專利名稱：冷卻電子設(shè)備系統(tǒng)和冷卻電子設(shè)備框架的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及冷卻電子設(shè)備系統(tǒng)。具體地說，本發(fā)明涉及使用冷 卻液體冷卻流過電子設(shè)備系統(tǒng)的空氣并移除電子設(shè)備系統(tǒng)所產(chǎn)生的熱量來 促進(jìn)電子設(shè)備系統(tǒng)的空氣冷卻.背景技術(shù)集成電路芯片，以及包含芯片的模塊的功耗不斷增加以實(shí)現(xiàn)處理器性 能的提高。這一趨勢(shì)在模塊和系統(tǒng)級(jí)別都帶來了冷卻難題。需要增加空氣 流速以有效冷卻高功率的模塊并限制排入計(jì)算機(jī)中心的空氣的溫度。在許多大型服務(wù)器應(yīng)用中，處理器及其關(guān)聯(lián)的電子設(shè)備(例如，存儲(chǔ) 器、盤驅(qū)動(dòng)器、電源等)包裝在在機(jī)架或框架中堆疊或?qū)R的可移動(dòng)抽屜 配置中。在其他情況下，電子設(shè)備可以處于機(jī)架或框架中的固定位置。通 常，各組件被由一個(gè)或多個(gè)空氣移動(dòng)設(shè)備(例如，風(fēng)扇或鼓風(fēng)機(jī))推動(dòng)的 在平行氣流路徑中移動(dòng)(通常由前到后)的空氣來冷卻。在某些情況下，通過提供更大的氣流，例如，通過使用功率更大的空氣移動(dòng)i殳備或通過增 加現(xiàn)有空氣移動(dòng)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)速度(即，RPM)，可以處理單個(gè)抽屜中增加的 功耗。但是，這種方法在計(jì)算站(例如，數(shù)據(jù)中心)上下文中的框架級(jí)別 處變得不可管理。由離開框架的空氣所攜帶的相當(dāng)大的熱負(fù)荷將最終超出房間空調(diào)有效 處理該負(fù)荷的能力。對(duì)于大型"服務(wù)器農(nóng)場(chǎng)"計(jì)算站或緊鄰的大量計(jì)算機(jī) 框架組來說尤其如此。在此類安裝中，不僅房間空調(diào)會(huì)受到挑戰(zhàn)，而且這 種情況還可能導(dǎo)致再循環(huán)問題，即離開某一框架的"熱"空氣的一部分被 吸入同一或臨近框架的進(jìn)氣口。此外，雖然單個(gè)抽屜中功率更大(或更高RPM)的空氣移動(dòng)設(shè)備的噪音級(jí)別可能在可接受的聲音P艮度內(nèi)，但是由于框 架中空氣移動(dòng)設(shè)備的數(shù)量，在框架級(jí)別的總體噪音可能無法接受。此外， 框架中用于氣流進(jìn)出的常規(guī)開口使得難以(如果不是不可能的話)提供有 效的聲音控制以降低框架外的噪音級(jí)別。最后，隨著工作頻率不斷增加， 緊密安放的計(jì)算;feM匡架之間的電磁串?dāng)_變成問題，主要是由于蓋中開口的 存在。近來，嘗試通過將空氣冷卻與安裝在服務(wù)器機(jī)柜中的氣-液熱交換器相 結(jié)合來解決上述的一些問題。此方法的實(shí)例包括共同受讓的美國(guó)專利 No. 6， 819， 563和6, 775， 137中說明的系統(tǒng)，它們的內(nèi)轉(zhuǎn)在此引入作為參 考。盡管存在這些最近的空氣和液體冷卻系統(tǒng)，但是本領(lǐng)域仍需要進(jìn)一步 改進(jìn)對(duì)機(jī)架安裝的電子設(shè)備系統(tǒng)的冷卻。發(fā)明內(nèi)容在一個(gè)方面中，通過提供一種冷卻電子設(shè)備系統(tǒng)，克服了現(xiàn)有4支術(shù)的 缺點(diǎn)并實(shí)現(xiàn)了其他優(yōu)點(diǎn)，所述電子設(shè)備系統(tǒng)包括框架、容納所述框架的機(jī) 拒、用于在所述機(jī)根內(nèi)移動(dòng)空氣的空氣移動(dòng)設(shè)備，以及至少一個(gè)氣-液熱交 換器。包括包含至少一個(gè)要冷卻的電子設(shè)備組件的至少一個(gè)電子設(shè)備抽屜 的框架具有帶有進(jìn)氣口的正面以及帶有出氣口的背面，以便氣流穿過所述 至少一個(gè)電子設(shè)備抽屜進(jìn)出。所述;M巨包括位于所述框架正面的所述進(jìn)氣 口上方并與其具有間隔的前蓋、位于所述框架背面的所述出氣口上方并與 其具有間隔的后蓋、在所述框架的第一側(cè)面處的第一側(cè)面空氣回路，以及 在所述框架的第二側(cè)面處的笫二側(cè)面空氣回路。所述空氣移動(dòng)設(shè)備在所述 ;M巨中移動(dòng)空氣以形成穿過所述至少一個(gè)電子設(shè)備抽屜的氣流。其中在通 過所述框架的所迷出氣口流出時(shí)，氣流在所述后蓋處分流并經(jīng)由所述第一 側(cè)面空氣回路、所述第二側(cè)面空氣回路和所述機(jī)柜的所述前蓋返回所述框 架的所迷進(jìn)氣口 。將所述至少一個(gè)氣-液熱交換器布置在所述機(jī)根或所述框 架中，以促進(jìn)冷卻穿過所述至少一個(gè)電子設(shè)備抽屜的氣流，并由此冷卻所 述至少一個(gè)電子i殳備組件。
在另一個(gè)方面中，提供了一種冷卻電子設(shè)備系統(tǒng)，所述電子設(shè)備系統(tǒng)包括n個(gè)框架(其中n>2)、容納所述n個(gè)框架的機(jī)柜、用于在容納所述 n個(gè)框架的所述機(jī)根中移動(dòng)空氣的多個(gè)空氣移動(dòng)設(shè)備，以及多個(gè)氣-液熱交 換器。所述n個(gè)框架中的每個(gè)框架，其都包括包含至少一個(gè)要冷卻的電子 設(shè)備組件的至少一個(gè)電子設(shè)備抽屜，具有帶有進(jìn)氣口的正面以及帶有出氣 口的背面，以便氣流穿過所述至少一個(gè)電子設(shè)備抽屜進(jìn)出。所述機(jī)拒包括 n個(gè)前蓋和n個(gè)后蓋。每個(gè)前蓋位于相應(yīng)框架正面的進(jìn)氣口上方并與其具 有間隔，并且每個(gè)后蓋位于相應(yīng)框架背面的出氣口上方并與其具有間隔。 所述機(jī)拒還包括n+l個(gè)側(cè)面空氣回路，每個(gè)框架都具有布置在其第一側(cè)面 和第二側(cè)面的側(cè)面空氣回路。所述n+l個(gè)側(cè)面空氣回路中的至少一個(gè)側(cè)面 空氣回路是布置在所述n個(gè)框架中的兩個(gè)相鄰框架之間的共享側(cè)面空氣回 路。所述多個(gè)空氣移動(dòng)設(shè)備在每個(gè)框架內(nèi)形成穿過每個(gè)框架的所述至少一 個(gè)電子設(shè)備抽屜的氣流。其中在通過每個(gè)框架背面中的所述出氣口流出時(shí)， 氣流在所述后蓋處分流并經(jīng)由布置在所述框架的所述第一和第二側(cè)面的兩 個(gè)側(cè)面空氣回路以及所述前蓋返回到所述框架的所述進(jìn)氣口.對(duì)于至少兩 個(gè)相鄰框架，在其每個(gè)側(cè)面上的所迷兩個(gè)側(cè)面空氣回路中的至少一個(gè)側(cè)面 空氣回路是所述至少一個(gè)共享側(cè)面空氣回路，所述至少一個(gè)共享側(cè)面空氣 回*收從所述至少兩個(gè)相鄰框架流出的氣流的一部分.將所迷多個(gè)氣-液熱交換器布置在所述機(jī)拒和所述n個(gè)框架中的至少一個(gè)內(nèi)，以促進(jìn)冷卻 穿過每個(gè)框架的所述至少一個(gè)電子詔:備抽屜的氣流，并由此冷卻其中的所 述至少一個(gè)電子設(shè)備組件。在其他方面，提供了一種冷卻電子設(shè)備框架的方法。所述方法包括 提供容納框架的機(jī)根，所述框架包括至少一個(gè)電子設(shè)備抽屜，所述電子i殳 備抽屜包含至少一個(gè)要冷卻的電子設(shè)備組件，并且具有帶有進(jìn)氣口的正面 以及帶有出氣口的背面，以便氣流穿過所述至少一個(gè)電子設(shè)備抽屜進(jìn)出， 所述機(jī)柜包括位于所述框架正面的所述進(jìn)氣口上方并與其具有間隔的前 蓋、位于所述框架背面的所述出氣口上方并與其具有間隔的后蓋、在所述 框架的第一側(cè)面處的笫一側(cè)面空氣回路，以及在所述框架的第二側(cè)面處的
第二側(cè)面空氣回路；使用至少一個(gè)空氣移動(dòng)設(shè)備來形成穿過所述框架的所 述至少 一個(gè)電子設(shè)備抽屜的氣流，其中在通過所述框架的所迷出氣口流出 時(shí)，氣流在所述后蓋處分流并經(jīng)由所述第一側(cè)面空氣回路、所述第二側(cè)面 空氣回路和所述機(jī)根的所述前蓋返回所述框架的所述進(jìn)氣口 ；以及使用至 少一個(gè)布置在所iiiM巨和所述框架中的至少一個(gè)內(nèi)的氣-液熱交換器，以便 冷卻穿過所述至少一個(gè)電子i殳備抽屜的氣流，并由此冷卻所述至少一個(gè)電 子設(shè)備組件。此外，通過本發(fā)明的技術(shù)實(shí)現(xiàn)了其他特性和優(yōu)點(diǎn)。在此詳細(xì)說明了本 發(fā)明的其他實(shí)施例和方面并將其視為要求保護(hù)的發(fā)明的一部分。


在本說明書結(jié)尾處的權(quán)利要求書中具體指出并明確要求保護(hù)被看作本 發(fā)明的主題。從以下結(jié)合附圖的詳細(xì)說明，本發(fā)明的上述和其他目標(biāo)、特 性和優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，這些附圖是圖1示出了在可移動(dòng)抽屜中具有電子設(shè)備的常規(guī)空氣冷卻框架的一個(gè) 實(shí)施例；圖2是用于電子設(shè)備框架的使用側(cè)面安裝的冷卻系統(tǒng)(未示出到熱交 換器的冷卻劑連接)的常規(guī)橫向閉環(huán)氣液除熱系統(tǒng)的截面圖；圖3是圖2的電子設(shè)備框架和除熱系統(tǒng)的分解圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的包括閉環(huán)氣液冷卻系統(tǒng)及電子設(shè)^^框 架并4吏用分流的氣流的冷卻電子i殳備系統(tǒng)的 一個(gè)實(shí)施例的截面圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的具有前蓋和后蓋以及旋開以允許接 近電子設(shè)4"框架正面和背面的進(jìn)氣口熱交換器和出氣口熱交換器的圖4的 冷卻電子設(shè)備系統(tǒng)；圖6是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的每熱交換器的所需傳導(dǎo)率相對(duì)于如圖4 和5中示出的冷卻電子設(shè)備系統(tǒng)中傳遞的熱量，以及將單個(gè)氣-液熱交換器 實(shí)施方式與兩個(gè)串聯(lián)布置的氣-液熱交換器實(shí)施方式相比較的圖形；以及圖7是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的冷卻電子設(shè)備系統(tǒng)的截面圖，其中使用n+l個(gè)側(cè)面空氣回* n個(gè)框架連接在一起，且每個(gè)電子設(shè)備框架都與相 鄰電子設(shè)備框架共享至少一個(gè)側(cè)面空氣回路。
具體實(shí)施方式
如在此使用的，"電子設(shè)備系統(tǒng)"包括任何包含計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)或 多個(gè)發(fā)熱組件或其他要求冷卻的電子設(shè)備單元的系統(tǒng)。術(shù)語"電子設(shè)備機(jī) 架"、"電子設(shè)備框架，，和"框架"的使用可相互交換，并包括具有計(jì)算 機(jī)系統(tǒng)的發(fā)熱組件或電子設(shè)備系統(tǒng)的任何機(jī)殼、機(jī)架、隔板、刀片機(jī)箱等， 并可以例如是具有高端、中端或低端處理能力的獨(dú)立計(jì)算機(jī)處理器.在一 個(gè)實(shí)施例中，電子設(shè)備框架包括多個(gè)電子設(shè)備抽屜，每個(gè)電子設(shè)備抽屜都 具有一個(gè)或多個(gè)置于其中的要求冷卻的發(fā)熱組件."電子設(shè)備抽屜"指在 其中布置有一個(gè)或多個(gè)發(fā)熱電子設(shè)備組件(例如，包括一個(gè)或多個(gè)電子器 件或集成電路芯片)的任何子機(jī)殼、刀片、疊箱、抽屜、節(jié)點(diǎn)、隔板等。 電子設(shè)備框架的每個(gè)電子設(shè)備抽屜相對(duì)電子設(shè)備框架是可移動(dòng)或固定的， 其中機(jī)架安裝的電子設(shè)備抽屜和刀片中心系統(tǒng)的刀片是要冷卻的電子設(shè)備 框架的兩個(gè)實(shí)例。此外，如本文中使用的，"熱交換器"指例如本文所說明的閉環(huán)系統(tǒng) 的冷卻劑可以通過其循環(huán)的任何熱交換機(jī)構(gòu)；并且包括一個(gè)或多個(gè)或串聯(lián) 或并聯(lián)的分離熱交換設(shè)備.每個(gè)熱交換設(shè)備可以例如包括一個(gè)或多個(gè)冷卻 劑流動(dòng)路徑，該路徑由與多個(gè)氣冷冷卻片熱接觸的導(dǎo)熱管道(例如，銅或 其他管道)形成。另外，本文所說明的熱交換器的大小、配置和構(gòu)造可以 進(jìn)行變化而不偏離本發(fā)明的范圍，如圖1中所示，在現(xiàn)有技術(shù)中典型的機(jī)架安裝的配置中，多個(gè)空氣移 動(dòng)設(shè)備11 (例如，風(fēng)扇或鼓風(fēng)機(jī))提供了冷卻框架的電子設(shè)備抽屜13中 的電子設(shè)備組件12所需的強(qiáng)制氣流15.冷空氣通過框架正面的百葉式進(jìn) 口蓋14 pAA并通過框架背面的百葉式出口蓋16排出。圖2顯示了如在以上參考的共同受讓的美國(guó)專利No. 6， "5， 137中詳細(xì) 說明的閉環(huán)冷卻系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的截面圖。在此實(shí)施例中，閉環(huán)氣流101
的路徑本質(zhì)上是水平的，因?yàn)樗鼜囊粋?cè)傳遞到另一側(cè)。具體地說，由位于側(cè)面安裝的冷卻的空氣子框架102中的熱交換器21冷卻的空氣4皮導(dǎo)向前蓋 31中的電子設(shè)備框架10的正面。在空氣由空氣移動(dòng)設(shè)備ll推動(dòng)而通過電 子i殳備機(jī)架時(shí)，由電子設(shè)備器件U散發(fā)的熱量被傳遞給空氣.空氣由后蓋 32重新導(dǎo)入側(cè)面安裝的冷卻的空氣子框架102并因此完成閉環(huán)氣流，如果 需要，例如，可以將一個(gè)或多個(gè)空氣移動(dòng)設(shè)備25添加到側(cè)面安裝的冷卻的 空氣子框架102中，以處理與閉環(huán)氣a^目關(guān)聯(lián)的額外壓降。注意，熱交換 器21橫跨子框架的寬度呈對(duì)角M置。為了強(qiáng)調(diào)側(cè)面安裝的冷卻的空氣子框架的性質(zhì)，在圖3中示出了該組 件的分解平面圖。注意，后蓋32和前蓋31以及冷卻的空氣子框架102都 可以單獨(dú)運(yùn)輸并在現(xiàn)場(chǎng)組裝到電子設(shè)備框架。在一個(gè)實(shí)例中，圖2和3的閉環(huán)冷卻系統(tǒng)使用通過熱交換器的設(shè)備冷 卻水?？諝馕盏臒崃勘慌诺酵ㄟ^熱交換器的液體側(cè)的水，由此消除對(duì)客 戶空調(diào)的服務(wù)器熱負(fù)荷。通過提供低于室溫的水，可以使用相同的方案來 降低閉環(huán)中的冷卻空氣溫度并使用空氣冷卻來適應(yīng)更高的功耗。盡管圖2和3的閉環(huán)冷卻系統(tǒng)是在電子設(shè)備機(jī)架內(nèi)轉(zhuǎn)移由電子設(shè)備產(chǎn) 生的熱量而不影響機(jī)架外環(huán)境的有效方法，測(cè)試顯示所述概念在某些應(yīng)用 中限于移除約30 KW的熱量。此外，圖2和3的實(shí)施例中的單個(gè)水平布置 的氣流路徑包括兩個(gè)180度回轉(zhuǎn)， 一個(gè)在前蓋并且一個(gè)在后蓋，導(dǎo)致低于 理想空氣速度的模式(速度向量)，并導(dǎo)致電子設(shè)備抽屜中明顯的氣流分 布不均。作為一種解決方案，可以通過使用額外的隔板或更改蓋的外部曲 率來使氣流分布不均最小化，但是，這些解決方案增加了氣流阻力，這進(jìn) 一步限制了冷卻系統(tǒng)的整體性能，本發(fā)明的實(shí)施例使用閉路空氣循環(huán)除熱的原理，并引入分流的氣流概 念，以及將一個(gè)或多個(gè)熱交換器放置在電子設(shè)備框架或容納電子設(shè)備框架 的 巨中.通過分流氣流，可以產(chǎn)生兩個(gè)水平閉環(huán)氣流路徑。與圖2和3 的冷卻方法中使用的單個(gè)閉環(huán)氣流路徑相比，這兩個(gè)氣流路徑帶來了更低 的氣流阻力，此外，與圖2和3的冷卻方法中的單個(gè)氣流路徑相比，通過
分流的兩個(gè)氣流路徑的相互作用，很大程度地改善了氣流平衡(例如，與刀片中心實(shí)施方式關(guān)聯(lián))。其他優(yōu)點(diǎn)包括■沒有擴(kuò)大框架的高度，在噴頭離g少于9英尺的房間中這很重要，因?yàn)榘玻兑髲目蚣茼敳康絿婎^最少為18英寸。 ■可以使用具有本文下述特點(diǎn)的容納機(jī)拒來容易地改進(jìn)現(xiàn)有的電子設(shè)備框架?！?一個(gè)或多個(gè)熱交換器的放置允許具有關(guān)聯(lián)大型除熱能力的較大 尺寸。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的總體表示為400的冷卻電子設(shè)備系 統(tǒng)的一種具體實(shí)施方式
。系統(tǒng)400包括框架410，后者具有置于其中的至 少一個(gè)電子設(shè)備抽屜415。電子設(shè)備抽屜415 (其包括一個(gè)或多個(gè)要冷卻的 電子設(shè)備組件)具有帶有進(jìn)氣口的正面411和帶有出氣口的背面"2，以 便氣流穿過所述至少一個(gè)電子設(shè)4^抽屜415分別進(jìn)出。在本文說明的實(shí)例 中，假定(僅通過實(shí)例的方式)氣流總體上從電子設(shè)備框架的正面流向背 面。框架410還包括第一側(cè)面413和第二側(cè)面414。機(jī)拒完整地容納或包括框架410，其中空氣沿著多個(gè)閉環(huán)路徑之一在 機(jī)柜內(nèi)部循環(huán)。機(jī)根包括置于框架正面411的進(jìn)氣口之上的前蓋431、置 于框架背面412的出氣口之上的后蓋432、笫一側(cè)面空氣回路或通道401 以及第二側(cè)面空氣回路或通道402。通過分隔;tM巨的第一側(cè)壁433與框架 的第二側(cè)面413，以及類似地分隔機(jī)拒的第二側(cè)壁"4與框架的第二側(cè)面 414來形成笫一和第二側(cè)面空氣回路401、 402。在一個(gè)實(shí)施例中，第一側(cè) 面空氣回路401和第二側(cè)面空氣回路402尺寸相同且對(duì)稱，并沿框架410的高度從其下部延伸到上部。在此實(shí)例中示出了進(jìn)口氣-液熱交換器421 (并假定與電子設(shè)備框架 410的正面411中的進(jìn)氣口對(duì)齊)，并假定出口氣-液熱交換器422與電子 設(shè)備框架410的背面412中的出氣口對(duì)齊，在此實(shí)施例中，將空氣移動(dòng)設(shè) 備416 (例如，風(fēng)扇或鼓風(fēng)機(jī))置于至少一個(gè)電子設(shè)備抽屜415的每個(gè)抽 屜內(nèi)，以形成從框架的進(jìn)氣口到出氣口穿過電子設(shè)備抽屜的氣流。 由于兩個(gè)側(cè)面空氣回路401、 402的存在，離開電子設(shè)備框架的氣流在 后蓋432分流，導(dǎo)致形成兩個(gè)閉環(huán)氣流路徑442、 444。與如圖2和3中示 出的冷卻方法相比，這兩個(gè)閉環(huán)氣流路徑442、 444導(dǎo)致4M巨內(nèi)更低的氣流 阻力。進(jìn)而，通過分流離開電子設(shè)備框架的氣流，實(shí)現(xiàn)了增強(qiáng)的氣流平衡?？梢詫?duì)圖4中示出的冷卻電子設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)^i午多改變。例如，可以在 電子設(shè)備框架的進(jìn)氣口或出氣口處使用單個(gè)熱交換器，或在需要時(shí)，可以 在側(cè)面空氣回路401、402之一或兩者處使用熱交換器。在圖4的實(shí)施例中， 側(cè)面空氣回路不包含熱交換器，而僅用作將空氣從W巨的后蓋導(dǎo)向前蓋的 通道。另夕卜，要注意的是，在示出的實(shí)施例中，進(jìn)口熱交換器和出口熱交 換器串耽改置，以便通過所述至少 一個(gè)電子設(shè)備抽屜的氣流首先通過進(jìn)口 熱交換器，然后通過出口熱交換器，圖5示出了圖4的冷卻電子i殳備系統(tǒng)的增強(qiáng)，其中如圖所示，進(jìn)口熱 交換器421和出口熱交換器422分別例如在正面411轉(zhuǎn)角和背面412轉(zhuǎn)角 處以鉸接的方式連接到框架410。此外，前蓋431和后蓋432以鉸接的方 式安裝到側(cè)壁(例如，機(jī)拒的第二側(cè)壁434)，由此允許獨(dú)立地移動(dòng)蓋和 熱交換器。此外，通過以鉸接的方式安裝進(jìn)口和出口熱交換器以及前蓋和 后蓋，可實(shí)現(xiàn)易于接近框架410，具體地說，接近框架的正面411和背面 412，以便接近一個(gè)或多個(gè)電子i殳^"抽屜415。通過圖6的曲線圖可以理解兩個(gè)熱交換器實(shí)施方式的熱量方面的優(yōu) 點(diǎn)。圖6示出了移除代表性的高端應(yīng)用(例如，IBM系統(tǒng)P5 575 )的給定 熱負(fù)荷所需的熱交換器傳導(dǎo)率。注意，計(jì)算的性能是基于相對(duì)較高的3200 cfm的氣流it;良。通過熱交換器的水流速度為15 gpm。要求到電子i殳備的 進(jìn)氣溫度為24匸，并且熱交換器中的進(jìn)水溫度為18t:。測(cè)試了圖2和3 的冷卻方法并展示了最高30KW的除熱能力，但是以較低的氣流(即，2400 cfm或更低)。具有例如40 KW和更高熱負(fù)荷的未來高端電子設(shè)備框架也 將具有與它們關(guān)聯(lián)的顯著更高的氣流。圖4和5的雙熱交換器方法展示了 適合接近50 KW熱負(fù)荷的能力。此外，如圖4和5所示，通過使用垂直于 氣流的熱交換器，消除了圖2和3的冷卻方法中與熱交換器的傾斜放置相 關(guān)聯(lián)的性能和壓降損失。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的總體表示為700的冷卻電子設(shè)備系 統(tǒng)的備選實(shí)施方式。在許多高密度數(shù)據(jù)中心應(yīng)用中，大量電子設(shè)備框架并 排放置成一行。根據(jù)圖7的實(shí)施方式，在相鄰電子設(shè)備框架之間插入共享 的側(cè)面空氣回路701，并且將側(cè)端空氣回路702布置在該行電子設(shè)備框架 的兩端，導(dǎo)致每個(gè)電子設(shè)備框架在其每個(gè)側(cè)面都具有側(cè)面空氣回路。冷卻電子設(shè)備系統(tǒng)包括n個(gè)框架710 (其中n〉2),它們又容納在枳i 拒中，在此實(shí)例中，機(jī)拒包括n個(gè)前蓋731和n個(gè)后蓋732，其中每個(gè)框 架710都具有關(guān)聯(lián)的前蓋和后蓋，通過每個(gè)電子設(shè)備框架710的氣流在相 應(yīng)的后蓋732再次分流以通過側(cè)面空氣回路701 ( 702 )返回到相應(yīng)的前蓋 731，并由此返回電子設(shè)備框架正面的進(jìn)氣口，以穿過所述至少一個(gè)要冷卻 的電子設(shè)備抽屜返回。因此，在每個(gè)電子設(shè)備框架中形成了兩個(gè)閉環(huán)氣流 路徑742、 744。如圖所示，前蓋731在相鄰側(cè)面730處形成斜度以便于獨(dú) 立于相鄰前蓋來打開每個(gè)前蓋，而后蓋732在相鄰側(cè)面730，處形成斜度以 l更于獨(dú)立于相鄰后蓋來打開每個(gè)后蓋。在一種實(shí)施方式中，側(cè)面空氣回路 701、 702又都形成為基本沿相應(yīng)框架的高度延伸的空氣通道，并且一個(gè)或 多個(gè)前蓋730，以及一個(gè)或多個(gè)后蓋732可以以4^接的方式連接。在每個(gè)側(cè)面空氣回路701、 702中，如圖2和3的實(shí)施例中那樣放置了 傾斜的氣-液熱交換器720。但是，與圖2和3的實(shí)施例相比，圖7的冷卻 電子i殳備系統(tǒng)70(H吏用共享空氣回路和分流的氣流方法，其中共享側(cè)面空 氣回路允許混合來自相鄰電子設(shè)備框架的氣流。結(jié)果是在每個(gè)電子設(shè)4^匡 架中形成了準(zhǔn)閉環(huán)氣流路徑742、 744，并實(shí)現(xiàn)了更緊湊的冷卻電子設(shè)備系 統(tǒng)，同時(shí)仍保持了雙氣流路徑的氣流平衡的優(yōu)點(diǎn)。盡管在此詳細(xì)示出和說明了優(yōu)選的實(shí)施例，但是對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員 顯而易見的是，在不偏離本發(fā)明的精神的情況下，可以做出各種修改、添 加、替換等，并且因此它們^L視為在如以下權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍 之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種冷卻電子設(shè)備系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括框架，其包括至少一個(gè)電子設(shè)備抽屜，所述電子設(shè)備抽屜包含至少一個(gè)要冷卻的電子設(shè)備組件，所述框架具有帶有進(jìn)氣口的正面以及帶有出氣口的背面，以便氣流穿過所述至少一個(gè)電子設(shè)備抽屜進(jìn)出；容納所述框架的機(jī)柜，所述機(jī)柜包括位于所述框架正面的所述進(jìn)氣口上方并與其具有間隔的前蓋、位于所述框架背面的所述出氣口上方并與其具有間隔的后蓋、在所述框架的第一側(cè)面處的第一側(cè)面空氣回路，以及在所述框架的第二側(cè)面處的第二側(cè)面空氣回路；空氣移動(dòng)設(shè)備，用于在容納所述框架的所述機(jī)柜中移動(dòng)空氣，所述空氣移動(dòng)設(shè)備形成穿過所述至少一個(gè)電子設(shè)備抽屜的氣流，其中在通過所述框架的所述出氣口流出時(shí)，氣流在所述后蓋處分流并經(jīng)由所述第一側(cè)面空氣回路、所述第二側(cè)面空氣回路和所述機(jī)柜的所述前蓋返回所述框架的所述進(jìn)氣口；至少一個(gè)氣-液熱交換器，所述交換器布置在所述機(jī)柜和所述框架中的至少一個(gè)內(nèi)，以促進(jìn)冷卻穿過所述至少一個(gè)電子設(shè)備抽屜的氣流，并由此冷卻所述至少一個(gè)電子設(shè)備組件。
2. 如權(quán)利要求l中所述的冷卻電子設(shè)備系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)氣-液熱交換器包括進(jìn)口熱交換器和出口熱交換器中的至少一個(gè)，所述進(jìn)口熱 交換器對(duì)準(zhǔn)所述框架正面中的所述進(jìn)氣口的至少一部分，并且所述出口熱 交換器對(duì)準(zhǔn)所述框架背面中的所述出氣口的至少一部分。
3. 如權(quán)利要求l中所迷的冷卻電子設(shè)備系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)氣-液熱交換器是多個(gè)氣-液熱交換器，所述多個(gè)氣-液熱交換器包括對(duì)準(zhǔn)所述 框架正面中的所述進(jìn)氣口的至少一部分的進(jìn)口熱交換器和對(duì)準(zhǔn)所述框架背 面中的所述出氣口的至少一部分的出口熱交換器，其中穿過所述至少一個(gè) 電子設(shè)備抽屜的氣流通過所述進(jìn)口熱交換器和所迷出口熱交換器兩者。
4. 如權(quán)利要求3中所述的冷卻電子設(shè)備系統(tǒng)，其中所述進(jìn)口熱交換器以鉸接的方式安裝到所述框架的正面，所述出口熱交換器以鉸接的方式安 裝到所述框架的背面，并且所述前蓋和后蓋都以鉸接的方式安裝到所i^1 拒的側(cè)壁并分別容納所述框架的所述正面和背面，
5. 如權(quán)利要求1中所述的冷卻電子設(shè)備系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)氣-液熱交換器布置在所述第一側(cè)面空氣回路和所述第二側(cè)面空氣回路中的至 少一個(gè)內(nèi)。
6. 如權(quán)利要求5中所述的冷卻電子i殳備系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)氣-液熱交換器是多個(gè)氣-液熱交換器，并且其中第一氣-液熱交換器布置在所 述第 一側(cè)面空氣回路中，并且第二氣-液熱交換器布置在所述笫二側(cè)面空氣 回路中。
7. 如權(quán)利要求l中所述的冷卻電子設(shè)備系統(tǒng)，其中所述第一側(cè)面空氣 回路和所述第二側(cè)面空氣回路是尺寸相似的側(cè)面空氣通道，并且其中布置 所述至少 一個(gè)空氣移動(dòng)設(shè)備以產(chǎn)生通過所#拒和所述框架的第 一氣流路 徑和第二氣流路徑，所迷第一氣流路徑通過所述第一側(cè)面空氣回路，而所 述第二氣流路徑通過所述第二側(cè)面空氣回路，
8. 如權(quán)利要求7中所述的冷卻電子設(shè)備系統(tǒng)，其中所迷第一氣5W4圣 通過所述框架、后蓋、笫一側(cè)面空氣回路和前蓋水平fel伸，而所述第二 氣流路徑通過所述框架、后蓋、第二側(cè)面空氣回路和前蓋水平地延伸。
9. 如權(quán)利要求7中所述的冷卻電子設(shè)備系統(tǒng)，其中所i^M巨的第一側(cè) 壁容納所述框架的所述第 一側(cè)面并與其具有間隔以限定所述第 一側(cè)面空氣 回路，并且所述機(jī)根的第二側(cè)壁容納所述框架的所述第二側(cè)面并與其具有 間隔以限定所述第二側(cè)面空氣回路。
10. 如權(quán)利要求1中所述的冷卻電子設(shè)備系統(tǒng)，還包括多個(gè)框架，每 個(gè)框架都包括至少一個(gè)電子設(shè)備抽屜，所述電子設(shè)備抽屜包含至少一個(gè)要 冷卻的電子設(shè)備組件，并且每個(gè)框架都具有帶有進(jìn)氣口的正面以及帶有出 氣口的背面以便氣流穿過所述至少一個(gè)電子設(shè)備抽屜進(jìn)出，并且其中每個(gè) 框架都具有與之關(guān)聯(lián)的位于所迷框架正面的所述進(jìn)氣口上方并與其具有間隔的前蓋，以;5L位于所述框架背面的所述出氣口上方并與其具有間隔的后 蓋，并且其中所述多個(gè)框架排成一行，所述行中的至少兩個(gè)相鄰框架由置 于其間的共享側(cè)面空氣回路隔開，每個(gè)共享側(cè)面空氣回路由所^目鄰框架使用，以便將通過每個(gè)框架的所述出氣口流出的氣流的至少一部分返回到 所述框架的所述進(jìn)氣口 ，并且其中將所述至少一個(gè)氣-液熱交換器布置在所 述共享側(cè)面空氣回路內(nèi)，以便同時(shí)冷卻來自所i^目鄰框架的氣流的至少一 部分。
11. 一種冷卻電子i殳備系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括n個(gè)框架，其中11>2，所述n個(gè)框架中的每個(gè)框架都包括至少一個(gè)電 子設(shè)備抽屜，所述電子設(shè)備抽屜包含至少一個(gè)要冷卻的電子設(shè)備組件，并 且所述n個(gè)框架中的每個(gè)框架都具有帶有進(jìn)氣口的正面以及帶有出氣口的 背面以^t氣流穿過所述至少 一個(gè)電子設(shè)備抽屜進(jìn)出；容納所述n個(gè)框架的機(jī)根，所i^L拒包括n個(gè)前蓋和n個(gè)后蓋，每個(gè) 前蓋位于相應(yīng)框架正面的進(jìn)氣口上方并與其具有間隔，并且每個(gè)后蓋位于 相應(yīng)框架背面的出氣口上方并與其具有間隔，所述^M巨還包括n+l個(gè)側(cè)面 空氣回路，每個(gè)框架都具有布置在其第一側(cè)面和第二側(cè)面的側(cè)面空氣回路， 所迷n+l個(gè)側(cè)面空氣回路中的至少一個(gè)側(cè)面空氣回路是布置在所述n個(gè)框 架中的兩個(gè)相鄰框架之間的共享側(cè)面空氣回路；多個(gè)空氣移動(dòng)設(shè)備，用于在容納所述n個(gè)框架的所i^巨中移動(dòng)空氣， 所迷多個(gè)空氣移動(dòng)設(shè)備在每個(gè)框架內(nèi)形成穿過每個(gè)框架的所述至少 一個(gè)電 子設(shè)^"抽屜的氣流，其中在通過每個(gè)框架背面中的所述出氣口流出時(shí)，氣 流在所述后蓋處分流并經(jīng)由布置在所述框架的所述第一和第二側(cè)面的兩個(gè) 側(cè)面空氣回路以及所述前蓋返回到所述框架的所述進(jìn)氣口 ，并且其中對(duì)于 至少兩個(gè)相鄰框架，在其每個(gè)側(cè)面上的所述兩個(gè)側(cè)面空氣回路中的至少一 個(gè)側(cè)面空氣回路包括所述至少一個(gè)共享側(cè)面空氣回路，所述至少 一個(gè)共享 側(cè)面空氣回#收從所述至少兩個(gè)相鄰框架流出的氣流的一部分；以及多個(gè)氣-液熱交換器，所述交換器布置在所iMM巨和所述n個(gè)框架中的 至少一個(gè)內(nèi)，以促進(jìn)冷卻穿過每個(gè)框架的所述至少一個(gè)電子設(shè)備抽屜的氣 流，并由此冷卻其中的所述至少一個(gè)電子設(shè)備組件。
12. 如權(quán)利要求11中所述的冷卻電子設(shè)備系統(tǒng)，其中所述多個(gè)氣-液 熱交換器包括n+l個(gè)氣-液熱交換器，每個(gè)氣-液熱交換器都布置在所述機(jī) 拒的所述n+l個(gè)側(cè)面空氣回路中的相應(yīng)側(cè)面空氣回路內(nèi)。
13. 如權(quán)利要求ll中所述的冷卻電子設(shè)備系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)共 享側(cè)面空氣回路是所迷n+l個(gè)側(cè)面空氣回路中的n-l個(gè)共享側(cè)面空氣回路， 每個(gè)共享側(cè)面空氣回路布置在所述n個(gè)框架中的兩個(gè)相鄰框架之間，并且其中每個(gè)共享側(cè)面空氣回M收從其兩個(gè)相鄰框架流出的氣流的一部分，
14. 如權(quán)利要求13中所述的冷卻電子設(shè)備系統(tǒng)，其中所述多個(gè)氣-液 熱交換器是n+l個(gè)氣-液熱交換器，每個(gè)氣-液熱交換器布置在所述n+l個(gè) 側(cè)面空氣回路中的相應(yīng)側(cè)面空氣回路內(nèi)，并且其中布置在每個(gè)共享側(cè)面空 氣回路內(nèi)的所述氣-液熱交換器同時(shí)冷卻來自其相鄰框架中的每個(gè)框架的 氣流的至少一部分。
15. 如權(quán)利要求ll中所述的冷卻電子設(shè)備系統(tǒng)，其中所述n+l個(gè)側(cè)面 空氣回路是尺寸相似的側(cè)面空氣通道，并且其中布置所述多個(gè)空氣移動(dòng)i殳 備以產(chǎn)生與所述n個(gè)框架中的每個(gè)框架關(guān)聯(lián)的第一氣流路徑和第二氣流路 徑.
16. 如權(quán)利要求15沖所述的冷卻電子設(shè)備系統(tǒng)，其中對(duì)于每個(gè)框架， 所述第一氣流路徑通過所述框架、相應(yīng)的后蓋、所述n+l個(gè)側(cè)面空氣回路 中的第 一側(cè)面空氣回路以及相應(yīng)的前蓋來水平地延伸，而所述第二氣流路 徑通過所述框架、相應(yīng)的后蓋、所迷n+l個(gè)側(cè)面空氣回路中的第二側(cè)面空 氣回路以及相應(yīng)的前蓋來水平地延伸，
17. —種冷卻電子設(shè)"l"框架的方法，所述方法包括 提供容納框架的機(jī)拒，所述框架包括至少一個(gè)電子設(shè)備抽屜，所述電子設(shè)備抽屜包含至少一個(gè)要冷卻的電子設(shè)備組件，并且具有帶有進(jìn)氣口的 正面以及帶有出氣口的背面，以〗更氣流穿過所述至少一個(gè)電子設(shè)備抽屜進(jìn) 出，所述機(jī)拒包括位于所述框架正面的所述進(jìn)氣口上方并與其具有間隔的 前蓋、位于所述框架背面的所迷出氣口上方并與其具有間隔的后蓋、在所 述框架的第一側(cè)面處的第一側(cè)面空氣回路，以M所述框架的第二側(cè)面處的第二側(cè)面空氣回路；使用至少 一個(gè)空氣移動(dòng)設(shè)備來形成穿過所迷框架的所述至少 一個(gè)電子 設(shè)備抽屜的氣流，其中在通過所述框架的所述出氣口流出時(shí)，氣流在所述 后蓋處分流并經(jīng)由所述第一側(cè)面空氣回路、所迷第二側(cè)面空氣回路和所述;M巨的所述前蓋返回所述框架的所述進(jìn)氣口；以及z使用至少一個(gè)布置在所述機(jī)柜和所述框架中的至少一個(gè)內(nèi)的氣-液熱 交換器，以^t冷卻穿過所述至少一個(gè)電子i殳備抽屜的氣流，并由此冷卻所 述至少 一個(gè)電子i殳備組件。
18. 如權(quán)利要求17中所述的方法，其中所迷使用包括使用進(jìn)口熱交換 器和出口熱交換器中的至少一個(gè)，所述進(jìn)口熱交換器對(duì)準(zhǔn)所述框架正面中 的所述進(jìn)氣口的至少一部分，并且所迷出口熱交換器對(duì)準(zhǔn)所述框架背面中 的所述出氣口的至少一部分。
19. 如權(quán)利要求18中所述的方法，其中所述形成包括形成通過所述機(jī) 拒和所述框架的笫一氣流路徑和第二氣流路徑，所述第一氣流路徑通過所 述框架、后蓋、第一側(cè)面空氣回路和前蓋水平地延伸，而所述第二氣流路 徑通過所述框架、后蓋、第二側(cè)面空氣回路和前蓋水平地延伸，
20. 如權(quán)利要求17中所述的方法，其中所述提供包括提供所iiiM巨以 容納多個(gè)框架，每個(gè)框架都包括至少一個(gè)電子設(shè)備抽屜，所述電子設(shè)備抽屜包含至少 一個(gè)要冷卻的電子設(shè)備組件，并且每個(gè)框架都具有帶有進(jìn)氣口 的正面以及帶有出氣口的背面以便氣流穿過所述至少一個(gè)電子設(shè)備抽屜進(jìn) 出，并且其中每個(gè)框架都具有與之關(guān)聯(lián)的位于所述框架正面的所迷進(jìn)氣口 上方并與其具有間隔的相應(yīng)前蓋，以及位于所述框架背面的所述出氣口上 方并與其具有間隔的相應(yīng)后蓋，并且其中所述多個(gè)框架排成一行，所述行 中的至少兩個(gè)相鄰框架由置于其間的共享側(cè)面空氣回路隔開，每個(gè)共享側(cè) 面空氣回路由所勤目鄰框架使用，以便將通過每個(gè)框架的所述出氣口流出 的氣流的至少一部分返回到所述框架的所述進(jìn)氣口 ，并且其中將所述至少 一個(gè)氣-液熱交換器布置在所述共享側(cè)面空氣回路內(nèi)，以便同時(shí)冷卻來自所 勤目鄰框架的氣流的至少一部分。
全文摘要
通過使用冷卻液體來冷卻進(jìn)入電子設(shè)備系統(tǒng)的空氣并移除由電子設(shè)備散發(fā)的熱量來加強(qiáng)對(duì)所述系統(tǒng)的空氣冷卻。冷卻電子設(shè)備系統(tǒng)包括具有抽屜的框架，所述抽屜包含要冷卻的電子設(shè)備組件。所述框架包括帶有進(jìn)氣口的正面以及帶有出氣口的背面。機(jī)柜容納所述框架，并包括位于所述進(jìn)氣口上方的前蓋、位于所述出氣口上方的后蓋，以及在所述框架的相對(duì)側(cè)處的第一和第二側(cè)面空氣回路。至少一個(gè)空氣移動(dòng)設(shè)備形成穿過所述電子設(shè)備抽屜的氣流。所述氣流在所述后蓋處分流并經(jīng)由所述第一和第二側(cè)面空氣回路以及所述前蓋返回所述進(jìn)氣口。氣-液熱交換器冷卻流過所述電子設(shè)備抽屜的空氣。
文檔編號(hào)G06F1/20GK101132688SQ20071014658
公開日2008年2月27日 申請(qǐng)日期2007年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月25日
發(fā)明者L·A·坎貝爾, M·J·小埃爾斯沃思, M·K·延格爾, R·E·西蒙斯, R·R·施密特, 朱兆凡 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司