用来冷却高功率密度装置的方法和系统制造方法及图纸

一种用来冷却高功率密度装置（２２０）的涡轮机系统（２００），它包括：　　　　涡轮机（３００），它构造成输送强力流冷却介质，所述涡轮机（３００）具有马达（３１２）和由所述马达（３１２）所驱动的压缩机（３４０）；　　　　壳体（３０５），它容纳所述马达（３１２）和所述压缩机（３４０）中的至少一个，所述壳体（３０５）具有：空气流的通道；位于第一端处的入口（３４５），它接受空气流；及位于第二端上的出口（３５５），它排出空气流；　　　　热交换器（２３０），它与所述涡轮机（３００）流体连通，并且布置成热耦合到高功率密度装置（２２０）上；及　　　　过渡导管（２４０），它布置在所述热交换器（２３０）和所述入口（３４５）的中间处，从而使空气流从所述热交换器（２３０）汇集到所述涡轮机（３００）中。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及一种高功率密度装置的冷却，本专利技术尤其涉及一种用来冷却高功率密度装置的涡轮机的使用。
技术介绍
在设计使用了高功率密度电子装置的计算机服务器、军事电子设备、医学成像设备和其它系统时，明显要考虑高功率密度装置(HPDD)如高功率密度集成电路(IC)和中央处理单元(CPU)的冷却。这里所使用的术语HPDD指的是热量流超过100瓦每个平方厘米的热量产生装置。今天的趋势不仅要设计出计算速度和功率越来越大的电子系统，而且要设计出占地面积越来越小的电子系统，其最终结果是，在较小区域内产生了大量热量的HPDD需要散热以避免IC和CPU恶化。尽管今天电子系统的功率密度可以高达200瓦每平方厘米(W/sp-cm)，但是在接下来的许多年中，这种趋势是向着800W/sp-cm或者更大。除了产生热量之外，还一定得考虑封闭尺寸大小的限制。例如，今天的计算机服务器典型地采用了一些电路板，这些电路板安装在1.75英寸高度限制的壳体内，该壳体称为IU设备，其中多个电路板相互邻近地叠置在机柜底板(rack chassis)中。对于环境使用温度不大于120摄氏度和结合温度(junction temperature)限制为90摄氏度的典型电子元件，冷却系统被用来把HPDD的热量传递到周围环境中。目前所采用的典型冷却系统包括风扇、鼓风机、散热片和制冷系统，这些零件随着热传递要求的增大而增大了尺寸大小。但是，这种尺寸大小的增大与IU设备的设计目标相矛盾。
技术实现思路
在一个实施例中，用来冷却高功率密度装置的涡轮机系统包括涡轮机，它构造成把强力流冷却介质输送到高功率密度装置中；壳体，它容纳涡轮机的马达、压缩机或者这两者；热交换器，它与涡轮机流体连通，并且布置成热耦合(thermally couple)到高功率密度装置上；及过渡导管，它布置在热交换器和涡轮机的中间处。在另一个实施例中，一种用来冷却高功率密度装置的方法包括使用涡轮机抽吸空气使之通过多孔介质；在涡轮压缩机中压缩空气；及排出所吸入的、压缩过的空气。多孔介质包括多个互连的流动通道，并且布置成热耦合到高功率密度装置中。涡轮机的总体尺寸大小等于或者小于IU。在另一个实施例中，一种用来冷却高功率密度装置的方法包括使用涡轮机抽吸空气使之通过热交换器；在涡轮压缩机中压缩空气；探测在涡轮机中所产生的噪声；响应所探测到的噪声来产生相移声波，从而抵消在涡轮机中所产生的噪声；及排出所吸入的、压缩过的和减少噪声的空气。热交换器布置成热耦合到高功率密度装置上，所形成的涡轮机的总体尺寸大小等于或者小于IU。在另一个实施例中，用来冷却高功率密度装置的涡轮机系统包括涡轮机，它构造成将强力流冷却介质输送到高功率密度装置中；多孔热交换器，它与涡轮机流体连通，并且布置成热耦合到高功率密度装置中；音频传感器，它布置来探测在涡轮机中所产生的噪声；及响应音频传感器的噪声产生装置，它布置成至少部分地抵消在涡轮机中所产生的噪声。附图说明参照示例性附图，其中，相同元件在附图中用相同的标号来表示。图1示出了与本专利技术实施例一起使用的计算机服务器系统；图2示出了本专利技术实施例的涡轮机系统的等比例视图；图3示出了图2的系统的侧视图；图4示出了本专利技术实施例的涡轮机；图5示出了用在本专利技术实施例中的离心式压缩机；图6示出了用在本专利技术实施例中的多轮轴向压缩机；图7示出了图2和3的涡轮机系统的另一个实施例； 图8示出了图4的涡轮机的替换实施例；图9示出了图2的涡轮机系统的替换实施例的等比例视图；图10示出了图4的涡轮机的替换实施例；图11总体上示出了用在本专利技术实施例中的冷凝器的剖视图；图12示出了用来采用本专利技术实施例的过程；图13和14示出了具有多级微型压缩机的本专利技术实施例；图15和16示出了用在本专利技术实施例中的热交换器；图17示出了图15的散热片的一部分的详细视图；图18示出了图17的详细视图的、更加详细的视图；图19和20示出了用在本专利技术实施例中的涡流室的分解等比例视图；图21示出了本专利技术实施例的、作为涡流角的函数的平均热量传递系数提高量的图解图；图22示出了用在本专利技术实施例中的热交换器和过渡导管的等比例视图；图23示出了图22的热交换器和过渡导管的平面视图；图24示出了一个以上的本专利技术实施例的、作为空气质量流动速度的函数的、质量流速度对流动面积的比率的图解图；图25示出了用在本专利技术实施例中的流动导管的一部分；及图26示出了图25的流动导管的壁厚的剖视图；图27示出了与图2相同的、本专利技术另一个实施例的涡轮机系统，该涡轮机系统采用了控制电路；图28示出了用在本专利技术实施例中的另一热交换器；图29示出了图28的热交换器的放大横剖视图。具体实施例方式本专利技术实施例提供了用来冷却高功率密度装置如高端集成电路(IC)的装置和方法，该高功率密度装置用在服务器计算机系统中，该系统使用了小型涡轮机如微型涡轮压缩机和强力流热交换器。涡轮机的尺寸大小适合于具有1.75英寸尺度限制的一些应用(IU应用)。尽管这里所描述的实施例把集成电路描述成示例的高功率密度装置，但是应该知道，所公开的本专利技术也可以应用到其它高功率密度装置如军用航空电子设备和医疗成像元件和设备中。图1是使用了本专利技术实施例的计算机服务器系统100的示例性实施例，该系统100包括安装固定器110和多个系统电路板120，而每个电路板120具有涡轮机系统200，现在最好参见图2。涡轮机系统200的实施例示出在图2中，该涡轮机系统200具有安装表面210，该安装表面210可以是电路板120的一部分或者独立模块支撑结构；高功率密度装置(HPDD)(如集成电路)220(参见图3)，它耦合到表面210上；涡轮机300，它耦合到表面210上，从而输送强力流空气(第一种冷却介质)；热交换器230，它热耦合到HPDD 220上；及过渡导管240，它布置在热交换器230和涡轮机300的中间处，从而使空气流从热交换器230输送到涡轮机300中。这里所使用的术语强力流空气是指大约为150磅/小时(lbs/hr)或者更大的空气流，这些在下面将更加详细地进行讨论。涡轮机系统200的整体尺寸D不大于1.75英寸，因此适合于IU应用。在下面，参照图22和23来讨论过渡导管240的另一个实施例。热交换器230可以是适合于该应用的冷却要求的任何热交换器，但是优选地，它是这样的热交换器该交换器对污垢不敏感，由此可以避免由于热交换器230中的过大压力降而导致涡轮机300失速，这个将在下面参照图15-19来更加详细地讨论。在另一个实施例中，热交换器230具有消声特性，这种特性可以通过材料选择、材料沉积或者几何形状设计来实现，这些将在下面参照图25来更加详细地讨论。最好参见图4，涡轮机300包括壳体305；第一马达310，它具有第一转子315和第一定子320；可选的第二马达325，它具有第二转子330和第二定子335；压缩机340，它由马达310、325来驱动，用于随着空气在入口345处进入涡轮机300而压缩强力流空气；及可选的膨胀涡轮350，它由马达310、325来驱动，从而在空气在出口355处从涡轮机300中排出时，使强力流空气进行膨胀。在涡轮机300的入口端上可以具有可选的喷射器360，从而控制入口345处的空气流。优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：梅米特·阿里克，沃伦·贝斯勒，迈克尔·鲍曼，查尔斯·伯德，威廉·格斯特勒，丹尼尔·P·史密斯，托德·韦策尔，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：