数据中心冷却的制作方法
【专利摘要】一种冷却系统（28）冷却设备室（20），其中，设备（24）布置成多个排（设备排），所述多个排间隔开以多个通道（26），所述多个通道位于各个排之间。冷却系统具有布置在多个排（AHU排）（30）上的多个空气处理单元（AHU）（32）。每个AHU排分别与各自的所述设备排相关。每个空气处理单元具有冷却换热器（40）和风扇（42），风扇定位成驱动空气流（500）跨过冷却盘管从在排的一侧的入口（36）到在排的另一侧的出口（38）。多个冷却源（90A-D）分别联接到各自的多个AHU的冷却盘管，AHU的每一排包括联接到不同的这种冷却源的AHU。
【专利说明】数据中心冷却
【技术领域】
[0001]本发明涉及数据中心冷却。更特别地，本发明涉及具有多排服务器机架的数据中心的空气冷却。
【发明内容】
[0002]本发明的一个方面涉及用于冷却设备室的冷却系统，其中，所述设备布置成多个排(设备排)，所述多个排间隔开以限定多个通道，所述多个通道位于各个排之间。所述冷却系统具有布置成多个排(AHU排)的多个空气处理单元(AHU)。每个AHU排分别与各自的所述设备排相关联。每个空气处理单元具有冷却换热器和风扇，风扇定位成驱动空气流跨过冷却换热器从在排的一侧的入口到在排的另一侧的出口。多个冷却源分别联接到各自的多个AHU的冷却换热器，AHU的每一排包括联接到不同的这种冷却源的AHU。
[0003]在各种实施方式中，AHU排的每一个的空气流方向交替，以便将通道分为两组:第一组，两个相邻AHU排的入口沿该第一组抽取空气；以及第二组，两个相邻AHU排的出口将空气排放至该第二组。在每个AHU排中，不同的AHU可分别联接至至少三个不同的这种冷却源。更特别地，AHU的四个不同子组可分别联接至正好四个不同的这种冷却源。AHU可联接至冷却源，使得每个AHU与在它自己AHU排中的每个直接相邻的AHU和在相邻(多个)AHU排中的每个直接相邻AHU相比联接到不同的冷却源。所述系统还可包括设备，并且所述设备可包括服务器机架的多个单线排。可以有4-6个所述冷却源。每个冷却源可包括:用于将液体制冷剂泵送至与这种冷却源相关联的多个空气处理单元的泵；从空气处理单元返回气态制冷剂的返回管线；以及在返回管线与泵入口之间用于冷却并液化制冷剂的制冷剂-液体换热器。多个冷却器系统将被冷却液体输送至制冷剂-液体换热器来液化制冷剂。附加AHU可具有从所述多个冷却器系统接收被冷却液体的换热器，并可提供房间湿度控制和/或冷却。制冷剂按重量可大部分由CO2组成或可基本上由CO2组成。在附图和以下描述中阐述了一个或多个实施方式的细节。其它特征，目的和优点从说明书和附图以及权利要求书将是显而易见的。
【专利附图】
【附图说明】
[0004]图1是设备室中服务器机架的局部端视图。
[0005]图2是室中服务器机架的俯视图。
[0006]图3是室的数据中心冷却系统的示意图。
[0007]图4是AHU供给分组的示意图。
[0008]在各图中相似的参考编号和标记表示相似的元件。
【具体实施方式】
[0009]图1示出了包含多个排22的设备24 (例如，在机架中的计算机服务器)的设备室
20。在每排之间是走廊或通道26 (分别识别为如在下面讨论的交替的冷通道26A和热通道26B)。具有冷却系统28。在每个排22之上的是系统28的空气处理单元(AHU) 32的相关联排30(30A和30B)。每个空气处理单元包括在入口 36与出口 38之间限界空气流路的外壳34。入口空气流500进入入口 36，并在作为出口空气流500’排放前，顺次通过换热器40(热吸收换热器或冷却盘管)和风扇42 (电动马达驱动的风扇)。每个AHU可具有一个或多个传感器(例如，入口温度传感器44，定位成测量入口空气流500的温度)以及本地控制器46，其可联接(例如，硬连线)至所述传感器以接收输入且至相关联风扇42以控制风扇速度。在示例性操作方法中，控制器46 (例如，微控制器等)是预编程有目标入口温度或入口温度设定点。当传感器44测量的温度处于此目标时，控制器46可以正常的缺省速度运行风扇42。如果所测温度超过了该目标，控制器可按比例地或以其它对应于测量温度与设定温度之间的差的方式增加风扇速度。类似地，如果所测温度降至所述目标以下，控制器46可减慢风扇。
[0010]空气处理单元的排分为两个组30A和30B。从示例性的取向看，这允许:Ca)每个AHU的入口是与直接相邻这些入口的排中的AHU的入口相邻；以及(b)出口与相对排(其邻近所述出口)中的AHU的出口对齐。这提供了使通道分为冷通道和热通道的示例性分法，该冷通道从两个相邻的AHU排的AHU接收出口流500’，以及从热通道抽取两个相邻的AHU排的入口空气流500。这允许空气流502从相邻的冷通道穿过每个排24并退至相邻的热通道502’(例如穿过机架并穿过在机架中的服务器)。
[0011 ] 在示例性系统中，排30A中的AHU与排30B的AHU相同，但在相反方向上取向。替代地，它们可取向类似，但风扇马达可被相反地驱动。
[0012]图2示出了由侧壁50 (地面和天花板未编号)限定的室20。常见的细节，例如门和正常的室内气候控制系统(如果有的话)未示出。在排22的阵列的每端，示例性配置包括仅沿其一侧具有服务器的通道。在示例性配置中，阵列一端具有冷通道26A’，并且另一端具有热通道26B’。其它配置是可能的。排22的示例性数目是4-50，更狭窄地，6-20。在每排中的个体服务器机架单元的示例性数目至少是4，更狭窄地，至少6或8或10-50。尽管图2示出了完整的阵列，在许多情况下，数据中心不会被填充至容量，并且可能有大量空位，每个空位是空的服务器机架或根本没有机架。
[0013]图3是冷却系统的示意图。示例性系统被示为具有与设备排具有相等数目的AHU排。示例性的替代通风系统可具有稍多或稍少(例如，在周边附近增加AHU排以提供附加的冷却或牺牲周边排)。此外，替代实施方式可以折合设备机架成背靠背的排，从而将AHU排的相对数目减半。
[0014]示范性实施方式示出了与每排中服务器机架相似数目的每排中的空气处理单元。然而，这可随服务器机架的相对宽度变化。每排中AHU的示例性数目至少是4，更狭窄地，至少6或8或10-50。
[0015]示例性AHU以多种冗余方式被供给传热流体。示例性的传热流体基本是作为液体输送至传热器40并作为气体从其退出的二氧化碳(例如按重量计至少50%)。
[0016]示例性冷却由风冷冷却器提供。图3示出了平行连接以提供冗余(redundancy)的示例性的三个冷却器70。每个冷却器70包括电驱动蒸气压缩系统(未示出)以将被冷却水的输出流输送至相关联的输出/出口 /排放管线72，并通过返回管线74接收水的返回流。相关联的泵76可驱动该流。图3还示出了可控制整个系统操作的系统控制器78。示例性控制器78可包括微处理器和内存，用于执行整个控制功能并与可控系统部件直接对接或经本地控制器间接对接口。例如，冷却器70的每一个可具有它自己的本地控制器，继而联接至控制器78。通过具有在系统不同水平和位置的控制器，可获得更高程度的冗余和故障安全操作。输出线和泵共同连接至冷水供应管线80，且管线74共同连接至返回管线82。
[0017]通过将传热流体分开地送入AHU的单独组来提供附加的冗余。在示例性的实施方式中，具有多个机架单元90 (示出四个)，每一个与AHU的对应组相关联。每个单元90包括换热器，其具有从供应管线80接收被冷却水并将该水返回至返回管线82的第一分支100。每个换热器具有沿到/从AHU的相关联传热流体(CO2)的环路的第二分支102。第二分支与它们相关联的第一分支处于传热关系，以从CO2将热量排给水来将CO2冷凝回液体。
[0018]每个单元90还包括驱动传热流体相关联流的泵104。每个单元90具有出口 /供应管线110和返回管线112 (为易于区别以断线示出)。在示例性的实施方式中，这些线110，112中的每一个通过具有横过AHU排的相关联支线(110-1，110-2，110-3，110-4，110-5，112-1，112-2，112-3，112-4和112-5)的歧管供给或被供给。每个单元90还可具有它自己的控制器(未示出)，从相关传感器(未示出)接收输入并控制包括泵104的相关联可控设备。
[0019]图3示出了四个这种单元90A-90D。图4示出了由字母A-D代表的四个组AHU的示例性分组，它们分别由单元90A-90D供给。单元示例性的数目为3-10,更狭窄地为4-6。
[0020]AHU换热器40以交替方式联接至相关联机架，使得每个AHU从不同的机架供给，相比于:(I)在相同排中的它的一个或两个直接相邻AHU ；以及(b)在一个或两个(多个)相接相邻排中的相接相邻AHU。因此，如果一个机架故障，任何服务器将仅经历略有减少的空气流，因为即使一个最近的机架通过这个机架供给，接下来的四个最邻近AHU将不受影响。甚至两个机架的故障相对均匀地分配丢失的冷却。当一个AHU故障或AHU组之一故障时，在故障AHU附近的工作AHU可帮助回复负载。工作AHU的入口温度由于丢失的相邻冷却开始增加，控制器46将增加风扇速度和空气流，以增加通过任何故障AHU附近的工作AHU所提供的冷却。
[0021]此外，图3还示出了一般通过将空气流510从一个或多个入口 122通至一个或多个出口 124供给房间的湿度控制AHU 120。单元120包括外壳126，换热器128和电扇130。示例性换热器128是制冷剂-空气换热器，它的制冷剂分支联接至管线80和82。图1还示出了将热通道从冷通道隔离的装置。示例性装置包括从天花板悬至AHU顶部的第一组帘202，以及从AHU下侧悬至服务器机架顶部的第二组帘204。壁或其它挡板可代替这种帘。
[0022]尽管上面详细了实施方式，但是这样的描述并不意于限制本发明的范围。将理解的是，可作出多种变型而不脱离本发明的精神和范围。例如，当实施现有数据中心的改造时，现有数据中心的细节及其设备可影响任何特定实施方式的细节。因此，其它实施方式落入以下权利要求的范围内。
【权利要求】
1.一种用于冷却设备室(20)的冷却系统(28)，其中，所述设备(24)布置成多个排(22)(设备排)，所述多个排间隔开以限定多个通道(26)，所述多个通道位于各个排之间，所述冷却系统包括: 多个空气处理单元(AHU) (32)，布置在多个排(AHU排)(30)上，每个AHU排分别与各自的所述设备排相关联，每个空气处理单元包括冷却换热器(40)和风扇(42)，所述风扇定位成驱动空气流(500)跨过所述冷却换热器从在所述排的一侧的入口(36)到在所述排的另一侧的出口(38);以及 多个冷却源(90A-D)，分别联接至各自的多个AHU的换热器，AHU的每一排包括联接到不同的这种冷却源的AHU。
2.根据权利要求1所述的系统，其中: 所述AHU排的每一个的空气流方向交替，以便将所述通道分为两组: 第一组(26B)，两个相邻AHU排的入口沿该第一组抽取空气； 第二组(26A)，两个相邻AHU排的出口将空气排放至该第二组。
3.根据权利要求2所述的系统，进一步包括: 将每个通道从相邻(多个)通道隔离的装置(202，204 )。
4.根据权利要求1所述的系统，其中: 在每个AHU排中，不同的AHU分别联接到至少三个不同的这种冷却源。
5.根据权利要求1所述的系统，其中: 在每个AHU排中，AHU的四个不同子组分别联接到正好四个不同的这种冷却源。
6.根据权利要求1所述的系统，其中: 所述多个AHU联接到所述冷却源，使得每个AHU与其自己AHU排中的每个直接相邻AHU和在相邻(多个)AHU排中的每个直接相邻AHU相比联接到不同的冷却源。
7.根据权利要求1所述的系统，进一步包括: 所述设备，并且其中，所述设备包括服务器机架的多个单线排。
8.根据权利要求1所述的系统，其中:有4-6个所述冷却源。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，每个冷却源包括: 泵(104)，用于将液体制冷剂泵送至与这种冷却源相关联的所述多个空气处理单元； 返回管线(112)，从空气处理单元返回气态制冷剂；以及 在返回管线与泵入口之间的制冷剂-液体换热器(100，102)，用于冷却并液化所述制冷剂。
10.根据权利要求9所述的系统，进一步包括: 多个冷却器系统(70)，将被冷却液体输送到制冷剂-液体换热器来液化所述制冷剂。
11.根据权利要求10所述的系统，进一步包括: 附加AHU (120)，具有从所述多个冷却器系统(70)接收被冷却液体的换热器(128)。
12.根据权利要求10所述的系统，其中: 每个AHU包括入口空气流温度传感器。
13.根据权利要求10所述的系统，其中: 所述制冷剂基本由CO2组成。
14.一种用于操作权利要求1的所述系统的方法，包括:运行多个冷却源； 当所述冷却源之一发生故障时，继续运行剩余冷却源，与所述剩余冷却源相关联的AHU至少部分地弥补与故障冷却源相关的AHU的丢失的冷却能力。
15.根据权利要求14所述的方法，其中: 与所述剩余冷却源相关联的AHU通过增加风扇速度至少部分弥补与故障冷却源相关联的AHU的丢失 的冷却能力。
【文档编号】H05K7/20GK103460827SQ201180070134
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2011年4月15日 优先权日:2011年4月15日
【发明者】M.格拉邦, J.R.施米德, O.若斯兰, G.特拉斯 申请人:开利公司