专利名称：机架系统和确定机架系统的气候状况的方法
技术领域：
本发明涉及被供应有诸如冷空气之类的冷却介质的机架系统。本发明进一步涉及 确定机架系统的气候状况的方法。机架系统的气候状况可以例如在对机架系统内的一个或 多个气候参数进行控制的前提下确定。
背景技术：
所谓的数据中心中通常聚集有电驱动设备，包括诸如计算机、大容量存储装置和 转换器等电子装置。在数据中心中，通常将这种设备置于机架中。为了允许易于对这些机 架进行检修，通常将这些机架布置成行。在相邻两行之间，限定了允许检修人员为安装、维 护和拆除目的而接触这些设备的过道。机架内容纳的大多数设备消耗的电能足以使周围环境的温度升高。由于通常存在 设备能够运行的发热限制，因此必须采取措施将运行温度保持在临界水平以下。例如，诸如 计算机之类的很多电子装置配备有风扇或其它内部制冷机构。这些机构产生通过这些装置 以对内部电子元器件进行冷却的诸如环境空气之类的冷却介质流。然而，环境空气的冷却效果通常是不够的，尤其是在电子装置被紧紧包装在机架 中时更是如此。此外，数据中心中环境空气的温度趋向于升高，这一事实进一步降低了冷却 效率。一种应对环境空气温度升高的方案是在数据中心中安装气候控制系统。这种气候控 制系统被配置为对数据中心内部空气的诸如温度和湿度之类的环境参数进行控制。已经发现在很多数据中心内，由气候控制系统产生的冷却和/或干燥后的空气在 机架周围流动和流入机架几乎是随机的。这导致冷却效率低下。换句话说，气候控制系统 消耗了比实际需要更多的电能。为了提高冷却效率，已提出用于集中并引导冷却介质向机架流动的多种技术。对 此，US 6，672，955B2提出一种空气流管理系统，其中相邻两行机架所限定的过道的顶端被 覆盖。这种覆盖方案防止通过过道的地板供应的冷却介质在向上的方向上离开过道。还进 一步建议通过地板中的开口对供给过道的冷却介质量进行控制，这样还可以控制过道中的 静压。作为另一示例，W02006/124240A2提出了用挡板和门防止环境介质从侧面进入过道。 这样就可以防止环境介质与冷却介质(也是通过过道的地板供应)混合在一起，从而提高 冷却效率。作为再一示例，US 2005/0099770A1提出完全封闭过道并从外部通过机架供应 冷却介质。根据这一方案，温度升高的冷却介质随后可以被收集在封闭的过道中，并可以在 不与冷却介质混合的情况下，容易地移除。
发明内容
需要一种改进的机架系统以及确定构成机架系统的多个机架所限定的过道内部 的主要气候状况的技术。进一步地，需要依赖于所确定的气候状况有效地控制冷却介质的参数。根据一个方面，提供一种机架系统，包括多个机架，被布置为在彼此之间形成至少一个过道，其中过道被密封，使得供应给过道的冷却介质基本上全部穿过机架；以及传感 器装置，允许将过道内部和外部的介质压力进行比较。压力比较的结果(例如压力差)可 以被视为指示或表示机架系统的气候状况。冷却介质可以是气体介质。例如，为此可以使用空气或氮气。但是，也可以使用本 领域已知的其它冷却介质。根据第一变体，机架符合应用工业标准。示例性工业标准规定了机架宽度为19英 寸，并且机架的高度为特定数目的预定义高度单位，一个高度单位等于1.75英寸。在其它 变体中，机架可以具有定制的尺寸。机架系统中的多个机架均可以具有相同的高度、宽度和 深度。每个机架可以具有用于向机架供应冷却介质的供应侧，以及用于从机架移除冷却介 质的、与供应侧相对的移除侧。在一个变体中，机架的供应侧被布置为面向过道的内部。形 成过道的机架可以被置于一个或多个机箱中。传感器装置可以包括位于过道内部的第一压力传感器和位于过道外部的第二压 力传感器。在特定情况下，传感器装置可以包括布置在过道内部不同位置的多个第一传感 器和/或布置在过道外部不同位置的多个第二传感器。这里理解的过道外部可以与过道内部流体连通。在一种变体中，这种流体连通可 以是冷却介质的流动路径的一部分。流动路径可以闭合，以形成循环路径，并且第一传感器 和第二传感器可以沿循环路径布置。传感器装置的至少一部分(例如第一传感器和/或第二传感器)可以位于过道的 顶端。传感器装置或其一部分可以例如被布置在机架的上方或位于机架中所布置的任何电 驱动设备上方。该系统可以包括控制机构(例如控制单元)，该控制机构适于依赖于传感器装置 所产生的信号控制供应给过道的冷却介质的至少一个参数。由控制机构所控制的至少一个 参数可以从包括冷却介质的温度、湿度和流速的集合中选择。在某些情况下，控制这些参数 中的至少两个或三个都控制可能是有用的。此外，也可以独立于传感器装置所产生的信号 (例如响应于不属于传感器装置的另外的传感器所产生的信号)来控制这些参数中的一个 或多个。由于在冷却介质的温度与湿度之间存在物理关系，因此控制一个参数(例如温度) 可能导致同时附带控制了第二参数(例如湿度)。控制机构可以对压力比较的结果(例如由传感器装置确定的过道内部与外部之 间的压力差)进行响应。在一个示例中，控制机构适于相对于过道的外部在过道内部至少 维持预定义的正压力。例如，控制机构可以在正压力的预定压力设定点上操作，或者控制机 构保证不低于正压力界限。可以选择正压力的压力设定点或压力界限位于大约1至20pa 之间(例如2至10pa之间或大约5pa)。下面更详细地描述用于控制冷却介质的一个或多个参数的控制机构的多种实现 和组成。例如可以提供至少一个输送器，用于将冷却介质输送到过道内。至少一个输送器 可以位于冷却介质在过道的上游或下游的流动方向上。在上游的情况下，输送器会将冷却 介质推动到过道中，而在下游的情况下，输送器会将冷却介质从过道中吸出。输送器可以适于依赖于传感器装置所产生的信号来影响(例如控制)供应给过道 的冷却介质的流速。输送器可以进一步适于依赖于传感器装置的压力传感器之外的一个或 多个另外的传感器(例如温度、湿度或流速传感器)的信号影响流速。输送器可以例如包括具有可调节速度的风扇。该速度可以由控制机构依赖于传感器装置所产生的信号进行控 制。该系统可以附加地包括用于影响(例如控制)供应给过道的冷却介质的温度和湿 度中至少之一的至少一个气候控制单元。根据第一变体，输送器处于与气候控制单元相同 的位置处(例如，在一个箱体内)。根据第二变体，输送器位于气候控制单元的远程位置。至少一个气候控制单元可以适于依赖于对传感器装置所产生的信号的依赖所产 生的信号来控制冷却介质的温度和湿度中至少之一。附加地或可替换地，这种改变和控制 可以以传感器装置中的压力传感器之外的一个或多个另外的传感器(例如温度、湿度或流 速传感器)所产生的信号为基础。如上所述，除了被配置为对过道内部和外部的介质压力进行比较的传感器装置之 外，还可附加地提供至少一个另外的传感器。相应地，可以依赖于另外的传感器所产生的信 号来附加地或可替代地控制控制机构、输送器和气候控制单元中至少之一。另外的传感器 可以位于距传感器装置一定距离的位置。在一种变体中，另外的传感器远离多个机架。例 如，另外的传感器可以位于气候控制单元和/或输送器附近。在这种情况下，另外的传感器 可以被配置为在介质进入气候控制单元和或输送器之前确定介质参数。在一种实施方式中，传感器装置包括多个第一传感器和/或多个第二传感器，以 及连接至多个第一传感器和多个第二传感器中至少之一的主控制单元。主控制单元被配置 为控制至少一个输送器(例如响应于多个第一和第二传感器的信号)和气候控制单元(例 如响应于多个第一和第二传感器的信号)中至少之一。在提供多个第一和第二传感器的情况下，若干第一和第二传感器可以与每个过道 相关联。此外，在多个机架被布置为形成若干过道的情况下，至少一个第一和第二传感器可 以与每个过道相关联。在这种配置下，主单元的控制操作可以响应于检测最小有利气候状 况(例如压力差)的一对第一和第二传感器所提供的信号。至少一个气候控制单元和至少一个输送器可以各自包括连接至主控制单元的从 控制单元。从控制单元可以适于与主控制单元通信，并适于从主控制单元接收控制命令。在 一种实现方式中，从控制单元被配置为控制冷却介质温度(通过至少一个气候控制单元) 和冷却介质的流速(通过至少一个输送器)中至少之一。过道可以进一步包括用于使冷却介质泄放出过道(并且，可选地，用于使周围环 境介质进入过道)的至少一个泄放口。传感器装置可以靠近泄放口或与泄放口隔开(例如 沿冷却介质的循环路径隔开)。一般来说，泄放口可以布置在过道的任意位置。例如，泄放 口可以位于过道的顶端、底端或顶端与底端之间的某处。泄放口可以位于与冷却介质被供 应给过道的位置基本上相对的位置。例如，如果冷却介质从过道的底部被供应，则泄放口可 以位于过道的顶端，反之亦然。在特定情况下，可以使得泄放口的大小能够防止温度升高的冷却介质聚集在过道 的顶端(即允许温度升高的冷却介质通过泄放口离开过道)。进一步地，可以依赖于通过泄 放口的介质流向来控制至少一个气候控制单元和至少一个输送器。这种控制是基于特定情 况的考虑(并依赖于泄放介质的尺寸和位置)，通过泄放口的介质流向可以被视为指示或 表示机架系统的气候状况。该系统可以进一步包括在过道顶端处密封过道的覆盖件。该覆盖件可以是透明的，使得来自外部照明灯的光可以进入过道。此外，覆盖件可以包括介质不能透过的间隔件 或由介质不能透过的间隔件与机架隔开。在一种实施方式中，至少一个泄放口容纳于覆盖 件和间隔件至少之一中。该系统可以进一步包括在过道的一个或多个侧面端密封过道的一个或多个界定 件。一个或多个侧面端也可以由机架封闭。界定件可以包括允许检修人员进入和离开过道 的门。门可以采用透明或不透明材料，并可以被配置为滑动门或转门。在一种变体中，门是 能够打开至180°以形成检修人员的迂回进路的一部分的转门。在进一步的实施方式中，该系统包括用于将冷却介质供应给过道的一个或多个格 栅。在从上方供应冷却介质时，格栅可以例如位于过道的顶端，或在从下方供应冷却介质 (例如，过道的覆盖件内)时，格栅可以位于过道的地板上。为了增加每个格栅对冷却介质 的透过率，格栅表面区域的至少70%，优选大于80% (例如90%或更多)可透过冷却介质。 在一种变体中，格栅位于过道的地板上，并被配置为使得检修人员能够在格栅上行走。该系统还可以包括被配置为将冷却介质供应到过道中的通道。通道可以基本上位 于多个机架的上方或下方。通道可以由下平面和上平面限定，其中上平面定义放置机架的 地板。下平面与上平面之间的距离可以处于例如150mm至1200mm之间。通道的下平面和上平面之间的空间的一部分可以由供给线路占据，这些供给线路 包括电线、通信线路(例如基于电线的或基于光纤的线路)以及用于诸如如液体或气体的 流体介质的供给和移除线路。在机架附近，供给线路可以延伸通过上平面，并进入机架和/ 或过道。供给线穿透上平面的位置可以使用例如胶条或类似工具密封。通道可以是介质循环路径的一部分。例如，通道可以基本上在一侧的至少一个气 候控制单元和/或至少一个输送器与另一侧的过道之间延伸。依赖于是从上方或下方向过 道供应冷却介质，通道或者(至少部分地)在过道上方延伸或者在过道下方延伸。此外，通 道可以被配置为向多个过道同时供应冷却介质。每个机架均可包括一个或多个用于容纳有效载荷的安装空间。未被有效载荷占用 的安装空间可以(例如，通过断流板)被密封，以防止环境介质大量流入过道和/或冷却介 质大量泄漏出过道。应当注意，通常并不需要100%的密封，但任何泄漏通常都会降低系统 的总体冷却效率。位于安装空间中的有效载荷可以包括电驱动设备。这种设备可以包括计算机(例 如服务器)、大容量存储装置、处理单元、诸如转换器、集线器、路由器之类的网络元件等等。 有效载荷特别是电驱动设备可以包括用于从机架的供应侧向移除侧输送冷却介质的私有 介质输送器(例如内部风扇)。在一种布置中，机架内部的所有有效载荷被布置为，使得私 有介质输送器的供应侧匹配机架的供应侧，私有介质输送器的移除侧匹配机架的移除侧。每一个有效载荷可以包括用于(例如基于诸如传感器读数之类的有效载荷参数 或确定的有效载荷状态)控制私有介质输送器的控制器。每一个有效载荷还可以包括用于 与其它装置交换关于其内部状态及其私有介质输送器的性能和当前工作点的信息的通信 机构。这种其它装置可以包括主控制单元、用于将冷却介质输送到过道内的至少一个输送 器以及至少一个气候控制单元。该系统可以进一步包括过道所处的箱体。该箱体可以适于封闭冷却介质的循环路 径。箱体可以包括地板以及数据中心机房的顶蓬和墙壁。在一种实施方式中，至少一个输送器和/或至少一个气候控制单元位于箱体内部或靠近箱体。当然，气候控制单元可以位 于箱体外部。在这种情况下，可以提供另外的通道以允许环境介质从箱体到气候控制单元 的流动以及冷却介质的回流(例如，冷却后的环境介质的流动)。与气候控制单元类似，用 于将冷却介质输送到过道内的至少一个输送器同样可以位于箱体内部或外部。环境介质(在闭合的循环路径的情况下，包括离开机架的温度升高的冷却介质) 可以送入气候控制单元，气候控制单元对环境介质执行气候控制，从而将环境介质转换为 冷却介质，然后(在至少一个输送器的帮助下)将冷却介质向前通过通道推向过道。以这 种方式，可以建立闭合的循环路径。根据另一方面，提供一种确定机架系统的气候状况的方法，该机架系统包括被布 置为在彼此之间形成过道的多个机架。该方法包括将冷却介质供应到过道中，其中过道被 密封，使得供应给过道的冷却介质基本上全部穿过机架；并且比较过道内部和外部的介质 压力，以确定气候状况。压力比较的结果(例如压力差)可以被视为指示或表示关于机架 系统的气候状况。该方法可以进一步包括依赖于比较的结果控制供应给过道的冷却介质的至少一 个参数。至少一个参数可以从包括冷却介质的温度、湿度和流速的集合中选择。在一种变 体中，流速被控制为在过道内至少维持(即不超过和/或不低于)预定义的压力差。
以下参考附图论述本发明的更多优点和细节，其中图1示出机架系统实施例的透视图；图2示出机架系统控制布局的实施例；图3示出第一方法实施例的示意图。图4示出第二方法实施例的示意图；图5示出包括多过道机架系统的数据中心的俯视图；图6a和图6b示出可用于实现机架系统实施例的两个示例性服务器机架；图7示出包括地板格栅的过道和两行平行机架的照片；图8示出未将冷暖过道分离的机架系统布局；并且图9示出未将冷暖过道分离的另一机架系统布局。
具体实施例方式图1示出机架系统100的实施例的透视图。机架系统100被置于可能还包括其它 机架系统的数据中心机房(未示出)中。机架系统100包括多个独立的机架105。机架105 “面对面”被布置在平行的两行 110、115中，从而在平行的两行110、115之间形成过道120。在图1所示的实施例中，机架 105的各行110、115还由相应的机箱125、130封闭。独立的机架105限定电驱动设备(未示出)的安装空间。在本实施例中，电驱动 设备包括具有内部私有介质输送器(如风扇)以推动冷却介质通过其底盘的计算机服务器 和大容量存储装置。电驱动设备在机架105中被布置为，使得电驱动设备中每一个的介质 供应侧面向过道120，且介质移除侧面向相反方向。因此，电驱动设备的介质供应侧和介质移除侧限定了独立机架105的介质供应侧和介质移除侧。如图1所示，过道120以供给过道120的冷却介质基本上全部通过机架105的方式 被密封。换句话说，基本上防止冷却介质在除了通过机架105以外的其它方向上离开过道 120。未被电驱动设备占据且需要冷却的机架部分可以使用例如断流板(blanking pandel) 密封。对此，应当理解，并不需要将过道120完全密封(通过合理的技术努力也是不可能 的)。换句话说，在很多情况下，可以容忍一定程度的冷却介质泄漏，只要这种泄漏不会明显 降低冷却效率即可。在图1所示的实施例中，提供若干密封部件来封闭过道120中没有被容纳机架105 的机架箱125、130所限定的过道部分。具体来说，覆盖件135在过道120的顶端密封过道 120。覆盖件120由诸如丙烯酸玻璃之类的透明材料制成，从而允许光从数据中心的照明灯 进入过道120。覆盖件135包括侧面间隔件140、145，使得覆盖件120所限定的平面与两个 机箱125、130的上表面所限定的平面隔开。封闭过道120的密封部件还包括两个侧面界定件150、155。侧面界定件150、155 被配置为允许检修人员进入和离开过道120的转门。应当注意的是，侧面界定件150、155 之一可由容纳一个或多个其它机架105的机箱代替。此外，也可以替代使用诸如滑动门之 类的门结构。诸如空气之类的冷却介质通过过道的地板即从底部提供给过道120。为此，提供架 起的地板系统160。架起的地板系统160在其下平面170与上平面175之间限定通道165。 如图1所示，机架箱125、130和它们之间所限定的过道120位于上平面175之上。架起的地板系统160的上平面175包括多个开口(图1中未示出)，用于将过道 120流体性连接至通道165。因此，如箭头180所示送入通道165的冷却介质可以通过过道 120的地板进入过道120。由于存在将过道120封闭的密封部件，进入过道120的冷却介质 只能通过机架105离开过道120，如箭头185所示。具体来说，位于机架105安装空间内的 电驱动设备的私有介质输送器输送或推动进入过道120的冷却介质通过机架105。因此，被 传送通过机架105的冷却介质的温度在电驱动设备散发的热的作用下升高，并如箭头190 所示离开机架105。可以通过冷却(且可选地干燥)离开机架105的温度升高的冷却介质，并通过将 冷却(且可选地干燥)后的介质再次送入通道165，使离开机架105的温度升高的冷却介质 的路径闭合。应当注意的是，在其它实施例中，介质流动路径在数据中心内不需要闭合。在 这种实施例中，可以只是简单地将离开机架105的温度升高的冷却介质从数据中心送出到 外界。很明显，必须牢牢地控制通过通道165供应的冷却介质的参数，以确保电驱动设 备所产生的热可以有效地散发，进而防止机架105内任何不期望的热积累。另一方面，很明 显的是，应当避免对冷却介质参数的过度调节，以提高能效。为了有效地控制供应给过道120的冷却介质的一个或多个参数，在过道120的顶 端提供传感器装置195。传感器装置195包括两个或更多压力传感器，用于比较过道120内 部和外部的介质压力。下面结合图2的示意性控制图讨论基于从传感器装置195接收的信号控制冷却介 质的参数的一个示例性实施例。在图2所示的具体实施例中，使用与图1中相同的附图标记指代相同或相似的元件。图2所示的控制实施例以冷却介质的闭合循环路径为基础。闭合循环路径包括位 于还容纳过道120的数据中心机房内的至少一个下行流动单元205。在可替换的实施例中， 只要能够保持与图2所示方式相类似的方式进行流体连通，下行流动单元205也可以位于 该机房外面。下行流动单元205在单个箱体内包括两个专用组件，即一个为气候控制单元210， 另一个为冷却介质输送器215。气候控制单元210是所谓的制冷机，其被附到冷水供应管 220和温水移除管225上。通过管220供应的冷水可以具有约5°C至15°C (例如11°C至 13°C之间)的温度。通过管225移除的温水可以具有约12°C至22°C (例如16°C至19°C之 间)的温度。穿过气候控制单元210的环境介质与冷水热接触，从而被冷却。同时，冷水被加 热，并通过温水移除管225从气候控制单元210移除。可选地，环境介质还附加地在气候控 制单元210中进行干燥步骤。输送器215将冷却后的环境介质作为冷却介质输送到通道165中。在向通道165 输送冷却介质的位置附近，提供连接至控制单元240的温度传感器235。温度传感器235被 配置为检测冷却介质的当前温度。然后，在控制单元240中，将冷却介质的当前温度与温度 设定点进行比较，并且依赖于比较结果控制位于冷水供应管220中的冷水供应阀245。冷水供应阀245控制通过气候控制单元210的冷水流动，使得传感器235检测到 的介质温度达到或等于特定的温度设定点。如图2所示，通常将进入通道165的冷却介质 的温度设定为处于大约18°C与26°C (例如20°C、21 °C、22°C、23°C或24°C )之间范围内的 值。在图2所示的实施例中，独立执行对冷却介质温度的控制。换句话说，控制单元 240仅仅基于温度传感器235所产生的信号进行操作。在其它实施例中，控制单元240可以 附加地或可替换地考虑图2所示并在以下讨论的一个或多个其它传感器的信号。如以上所述，输送器215推动由气候控制单元210冷却的环境介质进入通道165 中。输送器215被配置为速度可控的风扇，以在专用控制单元250的控制下调节供应给通 道165的冷却介质的流速(介质速度)。在正常操作期间，输送器215可以以1至3m/s (例 如约1. 5至2. 2m/s)的速度推动冷却介质。为了达到期望的冷却介质流速，所需的介质速度依赖于通道165的高度，冷却介 质从下行流动单元205沿该通道165被推入过道120。以上所提及的介质速度值对应于约 400至600mm的标称通道高度。在较小通道高度(例如150mm)的情况下，可能需要提高速 度，而在较大通道高度(例如800mm)的情况下，可能需要降低速度。一般来说，选择介质速 度和通道165的高度，使得通道165内的介质压力相对较低，例如不比数据中心内过道120 外部的介质压力高20Pa(例如不比数据中心内过道120外部的介质压力高10Pa)。如图2所示，(以约1.7m/s的速度，并以与数据中心内部压力相比增加小于约 10pa的压力)推动通过通道165的冷却介质藉由上地板平面175中的开口 255进入过道 120。因此，在过道120内部通常可以维持22°C至26°C的介质温度，该温度明显低于32°C至 38°C的环境温度。如图2中的箭头所示，进入过道120的冷却介质将由电驱动设备的私有介 质输送器输送或推动到过道120外部，并同时在吸收电驱动设备内的热量时温度升高。离
10开机架的温度升高的冷却介质成为环境介质的一部分，并流回下行流动单元205，从而建立 闭合循环路径。回到基于传感器对冷却介质参数进行的控制，并继续参见图2，传感器装置195包 括位于过道120内顶部的第一压力传感器195A和位于过道外部的第二压力传感器195B。 包括两个压力传感器195A和195A的传感器装置195被配置为对过道120内部和外部的介 质压力进行比较。为此，第一压力传感器195A检测过道120内部的介质压力，而第二压力 传感器确定过道120外部的介质压力。从图2中很明显可以看出，从通过机架的冷却介质的流动路径来看，两个压力传 感器195A和195B位于彼此流体连通的位置处。因此，作为两个压力传感器195A和195B 探测到的介质压力的比较结果而确定的压力差表示通过机架的介质流动(例如，大概的流 向或流速)。因此，这样探测到的压力差可以关于冷却介质的一个或多个参数而被评估并被 用于控制目的。压力传感器195A和195B连接至与输送器215相关联的控制单元250。通过这种 连接，压力传感器195A和195B向控制单元150传送它们各自的压力测量值信号。控制单 元250通过比较过道120内部和外部的介质压力来评估压力测量值，从而确定压力差。控 制单元250所采用的比较例程可被视为传感器装置195的一部分，但在其它实施例中，也可 以由属于传感器装置195并连接至控制单元250的专用比较单元来执行比较。基于表示通过机架的介质流动的压力差，控制单元250对输送器215所推动的冷 却介质的速度(即流速)进行控制，使得适量的冷却介质被送入过道120。在进一步的模式 中，可以附加地依赖于一个或多个另外的传感器的信号来对输送器215进行控制，这些传 感器例如是位于过道120外部并优选靠近下行流动单元205的入口的可选温度传感器260。下面参见图3的流程图300更详细地描述控制单元250响应于探测到的压力差对 输送器215进行的控制。参见图3的流程图300，针对输送器215的控制操作开始于向过道120中供应冷却 介质(步骤302)。因此，冷却介质将从底部填充过道120，直至到达覆盖件135。由于过道 120的侧面和顶部均被密封(见图1)，因此通过开口 255进入过道120的冷却介质基本上 全部穿过机架105，从而可用于机架105中所安装的电驱动设备内的有效散热。通过机架的 冷却介质流动本身显示出过道120内部相比于过道120的周围环境具有一定的正压力。如果机架105内部的设备需要散发更多热量(因此需要更多冷却)，则该设备的 私有介质输送器会从过道120推动更多的冷却介质通过机架105。结果，相对于压力传感 器195B探测到的环境压力，压力传感器195A探测到的过道120内部的压力会稍微下降。 压力差的这种下降(以及所导致的过道120内部正压力的降低)可以由控制单元250在步 骤304中执行的比较探测到(即将所确定的正压力或压力差与预定义的压力设定点进行比 较)。这种下降可以被解释为对更多冷却介质120的需求。结果，控制单元250对输送器 215进行控制，使得介质速度(进而流速)增加。因此，单位时间内推动更多的冷却介质通 过通道165。一旦单位时间内引入到过道120内的冷却介质比私有介质输送器推动通过机架 105并推出过道120的冷却介质稍微增多，则过道120内部冷却介质的压力会重新逐渐升 高。此时，过道120与周围环境之间的压力差会增大。因此，控制单元250可以基于增大的压力差确定向过道120中送入了足够的冷却介质，并且可以开始逐渐降低通过通道165的 冷却介质的速度(进而流速)，直到再次达到特定的压力设定点。控制单元所采用的压力设定点位于2至10pa的范围内(例如约4、5或6pa)，并 可以动态地基于由控制单元240调节的(由温度传感器235所测量的)冷却介质温度来定 义。设定点的优势在于，可由控制单元250实施的控制场景并不限于从特定的标称流速开 始增大流速，而是还可以从初始流速开始降低。相应地，如果位于机架内的电驱动设备需散 热的功率较小(因此如果它们的私有介质输送器从过道120推动通过机架105的冷却介质 较少)，则压力差会相对于压力设定点而增加。压力差的增加可以由控制单元250解释为向 过道120供应的冷却介质过多，并且可以减少向通道165中推动的冷却介质(即降低介质 速度)。当然，也可以实施不依赖于压力设定点的控制策略。这种控制策略可以例如基于不 应低于(但可以超过)的最小压力差限制。返回图2，简要解释过道120的顶端处在覆盖件135中提供的可选泄放口 197的 功能。虽然示意性地示出泄放口 197与压力传感器195A和195B隔开，但泄放口 197也可 以位于靠近压力传感器195A和195B之一或两者的位置处。此外，虽然仅示出单个泄放口 197，但很明显也可以为过道120提供多个这样的泄放口。可选泄放口 197具有尺寸在从例如完全闭合的位置(或诸如10cm2的小尺寸)至 500cm2(例如80cm2至200cm2)的范围内的固定或可调节直径。泄放口 197可以被提供为使 得冷却介质能够流出过道120 (以及可选地，环境介质能够进入过道120中)。在特定的操 作情况下，存在这种可能性过道120内的冷却介质的温度在从较热的机架和置于较热机 架中的电驱动设备的底盘传送的热的作用下升高。温度升高的冷却介质聚集在过道120的 顶端，如果被电驱动设备的内部风扇吸入，则会降低冷却效率。有利的是。泄放口 197允许 温度升高的冷却介质离开过道197，这提高了总体冷却效率。由于同时维持了过道120内部 的正压力，因此在正常操作状况下，不会有环境介质通过泄放口 197进入过道120。在图中未示出的实施例中，可以在泄放口 197(或与泄放口 197隔开的第二泄放 口)附近提供可选的另外的传感器，并可以将该另外的传感器配置为确定通过泄放口的介 质流向。另外的传感器可以例如是温度传感器。与较热介质从周围环境通过泄放口 197进 入过道120的气候情况相比较，如果冷却介质离开泄放口 197进入周围环境，则温度传感器 所检测的温度通常会较高。介质通过泄放口 197进入过道120可能例如是检测装置195故 障或异常操作状况导致的。温度传感器所检测的介质流向指示或表示过道120内与冷却介质有关的气候状 况。依赖于温度传感器所检测的介质流向，可以控制冷却介质的一个或多个参数(例如其 流速)，从而允许对机架105中安装的电驱动设备的高能效冷却。为此，控制单元250可以 附加地连接至温度传感器，并也依赖于在泄放口附近所检测的温度执行其控制任务。下面将参考图4的流程图400描述用于控制输送器215的另一实施例。图4所示 的控制实施例可以与以上结合图3描述的控制实施例同时执行或作为其替代。在第一步骤402中，将过道内部和外部的冷却介质的压力差(作为示例性参数) 维持在预定值。在步骤404中，由输送器215将冷却介质通过通道165推入到过道120中， 并推到机架105的介质供应侧。然后，在步骤406中，确定通过机架105的冷却介质的流通 量(turnover)是否不同于通过输送器215的冷却介质的流通量。这种流通量差本身可以显示过道120内部与外部之间的压力差变化，因此可以由传感器装置195探测到。在进一步的步骤408中，依赖于步骤406中确定的流通量差来控制输送器215。该 控制例如可以以最小化流通量差或将流通量差保持在预定值为目标。应当注意的是，在典型情景中，步骤402至408可以同时并重复执行。此外，如以 上已经解释的，可以基于压力传感器195A和195B所检测的压力值的比较来探测流通量差 和流通量差的任意变化。换句话说，当通过机架的流通量高于通过输送器的流通量时，压力 差会升高，反之亦然。通过采用图1至图4所示关于输送器215的控制方案，由于在机架105中安装的 电驱动设备需要较少冷却的情况下，输送器215的风扇速度可以选择性地降低，因此可以 降低输送器215的功耗。虽然以上讨论的实施例仅包括单个传感器装置195，该传感器装置195包括过道 120内部的单个压力传感器195A和过道120外部的单个压力传感器195B，但应当理解，两 个或更多压力传感器195A可以位于例如过道120上部在空间上分离的位置处。附加地或可 替换地，两个或更多压力传感器195B可以被布置在过道120外部在空间上分离的位置处。 在这种情况下，多个压力传感器中的每一个均连接至控制单元250。然后，控制单元250例 如基于由任意内部压力传感器195A所探测的外部压力值和由任意外部压力传感器195B所 探测的外部值执行其控制任务。此外，还应当理解，可以根据需要增加连接至通道165的过 道120的数目。对此，参见图5所示的示意性机架系统布局。相同的附图标记仍然用于表 示相同或相似的部件。根据图5所示的机架系统布局，提供四条平行的过道120，每条过道120由平行的 两行110、115机架限定(图5中仅特别标出了两行)。各个过道120均连接至同一通道 (见图1和图2中的附图标记165)。每行110、115机架包括9或10个机架单元。每条过 道120包括至少一个传感器装置195。从六个相应的下行流动单元205向过道120提供冷却介质。主控制单元(未示 出)负责下行流动单元的管理，并且六个下行流动单元205作为从单元连接至主控制单元。 主控制单元合并了以上结合控制单元250讨论的控制功能加上用于下行流动单元管理的 附加控制功能。主控制单元被配置为响应于各个过道120上分布的多个传感器装置195中任意传 感器装置所探测的最小有利压力差(例如，最小正压力差或最大负压力差)来执行其控制 操作。依赖于对冷却的需求，主控制单元将各个下行流动单元打开、关闭或切换到备用模 式。附加地，主控制单元依赖于所探测的最小有利压力差控制与已经打开的下行流动单元 205相关联的输送器的风扇速度(在最大速度的30%至100%范围内)。虽然主控制单元如此集中控制冷却介质的总流速，但每个下行流动单元205可以 自主地并在本地控制穿过各个下行流动单元205的冷却介质的温度和湿度。各个下行流动 单元的温度和湿度控制可以基于从主控制单元接收的温度设定点。总体控制概念与以上结合图1至图4所讨论的控制概念相同。换句话说，在第一 步骤中，将分布的传感器装置195中任意传感器装置所探测的最小有利压力差与压力设定 点进行比较。如果最小有利压力差高于主控制单元所采用的压力设定点，则指示下行流动 单元205向相应的过道120传送的冷却介质过多。因此，要降低冷却介质的流速。另一方面，如果最小有利压力差低于压力设定点，则可以看作指示下行流动单元205向相应的过 道205传送的冷却介质不够。因此，要提高冷却介质的流速。如上所述，用于控制流速的 可能措施包括将相应的下行流动单元205打开或关闭，以及控制已经打开的下行流动单元 205的风扇速度。图2所示控制器240、250以及主控制单元可采用的控制策略包括本身在 本领域中已知的PI控制。图6示出包括用于容纳包括电驱动设备的有效载荷的多个安装空间的机架105的 实施例。具体来说，图6a示出可以形成以上结合图1至图5所述的机架系统的基础的空机 架105。机架105中未使用的安装空间可以用断流板覆盖，如图6b中所示。断流板确保供 应给过道120的冷却介质不会漏出机架105。应当注意的是，允许有效的冷却操作并不需要 100%的密封。图7示出了过道120的地板的图示说明。从图7可以看出，地板完全由格栅705 覆盖。格栅705具有大的开放表面区域。具体来说，格栅705的表面区域中约90%可渗透 冷却介质。通过使用图7所示的格栅705，仅需要一侧的通道165与另一侧的过道120的周 围环境之间具有相对较小的压力差，就可以有效地向过道120供应冷却介质，这同样允许 以低速操作下行流动单元内部的输送器。如上所述，在很多情况下，小于10pa的压力差就 已足够。这里讨论的各种冷却方案相比于例如图8和图9中所示现有技术的冷却方案具有 显著的优点。图8示出了未将冷过道和热过道分离的机架系统布局。在寄主遗赠系统的数 据中心以及没有特别定制以在数据中心内支持通风路径的数据中心中，这种机架布局很普 遍。从椭圆中可以看出，存在多处从地板供应的新冷却介质与离开机架的温度升高的冷却 介质相混合的区域。这种混合大大降低了数据中心的冷却效率。图9示出数据中心内机架 系统布局的另一变体，此时冷热过道分离。如椭圆所示，仍然存在新冷却介质与温度升高的 冷却介质可能混合的地带。将针对图8和图9中的机架系统布局示出的操作参数与图2示出的操作参数进行 比较，很明显，这里所讨论的冷却方案能够合并使用更低的介质速度和更小的压力差。此 外，离开下行流动单元205的冷却介质并不需要像遗赠方案中那种程度的冷却，这也增加 了总体冷却效率。虽然已经参考特定实施例对本发明进行了描述，但本领域技术人员会认识到，本 发明不限于这里描述和示出的特定实施例。因此，应当理解这里公开的内容仅是示例说明。 相应地，本发明意在仅受这里所附的权利要求的范围的限制。
1权利要求
一种机架系统(100)，包括多个机架(105)，被布置为在彼此之间形成至少一个过道(120)，其中所述过道(120)被密封，使得供应给所述过道(120)的冷却介质基本上全部穿过所述机架(105)；以及传感器装置(195)，用于允许比较所述过道(120)的内部和外部的介质压力。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感器装置(195)包括位于所述过道(120) 的内部的第一压力传感器(195A)和位于所述过道(120)的外部的第二压力传感器(195B)。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述冷却介质的循环路径被提供，并且其中所述 第一传感器(195A)和所述第二传感器(195B)沿所述循环路径布置。
4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述传感器装置(195)的至少一部分 位于所述过道(120)的顶端。
5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，进一步包括控制机构，该控制机构适于依 赖于所述传感器装置(195)所产生的信号控制供应给所述过道(120)的冷却介质的至少一 个参数。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述至少一个参数从包括冷却介质的温度、湿度 和流速的集合中选择。
7.根据权利要求5或6所述的系统，其中所述控制机构对所述传感器装置(195)所确 定的过道(120)内部与外部之间的压力差进行响应。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的系统，其中所述控制机构适于相对于所述过道 (120)的外部在所述过道(120)的内部至少维持预定义的正压力。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述正压力被选择在处于1至20pa之间。
10.根据前述权利要求中任一项所述的系统，进一步包括用于将所述冷却介质输送到 所述过道(120)内的至少一个输送器(215)。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述至少一个输送器(215)适于依赖于所述传 感器装置(195A)所产生的信号来影响供应给所述过道(120)的冷却介质的流速。
12.根据前述权利要求中任一项所述的系统，进一步包括用于影响供应给所述过道 (120)的冷却介质的温度和湿度中至少之一的至少一个气候控制单元(210)。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述至少一个气候控制单元(210)适于依赖于 所述传感器装置(195)所产生的信号来影响所述冷却介质的温度和湿度中至少之一。
14.根据前述权利要求中任一项所述的系统，进一步包括用于将所述冷却介质泄放出 所述过道(120)的至少一个泄放口(197)，其中所述泄放口(197)优选位于所述过道(120) 的顶端。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述传感器装置(195)沿所述冷却介质的循环 路径与所述泄放口(197)隔开。
16.根据前述权利要求中任一项所述的系统，进一步包括在顶端密封所述过道(120) 的覆盖件(135)。
17.根据前述权利要求中任一项所述的系统，进一步包括在一个或多个侧面端密封所 述过道(120)的一个或多个界定件(150，155)。
18.根据前述权利要求中任一项所述的系统，进一步包括用于将所述冷却介质供应给 所述过道(120)的格栅(705)，所述格栅(705)位于所述过道(120)的地板上。
19.根据前述权利要求中任一项所述的系统，进一步包括被配置为将所述冷却介质供 应给所述过道(120)的通道(165)。
20.根据权利要求19所述的系统，其中所述通道(165)被配置为将所述冷却介质供应 给多条过道(120)。
21.根据权利要求19或20所述的系统，其中所述通道(165)基本位于所述多个机架 (105)的下面。
22.一种确定机架系统(100)的气候状况的方法，所述机架系统(100)包括被布置为在 彼此之间形成过道(120)的多个机架(105)，该方法包括将冷却介质供应到所述过道(120)中，其中所述过道(120)被密封，使得供应给所述过 道(120)的冷却介质基本上全部穿过所述机架(105)；以及比较所述过道(120)的内部和外部的介质压力，以确定所述气候状况。
23.根据权利要求22所述的方法，进一步包括依赖于所述比较的结果而控制供应给所 述过道(120)的冷却介质的至少一个参数。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述至少一个参数从包括冷却介质的温度、湿 度和流速的集合中选择。
25.根据权利要求24所述的方法，其中控制所述流速，以相对于所述过道(120)的外部 在所述过道(120)的内部至少维持预定义的正压力。
全文摘要
一种机架系统(100)，包括被布置为在彼此之间形成至少一个过道(120)的多个机架(105)。所述过道(120)被密封，使得供应给所述过道(120)的冷却介质基本上全部穿过所述机架(105)。提供传感器装置(195)以比较所述过道(120)内部和外部的介质压力。在一个实施例中，传感器装置(195)所产生的信号用于控制供应给所述过道(120)的冷却介质的至少一个参数。作为示例，可以控制所述冷却介质的流速。
文档编号F24F3/044GK101855952SQ200880115483
公开日2010年10月6日 申请日期2008年11月10日 优先权日2007年11月9日
发明者奥列弗·霍诺尔德, 马丁·加尔曼, 鲁珀特·赖特 申请人:克尼尔有限公司