用于數(shù)據(jù)中心機(jī)架的基于空氣的冷卻的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于數(shù)據(jù)中心機(jī)架的基于空氣的冷卻
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?00880016127.5、申請(qǐng)日為2008年3月14日、發(fā)明名稱(chēng)為“用于數(shù)據(jù)中心機(jī)架的基于空氣的冷卻”的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
[0002]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0003]按照35U.S.C.119，本申請(qǐng)要求享有于2007年3月14日遞交的名稱(chēng)為“AIR-BASEDCOOLING FOR DATA CENTER RACK”的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)N0.60/894，844的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容作為參考加入本申請(qǐng)中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0004]—般而言，本發(fā)明涉及對(duì)電子設(shè)備的冷卻，更具體地說(shuō)，涉及一種用于電氣設(shè)備的、利用空氣作為冷卻劑流體的冷卻系統(tǒng)。本發(fā)明在冷卻安裝于機(jī)架上電氣設(shè)備的環(huán)境中、如在數(shù)據(jù)中心中特別有用。
【背景技術(shù)】
[0005]某些類(lèi)型的電子設(shè)備在運(yùn)行期間產(chǎn)生相當(dāng)多的熱量。尤其很多裝置一起擠在緊湊空間中時(shí)冷卻這類(lèi)設(shè)備將出現(xiàn)一些問(wèn)題。以數(shù)據(jù)中心的情況作為舉例說(shuō)明。處于小外形因子構(gòu)件(small form factor)中的某些類(lèi)型的數(shù)據(jù)處理設(shè)備將產(chǎn)生大量的熱。例如，刀片服務(wù)器在滑入緊湊的后連線(xiàn)板機(jī)箱中的板上具有多個(gè)產(chǎn)生熱量的CPUs。
[0006]當(dāng)前，冷卻數(shù)據(jù)中心中的這種設(shè)備的常規(guī)手段是通過(guò)數(shù)據(jù)中心房間的總空調(diào)，其利用計(jì)算機(jī)房的空調(diào)或“CRAC”單元。但是，這對(duì)于解決與如上所述產(chǎn)生大量熱的裝置相關(guān)聯(lián)的熱區(qū)來(lái)說(shuō)并不是高效的手段。具體地說(shuō)，這些裝置通常將冷卻空氣吹入數(shù)據(jù)中心地板之下的通風(fēng)空間。然后使冷卻空氣通過(guò)數(shù)據(jù)中心向上吹，在數(shù)據(jù)中心中，熱量通過(guò)對(duì)流從設(shè)備引出。即使增加這種系統(tǒng)的冷卻能力，例如通過(guò)增加流過(guò)數(shù)據(jù)中心的空氣量或使空氣進(jìn)一步冷卻，這類(lèi)系統(tǒng)在緩解這樣的熱區(qū)時(shí)僅略微有效。
[0007]—種替代方案是利用水或其它流體冷卻劑的水冷卻系統(tǒng)。在1960年代至1980年代，水冷卻被廣泛用在數(shù)據(jù)中心中，特別是在利用大型計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)中心中。理論上講，這種水冷卻或者利用其他冷卻劑的冷卻可用在現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心中，并對(duì)此開(kāi)始制訂研制計(jì)劃。但是，現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心通常使用多個(gè)網(wǎng)絡(luò)裝置和多個(gè)其他數(shù)據(jù)處理外圍裝置。結(jié)果導(dǎo)致在數(shù)據(jù)中心凸起的地板之下急劇增加大量數(shù)據(jù)電纜線(xiàn)路、動(dòng)力導(dǎo)管和光纖。所有這些電纜線(xiàn)路使利用常規(guī)冷卻劑的冷卻所需的管道施工復(fù)雜化。此外，可能要頻繁地重新配置現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心，以解決變化的需要。應(yīng)該想到，數(shù)據(jù)中心的最初配置和任何重新配置可能受管道施工分配限制，并且除這樣的數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目中使用的其它服務(wù)供應(yīng)商之外還需要專(zhuān)門(mén)的管道工程服務(wù)供應(yīng)商。另外，還應(yīng)意識(shí)到，水從這樣的冷卻系統(tǒng)的任何泄露可能潛在地危害工作人員和設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明涉及一種尤其用于安裝于機(jī)架上的電氣設(shè)備的冷卻系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用空氣作為冷卻劑流體。該系統(tǒng)可降低由于冷卻劑流體任何泄露對(duì)電氣設(shè)備造成損害的可能性。另外，冷卻系統(tǒng)設(shè)置有新穎的導(dǎo)管和連接器，它們可使系統(tǒng)方便地重新配置為期望適應(yīng)數(shù)據(jù)中心的配置和數(shù)據(jù)中心的重新配置。類(lèi)似地，通過(guò)增加或拆卸模塊化冷卻單元，可方便地增大和減小冷卻系統(tǒng)容量。此外，在一種實(shí)施方式中，該系統(tǒng)包括致冷器單元，可將致冷器單元實(shí)施為代替用于設(shè)備機(jī)架的門(mén)，以便產(chǎn)生已冷卻的空氣并將此已冷卻的空氣引向潛在的設(shè)備熱區(qū)。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，將空氣用作系統(tǒng)中的冷卻流體，用于冷卻電子設(shè)備。相關(guān)的方法和器械(“器具(utility)”)涉及提供閉環(huán)冷卻劑回路和使空氣流動(dòng)通過(guò)該閉環(huán)冷卻劑回路，從而將空氣用作冷卻劑流體。在這點(diǎn)上，用作冷卻劑流體的空氣例如可通過(guò)同與電子設(shè)備可靠地分隔開(kāi)的獨(dú)立冷卻劑環(huán)路進(jìn)行熱交換而被冷卻，例如被冷卻至大約-40 °F或大約_40°C。然后在閉環(huán)冷卻器回路和環(huán)境空氣之間進(jìn)行熱交換，以便冷卻環(huán)境空氣。被冷卻的環(huán)境空氣然后流過(guò)電子設(shè)備的傳熱表面，以獲取來(lái)自電子設(shè)備的熱量。如上所述，就此而論，將空氣用作冷卻劑流體可顯著減小或基本消除由于冷卻劑流體的任何泄露對(duì)電子設(shè)備引起的損害?？諝饪梢蕴幱谙鄬?duì)較低的壓力，這可簡(jiǎn)化構(gòu)造、減少維修并提高可靠性。為了在這樣的情況下提供足夠的冷卻，可使空氣高速循環(huán)。這些相關(guān)方面(低壓和高速)的每一方面本身就是新穎的。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，用于冷卻電子設(shè)備的器具采用低壓空氣作為閉環(huán)冷卻劑。具體地說(shuō)，該器具涉及提供閉環(huán)冷卻劑回路，將空氣用作閉環(huán)冷卻劑回路中的冷卻劑并以不高于約lOOpsi的壓力運(yùn)行該閉環(huán)冷卻劑回路。在一種實(shí)施方式中，冷卻劑流體的壓力不超過(guò)約48psi。該系統(tǒng)可以比已有冷卻系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用降低的方式簡(jiǎn)單地構(gòu)造和重新配置。在一優(yōu)選實(shí)施方式中，通過(guò)將上述的高速和低壓方面結(jié)合，可提供高速低壓(HVLP)的基于空氣的冷卻系統(tǒng)。
[0011]由此，根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供一種冷卻系統(tǒng)，其可使閉合環(huán)路中的空氣以高循環(huán)速度循環(huán)。相關(guān)的器具涉及提供利用空氣作為閉環(huán)冷卻劑回路中的冷卻劑的閉環(huán)冷卻劑回路，并以至少大約50mph的冷卻劑循環(huán)速度運(yùn)行閉環(huán)冷卻劑回路。在一個(gè)實(shí)施方式中，冷卻劑流體的速度在大約75mph和90mph之間。如上所述，通過(guò)將低壓空氣用作冷卻劑流體可以獲得一些優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)使冷卻劑流體高速循環(huán)來(lái)提供可觀的冷卻能力的同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)這些優(yōu)點(diǎn)。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種用于冷卻標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備機(jī)架中的電子設(shè)備的冷卻系統(tǒng)，其能針對(duì)具體應(yīng)用、例如配置和重新配置數(shù)據(jù)中心使冷卻能力適應(yīng)需要。器具涉及多個(gè)冷卻模塊，其中，每個(gè)模塊包括冷卻單元，該冷卻單元具有的冷卻能力足以冷卻多于一個(gè)而少于約十個(gè)機(jī)架。每個(gè)模塊還包括模塊化構(gòu)架，該構(gòu)架適于與具有各種可行配置的其它模塊化構(gòu)架牢固地互連。以此方式，通過(guò)增加或拆除模塊，還可方便地增大或減小冷卻能力。據(jù)此，模塊可根據(jù)空間需求/可利用性以不同的二維或三維配置組裝在一起。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另外方面，提供特殊的導(dǎo)管器械用于與冷卻系統(tǒng)連接，該冷卻系統(tǒng)采用空氣作為冷卻劑流體。導(dǎo)管器械包括限定冷卻空氣通路的內(nèi)導(dǎo)管、包圍內(nèi)導(dǎo)管的外導(dǎo)管和用于保持內(nèi)導(dǎo)管的外表面和外導(dǎo)管的內(nèi)表面之間間隔的間隔結(jié)構(gòu)。內(nèi)導(dǎo)管和外導(dǎo)管之間的間隔容納一定體積的隔熱空氣。該間隔還可以用于安排線(xiàn)路，以便如下所述地控制機(jī)架致冷器?；蛘?，外導(dǎo)管空間可用于返回的空氣路徑，因而無(wú)需設(shè)置第二空氣導(dǎo)管?；蛘撸瑸榇丝墒咕€(xiàn)路導(dǎo)管處于外導(dǎo)管的外表面上。另外，可在外導(dǎo)管的外表面上設(shè)置隔離材料，用于聲音和熱量的隔離。所述導(dǎo)管器械允許高速已冷卻空氣循環(huán)，而不會(huì)在導(dǎo)管上形成冷凝，這在各種應(yīng)用、包括對(duì)電子設(shè)備的冷卻中都是期望的。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供了一種特定的連接器器械以用于閉環(huán)的基于空氣的冷卻劑回路中。連接器器械包括多個(gè)指狀件(它們可由塑料、金屬或任何其它適當(dāng)材料形成)，所述指狀件在打開(kāi)配置和閉合配置之間可滑動(dòng)。在打開(kāi)配置中，指狀件分開(kāi)以允許冷卻劑空氣流過(guò)導(dǎo)管。例如，在打開(kāi)配置中，指狀件可以與導(dǎo)管壁平齊。在閉合配置中，指狀件被牽拉到一起以基本上防止冷卻劑空氣流過(guò)導(dǎo)管。例如，指狀件被牽拉而閉合時(shí)，可以形成類(lèi)似彈頭的形狀。連接器器械還包括作動(dòng)機(jī)構(gòu)，當(dāng)相關(guān)的閉環(huán)系統(tǒng)被連接且空氣流動(dòng)時(shí)，該作動(dòng)機(jī)構(gòu)用于使指狀件從閉合配置運(yùn)動(dòng)到打開(kāi)配置。在這點(diǎn)上，指狀件在這些條件下可響應(yīng)空氣壓力(壓差)自動(dòng)打開(kāi)，并在連接脫開(kāi)時(shí)可自動(dòng)閉合(再次，響應(yīng)壓力變化)，致使高速空氣不排到周?chē)h(huán)境中。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種機(jī)架致冷器器械。該器械包括延伸橫過(guò)機(jī)架一側(cè)的門(mén)結(jié)構(gòu)。門(mén)結(jié)構(gòu)包括一些通風(fēng)口。該器械還包括風(fēng)扇，用于吸入環(huán)境空氣使其通過(guò)門(mén)的開(kāi)口，隨后將已冷卻的環(huán)境空氣導(dǎo)向電子設(shè)備的傳熱表面。與門(mén)結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)的致冷器單元對(duì)吸入通過(guò)通風(fēng)口的環(huán)境空氣進(jìn)行冷卻。例如，可將門(mén)結(jié)構(gòu)設(shè)置在機(jī)架的前和后表面(無(wú)致冷器單元)二者上，用于增進(jìn)流過(guò)的已冷卻空氣的流動(dòng)?？稍诮o定機(jī)架上限定出具有不同目標(biāo)溫度的不同區(qū)域。可通過(guò)使用為每個(gè)區(qū)域設(shè)置的控制器設(shè)定溫度。例如，在機(jī)架的一個(gè)垂直高度上，環(huán)境空氣吹過(guò)該設(shè)備在該高度處的傳熱表面以便達(dá)到在該垂直區(qū)域期望的目標(biāo)溫度之前，可控制致冷器風(fēng)扇以便冷卻該環(huán)境空氣。在另一高度處，風(fēng)扇被控制為空閑或保持不同的目標(biāo)溫度。另外，可使離開(kāi)機(jī)架的空氣(由于熱傳遞而被加熱)冷卻以減小排放到房間的熱量。
【附圖說(shuō)明】
[0016]為了更全面地理解本發(fā)明及其進(jìn)一步的優(yōu)勢(shì)，將結(jié)合附圖參考隨后的詳細(xì)描述。附圖中:
[0017]圖1是本發(fā)明的基于空氣的冷卻系統(tǒng)的示意圖；
[0018]圖2A是本發(fā)明的數(shù)據(jù)中心機(jī)架的分解透視圖，該機(jī)架具