本专利总体上涉及冷却系统，并且更具体而言，涉及用于成排布置的装置的冷却系统。
背景技术：
基于服务器的数据中心(有时称为服务器场或服务器群)是计算机的大型集合，常常处在物理上远离但网络可访问的位置，其为客户端提供扩展的计算能力。扩展的计算能力典型为数据存储、数据处理、数据库管理、文件管理和网站管理的形式。
系统的每个计算机通常包括支撑一组计算机部件的基底或壳体。取决于应用，计算机部件可以包括诸如一个或多个微处理器、硬盘驱动器、固态存储器件、路由器和电源的物品。更一般地，有很多类型的电子设备和/或其它装置可能在操作期间向周围区域发热。为了使这样的部件维持在安全操作温度，每个计算机或其它发热装置的基底或壳体通常包括冷却风扇或通过其它方式与其相关联，冷却风扇从计算机或其它装置的正面推动受环境控制的空气流，跨过部件，并通过计算机或其它装置的后端离开。在一些情况下，该空气流界定了计算机或其它装置的前端和后端。
有些像在开放书架中整理书籍，数据中心的计算机可以被堆在机架状的机柜中，机柜被整洁地布置成由过道分开的排。过道提供对计算机的前端和后端的人工访问。计算机的排被定向为使得每个个体过道仅暴露于计算机前方或仅暴露于计算机后方。于是，一排中的计算机的前端面对跨过过道的下一排中的计算机的前端。在下一个过道中，该过道的相对侧的计算机的后端彼此面对。计算机前方的过道一般比后侧过道更凉，因为计算机部件加热由计算机内部冷却风扇生成的空气流。于是，前侧冷却器过道常常被称为“冷过道”，并且后侧过道被称为“热过道”。仅暴露于计算机前方或仅暴露于计算机后方的每个过道产生冷过道和热过道的交替布置。可以实施生成热量的其它类型电子设备或其它装置的类似布置，以在操作期间冷却这种装置。
数据中心通常不间断地运行并且生成大量热量。因此，通常需要建筑物空调系统以防止计算机过热。在发生火灾时，一般惰性气体系统或某种其它类型的火灾抑制系统自动激活，以防止或减少(例如，最小化)损害。
附图说明
图1是根据本文公开的教导构造的示例性数据中心或服务器场的截面透视图。
图2是图1所示的示例性数据中心的截面端视图。
图3是类似于图2的截面端视图，但示出了根据本文公开的教导构造的示例性数据中心的示例性冷却系统，其中示意性示出了示例性冷却系统的部分。
图4是类似于图3的截面端视图，但示出了与图3所示的充气状态相反的处于放气状态中的示例性冷却系统的示例性空气管道。
图5为沿图3的线5-5截取的截面图。
图6为沿图4的线6-6截取的截面图。
图7是根据本文公开的教导构造的示例性供应空气管道的截面端视图。
图8是类似于图7的截面端视图，但示出了与图7所示的充气状态相反的处于放气状态中的示例性空气管道。
图9是类似于图3的截面图，但示出了根据本文公开的教导构造的另一示例性冷却系统。
图10是类似于图9的截面图，但示出了与图9所示的充气状态相反的处于放气状态中的示例性空气管道。
图11是类似于图9的截面图，但示出了根据本文公开的教导构造的另一示例性冷却系统。
图12是类似于图11的截面图，但示出了与图11所示的充气状态相反的处于放气状态中的示例性空气管道。
图13是类似于图3的截面图，但示出了根据本文公开的教导构造的另一示例性冷却系统。
图14为沿图13的线14-14截取的截面图。
图15是类似于图13的截面图，但示出了与图13所示的充气状态相反的处于放气状态中的示例性空气管道。
图16是类似于图3的截面图，但示出了根据本文公开的教导构造的另一示例性冷却系统。
图17是类似于图16的截面图，但仅示出了单个示例性空气管道。
图18是类似于图3的截面图，但示出了根据本文公开的教导构造的另一示例性冷却系统。
图19为沿图18的线19-19截取的截面图。
图20是类似于图19的截面图，但示出了根据本文公开的教导构造的另一示例性冷却系统。
图21是类似于图19和图20的截面图，但示出了根据本文公开的教导构造的另一示例性冷却系统。
图22为沿图20的线22-22截取的截面图。
图23为沿图21的线23-23截取的截面图。
具体实施方式
用于基于服务器的数据中心或服务器场的示例性冷却系统包括安装于计算机机架的多个排上方的空气可透过的可充气空气管道。在一些示例中，在发生火灾时，空气管道放气并塌陷，以免阻碍灭火气体的流动。在一些示例中，在充气时，空气管道具有膨胀的形状，这样抑制了热过道和冷过道之间的不利的空气混合。在一些示例中，侧翼从空气管道横向延伸，以进一步减少热空气和冷空气的混合。在一些示例中，一系列可充气分支管道从供应空气管道向下延伸以到达冷过道中。在一些示例中，喷嘴和/或内部挡板促进从供应空气管道排放径向空气。
图1和图2示出了示例数据中心10，其包括建筑物12，建筑物12包含处于多个机柜16中的多个计算机14。术语“计算机”是指任何数字处理装置，其示例包括服务器、数据存储装置、硬盘驱动器、固态存储器等。术语“机柜”是指用于支撑和/或容纳多个计算机14中的一个或多个的任何结构。机柜的示例包括支撑和/或容纳至少一个计算机的多个外壳、包含单个计算机的单个外壳、容纳多个计算机的单个外壳、机架、搁架等。在多个计算机由一个或多个机柜容纳或支撑或被容纳或支撑在一个或多个机柜内的示例中，术语“计算机排”涵盖相关联的机柜(即，用于计算机的机架、搁架和/或其它外壳或支撑物)。所以，在一些示例中，可以互换地使用术语“计算机排”和“机柜排”。尽管相对于计算机排描述了本公开的教导，但本公开的教导可以适用于在被布置成一排或多排时要通过推动空气来冷却的任何其它类型的电子设备或装置。
在例示的示例中，机柜16被布置成多个排18，以产生第一计算机排18a(第一机柜排)和第二计算机排18b(第二机柜排)。计算机18的多个排还产生多个冷过道20(例如，第一过道20a)和多个热过道22(例如，第二过道22a和第三过道22b)的交替布置。在一些示例中，可以仅有单个热过道和单个冷过道。如本文所用，术语“过道”是指相邻的计算机排18之间的空间以及与多个排18中的外排的外侧相邻的空间。于是，在一些示例中，可以仅有单个计算机排18，其在任一侧上界定热过道和冷过道，而在单个计算机排18的任一侧上没有相邻排。关于过道的术语“热”和“冷”仅仅表示热过道的平均空气温度大于冷过道的平均空气温度。术语“热过道”和“冷过道”不暗示任一过道处于任何特定绝对温度。至少一个计算机14和/或机柜16的至少一排在冷过道20a和一个或多个热过道22a、22b之间界定空气通路24。空气通路24内的一个或多个内部风扇25产生空气流26(例如，从冷过道20a(第一过道)到第一热过道22a(第二过道)的第一空气流26a和/或从冷过道20a到第二热过道22b(第三过道)的第二空气流26b)，以用于冷却计算机14的内部部件。机柜16具有低于建筑物12的天花板表面30并与其间隔开的顶表面28，以在顶表面28和天花板表面30之间产生间隙32。
在例示的示例中，数据中心10还包括火灾抑制系统34。在一些示例中，火灾抑制系统34包括诸如卤代烷、卤烃、二氧化碳或惰性气体的灭火流体38(图4)的一个或多个加压罐36。在发生火灾相关事故(例如，火灾、热、烟雾、人为触发的火警等)时，传感器40检测事故并通过发送信号42而对事故做出响应，该信号42打开阀门44，阀门44从罐36释放灭火流体38，以在计算机排18周围驱走氧气。
图3-图6示出了增加示例性冷却系统46以高效率地抽出计算机14在正常操作期间生成的热量，而不在火灾48(图4)期间干扰火灾抑制系统34。在该示例中，冷却系统46包括空气过滤器50、已知冷却线圈52(例如，水、乙二醇或制冷剂冷却的热交换器)、鼓风机系统54、供应空气歧管56、至少一个分支空气管道58、至少一个供应空气管道60、至少一个返回空气寄存器62、以及返回空气歧管64。术语“鼓风机系统”是指由至少一个电动机68供电的一个或多个鼓风机66。供应空气管道60能够利用其由柔韧材料(例如，空气可透过片、空气不可透过片、非金属片、涂层织物、无涂层织物及其各种组合)制成的管状壁70(例如，70a和70b)来充气。术语“柔韧”是指能够被揉皱并稍后被拉直而对材料没有可察觉损害的材料。术语“可充气”在其涉及空气管道时表示管道的内部容积随着内部气压而膨胀，并往往在撤除压力时塌缩。
在正常操作期间，如图3和图5所示，鼓风机66从返回空气歧管64通过过滤器50并通过冷却线圈52汲取空气72。鼓风机66然后通过供应空气歧管56、通过分支空气管道58并向每个供应空气管道60的轴向端部74排放经过滤的冷空气。在例示的示例中，鼓风机66的排放压力使每个供应空气管道60充气或完全膨胀。如图3和图5的示例中所示，处于其膨胀状态的供应空气管道60产生阻塞，其基本填充或阻挡顶表面28和天花板表面30之间的间隙32。在一些示例中，供应空气管道60跨越整个间隙32，以便在充气时接触顶表面28和天花板表面30两者。阻挡间隙32的供应空气管道60减少(例如，最小化)了冷过道20a和热过道22a之间的冷空气和暖空气的混合。
在该示例中，每个供应空气管道60具有面向冷过道20a的空气可透过侧壁70a和面向热过道22a的基本不可透过相对侧壁70b。通过任何适当方式使侧壁70a可透过，其示例包括管状壁70a材料中的孔隙度、管状壁70a中的穿孔和/或具有一个或多个喷嘴76的侧壁70a(图18和图19)。在仅有侧壁70a可透过空气的示例中，从鼓风机66排放的空气沿长度方向78流动(图5)通过供应空气管道60，沿径向向外通过侧壁70a并向下进入冷过道20a。从冷过道20a，冷空气经由空气通路80(通过计算机14和/或通过机柜16)流经计算机14，进入热过道22a，并向下朝向返回寄存器62。寄存器62将空气从热过道22a传送到返回歧管64中，返回歧管64将空气返回到过滤器50以用于再循环。
在一些示例中，在发生火灾48或火灾相关事故(例如，火焰、烟雾、热、人工触发的火警等)时，传感器40通过发送信号42做出响应，以激活火灾抑制系统34，如前所述，并且还发送使电动机68断电的信号82，从而停止鼓风机66。停止鼓风机66使供应空气管道60减压，这导致供应空气管道60塌缩到其放气状态，如图4和图6所示。在放气状态中，塌缩的供应空气管道60打开或基本不阻挡间隙32，以使得处于气态的灭火流体38能够容易地分散在多个计算机排18之上、周围并且贯穿多个计算机排18。
在一些示例中，冷却系统46包括用于防止塌缩的供应空气管道60在机柜16和/或计算机14的侧面之上过度下垂。在图7和图8所示的示例中，例如，内部约束物84(例如，串、带、缆、链、水平片、弹性索、系杆等)在供应空气管道60放气时限制侧壁70a和70b径向向外移动。图7示出了处于其充气状态中的供应空气管道60，并且图8示出了处于其放气状态中的供应空气管道60。在一些示例中，平行于供应空气管道60延续的一对紧绷的内部或外部约束物(例如，缆)沿侧壁70a和70b的整个长度延伸。在一些示例中，供应空气管道60停靠在顶表面28上，以使得供应空气管道的重量由顶表面28支撑。在一些示例中，供应空气管道60被固定到顶表面28，以防止供应空气管道60从机柜16的顶表面28的边缘滑落。在一些示例中，供应空气管道60的底部86停靠在篮(未示出)上而不是直接停靠在机柜16的顶表面28上，其中篮比机柜16的顶表面28宽。
图9和图10示出了示例性冷却系统88，其中供应空气管道90沿长度方向(即，管道90在平行于过道的方向上延长)安装于第一冷过道20a之上，在计算机排18a和18b之间。在一些示例中，供应空气管道90具有柔韧的管状壁92，其使得管道90可以充气，从而管道90选择性地具有充气状态(图9)和放气状态(图10)。在例示的示例中，供应空气管道90具有空气可透过下段94，以用于向冷过道20a中输送冷供应空气。
为了防止或减少冷过道和热过道之间的空气的混合，供应空气管道90具有空气不可透过上段95和至少一个侧翼96(例如，第一侧翼96a和第二侧翼96b)，侧翼从供应空气管道90向相邻的计算机排18延伸。在例示的示例中，第一侧翼96a从供应空气管道90横向延伸到第一计算机(和/或其相关联机柜16)排18a的第一顶表面28，并且第二侧翼96b延伸到第二计算机(和/或其相关联机柜16)排18b的第二顶表面28。在一些示例中，侧翼96沿长度方向延伸计算机排18的基本整个长度，并由柔韧材料片制成，其通过使远端边缘98a、98b紧固到计算机排18的机柜16而保持紧绷。
在一些示例中，供应空气管道90安装于每个冷过道处，因此在鼓风机66在正常操作期间被激活时，第一供应空气流100顺序地从第二过道22a(第一热过道)流动通过返回寄存器62，通过返回空气歧管64，通过过滤器50，通过冷却线圈52，通过鼓风机66，通过供应空气歧管56，沿长度通过第一供应空气管道90，并从第一供应空气管道90向下进入第一过道20a(冷过道)。此外，在例示的示例中，第二供应空气流102顺序地从第三过道22b(第二热过道)流动通过返回寄存器62，通过返回空气歧管64，通过过滤器50，通过冷却线圈52，通过鼓风机66，通过供应空气歧管56，沿长度通过供应空气管道90，并从供应空气管道90向下进入第一过道20a(冷过道)。第一过道20a中的较冷空气供应了流动通过第一计算机排18a到达第二过道22a的第一空气流26a，并且还供应流动通过第二计算机排18b到达第三过道22b的第二空气流26b。
在发生火灾相关事故时，在一些示例中，传感器40使鼓风机66去激活，这导致供应空气管道90塌缩到其放气状态，如图10所示。在放气状态中，塌缩的供应空气管道90打开或不阻挡间隙32，以方便灭火流体38的分散。
图11和图12示出了类似于图9和图10的系统88的示例性冷却系统108。然而，利用冷却系统108，供应空气管道90被升高以在计算机排18上方放置侧翼96并与之间隔开。垂直间隔进一步方便了灭火流体38在需要时的分散，同时减少了供应空气管道90上方(例如，侧翼96上方)的暖空气被从供应空气管道90的底部(例如，侧翼96下方)分散的较冷空气夹带到冷过道中的量。图11示出了处于其充气状态中的供应空气管道90，并且图12示出了处于其放气状态中的供应空气管道90。在一些示例中，侧翼96在长度方向上延伸计算机排18的大体上整个长度并由柔韧材料片制成。可以通过任何方式手段，例如通过绷紧的缆、轨道、撑杆和/或其组合来支撑供应空气管道90并使侧翼96保持绷紧。
图13-图15示出了示例性冷却系统110，其提供了冷过道20中直接更浓地排放冷供应空气，由此减少(例如，最小化)冷空气与热过道22中的较暖空气的混合。在例示的示例中，具有多个分支空气管道114的供应空气管道112安装于每个冷过道20中。图13和图14示出了处于充气状态的空气管道中的至少一个，并且图15示出了处于放气状态的空气管道中的至少一个。供应空气管道112被提升，其上段116比计算机排18的顶表面28高，以为该区域中的人员提供头顶空隙，并且方便灭火流体38在需要时的分散。
为了确保分支空气管道114也向冷过道20中注入冷空气，分支空气管道114的最低远点118延伸到低于计算机排18的顶表面28，并且远点118处于计算机排18的特定排长度120内。亦即，远点118定位于由计算机排18的端部界定的冷过道20的长度内。分支空气管道114包括由柔韧材料制成的空气可透过管状壁122，以使得工作在过道中的人员能够简单地将分支空气管道推到一边，从而获得对计算机14的不受阻碍的访问。
在正常操作期间，如图13和图14例示的示例中所示，主空气流124顺序地从第二过道22a(第一热过道)流动通过返回空气寄存器62，通过返回空气歧管64，通过过滤器50，通过冷却线圈52，通过鼓风机66，通过供应空气歧管126，进入供应空气管道112，沿长度通过供应空气管道112，并从供应空气管道112向下通过分支空气管道114，并从分支空气管道114向外进入第一过道20a(冷过道)。第一过道20a中的主空气流124通过第一计算机排18a供应第一空气流26a，并且通过第二计算机排18b供应第二空气流26b。
图16和图17示出了示例性冷却系统128，其在每个计算机排18的顶部具有空气管道130(例如，空气管道130a和130b)，其中空气管道130具有纵向内部网132(例如，第一空气管道130a中的第一网132a和第二空气管道130b中的第二网132b)，其将每个空气管道130分成供应室134(例如，134a和134b)和返回室136(例如，136a和136b)。空气管道130具有空气可透过的柔韧管状壁138，以将空气从热过道22a传送到返回室136中，并从供应室134向冷过道20a释放空气。鼓风机66和内部风扇25驱动空气的运动。为了减小返回室136中的负压导致空气管道的柔韧管状壁塌缩的可能性，空气管道130包括某种形式的框架140，其使空气管道130保持处于膨胀的形状。框架140的示例包括多个刚性箍、纵向张力调整装置以及其组合。
在例示的示例中，第一计算机排18a在第一过道20a(冷过道)和第二过道22a(第一热过道)之间，并且第二计算机排18b在第一过道20a(冷过道)和第三过道22b(第二热过道)之间。在该示例中，冷却系统128包括处于第一计算机排18a的顶部的第一空气管道130a、处于第二计算机排18b的顶部的第二空气管道130b、将第一空气管道130a分成第一返回室136a和第一供应室134a的第一网132a、将第二空气管道130b分成第二返回室136b和第二供应室134b的第二网132b、鼓风机系统54、用于推动第一空气流26a通过第一计算机排18a的第一风扇25a、以及用于推动第二空气流26b通过第二计算机排18b的第二风扇25b。
在示例性冷却系统128的正常操作期间，鼓风机系统54将空气从第二过道22a(第一热过道)汲取到第一返回室136a中，鼓风机系统54经由空气管道142的网络将空气从第一返回室136a推动到第一供应室134a中，并且鼓风机系统54将空气从第一供应室134a推动到第一过道20a(冷过道)中。类似地，在例示的示例中，鼓风机系统54将空气从第三过道22b(第二热过道)汲取到第二返回室136b中，鼓风机系统54经由空气管道142将空气从第二返回室136b推动到第二供应室134b，并且鼓风机系统54将空气从第二供应室134b推动到第一过道20a(冷过道)中。
图18和图19示出了示例性可调式或固定位置喷嘴76，其可以用于引导从喷嘴排放的主空气流144。此外，示例性喷嘴76还可以用于诱发周围空气流146在与主空气流144相同的总方向上流动。在一些示例中，周围空气流146是来自通过喷嘴76周围的区域中的柔韧空气管道的空气可透过侧壁释放的空气。喷嘴76和诱发并引导周围空气流的原理可以应用于图3-图23中所示的任何空气管道示例。
图20-图23示出了示例性内部挡板198、200，其可以用于减小在其它情况下可能由于轴向冲过供应空气管道202、204的不受约束的空气的动态气压而导致的负面效应。例如，如果没有挡板198、200，通过管道202、204的空气可透过侧壁释放的空气可能容易遵循沿长度流经管道而不是在常常更期望的径向方向(垂直于管道长度)上从管道排放的空气的轴向纵向方向。在例示的示例中，内部挡板198、200中断了在对应供应空气管道202、204的端部74处进入轴向的空气的轴向或纵向速度。可以将内部挡板198、200应用于图3-图23中所示的任何空气管道。
在图20和图22所示的示例中，供应空气管道202包括空气可透过柔韧外壁206和水平伸长的内部挡板198。在该示例中，内部挡板198是管状的(例如，锥形或柱形)。在例示的示例中，内部挡板198将供应空气管道202的内部空间分成内部上游室208和外部下游室210。供应空气流212顺序地从第二过道22a(热过道)流动通过冷却系统，沿长度方向通过上游室208，沿径向向外通过内部挡板198，通过下游室210，沿径向向外通过供应空气管道202的空气可透过柔韧外壁214，并从供应空气管道202向下进入第一过道20a(冷过道)。然后，空气可以传送通过计算机排18a并进入第二过道22a(热过道)。在一些示例中，冷却系统包括返回寄存器62、鼓风机系统54和适当的管道系统，以使空气返回供应空气管道202的轴向端部74处的上游室208，以重复该回路。
在图21和图23所示的示例中，供应空气管道204包括空气可透过柔韧外壁216和水平伸长的内部挡板200。在该示例中，内部挡板200大体为平面。在例示的示例中，内部挡板200将供应空气管道204的内部空间分成内部上游室218和外部下游室220。供应空气流212顺序地从第二过道22a(热过道)流动通过冷却系统，沿长度方向通过上游室218，沿径向向外通过内部挡板200，通过下游室220，沿径向向外通过供应空气管道204的空气可透过柔韧外壁222，并从供应空气管道204向下进入第一过道20a(冷过道)。然后，空气可以传送通过计算机排18a并进入第二过道22a(热过道)。在一些示例中，冷却系统包括返回寄存器62、鼓风机系统54和适当的管道系统，以使空气返回轴向端部74处的上游室218，以重复该回路。
尽管本文已经描述了特定示例性方法、设备和制品，但本专利的覆盖范围不限于此。相反，本专利覆盖在字面上或在等价原则下完全落在所附权利要求的范围内的所有方法、设备和制品。