[发明专利]有效地冷却数据中心及置于电子器件中的电子组件

说明书

本申请主张于2007年4月16日申请的美国临时申请案60/923,588(其全文合并援引参考)以及于2008年4月15日申请的非临时申请案12103695的优先权。

背景技术

一种用于有效冷却数据中心及置于电子器件中的电子组件的方法，其是利用回路式热管以及其它被动式技术以冷却在这些系统中主要的热负载，以及利用其它方法的组合以冷却次要的热负载。

多年来，掌控置于壳体中电子组件冷却的方法主要是关注在如何进行该项冷却，而非关注在进行该项冷却上所耗费的能量。至少自Manhattan计划起，就开始使用被动式热传导(例如热管)的方法改良电子冷却效率，但也只变成是随着CPU的来临，以廉价方式排放40瓦或更多瓦数，并且需要扩展鳍式散热器的操作能力。本揭露内容利用被动式封闭回路热传装置，不只大幅改良电子冷却的能量效率，还可以安装在高密度印刷电路板上排放500或更多瓦数，以冷却装置，且在数据中心减少冷却所需的能量达80％或更多。

本公开内容的核心的装置为回路式热管，毛细泵回路以及在冷凝管中包括例如泵装置的回流式热管的变体。申请人将这些装置合并于回路式热管等同物(loop heat pipe like；LHPL)的范畴。

一般而言，电子冷却装置利用LHPL可提供最佳能量效率。不只是因为他们为被动式，也因为利用非常小的冷凝管(通常小于3mm)将热排放到新位置的能力是以米计算，因此可将热从紧密空间移出至该冷凝器中，通通过大的热传散面积将热排放到次要冷却剂例如空气及水。将热传送到机壳或壳体中的新位置上，然后通过冷凝器中合适的长管，在合适大的面积上分布热，利用微小的热点，可有效地将被排放的热传送到次要冷却剂，其依序将热移至最终散热到外部环境的冷却回路中。而且，其在大面积上分布主要热负载的能力，可以产生非常有效的逆流式热交换，其仍保留热的质量，故该技术是非常令人振奋。实际上，加热的次要冷却剂是使用申请人所知的最高ΔT技术。这些装置的低总热阻可以产生只有0.15℃/Watt总热阻及热传系数为0.15℃/(Wcm²)的LHPL。以100瓦的CPU为例，其LHP冷凝器以30℃水冷却，CPU在59℃的热扩散器温度下运作时，来自该冷凝器的输出为47℃。当论及实际的情况时，利用于掌控现代数据中心的1U机架式机箱中时，此装置可以直接从置于机柜中的服务器移去热并且将其直接送回数据中心的冷却塔。在处理过程，机柜中嘈杂的风扇会造成许多点的错误，并会消耗多达由服务器连同主要CRAC单元的鼓风机及水冷却器(其消耗数据中心所利用的总能量的35％)所使用的30％能量，且以切断冷却程序而结束。申请人所选择用30℃冷却LHP的温度是以ASHRAE表以及市售可得蒸发式冷却塔的性能为基础。该温度则即冷却剂的温度，这种冷却剂类型的冷却塔将在AtlantaGeorgia一年中最热且最湿的日子运作。在如Lawrence Livermore国际实验室的机构中建议了下列的能量消耗的快速比较：

电子组件        50％

水冷却器        25％

空气鼓风机      10％

1U风扇          9％

UPS             5％

光照            1％

改变为：

电子组件        83％

1U风扇          1.6％

冷却塔

泵及风扇        5％

UPS             8.3％

光照            1.6％

其据称由数据中心耗损的总能量降低有40％。

相同的能量效益带给数据中心冷却效益，也带给所有以空气冷却的电子壳体一般冷却效益，但所受效益范围较小，此乃因空气比起冷却水而言是较差的传热介质的简单理由所故，其中该冷却水可从服务器中取走热并回送至水冷却器中或是在申请人所操作的最佳冷却例子中为数据中心冷却塔。除了降低能量成本以外，效益中所列者首为大量噪音的降低，以及相当热以致于当接触时会几乎可能燃烧的壳体壁的热消除，还有(在泵式液体冷却的例中)包括风扇及泵的旋转冷却组件的经常失效，这些情况现在经常发生，因此系统需要安装容易替换的组件，而在替换时无须关闭机器，使系统仍能排除产生500瓦或更多瓦数的装置中的热负载，并有效冷却安装于笔记型计算机中例如CPU及GPU的装置，其中能量效率的改进可以改进电池寿命。