CN112437582B - 用于宿留电子设备和至少一个风扇的机架的冷却布置结构 - Google Patents

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Abstract

一种用于宿留有电子设备和至少一个风扇的机架的冷却布置结构，包括第一和第二气液热交换器。第一气液热交换器安装至机架，使得通过风扇从机架排出的加热的空气流过该第一气液热交换器。第二气液热交换器安装至第一气液热交换器，使得已经流过第一热交换器的空气流过第二热交换器。每个热交换器包括：框架；从冷供应管线接收液体的入口；使液体返回至热返回管线的出口；以及形成多个互连平行部段的连续内部导管。冷却布置结构安装至机架，使得第一框架和第二框架是平行且相邻的。第一热交换器的最靠近其入口的一个互连平行部段与第二热交换器的最靠近其出口的一个互连平行部段最接近。

Description

用于宿留电子设备和至少一个风扇的机架的冷却布置结构
技术领域
本技术涉及用于电子设备的冷却技术。特别地，公开了用于宿留有(host，容装、托管)电子设备和至少一个风扇的机架的冷却布置结构。
背景技术
电子设备，例如服务器、存储体、计算机盘等，常规地成组处于设备机架中。大型数据中心可能包含数千个机架，支持数千个服务器或甚至数万个服务器。
机架——包括安装在其背板上的设备——消耗大量电功率并产生大量热。冷却需求在这样的机架中是重要的。一些电子装置诸如处理器产生非常多的热，它们在缺乏冷却的情况下在几秒钟内就可能失效。
风扇通常安装在设备机架内，以向机架安装式设备提供强制通风冷却。该方案仅将机架内生成的热中的一些转移到数据中心的一般环境中。气液热交换器、类似于散热器的翅片管热交换器可以安装至机架，以吸收该转移的热中的一部分并将其输送到位于数据中心外部的另外的冷却设备，例如冷却塔。例如，图1是其上安装有三(3)个气液热交换器的服务器机架的高度示意性立体图。服务器机架10宿留有产生大量热的多个服务器(未示出)。沿安装在服务器机架10的背板20后面的三(3)个气液热交换器14的方向，多个风扇12(在不限制本公开内容的情况下示出了六个风扇)从服务器机架10排出加热的空气。在图1上，气液热交换器14以透明的形式示出，以使风扇12可见。气液热交换器14从冷液体管线16接收冷液体，例如水，并且将加热的液体返回至热液体管线18。已经经过气液热交换器14的空气流在一定程度上被冷却以允许将数据中心的环境温度保持在合理水平。
图2是单流气液热交换器的示意图。单流热交换器100包括框架102和连续内部导管104。连续内部导管104在一端连接到液体入口106，并且在相反端连接到液体出口108。液体入口106可连接到供应管线诸如冷液体管线16，以用于接收冷液体，例如水。液体出口108可连接至返回管线诸如热液体管线18，以用于使在操作中已经吸收了来自穿过框架102的空气流的热的液体返回。连续内部导管104形成在框架102内延伸的多个互连平行部段110。
液体入口106连接到第一互连平行部段110。除最后一个互连平行部段110之外，每个互连平行部段110通过连续内部导管104的大体U形部段112连接到下一互连平行部段110。最后一个互连平行部段110连接到液体出口108。在液体入口106处接收的液体沿由各个箭头所示的方向在连续内部导管104内流动，直到其到达液体出口108。来自流过气液热交换器100的框架102的空气的热至少部分地被流过连续内部导管104的液体吸收。
单流热交换器100较薄，尤其是与服务器机架10的厚度相比时。鉴于其薄度，单流热交换器100几乎没有增加服务器机架10在数据中心中的总空间占用。单流热交换器100的薄度还允许其通过使用铰接件(未示出)安装在服务器机架10上，使得单流热交换器100可以如打开门时那样移到一边以提供对存在于机架10的背板20中的部件的访问。
框架102占据单流热交换器100的总宽度的大部分，因为仅连续内部导管104的大体U形部段112在框架102的每一侧上突出。因此，单流热交换器100提供可以由从服务器机架10排出的空气流穿越的宽阔表面。
图3是从图2的单流气液热交换器排出的空气流的分层温度模式的视觉表示。图3中的图表示出了在实验设置中测量的在经过单流热交换器100之前和之后的空气流的温度。空气沿箭头152和154的方向流动。在气液热交换器100上游的第一区域156中，由于服务器机架10中产生的热，空气流的温度较高，处于例如约40度。空气流的温度在第一区域156内基本是均匀的。在单流热交换器100的底部158处接收处于约25度的温度的冷水。在单流热交换器100下游的区域162中流动的空气的较下层160被冷却到约33度。流过单流热交换器100的水的温度随着其经过各个互连平行部段110——连续暴露于40度的空气流——而升高。水到达单流热交换器100的顶部164，约28度。因此，单流热交换器100的最上端部段在冷却较上层166中的空气流方面较低效，后者仅被冷却到约36度。
从单流热交换器100排出的空气流的这种均匀性的缺乏引起许多问题。
一个问题是，变得很难将多个服务器机架10彼此接近地放置，这是因为从第一服务器机架10排出并被第二接近定位的服务器机架10的风扇12吸入的空气不适合于有效地冷却该第二服务器机架10。当期望将多个服务器机架12以相同的取向一个放置在另一个前面时，尤其如此。
另一问题涉及冷却效率的监测。这样的监测很重要，这是因为在冷却失效的情况下可能需要立即采取安全措施。在数据中心中，温度传感器(未示出)被定位在服务器机架10上的各个位置。当这样的温度传感器安装在单流热交换器100上时，这些温度传感器在每个单流热交换器100的表面上的放置的略微变化可能会引起不利于冷却性能的总体监测的不精确性。例如，当互连平行部段110水平延伸时，如图2所示，将温度传感器定位在各单流热交换器100上的不同高度处可能导致获取不一致的测量。
图4是多流气液热交换器的示意图。多流气液热交换器200包括框架202、液体入口204和液体出口206。液体入口204连接到第一歧管208，并且液体出口206连接到第二歧管210。第一歧管208和第二歧管210有时被统称为“保育树(nurse)”，这是因为第一歧管208将在液体入口204处接收的冷液体馈送到第一组平行内部导管212，第一组平行内部导管中的每一个均通过相应的U形联接件216与第二组平行内部导管214中的一个连接，平行的内部导管214通过第二歧管210连接到液体出口206。如图所示的第一歧管208和第二歧管210位于框架202的外部，并且被定位在来自服务器机架10的空气流基本上被阻挡的区域中。第一歧管208和第二歧管210通常具有比平行内部导管212和214的直径显著较大的直径，以便向平行内部导管212和214中的每一个供给基本相等的液体流。
当与单流热交换器100相比时，多流气液热交换器200几乎不引起流过其的空气的温度分层。然而，多流气液热交换器200带来其他缺点。
图5是图4的多流气液热交换器的示意性侧视图。在图5上，从服务器机架10排出的空气沿箭头220的方向流动。由于第一歧管208和第二歧管210的存在，框架202具有较大的厚度。当在数据中心中的大量服务器机架10上分别安装大量多流气液热交换器200时，该厚度可能会成为问题。相同数量的服务器机架10将占据数据中心更多的地面空间。可以注意到，如图4和图5所示的多流气液热交换器仅仅是许多可能配置的简单示例。
多流气液热交换器200的另一缺点——也是由其厚度引起的——在于它不能通过使用铰接件方便地安装在服务器机架10上。多流气液热交换器200需要从服务器机架10上完全拆除，以提供对背板20的访问。
多流气液热交换器200的另一缺点涉及其几何结构。由第一歧管208和第二歧管210形成的保育树在多流气液热交换器200的整个表面中占据很大的份额，而在该整个表面中留下较少的份额供从服务器机架10排出的空气流穿越，当与单流热交换器100相比时。
除了上述问题外，其他问题还涉及冷却设备的潜在故障，例如由于液体导管的堵塞。单流热交换器100和多流气液热交换器200各自具有单个入口106或204和单个出口108或206，因此在这些入口和出口的水平处的任何堵塞都可能导致从服务器机架10排出的空气流的冷却的完全损失。
即使上面确认的最新发展可能提供了益处，但仍需要改进。
在背景技术部分中讨论的主题不应仅仅由于其在背景技术部分中被提及而被认为是现有技术。类似地，在背景技术部分中提及的或与背景技术部分的主题相关联的问题不应被认为是现有技术中先前已经认识到的。背景技术部分中的主题仅表示不同的方式。
发明内容
已经基于开发人员对与现有技术相关联的缺点的理解开发出本技术的实施方案。
特别地，这样的缺点可以包括(1)从单流热交换器100排出的空气流缺乏均匀性；(2)冷却设备的空间占用；和/或(3)冷却设备的潜在故障。
一方面，本技术的各实现方式提供了用于宿留有电子设备和至少一个风扇的机架的冷却布置结构。该冷却布置结构的特征在于其包括：
第一气液热交换器，该第一气液热交换器安装至机架，使得通过至少一个风扇从机架排出的加热的空气流过第一气液热交换器，该第一气液热交换器包括：第一框架；第一液体入口，该第一液体入口安装至第一框架并适于接收来自第一冷供应管线的液体；第一液体出口，该第一液体出口安装至第一框架并适于将液体返回至第一热返回管线；以及第一连续内部导管，该第一连续内部导管形成在第一框架内延伸的第一组互连平行部段，第一连续内部导管连接第一液体入口和第一液体出口；以及
第二气液热交换器，该第二气液热交换器安装至第一气液热交换器，使得已经流过第一气液热交换器的空气流过第二气液热交换器，该第二气液热交换器包括：第二框架；第二液体入口，该第二液体入口安装至第二框架并适于从第一冷供应管线或从第二冷供应管线接收液体；第二液体出口，该第二液体出口安装至第二框架并适于将液体返回至第一热返回管线或第二热返回管线；以及第二连续内部导管，
该第二连续内部导管形成在第二框架内延伸的第二组互连平行部段，
第二连续内部导管连接第二液体入口和第二液体出口；
其中，第一框架平行于且相邻于第二框架，并且第一连续内部导管的第一组互连平行部段中最靠近第一液体入口的一个互连平行部段与第二连续内部导管的第二组互连平行部段中最靠近第二液体出口的一个互连平行部段最接近。
在本技术的一些实现方式中，第一和第二气液热交换器是以反平行配置进行组装的。
在本技术的一些实现方式中，第一和第二气液热交换器之间的空气流具有不均匀的温度分布；并且已经经过第二气液热交换器的相同空气流具有基本均匀的温度分布。
在本技术的一些实现方式中，第一液体入口和第一液体出口连接在第一框架的同一侧；并且第二液体入口和第二液体出口连接在第二框架的同一侧。
在本技术的一些实现方式中，第一液体入口和第一液体出口连接在第一框架的相反侧；并且第二液体入口和第二液体出口连接在第二框架的相反侧。
在本技术的一些实现方式中，第一液体入口和第二液体入口位于冷却布置结构的同一侧。
在本技术的一些实现方式中，第一液体入口和第二液体入口位于冷却布置结构的相反侧。
在本技术的一些实现方式中，第一和第二连续内部导管的第一组和第二组互连平行部段水平地延伸。
在本技术的一些实现方式中，第一和第二连续内部导管的第一组和第二组互连平行部段竖向地延伸。
在本技术的一些实现方式中，第一组互连平行部段中的第一个互连平行部段连接到第一液体入口；除第一组互连平行部段中的最后一个互连平行部段之外，第一组互连平行部段中的每一个互连平行部段经由第一连续内部导管的第一组U形部段中的一个U形部段与第一组互连平行部段中的下一互连平行部段连接；第一组互连平行部段中的最后一个互连平行部段连接到第一液体出口；第二组互连平行部段中的第一个互连平行部段连接到第二液体入口；除第二组互连平行部段中的最后一个互连平行部段之外，第二组互连平行部段中的每一个互连平行部段经由第二连续内部导管的第二组U形部段中的一个U形部段与第二组互连平行部段中的下一互连平行部段连接；以及第二组互连平行部段中的最后一个互连平行部段连接到第二液体出口。
在本技术的一些实现方式中，第一气液热交换器是第一双流气液热交换器，该第一双流气液热交换器还包括第三连续内部导管，第三连续内部导管形成在第一框架内延伸的第三组互连平行部段，第三连续内部导管连接第一液体入口和第一液体出口；以及第二气液热交换器是第二双流气液热交换器，该第二双流气液热交换器还包括第四连续内部导管，该第四连续内部导管形成在第二框架内延伸的第四组互连平行部段，该第四连续内部导管连接第二液体入口和第二液体出口。
在本技术的一些实现方式中，第一组互连平行部段的第一部分位于第一框架内的第一平面中；第一组互连平行部段的第二部分位于第一框架内的第二平面中，第二平面平行于第一平面平行；第三组互连平行部段的第一部分位于第一框架内的第二平面中；第三组互连平行部段的第二部分位于第一框架内的第一平面中；第二组互连平行部段的第一部分位于第二框架内的第三平面中；第二组互连平行部段的第二部分位于第二框架内的第四平面中，第四平面平行于第三平面；第四组互连平行部段的第一部分位于第二框架内的第四平面中；以及第四组互连平行部段的第二部分位于第二框架内的第三平面中。
在本技术的一些实现方式中，冷却布置结构还包括：第一冷供应管线；以及第一热返回管线。
在本技术的一些实现方式中，第一冷供应管线和第一热返回管线连接至用于机架的辅助冷却系统。
在本技术的一些实现方式中，冷却布置结构还包括：第二冷供应管线；以及第二热返回管线。
在本技术的一些实现方式中，第一冷供应管线、第二冷供应管线、第一热返回管线和第二热返回管线连接至用于机架的辅助冷却系统。
在本技术的一些实现方式中，第一和第二气液热交换器中的每一个被配置为：当第一和第二气液热交换器中的另一个停止服务时，使从机架排出的空气的温度降低至低于最大额定空气温度。
在本技术的一些实现方式中，冷却布置结构还包括安装在第一框架的横向侧的一对铰接件，所述铰接件适于将冷却布置结构枢转地安装在机架上。
在本技术的一些实现方式中，冷却布置结构还包括温度传感器，该温度传感器安装在第二气液热交换器的外部面上并且适于将已经流过第一和第二气液热交换器的空气的温度传送至远程监测装置。
在本说明书的上下文中，除非另有明确规定，否则电子设备可以指但不限于“服务器”、“电子装置”、“操作系统”、“系统”、“基于计算机的系统”、“控制器单元”、“监测装置”、“控制装置”和/或其适合于当前相关任务的任何组合。
在本说明书的上下文中，除非另有明确规定，否则词语“第一”、“第二”、“第三”等仅用作形容词，目的是以允许在它们修饰的名词之间进行彼此区分，而不是描述这些名词之间的任何特定关系。
本技术的实现方式均具有上述目的和/或方面中的至少一个，但不一定具有它们全部。应当理解，由试图获得上述目的而产生的本技术的某些方面可能不满足该目的和/或可能满足本文未具体记载的其他目的。
根据以下描述、附图和所附权利要求，本技术的实现方式的附加和/或替代特征、方面和优点将变得明了。
附图说明
为了更好地理解本技术及其其他方面和另外的特征，参照结合附图使用的以下说明，在附图中：
图1是其上安装有三(3)个气液热交换器的服务器机架的高度示意性立体图；
图2是单流气液热交换器的示意图；
图3是从图2的单流气液热交换器排出的空气流的分层温度模式的视觉表示；
图4是多流气液热交换器的示意图；
图5是图4的多流气液热交换器的示意性侧视图；
图6是根据本技术的实施方案的以反平行配置组装的一对气液热交换器的高度示意性表示；
图7是根据本技术的实施方案的服务器机架的立体图，在该服务器机架上以反平行配置安装有成对的双流气液热交换器；
图8是根据本技术的实施方案的图7的服务器机架的侧视图；以及
图9是从根据本技术的实施方案的以反平行配置组装的双流气液热交换器排出的空气流的均匀温度模式的视觉表示。
还应注意，除非本文另有明确规定，否则附图均未按比例绘制。
具体实施方式
本文中记载的示例和条件语言主要旨在帮助读者理解本技术的原理，而不是将其范围限制于这种具体记载的示例和条件。将理解，本领域技术人员可以设计尽管没有在这里明确描述或示出但它们体现了本技术的原理并且被包括在本技术的精神和范围内的各种布置。
此外，作为对理解的帮助，以下描述可以描述本技术的相对简化的实现方式。如本领域技术人员将理解的，本技术的各种实现方式可能具有较大的复杂性。
在一些情况下，也可能阐明被认为是本技术的修改的有用示例的内容。这样做仅是帮助理解，并且再次不是为了定义本技术的范围或阐明本技术的界限。这些修改不是详尽的列表，并且本领域技术人员可以进行仍然保持在本技术的范围内的其他修改。此外，在没有阐明修改的示例的情况下，不应解释为不可能进行修改和/或所描述的内容是实现本技术的要素的唯一方式。
此外，本文中记载本技术的原理、方面和实现方式以及其具体示例的所有陈述旨在涵盖其结构和功能等同物，无论它们当前是已知的还是在将来开发的。
一方面，本技术减少或消除了与从气液热交换器排出的空气流温度的分层有关的问题。两(2)个等效的气液热交换器串联安装在机架上，使得通过安装在机架内的风扇从机架排出的空气流过两个气液热交换器。气液热交换器以反平行型式安装。例如，冷液体诸如水通过顶部安装入口被馈送到第一气液热交换器，并流过水平的平行导管，直到其到达底部安装出口。从机架排出并流过第一气液热交换器的空气确实具有分层的温度模式。然而，相同的空气从第一气液热交换器流过具有反平行姿势(stance，姿态)的第二气液热交换器。冷水或另一冷却液体被馈送到该第二气液热交换器的底部安装入口，并流过水平的平行导管，直到其到达顶部安装出口。以此方式，从第一气液热交换器排出的较热空气层暴露于第二气液热交换器的最靠近底部安装入口的那些水平平行导管。因此，从第二气液热交换器排出的空气流具有基本均匀的温度模式。两个气液热交换器的组合具有的沿空气流路径测量的厚度小于如图4和图5所示的常规多流气液热交换器的厚度，该组合还提供了适于被空气流穿越的较宽表面，当与常规多流气液热交换器相比时。
有了这些基本原理，我们现在将考虑一些非限制性示例，以说明本技术各方面的各种实现。
图6是根据本技术的实施方案的以反平行配置组装的一对气液热交换器的高度示意性表示。可以安装在宿留有电子设备和至少一个风扇的机架——例如具有风扇12的服务器机架10——上的冷却布置结构300包括至少一对气液热交换器，例如但不限于一对在图2的描述中介绍的单流热交换器100。继续参照图6，还考虑图1和图2，第一气液热交换器100A以虚线示出，并且第二气液热交换器100B以实线示出。在图6上，第一和第二气液热交换器100A和100B被示出为彼此偏移地安装；该图示仅旨在使第一和第二气液热交换器100A和100B的各个部分可见。在实际应用中，第一和第二气液热交换器100A和100B可以对齐，使得它们之间没有可辨别的偏移。
第一气液热交换器100A被安装至服务器机架10，使得通过一个或多个风扇12从服务器机架10排出的加热的空气流过第一气液热交换器100A。第一气液热交换器100A包括：第一框架102A；安装至第一框架102A以接收来自冷供应管线的液体的第一液体入口106A；安装至第一框架102以将液体返回至热返回管线的第一液体出口108A；以及第一连续内部导管104A。第一连续内部导管104A形成在第一框架102A内延伸的第一组互连平行部段110A(仅一些被示出)。冷供应管线和热返回管线的示例在后面的图中示出。
第一连续内部导管104A连接第一液体入口106A和第一液体出口108A。更详细地，第一组互连平行部段110A中的第一个互连平行部段连接到第一液体入口106A。然后，第一组互连平行部段110A中除最后一个互连平行部段之外的每个互连平行部段经由第一连续内部导管104A的第一组U形部段112A中之一与第一组互连平行部段110A中的下一互连平行部段连接。第一组互连平行部段110A中的最后一个互连平行部段连接至第一液体出口108A。
第二气液热交换器100B被安装至第一气液热交换器100A，使得已经流过第一气液热交换器100A的空气流过第二气液热交换器100B。第二气液热交换器100B包括：第二框架102B；第二液体入口106B，其安装至第二框架102B并适于从相同的冷供应管线或另一冷供应管线接收液体；第二液体出口108B，其安装至第二框架102B并适于将液体返回到相同的热返回管线或另一热返回管线；以及第二连续内部导管104B，其形成在第二框架102B内延伸的第二组互连平行部段110B(仅一些被示出)。
第二连续内部导管104B连接第二液体入口106B和第二液体出口108B。更详细地，第二组互连平行部段110B中的第一个互连平行部段连接到第二液体入口106B。然后，第二组互连平行部段110B中除最后一个互连平行部段之外的每一个互连平行部段均经由第二连续内部导管104B的第二组U形部段112B中之一与第二组互连平行部段110B中的下一互连平行部段连接。第二组互连平行部段110B中的最后一个互连平行部段连接到第二液体出口108B。第一和第二气液热交换器(100A、100B)以反平行配置进行组装，意味着液体在它们相应的液体平行部段(100A、100B)中沿相反的方向流动。
图6示出了下述特定的配置：其中，液体入口106A和液体出口108A连接在框架102A的相反侧，第一连续内部导管104A形成偶数个互连平行部段110A，同时第二连续内部导管104B形成偶数个互连平行部段110B。同样地，液体入口106B和液体出口108B连接在框架102B的相反侧。如所例示的，互连平行部段110A和110B水平地延伸。这只是许多可能的配置中之一。例如，互连平行部段110A和110B可以竖向地延伸。下面将例示一些其他配置。
第一和第二气液热交换器100A和100B被安装至服务器机架10，使得第一框架102A平行于且相邻于第二框架102B。第一连续内部导管104A的第一组互连平行部段110A中最靠近第一液体入口106A的一个互连平行部段与第二连续内部导管104B的第二组互连平行部段110B中最靠近第二液体出口108B的一个互连平行部段最接近。除非另外说明，否则在第一组互连平行部段110A中，最靠近第一液体入口106A的一个互连平行部段110A也是与最靠近第二液体出口108B的一个互连平行部段110B最靠近的一个互连平行部段110A。
第一连续内部导管104A的第一组互连平行部段110A中最靠近第一液体入口106A的一个互连平行部段和第二连续内部导管104B的第二组互连平行部段110B中最靠近第二液体出口108B的一个互连平行部段可以直接面对彼此，当从服务器机架10排出的空气流的总体方向上看时。可替代地，这些第一个互连平行部段110A或110B中的一个可以定位成略高于或略低于另一个。第一连续内部导管104A的第一组互连平行部段110A中最靠近第一液体入口106A的一个互连平行部段相对于第二连续内部导管104B的第二组互连平行部段110B中最靠近第二液体出口108B的一个最接近互连平行部段的精确放置可以取决于第一和第二气液热交换器100A和100B的配置以及制造公差。平行部段110A和110B在冷却布置结构300内的放置的微小变化预期不会对冷却性能具有重大影响。
鉴于这些配置中的任一个，从服务器机架10排出的空气流的最上层在第一气液热交换器100A内在其最靠近第一液体入口106A的最上端互连平行部段110A周围流动，在该最上端互连平行部段中流过连续内部导管104A的液体是最冷的。空气流的最上层然后在第二气液热交换器100B内在其最接近第二液体出口108B的最上端互连平行部段110B周围流动，在该最上端互连平行部段中流过连续内部导管104B的液体是最热的。相反，从服务器机架10排出的空气流的最下层在第一气液热交换器100A内在其最接近第一液体出口108A的最下端互连平行部段110A周围流动，在该最下端互连平行部段110A中流过连续内部导管104A的液体是最热的。空气流的最下层然后在第二气液热交换器100B内在其最接近第二液体入口106B的最下端互连平行部段110B周围流动，在该最下端互连平行部段中流过连续内部导管104B的液体是最冷的。通过将第一液体入口106A和第二液体出口108B定位在冷却布置结构300的底部，而且将第一液体出口108A和第二液体入口106B定位在冷却布置结构300的顶部，可以获得等效的结果。还设想旋转冷却布置结构300，使得互连平行部段110A和110B竖向地延伸。
该效果扩展到空气流的所有层，各个层沿它们从最上层到最下层的分布逐渐从第一气液热交换器100A接收较少的冷却，沿相同的分布逐渐从第二气液热交换器100B接收较多的冷却。
图7是根据本技术的实施方案的其上以反平行配置安装有成对的双流气液热交换器的服务器机架的立体图。图8是根据本技术的实施方案的图7的服务器机架的侧视图。服务器机架500具有多个服务器壳体502(示出了三个)，每个服务器壳体包括至少一个风扇12(图1)。冷却布置结构350安装在每个服务器壳体502上，每个冷却布置结构350包括第一和第二双流气液热交换器300A和300B。这些双流气液热交换器300A和300B在尺寸上表现出适度增加，特别是表现出增加的厚度，当与图6的配置中使用的单流热交换器100相比时。然而，它们提供了大大增加的冷却效率，同时与图4的多流气液热交换器200相比仍然显著地较薄。
容纳在每个服务器壳体502内的一个或多个风扇12向安装在服务器壳体502中的设备提供强制空气冷却，并产生朝向对应的冷却布置结构350的空气流。在每个冷却布置结构350内，第一和第二双流气液热交换器300A和300B中的每一个可以被配置为提供充足的冷却能力冗余，第一和第二双流气液热交换器300A和300B中的每一个能够在第一和第二双流气液热交换器300A和300B中的另一个出于维护目的或由于设备故障而停止服务时，将从机架10或500排出的空气的温度降低至低于最大额定空气温度，以保持该热交换器被安装在上面的对应服务器壳体502的安全运行温度。
服务器机架500还可以包括安装在其横向侧的辅助冷却系统504。辅助冷却系统504可以包括下述中的一个或多个：液体冷却系统或两相冷却系统，包括安装在服务器机架500内的热生成部件(未示出)上的水冷头、冷却板和/或蒸发器和液体冷凝器(未示出)。
在图7和图8上，液体入口306A和液体出口308A连接在框架302A的同一侧，液体入口306B和液体出口308B连接在框架302B的同一侧。另外，液体入口306A和306B位于冷却布置结构350的同一侧。也设想其中液体入口306A和306B位于冷却布置结构350的相反侧的替代配置。
如在图8上最清楚地看出的，在特定的非限制性配置中，第一双流气液热交换器300A包括形成第一组互连平行部段(未示出)的第一连续内部导管304A以及形成第三组互连平行部段(未示出)的第三连续内部导管314A。第一组和第三组互连平行部段在第一框架302A内延伸。第一和第三连续内部导管304A和314A连接第一液体入口306A和第一液体出口308A。同样地，第二双流气液热交换器300B包括形成第二组互连平行部段(未示出)的第二连续内部导管304B和形成第四组互连平行部段(未示出)的第四连续内部导管314B，第二组和第四组互连平行部段在第二框架302B内延伸。第二和第四连续内部导管304B和314B连接第二液体入口306B和第二液体出口308B。
如所示出的，第一组互连平行部段的第一部分位于第一框架302A内的第一平面316A中，并且第一组互连平行部段的第二部分位于第一框架302A内的第二平面318A中，第二平面318A平行于第一平面316A。相反，第三组互连平行部段的第一部分位于第一框架302A内的第二平面318A中，并且第三组互连平行部段的第二部分位于第一框架302A内的第一平面316A中。第三连续内部导管314A和第一连续内部导管304A两者于交叉点324A处在第一平面316A和第二平面318A之间进行改变。第一双流气液热交换器300A的变型可以包括一个或多个交叉点324A，并且替代地可以不具有这样的交叉点。
同样地，第二组互连平行部段的第一部分位于第二框架302B内的第三平面316B中，并且第二组互连平行部段的第二部分位于第二框架302B内的第四平面318B中，第四平面318B平行于第三平面316B。相反，第四组互连平行部段的第一部分位于第二框架302B内的第四平面318B中，并且第四组互连平行部段的第二部分位于第二框架302B内的第三平面316B中。第四连续内部导管314B和第二连续内部导管304B两者于交叉点324B处在第三平面316B和第四平面318B之间进行改变。第二双流气液热交换器300B的变型可以包括一个或多个交叉点324B，并且替代地可以不具有这样的交叉点。冷却布置结构350的第一和第二双流气液热交换器300A、300B可以具有不同数量的交叉点324A或324B。
如图8上最清楚地看出的，每个冷却布置结构350的液体入口306A连接到第一冷供应管线320A，并且每个冷却布置结构350的液体出口308A连接到第一热返回管线322A。尽管未示出，但是每个冷却布置结构350的液体入口306B可以连接至第一冷供应管线320A或另一冷供应管线(未示出)，并且每个冷却布置结构350的液体出口308B可以连接至第一热返回管线322A或另一热返回管线(未示出)。第一冷供应管线320A和第一热返回管线322A以及另一冷供应管线和热返回管线——如果存在的话——也可以连接到服务器机架500的辅助冷却系统504。泵(未示出)经由一个或多个冷供应管线提供被递送到冷却布置结构350的连续的冷液体流，并且经由一个或多个热返回管线从冷却布置结构350取回加热的液体。泵将加热的液体输送朝向位于数据中心外部的另外的冷却设备，例如冷却塔(未示出)。
图8还示出冷却布置结构350可以通过使用安装在第一框架302A的横向侧的一对铰接件506而被安装在服务器机架500上，铰接件506适于将冷却布置结构350枢转地安装在机架10上。可选地，可以在所示的两个铰接件506之间安装附加的铰接件。图8的特定配置示出了铰接件506位于冷却布置结构350的其中液体入口306A、306B和液体出口308A、308B也位于其上的同一侧。这种配置便于冷却布置结构350围绕铰接件350枢转。也设想使用铰接件506将图6的冷却布置结构300安装在机架上。
在图8上还示出安装在双流第二气液热交换器300B的外部面326B上的温度传感器508。温度传感器508可以测量已经流过第一和第二双流气液热交换器300A、300B的空气的温度并且将其传送到远程监测装置(未示出)。服务器机架500可以包括用于向远程监测装置提供各种温度、液体流量和压力测量的多个附加传感器(未示出)，温度传感器508和这些附加传感器共享公共通信链路(未示出)，以用于将它们的测量转发到远程监测装置。只要是已经流过第一和第二双流气液热交换器300A、300B的空气的温度基本上是均匀的，如图9将例示的，温度传感器508在第二双流气液热交换器300B的外部面326B上的位置可以水平和/或竖向地改变。还设想将温度传感器508安装在冷却布置结构300的第二气液热交换器100B的外部面上。
图9是从根据本技术的实施方案的以反平行配置组装的双流气液热交换器排出的空气流的均匀温度模式的视觉表示。图9中的图表示出在模拟环境中确定的在经过冷却布置结构350之前和之后的空气流的温度。空气沿箭头402和404的方向流动。在冷却布置结构350上游的第一区域406中，由于服务器机架10中产生的热，空气流的温度较高，处于例如约40度。空气流的温度在第一区域406内基本是均匀的。在第一双流气液热交换器300A的顶部处接收处于约25度的温度的冷水。在第一双流气液热交换器300A的下游流动的空气的较上层410被冷却至约30度。流过第一双流气液热交换器300A的水的温度随着其经过各个互连平行部段110A——连续地暴露于40度的空气流——而升高。水到达第一双流气液热交换器300A的底部，约33度。因此，第一和第二双流气液热交换器300A、300B之间的空气流具有分层的不均匀温度分布，其中在第一双流气液热交换器300A的下游流动的空气的较下层412仅被冷却至约37度。
相同的空气流立即到达第二双流气液热交换器300B。在第二双流气液热交换器300B的底部接收同样处于约25度的温度的冷水。当流过双流第一气液热交换器300A时已被有限程度地冷却至约37度的空气流的较下层412从双流第二气液热交换器300B接收最大冷却，并且达到约30度的温度。当流过第一双流气液热交换器300A时已被较大程度地冷却至约30度的空气流的较上层410从第二双流气液热交换器300B接收适度水平的冷却，以同样达到约29度的温度。结果，已经经过第二双流气液热交换器300B的相同空气流具有基本均匀的温度分布，并且从冷却布置结构350在区域408中排出的空气流的所有层都处于约30度的基本均匀的温度。在第二双流气液热交换器300B的顶部，水也达到约29度。
再次参照图3，图3中的图表示出当使用单流热交换器100时获得的结果。相反，图9中的图表示出当使用一对双流热交换器300A、300B时获得的结果。由于这些不同的热交换器各自的冷却能力，这些结果无法直接比较。然而，虽然图3和图9所示的绝对温度数值无法直接比较，但空气流温度模式的差异却是明显的：尽管图3示出温度模式的显著分层，图9示出从冷却布置结构350排出的空气流的所有层的温度的一致性和均匀性。可以注意到，使用以反平行型式安装的一对单流热交换器将可能(arguably，可以认为、可争辩地)产生空气流温度的较小降低，但仍可提供结果空气流的所有层中的温度的均匀性。相形之下，使用单个双流热交换器仍会导致结果空气流的分层、不均匀的温度分布。
尽管已经参照以特定顺序执行的特定步骤描述和示出了上述实现方式，但是将理解的是，可以在不脱离本技术的教导的情况下对这些步骤进行组合、细分或重新排序。这些步骤中的至少一些可以并行或串行地执行。因此，步骤的顺序和分组不是本技术的限制。
应明确地理解，并非在本技术的每个实施方案中都需要取得本文提到的所有技术效果。
对本技术的上述实现方式的修改和改进对于本领域技术人员而言可能变得明了。前述描述旨在是示例性的而非限制性的。因此，本技术的范围旨在仅由所附权利要求的范围来限制。

Claims (14)

1.一种用于宿留有电子设备和至少一个风扇(12)的机架(10、500)的冷却布置结构(300、350)，所述冷却布置结构(300、350)包括：
第一气液热交换器，所述第一气液热交换器安装至所述机架(10、
500)，使得通过所述至少一个风扇(12)从所述机架(10、500)排出的加热的空气流过所述第一气液热交换器，所述第一气液热交换器包括：第一框架(102A、302A)；第一液体入口(106A、306A)，所述第一液体入口(106A、306A)安装至所述第一框架(102A、302A)并适于接收来自第一冷供应管线(320A)的液体；第一液体出口(108A、308A)，所述第一液体出口(108A、308A)安装至所述第一框架(102A、302A)并适于将液体返回至第一热返回管线(322A)；以及第一连续内部导管(104A、304A)，所述第一连续内部导管(104A、304A)形成在所述第一框架(102A、302A)内延伸的第一组互连平行部段(110A)，所述第一连续内部导管(104A、304A)连接所述第一液体入口(106A、306A)和所述第一液体出口(108A、308A)；以及
第二气液热交换器，所述第二气液热交换器安装至所述第一气液热交换器，使得已经流过所述第一气液热交换器的空气流过所述第二气液热交换器，所述第二气液热交换器包括：第二框架(102B、302B)；第二液体入口(106B、306B)，所述第二液体入口(106B、306B)安装至所述第二框架(102B、302B)并适于从所述第一冷供应管线(320A)或从第二冷供应管线接收液体；第二液体出口(108B、308B)，所述第二液体出口(108B、308B)安装至所述第二框架(102B、302B)并适于将液体返回至所述第一热返回管线(322A)或第二热返回管线；以及
第二连续内部导管(104B、304B)，所述第二连续内部导管(104B、304B)形成在所述第二框架(102B、302B)内延伸的第二组互连平行部段(110B)，所述第二连续内部导管(104B、304B)连接所述第二液体入口(106B、306B)和所述第二液体出口(108B、308B)；
其中，所述第一框架(102A、302A)平行于且相邻于所述第二框架(102B、302B)，并且所述第一连续内部导管(104A、304A)的所述第一组互连平行部段(110A)中最靠近所述第一液体入口(106A、306A)的一个互连平行部段与所述第二连续内部导管(104B、304B)的所述第二组互连平行部段(110B)中最靠近所述第二液体出口(108B、308B)的一个互连平行部段最接近；
其特征在于：
所述第一气液热交换器和所述第二气液热交换器是以反平行配置进行组装的；
所述第一气液热交换器与所述第二气液热交换器之间的空气流具有不均匀的温度分布；以及
已经经过所述第二气液热交换器的相同空气流具有基本均匀的温度分布。
2.根据权利要求1所述的冷却布置结构(300、350)，其中：
所述第一液体入口(106A、306A)和所述第一液体出口(108A、308A)连接在所述第一框架(102A、302A)的同一侧；以及
所述第二液体入口(106B、306B)和所述第二液体出口(108B、308B)连接在所述第二框架(102B、302B)的同一侧。
3.根据权利要求1或2所述的冷却布置结构(300、350)，其中，所述第一液体入口(106A、306A)和所述第二液体入口(106B、306B)位于所述冷却布置结构(300、350)的同一侧。
4.根据权利要求1或2所述的冷却布置结构(300、350)，其中，所述第一连续内部导管(104A、304A)的所述第一组互连平行部段和所述第二连续内部导管(104B、304B)的所述第二组互连平行部段水平地延伸。
5.根据权利要求1或2所述的冷却布置结构(300、350)，其中，所述第一连续内部导管(104A、304A)的所述第一组互连平行部段和所述第二连续内部导管(104B、304B)的所述第二组互连平行部段竖向地延伸。
6.根据权利要求1或2所述的冷却布置结构(300、350)，其中：
所述第一组互连平行部段(110A)中的第一个互连平行部段连接到所述第一液体入口(106A、306A)；
除所述第一组互连平行部段(110A)中的最后一个互连平行部段之外，所述第一组互连平行部段(110A)中的每一个互连平行部段经由所述第一连续内部导管(104A、304A)的第一组U形部段(112A)中的一个U形部段与所述第一组互连平行部段(110A)中的下一互连平行部段连接；
所述第一组互连平行部段(110A)中的所述最后一个互连平行部段连接到所述第一液体出口(108A、308A)；
所述第二组互连平行部段(110B)中的第一个互连平行部段连接到所述第二液体入口(106B、306B)；
除所述第二组互连平行部段(110B)中的最后一个互连平行部段之外，所述第二组互连平行部段(110B)中的每一个互连平行部段经由所述第二连续内部导管(104B、304B)的第二组U形部段(112B)中的一个U形部段与所述第二组互连平行部段(110B)中的下一互连平行部段连接；以及
所述第二组互连平行部段(110B)中的所述最后一个互连平行部段连接到所述第二液体出口(108B、308B)。
7.根据权利要求1或2所述的冷却布置结构(350)，其中：
所述第一气液热交换器是第一双流气液热交换器(300A)，所述第一双流气液热交换器(300A)还包括第三连续内部导管(314A)，所述第三连续内部导管(314A)形成在所述第一框架(302A)内延伸的第三组互连平行部段，所述第三连续内部导管(314A)连接所述第一液体入口(306A)和所述第一液体出口(308A)；以及
所述第二气液热交换器是第二双流气液热交换器(300B)，所述第二双流气液热交换器(300B)还包括第四连续内部导管(314B)，所述第四连续内部导管(314B)形成在所述第二框架(302B)内延伸的第四组互连平行部段，所述第四连续内部导管(314B)连接所述第二液体入口(306B)和所述第二液体出口(308B)。
8.根据权利要求7所述的冷却布置结构(350)，其中：
所述第一组互连平行部段的第一部分位于所述第一框架(302A)内的第一平面(316A)中；
所述第一组互连平行部段的第二部分位于所述第一框架(302A)内的第二平面(318A)中，所述第二平面(318A)平行于所述第一平面(316A)；
所述第三组互连平行部段的第一部分位于所述第一框架(302A)内的所述第二平面(318A)中；
所述第三组互连平行部段的第二部分位于所述第一框架(302A)内的所述第一平面(316A)中；
所述第二组互连平行部段的第一部分位于所述第二框架(302B)内的第三平面(316B)中；
所述第二组互连平行部段的第二部分位于所述第二框架(302B)内的第四平面(318B)中，所述第四平面(318B)平行于所述第三平面(316B)；
所述第四组互连平行部段的第一部分位于所述第二框架(302B)内的所述第四平面(318B)中；以及
所述第四组互连平行部段的第二部分位于所述第二框架(302B)内的所述第三平面(316B)中。
9.根据权利要求1或2所述的冷却布置结构(300、350)，还包括：
所述第一冷供应管线(320A)；以及
所述第一热返回管线(322A)。
10.根据权利要求9所述的冷却布置结构(300、350)，其中，所述第一冷供应管线(320A)和所述第一热返回管线(322A)连接至用于所述机架(10、500)的辅助冷却系统(504)。
11.根据权利要求9所述的冷却布置结构(300、350)，还包括：
所述第二冷供应管线；以及
所述第二热返回管线；
其中，所述第一冷供应管线(320A)、所述第二冷供应管线、所述第一热返回管线(322A)和所述第二热返回管线连接至用于所述机架(10、500)的辅助冷却系统(504)。
12.根据权利要求1或2所述的冷却布置结构(300、350)，其中，所述第一气液热交换器和所述第二气液热交换器中的每一个被配置为：当所述第一气液热交换器和所述第二气液热交换器中的另一个停止服务时，使从所述机架(10、500)排出的空气的温度降低至低于最大额定空气温度。
13.根据权利要求1或2所述的冷却布置结构(300、350)，还包括安装在所述第一框架(102A、302A)的横向侧的一对铰接件(506)，所述铰接件(506)适于将所述冷却布置结构(300、350)枢转地安装在所述机架(10、500)上。
14.根据权利要求1或2所述的冷却布置结构(300、350)，还包括温度传感器(508)，所述温度传感器(508)安装在所述第二气液热交换器的外部面(326B)上并适于将已经流过所述第一气液热交换器和第二气液热交换器的空气的温度传送至远程监测装置。
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