專利名稱：采用水蒸氣壓縮系統(tǒng)促進(jìn)電子裝置機(jī)架冷卻的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子裝置的水冷技術(shù)，以及更具體而言，涉及用于冷卻電 子裝置的裝置和方法、冷卻劑屏蔽的電子裝置、以及用于冷卻電子裝置的 方法。
背景技術(shù)：
典型地，包括諸如個人計算機(jī)、服務(wù)器、工作站和/或大型計算機(jī)的電
子裝置需要用于冷卻諸如微處理器單元(此后稱為MPU)或中央處理單 元(此后稱為CPU)的熱源的冷卻設(shè)備，以便維持其性能穩(wěn)定。近來，日 益需要以高性能和高時鐘速率來操作電子裝置，于是除了舊的問題之外， 來自電子裝置的熱生成在計算技術(shù)中還產(chǎn)生了新的問題。
該問題正是MPU和/或CPU的熱生成，并且存在這樣的4支術(shù)預(yù)測， 即，最近的MPU (其操作時鐘速率約幾千兆赫茲)的熱生成密度會超過 原子反應(yīng)堆的熱密度，并在不久的將來達(dá)到太陽的熱生成密度。
作為減小熱生成問題的一個策略，以多核架構(gòu)來制造MPU和/或CPU， 以便在保持整體性能的同時減小每單核的指令；然而，單核的時鐘速率相 對于性能改善而言變得越來越高，熱排放與處理器性能之間的折衷將給最 近的處理器技術(shù)制造4艮高障礙。
此外，近期的電子裝置傾向于采用彼此協(xié)作操作的多個MPU和/或 CPU,即所謂的網(wǎng)格計算以及上述的多核架構(gòu)，所以即使抑制了單元MPU 和/或CPU的時鐘速率，每電子裝置的信息處理密度也會增加；由于多核 架構(gòu)或處理器之間的網(wǎng)格計算變得越來越流行和由于需要電子裝置的高性 能^作，該傾向?qū)⒈贿M(jìn)一步加劇。據(jù)、用于搜索引擎的信息或 企業(yè)數(shù)據(jù)的數(shù)量龐大的信息的數(shù)據(jù)中心中，設(shè)置多個計算設(shè)備，并且該多 個計算設(shè)備以相互協(xié)作的方式操作。為了處理對高性能計算的增加的需求， 這樣的數(shù)據(jù)中心傾向于iU艮其計算性能，因此歸因于計算和減小數(shù)據(jù)中心 的投資成本，數(shù)據(jù)中心的熱管理成為了需迫切解決的與全球變暖有關(guān)的嚴(yán) 重問題。
作為解決從電子裝置中的MPU或CPU熱排放的另一策略，公知采用 適當(dāng)?shù)睦鋮s劑對MPU或CPU的直接冷卻架構(gòu)。
圖14示出了用于電子裝置的采用空氣冷卻機(jī)制的典型冷卻系統(tǒng)1400。 圖14的冷卻系統(tǒng),皮構(gòu)建為在計算室中進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)的同時冷卻電子裝置。 在計算室的空間中，在地面1410上^1置電子裝置1440以計算各種lt據(jù)的。 電子裝置1440可以為，例如，工作站、服務(wù)器和/或大型計算機(jī)等。
冷卻器單元1420被設(shè)置在計算室中，以便主要向在地面1410之下形 成的空間1450提供冷卻的空氣?？臻g1450為冷卻的空氣等提供了流體通 路。地面1410包括多個穿孔板，冷卻的空氣可以通過該穿孔板從空間1450 向上到達(dá)計算室。
依賴于電子裝置1440的冷卻空氣入口的位置確定穿孔板1430在地面 1410上的位置。將冷卻空氣提供到電子裝置之間的空間中，電子裝置的進(jìn) 氣側(cè)(即低溫側(cè))彼此相對。
參考圖15，在圖15中示例了冷卻裝置的示意性空氣流1500。冷卻的 空氣1570通過在地面之下的空間1595并在穿孔板1580的位置處從地面之 下的空間1595流動到計算機(jī)室。穿孑L板1560被設(shè)置在被定位為面對彼此 低溫側(cè)的電子裝置之間。
然后，冷卻的空氣被從低溫側(cè)吸入到兩個電子裝置中，并與裝配在電 子裝置中的MPIJ和/或CPU進(jìn)行熱交換。然后，從兩個電子裝置的高溫 側(cè)排出加熱的空氣1590。此后，排出的加熱的空氣1590向上流動，然后 朝CRAC(即，計算室空調(diào)器1510、 1560)橫向流動，從而通過在CRAC 1510、 1560內(nèi)的空調(diào)部件再生冷卻的空氣。然后，為了電子裝置的熱管理，冷卻的空氣1570被重新供給到地面之下的空間1595。
對于上述傳統(tǒng)的冷卻裝置，冷卻的空氣主要用于冷卻MPU和/或CPU; 換言之，為了冷卻電子裝置而消耗了大部分的冷卻空氣。然后，必須將計 算室中的空調(diào)制備為單獨(dú)的空調(diào)系統(tǒng)?？蛇x地，為了在計算室中建立整體 空調(diào)，必須增加CARC的冷卻能力。
迄今為止已經(jīng)開發(fā)了用于電子裝置的直接冷卻架構(gòu)，以解決信息處理 裝置的熱消除。例如，日本專利(特開)No.2002-374086 (專利文獻(xiàn)1) 公開了用于機(jī)架安裝型信息處理裝置的冷卻裝置。在其公開的方案中，采 用包括7jC冷卻單元的機(jī)架，并在機(jī)架柜的每一個柱中提供水流通路。然后， 將通過柱的水引入到機(jī)架和CPU/LSI的水冷套，以便冷卻在機(jī)架中的組 件。
日本專利(特開)No.2005-100091 (專利文件2)還公開了直接^殳置 在CPU上的共享水冷卻模塊和強(qiáng)制空氣冷卻模塊的冷卻模塊，以便可以 切換空氣和水冷卻架構(gòu)。
日本專利(特開)No.2006-285670 (專利文件3)還公開了用于信息 處理裝置的刀片和包括該刀片的信息處理裝置。通過流經(jīng)在刀片中提供的 水通路的水來冷卻上述刀片。將CPU或其他熱源設(shè)置在刀片上并與刀片 進(jìn)行熱交換，由此通過水冷卻的刀片冷卻熱源。
如上所述，水冷卻架構(gòu)被認(rèn)為適合于電子裝置的冷卻架構(gòu)；然而，7> 知，水具有潛在的缺陷，即，當(dāng)水浸入電子裝置中時會引起電子裝置漏電。 當(dāng)在電子裝置的框體內(nèi)漏水時，諸如數(shù)據(jù)中心的電子裝置或設(shè)備將遭受巨 大的高成本損失。
同樣，為了解決漏水的問題，迄今為止已經(jīng)進(jìn)行了多種嘗試。例如， 日本專利(正審查)公開No.7-117330 (專利文件4)公開了一種冷卻裝置， 其在液體冷卻介質(zhì)的循環(huán)通路中包括腐蝕性離子的去除裝置。公開的去除 裝置可以選擇性去BM^腐蝕作用的陽離子以改善冷卻裝置的腐蝕。
雖然已經(jīng)做出了改善危險性高的從電子裝置的冷卻系統(tǒng)漏水的嘗試， 但仍沒有充分了解配管等等的腐蝕機(jī)理。那么，因為腐蝕及其規(guī)模實(shí)質(zhì)上依賴于設(shè)置電子裝置的特定的環(huán)境，所以實(shí)際上不能防止發(fā)生在各種M 下由腐蝕造成的問題。
此外，除了腐蝕之外，造成漏水的因素還包括例如由沖擊導(dǎo)致的割裂 或破損以及松脫的接合連接，因此難以在考慮上述所有因素時解決上述各 種因素并克服不利的效果。
因此，仍需要有效的冷卻裝置，并且隨著在提供數(shù)據(jù)中心的熱管理時
高性能計算范例(paradigm)變得通過設(shè)備和信息技術(shù)的進(jìn)步來實(shí)現(xiàn)，這 種需要變得越來越強(qiáng)烈。此外，存在克服電子裝置的熱排放的更高需求， 因此仍然希望用于包括MPU和/或CPU的電子裝置的新型冷卻裝置。
相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
日本專利(特開)No. 2002-374086
日本專利(特開)No. 2005-100091
日本專利(特開)No. 2006-285670
日本專利(審查的)公開No.7-117330

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為提供一種裝置，其可以有效和安全地去除在MPU和/ 或CPU周圍的熱而不會泄漏諸如水的冷卻介質(zhì)，并減小由計算導(dǎo)致的環(huán) 境負(fù)擔(dān)。
此外，本發(fā)明的另一目的為提併一種方法，用于冷卻適當(dāng)應(yīng)用到數(shù)據(jù) 中心的電子裝置，在所述數(shù)據(jù)中心中將諸如微型計算機(jī)、工作站、服務(wù)器 和大型計算機(jī)的多個電子裝置設(shè)置在一起，以便協(xié)作地處理有價值的信息。
本發(fā)明的又一目的為提供一種冷卻劑屏蔽的電子裝置，用于抑制從電 子裝置向外部環(huán)境排放熱，同時抑制數(shù)據(jù)中心的功率消耗，從而為防止全 球氣候變暖做出貢獻(xiàn)。
為了解決上述常規(guī)冷卻裝置的問題，本發(fā)明提供了 一種用于冷卻電子 裝置的裝置，其采用在相對于環(huán)境大氣壓力的減壓下的冷卻劑(例如水) 的潛熱冷卻裝置。在本發(fā)明的實(shí)施例中，提供了用于冷卻電子裝置的裝置。該電子裝置
包括通過被冷卻的冷卻劑來制冷的諸如MPU和/或CPU的半導(dǎo)體部件。 通過在蒸發(fā)器中，相對于電子裝置周圍的大氣壓力的減壓條件下的冷卻劑 蒸發(fā)的潛熱對冷卻劑進(jìn)行冷卻。當(dāng)在蒸發(fā)器中發(fā)生冷卻劑的蒸發(fā)時，因為 潛熱的去除而冷卻仍處于液態(tài)的冷卻劑，從而制備冷卻的冷卻劑。
通過旁路管線而與冷卻劑的蒸發(fā)器和冷凝器連通的壓縮機(jī)維持蒸發(fā)器 的減壓。
然后，通過在諸如微型計算機(jī)、企業(yè)服務(wù)器、工作站或大型計算機(jī)等 等的電子裝置的機(jī)殼、機(jī)架和/或計算節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部延伸的配置來循環(huán)冷卻的 冷卻劑，從而冷卻從電子裝置排放的空氣流，以便從電子裝置排放的空氣 流不會對在設(shè)置了電子裝置的諸如計算室的空間中的空氣調(diào)節(jié)能力產(chǎn)生不 利影響。
此外才艮據(jù)本發(fā)明，為了解決不可預(yù)測的漏水，冷卻劑在與電子裝置的 熱交換區(qū)中保持低于環(huán)境大氣壓力并由設(shè)置在該熱交換區(qū)的側(cè)面的上游處 的流動控制部件保持。因此，可以最小化冷卻劑泄漏的可能性。
冷卻劑在與冷卻空氣流進(jìn)行熱交換之后返回到蒸發(fā)器，以在減壓下重 復(fù)再生被冷卻的冷卻劑。
與蒸發(fā)器流體連通的冷凝器在壓縮機(jī)的下游接收冷卻劑的加壓蒸汽， 真空泵減小壓縮機(jī)下游的背壓并調(diào)整冷凝器中的壓力。通過冷卻塔、其他 適當(dāng)冷卻設(shè)備或熱交換槽將冷凝器中的冷卻劑冷卻到大約周圍溫度。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，提供了冷卻劑屏蔽的電子裝置。該冷卻劑 屏蔽的電子裝置包括用于計算信息的計算節(jié)點(diǎn)和用于保持計算單元的機(jī) 架，該計算節(jié)點(diǎn)包括多個部件，即，半導(dǎo)體部件、存儲器、I/O單元、總 線。冷卻劑屏蔽的電子裝置還包括一對側(cè)壁，并且側(cè)壁中的每一個都允許 冷卻劑從中通過。對于該冷卻劑屏蔽的電子裝置，門式熱交換板被可拆卸 地附著到用于包封計算節(jié)點(diǎn)和機(jī)架的機(jī)殼。門式熱交換器板接收冷卻劑并 包括螺旋式熱交換線圏，在熱交換線圏中的冷卻劑的壓力保持比周圍壓力 低。此外，冷卻劑屏蔽的電子裝置還包括設(shè)置在計算節(jié)點(diǎn)中的低溫區(qū)和風(fēng) 扇。通過冷卻劑來冷卻低溫區(qū)，同時與經(jīng)過該計算節(jié)點(diǎn)的空氣流進(jìn)4亍熱交 換。風(fēng)扇使得環(huán)境空氣流到計算節(jié)點(diǎn)中以形成朝向機(jī)殼的排放側(cè)的空氣流， 用于冷卻計算節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的構(gòu)件。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，提供了一種用于冷卻包括半導(dǎo)體的電子裝 置的方法。
所述方法包括以下步驟
生成^皮冷卻的冷卻劑，其具有比周圍壓力低的減壓；
經(jīng)由通過所述電子裝置的熱交換區(qū)的配管使所述,皮冷卻的冷卻劑進(jìn)行
循環(huán)，所述熱交換區(qū)處于所述電子裝置的高溫側(cè)；
在所述熱交換區(qū)與通過所述半導(dǎo)體元件的空氣流進(jìn)行熱交換； 使所述熱交換后的所述冷卻劑返回到冷凝器，所述冷凝器用于從所述
冷卻劑的蒸氣再生所述冷卻劑；
其中在所述熱交換區(qū)使所述冷卻劑的壓力保持比所述周圍壓力低。 此后，將使用在附圖中示出的實(shí)施例描述本發(fā)明；然而，應(yīng)該理解以
后描述的附圖僅僅是本發(fā)明的說明而不提供對本發(fā)明的任何限制。


圖1示出了通過包括本發(fā)明的裝置的數(shù)據(jù)中心控制系統(tǒng)進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)
的計算室；
圖2示出了冷卻裝置200的一般結(jié)構(gòu)；
圖3示出了冷卻裝置的另一實(shí)施例；
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的冷卻機(jī)制400的詳細(xì)實(shí)施例；
圖5示出了本發(fā)明的另 一冷卻機(jī)制500;
圖6示出了門式熱交換器(DHEX)板600的示意性透視圖7示出了 DHEX板600的放大結(jié)構(gòu)；
圖8示出了冷卻劑屏蔽的電子裝置800的實(shí)施例；
圖9示出了圖8所示的屏蔽的電子裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的示意性框圖900;圖10示出了計算節(jié)點(diǎn)940的示意性平面圖11示出了從其后側(cè)觀察的屏蔽的電子裝置1100的典型實(shí)施方式的實(shí)施例；
圖12示出了當(dāng)^f吏用水作為冷卻劑時冷卻裝置的冷卻性能；圖13示出了作為減小電子裝置的溫度的實(shí)例的另一圖1300;圖14示出了電子裝置的典型的冷卻裝置1400;以及圖15示出了圖14的冷卻裝置1400的示意性氣流。
具體實(shí)施例方式
圖l一般性地示出了實(shí)現(xiàn)裝置、方法和屏蔽的電子裝置的^t據(jù)中心控制系統(tǒng)。數(shù)據(jù)中心控制系統(tǒng)100包括CARC 110、多個電子裝置120-150以及自動環(huán)境監(jiān)視設(shè)備(此后，稱為AOEMF)160。上述裝置被設(shè)置在地板170上，地板170與樓板分離以提供用于公用配管的空間。；W1170具有《1入通過該空間提供的冷卻空氣的穿孔部分。
CRAC 110在計算室195中進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)和裝置的熱管理。CRAC 110通過供給管線118從建筑骨干空調(diào)系統(tǒng)接收經(jīng)冷卻的冷卻劑。通過風(fēng)扇112將計算室195中的空氣引入到CARS 110中，并且在熱交換機(jī)114中進(jìn)行熱交換之后使空氣返回到計算室195。
在熱交換器114中，提供諸如水的經(jīng)冷卻的冷卻劑以便與引入到CRAS IIO的空氣進(jìn)行熱交換，然后，冷卻劑的溫度由于熱交換而升高。然后，使經(jīng)加熱的冷卻劑返回到本發(fā)明的冷卻裝置以再生經(jīng)冷卻的冷卻劑。冷卻劑選自公知的冷卻介質(zhì)，例如，諸如CFC、 HCFC和HFC的氟利昂或諸如碳?xì)浠衔?hydro-carbon)、氨、二氧化碳、空氣以及水的自然冷卻介質(zhì)；然而，從全球環(huán)境和影響人類健康的觀點(diǎn)，水是最可能的作為冷卻劑的候選者。在下面的對最優(yōu)選實(shí)施方式的描述中，將個二沒由水作為冷卻劑來描4發(fā)明。
在所描述的實(shí)施例中，電子裝置包括多個計算單元120-150,但不限于此，還可以包括在計算室195中存在的諸如路由器、打印機(jī)的任何其他電子裝置。計算單元每一個都包括服務(wù)器122-126、 132-136、 144-148以及152-156。每一個服務(wù)器至少包括MPU、諸如RAM和/或ROM的存儲器、以及I/O接口和通過每一個都鄰近月良務(wù)器設(shè)置的風(fēng)扇引入到每一個服務(wù)器122-126、 132-136、 144-148以及152-156中的經(jīng)冷卻的空氣。
在圖1的實(shí)施例中，計算單元120-150包括不同的冷卻架構(gòu)。圖1的實(shí)施例僅僅是冷卻架構(gòu)的變型的實(shí)例，本發(fā)明的冷卻架構(gòu)不必對于各計算單元是不同的，并且在其他實(shí)施例中，從圖1的結(jié)構(gòu)中選擇的一種類型的冷卻架構(gòu)可以被安裝在數(shù)據(jù)中心中。作為實(shí)例，計算單元120包括后部門式熱交換器128,該后部門式熱交換器128被可脫離地附著到計算單元120的機(jī)殼或機(jī)架。當(dāng)使用后部門式熱交換器128時，經(jīng)過服務(wù)器122-126的空氣在通過后部門式熱交換器128進(jìn)行熱交換之后被排放到計算室195。來自本發(fā)明的冷卻裝置的冷卻水被引入到后部門式熱交換器128中，并且在與來自服務(wù)器122-126的排放的空氣熱交換之后，7jC返回到再生冷卻水的冷卻裝置。計算單元120的后部門式熱交換器128典型地去除了服務(wù)器102的約50%的熱負(fù)荷。在隨后將解釋冷卻裝置的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。
同樣，為計算單元130設(shè)置了前部門式熱交換器138。前部門式熱交換器138具有與后部門式熱交換器實(shí)質(zhì)上相同的結(jié)構(gòu)，將冷卻水引入其中，并在與來自計算單元130的排放空氣進(jìn)行熱交換之后熱7jC被返回到本發(fā)明的冷卻裝置。此后，上述后部門式熱交換器128和前部門式熱交換器138通常被稱為門式熱交換器，并在隨后描述冷卻裝置和DHEX的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。
此外，在計算單元140中采用另一實(shí)施方式。以稱為邊車(sidecar)的結(jié)構(gòu)構(gòu)建計算單元140。計算單元140的在其外殼140a中包圍了空氣。在外殼140a內(nèi)的服務(wù)器機(jī)架142被構(gòu)建為熱交換器，通過在機(jī)架142中形成的水通路將來自冷卻裝置的7jC循環(huán)到熱交換器。從服務(wù)器排放的空氣在外殼內(nèi)循環(huán)以使羞本上通過控制熱平衡切斷來自計算單元140的排熱。在邊車架構(gòu)的情況下，當(dāng)在外殼140a中理想屏蔽來自計算單元140的放熱時，可以去除約100%的服務(wù)器的熱負(fù)荷。
在圖l提供了又一實(shí)施方式實(shí)施例。計算單元150包括多個服務(wù)器，每一個服務(wù)器包括設(shè)置為與MPU 158成熱交換關(guān)系的冷板158a。來自冷卻裝置的冷卻7jC被引入到冷板158a以冷卻MPU 158b，然后返回到再生冷卻水的冷卻裝置。通過一系列泵118b-118e為上述多個計算單元110-150提供冷卻劑水，其中的每一個泵都通過獨(dú)立的配管提供環(huán)境大氣壓以下的水。優(yōu)選地，泵118b-118e選自諸如渦輪泵、離心泵和/或螺桿泵的非容積型泵，并還作為流動控制部件，即使發(fā)生不可預(yù)見的漏水而使得泵的正向壓力(即每一個泵的下游側(cè)方向的壓力)增加到大氣壓力，也可能發(fā)生水的逆流。在另一實(shí)施例中，圖l所清楚示出的流動控制部件被設(shè)置到數(shù)據(jù)中心控制系統(tǒng)100。為了處理緊急漏水，每一個流動控制部件包括通it^力感應(yīng)型閥194a-194e連接到熱交換器部件的上游側(cè)的配管192a-192e，以使7JC返回到7jC返回管線的低壓側(cè)。為了處理在計算單元120-150的熱交換區(qū)中的壓力升高，當(dāng)入口和出口側(cè)之間的壓力差等于或大于0.01MPa-0.101325MPa的預(yù)定壓力閾值時，激活壓力感應(yīng)型閥194a-194e。依賴于特定的應(yīng)用適當(dāng)?shù)卦O(shè)定闊值，并通過控制器162控制壓力感應(yīng)型閥194a畫194e。
此外，對于上述計算單元，數(shù)據(jù)中心控制系統(tǒng)IOO包括AOEMF160,AOEMF 160包括控制器162，控制器162通過檢測線路180、 190檢測下列溫度中的至少一個溫度在計算室195中的環(huán)境空氣溫度、服務(wù)器的溫度以及MPU的溫度?？刂破?62向本發(fā)明的冷卻裝置的部件的控制部反饋檢測結(jié)果，從而將計算室l卯中的空氣條件維持在預(yù)定的水平。AOEMF160包括附著到計算單元120-150中的任一個的冷卻架構(gòu)。
現(xiàn)在，參考圖2，示出了冷卻裝置200的一般結(jié)構(gòu)。冷卻裝置200包括電子裝置210、包括由方形虛線包圍的部件的水蒸氣壓縮型制冷器(chiller)單元(此后簡稱為WCU) 230。電子裝置210至少包括MPU和/或CPU并向外部返回計算結(jié)果以提供變化的信息或控制外部設(shè)備。
電子裝置210通常選自計算機(jī)，例如，個人計算機(jī)、服務(wù)器、工作站、大型計算機(jī)、外圍接口及其任何其他組合，并被設(shè)置在地面220上。地面220優(yōu)選具有穿孔板，以便如圖14所示安裝好A/C系統(tǒng)之后，引入由單獨(dú)
14的A/C系統(tǒng)提供的冷卻空氣。優(yōu)選在其中管理多個計算機(jī)來計算各種有價值信息的任何建筑或地下隧道的數(shù)據(jù)中心內(nèi)構(gòu)建冷卻裝置200。
電子裝置210通常包括由計算節(jié)點(diǎn)212和風(fēng)扇214構(gòu)成的組。風(fēng)扇214產(chǎn)生計算室中的環(huán)境溫度的空氣流216,由箭頭表示的該氣流流過計算節(jié)點(diǎn)212。術(shù)語"計算節(jié)點(diǎn)"在這里表示在計算時起主要作用的電子裝置210的部件，其由此包括/>^的MPU和/或CPU以及存儲器和適當(dāng)封裝內(nèi)的接口。當(dāng)電子裝置為服務(wù)器時，在其中包括多個計算節(jié)點(diǎn)以提供服務(wù)器所需的功能。
通過計算節(jié)點(diǎn)212的空氣流在通過才艮據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的熱交換線圈234冷卻到近似環(huán)境溫度之后被作為空氣流218排放。在另 一實(shí)施例中，風(fēng)扇214被設(shè)置在電子裝置210的右側(cè)(高溫側(cè))而不是其左側(cè)(低溫側(cè))。在該實(shí)施例中，風(fēng)扇從計算節(jié)點(diǎn)212將空氣抽向熱交換器線圏234并使其通過熱交換器線圏。
熱交換器線圈234延伸通過電子裝置210，以便在MPU等之間進(jìn)行熱交換之后的熱空氣可以容易地與熱交換器線圏234進(jìn)行熱交換過程。在電子裝置中熱交換線圏234延伸的區(qū)域限定了電子裝置的熱交換區(qū)。在上述實(shí)施例中，熱交換器線圏234提供了防止向計算室直接排放熱空氣的功能，并且電子裝置210不會向安裝有電子裝置210的數(shù)據(jù)中心的骨干空調(diào)裝置提供顯著的附加熱負(fù)荷。
WCU 230產(chǎn)生將供給到電子裝置210的冷卻水并包括在其中包含水作為冷卻劑介質(zhì)的蒸發(fā)器236和冷凝器238。蒸發(fā)器236在小于大氣壓力或設(shè)置了電子裝置的計算室的周圍壓力的減壓條件下使水蒸發(fā)。冷凝器238被i殳置為通過多個旁路管線與蒸發(fā)器236流體連通，并使由蒸發(fā)器236傳送的水蒸氣返回液態(tài)。
蒸發(fā)器236和冷凝器238通過連接管線258而流體連通，以保持水位254和256平衡，從而穩(wěn)定化通過冷卻裝置的循環(huán)的水面(head)。
在蒸發(fā)器236和冷凝器238中的剩余的空間同樣通過旁路管線240、244而流體連通，旁路管線240、 244均包括壓縮機(jī)242和旁路閥246。如上所述，蒸發(fā)器236作為用于通過水蒸發(fā)的潛熱來冷卻水的制冷機(jī)。為了冷卻，通過壓縮機(jī)242排空蒸發(fā)器236中的剩余空間。旁路閥246通過改變閥開啟的水平來控制蒸發(fā)器236內(nèi)的壓力減小水平。同樣，由真空泵250通過與真空泵250流體連通的配管排空冷凝器238以便為了補(bǔ)足由壓縮機(jī)242傳送的加壓的水蒸氣而使冷凝器238中的剩余空間的壓力處于穩(wěn)定狀態(tài)。
壓縮機(jī)242選自任何類型的壓縮機(jī)或泵。在所解釋的實(shí)施例中，壓縮機(jī)242可以為機(jī)械增壓泵，其通過以71/2弧度的相位差彼此鄰近的對稱或相同形狀的一組轉(zhuǎn)子來壓縮空氣。同樣，旁路閥246選自任何閥，只要該閥可以在蒸發(fā)器236與冷凝器238之間通過具有受控的范圍的流體連通。
因此，蒸發(fā)器236中的壓力變?yōu)闇p小的壓力。通過水的蒸發(fā)，從蒸發(fā)器236內(nèi)的液態(tài)水去除水的潛熱。由此，WCIJ230產(chǎn)生具有歸因于水的蒸發(fā)速率和蒸發(fā)的潛熱的適宜溫度范圍的冷卻水。冷卻水的該溫度的范圍為
O攝氏度到計算機(jī)室的環(huán)境溫度，更優(yōu)選，溫度范圍為從O攝氏度到25攝氏度，最優(yōu)選，通過比計算室的環(huán)境溫度低的溫度偏移來設(shè)定溫度，也就是預(yù)定的偏移值依賴于數(shù)據(jù)中心的骨干A/C系統(tǒng)的特定設(shè)置。
依賴于特定的條件設(shè)定這樣的預(yù)定偏移溫度，并且典型地對于計算單元而言，預(yù)定的偏移值的范圍為約10攝氏度到約20攝氏度。因為大的溫差可以增強(qiáng)熱交換效率，所以較低的溫JLA合適的；然而，當(dāng)7JC溫變得太低而超過預(yù)定的溫差時，會發(fā)生來自環(huán)境空氣的水的凝結(jié)。
同樣，在本實(shí)施例中不達(dá)到高于環(huán)境溫度的溫度，因為冷卻裝置不包括用于水的加熱部件。因此，本發(fā)明可以容易地在不使水凝結(jié)的溫度與環(huán)境溫度之間操作。由此，通過考慮避免環(huán)境空氣的7JC凝結(jié)的冷卻水的溫度，保持由壓縮機(jī)242和協(xié)調(diào)受控的旁路閥246所控制的蒸發(fā)器236的蒸發(fā)速率；同時在保持與大氣壓相比典型地0.101325MPa的低壓時還考慮提升水位到達(dá)配管232的最上位置的頂部的壓力差。此后將詳述水的壓力條件。
在圖2的另一實(shí)施例的冷卻裝置中，可以為配管232設(shè)置多個壓力傳感器，以侵監(jiān)視配管內(nèi)的水壓。在該實(shí)施例中，冷卻裝置200的控制器單元(未示出)監(jiān)視管線中的壓力并控制壓縮機(jī)242的操作和閥246的開啟 程度以在操作期間的范圍內(nèi)保持配管內(nèi)的壓力低于大氣壓力。此外，諸如 AOEMF 160的控制器通過線路中的壓力波動如險測漏水，從而警告系統(tǒng) 管理員。
將冷凝器238中的水254供給到用于空氣調(diào)節(jié)的冷卻塔260。由冷卻 塔260進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)的冷卻劑水通過配管262循環(huán)并通過噴淋到冷凝器 238中而返回。
可以獨(dú)立于用于建筑骨干A/C管線的另一冷卻塔而構(gòu)建冷卻塔260。 可選地，雖然冷卻裝置的COP會變得高于最優(yōu)選的實(shí)施例，但當(dāng)數(shù)據(jù)中 心的建筑采用冷卻7K循環(huán)的A/C系統(tǒng)時冷卻塔260可以與建筑骨干A/C管 線提供的冷卻塔共享。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，冷卻塔260可以采用開 放型水冷卻架構(gòu)。在開放型水冷卻架構(gòu)中，在冷卻塔中包含的水為井水、 河水和/或地下水，這些水可以被冷卻，或如果依賴于數(shù)據(jù)中心所處位置的 自然氣候而需要一定程度的加熱則可以通過地?zé)醽砑訜?。在可選的實(shí)施例 中，可以通過諸如渦輪型制冷機(jī)、或常船目互膨脹型制冷機(jī)的其他適宜的 冷卻設(shè)備取代冷卻塔260，雖然總COP會低于最優(yōu)選的實(shí)施例。
上述WCU 230通過水蒸發(fā)的潛熱來制備適宜的溫度范圍的冷卻水。 然后，通過配管232童新將冷卻7jC返回到電子裝置210，以與通過電子裝 置210中的計算節(jié)點(diǎn)的空氣流進(jìn)行熱交換。
此后，在與冷卻水進(jìn)行了熱交換之后的空氣流218被排放到周圍環(huán)境， 由此本發(fā)明減小了計算產(chǎn)生的熱對環(huán)境溫度的不利影響。該溫度的降低可 以減小約50%的總的熱消除。該降低有利于減小建筑骨干A/C的冷卻能 力，以便在保持預(yù)定的計算性能的同時減小維護(hù)和/或運(yùn)行成本。
此外，在本實(shí)施中，如上所述保持通過電子裝置210循環(huán)的水的壓力 低于0.101325 MPa，并將其減小到5KPa (約大氣壓力的1/20)。然后， 壓力減小范圍為從5KPa到比大氣壓力低的壓力。因此，如果發(fā)生漏水， 泄漏的水不會立即到達(dá)熱交換線圈234的外部，從而減輕了漏水的問題。 為了該目的，這樣的流動控制部件可以為循環(huán)泵248;在該實(shí)施例中，循環(huán)泵248選自這樣的類型，即通過片或齒輪^^力室內(nèi)或齒輪中的水不分 離從而為泵抽產(chǎn)生一個方向的流動，因此循環(huán)泵248選自所謂的非容積型 泵。例如，這樣的非容積型泵選自諸如渦輪泵、離心泵和/或螺桿泵，并被 配置為適于在低壓條件下應(yīng)用的封閉類型。除了上述實(shí)施例之外，用于流 動控制部件的又一實(shí)施例為采用設(shè)置在熱交換線圈234的上游管線的排水 管線。排水管線通過壓力感應(yīng)型閥與蒸發(fā)器236流體連通。在小于大氣壓 力時激活壓力感應(yīng)型閥，以4更在熱交換線圏234中的水流不會泄漏到電子 裝置。通過壓力感應(yīng)型閥激活上述非容積型循環(huán)泵和/或排水管線。
此外，在圖2中僅僅為了示例的目的而示出了單級的循環(huán)泵248;然 而，可以通過一系列非容積型泵代替循環(huán)泵248，所述一系列非容積型泵 能夠?qū)τ诿總€泵實(shí)現(xiàn)低水面和多級泵抽。因為以多級泵抽架構(gòu)選擇低水面 泵，當(dāng)與單級泵抽比較時，冷卻水的壓力保持比環(huán)境大氣壓力低。
考慮其性能，循環(huán)泵252、 266可以選自任何的常規(guī)類型，因為循環(huán)泵 252、 266的作用僅為沿箭頭C和D的方向分別傳送水。
圖3示出了冷卻裝置的另一實(shí)施例。圖3中的冷卻裝置300具有與圖 3中的冷卻裝置基;M目同的結(jié)構(gòu)；然而，冷卻裝置300包括熱交換槽360， 其中冷卻水從冷卻塔370循環(huán)到熱交換槽360。
在第二實(shí)施例中，7JC從配管362沿箭頭C的方向循環(huán)到熱交換槽360 而不是循環(huán)到冷卻塔370。水在熱交換槽360中冷卻，然后通過設(shè)置在配 管362中的噴淋部件返回到儲水器(reservoir) 338。
循環(huán)泵348通過配管332將蒸發(fā)器336中的7JC供給到電子裝置210， 循環(huán)泵348具有與圖2的實(shí)施例相同的架構(gòu)。然后，冷卻水基于在計算節(jié) 點(diǎn)312中的熱交換從空氣流318除去熱。然后，將冷卻的空氣流排放到計 算室，并將熱水返回到蒸發(fā)器336。此后，將重復(fù)圖2描述的冷卻水的再 生循環(huán)。
在圖3的實(shí)施例中，冷卻塔370可以與建筑骨干A/C管線共享而不為 冷卻裝置提供額外的冷卻塔。在該共享實(shí)施例中，可以通過增加沿箭頭D 的方向傳送水并連接到建筑骨干A/C管線的冷卻塔370的額外的配管380將本發(fā)明的冷卻裝置增加到電子裝置，這被認(rèn)為對建筑骨干A/C管線的影 響最小。因此，當(dāng)數(shù)據(jù)中心利用水循環(huán)建筑骨干A/C系統(tǒng)時，圖3描述的 冷卻裝置還提供了將冷卻裝置安裝到數(shù)據(jù)中心的低成本安裝。同樣，在圖 3的實(shí)施例中，可以通過諸如渦輪型制冷機(jī)、或常^目互膨脹型制冷機(jī)的 其他適宜的冷卻設(shè)備取代冷卻塔370，雖然總COP會低于最優(yōu)選的實(shí)施例。 在該實(shí)施例中，冷卻設(shè)備調(diào)節(jié)熱交換槽360中的水溫。
現(xiàn)在參考圖4，描述才艮據(jù)本發(fā)明的冷卻機(jī)構(gòu)400的詳細(xì)實(shí)施例。電子 裝置410在本實(shí)施例中稱為"企業(yè)服務(wù)器，，，其在內(nèi)部包含多個計算節(jié)點(diǎn)， 并且每一個計算節(jié)點(diǎn)由于操作而產(chǎn)生熱。電子裝置410在另一實(shí)施例中為 大型計算機(jī)和/或服務(wù)器、大型計算機(jī)及接口裝置的任何組合。
計算室中的空氣460、 470被通過風(fēng)扇(未示出)從低溫側(cè)抽到電子裝 置410中，并通過計算節(jié)點(diǎn)。當(dāng)空氣流沿箭頭480示出的方向移動時，流 進(jìn)電子裝置410的空氣被加熱。在箭頭480中，根部側(cè)480a為較低溫度側(cè)， 尖端側(cè)480b為較高溫度側(cè)。在圖4中，通過陰影線的密度示例了示意性 溫度分布；隨著陰影變淺，溫度變低。典型地，由于與MPU和/或CPU 的熱交換，尖端側(cè)的溫度變?yōu)榧s60攝氏度或更大。
在圖4的示例性實(shí)施例中，熱交換線圈234或熱交換線圏334被配置 為門式熱交換器320的一部分，門式熱交換器320被附著到電子裝置410 的后側(cè)或前側(cè)。電子裝置410被設(shè)置在包括沒有穿孔的地板440和具有穿 孔的地板450的地面上。
支撐地板440和穿孔ilMl 450以相對于14l層490具有足夠的偏移， 從而提供用作冷卻配管等的實(shí)體空間的間隔495。穿《141必0允許冷卻空 氣從間隔495流到計算室和冷卻裝置410中。同樣在地板處，提供開口 430 以來自本發(fā)明的冷卻裝置的配管。
在描述的配置中，由通過開口 430的配管引入水，并將該水的配管連 接到作為DHEX420的主要部件的熱交換線圏。通過熱交換線圏在DHEX 420中引入并循環(huán)水。僅僅通過DHEX420的熱空氣與DHEX420的熱交 換線圏中的流動的水進(jìn)行熱交換，然后在冷卻到適宜的溫度后被排放到計算室的環(huán)境氣氛中，如箭頭480c所示。
現(xiàn)在參考圖5，將解釋本發(fā)明的另一冷卻機(jī)構(gòu)。在圖5示例的實(shí)施例 中，空氣流和水流的大多數(shù)配置與圖4描述的實(shí)施例相同。同樣，圖5的 實(shí)施例包括泵單元535,用于增加對應(yīng)于水管線530中的循環(huán)期間的壓力 損失的壓力。泵單元535確保支持平滑地循環(huán)水以對抗管線中的水面和壓 力損失，同時保持水的壓力比環(huán)境大氣壓力低。
圖6示出了圖5所概要示出的門式熱交換器(DHEX)板600的詳細(xì) 透視圖。圖6 (a)示出了正面透視圖，以及圖6 (b)示出了背面透視圖。 這里，術(shù)語"正面"意義為面向機(jī)殼外部的面，以及術(shù)語"背面，，意義為 面向電子裝置的機(jī)殼內(nèi)部的面。圖6的DHEX板600包括熱交換線圈610、 支撐框架620、以及支撐枝630。熱交換線圏610對應(yīng)于圖2和3中示出的 管線234、 334。熱交換線圏610具有DHEX板600的沿橫向和垂直方向 擴(kuò)展的螺旋式結(jié)構(gòu)以確保在DHEX板600的有效面積上的有效和平均的熱 交換。
框架620牢固地支撐熱交換線圏610，并且支撐枝從支撐框架620延 伸。通過穿過多個開口 640、 650的諸如螺絲、螺栓和螺母的組、或快速連 接器的固定裝置，將支撐枝630可拆卸地固定到包含了電子裝置的部件的 計算單元的正面和/或背面。熱交換線圏610與設(shè)置在冷卻區(qū)的橫向邊緣的 內(nèi)部配管660流體連通，水通過內(nèi)部配管660流進(jìn)和流出熱交換線圏610。
現(xiàn)在參考圖7，示例了 DHEX板600的放大結(jié)構(gòu)700。圖7 (a)是平 面圖以及圖7(b)是DHEX板600沿箭頭E的方向的側(cè)視圖。如圖7(a) 所示，熱交換線圈610致密地覆蓋冷卻區(qū)680以便避免熱交換效率的不平 均并改善熱交換性能。同樣，在圖7(b)中，熱交換線圈610沿空氣流的 方向傾斜以增加與空氣流的有效熱交換面積，并改善DHEX板600的熱交 換性能。
從內(nèi)部配管660的端部，將配管670連接到WCF，從而允許循環(huán)冷 卻水。通過熔接、焊接、或銅焊直接固定內(nèi)部配管660和配管670?？蛇x 地，考慮到電子裝置的維護(hù)，通過適當(dāng)可脫離的連接器來彼此連接內(nèi)部配管660和配管670。
圖8示出了帶有水屏蔽的電子裝置800的示例性實(shí)施例，由圖2和3 示出的本發(fā)明的WCU 230或330和DHEX板600向電子裝置800提供通 過水蒸氣壓縮制備的冷卻水。在圖8示出的實(shí)施例中，將DHEX板600形 成為后部門式熱交換器，并且屏蔽的電子裝置800包括殼體810 (即，所 謂的附著框架)，并且殼體810包括機(jī)架和計算節(jié)點(diǎn)以及各種配管等等。 圖8示出的同一結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于正面門式熱交換器的情況，差別僅為熱交換 板的位置是在背面還是正面以及空氣流方向。在殼體810中，裝配機(jī)架的 一對側(cè)壁835、 845、多個計算節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)#1-#]\0以及DHEX板850,以 便在熱管理的M下提供計算功能。機(jī)架可以牢固支撐機(jī)殼810內(nèi)的計算 節(jié)點(diǎn)#1-#]\。
在解釋的實(shí)施例中，通過懸掛在機(jī)架的一端，將DHEX板850附著到 機(jī)架的背端，以便與背面機(jī)殼單獨(dú)裝配。在可選地實(shí)施例中，通過懸掛在 機(jī)殼810的一端，而將DHEX板850裝配到機(jī)殼810，從而將DHEX板 850的處理整合到殼體810的移動。對于上述屏蔽的電子裝置800，從機(jī)架 的側(cè)壁通過成對的連接器將冷卻水提供到計算節(jié)點(diǎn)830。側(cè)壁提供了用于 保存水的集流腔(manifold)并充當(dāng)水的流動通路?，F(xiàn)在參考圖8，詳細(xì) 解釋水屏蔽的冷卻架構(gòu)。
作為第一配管系統(tǒng)，將來自A/C供給管線870的水引入到根據(jù)本發(fā)明 的WCU組860中的WCU 1 ， WCU組860包括再生冷卻水的WCU 1和 WCU2。將來自WCU1的冷卻水引入側(cè)壁845。側(cè)壁835、 845包括在同 一垂直高度彼此相對的多個連接器接頭(joint)。對于位于同一垂直高度 的每一個連接器，由連接器通過連接管線840連接計算節(jié)點(diǎn)830，連接器 不會泄漏水(例如，公稱條件下的水)。
在描述的實(shí)施例中，側(cè)壁835、 845支撐N個計算節(jié)點(diǎn)，并且通過形 成了階梯流動通路的側(cè)壁835、 845將冷卻水引入到計算節(jié)點(diǎn)。例如，水流 進(jìn)計算節(jié)點(diǎn)830中在計算節(jié)點(diǎn)830內(nèi)的部件之間進(jìn)行熱交換。然后，水流 出計算節(jié)點(diǎn)并被引入到側(cè)壁845。然后，水沿相反的流動方向流到計算節(jié)
21點(diǎn)"節(jié)點(diǎn)弁N-1",之后重新引入到側(cè)壁835。相似的流動通路被提供給排 放位置，到WCU 1的配管815被連接到該排放位置。7jC到達(dá)排放點(diǎn)，該 排放點(diǎn)對應(yīng)于從配管815排放到WCU 1的位置。
通過WCU 2提供第二配管系統(tǒng)2，新冷卻水以與配管系統(tǒng)1相似的方 式流動；然而，來自WCU 2的冷卻7jc被引入到側(cè)壁835的較低位置，因 為提供配管系統(tǒng)2用于在DHEX板850處的熱交換。從連接器835a到附 著在DHEX板850的最下端的連接器850a將從側(cè)壁835排放的水泵抽并 引入到DHEX板850，以在DHEX板850處提供熱交換。
引入到DHEX板850的水經(jīng)過DHEX板850的熱交換線圏并與通過 計算節(jié)點(diǎn)830等等的空氣流進(jìn)行熱交換。然后，從連接器850b排放熱水， 并將熱水通過管線825經(jīng)由在側(cè)壁的最低端處的連接器845a傳遞到側(cè)壁 845。廢水最終通過形成在側(cè)壁845的排放口被排放并作為用于再生新鮮冷 卻水的水而返回到WCU 1。
上述的水流是考慮了配管系統(tǒng)1和配管系統(tǒng)2中的壓力平衡的可能的 實(shí)施例中的一種。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以容易理解，可以通過考慮實(shí)際情 況的特定結(jié)構(gòu)來調(diào)整流動路徑。
圖9示出了圖8示出的屏蔽的電子裝置800的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的示意性^f匡圖 卯0。如圖9所示，屏蔽的電子裝置800通常包括在矩形910中的部件，并 且這樣的部件包括殼體920、計算節(jié)點(diǎn)940以及DHEX板960。 DHEX板 960牢固地安裝到屏蔽的電子裝置的正面和/或背面。如上所述，DHEX板 960可以附著機(jī)架或機(jī)殼920。在描述的實(shí)施例中，DHEX板960被i殳置 在電子裝置的背面。機(jī)殼920從具有空氣入口 935的正面板930延伸到 DHEX板960,以包圍包括計算節(jié)點(diǎn)940等等的部件。WCU 970通過配管 980、 990與DHEX板960流體連通，以實(shí)現(xiàn)與空氣流和水以及計算節(jié)點(diǎn) 940的熱交換。
在描述的圖9的實(shí)施例中，根據(jù)圖8描述的實(shí)施例設(shè)計配管系統(tǒng)980、 990;然而，WCU970單獨(dú)將7JC供給到DHEX板960和計算節(jié)點(diǎn)940，以 便配管980將7K供給到DHEX板960，以及管線990將7jC供給到計算節(jié)點(diǎn)
22940。
配管系統(tǒng)980從WCU 970延伸到計算節(jié)點(diǎn)940的內(nèi)部(如虛線所示)， 并進(jìn)一步延伸到WCU 970，從而將水從計算節(jié)點(diǎn)940返回到WCU 970。 在計算節(jié)點(diǎn)940內(nèi)部延伸的配管提供了低溫區(qū)，以便當(dāng)冷卻空氣從中經(jīng)過 時可以通過冷部冷卻由風(fēng)扇995吸引到計算節(jié)點(diǎn)940中的冷卻空氣。低溫 區(qū)可以形成為包括在配管系統(tǒng)中的冷卻管線的配管通路。可選地，低溫區(qū) 可以被形成為冷板，MPU等等被設(shè)置在該冷板上并構(gòu)成熱交換關(guān)系。
現(xiàn)在參考圖10,示出了計算節(jié)點(diǎn)940的平面圖。計算節(jié)點(diǎn)940包含了 若干計算部件，例如，CPU 1010、 PCI總線單元1020、 1/0單元以及存儲 器(DDR2規(guī)范的SRAM)。在計算節(jié)點(diǎn)940的內(nèi)部，并列設(shè)置的冷卻管 線沿計算節(jié)點(diǎn)940的厚度方向(即，垂直與圖面的方向)^^f申并提餘f氐溫 區(qū)1050。在描述的實(shí)施例中，計算節(jié)點(diǎn)940包括多個CPU 1010，以及冷 卻風(fēng)扇^t附著到每一個CPU 1010以改善空氣冷卻效率。CPU 1010以所謂 的多核或CPU網(wǎng)格架構(gòu)的協(xié)作方式^Mt。雖然在描述的實(shí)施例中，以8 個CPU節(jié)點(diǎn)實(shí)施CPU 1010，然而根據(jù)本發(fā)明對包括在計算節(jié)點(diǎn)840中的 CPU或MPU的lt&本沒有限制。
配管1070流體連通至形成低溫區(qū)1050的冷卻管線，以便從機(jī)架側(cè)壁 中的一個側(cè)壁引入水，并在完成上述的熱交換方案之后將水從計算核返回 到另一機(jī)架側(cè)壁。計算節(jié)點(diǎn)840還包括風(fēng)扇1060，以便在對部件進(jìn)行空氣 冷卻時使冷卻空氣在計算節(jié)點(diǎn)840內(nèi)部流動。
圖11示出了從其機(jī)架側(cè)觀察的屏蔽的電子裝置的典型實(shí)施例。描述的 屏蔽電子裝置100被實(shí)施為用于處理有價值的企業(yè)信息、數(shù)據(jù)庫信息、或 互聯(lián)網(wǎng)信息等等的企業(yè)服務(wù)器1100。機(jī)殼1110在定位于地面1150的特定 位置上的企業(yè)服務(wù)器1100的背端處牢固地保持了 DHEX板1120。
地面1150具有開口 1160，其用于通過來自地面1150之下的空間的水 配管1130、 1140和其他實(shí)體配管。例如，水配管1150供給來自WCU的 冷卻水，水配管1140將廢水返回到用于再生冷卻水的WCU?？梢栽儆么?孔的地面與本發(fā)明的冷卻裝置，用于容易地采用已經(jīng)構(gòu)建的冷卻裝置；可選地，當(dāng)計算室的環(huán)境和數(shù)據(jù)中心的冷卻能力允許時而僅僅安裝本發(fā)明的 冷卻裝置。
這里，參考圖12，描述使用水作為冷卻劑時的冷卻裝置的冷卻性能。 圖12示出了由COP (性能系數(shù))的值與輸入水溫和輸出水溫的關(guān)系所表 示的冷卻性能曲線1200。縱坐標(biāo)表示COP值，橫坐標(biāo)表示輸出水溫。實(shí) 驗曲線表示輸入水溫。使用下列/》*公式計算COP值
<公式1>
COP-冷卻能力(kW) /消耗功率(kW)(1) 其中冷卻能力由空間中包圍的熱源確定，以及冷卻消耗功率為處理由熱源 排除的熱的電功率。因此高的COP值意味著高冷卻能力。
如圖13所示，在本發(fā)明的冷卻裝置中，COP值隨著出口水溫變高或 入口水溫變低而變小。這些觀察結(jié)果可以解釋為，當(dāng)倔j殳輸入水溫相同時， 具有較高溫度的水需要大的電功率以將水冷卻到設(shè)定溫度?？蛇x地，當(dāng)輸 入水溫低于目標(biāo)出口水溫(即，18才聶氏度)時，該水必定加熱輸入水，那 么電功率消耗是低的，從而有利于增加COP值。
如上面所描述的，因為在配置或線圈周圍的水凝結(jié)，所以低于給定值 的水溫是不希望的。對于這一點(diǎn)，考慮計算室中的正常溫度和濕度條件， 水的溫度范圍在最優(yōu)選的實(shí)施例中為從約IO攝氏度到約20攝氏度?，F(xiàn)在， 例如，假設(shè)要求18攝氏度的水。在該情況下，本實(shí)施例的COP值的范圍 為從約4.5到大于15，如圖12所示。
同樣，對于使用常規(guī)HFC制冷器單元的比較實(shí)例，用于產(chǎn)生18攝氏 度的冷卻水的COP值為約3.5。雖然圖12示出的COP值隨輸入和出口水 溫變化，但因為對于電子裝置的冷卻和/或數(shù)據(jù)中心的冷卻而言冷卻裝置是 精密的，所以差異是非常顯著的。如上所述，為了避免7jC凝結(jié)，希望水溫 低于輸入水溫幾攝氏度或最多低于約20攝氏度。在該溫度范圍，本發(fā)明的 冷卻裝置由此可以在電子裝置中提供充足的冷卻性能并具有優(yōu)良的冷卻效 率。
圖13示出了用于降低電子裝置的溫度的實(shí)例的另一圖1300。在圖1300中，縱坐標(biāo)表示從電子裝置的背端排氣的溫度(攝氏度)，橫坐標(biāo)表示在
電子裝置開始操作之后經(jīng)過的時間(分min)。
如圖13所示，僅僅在約10 min以內(nèi)，輸出空氣溫度從約20攝氏度增 加到約60攝氏度。該溫度相對于約20攝氏度的環(huán)境溫度而言是相當(dāng)高的。 然后，在操作時間的10min的位置處，開始到DHEX板的水循環(huán)。如圖 13所示，排放的空氣流的溫度迅速減小到約30攝氏度；這意味著，計算 單元的熱負(fù)荷相對于常規(guī)計算單元減小了約一半。
此外，發(fā)明人簡單測試了使用本冷卻裝置對二氧化碳排放的改善， DHEX板1可以從電子裝置的背面散出的約28kVA的熱中消除高達(dá)15 kVA (約50,000 BTU:英制熱量單位)的熱。因此，實(shí)施具有DHEX板的 冷卻裝置可以減小由電功率消耗和二氧化碳排放量導(dǎo)致的數(shù)據(jù)中心的熱問 題和/或數(shù)據(jù)中心的維護(hù)成本。
此外，本發(fā)明通過降低大自計算設(shè)備(例如，企業(yè)數(shù)據(jù)中心、 機(jī)構(gòu)和/或科學(xué)和技術(shù)機(jī)構(gòu)等等)的維護(hù)成本而減小了總的電功率消耗，同 時保持計算能力并確保電子裝置的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。除了上述顯著優(yōu)點(diǎn)之外，還
可以避免采用抗腐蝕添加劑和管理水質(zhì)量的維護(hù)成本，從而降低長期維護(hù) 成本。
如上所述，至此為止基于特定的實(shí)施例描述了本發(fā)明。然而，本發(fā)明 并不局限于上述特定的實(shí)施例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，基于本發(fā)明 的教導(dǎo)而存在許多其他的實(shí)施例、增加、刪除、備選實(shí)施例。然而，本發(fā) 明的范圍僅僅由所附權(quán)利要求限制。
權(quán)利要求
1.一種用于包括半導(dǎo)體元件的電子裝置的冷卻裝置，所述冷卻裝置包括蒸發(fā)器，其儲存冷卻劑，在比周圍壓力低的減壓下使所述冷卻劑蒸發(fā)，生成被冷卻的冷卻劑；冷凝器，其通過旁路管線與所述蒸發(fā)器連通，從所述冷卻劑的蒸氣再生所述冷卻劑；以及循環(huán)泵和配管，其將所述被冷卻的冷卻劑供給到所述電子裝置的熱交換區(qū)，在所述電子裝置的高溫側(cè)，與通過所述半導(dǎo)體元件的空氣流進(jìn)行熱交換，將所述熱交換之后的所述冷卻劑返回到所述冷凝器，在所述熱交換區(qū)的上游配置流動控制部件，經(jīng)由所述流動控制部件在所述熱交換區(qū)使所述冷卻劑的壓力保持比周圍壓力低。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的冷卻裝置，其中，所述第一旁路管線包括用于使所述冷卻劑的所述蒸氣返回到所述冷凝器的壓縮機(jī)，所述冷卻裝置還包括第二旁路管線，該第二旁路管線包括控制所述減壓的閥。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的冷卻裝置，其中，真空泵連接于所述冷凝器，調(diào)整所述冷凝器內(nèi)部的壓力。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的冷卻裝置，其中，所述冷凝器內(nèi)的所述冷卻劑向冷卻i更備、或熱交換槽循環(huán)，所述熱交換槽通過用于調(diào)和所述冷卻劑的溫度的冷卻設(shè)備來保持。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的冷卻裝置，其中，所述冷卻劑是水，所述半導(dǎo)體部件是微處理器單元以及中央運(yùn)算單元，或者是其中的任一個。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的冷卻裝置，其中，所述電子裝置被配置在管理計算機(jī)進(jìn)行的計算M算的數(shù)據(jù)中心的計算機(jī)室內(nèi)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的冷卻裝置，其中，所述電子裝置包括計算機(jī)運(yùn)算單元和低溫區(qū)，所述計算機(jī)運(yùn)算單元包括用于計算機(jī)信息處理的半導(dǎo)體元件、存儲器、輸入輸出單元以及總線，所述低溫區(qū)被配置在所迷計算機(jī)運(yùn)算單元內(nèi)，所述熱交換區(qū)是可拆卸地附著到所述電子裝置并單獨(dú)準(zhǔn)備的門式熱交換面板，所述冷卻劑的所述配管在所述低溫區(qū)內(nèi)延伸。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的冷卻裝置，其中，所述冷卻劑是水，穿過所述冷卻裝置的所述水的溫度比所述冷卻裝置的周圍溫度低。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的冷卻裝置，其中，所述冷卻裝置包括計算機(jī)室內(nèi)的環(huán)境監(jiān)視設(shè)備，所述環(huán)境監(jiān)視設(shè)備包括用于經(jīng)由檢測信號線檢測從所述計算機(jī)室內(nèi)的周圍空氣的溫度、計算機(jī)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)的溫度、所述電子裝置的溫度、以及所述半導(dǎo)體元件的溫度中選擇的至少一種溫度的控制器，所述控制器控制所述冷卻裝置的元件，使所述冷卻劑的溫度保持在從IO"C到所述計算機(jī)室內(nèi)的所述溫度之間，并且將所述計算機(jī)室內(nèi)的周圍溫度設(shè)為預(yù)定的水平。
10. —種冷卻劑屏蔽的電子裝置，所述冷卻劑屏蔽的電子裝置包括計算機(jī)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)，其包括用于計算機(jī)信息處理的部件，所述部件分別包括半導(dǎo)體元件、存儲器、輸入輸出單元以及總線；機(jī)架，其包括一組側(cè)壁并用于保持所述計算機(jī)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)，所述側(cè)壁能夠分別使所述冷卻劑通過該側(cè)壁中；以及門式熱交換面板，其可拆卸地附著到所述冷卻劑屏蔽的電子裝置，所述門式熱交換面板包括螺旋式熱交換線圏，該螺旋式熱交換線圏接受所述冷卻劑，并經(jīng)由用于所述冷卻劑的流動控制部件^f吏所述冷卻劑的壓力保持比周圍壓力低。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的冷卻劑屏蔽的電子裝置，其中，所述計算機(jī)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)包括低溫區(qū)和風(fēng)扇，所述低溫區(qū)由配置在所述計算M算節(jié)點(diǎn)內(nèi)的所述冷卻劑進(jìn)行冷卻，所述風(fēng)扇^ 1起向所述計算機(jī)逸算節(jié)點(diǎn)和所述門式熱交換面板流動的空氣流，以冷卻所述計算機(jī)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的所述部件。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的冷卻劑屏蔽的電子裝置，其中，通過所述半導(dǎo)體元件之后的所述空氣流在通過所述門式熱交換面板而被冷卻之后被排放到所述冷卻劑屏蔽的電子裝置之外。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的冷卻劑屏蔽的電子裝置，其中，所述冷卻劑是水，所述半導(dǎo)體部件是微處理器單元以及中央運(yùn)算單元，或者是其中的任一個。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的冷卻劑屏蔽的電子裝置，其中，所述冷卻劑屏蔽的電子裝置被配置在管理計算機(jī)進(jìn)行的計算^:算的數(shù)據(jù)中心的計算機(jī)室內(nèi)。
15. —種用于冷卻包括半導(dǎo)體元件的電子裝置的方法，所述方法包括以下步驟生成被冷卻的冷卻劑，其具有比周圍壓力低的減壓；經(jīng)由通過所述電子裝置的熱交換區(qū)的配管使所述被冷卻的冷卻劑進(jìn)行循環(huán)，所述熱交換區(qū)處于所述電子裝置的高溫側(cè)；在所述熱交換區(qū)與通過所述半導(dǎo)體元件的空氣流進(jìn)行熱交換；以及使所述熱交換后的所述冷卻劑返回到冷凝器，所述冷凝器用于從所述冷卻劑的蒸氣再生所述冷卻劑，經(jīng)由用于所述冷卻劑的流動控制部件，在所述熱交換區(qū)使所述冷卻劑的壓力保持比所述周圍壓力低。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述方法還包括如下步驟通iti^接于用于返回所述蒸氣的第一旁路管線的壓縮機(jī)和連接于第二旁路管線的閥，控制所述減壓。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述方法還包括如下步驟通過連接于所述冷凝器的真空泵來調(diào)整所述冷凝器內(nèi)部的壓力。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述方法還包括如下步驟經(jīng)由熱交換槽或冷卻設(shè)備，使所述冷凝器內(nèi)的所述冷卻劑進(jìn)行循環(huán)，所述熱交換槽通過用于調(diào)和所述冷卻劑的溫度的冷卻設(shè)備來保持。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述冷卻劑是水，所述半導(dǎo)體部件是微處理器單元以及中央運(yùn)算單元，或者是其中的任一個，所述電子裝置被配置在管理計算機(jī)進(jìn)行的計算M算的數(shù)據(jù)中心的計算機(jī)室內(nèi)，所述方法還包括以下步驟經(jīng)由檢測信號線檢測從所述計算機(jī)室內(nèi)的周圍空氣溫度、計算M算節(jié)點(diǎn)的溫度、所述電子裝置的溫度以及所述半導(dǎo)體元件的溫度中選擇的至少一種溫度；和使所述冷卻劑的溫度保持在從IOTC到所述計算機(jī)室內(nèi)的所述溫度之間，并且將所述計算機(jī)室內(nèi)的周圍溫度控制在預(yù)定的水平。
20. —種冷卻劑屏蔽的電子裝置，所述冷卻劑屏蔽的電子裝置包括計算機(jī)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)，其包括用于計算機(jī)倌息處理的部件，所述部件分別包括半導(dǎo)體元件、存儲器、輸入輸出單元以及總線；機(jī)架，其包括一組側(cè)壁并用于保持所述計算機(jī)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)，所述側(cè)壁能夠分別4吏所述冷卻劑通過該側(cè)壁中；以及門式熱交換面板，其可拆卸地附著到所述冷卻劑屏蔽的電子裝置，所述門式熱交換面板包括螺旋式熱交換線圈，該螺旋式熱交換線圏接受所述冷卻劑，并經(jīng)由用于所述冷卻劑的流動控制部件4吏所述冷卻劑的壓力保持比周圍壓力低，所述計算機(jī)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)包括低溫區(qū)和風(fēng)扇，所述低溫區(qū)由配置在所述計算機(jī)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)內(nèi)的所述冷卻劑進(jìn)行冷卻，所述風(fēng)扇51起向所述計算機(jī)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)和所述門式熱交換面板流動的空氣流，以冷卻所述計算M算節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的所述部件，所述冷卻劑是水，所述半導(dǎo)體部件是孩t處理器單元以及中央運(yùn)算單元，或者是其中的任一個。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于促進(jìn)電子裝置機(jī)架冷卻的裝置以及方法。用于冷卻包括半導(dǎo)體元件的電子裝置的冷卻裝置，包括蒸發(fā)器、冷凝器以及循環(huán)泵和配管，所述蒸發(fā)器儲存冷卻劑，在比周圍壓力低的減壓下使冷卻劑蒸發(fā)，生成被冷卻的冷卻劑；所述冷凝器通過旁路管線與蒸發(fā)器連通，從冷卻劑的蒸氣再生冷卻劑；所述循環(huán)泵和配管將被冷卻的冷卻劑供給到電子裝置的熱交換區(qū)，在電子裝置的高溫側(cè)，與通過半導(dǎo)體元件的空氣流進(jìn)行熱交換，將熱交換之后的冷卻劑返回到冷凝器；在與空氣流的熱交換區(qū)使冷卻劑的壓力保持比周圍壓力低。
文檔編號G06F1/20GK101677091SQ20091017191
公開日2010年3月24日 申請日期2009年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月19日
發(fā)明者R·R·施密特, 井上良則, 今井正昭, 塚本剛史, 小內(nèi)實(shí), 船津正義, 高吉順二 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司