具有隔绝用壳体的水块组件的制作方法

1.本技术的技术涉及用于对热产生部件进行冷却的水块(water block)。


背景技术：

2.散热是计算机系统的重要考虑因素。值得注意的是，计算机系统的许多部件、例如处理器(也称为中央处理单元(cpu))会产生热，因此需要冷却以避免性能下降，以及在某些情况下避免出现故障。对于计算机系统以外的系统(例如，电源管理系统)，也会出现类似的考虑。因此，实现有不同类型的冷却系统来促进热产生部件的散热，目的是有效地收集热能并将热能从热产生部件中传导出去。
3.散热器依靠热传递介质(例如，气体或液体)来带走由热产生部件产生的热。例如，作为水冷散热器的水块热耦接到要被冷却的部件(例如，处理器)，并且使水或其他热传递流体流过水块中的导管以从热产生部件吸收热。随着水从水块中流出，由此收集的热能也从水块中流出。
4.然而，水块可能易于与周围环境空气一起耗散热能，这会对它们的冷却效率产生负面影响。这减少了水从热产生部件带走的热能，从而对水块的冷却效率产生负面影响。此外，水块有时容易泄漏，这会降低水块的效率。
5.因此，需要能够减轻这些缺点中的至少一些缺点的水块组件。


技术实现要素：

6.本技术的技术的一个目的是改善现有技术中存在的不便中的至少一些不便。
7.根据本技术的技术的一个方面，提供了一种水块组件，所述水块组件包括：水块单元，所述水块单元具有外部热传递表面，所述外部热传递表面构造成与要被冷却的热产生部件接触，所述水块单元限定有：内部流体导管，所述内部流体导管用于使流体在所述内部流体导管中循环；流体入口，所述流体入口用于将流体给送到所述内部流体导管中；以及流体出口，所述流体出口用于将流体从所述内部流体导管排出；以及隔绝用壳体，所述隔绝用壳体将所述水块单元至少部分地嵌入在所述隔绝用壳体中，以对从所述水块单元到所述水块单元的周围环境的热传递进行限制，所述隔绝用壳体具有与所述水块单元接触的内表面。
8.在一些实施方式中，水块单元包括：基部部分，所述基部部分对所述外部热传递表面进行限定；以及盖部部分，所述盖部部分附到所述基部部分，所述盖部部分对所述流体入口和所述流体出口进行限定，所述基部部分和所述盖部部分一起对所述内部流体导管进行限定。
9.在一些实施方式中，所述水块单元具有沿所述水块组件的大致法向于所述外部热传递表面的高度方向测量的高度；所述水块单元的一部分在所述高度方向上不与所述隔绝用壳体交叠。
10.在一些实施方式中，所述隔绝用壳体具有大致平行于所述外部热传递表面延伸的
下部外表面，所述下部外表面在所述高度方向上相对于所述外部热传递表面偏移。
11.在一些实施方式中，所述水块单元具有从所述外部热传递表面向上延伸的侧向侧表面；所述水块单元的不与所述隔绝用壳体交叠的所述部分包括所述外部热传递表面和所述水块单元的所述侧向侧表面的至少一部分，使得：在使用时，当所述外部热传递表面与所述热产生部件接触时，所述隔绝用壳体与所述热产生部件隔开。
12.在一些实施方式中，所述隔绝用壳体由隔绝材料制成，所述隔绝材料包括砂浆、聚氨酯泡沫、压制木材和环氧树脂中的至少一者。
13.在一些实施方式中，所述流体入口和所述流体出口被嵌置于所述隔绝用壳体。
14.在一些实施方式中，所述流体入口和所述流体出口分别流体连接有入口外部导管和出口外部导管，所述入口外部导管和所述出口外部导管中的每一者的一部分被嵌置于所述隔绝用壳体。
15.在一些实施方式中，所述入口外部导管与所述流体入口之间的接合部以及所述出口外部导管与所述流体出口之间的接合部被嵌置于所述隔绝用壳体。
16.在一些实施方式中，隔绝用壳体具有外表面；所述隔绝用壳体的材料对在所述隔绝用壳体的所述内表面与所述外表面之间限定的容积部进行填充。
17.在一些实施方式中，所述隔绝用壳体被包覆成型在所述水块单元上。
18.根据本技术的技术的另一方面，提供了一种用于使水块单元隔绝的方法，所述水块单元具有构造成与要被冷却的热产生部件接触的外部热传递表面，所述水块单元对内部流体导管进行限定，所述内部流体导管用于使流体在所述内部流体导管中循环，所述水块单元限定有用于将流体给送到所述内部流体导管中的流体入口以及用于将流体从所述内部流体导管排出的流体出口，所述方法包括：将所述水块单元放入模具中；用呈可塑的原始状态的隔绝材料填充所述模具，使得所述隔绝材料对所述水块单元进行覆盖；以及使所述隔绝材料固化直至所述隔绝材料处于固化状态并且形成部分地嵌置所述水块单元的隔绝用壳体。
19.在一些实施方式中，所述模具的内部底表面限定有凹部；以及将所述水块单元放入所述模具中包括：将所述水块单元的底部部分放置在所述凹部中，所述水块单元的所述底部部分包括外部热传递表面。
20.在一些实施方式中，所述隔绝用壳体由隔绝材料制成，所述隔绝材料包括砂浆、聚氨酯泡沫、压制木材、环氧树脂中的至少一者。
21.在一些实施方式中，所述水块单元的所述流体入口和所述流体出口分别流体连接至入口外部导管和出口外部导管；以及将所述水块单元放入所述模具中包括：将所述入口外部导管和所述出口外部导管插入在由所述模具的壁限定的至少一个凹部中，使得所述入口外部导管和所述出口外部导管延伸穿过所述壁。
22.本技术的技术的实施方式各自具有上述目的和/或方面中的至少一者，但不一定具有所有这些目的和/或方面。应当理解，由于试图实现上述目的而产生的本技术的技术的一些方面可能不满足该目的和/或可能满足本文未具体列举的其他目的。
23.本技术的技术的实施方式的附加和/或替代特征、方面和优点将从以下描述、附图和所附权利要求中变得显而易见。
24.应当理解的是，与部件的位置和/或取向有关的术语如“上”、“下”、“顶”、“底”、“前”、“后”、“左”、“右”在本文中用于简化描述并且不旨在限制部件在使用中的特定位置/取向。
附图说明
25.为了更好地理解本技术的技术以及本技术的技术的其他方面和另外的特征，对将结合附图使用的以下描述进行参考，在附图中：
26.图1是根据本技术的技术的实施方式的水块组件的正视图，示出了安装在要被冷却的热产生部件上的水块单元；
27.图2是从顶部、前部、左侧截取的图1的水块组件的水块单元的立体图；
28.图3是图2的水块单元的正视图；
29.图4是图2的水块单元的仰视图；
30.图5是根据本技术的技术的实施方式的用于形成水块组件的隔绝用壳体的模具的从顶部、前左侧截取的立体图；
31.图6是从图5的模具的顶部、前部、左侧截取的另一立体图；
32.图7是在形成隔绝用壳体之前从模具和水块单元的顶部、前部、左侧截取的立体图；
33.图8是从模具和水块单元的顶部、前部、左侧截取的立体图，示出了填充有隔绝材料的模具；
34.图9是从图1的水块组件的顶部、前部、左侧截取的立体图；
35.图10是从图10的水块组件的底部、前部、左侧截取的立体图；以及
36.图11是沿图9中的线11-11截取的图10的水块组件的截面图，其中示出的热产生部件以供参考。
具体实施方式
37.图1示出了根据本技术的技术的实施方式的水块组件1000。水块组件1000包括水块单元1100，所述水块单元1100构造成用于对热产生部件50进行冷却。在本示例中，热产生部件50是计算机系统的中央处理单元(cpu)，并且该热产生部件50被安装至计算机系统的主板。例如，这样的cpu可以是在数据中心内运行的服务器的一部分。在使用中，cpu 50会产生大量的热，并且众所周知，cpu 50可以从冷却中受益。可以设想，热产生部件50可以是任何其他合适的热产生电子部件(例如，图形处理单元(gpu))或设置在水块单元1100与热产生部件之间的中间部件。
38.在该实施方式中，水块单元1100是使用水(例如，软化水)来传递热能的散热器。可以设想，在其他实施方式中，除了水之外的热传递流体(例如，制冷剂)可以用于水块单元1100中。应理解术语“水块”旨在包括这种使用除水和/或多相流(例如，两相流)之外的流体的热传递装置。例如，在一些情况下，流体可以是油、醇或介电流体(例如，3m)。
39.如以下将更详细地描述的，水块组件1000包括隔绝用壳体1500，该隔绝用壳体1500部分地嵌置有(即，紧密地包围)水块单元1100并且被构造成：对从水块单元1100到水块单元1100的周围环境的热传递进行限制。如下文将解释的，与没有嵌入在隔绝用壳体内的水块单元相比，隔绝用壳体1500可以为水块组件1000提供增加的冷却效率。
40.参考图1，水块单元1100限定用于使热传递流体在其中循环的内部流体导管1110(在图1中示意性地示出)，所述热传递流体在该实施方式中为水。水块单元1100还限定有用于给送水的流体入口1130以及将水从内部流体导管1110排出的流体出口1140。在本实施方式中，水块单元1100通过入口流体导管1430和出口流体导管1440与外部流体系统1600流体连接，外部流体系统1600位于水块单元1100的外部并且分别流体连接至流体入口1130和流体出口1140。外部流体系统1600被构造成：释放由水块单元1100收集的热能并且将经冷却的水返回至水块单元1100。如将理解的，外部流体系统1600可以包括本领域技术人员已知的不同类型的冷却系统(例如，用于对数据中心进行维护的干式冷却器)。外部流体系统1600可以包括用于将水泵送到水块单元1100和从水块单元1100抽出的泵(未示出)。
41.水块单元1110具有构造成与热产生部件50接触的外部热传递表面1124。应理解，在本文中，即使在以现有技术中已知的方式在外部热传递表面1124与热产生部件50之间施用热膏以确保热产生部件50与外部热传递表面1124之间的充分热传递的情况下，外部热传递表面1124也被称为与热产生部件50“接触”。水块单元1100的高度可以沿着法向于外部热传递表面1124的高度方向测量。
42.参考图2和图3，在本实施方式中，水块单元1100包括基部部分1200和附至基部部分1200的盖部部分1300。基部部分1200和盖部部分1300一起形成水块单元1100的本体。
43.基部部分1200具有下侧部1210以及与下侧部1210相反的上侧部1220。基部部分1200包括在下侧部1210上限定的外部热传递表面1124。基部部分1200的内部上表面限定有建立内部流体导管1110的路径的连续的凹部(未示出)。连续的凹部可以被机加工到基部部分1200的内部上表面中。例如，连续的凹部可以通过铣床(例如，数控铣床)被铣削到内部上表面中。在其他实施方式中，可以以任何其他合适的方式(例如，模制)在基部部分1200中提供连续的凹部。例如，在该实施方式中，内部流体导管1110的路径是通常的“蛇形(serpentine)”路径(即，描述至少一个s形曲线的路径)。在其他实施方式中，内部流体导管1110可以限定不同类型的路径。这些类型的路径在2020年3月5日公布的美国专利申请no.16/546,785中进行了详细描述，该美国专利申请的全部内容通过引用并入本文。
44.如图3最佳所示，在该实施方式中，基部部分1200具有外部肩部1235，使得基部部分1200具有由肩部1235彼此划分开的底部部分1152和上部部分1155。在图4中可以看出，底部部分1152具有的长度lb和宽度wb都小于上部部分1155的长度lu和宽度wu。可以设想，在一些实施方式中，外部肩部1235可以被省略。
45.盖部部分1300设置在基部部分1200的顶部。在该实施方式中，基部部分1200和盖部部分1300彼此焊接。特别地，在该实施方式中，基部部分1200和盖部部分1300彼此激光焊接。
46.在该实施方式中，盖部部分1300限定有水块单元1100的流体入口1130和流体出口1140。特别地，盖部部分1300限定有从盖部部分1300的上侧部1305延伸到下侧部1310(图3)并且分别与流体入口1130和流体出口1140相对应的两个开口(未示出)。如图2中可见，在该实施方式中，入口流体导管1430和出口流体导管1440在上侧部1305上连接至盖部部分1300并且分别与流体入口1130和流体出口1140流体连通。在一些实施方式中，诸如弯头连接器之类的相应连接器(未示出)可以连接在导管1430、1440与流体入口1130和流体出口1140之间以充当它们之间的接合部。
中的不同的直立壁限定(例如，凹部232可以由直立壁中的相比凹部234而言的另一个直立壁限定)。在又一些实施方式中，可以省略导管凹部232、234(例如，导管1430、1440可以替代地通过模具200的开口顶部从模具200延伸出来)。
56.在该实施方式中，模具200由聚合材料制成。值得注意的是，模具200由硅树脂(silicone)制成。在其他实施方式中，可以设想模具200可以由任何其他合适的材料制成。
57.如图7所示，在提供模具200的情况下，水块单元1100被放置在内部空间255内。具体地，外部热传递表面1124被放置为与底部壁250的限定凹部254的凹入表面253接触。特别地，在该实施方式中，水块单元1100的基部部分1200的底部部分1152被接收在凹部254内。在该实施方式中，底部部分1152因此用作定位器件，该定位器件有利于将水块单元1100放置在内部空间255内。这样，一旦模制工艺完成，外部热传递表面1124就不被由模制工艺形成的隔绝用壳体1500覆盖。
58.此外，如图7所示，水块单元1100被放置在模具200内，其中导管1430、1440连接到盖部部分1300。值得注意的是，模具200被制成为对导管1430、1440进行容置。特别地，如上所述，在该实施方式中，由模具200的直立侧向壁2101限定的凹部232、234被定位并且定尺寸为接纳导管1430、1440，使得当水块单元1100被放置在模具200中时，导管1430、1440延伸穿过直立侧向壁2101。通过将水块1100放置在模具200内并且将导管1430、1440连接至水块1100，通过对导管1430、1440与隔绝用壳体1500内的水块单元1100之间的接合部进行封装可以使导管1430、1440与水块单元1100之间的连接更加牢固。
59.当水块单元1100在模具200内就位时，将模具200填充有呈可塑的(pliable)原始状态(即未固化)、例如液态或流体状态的隔绝材料1800，以对水块单元1100进行包覆成型。包覆成型是指一种模制工艺，通过该工艺将材料(或材料的组合)模制在基底对象(在该示例中，为水块单元1100)上以形成一体组件。设置在模具200内的水块单元1100因此被呈可塑的原始状态的隔绝材料1800覆盖，使得隔绝材料1800与水块单元1100的暴露表面接触。如上所述，在本实施方式中，水块单元1100的基部部分1200的底部部分1152的一部分(该部分将被称为水块单元1100的“底部部分”1150)被接纳在凹部254中，因此隔绝材料1800不对水块单元1100的底部部分1150进行覆盖。在一些实施方式中，模具200可以设计为使得底部部分1152不被隔绝材料1800覆盖。
60.隔绝材料1800可以任何合适的方式填充在模具200内。例如，隔绝材料1800可以在单独的容器中制备并被倒入模具200中。在模具200是更复杂的实施方式中，可以使用任何其他合适的已知模制技术、例如注射模制工艺。例如，在一些实施方式中，可以设计更复杂的模具以同时对各种水块单元1100进行包覆成型。
61.在该实施方式中，隔绝材料1800是砂浆(例如，加气砂浆)。在一些实施方式中，隔绝材料1800可以包括砂浆、聚氨酯泡沫、压制木材、环氧树脂或任何其他合适的隔绝材料中的一种或更多种。值得注意的是，在本实施方式中，隔绝材料1800具有较低的热导率、例如小于1w/mk的热导率。在一些实施方式中，隔绝材料1800的热导率可以小于0.1w/mk。在一些实施方式中，隔绝材料1800可以是分层复合材料(例如，包括油漆和砂浆层)，这有助于降低隔绝用壳体1500的相关成本。
62.在用隔绝材料1800填充模具200之后，隔绝材料1800被固化直到隔绝材料1800处于固化状态并且形成部分地嵌置水块单元1100的隔绝用壳体1500。隔绝材料1800的固化过
程(例如，时间和/或温度)可以根据所使用的隔绝材料1800而变化。一旦隔绝材料1800固化，就将水块组件1000从模具200中取出。
63.使用模具200来形成隔绝用壳体1500对于快速且可重复地形成各种这样的隔绝用壳体1500而言是有用的，特别地，如果希望为各种水块单元提供这样的隔绝用壳体则更是有用的。例如，这可以是数据中心的情况，其中可以使用多个水块单元来对不同的热产生部件进行冷却。此外，就效率而言，模制过程可以自动化。然而，在其他实施方式中，获得隔绝用壳体1500的过程可以不涉及模具200。例如，该过程可以是手动的并且包括手工施加隔绝材料1800的层。
64.此外，设想在一些实施方式中，在形成隔绝用壳体1500之后，可以对形成的隔绝用壳体1500应用额外的制造工艺(例如，研磨、钻孔或其他)。
65.参考图9至图11，所得到的隔绝用壳体1500部分地嵌置水块单元1100，使得：在使用中，热能从水块单元1100到水块单元1100的周围环境的传递受到限制。隔绝用壳体1500具有由模具200的内表面形成的外表面。值得注意的是，在该实施方式中，隔绝用壳体1500具有上部外表面1510、下部外表面1520和四个直立外表面15301、15303、15303、15303。在该实施方式中，下部外表面1520大致平行于外部热传递表面1124延伸并且在高度方向上相对于外部热传递表面1124偏移。特别地，隔绝用壳体1500的下部外表面1520在竖向上高于外部热传递表面1124。
66.设想隔绝用壳体1500的外表面在其他实施方式中可以根据模制过程中使用的模具200的内表面而被不同地构造。例如，在一些实施方式中，外部热传递表面1124和隔绝用壳体1500的下部外表面1520可以彼此齐平(例如，如果模具200的内部底表面252没有限定凹部254的话)。
67.如图11所示，隔绝用壳体1500还具有与水块单元1100和导管1430、1440接触的内表面1540。值得注意的是，内表面1540与水块单元1100的外表面的一些部分以及导管1430、1440的各部分中的一些部分接触。如将理解的，隔绝用壳体1500不是中空壳体，因为隔绝用壳体1500的隔绝材料1800对在隔绝用壳体1500的内表面1540与外表面之间限定的容积部进行填充。设想隔绝用壳体1500的内表面1540在其它实施方式中可以根据水块单元1100和导管1430、1440的形状而被不同地构造。
68.可以看出，在该实施方式中，在入口外部导管1430和出口外部导管1440与水块单元1100之间的连接部被嵌入隔绝用壳体1500内。更具体地，流体入口1130和流体出口1140与入口外部导管1430和出口外部导管1440之间的接合部被隔绝用壳体1500的隔绝材料1800包围。这可以加强流体入口1130和流体出口1140与入口外部导管1430和出口外部导管1440之间的连接部，因为这些连接部被固定就位并且由隔绝材料1800支撑。此外，通过将入口外部导管1430和出口外部导管1440与水块单元1100之间的连接部嵌入在隔绝用壳体1500中，从这些连接部泄漏的风险被降低，这因此可以有助于提高水块单元1100的效率。值得注意的是，隔绝用壳体1500的隔绝材料1800可以在入口外部导管1430和出口外部导管1440与水块单元1100之间的连接部处充当密封件。
69.如将从以上描述中理解的那样，本技术的技术提供了水块单元1100可以被隔绝的快速且廉价的方式。值得注意的是，隔绝用壳体1500使水块单元1100隔绝以对从水块单元1100到水块单元1100的周围环境的热损失进行限制。与如果水块单元1100没有被隔绝相
比，这改进了水块单元1100的保温，并因此提高了从水块单元1100到外部流体系统1600的热传递，这通常又可以提高外部流体系统1600的效率。此外，这也可以对从水块单元1100到周围环境的热传递进行限制，这可以降低环境温度。因此，水块单元1100的环境内的空气冷却的使用可以因此被减少，此外，热产生部件50的周围环境的温度可以被降低。
70.此外，水块单元1100的增加的热回收可以重新用于附加工艺。例如，设想由水块单元1100回收的额外热可以用于有目的地对空间进行加热(例如，对相邻室进行加热)和/或用于在有机朗肯循环(orc)中发电，或用于转移到蒸发器、例如用于处理渗滤液。
71.此外，可以设想，在一些实施方式中，隔绝用壳体1500可以用于将水块单元1100固定在与热产生部件50连接的基板(例如，母板)上的适当位置。例如，隔绝用壳体1500可以通过机械紧固件(例如，螺栓)或任何合适的固定装置(例如，夹子)紧固至基板。
72.对本技术的技术的上述实施方式的修改和改进对于本领域技术人员来说是显而易见的。前面的描述旨在是示例性的而不是限制性的。因此，本技术的技术的范围因此旨在仅由所附权利要求的范围来限制。