冷卻設(shè)備、冷卻系統(tǒng)和冷卻劑控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種冷卻設(shè)備、冷卻系統(tǒng)和冷卻劑控制方法。用于主動(dòng)控制兩相冷卻的方法和設(shè)備包括冷卻容積，其具有空腔和在所述空腔中的主動(dòng)冷卻劑流控件，所述主動(dòng)冷卻劑流控件被配置為調(diào)整通過所述空腔的冷卻劑流。儲(chǔ)液器與所述空腔流體連通，并且在所述儲(chǔ)液器和所述空腔中具有兩相冷卻劑。所述兩相冷卻劑具有在環(huán)境溫度與預(yù)期設(shè)備溫度之間的相變溫度。冷卻劑傳感器被配置為確定所述空腔中的冷卻劑相狀況?？刂颇K被配置為響應(yīng)于所確定的冷卻劑相狀況而調(diào)整所述主動(dòng)冷卻劑流控件。
【專利說明】
冷卻設(shè)備、冷卻系統(tǒng)和冷卻劑控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及冷卻系統(tǒng)，更具體地說，涉及利用改變冷卻劑相之間的電性質(zhì)而主動(dòng)控制兩相冷卻系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在典型的空氣冷卻環(huán)境中，處理器核心產(chǎn)生熱量，該熱量通過熱界面材料(TIM)傳導(dǎo)到通常由銅制成的散熱器。散熱器通過第二 ??Μ層附接到空氣吸熱器，并且吸熱器將熱量傳導(dǎo)到房間環(huán)境。在數(shù)據(jù)中心中，環(huán)境溫度通常約為25攝氏度。典型空氣冷卻式服務(wù)器的總熱阻約為0.24C/W，這針對250W處理器在環(huán)境溫度與處理器核心之間導(dǎo)致60攝氏度溫度梯度。這將導(dǎo)致85攝氏度的核心溫度。
[0003]液體冷卻系統(tǒng)(具體地說兩相冷卻系統(tǒng))能夠大幅降低熱阻，從而降低結(jié)溫。這在給定計(jì)算吞吐量下最小化處理器電力消耗。通常，當(dāng)與較大通道或池沸騰方法相比時(shí)，涉及較小空腔通道的單相或兩相熱傳遞在熱源附近導(dǎo)致每單位流面積較大的熱傳遞表面。但是，兩相液體冷卻系統(tǒng)可以遇到困難，因?yàn)樗鼈兝缈赡茉诔林氐挠?jì)算負(fù)荷下變干(dryout) ο

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]—種冷卻設(shè)備包括冷卻容積(cooling volume)，其具有空腔和在所述空腔中的主動(dòng)冷卻劑流控件，所述主動(dòng)冷卻劑流控件被配置為調(diào)整通過所述空腔的冷卻劑流。儲(chǔ)液器與所述空腔流體連通，并且在所述儲(chǔ)液器和所述空腔中具有兩相冷卻劑。所述兩相冷卻劑具有在環(huán)境溫度與預(yù)期設(shè)備溫度之間的相變溫度。冷卻劑傳感器被配置為確定所述空腔中的冷卻劑相狀況?？刂颇K被配置為響應(yīng)于所確定的冷卻劑相狀況而調(diào)整所述主動(dòng)冷卻劑流控件。
[0005]—種冷卻系統(tǒng)包括待冷卻設(shè)備和與所述待冷卻設(shè)備集成的冷卻設(shè)備。所述冷卻設(shè)備包括:冷卻容積，其具有空腔和在所述空腔中的主動(dòng)冷卻劑流控件，所述主動(dòng)冷卻劑流控件被配置為調(diào)整通過所述空腔的冷卻劑流；與所述空腔流體連通的儲(chǔ)液器，所述儲(chǔ)液器包括液體出口和用于氣體或氣-液混合物的入口 ；在所述儲(chǔ)液器和空腔中的兩相冷卻劑，其中所述兩相冷卻劑具有在環(huán)境溫度與預(yù)期設(shè)備溫度之間的相變溫度；以及電容傳感器，其被配置為確定所述空腔中的冷卻劑電容?？刂颇K被配置為基于所測量的電容確定所述冷卻劑的蒸氣干度(vapor quality)和空隙度(void fract1n)，并且在所確定的蒸氣干度和空隙度指示變干狀況的情況下增加冷卻劑流。輔助冷卻線路從所述冷卻設(shè)備移除熱量。
[0006]—種用于冷卻劑控制的方法包括測量發(fā)熱設(shè)備中的空腔內(nèi)的冷卻劑相狀況。將所述冷卻劑相狀況與閾值相比較以判定是否應(yīng)調(diào)整冷卻劑流。根據(jù)所述判定調(diào)整冷卻劑流。
[0007]從以下將結(jié)合附圖閱讀的對本發(fā)明的示例性實(shí)施例的詳細(xì)說明，本發(fā)明的這些和其它特性和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。
【附圖說明】
[0008]本公開將參考以下附圖在以下對優(yōu)選實(shí)施例的說明中提供詳細(xì)信息，這些附圖是:
[0009]圖1是根據(jù)本原理的主動(dòng)兩相冷卻系統(tǒng)的圖；
[0010]圖2是根據(jù)本原理的用于冷卻劑流控制的方法的框圖/流程圖；
[0011]圖3是根據(jù)本原理的用于冷卻劑流控制的方法的框圖/流程圖；
[0012]圖4是根據(jù)本原理的冷卻設(shè)備中的通道的圖；
[0013]圖5是根據(jù)本原理的現(xiàn)場可更換冷卻設(shè)備的圖；
[0014]圖6是根據(jù)本原理的具有嵌入式栗的現(xiàn)場可更換冷卻設(shè)備的圖；
[0015]圖7是根據(jù)本原理的具有外部栗的現(xiàn)場可更換冷卻設(shè)備的圖；
[0016]圖8是根據(jù)本原理的冷卻劑控制系統(tǒng)的框圖；
[0017]圖9是根據(jù)本原理的示例性冷卻劑中的介電常數(shù)與溫度的圖；
[0018]圖10是根據(jù)本原理的示例性水基冷卻劑中的介電常數(shù)與蒸氣干度的圖；
[0019]圖11是根據(jù)本原理的示例性水基冷卻劑中的介電常數(shù)與空隙度的圖；
[0020]圖12是根據(jù)本原理的示例性介電冷卻劑中的介電常數(shù)與蒸氣干度的圖；以及
[0021]圖13是根據(jù)本原理的示例性介電冷卻劑中的介電常數(shù)與空隙度的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明的實(shí)施例提供兩相冷卻系統(tǒng)的可控冷卻。使用芯片內(nèi)兩相蒸發(fā)冷卻最小化熱阻，并且在片結(jié)與局部制冷劑溫度之間實(shí)現(xiàn)較低溫度梯度。當(dāng)與單相液體冷卻解決方案相比時(shí)，流沸騰中的潛熱緩解了跨芯片的結(jié)溫增加的問題。此外，本實(shí)施例解決了熱通量、熱密度、總熱量和熱點(diǎn)迀移方面的難題。
[0023]本實(shí)施例采用電感測確定冷卻設(shè)備中的冷卻速率和流體體積。通過利用液相與氣相之間的電容變化，能夠確定冷卻元件中的每個(gè)相的體積?；谠撔畔?，能夠改變冷卻劑流的速率以便響應(yīng)變化的狀況。例如，如果冷卻元件主要包含氣體，則需要額外冷卻劑以便防止冷卻元件變干。
[0024]現(xiàn)在參考附圖，其中相同標(biāo)號表示相同或相似元素，并且首先參考圖1，示出冷卻系統(tǒng)的圖。設(shè)備102在使用期間產(chǎn)生熱量。在設(shè)備102上形成吸熱器104，方式為:將吸熱器104安裝在設(shè)備102的表面上，或?qū)⑽鼰崞?04與設(shè)備102形成整體。吸熱器104包括一個(gè)或多個(gè)通道，液體冷卻劑106通過這些通道流動(dòng)。當(dāng)冷卻劑106被加熱時(shí)，它將狀態(tài)更改為氣體形式108，其從吸熱器104上升并且進(jìn)入冷凝器/儲(chǔ)液器110。氣體冷卻劑108在冷凝器110中冷卻并且變回液態(tài)106，從而落下到儲(chǔ)液器中。過濾器/栗112將液體從儲(chǔ)液器110移動(dòng)到吸熱器104。傳感器118測量冷卻劑106的電性質(zhì)(例如電容)，以便用于調(diào)整冷卻劑流。
[0025]冷凝器/儲(chǔ)液器110又由單獨(dú)的冷卻系統(tǒng)冷卻，并且與液體冷卻劑113形成液-液熱交換。第二冷卻劑113從第一冷卻劑106獲得熱量并且將其移動(dòng)到干/濕冷卻器114。栗116然后將冷卻后的第二冷卻劑113再次栗送到冷凝器/儲(chǔ)液器110中。
[0026]應(yīng)該理解，兩相冷卻劑106可以表示任何適當(dāng)?shù)膬上嗬鋮s劑，其具有在環(huán)境溫度與設(shè)備102的預(yù)期操作溫度之間的相變溫度。具體地說，構(gòu)想可以使用R1234ze。同時(shí)，第二冷卻劑113應(yīng)該在環(huán)境溫度和芯片的操作溫度下處于其液態(tài)。
[0027]對于許多應(yīng)用，蒸餾水是用于該目的的合適冷卻劑。在數(shù)據(jù)中心中，環(huán)境溫度通常約為25攝氏度。常規(guī)空氣冷卻式服務(wù)器的總熱阻約為0.24C/W，這針對250W處理器在環(huán)境溫度與處理器核心之間導(dǎo)致60度溫度梯度。這導(dǎo)致大約85攝氏度的核心溫度。本發(fā)明的實(shí)施例將熱阻降低到大約0.04C/W或更小值，從而降低結(jié)溫并且在類似計(jì)算吞吐量下最小化處理器電力消耗。當(dāng)與較大通道或池沸騰技術(shù)相比時(shí)，涉及吸熱器104中的小空腔通道的兩相熱傳遞在熱源附近提供每單位流面積較大的熱傳遞表面。
[0028]較低熱阻實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的全年室外環(huán)境冷卻，從而減少將芯片熱量傳遞到室外環(huán)境需要的冷卻能量。在圖1的實(shí)施例中，主封閉式制冷劑環(huán)路將熱量從設(shè)備102傳遞到輔助液體環(huán)路，輔助液體環(huán)路又將熱量傳遞到干/濕冷卻器114以便將熱量消散到室外環(huán)境。如果輔助環(huán)路中的冷卻劑的溫度足夠高，則可以重獲熱量，從而導(dǎo)致系統(tǒng)效率的進(jìn)一步提高。與基線空氣冷卻式系統(tǒng)比較，本實(shí)施例能夠使冷卻能量最多減少20倍。能夠通過在芯片模塊級別實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)控制而進(jìn)一步優(yōu)化冷卻能力。
[0029]現(xiàn)在參考圖2，示出用于兩相冷卻系統(tǒng)的主動(dòng)控制的方法。方框202在存在液態(tài)和氣態(tài)冷卻劑的情況下，校準(zhǔn)冷卻劑106的電容。給定材料在其液相中的介電常數(shù)與同一材料在其氣相中的介電常數(shù)顯著不同。因此，能夠針對冷卻劑106的不同測量的介電常數(shù)，確定蒸氣干度(作為蒸氣的飽和混合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù))和空隙度(氣相占用的通道的體積或橫截面積的分?jǐn)?shù))ο方框202中的校準(zhǔn)涉及當(dāng)改變液相和氣相溫度以及電容器中的蒸氣和液體量時(shí)的電容測量。
[0030]方框204然后使用傳感器118測量實(shí)際電容。方框206基于測量的電容估計(jì)蒸氣干度和空隙度，從而提供有關(guān)吸熱器104中的多少冷卻劑106處于其氣態(tài)的信息。方框208然后通過調(diào)整栗112的栗送率，對冷卻劑流進(jìn)行需要的任何調(diào)整。調(diào)整可以包括重新分配通過吸熱器104的流以及調(diào)整設(shè)備102中的工作負(fù)載以便調(diào)節(jié)散熱。重復(fù)該過程，并且按需進(jìn)行測量和調(diào)整以便響應(yīng)變化的冷卻狀況。應(yīng)該注意，空隙容量、蒸氣干度與電容之間的關(guān)系憑經(jīng)驗(yàn)確定，因?yàn)樗Q于如何以及在何處定位電容傳感器。通道形體的幾何形狀和介電常數(shù)也影響電容傳感器。
[0031]本發(fā)明可以是系統(tǒng)、方法和/或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品可以包括計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上載有用于使處理器實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的各個(gè)方面的計(jì)算機(jī)可讀程序指令。
[0032]計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)可以是可以保持和存儲(chǔ)由指令執(zhí)行設(shè)備使用的指令的有形設(shè)備。計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)例如可以是一但不限于一電存儲(chǔ)設(shè)備、磁存儲(chǔ)設(shè)備、光存儲(chǔ)設(shè)備、電磁存儲(chǔ)設(shè)備、半導(dǎo)體存儲(chǔ)設(shè)備或者上述的任意合適的組合。計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)的更具體的例子(非窮舉的列表)包括:便攜式計(jì)算機(jī)盤、硬盤、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、可擦式可編程只讀存儲(chǔ)器(EPROMS閃存)、靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)、便攜式壓縮盤只讀存儲(chǔ)器(CD-ROM)、數(shù)字多功能盤(DVD)、記憶棒、軟盤、機(jī)械編碼設(shè)備、例如其上存儲(chǔ)有指令的打孔卡或凹槽內(nèi)凸起結(jié)構(gòu)、以及上述的任意合適的組合。這里所使用的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)不被解釋為瞬時(shí)信號本身，諸如無線電波或者其它自由傳播的電磁波、通過波導(dǎo)或其它傳輸媒介傳播的電磁波(例如，通過光纖電纜的光脈沖)、或者通過電線傳輸?shù)碾娦盘枴?br>[0033]這里所描述的計(jì)算機(jī)可讀程序指令可以從計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)下載到各個(gè)計(jì)算/處理設(shè)備，或者通過網(wǎng)絡(luò)、例如因特網(wǎng)、局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和/或無線網(wǎng)下載到外部計(jì)算機(jī)或外部存儲(chǔ)設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)可以包括銅傳輸電纜、光纖傳輸、無線傳輸、路由器、防火墻、交換機(jī)、網(wǎng)關(guān)計(jì)算機(jī)和/或邊緣服務(wù)器。每個(gè)計(jì)算/處理設(shè)備中的網(wǎng)絡(luò)適配卡或者網(wǎng)絡(luò)接口從網(wǎng)絡(luò)接收計(jì)算機(jī)可讀程序指令，并轉(zhuǎn)發(fā)該計(jì)算機(jī)可讀程序指令，以供存儲(chǔ)在各個(gè)計(jì)算/處理設(shè)備中的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中。
[0034]用于執(zhí)行本發(fā)明操作的計(jì)算機(jī)可讀程序指令可以是匯編指令、指令集架構(gòu)(ISA)指令、機(jī)器指令、機(jī)器相關(guān)指令、微代碼、固件指令、狀態(tài)設(shè)置數(shù)據(jù)、或者以一種或多種編程語言的任意組合編寫的源代碼或目標(biāo)代碼，所述編程語言包括面向?qū)ο蟮木幊陶Z言一諸如Smalltalk、C++等，以及常規(guī)的過程式編程語言一諸如“C”語言或類似的編程語言。計(jì)算機(jī)可讀程序指令可以完全地在用戶計(jì)算機(jī)上執(zhí)行、部分地在用戶計(jì)算機(jī)上執(zhí)行、作為一個(gè)獨(dú)立的軟件包執(zhí)行、部分在用戶計(jì)算機(jī)上部分在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上執(zhí)行、或者完全在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)或服務(wù)器上執(zhí)行。在涉及遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的情形中，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)可以通過任意種類的網(wǎng)絡(luò)一包括局域網(wǎng)(LAN)或廣域網(wǎng)(WAN)—連接到用戶計(jì)算機(jī)，或者，可以連接到外部計(jì)算機(jī)(例如利用因特網(wǎng)服務(wù)提供商來通過因特網(wǎng)連接)。在一些實(shí)施例中，通過利用計(jì)算機(jī)可讀程序指令的狀態(tài)信息來個(gè)性化電子電路，例如可編程邏輯電路、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或可編程邏輯陣列(PLA)，該電子電路可以執(zhí)行計(jì)算機(jī)可讀程序指令，從而實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的各個(gè)方面。
[0035]這里參照根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法、裝置(系統(tǒng))和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的流程圖和/或框圖描述了本發(fā)明的各個(gè)方面。應(yīng)當(dāng)理解，流程圖和/或框圖的每個(gè)方框以及流程圖和/或框圖中各方框的組合，都可以由計(jì)算機(jī)可讀程序指令實(shí)現(xiàn)。
[0036]這些計(jì)算機(jī)可讀程序指令可以提供給通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)或其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置的處理器，從而生產(chǎn)出一種機(jī)器，使得這些指令在通過計(jì)算機(jī)或其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置的處理器執(zhí)行時(shí)，產(chǎn)生了實(shí)現(xiàn)流程圖和/或框圖中的一個(gè)或多個(gè)方框中規(guī)定的功能/動(dòng)作的裝置。也可以把這些計(jì)算機(jī)可讀程序指令存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中，這些指令使得計(jì)算機(jī)、可編程數(shù)據(jù)處理裝置和/或其它設(shè)備以特定方式工作，從而，存儲(chǔ)有指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)則包括一個(gè)制造品，其包括實(shí)現(xiàn)流程圖和/或框圖中的一個(gè)或多個(gè)方框中規(guī)定的功能/動(dòng)作的各個(gè)方面的指令。
[0037]也可以把計(jì)算機(jī)可讀程序指令加載到計(jì)算機(jī)、其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置、或其它設(shè)備上，使得在計(jì)算機(jī)、其它可編程裝置或其它設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟，以產(chǎn)生計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的過程，從而使得在計(jì)算機(jī)、其它可編程裝置、或其它設(shè)備上執(zhí)行的指令實(shí)現(xiàn)流程圖和/或框圖中的一個(gè)或多個(gè)方框中規(guī)定的功能/動(dòng)作。
[0038]附圖中的流程圖和框圖顯示了根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)、方法和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的可能實(shí)現(xiàn)的體系架構(gòu)、功能和操作。在這點(diǎn)上，流程圖或框圖中的每個(gè)方框可以代表一個(gè)模塊、程序段或指令的一部分，所述模塊、程序段或指令的一部分包含一個(gè)或多個(gè)用于實(shí)現(xiàn)規(guī)定的邏輯功能的可執(zhí)行指令。在有些作為替換的實(shí)現(xiàn)中，方框中所標(biāo)注的功能也可以以不同于附圖中所標(biāo)注的順序發(fā)生。例如，兩個(gè)連續(xù)的方框?qū)嶋H上可以基本并行地執(zhí)行，它們有時(shí)也可以按相反的順序執(zhí)行，這依所涉及的功能而定。也要注意的是，框圖和/或流程圖中的每個(gè)方框、以及框圖和/或流程圖中的方框的組合，可以用執(zhí)行規(guī)定的功能或動(dòng)作的專用的基于硬件的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，或者可以用專用硬件與計(jì)算機(jī)指令的組合來實(shí)現(xiàn)。
[0039]本說明書中對本原理的“一個(gè)實(shí)施例”或“一實(shí)施例”以及它們的其它變型的引用指結(jié)合該實(shí)施例描述的特定特性、結(jié)構(gòu)或特征等被包括在本原理的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，本說明書的各位置中出現(xiàn)的短語“在一個(gè)實(shí)施例中”或“在一實(shí)施例中”以及任何其它變型不一定都指同一實(shí)施例。
[0040]應(yīng)該理解，使用以下、“和/或”以及“至少一個(gè)”(例如，在“A/B”、“A和/或B”以及“A和B中的至少一個(gè)”的情況下)的任意一個(gè)都旨在包含僅選擇第一列出的選項(xiàng)(A)，或者僅選擇第二列出的選項(xiàng)(B)，或者選擇兩個(gè)選項(xiàng)(A和B)。作為進(jìn)一步實(shí)例，在“A、B和/或C”以及“A、B和C中的至少一個(gè)”的情況下，這種措詞旨在包含僅選擇第一列出的選項(xiàng)(A)，或者僅選擇第二列出的選項(xiàng)(B)，或者僅選擇第三列出的選項(xiàng)(C)，或者僅選擇第一和第二列出的選項(xiàng)(A和B)，或者僅選擇第一和第三列出的選項(xiàng)(A和C)，或者僅選擇第二和第三列出的選項(xiàng)(B和C)，或者選擇所有三個(gè)選項(xiàng)(A和B和C)。這可以擴(kuò)展以便列出多個(gè)項(xiàng)，如所屬技術(shù)領(lǐng)域和相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員很容易地顯而易見的那樣。
[0041]現(xiàn)在參考圖3，示出用于冷卻劑流調(diào)整的詳細(xì)方法。系統(tǒng)在方框302開始，其中最大冷卻劑流通過吸熱器104。方框304考慮要執(zhí)行第一工作負(fù)載，并且計(jì)算如何跨設(shè)備102的一個(gè)或多個(gè)處理核心執(zhí)行工作負(fù)載的預(yù)期功率圖。方框306然后調(diào)整通過吸熱器104的冷卻劑流以便最大化預(yù)期冷卻效率。這通過調(diào)整主動(dòng)組件，包括栗112以及吸熱器104本身中的主動(dòng)組件來實(shí)現(xiàn)。
[0042]方框308例如使用傳感器118處的電容感測，監(jiān)視冷卻劑106中的空隙度和蒸氣干度。方框310使用所監(jiān)視的冷卻劑信息判定冷卻劑106是否變干。如果冷卻劑變干，則方框312判定冷卻劑流是否已經(jīng)處于最大容量。如果額外容量可用，則方框314向設(shè)備102增加冷卻劑流，但是如果不可用，則方框316減小芯片功率以便降低冷卻劑需求。
[0043]在一種情況下，芯片功率可能需要被減小到關(guān)閉點(diǎn)。此外，如果在方框318沒有變干狀況，但工作負(fù)載改變，則一個(gè)選項(xiàng)是使工作負(fù)載結(jié)束并且使設(shè)備芯片關(guān)閉。方框320判定是否指示關(guān)閉狀況。如果是，則方框322等待預(yù)定時(shí)間段以便設(shè)備102冷卻并且然后關(guān)閉冷卻劑流。否則，處理返回到方框304以便針對改變后的工作負(fù)載計(jì)算新的預(yù)期功率圖。
[0044]現(xiàn)在參考圖4，示出吸熱器104中的通道404的俯視圖。通道404由通道壁402限定并且允許冷卻劑106流動(dòng)。還存在主動(dòng)控件406，其能夠部分或完全阻擋通道404以便調(diào)整通過通道404的冷卻劑106的流量。應(yīng)該理解，主動(dòng)控件406可以是可移動(dòng)組件，其例如基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)或壓電設(shè)備。在壓電主動(dòng)控件406的情況下，可移動(dòng)組件通過施加電壓更改位置或方向。使用此類設(shè)備，可以改變通道內(nèi)部的流的有效橫截面。較小橫截面意味著對流的較高阻力。傳感器408位于通道壁404之上、之中或周圍，以便檢測通道404中的冷卻劑106的蒸氣干度和空隙度。
[0045]現(xiàn)在參考圖5，示出提供額外現(xiàn)場更換能力的一個(gè)備選實(shí)施例。更換圖1的實(shí)施例中的吸熱器104將涉及斷開吸熱器104與冷凝器/儲(chǔ)液器110之間的連接。修改的冷凝器/儲(chǔ)液器504因此作為處理設(shè)備502的一部分形成或者結(jié)合到處理設(shè)備502。兩相冷卻劑用于冷卻設(shè)備502，并且其液相506沿著設(shè)備表面附近的通道通過。如上所述，液體冷卻劑506在被加熱時(shí)轉(zhuǎn)換為氣相508。氣態(tài)冷卻劑508在冷凝器/儲(chǔ)液器510中聚集，它在此處返回到其液態(tài)并且被再循環(huán)。吸熱器504可以包括一個(gè)或多個(gè)栗(未示出)，它們安裝在儲(chǔ)液器510的內(nèi)部或者安裝在蓋的內(nèi)部、蓋的周邊或者吸熱器504的外部。栗例如可以是隔膜或注射型栗。
[0046]可以在吸熱器504的空腔中使用芯吸(wicking)結(jié)構(gòu)，以便芯吸液體冷卻劑506并且保持通道表面變濕。如果芯吸結(jié)構(gòu)的特征長度尺度足夠小，則芯吸力將足以使冷卻劑循環(huán)。芯吸結(jié)構(gòu)在通道表面上實(shí)現(xiàn)薄液膜，從而當(dāng)加熱時(shí)導(dǎo)致薄膜蒸發(fā)。因此形成的蒸氣508將移動(dòng)到通道的中心，并且在上升到蓋頂部之前將擴(kuò)散到周圍。通過將蒸氣路徑與液體流饋給路徑隔離，有助于蒸氣逸出。吸熱器504通過熱界面材料512熱連接到輔助冷卻系統(tǒng)514。輔助冷卻系統(tǒng)514可以采用任何適當(dāng)?shù)睦鋮s技術(shù)，例如包括液體冷卻劑516和濕/干冷卻器，如上面圖1中所示。
[0047]現(xiàn)在參考圖6，示出具有嵌入式栗602的一個(gè)實(shí)施例。嵌入式栗602位于儲(chǔ)液器510與吸熱器504的通道之間并且促使液體冷卻劑506進(jìn)入通道。除了栗602之外，可以在通道中使用芯吸結(jié)構(gòu)以便移動(dòng)冷卻劑506材料?，F(xiàn)在參考圖7，示出具有外部栗的一個(gè)實(shí)施例，外部栗從儲(chǔ)液器移動(dòng)液體冷卻劑506并且將其直接提供給吸熱器504的通道。除了栗702之外，可以在通道中使用芯吸結(jié)構(gòu)以便移動(dòng)冷卻劑506材料。
[0048]現(xiàn)在參考圖8，示出冷卻劑控制系統(tǒng)800?？刂葡到y(tǒng)800包括處理器802和存儲(chǔ)器804，存儲(chǔ)器804用于存儲(chǔ)和實(shí)現(xiàn)冷卻劑控制信息。傳感器模塊806從傳感器118接收信息，傳感器118允許處理器802根據(jù)由校準(zhǔn)模塊808存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器804中的校準(zhǔn)信息，確定蒸氣干度和空隙度?；谶@些量，處理器802判定是增加還是減小冷卻劑流并且用信號通知栗112、602或702以及主動(dòng)控件406，以便相應(yīng)地調(diào)整冷卻劑流。
[0049]現(xiàn)在參考圖9，示出顯示示例性水基冷卻劑的橫軸上的溫度與縱軸上的介電常數(shù)之間的關(guān)系的圖。跨整個(gè)溫度范圍，蒸氣與液體的介電常數(shù)之間具有明顯的差異。
[0050]現(xiàn)在參考圖10，示出顯示水基冷卻劑的橫軸上的蒸氣干度與縱軸上的介電常數(shù)之間的關(guān)系的圖。在這種情況下，隨著蒸氣干度的增加，介電常數(shù)急劇下降。
[0051 ]現(xiàn)在參考圖11，示出顯示水基冷卻劑的橫軸上的空隙度與縱軸上的介電常數(shù)之間的關(guān)系的圖。使用跨介電常數(shù)的廣泛值的連續(xù)曲線，該測量提供一種用于確定冷卻劑的空隙度的很好方式。
[0052]現(xiàn)在參考圖12，示出顯示介電冷卻劑(例如R245fa和R1234ze)的橫軸上的蒸氣干度與縱軸上的介電常數(shù)之間的關(guān)系的圖。該曲線沒有用于水的曲線陡峭，以使得能夠跨整個(gè)蒸氣干度范圍使用蒸氣干度關(guān)系。
[0053]現(xiàn)在參考圖13，示出顯示介電冷卻劑的橫軸上的空隙度與縱軸上的介電常數(shù)之間的關(guān)系的圖。
[0054]已描述一種主動(dòng)控制兩相冷卻的系統(tǒng)和方法的優(yōu)選實(shí)施例(它們旨在是示例性的而不是限制性的)，要注意的是，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)上述教導(dǎo)進(jìn)行修改和變型。因此，應(yīng)該理解，可以在公開的特定實(shí)施例中進(jìn)行更改，這些更改在所附權(quán)利要求概述的本發(fā)明的范圍內(nèi)。已經(jīng)以專利法需要的細(xì)節(jié)和特殊性如此描述本發(fā)明的各個(gè)方面，在所附權(quán)利要求中給出專利證書要求和期望保護(hù)的事物。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種冷卻設(shè)備，包括: 冷卻容積，其包括: 空腔；以及 主動(dòng)冷卻劑流控件，其在所述空腔中并被配置為調(diào)整通過所述空腔的冷卻劑流； 儲(chǔ)液器，其與所述空腔流體連通； 兩相冷卻劑，其在所述儲(chǔ)液器和空腔中，其中所述兩相冷卻劑具有在環(huán)境溫度與預(yù)期設(shè)備溫度之間的相變溫度； 冷卻劑傳感器，其被配置為確定所述空腔中的冷卻劑相狀況；以及 控制模塊，其被配置為響應(yīng)于所確定的冷卻劑相狀況而調(diào)整所述主動(dòng)冷卻劑流控件。2.如權(quán)利要求1所述的冷卻設(shè)備，其中所述冷卻劑傳感器是被配置為測量所述空腔中的冷卻劑的電容的電容傳感器。3.如權(quán)利要求2所述的冷卻設(shè)備，其中所述控制模塊被配置為基于所測量的電容確定蒸氣干度和空隙度。4.如權(quán)利要求3所述的冷卻設(shè)備，其中所述控制模塊被配置為在所確定的蒸氣干度和空隙度指示變干狀況的情況下增加冷卻劑流。5.如權(quán)利要求1所述的冷卻設(shè)備，其中所述儲(chǔ)液器包括液體出口和用于氣體或氣-液混合物的入口。6.如權(quán)利要求5所述的冷卻設(shè)備，進(jìn)一步包括栗，其被配置為將液體冷卻劑從所述儲(chǔ)液器栗送到所述空腔中。7.如權(quán)利要求6所述的冷卻設(shè)備，其中所述栗被嵌入所述設(shè)備。8.如權(quán)利要求1所述的冷卻設(shè)備，其中所述空腔包括芯吸材料。9.如權(quán)利要求1所述的冷卻設(shè)備，其中所述冷卻設(shè)備是單個(gè)現(xiàn)場可更換單元。10.—種冷卻系統(tǒng)，包括: 待冷卻設(shè)備； 冷卻設(shè)備，其與所述待冷卻設(shè)備集成，所述冷卻設(shè)備包括: 冷卻容積，其包括: 空腔；以及 主動(dòng)冷卻劑流控件，其在所述空腔中并被配置為調(diào)整通過所述空腔的冷卻劑流； 儲(chǔ)液器，其與所述空腔流體連通，所述儲(chǔ)液器包括液體出口和用于氣體或氣-液混合物的入口； 兩相冷卻劑，其在所述儲(chǔ)液器和空腔中，其中所述兩相冷卻劑具有在環(huán)境溫度與預(yù)期設(shè)備溫度之間的相變溫度；以及 電容傳感器，其被配置為確定所述空腔中的冷卻劑電容； 控制模塊，其被配置為基于所測量的電容確定所述冷卻劑的蒸氣干度和空隙度，并且在所確定的蒸氣干度和空隙度指示變干狀況的情況下增加冷卻劑流;以及輔助冷卻線路，其從所述冷卻設(shè)備移除熱量。11.如權(quán)利要求10所述的冷卻設(shè)備，進(jìn)一步包括栗，其被配置為將液體冷卻劑從所述儲(chǔ)液器栗送到所述空腔中。12.如權(quán)利要求11所述的冷卻設(shè)備，其中所述栗被嵌入所述設(shè)備。13.如權(quán)利要求10所述的冷卻設(shè)備，其中所述空腔包括芯吸材料。14.如權(quán)利要求10所述的冷卻設(shè)備，其中所述冷卻設(shè)備是單個(gè)現(xiàn)場可更換單元。15.—種用于冷卻劑控制的方法，包括: 測量發(fā)熱設(shè)備中的空腔內(nèi)的冷卻劑相狀況； 將所述冷卻劑相狀況與閾值相比較以判定是否應(yīng)調(diào)整冷卻劑流；以及 根據(jù)所述判定調(diào)整冷卻劑流。16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中測量冷卻劑相狀況包括: 測量所述空腔中的冷卻劑的電容；以及 基于所述電容確定蒸氣干度和空隙度。17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中調(diào)整冷卻劑流包括調(diào)整栗。18.如權(quán)利要求15所述的方法，其中調(diào)整冷卻劑流包括致動(dòng)所述空腔中的一個(gè)或多個(gè)阻塞結(jié)構(gòu)。19.如權(quán)利要求15所述的方法，其中進(jìn)一步根據(jù)預(yù)測的工作負(fù)載功率圖執(zhí)行調(diào)整冷卻劑流。
【文檔編號】G06F1/20GK105938386SQ201610003786
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年1月4日
【發(fā)明人】T·J·謝納爾, P·R·派力達(dá), J·A·西爾貝曼
【申請人】國際商業(yè)機(jī)器公司