CN104977998A - 集成电力机架和其组装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于数据中心的集成电力机架。所述集成电力机架包括：顶部；基部；在所述基部与所述顶部之间延伸的第一侧面和第二侧面；背部构件，所述背部构件在所述顶部、所述基部、所述第一侧面和所述第二侧面之间延伸；从所述顶部延伸到所述基部的隔件，所述隔件定位在所述第一侧面与所述第二侧面之间；限定在所述第一侧面与所述隔件之间的收益子隔室，所述收益子隔室配置成接收多个收益产生装置；以及限定在所述第二侧面与所述隔件之间的功率子隔室，所述功率子隔室容纳配置成将直流(DC)电力提供到所述收益子隔室的电力设备。

Description

集成电力机架和其组装方法
技术领域
本发明的领域大体涉及用于容纳收益产生设备诸如服务器的机架，并且更具体地涉及具有促进电力传输效率增加和用于收益产生装置的空间增加的侧电源子隔室的集成电力机架。
背景技术
大型数据处理中心(例如，服务器群)用于为全世界的公司和个人执行数据事务，诸如(但不限于)存储、检索和/或处理数据。具体地说，在支付费用后，已知数据处理中心使用计算装置(在本说明书中称为收益产生装置(revenue producing device))来代表第三方执行数据事务。由于费用通常基于所执行的事务数目，因此已知数据处理中心使用大量收益产生装置执行大量数据事务。
然而，大量收益产生装置需要大量空间。因此，已知的、数据处理中心使用设备机架来容纳和堆叠收益产生装置。已知设备机架通常是例如高度约7英尺、宽度约24英尺和各种深度的箱形隔室。宽度尺寸是特别设计成使得整行机架装配在仓库或办公建筑的标准2x 2地砖上。为了促进制造商间互操作性，制造用于机架内的收益产生装置大部分是预确定的标准尺寸，称为U(单元)。标准U是宽度约19英寸且高度约1.75英寸。一些收益产生装置需要多个U的空间(例如，2U)。此类装置具有相同宽度(例如，19英寸)，但高度被增加(例如，被加倍至3.5英寸)。因此，在典型机架中，所有收益产生装置的宽度为约19英寸，并且居中定位在机架内。由于已知机架的宽度为约24英寸，因此19英寸机架在任一侧限定可为空的和/或用来在收益产生装置之间铺设线缆诸如数据传输线缆的间隙。
收益产生装置还会需要大量电力进行操作。具体来说，许多数据处理中心一周操作7天，每天操作24小时，其中收益产生装置使用恒定电力。对收益产生装置的电力分配由于以下事实而被进一步复杂化：收益产生装置大体需要低压直流(DC)电力(例如，12-54伏特DC)操作，而电网是利用高压交流(AC)电力(例如，208/480伏特AC)。
在一些已知数据处理中心中，来自电网的高压AC电力是由主转换集线器接收，所述主转换集线器将高压AC功率转换成收益产生装置可使用的低压DC电力。低压DC电力从主转换集线器输送至每个机架，并且随后被输送至每个收益产生装置。然而，此类系统受到在整个数据处理中心中传输低压DC电力通过较长距离导致的显著电阻功率损耗的困扰。此外，当主转换集线器故障时，此类系统可能易受普遍电力故障影响。
其他已知数据处理中心使用具有容纳在机架中的电力设备(例如，但不限于，不断电的电源(UPS)、AC/DC功率转换器、变压器、滤波器、和/或其他电力装置)的集成电力机架。对于这些数据处理中心，高压AC电力被输送到每个机架，并且机架内的电力设备产生由那个机架内的收益产生装置使用的低压DC电力。当高压AC电力被输送到每个机架时，传输损耗与中央集线器的低压DC传输相比而言减小。然而，已知集成电力机架可能牺牲机架基部处相当于在4U与8U之间的空间来容纳功率转换设备。因此，将功率转换集成在机架内将减小每个机架内存储的收益产生装置的量，从而减小可由数据处理中心执行的数据事务的数目。另外，将高压AC电力输送到机架基部处的电力设备可能造成必须通过使用覆盖件和其他装置来减轻的另外安全隐患危害。在功率转换设备位于机架基部处的情况下，必须使用DC走线/母线来使低压DC电力流过机架高度的大部分。因此，已知集成电力机架具有带有高电阻功率损耗的相对长且昂贵的DC走线/母线。
发明内容
在一方面，提供一种用于数据中心的集成电力机架。所述集成电力机架包括：顶部；基部；在所述基部与所述顶部之间延伸的第一侧面和第二侧面；背部构件，所述背部构件在所述顶部、所述基部、所述第一侧面和所述第二侧面之间延伸；从所述顶部延伸到所述基部的隔件，所述隔件定位在所述第一侧面与所述第二侧面之间；限定在所述第一侧面与所述隔件之间的收益子隔室，所述收益子隔室配置成接收多个收益产生装置；以及限定在所述第二侧面与所述隔件之间的功率子隔室，所述功率子隔室容纳配置成将直流(DC)电力提供到所述收益子隔室的电力设备。
另一方面，提供一种用于执行数据事务的数据中心。所述数据中心包括多个收益产生装置和至少一个集成电力机架，所述至少一个集成电力机架配置成电联接至电源。所述集成电力机架包括：顶部；基部；在所述基部与所述顶部之间延伸的第一侧面和第二侧面；背部构件，所述背部构件在所述顶部、所述基部、所述第一侧面和所述第二侧面之间延伸；从所述顶部延伸到所述基部的隔件，所述隔件定位在所述第一侧面与所述第二侧面之间；限定在所述第一侧面与所述隔件之间的收益子隔室，所述收益子隔室配置成接收多个收益产生装置；以及限定在所述第二侧面与所述隔件之间的功率子隔室，所述功率子隔室容纳配置成将DC电力提供到所述收益子隔室的电力设备。
优选的，所述数据中心进一步包括DC走线，所述DC走线配置成电联接在所述多个AC/DC转换器中的一个与所述多个收益产生装置中的一个之间。
优选的，所述数据中心进一步包括多个DC走线，所述多个DC走线配置成电联接在所述多个AC/DC转换器中的一个与所述多个收益产生装置中的至少两个之间。
优选的，其中所述电力设备进一步包括至少一个能量存储装置。
优选的，所述数据中心进一步包括多个DC走线，所述DC走线配置成电联接在所述多个AC/DC转换器中的一个与所述多个收益产生装置中与所述多个AC/DC转换器中的所述一个相距最短距离的至少一部分之间。
优选的，其中所述收益子隔室配置成接收所述多个收益产生装置，以使得所述多个收益产生装置从所述基部到所述顶部竖直间隔开来。
另一方面，提供一种组装集成电力机架的方法。所述方法包括：提供隔室，所述隔室包括顶部和与所述顶部竖直间隔开的基部；将第一侧面定位在所述基部与所述顶部之间；将第二侧面定位在所述基部与所述顶部之间；将背部构件定位在所述顶部、所述基部、所述第一侧面和所述第二侧面之间；将隔件定位在所述顶部与所述基部之间，并定位在所述第一侧面与所述第二侧面之间；将收益子隔室限定在所述第一侧面与所述隔件之间，所述收益子隔室配置成接收多个收益产生装置；以及将功率子隔室限定在所述第二侧面与所述隔件之间，所述功率子隔室包括配置成将DC电力提供到所述收益子隔室的电力设备。
优选的，该方法进一步包括将所述功率子隔室中的多个AC/DC转换器从所述顶部到所述基部间隔开来。
优选的，该方法进一步包括将DC走线电联接在所述多个AC/DC转换器中的一个与所述多个收益产生装置中的一个之间。
优选的，该方法进一步包括将所述多个AC/DC转换器中的一个电联接至所述多个收益产生装置中的至少两个。
优选的，该方法进一步包括将至少一个能量存储装置定位在所述功率子隔室中。
附图说明
图1是用于处理和/或存储数据的示例性数据中心的方框图。
图2是在现有技术中已知的功率转换机架的透视图。
图3是用于与图1所示数据中心一起使用的示例性集成功率转换机架的透视图。
图4是用于与图3所示集成功率转换机架一起使用的示例性侧功率子隔室的视图。
具体实施方式
本说明书中描述的实施例提供了一种具有集成电力机架或机柜的数据处理中心，所述集成电力机架或机柜具有促进机架中容纳的收益产生装置的量增加的配置。集成电力机架还促进了机架内的电力设备的效率的增加。更确切地，数据处理中心具有集成电力机架，所述集成电力机架包括具有顶部、基部、以及从顶部延伸到基部的第一侧面和第二侧面的隔室。机架还包括了隔件，所述隔件在顶部与基部之间延伸；将隔室分成收益子隔室和功率子隔室。所述收益子隔室配置成接收从基部到顶部竖直堆叠的多个收益产生装置。所述功率子隔室包括从基部到顶部竖直间隔开的多个AC/DC转换器。AC/DC转换器配置成产生低压DC电力(例如，12-54伏特DC)以供收益产生装置使用。更确切地，每个AC/DC转换器产生用于收益产生装置中的至少一部分的低压DC电力。
本说明书中描述的实施例提供了一种集成电力机架、或机柜，所述集成电力机架、或机柜允许另外收益产生装置在机架内操作。更确切地，通过将电力设备从机架的底部转移至侧功率子隔室，所述机架配置成在通常被功率转换设备占据的空间中接收另外收益产生单元。本说明书中描述的实施例进一步促进电力设备的功率效率的增加。更确切地，由于AC/DC转换在整个功率子隔室中以一定间隔执行，因此低压DC电力在DC走线或DC母线上传输通过的距离减小。本说明书中描述的集成电力机架进一步促进了制造DC走线所必须的导电材料的量减小，从而使集成电力机架的资本成本降低。更确切地，多个AC/DC转换器单元使用短期运行DC总线(short-run DC bus)来将电力提供至收益产生单元的相邻部分。
图1是用于执行数据事务的示例性数据处理中心100的方框图。在示例性实施例中，数据处理中心100包括多个集成电力机架102。集成电力机架102配置成电联接到电源104并直接从电源104接收高压AC电力106。电源104是例如商业电网。或者，集成电力机架102可从使得集成电力机架102能够如本说明书中所述那样来操作的任何电源接收电力。
在示例性实施例中，每个电力机架102包括在整个侧功率子隔室110中竖直间隔开的电力设备108。电力设备108配置成将高压AC电力106转换成低压DC电力112，并且将低压DC电力112提供到至少一个DC走线或母线114。DC走线114配置成将低压DC电力112提供到收益产生装置(在图1中未示出)
图2是如现有技术中已知的集成电力机架200的透视图。机架200具有大致上矩形的隔室201，所述隔室201具有顶部202、基部204、各自从基部204延伸到顶部202的第一侧面206和第二侧面208、以及限定在隔室201的相对侧上的背部210和前部212。机架200具有预确定的长度214、宽度216和高度218。机架200包括水平隔件220，所述水平隔件220从第一侧面206延伸到第二侧面208，并且从前部212延伸到背部210。
具有高度224的收益子隔室222限定在水平隔件220与顶部202之间。收益子隔室222配置成接收具有预确定的长度214、宽度228和高度230的多个收益产生装置226。收益产生装置226的宽度228小于机架200的宽度216。例如，收益产生装置226的宽度228可以为约19英寸而宽度216为约24英寸。收益产生装置226被配置成居中定位在机架200内，以使得间隙232和234在收益产生装置226的任一侧面上形成。在一个实施例中，间隙232和234包括多个线缆，如以太网线缆，所述多个线缆将两个或更多个收益产生装置226联接在一起。
具有预确定的高度238的功率子隔室236限定在水平隔件220与基部204之间。高度238可以在例如收益产生装置226(即，4-8U)的高度230的4倍与8倍之间。底部功率子隔室236包括将DC电力提供到收益产生装置226的电力设备240。更确切地，电力设备240将DC电力提供到至少一个长期运行DC走线242，所述长期运行DC走线242从电力设备240延伸穿过水平隔件220到顶部202。
在操作中，电力设备240从电源104接收高压AC电力106，并且将高压AC电力106转换成低压DC电力112(全部都在图1中示出)。电力设备240将DC电力提供到长期运行DC走线(long-run DCrail)242，并且DC走线242将低压DC电力112传输到收益产生装置226中的每一个。
图3是与数据中心100(图1中示出)一起使用的示例性集成电力机架300的透视图。机架300具有大致上矩形的隔室301，所述隔室301具有顶部302和与顶部302竖直间隔开的基部304。隔室301还包括从顶部302延伸到基部304的第一侧面306和第二侧面308。隔室301还包括从顶部302延伸到基部304并且从第一侧面306延伸到第二侧面308的背部310和前部312。前部312和/或背部310可对环境开放以促进将设备插入到隔室301中。隔室301具有限定在前部312与背部310之间的预确定的长度314、从第一侧面306限定到第二侧面308的预确定的宽度316和从顶部302限定到基部304的预确定的高度318。在示例性实施例中，长度314和宽度316为约2英尺长，并且高度318为约7.5英尺高，以使得高度318大于长度314和宽度316。因此，隔室301配置成装配在仓库的标准地砖上，并且利用从地板到天花板的空间的大部分。或者，机架300可具有使得机架300如本说明书中所述那样操作的任何尺寸。在示例性实施例中，基部304配置成安装在建筑物和/或仓库的地板上。
隔室301包括隔件320，所述隔件320从前部312延伸到背部310并且从顶部302延伸到基部304。隔件320是由大致上非导电材料制造，并且促进将收益子隔室322与功率子隔室336物理和电隔离。
收益子隔室322具有预确定的长度314、高度318、和从第一侧面306限定到隔件320的宽度324。收益子隔室322配置成接收具有预确定的长度314、宽度328和高度330的多个收益产生装置326。在示例性实施例中，收益产生装置326的宽度328略微小于(例如，在0英寸与1英寸之间)收益子隔室322的宽度324。例如，宽度328为约19英寸宽，并且宽度324为约19.25英寸宽。因此，在一个实施例中，收益产生装置226紧密定位在机架300内。在示例性实施例中，收益子隔室322配置成在隔室301的整个高度318上接收竖直堆叠的收益产生装置326。因此，比起收益子隔室222(图2中示出)，收益子隔室322配置成接收例如另外的4-8U的收益产生装置326。
功率子隔室336定位在顶部302与基部304之间、在第二侧面308与隔件320之间、以及在背部310与前部312之间。功率子隔室336具有预确定的长度314、高度318和由第二侧面308和隔件320限定的宽度338。在示例性实施例中，功率子隔室336具有电力设备340，如但不限于定位在其中的UPS、AC/DC功率转换器、降压变压器、滤波器和/或整流器。电力设备340配置成将DC电力提供到至少一个DC走线342。
在一个示例性实施例中，功率子隔室336包括从顶部302到基部304竖直间隔开的多个AC/DC转换器344。每个AC/DC转换器344被联接到电源104(图1中示出)并联接到至少一个DC走线342，以使得每个AC/DC转换器344将DC电力提供到至少一个收益产生装置326。在一些实施例中，电力设备340还可包括至少一个DC源346，诸如能量存储装置(例如，DC电池)、电容器等。与AC/DC转换器344类似，DC源346将DC电力提供到至少一个收益产生装置326。多个AC/DC转换器344中的每个配置成以最短距离从多个AC/DC转换器344中的相应一个将DC电力提供到多个收益产生装置326的一部分。在替代性实施例中，多个DC走线342配置成电联接到多个AC/DC转换器344中的相应一个。在另一替代性实施例中，DC走线342配置成联接到多个AC/DC转换器344中的两个或更多个，以便在所述多个AC/DC转换器344中的一个发生故障时提供不间断的电力。
DC走线342是由导电材料(如但不限于铜)制造的导电体。每个DC走线342从功率子隔室336中的AC/DC转换器344横向延伸到收益子隔室322中的相应收益产生装置326。在一个实施例中，收益产生装置326与接近隔件320的DC走线342联接，以便促进减小DC走线342长度和/或电阻功率损耗。因此，DC走线342大致上比DC走线242(图2中示出)更短且更有效。
在操作中，功率子隔室336从电源104接收高压AC电力106(图1中示出)。AC/DC转换器344在整个功率子隔室336中以竖直间隔开的间隔(例如，每六英寸)将高压AC电力106转换成低压DC电力112(图1中示出)。每个AC/DC转换器344将DC电力提供到至少一个DC走线342，并且DC走线342将DC电力提供到至少一个收益产生装置326。收益产生装置326接收DC电力，并且利用DC电力来执行计算事务和产生收益。此外，隔件320将收益子隔室322的使用者与功率子隔室336中的分布式AC电源隔离，以便促进防止电击。
图4是与集成电力机架300(图3中示出)一起使用的替代功率子隔室400的一部分。功率子隔室400包括具有输入端子404和输出端子406的多个竖直间隔开的初级AC/DC转换器402。初级AC/DC转换器402通过输入端子404电联接到AC走线408。每个初级AC/DC转换器402还通过相应输出端子406电联接到相应多个DC走线410。在替代性实施例中，功率子隔室400还包括了具有输入端子414和输出端子416的多个后备AC/DC转换器412。后备AC/DC转换器412通过输入端子414电联接到一个或多个AC走线408。后备AC/DC转换器412还通过相应输出端子416电联接到至少一个初级AC/DC转换器402和相应DC走线410。在操作中，后备AC/DC转换器412配置成提供不间断的电源(UPS)功能。更确切地，后备AC/DC转换器412配置成在从AC走线408接收AC电力时充电并且在AC走线408上不存在AC电力时放电。因此，当从AC走线408接收AC电力时，初级AC/DC转换器402将电力提供到DC走线410，以及当不从AC走线408接收AC电力时，后备AC/DC转换器412在预确定时间段内将电力提供到DC走线410。后备AC/DC转换器412还可在多个AC/DC转换器402中的一个的故障期间将电力提供到DC走线410。
上述实施例提供了一种具有集成电力机架的数据处理中心，所述集成电力机架具有促进机架中容纳的收益产生装置(如服务器)的量增加的配置。集成电力机架还促进了将DC电力提供到收益产生装置的电力设备(如AC/DC功率转换器)的效率的增加。更确切地，集成电力机架具有带有顶部、基部、以及从顶部延伸到基部的第一侧面和第二侧面的隔室。隔件在顶部与基部之间延伸，将隔室分成收益子隔室和功率子隔室。所述收益子隔室配置成接收从基部到顶部竖直堆叠的多个收益产生装置。所述功率子隔室包括从基部到顶部竖直间隔开的多个AC/DC转换器。AC/DC转换器配置成产生低压DC电力以供收益产生装置使用。更确切地，每个AC/DC转换器产生用于收益产生装置的至少一部分的DC电力。
上述实施例提供了集成电力机架，所述集成电力机架提供以下技术效应。集成电力机架具有使得另外收益产生装置能够在机架内操作的配置。更确切地，通过将电力设备从机架的底部转移到侧功率子隔室，所述机架配置成接收另外收益产生单元。本说明书中描述的集成电力机架通过减小低压DC电力在DC走线上传输通过的距离来进一步促进由集成电力机架所使用的电力设备的功率效率的增加。更确切地，多个AC/DC转换器单元将输出DC电力提供到收益产生单元的相邻部分，从而减小AC/DC转换器与收益产生单元之间的DC走线的长度。本说明书中描述的集成电力机架进一步促进了制造DC走线所必须的导电材料的量减小，从而使集成电力机架的资本成本降低。集成机架允许机架内的高压AC与收益产生设备区域更好隔离，从而导致在与收益产生设备相互作用时，最小化暴露于高压AC。
虽然以上关于若干特定集成电力机架配置进行描述，但本发明考虑到所属领域的普通技术人员可根据本发明理解另外配置。所述实施例的任何特征可包括有任何其他实施例的特征，以使得集成电力机架如本说明书中所述的起作用。
本说明书中描述了用于增加收益产生装置的量和/或减小集成电力机架中的功率损耗的系统和方法的示例性实施例。所述系统和方法不限于本说明书中描述的特定的实施例，而相反地，系统的部件和/或方法的操作可与本说明书中描述的其他部件和/或操作独立和分开地利用。此外，所述部件和/或操作还可限定在其他系统、方法和/或装置中，或与其他系统、方法和/或装置一起使用，并且不限于仅利用本说明书中描述的系统进行实践。
除非另外指明，否则本说明书中例示并描述的本发明的实施例中的操作的执行或进行的次序不是必要的。即，除非另外指明，否则操作可以任何次序执行，并且本发明的实施例可包括另外或比本说明书中公开的那些少的操作。例如，构想的是，在另一操作之前、同时、或之后执行或进行特定操作在本发明的各个方面的范围之内。
虽然本发明的各种实施例的特定特征在一些附图中示出，而未在其他附图中示出，但这仅仅为了方便。根据本发明的原理，附图中的任何特征可与任何其他附图中的任何特征结合进行参考和/或提出权利主张。
本说明书使用各个实例来公开本发明，包括最佳模式，同时也让所属领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造并使用任何装置或系统，以及实施所涵盖的任何方法。本发明的保护范围由权利要求书限定，并可包括所属领域的技术人员想出的其他实例。如果此类其他实例具有的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或者如果此类其他实例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义并无实质性差别，那么此类其他实例也在权利要求书的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于数据中心的集成电力机架，所述集成电力机架包括：
顶部；
基部；
在所述基部与所述顶部之间延伸的第一侧面和第二侧面；
背部构件，所述背部构件在所述顶部、所述基部、所述第一侧面和所述第二侧面之间延伸；
从所述顶部延伸到所述基部的隔件，所述隔件定位在所述第一侧面与所述第二侧面之间；
限定在所述第一侧面与所述隔件之间的收益子隔室，所述收益子隔室配置成接收多个收益产生装置；以及
限定在所述第二侧面与所述隔件之间的功率子隔室，所述功率子隔室容纳配置成将直流(DC)电力提供到所述收益子隔室的电力设备。
2.根据权利要求1所述的集成电力机架，其中所述电力设备包括从所述顶部到所述基部间隔开的多个交流-直流(AC/DC)转换器。
3.根据权利要求2所述的集成电力机架，所述集成电力机架进一步包括DC走线，所述DC走线配置成电联接在所述多个AC/DC转换器中的一个与所述多个收益产生装置中的一个之间。
4.根据权利要求2所述的集成电力机架，所述集成电力机架进一步包括多个DC走线，所述多个DC走线配置成电联接在所述多个AC/DC转换器中的一个与所述多个收益产生装置中的至少两个之间。
5.根据权利要求2所述的集成电力机架，其中所述电力设备进一步包括至少一个能量存储装置。
6.根据权利要求2所述的集成电力机架，所述集成电力机架进一步包括DC走线，所述DC走线配置成电联接在所述多个AC/DC转换器中的一个与所述多个收益产生装置中与所述多个AC/DC转换器中的所述一个相距最短距离的至少一部分之间。
7.根据权利要求1所述的集成电力机架，其中所述收益子隔室配置成接收从所述基部到所述顶部竖直间隔开的收益产生装置。
8.根据权利要求7所述的集成电力机架，其中所述基部配置成安装到建筑物的地板上。
9.一种用于执行数据事务的数据中心，所述数据中心包括：
多个收益产生装置；以及
至少一个集成电力机架，所述至少一个集成电力机架配置成电联接到电源，所述集成电力机架包括：
顶部；
基部；
在所述基部与所述顶部之间延伸的第一侧面和第二侧面；
背部构件，所述背部构件在所述顶部、所述基部、所述第一侧面和所述第二侧面之间延伸；
从所述顶部延伸到所述基部的隔件，所述隔件定位在所述第一侧面与所述第二侧面之间；
限定在所述第一侧面与所述隔件之间的收益子隔室，所述收益子隔室配置成容纳多个收益产生装置；以及
限定在所述第二侧面与所述隔件之间的功率子隔室，所述功率子隔室容纳配置成将DC电力提供到所述收益子隔室的电力设备。
10.根据权利要求9所述的数据中心，其中所述电力设备包括从所述顶部到所述基部间隔开的多个AC/DC转换器。
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