用于液体冷却IT服务器的连接器接口的制作方法

用于液体冷却it服务器的连接器接口
技术领域
1.所公开的实施方式大体涉及液体冷却it服务器，更具体地，但不排他地，涉及用于液体冷却it服务器的连接器接口。


背景技术：

2.诸如服务器、刀片服务器、路由器、边缘服务器等的许多现代信息技术(it)设备在操作期间产生大量的热量。由单独的部件，尤其是高功率部件诸如处理器产生的热量使得许多这些单独的部件不可能或者难以用空气冷却系统有效地冷却。因此，许多it设备需要液体冷却。
3.由于需要液体冷却，一些it设备具有热联接至需要冷却的单独的部件的车载冷却系统。但是，这些车载冷却系统通常不能单独操作。它们通常联接至至少一个更大的冷却系统，诸如电子机架中的液体冷却系统。机架的冷却系统又可以联接至诸如数据中心的更大设施的液体冷却系统。在这种系统中，数据中心的冷却系统使工作流体循环通过机架冷却系统，机架冷却系统又使工作流体循环通过it设备上的冷却系统。
4.这种类型的多级冷却系统需要许多流体连接，但是这许多连接也为流体泄漏提供了很多机会，这些流体泄漏可能会对电子部件造成伤害或致命。此外，在一些应用中，这些连接可能处于非常难以达到的位置，使得手动连接更加困难，并且进一步增加了泄漏的机会。


技术实现要素：

5.根据本公开的一方面，提供了一种流体连接器，包括：
6.连接器主体，具有至少第一外表面和第二外表面；
7.公接口，从所述第一外表面纵向地突出，所述公接口包括公内腔室，所述公内腔室部分地由一对间隔开的横向移动的流体门界定，所述一对间隔开的横向移动的流体门通过第一弹性构件彼此联接；
8.母接口，纵向地邻近所述公接口并且凹进所述第一外表面，所述母接口包括母内腔室，所述母内腔室部分地由纵向移动的流体门界定，所述纵向移动的流体门通过第二弹性构件偏压至其关闭位置；以及
9.多个流体分配端口，位于所述第二外表面上，所述多个流体分配端口中的每一个流体联接至所述公接口、所述母接口或两者，其中所述多个流体分配端口包括至少一个流体入口或至少一个流体出口。
10.根据本公开的另一方面，提供了一种系统，包括：
11.一种电子机架，包括流体循环系统，所述流体循环系统包括至少一个机架流体连接器，所述机架流体连接器包括：
12.连接器主体，具有至少第一外表面和第二外表面；
13.公接口，从所述第一外表面纵向地突出，所述公接口包括公内腔室，所述公内腔室
部分地由一对间隔开的横向移动的流体门界定，所述一对间隔开的横向移动的流体门通过第一弹性构件彼此联接；
14.母接口，纵向地邻近所述公接口并且凹进所述第一外表面，所述母接口包括母内腔室，所述母内腔室部分地由纵向移动的流体门界定，所述纵向移动的流体门通过第二弹性构件偏压至其关闭位置；以及
15.多个流体分配端口，位于所述第二外表面上，所述多个流体分配端口中的每一个流体联接至所述公接口、所述母接口或两者，其中所述多个流体分配端口包括至少一个流体入口或至少一个流体出口。
附图说明
16.参考以下附图描述了本发明的非限制性和非穷举性实施方式，其中除非另有说明，否则贯穿各个视图，相同的附图标记表示相同的部分。
17.图1是示出数据中心的实施方式的框图。
18.图2是示出电子机架的实施方式的框图。
19.图3是流体连接器的实施方式的俯视图，流体连接器可用于数据中心和电子机架(诸如在图1至图2中所示的电子机架)的实施方式。
20.图4是诸如在图3中所示的流体连接器在电子机架中使用的实施方式的分解剖视图。
21.图5a至图5c一起是诸如在图4中所示的流体连接器的实施方式的视图，示出了其构造的细节。图5a是主视图，图5b是沿在图5a中的剖面线b
‑
b截取的剖视图，以及图5c是沿在图5a中的剖面线c
‑
c截取的剖视图。
22.图6a至6b是诸如在图3中所示的流体连接器对中的公接口和母接口的操作和流体流入的实施方式的剖视图。
具体实施方式
23.描述了用于液体冷却it服务器的连接器接口的实施方式。描述了具体细节以提供对实施方式的理解，但是相关领域的技术人员将认识到，可以在没有一个或多个所描述的细节的情况下或者利用其它方法、部件、材料等来实践本发明。在一些情况下，没有详细示出或描述公知的结构、材料或操作，但是它们仍然包括在本发明的范围内。
24.贯穿本说明书中对“一个实施方式”或“实施方式”的引用意味着描述的特征、结构或特性可包括于至少一个所描述的实施方式中，从而“在一个实施方式中”或“在实施方式中”的出现不一定都指相同的实施方式。此外，在一个或多个实施方式中，特定的特征、结构或特性可以以任何合适的方式组合。
25.冷却连接通常需要手动操作以完成连接器配合，并且冷却连接也需要软管。所公开的实施方式是一种新的连接器，连接器通过消除对服务器机箱中的液体回路与机架歧管的手动连接的需要来提高可靠性并且降低部件的液体泄漏风险。此外，所公开的实施方式提供了用于连接器的通用设计，该连接器不将公端与母端分开。这显著地增加了在实际使用情况下建立和组装连接器的简易性。此外，所公开的实施方式提供了用于更好的流体管理和分配，并且同时提高了流体传输效率的集成解决方案。
26.所公开的实施方式是放置在用于液体冷却解决方案的it服务器中的连接器。连接器包括盲配合特征和流量分配特征。无滴盲配合特征用于连接到用于液体冷却的机架歧管，这只需要操作者将服务器推入机架并且关闭闩锁。流量分配特征使连接器在服务器机箱中作为小型歧管工作。在其它特征和优点中，连接器设计包括圆角矩形公接口和母接口；在公/母接口侧上具有盲配合特征，并且基本上可以是无滴的；将液体流分配到多个流体分配端口；以及可以在多个方向上工作。
27.图1是示出数据中心系统的实施方式的框图。图1示出数据中心系统100的至少一部分的俯视图。数据中心系统100包括多排it部件、设备或者仪器101至仪器102(例如，为各种客户端提供数据服务的计算机服务器)的电子机架。在该实施方式中，数据中心系统100包括布置在排101和排102中的电子机架，诸如电子机架110a至电子机架110n。然而，在其它实施方式中，可以具有比所示的排更多或更少的排。通常地，排101至排102平行对齐，前端彼此面对且后端彼此背离，从而在排101至排102之间形成通道103，以允许管理人员在其中通行。然而，也可以应用其它配置或布置。
28.在一个实施方式中，每个电子机架(例如，电子机架110a至电子机架110n)包括背板、多个服务器插槽以及能够插入到服务器插槽中和从服务器插槽中移除的多个服务器刀片。每个服务器刀片包括代表计算机服务器的处理器(例如，cpu或gpu)、存储器和/或永久存储设备(例如，硬盘)。背板设置于电子机架的后端。背板包括工作流体歧管组件，以从外部热量移除系统120提供工作流体，从而从服务器刀片中移除热量。每个服务器刀片可以从电子机架的前端插入相应的服务器插槽和从相应的服务器插槽移除。热量移除系统120可以是具有主动制冷循环的冷却器系统。可替换地，热量移除系统120可以包括但不限于蒸发冷却设计、自由空气设计、对大热量物质的排斥设计和废热回收设计。
29.在一个实施方式中，排101至排102中的每个电子机架包括工作流体歧管、包含在多个服务器刀片槽中的多个服务器刀片，以及冷却剂分配单元(cdu)。工作流体歧管向每个服务器刀片提供工作流体。每个服务器刀片从工作流体歧管接收工作流体，以利用工作流体歧管散去由服务器刀片的it部件产生的至少一部分热量，并将携带从it部件交换的热量的较温的液体传送回工作流体歧管。cdu配置为接收表示服务器刀片的it部件的工作负荷的数据，并且基于服务器刀片的it部件的工作负荷来控制供应到工作流体歧管的工作流体的液体流速。
30.设置在每个电子机架的后端的工作流体歧管联接至液体供应线132以接收来自热量移除系统120的工作流体。工作流体从it部件中移除热量。产生的较温或较热的液体携带有从it部件交换来的热量通过返回线131传送回热量移除系统120。液体供应线132和液体返回线131被称为数据中心液体供应线/返回线(例如，总液体供应线)，其将工作流体供应到排101至排102的所有电子机架。
31.图2是示出电子机架的实施方式的侧视图的框图。电子机架200可以代表图1的排101至排102的任何电子机架，诸如电子机架110a至电子机架110n。在一个实施方式中，电子机架200包括cdu 201、机架管理单元(rmu)202和一个或多个服务器刀片203a至服务器刀片203d，统称为服务器刀片203。服务器刀片203可以分别从电子机架200的前端204插入到服务器插槽阵列中。注意，尽管仅示出了四个服务器刀片203a至服务器刀片203d，但是可以在电子机架200内维护更多或更少的服务器刀片。还应注意，cdu 201、cmu 202和服务器刀片
203的特定位置仅出于说明的目的而示出；也可以实现cdu 201、cmu 202和服务器刀片203的其它布置或配置。此外，设置在前端204上的前门和设置在后端205上的后门是可选的。在一些实施方式中，在前端204和/或后端205上可以没有门。
32.在一个实施方式中，cdu 201包括热量交换器211、液体泵212和泵控制器210。热量交换器211可以是液体至液体热量交换器。热量交换器211包括具有第一对液体连接器的第一管道，第一对液体连接器联接至外部液体返回线131和外部液体供应线132以形成主回路，其中，联接至外部液体返回线131和外部液体供应线132的连接器可以设置或安装在电子机架200的后端205上。另外，热量交换器211还包括具有联接到液体歧管225的第二对液体连接器的第二管道，液体歧管225可以包括向服务器刀片203供应冷却液的供应歧管和向cdu 201返回较温液体的返回歧管。处理器可以安装在冷却板上，其中，冷却板包括嵌入其中的液体分配通道，以接收来自液体歧管225的冷却液，并且将携带从处理器交换的热量的冷却液返回液体歧管225。
33.每个服务器刀片203可以包括一个或多个it部件(例如，cpu、gpu、存储器和/或存储设备)。每个it部件可以执行数据处理任务，其中it部件可以包括安装在存储设备中、加载到存储器中和由一个或多个处理器允许以执行数据处理任务的软件。服务器刀片203可以包括联接至一个或多个计算服务器(也称为计算节点)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，因特网)与客户端连接，以接收对特定服务的请求，所述特定服务诸如存储服务(例如，诸如备份和/或恢复的基于云的存储服务)、运行应用以执行某些操作(例如，作为软件即服务或saas平台的一部分的图像处理、深度数据学习算法或建模等)。响应于请求，主机服务器将任务分配给由主机服务器管理的一个或多个计算服务器(具有一个或多个gpu)。计算服务器执行实际任务，这在操作期间可能会产生热量。
34.电子机架200还包括rmu 202，rmu 202配置为提供并管理供应到服务器刀片203和cdu 201的电力。rmu 202可以联接至供电单元(未示出)，以管理供电单元的功耗以及供电单元的其它热管理(例如，冷却风扇)。供电单元可以包括必要的电路(例如，交流电(ac)到直流电(dc)或dc到dc的电源转换器、电池、变压器或稳压器等)，以向电子机架200的其余部件提供电力。
35.在一个实施方式中，rmu 202包括优化控制逻辑221和机架管理控制器(rmc)222。优化控制逻辑221联接至至少一些服务器刀片203上，以接收每个服务器刀片203的操作状态，诸如处理器的处理器温度、液体泵212的当前泵速和冷却液的液体温度等。基于该信息，优化控制逻辑221通过优化预定目标函数来确定液体泵212的优化泵速，从而使当满足一组预定约束时目标函数的输出达到最大。基于优化泵速，rmc 222配置为向泵控制器210发送信号，以基于优化泵速控制液体泵212的泵速。
36.根据一个实施方式，连接器(未示出)放置在至少一些服务器203的后端和用于液体冷却解决方案的机架歧管225之间。连接器包括盲配合特征和流量分配特征。无滴盲配合特征用于连接到用于液体冷却的机架歧管225，这只需要操作者将服务器推入机架并且关闭闩锁。流量分配特征使连接器作为服务器机箱203中的小型歧管工作。在其它特征和优点中，连接器设计包括圆角矩形公接口和母接口；在公/母接口侧上具有盲配合特征，并且基本上可以是无滴的；将液体流分配到多个流体分配端口；以及可以在多个方向上同样工作。
下面将进一步描述连接器的细节。
37.图3示出了流体连接器300的实施方式，该流体连接器300可用于数据中心中的电子机架，诸如在图2中所示的电子机架。除其他事项外，流体连接器300可用于将机架中的单个信息技术(it)设备的液体冷却系统联接至机架的冷却系统(参见图4)，或者可用于将机架的冷却系统联接至数据中心的冷却系统。
38.流体连接器300包括具有第一外表面304和第二外表面306的连接器主体302。在所示的实施方式中，第一外表面304和第二外表面306是平面的并且基本上彼此平行，即，两者都具有平行于纵向的法向矢量，但是在其它实施方式中，它们不必是平面的或者彼此平行。如在本文中所使用，术语“纵向地”是指由在图3中的箭头所示的纵向。术语“横向”、“横向地”、“侧向”和“侧向地”是指垂直于纵向的方向。在所示的实施方式中，例如，在页面的平面中的边对边方向，或垂直于页面的平面的方向都可以被认为是横向的或侧向的。
39.公接口308从第一表面304纵向地向外突出，并且包括接口主体311，在该接口主体311内具有一对流体门312，该流体门312允许或阻止流体流入和流过公接口308(参见图5a至图5c)。母接口310在第一外表面304上邻近公接口308设置。母接口纵向地凹进第一表面304中，使得其突出到连接器主体302的内部中。母接口310包括流体门316，该流体门316可允许或阻止流体流入和流过母接口310。下面进一步讨论公接口和母接口的细节。公接口308被设计成与另一流体连接器300上的相应的母接口310接合，并且母接口310被类似地设计成与另一流体连接器300上的相应的公接口308接合(例如，参见图4)。
40.多个流体分配端口314位于第二外表面306上并且从第二外表面纵向地向外突出。流体分配端口可以将液体分配到在it服务器中的冷却模块的多个回路(例如，4个回路)中；在一个实施方式中，连接器在该侧上作为小型歧管工作。它可以是在软管上具有热压缩的带刺配件，用于永久连接到服务器机箱内的液体回路。
41.所示出的实施方式具有四个流体分配端口314a至流体分配端口314d，但是其它实施方式可以具有比所示更多或更少的流体分配端口。在一个实施方式中，至少一个流体分配端口314是入口端口，并且至少一个流体分配端口314是出口端口，但是其它实施方式可以具有多个入口端口和/或多个出口端口。在其它实施方式中，所有流体分配端口可以是入口端口，使得流体连接器300用作供应歧管，或者所有流体分配端口可以是出口端口，使得流体连接器300用作返回歧管。在更进一步的其他实施方式中，入口的数量不需要与出口的数量相同。在不是所有流体分配端口304都在使用中的应用中，未使用的流体分配端口可以以密封盖315盖住。例如，如果在所示实施方式中仅使用流体分配端口314a和流体分配端口314d，则流体分配端口314b和流体分配端口314c可以以密封盖315密封。
42.流体分配端口314流体联接至公接口308和母接口310。在所示实施方式中，在连接器主体302内有一个或多个腔室318，每个腔室流体联接至至少一个流体分配端口314，并且流体联接至公接口308或母接口310中的至少一个。利用这种布置，流体连接器300表现为歧管。连接器主体302的其它实施方式可以不同地实现流体连接器，例如通过连接器主体创建流动通道，该流动通道直接地将至少一个端口314联接至公接口308并且将至少一个端口314联接至母接口310。该连接器具有两个特征：在公/母接口侧上的无滴盲配合，以及在另一侧上作为歧管将流体分配到多个回路中。
43.图4示出了使用流体连接器300的服务器机架布置400的实施方式。服务器机架布
置400可以具有服务器机架200(图2)的所有属性：它包括机架402，该机架402被设计成容纳一个或更多件液体冷却it设备，诸如服务器、刀片服务器、路由器等。机架402包括内部冷却系统404。在一个实施方式中，冷却系统404可以是独立的，但是在其它实施方式中，冷却系统404可以联接至诸如在数据中心中的冷却系统的更大的冷却系统(例如，参见图2)，并且是该冷却系统的一部分。在一个实施方式中，例如，机架冷却系统404可以是联接至数据中心冷却系统的机架歧管，诸如机架歧管225(参见图2)，但是在其它实施方式中，它可以是多个流体携带管。
44.至少一个流体连接器406流体联接至机架冷却系统404。在一个实施方式中，可以有一个流体连接器406联接至机架冷却系统，用于每件it设备—服务器、路由器等—安装在机架中(即，流体连接器和it设备之间的一对一对应关系)，但是在其它实施方式中，每件it设备可以有多个流体连接器(即，流体连接器与it设备的多对一对应关系)。在一个实施方式中，流体连接器406具有在图3和图5a至图5c中所示的流体连接器300的构造。接口结构可以与机架歧管钎焊在一起，也可以直接制造为歧管主体的一部分。
45.it设备412对应于，例如，服务器203(图2)，并且在各种实施方式中可以是服务器、刀片服务器、边缘计算服务器、路由器等。it设备412通常通过机架的前部插入机架402中。至少一个流体连接器414流体联接至流体冷却元件(未示出)，流体冷却元件冷却构成it设备412的一个或多个单独的部件，诸如处理器、存储器、存储设备等。在一个实施方式中，流体连接器414具有在图3和图5a至图5c中所示的流体连接器300的构造。it流体连接器414位于it设备412上，使得当it设备412完全地插入机架中时，它将与机架流体连接器404配合。
46.当流体连接器406和流体连接器414接合时，公接口408接合母接口418，并且公接口416接合母接口410。在第一表面上的衬垫减小了流体连接器之间的应力。闩锁420或一些其它锁紧机构将it设备412固定在机架上的其位置处，并且还保持流体连接器406和流体连接器414接合。闩锁可以设置在机架402上或it设备412上。这有时也被称为盲联接，因为流体连接器在没有任何人为干预的情况下自动地滑入接合。与机架402一样，在一个实施方式中，it设备412可以包括单个流体连接器414(即，流体连接器和it设备之间的一对一对应关系)，但是在其它实施方式中，每件it设备可以有多个流体连接器(即，流体连接器与it设备的多对一对应关系)。
47.所示设计的益处包括：1)增加接口的横截面积以允许更多的流体通过；2)连接接口所需的单一设计。当连接器的底部面朝上时，连接器同样工作。它可以更灵活地与机架歧管上的盲配合接口联接。它可以通过一个单一设计来降低连接器的制造成本。
48.图5a至图5c一起示出流体连接器300的实施方式的构造的细节。图5a是主视图，图5b至5c是母接口和公接口的剖视图，示出了它们如何彼此接合。如上所述，流体连接器300包括具有公接口308和母接口310的连接器主体。公接口308具有圆角矩形横截面形状并且从连接器主体302的第一外表面304纵向地突出，部分地朝向连接器主体302的外部并且部分地朝向连接器主体的内部。在公接口308内是由公接口的主体508、隔膜504和一对间隔开的横向移动的流体门312a和流体门312b界定的腔室c1。在一个实施方式中，流体门312a至流体门312b具有圆角矩形形状，该形状允许足够的空间用于流体移动。腔室c1由界定它的部件密封，使得没有流体进入腔室。流体门312a和流体门312b通过弹性构件彼此联接，在所示的实施方式中弹性构件是弹簧506，但是在其它实施方式中，也可以是另一种类型的弹性
构件。弹簧506提供将流体门312a和流体门312b朝向其关闭位置偏压的力，但是流体门上的流体压力可以克服弹簧506的力并且横向转移或移动流体门312a至流体门312b以允许流体流动(参见图6a至图6b)。弹簧506的材料应该与关于抗腐蚀的流体兼容(例如不锈钢)。
49.母接口310具有基本上对应于公接口308的横截面形状和尺寸的横截面形状和尺寸，并且从第一外表面304纵向地突出到连接器主体的内部。在母接口310内是由连接器主体302和纵向移动的流体门316界定的腔室c2。在一个实施方式中，流体门316具有圆角矩形形状，其允许足够的空间用于流体移动。腔室c2由界定它的部件密封，使得没有流体进入腔室。流体门316通过弹性构件在腔室c2的相对侧处联接至连接器主体302的部分，在所示的实施方式中弹性构件是弹簧502，但是在其它实施方式中，也可以是另一种类型的弹性构件。弹簧502提供将流体门316朝向其关闭位置偏压的力，但是将公接口插入母接口中的动作(如在图中的箭头所示)可以克服弹簧502的力并且横向转移或移动流体门316以允许流体流动(参见图6a至图6b)。当连接器没有联接并且暴露于环境时，弹簧力应该防止移动门被推入，并且弹簧502的材料应该与关于抗腐蚀的流体兼容(例如不锈钢)。
50.在所示的实施方式中，衬垫320被放置在第一外表面304上，使得基本上围绕公接口308和母接口310，但是在其它实施方式中，衬垫可以被不同地定位，并且不需要完全围绕公接口或母接口。在联接期间，衬垫320减小了机械应力。
51.图6a至图6b示出了流体连接器300的操作的实施方式。在公接口308和母接口310之间的联接处，流体可以在任一方向上流动；图6a示出了从母接口到公接口的流动的流体，而图6b示出了从公接口到母接口的相反方向流动的流体。
52.图6a示出了联接至母接口310的公接口308，当如在图4中所示接合两个流体连接器300时产生。为了联接公接口和母接口，将两个流体连接器的连接器主体302a和连接器主体302b放在一起，以便将公接口308插入凹进的母接口310中。当插入公接口的主体508时，它推动流体门316，压缩弹簧502并且将流体门316从其关闭位置推到其打开位置。当弹簧502被压缩时，腔室c2尺寸收缩，但是保持密封以防止流体进入。将公接口推入母接口，直到一个流体连接器的衬垫320被压靠在其正联接的流体连接器的衬垫320上。
53.在公接口和母接口之间的联接完成之后，流体可以从一个流体连接器开始流向另一个流体连接器。流入连接器主体302a的流体围绕腔室c2和流体门316流动，直到其到达流体门312a至流体门312b。在没有流体压力施加到门312a至流体门312b的情况下，弹簧506将门保持在它们的关闭位置，在该位置它们不允许流体流过公接口308。但是一旦流体开始流动，则流体压力在流体门312a至流体门312b上施加侧向力，从而克服由弹簧506施加的力将它们朝向彼此侧向推动。需要最小的流体压力以使流体穿过联接的连接器。当流体门312a至流体门312b彼此相向移动时，隔膜504变形，这两者都允许流体门彼此相向移动并且将腔室c1保持在密封状态下，使得没有流体进入腔室。一旦流体门312移动离开它们的关闭位置，通道打开，流体可以通过该通道流过母接口310和公接口308，并且流入连接器主体302b。
54.当应将两个流体连接器去联接时，通过连接器的流体流动被停止。连接器主体302a和连接器主体302b被拉开，使得公接口308从母接口310抽出。当公接口抽出时，弹簧502将流体门316推回到其关闭位置，从而防止或最小化流体从连接器主体302a的溢出。基本上同时，当公接口被抽出时，作用在流体门312a和流体门312b上的流体压力下降，并且弹
簧506将两个流体门推回它们的关闭位置，防止或最小化流体从连接器主体302b的逸出。因此，公接口308和母接口310一起工作以形成盲连接，该盲连接基本上消除或至少减少了泄漏，尤其是在连接或断开期间发生的泄漏。当断开连接或断开联接连接器时，它们基本上是无滴的，尽管最小体积的流体可能从接口滴落。
55.图6b示出了在图6a中所示的连接器主体和接口的布置。主要区别在于流动方向：在图6a中，流体从连接器302a流过母接口和公接口到连接器302b，但是在图6b中，流体从连接器302b流向相反的方向到连接器302a。否则，连接器和接口被联接和断开联接，并且以相同的方式操作，如以上针对图6a所讨论的。
56.除了上述实施方式之外，其它流体连接器实施方式也是可能的。例如：
57.一个连接器可以具有比上述更多的母接口和公接口。
58.一个连接器可以具有比上述更多的用于流量分配的端口。
59.可以实现附加的结构设计，诸如支架、螺钉和螺栓，用于将连接器与服务器机箱或其它系统硬件组装在一起。
60.以上对实施方式的描述并非旨在穷举或将本发明限于所描述的形式。在本文中出于说明的目的描述了本发明的具体实施方式和示例，但是各种修改是可能的。