模块化毛细抽吸循环冷却系统技术方案

模块化ＣＰＬ冷却系统将热量从底座中的高功率电路组件（２２）传递到底座内部或外部的其他位置，在该位置处可以更容易地排除热量。所述ＣＰＬ冷却系统包括一个或多个蒸发器（１０），其通过柔性的液体传输线路和蒸汽传输线路（１６、１４）连接到一个或多个冷凝器（１２）。每个冷凝器（１０）中都设置了吸液结构（２０）。吸液结构（２０）基于毛细机制和压力差，将液态的工作液体（例如水）抽吸到蒸发器（１０）中，所述压力差跨越形成在吸液结构（２０）的上表面上的液体／蒸汽界面处的弯月面。在这一界面处，液体蒸发，并从热源（２２）吸收能量。该能量由蒸汽传输到冷凝器（１２），在此处工作液体重新冷凝成液体，从而释放了能量。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及计算机系统的冷却系统，具体地说涉及适用于高密度计算机服务器的毛细抽吸循环冷却系统和组件。
技术介绍
近来的市场需求已引导计算机产业开发出具有更高电路密度的计算机系统。例如，许多硬件供应商例如惠普、IBM、康柏和戴尔提供了高密度的机架安装型服务器(rack-mounted server)，其使得可以在单个标准化的机架内容纳大量服务器。这些机架安装型服务器的底座被构造成具有特定的外形参数(form factor)，所述参数针对于其中将安装服务器的的标准化机架而设计。在一种构造中，使用了称为“1U”外形参数的超薄外形参数。根据1U外形参数，每个服务器的底座高度仅有1.75英寸。在另一种称为“2U”外形参数的构造中，每个服务器的底座高度是3.5英寸。计算机服务器中的组件正在以越来越高的频率运行，使用更小的管芯尺寸和更密集的压缩型电路。结果，这些组件(尤其是微处理器)产生了大量热量，必须从底座排除这些热量以使所述组件不会过热。在传统的计算机系统中，这是通过强制性空气对流来实现的，所述空气对流使用一个设置在底座内部或者连接到底座的一个或多个风扇，通过底座吸引空气经过所述组件，从而将热量传递离开电路组件。为了进一步促进热量排除处理，经常将散热片安装到各种高功率电路组件上，以提高自然或强制性的对流传热过程。例如，通常使用包括一列鳍片的散热片来冷却桌面系统、工作站和基座安装型服务器(pedestal-mounted server)中的微处理器，其中所述鳍片高约1-2英寸。散热片与它们安装在其上的组件相比提供了大得多的表面积。1U和2U外形参数的低型(low profile)给热工程师制造了几个问题。由于内在的高度限制，散热片的使用通常限制为具有低型的那些散热片，这种散热片由于较小的表面积，与较高的散热片比起来效率较低。而且，为了通过强制性空气对流来提供足够的冷却，需要足够的气流；1U底座所具有的高度限制可能会严重地限制能够传递通过系统的空气量。尽管在许多情况下散热片具有优势，但是它们产生了显著的气流限制，极大地减少了通过计算机底座的气流量。它们还占用了可以由其他系统组件使用的空间。另外，由于风扇片的面积大约与(当具有不同直径的风扇以相同速度旋转时)所产生的气流量成正比，因此，1U和2U外形参数中所使用的较小的风扇与在具有较大外形参数的系统中所具有的风扇相比吸引了较少的空气。结果，在多微处理器1U构造中使用散热片可能行不通。在其他情形下，必须将多处理器对齐以提供经过所有微处理器之上的足够的气流，这可能会限制电路设计。为了解决前述问题，人们已经提出了包含很大的平面热导管的热冷却系统，用于将能量传递到1U底座中的另一个位置，在该位置处可以更容易地散发能量。热导管是这样的设备，其通过蒸发液体并使得其以蒸汽形式而从热源流走，从而提供了传热机制。然后在离热源一定距离处将热蒸汽冷凝成液体，随后将之返回，一般是通过吸液材料(wickingmaterial)。吸液材料从热源延伸到热导管的冷凝区域。由于大多数液体的蒸发潜热的巨大价值，可以传递大量的热而几乎没有热阻抗。一种这样的热导管系统是修正的毛细抽吸循环(CPL)。需要远端冷却时经常使用CPL。CPL与标准热导管的区别在于吸液材料仅仅位于蒸发器部位；因此，由于吸液材料中减短的液体流路径，对液体流的阻抗要小得多。将吸液材料只设置在蒸发器部位还使得可实现灵活的传输线路，可以路由绕过系统内的任何组件。
技术实现思路
本专利技术公开了一种毛细抽吸循环冷却系统，该系统包括第一蒸发器、第一冷凝器、蒸汽传输线路和液体传输线路。其中，第一蒸发器包括底部，所述底部具有大致是平的底，所述底具有沿着其外围的外围壁，其中所述底部与所述外围壁形成空腔，其中所述底被构造成热耦合到半导体热源；顶盖，固定到所述外围壁以形成密封空间，工作液体在该密封空间中蒸发；液体注入口，可操作地耦合到所述密封空间，以接收液态的所述工作液体；蒸汽排出口，可操作地耦合到所述密封空间，所述工作液体从该排出口以蒸汽态离开所述蒸发器；和吸液结构，设置在所述空腔的一部分内，具有顶表面和底表面，所述工作液体在所述顶表面上形成弯月面，所述工作液体通过毛细机制以及压力差被抽吸进入所述底表面，其中所述压力差是所述弯月面工作液体的压力以及所述密封空间中的所蒸发的工作液体的压力之间的差异。第一冷凝器用于将所述工作液体从蒸汽态冷凝成液态，并具有蒸汽注入口和液体排出口，所述蒸汽注入口用于接收蒸汽态的所述工作液体，并且所述工作液体以液态形式流出所述冷凝器。蒸汽传输线路可操作地将所述蒸发器的所述蒸汽排出口耦合到所述冷凝器的所述蒸汽注入口。液体传输线路可操作地将所述冷凝器的所述液体排出口耦合到所述蒸发器的所述液体注入口。附图说明参考下面的详细描述，结合附图，本专利技术的前述方面以及随之而来的许多优点将更易于被认识到并被理解，其中图1是示出了毛细抽吸循环(CPL)冷却系统的示意图；图2A是根据本专利技术的第一示例性蒸发器实施例的分解等角视图；图2B是示出了设置在图2A所示的蒸发器的底部内的吸液结构的等角视图；图2C是图2A的实施例在装配后的等角视图；图3A是根据本专利技术的第二示例性蒸发器实施例的分解等角视图；图3B是图3A的实施例在装配后的等角视图； 图4A是根据本专利技术的第一示例性细线冷凝器(slim-line condenser)的顶侧分解等角视图；图4B是图4A的冷凝器的下侧等角切面视图；图4C是图4A的冷凝器装配后的等角视图；图4D是图4A的冷凝器的平面视图，示出了工作液体穿过冷凝器时的流动路径；图5A是包括图4A的冷凝器的冷却设备的分解等角视图；图5B是图5A的冷却设备装配后的等角视图；图6A是根据本专利技术的第二示例性冷凝器的等角视图；图6B是图6A的冷凝器的等角分割视图；图7A是根据本专利技术的第三示例性冷凝器的前视图；图7B是图7A的冷凝器的平面视图；图8是1U底座计算机服务器的等角视图，其中实现了本专利技术的第一示例性CPL冷却系统实施例；图9是图8的CPL冷却系统的多个组件的前视图；图10是1U底座的等角视图，其中实现了本专利技术的第二示例性CPL冷却系统实施例；图11是1U底座计算机服务器的等角视图，其中实现了本专利技术的第三示例性CPL冷却系统实施例；并且图12是图11的CPL冷却系统的多个组件的前视图。具体实施例方式在下面的描述中，给出了大量的具体细节以提供对本专利技术的实施例的透彻理解。然而，本领域内的技术人员将会认识到没有这些具体细节中的一项或多项细节，或者利用其他方法组件等也可实施本专利技术。在其他情形下，未详细示出或描述一些公知结构或操作以免混淆本专利技术的各实施例的多个方面。在整个说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该实施例而描述的特定特征、结构或特性至少包含在本专利技术的一个实施例中。因此，在整个说明书中不同地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”未必都指同一个实施例。而且，在一个或多个实施例中可以任何适当的方式结合多个具体的特征、结构或特性。本专利技术涉及一种模块化毛细抽吸循环(CPL)热冷却系统，其将热量从计算机底座内设置的高功率电路组件(例如微处理器)传递到底座内部或外部的其他位置，在该位置，通过冷凝CPL的工作液体，可以比本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种毛细抽吸循环冷却系统，包括：第一蒸发器，所述第一蒸发器包括：底部，所述底部具有大致是平的底，所述底具有沿着其外围的外围壁，其中所述底部与所述外围壁形成空腔，其中所述底被构造成热耦合到半导体热源，顶盖，固定到所述外 围壁以形成密封空间，工作液体在该密封空间中蒸发，液体注入口，可操作地耦合到所述密封空间，以接收液态的所述工作液体，蒸汽排出口，可操作地耦合到所述密封空间，所述工作液体从该排出口以蒸汽态离开所述蒸发器，和吸液结构，设置 在所述空腔的一部分内，具有顶表面和底表面，所述工作液体在所述顶表面上形成弯月面，所述工作液体通过毛细机制以及压力差被抽吸进入所述底表面，其中所述压力差是所述弯月面工作液体的压力以及所述密封空间中的所蒸发的工作液体的压力之间的差异；第 一冷凝器，用于将所述工作液体从蒸汽态冷凝成液态，并具有蒸汽注入口和液体排出口，所述蒸汽注入口用于接收蒸汽态的所述工作液体，并且所述工作液体以液态形式流出所述冷凝器；蒸汽传输线路，可操作地将所述蒸发器的所述蒸汽排出口耦合到所述冷凝器的 所述蒸汽注入口；以及液体传输线路，可操作地将所述冷凝器的所述液体排出口耦合到所述蒸发器的所述液体注入口。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：贾森切瑟，巴雷特法纳夫，斯蒂夫蒙哥马利，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]