服务器机架冷却系统的制作方法

1.本实用新型是有关于一种冷却系统，例如是用于服务器机架(server rack)的冷却系统。


背景技术：

2.随着供应至服务器以供电于服务器内的各种中央处理器(central processing unit,cpu)、图形处理器(graphics processing unit,gpu)等的功率(amount of power)系越来越高的需求，热设计(thermal design)已变得比以往更有挑战性。服务器及服务器机架中的气流入口温度(airflow inlet temperature)在冷却效能(cooling performance)中扮演关键的作用。当气流入口温度下降，一冷却系统的冷却效能增加。然而，目前还没有发展可在服务器机架降低气流入口温度的一小型和/或独立的冷却系统(compact and/or standalone cooling system)。
3.因此，有需要可在一服务器机架降低气流入口温度的一区域(local)冷却系统。本揭露的方面解决此问题及其他问题。


技术实现要素：

4.根据一实施例，一冷却系统系被揭露，用于保持(hold)一或多个服务器的一服务器机架。此系统包括一冷却模块、至少一蒸发器及至少一凝结器。冷却模块系被配置以调节(condition)冷却剂(coolant)，以提供服务器机架内的冷却。至少一蒸发器系被配置以耦接于服务器机架的一上游侧，相对于通过服务器机架的气流，至少一蒸发器使用冷却剂来冷却流动至服务器机架中的气流。至少一凝结器系被配置以耦接于服务器机架的一下游侧，相对于通过服务器机架的气流，至少一凝结器在冷却剂通过至少一蒸发器的后来对冷却剂进行冷却。
5.根据一方面，此系统更包括多个风扇，耦接于至少一凝结器且配置以抽出(withdraw)从服务器机架内的气流。根据另一方面，多个风扇系耦接在至少一凝结器的一下游侧上，相对于通过服务器机架的气流。根据另一方面，多个风扇系耦接在至少一凝结器的一上游侧上，相对于通过服务器机架的气流。根据另一方面，此系统包括多个风扇，耦接于一或多个服务器且配置以排出(expel)从服务器机架内通过至少一凝结器的气流。根据另一方面，此系统包括多个风扇，耦接于至少一蒸发器且配置以注入(inject)气流至服务器机架中。根据另一方面，多个风扇系耦接在至少一蒸发器的一下游侧上，相对于通过服务器机架的气流。根据另一方面，多个风扇系耦接在至少一蒸发器的一上游侧上，相对于通过服务器机架的气流。根据另一方面，此系统包括一第一支架(first mount)，配置以耦接于服务器机架的上游侧。至少一蒸发器系被配置以耦接于第一支架，以耦接于服务器机架。根据另一方面，至少一蒸发器系可滑动地(slidably)附着于第一支架，以使至少一蒸发器可在服务器机架上垂直移动。根据另一方面，此系统包括一第一支架，配置以耦接于服务器机架的下游侧。至少一凝结器系被配置以耦接于第一支架，以耦接于服务器机架。根据另一方
面，至少一凝结器系可滑动地附着于第一支架，以使至少一蒸发器可在服务器机架上垂直移动。根据另一方面，冷却模块是在服务器机架的底部内。根据另一方面，一或多个服务器包括一第一服务器，在服务器机架的一底部。至少一蒸发器是一单一蒸发器，耦接在服务器机架的底部。至少一凝结器是一单一凝结器，耦接在服务器机架的底部。根据另一方面，一或多个服务器包括一第一服务器，在服务器机架的底部；至少一蒸发器是一单一蒸发器，耦接在服务器机架的顶部；至少一凝结器是一单一凝结器，耦接在服务器机架的底部。根据另一方面，一或多个服务器包括一第一服务器及一第二服务器，第一服务器在服务器机架的一底部，第二服务器在服务器机架的一顶部。至少一蒸发器是两个蒸发器，耦接在服务器机架的顶部及底部，且至少一凝结器是一单一凝结器，耦接在服务器机架的底部。根据另一方面，一或多个服务器包括一第一服务器及一第二服务器，第一服务器在服务器机架的一底部，第二服务器在服务器机架的一顶部。至少一蒸发器是两个蒸发器，耦接在服务器机架的顶部及底部，且至少一凝结器是两个凝结器，耦接在服务器机架的顶部及底部。
6.根据另一实施例，一种系统系被揭露，包括一服务器机架及一冷却系统，服务器机架保持一或多个服务器，冷却系统耦接于服务器机架且配置以冷却一或多个服务器。此系统更包括一冷却模块，配置以调节冷却剂，以提供冷却予服务器机架。冷却系统更包括至少一蒸发器，配置以耦接于服务器机架的一上游侧，相对于通过服务器机架的气流，至少一蒸发器使用冷却剂来冷却流动至服务器机架中的气流。冷却系统更包括至少一凝结器，配置以耦接于服务器机架的一下游侧，相对于通过服务器机架的气流，至少一凝结器在冷却剂通过至少一蒸发器的后来对冷却剂进行冷却。
7.根据一方面，此系统包括一或多个风扇，配置以引导(direct)气流通过服务器机架。根据另一方面，至少一蒸发器、至少一凝结器或两者，根据一或多个服务器的至少一者的一位置被配置以垂直定位在服务器机架上。
8.以上简要说明的内容并非代表本揭露的每一实施例或每一方面。更确切地，上述简要说明的内容仅提供本文阐述的一些新颖的方面与特征的范例。透过以下对多个代表性实施例与实行本实用新型的方法的详细描述，并搭配附图与后附的权利要求，以上特征与优点以及本揭露的其他特征与优点将被清楚提供。
9.可从以下实施例的叙述及附图的参照，更佳理解本揭露及其优点与图式。此些图式仅绘示多个实施例，因此并非视为本实用新型的各种实施例及权利要求的范围的局限。
附图说明
10.图1是绘示根据本揭露的方面的一服务器机架内的一冷却系统的半透明前侧透视图。
11.图2是绘示根据本揭露的方面的服务器机架内的冷却系统的半透明后侧透视图。
12.图3是根据本揭露的方面的服务器机架内的冷却系统的半透明侧视图。
13.图4是根据本揭露的方面的服务器机架及冷却系统的半透明部份后侧透视图。
14.图5是根据本揭露的方面的服务器机架及冷却系统的半透明部份后侧透视图。
15.图6是根据本揭露的方面的一服务器机架内的一冷却系统的一配置的半透明侧视图。
16.图7是根据本揭露的方面的一服务器机架内的一冷却系统的另一配置的半透明侧
视图。
17.图8是根据本揭露的方面的一服务器机架内的一冷却系统的另一配置的半透明侧视图。
18.图9是根据本揭露的方面的一服务器机架内的一冷却系统的另一配置的半透明侧视图。
19.附图标记说明
20.100:冷却系统
21.102:服务器机架
22.104:前侧
23.106:后侧
24.108:服务器
25.110:蒸发器
26.112:凝结器
27.114:冷却模块
28.116:支架
29.318,320,322:气流
30.424,524:风扇
31.600:冷却系统
32.602:服务器机架
33.608:服务器
34.610:蒸发器
35.612:凝结器
36.614:冷却模块
37.700:冷却系统
38.702:服务器机架
39.708:服务器
40.710:蒸发器
41.712:凝结器
42.714:冷却模块
43.800:冷却系统
44.802:服务器机架
45.808a,808b:服务器
46.810a,810b:蒸发器
47.812:凝结器
48.814:冷却模块
49.900:冷却系统
50.902:服务器机架
51.908a,908b,908c:服务器
52.910a,910b:蒸发器
53.912a,912b:凝结器
54.914:冷却模块
具体实施方式
55.各种实施例系参照附图叙述，类似的参考符号于全部图式中系被使用以标示类似或等效的元件。图式并非按比例绘制，图式系被提供仅用以绘示本实用新型。应理解的是，数个特定细节、关系及方法系被阐述以提供充分理解。然而，所属相关技术领域中具有通常知识者可容易辨识，各种实施例不需一或多个特定细节或其他方法而可被实行。其他实例中，习知的结构或操作并未被详细绘示，以避免模糊各种实施例的特定方面。由于一些动作可以不同顺序发生和/或与其他动作或事件同时发生，各种实施例并未被绘示的动作或事件的排序所限制。再者，并非所有绘示的动作或事件必需用以实施根据本实用新型的方法(methodology)。
56.所揭露的元件与限制，例如于摘要、

技术实现要素：
与实施方式的部分中，但没有明确地阐述于权利要求中，不应以隐含、推测或其他方式被单独或集体并入权利要求中。就本实施方式的目的而言，除非明确地排除，否则单数形式包含多形式且反的亦然。字词「包含」代表「包含但不限于」。此外，举例而言，表示粗略估计的字词，例如「约」、「几乎」、「实质上」、「大约」等，本文可用以表示「在该数值上」、「接近该数值」或「差不多在该数值上」或「与该数值差3
‑
5％内」或「在可容许的制造公差内」或其任意合乎逻辑的组合。
57.参照图1，包括一冷却系统100的一服务器机架102系藉由根据本揭露的方面的半透明前侧透视图所绘示。图2是绘示根据本揭露的方面的服务器机架102内的冷却系统100的半透明后侧透视图。参照图1及图2的两者，冷却系统100系在服务器机架102内和/或附着于服务器机架102。服务器机架102可以是配置以含有(contain)一或多个服务器的任何类型或种类的机架。服务器机架102包括一前侧104及一后侧106。在服务器机架102内是一服务器108。服务器108可以是配置以容纳(house)在服务器机架102内的任何类型或种类的服务器。如同以下所进一步讨论(图8及图9)，虽然一个服务器108系被绘示，但服务器机架102可包括多个服务器108。
58.冷却系统100包括耦接于服务器机架102的前侧104上的二个蒸发器110。虽然一般地绘示蒸发器110系耦接于服务器机架102的外侧，蒸发器110可被耦接于服务器机架102在服务器机架102的内侧或外侧上。再者，虽然二个蒸发器系被绘示，冷却系统100可包括一个、三个、四个或更多的蒸发器110，例如是根据服务器机架102的尺寸、蒸发器110的尺寸、所需气流的冷却的量等。由于如以下所进一步讨论的通过蒸发器110的冷却剂，蒸发器110系被配置以冷却气流至服务器机架102中。
59.冷却系统100更包括一凝结器112(图2)，凝结器112耦接于服务器机架102的后侧106上。虽然一般地绘示凝结器112系耦接于服务器机架102的外侧，凝结器112可被耦接于服务器机架102在服务器机架102的内侧或外侧上。再者，虽然一个凝结器112系被绘示，冷却系统100可包括二个、三个、四个或更多的凝结器112，例如是根据服务器机架102的尺寸、凝结器112的尺寸、所需气流的冷却的量等。如以下所进一步讨论，在冷却剂通过一个或两个的蒸发器110的后，凝结器112系被配置以冷却冷却剂。
60.冷却系统100更包括一冷却模块114。冷却模块114可位于服务器机架102的底部的
内侧。或者地，冷却模块114可位于服务器机架102的底部(亦即，服务器机架102的下方)的外侧、服务器机架102的顶部上(内侧或外侧)、服务器机架102上的各种其他位置或服务器机架102内的各种其他位置。虽然一个冷却模块114系被绘示，冷却系统100可包括二个、三个、四个或更多的冷却模块114，例如是根据服务器机架102的尺寸、冷却模块114的尺寸、所需气流的冷却的量等。举例而言，一单一冷却模块114每一服务器机架102可冷却一个服务器108，或一单一冷却模块114每一服务器机架102可冷却多个服务器108。再者，一或多个实施例中，一单一冷却模块114可被配置以提供冷却予多个服务器机架102，例如服务器机架102，而冷却模块114在此服务器机架102内，以及相邻或接近服务器机架102的一或多个服务器机架102，而冷却模块114在此服务器机架102内。此情况下，冷却模块114可连接蒸发器110及凝结器112，冷却模块114在服务器机架102内，蒸发器110及凝结器112环绕服务器机架102，服务器机架102容纳冷却模块114。
61.冷却模块114系被配置以调节通过蒸发器110及凝结器112的冷却剂，以提供冷却。冷却模块114调节根据一典型空调制程循环(typical air conditioning process cycle)的冷却剂。举例而言，冷却模块114包括用于调节冷却剂的一或多个膨胀阀(expansion valve)、一或多个干燥器及一或多个压缩器，以使冷却剂可在蒸发器110冷却气流至服务器机架102中。
62.冷却系统100更包括一或多个冷却剂线路(coolant line)(未绘示)，用于运输冷却剂在蒸发器110、凝结器112及冷却模块114之间。
63.一或多个实施例中，凝结器112可直接耦接于服务器机架102的已有结构(existing structure)上的服务器机架102。或者地，如图2所示，一或多个实施例中，一支架(mount)116可被添加以耦接凝结器112至服务器机架102。一或多个实施例中，如图2所示的凝结器112，蒸发器110和/或凝结器112可耦接于一支架116和/或容纳在一支架116内。
64.一或多个实施例中，支架116可被配置以允许蒸发器110和/或凝结器112相对于服务器机架102垂直上下移动。此垂直移动允许蒸发器110和/或凝结器112被定位在多个垂直位置的服务器机架102上，此些垂直位置对准在服务器机架102内的服务器(或多个服务器)108，其他的蒸发器110或凝结器112系在服务器机架102的相对侧或两侧上。举例而言，当冷却需求(cooling requirement)在服务器机架102内改变，例如是回应服务器机架102内的服务器108的位置(placement)的改变，蒸发器110和/或凝结器112的位置可被改变以对准服务器108的新布置(arrangement)。
65.图3是根据本揭露的方面的服务器机架102内的冷却系统100的半透明侧视图。输入气流(incoming airflow)(标示为箭头318)流动(travel)通过在服务器机架102的前侧104的蒸发器110。当输入气流318通过蒸发器110，蒸发器110中的冷却剂冷却了气流318。
66.在服务器机架102内，内部气流(internal airflow)(标示为箭头320)通过服务器108的上方和/或通过服务器108。至少一部分是基于蒸发器110内的已被冷却剂所冷却的内部气流320，热从服务器108传输至内部气流320。因此，内部气流320冷却服务器108。此外，相较于内部气流320并未通过蒸发器110且被蒸发器110冷却，内部气流320更冷却服务器108。
67.在输出加热气流(outgoing heated airflow)(标示为箭头322)通过且环绕服务器108的后，输出加热气流接着离开服务器机架102且通过凝结器112。输出加热气流322混
和藉由凝结器112所散发的热，作为如上所讨论的冷却剂的部分调节。
68.当输入气流318进入服务器机架102和蒸发器110来冷却输入气流318，可最大化藉由服务器机架102内的内部气流320所提供的冷却的量。此改善的冷却可改善服务器108的效能。
69.图4绘示根据本揭露的方面的服务器机架102及冷却系统100的半透明部份透视图。服务器108可包括一或多个风扇424。风扇424系被配置以移动空气通过服务器108，以冷却服务器108及服务器108中的组件(component)(未绘示)。一或多个实施例中，风扇424可导致气流318
‑
322通过以上所述的蒸发器110、服务器机架102及凝结器112(图3)。风扇424可引导内部气流320离开服务器机架102且通过凝结器112。
70.或者地，图5绘示使用另一风扇布置(fan arrangement)的根据本揭露的方面的服务器机架102及冷却系统100的部份半透明透视图。具体地，一或多个风扇524可被定位在凝结器112上且被配置以移动气流318
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322通过服务器机架102。风扇524可以在相对于服务器机架102的凝结器112的内侧或外侧上(如图5所示)。风扇524可被使用而取代服务器108的风扇424(图4)。或者地，如图5所示，风扇524可以是除了服务器108的风扇424之外的。或者地或此外，虽然并未绘示，风扇524可以在一或多个蒸发器110上。一或多个实施例中，风扇524可被配置以耦接于支架116，支架116可被配置以收容(accept)风扇524。支架116内的风扇524可被进一步配置以在支架116内垂直移动。
71.如同以上所讨论，根据服务器机架的尺寸及布置等以及服务器机架内的服务器的位置，本揭露的冷却系统可具有各种配置。图6
‑
图9绘示根据本揭露的方面的一服务器机架内的一冷却系统的各种可能配置。图6
‑
图9所讨论的以十位数及个位数结尾的元件符号对应以上所讨论的图1
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图5的相同数字。举例而言，冷却系统600及服务器机架602系分别类似于以上所讨论的图1的冷却系统100及服务器机架102。为了方便起见，此些组件的冗余叙述以下并未提供。
72.参照图6，服务器机架602包括具有一冷却模块614的一冷却系统600。冷却系统600更包括服务器机架602内的一服务器608的相对侧上的一蒸发器610及一凝结器612。因此，除了省略一个蒸发器，图6中的布置系类似于图1
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图5的布置。
73.参照图7，服务器机架702包括具有一冷却模块714的一冷却系统700。冷却系统700更包括一蒸发器710及一凝结器712。蒸发器710系被定位在服务器机架702的顶部且垂直对准服务器708。再者，凝结器712系被定位在服务器机架702的底部。气流可流动至服务器机架702中，通过在服务器机架702的顶部的蒸发器710。当气流在服务器机架702内前进，气流可接着流动通过和/或穿过服务器708。在服务器机架702的底部，气流可接着流动离开服务器机架702。
74.参照图8，服务器机架802包括一对(a pair of)服务器808a及服务器808b。服务器机架802更包括具有一冷却模块814的一冷却系统800、一对蒸发器810a、810b及一凝结器812。蒸发器810a、810b系被定位在服务器机架802的相对侧上，而非凝结器812。服务器808a是在蒸发器810a及凝结器812的组(set)之间，服务器808b是在服务器808a的上方，相邻于蒸发器810b。因此，一服务器机架内有多个服务器，每一个服务器可具有自身的蒸发器，多个服务器可共用(share)相同的凝结器。或者地，可以有多个凝结器及一单一蒸发器。此情况下，每一个服务器可具有自身的凝结器，多个服务器可共用相同的蒸发器。
75.参照图9，服务器机架902包括三个服务器908a
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908c。服务器机架902更包括具有一冷却模块914的一冷却系统900、一对蒸发器910a、910b及一对凝结器912a、912b。蒸发器910a、910b系被定位在服务器机架902的相对侧上，而非凝结器912a、912b。服务器908a是在蒸发器910a及凝结器912a的组之间，服务器908b、908c是在蒸发器910b及凝结器912b的组之间。因此，一服务器机架内有多个服务器，每一个服务器可具有自身的蒸发器及凝结器的组，或多个服务器可共用相同的蒸发器及凝结器的组。
76.尽管本实用新型的各种实施例已描述如上，应理解的是，它们仅为示例说明而非本实用新型的局限。在不背离本实用新型的精神或范畴的情况下，所揭露的实施例当可根据本文的揭露内容而有数种改变。因此，本实用新型的广度与范围不应被任何上述的实施例所局限。更确切地，本实用新型的范围应根据以下权利要求及其同等意义的内容加以定义。
77.虽然已参照一或更多的实施方式阐述及叙述本实用新型，所属技术领域的通常知识者在阅读与理解本说明书及附图后当可进行同等意义的改变与修饰。此外，虽然本实用新型的一特定特征可能仅揭露于数个实施方式的只有一者，此特征可依需求结合其他实施方式的一或多个其他特征，且有利于任何已知或特定应用。
78.本文使用的术语仅是为了描述特定实施例的目的，且并非作为本实用新型的局限。除非内文有明确界定，否则本文使用的单数形式「一」与「该」亦包含多形式。再者，使用于实施方式和/或权利要求的词语「包含」、「具有」、「有」或其变化形系为一定程度上类似于词语「包括」。
79.除非有其他定义，本文使用的所有词语(包含技术与科学术语)具有与本实用新型所属技术领域中具有通常知识者普遍理解的相同含意。再者，词语，例如普遍使用的字典中所定义的词语，应解读为具有与其在相关技术内容中的含意的一致的含意，且将不会解读为理想化或过度表面的意义，除非本文明确定义。