CN102144140A - 电子元件系统柜的冷却系统 - Google Patents

Abstract

一种电子元件系统柜，包括多个电子元件系统隔舱，以及安装在该多个电子元件系统隔舱的各个之中的多个电子元件系统。电子元件系统柜还包括具有多个冷却剂贮存器的冷却系统。该多个冷却剂贮存器的每个与该多个电子元件系统隔舱的至少一个相关联。冷却系统还包括流体连接到该多个冷却剂贮存器的每个的至少一个泵。该至少一个泵被选择性操作以使冷却剂的供应流通到该多个冷却剂贮存器的每个。

Description

电子元件系统柜的冷却系统

技术领域

本发明涉及冷却系统领域，更具体地涉及电子元件系统柜的冷却系统。

背景技术

传统的空气冷却系统是效率差的且限制服务器机架(server rack)中的信息技术(IT)设备的集成密度。空气冷却的效率差导致高的基础设施和能量消耗。为了提供较大的冷却效率，许多IT系统目前采用流体冷却系统。相对于类似等级的空气冷却系统，流体冷却系统典型地更加紧凑。此外，流体冷却系统一般地比类似等级的空气冷却系统具有更低的功率要求，这是因为流体相比于空气具有改善的热物理属性。

尽管有效，但是流体冷却系统也有几个缺陷。例如，在诸如刀片服务器的高度平行且灵活的系统中流体冷却系统的可靠实施是有挑战性的。当采用流体作为冷却剂时，每个刀片服务器包括必须与相关联的机架流体回路相连接的对应的刀片流体回路。为了维持系统的灵活性，单独的刀片服务器在操作期间必须是可容易交换的。因此，每个刀片服务器典型地包括一个或多个相关联的泵以及将刀片流体回路流体连接到机架流体回路的快接构件。快接件成为可导致流体接触刀片服务器上的电子元件的潜在的失效点。此外，用于冗余目的的多个泵的使用增加了系统成本。流体(任何量)接触电子元件都是不可接受的。有故障的快接件可导致显著的流体泄露。快接件也不能防止流体随着时间逐渐损失而需要将流体贮存器重新填满。

发明内容

根据本发明的示范性实施例，电子元件系统柜包括具有多个电子元件系统隔舱(bay)的壳体(housing)，以及安装在多个电子元件系统隔舱之一中的电子元件系统。电子元件系统包括至少一个热量产生元件和操作性连接到至少一个热量产生元件的冷却系统。冷却系统包括具有与该至少一个热量产生元件呈热交换关系排布的第一表面以及包括柔性膜部分的第二表面的散播板。散播板还包括流体。系统柜还包括具有至少一个包含冷却剂的冷却剂贮存器的柜冷却系统。至少一个冷却剂贮存器包括与散播板的柔性膜部分呈非流体接触排布的柔性膜。冷却系统还包括集中式泵浦系统，具有流体连接到至少一个冷却剂贮存器的至少一个泵。至少一个泵被选择性操作以使得冷却剂流流通到至少一个冷却剂贮存器，该冷却剂流使柔性膜膨胀和收缩，导致流体在散播板中流动以吸收至少一个热量产生元件产生的热量。

根据本发明的另一示范性实施例，冷却电子元件系统柜(其包括具有多个电子元件系统隔舱的壳体以及安装在多个电子元件系统隔舱的每个之中的多个电子元件系统)包括：通过中心泵浦系统抽取冷却剂通过冷却剂回路进入至少一个冷却剂贮存器中。至少一个冷却剂贮存器被排布在多个电子元件系统隔舱之一且与多个电子元件系统之一呈非流体接触。冷却剂贮存器的柔性膜被膨胀和收缩，冷却剂贮存器的柔性膜与电子元件系统的散播板的柔性膜部分接触。散播板内的流体流通，来自热量产生元件的热量被抽入电子元件的散播板中的流体中，从而热量从流体中被移除。

根据本发明的又一示范性实施例，具有多个电子元件隔舱的电子元件系统柜的冷却系统包括至少一个包含冷却剂的冷却剂贮存器。至少一个冷却剂贮存器包括柔性膜。冷却系统还包括具有流体连接到至少一个冷却剂贮存器的至少一个泵的集中式泵浦系统。至少一个泵被选择性操作以使冷却剂流流通到至少一个冷却剂贮存器。冷却剂流使柔性膜膨胀和收缩。

通过本发明的其它示范性实施例的技术可以实现附加的特征和优势。本发明的其它实施例和方面在此被具体描述并被认为是要求保护的本发明的一部分。为了更好地理解本发明的优势和特征，参考描述和附图。

附图说明

在本说明书的结尾，被认为是本发明的主题被具体地指出和清楚地主张在权利要求书中。本发明的前述和其他目的、特征、和优势从下面的结合附图的具体描述变得清晰，其中：

图1是包括根据本发明的示范性实施例构造的冷却系统的电子元件系统柜的横截面侧示意图；

图2是包括根据本发明的另一示范性实施例构造的冷却系统的电子元件系统柜的横截面侧示意图；

图3是包括根据本发明的又一示范性实施例构造的冷却系统的电子元件系统柜的横截面侧示意图；

图4是包括根据本发明的又一示范性实施例构造的冷却系统的电子元件系统柜的横截面侧示意图；

图5是包括根据本发明的又一示范性实施例构造的冷却系统的电子元件系统柜的横截面侧示意图；

图6是包括根据本发明的示范性实施例构造的冷却系统的电子元件系统柜的横截面侧示意图；以及

图7是包括当电子元件从根据本发明的示范性实施例的电子元件系统柜被移除时采用的固定系统的横截面侧示意图

通过参考附图举例的方式，具体描述解释本发明的示范性实施例以及优势和特征。

具体实施方式

初始参考图1，根据本发明示范性实施例的电子元件系统柜一般指示为2。柜2包括具有多个电子元件系统隔舱8-13的壳体4。柜2进一步显示为包括多个电子元件系统16-21(以刀片服务器形式显示)，其排布在电子元件系统舱室8-13的对应的舱室中。如以下将更充分地描述的，柜2包括非流体连接(non-fluidly connected)到设置在每个刀片服务器16-21中的冷却系统的柜或机架冷却系统38。

如所示，每个刀片服务器包括对应的冷却系统55-60。由于每个冷却系统55-56被类似地形成，下面将参考冷却系统55作具体描述，应理解冷却系统56被类似地构造。在所示示范性实施例中，冷却系统55包括设置有柔性膜部分154的散播板153。散播板153包括内部流体贮存器156以及压缩空气贮存器158。如下面将更充分讨论的，冷却剂位于散播板153内。使冷却剂流通以带走诸如显示为160和161的电子元件产生的热量。

继续参考图1描述根据本发明示范性实施例的冷却系统57-60。然而，由于每个冷却系统57-60被类似地形成，下面将仅对冷却系统57作具体描述，应理解剩余的冷却系统(即，冷却系统58-60)被类似地构造。如所示，冷却系统57包括设置有第一膨胀或柔性膜部分164以及第二膨胀或柔性膜部分166的散播板163。如以下将更充分地讨论的，柔性膜部分164和166用作使得散播板163内的流体流通的泵。

根据所示示范性实施例，机架冷却系统38包括流体连接(fluidly connected)到集中式泵浦系统180的多个冷却剂贮存器173-175。集中式泵浦系统180包括经由第一导管183流体连接到每个冷却剂贮存器173-175的泵182。第二导管185经由压力调节器186和热交换器187导回或返回到泵182。冷却剂贮存器173-175被排布在对应的电子元件系统16-21之间。热界面构件(thermal interface member，TIM)189提供贮存器173与散播板153之间的界面。当然，另外的TIM(未分开标识)提供每个冷却剂贮存器173-175与冷却系统56-60中对应的一个冷却系统之间的界面。无论如何，由于每个冷却剂贮存器173和175被类似地形成，下面仅将对冷却剂贮存器173作具体描述，应理解冷却剂贮存器175被类似地构造。

如所示，冷却剂贮存器173包括第一柔性膜200和第二柔性膜201。由于这种排布，泵浦系统180使冷却剂贮存器173中的流体流通。冷却剂使各个柔性膜200和201膨胀和收缩，其作用于散播板153上的柔性膜部分154以及与冷却系统56相关联的相对的柔性膜部分(未分开标识)。被泵浦到冷却剂贮存器173中的冷却剂使得柔性膜200膨胀入散播板153上的柔性膜部分154。柔性膜部分154的膨胀在散播板153中产生了压缩在压缩空气贮存器158内的空气的压力。当压力从冷却剂贮存器173释放时，贮存器158内的压缩空气作用于散播板153内的冷却剂，并迫使柔性膜部分154进入柔性膜200，产生由压力调节器186调节的振荡泵浦动作。

在所示示范性实施例中，冷却剂贮存器174相对于例如散播板163被缩短。然而，以类似于上述的方式，冷却剂贮存器174包括第一柔性膜205和第二柔性膜206。被泵浦入冷却剂贮存器174中的冷却剂使得柔性膜205膨胀入散播板163上的柔性膜部分164。柔性膜部分164的膨胀在散播板163内产生使柔性膜部分166膨胀的压力。当压力经由压力调节器186从冷却剂贮存器174释放时，柔性膜部分166收缩，迫使散播板163内的冷却剂使柔性膜部分164膨胀。柔性膜部分164作用于柔性膜205，导致冷却剂通入泵浦系统180，从而产生由压力调节器186调节的振荡泵浦动作。以这种方式，冷却剂降低了每个电子元件系统16-21的温度。此外，通过保持机架冷却与元件冷却分离，每个电子元件系统16-21可被容易地移除和/或置换(热置换)，而不打开任何流体连接件或将电子元件暴露于冷却剂。

现将参考图2，描述根据本发明另一示范性实施例构造的泵浦系统220，其中相似的参考标号表示它们的各个视图中的对应部分。如所示，泵浦系统220包括第一冷却剂泵225以及第二冷却剂泵226。每个冷却剂泵225和226显示为活塞泵机构的形式。在所示示范性实施例中，第一冷却剂泵225经由第一导管228被流体连接到每个冷却剂贮存器174和175。经由冷却剂贮存器174和175，每个导管228、229被彼此流体连接。此外，每个导管228、229被流体连接到相关联的热交换构件230和231。采用这种排布，通过第一和第二冷却剂泵225和226的排液作用(displacement)，流体或冷却剂以振荡模式被泵浦通过泵浦系统220。振荡操作产生随时间变化的系统压力，其驱动对应的散播板膜164、166并且引起在散播板163中流动的流体。以这种方式，冷却剂以推拉模式被泵浦通过每个冷却剂贮存器174和175。为了进一步促进推拉模式，诸如冷却剂贮存器175中实施的233指示的流体阻力构件被连接到泵浦系统220以改善系统流动参数。

现将参考图3，描述根据本发明又另一示范性实施例构造的泵浦系统240，其中相似的参考标号表示它们各个视图中的对应部分。在所示示范性实施例中，冷却系统57包括冷却剂贮存器174’，其范围是柜2的全深度且不仅包括第一和第二柔性膜205和206而且包括进一步改善散播板内的流体运动的第三和第四柔性膜244和245。采用这种结构，泵浦系统240包括第一冷却剂回路250和第二冷却剂回路252。第一冷却剂回路250包括经由第一导管256操作性连接到冷却剂贮存器174’和175的第一冷却剂泵255。第二导管257将来自冷却剂贮存器174’和175的冷却剂，通过冷却剂回路250运载回来，经由压力调节器258和热交换构件260，将冷却剂返回到泵255。类似地，第二冷却剂回路252包括经由第一导管275流体连接到冷却剂贮存器174’和175的第二冷却剂泵270。冷却剂通过第二导管276回流，经由压力调节器278和热交换构件280返回到第二冷却剂泵270。采用这种排布，每个冷却剂回路250、253以90度的相移操作以实现散播板163中的径向振荡流体流。

现将参考图4，描述根据本发明又另一示范性实施例构造的泵浦系统290，其中相似的参考标号表示它们各个视图中的对应部分。如所示，泵浦系统290包括冷却回路292以及驱动系统294。冷却回路292包括经由第一导管298操作性连接到每个冷却剂贮存器174’和175的冷却剂泵297。冷却剂回路292还可包括运载来自每个冷却剂贮存器174’和175的冷却剂的第二导管299，冷却剂经过热交换构件300并回到冷却剂泵297。驱动系统294包括经过导管304流体连接到每个冷却剂贮存器174’和175的压力调节器302。采用这种排布，冷却剂回路290控制经过每个冷却剂贮存器174’和175的冷却剂流，而驱动系统294控制压力，该压力则控制例如冷却剂贮存器174’的柔性膜部分205、206和244、245。在这种构造中，冷却剂泵297控制冷却剂流入冷却剂贮存器174’和175，且驱动系统294控制例如散播板163内的冷却剂流。

现将参考图5描述根据本发明又一示范性实施例的柜冷却系统330。柜冷却系统330被显示与第一电子元件系统335以及第二电子元件系统336相关联。冷却系统330，相比于采用液体冷却剂以操作膜的前述冷却系统，仅仅利用空气作为冷却和压力调节介质，从而可包括快接件(未分开标识)。为此，每个电子系统元件356和336包括安装到对应的散播板340、342的相关联的多个鳍(fin)338和339。来自鳍的热量由空气流343和344，空气流343和344通过机架级风扇(未示出)产生。每个散播板340、342包括对应的第一表面345、346以及相对的第二表面348、349。如所示，每个散播板340和342还包括相关联的柔性膜部分350和357。柔性膜部分350和357当被激发时，在每个散播板340和342内产生流体流。穿过散播板340和342的流体与位于每个电子元件系统335和336内的鳍338和339以及其他热交换元件(未分开标识)交换热量。采用这种排布，显示为空气压力调节器形式的冷却剂泵360将空气散布到冷却剂贮存器或压力腔室385。空气对每个散播板340和342的柔性膜部分350和357膨胀和收缩。如上所述，柔性膜350和357的膨胀和收缩产生流体的流动，其吸收包含在电子元件系统335和336中的热量。在这点上，应认识到冷却剂泵360可以采取线性驱动器390的形式，该线性驱动器390经由诸如图6所示的连接系统395操作性连接到每个散播板350、357。以这种方式，线性驱动器390移动连接系统395以在柔性膜部分350和357内产生搏动，在每个散播板340和342内产生流动或流通。

图7示出膜固定系统400。根据所示实施例，刀片服务器440包括柔性膜部分441。当刀片服务器440被安装时，柔性膜部分441被构造以与设置在冷却剂贮存器445上的柔性膜442相互作用。然而，当刀片服务器440被移除时，柔性膜442必须被限制以确保适当的操作。为此，固定系统400包括块状构件450，其在当电子元件系统440被安装到对应的电子元件系统隔舱中时的第一位置与电子元件系统440被移除时的第二位置或膜限制位置之间枢转，块状构件450邻接柔性膜442。以这种方式，电子元件系统可容易地从柜2被移除和置换(热置换)而在相关联的柜冷却系统中不产生任何不利效果或损失效率。

在这点上，应认识到本发明的示范性实施例提供电子元件系统柜，该电子元件系统柜包括从对应的电子元件冷却系统解耦的柜冷却系统。通过解耦柜冷却系统和元件冷却系统，元件可容易地在电子元件系统柜中移除和置换(热置换)，而不用担心冷却剂会泄露到操作电子元件上。此外，通过从元件冷却系统解耦柜冷却系统，消除了对快拆卸件或其它相关硬件的需要。此外，本发明利用比对应的流体冷却系统明显少的流体并因此显著地降低了与溢流相关的风险。

尽管本发明的优选实施例已被描述，但是本领域技术人员应理解不论现在还是将来可以做出落入本发明权利要求范围的各种改进或改善。这些权利要求应该被构建以对首次描述的本发明维持适当的保护。

Claims (20)

1.一种电子元件系统柜，包括：

壳体，包括多个电子元件系统隔舱；

电子元件系统，安装在该多个电子元件系统隔舱之一中，该电子元件系统包括至少一个热量产生元件以及操作性连接到该至少一个热量产生元件的冷却系统，该冷却系统包括具有与该至少一个热量产生元件以热交换关系排布的第一表面以及包括柔性膜部分的第二表面的散播板，该散播板包括一流体；以及

柜冷却系统，包括：

至少一个包含冷却剂的冷却剂贮存器，该至少一个冷却剂贮存器包括与该散播板的该柔性膜部分呈非流体接触排布的柔性膜；以及

集中式泵浦系统，包括流体连接到该至少一个冷却剂贮存器的至少一个泵，该至少一个泵被选择性操作以使冷却剂流流通到该至少一个冷却剂贮存器的每个，该冷却剂流使该柔性膜膨胀和收缩，使得该流体在该散播板内流动以吸收该至少一个热量产生元件产生的热量。

2.根据权利要求1的电子元件系统柜，还包括：在该至少一个冷却剂贮存器与该散播板之间延伸的热界面构件。

3.根据权利要求1的电子元件系统柜，还包括：流体连接到该至少一个泵的压力调节器。

4.根据权利要求1的电子元件系统柜，其中该柜冷却系统包括多个冷却剂贮存器，该多个冷却剂贮存器的每个与该多个电子元件系统隔舱的两个相关联。

5.根据权利要求4的电子元件系统柜，其中该至少一个泵包括流体连接到该多个冷却剂贮存器的第一泵以及流体连接到该多个冷却剂贮存器的第二泵。

6.根据权利要求5的电子元件系统柜，其中该第一泵促使该冷却剂进入该多个冷却剂贮存器的每个，且该第二泵从该多个冷却剂贮存器的每个抽取该冷却剂。

7.根据权利要求5的电子元件系统柜，其中该第一泵定义第一冷却剂回路，且该第二泵定义第二冷却剂回路，该第二冷却剂回路与该第一冷却剂回路不同。

8.根据权利要求1的电子元件系统柜，其中该泵浦系统包括流体连接到该至少一个泵的热交换器，该热交换器从捕获自该电子元件系统的该冷却剂移除热量。

9.根据权利要求1的电子元件系统柜，其中该泵浦系统包括冷却回路和驱动系统，该冷却回路引导冷却剂进入该至少一个冷却剂贮存器，且该驱动系统产生使该柔性膜膨胀和收缩的压力调节。

10.根据权利要求1的电子元件系统柜，其中该至少一个冷却剂贮存器包括作用于该散播板的该柔性膜部分的压力腔室。

11.根据权利要求1的电子元件系统柜，其中该至少一个泵包括通过连接系统操作性连接到该散播板的线性驱动器，该线性驱动器被选择性操作以使该柔性膜部分搏动以产生该散播板内的冷却剂流。

12.一种冷却电子元件系统柜的方法，该电子元件系统柜包括具有多个电子元件系统隔舱的壳体，以及安装到该多个电子元件系统隔舱的各个之中的多个电子元件系统，该方法包括：

泵浦冷却剂通过冷却剂回路经由中心泵浦系统进入至少一个冷却剂贮存器，该至少一个冷却剂贮存器被排布在该多个电子元件系统隔舱之一处且与该多个电子元件系统之一呈非流体接触；

膨胀和收缩该冷却剂贮存器的柔性膜，该冷却剂贮存器的柔性膜与该电子元件系统的散播板的柔性膜部分接触；

使流体在该散播板内流通；

从热量产生元件提取热量进入该电子元件的该散播板内的该流体；以及

从该流体移除热量。

13.根据权利要求12的方法，还包括：

从该至少一个冷却剂贮存器送出该冷却剂；以及

从该冷却剂移除热量。

14.根据权利要求12的方法，还包括：调节该冷却剂回路中的该冷却剂流动以产生使该柔性膜膨胀和收缩的搏动。

15.根据权利要求12的方法，其中泵浦冷却剂通过冷却剂回路包括泵浦冷却剂通过第一冷却剂回路进入该至少一个冷却剂贮存器以及从该至少一个冷却剂贮存器通过第二冷却剂回路抽取冷却剂。

16.一种具有多个电子元件系统隔舱的电子元件系统柜的冷却系统，包括：

至少一个包含冷却剂的冷却剂贮存器，该至少一个冷却剂贮存器包括柔性膜；以及

集中式泵浦系统，包括流体连接到该至少一个冷却剂贮存器的至少一个泵，该至少一个泵被选择性操作以使冷却剂流流通到该至少一个冷却剂贮存器，该冷却剂流使该柔性膜膨胀和收缩。

17.根据权利要求16的冷却系统，其中柜冷却系统包括多个冷却剂贮存器，该多个冷却剂贮存器的每个与该多个电子元件系统隔舱的两个相关联。

18.根据权利要求17的冷却系统，其中该至少一个泵包括流体连接到该多个冷却剂贮存器的第一泵以及流体连接到该多个冷却剂贮存器的第二泵。

19.根据权利要求18的冷却系统，其中该第一泵促使冷却剂进入该多个冷却剂贮存器的每个，且该第二泵从该多个冷却剂贮存器的每个抽取冷却剂。

20.根据权利要求16的冷却系统，其中该泵浦系统包括冷却回路和驱动系统，该冷却回路引导冷却剂进入该至少一个冷却剂贮存器，且该驱动系统产生使该柔性膜膨胀和收缩的压力调节。

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