CN113225975A - 用于电子设备冷却的多功能适配模块 - Google Patents

Abstract

模块化冷却系统包括：与一个或多个冷却元件流体连通以冷却电子部件的流体泵；与流体泵流体连通的热交换器；在热交换器上游的热交换器阀门；以及位于冷却流体供应部和一个或多个冷却元件之间的流体供应阀门。当热交换器阀门和流体供应阀门处于第一位置时，将流体从冷却流体供应部引导至一个或多个冷却元件，从而绕过热交换器和流体泵。当热交换器阀门和流体供应阀门处于第二位置时，将流体从冷却流体供应部和冷却流体回流部处切断，并通过热交换器和流体泵循环。

Description

用于电子设备冷却的多功能适配模块

技术领域

本发明的实施方式大体涉及服务器冷却系统。更具体地，本发明的实施方式涉及模块服务器冷却系统。

背景技术

先前的数据中心和服务器冷却方案需要对机架或设备基础设施进行改造，以便能够支持部署新硬件。根据先前的技术，对于机架水平的冗余设计，可能需要部署两组机架歧管、以及在机架水平和服务器水平上的第二个完全相同的系统。这种方法占据大量空间，需要大量的设计工作，并且显著增加设计费用。另外，需要适配通过不同类型的流体运作的系统中的服务器的解决方案。

发明内容

根据本申请的一方面，提供了一种模块化冷却系统，可包括：流体泵，与一个或多个冷却元件流体连通，以冷却电子部件；热交换器，与所述流体泵流体连通；热交换器阀门，在所述热交换器的上游；以及流体供应阀门，位于冷却流体供应部和所述一个或多个冷却元件之间。当所述热交换器阀门和所述流体供应阀门位于第一位置时，将流体从所述冷却流体供应部引导至所述一个或多个冷却元件，从而绕过所述热交换器和所述流体泵。当所述热交换器阀门和所述流体供应阀门位于第二位置时，将流体从所述冷却流体供应部和冷却流体回流部处切断，并通过所述热交换器和所述流体泵循环。

根据本申请的另一方面，提供了一种适配冷却模块，可包括：第一流体回路，用于将冷却流体从冷却流体供应部引导通过第一热交换器；第二流体回路，与一个或多个冷却元件流体连通，以冷却电子部件；第一流体泵，在所述第二流体回路中，以泵送流体通过所述一个或多个冷却元件；以及多个流体连接器，用于将所述第一流体回路流体地连接至所述冷却流体供应部，以及将所述第二流体回路流体地连接至所述一个或多个冷却元件。

根据本申请的又一方面，提供了一种冷却服务器的方法，可包括：将冷却流体从冷却流体供应部提供到一个或多个冷却元件，以冷却电子部件；启动一个或多个阀门，以隔离在内部流体回路内的流体；将在所述内部流体回路内隔离的流体泵送到所述一个或多个冷却元件；以及将所述隔离的流体泵送通过所述内部流体回路内的至少一个热交换器和流体泵。

附图说明

本发明的实施方式通过实例的方式进行说明，并且不限于附图的图形，在附图中类似的参考标记指示相似的元件。

图1示出根据本公开的实施方式的适配模块的设计。

图2示出根据本公开的实施方式的适配模块的另一设计。

图3示出根据本公开的实施方式的适配模块的另一设计。

图4示出根据本公开的实施方式的适配模块的另一设计。

图5示出根据本公开的实施方式的部署在服务器机箱和机架上的适配模块的俯视原理图。

图6示出根据本公开的实施方式的用于冷却服务器的示例性方法的流程图。

具体实施方式

在说明书中涉及“一个实施方式”或“实施方式”是指与实施方式一起描述的特定特征、结构或特性可包括于至少一个本公开的实施方式中。在说明书中的各处出现的短语“在一个实施方式中”不一定都指的是相同实施方式。

在本文中提供的实施方式的描述中，可使用术语“联接”和“连接”连同它们的派生词。应理解的是，这些术语不是彼此的同义词。“联接”用于表明两个或多个元件彼此协作或互相影响，元件可能会或可能不会彼此直接物理接触或电接触。“连接”用于表明在两个或多个互相联接的元件之间建立连通。另外，术语“服务器”、“客户端”和“设备”通常指的是数据处理系统，而不是专门指服务器、客户端和/或设备的特定形状因数。

本文描述的实施方式提供了开发和部署用于服务器或IT硬件设备的冷却方案的方案。在一些实施方式中，本公开为不同服务器和IT设备与设备基础设施(诸如数据中心、机架和其它部署环境)提供了兼容性。例如，数据中心和服务器经常不是同时或由同一组人设计的。另外，数据中心和服务器的使用期限是不同的。因此，即使有多种设计标准要遵守，数据中心可能也不能支持操作某些类型的服务器。服务器和IT设备的变化和分代更新比数据中心设备基础设施的分代更新快得多。例如，数据中心冷却设计可能不能支持特定类型的服务器。本公开的实施方式提供可用来解决这些兼容性问题的适配模块。

在液体冷却基础设施中，液体可供应至机架歧管，然后供应至服务器液体冷却回路。机架歧管可被认为是单点故障。这意味着如果机架歧管或机架液体源出故障，则整个系统都会停止。这不满足充分冗余系统设计的要求，特别是在一些关键的云服务业务中。本公开的实施方式提供用于这样开环基础设施的冗余设计方法，并且确保即使在流体供应处发生单点故障，该系统也可继续运行。

本公开的一些实施方式允许不同类型的硬件系统的动态变化，包括它们的操作要求和/或冷却要求。当硬件配置和/或冷却配置改变时，当前设计使用户能够快速重新配置冷却设计，而不需要全系统重新设计。根据本公开的实施方式，适配模块可用于在不同环境中设计和部署不同的服务器和IT硬件。适配模块包括多个连接端口，连接端口用于流体地连接至服务器冷却进口和出口，并且还用于连接至外部冷却源。在一些实施方式中，一些部件组装在适配模块内，用于提供额外的功能，诸如通过使用空空气冷却却热交换器回路将系统从开环转换为闭环，以及通过引入液体冷却回路，分开和合并主回路和二级回路。适配模块的内部部件还可包括多个部件或系统回路，用于额外的功能，以提高系统可靠性、系统功能和满足不同操作要求。

在一些实施方式中，多个模块可组装在一起，用于不同用例中的不同应用要求。这种模块可提供基于不同部署环境方面上的不同有效性以及来自服务器和IT方面的要求来定制冷却设计的器件。

系统综述

图1示出了根据本公开的实施方式的适配模块109的设计。在这个实施方式中，流体供应部101和流体回流部103可为来自机架或数据中心设备的主要冷却源。在一些实施方式中，这可在部署环境中实施或在边缘部署环境中实施。不同流体源可用在不同实施方式中。一旦适配模块109集成到电子设备107上，则可认为服务器或在图1中示出的边缘单元105是充分冗余系统。在一些实施方式中，电子设备107代表服务器主机箱，在服务器主机箱内封装着主电路板或主板、以及所有电子部件。在一些实施方式中，电子设备107可也具有其自身的冷却元件106，冷却元件106可安装在主板上的部件上。在一些实施方式中，用于电子设备107的冷却设计可用不同的形式，或空空气冷却却或液体冷却。用于电子设备的液体供应部和液体回流部被认为是电子设备107的主要冷却源。

在一些实施方式中，适配模块109可与相对高功率密度的电子封装一起部署，并且模块配置可基于电子封装的规格进行调整。适配模块109可位于流体供应部101和电子设备107之间。在这个实施方式中，主要流体供应部101和流体回流部103在正常情况下可通过适配模块109直接连接至电子设备107。当两通阀门111，也称为流体供应阀门，处在第一打开位置，以及三通阀门113，也称为热交换器阀门，将流体从电子设备107直接引导到流体回流103时，这可认为是第一开环位置。然而，正如在先前的部分提到的是，当主要流体供应部101和流体回流部103失效时，适配模块109可用作备份或冗余系统。在一些实施方式中，可使用可配备在适配模块109上的盲配套连接器，将适配模块109从电子设备107上移除。

当处于备份模式时，适配模块109将系统切换成闭环。首先，系统三通阀门113切换到第二位置，以阻止流体回到流体回流部103，以及两通阀门111切换到第二闭合位置。这在内部闭环内隔离冷却流体的部分。然后，泵115启动，并且同时在散热孔119打开后风扇121开始工作。然后，液体流和气流通过热交换器117。这时，系统已切换到闭环操作。在这个闭环操作模式下，冷却源是来自风扇121和散热孔119的气流。当主要流体供应部101和流体回流部103修复时，系统可切换回开环操作。在一些实施方式中，这种设计使系统能够在许多常用的机架液体冷却基础设施中带冗余地操作。

图2示出根据本公开的实施方式的适配模块209的另一设计。这个实施方式示出了用于切换在主回路或二级回路操作的系统的适配模块209。主回路连接指的是冷却流体供应部201通过服务器电子设备207、然后通过流体回流部203到设备冷却源的直接连接。二级回路连接指的是对于服务器电子设备207形成单独回路，并且利用主回路作为冷却源。

在一些实施方式中，适配器模块209包括数个控制阀门211、213和液体对液体热交换器217。两个三通阀门211、213的切换可形成通过液体对液体热交换器217的两个单独回路。泵215可用于再循环在二级回路内移动的流体，该二级回路包括通过热交换器217、泵215和电子设备207的流动路径。

例如，如果设备流体是冷冻水或一些其他类型的水、或诸如乙二醇基去离子水的流体供应回路供给流体，则设备不能被用于两相电子设备冷却。在一些实施方式中，通过使用适配模块，系统可适配这样的设备。在这样的模块中，在一些应用中，填充端口210可用于填充二级回路，特别是当系统需要在主回路和二级回路之间或不同的回路之间进行切换时。

图3示出根据本公开的实施方式的适配模块309的另一设计。这个实施方式示出具有多个回路的适配模块309。适配模块309提供以下功能：当连接至主要流体供应部301和流体回流部303时，形成二级回路，并且同时使用空气冷却热交换器327和风扇312提供备份冷却方法。在这个实施方式中，外部回路包括从流体供应部301通过第一热交换器317到流体回流部303的流路。适配模块309包括第一泵315，该第一泵315配置成当第一阀门311处于打开位置且第二阀门313正在从电子设备307到第一热交换器317引导流体时，将通过第一热交换器317泵送液体。当第一阀门处在第二闭合位置，并且第二阀门313也处在第二位置时，可使用第二泵325泵送流体通过第二空气冷却热交换器327。在一些实施方式中，第一泵315和第二泵325可用单个泵替代，单个泵可用于将流体泵送通过第一热交换器317和第二空气冷却热交换器327。

图4示出根据本公开的实施方式的适配模块409的另一设计。这个实施方式示出具有多个冷却模块408、410的适配模块409。在这个实施方式中，流体可从外部流体供应部通过第一冷却模块408的第一热交换器417。第一冷却模块408可为包括流体泵415的液体对液体冷却模块，以及可使用阀门413选择性地将流体引导至第二冷却模块410。在这个实施方式中，连接端口441位于适配模块上，并且他们可用于连接第一冷却模块408与任何其它标准或定制模块，诸如连接第二空气冷却冷却模块410和其自身的风扇421、泵425和独立热交换器427。如果第一冷却模块408或冷却流体源失效一段时间，则第二冷却模块410也可用作暂时或备份冷却方案。在一些实施方式中，包含这样的适配模块可提供增加的冗余，并且使电子设备407能够连续24/7操作。根据一些实施方式，如果需要，图4所示的设计允许基于现有的适配模块扩展适配模块。

图5示出了根据本公开实施方式的部署在服务器机箱501和机架500上的适配模块503的示意图。在一些实施方式中，服务器机箱501可为主服务器主板区域。在一些实施方式中，适配模块503可实现为服务器机箱501的部分。在一些实施方式中，基于机箱布局设计、形状因数或其它因数，冷却适配模块503可位于服务器机箱501的专用部分内。在一些实施方式中，可认为图5所示方案是边缘部署情形。在这样的情形下，流体连接端口用于连接专门用于边缘设备的冷却源回路。

图6示出了根据本公开的实施方式的用于冷却服务器的示例性方法600的流程图。在这个实施方式中，方法600开始于将来自冷却流体供应的冷却流体提供601到一个或多个冷却元件，以冷却电子部件。

在操作603，启动一个或多个阀门，以在内部流体回路内隔离流体。在一些实施方式中，启动一个或多个阀门包括在第一位置和第二位置之间切换阀门。在第一位置中，将流体从冷却流体供应部引导到一个或多个冷却元件，绕过热交换器和流体泵。在第二位置中，流体从冷却流体供应部和冷却流体回流部处被切断，并且通过热交换器和流体泵再循环。在一些实施方式中，响应检测到长期或短期的冷却流体供应损失，阀门从第一位置切换到第二位置。

在操作605，将内部流体回路内的隔离流体泵送到一个或多个冷却元件。在操作607，在内部流体回路内的隔离流体泵送通过热交换器和流体泵。在一些实施方式中，热交换器是空气冷却热交换器，并且将阀门从第一位置切换到第二位置使服务器冷却系统从液体冷却系统转换成空气冷却系统。在一些实施方式中，方法600还包括在第二位置到第一位置之间切换阀门，以将服务器冷却系统转换回液体冷却系统。

在一些实施方式中，如果使用空气冷却热交换器，方法600可通过启动一个或多个散热孔和风扇在操作609继续，以引导气流通过空气冷却热交换器。

在一些实施方式中，适配模块的选择、设计或用户化的过程可包括很多具体的注意事项。本公开的一个实施方式提供适配模块，适配模块使用于在某些部署环境中操作服务器和硬件系统的多个功能和冷却要求成为可能。示例性的服务器冷却要求可包括例如冷却能力、冷却流体、连接器和冷却系统的正常运行时间要求。示例性部署环境注意事项可包括例如外部冷却源、空气和/或流体冷却源、流体的类型、连接方法和冷却源的可用性。示例性系统集成要求注意事项可包括数据中心/机架要求、边缘环境要求和形状因数。示例性冷却适配模型配置要求可包括例如冷却单元的类型、连接器类型、单个或多回路冷却回路、和冷却方法选择(例如，液体或两相冷却方法等)。诸如云服务用户或边缘计算服务用户服务器用户可能对服务和硬件有其自己独特的要求。对于这样的需求，服务或软件架构可进行特别设计。因此，优化方案可包括灵活的硬件设计配置。上面讨论的设计过程和注意事项可在某些用例中定制。

本领域的技术人员应该认识到的是，在本公开的范围内，可对系统做出各种调整。下列条款和/或示例与具体的实施方式或其示例有关。示例中的特性可用于一个或多个实施方式中的任何地方。不同的实施方式或示例的各种特征可与包括的一些特征和排除的其它特征多方面地结合，以满足各种不同的应用。根据本文描述的实施方式和示例，示例可包括主题，诸如方法、用于执行方法的行为的器件、至少一个包括指令的机器可读介质，当被机器执行时，指令使机器执行方法的、装置的或系统的行为。各种部件可为用于执行描述的操作或功能的器件。

一个实施方式提供模块化冷却系统。该系统包括流体泵，流体泵与一个或多个冷却元件流体连通，以冷却电子部件。该系统还包括与流体泵流体连通的热交换器。该系统还包括在热交换器上游的热交换器阀门。该系统还包括位于冷却流体供应部和一个或多个冷却元件之间的流体供应阀门。当热交换器阀门和流体供应阀门处在第一位置时，将流体从冷却流体供应引导到一个或多个冷却元件，从而绕过热交换器和流体泵。当热交换器阀门和流体供应阀门处在第二位置时，流体从冷却液体供应部和冷却液体回流部处切断，而且通过热交换器和流体泵再循环。在一些实施方式中，该系统还包括散热孔和风扇，以当热交换器阀门和流体供应阀门处在第二位置时，引导气流通过热交换器。在一些实施方式中，响应检测冷却液体供应部的长期或短期的损失，热交换器阀门和流体供应阀门从第一位置切换到第二位置。在一些实施方式中，热交换器、流体泵、热交换器阀门和流体供应阀门集成至适配模块，适配模块可拆卸地附接至冷却流体供应部和一个或多个冷却元件上。在一些实施方式中，适配模块包括流体连接器，以流体地连接至冷却液体供应和一个或多个冷却元件。在一些实施方式中，适配模块可使用盲配快速断开而连接至电子封装。

另一实施方式提供适配冷却模块，适配冷却模块包括：第一流体回路，用于引导冷却流体从冷却流体供应部通过第一热交换器；第二流体回路，与一个或多个冷却元件流体连通以冷却电子部件；在第二流体回路内的第一流体泵，以泵送流体通过一个或多个冷却元件；以及流体连接器，用于将第一流体回路流体地连接至冷却流体供应部，以及将第二流体回路流体地连接至一个或多个冷却元件。在一些实施方式中，适配冷却模块还包括第一阀门，以在冷却流体供应部、第一热交换器和一个或多个冷却元件之间选择性地引导流体；以及第二阀门，用于在一个或多个冷却元件、第一热交换器和第一流体泵、以及冷却流体回流部之间选择性地引导流体。在一些实施方式中，第一阀门和第二阀门是三通流体阀门。在一些实施方式中，适配冷却模块还包括第一阀门和第二阀门，第一阀门位于第二流体回路内，以选择性地引导流体通过第一流体泵和第一热交换器，第二阀门在第一位置引导流体通过包括第一热交换器和第一流体泵的第二流体回路，并且在第二位置引导流体通过包括第二热交换器和第二流体泵的第三流体回路。在一些实施方式中，第一热交换器是液体对液体热交换器，以及第二热交换器是空气冷却热交换器。在一些实施方式中，适配冷却模块还包括至少一个散热孔和风扇，以引导空气通过第二热交换器。在一些实施方式中，适配冷却模块还包括第三阀门，以将流体从第二流体回路选择性地引导到包括独立热交换器的二级冷却模块。在一些实施方式中，二级冷却模块还包括独立流体泵。在一些实施方式中，二级冷却模块是空气冷却冷却模块，并且包括至少一个风扇，以引导空气通过独立热交换器。在一些实施方式中，适配冷却模块还包括很多二级冷却模块连接端口，以便可拆卸地连接二级冷却模块和第二流体回路。

另一实施方式提供冷却服务器的方法。该方法包括将冷却流体从冷却流体供应部提供至一个或多个冷却元件，以冷却电子部件。该方法还包括启动一个或多个阀门，以在内部流体回路内隔离流体。该方法还包括在内部流体回路内将隔离流体泵送到一个或多个冷却元件。该方法还包括在内部流体回路内将隔离流体泵送通过至少一个热交换器和流体泵。在一些实施方式中，该方法还包括在第一位置和第二位置之间切换阀门，其中，当阀门处在第一位置时，将流体从冷却流体供应引导到一个或多个冷却元件，从而绕过热交换器和流体泵，以及当阀门处在第二位置时，流体从冷却流体供应部和冷却流体回流部处被切断，而且通过热交换器和流体泵再循环。在一些实施方式中，响应检测到冷却液体供应的长期或短期损失，阀门从第一位置切换到第二位置。在一些实施方式中，将阀门从第一位置切换到第二位置将服务器冷却系统从液体冷却系统转换成空气冷却系统。在一些实施方式中，该方法还包括在第二位置到第一位置之间切换阀门，以将服务器冷却系统转换回液体冷却系统。

在上述说明书中，已参照其具体实施方式描述了本发明。然而，在不背离本发明的更广泛的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和改变。因此，说明书和图纸应看作是说明性的而不是限制性的意义。

Claims (20)

1.一种模块化冷却系统，包括：

流体泵，与一个或多个冷却元件流体连通，以冷却电子部件；

热交换器，与所述流体泵流体连通；

热交换器阀门，在所述热交换器的上游；以及

流体供应阀门，位于冷却流体供应部和所述一个或多个冷却元件之间，其中，

当所述热交换器阀门和所述流体供应阀门位于第一位置时，将流体从所述冷却流体供应部引导至所述一个或多个冷却元件，从而绕过所述热交换器和所述流体泵，以及

当所述热交换器阀门和所述流体供应阀门位于第二位置时，将流体从所述冷却流体供应部和冷却流体回流部处切断，

并通过所述热交换器和所述流体泵循环。

2.如权利要求1所述的模块化冷却系统，还包括：

至少一个散热孔和风扇，设置成当所述热交换器阀门和所述流体供应阀门位于所述第二位置时，引导空气通过所述热交换器。

3.如权利要求1所述的模块化冷却系统，其中，响应于检测到所述冷却流体供应部的长期或短期损失，所述热交换器阀门和所述流体供应阀门从所述第一位置切换到所述第二位置。

4.如权利要求1所述的模块化冷却系统，其中，所述热交换器、所述流体泵、所述热交换器阀门和所述流体供应阀门集成至适配模块，所述适配模块能够移除地附接至所述冷却流体供应部和所述一个或多个冷却元件。

5.如权利要求4所述的模块化冷却系统，其中，所述适配模块包括多个流体连接器，以流体地连接至所述冷却流体供应部和所述一个或多个冷却元件。

6.一种适配冷却模块，包括：

第一流体回路，用于将冷却流体从冷却流体供应部引导通过第一热交换器；

第二流体回路，与一个或多个冷却元件流体连通，以冷却电子部件；

第一流体泵，在所述第二流体回路中，以泵送流体通过所述一个或多个冷却元件；以及

多个流体连接器，用于将所述第一流体回路流体地连接至所述冷却流体供应部，以及将所述第二流体回路流体地连接至所述一个或多个冷却元件。

7.如权利要求6所述的适配冷却模块，还包括：

第一阀门，配置成在所述冷却流体供应部、所述第一热交换器和所述一个或多个冷却元件之间选择性地引导流体；以及

第二阀门，配置成在所述一个或多个冷却元件、所述第一热交换器和所述第一流体泵、以及冷却流体回流部之间选择性地引导流体。

8.如权利要求7所述的适配冷却模块，其中，所述第一阀门和所述第二阀门是三通流体阀门。

9.如权利要求6所述的适配冷却模块，还包括：

第一阀门，位于所述第二流体回路内，以选择性地引导流体通过所述第一流体泵和所述第一热交换器；以及

第二阀门，在第一位置，所述第二阀门引导流体通过包括所述第一热交换器和所述第一流体泵的所述第二流体回路，以及在第二位置，所述第二阀门引导流体通过包括第二热交换器和第二流体泵的第三流体回路。

10.如权利要求9所述的适配冷却模块，其中，所述第一热交换器是液体对液体热交换器，以及所述第二热交换器是空气冷却热交换器。

11.如权利要求10所述的适配冷却模块，还包括：

风扇和至少两个散热孔，配置成引导空气通过所述第二热交换器。

12.如权利要求6所述的适配冷却模块，还包括：

第三阀门，配置成选择性地将流体从所述第二流体回路引导至包括独立热交换器的二级冷却模块。

13.如权利要求12所述的适配冷却模块，其中，所述二级冷却模块还包括独立流体泵。

14.如权利要求13所述的适配冷却模块，其中，所述二级冷却模块是空气冷却冷却模块，并且还包括至少一个风扇，以引导空气通过所述独立热交换器。

15.如权利要求12所述的适配冷却模块，还包括：

多个二级冷却模块连接端口，以能够拆卸地连接所述二级冷却模块与所述第二流体回路。

16.一种冷却服务器的方法，包括：

将冷却流体从冷却流体供应部提供到一个或多个冷却元件，以冷却电子部件；

启动一个或多个阀门，以隔离在内部流体回路内的流体；

将在所述内部流体回路内隔离的流体泵送到所述一个或多个冷却元件；以及

将所述隔离的流体泵送通过所述内部流体回路内的至少一个热交换器和流体泵。

17.如权利要求16所述的方法，还包括：

在第一位置和第二位置之间切换所述一个或多个阀门，其中，

当所述一个或多个阀门处于所述第一位置时，将流体从所述冷却流体供应部引导到所述一个或多个冷却元件，从而绕过所述热交换器和所述流体泵，以及

当所述一个或多个阀门处在所述第二位置时，将流体从所述冷却流体供应部和冷却流体回流部处切断，并且通过所述热交换器和所述流体泵循环。

18.如权利要求17所述的方法，其中，当所述一个或多个阀门处于所述第二位置时，将来自所述冷却流体供应部的流体通过所述热交换器引导到所述冷却流体回流部。

19.如权利要求17所述的方法，其中，将所述一个或多个阀门从所述第一位置切换到所述第二位置将服务器冷却系统从液体冷却系统转换成空气冷却系统。

20.如权利要求19所述的方法，还包括：

在所述第二位置到所述第一位置之间切换所述一个或多个阀门，以将所述服务器冷却系统转换回液体冷却系统。

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