模块化数据中心及其控制方法
【专利摘要】在模块化数据中心及其控制方法中提高数据中心的空调效率。该模块化数据中心的特征在于，具备壳体(21)，其具备第1吸气口(21a)、第2吸气口(21b)以及排气口(21c)；空调机(31)，其被设置于壳体(21)内，从第1吸气口(21a)吸入外部空气(A)，并且使该外部空气(A)直接与制冷剂(W)接触来生成第1空气流(B1)；风扇单元(38)，其被设置于壳体(21)内，从上述第2吸气口(21b)吸入外部空气(A)来生成第2空气流(B2)；以及电子设备(44)，其被设置于壳体(21)内，并被暴露于第1空气流(B1)与上述第2空气流(B1)的混合气流(C)中，且将包含该混合气流(C)的排气流(E)排放至排气口(21c)，各个第1吸气口(21a)和第2吸气口(21b)被设置在壳体(21)的相同的表面(21y)。
【专利说明】模块化数据中心及其控制方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及模块化数据中心及其控制方法。
【背景技术】
[0002]随着网络技术的发达，经由网络向用户提供各种服务的网络服务受到关注。提供这种服务的服务供应商例如经由网络向用户提供用于执行软件包、应用软件的平台。
[0003]对于用于提供这些服务的信息处理系统而言，在机架设置多个服务器等电子设备，并且备置在服务供应商具有的服务器机房等数据中心。
[0004]为了使信息处理系统在其温度保障范围内进行动作，在数据中心设置空调箱等空调装置，但利用空调箱冷却巨大的数据中心是低效率的。
【发明内容】
[0005]本发明目的在于在模块化数据中心及其控制方法中提高数据中心的空调效率。
[0006]根据以下的公开内容的一观点，提供一种模块化数据中心，该模块化数据中心具备:壳体，其具备第I吸气口、第2吸气口以及排气口 ；空调机，其被设置于上述壳体内，从上述第I吸气口吸入外部空气，并且使该外部空气直接与制冷剂接触来生成第I气流；风扇单元，其被设置于上述壳体内，从上述第2吸气口吸入外部空气来生成第2气流；以及电子设备，其被设置于上述壳体内，并被暴露于上述第I气流与上述第2气流的混合气流中、且将包含该混合气流的排气流排放至上述排气口，各个上述第I吸气口和上述第2吸气口被设置在上述壳体的相同的表面。
[0007]另外，根据该公开内容的其它观点，提供一种模块化数据中心的控制方法，该模块化数据中心的控制方法具有:从设置在壳体的第I吸气口吸入外部空气，并使该外部空气直接与制冷剂接触来生成第I气流的步骤；从被设置在上述壳体中与上述第I吸气口相同的表面的第2吸气口吸入外部空气来生成第2气流的步骤；以及将设置在上述壳体内的电子设备暴露于上述第I气流与上述第2气流的混合气流中的步骤。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是表示研究出的数据中心的内部构成的立体图。
[0009]图2是第I实施方式所涉及的模块化数据中心的外观图(其I)。
[0010]图3是第I实施方式所涉及的模块化数据中心的外观图(其2)。
[0011]图4是第I实施方式所使用的百叶窗和过滤器的立体图。
[0012]图5是表示第I实施方式所涉及的模块化数据中心的容器的内部构成的立体图。
[0013]图6是第I实施方式所使用的空调机的一部分分解立体图。
[0014]图7是表示第I实施方式所涉及的模块化数据中心中的各种传感器的配置的剖视图。
[0015]图8是第I实施方式所涉及的模块化数据中心具备的控制部的功能框图。
[0016]图9是空气线图。
[0017]图10(a)是表示第I实施方式所涉及的模块化数据中心的第I动作模式中的状态点的位置的空气线图，图10(b)是第I动作模式中的第I实施方式所涉及的模块化数据中心的俯视图。
[0018]图11(a)是表示第I实施方式所涉及的模块化数据中心的第2动作模式中的状态点的位置的空气线图，图11(b)是第2动作模式中的第I实施方式所涉及的模块化数据中心的俯视图。
[0019]图12(a)是表示第I实施方式所涉及的模块化数据中心的第3动作模式中的状态点的位置的空气线图，图12(b)是第3动作模式中的第I实施方式所涉及的模块化数据中心的俯视图。
[0020]图13(a)是表示第I实施方式所涉及的模块化数据中心的第4动作模式中的状态点的位置的空气线图，图13(b)是第4动作模式中的第I实施方式所涉及的模块化数据中心的俯视图。
[0021]图14是用于说明第I实施方式所涉及的模块化数据中心的控制方法的流程图。
[0022]图15是表示关于第I实施方式所涉及的模块化数据中心的消耗电力的调查结果的图。
[0023]图16是第2实施方式所涉及的模块化数据中心的外观图。
[0024]图17是表示第2实施方式所涉及的模块化数据中心的容器的内部构成的立体图。
[0025]图18(a)是表示第2实施方式所涉及的模块化数据中心的第I动作模式中的状态点的位置的空气线图，图18(b)是第2动作模式中的第2实施方式所涉及的模块化数据中心的俯视图。
[0026]图19(a)是表示第2实施方式所涉及的模块化数据中心的第2动作模式中的状态点的位置的空气线图，图19(b)是第2动作模式中的第2实施方式所涉及的模块化数据中心的俯视图。
[0027]图20 (a)是表示第2实施方式所涉及的模块化数据中心的第3动作模式中的状态点的位置的空气线图，图20(b)是第3动作模式中的第2实施方式所涉及的模块化数据中心的俯视图。
[0028]图21(a)是表示第2实施方式所涉及的模块化数据中心的第4动作模式中的状态点的位置的空气线图，图21(b)是第4动作模式中的第2实施方式所涉及的模块化数据中心的俯视图。
【具体实施方式】
[0029]在说明本实施方式之前，对本申请发明人进行的研究结果进行说明。
[0030]为了提高数据中心的空调效率，考虑尽量将数据中心集中到紧凑的空间中，使从数据中心内的电子设备产生的热量不扩散到周围即可。
[0031]图1是表示根据这样的观点研究出的数据中心的内部构成的立体图。
[0032]该数据中心I具备紧凑的容器2，在其内侧设置空调机3和机架5。以下将这样把担负数据中心的功能的机架5、空调机3等各模块收纳在一个容器2内的数据中心I称为模块化数据中心。
[0033]空调机3具有用于从容器2的吸气口 2a吸入外部空气A的风扇3a、和浸入水的元件3b，通过水的蒸发潜热冷却外部空气A来生成气流B。这样利用水等制冷剂的蒸发潜热冷却外部空气的空调机也称为气化式冷却装置。
[0034]另一方面，机架5具备多个通过上述气流B进行空气冷却的服务器等电子设备13。各电子设备13具有用于将气流B吸入到其内部的吸气面13a，通过从吸气面13a吸入的气流B来冷却各电子设备13。而且，冷却后变暖的排气流E从各电子设备13的排气面13b排出后，从容器2的排气口 2b排放到外部。
[0035]此外，吸气面13a与同该吸气面13a对置的空调机3之间的空间被提供为冷却用的冷的气流B通过的冷通道4。另外，排气面13b与同该排气面13b对置的排气口 2b之间的空间被提供为由各电子设备13变暖的排气流E通过的热通道6。
[0036]从热通道6出来的排气流E的一部分沿着容器2的顶部流向空调机3侧。此外，由于在冷通道4上设置有顶板8，所以该排气流E不会直接流入冷通道4。
[0037]在空调机3上设置有分隔板11和挡板12。若打开该挡板12，则排气流E流入空调机3。
[0038]根据这种数据中心1，由于在紧凑的容器2内收纳机架5，所以由机架5的各电子设备13产生的热量被封入该容器2内，从而通过空调机3能够高效地冷却各电子设备13。
[0039]另外，打开挡板12使暖的排气流E返回到空调机3，并使该排气流E返回到机架5，从而能够防止在外部空气A的温度较低的情况下气流B的温度低于电子设备13的动作保证温度。
[0040]而且，空调机3利用水的蒸发潜热冷却外部空气A，所以不需要空调箱具备的压缩机等大型的部件，能够实现数据中心I的低成本化和节能化。
[0041]并且，为了在没有空调机3的情况下利用外部空气A充分冷却电子设备13，数据中心I的设置场所被限制在寒冷地区、高地，但通过利用空调机3冷却外部空气A，能够缓和数据中心I设置的地域的限制。
[0042]然而，在该构成中，即使在外部空气A的温度对于冷却各电子设备13充分低而无需驱动空调机3的情况下，为了生成气流B也必须始终使空调机3的风扇3a旋转，风扇3a中不必要地消耗了电力。
[0043]另外，由于空调机3的元件3b工作而阻碍外部空气A的流动，所以在空调机3的上游侧和下游侧产生较大的压力差。因该压力差，生成气流B所需要的风扇3a的转速上升，风扇3a的消耗电力进一步变大。
[0044]并且，若如上述那样始终使风扇3a旋转，则开口 2a不断持续吸入外部空气A，所以在开口 2a设置了过滤器的情况下等导致该过滤器堵塞。
[0045]以下，对本实施方式进行说明。
[0046](第I实施方式)
[0047]图2是第I实施方式所涉及的数据中心20的外观图。
[0048]该数据中心20是模块化数据中心，具备作为壳体的一个例子的金属制的容器21。
[0049]容器21的外形为长方体状，在其前表面21y设置用于吸入空气冷却用的外部空气A的第I吸气口 21a和第2吸气口 21b。
[0050]设置这些吸气口的部位并未特别限定，但在本实施方式中，在前表面21y的靠下设置第2吸气口 21b，在比该第2吸气口 21b靠上侧设置第I吸气口 21a。
[0051]而且，第I吸气口 21a的形状也不被限定，可以由多个孔的集合体形成第I吸气口21a，也可以形成单一的开口作为第I吸气口 21a。第2吸气口 21b也同样。
[0052]图3是从斜后方观察数据中心20的情况下的外观图。
[0053]如图3所示，在容器21的背面21w设置用于排放使用于空气冷却的排气流E的排气口 21c。
[0054]此外，容器21的大小并未特别限定，但在本实施方式中，将容器21的宽度设为
2.5m?4.0m、将高度设为2m?3.5m、将纵深设为3.6m?12.192m左右。
[0055]另外，容器21的设置环境也未特别限定，在屋外和屋内都可以设置容器21。
[0056]图4是嵌合于上述的各个第I吸气口 21a、第2吸气口 21b、以及排气口 21c的百叶窗25和过滤器27的立体图
[0057]在百叶窗25上隔开间隔设置多个沿铅垂方向延伸的叶片26，邻接的叶片26之间具有使外部空气A流通的缝隙S，防止雨水向容器21浸入的突起片26a被设置在叶片26上。
[0058]百叶窗25的规格并未特别限定，但在本实施方式中，由铝板形成叶片26，在百叶窗25的露出面中将缝隙S所占的比例设为50%左右。
[0059]另外，通过与百叶窗25 —起使用过滤器27，能够防止灰尘、虫子进入容器21的内部。
[0060]图5是表示容器21的内部构成的立体图。
[0061]在容器21的内部设置空调机31、风扇单元38以及机架40。这些配置并未特别限定。但在本实施方式中，从外部空气A的流动方向的上游侧开始按顺序设置空调机31、风扇单元38以及机架40。
[0062]其中，空调机31是已叙述的气化式冷却装置，从第I吸气口 21a吸入外部空气A来生成第I气流BI。而且，风扇单元38通过使风扇38旋转，从第2吸气口 21b吸入外部空气B来生成第2气流B2。
[0063]这样从各个第I吸气口 21a和第2吸气口 21b吸入的外部空气A被使用于对容器21的内侧进行空气冷却，空气冷却后的排气流E从排气口 21c排出。
[0064]图6是该空调机31的一部分分解立体图。
[0065]如图6所示，空调机31具备对高分子复合纤维进行成型而形成的吸水性元件34、用于对元件34滴下水W等制冷剂的喷嘴33、对向喷嘴33供给水W进行控制的电磁阀35、和风扇36。
[0066]鉴于此，通过风扇36使空调机31吸入外部空气A，该外部空气A直接与元件34的水W接触。结果因水W的蒸发潜热而将外部空气A冷却，并且将外部空气A加湿，从而温度和湿度被调节的外部空气A作为第I气流BI被排出至风扇36的后段。
[0067]此外，电磁阀35与风扇36的旋转的开始一起成为开状态，但优选在外部空气A的湿度十分高的情况下使电磁阀成为闭状态以使水W的不必要的供给停止。在本实施方式中，在外部空气A的湿度超过规定值例如85%的情况下，在后述的控制部的控制下使电磁阀35成为闭状态，抑制水资源的不必要的消耗。
[0068]另外，风扇36的转速也未特别限定。但是，若使风扇36高速旋转，则气流BI的风速增大，产生水W的飞沫，有可能因该水W而使容器21内的电子设备发生故障。因此，优选抑制风扇36的转速，以获得有可能产生水W的飞沫的上限风速以下的气流BI。在气流BI的湿度约为80%时，其上限风速约为2.5m/秒。
[0069]再次参照图5。
[0070]在上述的第I吸气口 21a与第2吸气口 21b之间设置分离板63。该分离板63担负使从各个第I吸气口 21a和第2吸气口 21b吸入的外部空气A彼此不相互混合的作用。由此，空调机31能够独占第I吸气口 21a，外部空气A仅经由第I吸气口 21a进入空调机31。
[0071]另一方面，风扇单元38在数据中心20动作的期间始终处于运转状态，从第2吸气口 21b吸入外部空气A来生成第2气流B2。
[0072]第2气流B2在风扇单元38的上游与上述的第I气流BI混合后，在风扇单元38的下游与第I气流BI —起成为混合气流C。
[0073]此处，在本实施方式中，能够使风扇单元38和空调机31的风扇36 (参照图6)独立进行动作，并能够即使在风扇单元38进行动作时也使风扇36停止而仅利用第2气流B2来生成混合气流C。
[0074]机架40在容器21的宽度方向Y上设置多台，并且具备多个通过上述的混合气流C进行空气冷却的服务器等电子设备44。各电子设备44具有用于将混合气流C吸入至其内部的吸气面44a，通过从吸气面44a吸入的混合气流C来冷却各电子设备44。而且，冷却后变暖的排气流E从各电子设备44的排气面44b排出后，从容器21的排气口 21c排放到外部。
[0075]此外，吸气面44a同与该吸气面44a对置的风扇单元38之间的空间被提供为混合气流C通过的冷通道39。另外，排气面44b同与该排气面44b对置的排气口 21c之间的空间被提供为由各电子设备44变暖的排气流E通过的热通道41。
[0076]在本实施方式中，通过将容器21的顶部21v设定得比机架40高，从而在机架40与顶部21v之间设置供排气流E流动的间隙L。上述的排气流E的一部分在背面21w弹回，在该间隙L通过，流入冷通道39的上方的空间。
[0077]此外，由于冷通道39的顶部被顶板50分隔，所以上述的排气流E不会直接进入冷通道39。另外，全部的机架40的宽度的合计与容器21的内侧的宽度相等，所以排气流E也不会沿着机架40的侧面进入冷通道39。
[0078]另外，在冷通道39的上方设置排气流E流动的流路Q。流路Q其内面被容器21划分，以外部空气A的流动方向为基准将排气流E引导至空调机31的上游。
[0079]在该流路Q的中途、风扇单元38上设置第I分隔板61。为了防止流经流路Q的排气流E从第I分隔板61的外缘泄漏，第I分隔板61的外缘以与容器21的内形匹配的方式制作。
[0080]在第I分隔板61设置第I开闭部51。该第I开闭部51是通过调节开度能够间歇或者连续地调节排气流E的流量的挡板。
[0081]若第I开闭部51变为开状态，则以外部空气A的流动方向为基准，使流路Q与空调机31的下游连通，流经流路Q的排气流E由风扇单元38吸入。
[0082]另一方面，在上述的流路Q中，以排气流E的流动方向为基准，在比第I开闭部51靠下游设置第2分隔板62。
[0083]与第I分隔板61同样地，为了防止流经流路Q的排气流E从第2分隔板62的外缘泄漏，第2分隔板62的外缘以与容器21的内形匹配的方式制作。
[0084]在该第2分隔板62设置第2开闭部52。第2开闭部52是仅可开闭的挡板，若第2开闭部52变为开状态，则以外部空气A的流动方向为基准，使流路Q与空调机31的上游连通。
[0085]在本实施方式中，如上述那样在一个容器21内收纳机架40，所以能够防止由机架40的各电子设备44产生的热量扩散到较大的范围，并能够通过风扇单元38、空调机31提高容器21内的空调效率。
[0086]而且，由于将第I吸气口 21a和第2吸气口 21b都设置在壳体21的前表面21y，所以第I气流BI和第2气流B2的方向几乎相同。结果在混合第I气流BI和第2气流B2而成的混合气流C中很难产生温度差、湿度差，并能够使放置各电子设备44的空气的温度、湿度均匀化。
[0087]特别是，在使容器21的宽度Y变宽来增加机架40的设置台数、增加了应管理温度和湿度的电子设备44的情况下，存在这样使混合气流C均匀化的实际利益。
[0088]在该数据中心20设置温度、湿度等的传感器。
[0089]图7是表示各种传感器的配置的剖视图。
[0090]此外，图7中，对与图5中说明的要素相同的要素标注与图5中的符号相同的符号，以下省略其说明。
[0091]如图7所示，在第2吸气口 21b附近设置第I温度传感器71和第I湿度传感器72。
[0092]其中，第I温度传感器71测量外部空气A的温度TA，并输出其结果作为第I温度信息sn。另外，第I湿度传感器72测量外部空气A的湿度Ha，并输出其结果作为第I湿度Ih 息 Shi ο
[0093]另外，以外部空气A的流动方向为基准在风扇单元38的上游侧设置多个用于对由空调机31生成的第I气流BI的温度进行测量的第2温度传感器73，从第2温度传感器73输出第I气流BI的温度作为第2温度信息ST2。
[0094]而且，在机架40具备的电子设备44的吸气面44a侧设置测量该吸气面44a的温度和湿度的第3温度传感器75和第2湿度传感器76。
[0095]从第3温度传感器75输出吸气面44a的温度作为第3温度信息ST3，从第2湿度传感器76输出吸气面44a的湿度作为第2湿度信息Sh2。
[0096]并且，在该吸气面44a侧也设置输出该吸气面44a中的压力Pf作为第I压力信息Spf的第I压力传感器81。
[0097]另一方面，在排气面44b侧设置第2压力传感器82，其测量该排气面44b中的压力Pb并输出该压力Pb作为第2压力信息Spf ；以及第4温度传感器84，其测量排气面44b侧的温度并输出该温度作为第4温度信息ST4。
[0098]此外，上述的第I?第4温度信息Sn?St4均表示干球温度，第I以及第2湿度信息Sh1、Sh2均表不相对湿度。
[0099]在容器21内设置有控制部90，第I?第4温度信息Sn?St4、第I以及第2湿度信息Sh1、Sh2被输入给该控制部90。
[0100]图8是控制部90的功能框图。
[0101]控制部90具备PLC(Programmable Logic controller:可编程逻辑控制器)电路91、指示计92、风扇单元用控制器93、和空调机用控制器94。
[0102]其中，指示计92基于表示外部空气A的温度的第I温度信息Sn来判断使各个第I开闭部51和第2开闭部52成为开状态和闭状态的哪个。
[0103]此处，在判断为使第I开闭部51成为开状态时，指示计92决定第I开闭部51的开度，并对第I开闭部51输出第I开闭信号S1以打开该开度。此外，在决定该开度时使用第3温度信息St3。
[0104]另一方面，在判断为使第2开闭部52成为开状态时，指示计92对第2开闭部52输出第2开闭信号S2以成为开状态。
[0105]另外，PLC电路91按照规定的时间间隔交替控制各个风扇单元用控制器93和空调机用控制器94。
[0106]其中，风扇单元用控制器93在PLC电路91的控制下，对风扇单元38输出第I控制信号Sel。而且，风扇单元38以由第I控制信号Sel所指示的转速使风扇38a(参照图5)旋转。此外，风扇单元用控制器93基于表示各个吸气面44a和排气面44b的温度的第3温度信息St3和第4温度信息St4决定该转速。
[0107]另一方面，空调机用控制器94在PLC电路91的控制下，对空调机31输出第2控制信号Se2。第2控制信号Se2包括风扇36 (参照图6)的开启关闭信号、电磁阀35的开闭信号。其中，电磁阀35的开闭信号使用于如已叙述的那样在外部空气A的湿度超过规定值的情况下使电磁阀35成为闭状态。
[0108]另外，控制部90基于表示混合气流C的湿度的第3湿度信息Sh2、分别表示外部空气A的温度和湿度的第I温度信息Sn和第I湿度信息Sm生成第2控制信号Sc^
[0109]控制部90通过这样控制空调机31、风扇单元38、第I以及第2开闭部51、52的动作，并如以下那样生成适合各电子设备44的动作的温度和湿度的混合气流C。
[0110]图9是空气线图。该空气线图是对等相对湿度线进行标绘而成的图，其横轴表示干球温度，纵轴表示绝对湿度。
[0111]对电子设备44设定保证其动作的温度范围T1?T2和湿度范围H1?H2，图7中在动作保证区域S示出该温度范围和湿度范围的内侧的区域。动作保证区域S的分界线因电子设备44的种类而不同。
[0112]以下，例如，将温度范围T1?T2设为10°C?35°C，将湿度范围设为10%?85%。该温度范围的下限值和上限值是电子设备44内的未图示的半导体集成电路能够正常进行动作的界限值。另外，湿度范围的下限值是因起因于干燥的空气的静电而电子设备44受到损伤的大约值，湿度范围的上限值是有可能在电子设备44产生高湿的空气为原因的结露的值。
[0113]能够在以外部空气A的干球温度Ta和相对湿度Ha为坐标点的状态点P处于该动作保证范围S内的情况下直接利用外部空气A对电子设备44进行空气冷却。
[0114]另一方面，在状态点P处于动作保证范围S的外侧的情况下，调整外部空气A，以使状态点P落入动作保证范围S的内侧。
[0115]本实施方式所涉及的数据中心20根据外部空气A的状态点P处于空气线图的何处，如以下那样以第I?第4动作模式运转。
[0116](第I动作模式)
[0117]图10 (a)是表示第I动作模式中的状态点P的位置的空气线图。而且，图10 (b)是第I动作模式中的数据中心20的剖视图。
[0118]如图10(a)所示,第I动作模式是外部空气A的状态点P处于动作保证范围S的内侧的情况下的模式。
[0119]该情况下无需调整外部空气A，所以如图10 (b)，在控制部90的控制下使空调机31的风扇36停止，并且使电磁阀35 (参照图6)成为闭状态，从而停止水W向元件33的滴下。
[0120]另外，为了不因与排气流E的混合而使气流C的温度上升，在控制部90的控制下使第I以及第2开闭部51、52成为闭状态。
[0121]根据本模式，由于在无需调整外部空气A时使风扇36停止，所以不会不必要地消耗风扇36的电力，能够实现模块化数据中心20的节能化。
[0122]而且，由于空调机31独占第I吸气口 21a，所以在本模式下风扇36停止的期间，在第I吸气口 21a不流通外部空气A，与图1的情况相比也能够延长至第I吸气口 21a的过滤器27(参照图4)堵塞为止的期间。
[0123](第2动作模式)
[0124]图11(a)是表示第2动作模式中的状态点P的位置的空气线图。而且，图11(b)是第2动作模式中的数据中心20的剖视图。
[0125]如图11(a)所示，第2动作模式是因外部空气A的温度Ta超过动作保证范围S的上限温度T2，外部空气A的状态点P处于动作保证范围S的右侧的情况下的动作模式。
[0126]该情况下，由于冷却外部空气A，所以如图11 (b)，在控制部90的控制下使空调机31的风扇36动作，并且使电磁阀35 (参照图6)成为开状态对元件33滴下水W。
[0127]由此，通过被空调机31冷却的第I气流BI，混合气流C的温度下降，从而能够使该混合气流C的状态点落入动作保证范围S的内侧。
[0128]此外，为了不因与排气流E的混合而使气流C的温度上升，在本模式中也在控制部90的控制下使第I以及第2开闭部51、52成为闭状态。
[0129]另外，本模式中的风扇36的转速并未特别限定，可以使该转速固定，也可以由控制部90控制该转速。在控制转速的情况下，优选由控制部90对转速进行反馈控制，以使例如第3湿度信息Sh2 (参照图7)所包含的混合气流C的湿度与动作保证范围S内的目标湿度H0相等。
[0130](第3动作模式)
[0131]图12(a)是表示第3动作模式中的状态点P的位置的空气线图。而且，图12(b)是第2动作模式中的数据中心20的剖视图。
[0132]如图12(a)所示，第3动作模式是外部空气A的温度Ta比动作保证范围S的下限温度T1低，所以外部空气A的状态点P处于动作保证范围S的左侧的情况下的动作模式。
[0133]该情况下，如图12(b)所示，使空调机31的风扇36的旋转停止。与此同时，为了利用排气流E使气流C变暖，在控制部90的控制下使第I开闭部51成为开状态。
[0134]由此，以外部空气A的流动方向为基准，排气流E流入风扇单元38的上游，该排气流E与第2气流B2混合。结果混合气流C的温度上升，能够使该混合气流C的状态点P落入动作保证范围S。
[0135]此外，为了使状态点P始终处于动作保证范围S内，优选控制部90控制第I开闭部51的开度，来调节流经第I开闭部51的排气流E的流量。该情况下，控制部90对第2开闭部52的开度进行反馈控制，以使第3温度传感器75 (参照图7)的第3温度信息St3所包含的混合气流C的温度与动作保证范围S内的目标温度Ttl相等即可。
[0136](第4动作模式)
[0137]图13(a)是表示第4动作模式中的状态点P的位置的空气线图。而且，图13(b)是第2动作模式中的数据中心20的俯视图。
[0138]如图13(a)所示，第4动作模式是外部空气A的温度Ta比动作保证范围S的下限温度T1低、且外部空气A的湿度Ha比动作保证范围S的下限湿度H1低的情况下的模式。该情况下，外部空气A的状态点P位于动作保证范围S的左下。
[0139]在本模式中，如图13(b)所示，在控制部90的控制下使空调机31的风扇36进行动作来生成第I气流BI，并且使电磁阀35 (参照图6)成为开状态对元件33滴下水W。
[0140]另外，为了利用排气流E使外部空气A变暖，在控制部90的控制下使第I开闭部51和第2开闭部52双方成为开状态。
[0141]由此，经由第I开闭部51和第2开闭部52由空调机31吸入排气流E，通过该排气流E能够提高混合气流C的温度。另外，通过使空调机31进行动作，由此第I气流BI吸入水分，也提高混合气流C的湿度。
[0142]结果，混合气流C的温度和湿度双方变高，能够使该混合气流C的状态点落入动作保证范围S，并通过混合气流C对电子设备44进行加湿和加温。
[0143]该数据中心20的动作并不限定于上述。
[0144]图14是用于说明数据中心20的控制方法的其它例子的流程图。
[0145]在最初的步骤Pl中，控制部90基于图7的第I温度信息Sn和第I湿度信息Sm来判断外部空气A的状态点P(TA，Ha)是否处于动作保证范围S内。
[0146]此处，在判断为状态点P (TA，Ha)处于动作保证范围S内(是)的情况下，移至步骤P2，以已叙述的第I动作模式(参照图10(b))运转。
[0147]另一方面，在步骤Pl中判断为状态点P(TA，HA)不处于动作保证范围S内(否)的情况下，移至步骤P5。
[0148]在该步骤P5中，控制部90基于上述的第I温度信息Sn和第I湿度信息Shi来判断外部空气A的温度Ta和湿度Ha。
[0149]其判断的结果为外部空气A的温度Ta超过动作保证范围S的上限温度T2、且外部空气A的湿度Ha比动作保证范围S的下限湿度T1低的情况下，移至步骤P6。
[0150]在该步骤P6中，使空调机31的风扇36 (参照图6)旋转，并且打开电磁阀35对元件34供给水W，从而对高温且低湿的外部空气A进行冷却和加湿。
[0151]另一方面，在步骤P5中，判断为外部空气A的温度Ta比动作保证范围S的下限温度T1低的情况下，移至步骤P7，控制部90打开第I开闭部51(参照图5)。由此，排气流E通过第I开闭部51而到达风扇单元38的上游侧，能够通过该排气流E使混合气流C变暖。
[0152]此外，在结束步骤P6和步骤P7后，再次返回到步骤Pl。
[0153]另外，在步骤P2中执行第I动作模式后，经过规定时间的情况下，移至步骤P3。
[0154]在该步骤P3中，控制部90基于已叙述的第I压力信息Spf和第2压力信息Spb来判断吸气面44a的压力Pf和排气面44b的压力Pb的压力差Λ P ( = Pf — Pb)是否是OPa以上。
[0155]此处，在判断为是OPa以上(是)的情况下，返回到步骤Ρ1。
[0156]另一方面，在步骤Ρ3中判断为不是OPa以上(否)的情况下，考虑无法获得用于冷却各电子设备44的足够流速的混合气流C。因此，该情况下移至步骤Ρ4，控制风扇单元38，使该风扇单元38的风扇38a (参照图5)的转速增加。
[0157]步骤P4中的风扇38a的控制方法并未特别限定。例如，控制部90测量吸气面44a与排气面44b的温度差AT，控制部90从未图示的表格读取适合该温度差AT的风扇38a的转速，并能够以该转速使风扇38a旋转。
[0158]该情况下，上述的温度差Λ T能够由控制部90使用图7所示的第3温度传感器73输出的第3温度信息St3、和第4温度传感器84输出的第4温度信息St4来计算出。
[0159]或者，取而代之，控制部90也可以根据各机架40的发热量，对风扇单元38的风扇38a的转速进行反馈控制，以使温度差Λ T与管理温度T。相等。该情况下的管理温度Τ。例如为8°C左右。
[0160]然后,步骤P4结束后，再次进行步骤Pl。
[0161]根据以上，结束本实施方式所涉及的数据中心的控制方法的基本步骤。
[0162]根据上述的本实施方式，如图2所示，将空调机31用于吸入外部空气A的第I吸气口 21a、和风扇单元38用于吸入外部空气A的第2吸气口 21b设置在容器21的相同的表面。
[0163]因此，从这些吸气口吸入的第I气流BI和第2气流B2的方向几乎相同，很难在混合这些气流而成的混合气流C中产生温度差、湿度差，所以能够使放置各电子设备44的空气的温度、湿度均匀化。
[0164]并且，空调机31独占第I吸气口 21a，所以在空调机31的风扇36 (参照图6)停止的期间，在第I吸气21a不流通外部空气A，与图1的情况下相比能够延长直至过滤器27 (参照图4)堵塞为止的期间。
[0165]而且，如图5所示，通过与空调机31分开设置风扇单元38，在利用风扇单元38吸入外部空气A时，该外部空气A的流通不会被风扇单元38的元件34(参照图6)阻碍。因此，与图1的情况相比能够减少获得规定的流速的混合气流C所需要的风扇单元38的电力，并能够实现模块化数据中心20的低消耗电力化。
[0166]本申请发明人调查了在本实施方式中能够何种程度减少电力。
[0167]图15表示该调查结果。此外，图15中，作为比较例，图1所示的模块化数据中心I的消耗电力也一并标注。
[0168]在该调查中，对风扇单元38从第2吸气口 21b吸入外部空气A来生成9200m3/h的风量的气流所需要的消耗电力进行了调查。吸气口 21b的入口和出口中的外部空气A的压力差约为15Pa左右。在这种情况下，在风扇单元38消耗的电力约为540W。
[0169]另一方面，比较例中的空调机3(参照图1)的入口与出口的压力差变大为150Pa。这是因为如已叙述那样，空调机3内的元件3b阻碍外部空气A的流动。在利用该压力差生成与本实施方式相同的9200m3/h的风量的气流中，比较例的空调机3的消耗电力也变为1008W。
[0170]从该结果明显可知，本实施方式的消耗电力为比较例的消耗电力的46 %，实现大幅度的电力的减少。
[0171]而且，在本实施方式中，通过使空调机31的风扇36与风扇单元38分开动作，从而能够如第I动作模式(图10(a)、(b))那样在无需使风扇36旋转的情况下使风扇36停止。结果能够抑制风扇36中的额外的消耗电力，并能够实现进一步的节能化。
[0172](第2实施方式)
[0173]在第I实施方式中，如图3所示，在容器21的背面2Iw设置了排气口 21c。
[0174]与此相对，在第2实施方式中，如以下那样在容器21的前表面设置排气口 21c。
[0175]图16是本实施方式所涉及的模块化数据中心的外观图。此外，图16中，对与第I实施方式所说明的要素相同的要素标注与第I实施方式中的符号相同的符号，以下省略其说明。
[0176]如图16所示，在本实施方式所涉及的模块化数据中心100中，在容器21的前表面21y、且比第I吸气口 21a靠上侧的部位设置排气口 21c。此外，不在容器21的背面设置开□。
[0177]通过这样在前表面21y设置排气口 21c，即使在容器21的背面侧有建筑物等的墙壁98的情况下，从排气口 21c出来的排气流E的流动也不会被墙壁98阻碍，能够迅速地将容器21内的废热运送至外部。
[0178]结果可以缓和对容器21的设置场所的限制，并有助于方便用户。
[0179]图17是表示该模块化数据中心100的容器21的内部构成的立体图。此外，图17中，对与第I实施方式所说明的要素相同的要素标注与第I实施方式中的符号相同的符号，以下省略其说明。
[0180]如图17所示，在本实施方式中，不设置第I实施方式的第I分隔板61 (参照图5)和第2分隔板62，在容器21的顶部21v下形成排气流E流动的流路Q。
[0181]而且，使顶板50从冷通道39上延伸至容器21的前表面，通过该顶板50来确定流路Q的下表面。此外，流路Q的侧面和上表面都由壳体21划分，排气流E不会从该侧面、上面泄漏。
[0182]另外，在该顶板50设置第I实施方式所说明的第I开闭部51和第2开闭部52。
[0183]其中，第I开闭部51被设置在空调机31与风扇单元38之间。而且，第2开闭部52被设置在空调机31与排气口 21c之间。
[0184]该模块化数据中心100也与第I实施方式同样地，能够如以下那样以第I?第4动作模式运转。
[0185]图18 (a)、图19 (a)、图20 (a)、以及图21(a)分别是表示第I?第4动作模式中的状态点P的位置的空气线图。
[0186]另外，图18(b)、图19(b)、图20(b)、以及图21(b)是各个第I?第4动作模式中的数据中心100的剖视图。
[0187](第I动作模式)
[0188]如图18(a)所示,在第I动作模式中,外部空气A的状态点P处于动作保证范围S的内侧，所以无需调整外部空气A。
[0189]该情况下，如图18(b)，在控制部90的控制下使空调机31的风扇36停止，并且使电磁阀35 (参照图6)成为闭状态来停止向元件33滴下水W。
[0190]另外，为了不因与排气流E的混合而使气流C的温度上升，在控制部90的控制下使第I以及第2开闭部51、52成为闭状态。
[0191]与第I实施方式同样地，根据本模式，能够停止风扇36来实现节能化，并且使外部空气A向第I吸气口 21a的流通停止，从而能够抑制过滤器27 (参照图4)的堵塞。
[0192](第2动作模式)
[0193]如图19(a)所示,在第2动作模式中,外部空气A的状态点P处于动作保证范围S的右侧。
[0194]该情况下，由于冷却外部空气A，所以如图19(b)，在控制部90的控制下使空调机31的风扇36动作，并且使电磁阀35 (参照图6)成为开状态而对元件33滴下水W。
[0195]由此，通过由空调机31冷却的第I气流BI，而使混合气流C的温度下降，能够使该混合气流C的状态点落入动作保证范围S的内侧。
[0196]此外，为了不因与排气流E的混合而使气流C的温度上升，在本模式中也在控制部90的控制下使第I以及第2开闭部51、52成为闭状态。
[0197](第3动作模式)
[0198]如图20(a)所示,在第3动作模式中,外部空气A的状态点P处于动作保证范围S的左侧。
[0199]该情况下，如图20(b)所示，停止空调机31的动作来停止第I气流BI的生成。与此同时，在控制部90的控制下使第I开闭部51成为开状态，利用排气流E使气流C变暖。
[0200]由此，混合气流C的温度上升，能够使该混合气流C的状态点P落入动作保证范围S0
[0201](第4动作模式)
[0202]如图21 (a)所示,在第4动作模式中,外部空气A的状态点P位于动作保证范围S的左下。
[0203]该情况下，如图21 (b)所示，为了利用排气流E使混合气流C变暖，在控制部90的控制下使第I开闭部51和第2开闭部52双方成为开状态。另外，通过使空调机31动作来对混合气流C进行加湿。
[0204]由此，能够使混合气流C的状态点落入动作保证范围S。
【权利要求】
1.一种模块化数据中心，其特征在于，具备: 壳体，其具备第I吸气口、第2吸气口以及排气口 ； 空调机，其被设置于所述壳体内，从所述第I吸气口吸入外部空气，并且使该外部空气直接与制冷剂接触来生成第I气流； 风扇单元，其被设置于所述壳体内，从所述第2吸气口吸入外部空气来生成第2气流；以及 电子设备，其被设置于所述壳体内，并被暴露于所述第I气流与所述第2气流的混合气流中，且将包含该混合气流的排气流排放至所述排气口， 各个所述第I吸气口和所述第2吸气口被设置在所述壳体的相同的表面。
2.根据权利要求1所述的模块化数据中心，其特征在于， 所述空调机具备与所述风扇单元分开动作的风扇，通过该风扇来生成所述第I气流。
3.根据权利要求2所述的模块化数据中心，其特征在于， 在所述外部空气的温度处于保证所述电子设备的动作的温度范围内的情况下，所述空调机的所述风扇停止。
4.根据权利要求2或者3所述的模块化数据中心，其特征在于， 在所述外部空气的湿度处于保证所述电子设备的动作的湿度范围内的情况下，所述空调机的所述风扇停止。
5.根据权利要求2?4中的任意一项所述的模块化数据中心，其特征在于， 在所述外部空气的温度超过保证所述电子设备的动作的温度的情况下，所述空调机的所述风扇动作。
6.根据权利要求5所述的模块化数据中心，其特征在于， 还具有控制部，该控制部控制所述风扇的转速，以使所述混合气流的湿度变为目标湿度。
7.根据权利要求1?6中的任意一项所述的模块化数据中心，其特征在于， 所述空调机具备:浸溃所述制冷剂并被暴露于所述外部空气中的元件、和向所述元件供给所述制冷剂的阀， 在所述外部空气的湿度超过规定值的情况下，所述阀变为闭状态。
8.根据权利要求1所述的模块化数据中心，其特征在于， 还具有: 使所述排气流流动的流路；和 第I开闭部，其被设置在所述流路中，以所述外部空气的流动方向为基准使所述流路与所述空调机的下游连通。
9.根据权利要求8所述的模块化数据中心，其特征在于， 所述第I开闭部为第I挡板。
10.根据权利要求8或者9所述的模块化数据中心，其特征在于， 所述第I开闭部连续或者间歇地调节流经该第I开闭部的所述排气流的流量。
11.根据权利要求8或者9所述的模块化数据中心，其特征在于， 还具有第2开闭部，该第2开闭部被设置于所述流路中，以所述外部空气的流动方向为基准使所述流路与所述空调机的上游连通。
12.根据权利要求11所述的模块化数据中心，其特征在于， 所述第2开闭部为第2挡板。
13.根据权利要求8?12中的任意一项所述的模块化数据中心，其特征在于， 在所述外部空气的温度处于保证所述电子设备的动作的温度范围内的情况下，所述第I开闭部和所述第2开闭部成为闭状态。
14.根据权利要求8?12中的任意一项所述的模块化数据中心，其特征在于， 在所述外部空气的温度比保证所述电子设备的动作的温度低的情况下，所述第I开闭部成为开状态。
15.根据权利要求14所述的模块化数据中心，其特征在于， 还具有控制部，该控制部控制所述第I开闭部的开度，以使所述混合气流的温度变为目标温度。
16.根据权利要求8?12中的任意一项所述的模块化数据中心，其特征在于， 在所述外部空气的温度比保证所述电子设备的动作的温度低、且所述外部空气的湿度比保证所述电子设备的动作的湿度低的情况下，所述第I开闭部和所述第2开闭部成为开状态。
17.根据权利要求1?16中的任意一项所述的模块化数据中心，其特征在于， 所述壳体的外形为长方体，所述第I吸气口和所述第2吸气口被设置在所述长方体的前表面。
18.根据权利要求17所述的模块化数据中心，其特征在于， 所述排气口被设置在所述长方体的所述前表面。
19.根据权利要求1?18中的任意一项所述的模块化数据中心，其特征在于， 在所述第I吸气口和所述第2吸气口的至少一方设置有过滤器。
20.一种模块化数据中心的控制方法，其特征在于，具有: 从设置在壳体的第I吸气口吸入外部空气，并使该外部空气直接与制冷剂接触来生成第I气流的步骤； 从被设置在所述壳体中与所述第I吸气口相同的表面的第2吸气口吸入外部空气来生成第2气流的步骤；以及 将设置在所述壳体内的电子设备暴露于所述第I气流与所述第2气流的混合气流中的步骤。
【文档编号】F24F3/14GK104204998SQ201280071914
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2012年3月29日 优先权日:2012年3月29日
【发明者】福田裕幸, 远藤浩史, 小川雅俊, 梅宫茂良, 近藤正雄 申请人:富士通株式会社