DE202015009367U1

DE202015009367U1 - Kühlen elektronischer Geräte in einem Rechenzentrum

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Publication number: DE202015009367U1
Application number: DE202015009367.1U
Authority: DE
Original assignee: Google LLC
Current assignee: Google LLC
Priority date: 2014-09-23
Filing date: 2015-09-03
Publication date: 2017-04-13
Anticipated expiration: 2025-09-04
Also published as: US9552025B2; EP3199006B8; HK1257087A1; CN106489308A; US20160085277A1; CN108770297B; EP3199006B1; CN108770297A; DE112015004333B4; EP3199006A1; GB2545106B; CN106489308B; WO2016048616A1; GB201621540D0; US9961803B2; GB2545106A; US20180235108A1; DK3199006T3; DE112015004333T5; US10542641B2

Abstract

Kühlsystem für ein Rechenzentrum, umfassend: Thermosiphon, Folgendes umfassend: einem Verdampfer; einen Kondensator; und mindestens eine Leitung, die zwischen dem Verdampfer und dem Kondensator gekoppelt ist, um ein Arbeitsfluid zwischen dem Verdampfer und dem Kondensator zu transportieren; ein Stellglied, das mit dem Thermosiphon verbunden ist; und einen Controller, der mit dem Stellglied gekoppelt und so konfiguriert ist, dass er das Stellglied steuert, um einen Flüssigkeitspegel des Arbeitsfluids in dem Verdampfer zumindest teilweise auf einen Parameter einzustellen, der mit einer Wärmebelastung von einem oder mehreren wärmeerzeugenden Geräten des Rechenzentrums verbunden ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Dieses Dokument bezieht sich auf Systeme zur Kühlung elektronischer Geräte wie beispielsweise Computerserverracks und zugehörige Ausstattung in Rechenzentren.
HINTERGRUND
Computernutzer achten oft auf die Geschwindigkeit von Mikroprozessoren in Rechnern (z.B. Megahertz und Gigahertz). Viele vergessen, dass diese Geschwindigkeit mit Kosten und höherem Stromverbrauch verbunden ist. Dieser Stromverbrauch erzeugt auch Wärme. Das basiert auf einfachen physikalischen Gesetzen, der gesamte Strom muss irgendwo hin und dieses „Irgendwo“ ist letztendlich die Umwandlung in Wärme. Ein Paar auf eine Hauptplatine montierte Mikroprozessoren können Hunderte Watt oder mehr Strom verbrauchen. Multiplizieren Sie diese Zahl mit mehreren Tausend (oder Zehntausenden), die durch die vielen Computer in einem großen Datenzentrum entstehen und die Wärmemenge kann schnell eingeschätzt werden, die erzeugt werden kann. Die Auswirkungen des verbrauchten Stroms durch die kritische Belastung im Datenzentrum werden verstärkt, wenn alle erforderlichen Zusatzgeräte integriert werden, um die kritische Belastung zu unterstützen.
Viele Techniken können verwendet werden, um elektronische Geräte (beispielsweise Prozessoren, Speicher, Netzwerkgeräte und andere wärmeerzeugende Geräte) zu kühlen, die sich auf einem Server oder Netzwerkrackfach befinden. Zum Beispiel kann erzwungene Konvektion erzeugt werden, indem ein Kühlluftstrom über den Geräten bereitgestellt wird. Ventilatoren, die sich in der Nähe der Geräte befinden, Ventilatoren in Computer-Serverräumen und/oder Ventilatoren im Kanalsystem in fließender Kommunikation mit der Luftumgebung der Elektronikgeräte, können den Kühlluftstrom ins Ablagefach leiten, auf dem sich die Geräte befinden. In einigen Fällen befinden sich ein oder mehrere Bauteile oder Geräte auf einem Server-Ablagefach, dessen Bereich schwierig zu kühlen ist; zum Beispiel in einem Bereich, wo die erzwungene Konvektion nicht besonders wirksam bzw. nicht verfügbar ist.
Die Folge einer unangemessenen und/oder unzureichenden Kühlung kann der Ausfall von einem oder mehreren Geräten im Fach sein, wenn die Temperatur des Geräts die maximale Nenntemperatur überschreitet. Während bestimmte Redundanzen in einem Computer Datenzentrum, einem Serverrack und sogar bei einzelnen Ablagekästen integriert sind, kann die Störung eines Gerätes aufgrund von Überhitzung zu hohen Kosten in Bezug auf Geschwindigkeit, Leistung und Ausgaben führen.
Thermosiphons sind Wärmetauscher, die mit einem Fluid funktionieren, das einer Phasenänderung unterliegt. Eine Flüssigform des Fluids wird in einem Verdampfer vaporisiert und Wärme wird durch den Dampf des Fluids vom Verdampfer zu einem Kondensator geleitet. Im Kondensator verdampft der Dampf und das Fluid wird dann durch die Gravitationskraft zum Verdampfer geleitet. Deshalb zirkuliert das Fluid zwischen Verdampfer und Kondensator ohne Notwendigkeit, eine mechanische Pumpe zu verwenden.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Offenbarung beschreibt ein Kühlsystem, zum Beispiel für elektronische Geräte (z. B. Server, Prozessoren, Speicher, Netzwerkgeräte oder auf andere Weise) in einem Rechenzentrum, die an einem Gestell angebracht sind. In verschiedenen offenen Ausführungsformen beinhaltet das Kühlsystem ein Thermosiphonsystem, das einen Kondensator, einen Verdunster und eine Leitung aufweist, die zwischen ihnen flüssig gekoppelt ist. Das Thermosiphonsystem ist thermisch mit den elektronischen Geräten gekoppelt, sodass die Wärme, die durch solche Geräte erzeugt wird, auf ein Arbeitsfluid in dem Verdampfer übertragen wird, das das Arbeitsfluid verdampft. Das verdampfte Arbeitsfluid bewegt sich zum Kondensator, wo es die übertragene Wärme (z. B. Luft oder Luftstrom um den Kondensator) freigibt und zu einer Flüssigkeit kondensiert. Das Thermosiphonsystem oder ein Teil davon ist auf der Basis eines erfassten oder gemessenen Parameters einstellbar, der mit einer Wärmebelastung oder einer Leistungsbelastung der elektronischen Vorrichtungen verbunden ist. In einigen Ausführungsformen sind eine oder mehrere Komponenten des Thermosiphonsystems einstellbar, um den Flüssigkeitsspiegel des Arbeitsfluids im Verdampfer zumindest teilweise auf dem erfassten oder gemessenen Parameter einzustellen und/oder aufrechtzuerhalten.
In einer exemplarischen Implementierung beinhaltet ein Rechenzentrumskühlsystem einen Thermosiphon, ein mit dem Thermosiphon gekoppelten Stellglied und einen Regler. Der Thermosiphon beinhaltet einen Verdampfer; einen Kondensator; und mindestens eine Leitung, die zwischen dem Verdampfer und dem Kondensator gekoppelt ist, um ein Arbeitsfluid zwischen dem Verdampfer und dem Kondensator zu transportieren. Der Regler ist mit dem Stellglied gekoppelt und konfiguriert, um das Stellglied zu betätigen, um einen Flüssigkeitspegel des Arbeitsfluids in dem Verdampfer zumindest teilweise auf einen Parameter einzustellen, der mit einer Wärmebelastung eines oder mehrerer Heizgeräte des Rechenzentrums verbunden ist.
In einem ersten Aspekt, der mit der allgemeinen Implementierung kombinierbar ist, beinhaltet das Stellglied eine Höhenverstelleinheit, die mit dem Kondensator gekoppelt ist.
In einem zweiten Aspekt, der mit einer der vorhergehenden Aspekte kombinierbar ist, ist die Höhenverstellanordnung an dem Kondensator angebracht und angeordnet, um eine Position des Kondensators einzustellen, damit ein vertikaler Abstand zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer, zumindest teilweise auf der Basis des ermittelten Parameters, eingestellt werden kann.
In einem dritten Aspekt, der mit irgendeinem der vorangehenden Aspekte kombinierbar ist, ist die Höheneinstellanordnung an dem Kondensator angebracht und so gestaltet, dass der Kondensator zumindest teilweise auf der Basis des ermittelten Parameters, geschwungen werden kann.
In einem vierten Aspekt, der mit einer der vorangehenden Aspekte kombinierbar ist, ist eine Kombination des Reglers und der Höheneinstellanordnung als ein Bimetallelement in Kontakt mit wenigstens einem des Kondensators oder der Leitung angeordnet und das Bimetallelement so angeordnet ist, um die Position des Kondensators verstellen zu können, sodass ein vertikaler Abstand zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer, zumindest teilweise auf der Basis des ermittelten Parameters, eingestellt werden kann. Der Parameter beinhaltet eine Temperaturdifferenz zwischen einer Temperatur des Kondensators oder der Leitung und einer Referenztemperatur.
In einem fünften Aspekt, der mit einem der vorhergehenden Aspekte kombinierbar ist, ist eine Kombination des Reglers und der Höhenverstellaufbaus als ein Phasenänderungsmotor in Kontakt mit dem Kondensator eingerichtet, und der Phasenänderungsmotor ist so angeordnet, dass die Position des Kondensators verstellt werden kann, um einen vertikalen Abstand zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer, zumindest teilweise auf der Basis des ermittelten Parameters, eingestellt werden kann. Der Parameter beinhaltet eine Temperatur des Kondensators relativ zu einer Temperatur eines Phasenänderungsmaterials des Phasenänderungsmotors.
In einem sechsten Aspekt, der mit einem der vorhergehenden Aspekte kombinierbar ist, beinhaltet das Stellglied einen Kolben, der in einem Arbeitsvolumen des Kondensators montiert ist.
In einem siebten Aspekt, der mit deinem der vorhergehenden Aspekte kombinierbar ist, ist der Kolben so angeordnet, dass er in dem Kondensator schwingt, um das Arbeitsvolumen, zumindest teilweise auf der Basis des ermittelten Parameters, einzustellen.
In einem achten Aspekt, der mit einem der vorhergehenden Aspekte kombinierbar ist, ist der Kolben so angeordnet, dass er den Kondensator, zumindest teilweise auf der Basis des ermittelten Parameters, schwingt.
In einem neunten Aspekt, der mit einem der vorhergehenden Aspekte kombinierbar ist, weist das Stellglied eine Winkeleinstellanordnung auf, die mit dem Kondensator gekoppelt ist.
In einem zehnten Aspekt, der mit einem der vorhergehenden Aspekte kombinierbar ist, ist die Winkeleinstellanordnung an dem Kondensator angebracht und angeordnet, um den Kondensator, zumindest teilweise auf der Basis des ermittelten Parameters, zu drehen oder zu schwenken.
In einem elften Aspekt, der mit irgendeinem der vorhergehenden Aspekte kombinierbar ist, ist die Winkeleinstellanordnung so angeordnet, dass sie den Kondensator, zumindest teilweise auf der Basis des ermittelten Parameters, schwingt.
In einem zwölften Aspekt, der mit irgendeinem der vorstehenden Aspekte kombinierbar ist, beinhaltet die Leitung eine Flüssigkeitsleitung und eine Dampfleitung, und das Stellglied beinhaltet ein Ventil, das in der Flüssigkeitsleitung positioniert ist.
In einem dreizehnten Aspekt, der mit irgendeinem der vorangehenden Aspekte kombinierbar ist, ist das Ventil angeordnet, um in Richtung einer geschlossenen Position oder einer offenen Position einzustellen, die zumindest teilweise auf dem Parameter basiert.
In einem vierzehnten Aspekt, der mit einem der vorstehenden Aspekte kombinierbar ist, weist das Stellglied eine Vibrationsanordnung auf, die mit dem Kondensator gekoppelt ist und angeordnet ist, um den Kondensator, zumindest teilweise auf der Basis des ermittelten Parameters, zu schwingen.
In einem fünfzehnten Aspekt, der mit einem der vorhergehenden Aspekte kombinierbar ist, verbindet die Leitung den Verdampfer und den Kondensator in einem Abwärtswinkel relativ zur Schwerkraft vom Kondensator zum Verdampfer.
In einem sechzehnten Aspekt, der mit einem der vorhergehenden Aspekte kombinierbar ist, ist die Leitung flexibel.
In einem siebzehnten Aspekt, der mit irgendeinem der vorangehenden Aspekte kombinierbar ist, beinhaltet der Parameter mindestens eine der folgenden Eigenschaften: eine Lufttemperatur angrenzend zur Gestelleinrichtung, eine Lufttemperatur angrenzend an den Kondensator, eine Temperatur von einem oder mehreren wärmeerzeugenden Computergeräten im Rechenzentrum, eine Temperatur einer Hauptplatine, die einen oder mehrere wärmeerzeugende Computer des Rechenzentrums unterstützt, den Flüssigkeitspegel des Arbeitsfluids in dem Verdampfer, einen Druck des Arbeitsfluids, eine Temperatur des Arbeitsfluids, einen Leistungsverbrauch einer oder mehrerer wärmeerzeugende Computer des Rechenzentrums, eine Frequenz der einen oder mehreren wärmeerzeugende Computer des Rechenzentrums oder eine Anwendung von einer oder mehrerer der wärmeerzeugenden Computer des Rechenzentrums.
Ein achtzehnter Aspekt, der mit einem der vorhergehenden Aspekte kombinierbar ist, beinhaltet des Weiteren ein Dochtwirkungsmaterial, das in der Leitung zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer montiert ist.
In einem neunzehnten Aspekt, der mit einem der vorhergehenden Aspekte kombinierbar ist, beinhaltet der Verdampfer eine Basis und ein Gehäuse, die eine Kammer für das Arbeitsfluid definieren; und eine Vielzahl von Lamellen, die vollständig mit der Basis ausgestaltet sind und sich von der Basis in die Kammer erstrecken.
In einer anderen Erzeugungsimplementierung beinhaltet ein Verfahren zum Kühlen von wärmeerzeugenden Geräten des Datenzentrum das Zirkulieren eines Arbeitsfluids zwischen einem Verdampfer eines Thermosiphons und einem Kondensator des Thermosiphons in einer nach unten abgewinkelten Leitung, die den Verdampfer und den Kondensator flüssig koppelt, wobei das Arbeitsfluid ein Gas beinhaltet, wenn es vom Verdampfer an den Kondensator umgewälzt wird, und eine Flüssigkeit, wenn es vom Kondensator zum Verdampfer umgewälzt wird; sowie das Kühlen, basierend auf dem Umwälzen, eines oder mehrerer wärmeerzeugender Geräte in thermischer Verbindung mit dem Verdampfer; Bestimmen eines Parameters, der mit einer Wärmebelastung von mindestens einer der Wärmeerzeugungsvorrichtungen assoziiert ist; und Betreiben eines Stellglieds, das mit dem Thermosiphon gekoppelt ist, um einen Flüssigkeitspegel des Arbeitsfluids in dem Verdampfer einzustellen, zumindest teilweise auf der Basis des gemessenen Parameters.
In einem ersten Aspekt, der mit der allgemeinen Implementierung kombinierbar ist, beinhaltet das Bedienen eines Stellglieds das Betreiben einer Höhenverstellungsbaugruppe, die mit dem Kondensator gekoppelt ist, um eine Position des Kondensators einzustellen, sodass ein vertikaler Abstand zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer, zumindest teilweise auf Basis des festgelegten Parameters, eingestellt werden kann.
In einem zweiten Aspekt, der mit einem der vorstehenden Aspekte kombinierbar ist, beinhaltet das Bedienen des Stellglieds ferner das Betreiben der Höheneinstellanordnung, um den Kondensator, zumindest teilweise auf der Basis des ermittelten Parameters, zu schwingen.
In einem dritten Aspekt, der mit einem der vorhergehenden Aspekte kombinierbar ist, beinhaltet das Betätigen eines Stellgliedes das Einstellen einer Stellung des Kondensators mit einem Bimetallelement, das mit dem Kondensator oder der Leitung in Kontakt steht, um einen vertikalen Abstand zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer einzustellen, was zumindest teilweise, auf dem bestimmten Parameter basiert. Der ermittelte Parameter beinhaltet eine Temperaturdifferenz zwischen einer Temperatur des Kondensators oder der Leitung und einer Referenztemperatur.
In einem vierten Aspekt, der mit einem der vorhergehenden Aspekte kombinierbar ist, beinhaltet das Betreiben eines Stellgliedes das Einstellen einer Position des Kondensators mit einem Phasenänderungsmotor, der mit dem Kondensator in Kontakt steht, wobei der Phasenänderungsmotor angebracht ist, um eine Position des Kondensators einzustellen, sodass ein vertikaler Abstand zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer, zumindest teilweise auf der Basis des ermittelten Parameters, eingestellt werden kann. Der ermittelte Parameter enthält eine Temperatur des Kondensators relativ zu einer Temperatur eines Phasenänderungsmaterials des Phasenänderungsmotors.
In einem fünften Aspekt, der mit einem der vorstehenden Aspekte kombinierbar ist, beinhaltet das Betätigen eines Stellglieds das Bewegen eines Kolbens, der in einem Arbeitsvolumen des Kondensators montiert ist, um das Arbeitsvolumen, zumindest teilweise auf der Basis des ermittelten Parameters, einzustellen.
In einem sechsten Aspekt, der mit einem der vorherigen Aspekte kombinierbar ist, beinhaltet das Betätigen des Stellglieds ferner das Vibrieren des Kondensators mit dem Kolben, zumindest teilweise auf der Basis des ermittelten Parameters.
In einem siebten Aspekt, der mit einem der vorangehenden Aspekte kombinierbar ist, beinhaltet das Betreiben eines Stellglieds das Drehen oder Schwenken des Kondensators mit einer Winkeleinstellanordnung, die, zumindest teilweise auf der Basis des ermittelten Parameters, mit dem Kondensator gekoppelt ist.
In einem achten Aspekt, der mit einem der vorhergehenden Aspekte kombinierbar ist, beinhaltet das Betätigen des Stellglieds ferner das Vibrieren des Kondensators mit der Winkeleinstellanordnung, zumindest teilweise auf der Basis des ermittelten Parameters.
In einem neunten Aspekt, der mit einem der vorhergehenden Aspekte kombinierbar ist, beinhaltet die Leitung eine Flüssigkeitsleitung und eine Dampfleitung und das Stellglied umfasst ein Ventil, das sich in der Flüssigkeitsleitung befindet.
In einem zehnten Aspekt, der mit einem der vorangehenden Aspekte kombinierbar ist, beinhaltet das Betreiben eines Stellglieds das Verstellen des Ventils, zumindest teilweise auf der Basis des ermittelten Parameters.
In einem elften Aspekt, der mit einem der vorangehenden Aspekte kombinierbar ist, beinhaltet das Betreiben eines Stellglieds das Vibrieren des Kondensators, zumindest teilweise auf der Basis des ermittelten Parameters.
In einem zwölften Aspekt, der mit einem der vorangehenden Aspekte kombinierbar ist, beinhaltet der Parameter mindestens eine der folgenden Eigenschaften: eine Lufttemperatur angrenzend zur Gestelleinrichtung, eine Lufttemperatur angrenzend an den Kondensator, eine Temperatur des wärmeerzeugenden Geräts, eine Temperatur einer Oberfläche, die das wärmeerzeugende Gerät stützt(trägt), dem Flüssigkeitsniveau des Arbeitsfluids im Verdampfer, einem Druck des Arbeitsfluids, einer Temperatur des Arbeitsfluids, einem Leistungsverbrauch des wärmeerzeugenden Geräts, einer Frequenz der des wärmeerzeugenden Geräts oder einer Anwendung des wärmeerzeugenden Geräts.
In einer anderen allgemeinen Implementierung beinhaltet ein Thermosiphonkühlsystem für eine gestellmontierte Vorrichtung in einem Datenzentrum einen Verdampfer; einen mit dem Verdampfer gekoppelten Kondensator mit einem Fluidweg, der vom Kondensator zum Verdampfer nach unten geneigt ist; ein Arbeitsfluid, das in dem Verdampfer, dem Kondensator und dem Fluidweg eingeschlossen ist; eine Einrichtung zum Bestimmen wenigstens eines Parameters, der mit einer Wärmemenge verknüpft ist, die durch die Gestelleinheit erzeugt wird; und ein Gerät zum Einstellen eines Flüssigkeitsniveaus des Arbeitsfluids in dem Verdampfer, zumindest teilweise auf dem Parameter basierend, der mit der Wärmemenge verbunden ist, die durch die Gestelleinheit erzeugt wird.
In einem ersten Aspekt, der mit der allgemeinen Implementierung kombinierbar ist, beinhaltet das Einstellen eines Flüssigkeitsniveaus des Arbeitsfluids in dem Verdampfer Möglichkeiten zum Vibrieren des Kondensators.
In einem zweiten Aspekt, der mit einem der vorhergehenden Aspekte kombinierbar ist, weist die Möglichkeit zum Einstellen eines Flüssigkeitsniveaus des Arbeitsfluids in dem Verdampfer Mittel zum Einstellen eines vertikalen Abstands zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer auf.
In einem dritten Aspekt, der mit einem der vorstehenden Aspekte kombinierbar ist, weist die Einrichtung zum Einstellen eines Flüssigkeitsniveaus des Arbeitsfluids in dem Verdampfer Mittel zum Einstellen einer Rate von Flüssigkeit auf, die in dem Fluidpfad von dem Kondensator zum Verdampfer strömt.
In einem vierten Aspekt, der mit einem der vorangehenden Aspekte kombinierbar ist, beinhaltet der Parameter mindestens eine der folgenden Eigenschaften: eine Lufttemperatur angrenzend zum Gerät, eine Lufttemperatur angrenzend an den Kondensator, eine Temperatur der Oberfläche des am Gestell montierten Geräts, eine Temperatur des am Gestell montierten Geräts, den Flüssigkeitsspiegel des Arbeitsfluids im Verdampfer, einen Druck des Arbeitsfluids, eine Temperatur des Arbeitsfluids, den Energieverbrauch des am Gestell montierten Geräts, sowie das am Gestell montierten Gerät oder dessen Anwendung.
Ein fünfter Aspekt, der mit einem der vorstehenden Aspekte kombinierbar ist, beinhaltet ferner einen Ventilator, der aufgestellt ist, um einen Luftstrom über den Kondensator zu zirkulieren.
Ein sechster Aspekt, der mit einem der vorstehenden Aspekte kombinierbar ist, beinhaltet ferner eine oder mehrere Wärmeübertragungsflächen, die an dem Kondensator angebracht sind.
In einer anderen allgemeinen Implementierung beinhaltet eine Server-Tray-Unterbaugruppe eine Hauptplatine; eine Vielzahl von wärmeerzeugenden elektronischen Geräten, die auf der Hauptplatine montiert sind; einen Thermosiphon, der auf der Hauptplatine montiert ist; und ein Steuersystem. Der Thermosiphon beinhaltet einen Verdampfer in Wärmeübertragungsverbindung mit einer Vielzahl von wärmeerzeugenden elektronischen Geräten; einen mit dem Verdampfer gekoppelten Kondensator und einer Fluidleitung, die vom Kondensator zum Verdampfer nach unten geneigt ist; und eine Mehrphasenflüssigkeit, die in dem Thermosiphon enthalten ist. Das Steuersystem beinhaltet eine Abtastgerät, das dazu dient, einen Wert zu erfassen, der mit einer Wärmemenge verbunden ist, die durch die Vielzahl von wärmeerzeugenden elektronischen Geräten erzeugt wird; und ein Stellglied, das operativ mit dem Thermosiphon gekoppelt ist, um eine Menge des mehrphasigen Fluids in dem Verdampfer zumindest teilweise auf dem erfassten Wert einzustellen.
In einem ersten Aspekt, der mit der allgemeinen Implementierung kombinierbar ist, ist das Stellglied betriebsmäßig mit dem Kondensator gekoppelt und so eingestellt, dass der Kondensator zumindest teilweise auf dem erfassten Wert eingestellt werden kann.
In einem zweiten Aspekt, der mit einem der vorhergehenden Aspekte kombinierbar ist, ist das Stellglied dazu eingestellt, wenigstens einen vertikalen Abstand zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer; ein Arbeitsvolumen des Kondensators; oder eine Winkelposition des Kondensators relativ zu der Hauptplatine, anzupassen.
In einem dritten Aspekt, der mit einem der vorhergehenden Aspekte kombinierbar ist, ist das Stellglied eingestellt den Kondensator zu schwingen.
In einem vierten Aspekt, der mit einem der vorhergehenden Aspekte kombinierbar ist, ist das Stellglied entsprechend eingestellt, einen Fluss einer flüssigen Phase des Mehrphasenfluids vom Kondensator zum Verdampfer, zumindest teilweise auf der Basis des erfassten Werts, einzustellen.
In einem fünften Aspekt, der mit einem der vorhergehenden Aspekte kombinierbar ist, beinhaltet das Stellglied ein Ventil, das in einer Flüssigkeitslinie der Fluidleitung angeordnet ist.
In einem sechsten Aspekt, der mit einem der vorhergehenden Aspekte kombinierbar ist, weist das Stellglied ein Dochtwirkungsmaterial auf, das in einer Flüssigkeitslinie der Fluidleitung eingefasst ist.
In einem siebten Aspekt, der mit einem der vorhergehenden Aspekte kombinierbar ist, ist die Leitung flexibel.
In einem achten Aspekt, der mit einem der vorangehenden Aspekte kombinierbar ist, beinhaltet der erfasste Wert mindestens eine der folgenden Eigenschaften: eine Lufttemperatur benachbart zu der Vielzahl von wärmeerzeugenden elektronischen Geräten, eine Lufttemperatur nahe dem Kondensator, eine Temperatur vieler wärmeerzeugender Geräte, eine Temperatur des Motherboards, ein Flüssigkeitsniveau des Mehrphasenfluids im Verdampfer, ein Druck des Mehrphasenfluids, eine Temperatur des Mehrphasenfluids, ein Leistungsverbrauch der Vielzahl von Wärmeerzeugungselektronik, einer Frequenz von einer oder mehreren der wärmeerzeugenden elektronischen Geräte oder die Anwendung einer oder mehrerer der wärmeerzeugenden elektronischen Geräte.
In einer anderen allgemeinen Implementierung beinhaltet ein Thermosiphon-Kühlsystem für ein am Gestell montiertes Gerät in einem Datenzentrum einen Verdampfer; einen mit dem Verdampfer gekoppelten Kondensator mit flexiblen Fluidpfad, der vom Kondensator zum Verdampfer nach unten geneigt ist; und ein Arbeitsfluid, das in dem Verdampfer, dem Kondensator und dem Fluidweg eingeschlossen ist. Der Verdampfer beinhaltet eine Basis; ein Gehäuse, das an der Basis ansteckbar ist, wobei die Basis und das Gehäuse eine Kammer für ein Arbeitsfluid definieren; und eine Wärmeübertragungsfläche, die vollständig mit der Basis ausgebildet ist und sich von der Basis in die Kammer erstreckt.
In einem ersten Aspekt, der mit der allgemeinen Implementierung kombinierbar ist, beinhaltet die Wärmeübertragungsoberfläche eine Vielzahl von Lamellen auf, die vollständig mit der Basis ausgebildet sind.
In einem zweiten Aspekt, der mit einem der vorhergehenden Aspekte kombinierbar ist, sind die Lamellen so bemessen, dass sie sich in die Kammer oberhalb eines Flüssigkeitsniveaus des Arbeitsfluids erstrecken.
In einem dritten Aspekt, der mit einem der vorhergehenden Aspekte kombinierbar ist, sind die Lamellen in im Wesentlichen parallelen Reihen gebildet.
In einem vierten Aspekt, der mit einem der vorhergehenden Aspekte kombinierbar ist, weist jede der Lamellen eine strukturierte äußere Oberfläche auf.
In einem fünften Aspekt, der mit einem der vorherigen Aspekte kombinierbar ist, ist die strukturierte äußere Oberfläche konzipiert eine Kapillarwirkung des Arbeitsfluids zu erleichtern.
In einem sechsten Aspekt, der mit irgendeinem der vorhergehenden Aspekte kombinierbar ist, umfasst die Basis eine Wanne, um flüssiges Arbeitsfluid aufzufangen.
Verschiedene Implementierungen eines Rechenzentrumkühlsystems gemäß der vorliegenden Offenbarung können einige oder alle der folgenden Merkmale beinhalten. Zum Beispiel kann das Thermosiphonkühlsystem ein flexibleres und anpassungsfähigeres Kühlsystem als Reaktion auf sich ändernde Kühlanforderungen eines Serverfachs, Komponenten auf dem Serverfach (z. B. CPU, Speicher oder anderes), ein Netzwerkschacht oder anderes Computersystem in einem Rechenzentrum bereitstellen. Beispielsweise kann das Thermosiphonsystem den Kühlanforderungen genauer entsprechen, wodurch die Effizienz des Kühlsystems erhöht wird, während eine Überkühlung von bestimmten Komponenten minimiert wird. In einigen exemplarischen Ausführungsformen kann das Thermosiphonkühlsystem einen verbesserten Wirkungsgrad bei niedrigeren erforderlichen Kühlleistungen (z. B. geringere Wärme, die durch die Komponenten erzeugt wird) aufweisen. Das Thermosiphonkühlsystem kann auch eine erhöhte Kühlkapazität bei höheren erforderlichen Kühlleistungen aufweisen (z. B. höhere Wärme, die durch die Komponenten auf dem Server-Tray erzeugt wird). Als weiteres Beispiel kann das Thermosiphonkühlsystem für uns Flexibilität in mehreren Generationen von wärmeerzeugenden Komponenten bereitstellen, während dieselben Teile und Herstellungsverfahren verwendet werden.
Verschiedene Implementierungen eines Rechenzentrumkühlsystems gemäß der vorliegenden Offenbarung können ein, einige oder alle der folgenden Merkmale beinhalten. Das Thermosiphonsystem kann in den begrenzten waagerechten und senkrechten Raum des Serverracks hineinpassen. Eine dünne Fluidschicht kann im Verdampfer über dem Bereich aufrechterhalten werden, an dem der Verdampfer das Elektronikgerät berührt, dadurch wird der Wärmewiderstand des Verdampfers verringert, damit die Wärme des Elektronikgerätes aufgenommen wird. Zusätzlich kann die Wahrscheinlichkeit einer Überflutung dieses Bereichs gesenkt werden, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls des Thermosiphonsystems aufgrund einer erhöhten Wärmebeständigkeit verringert wird.
Die Details einer oder mehrerer Ausführungsformen sind in den begleitenden Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt. Andere Merkmale, Objekte und Vorteile sind anhand der Beschreibung und den Zeichnungen sowie anhand der Patentansprüche ersichtlich.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 veranschaulicht eine Seitenansicht eines Serverracks und eine Serverrack-Unterbaugruppe, die so konfiguriert ist, damit sie im Rack montiert werden kann;
2A–2B zeigen schematische Seiten- bzw. Draufsichten einer Server-Rack-Unterbaugruppe, die eine exemplarische Implementierung eines Thermosiphonkühlsystems umfasst;
3A–3B zeigen schematische Seiten- bzw. Draufsichten einer Server-Rack-Unteranordnung, die eine andere exemplarische Implementierung eines Thermosiphonkühlsystems umfasst;
4A–4B zeigen schematische Seiten- bzw. Draufsichten einer Server-Rack-Unterbaugruppe, die eine andere exemplarische Implementierung eines Thermosiphonkühlsystems beinhaltet;
5 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Server-Rack-Unterbaugruppe, die eine andere exemplarische Implementierung eines Thermosiphon-Kühlsystems beinhaltet;
6A–6B zeigen schematische Seiten- und Draufsichten eines Teils eines Thermosiphon-Kühlsystems;
7–8 sind Flussdiagramme, die exemplarische Verfahren zum Kühlen von wärmeerzeugenden Geräten in einem Datenzentrum mit einem Thermosiphon-Kühlsystem veranschaulichen; und
9 stellt ein schematisches Diagramm eines Computersystems dar, das für die Operationen verwendet werden kann, die in Verbindung mit einem der hierin beschriebenen computerimplementierten Verfahren beschrieben sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In diesem Dokument wird ein Thermosystem erörtert, das eingebaut werden kann, um einem elektronischen System, z. B. Computerteilen wie einem Prozessor oder Speicher, Wärme zu entziehen. Der Verdampfer des Thermosiphonsystems hat Verbindung mit dem elektronischen Gerät, sodass an ihm ein konduktiver Wärmeentzug stattfindet. Somit kann das Thermosiphonsystem als Kühlkörper für das Elektronikgerät fungieren, indem es die Wahrscheinlichkeit von Überhitzung und anschließendem Ausfall des Elektronikgerätes reduziert. Insbesondere kann das Thermosiphonsystem auf einer Serverrack-Unterbaugruppe montiert oder in diese zum Einbau in ein Serverrack integriert werden. Die Serverrack-Unterbaugruppe kann eine Anzahl an Wärme erzeugenden Elektronikgeräten enthalten oder unterstützen und der Verdampfer des Thermosiphonsystems kann mit einem oder mehreren Elektronikgeräten Kontakt haben. Zusätzlich kann das Thermosiphonsystem auf einer Bus-Leiterplatte, einer Tochterplatte und/oder anderen Platinen mit Wärme erzeugenden Elektronikgeräten montiert werden.
In einigen exemplarischen Ausführung können eine oder mehrere Komponenten des Thermosiphonsystems (z. B. dynamisch während des Betriebs) eingestellt werden, um einen Flüssigkeitspegel des Arbeitsfluids in dem Verdampfer einzurichten, um beispielsweise eine Wärmebelastung, die durch die elektronische Geräte erzeugt wird, besser anzupassen. In einigen Aspekten kann durch die Anpassung einer dynamischen Wärmebelastung der elektronischen Geräte das Thermosiphonsystem effizienter betrieben werden. Zum Beispiel kann das Thermosiphonsystem am effizientesten in einem „Dryout“-Zustand arbeiten, wobei das gesamte oder im Wesentlichen das gesamte flüssige Arbeitsfluid in dem Verdampfer durch Wärmeübertragung zu dem Verdampfer von der elektronischen Geräten verdampft wird. Da das elektronische Gerät keine konstante Wärmeleistung ausgeben kann (z. B. aufgrund von Änderungen der Betriebsgeschwindigkeit, der Frequenz, der Auslastung oder anderes), kann das Thermosiphonsystem, das dynamisch eingestellt ist, um im Dryout-Zustand (oder einem anderen erwünschten Betriebszustand) zu arbeiten, effizienter sein.
1 zeigt ein Beispielsystem 100, in diesem sind ein Serverrack 105, z. B. ein 13 Zoll oder 19 Zoll Serverrack und mehrere Serverrack-Unterbaugruppen 110 die innerhalb Rack 105 montiert sind. Obwohl ein Einzel-Serverrack 105 abgebildet ist, kann das Serverrack 105 eines von einer Anzahl an Serverracks innerhalb des Systems 100 sein, das eine Serverfarm oder Colocation-Einrichtung (Rechenzentrum) enthält, in dem verschiedene auf dem Rack montierte Computersysteme enthalten sind. Anstatt der gezeigten mehreren Serverrack-Unterbaugruppen 110 innerhalb von Rack 105, kann auch nur eine verbaut sein. Ganz allgemein weist das Serverrack 105 in systematischer und wiederholter Art und Weise mehrere Schlitze 107 im Serverrack 105 auf, wobei jeder Schlitz 107 ein Platz im Rack ist, in den eine entsprechende Serverrack-Unterbaugruppe 110 platziert und entfernt werden kann. Zum Beispiel kann die Serverrack-Unterbaugruppe auf Schienen 112 abgestützt werden, welche aus den entgegengesetzten Seiten von Rack 105 herausragen und somit ermöglichen, die Position der Schlitze 107 festzulegen.
Die Schlitze 107 und die Serverrack-Unterbaugruppen 110 können entsprechend der abgebildeten waagerechten Anordnung ausgerichtet werden (in Bezug auf die Gravitation). Alternativ können die Schlitze 107 und die Serverrack-Unterbaugruppen 110 senkrecht ausgerichtet werden (in Bezug auf die Gravitation), wobei dies eine gewisse Umgestaltung des weiter unten beschriebenen Verdampfer- und Kondensatoraufbaus erfordern würde. Im Falle waagerechter Ausrichtung der Schlitze, können sie in Rack 105 senkrecht, bei senkrechter Ausrichtung der Schlitze waagerecht im Rack 105 angeordnet sein.
Serverrack 105, als Bestandteil eines größeren Datenzentrums zum Beispiel, kann Datenverarbeitungs- und Speicherkapazität bereitstellen. Bei Betrieb kann ein Datenzentrum an ein Netzwerk angeschlossen werden und kann verschiedene Anfragen vom Netzwerk erhalten und beantworten, um somit die Daten zu verarbeiten, und/oder zu speichern. Bei Betrieb ermöglicht das Serverrack 105 zum Beispiel normalerweise die Kommunikation von Informationen über ein Netzwerk mit Benutzerschnittstellen, die durch Web Browser Anwendungen von Benutzern erzeugt werden, die Dienstleistungen anfordern, die von Applikationen bereitgestellt werden, die im Datenzentrum auf Computern laufen. Das Serverrack 105 kann einem Benutzer helfen, der einen Webbrowser benutzt, um im Internet auf Websites oder das World Wide Web zuzugreifen.
Die Serverrack-Unterbaugruppe 110 kann eine von einer Vielzahl von Strukturen sein, die auf einem Serverrack montiert werden können. Zum Beispiel kann in einigen Implementierungen, die Serverrack-Unterbaugruppe 110 ein „Ablagefach“ sein oder eine Ablagefach-Baugruppe, die gleitfähig in das Serverrack 105 eingesetzt werden kann. Der Begriff „Ablagefach“ ist nicht auf irgendeine besondere Anordnung begrenzt, sondern bezieht sich hier auf Hauptplatinen oder hauptplatinenähnliche, relativ flache Strukturen zu deren Montage in einer Rackstruktur. In einigen Implementierungen kann die Serverrack-Unterbaugruppe 110 ein Servergestell oder ein Servercontainer (z. B. Serverbox) sein. In einigen Implementierungen kann die Serverrack-Unterbaugruppe 110 ein Festplattenkäfig sein.
Unter Bezugnahme auf 2A bis 2B umfasst die Serverrack-Unterbaugruppe 110 einen Rahmen oder Käfig 120, eine Leiterplatte 122, z. B. eine Hauptplatine, die vom Rahmen 120 getragen wird, ein oder mehrere wärmeerzeugende elektronische Geräte 124, z. B. ein Prozessor oder Speicher, die auf der Leiterplatte 122 montiert sind, und ein Thermosiphonsystem 130. Ein oder mehrere Ventilatoren 126 können ebenfalls auf dem Rahmen 120 montiert werden.
Der Rahmen 120 kann einfach eine Flachstruktur enthalten oder sein, auf der die Hauptplatine 122 angeordnet ist, sodass der Rahmen 120 von den Technikern gefasst werden kann, indem die Hauptplatine auf ihren Platz geschoben wird und auf der Position im Rack 105 gehalten wird. Zum Beispiel kann die Serverrack-Unterbaugruppe 110 waagerecht im Serverrack 105 montiert werden, wie zum Beispiel durch Schieben des Rahmens 120 in den Schlitz 107 und über ein Paar Schienen in das Rack 105 auf den entgegengesetzten Seiten der Serverrack-Unterbaugruppe 110 — ähnlich wie beim Einschieben eines Lunchtabletts in ein Kantinengestell. Wenngleich in 2A bis 2B veranschaulichen den Verlauf des Rahmens 120 unterhalb der Hauptplatine 122. Der Rahmen kann andere Formen haben (z. B. durch Implementierung als umlaufender Rahmen um die Hauptplatine) oder kann beseitigt werden, so dass die Hauptplatine sich selbst in beispielsweise gleitenden Fassungen des Racks 105 befindet. Des Weiteren ist anzumerken, obwohl 2A veranschaulicht den Rahmen 120 als eine Flachplatte, der Rahmen 120 kann eine oder mehrere Seitenwände enthalten, die nach oben über die Kanten der Flachplatte herausragen, und die Flachplatte kann der Boden eines oben geschlossenen oder eines oben offenen Kastens oder Käfigs sein.
Die abgebildete Serverrack-Untergruppe 110 enthält eine Leiterplatte 122, z. B. eine Hauptplatine, auf der eine Vielfalt an Bauteilen montiert ist, einschließlich Wärme erzeugende Elektronikgeräte 124. Obwohl eine Hauptplatine 122 auf dem Rahmen 120 montiert abgebildet ist, können, in Abhängigkeit von Anforderungen der jeweiligen Anwendung, mehrere Hauptplatinen 120 auf ihm montiert werden. Bei einigen Anwendungen können einer oder mehrere Ventilatoren 126 auf dem Rahmen 120 platziert werden, sodass die Luft an der Vorderkante (links auf den 2A bis 2B) der Serverrack-Unterbaugruppe 110 näher an der Vorderseite des Racks 105 hereinkommt, wenn die Unterbaugruppe 110 im Rack 105 (siehe Darstellung) über der Hauptplatine 122 und über einigen wärmeerzeugenden Bauteilen auf der Hauptplatine 122 installiert ist, und diese Luft an der hinteren Kante (auf der rechten Seite) näher an der Rückseite des Racks 105 abgesaugt wird, wenn die Unterbaugruppe 110 im Rack 105 installiert ist. Der eine oder mehrere Ventilatoren 126 können am Rahmen 120 durch Klammern gesichert werden. So können die Ventilatoren 126 Luft in den Rahmenbereich 120 ziehen und diese nach Erwärmung aus Rack 105 ausstoßen. Eine Unterseite der Hauptplatine 122 kann vom Rahmen 120 durch eine Lücke getrennt werden.
Das Thermosiphonsystem 130 enthält einen Verdampfer 132, einen Kondensator 134, und eine Kondensat-/Dampfleitung 136 die den Verdampferbereich 132 mit dem Kondensator 134 verbindet. Der Verdampfer 132 berührt das Elektronikgerät 124, sodass Wärme durch Wärmeleitung vom Elektronikgerät 124 zum Verdampfer 132 entzogen wird. Beispielsweise befindet sich der Verdampfer 132 in einem leitenden thermischen Kontakt mit dem elektronischen Gerät 124. Insbesondere kontaktiert der Boden des Verdampfers 132 den oberen Bereich des Elektronikgerätes 124. Bei Betrieb wird durch die Wärme des Elektronikgerätes 124 ein Arbeitsfluid 148 zur Verdampfung im Verdampfer 132 hervorgerufen. Der Dampf geht durch die Kondensat-/Dampfleitung 136, besonders durch den Mitteldurchgang zum Kondensator 134. Wärme wird vom Kondensator 134 abgestrahlt, z. B. in die Luft um Kondensator 134 geblasen oder von einem oder mehreren Ventilatoren 126, die über dem Kondensator 134 verlaufen, geblasen oder gezogen, und führt dazu, dass das Arbeitsfluid 148 kondensiert. Wie in 2A kann sich der Kondensator 134 zwischen dem einen oder mehreren Ventilator(en) 126 des Verdampfers 132 befinden, könnte aber auch an einer gegenüberliegenden Seite eines oder mehrerer Ventilatoren 126 positioniert sein (z. B. in der Nähe einer Kante der Unterbaugruppe 110).
Wie in 2A, der Kondensat-/Dampfleitung 136 kann einen leichten (Nicht Null) Winkel haben, damit die Gravitation dafür sorgt, dass das kondensierte Arbeitsfluid 148 durch die Kondensat-/Dampfleitung 136 zurückfließt zum Verdampfer 132. Somit ist bei einigen Implantationen, mindestens ein Teil der Kondensat-/Dampfleitung 136 nicht parallel zur Hauptoberfläche des Rahmens 120. Zum Beispiel kann das Ende der Kondensatorseite der Kondensat-/Dampfleitung 136 ca. 1–5 mm sein, z. B. 2 mm über dem Ende der Kondensat-/Dampfleitung 136. Es ist jedoch ebenfalls möglich, dass die Kondensat-/Dampfleitung 136 waagerecht ist oder sogar einen leichten negativen Winkel (obwohl der positive Winkel die Gravitation ausnutzt, indem der Flüssigkeitsfluss des Kondensators zum Verdampfer verbessert wird) hat. Da mehrere Wärme erzeugende Elektronikgeräte auf einer einzigen Hauptplatine sein können, wo jeder Verdampfer einem einzigen Elektronikgerät entspricht. Wie in 2A ist ein erster Verdampfer 132 und ein zweiter Verdampfer 132 sowie ein erstes elektronisches Gerät 124 und ein zweites elektronisches Gerät 124. Die Kondensat/Dampfleitung 136, die den ersten Verdampfer mit dem zweiten Verdampfer verbindet, kann eben sein.
Während des Betriebs ist die Oberseite der Flüssigkeit 148 (als Flüssigkeit) im Kondensator 134 über der Oberseite der Flüssigkeitshöhe 148 im Verdampfer 132, z. B. von 1 bis 10 mm. Es kann einfacher sein, dieses mit einer Kondensat-/Dampfleitung 136 zu erreichen, die einen leichten (positiven nicht-Null) Winkel hat, jedoch ist die richtige Auswahl der thermischen und mechanischen Eigenschaften des Arbeitsfluids 148 in Hinsicht auf die zu erwarteten Wärmetransport Anforderungen für das Thermosiphonsystem 130 kann dieses immer noch erreicht werden für eine Kondensat-/Dampfleitung 136, die waagerecht oder in einem leichten negativen Winkel ist. Während des Betriebs kann die flüssige Phase eines Arbeitsfluids 148 einen Bodenabschnitt eines Innenvolumens der Kondensat/Dampfleitung 136 füllen, wobei sich der Bodenabschnitt von dem Kondensator 134 zum Verdampfer 132 erstreckt und eine Dampfphase des Arbeitsfluids 148 durch einen oberen Teil des Innenvolumens der Kondensat-/Dampfleitung 136 hindurchgehen, wobei sich der obere Teil von dem Kondensator 134 zum Verdampfer 132 erstreckt.
In einigen Implementierungen kann sich der Kondensator 134 auf einer Höhe über dem Verdampfer 132 befinden, derart, dass eine Flüssigphase des Arbeitsfluids 148 einen Teil eines Innenvolumens der Kondensat-/Dampfleitung 136 füllt, d. h. die Außendurchgänge, derart, dass während des Betriebs eine Oberseite der Flüssigphase einen Winkel hat, der nicht Null ist in Bezug zur waagerechten Form des Kondensators 132 zum Verdampfer 134 hat. Eine Dampfphase des Arbeitsfluids 148 kann durch einen Teil des Innenvolumens der Kondensator-/Dampfleitung 136, d. h. der Mitteldurchgang, der Teil der sich vom Kondensator 132 zum Verdampfer 134 erstreckt.
2A bis 2B stellen ein Thermosiphonsystem 130 mit mehreren Verdampfern 132 dar; jeder Verdampfer 132 kann mit einem anderen Elektronikgerät 124 Kontakt aufnehmen, oder mehrere Verdampfer 132 können Kontakt mit dem gleichen Elektronikgerät herstellen, z. B. wenn das Elektronikgerät besonders groß ist oder mehrere wärmeerzeugende Bereiche besitzt. Mehrere Verdampfer 132 können durch die Kondensat-/Dampfleitungen 136 an den Kondensator 134 in Serie angeschlossen werden, d. h. eine erste Kondensat-/Dampfleitung verbindet den Kondensator 134 an einen ersten Verdampfer 132 und eine zweite Kondensat-/Dampfleitung 136 verbindet den ersten Verdampfer 132 an einen zweiten Verdampfer 132. Alternativ können einige oder alle der Vielzahl von Verdampfern 132 an die Kondensat-/Dampfleitungen 136 parallel angeschlossen sein, d. h. eine erste Kondensat-/Dampfleitung verbindet den Kondensator 134 mit einem ersten Verdampfer, und eine zweite Kondensat-/Dampfleitung verbindet den Kondensator 134 mit einem zweiten Verdampfer. Die Vorteile einer Serienimplementierung können weniger Rohre sein, wobei ein Vorteil von Parallelrohren darin liegt, dass der Rohrdurchmesser geringer sein kann.
2A–2B zeigen ein Thermosiphonsystem 130, bei dem eine gemeinsame Leitung sowohl für den Kondensatfluss vom Kondensator 134 zum Verdampfer 132 als auch für den Dampfstrom vom Verdampfer 132 zum Kondensator 134 verwendet wird. Somit besteht in dieser Implementierung die strömungstechnische Kopplung zwischen dem Verdampfer 132 und dem Kondensator 134 in der kombinierten Kondensat- und Dampfübertragungsleitung 136. In einigen Implementierungen kann es für Dampf und Kondensat unterschiedliche Leitungen geben. Ein potenzieller Vorteil der kombinierten Kondensat- und Dampfübertragungsleitung besteht darin, dass die Leitung an einer Seite des Kondensators angeschlossen werden kann, indem die senkrechte Höhe des Systems in Bezug auf ein System mit einer separaten Leitung für den Dampf verringert wird, da die Dampfleitung normalerweise an bzw. in der Nähe der Oberseite des Verdampfers gekoppelt ist. Die Kondensat-/Dampfleitung 136 kann ein Rohr oder eine Rohrleitung sein, die z. B. aus Kupfer oder Aluminium besteht.
Wie in 2A–2B gezeigt, ist eine Steuerung 144 (oder ein Steuersystem) mit einem oder mehreren Temperatursensoren 146, einem oder mehreren im Verdampfer 132 angeordneten Druck-/Flüssigkeitsstandssensoren 150, einem Stellglied 142, das zwischen dem Kondensator 134 und einer Basis 140 angeordnet ist, (die in einigen Aspekten entfernt werden können und Stellglied 142 am Rahmen 120 angebracht sein kann), sowie Ventilatoren 126 (z. B. um eine Geschwindigkeit oder einen Zustand der Ventilatoren 126 zu steuern) gekoppelt. Im Allgemeinen kann die Steuerung 144 einen oder mehrere Eingänge der Sensoren 146 und/oder Sensoren 150 (sowie andere Eingänge) empfangen und das Stellglied 142 steuern, um die Position des Kondensators 134 anzupassen, sodass beispielsweise eine Kühlkapazität des Thermosiphonsystems 130 mit einer Wärmebelastung der elektronischen Vorrichtungen 124 besser v erstellt werden kann.
In einigen Aspekten können Eingaben in die Steuerung 144, wie beispielsweise die Sensoren 146 und/oder Sensoren 150, die Wärmebelastung der elektronischen Geräte 124 anzeigen. Beispielsweise können die Sensoren 146 eine Temperatur der elektronischen Geräte 124 und/oder der Hauptplatine 122 messen. Ferner können die Sensoren 150 eine Temperatur, einen Druck und/oder einen Flüssigkeitspegel des Arbeitsfluids 148 in dem Verdampfer 132 messen. Obwohl nicht direkt gezeigt, können die Temperatur, der Druck und/oder der Pegel des Arbeitsfluids 148 in dem Kondensator 134 oder der Leitung 136 gemessen werden, was die Wärmebelastung der elektronischen Geräte 124 anzeigt.
Ein oder mehrere Betriebsparameter der elektronischen Geräte 124 können auch durch Sensoren (nicht dargestellt) gemessen werden, die die Wärmebelastung der elektronischen Geräte 124 anzeigen können. Beispielsweise kann der Energieverbrauch (z. B. Strom, Spannung oder Leistung) der elektronischen Geräte 124 gemessen werden und kann die Wärmebelastung der elektronischen Geräte 124 anzeigen. Als weiteres Beispiel kann die Betriebsgeschwindigkeit oder Frequenz (z. B. Hz) der elektronischen Geräte 124 gemessen werden und kann die Wärmebelastung der elektronischen Geräte 124 anzeigen. Als weiteres Beispiel kann die Auslastung (z. B. Anzahl der ausgeführten oder auszuführenden oder auszuführenden Arbeiten oder sonstiges) der elektronischen Geräte 124 gemessen werden und kann die Wärmebelastung der elektronischen Geräte 124 anzeigen. Solche Parameter können auch für die Steuerung 144 bereitgestellt und dazu verwendet werden, das Stellglied 142 einzustellen.
Das Stellglied 142 kann durch den Controller 144, zumindest teilweise auf der Basis des ermittelten oder erfassten Parameters, eingestellt werden. In einigen Ausführungsformen kann das Stellglied 142 eine Höhe des Kondensators 134 über dem Rahmen 120 einstellen, die auch einen relativen vertikalen Abstand zwischen dem Kondensator 134 und dem Verdampfer 132 einstellen kann. In einigen Beispielen fließt, wenn der relative vertikale Abstand zwischen dem Kondensator 134 und dem Verdampfer 132 zunimmt, mehr flüssiges Arbeitsfluid 148 zum Verdampfer 132, wodurch die Kühlkapazität des Thermosiphonsystems erhöht wird (z. B. ein Flüssigkeitsniveau des Arbeitsfluids 148, um in dem Verdampfer 132 zuzunehmen). Wenn der relative vertikale Abstand zwischen dem Kondensator 134 und dem Verdampfer 132 abnimmt, fließt weniger flüssiges Arbeitsfluid 148 zum Verdampfer 132, wodurch die Kühlkapazität des Thermosiphonsystems verringert wird (z. B. ein Flüssigkeitsniveau des Arbeitsfluids 148 im Verdampfer 132 zu verringern). Obwohl die Kühlleistung des Thermosiphonsystems verringert werden kann, wird der Kühlwirkungsgrad erhöht, indem zum Beispiel eine Rückhaltung des flüssigen Arbeitsfluids 148 in dem Verdampfer 132 verhindert oder verringert wird.
Durch Einstellen des relativen vertikalen Abstands zwischen dem Verdampfer 132 und dem Kondensator 134 (wodurch ein Flüssigkeitspegel des Arbeitsfluids 148 in dem Verdampfer 132 eingestellt wird) kann die Kühlkapazität des Thermosiphonsystems 130 enger mit der Wärmebelastung der elektronischen Geräte 124 übereinstimmen (z. B. durch den oben beschriebenen einen oder die mehreren Mess- oder Messparameter angegeben). Durch die Anpassung oder nahezu Anpassung der Wärmebelastung kann das Thermosiphonsystem 130 effizienter arbeiten, zum Beispiel, um näher an einem „Dryout“-Zustand zu arbeiten, bei dem das gesamte oder der meiste Teil des flüssigen Arbeitsfluids 148 in dem Verdampfer 132 durch die Wärme der elektronischen Geräte verdampft wird 124.
In einigen Ausführungsformen kann das Stellglied 142 eine Winkelposition des Kondensators 134 relativ zum Rahmen 120 einstellen, beispielsweise durch Drehen und/oder Schwenken des Kondensators 134. In einigen Beispielen kann, wenn der Kondensator 134 gedreht oder geschwenkt wird, mehr flüssiges Arbeitsfluid 148 zu dem Verdampfer 132 strömen, wodurch die Kühlkapazität des Thermosiphonsystems erhöht wird (was z. B. den Flüssigkeitspegel des Arbeitsfluids 148 in der Verdampfer 132 erhöhen kann). Beispielsweise kann durch Verdrehen des Kondensators 134 relativ zum Verdampfer 132 der Druckstapel geändert werden. Ferner kann in einigen Aspekten der Kondensator 134 ebenso gedreht wie auch höhenangepasst sein, um eine Menge an flüssigem Arbeitsfluid 148 einzustellen, das vom Kondensator 134 zum Verdampfer 132 fließt. In einigen Aspekten kann die Drehung des Kondensators 134 bevorzugt sein, um die Höhe des Kondensators 134 einzustellen, da beispielsweise die vertikale Höheneinstellung durch bestimmte Freiheitsgrade (z. B. aufgrund von Platzberechtigungen in einem Gestell oder auf einer Server-Tray-Unterbaugruppe begrenzt werden kann). Wie oben beschrieben, kann durch Einstellen eines Flüssigkeitsniveaus des Arbeitsfluids 148 in dem Verdampfer 132 die Kühlkapazität des Thermosiphonsystems 130 stärker an die Wärmebelastung der elektronischen Geräte 124 angepasst werden (z. B. durch eine oder mehrere Messparameter, wie oben beschrieben).
In einigen Ausführungsformen kann das Stelllglied 142 einen Vibrationszustand des Kondensators (zusätzlich oder alternativ mit einer Einstellung einer Höhe oder Winkelposition) festlegen. So kann beispielsweise das Stellglied 142 basierend auf einem Befehl von der Steuerung 144 den Kondensator 134 vibrieren, um beispielsweise die Größe von Blasen in dem Arbeitsfluid 148, das in dem Kondensator 134 eingeschlossen ist, zu verkleinern. Durch Minimieren der Größe der Blasen des Arbeitsfluids 148 (z. B. Aufbrechen größerer Blasen in kleinere Blasen) wird ein thermischer Widerstand des Arbeitsfluids 148 in dem Kondensator 134 (z. B. zum Kondensieren) und/oder Verdampfer (z. B. zum Sieden) verringert. Wenn die Wärmebeständigkeit gegenüber dem Sieden/Kondensieren verringert wird, wird der Wärmeübertragungskoeffizient des Arbeitsfluids 148 erhöht, wodurch die Kühlkapazität des Thermosiphonsystems 130 erhöht wird. Somit kann die Vibration des Kondensators 134 durch das Stellglied 142 (oder des Verdampfers 132 in alternativen Ausführungsformen) eine Kühlkapazität des Thermosiphonsystems 130 einstellen, um eine Wärmebelastung der elektronischen Geräte 124 anzupassen.
In einigen Ausführungsformen des veranschaulichten Thermosiphonsystems 130 ist das Stellglied 142 eine mechanische oder elektromechanische Gerät (z. B. Kolben-Zylinder, Motor oder anderes), das Befehle von der Steuerung 144 empfängt, um den Kondensator 134 wie oben beschrieben einzustellen. In einer anderen Implementierung kann die Kombination aus Kombination 144/Aktor 142 als ein Bimetallstreifen oder -glied 142 implementiert sein, das in Kontakt mit dem Kondensator 134 (oder der Leitung 136) und dem Verdampfer 132 (oder den elektronischen Geräte 124, Motherboard 122 oder Rahmen 120) steht. Basierend auf einer Temperaturdifferenz zwischen den Komponenten, die von dem Bimetallelement 142 berührt werden, kann sich das Element 142 zusammenziehen oder expandieren, um die Höhendifferenz zwischen dem Kondensator 134 und dem Verdampfer 132 zu ändern, um die Kühlkapazität des Thermosiphonsystems 130, wie oben beschrieben, einzustellen. In dieser Implementierung ist keine externe Energie und/oder Sensoren (z. B. Eingang in die Steuerung 144) für den Betrieb des einstellbaren Thermosiphonsystems 130 notwendig, wodurch die Komplexität des Systems 130 verringert wird.
In anderen exemplarischen Ausführungsformen kann die Kombination aus Controller 144/Stellglied 142 als Phasenänderungsmotor oder Phasenänderungs-Linearstellglied (z. B. Wachsmotor) implementiert sein, der in Kontakt mit dem Kondensator 134 und dem Rahmen 120 steht. Basierend auf einer Temperaturdifferenz zwischen den Komponenten, die von dem Phasenänderungsmotor (z. B. dem Kondensator 134 und dem Rahmen 120) kontaktiert werden, kann der Phasenänderungsmotor die Höhendifferenz zwischen dem Kondensator 134 und dem Verdampfer 132 einstellen, um eine Kühlkapazität des Thermosiphonsystem 130, wie oben beschrieben, festzulegen. Wie bei der Bimetallstreifen-Implementierung kann keine externe Energie und/oder Sensoren (z. B. Eingang in die Steuerung 144) für den Betrieb des einstellbaren Thermosiphonsystems 130 mit einem Phasenänderungsmotor notwendig sein, wodurch die Komplexität des Systems 130 verringert wird.
3A–3B zeigen schematische Seiten- bzw. Draufsichten einer Server-Rack-Unteranordnung 210, die eine andere exemplarische Implementierung eines Thermosiphon-Kühlsystems 230 beinhaltet. Die Serverrack-Unterbaugruppe 210 enthält einen Rahmen oder Käfig 220, eine Leiterplatte 222, z. B. eine Hauptplatine, die auf einem Rahmen 220 abgestützt ist, ein oder mehrere Wärme erzeugende Elektronikgeräte 224, z. B. ein Prozessor oder Speicher, auf einer gedruckten Leiterplatte 222 montiert und ein Thermosiphonsystem 230. Ein oder mehrere Ventilatoren 226 können ebenfalls auf dem Rahmen 220 montiert werden.
Der Rahmen 220 kann einfach eine Flachstruktur enthalten oder sein, auf der die Hauptplatine 222 angeordnet ist, sodass der Rahmen 220 von den Technikern gefasst werden kann, indem die Hauptplatine auf ihren Platz geschoben wird und auf der Position im Rack 105 gehalten wird. Zum Beispiel kann die Serverrack-Unterbaugruppe 210 waagerecht im Serverrack 105 montiert werden, wie zum Beispiel durch Schieben des Rahmens 220 in den Schlitz 107 und über ein Paar Schienen in das Rack 105 auf den entgegengesetzten Seiten der Serverrack-Unterbaugruppe 210 — ähnlich wie beim Einschieben eines Lunchtabletts in ein Kantinengestell. Wenngleich in 3A–3B illustrieren Rahmen 220, der sich unter der Hauptplatine 222 erstreckt, dieser Rahmen kann andere Formen haben (z. B. durch seine Verwendung als Peripherierahmen um die Hauptplatine) oder kann weggelassen werden, sodass die Hauptplatine selbst in gleitfähigen Schlitzen 105 sitzt. Des Weiteren ist anzumerken, obwohl 3A hier ist der Rahmen 220 als eine Flachplatte abgebildet, der Rahmen 220 kann eine oder mehr Seitenwände enthalten, die nach oben über die Kanten der flachen Platte herausragen, die Flachplatte kann der Boden einer oben geschlossenen oder oben offenen Box oder eines Käfigs sein.
Die abgebildete Serverrack-Untergruppe 210 enthält eine Leiterplatte 222, z. B. eine Hauptplatine, auf der eine Vielfalt an Bauteilen montiert ist, einschließlich Wärme erzeugende Elektronikgeräte 224. Obwohl eine Hauptplatine 222 auf dem Rahmen 220 montiert abgebildet ist, können, in Abhängigkeit von Anforderungen der jeweiligen Anwendung, mehrere Hauptplatinen 220 auf ihm montiert werden. In einigen Anwendungen können ein oder mehrere Ventilatoren 226 auf dem Rahmen 220 platziert sein, sodass die Luft an der Vorderkante der Serverrack-Unterbaugruppe 210 (linke Seite in 3A–3B) einströmt, näher an der Vorderseite des Racks 105, wenn die Unterbaugruppe 210 im Rack 105 installiert ist, dann (wie abgebildet) über die Hauptplatine 222 strömt, über einige wärmeerzeugende Bauteile auf der Hauptplatine 222, und an der hinteren Kante der Serverrack-Baugruppe 210 abgesaugt wird (auf der rechten Seite), näher an der Rückseite des Racks 105, wenn die Unterbaugruppe 210 im Rack 105 installiert wird. Der eine oder mehrere Ventilatoren 226 können am Rahmen 220 durch Klammern gesichert werden. So können die Ventilatoren 226 Luft in den Rahmenbereich 220 ziehen und diese nach Erwärmung aus Rack 105 ausstoßen. Eine Unterseite der Hauptplatine 222 kann vom Rahmen 220 durch eine Lücke getrennt werden.
Das Thermosiphonsystem 230 enthält einen Verdampfer 232, einen Kondensator 234, und eine Kondensat-/Dampfleitung 236 die den Verdampferbereich 232 mit dem Kondensator 234 verbindet. Der Verdampfer 232 kontaktiert das Elektronikgerät 224, sodass Wärme entzogen wird, durch die Wärmeleitung vom Elektronikgerät 224 zum Verdampfer 232. Beispielsweise befindet sich der Verdampfer 232 in leitendem thermischem Kontakt mit der elektronischen Vorrichtung 224. Insbesondere kontaktiert der Boden des Verdampfers 232 den oberen Bereich des Elektronikgerätes 224. Bei Betrieb wird durch die Wärme des Elektronikgerätes 224 ein Arbeitsfluid 248 zur Verdampfung im Verdampfer 232 hervorgerufen. Der Dampf geht durch die Kondensat-/Dampfleitung 236, besonders durch den Mitteldurchgang zum Kondensator 234. Wärme wird vom Kondensator 234 abgestrahlt, z. B. in die Luft um den Kondensator 234 geblasen oder von einem oder mehreren Ventilatoren 226, die über dem Kondensator 234 verlaufen, und führt dazu, dass das Arbeitsfluid 248 kondensiert. Wie in 3A gezeigt, kann sich der Kondensator 234 zwischen dem einen oder den mehreren Gebläsen 226 von dem Verdampfer 232 befinden, er könnte aber auch auf einer gegenüberliegenden Seite eines oder mehrerer Gebläse 226 (z. B. nahe einer Kante der Unterbaugruppe 210) angeordnet sein.
Wie in 3A, ein Teil der Kondensat-/Dampfleitung 236 kann einen leichten (Nicht Null) Winkel haben, damit die Gravitation dafür sorgt, dass das kondensierte Arbeitsfluid 248 durch die Kondensat-/Dampfleitung 236 zurückfließt zum Verdampfer 232. Somit ist bei einigen Implantationen, mindestens ein Teil der Kondensat-/Dampfleitung 236 nicht parallel zur Hauptoberfläche des Rahmens 220. Zum Beispiel kann das Ende der Kondensatorseite der Kondensat-/Dampfleitung 236 ca. 1–5 mm sein, z. B. 2 mm über dem Ende der Kondensat-/Dampfleitung 236. Es ist jedoch ebenfalls möglich, dass die Kondensat-/Dampfleitung 236 waagerecht ist oder sogar einen leichten negativen Winkel (obwohl der positive Winkel die Gravitation ausnutzt, indem der Flüssigkeitsfluss des Kondensators zum Verdampfer verbessert wird) hat. Da mehrere Wärme erzeugende Elektronikgeräte auf einer einzigen Hauptplatine sein können, wo jeder Verdampfer einem einzigen Elektronikgerät entspricht. Wie in 3A veranschaulicht, gibt es einen ersten Verdampfer 232 und einen zweiter Verdampfer 232 sowie ein erstes Elektronikgerät 224 und ein zweites Elektronikgerät 224. Die Kondensat/Dampfleitung 236, die den ersten Verdampfer mit dem zweiten Verdampfer verbindet, kann waagrecht verlaufen.
Während des Betriebs ist die Oberseite der Flüssigkeit 248 im Kondensator 234 über der Oberseite der Flüssigkeitshöhe des Arbeitsfluids 248 im Verdampfer 232, z. B. von 1 bis 10 mm. Es kann einfacher sein, dieses mit einer Kondensat-/Dampfleitung 236 zu erreichen, die einen leichten (positiven nicht-Null) Winkel hat, jedoch ist die richtige Auswahl der thermischen und mechanischen Eigenschaften des Arbeitsfluids 248 in Hinsicht auf die zu erwarteten Wärmetransport Anforderungen für das Thermosiphonsystem 230 kann dieses immer noch erreicht werden für eine Kondensat-/Dampfleitung 236, die waagerecht oder in einem leichten negativen Winkel ist. Während des Betriebs kann die flüssige Phase eines Arbeitsfluids 248 einen Bodenabschnitt eines Innenvolumens der Kondensat/Dampfleitung 236 füllen, wobei sich der Bodenabschnitt von dem Kondensator 234 zu dem Verdampfer 232 erstreckt und eine Dampfphase des Arbeitsfluids 248 durch einen oberen Teil des Innenvolumens der Kondensat-/Dampfleitung 236 hindurchgehen, wobei sich der obere Abschnitt von dem Kondensator 234 zum Verdampfer 232 erstreckt.
In einigen Implementierungen kann sich der Kondensator 234 auf einer Höhe über dem Verdampfer 232 befinden, derart, dass eine Flüssigphase des Arbeitsfluids 248 einen Teil eines Innenvolumens der Kondensat-/Dampfleitung 236 füllt, d. h. die Außendurchgänge, derart, dass während des Betriebs eine Oberseite der Flüssigphase einen Winkel hat, der nicht Null ist in Bezug zur waagerechten Form des Kondensators 232 zum Verdampfer 234 hat. Eine Dampfphase des Arbeitsfluids 248 kann durch einen Teil des Innenvolumens der Kondensator-/Dampfleitung 236, d. h. der Mitteldurchgang, der Teil der sich vom Kondensator 232 zum Verdampfer 234 erstreckt.
3A–3B stellt ein Thermosiphonsystem 230 mit mehreren Verdampfern 232 dar; jeder Verdampfer 232 kann mit einem anderen Elektronikgerät 224, oder mehreren Verdampfern 232 können Kontakt zum gleichen Elektronikgerät herstellen, z. B. wenn das Elektronikgerät besonders groß ist oder mehrere Wärme erzeugende Bereiche besitzt. Mehrere Verdampfer 232 können durch die Kondensat-/Dampfleitungen 236 an den Kondensator 234 in Serie angeschlossen werden, d. h. eine erste Kondensat-/Dampfleitung verbindet den Kondensator 234 an einen ersten Verdampfer 232 und eine zweite Kondensat-/Dampfleitung 236 verbindet den ersten Verdampfer 232 an einen zweiten Verdampfer 232. Alternativ können einige oder alle von mehreren Verdampfern 232 an die Kondensat-/Dampfleitungen 236 parallel an den Kondensator 234 angeschlossen werden, d. h. eine erste Kondensat-/Dampfleitung verbindet den Kondensator an einen ersten Verdampfer, und eine zweite Kondensat-/Dampfleitung verbindet den Kondensator 234 an einen zweiten Verdampfer. Die Vorteile einer Serienimplementierung können weniger Rohre sein, wobei ein Vorteil von Parallelrohren darin liegt, dass der Rohrdurchmesser geringer sein kann.
3A–3B zeigen ein Thermosiphonsystem 230, in dem eine gemeinsame Leitung sowohl für den Kondensatfluss vom Kondensator 234 zum Verdampfer 232 als auch für den Dampfstrom vom Verdampfer 232 zum Kondensator 234 verwendet wird. Somit besteht in dieser Implementierung die strömungstechnische Kopplung zwischen dem Verdampfer 232 und dem Kondensator 234 in der kombinierten Kondensat- und Dampfübertragungsleitung 236. In einigen Implementierungen kann es für Dampf und Kondensat unterschiedliche Leitungen geben. Ein potenzieller Vorteil der kombinierten Kondensat- und Dampfübertragungsleitung besteht darin, dass die Leitung an einer Seite des Kondensators angeschlossen werden kann, indem die senkrechte Höhe des Systems in Bezug auf ein System mit einer separaten Leitung für den Dampf verringert wird, da die Dampfleitung normalerweise an bzw. in der Nähe der Oberseite des Verdampfers gekoppelt ist. Die Kondensat-/Dampfleitung 236 kann ein Rohr oder eine Rohrleitung sein, die z. B. aus Kupfer oder Aluminium besteht.
Wie in 3A–3B gezeigt, ist eine Steuerung 244 (oder ein Steuerungssystem) mit einem oder mehreren Temperatursensoren 246, einem oder mehreren in dem Verdampfer 232 angeordneten Druck/Flüssigkeitsstandssensoren 250 und einem im Arbeitsvolumen 254 des Kondensators 234 installierten Kolben 252, sowie dem einen oder den mehreren Lüfter 226 (z. B. zur Steuerung einer Geschwindigkeit oder eines Zustands der Lüfter 226) gekoppelt. Im allgemeinen kann die Steuerung 244 einen oder mehrere Eingänge von den Sensoren 246 und/oder Sensoren 250 (sowie andere Eingänge) empfangen und den Kolben 252 steuern, um das Arbeitsvolumen 254 des Kondensators 234 zu verändern, um zum Beispiel die Kühlleistung des Thermosiphonsystems 230 mit einer Wärmebelastung der elektronischen Geräte 224 anzupassen.
In einigen Aspekten können Eingaben in die Steuerung 244, wie etwa die Sensoren 246 und/oder Sensoren 250, die Wärmebelastung der elektronischen Geräte 224 anzeigen. Beispielsweise können die Sensoren 246 eine Temperatur der elektronischen Geräte 224 und/oder der Hauptplatine 222 messen. Außerdem können die Sensoren 250 eine Temperatur, einen Druck und/oder einen Flüssigkeitspegel des Arbeitsfluids 248 in dem Verdampfer 232 messen. Obwohl nicht ausdrücklich gezeigt, können die Temperatur, der Druck und/oder der Pegel des Arbeitsfluids 248 in dem Kondensator 234 oder der Leitung 236 gemessen werden, was die Wärmebelastung der elektronischen Geräte 224 anzeigt.
Ein oder mehrere Betriebsparameter der elektronischen Geräte 224 können auch durch Sensoren (nicht dargestellt) gemessen werden, die die Wärmebelastung der elektronischen Geräte 224 anzeigen können. Beispielsweise kann der Energieverbrauch (z. B. Strom, Spannung oder Leistung) der elektronischen Geräte 224 gemessen werden und die Wärmebelastung der elektronischen Geräte 224 angezeigt werden. Als weiteres Beispiel kann die Betriebsgeschwindigkeit oder Frequenz (z. B. Hz) der elektronischen Vorrichtungen 224 gemessen werden und die Wärmebelastung der elektronischen Geräte 224 angezeigt werden. Als weiteres Beispiel kann die Auslastung (z. B. Anzahl der ausgeführten oder auszuführenden oder auszuführenden Arbeiten oder sonstigen) der elektronischen Vorrichtungen 224 gemessen werden und kann die Wärmelast der elektronischen Vorrichtungen 224 anzeigen. Solche Parameter können auch der Steuerung 244 zur Verfügung gestellt und verwendet werden, um den Kolben 252 einzustellen.
Der Kolben 252 kann (zum Beispiel in den Kondensator 232 hinein und aus diesem heraus) durch die Steuerung 144, zumindest teilweise auf der Basis der oben beschriebenen gemessenen oder erfassten Parameter, eingestellt werden. In einigen Ausführungsformen kann der Kolben 252 das Arbeitsvolumen 254 des Kondensators 234 einstellen. In einigen Beispielen wird, wenn das Arbeitsvolumen 254 des Kondensators 234 verringert wird, ein Sättigungsdruck/eine Temperatur des Arbeitsfluids 248 in dem Kondensator 234 erhöht, wodurch die Kühlkapazität des Thermosiphonsystems 230 erhöht wird (z. B. eine Zunahme des Pegels des Arbeitsfluids 248 in dem Verdampfer 232). Wenn das Arbeitsvolumen 254 des Kondensators 234 erhöht wird, wird der Sättigungsdruck/die Temperatur des Arbeitsfluids 248 in dem Kondensator 234 verringert, um das flüssige Arbeitsfluid 248 in dem Verdampfer 232 zu verringern, wodurch die Kühlkapazität des Thermosiphonsystems 230 verringert wird.
Durch Einstellen des Arbeitsvolumens 254 des Kondensators 234 (wodurch ein Flüssigkeitspegel des Arbeitsfluids 248 in dem Verdampfer 232 festgelegt wird) kann die Kühlkapazität des Thermosiphonsystems 230 stärker an die Wärmebelastung der elektronischen Geräte 224 (z. B. durch den oder die oben beschriebenen Messparameter) angepasst werden. Durch Anpassen oder nahezu Anpassung der Wärmebelastung kann das Thermosiphonsystem 230 effizienter, zum Beispiel, näher an einem Trockenzustand arbeiten, bei dem das gesamte oder das meiste flüssige Arbeitsfluid 248 in dem Verdampfer 232 durch die Wärme der elektronischen Geräte verdampft wird 224.
In einigen Ausführungsformen kann der Kolben 252 einen Vibrationszustand des Kondensators 234 (zusätzlich oder alternativ zum Einstellen des Arbeitsvolumens 254) festlegen. Beispielsweise kann der Kolben 252 auf der Basis eines Befehls von der Steuerung 244 den Kondensator 234 vibrieren, um beispielsweise die Größe der Blasen in dem Arbeitsfluid 248, das in dem Kondensator 234 eingeschlossen ist, zu minimieren. Durch Minimieren der Größe der Blasen des Arbeitsfluids 248 (z. B. Aufteilen größerer Blasen in kleinere Blasen) wird ein thermischer Widerstand des Arbeitsfluids 248 in dem Kondensator 234 (z. B. zum Kondensieren) und/oder Verdampfer 232 (z. B. zum Sieden) verringert. Wenn die Wärmebeständigkeit gegenüber dem Sieden/Kondensieren verringert wird, wird ein Wärmeübergangskoeffizient des Arbeitsfluids 248 erhöht, wodurch die Kühlkapazität des Thermosiphonsystems 230 zunimmt. Somit kann die Vibration des Kondensators 234 durch den Kolben 252 (oder des Verdampfers 232 in alternativen Implementierungen) die Kühlkapazität des Thermosiphonsystems 230 erhöhen, um eine Wärmebelastung der elektronischen Geräte 224 anzupassen.
In einigen Ausführungsformen des veranschaulichten Thermosiphonsystems 230 wird der Kolben 252 durch ein mechanisches oder elektromechanisches Gerät (z. B. Kolben-Zylinder, Motor oder sonstiges) betätigt, das Befehle von der Steuerung 244 empfängt, um den Kondensator 234 wie oben beschrieben einzustellen. In einer anderen Ausführungsform kann die Steuerung 244 als ein Bimetallelement oder Phasenänderungsmotor ausgeführt sein, der in Kontakt mit dem Kolben 252 steht. Basierend auf einer Temperaturdifferenz zwischen den Komponenten, die von dem Bimetallelement/Phasenänderungsmotor kontaktiert werden, kann das Element/der Motor eine Position des Kolbens 252 in dem Arbeitsvolumen 254 des Kondensators 234 einstellen. In dieser Implementierung können keine externe Energie und/oder Sensoren (z. B. Eingang in die Steuerung 244) für den Betrieb des einstellbaren Thermosiphonsystems 230 notwendig sein, wodurch die Komplexität des Systems 230 verringert wird.
4A–4B zeigen schematische Seiten- bzw. Draufsichten einer Server-Rack-Unteranordnung 310, die eine andere exemplarische Implementierung eines Thermosiphonkühlsystems 330 beinhaltet. Die Serverrack-Unterbaugruppe 310 enthält einen Rahmen oder Käfig 320, eine Leiterplatte 322, z. B. eine Hauptplatine, die auf einem Rahmen 320 abgestützt ist, ein oder mehrere Wärme erzeugende Elektronikgeräte 324, z. B. ein Prozessor oder Speicher, auf einer gedruckten Leiterplatte 322 montiert und ein Thermosiphonsystem 330. Ein oder mehrere Ventilatoren 326 können ebenfalls auf dem Rahmen 320 montiert werden.
Der Rahmen 320 kann einfach eine Flachstruktur enthalten oder sein, auf der die Hauptplatine 322 angeordnet ist, sodass der Rahmen 320 von den Technikern gefasst werden kann, indem die Hauptplatine auf ihren Platz geschoben wird und auf der Position im Rack 105 gehalten wird. Zum Beispiel kann die Serverrack-Unterbaugruppe 310 waagerecht im Serverrack 105 montiert werden, wie zum Beispiel durch Schieben des Rahmens 320 in den Schlitz 107 und über ein Paar Schienen in das Rack 105 auf den entgegengesetzten Seiten der Serverrack-Unterbaugruppe 310 — ähnlich wie beim Einschieben eines Lunchtabletts in ein Kantinengestell. Wenngleich in 4A und 4B illustrieren Rahmen 320, der sich unter der Hauptplatine 322 erstreckt, dieser Rahmen kann andere Formen haben (z. B. durch seine Verwendung als Peripherierahmen um die Hauptplatine) oder kann weggelassen werden, sodass die Hauptplatine selbst in gleitfähigen Schlitzen 105 sitzt. Des Weiteren ist anzumerken, obwohl 4A hier ist der Rahmen 320 als eine Flachplatte abgebildet, der Rahmen 320 kann eine oder mehr Seitenwände enthalten die nach oben über die Kanten der flachen Platte herausragen, die Flachplatte kann der Boden einer oben geschlossenen oder oben offenen Box oder eines Käfigs sein.
Die abgebildete Serverrack-Untergruppe 310 enthält eine Leiterplatte 322, z. B. eine Hauptplatine, auf der eine Vielfalt an Bauteilen montiert ist, einschließlich Wärme erzeugende Elektronikgeräte 324. Obwohl eine Hauptplatine 322 auf dem Rahmen 320 montiert abgebildet ist, können, in Abhängigkeit von Anforderungen der jeweiligen Anwendung, mehrere Hauptplatinen 320 auf ihm montiert werden. In einigen Anwendungen können ein oder mehrere Ventilatoren 326 auf dem Rahmen 320 platziert sein, sodass die Luft an der Vorderkante der Serverrack-Unterbaugruppe 310 (linke Seite in 4A und 4B) näher an der Vorderseite des Racks 105 eintritt, wenn die Unterbaugruppe 310 im Rack 105 installiert ist, dann (wie dargestellt) über die Hauptplatine 322 und über einige wärmeerzeugende Bauteile auf der Hauptplatine 322 strömt, und an der hinteren Kante (auf der rechten Seite) der Serverrack-Anordnung 310, näher an der Rückseite des Racks 105, wenn die Unterbaugruppe 310 im Rack 105 installiert ist, wieder ausgegeben wird. Der eine oder mehrere Ventilatoren 326 können am Rahmen 320 durch Klammern gesichert werden. So können die Ventilatoren 326 Luft in den Rahmenbereich 320 ziehen und diese nach Erwärmung aus Rack 105 ausstoßen. Eine Unterseite der Hauptplatine 322 kann vom Rahmen 320 durch eine Lücke getrennt werden.
Das Thermosiphonsystem 330 enthält einen Verdampfer 332, einen Kondensator 334, und eine Kondensatleitung 338 und eine Dampfleitung 336 die den Verdampferbereich 332 mit dem Kondensator 334 verbinden. In dieser Implementierung gibt es separate Leitungen, um flüssiges Arbeitsfluid 348 von dem Kondensator 334 zu dem Verdampfer 332 und das Dampfarbeitsfluid 348 von dem Verdampfer 332 zu dem Kondensator 334 zu transportieren. Eine oder beide der Leitungen 338 und 336 können eine flexible Leitung oder eine starre Leitung (z. B. Kupfer oder Aluminium) sein.
Der Verdampfer 332 kontaktiert das Elektronikgerät 324, sodass Wärme entzogen wird, durch die Wärmeleitung vom Elektronikgerät 324 zum Verdampfer 332. So befindet sich beispielsweise der Verdampfer 332 in leitendem thermischem Kontakt mit dem elektronischen Gerät 324. Insbesondere kontaktiert der Boden des Verdampfers 332 den oberen Bereich des Elektronikgerätes 324. Bei Betrieb wird durch die Wärme des Elektronikgerätes 324 ein Arbeitsfluid 348 zur Verdampfung im Verdampfer 332 hervorgerufen. Der Dampf strömt dann durch die Dampfleitung 336 zum Kondensator 334. Wärme wird vom Kondensator 334 abgestrahlt, z. B. in die Luft um den Kondensator 334 geblasen oder in die Luft, die von einem oder mehreren Ventilatoren 326 ausgeblasen oder angesogen wird, und die über den Kondensator 334 strömt, wodurch das Arbeitsfluid 348 kondensiert. Wie in 4A gezeigt, kann sich der Kondensator 334 zwischen dem einen oder den mehreren Gebläsen 326 des Verdampfers 332 befinden, aber könnte auch auf einer gegenüberliegenden Seite eines oder mehrerer Gebläse 326 (z. B. nahe einer Kante der Unterbaugruppe 310) angeordnet sein.
Wie in 4A, die Kondensat-/Dampfleitung 338/336 kann einen leichten (Nicht Null) Winkel haben, damit die Gravitation dafür sorgt, dass das kondensierte Arbeitsfluid 348 durch die Kondensatleitung 338 zurückfließt zum Verdampfer 332. Somit ist bei einigen Implantationen, mindestens ein Teil der Kondensat-/Dampfleitung 336/338 nicht parallel zur Hauptoberfläche des Rahmens 320. Beispielsweise kann sich die Kondensatleitung 338 etwa 1–5 mm, z. B. 2 mm, oberhalb der Dampfleitung 336 befinden. Es ist jedoch ebenfalls möglich, dass die Kondensat-/Dampfleitung 338/336 waagerecht ist oder sogar einen leichten negativen Winkel (obwohl der positive Winkel die Gravitation ausnutzt, indem der Flüssigkeitsfluss des Kondensators zum Verdampfer verbessert wird) hat. Da mehrere Wärme erzeugende Elektronikgeräte auf einer einzigen Hauptplatine sein können, wo jeder Verdampfer einem einzigen Elektronikgerät entspricht. Wie in 4A, dort ist ein erster Verdampfer 332 und ein zweiter Verdampfer 332 sowie ein erstes Elektronikgerät 324 und ein zweites Elektronikgerät 324. Die Dampf-/Kondensatleitungen 336/338, die den ersten Verdampfer mit dem zweiten Verdampfer verbindenden, können eben sein.
Während des Betriebs ist die Oberfläche des Arbeitsfluids 348 (als Flüssigkeit) im Kondensator 334 über der Oberfläche der Flüssigkeitshöhe des Arbeitsfluids 348 im Verdampfer 332, z. B. von 1 bis 10 mm. Es kann einfacher sein, dies mit einer Kondensatleitung 338 zu erreichen, die einen leichten (positiven nicht-Null) Winkel hat, jedoch ist die richtige Auswahl der thermischen und mechanischen Eigenschaften des Arbeitsfluids 348 in Hinsicht auf die zu erwarteten Wärmetransport Anforderungen für das Thermosiphonsystem 330 kann dieses immer noch erreicht werden für eine Kondensatleitung 338, die waagerecht oder in einem leichten negativen Winkel ist.
4A–4B stellt ein Thermosiphonsystem 330 mit mehreren Verdampfern 332 dar; jeder Verdampfer 332 kann mit einem anderen Elektronikgerät 324, oder mehrere Verdampfer 332 können Kontakt zum gleichen Elektronikgerät herstellen, z. B. wenn das Elektronikgerät besonders groß ist oder mehrere Wärme erzeugende Bereiche besitzt. Die vielen Verdampfer 332 können durch die Dampf/Kondensatleitungen 336/338 mit dem Kondensator 334 in Reihe verbunden werden, z. B. verbindet ein erster Satz von Dampf/Kondensatleitungen 336/338 den Kondensator 334 mit einem ersten Verdampfer 332 und einen zweiten Satz, der Dampf-/Kondensatleitungen 336/338 verbinden den ersten Verdampfer 332 mit einem zweiten Verdampfer 332. Alternativ können einige oder alle der Mehrfachverdampfer 332 durch die Dampf/Kondensatleitungen 336/338 parallel mit dem Kondensator 334 verbunden sein, z. B. verbindet ein erster Satz von Dampf/Kondensatleitungen 336/338 den Kondensator mit einem ersten Verdampfer, und ein zweiter Satz von Dampf/Kondensatleitungen 336/338 verbindet den Kondensator 334 mit einem zweiten Verdampfer. Die Vorteile einer Serienimplementierung können weniger Rohre sein, wobei ein Vorteil von Parallelrohren darin liegt, dass der Rohrdurchmesser geringer sein kann.
Wie in 4A bis 4B gezeigt, ist eine Steuerung 344 (oder ein Steuersystem) mit einem oder mehreren Temperatursensoren 346, einem oder mehreren in dem Verdampfer 332 angeordneten Druck-/Flüssigkeitsstandssensoren 350 und einem Ventil 342, das in der Kondensatleitung 338 angebracht ist, gekoppelt, sowie eine oder die mehrere Lüfter 326 (z. B. um eine Geschwindigkeit oder einen Zustand der Lüfter 326 zu steuern). Im Allgemeinen kann der Controller 344 einen oder mehrere Eingänge von den Sensoren 346 und/oder Sensoren 350 (sowie andere Eingänge) empfangen und das Ventil 342 steuern, zumindest teilweise auf einem oder mehreren derartigen Eingängen basierend (oder anderen Eingängen), um das Ventil 342 einzustellen, sodass eine Menge an flüssigem Arbeitsfluid 348 gesteuert wird, das zum Verdampfer 332 strömt, um beispielsweise eine Wärmebelastung der elektronischen Geräte 324 besser anzupassen.
In alternativen Aspekten kann das Ventil 342 in der Dampfleitung 336 in beiden Dampf/Kondensatleitungen 336/338 oder in einem Teil des Thermosiphonsystems 330 angebracht sein, das mit einer oder beiden Dampf/Kondensatleitungen 336 fluidmäßig gekoppelt ist/338. Kurz gesagt, kann das Ventil 342 an jeder geeigneten Stelle positioniert sein, um den Flüssigkeitspegel des Arbeitsfluids 348 im Verdampfer 332 zu steuern.
In einigen Aspekten können die Eingaben des Controllers 344, wie beispielsweise die Sensoren 346 und/oder die Sensoren 350, indikativ für die Wärmebelastung der elektronischen Geräte 324 sein. Beispielsweise können die Sensoren 346 eine Temperatur der elektronischen Geräte 324 und/oder der Hauptplatine 322 messen. Außerdem können die Sensoren 350 eine Temperatur, einen Druck und/oder einen Flüssigkeitspegel des Arbeitsfluids 348 in dem Verdampfer 332 messen. Obwohl nicht direkt gezeigt, können die Temperatur, der Druck und/oder der Pegel des Arbeitsfluids 348 in dem Kondensator 334 oder den Dampf/Kondensatleitungen 336/338 gemessen werden, was die Wärmebelastung der elektronischen Geräte 324 anzeigt.
Ein oder mehrere Betriebsparameter der elektronischen Geräte 324 können auch durch Sensoren (nicht gezeigt) gemessen werden, die die Wärmebelastung der elektronischen Geräte 324 anzeigen können. Beispielsweise kann der Energieverbrauch (z. B. Strom, Spannung oder Leistung) der elektronischen Geräte 324 gemessen werden und kann die Wärmebelastung der elektronischen Geräte 324 anzeigen. Als weiteres Beispiel kann die Betriebsgeschwindigkeit oder Frequenz (z. B. Hz) der elektronischen Geräte 324 gemessen werden und kann die Wärmelast der elektronischen Geräte 324 anzeigen. Als weiteres Beispiel kann die Auslastung (z. B. Anzahl der ausgeführten oder auszuführenden oder auszuführenden Arbeiten oder sonstigen) der elektronischen Geräte 324 gemessen werden und die Wärmebelastung der elektronischen Geräte 324 anzeigen. Diese Parameter können auch dem Controller 344 bereitgestellt und dazu verwendet werden, das Ventil 342 anzupassen.
Das Ventil 342 kann mit der Steuerung 344, zumindest teilweise auf der Basis der oben beschriebenen gemessenen oder erfassten Parameter, verändert (z. B. geöffnet oder geschlossen) werden. In einigen Ausführungsformen kann durch Verändern des Ventils 342 ein Flüssigkeitspegel des Arbeitsfluids 348 in dem Verdampfer 332 eingestellt werden. Durch Einstellen des Flüssigkeitsspiegels des Arbeitsfluids 348 in dem Verdampfer 332 kann die Kühlkapazität des Thermosiphonsystems 330 stärker an die Wärmebelastung der elektronischen Geräte 324 angepasst werden (z. B. durch einen oder mehrere der oben beschriebenen Messparameter). Durch die Anpassung oder nahezu Anpassung der Wärmebelastung kann das Thermosiphonsystem 330 effizienter arbeiten, zum Beispiel, um näher am Dryout-Zustand zu arbeiten, bei dem das gesamte oder der meiste Teil des flüssigen Arbeitsfluids 348 im Verdampfer 332 durch die Wärme der elektronischen Geräte verdampft wird 324.
5 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Server-Rack-Unterbaugruppe 510, die eine andere exemplarische Implementierung eines Thermosiphon-Kühlsystems 530 beinhaltet. Das Thermosiphonsystem 530 kann, wie gezeigt, eine oder mehrere Komponenten der zuvor beschriebenen Thermosiphonsysteme 130, 230 und 330 sowie zusätzliche Komponenten enthalten. Jede der Komponenten kann auf der Grundlage wenigstens eines Teils von einem oder mehreren erfassten oder gemessenen Parametern, die eine Wärmebelastung und/oder einen Leistungsverbrauch von einem oder mehreren wärmeerzeugenden elektronischen Geräte 524 anzeigen, den Flüssigkeitspegel eines Arbeitsfluids 548 in einem Verdampfer 532 des Thermosiphonsystems 530 steuern. Durch Steuern des Flüssigkeitsniveaus des Arbeitsfluids 548 kann eine Kühlkapazität des Thermosiphonsystems 530 enger mit einer Wärmebelastung von einem oder mehreren wärmeerzeugenden elektronischen Geräte 524 übereinstimmen, wodurch es dem Thermosiphonsystem 530 ermöglicht wird, effizienter zu arbeiten (z. B. bei oder nahe einer Dryout-Kapazität) bei vielen unterschiedlichen Wärmebelastungen der einen oder mehreren wärmeerzeugenden elektronischen Geräten 524.
Die Serverrack-Unterbaugruppe 510 enthält einen Rahmen oder Käfig 520, eine Leiterplatte 522, z. B. eine Hauptplatine, die auf einem Rahmen 520 abgestützt ist, ein oder mehrere Wärme erzeugende Elektronikgeräte 524, z. B. ein Prozessor oder Speicher, auf einer gedruckten Leiterplatte 522 montiert und ein Thermosiphonsystem 530. Ein oder mehrere Lüfter 526 können auch an dem Rahmen 520 angebracht sein, um Luft über den Kondensator 534 zu zirkulieren, der in der dargestellten Ausführungsform eine Wärmeübertragungsfläche 560 (z. B. Lamellen oder eine andere Oberfläche) aufweist, die darauf montiert ist.
Der Rahmen 520 kann einfach eine Flachstruktur enthalten oder sein, auf der die Hauptplatine 522 angeordnet ist, sodass der Rahmen 520 von den Technikern gefasst werden kann, indem die Hauptplatine auf ihren Platz geschoben wird und auf der Position im Rack 105 gehalten wird. Zum Beispiel kann die Serverrack-Unterbaugruppe 510 waagerecht im Serverrack 105 montiert werden, wie zum Beispiel durch Schieben des Rahmens 520 in den Schlitz 107 und über ein Paar Schienen in das Rack 105 auf den entgegengesetzten Seiten der Serverrack-Unterbaugruppe 510 — ähnlich wie beim Einschieben eines Lunchtabletts in ein Kantinengestell. Obwohl 5 illustriert den Rahmen 520, der sich unter der Hauptplatine 522 erstreckt, dieser Rahmen kann andere Formen haben (z. B. durch seine Verwendung als Peripherierahmen um die Hauptplatine) oder kann weggelassen werden, sodass die Hauptplatine selbst in gleitfähigen Schlitzen 105 sitzt. Des Weiteren ist anzumerken, obwohl 5 hier ist der Rahmen 520 als eine Flachplatte abgebildet, der Rahmen 520 kann eine oder mehr Seitenwände enthalten die nach oben über die Kanten der flachen Platte herausragen, die Flachplatte kann der Boden einer oben geschlossenen oder oben offenen Box oder eines Käfigs sein.
Die abgebildete Serverrack-Untergruppe 510 enthält eine Leiterplatte 522, z. B. eine Hauptplatine, auf der eine Vielfalt an Bauteilen montiert ist, einschließlich Wärme erzeugende Elektronikgeräte 524. Obwohl eine Hauptplatine 522 auf dem Rahmen 520 montiert abgebildet ist, können, in Abhängigkeit von Anforderungen der jeweiligen Anwendung, mehrere Hauptplatinen 520 auf ihm montiert werden. In einigen Anwendungen können ein oder mehrere Ventilatoren 526 auf dem Rahmen 520 platziert sein, sodass die Luft an der Vorderkante der Serverrack-Unterbaugruppe 510 (linke Seite in 5) näher an der Vorderseite des Racks 105 hereinströmt, wenn die Unterbaugruppe 510 im Rack 105 installiert ist, dann (wie abgebildet) über die Hauptplatine 522 und über einige wärmeerzeugenden Bauteile auf der Hauptplatine 522 strömt, und an der hinteren Kante (auf der rechten Seite) der Serverrack-Baugruppe 510, näher an der Rückseite des Racks 105, wenn die Unterbaugruppe 510 im Rack 105 installiert ist, ausgegeben wird. Der eine oder mehrere Ventilatoren 526 können am Rahmen 520 durch Klammern gesichert werden. So können die Ventilatoren 526 Luft in den Rahmenbereich 520 ziehen und diese nach Erwärmung aus Rack 105 ausstoßen. Eine Unterseite der Hauptplatine 522 kann vom Rahmen 520 durch eine Lücke getrennt werden.
Das Thermosiphonsystem 530 enthält einen Verdampfer 532, einen Kondensator 534, und eine Kondensat-/Dampfleitung 538 536 die den Verdampferbereich 532 mit dem Kondensator 534 verbindet. In dieser Implementierung gibt es getrennte Leitungen, um flüssiges Arbeitsfluid 548 von dem Kondensator 534 zu dem Verdampfer 532 und das Dampfarbeitsfluid 548 von dem Verdampfer 532 zu dem Kondensator 534 zu transportieren. Eine oder beide der Leitungen 538 und 536 können eine flexible Leitung oder eine starre Leitung (z. B. Kupfer oder Aluminium) sein.
Der Verdampfer 532 kontaktiert das Elektronikgerät 524, sodass Wärme entzogen wird, durch die Wärmeleitung vom Elektronikgerät 524 zum Verdampfer 532. So steht beispielsweise der Verdampfer 532 in leitendem thermischem Kontakt mit der elektronischen Vorrichtung 524. Insbesondere kontaktiert der Boden des Verdampfers 532 den oberen Bereich des Elektronikgerätes 524. Bei Betrieb wird durch die Wärme des Elektronikgerätes 524 ein Arbeitsfluid 548 zur Verdampfung im Verdampfer 532 hervorgerufen. Der Dampf strömt dann durch die Dampfleitung 536 zum Kondensator 534. Wärme wird vom Kondensator 534 abgestrahlt, z. B. in die Luft um den Kondensator 534 herum oder in die Luft, die von einem oder mehreren Ventilatoren 526 ausgestoßen oder angesaugt wird, die über dem Kondensator 534 verlaufen, wodurch das Arbeitsfluid 548 kondensiert. Wie in 5 gezeigt, kann sich der Kondensator 534 zwischen dem einen oder den mehreren Ventilatoren 526 von dem Verdampfer 532 befinden, könnte aber auch auf einer gegenüberliegenden Seite eines oder mehrerer Ventilatoren 526 (z. B. nahe einer Kante der Unterbaugruppe 510) angeordnet sein.
Wie in 5, ein Teil der Kondensat-/Dampfleitung 536/538 kann einen leichten (Nicht Null) Winkel haben, damit die Gravitation dafür sorgt, dass das kondensierte Arbeitsfluid 548 durch die Kondensatleitung 538 zurückfließt zum Verdampfer 532. Somit ist bei einigen Implantationen, mindestens ein Teil der Kondensat-/Dampfleitung 536/538 nicht parallel zur Hauptoberfläche des Rahmens 520. Beispielsweise kann die Kondensatleitung 538 etwa 1–5 mm, z. B. 2 mm, oberhalb der Dampfleitung 536 sein. Es ist jedoch ebenfalls möglich, dass die Kondensat-/Dampfleitung 536/538 waagerecht ist oder sogar einen leichten negativen Winkel (obwohl der positive Winkel die Gravitation ausnutzt, indem der Flüssigkeitsfluss des Kondensators zum Verdampfer verbessert wird) hat. Da mehrere Wärme erzeugende Elektronikgeräte auf einer einzigen Hauptplatine sein können, wo jeder Verdampfer einem einzigen Elektronikgerät entspricht. Wie in 5, dort sind ein erster Verdampfer 532 und ein zweiter Verdampfer 532 sowie ein erstes Elektronikgerät 524 und ein zweites Elektronikgerät 524. Die Dampf-/Kondensatleitungen 536/538, die den ersten Verdampfer mit dem zweiten Verdampfer verbinden, können eben sein.
Während des Betriebs ist die Oberseite des Arbeitsfluids 548 (als Flüssigkeit) im Kondensator 534 über der Oberseite der Flüssigkeitshöhe des Arbeitsfluids 548 m Verdampfer 532, z. B. von 1 bis 10 mm. Es kann einfacher sein, dieses mit einer Kondensatleitung 538 zu erreichen, die einen leichten (positiven nicht-Null) Winkel hat, jedoch ist die richtige Auswahl der thermischen und mechanischen Eigenschaften des Arbeitsfluids 548 in Hinsicht auf die zu erwarteten Wärmetransport Anforderungen für das Thermosiphonsystem 530 kann dieses immer noch erreicht werden für eine Kondensatleitung 538, die waagerecht oder in einem leichten negativen Winkel ist.
5 stellt ein Thermosiphonsystem 530 mit mehreren Verdampfern 532 dar; jeder Verdampfer 532 kann mit einem anderen Elektronikgerät 524, oder mehreren Verdampfern Kontakt aufnehmen, oder mehrere Verdampfer 532 können Kontakt zum gleichen Elektronikgerät herstellen, z. B. wenn das Elektronikgerät besonders groß ist oder mehrere Wärme erzeugende Bereiche hat. Die mehrfachen Verdampfer 532 können durch die Dampf/Kondensatleitungen 536/538 mit dem Kondensator 534 in Reihe verbunden werden, z. B. ein erster Satz von Dampf/Kondensatleitungen 536/538 verbinden den Kondensator 534 mit einem ersten Verdampfer 532 und einen zweiten Satz, der Dampf-/Kondensatleitungen 536/538 verbindet den ersten Verdampfer 532 mit einem zweiten Verdampfer 532. Alternativ können einige oder alle der mehreren Verdampfer 532 durch die Dampf/Kondensatleitungen 536/538 parallel mit dem Kondensator 534 verbunden sein, z. B. ein erster Satz von Dampf/Kondensatleitungen 536/538 den Kondensator mit einem ersten Verdampfer verbinden, und ein zweiter Satz von Dampf/Kondensatleitungen 536/538 verbindet den Kondensator 534 mit einem zweiten Verdampfer. Die Vorteile einer Serienimplementierung können weniger Rohre sein, wobei ein Vorteil von Parallelrohren darin liegt, dass der Rohrdurchmesser geringer sein kann.
Das Thermosiphonsystem 530 kann eine oder mehrere Komponenten beinhalten, die zumindest teilweise auf einem oder mehreren erfassten oder gemessenen Parametern basieren, die eine Wärmebelastung und/oder einen Leistungsverbrauch der wärmeerzeugenden elektronischen Geräte 524 anzeigen und einen Flüssigkeitspegel des Arbeitsfluids 548 in dem Verdampfer 532 des Thermosiphonsystems 530 steuern.
So kann beispielsweise das Thermosiphonsystem 530 ein Stellglied 542 beinhalten. Das Stellglied 542 kann ähnlich dem oben beschriebenen Stellglied 142 sein. So kann beispielsweise das Stellglied 542 durch eine Steuerung des Thermosiphonsystems 530 eingestellt werden, um eine Höhe des Kondensators 534 oberhalb des Rahmens 520 einzustellen, die auch einen relativen vertikalen Abstand zwischen dem Kondensator 534 und dem Verdampfer 532 einstellen kann. Wenn der relative vertikale Abstand zwischen dem Kondensator 534 und dem Verdampfer 532 zunimmt, fließt mehr flüssiges Arbeitsfluid 548 zu dem Verdampfer 532, wodurch die Kühlkapazität des Thermosiphonsystems 530 im Verdampfer 532 erhöht wird (was beispielsweise eine Erhöhung des Flüssigkeitsniveaus des Arbeitsfluids 548 erlaubt). Das Stellglied 142 kann auch eine Winkelposition des Kondensators 534 relativ zum Rahmen 520, beispielsweise durch Drehen und/oder Schwenken des Kondensators 534, einstellen. In einigen Beispielen kann, wenn der Kondensator 534 gedreht oder geschwenkt wird, kann mehr flüssiges Arbeitsfluid 548 zum Verdampfer 532 strömen, wodurch die Kühlkapazität des Thermosiphonsystems 530 erhöht wird (z. B. Erhöhen des Flüssigkeitsniveau des Arbeitsfluids 548 im Verdampfer 532). In einigen Ausführungsformen kann das Stellglied 542 auch einen Vibrationszustand des Kondensators 534 (zusätzlich oder alternativ mit einer Einstellung einer Höhen- oder Winkelposition) einstellen. Das Stellglied 542 kann den Kondensator 534 vibrieren, um beispielsweise die Größe der Blasen in dem Arbeitsfluid 548, das in dem Kondensator 534 eingeschlossen ist, zu minimieren. Durch Verringern der Größe der Blasen des Arbeitsfluids 548 (z. B. Aufteilen größerer Blasen in kleinere Blasen) nimmt ein thermischer Widerstand des Arbeitsfluids 548 in dem Kondensator 534 (z. B. zum Kondensieren) und/oder Verdampfer (z. B. zum Sieden) ab. Wenn die Wärmebeständigkeit gegenüber dem Sieden/Kondensieren verringert wird, wird ein Wärmeübertragungskoeffizient des Arbeitsfluids 548 erhöht, wodurch die Kühlkapazität des Thermosiphonsystems 530 steigt. Somit kann eine Vibration des Kondensators 534 durch das Stellglied 542 (oder des Verdampfers 532 in alternativen Implementierungen) die Kühlkapazität des Thermosiphonsystems 530 erhöhen, um eine Wärmebelastung der elektronischen Geräte 524 anzupassen.
Das Thermosiphonsystem 530 kann einen Kolben 552 beinhalten. Der Kolben 552 kann ähnlich dem Kolben 252 sein, der in den 3A–3B dargestellt ist. Beispielsweise kann der Kolben 552 ein Arbeitsvolumen 554 des Kondensators 534 einstellen. In einigen Beispielen wird, wenn das Arbeitsvolumen 554 des Kondensators 534 verringert wird, ein Sättigungsdruck/Temperatur des Arbeitsfluids 548 in dem Kondensator 534 erhöht, wodurch die Kühlkapazität des Thermosiphonsystems 530 steigt (z. B. Erhöhen des Arbeitsfluids 548 im Verdampfer 532). Wenn das Arbeitsvolumen 554 des Kondensators 534 erhöht wird, wird der Sättigungsdruck/die Temperatur des Arbeitsfluids 548 in dem Kondensator 534 verringert, um das flüssige Arbeitsfluid 548 in dem Verdampfer 532 zu senken, wodurch die Kühlkapazität des Thermosiphonsystems 530 verringert wird.
Durch Einstellen des Arbeitsvolumens 554 des Kondensators 534 (wodurch ein Flüssigkeitsniveau des Arbeitsfluids 548 in dem Verdampfer 532 eingestellt wird) kann die Kühlkapazität des Thermosiphonsystems 530 enger mit der Wärmebelastung der elektronischen Geräten 524 übereinstimmen. Durch die Anpassung oder nahezu Anpassung der Wärmebelastung kann das Thermosiphonsystem 530 effizienter arbeiten, zum Beispiel, um näher an einem Dryout-Zustand zu arbeiten, bei dem das gesamte oder der größte Teil des flüssigen Arbeitsfluids 548 in dem Verdampfer 532 durch die Wärme der elektronischen Geräte verdampft wird 524. Ferner kann der Kolben 552 einen Vibrationszustand des Kondensators 534 (zusätzlich oder alternativ zum Einstellen des Arbeitsvolumens 554) festlegen. Wie oben beschrieben, kann eine Vibration des Kondensators 534 durch den Kolben 552 (oder des Verdampfers 532 in alternativen Implementierungen) die Kühlkapazität des Thermosiphonsystems 530 erhöhen, um die Wärmebelastung der elektronischen Vorrichtungen 524 anzupassen.
Das Thermosiphonsystem 530 kann ein Ventil 544 beinhalten. Das Ventil 544 kann ähnlich dem Ventil 342 sein, das in 4A–4B dargestellt ist. Beispielsweise kann das Ventil 544 zumindest teilweise auf gemessenen oder erfassten Parametern moduliert (z. B. geöffnet oder geschlossen) sein, die eine Wärmebelastung und/oder einen Leistungsverbrauch der Wärmeerzeugungsvorrichtungen 524 angeben. In einigen Ausführungsformen kann durch Modulieren des Ventils 544 ein Flüssigkeitspegel des Arbeitsfluids 548 in dem Verdampfer 532 eingestellt werden. Durch Einstellen eines Flüssigkeitsniveaus des Arbeitsfluids 548 in dem Verdampfer 532 kann die Kühlkapazität des Thermosiphonsystems 530 stärker an die Wärmebelastung der elektronischen Geräte 524 angepasst werden.
Das Thermosiphonsystem 530 kann auch, wie in 5 veranschaulicht, ein Dochtmaterial 564 in der Kondensatleitung 538 beinhalten. In einigen Aspekten kann das Dochtmaterial 564 teilweise basierend auf einer erwarteten maximalen Wärmebelastung und/oder Energieverbrauch der elektronischen Geräte 524, einer erwarteten tatsächlichen (oder durchschnittlichen) Wärmebelastung und/oder Energieverbrauch der elektronischen Geräte 524 ausgewählt werden, und/oder anderen Kriterien ausgewählt werden. Das Dochtmaterial 564 kann in einigen Aspekten einen Teil des flüssigen Arbeitsfluids 548, das zum Verdampfer 532 zurückgeführt wird, absorbieren. Durch Absorbieren eines Teils der Flüssigkeit, wodurch eine Strömungsrate des flüssigen Arbeitsfluids 548 zum Verdampfer verlangsamt wird, kann ein Flüssigkeitspegel des Arbeitsfluids 548 in dem Verdampfer 532 gesteuert werden, wodurch eine Kühlkapazität des Thermosiphonsystems 530 kontrolliert wird.
Wie in 5, ein Steuergerät 544 kann mit einem oder mehreren Temperatursensoren (nicht dargestellt), einem oder mehreren in dem Verdampfer 532 angeordneten Druck/Flüssigkeitsstandssensoren (nicht dargestellt), einem oder mehreren Ventilatoren 526 (z B. um eine Geschwindigkeit oder einen Zustand der Ventilatoren 526 zu steuern) sowie andere Komponenten, wie beispielsweise mit dem Stellglied 542, dem Kolben 552 und/oder dem Ventil 544 gekoppelt sein. In einigen Aspekten können Eingaben in die Steuerung 544 die Wärmelast der elektronischen Geräte 524 anzeigen. Beispielsweise können die Sensoren eine Temperatur der elektronischen Geräte 524 und/oder der Hauptplatine 522 messen. Außerdem können Sensoren eine Temperatur, einen Druck und/oder einen Flüssigkeitspegel des Arbeitsfluids 548 in dem Verdampfer 532 messen. Obwohl nicht ausdrücklich gezeigt, können die Temperatur, der Druck und/oder der Pegel des Arbeitsfluids 548 in dem Kondensator 534 oder den Dampf/Kondensatleitungen 536/538 gemessen werden, was die Wärmebelastung der elektronischen Geräte 324 anzeigt. Ein oder mehrere Betriebsparameter der elektronischen Geräte 524 können auch durch Sensoren gemessen werden, die die Wärmebelastung der elektronischen Geräte 524 anzeigen können. Beispielsweise kann der Energieverbrauch (z. B. Strom, Spannung oder Leistung) der elektronischen Geräte 524 gemessen werden und die Wärmebelastung der elektronischen Geräte 524 darstellen. Als weiteres Beispiel kann die Betriebsgeschwindigkeit oder Frequenz (z. B. Hz) der elektronischen Geräte 524 gemessen werden und kann die Wärmelast der elektronischen Geräte 524 anzeigen. Als weiteres Beispiel kann die Auslastung (z. B. Anzahl der ausgeführten oder auszuführenden Arbeiten oder anderweitig) der elektronischen Geräte 524 gemessen werden und kann die Wärmelast der elektronischen Geräte 524 anzeigen.
Im Allgemeinen kann die Steuerung 544 einen oder mehrere Eingaben von Sensoren empfangen, die Parameter erfassen oder messen, die mit einer Wärmebelastung und/oder einer Leistungsverbrauch der elektronischen Geräte verbunden sind. Der Controller 544 kann die erfassten oder gemessenen Parameter verwenden, um das Stellglied 542, den Kolben 552 und/oder das Ventil 544 zu steuern, um eine Menge an flüssigem Arbeitsfluid 548 zu kontrollieren, das zum Verdampfer 532 strömt, um beispielsweise die Wärmelast der elektronischen Geräte 524 besser abzustimmen. In einigen Aspekten kann der Controller 544 entweder das Stellglied 542, den Kolben 552 oder das Ventil 544 auswählen, um die Menge des flüssigen Arbeitsfluids 548, das zum Verdampfer 532 strömt, auf Grundlage von beispielsweise dem gemessenen oder eingestellter Wärmebelastung und/oder den Energieverbrauch der elektronischen Geräte 524, einzustellen.
In alternativen Aspekten kann das Ventil 542 in der Dampfleitung 536 in beiden Dampf/Kondensatleitungen 536/538 oder in einem Teil des Thermosiphonsystems 530 angebracht sein, das mit einer oder beiden Dampf/Kondensatleitungen 536 fluidmäßig gekoppelt ist/538. Kurz gesagt, kann das Ventil 542 an jeder geeigneten Stelle positioniert sein, um den Flüssigkeitsspiegel des Arbeitsfluids 548 in dem Verdampfer 532 zu steuern.
6A bis 6B zeigen schematische Seiten- und Draufsichten eines Teils 600 eines Thermosiphonkühlsystems, wie die Thermosiphonsysteme 130, 230, 330 und/oder 530. In einigen Aspekten kann der Teil 600 ein Verdampfer 600 eines Thermosiphonsystems, wie oben beschrieben, sein. Wie dargestellt, enthält der Verdampfer 600 eine Kammer 646 und Wärmeübertragungsflächen 642. Das Gehäuse 600 kann eine Basis 640 und eine Hülle 644 enthalten, die an der Basis 640 befestigt wird. Das Gehäuse 644 kann in einigen Aspekten durch ein Rohr der Kondensat/Dampfleitung (z. B. Kondensat/Dampfleitung 136) bereitgestellt werden. Das hermetisch abgeschlossene Volumen über der Basis 640 in der Hülle 644 stellt eine Kammer 646 für den Kondensator 600 bereit. Die Oberseite der Basis 640 stellt eine Verdampferpfanne bereit. Das heißt die Oberseite 640 enthält einen Anteil i) der in Bezug zum Boden 644 des Mitteldurchgangs 639 zurückgesetzt wurde und ii) in dem sich die Flüssigphase des Arbeitsfluids 660 sammelt.
Wie dargestellt, ragen die Wärmeübertragungsflächen 642 von der Verdampferbasis 640 nach oben vor, sodass sie sich über dem Boden des Gehäuses 640 befinden. Wenn die Flüssigphase des Arbeitsfluids 660 die Verdampferpfanne der Basis 640 überschwemmt, wird der Bodenbereich 640 des Innendurchgangs 646 geflutet. Somit kann der Boden der Kammer 646, der durch das Gehäuse 640 definiert ist, als ein Überschwemmungsgebiet betrachtet werden. Zusätzlich wird sichergestellt, dass die Verdampferlamellen 642 nur teilweise überschwemmt sind in der Flüssigphase des Arbeitsfluids 660.
Die Basis 640 kann aus demselben Material wie das Gehäuse 640, z. B. Aluminium, oder aus einem anderen thermisch leitfähigen Material, z. B. Kupfer, hergestellt worden sein. Der Boden der Basis 640 kann direkt in Kontakt mit dem Elektronikgerät 124 stehen, z. B. der Oberseite des Elektronikgerätes 124. Alternativ kann das Gehäuse, z. B. der Boden der Basis 640 zum Elektronikgerät 124 verbunden sein, z. B. die Oberseite des Elektronikgerätes 124, durch ein Wärme leitendes Oberflächenmaterial, z. B. ein Wärme leitender Pad oder eine Schicht, z. B. ein Wärme leitendes Fett oder Klebstoff.
Die Wärmeübertragungsflächen 642 beinhalten, wie gezeigt, eine Mehrzahl von Lamellen 650, die die untere Innenfläche des Gehäuses, z. B. die Oberseite der Basis 640, berühren. Die Verdampferlamellen 650 ragen nach oben aus dem Tiegel des Verdampferbodens 640 heraus. Somit stellen die Verdampferlamellen 650 einen Wärme leitenden Bereich bereit, der Wärme von der Basis 640 zum Arbeitsfluid 660 leitet. Die Oberseiten der Verdampferlamellen 650 können in die Kammer 646 hineinragen und im Wesentlichen in parallelen Reihen, wie gezeigt, angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen erstrecken sich die Lamellen 650 allgemein parallel zur Breite der Kammer 646.
Zusätzlich können die Verdampferlamellen 650 so eingestellt werden, dass sie das Arbeitsfluid 660 von der Basis 640 durch Kapillarwirkung entziehen. Zum Beispiel können die Verdampferlamellen 650 gestanzt bzw. anderseits mit Merkmalen bedruckt werden, z. B. Ziehriefenbildung, durch die das Arbeitsfluid nach oben gezogen wird. In einigen Implementierungen können die Lamellen 650 entlang ihrer Länge Wellen haben. Die Wellen können eine Neigung zwischen 1 mm und 2 mm haben und eine Amplitude zwischen 0,1 und 0,5 mm. Diese Wellen können dazu führen, dass etwas von der Flüssigphase des Arbeitsfluids 660 an den Lamellen 650 durch Kapillarwirkung aufsteigt. Dadurch kann die Leistungsfähigkeit des Verdampfers 600 verbessert werden, da mehr Oberflächenbereich der Lamellen 650 der Flüssigphase des Arbeitsfluids ausgesetzt wird. Die Lamellen 650 können aus dem gleichen Material gebaut werden wie der Verdampfer, z B. aus Aluminium. Alternativ können die Lamellen 650 aus einem anderen wärmeleitfähigen Material gebaut werden, z. B. aus Kupfer.
In der dargestellten Ausführungsform sind die Lamellen 650 integral in der Verdampferbasis 640 ausgebildet, und somit sind die Basis 640 und die Lamellen 650 aus einem einzigen Materialstück (z. B. Kupfer oder Aluminium oder einem anderen wärmeleitfähigen Material) gefertigt. In einigen Aspekten kann die integrale Natur der Lamellen 650 und der Basis 640, z. B. im Gegensatz zu separaten Lamellen oder Lamellenstapeln, die gelötet oder anderweitig mit der Verdampferbasis verbunden sind, die Komplexität der Bildung des Verdampfers 600 verringern. Beispielsweise können die Lamellen 650 mit einer höheren Dichte und engeren Toleranzen in Bezug auf Lamellen oder Lamellenstäbe ausgebildet sein, die hartgelötet oder anderweitig mit der Verdampferbasis 640 verbunden sind. Die höhere Dichte und engere Toleranzen der dargestellten Konstruktion können für eine verbesserte Wärmeübertragungsleistung sorgen.
7–8 sind Flussdiagramme, die exemplarische Verfahren zum Kühlen von Wärmeerzeugungsvorrichtungen in einem Datenzentrum mit einem Thermosiphon-Kühlsystem veranschaulichen. Auf Methode 700 zuwendend, gezeigt in 7 gezeigt, kann dieses Verfahren bei Schritt 702 beginnen, indem ein Arbeitsfluid zwischen einem Verdampfer und einem Kondensator eines Thermosiphons zirkuliert wird, der auf einer Server-Tray-Unterbaugruppe montiert ist. Das Arbeitsfluid kann von dem Verdampfer zu dem Kondensator als ein Dampf zirkulieren. Das Arbeitsfluid kann (z. B. durch Schwerkraft) vom Kondensator zu dem Verdampfer als Flüssigkeit zirkulieren.
Der Schritt 704 beinhaltet das Kühlen der auf dem Motherboard montierten elektronischen Geräte mit dem Thermosiphon. So wird beispielsweise Wärmeenergie vom einen oder von den mehreren auf einem Motherboard angebrachten elektronischen Geräte zu einem flüssigen Arbeitsfluid in dem Verdampfer übertragen (z. B. um die Flüssigkeit zu verdampfen). Die Wärmeenergie wird dann mit dem verdampften Arbeitsfluid zum Kondensator bewegt und von dem Arbeitsfluid (z. B. zu Umgebungsluft oder Luftstrom um den Kondensator) freigesetzt. Das Arbeitsfluid kondensiert im Kondensator zu einer Flüssigkeit, die sich zum Verdampfer zurückbewegt.
Der Schritt 706 beinhaltet das Messen eines Parameters, der mit der erzeugten Wärme oder der verwendeten Energie durch die elektronischen Geräte verbunden ist. Der Parameter kann erfasst oder gemessen werden und direkt die erzeugte Wärme oder die von den elektronischen Geräte verwendete Energie erfassen/messen. Der Parameter kann auch indirekt die von den elektronischen Geräte verwendete Wärme oder Leistung erfassen/messen. So kann beispielsweise der Parameter eine Temperatur von: der Unterbaugruppe, einer Hauptplatine der Baugruppe, einem oder mehreren elektronischen Bauelementen, des Thermosiphons, eines Luft- oder Luftstroms um die elektronischen Bauelemente oder des Thermosiphons oder des Arbeitsfluids sein. Der Parameter kann ein Druck des Arbeitsfluids sein. Der Parameter kann ein Niveau des flüssigen Arbeitsfluids in dem Verdampfer sein. Der Parameter kann außerdem eine gemessene, geschätzte, bezeichnete oder Stromnamensschild (z. B. Strom, Spannung und/oder Watt) in der Verwendung der einen oder mehreren elektronischen Geräte sein. Der Parameter kann auch eine gemessene, geschätzte oder bezeichnete Nutzung der einen oder mehreren elektronischen Geräte sein.
Der Schritt 708 beinhaltet das Einstellen eines Flüssigkeitspegels des Arbeitsfluids in dem Verdampfer, zumindest teilweise auf der Basis des gemessenen oder erfassten Parameters. In einigen Aspekten kann eine exemplarische Implementierung des Schrittes 708 gemäß dem in FIG gezeigten Verfahren 800 durchgeführt werden. 8. Beispielsweise beinhaltet der Schritt 802 das Betreiben eines Stellgliedes, das mit dem Thermosiphon verbunden ist. In einigen Aspekten kann das Stellglied mit dem Kondensator gekoppelt sein. So kann beispielsweise das Stellglied einen Kolben, der in einem Arbeitsvolumen des Kondensators montiert ist, oder eine mit dem Kondensator gekoppelte Höhenverstelleinrichtung oder eine mit dem Kondensator gekoppelte Schwingungsanordnung umfassen. In einigen Aspekten kann das Stellglied ein Ventil beinhalten, das in einer Kondensatleitung angeordnet ist, die flüssiges Arbeitsfluid zum Verdampfer vom Kondensator zurückführt.
Der Schritt 804 beinhaltet das Einstellen eines Teils des Thermosiphons mit dem Stellglied. Beispielsweise kann das Stellglied einen vertikalen Abstand zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer einstellen (z. B. die Höhe des Kondensators der Unterbaugruppe einstellen). In einigen Aspekten kann das Stellglied ein Arbeitsvolumen des Kondensators (z. B. mit dem Kolben) einstellen. In einigen Aspekten kann das Stellglied eine Strömung des flüssigen Arbeitsfluids vom Kondensator zum Verdampfer (z. B. mit einem Ventil, Dochtmaterial oder anders) einstellen. In einigen Aspekten kann das Stellglied den Kondensator oder einen anderen Teil des Thermosiphons vibrieren, um eine Blasengröße des Arbeitsfluids in dem Thermosiphon zu reduzieren.
Der Schritt 806 umfasst das Einstellen eines Flüssigkeitsflusses des Arbeitsfluids auf den Verdampfer oder den Dampfstrom zu dem Kondensator auf der Grundlage der Einstellung des Thermosiphons. Schritt 808 beinhaltet das Einstellen des Flüssigkeitsspiegels des Arbeitsfluids in dem Verdampfer basierend auf der Einstellung des Flusses der Flüssigkeit des Arbeitsfluids zu dem Verdampfer oder dem Strom des Dampfes zum Kondensator. Schritt 810 beinhaltet das Anpassen einer Kühlkapazität des Thermosiphons mit einer Wärmebelastung der elektronischen Vorrichtungen auf der Grundlage der Einstellung des Flüssigkeitsspiegels des Arbeitsfluids in dem Verdampfer.
In einigen Ausführungsformen kann das (genaue oder annähernde) Anpassen der Kühlkapazität des Thermosiphons mit der Wärmebelastung der elektronischen Geräte einen effizienteren Betrieb des Thermosiphons ermöglichen. Beispielsweise könnte ein Thermosiphon am effizientesten bei einer Entwurfskühlleistung arbeiten, z. B. eine Dryoutkapazität, bei der die gesamte oder im Wesentlichen die ganze Flüssigkeit in dem Verdampfer durch Wärmeenergie verdampft wird, die von den elektronischen Geräten übertragen wird. Eine derartige Design-Kühlkapazität kann gewählt werden und kann sogar erforderlich sein, basierend auf einer maximalen Wärmebelastung der elektronischen Geräte (z. B. entsprechend einer maximalen oder Leistungsaufnahme eines Kennschilds). Wie auch immer, da jedoch die elektronischen Geräte typischerweise nicht funktionieren und niemals auf dem Leistungsschild des Typenschilds arbeiten können, kann die Wärmebelastung der elektronischen Geräte (z. B. durchschnittlich oder tatsächlich) kleiner als die maximale Wärmelast sein. Die Entwurfskühlleistung des Thermosiphons kann daher zu groß sein, was bewirkt, dass der Thermosiphon typischerweise in einem weniger effizienten (oder ineffizienten) Zustand arbeitet (z. B. mit Aufbau von flüssigem Arbeitsfluid in dem Verdampfer). Der Betrieb des Stellglieds, um den Thermosiphon so einzustellen, dass er (exakt oder nahezu) einer dynamischen Wärmebelastung der elektronischen Geräte entspricht, kann somit dem Thermosiphon für eine maximale Wärmebelastung (z Was den effizientesten Betrieb bei verschiedenen Wärmebelastungen ermöglicht, die unter der maximalen Wärmebelastung liegen.
9 ist ein schematisches Diagramm eines Steuersystems (oder Steuergeräts) 900. Das System 900 kann für die Operationen verwendet werden, die in Verbindung mit irgendeinem der zuvor beschriebenen computerimplementierten Verfahren beschrieben werden, beispielsweise als Controller oder als Teil des Controllers 144/244/344 oder anderer hierin beschriebener Controller. Beispielsweise kann das System 900 verwendet werden, um eine lokale Steuerung für bestimmte oder kleine Gruppen von kombinierten Leistungs-/Kühleinheiten vorzusehen, die oben beschrieben wurden, oder bei der Bereitstellung einer Mastersteuerung über ein gesamtes Rechenzentrum oder mehrere Rechenzentren derlei Einheiten. Darüber hinaus kann das System 900 Rechenressourcen beschreiben, die als die zu kühlenden Lasten durch die oben beschriebenen Systeme und Verfahren betrieben werden können.
Das System 900 soll verschiedene Formen von Digitalcomputern darstellen, zum Beispiel Laptops, Desktops, Workstations, Personal Digital Assistants, Server, Blade Server, Mainframes und andere geeignete Computer. Das System 900 kann auch mobile Geräte, wie z. B. persönliche digitale Assistenten, Mobiltelefone, Smartphones und andere ähnliche Computergeräte, beinhalten. Darüber hinaus kann das System tragbare Speichermedien, wie zum Beispiel Universal Serial Bus (USB) Flash-Laufwerke, beinhalten. Die USB-Speichermedien können Betriebssysteme und andere Anwendungen speichern. Die USB-Flashlaufwerke können Eingabe-/Ausgabekomponenten, wie z. B. einen Funksender oder USB-Anschluss enthalten, der an einen USB-Anschluss eines anderen Computers eingesteckt werden kann.
Das System 900 umfasst einen Prozessor 910, einen Speicher 920, ein Speichergerät 930 und ein Eingabe-/Ausgabegerät 940. Alle der Komponenten 910, 920, 930 und 940 sind unter Einsatz eines Systembusses 950 miteinander verbunden. Der Prozessor 910 ist fähig, Anweisungen zur Umsetzung innerhalb des Systems 900 zu verarbeiten. Zusätzlich dazu kann der Prozessor mit einer beliebigen Anzahl an Architekturen implementiert werden. Der Prozessor 910 kann beispielsweise ein CISC-Prozessor (Complex Instruction Set Computers), ein RISC-Prozessor (Reduced Instruction Set Computer) oder ein MISC-Prozessor (Minimal Instruction Set Computer) sein.
In einer Implementierung ist der Prozessor 910 ein Single-Thread-Prozessor. In einer anderen Implementierung ist der Prozessor 910 ein Multi-Thread-Prozessor. Der Prozessor 910 ist fähig, Anweisungen zu verarbeiten, die in dem Speicher 920 oder im Speichergerät 930 gespeichert sind, um graphische Informationen für eine Benutzeroberfläche auf dem Eingabe-/Ausgabegerät 940 anzuzeigen.
Der Speicher 920 speichert Informationen innerhalb des Systems 900. In einer Implementierung ist der Speicher 920 ein computerlesbares Medium. In einer Implementierung ist der Speicher 920 ein flüchtiges Speichergerät oder flüchtige Speichergeräte. In einer anderen Implementierung ist der Speicher 920 ein nicht flüchtiges Speichergerät oder nicht flüchtige Speichergeräte.
Das Speichergerät 930 kann Massenspeicher für das Computergerät 900 bereitstellen. In einer Implementierung ist die Speichervorrichtung 930 ein computerlesbares Medium. In verschiedenen anderen Implementierungen kann das Speichergerät 930 ein Diskettenlaufwerk, ein Festplattenlaufwerk, ein optisches Laufwerk oder ein Bandgerät sein.
Das Eingabe-/Ausgabegerät 940 liefert Eingabe-/Ausgabeoperationen für das System 900. In einer Implementierung umfasst das Eingabe-/Ausgabegerät 940 eine Tastatur und/oder ein Zeigegerät. In einer anderen Implementierung umfasst das Eingabe-/Ausgabegerät 940 eine Anzeige zur Darstellung graphischer Benutzeroberflächen.
Die beschriebenen Funktionen können in eine digitale Elektronikschaltung, Computerhardware, Firmware, Software oder Kombinationen derselben implementiert werden. Der Apparat kann in ein Computerprogrammprodukt implementiert werden, das greifbar ein einem Informationsträger verankert ist, z. B. in einem maschinenlesbaren Speichergerät, zur Umsetzung durch einen programmierbaren Prozessor und es können methodische Schritte von einem programmierbaren Prozessor unternommen werden, der ein Programm von Anweisungen zur Erfüllung von Funktionen der beschriebenen Implementierungen durch die Arbeit an Eingabedaten und die Generierung von Ausgabedaten umsetzt. Die beschriebenen Merkmale können vorteilhaft in ein oder mehrere Computerprogramme implementiert werden, die auf einem programmierbaren System laufen, das mindestens einen daran angekoppelten, programmierbaren Prozessor für den Empfang von Daten und Anweisungen und die Übertragung von Daten und Anweisungen an ein Datenspeichersystem, und mindestens eine Eingabe- und eine Ausgabevorrichtung beinhaltet. Ein Computerprogramm ist ein Satz von Anweisungen, die direkt oder indirekt in einem Computer zur Durchführung einer bestimmten Aktivität oder Herbeiführung eines bestimmten Ergebnisses eingesetzt werden können. Ein Computerprogramm kann in jeder beliebigen Art der Programmiersprache geschrieben sein, einschließlich kompilierter oder interpretierter Sprachen und kann in jeder beliebigen Form eingesetzt werden, darunter auch als unabhängiges Programm oder als ein Modul, eine Komponente, eine Subroutine oder andere Einheit, die für den Einsatz in einer Rechnerumgebung geeignet ist.
Prozessoren, die für die Durchführung eines Computerprogramms geeignet sind, schließen beispielsweise sowohl allgemeine und als auch Spezial-Mikroprozessoren sowie alle Arten eines oder mehrerer Prozessoren jeglicher Art Digitalrechner ein. Im Allgemeinen nimmt ein Prozessor Anweisungen und Daten von einem Festwertspeicher oder einem Arbeitsspeicher oder von beiden entgegen. Die wesentlichen Elemente eines Computers sind ein Prozessor für die Umsetzung von Anweisungen und ein oder mehrere Speicher für das Speichern von Anweisungen und Daten. Im Allgemeinen wird ein Computer auch eine oder mehrere Massenspeichergeräte zur Speicherung von Datenbeständen beinhalten oder mit diesen zu Kommunikationszwecken operativ gekoppelt sein; diese Geräte umfassen Magnetplatten wie etwa interne Festplatten und Wechselplatten, magneto-optische und optische Laufwerke. Speichervorrichtungen, die für die greifbare Verankerung von Computerprogrammanweisungen und Daten geeignet sind, umfassen alle Arten von nichtflüchtigen Speichern, darunter beispielsweise auch Halbleiterspeicher wie EPROM, EEPROM und Flash-Speichergeräte, Magnetplatten wie etwa interne Festplatten und Wechselplatten, magneto-optische Laufwerke sowie CD-ROM- und DVD-ROM-Laufwerke. Der Prozessor und der Speicher können durch ASICs (application-specific integrated circuits, anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise) ergänzt oder in diese mit einbezogen werden.
Um die Interaktion mit einem Benutzer zu ermöglichen, können in dieser Spezifikation beschriebene Ausführungsformen des Gegenstands auf einem Computer mit einem Anzeigegerät implementiert werden, z. B. einem CRT-(Kathodenstrahlröhre) oder LCD-(Flüssigkristallanzeige)Monitor, mit welchem dem Benutzer Informationen angezeigt werden, sowie einer Tastatur und einem Anzeigegerät, z. B. einer Maus oder einem Trackball, mit denen der Benutzer Eingaben in den Computer vornehmen kann. Zusätzlich können solche Aktivitäten über Touchscreen-Flachbildschirme und andere geeignete Mechanismen implementiert werden.
Die Funktionen können in einem Computersystem implementiert werden, das eine Backend-Komponente umfasst, wie etwa einen Datenserver oder eine Middleware-Komponente, wie etwa einen Anwendungsserver oder Internetserver oder das eine Frontend-Komponente beinhaltet, wie etwa einen Clientcomputer mit einer graphischen Benutzeroberfläche oder einem Internet-Browser oder mit einer beliebigen Kombination derselben. Die Komponenten des Systems können durch eine beliebige Form oder ein beliebiges Medium digitaler Datenkommunikation miteinander verbunden sein, wie etwa ein Kommunikationsnetzwerk. Beispiele von Kommunikationsnetzen beinhalten ein lokales Netz („LAN“), ein Weitverkehrsnetz („WAN“), Peer-to-Peer-Netze (mit Ad-hoc-Mitgliedern und ständigen Mitgliedern), Netzrechnerinfrastrukturen und das Internet.
Zwar enthält diese Spezifikation viele spezifische Implementierungsdetails, jedoch sollten diese nicht als Beschränkungen des Umfangs oder des Anspruchs ausgelegt werden, sondern vielmehr als Beschreibungen spezifischer Merkmale bestimmter Ausführungsformen bestimmter Erfindungen. Bestimmte Eigenschaften, die in dieser Spezifikation im Kontext gesonderter Implementierungen beschrieben sind, können auch in Kombination in einer einzelnen Implementierung implementiert werden. Umgekehrt können verschiedene, im Kontext einer einzelnen Implementierung beschriebenen Merkmale auch in mehreren Implementierungen gesondert oder in einer geeigneten Unterkombination implementiert werden. Außerdem können ein oder mehrere Merkmale einer beanspruchten Kombination in einigen Fällen aus der Kombination herausgelöst werden, auch wenn die Merkmale vorstehend als in gewissen Kombinationen funktionierend beschrieben oder gar als eine Kombination beansprucht werden, und die beanspruchte Kombination kann an eine Unterkombination oder eine Variation einer Unterkombination verwiesen werden.
Ebenso werden Tätigkeiten in den Zeichnungen zwar in einer bestimmten Reihenfolge dargestellt, aber dies sollte nicht als Erfordernis verstanden werden, dass solche Tätigkeiten in der bestimmten gezeigten Reihenfolge oder in einer aufeinanderfolgenden Reihenfolge ausgeführt werden müssen oder dass alle dargestellten Tätigkeiten ausgeführt werden müssen, um erwünschte Ergebnisse zu erzielen. Unter bestimmten Umständen können Multitasking und eine Parallelbearbeitung vorteilhaft sein. Darüber hinaus sollte die Trennung verschiedener Systemkomponenten in den oben beschriebenen Implementierungen nicht als eine solche Trennung in allen Implementierungen erfordernd aufgefasst werden, und es versteht sich, dass die beschriebenen Programmkomponenten und Systeme grundsätzlich zusammen in ein einziges Softwareprodukt integriert oder zu mehreren Softwareprodukten verkapselt werden können.
Eine Anzahl an Ausführungsformen wurde beschrieben. Dennoch versteht es sich von selbst, dass Modifikationen gemacht werden ohne vom hier beschriebenen Schutzumfang und Geist der Erfindung abzuweichen. So können beispielsweise die Schritte im exemplarischen Flussdiagramm in 7–8 in anderen Reihenfolgen durchgeführt werden, es können Schritte entfernt und andere Schritte hinzugefügt werden. Des Weiteren kann bei einigen Implementierungen ein Phasenänderungsmaterial beispielsweise zwischen einen Verdampfer eines Thermosiphons und ein oder mehrere wärmeerzeugende elektronischen Geräte positioniert werden, um eine thermische Kontaktfläche zwischen Verdampfer und den Geräte zu vergrößern. Dementsprechend liegen Ausführungsformen innerhalb des Umfangs der nachfolgenden Ansprüche.

Claims

Kühlsystem für ein Rechenzentrum, umfassend: Thermosiphon, Folgendes umfassend: einem Verdampfer; einen Kondensator; und mindestens eine Leitung, die zwischen dem Verdampfer und dem Kondensator gekoppelt ist, um ein Arbeitsfluid zwischen dem Verdampfer und dem Kondensator zu transportieren; ein Stellglied, das mit dem Thermosiphon verbunden ist; und einen Controller, der mit dem Stellglied gekoppelt und so konfiguriert ist, dass er das Stellglied steuert, um einen Flüssigkeitspegel des Arbeitsfluids in dem Verdampfer zumindest teilweise auf einen Parameter einzustellen, der mit einer Wärmebelastung von einem oder mehreren wärmeerzeugenden Geräten des Rechenzentrums verbunden ist.
Rechenzentrumkühlsystem nach Anspruch 1, worin das Stellglied eine mit dem Kondensator gekoppelte Höheneinstellanordnung umfasst.
Rechenzentrumkühlsystem nach Anspruch 2, worin die Höheneinstellanordnung am Kondensator angebracht ist und entsprechend angeordnet ist, um eine Position des Kondensators einzustellen, um einen vertikalen Abstand zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer, zumindest teilweise auf der Basis des Parameters, einzustellen.
Rechenzentrumkühlsystem nach Anspruch 2, worin die Höheneinstellanordnung am Kondensator angebracht ist und so angeordnet ist, dass sie den Kondensator, zumindest teilweise auf der Basis des Parameters, schwingt.
Rechenzentrumskühlsystem nach Anspruch 2, worin eine Kombination des Reglers und der Höheneinstellanordnung als ein Bimetallelement in Kontakt mit wenigstens einem Kondensators oder der Leitung angeordnet ist, worin das Bimetallglied so angeordnet ist, dass es eine Position des Kondensators einstellt, um einen vertikalen Abstand zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer, zumindest teilweise auf der Basis des Parameters, einzustellen, wobei der Parameter eine Temperaturdifferenz zwischen einer Temperatur des Kondensators oder der Leitung und einer Referenztemperatur umfasst.
Rechenzentrumkühlsystem nach Anspruch 2, worin eine Kombination des Reglers und der Höheneinstellanordnung als ein Phasenänderungsmotor in Kontakt mit dem Kondensator angeordnet ist, worin der Phasenänderungsmotor angeordnet ist, um eine Position des Kondensators einzustellen, um einen vertikalen Abstand zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer einzustellen, zumindest teilweise auf der Basis des Parameters, worin der Parameter eine Temperatur des Kondensators relativ zu einer Temperatur eines Phasenänderungsmaterials des Phasenänderungsmotors umfasst.
Rechenzentrumkühlsystem nach Anspruch 1, worin das Stellglied einen Kolben umfasst, der in einem Arbeitsvolumen des Kondensators montiert ist.
Rechenzentrumkühlsystem nach Anspruch 7, worin der Kolben so angeordnet ist, dass er im Kondensator schwingt, um das Arbeitsvolumen, zumindest teilweise auf der Basis des Parameters, einzustellen.
Rechenzentrumkühlsystem nach Anspruch 7, worin der Kolben so angeordnet ist, dass er den Kondensator, zumindest teilweise auf der Basis des Parameters, schwingt.
Rechenzentrumkühlsystem nach Anspruch 1, worin das Stellglied eine Winkeleinstellanordnung umfasst, die mit dem Kondensator gekoppelt ist.
Rechenzentrumkühlsystem nach Anspruch 10, worin die Winkeleinstellanordnung am Kondensator angebracht ist und entsprechend angeordnet ist, um den Kondensator, zumindest teilweise auf der Basis des Parameters, zu drehen oder zu schwenken.
Rechenzentrumkühlsystem nach Anspruch 10, worin die Winkeleinstellanordnung entsprechend angeordnet ist, um den Kondensator, zumindest teilweise auf der Basis des Parameters, zu vibrieren.
Rechenzentrumkühlsystem nach Anspruch 1, worin die Leitung eine Flüssigkeitsleitung und eine Dampfleitung umfasst und das Stellglied ein in der Flüssigkeitsleitung positioniertes Ventil umfasst.
Rechenzentrumkühlsystem nach Anspruch 13, worin das Ventil so angeordnet ist, dass es in Richtung einer geschlossenen Position oder einer offenen Position verändert wird, zumindest teilweise auf der Basis des Parameters.
Rechenzentrumkühlsystem nach Anspruch 1, worin das Stellglied eine Schwingungsanordnung aufweist, die mit dem Kondensator gekoppelt ist und so angeordnet ist, um den Kondensator, zumindest teilweise auf der Basis des Parameters, zu vibrieren.
Rechenzentrumkühlsystem nach Anspruch 1, worin die Leitung den Verdampfer und den Kondensator in einem Abwärtswinkel relativ zur Schwerkraft vom Kondensator zum Verdampfer koppelt.
Rechenzentrumkühlsystem nach Anspruch 1, worin die Leitung flexibel ist.
Rechenzentrumkühlsystem nach Anspruch 1, worin der Parameter mindestens eine der folgenden Eigenschaften umfasst: eine Temperatur von Luft, angrenzend zum Gerät, das am Gestell montiert ist, eine Temperatur von Luft, angrenzend an den Kondensator, eine Temperatur der einen oder mehreren wärmeerzeugenden Computer, eine Temperatur einer Hauptplatine von einem oder mehreren wärmeerzeugenden Computern, den Flüssigkeitsspiegel des Arbeitsfluids im Verdampfer, einen Druck des Arbeitsfluids, eine Temperatur des Arbeitsfluids, einen Leistungsverbrauch eines oder mehrerer wärmeerzeugenden Computern oder die Nutzung wärmeerzeugender Computer.
Rechenzentrumkühlsystem nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Dochtwirkungsmaterial, das in der Leitung zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer angebracht ist.
Rechenzentrumkühlsystem nach Anspruch 1, worin der Verdampfer Folgendes aufweist: eine Basis und ein Gehäuse, die eine Kammer für das Arbeitsfluid definieren; und eine Vielzahl von Lamellen, die vollständig mit der Basis ausgebildet sind und sich von der Basis in die Kammer erstrecken.