CN102573396A - 用于电子设备的冷却***及相应冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电子设备的冷却***，该电子设备包括至少一个产生热量的单元，该冷却***包括热量收集及传递模块，该热量收集及传递模块与所述产生热量的单元热连接以便收集并传递该单元所产生的热量，该热量收集及传递模块包括含有流动的载热介质的传热回路，其中，该热量收集及传递模块还包括主集热板，该主集热板设置在该传热回路的相对于热量传递方向的下游，并且与该传热回路流体连通以便收集该传热回路所传送的热量；该冷却***还包括冷却端模块，所述冷却端模块与所述主集热板可拆分地热连接。这种冷却***可以减少冷却能耗、增加电子设备产品的功率密度并且有利于电子设备的小型化。本发明还涉及使用这种冷却***冷却电子设备的方法。

Description

用于电子设备的冷却***及相应冷却方法

技术领域

本发明涉及电气或电子设备的冷却，尤其是包括多个产生热量的单元的电气或电子设备的冷却。

背景技术

电子设备例如电源中的电子器件通常在运行时产生大量的热，这些热量需要被及时且有效地耗散，以便保证这些电子器件并从而保证电子设备正常运行。为此，需要在电子设备中设置冷却***，以将其中的电子器件所产生的热量传递并释放到外界。

典型的冷却***主要包括空气冷却***和液体冷却***两种类型。例如，可以在电子设备中容易产生热量的电子器件附近设置风扇，以使空气经由所述电子器件流动，从而带走该电子器件运行产生的热量；或者，可以紧邻所述电子器件设置含有冷却液体的热交换回路，以便通过冷却液体的热交换作用实现对所述电子器件的冷却。

然而，无论采用空气冷却还是采用液体冷却，都要求在电子设备中为冷却***设置安放空间，并且电子设备中容易产生热量的电子器件通常布置地比较分散，因此常规冷却***的设置方式往往对电子设备的小型化发展方向产生不利的影响。此外，由于电子设备在世界范围内被广泛使用，给定的电子设备往往可能被用在气候尤其是温度差异非常明显的不同环境中，这些环境对电子设备冷却***的冷却能力有不同的要求。通常，由于给定的电子设备上的冷却***已经固定，为了满足不同环境的要求，往往按照最大冷却能力设计冷却***，从而容易造成冷却能力的浪费。

本发明旨在解决上述问题中的一个或多个。

发明内容

一方面，本发明提供了一种用于电子设备的冷却***，该电子设备包括至少一个产生热量的单元，该冷却***包括热量收集及传递模块，该热量收集及传递模块与所述产生热量的单元热连接以便收集并传递该单元所产生的热量，该热量收集及传递模块包括含有载热介质的传热回路，其中，载热介质在该传热回路中流动，其特征在于，该热量收集及传递模块还包括主集热板，该主集热板设置在传热回路的相对于热量传递方向的下游，并且与该传热回路流体连通，以便收集由该传热回路传递的热量；该冷却***还包括冷却端模块，该冷却端模块与该主集热板可拆分地热连接，以便耗散该主集热板中的热量。

应当指出，在本发明中，术语“热连接”是指使得部件之间能够进行热交换的任何部件间相对连接或定位方式，例如包括但不限于，使得部件间能通过热传导交换热量的接触或贴合式连接，或者使得部件间能通过热辐射交换热量的彼此靠近的相对定位。

这种冷却***使得使用者可以根据外界环境尤其是温度的变化采用不同的冷却端模块，由此能够容易地调节冷却功率和冷却方式，从而可以减少能量消耗、增大相关联的电子设备的功率密度。另外，这种冷却***还有利于减小电子设备的尺寸，以及有利于减少电子设备的噪音。

另一方面，本发明涉及一种冷却电子设备的方法，该电子设备包括至少一个产生热量的单元，该方法包括：

-准备热量收集及传递模块，并将该模块与电子设备的各个单元热连接，其中该热量收集及传递模块包括含有流动的载热介质的传热回路；

-为该热量收集及传递模块设置主集热板，其中，将该主集热板布置在传热回路的相对于热量传递方向的下游，并使该主集热板与该传热回路流体连通；以及

-提供冷却端模块，以使该冷却端模块与该热量收集及传递模块尤其是是该热量收集及传递模块的主集热板可拆分地热连接。

附图说明

下面将参照附图详细说明本发明的优选实施例，在附图中：

图1示出装备有本发明第一实施例的冷却***的电子设备的示意图；

图2从另一角度示出图1中的电子设备；

图3是安装有第一实施例的冷却***的电子设备的总体透视图；以及

图4示出装备有本发明第二实施例的冷却***的电子设备的示意图。

具体实施方式

本发明的冷却***用于冷却具有至少一个尤其是多个容易产生热量的单元的电子设备，例如UPS(不间断电源)。所述电子设备例如可以是单机UPS，也可以是安装在机柜中的机架式UPS阵列，例如用于数据中心的UPS阵列。特别地，本发明的冷却***可以是PCB板(印刷电路板)级的冷却***，也就是说，该冷却***可以设置在PCB板上并且用于冷却该PCB板上的电子器件。

下面参照附图详细说明本发明的优选实施方式。在附图中，相同或相似的部件用同样的标号表示。

参见图1和图2，其中示出可应用本发明的冷却***的示例性电子设备20，该电子设备20具有多个容易产生热量的单元21、22、23、24。在这些图所示出的实施例中，电子设备20具体可以是UPS(图中尤其示出其内部的PCB板)，热量产生单元21-24则可以是固定在UPS的PCB板上的电子器件，例如电感21、22、23以及包括多个晶体管的晶体管组24。在该PCB板上，与所述热量产生单元21、22、23、24相关联地-尤其是热连接地-设置有根据本发明第一实施例的冷却***，该冷却***包括相互热连接的热量收集及传递模块11和冷却端模块12，如图中所示。

根据本发明，该热量收集及传递模块11构造成液体冷却式模块。在本实施例中，该液体冷却式模块包括由冷却板111和可选的泵装置113形成的传热回路，载热介质例如水在该传热回路中流动，以便实现热量的收集和传递。

具体地，如图1和2中所示，电子设备20中作为热量产生单元的电感21、22、23每个都热连接有一个冷却板111，所述冷却板111例如通过环氧树脂贴附在相应的电感上；作为热量产生单元的晶体管组24则可以热连接两个冷却板111，即，一个通过例如环氧树脂贴附在该晶体管组24上的冷却板111以及一个与该冷却板串联的附加冷却板111’。

为了有利于热量传递，冷却板111优选由金属例如铝或铜制成，并且构造成具有用于接纳并传送载热流体的优选封闭的流体通道。特别地，在本发明的优选实施例中，每个冷却板111均可在内部具有供载热液体流动的槽道，例如通过机加工形成的多个槽道。所述槽道可以构造成在冷却板111的内部相互连通并且仅在例如该冷却板111的相对的端面上具有入口和出口，或者，更优选地，所述多个槽道可以构造成每个都贯通冷却板111的两相对端面并且通过冷却板外部的连接管115相互连通，如可从图1或2中看出的。连接管115可以是由例如硅胶制成的软管，或者是由金属例如铝或铜制成的金属管。

在另一未示出的优选实施方式中，每个冷却板111均可以包括优选由金属例如铝或铜制成的板部以及固定在该板部的与电子设备的热量产生单元相反的侧面上的多个管道段，所述管道段例如由铜管或铝管制成并且可以通过焊接或粘接固定在该板部的侧面上。这些管道段相互连通以便构成允许载热介质流动的封闭的流体通道。作为一种替代方案，可将单个铜管或铝管曲折盘绕地固定到每个冷却板的侧面上，以便在该冷却板上形成供载热流体流动的流体通道。

仍参见图1和2，在如图所示的优选实施例中，与电子设备20的各个热量产生单元21、22、23、24热连接的各个冷却板111通过软管112例如硅胶管相互串联连接，并且在它们之间连接泵装置113以便为载热流体在每个冷却板111中以及在不同冷却板111之间的流动提供动力。这样，就形成了传热回路。在此，软管112也可以替换为金属管，例如铝管或铜管。

此外，应当指出，虽然在前面的实施例中与电子设备的各个热量产生单元热连接的冷却板彼此串联连接以形成传热回路，但不同热量产生单元的冷却板也可以并联连接并且连接到共同的管路上，以便形成传热回路。

根据本发明的一个重要特征，热量收集及传递模块11还包括用于将传热回路所传送的热量收集到一起以便随后通过冷却端模块12耗散的主集热板110。具体地，如图1所示，在热量传递方向上，主集热板110设置在热量收集及传递模块11的由冷却板111等构成的传热回路的下游，并且与该传热回路流体连通，以便接纳该传热回路中已承载有热量的载热流体。在此，应当指出，如本领域技术人员可以理解的，热量传递方向是指从冷却***的较热模块朝向该冷却***的较冷模块定向的方向，也就是从热量收集及传递模块11朝向冷却端模块12定向的方向。

该主集热板110与冷却端模块12热连接，以便通过该冷却端模块12耗散该主集热板110中的热量。当然，主集热板110与冷却端模块12之间的连接是可拆分式连接。

主集热板110可以由铝或铜等具有良好导热性能的金属制成，并且可以具有与前述冷却板111类似的结构。具体地说，主集热板110可以构造成具有封闭的流体通道，该流体通道可以通过在主集热板110内部形成槽道而建立，或者通过在主集热板110的与冷却端模块12相背的侧面上固定曲折的管道而建立。主集热板110中的流体通道与构成传热回路的冷却板111中的流体通道相互连通，以使载热流体在这些通道内循环，并且通过与主集热板111热连接的冷却端模块12的冷却作用将该载热流体所携带的热量耗散，由此实现对电子设备的热量产生单元的冷却。

有利地，如图1所示，主集热板110可以安放在电子设备尤其是电子设备的PCB板的端部，以便紧邻优选设置在电子设备外部的冷却端模块12。应当指出，在本发明中，术语“紧邻”不仅包括部件之间直接接触的相对定位方式，而且包括部件之间通过中间介质例如粘合剂相互接合的相对定位方式以及部件之间以较小的间隔(中间存在或不存在间隔物)隔开的相对定位方式。

尤其参见图2，根据如图所示的优选实施方式，冷却端模块12为风冷式冷却模块，它可以具体构造为翅片式散热器或散热片与风扇例如轴流式风扇的组合。该冷却端模块12可以例如通过螺栓、卡接装置或夹持装置等类似装置与主集热板111可拆卸地热连接。例如，在该图所示的实施例中，冷却端模块12通过例如螺栓安装在电子设备20的壳体外侧，热量收集及传递模块11的主集热板110则在该电子设备20的壳体内侧紧贴该壳体安放，由此在冷却端模块12与主集热板110之间建立可拆分的热连接。

这样，本发明的冷却***可以允许使用者根据使用环境的不同更换具有不同散热能力或功率的冷却端模块12，从而可以提高冷却效率，并且避免冷却能力的浪费，由此可以降低能量消耗。

本发明的冷却***可以按照如下方式设置或使用：

-准备热量收集及传递模块11，并将该模块11紧邻待冷却的电子设备20的各个热量产生单元21、22、23、24设置以便在该模块11与各单元之间建立热连接，其中，紧邻每个热量产生单元放置其内含有载热介质例如水的冷却板111，并将这些冷却板111串联或并联连接以便建立传热回路；

-在传热回路的相对于热量传递方向的下游，例如图1的右侧，布置单个主集热板110，并使该主集热板110通过其内的流体通道与该传热回路流体连通，以用于将传热回路所携带的热量集中到该主集热板110上；

-提供冷却端模块12，并将该冷却端模块12与热量收集及传递模块11尤其是该模块11的主集热板110热连接，以便通过热交换消耗由该主集热板111中的热量，其中，冷却端模块12与主集热板110之间的连接为可拆分式连接；

-在需要时，根据环境温度的不同更换具有不同能力或功率的冷却端模块12，以使该冷却***的冷却效率和功率消耗达到最佳值。

有利地，冷却端模块12布置在电子设备20的外部。例如，当电子设备20为单机UPS时，可以将该冷却端模块12设置在该UPS的壳体外侧，如图3所示，并使该冷却端模块12与位于UPS壳体内侧的热量收集及传递模块11尤其是该模块11的主集热板110之间建立热连接。

这样，由于冷却端模块12暴露于外界环境中，一方面进一步提高了冷却能力，另一方面增大了该冷却端模块12自身的设计自由度，并且有利于电子设备的小型化，因为不再需要在电子设备保留冷却端模块12所必须的空气流通通路等空间。在这种布置下，还可以为冷却端模块12设置附加冷却装置，例如用于向该冷却端模块12吹送冷空气以使之冷却的风机等。

图4示出装备有根据本发明第二实施例的冷却***的电子设备20。该实施例与图1-2所示的实施例基本相同，区别仅在于该第二实施例中的冷却端模块12为液体冷却式模块。具体地说，在该第二实施例中，冷却端模块12具体构造为冷却板，该冷却板可以具有与前述的冷却板111相似的结构，也就是说，该冷却板内具有用于使载热流体循环流动的流体通道，并且通过该载热流体的循环流动实现散热。

当电子设备为包括多个电子装置的机柜尤其是安装在机房中的机柜时，该第二实施例将特别有利。因为在这种情况下，可以将冷却板形式的冷却端模块12与机房自身的冷却水循环***相连接，从而利用该冷却水循环***实现有效的冷却。应当指出，在这种实施方式中，可以为机柜中的每个电子装置都设置本发明的冷却***。

最后，本领域技术人员可以理解，上述实施例可以相互结合。例如，冷却端模块12可以既包括风冷却式模块部分又包括液体冷却式模块部分。

应当指出，此处所示出并说明的优选实施例仅用于解释本发明，在不脱离发明精神的情况下，本领域技术人员可以对本发明的具体形式和细节作出各种改变或变型。

Claims (13)

1.一种用于电子设备的冷却***，该电子设备包括至少一个产生热量的单元，该冷却***包括热量收集及传递模块，该热量收集及传递模块与所述产生热量的单元热连接以便收集并传递由该单元产生的热量，该热量收集及传递模块包括含有流动的载热介质的传热回路，其特征在于，该热量收集及传递模块还包括主集热板，该主集热板设置在传热回路的相对于热量传递方向的下游并且与该传热回路流体连通，以便收集由该传热回路所传递的热量；该冷却***还包括冷却端模块，该冷却端模块与所述主集热板可拆分地热连接，以便耗散该主集热板中的热量。

2.根据权利要求1所述的冷却***，其特征在于，该电子设备包括PCB板，所述产生热量的单元为设置在该PCB板上的电子器件，所述热量收集及传递模块紧邻所述电子器件设置在该PCB板上。

3.根据权利要求2所述的冷却***，其特征在于，所述电子设备为单机UPS或者为包含多个UPS的机柜。

4.根据权利要求1-3之一所述的冷却***，其特征在于，所述主集热板是具有封闭的流体通道的金属板，该金属板通过其封闭的流体通道与所述传热回路流体连通。

5.根据权利要求4所述的冷却***，其特征在于，所述封闭的流体通道包括形成在该金属板内部的槽道。

6.根据权利要求4所述的冷却***，其特征在于，所述封闭的流体通道包括固定在该金属板的背离冷却端模块的侧面上的管路。

7.根据权利要求1所述的冷却***，其特征在于，所述传热回路包括紧邻各个产生热量的单元安放的冷却板，这些冷却板均具有用于使载热介质流动的封闭的流体通道，不同的冷却板通过其流体通道相互串联或并联连接并且与所述主集热板流体连通。

8.根据权利要求7所述的冷却***，其特征在于，不同的冷却板通过软管相互串联连接。

9.根据权利要求1-3之一所述的冷却***，其特征在于，所述冷却端模块设置在该电子设备的外部。

10.根据权利要求1-3之一所述的冷却***，其特征在于，所述冷却端模块包括散热片以及风扇。

11.根据权利要求1-3之一所述的冷却***，其特征在于，所述冷却端模块包括冷却板，该冷却板构造成具有含冷却液的封闭流体通道。

12.一种冷却电子设备的方法，该电子设备包括至少一个产生热量的单元，该方法包括：

-提供热量收集及传递模块，并将该热量收集及传递模块与该电子设备的各个产生热量的单元热连接，其中该热量收集及传递模块包括含有流动的载热介质的传热回路；

其特征在于，还包括以下步骤：

-为该热量收集及传递模块设置主集热板，其中，将该主集热板安放在该传热回路的相对于热量传递方向的下游，并使该主集热板与该传热回路流体连通；以及

-提供冷却端模块，以使该冷却端模块与该主集热板可拆分地热连接。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，根据环境温度的不同更换具有不同冷却能力或功率的冷却端模块。

Images