一种用于液体浸没式冷却阵列式连接的电子装置的箱体和支架系统_

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2024年6月9日发(作者：)

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利说明书

(21)申请号 CN2.4

(22)申请日 2009.04.01

(71)申请人 固核电脑公司

地址 美国明尼苏达州

(72)发明人 查德·丹尼尔·阿特里斯

(74)专利代理机构 深圳中一专利商标事务所

代理人 张全文

(51)

G06F1/20

F28D1/03

(10)申请公布号 CN 102037426 A

(43)申请公布日 2011.04.27

权利要求说明书 说明书 幅图

(54)发明名称

一种用于液体浸没式冷却阵列式连

接的电子装置的箱体和支架系统

(57)摘要

一种液体浸没冷却系统，适用于使

用连接于支架系统的多个箱体冷却多个平

行的电子装置。该系统冷却服务器电脑内

的发热部件，以及其它使用电子发热部件

并为平行连接系统的装置。该系统包括具

有内部空间的外壳、在内部空间内的绝缘

冷却液体、置于该空间内并浸没于绝缘冷

却液体的发热电子部件。支架系统包含汇

流系统，用于接合并使得用于多个箱体和

IO连接器的液体传输能与多个箱体/电子装

置电连接。该支架系统可连接于泵水系

统，用于将液体泵入或泵出支架，泵入或

泵出于外部热交换器、热泵或其它散热/热

回收装置。

法律状态

法律状态公告日

法律状态信息

法律状态

权 利 要 求 说 明 书

1.一种液体浸没冷却式服务器电脑阵列，包括：

阵列式排布的多个服务器电脑箱体，每个箱体具有：

定义液封内部空间且包含盖子的多个壁，设置于所述内部空间内的服务器逻辑插件

板，设置于所述服务器逻辑插件板上的多个发热电脑部件，置于所述内部空间内并

浸没所述多个发热电脑部件的绝缘冷却液，以及穿过一个壁并电连接到服务器逻辑

插件板上电脑部件的密封电连接器；以及

支架系统，所述阵列式多个服务器电脑箱体排布于所述支架系统上。

2.如权利要求1所述的液体浸没冷却式服务器电脑阵列，其特征在于，所述多个服

务器电脑箱体以水平阵列或以垂直阵列形式排布于所述支架系统上。

3.如权利要求1所述的液体浸没冷却式服务器电脑阵列，其特征在于，所述服务器

电脑箱体是各自能移出所述支架系统的。

4.如权利要求1所述的液体浸没冷却式服务器电脑阵列，其特征在于，每个所述服

务器电脑阵列包括液体入口和液体进口，每个所述液体入口和液体进口都包括分别

控制通过所述液体入口和液体进口的液体流动的快速断开阀；所述支架系统包括在

每个箱体安装于所述支架系统上时与每个箱体的所述液体入口接合的入口汇流管，

以及与每个箱体的所述液体出口接合的出口汇流管，所述入口汇流管和出口汇流管

中每个都包括快速断开阀。

5.如权利要求4所述的液体浸没冷却式服务器电脑阵列，其特征在于，所述支架系

统包括多个IO连接器，所述密封电连接器定位为与所述IO连接器接合。

6.如权利要求1所述的液体浸没冷却式服务器电脑阵列，其特征在于，所述支架系

统包括导引箱体安装至所述支架系统的滑轨机构。

7.如权利要求1所述的液体浸没冷却式服务器电脑阵列，进一步包括将箱体锁至所

述支架系统的锁固机构。

8.如权利要求1所述的液体浸没冷却式服务器电脑阵列，其特征在于，所述支架系

统包括液体储存池、泵及散热装置。

9.如权利要求1所述的液体浸没冷却式服务器电脑阵列，其特征在于，所述密封电

连接器穿过所述盖子，所述盖子可卸式连接于箱体。

10.如权利要求1所述的液体浸没冷却式服务器电脑阵列，其特征在于，所述阵列

连接于包括散热装置或热回收装置的冷却液体系统。

11.如权利要求1所述的液体浸没冷却式服务器电脑阵列，进一步包括设于置于所

述服务器逻辑插件板上的一个发热电脑部件上面的分流室。

12.如权利要求11所述的液体浸没冷却式服务器电脑阵列，进一步包括由所述分流

室所包围并与所述一个发热电脑部件连接的散热器。

13.如权利要求1所述的液体浸没冷却式服务器电脑阵列，包括与所述箱体连通的

液态冷却液流动通道，所述液态冷却液流动通道与水冷却回路是热交换关系，以冷

却流动于流动通道中的液态冷却液。

14.一种用于液体冷却式电子设备阵列的箱体，包括：

一个定义液封内部空间的外壳；

一个在外壳的壁中的液体入口，所述液体入口包括控制通过所述液体入口的液体流

动的快速连接阀；

一个在外壳的壁中的液体出口，所述液体出口包括控制通过所述液体出口的液体流

动的快速连接阀；

一个设于所述外壳的内部空间内的电路板，及设置于所述电路板上的发热电子装置；

以及

一个穿过外壳的壁并电连接于所述电路板上电子装置的密封IO连接器。

15.如权利要求14所述的箱体，其特征在于，所述液体入口和液体出口是在外壳的

后壁或底壁。

16.如权利要求14所述的箱体，其特征在于：所述发热电子装置包括服务器电子设

备、电源或电池装置、内存装置、路由器、通信电子设备或处理器。

17.如权利要求14所述的箱体，其特征在于：所述密封IO连接器穿过所述外壳的

后壁或顶壁。

18.如权利要求16所述的箱体，包括设于所述内部空间里的多个电路板。

19.如权利要求16所述的箱体，进一步包括设于所述电路板上的一个发热电子装置

上面的分流室。

20.如权利要求19所述的箱体，进一步包括由所述分流室所包围并连接于所述一个

发热电子装置的散热器。

说 明 书

本申请案以固核电脑公司的名义提交了一项PCT国际申请，并要求享有申请号

为61/085,934、于2008年8月4日提交的美国临时申请以及申请号为61/046,540、

于2008年4月21日提交的美国临时申请的优先权，并通过引用将每个前述申请的

全部内容结合到本申请中。

本公开涉及一种液体浸冷式电子阵列系统，具体涉及一种箱体，用于液体浸没式冷

却的电子装置中，例如，电脑服务器，其中，分别在各个箱体内的许多单个逻辑插

件板，或者在单个箱体内组合在一起的逻辑插件板，都能够包含在一个支架系统中。

背景技术

热是电脑行业所面临的一个重大问题。部件运行时的温度越高，它就越容易出现故

障。在高温条件下运行的电子设备具有比保持在低温下运行的部件更低的寿命期值。

通常认为，运行温度越高，部件的寿命期值就越短。另外，高温尽管不会引起灾难

性故障，但会使数据处理出现错误。高温运行会引起功率波动，这就导致在中央处

理器(CPU)或逻辑插件板上任何进行处理数据的地方都将会出现错误。尽管人们在

减少废热同时增大部件处理能力上作出了很大的努力，但是市场上发布的每一代新

型中央处理器和图形处理器(GPU)运行时产生的热量比过去的还要多。同样，随着

产品的更新换代，提供电力的电源和进行信号处理的逻辑插件板部件所产生的热量

也越来越多。

在冷却系统中采用液体来冷却电脑系统是众所周知的。一种公认的冷却电脑部件的

方法是使用闭式回路两相系统。水蒸气通过管流到冷却室，变回成液体，然后液体

通过管返回到芯片，进一步冷却它们。在另一个已知液体冷却系统里，内部泵输送

液体经过中央处理器上的热板，然后把加热了的液体用泵送入鳍片式冷却塔，以便

被动冷却液体并让它返回到热板。

对于大型固定安装的超级电脑，通常的做法是把超级电脑的有源处理部件浸没在惰

性绝缘液体里进行冷却。该惰性绝缘液体一般流过有源处理部件，然后被泵送到外

部热交换器里进行冷却，然后返回到主腔室。

尽管前面提供了冷却电脑部件的尝试，但还需要进一步改善冷却系统。

发明内容

一种独立封闭式液体浸没式冷却系统，适用于冷却多个电子装置，包括冷却电脑系

统里的发热部件以及使用电子发热部件的其它系统。这里描述的适用电子装置概念

包括但不限于含刀片式服务器的服务器；磁盘阵列/存储系统；存储区域网；网络

附加存储设备；存储通信系统；工作站；路由器；电信基础设施/开关；有线光学/

无线通信装置；单元处理机；打印机；电源；显示器；光学设备；仪器系统，包括

手提式系统；军用电子设备等等。

该电子设备可包括一个具有内部空间的箱体。绝缘冷却液包含在内部空间中，发热

电子部件设置于该内部空间内并浸没于绝缘冷却液中，或者绝缘冷却液直接导入于

电子部件上面。

当电子装置是电脑时，例如服务器电脑，单个逻辑插件板或多个逻辑插件板设于内

部空间里面。逻辑插件板包含多个发热电子部件，包括至少一个处理器，如CPU

或GPU。此外，电脑的其它发热部件可浸没于冷却液中，例如RAM、电源、子插

件板以及诸如固态驱动器或机械硬盘等储存驱动装置。

在一个实施例中，电子部件实际上不需要浸没于冷却液中。相反，冷却液可“注入”

或者直接导入于电子部件表面，利用重力帮助液体在部件上向下流，液体然后收集

于储存池中，在储存池中，液体被泵到散热/热回收装置，用于最终返回到电子部

件。该实施例能减少在箱体内的冷却液用量，由此减少重量和成本。

含电脑逻辑插件板、子插件板、电源及有源电子部件的箱体包括定义液封内部空间

的多个壁。需要时，有一个或多个壁是透明、半透明或不透明的材质。可卸式或固

定的盖子关闭内部空间，例如关闭内部空间的顶部。盖子与该多个壁形成液封，在

一个实施例中，盖子包括固定其上的密封电连接件，其构造成用以附着于设于内部

空间中的逻辑插件板，以及用于在逻辑插件板和箱体外部之间提供电气连接。

在一个实施例中，当逻辑插件板从内部空间被提起时，提供一个用于保持逻辑插件

板于其提起位置的机构，以更换逻辑插件板部件及使液体流回到内部空间。

具有上述内部空间的前述箱体可与其它具有类似内部空间的箱体并排设置，以形成

能应用于在服务器、存储系统(包括硬盘)、路由器、通信装置和其它电子装置上的

逻辑插件板的箱体阵列。

附图说明

图1显示一种集成有电子系统和冷却系统的箱体阵列。

图2显示具有处于开口位置的可卸式盖子的单个箱体。

图3显示保持箱体阵列的支架系统。

图4显示具有逻辑插件板、视频板/子印制电路板、电源单元、顶部平板及与支架

输入/输出总线相接合的外部输入/输出连接器的箱体。

图5显示填充有绝缘液体的箱体以及与支架汇流管快速断开阀相接通的快速断开阀。

图6显示包括箱体阵列的冷却系统，外部泵以及散热/热回收装置。

图7是适用于阵列排布的箱体的一个可替代实施例的侧视图。

图8是箱体的再一个实施例的侧视图。

图9是箱体的又一个实施例的侧视图。

图10是具有工效性手柄的箱体主视图。

图11是垂直堆叠的箱体阵列主视图。

图12-14示出包含不同类型的发热电子设备的箱体侧视图。

图15示出与箱体阵列一起使用的示例性冷却液分配系统。

图16示出使用液体冷却回路来冷却绝缘冷却液。

图17是箱体的另一个实施例的主视图，其中多个逻辑插件板包含于箱体内。

图18是支架系统的另一个实施例的主视图，其中箱体水平定向。

图19A、19B和19C分别是用于逻辑插件板上的冷却目标发热点的定向流动散热器

和气体分散组件的立体视图、移除顶壁后的顶视图、侧视图。

具体实施方式

一种液体浸没式冷却系统，适用于冷却多个阵列型电子装置，包括冷却电脑服务器

系统里的发热部件以及其它使用电子发热部件的系统。在电脑服务器系统的情况下，

液体浸没式冷却系统能够构建具有可伸缩结构的电脑阵列，其中，有可能产生32

到64或更多的处理器芯片逻辑插件板(8插座×8芯＝64处理器)。这些逻辑插件板

在一箱体系统中，形成阵列，能互连以形成一个或多个大规模平行超级电脑。

这里描述的适用电子装置概念包括但不限于含刀片式服务器的服务器；磁盘阵列/

存储系统；存储区域网；网络附加存储设备；存储通信系统；工作站；路由器；电

信基础设施/开关；有线光学/无线通信装置；单元处理机；打印机；电源；显示器；

光学设备；仪器系统，包括手提式系统；军用电子设备等等。将以用于阵列式电脑

服务器为例来描述及举例说明本构思的许多方面。但需要指出的是，本方案也适用

于其它电子装置。

图1、2、3、4和5示出使用液体浸没式冷却系统的阵列式服务器电脑系统10的一

个实施例。该系统10包括多个分离的箱体12，每个箱体12包含自成体系的电脑

系统，例如，电脑逻辑插件板、子插件板、电源和其它有源电子电脑部件，以及冷

却系统。

每个箱体的所有电子热有源部件都浸没在绝缘冷却液中，其中绝缘冷却液与电子热

有源部件直接接触。因此，每个箱体形成包含冷却液和电脑系统的池。能用于这种

类型液体浸没式冷却系统的绝缘液体包括但不限于：

●如3M^TM公司的Novec^TM型的工程液体

●矿物油

●硅油

●天然酯油，包括豆油

●合成酯油

这些绝缘液体大部分能够扑灭电脑部件上的着火。通过将电脑浸没在绝缘防火液体

里，能够降低由于电脑部件出现故障而引起火灾的机率。可采用其它具有较高沸点

具有较好热传导性能的绝缘液体。如果这些绝缘液体具有足以应付系统中包含的部

件产生的热量的高热传导性能，那么它们不需要发生相变。

请参阅图2和4，每个箱体12包括连接于电脑逻辑插件板16的连接器侧，使逻辑

插件板的输入/输出(IO)连接、子插件板4的IO以及电源被接入或接出箱体12。通

过打开箱体盖子14以及从箱体中提起附设的逻辑插件板和电子设备，可以把部件，

例如安装于逻辑插件板16上的子插件板、附加处理器、电源卡和存储器卡添加到

或移出系统箱体12。逻辑插件板16的边缘可滑动地设置于形成于箱体12相对内

壁的槽内，便于逻辑插件板插入箱体或移出箱体。此外，机械硬盘可以设于箱体

12内，带有一条气管连接到硬盘的通气孔，以从硬盘导通到箱体12外部。

在图2、4和5示出的实例中，箱体12的后部(当箱体定向为使用中时)通过盖子14

关闭。为到达箱体12的内部，箱体定向为手柄端部向下，以便盖子14能设于顶部。

然后可移动盖子14以从箱体中提起附设的逻辑插件板16。盖子14可采用其它定

向。例如，盖子可关闭箱体12的顶部(当箱体定向为使用中时)或关闭箱体的任意

其它侧。

在一个实施例中，用一内部或外部泵水系统将暖液从箱体的顶部送到外部的热交换

器、热泵或其它散热或热回收装置。在其它实施例中，流动可以是对流或重力作用

产生的，以避免使用泵。液体的流动也可由泵、对流及重力的各种组合来产生。

图6示出示例性的一个实施例，其显示阵列式排布的箱体12，箱体12连接到排出

汇流管20，一外部泵22将液体从箱体12泵到散热或热回收装置24，然后冷却后

的液体导入排入汇流管26，以将冷却后的液体导回到箱体中。

需要时，可采用一个以上的散热或热回收装置，还可用散热和热回收的组合。此外，

需要时，泵可设置于每个箱体12的内部。

图15示出连接到箱体12阵列的冷却液分配系统30的另一实例，用于分配冷却液

给箱体及接收来自箱体12的冷却液。图示的系统30包括散热或热回收装置32、

冷却液供应线路34以及冷却液回流线路36。冷却液通过合适的泵输送，该泵是散

热或热回收装置32的部分，或者冷却液通过图6系统中类似的外部泵输送。系统

30可以是例如双管逆向回流系统，其中，供应有冷却液体的第一箱体12是回流冷

却液的最后一个，以便冷却液体流入和流出每个箱体的流动路径长度相同。双管逆

向回流系统的一个优点在于冷却液体经过箱体的压降相等。

散热或热回收装置32可以是任意适用于散热或让热液体的热量回收的装置。例如，

该装置可以是用于散热的普通热交换器，如散热片。空气或液体可用作热交换媒介。

此外，热交换器可设置于地底下，以让相对冷的地面冷却液体。外部热交换器可采

用多种不同的构造，只要是在回流到空间之前能够冷却液体到可接受的温度。散热

装置的例子包括但不限于冷却塔、蒸发器及埋地式回路。

利用热交换器来对液体进行冷却可以通过以下方法之一来实现：

●压缩机，其配备有典型的制冷系统

●珀尔帖效应冷却

●使用风扇或其它排风机构的散热器的主动式空气冷却

●通过将尽可能大的热交换导热表面暴露在较低环境温度中的被动式空气冷却

散热或热回收装置也可以是将回收的热量用于环境加热的热回收装置。例如，热回

收装置可以是建筑物的部分或室内加热系统，其中回收的热量用于加热建筑物。热

回收装置的实例还包括但不限于埋入地板内加热器及地热发电器。

在一个实施例中，箱体置于室内而泵和散热或热回收装置置于室外。由于用液体冷

却，加热的液体泵到室外，降低了箱体中的电子设备对室内加热。这减少在室内装

配的空调数量，此减少用电以及室内箱体阵列维护成本。

绝缘冷却液体不必就是用在散热或热回收装置唯一的液体。在图16所示的实施例

中，水冷却回路40用来冷却箱体12的绝缘冷却液。在一个循环过程，绝缘冷却液

通过一热交换器42回流。水冷却回路40也贯穿热交换器42，在热交换器42中与

绝缘冷却液交换热量及冷却绝缘冷却液。然后水冷却回路40中的水通过泵44、对

流和/或重力进行回流，导入散热或热回收装置46。

箱体12用图3所示的支架系统50连接成阵列，通过设置于图2和5所示的箱体

12后部的快速断开阀52连接到排入汇流管和排出汇流管。一个阀52作为冷却液

进入箱体的入口52a，而另一阀52作为冷却液排出箱体的出口52b，除了阀是开通

状态，这些阀截止液体流经入口52a和出口52b。阀52与设置于图3所示的支架

系统50后部的汇流排入汇流管53a和排出汇流管53b相接合。导入箱体12的排入

汇流管和排出管53a、53b的流动线路也利用与阀52接合的快速断开阀，例如，便

于在箱体安装时，箱体上的阀52和排入和排出汇流管53a、53b上的阀自动开启，

以及在箱体移除时自动关闭。快速断开阀使得能用可交换热的系统架构来对出故障

的服务器电脑进行更换。

支架系统50包括的框架54，连接于框架54后部的排入汇流管53a的冷却液回流

线路56，以及连接于排入汇流管53b的冷却液排出线路58。每个箱体12都是能安

装于框架54上的，以在所需的阵列构造中支撑箱体。图3所示的框架54示例为能

支撑垂直间隔的三排箱体，该三排箱体滑入于框架54中。每个箱体12具有便于滑

进和移出箱体的机构。例如，在每个箱体的底座上设一轴承机构，这样使箱体更易

于滑进或滑出框架54。

图2和4显示需要冷却的安装于逻辑插件板上的多个有源电脑部件，包括视频板/

子印制电路板62、电源64以及处理器(设于分流室74下面)。在一些实施例中，还

可安装泵于逻辑插件板16上或盖子14内侧。一顶部平板70连接到盖子14的下侧，

一外部输入/输出连接器72设于盖子14的后部。外部输入/输出连接器72与图3所

示的支架系统50上的外部输入/输出总线73相接合。每个箱体12大到足以包容所

有需要冷却的有源电脑部件。必要时可预留空间给液体回流线路和/或用于将冷却

液体引导于特定高温区域如CPU上面的分流室74，正如下面图7描述的。

如图2和4所示，盖子14不仅为箱体12提供液封和气封，而且还包含一个直通连

接器72，该直通连接器72可以让外部部件的输入/输出、存储器输入/输出以及电

源接入或接出箱体12，通到或导出电脑逻辑插件板16及其部件。盖子14有密封

箱体12的垫圈。盖子14还可包含为箱体填充冷却液的填充口。

请参阅图4，除了它的输入/输出和电源接头不同外，服务器逻辑插件板16与当前

的服务器规格板在功能上基本相同。该逻辑插件板16的顶部边缘设有例如一系列

导电焊垫，作为连接直通连接器7的接触点。可选地，液封总线型直通连接器可用

来让IO和电源贯穿箱体12。可以使用多个逻辑插件板或其它电路板来堆叠额外的

处理器或其它部件，以便获取更高的计算能力，或者让多个电脑放在同一个箱体。

例如，图17示出结构类似于箱体12的箱体500，不过箱体500包含多个逻辑插件

板501。

这里描述的冷却系统可以让多个服务器电脑系统放在同一个箱体内(图17)或分别放

在不同的箱体内进行冷却，这些箱体可以互相连接起来形成一个服务器或工作站支

架系统(图1-6)。

请参阅图4，子插件板62连接到逻辑插件板16上，这跟它们连接到当前的规格板

上一样。子插件板可以包括视频卡以及其它需要IO直通到箱体12外面的PCI或

PCIE卡。这些子插件板62要配备有液封垫圈和气封垫圈，以便进行外部IO连接。

与当前服务器设计不同的是，电源64也可以是子插件板62，不用为逻辑插件板配

线提供电源。电源也可以直接集成于逻辑插件板16。外部交流电(AC)或直流电

(DC)的接线穿过直通连接器72，通过液封和气封垫圈进入装有的已注满液体的箱

体内。

在使用泵水系统时，泵水系统优选为安装于外部，支撑阵列式排布的所有箱体12。

泵水系统用于使箱体12内部温热的液体循环流到箱体的外部，再到散热/热回收装

置。液体还可以流过外部硬盘的冷却板来进行循环。泵水系统可配线以使得即使在

服务器电脑关机时也能被启动以使液体循环。或者，泵水系统可配线成使得其只在

服务器电脑开机时才能启动。服务器电脑关机后，箱体12里面的液体还具有足够

的热容量，可以除去被浸没的部件的残余热量。这样可以确保部件不出现电脑关机

后的热损坏。此外，当流量传感器或泵监控器显示出冷却液已经停止流动或者流速

低于规定的最小流速时，可以很好地对服务器电脑进行有控制的关机，而不对浸没

在液体里的部件构成损坏。本实施例可以避免可能由于泵水系统出现故障而导致服

务器电脑突然出故障，因为那样的电脑依靠空气冷却。

也可以将硬盘或其它内部存储系统浸没在液体里。在当前要求配备有通气孔的底板

式机械存储系统的情况下，气路可以固定在通气孔上面，以让外面空气连通到将箱

体的外部。对硬盘的其余部分进行气封和液封处理。

处理器通过标准的厂商规格接口安装到逻辑插件板16上。测试结果已经表明，在

一些实例中，处理器上不必附加散热器或其它装置来进行冷却以达到标准的厂商规

格温度。但是，如果高功率处理器或处理器超频需要较低的运行温度或较高的传热

水平，可以使用散热器，因为它们可以大大地增加处理器暴露的热传导表面积。

当箱体12从阵列式支架50移出时，电源(AC或DC)从箱体12的外部的连接器72

断开连接，断开电流及从箱体12的内部空间断开电源(AC或DC)。

盖子14还可包括冷却用液体经其加入内部空间的开口。开口用一个可移开的帽来

关闭，该帽在加液体时移开。盖子还可包括将盖子锁固定位及将箱体锁在图3所示

的支架系统50中的锁固机构。

如上所述，服务器逻辑插件板组件是可卸式设置于内部空间里，以使服务器逻辑插

件板组件在举起盖子时能被从空间里提起。

箱体12的内部空间应填充足够的绝缘冷却液，以便浸没需要浸没的部件。例如，

冷却液基本上填满内部空间，以便浸没逻辑插件板16上的所有发热部件。冷却系

统构造成能把内部空间106内部受热的绝缘液体通过外部快速断开阀52导入热交

换器、热泵或其它散热/热回收装置，对液体进行冷却。然后，冷却的液体经过支

架系统50以及入口52a和出口52b返回到各个箱体。

图7示出阵列式使用的箱体100。箱体100构造成电连接于背板IO板102。箱体

100包括的液封壳104，其内有电路板106，例如逻辑插件板，用于安装各种浸没

于冷却液体中的发热电子部件。盖子108关闭液封壳104的后部。盖子108可以是

可卸开的，以能到达液封壳的内部，或者盖子可以是不可卸式，以永久地关闭液封

壳。

液体入口110形成于液封壳靠近于其底座的后侧，液体出口112从邻接顶部的后侧

延伸出。入口和出口的这种设置从底部附近引入冷却后的液体，以及由于液体伴随

着受热而上升，受热的液体能流出出口112。入口110和出口112具有快速连接阀，

该阀构造成在分别与排入汇流管120和排出汇流管122连接时自动开启，排入汇流

管120和排出汇流管122穿设于背板IO板102。排入管120和排出管122还具有

连接时自动开启的快速连接阀，排入管120从入口汇流管导入(参阅图6)，排出管

122连接于出口汇流管(参阅图6)。

1O连接器114从液封壳的后侧伸出，连接器114贯穿液封壳的后壁并连接至电路

板106。IO连接器114构造成与IO板102的连接器116电连接，以将输入和输出

引入或导出电路板，必要时，通电于液封壳内。可提供一类似的连接器116，用于

连接至陈列中每个箱体100的连接器114。

在一些具有大量热的区域，导入的液体流可用于提供定位冷却。具体地，如图7所

示，定向液体冷却组件130连接于输入端口。组件130包括与入口110连通的汇流

管132，多个管134从汇流管延伸出，用于导引到电路板106上的特定目标发热点，

如CPU。管134的端部置于该发热点附近，或者管134可连接到分流室136，类似

于分流室74，以帮助导引回流液体流到目标发热点。

图19A-C示出导流散热器和分流室组件700的一个实例的详细结构。组件700包

括分流室外壳702，其为由合适材质如塑料或金属制成的一种结构，具有周边侧壁

710和顶壁712。类似于管134的输入管701连接至设于周边侧壁710中一个上的

输入端口714，用于将冷却液导入于分流室702的内部。尽管图中示出单个输入端

口714，但是可设有多个输入端口，每个端口都连接到输入管701。输入端口和连

接于输入端口的管的数量随着目标发热点的冷却需要而变化。

分流室702紧密包围特定的目标发热点，如GPU或CPU 706，其上安装有散热器

703。CPU 706安装于位于电路板708的插座707上。散热器703可包括例如由其

与CPU 706接合处向上朝着顶壁712延伸的多个鳍片704。鳍片704包括相当大的

表面积，以优化与CPU的热交换。散热器的鳍片可经机加工、磨片、铸造或其它

方式成型，以形成用于通过与冷却液直接接触将热量从CPU移除的大表面积。在

图示的例子中，鳍片704定向为基本平行于箭头所示的冷却液体流动方向。为帮助

流动的混合或消散，在鳍片704之间设有沟壑705。

开口718形成于分流室702的一侧，用于让冷却液流出内部空间。开口718可设于

任意位置，以能让冷却液通过与鳍片和CPU热交换受热后能流出分流室702内部。

由于通过供给分流组件的泵形成的压力，在离开分流室702或在任何开口所面对的

方向被排出后，受热的冷却液可上升到箱体的顶部。在图示的实施例中，开口通过

相对于输入端口714而形成于周边侧壁710的沟壑而形成。可开设一个以上开口，

开口可设于分流室702上任意合适的位置，以让受热的冷却液能流出分流室702，

以及上升到箱体的顶部或在受压流动方向被排出。

另外，分流室702在接近输入端口714的位置定义一扩张腔716，其让冷却液进入

到分流室按多个方向流动，以便流过鳍片704的整个展开片。

在使用时，来自于汇流管并经过管701导入流或直接来自于泵源的流动包含在由分

流室702所定义的局限空间里。此局限空间紧密地包围CPU和连接至CPU的散热

器鳍片704。分流室702内含遍及散热器整个表面的液体流，使得液体形成混流或

者在某些条件下形成湍流。这有助于优化热交换，以更有效地冷却热部件，如

CPU、GPU、北桥芯片、南桥芯片和/或其它部件，相对于电子系统中利用的剩余

部件来讲，这些热部件产生相当多的热量。在与CPU和鳍片接触后，液体通过开

口718流出分流室702。

分流室702可不用在CPU和鳍片上面形成液封的外壳，在图示的实例中没有形成

液封的外壳。这有助于消除对密封制造误差的考虑。分流室702应构造成用以在液

体流过CPU和鳍片时帮助容纳液体。容纳液流量或程度可根据人们希望达到的液

流容量的多少及其产生的在冷却效力上的增加量而变化。

箱体100构造成滑入于支架的上架板140a和下架板140b之间。其它类似设计的箱

体可设置于邻近箱体100的上下架板140a、140b之间。为便于箱体100的插入和

移出，手柄142可形成于液封壳104上。另外，可设置铰链连接的锁144a和144b

于箱体100和/或上下架板140、140b上，以保持箱体100在支架中定位。

图8示出构造成通过箱体垂直向上的移动来实现电连接和液体连通的箱体200。箱

体200与图7中的箱体100基本相同，包括液封的外壳，外壳内有电路板，安装有

浸没于冷却液中的各种发热电子部件。箱体200构造成与安装于上架板204上的顶

板202连接。顶板202具有IO连接器206，IO连接器206与由箱体外壳顶部延伸

出的IO连接器208连接，连接器208穿过外壳顶部并连接到外壳内的电路板。

另外，液体入口210和液体出口212形成于外壳的底部。入口210和出口212设有

快速连接阀，该快速连接阀构造成分别在与汇流入口214和汇流出口216连接时自

动开启，入口214和出口216由可垂直移动的底座220延伸出并贯穿底座220。入

口214和出口216也具有连接时自动开启的快速连接阀。

杠杆系统与底座220相接合，用于垂直方向驱动底座220。杠杆系统包括枢轴连接

邻近的底座220的杆224，以及接合于底座220，以使得在枢转杆224时驱动底座

向上运动。当底座向上移动时，在入口214和出口216之间以及汇流入口214和汇

流出口216之间的液体实现导通，以及在IO连接器206、208之间的电连接实现接

通。

图9示出类似于图7中的箱体100的箱体300，包括位于箱体外壳后侧的液体入口

302和出口304，分别连接到液体输入线路317和输出线路318。背板IO主板306

包括IO连接器308。顶板310连接到箱体300的顶部，具有IO连接器312，IO连

接器312连接至由箱体外壳顶部延伸出的IO连接器314，IO连接器312与箱体外

壳的电路板相接合。顶板310包括附设的柔性部分316，柔性部分316包含构造成

与IO连接器308连接的IO连接器318。

箱体300也可安装于伸缩式轴承滑动件320上，滑动件320使箱体能滑入定位或离

位。滑动件320固定于下架板322，以及包括第一滑动部324和相对于第一滑动部

324可滑动的第二滑动部326。

图10示出一种箱体外壳350具有由前向后倾斜的侧壁的可能的箱体结构设计的前

部，这样使得外壳在后部比前部宽。另外，从顶部到底部，外壳的前部弯曲成新月

形，以形成大致沙漏形手柄352，以能被抓握，便于箱体插入或移出于支架。

图11示出堆叠成垂直层404a、404b、404c的箱体402的阵列400。每层404a-c包

括肩并肩排列的多个箱体402。吸液贮存池406设置于阵列400的顶部，以用重力

供给液体到箱体402。阵列的底部设有散热装置408，以用于在液体排出箱体后对

其冷却。散热装置408可包括冷却液经过的散热片以及用于鼓入空气吹过散热片的

风扇，以冷却液体。

图11的布置利用重力来供给冷却液至各个箱体，以及将液体从箱体排入于散热装

置408。设有一泵410来泵送液体回到吸液贮存池406，或者在液体输送到吸液贮

存池406前泵送液体到外部散热装置。还可设置一可供选择的泵412，以从贮存池

406泵送液体到箱体而不依赖于重力。

除了如图1 1所示将箱体肩并肩排列(此排列可称为水平排列)成多个垂直层外，各

箱体也可水平定向放置，箱体一个叠于另一个，此称为垂直阵列。例如，图18示

出阵列600，其包括多个水平定向的箱体602，在支架601内被设置成一个在另一

个之上。箱体602可以是与相邻的箱体毗邻相接，或者在箱体间设有间距。进一步，

箱体602可以是各自分离成为离散的垂直层，该垂直层类似于图11中的垂直层。

本实施例上面描述的服务器箱体包含服务器电子设备。然而，此处描述的概念可应

用于包含其它发热部件的其它电子设置阵列。例如，图12示出包含多个电源452

的电源箱体或电池箱体450。如上所述的阵列式排列的多个箱体450可在相对紧凑

的空间提供相当大的能源。图13示出箱体460，其包含装置462，如多个储存区域

网络装置或附加储存装置的网络，多个路由器或者通信电子设备。这能让兆兆字节

或更大容量的数据用于在单个主板上的闪存。图14示出箱体470，其中一个或多

个电源单元472以及多个装置474如处理器或内存等设置于主板上。由于电源单元

472是在箱体的内部，这样不需要从外部能源通入直流电。交流电可通入箱体，在

箱体内转成所需的直流电源。

用作冷却液的绝缘液体可以是任意上述的绝缘液体。需要时，可将着色材料加入到

绝缘液体中，以使该液体具有特定的色彩。冷却液也可以是紫外光(UV)激发的。

IO连接可以是经其让电输入和/或输出通入或通出箱体的任意类型的IO连接。IO

连接的例子包括但不限于光纤通道、以太网、串行连接SCSI(SAS)、串行高级技术

附件、USB、视频、无线(WIFI，射频网络)、温度或其它环境监控器。

本申请所公开的实施例在所有方面均应被视为仅是举例说明，而不是限制性的。因

此，本发明的保护范围由所附的权利要求所说明，而不是由前面的描述。在权利要

求等同的含义和范围内作的所有改变，均应包含在本发明的保护范围之内。

本文标签： 箱体液体冷却电脑部件