冷却系统的制作方法

1.本发明的实施例总体上涉及数据中心冷却。更具体地，本发明的实施例涉及一种用于冷却诸如数据中心、it和服务器的电子设备的缓冲单元设计。


背景技术：

2.冷却是计算机系统和数据中心设计中的重要因素。高性能电子部件(诸如包装在服务器内部的高性能处理器)的数量已经稳定地增加，从而增加在服务器的普通操作期间生成和耗散的热量。如果操作环境准许温度随时间增加，则在数据中心内使用的服务器的可靠性降低。维持适当的热环境对于数据中心中的这些服务器的正常操作以及服务器性能和寿命至关重要。需要更有效和高效的冷却解决方案、特别是在冷却这些高性能服务器的情况下。


技术实现要素：

3.本公开的一方面提供了一种冷却系统，其包括：
4.入口端口和出口端口，所述入口端口和所述出口端口待联接到一个或多个电子装置；
5.第一环路，所述第一环路具有联接到所述入口端口和所述出口端口的热交换器，其中所述热交换器用于从所述入口端口接收流体、交换由所述电子装置产生且由所述流体携载的热、并且经由所述出口端口将所述流体返回到所述电子装置；以及
6.第二环路，所述第二环路联接到所述入口端口和所述第一环路，所述第二环路具有缓冲单元和第一阀，所述第一阀用来控制所述流体流入所述缓冲单元以用于存储、并将所述流体从所述缓冲单元排出以跟随进入所述第一环路以用于热交换，其中，所述第二环路是双向的，
7.其中，所述缓冲单元包括用于存储空气的空气部分和用于存储所述流体的一部分的缓冲部分，并且其中，所述空气部分用来基于从设置在所述热交换器上的温度传感器获得的温度和从设置在所述入口端口附近的压力传感器获得的流体压力来调节气压。
8.本公开的另一方面提供了一种数据中心的电子设备机架，其包括：
9.一个或多个电子装置，所述一个或多个电子装置作为一个或多个服务器操作；以及
10.冷却系统，所述冷却系统联接到所述一个或多个电子装置，所述冷却系统包括：
11.入口端口和出口端口，所述入口端口和所述出口端口待联接到所述电子装置；
12.第一环路，所述第一环路具有联接到所述入口端口和所述出口端口的热交换器，其中所述热交换器用于从所述入口端口接收流体、交换由所述电子装置产生且由所述流体携载的热、并且经由所述出口端口将所述流体返回到所述电子装置；以及
13.第二环路，所述第二环路联接到所述入口端口和所述第一环路，所述第二环路具有缓冲单元和第一阀，所述第一阀用来控制所述流体流入所述缓冲单元以用于存储、并将
所述流体从所述缓冲单元排出以跟随进入所述第一环路以用于热交换，其中，所述第二环路是双向的，
14.其中，所述缓冲单元包括用于存储空气的空气部分和用于存储所述流体的一部分的缓冲部分，并且其中，所述空气部分用来基于从设置在所述热交换器上的温度传感器获得的温度和从设置在所述入口端口附近的压力传感器获得的流体压力来调节气压。
15.本公开的又一方面提供了一种数据中心系统，其包括：
16.多个电子设备机架，每个电子设备机架包括一个或多个服务器；以及
17.冷却系统，所述冷却系统联接到所述电子设备机架以向所述服务器提供液体冷却，所述冷却系统包括：
18.入口端口和出口端口，所述入口端口和所述出口端口待联接到所述电子装置；
19.第一环路，所述第一环路具有联接到所述入口端口和所述出口端口的热交换器，其中所述热交换器用于从所述入口端口接收流体、交换由所述电子装置产生且由所述流体携载的热、并且经由所述出口端口将所述流体返回到所述电子装置；以及
20.第二环路，所述第二环路联接到所述入口端口和所述第一环路，所述第二环路具有缓冲单元和第一阀，所述第一阀用来控制所述流体流入所述缓冲单元以用于存储、并将所述流体从所述缓冲单元排出以跟随进入所述第一环路以用于热交换，其中，所述第二环路是双向的，
21.其中，所述缓冲单元包括用于存储空气的空气部分和用于存储所述流体的一部分的缓冲部分，并且其中，所述空气部分用来基于从设置在所述热交换器上的温度传感器获得的温度和从设置在所述入口端口附近的压力传感器获得的流体压力来调节气压。
附图说明
22.在附图的图中作为示例而非限制说明本发明的实施例，在附图中类似附图标记指示类似元件。
23.图1是展示根据本技术的实施例的数据中心设施的示例的框图。
24.图2是展示根据本技术的实施例的电子设备机架的示例的框图。
25.图3示出了根据本技术的实施例的示例冷却系统。
26.图4示出了根据本技术的实施例的另一示例冷却系统。
27.图5示出了根据本技术的实施例的另一示例冷却系统。
28.图6a示出了根据本技术的实施例的另一示例冷却系统。
29.图6b示出了根据本技术的实施例的另一示例冷却系统。
30.图6c示出了根据本技术的实施例的另一示例冷却系统。
31.图7示出了根据本技术的实施例的集成到与it示例连接的冷却系统中的缓冲系统。
32.图8是根据本技术的实施例的用于冷却系统的示例过程的流程图。
33.图9是根据本技术的实施例的用于冷却系统的示例过程的另一流程图。
34.图10是根据本技术的实施例的用于冷却系统的示例过程的另一流程图。
具体实施方式
35.将参考下文所讨论的细节描述本公开的各种实施例和方面，并且附图将图示各种实施例。以下的描述和附图图示本公开，且将不被解释为限制本公开。描述了许多具体细节以提供对本公开的各种实施例的透彻理解。然而，在某些实例中，为了提供本公开的实施例的简洁讨论，没有描述公知的或常规的细节。
36.在说明书中提及的“一个实施例”或“实施例”意味着结合该实施例所描述的特定特征、结构或特性可以被包括在本公开的至少一个实施例中。在说明书中的各个地方出现的短语“在一个实施例中”并不一定都指相同的实施例。
37.除了保证正常操作和功能外，由于很多原因，冷却对于it硬件行业至关重要。例如，它对业务竞争力、服务质量和可用性起着重要作用。更重要的是，它是基础架构tco的主要部分。它与组织的利益有关。这个行业是互联网巨头、云计算服务提供商以及设计、构建和运营计算、存储和其他it硬件平台和基础设施的高性能计算和ai计算相关业务服务用户和提供商的核心竞争力之一。大多数超规模所有者正在定制这些硬件系统的全栈。例如，对于快速增长的云计算业务，计算和存储硬件系统、集群和基础设施的性能和成本(资本成本和运营成本两者)要求服务提供商创建最适合其需求的定制系统。这些市场需要有效的系统设计和运行，这可能会使服务提供商在多个方面长期受益。迫切需要更具弹性、更高效、更具成本效益的解决方案和架构。
38.本公开中提出的解决方案旨在为it和服务器冷却提供先进的冷却系统设计和操作方法。本设计旨在解决的关键问题是，在正常或异常运行条件期间可能发生的不同情况下，在热负荷和it的变化以及冷却条件的变化下，为服务器和it提供冷却。同时，目标是提高效率和简化系统控制设计。
39.设计冷却系统的一个问题是内部和外部环路两者的控制策略。当控制多个环路达到运行条件时，挑战在于设计正确的控制策略、使用正确的控制信号以及控制最合适的变量。当存在多个传热环路时，这将变得更具挑战性。本发明旨在设计系统以及相应的控制以解决这一挑战。
40.如前一段所述，it产生的功率以及冷却条件从白天到夜间显著不同。由于由人工服务和应用显著影响流量和计算，因此对于此类系统就其本质会发生差异。因此，白天产生的热量可能比夜间高得多。同样，白天和夜间的冷却条件也有显著差异。设计旨在通过引入热缓冲概念和相应的操作来解决这一挑战。此外，解决热负荷和标称冷却的不匹配问题提高了系统的可靠性和效率。
41.当前设计的另一重点是提高系统的可靠性和稳定性。这可以提高冷却系统的性能并增加系统在不同场景下的可用性。
42.历史解决方案可能需要复杂的控制来处理热负荷和冷却能力的变化。这些控制解决方案可能需要针对不同的系统进行调节，并且可能无法在一个解决方案中涵盖所有可能的变化。
43.本公开介绍了以下特征：可用于缓冲不同类型波动的缓冲系统；双向环路和多环路设计，以更好地将缓冲系统集成到冷却系统中，无论是单相流体冷却系统还是基于两相/相变的冷却系统；基于压力的系统控制，包括阀的可调控制设定点；针对不同场景的定制缓冲设计和相应环路；缓冲系统内的压力调节；并行系统设计；创新的缓冲环路设计等。
44.本技术的实施例聚焦于集成到用于电子设备冷却的冷却系统的热量缓冲单元。在实施例中，缓冲单元具有多个部分，包括空气部分和用于存储一部分流体的缓冲部分。例如，空气部分用于调节流体进入系统时的气压。在实施例中，在缓冲时期期间，空气部分设置在低压条件下。在排放时期期间，在实施例中，空气部分的体积变小，因此空气部分内的压力增加，然后空气部分的增加的压力将缓冲的流体从缓冲部分中排出。本技术的实施例包括针对单相流体、相变流体以及混合相流体提出的用于将缓冲单元集成到冷却系统中的不同系统设计。系统中测量的压力用于控制环路上的阀，以调节其开启设定点，并在这些操作中启用不同类型的操作和相应的流体控制。
45.在实施例中，冷却系统包括：入口端口和出口端口，该入口端口和该出口端口待联接到一个或多个电子装置；主环路，该主环路具有联接到入口端口和出口端口的热交换器；以及缓冲环路，该缓冲环路联接到入口端口和主环路。例如，主环路具有用于从入口端口接收流体、交换由电子装置产生且由流体携载的热并且经由出口端口将流体返回到电子装置的热交换器。
46.在实施例中，冷却系统包括缓冲环路，该缓冲环路具有缓冲单元和第一阀，第一阀用来控制流体流入缓冲单元以用于存储、并将流体从缓冲单元排出以跟随进入主环路以用于热交换。
47.在实施例中，冷却系统包括具有缓冲单元的缓冲环路，该缓冲单元包括用于存储空气的空气部分和用于存储流体的一部分的缓冲部分，其中，空气部分用来基于从设置在热交换器上的温度传感器获得的温度和从设置在入口端口附近的压力传感器获得的流体压力来调节气压。在一个实施例中，在表示主冷却侧上冷却能力的变化的位置处选择并设置温度测量。
48.在实施例中，冷却系统包括具有第一阀的缓冲环路，以响应于确定温度高于预定温度且流体压力高于预定压力，而允许流体存储在缓冲单元中。在实施例中，响应于确定温度低于预定温度或缓冲单元的空气部分的气压高于预定气压，而将存储的流体从缓冲单元排放到热交换器以用于热交换。在实施例中，响应于确定缓冲单元的空气部分的气压高于预定气压，将存储的流体从缓冲单元排放到热交换器以用于热交换。在实施例中，即使缓冲单元的空气部分的气压高于预定气压，冷却系统也不会切换到缓冲模式或排放模式。在实施例中，缓冲单元还包括压力调节阀，压力调节阀用来将空气泵入空气部分以提供压力，从而在排放期间迫使和协助流体流出缓冲单元。
49.在实施例中，冷却系统包括缓冲环路，该缓冲环路还包括第二阀以将缓冲单元连接到出口端口，并且，第二阀用来允许流体从缓冲单元的缓冲部分绕过热交换器到达出口端口。例如，第二阀是压力可控阀，以基于缓冲单元的空气部分内的气压来控制从缓冲单元到出口端口的流速。在实施例中，来自出口端口的流体可以合并到离开热交换器的流体中。在实施例中，来自出口端口的流体和离开热交换器的流体可具有不同的温度，但处于相同的液相。
50.在实施例中，冷却系统包括缓冲环路，该缓冲环路还包括联接在入口端口和热交换器之间的第三阀，其中，第三阀用来控制进入热交换器的流速。
51.在实施例中，流体为两相流体，其中，流体在相变过程期间转变为蒸气。
52.在实施例中，缓冲环路还包括供应管线和回流管线。例如，供应管线联接在入口端
口和缓冲单元之间，以便从入口端口接收流体从而存储在缓冲单元中。在实施例中，联接在缓冲单元到热交换器入口之间的回流管线将储存的流体返回到热交换器。
53.在实施例中，冷却系统还包括具有联接在入口端口和出口端口之间的第三阀的第三环路。例如，第三环路作为旁通环路操作，以将流体的至少一部分从入口端口直接输送到出口端口，绕过热交换器和缓冲单元。
54.图1是展示根据一个实施例的数据中心或数据中心单元的示例的框图。在此示例中，图1示出了数据中心的至少一部分的顶视图。参考图1，根据一个实施例，数据中心系统100包括信息技术(it)部件、设备或仪器101至102的一行或多行电子设备机架，例如，诸如通过网络(例如，互联网)向各种客户端提供数据服务的计算机服务器或计算节点。在该实施例中，每一行包括诸如电子设备机架110a至110n的电子设备机架的阵列。然而，可以实现更多或更少行的电子设备机架。通常，行101至102与彼此面对的前端和彼此远离的后端平行地对准，从而在它们之间形成走道103以允许管理人员在其中走动。然而，也可以应用其他配置或布置。例如，两行电子设备机架可以背靠背面对彼此而不在它们之间形成走道，而它们的前端彼此远离。电子设备机架的后端可以联接到房间冷却液体歧管。
55.在一个实施例中，电子设备机架(例如，电子设备机架110a至110n)中的每一者包括壳体以容纳在其中操作的布置成堆叠的许多it部件。电子设备机架可以包括冷却液体歧管、许多服务器插槽(例如，被配置有相同或类似的形状因数的标准搁架或机箱)，以及能够插入服务器插槽中和从其移除的许多服务器机箱(也被称为服务器刀片或服务器搁架)。每个服务器机箱表示具有一个或多个处理器、存储器和/或永久存储装置(例如，硬盘)的计算节点，其中计算节点可以包括在其中操作的一个或多个服务器。处理器中的至少一者附接到液体冷板(也被称为冷板组件)以接收冷却液体。另外，一个或多个任选的冷却风扇与服务器机箱相关联，以向容纳在其中的计算节点提供空气冷却。应注意，冷却系统120可以联接到多个数据中心系统，诸如数据中心系统100。
56.在一个实施例中，冷却系统120包括连接到冷却塔的外部液体环路或在建筑物/房屋容器外部的干式冷却器。冷却系统120可以包括但不限于蒸发冷却、自由空气、拒绝大的热质量以及废热回收设计。冷却系统120可以包括或联接到提供冷却液体的冷却液体源。
57.在一个实施例中，每个服务器机箱模块化地联接到冷却液体歧管，使得服务器机箱可以从电子设备机架移除而不会影响电子设备机架中的剩余服务器机箱和冷却液体歧管的操作。在另一实施例中，每个服务器机箱通过快速释放联接组件联接到冷却液体歧管，该快速释放联接组件具有联接到柔性软管的服务器液体进口连接器和服务器液体出口连接器以将冷却液体分配到处理器。服务器液体进口连接器用于经由机架液体进口连接器从安装在电子设备机架的后端上的冷却液体歧管接收冷却液体。服务器液体出口连接器用于经由机架液体出口连接器将携载从处理器交换的热的较暖或较热液体排放到冷却液体歧管并且然后回到电子设备机架内的冷却剂分配单元(cdu)。
58.在一个实施例中，设置在每个电子设备机架的后端上的冷却液体歧管联接到液体供应管线132(也被称为房间供应歧管)以从冷却系统120接收冷却液体。冷却液体通过附接到冷板组件的液体分配环路进行分配，处理器安装在该冷板组件上以从处理器移除热。冷板被配置为类似于其中附接或嵌入有液体分配管的散热器。携载从处理器交换的热的最终较暖或较热液体经由液体回流管线131(也被称为房间回流歧管)输送回到冷却系统120。
59.液体供应/回流管线131至132被称为数据中心或房间液体供应/回流管线(例如，全局液体供应/回流管线)，其向行101至102的所有电子设备机架供应冷却液体。液体供应管线132和液体回流管线131联接到位于每一个电子设备机架内的cdu的热交换器，从而形成初级环路。热交换器的次级环路联接到电子设备机架中的每一个服务器机架，以将冷却液体递送到处理器的冷板。
60.在一个实施例中，数据中心系统100还包括任选的气流递送系统135以产生气流来使气流行进穿过电子设备机架的服务器机箱的空气空间，以交换因计算节点(例如，服务器)的操作而由计算节点产生的热，并且将气流交换的热排到外部环境或冷却系统(例如，空气-液体热交换器)以降低气流的温度。例如，空气供应系统135产生冷却空气/冷空气的气流来从走道103循环通过电子设备机架110a至110n，以将交换的热带走。
61.冷却气流通过电子设备机架的前端进入电子设备机架，并且暖/热气流从电子设备机架的后端离开电子设备机架。具有交换的热的暖/热空气从房间/建筑物排出或者使用诸如空气-液体热交换器的单独冷却系统进行冷却。因此，冷却系统是混合式液体-空气冷却系统，其中由处理器产生的热的一部分被冷却液体经由对应的冷板移除，而由处理器(或者其他电子设备或处理装置)产生的热的剩余部分通过气流冷却而被移除。
62.图2是展示根据一个实施例的电子设备机架的框图。电子设备机架200可以表示如图1所示的任何电子设备机架，例如，诸如电子设备机架110a至110n。参考图2，根据一个实施例，电子设备机架200包括但不限于cdu 201、机架管理单元(rmu)202以及一个或多个服务器机箱203a至203e(统称为服务器机箱203)。服务器机箱203可以分别从电子设备机架200的前端204或后端205插入服务器插槽(例如，标准搁架)的阵列中。应注意，尽管此处仅示出了五个服务器机箱203a至203e，但可以在电子设备机架200内维持更多或更少的服务器机箱。还应注意，仅出于说明目的而示出了cdu 201、rmu 202和/或服务器机箱203的特定位置；还可以实施cdu 201、rmu 202和/或服务器机箱203的其他布置或配置。在一个实施例中，只要冷却风扇可以产生从前端到后端的气流，电子设备机架200就可以对环境开放或部分地被机架容器容纳。
63.另外，对于服务器机箱203中的至少一些，任选的风扇模块(未示出)与服务器机箱相关联。每个风扇模块包括一个或多个冷却风扇。风扇模块可以安装在服务器机箱203的后端上或在电子设备机架上，以产生从前端204流出、行进穿过服务器机箱203的空气空间并存在于电子设备机架200的后端205处的气流。
64.在一个实施例中，cdu 201主要包括热交换器211、液体泵212和泵控制器(未示出)，以及一些其他部件，例如储液器、电源、监视传感器等。热交换器211可以是液体-液体热交换器。热交换器211包括具有带有第一对液体连接器的入口端口和出口端口的第一环路，该第一对液体连接器联接到外部液体供应/回流管线131至132以形成初级环路。联接到外部液体供应/回流管线131至132的连接器可以设置或安装在电子设备机架200的后端205上。液体供应/回流管线131至132(也被称为房间液体供应/回流管线)可以联接到冷却系统120，如上所述。
65.另外，热交换器211还包括具有两个端口的第二环路，该两个端口具有第二对液体连接器，该第二对液体连接器联接到液体歧管225(也被称为机架歧管)以形成次级环路，该次级环路可以包括用以向服务器机箱203供应冷却液体的供应歧管(也被称为机架液体供
应管线或机架供应歧管)和用以将更暖的液体返回到cdu 201的回流歧管(也被称为机架液体回流管线或机架回流歧管)。应注意，cdu 201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 201的细节。
66.每个服务器机箱203可以包括一个或多个it部件(例如，中央处理单元或cpu、通用/图形处理单元(gpu)、存储器和/或存储装置)。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装置中、加载到存储器中且由一个或多个处理器执行以执行数据处理任务的软件。服务器机箱203可以包括联接到一个或多个计算服务器(也被称为计算节点，诸如cpu服务器和gpu服务器)的主机服务器(被称为主机节点)。主机服务器(具有一个或多个cpu)通常通过网络(例如互联网)与客户端介接，以接收对诸如存储服务的特定服务(例如，基于云的存储服务，诸如备份和/或恢复)的请求，从而执行应用程序以执行某些操作(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)。响应于该请求，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节点或计算服务器(具有一个或多个gpu)。计算服务器执行实际任务，这可能会在操作期间产生热。
67.电子设备机架200还包括任选的rmu 202，该rmu被配置为提供并管理被供应给服务器203和cdu 201的电力。rmu 202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)或dc到dc电力转换器、电池、变压器或调控器等)，以向电子设备机架200的其余部件提供电力。
68.在一个实施例中，rmu 202包括优化模块221和机架管理控制器(rmc)222。rmc 222可以包括监控器，以监控电子设备机架200内的诸如计算节点203、cdu 201和风扇模块等各种部件的操作状态。具体地说，监控器从表示电子设备机架200的操作环境的各种传感器接收操作数据。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，可以通过各种温度传感器捕获并收集该操作数据。监控器还可以接收表示由风扇模块231和液体泵212产生的风扇功率和泵功率的数据，该数据可以与其相应的速度成比例。这些操作数据被称为实时操作数据。应注意，监控器可以被实施为rmu 202内的单独模块。
69.基于操作数据，优化模块221使用预定优化函数或优化模型来执行优化，以导出用于风扇模块231的一组最佳风扇速度和用于液体泵212的最佳泵速度，使得液体泵212和风扇模块231的总功耗达到最小，而与液体泵212和风扇模块的冷却风扇相关联的操作数据在其相应的设计规格内。一旦确定了最佳泵速度和最佳风扇速度，rmc 222基于最佳泵速度和风扇速度对液体泵212和风扇模块231的冷却风扇进行配置。
70.例如，基于最佳泵速度，rmc 222与cdu 201的泵控制器通信以控制液体泵212的速度，这进而控制被供应给液体歧管225以分配到服务器机箱203中的至少一些的冷却液体的液体流速。类似地，基于最佳风扇速度，rmc 222与每个风扇模块通信以控制风扇模块231的每个冷却风扇的速度，这进而控制风扇模块的气流速率。应注意，每个风扇模块可以用其特定的最佳风扇速度进行单独控制，并且相同风扇模块内的不同风扇模块和/或不同冷却风扇可以具有不同的最佳风扇速度。
71.应注意，仅出于说明目的而示出并描述了如图2所示的机架配置；也可以应用其他配置或布置。例如，cdu 201可以是任选的单元。服务器机箱203的冷板可以联接到机架歧管，该机架歧管可以直接联接到房间歧管131至132而不使用dcu。尽管未示出，但电源单元
可以设置在电子设备机架200内。电源单元可以实施为与服务器机箱相同或类似的标准机箱，其中电源机箱可以插入任何标准搁架中，从而代替任何服务器机箱203。另外，电源机箱还可以包括电池备用单元(bbu)，以在主电源不可用时向服务器机箱203提供电池电力。bbu可以包括一个或多个电池包，并且每个电池包包括一个或多个电池单元，以及用于给电池单元充电和放电的必要充电和放电电路。
72.图3示出了根据本技术的实施例的示例冷却系统400。例如，图3示出了用来向电子装置提供液体冷却的冷却系统设计的示意表示。冷却系统可以实施为如图1所示的冷却系统120的一部分或如图2所示的电子设备机架200的cdu 201的一部分。在实施例中，缓冲单元401集成到由热交换器437、泵419、阀411等组成的冷却环路433中。缓冲单元401与主冷却环路433并联。在缓冲环路413上，主要部件为缓冲单元401以及冷却环路用于将缓冲单元401集成到系统400中的相应环路413。
73.在实施例中，缓冲单元401包括空气部分403和主缓冲部分405。例如，在空气部分中使用压力传感器435来感测或测量其中的气压，并且使用调节/充注阀415将空气注入或释放到空气部分侧或从空气部分侧注入或释放空气。阀415配置为基于热交换器437的外部流体的温度注入或释放空气，该温度可由温度传感器431感测或测量。例如，当流体温度降至预定阈值以下时，表明热交换器437具有冷却能力。作为响应，阀407打开，并经由阀415将额外的空气注入缓冲单元401的空气部分中。存储在缓冲单元401中的流体可经由路径413和433排放到热交换器437以冷却流体。或者，当缓冲单元401的空气部分的气压高于可由压力传感器435感测的预定阈值时，阀409打开以经由路径417将流体排放至出口端口423。
74.在实施例中，缓冲环路413被设计为双向环路，这意味着流体可以朝任一方向流动。例如，流体可以从入口端口421流向缓冲单元401，或者从缓冲单元401流向热交换器437。在实施例中，阀407是压力控制双向阀，以适应双向环路413的操作。例如，双向环路413允许流体基于压力传感器429感测的流体压力和/或压力传感器435感测的气压向任一方向流动。流体可以是单相流体或多相流体(也称为两相流体)。根据流体的温度，多相流体可在液体形式和蒸气形式之间转换。当液体形式的流体的温度上升高于预定阈值时，流体蒸发成蒸气，并且当温度降至预定阈值以下时，蒸气变回液体形式。
75.缓冲单元401的目的之一是临时转移和存储从入口端口421接收的流体的一部分，这可基于压力传感器429和/或压力传感器435提供的压力数据由阀407进行控制。因此，流入热交换器437的流体压力可降低。这种操作称为缓冲模式。
76.在实施例中，直接回流环路417连接缓冲单元401的出口和热交换器侧437的出口。缓冲单元401中缓冲的流体可经由路径417排放到出口端口423。需要提及的是，存在可用于将缓冲器集成到冷却系统的不同类型的环路设计。例如，图3所示的设计主要用于单相液体操作。在实施例中，压力传感器p1 429测量系统入口压力，压力传感器p2 435测量空气部分压力。
77.图4示出了根据本技术实施例的另一示例冷却系统500。例如，图4示出了排放模式下的冷却系统500。在实施例中，环路413示出在排放模式期间，缓冲部分405内的流体正通过双向环路413以及从缓冲单元401到端口429的阀407释放回冷却系统。在实施例中，如图4所示，阀409关闭。
78.图5示出了根据本技术实施例的另一示例冷却系统500。例如，图5示出了根据实施
例的使用多个环路(例如413和417)的排放模式下的冷却系统500。在实施例中，双向环路413和直接回流环路409两者都用于释放储存在缓冲部分405中的流体。在该过程中，例如，调节阀415用于将更多空气泵入空气部分403，以增加压力p2 435，从而与泵419一起驱动流体。在两个环路(即413和415)中释放流体的原因是为了更好的冷却系统出口流体温度控制。在实施例中，流体通过热交换器437流出双向通道413，而从直接回流环路417流出的流体不是。因此，这种设计可以基于根据实施例的设计条件实现灵活的系统控制。在实施例中，来自直接回流环路417的流体可比离开热交换器437的流体具有更高的温度。
79.图6a示出了根据本技术实施例的另一示例冷却系统600。例如，图6a示出了根据实施例用于将缓冲单元401集成到冷却系统600中的另一冷却系统设计。可以看出，缓冲单元401不同于先前的图。需要提及的是，缓冲单元401可按与之前相同的设计来使用，然而，可能需要进行不同的定制，尤其是针对用于存储蒸气或混合流体和蒸气的缓冲部分的操作。图6a示出了基于蒸气的系统设计。只有一个双向环路413用于获取和释放蒸气两者。需要提及的是，缓冲单元的详细内部设计未在图中示出。在图6a中，通过调节阀407的开启压力，阀可以在任一方向开启。例如，当压力p1大于压力p2时，系统可开始对缓冲单元进行充注。在排放模式下，阀407被触发以从另一方向打开。例如，p1和p2在排放期间可具有相似的值。
80.图6b示出了根据本技术实施例的另一示例冷却系统610。例如，图6b示出了根据实施例将缓冲单元401集成到冷却系统610中的另一冷却系统设计。在实施例中，存在带有双向阀603的单独的回流环路601，回流环路601将缓冲单元401连接至热交换器437的入口。例如，如前所述，由于蒸气应在其通过泵419之前被冷却，因此，图6b中所示的设计与图5中所示的设计不同。需要提及的是，冷却系统610中使用了单独的回流环路601，并且双向环路413可仍是双向环路，如图6b所示。
81.图6c示出了根据本技术实施例的另一示例。例如，图6c示出了用于处理复杂情况的另一系统设计。在实施例中，双向环路413用于在缓冲时期期间获取液体和蒸气两者。例如，因为液体和蒸气都存储在缓冲单元401中，因此在排放时期期间，双向环路413用于释放蒸气，液体环路417用于释放液体。在实施例中，在排放时期期间，缓冲部分压力p2 435可控制为略高于p1 429，而阀411可控制为最大开启比率位置。在实施例中，冷却系统620被设计用于缓冲混合相流体并单独排放，这是因为必须通过去除潜热将蒸气恢复为液体。
82.图7示出了根据本技术的实施例、集成到与it 701示例连接的冷却系统中的缓冲系统。例如，在图7中，冷却系统包括带有阀703的旁通环路705，以允许流体流过旁通环路705。在一些实施例中，当带有热交换器的主环路和/或缓冲环路发生故障或需要进行维护时，流体仍可以在对其他it部件701干扰最小或无干扰的情况下流过。
83.图8是根据本技术实施例的冷却系统缓冲时期期间的示例过程800的流程图。例如，图8示出了通过在缓冲部分中存储流体来缓冲热量的详细操作设计和控制方法。
84.在操作801，缓冲单元401可在峰值功率场景期间临时存储一定量的热流，峰值功率场景包括低冷却能力、冷却故障等。在操作803，受控阀407可在一个方向上打开环路413，以辅助流体流向缓冲单元401。在操作805，当缓冲系统饱和和/或上述场景不再存在时，受控阀407可关闭环路413。
85.图9是根据本技术实施例的冷却系统排放期间的示例过程900的流程图。例如，图9示出了用于排放储存在缓冲部分中的流体的详细操作设计和控制方法。
86.在操作901，当主热产生率低或冷却能力高时，缓冲单元401可以释放存储在主环路中的流体或热负荷。在操作903处，受控阀407可在相反方向上打开环路，以协助流体从缓冲单元401排放。在操作905，缓冲单元401的充注阀415可以增加气压以辅助排放过程900。在操作907，受控阀407可关闭环路。在操作909，缓冲单元401的充注阀415可以释放空气侧压力p2 435。
87.图10示出了根据本技术实施例的冷却系统的示例过程1000的流程图。在操作1001，冷却系统可通过一个或多个传感器接收外部流体的温度和流体压力。在操作1003，缓冲单元401可以积聚流体。在操作1005，如果外部流体的温度不低于正常值，则返回操作1001；如果外部流体的温度低于正常值，则进入操作1007。
88.在操作1007，如果压力不低于高设定点值，则返回操作1001；如果压力低于高设定点值(即，确保即使冷却能力高，热负荷也不高)，则移动到1009。在操作1009，冷却系统将阀的开启压力值与现有空气侧压力相匹配。在操作1011，可通过增加空气侧压力来调节排放阀。在操作1013，压力触发阀增加压力以使流体能够从缓冲单元401流向热交换器437。
89.在操作1015，如果外部流体的温度低于正常值，或者气压未达到最大值，则返回操作1009；如果外部流体的温度不再低于正常值，或气压达到最大值，则转至操作1017。在操作1017，冷却系统停止充注，阀关闭。在操作1019，充注阀开始释放压力。
90.在前面的说明书中，已经参考本发明的具体示例性实施方式描述了本公开的实施方式。显然，可对其进行各种修改，而不脱离如所附权利要求书中所阐述的本公开的较宽的精神和范围。因此，说明书和附图被认为是说明性的，而不是限制性的。