专利名称：基于集装箱的数据中心解决方案的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及用于提供集装箱化的数据中心基础结构的系统和方法，其包括用于电子设备的配电、冷却和设备安装设施，且更具体地涉及用于提供集装箱化的数据中心解决方案的方法和装置。背景
用于计算机、通信设备和其它电子设备的集中式数据中心已经使用了许多年，且最近，随着互联网的越来越多的使用，为互联网服务供应商(ISP)、应用服务供应商(ASP)和互联网内容提供商提供托管服务的大型数据中心变得越来越普遍。典型的集中式数据中心包含大量设备机柜，所述设备需要电力、冷却和连接到通讯设施。常见的是，在数据中心使用高架地板，其下面的电力电缆和通讯电缆可以在设备的机柜之间通过且通到设施配电板。此外，常见的是使用高架地板下面的空间作为空气压力通风系统，以提供对设备机柜的冷却。在一些设施中，代替或除了使用高架地板，架空电缆梯架用于遍布该设施布置电缆。这些电缆梯架通常被固定到在设施的顶部的支撑部件。经常需要每天24小时、每周7天运行数据中心内的设备，而很少或没有服务上的中断。为防止服务上的任何中断，惯例是在数据中心使用不间断电源(UPS)来确保数据中心内的设备在任何停电或掉电期间接收连续的电力。通常，数据中心在用于设施的主配电板处配备有相对大的UPS。通常，UPS是480伏3相装置，其被选择成具有满足设施内的所有设备的电源需求的足够的容量。发明概述主机托管业务中心和大型企业随着他们的业务增长往往具有逐渐增加的IT需求。那些IT需求由数据中心供应。不管数据中心的大小，通常需要多于18至36个月的时间来规划和建造。这个规划时间占用大量资金，因为IT、机柜、电力及冷却需要预先定购，然后在现场辛苦地组装和测试。这个长的交付时间迫使客户在容量被需要之前预先建造，如果有的话。传统的高架地板、CRAC (机房空调)、冷凝器设备和管道装置、UPS室、配电室都可预先建造，如果不使用这个超额容量，则有可能搁浅大量资金。根据本发明的原理的实施方式包括具有用于容纳数据中心设备的第一装运集装箱的数据中心围护结构(enclosure)。集装箱具有大于其宽度的长度和至少一个纵向侧壁开口，该开口配置成连接也具有纵向侧壁开口的另一装运集装箱。两个装运集装箱的纵向侧壁开口的接合创建了单一的内部空间来提供间隙(clearance)和入口。集装箱容纳设备围护结构，如设备机柜，其中设备围护结构安装在集装箱的内部以形成垂直于集装箱的长度的排。集装箱还包括配置成连接第一集装箱和第二集装箱之间的至少一个数据中心资源的实用(utility)接口。这些资源可包括数据连接、电力、制冷液体或冷却气体。在其它实施方式中，数据中心包括一个包含用于容纳电子设备的设备机柜的机房(building)和容纳数据中心实用设施(utilities)的装运集装箱。集装箱具有至少一个开口，其配置成与该机房连接以将实用设施提供给该机房。在其它实施方式中，数据中心包括数据中心结构和空气处理装运集装箱，数据中心结构包含用于容纳电子设备的设备机柜、空气处理装运集装箱配置成垂直地安装到所述数据中心结构的外壁。空气处理装运集装箱配置成将热废气从数据中心结构抽出并将冷空气排入数据中心结构。冷却模块集装箱连接空气处理装运集装箱并冷却来自空气处理集装箱的热废气以提供冷空气。在其它实施方式中，数据中心围护结构包括用于容纳电子设备围护结构的装运集装箱。设备围护结构安装在集装箱的内部以形成沿集装箱的长度的排，且配置成允许气体从第一区域通过围护结构以冷却电子设备以及允许电子设备将加热的气体排放到第二区域。此外，在第二区域中的集装箱中的排气开口允许将加热的气体排到大气。围护结构包括配置成安装到集装箱以及提供从大气中抽取气体、冷却气体并将冷却气体供给到第一区域的冷却模块。在其它实施方式中，冷却集装箱包括集装箱外罩，其具有包括用于接收冷凝水的第一接口的冷凝水储箱。冷凝水箱具有多个直管以及用于输出冷凝水的第二接口，多个直管被弯接头接合以提供曲折的路径，完整的路径长度大于集装箱外罩的长度。集装箱外罩内的许多接口配置成接收冷凝器(Chiller)模块或自由冷却单元。 附图简述下面参照附图讨论了至少一个实例的各个方面，附图不旨在按比例绘制。其中附图、详细描述或任何权利要求中的技术特征后面有参考标记，为了增加附图、详细描述和权利要求的可理解性的唯一的目的，该参考标记已被包括。因此，参考标记的有无都不旨在对任何权利要求要素的范围具有任何限制作用。附图中，示出在各个附图中的每个相同或几乎相同的组件由同样的数字代表。为清楚起见，不是每一个组件都在每一附图中被标记。为了说明和解释的目的，附图被提供，且不旨在作为对本发明的范围的限定。在附图中图I是根据本发明的原理的由装运集装箱组装的数据中心的布局；图2是类似于图I所示的数据中心的数据中心的平面图；图3是根据本发明的原理的由装运集装箱组装的数据中心的可替换的布局；图4是由采用了顶部安装的冷却装运集装箱的装运集装箱组装的数据中心的截面图；图5是根据本发明的原理的示出了集装箱化的数据中心解决方案的可扩展性的平面图；图6是根据本发明的原理的采用了集装箱化的公用设施解决方案的数据中心的框图；图7A是具有蜿蜒的冷凝水储箱的冷却集装箱的开视图；图7B是具有带有覆盖的地板的蜿蜒的冷凝水储箱的图7A的冷却集装箱的视图；图8A是蜿蜒的冷凝水储箱的透视图；图8B是蜿蜒的冷凝水储箱的端视图；图8C是蜿蜒的冷凝水储箱的顶视图；图9是具有模块化的冷却单元和冷凝器单元的冷却集装箱的侧视图；图IOA是根据本发明的原理的数据中心装备的外部透视图；图IOB是图7A的数据中心装备的内部透视图；图IlA是图7A的数据中心装备的侧视图IlB是图9A的数据中心装备的端视图；
图12是根据本发明的原理的集装箱化的数据中心的透视图。详细描述现将参照附图和附件详细讨论各种实施方式及其方面。要理解，本发明在其应用上不限于如下描述中所陈述的或附图和附件中所示出的结构的细节和组件的布置。本发明能够有其它实施方式，且能够以各种方式实践或执行。本文中，具体的实现的实例仅仅为了说明的目的被提供。特别地，结合一种实施方式所讨论的行为、要素和特征不旨在从其它实施方式中排除类似的作用。此外，本文中所使用的措辞和术语是为了描述的目的，且不应认为是限制性的。“包括”、“包含”或“具有”、“含有”、“涉及”及其变体在本文中的使用是指包括其后列出的项及其等价项以及另外的项。图I示出了由许多装运集装箱120a_120g以及端盖装运集装箱IlOaUlOb组装的集装箱化的数据中心100的布局，装运集装箱120a-120g填充有安装在“横向”配置中的设 备围护结构130 (其中“X”是集装箱，且“y”是集装箱内的围护结构的排)。实用变压器140将电力输送到集装箱化的数据中心100。每个装运集装箱120具有大于其宽度的长度，且通常可以是具有由国际标准化组织(ISO)定义的尺寸的标准化的联运集装箱。这些标准化的或ISO集装箱是在联运运输中使用的主要的设备类型，且具有8英尺(2. 4m)宽乘8英尺(2. 4m)高的典型尺寸，同时具有20英尺(6. Im)标称的或19英尺(5. Sm)的最常见的长度。其它尺寸也可用于以允许形成多排设备围护结构同时每一排垂直于集装箱的长度形成的方式来容纳设备围护结构。先前的集装箱化的数据中心方法采用了沿集装箱纵向向下延伸的设备通道。这些以前的方法利用了集装箱的长度来用具有单一的入口通道的较长的设备排填充集装箱。以前的方法使用狭窄的通道来接近组件，同时接近往往由在外侧的门辅助。在符合本发明的原理的实施方式中，设备排成短排地配置，短排垂直于长度延伸，这在给定的集装箱内创建了多个排。多个“横向”排为横跨多个集装箱120的通道而提供，多个集装箱120允许在配置集装箱化的数据中心上的可扩展性。装运集装箱120具有至少单一的纵向侧壁开口 112以及实用接口(图I未示出)，开口 112配置成与另一装运集装箱120连接以创建单一的内部空间，实用接口配置成连接集装箱之间的至少一个数据中心资源。典型的数据中心资源包括但不限于数据传输连接、电源线、冷却气体或致冷线。这些装运集装箱120可作为完全封闭的集装箱来运输，其具有可拆卸侧以设置纵向侧壁开口 112。作为实例，在图I中，装运集装箱120a填充有多个设备围护结构13(^^130^'130a，3、130a，4和130a，5。这些设备围护结构可以是服务器机柜，其容纳用于存储数据的计算机服务器。集装箱120b-d可被类似地填充。在集装箱化的数据中心100内的其它装运集装箱中，装运集装箱120e填充有可容纳将冷却气体供给到集装箱化的数据中心100的其余部分的冷却单元的多个设备围护结构130^、1306,2、1306,3、13(^4和130e，5。集装箱120f 可类似地用冷却单元填充。在一些实施方式中，多个设备围护结构130x,y可安装在集装箱内，使得它们配置成以形成在设备围护结构和第一集装箱的横向壁之间的充气空间的方式与其它设备围护结构130x,y连接。这个增压空间可用于隔离，且用充气空间包含由冷却设备供给的冷空气或由服务器排出的热空气，这取决于集装箱120的所选择的配置。在其它实施方式中，装运集装箱120g填充有可容纳配电设备或开关柜的多个设备围护结构130&1、130&2、130&3、130g，4和130g，5，配电设备或开关柜为集装箱化的数据中心100的其余部分供给电力。图2是类似于图I所示的数据中心的数据中心的平面图。集装箱化的数据中心200具有两个端盖集装箱210a和210b，其提供进入集装箱化的数据中心200的入口。端盖集装箱210a和210b分别具有通路211a和211b，且可包括用于办公设备例如办公桌250的空间。端盖集装箱210a和210b提供到由设备集装箱220b-g所形成的横向通道的入口。在图2所示的配置中，设备入口通道225具有大约42英寸的间隙，且排气通道227具有大约36英寸的间隙。本领域技术人员将认识到，本发明的其它实施方式可具有的不同的通道尺寸，这取决于集装箱的大小以及设备围护结构配置的性质。装运集装箱220a填充有多个设备围护结构230a，!、230a，2、230a，3、230a，4和230a,5。集装箱220b-d可被类似地填充。在集装箱化的数据中心200内的其它装运集装箱中，装运集装箱220e填充有可容纳冷却单元的多个设备围护结构2300、23(\2、23(\3、23(^4和230e，5。 集装箱220f可类似地用冷却单元填充。装运集装箱220g填充有可容纳配电设备或开关柜的多个设备围护结构230&1、230&2、230&3、230g，4和230g，5。如所示，开关柜成排地布置，使得如所需要的，母线沿每个机柜的顶部连接并携带电流穿过设备围护结构排230a_&1、230a_g，2、230a_g，3、230a_g，4和230a_&5。配电输出首先通往围护结构中的不间断电源，其中电力被转换为不间断服务。机柜上方的断路器将电力分配给它的机柜。母线继续将服务传递给下一个集装箱。在各种实施方式中，每个机柜可包括用于报告给中央管理系统的电流和电压监测系统。另外，温度和气流传感器或其它环境传感器可用于监测数据中心环境并报告给管理系统。使用装运集装箱的组合或装运集装箱和传统的数据中心机房的组合，包括填充有数据中心设备的装运集装箱的模块化数据中心可提供许多优点。集装箱可以预配置装运有机柜、UPS、配电和冷却设备。预先填充有标准的、预测试的数据中心设备的模块化集装箱的使用可允许更短的交付时间和高度可扩展的数据中心体系结构，其具有比传统的数据中心更少的资金成本。如可能需要的，集装箱化的支持可提供N+1冗余(其中组件(N)具有至少一个独立的备份组件(+1))或2N冗余(其中组件(N)具有相同的副本)。为了防止单点故障，电气系统的元件，包括备份系统，可被复制，且关键的服务器连接到多个电源。开关系统可用在多个集装箱之间以确保如果发生电力故障时从一个供电到另一个供电的瞬时切换。作为一系列预先规划和指定的模块，它们可提供针对地方法规(local codecompliance)的标准的规定间隙,且与其它集装箱解决方案相比,可有效利用不动产(realestate)。了解和预测试可在单独的集装箱中使用的标准设备可使规划和优化集装箱化的数据中心体系结构更容易。使用所修改的ISO装运集装箱，数据中心集装箱可由海路、铁路、卡车装运到世界上任何地方。它们可通过使用标准的装卸设备例如起重机在现场组装。图3是由装运集装箱320a_320g和端盖装运集装箱310a、310b组装的集装箱化的数据中心300的可替换的布局，装运集装箱320a-320g填充有安装在“横向”配置中的设备围护结构(图3未示出)。集装箱化的数据中心300还包括多个冷却单元集装箱350a-e，其“堆叠”在装运集装箱320a、320b、320c、320d和320f上。冷却单元集装箱350a_e可提供对下面的设备围护结构中的横向排的高空冷却。冷却单元350a-e可作为独立的集装箱来装运，或可与双层堆叠的集装箱中的设备围护结构一起装运。实用变压器340将电力输送给集装箱化的数据中心300。图4是由采用了顶部安装的冷却集装箱450的装运集装箱组装的数据中心的一种实施方式的截面图。数据中心设备集装箱420填充有配置在横向布置中的多个设备机柜410。机柜410被布置使得它们将冷空气从所包含的冷通道427抽出以提供对机柜410中的数据中心设备的冷却。机柜410中的设备将热空气排入所包含的热通道425。这些冷通道427和热通道425布置用于确保机柜410中的产生热量的电子设备不会过热。冷却单元集装箱450可以位于设备集装箱420的顶部上以提供对下面的系统的冷却。图4所示的实施方式中，由设备排入室内的热通道425的热空气可以越过平板空气(plate air)到达冷凝器单元480的空气交换器，且借助上部的室外冷通道457通过进入的室外空气冷却。室内空气得到冷却，且被引导到室内冷通道427。这样的空气可被冷凝器蒸发器480补充冷却以保持所需的室内冷通道温度。从冷却平板的上部冷通道457到平板空气交换器的室外空气通过经过交换器的通道得到预热，同时将热量从下部热通道 425移除。然后该室外空气通过上部的室外热通道455排到大气中。冷却集装箱450的通道455、457允许冷却组件可接近及可维修。这种冷却系统允许有效的“自由空气”冷却，而没有将外部的灰尘和碎屑引入数据中心的风险。本领域的那些技术人员将理解，各种类型的冷却模块可结合冷却单元集装箱450使用。例如，上部的冷凝器可被热通道425和冷通道427之间的直线式冷凝器蒸发器冷却盘管替换，而冷凝器的冷凝器回路将热量排放到大气。在另一实例中，可采用直接的自由冷却来将热空气从热通道425排出，并将外部空气带入冷通道427。在以上实例中，集装箱被示出专门用于配电、UPS、冷却、IT。但是，本领域技术人员将认识到，横向排也可应用于包含这些部件的组合的模块，使得足够多的那些部件中的每一个足以提供具有一定的功率容量的完整的数据中心。图5是示出了集装箱化的数据中心500解决方案的可扩展性的平面图。端盖集装箱510提供进入集装箱化的数据中心500的入口 513，且包括配电盘(panel board) 515、517，所述配电盘充当用于将电力提供给任何额外的数据中心设备的接头。与端盖集装箱510相邻的是具有几个设备机柜53(^^53(^^5300的数据中心集装箱520a，设备机柜530a，!、530a； 2、530a, 3可用于容纳服务器。此外，数据中心集装箱520还容纳UPS 530Μ和电力配电盘533以及开关板535。配电盘和开关板如所需的用于提供冗余的电力路径、保护不受故障影响，并且允许用于服务和维护的专用线路的电气隔离，同时提供数据中心的连续运行。本领域的那些技术人员将理解配电盘或开关板的选择取决于配电的电流强度和复杂性及离散的点到点布线的集成与使用整体的开关柜母线。配电盘533和开关板535可具有类似的功能，但在它们的构造上可以不同。一般，开关板通常可以是较厚的，且通常是落地式的，而配电盘通常是较薄的且是壁装式的。类似的数据中心集装箱520b、520c可根据必要的数据中心需求串联安装。虽然在图5的配置中示出了仅仅三个设备集装箱520a、520b、520c，但是数据中心集装箱的模块化允许额外的设备集装箱被串联添加。根据数据中心配置和数据中心配置可能需要的必要的冷却能力，冷却集装箱525可以串联添加到数据中心集装箱520a、520b、520c。冷却集装箱525包括可以提供对集装箱化的数据中心500的其余部分的冷却的冷却单元540。尽管图5中未示出，额外的设备集装箱可与冷却集装箱525相邻地添加以提供用于额外的服务器或电力开关设备的空间。具有纵向侧壁开口的多个集装箱包含设备围护结构，设备围护结构创建了通道开口以提供到设备的入口。本领域技术人员将理解，数据中心集装箱520a、520b或520c可填充有不同类型的数据中心设备，且可根据客户需要来可交换地配置和安装。例如，单一的模块可配备有电力、UPS、冷却和IT空间。如关于图3所示的，冷却集装箱525可配置成安装在数据中心集装箱520a、520b或520c的顶部上。在这样的情况下，端盖集装箱510可配备有楼梯512，以提供从端盖集装箱510到第二级的入口。使用设备围护结构的纵向侧壁开口和横向排的这种灵活的方法为数据中心设计者提供了高度可扩展的数据中心解决方案。这样的装置的最大容量可通过通道长度(其中可使用中间的“办公室”模块)或其它限制例如地理覆盖区来限制。 如可能需求的，集装箱化的支持可提供N+1或2N可靠性。为防止单点故障，电气系统的所有部件，包括备份系统，通常被完全复制，且关键服务器连接到“A侧”和“B侧”电力馈送。往往做出这样的布置以在系统中实现N+1冗余。静态开关有时用于确保在发生电力故障时从一个供电到另一个供电的瞬时切换。图6是采用了结合传统的机房的集装箱化的公用设施解决方案的数据中心的框图。在迫使数据中心所有者将前期资金投入在未来的机房或者将推测的容量投入在具有不确定的需求的长交付时间的项目上之后，传统的建造方法在其机房本身中整合了配电、电力、冷却。每个数据中心是一个长交付时间、昂贵的、定制的工程项目。集装箱化的IT空间和支持解决了这个问题，但是引入了其它问题，如IT设备的可维修性和可接近性，尤其是在恶劣的天气下，或可能限制集装箱放置的当地建筑规范的问题。在一些情况下，对于一个组织可能有利的是，使用现有的室内IT空间600并用额外的集装箱化的服务610、620补充容量。本文中，数据中心所有者可以建造便宜的外罩，其中他们可以把IT容量和空间展示给潜在客户。集装箱化的支持包允许被设计和测试，并允许每次将实地证明的可靠性交付给客户。当提供连续的服务时，组件可在集装箱中热更换。必要时，整个集装箱可被更换，且在远离客户数据中心的位置处重新装备。图7A和图7B示出了实例冷却集装箱700，其可用作到数据中心的专门的空气冷却的冷凝水供给集装箱化的服务。通常，在传统的单片式冷凝器系统中，冗余通过添加第二个(或第三个或第四个)相同的大型冷凝器(其处于待机状态直到被需要)来实现，这增加了资本支出。由于大小，这些冗余的冷凝器需要时间来投入运行，且这样做需要手动干预。冷凝器不能自动地旋转运行和停止运行，且因此磨损集中在使用中的冷凝器直到由于故障或主单元，冗余的冷凝器投入运行。此外，大多数冷凝器系统未将自由冷却并入它们的标准配置。尽管可以相互连接以形成更大型的粘接的冷凝器单元的模块化的小型冷凝器单元是可用的，但是这些单元不能在不中断冷凝的水流的情况下从整体的冷凝器单元完全移除。图7A示出了使用蜿蜒的冷凝水储箱的冷却集装箱700的开视图。蜿蜒的冷凝水箱由许多直管段710组成，直管段710由弯管720接合以实现蜿蜒的或曲折的路径。这样的管道可符合美国国家标准学会(ANSI)附表40型钢管。该管道系统的每个端部715a、715b具有与整体的冷凝水系统串联的接头。冷凝水进入该管道系统存储室(storage)的一个连接头端部715a，通过蜿蜒的或曲折的路径，并离开另一连接头端部715b。冷凝水箱允许在失去主电力的情况下的热容量。此外，冷凝水存储室有助于调节或抑制冷凝器系统的运行。在 这样的长管道中的流动的顺序性有助于确保水以先入先出(FIFO)的方式离开冷凝存储室，确保了更冷的水供应给与进入的水相对的负载。在冷凝器不工作的电力故障期间，这变得重要，因为它防止了暖回水找到到冷凝水输出端的“捷径”。弯管的形状和管道的直径可被优化以使压降最小化，同时维持冷凝水容量和系统的顺序的FIFO流动。地板嵌板750可放置在冷却集装箱内以覆盖蜿蜒的管道，如图7B所示。地板嵌板750可沿支撑框架740放置以提供稳定性和结构。门730可用来提供进入集装箱系统的入口。图8A-C示出了可替代的蜿蜒的冷凝水储箱800，其可连同图7A和图7B的冷却集装箱700 —起使用。图8A示出了蜿蜒的冷凝水储箱800的透视图。图8B示出了蜿蜒的冷凝水储箱800的截面端视图。图SC提供了蜿蜒的冷凝水储箱800的顶视图。冷凝水储箱800具有两个长存储管道810，其形成了存储箱800的两个外部长度。在一种实施方式中，这些管道810可以符合ANSI附表40型钢管，且具有18英寸的直径。在一端，两个存储管道810被较大的弯管连接头820接合。在另一端上，两个存储管道810中的每一个连接到渐缩管，渐缩管使管道的直径下降到10英寸直径并且将存储管道810的每一个接合到较小的弯管连接头825。这些较小的弯管连接头825延伸入每一个分别具有一个端部815a、815b的两个较小的存储管道812。冷凝水进入该管道系统存储室的一个连接头端部815a,通过蜿蜒的或曲折的路径，并从另一连接头端部815b离开。图9是具有模块化的自由冷却单元920和冷凝器单元940的冷却集装箱900的侧视图。集装箱900用绝缘结构980在蜿蜒的或曲折的存储箱(图9未示出)上建造。使用箱作为冷凝水回路在冷却集装箱900内提供了集成的循环冷却系统。沿冷却集装箱900的长度的是冷凝水集管的系统，且配电系统安装为中央“主梁”(spine) 950，同时水和电气接头具有预定的间隔。自由冷却单元920通常由在具有匹配沿主梁950的接头的预定间隔的大小的框架内的一组水到空气的热交换盘管组成，其具有匹配的风扇和控制机构。冷凝器单元940通常由一组压缩机、蒸发器、一组冷却空气的冷凝器盘管、阀门、控制机构、传感器和风扇组成，其同样在具有匹配沿主梁950的接头的预定间隔的大小的框架内。在集装箱900内，泵系统970和管道装置可以连接。在一些实施方式中，根据典型的系统需求，可使用双冗余泵系统。泵可提供N+1或2N冗余，例如，通过在一个泵足够的系统中使用两个泵。装设阀门允许将一个泵从管道装置电路隔离以及维护或更换该泵或电机。在这些实施方式中的一些中，每个N+1或2N泵电路在隔离路径中可具有可接近的滤网，其中当另一条路径继续运行时，一条路径可被隔离且滤网可被使用和清洗干净。根据数据中心现场所需要的地理的和必要的冷却容量，自由冷却单元920和冷凝器单元950可以可交换地被添加以优化数据中心资源。冷凝器容量被分成较小的冷凝器模块950，且冷凝器集装箱可包含N+1个冷凝器模块。例如，在150吨的冷凝器集装箱内，可以有六个30吨的冷凝器模块。如果一个冷凝器模块950发生故障或需要维修，则当那个发生故障的模块被维修时，其它五个冷凝器模块950可继续提供全额定的150吨的冷却。在一些实施方式中，当其它冷凝器模块仍在运行时，可以在已被断开的单独的冷凝器模块950上进行维修。这样的“维修”可包括维护、修理或更换组件，或者更换整个冷凝器模块。在一些实施方式中，每个冷凝器模块950可包含从属控制机构以提供运行。此外，为了高效且可靠的运行，主控制机构可以协调冷凝器模块950的运行。在失去主控制机构时，每个从属控制机构将命令其冷凝器模块950运行，这提供了全容量但降低的性能(例如效率和平稳运行)直到主控制器被更换。本发明的实施方式还允许自由冷却模块920，其中类似于冷凝器模块950，自由冷却模块920可被隔离，且可以在系统正在运行时被维修或更换。虽然本文描述了设置在每个冷凝器集装箱900内的具有N+1冗余的集装箱，但是本领域技术人员将理解， 使每个冷凝器集装箱900提供容量且通过将额外的冷凝器集装箱900添加到整个系统来实现冗余是可能的。结合图9所描述的冷却集装箱提供了可配置的冷却解决方案，其允许自由冷却和冷凝器容量的混合以适合标准的ISO装运集装箱的占用空间。主梁950的模块化和通用接口允许定制的自由冷却或冷凝器容量，并且是可容易地扩展的——随着数据中心的负载增长，冷凝水和配电的中央主梁950允许冷凝器被迅速添加。中央主梁950可在不中断到数据中心负载的冷凝水供给的情况下允许任何冷凝器模块950或自由冷却模块920从其它部件断开，或为了更大的容量而添加单元。另外，冷却集装箱900的实施方式可提供高效的解决方案以对单独的冷凝器单元进行智能控制，因为只有给定负载所需要的冷凝器容量将运行。冷凝器可以随需求改变来接入和断开，这允许每个冷凝器在其最有效的负载点运行。作为自包含的冷却解决方案，冷却集装箱900可帮助数据中心设计者节省前期资本投资、建设成本、定制设计的未知的可靠性问题和交货时间。上述冷却集装箱900可用于支持如结合图I所述的模块化的数据中心或支持如结合图6所述的混合系统。图IOA是数据中心装置的外部透视图，其示出了将传统的数据中心机房1000与外部集装箱化的服务例如冷却集装箱900结合的混合数据中心装置的一种实施方式。图IOB提供了相同的数据中心装置的内部透视图。附接到数据中心机房1000的外部的是几个垂直安装的空气处理集装箱1010。空气处理集装箱1010可与冷凝器集装箱1020配对来提供空气流动，以将暖空气从数据中心1000抽出，并提供进入数据中心1000的冷空气。如在图IOA的装置中所示的，空气处理集装箱1010可与冷凝器集装箱1020以2:1的比例配对，通过集装箱侧壁中的开口提供空气处理集装箱之间的空气流动。通过使用2:1或其它比例的空气处理集装箱与冷凝器集装箱，该装置可以促进低速气流和有效运行，且还可以允许增加的空气容量以匹配任何冷却容量。具有用于空气处理和空气冷却功能的单独的集装箱还通过允许单个的集装箱的升级提供增强的可扩展性。例如，装置可升级到更有效的冷凝器集装箱，同时保持与空气处理集装箱的兼容性。集装箱的这种分立功能在满足特定的现场需求上提供了一些灵活性。根据数据中心装置的内部透视图，许多设备机柜1080可安装在数据中心1000内。如所示，设备机柜可被配置，使得设备定位成将热废气排入所包含的具有排气充气空间1070的“热通道”。排气充气空间1070引导热废气进入由顶部分隔器1090 (在透视图中示出)在数据中心1000内创建的更大的充气空间。顶部分隔器1090提供分隔器1090上方的热通道的热废气和下面的更冷的数据中心空气之间的分离。热空气可借助空气处理集装箱1010通过排气开口 1050从顶部压力通风系统抽出并被冷凝器集装箱1020冷却。空气处理器1010通常可配备有大型风扇(未示出)来将空气通过其抽出。一旦被冷却，冷空气可通过冷空气开口 1060被往回提供到数据中心1000。虽然如图IOB所示的排气开口 1050和冷空气开口 1060看起来相对于集装箱尺寸较大，但是通过将空气处理集装箱1010分开成更小的单元，它可使用更小的孔，以及因此对机房的更少的结构修改。
再次参照图10A，数据中心装置通过使用配电集装箱1030还将可扩展的电力支持提供给数据中心1000。在配电集装箱1030内，可以是预先安装的开关柜和UPS设备的布置。实用变压器1040将电力输送到集装箱1030，用于到数据中心1000的配电。在所示的装置中，冷凝器模块1020可安装成位于配电集装箱1030的顶部上。这样的层叠的集装箱倚靠机房的外壁的布置允许电力集装箱1020与冷凝器集装箱1030使用最少增加的不动产来有效地利用空间。此外，通过升高冷凝器集装箱1030，这允许冷凝器集装箱的进气口被升离地面，有助于防止灰尘和污染物侵入。所示的配置还提供了来自冷凝器集装箱1030的空气废气被引导出集装箱的顶部，使热空气的回流最小化。具有这样的装置，电力可通过小的入口孔(未示出)从配电集装箱1030连接在机房的侧面，且可以通过数据中心1000引导电缆或母线电缆管道。另外，液体回路也可通过小的入口孔直接从冷凝器集装箱1030连接在机房的侧面。图IlA和图IlB分别是图IOA的数据中心装置的侧视图和端视图。数据中心1100具有安装在数据中心1100内的许多设备机柜1180。设备机柜1180将热废气排入所包含的热通道，热通道被引导入排气压力通风系统1170。排气充气空间1170将热废气引导入通过顶部分隔器1190创建在数据中心1100内的更大的充气空间1102。附接到数据中心机房1100的外部的是垂直安装的空气处理集装箱1110。空气处理集装箱具有用于将空气抽出排气开口 1150以及通过冷空气开口 1160将其往回供给的大型风扇1115。空气处理集装箱1110与冷却抽入空气处理集装箱的热废气的冷凝器集装箱1120配对，使得冷空气能够被往回供给数据中心1100。冷凝器集装箱1120可包括冷凝器模块1122、水箱1124和热交换器1126等其他设备。本领域技术人员将认识到，预先设计的冷凝器集装箱可包含能够冷却热废气的其它设备(未示出)，包括自由冷却模块或水泵。如在图IOA和图IOB的装置中的，图IlA和图IlB的冷凝器集装箱1122安装在配电集装箱的顶部1130上。这些集装箱可填充有各种电气设备，例如多个UPS 1132、开关板1134和开关柜1136中的一种。作为预先设计的配电集装箱，设备的类型可被确定以提供可扩展的电力支持来满足针对电力或冗余的特殊的数据中心要求。图12是根据本发明的原理的集装箱化的数据中心1200的透视图。装运集装箱1210容纳电子设备围护结构1280。设备围护结构1280安装在集装箱的内部以形成沿集装箱1210的长度的排。围护结构1280定位成允许冷却气体从第一区域1240通过围护结构以冷却所安装的电子设备，并允许电子设备将加热的气体排放到第二区域1225。第一区域1240和第二区域1225被包含冷空气和热空气的阻挡层1250分离。第二区域1225中的集装箱1210中的排气开口 1222允许加热的气体排放到大气。附接到集装箱1210的是冷却模块1230，该冷却模块1230配置成从大气中抽取气体、冷却气体并将冷气供给到第一区域。如果环境不是足够冷，补充的冷却可以通过水到空气交换器供给到吸入的空气，优选来源于井或池塘。在这些替代的实施方式的一些中，冷却模块可包括进入接口 1235a，其配置成从外部来源接收可用于冷却气体的冷水或冷凝水。冷凝水冷却了冷却模块1230中的空气之后，它可以通过退出接口 1235b排出。实施方式还可包括可更换的颗粒/化学制剂过滤器以及可选的水到空气热交换器和垂直于上面提到的冷却源的栗。如图12所示，排气开口 1222还可包括附接到排气开口 1222的排气模块1220。排气模块1220可包括风扇(图12未示出)，以将加热的气体从第二区域1225抽出。在数据中心围护结构的实施方式 中，排气模块可包括筛网以防止碎屑和动物进入集装箱。排气模块在排气开口 1222上提供了防雨、防喷溅、防虫和防蚀罩。虽然风扇、过滤器、交换器在排气模块中被示出在主围护结构的外部，但是它们可位于主围护结构内部以将外部突起缩小到几乎什么都没有。可替代地，过滤器可用空气-空气热交换器替换。在一些实施方式中，数据中心可包括控制系统，该控制系统配置成监测空气温度，例如环境空气温度、或第一区域或第二区域的空气温度，以便控制风扇运行速度以及控制冷却模块的运行。数据中心围护结构还可包括配置成将电力提供给风扇和控制系统的DC电源。DC电源是太阳能逆变器系统、风力发电机或电池中的一种。根据上述内容，将理解，本文所描述的系统和方法所提供的方面和实施方式给出了一种提供可扩展的数据中心IT、电力和冷却解决方案的有效的方式。对前面和后面、左侧和右侧、顶部和底部或上部和下部以及诸如此类词语的任何引用旨在为了便于描述，而不是将本系统和本方法或它们的组件限制到任何一个位置或空间的方向。文中以单数形式提及的对本系统和方法的实施方式或要素或行为的任何引用也可囊括包括了多个这些要素的实施方式，且本文中以复数形式对任何实施方式或要素或行为的任何引用也可囊括包括了仅仅单一要素的实施方式。单数或复数形式的引用不旨在将当前所公开的系统或方法、其组件、行为或要素限制于单个或多个的配置。本文所公开的任何实施方式可与任何其它实施方式结合，且对“一个实施方式”、“一些实施方式”、“可替换的实施方式”、“各种实施方式”、“一种实施方式”或诸如此类表述的引用未必是相互排斥的并且旨在表明结合该实施方式所描述的特定特征、结构或特性可包括在至少一种实施方式中。如本文所使用的这样的术语未必全部涉及相同的实施方式。任何实施方式可以以符合本文所公开的方面和实施方式的任何方式与任何其它实施方式
彡口口 “或”的引用可解释为包括一切的，使得使用“或”所描述的任何项可以指示所描述的项的单个、多于一个以及全部中的任何一种。附图、详细描述或任何权利要求中的技术特征后面有参考标记的地方，为了增加附图、详细描述和权利要求的可理解性的唯一目的，所述参考标记已被包括。因此，参考标记的有无对任何权利要求要素的范围都不具有任何限制作用。本领域技术人员将意识到，本文所描述的系统和方法可以在不脱离其精神或基本特征的情况下以其它特定的形式体现。例如，示出或描述为直接耦合的组件也可通过其它组件间接耦合。
因此，上述实施方式在所有方面被认为是说明性的而不是对所描述的系统和方法的限制。因此，本文所描述的系统和方法的范围由所附的权利要求而不是上述描述指出，且因此，落入权利要求的等效的含义和范围内的所有变化都旨在被包含在其中。
权利要求
1.一种数据中心围护结构，包括 第一装运集装箱，其用于容纳数据中心设备，所述集装箱具有大于其宽度的长度并具有至少一个纵向侧壁开口，所述至少一个纵向侧壁开口配置成与具有纵向侧壁开口侧的第二装运集装箱连接以创建单一的内部空间； 第一多个设备围护结构，其安装在所述第一集装箱的内部以形成垂直于所述集装箱的长度的第一排；和 第二多个设备围护结构，其安装在所述第一集装箱的内部以形成垂直于所述集装箱的长度的第二排；以及 实用接口，其配置成在所述第一集装箱和第二集装箱之间连接至少一个数据中心资源。
2.如权利要求I所述的数据中心围护结构，其中所述数据中心资源是数据连接、电力、致冷液体或冷却气体。
3.如权利要求I所述的数据中心围护结构，其中所述第一多个设备围护结构配置成与安装在第二集装箱的内部的多个设备围护结构连接，形成了所述数据设备围护结构和所述第一集装箱的横向壁之间的充气空间。
4.如权利要求I所述的数据中心围护结构，其中全部所述数据设备围护结构是多个服务器机柜、多个冷却模块或多个电力模块中的一种。
5.如权利要求I所述的数据中心围护结构，还包括 冷却装运集装箱，其具有大于其宽度的长度并具有容纳数据中心冷却设备的多个设备围护结构，所述数据中心冷却设备安装在所述冷却装运集装箱中以形成垂直于所述集装箱的长度的排，所述冷却装运集装箱配置成安装在所述第一装运集装箱的顶部上，以将暖空气从所述第一集装箱的内部抽出并将冷空气供给到所述第一集装箱的内部。
6.一种数据中心,包括 机房，其包含用于容纳电子设备的设备围护结构； 第一装运集装箱，其用于容纳数据中心公用设施，所述集装箱具有至少一个开口，所述至少一个开口配置成与所述机房连接以将数据中心公用设施提供给所述机房。
7.如权利要求6所述的数据中心，其中所述第一装运集装箱是具有预先安装的实用设备的预先组装的集装箱。
8.如权利要求7所述的数据中心，其中所述数据中心公用设施是冷却模块。
9.如权利要求7所述的数据中心，其中所述数据中心公用设施是电力模块。
10.如权利要求9所述的数据中心，其中所述电力模块包括配电开关柜和不间断电源 装直。
11.一种数据中心，包括 数据中心结构，其包含用于容纳电子设备的设备围护结构； 空气处理装运集装箱，其配置成垂直地安装到所述数据中心结构的外壁，所述空气处理装运集装箱还配置成将热废气从所述数据中心结构抽出并将冷空气排入到所述数据中心结构；以及 冷却模块集装箱，其配置成与所述空气处理装运集装箱连接并冷却来自所述空气处理装运集装箱的热废气以提供冷空气。
12.如权利要求11所述的数据中心，还包括 配电集装箱，其配置成将配电提供给所述空气处理装运集装箱、所述冷却模块集装箱和所述数据中心结构。
13.如权利要求12所述的数据中心，其中所述配电集装箱和所述冷却模块集装箱配置成垂直地彼此堆叠。
14.如权利要求11所述的数据中心，其中所述数据中心结构是数据中心集装箱。
15.如权利要求11所述的数据中心，其中用于容纳电子设备的所述设备围护结构配置成在一通道内容纳热废气，且其中所述空气处理装运集装箱从连接到所述通道的管道中将热废气抽出。
16.如权利要求11所述的数据中心，其中用于容纳电子设备的所述设备围护结构配置成抽出所包含的冷通道内的冷空气，且其中所述空气处理装运集装箱供给来自连接到所述冷通道的管道的冷空气。
17.一种数据中心围护结构，包括 装运集装箱，其用于容纳电子设备围护结构，所述设备围护结构安装在所述集装箱的内部以形成沿所述集装箱的长度的排，且配置成允许气体从第一区域通过所述围护结构以冷却电子设备并允许电子设备将加热的气体排到第二区域； 排气开口，其在所述第二区域的所述集装箱中以允许加热的气体排放到大气； 冷却模块，其配置成安装到所述集装箱并从周围环境抽取气体、冷却所述气体以及将冷气体供给到所述第一区域。
18.如权利要求17所述的数据中心围护结构，还包括 排气模块，其耦合到所述排气开口，所述排气模块包括风扇以将加热的气体从所述第二区域抽出并将所述加热的气体排放到大气。
19.如权利要求18所述的数据中心围护结构，其中所述排气模块还包括筛网，以防止碎屑和动物进入所述集装箱。
20.如权利要求18所述的数据中心围护结构，其中所述冷却模块配置成从外部源接收冷水以冷却气体。
21.如权利要求20所述的数据中心围护结构，其中所述外部源是池塘、冷却塔、冷凝器或地热井中的一种。
22.如权利要求18所述的数据中心围护结构，还包括控制系统，该控制系统配置成监测空气温度以控制风扇运行速度以及控制所述冷却模块。
23.如权利要求22所述的数据中心围护结构，其中所述空气温度是周围空气温度、第一区域空气温度或第二区域空气温度之一。
24.如权利要求22所述的数据中心围护结构，还包括 DC电源，其配置成将电力提供给所述风扇和所述控制系统。
25.如权利要求24所述的数据中心围护结构，其中所述DC电源是太阳能逆变器系统、风力发电机或电池中的一种。
26.—种冷却集装箱,包括 集装箱外罩； 冷凝水储箱，其包括用于接收冷凝水的第一接口、多个直管和用于输出所述冷凝水的第二接口，所述多个直管通过弯管接头接合以提供曲折的路径，所述冷凝水储箱的完整的路径长度大于所述集装箱外罩的长度；以及 多个接口，其在所述集装箱外罩内，所述多个接口配置成接收冷凝器模块或自由冷却单元。
27.如权利要求26所述的冷却集装箱，其中所述集装箱能够以N+1冗余度运行以用于数据中心可靠性和可用性。
28.如权利要求26所述的冷却集装箱，还包括多个自由冷却单元。
29.如权利要求26所述的冷却集装箱，还包括多个冷凝器模块。
30.如权利要求26所述的冷却集装箱，还包括集成的泵。
31.如权利要求26所述的冷却集装箱，还包括集成的循环冷却系统。
32.如权利要求26所述的冷却集装箱，其中所述集装箱可配置成接收可变化的数量的冷凝器模块和自由冷却单元，以满足数据中心系统的特定的容量和效率需求。
33.如权利要求26所述的冷却集装箱，其中所述冷凝器模块和所述自由冷却单元是可热交换的。
全文摘要
冷却集装箱(700)包括具有冷凝水储箱的集装箱外罩，冷凝水储箱包括用于接收冷凝水的第一接口。冷凝水箱具有由弯管接头(720、820、825)接合以提供曲折的路径的多个直管(710、810)和用于输出冷凝水的第二接口，完整的路径长度大于集装箱外罩的长度。集装箱外罩内的许多接口配置成接收冷凝器模块或自由冷却单元。
文档编号H05K5/00GK102906358SQ201180025161
公开日2013年1月30日 申请日期2011年4月6日 优先权日2010年4月6日
发明者约瑟夫·德舍纳, L·M·麦克马汉, 威廉·齐格勒 申请人:美国能量变换公司