专利名称：单机柜冷空气遏制的制作方法
单机柜冷空气遏制背景通信和信息技术设备通常安装在机柜或机壳中。设备机柜和机壳用于在小的布线间以及设备室和大数据中心中容纳和布置通信和信息技术设备，例如服务器、CPU、联网设备和存储设备。标准机柜一般包括前安装轨道，设备的多个单元例如服务器安装到前安装轨道并垂直地堆叠在机柜内。标准机柜可稀疏地或密集地填充有各种不同的部件，包括来自不同制造商的部件。大部分安装在机柜中的通信和信息技术设备消耗电力并产生热。共同在密集地装满的设备机柜中产生的热可对机柜中的设备的性能、可靠性和有效寿命有不利的影响。因此，空气冷却系统常常是有效的数据中心设计的一部分。特别是，例如在美国专利号6，374，627中描述的很多空气调节(例如冷却)系统包括活地板以便于系统的空气冷却和循环功能。这些系统一般使用敞开的地板砖和地板铁栅、多孔砖或通风口来将冷空气从布置在设备室的活地板之下的空气通道输送到机柜室中。多孔砖一般位于设备机柜和机壳前面。冷空气从活地板之下流到设备机柜或机壳的前侧。如
图1-2所示，机柜安装式设备101常常由沿着机柜的前侧或空气入口侧穿过机柜流动并从机柜的后侧或排气侧出来的空气冷却。常常，越过机柜内的生热部件的气流的速率取决于位于设备内的一个或多个风扇的尺寸和速度。因此，气流从热敏部件输送走热的能力强烈地依赖于空气的入口温度。此外，从每个机柜释放的热被释放到正被冷却的相同环境中，由于进入机柜的混合的冷空气和热气流而引起增加的能量消耗。参考图3-4，为了降低这个能量消耗，数据中心中的设备的常见配置具有排成行201的机柜，其中行的入口侧面对面地布置。铁栅或多孔砖位于行的两个面之间的活地板215中。该配置通常称为“冷通道”，因为来自空气冷却系统的冷空气通过多孔砖流入活地板215的冷空气增压间217中并进入行之间的通道210中。冷空气接着被抽到机柜安装式设备中，并被排出到行后面(一般是“热通道”)或上面的空间。将机柜放置在这些冷通道和热通道配置中为机柜安装式设备和冷却设备例如计算机室空气调节(CRAC)单元提供更有效的环境。然而，仅创建这些通道不足以完全分离室内的冷空气和热空气的混合物。最近的发展表明，冷通道和热通道的进一步分离和遏制极大地提高了机柜安装式设备和CRAC单元的效率和功能。来自热通道的热空气可被引导到CRAC单元的入口，且从CRAC单元释放的冷空气可被引导到机柜安装式设备的入口。这可通过放置在冷和热通道的末端上的门220连同机柜(未示出)之上的各种形式的天花板和/或分离器完成，这帮助将空气包含在特定的位置内。例如，如在标题为“COLD AISLEISOLATION”的于2005年5月17日提交的共同拥有的美国专利申请号11/131，503中所示的，挡板可放置在机柜的行的末端之上或沿着机柜的行的末端放置。产生冷和热空气的完全分离是有挑战性的，特别是在可能在过程中不分离或重新定位的机柜安装式设备的区域中。再次参考图3，这些区域中的很多包括各种尺寸、形状和数量的机柜，其不依照设备的理想配置来形成实现更有效的密封技术(即，门)的通道。常常，独立的220个机柜位于数据中心中，且冷通道遏制不为这些机柜提供冷空气的源。这主要出现在较老的数据中心中，这些数据中心包括出于必要而随着时间的过去积聚的大量机柜。因此，当较新的机柜、机柜系统和设备被发展时，数据中心中的变化是不可避免的，除非完全新的系统被安装。全新系统的安装非常昂贵，且如前所述，一些在机柜安装式设备可能在过程中不分离。概述根据本公开的用于冷却机柜安装式设备的系统的例子包括配置成容纳机柜安装式设备的机柜，该机柜提供以顶侧和两侧为界的前舱；以及冷空气导管，其与机柜可分离并连接到机柜的顶侧和两侧，导管配置成与相邻于导管的区域流体连通以从该区域接收空气，导管包括前构件、耦合到前构件的侧构件、以及端构件，端构件配置成选择性地允许空气穿过端部件从该区域进入导管中；其中导管连接到机柜，以在机柜和导管之间形成实质上气密的密封。这样的系统的实施方式可包括下列特征中的一个或多个。端构件是包括气窗的底部构件。气窗可移动以调节结构内的气流的量。端构件是顶部构件，其包括配置成响应于压力的变化而移动的面板。面板配置成通过打开以允许空气穿过顶部构件来对超出阈值的在导管内部的压力作出响应。侧构件通过钩和环紧固件连接到机柜。系统包括温度传感器和控制器，控制器与温度传感器和端构件通信地耦合，并配置成根据温度传感器所指示的温度来控制端构件以调节流经端构件的空气。侧构件每个具有前构件的宽度的大约一半的宽度。系统包括配置成经由该区域将冷空气输送到导管的冷空气输送机构。根据本发明的具有机柜安装式设备的机柜的导管的例子包括前构件；侧构件，其中两个或多个侧构件耦合到前构件；端构件，其具有配置成选择性地允许空气穿过端构件的一个或多个气窗；以及耦合到端构件并响应于从控制器接收的信号的一个或多个致动器，信号使致动器调节端构件的气窗；其中导管与机柜可分离并能够以顶构件和侧构件连接到机柜，以在机柜和导管之间形成实质上气密的密封；以及其中导管配置成与相邻于机柜的区域流体连通并从该区域接收空气。这样的导管的实施方式可包括下列特征中的一个或多个。端面板深度为30厘米。端面板宽度为60厘米。一个或多个致动器和控制器包括单个单元。侧构件通过钩和环紧固件连接到机柜。导管还包括顶构件，其中顶构件包括配置成对压力的变化作出响应的面板。面板配置成通过打开以允许空气穿过顶构件来对超过阈值的在导管内部的压力作出响应。导管还包括一个或多个温度传感器以及一个或多个压力传感器中的每个，其中传感器通信地耦合到控制器。由传感器指示的温度和压力通过致动器确定调节的量。用于冷却机柜安装式设备的方法的例子包括将导管连接到配置成容纳机柜安装式设备的机柜上，导管包括前构件；耦合到前构件的侧构件；以及具有一个或多个气窗的端构件，其中一个或多个气窗配置成选择性地允许空气穿过端构件；将冷空气提供到导管中，其中空气越过机柜的前部被垂直地提供；实质上将冷空气遏制在机柜和导管之间的区域内；测量遏制区域内的温度和压力；以及根据所测量的遏制区域内的温度和压力来调节进入机柜的遏制区域的气流。本公开的术语和/或技术可提供下列能力中的一个或多个。例如，导管有利地允许在数据中心的以前存在的配置上的冷空气遏制。在一些实施方式中也可被称为冷管的导管可固定到容纳不同服务器尺寸的各种尺寸的单一机柜。此外，导管可提供更成本有效的方法。例如，安装热和冷通道遏制系统可能对于只包含几个机柜或所安装的设备的单一机柜的较小的数据中心不是成本有效的。虽然描述了导管配置，但冷空气遏制可能由除了那些提到的装置以外的装置实现，且各种导管配置可能不一定产生所提到的效应。在审阅了下面的附图、详细描述和权利要求之后，本发明的这些和其它能力连同本发明本身将被更充分地理解。附图的简要说明图1是机柜安装式设备和相关气流的简化视图。图2是在图1的机柜安装式设备中的相关气流的简化视图。图3是数据中心的简化视图。图4是图3所示的数据中心的相关气流的简化视图。图5是具有冷管系统的数据中心的简化视图。图6是图5所示的数据中心的相关气流的简化视图。图7是冷管系统和相关设备机柜的分解透视图。图8是图7所示的冷管的排气部件的透视图。图9是图7所示的冷管的底视图。图10是冷管系统的简化顶视图。图11是用于实现冷管系统的过程的方框流程图。详细描述本文描述了提供冷管系统的技术，该冷管系统阻止机柜安装式设备在封闭环境中接收热空气流。示例性环境可包括数据中心，其具有CRAC、具有将冷空气输送到数据中心的指定区域的冷空气增压间和通风砖的活地板。数据中心可包含冷和/或热通道遏制系统以及定位成与所包含的通道分离的额外机柜，且冷管连接在额外机柜上。来自冷空气增压间的冷空气越过机柜安装式设备的前部被垂直地引导，并包含在冷管结构内。冷空气通过冷管的带气窗底部进入，并通过机柜的后部离开，任何额外的空气通过冷管结构的带气窗屋顶排出。其它实施方式在本发明的范围内，其中一些实施方式未在下面的段落中被提到。
参考图5，提供了实现冷通道遏制和具有外来机柜的示例性数据中心环境。数据中心类似于图4的数据中心，然而冷管系统500在外来机柜500上实现。数据中心包括被对齐以使机柜的前部面向彼此的机柜503的行501，产生通道，其中来自活砖地板515的冷空气增压间517的冷空气被供应。离开行501的热空气被释放到数据中心中，并可通过空气返回系统被引导到数据中心冷却系统，例如CRAC，其将有助于数据中心的总效率。单独的机柜520位于同一数据中心内，但远离冷通道遏制系统内的机柜503。单独的机柜520包括连接到前部的冷管505，其中来自与冷通道相同的冷空气增压间517的冷空气也被提供。从单独的机柜520释放的热空气可类似地通过通风口、导管或其它装置引导到冷却系统。因此，冷管系统500实质上提供与冷通道遏制系统相同的冷却系统。图6示出了图5中的示例性数据中心的气流。冷通道遏制系统中的机柜的行501和定位成远离系统的单独机柜520接收冷空气源，不包括数据中心中的排出的热空气。虽然只示出了一个单独的机柜，冷管可在数据中心内的多个机柜上实现，向机柜产生类似的气流。例如，冷管系统500可在数据中心内的每个单独机柜上实现，甚至可在布置在冷通道配置中的行中的机柜503上实现。该气流产生更有效的数据中心，因为由于中心内的外来机柜和混合空气，冷却系统没有被迫过度冷却数据中心环境。现在参考单独的系统更详细地描述冷管。参考图7，示出包含机柜安装式设备320的机柜301。机柜可由金属例如铝或本领域中通常使用的任何其它金属制成。机柜可包括多孔前门(未示出)以允许空气流入机柜中并越过所安装的设备320。可选地，前门可完全被移除，允许机柜容纳各种尺寸的机柜安装式设备320。在这两种配置中，冷管305直接粘附到机柜的前部、机柜的框架310或带孔的门。冷管结构可以是可保留空气的任何结构。虽然它被称为管，它可以是矩形、圆柱形、正方形或足以适应机柜的任何其它形状。冷管305可通过使用钩和环紧固件例如Velcro 、揿钮、夹具或可用于可移除地连接这两个结构并实质上将它们密封在一起以减少空气的损失的任何其它形式的装置来连接到机柜。密封可保持通过底端部件340流入冷管305中的足够的冷空气以充分冷却机柜301中的设备，例如能够维持6帕斯卡的压力。考虑可变的房间条件，例如归因于阻挡空气移动的电缆的高活地板压力或没有障碍物被发现的低活地板压力，一旦活地板中的气流和空气压力被正确地调节，空气的大约95%就可保留在冷管305内部。因此，冷管305的结构被设计为它连接到的机柜的实质上相同的高度和宽度，最小化了公开暴露的机柜的数量和空气的释放。冷管的前部件325类似于机柜的前门，虽然它不包括孔。前部件325耦合例如焊接到侧部件330或在弯曲过程之后由单片制成。因此，前部件325可在宽度上改变，以便适应它被安装到的机柜。冷管的深度也是可变的，取决于它连接到的机柜以及安装可采用的空间。因此，侧部件330的宽度是可变的。例如，具有设备的完全负荷的较大机柜可能需要在冷管系统内的增加的气流。在冷管的安装之前，可通过直接从机柜的前面移除的活砖地板的数量来确定增加的气流。因此，冷管的侧部件可被制造成适应这个变化。冷管可由防火的塑料不含PVC的材料制成。这样的材料可包括Ml防火塑料。冷空气通过活砖地板315从冷空气增压间317通过可调节的气窗元件被发送到冷管305中以微调将进入冷管的空气的量。包含在冷管305内的冷空气越过机柜301被垂直地引导并被抽取通过机柜安装式设备320。热空气接着由机柜释放，而不与进入机柜301的冷空气混合。冷管可在很多机柜上实现，实现降低的冷却容量和增加的可用负荷的相同结果O为了将冷空气输送到冷管系统中，位于机柜301前面的活地板转(一般60厘米“cm”乘60cm)被切割并移除，且带气窗穿孔砖在冷管的安装之前被安装。这允许冷空气从冷空气增压间输送到各个机柜。所移除的地板的面积可为配备有活砖地板的房间内的标准活砖(60cm乘60cm)的尺寸的大约一半(例如,30乘60cm)。然而,如上所述,如果需要额外的压力来冷却机柜301，整个砖的移除也是可能的。在一些实施方式中，砖可被完全移除，且带气窗砖可以是冷管系统的整体元件。此外，在安装冷管之前，机柜的前门可从其铰链被移除，或在具有带孔的门的机柜的情况下，冷管可直接粘附到机柜的前部。现在参考图8-9，冷管包括顶端部件335和底端部件340，这两个部件都耦合到侧部件330和前面板325以形成实质上封闭的区域，其中由活地板提供的冷空气被遏制。实质上封闭的区域形成冷管和机柜之间的实质上气密的密封。冷管305的顶端部件335可包括活板，其具有能够打开以释放或排出额外的空气的两个有铰链的或以其他方式可移动的门。可选地，顶端335可包括能够允许可变的气流的带气窗装置。因此，顶端部件335可以是可调的，以当冷管内的压力太高时允许额外的空气排出。例如，当冷管内的压力达到6帕斯卡(Pa)或更高时，活板可自动释放，允许空气从系统流出。类似地，底端部件340可以是带气窗和可调的，以允许来自活砖地板的可变气流到达机柜安装式设备。例如，带气窗底端部件可以是具有零背压的整体带气窗砖。为了控制穿过底端部件的空气流，一个或多个致动器346可连接到气窗。致动器346也可耦合到控制器348，其根据测量的冷管内温度和压力来向执行器346提供信号。因此，一个或多个温度传感器350和压力传感器352可沿着前部件和/或侧部件的长度定位，并可与控制器348通信。在一个实施方式中，致动器346和控制器348可包括单个单兀。在另一实施方式中，致动器346和控制器348可包括耦合到彼此的两个单独单元。底端部件340可从机柜的前部算起具有大约30cm的深度并具有大约60cm的宽度，或具有与机柜(在该机柜上冷管被实现)大约相同的宽度。现在参考图10，示出了粘附到机柜301的冷管301的顶视图。具有可释放活板的顶端部件335可以可选地位于冷管系统的板上，取决于机柜所位于的环境的冷空气输送系统。例如，包括来自天花板的导管的冷空气输送系统可能需要这样的配置。现在参考图11，进一步参考图7-10提供了实现冷管的流程图400。包含在机柜301(其上安装冷管305)内的机柜安装式设备320不需要被停机，机柜也不需要在安装之前被移动。在步骤401中，位于机柜301前面的砖被移除、切割和用穿孔砖代替。如前所述，标准尺寸(60cm乘60cm)砖可被切成两半,在活砖地板315上留下60cm宽乘30cm深的砖,穿孔砖代替剩余的60cm乘30cm区域。在其它实施方式中,砖可根据机柜301的尺寸、形状和冷却需要而被完全移除或切割成各种其它尺寸。如上所述，如果在机柜顶部安装是必要的，则冷管可被改进以适应从冷空气供应系统引导的导管。此外，在步骤401中，机柜301的门可在冷管的安装之前被移除。在步骤402中，冷管305粘附到机柜310的前部。粘合机构例如Velcro可固定到机柜301的前框架310以及冷管的前部件和侧部件的边缘。可选地或此外，揿钮、夹具和/或焊接可用于将冷管固定到机柜的框架上。冷管305的结构未悬挂在地面之上，并可搁在活砖地板315上。如前所述，冷管305可由不含PVC和防火的塑料材料制成。因为冷管305可由实质上轻的材料制成，粘合装置不一定需要支撑相当大的重量，并主要用于将冷管305的相应边缘密封到机柜的前框架310的边缘，以防止冷空气从封闭区域内逸出。在步骤403中，在机柜305的顶端335和底端340处测量温度。优选地，在顶端处的温度被维持在运行性使用的规定温度处或之下。例如，一些服务器利用22°摄氏度(C)的入口温度，而其它服务器允许高达29° C。有在操作温度的接近范围内的温度帮助确保一致性，用于通过由冷却系统产生的不变温度来冷却机柜安装式设备。甚至在包含机柜的环境内的温度的稍微增加和压力的降低也可使冷却系统更艰难地工作以增加冷空气输出，因此增加总能量使用。在步骤404中，冷管305的顶端部件335和底端部件340被调节。如所述，底端部件340可以是带气窗的，需要调节以控制从活砖地板315的冷空气增压间317流入冷管305的冷空气的量。调节进入冷管305的气流将通过允许理想数量的冷空气到达所有高度的机柜安装式设备320来允许冷却系统和机柜安装式设备320的增加的效率。底端部件340可被手动或自动调节，取决于安装在冷管中的系统。例如，压力和温度传感器可安装在冷管305的顶部和底部处。传感器可在冷管内进行周期性测量，以便维持不变的温度和压力，允许更有效的系统。测量结果可被发送到控制器348，其可确定底端部件340是否应允许增加或减少的气流。控制器348接着可通过硬线连接或其它通信装置发送信号，使致动器346移动气窗。因此，压力和/或温度的改变可触发带气窗的底端部件340打开，允许来自活地板的冷空气增压间317的增加的气流，或关闭，允许压力和温度由于机柜中产生的热而升高。此外，冷管的顶端部件335可被调节，以一旦在冷管内达到特定的压力，就允许活板打开。活板可由致动器和控制器控制，或可通过抵抗活板的阻力的压力而被手动打开。这提供了故障保险以保持机柜安装式设备被提供有一致数量的冷空气。其它实施方式在所附权利要求的范围和精神内。例如，由于软件的性质，上面描述的功能可使用处理器所执行的软件、硬件、固件、硬布线或这些部件中的任何部件的组合来实现。实现功能的特征也可物理地位于各种位置处，包括被分布成使得功能的部分在不同的物理位置处实现。此外，可公开不只一个发明。
权利要求
1.一种用于冷却机柜安装式设备的系统，所述系统包括 机柜，其配置成容纳机柜安装式设备，所述机柜提供以顶侧和两侧为界的前舱；以及冷空气导管，其与所述机柜可分离并连接到所述机柜的所述顶侧和所述两侧，所述导管配置成与相邻于所述导管的区域流体连通以从所述区域接收空气，所述导管包括前构件； 多个侧构件，其耦合到所述前构件；以及 端构件，其配置成选择性地允许空气从所述区域穿过所述端部件进入所述导管中； 其中所述导管连接到所述机柜以在所述机柜和所述导管之间形成实质上气密的密封。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述端构件是包括气窗的底部构件。
3.如权利要求2所述的系统，其中所述气窗可移动以调节结构内的气流的量。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述端构件是顶部构件，所述顶部构件包括配置成响应于压力的变化而移动的面板。
5.如权利要求4所述的系统，其中所述面板配置成响应于在所述导管内部的压力超过阈值而打开，以允许空气穿过所述顶部构件。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述多个侧构件通过钩和环紧固件连接到所述机柜。
7.如权利要求1所述的系统，还包括温度传感器和控制器，所述控制器与所述温度传感器和所述端构件通信地耦合并配置成根据所述温度传感器所指示的温度来控制所述端构件以调节流经所述端构件的空气。
8.如权利要求1所述的系统，其中所述多个侧构件中的每个具有所述前构件的宽度的大约一半的宽度。
9.如权利要求1所述的系统，还包括配置成经由所述区域将冷空气输送到所述导管的冷空气输送机构。
10.一种用于具有机柜安装式设备的机柜的导管，所述导管包括 前构件； 多个侧构件，其中两个或多个侧构件耦合到所述前构件； 端构件，其具有配置成选择性地允许空气穿过所述端构件的一个或多个气窗，以及一个或多个致动器，其耦合到所述端构件并响应于从所述控制器接收的信号，所述信号使所述致动器调节所述端构件的所述气窗； 其中，所述导管与所述机柜是可分离的并能够以所述顶构件和多个侧构件连接到所述机柜，以在所述机柜和所述导管之间形成实质上气密的密封；以及 其中所述导管配置成与相邻于所述机柜的区域流体连通并从所述区域接收空气。
11.如权利要求10所述的导管，其中端面板深度为30厘米。
12.如权利要求10所述的导管，其中端面板宽度为60厘米。
13.如权利要求10所述的导管，其中所述一个或多个致动器和所述控制器包括单个单J Li ο
14.如权利要求10所述的导管，其中所述多个侧构件通过钩和环紧固件连接到所述机柜。
15.如权利要求10所述的导管，还包括顶构件，其中所述顶构件包括配置成响应于压力的变化而移动的面板。
16.如权利要求15所述的导管，其中所述面板配置成响应于在所述导管内部的压力超过阈值而打开，以允许空气穿过所述顶部构件。
17.如权利要求10所述的导管，还包括一个或多个温度传感器以及一个或多个压力传感器中的每个，其中所述传感器通信地耦合到所述控制器。
18.如权利要求17所述的导管，其中由所述传感器指示的温度和压力决定了通过所述致动器进行调节的量。
19.一种用于冷却机柜安装式设备的方法,所述方法包括 将导管连接到配置成容纳机柜安装式设备的机柜上，所述导管包括 前构件； 多个侧构件，其耦合到所述前构件；以及 端构件，其具有一个或多个气窗， 其中，所述一个或多个气窗配置成选择性地允许空气穿过所述端构件； 将冷空气提供到导管中，其中所述空气越过所述机柜的前部被垂直地提供； 实质上将冷空气遏制在所述机柜和所述导管之间的区域内； 测量遏制区域内的温度和压力；以及 根据所测量的所述遏制区域内的温度和压力来调节进入所述机柜的所述遏制区域的气流。
全文摘要
用于冷却机柜安装式设备的系统包括配置成容纳机柜安装式设备的机柜，该机柜提供以顶侧和两侧为界的前舱；以及冷空气导管，其与机柜可分离并可以连接到机柜的顶侧和两侧，导管配置成与相邻于导管的区域流体连通以从该区域接收空气，导管包括前构件、耦合到前构件的侧构件、以及端构件，端构件配置成选择性地允许空气穿过端部件从该区域进入导管中；其中导管连接到机柜以在机柜和导管之间形成实质上气密的密封。
文档编号F25D17/08GK103069229SQ201180039421
公开日2013年4月24日 申请日期2011年8月15日 优先权日2010年8月13日
发明者莱克斯·库尔斯 申请人:美国能量变换公司