冷卻單元和冷卻方法
【專利說明】冷卻單元和冷卻方法
[0001]發(fā)明背景
[0002]1.公開領(lǐng)域
[0003]本公開的各方面總體上涉及包含用來安置數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)和電信設(shè)備的機(jī)架和外殼的數(shù)據(jù)中心，并且更具體地涉及用來冷卻被這種機(jī)架和殼體安置的設(shè)備的冷卻系統(tǒng)和冷卻方法。
[0004]2.相關(guān)技術(shù)討論
[0005]用于安置諸如數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)和電信設(shè)備的電子設(shè)備的設(shè)備殼體或機(jī)架已經(jīng)被使用了很多年。這種機(jī)架用來將設(shè)備包含和安排在小型布線室以及設(shè)備機(jī)房和大型數(shù)據(jù)中心中。在某些實(shí)施方式中，設(shè)備機(jī)架可以是開放的結(jié)構(gòu)并可以被安置在機(jī)架殼體內(nèi)，但是當(dāng)引用機(jī)架時(shí)可以包括殼體。
[0006]多年來，已經(jīng)研發(fā)了許多不同的標(biāo)準(zhǔn)以使設(shè)備制造商能夠設(shè)計(jì)可以安裝在由不同制造商制造的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架中的機(jī)架上可安裝的設(shè)備。標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架通常包含前部安裝導(dǎo)軌，諸如服務(wù)器、CPU和電信設(shè)備的電子設(shè)備的多個(gè)單元安裝到該導(dǎo)軌并豎直地堆疊在機(jī)架內(nèi)。示例性工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架大約六英尺到六英尺半高，大約二十四英寸寬和大約四十英寸深。這種機(jī)架通常被稱為如通過電子工業(yè)協(xié)會的EIA-310-D標(biāo)準(zhǔn)所定義的“十九英寸”機(jī)架。十九英寸機(jī)架廣泛用在數(shù)據(jù)中心和其它大型設(shè)施中。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，數(shù)據(jù)中心包含數(shù)以百計(jì)的這些機(jī)架不是罕見的。此外，隨著計(jì)算機(jī)設(shè)備不斷減小尺寸，并且特別是，隨著計(jì)算機(jī)服務(wù)器和葉片不斷減小尺寸，安裝在每個(gè)機(jī)架中的電氣設(shè)備的數(shù)量一直在增加，引發(fā)了對于充分冷卻設(shè)備的關(guān)注。
[0007]由機(jī)架上安裝的設(shè)備產(chǎn)生的熱量可能對設(shè)備組件的性能、可靠性和使用壽命具有不利影響。特別是，安置在殼體內(nèi)的機(jī)架上安裝的設(shè)備可能在運(yùn)行期間易受殼體的范圍內(nèi)產(chǎn)生的熱積累和熱點(diǎn)的影響。由設(shè)備的機(jī)架產(chǎn)生的熱量取決于由機(jī)架中的設(shè)備在運(yùn)行期間獲取的電功率的量。此外，電子設(shè)備的用戶可以在其需求變化和發(fā)展出新的需求時(shí)添加、移除和重新安排機(jī)架上安裝的組件。
[0008]以前，在某些結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)中心已經(jīng)通過通常圍繞數(shù)據(jù)中心機(jī)房的外圍放置的計(jì)算機(jī)機(jī)房空調(diào)(“CRAC”)單元來冷卻。這些CRAC單元吸入來自于該單元的前部的空氣并朝著數(shù)據(jù)中心機(jī)房的頂板向上輸出較冷的空氣。在其它的實(shí)施方式中，CRAC單元吸入來自于數(shù)據(jù)中心機(jī)房的頂板的空氣并在凸出的底板下排出較冷的空氣，用于將其遞送到設(shè)備機(jī)架的前部。一般說來，這種CRAC單元吸入室溫空氣(在約72° F)并排出冷空氣(在約55° F)，該冷空氣被吹到數(shù)據(jù)中心機(jī)房中并與在設(shè)備機(jī)架處或其附近的室溫空氣混合。機(jī)架上安裝的設(shè)備通常通過沿機(jī)架的前側(cè)或空氣輸入側(cè)吸取空氣、吸入空氣穿過機(jī)架的組件、并且隨后從機(jī)架的背部或通風(fēng)孔側(cè)排出空氣來冷卻其自身。
[0009]發(fā)明簡述
[0010]在本公開的一個(gè)方面中，冷卻單元包括包含至少一個(gè)熱交換器的冷卻單元，該熱交換器包括:用于從冷卻劑供應(yīng)處接收冷卻劑的輸入端和用于將冷卻劑排放到冷卻劑返回處(coolant return)的輸出端、與冷卻劑供應(yīng)處和熱交換器的輸入端流體連通的輸入管路、與熱交換器的輸出端和冷卻劑返回處流體連通的輸出管路、包括被配置成允許從輸出管路到輸入管路的流體連通的組件的轉(zhuǎn)移管路、以及被配置成控制由轉(zhuǎn)移管路傳送的冷卻劑的流速的控制器。
[0011]冷卻單元的實(shí)施方式包含為栗的組件。在一些實(shí)施方式中，組件為閥。
[0012]在一些實(shí)施方式中，冷卻單元還包括傳感器，該傳感器被配置成測量冷卻劑的特性；以及控制器，其基于該特性來控制冷卻劑的流速。在各種實(shí)施方式中，該傳感器為溫度傳感器，且該特性為冷卻劑的溫度。
[0013]在一些實(shí)施方式中，冷卻單元還包括濕度傳感器，濕度傳感器被配置成測量進(jìn)入冷卻單元的空氣的露點(diǎn)。在一些實(shí)施方式中，流速被控制使得冷卻劑的溫度被保持在進(jìn)入冷卻單元的空氣的露點(diǎn)之上。
[0014]在一些實(shí)施方式中，冷卻單元還包括旁路管路，旁路管路被配置成允許從輸入管路到輸出管路的流體連通。在一些實(shí)施方式中，該旁路管路包含由控制器控制的三路閥。在各種實(shí)施方式中，控制器基于由冷卻單元冷卻的空氣的溫度來控制由旁路管路傳送的冷卻劑的流速。
[0015]在一些實(shí)施方式中，輸出管路包含流速計(jì)。在各種實(shí)施方式中，輸入管路包含第一溫度傳感器，并且輸出管路包含第二溫度傳感器。在一些實(shí)施方式中，控制器被配置成至少部分地基于來自流速計(jì)、第一溫度傳感器和第二溫度傳感器的信息來計(jì)算冷卻能力。
[0016]在各種實(shí)施方式中，輸入管路包含斷流閥。
[0017]本公開的另一方面針對包括包含熱交換器的至少一個(gè)冷卻單元的冷卻系統(tǒng)。冷卻系統(tǒng)還包含冷卻分配單元，冷卻分配單元包含:輸入管路，其與冷卻劑供應(yīng)處和冷卻單元的輸入端流體連通；輸出管路，其與冷卻單元的輸出端和冷卻劑返回處流體連通；轉(zhuǎn)移管路，其包括被配置成允許從輸出管路到輸入管路的流體連通的栗；以及控制器，其被配置成控制由轉(zhuǎn)移管路傳送的冷卻劑的流速。
[0018]在一些實(shí)施方式中，冷卻系統(tǒng)還包含被耦合至輸入管路的溫度傳感器和濕度傳感器，溫度傳感器被配置成測量冷卻劑的溫度，濕度傳感器被配置成測量進(jìn)入至少一個(gè)冷卻單元的空氣的露點(diǎn)。在一些實(shí)施方式中，由轉(zhuǎn)移管路傳送的冷卻劑的流速被控制，使得冷卻劑的溫度被保持在進(jìn)入所述至少一個(gè)冷卻單元的空氣的露點(diǎn)之上。
[0019]本公開的另一個(gè)方面針對冷卻暖空氣的方法。在一個(gè)實(shí)施方式中，方法包括:在數(shù)據(jù)中心中放置冷卻單元，將相對暖的空氣吸取到冷卻單元中，將冷卻劑通過輸入管路提供給熱交換器，通過輸出管路從熱交換器排放冷卻劑，通過轉(zhuǎn)移管路和栗控制從輸出管路到輸入管路的冷卻劑的流速，并使暖空氣移動通過被放置在冷卻單元的外殼內(nèi)的熱交換器。
[0020]在一些實(shí)施方式中，冷卻劑的溫度被保持在相對暖的空氣的露點(diǎn)之上。
[0021]附圖簡述
[0022]附圖不旨在按比例繪制。在附圖中，在各個(gè)圖中示出的每個(gè)相同或幾乎相同的組件由相似的數(shù)字來表示。為了清楚起見，并非每個(gè)組件都可以在每個(gè)附圖中進(jìn)行標(biāo)記。在附圖中:
[0023]圖1是本公開的實(shí)施方式的冷卻單元的透視圖；
[0024]圖2是為了更好的示出冷卻單元的組件而將板從冷卻單元移走之后的冷卻單元的透視圖；
[0025]圖3是冷卻單元的組件的放大的透視圖；
[0026]圖4是冷卻單元的示意圖；
[0027]圖5是具有冷卻分配單元和多個(gè)冷卻單元的冷卻系統(tǒng)的示意圖；以及
[0028]圖6是冷卻系統(tǒng)的另一個(gè)示意圖。
[0029]發(fā)明詳述
[0030]本公開不將其應(yīng)用限制在下面的描述中提出的或在附圖中示出的組件的結(jié)構(gòu)和布置的細(xì)節(jié)。能夠在其它的實(shí)施方式中提供或以各種方式來實(shí)踐或?qū)嵤┰诒竟_中提出的原理。另外，在本文中使用的措辭和術(shù)語是出于描述的目的并且不應(yīng)被認(rèn)為是限制性的?！鞍?including)，，、“包含(comprising) ”、“具有(having) ”、“含有(containing) ”、“包含(involving) ”及其在本文中的變化形式的使用意味著包含其后列舉的項(xiàng)及其等價(jià)物以及另外的項(xiàng)。
[0031]本公開的至少一個(gè)實(shí)施方式針對模塊化冷卻單元，該模塊化冷卻單元選擇性地定位以冷卻放置在數(shù)據(jù)中心的設(shè)備殼體或機(jī)架內(nèi)的電子設(shè)備。如在本文中所使用的，“殼體”和“機(jī)架”用來描述被設(shè)計(jì)為支撐電子設(shè)備的裝置。