专利名称：电子装置排气用冷却设备和冷却系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电子装置排气用冷却设备和利用该冷却设备的冷却系统，该冷却设备冷却来自被装载到机架中的电子装置的废气。
背景技术：
电子装置诸如计算机和网络装置与多个装置互连以便增加数据处理能力和数据处理容量。由于地面空间是有限的，所以将多个电子装置共同地装载到机架中。那些电子装置的处理速度和处理能力已经迅速地得到提高，并且在该电子装置中的发热量稳定地增力口。相反地，那些电子装置具有用于正常运行的被设定为相对低的温度环境。因此，在被装载到机架中的电子装置中产生的热通过使电子装置冷却而被冷却并且在冷却之后被作为废气抽出到电子装置的外部。然而，当由该废气带来的热残留在机架中并且机架内侧的温度升高时，电子装置可能不能够适当地运行。 因此，来自电子装置的废气被抽出到机架的外部以抑制机架内侧的温度上升。然而，用以冷却电子装置的空气是机架被放置的房间中的空气(室内空气)。因此，当房间内侧的温度由于来自机架的废气而上升时，利用室内空气的电子装置的冷却性能下降。此外，当多个机架被放置在房间中时，来自各个机架的排出热可能彼此干扰，并且产生所谓的热点区域，在该热点区域中温度局部较高。当机架位于该位置中时，利用室内空气的电子装置的冷却性能进一步下降。为了解决该技术问题，专利文献I至5公开了涉及用于通过利用冷却剂的蒸发-冷凝循环来冷却来自电子装置的废气的冷却设备的技术。根据该冷却设备，来自电子装置的废气被引导至热交换器，并且利用在热交换器中循环的冷却剂的蒸发而产生的潜热而被冷却。该冷却设备以如下方式运行。在电子装置中被加热的空气作为来自电子装置的背面的热废气被内置在电子装置中的风扇抽出，并且经过放置在机架的后门上或放置在后门内部的内门等上的用作热交换器的蒸发器(在下文中，被称为蒸发器单元)。此时，装填在蒸发器单元中的并且具有低沸点的流体冷却剂(冷却剂流体)移除来自电子装置的废气的热，经过蒸发器单元的废气蒸发并且将相从流体(冷却剂流体)改变至蒸气(冷却剂蒸气)。来自电子装置的废气主要通过得自该相变的潜热而被冷却并且被抽出到机架的外部。当冷却剂将其相从流体改变成蒸气时，其体积增加，并且因此冷却剂蒸气的压力增加。压力增加的冷却剂蒸气由于压力梯度而移动到压力低的冷凝器单元。冷却剂蒸气被冷凝器单元冷却以耗散热，将其相改变成冷却剂流体，并且再次流回到蒸发器单元。来自电子装置的废气在冷却的状况下以该方式从机架返回到房间的内部。因此，能够防止机架被放置在其中的房间的内部的温度上升，并且能够将利用室内空气的电子装置的冷却性能维持良好。现有技术文献专利文献
专利文献I :日本待审专利申请特开公布号2009-193244专利文献2 :日本待审专利申请特开公布号2009-105141专利文献3 :日本待审专利申请特开公布号2009-134507专利文献4 :日本待审专利申请特开公布号2009-135287专利文献5 :日本待审专利申请特开公布号2009-19313
发明内容
本发明解决的问题根据在专利文献I中公开的技术，为每个服务器(在以下说明中，被称为包括服务器的电子装置)设置蒸发器(在下文中，被称为蒸发器单元)。因此，对于每个电子装置，能 够使被抽出空气冷却。然而，必须根据电子装置来配备蒸发器单元，并且因此蒸发器单元的安装是复杂的。例如，当一些在机架中的电子装置被更换时，有必要根据电子装置的更换来更换一些蒸发器。此外，对于每个电子装置，废气由在机架的高度方向上延伸的一个蒸发器冷却，并且当电子装置在机架的高度方向上的长度(在下文中，被称为“电子装置的高度尺寸”)很大时，蒸发器单元在机架的高度方向上的长度(在下文中，被称为“蒸发器单元的高度尺寸”)也变大，导致将在下文中论述的技术问题。相反，根据在专利文献2至5中公开的技术，蒸发器(在下文中，被称为蒸发器单元)被附接到柜子(在下文中，被称为机架)的后门，并且沿着机架的高度方向布置多个蒸发器单元。由于多个蒸发器单元是独立于被装载到机架中的各个电子装置的布局而被安装的，所以能够更换和使用机架中的电子装置而不对蒸发器单元做出任何改变。然而，类似专利文献1，当沿机架的高度方向延伸的一个蒸发器单元的高度尺寸很大时，出现下列技术问题。已经在蒸发器单元中经历了相变的蒸气随时间推移而积聚在蒸发器单元的上部。冷却剂蒸气不执行利用潜热的冷却，并且因此在蒸发器单元的冷却剂蒸气积聚的部分处的冷却性能下降。即，通过从电子装置抽出到对应于蒸发器单元的下部的位置的废气的热而蒸发的冷却剂(冷却剂蒸气)积聚在蒸发器单元的上部中，使从电子装置抽出到对应于蒸发器单元的上部的位置的废气的冷却性能下降。结果，在一些情况下，从电子装置抽出到与蒸发器单元的上部对应的位置的废气没有被充分地冷却。产生的冷却剂蒸气的量根据电子装置的发热量和运行状况而变化，并且当电子装置的发热量增加时，该技术问题显著。根据专利文献1，由于为每一个电子装置设置蒸发器单元，所以在蒸发器单元的上部中积聚的冷却剂蒸气的量根据每个电子装置的高度尺寸而变化，并且蒸发器单元的上部的冷却性能下降的部分的长度也是不同的。因此，当电子装置的高度尺寸很大时，蒸发器单元的上部的冷却性能下降的部分的长度变长，并且因此在一些情况中来自电子装置的废气没有被充分冷却。根据在专利文献2至5中所公开的技术，蒸发器单元安装在机架中并且沿着机架的高度方向布置多个蒸发器单元。因此，与用于一个蒸发器在高度方向上覆盖整个机架的情况的蒸发器单元相比，并且与类似专利文献I的用于电子装置的高度尺寸很大的情况的蒸发器单元相比，在一个蒸发器单元中积聚的冷却剂蒸气的量很小。然而，取决于蒸发器单元的高度尺寸和被装载到机架中的电子装置的高度尺寸，积聚在上部中的冷却剂蒸气可能导致来自电子装置的废气的局部不充分冷却。因此，从与被装载到机架中的电子装置102的布局无关地使来自被装载到机架中的电子装置的废气有效冷却的观点来看，传统的电子装置排气用冷却设备尚未具有充分的性能。 鉴于上述情况，已经完成了本发明，并且本发明的一个目的在于提供一种电子装置排气用冷却设备以及使用该冷却设备的电子装置排气用冷却系统，所述冷却设备能够与被装载到机架中的电子装置的布局无关地使来自被装载到机架中的电子装置的废气有效冷却。解决问题的手段为实现以上目的，本发明的第一方面提供了一种电子装置排气用冷却设备，所述电子装置排气用冷却设备使来自被装载到机架中的电子装置的废气冷却，所述电子装置排气用冷却设备包括多个蒸发器单元，所述多个蒸发器单元沿着所述机架的高度方向布置在所述机架中，所述多个蒸发器单元利用流入并经过每一个蒸发器单元的所述废气的热促使被填充在每一个蒸发器单元中的冷却剂流体蒸发并产生冷却剂蒸气，以使所述废气冷却；第一通道，所述第一通道是将所述冷却剂流体到所述蒸发器单元中的每一个蒸发器单元的供给路径；以及第二通道，所述第二通道是来自每一个蒸发器单元的所述冷却剂蒸气的排放路径，其中根据所述蒸发器单元在所述机架的高度方向上布置的位置，所述蒸发器单元在所述机架的高度方向上的长度是2U、3U和4U中的任一个，其中IU是44. 45mm,并且所述第一通道和所述第二通道共同地连接到所述多个蒸发器单元。为了实现以上目的，本发明的第二方面提供了一种电子装置排气用冷却系统，该电子装置排气用冷却系统包括第一方面的电子装置排气用冷却设备；冷凝器单元，所述冷凝器单元布置在所述电子装置排气用冷却设备的上方；以及冷却剂，所述冷却剂在所述冷凝器单元和所述电子装置排气用冷却设备之间循环，其中所述冷凝器单元连接到在所述电子装置排气用冷却设备中的所述第一通道和所述第二通道。本发明的效果根据本发明，能够提供一种电子装置排气用冷却设备以及使用该冷却设备的电子装置排气用冷却系统，所述冷却设备能够与被装载到机架中的电子装置的布局无关地使来自被装载到机架中的电子装置的废气有效冷却。
图I是示出了配备有根据本发明的第一实施例的冷却设备的说明性机架的后截面图；图2是示出了机架的说明性内部的透视图；图3是示出了根据第一实施例的说明性冷却设备的侧截面图；图4是示出了根据第一实施例的说明性冷却设备的前截面图；图5是示出了根据第一实施例的放置在后门上的说明性冷却设备的透视图；图6是示出了根据第一实施例的冷却设备的蒸发器单元的前截面图；图7是示出了根据第一实施例的冷却设备的说明性蒸发器单元的截面透视图8是用于说明根据第一实施例的冷却设备的蒸发器单元的适当高度的图；图9是示出了在图I中示出的冷却设备的变型的示例的侧截面图；图10是示出了配备有根据本发明的第二实施例的冷却设备的说明性机架的顶截面图；图11是示出了配备有根据本发明的第三实施例的冷却设备的说明性机架的顶截面图；图12是示出了配备有根据本发明的第四实施例的冷却设备的说明性机架的侧截面图；并且图13是示出了根据本发明的第五实施例的说明性冷却系统的后截面图。
具体实施方式
将参照附图对根据本发明的实施例的冷却设备10提供说明。<第一实施例>如图I中所示，根据第一实施例的冷却设备10包括机架100 ;多个蒸发器单元201 ;流体管道306，冷却剂流体在其中流动；以及蒸气管道305，冷却剂蒸气在其中流动。多个电子装置沿着高度方向被装载到机架100中。在下列说明中，限定机架100的宽度方向是正交于电子装置102被插入以将该电子装置102装载到机架100中的方向和机架100的高度方向这两者的方向。机架100是由EIA(电机工业协会)标准限定的19英寸机架。如图2中所示，机架100在其后部处具有可打开/可关闭的后门104。机架100具有在机架100的支柱中每IU单位设置的多个孔，使得能够根据被装载到机架中的电子装置102的高度尺寸每一 IU单位地改变放置该电子装置102的位置。注意，U(单位)是指示由EIA标准限定的高度尺寸的单位，并且1U=44. 45毫米(mm)。电子装置102被装载到机架100的同时由螺钉等紧固到每个轨道101，并且轨道101由螺钉等紧固到设置在机架100的支柱中的孔。为了促进理解本说明，在图3至图13中，省略了支柱和轨道101。如图3中所示，风扇103内置在每个电子装置102中。风扇103将空气从安装机架100的房间的内部引入到电子装置102的内部，利用该空气移除电子装置102内侧的热，将该空气作为废气105从设置在电子装置102的后部中的排气出口抽出到电子装置102的外部，并且将该废气抽出到机架100的外部。蒸发器单元201被布置成使得来自电子装置102的废气105在被抽出到机架100的外部之前经过蒸发器单元201。如图3和图4中所示，例如，均具有例如2U的高度的四个电子装置102被沿着机架100的高度方向装载到机架100中，且各个电子装置102的排气出口指向机架100的后门 104。例如沿着机架100的高度方向和机架100的宽度方向以四乘三的布局布置蒸发器单元201，分别如图3和图I中所示。如图5中所示，蒸发器单元201由螺钉等紧固到后门104的内部。S卩，蒸发器单元201安装在机架100的后门104和各个电子装置102的排气出口之间。如图6中所示，蒸发器单元201包括冷却剂蒸气箱208，其用于储存冷却剂蒸气207 ;冷却剂流体箱209，其用于储存冷却剂流体206并且设置在冷却剂蒸气箱208下方；多个呈直管形状的冷却剂管210，其用于使冷却剂蒸气箱208和冷却剂流体箱209彼此连通，并且在机架100的宽度方向上并排布置；以及受热翼片205，其设置在邻接的冷却剂管210之间并且与冷却剂管210附接从而与其热接触。在冷却剂蒸气箱208、冷却剂流体箱209和冷却剂管210中填充有冷却剂。多个冷却剂管210被以预定的间隔布置在机架100的宽度方向上。蒸发器单元201具有多个开口，所述多个开口是与在邻接的冷却剂管210之间的各个间隔对应的间隙并且由受热翼片205在机架的高度方向上分隔和形成。后门104形成有用于抽出的开口，并且来自电子装置102的废气105经过蒸发器单元201的多个开口和后门104的用于抽出的开口，并且被抽出到机架100的外部。来自电子装置102的废气105在经过蒸发器单元201的多个开口时导致受热翼片205和冷却剂管210与废气105进行热交换，并且在冷却剂管210中流动的冷却剂流体206因由热交换产生的热而蒸发。来自电子装置102的废气105在冷却剂的汽化过程期间被冷却。冷却剂具有低沸点和绝缘特性，诸如碳氟化合物和氢氟醚。此外，为了使沸点降低，当冷却剂填充部填充了冷却剂时，利用经受接近真空状况的减压的部件封闭冷却剂。降低沸点的原因在于即使废气105的排热量是小的，也使得能够利用潜热来冷却废气105。
冷却剂蒸气箱208是由金属形成的中空容器，并且经由软管或金属管道等连接到放置在机架100中或在后门104处的蒸气管道305。冷却剂蒸气箱208临时地积聚在冷却剂管210中产生的冷却剂蒸气207。积聚在冷却剂蒸气箱208中的冷却剂蒸气207由于在冷却剂管210中产生的冷却剂蒸气207的压力梯度而移动到蒸气管道305。将在下文中描述该运行的细节。冷却剂流体箱209是由金属形成的中空容器，并且经由软管或金属管道等连接到放置在机架100中的或在后门104处的流体管道306。冷却剂流体箱209临时地储存流动到各个冷却剂管210的具有低沸点的冷却剂流体206。经由流体管道306再填充储存在冷却剂流体箱209中的冷却剂流体206。将在下文中更详细地解释该运行。受热翼片205是金属波纹翼片等，并且通过钎焊、焊接等与各个冷却剂管210接合。受热翼片205接收来自经过蒸发器单元201的开口的废气105的在电子装置102中产生的热，并且将该热传递到冷却剂管210。受热翼片205还增强冷却剂管210的强度。当受热翼片205的翼片间距是小的时，热传递表面面积变大，并且因此增加从废气105输送的热量。然而，当翼片间距是小的时，蒸发器单元201的开口变小，并且因此阻碍空气经过的阻力增加，由此降低废气105在各个开口处的速度。因此，废气105无法被顺利地抽出到机架100的外部，机架100内侧的温度很可能升高，并且在电子装置102中的热不容易被消除。这可能引起诸如LSI (大规模集成)和IC(集成电路)的部件的温度超过该部件能够正常工作的温度(即、容许温度)。因此，期望的是，应在低于该部件的容许温度的范围内设定受热翼片205的翼片间距。冷却剂管210均由金属诸如铝形成，并且以预定的间距被并排地布置在机架100的宽度方向上。冷却剂管210均是冷却剂(冷却剂流体206和冷却剂蒸气207)的通道，促使从冷却剂流体箱209流出的冷却剂206利用来自废气105的热改变相以变成冷却剂蒸气207，并且利用其压力梯度将该冷却剂蒸气207引导至冷却剂蒸气箱208。根据该实施例，例如，如图I中所示，在机架100的高度方向上布置四个蒸发器单元201，并且在机架100的宽度方向上布置三个蒸发器单元201，并且总共布置了 12个蒸发器单元。每个蒸发器单元201均具有高度为2U的尺寸。每个蒸发器单元201的冷却剂蒸气箱208和冷却剂流体箱209可以与布置在机架的相同高度处的蒸发器单元201的冷却剂蒸气箱和冷却剂流体箱互连。图I示出这样的说明性的互连。流体管道306是四个层级的冷却剂流体箱209公共的，并且连接到每一层级的冷却剂流体箱209，并且蒸气管道305是四个层级的冷却剂蒸气箱208公共的，并且连接到每一层级的冷却剂蒸气箱208。蒸气管道305和流体管道306均是金属管道，并且蒸气管道305的内径是流体管道306的内径的从两倍至多倍，以便将冷却剂的沸点维持到很低并且当冷却剂将其相改变成冷却剂蒸气207时抑制因冷却剂206的体积膨胀而产生的压力增加。接着，参照图7，将对根据第一实施的冷却设备10的运行提供说明。在图7中，冷却剂流体206的流动的方向由黑色箭头指示，并且冷却剂蒸气207的流动的方向由白色箭头指不。根据第一实施例的冷却设备10，蒸气管道305和流体管道306经由各个连接部分 301连接到设置在机架100外侧的冷凝器单元302，所述连接部分301中的每一个连接部分是软管或金属管道等，并且该冷却设备与分别封闭在冷凝器单元302、蒸气管道305和流体管道306中的冷却剂一起使用。冷却剂是被蒸发器单元201使用的冷却剂，如将在下文描述。首先，将冷却剂流体206从设置在后门101处的流体管道306供给到每个蒸发器单元201的冷却剂流体箱209。供给到冷却剂流体箱209的冷却剂流体206朝冷却剂蒸气箱208流动经过多个冷却剂管210的内部，所述冷却剂管210与冷却剂流体箱209和设置在其上方的冷却剂蒸气箱208连通。来自每个电子装置102的废气105在经过蒸发器单元201的开口时促使受热翼片205和冷却剂管210与废气105进行热交换，并且被冷却。已经接收来自废气105的热的受热翼片205通过热传导将热传递至冷却剂管210，并且冷却剂管210利用从受热翼片205传递的热连同直接从废气105接收的热而增加在冷却剂管210中的冷却剂流体206的温度。当冷却剂流体206的温度升高并且超过冷却剂流体206的沸点时，冷却剂流体206将改变相成为冷却剂蒸气207。因为该相变，废气105中的热被用作潜热并且变成受到热传递的沸腾-冷却废热204。沸腾冷却废热204意味着用于通过利用沸腾时的潜热进行冷却并且用于耗散目标热的热输送。利用潜热的热输送提高冷却性能。当冷却剂蒸气207的温度低于废气105的温度时，也由冷却剂蒸气207的温度上升来执行该热输送。在两种情况下没有被输送的热量以废气105的形式作为机架废热203散逸到机架100的外部。由于在已经经历了接近真空状况的减压的情况下封闭冷却剂，所以沸点与在周围空气环境中的沸点相比更低，当电子装置102产生热并且即使来自电子装置102的废气105的温度稍微增加时，冷却剂立即蒸发，使得利用潜热的热输送成为可能。通过在冷却剂管210内侧的冷却剂流体206的相变而产生的冷却剂蒸气207因为在冷却剂流体206中的蒸气的浮力而在冷却剂管210的内部上升，并且被引导至冷却剂蒸气箱208。被弓I导至冷却剂蒸气箱208的冷却剂蒸气207因为压力梯度而被弓I导至设置在后门101中的蒸气管道305。被引导至蒸气管道305的冷却剂蒸气207朝设置在机架100外侧的冷凝器单元302流动。被引导至冷凝器单元302的冷却剂蒸气207由紧邻冷凝器单元302的冷却单元303冷却，并且在冷凝器单元302中改变相成为冷却剂流体206。由相变而在冷凝器单元302中产生的冷却剂流体206通过流体管道306被再次供给到蒸发器单元201的冷却剂流体箱209 (在下文中将在第五实施例中讨论冷凝器单元302和冷却单元303的细节)。根据该构造，由相变而在冷却剂管210中产生的冷却剂蒸气207在冷却剂管210内侧上升。根据第一实施例，由于冷却剂管210均形成为直管形状，所以与通常使用的并且形成为螺旋形状的冷却剂管相比，可以将在冷却剂管210中产生的冷却剂蒸气207迅速地从蒸发器单元210排出到蒸气管道305，并且能够减少积聚在蒸发器单元201中的冷却剂207的量。因此，能够减少每个蒸发器单元201的上部的冷却性能下降的部分的长度，由此有效地冷却全部来自在机架100中的电子装置102的废气。根据以上说明的示例，该说明是在电子装置102的高度尺寸和蒸发器单元201的高度尺寸彼此一致的情况下提供，但是蒸发器单元201的高度尺寸匹配电子装置102的高度尺寸不一定总是必要的。
将对蒸发器单元201的适当高度进行讨论。随着蒸发器单元201的高度尺寸变小，在蒸发器单元201中积聚的冷却剂蒸气207的量变小。然而，当蒸发器单元201被构造成具有小于2U的高度尺寸时，冷却剂箱208和冷却剂流体箱209对蒸发器单元201的比率增加，并且因此受热翼片205相对于整个蒸发器单元201的比率大大减小，导致受热量减少。因此，与高度尺寸为2U的情况相比，蒸发器单元201的每单位面积的冷却性能下降。相反地，蒸发器单元201的高度尺寸越大，则受热量更多，但是积聚在蒸发器单元201中的冷却剂蒸气207的量增加。因此，存在来自装载到机架中的电子装置102中的一些电子装置的废气未被充分冷却的可能性。为了消除该可能性，有必要限制蒸发器单元201的最大高度尺寸。更具体地，由于被装载到机架中的电子装置102的最小高度尺寸是1U，所以蒸发器单元201必须被构造成具有一定高度尺寸使得冷却剂蒸气207在机架的高度上不积聚超过等于或长于IU的长度。当蒸发器单元201被构造成具有5U的高度尺寸时，取决于被装载到机架中的电子装置102的运行时间以及该电子装置的运行状态，冷却剂蒸气207可能在蒸发器单元201中积聚超过等于或大于IU的高度。因此，在这种情况下，来自被装载到机架中的具有IU的高度尺寸的电子装置102的废气在与未积聚的冷却剂蒸气207的部分的高度基本上相同的高度处未被充分地冷却。例如，如图8中所示，布置有具有5U的高度尺寸的一个蒸发器单元201和具有4U的高度尺寸的一个蒸发器单元201并且具有IU的高度尺寸的电子102被放置在机架100的最上面的层级上的情况对应于该示例。当电子装置102配备有蒸发器201作为相连单元时，如果电子装置102的高度尺寸增加，则蒸发器201的高度尺寸也增加，并且因此发生上述技术问题。在这种情况下，在来自该电子装置102的废气中，来自电子装置的上部的废气未被充分地冷却。此外，装载到机架100中的电子装置102被以在EIA标准中限定的以U为单位的高度尺寸设计和制造，并且主要具有从IU到4U的高度尺度。因此，根据上述原因，为了有效地吸收从具有等于或大于IU的高度尺寸的电子装置102散逸的热，期望蒸发器单元201应具有大于IU的高度尺寸。机架100被设计和制造成具有以由EIA标准限定的U为单位的高度尺寸。因此，期望蒸发器单元201的高度尺寸将被以U为单位设计，并且是2U、3U和4U中的任意一个。当蒸发器单元201的高度尺寸被以这样方式设定时，能够将蒸发器单元201装载到机架100中并且具有良好的空间效率，并且与电子装置102的高度尺寸以及其在机架100中的布局无关地，能够有效且均匀地冷却来自每个电子装置102的废气105。此外，即使电子装置102的高度尺寸很大，也能够有效且均匀地冷却来自电子装置102的废气。因此，可以减少到机架100的外部的废热203的量，并且因此能够抑制安装有机架100的房间的温度上升。此外，可以抑制形成温度局部较高的位置、即所谓的热点。因此，使得能够通过空气冷却而充分地冷却电子装置102。〈变型的示例〉本发明并不限于上述的示例，并且能够以各种形式被改变和变型。例如，该说明是在电子装置102的高度尺寸和蒸发器单元201的高度尺寸彼此一致的示例情况下提供的， 但是电子的设备102的高度尺寸与蒸发器单元201的高度尺寸匹配不一定总是必要的。相对于事先布置的蒸发器单元201的高度尺寸，装载到机架100中的电子装置102的高度尺寸是以IU为单位可选的。例如，如图9中所示，当沿着机架的高度方向布置四个具有3U的高度尺寸的蒸发器单元201时，可以沿着机架的高度方向放置六个具有2U的高度尺寸的电子装置102。上述说明是在三个蒸发器201被布置在机架100的宽度方向上的示例情况下提供的，但是放置在机架100的宽度方向上的机架100的数目并不限于任何特定的数目并且是可选的。此外，每个蒸发器单元201的宽度尺寸也是可选的。上述说明是在不控制流量的情况下循环冷却剂流体206的示例情况下提供的，但是各种传感器和阀可以被设置在冷却剂循环的通道处。冷却设备10可以具有输入单元，来自各种传感器的各个输出被输入到该输入单元中；以及控制单元，其基于各种传感器的各个输出来确定电子装置102的运行状况，并且根据已确定的电子装置102的运行情况来控制阀的打开/关闭以改变冷却剂流体206的流量。根据第一实施例的冷却设备10，多层级的蒸发器单元201沿机架100的高度方向被布置在机架100的在电子装置102的废气吹送出口和后门104之间的部分处，并且每个层级的蒸发器201的高度尺寸被设定为2U、3U和4U中的任一个。因此，与装载到机架100中的电子装置102的高度尺寸以及该电子装置102的布局无关地，能够有效地冷却来自沿着机架100的高度方向装载到机架100中的电子装置102的废气。<第二实施例>根据第二实施例的冷却设备20具有在电子装置102和蒸发器单元201之间的空气引导构件202。该空气引导构件202调整来自电子装置102的废气并且将其引导至朝向蒸发器单元201的废气流入表面的方向。具体地，如图10中所示，当蒸发器单元201的宽度尺寸比电子装置102的宽度尺寸短时，空气引导构件202是有用的。装载到机架100中的电子装置102具有由EIA标准限定的宽度尺寸，即19英寸(482. 6mm)。在第二实施例中，省略了与第一实施例的那些部件和构造相同的部件和构造的解释和说明。空气引导构件202例如是两个空气引导板。空气引导板由例如金属材料形成,但是使用的材料并不限于任何特定的一种。空气引导单元202将来自电子装置202的废气引导至废气箭头220的方向，并且因此以例如倒三角形取向在电子装置102和蒸发器201之间布置两个空气引导板，如图10中所不。来自电子装置102的废气由设置在电子装置102和蒸发器单元201之间的空气引导构件202汇集到废气箭头220的方向，即汇集到蒸发器单元201的废气应流入的表面。由于蒸发器单元201的冷却性能在冷却剂的潜热的范围内随废气热的量的增加而增加，所以当空气引导构件202将来自电子装置102的废热汇集到蒸发器单元201时，蒸发器单元201的每单位面积的冷却性能增加，并且能够有效地冷却电子装置102。因此，能够减小蒸发器单元201的宽度尺寸。因此，能够减小蒸发器单元201在机架100中的总面积，这从蒸发器单元201的安装成本的观点来看是优选的。<第三实施例>如图11中所示，根据第三实施例的冷却设备30具有蒸发器单元201，该蒸发器单元201在机架的宽度方向上被划分成第一蒸发器单元307和第二蒸发器单元308，并且该冷 却设备30具有空气引导构件309，该空气引导构件309将来自电子装置102的废气整流到第一蒸发器单元307，并且如第二实施例，该空气引导构件309设置在电子装置102和第一蒸发器单元307的废气流入表面之间。空气引导构件309调整来自电子装置102的废气并且朝第一蒸发器单兀307的废气流入表面的方向引导该废气。此外，在关于第一蒸发器单元307的废气流入表面的相反侧处设置流动方向改变构件106，流动方向改变构件106将来自电子装置102的经过第一蒸发器单元307的废气引导到第二蒸发器单元308的与第一蒸发器单元307的废气流入表面相对的表面。在第三实施例中，省略了与第一实施例的那些部件和构造相同的部件和构造的解释和说明。空气引导构件309是例如布置在将在第一蒸发器单元307和第二蒸发器单元308之间的边界与电子装置102的一端互连的直线上的空气引导板。空气引导板由例如金属材料形成，但是使用的材料并不限于任何特定的一种。流动方向改变构件106是例如在电子装置102侧的相反侧处覆盖第一蒸发器单元307和第二蒸发器单元308的金属覆盖件或管，并且将来自电子装置102的经过第一蒸发器单元307的废气引导到第二蒸发器单元308。流动方向改变构件106由金属形成不是必要的，而是流动方向改变构件106可以由任何材料形成。利用空气引导构件309的表面(在电子装置102侧处的表面)促使来自电子装置102的废气105流动到废气箭头230的方向，并且该废气105经过第一蒸发器单元307。接着，利用流动方向改变构件106改变废气105的方向，并且该废气被引导至第二蒸发器单元308。不经受由第一蒸发器单元307进行的热交换的热量，即，来自电子装置102的未被利用于由冷却剂进行的热输送的并且被排出到机架的外部的废热再次遭到由第二蒸发器单元308进行的热交换。因此，能够增加由蒸发器单元307和308进行的总热交换量。因此，能够有效地冷却来自电子装置102的废气。经过第二蒸发器单元308的废气由空气引导构件309的后表面(与电子装置102侧相对的表面)反射，并且通过设置在机架100的后门104中的开口被排出到机架100的外部。虽然在该图中未示出，但是机架100可以以在来电子装置102的废气的方向上重叠的方式配备有多个蒸发器单元，使得废气105经过多个蒸发器单元，每个所述蒸发器单元采用与蒸发器单元201的构造相同的构造。在该情况下，可以省略空气引导构件309和流动方向改变构件106。然而，在该情况下，可以放置空气引导构件202，并且当蒸发器单元201的整体宽度小于电子装置102的宽度时，图10中所示的空气引导构件可以与上述构造一起使用。〈第四实施例〉如图12中所示，根据第四实施例的冷却设备40具有多个层级的蒸发器单元201，所述多个层级的蒸发器单元201沿着机架100的高度方向设置并且按该顺序从电子装置102到后门104构造第一层310和第二层311。第一层310包括四个层级的蒸发器单元201，而第二层311包括三个层级的蒸发器单元201。此外，第二层311的每个蒸发器单元201以所谓的交错布局布置从而与在第一层301中的在竖直方向上邻接的蒸发器单元201之间的边界重叠。在第四实施例中，省略了与第一实施例的那些部件和构造相同的部件和构造的说明和解释。 第一层310的每个蒸发器单元201借助于螺钉等紧固到设置在电子装置102和后门104之间并且允许通风的内门312等。来自电子装置102的废气105经过第一层310，然后流进第二层311中。例如，即使来自电子装置102的废气105经过第一层310的填充有冷却剂蒸气的蒸发器单元201的上部或在上蒸发器单元和下蒸发器单元201之间的间隙，并且未被充分冷却，当该废气经过第二层311的填充有冷却剂流体的蒸发器单元201的下部时，废气能够被充分冷却。因此，与简单地在自电子装置102的废气105的方向上双重布置蒸发器单元102的情况相比，当以该布局布置蒸发器单元201时，来自电子装置102的废气105能够被进一步有效地冷却。第一层310的每个蒸发器单元201可以与第二层311 —起附接到后门104而非内门 312。<第五实施例>第五实施例涉及冷却系统50，该冷却系统50包括在第一至第四实施例中所说明的冷却设备10、20、30或40。如图13中所示，冷却系统50包括在第一至第四实施例中所说明的冷却设备10、20、30或40 ;设置在机架100外侧的冷凝器单元302 ;以及冷却剂(冷却剂流体206和冷却剂蒸气207)，该冷却剂通过流体管道306和蒸气管道305在冷却设备10,20,30或40的每个蒸发器单元201和冷凝器单元302之间循环。使用了与上述蒸发器单元201的冷却剂相同的冷却剂。冷凝器单元302是冷却并液化冷却剂蒸气207的部件，其由具有高热传导性的铝或铜形成，并且具有允许冷却剂循环的腔室构造的内部构造。邻近用于冷却冷凝器单元302的冷却单元303地布置冷凝器单元302。此外，通过各个连接部分301将冷凝器单元302连接到流体管道306和蒸气管道305，所述各个连接部分301中的每一个连接部分均是软管或
金属管道。冷却单元303是用于冷却冷凝器单元302的部件，并且由例如用于空气调节器的冷水管道构造并且被放置在安装有机架100的房间诸如数据中心或计算机房的天花板304的后面。使用了与上述蒸发器单元201的冷却剂相同的冷却剂，并且该冷却剂是具有低沸点和绝缘性质的冷却剂，诸如碳氟化合物和氢氟醚。此外，为了将沸点维持在与周围空气环境中的沸点相比较低的状态，冷却剂被封闭某种系统中，其中利用该系统循环的冷却剂经受接近真空状况的减压。冷却系统50按已经在第一实施例中说明的方式运行。即，蒸发器单元201冷却来自电子装置102的废气105，并且因此在冷却剂管210中的冷却剂流体206将其相改变成冷却剂蒸气207。冷却剂蒸气207因在冷却剂流体208中的冷却剂蒸气207的浮力和冷却剂蒸气207的压力梯度而通过冷却剂蒸气箱208、蒸气管道305和连接部301移动到冷凝器单元302。冷凝器单元302由冷却单元303通过热传导而冷却，并且冷却移动到冷凝器单元302中的冷却剂蒸气207。当被冷却时，冷却剂蒸气207将其相改变成冷却剂流体206。由相变而产生的冷却剂流体206从冷凝器单元302通过连接到流体管道306的连接部分301、流体管道306和冷却剂流体箱209而被供给到冷却剂管210。〈变型的示例〉根据上述实施例，说明是在以一对一的关系连接冷凝器单元302和冷却设备的情况下提供的，但是多个冷却设备可以连接到一个冷凝器单元302。 能够在不脱离本发明的广泛的范围和精神的情况下改变和变型上述实施例。上述实施例用以说明本发明，并且不旨在限制本发明的范围和精神。本发明的范围和精神由所附权利要求中的每一项权利要求指示而非上述实施例。在等价于每项权利要求的范围内的各种变型应被包括在本发明的范围和精神中。上述实施例中的一些或全部可以被描述为以下附加声明，但是本发明并不限制于以下附加声明。<附加声明1>一种电子装置排气用冷却设备，所述电子装置排气用冷却设备使来自被装载到机架中的电子装置的废气冷却，所述电子装置排气用冷却设备包括多个蒸发器单元，所述多个蒸发器单元沿着所述机架的高度方向布置在所述机架中，所述多个蒸发器单元利用流入并经过每一个蒸发器单元的所述废气的热促使被填充在每一个蒸发器单元中的冷却剂流体蒸发并产生冷却剂蒸气，以使所述废气冷却；第一通道，所述第一通道是将所述冷却剂流体到所述蒸发器单元中的每一个蒸发器单元的供给路径；以及第二通道，所述第二通道是来自每一个蒸发器单元的所述冷却剂蒸气的排放路径，其中根据所述蒸发器单元在所述机架的高度方向上布置的位置，所述蒸发器单元在所述机架的高度方向上的长度是2U、3U和4U中的任一个，其中IU是44. 45mm，并且所述第一通道和所述第二通道共同地连接到所述多个蒸发器单元。<附加声明2>根据附加声明I所述的电子装置排气用冷却设备，其中所述蒸发器单元包括冷却剂蒸气箱，在所述冷却剂蒸气箱的内侧积聚所述冷却剂蒸气；冷却剂流体箱，所述冷却剂流体箱设置在所述冷却剂蒸气箱的下方，并且在所述冷却剂流体箱的内侧积聚所述冷却剂流体；多个冷却剂管，所述多个冷却剂管与所述冷却剂流体箱及所述冷却剂蒸气箱连通；以及受热翼片，所述受热翼片与所述冷却剂管接合，并且所述受热翼片接收来自所述废气的热。〈附加声明3>根据附加声明2所述的电子装置排气用冷却设备，其中所述冷却剂管中的每一个冷却剂管均是直管道。〈附加声明4>根据附加声明I至3中任一项所述的电子装置排气用冷却设备，还包括空气引导构件，所述空气引导构件布置在所述蒸发器单元的一侧处，所述废气在所述一侧处流入，并且所述空气引导构件调整所述废气并将所述废气导向至所述蒸发器单元。〈附加声明5>根据附加声明I至4中任一项所述的电子装置排气用冷却设备，其中所述蒸发器单元以在所述废气经过的方向上形成至少双层蒸发器单元的方式布置。〈附加声明6>根据附加声明4所述的电子装置排气用冷却设备，其中所述蒸发器单元构成在所 述机架的宽度方向上划分的第一区域和第二区域，所述空气引导构件调整所述废气并将所述废气引导至所述第一区域，但是阻挡所述废气到所述第二区域，所述冷却设备还包括流动方向改变构件，参照所述第一区域，所述流动方向改变构件被设置在所述第一区域的所述废气流入的表面的相反侧处，并且所述流动方向改变构件将已经经过所述第一区域的所述废气引导到位于所述第一区域的所述废气流入的表面的相反侧的所述第二区域的表面。〈附加声明7>根据附加声明5所述的电子装置排气用冷却设备，其中所述双层将构成各个层的所述多个蒸发器单元在所述机架的高度方向上彼此呈交错布局布置。〈附加声明8>根据附加声明7所述的电子装置排气用冷却设备，其中所述交错布局允许经过构成一个层的所述多个蒸发器单元中的在所述机架的高度方向上的邻接蒸发器单元之间的空间的或经过位于所述邻接蒸发器单元之间的下方的蒸发器单元的预定长度的上部的所述废气经过构成另一层的任何蒸发器单元的预定长度的下部。〈附加声明9>一种电子装置排气用冷却系统，包括根据附加声明I至8中任一项所述的电子装置排气用冷却设备；冷凝器单元，所述冷凝器单元布置在所述电子装置排气用冷却设备的上方；以及冷却剂，所述冷却剂在所述冷凝器单元和所述电子装置排气用冷却设备之间循环，其中所述冷凝器单元连接到在所述电子装置排气用冷却设备中的所述第一通道和所述
第二通道。本申请要求于2010年3月30日提交的并且包括说明书、权利要求书、附图和摘要的日本专利申请JP2010-079619的优先权的权益。该日本专利申请的全部公开内容在此处通过引用而并入本说明书中。工业实用性本发明可以被应用于对来自以被装载到机架中的方式运作的电子装置诸如计算机和网络装置的废气进行冷却。此外，如果电子装置在高度方向上具有用于冷却多个设备的排气出口，则本发明可以直接应用于未被装载到机架中的计算机和网络装置。此外，根据本发明，可以减少用于空气调节器的功率，并且因此本发明可以被应用于在数据中心或计算机房中的与空气调节器相关的设施。附图标记说明
10冷却设备20冷却设备30冷却设备40冷却设备50冷却系统100 机架101 轨道102电子装置
103 风扇104 后门105 废气106流动方向改变构件201蒸发器单元202空气引导构件203机架废热204沸腾-冷却废热205受热翼片206冷却剂流体207冷却剂蒸气208冷却剂蒸气箱209冷却剂流体箱210冷却剂管220废气箭头230废气箭头301连接部分302冷凝器单元303冷却单元304房间天花板305蒸气管道306流体管道307第一蒸发器单元308第二蒸发器单元309空气引导构件310 第一层311 第二层312 内门
权利要求
1.一种电子装置排气用冷却设备，所述电子装置排气用冷却设备使来自被装载到机架中的电子装置的废气冷却，所述电子装置排气用冷却设备包括 多个蒸发器单元，所述多个蒸发器单元沿着所述机架的高度方向布置在所述机架中，所述多个蒸发器单元利用流入并经过每一个蒸发器单元的所述废气的热促使被填充在每一个蒸发器单元中的冷却剂流体蒸发并产生冷却剂蒸气，以使所述废气冷却； 第一通道，所述第一通道是将所述冷却剂流体到所述蒸发器单元中的每一个蒸发器单元的供给路径；以及 第二通道，所述第二通道是来自每一个蒸发器单元的所述冷却剂蒸气的排放路径， 其中根据所述蒸发器单元在所述机架的高度方向上布置的位置，所述蒸发器单元在所述机架的高度方向上的长度是2U、3U和4U中的任一个，其中IU是44. 45mm，并且 所述第一通道和所述第二通道共同地连接到所述多个蒸发器单元。
2.根据权利要求I所述的电子装置排气用冷却设备，其中所述蒸发器单元包括 冷却剂蒸气箱，在所述冷却剂蒸气箱的内侧积聚所述冷却剂蒸气； 冷却剂流体箱，所述冷却剂流体箱设置在所述冷却剂蒸气箱的下方，并且在所述冷却剂流体箱的内侧积聚所述冷却剂流体； 多个冷却剂管，所述多个冷却剂管与所述冷却剂流体箱及所述冷却剂蒸气箱连通；以及 受热翼片，所述受热翼片与所述冷却剂管接合，并且所述受热翼片接收来自所述废气的热。
3.根据权利要求2所述的电子装置排气用冷却设备，其中所述冷却剂管中的每一个冷却剂管均是直管道。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的电子装置排气用冷却设备，还包括空气引导构件，所述空气引导构件布置在所述蒸发器单元的一侧处，所述废气在所述一侧处流入，并且所述空气引导构件调整所述废气并将所述废气导向至所述蒸发器单元。
5.根据权利要求I至4中任一项所述的电子装置排气用冷却设备，其中所述蒸发器单元以在所述废气经过的方向上形成至少双层蒸发器单元的方式布置。
6.根据权利要求4所述的电子装置排气用冷却设备，其中 所述蒸发器单元构成在所述机架的宽度方向上划分的第一区域和第二区域， 所述空气引导构件调整所述废气并将所述废气引导至所述第一区域，但是阻挡所述废气到所述第二区域， 所述冷却设备还包括流动方向改变构件，参照所述第一区域，所述流动方向改变构件被设置在所述第一区域的所述废气流入的表面的相反侧处，并且所述流动方向改变构件将已经经过所述第一区域的所述废气引导到位于所述第一区域的所述废气流入的表面的相反侧的所述第二区域的表面。
7.根据权利要求5所述的电子装置排气用冷却设备，其中所述双层将构成各个层的所述多个蒸发器单元在所述机架的高度方向上彼此呈交错布局布置。
8.根据权利要求7所述的电子装置排气用冷却设备，其中所述交错布局允许经过构成一个层的所述多个蒸发器单元中的在所述机架的高度方向上的邻接蒸发器单元之间的空间的或经过位于所述邻接蒸发器单元之间的下方的蒸发器单元的预定长度的上部的所述废气经过构成另一层的任何蒸发器单元的预定长度的下部。
9.一种电子装置排气用冷却系统，所述电子装置排气用冷却系统包括 根据权利要求I至8中任一项所述的电子装置排气用冷却设备； 冷凝器单元，所述冷凝器单元布置在所述电子装置排气用冷却设备的上方；以及 冷却剂，所述冷却剂在所述冷凝器单元和所述电子装置排气用冷却设备之间循环， 其中 所述冷凝器单元连接到在所述电子装置排气用冷却设备中的所述第一通道和所述第二通道。
全文摘要
公开了电子装置排气用冷却设备(10)和冷却系统，冷却系统安装有该冷却设备(10)，电子装置排气用冷却设备(10)冷却来自安装在机架上的电子装置的排气。电子装置排气用冷却设备(10)设有蒸发部(201)、流体管道(306)和蒸气管道(305)。多个蒸发部(201)布置在机架(100)的高度方向上且具有2U、3U或4U的高度，1U是44.45mm，并且通过利用排气的热使包含在其中的冷却介质蒸发而冷却来自安装在机架上的电子装置的排气。流体管道(306)是用于向蒸发部(201)供应冷却介质的路径，蒸气管道(305)是用于排出来自蒸发部(201)的冷却介质的路径，两者共同地连接到多个蒸发部(201)。
文档编号F28D15/02GK102835198SQ20118001756
公开日2012年12月19日 申请日期2011年3月1日 优先权日2010年3月30日
发明者吉川实, 稻叶贤一 申请人:日本电气株式会社