用于数据中心的开放式空气冷却的空气洗涤的制作方法

文档序号:11140578阅读:526来源:国知局
用于数据中心的开放式空气冷却的空气洗涤的制造方法与工艺

该申请要求于2015年5月1日提交的第14/702,617号美国专利申请的优先权,该美国专利申请通过引用整体地并入本文。

技术领域

本发明的实施方式大体涉及数据中心。更具体地,本发明的实施方式涉及用于冷却和净化用来使数据中心的服务器冷却的空气的喷雾和冷却系统。



背景技术:

排热是计算机系统和数据中心设计中的重要因素。随着服务器性能的改善,数据中心内配置的服务器的数量也持续增加,从而使服务器在正常工作期间产生的热量增加。如果服务器所处的工作环境允许温度随着时间升高,则数据中心内所使用的服务器的可靠性会下降。数据中心的功率中的很大一部分用于冷却服务器层面的电子器件。由于数据中心内的服务器的数量增加,数据中心相应地消耗更大部分的功率以冷却服务器内的电子组件。

在传统数据结构中,机房空调(CRAC)使冷空气在整个数据中心循环。通常,CRAC为闭合回路式系统,其使从数据中心内吸取的回流空气冷却,以及使经冷却的空气再循环至数据中心内的服务器。因为由CRAC吸取的空气来源于数据中心内,所以由于使数据中心中的服务器冷却空气的温度升高。由于数据中心内的服务器所使用的功率增加,因此CRAC用来使回流空气冷却的功率也增加。此闭合回路还使用于数据中心操作的功率和相关成本增加。

近年来,一些冷却系统使用从外部环境吸取的新鲜空气而不需回收数据中心内的空气。然而,在新鲜空气可能由于其含有高于某一水平的灰尘或其他化学颗粒而被污染的一些区域中,这种系统可能是不起作用的。这种不好的空气质量可能进一步损坏数据中心的服务系统。

附图说明

本发明的实施方式通过示例示出但是不限于附图的图,在附图中,相同的参考标记指示相同的元件。

图1A和图1B是示出根据本发明一个实施方式的数据中心系统的框图。

图2是示出根据本发明一个实施方式的空气洗涤和冷却系统的框图。

图3是示出根据本发明另一实施方式的数据中心系统的框图。

图4是示出根据本发明另一实施方式的冷却和净化系统的框图。

图5是示出根据本发明另一实施方式的数据中心系统的框图。

图6是示出根据本发明一个实施方式用于冷却和净化待在数据中心中使用的新鲜空气的过程的流程图。

具体实施方式

将参照以下讨论的细节对本发明的多种实施方式和方面进行描述,附图将示出多种实施方式。以下的描述和附图是对本发明的说明,而不理解为限制本发明。对诸多具体细节进行描述以提供对本发明各实施方式的彻底理解。然而,在某些情况下,为了令本发明实施方式讨论简明,不对众所周知的或常规的细节进行描述。

在说明书中,对“一个实施方式”或“实施方式”的参考指结合实施方式所描述的具体特征、结构或特性可包括在本发明的至少一个实施方式中。在说明书各处,短语“在一个实施方式中”的出现不必都指代同一实施方式。

根据一些实施方式,液体出于冷却的目的而被使用,以及被用作用于减少或去除空气中不想要的颗粒的洗涤介质,所述颗粒例如为在IT(信息技术)集装箱和数据中心使用的循环或非循环新鲜空气中可能存在的有害和非期望污染物。

在一个实施方式中,如对从空气中分离的颗粒和污染物的首先的措施所需的,令新鲜、污染且未调节的空气穿行通过空气过滤器。然后,经过滤的空气穿行通过空气洗涤喷射冷却系统,也称为下面描述的喷雾和冷却系统,其中多个精密设计的喷雾嘴将液滴(例如,水滴)以特定尺寸和速度喷射和推到进入的已过滤空气中。已过滤空气的穿行带来要从空气洗涤掉的额外的污染物和颗粒,这些污染物和颗粒在空气过滤器处未被收集。

此外,液滴薄雾因空气的高速穿行而发生的雾化致使空气因液体颗粒至蒸汽的焓变而蒸发冷却。此外,液体回收系统可用于收集和回收具有从空气收集的污染物或颗粒的液滴。尤其,液体分离叶片用于收集液滴中的任意液滴并防止其与空气一起行进至数据中心的IT装备的机柜中。针对预定空气湿度水平,可使用湿度控制系统可来通过调整液流以及注入经再循环的空气而将空气湿度控制或调整到最佳理想水平。然后,经调节、净化、冷却且潮湿的空气被用于使数据中心中的硬件的全部机群冷却。

图1A和图1B是示出根据本发明一个实施方式的数据中心系统的框图。在此示例中,数据中心系统的剖面图或侧视图在图1A中示出,而数据中心系统的俯视图在图1B中示出。参照图1A,数据中心系统100包括壳体结构(诸如房体或集装箱)以容纳IT装备或仪器(在此示例中,为提供数据服务的计算机服务器)的成行的机柜101至103。虽然只示出三行机柜101至103,但可应用更多或更少的行。成行的电子机柜101至103布置成使得在每两行之间形成通路,在此示例中,通路包括热空气通路105A至105B和冷空气通路106A至106B。

在一个实施方式中,数据中心系统100还包括空气供应系统110(也称为空气供应单元)、空气喷雾和冷却系统112以及可选择的冷凝器115。空气供应系统110配置成将新鲜的、可能污染的且未调节的空气(也称为污染空气108)从外部环境吸收或吸取到数据中心系统的壳体中。空气供应系统110可包括一个或多个进气风扇以吸入污染空气108,以及一个或多个空气过滤器以对污染空气108进行过滤从而生成已过滤空气。过滤器可使污染空气108中的颗粒或污染物中的一部分减少。然而,过滤器可能不足以去除颗粒或污染物的大部分。

在一个实施方式中,已过滤空气被送入喷雾和冷却系统112的进入接口或进气口中。喷雾和冷却系统112包括喷雾和冷却室和一系列喷嘴,其中喷雾和冷却室接纳已过滤空气;一系列喷嘴按特定配置或布局布置以将液滴(例如水滴)的细薄雾喷射或吹到喷雾和冷却室内所接纳的已过滤空气中,从而收集和去除已过滤空气中的颗粒或污染物中的至少一些(例如,灰尘)。液滴的尺寸和速度或压力被控制和/或调整到最佳水平,以使得液滴可收集和去除已过滤空气中最高水平的颗粒或污染物。此外,根据一个实施方式,液滴薄雾因已过滤空气的高速穿行而发生的雾化致使空气因液滴到蒸汽的焓变而蒸发冷却。因此,具有较少颗粒或污染物的较冷空气(也称为冷却和未污染空气120)从喷雾和冷却系统112的排出接口或出气口射出。术语“未污染空气”指颗粒或污染物水平低于预定阈值的空气。

可选择地,如果需要,则可使用可选择的冷凝器115来进一步使冷却和未污染空气120的温度降低。与空调系统类似,冷凝器是通过蒸汽压缩或吸收式制冷循环从液体去除热量的机器。然后,此液体可循环通过热交换器以使空气(在此示例中,为冷却和未污染空气120)冷却。根据对冷却和未污染空气120的特殊需求,控制系统(未示出)可配置成对空气供应系统110、喷雾和冷却系统112和/或可选择的冷凝器115的配置或设置进行控制或调整以产生具有所需温度、湿度和颗粒水平的冷却和未污染空气120。

根据一个实施方式,数据中心系统100还包括气流输送系统,该气流输送系统配置成基于冷却和未污染空气120生成一个或多个气流以输送冷却和未污染空气120的气流,从而使成行的电子机柜101至103冷却。在此示例中,气流输送系统包括第一通道或隧道125以将冷却和未污染空气120输送到容纳成行的电子机柜101至103的壳体中。在一个实施方式中,第一通道125可包括一个或多个管道或管,该一个或多个管道或管布置在支撑成行的电子机柜101至103的地板或表面104(例如,活动地板)的下面。地板104的多种位置上可布置有多个进气口(例如,开口或窗)131A至131B以允许冷却和未污染空气120的气流流入壳体中。

在一个实施方式中,进气口131A至131B布置和设置在地板104的冷空气通路106A至106B的附近或底部。可选择地,进气口131A至131B中的至少一些上可安装有一个风扇或多个风扇以将冷却和未污染空气120从通道125向上地吸取或吸收到冷空气通路106A至106B中。在一个实施方式中,成行的电子机柜101至103中的每一行包括安装在其上的一个或多个风扇以将冷却和未污染空气从冷空气通路引导至热空气通路,从而使其流动通过安装在电子机柜上的服务器以交换由服务器因其相应的操作所生成的热量。例如,电子机柜101的行包括一个或多个风扇以将冷却和未污染空气从冷却通路106A吸取至热空气通路105A,从而使其移动穿过行101的服务器。由于热交换,流入热空气通路105A的气流的温度高于冷空气通路106A中所接收气流的温度。气流的这种热交换致使服务器的温度降低,且不会由于空气中的颗粒或污染物导致服务器的硬件受到污染或破坏。

根据一个实施方式,壳体的盖顶107包括一个或多个出气口(开口或窗)132A至132B,所述出气口132A至132B布置在热空气通路105A至105B的附近或顶部以允许热空气或暖空气向上地排到第二通道或隧道126中,该热空气或暖空气将被引导至外部环境。可选择地,出口132A至出口132B中的至少一些上可布置或安装有风扇以将热空气或暖空气从热空气通路105A至105B排到隧道126中。冷空气通路106A至106B和热空气通路105A至105B相对于成行的电子机柜101至103以交替方式配置。在一个实施方式中,成行的电子机柜101至103布置成令每一行电子机柜101夹置在冷空气通路与热空气通路之间的特定配置。成行的电子机柜101至103布置成使得冷却和未污染空气120的大部分将分别通过电子机柜101至103的服务器从冷空气通路106A至106B流动到热空气通路105A至105B。

此外,根据另一实施方式,可使用液体回收系统(未示出)来收集和回收具有从空气收集到的污染物或颗粒的液体。尤其,使用液体分离叶片来收集液滴中的任何一个并且防止其与空气一起运动到数据中心的IT装备的机柜中。针对预定空气湿度水平,可使用湿度控制系统来通过调整液流以及注入再循环空气而将空气湿度控制或调整到最佳理想水平。然后,使用经调节、净化、冷却且潮湿的空气来冷却数据中心中的硬件的全部机群。还可使用空气回收系统来令热空气或暖空气中的一些(但未被污染)再循环以混合或生成新的冷却和未污染空气。

应注意的是,如图1A中所示的数据中心系统100的配置仅仅是出于说明的目的而示出和描述。还可应用组件的其他配置或布局。空气供应系统110、喷雾和冷却系统112和/或冷凝器115可相对于数据中心系统100的壳体位于多种位置中。例如,空气供应系统110、喷雾和冷却系统112和/或冷凝器115可位于壳体之外(例如,在地板上或来自遥远的地方),以及冷却和未污染空气120可通过联接至通道125的管道而被输送。可存在其他配置。

图2是示出根据本发明一个实施方式的空气洗涤和冷却系统的框图。系统200可部分地实施为图1的数据中心系统100的空气供应系统110以及喷雾和冷却系统112。参照图2,在一个实施方式中,系统200包括冷却和净化室202、一系列喷嘴203以及控制器201,其中,冷却和净化室202接纳污染空气;一系列喷嘴203将液滴的薄雾喷射或吹到污染空气中;控制器201配置成控制喷嘴203以产生具有适当尺寸和速度或压力的液滴的薄雾。

如上所述,空气供应系统吸取污染空气108以将污染空气108吸收或吸取到冷却和净化室202中,在此示例中,所述空气供应系统具有一个或多个风扇204和一个或多个空气过滤器205。应注意的是,风扇204和过滤器205的相对位置可调换(例如,过滤器205在风扇204外部上)或以其他布局布置。过滤器205配置成将污染空气108中的颗粒或污染物的一部分过滤掉,以生成进入冷却和净化室202中的已过滤空气210。为了在相反方向上直接接触(例如,迎面地),喷嘴203相对于已过滤空气布置在相反的方向上,从而将液滴211的薄雾直接喷射或吹到已过滤空气210中。液滴211的尺寸和速度布置成使得已过滤空气210的颗粒、灰尘或污染物中的大多数将被收集到被污染液滴212中。具有较少颗粒的已过滤空气210变成冷却和未污染空气120,该冷却和未污染空气120将被引导至如上所述的成行的电子机柜101至103。

此外,根据另一实施方式,系统200还包括第一传感器241以监测污染空气108的空气质量属性,诸如颗粒数、湿度、空气速率、空气压力和温度。由传感器241采集的信息可被控制器201使用以控制或调整喷嘴203,从而生成具有不同属性或特性(例如液滴的尺寸、速度或压力、温度)的液滴的薄雾,以使得液滴可收集到污染空气108的最大量的颗粒或污染物。系统200还可包括第二传感器242以监测未污染空气120的空气质量属性,诸如颗粒数、湿度、气流速率、空气压力以及温度。可相应地调整喷嘴203的配置,例如以生成具有不同尺寸、速度和/或温度的液滴。基于从传感器241和/或传感器241接收的数据,控制器201确定喷嘴203的适当或最佳设置(例如,液压、液滴的密度以及液滴的尺寸),以及确定其他组件(诸如图1的空气供应系统110和冷凝器115)的适当或最佳设置。喷嘴203可由控制器201例如通过单独打开或关闭、或调整喷嘴203的工作参数(例如,喷射方向或喷射角度、速度、温度、液压、液滴的细度等)来单独地控制。

此外,根据一个实施方式,系统200还包括液体回收系统230以收集被污染液滴212。液体回收系统230还包括液体分离设备以从未污染空气120分离液滴,从而防止额外的液滴由冷却和未污染空气120携带到成行的电子机柜101至103上。可替代地,液体分离设备可实施为独立于液体回收系统230的分离设备。液体回收系统230还可包括过滤和净化机构,以通过去除收集到的颗粒或污染物来净化被污染液滴212。然后,净化的液体可由喷嘴203再利用。可将某些化学品添加至室202中的液体和/或已过滤空气以进一步提高对污染空气108进行冷却和净化的效率。

图3是示出根据本发明另一实施方式的数据中心的框图。参照图3,在此实施方式中,对冷却和未污染空气120进行输送的通道125还布置在通道126的相同侧上,通道126收集具有由电子机柜101至103的服务器热交换的热量的热空气。成行的电子机柜101至103不一定要布置在如图1中所示的活动地板上。注意,数据中心系统300的特定配置可以是仅仅出于说明的目的而示出;可存在其他配置。例如,通道125和126的位置可调换,其中通道126可布置在通道125的顶部。此外,空气喷雾和冷却系统112以及可选择的冷凝器115的位置仅仅是出于说明的目的而示出。

图4是示出根据本发明另一实施方式的冷却和净化系统的框图。参照图4,在此实施方式中,与系统200类似,系统400包括具有一个或多个风扇204和一个或多个过滤器205的空气供应系统,其中所述一个或多个风扇204将外部污染空气108吸收或吸取到冷却和净化室202中,所述一个或多个过滤器205对污染空气108进行过滤以生成已过滤空气210。然而,在此实施方式中,喷嘴203布置在冷却和净化室202的盖顶上,以将液滴的薄雾竖直地(例如,向下地)喷射或吹到水平流动的已过滤空气210中。液滴直接接触已过滤空气210以收集和去除包含在已过滤空气210中的颗粒或污染物的大部分,从而生成冷却和未污染空气120。在此示例中,液滴的方向垂直于已过滤空气210的方向。然而,液滴和已过滤空气210可配置成以任何方向或角度彼此交叉或接触。然后,由液体回收系统230收集具有收集到的颗粒或污染物的液滴。基于由如上所述的传感器241至242所采集的数据,控制器201可对喷嘴203的设置进行控制和调整。控制器201可包括处理器以及存储可执行指令的机器可读介质,所述可执行指令在被处理器执行时致使处理器执行动作,这些动作包括生成和输送信号以控制或管理数据中心系统的其他组件,例如空气供应系统110、喷雾和冷却系统112、冷凝器115、液体回收系统230以及其他系统(例如,湿度控制系统、空气回收系统)。

注意,以上所述的冷却和净化技术可应用于多种不同类型的数据中心,例如传统托管数据中心和新建数据中心。托管数据中心是装备、空间以及带宽可供出租给零售顾客的一类数据中心。托管设施向服务器、存储器以及其他公司的联网设备提供空间、电力、冷却以及物理安全,以及以最小的成本和复杂度将它们连接至多种电信和网络服务供应商。新建数据中心指在之前不存在的位置中建造和配置的数据中心。

上述技术还可应用于性能优化的数据中心(POD)或便携式点播或集装箱数据中心或与之结合地工作,其中服务器的机柜容纳在一个或多个独立集装箱或箱体中。图5是示出根据本发明另一实施方式的数据中心系统的框图。参照图5,在此示例中,数据中心是POD或集装箱数据中心。如上所述,喷雾和冷却系统112附接至POD数据中心,以及在POD数据中心内供应冷却和未被污染的空气。

图6是示出根据本发明一个实施方式用于冷却和净化数据中心中待使用的新鲜空气的过程的流程图。过程600可由如图1至图5中所示的系统执行。参照图6,在框601中,从外部环境将污染空气供应到容纳数据中心的成行的电子机柜的壳体中。数据中心可以是传统托管数据中心、新建数据中心以及POD或集装箱数据中心之一。在框602中,将液滴(例如,水滴)的薄雾喷射或吹到污染空气中。液滴具有某些特性(诸如适当的尺寸和速度)以收集或减少污染空气中所包含的颗粒或污染物,以及由于液滴的汽化而降低空气的温度从而生成冷却和未污染空气。未污染空气指所具有的颗粒或污染物低于预定阈值水平的空气。在框603中,随后将冷却和未污染空气引导成流动通过电子机柜的IT装备(诸如服务器)。冷却和未污染空气将由服务器因其操作而产生的热量交换到待排放至外部环境的热空气中。同时,在框604中,由分离处理器或线程对污染空气和未污染空气的空气质量属性(例如,颗粒数、温度、湿度、气流速率和/或空气压力)进行监测。在框605中,随后使用监测信息对喷雾和冷却系统的设置或配置(例如,液压、液滴尺寸、密度和/或温度)进行控制,以改善冷却和未污染空气的质量。

前述图中描述的过程或方法可由包括硬件(例如,电路、专用逻辑等)、软件(例如,在非暂时性计算机可读介质上实现的)或二者的组合的处理逻辑来执行。虽然上文按照一些顺序操作描述了过程或方法,但应理解的是,所描述的操作中的一些可以以不同次序执行。此外,一些操作可以并行地而不是顺序地执行。

在上述说明中,参照本发明具体示例性实施方式对本发明的实施方式进行了描述。将显而易见的是,在不背离如以下权利要求所阐述的本发明广泛的精神和范围的情况下,可对本发明作出多种修改。相应地,应在说明性意义上而不是在限制性意义来解释说明书和附图。

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