CN112825615A - 用于冷却服务器机架的装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于冷却具有第一腔室和第二腔室的服务器机房内的服务器机架的装置，所述装置包含：主制冷设备；热交换设备，其可操作地联接到主制冷设备；主制冷设备包括壳体，所述壳体用于容纳以下部件：蒸发器；第一气闸装置，其用于从第一腔室的侧部将主制冷设备可移除地固定到服务器机架；第一风扇，其被构造成迫使空气从第一腔室到第二腔室；所述热交换设备包括壳体，所述壳体用于容纳以下部件：冷凝器，其与蒸发器流体连通，所述冷凝器被构造成将热量从液体冷却剂传输到冷凝器周围的空气；第二气闸装置，其被构造成可移除地将热交换设备固定到第二腔室；第二风扇，其被构造成将经加热的空气吹入到第二腔室中。

Description

用于冷却服务器机架的装置

交叉引用

本申请要求于2019年11月21日提交的、名称为“用于冷却服务器机架的装置(Device for Cooling Server Rack)”的俄罗斯专利申请第2019137518号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本技术总体上涉及冷却装置，更具体地，涉及用于冷却服务器机架的冷却装置。

背景技术

1965年，英特尔公司(Intel Corp.)的联合创始人戈登·摩尔(Gordon Moore)观察到，密集集成电路中的晶体管的数量大约每两年翻一番。这种通常被称为“摩尔定律”的观察几十年来在半导体行业中被证明是准确的(并将继续如此)。摩尔定律的技术原因之一是半导体制造行业在每一代缩短硅芯片内部的路径之间的距离的能力。

虽然缩减硅路径产生性能更高的芯片，但将路径紧密封装在一起会产生其他待考虑的问题。这种问题中的一个是由紧密封装的电子生成的热量——除非芯片冷却下来，否则芯片可能在其封装内部熔化并且进一步损坏周围的硬件。

一般来说，计算机安装有风扇，用于抽吸入空气和排出加热的空气，以便使芯片冷却下来。不用说，虽然这种风扇对于某些计算机(诸如个人电脑)来说可能足够了，但不足以使出现在数据中心中的服务器中的芯片冷却下来。事实上，大多数企业数据中心具有复杂、昂贵的空调和通风系统来防止芯片过热。

存在几种用于使出现在数据中心中的服务器冷却下来的方法。常见的方法是基于所感测到的服务器的温度来控制要被吹入到容纳服务器的腔室中的空气量。另一常见的方法是(使用冷却装置)冷却进入服务器机房的空气。

虽然这种方法可能有用，但它也有几个缺点。例如，需要大量的计算能力和计算资源来要处理的信息量以及满足控制不同硬件(诸如冷却装置)的需要。

于2011年3月23日公布的、森佩尔控股有限公司(Semper Holdings Ltd.)的、名称为“机架安装式冷却设备(Rack Mounted Cooling Unit)”的欧洲专利第2298051 B1号公开了一种冷却设备，该冷却设备包含至少一个冷却盘管、用于使空气循环通过所述至少一个冷却盘管的至少一个风扇、以及包含所述至少一个冷却盘管和风扇的壳体，其中所述壳体的尺寸被确定为装配在IT服务器机架内，并且被布置用于附接到所述机架。

于2015年5月11日公布的、中华全国供销合作总社济南果品研究院(JinanInstitute of Products China Coop)的、名称为“便携式预冷设备(Portable PrecoolingApparatus)”的中国实用新型专利第205227971 U号公开了一种具有强制通风和差压通风两者的可移动预冷装置。

发明内容

本技术的目的是提供用于控制用于冷却服务器机架的空气流的改进的方法和系统。因此，对于本领域的技术人员来说显而易见的是，本技术旨在以更有效的方式控制用于冷却服务器机架的空气流，从而改善能耗并降低控制系统上的计算负担。

在开发本技术的过程中，开发人员注意到自由冷却数据中心的存在越来越多，在该自由冷却数据中心中，环境冷空气被抽吸到冷腔室中用于冷却服务器，而不需要附加地冷却环境空气。

开发人员还注意到，并非存储在数据中心内的服务器机架中的所有服务器都生成相同量的热量和压力。事实上，某些服务器在计算方面是如此具有消耗性，以至于自由冷却数据中心中的冷环境空气不足以减轻这些服务器内的热量和压力的累积。

不希望受限于任何特定的理论，本技术的实施例已基于这样的假设而开发，即提供可以被控制以选择性地(即，按需)冷却自由冷却数据中心内的需要附加冷却的特定服务器机架的进气口的冷却装置是有益的。因此，本技术的一些实施例可以提供防止数据中心中的服务器过热的更经济和资源有效的方式。

根据本技术的第一主要方面，公开了一种用于冷却被构造成用于在自由冷却服务器机房中操作的服务器机架的装置，该服务器机房具有在其间被服务器机架气流分隔开并且在其间经由服务器机架流体连通的第一腔室和第二腔室，该装置包含：主制冷设备；热交换设备，其经由流动液体冷却剂的管道可操作地联接到主制冷设备，该主制冷设备包括壳体，该壳体用于容纳以下部件：蒸发器，其被构造成使液体冷却剂从蒸发器周围的空气中吸收热量，从而冷却蒸发器周围的空气；第一气闸装置，其被构造成从第一腔室的侧部可移除地将主制冷设备固定到服务器机架；第一风扇，其被构造成迫使空气通过包括蒸发器和第一气闸装置的第一行进路径经由服务器机架从第一腔室到第二腔室；该热交换设备包括壳体，该壳体用于容纳以下部件：冷凝器，其经由管道与蒸发器流体连通，冷凝器被构造成将热量从液体冷却剂传输到冷凝器周围的空气，从而加热冷凝器周围的空气；第二气闸装置，其被构造成可移除地将热交换设备固定到第二腔室；第二风扇，其被构造成通过包括冷凝器和第二气闸装置的第二行进路径将经加热的空气吹入到第二腔室中。

在该装置的一些非限制性实施例中，第一腔室是冷腔室，第二腔室是热腔室。

在该装置的一些非限制性实施例中，服务器机架包括用于从主制冷设备吸入经冷却的空气的入口；主制冷设备进一步包括第一入口和第一出口，其中蒸发器流体联接在第一入口和第一出口之间；并且其中第一气闸装置被构造成将第一出口固定到服务器机架的入口。

在该装置的一些非限制性实施例中，第一风扇流体联接在第一入口和第一出口之间并且流体地在蒸发器的上游，第一风扇被构造成经由第一出口和入口将经冷却的空气流向服务器机架。

在该装置的一些非限制性实施例中，主制冷设备进一步包含控制器，该控制器可操作地联接到蒸发器和第一风扇中的至少一个，该控制器包括处理器，该处理器被构造成选择性地：生成第一控制信号以调节液体冷却剂从蒸发器周围的空气吸收热量的速率；并且生成第二控制信号以调节第一风扇的速度。

在该装置的一些非限制性实施例中，控制器可操作地联接到温度计，该温度计被构造成测量冷腔室的温度，并且其中处理器被构造成响应于所测量的温度高于预定温度阈值而生成第一控制信号和第二控制信号中的一个。

在该装置的一些非限制性实施例中，控制器可操作地联接到温度计，该温度计被构造成测量服务器机架内的温度，并且其中处理器被构造成响应于所测量的温度高于预定温度阈值而生成第一控制信号和第二控制信号中的一个。

在该装置的一些非限制性实施例中，控制器可操作地联接到差压计，该差压计被构造成测量冷腔室相对于热腔室的空气差压值，并且其中处理器被构造成响应于所测量的空气差压值高于预定空气压力值阈值而生成第二控制信号。

在该装置的一些非限制性实施例中，热腔室包括用于从热交换设备吸入经加热的空气的入口；该热交换设备进一步包括第二入口和第二出口，其中冷凝器流体联接在第二入口和第二出口之间；并且其中第二气闸装置被构造成将第二出口固定到第二腔室的入口。

在该装置的一些非限制性实施例中，第二风扇流体地联接在第二入口和第二出口之间并且流体地在冷凝器的上游，第二风扇被构造成经由第二出口和第二腔室的入口将被冷凝器加热的空气流向热腔室。

在该装置的一些非限制性实施例中，第一气闸装置和第二气闸装置中的至少一个是橡胶密封件。

在该装置的一些非限制性实施例中，热交换设备进一步包含经由管道与蒸发器和冷凝器流体连通的压缩机和膨胀阀。

在该装置的一些非限制性实施例中，管道被构造成使液体冷却剂在闭环中在蒸发器、压缩机、膨胀阀和冷凝器之间流动。

在该装置的一些非限制性实施例中，液体冷却剂被实施为以下之一：氯氟碳化合物(CFC)制冷剂、氢氯氟碳化合物(HCFC)制冷剂、氢氟碳化合物(HFC)制冷剂和二氧化碳(CO2)。

根据本技术的另一主要方面，公开了一种用于冷却服务器机架的装置，该装置包含：主制冷设备；热交换设备，其经由流动液体冷却剂的管道可操作地联接到主制冷设备；该主制冷设备包括壳体，该壳体用于容纳以下部件：蒸发器，其被构造成使液体冷却剂以不同的速率从蒸发器周围的空气中吸收热量；气闸装置，其被构造成可移除地将主制冷设备固定到服务器机架；风扇，其被构造成迫使空气经由包括蒸发器和气闸装置的行进路径穿过服务器机架；控制器，其可操作地联接到蒸发器和风扇中的至少一个，该控制器包含处理器，该处理器被构造成选择性地：生成第一控制信号以调节液体冷却剂从蒸发器周围的空气吸收热量的速率；并且生成第二控制信号以调节风扇的速度；该热交换设备包括壳体，该壳体用于容纳冷凝器，该冷凝器经由管道与蒸发器流体连通，该冷凝器被构造成将热量从液体冷却剂传输到冷凝器周围的空气，从而加热冷凝器周围的空气。

在该装置的一些非限制性实施例中，控制器可操作地联接到温度计，该温度计被构造成测量服务器机架内的温度，并且其中处理器被构造成响应于所测量的温度高于预定温度阈值而生成第一控制信号和第二控制信号中的一个。

在该装置的一些非限制性实施例中，控制器可操作地联接到差压计，该差压计被构造成测量冷腔室相对于热腔室的空气差压值，并且其中处理器被构造成响应于所测量的空气差压值高于预定空气压力值阈值而生成第二控制信号。

在该装置的一些非限制性实施例中，服务器机架包括用于从主制冷设备吸入经冷却的空气的入口；主制冷设备进一步包括第一入口和第一出口，其中蒸发器流体联接在第一入口和第一出口之间；并且其中气闸装置被构造成将第一出口固定到服务器机架的入口。

在该装置的一些非限制性实施例中，服务器机架被构造成在自由冷却服务器机房内操作，该服务器机房具有由服务器机架分隔开的冷腔室和热腔室。

在该装置的一些非限制性实施例中，热交换设备设置在热腔室和服务器机房外部中的一个内。

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，将参考结合附图使用的以下描述，其中：

图1是描绘根据本技术的一些非限制性实施例的系统的示意图。

图2描绘了由图1的系统的控制器设备生成第一、第二和第三控制信号的过程的实例。

图3是图1系统的主制冷设备的透视图。

图4是图1系统的热交换设备的透视图。

具体实施方式

参考图1，示出了系统100的示意图，系统100适于实施本技术的非限制性实施例。应当清楚地理解的是，系统100仅被描绘为本技术的说明性实施方式。因此，以下对其的描述仅旨在描述本技术的说明性实例。这个描述不旨在定义本技术的范围或阐述本技术的界限。在一些情况下，被认为是对系统100的修改的有用实例的内容也可以在下面阐述。这样做仅仅是为了帮助理解，并且，再次，不是为了定义本技术的范围或阐述本技术的界限。这些修改不是详尽的列表，并且如本领域技术人员所理解的，其他修改也是可能的。进一步，在未这样做的情况下(即，在没有阐述修改的实例的情况下)，不应该解释为没有修改是可能的和/或所描述的内容是实施本技术的这个元素的唯一方式。如本领域技术人员所理解的那样，情况可能并非如此。此外，应当理解的是，系统100可以在某些情况下提供本技术的简单实施方式，并且在这种情况下，它们以这种方式被呈现以有助于理解。如本领域技术人员将理解的那样，本技术的各种实施方式可能更加复杂。

本文列举的实例和条件性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些具体列举的实例和条件。应当理解的是，本领域的技术人员可以设计各种布置，尽管本文没有明确描述或示出，但是这些布置体现了本技术的原理，并且包括在本技术的精神和范围内。此外，为了有助于理解，以下描述可以描述本技术的相对简化的实施方式。如本领域技术人员将理解的那样，本技术的各种实施方式可能更加复杂。

此外，本文中叙述本技术的原理、方面和实施方式的所有陈述及其特定实例旨在包涵其结构等同物和功能等同物两者，无论它们是当前已知的还是将来开发的。因此，例如，本领域技术人员将会理解，本文中的任何框图代表实现本技术的原理的说明性电路系统的概念图。类似地，将理解的是，任何流程图、流程简图、状态转移图、伪代码等表示各种过程，这些过程可以基本上以计算机可读介质表示，并且由计算机或处理器执行，无论是否明确示出了这样的计算机或处理器。

附图中所示的各种元件的功能(包括标记为“处理器”的任何功能块)可以通过使用专用硬件以及能够执行与适当软件相关联的软件的硬件来提供。当由处理器提供时，功能可以由单个专用处理器、由单个共享处理器或由多个单独的处理器(其中这些处理器中的一些可以是共享的)提供。在本技术的一些非限制性实施例中，处理器可以是通用处理器(诸如中央处理器(CPU))、或者专用于特定目的的处理器(诸如图形处理器(GPU))。此外，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应被解释为专门指能够执行软件的硬件，并且可以隐含地包括但不限于数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和非易失性存储装置。也可以包括其他硬件(传统的和/或定制的)。

在适当地有这些基础的情况下，我们现在将考虑一些非限制性实例来示出本技术的各方面的各种实施方式。

系统100被构造成控制用于冷却数据中心(未描绘)等的服务器机房102的空气流。服务器机房102被服务器机架108分隔成冷腔室104(也可以被认为是“第一腔室”)和热腔室106(也可以被认为是“第二腔室”)。服务器机架108被构造成容纳一或多个服务器110。一或多个服务器110被容纳在服务器机架108内的方式不受限制，并且例如可以处于“机箱”构型。尽管在所示的实施例中仅示出了一个服务器机架108，但这不是限制性的。由此，设想，服务器机房102可以被成排地组织或背靠背地组织的多个服务器机架分隔成冷腔室104和热腔室106。

如上所提及，容纳在服务器机架108内的服务器110中的每一个通常包含风扇(未描绘)，该风扇被构造成通过服务器的入口从冷腔室104抽取冷空气，允许冷空气在服务器110内循环，并将热空气排出到热腔室106中。因此，在一或多个服务器110内生成的热量被抽吸到其中的冷空气冷却，并且一或多个服务器110可以正常操作。

在一些非限制性实施例中，服务器机架108可以包括位于服务器机架108内的服务器(未示出)后面的一或多个大型“机架风扇”。这些“机架风扇”还被构造成将冷空气从冷腔室104抽吸到多个服务器(未示出)，并将经加热的空气排出到热腔室106中。

系统100包括将冷腔室104的空气入口112联接到外部环境114的第一通道109，从而允许来自外部环境114的空气流入到冷腔室104中。在一些非限制性实施例中，服务器机房102被容纳在建筑物内(诸如机库等)(未示出)，并且外部环境114是服务器机房102外部的区域。由此，外部环境114可以指例如建筑物周围的区域，或者建筑物内的服务器机房102周围的区域。

来自外界环境114的流入到冷腔室104中的空气量由风门116控制，该风门可以被安装在第一通道109的一个端部附近，该风门被构造成通过其开度来调节流入到第一通道109中的空气量。不用说，设想控制来自外部环境114的空气量的其他方式，例如靠近第一通道109的端部的入口风扇(未示出)。

在一些非限制性实施例中，可以在第一通道109内提供过滤器120，该过滤器120防止由外部环境114中的空气携带的灰尘(或其他杂质)进入冷腔室104。不用说，尽管在本技术的所描绘的非限制性实施例中，过滤器120被示出为流体地放置在风门116的下游，但是其不限于此，并且可以流体地放置在风门116的上游。

热腔室106包含第二通道126，并且与该第二通道流体连通。在第二通道126的端部处设置有空气出口130，该空气出口向外部环境114敞开，用于排出热腔室106内的经加热的空气。在一些非限制性实施例中，设想出口风扇(未示出)安装在空气出口附近，以迫使经加热的空气从热腔室106流向外部环境114。

根据本技术的非限制性实施例，提供了冷却装置115。冷却装置115由两个设备组成，即主制冷设备122和热交换设备124。

主制冷设备122可以可移除地联接到服务器机架108的入口(未描绘)。在本技术的一些非限制性实施例中，主制冷设备包含一或多个风扇118，其被构造成控制流入服务器机架108的空气量。实施风扇118的方式不受限制。举例来说，风扇118可以实施为轴流式风扇、离心式风扇或横流风扇等或其组合。在本技术的一些非限制性实施例中，风扇118被构造成通过例如增加或降低旋转速度(下面详细讨论)来增加和/或减少到服务器机架108中的空气流量。

在本技术的一些非限制性实施例中，冷腔室104的温度由第一温度计136捕获。在本技术的一些非限制性实施例中，第一温度计136被放置在主制冷设备122的入口附近，以获得进入服务器机架108的空气的相对更精确的温度值。

在本技术的一些非限制性实施例中，第二温度计139可以被放置在服务器机架108内，以获得服务器机架108和/或服务器110内相对更精确的温度值。

在本技术的一些非限制性实施例中，主制冷设备122进一步包括蒸发器138。蒸发器138如何实施在本领域中是公知的，并且本文将不再详细描述。只要说蒸发器138被构造成使用冷却剂(下面描述，未示出)来冷却空气就足够了。

蒸发器138经由柔性管107(以虚线示出)与安装在热交换设备124内的冷凝器140流体连通。换句话说，主制冷设备122和热交换设备124经由柔性管107彼此流体连通。一般来说，冷凝器140被构造成在将气态冷却剂发送回到蒸发器138之前，将气态冷却剂的相改变成液态。

在本技术的一些非限制性实施例中，热交换设备124进一步包含压缩机142，该压缩机被构造成控制冷却剂在柔性管107内的流动。

在本技术的一些非限制性实施例中，热交换设备124的入口(未示出)面向冷腔室104，并且热交换设备124的出口(未示出)面向热腔室106。换句话说，来自冷腔室104的空气被构造成经由热交换设备124流入热腔室106。

当流过热交换设备124时，空气由于由冷凝器140释放的热量而更暖。在本技术的一些非限制性实施例中，热交换设备124可以包括一或多个风扇144。风扇144如何实施不受限制，并且可以例如类似于风扇118实施。尽管风扇144被描述为被安装在冷凝器140上游，但并不限于此。设想风扇144被安装在冷凝器的下游，或热交换设备124的出口附近。

在本技术的至少一些非限制性实施例中，系统100可以进一步包含差压计152，该差压计被构造成测量对应于冷腔室104的空气压相对于热腔室106的空气压的差异的差压值。

差压计152被实施的方式是已知的，并且因此本文将不再详细描述。只要说差压计152具有第一和第二入口端口(未编号)就足够了，第一和第二入口端口各自连接到被监控的相应压力点。例如，第一入口端口可以连接到冷腔室104内的第一压力点，第二入口端口可以连接到例如热腔室106内的第二压力点，反之亦然。在特定的非限制性实例中，差压计152可以被实施为由美国密歇根州的德怀尔仪器公司(Dwyer Instruments Inc.)制造的差压计中的一个(型号名称为DH

)。

系统100进一步包含用于控制用于冷却服务器机架108的空气流的控制器设备137。在本技术的一些非限制性实施例中，控制器设备137是被构造成从系统100的各种装置接收和传输信号的计算机(下面更详细地描述)。

控制器设备137包含存储器146，该存储器包括一或多个存储介质，并且通常提供用于存储可由处理器148执行的计算机可执行程序指令的位置。作为示例，存储器146可以被实施为有形的计算机可读存储介质，包括只读存储器(ROM)和/或随机存取存储器(RAM)。存储器146还可以包括一或多个固定存储装置，作为示例呈硬盘驱动器(HDD)、固态驱动器(SSD)和闪存卡的形式。

控制用于冷却服务器机房102的空气流由存储在存储器146中的应用150执行。如下文更详细描述的，应用150包含可由处理器148执行的一组计算机可执行程序指令。

现在将更详细地描述应用150的各种组件的功能和操作。参考图2，描绘了用于控制冷腔室104和热腔室106之间的空气流的应用150的操作的示意图。应用150执行(或以其他方式访问)测量值获取例程202、风扇控制例程204和蒸发器控制例程206。

在本说明书的上下文中，术语“例程”是指应用150的计算机可执行程序指令的子集，该子集可由处理器148运行以执行下面解释的功能。为了避免任何疑问，应当清楚地理解，测量值获取例程202、风扇控制例程204和蒸发器控制例程206在本文以分离和分布式的方式示意性地示出，以便于解释由应用150执行的过程。设想，测量值获取例程202、风扇控制例程204和蒸发器控制例程206中的一些或全部可以被实施为一或多个组合例程。

下面描述测量值获取例程202、风扇控制例程204和蒸发器控制例程206中的每一个的功能，以及在其中处理或存储的数据和/或信息。

接收数据

第一温度计136、第二温度计139和差压计152中的每一个都通过被传输到控制器设备137的数据包208将感测数据传输到控制器设备137。不用说，设想系统100仅包括第一温度计136、第二温度计139和差压计152中的一个或包括其中的两个的组合，并且由此，经由数据包208接收的感测数据包含与所述一个、或两个的组合相关联的感测数据。

数据包208包括用于所监控的测量值中的每一个的相应数据包，并且因此包括了包含由第一温度计136和第二温度计139感测的温度值的相应数据包，以及包含由第一差压计152感测的差压值的至少一个数据包。

尽管已经在图1中将差压计152描绘为硬件，但是应当理解，它并不限于此。实际上，设想差压计152可以被实施为软件例程，该软件例程是测量值获取例程202的一部分，并且被构造成经由数据包208从它们各自的第一压力点和第二压力点(被实施为压力表)接收测量的空气压力，并且计算差压值。在特定的非限制性实例中，压力计被实施为由美国密歇根州的德怀尔仪器公司制造的差压计(型号名称为DPG-200)。

控制风扇速度

基于由测量值获取例程202接收的数据包208中含有的数据，风扇控制例程204生成用于控制风扇144和/或风扇118的旋转速度的第一控制信号210。

现在将更详细地解释生成第一控制信号210的方式。在本技术的一些非限制性实施例中，风扇控制例程204执行第一比例积分微分(PID)算法214。第一PID算法214被构造成将压差值(由压差计152确定)与第一目标值(如下所述)进行比较。风扇控制例程204生成并传输第一控制信号210，该信号含有用于调节风扇144和/或风扇118的旋转速度以便达到第一目标值的指令。

在本技术的一些非限制性实施例中，第一目标值指示要在冷腔室104内保持的、相对于热腔室106的目标压差值。由此，设想控制器设备137包含或电联接到输入装置(未示出)，以用于从用户(诸如例如，系统100的操作员)接收第一目标值。

在本技术的一些非限制性实施例中，第一目标值是0Pa(意味着作为目标，冷腔室104和热腔室106中的压力之间应该存在平衡)。不用说，进一步设想第一目标值可以是不同的值。

在一些非限制性实施例中，如果确定压差值低于第一目标值(例如，压差值指示-5Pa，这意味着冷腔室104的压力低于热腔室106的压力)，则第一控制信号210含有降低风扇144和/或风扇118的旋转速度以便减少进入热腔室106的经加热的空气的量的指令，从而增加冷腔室104内的空气压力以达到第一目标值。

替代性地，在一些非限制性实施例中，如果确定压差值高于第一目标值(例如，压差值指示5Pa，这意味着冷腔室104的压力高于热腔室106的压力)，则第一控制信号210含有增加风扇144和/或风扇118的旋转速度从而增加进入热腔室106的经加热的空气的量的指令，从而增加热腔室106内的空气压力以达到第一目标值。

在一些非限制性实施例中，如果确定压差值匹配第一目标值，则风扇控制例程204不生成第一控制信号210。替代性地，风扇控制例程204还可以被构造成在确定压差值匹配第一目标值时生成第一控制信号210，该第一控制信号含有用于保持风扇144和/或风扇118的旋转速度的指令。

在本技术的一些非限制性实施例中，风扇控制例程204被构造成生成用于控制风扇118的旋转速度的第二控制信号211。

更准确地说，在一些非限制性实施例中，风扇控制例程204包含第二PID算法215，该第二PID算法被构造成将由第一温度计136接收的第一温度值和/或由第二温度计139接收的第二温度值与第二目标值进行比较。风扇控制例程204生成并传输第二控制信号211，该信号含有用于调节风扇118的旋转速度以便达到第二目标值的指令。

在本技术的一些非限制性实施例中，第二目标值指示冷腔室104内或服务器机架108中要保持的目标温度。

在一些非限制性实施例中，如果确定第一温度值和/或第二温度值高于第二目标值，则第二控制信号211含有用于增加风扇118的旋转速度以便增加进入热腔室106的空气量的指令，从而降低冷腔室104和/或服务器机架108内的温度以达到第二目标值。

替代性地，在一些非限制性实施例中，如果确定第一温度值和/或第二温度值低于第二目标值，则第二控制信号211含有用于降低风扇118的旋转速度以便减少进入热腔室106的空气量的指令，从而降低冷腔室104和/或服务器机架108内的温度以达到第二目标值。

在一些非限制性实施例中，如果确定第一温度值和/或第二温度值匹配第二目标值，则风扇控制例程204不生成第二控制信号211。替代性地，风扇控制例程204还可以被构造成在确定第一温度值和/或第二温度值与第二目标值匹配时，生成第二控制信号211，该第二控制信号含有用于保持风扇118的旋转速度的指令。

在本技术的一些非限制性实施例中，风扇控制例程204独立于第二控制信号211生成第一控制信号210。换句话说，设想风扇控制例程204独立地控制风扇118和风扇144的操作。例如，风扇控制例程204被构造成确定(i)压差值与第一目标值之间的差异，以选择性地调节风扇144的速度，以及(ii)第一温度值和/或第二温度值与第二目标值之间的差异，以选择性地调节风扇118的速度。

控制温度

基于由测量值获取例程202接收的数据包208中含有的数据，蒸发器控制例程206生成第三控制信号212，以用于调节冷腔室104内的空气被蒸发器138冷却的速率。

现在将解释生成第三控制信号212的方式。在一些非限制性实施例中，蒸发器控制例程206包含第三PID算法216。第三PID算法216被构造成将由第二温度计139感测的第二温度值与温度目标值进行比较。蒸发器控制例程206生成并传输第三控制信号212，该第三控制信号含有用于调节主制冷设备122内的空气被蒸发器138冷却的速率的指令。

在本技术的一些非限制性实施例中，温度目标值指示在服务器机架108内要保持的目标温度。在一些非限制性实施例中，温度目标值是或大约是20摄氏度。不用说，设想温度目标值可以是不同的值。还设想，温度目标值从用户经由输入装置(未示出)输入。

在一些非限制性实施例中，如果确定第二温度值高于温度目标值，则第三控制信号212含有增加蒸发器138冷却主制冷设备122内的空气的速率的指令，从而冷却进入服务器机架108的空气，以便达到温度目标值。

替代性地，在一些非限制性实施例中，如果确定温度值低于温度目标值，则第三控制信号212含有降低蒸发器138冷却冷腔室104内的空气的速率以便达到温度目标值的指令。

在本技术的一些非限制性实施例中，蒸发器控制例程206独立于第一控制信号210和第二控制信号211生成第三控制信号212。

现在转到图3，描绘了根据本技术的非限制性实施例实施的主制冷设备122的透视图。

在本技术的所示非限制性实施例中，主制冷设备122包含三(3)个轴流风扇118。在一些非限制性实例中，三个轴流风扇118被实施为由德国坎泽拉斯(Kunzelsau)的齐尔-阿贝格公司(Ziehl-Abegg SE)制造的风扇(型号名称为FN035-4IL.ZC.A5P5)。不用说，尽管示出了三个轴流风扇118，但是设想可以使用更多或更少的风扇。

蒸发器138经由例如铜管(未编号)与膨胀阀302流体连通。在一些非限制性实例中，蒸发器138被实施为由文托卢克斯(Ventolux)制造的蒸发器。在一些非限制性实例中，膨胀阀302被实施为由意大利帕多瓦(Padova)的卡乐工业股份有限公司(CarelIndustries S.p.A.)制造的电动膨胀阀(型号名称为E2V24 USF10)。

蒸发器138进一步包含控制面板304，该控制面板与轴流风扇118、蒸发器138和膨胀阀302电连通。在本技术的一些非限制性实施例中，控制器设备137可以经由控制面板304与轴流风扇118、蒸发器138和膨胀阀302建立通信。

在本技术的一些非限制性实施例中，主制冷设备122包含设置在主制冷设备122的后框架上的第一气闸装置306。第一气闸装置306被构造成可移除地将主制冷设备122固定到服务器机架108的开口。换句话说，第一气闸装置306固定主制冷设备122，以允许经冷却的空气流入服务器机架108而不泄漏。在本技术的一些非限制性实施例中，第一气闸装置306是设置在后框架周边上的橡胶密封件。

从上文应该理解的是，主制冷设备122没有永久固定到服务器机架108。因此，当服务器机架108不需要附加冷却时，主制冷设备122可以选择性地被移动以便被存储或固定到另一服务器机架(未示出)。

此外，尽管图3出于本说明书的目的以最易于示出主制冷设备的结构的构型示出了主制冷设备122及其部件，但是应当理解的是，设想安装用于覆盖主制冷设备122的内部的壁。

转向图4，描绘了根据本技术的非限制性实施例实施的热交换设备124的透视图。

热交换设备124包含压缩机142，该压缩机经由铜管等(未编号)与冷凝器140流体连通。热交换设备124还包含可以被实施为与轴流风扇118相同的模型的三(3)个轴流风扇144。

热交换设备124进一步包含可移动面板402，该可移动面板被构造成通过其打开程度来调节经由例如控制器设备137流入热腔室106的空气量。不用说，尽管可移动面板402被示出为流体地放置在冷凝器140的下游，但是它并不限于此，并且可以流体地放置在可移动面板402的上游。

在本技术的一些非限制性实施例中，热交换设备124包含设置在热交换设备124的后框架上的第二气闸装置404。第二气闸装置404被构造成将热交换设备124固定到热腔室106的开口。换句话说，第二气闸装置404将热交换设备124固定到热腔106的入口，以允许经加热的空气流入热腔106而不泄漏。在本技术的一些非限制性实施例中，第二气闸装置404是设置在后框架周边上的橡胶密封件。

从上文应该理解的是，热交换设备124没有永久固定到热腔室106的入口。因此，当主制冷设备122联接到另一服务器机架(未示出)时，热交换设备124可以被选择性地移动以(与主制冷设备122一起)被存储或者被固定到热腔106的另一入口(未示出)。

而且，尽管图3以未覆盖构型示出了热交换设备124及其部件，但是应当理解的是，设想安装用于覆盖热交换设备124内部的壁。

在本技术的一些非限制性实施例中，主制冷设备122和热交换设备124经由连接到主制冷设备122和热交换设备124的铜管的柔性管107(参见图1)流体连通。换句话说，液体冷却剂被构造成在闭环中在蒸发器138、膨胀阀302、压缩机142和冷凝器140之间流动。

在本技术的一些非限制性实施例中，液体冷却剂被实施为以下之一：氯氟碳化合物(CFC)制冷剂、氢氯氟碳化合物(HCFC)制冷剂、氢氟碳化合物(HCF)制冷剂和二氧化碳(CO2)。

此外，尽管在图1中，热交换设备124的入口(未示出)被示为面向冷腔室104，并且热交换设备124的出口(未示出)被示为面向热腔室106，但是并不限于此。实际上，设想热交换设备124完全放置在热腔室106内，或者甚至放置在外部环境114中，同时经由柔性管107与主制冷设备122流体连通。

对于本领域的技术人员来说显而易见的是，本技术的至少一些实施例旨在扩展用于解决特定技术问题的技术解决方案的范围，即控制具有一或多个服务器机房的数据中心内的空气流，从而改善能耗并降低常规控制器上的计算负担。

应当清楚地理解，在本技术的各个和每个实施方式中，并不需要享受本文提及的所有技术效果。例如，本技术的实施方式可以在用户没有享受这些技术效果中的一些的情况下实施，而其他实施方式可以在用户享受其他技术效果或者根本没有享受其他技术效果的情况下实施。

对本领域技术人员来说，对本技术的上述实现的修改和改进可能是显而易见的。前面的描述旨在示例性的，而不是限制性的。因此，本技术的范围仅由所附权利要求的范围来限定。

虽然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施方式，但是应当理解的是，在不脱离本技术的教导的情况下，这些步骤可以被组合、细分或重新排序。因此，步骤的顺序和分组不是本技术的限制。

Claims (20)

1.一种用于冷却被构造成用于在自由冷却服务器机房中操作的服务器机架的装置，所述服务器机房具有在其间被所述服务器机架气流分隔开并且在其间经由所述服务器机架流体连通的第一腔室和第二腔室，所述装置包含：

主制冷设备；

热交换设备，其经由流动液体冷却剂的管道可操作地联接到所述主制冷设备；

所述主制冷设备包括壳体，所述壳体用于容纳以下部件：

蒸发器，其被构造成使所述液体冷却剂从所述蒸发器周围的空气中吸收热量，从而冷却所述蒸发器周围的空气；

第一气闸装置，其被构造成从所述第一腔室的侧部可移除地将所述主制冷设备固定到所述服务器机架；

第一风扇，其被构造成迫使空气通过包括所述蒸发器和所述第一气闸装置的第一行进路径经由所述服务器机架从所述第一腔室到所述第二腔室；

所述热交换设备包括壳体，所述壳体用于容纳以下部件：

冷凝器，其经由所述管道与所述蒸发器流体连通，所述冷凝器被构造成将热量从所述液体冷却剂传输到所述冷凝器周围的空气，从而加热所述冷凝器周围的空气；

第二气闸装置，其被构造成可移除地将所述热交换设备固定到所述第二腔室；

第二风扇，其被构造成通过包括所述冷凝器和所述第二气闸装置的第二行进路径将所述经加热的空气吹入到所述第二腔室中。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一腔室是冷腔室，并且所述第二腔室是热腔室。

3.根据权利要求2所述的装置，其中：

所述服务器机架包括用于从所述主制冷设备吸入经冷却的空气的入口；

所述主制冷设备进一步包括第一入口和第一出口，其中所述蒸发器流体联接在所述第一入口和所述第一出口之间；并且其中

所述第一气闸装置被构造成将所述第一出口固定到所述服务器机架的所述入口。

4.根据权利要求3所述的装置，其中所述第一风扇流体联接在所述第一入口和所述第一出口之间并且流体地在所述蒸发器的上游，所述第一风扇被构造成经由所述第一出口和所述入口将所述经冷却的空气流向所述服务器机架。

5.根据权利要求4所述的装置，所述主制冷设备进一步包含控制器，所述控制器可操作地联接到所述蒸发器和所述第一风扇中的至少一个，所述控制器包括处理器，所述处理器被构造成选择性地：

生成第一控制信号以调节所述液体冷却剂从所述蒸发器周围的空气吸收热量的速率；并且

生成第二控制信号以调节所述第一风扇的速度。

6.根据权利要求5所述的装置，其中所述控制器可操作地联接到温度计，所述温度计被构造成测量所述冷腔室的温度，并且其中所述处理器被构造成响应于所测量的温度高于预定温度阈值而生成所述第一控制信号和所述第二控制信号中的一个。

7.根据权利要求5所述的装置，其中所述控制器可操作地联接到温度计，所述温度计被构造成测量所述服务器机架内的温度，并且其中所述处理器被构造成响应于所测量的温度高于预定温度阈值而生成所述第一控制信号和所述第二控制信号中的一个。

8.根据权利要求5所述的装置，其中所述控制器可操作地联接到差压计，所述差压计被构造成测量所述冷腔室相对于所述热腔室的空气差压值，并且其中所述处理器被构造成响应于所测量的空气差压值高于预定空气压力值阈值而生成所述第二控制信号。

9.根据权利要求2所述的装置，其中：

所述热腔室包括用于从所述热交换设备吸入经加热的空气的入口；

所述热交换设备进一步包括第二入口和第二出口，其中所述冷凝器流体联接在所述第二入口和所述第二出口之间；并且其中

所述第二气闸装置被构造成将所述第二出口固定到所述第二腔室的所述入口。

10.根据权利要求9所述的装置，其中所述第二风扇流体地联接在所述第二入口和所述第二出口之间并且流体地在所述冷凝器的上游，所述第二风扇被构造成经由所述第二出口和所述第二腔室的所述入口将被所述冷凝器加热的空气流向所述热腔室。

11.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一气闸装置和所述第二气闸装置中的至少一个是橡胶密封件。

12.根据权利要求1所述的装置，所述热交换设备进一步包含经由所述管道与所述蒸发器和所述冷凝器流体连通的压缩机和膨胀阀。

13.根据权利要求11所述的装置，其中所述管道被构造成使所述液体冷却剂在闭环中在所述蒸发器、所述压缩机、所述膨胀阀和所述冷凝器之间流动。

14.根据权利要求1所述的装置，其中所述液体冷却剂被实施为以下之一：氯氟碳化合物CFC制冷剂、氢氯氟碳化合物HCFC制冷剂、氢氟碳化合物HFC制冷剂和二氧化碳CO2。

15.一种用于冷却服务器机架的装置，所述装置包含：

主制冷设备；

热交换设备，其经由流动液体冷却剂的管道可操作地联接到所述主制冷设备；

所述主制冷设备包括壳体，所述壳体用于容纳以下部件：

蒸发器，其被构造成使所述液体冷却剂以不同的速率从所述蒸发器周围的空气中吸收热量；

气闸装置，其被构造成可移除地将所述主制冷设备固定到所述服务器机架；

风扇，其被构造成迫使空气经由包括所述蒸发器和所述气闸装置的行进路径穿过所述服务器机架；

控制器，其可操作地联接到所述蒸发器和所述风扇中的至少一个，所述控制器包括处理器，所述处理器被构造成选择性地：

生成第一控制信号以调节所述液体冷却剂从所述蒸发器周围的空气吸收热量的速率；并且

生成第二控制信号以调节所述风扇的速度；

所述热交换设备包括壳体，所述壳体用于容纳以下部件：

冷凝器，其经由所述管道与所述蒸发器流体连通，所述冷凝器被构造成将热量从所述液体冷却剂传输到所述冷凝器周围的空气，从而加热所述冷凝器周围的空气。

16.根据权利要求15所述的装置，其中所述控制器可操作地联接到温度计，所述温度计被构造成测量所述服务器机架内的温度，并且其中所述处理器被构造成响应于所测量的温度高于预定温度阈值而生成所述第一控制信号和所述第二控制信号中的一个。

17.根据权利要求5所述的装置，其中所述控制器可操作地联接到差压计，所述差压计被构造成测量所述冷腔室相对于所述热腔室的空气差压值，并且其中所述处理器被构造成响应于所测量的空气差压值高于预定空气压力值阈值而生成所述第二控制信号。

18.根据权利要求15所述的装置，其中：

所述服务器机架包括用于从所述主制冷设备吸入经冷却的空气的入口；

所述主制冷设备进一步包括第一入口和第一出口，其中所述蒸发器流体联接在所述第一入口和所述第一出口之间；并且其中

所述气闸装置被构造成将所述第一出口固定到所述服务器机架的所述入口。

19.根据权利要求16所述的装置，其中所述服务器机架被构造成在自由冷却的服务器机房内操作，所述服务器机房具有由所述服务器机架分隔开的冷腔室和热腔室。

20.根据权利要求16所述的装置，其中所述热交换设备设置在所述热腔室和所述服务器机房外部中的一个内。

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