CN102576240A

CN102576240A - 在数据中心中或与数据中心有关的改进

Info

Publication number: CN102576240A
Application number: CN2010800189456A
Authority: CN
Inventors: R.托策; C.巴什; C.佩特尔
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Enterprise Development LP
Priority date: 2009-04-29
Filing date: 2010-04-28
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2030-04-28
Also published as: US7903404B2; BRPI1007612A2; CN102576240B; EP2425312B1; WO2010127025A3; EP2425312A4; WO2010127025A8; EP2425312A2; US20100277863A1; WO2010127025A2

Abstract

根据一个实施例，数据中心（100）包括第一数据中心部（104），其包括一个或多个设备元件元件（102a和102b）。每个计算机元件（102a）具有一个或多个发热源。第二数据中心部（110）包括热交换器（112），第二数据中心部（110）基本上与第一部（104）分离。热传递元件（106）被热耦合至发热源中的至少一些发热源并被进一步热耦合至热交换器（112）。

Description

在数据中心中或与数据中心有关的改进

背景技术

出于各种经济和商业原因，企业越来越多地使其后端计算机系统集中于特别构建的数据中心中。数据中心通常容纳高浓度和密度的此类计算机系统并另外提供数据中心中的计算机系统的操作所必需的设施，诸如不间断电源和冷却系统。

计算机系统固有地在操作期间产生热量。计算机系统中的典型的发热源包括中央处理单元（CPU）、图形卡、机械存储驱动器、电源等。需要管理此热量，从而使得不超过每个计算机系统的各种组件的最大工作温度。

诸如服务器之类的单独计算机系统通常使用散热器来去除来自发热源的热量。然后由从计算机系统外壳外面吸入较冷的空气并通过排气孔排出热空气的一个或多个内部机械风扇来将热量疏散到计算机系统外壳外面。通常，将计算机系统设计为通过系统的正面上的孔吸入空气并通过在系统背面中的孔排出热空气。

当被布置在数据中心中时，通常将计算机设备布置在机架中，其中每个机架包含计算机设备的多个项目。数据中心还通常使用计算机房空调单元，其向机架的正面供应冷空气并从机架的背面疏散热空气。

因此，数据中心的操作成本的相当大的比例可能起因于在单独计算机设备内和数据中心基础结构级这二者的冷却系统的操作。

附图说明

现在将参考附图仅以非限制性示例的方式来描述各种系统和方法的实施例，在附图中：

图1a和1b是示出根据一个实施例的数据中心的简化剖视图的方框图；

图2是根据一个实施例的数据中心的简化平面图；

图3是根据实施例的集装箱化的数据中心的简化剖视图；

图4是根据另一实施例的另一集装箱化的数据中心的简化剖视图；

图5a和5b是根据一个实施例的冷却系统的简化剖视图；以及

图6是根据另一实施例的另一集装箱化的数据中心的简化剖视图。

具体实施方式

现在参考图1，其中示出了根据本发明的实施例的数据中心100的简化剖视图。

数据中心被布置成容纳计算机设备102a和102b的第一部104和容纳热交换器112的第二部110。虽然为了清楚起见未示出机架结构，但是可以将计算机设备102a和102b配置在标准机架或柜式布置中。为了简单起见，在机架布置中仅示出两台计算机设备102a和102b，但本领域的技术人员应认识到机架还可以包含更多台计算机设备。计算机设备102a和102b可以是例如计算机服务器，其中每台计算机设备包括一个或多个发热源，诸如中央处理单元、图形卡、DVD驱动器、电源等。

数据中心部104和110基本上被障碍物108分离，从而使得部104和110中的每一个内的空气基本上被相互热绝缘。障碍物108可以是物理障碍物，诸如壁或隔离物。

计算机设备102a和102b的发热源中的至少某些被热耦合至热导管106。图1b示出另一实施例，其中使用热虹吸管120来代替热导管。

例如，每个发热源可以直接地热耦合至热导管、或通过单独的热导管、热虹吸管间接地或以任何其它合适的方式热耦合至热导管。

热导管106从其被热耦合到的发热源去除热量，并将热量从数据中心部104传送到数据中心部110中的热交换器112。这避免计算机设备102a和102b中的多余热量的增加，使得计算机设备能够在其预定温度工作范围内工作。数据中心部104内的热导管的区段可以与数据中心部104内的空气热绝缘。

在本实施例中，热交换器112适合于由空气来冷却，诸如管式和翅片式热交换器等。可以通过考虑各种参数来确定热交换器的精确类型和技术特性，所述各种参数例如包括最大外部空气温度、计算机设备的最大工作温度、热导管或热虹吸管的工作流体、计算机设备的密度和数据中心的高度。

当计算机设备102a和102b在操作中时，由热导管106被热耦合到的发热源产生的热量被传递至热导管，并且又被传递至热交换器112。随着热交换器112将与热交换器112接触的空气118加热，升高并通过出口孔120被排出。此举通过进气孔116吸入较凉的外部空气114，其又被热交换器加热。以这种方式，热交换器通过自然堆积效应通风冷却。

现在参考图2，其中示出了根据本发明的实施例的数据中心200的简化平面图。与图1共用的相同附图标记指示相同的元件。

数据中心200被布置在可移动的集装箱中，诸如联合运输单元（ITU）、运送集装箱、POD（性能最优化数据中心）等。数据中心具有容纳布置在机架（未示出）中的计算机设备102a至102n的第一数据中心部104。第一数据中心部104被布置为具有过道，以提供人对计算机设备102a至102n的接近。机架中的计算机设备被布置为使得可容易地从过道达到对计算机设备的正面接近。

在数据中心的任一侧的两个第二数据中心部110容纳多个热交换器112。第一104和第二110数据中心部被障碍物108分离，从而使得两个部中的空气被相互热绝缘。

在所示的实施例中，每个计算机设备机架存在一个热交换器112，虽然还可以提供用于其它配置的其它实施例。例如，可以将多个机架热耦合至单个热交换器，或者可以将单独的计算机设备热耦合至单独或多个热交换器。计算机设备102a至102n经由热导管、热虹吸管等热耦合至热交换器112中的相应的一个热交换器。

数据中心200的布置将从计算机设备102a至102n的多个元件去除的热量集中到数据中心的被分离的部中。例如，在数据中心200中，可以看到热量被集中于在数据中心的任一侧的两个数据中心部110中。

这又促进了热交换器112的冷却（和最终的计算机设备102a至102n的冷却）。例如，在一个实施例中，热量在部110中的集中改善了堆积效应通风并允许仅使用自由空气冷却来冷却热交换器。

通过在集装箱中提供数据中心200，可以在不要求广泛的基础结构和设施（诸如将在其中容纳数据中心200的物理建筑物、用于冷却计算机设备102a至102n的冷冻或冷却水源或空调系统的情况下快速地部署数据中心。最少仅要求适当的电源和网络连接。

图3示出根据本发明的实施例的集装箱化的数据中心400。数据中心400包括集装箱化的数据中心100，在其顶部上放置了集装箱化的不间断电源（UPS）模块401。UPS模块401具有容纳用于向数据中心300中的计算机设备102a至102n供应不间断功率的UPS设备402的第一部412。UPS模块401还具有容纳热交换器406的第二部414。第一412和第二414部基本上被障碍物410在物理上与第二部414分离，从而使得两个部内的空气基本上是被热绝缘的。

UPS设备402包括多个发热源（未示出），诸如AC和DC变压器。使用例如热虹吸管或热导管408将热源热耦合至热交换器406。

UPS模块401在第二部414中具有基本空气进气孔412，其被布置为基本上与数据中心100的空气排出孔120连通。以这种方式，来自数据中心100的热交换器112的热空气118可以自由地循环在部414中。热空气118经过热交换器406且被进一步加热，从热交换器406去除热量。热空气120上升并通过UPS模块401的顶中的排出空气孔410被排出。

通过垂直地在数据中心300之上安装UPS模块401，数据中心部110和UPS模块部414处于流体连通以有效地形成容纳热交换器112和406的单个部。由热交换器406释放出的附加热量增加堆积效应通风并增加被吸入的外部空气114的量，并且又增加热交换器112和406的自由空气冷却。

在再一实施例中，可以将一个或多个集装箱化的数据中心300以与图3中所示的类似的方式堆叠到彼此之上。本领域的技术人员应认识到，顶部数据中心可以包括基于底板（floor）的进气孔，其基本上与下数据中心的基于顶的排出孔相对应，从而使得堆叠数据中心的第二部处于流体连通。

根据本发明的其它实施例，对于其中单独的自由空气冷却并不够的情况而言，可以使用附加冷却元件来补充热交换器112的自由空气冷却。这在例如外部空气温度或其它环境条件超过预定阈值时可能是有用的。补充冷却元件可以包括例如用于增加空气吞吐量的设备（诸如机械风扇）或冷却用来冷却热交换器的外部空气的设备，诸如冷却冷却器（cooling cools）、绝热冷却器、计算机房空调单元等。

图4示出根据再一实施例的数据中心500。与图1共用的相同附图标记指示相同的元件。数据中心500具有热交换器504。热交换器504可以是适合于被液体冷却的任何类型的热交换器，诸如板式、壳管式和管式、以及管中管式热交换器。

热交换器504通过包括出管（out pipe）510和回管512的液体冷却回路被热耦合至冷却系统506。冷却系统506在数据中心500外部且可以适当地位于数据中心500的顶上。出管510中的液体冷却剂被泵508泵送以迫使冷却回路中的冷却剂从热交换器504去除热量并将热量输送至冷却系统506。

在图5a中所示的另一实施例中，冷却系统506包括被热耦合至冷却回路供给和回管510和512的热交换器602。接近于热交换器602的是用于通过进气孔608并通过热交换器602汲取外部空气610、向热交换器602和最终的计算机设备102提供干燥空气冷却的机械风扇604。

在图5b中所示的又一实施例中，冷却系统506另外包括一个或多个喷水器612以在外部空气被用来冷却热交换器602之前提供外部空气的绝热冷却。

图6示出根据另一实施例的数据中心700。与图1共用的相同附图标记指示相同的元件。计算机设备102被热导管106热耦合至热交换器702。在替换实施例中，可以使用热虹吸管。热交换器702另外被热耦合至热虹吸管冷却系统708中的一对热虹吸管710。通过自由空气冷却、通过经由排出孔712排出热空气以及通过经由进气孔714吸入外部空气来冷却热虹吸管710。

在一个或多个实施例中，数据中心不要求冷却空气、液体或水的外部供应。以这种方式，根据本实施例的数据中心基本上是自持的，仅要求外部功率和计算机网络连接。

由于热导管和热虹吸管在直接从计算机设备102内的热源去除热量方面的效率，计算机设备102可以消除使用内部机械风扇来冷却热源。此外，由于热导管或热虹吸管向数据中心部110去除热量所具有的效率，数据中心部104中的空气可能不要求诸如通过使用机械空调单元冷却。另外，本实施例的许多不要求诸如风扇和泵的机械冷却元件，导致甚至更大的消耗能量的减少。

虽然本文所述的实施例主要涉及具有一个或多个发热源的计算机设备，但本领域的技术人员应认识到本发明决不局限于此。例如，可以由具有一个或多个发热源的任何适当设备元件来代替本文所述的计算机设备。此类设备元件可以包括例如其它电子装置或机械设备，诸如电源、变压器、泵、照明设备等。此外，本领域的技术人员应进一步认识到本文对数据中心进行的提及不限于此，并且可以涵盖容纳一个或多个设备元件的其它设施。

虽然本文所述的实施例使用热虹吸管或热导管，但本领域的技术人员应认识到可以使用其它适当的热传递元件或导体。诸如，例如泵送液体环路或机械制冷环路。

Claims

1.一种设施（100），包括：

第一设施部（104），其包括一个或多个设备元件（102a和102b），每个设备元件具有一个或多个发热源；

第二设施部（110），其包括热交换器（112），所述第二设施部（110）基本上与第一设施部（104）分离；以及

热传递元件（106），其被热耦合至所述发热源中的至少一些发热源，且被进一步热耦合至热交换器（112）。

2.权利要求1的设施（100），还包括用于将被热交换器（112）加热的空气（118）排出到数据中心（100）的外面的排出孔（120）和进气孔（116），可以通过所述进气孔（116）汲取外部空气（114）以冷却热交换器（112）。

3.权利要求2的设施（100），其被布置为使得在设备元件（102a）的操作期间，使用堆积效应通风来冷却热交换器（112），在所述堆积效应通风中，热空气被通过排出孔（120）自然地疏散，促使外部空气（114）通过所述进气孔（116）被吸入。

4.权利要求1的设施（100），其中，热传递元件（106）是热导管，并且其中，热导管被热导管或热虹吸管（120）中的一个热耦合至所述发热源中的至少一些发热源。

5.权利要求1的设施（100），其中，热传递元件（106）是热虹吸管（120），并且其中，热虹吸管（120）被热导管或热虹吸管（120）中的一个热耦合至所述发热源中的至少一些发热源。

6.权利要求1的设施（100），其中，设备元件（102a）不被机械通风或冷却。

7.权利要求1的设施（100），其中，第一设施部（104）中的空气不被机械通风或冷却。

8.权利要求1的设施（100），其中，设施（100）被布置在可移动的集装箱（200）中，设施（100）还包括位于设施（100）的顶部上的第二可移动设施（100），从而使得第一设施（100）的排出孔（120）对应于第二设施（100）的进气孔（116），从而使得两个设施的第二部处于流体连通。

9.权利要求1的设施（100），还包括液体冷却系统（506），液体冷却系统（506）被热耦合至热交换器（112）以便从热交换器（112）去除热量。

10.权利要求9的设施（100），其中，液体冷却系统（506）是不要求冷冻液体的外部供应的自持冷却系统。

11.权利要求1的设施（100），其中，设备元件（102a）被布置在一个或多个机架中，其中每个机架与热交换器（112）相关联，每个机架内的设备元件（102a）的发热源被热耦合至所述热交换器（112）。

12.权利要求11的设施（100），在第一设施部（104）中包括被以一对行布置的、在该两行之间具有过道的多个机架，与位于一个被分离的第二设施部（110）中的一行中的机架相关联的热交换器（112），和与位于另一被分离的第二设施部（110）中的另一行中的机架相关联的热交换器（112）。

13.权利要求1的设施（100），还包括包含多个热虹吸管（120）的热虹吸管冷却系统（506），热虹吸管冷却（506）系统被热耦合至热交换器（112）。

14.权利要求1的设施（100），其中，设施（100）是数据中心（100），并且其中，设备元件（102a和102b）是计算机设备元件（102a和102b）。

15.一种数据中心（100），包括：

第一数据中心部（104），其包括一个或多个计算机设备元件（102a和102b），每个计算机设备元件具有一个或多个发热源；

第二数据中心部（110），其包括热交换器（112），第二数据中心部（110）基本上与第一部（104）分离；以及

热传递元件（106），其被热耦合至发热源中的至少一些发热源，且被进一步热耦合至热交换器（112），数据中心（100）被布置为使得在计算机设备元件（102a和102b）的操作期间，使用自然通风来冷却热交换器（112），在所述自然通风中，通过排出孔（120）来自然地疏散热空气（118），促使通过进气孔（116）来吸入外部空气（114）。