CN114175169A

CN114175169A - 用于液体冷却系统的热电冷却的温度控制

Info

Publication number: CN114175169A
Application number: CN201980099012.5A
Authority: CN
Inventors: F-Y·陈
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2019-07-31
Filing date: 2019-07-31
Publication date: 2022-03-11
Also published as: US20220205690A1; WO2021021145A1; EP4004923A1; EP4004923A4

Abstract

描述了一种用于对冷却流体进行热电冷却的设备。所述设备包括冷却流体循环系统，用于循环冷却计算机的硬件部件的冷却流体。所述设备还包括用于冷却所述冷却流体的热电冷却单元。所述设备还包括控制器，用于执行温度控制指令以控制热电冷却单元将冷却流体冷却到不低于环境温度的冷却温度，以降低水冷凝的风险。

Description

用于液体冷却系统的热电冷却的温度控制

背景技术

计算机，包括台式计算机、膝上型计算机和服务器计算机，通常将包含在高性能水平生成显著热量的计算机硬件部件。生成显著热量的计算机硬件部件的突出示例包括中央处理单元 (CPU) 和图形处理单元 (GPU)。CPU和GPU通常利用冷却风扇或液体冷却系统保持冷却。

液体冷却系统通常将具有比冷却风扇更大的冷却CPU或GPU的能力。液体冷却系统通过在计算机硬件部件（诸如 CPU 或 GPU）（为了从部件中提取热量）和热交换器之间循环冷却流体来运行，热交换器将热量从冷却流体排出到计算机外部。

附图说明

图1是对冷却流体循环系统的冷却流体进行热电冷却的示例设备的示意图。

图2是包括用于冷却冷却流体的热电冷却单元的示例液体冷却系统的示意图。

图3是用于利用热电冷却单元来冷却液体冷却系统的冷却流体的示例方法的流程图。

图4是在计算机外壳内部描绘的示例液体冷却系统的示意图，所述示例液体冷却系统包括热交换器和热电冷却单元，每个都将热量排出到计算机外部。

图5是在计算机外壳内部描绘的示例液体冷却系统的示意图，所述示例液体冷却系统包括集成到热交换器中的热电冷却单元，该热交换器将热量排出到计算机外部。

具体实施方式

一种用于计算机的液体冷却系统包括冷却流体循环系统，所述冷却流体循环系统将热量从计算机硬件部件转移到冷却流体并且通过热交换器将热量从冷却流体排出到计算机外部的环境空气。尽管液体冷却系统可以在与计算机硬件部件的接触点处将热量从计算机硬件部件有效地转移到冷却流体，但是液体冷却系统在通过热交换器将热量从冷却流体有效地转移到环境空气方面可能受到限制。不管热交换器的尺寸和设计如何，空气的隔离属性可能会限制冷却流体被热交换器冷却到的温度。结果，冷却流体可能以显著高于环境温度的温度离开热交换器。

如果冷却流体被冷却到较低的温度，则可以提高液体冷却系统冷却计算机硬件部件的能力。可以使用热电冷却单元将冷却流体冷却至较低温度。热电冷却单元可以被包括在冷却流体循环系统中，以在冷却流体穿过环境空气热交换器之前或之后向冷却流体提供额外的冷却。因此，冷却流体可以由环境空气热交换器和热电冷却单元两者来冷却。

然而，使用热电冷却单元来进一步冷却冷却流体会增加与水冷凝相关的风险。也即是说，如果热电冷却单元提供过多的冷却，则水冷凝可能形成在冷却到环境温度以下的任何表面上，诸如冷却流体流过的管道的表面或热电冷却单元本身的表面上。计算机内部的水冷凝存在损坏计算机硬件部件的风险。

本文提供了一种液体冷却系统，其包括热电冷却单元用于向冷却流体提供额外的冷却，同时控制热电冷却单元将冷却流体冷却到等于或接近环境温度但不低于环境温度的温度。因此，可以提供额外的冷却而没有与水冷凝相关的风险，并且计算机硬件部件可以在较冷的温度以更高的性能水平运行。

图1是用于对冷却流体循环系统110的冷却流体进行热电冷却的示例设备100的示意图。设备100包括冷却流体循环系统110，其能够使冷却流体循环以冷却计算机的计算机硬件部件102。冷却流体循环系统110可以包括与计算机硬件部件进行热接触的热接触单元、将冷却流体循环到所述热接触单元的泵和管道、以及用环境空气来冷却冷却流体的热交换器。

计算机可以是台式计算机、膝上型计算机、服务器计算机或包括生成热量的计算机硬件部件并且可以采用液体冷却系统来冷却计算机硬件部件的任何其他计算设备。计算机硬件部件102可以包括中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)或在运行时生成热量的另一部件。

设备100还包括用于冷却冷却流体的热电冷却设备或单元120。热电冷却单元120由控制器130控制。控制器130执行冷却流体温度控制指令132以控制热电冷却单元120将冷却流体冷却至不低于环境温度的冷却温度。冷却流体温度控制指令132体现在可由控制器130执行的非暂时性机器可读存储介质中。控制器130包括能够执行所述冷却流体温度控制指令132的处理器。控制器130可以位于热电冷却单元120上或设备100中的其他地方。

设备100可以包括环境温度传感器以测量环境空气的温度。此外，设备100可以包括冷却流体温度传感器以测量冷却流体的温度。这些温度传感器可以向控制器130提供温度读数，使得控制器130可以确定是否打开热电冷却单元120、关闭热电冷却单元120、节制热电冷却单元120、增加去往热电冷却单元120的功率、降低去往热电冷却单元120的功率或以其他方式控制热电冷却单元120以控制冷却流体被冷却到的温度。

冷却流体循环系统110可以包括热交换器以将热量从冷却流体排出到计算机外部。冷却流体循环系统110可以将冷却流体从热交换器循环到热电冷却单元120以在循环到计算机硬件部件102之前进行冷却。因此，热电冷却单元120在冷却流体穿过热交换器之后为冷却流体提供额外的冷却促进，以确保冷却流体达到更接近环境温度的温度。在冷却流体在穿过热电冷却单元120之前穿过热交换器的情况下，减少了热电冷却单元120上的负载。

在一些示例中，为了方便安装，热电冷却单元120可以固定到热交换器或与热交换器集成。在这样的示例中，热电冷却单元120可以通过热交换器排出热量。在其他示例中，热电冷却单元120可以与热交换器分离并且可以单独排出热量。在这样的示例中，热电冷却单元120可以通过管道连接到热交换器以输送冷却流体。

热电冷却单元120可包括用于接收冷却流体的入口和在冷却后经冷却的冷却流体通过其离开热电冷却单元120的出口。冷却流体温度传感器可以包括位于出口处以测量冷却流体的出口温度的出口温度传感器。离开热电冷却单元120的冷却流体的温度可以是冷却流体达到的最低温度，并且因此可以是用于测量冷却流体的温度以控制热电冷却单元120保持冷却流体高于环境温度的合适位置。

热电冷却单元120可以包括冷端和热端，在冷端处从冷却流体回收热量以冷却冷却流体，在热端处收集来自热电冷却单元120的热电废热。环境温度传感器可以被定位成测量冷端附近的环境温度。因此，环境温度传感器可以对环境温度可能最低的区域中的环境空气进行测量，并因此在可能发生水冷凝的区域中进行测量。

图2是示例液体冷却系统200的示意图，示例液体冷却系统200包括用于冷却冷却流体的热电冷却设备或单元220。冷却流体是用于冷却计算机的计算机硬件部件202的冷却流体循环系统的一部分。冷却流体循环系统可以类似于图1的冷却流体循环系统110。此外，与图1的冷却流体循环系统110一样，由液体冷却系统200冷却的计算机硬件部件202可以是可以采用液体冷却系统来冷却计算机硬件部件的任何类型的计算设备（诸如台式计算机、膝上型计算机或服务器计算机）的一部分。

液体冷却系统200包括由冷却流体冷却的热接触单元212。热接触单元212能够接触计算机的计算机硬件部件202以冷却计算机硬件部件202。液体冷却系统200还包括热交换器214以将热量从冷却流体排出到计算机外部。液体冷却系统200还包括泵216以在热接触单元212和热交换器214之间循环冷却流体并循环到其他部件。

液体冷却系统200还包括用于冷却冷却流体的热电冷却单元220。热电冷却单元220可以类似于图1的热电冷却单元120，并且因此为了进一步描述热电冷却单元220，可以参考图1的热电冷却单元120的描述。

热电冷却单元220包括出口温度传感器222，用于检测由热电冷却单元220冷却的冷却流体的出口温度。热电冷却单元220还包括环境温度传感器224，用于检测计算机内部的环境温度。热电冷却单元220还包括控制器230用于执行冷却流体温度控制指令232以控制热电冷却单元220将冷却流体冷却至不低于环境温度的冷却温度，或者换句话说，保持冷却流体的出口温度高于环境温度。

热电冷却单元220可以位于热交换器214和热接触单元212之间以在冷却流体穿过热交换器214之后冷却所述冷却流体。换句话说，热交换器214可以在冷却流体被热电冷却单元220冷却之前将热量从冷却流体排出到计算机外部。

图3是用于利用热电冷却单元来冷却液体冷却系统的冷却流体的示例方法300的流程图。液体冷却系统用于冷却计算机的硬件部件。方法300可以由如本文所讨论的用于对冷却流体进行热电冷却的系统或设备（诸如图1的设备100或图2的液体冷却系统200）执行。方法300可以体现在非暂时性机器可读存储介质中，该非暂时性机器可读存储介质可由计算设备的处理器执行以执行方法300。例如，方法300可以类似于根据图1的冷却流体温度控制指令132执行的方法或根据图2的冷却流体温度控制指令232执行的方法。

在框302，监测环境温度。可以监控计算机内部的环境温度。此外，热电冷却单元可以包括冷端和热端，并且可以在可能发生水冷凝的冷端附近监测环境温度。

在框304，监测冷却流体的出口温度。可以在冷却流体的温度可能处于其最低点的地方（诸如在热电冷却单元的出口处）测量出口温度。

在框306，控制热电冷却单元将冷却流体冷却到不低于环境温度的温度。可以通过如下方式来控制热电冷却单元：打开热电冷却单元、关闭热电冷却单元、节制热电冷却单元、增加去往热电冷却单元的功率、降低去往热电冷却单元的功率或以其他方式控制热电冷却单元来控制冷却流体被冷却到的温度。因此，冷却流体被保持在环境温度之上，并且由于热电冷却而在计算机内部形成冷凝的可能性可被降低。

方法300可以周期性地重复。方法300可以是在液体冷却系统运行时周期性地执行的连续过程。此外，方法300的各个框不必以所示的确切顺序执行。例如，冷却流体的出口温度可以在监测环境温度之前或同时被监测。

图4是在计算机外壳内部描绘的示例液体冷却系统400的示意图。液体冷却系统400可以类似于图2的液体冷却系统200，其中以“400”系列而不是“200”系列对类似元件进行编号，并且因此包括热接触单元412、热交换器414、泵416和热电冷却单元420，用于冷却冷却流体以冷却计算机硬件部件402。为了进一步描述这些元件，可以参考图2的液体冷却系统200的描述。

液体冷却系统400位于计算机的外壳或壳体内部。热交换器414和热电冷却单元420位于计算机的外壳壁404附近并且每个都能够穿过外壳壁404将热量排出到计算机外部。热电冷却单元420包括单独的热交换器428用于将热电废热从热电冷却单元420排出到计算机外部。

在一些示例中，热交换器414和热电冷却单元420中的每一个都可以单独地固定到外壳壁404。在其他示例中，热交换器414和热电冷却单元420之一可以固定到外壳壁，并且热交换器414和热电冷却单元420可以固定到彼此。

此外，热电冷却单元420包括用于冷却冷却流体的冷端426A和收集热电废热的热端426B。单独的热交换器428将热电废热从热端426B排出到计算机外部。

图5是在计算机外壳内部描绘的示例液体冷却系统500的示意图。液体冷却系统500可以类似于图2的液体冷却系统200，其中以“500”系列而不是“200”系列对类似元件进行编号，并且因此包括热接触单元512、热交换器514、泵516和热电冷却单元520，用于冷却冷却流体以冷却计算机硬件部件502。为了进一步描述这些元件，可以参考图2的液体冷却系统200的描述。

类似于图4的液体冷却系统400，图5的液体冷却系统500位于计算机的外壳内部。然而，热电冷却单元520被集成到热交换器514中。热交换器514位于计算机的外壳壁504附近并且能够穿过外壳壁504将热量排出到计算机外部。热交换器514可以固定到外壳壁504。

热电冷却单元520包括冷端526A和热端526B。热电冷却单元520将来自热端526B的热电废热输送通过热交换器514并输送出计算机。例如，热交换器514可以包括排气通道，热量通过该排气通道被排出到计算机外部，并且冷端526A可以将其热电废热馈送到排气通道以从计算机排出。换言之，热电冷却单元520和热交换器514可以与位于排气通道内或附近的热电冷却单元520的热端526B集成，以将热电废热传导至排气通道以从计算机中排出。

因此，可以提供用于冷却计算机硬件部件的液体冷却系统，其包括用于改进冷却性能的热电冷却单元。可以控制热电冷却单元以将冷却流体冷却到更接近环境温度而不下降到环境温度以下，从而降低水冷凝的风险。

应该认识到，上面提供的各种示例的特征和方面可以组合成也落入本公开范围内的其它示例。权利要求的范围不应受上述示例的限制，而应给予与整个描述一致的最广泛的解释。

Claims

1.一种设备，包括：

冷却流体循环系统，用于循环冷却流体以冷却计算机的硬件部件；

热电冷却单元，用于冷却所述冷却流体；和

控制器，用于执行温度控制指令以控制所述热电冷却单元将所述冷却流体冷却至不低于环境温度的冷却温度。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述冷却流体循环系统包括用于将热量从所述冷却流体排出到所述计算机外部的热交换器，并且所述冷却流体循环系统用于将所述冷却流体从所述热交换器循环到所述热电冷却单元以在循环到所述硬件部件之前进行冷却。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述热电冷却单元固定到所述热交换器。

4.根据权利要求1所述的设备，其中：

所述热电冷却单元包括出口，经冷却的冷却流体通过所述出口离开所述热电冷却单元；

所述设备还包括位于所述出口处的出口温度传感器，所述出口温度传感器用于测量所述冷却流体的出口温度；并且

所述控制器用于控制所述热电冷却单元将所述冷却流体的所述出口温度保持在环境温度以上。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备还包括位于所述热电冷却单元附近的环境温度传感器，所述环境温度传感器用于测量所述热电冷却单元附近的环境温度。

6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述热电冷却单元包括冷端，在所述冷端处，来自所述冷却流体的热量被回收以冷却所述冷却流体，并且所述环境温度传感器用于测量所述冷端附近的环境温度。

7.一种热电冷却设备，包括：

热电冷却单元，用于冷却计算机的冷却流体循环系统的冷却流体，所述冷却流体循环系统用于循环冷却流体以冷却所述计算机的硬件部件；

出口温度传感器，用于检测所述热电冷却单元的出口处的冷却流体的出口温度；

环境温度传感器，用于检测所述计算机的内部的环境温度；和

控制器，用于执行冷却流体温度控制指令以控制所述热电冷却单元将所述冷却流体冷却至不低于所述环境温度的冷却温度。

8.根据权利要求7所述的热电冷却设备，还包括：热交换器，用于在所述冷却流体被所述热电冷却单元冷却之前将热量从所述冷却流体排出到所述计算机的外部。

9.根据权利要求7所述的热电冷却设备，其中，所述热电冷却单元包括用于冷却所述冷却流体的冷端，并且所述环境温度传感器用于测量所述冷端附近的环境温度。

10.根据权利要求7所述的热电冷却设备，还包括：热交换器，用于将热量从所述冷却流体排出到所述计算机的外部，所述热交换器与所述热电冷却单元集成以将热电废热从所述热电冷却单元排出到所述计算机的外部。

11.一种液体冷却系统，包括：

由冷却流体冷却的热接触单元，所述热接触单元用于接触计算机的计算机硬件部件以冷却所述计算机硬件部件；

热交换器，用于将热量从所述冷却流体排出到所述计算机的外部；

泵，用于在所述热接触单元和所述热交换器之间循环所述冷却流体；和

热电冷却单元，用于冷却所述冷却流体，所述热电冷却单元包括：出口温度传感器，用于检测被所述热电冷却单元冷却的冷却流体的出口温度；环境温度传感器，用于检测所述计算机的内部的环境温度；以及控制器，用于执行冷却流体温度控制指令以控制所述热电冷却单元将所述冷却流体的所述出口温度保持在环境温度以上。

12.根据权利要求11所述的液体冷却系统，其中，所述热电冷却单元位于所述热交换器和所述热接触单元之间，以在所述冷却流体穿过所述热交换器之后冷却所述冷却流体。

13.根据权利要求11所述的液体冷却系统，其中，所述热电冷却单元包括用于冷却所述冷却流体的冷端，并且所述环境温度传感器定位成测量所述冷端附近的环境空气。

14.根据权利要求11所述的液体冷却系统，其中，所述热电冷却单元包括单独的热交换器，用于将来自所述热电冷却单元的热电废热排出到所述计算机的外部。

15.根据权利要求11所述的液体冷却系统，其中：

所述热交换器包括排气通道，热量通过所述排气通道排出到所述计算机的外部；并且

所述热电冷却单元用于将热电废热馈送到所述排气通道。