CN217241208U - 模块化风冷设备和冷却系统 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例提供一种模块化风冷设备和冷却系统。模块化风冷设备包括：风冷箱，适于密封地容纳待冷却的预定数目的电子设备；以及换热单元，耦合至风冷箱并且包括：壳体，密封地包围换热室，换热室与风冷箱的内部密封地连通，以允许空气在电子设备的风扇的作用下在风冷箱的内部和换热室之间循环；换热器，布置在换热室中，并且包括用于供循环的空气流通的通路；以及冷却接口，至少部分地布置壳体上，并且适于供冷却介质在外部冷源和换热器内部连通，以冷却流经换热器的空气。以此方式，使得冷却系统的部署更加灵活，并显著提高部署效率。此外，该模块化风冷设备还可以部署在液冷系统中以提高液冷系统的兼容性。

Description

模块化风冷设备和冷却系统

技术领域

本公开的实施例总体上涉及数据中心的领域，并且更具体地，涉及用于为数据中心提供冷却的模块化风冷设备和冷却系统。

背景技术

随着5G万物互联时代的到来，高性能高密度的计算需求加速增长，数据中心能耗问题日益凸显。目前，数据中心已经被正式纳入新基建。由此，数据中心从服务部分企业拓展到服务整个社会，成为一种新类的基础设施。

新基础设施对数据中心的散热解决方案、整体能效提出更高要求。一方面，众所周知，如果散热不良，高温不仅会降低芯片的工作稳定性，还会因为模块内部与外部环境间的温差而产生过大的热应力，影响芯片的电性能、工作频率、机械强度及可靠性。电子设备的故障发生率随工作温度的提高而呈指数关系增长，单个半导体元件的温度每升高10度，系统的可靠性可能会降低50％。传统的数据中心冷却解决方案已难以满足电子信息设备高效散热的需求。另一方面，国家、地方、行业陆续出台能源政策，对数据中心的节能指标提出更高要求。应对大数据、超密度计算的“功耗墙”，使用液态冷却液替代空气来对计算机设备进行冷却，是未来数据中心的一场技术革命。然而，目前对于一些数据中心中使用的电子设备而言，无法使用液冷冷却方案。这为数据中心的液冷化部署带来了困难。

实用新型内容

本公开的实施例提供一种模块化风冷设备和冷却系统，以至少部分地解决现有技术中存在的上述问题以及其他潜在问题。

在本公开的一个方面，提供了一种模块化风冷设备。该模块化风冷设备包括：风冷箱，适于密封地容纳待冷却的预定数目的电子设备；以及换热单元，耦合至风冷箱并且包括：壳体，密封地包围换热室，换热室与风冷箱的内部密封地连通，以允许空气在电子设备的风扇的作用下在风冷箱的内部和换热室之间循环；换热器，布置在换热室中，并且包括用于供循环的空气流通的通路；以及冷却接口，至少部分地布置壳体上，并且适于供冷却介质在外部冷源和换热器内部连通，以冷却流经换热器的空气。

通过部署根据本公开实施例的模块化风冷设备，通过将具有内部循环能力和外部循环接口的换热单元和风冷箱附接到一起，形成了一种模块化风冷设备。在部署根据本公开实施例的风冷设备时，只需要将数据中心的预留接口和风冷设备的冷却接口耦合即可完成部署，从而形成一种分布式的冷却系统。此外，根据本公开实施例的模块化风冷设备还可以与浸没式液冷设备一起部署，来在液冷系统中部署那些不能使用液冷冷却的电子设备。以此方式，利用液冷设备高效冷却能力的同时提高了液冷系统的兼容性。此外，用户可以根据所需要的规模来选择不同数量的风冷设备和/或液冷设备。只需要预留一定量的预留接口，用户可以根据业务量的调整随时增减所需的风冷设备和/或液冷设备，从而使得数据中心的冷却设备的部署更加灵活，并显著提高部署效率，进而能够助力实现碳中和。

在一些实施例中，模块化风冷设备还包括安装架，用于接纳风冷箱和换热单元，以使得换热单元邻近风冷箱而布置至风冷箱的一侧。通过采用安装架承载风冷箱和换热单元，使得风冷设备更加易于部署。

在一些实施例中，换热单元可拆卸地接纳在安装架中。这种布置方式更加便于换热单元乃至整个风冷设备的安装和维护。

在一些实施例中，预定数目的电子设备沿排列方向布置在风冷箱中，并且风冷箱和换热单元沿排列方向布置，并且模块化风冷设备在排列方向上的尺寸不大于模块化风冷设备的高度的1.5倍。以此方式，实现了一种小型化的风冷设备。小型化带来了诸多优点，例如更利于根据所需的冷却规模做出灵活的调整，从而提高了风冷系统的利用率。另一方面，小型化带来了对电子设备的精确冷却控制。

在一些实施例中，模块化风冷设备在排列方向上的尺寸小于模块化风冷设备的高度。

在一些实施例中，模块化风冷设备在排列方向上的尺寸小于模块化风冷设备的高度的二分之一。以此方式，进一步实现了风冷设备的小型化，从而进一步便于对其中的电子设备的维护。

在一些实施例中，换热单元还包括冷水机，布置至换热室中，并且连接在冷却接口和换热器之间，以将从外部冷源进入换热器的冷却介质的温度调节至预定温度以下。以此方式，能够进一步提高冷却效率。

在一些实施例中，模块化风冷设备还包括循环通孔，布置至风冷箱和换热室之间，以供空气在风冷箱和换热室之间流通。

在一些实施例中，循环通孔包括上开孔，在竖直方向上布置在或延伸到电子设备的顶部以上；以及下开孔，在竖直方向上布置在或延伸到电子设备的底部以下。这种布置方式有利于对电子设备进行全面冷却以及有利于空气在风冷箱和换热室中的循环。

在一些实施例中，冷却接口包括至少两套冷却接口。以此方式，为冷却接口提供了冗余布置，从而进一步提高风冷设备的可靠性。

在一些实施例中，风冷箱包括风冷槽，用于容纳预定数目的电子设备并且具有用于操作电子设备的顶部开口；以及盖体，耦合至风冷槽以密封风冷槽的顶部开口。这种布置方式便于对其中的电子设备的维护。

在一些实施例中，风冷槽还包括底侧开口和密封地覆盖底侧开口的挡板，并且所述盖体和所述挡板能够被自动或手动地打开以通过所述顶部开口和所述底侧开口来实现紧急散热。以此方式，实现了一种失效保护机制，即，能够在风冷设备或者系统出现故障的情况下提供紧急散热，从而避免了电子设备因过热而造成的损失，提高了冷却系统的可靠性。

在一些实施例中，盖体通过铰链而被可转动地耦合至风冷槽。以此方式，更加便于对冷却槽中电子设备的维护，从而提高维护效率。

在本公开的第二方面，提供了一种冷却系统，用于电子设备。该冷却系统包括至少一个根据前文第一方面的模块化风冷设备；以及冷却介质循环装置，耦合至至少一个模块化风冷设备的冷却接口，并且适于使冷却介质在外部冷源和换热器内部之间循环。

在一些实施例中，至少一个模块化风冷设备包括多个模块化风冷设备，并且冷却系统还包括多个预留接口，多个预留接口适于耦合至冷却接口。

在一些实施例中，冷却系统还包括基座，包括设置在预定位置的多个接纳部，用于设置多个模块化风冷设备，多个接纳部与多个预留接口相对应。在诸如服务器的电子设备进行大规模部署的情况下，通过预设基座，可以进一步缩短数据中心的部署时间。

在一些实施例中，冷却系统还包括多个浸没式液冷设备，浸没式液冷设备适于冷却浸没在其中的电子设备，并且尺寸与模块化风冷设备的尺寸相同，浸没式液冷设备适于与模块化风冷设备可互换地布置在冷却系统中。以此方式，使得模块化风冷设备还可以与浸没式液冷设备一起部署，来在液冷系统中部署那些不能使用液冷冷却的电子设备。以此方式，利用液冷设备高效冷却能力的同时提高了液冷系统的兼容性。

在一些实施例中，冷却介质包括去离子水。采用去离子水能够有效避免对换热器内部的结构以及冷却管路的金属的腐蚀和影响，从而提高液冷系统的可靠性。

在本公开的第三方面，提供了一种冷却系统，用于大规模集群部署。该冷却系统包括基座，包括设置在预定位置的多个接纳部；多个预留接口，与多个接纳部的位置相对应；冷却介质循环装置，配置在多个预留接口和外部冷源之间；多个根据前文中第一方面的模块化风冷设备，被布置在多个接纳部的一部分中，模块化风冷设备的冷却接口耦合至多个预留接口；以及多个浸没式液冷设备，被布置在多个接纳部的另一部分中，并且各自包括耦合至预留接口的冷源接口。在大规模集群部署冷却设备时，可以通过提前在数据中心设置基座以及预留接口，并将液冷设备和风冷设备提前布置在数据中心机房，并将外部冷源侧的供回水管路接通调试完成，而先不设置电子设备，从而形成包括风冷设备的大规模集群部署的液冷系统。以此方式，利用液冷设备高效冷却能力的同时提高了液冷系统的兼容性。当有业务需求时，再采购电子设备，并将其部署到此系统内，最后将冷却液灌装到放置电子设备的液冷设备中。至此，完成整个数据中心的部署，以此方式，可以大大缩短数据中心的部署时间。

在一些实施例中，模块化风冷设备和浸没式液冷设备具有相同的尺寸。这种布置方式利于风冷设备和液冷设备的混合部署，从而提高液冷系统的兼容性。

应当理解，该内容部分并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，亦非旨在用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

以下通过结合附图更详细地描绘本公开的示例性实施例，本公开的上述目的和其它目的、特征和优点将变得更加明显，其中在本公开的示例性实施例中，相同的附图标记通常表示相同的部件。

图1示出了根据本公开的实施例的模块化风冷设备的立体示意图，其中盖体未显示以便于示出其中的电子设备；

图2示出了根据本公开的实施例的模块化风冷设备的侧视剖面示意图；

图3示出了根据本公开实施例的换热单元的立体示意图；

图4示出了根据本公开实施例的冷却系统的部署示意图；以及

图5示出了根据本公开实施例的冷却系统中的浸没式液冷设备和模块化风冷设备的阵列的示意图。

具体实施方式

现在将参照附图中所示的各种示例性实施例对本公开的原理进行说明。应当理解，这些实施例的描述仅仅为了使得本领域的技术人员能够更好地理解并进一步实现本公开，而并不意在以任何方式限制本公开的范围。应当注意的是，在可行情况下可以在图中使用类似或相同的附图标记，并且类似或相同的附图标记可以表示类似或相同的功能。本领域的技术人员将容易地认识到，从下面的描述中，本文中所说明的结构和方法的替代实施例可以被采用而不脱离通过本文描述的本公开的原理。

如今互联网已经成为第四次工业革命的核心推动力，伴随着此次工业革命的发展，人类生活的方方面面都在发生改变，尤其表现在数据流量需求持续猛增、网络负荷大幅提高。高速网络连接是全世界期待的解决网络通信问题、打开万物互联大门的钥匙，作为支撑高速网络连接的重要基础设施之一，数据中心承担着处理和传输海量数据的重任，此过程中会产生大量的废热。

为了为数据中心提供冷却，在风冷方案中，一个10.5kW的服务器机架每分钟需要1200CFM的冷却空气，这些空气每分钟流量足以填满一个11平方米、楼高3米的机房空间，单是移动这些空气就需要大量的能量。目前，液体冷却系统可以比风冷系统提供更高的冷却性能，但却不需像风冷那样耗费过多空间，它对机房的体积要求要小得多。换言之，优化设计的液体冷却解决方案将使数据中心能够在更小的空间内提供更多的计算能力。

浸没式液冷系统，作为一种液体冷却系统，是将诸如服务器等的电子设备浸没于不导电液体中进行散热，从而把其温度控制在合理的范围之内。目前，部署浸没式液冷系统是数据中心建设的大势所趋。然而，由于浸没式液冷技术正处于起步阶段，目前很多电子设备还无法支持浸没式液冷，但是这些电子设备又是数据中心机房所必须要用到的设备，从而导致浸没式液冷设备的部署困难。

对于那些不能使用液冷冷却的电子设备，传统方案中包括专门建设独立于液冷系统的风冷系统来为这些电子设备提供冷却。然而，这样做提高了成本，并且还存在风冷系统以及液冷系统中的电子设备互联的问题。此外，不同环境温度以及不同功耗的电子设备在同一个大的风冷槽中可能会带来各种兼容和支持问题。

为了解决或者至少部分地解决在浸没式液冷系统发展的大趋势下一些只能依靠风冷冷却的电子设备200的冷却问题，根据本公开实施例提供了一种模块化风冷设备100。该模块化风冷设备100是一种使用风冷手段为电子设备200提供冷却的设备。下文中将主要以电子设备200为数据中心中所采用的各种类型的服务器为例来描述本公开的构思。可以使用根据本公开实施例的风冷设备100冷却的各种类型的服务器例如可以包括但不限于存储型服务器、计算型服务器和计算存储综合型服务器等。应当理解的是根据本公开实施例的模块化风冷设备100也同样适用于需要对电子设备200进行冷却的其他任意适当的场合。

图1示出了根据本公开实施例的模块化风冷设备100的立体示意图。如图1所示，根据本公开实施例的模块化风冷设备100总体上包括风冷箱101和换热单元102。风冷箱101是用来容纳电子设备200 的装置。在一些实施例中，风冷箱101可以包括风冷槽1011和盖体1012。风冷槽1011具有顶部开口。用户通过该顶部开口可以操作(例如取放)和维护待被冷却的电子设备200。

盖体1012耦合至风冷槽1011以将风冷槽1011的顶部开口密封。由此，电子设备200被密封地容纳在风冷箱101中。在一些实施例中，盖体1012可以通过铰链等方式可转动地布置在风冷槽1011上。在需要对电子设备200进行维护时，可以通过操作盖体1012绕铰链转动而打开盖体1012。为了提供密封，在盖体1012与风冷槽1011接合的位置，可以设置密封圈。

应当理解的是，盖体1012通过铰链等方式耦合至风冷槽1011的实施例只是示意性的，并不旨在限制本公开的保护范围。其他任意适当的方式或者布置也是可能的。例如，在一些替代的实施例中，盖体1012也可以直接设置在风冷槽1011上并可以全部从风冷槽1011上移除。

在一些实施例中，风冷槽1011除了顶部开口外，还可以包括底侧开口以及用于密封地覆盖底侧开口的挡板。此外，盖体1012和挡板都可以被手动或者自动地打开或者关闭以实现紧急散热。例如，当系统控制模块检测到该风冷设备100出现故障或者整个冷却系统的循环水出现故障，控制模块可以控制盖体1012和挡板打开。在这种情况下，风冷槽1011中的电子设备200将利用冷却系统所处的机房的外环境来散热，从盖体1012打开的顶部开口进冷空气。冷空气经过电子设备200带走热量后变成热空气从底侧开口逸出，以此来实现失效保护机制，即风冷设备100或冷却系统出现故障时电子设备200的紧急散热。以此方式，有效地避免了电子设备200在设备故障或者系统故障的情况下由于过热而发生损坏，并由此提高了冷却系统的可靠性。

当然，在故障消除后，盖体1012和挡板可以手动或者自动关闭以恢复正常冷却状态。此外，在一些实施例中，为了避免风冷槽1011 的放置位置对挡板的打开造成干涉，在一些实施例中，底侧开口和挡板可以被布置在风冷槽1011的底壁、靠近底壁的侧壁或者其他任意适当的位置。例如，在底侧开口设置在侧壁的情况下，底侧开口在竖直方向上可以布置在电子设备200的底部以下或者延伸到电子设备 200的底部以下，以便于对电子设备200的整体进行散热以及紧急散热时气流的流动。在一些实施例中，为了防止异物进入，在顶部开口和底侧开口上还可以设置滤网。

多个电子设备200可以沿排列方向排列在风冷槽1011中。图2 示出了风冷设备100的侧视剖面图，其中分别示出了风冷槽1011中以排列方向排列的电子设备200。在一些实施例中，为了使部署密度最大化，风冷槽1011中的电子设备200可以大致沿排列方向排列并且竖直地插装在风冷槽1011中。在风冷槽1011中，为了便于电子设备200的布置，可以设置供电子设备200插装的结构或者模块。以此方式，一方面，电子设备200能够以更大的密度稳固地排布在风冷槽 1011中。另一方面，操作者能够更便利地对电子设备200进行维护。

换热单元102耦合至风冷箱101。在一些实施例中，换热单元102 和风冷箱101也可以沿排列方向排列，即，换热单元102可以布置在风冷箱101的一侧。换热单元102包括由壳体包围的换热室1024、设置在换热室1024中的换热器1021以及至少部分地布置在壳体上的冷却接口1022。换热室1024与风冷箱101的内部密封地连通。例如，在一些实施例中，风冷设备100还包括循环通孔。循环通孔设置在风冷槽1011和换热单元102的换热室1024之间。例如，在一些实施例中，循环通孔可以设置在风冷槽1011和换热单元102的换热室1024 之间的板或者壁上。循环通孔实现了空气在风冷槽1011以及换热单元102的换热室1024之间的密封连通。在一些实施例中，在循环通孔上可以设置过滤网，以阻挡异物。

在一些实施例中，循环通孔可以包括布置在上方的上开孔1041 和布置在下方的下开孔1042。上开孔1041在竖直方向上布置在电子设备200的顶部以上或者从适当的位置延伸到电子设备200的顶部以上。类似地，下开孔1042在竖直方向上可以布置在电子设备200的底部以下或者延伸到电子设备200的底部以下。此外，两者可以具有适当的面积以供满足冷却要求的风量在风冷槽1011和换热室1024之间的流通。以此方式，能够促进空气在风冷槽1011和换热室1024之间的流通，并且有利于空气经过整个电子设备200而从电子设备200 带走热量。

如图2所示，在电子设备200的风扇的作用下，空气在风冷槽1011 中会从上至下经过电子设备200并带走电子设备200的热量后从下开孔1042进入换热室1024中。在电子设备200的风扇的驱动下，进入换热室1024中的热空气会从下向上流动并流经换热器1021。换热器 1021包括用于供空气流通的通路。热空气会从换热器1021的外部经由这些通路流过换热器1021。换热器1021的内部经由冷却接口1022 而与外部冷源连通，冷却介质在外部冷源302和换热器1021的内部之间循环。热空气流过换热器1021外部的过程中会与换热器1021内部的冷却介质交换热量而降温成冷空气后从上方的上开孔1041再次进入到风冷槽1011中。风冷槽1011内部以及换热室1024内部的空气以此往复循环来实现对风冷槽1011中的电子设备200的冷却。

一方面，空气在风冷槽1011中的这种由下至上的循环方式能够更加利于带走电子设备200的热量。另一方面，在换热单元102的换热室1024中，由于热空气相较于冷空气具有更小的密度，并且进一步在风扇的驱动力的作用下，空气可以由下自上经过换热器1021，从而更利于空气与换热器1021内部的冷却介质进行热量交换，并进而提高了换热效率。在一些实施例中，为了进一步促进空气在风冷槽 1011和换热室1024之间的循环流通，风冷设备100还可以包括额外地布置在上开孔1041和/或下开孔1042处的一个或多个循环风扇。

为了便于部署，换热单元102包括至少部分地布置在换热单元102 的壳体上的冷却接口1022。冷却接口1022适于供冷却介质在诸如冷却塔的外部冷源302和换热器1021内部连通，来由此使得外部冷源 302中的冷却介质和空气在换热器1021处交换热量。在一些实施例中，冷却介质可以包括去离子水。采用去离子水能够有效避免对换热器 1021内部的结构以及冷却管路的金属的腐蚀和影响，从而提高液冷系统的可靠性。

在一些实施例中，冷却接口1022也可以被设置为具有至少两套。以此方式，提供了冷却接口1022的冗余设计。并且每套冷却接口1022 对冷却介质的处理能力完全能够满足冷却介质的循环要求。在这种情况下，即使其中一套冷却接口1022发生了阻塞等问题，也完全不会影响到冷却介质的循环，从而确保了冷却效果。

通过将具有内部循环能力和外部循环能力的换热单元102和风冷箱101集成到一起，从而形成了一种模块化风冷设备100。在部署根据本公开实施例的风冷设备100时，只需要将数据中心的预留端口和风冷设备100的冷却接口1022耦合即可完成部署，从而形成一种分布式的风冷设备100。以此方式，显著简化了风冷设备的部署。

从上文的描述可以看出，根据本公开实施例的换热器1021采用的是风液换热模式通过热空气与换热器1021中的冷却介质的热量交换来为热空气进行降温。热空气的降温效果乃至电子设备200的冷却效果与冷却介质的温度有着很大的关系。为了进一步保证冷却效果，在一些实施例中，换热单元102还可以包括冷水机1023，如图2和图 3所示。冷水机1023布置在换热室1024中，并且连接在冷却接口1022 和换热器1021之间，来将从外部冷源进入换热器1021的冷却介质的温度调节至预定温度以下。例如，在一些实施例中，预定温度可以是 25℃或者更低。

冷水机1023工作原理是通过压缩机制冷，将机内冷却介质冷却控温，通过循环泵将温度控制在预定温度或者预定温度以下的冷却介质送出到换热器1021中。通过使用冷水机1023，能够有效地控制进入换热器1021中的冷却介质的温度，从而及时在环境温度较高时也能为电子设备200提供有效的冷却，确保电子设备200的安全可靠运行。

在一些实施例中，在换热单元102上还可以设置有控制装置，以至少可以控制冷水机1023出水的预定温度和/或冷水机1023开始工作的温度。例如，在一些实施例中，可以将冷水机1023开始工作的温度设置为30℃。在这种情况下，当检测到输入到换热器1021的冷却介质的温度(例如，通过布置在换热器1021入口处的温度传感器) 大于30℃，冷水机1023就会开始工作并将冷却介质的温度控制在预定温度或更低。在一些实施例中，控制装置还可以直接控制冷水机 1023的开启和关闭。在一些实施例中，控制装置还可以包括显示单元。显示单元可以具有触控单元，以便于对冷水机1023的控制。当然，在一些替代的实施例中，控制装置还可以包括按钮等来便于对冷水机 1023的控制。

此外，通过采用控制装置，可以根据风冷箱101中待冷却的电子设备200的发热量以及数量等信息来控制冷水机1023的出水温度以及开始工作温度等参数，从而提高冷却效率的同时降低冷却成本。例如，在风冷槽1011中存放的电子设备200的数目和发热量均较少的情况下，可以通过控制装置调高冷水机1023的出水温度和/或开始工作的温度，来进一步降低运行成本。当然，在一些替代的实施例中，控制装置还可以对其他信息进行显示和/或对其他部件进行控制。例如，在一些实施例中，控制装置的显示单元还可以显示模块化风冷设备 100中待冷却的电子设备200的类型和数目等。

在一些实施例中，为了便于换热单元102和风冷箱101的部署，根据本公开实施例的模块化风冷设备100还可以包括安装架103。安装架103可以是一种承载结构，其用来承载风冷槽1011和换热单元 102。虽然图1至图2示出了安装架103大致具有框架型构造，但是，应当理解的是，图1和图2所示的这种方式只是示意性的，并不旨在限制根据本公开的保护范围。其他任意适当的结构或者布置也是可能的。例如，在一些替代的实施例中，安装架103也可以是由板状件构造起来的全封闭或半封闭式壳体构造。

在一些实施例中，风冷箱101可以固定地设置在安装架103的第一部分，而换热单元102可以设置在与第一部分相邻的第二部分。以此方式，使得换热单元102邻近风冷箱101而设置在风冷箱101的一侧。风冷箱101例如可以通过焊接、紧固件连接以及过盈配合等方式而固定地设置在第一部分中。换热单元102可以以可拆卸的方式布置在安装架103的第二部分中以便于对换热单元102进行维护和更换。

在一些实施例中，为了节约空间并且便于布置，安装架103用于承载风冷箱101的第一部分和用于承载换热单元102的第二部分可以具有不同的高度。例如，安装架103用于承载风冷槽1011的部分的高度可以大于用于承载换热单元102的部分的高度，如图2所示。当然，应当理解的是，这只是示意性的，并不旨在限制本公开的保护范围。在一些替代的实施例中，安装架103的各个部分也可以具有均一的高度。安装架103的使用促进了风冷设备100的模块化，从而使得风冷设备100更易于部署。

为了便于换热单元102的拆卸，在一些实施例中，换热单元102 可以包括设置在预定位置的手柄1025。例如图2和图3示出了手柄 1025设置在换热单元102的顶壁上。此外，为了便于换热单元102 在安装架103中的锁定，在一些实施例中，安装架103上还可以设置有锁定装置。在换热单元102的对应位置可以设置有与锁定装置配合的诸如槽、孔或者扣等的锁定结构。当换热单元102在安装架103中放置到位后，锁定装置可以自动地或者手动地配合至锁定结构从而实现换热单元102在安装架103中的锁定。在需要更换或者维护换热单元102时，只需要操作锁定装置解锁后进一步操作手柄1025来将换热单元102从安装架103中移除并更换新的换热单元102。

应当理解的是，上文中关于换热单元102利用安装架103间接地附接至风冷槽1011的实施例只是示意性的，并不旨在限制本公开的保护范围。换热单元102和风冷箱101还可以采用其他任意适当的附接方式。例如，在一些替代的实施例中，换热单元102也可以通过诸如卡扣、紧固件以及卡槽等方式可拆卸地直接附接至风冷箱101上。下文中将主要以换热单元102和风冷箱101耦合至安装架103来部署的方式来描述根据本公开的构思。应当理解的是，对于换热单元102 和风冷槽1011之间的其他耦合方式也是类似的，在后文中将不再分别赘述。

此外，还需要说明的是，根据本公开实施例的风冷设备100采用了小型化设备。具体而言，在一些实施例中，模块化风冷设备100在电子设备的排列方向上的尺寸W可以不大于其高度H的1.5倍，或者可以说模块化风冷设备100的尺寸最多为30U。U是一种表示诸如服务器的电子设备外部尺寸的单位，是unit的缩略语。例如，模块化风冷设备100在电子设备的排列方向上的尺寸可以小于其高度H的尺寸。在一些替代的实施例中，模块化风冷设备100在电子设备的排列方向上的尺寸可以小于其高度H的尺寸的二分之一。考虑到多数电子设备200的尺寸，风冷设备100的高度H一般在1米左右。也就是说，在一些实施例中，模块化风冷设备100在排列方向上的尺寸可以不大于1.5米，例如小于1米或者0.5米。这就使得风冷设备100具有小型化的尺寸。

也就是说，根据本公开的风冷设备100而言，整个风冷设备100 (包括风冷槽1011和换热单元102)在排列方向的尺寸不大于1.5米，例如在1米或者1米以下。根据本公开实施例的风冷设备100通过采用小型化的尺寸，一方面，操作者可以在风冷设备100的各个方向上对其中的电子设备200进行操作和维护，使得维护更加便利并由此避免了误操作，从而提高了维护的可靠性和效率。

另一方面，小型化的风冷设备100采用小型化的风冷槽1011，这使得每个风冷槽1011中所存放的电子设备200数量不多。这对于一些只需要数量较少的电子设备200的企业而言，能够降低电子设备 200的运营成本，但这完全不影响根据本公开实施例的模块化风冷设备100应用于大型数据中心。具体而言，虽然根据本公开实施例的风冷槽1011中所存放的电子设备200数量不多，但是由于其具备前文中所提到的模块化结构以及便于部署等优势，通过快速便利地部署多个风冷模块能够以更加便利等方式满足大型数据中心的需要。

此外，采用小型化的风冷设备100的优势还在于，正是由于风冷槽1011中所存放的电子设备200数量不多，如果其中一个风冷设备 100发生了故障，所带来的影响和损失会大幅降低，从而进一步降低了故障成本和维护成本。

另外，也是更重要的是，采用小型化的风冷设备100可以与采用小型化的浸没式液冷设备303在同一个冷却系统中一起部署，由此以具有成本效益的方式提高了冷却系统的兼容性。

图4示出了采用根据本公开实施例的模块化风冷设备100的冷却系统的系统架构示意图，图5示出了根据本公开实施例的冷却系统中多个风冷设备100呈阵列布置的示意图。

总体上，根据本公开实施例的包括至少一个前文中所描述的风冷设备100和冷却介质循环装置301。虽然图4和图5示出的冷却系统中存在多个风冷设备100，但应当理解的是，这只是示意性的，并不旨在限制本公开的保护范围。根据不同数据中心的需要，风冷设备100 的数目可以为一个或多个。

此外，从图4和图5中还可以看出，在一些实施例中，冷却系统除了包括根据本公开实施例的多个风冷设备100外，还可以包括多个浸没式液冷设备303。浸没式液冷设备303是将电子设备200浸没在冷却液中进行冷却的设备。浸没式液冷设备303具有与根据本文中的风冷设备100相同的尺寸，并且具有类似的冷却接口1022。为了区分，用于浸没式风冷设备100的冷却接口1022被称为冷源接口。

以此方式，这对于在大规模部署液冷系统趋势下有一些电子设备 200无法使用液冷的情况是特别有利的。通过将该模块化风冷设备100 与浸没式液冷设备303部署在一起，从而形成一种混合的冷却系统。一方面，这种布置方式不会影响浸没式液冷系统的大规模部署，使得能够使用液冷的电子设备200得到更有效的冷却。另一方面，对于不能采用液冷冷却的电子设备200，不再需要专门建设独立的风冷系统来对这些电子设备进行冷却，而只需要同使用液冷的电子设备200部署在同一个数据中心中，并得到有效冷却。以此方式，能够显著降低成本的同时，还解决了单独的风冷系统和液冷系统中的电子设备互联的问题。此外，这种布置方式还显著提高了冷却系统的兼容性。以此方式，数据中心的部署速度以及灵活度得到有效地提升。

前文中提到了在一些实施例中，为了便于部署风冷设备100，冷却系统可以包括多个预留接口。预留接口通过冷却介质循环装置301 而与外部冷源302相连通，并且可以用来耦合至浸没式液冷设备303 的冷源接口和根据本公开实施例的风冷设备100的冷却接口1022。以此方式，风冷设备100中的换热器1021可以通过冷却介质循环装置 301与外部冷源302连通。如前文中提到的，外部冷源302在一些实施例中可以是冷却塔。

这种布置方式能够有效地降低在数据中心投资和整体运营成本，使得数据中心的整体用电效率指标可控制在1.1甚至更低。例如，在设计用于数据中心的液冷系统时，考虑到数据中心将来的较大规模，可以在设计冷却系统时设置预定数目的预留接口和风冷设备100以满足将来数据中心的大量服务器的需求。对于电子设备200的数目，考虑到数据中心最初所需的服务器数量相对较少，可以采用较少数目的电子设备200放置到其中一部分浸没式液冷设备303和/或根据本公开实施例的风冷设备100中。对于无法使用浸没式液冷进行冷却的电子设备200，可以提供根据本公开实施例的风冷设备100并与浸没式液冷设备303设置在冷却系统中。随着业务的不断发展，在数据中心的规模后期需要扩大时，只是需要增加所需要的服务器并将服务器设置在设置有冷却液的浸没式液冷设备303中，并将不能液冷的电子设备 200设置在风冷设备100中即可，而不需要重新设计和制造整个液冷系统，从而有效地降低了数据中心初投资和整体运营成本，也使得数据中心的调整变得更加简单且灵活。

当然，在一些替代的实施例中，也可以仅部署与诸如服务器的电子设备200的数目对应量的风冷设备100和液冷设备，使这些风冷设备100的冷却接口1022和液冷设备的冷源接口与其中一部分预留接口耦合从而对这些电子设备200进行有效冷却。随着业务量的增加，当需要增加服务器时，只需要增加电子设备200并根据增加的电子设备200的数目相应地增加风冷设备100和液冷设备的数量，并使风冷设备100的冷却接口1022和液冷设备的冷源接口与剩余的预留接口耦合，直至最终完成整个液冷系统的部署。

此外，在部署本公开实施例的模块化风冷设备100时，不再需要额外的冷量分配单元，而只需要将冷却介质通过冷却接口1022与本风冷设备100连接即可，这显著简化了冷却系统的设计和部署难度，从而有效地提高了效率并降低了成本。

在一些实施例中，为了进一步简化部署，冷却系统还可以包括基座304。基座304上的预定位置可以设置用于设置风冷设备100和液冷设备的槽或者接纳部，以及对应的预留接口。以此方式，在需要部署风冷设备100和液冷设备时，只需要将风冷设备100和液冷设备设置在基座304的接纳部中，并将其冷却接口1022或冷源接口与对应的预留接口连接即可，由此进一步简化了冷却系统的部署。

例如，在进行电子设备200的大规模集群部署时，可以提前在数据中心设置基座304，并将外部冷源302、冷却介质循环装置301以及预留接口调试完成。数据中心建设初期可以只使用较少数目的电子设备200来满足初期较小业务量的需求。随着业务的不断发展，可以再采购电子设备200并将其部署到冷却系统中来由此完成整个系统的部署。通过采用基座304，可以进一步缩短数据中心的部署时间，并提高部署效率。

上文中将结合图4和图5来描述风冷设备100和液冷设备303一起部署在数据中心的冷却系统的实施例。应当理解的是，在一些实施例中，根据不同的需求，多个根据本公开实施例的风冷设备100也可以独立于液冷设备303部署在风冷冷却系统中，由于风冷设备100的模块化设计，这样部署也能够提高风冷冷却系统的部署效率。例如，在数据中心建设前期电子设备数目较少并且发热量相对较少的情况下，可以先将冷却系统部署成纯风冷冷却系统。随着数据中心的不断发展以及电子设备发热量的不断增加，为了满足冷却要求，由于风冷设备100和液冷设备303具有相同的尺寸和冷却接口，可以在风冷冷却系统中增加液冷设备303或者将一部分风冷设备101替换成液冷设备303以形成前文中提到的混合冷却系统。以此方式，提高了数据中心部署的灵活度，并且能够降低数据中心的前期投入成本。

应当理解，本公开的以上详细实施例仅仅是为了举例说明或解释本公开的原理，而不是限制本公开。因此，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替代、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。同时，本公开所附的权利要求旨在覆盖落入权利要求的范围和边界或范围和边界的等同物内的所有变化和修改。

Claims (19)

1.一种模块化风冷设备，其特征在于，包括：

风冷箱(101)，适于密封地容纳待冷却的预定数目的电子设备(200)；以及

换热单元(102)，耦合至所述风冷箱(101)并且包括：

壳体，密封地包围换热室(1024)，所述换热室(1024)与所述风冷箱(101)的内部密封地连通，以允许空气在所述电子设备(200)的风扇的作用下在所述风冷箱(101)的内部和所述换热室(1024)之间循环；

换热器(1021)，布置在所述换热室(1024)中，并且包括用于供循环的所述空气流通的通路；以及

冷却接口(1022)，至少部分地布置所述壳体上，并且适于供冷却介质在外部冷源(302)和所述换热器(1021)内部连通，以冷却流经所述换热器(1021)的空气。

2.根据权利要求1所述的模块化风冷设备，其特征在于，还包括：

安装架(103)，用于接纳所述风冷箱(101)和所述换热单元(102)，以使得所述换热单元(102)邻近所述风冷箱(101)而布置至所述风冷箱(101)的一侧。

3.根据权利要求2所述的模块化风冷设备，其特征在于，所述换热单元(102)可拆卸地接纳在所述安装架(103)中。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的模块化风冷设备，其特征在于，所述预定数目的电子设备(200)沿排列方向布置在所述风冷箱(101)中，并且

所述风冷箱(101)和所述换热单元(102)沿所述排列方向布置，并且所述模块化风冷设备在所述排列方向上的尺寸(W)不大于所述模块化风冷设备的高度(H)的1.5倍。

5.根据权利要求4所述的模块化风冷设备，其特征在于，所述模块化风冷设备在所述排列方向上的尺寸(W)小于所述模块化风冷设备的高度(H)。

6.根据权利要求4所述的模块化风冷设备，其特征在于，所述模块化风冷设备在所述排列方向上的尺寸(W)小于所述模块化风冷设备的高度(H)的二分之一。

7.根据权利要求1-3、5和6中任一项所述的模块化风冷设备，其特征在于，所述换热单元(102)还包括：

冷水机(1023)，布置至所述换热室(1024)中，并且连接在所述冷却接口(1022)和所述换热器(1021)之间，以将从所述外部冷源(302)进入所述换热器(1021)的冷却介质的温度调节至预定温度以下。

8.根据权利要求1-3、5和6中任一项所述的模块化风冷设备，其特征在于，还包括：

循环通孔，布置至所述风冷箱(101)和所述换热室(1024)之间，以供所述空气在所述风冷箱(101)和所述换热室(1024)之间流通。

9.根据权利要求8所述的模块化风冷设备，其特征在于，所述循环通孔包括：

上开孔(1041)，在竖直方向上布置在或延伸到所述电子设备(200)的顶部以上；以及

下开孔(1042)，在竖直方向上布置在或延伸到所述电子设备(200)的底部以下。

10.根据权利要求1-3、5、6和9中任一项所述的模块化风冷设备，其特征在于，所述冷却接口(1022)包括至少两套冷却接口。

11.根据权利要求1-3、5、6和9中任一项所述的模块化风冷设备，其特征在于，所述风冷箱(101)包括：

风冷槽(1011)，用于容纳所述预定数目的电子设备(200)并且具有用于操作电子设备(200)的顶部开口；以及

盖体(1012)，耦合至所述风冷槽(1011)以密封所述风冷槽(1011)的顶部开口。

12.根据权利要求11所述的模块化风冷设备，其特征在于，所述风冷槽(1011)还包括底侧开口以及密封地覆盖所述底侧开口的挡板，并且

所述盖体(1012)和所述挡板能够被自动或手动地打开以通过所述顶部开口和所述底侧开口来实现紧急散热。

13.根据权利要求11所述的模块化风冷设备，其特征在于，所述盖体(1012)通过铰链而被可转动地耦合至所述风冷槽(1011)。

14.一种冷却系统(300)，用于电子设备(200)，其特征在于，包括：

至少一个根据权利要求1-13中任一项所述的模块化风冷设备(100)；以及

冷却介质循环装置(301)，耦合至所述至少一个模块化风冷设备的冷却接口(1022)，并且适于使冷却介质在外部冷源(302)和所述换热器(1021)内部之间循环。

15.根据权利要求14所述的冷却系统(300)，其特征在于，所述至少一个模块化风冷设备(100)包括多个模块化风冷设备，并且

所述冷却系统(300)还包括多个预留接口，所述多个预留接口适于耦合至所述冷却接口(1022)。

16.根据权利要求15所述的冷却系统(300)，其特征在于，还包括：

基座(304)，包括设置在预定位置的多个接纳部，用于设置所述多个模块化风冷设备，所述多个接纳部与所述多个预留接口相对应。

17.根据权利要求14-16中任一项所述的冷却系统(300)，其特征在于，还包括：

多个浸没式液冷设备(303)，所述浸没式液冷设备(303)适于冷却浸没在其中的电子设备，并且尺寸与所述模块化风冷设备的尺寸相同，所述浸没式液冷设备(303)适于与所述模块化风冷设备(100)可互换地布置在所述冷却系统(300)中。

18.一种冷却系统(300)，用于大规模集群部署，其特征在于，包括：

基座(304)，包括设置在预定位置的多个接纳部；

多个预留接口，与所述多个接纳部的位置相对应；

冷却介质循环装置(301)，配置在所述多个预留接口和外部冷源(302)之间；

多个根据权利要求1-13中任一项所述的模块化风冷设备(100)，被布置在所述多个接纳部的一部分中，所述模块化风冷设备的冷却接口耦合至所述多个预留接口；以及

多个浸没式液冷设备(303)，被布置在所述多个接纳部的另一部分中，并且各自包括耦合至所述预留接口的冷源接口。

19.根据权利要求18所述的冷却系统(300)，其特征在于，所述模块化风冷设备(100)和所述浸没式液冷设备(303)具有相同的尺寸。

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