TWI540955B - 模組化熱傳系統 - Google Patents

Description

模組化熱傳系統 相關申請案

本申請案主張在2011年8月11日提出申請的美國專利申請案第61/522,247號、在2011年7月27日提出申請的美國專利申請案第61/512,379號、在2012年2月21日提出申請的美國專利申請案第13/401,618號及在2012年4月11日提出申請的美國專利申請案第61/622,982號的權益及優先權，出於全部目的，該等專利申請案以引用之方式全部併入在此。

本文所揭示之本發明及相關標的(共同稱為「揭示案」)關於經配置以將熱量自一種流體傳遞至另一流體之系統，且更特定言之而非排他地，關於具有模組化配置之系統。本文(例如)關於冷卻電子組件描述一些系統，但所揭示的本發明可用於各種其他熱傳應用。

隨著近來基於雲端之服務的迅速增長，網路連接電腦及包括伺服器的計算環境之數目在過去若干年內已大量增長。如本文所使用的，術語「伺服器」大體是指計算裝置及執行軟體，該計算裝置連接至計算網路，該執行軟體經配置以自亦連接至計算網路的用戶端電腦接收請求(例如，存取或儲存檔案之請求、提供計算資源之請求、連接 至另一用戶端之請求)。

術語「資料中心」(在此項技術中有時亦稱為「伺服器場」)泛指容納一或更多個伺服器之實體位置。在一些情況下，資料中心可簡單地包含小型辦公室中不引人注目的角落。在其他情況下，資料中心可包含若干較大的倉庫大小的建築物，該等建築物包圍數以萬計平方呎及容納數以千計的伺服器。

無論資料中心的大小如何，資料中心及資料中心所容納的伺服器都會消耗大量電功率。儘管操作伺服器佔給定資料中心所消耗的功率之主要部分，但使用習知方法冷卻伺服器佔所消耗功率之另一重要部分。

典型的可商購之伺服器已設計成至少部分地藉由資料中心內的空氣來冷卻。此等伺服器通常包含一或更多個印刷電路板，該一或更多個印刷電路板具有安裝至該一或更多個印刷電路板的複數個可操作的散熱裝置(例如，記憶體、晶片組、微處理器、硬驅動機等)。印刷電路板常見容納於外殼中，該外殼具有通風孔，該等通風孔經配置以將外部空氣自資料中心導引至外殼中、穿過外殼及至外殼之外。空氣吸收由可操作組件耗散的熱量。在自外殼排出之後，經加熱空氣與資料中心中的空氣混合，且空氣調節器冷卻被加熱的資料中心空氣，從而在該程序中消耗大量能量。

大體而言，較高效能伺服器組件耗散相應較多功率。然而，習知冷卻系統可適當地自各種可操作裝置移除的熱 量之量在部分地對應於可自資料中心及其他設施獲得的空氣調節程度以及由相鄰組件及伺服器耗散的功率位準。舉例而言，進入此資料中心中的伺服器的氣流之溫度可受到相鄰伺服器所耗散及附近的功率位準以及進入資料中心的空氣之溫度(或，相反地，自資料中心內的空氣擷取熱量之速率)影響。

大體而言，資料中心中的較低空氣溫度允許藉由空氣流冷卻的每一伺服器組件耗散較高功率，因此允許每一伺服器以相應較高位準之效能操作。因此，資料中心傳統上已使用複雜的空氣調節系統(例如，冷激器、蒸氣循環致冷)來冷卻資料中心內的空氣(例如，冷卻至約65℉)，以實現所要冷卻度(例如，對應於所要效能位準)。一些資料中心提供冷激水系統以自資料中心內的空氣移除熱量。然而，使用包括習知冷激水系統之複雜的空氣調節系統排出資料中心中的空氣所吸收的熱量消耗較高位準之功率且成本較高。

大體而言，彼此間隔(例如，較低熱量密度)的散熱組件可比彼此接近置放(例如，較高熱量密度)的相同組件更容易冷卻。因此，資料中心亦已藉由增加相鄰伺服器之間的間隔，來補償增加的功率耗散(對應於增加的伺服器效能)。然而，與相鄰伺服器之間相對較小間隔相比較，相鄰伺服器之間相對較大間隔減少資料中心中伺服器之數目，因此減少資料中心之計算能力。

因此，需要用於冷卻電子組件之有效且低成本的冷卻 替代裝置，該等電子組件諸如，資料中心內支架安裝的伺服器。亦仍需要緊湊型熱交換總成(例如，整合的散熱片及泵總成)，該等緊湊型熱交換總成經配置以裝配於可商購伺服器內，該等可商購伺服器的垂直組件高度小於1.75吋或更小。亦仍需要用於冷卻伺服器之給定陣列內的變化數目的伺服器之熱傳系統。特定言之，仍需要可靠的冷卻系統，該等可靠的冷卻系統經配置以冷卻支架內的各種密度之伺服器組件，其中具有自一個伺服器至42個伺服器之支架僅為待冷卻的伺服器密度之理想範圍的一個實例。亦仍需要熱傳系統，該等熱傳系統經配置以冷卻資料中心內的伺服器，而無需採用成本高的空氣調節系統或冷激水系統。

本文所揭示之本發明克服先前技術中的許多問題且解決前述需要以及其他需要，且本文所揭示之本發明大體而言關於模組化熱傳系統，且更特定言之而非排他地，關於能夠被裝配至此等系統中的模組化組件。舉例而言，一些所揭示的本發明係關於冷卻系統，該等冷卻系統經配置以冷卻可獨立操作的伺服器之一或更多個陣列。其他本發明係關於能夠與其他模組組合成模組化熱傳系統的個別模組之配置。還有其他本發明係關於此等模組之間或之中的互連之佈置。舉例而言，本揭示案描述熱傳模組之本發明陣列，該等熱傳模組經配置以與歧管模組及/或環境耦合器(例 如，液體對液體熱交換模組)組合，以促進環境與一或更多個可操作元件(例如，伺服器組件)之間的熱量傳遞。此等模組之一些所揭示的配置能夠充分地冷卻資料中心中複數個支架安裝的伺服器，而不需要資料中心提供低於環境溫度的一溫度下的冷激水，從而消除對於成本高且消耗功率的冷激器之需要。且，其他本發明係關於模組及系統配置，該等模組及系統配置自習知系統消除一或更多個組件，同時保持每一經消除組件的各別功能中之一或更多個功能。

根據第一觀點，揭示本發明模組化熱傳系統。此等模組化系統之一些具體態樣包括陣列，該陣列具有至少一個熱傳元件，該至少一個熱傳元件界定入口及出口且經配置以將熱量自對應於該至少一個熱傳元件的可操作元件傳遞至工作流體，或將熱量自工作流體傳遞至對應於該至少一個熱傳元件的可操作元件。歧管模組可具有分配岐管及收集歧管。可去耦合的入口耦合器可對應於陣列中每一各別的熱傳元件之每一各別入口。每一各別入口耦合器可經配置以將分配岐管以流體方式地耦接至各別的熱傳元件之入口。可去耦合的出口耦合器可對應於陣列中每一各別的熱傳元件之每一各別出口。每一各別出口耦合器可經配置以將各別的熱傳元件之出口以流體方式地耦接至收集歧管。環境耦合器可經配置以自收集歧管接收工作流體、將熱量自工作流體傳遞至環境流體或將熱量自環境流體傳遞至工作流體，及將工作流體排出至分配岐管。

陣列中的至少一個熱傳元件可包括複數個熱傳元件。陣列中的熱傳元件中之至少一個熱傳元件可包括各別的複數個組件熱交換模組。該各別的複數個組件熱交換模組可與彼此串聯流體耦接。組件熱交換模組中之每一組件熱交換模組可包括各別泵，該各別泵經配置以推動工作流體流過各別至少一個熱傳元件。

至少一個熱傳元件中的至少一者可包括泵，該泵經配置以推動工作流體流過各別的熱傳元件。各別的熱傳元件之入口可以流體方式地可耦接至分配岐管，各別的熱傳元件之出口可以流體方式地可耦接至收集歧管，且環境耦合器可以流體方式地可耦接至分配岐管及耦接至收集歧管，以便能夠界定閉路流體管路。泵可配置為能夠推動工作流體流過閉路流體管路。

環境耦合器可包括液體對液體熱交換器，該液體對液體熱交換器經配置以將熱量傳遞至環境流體之液相或自環境流體之液相傳遞熱量。

入口導管之可去耦合的流體耦合器可配置為不以配合的方式與歧管模組之收集流體耦合器中之任何收集流體耦合器嚙合。出口導管之可去耦合的流體耦合器可配置為不以配合的方式與由歧管模組界定的分配流體耦合器中之任何分配流體耦合器嚙合。

至少一個熱傳元件可包括相應的組件熱交換模組對。組件熱交換模組對中的每一組件熱交換模組可經配置以將各別電元件、光電元件或光學元件所耗散的熱量傳遞至工 作流體。在本發明模組化熱傳系統之一些具體態樣中，工作流體貯器可以流體方式地耦接至歧管模組。

一些本發明模組化熱傳系統亦包括支架，該支架經配置以接收至少一個可獨立操作的伺服器。至少一個可獨立操作的伺服器中的每一可獨立操作的伺服器可包括可操作元件。支架可經配置以可安裝地接收歧管模組。一個熱傳元件可對應於每一至少一個可獨立操作的伺服器，且一個熱傳元件可經配置以將各別可獨立操作的伺服器所耗散的熱量傳遞至工作流體。環境耦合器可經配置以將各別可獨立操作的伺服器所耗散的熱量之至少一部分自工作流體排出至環境流體。

一些本發明模組化熱傳系統包括感測器，該感測器經配置以發射對應於以下中之一或更多者的訊號：環境的相對濕度、環境的絕對濕度、環境的溫度、環境的濕球溫度、歧管模組之一部分中工作流體的溫度、環境耦合器之一部分中工作流體的溫度、環境耦合器之一部分中環境流體的溫度、環境耦合器之一部分中工作流體的體積、一或更多個熱傳元件之一部分中工作流體的溫度、工作流體的漏出量、環境流體的漏出量，或上述之組合。一些本發明模組化熱傳系統包括一或更多個可致動閥，該一或更多個可致動閥經配置以至少部分地回應於感測器發射的訊號，而限制工作流體之流動、環境流體之流動或上述兩者。

供應設備可經配置以將與環境耦合器內工作流體的溫度相比較相對較低溫度下的環境流體供應至環境耦合器。 熱交換器可經配置以將環境流體自環境耦合器內的工作流體吸收的熱量自環境流體排出至環境。供應設備可包括空氣冷卻的環境熱交換器，該空氣冷卻的環境熱交換器經配置以將熱量自環境流體排出至大氣空氣。

根據第二觀點，揭示本發明冷卻劑熱交換模組。在一些具體態樣中，冷卻劑熱交換模組包括入口及出口，該入口經配置以自收集歧管接收工作流體，該出口經配置以將工作流體排出至分配岐管。熱交換器可經配置以將工作流體自可操作元件之陣列吸收的熱量自工作流體排出至相對較冷的環境流體。

在一些具體態樣中，冷卻劑熱交換模組可以可安裝地耦接至容納可操作元件之陣列的裝備外殼。熱交換器可配置為當藉由定位於冷卻劑熱交換模組外部的一或更多個泵傳送工作流體時，提供足夠的自工作流體傳遞熱量的速率，以將工作流體冷卻至適合溫度。

定位於冷卻劑熱交換模組外部的一或更多個泵可包括以流體方式地耦接於收集歧管與分配岐管之間的泵。舉例而言，複數個泵可以流體方式地耦接於收集歧管與分配岐管之間。

在一些情況但並非全部情況下，冷卻劑熱交換模組可進一步包括泵。此泵可以流體方式地耦接於入口與熱交換器之間，此泵可以流體方式地耦接於熱交換器與出口之間，或上述兩種情況皆存在。

在一些情況下，一或更多個可致動閥經配置以控制環 境流體之流動速率、工作流體之流動速率或上述兩者。溫度感測器可經配置以量測冷卻劑熱交換模組表面之溫度、環境空氣溫度或上述兩者。濕度感測器可經配置以量測安裝冷卻劑熱交換模組的環境空氣之濕度。

一些冷卻劑熱交換模組亦包括計算器，該計算器經配置以至少部分地基於藉由濕度感測器量測的環境空氣之濕度來決定露點溫度。控制器可經配置以至少部分地回應於藉由計算器決定的露點溫度而致動一或更多個可致動閥中之至少一個可致動閥。

一些冷卻劑熱交換模組包括一或更多個感測器，每一感測器經配置以發射對應於以下中之一或更多者的訊號：環境流體的相對濕度、環境流體的絕對濕度、環境流體的溫度、歧管模組中液體的溫度、熱交換器之第一流體導管中液體的溫度、熱交換器之第二流體導管中液體的溫度、冷卻劑貯器中冷卻劑的體積、複數個裝備熱交換器中之一或更多個裝備熱交換器中液體的溫度、複數個裝備熱交換器中之一或更多個裝備熱交換器表面的溫度、進入第二流體導管的設施冷卻劑的溫度、自第二流體導管流動的設施冷卻劑的溫度、裝備冷卻劑的漏出量、設施冷卻劑的漏出量，或上述之組合。控制器亦可經配置以至少部分地回應於自一或更多個感測器中之一個感測器接收的訊號，而致動一或更多個可致動閥，以控制環境流體之流動速率、工作流體之流動速率或上述兩者。

一些冷卻劑熱交換模組包括發射機，該發射機經配置 以發送含有資訊之訊號，該含有資訊之訊號對應於自一或更多個感測器接收的訊號。控制器及計算器可一起經配置以防止冷凝形成於冷卻劑熱交換模組上或該冷卻劑熱交換模組之任何特徵上。

根據第三本發明觀點，揭示熱交換元件。熱交換元件可包括第一散熱片，該第一散熱片具有第一複數個相鄰翼片，該第一複數個相鄰翼片界定相鄰翼片之間的相應第一複數個微通道。翼片中之每一翼片可界定各別遠端邊緣。第一歧管主體可覆蓋第一散熱片之遠端邊緣中之每一遠端邊緣的至少一部分且界定開口，該開口經配置以將流體流沿橫向於第一散熱片之微通道的方向輸送至第一散熱片之微通道。

第二散熱片可具有第二複數個相鄰翼片，該第二複數個相鄰翼片界定相鄰翼片之間的相應第二複數個微通道。翼片中之每一翼片可界定各別遠端邊緣。第二歧管主體可覆蓋第二散熱片之遠端邊緣中之每一遠端邊緣的至少一部分且界定開口，該開口經配置以將流體流沿橫向於第二散熱片之微通道的方向輸送至第二散熱片之微通道。

第二歧管主體及第二散熱片可與第一散熱片以流體方式地串聯耦接。

根據以下詳細描述(及隨附圖式)之仔細審閱，本揭示案之其他本發明觀點將變得對一般技藝人士較容易地顯而易見，其中以說明之方式圖示且描述所揭示的本發明之各種具體態樣。應意識到，併入所揭示本發明的模組及系 統其他及不同具體態樣是有可能的，且若干所揭示細節能夠在各方面被修改，而全部不脫離本文所揭示之原理之精神及範疇。舉例而言，下文結合附加圖式所闡述的詳細描述意欲描述所揭示本發明之各種具體態樣，且並不意欲表示發明者預期的唯一具體態樣。相反，出於提供對本文所揭示之原理的全面理解之目的，詳細描述包括特定細節。因此，圖式及詳細描述將被視為本質上說明性的而非限制性的。

下文以參考模組化熱傳系統之特定實例之方式描述各種本發明原理，該等本發明原理關於模組熱傳系統，且更特定言之而非排他地，關於經配置以冷卻伺服器之陣列(例如，在資料中心中)的模組化熱傳系統。然而，所揭示原理中之一或更多個原理可併入各種系統配置中，以實現各種相應系統特性中之任何系統特性。關於特定配置、應用或使用描述的系統僅為併入本文所揭示之本發明原理中的一或更多個本發明原理的系統之實例，且該等系統用以說明所揭示原理之一或更多個本發明觀點。

因此，具有不同於本文論述的彼等特定實例之屬性的熱傳系統可實施本發明原理中之一或更多個本發明原理，且該等熱傳系統可用於本文未詳細描述之應用，(例如)以將熱量傳遞至雷射組件、發光二極體、經歷化學反應的化學反應物、光電電池、太陽能收集器、功率電子組件、 非微處理器的電子組件、光子積體電路及其他電子模組，以及現在已知或將來開發的各種其他工業裝置、軍事裝置及消費者裝置，或自上述各者傳遞熱量。因此，此等替代性具體態樣亦屬於本揭示案的範疇。

概述

下文為模組化熱傳系統之描述，該等模組化熱傳系統經配置以在熱傳元件之陣列與環境熱傳耦合器之間傳送熱量。一些所揭示模組化熱傳系統經配置以冷卻n個可獨立操作的伺服器之陣列(或n個可獨立操作的伺服器之陣列的組件)。其他所揭示模組化熱傳系統經配置以(例如)加熱經歷吸熱化學反應的化學反應物之溶液。

伺服器冷卻系統

僅作為所揭示熱傳系統之僅一個實例，第1圖圖示冷卻系統，該冷卻系統經配置以冷卻安裝在支架或底盤中的可獨立操作的伺服器112a、112b…112n之陣列。舉例而言，熱傳元件110a、110b…110n之陣列中的每一者可熱耦接至在操作伺服器112a、112b…112n期間耗散熱量的各別組件。

歧管模組200可經配置以在複數個熱傳元件110a、110b…110n之中分配相對較冷的冷卻劑，從而允許冷卻劑自伺服器吸收熱量及允許冷卻劑冷卻伺服器內的各別組件。歧管200可自熱傳元件之陣列收集工作流體及將工作流體傳送至環境耦合器15(例如，液體對液體熱交換器)。

第2圖圖示伺服器中之一個代表性伺服器(例如，伺服器112a)內的代表性熱傳元件110a。代表性熱傳元件110a 可具有模組化配置(例如，該模組化配置包括組件熱傳模組對120a、130a，組件熱傳模組對120a、130a經配置以冷卻相應的微處理器對或其他伺服器組件對(未圖示))。至熱傳元件110a的入口可以流體方式地耦接至分配岐管210，且熱傳元件110a之出口可以流體方式地耦接至收集歧管220。

環境耦合器15可經配置以促進熱量自冷卻劑排出至環境工作流體(例如，設施水)，以冷卻冷卻劑。舉例而言，可藉由自環境16經由耦合器15通過相對較冷的環境工作流體，來冷卻環境耦合器15。當相對較熱的冷卻劑(或更概括地稱為工作流體)通過環境耦合器15時，該相對較熱的冷卻劑將在熱傳元件中吸收的熱量之至少一些熱量排出至環境16(例如，環境工作流體)，從而冷卻工作流體。隨後，可藉由歧管模組在熱傳元件之中重新分配相對較冷的冷卻劑，從而向伺服器之陣列提供實質上連續冷卻。

僅作為下文更充分論述且在第1圖中圖示的一個實例，裝備熱傳模組100可包括底盤101或支架，底盤101或支架經配置以接收複數個可獨立操作的伺服器。歧管模組200可定位為相鄰底盤101，且該底盤可支撐環境耦合器。

其他模組化熱傳系統

本文亦描述其他模組化熱傳系統配置。如第3圖及第4圖中所指示，可根據第1圖及第2圖中所示之系統來概括模組化熱傳系統10'。

舉例而言，此系統10'可具有歧管200'，歧管200'經配 置以在n個熱傳元件110a'、110b'…110n'之陣列100'之中分配工作流體，n個熱傳元件110a'、110b'…110n'各自熱耦接至n個可操作元件之相應陣列內的各別可操作元件(未圖示)。與第1圖中所示之模組化熱傳系統10一樣，第3圖中所示之模組化熱傳系統10'可具有裝備熱傳模組12'，裝備熱傳模組12'經配置以藉由使工作流體經由流體管路17a、17b、17c、17d循環，來在一或更多個熱傳元件110a'、110b'…110n'之陣列100'與環境耦合器15'(例如，液體對液體熱交換器)之間交換熱量。耦合器15'可經配置以在裝備熱傳模組12'與環境16'中的環境工作流體(例如，設施之給水)之間傳遞熱量。在一般意義上，模組化熱傳系統10'可經配置以將熱量排出至環境16'(如在伺服器冷卻應用中的環境)或經配置以自環境(如與吸熱反應有關的應用中的環境)吸收熱量。

除經配置以冷卻在操作期間耗散熱量的複數個伺服器的系統之外，一些所揭示熱傳系統可經配置以加熱複數個裝置。僅作為一個實例，化學處理器可經配置以容納複數個吸熱化學反應。熱傳元件之陣列可經配置以將熱量自環境16'傳遞至化學處理器。舉例而言，可將環境耦合器15'維持在相對較熱的溫度下，且可將熱量自耦合器傳遞至相對較冷的熱傳元件之陣列100'。在此情況下，裝備熱傳模組12'內的工作流體可如上文描述的循環，載運來自相對較高溫度的耦合器15'的熱量通過歧管模組200及將熱量排出至對應於陣列100'中各別一或更多個熱傳元件110a'、 110b'…110n'的一或更多個相對較冷的可操作元件(例如，反應器容器)。

n個可操作元件(例如，反應器容器)之陣列可耦接至底盤、外殼或其他外罩，且該底盤、外殼或其他外罩可形成熱傳模組12'之一部分。

與習知熱傳系統相比較，如第1圖及第3圖中所示配置的熱傳系統可以相對較低的整體成本提供用於陣列的熱量傳遞之可擴充速率及許多優點，該等陣列具有變化數目之可獨立操作的元件。

工作流體

如本文所使用的，「工作流體」指以下流體：用於或能夠自具有相對較高溫度的區域吸收熱量、將自具有相對較高溫度的區域吸收的熱量載運(如藉由平流載運)至具有相對較低溫度的區域及將被吸收的熱量之至少一部分排出至具有相對較低溫度的區域。

在一些具體態樣(例如，吸熱化學反應)中，與對應於陣列100'(第4圖)中給定熱傳元件的可操作組件(例如，反應腔室)相比，環境工作流體具有相對較高溫度。在其他具體態樣(例如，放熱化學反應、伺服器、雷射)中，與可操作組件(例如，反應腔室、積體電路、光源)相比，環境工作流體具有相對較低溫度。

如本文所使用的，「冷卻劑」是指能夠用於或實際上用於熱傳系統的工作流體，該熱傳系統經配置以藉由自裝置之區域吸收熱量，來將該區域維持處於選定的臨限溫度 或低於選定的臨限溫度。儘管工作流體之許多配方是可行的，但常見配方包括蒸餾水、乙二醇、丙二醇及上述之混合物。

裝備模組

許多種設備可經配置以接收複數個可操作元件。舉例而言，通常稱為「裝備支架」或「支架」的裝備外殼可經配置以接收複數個可獨立操作的裝備元件(例如，伺服器)，如第1圖中所示。

儘管用於支架安裝的伺服器之冷卻系統相當詳細地描述為併入本發明所揭示原理的模組化熱傳系統之實例，但可設想熱傳系統之其他具體態樣。舉例而言，科學儀器、電信裝置(例如，路由器及交換機)、音訊裝備(例如，放大器、前置放大器調節單元及音訊接收機)、視訊裝備(例如，播放機)、雷射裝備、照明裝備(例如，白熾燈照明及發光二極體)、化學處理裝備、生物處理裝備及其他裝備為可應用模組化熱傳系統的可操作元件之可設想具體態樣。此等可操作元件可由裝備外殼接收，且此裝備外殼可包括在裝備模組12中。

一些可商購裝備支架經配置以接收可操作元件，該等可操作元件具有量測尺寸為約19吋寬及約1.75吋之整數倍高的迎風面積。有時以支架單位(通常稱呼為「U」或不常稱呼的「RU」)量測可操作元件之高度。因此，量測尺寸約1.75吋高的可操作元件在量測高度為1U且有時稱為「1U」元件。類似地，2U元件量測高度為約3.5吋，且4U 元件量測高度為約7吋。

為促進常見可用支架中的安裝，大部分可操作元件112a、112b…112n具有前面板高度，該前面板高度量測尺寸約1/32吋(0.31吋)，小於支架單位中相應倍數。舉例而言，1U元件通常量測尺寸約1.719吋高，而非1.75吋高，且2U元件通常量測約3.469吋高，而非3.5吋高。一台安裝裝備上方及/或下方的間隙促進安裝及移除，而不會機械干擾相鄰裝備。

亦可商購其他標準化裝備支架。例如，在電信工業中，裝備支架常見經配置以接收可操作元件，該等可操作元件具有量測尺寸約23吋寬及約1吋高的迎風面積。

儘管本文相當詳細地描述標準化裝備外殼，但可設想裝備模組之其他具體態樣。舉例而言，裝備模組不必與可操作元件不同或不必經配置以接收可操作元件來利用所揭示熱傳系統之可擴充本質。舉例而言，主機電腦或超級電腦之外殼可包括本文所揭示之冷卻劑熱交換器、歧管模組及熱傳元件之陣列。在其他具體態樣中，裝備模組可配置為經選擇以容納複數個可操作元件的結構內的空間或小室，或經選擇以容納複數個可操作元件的飛具構架內的體積。

熱傳元件

如上所述，一或更多個熱傳元件110a、110b…110n之陣列可經配置以將熱量傳遞至流過各別的熱傳元件的工作流體或自流過各別的熱傳元件的工作流體傳遞熱量。例 如，如第2圖及第7圖中所示，每一熱傳元件110a、110b…110n可包括一或更多個熱交換模組(120a、120b)，該一或更多個熱交換模組經配置以自可操作元件或可操作元件之組件吸收熱量或將熱量排出至可操作元件或可操作元件之組件。

如本文所使用的，術語「散熱片」及「熱交換器」為可互換的且指以下裝置：經配置以經由工作流體之對流(亦即，傳導及平流之組合)或相變將能量傳遞至流體或自流體傳遞能量。熱交換模組可為熱交換器或可包括與一或更多個其他組件組合的熱交換器。舉例而言，如下文更充分地描述的，熱交換模組可包括與熱交換器組合的管道或外罩。同樣的，熱交換模組可包括與經整合的外罩及泵組合的熱交換器，連同任何相關聯密封件、墊圈及/或耦合器。

例如，適合的熱交換模組之若干實例描述於以下專利申請案中：在2007年8月9日提出申請的美國專利申請案第60/954,987號、在2008年8月11日提出申請的美國專利申請案第12/189,476號、在2011年7月27日提出申請的美國專利申請案第61/512,379號、在2012年2月21日提出申請的美國專利申請案第13/401,618號及在2012年4月11日提出申請的美國專利申請案第61/622,982號，出於全部目的，該等專利申請案以引用之方式全部併入在此。

如所述，一些熱傳元件110a、110b…110n包括複數個熱交換模組120a、130a、120b、130b…120n、130n(第6圖)。該複數個熱交換模組中的每一熱交換模組可對應於 (例如)給定可操作元件(例如，伺服器)內的各別散熱裝置或各別散熱裝置之群組。

多個熱交換模組(例如，模組120a、130a)可以流體方式地串聯耦接至彼此(例如，以使得一定體積之工作流體在返回至收集歧管210(或其他系統組件)之前自一個熱交換模組120a流至另一熱交換模組130a，如(例如)第2圖及第7圖中所示)。或者，多個熱交換模組(例如，模組120a"、130a")可在給定熱傳元件110a"內以流體方式地並聯耦接至彼此(例如，以使得第一質量之工作流體流過一個熱交換器120a"，且第二質量之工作流體流過另一熱交換器130a")，如第6A圖中所示。

在具有複數個散熱裝置(例如，微處理器、晶片組、記憶體、圖形組件、調壓器)的可支架安裝的伺服器之情境中，熱傳元件110a、110b…110n可包括用於冷卻各別裝置之單相熱交換模組或兩相熱交換模組。如本文所使用的，「相」是指物質之熱力學狀態，例如，液相、氣相、固相或液體及氣體之飽和混合物。如本文所使用的，「單相」熱交換模組是指以下熱交換模組：其中當流體流過熱交換模組時，工作流體經歷極少或沒有相之淨變化，從而保持在實質上相同相(例如，液體)中。如本文所使用的，「兩相」熱交換模組是指以下熱交換模組：其中當流體流過熱交換模組時，工作流體經歷相變(例如，液體蒸發成氣相或氣體冷凝成液相)。

對於給定質量之工作流體而言，與「單相」熱交換模 組相比，對於溫度之給定變化，「兩相」熱交換模組通常可吸收或排出更多熱量且在一些情況下可提供相對於給定溫度臨限之更適合的冷卻或加熱，因為大部分工作流體之蒸發(或冷凝)的潛熱實質上大於流體之比熱(例如，單相流體可與所吸收或排出的熱量之量成比例改變溫度，而經歷相轉變的流體由於吸收或排出熱量故通常保持在相對較窄的溫度範圍內)。

由於當給定質量之工作流體流過第一熱交換模組時，給定質量之工作流體之溫度及/或相可能改變，故與相當質量之工作流體進入第二熱交換模組而未被第一熱交換模組加熱(例如，假定流體及/或下游熱交換器之溫度受到固定上限臨限溫度限制)的情況相比較，給定質量之工作流體在流過第二熱交換模組時交換熱之能力可能稍微降低，該第二熱交換模組流體串聯耦接至該第一熱交換器。然而，在包括許多裝備冷卻具體態樣(例如，冷卻第1圖中所示之可支架安裝的伺服器)的許多情況下，此溫度變化未可觀地降低下游熱交換器之冷卻能力。舉例而言，可增加工作流體之流動速率以補償可操作元件的熱量耗散之相對較高速率，從而確保在工作流體進入下游熱交換器之前，各別的熱傳元件110a、110b…110n內的工作流體之溫度保持在上限臨限溫度以下。類似地，對於熱量耗散之相對較低速率而言，可將工作流體之流動速率減小至維持給定溫度在上限以下的適合位準，而同時減少泵送流體流過熱傳元件(及/或流過系統10)所消耗的功率量。

組件熱交換模組

各種熱交換模組及泵具體態樣適合於併入至上文描述類型之熱傳元件110a、110b…110n中。舉例而言，熱交換模組及泵配置之若干代表性具體態樣揭示於以下專利申請案中：在2007年8月9日提出申請的美國專利申請案第60/954,987號、在2008年8月11日提出申請的美國專利申請案第12/189,476號、在2011年7月27日提出申請的美國專利申請案第61/512,379號、在2012年2月21日提出申請的美國專利申請案第13/401,618號及在2012年4月11日提出申請的美國專利申請案第61/622,982號，出於全部目的，該等專利申請案以引用之方式全部併入在此，且該等專利申請案中之每一專利申請案以引用之方式全部併入本文且為本申請案之受讓人所擁有。

僅作為一個實例，申請案第61/512,379號揭示熱交換模組之具體態樣，該熱交換模組具有整合的泵，該整合的泵以流體方式地串聯耦接至熱交換器且定位於熱交換器之上游。如申請案第61/512,379號所解釋，工作流體可進入至熱交換模組之入口，且泵可增加工作流體中的壓力頭，從而推動工作流體流過相應的熱交換器。申請案第61/512,379號亦揭示，在一些具體態樣中，在工作流體流過各別熱交換器之後，工作流體自熱交換模組排出且流過遠端定位的熱交換器(例如，以排出流過各別熱交換器吸收的熱量)。

申請案第61/512,379號以及上文引用的其他專利申請 案中揭示的類型之複數個熱交換模組可以流體方式地串聯或並聯耦接至彼此且可用以與一或更多個相應組件交換熱。僅作為一個實例，第2圖及第6圖圖示以流體方式地串聯耦接至彼此的兩個熱交換模組，例如，模組120a、130a。另一方面，第6A圖圖示以流體方式地並聯耦接至彼此的兩個熱交換模組，例如，模組120a"、130a"。

當兩個熱交換模組120a、130a串聯耦接至彼此時，工作流體可自一個熱交換模組120a流過進入另一熱交換模組130a中(例如，在流經遠端定位的熱交換器之前)。舉例而言，至第一熱交換模組120a之入口121可以流體方式地耦接至分配岐管210，第一熱交換模組120a具有泵及熱交換器。第一熱交換模組120a的出口122可以流體方式地耦接至第二熱交換模組130a之入口131，第二熱交換模組130a具有泵及熱交換器。第二熱交換模組130a的出口122可以流體方式地耦接至收集歧管220。

在此串聯配置中，工作流體自分配岐管210排出且進入至第一(例如，上游)熱交換模組120a之入口121。工作流體隨後進入由整合外罩界定的相應泵蝸殼中，從而允許泵葉輪增加工作流體中的壓力頭。流體隨後自熱交換器流過且自第一熱交換模組120a之出口122排出。

在第一熱交換模組120a及第二熱交換模組130a以流體方式地串聯耦接至彼此的情況下，流體隨後進入第二(例如，下游)熱交換模組130a之入口131。在第二熱交換模組130a中，工作流體遵循與流過第一熱交換模組120a的路 徑相似的路徑(例如，在自第二熱交換模組130a之出口132排出之前工作流體流經泵及下游熱交換器)及流動至收集歧管220中。

上文描述的使熱交換模組以流體方式地串聯耦接至彼此可向流體分配系統提供冗餘度之量測。舉例而言，耦接複數個熱交換模組(例如，模組120a、130a)使相應複數個泵以流體方式地串聯耦接至彼此，該複數個熱交換模組各自具有相應泵及相應熱交換器。因此，若複數個泵中之一個泵失效(例如，變得不能操作或操作能力不足)，則一或更多個剩餘泵可使工作流體繼續流經各別熱交換元件。

與以流體方式地並聯耦接至彼此的熱交換模組相比較，當熱交換模組串聯耦接至彼此時，定位於另一熱交換模組下游的熱交換模組通常將接收相對較高溫度的工作流體(例如，當工作流體流過上游熱交換模組時已吸收熱量之工作流體)。然而，由於當工作流體自上游熱交換模組排出時的工作流體之混合平均溫度至少部分地對應於流過上游熱交換模組的工作流體之平均流動速率，故可選擇工作流體之適合流動速率，以將工作流體之溫度維持在預定臨限溫度以下。例如，臨限溫度可至少部分地對應於下游熱交換模組所提供的冷卻速率。

例如，如第6A圖中所示，當兩個熱交換模組120a"、130a"並聯耦接至彼此時，工作流體可自每一熱交換模組120a"、130a"流過進入收集歧管220中而不流過其他熱交換 模組。舉例而言，至每一熱交換模組120a"、130a"之入口可以流體方式地耦接至分配岐管210，且相應工作流體流可流過熱交換模組中之每一熱交換模組。各別流可在歧管(例如，收集歧管)中與彼此混合。儘管使熱交換模組並聯耦接至彼此不會提供冗餘泵送(串聯耦接提供冗餘泵送)，但工作流體之每一各別流可流過並聯熱交換模組而不會被並聯耦接的熱交換模組中之其他熱交換模組加熱。

流體分配

許多液相工作流體為實質上不可壓縮液體。因此，一或更多個泵經配置以增加工作流體中的壓力頭且藉此推動工作流體流過流體管路，該流體管路在環境耦合器15與裝備模組100之間延伸且通過環境耦合器15及裝備模組100，該一或更多個泵可定位於管路內任何適合或便利的位置處，如下文所更充分地描述。

給定熱傳元件110a、110b…110n可包括一或更多個泵，該一或更多個泵經配置以在工作流體流過熱傳元件時，增加工作流體之壓力頭。泵可以流體方式地串聯或並聯耦接至彼此。

與單一泵相比較，串聯耦接至彼此的泵傾向於提供約相同流動速率下壓力頭之相對較大的增加，該壓力頭在上游泵的入口與下游泵之出口之間量測。與單一泵相比較，並聯耦接至彼此的泵傾向於提供壓力頭之約相同增加下累積的相對較大流動速率。

一些熱傳元件具有一個泵及複數個熱交換模組。如上 文關於第6圖及第6A圖所解釋的，複數個熱交換器模組可以流體方式地串聯或並聯耦接至彼此。複數個熱交換模組可以流體方式地串聯耦接至泵(例如，定位於泵之上游或下游)。

其他熱傳元件具有以流體方式地耦接至彼此的複數個泵及複數個熱交換器。複數個泵可以流體方式地並聯或串聯耦接至彼此，且熱交換模組可以流體方式地並聯或串聯耦接至彼此。複數個熱交換器中之一或更多個熱交換器可與複數個泵中之一或更多個泵以流體方式地並聯或串聯耦接。

舉例而言，第一複數個熱交換模組可以流體方式地並聯或串聯耦接至彼此。第一複數個熱交換模組可以流體方式地串聯耦接至相應第一複數個泵(例如，定位於泵之上游或下游)。第一複數個泵可以流體方式地並聯或串聯耦接至彼此。第二複數個熱交換模組可以流體方式地並聯或串聯耦接至彼此。第二複數個熱交換器可以流體方式地串聯耦接至第二複數個泵(例如，定位於泵之上游或下游)。各別第一複數個泵及第二複數個泵可以流體方式地並聯或串聯耦接至彼此。

對應於給定裝備模組100的多個熱傳元件110a、110b…110n可以流體方式地串聯或並聯耦接至彼此。例如，第1圖、第2圖、第3圖、第5圖及第6圖圖示與彼此以流體方式地並聯耦接的複數個熱傳元件110a、110b…110n之代表性具體態樣。如上文所解釋的，熱傳元件中之每一熱傳 元件又可具有複數個熱交換模組，該複數個熱交換模組以流體方式地串聯(或並聯)耦接至彼此。

如第6圖所示，熱傳元件110a、110b…110n中之每一者的各別入口150a、150b…150n可以流體方式地耦接至分配岐管210，且該等熱傳元件中之每一熱傳元件的各別出口140a、140b…140n可以流體方式地耦接至收集歧管220。在熱傳元件110a、110b…110n之此並聯配置的情況下，給定質量之工作流體可流過一個熱傳元件而不會流過另一熱傳元件。

此並聯配置藉由防止已流過一個熱傳元件的給定質量之工作流體流過另一熱傳元件直至可自工作流體(例如，冷卻劑熱交換模組中的)排出被吸收的熱量為止，來減少伺服器112a、112b…112n之中的熱耦合。亦，此配置允許多個熱傳元件110a、110b…110n中的一或更多個泵推動工作流體貫穿裝備熱交換模組12，此舉可消除或降低對於除熱傳元件內的彼等泵之外的泵的需要。

然而，所揭示熱交換系統之一些具體態樣包括「系統」泵，該「系統」泵定位於流體分配管路內且與組件熱交換模組(例如，模組120a、130a)間隔。舉例而言，泵可串聯定位於歧管模組200與環境耦合器15(例如，流體熱交換模組300中)之間。僅作為一個實例，第6B圖中所示之冷卻劑熱交換模組包括泵317，泵317定位於貯器315之下游(但在其他具體態樣中，該泵可定位於貯器之上游)。

即使如此，使熱傳元件與彼此以流體方式地並聯耦接 提供冗餘度之量測，否則若泵定位於(例如)工作流體熱交換模組300中，則該冗餘度之量測無法獲得。舉例而言，若給定熱傳元件失效或者效能降級，則可自裝備熱交換模組100(及相關聯支架)移除降級的熱傳元件及任何相關聯可操作元件(例如，伺服器)而不影響任何剩餘熱傳元件或可操作元件之操作。

亦，若給定熱傳元件中的泵中之一個泵失效，則熱傳元件中的一或更多個其他泵可繼續推動工作流體流過熱傳元件(例如，流過各別熱交換模組)，從而允許工作流體繼續與各別組件熱交換模組熱接觸而與每一可操作元件交換熱，直至可修復或更換熱傳元件110a為止。

此外，使給定熱傳元件(例如，110a)中的熱交換模組與彼此以流體方式地串聯耦接允許選擇流經各別的熱傳元件的流動速率以對應於經由熱交換模組傳遞熱量之所要速率。舉例而言，若熱交換器與散熱裝置熱耦接且希望以相對較高速率將熱量自裝置傳遞至工作流體中，則可藉由(例如)增加給定熱傳元件110a中各別泵中之一或更多個泵的速度，來提供工作流體之相對較高的流動速率。

具有可獨立控制的泵且以流體方式地並聯耦接至彼此之熱傳元件亦允許獨立於其他熱傳元件控制流經每一各別的熱傳元件110a、110b…110n的流動速率。流經每一各別的熱傳元件110a、110b…110n的工作流體流動速率之此獨立控制允許選擇各別工作元件所消耗的功率，以對應於將熱量傳遞至每一各別的熱傳元件或自每一各別的熱傳元件 傳遞熱量的所要速率。舉例而言，尤其當將熱量傳遞至每一熱傳元件或自每一熱傳元件傳遞熱量的所要速率實質上在複數個熱傳元件之中變化時，與每一熱傳元件具有與其他熱傳元件之流動速率相同的流動速率(例如，對應於可操作元件之陣列中可操作元件的熱量傳遞之最高速率)的情況相比，選擇適當較低功率用於複數個熱傳元件110a、110b…110n中的每一各別的熱傳元件可為裝備模組100提供相對較低整體功率消耗。

流體耦合器

如本文所使用的，「流體的」意謂或關於流體(例如，氣體、液體、液相及氣相之混合物等)。因此，「以流體方式地耦接的」兩個區域耦接至彼此以便回應於該等區域之間壓力梯度而容許流體自該等區域中之一個區域流動至另一區域。

如第5圖中所指示，將一個模組以流體方式地耦接至另一模組(例如，裝備模組100耦接至歧管模組200或歧管模組耦接至冷卻劑熱交換模組300)的流體導管20、30、40中之一或更多者可藉由可去耦合的耦合器(例如，耦合器50、50a、50b、51a、52a、52b、55a、55b)耦接至各別模組中的一者或兩者。一些可去耦合的耦合器配置為可商購自Colder Products公司的類型之無液滴快速連接耦合器。

如第6圖所指示，自熱傳元件110a、110b…110n之各別入口150a、150b…150n延伸的流體導管162a、162b…162n可具有入口流體耦合器232a、232b…232n，入口流體耦合 器232a、232b…232n定位於流體導管之遠端處。入口流體耦合器232a、232b…232n可經配置以將各別流體導管耦接至分配岐管210。類似地，自熱傳元件110a、110b…110n之各別出口140a、140b…140n延伸的流體導管172a、172b…172n可具有定位於流體導管之遠端處的出口流體耦合器242a、242b…242n。出口流體耦合器232a、232b…232n可經配置以將各別流體導管耦接至收集歧管220。

在一些具體態樣中，每一各別入口流體耦合器232a、232b…232n以與各別出口流體耦合器242a、242b…242n完全不同的方式配置為不可與彼此互換。此不可互換的入口流體耦合器及出口流體耦合器可降低使用者可能無意中將入口流體耦合器連接至收集歧管220或將出口流體耦合器連接至分配岐管210的可能性。各別流體耦合器中之每一流體耦合器可配置為上文描述的無液滴快速連接耦合器。

組件熱交換模組120a、130a可配備有一或更多個感測器，該一或更多個感測器經配置以觀察與各別熱交換模組相關聯之有關物理參數及發射對應於觀察到的物理參數之訊號。藉由此感測器發射的訊號可無線傳送至接收機或通過電線傳送至匯流排。如下文所描述，歧管模組200可包括此匯流排，且自與每一熱交換模組有關的一或更多個感測器延伸且對應於該一或更多個感測器的訊號線可藉由以配合的方式將電線上的電連接器元件與匯流排上的電連接器元件嚙合，來電氣耦接至此匯流排。

歧管模組

如上所述且如第7圖中所示，歧管模組200可具有分配岐管及/或收集歧管。歧管模組200可包括主體或部件，該主體或部件界定狹長的孔，該狹長的孔界定歧管。狹長的孔可終止於主體內，從而界定在一個末端處具有開口211、221的狹長的凹部。複數個橫向孔可向構造內延伸且與狹長的孔相交，從而界定相對於狹長的孔的複數個橫向開口。該構造可由任何適合材料或材料組合形成。在一些具體態樣中，該構造可具有整體結構，且在其他具體態樣中，該構造具有多件結構。

狹長的孔可界定分配岐管210，分配岐管210經配置以在複數個熱傳元件110a、110b…110n之中分配工作流體流。舉例而言，狹長的凹部之末端處的開口211可界定流體入口，且複數個橫向開口231a、231b…231n中之每一者可界定各別流體出口。每一各別的熱傳元件110a、110b…110n之入口可以流體方式地耦接至橫向開口中的相應橫向開口。在此配置的情況下，熱傳元件中之每一熱傳元件可以流體方式地並聯耦接至其他熱傳元件。

狹長的孔可界定收集歧管220，收集歧管220經配置以收集複數個熱傳元件之中的工作流體流。舉例而言，狹長的凹部之末端處的開口可界定流體出口221，且複數個橫向開口242a、242b…242n中之每一者可界定收集歧管之各別流體入口。每一各別的熱傳元件110a、110b…110n之出口可以流體方式地耦接至橫向開口中的相應橫向開口。在此配置的情況下，熱傳元件中之每一熱傳元件以流體方式地 並聯耦接至其他熱傳元件。

在一些情況下，給定部件可界定第一狹長的孔及第二狹長的孔，該第一狹長的孔配置為分配岐管，該第二狹長的孔配置為收集歧管。此構造有時稱為歧管模組200。該構造可由任何適合材料或材料組合形成。在一些具體態樣中，該構造可具有整體結構，且在其他具體態樣中，該構造具有多件結構。

歧管模組中的每一開口211、221、231、241可具有相應的流體耦合器332、311、230、240。每一各別流體耦合器可配置為上文描述類型之無液滴快速連接耦合器。

如上所述，對應於分配岐管210的流體耦合器及對應於收集歧管220的流體耦合器可以與彼此完全不同的方式配置為不可與彼此互換(例如，該等流體耦合器可以與彼此不同的方式「開鍵槽」)。此不可互換的分配流體耦合器及收集流體耦合器可降低使用者可能無意中將熱傳元件之入口耦接至收集歧管及將熱傳元件的出口耦接至分配岐管的可能性。

冷卻劑熱交換模組

在用於支架可安裝的伺服器之冷卻系統的情境中，環境耦合器可具有冷卻劑熱交換模組。適合的冷卻劑熱交換模組可為被動的(例如，第6圖中所示之冷卻劑熱交換模組300)或主動的(例如，冷卻劑熱交換模組可包括以舉例之方式圖示於第6B圖中的「系統」泵)。

如第1圖、第7圖及第9圖中所示，冷卻劑熱交換模 組300可經配置以在裝備熱傳模組12與環境16之間交換熱。舉例而言，冷卻劑熱交換模組300可具有環境耦合器15，環境耦合器15經配置以在裝備熱傳模組12中的工作流體與環境工作流體(諸如，設施之給水)之間交換熱。

參閱第6圖，冷卻劑熱交換模組300之入口310可以流體方式地耦接至收集歧管320的出口321。工作流體貯器315之入口315a可以流體方式地耦接於入口310之下游，且貯器315的出口315b可以流體方式地耦接至停止閥316之入口316a，停止閥316有時亦稱為截止閥。(例如，在發生洩漏時，可關閉截止閥以防止工作流體被抽出裝備熱傳模組12之外或自裝備熱傳模組12排洩。)

環境耦合器15可配置為板式熱交換器或配置為任何其他適合的液體對液體熱交換器。舉例而言，環境耦合器15(例如，板式熱交換器)之第一入口321a可以流體方式地耦接至停止閥316之出口316b。第一流體導管321可在環境耦合器15之第一入口321a與環境耦合器的第一出口321b之間延伸，從而允許來自裝備熱交換模組12的工作流體流過環境耦合器15及與(例如)流過耦合器15中的第二導管322的環境流體交換熱。

環境耦合器15之第二入口322a可以流體方式地耦接至環境工作流體之供應(例如，冷卻水源)。第二流體導管322可在第二流體入口322a與第二出口322b之間延伸，從而允許環境工作流體流過環境耦合器及與裝備熱交換模組12之工作流體交換熱。

第一出口321b(例如，對應於裝備熱交換模組12之工作流體的第一出口321b)可以流體方式地耦接至止回閥。止回閥可防止裝備熱交換模組12中的工作流體逆流。

比例閥(未圖示)可控制環境工作流體之流動速率，從而控制容許環境工作流體流經環境耦合器15的速率。因此，比例閥可控制在裝備熱交換模組12與環境工作流體之間傳遞熱量的速率。亦，可控制裝備熱交換模組12中的各別泵，以增加或減小流經環境耦合器15的工作流體之流量，且藉此控制與環境工作流體傳遞熱量的速率。

控制流經環境耦合器15的每一各別工作流體之流動速率亦可有效地控制環境耦合器之溫度(例如，曝露表面之溫度)。藉由控制環境耦合器15之溫度，使用者可藉由將環境耦合器之溫度維持在露點以上，來防止或實質上防止冷凝形成於環境耦合器15上或環境耦合器15周圍。

效能實例

本發明所揭示的系統可提供無比的冷卻能力及成本節省。舉例而言，一些所揭示系統可勝出現今之資料中心細分市場中的其他液體冷卻解決方案許多。近來的測試已顯示，本發明所揭示的系統可在資料中心環境中提供大量前所未有的益處，從減少操作費用至促進增加支架密度。舉例而言，

1.約10C(例如，介於約9C與約11C之間)設施水的流動速率小於約5 L/min(例如，介於約4.5 L/min與約5.5 L/min之間)：本發明所揭示系統表示第一液體冷卻溶液如 此有效以致於甚至在小於約5 L/min下，大於約10 kW(例如，介於約9 kW與11 kW之間)之總CPU功率可被適當地冷卻。與同習知液體冷卻系統相關聯的水使用率及操作成本相比較，此狀況表示設施水使用率大大減少且表示相當大的成本節省。

2.約10C設施水的流動速率約30 L/min(例如，介於約27 L/min與約33 L/min之間)：本發明所揭示的系統可促進較高支架密度之無比的冷卻，例如，大於約45 kW(例如，介於約40 kW與約50 kW之間)的熱量可以相對較低流動速率約30 L/min耗散。

3.約50C(例如，介於約45C與約50C之間)設施水的流動速率約30 L/min：與習知液體冷卻系統相比較，本發明所揭示的系統可使用相對較低流動速率及相對較熱水提供適合冷卻，例如，一些本發明所揭示的系統可使用流動速率小於約30 L/min，用相對較熱水(例如，在約50C溫度下的水)來適當地冷卻大於約10 kW每支架。此狀況轉化為驚人的操作成本節省，包括消除冷激器(表示高達約35%之總的冷卻成本)、自由空氣冷卻、節流的CRAC/CRAH系統及對伺服器風扇的較小依賴。

本發明所揭示的系統之無比的冷卻效能可允許結合適合資料中心環境之特定需要的增加的密度及減少的功率使用率。

可在大部分氣候中用節熱器且不使用任何補充的致冷(refrigeration)塔、冷激(chilling)塔或冷卻(cooling)塔獲取 40℃下的設施水，從而消除當依賴習知冷卻技術時大部分習知資料中心必須容忍的功率消耗之相當大的來源。

在另一實例中，當用上文描述類型之熱交換模組將95瓦特熱設計功率處理器冷卻至相同溫度時，消除了空氣冷卻該處理器所消耗的功率之77%。在此實例中，消除了習知冷卻系統所消耗的功率14瓦特，從而消除可操作伺服器所消耗的總功率之約5%(例如，在伺服器之電源的輸入處量測)。

上文描述之冷卻技術極大地改良可針對支架安裝的伺服器實現的冷卻密度。改良的冷卻密度又允許給定體積內更大的計算能力且改良給定實體位置之成本有效性及效能。此外，使用液體冷卻來冷卻伺服器中的熱源，該等來源可獨立於資料中心中的空氣被冷卻，從而降低房間空氣調節之負荷及消除與操作習知資料中心相關聯的較大費用之來源。

下文表1概述冷卻效能之若干實例，該冷卻效能可使用本文所揭示類型之模組化熱傳系統來實現。令人稱奇的是，一些模組化系統已實現冷卻劑熱阻為約-0.056℃/W的情況。此驚人的低熱阻適用於冷卻1U伺服器中的兩個150瓦特微處理器，而不需要設施水源之任何冷激或致冷。舉例而言，在此較低熱阻的情況下，進入環境耦合器15的40℃下的設施水能夠將兩個微處理器分別冷卻至51.5℃及55.1℃。

下文表1中顯示的資料針對單一熱傳元件110a，單一 熱傳元件110a具有在申請案第61/512,379號中揭示的類型之兩個熱交換模組，該兩個熱交換模組如上文所述以流體方式地串聯耦接至彼此。熱交換模組中之每一熱交換模組熱耦接至微處理器中之各別微處理器。

系統監視器及控制器

如第9圖中所示，一些所揭示的模組化熱傳系統12包括一或更多個感測器210a、210b…210n，一或更多個感測器210a、210b…210n經配置以監視系統或環境16之一或更多個各別物理參數。亦，一些所揭示的模組化熱傳系統12包括控制器，該控制器經配置以至少部分地回應於藉由感測器發射的訊號而調整系統之一或更多個操作參數。一些所揭示的控制系統包括第10圖中所示類型之計算環境。一些計算環境包含藉由模組化熱傳系統冷卻的伺服器。

一些所揭示的模組化熱傳系統10包括一或更多個感測器，該一或更多個感測器經配置以監視系統之一或更多個相應物理參數。此等感測器可包括(除了其他之外)溫度感測器、壓力感測器、速度感測器(例如，流速計)、浮子感測器或其他感測器及濕度感測器，該溫度感測器相對於流體導管(例如，導管20、30、40)定位以便提供對應 於導管內的流體之溫度或組件熱交換模組120a、120b(第2圖)的表面之溫度的訊號，壓力感測器定位成以便提供對應於工作流體中的靜壓力與選定的參考壓力之間的相對壓力差的訊號，該速度感測器經配置以提供對應於泵之旋轉速度的訊號，該浮子感測器或其他感測器經配置以提供對應於貯器中冷卻劑液位的訊號，該濕度感測器經配置以提供對應於絕對濕度、相對濕度、濕球溫度及幹球溫度中之一或更多者的訊號。此等訊號可包括適合於傳送資訊的任何類型之訊號，包括有線訊號及無線訊號，例如，射頻(RF)訊號、紅外線(IR)訊號、微波訊號及光子訊號。

一些所揭示的冷卻劑熱交換模組300包括控制器330。舉例而言，此控制器330可經配置以至少部分地回應於藉由感測器發射的訊號而調整相應模組化熱傳系統10之一或更多個操作參數，該感測器回應於(例如)系統或環境之物理參數之偵測到的量測而發射訊號。此控制器330亦可經配置以發射訊號331(第9圖)，訊號331含有關於系統10之經感測操作參數的資訊。此經發射訊號可由遠端接收機(或由藉由系統10冷卻的伺服器)接收，且當觀察到的操作參數超出選定範圍之外時(例如，當偵測到過溫條件時)，可向管理者發出警報。

在一些情況下，工作流體熱交換器模組可包括停止閥316，停止閥316可在開啟位置與關閉位置之間電氣致動。閥316可經配置以在閥處於關閉位置時，防止工作流體在冷卻劑熱交換模組300、歧管模組200及熱傳元件110a、 110b…110n之陣列100之中循環。

閥316可操作地耦接至控制器。舉例而言，控制器可能夠藉由將致動訊號發送至閥來致動該閥。可至少部分地回應於藉由感測器(例如，洩漏偵測器、露點感測器)中之一或更多個感測器發射的訊號而發送致動訊號。

一些所揭示的模組化熱傳系統包括計算環境，如第10圖中所示。一些計算環境經配置以將來自感測器的電訊號或其他訊號翻譯成使用者可辨識的形式(例如，藉由呈現溫度、壓力或泵速度之圖形顯示或藉由調用聲音警報)。一些計算環境配置為上文描述的用於調整模組化熱傳系統之一或更多個操作參數之控制器。在支架可安裝的伺服器之情境中，此計算環境可包括藉由各別的熱傳元件冷卻的伺服器中之一或更多個伺服器。

計算環境

第10圖圖示適合的計算環境1100之一般化實例，在適合的計算環境1100中，可實施所描述的方法、具體態樣、技藝及技術。計算環境1100並不意欲表示關於技術的使用或功能之範疇的任何限制，因為技術可實施於多種通用或專用計算環境中。舉例而言，可用其他電腦系統配置來實施所揭示的技術，該等其他電腦系統配置包括手持式裝置、多處理器系統、基於微處理器的消費者電子裝置或可程式化消費者電子裝置、網路PC、迷你電腦、主機電腦及類似物。亦可在分散式計算環境中實踐所揭示的技術，在該等分散式計算環境中，藉由遠端處理裝置來執行任務， 該等遠端處理裝置經由通訊網路鏈接。在分散式計算環境中，程式模組可位於本端記憶體儲存裝置與遠端記憶體儲存裝置兩者中。

參閱第10圖，計算環境1100包括至少一個中央處理單元1110及記憶體1120。在第10圖中，此最基本配置1130包括在虛線內。中央處理單元1110執行電腦可執行指令，且中央處理單元1110可為實際或虛擬處理器。在多處理系統中，多個處理單元執行電腦可執行指令，以增加處理能力，因而多個處理器可同時執行。記憶體1120可為揮發性記憶體(例如，暫存器、快取記憶體、RAM)、非揮發性記憶體(例如，ROM、EEPROM、快閃記憶體等)或上述兩者之一些組合。記憶體1120儲存軟體1180，軟體1180可(例如)實施本文描述之本發明技術中之一或更多種本發明技術。計算環境可具有額外特徵。舉例而言，計算環境1100包括儲存器1140、一或更多個輸入裝置1150、一或更多個輸出裝置1160及一或更多個通訊連接1170。諸如匯流排、控制器或網路之互連機構(未圖示)互連計算環境1100之組件。通常，作業系統軟體(未圖示)為在計算環境1100中執行的其他軟體提供操作環境，且作業系統軟體協調計算環境1100之組件的活動。

儲存器1140可為可移除式或不可移除式，且儲存器1140包括磁碟、磁帶或錄音帶、CD-ROM、CD-RW、DVD或任何其他媒體，該任何其他媒體可用以儲存資訊且可在計算環境1100內被存取。

儲存器1140儲存軟體1180的指令，軟體1180可實施本文描述之技術。

一或更多個輸入裝置1150可為觸控式輸入裝置，諸如，鍵盤、小鍵盤、滑鼠、筆或軌跡球、語音輸入裝置、掃描裝置或向計算環境1100提供輸入的另一裝置。對於音訊而言，一或更多個輸入裝置1150可為接受呈類比形式或數位形式的音訊輸入之音效卡或類似裝置，或向計算環境1100提供音訊樣本的CD-ROM讀取器。一或更多個輸出裝置1160可為顯示器、印表機、揚聲器、光碟寫錄機或提供來自計算環境1100之輸出的另一裝置。

一或更多個通訊連接1170實現經由通訊媒體(例如，連接網路)至另一計算實體的通訊。通訊媒體傳送資訊，諸如，電腦可執行指令、經壓縮圖形資訊或調變資料訊號中的其他資料。資料訊號可包括資訊，該資訊關於藉由感測器觀察到的物理參數，或關於藉由控制器發出的(例如)調用系統10(第1圖)中組件之操作的變化的命令。

電腦可讀取媒體為可在計算環境1100內被存取的任何可用媒體。舉例而言(而非限制)，在計算環境1100的情況下，電腦可讀取媒體包括記憶體1120、儲存器1140、通訊媒體(未圖示)及上述中之任何之組合。

其他示例性具體態樣

上文描述的實例大體而言關於模組化熱傳系統，該等模組化熱傳系統經配置以在相對較高溫度區域與相對較低溫度區域之間交換熱。可基於本文所揭示之原理，連同本 文描述的各別設備之配置的任何伴隨變化，可設想除了上文詳細描述的彼等具體態樣之外的具體態樣。結合本文所揭示之原理，有可能提供經配置以傳遞熱量的多種模組化系統。舉例而言，所揭示的系統可用以將熱量傳遞至資料中心中的組件、雷射組件、發光二極體、化學反應、光電電池、太陽能收集器及現在已知及將來開發的各種其他工業裝置、軍事裝置及消費者裝置，或自上述各者傳遞熱量。此外，上文所揭示的系統可與其他熱傳系統(諸如，熱電冷卻器、致冷系統及使用周邊組件之空氣冷卻的系統)組合使用，如來自許多可能實例之中的僅若干實例。

方向及參考(例如，向上、向下、頂部、底部、左、右、向後、向前等)可用以促進圖式的論述，但並不意欲為限制性的。舉例而言，可使用某些術語，諸如，「向上」、「向下」、「上部的」、「下部的」、「水平的」、「垂直的」、「左」、「右」及類似術語。在適用的情況下使用此等術語，以在處理相對關係，尤其是相對於所說明的具體態樣時提供某種清晰的描述。然而，此等術語並不意欲暗示絕對關係、位置及/或方位。舉例而言，關於物件，「上部的」表面可簡單地藉由將物件轉向來變為「下部的」表面。然而，該表面仍為相同表面，且該物件仍為相同物件。如本文所使用的，「及/或」意謂「及」或「或」，以及「及」及「或」。此外，出於全部目的，本文引用的所有專利及非專利文獻以引用之方式全部併入在此。

上文結合任何特定實例描述的原理可與結合其他實例 中之任何一或更多個實例描述的原理組合。因此，不應在限制性意義上解釋此詳細描述，且在審閱本揭示案之後，一般技藝人士將瞭解可使用本文描述之各種概念設計的多種流體熱交換系統。此外，一般技藝人士將瞭解，本文所揭示之示例性具體態樣可適合於各種配置而不脫離所揭示的原理。

提供所揭示具體態樣之先前描述，以使任何熟習此項技術者能夠製造或使用所揭示的本發明。熟習此項技術者將容易地顯而易見對彼等具體態樣的各種修改，且本文定義的一般原理可在不脫離本揭示案之精神或範疇的情況下應用於其他具體態樣。因此，所主張的發明並不意欲限於本文所示之具體態樣，而是意欲符合與申請專利範圍之語言一致的全部範疇，其中除非特定地敍述，否則(諸如)藉由使用冠詞「一」或「一個」對呈單數形式的元件的引用並不意欲意謂「一個及僅一個」，而是「一或更多個」。一般技藝人士已知或以後已知的貫穿本揭示案描述的各種具體態樣之元件的所有結構等效物及功能等效物意欲被本文描述且主張的特徵涵蓋。此外，無論是否在申請專利範圍中明確地敍述此揭示內容，本文所揭示的任何事物皆不意欲致力於公開。除非使用用語「…之構件」或「…之步驟」明確地敍述元件，否則不欲根據專利法的條款來解釋任何申請專利範圍元件。

因此，鑒於可應用所揭示原理的許多可能的具體態樣，應認識到，上文描述的具體態樣僅為實例且該等具體 態樣的範疇不應視為限制性的。吾人因此保留本文所揭示之標的的所有權利，包括主張在上文描述之範疇及精神內的所有事物的權利。

10'‧‧‧模組化熱傳系統

12‧‧‧裝備模組

12'‧‧‧裝備熱傳模組

15‧‧‧環境耦合器

16‧‧‧環境

16'‧‧‧環境

17a‧‧‧流體管路

17b‧‧‧流體管路

17c‧‧‧流體管路

17d‧‧‧流體管路

20‧‧‧流體導管

30‧‧‧流體導管

40‧‧‧流體導管

50a‧‧‧耦合器

50b‧‧‧耦合器

51a‧‧‧耦合器

52a‧‧‧耦合器

52b‧‧‧耦合器

55a‧‧‧耦合器

55b‧‧‧耦合器

100‧‧‧陣列

100'‧‧‧陣列

101‧‧‧底盤

110a‧‧‧熱傳元件

110a'‧‧‧熱傳元件

110b‧‧‧熱傳元件

110b'‧‧‧熱傳元件

110n‧‧‧熱傳元件

110n'‧‧‧熱傳元件

112a‧‧‧伺服器

112b‧‧‧伺服器

112n‧‧‧伺服器

120a‧‧‧熱交換模組

120b‧‧‧熱交換模組

120n‧‧‧熱交換模組

121‧‧‧入口

122‧‧‧出口

130a‧‧‧熱交換模組

130b‧‧‧熱交換模組

130n‧‧‧熱交換模組

132‧‧‧出口

140a‧‧‧出口

140b‧‧‧出口

140n‧‧‧出口

150a‧‧‧入口

150b‧‧‧入口

150n‧‧‧入口

200‧‧‧歧管模組

200'‧‧‧歧管

210‧‧‧分配岐管

211‧‧‧開口

220‧‧‧收集歧管

221‧‧‧開口

300‧‧‧冷卻劑熱交換模組

310‧‧‧入口

315‧‧‧工作流體貯器

316‧‧‧停止閥

316a‧‧‧入口

316b‧‧‧出口

317‧‧‧泵

321‧‧‧出口

321a‧‧‧第一入口

321b‧‧‧第一出口

322‧‧‧第二流體導管

322a‧‧‧第二入口

322b‧‧‧第二出口

330‧‧‧控制器

331‧‧‧訊號

1100‧‧‧計算環境

1110‧‧‧中央處理單元

1120‧‧‧記憶體

1130‧‧‧最基本配置

1140‧‧‧儲存器

1150‧‧‧輸入裝置

1160‧‧‧輸出裝置

1170‧‧‧通訊連接

1180‧‧‧軟體

除非另外指定，否則隨附圖式圖示本文描述之本發明標的之觀點。參閱圖式，其中類似元件符號指示貫穿若干視圖的類似元件，以舉例而非限制之方式說明併入本發明所揭示原理之觀點的系統之若干實例，其中：第1圖圖示模組化熱傳系統之一個具體態樣之等角視圖，該模組化熱傳系統經配置以冷卻複數個可獨立操作的支架安裝的伺服器；第2圖圖示第1圖中所示的模組化熱傳系統之一部分連同熱傳元件之特徵的等角視圖；第3圖圖示模組化熱傳系統之示意圖；第4圖圖示第3圖中所示之模組化熱傳系統之一部分的示意圖；第5圖圖示第1圖及第2圖中所示之模組化熱傳系統之示意圖，其中圖示了熱傳元件及若干相應流體耦合器之特徵；第6圖圖示第5圖中的模組化熱傳系統之示意圖，其中圖示了熱傳元件及環境耦合器之特徵；第6A圖圖示熱傳元件之替代性配置之示意圖；第6B圖圖示冷卻劑熱交換器之替代性配置之示意圖； 第7圖圖示第1圖及第3圖中所示類型之歧管模組之示意圖；第8圖圖示第1圖中所示的模組化熱傳系統之一部分的等角視圖，其中圖示了環境耦合器之特徵；第9圖圖示適合於控制第1圖中所示類型之模組化熱傳系統的控制器之方塊圖；第10圖圖示適合於與第9圖中所示之控制器組合使用的計算環境之方塊圖。

12'‧‧‧裝備熱傳模組

15‧‧‧環境耦合器

16'‧‧‧環境

17a‧‧‧流體管路

17b‧‧‧流體管路

17c‧‧‧流體管路

17d‧‧‧流體管路

100'‧‧‧陣列

110a'‧‧‧熱傳元件

110b'‧‧‧熱傳元件

110n'‧‧‧熱傳元件

200'‧‧‧歧管

300‧‧‧冷卻劑熱交換模組

Claims (16)

1. 一種模組化熱傳系統，其包含：一陣列，該陣列具有複數個熱傳元件，每一個熱傳元件界定一入口及一出口，且具有熱耦接至一對應的可操作元件之至少一組件熱交換模組，且經配置以將熱量自該可操作元件傳遞至一工作流體，或將熱量自該工作流體傳遞至該可操作元件，其中所述至少一組件熱交換模組包含經配置以推動該工作流體流過所述各別的熱傳元件之一泵；一歧管模組，該歧管模組具有一分配岐管及一收集歧管；一可去耦合的入口耦合器，該可去耦合的入口耦合器對應於該陣列中每一各別的熱傳元件之每一各別的入口，其中所述各別的入口耦合器經配置以將該分配岐管以流體方式地耦接至所述各別的熱傳元件之該入口；一可去耦合的出口耦合器，該可去耦合的出口耦合器對應於該陣列中每一各別的熱傳元件之每一各別的出口，其中所述各別的出口耦合器經配置以將所述各別的熱傳元件之該出口以流體方式地耦接至該收集歧管；以及一環境耦合器，該環境耦合器經配置以接收來自該收集歧管之該工作流體、將熱量自該工作流體傳遞至一環境流體或將熱量自一環境流體傳遞至該工作流體，及將該工作流體排出至該分配岐管，其中除了在所述組件熱交換模組中的所述泵之外沒有任何泵在所述複數個熱傳元件、該歧管模組及該環境耦合器之間循環該工作流體。
2. 如申請專利範圍第1項之模組化熱傳系統，其中該陣列中之所述熱傳元件中的至少一個熱傳元件包含各別的複數個組件熱交換模組。
3. 如申請專利範圍第2項之模組化熱傳系統，其中所述各別的複數個組件熱交換模組與彼此以流體方式地串聯耦接。
4. 如申請專利範圍第1項之模組化熱傳系統，其中所述至少一組件熱交換模組包含一第一組件熱交換模組及一第二組件熱交換模組，其中所述泵包含對應於該第一組件熱交換模組之一第一泵，其中該第二組件熱交換模組包含經配置以推動該工作流體流過所述對應的熱傳元件之一第二泵。
5. 如申請專利範圍第1項之模組化熱傳系統，其中所述各別的熱傳元件之該入口以流體方式地可耦接至該分配岐管，所述各別的熱傳元件之該出口以流體方式地可耦接至該收集歧管，且該環境耦合器以流體方式地可耦接至該分配岐管及耦接至該收集歧管，以便能夠界定一閉路流體管路，且其中所述泵配置為能夠推動該工作流體流過該閉路流體管路。
6. 如申請專利範圍第1項之模組化熱傳系統，其中該環境耦合器包含一液體對液體熱交換器，該液體對液體熱交換器經配置以將熱量傳遞至該環境流體之一液相或自該環境流體之一液相傳遞熱量。
7. 如申請專利範圍第1項之模組化熱傳系統，其中該可 去耦合的入口耦合器配置為不以配合的方式與該收集歧管嚙合。
8. 如申請專利範圍第1項之模組化熱傳系統，其中該可去耦合的出口耦合器配置為不以配合的方式與該分配岐管嚙合。
9. 如申請專利範圍第1項之模組化熱傳系統，其中所述複數個熱傳元件包含一對應的組件熱交換模組對，其中該組件熱交換模組對中的每一組件熱交換模組經配置以將各別的電子器件、光電器件或光學器件所耗散的熱量傳遞至該工作流體。
10. 如申請專利範圍第1項之模組化熱傳系統，其進一步包含一支架，該支架經配置以接收至少一個可獨立操作的伺服器，其中所述至少一個可獨立操作的伺服器中的每一可獨立操作的伺服器包含一可操作元件，其中該支架經配置以可安裝地接收該歧管模組，且一個熱傳元件對應於每一至少一個可獨立操作的伺服器且經配置以將所述各別的可獨立操作的伺服器所耗散的熱量傳遞至該工作流體，且該環境耦合器經配置以將所述各別的可獨立操作的伺服器所耗散的該熱量之至少一部分自該工作流體排出至該環境流體。
11. 如申請專利範圍第1項之模組化熱傳系統，其進一步包含一感測器，該感測器經配置以發射對應於以下中之一或更多者的一訊號：一環境的一相對濕度、一環境的一絕對濕度、一環境的一溫度、一環境的一濕球溫度、該歧 管模組之一部分中之該工作流體的一溫度、該環境耦合器之一部分中之該工作流體的一溫度、該環境耦合器之一部分中之該環境流體的一溫度、該環境耦合器之一部分中之該工作流體的一體積、一或更多個熱傳元件之一部分中之該工作流體的一溫度、該工作流體的一漏出量、該環境流體的一漏出量，或上述之一組合。
12. 如申請專利範圍第11項之模組化熱傳系統，其進一步包含一或更多個可致動閥，所述一或更多個可致動閥經配置以至少部分地回應於該感測器發射的該訊號，而限制該工作流體之一流動、該環境流體之一流動或上述兩者。
13. 如申請專利範圍第10項之模組化熱傳系統，其進一步包含一供應設備，該供應設備經配置以將與該環境耦合器內之該工作流體的一溫度相比較處在一相對較低溫度下的該環境流體供應至該環境耦合器。
14. 如申請專利範圍第13項之模組化熱傳系統，其進一步包含一熱交換器，該熱交換器經配置以將該環境流體自該環境耦合器內的該工作流體吸收的熱量自該環境流體排出至一環境。
15. 如申請專利範圍第13項之模組化熱傳系統，其中該供應設備包含一空氣冷卻的環境熱交換器，該空氣冷卻的環境熱交換器經配置以將熱量自該環境流體排出至大氣空氣。
16. 如申請專利範圍第1項之模組化熱傳系統，其進一步包含一工作流體貯器，該工作流體貯器可以流體方式地 耦接至該歧管模組。