CN117643186A - 用于液体冷却的模块化液体冷却架构 - Google Patents

Abstract

一种用于计算机硬件的容纳和冷却系统包括基础设施模块和有效载荷模块。所述基础设施模块被配置用于容纳计算机硬件，并且被配备有对流空气冷却系统和由一个或多个导管连接的金属板布置中任一者或其两者，所述一个或多个导管用于输送液体以用于冷却由所述基础设施模块容纳的计算机设备。所述基础设施模块还容纳可编程逻辑控制器(“PEC”)。所述有效载荷模块包括由所述PEC支配的浸没控制系统并且位于所述基础设施模块外部。

Description

用于液体冷却的模块化液体冷却架构

相关申请的交叉引用

本申请是2021年11月22日提交的美国专利申请No.17/532,031的继续申请，该专利申请的公开内容通过引用并入本文。

背景技术

计算机硬件在操作期间生成热量，并且在被冷却时往往操作得更好且故障率更低。出于这个原因，已经开发了用于计算机硬件的冷却系统。在各个数据中心中能够找到各种冷却系统，这些数据中心通常容纳具有不同冷却需要的几种类型的计算机硬件。个体服务器机架或用于硬件的其他机柜式容纳体可以具有对流空气冷却系统(诸如液体-空气热交换器)或者冷板系统，其中有液体导管贯穿的导电元件被放置为与待冷却的组件接触。在中心的其他地方，浸没冷却系统可以包括计算机硬件可以被浸没在可汽化液体中的储罐和位于储罐上方的冷凝器。这些方案能够给将数据中心用于具有不同冷却需要的硬件的客户带来不便，因为访问分布在中心的不同位置的硬件涉及附加的劳动力。如果具有不同冷却需要的硬件之间需要直接通信，则能够出现其他问题。例如，生成相对少热量的组件可能与必须浸没冷却的组件一起放置在储罐中，如果这些组件之间的直接通信不是必要的，从而导致不必要的开销和储罐的拥挤。在任何情况下，一些组件都无法进行浸没冷却，因此将这种组件与浸没冷却组件通信能够涉及很大的困难。

发明内容

本公开的各方面涉及一种模块化液体冷却系统，它能够实现与较低冷却能力的模块(诸如液体-空气交换器或冷板布置)协作的浸没和冷凝器冷却模块。机架能够被分解为一个或多个基础设施模块和一个或多个有效载荷模块，以获得更好的灵活性和利用率。包含较低功率的空气冷却信息技术(“IT”)或其他计算设备的基础设施模块可能依赖于低阻抗后门热交换器或冷板，其热量本地转移到设施水(facility water)。包含较高功率的IT或其他计算设备的有效载荷模块可以依赖于两相浸没冷却将热量直接转移到设施水。

基础设施模块可以容纳支配每个模块的冷却功能的可编程逻辑控制器(“PLC”)。因此，PLC可以支配基础设施模块的热交换器以及每个有效载荷模块的浸没冷却系统的各方面。有效载荷模块和由有效载荷模块容纳的计算设备的一些或所有功能的电力也可以被路由穿过基础设施模块。冷却流体可以被串行或并行地供应到所有模块，或者首先供应到基础设施模块，然后并行供应到每个有效载荷模块。

在另一方面中，用于计算机硬件的容纳和冷却系统可以包括被配置用于容纳计算机硬件的基础设施模块。基础设施模块可以被配备有对流空气冷却系统和由一个或多个导管连接的金属板布置中任一者或其两者，该一个或多个导管用于输送液体以用于冷却由基础设施模块容纳的计算机设备。基础设施模块可以容纳PLC。系统还可以包括有效载荷模块，该有效载荷模块包括由PLC支配的浸没控制系统并且位于基础设施模块外部。对有效载荷模块的浸没冷却系统的支配能够简化浸没冷却系统的维护和操作。访问浸没冷却系统能够是困难的，并且对浸没冷却系统中的硬件的操作和冷却是侵扰性的，因为这种系统通常是封闭的以防止蒸汽逸出。因此，在基础设施模块(其容纳体可以是简单的服务器机柜或类似的东西)处访问PLC可以是相对容易的。

在根据前述任一项的另一布置中，基础设施模块可以包括具有第一功耗水平的计算硬件的一个或多个机架。

在根据前述任一项的另一布置中，有效载荷模块可以包括具有第二功耗水平的计算硬件，第二功耗水平大于第一功耗水平。

在根据前述任一项的另一布置中，有效载荷模块可以具有单个EIA-310标准服务器机架的尺寸或者两个或三个毗连的EIA-310标准服务器机架的尺寸。

在根据前述任一项的另一布置中，对流空气冷却系统包括液体-空气热交换器。

在根据前述任一项的另一布置中，基础设施模块的热交换器或导管可以被流体式连接至有效载荷模块的冷凝器。

在根据前述任一项的另一布置中，通过容纳和冷却系统的冷却流体的流动路径可以在到达冷凝器之前穿过基础设施模块的冷却布置。

在根据前述任一项的另一布置中，有效载荷模块可以是第一有效载荷模块，并且该系统包括第二有效载荷模块，该第二有效载荷模块包括浸没冷却系统，第一有效载荷模块和第二有效载荷模块的浸没冷却系统由PLC是通过基础设施模块内容纳的中央流体管理系统来支配的。

在根据前述任一项的另一布置中，基础设施模块可以包括基础设施汇流条(busbar)，并且有效载荷模块包括被电连接至基础设施汇流条的有效载荷汇流条。

在根据前述任一项的另一布置中，基础设施模块和有效载荷模块可以各自包括相应的汇流条，有效载荷模块的汇流条被连接至基础设施模块的汇流条，并且基础设施模块的汇流条设有用于从外部电源接收电力的连接器。

在根据前述任一项的另一示例中，有效载荷模块可以是第一有效载荷模块。第一有效载荷模块的浸没冷却系统可以包括第一冷凝器。容纳和冷却系统还可以包括第二有效载荷模块，该第二有效载荷模块可以包括由PLC支配并且包括第二冷凝器的浸没冷却系统。第一冷凝器和第二冷凝器可以沿着冷却流体的流动路径串行连接。例如，从冷却剂供应到冷却剂回流的流动路径作为替代首先串行穿过基础设施模块、然后穿过第二有效载荷模块内的冷凝器系统并且最后穿过第一有效载荷模块的冷凝器系统。因此，第一有效载荷模块仅接收已经由第二有效载荷模块用于冷却的冷却剂。因此，可以鉴于冷却剂的流动路径来选择每个模块中待冷却的硬件，以优化冷却剂的效率和能量使用。例如，在不同模块间寻找最经济的硬件分配时，可以考虑每单位体积的冷却剂的开销、赋予所使用的冷却剂的每单位热量以及操作系统和由系统冷却的硬件所必需的每单位电力。

在根据前述任一项的另一示例中，容纳和冷却系统还可以包括使冷却液体循环通过基础设施和有效载荷模块的分配系统。容纳和冷却系统还可以包括干式冷却器，分配系统穿过该干式冷却器，该干式冷却器被配置为将来自冷却液体的热量与环境空气交换。

在根据前述任一项的另一布置中，基础设施和有效载荷模块可以被串行连接至分配系统。

在另一方面中，一种容纳和冷却计算机硬件的方法可以包括将第一计算机硬件容纳在也容纳(“PLC”)的基础设施模块中。该方法还可以包括将第二计算机硬件浸没在由有效载荷模块容纳的两相浸没冷却系统内的可汽化液体中。有效载荷模块可以位于基础设施模块的外部，并且浸没冷却系统由PLC支配。

在根据前述任一项的另一布置中，该方法可以包括：利用由基础设施模块包括的冷却布置来冷却第一计算机硬件，基础设施模块的冷却布置包括由用于输送液体的一个或多个导管连接的金属板布置以及液体-空气热交换器中的任一个或两者。

在根据前述任一项的另一方面中，该方法可以包括：将基础设施模块的冷却布置和两相浸没冷却系统的冷凝器并行连接至建筑液体供应。因为模块并行地接收冷却流体，所以由任何一个模块中的硬件生成并从该硬件移除的热量对任何其他模块中的硬件的冷却几乎没有影响。因此，与串行连接的组件的系统效率相比，系统的总体效率将更少地取决于有效载荷模块中的哪一个将容纳和冷却特定硬件的选择。

在根据前述任一项的另一方面中，该方法可以包括：将基础设施模块的冷却布置和冷凝器串行连接至建筑液体供应。

在根据前述任一项的另一方面中，该方法可以包括：将基础设施模块的冷却布置和冷凝器连接至建筑液体供应，使得由建筑液体供应将液体供应给基础设施模块的冷却布置并且该液体从冷凝器返回到建筑液体供应。

在根据前述任一项的另一方面中，该方法可以包括：通过基础设施模块向有效载荷模块和第二计算机硬件供应电力。

在根据前述任一项的另一方面中，有效载荷模块可以是第一有效载荷模块，并且包括将第三计算机硬件浸没在由第二有效载荷模块容纳的储罐中的可汽化液体中，该第二有效载荷模块包括两相浸没冷却系统。第二有效载荷模块的两相浸没冷却系统可以由PLC支配。

附图说明

图1是根据第一布置的模块化冷却系统的示意性图示。

图2是根据第二布置的模块化冷却系统的示意性图示。

图3是根据第三布置的模块化冷却系统的示意性图示。

图4是根据第四布置的模块化冷却系统的示意性图示。

图5是根据第五布置的模块化冷却系统的示意性图示。

图6是用图1至5中图示的模块化冷却系统中的任一者来容纳和冷却电子设备的方法的流程图。

具体实施方式

图1图示了模块化冷却系统100，它可以被用于信息技术(“IT”)设备、其他计算机硬件或需要冷却的其他物品。系统100包括基础设施模块110和第一有效载荷模块120。图示布置的系统100还包括第二有效载荷模块130，尽管在其他布置中在系统100中可以具有少至一个有效载荷模块或任意多个有效载荷模块。

基础设施模块110包括用于信息技术(“IT”)设备或其他电子硬件的容纳体。基础设施模块110容纳基础设施硬件113，该基础设施硬件113可以是例如计算机组件、服务器、其他种类的IT设备或其他电子设备的一个或多个机架，并且由基础设施模块110的容纳体来容纳。基础设施包括并且可选地容纳可编程逻辑控制器(“PLC”)112和基础设施汇流条114以用于将电力传送到基础设施模块110的组件、基础设施模块110内的组件或连接至基础设施组件110的组件。PLC 112本身可以可选地由基础设施硬件113包括。

基础设施模块110还可以可选地包括热交换器111，如所图示的示例中所示。热交换器111可以是例如流体-空气热交换器，其使用冷却流体的供应来冷却用于基础设施硬件113和PLC 112中任一个或两者的对流冷却的空气。由基础设施硬件113和PLC 112中任一个或两者加热的空气可以在被排出基础设施模块110或在基础设施模块内再循环之前被推动到热交换器111中并且进行冷却。在其他示例中，从基础设施模块110外部或内部接收到热交换器111中的空气可以在跨基础设施硬件113和PLC 112中任一个或两者被推动之前首先由热交换器111冷却。这种液体-空气热交换器可以被安装到基础设施模块110的容纳体的任何壁或外表面，诸如例如后门或前门。

在其他示例中，热交换器111可以是基于接触的冷板系统，其包括一个或多个导电材料板，导电材料诸如铝、铜、其他金属或者某些陶瓷或聚合物或其任何组合。因此，在一些实施例中，冷板可以对应于金属板。这些板分别具有沿着它延伸或贯穿它的至少一个导管，其用于引导冷却流体从冷板带走热量。因此，基础设施硬件113和PLC 112中任一个或两者能够通过与任何冷板接触的放置来冷却。

虽然呈现液体-空气热交换器和冷板系统来作为热交换器111的示例，但热交换器111可以是具有类似能力和操作需要的另一类型的热交换器。

系统100还包括第一有效载荷模块120。第一有效载荷模块120包括电子硬件的容纳体、有效载荷汇流条124和高容量冷却系统。有效载荷汇流条124被配置用于将电力传送到第一有效载荷模块120的组件、第一有效载荷模块120内的组件或连接至第一有效载荷模块120的组件。高容量冷却系统可以是例如用于电子或其他硬件的两相浸没冷却系统。这种浸没冷却系统包括可汽化液体的储罐和冷凝器系统121，该冷凝器系统121被定位在储罐上方或以其他方式定位在这样的位置：来自储罐的蒸汽将行进到冷凝器系统121并且然后在冷凝成液体之后返回到储罐。合适的可汽化液体的示例包括专门设计用于计算机硬件的浸没冷却的几种市售介电流体中的任何一种，尽管在一些应用中可以使用水，特别是在不需要考虑可汽化流体的导电性的情况下。冷凝器系统121可以是任何已知类型的冷凝器，但在一些示例中，冷凝器系统121包括输送冷却流体的一个或多个管道，该冷却流体将管道降低到适合于冷凝从储罐中的可汽化液体升起的蒸汽的温度。浸没冷却系统还包括用于经由冷凝器系统121或其他方式监测和调整基础设施模块120内的湿度的湿度控制系统122以及用于控制储罐内的可汽化液体的液位的流体管理系统125。流体管理系统125可以包括例如用于第一有效载荷模块120的浸没冷却系统的储罐中的可汽化流体的泵、过滤器和液位监测器中的任何一个或任何组合。

有效载荷硬件123可以是浸没在第一有效载荷模块120的浸没冷却系统中的可汽化液体的储罐中的一个或多个电子设备机架。因为有效载荷模块120具有高容量冷却系统，所以由有效载荷模块120容纳和冷却的有效载荷硬件123可以具有是比基础设施硬件113更大的冷却需要并且在一些情况下具有更大功耗水平的硬件。在一些示例中，有效载荷硬件123的体积也可以大于基础设施硬件113。例如，在基础设施硬件113占用12个机架单元(“RU”)的情况下，有效载荷硬件123可以占用24个RU，尽管基础设施硬件113和有效载荷硬件123的任何其他体积以及体积之间的比率是可能的。

在所图示的示例中，基础设施模块110在多个方面被可操作地连接至第一有效载荷模块120。冷却剂供应146在到达冷凝器系统121之前被路由穿过基础设施模块110，并且在穿过冷凝器系统121之后，通过冷却剂回流149离开系统100，该冷却剂回流149引导回收用于冷却剂供应146的冷却剂或者以其他方式处置冷却剂。冷却剂供应146的冷却流体可以是液体(诸如例如水、二醇(glycol)和水溶液等)或者介电流体(诸如氟碳化合物)，或其他液体，或气体(诸如例如空气、二氧化碳或者其他气体)。在基础设施模块110包括热交换器111的示例中，冷却剂供应146可以在到达冷凝器系统121并且充当冷凝器系统121的冷却剂之前穿过热交换器111并且充当其冷却剂。冷却剂供应146和冷却剂回流149都是流体冷却剂分配系统的一部分，该流体冷却剂分配系统使冷却剂循环通过模块110、120、130的相应内部冷却系统和整个系统100。分配系统可以由龙头系统(tap system)、另一类型的建筑液体供应系统或适合用作冷却剂的任何其他液体或气体源提供。冷却剂供应146处于相对较低的温度，并且由于模块110、120、130在冷却剂流过分配系统的流动路径时将热量转移到冷却剂，所以冷却剂回流149处于相对较高的温度。在冷却剂回流149的下游和冷却剂供应146的上游，分配系统冷却冷却剂或处置加热的冷却剂并且获取在较低温度的新的冷却剂。

PLC 112与冷凝器系统121、湿度控制系统122和流体管理系统125进行电子通信。通过PLC 112、湿度控制系统122和流体管理系统125之间的这种电子连接，PLC 112控制湿度控制系统和流体管理系统125并且从而支配第一有效载荷模块120的浸没冷却系统。在各种示例中，PLC 112可以能够使浸没冷却系统通电或断电、调整由浸没冷却系统维持的温度、调整浸没冷却系统内的流速或者前述的任何组合。基础设施模块110的PLC 112对第一有效载荷模块120的浸没冷却系统的支配能够简化浸没冷却系统的维护和操作。访问浸没冷却系统能够是困难的，并且对浸没冷却系统中的硬件的操作和冷却是侵扰性的，因为这种系统通常是封闭的以防止蒸汽逸出。因此，在基础设施模块110(其容纳体可以是简单的服务器机柜或类似的东西)处访问PLC 112可以是相对容易的。

PLC 112也可以与诸如建筑管理系统或数据网络的管理系统147进行电子通信。PLC 112和管理系统147之间的连接使得PLC 112和第一有效载荷模块120的浸没冷却系统能够由远程操作员控制或与其他系统协同控制。在所图示的示例中，基础设施硬件113和有效载荷硬件123也彼此进行电子通信，尽管在其他示例中，基础设施硬件113与有效载荷硬件123可以彼此不进行通信。

电力和网络连接148也可以在到达第一有效载荷模块120之前被路由穿过基础设施模块110。电力和网络连接148的电力方面可以是例如建筑电源、电网电源或电池。电力和网络连接148的网络方面可以是例如互联网、电话、局域网或其他电子通信网络。在所图示的示例中，电力在基础设施硬件113和基础设施汇流条114之间传递，并且基础设施汇流条114被连接至有效载荷汇流条124。因此，有效载荷模块120可以从到基础设施模块110的连接接收用于其自身和用于有效载荷硬件123的一些或全部操作电力。然而，有效载荷模块120和有效载荷硬件123也可以从其他源获取电力，并且在其他示例中，有效载荷模块120和有效载荷硬件123中任一个或两者可以从除基础设施模块110和基础设施硬件113之外的源获取所有需要的电力。

可以存在包括基础设施模块110和具有第一有效载荷模块120的特征的仅一个有效载荷模块的系统。然而，所图示的示例的系统100还包括第二有效载荷模块130，就上述第一有效载荷模块120的所有细节而言，第二有效载荷模块130与第一有效载荷模块120相同。除了来自冷却剂供应146和冷却剂回流149的冷却剂的流动路径之外，基础设施模块110和第一有效载荷模块120之间的所有连接也在基础设施模块110和第二有效载荷模块130之间并行延伸。不同的是，从冷却剂供应146到冷却剂回流149的流动路径首先串行穿过基础设施模块110、然后穿过第二有效载荷模块130内的冷凝器系统并且最后穿过第一有效载荷模块120的冷凝器系统121。因此，第一有效载荷模块120仅接收已经由第二有效载荷模块130用于冷却的冷却剂。因此，可以鉴于冷却剂的流动路径来选择在每个模块110、120、130中待冷却的硬件，以优化冷却剂的效率和能量使用。例如，在模块110、120、130间寻找最经济的硬件分配时，可以考虑每单位体积的冷却剂的开销、赋予所使用的冷却剂的每单位热量以及操作系统100和由系统100冷却的硬件所必需的每单位电力。

基础设施模块110可以可选地具有相对小的形状因子，诸如典型的服务器机架或机柜的形状因子。例如，基础设施模块110可以具有EIA-310标准服务器机架的形状和尺寸，或者至少具有足够类似的尺寸以促进在这种机架间安装基础设施模块110。

有效载荷模块120、130可以可选地适配用于安装在典型的服务器机架或机柜间。例如，有效载荷模块120、130具有与一个、两个、三个或更多个相邻的EIA-310标准服务器机架相同或大致相同的形状和尺寸，使得有效载荷模块120、130能够被安装在这种机架间。如此配置的有效载荷模块120、130可以与已经被设置用于存储服务器机架的数据中心的区域中的基础设施模块110相邻或靠近来安装。因此，系统100使得可能由于不同的冷却需要而原本要跨数据中心或在多个不同设施间分散的硬件类型能够在单个位置被存储和操作。进一步地，系统100使得可以由热交换器111有效冷却的冷操作硬件能够被安装在必须被浸没冷却的硬件附近而无需不需要浸没冷却被安装在必须被浸没冷却的硬件附近，而冷操作硬件不会在浸没冷却系统中占用空间并且浪费资源。有效载荷模块120、130在基础设施模块110附近的安装也促进模块110、120、130的所有者或技术人员对模块110、120、130的访问和操作。有效载荷模块120、130在基础设施模块110附近的安装还简化了基础设施硬件113、有效载荷硬件123和由第二有效载荷模块130容纳的硬件之间的电子连接。

通过示例示出系统100中仅存在第一有效载荷模块120和第二有效载荷模块130，并且可以创建具有其他数量的有效载荷模块的系统。在一些示例中，可以完全省略第二有效载荷模块130，使得冷却剂流动路径在通过冷却剂回流149离开系统100之前从基础设施模块110直接仅延伸到第一有效载荷模块120。在其他示例中，系统100可以包括沿着基础设施模块110和第一有效载荷模块120之间的冷却剂流动路径串行连接的任意数目的有效载荷模块。所有这种附加模块可以以与第一有效载荷模块120和第二有效载荷模块130相同的方式连接至基础设施模块110，以用于电子通信和电力的传输。

图2图示了系统200，其中元件总体上与系统100的相同编号的元件相似。例如，除了具体图示或描述的区别之外，基础设施模块210与基础设施模块110相同、第一有效载荷模块220与第一有效载荷模块120相同、第二有效载荷模块230与第二有效载荷模块130相同，以此类推。出于这个原因，图2中的某些附图标记在本文中可能不被具体提及。此外，系统100的元件上的所有上述可能的变型对于系统200的元件是同样可能的，除非它们与不同于系统100的特征的系统200的特征冲突。

系统200与系统100的不同在于，冷却剂被并行供应到每个模块210、220、230。因此，来自第一冷却剂供应246a的冷却剂在通过第一冷却剂回流249a离开系统200之前流过热交换器211、来自第二冷却剂供应246b的冷却剂在通过第二冷却剂回流249b离开系统200之前流过第一有效载荷模块220的冷凝器系统221并且来自第三冷却剂供应246c的冷却剂在通过第三冷却剂回流249c离开系统200之前流过第二有效载荷模块230的冷凝器系统。在其中基础设施模块210缺少热交换器211的其他示例中，基础设施模块210可以没有任何冷却剂供应或冷却剂回流。

在所图示的示例中，仅存在第一有效载荷模块220和第二有效载荷模块230是系统200的一种配置，但在其他示例中，系统200可以省略第二有效载荷模块230，并且在另外其他示例中，系统200可以包括具有独立、并行冷却剂供应和回流连接的任何数量的有效载荷模块。

与系统100类似，系统200使基础设施模块210能够被安装在一个或多个有效载荷模块220、230间，以提供对PLC 212处的浸没冷却的支配的简单访问，并且在单个位置存储和操作不同冷却需要的硬件。然而，因为模块210、220、230并行地接收冷却流体，所以由任何一个模块210、220、230中的硬件生成的热量和从硬件去除的热量将对任何其他模块210、220、230中的硬件的冷却几乎没有影响。因此，与系统100的效率相比，系统200的总体效率将更少地取决于哪个有效载荷模块220、230将容纳和冷却特定硬件的选择。

图3图示了系统300，其中元件总体上与系统100和200的相同编号的元件相似。例如，除了具体图示或描述的不同之外，基础设施模块310与基础设施模块110和210相同、第一有效载荷模块320与第一有效载荷模块120和220相同、第二有效载荷330与第二有效载荷模块130和230相同，以此类推。出于这个原因，图3中的某些附图标记在本文中可能不被具体提及。此外，系统100和200的元件上的所有上述可能的变型对于系统300的元件是同样可能的，除了它们与不同于系统100或200的特征的系统300的特征冲突的程度。

在系统300中，冷却剂通过基础设施模块310被并行地供应到每个有效载荷模块320、330。因此，来自冷却剂供应346的冷却剂在分离成分开的流动路径之前流过热交换器311。分离之后的流动路径中的一个流动路径在通过第一冷却剂回流349a离开系统300之前延伸通过第一有效载荷模块320的冷凝器系统321，而分离之后的另一流动路径在通过第二冷却剂回流349b离开系统300之前延伸通过第二有效载荷模块330的冷凝器系统。

在所图示的示例中仅存在第一有效载荷模块320和第二有效载荷模块330是系统300的一种配置，但在其他示例中，系统300可以省略第二有效载荷模块330，并且在其他示例中，系统300可以包括任何数量的有效载荷模块，这些有效载荷模块在冷却剂已经穿过热交换器311之后并且在冷却剂通过相应的冷却剂回流离开系统300之前彼此并行地接收冷却剂。

系统300具有系统200与系统100共享的所有能力。类似于系统200，系统300被配置为使任何一个有效载荷模块内的加热和冷却对进入任何其他有效载荷模块的冷却剂的温度几乎没有影响(如果有的话)。在一些情况下，将所有冷却剂首先路由穿过基础设施模块310能够简化系统300的安装，而在其他环境下，如系统200中所示，将所有模块并行连接可能更简单。由于在一些示例中基础设施硬件313表现出相对低的热负载，有效载荷模块320、330的冷却可能不受到它们置于基础设施模块310下游的显著影响。然而，如果热交换器311将冷却剂分离为预期在热交换器311内具有不同热负载的分开的通道，并且这些分开的通道流到不同的有效载荷模块320、330，则在为具体硬件选择有效载荷模块320、330时可以考虑热交换器311内的不同热负载，以优化系统300的冷却效率。否则，类似于系统200，为系统300中的具体硬件选择有效载荷模块320、330对系统300的冷却性能的影响相对较小。

图4图示了系统400，其中元件总体上与系统300的相同编号的元件相似。例如，除了具体图示或描述的区别之外，基础设施模块410与基础设施模块310相同、第一有效载荷模块420与第一有效载荷模块320相同、第二有效载荷模块430与第二有效载荷模块330相同，以此类推。出于这个原因，图4中的某些附图标记在本文中可能不会被具体提及。此外，系统100、200和300的元件上的所有上述可能的变型对于系统400的元件是同样可能的，除非它们与不同于系统100、200或300的特征的系统400的特征冲突。

在系统400中，冷却剂通过基础设施模块410并行地供应到每个有效载荷模块420、430，其方式与系统300通过基础设施模件310并行地将冷却剂分配到有效载荷模块320、330的方式相同。因此，来自冷却剂供应446的冷却剂在分离为分开的流动路径之前流过热交换器411，其中一个流动路径在通过第一冷却剂回流449a离开系统400之前延伸通过第一有效载荷模块420的冷凝器系统421，而另一流动路径在通过第二冷却剂回流449b离开系统400之前延伸通过第二有效载荷模块430的冷凝器系统。

系统400具有系统300与系统100和200共享的所有能力以及系统300与系统100和200相区别的大多数能力。然而，系统400与系统300的不同在于基础设施模块410内的中央流体管理系统415的位置。中央流体管理系统415支配每个有效载荷模块420、430中的浸没冷却系统的储罐中的液位，使得各个有效载荷模块420、430不需要包括用于支配它们自己的液位的专用电路或控制器。中央流体管理系统415与PLC 412进行电子通信，并且可以由PLC 412以与系统100、200、300中的分布式流体管理系统的支配类似的方式支配。将中央流体管理系统415放置在基础设施模块410内提供了与为PLC 412提供的相同的对中央流体管理系统415的访问的便利性，而不占用有效载荷模块420、430中的空间。

在所图示的示例中，仅存在第一有效载荷模块420和第二有效载荷模块430是系统400的一种配置，但在其他示例中，系统400可以省略第二有效载荷模块430，并且在其他示例中，系统400可以包括具有由中央流体管理系统415支配的浸没冷却系统的任何数量的有效载荷模块。

图5图示了系统500，其中元件总体上与系统100、200和300的相同编号的元件相似。例如，除了具体图示或描述的区别之外，基础设施模块510与基础设施模块110、210和310相同，并且有效载荷模块520与有效载荷模块120、220和320相同，以此类推。出于这个原因，图5中的某些附图标记在本文中可能不被具体提及。此外，系统100、200、300和400的元件上的所有上述可能的变型对于系统500的元件是同样可能的，除非它们与不同于系统100、200、300和400的特征的系统500的特征冲突。

系统500包括独立的冷却器550，该冷却器550将冷却剂串行供应到基础设施模块510，然后到有效载荷模块520。在冷却剂回流549处离开有效载荷模块520的冷却剂返回到独立的冷却器550以被恢复到供应温度，并且通过冷却剂供应546重新供应到基础设施模块510。因此，独立冷却器550沿着延伸通过系统500的冷却剂分配系统的流动路径在冷凝器524和有效载荷模块520下游但在热交换器511和基础设施模块510上游的位置处串入(in-line)来连接。

不同于可以被用作冷却剂的建筑或市政流体供应，独立冷却器550是用于由系统500使用的冷却剂的独立冷却系统。独立冷却器550可以是例如低能耗或无源冷却器，诸如干式冷却塔或另一类型的干式冷却器，这意味着能够不需要分开的冷却液体来从用于系统500的冷却剂提取热量的冷却器，诸如将热量从冷却剂耗散到环境空气的热交换器。这种无源或低能耗类型的独立冷却器550对于在电力和其他公用设施受限的远程位置实现系统500特别有用。基础设施模块310。

前述模块化系统100、200、300、400、500分别在共享概念上呈现出不同的变型，但根据其他示例的模块化系统可以以任何方式组合这些不同的变型。例如，独立冷却器550可以被用于递送和冷却具有任何数量的有效载荷模块和模块间的任何流动路径的系统的冷却剂，包括模块化系统100、200、300、400的任何流动路径。中央流体管理系统415可以替代模块化系统100、200、300、500或这些模块化系统的任何变型中的任何一个的分开的流体管理系统。根据其他示例的模块化系统可以包括如模块化系统100中所示的彼此串行连接的有效载荷模块、如模块化系统200中所示的接收尚未穿过基础设施模块的冷却剂的有效载荷模块以及如模块化系统300和400中所示的与其他有效载荷模块并行的接收已经穿过基础设施模块的冷却剂的有效载荷模块的任何组合。

如图6所示，利用上述系统100、200、300、400、500中的任何一个来容纳和冷却电子设备的过程1000包括设置阶段1010、存储阶段1020和操作阶段1030。下面通过示例参照系统100的元件来描述过程1000，但是下面对系统100的任何元件的每个引用同样适用于系统200、300、400、500中的任何一个的对应元件或者系统100、200、300、400、500上的任何可能的变型。

设置阶段1010包括冷却剂连接1011和模块互连1012，两者中的任一个都可以在另一个之前、期间或之后执行。在冷却剂连接1011期间，模块110、120、130被连接至流体冷却剂的可用分配系统。模块110、120、130可以以任何顺序连接并行或串行连接。在模块互连1012期间，模块彼此以电气方式、电子方式或这两者方式来连接。例如，互连1012可以包括在汇流条114、124之间建立电连接、将PLC 112连接至湿度控制系统122和流体管理系统125并且在模块110、120、130之间延伸诸如电线或电缆等电子连接器，计算机硬件113、123能够通过该电子连接器与任何其他模块中的计算机硬件113、123进行电子通信。模块110、120、130间的流体连接的建立可以被认为是冷却剂连接1011和模块互连1012中任一个或两者的一部分。

设置阶段1011之后是存储阶段1020，该存储阶段1020包括基础设施安装1021和浸没1022。基础设施安装1021和浸没1022中的任一个可以在另一个之前、期间或之后执行。基础设施安装1021包括将基础设施硬件113放置到基础设施模块110中，使得基础设施硬件113可以依靠来自汇流条114的电力操作。浸没1022包括将有效载荷硬件123浸没在有效载荷模块120、130的浸没冷却系统中的可汽化液体中。在存储阶段1020结束时，基础设施硬件113和有效载荷硬件123被容纳和存储在它们相应的模块110、120、130内，并且被准备好来操作和适当地冷却。

操作阶段1030在存储1020之后，并且包括可以并发执行的冷却1031和计算1032。冷却1031包括运行热交换器1011以冷却基础设施硬件113，以及运行有效载荷模块120、130中的一个、一些或全部的浸没冷却系统以冷却有效载荷硬件123。冷却1031还可以包括在模块110、120、130间循环冷却剂。计算步骤1032包括操作基础设施硬件113和有效载荷硬件123。计算1032还可以包括任何模块110、120、130中的任何其他计算组件的操作。因此，诸如通过控制湿度控制系统122和流体管理系统125来操作PLC 112以支配浸没冷却系统可以被认为是冷却1031、计算1032或两者的一部分。

过程1000的添加和变型是可能的。例如，设置阶段1010可以与安装阶段1020交叠或接在安装阶段1020之后。而且，随着添加硬件113、123或从系统100中换掉硬件113、123，附加的基础设施安装1021和浸没1022可以在操作阶段1030期间或之后发生。

尽管本文中的概念已经参照特定示例进行了描述，但是要理解，这些示例仅仅是本概念的原理和应用的说明。因此，要理解，可以对说明性示例做出许多修改，并且在不脱离由所附权利要求书限定的本概念的精神和范围的情况下可以设计其他布置。

Claims (20)

1.一种用于计算机硬件的容纳和冷却系统，所述系统包括：

基础设施模块，所述基础设施模块被配置用于容纳计算机硬件，所述基础设施模块配备有对流空气冷却系统和由一个或多个导管连接的金属板布置中的任一者或其两者，所述一个或多个导管用于输送液体以用于冷却由所述基础设施模块容纳的计算机设备，并且所述基础设施模块被配置用于容纳可编程逻辑控制器(“PLC”)；以及

有效载荷模块，所述有效载荷模块包括由所述PLC支配的浸没冷却系统并且位于所述基础设施模块外部。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述基础设施模块包括具有第一功耗水平的计算硬件的一个或多个机架。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述有效载荷模块包括具有第二功耗水平的计算硬件，所述第二功耗水平大于所述第一功耗水平。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述有效载荷模块具有单个EIA-310标准服务器机架的尺寸或者两个或三个毗连的EIA-310标准服务器机架的尺寸。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述对流空气冷却系统包括液体-空气热交换器。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述基础设施模块的所述热交换器或者导管被流体式连接至所述有效载荷模块的冷凝器。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，通过所述容纳和冷却系统的冷却流体的流动路径在到达所述冷凝器之前穿过所述基础设施模块的冷却布置。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述有效载荷模块是第一有效载荷模块，并且所述系统包括第二有效载荷模块，所述第二有效载荷模块包括浸没冷却系统，所述第一有效载荷模块和第二有效载荷模块的所述浸没冷却系统是由所述PLC通过所述基础设施模块内容纳的中央流体管理系统来支配的。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述基础设施模块包括基础设施汇流条，并且所述有效载荷模块包括被电连接至所述基础设施汇流条的有效载荷汇流条。

10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述基础设施模块和所述有效载荷模块各自包括相应的汇流条，所述有效载荷模块的所述汇流条被连接至所述基础设施模块的所述汇流条，并且所述基础设施模块的所述汇流条设有用于从外部电源接收电力的连接器。

11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述有效载荷模块是第一有效载荷模块，并且所述第一有效载荷模块的所述浸没冷却系统包括第一冷凝器，并且所述系统包括第二有效载荷模块，所述第二有效载荷模块包括由所述PLC支配且包括第二冷凝器的浸没冷却系统，所述第一冷凝器和所述第二冷凝器沿着冷却流体的流动路径串行连接。

12.根据权利要求1所述的系统，还包括：

分配系统，所述分配系统使冷却液体循环通过所述基础设施和有效载荷模块；以及

干式冷却器，所述分配系统穿过所述干式冷却器，所述干式冷却器被配置为将来自所述冷却液体的热量与环境空气交换。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述基础设施和有效载荷模块被串行连接至所述分配系统。

14.一种容纳和冷却计算机硬件的方法，所述方法包括：

将第一计算机硬件容纳在基础设施模块中，所述基础设施模块还容纳(“PLC”)；以及

将第二计算机硬件浸没在由有效载荷模块容纳的两相浸没冷却系统内的可汽化液体中，所述有效载荷模块位于所述基础设施模块外部，并且所述浸没冷却系统由所述PLC支配。

15.根据权利要求14所述的方法，包括：利用由所述基础设施模块包括的冷却布置来冷却所述第一计算机硬件，所述基础设施模块的所述冷却布置包括以下中的至少一个：由用于输送液体的一个或多个导管连接的金属板布置以及液体-空气热交换器。

16.根据权利要求15所述的方法，包括：将所述基础设施模块的所述冷却布置和所述两相浸没冷却系统的冷凝器并行连接至建筑液体供应。

17.根据权利要求15所述的方法，包括：将所述基础设施模块的所述冷却布置和所述冷凝器串行连接至建筑液体供应。

18.根据权利要求17所述的方法，包括：将所述基础设施模块的所述冷却布置和所述冷凝器连接至所述建筑液体供应，使得由所述建筑液体供应将液体供应到所述基础设施模块的所述冷却布置并且所述液体从所述冷凝器返回到所述建筑液体供应。

19.根据权利要求14所述的方法，包括：通过所述基础设施模块将电力供应到所述有效载荷模块和所述第二计算机硬件。

20.根据权利要求14所述的方法，其中，所述有效载荷模块是第一有效载荷模块，并且所述方法包括：将第三计算机硬件浸没在由第二有效载荷模块容纳的储罐中的可汽化液体中，所述第二有效载荷模块包括两相浸没冷却系统，所述第二有效载荷模块的所述两相浸没冷却系统由所述PLC支配。