CN103718663B - 具有高效冷却装置的移动数据中心单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种移动数据中心单元（1），该移动数据中心单元适合于容纳多个支架（5），该多个支架被设计用来为IT设备（6）提供存储空间。移动数据中心单元（1）配备有无源冷却装置和/或已经与IT设备（6）一起存在的有源部件（25）以便提供对IT设备（6）产生的热的耗散。

Description

具有高效冷却装置的移动数据中心单元
技术领域
本发明涉及一种移动数据中心单元，该移动数据中心单元适合于容纳至少一个支架，该至少一个支架被设计用来为电子设备提供存储空间。移动数据中心单元配备有冷却装置以便提供电子设备产生的热的耗散。
背景技术
在现有技术中，存在多种数据中心建筑结构，该数据中心建筑结构用来容纳多个支架，每一个支架包括用于电子设备的存储空间。
常规数据中心最典型地为包括用于计算机基础设施的假底板的建筑物，该假底板典型地被容纳在19英寸支架外壳中。通过冷空气实现冷却，该冷空气被泵送到假的底板中，该假的底板在支架前方的适当部位具有孔。这样，冷空气在计算机支架的进气口被供给。
根据现有技术的典型的常规数据中心建筑在WO2010/000440的图1中被示出。这种常规设计以某种方式是不利的，因为单个支架必须设计为封闭的支架并且通过相应支架的空气流必须被测量和控制以便避免从冷的过道泵送不必要的量的冷空气。存在各种构思，该各种构思提供到冷的过道中的空气流的调节，使得提供该空气流的风扇以最低可能功率进行操作。支架内的设备产生的热空气被反馈到位于数据中心建筑中的其它地方的热交换器。已加热的空气再被冷却或使用新鲜的空气以便提供冷空气的流。
除了根据现有技术的典型的常规数据中心建筑外，WO2010/000440公开一种用于多层计算机数据中心的新的节能的构造，该构造使用液体冷却介质来耗散IT设备产生的热。由WO2010/000440实现的所谓的绿色IT构思允许减小用于冷却目的的能耗。常规数据中心通常需要它们的电子部件能耗的50%或更多用于冷却目的。WO2010/000440的新颖冷却构思实现如下数据中心：该数据中心需要其能量的少于10%（PUE<1.1；其中“PUE”代表“功率使用效率”并且通过PUE=总设施功率/IT设备功率被计算）用于冷却。
由于向着能量高效数据中心的不断发展存在，WO2010/000440的静止的多层计算机数据中心变成以后的绿色IT构思遵循的一种基准。然而，静止的计算机数据中心需要对这种中心的不变需求，并且因此被看作长期投资。然而，经常，仅暂时需要计算机功率，或者需要计算机功率在短的时间跨度内意外增加。因此，强烈需要移动数据中心容器，该移动数据中心容器可以容易地安装在附近并且包含它们自身的基础设施，使得它们可以“插入”静止的计算机数据中心尺寸过小和/或仅暂时需要计算功率的地方。
发明内容
本发明试图提供这种移动数据中心单元。
因此，提出一种移动数据中心单元，该移动数据中心单元包括：
（i）至少一个容器，
（ii）所述至少一个容器包括用来容纳电子设备的至少一个支架，
（iii）所述至少一个支架包括至少一个热交换装置，所述至少一个热交换装置适合于将被包含在支架内的电子设备产生的热传递到流体冷却剂，所述热交换装置位于至少一个支架的至少一个壁或元件处，
（iv）至少一个冷却剂导管，所述至少一个冷却剂导管适合于为所述至少一个支架的热交换装置供给流体冷却剂，并且还适合于通过所述冷却剂导管的回流部分传送走已加热的冷却剂，
（v）连接装置，该连接装置用来连接至少一个冷却剂导管到至少一个外部热交换装置，
（vi）所述至少一个支架被设计且布置使得支架内的内部空气流主要由无源装置和/或由独立于支架的装置实现。
本移动数据中心单元可以提供移动数据中心单元，具体地提供容器和/或多个容器，避免通过专用通风口将冷却空气引导过支架的必要性。另外，目前提出的移动数据中心单元允许优化能量需求和成本和/或允许更密集地布置计算机支架以便最小化网络电缆的所需长度并且改进系统的通信能力。
目前提出的移动数据中心单元可以提供紧凑结构的数据中心单元，该数据中心单元包括较大的可升级的存储能力和/或增加的存储容量。根据目前提出的移动数据中心单元的另外方面，多于一个的单个移动数据中心单元（诸如容器）可以成群地布置，例如，通过在二维或三维中布置和/或堆叠该单元/容器。根据这种实施例，每一个移动数据中心单元/容器不需要具有其自身的深冷器（或用来冷却流体冷却剂的不同类型的外部热交换器装置），因为冷却剂导管/冷却回路可以简单地通过使用具有深冷器（外部热交换器装置）的相邻容器的深冷器（或不同类型的外部热交换器装置）的另外的移动数据中心单元/容器而扩展。
此外，目前提出的移动数据中心单元可以提供数据中心单元（具体地为容器），该数据中心单元具有用于电子设备（诸如动力电子设备，IT设备和/或计算机硬件）的增加的包装或存储密度，该数据中心单元提供充分的热耗散，该热耗散甚至可以超过1、2、3、4、5、6或7kW每立方米的体积热耗散率。由于实际原因，体积热耗散率通常不超过8kW每立方米。具体地，可能的是，目前提出的移动数据中心单元的至少一个支架包括电子设备，具体地包括动力电子设备、IT设备和/或计算机设备。然而，原则上，所有类型的设备可以存储在移动数据中心单元的一个或多个支架中。具体地，甚至产生较大量的（废）热的设备可以存储在一个或多个支架内。
单元：
根据移动数据中心单元的优选实施例，该单元包括容器或者甚至包括多个容器。优选地，这种容器具有根据已接受的标准的容器的尺寸，该容器可以优选地被运输、装载和卸载、堆叠且通过轮船、轨道、卡车、半拖车卡车或飞机被高效地长距离运输。例如，常用ISO容器可以用于这个目的。最优选的是20英尺（6.1米）、40英尺（12.2米）、45英尺（13.7米）、48英尺（14.6米）和53英尺（16.2米）长的容器。宽度典型地为10英尺（3.0米）到8英尺（2.4米），并且高度典型地为9英尺6英寸（2.9米）。然而，也可以使用不同类型的（标准化的）容器。只是为了给出一些例子：可以有利地使用UIC-容器（其中UIC代表Union Internationale deChemin de Fer），CC-容器（在欧洲广泛流传的容器系统），河上驳船容器（被优化用于Europool palette；在欧洲常见），空运容器，通过卡车容易拾取和输送的运输容器。
该容器或多个容器可以具有一个中心电力输入和用来将容器内的电力从中心电力输入分配到各个支架的装置，该一个中心电力输入优选地位于容器的外部，以供应电力到计算机硬件。
支架：
典型地，该支架是常见的19英寸支架外壳。在优选实施例中，该支架是特别节省空间的高的支架。该支架可以放置在容器底部的底板上。管道和/或电缆盘可以安装在支架上方、下方和/或后侧（优选地在支架后侧的高和/或低位置）。当然，也可以设置电缆通道，具体地在支架上方、下方和/或后侧（优选地在支架后侧的高和/或低位置）。根据另外优选实施例，支架通过振动吸收装置连接到容器，因此在运输和组装期间保护支架和任何相关的/连接的装置（如热交换装置和冷却剂管道）免受震动和振动。
优选地，在目前提出的移动数据中心单元中，至少一个热交换装置至少部分地布置在至少一个支架的后壁上，和/或至少一个支架至少部分地被设计为打开支架。结合本支架的术语“打开”可以意指支架的前部（部分地）打开并且允许支架内的设备吸入室内空气而没有流动阻力或至少具有减小的流动阻力。例如，至少在支架的一定高度间隔上，前部门可以完全没有。也可以具有流体打开的前部门，例如，格门，该格门允许空气流过而没有显著流动阻力。
基于支架的热交换装置的另一可能优点是，支架它们自身不必保持关闭并且进入和离开支架的空气流不再必须以受控制的方式被引导（例如，通过提供通道和/或通风口）。作为另外的益处，在数据中心容器内，不存在必须的另外空气调节器，这是由于冷却功能至少按时间平均可以被支架内的热交换装置完全接管。通过提出的性能“按时间平均”，例如，可以以“过载”模式运行包含的电子设备持续有限的时间跨度（典型地大约数分钟）。在这个时间跨度期间，容器的内部的温度可以升高一定量。然而，如果在这个“过载”时间间隔之后，启动补偿时间间隔，在该补偿时间间隔期间，电子设备以产生较少废热（与热交换装置可以吸收的热量相比）的模式运行，可以使容器内的温度回到“正常”。
目前提出的移动数据中心单元的至少一个支架被设计且布置成使得支架内的内部空气流至少部分地和/或至少有时主要地由无源装置和/或由独立于支架的装置实现。作为“无源装置”的例子，可以使用烟囱效应，该烟囱效应是由于支架内的空气被布置在支架内的部件的废热加热。本发明人已经惊人地发现，这种烟囱效应可以足以产生足够强的空气流，即使（或具体地当）产生大量废热的设备存储在至少一个支架内。具体地，至少一个支架可以被设计且布置成可以处理至少1kW，优选地至少5kW，更加优选地至少10kW，特别优选地至少15kW每支架的热耗散率。该设计可能特别涉及至少一个热交换装置的尺寸，该至少一个热交换装置布置在至少一个支架的至少一个壁或元件处。然而，例如，该设计可能涉及允许空气经过的内部空间的尺寸和/或被预见用于空气流的路径。具体地，支架自身可以不具有用来在支架中产生向着热交换装置的空气流的任何其它装置，具体地没有风扇。
然而，可能的是，至少一个支架内的内部空气流至少有时和/或至少部分地由要被包含在支架中的电子设备的至少一部分的有源装置实现。例如，如果IT设备布置在相应的支架中，则这种IT设备典型地具有有源装置（如风扇）以便冷却IT设备的各部件。作为熟知的例子，IT设备的CPU和/或GPU和/或存储体和/或存储硬件典型地已经配备有冷却风扇。优选地，被设置用来冷却IT设备的各部件的这种有源装置可以产生向着热交换装置的支架中的空气流的至少（某些或者甚至相当大的）部分，该热交换装置位于至少一个支架的至少一个壁或元件处。
由于独特的设计，目前提出的移动数据中心单元不必需要假的底板和冷的过道布置或设计。
优选的是，将一种设计用于移动数据中心单元，其中热交换装置的至少一个至少部分地设计为空气流可穿过的热交换装置。典型地，这种空气流可穿过的热交换装置可以设计成使得可以提供与流过热交换装置的空气的大的接触表面，因此增加热交换装置的有效性。具体地，热交换装置（具体地，空气流可穿过的热交换装置）可以设计成具有波纹肋以便进一步增加可用于通过的空气的接触表面。最优选的是，具有50mm和80mm之间，具体地大约65mm的深度的热交换器，该热交换器仅引起很低的空气背压，而仍然具有高的有效性。因此，离开支架中的电子设备的热空气可以完全靠自身经过热交换器。
热交换装置：
目前提出的移动数据中心单元的至少一个支架可以包括至少一个热交换装置，该至少一个热交换装置位于至少一个支架的至少一个壁或元件处。具体地，该至少一个热交换装置可以位于该至少一个支架的外壁处，优选地位于该支架的后壁（后部壁）和/或顶壁处。更加优选地，该支架的后壁（侧壁）可以包括铰链使得它具有一些种类的可摆动的门的功能。
根据目前提出的移动数据中心单元，热交换器的尺寸被选择成具有一尺寸使得它们至少按时间平均能够移除要存储在支架内的电子设备（例如，动力电子设备、IT设备和/或计算机硬件）产生的全部热。根据目前提出的移动数据中心单元的特别优选的实施例的实现可以支撑达到每支架35kW冷却功率。于是，可以保证热不被释放到数据中心。典型地从前侧进入支架的空气和典型地在后侧离开支架的空气通常具有相同的或基本上相同的温度并且基本上所有产生的热可以被热交换器和冷却液体移除。
此外，热交换装置可以直接接收要存储在支架内的电子设备产生的热空气，并且可以通过简单地使热传递到冷却剂导管内的冷却剂将这些热空气冷却到希望的室温。这样，可以避免数据中心容器内的热空气的任何释放和/或路径选择。
而且，热的或加热的空气行进的距离可以减小到最小。通常，仅需要运输支架内的加热的空气，具体地，从电子设备运输到热交换装置。这样，通常可以防止任何难以控制的湍流空气流。
根据本发明的另一优选实施例，支架和/或热交换装置它们自身不包括任何有源装置（诸如风扇），该有源装置用来将热/热空气从电子设备引导到热交换装置的表面。由无源装置产生的和/或从特定的支架内的电子设备的（例如，CPU冷却风扇和/或GPU冷却风扇的）有源冷却装置获得的空气的相对低的且层状的流典型地允许避免另外的风扇并且允许避免任何另外风扇功率消耗。
取决于支架内的冷却剂流和空气流，可以实现达到35kW或40kW每19英寸支架的冷却能力。对于超过上述尺寸的支架，冷却能力可以更高。
冷却剂导管/冷却回路：
支架的热交换装置优选地连接到冷却剂导管，该冷却剂导管例如通过管道系统供给流体冷却剂（优选地为液体冷却剂）到热交换装置的每一个。当移动数据中心单元被设置在操作模式中时，冷却剂导管典型地与其它管道连接以形成封闭的冷却回路。当然，可以设计该系统使得至少有时液体冷却剂的至少一部分在热交换装置内蒸发，使得蒸发消耗的潜热也可以用于冷却目的。
在本发明的优选实施例中，冷却剂导管包括管道系统，该管道系统用来引导冷却剂离开热交换装置。由于许多原因，具体地具有比空气大的热容量的诸如水和其它合适冷却流体的液体冷却剂的使用通常是有利的。首先，可以被传递和运输的总热量典型地当与气态冷却剂相比时大得多。第二，与典型地至少部分地湍流的气态冷却剂的流相比，可以更容易地控制和监视冷却剂的流动和传输。第三，要为冷却剂流设置的横截面通常可以保持相对小。
此外，推荐冷却剂在冷却剂导管的至少若干部分内被传送，该冷却剂导管可以包含具有比较高的热容量的水或任何其它液体，具有低于2巴，具体地低于大气压力的压力。基于这个，冷却剂导管系统的破裂的危险，并且因此泄漏的危险可以保持为相对小。此外，在这种相对低的压力下，流体通常不以良好发展的射流的形式逃逸，使得即使在泄漏的情况下，不利影响也可以被更好地控制和/或最小化。如果所用压力低于大气压力，则甚至可能的是，管道系统中的较小破裂不引起冷却剂立即漏出管道系统。
还提出为冷却剂导管设置至少一个安全屏障，该至少一个安全屏障被设计且布置用来防止任何液体（或流体），具体地任何泄漏流体/泄漏液体和/或任何冷凝液体接触电子设备。为此，可以设置引导片材、凹槽、空穴和/或沟槽，这些甚至可以被设计用来收集任何这种液体。在任何情况下，可以防止任何这种液体（例如泄漏液体/冷凝液体）接触电子设备（例如，计算机硬件）。管道的至少一部分可以布置在支架的相应的壁（例如，支架的后门）的外表面上，这可以通过细粒状热交换器结构（例如，通过提供窄地间隔的波纹肋）保护电子设备免受水溢出的影响。
另外地和/或替代地，可以设置至少一个传感器装置，该至少一个传感器装置用来检测和/或监视冷却剂导管中的压力。这样，可以检测管道系统中的任何泄漏并且优选地设置警报，因此允许对这种泄漏采取适当的措施。在低压力系统的情况中，可以停止泵。
此外，根据目前提出的移动数据中心单元的典型实施例，不需要管道系统的绝缘，这是由于室温近似对应于冷的冷却剂流体（例如水）返回温度。容器空间内的任何暖空气的避免允许具有20℃等等的周围温度。因此，存在减小的冷凝的危险，或者甚至没有冷凝的危险。
热交换装置可以布置在支架内或者紧邻支架和/或优选地适合于传递支架内产生的全部热到冷却剂。因此，要被冷却的每一个支架的热交换装置可以提供设置的冷却剂和支架的内部容积之间的热连接。热交换装置典型地位于支架的背/后侧。
总之，移动数据中心单元/容器包括冷却剂导管以排出电子设备产生的热。典型地，冷却剂导管被设计用来为支架提供冷却剂，并且冷却剂导管可以被设计用来移除被支架的计算机硬件加热的冷却剂。
此外，冷却导管可以设置有连接装置，该连接装置用来连接至少一个冷却剂导管到至少一个外部热交换装置。至于连接装置，基本上可以使用现有技术中已知的所有装置。具体地，为了这个目的，可以使用带螺纹的螺母、带螺纹的管端部和凸缘。然而，优选地，可以使用快速连接连接器，使得设置和收藏移动数据中心单元的部件更加用户友好。
外部热交换装置/深冷器：
移动数据中心单元可以连接到（或者甚至可以包括）至少一个外部热交换装置。至于外部热交换装置，可以使用至少一个深冷器，优选地使用水深冷器和/或混合冷却器装置。通常，外部热交换装置将位于相应的单元（容器）外部以便冷却在移动数据中心单元的操作期间被加热的冷却剂，并且将设置用来将加热的冷却剂传送到外部热交换装置的装置。然而，具体地当移动数据中心单元被拾取或运输时，可能的是，至少一个热交换装置的至少一部分被存放在至少一个容器中。
优选地，至少一个冷却剂导管的至少若干部分和/或用来传送冷却剂的另外装置的至少若干部分被设计为柔性装置，和/或包括金属、钢、不锈钢和/或合成有机聚合物材料。具体地，金属管可以制成柔性的，如果它们被设计为波纹管。
优选地，该至少一个外部热交换装置（例如，深冷器）直接连接到该单元或容器。为了运输，可以可逆地移除这种外部热交换装置/深冷器。
该深冷器最典型地是逆流间接通风湿冷却塔，其中水从柱的顶部被喷射并且通过一些水的蒸发被冷却，而没有蒸发的水可以向下被收集。根据优选实施例，为了避免容器的内部的污染（并且因此可能污染容器内的电子设备），第一冷却回路（该第一冷却回路通常布置在容器的外部上并且其中主冷却回路的一部分可以由深冷器形成）与第二冷却回路（该第二冷却回路部分地位于容器内）分离。在这种情况中，第一和第二冷却回路可以通过热交换器彼此热连接。为了增加该系统的可靠性，典型地使用两个冗余的热交换器。通过这个实施例，可以防止主冷却回路（该主冷却回路可能被诸如花粉的空气粒子污染）的任何污染传递到（部分地）在容器内的第二冷却剂回路。热交换装置和必要的泵通常布置在容器内。
取决于环境气候，在一些地理区域中，常用的水深冷器可能引起问题，例如，在很冷/冰冻时期期间和/或当移动数据中心单元没有永久地操作时。在这种情况中，优选的是，改为使用所谓的混合冷却塔。最典型地，这种混合冷却器包括板式热交换器，加热的冷却剂流过该板式热交换器并且被环境空气冷却。混合冷却器的一个例子在美国专利No.7864530中被示出。
为了在夏天提高冷却能力，可以将水喷射到板式热交换器的表面上并且使用这种水的蒸发冷却。由于这些混合冷却塔包括热交换器，因此不需要另外的热交换器。然而，冷却水典型地需要添加剂（诸如乙二醇）以便防止它冻结。
另外，深冷器（或其它类型的外部热交换器）可以具有用来从深冷器传送液体冷却剂到移动数据中心单元的相应的连接装置和从该相应的连接装置传送液体冷却剂的装置。典型地，这种装置是管道，优选地是柔性的和/或由不同的材料制成，该不同的材料诸如钢、不锈钢和/或合成有机聚合物材料。
电子设备风扇：
移动数据中心单元/容器包含至少一个支架，该至少一个支架用来容纳电子设备或优选地已经容纳电子设备。位于支架中的这种设备通常包括诸如风扇的有源装置，该有源装置用来冷却相应的设备（或该设备的若干部分）。所述有源装置（优选地为风扇）优选地是内置的，使得该有源装置（诸如冷却风扇）提供或至少支撑通过支架（例如，从该设备的前部到其后部）的空气流，因此通过加热流过电子设备的空气而移除电子设备产生的热。这种已经存在的空气流可以用于产生和/或支撑和/或维持通过支架的空气流。通过将热交换器放置在空气流出口开口（例如，在支架的背部中）附近，可以冷却离开支架的空气。热交换器可以被设计成它们产生很小的背压，使得在普通电子设备被包含在支架中的情况下该背压不引起问题。在本发明的优选实施例中，3000m3/h的空气流产生小于20Pa的背压。
具体地，由于热交换装置通常包括相当大的表面，因此从特别的支架内的电子设备（例如，CPU冷却风扇）的无源装置和/或有源装置获得的相对慢的且层状的空气流允许避免另外的风扇且允许避免任何另外风扇功率消耗。
通用系统：
本发明优选地基于（高的）支架布置内的完整的支架特有的冷却系统和运输机构以便避免如何提供和控制通过整个数据中心的冷却空气的流的问题。另外，冷却剂导管通常仅需要小的安装空间，因此减小数据中心所需的体积。
最典型地，大多数或甚至全部计算机硬件支架单独地连接到冷却剂导管，这提供高效的工具以便从计算机硬件移除和排出热。
单独地连接要被冷却的每一个支架到冷却剂导管（具体地作为与其它流体路径分离的、平行的流体路径）可以具有以下另外优点，它可以对数据中心的结构内的每一个单个支架单独地且分离地控制和监视冷却功率和热交换性能。在支架内专门地冷却热空气使得可以安装任何支架包装密度而不需要特殊的空气流设计，诸如冷的过道或热的过道。
基于这种单独的且分离的冷却基础设施，可以按需要将支架布置在容器内，并且甚至取决于个别需要再布置该支架布置。
此外，目前提出的冷却系统允许使用所谓的打开支架构造，保证支架不再需要被气密地密封。在任何问题或需要维护的情况下，这种打开支架结构还允许较容易接近支架内的计算机硬件。此外，监视存储在支架内的电子设备可以被更容易地完成。由于跨越热交换器的低的压力差，通常具有标准支架的开口（例如，用来穿过电缆的开口）不会显著干扰相应支架的内部空气流。
如果至少一些或全部支架包括至少一个控制装置，优选地包括至少一个开关控制装置，该至少一个开关控制装置适合于选择性地关闭硬件，支架和/或冷却剂回路的相关部分，和/或如果至少一些或全部支架包括至少一个监视控制装置，该至少一个监视控制装置包括用于冷却剂导管的至少一个泄漏检测器和/或至少一个烟检测器，可以实现目前提出的移动数据中心单元的另一优选实施例。这样，整个系统可以局部适应地对局部系统故障起反应并且可以自动启动相应的行动以便补偿该故障。
根据另一实施例，该控制装置还包括温度传感器、用于冷却剂导管的泄漏检测器和/或烟检测器，由此所述检测器可以联接到应急警报系统，该应急警报系统适合于选择性地关闭硬件、支架和/或冷却剂导管的相关部分。
应急系统可以被单独地设计且布置在所述支架的任何支架中，并且可以与邻近或相邻支架的应急系统分离地被设计和布置。烟检测器和泄漏检测器可以彼此分离地且独立地安装以便单独地关闭燃烧或冒烟的IT设备并且能够维持数据中心的所有其它操作。替代地，可以设想使用各个检测器的组合和/或使用多功能检测器。
优选的是，移动数据中心单元包括至少一个调节控制装置，该至少一个调节控制装置调节至少一个热交换装置和/或至少一个外部热交换装置和/或至少一个流体导管的至少一部分的功能。该热交换装置可以是内部热交换装置（具体地，至少一个支架的热交换装置）。
例如，通过改变用来使冷却剂循环的至少一个泵的速度（因此影响冷却剂流率），和/或通过改变外部热交换装置（如（水）深冷器）的至少一个风扇（例如，冷却风扇）的速度，可以实现控制。而且，通过调节控制装置也可以改变被喷射到深冷器上的水的量。
根据另外实施例，该支架还包括功率调度装置，该功率调度装置适合于保持总的冲入电流低于预定义阈值。这个实施例适合于防止整个数据中心吸引不能由外部电源提供的能量的量。因此，功率调度装置适合于调节成使得每一个支架或一对/一组支架根据给定时间表从电流供应器或电压供应装置吸取功率。
例如，第一支架可以在相对于数据中心的任何其它支架的给定时间延迟之后通电。这样，整个数据中心的峰值功率消耗可以保持低于预定义阈值，因此保证外部电源不切断。功率调度装置也可以被实施为具体算法，该具体算法将预定义的各个因此不同的时间延迟赋予数据中心建筑的任何支架。
替代地，也可能的是，通过集中的构造控制各种支架的功率接通。然而，互连应急系统也在本发明的范围中，由此，多个泄漏检测器和/或烟检测器电联接到中心应急系统，该中心应急系统可以自动启动相应的行动以便抵消系统故障。
根据另一优选实施例，该数据中心还包括至少一个另外冷却回路，例如第二冷却回路，该第二冷却回路包括与第一冷却回路相同的主要结构，在任何泄漏或其它问题的情况下接管第一冷却回路的职责。
根据又一优选实施例，移动数据中心单元中的所有泵具有冗余的备用泵，在主泵故障的情况下该备用泵可以被启动。适当的关闭阀在系统仍然操作时允许损坏的泵的更换。
优选实施例的紧凑构造允许移动数据中心单元在相对高的周围温度下操作。流体冷却剂的这种较高的温度允许更高效的冷却。在冷却剂温度接近30℃（具体地，在冷却剂导管的回流管路中，即，在冷却剂被废热加热之后）的情况下，从计算机硬件积聚的热可以用于加热目的。
根据另外实施例，移动数据中心容器可以具有另外的钢支撑结构，优选地双T梁结构，以增加容器的稳定性和/或用作计算机硬件支架的支撑件。此外，这种钢支撑结构还可以用作升降装置的引导和支撑结构，该升降装置适合于运输和升降整个支架或支撑较重计算机硬件物品的搬运。
冷却效率：
根据移动数据中心单元的另一优选实施例，3米宽（40英尺）标准容器配备有至少13个19英寸支架，这些支架各以20kW进行操作。260kW的总功率由混合冷却器冷却。水泵需要14kW并且混合冷却器需要另外4Kw，如果外部温度高于一定界限（例如15℃），这导致PUE=1.06的功率使用效率。这个效率被进一步提高，每一个支架具有大于20kW直到35kW的功率密度。
此外，提出一种用来容纳电子设备的支架装置，具体地支架，其中：
（i）支架装置包括用于电子设备的存储空间，并且
（ii）设置至少一个热交换装置，该至少一个热交换装置适合于传递要被包含在支架内的电子设备产生的热到流体冷却剂，所述热交换装置位于至少一个支架的至少一个壁或元件处，
（iii）至少一个冷却剂导管，所述至少一个冷却剂导管适合于为所述至少一个支架的热交换装置供给流体冷却剂，并且还适合于通过所述冷却剂导管的回流部分传送走已加热的冷却剂，
（iv）所述至少一个支架被设计且布置使得支架内的内部空气流主要由无源装置和/或由独立于支架的装置实现。
目前提出的支架可以具有如前所述（至少类似）的特征、特性和优点的至少一些。此外，也可以在前述意义上修改。这样，通过该支架也可以实现相同（至少类似）的特性和优点。
具体地，提出的支架可以用于包含具有相当大的热耗散的电子部件。具体地，用于热耗散的已经描述的数也可应用于当下语境。
然而，目前提出的支架可以在更通用的水平上被使用。具体地，其用途不仅仅限于移动数据中心单元。替代地，该支架也可以用于不同目的，如用于静止的建筑物。具体地，目前提出的支架不能仅用于翻新已存在的数据中心建筑物。替代地，当使用目前提出的支架时，通常甚至可以将具有不同目的的已存在的建筑物“转变”为数据中心建筑物。这是因为目前提出的支架不需要要由该建筑物供应的专用基础设施。替代地，如果使用目前提出的支架，通常可以使用标准房间（可能配备有一些类型的空调）。
保护范围也可以包括数据中心容器，该数据中心容器适合于容纳前述支架的至少一个，该数据中心容器配备有电子设备，具体地配备有具有高的热耗散的电子设备（如存储电子设备），或者该数据中心容器可以配备有用于根据上述特征的数据中心的电子设备。数据中心容器可以包括优选地位于容器的外部的中心电力输入装置，和用来从中心电力输入装置到各个支架分配中心电力的装置。支架中的计算机硬件的功率密度在这里可以超过35或40kW，但至少大于5、10或15kW。
附图说明
在下面，将通过参考附图详细描述本发明，其中：
图1示意性地示出根据本发明的移动数据中心单元；
图2示意性地示出数据中心单元的例子，该数据中心单元包括用于支架的容器和外部冷却装置，即深冷器；
图3示意性地示出较大数据中心的例子，该较大数据中心包括具有支架和另外部件的两个容器和单个深冷器；
图4示意性地示出可移动装置（例如，卡车）上的容器和深冷器。
具体实施方式
在图1中，描绘可以形成移动计算中心2、3、4（移动数据中心单元；也见图2、3和4）的一部分的容器1。容器1的目前示出的实施例包括多个支架5，该多个支架设置有内部空间以包含电子部件6（目前仅被示意性地示出），例如IT设备，或其它类型的计算机设备，如用于数据中心服务器或数据中心存储单元的设备。在目前描绘的实施例中，支架5的任何支架包括分离的热交换单元（热交换装置）7，其中每一个热交换单元7目前包括三个热交换器8，该三个热交换器在流体上串连布置。此外，热交换单元7连接到门9，该门可以可逆地摆动打开或关闭。为此，门9连接到铰链（目前未示出），并且用来供给热交换单元7的流体连接管路10被设计成柔性的。流体连接管路10形成管道系统11和热交换单元7之间的连接。在目前示出的实施例中，液体用作冷却剂，因此热交换单元7与液体冷却剂协作以便冷却穿透相应热交换单元7的空气流12。
由于容器1的移动构思，支架5安装在容器1内的振动吸收器32上。
如从图1可以看到的，支架5和/或热交换单元7不包括通过相应的支架5用来产生/支撑空气流12的任何有源装置。替代地，空气流部分地由无源装置（例如，空气流12进入支架5的空气入口端口和空气流12离开支架5的空气出口端口（目前与热交换单元7结合在一起）之间的高度差）实现。空气流的另一部分由相应的支架5中包含的电子部件6的有源装置（例如，冷却风扇25）实现。
结合目前提出的系统使用流体冷却剂（通过管道系统10、11被供给）是特别有利的，因为各种支架5可以被设计成相对于容器1的内部环境热无源（即，没有废热被耗散到容器1的内部中）。此外，支架5不再必须被设计为封闭的支架5，这可以促进电子部件6的监视和更换。此外，由于电子部件6和/或空气流12的温度是相对低的，即使在经过电子部件6之后，到各个支架5的外部的热耗散（例如，通过支架5的壁）可以被有效地减小到最小。因此，不再有必要控制容器1（或另一类型的建筑结构）内的总体空气流。具体地，不再需要分别用来供给和移除冷的和热的空气的专用通道。由于支架5外部的一些不受控制的热空气流而可能出现的热点的这种产生方式可以被有效地减少或者甚至避免。
另外，遍及容器1（数据中心建筑结构）的空气流不再必须被主动地控制，这是由于支架5周围的环境温度被保持在与支架5内的温度相比相对冷的水平。
为了实现冷却基础设施的增加的故障容限，支架5可以以偶数/奇数方式被操作，其中每一个第二支架5联接到相同的管道系统1，即第一或第二内部管道系统11。以这种方式，即使在内部管道系统11的一个完全故障的情况下，也可以维持剩余冷却能力。
在目前示出的实施例中，管道系统11设置有一些种类的槽26。在流体沿管道系统11的管道泄漏的情况下，例如，泄漏流体可以被收集在槽26中并且被引导到排水系统。
这个实施例的一个优点是，可以保护电子部件6免于接触该流体。如果该流体是液体，具体地如果该流体是至少部分地导电的液体，这是特别有利的。这样，可以保护电子部件6免受任何损坏。
此外，槽26可以设置有泄漏传感器27。如果泄漏传感器27的一个检测到任何流体（液体）的存在，则适当的信号被发送到控制单元28，例如，小的电子计算机。当然，这个控制单元28也可以设置在支架5中的一个支架中。
在这种故障（例如，由于流体连接管路10和/或特定支架5的热交换器8中的一个热交换器中的泄漏）的情况下，通过由控制装置28控制的可以有效地致动的阀30，相应的支架5可以选择性地脱离管道系统11。这种控制功能可以由控制单元28执行。由于无效的热交换单元7，这种脱离连接的支架5将典型地添加热能到容器1的内部，因此提高容器1的内部温度。在优选实施例中，示出的容器1包括至少13个支架。在单个支架5的故障的情况下，这将房间温度提高小于2℃，这是由于其它支架5的剩余热交换器8仍然是操作的并且通过与容器1的内部的空气交换冷却有缺陷的支架5。
作为用来检测管道系统11中的泄漏的另外装置，设置压力传感器31（见图2），该压力传感器电连接到控制单元28。
由于没有必要将任何空气引导过遍及数据中心结构的特别设置的通道，因此IT设备/计算机硬件支架202可以非常容易地以任何任意布置被设置。
升高数据中心中（即，容器1内部和支架5外部）的空气温度将最终导致冷却剂（离开热交换器8的冷却剂）温度的提高，而冷却剂温度的提高又提高了外部深冷器15和/或冷却剂回路17、18的冷却效率。
在操作模式中，离开支架5的计算机硬件的所有空气流过适当的热交换单元7。因此，通过检测空气流12中的烟可以检测支架5内的过热和燃烧。为此，设置烟检测器29，该烟检测器也电连接到控制单元28。在这种故障的情况下，到有缺陷的支架5中的电子部件6的主电力可以通过控制单元28被切断，优选地在尝试支架5中的电子部件6的紧急停机之后。正常计算机不提供大的火载荷，并且因此主电力的断开将通常防止问题的重要上升或升级。控制支架5中的主电力允许调度通电事件，以便限制冲入电流。在本发明的优选实施例中，各个支架5协商计算机的加电计划。
在图2中，以示意图示出使用根据图1的容器1的提议的实施例的移动计算中心2的第一可能实施例。在操作模式中（如描绘的），移动计算中心2基本上包括容器1以及冷却塔14，在该容器内具有电子设备6。如果要运输移动计算中心1，容器1和冷却塔14可以彼此分离，因此形成两个可分离地运输的子单元。为了容器1和冷却塔14之间的容易连接，在目前示出的实施例中，为容器1设置流体连接器13。
此外，根据图2的本实施例，冷却塔14包括本身在现有技术中已知的水深冷器装置15。连接到水深冷器装置15的辅助部件24被设置。具体地，在图2的实施例中，设置流体-流体热交换器16。这样，设置两个分离的冷却回路17、18，即，第一冷却回路18和第二冷却回路17。两个冷却回路17、18在流体上彼此分离。然而，它们通过流体-流体热交换器16彼此热连接。这样，可以防止第一冷却回路18内的流体的任何污染传递到第二冷却回路17中的流体。此外，可以为相应冷却回路17、18使用不同的流体，使得可以为每一个冷却回路17、18单独地选择流体，使得相应的流体更好地适合相应的目的。为了在第一和第二冷却回路17、18中循环相应的流体，设置两个流体泵19、20。优选地，根据实际冷却需求和/或环境情况可以改变两个流体泵19、20的泵送速率。
在图3中，描绘移动计算中心3的第二实施例。根据目前示出的实施例的移动计算中心3非常类似于根据图2中示出的实施例的移动计算中心2。然而，目前两个容器1用于移动计算中心3，使得由此形成的移动计算中心3的总计算能力与根据图2的移动计算中心2的实施例相比显著较高。为了减小移动计算中心3的总体复杂性，两个容器1的两个（第二）冷却回路17并联连接到共同的冷却塔14，用于冷却冷却回路17内的流体。“并联冷却回路17”在目前示出的例子中意指离开和进入冷却塔14的单个流体管路在两个T形连接器21处分成两个独立的第二流体回路17/从两个独立的第二流体回路17再连接。
最后，在图4中，移动计算中心4的实施例被示出为处于运输状态。在目前示出的实施例中，容器1被装载到拖车23上，而冷却塔14被装载到卡车22上。在这种状态中，容器1和冷却塔14之间的连接水管道被断开以方便移动计算中心4的运输。
例子1
具有3米宽度、2.9米高度和12.2米长度的移动数据中心容器配备有13个19英寸支架，每一个支架具有以20kW操作的IT设备。260kW的总功率由混合冷却器冷却。水泵需要14kW并且混合冷却器需要另外4kW（如果外部温度高于一定极限，如15℃），这导致PUE=1.06的功率使用效率。
例子2
具有3米宽度、2.9米高度和12.2米长度的移动数据中心容器配备有13个19英寸支架，每一个支架具有以35kW操作的IT设备。455kW的总功率由混合冷却器进行冷却。水泵需要20kW并且混合冷却器需要另外5kW，这导致PUE=1.05的功率使用效率。改善的冷却效率基于支架的热交换器的较高效率，该较高效率由于在这个操作点的较高内部温度。
附图标记清单
1 容器
2 移动计算中心，移动数据中心
3 移动计算中心，移动数据中心
4 移动计算中心，移动数据中心
5 支架
6 电子部件
7 热交换单元
8 热交换器
9 门
10 流体连接管路
11 管道系统
12 空气流
13 流体连接器
14 冷却塔
15 水深冷器
16 流体-流体热交换器
17 第二流体回路
18 第一流体回路
19 第二流体泵
20 第一流体泵
21 T形连接器
22 卡车
23 拖车
24 辅助部件
25 冷却风扇
26 槽
27 泄漏传感器
28 控制单元
29 烟检测器
30 可致动的阀
31 压力传感器
32 振动吸收器

Claims (16)

1.一种移动数据中心单元(2，3，4)，所述移动数据中心单元包括：
(i)至少一个容器(1)，
(ii)所述至少一个容器(1)包括用来容纳IT设备(6)的多个支架(5)，
(iii)所述支架(5)包括热交换装置(7，8)，所述热交换装置适合于将内部空气流(12)中包含的热传递到液体冷却剂，其中所述内部空气流(12)已经被容纳于所述支架(5)内的所述IT设备(6)加热，所述热交换装置(7，8)位于相关联的支架(5)的至少一个壁或元件处，
(iv)至少一个冷却剂导管(10，11，17，18)，所述至少一个冷却剂导管适合于为所述支架(5)的热交换装置(7，8)供给液体冷却剂，并且还适合于通过所述冷却剂导管的回流部分传送走已加热的液体冷却剂，
(v)位于所述至少一个容器(1)的外部的至少一个外部热交换装置(14，15，16)，所述至少一个外部热交换装置用于冷却在移动数据中心单元(2，3，4)的操作过程期间已加热的液体冷却剂，以及
(vi)连接装置(13)，所述连接装置用来将所述至少一个冷却剂导管(10，11，17，18)连接到所述至少一个外部热交换装置(14，15，16)，以便当采用了所述连接装置(13)进行连接时，将已加热的液体冷却剂从所述支架(5)所包括的所述热交换装置(7,8)传送至位于所述至少一个容器(1)的外部的所述至少一个外部热交换装置(14，15，16)，
(vii)其中，所述连接装置(13)构造成用于运输移动数据中心单元(2,3,4)时，所述容器(1)和所述至少一个外部热交换装置(14，15，16)彼此断开连接，从而形成两个可分离地运输的子单元，
(viii)其中，所述支架(5)被设计且布置成使得所述支架(5)内的内部空气流(12)主要由无源空气流产生装置和/或由容纳于所述支架(5)中的所述IT设备(6)的至少一部分的有源空气流产生装置(25)实现，其中所述热交换装置(7,8)至少部分地被设计为空气流可穿过的热交换装置(7,8)，并且其中所述支架(5)至少部分地被设计为打开的支架(5)，使得不必通过另外的通风口将冷却空气引导过所述支架(5)，并且
(ix)其中，用于冷却移动数据中心单元(2，3，4)的功率的功率使用效率PUE<1.1，该功率使用效率通过PUE＝总设施功率/IT设备功率来计算。
2.根据权利要求1所述的移动数据中心单元(2，3，4)，其中，通过PUE＝总设施功率/IT设备功率来计算的、用于冷却移动数据中心的功率的功率使用效率PUE＝1.06。
3.根据权利要求1所述的移动数据中心单元(2，3，4)，其中，所述容器设置有十三个或更多个支架，所述支架均以大于或等于20kW操作，其中，通过PUE＝总设施功率/IT设备功率来计算的、用于冷却移动数据中心单元(2，3，4)的功率的功率使用效率PUE＝1.06。
4.根据权利要求1-3中的任一项权利要求所述的移动数据中心单元(2，3，4)，其中，所述支架(5)被设计且布置成能够处理每个支架(5)至少1kW的热耗散率。
5.根据权利要求1-3中的任一项权利要求所述的移动数据中心单元(2，3，4)，其中，所述容器(1)具有根据已接受的标准的容器(1)的尺寸，所述容器能够被运输、装载和卸载、堆叠，且通过轮船、轨道、卡车(22)、半拖车卡车(22，23)或飞机被高效地长距离运输。
6.根据权利要求1-3中的任一项权利要求所述的移动数据中心单元(2，3，4)，其中，所述支架(5)设置在所述至少一个容器(1)的底板上和/或所述支架通过振动吸收装置(32)连接到所述至少一个容器(1)。
7.根据权利要求1-3中的任一项权利要求所述的移动数据中心单元(2，3，4)，其中，所述热交换装置(7，8)至少部分地布置在相关联的支架(5)的后壁上，并且其中所述支架不包括前部门或者包括用于流体流的打开的前部门，以允许空气流过而没有显著流动阻力。
8.根据权利要求1-3中的任一项权利要求所述的移动数据中心单元(2，3，4)，其中，所述支架(5)中的每一个包括可摆动的后部门，其中，所述热交换装置(7，8)至少部分地被设置在相关联的支架(5)的可摆动的后部门上，并且其中所述支架(5)不包括前部门或者包括用于流体流的打开的前部门，以允许空气流过而没有显著流动阻力。
9.根据权利要求1-3中的任一项权利要求所述的移动数据中心单元(2，3，4)，其中，所述支架(5)均具有大于或等于20kW的功率密度，并且其中所述支架(5)的所述热交换装置(7，8)的尺寸被设计成能够至少按时间平均来说将所述IT设备(6)产生的全部的热传递到所述冷却剂。
10.根据权利要求1-3中的任一项权利要求所述的移动数据中心单元(2，3，4)，其中所述冷却剂在所述冷却剂导管(10，11，17，18)的至少一部分内被运输，所述冷却剂导管的压力低于大气压力。
11.根据权利要求1-3中的任一项权利要求所述的移动数据中心单元(2，3，4)，其中所述冷却剂导管(10，11，17，18)的至少一部分包括至少一个安全屏障(26)，所述至少一个安全屏障被设计且布置成用来防止任何泄漏液体和/或任何冷凝液体接触所述IT设备(6)，和/或其中所述冷却剂导管(10，11，17，18)的至少一部分包括至少一个传感器装置(27，31)，所述至少一个传感器装置用来检测和/或监视所述冷却剂导管(10，11，17，18)中的压力。
12.根据权利要求1-3中的任一项权利要求所述的移动数据中心单元(2，3，4)，所述至少一个外部热交换装置(14，15，16)包括深冷器装置(14，15)，所述深冷器装置被设计为水深冷器装置(14，15)和/或混合冷却器装置。
13.根据权利要求1-3中的任一项权利要求所述的移动数据中心单元(2，3，4)，其中，所述至少一个冷却剂导管(10，11，17，18)的至少一部分和/或用来传送冷却剂的另外装置的至少一部分被设计为柔性装置，和/或包括钢、不锈钢和/或合成有机聚合物材料。
14.根据权利要求1-3中的任一项权利要求所述的移动数据中心单元(2，3，4)，其中所述支架(5)的至少一些或全部包括至少一个开关控制装置(30)和/或至少一个监视控制装置(28)，所述至少一个开关控制装置适合于选择性地关掉IT设备(6)、支架(5)和/或所述冷却剂导管(10，11)的相关部分，所述至少一个监视控制装置包括至少一个烟检测器(29)和/或用于所述冷却剂导管(10，11，17，18)的至少一个泄漏检测器(27，31)。
15.根据权利要求1-3中的任一项权利要求所述的移动数据中心单元(2，3，4)，包括至少一个调节控制装置(28)，所述至少一个调节控制装置调节所述至少一个冷却剂导管(10，11，17，18)的至少多个部分的功能和/或所述热交换装置(7，8)的功能和/或至少一个外部热交换装置(14，15，16)的功能。
16.根据权利要求1-3中的任一项权利要求所述的移动数据中心单元(2，3，4)，其中，所述容器(1)不具有冷的过道或热的过道。
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