用于对搁架进行自主冷却的冷却装置的制作方法

[0001]
本技术涉及用于电子设备的冷却技术。特别地，公开了一种用于对搁架进行自主冷却的冷却装置。


背景技术：

[0002]
电子设备例如服务器、存储库、计算机盘等通常被分组在设备搁架中。大型数据中心和其他大型计算设施可以包括对成千上万个服务器进行支撑的成千上万个搁架。
[0003]
搁架——包括安装在搁架的背板中的设备——会消耗大量电力并产生大量的热。在这种搁架中，冷却需求是重要的。某些电子设备比如处理器会产生如此多的热以至于它们在缺乏冷却的情况下可能会在几秒钟内失效。
[0004]
风扇通常安装在设备搁架内，以向搁架安装式设备提供强制通风冷却。该解决方案仅将搁架内产生的热中的一些热转移至数据中心的一般环境。气-液热交换器——类似于散热器的翅片管热交换器——可以安装至搁架，以吸收该被转移的热中的一些热并将其输送至位于数据中心外部的另外的冷却设备、例如冷却塔。例如，图1是服务器搁架的高度示意性立体图，服务器搁架上安装了三(3)个气-液热交换器。服务器搁架10容纳产生大量热的多个服务器(未示出)。多个风扇12(示出了六个风扇但对本公开不进行限制)沿安装在服务器搁架10的背板20后面的三(3)个气-液热交换器14的方向排出来自服务器搁架10的被加热的空气。在图1上，气-液热交换器14以透明形式示出以便使风扇12是可见的。气-液热交换器14接收来自冷液体管线16的冷液体、例如水，并且使被加热的液体返回至热液体管线18。穿过气-液热交换器14的气流被略微冷却以使数据中心的环境温度保持在合理水平。
[0005]
图2是单流式气-液热交换器的示意图。单流式热交换器100包括框架102和连续的内部导管104。连续的内部导管104在一个端部处连接至液体入口106，而在相反端部处连接至液体出口108。液体入口106能够连接至供给管线比如冷液体管线16以用于接收冷液体、例如水。液体出口108能够连接至返回管线比如热液体管线18以用于使在操作中已吸收了来自穿过框架102的气流的热的液体返回。连续的内部导管104形成了在框架102内延伸的多个互连的平行部段110。
[0006]
液体入口106连接至第一互连的平行部段110。除了最后一个互连的平行部段110之外，每个互连的平行部段110经由连续的内部导管104的大致u形部段112连接至下一个互连的平行部段110。最后一个互连的平行部段110连接至液体出口108。在液体入口106处接收的液体沿由各个箭头所示的方向在连续的内部导管104内流动，直到到达液体出口108为止。来自流过气-液热交换器100的框架102的空气的热至少部分地被流过连续的内部导管104的液体吸收。
[0007]
单流式热交换器100是薄的，尤其在与服务器搁架10的厚度相比的情况下是薄的。由于单流式热交换器100的薄型，单流式热交换器100几乎没有增加服务器搁架10在数据中心中的总的空间占用。单流式热交换器100的薄型还允许其通过使用铰接件(未示出)安装
在服务器搁架10上，使得单流式热交换器100可以像打开门时那样移到一边以提供通向设置在搁架10的背板20中的部件的通路。
[0008]
框架102占据单流式热交换器100的总宽度的大部分，这是因为连续的内部导管104的仅大致u形部段112在框架102的每一侧突出。因此，单流式热交换器100提供了较宽的表面，该表面可以被从服务器搁架10排出的空气的流穿过。
[0009]
图3是从图2的单流式气-液热交换器排出的气流的分层温度模式的视觉表示。图150图示了在实验装置中测量的空气的流在穿过单流式热交换器100之前和之后的温度。空气沿箭头152和154的方向流动。在气-液热交换器100上游的第一区域156中，气流的温度由于服务器搁架10中产生的热而较高，例如大约处于40度(所有温度均为摄氏温度)。气流的温度在第一区域156内是大致均匀的。在约25度的温度处，在单流式热交换器100的底部158处接纳冷液体。在单流式热交换器100下游的区域162中流动的空气的下层160被冷却至大约33度。流过单流式热交换器100的液体的温度随着其穿过各个互连的平行部段110、连续暴露于40度的气流而升高。液体在单流式热交换器100的顶部164达到约28度。因此，单流式热交换器100的最顶部的部段在对上层166中的空气的流进行冷却方面的效率较低，上层166中的空气的流仅被冷却至大约36度。
[0010]
从单流式热交换器100排出的空气的流的缺乏一致性引起许多问题。
[0011]
一个问题是，由于从第一服务器搁架10排出并被位于近端的第二服务器搁架10的风扇12吸入的空气不适合于有效地冷却第二服务器搁架10，因此很难将多个服务器搁架10彼此靠近地放置。当期望将多个服务器搁架12以相同的取向彼此前后放置时，情况尤其如此。
[0012]
另一个问题涉及冷却效率的监测。这种监测很重要，这是因为在冷却故障的情况下可能需要立即采取安全措施。在数据中心中，温度传感器(未显示)定位在服务器搁架10上的各个位置。当该温度传感器安装在单流式热交换器100上时，这些温度传感器在每个单流式热交换器100的表面上的放置的略微变化可能会导致不利于冷却性能总体监测的不精确性。例如，当互连的平行部段110水平延伸时，如图2所示，将温度传感器定位在各个单流式热交换器100上的不同高度处可能导致获得不一致的测量结果。
[0013]
图4是多流式气-液热交换器的示意图。多流式气-液热交换器200包括框架202、液体入口204和液体出口206。液体入口204连接至第一歧管208，液体出口206连接至第二歧管210。第一歧管208和第二歧管210有时被统称为“防护件(nurse)”，因为第一歧管208将在液体入口204处接纳的冷液体给送至第一多个平行的内部导管212，所述第一多个平行的内部导管212中的每个平行的内部导管212经由相应的u形连结件216连接至第二多个平行的内部导管214中的一个平行的内部导管，平行的内部导管214经由第二歧管210连接至液体出口206。如所示的第一歧管208和第二歧管210位于框架202的外部并且定位在大致阻挡了来自服务器搁架10的气流的区域中。第一歧管208的直径和第二歧管210的直径通常明显大于平行的内部导管212和214的直径，以便向平行的内部导管212和214中的每一者给送大致相同的液体流。
[0014]
当与单流式热交换器100进行比较时，多流式气-液热交换器200不太受到所流过的空气的温度分层的影响。然而，多流式气-液热交换器200具有其他缺点。
[0015]
图5是图4的多流式气-液热交换器的示意性侧视图。在图5上，从服务器搁架10排
出的空气沿箭头220的方向流动。框架202由于第一歧管208和第二歧管210的设置而具有必要的厚度。当在数据中心中的相对较大数量的服务器搁架10上安装大量的多流式气-液热交换器200时，该厚度可能成为问题。相同数量的服务器搁架10将占据数据中心的更多的地面空间。可能要注意的是，如在图4和图5上所示的多流式气-液热交换器仅是许多可能的构型中的简单示例。
[0016]
也由多流式气-液热交换器200的厚度引起的多流式气-液热交换器200的另一个缺点是，多流式气-液热交换器200不能通过使用铰接件方便地安装在服务器搁架10上。多流式气-液热交换器200需要从服务器搁架10完全拆卸来提供通向背板20的通路。
[0017]
多流式气-液热交换器200的另一缺点涉及多流式气-液热交换器200的几何形状。与单流式热交换器100相比，由第一歧管208和第二歧管210形成的防护件占据了多流式气-液热交换器200的整个表面的很大的部分，从而使得该整个表面的被从服务器搁架10排出的空气的流穿过的部分较少。
[0018]
除了上述问题外，其他问题涉及冷却设备例如由于液体导管堵塞而导致的潜在故障。单流式热交换器100和多流式气-液热交换器200均具有单个入口106或204以及单个出口108或206，因此在这些入口和出口的水平处的任何堵塞都可能导致从服务器搁架10排出的气流完全没有冷却。
[0019]
除了气-液热交换器之外，液体冷却单元可以安装在服务器搁架10中的内部，以对每个服务器中的处理器进行直接冷却。图6上示出了液体冷却单元的非限制性示例，图6是安装在部件的处理器上的水箱的俯视平面示意图。水箱250是液体冷却散热器，该液体冷却散热器热耦接至待冷却的部件、例如热耦接在安装在服务器搁架10内的部件254的处理器252上。水(或另一种液体)通过导管而在水箱250中循环以吸收来自部件的热。在液体从水箱250流出时，被吸收的热也从水箱250流出。更详细地，所示的水箱250安装在处理器252上。图6不是按比例绘制的；但水箱250和处理器252的周缘可以是类似的，鉴于部件254的所示尺寸，水箱250和处理器252的相对尺寸仅用于说明的目的。
[0020]
水箱250包括两个冗余的液体入口256和258，液体入口256和258能够分别连接至冗余的导管260和262(仅示出了导管260和262的端部)以用于接收冷却液体。液体流过在水箱250内呈锯齿形的冗余的液体通道264和266，以使液体在水箱250的表面上的吸热潜力最大化。液体通道264和266终止于能够分别连接至冗余的导管272和274(仅示出了导管272和274的端部)的两个冗余的液体出口268和270处以用于输出热液体。在所示示例中，液体在液体入口256和258处以大约35度被接收。液体在液体出口268和270处以大约40.5至41.5度被排出。
[0021]
已知的解决方案以低效的方式结合了气-液热交换器和液体冷却单元。尽管液体冷却单元可以以相当高的入口液体温度、例如50度有效地工作，但期望在数据中心中保持较低的环境空气温度、例如将环境空气温度保持成低于35度。向气-液热交换器供给高达50度的液体不能将环境空气温度降低到期望的水平。以低得多的入口温度、例如35度向液体冷却单元供给液体将需要昂贵的外部液体冷却设备。
[0022]
流入及流出水箱250或者流入及流出安装在大量服务器搁架10中的其他液体冷却单元的液体常规是由大型泵来泵送的，并被引导至外部设备、例如流向冷却塔。在包括数千个最终由单个泵给送的水箱250的大型计算设施中，用于确保每个单独的水箱250中足够的
冷却流量的适当流量控制可能是难以管理的任务。由于存在大型泵、大型储蓄件和其他大件设备，因此很难对系统进行扩展。大型泵和其他大型设备的使用大大增加了冷却基础设施的成本。当期望提供冷却冗余时，提供冗余的成本迅速变得过高，设置在计算设施的所有部分中的冗余管道元件的数量和空间占用也是如此。
[0023]
因此，期望为每个服务器搁架10提供自主冷却的解决方案。还期望提供在单个服务器搁架10的水平处实现的冷却冗余。
[0024]
即使以上确定的最新发展可能提供益处，但仍期望改进。
[0025]
在背景技术部分中讨论的主题不应仅仅由于在背景技术部分中提及而被认为是现有技术。类似地，在背景技术部分中提到的或与背景技术部分的主题有关的问题不应被认为是现有技术中先前已经认识到的。背景技术部分中的主题仅代表不同的方法。


技术实现要素：

[0026]
已经基于开发人员对与现有技术相关联的缺点的理解开发了本技术的实施方式。
[0027]
特别地，这些缺点可以包括：(1)难以扩展冷却基础设施；(2)冷却基础设施的成本和/或(3)在冷却基础设施中提供冗余的成本。
[0028]
在一个方面，本技术的各种实现形式提供了一种用于对容纳有至少一个部件和至少一个风扇的搁架进行自主冷却的冷却装置，该冷却装置的特征在于，冷却装置包括：
[0029]
第一闭合环路，第一闭合环路具有：
[0030]
至少一个液体冷却单元，至少一个液体冷却单元热耦接至至少一个部件的生热单元，至少一个液体冷却单元包括第一液体通道，第一液体通道适于将来自生热单元的热传递至在第一液体通道中流动的第一液体，
[0031]
第一液-液热交换器的第一初级侧部，第一初级侧部流体连接至至少一个液体冷却单元的第一液体通道，以及
[0032]
第一泵，第一泵流体连接在第一液-液热交换器的第一初级侧部与至少一个液体冷却单元之间，第一泵适于使第一液体在第一闭合环路内流动；
[0033]
第一敞开环路，第一敞开环路包括：
[0034]
第一气-液热交换器，第一气-液热交换器安装至搁架，以使得通过至少一个风扇从搁架排出的被加热的空气流过第一气-液热交换器，第一气-液热交换器适于接收来自第一冷供给管线的第二液体，以及
[0035]
第一液-液热交换器的第一次级侧部，第一次级侧部热耦接至第一初级侧部，以用于：当第一初级侧部的温度高于第一次级侧部的温度时，将热从第一初级侧部传递至第一次级侧部，第一次级侧部流体连接至第一气-液热交换器，第一次级侧部适于使第二液体返回至第一热返回管线。
[0036]
在本技术的一些实现形式中，第一冷供给管线适于连接至干式冷却器的冷出口，而第一热返回管线适于连接至干式冷却器的热入口。
[0037]
在本技术的一些实现形式中，至少一个液体冷却单元的第一液体通道在至少一个液体冷却单元的第一液体入口与第一液体出口之间延伸，第一液-液热交换器的第一初级侧部包括流体连接至至少一个液体冷却单元的第一液体出口的第二液体入口，第一初级侧部还包括流体连接至至少一个液体冷却单元的第一液体入口的第二液体出口，第一气-液
热交换器包括第三液体入口，第三液体入口适于接收来自第一冷供给管线的第二液体，第一气-液热交换器还包括第三液体出口，以及第一液-液热交换器的第一次级侧部包括流体连接至第一气-液热交换器的第三液体出口的第四液体入口以及适于使第二液体返回至第一热返回管线的第四液体出口。
[0038]
在本技术的一些实现形式中，搁架具有大致矩形的周缘，第一气-液热交换器定位唉搁架的第一侧部上，冷却装置还包括适于安装在搁架上的垂直于第一侧部的第二侧部上的子框架，子框架构造成接纳有：第一液-液热交换器、连接至第一液-液热交换器的第一初级侧部的第二液体入口的第一泵、位于从至少一个液体冷却单元的第一液体出口延伸至第一泵的连接件内的第一阀、位于从第一液-液热交换器的第一初级侧部的第二液体出口延伸至至少一个液体冷却单元的第一液体入口的流体连接件内的第二阀、位于从第一气-液热交换器的第三液体出口延伸至第一液-液热交换器的第一次级侧部的第四液体入口的流体连接件内的第三阀、以及位于从第一液-液热交换器的第一次级侧部的第四液体出口延伸至第一热返回管线的流体连接件内的第四阀。
[0039]
在本技术的一些实现形式中，冷却装置还包括：第二闭合环路，第二闭合环路具有：至少一个液体冷却单元的第二液体通道，第二液体通道适于将来自生热单元的热传递至在第二液体通道中流动的第三液体、第二液-液热交换器的第二初级侧部，第二初级侧部流体连接至至少一个液体冷却单元的第二液体通道、以及第二泵，第二泵流体连接在第二液-液热交换器的第二初级侧部与至少一个液体冷却单元之间，第二泵适于使第三液体在第二闭合环路内流动；以及第二敞开环路，第二敞开环路具有：第二气-液热交换器，第二气-液热交换器安装至搁架，以使得流过第一气-液热交换器的空气流过第二气-液热交换器，第二气-液热交换器适于接收来自第一冷供给管线或来自第二冷供给管线的第四液体、以及第二液-液热交换器的第二次级侧部，第二次级侧部热耦接至第二初级侧部，以用于：当第二初级侧部的温度高于第二次级侧部的温度时，将热从第二初级侧部传递至第二次级侧部，第二次级侧部流体连接至第二气-液热交换器，第二次级侧部适于使第四液体返回至第一热返回管线或第二热返回管线。
[0040]
在本技术的一些实现形式中，至少一个液体冷却单元的第二液体通道在至少一个液体冷却单元的第五液体入口与第五液体出口之间延伸，第二液-液热交换器的第二初级侧部包括第六液体入口，第六液体入口流体连接至至少一个液体冷却单元的第五液体出口，第二初级侧部还包括第六液体出口，第六液体出口流体连接至至少一个液体冷却单元的第五液体入口，第二气-液热交换器包括第七液体入口，第七液体入口适于接收来自第一冷供给管线或来自第二冷供给管线的第四液体，第二气-液热交换器还包括第七液体出口，以及第二液-液热交换器的第二次级侧部包括流体连接至第二气-液热交换器的第七液体出口的第八液体入口以及适于使第二液体返回至第一热返回管线或第二热返回管线的第八液体出口。
[0041]
在本技术的一些实现形式中，搁架具有大致矩形的周缘，第一气-液热交换器定位在搁架的第一侧部上，冷却装置还包括适于安装在搁架的垂直于第一侧部的第二侧部上的子框架，子框架构造成接纳有：第一模块，第一模块包括：第一液-液热交换器、连接至第一液-液热交换器的第一初级侧部的第二液体入口的第一泵、位于从至少一个液体冷却单元的第一液体出口延伸至第一泵的连接件内的第一阀、位于从第一液-液热交换器的第一初
级侧部的第二液体出口延伸至至少一个液体冷却单元的第一液体入口的流体连接件内的第二阀、位于从第一气-液热交换器的第三液体出口延伸至第一液-液热交换器的第一次级侧部的第四液体入口的流体连接件内的第三阀、以及位于从第一液-液热交换器的第一次级侧部的第四液体出口延伸至第一热返回管线的流体连接件内的第四阀；以及第二模块，第二模块包括：第二液-液热交换器、连接至第二液-液热交换器的第二初级侧部的第六液体入口的第二泵、位于从至少一个液体冷却单元的第五液体出口延伸至第二泵的连接件内的第五阀、位于从第二液-液热交换器的第二初级侧部的第六液体出口延伸至至少一个液体冷却单元的第五液体入口的流体连接件内的第六阀、位于从第二气-液热交换器的第七液体出口延伸至第二液-液热交换器的第二次级侧部的第八液体入口的流体连接件内的第七阀、以及位于从第二液-液热交换器的第二次级侧部的第八液体出口延伸至第一热返回管线或第二热返回管线的流体连接件内的第八阀。
[0042]
在本技术的一些实现形式中，第一闭合环路和第一敞开环路通过关闭第一阀、第二阀、第三阀和第四阀并通过关断第一泵而停止工作，以及第二闭合环路和第二敞开环路通过关闭第五阀、第六阀、第七阀和第八阀并通过关断第二泵而停止工作。
[0043]
在本技术的一些实现形式中，第一闭合环路和第一敞开环路构造成：在第二闭合环路和第二敞开环路停止工作时，提供足够的冷却以将至少一个部件的温度保持成低于安全温度阈值，第二闭合环路和第二敞开环路构造成：在第一闭合环路和第一敞开环路停止使用时，提供足够的冷却以将至少一个部件的温度保持成低于安全温度阈值。
[0044]
在本技术的一些实现形式中，第一液-液热交换器是板式热交换器。
[0045]
在本技术的一些实现形式中，第二液-液热交换器是板式热交换器。
[0046]
在本技术的一些实现形式中，搁架包括多个服务器壳体，服务器壳体中的每个服务器壳体容纳有至少一个部件，至少一个风扇包括安装在服务器壳体中的每个服务器壳体中的至少一个风扇，第一敞开环路包括多个气-液热交换器，所述多个气-液热交换器安装至搁架，使得由每个服务器壳体的至少一个风扇排出的被加热的空气流过多个气-液热交换器中的对应的一个气-液热交换器，多个气-液热交换器中的每个气-液热交换器适于接收来自第一冷供给管线的液体，以及第一液-液热交换器的第一次级侧部流体连接至多个气-液热交换器中的每个气-液热交换器。
[0047]
在本技术的一些实现形式中，至少一个部件包括容纳在搁架中的多个部件，所述多个部件中的每个部件包括一个或更多个生热单元，至少一个液体冷却单元包括多个液体冷却单元，多个液体冷却单元中的每个液体冷却单元热耦接至多个部件中的每个部件的一个或更多个生热单元中的对应的一个生热单元，多个液体冷却单元中的每个液体冷却单元流体连接至第一液-液热交换器的第一初级侧部，以及第一泵流体连接在第一液-液热交换器的第一初级侧部与多个液体冷却单元中的每个液体冷却单元之间，第一泵还适于使液体在第一液-液热交换器的第一初级侧部与多个液体冷却单元中的每个液体冷却单元之间流动。
[0048]
在本文件的上下文中，除非另有明确规定，否则电子设备可以表示但不限于“服务器”、“电子设备”、“操作系统”、“系统”、“基于计算机的系统”、“控制器单元”、“监测装置”、“控制装置”和/或其适合于当前相关任务的任何组合。
[0049]
在本说明书的上下文中，除非另有明确规定，否则用于“第一”、“第二”、“第三”等
仅用作形容词，目的是为了将它们所修饰的名词彼此区分开，而不是为了描述这些名词之间的任何特定关系的目的。
[0050]
本技术的实现形式均具有上述目的和/或方面中的至少一项，但不一定具有全部的上述目的和/或方面。应当理解，由于试图实现上述目的而导致的本技术的某些方面可能不满足该目的和/或可能满足本文未具体叙述的其他目的。
[0051]
通过以下描述、附图和所附权利要求，本技术的实现形式的附加的和/或替代的特征、方面和优点将变得明显。
附图说明
[0052]
为了更好地理解本技术及其其他方面和其他特征，请参考结合附图使用的以下描述，在附图中：
[0053]
图1是服务器搁架的高度示意性立体图，在服务器搁架上安装有三(3)个气-液热交换器；
[0054]
图2是单流式气-液热交换器的示意图；
[0055]
图3是从图2的单流式气-液热交换器排出的气流的分层温度模式的视觉表示；
[0056]
图4是多流式气-液热交换器的示意图；
[0057]
图5是图4的多流式气-液热交换器的示意性侧视图；
[0058]
图6是水箱的俯视平面示意图；
[0059]
图7是根据本技术的实施方式的以反向平行构型组装的一对气-液热交换器的高度示意性表示；
[0060]
图8是根据本技术的实施方式的具有自主和冗余的冷却装置的服务器搁架的后视立体图，该冷却和冗余的冷却装置包括一对闭合环路和一对敞开环路；
[0061]
图9是图8的服务器搁架的局部前视立体图；
[0062]
图10是根据本技术的实施方式的图8和图9的服务器搁架的侧视图；
[0063]
图11是冷却装置的高度示意图，该冷却装置具有包括液体冷却单元的闭合环路和包括气-液热交换器的敞开环路；
[0064]
图12是位于多个水箱、泵与液-液热交换器之间的歧管连接件的示意性框图；
[0065]
图13是图8和图9的服务器搁架的下述另一侧视图：该图示出了根据本技术的实施方式的模块的移除；以及
[0066]
图14是根据本技术的实施方式的从以反向平行构型组装的双流式气-液热交换器排出的气流的均匀温度模式的视觉表示；
[0067]
还应注意，除非本文另有明确规定，否则附图均未按比例绘制。
具体实施方式
[0068]
本文中引用的示例和条件语言主要旨在帮助读者理解本技术的原理，而不是将本技术的范围限于这样具体引用的示例和条件。应当理解，本领域技术人员可以设计各种布置结构，各种布置结构尽管在本文中没有明确描述或示出，但仍体现了本技术的原理。
[0069]
此外，为了帮助理解，以下描述可以描述本技术的相对简化的实现形式。如本领域技术人员将理解的，本技术的各种实现形式可以具有更大的复杂性。
[0070]
在某些情况下，也可以提出被认为是对本技术的修改有用的示例。这样做仅是为了帮助理解，并且同样不是为了限定本技术的范围或阐述本技术的界限。这些修改不是详尽的列举，并且本领域技术人员可以进行仍保持在本技术的范围内的其他修改。此外，在未提出修改示例的情况下，不应解释为不可能进行修改和/或所描述的是实现本技术的元件的唯一方式。
[0071]
此外，本文中引用本技术的原理、方面和实现形式及其特定示例的所有陈述旨在涵盖其结构和功能的等同方案，无论它们是当前已知的还是在将来开发的。
[0072]
本技术的一方面介绍了一种用于对搁架、例如服务器搁架进行自主冷却的冷却装置，该搁架容纳有至少一个生热部件和至少一个风扇。冷却装置包括闭合环路和敞开环路。闭合环路为生热部件提供液体冷却。敞开环路通过至少一个风扇为从搁架排出的空气提供冷却。冷液体、例如水被给送至敞开环路，并由于由搁架排出的空气而达到温暖的温度。温暖的液体然后在敞开环路与闭合环路之间的接合部处给送至热交换器。闭合环路的较热的液体通过在热交换器中从闭合环路至敞开环路的热传递而被冷却。温度升高的来自敞开环路的液体从敞开环路排出。
[0073]
通过这些基本原理，我们现在将考虑一些非限制性示例来说明本技术的各方面的各种实现形式。
[0074]
图7是根据本技术的实施方式的以反向平行构型组装的一对气-液热交换器的高度示意性表示。可以安装在容纳电子设备和至少一个风扇的搁架——例如具有风扇12的服务器搁架10——上的冷却装置300例如包括但不限于至少一对气-液热交换器、如在图2的描述中介绍的一对单流式热交换器100。继续参照图7，还考虑图1和图2，以虚线示出了气-液热交换器100
a
并且以实线示出了另一气-液热交换器100
b
。在图7上，气-液热交换器100
a
和100
b
被示出为以彼此偏置的方式安装。该图示仅旨在使气-液热交换器100
a
和100
b
的各个部分是可见的。在实际应用中，气-液热交换器100
a
和100
b
可以对准，使得在气-液热交换器100
a
与100
b
之间没有可辨别的偏置。
[0075]
气-液热交换器100
a
安装至服务器搁架10，以使得由一个或更多个风扇12从服务器搁架10排出的被加热的空气流过气-液热交换器100
a
。气-液热交换器100
a
包括框架102
a
、安装至框架102
a
以用于接收来自冷供给管线的液体的液体入口106
a
、安装至框架102
a
以使液体返回至热返回管线的液体出口108
a
、以及连续的内部导管104
a
。连续的内部导管104
a
形成在框架102
a
内延伸的多个互连的平行部段110
a
(仅示出了一些互连的平行部段110
a
)。后面的图中示出了冷供给管线和热返回管线的示例。
[0076]
连续的内部导管104
a
将液体入口106
a
连接至液体出口108
a
。更详细地，多个互连的平行部段110
a
中的一个平行部段连接至液体入口106
a
。然后，多个互连的平行部段110
a
中的除了最后一个互连的平行部段的每个互连的平行部段均经由连续的内部导管104
a
的多个u形部段112
a
中的一个u形部段连接至多个互连的平行部段110
a
中的下一个互连的平行部段。多个互连的平行部段110
a
中的最后一个互连的平行部段连接至液体出口108
a
。
[0077]
气-液热交换器100
b
安装至气-液热交换器100
a
，以使得流过气-液热交换器100
a
的空气流过气-液热交换器100
b
。气-液热交换器100
b
包括框架102
b
、安装至框架102
b
并适于接收来自同一冷供给管线或来自另一冷供给管线的液体的液体入口106
b
、安装至框架102
b
并适于使液体返回至同一热返回管线或另一热返回管线的液体出口108
b
、以及形成在框架
102
b
内延伸的多个互连的平行部段110
b
(仅示出了一些互连的平行部段110
b
)的连续的内部导管104
b
。
[0078]
连续的内部导管104
b
将液体入口106
b
连接至液体出口108
b
。更详细地，多个互连的平行部段110
b
中的一个互连的平行部段连接至液体入口106
b
。然后，多个互连的平行部段110
b
中的除了最后一个互连的平行部段的每个互连的平行部段均经由连续的内部导管104
b
的多个u形部段112
b
中的一个u形部段连接至多个互连的平行部段110
b
中的下一个互连的平行部段。多个互连的平行部段110
b
中的最后一个互连的平行部段连接至液体出口108
b
。气-液热交换器100
a
、100
b
以反向平行构型组装，这意味着液体在其相应的液体平行部段110
a
、110
b
中沿相反的方向流动。
[0079]
图7图示了下述特定构型：在该构型中，液体入口106
a
和液体出口108
a
连接在框架102
a
的相反侧部上，连续的内部导管104
a
形成偶数个互连的平行部段110
a
，而连续的内部导管104
b
形成偶数个互连的平行部段110
b
。同样，液体入口106
b
和液体出口108
b
连接在框架102
b
的相反侧部上。如所示的，互连的平行部段110
a
和110
b
水平地延伸。这只是许多可能的构型中一者。例如，互连的平行部段110
a
和110
b
可以竖向地延伸。一些其他构型将在下文中进行说明。
[0080]
气-液热交换器100
a
和100
b
安装至服务器搁架10，以使得框架102
a
平行于框架102
b
且与框架102
b
相邻。连续的内部导管104
a
的多个互连的平行部段110
a
中的最靠近液体入口106
a
的互连的平行部段邻近于连续的内部导管104
b
的多个互连的平行部段110
b
中的最靠近液体出口108
b
的互连的平行部段。除非另外说明，在多个互连的平行部段110
a
中，最靠近液体入口106
a
的一个互连的平行部段110
a
还是下述一个互连的平行部段110
a
：该互连的平行部段110
a
与最靠近液体出口108
b
的一个互连的平行部段110
b
是最靠近的。
[0081]
连续的内部管道104
a
的多个互连的平行部段110
a
中的最靠近液体入口106
a
的一个互连的平行部段和连续的内部管道104
b
的多个互连的平行部段110
b
中的最靠近液体出口108
b
的一个互连的平行部段在从服务器搁架10排出的气流的总体方向上观察时是彼此直接面向。替代性地，这些平行部段110
a
或110
b
中的一者可以定位成略高于或低于另一者。连续的内部导管104
a
的多个互连的部分110
a
中的最靠近液体入口106
a
的一个互连的平行部段相对于连续的内部导管104
b
的多个互连的平行部段110b中的最靠近液体出口108
b
的邻近的一个互连的平行部段的精确放置可以取决于气-液热交换器100
a
和100
b
的构造以及制造公差。冷却装置300内的平行部段110
a
和110
b
的放置的微小变化预计不会对冷却性能产生显著的影响。
[0082]
考虑到这些构型中的任何一种构型，从服务器搁架10排出的气流的最顶层在气-液热交换器100
a
内围绕其最顶部的互连的平行部段110
a
流动，其中流过连续的内部导管104
a
、最靠近液体入口106
a
的液体最冷。气流的最顶层然后在气-液热交换器100
b
内围绕其最顶部的互连的平行部段110
b
流动，其中流过连续的内部导管104
b
、最靠近液体出口108
b
的液体最热。相反地，从服务器搁架10排出的气流的最底层在气-液热交换器100
a
内围绕其最底部的互连的平行部段110
a
流动，其中流过连续的内部导管104
a
、最靠近液体出口108
a
的液体最热。然后，气流的最底层在气-液热交换器100
b
内围绕其最底部的互连的平行部段110
b
流动，其中流过连续的内部导管104
b
、最靠近液体入口106
b
的液体最冷。通过将液体入口106
a
和液体出口108
b
定位在冷却装置300的底部处、还将液体出口108
a
和液体入口106
b
定位
在冷却装置300的顶部处，可以获得等同的结果。使冷却装置300旋转以使得互连的平行部段110a和110b竖向延伸也是可以设想的。
[0083]
该效果扩展到气流的所有层，气流的所有层中的每个层从气-液热交换器100
a
沿着从最顶层到最底层的分布逐渐接收较少的冷却，而从气-液热交换器100
b
沿着相同的分布逐渐接收更多的冷却。
[0084]
图8是根据本技术的实施方式的具有自动和冗余的冷却装置的服务器搁架的后视立体图，该冷却和冗余冷却装置包括一对闭合环路和一对敞开环路。图9是图8的服务器搁架的局部前视立体图。图10是根据本技术的实施方式的图8和图9的服务器搁架的侧视图。图11是冷却装置的高度示意性图示，该冷却装置具有包括液体冷却单元的闭合环路和包括气-液热交换器的敞开环路。服务器搁架500具有多个服务器壳体502(示出了三个)，所述多个服务器壳体502中的每个服务器壳体包括至少一个风扇12(图1)。每个服务器壳体502可以容纳多个部件254、例如服务器、网络交换机、配电单元和其他电气或电子设备，这些部件经由服务器搁架500的前部安装在服务器壳体502的各个阶段498中。可以在每个部件254上安装一个或更多个处理器252或其他生热单元、比如图形处理器单元、随机存取存储设备、硬盘驱动器。水箱250或另一冷却单元、例如热管道可以安装在每个生热单元上。冷却装置350安装在搁架500上。冷却装置350为搁架500提供自主冷却。在数据中心中，多个冷却装置350可以独立地为多个对应的搁架500提供冷却。
[0085]
所示的冷却装置350包括两个闭合环路510
a
和510
b
，所述两个闭合环路510
a
和510
b
操作性地并且流体地连接至两个对应的敞开环路540
a
和540
b
。在图8、图9和图10的非限制性实施方式中，搁架500具有大致矩形的周缘。敞开环路540
a
和540
b
的大多数部件安装在搁架500的后侧部上。闭合环路510
a
和510
b
的大多数部件安装在子框架504中，子框架504安装在搁架的垂直于后侧部的侧向侧部上。
[0086]
出于冗余的目的，冷却装置350包括两个闭合环路510
a
和510
b
以及两个敞开环路540
a
和540
b
。包括一个闭合环路510
a
或510
b
以及一个对应的敞开环路540
a
或540
b
的每一对可以提供足够的冷却能力，以在另一闭合环路和另一敞开环路停止工作时将容纳在搁架500中的所有部件254保持成小于安全温度阈值，以便为搁架500提供完整且完全的冷却冗余。在冗余不太重要的应用中，也可以设想在应用中仅包括一个闭合环路和一个敞开环路、或包括两个闭合环路和仅一个敞开环路、或包括一个闭合环路和两个敞开环路的冷却装置。
[0087]
两个闭合环路510
a
和510
b
基本相同，并且将首先描述闭合环路510
a
。闭合环路510
a
包括至少一个液体冷却单元、例如水箱250，所述至少一个液体冷却单元热耦接至安装在搁架500中的生热单元、例如至少一个部件254、例如服务器的处理器252。每个水箱250包括液体通道264，液体例如水可以在该液体通道264中流动。由处理器262产生的热被传递至在液体通道264中流动的液体。闭合环路510
a
包括液-液热交换器514
a
的初级侧部512
a
。在实施方式中，液-液热交换器514
a
是板式热交换器。初级侧部512
a
流体连接至至少水箱250的液体通道264。泵516
a
流体连接在至少一个水箱250与液-液热交换器514
a
的初级侧部512
a
之间。泵516
a
维持在闭合环路510
a
内循环的液体的流量。将泵516
a
定位在用于服务一个搁架500的子框架504的水平处允许容易地管理冷却液体在水箱250中的流动速率。
[0088]
更详细地，液-液热交换器514
a
的初级侧部512
a
包括经由泵516
a
流体连接至水箱250的液体出口268的液体入口518
a
以及流体连接至水箱250的液体入口260的液体出口
520
a
。如图6所示，液体通道264在水箱250的液体入口260与液体出口268之间延伸。阀522
a
设置在从水箱250的液体出口268延伸至泵516
a
的连接件内。另一阀524
a
设置在从初级侧部512
a
的液体出口520
a
延伸至水箱250的液体入口260的连接件内。例如出于维护的目的，当期望使闭合环路510
a
停止工作时，可以关闭阀522
a
和524
a
。泵516
a
在阀522
a
和524
a
关闭时应被关断。
[0089]
液-液热交换器514
a
的初级侧部512
a
可以连接至多个水箱250，所述多个水箱250各自热耦接至对应的处理器252或其他生热单元。图12是位于多个水箱、泵与液-液热交换器之间的歧管连接件的示意性框图。在闭合环路510
a
内，歧管526
a
包括多端口入口528
a
，所述多端口入口528
a
具有能够连接至多个水箱250的液体出口268的多个端口530
a
以及能够连接至阀522
a
的用于将来自水箱250的热液体经由泵516
a
输送至液-液热交换器514
a
的初级侧部512
a
的一个端口532
a
。歧管526
a
还包括具有端口536
a
的多端口出口534
a
，该端口536
a
用于经由阀524
a
接纳已被液-液热交换器514
a
冷却的液体。多端口出口534
a
还包括用于将该液体输送至水箱250的液体入口260的多个端口538
a
。
[0090]
闭合环路510
b
以与闭合环路510
a
相同的方式构造，并且包括相同或等同的部件。在闭合环路510
b
内，相应的液-液换热器514
b
、例如另一板式热交换器的相应的初级侧部流体连接至每个水箱250的液体入口258和液体出口270以及确保液体在每个水箱250的液体通道266中的流量的相应的泵516
b
。在闭合环路510
b
内，相应的液-液热交换器514
b
包括如上所述的液体入口和液体出口。闭合环路510
b
还包括设置在闭合环路510
a
中的相应的歧管。当期望使闭合环路510
b
停止工作时，可以关闭与闭合环路510
a
中设置的那些阀类似的相应的阀522
b
和524
b
。
[0091]
所示出的第一敞开环路540
a
和第二敞开环路540
b
分别包括第一双流式气-液热交换器300
a
和第二双流式气-液热交换器300
b
。与在图7的构型中使用的单流式热交换器100相比，这些双流式气-液热交换器300
a
和300
b
的尺寸、特别是厚度适当地增大。这些双流式气-液热交换器300
a
和300
b
在保持了比图4的多流式气-液热交换器200显著更薄的同时，提供了显著增大的冷却效率。尽管图8示出了双流式气-液热交换器300
a
和300
b
，但在服务器搁架500上安装第一单流式热交换器100
a
和第二单流式热交换器100
b
作为冷却装置350的一部分是可以设想的。
[0092]
包括在每个服务器壳体502内的一个或多个风扇12向安装在服务器壳体502中的设备提供强制空气冷却，并产生被朝向对应的一对双流式气-液热交换器300
a
和300
b
引导的气流。第一双流式气-液热交换器300
a
和第二双流式气-液热交换器300
b
中的各者可以构造成用于：当第一双流式气-液热交换器300
a
和第二双流式气-液热交换器300
b
中的另一者因维修或由于设备故障而停止工作时，将从对应的服务器壳体502排出的空气的温度降低到小于最大额定空气温度，以维持安装有该另一者的对应的服务器壳体502的安全工作温度。可以通过在每个服务器壳体502中提供至少两个风扇12来获得强制空气冷却的冗余，所述至少两个风扇12从两个不同的电源接收电力。
[0093]
图10还示出了可以通过使用安装在第一框架302
a
的侧向侧部上的一对铰接件506将气-液热交换器300
a
、300
b
安装在服务器搁架500上，铰接件506适于将气-液热交换器300
a
、300
b
枢转地安装在搁架10上。可选地，如所示的，可以在两个铰接件506之间安装附加的铰接件。图10的特定构型示出了铰接件506位于气-液热交换器300
a
、300
b
的同一侧部上，
液体入口306
a
、306
b
和液体出口308
a
、308
b
也位于该侧部上。这种构型便于气-液热交换器300
a
、300
b
围绕铰接件506枢转。也可以设想使用铰接件506将图7的冷却装置300安装在搁架上。可以注意到，在一些实现形式中，安装在每个服务器壳体中的风扇12可以通过使用可以位于与铰接件506相同或相反的侧部上的附加的铰接件(未示出)而安装在物理地连接至服务器搁架500的风扇板(未示出)上。当风扇板的铰接件和铰接件506位于同一侧部上并且共用同一枢转轴线时，风扇板和气-液热交换器300
a
、300
b
可以构造成独立地旋转或作为单个块体旋转。使用铰接件506将气-液热交换器300
a
、300
b
安装在搁架500上允许出于维护目的而触及风扇12。以这种方式使风扇板旋转可以用于提供通向搁架500内的网络连接装置、硬盘驱动器、电连接件和液压连接件的通路。
[0094]
在图10上还示出了安装在双流式第二气-液热交换器300
b
的外表面326
b
上的温度传感器508。温度传感器508可以测量流过第一双流式气-液热交换器300
a
和第二双流式气-液热交换器300
b
的空气的温度并将其传输至远程监测装置(未示出)。服务器搁架500可以包括用于向远程监测装置提供各种温度、液体流量和压力测量结果的多个附加的传感器(未示出)，温度传感器508和这些附加的传感器共用公共通信链路(未示出)以用于将其测量结果转发至远程监测装置。考虑到已经流过第一双流式气-液热交换器300
a
和第二双流式气-液热交换器300
b
的空气的温度是大致一致的，温度传感器508在第二双流式气-液热交换器300
b
的外表面326
b
上的位置可以水平和/或竖向地变化，如图14所示。也可以设想将温度传感器508安装在冷却装置300的第二气-液热交换器100
b
的外表面上。
[0095]
在图8和图10上，液体入口306
a
和液体出口308
a
连接在框架302
a
的同一侧部上，而液体入口306
b
和液体出口308
b
连接在框架302
b
的同一侧部上。另外，液体入口306
a
和306
b
位于冷却装置350的同一侧部上。也可以设想其中液体入口306
a
和306
b
位于冷却装置350的相反侧部上的替代构型。
[0096]
如在图10上最佳地看到的，在特定的非限制性构型中，第一双流式气-液热交换器300
a
包括形成第一多个互连的平行部段(未示出)的第一连续的内部管道304
a
和形成第三多个互连的平行部段(未示出)的第三连续的内部导管314
a
。第一多个互连的平行部段和第三多个互连的平行部段在第一框架302
a
内延伸。第一连续的内部导管304
a
和第三连续的内部导管314
a
将第一液体入口306
a
连接至第一液体出口308
a
。同样地，第二双流式气-液热交换器300
b
包括形成第二多个互连的平行部段(未示出)的第二连续的内部导管304
b
和形成第四多个互连的平行部段(未示出)的第四连续的内部导管314
b
(未示出)，第二多个互连的平行部段和第四多个互连的平行部段在第二框架302
b
内延伸。第二连续的内部导管304
b
和第四连续的内部导管314
b
将第二液体入口306
b
连接至第二液体出口308
b
。
[0097]
如所示的，第一多个互连的平行部段的第一部分在第一框架302
a
内位于第一平面316
a
中，而第一多个互连的平行部段的第二部分在第一框架302
a
内位于第二平面318
a
中，第二平面318
a
平行于第一平面316
a
。相反，第三多个互连的平行部段的第一部分在第一框架302
a
内位于第二平面318
a
中，而第三多个互连的平行部段的第二部分在第一框架302
a
内位于第一平面316
a
中。第三连续的内部导管314
a
和第一连续的内部导管304
a
两者在第一平面316
a
与第二平面318
a
之间在交叉点324a处进行改变。第一双流式气-液热交换器300
a
的变型可以包括一个或更多个交叉点324
a
，并且可以替代性地不具有这种交叉点。
[0098]
同样，第二多个互连的平行部段的第一部分在第二框架302
b
内位于第三平面316
b
中，而第二多个互连的平行部段的第二部分在第二框架302
b
内位于第四平面318
b
中，第四平面318
b
平行于第三平面316
b
。相反，第四多个互连的平行部段的第一部分在第二框架302
b
内位于第四平面318
b
中，而第四多个互连的平行部段的第二部分在第二框架302
b
内位于第三平面316
b
中。第四连续的内部导管314
b
和第二连续的内部导管304
b
两者在第三平面316
b
与第四平面318
b
之间在交叉点324
b
处进行改变。第二双流式气-液热交换器300
b
的变型可以包括一个或更多个交叉点324
b
，并且可以替代地不具有这种交叉点。冷却装置350的第一双流式气-液热交换器300
a
和第二双流式气-液热交换器300
b
可以具有不同数量的交叉点324
a
或324
b
。
[0099]
在敞开环路540
a
中，气-液热交换器300
a
经由冷供给管线320
a
被给送有来自外部源的冷液体，以降低通过风扇12从搁架500排出的空气的温度。敞开环路540
b
中的气-液热交换器300
b
由冷供给管线320
a
或另一冷供给管线(未示出)给送。通过从服务器搁架500排出的空气的热的传递，适当地增大了从液体出口308
a
和308
b
流出的液体的温度；为了说明的目的，从敞开环路540
a
和540
b
流出的液体可以被表征为“温暖”液体。相比之下，从水箱250流出的液体具有相当高的温度。结果，在敞开环路540
a
和540
b
的输出处的温暖液体被用于向闭合环路510
a
和510
b
提供冷却。为此，闭合环路510
a
和510
b
分别热连接至敞开环路540
a
和540
b
。
[0100]
如在图10上最佳地看到的，一个气-液热交换器300
a
的液体入口306
a
连接至第一冷供给管线320
a
，而气-液热交换器300
a
的液体出口308
a
连接至第一温暖液体管线322
a
。尽管未示出，但气-液热交换器300
b
的液体入口306
b
可以连接至第一冷供给管线320
a
或另一冷供给管线(未示出)。气-液热交换器300
b
的液体出口308
b
连接至与第一温暖液体管线322
a
类似的第二温暖液体管线(未示出)。如图11所示，第一温暖液体管线和第二温暖液体管线分别将温暖液体从液体出口308
a
和308
b
输送至液-液热交换器514
a
和514
b
的次级侧部。第一温暖液体管线322
a
经由阀570
a
流体连接至液-液热交换器514
a
的次级侧部544
a
的液体入口542
a
。
[0101]
液-液热交换器514
a
的初级侧部512
a
和次级侧部544
a
热耦接，以在第一初级侧部512
a
的温度高于次级侧部544
a
的温度时将热从初级侧部512
a
传输至次级侧部544
a
。在操作中，初级侧部512
a
接收来自一个或更多个水箱250的热液体，并且该液体的温度明显高于接收在次级侧部544
a
中的温暖液体的温度。因此，液-液热交换器514
a
将热从其初级侧部512
a
传输至次级侧部544
a
。接收在次级侧部544
a
的液体入口542
a
处的温暖液体在经由液体出口546
a
从次级侧部544
a
排出之前被加热。经加热的液体从液体出口546
a
经由阀572
a
流出，并经由热返回管线550
a
离开敞开环路540
a
。敞开环路540
a
可以通过关闭阀570
a
和572
a
而停止工作。敞开环路540
b
以相同的方式构造；敞开环路540
b
也可以通过关闭阀570
b
和572
b
而停止工作。可以注意到，气-液热交换器300
a
可以用气-液热交换器100
a
代替；同样，气-液热交换器300
b
可以用气-液热交换器100
b
代替。例如但不限于，在敞开环路540
a
中，水可以以30度被接收于冷供给管线320
a
。在第一温暖液体管线322
a
中，水被双流式气-液热交换器300
a
加热至34.5度的温度。在同一示例中，水由液-液热交换器514
a
的初级侧部512
a
以40度供给至水箱250，当水返回至初级侧部512
a
时达到50度的温度。液-液热交换器514
a
的从初级侧部512
a
至次级侧部544
a
的热交换使敞开环路540
a
中的水在热返回管线550
a
中达到45度的温度，同时使闭合环路510
a
中的水在初级侧部512
a
的液体入口518
a
处达到上述40度的温度。可以注意到，在寒冷的气候中，出于热回收的目的，可以考虑在热返回管线550
a
中流动的液体的较高温度。
[0102]
尽管未在图11上示出，但是可以串联地安装两个不同的泵，以用于冗余和/或用于增大在闭合环路510
a
内循环的液体的流量。同样地，可以安装两个液-液热交换器，使得所述两个液-液热交换器的初级侧部在闭合环路510
a
内串联或并联地连接，并且使得所述两个液-液热交换器的次级侧部在敞开环路540
a
内串联或并联地连接。两个液-液热交换器的使用允许从闭合环路510
a
内的水箱250抽取更多的热能。
[0103]
在图11中还未示出的是，闭合环路510
b
和敞开环路540
b
以类似于在闭合环路510
a
和敞开环路540
a
的讨论中所表达的方式连接。从液-液热交换器514
b
的次级侧部的液体出口流出的经加热的液体在闭合环路510
b
与敞开环路540
b
的接合部处可以经由热返回管线550
a
或经由另一热返回管线离开冷却装置。可以注意到，尽管以上对图8至图11的描述表明敞开环路510
a
仅连接至闭合环路510
a
，并且敞开环路540
b
仅连接至闭合环路510
b
，但是也可以设想其他构型。例如但不限于，气-液热交换器300
a
和300
b
的液体出口308
a
和308
b
可以全都连接至同一温暖液体管线322
a
，该温暖液体管线322
a
对液-液热交换器514
a
和514
b
的两个次级侧部进行给送。也可以设想具有不同数量的敞开环路和不同数量的闭合环路的构型。在实施方式中，敞开环路的数量可以与闭合环路的数量不同。
[0104]
在图8、图9和图10的非限制性构型中，液-液热交换器、包括在闭合环路中的泵和阀、位于气-液热交换器与液-液热交换器之间的流体连接件的阀全都位于子框架504内。图13是图8和图9的服务器搁架的下述另一侧视图：该图示出了根据本技术的实施方式的模块的移除。包括在子框架504中的部件可以被分组在两个模块552
a
和552
b
中。模块552
a
包括液-液热交换器514
a
、泵516
a
、阀522
a
、524
a
、570
a
和572
a
、以及这些各个部件的管连接件。模块552
b
包括液-液热交换器514
b
、泵516
b
、阀522
b
、524
b
、570
b
和572
b
、以及这些各个部件的管连接件。当包括在模块552
a
或552
b
中的一者中的所有阀关闭、并且因此对应的泵516
a
或516
b
关断时，模块552
a
或552
b
可以从子框架504移除以用于维修的目的，如图13所示。可以注意到，在一些实施方式中，阀522
a
、524
a
、570
a
和572
a
(相应地522
b
、524
b
、570
b
和572
b
)是管连接件的超出模块552
a
(相应地552
b
)的固定部分。在这种情况下，在可以将模块552
a
(相应地552
b
)从子框架504移除之前，应使模块552
a
的液体模块552
a
从模块552
a
排出。
[0105]
各种实施方式可以包括用于增强冷却可靠性的附加的冗余部件。例如，在非限制性实施方式中，模块552
a
(相应地552
b
)的液-液热交换器514
a
(相应地514
b
)可以由两个以串联或并联构型流体连接的液-液热交换器514
a
(相应地514b)代替。在同一或另一实施方式中，模块552
a
(相应地552
b
)的泵516
a
(相应地516
b
)可以由串联地流体连接的一对两个泵516
a
(相应地516
b
)代替。出于冗余的目的，该对泵可以电连接至不同且独立的电源。一对泵中的一个泵可以在另一个泵关断时运行。在同一或另一实施方式中，出于安全目的，每个阀522
a
、524
a
、570
a
和572
a
(相应地522
b
、524
b
、570
b
和572
b
)可以由流体地串联连接的一对阀代替，每对阀中的第一阀属于模块552
a
(相应地552
b
)，该对阀中的第二阀保持附接至超出第一阀的管道。在同一或另一实施方式中，模块552
a
和552
b
可以借助于位于模块552
a
和552
b
外部的t形管道元件连接至同一闭合环路510
a
和同一敞开环路540
a
。在该实施方式中，关于闭合环路510
a
和敞开环路540
a
，两个模块552
a
和552
b
可以并联地流体连接。最后，在同一或另一实施方式中，可以在闭合环路510
a
和510
b
以及敞开环路540
a
和540
b
中使用相同的液体、例如水。在该实施方式中，可以首先使用安装在模块552
a
(相应地552
b
)中并连接在闭合环路510
a
(相应地510
b
)与敞开环路540
a
(相应地540
b
)之间的压力调节器(未示出)使闭合环路510
a
(相应地510
b
)填充有液体。因此，当需要时，敞开环路540
a
和540
b
可以成为用于闭合环路510
a
和510
b
的液体源。以类似的方式，可以将泄压阀(未示出)安装在模块552
a
中(相应地552b)并将泄压阀连接在闭合环路510
a
(相应地510
b
)与敞开环路540
a
(相应地540
b
)之间。在闭合环路510
a
(相应地510
b
)中的压力过大的情况下，液体可以被排入到敞开环路540
a
中(相应地540
b
)。可以注意到，模块552
a
和552
b
中可以设置其他管道元件。尽管未在不同附图中示出，但过滤器可以布置在各种管道中，止回阀可以放置在泵516
a
和516
b
之后，并且膨胀箱可以用于减弱闭合环路510
a
和510
b
中的压力变化。
[0106]
一个或两个泵送子站(pumping substations)的一个或两个外部泵(未示出)提供连续的冷液体流，连续的冷液体流经由一个或多个冷供给管线320
a
和320
b
传送至冷却装置350，并经由一个或多个热返回管线从冷却装置350回收被加热的液体。外部泵确保液体在冷却装置350与位于数据中心外部的另外的冷却设备——例如干式冷却器(未显示)——的冷出口和热入口之间的连续流。
[0107]
图14是根据本技术的实施方式的从以反向平行构型组装的双流式气-液热交换器排出的气流的一致的温度模式的视觉表示。图400示出了在模拟环境中确定的穿过冷却装置350之前和之后的空气的流的温度。空气沿箭头402和404的方向流动。在冷却装置350上游的第一区域406中，气流的温度由于服务器搁架10中产生的热而较高，例如大约为40度。气流的温度在第一区域406内是大致均匀的。在第一双流式气-液热交换器300
a
的顶部处以约25度的温度接收冷水。第一双流式气-液热交换器300
a
的下游流动的空气的上层410被冷却至约30度。流过第一双流式气-液热交换器300
a
的水的温度随着水流过各个互连的平行部段110
a
、并连续暴露于40度的气流而增大。水在第一双流式气-液热交换器300
a
的底部达到约33度。因此，第一双流式气-液热交换器300
a
与第二双流式气-液热交换器300
b
之间的气流具有分层的、非均匀的温度分布，其中第一双流式气-液热交换器300
a
的下游流动的空气的下层412仅被冷却至约37度。
[0108]
同一气流立即到达第二双流式气-液热交换器300
b
。在第二双流式气-液热交换器300
b
的底部处同样以约25度的温度接收冷水。气流的下层412——在流过第一双流式气-液热交换器300
a
时已被以有限的程度冷却至约37度——从第二双流式气-液热交换器300
b
获得最大的冷却，并且达到约30度的温度。气流的上层410——在流过第一双流式气-液热交换器300
a
时已被较大程度地冷却至约30度——从第二双流式气-液热交换器300
b
获得适当的冷却，也达到约29度的温度。结果，穿过第二双流式气-液热交换器300
b
的同一气流具有大致一致的温度分布，并且从冷却装置350排出的气流的所有层在区域408中处于约30度的大致均匀的温度。水在第二双流式气-液热交换器300
b
的顶部也达到约29度。
[0109]
再次参照图3，图150示出了当使用单流式热交换器100时获得的结果。相比之下，图400示出了当使用一对双流式热交换器300
a
、300
b
时获得的结果。由于这些不同的热交换器各自的冷却能力，这些结果不能直接进行比较。然而，虽然不能直接比较图3和图14所示的绝对温度数值，但气流温度模式的差异却是较显著的：图3示出了温度模式的明显分层，而图14示出了温度在从冷却装置350排出的气流的所有层的温度的均匀性和一致性。可以注意到，使用以反向平行方式安装的一对单流式热交换器可以说使气流温度产生了较小的降低，但仍可以提供所得气流的所有层的温度的一致性。相比之下，使用单个双流式热交换器仍会导致所得气流的分层且非均匀的温度分布。
[0110]
总而言之，在图8至图12的各个视图中示出的冷却构型将搁架500的气-液热交换器100
a
和100
b
、或者300
a
和300
b
串联地流体连接至安装至同一搁架500的液-液热交换器514
a
和514
b
的次级侧部。该构型可以与更传统的冷却装置进行比较，在传统的冷却装置中，多个搁架的冷却需求由较大的部件提供，该部件包括用于气-液热交换器的专用的泵送子站、另外的外部冷却设备(例如干式冷却器)，该部件还包括用于在搁架内进行液体冷却的专用的泵送子站以及大型的液-液热交换器。
[0111]
使用当前的冷却构型进行了实验，其中水被用作冷却液体。这些实验示出：数据中心内的管道管线的数量减少了50％。如图11的示例中所示，冷供给管线320
a
与热返回管线550
a
之间的温度差等于约15度，这与使用常规构型获得的典型的约5度的差进行比较，并且表示更好的热传递性能。由于冷供给管线320
a
与热返回管线550
a
之间的温度梯度的这种增加，减少了对搁架500进行冷却所需的水的流量，因此冷供给管线320
a
和热返回管线550
a
的标称直径从4英寸减小至2.5英寸。用作外部冷却单元的干式冷却器的热效率增大了33％以上，该干式冷却器从热返回管线550
a
接收返回的水，并经由冷供给管线320
a
返回冷水，可以在不添加任何蒸发冷却的情况下操作该干式冷却器。泵送站的总数减少了25％。提供与使用常规构型时的冷却能力相同的冷却能力所需的资本支出减少了25％，尽管事实是，传统的聚氯乙烯(pvc)管道已被不锈钢和铜管道代替来提高可靠性。就驱动各种泵和风扇所需的电力而言的运行费用减少了50％以上。
[0112]
本技术适合于数据中心和其他计算设施中的实现形式，其中各种搁架具有不同的空气冷却能力与液体冷却能力的比。在许多实现形式中，最终的冷却设备故障的影响被限制于单个搁架，并且受到许多部件的冗余性的限制。
[0113]
虽然已经参考以特定顺序执行的特定步骤描述和示出了上述实现形式，但是应当理解，可以在不脱离本技术的教导的情况下对这些步骤进行组合、细分或重新排序。这些步骤中的至少一些步骤可以并行或串行地执行。因此，步骤的顺序和分组不是本技术的限制。
[0114]
应当明确地理解，并非在本技术的各个实施方式和每个实施方式中都需要享有本文提到的所有技术效果。
[0115]
对本技术的上述实现方式的修改和改进对于本领域技术人员而言将变得明显。前述描述旨在是示例性的而不是限制性的。因此，本技术的范围旨在仅由所附权利要求的范围限制。