冷卻設(shè)備及其制造方法
【專利摘要】電子系統(tǒng)的熱電增強(qiáng)空氣和液體冷卻由冷卻設(shè)備提供，該冷卻設(shè)備包括與（多個）電子部件熱連通的液冷結(jié)構(gòu)、和經(jīng)由冷卻劑回路串行流體連通耦合的液體與液體和氣體與液體熱交換器，該冷卻劑回路包括并行耦合的第一和第二回路部分。經(jīng)由第一回路部分將冷卻劑供給該液冷結(jié)構(gòu)，并且將該熱電陣列布置成使第一和第二回路部分與該陣列的第一和第二側(cè)熱接觸。該熱電陣列操作為將熱量從通過第一回路部分的冷卻劑傳遞給通過第二回路部分的冷卻劑，并且在冷卻劑通過液冷結(jié)構(gòu)之前冷卻通過第一回路部分的冷卻劑。讓通過第一和第二回路部分的冷卻劑通過串行耦合熱交換器，串行耦合熱交換器之一用作散熱器。
【專利說明】冷卻設(shè)備及其制造方法
【背景技術(shù)】
[0001]眾所周知，像電子器件那樣的電子部件操作起來會發(fā)熱。應(yīng)該從器件中除去這種熱量，以便使器件結(jié)溫保持在希望范圍內(nèi)，不能有效地除去熱量會導(dǎo)致器件溫度升高，并潛在地造成熱失控狀況。電子產(chǎn)業(yè)中的幾方面趨勢綜合在一起提高了包括像CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)那樣，包括傳統(tǒng)上較少關(guān)注熱管理的技術(shù)的電子器件的除熱在內(nèi)的熱管理的重要性。尤其，對更快和更密集封裝電路的需要直接影響熱管理的重要性。首先，功耗，因此發(fā)熱隨著器件操作頻率升高而增大。其次，升高的操作頻率在較低器件結(jié)溫上才有可能。并且，隨著越來越多的器件被封裝到單個芯片中，使熱通量(W/cm2)增大，導(dǎo)致需要從給定尺寸芯片或模塊中除去更大功率。這些趨勢綜合在一起產(chǎn)生了不再希望像使用帶有熱管或蒸汽室的氣冷式散熱器那樣，只通過傳統(tǒng)氣冷方法從現(xiàn)代器件，和包含這樣器件的電子系統(tǒng)中除去熱量的應(yīng)用。這樣的氣冷技術(shù)在它們的能力方面固有地局限于從具有中等到高功率密度的電子部件中取走熱量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002]在一個方面中，通過提供包含液冷結(jié)構(gòu)、冷卻劑回路、液體與液體熱交換器、空氣與液體熱交換器、和熱電陣列的冷卻設(shè)備克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點和提供傳統(tǒng)優(yōu)點。該液冷結(jié)構(gòu)被配置成與要冷卻的至少一個電子部件耦合，該冷卻劑回路包括第一和第二并行回路部分，以及該液冷結(jié)構(gòu)流體連通地與該冷卻劑回路的第一回路部分耦合。該液體與液體熱交換器和該空氣與液體熱交換器經(jīng)由該冷卻劑回路串行流體連通地耦合在一起，從該液體與液體熱交換器流出的冷卻劑經(jīng)由該冷卻劑回路通過該空氣與液體熱交換器。該熱電陣列包括至少一個熱電模塊，以及被布置成使該冷卻劑回路的第一回路部分至少部分與該熱電陣列的第一側(cè)熱接觸，使該冷卻劑回路的第二回路部分至少部分與該熱電陣列的第二側(cè)熱接觸。該熱電陣列操作為將熱量從通過第一回路部分的冷卻劑傳遞給通過第二回路部分的冷卻劑。在冷卻劑通過液冷結(jié)構(gòu)之前該熱電陣列冷卻通過第一回路部分的冷卻劑，而在通過液冷結(jié)構(gòu)之后，通過第一回路部分的冷卻劑和通過第二回路部分的冷卻劑通過串行耦合的液體與液體熱交換器和空氣與液體熱交換器，其中取決于該冷卻設(shè)備的操作模式，該液體與液體熱交換器或該空氣與液體熱交換器之一操作為冷卻劑回路的散熱器。
[0003]在另一個方面中，提供了一種包括電子機(jī)架和有助于冷卻該電子機(jī)架內(nèi)的至少一個電子系統(tǒng)的冷卻電子系統(tǒng)。該電子機(jī)架包括分別使通過該電子機(jī)架的氣流能夠流入和流出以便至少部分冷卻該電子機(jī)架內(nèi)的至少一個電子系統(tǒng)的空氣入口側(cè)和空氣出口側(cè)。該至少一個電子系統(tǒng)包括要冷卻的至少一個電子部件。該冷卻設(shè)備包括液冷結(jié)構(gòu)、冷卻劑回路、液體與液體熱交換器、空氣與液體熱交換器、和熱電陣列。該至少一個液冷結(jié)構(gòu)與要冷卻的至少一個電子部件耦合，該冷卻劑回路包括第一和第二并行回路部分，以及該至少一個液冷結(jié)構(gòu)流體連通地與該冷卻劑回路的第一回路部分耦合。該液體與液體熱交換器和該空氣與液體熱交換器經(jīng)由該冷卻劑回路串行流體連通地耦合在一起，從該液體與液體熱交換器流出的冷卻劑經(jīng)由該冷卻劑回路通過該空氣與液體熱交換器。該熱電陣列包括至少一個熱電模塊，以及被布置成使該冷卻劑回路的第一回路部分至少部分與該熱電陣列的第一側(cè)熱接觸，使該冷卻劑回路的第二回路部分至少部分與該熱電陣列的第二側(cè)熱接觸。該熱電陣列操作為將熱量從通過第一回路部分的冷卻劑傳遞給通過第二回路部分的冷卻劑。該熱電陣列在冷卻劑通過至少一個液冷結(jié)構(gòu)之前冷卻通過第一回路部分的冷卻劑，而在通過至少一個液冷結(jié)構(gòu)之后，通過第一回路部分的冷卻劑和通過第二回路部分的冷卻劑通過串行耦合的液體與液體熱交換器和空氣與液體熱交換器，其中取決于該冷卻設(shè)備的操作模式，該液體與液體熱交換器或該空氣與液體熱交換器之一操作為冷卻劑回路的散熱器。
[0004]在進(jìn)一步方面中，提供了一種制造冷卻設(shè)備的方法，其包括:配備液冷結(jié)構(gòu)，該液冷結(jié)構(gòu)被配置成與要冷卻的至少一個電子部件耦合；配備冷卻劑回路，該冷卻劑回路包含第一回路部分和第二回路部分，該第一回路部分和第二回路部分是該冷卻劑回路的并行部分；將該液冷結(jié)構(gòu)流體連通地與該冷卻劑回路的第一回路部分耦合；配備經(jīng)由該冷卻劑回路串行流體連通耦合的液體與液體熱交換器和該空氣與液體熱交換器，其中從該液體與液體熱交換器流出的冷卻劑經(jīng)由該冷卻劑回路通過該空氣與液體熱交換器；以及配備包含至少一個熱電模塊的熱電陣列，該熱電陣列被布置成使該冷卻劑回路的第一回路部分至少部分與該熱電陣列的第一側(cè)熱接觸，使該冷卻劑回路的第二回路部分至少部分與該熱電陣列的第二側(cè)熱接觸，其中該熱電陣列操作為將熱量從通過第一回路部分的冷卻劑傳遞給通過第二回路部分的冷卻劑，在冷卻劑通過液冷結(jié)構(gòu)之前該熱電陣列冷卻通過第一回路部分的冷卻劑，而在通過液冷結(jié)構(gòu)之后，通過第一回路部分的冷卻劑和通過第二回路部分的冷卻劑通過串行耦合的液體與液體熱交換器和空氣與液體熱交換器，其中取決于該冷卻設(shè)備的操作模式，該液體與液體熱交換器或該空氣與液體熱交換器之一操作為冷卻劑回路的散熱器。
[0005]通過本發(fā)明的技術(shù)可以實現(xiàn)另外的特征和優(yōu)點。本發(fā)明的其他實施例和方面將在本文中得到詳細(xì)描述，并且被認(rèn)為是要求保護(hù)的發(fā)明的一部分。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]在作為本說明書的結(jié)論的權(quán)利要求書中，作為例子，具體指出和不同地要求保護(hù)本發(fā)明的一個或多個方面。本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點可從結(jié)合附圖所作的如下詳細(xì)描述中明顯看出，在附圖中:
[0007]圖1描繪了氣冷計算機(jī)裝置的傳統(tǒng)高起地板布局的一個實施例；
[0008]圖2描繪了在氣冷計算機(jī)裝置中可以建立起再循環(huán)氣流模式的電子機(jī)架的傳統(tǒng)氣冷存在的問題；
[0009]圖3是依照本發(fā)明的一個或多個方面，利用布置在電子機(jī)架的空氣出口側(cè)的至少一個空氣與液體熱交換器的電子機(jī)架的一個實施例的橫截面平面圖；
[0010]圖4是依照本發(fā)明的一個或多個方面，包含通過冷卻設(shè)備冷卻的多個電子子系統(tǒng)的液冷電子機(jī)架的一個實施例的前視圖；
[0011]圖5是依照本發(fā)明的一個或多個方面，通過與電子機(jī)架相聯(lián)系的一個或多個模塊化冷卻單元提供的系統(tǒng)冷卻劑液冷電子模塊的電子機(jī)架的電子子系統(tǒng)的一個實施例的示意圖；
[0012]圖6是依照本發(fā)明的一個或多個方面的液冷電子機(jī)架的模塊化冷卻單元的一個實施例的不意圖；
[0013]圖7是依照本發(fā)明的一個或多個方面，例示冷卻電子子系統(tǒng)的部件的空氣和流體冷卻子系統(tǒng)的電子子系統(tǒng)布局的一個實施例的平面圖；
[0014]圖8描繪了依照本發(fā)明的一個或多個方面的部分組裝電子子系統(tǒng)布局的一個詳細(xì)實施例，其中該電子子系統(tǒng)包括每一個含有與之耦合的基于液體冷卻系統(tǒng)的各自液冷散熱板、要積極冷卻的八個發(fā)熱電子部件；
[0015]圖9是依照本發(fā)明的一個或多個方面，包含液冷電子機(jī)架和與之相聯(lián)系的冷卻設(shè)備的冷卻電子系統(tǒng)的一個實施例的示意圖，其中該冷卻設(shè)備包括并行地向機(jī)架的電子子系統(tǒng)提供液體冷卻劑的兩個模塊化冷卻單元(MCU)、和布置在，例如，電子機(jī)架的空氣出口側(cè)、冷卻從中流出的空氣的空氣與液體熱交換器；
[0016]圖10是依照本發(fā)明的一個或多個方面，將熱量從布置在數(shù)據(jù)中心的一個或多個電子機(jī)架內(nèi)的一個或多個MCU傳遞給布置在數(shù)據(jù)中心的外部的冷卻塔的一個實施例的示意圖；
[0017]圖1lA是依照本發(fā)明的一個或多個方面，在正常模式下示出的包含電子機(jī)架和與之相聯(lián)系的冷卻設(shè)備的冷卻電子系統(tǒng)的一個實施例的示意圖，其中系統(tǒng)冷卻劑并行地流過電子子系統(tǒng)和空氣與液體熱交換器；
[0018]圖1lB是依照本發(fā)明的一個或多個方面，在故障模式下示出的圖1lA的冷卻電子系統(tǒng)的示意圖，其中多個隔離閥起轉(zhuǎn)變作用，以建立系統(tǒng)冷卻劑從電子子系統(tǒng)到空氣與液體熱交換器的串行流；
[0019]圖12是依照本發(fā)明的一個或多個方面，控制像描繪在圖1lA和IlB中那樣的冷卻設(shè)備的兩個MCU的控制裝置的一個實施例的示意圖；
[0020]圖13描繪了依照本發(fā)明的一個或多個方面，控制圖1lA和IlB的冷卻設(shè)備在正常模式，即系統(tǒng)冷卻劑通過電子子系統(tǒng)和空氣與液體熱交換器的并行流與故障模式，即系統(tǒng)冷卻劑從電子子系統(tǒng)到空氣與液體熱交換器的串行流之間的轉(zhuǎn)變的過程的一個實施例；
[0021]圖14是依照本發(fā)明的一個或多個方面，可在氣冷或液冷模式下操作的包含，舉例來說，電子機(jī)架和與之相聯(lián)系的冷卻設(shè)備的冷卻電子系統(tǒng)的另一個實施例的示意圖；
[0022]圖15是依照本發(fā)明的一個或多個方面，像描述在圖14中那樣的冷卻設(shè)備的熱電增強(qiáng)液體與液體熱交換器組件的一個實施例的橫截面正視圖；
[0023]圖16是依照本發(fā)明的一個或多個方面，當(dāng)處在其氣冷模式或液冷模式下時，控制描繪在圖14中的冷卻設(shè)備的操作的過程的一個實施例的流程圖；以及
[0024]圖17描繪了并入本發(fā)明的一個或多個方面的計算機(jī)程序產(chǎn)品的一個實施例。
【具體實施方式】
[0025]如本文所使用，術(shù)語“電子機(jī)架”、“機(jī)架式電子裝備”、和“機(jī)架單元”可交換使用，除非另有說明，包括含有計算機(jī)系統(tǒng)或電子系統(tǒng)的一個或多個發(fā)熱部件的任何機(jī)殼、框架、機(jī)架、隔箱、片狀服務(wù)器系統(tǒng)等，以及可以包括，例如，具有高、中或低端處理能力的獨立計算機(jī)處理器。在一個實施例中，電子機(jī)架可以包含每一個含有需要冷卻的布置在其中的一個或多個發(fā)熱部件的多個電子系統(tǒng)或子系統(tǒng)。“電子系統(tǒng)”或“電子子系統(tǒng)”指的是含有布置在上面或其中的一個或多個發(fā)熱部件的任何子殼、組件、板件、片狀件、小盒、抽屜、節(jié)點等。電子機(jī)架的每個電子系統(tǒng)或子系統(tǒng)相對于該電子機(jī)架可以是可移動的或固定的，多抽屜機(jī)架單元的機(jī)架式電子抽屜和片狀中心系統(tǒng)的片狀件是要冷卻的電子機(jī)架的電子系統(tǒng)或子系統(tǒng)的兩個例子。
[0026]“電子部件”指的是，例如，計算機(jī)系統(tǒng)的任何發(fā)熱電子部件或需要冷卻的其他電子單元。舉例來說，電子部件可以包含一個或多個集成電路小片和/或要冷卻的其他電子器件，包括一個或多個處理器小片、存儲器小片、和存儲器支持小片。作為進(jìn)一步的例子，電子部件可以包含一個或多個裸片或布置在公用載體上的一個或多個封裝小片。如本文所使用，“主要發(fā)熱部件”指的是電子子系統(tǒng)內(nèi)的主要發(fā)熱電子部件，而“次要發(fā)熱部件”指的是電子子系統(tǒng)中發(fā)熱比要冷卻的主要發(fā)熱部件少的電子部件?！爸饕l(fā)熱小片”指的是，例如，包含主要和次要發(fā)熱小片的發(fā)熱電子部件內(nèi)的主要發(fā)熱小片或芯片(處理器小片就是一個例子)?！按我l(fā)熱小片”指的是多小片電子部件中發(fā)熱比其主要發(fā)熱小片少的小片(存儲器小片和存儲器支持小片是要冷卻的次要發(fā)熱小片的例子)。作為一個例子，發(fā)熱電子部件可以包含在公用載體上的多個主要發(fā)熱裸片和多個次要發(fā)熱小片。進(jìn)一步，除非本文另有規(guī)定，術(shù)語“液冷散熱板”或“液冷結(jié)構(gòu)”指的是含有讓液體冷卻劑從中通過的在其中形成的多條通道或通路的熱傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)。另外，“冶金結(jié)合”在本文中一般指通過任何手段將兩個部件焊接，硬焊或釬焊在一起。
[0027]如本文所使用，“空氣與液體熱交換器”指的是液體冷卻劑可以循環(huán)通過的具有本文所述的特征的任何熱交換機(jī)構(gòu)，包括串行或并行耦合的一個或多個分立空氣與液體熱交換器?？諝馀c液體熱交換器可以包含，例如，由與(例如)多個氣冷散熱片熱或機(jī)械接觸的熱傳導(dǎo)管(像銅管或其他管道那樣)形成的一條或多條冷卻劑流路?？諝馀c液體熱交換器的尺寸、配置和結(jié)構(gòu)可以不偏離本文公開的本發(fā)明的范圍地加以改變。液體與液體熱交換器可以包含，例如，由相互熱或機(jī)械接觸的熱傳導(dǎo)管(像銅管或其他管道那樣)形成的兩條或多條冷卻劑流路。流體與液體熱交換器的尺寸、配置和結(jié)構(gòu)可以不偏離本文公開的本發(fā)明的范圍地加以改變。進(jìn)一步，“數(shù)據(jù)中心”指的是要冷卻的包含一個或多個電子機(jī)架的計算機(jī)裝置。作為一個特例，數(shù)據(jù)中心可以包括一行或多行像服務(wù)器單元那樣的機(jī)架式計算單元。
[0028]本文討論的設(shè)施冷卻劑和系統(tǒng)冷卻劑的一個例子是水。但是，本文公開的概念容易地適合用在設(shè)施側(cè)和/或系統(tǒng)側(cè)其他類型的冷卻劑上。例如，一種或多種冷卻劑可以是鹽水、碳氟化合物液體、液態(tài)金屬、或其他類似的冷卻劑或制冷劑，同時仍保持本發(fā)明的優(yōu)點和獨特特征。
[0029]下面參照附圖，為了易于本發(fā)明的各個方面起見，這些附圖未按比例畫出，其中貫穿不同圖形使用的相同標(biāo)號表不相同或相似部件。
[0030]如圖1所示，在在現(xiàn)有技術(shù)中典型的氣冷計算機(jī)裝置100的高起地板布局中，在一行或多行中布置了多個電子機(jī)架110。像描述在圖1中那樣的計算機(jī)裝置可以容納幾百個，或甚至幾千個微處理器。在圖1的安排中，急冷空氣經(jīng)由地板通風(fēng)孔從限定在機(jī)房的高起地板140與基層或底層地板164之間的供氣室145進(jìn)入計算機(jī)房中。冷空氣通過處在電子機(jī)架的空氣入口側(cè)的百葉窗蓋吸入，通過電子機(jī)架的后部，即，空氣出口側(cè)排出。每個電子機(jī)架110可以含有空氣驅(qū)動設(shè)備(例如，風(fēng)扇或吹風(fēng)機(jī))，以提供冷卻機(jī)架的抽屜內(nèi)的電子部件的強(qiáng)制入口到出口氣流。供氣室145經(jīng)由布置在計算機(jī)裝置的“冷”走廊中的有孔地磚160向電子機(jī)架的空氣入口側(cè)提供調(diào)節(jié)和冷卻空氣。調(diào)節(jié)和冷卻空氣由也布置在計算機(jī)裝置100內(nèi)的一個或多個空氣調(diào)節(jié)單元150供應(yīng)給供氣室145。機(jī)房空氣在每個空氣調(diào)節(jié)單元150的上部附近吸入每個空氣調(diào)節(jié)單元150。這種機(jī)房空氣部分包含來自由電子機(jī)架110的相對空氣出口側(cè)130限定的計算機(jī)裝置的“熱”走廊的排出空氣。
[0031]由于通過電子機(jī)架的越來越高氣流要求，以及典型計算機(jī)房裝置內(nèi)的空氣分布的局限性，在機(jī)房內(nèi)可能存在再循環(huán)問題。對于傳統(tǒng)高起地板布局，在圖2中示出了這種情況，其中出現(xiàn)了從電子機(jī)架后部的空氣出口側(cè)130到由電子機(jī)架的相對空氣入口側(cè)120限定的冷空氣走廊的熱空氣循環(huán)200?？梢猿霈F(xiàn)這種再循環(huán)是因為通過地磚160供應(yīng)的調(diào)節(jié)空氣通常只是布置在其中的空氣驅(qū)動設(shè)備強(qiáng)迫通過電子機(jī)架的氣流的一部分。這可以由，例如，地磚尺寸(或擴(kuò)散器流速)的局限性引起。入口側(cè)空氣的其余供應(yīng)部分往往由通過再循環(huán)200的機(jī)房環(huán)境空氣組成。這種再循環(huán)氣流在性質(zhì)上往往非常復(fù)雜，可以導(dǎo)致機(jī)架單元入口溫度明顯高于所預(yù)期的溫度。
[0032]熱排出空氣從計算機(jī)房裝置的熱走廊到冷走廊的再循環(huán)可以對機(jī)架內(nèi)的計算機(jī)系統(tǒng)或電子系統(tǒng)造成傷害。數(shù)據(jù)中心裝備通常被設(shè)計成操作在10-35°C范圍內(nèi)的機(jī)架空氣入口溫度上。但是，對于像描述在圖1中那樣的高起地板布局，溫度的范圍可以從機(jī)架在冷空氣輸入地板通風(fēng)孔附近的下部的15_20°C到熱空氣可以形成自持再循環(huán)回路的電子機(jī)架的上部的高達(dá)45-50°C。由于允許機(jī)架熱負(fù)載受“熱”部的機(jī)架入口空氣溫度限制，所以這種溫度分布與較低處理能力有關(guān)。此外，計算機(jī)安裝裝備幾乎總是代表客戶的高額資本投入。因此，從產(chǎn)品可靠性和性能的觀點來看，以及從客戶滿意度和商業(yè)的角度來看，特別重要的是保持入口空氣的溫度一致。這樣計算機(jī)和電子系統(tǒng)的有效冷卻，以及由于氣流的再循環(huán)而對一個或多個機(jī)架單元改善局部熱空氣入口溫度通過本文公開的設(shè)備和方法來解決。
[0033]圖3描繪了依照本發(fā)明一個方面的籠統(tǒng)表示成300的冷卻電子系統(tǒng)的一個實施例。在這個實施例中，電子系統(tǒng)300包括含有入口門蓋320和出口門蓋330的電子機(jī)架310，入口門蓋320和出口門蓋330含有使外部空氣從電子機(jī)架310的入口側(cè)到出口側(cè)流入流出的開孔。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括驅(qū)動外部空氣跨過位于電子機(jī)架內(nèi)的至少一個電子抽屜單元314的至少一個空氣驅(qū)動單元312。布置在外部門蓋330內(nèi)的是熱交換組件340。熱交換組件340包括通過電子機(jī)架的入口到出口氣流通過的空氣與液體熱交換器。計算機(jī)房水調(diào)節(jié)器(CRWC)350用于將熱交換組件340與作為輸入提供給CRWC350的建筑物公用事業(yè)設(shè)備或本地急冷器的冷卻劑360隔離。CRWC350將系統(tǒng)水或系統(tǒng)冷卻劑提供給熱交換組件340。熱交換組件340從通過電子機(jī)架的入口到出口排出氣流中除去熱量，以便經(jīng)由系統(tǒng)水或冷卻劑傳遞給CRWC350。有利的是，在計算機(jī)裝置中的一個或多個電子機(jī)架的出口門蓋上給熱交換組件配備像本文所公開那樣的空氣與液體熱交換器在正常操作下可以顯著減輕計算機(jī)裝置內(nèi)的現(xiàn)有空氣調(diào)節(jié)單元上的熱負(fù)載，和有助于冷卻機(jī)架式電子單元。
[0034]圖4描繪了采用如本文所述監(jiān)視和操作的冷卻設(shè)備的液冷電子機(jī)架400的一個實施例。在一個實施例中，液冷電子機(jī)架400包含多個電子子系統(tǒng)410，該電子子系統(tǒng)410是(在一個實施例中)處理器或服務(wù)器節(jié)點。大容量功率調(diào)節(jié)器420被顯示成布置在液冷電子機(jī)架400的上部，而兩個模塊化冷卻單元(MCU)430被布置在液冷電子機(jī)架400的下部。在本文所述的實施例中，只作為例子，再次假設(shè)冷卻劑是水或水基溶液。
[0035]除了 MCU430之外，該冷卻設(shè)備還包括系統(tǒng)水供應(yīng)歧管431、系統(tǒng)水返回歧管432、將系統(tǒng)水供應(yīng)歧管431與電子子系統(tǒng)410耦合的歧管與節(jié)點流體連接軟管433、和將各個電子子系統(tǒng)410與系統(tǒng)水返回歧管432耦合的節(jié)點與歧管流體連接軟管434。每個MCU430經(jīng)由各自系統(tǒng)水供應(yīng)軟管435與系統(tǒng)水供應(yīng)歧管431流體連通，以及每個MCU430經(jīng)由各自系統(tǒng)水返回軟管436與系統(tǒng)水返回歧管432流體連通。
[0036]如圖所例示，將電子子系統(tǒng)的熱負(fù)載從系統(tǒng)水傳遞給通過在所例示的實施例中布置在高起地板145與基層地板165之間的空間中的設(shè)施水供應(yīng)管線440和設(shè)施水反應(yīng)管線441供應(yīng)的較冷設(shè)施水。
[0037]圖5示意性地例示了圖4的冷卻設(shè)備的操作，其中液冷散熱板500被顯示成與液冷電子機(jī)架400內(nèi)的電子子系統(tǒng)410的電子模塊501耦合。在由模塊化冷卻單元430的液體與液體熱交換器521、管線522，523和散熱板500限定的系統(tǒng)冷卻劑回路內(nèi)，經(jīng)由通過散熱板500再經(jīng)由冷卻劑泵520循環(huán)的系統(tǒng)冷卻劑從電子模塊501中除去熱量。系統(tǒng)冷卻劑回路和模塊化冷卻單元被設(shè)計成提供溫度和壓強(qiáng)受控，以及化學(xué)性質(zhì)和清潔度受控的冷卻劑來冷卻電子模塊。更進(jìn)一步，系統(tǒng)冷卻劑在物理上與管線440，441中最終傳遞給熱量的較少受控設(shè)施冷卻劑分開。
[0038]圖6描繪了依照本發(fā)明一個方面的模塊化冷卻單元430的更詳細(xì)實施例。如圖6所示，模塊化冷卻單元430包括供應(yīng)(610)建筑物急冷的設(shè)施冷卻劑并讓建筑物急冷的設(shè)施冷卻劑通過由電機(jī)625驅(qū)動的控制閥620的第一冷卻劑回路。閥門620決定要通過熱交換器521的設(shè)施冷卻劑的數(shù)量，而一部分設(shè)施冷卻劑可能經(jīng)由旁通孔635直接返回。該模塊化水冷單元進(jìn)一步包括帶有儲存箱640的第二冷卻劑回路，由冷卻劑泵650或冷卻劑泵651將系統(tǒng)冷卻劑從儲存箱640抽運(yùn)到用于調(diào)節(jié)的熱交換器521中，并將其輸出作為冷卻的系統(tǒng)冷卻劑傳送到要冷卻的電子機(jī)架。冷卻的系統(tǒng)冷卻劑分別經(jīng)由系統(tǒng)水供應(yīng)軟管535和系統(tǒng)水返回軟管436供應(yīng)給液冷電子機(jī)架的系統(tǒng)水供應(yīng)歧管和系統(tǒng)水返回歧管。
[0039]圖7描繪了一個或多個空氣驅(qū)動設(shè)備711提供強(qiáng)制氣流715來冷卻電子子系統(tǒng)410內(nèi)的多個部件712的電子子系統(tǒng)410的部件布局的一個實施例。冷空氣通過抽屜的前部731吸入，通過抽屜的后部733排出。要冷卻的多個部件包括與(基于液體冷卻系統(tǒng)的)液冷散熱板720耦合的多個處理器模塊，以及與氣冷散熱器耦合的多個陣列存儲器模塊730(例如，雙列直插存儲器模塊(DIMM)和多行存儲器支持模塊732 (例如，DIMM控制模塊)。在例示的實施例中，存儲器模塊730和存儲器支持模塊730部分安排在電子子系統(tǒng)401的前部731附近，部分安排在電子子系統(tǒng)410的后部733附近。此外，在圖7的實施例中，存儲器模塊730和存儲器支持模塊730由跨過電子子系統(tǒng)的氣流715冷卻。
[0040]例示的基于液體冷卻系統(tǒng)進(jìn)一步包括與液冷散熱板720連接和流體連通的多條冷卻劑傳送管。該冷卻劑傳送管包含數(shù)組冷卻劑傳送管，每組包括(例如)冷卻劑供應(yīng)管740、橋接管741和冷卻劑返回管742。在本例中，每組管道向一對串聯(lián)散熱板720 (與一對處理器模塊耦合)提供流體冷卻劑。冷卻劑經(jīng)由冷卻劑供應(yīng)管740流入每對的第一散熱板中并經(jīng)由橋接管或管線741從該對的第一散熱板流到第二散熱板，該橋接管或管線741可以熱傳導(dǎo)的也可以不是熱傳導(dǎo)的。來自該對的第二散熱板的冷卻劑通過相應(yīng)冷卻劑返回管742返回。
[0041]圖8更詳細(xì)地描繪了包含八個處理器模塊的可替代電子抽屜布局，每個處理器模塊含有與之耦合的基于液體冷卻系統(tǒng)的各自液冷散熱板。該基于液體冷卻系統(tǒng)被顯示成進(jìn)一步包括有助于流體冷卻劑通過液冷散熱板的相關(guān)冷卻劑傳送管、和有助于將液體冷卻劑分配給液冷散熱板和從中返回的集管分組件。舉一個特例來說，通過基于液體冷卻子系統(tǒng)的流體冷卻劑是急冷水。
[0042]如上所述，在從電子系統(tǒng)的發(fā)熱電子部件中除去熱量的任務(wù)中，各種流體冷卻劑在性能上明顯優(yōu)于空氣，從而更有效地使部件保持在使可靠性得到提高和使性能最佳的所希望溫度上。隨著基于液體冷卻系統(tǒng)被設(shè)計出來和得到部署，可以有利地構(gòu)筑在滿足給定電子系統(tǒng)實現(xiàn)的所有其他力學(xué)、電學(xué)和化學(xué)要求的同時，使可靠性最高和使泄漏的可能性最小的系統(tǒng)。這些更健壯的冷卻系統(tǒng)在它們的組裝和實現(xiàn)中存在獨特問題。例如，一種組裝解決方案將多個配件用在電子系統(tǒng)中，以及使用柔軟的塑料或橡膠管件來連接集管、散熱板、冷卻劑泵和其他部件。但是，這樣的解決方案可能滿足不了給定客戶技術(shù)要求和可靠性的需要。
[0043]因此，本文在一個方面中(但只作為例子)給出了特別預(yù)配置和預(yù)制造成放置在特定電子抽屜內(nèi)的單片結(jié)構(gòu)的健壯、可靠基于液體冷卻系統(tǒng)。
[0044]圖8是依照本發(fā)明一個方面的電子抽屜和單片冷卻系統(tǒng)的一個實施例的等距視圖。描繪的平面服務(wù)器組件包括DIMM插座和要冷卻的各種電子部件在物理和電學(xué)兩方面都附在上面的多層印刷電路板。在描繪的冷卻系統(tǒng)中，供應(yīng)集管被配備成將來自單個入口的液體冷卻劑分配給多條并行冷卻劑流路，以及返回集管收集來自多條并行冷卻劑流路的排出冷卻劑到單個出口中。每條并行冷卻劑流路包括串行流動安排的一個或多個散熱板，以便冷卻與散熱板機(jī)械和熱耦合的一個或多個電子部件。并行路徑的數(shù)量和串聯(lián)液冷散熱板的數(shù)量取決于，例如，所希望器件溫度、可用冷卻劑溫度和冷卻劑流速、和從每個電子部件中散發(fā)的總熱負(fù)載。
[0045]更具體地說，圖8描繪了部分組裝電子系統(tǒng)813和與要冷卻的主要發(fā)熱部件(例如，包括處理器小片)耦合的組裝基于液體冷卻系統(tǒng)815。在這個實施例中，電子系統(tǒng)是為(或作為)電子機(jī)架的電子抽屜配置的，包括，舉例來說，支承基板或平板805、多個存儲器模塊插座810 (以及未示出的存儲器模塊(例如，雙列直插存儲器模塊))、多行存儲器支持模塊832 (每一個都與氣冷散熱器834稱合)、和布置在基于液體冷卻系統(tǒng)815的液冷散熱板820下面的多個處理器模塊(未示出)。
[0046]除了液冷散熱板820之外，基于液體冷卻系統(tǒng)815還包括多條冷卻劑傳送管，其包括與各自液冷散熱板820流體連通的冷卻劑供應(yīng)管840和冷卻劑返回管842。冷卻劑傳送管840，842還與有助于將液體冷卻劑分配給冷卻劑供應(yīng)管840和使液體冷卻劑從冷卻劑返回管842返回的集管(或歧管)分組件850連接。在這個實施例中，與與電子抽屜813的前部831較接近的存儲器支持模塊832耦合的氣冷散熱器834在高度上比與在電子抽屜813的后部833附近的存儲器支持模塊832耦合的氣冷散熱器834'矮。存在這種尺寸差異是為了容納冷卻劑傳送管840，842，因為在本實施例中，集管子組件850處在電子抽屜的前部831，以及多個液冷散熱板820處在抽屜的中部。
[0047]基于液體冷卻系統(tǒng)815包含(在這個實施例中)預(yù)配置的單片結(jié)構(gòu)，該單片結(jié)構(gòu)包含以隔開關(guān)系配置和布置成與各自發(fā)熱電子部件接合的多個(預(yù)組裝)液冷散熱板820。每個液冷散熱板820在這個實施例中包括液體冷卻劑入口和液體冷卻劑出口，以及附著子組件(g卩，冷卻板/負(fù)載臂組件)。每個附著子組件被應(yīng)用于將它的各自液冷散熱板820與相關(guān)電子部件耦合，以形成散熱板和電子部件組件。在散熱板的兩側(cè)上鉆有對準(zhǔn)開孔(即，通孔)，以便在組裝過程中接納對準(zhǔn)銷或定位釘。另外，在附著子組件中包括有助于附著子組件使用的連接器(或?qū)тN)。
[0048]如圖8所示，集管子組件850包括兩條液體歧管，即，冷卻劑供應(yīng)集管852和冷卻劑返回集管854，在一個實施例中，它們經(jīng)由支承架耦合在一起。在圖8的單片冷卻結(jié)構(gòu)中，冷卻劑供應(yīng)集管852與每條冷卻劑供應(yīng)管840冶金結(jié)合和流體連通，而冷卻劑返回集管854與每條冷卻劑返回管842冶金結(jié)合和流體連通。單個冷卻劑入口 851和單個冷卻劑出口853從集管分組件延伸出來以便與電子機(jī)架的冷卻劑供應(yīng)和返回歧管(未示出)耦合。
[0049]圖8還描繪了預(yù)配置冷卻劑傳送管的一個實施例。除了冷卻劑供應(yīng)管840和冷卻劑返回管842之外，還配備了橋接管或管線841將，例如，一個液冷散熱板的液體冷卻劑出口與另一個液冷散熱板的液體冷卻劑入口，以便串行流體流動地連接散熱板，該對散熱板經(jīng)由各自一組冷卻劑供應(yīng)和返回管接收和返回液體冷卻劑。在一個實施例中，冷卻劑供應(yīng)管840、橋接管841和冷卻劑返回管842每一條都是由像銅或鋁那樣的熱傳導(dǎo)材料形成的預(yù)配置半剛性管，這些管道以流體密封方式分別與集管子組件和/或液冷散熱板硬焊，釬焊或焊接在一起。對于特定電子系統(tǒng)，將這些管道預(yù)配置成有助于以與電子系統(tǒng)的接合關(guān)系安裝單片結(jié)構(gòu)。
[0050]電子機(jī)架內(nèi)的發(fā)熱電子部件的液冷可以極大地有助于除去那些部件產(chǎn)生的熱量。但是，在某些高性能系統(tǒng)中，像處理器那樣，正在液冷的某些部件散發(fā)的能量可能超過液冷系統(tǒng)取走熱量的能力。例如，像上文所述那樣的完整配置液冷電子機(jī)架可能散發(fā)大約72kW的熱量。這種熱量的一半可以使用像上述那樣的液冷散熱板通過液體冷卻劑除去。該熱量的另一半可能由氣冷的存儲器、電源等散發(fā)出來。在電子機(jī)架放置在數(shù)據(jù)中心地板上的密度一定的情況下，來自電子機(jī)架的這樣高空氣熱負(fù)載給現(xiàn)有空氣調(diào)節(jié)設(shè)施帶來壓力。因此，本文提出的解決方案是，例如，在電子機(jī)架的空氣出口側(cè)上裝上空氣與液體熱交換器，以便從從電子機(jī)架流出的空氣中取走熱量。本文結(jié)合電子機(jī)架內(nèi)的某些主要發(fā)熱部件的液冷散熱板冷卻提出這種解決方案。為了提供必要數(shù)量的冷卻劑，可以將兩個MCU(在一個實施例中)與電子機(jī)架相聯(lián)系，使系統(tǒng)冷卻劑與系統(tǒng)冷卻劑到布置在電子機(jī)架的一個或多個電子子系統(tǒng)內(nèi)的液冷散熱板的流動并行地從每個MCU饋送到空氣與液體熱交換器。
[0051]此外，對于高可用性系統(tǒng)，下文將描述不管電子機(jī)架的另一個模塊化冷卻單元有故障地使一個模塊化冷卻單元保持操作的技術(shù)。這使得可以繼續(xù)將系統(tǒng)冷卻劑提供給正在液冷的機(jī)架的一個或多個電子部件。為了有助于液冷電子機(jī)架內(nèi)的主要發(fā)熱電子部件，在一個實施例中采用一個或多個隔離閥，一旦在兩個MCU的一個MCU上檢測到故障，就切斷到空氣與液體熱交換器的冷卻劑流，從而為電子子系統(tǒng)的直接冷卻節(jié)省冷卻劑。
[0052]下面參照圖9的實施例進(jìn)一步描述上面總結(jié)的方面。
[0053]圖9例不了電子機(jī)架900包括多個發(fā)熱電子子系統(tǒng)910的系統(tǒng)的一個實施例，該多個發(fā)熱電子子系統(tǒng)910是采用包含分別標(biāo)為MCU1和MCU2的至少兩個模塊化冷卻單元(MCU) 920，930的冷卻設(shè)備液冷的。MCU被配置和耦合成并行地將系統(tǒng)冷卻劑提供給多個發(fā)熱電子子系統(tǒng)，以便有助于它們的液冷。每個MCU920，930包括分別與第一冷卻劑回路922，932和第二冷卻劑回路923，933耦合的液體與液體熱交換器921，931。第一冷卻劑回路922，932被耦合成經(jīng)由(例如)設(shè)施水供應(yīng)管線440和設(shè)施水返回管線441接收像設(shè)施冷卻劑那樣的急冷冷卻劑。每個第一冷卻劑回路922，932讓流入其中的急冷冷卻劑的至少一部分通過各自液體與液體熱交換器921，931。每個第二冷卻劑回路923，933將被冷卻系統(tǒng)冷卻劑提供給電子機(jī)架900的多個發(fā)熱電子子系統(tǒng)910，使熱量經(jīng)由各自液體與液體熱交換器921，931從多個發(fā)熱電子子系統(tǒng)910排放到第一冷卻劑回路922，932中的急冷冷卻劑。
[0054]第二冷卻劑回路923，933包括將來自液體與液體熱交換器921，931的被冷卻系統(tǒng)冷卻劑供應(yīng)給系統(tǒng)冷卻劑供應(yīng)歧管940的各自冷卻劑供應(yīng)管線924，934。系統(tǒng)冷卻劑供應(yīng)歧管940經(jīng)由柔軟供應(yīng)軟管941與電子機(jī)架900的多個發(fā)熱電子部件910耦合(例如，使用與系統(tǒng)冷卻劑供應(yīng)歧管的各自端口連接的快速連接耦合器)。類似地，第二冷卻劑回路923，933包括將系統(tǒng)冷卻劑返回歧管950與各自液體與液體熱交換器921，931耦合的系統(tǒng)冷卻劑返回管線925，935。系統(tǒng)冷卻劑經(jīng)由將發(fā)熱電子子系統(tǒng)與系統(tǒng)冷卻劑返回歧管950耦合的柔軟返回軟管951從多個發(fā)熱電子子系統(tǒng)中排出。在一個實施例中，返回軟管可以經(jīng)由快速連接耦合器與系統(tǒng)冷卻劑返回歧管的各自端口耦合。進(jìn)一步，在一個實施例中，多個發(fā)熱電子子系統(tǒng)的每一個包括像上面結(jié)合圖7和8所述那樣的各自基于液體冷卻系統(tǒng)，該基于液體冷卻系統(tǒng)與柔軟供應(yīng)軟管941和柔軟返回軟管951耦合，以便有助于液冷布置在電子子系統(tǒng)內(nèi)的一個或多個發(fā)熱電子部件。
[0055]除了并行地向電子機(jī)架的多個發(fā)熱電子子系統(tǒng)供應(yīng)系統(tǒng)冷卻劑和從中排出系統(tǒng)冷卻劑之外，MCU920，930還并行地將系統(tǒng)冷卻劑供應(yīng)給布置成，例如，冷卻從其空氣入口側(cè)到空氣出口地通過電子機(jī)架的氣體的氣體與液體熱交換器960。舉例來說，氣體與液體熱交換器960是布置在電子機(jī)架900的空氣出口側(cè)的后門熱交換器。進(jìn)一步，在一個例子中，氣體與液體熱交換器960被做成冷卻從電子機(jī)架900流出的幾乎所有空氣的大小，從而降低包含電子機(jī)架的數(shù)據(jù)中心的空氣調(diào)節(jié)要求。在一個例子中，數(shù)據(jù)中心中的多個電子機(jī)架的每一個都配有像本文所述和描繪在圖9中那樣的冷卻設(shè)備。
[0056]在圖9的實施例中，系統(tǒng)冷卻劑經(jīng)由將系統(tǒng)冷卻劑供應(yīng)歧管940與氣體與液體熱交換器960耦合的冷卻劑供應(yīng)管線960、和將氣體與液體熱交換器960與系統(tǒng)冷卻劑返回歧管950耦合的冷卻劑返回管線962流入氣體與液體熱交換器960中和從氣體與液體熱交換器960中流出?？焖龠B接耦合器可以用在氣體與液體熱交換器960的入口和出口上和/或系統(tǒng)冷卻劑供應(yīng)和返回歧管上的相對端口上，以便有助于連接冷卻劑供應(yīng)和返回管線961，962。在一個實施例中，假設(shè)例示的兩個MCU的一個MCU不能做成在要求的設(shè)計參數(shù)內(nèi)起從多個發(fā)熱電子子系統(tǒng)和氣體與液體熱交換器兩者中取走全部熱負(fù)載的主要MCU(另一個MCU是備份MCU)作用的大小。因此，假設(shè)兩個MCU920，930在正常操作時并行地起作用。這也保證了冷卻系統(tǒng)一定程度的冗余。
[0057]如圖所示，該冷卻系統(tǒng)進(jìn)一步包括系統(tǒng)控制器970、和MCU控制件1980和MCU控制件2990，MCU控制件1980和MCU控制件2990 —起協(xié)作監(jiān)視每個MCU的系統(tǒng)冷卻劑溫度，并且一旦檢測到一個MCU出故障，就隔離氣體與液體熱交換器960 (以及保證切斷出故障MCU)，以便不降低其余正在操作MCU提供的系統(tǒng)冷卻劑對機(jī)架的電子子系統(tǒng)的冷卻能力。在一個實施例中，MCU控制件1和MCU控制件2是每一個與各自MCU相聯(lián)系的控制卡。
[0058]如圖所示，系統(tǒng)控制器970與MCU控制件1和MCU控制件2兩者耦合。MCU控制件1980與溫度傳感器T1981耦合，溫度傳感器T1981被布置成感測系統(tǒng)冷卻劑供應(yīng)管線924內(nèi)，例如，MCU1920內(nèi)的液體與液體熱交換器921的冷卻劑出口附近的系統(tǒng)冷卻劑溫度。另夕卜，MCU控制件1980還與螺線管致動隔離閥S1982耦合，在所描繪的實施例中，螺線管致動隔離閥S1982被布置在流體連通地將系統(tǒng)冷卻劑供應(yīng)歧管940與氣體與液體熱交換器960耦合的冷卻劑供應(yīng)管線961內(nèi)。類似地，MCU控制件2990與MCU2930耦合，以及與布置成感測系統(tǒng)冷卻劑供應(yīng)管線934內(nèi)的系統(tǒng)冷卻劑溫度的第二溫度傳感器T2991耦合，和與第二隔離閥S2992耦合，在所描繪的實施例中，第二隔離閥S2992與將氣體與液體熱交換器960與系統(tǒng)冷卻劑返回歧管950耦合的冷卻劑返回管線962耦合。
[0059]還要注意到，在圖9的例子中，MCU操作為將通過循環(huán)系統(tǒng)冷卻劑取走的熱量傳遞給設(shè)施急冷冷卻劑。還要注意到，系統(tǒng)冷卻劑流到電子子系統(tǒng)和氣體與液體熱交換器是并行的。這種流動安排有利地將最低溫度冷卻劑提供給系統(tǒng)中的所有冷卻部件。這又轉(zhuǎn)化為電子子系統(tǒng)內(nèi)的最低可能電子部件溫度，以及通過，例如，氣體與液體熱交換器從流過電子機(jī)架的空氣中除去最大數(shù)量的熱量，使得在空氣返回到計算機(jī)房環(huán)境之前除去相當(dāng)大數(shù)量的熱量。
[0060]圖10是通過包含像本文所述那樣的液冷電子機(jī)架的的數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)的熱傳遞的一個實施例的高級例示圖。在這個實施例中，將熱量從數(shù)據(jù)中心1000內(nèi)的一個或多個電子機(jī)架傳遞給設(shè)施區(qū)1001，最終傳遞給設(shè)施區(qū)和數(shù)據(jù)中心外部的區(qū)域1020。具體地說，像模塊化冷卻單元(MCU) 1001那樣的一個或多個冷卻單元的每一個包含有助于將熱量從流過相關(guān)液冷電子機(jī)架的系統(tǒng)冷卻劑傳遞給布置(在這個實施例中)成在MCU1001與急速制冷器1012之間傳遞熱量的設(shè)施冷卻劑回路1011的液體與液體熱交換器。冷卻劑泵1013通過設(shè)施冷卻劑回路1011抽運(yùn)設(shè)施冷卻劑，以便有助于將熱量從MCU1001內(nèi)的液體與液體熱交換器傳遞給急速制冷器1012內(nèi)的蒸發(fā)器1014。蒸發(fā)器1014從流過設(shè)施冷卻劑回路1011的設(shè)施冷卻劑中取走熱量，并將熱量傳遞給流過制冷回路1015的制冷劑。制冷回路1015流體連通地耦合蒸發(fā)器1014、壓縮器1016、冷凝器1017和膨脹閥1018。急速制冷器1012在一個實施例中實現(xiàn)傳統(tǒng)蒸汽壓縮式制冷循環(huán)。冷凝器1017使熱量散發(fā)到，例如，布置在急速制冷器1012與位于，例如，設(shè)施區(qū)1010和數(shù)據(jù)中心1000的外部1020的冷卻塔1022之間的冷凝器水回路1021中。蒸發(fā)水在冷卻塔1022中得到冷凝，并且使冷凝水通過急速制冷器1012的冷凝器1017再經(jīng)由冷凝水泵1023再循環(huán)。
[0061]因此，整個冷卻系統(tǒng)將熱量從IT裝備，S卩，電子機(jī)架傳遞給室外環(huán)境空氣。當(dāng)沿著熱流的方向驅(qū)動時，經(jīng)由模塊化冷卻單元將在電子機(jī)架內(nèi)產(chǎn)生的熱量傳遞給設(shè)施冷卻劑回路。設(shè)施冷卻劑回路將熱量傳送給急速制冷器，在其蒸發(fā)器上將熱量吸入急速制冷器中，在其冷凝器上將熱量排到冷凝器水回路中。冷凝器水在設(shè)施的外部流到，例如，將熱量傳遞給外部環(huán)境空氣的一個或多個冷卻塔?？赡軙l(fā)生許多事件導(dǎo)致設(shè)施冷卻劑回路1011內(nèi)設(shè)施冷卻劑冷卻的損失或設(shè)施冷卻劑回路1011內(nèi)設(shè)施冷卻劑流的損失。例如，如果急速制冷器進(jìn)入離線狀態(tài)，但設(shè)施冷卻劑泵繼續(xù)通過設(shè)施冷卻劑回路1011抽運(yùn)設(shè)施冷卻劑，則會導(dǎo)致前者，而后者可能由設(shè)施冷卻劑泵的有損操作引起。任一個事件都可能在急速制冷器正在服務(wù)的數(shù)據(jù)中心內(nèi)的一個或多個液冷電子機(jī)架內(nèi)導(dǎo)致溫度過高狀況，從而可能導(dǎo)致一個或多個電子機(jī)架被關(guān)閉。
[0062]本文參照圖11A-13公開的是不管設(shè)施冷卻劑冷卻損失或設(shè)施冷卻劑流損失地使電子機(jī)架的電子子系統(tǒng)連續(xù)操作的可重新配置冷卻設(shè)備的一個實施例。在設(shè)施冷卻劑冷卻或流動有損失的情況下，通過流過液冷電子子系統(tǒng)的系統(tǒng)冷卻劑取走的熱量經(jīng)由氣體與液體熱交換器排到數(shù)據(jù)中心機(jī)房中。在這種模式下，系統(tǒng)冷卻劑的溫度將上升，直到達(dá)到傳遞給機(jī)房空氣的熱量等于從電子子系統(tǒng)排出的熱量的平衡。如果氣體與液體熱交換器并行地與電子子系統(tǒng)耦合，則如，例如，圖9所描述，正在冷卻的電子子系統(tǒng)上的流體的平衡溫度將高于氣體與液體熱交換器串行地與電子子系統(tǒng)耦合(下面參照圖11B所述)時的平衡溫度。也就是說，在最佳、正常模式操作中，使氣體與液體熱交換器并行地與液冷電子子系統(tǒng)耦合，而在故障模式操作中(例如，由于設(shè)施冷卻劑冷卻或設(shè)施冷卻劑流的損失)，使氣體與液體熱交換器串行流體連通地與液冷電子子系統(tǒng)的出口耦合是最佳的。因此，下文公開(在一個方面中)的是包括閥門和管道安排的冷卻設(shè)備，以及在正常模式，即系統(tǒng)冷卻劑通過電子子系統(tǒng)和氣體與液體熱交換器的并行流動與故障模式，即系統(tǒng)冷卻劑從電子子系統(tǒng)到氣體與液體熱交換器的串行流動之間自動調(diào)整系統(tǒng)冷卻劑通過冷卻設(shè)備的流動的控制過程。
[0063]圖11A和11B分別描繪了這樣冷卻設(shè)備的一個實施例的正常模式和故障模式操作。這些冷卻設(shè)備實施例與圖9的實施例相比對管道和隔離閥作了一些改變(如下所述)。
[0064]在圖11A和11B的實施例中，配備了包含電子機(jī)架1100的被冷卻電子子系統(tǒng)，電子機(jī)架1100包括多個發(fā)熱電子子系統(tǒng)1110,多個發(fā)熱電子子系統(tǒng)1110是米用在所描繪的實施例中，包含分別標(biāo)為MCU1和MCU2的兩個模塊化冷卻單元(MCU) 1120，1130的冷卻設(shè)備液冷的。注意，在這個例子中，盡管針對兩個MCU來描述，但冷卻設(shè)備可以使用大小做成在冷卻多個發(fā)熱電子子系統(tǒng)所需的正常模式參數(shù)內(nèi)起作用的單個MCU和氣體與液體熱交換器來實現(xiàn)。在描繪在圖11A和11B中的雙MCU實施例中，例示的兩個MCU可以用作主要MCU和備份MCU，或可以并行地操作(例如，在沒有一個MCU可以從多個發(fā)熱電子子系統(tǒng)和氣體與液體熱交換器中取走全部熱負(fù)載的情況下)。
[0065]MCU被配置和耦合成并行地將系統(tǒng)冷卻劑提供給多個發(fā)熱電子子系統(tǒng)，以便有助于它們的液冷。每個MCU1120，1130包括分別與設(shè)施冷卻劑回路1122，1132和系統(tǒng)冷卻劑回路1123，1133耦合的液體與液體熱交換器1128，1138。每個MCU進(jìn)一步分別包括儲存箱1126，1136、系統(tǒng)冷卻劑泵1127，1137、和止回閥1129,1139。設(shè)施冷卻劑回路1122，1132被耦合成經(jīng)由(例如)設(shè)施冷卻劑供應(yīng)管線和設(shè)施冷卻劑返回管線(未示出)接收像設(shè)施冷卻劑那樣的急冷冷卻劑。每個設(shè)施冷卻劑回路1122，1132包括讓流入其中的急冷設(shè)施冷卻劑的至少一部分通過各自液體與液體熱交換器1128和1138的比例閥Pl，P2。
[0066]每個系統(tǒng)冷卻劑回路1123，1133將冷卻的系統(tǒng)冷卻劑提供給電子機(jī)架1100的多個發(fā)熱電子子系統(tǒng)1110,使熱量經(jīng)由各自液體與液體熱交換器1128,1138從多個發(fā)熱電子子系統(tǒng)1110排放到分別在設(shè)施冷卻劑回路1122，1132中的急冷設(shè)施冷卻劑。系統(tǒng)冷卻劑回路1123，1133包括將來自液體與液體熱交換器1121，1131的冷卻的系統(tǒng)冷卻劑供應(yīng)給系統(tǒng)冷卻劑供應(yīng)歧管1140的各自冷卻劑供應(yīng)管線1124，1134。系統(tǒng)冷卻劑供應(yīng)歧管1140經(jīng)由，例如，柔軟供應(yīng)軟管與電子機(jī)架1100的多個發(fā)熱電子部件1110耦合(例如，使用與系統(tǒng)冷卻劑供應(yīng)歧管的各自端口耦合的快速連接耦合器)。類似地，系統(tǒng)冷卻劑回路1123，1133包括將系統(tǒng)冷卻劑返回歧管1150與各自液體與液體熱交換器1128，1138耦合的系統(tǒng)冷卻劑返回管線1125，1135。系統(tǒng)冷卻劑經(jīng)由將發(fā)熱電子子系統(tǒng)與系統(tǒng)冷卻劑返回歧管1150耦合的柔軟返回軟管從多個發(fā)熱電子子系統(tǒng)中排出。在一個實施例中，返回軟管可以經(jīng)由快速連接耦合器與系統(tǒng)冷卻劑返回歧管的各自端口耦合。進(jìn)一步，在一個實施例中，多個發(fā)熱電子子系統(tǒng)1110的每一個包括像上面結(jié)合圖7和8所述那樣的各自基于液體冷卻系統(tǒng)，該基于液體冷卻系統(tǒng)被耦合成有助于液冷布置在電子子系統(tǒng)內(nèi)的一個或多個發(fā)熱電子部件。[0067]除了并行地向電子機(jī)架的多個發(fā)熱電子子系統(tǒng)供應(yīng)系統(tǒng)冷卻劑之外，MCU1120，1130還與之并行地(例如，在正常模式操作中)將冷卻劑供應(yīng)給布置成，例如，冷卻從其空氣入口側(cè)到空氣出口地通過電子機(jī)架的氣體的氣體與液體熱交換器1160。舉例來說，氣體與液體熱交換器1160是布置在電子機(jī)架1100的空氣出口側(cè)的后門熱交換器。進(jìn)一步，在一個例子中，氣體與液體熱交換器1160被做成至少部分冷卻從電子機(jī)架1100流出的所有空氣的大小，從而降低包含電子機(jī)架的數(shù)據(jù)中心的空氣調(diào)節(jié)要求。在一個例子中，數(shù)據(jù)中心中的多個電子機(jī)架的每一個都配有像本文所述和描繪在圖11A和11B中那樣的冷卻設(shè)備。
[0068]在圖12中描繪了圖11A和11B的冷卻設(shè)備的控制安排的一個實施例。在這個實施例中，冷卻設(shè)備進(jìn)一步包括系統(tǒng)控制器1200、和MCU控制件11210和MCU控制件21220，MCU控制件11210和MCU控制件21220 (在一個實施例中)一起協(xié)作監(jiān)視每個MCU的冷卻劑溫度(例如，系統(tǒng)冷卻劑溫度)，并且，例如，響應(yīng)設(shè)施冷卻劑回路內(nèi)的急冷設(shè)施冷卻劑的故障的直接和間接檢測，在正常模式，即系統(tǒng)冷卻劑通過一個或多個電子子系統(tǒng)和氣體與液體熱交換器的并行流動與故障模式，即系統(tǒng)冷卻劑從一個或多個電子子系統(tǒng)到氣體與液體熱交換器的串行流動之間自動轉(zhuǎn)變冷卻設(shè)備。響應(yīng)設(shè)施冷卻劑故障的檢測轉(zhuǎn)變到故障模式有利地建立起系統(tǒng)冷卻劑從至少一個電子子系統(tǒng)到氣體與液體熱交換器的串行流動，因此，熱量經(jīng)由系統(tǒng)冷卻劑從至少一個電子子系統(tǒng)到穿越氣體與液體熱交換器(例如，從電子機(jī)架流到數(shù)據(jù)中心)的空氣的排放。
[0069]一起參照圖11A，11B和12，MCU控制件11210在一個例子中監(jiān)視從MCU11220流出的系統(tǒng)冷卻劑的溫度(T1)，以及設(shè)施冷卻劑經(jīng)由布置在，例如，MCU11120內(nèi)的設(shè)施冷卻劑流速計的流速(F1)。類似地，MCU控制件21220監(jiān)視從MCU21230流出的系統(tǒng)冷卻劑的溫度(T2)，以及通過MCU2的設(shè)施冷卻劑回路1130內(nèi)的設(shè)施冷卻劑的流速(F2)。注意，在一種可替代實現(xiàn)中，MCU控制件1和MCU控制件2可以監(jiān)視各自設(shè)施冷卻劑回路1122，1132內(nèi)的設(shè)施冷卻劑的溫度。在圖12的實施例中，MCU控制件1和MCU控制件2與系統(tǒng)控制器1200耦合，系統(tǒng)控制器1200本身又與多個隔離閥Sl，S2和S3耦合。
[0070]如圖11A所示，隔離閥S1，例如，螺線管致動隔離閥被布置在流體連通地耦合系統(tǒng)冷卻劑供應(yīng)歧管1104和氣體與液體熱交換器1160的冷卻劑供應(yīng)管線1161中。隔離閥S2，也舉例來說，螺線管致動隔離閥被布置(在這個例子中)在系統(tǒng)冷卻劑返回歧管1150的下游，以便布置在多個發(fā)熱電子子系統(tǒng)1110與將氣體與液體熱交換器1160與系統(tǒng)冷卻劑返回歧管1150耦合的冷卻劑返回管線1162之間。另外，系統(tǒng)冷卻劑分流管線1163將入口與氣體與液體熱交換器1160耦合地配備在(例如)系統(tǒng)冷卻劑返回歧管1150與隔離閥S2之間。流體連通地與系統(tǒng)冷卻劑分流管線1163耦合的是也可以包含螺線管致動隔離閥的第三隔離閥S3。系統(tǒng)控制器1200與隔離閥Sl，S2和S3耦合以便，例如，參考系統(tǒng)冷卻劑的受監(jiān)視溫度Tl，T2和設(shè)施冷卻劑的受監(jiān)視流速Fl，F(xiàn)2 (在一個例子中)控制隔離閥的打開和閉合。在描繪在11A中的正常操作模式下，隔離閥S1和S2是打開的，隔離閥S3是閉合的。在這種安排下，系統(tǒng)冷卻劑并行地流到電子子系統(tǒng)1110和氣體與液體熱交換器1160，以便如上所述，最佳地冷卻電子子系統(tǒng)內(nèi)的電子部件和通過電子機(jī)架的空氣。
[0071]在描繪在圖11B的故障操作模式下，隔離閥S1和S2是閉合的，隔離閥S3是打開的。系統(tǒng)控制器響應(yīng)，例如，來自冷卻劑源的急冷設(shè)施冷卻劑的故障，自動將正常模式，即系統(tǒng)冷卻劑通過電子子系統(tǒng)和氣體與液體熱交換器的并行流動轉(zhuǎn)變成故障模式，即系統(tǒng)冷卻劑從一個或多個電子子系統(tǒng)到氣體與液體熱交換器的串行流動。具體地說，在上述的例子中，如果急冷設(shè)施冷卻劑冷卻或流動在設(shè)計參數(shù)之外，則監(jiān)視的系統(tǒng)冷卻劑溫度T1或T2和/或監(jiān)視的設(shè)施冷卻劑流速F1或F2將導(dǎo)致指示故障狀況的讀數(shù)，使系統(tǒng)控制器將冷卻系統(tǒng)從正常模式轉(zhuǎn)變成故障模式。
[0072]圖13描繪了依照本發(fā)明的一個或多個方面，控制圖11A，11B和12的冷卻設(shè)備在正常模式，即系統(tǒng)冷卻劑通過電子子系統(tǒng)和空氣與液體熱交換器的并行流與故障模式，即系統(tǒng)冷卻劑從電子子系統(tǒng)到空氣與液體熱交換器的串行流之間的轉(zhuǎn)變的過程的一個實施例。在這個例子中，感測的參數(shù)是與上述和描繪在圖11A-12中的MCU1和MCU2相聯(lián)系的系統(tǒng)冷卻劑T1和T2、和設(shè)施冷卻劑流速F1和F2，舉例來說，T1和F1與MCU1相聯(lián)系，T2和F2與MCU2相聯(lián)系，每個MCU控制器都與更高層次系統(tǒng)控制器相聯(lián)系。正是更高層次的控制器根據(jù)從MCU控制器接收的信息，如所保證的那樣(S卩，作為一個例子)采取放置隔離閥的行動。
[0073]圖13的控制過程從各自MCU1和MCU2控制器讀取Tl，F(xiàn)1和T2，F(xiàn)21310,1320開始(1300)。在對這個數(shù)據(jù)采取行動之前，作出確定冷卻設(shè)備1311，1321的操作模式的檢驗。如果未處在故障模式下(即，設(shè)備處在正常操作模式下)，則該處理將感測的參數(shù)與定義的設(shè)置點(或閾值)相比較。具體地說，將T1和T2與最大溫度閾值(TMX)相比較1312，1322，將設(shè)施冷卻劑流速F1和F2 (如流速計F1和F2所分別測量)與最小可接受設(shè)施冷卻劑流速(FMIN)相比較。如果溫度低于TMX以及流速高于FMIN，則控制器在等待了時間tl315，1325之后往回循環(huán)以查明下一輪的測量結(jié)果。如果T1或T2超過Tmx或F1或F2低于Fmin，則各種MCU1或MCU2控制器向系統(tǒng)控制器發(fā)出信號以便對隔離閥采取行動1330。響應(yīng)這個信號，系統(tǒng)控制器閉合隔離閥S1和S2，打開隔離閥S31331，將標(biāo)志設(shè)置成指示冷卻設(shè)備現(xiàn)在處在故障模式下1332，此后該處理在獲得下一輪測量結(jié)果之前等待時間tl315，1525。
[0074]如果在作出測量1310，1320之后，確定冷卻設(shè)備處在故障操作模式下(S卩，“故障模式=是”)，則該處理確定所有溫度和流速是否都滿足一組返回準(zhǔn)則，即，一組從故障模式返回到正常模式的準(zhǔn)則。設(shè)置點Τκ和FK未必對應(yīng)于Tmx和Fmin。例如，TE在幅度上可以低于TMX，F(xiàn)K在幅度上可以高于Fmin。注意，與任何一個參數(shù)都觸發(fā)切換的到故障操作模式的轉(zhuǎn)變不同，為了返回到正常操作模式，所有參數(shù)都必須測試準(zhǔn)則。因此，在故障模式下，該處理首先確定和FAFk是否成立1340，以及確定T2〈TK和F2>Fk是否成立1350。如果詢問1340是“否定”，則該處理在返回獲取下一輪測量結(jié)果之前等待時間tl315，同時如果詢問1350是“否定”，則該處理在返回收集下一輪測量結(jié)果1320之前等待時間tl380。注意，詢問1340可能導(dǎo)致“肯定”而詢問1350可能導(dǎo)致“否則”，反之亦然。為了繼續(xù)進(jìn)行下去，兩個詢問都必須是“肯定” 1360。因此，對于其他詢問是“否定”的“肯定”詢問1340，1350，該處理從1360返回，取決于來自詢問的“肯定”是有關(guān)MCU1的還是有關(guān)MCU2的，等待時間tl315或等待時間tl380。假設(shè)對于兩個MCU滿足所有測試1360，則通知系統(tǒng)控制器采取行動1365,打開隔尚閥S1和S2,閉合隔尚閥S31370,此后將故障模式標(biāo)志設(shè)置回到“否”，以指示正常操作模式1375，該過程繼續(xù)循環(huán)。
[0075]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該從上面的描述中注意到，如果需要的話，可以容易地將圖13的控制過程以及圖11A-12的冷卻設(shè)備修改成采用單個MCU，或可替代地，不止兩個MCU。[0076]如上所述，隨著服務(wù)器內(nèi)的部件密度不斷增大以達(dá)到更高性能，在電子系統(tǒng)中產(chǎn)生的熱量在一些情況下使液冷成為必需。無論是氣冷還是液冷，能效是所有系統(tǒng)設(shè)計的重要特征，冷卻劑流速的提高通常使冷卻系統(tǒng)的能量使用增加。與正在運(yùn)行電子部件(像CMOS處理器那樣)冷卻器相聯(lián)系的可靠性和性能增益的提高是已知的，像蒸汽壓縮制冷那樣的技術(shù)以能效為代價已經(jīng)得到采用。因此，在，例如，亞環(huán)境溫度上提供節(jié)能冷卻，最終具有內(nèi)置冗余地散發(fā)到空氣或液體冷卻劑中的解決方案被認(rèn)為是可取的。下面參照圖14-16，只作為例子描述這樣冷卻設(shè)備的一個實施例。
[0077]—般地說，本文在另一個方面中公開的是包括如下的冷卻設(shè)備:與要冷卻的一個或多個電子部件相聯(lián)系的一個或多個液冷結(jié)構(gòu)；并行地包括第一回路部分和第二回路部分的冷卻劑回路，其中一個或多個液冷結(jié)構(gòu)流體連通地與冷卻劑回路的第一回路部分耦合；通過冷卻劑回路串行流體連通耦合的液體與液體熱交換器和氣體與液體熱交換器，從液體與液體熱交換器流出的冷卻劑經(jīng)由冷卻劑回路通過氣體與液體熱交換器；以及包括一個或多個熱電模塊的熱電陣列。該熱電陣列被設(shè)置成冷卻劑回路的第一回路部分至少部分與熱電陣列的第一側(cè)熱接觸，以及冷卻劑回路的第二回路部分至少部分與熱電陣列的第二側(cè)熱接觸。該熱電陣列操作為將熱量從通過第一回路部分的冷卻劑傳遞給通過第二回路部分的冷卻劑，其中該熱電陣列在冷卻劑通過一個或多個液冷結(jié)構(gòu)之前冷卻通過第一回路部分的冷卻劑，而在通過一個或多個液冷結(jié)構(gòu)之后，通過第一回路部分的冷卻劑和通過第二回路部分的冷卻劑通過串行耦合的液體與液體熱交換器和空氣與液體熱交換器。在操作中，取決于冷卻設(shè)備的操作模式，液體與液體熱交換器或空氣與液體熱交換器操作為冷卻劑回路的散熱器?？刂破髋c熱電陣列耦合，至少部分取決于液體與液體熱交換器的操作狀態(tài)，在液冷模式與氣冷模式之間自動調(diào)整熱電陣列的操作。當(dāng)在氣冷模式下時，控制器使熱電陣列操作為傳遞比在液冷模式下大的熱量(從通過第一回路部分的冷卻劑到通過第二回路部分的冷卻劑)。在液冷模式下，液體與液體熱交換器操作為冷卻劑回路的散熱器，而在氣冷模式下，氣體與液體熱交換器操作為冷卻劑回路的散熱器。
[0078]有利的是，下面結(jié)合圖14-16公開的是冷卻電子系統(tǒng)和采用熱電陣列的冷卻設(shè)備(本文也稱為熱電增強(qiáng)液體與液體熱交換組件)。一臺或多臺冷卻劑泵對像水那樣的冷卻劑加壓，使它流過與熱電增強(qiáng)液體與液體熱交換組件的第一和第二側(cè)熱接觸的冷卻劑回路的第一和第二回路部分。在冷卻了第一回路部分中的冷卻劑之后，冷卻劑隨后流過與要冷卻的一個或多個電子部件耦合的像一個或多個液冷散熱板那樣的一個或多個液冷結(jié)構(gòu)。在電子部件的下游，排出的冷卻劑遇到與熱電增強(qiáng)液體與液體熱交換組件的熱側(cè)熱接觸的排出冷卻劑，即，通過第二回路部分的冷卻劑。在一個實施例中，通過比例閥或第二回路控制閥計量通過第二回路部分的流速。加入的冷卻劑然后流過液體與液體熱交換器，在一個實施例中該液體與液體熱交換器以與上述相似的方式經(jīng)由設(shè)備急冷水源冷卻。在通過液體與液體熱交換器之后，冷卻劑流過氣體與液體熱交換器，在一個實施例中該氣體與液體熱交換器被布置在相關(guān)電子機(jī)架的空氣出口側(cè)上，以便冷卻從電子機(jī)架排出的氣流。然后系統(tǒng)冷卻劑返回到冷卻劑泵以便通過冷卻劑回路繼續(xù)再循環(huán)。
[0079]在設(shè)施冷卻劑(例如，建筑物急冷水)不可用(例如，打算讓系統(tǒng)運(yùn)行在氣冷模式下)或設(shè)施冷卻劑出故障(如上所述)的情況下，從液冷結(jié)構(gòu)和第二回路部分排出增塑劑通過液體與液體熱交換器到氣體與液體熱交換器，其中跨過氣體與液體熱交換器的氣流(例如，從相關(guān)電子機(jī)架流出的氣流)冷卻冷卻劑回路內(nèi)的冷卻劑。注意，在這種氣冷模式下，熱電陣列需要更大的電流(來自，例如，可調(diào)電源(未示出))將更多的熱量從陣列的第一冷側(cè)抽運(yùn)到陣列的第二熱側(cè)(即，從第一回路部分內(nèi)的冷卻劑到第二回路部分內(nèi)的冷卻劑)。這會對能效產(chǎn)生負(fù)面影響，但仍然將在所希望或合適溫度上的冷卻劑供應(yīng)給一個或多個液冷結(jié)構(gòu)。
[0080]圖14描繪了按照本發(fā)明的一個或多個方面的籠統(tǒng)表示成1400的冷卻電子系統(tǒng)的一個實施例。該冷卻電子系統(tǒng)包括，舉例來說，帶有包含氣冷部件的一個或多個電子系統(tǒng)或子系統(tǒng)的電子機(jī)架1401、和像一臺或多個風(fēng)扇那樣，將空氣從電子機(jī)架1401的空氣入口側(cè)1404驅(qū)動到出口側(cè)1405以便冷卻其中的氣冷部分的一個或多個空氣驅(qū)動設(shè)備1403。在冷卻了電子系統(tǒng)1402的氣冷部件之后，氣流像被加熱氣體1406那樣排出。
[0081]冷卻設(shè)備被配備成包括一個或多個液冷結(jié)構(gòu)1410和冷卻劑回路1420。一個或多個液冷結(jié)構(gòu)1410與像電子系統(tǒng)1402的高發(fā)熱電子部件那樣，要冷卻的一個或多個電子部件耦合。冷卻劑回路1420包括布置成冷卻劑回路的并行部分的第一回路部分1421和第二回路部分1422。該液冷結(jié)構(gòu)流體連通地與冷卻劑回路1420的第一回路部分1421耦合或在冷卻劑回路1420的第一回路部分1421內(nèi)。該冷卻設(shè)備進(jìn)一步包括，舉例來說，液體與液體熱交換器1430和氣體與液體熱交換器1440。如圖14所例示，液體與液體熱交換器1430和氣體與液體熱交換器1440經(jīng)由冷卻劑回路1420串行流體連通地耦合。在這種配置中，從液體與液體熱交換器1430流出的冷卻劑經(jīng)由冷卻劑回路1420傳遞給氣體與液體熱交換器 1440。
[0082]在一個實施例中，液體與液體熱交換器1430被配置成將熱量從通過冷卻劑回路1420的系統(tǒng)冷卻劑傳遞給通過設(shè)施冷卻劑回路1431的設(shè)施冷卻劑。設(shè)施冷卻劑控制閥PV1(例如，比例閥)與設(shè)施冷卻劑回路1431流體連通地被配備成經(jīng)由(在一個實施例中)通過控制器1480實現(xiàn)的控制過程控制設(shè)施冷卻劑通過液體與液體熱交換器1430的流動。在實現(xiàn)中，控制器1480可以與電子機(jī)架1401相聯(lián)系，或可替代地，可以集中布置在監(jiān)視與數(shù)據(jù)中心的多個電子機(jī)架相聯(lián)系的多個冷卻設(shè)備的數(shù)據(jù)中心內(nèi)。
[0083]如上所述，取決于操作模式，設(shè)施冷卻劑可以流過或可以不流過液體與液體熱交換器1430。例如，在缺乏設(shè)施冷卻劑的數(shù)據(jù)中心裝置中，讓冷卻設(shè)備操作在氣冷模式下，并且讓系統(tǒng)冷卻劑簡單地通過液體與液體熱交換器1430，散熱器是氣體與液體熱交換器1440?？商娲兀绻O(shè)施冷卻劑可用以及設(shè)施冷卻劑系統(tǒng)正在操作，則使冷卻設(shè)備操作在液冷模式下，因為設(shè)施冷卻劑處在比從電子機(jī)架1401排出的受熱氣流1406低的溫度上。注意，作為一個可替代實施例，氣體與液體熱交換器1440可以布置在除了電子機(jī)架1401的空氣出口側(cè)之外的地方。例如，如果需要的話，將熱交換器布置在與通過電子機(jī)架的氣流并行的氣流路徑中。
[0084]熱電陣列或熱電增強(qiáng)液體與液體熱交換器1450也作為冷卻設(shè)備的一部分來配備，使熱電陣列的第一冷側(cè)與冷卻劑回路1420的第一回路部分1421熱接觸地耦合，使熱電陣列的第二熱側(cè)與冷卻劑回路1420的第二回路部分1422熱接觸地耦合。尤其，以及在一個實施例中，熱電陣列可以包括在熱電陣列的相對側(cè)的第一熱交換元件1451和第二熱交換元件1452，這有助于將熱量從通過第一回路部分的冷卻劑，跨過熱電陣列的熱電模塊，傳遞到冷卻劑回路1420的第二回路部分1422內(nèi)的冷卻劑。下面結(jié)合圖15進(jìn)一步討論熱電陣列1450的配置和操作。
[0085]繼續(xù)討論圖14，使第二回路控制閥PV2 (例如，第二比例閥)與第二回路部分1422相聯(lián)系，以便如下所述，控制通過第二回路部分1422的冷卻劑流。一臺或多臺冷卻劑泵1470與冷卻劑回路1420流體連通，為冷卻劑通過冷卻劑回路的流動創(chuàng)造條件。可以配備多個溫度傳感器，包括:感測一個或多個液冷結(jié)構(gòu)1410的冷卻劑入口溫度的第一溫度傳感器T1 ;感測到氣體與液體熱交換器1440的冷卻劑的溫度的第二溫度傳感器T2 ;感測像在其第二熱側(cè)上那樣的與熱電陣列1450相聯(lián)系的溫度的第三溫度傳感器T3 ;以及與正在氣冷的電子系統(tǒng)1402的一個或多個氣冷部分相聯(lián)系的第四溫度傳感器T4 (可替代地，傳感器T4可以跨過氣冷部件地感測空氣溫度)。這些溫度傳感器有助于以像下面結(jié)合圖16的控制過程所述那樣的方式通過，例如，描繪在圖14中的冷卻設(shè)備自動控制冷卻模式、冷卻劑溫度、冷卻劑流速等。除了設(shè)施回路控制閥PV1和第二回路控制閥PV2之外，可以與第一回路部分1421相聯(lián)系地配備壓差傳感器(dP)，以便測量(例如)熱電陣列1450的第一熱交換元件1451兩端的壓差。這個壓差可以用在，例如，控制一臺或多臺冷卻劑泵1470的操作速度的自動過程中。
[0086]注意，特定傳感器和控制點，以及它們的地點在這里只是作為例子提供，可以不偏離本發(fā)明的范圍地采用多個另外傳感器或控制點。
[0087]如上所述，圖15是依照本發(fā)明的一個方面的熱電增強(qiáng)液體與液體熱交換器組件1450的一個實施例的橫截面正視圖。在這個例子中，第一熱交換元件1451作為一個例子，是液冷散熱板，以及第二熱交換元件1452是第二液冷散熱板，其中通過冷卻劑回路的第一和第二回路部分的冷卻劑通過各自散熱板流入流出。熱電陣列1450在這個例子中包含每一個包含各自熱電元件1502的熱電模塊1501的陣列1500。
[0088]大型熱電冷卻元件的使用是已知的。這些元件在電子方面操作為產(chǎn)生冷卻效應(yīng)。通過讓直流電通過熱電設(shè)備的兩條腿，則跨過設(shè)備產(chǎn)生可能與根據(jù)傅立葉定律所預(yù)計相反的熱流。
[0089]在熱電元件的一個結(jié)上，作為電流通過該結(jié)的結(jié)果，空穴和電子兩者朝著其他結(jié)相向運(yùn)動?？昭ㄍㄟ^P-型材料，電子通過η-型材料。為了補(bǔ)償載流子的這種損失，使另外的電子從價帶升到導(dǎo)帶，以產(chǎn)生新的電子-空穴對。由于做到這一點需要能量，所以在這個結(jié)上會吸熱。相反，隨著電子在其他結(jié)上掉入空穴中，會以熱量的形式釋放出其多余的能量。這種熱能從冷結(jié)傳遞到熱結(jié)的現(xiàn)象被稱為珀耳帖(Peltier)效應(yīng)。
[0090]使用珀耳帖效應(yīng)使附在熱源上的表面保持在比附在散熱器上的表面低的溫度上。這些熱電模塊所提供的是使冷側(cè)操作在比冷卻介質(zhì)(例如，空氣或水)的環(huán)境溫度低的溫度上的能力。當(dāng)直流電通過熱電模塊時，會產(chǎn)生溫差，其結(jié)果是一側(cè)比另一側(cè)相對較冷。因此，這些熱電模塊被看成是具有熱側(cè)和冷側(cè)，以及提供有助于讓熱能從熱電模塊的冷側(cè)傳遞到熱電模塊的熱側(cè)的機(jī)制。
[0091]舉一個特例來說，熱電模塊1510可以包含由俄亥俄克利夫蘭的Melcor Laird公司提供的TEC CP-2-127-06L模塊。
[0092]注意，熱電陣列可以包含包括一個或多個模塊的任何數(shù)量熱電模塊，并且取決于(部分)電子模塊的尺寸，以及要從流過第一熱交換元件1451的冷卻劑傳遞給流過第二熱交換元件1452的冷卻劑的熱量。還要注意到，可以在第一熱交換元件1451或第二熱交換元件1452的一個或多個暴露表面上配備絕緣材料(未示出)。
[0093]熱電(TE)陣列可以包含以正方形或長方形陣列排列模塊的平面熱電陣列。盡管未示出布線，但可以串聯(lián)地連線并將電流(I)供給一個列中的每個熱電模塊，以及可以并聯(lián)地電連線熱電模塊的各個列，以便對于包含Μ個熱電模塊的正方形陣列，供應(yīng)的總電流是I X sqrt (Μ)，提供陣列的固有可伸縮性的增值。這樣，如果單個熱電模塊出故障了，則只影響一列，可以增大到其余列的電流來補(bǔ)償該故障。
[0094]表1提供了像本文所述那樣的平面熱電熱交換器配置提供的可伸縮性的例子。
[0095]表1
[0096]艦廳財
[0097]
【權(quán)利要求】
1.一種冷卻設(shè)備，其包含: 液冷結(jié)構(gòu)，該液冷結(jié)構(gòu)被配置成與要冷卻的至少一個電子部件耦合； 冷卻劑回路，該冷卻劑回路包含第一回路部分和第二回路部分，該第一回路部分和該第二回路部分是該冷卻劑回路的并行部分，以及該液冷結(jié)構(gòu)流體連通地與該冷卻劑回路的第一回路部分耦合； 液體與液體熱交換器； 空氣與液體熱交換器，其中該液體與液體熱交換器和該空氣與液體熱交換器經(jīng)由該冷卻劑回路串行流體連通地耦合在一起，以及其中從該液體與液體熱交換器流出的冷卻劑經(jīng)由該冷卻劑回路通過該空氣與液體熱交換器；以及 包含至少一個熱電模塊的熱電陣列，該熱電陣列被布置成使該冷卻劑回路的第一回路部分至少部分與該熱電陣列的第一側(cè)熱接觸，使該冷卻劑回路的第二回路部分至少部分與該熱電陣列的第二側(cè)熱接觸，其中該熱電陣列操作為將熱量從通過第一回路部分的冷卻劑傳遞給通過第二回路部分的冷卻劑，在冷卻劑通過液冷結(jié)構(gòu)之前該熱電陣列冷卻通過第一回路部分的冷卻劑，而在通過液冷結(jié)構(gòu)之后，通過第一回路部分的冷卻劑和通過第二回路部分的冷卻劑通過串行耦合的液體與液體熱交換器和空氣與液體熱交換器，其中取決于該冷卻設(shè)備的操作模式，該液體與液體熱交換器或該空氣與液體熱交換器之一操作為冷卻劑回路的散熱器。
2.如權(quán)利要求1所述的冷卻設(shè)備，進(jìn)一步包含與該熱電陣列耦合的控制器，用于至少部分取決于液體與液體熱交換 器的操作狀態(tài)，在液冷模式與氣冷模式之間自動調(diào)整該熱電陣列的操作，其中在氣冷模式下，該控制器使該熱電陣列操作為將比在液冷模式下大的熱量從通過第一回路部分的冷卻劑傳遞給通過第二回路部分的冷卻劑，以及其中在液冷模式下，液體與液體熱交換器操作為冷卻劑回路的散熱器，而在氣冷模式下，氣體與液體熱交換器操作為冷卻劑回路的散熱器。
3.如權(quán)利要求2所述的冷卻設(shè)備，進(jìn)一步包含與將設(shè)施冷卻劑供給液體與液體熱交換器的設(shè)施冷卻劑回路耦合的設(shè)施回路控制閥，以及其中該控制器響應(yīng)經(jīng)由第一回路部分供給冷卻劑冷卻結(jié)構(gòu)的冷卻劑的溫度在指定操作范圍之外，自動調(diào)整該設(shè)施回路控制閥，以及響應(yīng)該設(shè)施回路控制閥在指定控制范圍之外，該控制器自動調(diào)整供給該熱電陣列的電壓，以便朝著它的指定操作范圍向后驅(qū)動供給冷卻劑冷卻結(jié)構(gòu)的冷卻劑的溫度。
4.如權(quán)利要求3所述的冷卻設(shè)備，進(jìn)一步包含有助于氣流跨過氣體與液體熱交換器的至少一個空氣驅(qū)動設(shè)備，以及其中該控制器響應(yīng)供給氣體與液體熱交換器的冷卻劑的溫度大于穿越氣體與液體熱交換器的氣流的溫度，自動調(diào)整該至少一個空氣驅(qū)動設(shè)備的轉(zhuǎn)速。
5.如權(quán)利要求2所述的冷卻設(shè)備，進(jìn)一步包含有助于氣流跨過氣體與液體熱交換器的至少一個空氣驅(qū)動設(shè)備，以及其中該控制器響應(yīng)跨過氣體與液體熱交換器的氣流的溫度在指定空氣溫度范圍之外，自動調(diào)整該至少一個空氣驅(qū)動設(shè)備的轉(zhuǎn)速。
6.如權(quán)利要求2所述的冷卻設(shè)備，進(jìn)一步包含流體連通地與該冷卻劑回路的第二回路部分耦合和受控制器控制的第二回路控制閥，其中取決于該熱電陣列上的感測溫度，該控制器經(jīng)由該第二回路控制閥自動調(diào)整冷卻劑通過該冷卻劑回路的第二回路部分的流動。
7.如權(quán)利要求6所述的冷卻設(shè)備，進(jìn)一步包含流體連通地與該冷卻劑回路耦合的至少一臺冷卻劑泵，用于至少部分抽運(yùn)并行通過該冷卻劑回路的第一回路部分和第二回路部分的冷卻劑，以及其中該控制器響應(yīng)由通過該冷卻劑回路的第二回路部分的冷卻劑的調(diào)整引起的跨過第一回路部分的至少一部分查明的冷卻劑壓強(qiáng)的變化，自動調(diào)整至少一臺冷卻劑泵的操作。
8.如權(quán)利要求7所述的冷卻設(shè)備，其中響應(yīng)該熱電陣列上的感測溫度在指定溫度范圍之外，該控制器將至少一臺冷卻劑泵的操作速度自動調(diào)整到最大，以及響應(yīng)至少一臺冷卻劑泵已經(jīng)處在最大操作速度上，該控制器將第二回路控制閥自動調(diào)整成最大打開。
9.如權(quán)利要求1所述的冷卻設(shè)備，其中該冷卻劑回路的第一回路部分包含第一熱交換元件，該冷卻劑回路的第二回路部分包含第二熱交換元件，以及其中該冷卻劑回路的第一回路部分中的冷卻劑通過該第一熱交換元件，該冷卻劑回路的第二回路部分中的冷卻劑通過該第二熱交換元件，該第一熱交換元件與該熱電陣列的第一側(cè)熱連通，該第二熱交換元件與該熱電陣列的第二側(cè)熱連通，該第一熱交換元件和該第二熱交換元件有助于跨過該熱電陣列將熱量從通過該冷卻劑回路的第一回路部分的冷卻劑傳遞給通過該冷卻劑回路的第二回路部分的冷卻劑。
10.一種冷卻電子系統(tǒng)，其包含: 電子機(jī)架，其包含分別使通過該電子機(jī)架的氣流能夠流入和流出的空氣入口側(cè)和空氣出口側(cè)，該電子框架還包含要冷卻的至少一個電子系統(tǒng)，該至少一個電子系統(tǒng)包含至少一個電子部件；以及 有助于冷卻該至少一個電子系統(tǒng)的冷卻設(shè)備， 該冷卻設(shè)備包含: 至少一個液冷結(jié)構(gòu)，該至少一個液冷結(jié)構(gòu)與該至少一個電子部件稱合； 冷卻劑回路，該冷卻劑回路包含第一回路部分和第二回路部分，該第一回路部分和該第二回路部分是該冷卻劑回路的并行部分，以及該至少一個液冷結(jié)構(gòu)流體連通地與該冷卻劑回路的第一回路部分耦合； 液體與液體熱交換器； 空氣與液體熱交換器，其中該液體與液體熱交換器和該空氣與液體熱交換器經(jīng)由該冷卻劑回路串行流體連通地耦合在一起，以及其中從該液體與液體熱交換器流出的冷卻劑經(jīng)由該冷卻劑回路通過該空氣與液體熱交換器；以及 包含至少一個熱電模塊的熱電陣列，該熱電陣列被布置成使該冷卻劑回路的第一回路部分至少部分與該熱電陣列的第一側(cè)熱接觸，使該冷卻劑回路的第二回路部分至少部分與該熱電陣列的第二側(cè)熱接觸，其中該熱電陣列操作為將熱量從通過第一回路部分的冷卻劑傳遞給通過第二回路部分的冷卻劑，在冷卻劑通過液冷結(jié)構(gòu)之前該熱電陣列冷卻通過第一回路部分的冷卻劑，而在通過液冷結(jié)構(gòu)之后，通過第一回路部分的冷卻劑和通過第二回路部分的冷卻劑通過串行耦合的液體與液體熱交換器和空氣與液體熱交換器，其中取決于該冷卻設(shè)備的操作模式，該液體與液體熱交換器或該空氣與液體熱交換器之一操作為冷卻劑回路的散熱器。
11.如權(quán)利要求10所述的冷卻電子系統(tǒng)，其中該冷卻設(shè)備進(jìn)一步包含與該熱電陣列耦合的控制器，用于至少部分取決于液體與液體熱交換器的操作狀態(tài)，在液冷模式與氣冷模式之間自動調(diào)整該熱電陣列的操作，其中在氣冷模式下，該控制器使該熱電陣列操作為將比在液冷模式下大的熱量從通過第一回路部分的冷卻劑傳遞給通過第二回路部分的冷卻劑，以及其中在液冷模式下，液體與液體熱交換器操作為冷卻劑回路的散熱器，而在氣冷模式下，氣體與液體熱交換器操作為冷卻劑回路的散熱器。
12.如權(quán)利要求11所述的冷卻電子系統(tǒng)，其中該冷卻設(shè)備進(jìn)一步包含與將設(shè)施冷卻劑供給液體與液體熱交換器的設(shè)施冷卻劑回路耦合的設(shè)施回路控制閥，以及其中該控制器響應(yīng)經(jīng)由第一回路部分供給冷卻劑冷卻結(jié)構(gòu)的冷卻劑的溫度在指定操作范圍之外，自動調(diào)整該設(shè)施回路控制閥，以及響應(yīng)該設(shè)施回路控制閥在指定控制范圍之外，該控制器自動調(diào)整供給該熱電陣列的電壓，以便朝著它的指定操作范圍向后驅(qū)動供給冷卻劑冷卻結(jié)構(gòu)的冷卻劑的溫度。
13.如權(quán)利要求12所述的冷卻電子系統(tǒng)，進(jìn)一步包含有助于氣流跨過氣體與液體熱交換器的至少一個空氣驅(qū)動設(shè)備，以及其中該控制器響應(yīng)供給氣體與液體熱交換器的冷卻劑的溫度大于穿越氣體與液體熱交換器的氣流的溫度，自動調(diào)整該至少一個空氣驅(qū)動設(shè)備的轉(zhuǎn)速。
14.如權(quán)利要求11所述的冷卻電子系統(tǒng)，進(jìn)一步包含有助于氣流跨過氣體與液體熱交換器的至少一個空氣驅(qū)動設(shè)備，以及其中該控制器響應(yīng)跨過氣體與液體熱交換器的氣流的溫度在指定空氣溫度范圍之外，自動調(diào)整該至少一個空氣驅(qū)動設(shè)備的轉(zhuǎn)速。
15.如權(quán)利要求11所述的冷卻電子系統(tǒng)，進(jìn)一步包含流體連通地與該冷卻劑回路的第二回路部分耦合和受控制器控制的第二回路控制閥，其中取決于該熱電陣列上的感測溫度，該控制器經(jīng)由該第二回路控制閥自動調(diào)整冷卻劑通過該冷卻劑回路的第二回路部分的流動。
16.如權(quán)利要求15所述的冷卻電子系統(tǒng)，進(jìn)一步包含流體連通地與該冷卻劑回路耦合的至少一臺冷卻劑泵，用于至少部分抽運(yùn)并行通過該冷卻劑回路的第一回路部分和第二回路部分的冷卻劑，以及其中該控制器響應(yīng)由通過該冷卻劑回路的第二回路部分的冷卻劑的調(diào)整引起的跨過第一回路部分的至少一部分查明的冷卻劑壓強(qiáng)的變化，自動調(diào)整至少一臺冷卻劑泵的操作。
17.如權(quán)利要求16所述的冷卻電子系統(tǒng)，其中響應(yīng)該熱電陣列上的感測溫度在指定溫度范圍之外，該控制器將至少一臺冷卻劑泵的操作速度自動調(diào)整到最大，以及響應(yīng)至少一臺冷卻劑泵已經(jīng)處在最大操作速度上，該控制器將第二回路控制閥自動調(diào)整成最大打開。
18.如權(quán)利要求10所述的冷卻電子系統(tǒng)，其中該冷卻劑回路的第一回路部分包含第一熱交換元件，該冷卻劑回路的第二回路部分包含第二熱交換元件，以及其中該冷卻劑回路的第一回路部分中的冷卻劑通過該第一熱交換元件，該冷卻劑回路的第二回路部分中的冷卻劑通過該第二熱交換元件，該第一熱交換元件與該熱電陣列的第一側(cè)熱連通，該第二熱交換元件與該熱電陣列的第二側(cè)熱連通，該第一熱交換元件和該第二熱交換元件有助于跨過該熱電陣列將熱量從通過該冷卻劑回路的第一回路部分的冷卻劑傳遞給通過該冷卻劑回路的第二回路部分的冷卻劑。
19.一種制造冷卻設(shè)備的方法，其包含: 配備液冷結(jié)構(gòu)，該液冷結(jié)構(gòu)被配置成與要冷卻的至少一個電子部件耦合； 配備冷卻劑回路，該冷卻劑回路包含第一回路部分和第二回路部分，該第一回路部分和第二回路部分是該冷卻劑回路的并行部分； 將該液冷結(jié)構(gòu)流體連通地與該冷卻劑回路的第一回路部分耦合； 配備經(jīng)由該冷卻劑回路串行流體連通耦合的液體與液體熱交換器和該空氣與液體熱交換器，其中從該液體與液體熱交換器流出的冷卻劑經(jīng)由該冷卻劑回路通過該空氣與液體熱交換器；以及 配備包含至少一個熱電模塊的熱電陣列，該熱電陣列被布置成使該冷卻劑回路的第一回路部分至少部分與該熱電陣列的第一側(cè)熱接觸，使該冷卻劑回路的第二回路部分至少部分與該熱電陣列的第二側(cè)熱接觸，其中該熱電陣列操作為將熱量從通過第一回路部分的冷卻劑傳遞給通過第二回路部分的冷卻劑，在冷卻劑通過液冷結(jié)構(gòu)之前該熱電陣列冷卻通過第一回路部分的冷卻劑，而在通過液冷結(jié)構(gòu)之后，通過第一回路部分的冷卻劑和通過第二回路部分的冷卻劑通過串行耦合的液體與液體熱交換器和空氣與液體熱交換器，其中取決于該冷卻設(shè)備的操作模式，該液體與液體熱交換器或該空氣與液體熱交換器之一操作為冷卻劑回路的散熱器。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，進(jìn)一步包含配備與該熱電陣列耦合的控制器，用于至少部分取決于液體與液體熱交換器的操作狀態(tài)，在液冷模式與氣冷模式之間自動調(diào)整該熱電陣列的操作，其中在氣冷模式下，該控制器使該熱電陣列操作為將比在液冷模式下大的熱量從通過第一回路部分的冷卻劑傳遞給通過第二回路部分的冷卻劑，以及其中在液冷模式下，液體與液體熱交換器操作為冷卻劑回路的散熱器，而在氣冷模式下，氣體與液體熱交換器操作為冷卻劑回路的散熱器。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，進(jìn)一步包含: 配備與設(shè)施冷卻劑回路耦合的設(shè)施回路控制閥以便將設(shè)施冷卻劑供給液體與液體熱交換器，其中該控制器響應(yīng)經(jīng)由第一回路部分供給冷卻劑冷卻結(jié)構(gòu)的冷卻劑的溫度在指定操作范圍之外，自動調(diào)整該設(shè)施回路控制閥，以及響應(yīng)該設(shè)施回路控制閥在指定控制范圍之外，該控制器自動調(diào)整供給該熱電陣列的電壓，以便朝著它的指定操作范圍向后驅(qū)動供給冷卻劑冷卻結(jié)構(gòu)的冷卻劑的溫度；以及 配備有助于氣流跨過氣體與液體熱交換器的至少一個空氣驅(qū)動設(shè)備，其中該控制器響應(yīng)供給氣體與液體熱交換器的 冷卻劑的溫度大于穿越氣體與液體熱交換器的氣流的溫度，自動調(diào)整該至少一個空氣驅(qū)動設(shè)備的轉(zhuǎn)速。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，進(jìn)一步包含配備有助于氣流跨過氣體與液體熱交換器的至少一個空氣驅(qū)動設(shè)備，其中該控制器響應(yīng)跨過氣體與液體熱交換器的氣流的溫度在指定空氣溫度范圍之外，自動調(diào)整該至少一個空氣驅(qū)動設(shè)備的轉(zhuǎn)速。
23.如權(quán)利要求20所述的方法，進(jìn)一步包含: 配備流體連通地與該冷卻劑回路的第二回路部分耦合和受控制器控制的第二回路控制閥，其中取決于該熱電陣列上的感測溫度，該控制器經(jīng)由該第二回路控制閥自動調(diào)整冷卻劑通過該冷卻劑回路的第二回路部分的流動； 配備流體連通地與該冷卻劑回路耦合的至少一臺冷卻劑泵，用于至少部分抽運(yùn)并行通過該冷卻劑回路的第一回路部分和第二回路部分的冷卻劑，其中該控制器響應(yīng)由通過該冷卻劑回路的第二回路部分的冷卻劑的調(diào)整引起的跨過第一回路部分的至少一部分查明的冷卻劑壓強(qiáng)的變化，自動調(diào)整至少一臺冷卻劑泵的操作；以及 其中響應(yīng)該熱電陣列上的感測溫度在指定溫度范圍之外，該控制器將至少一臺冷卻劑泵的操作速度自動調(diào)整到最大，以及響應(yīng)至少一臺冷卻劑泵已經(jīng)處在最大操作速度上，該控制器將第二回路控制閥自動調(diào)整成最大打開。
【文檔編號】G06F1/20GK103687442SQ201310416812
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月13日
【發(fā)明者】L.A.坎貝爾, 朱兆凡, M.P.戴維, 小邁克爾.J.埃爾斯沃思, M.K.延加, R.R.施米特, R.E.西蒙斯 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司