介面幾何無關。
21. 如申請專利範圍第20項的冷卻系統，其中依據熱連結至對應該特定第一熱交換裝置之該流體冷卻系統的一個或更多熱產生裝置所產生的熱量，來配置各特定第一熱交換裝置的該熱介面幾何。
22. 如申請專利範圍第1項的冷卻系統，其中各特定第一熱交換裝置係包含與該熱介面接觸的一熱介面幾何，可依據熱連結至對應該特定第一熱交換裝置之該流體冷卻系統的一個或更多熱產生裝置所產生的熱量，來度量各第一熱交換裝置的該熱介面幾何。
23. 如申請專利範圍第1項的冷卻系統，其中該主要熱交換 系統係被配置於該個人電腦底盤內的一固定位置中。
24. 如申請專利範圍第23項的冷卻系統，其中各流體冷卻系統的該第一熱交換器係固定至該熱匯流排，而該流體冷卻系統剩餘部分係配置以彈性放置於該個人電腦底盤內。
25. 如申請專利範圍第1項的冷卻系統，其中各流體冷卻系統的各第一熱交換器係固定至該對應熱產生裝置，而該流體冷卻系統剩餘部分係與該一個或更多電路板無關。
26. 如申請專利範圍第1項的冷卻系統，其中該熱匯流排係被分割，各片段係經由流體線被連結，且各片段係分配遍佈該個人電腦底盤。
27. 一種冷卻系統，用於冷卻一個人電腦內一個或更多熱產生裝置，該冷卻系統包含：a.一個人電腦底盤；b.一主要熱交換系統，包含一熱匯流排及通過該熱匯流排的一第一流體，其中該主要熱交換系統係用以接收最大熱容量，其中該主要熱交換系統是該個人電腦底盤中所包括的一封閉系統，並被配置成冷卻其中的該第一流體；c.複數個可度量電路板，係可移除地裝設於該個人電腦底盤內，各電路板包含可產生一熱輸出的一個或更多熱產生裝置，其中係依據該主要熱交換系統之最大熱容量，來決定連結至該主要熱交換系統的最大電路板數量；及d.複數個可度量流體冷卻系統，各流體冷卻系統係包含可移除地連結至該熱匯流排的至少一第一熱交換裝置及至少一第二熱交換裝置，其中各流體冷卻系統係可移除地連結至對應一個或更多電路板，使各第二熱交換裝置可移除地連結至該對 應一個或更多電路板上的該熱產生裝置之一，另外其中各流體冷卻系統係包含通過那裡的一第二流體，其中該第二流體用以將該熱輸出轉移到該主要熱交換系統。
28. 如申請專利範圍第27項的冷卻系統，其中該電路板上的各熱產生裝置係熱連結至該第二熱交換裝置之一。
29. 如申請專利範圍第28項的冷卻系統，其中該熱匯流排係熱連結至各第一熱交換裝置。
30. 如申請專利範圍第29項的冷卻系統，其中各流體冷卻系統係包含該第二流體，以經由該第二熱交換裝置接收從該對應一個或更多電路板的各熱產生裝置所轉移的熱。
31. 如申請專利範圍第30項的冷卻系統，更包含一熱介面，連結至該熱匯流排及該第一熱交換裝置，以轉移該第一流體及該第二流體之間的熱。
32. 如申請專利範圍第27項的冷卻系統，其中各流體冷卻系統係包含一抽泵流體迴路。
33. 如申請專利範圍第27項的冷卻系統，其中各流體冷卻系統係包含一熱導管。
34. 如申請專利範圍第27項的冷卻系統，其中一個或更多該流體冷卻系統係包含一抽泵流體迴路，而一個或更多該流體冷卻系統係包含一熱導管。
35. 如申請專利範圍第27項的冷卻系統，其中至少一該電路板包含一母板。
36. 如申請專利範圍第27項的冷卻系統，更包含一固定電路板，裝設於該個人電腦底盤內，及熱連結至該流體冷卻系統之一。
37. 如申請專利範圍第27項的冷卻系統，其中一個或更多該電路板係包含一繪圖卡，一物理處理卡，或其他包含一個或更多熱產生裝置的附卡。
38. 如申請專利範圍第27項的冷卻系統，其中該主要熱交換系統係形成一第一封閉流體迴路。
39. 如申請專利範圍第38項的冷卻系統，其中該主要熱交換系統更包含一第一泵，其中該第一泵係包含於該第一封閉流體迴路中。
40. 如申請專利範圍第39項的冷卻系統，其中該主要熱交換系統更包含一流體對空氣熱交換系統，其中該流體對空氣熱交換系統係包含於該第一封閉流體迴路中。
41. 如申請專利範圍第27項的冷卻系統，其中各流體冷卻系統係形成一第二封閉流體迴路。
42. 如申請專利範圍第41項的冷卻系統，其中各流體冷卻系統更包含一第二泵，其中該第二泵係包含於該第二封閉流體迴路中。
43. 如申請專利範圍第42項的冷卻系統，其中該第二泵係與該第一熱交換裝置整合。
44. 如申請專利範圍第27項的冷卻系統，其中該第一流體係實體上與該第二流體隔離。
45. 如申請專利範圍第27項的冷卻系統，其中該熱匯流排係配置該第一流體流過的流體通道。
46. 如申請專利範圍第45項的冷卻系統，其中該流體通道係被彼此相對配置於一平行路徑中。
47. 如申請專利範圍第45項的冷卻系統，其中該流體通道 係配置於一卷繞路徑中。
48. 如申請專利範圍第27項的冷卻系統，其中各第二熱交換裝置係配置微通道。
49. 如申請專利範圍第27項的冷卻系統，其中每一第一熱交換裝置包含與一熱介面接觸的一熱介面幾何，各第一熱交換裝置的該熱介面幾何係與各其他第一熱交換裝置的一熱介面幾何無關。
50. 如申請專利範圍第49項的冷卻系統，其中依據熱連結至對應該特定第一熱交換裝置之該流體冷卻系統的一個或更多熱產生裝置所產生的熱量，來配置各特定第一熱交換裝置的該熱介面幾何。
51. 如申請專利範圍第27項的冷卻系統，其中各特定第一熱交換裝置係包含與該熱介面接觸的一熱介面幾何，可依據熱連結至對應該特定第一熱交換裝置之該流體冷卻系統的一個或更多熱產生裝置所產生的熱量，來度量各第一熱交換裝置的該熱介面幾何。
52. 如申請專利範圍第27項的冷卻系統，其中該主要熱交換系統係被配置於該個人電腦底盤內的一固定位置中。
53. 如申請專利範圍第52項的冷卻系統，其中各流體冷卻系統的該第一熱交換器係固定至該熱匯流排，而該流體冷卻系統剩餘部分係配置以彈性放置於該個人電腦底盤內。
54. 如申請專利範圍第27項的冷卻系統，其中該熱匯流排係被分割，各片段係經由流體線被連結，且各片段係分配遍佈該個人電腦底盤。
55. 如申請專利範圍第27項的冷卻系統，更包含一次要熱 交換系統，被配置從超過該主要熱交換系統之最大熱容量的該一個或更多熱產生裝置移除熱輸出。