两相冷却剂分配架构的制作方法

1.本发明的实施方式总体涉及数据中心。更具体地，本发明的实施方式涉及两相冷却剂分配架构。


背景技术：

2.包括数个有源电子机架的数据中心的热管理对于确保在机架中运行的服务器和其它it设备的适当性能是至关重要的。在没有适当的热管理的情况下，机架内的热环境可能超过操作阈值，从而导致操作后果(例如，服务器故障等)。管理热环境的一种方法是使用冷却空气来冷却it设备。大多数现有的数据中心都是空气冷却的。近来，数据中心已经部署了更高功率密度的电子机架，其中，更高密度的核心片被更紧密地封装在一起以提供更大的处理能力。通过保持适当的热环境来冷却这些高密度机架可能是现有冷却系统的挑战，特别是在机架的功率密度不断增加的情况下。
3.用于冷却系统的现有解决方案包括相变系统。然而，这种系统可能不包括冗余设计或者可能不提供整个冷却系统的完全冗余，这意味着包括单个故障端口。另外，现有的解决方案可能需要大量的调整和控制，甚至在部署了解决方案之后。


技术实现要素：

4.本公开的一方面提供了一种浸入冷却系统，包括：
5.浸入箱，用于容纳一个或多个电子设备，所述一个或多个电子设备至少部分地浸入到容纳在所述浸入箱中的电介质冷却剂中；
6.第一冷却回路，联接到所述浸入箱以向所述浸入箱提供冷却液体，其中，所述第一冷却回路包括第一冷凝器单元、第一液体供应管线和第一蒸气返回管线；
7.第二冷却回路，联接到所述浸入箱以向所述浸入箱提供冷却液体，其中，所述第二冷却回路包括第二冷凝器单元、第二液体供应管线和第二蒸气返回管线；
8.第一压力传感器，联接到所述第一蒸气返回管线；
9.第二压力传感器，联接到所述第二蒸气返回管线；以及
10.至少一个主冷却源，包括基于所述第一压力传感器和所述第二压力传感器控制的流体控制阀。
11.本公开的另一方面提供了一种浸入冷却系统，包括：
12.浸入箱，容纳一个或多个服务器，所述一个或多个服务器至少部分地浸入到容纳在所述浸入箱中的电介质冷却剂中；
13.两相分配单元，包括：
14.第一液体冷凝器，联接到所述浸入箱以经由第一液体供应管线向所述浸入冷却系统提供液体冷却剂，并且经由第一蒸气返回管线从所述浸入冷却系统接收蒸气，以及
15.第二液体冷凝器，联接到所述浸入箱以经由第二液体供应管线向所述浸入冷却系统提供液体冷却剂，并且经由第二蒸气返回管线从所述浸入冷却系统接收蒸气；
16.第一压力传感器，联接到所述第一蒸气返回管线以测量所述第一蒸气返回管线中的所述蒸气的压力；
17.第二压力传感器，联接到所述第二蒸气返回管线以测量所述第二蒸气返回管线中的所述蒸气的压力；
18.一个或多个主冷却源，联接到所述两相分配单元；以及
19.一个或多个流体控制阀，设置在所述一个或多个主冷却源上，其中，所述一个或多个流体控制阀基于所述第一压力传感器和所述第二压力传感器被控制。
20.本公开的又一方面提供了一种控制两相冷却分配单元的方法，包括：
21.从联接到第一冷却剂分配回路的第一蒸气返回管线的第一压力传感器接收压力数据；
22.从联接到第二冷却剂分配回路的第二蒸气返回管线的第二压力传感器接收压力数据，其中，所述第二冷却剂分配回路与所述第一冷却剂分配回路并行操作；以及
23.基于来自所述第一压力传感器和所述第二压力传感器的所述压力数据控制所述第一冷却剂分配回路的冷却能力。
附图说明
24.本发明的实施方式在附图中以示例的方式而非限制的方式示出，在附图中，相同的参考标记表示类似的元件。
25.图1是示出根据一个实施方式的具有冗余主两相冷却源和冗余两相冷却系统的冷却设计的系统图。
26.图2是示出根据一个实施方式的冷却设计的系统图，该冷却设计包括在分配单元外部的蒸气返回回路上的压力传感器封装。
27.图3是根据一个实施方式的另一冗余两相冷却设计的系统图，在该冷却设计中，两相分配单元包括并联的主冷却源输入，并且每个冷凝核心配备有流体系统。
28.图4示出了根据另一实施方式的两相分配单元，该两相分配单元包括单个阀和内部设计，以便能够实现对主冷却源的高级流体管理。
29.图5示出了根据另一实施方式的包括附加特征的两相分配单元的高级系统设计。
30.图6示出了根据另一实施方式的基于蒸气返回管线压力操作并联冷却回路的示例性方法的流程图。
具体实施方式
31.将参考下面讨论的细节描述本发明的各种实施方式和方面，并且附图将示出各种实施方式。下面的描述和附图是对本发明的说明，并不构成对本发明的限制。描述了许多具体细节以提供对本发明的各种实施方式的透彻理解。然而，在某些情况下，为了提供本发明的实施方式的简洁讨论，没有描述公知的或常规的细节。
32.在说明书中提及“一个实施方式”或“实施方式”意味着结合该实施方式描述的特定特征、结构或特性可以包括在本发明的至少一个实施方式中。在说明书的各个地方出现的短语“在一个实施方式中”不一定都指同一实施方式。
33.本公开的实施方式为具有内部控制的不同系统提供了具有全冗余的高级相变分
配系统，以适应不同的操作情况。相变分配系统的冷却架构可实施为用于电子机架和集群。冷却架构可包括基于浸入箱的计算集群。冷却架构可包括核心单元，该核心单元包括彼此平行布置的至少两个冷凝核心单元。例如，两个冷凝核心单元可包括在两相分配单元内。两相分配单元可以以两个并联回路将液体分配到负载(例如，浸入冷却系统)，并使蒸气从负载并联返回。两个压力传感器可包括在蒸气返回回路上，一个压力传感器在每个蒸气返回回路上。压力传感器可控制到核心冷凝器单元的一个或多个主冷却源。因此，压力传感器可控制主冷却源以确保冷却能力被充分地输送到两相分配单元。在一个实施方式中，基于压力传感器的读数，两相分配单元内的内部系统设计可以使冷却源能够不均匀地分配到冷凝核心。
34.因此，本公开的实施方式可实现对数据中心和服务器的高级热管理。实施方式可适应不同的系统级和集群级架构。本公开的附加优点包括高系统可靠性、增加的功率效率以及与不同系统和基础设施的兼容性。
35.根据一个实施方式，浸入冷却系统包括：浸入箱，用于容纳一个或多个电子设备，一个或多个电子设备至少部分浸入容纳在浸入箱中的电介质冷却剂中；第一冷却回路，用于向浸入箱提供冷却液体，其中，第一冷却回路包括第一冷凝器单元、第一液体供应管线和第一蒸气返回管线；以及第二冷却回路，用于向浸入箱提供冷却液体，其中，第二冷却回路包括第二冷凝器单元、第二液体供应管线和第二蒸气返回管线。在一个实施方式中，该系统还包括联接到第一蒸气返回管线的第一压力传感器、联接到第二蒸气返回管线的第二压力传感器、以及包括基于第一压力传感器和第二压力传感器控制的流体控制阀的至少一个主冷却源。
36.在一个实施方式中，至少一个主冷却源包括联接到第一冷凝器单元的第一主冷却源和联接到第二冷凝器单元的第二主冷却源。在一个示例中，第一主冷却源包括第一流体控制阀，以及第二主冷却源包括第二流体控制阀。在一个实施方式中，第一流体控制阀至少部分地由第二压力传感器控制，以及第二流体控制阀至少部分地由第一压力传感器控制。在一个实施方式中，第一主冷却源包括通向第一冷凝器单元和第二冷凝器单元的双向流体控制阀。在一个实施方式中，至少一个主冷却源包括一个主冷却源，该主冷却源包括通向第一冷凝器单元和第二冷凝器单元的分流流体控制阀。
37.在一个实施方式中，第一冷凝器单元、第二冷凝器单元和至少一个流体控制阀包括在两相分配单元内。在一个实施方式中，第一压力传感器和第二压力传感器设置在两相分配单元内。在一个实施方式中，该系统还包括管理控制器，用于接收来自第一压力传感器和第二压力传感器的压力数据，并基于来自第一压力传感器和第二压力传感器的压力数据控制至少一个流体控制阀。
38.图1示出了根据一个实施方式的具有冗余主两相冷却源和冗余两相冷却系统的系统设计。两相分配单元102可以是所公开的系统架构100的核心。两相分配单元可以包括两个核心系统，每个核心系统可以包括主冷却回路、冷凝器核心、相变回路和传感器。如图所示，负载可以是基于两相的浸入式冷却服务器容器。然而，负载可以是任何两相冷却系统。
39.在一个示例中，如果蒸气与两个回路平行地均匀分布，则两相回路以类似或相同的模式操作。压力传感器可包括在分配单元内并用于检测蒸气返回回路中的蒸气压力。压力传感器可用于控制主冷却源中的各个阀，从而控制到冷凝器的冷却流体流量。特别地，在
一个实施方式中，第一回路的第一压力传感器可用于控制到第二冷凝器单元的第二控制阀，而第二回路的第二压力传感器可用于控制到第一冷凝器单元的第一控制阀。在另一实施方式中，两个压力传感器可一起用于控制冷凝器单元的两个控制阀。例如，如果第二压力传感器处的压力较高，则在第二冷却回路上可能存在较高的热负载，或者可能存在第二冷却回路的故障。用于不同情况的控制策略可以根据每种情况下的压力传感器的压力测量而变化。
40.在一个实施方式中，参考图1，冷却系统100包括两相分配单元102。在一个示例中，两相分配单元102包括两个冷凝器单元104a和104b，每个冷凝器单元104a和104b联接到液体供应和蒸气返回回路，以向电子设备提供液体冷却。例如，冷凝器单元104a可联接到液体供应管线106a以向浸入箱110提供冷却液体。浸入系统110可以是填充有冷却液体(例如，经由液体供应管线106a和106b填充)的箱，在冷却液体中浸入一个或多个服务器或其它电子设备以进行冷却。在服务器的操作期间产生的热量可以通过冷却液体的蒸发来提取。蒸发的冷却液体(也称为蒸气)然后可以经由蒸气返回管线108a和108b返回到冷凝器单元104a和104b。
41.冷凝器单元104a还可联接到蒸气返回管线108a，用于将蒸气(例如，蒸发的冷却液体)从浸入箱返回到冷凝器单元104a。冷凝器单元104a可从主冷却源120a(例如，经由主冷却回路)接收冷却液体，冷凝器单元可以使用该冷却液体来冷却和冷凝经由蒸气返回管线108a返回的蒸气。类似地，冷凝器单元104b可联接到液体供应管线106b、蒸气返回管线108b和主冷却源120b，每个分别具有与液体供应管线106a、蒸气返回管线108a和主冷却源120a类似的功能。
42.根据一些实施方式，第一压力传感器125a可联接到蒸气返回管线108a，并且第二压力传感器125b可联接到蒸气返回管线108b。在一个示例中，第一压力传感器125a连续地或周期性地测量蒸气返回管线108a中的蒸气压力。类似地，第二压力传感器125b连续地或周期性地测量蒸气返回管线108b中的蒸气压力。因为浸入箱中的液体的蒸发可能是不均匀分布的并且因此蒸气也是不均匀分布的，所以蒸气返回管线108a和108b中的蒸气量以及相应的蒸气压力可能彼此不同，并且可以随时间变化。因此，冷凝器单元104a和104b上的热负载也可以变化。例如，冷凝器单元104a可具有比冷凝器单元104b更大的热负载。
43.因此，基于由压力传感器125a和125b测量的压力，流体控制阀112a和112b可以控制成增加或减小相应的冷凝器单元104a和104b的冷却能力。在一个示例中，由压力传感器125a测量的压力可用于控制流体控制阀112b，并且由压力传感器125b测量的压力可用于控制流体控制阀112a。如图1中所示，来自两个压力传感器125a和125b的测量数据可以聚集在一起，并一起用于控制流体阀112a和112b。
44.在一个示例中，因为由压力传感器125a和125b测量的两个压力表示输送到冷凝器单元104a和104b中的每个的热负载，所以压力测量值可用于调节输送到冷凝器单元104a和104b中的每个的冷却液体的量。在一个实施方式中，微控制器可包括在两相分配单元102中，用于接收和处理压力传感器数据，以控制流体控制阀112a和112b以及管理主冷却源。此外，可预先表征和调整阀开度与冷却流体流量之间的对应关系，使得可基于两个压力传感器125a和125b的对应读数将阀调节到一定开度。在一个示例中，可使用两个压力传感器125a和125b，因为系统内的功率可以是动态的，因此，在两个蒸气返回管线108a和108b中，
蒸气量可以不同。在另一情况下，主冷却源120a和120b可以被动态控制。例如，收集来自压力传感器125a和125b的传感器数据并分析一段时间。因此，行为的变化可用于识别用于两相分配单元102的适当控制策略。
45.在一个示例中，由压力传感器125a和125b中的一个测量的高压意味着较高的蒸气和较高的热负载。较高的热负载可指示可能需要向相应的冷凝器提供更多的冷却流体。在另一示例中(例如，在故障情况下)，使用动态监控。例如，如果冷凝器单元104b发生故障，则压力传感器125b的读数可持续增大。然而，在这种故障情况下，增大到冷凝器单元104b的冷却流速可能不是正确的解决方案，因为冷凝器单元104b已经发生故障。因此，在这种情况下，当捕获到动态增大特征时，由主冷却源120a提供的冷却流体应显著增加，以增加冷凝器单元104a的冷却能力，从而补偿故障的冷凝器单元104b。
46.图2示出了一种系统设计，该系统设计包括在分配单元外部的蒸气返回回路上的压力传感器封装。压力传感器可联接到浸入系统与分配单元之间或浸入系统内的蒸气返回回路。另外，浸入系统可包括用于与分配单元(例如，通过tcp/ip)通信的管理控制器，用于基于压力传感器的测量来控制主冷却源。应当注意，尽管存在多个回路，但是对于不同的情况，可以仅控制一个回路。
47.在一个实施方式中，参考图2，冷却系统200可以包括两相分配单元202，其可与两相分配单元102相同或相似。两相分配单元202可包括可与冷凝器单元104a和104b相同或相似的两个冷凝器单元204a和204b。类似于图1的系统100，冷却系统200包括用于每个冷凝器单元的液体供应管线206a和206b以及蒸气返回管线208a和208b，以向浸入系统210提供冷却液体和从浸入系统210接收蒸气。浸入系统210可与如关于图1所述的浸入系统110相同或相似。
48.在一个实施方式中，第一压力传感器225a可联接到蒸气返回管线208a，而第二压力传感器225b可联接到蒸气返回管线208b。如图2中所示，压力传感器225a和225b可联接到两相分配单元202外部的蒸气返回管线208a和208b。类似于图1，压力传感器225a和225b可用于经由流体控制阀212控制到冷凝器单元204a和204b的主冷却源。在一个示例中，单个流体控制阀212可控制冷凝器单元204a和204b中的每个的主冷却源。
49.在一个实施方式中，系统200可以包括与压力传感器225a和225b通信的管理控制器230。管理控制器230可接收来自压力传感器225a和225b的压力测量，并经由联接到流体控制阀212的控制接口214向流体控制阀212提供控制信号。
50.图3示出了另一种冗余的两相冷却设计，其中，两相分配单元包括并联的主冷却源输入，并且每个冷凝核心均配备有流体系统。压力传感器封装在蒸气返回管线上的分配单元外部。在这种设计中，压力传感器被添加到回路上，这可简化两相分配单元302的设计，并将传感器与两相分配单元302分开。这可在对于多个浸入系统310使用大规模的两相分配单元的情况下使用。浸入系统310可与如关于图1所述的浸入系统110相同或相似。
51.在一个实施方式中，参考图3，冷却系统300可包括两相分配单元302，其可类似于两相分配单元102和202。与图1的系统100类似，系统300包括两个冷凝器单元304a和304b以及用于每个冷凝器单元304a和304b的液体供应管线306a和306b和蒸气返回管线308a和308b，以向浸入系统310提供冷却液体和从浸入系统310接收蒸气。另外，系统300包括与每个冷凝器单元304a和304b相关联的流体控制阀312a和312b。系统300还可包括蒸气返回管
线308a上的压力传感器325a和蒸气返回管线308b上的压力传感器325b。如图所示，压力传感器325a可与流体控制阀312a通信并控制流体控制阀312a，而压力传感器325b可与流体控制阀312b通信并控制流体控制阀312b。
52.图4示出了两相分配单元，其包括单个阀和内部设计，以便能够对主冷却源进行先进的流体管理。在这种设计中，对于某些情况，两个单独的主冷却源可以合并到一个单独的冷凝核心中。
53.在一个实施方式中，参考图4，冷却系统400可包括两相分配单元402，其可类似于两相分配单元102、202和302。与图2的系统200类似，系统400包括两个冷凝器单元404a和404b以及用于每个冷凝器单元404a和404b以向浸入系统410提供冷却液体和从浸入系统410接收蒸气的液体供应管线406a和406b和蒸气返回管线408a和408b、以及与控制到两个冷凝器单元404a和404b的主冷却源相关联的单个流体控制阀412。浸入系统410可与如关于图1所述的浸入系统110相同或类似。系统400还可包括蒸气返回管线408a上的压力传感器425a和蒸气返回管线408b上的压力传感器425b。如图所示，压力传感器425a和425b可封装在两相分配单元402内。因此，监测蒸气返回管线压力并经由阀控制主冷却源的整个功能可完全封装在两相分配单元内。
54.图5示出了包括附加特征的两相分配单元的高级系统设计。主冷却源返回回路可包括泵，该泵也可由蒸气返回管线上的内部压力传感器控制。
55.在一个实施方式中，参考图5，冷却系统500可包括两相分配单元502，其可类似于两相分配单元102、202、302和402。与图2的系统200类似，系统500包括两个冷凝器单元504a和504b和用于每个冷凝器单元504a和504b以向浸入系统510提供冷却液体和从浸入系统510接收蒸气的液体供应管线506a和506b和蒸气返回管线508a和508b、以及与控制到两个冷凝器单元504a和504b的主冷却源相关联的单个流体控制阀512。浸入系统510可与如关于图1所述的浸入系统110相同或类似。系统500还可包括蒸气返回管线508a上的压力传感器525a和蒸气返回管线508b上的压力传感器525b。如图所示，压力传感器525a和525b可封装在两相分配单元502内。另外，系统500可包括在主冷却源520的返回管线上的流体泵522。压力传感器525a和525b可用于控制流体控制阀512和流体泵522。
56.图6示出了基于蒸气返回管线压力操作并联冷却回路的方法600的流程图。在框610处，部署两个冷却回路且进行并行操作。在框620处，监测两个冷却回路中的每一个的蒸气返回管线中的压力。在框630处，基于两个冷却回路的蒸气返回管线中的压力来控制主回路冷却能力。可选地，在框640处，基于蒸气返回管线中的压力，将两个回路并行操作切换到单个回路操作。
57.在前面的说明书中，已经参考本发明的特定示例性实施方式描述了本发明的实施方式。将显而易见的是，可对其进行各种修改，而不背离如所附权利要求书中所阐述的本发明的更宽的精神和范围。因此，说明书和附图被认为是说明性的，而不是限制性的。