[发明专利]控制的热空气捕获

说明书

技术领域

本文档涉及用于对包含电子设备的区域提供冷却的系统和方法， 所述区域诸如是计算机数据中心中的计算机服务器机房和服务器机 架。

背景技术

计算机用户通常关注计算机微处理器的速度(例如兆赫和千兆 赫)。许多人忘记了该速度通常是有代价的——更高的电消耗。对于 一个或两个家用PC，当将其与在家中运行的许多其它家用电器的成本 相比较时，该额外的电力可以被忽略。但是在数据中心应用中，其中 可以运行几千个微处理器，电能要求可能是非常重要的。

电消耗实际上也是一个双重魔咒。数据中心运营商不但需要支付 用于运行其许多计算机的电力的费用，而且运营商还必须支付冷却计 算机的费用。这是因为，按照简单的物理理论，所有的能量都必须归 于某处，而该某处绝大部分情况下是被转换成了热量。安装在单个主 板上的一对微处理器能够消耗200-400瓦特或更多的功率。将该数字乘 以数千(或数万)以体现在大型数据中心中的许多计算机，就可以容 易地看到能够产生的热量。这就像在房间中充斥着成千的高热探照灯。

因而，移除所有热量的成本也可能是运行大型数据中心的主要成 本。该成本通常涉及使用电和天然气形式的更多能量，来运行冷却器 (chiller)、冷凝器、泵、风扇、冷却塔以及其它相关组件。热量移除 也可以是重要的，因为虽然微处理器可能不象人类那样对热很敏感， 但是热量的增加通常可以使微处理器中的错误大增。总之，这样的系 统可以需要电能来加热芯片，并需要更多的电能来冷却芯片。

发明内容

本文档描述了可以被用来从诸如数据中心的存储电子设备的区域 有效地移除热量的系统和方法。在某些实施方式中，通风扇可以与机 架中的特定板或托板相关联，并且可以被控制来对于从每一个板退出 的空气维持接近恒定的温度。还可以以类似的方式为诸如一对相邻板 的一组板提供风扇。来自所述板的热量，包括来自一个或多个机架的 热量，其中每一个机架包括多个板，可以被导引至热空气通风室、经 过冷却卷管、并进入数据中心中的工作空间，在所述工作空间中人们 监视并护理各种计算机。接着空气可以被流通回到整个所述板，诸如 经过组成所述机架的正面开口的柜室。空气接着可以继续不断流通。

提供对离开所述板的空气的排出温度的控制、以及将所加热的空 气保留在与工作空间分开的单独空间中，能够创建具有高热气团 (thermal mass)的独立区——即，热通风室及相关的区域以及更冷的 工作空间和相关的区域。作为结果，这些空气团起到类似热容器 (thermal capacitor)的作用。通风室区域中的热空气能够比更冷的空 气更容易地被冷却，因为热空气和用来冷却空气的冷却水之间的温度 差异将比在另外情况下更大。原则上，两个区之间的热转移的水平与 所述区之间的温度差异成比例，使得增加该温度差异也增加了热转移。

通过对板(例如，服务器)排出温度进行控制，可以通过放缓跨 所述板的空气流通将这些温度推向上，因而更好地改善了在热空气和 任何冷却流体之间的热转移。虽然人们可以寻求通过将尽量多的冷空 气尽可能快地在组件上通过来冷却电子组件，通过放缓流通以在相反 的方向上进行，能够在系统层级实现更有效的(并且仍然充足的)冷 却。

各种实施例可以提供一个或多个下述优势。通过对系统中的各种 电子组件维持恒定的退出温度可以实现简化的冷却方案。而且，可以 在退出计算机板或托板的空气中实现抬高的温度，以允许对该空气的 更容易和更有效的冷却。而且，因为可以向电子设备周围的工作空间 以接近周围的温度提供空气，所以在工作空间中发生具有不同温度的 空气的少得多的混合。

此外，因为热空气通风室和工作空间中的空气可以用作吸收 (absorb)系统中的改变的热容器，所以系统的条件中的改变，诸如失 效的组件，变得更不重要。并且，可以布置系统的其它组件以屏蔽系 统中的改变，诸如由系统中的某些组件的失效所引起的改变。例如， 如果特定冷却卷管或风扇失效或需要被改变，数据室中剩余的卷管或 风扇可以补足该差别。此外，跨许多组件(诸如对于数据中心中的所 有的板)使用共同的布置和控制方案，可以允许获取设备作为普通设 备而非专用设备，因而降低了获取的成本，并且允许更为模块化的实 施方式，所述实施方式允许重复性组件的有效使用。