具有多功能热交换器的用于高密度机架的冷却系统

摘要

用于电子机架的冷却系统和多功能热交换器设计成具有一个或多个液体对液体热交换器(或它们的功能)和一个或多个液体对空气热交换器(或它们的功能)。每个液体对液体热交换器具有机架液体通道和外部液体通道，机架液体通道和外部液体通道彼此流体隔离，并且彼此热联接，以在通过机架液体通道循环的机架液体与通过外部液体通道循环的外部液体之间传递热能。一个或多个液体对空气热交换器各自具有使空气在所述电子机架与围绕所述电子机架的周围空间之间循环的空气路径，空气路径热联接至所述液体对空气热交换器的外部液体通道，以在所述空气与所述外部液体之间传递热能。

说明书

技术领域

本公开的实施方式总体上涉及一种用于电子机架的冷却系统。更具体地，本公开的实施方式涉及具有多功能热交换器的冷却系统。

背景技术

数据中心是容纳大量服务器和IT设备的关键任务设施。冷却系统为IT设备提供合适的热环境。设计一种能够确保IT设备能够在所有可能的条件下(特别是在峰值功率条件下)运行的冷却系统至关重要。

在传统数据中心中，例如在过去二十年中开发的那些数据中心中，机架功率密度相对较低(例如，2kW至4kW)。与更高的功率密度(和更高的热负载)应用相比，用于这种低功率密度的机架的冷却系统可以设计成具有较少的问题。例如，诸如热交换器的冷却单元在低功率密度条件下可以很小，并且可以安装在典型的IT电子机架内。然而，机架功率密度正在增加。例如，随着新的服务器组件提供更强大的计算服务，服务器功率密度(服务器的功率输出)正在增加。此外，单个机架中所包括的服务器数量也在增加。因此，IT设备的机架功率密度得到了显著增加。机架的热管理成为挑战。

当机架密度显著增加(例如，20kW至30kW)时，冷却系统设计以及用于规划和设计热管理解决方案的相应关键因素与传统数据中心完全不同。此外，容纳在机架中的IT设备中的一些是空气冷却式的，而同一机架中的其他IT设备是液体冷却式的。

存在用于数据输入和电子机架的许多成熟的冷却解决方案，但是大多数解决方案是针对低功率密度热管理来设计的。传统的空气冷却解决方案通常不足以满足更高功率密度机架的气流需求。另外，随着气流的显著增加(其可以测量为每分钟立方英尺或CFM)，运行成本(诸如，运行风扇所消耗的能量)和资金成本(诸如，昂贵的通风设备)可能急剧增加。

此外，包括机架级液体冷却解决方案和服务器级液体冷却解决方案的液体冷却解决方案已证明是用于高密度机架的可行解决方案。这些解决方案通常在基础设施中包括两个热传递回路，一个是外部回路，而另一个是内部回路。外部冷却回路可以具有外部冷却单元，诸如冷却塔和外部冷却分配单元(CDU)。内部回路(机架冷却回路)可以包括内部CDU，还可以包括：1)冷却单元，诸如RDHX、INrow冷却器或顶置式冷却单元；以及2)服务器液体冷却装置，包括流体分配歧管和冷板。这种解决方案(和类似解决方案)的不足之处在于，由于IT环境中的空气(例如，数据中心空气)可能因服务器和IT设备被部分液体冷却和部分空气冷却而变得非常热，使得系统仍然需要空气冷却基础设施。

空气冷却解决方案可以具有适合于较低功率密度但不适用于较高功率密度的设计。液体对空气热交换器/线圈可以位于机架的顶部上。机架布置成将热空气容纳在容纳区域中。将冷却的水供应至机架顶部上的热交换器，并且该热交换器用于冷却热空气。热空气离开机架的后部，上升并在通过热交换器之后被冷却，并被供应至机架前方的冷通路(或周围空气)。然而，该解决方案考虑的是用于较低功率密度的空气冷却数据中心，而没有考虑到具有较高功率密度的液体冷却设备。

发明内容

在第一方面，提供了一种用于电子机架的冷却系统，包括：液体对液体热交换器，具有机架液体通道和第一外部液体通道，所述机架液体通道和所述第一外部液体通道a)彼此流体隔离，并且b)彼此热联接，以在通过所述机架液体通道循环的机架液体与通过所述第一外部液体通道循环的外部液体之间传递热能；以及液体对空气热交换器，具有空气路径，所述空气路径使空气在所述电子机架与围绕所述电子机架的周围空间之间循环，所述空气路径与第二外部液体通道热联接，以在所述空气与通过所述第二外部液体通道循环的外部液体之间传递热能。

在第二方面，提供了用于电子机架的冷却系统，包括：第一液体对液体热交换器和第二液体对液体热交换器，各自具有机架液体通道和外部液体通道，对于所述第一液体对液体热交换器和所述第二液体对液体热交换器中的每个，所述机架液体通道和所述外部液体通道a)彼此流体隔离，并且b)彼此热联接，以在通过所述机架液体通道循环的机架液体与通过所述外部液体通道循环的外部液体之间传递热能；以及液体对空气热交换器，具有空气路径，所述空气路径使空气在所述电子机架与围绕所述电子机架的周围空间之间循环，所述空气路径热联接至所述液体对空气热交换器的外部液体通道，以在所述空气与通过所述外部液体通道循环的所述外部液体之间传递热能，其中，所述外部液体通道中的每一个均连接至外部冷却单元，所述外部冷却单元使外部液体循环通过所述外部液体通道中的每一个。

在第三方面，提供了用于电子机架的冷却系统，包括：液体对液体热交换器，具有用于所述电子机架中的每个的外部液体通道和机架液体通道，所述机架液体通道和所述外部液体通道a)彼此流体隔离，并且b)彼此热联接，以在通过所述机架液体通道循环的机架液体与通过所述外部液体通道循环的外部液体之间传递热能；以及第一液体对空气热交换器和第二液体对空气热交换器，各自具有相应的外部液体通道和空气路径，所述空气路径使空气在所述电子机架与围绕所述电子机架的周围空间之间循环，所述空气路径热联接至相应的外部液体通道，以在所述空气与通过相应的外部液体通道循环的外部液体之间传递热能，其中，所述外部液体通道中的每个连接至外部冷却单元，所述外部冷却单元使外部液体循环通过所述外部液体通道中的每一个。

附图说明

本发明的实施方式通过示例的方式示出，并且不限于附图中的图，在附图中，相同的附图标记表示相似的元件。

图1示出了根据一个实施方式的用于电子机架的冷却系统。

图2示出了根据一个实施方式的用于电子机架的冷却系统。

图3示出了根据一个实施方式的用于电子机架的冷却系统。

图4示出了根据一个实施方式的用于具有省却外部冷却输入的电子机架的冷却系统。

图5示出了根据一个实施方式的具有外部冷却单元的冷却系统。

图6至图7示出根据实施方式的冷却剂通道和空气路径的示例。

图8示出了根据一个实施方式的多功能热交换器。

图9示出了根据一个实施方式的形成台形状的热交换器。

图10示出了根据一个实施方式的电子存放机架。

具体实施方式

将参考下面讨论的细节来描述本发明的各种实施方式和方面，并且附图将示出各种实施方式。以下描述和附图是对本发明的说明，而不应被理解为限制本发明。描述了许多具体细节以提供对本发明的各种实施方式的透彻理解。然而，在某些情况下，没有描述众所周知的或常见的细节以便提供对本发明的实施方式的简明讨论。

说明书中对“一个实施方式”或“实施方式”的引用意味着结合该实施方式所描述的特定特征、结构或特性可以包括在本发明的至少一个实施方式中。在说明书中各处出现的短语“在一个实施方式中”或“在一方面”不一定都指向同一实施方式。

本公开的实施方式解决了现有冷却解决方案的问题，例如上文描述的那些问题。用于高功率密度机架的冷却系统设计应该不仅与机架功率密度(可以理解为热负载)兼容，而且也与多种冷却需求和机架冷却配置兼容。

本公开的实施方式提供了使用混合冷却解决方案(例如，液体对液体热交换器和液体对空气热交换器)的用于高密度机架的系统解决方案。介绍了用于对高功率密度机架进行冷却的、在单个系统中的多功能热交换器。本公开的特征还解决了组件或机架需要空气冷却和液体冷却二者的冷却需求。

根据一个实施方式，用于电子机架的冷却系统包括一个或多个液体对液体的热交换器。每个均具有机架液体通道和外部液体通道，机架液体通道和外部液体通道：a)彼此流体隔离；以及b)彼此热联接以在(相应的机架液体通道所连接的电子机架的)通过机架液体通道循环的机架液体与通过外部液体通道循环的外部液体之间传递热能。

冷却系统还包括一个或多个液体对空气热交换器，每个液体对空气热交换器具有在电子机架与围绕电子机架的周围空间之间循环空气的空气路径，该空气路径热联接至液体对空气热交换器的外部液体通道以在空气与外部液体之间传递热能。

液体对液体热交换器或液体对空气热交换器的每个外部液体通道均可以连接至外部冷却单元，该外部冷却单元使外部液体循环通过每个外部液体通道。

应理解的是，“空气路径”或“液体通道”可以是导管，诸如具有多种尺寸和形状(例如，盘管状、锯齿状等)的管。通道可以利用不同的已知装置(例如，利用管、实心板的中空、模具等)来实现或制造。“通道”和“路径”可以被描述为使冷却剂(例如，液体或蒸汽)、空气或其它流体再循环的回路。

在一个实施方式中，在图1中示出了用于电子机架130的冷却系统，其中，电子机架130容纳一个或多个服务器(或电子组件)118和116。在该示例中，服务器118是液体冷却式的，而服务器116是空气冷却式的。液体对液体热交换器102具有机架液体通道104，其连接至电子机架130的机架液体回路，该机架液体回路可以使用歧管向/从热交换器和容纳在机架中的组件分配冷却剂。可以通过电子机架的冷却分配单元(CDU)131对机架液体进行温度控制和循环。可以与CDU集成在一起或在CDU外部的泵134可以例如通过歧管132或其它液体管线基础设施将机架流体循环到服务器组件。机架液体(或机架流体)可以向/从机架的一个或多个液体冷却装置119(例如，冷板、冷却轨道或其它液体冷却装置)和液体对液体热交换器循环，以从服务器118吸收热能。

注意液体对液体热交换器102，机架液体通道104与外部液体通道106流体隔离，然而，两个通道彼此热联接(例如，通过物理接触、共享同一冷板等)，以在通过机架液体通道循环的机架液体与通过第一外部液体通道循环的外部液体之间传递热能。可以由外部冷却单元120提供外部液体并使之循环。

液体对空气热交换器108具有空气路径110，该空气路径110在IT环境中使空气在电子机架与围绕电子机架的周围空间之间循环，该空气路径热联接至外部液体通道112，以在空气与外部液体通道112中的外部液体之间传递热能。例如，空气冷却式电子组件116可以具有风扇117，该风扇117将空气从周围空间抽吸通过该组件以对其进行冷却。热空气可以进入机架后面的热空气室，其中，在一些实施方式中，热交换器形成隔离热空气并将其拦截的屏障，使得热空气可以通过液体对空气热交换器被冷却。风扇114可以将空气抽吸通过使热空气冷却的液体对空气热交换器的空气路径。风扇114可以如示出那样处于热空气室的外部(从而拉动空气穿过空气路径)，或者可以处于热空气室的内部(在该位置处，其将推动热空气穿过空气路径)。

可能有不同的风扇配置和位置。在一些情况下，只有电子组件具有风扇，而液体对空气热交换器(或多个这种热交换器)不具有风扇。例如，在一个实施方式中，液体对空气热交换器不具有风扇114，并且是无风扇式热交换器。在其它情况下，只有液体对空气热交换器具有风扇，而机架组件不具有风扇。例如，电子组件116可以无风扇。在一些情况下，没有风扇，而在其它情况下，热交换器和机架组件均具有风扇。应理解的是，附图中所示的空气路径和液体通道是简化图，其代表的是可以与示出的物理特征不同的物理特征。例如，在一个实施方式中，液体对空气热交换器的空气路径具有从底部或底表面直接通向顶部或顶表面的路径。

图1所示的冷却系统使用液体对空气热交换器来管理IT环境的温度。这可以防止空气温度升高到超过空气冷却组件的要求的点。此外，通过液体对液体热交换器也满足液体冷却组件的热负载要求。

应理解的是，尽管在图1中示出为单个液体对液体热交换器，但该系统可以包括一个或多个液体对液体热交换器，其每个均具有相应的机架液体通道和外部液体通道。类似地，该系统可以包括一个或多个液体对空气热交换器，其每个均具有相应的空气路径和外部液体通道。

在一个实施方式中，液体对液体热交换器和液体对空气热交换器是物理联接在一起(例如，当组装到机架系统上时固定在一起)的分离主体。在另一实施方式中，液体对液体热交换器和液体对空气热交换器是同一壳体的分离部分。它们可以形成在被分隔成具有一个或多个液体对液体部分以及一个或多个液体对空气部分的同一壳体中。

在一个实施方式中，一个或多个外部冷却单元可以连接至热交换器的外部液体通道，以冷却和/或循环外部液体。例如，外部冷却单元120可以具有使所有外部液体循环的泵122。外部冷却单元的供应管线连接至液体对空气热交换器的入口和/或液体对液体热交换器的入口。类似地，外部冷却单元的返回管线连接至液体对空气热交换器的出口和/或液体对液体热交换器的出口。

在一个实施方式中，液体对液体热交换器102用作冷凝器，同时电子机架对“内部”冷却剂回路或机架冷却剂回路使用热虹吸技术。在这种情况下，电子机架的冷板119将机架液体汽化，并且汽化的液体基于自然力(例如，重力和压力平衡)穿过管线132行进到液体对液体热交换器。液体对液体热交换器(通过从蒸汽提取热能并将冷却剂转换回液体)使汽化的机架液体冷凝，并且自然力使得冷凝的机架液体朝向冷板返回。有利的是，在这种情况下，电子机架不依赖于泵134来循环机架冷却剂，并且所述泵可被移除，这提供了稳健且有效的解决方案。应理解的是，由于如上文提及的那样，液体在某些情况下可以是蒸汽，因此“外部液体”和“机架液体”可以与“外部冷却剂”和“机架冷却剂”互换使用。如上所述，泵134可以封装在CDU内、封装在CDU外或被移除(例如，通过使用热虹吸特征)。

尽管外部液体通道示出为独立地连接至外部冷却单元120，但是应理解的是，从外部冷却单元供应至热交换器的外部液体供给可以具有不同的配置。在一个实施方式中，液体对空气热交换器的第二外部液体通道的出口连接至液体对液体热交换器的第一外部液体通道的入口。例如，参见图1中将液体对空气热交换器的外部返回管线连接至液体对液体热交换器的外部供应管线的虚线。在图4和图5中示出了其它示例，并且在文章其它部分中对其进行讨论。在这种情况下，从空气吸收热能的温的外部液体可以被引导到液体对液体热交换器并且被液体对液体热交换器使用，以进一步从机架液体吸收热能。这利用了空气冷却系统和液体冷却系统的不同需求和热特性的优势，用于使液体对空气热交换器108中的空气冷却的液体仍然可以足够冷到在液体对液体冷却系统中使用。因此，该系统在此可以通过重新利用已通过空气冷却变温但仍足以用于液体对液体冷却的外部液体来提高效率。

图2中示出了根据一个实施方式的冷却系统，其中冷却系统具有一个液体对液体热交换器和两个液体对空气热交换器，其中，一个液体对液体热交换器用于使两个或更多个电子机架的机架液体冷却，两个液体对空气热交换器同时工作，以使来自两个或更多个电子机架的热空气冷却。该冷却系统包括具有机架液体通道181和第一外部液体通道179的液体对液体热交换器178，机架液体通道181和第一外部液体通道179：a)彼此流体隔离；以及b)彼此热联接以在通过机架液体通道循环的机架液体与通过第一外部液体通道循环的第一外部液体之间传递热能。

液体对液体热交换器178具有第二机架液体通道185，其使机架液体向/从第二电子机架172并循环，并且a)其与电子机架172的机架液体通道流体连接，并且与第一外部液体通道179流体隔离，并且b)与第一外部液体通道179热联接，以(通过机架液体)将热能从第二电子机架172传递到外部液体。在一个实施方式中，机架液体通道181与185也呈流体隔离。

在一个实施方式中，液体对液体热交换器178具有外部液体通道和机架液体通道，其中机架液体通道例如通过导管180、182、184和186连接至电子机架中的每个，所述导管从相应的机架延伸到液体对液体热交换器。在该实施方式中，机架流体从机架170和172通过导管180和186分配至通道181和185，并分别通过导管182和184返回到机架。

(第一)液体对空气热交换器174具有空气路径175，其使空气在电子机架与围绕电子机架的周围空间之间循环，该空气路径热联接至第二外部液体通道183以在空气与第二外部液体之间传递热能。

第二液体对空气热交换器176具有第三外部液体通道177和第二空气路径187，该第二空气路径187使空气在a)电子机架及第二电子机架与b)周围空间之间循环，第二空气路径热联接至第三外部液体通道177，以冷却空气并在空气与通道中的外部液体之间传递热能。

换言之，第一液体对空气热交换器和第二液体对空气热交换器各自具有相应的外部液体通道和空气路径，所述空气路径使空气在电子机架与围绕电子机架的周围空间之间循环，所述空气路径热联接至相应的外部液体通道，以在空气与通过相应的外部液体通道循环的外部液体之间传递热能。尽管未示出，但是外部液体通道中的每个均连接至外部冷却单元，所述外部冷却单元使外部液体循环通过外部液体通道中的每一个。

在一个实施方式中，液体对液体热交换器178位于液体对空气热交换器174与第二液体对空气热交换器176之间，并与二者相邻。空气从周围空间穿过电子机架和第二电子机架循环到位于电子机架170与172之间的热通路空气部分。在一个实施方式中，热交换器可以形成将热空气拦截在热通路中的屏障，其中热空气中的大部分必须穿过液体对空气热交换器的空气路径，从而使空气冷却，并将空气循环回周围空间。

在一个实施方式中，液体对液体热交换器178、第一液体对空气热交换器174和第二液体对空气热交换器176连接，以在周围空间与处于电子机架之间的热通路空气部分之间形成台形屏障。参照图9，台形屏障具有由液体对液体热交换器形成的顶部294、由第一液体对空气热交换器形成的第一侧壁292以及由第二液体对空气热交换器形成的第二侧壁296。通过形成这种屏障，空气从电子机架穿过热通路空气部分循环到第一液体对空气热交换器的空气路径和第二液体对空气热交换器的空气路径，再到周围空间，并返回到电子机架。这使得在IT环境中维持合适的空气温度。

图3中示出了根据一个实施方式的冷却系统。该冷却系统包括液体对空气热交换器208、第一液体对液体热交换器204和第二液体对液体热交换器206。这些热交换器一起工作，来为多个电子机架(例如，机架200和202)提供冷却。

(第一)液体对液体热交换器204具有机架液体通道210和第一外部液体通道203，机架液体通道和第一外部液体通道a)彼此流体隔离且b)彼此热联接，以在通过机架液体通道循环的机架液体与通过第一外部液体通道循环的第一外部液体之间传递热能。

第二液体对液体热交换器206具有第二机架液体通道212和第三外部液体通道207，第二机架液体通道和第三外部液体通道a)彼此流体隔离且b)彼此热联接，以在第二机架液体与第三外部液体之间传递热能。

换言之，冷却系统可以具有第一液体对液体热交换器204和第二液体对液体热交换器206，其每一个均具有相应的机架液体通道210和212，以及相应的外部液体通道203和207，其中相应的机架液体通道与相应的外部液体通道a)彼此流体隔离且b)彼此热联接。

液体对空气热交换器208具有空气路径214，该空气路径214是针对空气而设置的，以使空气在a)电子机架200及202与b)围绕电子机架的周围空间之间循环。空气路径热联接至第二外部液体通道209，以在空气与第二外部液体通道中的冷却剂之间传递热能。应理解的是，在一些实施方式中，空气路径可以包括一条或多条路径，尽管在不同的附图中示出为单条路径以减少混乱。

尽管为了减少混乱未在图3中示出，但第一液体对液体热交换器204的机架液体通道连接至电子机架200的机架液体通道，该机架液体通道使热联接至电子机架的一个或多个电子组件的液体循环。类似地，第二液体对液体热交换器206的第二机架液体通道连接至第二电子机架202的机架液体通道，该机架液体通道使热联接至第二电子机架的一个或多个电子组件的液体循环。类似地，这些热交换器的外部液体通道中的每个连接至使外部液体循环通过每个外部液体通道的外部冷却单元。

在一个实施方式中，液体对空气热交换器208位于第一液体对液体热交换器与第二液体对液体热交换器之间，并与二者相邻。空气从电子机架穿过热通路空气部分循环到液体对空气热交换器的空气路径214。热交换器可以联结成使得它们在周围空间与热通路空气部分之间形成屏障。热空气被拦截并汇集到液体对空气热交换器，以有效地控制IT环境中的空气温度。

在一个实施方式中，液体对空气热交换器、第一液体对液体热交换器和第二液体对液体热交换器联接在一起，以在周围空间与处于电子机架之间的热通路空气部分之间形成台形屏障(参见图3和图9)。台形屏障具有由液体对空气热交换器208形成的顶部294、由第一液体对液体热交换器204形成的第一侧壁292以及由第二液体对液体热交换器206形成的第二侧壁296。空气从电子机架穿过热通路空气部分循环到液体对空气热交换器的空气路径，再到周围空间，并且返回到电子机架。此外，热空气朝向由液体对空气热交换器形成的顶部自然地上升(在热通路中)，在顶部处，所述热空气被抽吸穿过空气路径，从而使热空气冷却，并以有效的方式循环回到周围空间。当这三个热交换器联接时，图3中的203、207以及209可以设计成连接至一个单个流体源。将在下面的部分中对详细的流体回路设计进行说明。

图4示出了根据一个实施方式的冷却系统。外部冷却单元234具有供应管线233以及返回管线235，其中，供应管线233连接至液体对空气热交换器220的入口221和/或液体对液体热交换器222的入口225，返回管线235连接至液体对空气热交换器的出口223和/或液体对液体热交换器的出口227。应理解的是，热交换器的“入口”和“出口”通向图中未示出的相应的外部液体通道。此外，单个热交换器可以具有多个外部冷却回路或通道，这种配置可以通过测试和重复来确定。

在一个实施方式中，外部冷却单元与热交换器之间的外部液体管线可以具有一个或多个止回阀228，其防止液体在非预期方向上流动。

在一个实施方式中，如图4中所示，液体对空气热交换器的出口223也连接至液体对液体热交换器222的入口225。一个或多个阀224(例如，三通阀)对从液体对空气热交换器的出口和供应管线到液体热交换器的入口的液体流量进行控制和引导。在一个实施方式中，冷却系统控制器232配置成控制液体对空气热交换器的出口与液体对液体热交换器的入口之间的液体流量，该液体流量可以忽略(省却；bypass)或弥补直接从外部冷却单元供给至液体对液体热交换器的液体的量。可以基于从液体对空气热交换器的出口离开的外部液体的温度以及外部液体温度阈值来控制液体流量，其中，外部液体的温度可以由一个或多个温度传感器230来感测。应理解的是，液体流量也将基于IT设备的实际热需求以及实际的IT操作条件来控制。阈值温度可以基于可进入液体对液体热交换器的入口的最大温度，其可基于电子机架及其组件的热需求和/或功率密度来确定。一个机架的最佳阈值温度可以与另一机架不同，或者一个系统的最佳阈值温度可以与另一系统不同。在一些情况下，操作情境也可以基于系统使用的外部冷却单元和周围环境条件而改变。

在一个实施方式中，一个或多个阀224可以是由来自控制器232的阀控制信号控制的机电阀。在一个实施方式中，控制器可以作为外部冷却单元的一部分，或者作为系统的一部分集成在电子机架上。控制器232可以具有执行存储在存储器中的指令的处理器，其中指令包括控制算法，该控制算法处理来自传感器230的感测温度并生成用于控制阀224的阀位置的阀控制输出。

在一个实施方式中，温度传感器和控制器可以集成到阀224(例如，智能阀)中。在一个实施方式中，控制器232可以由一个或多个模拟集成电路和/或数字电路形成，例如，使用有源电子组件和无源电子组件的组合。基于传感器读数(例如，温度)修改控制信号(例如，阀位置)的电子电路是已知的。

在一个实施方式中，当温度被感测为低于阈值时，可以增大从液体对空气热交换器的出口到液体对液体热交换器的入口的液体的流量，同时可以减小或完全忽略从外部冷却单元到液体对液体热交换器的流量。当温度接近阈值时，可以增大来自外部冷却单元的液体流量，同时减小从液体对空气热交换器到液体对液体热交换器的流量。如果满足或超过温度阈值，则可以控制阀位置使得显著减少或者忽略从液体对空气热交换器到液体对液体热交换器的流量。在这种情况下，流到液体对液体热交换器的流体中的全部或大部分将来自外部冷却单元。泵236或其它循环器件可以用于使外部液体在外部冷却单元、液体对液体热交换器和液体对空气热交换器之间循环。

在一个实施方式中，如图5所示，外部冷却单元248包括冷却塔256，其用作外部液体的贮存器。可以使用制冷器250来冷却外部液体。制冷器可以使用已知的制冷蒸汽压缩技术来冷却外部液体。另外地或可选地，可以使用板式热交换器252来冷却外部液体。板式热交换器使用被动冷却，例如空气冷却或液体冷却。冷却板可以具有有助于将热能从外部冷却液体传递到外部流体(例如，空气或水)的风扇。

在数据中心暴露于冷空气或冷水环境(例如，处于寒冷的气候中或靠近河流或海洋)的情况下，板式热交换器可以特别高效且低成本。冷却板可以具有与外部流体(诸如冷的环境空气、海水、河水等)接触的一个或多个表面。外部冷却单元向一个或多个液体对空气热交换器258和一个或多个液体对液体热交换器260提供温度受控的冷却剂。

应理解的是，热交换器的机械特征可以不同地实现。例如，液体对液体热交换器可以包括冷板，其中机架液体通道和外部液体通道形成在冷板内。冷板可以使两个通道热联接，并且热能可以通过冷板进行传递。冷板可以由不同的合适材料形成，优选由具有低热阻的材料形成。

如上所述，“液体通道”和“空气路径”可以基于应用约束(例如，尺寸、功耗、成本等)采用多种形状和配置。通道可以是锯齿状、卷绕状(例如，螺旋状)、互锁和/或交织。可以使用其它通道设计。液体对空气热交换器可以具有交叉流动特征。在交叉流动的液体对空气热交换器中，空气路径从一侧到另一侧是直的，液体通道可以是单个回路通道或具有锯齿形几何形状。对于液体对液体热交换器，本申请中的通用设计是逆流热交换器。例如，图6示出了机架冷却剂通道262和外部液体通道264，两者具有交织的锯齿状路径以传递热能。这些路径或通道可以形成为导管/管，或由实心板雕刻出，或由模具或其它已知的制造技术形成。图7示出了热交换器可以具有一个外部液体通道272和多个机架冷却剂通道274和276的示例。在一个实施方式中，能够使用标准的液体对液体热交换器和液体对空气热交换器，并在它们之间进行必要的热连接和流体连接。在另一实施方式中，如图8所示，一个或多个液体对液体热交换器和一个或多个液体对空气热交换器可以集成为单个装置280(例如，共享循环外部流体的同一主回路和/或同一壳体)，并且为一个或多个液体对液体部分和/或一个或多个液体对空气部分中的任一者分配不同的部分281、282和283。

在一个实施方式中，如在其它部分中所讨论的，热交换器可以形成如图9所示的台形状，其中第一热交换器形成第一侧壁292，第二热交换器形成顶部294，并且第三热交换器形成第三侧壁296。热交换器可以形成将IT环境中的热空气(来自电子机架)和周围空间分隔开的屏障。然后，迫使热空气通过将热空气冷却的液体对空气热交换器的空气路径循环回到周围空间。

应注意，如本公开中所使用的，服务器可以是操作时产生热量的可互换的任意信息技术(IT)组件或元件。服务器可以包括处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)或任何计算组件。一个或多个服务器可以放置于数据中心的电子机架中。服务器可以包含在刀片式服务器(server blade)内，所述刀片服务器插入到电子机架的服务器插槽中的一个中。每个服务器均包括被配置为向客户端提供数据处理服务d处理器、存储器、存储装置和网络接口。在正常操作期间，此类组件可产生热量。还应注意，组件的冷凝器(或热交换器)可以各自包括冷却构件，所述冷却构件可以是使用液体冷却的冷板，其中使用机架冷却单元、室内冷却单元和/或数据中心冷却单元来执行液体对液体热交换。

图10是示出根据一个实施方式的电子机架的示例的框图。电子机架900可以包括一个或多个服务器，每个服务器具有一个或多个处理单元，所述处理单元附接到上文所述的冷却装置中的任一个的底部。参考图10，根据一个实施方式，电子机架900包括但不限于CDU 901、机架管理单元(RMU)902(可选)和一个或多个刀片服务器903A至903D(统称为刀片服务器903)。刀片服务器903可以分别从电子机架900的前端904或后端905插入到服务器插槽的阵列中。应注意，尽管此处仅示出了五个刀片服务器903A至903E，但可以在电子机架900中维护更多或更少数量的刀片服务器。还应注意，仅出于说明的目的示出了CDU 901、RMU 902和刀片服务器903的特定位置；也可以实施CDU 901、RMU 902和刀片服务器903的其他布置或配置。应注意，电子机架900可以对环境开放或部分地包含在机架容器中，只要冷却风扇可以产生从前端到后端的气流即可。

另外，对于刀片服务器903中的每个，风扇模块与刀片服务器相关联。在该实施方式中，风扇模块931A至931E(统称为风扇模块931)分别与刀片服务器903A至903E相关联。风扇模块931中的每个均包括一个或多个冷却风扇。风扇模块931可安装于刀片服务器903的后端上，以产生从前端904流进、行进穿过刀片服务器903的空气空间并从电子机架900的后端905流出的气流。

在一个实施方式中，CDU 901主要包括热交换器911、液体泵912和泵控制器(未示出)以及一些其他组件，例如储液器、电源、监控传感器等。热交换器911可以是液体对液体热交换器。热交换器911包括具有入端口和出端口的第一回路，入端口和出端口具有联接到外部液体供应/返回管线931至932以形成主回路的第一对液体连接器。联接到外部液体供应/返回管线931至932的连接器可以设置或安装在电子机架900的后端905上。液体供应/返回管线931至932联接到一组室内歧管，所述组室内歧管联接到外部散热系统或外部冷却回路。另外，热交换器911还包括具有两个端口的第二回路，所述两个端口具有联接到液体歧管925以形成次级回路的第二对液体连接器，所述次级回路可以包括用于向刀片服务器903供应冷却液体的供应歧管和用于将较温的液体返回到CDU 901的返回歧管。应注意，CDU901可以是市售的任何种类的CDU或定制的CDU。因此，在本文中将不描述CDU 901的细节。作为示例，图1中示出的冷却装置108可以连接到液体歧管925以完成完整的流体回路。

刀片服务器903中的每个均可以包括一个或多个IT组件(例如，中央处理单元或CPU、图形处理单元(GPU)、存储器和/或存储装置)。每个IT组件可以执行数据处理任务，其中IT组件可以包括安装在存储装置中、加载到存储器中且由一个或多个处理器运行以执行数据处理任务的软件。如上所述，这些IT组件中的至少一些可以附接到任何冷却装置的底部。刀片服务器903可以包括联接到一个或多个计算服务器(也称为计算节点，例如CPU服务器和GPU服务器)的主机服务器(称为主机节点)。主机服务器(具有一个或多个CPU)通常通过网络(例如，互联网)与客户端交互，以接收对诸如存储服务的特定服务(例如，诸如备份和/或恢复的基于云的存储服务)的请求，从而运行应用程序以执行特定操作(例如，图像处理、深度数据学习算法或建模等，作为软件即服务或SaaS平台的一部分)。响应于所述请求，主机服务器将任务分配给通过主机服务器进行管理的一个或多个执行计算节点或计算服务器(具有一个或多个GPU)。执行计算服务器执行实际任务，这可以在操作期间产生热量。

电子机架900还包括可选的RMU 902，所述RMU 902配置成提供并管理被供应给刀片服务器903、风扇模块931和CDU 901的电力。RMU 902可以联接到电源单元(未示出)以管理电源单元的功耗。电源单元可以包括必要的电路(例如，交流电(AC)到直流电(DC)电力转换器，或DC到DC电力转换器、备用电池、变压器或调节器等)，以向电子机架900的其余组件提供电力。

在一个实施方式中，RMU 902包括优化模块921和机架管理控制器(RMC)922。RMC922可以包括监控器，以监控电子机架900内部的各个组件(例如，计算节点903、CDU 901和风扇模块931)的操作状态。具体地，监控器从多种传感器接收表示电子机架900的操作环境的操作数据。例如，监控器可以接收表示处理器、冷却液体和气流的温度的操作数据，这些操作数据可以通过多种温度传感器捕获并收集。监控器也可接收表示由风扇模块931和液体泵912生成的风扇功率和泵功率的数据，这些数据可与其相应速度成正比。这些操作数据被称为实时操作数据。应注意，监控器可以实施为RMU 902中的单独模块。

基于操作数据，优化模块921使用预定优化函数或优化模型而执行优化，以推导出用于风扇模块931的一组最佳风扇速度和用于液体泵912的最佳泵速度，使得液体泵912和风扇模块931的总功耗达到最小，而与液体泵912和风扇模块931的冷却风扇相关的操作数据处于其相应设计规格内。一旦确定了最佳泵速度和最佳风扇速度，RMC 922基于最佳泵速度和风扇速度来对液体泵912以及风扇模块931的冷却风扇进行配置。

作为示例，基于最佳泵速度，RMC 922与CDU 901的泵控制器通信以控制液体泵912的速度，液体泵912的速度进而对被供应给液体歧管925的冷却液体的液体流速进行控制，以将其分配到刀片服务器903中的至少一些。由此，对操作条件和相应的冷却装置性能进行调节。类似地，基于最佳风扇速度，RMC 922与风扇模块931中的每个通信以控制风扇模块931中的每个冷却风扇的速度，这进而控制风扇模块931的气流速度。应注意，风扇模块931中的每个可以利用其特定的最佳风扇速度来进行单独控制，且不同风扇模块和/或相同风扇模块内的不同冷却风扇可以具有不同的最佳风扇速度。

应注意，刀片服务器903中的一些或所有IT组件均可以附接到上述冷却装置中的任一个，即通过使用散热器进行的空气冷却或通过使用冷板进行的液体冷却。一个服务器可以利用空气冷却，而另一服务器可以利用液体冷却。替代地，服务器的一个IT组件可以利用空气冷却，而同一服务器的另一IT组件可以利用液体冷却。

应理解，针对一个附图示出的各种特征也可以存在于具有不同特征的其他实施方式中。

在前述说明书中，已经参考本发明的具体示例性实施方式对本发明的实施方式进行了描述。将显而易见的是，在不背离如所附权利要求中阐述的本发明的更宽泛精神和范围的情况下，可以对本发明做出多种修改。因此，应以说明性含义而非限制性含义来理解本说明书和附图。