[发明专利]用于在精确冷却系统中使用的改进的热交换器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2007年5月1日提交的序列号为11/742,787的美国非临 时申请的优先权，该申请的全部内容通过引用结合于此，并且可用作各种目 的。

关于联邦政府赞助的研究或研发的声明

不适用。

参考附录

不适用。

技术领域

本文公开和教导的发明大体上涉及用于发热物体的精确冷却系统；更具 体而言，涉及在用于高密度热负载环境的精确冷却系统中使用的改进的热交 换器。

背景技术

许多新的计算机和电子系统设计将多个诸如微处理器或处理器板等放 热部件组合到封闭环境中。超级计算机和其他大型计算机通常包括安放在机 柜或机架内的大量的处理器。由于需要在越来越小的空间中安放越来越多的 部件，计算机和电子系统逐渐被配置和设计成越来越接近地放在一起，并且 这些电子系统的许多现有冷却系统可能不能提供足够的散热(heat removal)。

同时，更加新的、功能更强的电子部件正被不断提出。在具有该更高的 性能的情况下，这些新部件产生的热量通常会显著增大。因此，这些新的部 件会使新的计算机和电子设计的放热上升到传统的热冷却方法不能向这些 新系统提供足够的冷却能力的程度，从而使这些新系统不能在密堆集、封闭 的空间(诸如机架机箱)中以它们的设计条件工作。结果是，这些更加新的、 功能更强的、高放热的系统可能不得不以降低的性能水平工作，以限制产生 的热量。更进一步的，计算机机柜、机架或其他电子系统中的某些位置在系 统工作期间可能比其他位置更热，因为相对于冷却空气的流动而言，部件的 密度可能较大并且/或者安放方式较差。

电子和计算机系统的典型冷却系统，诸如机架机箱，包括简单地将周围 的空气吸入到电子部件上方，以冷却电子部件。在这种冷却方案中，许多部 件接收到的空气要比其他部件的更热，因为空气已经经过其他部件并从其他 部件吸收了热量。因此，一些部件可能没被充分冷却。并且，这些类型的系 统通常将移除的热负载排放到总体环境中，诸如机房中，这可能会使环境冷 却系统过载。

其他冷却系统使用热交换器来将热量从空气中转移到热交换器包含的 流体，例如水或制冷剂(refrigerant)。在这些系统中，空气通过热交换器， 而热量被转移到热交换器中的流体然后被从系统中移除。关于进入机箱或系 统的空气在流经放热部件以前是否被冷却的方面或者关于离开机箱或系统 的空气在已经从部件中移除热量以后是否被冷却的方面或者这两个方面上， 各个系统可以不一致。

空气-流体热交换器系统可利用诸如冷水(chilled water)等单相流体， 或诸如传统的两相制冷剂等多相流体。多相流体系统可包括其中气体被压缩 以允许在更高的室外温度下散热的传统蒸汽压缩系统，或其中热量被排出到 较低温度处的泵送系统(pumped system)。在这两种系统中，流体的温度和 压力被控制成使得待被移除的热量使流体沸腾，从而吸收热量。关于此方面， 于2005年6月9日公开的公开号为2005/0120737的题为“Cooling System for  High Density Heat Load(用于高密度热负载的冷却系统)”且序列号为 10/904,889的共同待审申请，以及2006年5月18日公开的公开号为 2006/0102322的题为“Integrated Heat Exchangers in a Rack For Vertical Board  Style Computer Systems(用于竖直板式计算机系统的机架中的集成热交换 器)”且序列号为11/164,187的共同待审申请的内容和教导通过引用结合于 此，并且可用作所有目的。

为了用传统系统冷却不断增大的热密度，增大传热速率的典型解决方案 包括增大流经冷却系统的制冷剂的流量和/或增大穿过热交换器的空气的流 量。然而，在泵送和蒸汽压缩制冷剂系统中，流体开始沸腾的温度除了由其 他条件决定之外还由在热交换器上的压降决定。随着在热交换器上的压降升 高，热交换器中的制冷剂沸腾的温度也升高。热交换器中更高的制冷剂蒸发 温度可能导致热交换器的总体冷却能力降低，因为加热空气的温度与制冷剂 蒸发温度之间的温度差降低，并且系统不能再从空气中去除同样多的热量。 此外，增大流动通过热交换器的流体的流动速率趋向于增大在热交换器上的 压降。