可縮放的液體浸沒冷卻系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種用于電子設(shè)備的可縮放的液體浸沒冷卻系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括多個模塊化的系統(tǒng)元件，例如電子設(shè)備機(jī)殼、歧管、水泵、以及熱交換器單元。所述模塊化的系統(tǒng)元件允許所述液體浸沒冷卻系統(tǒng)被等比例地擴(kuò)大或減小以適應(yīng)變化的需求。此外，所述元件的模塊化提高了可攜帶性，允許所述電子系統(tǒng)的較為方便的運(yùn)輸以及架設(shè)/拆卸。
【專利說明】
可縮放的液體浸沒冷卻系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本文所公開的內(nèi)容涉及電子系統(tǒng)，例如服務(wù)器計算機(jī)、刀片服務(wù)器、磁盤陣列/存儲系統(tǒng)、固態(tài)存儲器裝置、存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)附加存儲、存儲通信系統(tǒng)、路由器、電信基礎(chǔ)設(shè)施/交換機(jī)、有線、光學(xué)及無線通信裝置、單元處理器裝置、打印機(jī)、電源及其他的液體浸沒冷卻。
【背景技術(shù)】
[0002]對電子設(shè)備進(jìn)行液體浸沒以通過與液體冷卻劑的直接接觸來冷卻電子設(shè)備是已知的。電子設(shè)備的液體浸沒冷卻的示例被公開于美國專利7095106、7403392等文件中。電子設(shè)備的液體浸沒冷卻相對于電子設(shè)備的氣體冷卻具有很多優(yōu)點(diǎn)，包括:通過取消對風(fēng)扇的需求以及減少HVAC冷卻而取得的較高的能效;通過消除風(fēng)扇噪音而獲得的更安靜的操作；適用于惡劣的環(huán)境中，因?yàn)殡娮釉O(shè)備被容納在密封的、液密的機(jī)殼中，該機(jī)殼保護(hù)電子設(shè)備免受濕氣、鹽分、沙土、灰塵、以及其他污染物的侵害；以及通過降低或防止電子設(shè)備的熱疲勞、腐蝕以及污染而取得的高可靠性。
[0003]對于一些類型的電子系統(tǒng)，例如服務(wù)器，按比例增大或減小該等電子系統(tǒng)以改變?nèi)莘e和性能的能力有時是需要的。按比例增大或減小可以通過改變被設(shè)置在機(jī)殼內(nèi)的電子元件的數(shù)量，或者通過使用處于一個陣列，例如服務(wù)器陣列中的多個處于彼此分離的機(jī)殼內(nèi)的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]—種用于電子設(shè)備的可縮放的液體浸沒冷卻系統(tǒng)被描述。該系統(tǒng)包括多個模塊化的系統(tǒng)元件，例如電子設(shè)備機(jī)殼、歧管、水栗、以及熱交換器單元。所述模塊化的系統(tǒng)元件允許所述液體浸沒冷卻系統(tǒng)被等比例地擴(kuò)大或減小以適應(yīng)變化的需求。此外，所述元件的模塊化提高了可攜帶性，允許所述電子系統(tǒng)的較為方便的運(yùn)輸以及架設(shè)/拆卸。
[0005]所述模塊化的系統(tǒng)元件包括多個系統(tǒng)分組，每個系統(tǒng)分組包括至少一個電子設(shè)備機(jī)殼以及歧管、水栗和至少一個熱交換器，所述至少一個電子設(shè)備機(jī)殼被設(shè)計成最佳地與這些元件協(xié)同工作。
[0006]每個電子設(shè)備機(jī)殼包括其液密的至少一部分，該部分用于約束冷卻液，例如絕緣冷卻液，以及待進(jìn)行液體浸沒冷卻的電子設(shè)備的殼體。整個機(jī)殼可以都是液密的，或者所述機(jī)殼可能具有干燥部分，在該干燥部分一些電子設(shè)備不會和容納待進(jìn)行液體浸沒冷卻的電子設(shè)備的液密部分一起被進(jìn)行液體浸沒冷卻。所述機(jī)殼中的每一個都可以具有相同的物理尺寸(即物理上的大小)或者不同的物理尺寸。有至少一個液體入口通到所述機(jī)殼的所述液密部分中，用于允許冷卻液體輸入到所述機(jī)殼中；還有至少一個液體出口從所述機(jī)殼的所述液密部分引出，用于允許冷卻液體從所述機(jī)殼中輸出。所述液體入口和液體出口也可以設(shè)有閥門式的快速連接耦合結(jié)構(gòu)，當(dāng)被與所述系統(tǒng)流體隔斷時，該結(jié)構(gòu)自動關(guān)閉以將液體保持在機(jī)殼內(nèi)；并且該結(jié)構(gòu)在被流體連接到另一個系統(tǒng)元件時自動打開。
[0007]每個機(jī)殼中的電子設(shè)備可以是組成任何電子系統(tǒng)的任何電子設(shè)備。在一個實(shí)施方式中，所述電子設(shè)備是高功率密度的電子設(shè)備。例如，所述電子設(shè)備可以被設(shè)計成使得所述電子設(shè)備用作服務(wù)器計算機(jī)、刀片服務(wù)器、磁盤陣列/存儲系統(tǒng)、固態(tài)存儲器裝置、存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)附加存儲、存儲通信系統(tǒng)、路由器、電信基礎(chǔ)設(shè)施/交換機(jī)、有線、光學(xué)及無線通信裝置、單元處理器裝置、打印機(jī)、電源及其他多種設(shè)備。
[0008]每個機(jī)殼中的電子設(shè)備可以被設(shè)計成執(zhí)行彼此相同或不同的功能。例如，每個機(jī)殼中的電子設(shè)備可以被設(shè)計成使得它們中的每一個都用作服務(wù)器計算機(jī)系統(tǒng)。另外，每個機(jī)殼中的電子設(shè)備可以被設(shè)計成具有彼此相同或者相當(dāng)?shù)碾姎庑阅?，或者每個機(jī)殼中的電子設(shè)備可以具有不同的電氣性能。例如，如果所述電子設(shè)備被設(shè)計成用作服務(wù)器計算機(jī)系統(tǒng)，所述電子設(shè)備可以具有相同的計算或處理能力，或者每個計算機(jī)的計算或處理能力可能不同。
[0009]每個歧管包括冷卻劑輸送歧管部分，其具有多個間隔的出口，用于流體連接到所述機(jī)殼上的所述液體入口；還包括冷卻劑返回歧管部分，其具有多個間隔的入口，用于流體連接到所述機(jī)殼上的所述液體出口。所述歧管的尺寸可以不同，以便適應(yīng)于連接到更大或更小數(shù)量的電子設(shè)備機(jī)殼和/或適應(yīng)于連接到可能需要輸出和收回更多或更少的冷卻液，以便充分冷卻電子設(shè)備的電子設(shè)備機(jī)殼。
[0010]所述水栗中的每一個都可以根據(jù)它們需要與之協(xié)同工作的電子設(shè)備機(jī)殼、歧管、以及熱交換器單元而具有不同的水栗性能。水栗性能可以被用任何適當(dāng)?shù)姆绞綔y量，這些方式包括但不限于以每個時間單位內(nèi)被栗出的液體的量計量的水栗容量、輸出壓力、水栗揚(yáng)程等等。所述水栗可以具有適于栗出冷卻液的現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何機(jī)構(gòu)設(shè)計。
[0011]所述熱交換器單元中的每一個都可以具有不同的熱交換性能，并且每個熱交換器單元都被具體設(shè)計用來和電子設(shè)備機(jī)殼、歧管及水栗的具體組合共同使用，以便提供冷卻液的充分冷卻。例如，所述熱交換器單元可以具有不同的尺寸和不同的熱交換區(qū)域?？蛇x擇地，具有相同尺寸(或者相同的熱交換性能)或不同尺寸(或者不同的熱交換性能)的兩個或多個熱交換器單元可以被串接在一起，從而改變整體的熱交換性能以便共同地冷卻所述冷卻液。
[0012]所述熱交換器單元可以被設(shè)計用于任何類型的熱交換，例如傳導(dǎo)或?qū)α?，也可以具有任何類型的流程配置，包括但不限于平行流、反流、及交叉流。在一個實(shí)施方式中，所述熱交換器單元被埋在地下。在另一個實(shí)施方式中，所述熱交換器單元被布置在水體中，例如湖中或者儲水的水箱中。在一個實(shí)施方式中，所述熱交換器單元同時容納所述電子設(shè)備冷卻液和與所述電子設(shè)備冷卻液交換熱量的液體冷卻劑例如水。由所述液體冷卻劑回收的熱能可以而后被用于其他用途。
[0013]所述模塊化的系統(tǒng)元件之間的流體連接可以通過適合的軟管實(shí)現(xiàn)，所述軟管具有用于連接到各種元件的快速連接流體耦合結(jié)構(gòu)。所述軟管還可以具有允許適應(yīng)于不同的流體流量，以及甚至允許調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力的不同尺寸。
【附圖說明】
[0014]圖1示意性地描繪了本文所描述的一種模塊化液體浸沒冷卻系統(tǒng)的系統(tǒng)分組，其中所述系統(tǒng)分組包括電子設(shè)備機(jī)殼、歧管、水栗和熱交換器單元。
[0015]圖2示出了可以被和所述模塊化的液體浸沒冷卻系統(tǒng)共同使用的多個模塊化的電子設(shè)備機(jī)殼。
[0016]圖3是所述模塊化的電子設(shè)備機(jī)殼中的一個的立體圖，其側(cè)壁中的一個被移除以不出該機(jī)殼的內(nèi)部。
[0017]圖4A、4B和4C示出了可以被和所述模塊化的液體浸沒冷卻系統(tǒng)共同使用的模塊化的歧管和水栗的不同組合。
[0018]圖5A及5B示出了可以被和所述模塊化的液體浸沒冷卻系統(tǒng)共同使用的兩個尺寸不同的熱交換器單元。
[0019]圖6A、6B和6C示出了將模塊化的熱交換器單元從一個串接到另一個以提高熱交換性能的示例。
[0020]圖7示出了本文中描述的模塊化的液體浸沒冷卻系統(tǒng)的一個實(shí)施方式的一種示例性的應(yīng)用。
[0021]圖8示出了本文中描述的模塊化的液體浸沒冷卻系統(tǒng)的一個實(shí)施方式的另一種示例性的應(yīng)用。
[0022]圖9示出了本文中所描述的模塊化液體浸沒冷卻系統(tǒng)的一個實(shí)施方式的再另一種示例性的應(yīng)用。
[0023]圖10示出了所述模塊化的熱交換器單元的細(xì)節(jié)。
[0024]圖11是圖10中的所述熱交換器單元的端部試圖，其中端蓋被移除。
[0025]圖12示出了可以被用于控制通過所述熱交換器單元的流體通路的流動路線的端蓋的不例。
[0026]圖13示出了圖12中的所述端蓋的兩條示例性的流動路線。
[0027]圖14A和14B示出了通過所述熱交換器單元的流動路線的另一個可行的實(shí)施方式。
[0028]圖15A和15B示出了通過所述熱交換器單元的流動路線的另一個可行的實(shí)施方式。
[0029]圖16A和16B示出了通過所述熱交換器單元的流動路線的另一個可行的實(shí)施方式。
[0030]圖17A和17B示出了通過所述熱交換器單元的流動路線的另一個可行的實(shí)施方式。
[0031]圖18A和18B示出了通過所述熱交換器單元的流動路線的另一個可行的實(shí)施方式。
[0032]圖19A和19B示出了通過所述熱交換器單元的流動路線的另一個可行的實(shí)施方式。
[0033]圖20A和20B示出了通過所述熱交換器單元的流動路線的另一個可行的實(shí)施方式。
【具體實(shí)施方式】
[0034]圖1-20示出了模塊化元件、系統(tǒng)分組、以及用于冷卻電子系統(tǒng)的模塊化的液體浸沒冷卻系統(tǒng)的各種示例。所述冷卻系統(tǒng)由模塊化的元件組成，所述模塊化的元件允許所述冷卻系統(tǒng)被等比例地放大或縮小以適應(yīng)于變化的冷卻需求。此外，所述元件的模塊化提高了所述冷卻系統(tǒng)的可攜帶性，允許液體浸沒冷卻的電子系統(tǒng)被相對容易地運(yùn)輸和架設(shè)/拆卸。
[0035]每個冷卻系統(tǒng)都對構(gòu)成任何電子設(shè)備系統(tǒng)的電子設(shè)備進(jìn)行液體浸沒冷卻。在一個實(shí)施方式中，所述電子設(shè)備是高功率密度的電子設(shè)備。例如，所述電子設(shè)備可以被設(shè)計成使得所述電子設(shè)備用作服務(wù)器計算機(jī)、刀片服務(wù)器、磁盤陣列/存儲系統(tǒng)、固態(tài)存儲器裝置、存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)附加存儲、存儲通信系統(tǒng)、路由器、電信基礎(chǔ)設(shè)施/交換機(jī)、有線、光學(xué)及無線通信裝置、單元處理器裝置、打印機(jī)、電源及其他多種設(shè)備。
[0036]用于浸沒所述電子設(shè)備的冷卻液可以是，但不限于，絕緣的液體。所述冷卻液可以是單相或雙相的。優(yōu)選地，所述冷卻液具有足夠高的熱傳遞能力以便調(diào)節(jié)由被浸沒的電子設(shè)備元件產(chǎn)生的熱量的總量，使得冷卻液不會改變性狀。足夠的冷卻液存在于每個電子設(shè)備機(jī)殼中，以便浸沒人們希望浸沒的產(chǎn)生熱量的元件。因此，在某些情況下，冷卻液可以基本上充滿整個電子設(shè)備機(jī)殼，而在其他一些情況下冷卻液可以僅部分地充滿機(jī)殼。
[0037]以下所述的各種模塊化的系統(tǒng)元件可以被設(shè)置到多個系統(tǒng)分組中，所述多個系統(tǒng)分組中的一個被示出在圖1中。如圖1所示，每個系統(tǒng)分組10包括至少一個模塊化的電子設(shè)備機(jī)殼12、以及模塊化的歧管14、模塊化的水栗16和至少一個模塊化的熱交換器單元18，所述至少一個電子設(shè)備機(jī)殼12被設(shè)計成最佳地與這些元件協(xié)同工作。該等元件12、14、16、18中的每一個都被設(shè)計成模塊化的以允許所述系統(tǒng)被等比例地放大或縮小。
[0038]在該被示出的示例中，所述模塊化的機(jī)殼12被通過冷卻液供應(yīng)管線20和冷卻液返回管線22流體連接到所述模塊化的歧管14，所述冷卻液供應(yīng)管線20將冷卻液進(jìn)給到所述機(jī)殼12中以便冷卻所述機(jī)殼12內(nèi)部的電子設(shè)備;所述冷卻液返回管線22從所述機(jī)殼中或者所述冷卻液的后續(xù)冷卻過程中導(dǎo)出被加熱的冷卻液。
[0039]繼續(xù)參考圖1，在一個實(shí)施方式中，所述水栗16具有流體連接到所述歧管14的入口24和流體連接到所述熱交換器單元18的出口26，以便從所述歧管14把被加熱的冷卻液栗出到所述熱交換器單元18。所述冷卻液在所述熱交換器單元中被冷卻，而后通過返回管線28返回到所述歧管，在所述返回管線28處所述冷卻液通過所述供給管線20被引導(dǎo)回到所述機(jī)殼中。可選擇地，在被用虛線示出的另一個實(shí)施方式中，被加熱的冷卻液被直接從所述歧管中導(dǎo)出到所述熱交換器單元，在所述熱交換器單元被冷卻，而后被水栗栗回到所述歧管中。
[0040]所述模塊化的電子設(shè)備機(jī)殼被示出在圖2及圖3中。圖2示出了三個尺寸不同的電子設(shè)備機(jī)殼12a、12b、12c。所述電子設(shè)備機(jī)殼12a_c中的每一個都包括其至少一部分，該部分為液密的以用于阻擋冷卻液，且每一個機(jī)殼都容納有需要進(jìn)行液體浸沒冷卻的電子設(shè)備。整個機(jī)殼可以都是液密的，或者該機(jī)殼可以具有干燥部分，在該干燥部分某些電子設(shè)備元件不會和容納所述需要進(jìn)行液體浸沒冷卻的電子設(shè)備的液密部分一起受到液體浸沒冷卻。
[0041]所述電子設(shè)備機(jī)殼12a、12b、12c被顯示為具有不同的物理尺寸，其中機(jī)殼12a在尺寸上是最小的，機(jī)殼12b大于機(jī)殼12a，而機(jī)殼12c是最大的。然而，如有需要，該等機(jī)殼可以都具有相同的物理尺寸(即物理上的大小)。另外，這些電子設(shè)備機(jī)殼12a_c中的多于一個可以被同時使用在一個系統(tǒng)中，并且所述機(jī)殼12a_c可以被以任何數(shù)量共同使用而組成一個系統(tǒng)。也可以采用少于或多于三個尺寸不同的機(jī)殼。
[0042]除了不同的物理尺寸，所述機(jī)殼12a_c在整體結(jié)構(gòu)上通常是相似的。具體而言，參考圖2及圖3，每個機(jī)殼包括至少一個進(jìn)入所述機(jī)殼的所述液密部分中以允許冷卻液輸入到所述機(jī)殼中的液體入口 30，以及至少一個從所述機(jī)殼的所述液密部分引出以允許冷卻液從所述機(jī)殼中輸出的液體出口 32。所述液體入口和液體出口也可以設(shè)有閥門式的快速連接耦合結(jié)構(gòu)，其在被與所述系統(tǒng)流體隔斷時自動關(guān)閉以將液體保持在所述機(jī)殼內(nèi)，并且其在被流體連接到其他系統(tǒng)元件時自動打開。所述閥門式的快速連接親合結(jié)構(gòu)與液密機(jī)殼的共同使用被描述在美國專利7905106中。
[0043]每個機(jī)殼可以被用任何合適的材料，包括但不限于塑料、金屬例如擠制鋁材、以及類似材料形成。在一個實(shí)施方式中，所述機(jī)殼12a_c被設(shè)計成兼容于且可以安裝在機(jī)殼支架上，或者所述機(jī)殼12a_c可以被設(shè)計成能夠彼此堆疊的。如同最佳地見于圖3中的那樣，每個機(jī)殼12a-c容納有在使用時被浸沒到冷卻液中的電子元件34。所述電子元件34可以組成任何電子設(shè)備系統(tǒng)。在一個實(shí)施方式中，所述電子設(shè)備34是高功率密度的電子設(shè)備。例如，所述電子設(shè)備34可以被設(shè)計成使得所述電子設(shè)備用作服務(wù)器計算機(jī)、刀片服務(wù)器、磁盤陣列/存儲系統(tǒng)、固態(tài)存儲器裝置、存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)附加存儲、存儲通信系統(tǒng)、路由器、電信基礎(chǔ)設(shè)施/交換機(jī)、有線、光學(xué)及無線通信裝置、單元處理器裝置、打印機(jī)、電源及其他多種設(shè)備。
[0044]在每個機(jī)殼12a_c中的電子設(shè)備34可以被設(shè)計用來執(zhí)行彼此相同或不同的功能。例如，在每個機(jī)殼12a-c中的電子設(shè)備34可以被設(shè)計成使得它們中的每一個都用作服務(wù)器計算機(jī)系統(tǒng)?？蛇x擇地，在一個機(jī)殼中的電子設(shè)備可以被設(shè)計用來作為服務(wù)器計算機(jī)系統(tǒng)，而在另一個機(jī)殼中的電子設(shè)備可以被設(shè)計用來作為數(shù)據(jù)存儲器系統(tǒng)。
[0045]另外，在每個機(jī)殼中的電子設(shè)備可以被設(shè)計成具有彼此相同的或者相當(dāng)?shù)碾姎庑阅?，或者在每個機(jī)殼中的電子設(shè)備可以具有不同的電氣性能。例如，如果電子設(shè)備被設(shè)計用來作為服務(wù)器計算機(jī)系統(tǒng)，所述電子設(shè)備可以具有相同的運(yùn)算或處理性能，或者每個電子設(shè)備的運(yùn)算或處理性能可以不同。
[0046]因?yàn)樗鰴C(jī)殼12a_c具有不同的尺寸，或者當(dāng)多個機(jī)殼12a_c被一起使用在一個系統(tǒng)中時，冷卻的要求會變化并且可能需要不同的冷卻液的量和/或處于不同壓力下的冷卻液以達(dá)到最佳的冷卻。因此，當(dāng)被使用的機(jī)殼12a_c改變時，模塊化的歧管14、模塊化的水栗16和至少一個模塊化的熱交換器單元18可以被改變以適應(yīng)不同的冷卻要求。
[0047]參考圖4A-C，多個歧管14a_c/水栗16a_c的組合被示出。所述歧管14a_c被以基本相同的形式構(gòu)建，除了它們的尺寸不同。同樣地，所述水栗16a_c是基本相同的，除了它們的性能不同。也可以采用少于或多于三個歧管/水栗的組合。
[0048]每個歧管14a_c包括制冷劑輸送歧管部40，其具有用于流體連接到所述機(jī)殼12a_c上的所述液體入口 30的多個間隔的液體出口 42;還具有制冷劑返回歧管部44，其具有用于流體連接到所述機(jī)殼12a-c上的所述液體出口 32的多個間隔的液體入口 46。所述輸送歧管部40包括至少一個入口 48(見于圖1中)，被冷卻的冷卻液通過該入口 48進(jìn)入所述歧管部40。另外，所述返回歧管部44包括至少一個出口49(圖4A-C)，被加熱的冷卻液通過該出口 49流出，以便被所述熱交換器單元18冷卻。
[0049]所述歧管部40、44和所述歧管14a_c中的出口 42及入口 46的數(shù)量可改變，以適應(yīng)于連接到更大或更小數(shù)量的電子設(shè)備機(jī)殼和/或適應(yīng)于連接到可能需要輸出和回收用于電子設(shè)備的充分冷卻的更多或更少的冷卻液的電子設(shè)備機(jī)殼。例如，在被不出的不例中，所述歧管14a是最小的，具有最小的歧管部40、44和兩個出口 42及入口 46 ；所述歧管14b是中等的尺寸，具有在體積上大于所述歧管14a的歧管部的歧管部40、44，并且具有三個出口 42及入口46;并且所述歧管14c是最大的尺寸，具有在體積上大于所述歧管14a、14b的歧管部的歧管部40、44，并且具有五個出口 42及入口 46。
[0050]每個歧管14a_c可以由任何合適的材料制成，所述材料包括但不限于塑料、金屬例如擠制鋁材、或其類似物。
[0051]所述水栗16a_c被設(shè)計成每個都具有根據(jù)它們將要與之協(xié)同工作的電子設(shè)備機(jī)殼12a_c、歧管14a_c、以及熱交換器單元18而定的不同的水栗性能。此處所用的“水栗性能”的意思是對水栗的性能的任何可以量化的測量，包括但不限于以每個時間單位內(nèi)被栗出的液體的量計算的水栗容量、輸出壓力、水栗揚(yáng)程等等。在圖4A-C中，水栗16a用于和歧管14a共同使用，因此具有最低的性能；水栗16b用于和歧管14b共同使用，因此具有高于水栗16a的性能;而水栗16c用于和歧管14c共同使用，因此具有最高的性能。每個水栗16a-c都具有其入口 24，所述入口 24連接到對應(yīng)的歧管14a-c的歧管部44的出口。
[0052]所述水栗可以具有適于栗出冷卻液的現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何機(jī)構(gòu)設(shè)計，例如離心栗。在一個實(shí)施方式中，所述水栗16a_c被交流/直流電流驅(qū)動，并且被封裝在堅固的外殼中，以便在惡劣的環(huán)境中使用所述水栗。
[0053]在一個實(shí)施方式中，所述歧管14a和所述水栗16a被設(shè)計用來冷卻一個或多個機(jī)殼，所述機(jī)殼中具有在使用中產(chǎn)生高達(dá)大約5千瓦(kW)的能量的電子設(shè)備;所述歧管14b和所述水栗16b被設(shè)計用來冷卻一個或多個機(jī)殼，所述機(jī)殼中具有在使用中產(chǎn)生大約5kW到大約15kW之間的能量的電子設(shè)備;而所述歧管14c和所述水栗16c被設(shè)計用來冷卻一個或多個機(jī)殼，所述機(jī)殼中具有產(chǎn)生大約15kW到大約30kW之間的能量的電子設(shè)備。
[0054]圖5A及5B示出了熱交換器單元18a、18b的兩個示例。所述熱交換器單元18a、18b具有不同的熱交換性能，且每個熱交換器單元被具體地設(shè)計用于和特定的電子設(shè)備機(jī)殼、歧管及水栗的組合公共使用，以便給冷卻液提供充分的冷卻。例如，在圖5A、5B中示出的示例中，所述熱交換器單元18a、18b可以具有不同的尺寸和不同的熱交換面積，并且所述熱交換器單元18a被設(shè)計用于和5kW的電子設(shè)備系統(tǒng)共同使用，而所述熱交換器單元18b被設(shè)計用于和1kW的電子設(shè)備系統(tǒng)共同使用。然而，也可以采用多于兩個的具有不同的熱交換性能的熱交換器。
[0055]所述熱交換器單元18a、b的具體結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)將會被參照圖10-20在下面討論。但是大體上，每個熱交換器單元18a、b為基本上呈細(xì)長形狀的結(jié)構(gòu)，具有第一軸向端部50和第二軸向端部52，且具有設(shè)于其大致從所述第一端部50到所述第二端部52沿軸向連續(xù)地延伸的外部表面上的多個延長的、徑向延伸的熱交換翅片。待冷卻的被加熱的冷卻液通過入口54而經(jīng)過所述軸向端部中的一個被輸入到每個熱交換器中，且被冷卻的冷卻液通過出口 56而經(jīng)過所述軸向端部中的一個被輸出。在圖5A、B中示出的示例中，所述入口 54和所述出口 56位于同一嘅軸向端部，具體為所述第一軸向端部50。然而，所述入口和所述出口并非必須處于同一個軸向端部。另外，所述熱交換器單元的進(jìn)一步的改變被參照圖10-20在下面討論。
[0056]根據(jù)制冷要求，所述熱交換器單元18a、b中的一個或多于一個可以被以其任何組合形式使用。例如，圖6A示出了所述熱交換器單元18a、18b中的單獨(dú)一個的使用。圖6B示出了所述熱交換器單元18a、18b中的兩個，它們被以菊花鏈方式串接在一起，從而使冷卻液最初被第一熱交換器單元冷卻，而后被輸出到第二熱交換器單元，以便在被引導(dǎo)回到歧管14之前被進(jìn)一步冷卻。圖6C示出了所述熱交換器單元18a、b中的三個，它們被以菊花鏈方式串接在一起，從而使冷卻液最初被第一熱交換器單元冷卻，而后被輸出到第二熱交換器單元以進(jìn)行進(jìn)一步冷卻，之后在被引導(dǎo)回到歧管14之前再被輸出到第三熱交換器單元。
[0057]所述熱交換器單元可以被設(shè)計用于任何類型的熱交換，例如傳導(dǎo)或?qū)α?，并且可以具有任何類型的流程配置，包括但不限于平行流、反流、及交叉流。在一些?shí)施方式中，所述冷卻液可以和下面進(jìn)一步描述的次級冷卻液例如水進(jìn)行熱交換。
[0058]所述模塊化的系統(tǒng)元件12、14、16、18之間的流體連接可以利用合適的軟管實(shí)現(xiàn)，所述軟管具有用于連接到各種元件的快速連接流體耦合結(jié)構(gòu)。所述軟管還可以具有允許適應(yīng)于不同的流體流量，以及甚至允許調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力的不同尺寸。
[0059]圖7示出了此處所描述的所述模塊化液體浸沒冷卻系統(tǒng)的一個實(shí)施方式的一種示例性應(yīng)用。圖7中所示的系統(tǒng)60使用所述熱交換器單元18a、b中的兩個，該兩個熱交換器單元被埋在地面62中以便在冷卻液流過該等熱交換器單元時冷卻所述冷卻液。在本示例中，所述系統(tǒng)60包括被流體連接到所述歧管14b和所述水栗16b的三個不同尺寸的機(jī)殼12a、12b、12c。被冷卻的冷卻液被從所述歧管14b的所述歧管部40輸入到所述機(jī)殼12a_c中。所述冷卻液浸沒電子設(shè)備，冷卻電子設(shè)備，并且從電子設(shè)備收集熱量。被加熱的冷卻液被栗出到所述歧管的所述歧管部44中，而后進(jìn)入水栗16b中，所述水栗16b把所述冷卻液栗出到所述熱交換器單元18a、b，所述熱交換器單元18a、b在所述冷卻液返回到所述歧管14b之前冷卻所述冷卻液。
[0060]圖8示出了此處所描述的所述模塊化液體浸沒冷卻系統(tǒng)的一個實(shí)施方式的另一種示例性應(yīng)用。圖8中所示的系統(tǒng)70使用所述熱交換器單元18a、b中的三個，該三個熱交換器單元被浸沒在水體72中，例如湖、海、大洋、池塘、水箱及其類似物中，以便在冷卻液流過該等熱交換器單元時冷卻所述冷卻液。在本示例中，所述系統(tǒng)70包括被流體連接到所述歧管14b和所述水栗16b的兩個機(jī)殼12a、兩個機(jī)殼12b和一個機(jī)殼12c。被冷卻的冷卻液被從所述歧管14b的所述歧管部40輸入到該等機(jī)殼中。所述冷卻液浸沒電子設(shè)備，冷卻電子設(shè)備，并且從電子設(shè)備收集熱量。被加熱的冷卻液被栗出到所述歧管的所述歧管部44中，而后進(jìn)入水栗16c中，所述水栗16c把所述冷卻液栗出到所述熱交換器單元18a、b，所述熱交換器單元18a、b在所述冷卻液返回到所述歧管14c之前冷卻所述冷卻液。
[0061]圖9示出了此處所描述的所述模塊化液體浸沒冷卻系統(tǒng)的一個實(shí)施方式的再另一種示例性應(yīng)用。圖9中所示的系統(tǒng)80使用所述熱交換器單元18a、b中的三個，該三個熱交換器單元像在圖7中那樣被埋在地面中(或者像在圖8中那樣被浸沒在水體中)，以便在冷卻液流過該等熱交換器單元時冷卻所述冷卻液。在本示例中，所述系統(tǒng)80包括和圖8中一樣的機(jī)殼12a-c、歧管14c和水栗16c。然而，在本實(shí)施方式中，歧管14被流體連接到制冷劑_水熱交換器82。被加熱的冷卻液被從所述歧管14c引導(dǎo)到所述熱交換器82中。在一個分離的循環(huán)中，水被水栗84從水箱86栗出到熱交換器82，從而與冷卻液交換熱量并將水加熱。所述被加熱的水而后可以返回到所述水箱86中或者被引導(dǎo)至別處供使用。在所述熱交換器82之后，冷卻液被栗出到所述熱交換器單元18a、b中，所述熱交換器單元18a、b在所述冷卻液返回到所述歧管14c之前進(jìn)一步冷卻所述冷卻液。
[0062]圖10-11示出了所述熱交換器單元18a、b的一個示例性結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。如上所述，所述熱交換器單元可以包括第一軸向端部50和第二軸向端部52、液體入口 54以及液體出口 56。所述多個延長的且徑向延伸的熱交換翅片100被設(shè)置在每個單元的外表面102上，并且大致地從所述第一軸向端部50向所述第二軸向端部52軸向地連續(xù)延伸。所述熱交換器單元的內(nèi)部被內(nèi)壁106劃分為四個隔開的流體通路104a、b、c、d。另外，每個內(nèi)壁106包括多個弓形的或彎曲的熱交換翅片108，該等熱交換翅片108伸入所述流體通路內(nèi)，并且在它們遠(yuǎn)離中心延伸的過程中增加周向長度。所述翅片108被徑向地彼此間隔以便允許液體在該等翅片之間流動。[〇〇63]在所述熱交換器單元18a、b中，位于所述軸向端部50、52的一個或多個端蓋110/ 112被用來關(guān)閉所述熱交換器單元的端部，并控制通過所述熱交換器單元的流體的流動路線。例如，在圖10及11中，所述端蓋11〇、112被配置成使得從所述導(dǎo)管114進(jìn)入所述入口54以便被冷卻的冷卻液被所述端蓋110引導(dǎo)而流過所述通道l〇4a、104d。所述流體之后軸向地流動到所述熱交換器單元的端部，并且而后被所述端蓋112引導(dǎo)而軸向地流過所述通道104a、 104c，并且之后經(jīng)由所述出口 56流出。在本示例中，所述端蓋110實(shí)質(zhì)上對進(jìn)入的流體關(guān)閉所述流體通路l〇4b、104c，同時將所述通道104a、104d中的每一個都設(shè)置成和所述入口 54連通。類似地，所述端蓋112接受所述通道104a、104d內(nèi)的流體并將所述流體引導(dǎo)至所述通道 104、104c 內(nèi)。
[0064] 在圖10-11中，所述端蓋112用于將所述流體通路104a、104d設(shè)置成與所述流體通路104b、104c流體連接。
[0065]圖14A和圖14B示出了一個示例，其中所述端蓋112用于為了第一流體而將所述流體通路104a設(shè)置成與所述流體通路104b流體連接，以及為了第二流體而將所述流體通路 l〇4d設(shè)置成與所述流體通路104c流體連接。所述端蓋110包括用于不同流體的兩個入口及兩個出口，其中所述流體通路l〇4a和第一個入口流體連通而所述流體通路104d和第二個入口流體連通，而所述通道104b、104c對進(jìn)入的流體關(guān)閉但是與所述出口連通。
[0066]圖15-20示出了可以通過改變所述端蓋的配置而被實(shí)現(xiàn)的流動配置的附加的示例性實(shí)施方式。
[0067]所述端蓋也可以被使用在堆疊式的設(shè)置中，用來控制通過所述熱交換器單元的所述流體通路的多種流體的流動。
[0068]圖12示出了堆疊式端蓋114、116和關(guān)閉的端蓋118的示例。在本示例中，所述端蓋 114包括通道120a、120b，它們流體連接所述通道104a、104c或104b、104d中的在直徑方向上相對設(shè)置的通道。另一方面，所述端蓋116包括通道122a、122b，它們流體連接另外兩個在直徑方向上相對設(shè)置的所述通道104a、104c或104b、104d。因此，作為示例，如同圖13中所示的那樣，一種流體可以從所述熱交換器單元的一個通道流出并流入所述通道120a，跨越另一個通道120b，然后在所述熱交換器單元的在直徑方向上相對設(shè)置的流體通路中在相反方向上流動。類似地，一種流體可以從所述熱交換器單元的一個通道流出并流入所述通道122a， 跨越另一個通道122b，然后在所述熱交換器的在直徑方向上相對設(shè)置的流體通路中在相反方向上流動。所述端蓋118關(guān)閉所述熱交換器單元的端部。
[0069]所述端蓋114、116的旋轉(zhuǎn)可以控制所述熱交換器單元的哪些通道被流體連接在一起。另外，若沒有流體連接所述通道l〇4a_d中的在直徑方向上相對設(shè)置的通道，則所述端蓋 114、116可以被用于流體連接所述通道104a-d中相鄰的通道，例如通道104a、b和通道104c、 d，而后其中所述端蓋的旋轉(zhuǎn)就控制所述兩個相鄰的流體通路中的哪一個被流體連接。
[0070]圖20A和20B示出了具有圖12及13中所示的配置的端蓋114、116、以及所述關(guān)閉端蓋118的堆疊式配置的示例。在本示例中，所述端蓋114流體連接所述通道中的兩個，例如用于冷卻液的所述通道104a、104c，而所述端蓋116流體連接用于第二流體例如水的所述通道 104b、104d，所述第二流體用于和所述冷卻液進(jìn)行熱交換。
[0071]這樣，通過所述端蓋的適當(dāng)設(shè)計和/或利用端蓋設(shè)計的不同的堆疊式組合，不同的流動路線配置可以被實(shí)現(xiàn)。圖10-20中所示的所述流動路線和端蓋配置僅僅是示例性的。單一式和堆疊式的端蓋設(shè)計的多種不同配置可以被用于實(shí)現(xiàn)其他備選的流動路線配置。
[0072]在不偏離其精神或新穎特性的情況下，此處描述的概念可以被用其他形式實(shí)現(xiàn)。 在本申請中被揭露的示例將被在所有方面認(rèn)為是描述性的而非限制性的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于電子設(shè)備的可縮放的液體浸沒冷卻系統(tǒng)，包括: 多個模塊化的電子設(shè)備機(jī)殼，每個所述機(jī)殼包括容納多個待進(jìn)行液體浸沒冷卻的電子設(shè)備元件的液密部分、位于所述液密部分內(nèi)部的多個電子設(shè)備元件、到達(dá)所述液密部分的液體入口、以及從所述液密部分引出的液體出口 ； 多個模塊化的歧管，所述多個模塊化的歧管中的每一個用于流體連接到每一個所述電子設(shè)備機(jī)殼，每個所述模塊化的歧管包括液體輸送歧管部和液體返回歧管部、位于所述液體輸送歧管部中的多個液體輸送出口、位于所述液體輸送歧管部中的至少一個液體供應(yīng)入口、位于所述液體返回歧管部中的多個液體返回入口、以及位于所述液體返回歧管部中的至少一個液體返回出口；并且對于每一個所述模塊化的歧管而言，所述液體輸送出口的數(shù)量和所述液體返回入口的數(shù)量在每個所述模塊化的歧管之間是不同的，但是在每個所述模塊化的歧管之中是相同的； 多個模塊化的水栗，所述多個模塊化的水栗中的每一個用于流體連接到所述模塊化的歧管，每個所述水栗具有不同的水栗性能；以及 多個模塊化的熱交換器單元。2.如權(quán)利要求1所述的用于電子設(shè)備的可縮放的液體浸沒冷卻系統(tǒng)，其中具有至少三個所述模塊化的電子設(shè)備機(jī)殼，至少兩個所述模塊化的歧管，至少三個所述模塊化的水栗、以及至少兩個所述模塊化的熱交換器單元;并且 所述至少兩個模塊化的熱交換器單元具有不同的熱交換性能。3.如權(quán)利要求1所述的用于電子設(shè)備的可縮放的液體浸沒冷卻系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括下列部件中的每一個: 第一歧管/水栗組合，其中至少一個所述模塊化的歧管和至少一個所述模塊化的水栗被配置用來共同使用，并且所述電子設(shè)備元件在使用期間產(chǎn)生高達(dá)大約5kW的能量； 第二歧管/水栗組合，其中至少一個所述模塊化的歧管和至少一個所述模塊化的水栗被配置用來共同使用，并且所述電子設(shè)備元件在使用期間產(chǎn)生大約5kW到大約15kW之間的能量；以及 第三歧管/水栗組合，其中至少一個所述模塊化的歧管和至少一個所述模塊化的水栗被配置用來共同使用，并且所述電子設(shè)備元件在使用期間產(chǎn)生大約15kW到大約30kW之間的會ti。4.如權(quán)利要求1所述的用于電子設(shè)備的可縮放的液體浸沒冷卻系統(tǒng)，其中: 所述模塊化的熱交換器單元中的一個具有高達(dá)大約5kW的熱交換性能;并且 所述模塊化的熱交換器單元中的一個具有高達(dá)大約1kW的熱交換性能。5.如權(quán)利要求1所述的用于電子設(shè)備的可縮放的液體浸沒冷卻系統(tǒng)，進(jìn)一步包括處于每一個所述模塊化的電子設(shè)備機(jī)殼的所述液密部分中的絕緣的冷卻液。6.如權(quán)利要求5所述的用于電子設(shè)備的可縮放的液體浸沒冷卻系統(tǒng)，其中所述絕緣的冷卻液為單相液體。7.如權(quán)利要求1所述的用于電子設(shè)備的可縮放的液體浸沒冷卻系統(tǒng)，其中所述電子設(shè)備元件為高功率密度的電子設(shè)備。8.如權(quán)利要求7所述的用于電子設(shè)備的可縮放的液體浸沒冷卻系統(tǒng)，其中所述高功率密度的電子設(shè)備用作服務(wù)器計算機(jī)、刀片服務(wù)器、磁盤陣列/存儲系統(tǒng)、固態(tài)存儲器裝置、存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)附加存儲、存儲通信系統(tǒng)、路由器、電信基礎(chǔ)設(shè)施/交換機(jī)、有線、光學(xué)及無線通信裝置、單元處理器裝置、打印機(jī)、或者電源。9.如權(quán)利要求1所述的用于電子設(shè)備的可縮放的液體浸沒冷卻系統(tǒng)，其中每一個所述模塊化的熱交換器單元包括: 具有外部表面、內(nèi)部空間、第一軸向端部、以及第二軸向端部的圓柱形外殼；以及 從所述第一軸向端部延伸到所述第二軸向端部的位于所述外部表面上的多個徑向延伸的外部熱交換翅片。10.如權(quán)利要求9所述的用于電子設(shè)備的可縮放的液體浸沒冷卻系統(tǒng)，其中每一個所述模塊化的熱交換器單元進(jìn)一步包括: 將所述內(nèi)部空間劃分為多個流體通路的多個壁； 從所述壁延伸到所述流體通路內(nèi)部的多個內(nèi)部熱交換翅片。11.如權(quán)利要求1O所述的用于電子設(shè)備的可縮放的液體浸沒冷卻系統(tǒng)，其中所述內(nèi)部熱交換翅片是彎曲的，在徑向上彼此間隔，并且在它們遠(yuǎn)離所述內(nèi)部空間的中心延伸的過程中增加周向長度。12.如權(quán)利要求9所述的用于電子設(shè)備的可縮放的液體浸沒冷卻系統(tǒng)，進(jìn)一步包括位于所述第一軸向端部的至少一個第一端蓋、位于所述第二軸向端部的至少一個第二端蓋、以及形成在所述至少一個第一端蓋中、形成在所述至少一個第二端蓋中、或者形成在所述至少一個第一端蓋和多數(shù)至少一個第二端蓋中的每一個中的至少一個液體入口和至少一個液體出口。13.如權(quán)利要求10所述的用于電子設(shè)備的可縮放的液體浸沒冷卻系統(tǒng)，進(jìn)一步包括位于所述第一軸向端部的第一及第二端蓋;所述第一端蓋包括與所述流體通路中的兩個處于流體連通的通道;并且所述第二端蓋包括與所述兩個流體通路和所述第一端蓋中的所述通道處于流體連通的通道、以及和所述流體通路中的另外兩個處于流體連通的通道。
【文檔編號】H05K7/20GK105981486SQ201480068364
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2014年11月21日
【發(fā)明人】史蒂夫·謝弗, 肖恩·阿契爾, 大衛(wèi)·艾倫·羅, 萊爾·R·塔夫蒂
【申請人】液體冷卻解決方案公司