CN101680718A - 用于数据中心机架的基于空气的冷却 - Google Patents

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CN101680718A CN200880016127A CN200880016127A CN101680718A CN 101680718 A CN101680718 A CN 101680718A CN 200880016127 A CN200880016127 A CN 200880016127A CN 200880016127 A CN200880016127 A CN 200880016127A CN 101680718 A CN101680718 A CN 101680718A
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Abstract

一种特别适用于数据中心应用的高速低压冷却系统(100)，其包括空气冷却剂环路(102)、非空气冷却剂环路(104)和用于在所述环路(102和104)之间传热的冷却器单元(126)。空气环路(102)用于使吹过安装在数据中心机架(110)中的设备的传热表面的环境空气冷却。以此方式，利用在数据中心环境下有利的冷却剂可以提供有效冷却。

Description

用于数据中心机架的基于空气的冷却
相关申请的交叉引用
按照35 U.S.C.119，本申请要求享有于2007年3月14日递交的名称为“AIR-BASED COOLING FOR DATA CENTER RACK”的美国临时申请No.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
一般而言，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
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。
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。
一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
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。
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℃。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。
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100psi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。
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。
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。
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。
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。
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
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：
图1是本发明的基于空气的冷却系统的示意图；
图2A是本发明的数据中心机架的分解透视图，该机架具有安装在门上的冷却器系统，为便于图解说明，图中拆除了门覆盖板件；
图2B的前视图局部示意地示出了本发明的温度传感器条；
图2C是具有垂直配电盘的数据中心机架的后视图，该配电盘具有根据本发明的温度传感器条；
图3A是用于本发明的基于空气的冷却系统的管道的横截面图；
图3B是用于本发明的管道段的联接部的侧向局部横截面图；
图4A是并入本发明的管道段中的簧片阀组件的侧向横截面图；
图4B是图4A所示结构的局部剖切侧向图，图中簧片阀处于打开配置；
图4C是图4B所示结构的局部剖切侧向图，图中簧片阀处于闭合配置；
图5是用于本发明的管道段的替代联接系统的侧向横截面图，一体地装有手动重置簧片阀；
图6示出了本发明的模块化冷却单元框架；
图7A是现有数据中心的顶部平面图，其示出了原始的热和冷配置；
图7B显示了本发明一替代实施方式的基于空气的冷却系统。
具体实施方式
在随后的描述中，本发明阐述了应用于数据中心的基于空气的冷却系统的内容。如上所述，在其他一些情况之中，由于在这种背景下电缆线路环境拥挤、存在很多热区、在这些环境下不同设备的冷却需求、与在这些环境中的水或其它流体冷却剂有关的风险或困难、以及在这些环境下配置和重新配置设备所需的灵活性，这些都是应用本发明特别有优势之处。但是，应当理解，本发明的各种不同方面也可应用于其它背景，这些背景包括涉及电子设备的其它环境。据此，应将随后的描述理解为是对本发明的示例说明而不是对其的限制。
参考图1，该图示出了本发明的高速低压(HVLP)冷却系统100。一般而言，系统100包括空气冷却剂环路102、非空气冷却剂环路104和用于在空气环路102和非空气环路104之间进行热传递的冷却器单元126。
如以下将更详细描述的那样，空气环路102用于冷却环境空气，该环境空气如箭头116所示地吹过安装在数据中心机架110中的设备的传热表面，从而冷却所述设备。在此过程中，热量从环境空气传递到空气环路102。据此，热量通过冷却器单元126从空气环路102传递到非空气环路104。非空气环路104随后或者可将热量经由室外冷凝器单元直接传递到外侧空气，如总体用箭头106表示的那样，或者可将空气传递到建筑物冷却系统(例如，基于水-乙二醇的冷却系统)，该系统再将热量传到外侧空气，如箭头108所示。因此，路径106和108总体表示系统100的一些可任选和替换的实施方式。
一般而言，用于如箭头106和108所示地将热量传递到外侧空气的最终机构可以是已有的建筑物设施且可以是特定场所。例如，这些基本组成部分可以包括建筑物的致冷器或冷却塔和/或室外冷凝器单元。非空气环路104可使用任何适当的冷却剂，诸如氟利昂。就此而言，冷却器单元126可以是常规的单元，诸如空气-氟利昂冷却器单元。从以下描述可以了解，可将本系统实施为很多模块化单元，其中，每个单元的冷却能力仅足以冷却一种常规数据中心环境的子集合、例如4-8个机架。因此，可将冷却器单元126选择为能提供用于此目的足够的传热量。具体地说，可将冷却器单元126的尺寸确定为促进本发明模块化的功能性。此外，可将冷却器单元126封装在模块化构架中，如以下所述。
环路102是用空气作为冷却剂的闭合环路。使环路102中的空气例如相对于基于氟利昂的系统保持较低压力，但在环路102中以相当高的速度传送。应理解的是，就此而言，使用密度较小、压力较低的冷却剂通常需要更多的冷却剂通过传热表面，以便获得所需的传热效果。在本申请中期望的是，应将环路102中的压力保持在低于约5大气压(80psi)，以便有助于本发明的模块化功能性和相关管道的连接和脱离。在所示实施例中，将环路102中的空气保持在大约3个大气压(48psi)。如上所述，这样的低压冷却剂的使用往往意味着需要更高的冷却剂速度来获得所需的传热量。据此，期望的是，针对常规数据中心应用以超过50mph的速度驱动环路102中的空气。在所示实施例中，环路102中的空气以在大约75-90mph之间的速度被驱动。
为了获得所需的空气循环和其它空气特性，所示环路102包括一或多台循环泵122及一或多台空气压缩机和干燥器单元124。如上所述，泵122以期望速度驱动环路102中的空气。就此而言，可以使用任何适当的泵。所示出的泵122是如在机动车涡轮增压应用中常用的滑阀式泵(spool-typepumps)，但其带有用作动力源的电马达而不用排出的废气气流。
空气压缩机和干燥器单元124对注入系统的空气去湿并使空气增压，从而保持闭合环路中所需的空气压力水平。为了获得所需的传热效果，冷却器单元126使环路102中的空气保持在低的温度。具体温度取决于多种因素，这些因素包括具体数据中心的需求、环境温度和湿度水平的要求以及来自环路102构造的导管的隔离性能的需求。具体地说，期望控制系统100的运行能使环路102的外部表面温度保持在被控温度带内，以避免对数据中心环境产生危害的过度冷凝。例如，可期望将环路102的外部表面的温度保持在约40°F-60°F的温度带内，例如在约50°F-55°F之间。但是，在使用如下所述的隔离导管结构时，环路102内的空气可保持在相当冷的温度。就此而言，可将环路102内的空气保持低于凝结(freezing)的温度，例如大约-40°F。因此，由于系统的重新配置，空气压缩机和干燥器单元124可降低注入(injected)环路102中的空气的湿度水平，并降低导入环路102的空气的湿度水平，以使得环路102中水不冻结。
如图所示，优选将非空气环路104和相关的部件安置在数据中心118外侧，例如安置在机械设备房间120中。以此方式，空气是导入数据中心118中的唯一冷却剂，并可将非空气冷却剂的任何泄露限制在数据中心118外侧区域。环路102中的空气用于冷却安置在机架110中的设备。通常，这可以通过利用环路102冷却环境空气而实现，然后可将该环境空气吹过设备的传热表面。因为机架110通常按行并排安排，这大体可以通过使环境空气沿从前向后或从后向前的方向吹过设备而最高效率地实现。所示系统使空气从前向后地吹过，大体如箭头116所示。这可以通过将一或多台风扇放置在机架110之前或之后而实现，而对于很多应用而言，将与致冷器相关联的风扇放置在机架110的前侧、在环境空气被输送到设备之前冷却该环境空气就已足够。在所示实施例中，机架110的前门用带有集成的风扇112的空-空致冷器代替，而机架110的后板用可选的集成有风扇114的气流升压门(air flowboost door)代替。
图2A中更详细地示出了此结构。具体地说，图2A示出了机架组件200，该组件包括前门致冷器单元204(为了图示说明，卸下了前通风覆盖件)和后门气流升压单元206。虽然，图2A中以分解图的形式示出了组件200，应理解的是，前门204安置在机架202的前表面上，后门单元206安置在机架202的后表面上。
前门单元204包括致冷器组件214以及以行和列排列的多台风扇208。致冷器组件214包括多个传热板215，这些板可由诸如任意不同金属的热传导材料制成并借助来自输入导管217的冷空气而变冷。变冷的板215由风扇208从掠过板215的环境空气吸取热量。或者，可将风扇放置在致冷器组件214前面，以推送空气流过致冷器组件。随后，板215将热量传递至循环流过致冷器组件214的导管219的冷却剂空气。之后，变暖的冷却剂空气被排送到总管221，并由此排送到返回导管223。如将在下面描述的那样，输入导管217和返回导管223可设置为同轴管道的形式，其中，冷的供应空气流过内导管，温暖的返回空气流过外导管。该同轴管道限定出空气冷却剂环路。
在所示实施例中，后门单元206包括多台风扇210，这些风扇与前门单元204的风扇208类似地按行和列安置。风扇208和210协同作用以使空气大致沿由箭头220所示的方向流过机架202中的设备。优选将风扇208和210的尺寸和位置确定为能为机架202的不同区域提供适度冷却并且还能提供所需的差温冷却作用(differential cooling)。在所示实施例中，风扇208和210的直径约为4英寸，且被安置成基本并排和从顶部到底部横过单元204和206的全部区域。
如上所述，实际上数据中心内的不同设备、单个机架202内的不同设备可以具有不同的冷却需求。因此优选的是，使风扇208和210智能地运转。在这点上，控制器218可允许所述风扇差动运转。优选至少在每一单元204和206的不同行中的风扇可以独立运转。这是因为，机架202中的设备通常安排成垂直堆叠配置。据此，在机架202的不同垂直高度具有不同的冷却需求。当然，如果需要，任一单元204和206的不同列中的风扇和/或前单元204和后单元206中的风扇可以独立运转。例如，在很多情况下，可以不必使后单元206中的任何风扇运转(在很多情况下，可安全地省略单元206)。类似地，在前单元204的某些行中风扇也是非必要的，因为在该部位没有任何产生可观热量的设备。可选地，可以与一或多根导管219一同设置百叶窗或类似机构(可机械操作的或伺服控制的)，以使得可将冷却剂空气只引导至单元204的需要冷却的部分。
可以通过在前单元204和/或后单元206中使用反馈机构增强组件200的智能运行。在所示实施例中，温度传感器222与后单元206一同设置，以便感应机架202的不同垂直高度处(例如，每一风扇行)从机架202排出的环境空气的温度。这些温度传感器指示出机架202的不同垂直高度处的冷却需求。传感器222向控制器218提供反馈用于驱动单元204和206的不同行上的风扇208和210，并且可选地用于控制冷却剂214的流动。在这点上，还可以与前单元204一同设置传感器(未示出)，以提供用于伺服控制的温差信息。
图2B示出了一替代实施例，其在前门单元和/或后门单元上设有一些温度传感器。具体地说，图2B示出了传感器条230，可将其安装或用其他方法附接到机架或门单元。条230可以呈柔性而没有弹性(rigid of flexible)，例如，呈可卷绕以便运输和储存然后可展开以便使用的带的形式。在这点上，条230可至少在其端部部分234处经由尼龙搭扣带(velcro)、螺钉或其它紧固件附接到机架或门。图示的条包括多个如二极管232之类的温度传感器，该二极管具有适当线路和逻辑电路以便周期性地读取二极管232的导电性。如已知的那样，二极管的导电性或导电性变化可表示温度。条230通常以其纵向轴线垂直延伸地安装在机架或门上。
图2C示出了用于测量机架的不同垂直区域的温度的又一实施例。在这种情况中，机架204具有安装于其上的竖直配电盘242。例如，配电盘可以是由Zonit Structured Solution销售的垂直机架安装配电盘。所示配电盘242具有一体形成或用其他方法安装在其上的温度传感器条244。该传感器条在构造和运行上可与图2B所示的条类似。在这些实施例中的任一实施例中，可以设置适当的电路以便将控制信号返回到伺服控制单元。
再参考图1，系统100可包括多个附加的监测和伺服控制元件。对于箱门冷却单元的伺服控制，可采用任何适当的施行策略和惯常方法提供所需的冷却，并且这些惯常方法可由控制器128执行。在这点上，不仅需要考虑冷却需求，还需要考虑效率因素和任何其它特殊因素。在所示实施例中，可试用用于伺服控制系统的标准冷却施行策略以确保用传感器进行测量时从机架排出的全部空气在机架的每个垂直子段都具有相同的温度，这些传感器例如是热敏条，它们将控制信号通过适当线路传递至控制器128，这将在下文更详细地讨论。如果在机架的一段处测量的温度比另一段的温度高，可使前门单元和后门单元中与较热的那段相关联的风扇运转得较快，以便提供更多的空气流并使排气温度均衡。这种施行策略可以从LCD屏幕上通过前门单元上的控制按钮用手动取而代之，该单元允许机架中的不同垂直区域(通常至少四个区域)具有不同的目标排气温度。应理解的是，数据中心设备通常配有冷却技术规范，指示来自单元的最大排气温度应是多少才能充分冷却。冷却管理的所述方法很好地适应这样的技术规范。
控制器128还对环路102执行主伺服控制功能。该逻辑电路控制环路102中空气的运动。其监测并保持闭合环路中的空气压力、湿度和速度。因此，如大致按照箭头130指示的那样，所示控制器128接收来自与环路102相关的适当压力、湿度和速度传感器的输入，并大体如线132指示的那样向泵122及压缩机和干燥器单元124提供适当的控制输出。控制器128还可接收来自上面所述的机架门单元上的传感器的温度输入，以便提供冷却需求的指示。来自机架门单元的该信息可经由串接线路馈送到控制器128并可以被控制器128使用以便调整环路102中的循环速率。
所示系统100还包括配电单元130。该单元130向机架110中的设备提供电力。具体地说，单元130可与备用电源相关联以确保关键设备安全运行。例如，单元130可以是由Zonit Structured Solutions销售的配电单元。在所示实施例中，单元130包括诸如单板机这样的处理器，这种单板机可使模块化单元之间的能量消耗负载平衡，这将在下文更详细地描述。就此而言，如果均匀地耗电而不是以峰值和谷值为特点地使用，能源成本将低得多。因此，所示单元130起冷却负载均衡器和调度部件的作用。其与每个模块的主伺服控制通讯并监测总的冷却状态和负载。然后其为每个模块调度冷却循环以优化能量使用模式。
该控制器还可与单元130的电力管理逻辑电路通讯。具体地说，可将冷却数据随时间的变化(cooling data history)和状态传送到单元130的这种逻辑电路，这可保持经由网络界面观察到的基线随时间的变化(baselinehistory)。单元130还可根据来自各模块的输入监测数据中心环境。以此方式，可显示等温线和对流模式，以便分析和进一步优化系统的运行。
图3A示出了可用于空气冷却剂环路的管道300。所示管道300包括内导管302和被空间306隔开的外导管304。径向肋308用于提供所需的间隔。如上所述，内导管302可将冷的供应空气提供给要被冷却的机架，外导管304可将温暖的返回空气输送到冷却器单元。应理解，如果需要，可将布电线(electrical wiring)安置在空间306内或安置在设于管道外部表面的凹部。或者，可将布电线捆或绑到管道300的外部表面。在所示实施例中，将多股绞线310嵌入外导管304的壁内。例如，绞线310可用于连续地传递控制信号到温度传感器或用于控制门风扇的控制器，和/或从该处连续地接收信号。
导管组件300被设计为输送空气冷却剂环路中的已冷却空气。组件300相对于内导管具有足够的隔离性能，致使外导管外侧的冷凝最少，从而可减少或基本消除对数据中心环境有害的水滴。组件300还可减弱声音，因此快速运动的冷却空气不会导致噪音过大。组件300由具有所需隔热和消音性能的塑料制成，并被挤压成如图3A所示的横截面。
图3B示出了用于联接管道312和314的两段的联接单元310，所述管道例如可以是如上所述具有嵌入的导电迹线(conductive trace)的管道。更具体地说，尽管联接单元也可应用于其它背景，管道312和314可以是如图3A所示的管道，其用于组装数据中心冷却应用中的空气冷却剂环路。所示联接单元310通常是套筒的形式，该套筒具有第一和第二凹部316和318，用于接纳管道312和314的端部。凹部由带齿320的壁形成，这些齿从壁径向朝内延伸。将管道312和314插入凹部316和318时，齿320嵌合并略微穿过管道的外壁。齿320取向为阻止管道312和314从凹部退出。O形环322密封联接单元310，从而基本消除空气(或其它传递流体)的泄露。
所示联接器还提供管道312和314的电联接。如上所述，管道313和314具有嵌入的导电迹线。齿320具有导电的外部表面，因此当齿穿透管道312和314的外表面时，齿与导电迹线嵌合。在这点上，每一凹部316和318中的各行齿可彼此在圆周上错开，致使无论管道312或314插入凹部316和318时具有何种角度取向，至少一个齿可与迹线嵌合。第一和第二凹部316和318的齿320通过引线324电互连。以此方式，敷设管道时可对如数据中心空气冷却剂环路这样的回路附随地布线。
所示联接单元310的中心部分包括内导管326和外导管328。这些导管326和328之间的间隔可以被径向肋保持。这些导管326和328可使如上所述的同轴管道高效地互连。
本发明的一个优点是，可将用于数据中心的整个冷却系统设置为多个模块化单元。这使数据中心展现出所需的冷却并在随后的时刻扩展容量。人们期望不需要专业技能就可高效实现这种配置和重新配置。据此，期望的是，例如通过如上所述的联接单元就可方便地连接和脱离构成空气冷却剂环路的导管。另外，期望的是，在连接器脱离时气流自动切断以避免高速的冷空气排到周围环境中。
图4A-4C示出了具有所需功能的管道端部段400。如图所示，端部段400包括外管道402和内管道404，如前所述。在组件400的出口端405处设有簧片阀子组件403，其中，空气流方向如箭头411所示。即，将导管段加入空气冷却剂环路时，出口端405在导管段的下游端处。所示阀子组件403包括通过铰接部408连接至内导管404的多个阀指状件406，该铰接部诸如是一体的夹布(例如，塑料)铰接部(fabric hinge)。或者，可以使用机械铰接部。
在打开配置中，如图4A和4B所示，指状件406安置在形成于内导管404中的凹部内，因此它们基本上不防碍空气流通过导管404。在闭合配置中，如图4C所示，指状件406卡扣在一起从而基本上切断空气流。优选阀子组件403是自作动的，以便在导管段脱离时自动切断空气流。也就是说，当导管段连接在空气冷却剂环路中且空气流动时，阀子组件403自动呈现图4A和4B所示的打开配置。但是，当导管段脱离，阀子组件403将自动呈现图4C所示的闭合配置。在这点上，例如，可通过铰接部材料的内部弹力使阀子组件403朝打开配置偏置。
如在图4A中清楚地看到的那样，所示指状件406具有形状大致为弯曲翼型的横截面。流过这些指状件表面的空气流将指状件沿径向向内拉。当导管段脱离时，该拉力增加。通过铰接部的适当设计，将管道段加入空气冷却剂环路中且空气流动时，空气流掠过指状部406。空气流动可使阀组件保持在打开配置。但是，当管道段脱离时，空气速度将瞬时显著增加，增加“指状件”上的空气动力升力，将它们托举到迎面而来的空气流中。指状件的尖端将被拉进空气流中，然后使指状件卡扣成闭合配置。
当管道被连接且空气流动时，簧片阀子组件403再次自动打开。具体地说，通过设计，指状件406在闭合配置中没有形成气密封。相反，由于指状件尖端倒圆，一些空气将在指状件之间或通过小的中心开口而泄露。因为冷却剂是对环境无害的空气(虽然是冷空气)，这种小的泄露不涉及安全问题。这种泄露导致横过簧片阀子组件403上的压差减小，直到铰接部的弹力使阀子组件再次打开为止。
图5示出了一种替代的机械作动机构。具体地说，图5示出了连接机构500，其包括第一管道组件502的下游凸出端，用于连接到第二管道组件504的上游凹入端。如上所述，管道组件502和504包括内导管508和512以及外导管506和510。第一管道组件502包括簧片阀子组件516。簧片阀子组件516铰接地连接至内导管508并包括杠杆臂518，该杠杆臂延伸通过形成在外导管506中的诸如缝隙这样的开口。第二管道组件504包括带凸缘的段514，该段的尺寸被确定为延伸超过第一管道组件502的端部段。当管道段502和504互连时，带凸缘的段514下压杠杆臂518，并打开簧片阀516。使簧片阀516朝向闭合位置偏置，使得组件502和504脱离时，阀组件516呈现如所图所示的闭合位置。
图6示出了如何将本发明的冷却器单元设置在模块化构架中以确保任何所需的二维或三维数据中心布局的情况。如图6所示，系统600由多个模块601-605构造。如上所述，这些模块的每个例如可以包括空气-氟利昂冷却单元和关联结构。模块601-605包括一些对准和互连元件，以确保模块按水平和/或垂直配置互连。在所示实施例中，这些对准元件包括确保这种连接的凸形连接器606和凹形连接器608。如果需要模块601-605的这种对准还可用于模块601-605之间的电气和气动结构的简单互连。
可以利用除上述门安装单元之外的致冷器实现本发明的基于空气的冷却系统。具体地说，需要提供安装于地面或天花板的致冷器以处理数据中心的热区。在这方面，图7A显示了当前如何很好地构想数据中心700的一实例。数据中心700包括以行设置的机架702。计算机房间空调(CRAC)单元710迫使冷空气进入底层地板通风空间。冷空气(由箭头706所示)经由大致处于机架702附近的通风口704进入数据中心700。通常，冷空气706吹向机架的前侧，而暖空气(总体由箭头708所示)离开机架的后侧。
可将机架的相邻行构造为使得机架背侧彼此面对且前侧彼此面对。其作用是在机架行之间限定交替的暖通道和冷通道。优选将CRAC单元710定位在暖通道的端部处，以便吸入暖空气用于如所示出的冷却。但是，往往不使用这种优选构造。例如，可能得不到CRAC单元710。在每条暖通道前面可能形成数据中心700内的热区。即使使用优选构造，也可能存在局部热区，特别是朝向机架的顶部出现热区。
图7B示出了采用本发明的致冷器单元722的数据中心720。数据中心720包括多行机架724、CRAC单元726、底层地板通风部728和通风口730，所有组成部件基本如对图7A的描述那样。数据中心720还包括常规高架槽道732。因为致冷器单元基于空气并可由轻质材料构造，其可以经由支架734或类似的安装硬件而被简单地从槽道吊挂。致冷器单元722从暖通道吸入暖空气(由此减小CRAC上的负载)，并使冷空气向下落在机架前部上。这有利地对机架的最高设备进行冷却。当然，也应想到，可将致冷器单元安装在地面或在其它部位处。
上面对本发明的描述用于图示说明和解释。此外，以上描述并不意味着将本发明限定于本说明书所披露的构造。因而，可以在本发明的范围内作出与上述教导、相关领域的技术和知识等同的变换和改型。上面描述的实施例可进一步解释实施本发明的已知最佳模式，并能使本领域的其它技术人员按这种或其它一些实施例以及利用由本发明的具体应用(一或多种)或使用(一或多种)所需的各种改型来使用本发明。本申请力图使所附权利要求涵盖现有技术所允许范围的那些替换实施例。

Claims (46)

1、一种用于冷却电子设备的方法，包括：
提供第一闭环冷却剂回路；
使空气流过所述第一闭环冷却剂回路，使得所述空气起冷却剂流体的作用；
使所述第一闭环冷却剂回路和环境空气之间进行热交换，以便冷却环境空气；和
使已冷却的环境空气流动通过电子设备的第一传热表面。
2、如权利要求1所述的方法，其中，还包括提供第二闭合环路冷却剂回路的步骤，该回路具有的冷却剂流体与第一回路的冷却剂流体不同，并在第一和第二回路之间进行热交换。
3、如权利要求1所述的方法，其中，所述热交换步骤包括使用第一回路来冷却第二传热表面并使至少一台风扇运转以使所述环境空气流动掠过所述第二传热表面。
4、如权利要求1所述的方法，其中，使空气流动的所述步骤包括在所述第一回路中以至少50mph的速度驱动所述空气。
5、如权利要求1所述的方法，其中，还包括将所述第一回路中的所述空气增压到大约1-10atm之间的压力的步骤。
6、如权利要求3所述的方法，其中，所述流动步骤包括将所述第二传热表面和所述风扇安置在容纳所述设备的机架的门单元中。
7、一种用于冷却电子设备的器械，包括：
第一闭环冷却剂回路，其具有用于与环境空气进行热交换的第一热交换表面；和
空气循环器，用于使空气循环通过所述第一闭环冷却剂回路。
8、如权利要求7所述的器械，其中，还包括第二闭环冷却剂回路，该第二闭环冷却剂回路具有与所述第一回路的冷却剂流体不同的第二冷却剂流体。
9、如权利要求7所述的器械，其中，所述空气循环器可操作以便使所述空气以高于50mph的速度在所述第一回路中循环。
10、如权利要求7所述的器械，其中，还包括空气增压器，用于将在所述第一回路中的所述空气增压至大约1-10atm之间的压力。
11、如权利要求7所述的器械，其中，还包括至少一台风扇，用于使环境空气流动掠过所述热交换表面。
12、如权利要求8所述的器械，其中，所述器械包括多台风扇，这些风扇可独立控制以提供不同的冷却。
13、如权利要求12所述的器械，其中，所述风扇被控制成响应来自温度传感器的反馈。
14、一种用于冷却电子设备的方法，包括：
提供闭环冷却剂回路；
在所述闭环冷却剂回路中使用气相冷却剂；和
以不高于大约100psi的压力运行所述闭环冷却剂回路，并使用不低于零下50°F的非常低温度下的所述气相冷却剂。
15、如权利要求14所述的方法，其中，所述闭环冷却剂回路在不超过大约48psi的压力下运行。
16、如权利要求14所述的方法，其中，所述气相冷却剂在所述回路中以至少大约50mph的速度运动。
17、一种用于冷却电子设备的方法，包括：
提供闭环冷却剂回路；
在所述闭环冷却剂回路中使用气相冷却剂；和
以至少大约50mph的冷却剂循环速度运行所述闭环冷却剂回路。
18、如权利要求17所述的方法，其中，所述闭环冷却剂回路以大约75-90mph之间的冷却剂循环速度运行。
19、一种用于冷却标准设备机架中的电子设备的器械，包括多个冷却模块，其中每个模块包括冷却单元和模块化构架，该冷却单元具有的冷却能力足以冷却多于1个但少于约10个的机架，其中每个模块的所述模块化构架适于以多种可行配置与其他所述模块化构架牢固地互连。
20、如权利要求19所述的器械，其中，所述框架可以以垂直堆叠地和水平互连地配置的方式互连。
21、一种用于闭环的、基于空气冷却剂的回路的导管器械，包括：
限定冷却剂空气通路的内导管；
包围所述内导管的外导管；和
用于保持所述内导管的外表面和所述外导管的内表面之间间隔的间隔结构，所述间隔容纳一定体积的隔热空气。
22、如权利要求21所述的器械，其中，所述外导管限定出用于温暖的冷却剂空气的返回通道。
23、如权利要求21所述的器械，其中，还包括嵌入在所述外导管中的导电迹线。
24、如权利要求21所述的导管器械，其中，还包括设置在所述外导管的外表面上的隔离材料。
25、一种用于闭环的、基于空气的冷却剂回路的连接器器械，包括：
多个指状件，其可在打开配置和闭合位置之间运动，在打开配置中，所述指状件分开以允许冷却剂空气流过导管，在闭合位置中，所述指状件被牵拉到一起以基本上防止冷却剂空气流过导管；和
作动机构，当相关的导管段被连接且冷却剂空气流动时，该作动机构用于使指状件从闭合配置运动到打开配置。
26、如权利要求25所述的器械，其中，所述作动机构响应与所述导管段的连接和脱开相关联的冷却剂空气的流动参数变化而在打开和闭合配置之间自动地运动。
27、如权利要求25所述的器械，其中，所述作动机构可手动地作动。
28、一种用于电子设备的机架的冷却系统，包括：
第一门结构，延伸横过机架一侧；
至少一台风扇，用于将环境空气吸入通过所述第一门结构并将所述环境空气导向所述电子设备的传热表面；和
致冷器单元，用于对吸入通过所述第一门结构的环境空气进行冷却。
29、如权利要求28所述的系统，其中，所述致冷器单元由将空气用作冷却剂的闭环回路冷却。
30、如权利要求28所述的系统，其中，所述器械包括由所述门结构支撑的多台风扇。
31、如权利要求30所述的系统，其中，所述风扇按竖直隔开的行安置。
32、如权利要求31所述的系统，其中，不同的所述行的所述风扇可以以不同的速度运行。
33、如权利要求31所述的系统，其中，还包括伺服控制器，用于根据温度反馈控制所述风扇。
34、如权利要求28所述的系统，其中，还包括在第二门结构中的至少一台风扇，该第二门结构位于所述电子设备的与所述第一门结构相对的侧上。
35、一种用于感应数据中心机架上不同位置处的温度的器械，包括：
细长的条，其具有沿其长度分布的多个温度传感器；和
安装结构，用于将所述细长的条安装在所述数据中心机架上。
36、如权利要求35所述的器械，其中，所述细长的条是柔性的，使得其可被卷绕以便储存和运输并被解卷绕以便使用。
37、如权利要求35所述的器械，其中，所述每一传感器都包括二极管。
38、如权利要求35所述的器械，其中，所述条附接到配电盘，所述安装结构对将所述配电盘安装在所述机架上是有效的。
39、一种导管组件，包括：
第一导管，具有嵌入在其中的第一导电性迹线，所述第一导管具有第一端；
第二导管，具有嵌入在其中的第二导电性迹线，所述第二导管具有第二端；和
将所述第一导管的第一端连接至所述第二导管的第二端的连接器，以便在所述端之间传送流体，所述连接器适于将所述第一导管的所述第一迹线电连接至所述第二导管的所述第二迹线。
40、如权利要求39所述的组件，其中，所述连接器包括第一导电性齿，用于嵌合所述第一导管以便与所述第一迹线建立接触；第二导电齿，用于嵌合所述第二导管以便与所述第二迹线建立接触；和互连所述第一齿和所述第二齿的导电通路。
41、如权利要求40所述的器械，其中，所述第一齿和所述第二齿被构造为使得所述齿用于相对于所述连接器的不同导管取向将所述第一迹线和第二迹线电连接是有效的。
42、一种供数据中心机架中的冷却设备之用的方法，包括以下步骤：
提供细长的条，该条具有沿其长度分布的多个温度传感器；
使所述条取向为其长度沿所述机架的垂直轴线延伸；和
将所述条安装在所述机架上。
43、一种用于冷却数据中心的期望区域的方法，包括：
提供致冷器单元，其具有多个传热表面和风扇，用于导引环境空气掠过所述传热表面以产生已冷却的空气流；
使用以空气为冷却剂流体的闭环系统，以便冷却所述传热表面；和
将所述已冷却的空气流导引至所述数据中心的所述期望区域。
44、如权利要求43所述的方法，其中，还包括将所述致冷器单元大致安置在数据中心机架之上的步骤。
45、如权利要求44所述的方法，其中，还包括以下步骤：使所述致冷器单元取向为将空气从所述数据中心的暖区吸入空气并将已冷却的空气输送到所述数据中心的冷区。
46、如权利要求45所述的方法，其中，还包括将所述致冷器单元支承在高架线路槽道上。
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