用于数据中心机架的基于空气的冷却的制作方法
【专利说明】用于数据中心机架的基于空气的冷却
[0001]本申请是申请号为200880016127.5、申请日为2008年3月14日、发明名称为“用于数据中心机架的基于空气的冷却”的发明专利申请的分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]按照35U.S.C.119，本申请要求享有于2007年3月14日递交的名称为“AIR-BASEDCOOLING FOR DATA CENTER RACK”的美国临时申请N0.60/894，844的优先权，该申请的全部内容作为参考加入本申请中。
技术领域
[0004]—般而言，本发明涉及对电子设备的冷却，更具体地说，涉及一种用于电气设备的、利用空气作为冷却剂流体的冷却系统。本发明在冷却安装于机架上电气设备的环境中、如在数据中心中特别有用。
【背景技术】
[0005]某些类型的电子设备在运行期间产生相当多的热量。尤其很多装置一起挤在紧凑空间中时冷却这类设备将出现一些问题。以数据中心的情况作为举例说明。处于小外形因子构件(small form factor)中的某些类型的数据处理设备将产生大量的热。例如，刀片服务器在滑入紧凑的后连线板机箱中的板上具有多个产生热量的CPUs。
[0006]当前，冷却数据中心中的这种设备的常规手段是通过数据中心房间的总空调，其利用计算机房的空调或“CRAC”单元。但是，这对于解决与如上所述产生大量热的装置相关联的热区来说并不是高效的手段。具体地说，这些装置通常将冷却空气吹入数据中心地板之下的通风空间。然后使冷却空气通过数据中心向上吹，在数据中心中，热量通过对流从设备引出。即使增加这种系统的冷却能力，例如通过增加流过数据中心的空气量或使空气进一步冷却，这类系统在缓解这样的热区时仅略微有效。
[0007]—种替代方案是利用水或其它流体冷却剂的水冷却系统。在1960年代至1980年代，水冷却被广泛用在数据中心中，特别是在利用大型计算机的数据中心中。理论上讲，这种水冷却或者利用其他冷却剂的冷却可用在现代数据中心中，并对此开始制订研制计划。但是，现代数据中心通常使用多个网络装置和多个其他数据处理外围装置。结果导致在数据中心凸起的地板之下急剧增加大量数据电缆线路、动力导管和光纤。所有这些电缆线路使利用常规冷却剂的冷却所需的管道施工复杂化。此外，可能要频繁地重新配置现代数据中心，以解决变化的需要。应该想到，数据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，并且除这样的数据中心项目中使用的其它服务供应商之外还需要专门的管道工程服务供应商。另外，还应意识到，水从这样的冷却系统的任何泄露可能潜在地危害工作人员和设备。
【发明内容】
[0008]本发明涉及一种尤其用于安装于机架上的电气设备的冷却系统，该系统采用空气作为冷却剂流体。该系统可降低由于冷却剂流体任何泄露对电气设备造成损害的可能性。另外，冷却系统设置有新颖的导管和连接器，它们可使系统方便地重新配置为期望适应数据中心的配置和数据中心的重新配置。类似地，通过增加或拆卸模块化冷却单元，可方便地增大和减小冷却系统容量。此外，在一种实施方式中，该系统包括致冷器单元，可将致冷器单元实施为代替用于设备机架的门，以便产生已冷却的空气并将此已冷却的空气引向潜在的设备热区。
[0009]根据本发明的一个方面，将空气用作系统中的冷却流体，用于冷却电子设备。相关的方法和器械(“器具(utility)”)涉及提供闭环冷却剂回路和使空气流动通过该闭环冷却剂回路，从而将空气用作冷却剂流体。在这点上，用作冷却剂流体的空气例如可通过同与电子设备可靠地分隔开的独立冷却剂环路进行热交换而被冷却，例如被冷却至大约-40 °F或大约_40°C。然后在闭环冷却器回路和环境空气之间进行热交换，以便冷却环境空气。被冷却的环境空气然后流过电子设备的传热表面，以获取来自电子设备的热量。如上所述，就此而论，将空气用作冷却剂流体可显著减小或基本消除由于冷却剂流体的任何泄露对电子设备引起的损害。空气可以处于相对较低的压力，这可简化构造、减少维修并提高可靠性。为了在这样的情况下提供足够的冷却，可使空气高速循环。这些相关方面(低压和高速)的每一方面本身就是新颖的。
[0010]根据本发明的另一方面，用于冷却电子设备的器具采用低压空气作为闭环冷却剂。具体地说，该器具涉及提供闭环冷却剂回路，将空气用作闭环冷却剂回路中的冷却剂并以不高于约lOOpsi的压力运行该闭环冷却剂回路。在一种实施方式中，冷却剂流体的压力不超过约48psi。该系统可以比已有冷却系统的维护费用降低的方式简单地构造和重新配置。在一优选实施方式中，通过将上述的高速和低压方面结合，可提供高速低压(HVLP)的基于空气的冷却系统。
[0011]由此，根据本发明的再一方面，提供一种冷却系统，其可使闭合环路中的空气以高循环速度循环。相关的器具涉及提供利用空气作为闭环冷却剂回路中的冷却剂的闭环冷却剂回路，并以至少大约50mph的冷却剂循环速度运行闭环冷却剂回路。在一个实施方式中，冷却剂流体的速度在大约75mph和90mph之间。如上所述，通过将低压空气用作冷却剂流体可以获得一些优点。通过使冷却剂流体高速循环来提供可观的冷却能力的同时可以实现这些优点。
[0012]根据本发明的又一方面，提供了一种用于冷却标准设备机架中的电子设备的冷却系统，其能针对具体应用、例如配置和重新配置数据中心使冷却能力适应需要。器具涉及多个冷却模块，其中，每个模块包括冷却单元，该冷却单元具有的冷却能力足以冷却多于一个而少于约十个机架。每个模块还包括模块化构架，该构架适于与具有各种可行配置的其它模块化构架牢固地互连。以此方式，通过增加或拆除模块，还可方便地增大或减小冷却能力。据此，模块可根据空间需求/可利用性以不同的二维或三维配置组装在一起。
[0013]根据本发明的另外方面，提供特殊的导管器械用于与冷却系统连接，该冷却系统采用空气作为冷却剂流体。导管器械包括限定冷却空气通路的内导管、包围内导管的外导管和用于保持内导管的外表面和外导管的内表面之间间隔的间隔结构。内导管和外导管之间的间隔容纳一定体积的隔热空气。该间隔还可以用于安排线路，以便如下所述地控制机架致冷器。或者，外导管空间可用于返回的空气路径，因而无需设置第二空气导管。或者，为此可使线路导管处于外导管的外表面上。另外，可在外导管的外表面上设置隔离材料，用于声音和热量的隔离。所述导管器械允许高速已冷却空气循环，而不会在导管上形成冷凝，这在各种应用、包括对电子设备的冷却中都是期望的。
[0014]根据本发明的再一方面，提供了一种特定的连接器器械以用于闭环的基于空气的冷却剂回路中。连接器器械包括多个指状件(它们可由塑料、金属或任何其它适当材料形成)，所述指状件在打开配置和闭合配置之间可滑动。在打开配置中，指状件分开以允许冷却剂空气流过导管。例如，在打开配置中，指状件可以与导管壁平齐。在闭合配置中，指状件被牵拉到一起以基本上防止冷却剂空气流过导管。例如，指状件被牵拉而闭合时，可以形成类似弹头的形状。连接器器械还包括作动机构，当相关的闭环系统被连接且空气流动时，该作动机构用于使指状件从闭合配置运动到打开配置。在这点上，指状件在这些条件下可响应空气压力(压差)自动打开，并在连接脱开时可自动闭合(再次，响应压力变化)，致使高速空气不排到周围环境中。
[0015]根据本发明的又一方面，提供一种机架致冷器器械。该器械包括延伸横过机架一侧的门结构。门结构包括一些通风口。该器械还包括风扇，用于吸入环境空气使其通过门的开口，随后将已冷却的环境空气导向电子设备的传热表面。与门结构关联的致冷器单元对吸入通过通风口的环境空气进行冷却。例如，可将门结构设置在机架的前和后表面(无致冷器单元)二者上，用于增进流过的已冷却空气的流动。可在给定机架上限定出具有不同目标温度的不同区域。可通过使用为每个区域设置的控制器设定温度。例如，在机架的一个垂直高度上，环境空气吹过该设备在该高度处的传热表面以便达到在该垂直区域期望的目标温度之前，可控制致冷器风扇以便冷却该环境空气。在另一高度处，风扇被控制为空闲或保持不同的目标温度。另外，可使离开机架的空气(由于热传递而被加热)冷却以减小排放到房间的热量。
【附图说明】
[0016]为了更全面地理解本发明及其进一步的优势，将结合附图参考随后的详细描述。附图中:
[0017]图1是本发明的基于空气的冷却系统的示意图；
[0018]图2A是本发明的数据中心机架的分解透视图，该机架具