TWI311903B - Liquid cooling system - Google Patents

Description

1311903 ⑴ 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於液體冷卻系統，特別是關於供電子組件 用的液體冷卻系統、及其相關的方法。 【先前技術】 美國第US 6,749,012號專利案所描述的液體冷卻系統 和本申請案共通讓渡。參考圖1，供以處理器爲主的系統 用的液體冷卻系統1 0，可包括容納有一熱交換器芯和一液 體泵（未示於圖1 )的一殼體12。一風扇總成26固定於殻 體12 ’該風扇總成26包括一風扇14。風扇14設於殼體12之 開口上，以提供對冷卻熱交換器芯3 6內側液體的空氣冷卻 。熱交換器芯36部分是由相對的面所界定，且該等相對的 面分開一段距離以界定厚度方向。風扇14可經由連接器18 耦合於電位。液體泵可經由連接器16耦合於電位。殻體12 的一部分28可包含供被泵送的冷卻液體用的一槽（tank) 或箱（reservoir)。 通過殻體12出來之已冷卻的液體，可流經管20b到一 處理器冷板22，然後返回經過回流管20a。以處理器爲主 之系統的一處理器24，可和冷板22呈熱接觸。 參考圖2，以處理器爲主之系統40可包括熱耦合於冷 卻系統10的處理器24。處理器24可電性地耦合於例如電橋 的介面42。介面42耦合於記憶體44和匯流排46。匯流排46 可再耦合於例如橋的另一介面。在一實施例中，介面48 -5 - (2) 1311903 也可耦合於硬碟機50。 在一些實施例中’介面48可提供電性信號給冷卻系 10，以控制其作業。例如基於處理器24的效能和溫度， 提供額外的冷卻在介面48的控制之下。因此可提供信號 連接器18和16，以控制風扇14和泵30獲得所欲的處理器 溫度。 液體冷卻系統1 〇的其他詳細構造和作業，可參考美 第US 6,749,012號專利案。 【發明內容】 本發明係關於液體冷卻系統，特別是關於供電子組 用的液體冷卻系統、及其相關的方法。 【實施方式】 在下列描述中，爲了說明目的而非爲了限制目的， 載了例如特殊構造、建構、介面、技術等明確細節，以 供對本發明各方面的完全了解。但是對本揭露有利益的 悉該項技藝人士而言，顯然可以不脫離這些特定細節的 它例子，來執行本發明的各方面。在某些例子中，省略 熟知裝置 '電路、和方法的描述，以免因爲不需要的細 而模糊了本發明的描述。 參考圖3-8，液體冷卻裝置60包括設於兩熱交換器 和63之間的槽6 1，槽6 1上設有稱爲第一入口埠64和第一 口埠65的二主流體璋。如圖所例示，槽6 1爲具有大致平 統 可 給 24 國 件 記 提 熟 其 了 節 62 出 坦 -6 - 1311903 ⑹ 業如下。參考圖6和8，容納在主入口 64的流體以前頭L指 示的方向流進入槽61。阻板84將流體分裂進入箭頭^^和1^ 所指示的二流動路徑’流動路徑M經由分別在槽6 1之第一 側和第二側上的第一流體出口和第二流體出口離開槽’並 分別進入第一管7 1、7 6。流體從流動路徑M分別沿著箭頭 Μ 1和Μ 2所指示的流動路徑流經熱交換器6 2、6 3。流動路 徑Ν經由分別在槽6 1之第一側和第二側上的第三流體出口 和第四流體出口離開槽’並分別進入第二管73、78。流體 從流動路徑Ν分別沿著箭頭Ν1和Ν2所指示的流動路徑流經 熱交換器62、63。總共四個冷卻通道（Ml、M2、Ν1、和 N2)設置穿過熱交換器62、63。 流動路徑Μ 1和Μ 2分別經由槽6 1之第一和第二側上的 第一和第二流體入口再進入槽，且倂入流動路徑R。流動 路徑Ν1和Ν2分別經由槽61之第一和第二側上的第三和第 四流體入口再進入槽，且倂入流動路徑S。流動路徑R和S 合倂，且流體經由流動路徑Τ從主出口 65離開槽。 有利地，阻板84迫使流體流向四個冷卻通道（每側兩 個），其中流體可被熱交換器62、63的鰭片所冷卻，當需 要或希望時，可選擇性地補充空氣流經熱交換器的鰭片。 阻板84也將進入的流動路徑L、Μ、Ν和離開的流動路徑R ' S、Τ完全分離。在一些實施例中，可設置更多或更少冷 卻通道（例如每側一個，或每側三個以上）。 本發明一些實施例的另一方面，涉及在供多處理器電 腦系統之第一處理器用的第一專用液體冷卻系統中利用槽 -10 - (8) 1311903 ®常多處理器系統初始時建構成少於滿載能力（例如 ’只設置雙處理器系統中的單一個處理器）。使用多個專 體冷卻系統相對於一共用的液體冷卻系統，更具有一 '潛在的優點是：可降低系統的初始成本。該共用的液體冷 谷卩¥ Μ之額外能力來自額外的成本（有時包括多個冷卻板 禾口連結管路），該額外的能力直到設置第二處理器時才需 胃（i如果第二處理器從未設置，則該額外的能力完全不 需要）。因爲運輸的多處理器系統只具有供每一初始設置 處理器所需的專用液體冷卻系統的量，所以消費者可瞭解 因爲較少的零件數目、較少的運輸重量、和較小、較少成 本的液體冷卻系統而節省了成本。 參考圖10，液體冷卻系統100包括熱源A1 (例如處理 器或其他電子裝置）。冷板A2機械地且熱學地耦合於熱 源A1 ’冷板A2與熱交換器A3 (例如圖3-8的液體冷卻裝置 )呈液體連通。冷卻液體從冷板A2向熱交換器A3循環且 再循環回來，以提供冷卻循環。例如，可藉由管路A4將 冷卻板A2連接於迴路中的熱交換器A3。泵A5可設於管路 A4的其中一支流線中，以循環管路A4內所含的冷卻液體 (例如以箭頭A的方向）。系統100可包括一個以上的選 擇性鰭片A6 ’以提供空氣流供熱交換器A3和/或冷板A2用 〇 液體冷卻系統1 〇 〇更包括選擇性附加熱源B 1 (例如雙 處理器系統中的第二處理器）。冷板B2機械地且熱學地耦 合於熱源B 1 ’冷板B 2與熱交換器B 3 (例如圖3 - 8的液體冷 -12 - (9) 1311903 卻裝置）呈液體連通。冷卻液體從冷板B2向熱交換器B3 循環且再循環回來，以提供冷卻循環。例如，可藉由管路 將冷卻板B2連接於迴路中的熱交換器b3。栗B5可設於 管路B4的其中一支流線中，以循環管路b4內所含的冷卻 液體（例如以箭頭B的方向）。系統1 〇 〇可包括選擇性鰭片 B6 ’以提供空氣流供熱交換器Μ和/或冷板B2用。 在一些實施例中’管路A4、B4爲可撓的、易於形成 B路、可大致抗裂傷、和抗紐結、具有極低的水蒸氣穿透 率、且能以低成本製造。管可例如由下列材料中的一種以 上材料形成·乙稀丙嫌氟化物、聚氟化亞乙稀、四氟乙稀 聚合物、聚四氟乙烯、或含氟彈性材料，例如氟化的乙 烯-丙烯-非·共軛二烯橡膠（例如可從杜邦（Dupont)獲 得的氟化橡膠（V i t ο η ))。管可例如由擠製形成。管可 由上述的材料結合其他的材料形成。例如可使用共擠製製 程來生產管48、50’以具有兩層以上，每—層是由一種不 同的材料形成。在一些實施例中，管可具有兩層，包括由 乙烯丙烯氟化物、聚氟化亞乙烯、四氟乙烯聚合物、聚四 氟乙烯、或含氟彈性材料其中之一所形成的內層、和由例 如尼龍所形成的外層。每一管也可使用套管式（tube_in_ tube )的構造。 由乙烯丙烯氟化物、聚氟化亞乙烯、四氟乙烯聚合物 、聚四氟乙烯、或含氟彈性材料其中一種以上的材料所形 成的管特別好，因爲此等材料提供極低的水蒸氣穿透率。 此特徵不論獨自或結合本文所述冷卻系統的其他特性，都 -13 - (11) (11)1311903 本發明之前述和其他方面可各別和結合達到。除非藉 由特殊的請求項明白地要求’否則本發明不應被解釋爲需 要二個以上的的該等方面。再者’雖然本發明已結合現在 認爲較佳的實施例做描述，但要瞭解本發明並不限於所揭 露的例子。相反地’本發明意欲涵蓋本發明之精神和範圍 所包括之各種修飾和均等的配置。 【圖式簡單說明】 從下列附圖所例示之較佳實施例的描述，將可清楚了 解本發明的各種特性’其中類似的參考號碼在全部圖式中 通常指相同的零件。圖式不需比例尺，反而將重點放在例 示說明本發明的原理。 圖1是液體冷卻系統的透視圖； 圖2是供處理器爲主之裝置用的液體冷卻系統之示意 圖， 圖3是依據本發明一些實施例之液體冷卻裝置的透視 I 〇, ) ♦ 圖， 圖4是圖3之液體冷卻裝置的上視示意圖； 圖5是圖3之液體冷卻裝置的側視示意圖； 圖6是圖3之液體冷卻裝置的前視示意圖； 圖7是圖3之液體冷卻裝置的剖面透視圖； 圖8是圖3之液體冷卻裝置的側剖面視圖； 圖9是本發明一些實施例之電腦系統的方塊圖； 圖1〇是本發明一些實施例之另一電腦系統的方塊圖； -15 - (12) 1311903 和 圖11是本發明一些實施例之兩液體冷卻系統的透視圖 【主要元件符號說明】 10 液體冷卻系統 12 殼體

14 風扇 16 連接器 18 連接器 20a 回流管 20b 管子 22 冷板 24 處理器 26 風扇總成 28 部分 36 熱交換器芯 40 以處理器爲主的系統 4 2 介面 44 記憶體 46 匯流排 48 介面 50 硬碟機 60 液體冷卻裝置 -16 - (13) 1311903

6 1 槽 62 第 一 熱 交 換 器 63 第 二 熱 交 換 器 64 主 入 □ 埠 65 主 出 □ ί阜 66 第 -- 側 67 第 二 側 68 第 二 側 7 1 第 — 管 72 第 一 摺 疊 曰 片 散 熱 器 73 第 二 管 74 第 二 摺 疊 鰭 片 散 熱 器 75 第 二 摺 疊 德 片 散 熱 器 76 第 — 管 77 第 一 摺 疊 鰭 片 散 熱 器 78 第 二 管 79 第 二 摺 疊 鰭 片 散 熱 器 80 第 二 摺 疊 鰭 片 散 熱 器 8 1 第 一 流 體 出 P 82 第 一 流 體 入 □ 83 第 二 流 體 出 P 84 阻 板 85 第 四 流 體 入 □ 86 分 配 槽 -17 (14)1311903

87 88 90 92 94 96 98 100 110 112 114 116 A A1 A2 A3 A4 A5 A6 B B1 B2 B3 B4 儲存槽 管 多處理器系統板 第一處理器 第二處理器 第一液體冷卻系統 第二液體冷卻系統 液體冷卻系統 液體冷卻系統 第一液體冷卻裝置 第二液體冷卻裝置 風扇 箭頭 熱源 冷板 熱交換器 管路 泵 鰭片 箭頭 熱源 冷板 熱交換器 管路 -18 (15) 1311903 (15)

B5 泵 B6 鰭片 Ml 箭頭 M2 箭頭 Μ 箭頭 N 箭頭 L 箭頭 R 流動路徑 S 流動路徑 T 流動路徑

Claims (1)

1311903 (1) 十、申請專利範圍 1 %丨斤^日修(ρ正替换j 附件4八： 第94 1 34008號專利申請案 中文申請專利範圍替換本！ 民國9 7年1 1月26日修正 1 . 一種冷卻裝置，包括建構用於對處理器提供冷卻的 液體冷卻系統，該液體冷卻系統包含： 一槽；

一第一熱交換器，附接至該槽的一第一側； 一第二熱交換器，附接至相對於該槽之該第一側的該 槽之一第二側，其中該槽與該第一熱交換器和該第二熱交 換器呈流體連通。 2 .如申請專利範圍第1項所述的冷卻裝置，其中該槽 包含在該槽的該第一側上的一第一流體出口與一第一流體 入口、和在該槽的該第二側上的一第二流體出口與一第二 流體入口。 3 .如申請專利範圍第2項所述的冷卻裝置，其中該槽 更包含在該槽的該第一側上的一第三流體出口、在該槽的 該第二側上的一第四流體出口、和在該槽內側的阻板，且 配置該阻板用於分配流體於該第一、第二、第三、和第四 流體出口之間。 4 .如申請專利範圍第3項所述的冷卻裝置，其中該槽 更包含在該槽的該第一側上的一第四流體入口、和在該槽 的該第二側上的一第四流體入口。 5 .如申請專利範圍第1項所述的冷卻裝置，其中該槽 1311903 --------—— 月吣日修(/)正替換頁 (2) ----- 包含在同一殼體內的一分配槽和一儲存槽。 6 .如申請專利範圍第1項所述的冷卻裝置，其中該槽 實質地位於該第一熱交換器和該第二熱交換器之間的中央 7 .如申請專利範圍第6項所述的冷卻裝置，其中該槽 包含在同一殼體內的一分配槽和一儲存槽。

8 .如申請專利範圍第1項所述的冷卻裝置，其中該槽 包含具有實質地平坦側面的一實質地盒狀殼體，其中該槽 位於該第一熱交換器和該第二熱交換器之間的中央，該槽 更包含： 位在該槽的一第三側上的一主流體入口；和 位在該槽的該第三側上的一主流體出口，其中該槽的 該第三側附接在該槽的該第一側和該第二側之間； 在該槽的該第一側上的一第一流體出口與一第一流體 入口； 在該槽的該第二側上的一第二流體出口與一第二流體 入口； 在該槽的該第一側上的一第三流體出口與一第三流體 入口； 在該槽的該第二側上的一第四流體出口與一第四流體 入口；和 在該槽內側的阻板，且配置該阻板用於界定從該主流 體入口至該第一、第二、第三、和第四流體出口、及從該 第一、第二、第三、和第四流體入口至該主流體出口的各 -2 - (3) (3) 1311903 列年1’月Η日修(力正替換; 流動路徑。 9. 如申請專利範圍第8項所述的冷卻裝置，其中另外 配置該阻板用於在該槽內側提供一儲存槽。 10. —種冷卻方法，包含： 提供一槽； 將一第一熱交換器附接至該槽的一第一側； 將一第二熱交換器附接至該槽的一第二側，該第二側 Φ 相對於該槽的該第一側； 提供該槽與該第一熱交換器及該第二熱交換器兩者間 的流體連通； 在供多處理器電腦系統之第一處理器用的第一專用'液 體冷卻系統中利用槽；和 利用供多處理器電腦系統之第二處理器用的第二專用 液體冷卻系統。 11. 如申請專利範圍第1 〇項所述的冷卻方法，更包含 Φ 將槽實質地設於該第一和第二熱交換器之間的中央。 1 2 ·如申請專利範圍第1 0項所述的冷卻方法，更包含 將流體容置在該槽內；和 將該流體分配至在該槽之第一側和第二側兩者上的複 數流體出口。 1 3 .如申請專利範圍第1 2項所述的冷卻方法，更包含 在該槽內側設置阻板，以界定供該流體用的複數流動 -3- 曰修(〆)正替換買 1311903 (4) 路徑。 1 4 .如申請專利範圍第1 〇項所述的冷卻方法，更包含 將該槽分隔成一分配槽和一儲存槽兩者。 1 5 ·如申請專利範圍桌1 〇項所述的冷卻方法，宜中該 第一和第二處理器兩者皆位於該多處理器系統的同—系統 板上。

16. —種處理器爲主的系統，包含： 一多處理器系統板； 至少一第一處理器，設置在該系統板上； 至少一第一液體冷卻系統，建構用於對該第一處理器 提供專用的冷卻； 一第二處理器，設置在該系統板上；和 一第二液體冷卻系統，建構用於對該第二處理器提供 專用的冷卻。 17·如申請專利範圍第16項所述處理器爲主的系統， 其中該第一液體冷卻系統包含： 一槽； 一第一熱交換器，附接至該槽的一第一側；和 一第二熱交換器，附接至相對於該槽之該第一側的該 槽之一第二側’其中該槽與該第一熱交換器和該第二熱交 換器呈流體連通。 1 8 .如申請專利範圍第1 7項所述處理器爲主的系統， 其中該槽包含在同一殻體內的一分配槽和一儲存槽兩者。 -4- (5) 1311903 1 9 ·如申請專利範圍第1 7項所述處理器爲主的系統， 其中該槽實質地位於該第一熱交換器和該第二熱交換器之 間的中央。 20.如申請專利範圍第1 8項所述處理器爲主的系統， 其中該槽包括在該槽內側的阻板，以界定複數流動路徑。 2 1 ·如申請專利範圍第1項所述的冷卻裝置，另外包 含一第二液體冷卻系統，其建構用於對一第二處理器提供

22 .如申請專利範圍第2 1項所述的冷卻裝置，其中該 處理器和該第二處理器兩者，皆位在一多處理器系統的同 —板上。

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3說 (單 第簡 •.號 為符 圖件 表元 代之 定圖 :指表 圖案代 表本本 代 /-'N \ 定一二 指CC 60 液 體 冷 卻 裝 置 67 第二側 6 1 槽 7 1 第- 一管 62 第 —· 熱 交 換 器 73 第二管 63 第 二 熱 交 換 器 76 第- -管 64 主 入 P 堤 78 第二管 65 主 出 P 埠 72 第 —· 摺 疊 鰭 片 散 熱 器 74 第 二 摺 疊 鰭 片 散 熱 器 75 第 三 摺 疊 鰭 片 散 熱 器 77 第 一 摺 疊 鰭 片 散 熱 器 79 第 二 摺 疊 鰭 片 散 熱 器 80 第 三 摺 疊 鰭 片 散 熱 器 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學 式：無

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