CN102414637B - 冷却中的或者与冷却有关的改进 - Google Patents

Abstract

根据一个实施例，一种设备外壳（102a）包括多个设备元件（104a和104b），每个元件具有一个或多个热量产生源。热交换器（108a）朝向设备外壳（102a）顶部安装。热交换器（108a）热联接到所述热量产生源中的至少一些。外壳（102a）包括排风口（112）和入风口（114），由热交换器（108a）加热的空气能通过所述排风口（112）排出，来自于设备外壳（102a）外部的空气能通过所述入风口（114）吸入设备外壳（102a），以通过烟囱效应通风来冷却热交换器（108a）。

Description

冷却中的或者与冷却有关的改进

背景技术

由于各种经济和商业原因，企业日益增加地集中其后端计算机系统，以便构建数据中心。数据中心通常容纳高浓度和密度的这种计算机系统且还提供数据中心中的计算机系统操作所需的装置，例如不间断电源和冷却系统。

计算机系统在操作期间固有地生成热量。计算机系统中的典型热量产生源包括中央处理单元（CPU）、图形卡、机械存储驱动器、电源等。该热量需要被管理，从而不超过每个计算机系统的各个部件的最大操作温度。

独立计算机系统（例如，服务器）通常使用散热器来从热量产生源去除热量。该热量然后通过一个或多个内部机械风扇排出到计算机系统壳体之外，风扇从计算机系统外吸入较冷空气且将加热空气通过排风口排出。通常，计算机系统设计成通过系统前部的通风口吸入空气且通过系统后部的通风口排出加热空气。

当设置在数据中心时，计算机设备通常包括在框架或外壳中，例如服务器外壳机架、机柜或服务器机架。在下文，适合于容纳计算机设备的结构称为设备外壳。设备外壳可容纳多项计算机设备。通常，设备外壳的深度被选择以具有与安装在其中的计算机设备大约相同的深度。设备外壳的后面板通常不存在或者有孔，以允许所安装计算机设备的适当通风。由此，来自于设备外壳外部的空气通过计算机设备前部入风口吸入计算机设备，且通过计算机设备后部排风口排出计算机设备之外。在这种设置中，由计算机设备加热的外部空气不进入设备外壳。

数据中心通常还使用计算机室内空气调节单元，其将冷却空气供应给设备外壳的前部且将加热空气从设备外壳的后部排出，以增强计算机设备的冷却。

因而，数据中心的操作成本中的显著部分可能来自于冷却系统的操作，在独立计算机设备内和数据中心基础设施水平处两者都是如此。

附图说明

现在参考附图通过仅仅非限制性示例的方式描述各个系统和方法的实施例，在附图中：

图1a是根据一个实施例的设备外壳102a的简化截面图；

图1b是根据实施例的设备外壳102b的简化截面图；

图2a是根据另一个实施例的设备外壳200的简化截面图；

图2b是根据实施例的设备外壳220的简化截面图；

图3是根据一个实施例的设备外壳300的简化截面图；

图4是根据实施例的数据中心400的简化截面图；和

图5是根据实施例的数据中心500的简化截面图。

具体实施方式

现在参考图1a和1b，示出了根据第一实施例的设备外壳102a和根据第二实施例的设备外壳102b的简化截面图。设备外壳102a和102b各包括大致封闭的外壳，值得注意的是，在设备外壳的后部中没有排风口。设备外壳还包括多个轨道或其它安装机构，其中可安装或装配多个设备外壳可安装计算机设备元件104a、104b、104c和104d。

为了简单起见，每个设备外壳仅仅示出了两件计算机设备，然而，本领域技术人员将理解，设备外壳还可以容纳许多更多件的计算机设备。计算机设备可以是例如计算机服务器，其中，每件设备包括一个或多个电子热量产生源，例如，中央处理单元、图形卡、DVD驱动器、电源等。

在设备外壳102a中，计算机设备104a和104b的至少一些热量产生源热联接到热管103。例如，热量产生源可以直接热联接到热管，或者通过独立热管、热虹吸管或以任何其它合适方式间接地热联接到热管。热管103还热联接到容纳在设备外壳102a中的热交换器108a。

在设备外壳102b中，计算机设备104c和104d的至少一些热量产生源热联接到热虹吸管106。例如，热量产生源可以直接热联接到热虹吸管106，或者通过独立热管、热虹吸管或以任何其它合适方式间接地热联接到热虹吸管106。热虹吸管106还热联接到容纳在设备外壳102b中的热交换器108b。

热管103和热虹吸管106将热量从所热联接的热源传输到其相应热交换器。这防止过热热量积聚在计算机设备104a、104b、104c和104d中，从而允许计算机设备在其预定温度操作范围内操作。

在一个实施例中，热交换器108a和108b适合于被空气冷却，例如带管的和带翅片的热交换器等。热交换器的精确类型和技术特征可以通过考虑各种参数来确定，包括例如最大外部空气温度、计算机设备的最大操作温度、计算机设备的密度和数据中心的高度。

当热交换器108由于热联接到一个或多个热量产生源而加热时，与热交换器接触的空气110a和110b上升且通过位于设备外壳壳体顶部的排风口112排出。该动作通过位于设备外壳壳体前侧中的入风口114从设备外壳外部吸入较冷空气。

设备外壳内设置足够空间，以容纳热管且允许从入风口114到排风口112的充分空气循环，以冷却热交换器108。例如，在本实施例中，空间留在计算机设备的后部和设备外壳的后部之间，以允许热交换器由自然烟囱效应通风而冷却。在其它实施例中，可以使用可选空间设置。

由于热管和热虹吸管从热量产生源去除热量的效率，计算机设备104a、104b、104c和104d不需要使用内部机械风扇来冷却热量产生源。这导致改进的能量节省和引起的操作成本减少。由于不需要风扇，计算机设备104a、104b、104c和104d还不需要常规入风口和出风口，因为热量通过热管103或热虹吸管106有效地去除。在该情况下，通过入风口114吸入的外部空气不需要在计算机设备104a和104b内循环，从而允许计算机设备壳体对于外部空气大致封闭。

图2a示出了根据另外实施例的设备外壳200设置。与图1类似的附图标记表示类似的元件。设备外壳200容纳计算机设备201a和201b，每个具有位于计算机设备前部处的入风口202和位于计算机设备后部处的排风口204。

在一个实施例中，设备外壳200设置成使得外部空气可仅仅通过计算机设备201a和201b的入风口202和出风口204吸入设备外壳200。这可以例如通过使用任何空设备外壳设置上的底板（blanking plate）或刷或通过安装计算机设备使得在不同计算机设备元件之间竖直方向基本没有空间而实现。由此，负责冷却热交换器108的烟囱效应通风还有助于去除计算机设备201a和201b中的未由热管103去除的任何残余热量。在该实施例中，单个空气路径用于冷却计算机设备201和热交换器108两者。

图2b示出了与图2a所示类似的附加实施例。设备外壳220具有附加入风口224，外部空气借助于烟囱效应通风通过入风口224吸入以直接地冷却热交换器108。设备外壳还具有内部挡板222，内部挡板222将通过入风口224吸入的空气与通过计算机设备201a和201b中的入风口202吸入的空气分开。由此，建立两个独立和平行空气路径。第一路径使用外部空气直接冷却热交换器，第二路径再次使用烟囱效应通风使用外部空气直接冷却计算机设备。两个路径中的加热排出空气通过排风口112排出。

这些实施例可提供改进，因为不是计算机设备201中的所有热量产生部件都需要热联接到热管103。例如，仅仅生成少量至中等量热量的部件可以通过烟囱效应通风适当地冷却。

图3示出了根据另外实施例的设备外壳300设置。设备外壳300大致通向设备外壳外部的空气，例如通过使用开放结构设备外壳、具有基本上多孔壳体构件的设备外壳或以任何合适方式。由此，由于加热的热交换器108a引起的烟囱效应通风最大化。

在本实施例中，烟囱效应通风通过将每个设备外壳中的不同计算机设备产生的热量集中在单个设备外壳设置的热交换器中而可能。

图4示出了根据另一个实施例的数据中心400的简化截面图。

数据中心400包括多排设备外壳，例如设备外壳200，每个容纳计算机设备201。数据中心可以是例如有目的地构造的“实体企业”数据中心或者货柜式数据中心，例如便携式按需（POD）数据中心。在另外的实施例中，数据中心可以设置有其它类型的设备外壳或者设备外壳的组合，例如前文所示的设备外壳。

在一个实施例中，数据中心400包括冷空气压力通风系统408，外部空气404借助于冷空气压力通风系统408可通过入风口402进入。数据中心400还包括热空气吊顶空间414，加热空气借助于热空气吊顶空间414可通过排风口416排出到数据中心400之外。吊顶空间414还具有与设备外壳200的排风口112流体连通设置的通风口410，从而允许由每个设备外壳内的热交换器108加热的空气排出到数据中心400之外。如前文所述，由热交换器加热的空气412的排出形成的烟囱效应通风使得较冷外部空气404吸入数据中心400且吸入设备外壳200，从而冷却热交换器108和从而计算机设备201。

图5示出了根据又一个实施例的数据中心500的简化截面图。与图4类似的元件显示为具有类似的附图标记。

例如，数据中心500包括多排设备外壳，例如设备外壳102a和200，每个容纳计算机设备。由于设备外壳102a和200没有后部排风口，因而可以将设备外壳以背对背的方式设置，从而在相对的设备外壳的后面板之间没有留下空间或留下很少的空间。以这种方式设置设备外壳可以改进数据中心，因为其允许较高密度的设备外壳和从而较高密度的计算机设备容纳在数据中心500中。在一个实施例中，这种设置不需要具有位于多排相对设备外壳的后面板之间的热过道。

在一些实施例中，数据中心可以改进，因为其不需要冷却空气或水的外部供应。由此，根据一些实施例的数据中心是大致自支持的，仅仅最小地需要外部功率和计算机网络连接。这允许这种货柜式数据中心例如设置在各种位置，而不需要大量的现有基础设施。

在一个或多个实施例中，由于热管和热虹吸管从热源直接去除热量的效率，因而计算机设备元件不需要使用内部机械风扇来冷却热源。此外，通过烟囱效应通风来冷却计算机设备不需要机械冷却元件，例如风扇、计算机室内空气调节单元等，导致更大的可能能量节省。

然而，如果热管烟囱效应通风不足以提供充分冷却，那么其它实施例提供补充冷却元件。这可以是例如在外部环境状况不合适时的情况。

例如，在另外的实施例中，机械风扇可以设置成在需要时提供每个设备外壳内的热交换器的强制冷却。风扇例如可以安装在设备外壳内、在设备外壳上方或者在任何其它合适位置。

在数据中心内，还可以增加补充冷却元件以冷却或冷藏外部空气，例如使用冷却盘管、绝热冷却器、计算机室内空气调节单元等。

虽然本文所述的实施例使用热虹吸管或热管，但是本领域技术人员将理解，可使用其它合适热传递元件或导管。例如，泵送液体回路或机械制冷回路。

虽然本文所述的实施例主要涉及具有一个或多个热量产生源的计算机设备，但是本领域技术人员将理解，所述实施例绝不限于此。例如，本文所述的计算机设备可以由具有一个或多个热量产生源的任何合适设备元件取代。这种设备元件可包括例如其它电子或机械设备，例如电源、转换器、泵、照明设备等。此外，本领域技术人员还将理解，本文参考数据中心并不限于此，且可以包括容纳一个或多个设备元件的其它装置。

Claims (13)

1.一种设备外壳（102a），配置成接收多个设备元件（104a和104b），每个元件具有一个或多个热量产生源，所述设备元件（104a和104b）具有位于其壳体中的入风口（114）和排风口（112），所述设备外壳（102a）包括：

朝向设备外壳（102a）顶部安装的热交换器（108a），所述热交换器（108a）热联接到所述热量产生源中的至少一些；

在设备外壳（102a）顶部的排风口（112），由热交换器（108a）加热的空气能通过所述排风口（112）排出；

入风口（114），来自于设备外壳（102a）外部的空气能通过所述入风口（114）吸入设备外壳（102a），以通过烟囱效应通风来冷却热交换器（108a）；以及

挡板（222），所述挡板（222）将通过设备元件（104a和104b）吸入的外部空气与通过设备外壳（102a）的入风口（114）吸入的外部空气隔开。

2.根据权利要求1所述的设备外壳（102a），其中，所述热交换器（108a）通过热管（103）或热虹吸管（106）中的至少一种热联接到所述一个或多个热量产生源。

3.根据权利要求1所述的设备外壳（102a），设置成在设备元件（104a和104b）的后部和设备外壳（102a）的后部之间提供空气空间，以允许热交换器（108a）的烟囱效应通风。

4.根据权利要求1所述的设备外壳（102a），其中，所述设备外壳（102a）具有大致封闭的壳体。

5.根据权利要求4所述的设备外壳（102a），其中，所述设备元件（104a和104b）具有大致封闭的壳体，设备外壳（102a）还包括位于设备外壳（102a）壳体中的入风口（114）和排风口（112）。

6.根据权利要求1所述的设备外壳（102a），其中，所述设备外壳（102a）具有对外部空气大致开放的壳体（300）。

7.根据权利要求1所述的设备外壳（102a），还包括机械冷却元件或机械通风元件中的至少一种。

8.一种计算机装置，包括：

一个或多个设备外壳（102a），其中，设备外壳（102a）配置成接收多个设备元件（104a和104b），每个元件具有一个或多个热量产生源，所述设备元件（104a和104b）具有位于其壳体中的入风口（114）和排风口（112），所述设备外壳（102a）包括：

朝向设备外壳（102a）顶部安装的热交换器（108a），所述热交换器（108a）热联接到所述热量产生源中的至少一些；

在设备外壳（102a）顶部的排风口（112），由热交换器（108a）加热的空气能通过所述排风口（112）排出；

入风口（114），来自于设备外壳（102a）外部的空气能通过所述入风口（114）吸入设备外壳（102a），以通过烟囱效应通风来冷却热交换器（108a）；以及

挡板（222），所述挡板（222）将通过设备元件（104a和104b）吸入的外部空气与通过设备外壳（102a）的入风口（114）吸入的外部空气隔开。

9.根据权利要求8所述的装置，还包括：

冷空气压力通风系统（408），用于将装置外部的空气提供给设备外壳（102a）；和

吊顶空间（414），用于将加热空气排出到所述装置之外，所述一个或多个设备外壳（102a）的排风口（112）设置成与吊顶空间（414）流体连通。

10.根据权利要求8所述的装置，还包括机械冷却元件，以机械地冷却从所述装置外部吸入的空气。

11.根据权利要求8所述的装置，还包括机械通风元件，以从所述装置外部强制吸入空气。

12.根据权利要求8所述的装置，其中，所述设备外壳（102a）背对背设置。

13.一种数据中心（500），包括：

多个设备外壳（102a），每个设备外壳（102a）配置成接收多个设备元件（104a和104b），每个元件具有一个或多个热量产生源，所述设备元件（104a和104b）具有位于其壳体中的入风口（114）和排风口（112），所述设备外壳（102a）包括：

朝向设备外壳（102a）顶部安装的热交换器（108a），所述热交换器（108a）热联接到所述热量产生源中的至少一些；

在设备外壳（102a）顶部的排风口（112），由热交换器（108a）加热的空气能通过所述排风口（112）排出；

入风口（114），来自于设备外壳（102a）外部的空气能通过所述入风口（114）吸入设备外壳（102a），以通过烟囱效应通风来冷却热交换器（108a）；

所述数据中心（500）还包括：

冷空气压力通风系统（408），用于将装置外部的空气提供给设备外壳（102a）；

吊顶空间（414），用于将加热空气排出到所述装置之外，所述一个或多个设备外壳（102a）的排风口（112）设置成与吊顶空间（414）流体连通；以及

挡板（222），所述挡板（222）将通过设备元件（104a和104b）吸入的外部空气与通过设备外壳（102a）的入风口（114）吸入的外部空气隔开。