專利名稱：液體浸沒的、水平計算機服務器機架及冷卻此種服務器機架的系統(tǒng)和方法
技術領域：
本申請涉及諸如數據中心中安裝于機架上的服務器之類的發(fā)熱電子設備的冷卻。
背景技術：
在2006年，美國(US)的數據中心占用美國總耗電的約1.5% (約45億美元)。預計到2011年這種數據中心耗電會翻倍。數據中心耗電的三分之一以上是用于冷卻服務器的，到2011年，這將等于全美國耗電的約以上。電力、人員和建造成本不斷增加而服務器硬件成本在降低，使得總體冷卻成本成為數據中心的總運行成本中很大且不斷增加的部分。術語“數據中心”(有時也稱為“服務器場(server farm) ”)寬松地指代容納一個或“多個服務器”的物理位置。在一些情況下，數據中心可僅包括小辦公室中的不顯眼的角落。在其它情況下，數據中心可包括若干大型倉庫般大小的建筑，其具有數萬平方英尺且容納數千臺服務器。術語“服務器”一般指連接至計算網絡并運行軟件的計算設備，其配置成從也連接至計算網絡的客戶機計算設備接收請求(例如，訪問或存儲文件的請求、提供計算資源的請求、連接至另一個客戶機的請求)，該客戶機計算設備包括PDA和蜂窩電話。這種服務器還可包括專用的計算設備，稱為網絡路由器、數據采集設備、可移動磁盤驅動器陣列、以及其它通常與數據中心相關聯(lián)的設備。典型的市場上可購買到的服務器針對空氣冷卻而設計。這種服務器通常包括一個或多個印刷電路板，該印刷電路板具有多個安裝于此的電耦合器件。這些印刷電路板通常容納在具有氣孔的外殼中，該氣孔允許外部空氣流入外殼并在途經外殼之后流出外殼以達冷卻之目的。在很多情況下，一個或多個風扇位于外殼內以促進這種氣流?！皺C架”已被用于將若干服務器組織起來。例如，可將若干服務器安裝在機架內，且可將該機架放置在數據中心內。諸如網絡路由器、硬盤驅動器陣列、數據采集設備和電源之類的各種計算設備中的任意一些通常安裝在機架內。容納這種服務器和服務器機架的數據中心通常利用集中式風扇(或鼓風機)在服務器之間分送空氣。如下更充分描述的，數據中心內的空氣在進入服務器之前通常穿過用于冷卻空氣的熱交換器(例如，蒸發(fā)-壓縮循環(huán)制冷冷卻系統(tǒng)(或“蒸發(fā)-循環(huán)”制冷)的蒸發(fā)器，或冷卻水盤管)。在一些數據中心中，已將熱交換器安裝到機架以在空氣進入服務器之前提供“機架級”空氣冷卻。在其它數據中心中，在空氣進入數據中心之前冷卻空氣。一般而言，執(zhí)行強度較高(higher performing)的服務器的電子組件相應地耗散 (dissipate)較多的功率。然而，服務器內各種硬件組件(例如，芯片、硬盤驅動器、卡)中每個組件的功率耗散會受到相鄰發(fā)熱組件耗散的功率、穿過服務器的氣流速度和氣流路徑、 各個組件的封裝、以及各組件的最大允許操作溫度和從容納服務器的數據中心進入服務器的冷卻空氣的溫度的限制。從數據中心進入服務器的氣流的溫度又會受到相鄰服務器的功率耗散和鄰近度、穿過服務器周圍區(qū)域的氣流速度和氣流路徑、以及進入數據中心的空氣的溫度(或者，相反，從數據中心內的空氣提取熱的速率)的影響。一般而言，數據中心中較低的氣溫允許每個服務器組件耗散較高的功率，因此允許每個服務器耗散更多功率并在硬件性能級別上操作。因此，數據中心傳統(tǒng)上使用復雜的空氣調節(jié)系統(tǒng)(例如，冷卻器、蒸發(fā)-循環(huán)制冷)來冷卻數據中心內的空氣(例如，冷卻至約65下)，以實現期望的性能級別。據某些估計，消除電子組件耗散的一瓦熱量要消耗大約一瓦。因此，隨著能源成本和功率耗散繼續(xù)增加，冷卻數據中心的總成本也增加了。一般而言，將熱耗散組件相互間隔開(例如，降低熱密度)使得冷卻這種組件比將相同組件放置得彼此相對緊密(例如，增加熱密度)更簡單(當考慮到例如在給定環(huán)境中冷卻單個組件的成本時，則成本更低)。因此，數據中心也通過增加相鄰服務器之間的間隔來補償增加的功率耗散(對應于增加的服務器性能)。此外，大規(guī)模數據中心為冷卻熱耗散組件提供若干冷卻階段。例如，諸如水的冷卻劑流可在被分布在數據中心中以冷卻數據中心內的空氣之前穿過蒸發(fā)-壓縮制冷循環(huán)冷卻系統(tǒng)的蒸發(fā)器并被冷卻至例如約44 T?？衫脕碜詷藴?例如，ARI 550/590-98)的信息來估計由冷卻器消耗的功率。 例如，ARI 550/590-98規(guī)定新的離心壓縮機——即大容量冷卻器中使用的高效普通壓縮機——具有取決于冷卻器的冷卻能力的從5. 00至6. 10的季節(jié)性平均性能系數(“COP”)。 該COP不包括蒸發(fā)冷卻塔消耗的功率，該蒸發(fā)冷卻塔可用于冷卻制冷循環(huán)冷卻系統(tǒng)中的冷凝器且一般具有70或更好的COP。典型系統(tǒng)的組合COP估計約為4. 7。根據某些估計，一些現有數據中心僅能夠冷卻約150瓦/平方英尺，與冷卻由于把服務器安排成更充分利用現有數據中心內的可用容積(例如，密集地間隔服務器和機架以更充分利用地板至天花板高度和樓面面積)所可能導致的約1200瓦/平方英尺以上形成對比。如此低的冷卻能力可顯著增加建造數據中心的成本，因為建造數據中心的成本高達約$250每平方英尺。如空氣冷卻例子所暗示的，商用冷卻方法沒有跟上增長的服務器和數據中心性能需求，或是熱密度的相應增長。結果，考慮到為促進額外的功率耗散(例如通過增加現有數據中心的空氣調節(jié)能力)所付出的努力，，將新服務器添加到現有數據中心變得困難且復
ο用于冷卻數據中心及其服務器的各種備選方法，例如利用液體冷卻系統(tǒng)，取得的成功是有限的。例如，嘗試轉移來自微處理器(或其它發(fā)熱半導體制造電子設備組件，在本文中合稱為“芯片”)的熱以便遠程冷卻芯片是昂貴且麻煩的。在這些系統(tǒng)中，熱交換器或其它冷卻設備被放置成與包含芯片的封裝有物理接觸(或利用熱界面材料而具有緊密的物理聯(lián)系)。這些液體冷卻熱交換器通常限定了用于在熱交換器內循環(huán)液體的內部流動通道。然而，服務器內的組件位置會因服務器不同而不同。因此，這些液體冷卻系統(tǒng)被設計成用于特定組件布局，而不能實現足夠大的規(guī)模經濟以變得商業(yè)上可行。 研究指出對于現有技術冷卻，到2011年可能達到1. 4的PUE(如下文中定義的)。 然而，沒有提及投資這種冷卻的成本，且指出者提出節(jié)省電力需要昂貴的設備。在高性能(例如，計算機博奕)應用中已經嘗試電子組件的浸入冷卻(immersion cooling)，但還未享有廣泛的商業(yè)成功。關于浸入冷卻的先前嘗試利用包含流體的密封外殼將安裝到印刷電路板上的組件的一些(在一些示例中為全部)浸沒在介電流體中。這種系統(tǒng)昂貴且由有限數量的供應商提供。大規(guī)模數據中心一般優(yōu)先使用“商品化”服務器且傾向于不依賴有限數量供應商的技術。響應于增加的計算要求，已經將控制系統(tǒng)用于增加多個計算機的冷卻速率。盡管如此，這種控制系統(tǒng)控制具有將熱散發(fā)到數據中心建筑內部的空氣中(這又需要通過空氣調節(jié)來冷卻)的受控冷卻系統(tǒng)，或直接使用制冷作為主要的熱耗散模式。作為主要冷卻模式的制冷直接或間接地需要大量能量。已經嘗試兩相冷卻系統(tǒng)，但由于技術復雜性，它們沒有產生有成本效益的產品或足以證明應該投資兩相冷卻資產的低操作成本。又一些其它單相或兩相冷卻系統(tǒng)將冷卻介質帶到計算機外部，但將熱量排入計算機外且數據中心內(例如，服務器室內)的冷卻介質 (例如，空氣)。因此，各種當前采用或先前嘗試的服務器或計算機冷卻方法極其昂貴和/ 或不足以滿足計算設備漸增的冷卻要求。間接地，很多研究人員設法降低諸如電源和CPU之類的各組件的功率。盡管芯片制造商已提供了能夠給予合需性能級別同時以相對較低功率操作的芯片，但迄今這種芯片是昂貴的。因此，迄今的冷卻方法導致高級別電力消耗、大量資本投資和增加的硬件開支中的一種或多種。因此，需要用于冷卻諸如安裝在機架上的服務器之類的電子組件的有效、高效率且低成本冷卻選擇。

發(fā)明內容
簡言之，本發(fā)明提供用于有效冷卻浸沒在槽中的介電液體冷卻劑中的諸如可獨立操作服務器之類的具有發(fā)熱電子組件的計算設備的裝置、系統(tǒng)和方法。系統(tǒng)可包括至少一個槽，該槽限定內部容積(volume)，并且具有冷卻劑入口以在內部容積中容納介電液體冷卻劑，并且具有冷卻劑出口以允許介電液體冷卻劑從內部容積流出，冷卻劑入口和冷卻劑出口彼此流體耦合；位于內部容積內的一個或多個安裝構件，其被配置成可安裝地容納多個可獨立操作的服務器；介電液體冷卻劑；流體耦合到所述至少一個槽的冷卻劑出口的熱交換器，該熱交換器位于槽的遠端；流體耦合到熱交換器和所述至少一個槽的內部容積的泵，該泵被配置成通過流體回路抽吸液體冷卻劑，該流體回路包括從槽的冷卻劑入口延伸至每個服務器的第一回路部分、從每個相應服務器延伸至冷卻劑出口的第二回路部分、從冷卻劑出口延伸至熱交換器的第三回路部分以及從熱交換器延伸至冷卻劑入口的第四部分；控制器，用于監(jiān)控所述流體回路內的至少一個位置處的介電液體冷卻劑的溫度并調節(jié)介電液體冷卻劑通過流體回路的流動，使得介電液體冷卻劑在其離開流體回路的第二回路部分時保持在高位溫度(elevated temperature)；其中至少一個槽被配置成在內部容積內包含介電液體冷卻劑，使得當多個服務器可安裝地容納在其中時， 每個服務器浸沒在介電液體冷卻劑內以便充分冷卻每個相應服務器同時使離開的經加熱的液體冷卻劑維持在高位溫度以降低充分冷卻所述多個服務器中的每個所消耗的能量?；蛘撸鋮s系統(tǒng)包 括至少一個槽，該槽限定開放的內部容積；位于開放的內部容積內的一個或多個安裝構件，其被配置成在內部容積中可安裝地容納多個可獨立操作的服務器；在第一流體回路中循環(huán)通過多個服務器的介電液體冷卻劑；輔助冷卻系統(tǒng)，其具有在第二流體回路中流動的冷卻流體，其中輔助冷卻系統(tǒng)排出來自冷卻流體的熱；位于所述至少一個槽內的耦合器，用于將來自第一流體回路中離開槽內多個服務器的部分的經加熱的介電冷卻劑熱耦合到第二流體回路中的冷卻流體，以從這種經加熱的介電冷卻劑排出一些熱；控制器，用于監(jiān)控第一流體回路內的至少一個位置處的介電液體冷卻劑的溫度并調節(jié)冷卻流體通過第二流體回路的流動，使得離開多個服務器的介電液體冷卻劑大致保持在高位溫度，其中所述高位溫度是顯著高于對于人類而言典型的舒適室溫且低于多個服務器中最敏感的發(fā)熱電子組件的最大允許溫度的溫度；其中至少一個槽被構造成在所述內部容積內包含介電液體冷卻劑，使得當多個服務器可安裝地容納在其中時，在槽充分充滿液體冷卻劑時每個服務器的至少相當大的部分浸沒在介電液體冷卻劑內以便充分冷卻每個相應服務器，使離開多個服務器的液體冷卻劑維持在大致的高位溫度以降低充分冷卻每個相應服務器所消耗的能量?；蛘?，冷卻系統(tǒng)可包括至少一個槽，該槽限定開放的內部容積；位于開放的內部容積內的一個或多個安裝構件，其被配置成在內部容積中可安裝地容納多個可獨立操作的服務器；在第一流體回路中循環(huán)通過多個服務器的介電液體冷卻劑；輔助冷卻系統(tǒng)，其具有在第二流體回路中流動的冷卻流體，其中所述輔助冷卻系統(tǒng)排出來自冷卻流體的熱中的一些。位于至少一個槽內的耦合器，用于將來自第一流體回路中離開槽內多個服務器的部分的經加熱的介電冷卻劑耦合到第二流體回路中的冷卻流體，以從這種經加熱的介電冷卻劑排出一些熱?？刂破?，用于監(jiān)控第一流體回路內的至少一個位置處的介電液體冷卻劑的溫度并調節(jié)冷卻流體通過第二流體回路的流動，使得離開多個服務器的介電液體冷卻劑大致保持在升高溫，其中所述高位溫度是顯著高于對于人類而言典型的舒適室溫且低于多個服務器中最敏感的發(fā)熱電子組件的最大允許溫度的溫度；其中至少一個槽被構造成在內部容積內包含介電液體冷卻劑，使得當多個服務器可安裝地容納在其中時，每個服務器浸沒在介電液體冷卻劑內以便充分冷卻每個相應服務器同時使離開多個服務器的液體冷卻劑維持在大致的高位溫度以降低充分冷卻每個相應服務器所消耗的能量。夾具或服務器機架裝置包括至少一個槽，該槽限定開放的內部容積，并且具有冷卻劑入口以在開放的內部容積中容納介電液體冷卻劑，并且具有冷卻劑出口以允許冷卻劑從開放的內部容積流出，冷卻劑入口和冷卻劑出口彼此流體耦合；以及位于內部容積內的一個或多個安裝構件，其被構造成在內部容積內沿垂直方向可安裝地容納多個服務器，使服務器相對于地面的覆蓋區(qū)最小化，且服務器的前面朝上以便于多個服務器的安裝和去除而無需去除或干擾任意其它服務器；其中至少一個槽被構造成在內部容積包含介電液體冷卻劑，使得當多個服務器可安裝地容納于其中時，在槽充分充滿液體冷卻劑時可安裝地容納的每個服務器浸沒在介電液體冷卻劑內，以便充分冷卻每個相應服務器。一種流體連接至位于服務器室遠端的第一熱交換器的服務器室包括上述裝置，包括至少一個槽，該槽限定用于容納介電液體冷卻劑的內部容積，以及位于內部容積內的一個或多個安裝構件，其被配置成可安裝地容納多個可獨立操作的服務器。該服務器室還包含多個可獨立操作的服務器，其中多個服務器中的每一個由一個或多個安裝構件可安裝地容納，使得每個相應服務器浸沒在介電液體冷卻劑的容積中以便從多個服務器中的各相應服務器吸收熱。該服務器室還包含至少一個耦合器，用于將加熱的介電液體冷卻劑耦合至熱交換器，以排出由介電液體冷卻劑從多個服務器中的每一個吸收的熱中的至少一些。熱交換器可與輔助冷卻系統(tǒng)相關聯(lián)。耦合器可包括用于將介電液體冷卻劑流體耦合到第一熱交換器的流體耦合器。或者，耦合器包括熱交換器，該熱交換器位于槽的內部且熱耦合到被服務器加熱的介電液體冷卻劑，以及輔助流體回路，其具有與位于遠端的熱交換器和位于內部的熱交換器流體相關的第二冷卻流體，其中介電液體冷卻劑與冷卻流體不同，其中位于遠端的熱交換器熱耦合到輔助流體回路中流動的冷卻流體，使得位于遠端的熱交換器將來自冷卻流體的熱排出，來自冷卻流體的熱是冷卻流體在耦合器處從經加熱的介電液體冷卻劑吸收的。一種冷卻多個可獨立操作的服務器的方法包括使介電液體冷卻劑在流體回路中流過浸入在介電液體冷卻劑內的多個服務器以吸收由相應服務器中的每一個驅散的任何熱的至少一部分；監(jiān)控流體回路內至少一個位置上的液體冷卻劑的溫度；確定經加熱的介電液體冷卻劑在離開多個服務器時的最優(yōu)高位溫度，使得液體冷卻劑充分冷卻多個服務器同時減少充分冷卻每個相應服務器所消耗的能量，其中所述高位溫度是顯著高于對于人類而言典型的舒適室溫且低于多個服務器中最敏感的發(fā)熱電子組件的最大允許溫度的溫度。 由控制器周期性地確定排出所吸收的熱以冷卻多個服務器所需的能量；將所述多個服務器加熱的介電液體冷卻劑熱耦合到位于槽遠端的熱交換器；以及將由液體冷卻劑吸收的熱的至少一部分排出。響應于通過控制器周期性確定將介電液體冷卻劑從服務器吸收的熱排出所需的能量，該方法可包括周期性調節(jié)通過熱交換器排出的熱量的步驟，使得以高位溫度離開多個服務器的介電液體冷卻劑充分冷卻多個服務器同時減少充分冷卻每個相應服務器所消耗的能量。附圖簡述為更透徹理解本發(fā)明及其優(yōu)點，現參考連同附圖進行的以下描述，其中圖IA示出用于有效冷卻多個可獨立操作的服務器的示例性系統(tǒng)的一個實施例；圖IB示出用于有效冷卻多個可獨立操作的服務器的示例性系統(tǒng)的備選實施例；圖2更詳細地示出圖IA的系統(tǒng)；圖3具有安裝于其中的多個可獨立操作的服務器的示例性浸入冷卻機架的立體圖。圖4示出圖3所示浸入冷卻機架的俯視圖。圖5示出圖3所示浸入冷卻機架的端視圖。圖6示出圖3所示浸入冷卻機架的側視圖。圖7具有安裝于其中的多個可獨立操作的服務器的備選浸入冷卻機架的端視圖。圖8示出圖7所示浸入冷卻機架的俯視圖。
圖9示出具有安裝于其中的多個可獨立操作的服務器的另一個備選浸入冷卻機架的端視圖。

圖10示出具有安裝于其中的多個可獨立操作的服務器的又一個備選浸入冷卻機架的端視圖。圖11示出具有安裝于其中的多個可獨立操作的服務器的并排浸入冷卻機架的立體圖，且示出至服務器的電連接。圖12A是可安裝在圖3至11所描繪的浸入冷卻服務器機架中的常規(guī)可安裝在機架上的服務器的一種版本的立體圖；圖12B是圖12A的常規(guī)可安裝在機架上的服務器的硬盤驅動器的圖示，且具有防液體外殼插入在其周圍；圖13是圖11的浸入冷卻機架的端視圖；圖14是圖11的浸入冷卻機架的另一個端視圖，示出液體冷卻劑的流動；圖15是用于冷卻例如圖3所示類型且安裝在服務器室內的多個浸入冷卻服務器機架的系統(tǒng)的示意圖。圖16示出采用圖IA或IB的系統(tǒng)冷卻浸入在液體冷卻劑的槽中的一個或多個可獨立操作的服務器的示例性方法；圖17A示出采用圖IA的系統(tǒng)冷卻浸入在液體冷卻劑的槽中的一個或多個可獨立操作的服務器的方法的物理步驟；以及圖17B示出采用圖IA的系統(tǒng)冷卻浸入在液體冷卻劑的槽中的一個或多個可獨立操作的服務器的方法的基于計算機控制器的步驟。詳細描述以下描述高效率冷卻至少部分浸入槽中的介電液體冷卻劑中的諸如可獨立操作服務器之類的具有發(fā)熱電子組件的計算設備的裝置、系統(tǒng)和方法。通過參考圖1-17能極好地理解本文中包含的本發(fā)明的原理及其優(yōu)點。正如本文中所使用的，術語“服務器”一般指連接至計算網絡并運行軟件的計算設備，其配置成從也連接至計算網絡的客戶機計算設備接收請求(例如，訪問或存儲文件的請求、提供計算資源的請求、連接至另一個客戶機的請求)，該客戶機計算設備包括PDA和蜂窩電話。這種服務器還可包括專用的計算設備，稱為刀片式服務器、網絡路由器、數據采集設備、可移動盤驅動器陣列以及其它通常與數據中心相關聯(lián)的設備。正如本文中所使用的，“可獨立操作”表示能夠有效運行而不考慮相鄰組件的操作狀態(tài)。正如本文中所使用的，“可獨立操作的服務器”表示能夠有效運行(例如，供電或斷電、 連接至網絡或從網絡斷開、安裝在機架中或從機架去除以及一般用于服務器一般的用途) 而不考慮相鄰服務器的操作狀態(tài)(例如，供電或斷電、連接至網絡或從網絡斷開、安裝在機架中或從機架去除以及是否可用于服務器一般的用途)的服務器?？瑟毩⒉僮鞯姆掌鞯牟僮骺赡苁艿揭粋€或多個相鄰服務器的影響(例如，被加熱)，但正如本文中所使用的，可獨立操作的服務器一般運行而不管相鄰服務器操作還是可操作。正如本文中所使用的，術語“液體冷卻劑”可以是任意充分不導電的液體，使得電組件(例如，主板、存儲器板以及設計成在空氣中使用的其它電和/或電子組件)在浸沒的同時可靠運行而無需顯著修改。一種適當的液體冷卻劑是介電液體冷卻劑，包括但不限于植物油、礦物油(另外稱為變壓器油)或任意具有類似特征的液體冷卻劑(例如，介電強度高于空氣或幾乎與空氣相當的不易燃、無毒液體)。 正如本文中所使用的，“流體”表示液體或氣體，且“冷卻流體”表示通常用于排熱或冷卻目的的氣體或液體冷卻劑。正如本文中所使用的，液體冷卻劑是冷卻流體總體的子集，但冷卻流體可以是介電或非介電液體或氣體，諸如，常規(guī)的空氣調節(jié)制冷。PUE表示“功率利用率”，它是數據中心使用的總功率除以服務器使用的功率的比， 是能量效率的度量。COP表示“性能系數”，即去除的熱與使用的功的比。例如，10的COP可表示利用1 瓦功去除10瓦熱。VCC表示“蒸發(fā)壓縮循環(huán)”，最常用于空氣調節(jié)的熱過程。迄今商用冷卻技術的不良總效率助長了冷卻數據中心所使用的服務器的總成本。正如本文中所使用的，申請人已經發(fā)現能夠減少助長這種不良總效率的不可逆性 (irreversibility)，降低冷卻服務器的總成本(以及操作數據中心的相應成本)。如在不同溫度的兩個主體(或流體)之間，熱從較高溫度的主體流向較低溫度的主體。對于給定的傳熱量，與發(fā)生在較低溫度下的傳熱過程相比，當兩個溫度都較高時，這種傳熱不可逆性較低(例如，相關聯(lián)的能量保持更“有用”或“較高質量”)。已披露了用于高效率冷卻發(fā)熱電子組件的方法、系統(tǒng)和裝置，如通過將熱從處于第一溫度(例如，在一些示例中約156 T )的組件傳遞到“高溫”液體冷卻劑(例如，諸如約105 度的礦物油之類的介電液體冷卻劑)。這種從處于第一溫度的發(fā)熱組件至“高溫”冷卻劑的傳熱比將相同熱量從處于第一溫度的組件傳遞到“低溫”冷卻劑(例如，65下溫度的空氣)的不可逆性更低。本文披露的方法、系統(tǒng)和裝置利用這種熱力學原理來提高冷卻電子組件的總效率，這可應用于例如數據中心常用類型的可獨立操作的服務器。這種提高的冷卻效率可通過減少用于冷卻目的而消耗的電力來降低操作數據中心的總成本。在一些披露的實施例中，減少的溫差(導致較低的不可逆性)使得熱量能夠被收回(recaptured)。在其它實施例中，減少的溫差降低(或完全去除)對制冷的需求。在所有披露的實施例中，與常規(guī)的商用冷卻循環(huán)相比，冷卻系統(tǒng)的相應冷卻循環(huán)效率增加。概述圖IA和圖IB分別描繪用于冷卻一個或多個包含發(fā)熱電子組件的可獨立操作的服務器的備選示例性系統(tǒng)100和200，例如可將服務器安排在數據中心中的一個或多個服務器機架中。一些披露的系統(tǒng)和方法通過將冷卻劑溫度(例如，平均整體流體溫度)維持在與常規(guī)冷卻技術相比可接受的高位溫度來減小發(fā)熱(耗散)組件與用于冷卻該組件的冷卻介質(在本文中也稱為“冷卻劑”或“液體冷卻劑”)之間的溫差。這種高位的冷卻劑溫度可降低用于冷卻目的而消耗的功率(例如，熱從“高溫冷卻劑”比從“低溫冷卻劑”更易于排放到環(huán)境中)。圖IA示出用于冷卻可獨立操作的服務器的機架的冷卻系統(tǒng)100的一個實施例。系統(tǒng)100包括桶或槽110，其包含多個服務器120可浸入其中的介電液體冷卻劑。下文描述的安裝構件或軌位于槽110的內部容積內并且配置成作為服務器機架將多個服務器120容納和安裝到槽110中。這種槽110可具有用于通向安裝在機架中的每個服務器的開口。當槽110充分地充滿液體冷卻劑時，每個服務器120的至少一部分浸沒在介電液體冷卻劑中以便充分冷卻每個相應的服務器。較佳的是，在操作期間每個服務器完全浸沒在介電液體冷卻劑中。被服務器機架中的服務器120加熱的液體冷卻劑然后通過適當的管道或管線流體耦合至泵130，泵130使加熱的流體冷卻劑通過適當的管道或管線抽入與排熱或冷卻裝置150相關聯(lián)的位于遠端的熱交換器140。遠端熱交換器140排出來自輸入的經加熱的液體冷卻劑的熱并通過返回流體管線或管道170將經冷卻的液體冷卻劑流體耦合回到槽110 中。因此，液體冷卻劑的至少一部分通過槽110中的服務器120、泵130、熱交換器140并返回槽110來完成流體回路。通過熱交換器140從經加熱的液體冷卻劑排出的熱然后由下文描述的備選排熱或冷卻裝置150選擇性地使用以驅散、回收或有利地使用排出的熱，這取決于系統(tǒng)所處的不同環(huán)境條件和/或服務器操作條件。系統(tǒng)100包括具有用于實現本發(fā)明方法的適當的新穎應用軟件的常規(guī)設計的計算機控制器180?？刂破?80可接收來自冷卻系統(tǒng)100的各組件和環(huán)境的各種操作參數的監(jiān)控信號，并可生成控制信號以控制冷卻系統(tǒng)的各組件，從而將離開槽中的服務器的經加熱的液體冷卻劑維持在特定的高位溫度以便充分冷卻每個服務器，同時減少冷卻服務器所需能量的總量。具體地，控制器180監(jiān)控流體回路內至少一個位置處的液體冷卻劑的溫度， 例如，在加熱液體回路離開多個服務器的位置。控制器180還可通過將控制器180電連接至由常規(guī)可安裝在機架上的服務器生成的診斷輸出信號來監(jiān)控服務器機架中服務器中的發(fā)熱電子組件的溫度?？刂破鬟€可監(jiān)控介電液體冷卻劑的流動?；谶@種信息，控制器180 可將信號輸出到泵130和排熱或冷卻裝置150以調節(jié)通過流體回路的液體冷卻劑的流動以及由排熱或冷卻裝置150排出的熱量，以便充分冷卻每個相應服務器同時將離開服務器的經加熱的液體冷卻劑維持在高位溫度以減少充分冷卻服務器機架中的每個服務器所消耗的能量。圖IB示出用于冷卻可獨立操作的服務器的機架的備選冷卻系統(tǒng)200的一個實施例。系統(tǒng)200包括桶或槽210，其包含多個服務器120(未示出)可浸入其中的液體介電冷卻劑。下文描述的安裝構件位于槽210的內部容積內并且配置成作為服務器機架將多個服務器120容納和安裝到槽210中。這種槽210可具有用于通向安裝在機架中的每個服務器的敞口。當槽210充分地充滿液體冷卻劑時，每個服務器120的至少一部分浸沒在介電液體冷卻劑中以便充分冷卻每個相應的服務器。較佳的是，在操作期間每個服務器完全浸沒在介電液體冷卻劑中。與冷卻系統(tǒng)100不同，加熱介電液體冷卻劑不流到槽210外部。相反，流動的介電液體冷卻劑的流體回路270完全在槽210內。諸如熱交換器之類的熱耦合裝置280安裝在槽210內并且在穿過服務器的流體回路內，使得離開服務器的加熱介電液體冷卻劑流的至少一部分流過熱耦合裝置觀0。經冷卻的介電液體冷卻劑離開耦合裝置280且經冷卻的介電冷卻劑的至少一部分在內部流體回路270中循環(huán)回來并穿過服務器。系統(tǒng)200包括輔助排熱或冷卻裝置250，其具有在管道或管線中流動的諸如氣體或液體的冷卻流體，形成第二流體回路四0，其中輔助冷卻裝置250包括相關聯(lián)的遠程的或位于遠端的熱交換器(未示出)，通過遠端的遠程熱交換器從第二流體回路中的冷卻流體排放熱。
通過與輔助冷卻裝置250相關聯(lián)的熱交換器從第二流體回路中的經加熱的冷卻流體排出的熱然后可被選擇性地驅散、回收或有利地使用，這取決于系統(tǒng)所處的不同環(huán)境條件和/或服務器操作條件。系統(tǒng)200包括具有用于實現本發(fā)明方法的適當的新穎應用軟件的計算機控制器 2800控制器180可接收來自冷卻系統(tǒng)200的各組件和環(huán)境的各種操作參數的監(jiān)控信號，并可生成控制信號以控制冷卻系統(tǒng)的各組件，從而將離開槽210中的服務器的經加熱的液體冷卻劑維持在特定的高位溫度以便充分冷卻多個服務器中的每一個，同時減少冷卻服務器所需能量的總量。具體地，控制器280監(jiān)控流體回路內至少一個位置處的液體冷卻劑的溫度，例如，在加熱液體回路離開浸入槽中的服務器的位置?？刂破?80還可通過將控制器電連接至由常規(guī)可安裝在機架上的服務器生成的診斷輸出信號來監(jiān)控服務器機架中服務器中的發(fā)熱電子組件的溫度?？刂破鬟€可監(jiān)控外部流體回路四0中冷卻流體的流動和溫度。 基于這種信息，控制器180可將信號輸出到排熱或冷卻裝置250以調節(jié)通過外部流體回路的冷卻液體的流動以及由排熱或冷卻裝置250排出的熱量，以便充分冷卻每個相應服務器同時將離開服務器的經加熱的液體冷卻劑維持在高位溫度以減少充分冷卻每個服務器所消耗的能量。較佳的是，高位溫度是顯著高于對于人類而言典型的舒適室溫且低于服務器中最敏感的發(fā)熱電子組件的最大允許溫度的溫度。如前所述，使用計算機控制器來控制冷卻系統(tǒng)的不同組件已將離開的介電液體冷卻劑溫度維持在可接受的高位溫度。通過將離開的介電液體冷卻劑溫度維持在可接受的高位溫度，可將冷卻系統(tǒng)用于利用或驅散熱的多種不同技術(例如，熱收回、低功率散熱或制冷)。在一些實施例中，可將冷卻劑的平均整體流體溫度維持在例如約105 T的溫度， 該溫度顯著高于典型的室溫以及美國按月的最大平均室外溫度(例如，在夏季月份中約為 75 °F )。在約105 °F的溫度下，能以極少的功耗將熱排入環(huán)境(例如，環(huán)境或諸如河流的附近冷卻源)，或例如通過加熱同一或相鄰建筑的熱水供應或在寒冷天氣中提供室內加熱來收回熱。通過將冷卻劑溫度維持為超過自然發(fā)生的溫度，可降低服務器冷卻系統(tǒng)中存在的不可逆性和/或溫差。熱力學循環(huán)中不可逆性的降低有助于增加循環(huán)效率，并且可減少冷卻服務器消耗的總功率。在常規(guī)的冷卻系統(tǒng)中，對于組件中生成每瓦熱冷卻系統(tǒng)要消耗約二分之一瓦。例如，能將冷卻介質(例如，空氣)冷卻至約65 0F，而待冷卻組件能在例如約158 0F的溫度下工作。這種大的溫差導致大量低效率和功耗。此外，排出的熱量的“質量”低，使得在被組件耗散后由冷卻介質吸收的熱難以收回。然而，利用諸如空氣之類的冷卻介質，在常規(guī)系統(tǒng)中這種大的溫差是必須的以便實現期望的傳熱率。例如可將一維傳熱建模為溫差Δ T除以熱阻Rth的商(即，Q1^ = €)。因此，對于給定從組件的熱耗散，較高熱阻需要的組件和液體冷卻劑流之間的溫差比較低熱阻要大。典型地，氣流(例如，空氣)的熱阻值比液流(例如，介電液體冷卻劑) 大。因此，氣體冷卻流體通常需要比液體冷卻劑大的溫差。系統(tǒng)和裝置的示例性實施例在圖2中，冷卻系統(tǒng)300更詳細地示出圖1的冷卻系統(tǒng)100的一個實施例。系統(tǒng)300包括桶或槽310，其包含多個服務器120可浸入其中的液體冷卻劑。下文描述的安裝構件位于槽310的內部容積內并且配置成作為服務器機架將多個服務器120容納和安裝到槽 310中。這種槽310可具有用于通向安裝在機架中的每個服務器的開口。當槽310充分地充滿液體冷卻劑時，每個服務器120的至少一部分浸沒在液體冷卻劑中以便充分冷卻每個相應的服務器。較佳的是，在操作期間每個服務器完全浸沒在液體冷卻劑中。被服務器機架中的服務器120加熱的液體冷卻劑然后通過適當的管道或管線流體耦合至泵330，泵330使經加熱的流體冷卻劑通過適當的管道或管線并通過過濾器360抽入一個或多個流體閥390?？蛇h程控制流體閥390以將通過收集管道從槽310抽取的經加熱的液體冷卻劑連接到與備選排熱或冷卻裝置350相關聯(lián)的遠程或位于遠端的備選熱交換器中由控制器所選出的一個，諸如允許利用外部環(huán)境大氣冷卻的外部空氣散熱器352、制冷系統(tǒng)354、熱回收系統(tǒng)356或蒸發(fā)冷卻器358。與備選排熱或冷卻裝置350中選出的一個相關聯(lián)的位于遠端的熱交換器然后排出來自輸入的經加熱的液體冷卻劑的熱并通過返回流體管線或管道370將經冷卻的液體冷卻劑流體耦合回到槽310中。因此，液體冷卻劑的至少一部分通過槽310中的服務器120、泵330、和排熱裝置350關聯(lián)的熱交換器、并經管道 370返回槽310來完成流體回路。通過熱交換器140從經加熱的液體冷卻劑排出的熱然后由備選排熱或冷卻裝置350中被選中的一個來使用以驅散、回收或有利地使用排出的熱， 這取決于系統(tǒng)所處的不同環(huán)境條件和/或服務器操作條件。冷卻系統(tǒng)300包括具有適當應用軟件的計算機控制器380，其可接收來自系統(tǒng)300 的各組件和環(huán)境的各種操作參數的監(jiān)控信號，并可生成控制信號以控制系統(tǒng)300的各組件，從而將離開槽中的服務器的經加熱的液體冷卻劑維持在特定的高位溫度以便充分冷卻多個服務器中的每一個，同時減少冷卻服務器所需能量的總量。類似于前面的實施例，控制器380監(jiān)控流體回路內至少一個位置處的液體冷卻劑的溫度，例如，在經加熱的液體冷卻劑離開多個服務器的位置?？刂破鬟€可通過將控制器180電連接至由常規(guī)服務器生成的診斷輸出信號來監(jiān)控服務器機架中服務器120中的發(fā)熱電子組件的溫度。控制器380還可監(jiān)控通過槽和/或流體回路的液體冷卻劑的流動。基于這種信息，計算機控制器可將信號輸出到泵330和排熱或冷卻裝置350以調節(jié)通過流體回路的液體冷卻劑的流動以及由排熱或冷卻裝置350排出的熱量，以便在槽310充分充滿液體冷卻劑時充分冷卻每個相應服務器， 同時將離開服務器的經加熱的液體冷卻劑維持在高位溫度以減少充分冷卻多個服務器中的每個服務器所消耗的能量。此外，如下文所討論的，控制器380還可運行應用軟件內的優(yōu)化程序以確定在給定環(huán)境和服務器操作條件下連接至流體閥390的備選排熱裝置350中的哪一個能提供從加熱流體冷卻劑排熱的最高效率裝置。然而，應注意冷卻系統(tǒng)300不一定需要不同的散熱方法。在一些情況下，僅具有一種方法可能更節(jié)省成本。在圖3至6中，描繪可用于將該可獨立操作的服務器機架浸入液體冷卻劑422中的適當夾具或機架裝置400。裝置400包括桶或槽410以及用于安裝服務器的安裝構件， 如下文更詳細描述的。槽410可由鋼、與用作冷卻介質的介電液體冷卻劑兼容的足夠強度的塑料或其它適當材料制成。槽410可朝上且具有敞口 430以形成開放的內部容積，且可成形為具有長度L、寬度W和高度H，具有插入多個服務器120的最小覆蓋區(qū)(footprint)。 適當的安裝構件可用于將服務器安裝于槽中以在槽中形成服務器機架470?？沙尚尾?10 并設定L、W和H的尺寸，使得能夠支承通常以“U”或1. 75英寸(未示出)為單位測量的多個標準尺寸服務器而無需顯著修改。槽被制造成具有入口管道或管線410和出口管道或管線450，入口管道或管線410 從管道系統(tǒng)連接至熱交換器用于使較低溫度或經冷卻液體冷卻劑流進入槽410，而出口管道或管線450連接至收集管道用于將經加熱的冷卻劑流出或抽出槽進入與結合圖1A、1B和 2描述的一個或多個排熱或冷卻系統(tǒng)相關聯(lián)的外部熱交換器。服務器機架本身具有若干不同的實現方式。較佳的是，將安裝構件構造成在垂直方向上可安裝地容納多個服務器，從而使服務器相對于地面的覆蓋區(qū)最小化，且“前”1面朝上以便于服務器的安裝和去除而無需去除或干擾槽410內的任意其它服務器。還可將安裝構件構造成將服務器安裝成使得液體冷卻劑的頂面460完全浸沒由多個服務器120形成的服務器機架470的頂面472。結果，大量液體冷卻劑集中在服務器機架470上的公共歧管(manifold)區(qū)以改進液體冷卻劑穿過多個服務器的循環(huán)，從而增強每個相應服務器的冷卻。還可將安裝構件構造上方的1被定義為矩形計算機的兩個最小側之一。“后”通常是插入諸如電源和通信之類的線纜的一側。成將服務器機架470中的服務器安裝在槽底部之上以在每個相應服務器和槽底部之間形成大量液體冷卻劑，使得介電液體冷卻劑穿過服務器的流動得以改進。較佳的是，將安裝構件構造成將服務器彼此緊鄰地安裝在服務器機架中以將介電液體冷卻劑的流動限制在垂直定向的服務器之間，使得介電液體冷卻劑穿過服務器的流動得以增強。諸如圖2中的泵330之類的泵可將液體冷卻劑從外部熱交換器通過管道系統(tǒng)抽入槽410以將冷卻劑流體循環(huán)保持在槽內。液體冷卻劑可流過每個安裝的服務器并在與入口相對的服務器側離開槽。在圖3至6中，入口管道440位于矩形槽410接近槽底部的一端； 而出口管道450的位置更接近槽的頂部。這種構造允許被服務器中的發(fā)熱組件加熱的液體冷卻劑自然地升高穿過服務器并通過服務器的頂部或“前面”離開?？蓪⒎掌鳂嬙斐墒馆斎氲囊后w冷卻劑與輸出的液體冷卻劑的混合最小化?？蓪⒚總€槽成形(或具有安裝的構件)以減少冷卻劑圍繞所安裝的服務器的流動(例如，減少旁路流動)，從而改進冷卻劑在多個服務器的每個中的每個發(fā)熱組件和/或相應散熱片上的流動?；蛘撸深嵉构艿?40和450的位置，使得經加熱的液體冷卻劑可從安裝的服務器 (穿過其“后”面)離開進入出口并進入收集管道系統(tǒng)。收集管道將經加熱的液體冷卻劑輸送至熱交換器以將從安裝的服務器吸收的熱中的至少一些排出。在另一個備選機架設計中(圖中未示出)，槽410被分成多個倉，且每個倉的尺寸被設計成容納一個“前面”朝上的相應服務器。外部泵將冷卻劑從外部熱交換器通過管帶系統(tǒng)抽入每個倉，以維持槽和每個相應的倉中的冷卻劑流體循環(huán)。液體冷卻劑可流過每個安裝的服務器并在與到槽的入口和/或到倉的入口相對的一側離開。此外，可將每個倉構造成使輸入的液體冷卻劑與輸出的液體冷卻劑的混合最小化。可將每個倉成形(或具有安裝的構件)為減少冷卻劑圍繞所安裝的服務器的流動(例如，減少旁路流動)，改進冷卻劑在每個服務器中的每個發(fā)熱組件和/或相應散熱片上的流動。圖7和8描繪用于將可獨立操作的服務器的機架浸入液體冷卻劑522中的適當夾具或服務器機架裝置500的另一個備選的示例性實施例，其中液體冷卻劑524的表面在服務器機架的頂部以上。圖7示出裝置500的端視圖，其包括安裝在底座515上的桶或槽510，服務器120浸沒于其中。桶510可具有開放頂部以形成開放的內部容積，可將服務器沿垂直方向安裝于其中且前面向上朝向槽的開放頂部。除非以下另外指出，否則可像圖3-6 所示實施例地成形或設定槽510的尺寸。入口管道540的位置接近矩形槽的較長一側的一端并接近槽的底部。輸出管道550的位置接近矩形槽的相對向的較長一側的相反一端并也接近槽的底部。在這種配置中，通過入口管道進入槽的液體冷卻劑的流體流560最初通過由槽中包含入口管道540的較長一側和服務器120的服務器機架570的一側572形成的液體冷卻劑的容積562，然后通過服務器機架的一側572通過服務器120并流出服務器機架的相對側574進入由服務器機架的一側574和槽中包含出口管道550的較長一側形成的液體冷卻劑的容積576。圖9描繪用于結合圖IA的系統(tǒng)100和圖IB的系統(tǒng)200的組合使用的適當夾具和服務器機架裝置600的又一備選示例性實施例的端視圖。在這一組合中，有兩個操作用于冷卻介電液體冷卻劑的冷卻系統(tǒng)的備選模式，其中控制器可根據環(huán)境條件切換操作模式。 除以下指出的以外，可像圖3-6所示實施例地成形或設定槽610的尺寸。槽610還可具有開放頂部以形成開放的內部容積，可將服務器沿垂直方向安裝于其中且前面向上朝向槽的開放頂部。入口管道640的位置接近矩形槽的較長一側的一端并且比中間更接近槽的底部。 輸出管道650的位置更接近矩形槽的同一較長一側的相對一端并更接近槽的頂部。在利用與圖IA的操作模式相當的操作模式的第一操作模式中，通過入口管道640進入槽的液體冷卻劑的流體流660最初通過由槽中包含入口管道640的一側的底部和服務器120的服務器機架670的底部672形成的空間662，然后通過服務器機架的底部672通過服務器120并流出服務器機架的前面一側674進入由服務器機架的頂部674和更接近出口管道650的液體冷卻劑的頂面622形成的空間676。為了允許類似于圖IB的第二操作模式，將與附加的輔助冷卻裝置相關聯(lián)的第二熱交換器680安裝在槽610中，并且穿過槽610的壁插入第二入口管道682和第二出口管道684且流體耦合至熱交換器以允許分離的第二冷卻流體流過輸入管道682、第二熱交換器680和出口管道684回到第二輔助冷卻裝置。在第二操作模式中，通過控制器停用與第一操作模式相關聯(lián)的泵，使得至第一輔助冷卻裝置的外部熱交換器的介電液體冷卻劑的流體回路流停止。接下來，通過控制器激活與第二備選輔助冷卻裝置相關聯(lián)的內部熱交換器680。在這種模式中，槽內介電流體的流體流被重構，使得流出服務器120的經加熱的介電液體冷卻劑流體流660不流出出口管道 650。相反，液體冷卻劑流體流660的至少一部分通過熱交換器680至槽610的底部然后返回通過服務器120。從熱交換器680排出的熱被熱耦合至第二輔助冷卻系統(tǒng)的第二冷卻流體用于驅散或回收。圖10描繪用于結合圖IA的系統(tǒng)100和圖IB的系統(tǒng)200的組合使用的適當夾具和服務器機架裝置700的又一備選示例性實施例的端視圖。在這一組合中，有兩個操作用于冷卻介電液體冷卻劑的冷卻系統(tǒng)的不同模式。除以下指出的以外，可像圖3-6所示實施例地對槽710進行成形或設定其尺寸。槽710也可具有開放頂部以形成開放的內部容積， 可將服務器120沿水平方向安裝于其中且前面朝向矩形槽中入口管道740所處的較短側。 入口管道740的位置與中間相比更接近矩形槽的較短一側的一端并且比中間更接近槽的底部。輸出管道750的位置更接近矩形槽的同一較短一側的相對一端并更接近槽的頂部。 在利用與圖IA的操作模式相當的操作模式的第一操作模式中，通過入口管道640進入槽的液體冷卻劑的流體流760最初通過由槽的較長一側和服務器120的服務器機架770的下側 772形成的空間762，然后通過服務器機架的底部772通過服務器120，并流出服務器機架的前面774進入由服務器機架的前面774和槽中更接近出口管道750的較短一側形成的空間776。為了允許類似于圖IB的第二操作模式，將與附加的輔助冷卻裝置相關聯(lián)的第二熱交換器780安裝在槽710中，并且穿過槽710的壁插入第二入口管道782和第二出口管道 784且流體耦合至熱交換器以允許分離的第二冷卻流體流過輸入管道782、第二熱交換器 780和出口管道784回到第二輔助冷卻裝置。在第二操作模式中，通過控制器停用與第一操作模式相關聯(lián)的泵，使得至第一輔助冷卻裝置的外部熱交換器的介電液體冷卻劑的流體回路流停止。接下來，通過控制器激活與第二備選輔助冷卻裝置相關聯(lián)的內部熱交換器780。在這種模式中，槽內介電流體的流體流被重構，使得流出服務器120的加熱介電液體冷卻劑流體流760不流出出口管道750。 相反，液體冷卻劑流體流760的至少一部分通過熱交換器780至槽710的底部然后返回通過服務器120。從熱交換器780排出的熱然后熱耦合至第二輔助冷卻系統(tǒng)的第二冷卻流體用于驅散或回收。利用允許操作冷卻介電液體冷卻劑的服務器機架冷卻系統(tǒng)的兩個不同模式的圖9 和圖10的備選服務器機架裝置的系統(tǒng)100和200的組合在某些應用和天氣中是有用的，例如在具有涼爽夜晚和炎熱白天的干燥天氣中。在涼爽白天中，采用圖9或圖10的實施例的組合系統(tǒng)可在類似圖IA的第一模式下使用，其中介電流體被流體耦合至與散熱器型輔助冷卻系統(tǒng)相關聯(lián)的外部熱交換器。在炎熱白天，組合系統(tǒng)可在類似圖IB的第二模式下使用，其中介電流液體冷卻劑流體耦合通過內部熱交換器，該熱交換器與諸如蒸發(fā)-壓縮循環(huán)制冷冷卻系統(tǒng)之類的第二輔助冷卻裝置相關聯(lián)。圖11、13和14描繪用于將諸如圖12A所描繪的標準商用版本的可獨立操作的服務器的并排浸入式冷卻的服務器機架浸入液體冷卻劑822的適當夾具或機架裝置800的另一示例性實施例，且示出至服務器的電連接。槽810可朝上且具有敞口 812以形成開放的內部容積，且可成形為具有長度L、寬度W和高度H，具有插入兩行或機架830和832的多個服務器820的最小覆蓋區(qū)?？沙尚尾?10并設定尺寸，使得能夠支承通常以“U”或1. 75英寸(如圖12A所示)為單位測量的多個標準尺寸服務器820而無需顯著修改。適當的安裝構件可用于將服務器安裝于槽中以在槽中構造服務器機架830和832。具體地，可沿槽810 的每個較長側的長度L和在槽的兩個較短端之間槽810的中部固定地附連安裝構件(未示出)以支承圖12A所示的標準可安裝在機架上的服務器820的機架耳836?？蓪⒉壑圃斐删哂腥肟诠艿阑蚬芫€和出口管道或管線，來自管道系統(tǒng)的入口管道或管線連接至熱交換器用于使較低溫度或經冷卻液體冷卻劑流進入槽810，而出口管道或管線連接至收集管道用于將經加熱的冷卻劑流出或抽出槽進入如圖3所示的位于遠端的熱交換器。在將多個服務器的兩個機架安裝在槽810內之后，可仔細控制液體冷卻劑822 的液面824以調節(jié)通過多個服務器的液體冷卻劑的流量并調節(jié)從服務器中的發(fā)熱電子組件去除的熱量。由于在標準商用服務器中典型的可移動硬盤驅動器安裝，沿垂直方向定向服務器且前面朝上也是有優(yōu)勢的。當諸如圖12A所示的標準服務器垂直定向時，如圖12B所示的這種服務器的硬盤驅動器890垂直定向且電纜連接在驅動器的底部。在一些實施例中，可在服務器浸沒在介電液體冷卻劑中之前將每個服務器820中的可移動硬盤驅動器890的耐液體或防液體外殼892插入在硬盤驅動器上，以保護移動組件免受粘性液體冷卻劑的損害。先前插入的防液體外殼將空氣圈閉(trap)在硬盤驅動器內。所圈閉的空氣防止介電液體冷卻劑進入磁盤驅動器的包含可移動盤的部分。如圖13所示，裝置800還可具有沿與服務器機架830和832的側面平行的槽810 的兩側安裝的電纜槽840以將來自服務器的信號和控制網絡電纜842組織到數據中心內外的控制器和其它計算機。裝置800還可具有安裝在服務器機架之間的空間以上的配電裝置 (“PDU”)844，以便將所需的電能通過適當的電力電纜846分配到多個服務器。服務器機架830和832可具有若干不同實現，其中的一些影響液體冷卻劑的流動特性。較佳的是，將安裝構件構造成在垂直方向上可安裝地容納多個服務器，從而使服務器相對于地面的覆蓋區(qū)最小化，且“前” 2面朝上以便于服務器的安裝和去除而無需去除或干擾槽810內的任意其它服務器。如圖12和14所示，還可將安裝構件構造成將服務器安裝成使得液體冷卻劑822 的頂面擬4完全浸沒由多個服務器820形成的服務器機架830和832的頂面872。結果，大量液體冷卻劑集中在每個服務器上的公共歧管區(qū)以改進液體冷卻劑穿過多個服務器的循環(huán)，從而增強每個相應服務器的冷卻。還可將安裝構件構造成將服務器機架830和832中的服務器安裝在槽810底部之上以在每個相應服務器820和槽底部之間形成大量液體冷卻劑，使得介電液體冷卻劑穿過服務器的流動得以改進。較佳的是，將安裝構件構造成將服務器彼此緊鄰地安裝在服務器機架中以將介電液體冷卻劑的流動限制在多個垂直定向的服務器之間，使得介電液體冷卻劑穿過多個服務器的流動得以增強。還可設定槽的尺寸或使槽成形，以使得冷液體冷卻劑和加熱液體冷卻劑的上方的2定義為矩形服務器的兩個最小側之一，“后”通常是插入諸如電源和通信之類的線纜的一側?；旌献钚』?。此外，裝置800可包括可去除頂部，使得在著火的情況下夾具裝置的頂部可封閉以使火窒息。諸如圖2中的泵330之類的泵可將液體冷卻劑從外部熱交換器通過管道系統(tǒng)抽入槽810以將冷卻劑流體流保持在槽內。液體冷卻劑可流過每個安裝的服務器并通過出口管道從槽離開。類似于圖3至6，入口管道可位于矩形槽810接近槽底部的一端；而出口管道的位置更接近槽的頂部。這種構造允許被服務器中的發(fā)熱組件所加熱的液體冷卻劑自然升高通過服務器并通過服務器的前面離開。因為與容器的總容積相比流動相對較低，所以流體傳導為相對均勻的溫度?；蛘撸深嵉谷肟诠艿篮统隹诠艿赖奈恢?，使得經加熱的液體冷卻劑可從安裝的服務器(穿過其“后”面)離開進入出口并進入收集管道系統(tǒng)。收集管道將經加熱的液體冷卻劑輸送至熱交換器以將從安裝的服務器吸收的熱中的至少一些排出。在商用服務器中，通常將風扇安裝在服務器內以將冷卻介質分布在服務器內的組件和區(qū)域之間。在一些實施例中，這些風扇可幫助在服務器內的組件和區(qū)域之間分布液體冷卻劑?？身憫诮M件溫度偏離超過預定閾值或者甚至是計算工作量而調節(jié)冷卻劑流率和 /或風扇速度，以將組件溫度維持在(例如，由組件制造商規(guī)定的)最大規(guī)定溫度或低于最大規(guī)定溫度。同時將冷卻劑溫度維持在高位溫度，諸如在使組件溫度仍然低于最大閾值的最高冷卻劑溫度?？烧{制風扇速度，但不是必須要這樣。可將諸如多個風扇880之類的額外流體速度增加裝置安裝在每個相應機架中的多個服務器與槽底部之間的液體冷卻劑容積中，每個服務器機架830和832之下，以增加槽內介電液體冷卻劑的混合并改進冷卻劑通過多個服務器的流動。其它適當的流體增加裝置包括安裝在源自冷卻入口管道的管線端部上的噴嘴，可使其指向液體冷卻劑進入服務器的期望進入點以增強液體冷卻劑通過服務器的流速。圖14更詳細地示出液體冷卻劑822通過裝置800中的服務器820的流體流860。 對于所示的服務器構造，通過較低的入口管道進入槽的液體冷卻劑的流體流860最初被指引通過由槽中包含入口管道的一側的底部和服務器820的服務器機架830和832的底部 872形成的液體冷卻劑的容積862，然后通過服務器機架的底部872通過服務器820并流出服務器機架的頂側874進入由服務器機架的頂部874和液體冷卻劑的頂面822形成的液體冷卻劑的容積876并接近位置接近槽頂部的出口管道?？傊?，服務器浸入圖3-14所示的夾具裝置的夾具裝置各實施例400、500、600、700 和800內的液體冷卻劑減小發(fā)熱的服務器電子組件和用于冷卻它們的液體冷卻劑介質之間的溫差。較佳的是，可將中值冷卻劑溫度保持為盡可能高的水平同時將操作期間的組件溫度維持低于其規(guī)定的最大可允許操作溫度。與用諸如制冷空氣之類的較低溫度冷卻介質冷卻組件相比，這種高溫冷卻介質提供充分冷卻同時減少冷卻電子組件所消耗的功率。因此用于將服務器浸沒在介電液體冷卻劑中的夾具裝置提供以下優(yōu)點 設計成通過流動控制使流體溫度最大化 允許在對商用構造最小限度修改的情況下使用最初針對空氣冷卻設計的標準商用可安裝在機架上的服務器 使熱從所有發(fā)熱組件傳入介電液體冷卻劑，而無需添加冷板、管道或服務器內部的其它零件 具有敞口，允許去除任意服務器而不去除不同的服務器(例如，服務器保持可獨立操作) 僅需要密封槽外殼而不需要密封安裝在服務器機架中的每個單獨的服務器 引導流體流使得冷液體冷卻劑流入服務器而經加熱的液體冷卻劑流出服務器 可使用諸如風扇速度調制之類的流體速度增加，以增強液體冷卻劑通過每個服務器的流動 通過使服務器相對地面的覆蓋區(qū)最小化來提高在常規(guī)服務器室或數據中心中服務器的安裝密度 使用控制器來(i)監(jiān)控夾具裝置中的溫度和流動狀況以及服務器和冷卻系統(tǒng)的功耗以使冷卻服務器所需的電量最小化以及(ii)控制熱交換方法，從而使數據中心能按需要收回熱或在不需要收回熱時以最有效率的方式驅散熱。圖15描繪用于冷卻例如圖3所示類型且安裝在典型的數據中心的服務器室內的多個浸入冷卻服務器機架的系統(tǒng)的示意圖。冷卻系統(tǒng)包括通過相應出口管道315并行地流體耦合到收集管道系統(tǒng)902的多個服務器機架310。收集管道902收集流出多個服務器機架的經加熱的液體冷卻劑。收集管道902又流體耦合到泵904，泵904將收集的經加熱的液體冷卻劑通過管道906吸入熱交換器910中的流體管線908。流體管線908中的經加熱的流體冷卻劑通過熱交換器910熱耦合到在管線912中流動的冷卻流體。管線912中的冷卻流體又耦合到如前所述的排熱或冷卻裝置352、354、356中所選的一個，以便驅散或回收冷卻流體從經加熱的流體冷卻劑吸收的熱。從熱交換器的管線908離開的經冷卻的流體冷卻劑然后通過分配管道系統(tǒng)914流體耦合至流體連接至閥918的多個并行管道916。閥918又并行流體連接至多個服務器機架310的入口管道370?？刂破?20可通過控制線924接收離開服務器機架的經加熱的液體冷卻劑的溫度的監(jiān)控信號?？刂破鬟€可通過控制線925接收管道902中各位置的液體冷卻劑的流率的監(jiān)控信號并通過控制線926接收通過泵904的流率。控制器920還可通過控制線928接收與所選輔助冷卻裝置的類型有關的監(jiān)控信號和所選輔助冷卻裝置中的冷卻流體的流率。如前所述，控制器920可運行應用程序，該應用程序處理從各監(jiān)控信號接收的信息以選擇最優(yōu)的高位溫度，冷卻服務器并維持高位溫度所需要由系統(tǒng)排出的能量，然后確定將離開多個服務器機架310中的服務器的液體冷卻劑維持在高位溫度所需的系統(tǒng)900組件的各種設置。受控制器920控制的系統(tǒng)900的各組件包括位于服務器機架下的任意流體速度增加裝置、泵904、閥918、用于在要使用的輔助冷卻裝置之間切換經加熱的液體冷卻劑流的閥390(圖2)以及所 選的輔助冷卻裝置?？刂破骺烧{節(jié)經冷卻的液體冷卻劑通過每個閥918的流動，以調節(jié)經冷卻的液體冷卻劑在不同服務器機架310之間的流動的容積。控制器920可通過控制線控制服務器機架中的任意流體速度增加裝置且還可通過控制線930控制泵904的抽取速率。此外，控制器920通過控制線932可選擇多個輔助冷卻裝置352、354、356等之一，以根據環(huán)境和服務器機架條件優(yōu)化輔助冷卻裝置并通過調節(jié)輔助冷卻裝置中冷卻流體的流動來控制由所選輔助冷卻裝置排出的熱量。操作方法圖16示出冷卻至少部分地浸入具有開放的內部容積的槽內的液體冷卻劑中的一個或多個可獨立操作的服務器的示例性方法。該方法可用于實現圖IA或IB的系統(tǒng)。該方法包括使流體回路中的介電液體冷卻劑流過浸入在介電液體冷卻劑內的多個服務器以吸收由服務器耗散的任何熱的至少一部分的步驟10。在步驟12，由控制器監(jiān)控至少一個位置上的流體冷卻劑的溫度。在步驟14，控制器確定什么溫度是經加熱的介電液體冷卻劑在離開多個服務器時最優(yōu)的高位溫度，使得離開的液體冷卻劑充分冷卻多個服務器同時減少充分冷卻每個相應服務器所消耗的能量。如前所述，所確定的最優(yōu)高位溫度較佳的是顯著高于對于人類而言典型的舒適室溫且低于服務器中最敏感的發(fā)熱電子組件的最大允許溫度的溫度。在步驟16，控制器周期性地確定排出液體冷卻劑吸收的熱所需的能量并將離開服務器的液體冷卻劑維持在高位溫度。在步驟18，選擇最優(yōu)輔助冷卻裝置以使維持高位溫度并冷卻服務器需要消耗的能量最小化。在步驟20，被服務器加熱的液體冷卻劑熱耦合至熱交換器。在步驟22，由液體冷卻劑從服務器吸收的熱一部分通過熱交換器排出。在步驟 24，響應于周期性確定的能量消耗，周期性調節(jié)通過熱交換器排出的熱量，使得以所述高位溫度離開多個服務器的液體冷卻劑充分冷卻多個服務器同時減少充分冷卻每個相應服務器所消耗的能量。應注意，可期望還通過將標準商用服務器輸出的溫度信號連接至控制器以監(jiān)控(i)多個位置處液體冷卻劑的溫度，( )液體冷卻劑通過流體回路的流速；(iii)相應服務器的電子組件的溫度；并且通過從服務器輸出到控制器的信號監(jiān)控服務器的功耗。響應于周期性確定的能量消耗和流速，控制器可周期性調節(jié)液體冷卻劑通過泵和熱交換器的抽取率使得以高位溫度離開服務器的液體冷卻劑充分冷卻多個服務器同時減少充分冷卻每個相應服務器所消耗的能量。結合圖IA所描繪以及圖2進一步描繪的冷卻系統(tǒng)的操作，用于從液體冷卻劑直接排熱的熱交換器位于夾具裝置的外部且方法采用第一類型的熱力學循環(huán)。在該實施例中， 將液體冷卻劑熱耦合至熱交換器的步驟包括將液體冷卻劑流體耦合至位于遠端的熱交換器的步驟并且液體冷卻劑流通過槽中的出口管道進入部分位于槽外的流體回路。以下結合圖17A和17B的描述闡述在該實施例中出現的步驟的更詳細描述。結合圖IB中的冷卻系統(tǒng)200的操作，用于從流過服務器120的液體冷卻劑直接排熱的諸如熱交換器之類的耦合器位于槽210內部。該系統(tǒng)200的操作方法采用第二類型的熱力學循環(huán)。在該備選系統(tǒng)實施例中，該方法包括以下步驟使第一流體回路的第一流體部分中的較冷液體冷卻劑的至少一部分流過多個服務器中的每一個，其中離開多個服務器的液體冷卻劑被加熱到高位溫度；通過耦合器將經加熱的液體冷卻劑熱耦合到位于第二流體回路的第一部分中的冷卻流體；將第二流體回路的第一部分中的經加熱的冷卻液體流體耦合至外部位于遠端的熱交換器，以將通過第二液體回路耦合的熱的至少一部分從加熱介電液體冷卻劑排出；將經冷卻的冷卻流體從位于遠端的熱交換器通過第二流體回路的第二部分流體耦合到耦合器；通過耦合器將經冷卻的冷卻流體熱耦合至第一流體回路的第一部分。該方法還可包括以下步驟監(jiān)控第二流體回路中冷卻流體的流率；以及監(jiān)控每個相應服務器中的至少一個發(fā)熱電子組件的溫度；周期性地確定通過把經加熱的冷卻流體冷卻至較冷溫度來冷卻服務器所需的能量。該方法還可包括利用如前所述的諸如風扇或噴嘴之類的流體速度增加裝置來增加通過服務器的介電流體的流體速度的步驟。響應于控制器周期性確定排出所吸收的熱所需的能量以及冷卻流體的流率，該方法還可包括周期性調節(jié)冷卻流體通過第二流體回路的流率的步驟，使得以高位溫度離開服務器的液體冷卻劑充分冷卻服務器同時減少充分冷卻每個相應服務器所消耗的能量。該方法還可包括監(jiān)控第二流體回路中的冷卻流體的溫度的步驟。應注意，在采用第二類型的熱力學循環(huán)的系統(tǒng)中，液體冷卻劑流包含在浸沒服務器的槽中。較佳地，在該第一流體回路中的流體流從服務器的底部穿過服務器至其頂部，經加熱的液體冷卻劑在此離開。一旦冷卻劑離開服務器的頂部，通過使其通過液體冷卻劑中的熱交換器來冷卻該冷卻劑。冷卻后，液體冷卻劑下沉到槽的底部。在第一流體回路中冷卻劑的流動可通過服務器內部或外部的風扇來補充。在較佳實施例中，冷卻發(fā)生在接近于加熱冷卻劑從服務器離開的時刻。圖17A示出對浸入到采用圖IA或圖3的系統(tǒng)的液體冷卻劑槽中的一個或多個可獨立操作的服務器進行冷卻的方法中的物理步驟。在該方法的步驟對，液體冷卻劑流入具有服務器的槽。在步驟26，介電流體冷卻劑在流體回路中流過浸入介電流體冷卻劑的多個服務器，以吸收由服務器耗散的任何熱的至少一部分。在步驟觀，可通過使用服務器外部的諸如風扇之類的流體速度增加裝置來選擇性地增加液體冷卻劑的流體速度。在步驟30，在流體回路內的至少一個位置處監(jiān)控流體冷卻劑的溫度。在步驟32，選擇輔助冷卻系統(tǒng)以使能量使用最小化。在步驟34，被服務器加熱的液體冷卻劑從槽抽入位于遠端的熱交換器。 在步驟36，被液體冷卻劑吸收的熱的至少一部分通過熱交換器排出。在步驟38，經冷卻的液體冷卻劑流體耦合回槽。在步驟40，調節(jié)輔助冷卻裝置中的流體流以幫助維持高位溫度。 在步驟42，排出的熱通過所選擇的輔助冷卻裝置驅散，或在步驟44中，排出的熱被所選擇的輔助冷卻裝置回收。圖17B示出采用圖IA或圖3的系統(tǒng)冷卻浸入液體冷卻劑槽中的一個或多個可獨立操作的服務器的方法中的基于計算機控制器的步驟。在步驟52，控制器從與溫度、流體流和功耗有關的各種傳感器接收與系統(tǒng)操作有關的信號。在步驟M，控制器確定冷卻服務器的最優(yōu)高位溫度。在步驟56，控制器周期性確定冷卻多個服務器所需的能量。響應于周期性確定的能量消耗，控制器在步驟58中周期性確定最優(yōu)的輔助冷卻方法以使能量使用最小化，以便調節(jié)通過熱交換器排出的熱量，使得以高位溫度離開多個服務器的液體冷卻劑充分冷卻多個服務器同時減少充分冷卻每個相應服務器所消耗的能量。在步驟60，控制器確定介電液體冷卻劑泵、輔助冷卻裝置的類型、可選地還有槽中液體冷卻劑的流體速度的較佳設置。在步驟62，控制器執(zhí)行至泵、閥和流體速度增加系統(tǒng)(即風扇或噴嘴)的輸出控制信號。在步驟64，控制器在系統(tǒng)不能按計劃操作的情況下提供故障通知。例如，控制器提供故障通知，即存在安全溫度或系統(tǒng)由于任何原因而停機?？傊诒疚乃龅氖纠詡溥x實施例中披露的通過維持高位溫度而冷卻浸入介電液體冷卻劑中的服務器機架的方法的實現方式能使冷卻服務器所需能量最小化。這通過利用正常服務器冷卻系統(tǒng)中存在的不可逆性的數量或溫差能夠被減小以提高冷卻效率來實現。輸入的冷液體冷卻劑和經加熱的輸出液體冷卻劑之間的溫差減小通過以下步驟成為可能通過使用速度調制流體速度增加裝置來控制到每個服務器的液體冷卻劑流的量以確保在變化的要求下所述流足以冷卻組件；以及控制器通過使用本文所述的有效的熱排出方法將冷卻劑溫度維持在最大可接受溫度(例如，在90至130下之間)。計算機控制器不一定要與被冷卻的服務器分離。熱力學循環(huán)中不可逆性的降低使得效率增加因此降低所消耗的總功率。利用所述特征，可將流體溫度安全地保持在約105 °F，顯著高于室溫和按月的最大美國平均室外溫度(在夏季75下)。在該溫度下，以最小功率驅散熱或通過加熱諸如建筑物熱水或在寒冷天氣時周圍的室內空氣之類的其它無關組件來收回熱。此外，該方法最小化或消除了對與服務器/計算機冷卻的當前方法相關聯(lián)的能量密集的熱過程的需要，服務器/計算機冷卻的當前方法包括制冷作為主要的散熱模式。如果需要散熱(與熱收回相對)，高位的冷卻劑溫度使得方法需要常規(guī)制冷方法的1/8或更少的能量。這種低能量的方法可包括將流體引入空氣熱交換器、蒸發(fā)冷卻或其它類似方法。然而，制冷可用于補充本文所公開的冷卻方法同時消耗最少的功率。盡管參考具體實施例描述了本發(fā)明，但是這些描述并不旨在以限制性的方式來解釋。本領域技術人員在參考本發(fā)明的描述后將易于預見所公開的實施例的各種變型以及本發(fā)明的替換實施例。本領域技術人員應當認識到所公開的原理和具體實施例可易于用作更改或設計用于實現本發(fā)明相同宗旨的其它結構的基礎。本領域技術人員同樣應當認識到這種等效解釋并不背離所附權利要求書所述的本發(fā)明的精神和范圍。 因此，可以預期權利要 求書將涵蓋落入本發(fā)明范圍內的任何此種更改或實施例。
權利要求
1.一種用于冷卻包含發(fā)熱電子組件的多個可獨立操作的服務器的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括至少一個槽，所述槽限定內部容積，并且具有冷卻劑入口以在所述內部容積中容納介電液體冷卻劑，并且具有冷卻劑出口以允許介電液體冷卻劑從所述內部容積流出，所述冷卻劑入口和所述冷卻劑出口彼此流體耦合；位于所述內部容積內的一個或多個安裝構件，其被構造成可安裝地容納多個可獨立操作的服務器；介電液體冷卻劑；流體耦合到所述至少一個槽的冷卻劑出口的熱交換器，所述熱交換器位于所述槽的遠端；流體耦合到熱交換器和所述至少一個槽的內部容積的泵，所述泵被構造成通過流體回路抽吸液體冷卻劑，所述流體回路包括從所述槽的冷卻劑入口延伸至每個服務器的第一回路部分、從每個相應服務器延伸至冷卻劑出口的第二回路部分、從冷卻劑出口延伸至熱交換器的第三回路部分以及從熱交換器延伸至冷卻劑入口的第四部分；控制器，用于監(jiān)控所述流體回路內的至少一個位置處的液體冷卻劑的溫度并調節(jié)介電液體冷卻劑通過流體回路的流動，使得介電液體冷卻劑在其離開流體回路的第二回路部分時保持在高位溫度；其中所述至少一個槽被構造成在內部容積內包含介電液體冷卻劑，使得當多個服務器可安裝地容納在其中時，在槽充分充滿液體冷卻劑時每個服務器的至少一部分浸沒在介電液體冷卻劑內以便充分冷卻每個相應服務器，同時使離開的經加熱的液體冷卻劑維持在高位溫度以降低充分冷卻所述多個服務器中的每個所消耗的能量。
2.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括至少一個第二槽，用于可安裝地容納和可浸沒地冷卻多個可獨立操作的服務器，其中所述至少一個第二槽流體耦合到熱交換ο
3.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于 所述至少一個槽限定開放的內部容積；所述一個或多個安裝構件被構造成在內部容積中在垂直方向上可安裝地容納多個服務器，從而使服務器相對于地面的覆蓋區(qū)最小化，且服務器的前面朝上以便于服務器的安裝和去除而無需去除或干擾槽內的任意其它服務器。
4.如權利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于所述一個或多個安裝構件被構造成可安裝地容納多個彼此緊鄰的服務器，以將介電液體冷卻劑的流動限制在多個垂直定向的服務器之間，使得介電液體冷卻劑穿過多個服務器的流動得以增強。
5.如權利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于所述一個或多個安裝構件被構造成將多個服務器可安裝地容納在槽底部之上，以在每個相應服務器和槽底部之間形成液體冷卻劑容積，使得介電液體冷卻劑穿過多個服務器的流動得以改進。
6.如權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括安裝在多個服務器和槽之間的液體冷卻劑容積中的多個流體速度增加裝置，以增加槽內介電液體冷卻劑的流動速度，從而改進冷卻劑通過多個服務器的流動。
7.如權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括充分填充所述至少一個槽的介電液體冷卻劑的容積，使得當可安裝地容納多個服務器時，所容納的每個服務器的至少相當大的部分浸沒在介電液體冷卻劑內以充分冷卻每個相應服務器。
8.如權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，當可安裝地容納多個服務器時，每個相應服務器浸沒在液體冷卻劑內，使得大量介電液體冷卻劑集中在多個服務器上的公共歧管區(qū)以改進液體冷卻劑通過多個服務器的循環(huán)，從而增強每個相應服務器的冷卻。
9.如權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于所述發(fā)熱電子組件中的至少一個是帶有可移動盤的磁盤驅動器；以及在服務器浸沒在介電液體冷卻劑之前將防液體外殼插入在磁盤驅動器上，其中該防液體外殼將空氣圈閉在可移動盤周圍并且防止液體冷卻劑進入磁盤驅動器包括可移動盤的部分。
10.如權利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于所述多個服務器中的每一個包括標準可安裝在機架上的服務器；以及所述一個或多個安裝構件被構造成可安裝地容納多個標準的安裝在機架上的服務器， 其中可在槽內支承標準的安裝在機架上的服務器而無需顯著修改。
11.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述高位溫度是顯著高于對于人類而言典型的舒適室溫且低于多個服務器中最敏感的發(fā)熱電子組件的最大允許溫度的溫度。
12.如權利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述高位溫度是在90下至130°F范圍內的溫度。
13.如權利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述高位溫度是在100下至110下范圍內的溫度。
14.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括熱耦合到熱交換器的輔助冷卻裝置。
15.如權利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述輔助冷卻裝置被構造成回收由液體冷卻劑從所述至少一個槽中的多個服務器吸收的任意熱的至少一部分。
16.如權利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述輔助冷卻裝置包括從包含蒸發(fā)-循環(huán)制冷裝置、冷卻塔裝置、用于吹動環(huán)境大氣的風扇、做功的熱機、熱回收裝置及其組合的組中選出的一個。
17.一種用于冷卻包含發(fā)熱電子組件的多個可獨立操作的服務器的裝置，所述冷卻裝置包括至少一個槽，所述槽限定開放的內部容積，并且具有冷卻劑入口以在所述開放的內部容積中容納介電液體冷卻劑，并且具有冷卻劑出口以允許冷卻劑從所述開放的內部容積流出，所述冷卻劑入口和所述冷卻劑出口彼此流體耦合；以及位于所述內部容積內的一個或多個安裝構件，其被構造成在內部容積內沿垂直方向可安裝地容納多個服務器，使服務器相對于地面的覆蓋區(qū)最小化，且服務器的前面朝上以便于多個服務器的安裝和去除而無需去除或干擾任意其它服務器；其中所述至少一個槽被構造成在內部容積包含介電液體冷卻劑，使得當多個服務器可安裝地容納于其中時，在槽充分充滿液體冷卻劑時可安裝地容納的每個服務器的至少一部分浸沒在介電液體冷卻劑內，以便充分冷卻每個相應服務器。
18.如權利要求17所述的裝置，其特征在于，還包括充分填充至少一個槽的介電液體冷卻劑的容積，使得當可安裝地容納多個可獨立操作的服務器時，可安裝地容納的每個服務器的至少一部分浸沒在液體冷卻劑內以充分冷卻每個相應服務器。
19.如權利要求17所述的裝置，其特征在于，當可安裝地容納多個可獨立操作的服務器時，每個相應服務器完全浸沒在介電液體冷卻劑內以充分冷卻每個相應服務器。
20.如權利要求19所述的裝置，其特征在于所述一個或多個安裝構件被構造成可安裝地容納多個彼此緊鄰的服務器，使得當多個服務器可安裝地容納在槽中時，介電液體冷卻劑的流動限制在多個垂直定向的服務器之間，從而增強介電液體冷卻劑穿過多個服務器的流動。
21.如權利要求19所述的裝置，其特征在于所述一個或多個安裝構件被構造成在槽底部之上可安裝地容納多個服務器，從而在每個相應服務器和槽之間形成容積，這改進介電液體冷卻劑穿過多個服務器的流動。
22.如權利要求21所述的裝置，其特征在于，還包括安裝在多個服務器和槽底部之間的容積中的多個流體速度增加裝置，使得當多個服務器安裝容納于其中時，槽內介電液體冷卻劑的混合增加，從而改進液體冷卻劑穿過多個服務器的流動。
23.如權利要求17所述的裝置，其特征在于所述一個或多個安裝構件被構造成可安裝地容納多個標準的可安裝在機架上的服務器ο
24.一種用于冷卻包含發(fā)熱電子組件的多個可獨立操作的服務器的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括至少一個槽，所述槽限定開放的內部容積；位于所述開放的內部容積內的一個或多個安裝構件，其被構造成在所述內部容積中可安裝地容納多個可獨立操作的服務器；在第一流體回路中循環(huán)通過多個服務器的介電液體冷卻劑；輔助冷卻系統(tǒng)，其具有在第二流體回路中流動的冷卻流體，其中所述輔助冷卻系統(tǒng)排出來自冷卻流體的一些熱。位于所述至少一個槽內的耦合器，用于將來自第一流體回路中離開槽內多個服務器的部分的經加熱的介電冷卻劑熱耦合到第二流體回路中的冷卻流體，以從該經加熱的介電冷卻劑排出一些熱。控制器，用于監(jiān)控第一流體回路內的至少一個位置處的介電液體冷卻劑的溫度并調節(jié)冷卻流體通過第二流體回路的流動，使得離開多個服務器的介電液體冷卻劑大致保持在高位溫度，其中所述高位溫度是顯著高于對于人類而言典型的舒適室溫且低于多個服務器中最敏感的發(fā)熱電子組件的最大允許溫度的溫度；其中所述至少一個槽被構造成在所述內部容積內包含介電液體冷卻劑，使得當多個服務器可安裝地容納在其中時，在槽充分充滿液體冷卻劑時每個服務器的至少相當大的部分浸沒在介電液體冷卻劑內以便充分冷卻每個相應服務器，使離開多個服務器的液體冷卻劑維持在大致的高位溫度以降低充分冷卻每個相應服務器所消耗的能量。
25.與建筑物HVAC系統(tǒng)結合的權利要求M的系統(tǒng)，所述HVAC系統(tǒng)被構造成將由介電液體從浸沒且可獨立操作的服務器吸收的熱中的至少一些分配在建筑物的至少一部分中。
26.與權利要求25的建筑物HVAC系統(tǒng)結合的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)相對于建筑物位于外部。
27.一種服務器室，所述服務器室流體連接至位于所述服務器室的遠端的第一熱交換器，所述服務器室包括至少一個槽，所述槽限定用于容納介電液體冷卻劑的內部容積； 位于所述內部容積內的一個或多個安裝構件，其被配置成可安裝地容納多個可獨立操作的服務器；多個可獨立操作的服務器，其中多個服務器中的每一個由一個或多個安裝構件可安裝地容納，使得每個相應服務器浸沒在介電液體冷卻劑的容積中以便從多個服務器中的各相應服務器吸收熱；以及至少一個耦合器，用于將被多個服務器加熱的介電液體冷卻劑耦合至第一熱交換器， 以排出由介電液體冷卻劑從多個服務器中的每一個吸收的熱。
28.如權利要求沈所述的服務器室，其特征在于，所述耦合器包括將介電液體冷卻劑流體耦合到第一熱交換器的流體耦合器。
29.如權利要求27所述的服務器室，其特征在于所述槽包括具有用于包含介電液體冷卻劑的開放的內部容積的槽； 所述一個或多個安裝構件位于所述槽的內部容積內且被構造成依以下方式可安裝地容納多個服務器中的每一個容納在液體冷卻劑內的完全浸沒位置，使得大量液體冷卻劑集中在多個服務器上的公共歧管區(qū)以改進液體冷卻劑通過多個服務器的循環(huán)；容納在槽底部之上，使得在每個相應服務器和槽底部之間形成液體冷卻劑的容積；以及使得介電液體冷卻劑在槽內的第一流體回路中通過多個服務器中的每一個流動； 所述耦合器包括至少一個熱交換器，所述熱交換器位于槽的內部且熱耦合到被多個服務器加熱的介電液體冷卻劑；以及輔助流體回路，其具有與位于遠端的熱交換器和位于內部的熱交換器流體相關的冷卻流體，其中介電液體冷卻劑與冷卻流體不同；以及位于遠端的熱交換器熱耦合到輔助流體回路中流動的冷卻流體，其中位于遠端的熱交換器將來自冷卻流體的熱中的一些排出，來自冷卻流體的熱是冷卻流體在耦合器處從經加熱的介電液體冷卻劑吸收的。
30.如權利要求四所述的服務器室，其特征在于，所述一個或多個安裝構件被構造在所述內部容積內的垂直方向上，從而使服務器相對于地面的覆蓋區(qū)最小化，且每個服務器的前面朝上以便于每個相應服務器的安裝和去除而無需去除或干擾任意其它服務器；以及容納多個彼此緊鄰的服務器，使得當多個服務器被可安裝地安裝時，介電液體冷卻劑的流動限制在多個服務器的側面之間，從而增強液體冷卻劑穿過每個相應服務器的流動。
31.如權利要求四所述的服務器室，其特征在于位于內部的熱交換器包括彼此流體連通的入口耦合器和出口耦合器，其中入口耦合器從第一流體回路的第一部分接收第一溫度的介電液體流，而出口耦合器將低于第一溫度的第二溫度的介電液體流排入第一流體回路的第二部分。
32.如權利要求31所述的服務器室，其特征在于，所述介電液體冷卻劑的高位溫度是顯著高于對于人類而言典型的舒適室溫且低于多個服務器中最敏感的發(fā)熱電子組件的最大允許溫度的溫度。
33.如權利要求31所述的服務器室，其特征在于，所述第溫度包括在90 °F至130 °F范圍內的高位溫度。
34.如權利要求31所述的服務器室，其特征在于，所述高位溫度是在100下至110下范圍內的溫度。
35.如權利要求27所述的服務器室，其特征在于，位于遠端的熱交換器與從包含蒸發(fā)-循環(huán)制冷裝置、冷卻塔裝置、用于吹動環(huán)境大氣的風扇、做功的熱機、發(fā)電機及其組合的組中選出的一個相關聯(lián)。
36.與建筑物HVAC系統(tǒng)結合的權利要求27的服務器室，所述HVAC系統(tǒng)被構造成將由介電液體從浸沒且可獨立操作的服務器吸收的熱中的至少一些分配在建筑物的至少一部分中。
37.與權利要求27的建筑物HVAC系統(tǒng)結合的服務器室，其中所述服務器室相對于建筑物位于外部。
38.一種冷卻包含發(fā)熱電子組件的多個可獨立操作的服務器的方法，所述多個可獨立操作的服務器至少部分地浸入具有開放的內部容積的槽內的介電液體冷卻劑內，所述方法包括使介電液體冷卻劑在流體回路中流過浸入在介電液體冷卻劑內的多個服務器以吸收由相應服務器中的每一個生成的任何熱的至少一部分；監(jiān)控流體回路內至少一個位置上的液體冷卻劑的溫度；確定經加熱的介電液體冷卻劑在離開多個服務器時的最優(yōu)高位溫度，使得液體冷卻劑充分冷卻多個服務器同時減少充分冷卻每個相應服務器所消耗的能量，其中所述高位溫度是顯著高于對于人類而言典型的舒適室溫且低于多個服務器中最敏感的發(fā)熱電子組件的最大允許溫度的溫度；由控制器周期性地確定排出所吸收的熱以冷卻多個服務器所需的能量；將所述多個服務器加熱的介電液體冷卻劑熱耦合到位于槽遠端的熱交換器；將由介電液體冷卻劑吸收的熱的至少一部分排出；響應于通過控制器周期性確定將介電液體冷卻劑從多個服務器吸收的熱排出所需的能量，周期性調節(jié)通過熱交換器排出的熱量，使得以高位溫度離開多個服務器的介電液體冷卻劑充分冷卻多個服務器同時減少充分冷卻每個相應服務器所消耗的能量。
39.如權利要求38所述的方法，其特征在于將液體冷卻劑熱耦合到位于遠端的熱交換器的步驟包括使介電流體以第二溫度從位于遠端的熱交換器流過槽中的冷卻劑入口，其中第二溫度低于高位溫度；使容納在槽中的介電液體冷卻劑的至少一部分通過冷卻劑入口流過多個服務器，以吸收多個服務器中的每一個生成的任意熱中的至少一部分；使以高位溫度離開多個服務器的加熱介電液體冷卻劑的至少一部分流過槽中的冷卻劑出口，其中冷卻劑出口流體耦合到位于遠端的熱交換器，以便排出來自加熱的介電冷卻劑的熱的至少一部分；使來自熱交換器的大致為第二溫度的經冷卻的介電液體冷卻劑耦合到槽的冷卻劑入口，從而介電液體冷卻劑完成通過熱交換器和槽中的多個服務器的流體回路，以將介電液體冷卻劑從多個服務器吸收的熱的至少一部分排出；以及使介電液體冷卻劑流過多個服務器的步驟包括使容納在槽中大致為第二溫度的介電液體冷卻劑的至少一部分流過浸入介電液體冷卻劑內的多個服務器，以吸收多個服務器耗散的任意熱中的至少一部分。
40.如權利要求39所述的方法，其特征在于，還包括 監(jiān)控介電液體冷卻劑通過流體回路的流率；以及監(jiān)控發(fā)熱電子組件中的至少一個的溫度；響應于周期性確定將介電液體冷卻劑從多個服務器吸收的熱排出所需的能量和流率， 通過流體回路抽取介電液體冷卻劑，并周期性調節(jié)介電液體冷卻劑通過泵和熱交換器的流率，使得以高位溫度離開多個服務器的介電液體冷卻劑充分冷卻多個服務器同時減少充分冷卻每個相應服務器所消耗的能量。
41.如權利要求40所述的方法，其特征在于，監(jiān)控介電液體冷卻劑的溫度的步驟包括 監(jiān)控流體回路內多個位置上的介電液體冷卻劑的溫度；
42.如權利要求38所述的方法，其特征在于 使介電液體冷卻劑流過多個服務器的步驟包括使介電液體冷卻劑的至少一部分以第二溫度在第一流體回路的第一流體部分中流過多個服務器中的每一個，其中離開多個服務器的液體冷卻劑被加熱到高位溫度，其中第二溫度低于高位溫度；將介電液體冷卻劑熱耦合到位于遠端的熱交換器的步驟包括 通過耦合器將經加熱的介電液體冷卻劑熱耦合到位于第二流體回路的第一部分中的冷卻流體；將第二流體回路的第一部分中的經加熱的冷卻流體流體耦合至位于遠端的熱交換器， 以將通過第二液體回路耦合的熱的至少一部分從加熱介電液體冷卻劑排出；將大致為第二溫度的經冷卻的冷卻流體從位于遠端的熱交換器通過第二液體回路的第二部分流體耦合到耦合器；以及通過耦合器將經冷卻的冷卻流體熱耦合到第一液體回路的第一部分。
43.如權利要求42所述的方法，其特征在于，還包括 監(jiān)控第二流體回路中的冷卻流體的流率；以及監(jiān)控發(fā)熱電子組件中的至少一個的溫度；周期性確定通過把經加熱的冷卻流體冷卻至第二溫度來將介電液體冷卻劑從多個服務器吸收的熱排出所需的能量；響應于由控制器周期性確定將介電液體冷卻劑從多個服務器吸收的熱排出所需的能量和冷卻流體的流率，周期性調節(jié)冷卻流體通過第二流體回路的流率，使得以高位溫度離開多個服務器的介電液體冷卻劑充分冷卻多個服務器同時減少充分冷卻每個相應服務器所消耗的能量。
44.如權利要求43所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括監(jiān)控第二流體回路中的冷卻流體的溫度的步驟。
45.如權利要求38所述的方法，其特征在于，所述高位溫度是顯著高于對于人類而言典型的舒適室溫且低于多個服務器中最敏感的發(fā)熱電子組件的最大允許溫度的溫度。
46.如權利要求38所述的方法，其特征在于，所述高位溫度是90下至130下范圍內的溫度。
47.如權利要求38所述的方法，其特征在于，所述高位溫度是100°F至110下范圍內的溫度。
48.如權利要求38所述的方法，其特征在于，還包括熱耦合到熱交換器的輔助冷卻裝置，其中輔助冷卻裝置被構造成回收介電液體冷卻劑從槽中的多個服務器吸收的任何熱的至少一部分。
49.如權利要求48所述的方法，其特征在于，還包括將輔助冷卻裝置從多個服務器回收的熱排到周圍大氣中。
50.如權利要求48所述的方法，其特征在于，還包括 通過將輔助冷卻裝置從多個服務器回收的熱再循環(huán)到有用介質而有利地使用該熱。
51.如權利要求50所述的方法，其特征在于，將熱再循環(huán)到有用介質的步驟包括由通過建筑物的HVAC系統(tǒng)加熱該建筑物、操作熱泵以做功、發(fā)電、加熱水及其組合組成的再循環(huán)熱步驟的組中選出的一個。
52.如權利要求38所述的方法，其特征在于，將介電液體冷卻劑吸收的熱的至少一部分排出的步驟包括通過從包含蒸發(fā)-循環(huán)制冷裝置、冷卻塔、用于吹動環(huán)境大氣的風扇、做功的熱機、發(fā)電機及其組合的輔助冷卻裝置的組中選出的一個去除位于遠端的熱交換器上的熱的至少一部分。
全文摘要
用于有效冷卻浸沒在槽中的介電液體冷卻劑中的諸如可獨立操作服務器之類的具有發(fā)熱電子組件的計算設備的裝置、系統(tǒng)和方法。
文檔編號H01L23/473GK102160171SQ200980131707
公開日2011年8月17日 申請日期2009年8月10日 優(yōu)先權日2008年8月11日
發(fā)明者C·貝斯特, M·加奈特 申請人:綠色革命冷卻股份有限公司