CN113301767A - 倒置液体冷却系统 - Google Patents

Abstract

一种采用倒置液体冷却系统的装置，包括具有底面的壳体，以及使得壳体能够被安装在机架中的一个或多个安装构件。该装置包括安装在壳体内的液体冷却部件。液体冷却部件包括管道，在该管道内可以传送冷却剂，还包括热交换部件，该热交换部件将壳体内的热负载热耦接至冷却剂，以使来自该热负载的热量传递至冷却剂。壳体的底面限定了排放路径。当将壳体安装在机架中时，热交换部件相对于热负载置于重力的向下方向。如果发生冷却剂泄漏，则冷却剂泄漏将发生在热负载下方，并且冷却剂将通过排放路径远离热负载流走并离开壳体。

Description

倒置液体冷却系统

技术领域

本说明书一般涉及为电子器材提供冷却。

背景技术

通常在数据中心中使用的大型计算机、存储或网络服务器系统会因电力消耗而产生热量。电子设备在没有充分冷却的情况下产生过多的热量可能会导致电子设备的损坏和故障。改进的冷却还可以提高计算机系统的性能。通常，使用液体冷却系统来冷却这些系统。

液体冷却系统通常是闭环系统，其将冷却的冷却流体(冷却剂)传送到热交换部件，该热交换部件热耦接到需要冷却的热负载(例如，电子设备)。液体冷却系统可包括冷板或冷却剂池。冷板或冷却剂池将热量从热负载传递到冷却剂，并且加热后的冷却剂被传送到热交换器进行冷却。

当液体冷却系统中发生液体冷却剂泄漏时，泄漏的冷却剂可能会与电子设备接触。泄漏的冷却剂可能会损坏电子设备。

发明内容

本专利申请中的技术涉及用于倒置液体冷却系统的系统和方法，该系统和方法可以减少由冷却系统泄漏引起的损坏电子设备的可能性。

许多技术可以用于冷却位于服务器或网络机架托盘上的电子设备(例如，处理器、存储器、网络设备和其他发热设备)。例如，液体冷却系统可用于使用液体传热介质从电子设备去除热量。

液体冷却系统将热能从高温设备转移到低温流体介质。流体介质(冷却剂)通常是水，但也可以是制冷剂或其他流体。冷却系统通常包括相对于重力方向位于电子设备顶部或上方的冷板或冷却剂池。

当液体冷却系统部件安装在电子设备的顶部时，可能会有液体冷却剂可以泄漏到电子设备上的许多潜在的连接点。液体冷却剂泄漏接触电子设备可能会导致损坏，例如腐蚀和短路。液体冷却剂泄漏可能会是难以检测的缓慢泄漏。因此，可能在检测到液体冷却剂泄漏之前，电子设备就被损坏了。

为了减少由于液体冷却剂泄漏而造成损坏的可能性，可以将倒置的液体冷却系统并入壳体中。当将壳体安装在服务器机架中时，液体冷却部件相对于热负载置于重力的向下方向。如果在液体冷却部件中发生冷却剂泄漏，则冷却剂泄漏将发生在热负载下方。泄漏的冷却剂将远离热负载流向壳体的底面。然后，泄漏的冷却剂可以通过排放路径离开壳体。

由于从倒置液体冷却系统泄漏的冷却剂远离热负载流走，因此泄漏的冷却剂不与热负载接触。因此，通过采用倒置液体冷却系统，可以防止泄漏的冷却剂损坏热负载。另外，当安装在服务器机架中时，排放路径可将来源于第一壳体的泄漏的冷却剂与第二壳体隔离。

通常，本说明书中描述的主题的一个创新方面可以体现在一种装置中，该装置包括第一壳体，第一壳体具有底面，以及附接到该第一壳体的使得该壳体能够被安装在机架中的一个或多个安装构件。该装置包括安装在第一壳体内的液体冷却部件。液体冷却部件包括管道，在该管道内可以传送冷却剂。液体冷却部件包括热交换部件，该热交换部件耦接至管道并且将第一壳体内的热负载热耦接至冷却剂，以使来自该热负载的热量传递至冷却剂。第一壳体的底面限定了排放路径。当将第一壳体安装在机架中时，热交换部件相对于热负载置于重力的向下方向。如果在液体冷却部件中发生冷却剂泄漏，则冷却剂泄漏将发生在热负载下方，并且冷却剂将通过排放路径远离热负载流走并离开第一壳体。

前述的和其他的实施例可各自独立地或组合地包括一个或多个以下特征。在一些实施方式中，热交换部件包括冷板，该冷板耦接至管道并且为热负载提供冷却。

在一些实施方式中，热交换部件包括位于第一壳体内的第二壳体。第二壳体具有相对于热负载置于重力的向下方向的底部、由热负载限定并与热负载流体密封的顶部、以及从底部延伸至顶部的侧部。顶部、底部和侧部围成在其中传送冷却剂的空隙。

在一些实施方式中，热负载包括印刷电路板。

在一些实施方式中，冷却剂是水。

通常，本说明书中描述的主题的一个创新方面可以体现在包括多个插槽的系统中。该系统包括多个第一壳体，每个第一壳体具有底面，以及附接到第一壳体的一个或多个安装构件，该安装构件使得第一壳体能够被安装在多个插槽中的相应一个插槽中。该系统包括安装在多个第一壳体中的每一个第一壳体中的液体冷却部件。液体冷却部件包括管道，在该管道内可以传送冷却剂，还包括热交换部件，该热交换部件耦接至管道并且将第一壳体内的热负载热耦接至冷却剂，以使来自该热负载的热量传递至冷却剂。第一壳体中的每一个第一壳体的底面限定了排放路径。当将第一壳体安装在多个插槽中的相应一个插槽中时，每个第一壳体中的热交换部件相对于热负载置于重力的向下方向。如果在液体冷却部件中发生冷却剂泄漏，则冷却剂泄漏将发生在热负载下方，并且冷却剂将通过排放路径远离热负载流走并离开第一壳体。

前述的和其他的实施例可各自独立地或组合地包括一个或多个以下特征。在一些实施方式中，热交换部件包括冷板，该冷板耦接至管道并且为热负载提供冷却。

在一些实施方式中，热交换部件包括位于每个第一壳体内的第二壳体。第二壳体具有相对于热负载置于重力向下方向的底部、由热负载限定并与热负载流体密封的顶部、以及从底部延伸至顶部的侧部。顶部、底部和侧部围成在其中传送冷却剂的空隙。

在一些实施方式中，热负载包括印刷电路板。

在一些实施方式中，冷却剂是水。

本说明书的主题的一个或多个实施例的细节在附图和以下描述中阐述。根据说明书、附图和权利要求书，本主题的其他特征、方面和优点将变得显而易见。

附图说明

图1示出了用于支持采用倒置液体冷却系统的多个装置的示例系统。

图2A和2B示出了具有和不具有冷却剂流的采用倒置冷板液体冷却系统的示例裝置的横截面图。

图3A和3B示出了具有和不具有冷却剂流的采用倒置池化液体冷却系统的示例装置的横截面图。

在各个附图中，相同的附图编号和标记表示相同的元件。

具体实施方式

图1示出了用于支持采用倒置液体冷却系统的多个装置的示例系统。该系统可以是例如机架100。裝置可以是例如采用倒置液体冷却系统的服务器托盘。

机架100包括具有多个插槽102的框架104。机架100可以包括底面106和顶面108。机架100被定位，使得机架100的底面106相对于机架100的顶面108在重力的向下方向上。机架100可以包括前面板110。

机架100可以包括任何适当数量的插槽102。例如，机架100可以包括六个插槽102，十个插槽102，二十个插槽102等。插槽102可以相对于重力方向竖直地堆叠。每个插槽102可以支持一个装置，例如一个服务器托盘。每个插槽102可以使用支持器材来支持装置。支持器材可以是例如安装在每个插槽102内的导轨、滑轨或支架。

图2A和2B示出了具有和不具有冷却剂流的采用倒置冷板液体冷却系统的示例裝置200的横截面图。装置200可以插入机架100的插槽102中。

参考图2A，装置200包括第一壳体202，第一壳体202具有限定排放路径214的底面204。排放路径214可以是例如可以收集流体的通道或表面。排放路径214可相对于装置200的其他部件在重力的向下方向收聚或引导流体。在一些示例中，排放路径214可以引导流体至泄漏流体的集中收集。泄漏流体的集中收集可用于泄漏检测。

装置200可包括附接到第一壳体202的一个或多个安装构件206。安装构件206可以使得第一壳体202能够被安装在机架中。例如，第一壳体202可以安装在机架100的插槽102中。安装构件206可以是例如可以耦接到机架100的支持器材的导轨、滑轨或支架。

装置200可以包括安装在第一壳体202内的液体冷却部件。液体冷却部件可包括管道208和耦接至管道208的热交换部件。热交换部件可以是例如冷板210。

冷板210可以由金属或可以将热量从一个介质传递到另一介质的其他材料构造。冷板210包括冷板管道218。例如，冷板的金属可以包围冷板管道218。冷板管道可以具有能使得冷板210有效地传递热量的各种形状和尺寸。

参考图2B，在运作中，冷却剂212通过管道208和冷板管道218流通或流动。冷板210将第一壳体202内的热负载220热耦接到冷却剂212，从而来自热负载220的热量被传递到冷却剂212。在许多示例中，冷却剂212是水。在一些示例中，冷却剂212可以是制冷剂或其他流体。

热负载220可以是例如一个或多个电子设备，例如，计算机服务器的部件。

在一些示例中，热负载220可以是包括了在通电时产生热量的电子部件的印刷电路板。

在一些示例中，热负载220可以是安装结构，可以在其上安装一个或多个电路板或其他电子部件并为这一个或多个电路板或其他电子部件供电。

当将第一壳体202安装在机架100中时，包括冷板210和管道208的液体冷却部件相对于热负载220置于重力的向下方向。因此，如果在液体冷却部件中发生冷却剂泄漏，则冷却剂泄漏将发生在热负载220下方。泄漏的冷却剂216将远离热负载220流向底面204。泄漏的冷却剂216可以通过排放路径214离开第一壳体202。

因为泄漏的冷却剂216远离热负载220流走，所以泄漏的冷却剂216不与热负载220接触，或者至少，相对于如果冷板210置于热负载上方所会引发的，泄漏的冷却剂与热负载的接触会减少。因此，通过采用倒置液体冷却系统，可以防止泄漏的冷却剂216损坏热负载220，或者可以降低损坏的可能性。

当安装在例如机架100的机架中时，排放路径214将源自第一壳体的泄漏的冷却剂216与机架100中的其他部件隔离。例如，装置200的第一壳体可以相对于重力方向在另一装置200上方竖直地安装的插槽102中。冷却剂泄漏可能在最上面的装置200中发生。泄漏的冷却剂216通过排放路径214离开设备200的第一壳体。第一壳体的排放路径214将泄漏的冷却剂与下面的部件隔离。因此，可以防止泄漏的冷却剂216损坏第一壳体内的热负载220以及机架100中的其他部件。

图3A和3B示出了具有和不具有冷却剂流的采用倒置池化液体冷却系统的示例裝置300的横截面图。

参考图3A，装置300包括第一壳体302，第一壳体202具有限定排放路径314的底面304。排放路径314可以是例如通道或表面，其可以相对于其他部件在重力的向下方向上收集并引导流体。在一些示例中，排放路径214可以将流体引导至泄漏流体的集中收集。泄漏流体的集中收集可用于泄漏检测。

装置300可包括附接到第一壳体302的一个或多个安装构件306。安装构件306可以使得第一壳体302能够被安装在机架(例如，机架100)中。安装构件306可以是例如可以耦接到机架100的支持器材的导轨、滑轨或支架。

装置300可以包括安装在第一壳体302内的液体冷却部件。液体冷却部件可包括管道307和耦接至管道307的热交换部件。热交换部件可以是，例如，填充有冷却剂且更一般地被称为第二壳体的冷却剂池壳体305。

冷却剂池壳体305是位于第一壳体302内的第二壳体。冷却剂池壳体305可以由金属或可以使用在冷却剂池壳体305内形成的空隙310来盛装冷却剂的其他材料构造。冷却剂池壳体305包括相对于热负载320置于重力的向下方向的底部309。冷却剂池壳体305包括由热负载320限定的顶部311。冷却剂池壳体305的顶部311，例如通过不可渗透冷却剂的环氧层，与热负载320流体密封。冷却剂池壳体305包括从底部309延伸到顶部311的侧部308。顶部311、底部309和侧部308围成空隙310。

参考图3B，在运作中，冷却剂312通过管道307和冷却剂池壳体305的空隙310流通或流动。冷却剂312可以部分或全部地填充空隙310。流体密封的顶部311防止冷却剂312接触热负载320。

冷却剂池壳体305将第一壳体302内的热负载320热耦接到冷却剂312，从而来自热负载320的热量被传递到冷却剂312。在许多示例中，冷却剂312是水。在一些示例中，冷却剂212可以是制冷剂或其他流体。

热负载320可以是例如一个或多个电子设备，例如，计算机服务器的部件。

在一些示例中，热负载320可以是包括了在通电时产生热量的电子部件的印刷电路板。

在一些示例中，热负载320可以是安装结构，可以在其上安装一个或多个电路板或其他电子部件并为这一个或多个电路板或其他电子部件供电。

当将第一壳体302安装在机架100的插槽102中时，包括冷却剂池壳体305和管道307的液体冷却部件相对于热负载320置于重力的向下方向。因此，如果在液体冷却部件中发生冷却剂泄漏，则冷却剂泄漏将发生在热负载320(包括热负载的可能未经保护免受冷却剂影响的部分，例如，热负载320的顶侧)的下方。泄漏的冷却剂316将远离热负载320流向底面304。泄漏的冷却剂316可以通过排放路径314离开第一壳体302。

因为泄漏的冷却剂316远离热负载320流走，所以泄漏的冷却剂316不接触热负载320的未保护部分。因此，通过采用倒置的液体冷却系统，可以防止泄漏的冷却剂316损坏热负载320，或者相对于冷却剂池壳体305置于热负载32上方而可能发生的损坏，将损坏最小化。

当安装在例如机架100的机架中时，排放路径314将源自第二壳体的泄漏的冷却剂316与机架100中的其他部件隔离。例如，第一壳体可以相对于重力方向在第二壳体上方竖直地安装的插槽102中。冷却剂泄漏可能在第一壳体302中发生。泄漏的冷却剂316通过排放路径314离开第一壳体。第一壳体的排放路径314将泄漏的冷却剂与机架100中的其他部件隔离。因此，可以防止泄漏的冷却剂316损坏第一壳体302内的热负载320以及机架100中的其他部件。

尽管在本说明书中以壳体为背景进行了描述，但是应当理解，所描述的特征也可以通过安装具有第一侧和第二侧的印刷电路板来实现。当安装后，第二侧在自第一侧朝重力的向下方向上。液体冷却部件可以置于印刷电路板的下方，并且耦接至印刷电路板的第二侧。排放路径可以置于印刷电路板下方。

虽然本说明书包含许多具体的实施细节，但是这些不应被解释为对所要求保护的范围的限制，而应被解释为对可能特定实施例的特征的描述。在本说明书中在单独的实施例的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合实施。相反，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以分别在多个实施例中或以任何合适的子组合来实施。而且，尽管以上可以将特征描述为以某些组合起作用并且甚至最初是这样声称的，但是在某些情况下可以从组合中切除所要求保护的组合中的一个或多个特征，并且所要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变体。

类似地，虽然在附图中以特定次序描述了操作，但是这不应理解为要求以所示的特定次序或以顺序次序执行这样的操作、或者执行所有示出的操作以实现期望的结果。在某些情况中，多任务和并行处理可能是有益的。此外，上述实施例中的各种系统模块和部件的分离不应被理解为在所有实施例中都要求这种分离，并且应当理解，所描述的程序部件和系统通常可以集成在单个软件产品中或封装成多个软件产品。

已经描述了本主题的特定实施例。其他实施例在所附权利要求的范围内。例如，权利要求中记载的动作可以以不同的顺序执行并且仍然实现期望的结果。作为一个例子，附图中所描述的处理并不必然要求所示的特定顺序或次序来实现期望的结果。在某些情况中，多任务和并行处理可能是有益的。

Claims (20)

1.一种采用倒置液体冷却系统的装置，其特征在于，包括：

第一壳体，所述第一壳体具有底面，以及附接到所述第一壳体的一个或多个安装构件，所述一个或多个安装构件使得所述壳体能够被安装在机架中；

液体冷却部件，所述液体冷却部件安装在所述第一壳体内，所述液体冷却部件包括：

管道，在所述管道内可以传送冷却剂；和

热交换部件，所述热交换部件耦接到所述管道并且将所述第一壳体内的热负载热耦接至所述冷却剂，以使来自所述热负载的热量传递至所述冷却剂；

其中：

所述第一壳体的所述底面限定了排放路径；并且

当将所述第一壳体安装在所述机架中时，所述热交换部件相对于所述热负载置于重力的向下方向，以使得如果在所述液体冷却部件中发生冷却剂泄漏，则所述冷却剂泄漏将发生在所述热负载下方，并且所述冷却剂将通过所述排放路径远离所述热负载流走并离开所述第一壳体。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热交换部件包括：

冷板，所述冷板耦接到所述管道，并为所述热负载提供冷却。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热交换部件包括位于所述第一壳体内的第二壳体，所述第二壳体具有相对于所述热负载置于重力的向下方向的底部、由所述热负载限定并与所述热负载流体密封的顶部、以及从所述底部延伸至所述顶部的侧部，并且其中，所述顶部、所述底部和所述侧部围成空隙，在所述空隙中传送所述冷却剂。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热负载包括印刷电路板。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述冷却剂是水。

6.一种采用倒置液体冷却系统的系统，其特征在于，包括：

多个插槽；

多个第一壳体，每个第一壳体具有底面，以及附接到所述第一壳体的一个或多个安装构件，所述一个或多个安装构件使得所述第一壳体能够被安装在所述多个插槽中的相应一个插槽中；

液体冷却部件，所述液体冷却部件安装在所述多个第一壳体中的每一个第一壳体内，所述液体冷却部件包括：

管道，在所述管道内可以传送冷却剂；和

热交换部件，所述热交换部件耦接到所述管道并且将所述第一壳体内的热负载热耦接至所述冷却剂，以使来自所述热负载的热量传递至所述冷却剂；

其中：

所述第一壳体中的每一个第一壳体的所述底面限定了排放路径；并且

当将所述第一壳体安装在所述多个插槽中的所述相应一个插槽中时，每个第一壳体中的所述热交换部件相对于所述热负载置于重力的向下方向，以使得如果在所述液体冷却部件中发生冷却剂泄漏，则所述冷却剂泄漏将发生在所述热负载下方，并且所述冷却剂将通过所述排放路径远离所述热负载流走并离开所述第一壳体。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述一个或多个插槽竖直地堆叠。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，如果在安装在第一壳体内的所述液体冷却部件中发生冷却剂泄漏，则所述排放路径将所述冷却剂泄漏与其他部件隔离，所述其他部件位于所述多个插槽中的一个插槽中、并且相对于所述第一壳体置于重力的向下方向。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述热交换部件包括：

冷板，所述冷板耦接到所述管道，并为所述热负载提供冷却。

10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述热交换部件包括位于每个第一壳体内的第二壳体，所述第二壳体具有相对于所述热负载置于重力的向下方向的底部、由所述热负载限定并与所述热负载流体密封的顶部、以及从所述底部延伸至所述顶部的侧部，并且其中，所述顶部、所述底部和所述侧部围成空隙，在所述空隙中传送所述冷却剂。

11.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述热负载包括印刷电路板。

12.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述冷却剂是水。

13.一种采用倒置液体冷却系统的装置，其特征在于，包括：

印刷电路板，所述印刷电路板在通电时产生热负载，并且具有第一侧和第二侧，其中，所述印刷电路板被安装在底座中，使得所述第二侧在自所述第一侧朝重力的向下方向上；

液体冷却部件，所述液体冷却部件耦接到所述印刷电路板的所述第二侧，所述液体冷却部件包括：

管道，在所述管道内可以传送冷却剂；和

热交换部件，所述热交换部件耦接到所述管道并且耦接到所述印刷电路板的所述第二侧，从而将所述热负载耦接到所述冷却剂，以将来自所述热负载的热量传递到所述冷却剂；

其中：

所述热交换部件相对于所述热负载置于重力的向下方向，以使得如果在所述液体冷却部件中发生冷却剂泄漏，则所述冷却剂泄漏将发生在所述热负载下方，并且所述冷却剂将远离所述热负载流走。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述热交换部件包括：

冷板，所述冷板耦接到所述管道，并为所述热负载提供冷却。

15.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述热负载包括印刷电路板。

16.一种采用倒置液体冷却系统的系统，其特征在于，包括：

多个插槽；

多个印刷电路板，所述多个印刷电路板中的每一个印刷电路板在通电时产生相应的热负载，并且每个印刷电路板具有第一侧和第二侧，其中，所述印刷电路板被安装在所述插槽中，使得所述第二侧在自所述第一侧朝重力的向下方向上；

对于所述印刷电路板中的每一个印刷电路板：

液体冷却部件耦接到所述印刷电路板的所述第二侧，所述液体冷却部件包括：

管道，在所述管道内可以传送冷却剂；和

热交换部件，所述热交换部件耦接到所述管道并且耦接到所述印刷电路板的所述第二侧，从而将所述热负载耦接到所述冷却剂，以将来自所述热负载的热量传递到所述冷却剂；

其中：

所述热交换部件相对于所述热负载置于重力的向下方向，以使得如果在所述液体冷却部件中发生冷却剂泄漏，则所述冷却剂泄漏将发生在所述热负载下方，并且所述冷却剂将远离所述热负载流走；以及

表面，所述表面在所述印刷电路板的所述液体冷却部件下方并限定排放路径，以使得如果发生冷却剂泄漏，则所述冷却剂将通过所述排放路径远离所述热负载流走并离开所述系统。

17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述一个或多个插槽竖直地堆叠。

18.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，如果在所述液体冷却部件中发生冷却剂泄漏，则所述排放路径将所述冷却剂泄漏与其他部件隔离，所述其他部件位于所述多个插槽中的一个插槽中、并且相对于所述第一壳体置于重力的向下方向。

19.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述热交换部件包括：

冷板，所述冷板耦接到所述管道，并为所述热负载提供冷却。

20.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述冷却剂是水。

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