CN107205333A - 尤其用于数据中心的冷却回路系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种冷却回路系统，包括：多个并列的机架(30；302、304、306)；双重底，包括安装在所述双重底上的基底(300)上的双重底元件(32；320、322、324、326、328；402、406)，所述机架(30；302、304、306)安装在所述双重底上；需要被冷却的电气或电子部件，所述部件容纳在所述机架(30；302、304、306)中；以及冷却系统，所述冷却系统的部件被容纳在所述双重底中。所述冷却系统包括鼓风机(408)，所述鼓风机(408)彼此并联，并且将来自双重底的冷空气吹向并列的机架(30；302、304、306)。本发明还涉及一种控制所述冷却回路系统的方法。

Description

尤其用于数据中心的冷却回路系统及其控制方法
本申请为申请日为2012年10月2日、申请号为201280051710.6、发明名称为“尤其用于数据中心的冷却回路系统及其控制方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及尤其用于数据中心的冷却回路系统。此外，本发明涉及用于冷却回路系统的控制方法。借助于冷却系统，位于双重底上的要被冷却的电气或电子部件被冷却，其中，风扇从双重底吹入被冷却的空气，如US 2005/0075065 A1所述。
背景技术
很多机构和企业使用自己的数据中心来执行他们的计算机密集型工作步骤。如今，所有数量级的数据中心是独立计划的，每个新的数据中心都不可避免地且不断地进行重复活动，从而导致在计划阶段不必要的成本。为了在这个方面减少生产成本，根据使用者的要求对数据中心或数据中心的一部分进行预装配并将其转移至目的地，以便在相对短的时间内可以保证操作能够准备就绪。这种类型的数据中心也被称为模块化数据中心。
通常，数据中心包括大量的服务器、网络和电脑设备，用于根据需要处理、存储和交换数据。一般地，很多服务器机架安装在电脑区域中，服务器和相关设备容纳在该服务器机架中。
根据数据中心的尺寸，需要大量的电能来运行该设备。一般而言，供入相对高的电压，该相对高的电压向下传输至较低电压。包括电缆、终端和配电的网络用于将具有较低电压的能量输送至数据中心内的许多部件。因为这些部件产生大量的必须被驱散的废热，所以需要进行空气调节。
评价标准为由“贪婪电网(The Greed Grid)”联盟定义的电源使用效益(PUE)，表示输入电脑的能量比数据中心消耗的总能量的比值。比值低于1.3被认为是效率高。
数据中心中的另一个问题是抵抗例如火、烟、水以及其它危险的物理防护，这些危险会损坏数据中心的服务器或者会或多或少地摧毁服务器。
当事件情况改变时，数据中心的计算能力的量会迅速改变。经常有必要在一个地方增加计算能力，当按照客户想要的那样计划扩展时，必须考虑该地方的现有部件。但是，扩展现有能力是资源密集型的并需要花费很长的时间。必须布线、组装机架并建立空气调节系统。进行检查并获得确认需要花费额外的时间。当重建数据中心时，可扩展性对客户来说已经是一个重要变量(argument)。
位于美国加州的弗里蒙特的硅图国际公司(Silicon Graphics InternationalCorp)销售一种在容器结构中制造的模块化数据中心，其中，多达四个服务器机架被包括在一个部件(unit)中，数据中心可扩展至80个机架。通过使用智能风扇和具有高能效的三阶段风扇蒸发冷却系统来操作空气调节和冷却系统。
WO 2011/038348也提出模块化数据中心的构思。用于数据中心的模块化计算系统包括一个或多个数据中心模块，所述数据中心模块具有布置在机架中的服务器系统。中央电模块给数据中心模块供电。使用空气的冷却模块单独结合至每个数据中心模块并可选地包括风扇。空气调节将使用被导入数据中心模块的预冷空气。此外，还包括消防保护系统，该系统在发生火灾时将电子模块密封起来。系统的模块可以预先装配，其中包括功能性元件和结构性元件。这些可以作为部件进行运输并且能够快速安装在想要的位置。
对于所有数据中心以及模块化的数据中心，单独计划(尤其是升级现有数据中心时)的缺点在于，只在效率不足时才进行效率考虑。
数据中心的服务器和机架(基础设施的技术，诸如电流和空气)构建在第二层上，所述第二层安装在基底上并与该基底统称为双重底。现在，数据中心的空气调节的主要目标是保证供应冷空气。例如，使用循环空气系统来将冷空气吹入底部之间的间隙，其中，冷空气由服务器通过特别设计的板从双重底吸入。热出口空气在机架的后侧输出并且由循环空气系统吸入，所述系统冷却空气并且在回路中将被冷却的空气又通过双重底供应至服务器中。能源效率起着次要作用。双重底经常容纳能源供应和网络电缆的安装。例如，WO2009/109296 A1中描述了双重底系统。
DE 202009015124 U1描述一种用于冷却电气和电子部件的系统和设备柜中的模块部件，所述部件例如放置在数据中心中。可以将具有风扇的冷却单元设置成定位在双重底中并在机架下方，其中就空气循环而言风扇是独立的。每个风扇与防止再循环的装置结合，该装置相对于空气流动方向而位于相关的风扇的下游。
上述的US 2005/0075065 A1和US 2004/0065097依赖于一种冷却回路系统，该系统在数据中心内循环全部的空气。
发明内容
本发明之目的是提供一种冷却回路系统，通过该系统，可以最优化空气调节的能源效率，并且，该系统可以容易地被升级和改进。
本发明之目的通过权利要求1所述的冷却回路系统实现。权利要求5和权利要求7中给出了可替换的实施方式。权利要求12的主题是相应的控制方法。相应的从属权利要求的主题是优选的实施方式。
根据本发明的冷却回路系统包括多个并列的机架；双重底，包括安装在所述双重底上的基底上的双重底元件，所述机架安装在所述双重底上；需要被冷却的电气或电子部件，所述部件容纳在所述机架中；以及冷却系统，所述冷却系统的部件被容纳在所述双重底中。其中，所述冷却系统包括风扇，所述风扇彼此并联，并且将来自双重底的冷空气吹向并列的机架。下文将说明可替换的布置。还可以想到，冷却设计可以适用至局部双重底上的单个机架。
使用容纳需要被冷却的电气或电子部件(例如服务器)的机架的主要优势在于，描述流经设备或系统的流量与压力增加之间的相互影响的设备或系统曲线保持相对平坦，以致该布置显示出相对低的流动阻抗。因此，可以用有效的方式使用并联的风扇，并且用低功率(即低转速)运行所述风扇。由于流量与转速成比例地改变，风扇消耗的功率与转速的第三功率成比例，所以产生巨大的节能潜能。并不需要每个机架都伴随一个风扇。本发明的基本构思是使服务器前面的空间整体保持冷却，以便在低功率范围内进行风扇的并联操作。
通过部件的智能布置(该部件可选地由隔板或类似物支撑)，该部件被支撑成在布置中的压力损失保持最小。
如后文将解释的，在冷却回路系统的双重底中，所述冷却系统的所有部件的放置允许空间的改进利用，其中，要被冷却的空气量保持相对较小，以便可以用较小的风扇功率进行工作。此外，空气量小还有助于可能需要的除湿。
优选地，还设置多个并列的机架，所述机架使冷通道与热通道分开，并且所述风扇设置在冷通道的双重底元件中。严格区分热空气和冷空气并结合智能控制，这是实现最高冷却负载和效率的必不可少的先决条件。
根据有利的实施方式，所述风扇是显示出特别有利的风扇参数的轴流风扇。
有利地，还可以设置成，所述冷却回路系统包括至少一个热交换器，所述热交换器容纳在一个或多个双重底元件中并位于至少一个机架下方，或者容纳在所述热通道的双重底元件中。
对于热交换器的合适设计，双重底中的风扇可以被部分或全部地舍弃，只要电气或电子部件的风扇被包括在环境因素(climate concept)中。
当热交换器倾斜地布置在一个或多个双重底元件中，以致所述热交换器的横向延伸的边缘定位成靠近所述机架，并且相对的横向延伸的边缘定位成靠近所述基底，这时该冷却回路系统是最优的。因此，为所述热交换器提供更多的空间，从而导致更高或更低的压力损失。
根据一个优选的实施方式，该热交换器是水-水热交换器。通过将热交换器放置在双重底中，电子系统即使在热交换器泄露的情况下也不会发生危险。
有利地，用于至少一个热交换器的管道容纳在热通道的双重底元件中。
尤其有利地，所述双重底元件的至少一部分被设计成一覆盖框架，一个或多个部件预装配在该覆盖框架中。例如，风扇可以预先安装在双重底元件中，其中所述覆盖形成为栅格(grid)。
在一种于冷却回路系统中控制冷却系统的方法中，如上所述，控制风扇性能，以便在冷却系统中的空气流量对应于在机架的区域中的空气流量。
如果冷却系统包括至少一个热交换器，有利地，热交换器的水入口温度保持在露点温度以上，以避免形成冷凝物。在这样的布置中，可以省略进一步的部件，诸如冷凝水盘。
由于根据本发明只计算了相对小的空气量，如果有必要对空气量进行除湿，那么可以在相对短的控制期间中，将入口温度降低到露点温度以下。如果要求的话，可以在所述控制期间调整空气流量。有了这种控制，可以省略复杂且频需维护的湿润和除湿系统了，该系统会给能源平衡增加负担。
该控制系统对来自温度和/或湿度传感器的信号进行处理，所述传感器按照需要安装在数据中心、机架和双重底的空间中。
如果本发明被用于根据模块化设计原则而限定的数据中心，将会显示出最佳的优越性，所述数据中心基于标准化的构建块。具体地，这种类型的数据中心包括至少：
至少一个服务器单元，用于接收一个或多个服务器，其中每个服务器单元由构建块构建而成，所述构建块来自第一组构建块，
至少一个供应单元，所述供应单元与至少一个服务器单元结合，其中，所述供应单元提供功率、冷却、网络连接和安全技术，其中每个供应单元由构建块构建而成，所述构建块来自第二组构建块，以及
至少一个中央单元，用于从外部环境连接电源缆线、电通信缆线以及流体管以及将电源缆线、电通信缆线以及流体管连接至外部环境，所述中央单元与至少一个供应单元结合，其中，每个中央单元由构建块构建而成，所述构建块来自第三组构建块，
其中，所述第一组构建块的部件(unit)被配置成，每个构建块可以用独特的方式联接至第一组构建块中预先确定的构建块或者联接至第二组构建块中预先确定的构建块；所述第二组构建块的部件(unit)被配置成，每个构建块可以用独特的方式联接至第一组构建块中预先确定的构建块，或者联接至第二组构建块中预先确定的构建块，或者联接至第三组构建块中预先确定的构建块；所述第三组构建块的部件(unit)被配置成，每个构建块可以用独特的方式联接至第三组构建块中预先确定的构建块，或者联接至第二组构建块中预先确定的构建块。
通过预先确定构建块接口来实现标准化。因此，可以确定例如只能实现非常特定的构建块组合。由于使用封闭的模块化设计系统，所以不只能保证效率，还可以对数据中心的能源成本进行花费预测。
使用不同种类的单元的构思(即中央单元、供应单元以及服务器单元)，可以分别进行构建块的单独扩展。
提供三阶段的拓扑，其中，一个或多个中央单元处于供应单元的上级，而供应单元依次操作一个或多个服务器单元。
此外，供应单元可以是服务器单元的组成部分。
计算能力主要在服务器单元中进行控制。此外，还维持必要的基础设施供应路径，也即用于由供应单元提供的电流、冷却、网络连接、安全技术的路径。经由中央单元实现来实现与外部环境的沟通，也即功率输入、冷冻、电通信连接等等。根据级分类，可以设置一个或多个中央单元。
本发明主要提供第一组构建块，所述构建块包括至少一个框架或机架、具有一体的空气调节设备的至少一个双重底部分以及具有双重底部分的部分被分割的通道。在本发明中，双重底部分一贯用于容纳部件(诸如空气调节设备)，以服务器的有效区域的空间不会浪费在容纳部件上。其它部件可以被包括在第一组部件中。
在本发明中，双重底部分已经配备有一体的空气调节设备，该外壳优选地应设计成能够支撑想要的空气引导。为了避免不想要的压力损失，具有最少的偏转的空气引导是最优的。
根据更优选的实施方式，第二组构建块包括至少一个能量保护构建块和至少一个安全技术构建块。通过构建块预先确定的接口，可以确定就功率、功能和其它参数而言，只有符合服务器单元的所选结构的构建块才被选择。
根据优选的实施方式，第三组构建块包括至少一个制冷构建块、至少一个功率供应构建块、至少一个主配电构建块和可支持有源或无源的网络的至少一个网络构建块。基于预先确定的接口，只有适合供应单元的结构的构建块才能被选择。
附图说明
下文将参考附图详细表述本发明。附图中：
图1示出由根据本发明的模块涉及原则产生的数据中心拓扑的示例；
图2示意性地说明了在所述拓扑的中央单元中的示例性构建块；
图3示意性地说明了所述拓扑的供应单元和服务器单元的示例性构建块；
图4示出服务器单元的单元部件(cell unit)的侧视图；
图5示出具有相应的供应单元的服务器单元的单元部件的示例正视图；
图6示出具有相应的供应单元的服务器单元的单元部件的另一个示例；
图7A示出用于在冷却通道冷却服务器单元的冷却回路系统的第一示例；
图7B示出用于冷却服务器单元的冷却回路系统的第二示例；
图8分别示出风扇和设备或系统参数，用于确定空气性能；
图9示出在双重底中没有风扇的冷却回路系统的示例；
图10示出容纳在容器中的数据中心的布局示例；
图11A、11B分别示出容器数据中心的另一个示例的剖视图和透视图。
具体实施方式
图1示出根据模块设计原则建立的数据中心的拓扑示例，其中使用根据本发明的冷却回路系统。该拓扑提供三个级别，也即第一级别的中央单元10、20；第二级别的供应单元11、12、13；以及第三级别的服务器单元121、122、123、124。如服务器单元122所示，每个单元由构建块构建而成，下文将对此进行详细描述。所说明的拓扑示例性地具有两个中央单元10、20，中央单元的精确数量根据努力级分类(striven Tier classification)而进行设定。通过那些中央单元10、20来实现与外部环境的沟通。这涉及电源供应、制冷、电通信连接等等。在说明的实施方式中，三个供应单元11、12、13从属于中央单元10。供应单元也有规律地从属于中央单元20，但此处未示出。供应单元为服务器单元提供电源保护和次配电、冷分配和安全技术。这将示例性地参考供应单元12进行概要说明，其中，四个服务器单元121、122、123、124从属于供应单元12并由该供应单元12供应。因此，供应单元11、12可供应一个或多个服务器单元，但是在图中未示出。在服务器单元中，例如在服务器单元121、122、123、124中，数据中心的计算能力(power)被主要地控制。用于电源(power)、冷却、网络和安全的必要基础设施供应路径维持在每个服务器单元中。如服务器单元122所示，该单元122包括一个或多个构建块。其它供应单元，诸如供应单元11、12、13，也由构建块构建而成。中央单元也是如此，诸如中央单元10、20。这将在图2中示出。
中央单元10的构建块为主要电源供应101、制冷102和网络103。电源供应101依次划分为主配电101.1(具体是低压主配电(NSHV))、应急电源系统(NEA)101.2以及用于选择不同电源的自动开关101.3。
如图3所示，供应单元11的构建块主要为能量保护111、次配电112、冷分配113和安全技术114，诸如消防安全。能量保护由不间断电源供应(USV)来保证，所述不间断电源供应分别用于给服务器单元或单元部件供电，以防标准电网络失调。通过用蓄电池给连接的设备供电，USV可补偿局部的变化和失效，所述蓄电池长期由标准电网络进行充电。构建块次配电112保证单元部件由标准电网络和USV网络供应，其中，每个单元部件的机架(rack)以星状方式(steliform)设置。服务器单元121包括一个或多个单元部件，诸如单元部件122.1、122.2、…122.n。每个单元部件122.1、122.2、…122.n形成服务器单元122的构建块，且单元部件自身由构建块构成，即一个或多个服务器机架、通道或者可被部分分割的通道部分、以及至少一个双重底板构成，所述双重底板可选地装备有空气调节设备。供应单元可例如提供服务器单元的三个单元部件。
图4示出服务器单元的单元部件的示例的侧视图。单元部件的中央构建块是安装在另一个构建块上的机架30和具有空气调节设备的双重底元件32。这种布置由第三构建块和相对布置的构建块横向限制，该第三构建块包括(热)通道34和双重底部分，该相对布置的构建块即为具有双重底部分的(冷)通道36。热通道34和冷通道36被分隔开，以便冷的入口空气和热的出口空气是严格分开的。
图5示出具有相应的供应单元的服务器单元的单元部件的示例的正视图。所说明的单元部件包括三个并列的机架302、304、306，所述机架302、304、306安装在基底300上的双重底元件320、322、324、326和328上。例如，每个机架用于容纳两个47高度单元的19英寸水平高度。机架302、304、306的间距大于双重底元件320、322、324、326、328的间距。在机架302、304、306上，布置了配电构建块312以及网络构建块314。因此，电气和电子部件在双重底元件320、322、324、326、328中的空气调节设备(可能包括水)上明显区分开，从而基本防止了由于出口流体的泄露问题。该单元部件可由另一个构建块环绕，即保护盖310。
图6示出了具有一体的供应单元的服务器单元的单元部件的另一个示例。象图4中的示例一样，该单元部件包括三个并列的机架302、304、306，所述机架302、304、306安装五个双重底元件320、322、324、326和328上。此外，可根据图5的示例构建机架。一个或多个双重底元件可配备有空气调节设备。与图4的示例不同，配电构建块312以及网络构建块314没有放置在机架302、304、306上方而是毗连于机架302，从而依次与双重底部分320、322、324、326、328物理分隔，以便其中的泄露问题不会被转移至电气和电子部件。配电构建块312和网络构建块314以双重底部分封闭通道34。该单元部件可由另一个构建块环绕，即保护盖310。
下文将参照参数和功能示例性地描述独立的构建块。
安装的框架或机架用于容纳服务器和存储系统，并且具有例如2×42HU的容量，其中，尺寸诸如为2×(600×2000×1000mm3)，也可以想象采用其它结构。可提供一种横向划分。电源连接，诸如30kW、A&B供应(A：标准电网络，B：USV网络)以及接触插座可以设置成接口，该接口可选地被测量并切换。通过合适的电子设备和软件来控制空气调节，其中可以选择合适的控制变量，诸如服务器入口空气温度或不同的压力。
通过预装配在双重底元件中的空气调节设备来冷却一个或多个装载在服务器中的机架，诸如通过具有泵的水-水热交换器来进行冷却。例如，可以将其设计成输送60kW的冷却功率。例如，可以将具有18℃的入口温度的冷水供应和用于热水的返回连接设置为接口，此外，还可将1.8kW的电终端设置为接口。通过监测温度、转速和流量来实现控制，接着控制转速和流量来维持想要的温度。
空气调节是数据中心的重要组成部分。传统的数据中心通常具有有效区域比支撑区域大约为60：40的比。该比主要由放置在数据中心的空气调节部件决定，诸如CRAC部件(unit)或LCP(液体冷却包)，所述空气调节部件毗连于装配机架放置或者放置在装配机架之间，从而需要占据本应由服务器使用的区域。因此，通过将必要的冷却部件，诸如热交换器、湿润和除湿装置(如果根据本发明需要的话)以及风扇和控制装置，安装在不安装服务器的区域，诸如双重底，那么原本不利的比将大幅度改变成有利于可用的服务器区域，且该比将达到例如80：20。润湿和除湿装置可选地具有制冷设备，即中央地点(central place)。严格区分热空气和冷空气且结合智能控制，这是实现最高冷却负载和效率的基本先决条件。根据物理考虑，所有部件都有利地布置在数据中心的冷却回路中的最佳位置。
根据模块化设计原则，双重底元件可例如分别包括简单的送风机或风扇，诸如主动引导空气流至服务器单元或单元部件的便宜的轴流风扇。此外，热交换器可整合至具体倾斜布置的双重底部分中，以便双重底部分的体积用于最大化热交换器的区域从而最大化冷却功率。热交换器的压力损失由于该热交换器的体积而较低，以致服务器中现有的风扇能够克服这种额外的空气压力下降，同时伴随最高的能源效率，这是因为不需要额外的电能来操作双重底中单独的风扇。
图7A示出了用于在冷却通道冷却服务器单元的冷却回路系统的第一示例。包括例如六个机架302的服务器单元安装在包括双重底元件402、406的双重底300上，所述机架302装载有电气或电子部件，诸如服务器或相关设备。或者，相对于该服务器单元进行镜像设置，以便在两个服务器单元之间形成分割的冷通道303。从机架302流出的热空气被引导进入双重底元件402中，该双重底元件402包括从基底300至靠近机架302倾斜布置的热交换器404以及相应的管道410。双重底元件402被布置成热交换器404直接位于服务器单元或者机架302下方。通过这种方法，可以实现防止来自顶部的机械损坏的额外保护。用于热交换器404的管道410位于热通道的区域中，所述管道410可例如抵靠建筑物壁或容器壁而终止。通过布置在双重底元件406中的轴流风扇，由热交换器404进行冷却的空气可被传输至冷通道303中，接着又能够用于冷却电气或电子部件。冷却空气流可谓“从前至后”地穿过机架302。
图7B示出了优化的冷却回路系统的另一个示例。包括装载有服务器和相关设备的机架302的服务器单元构建在基底300上，此外，分割的冷通道303被设置成另一个构建块。具有机架302’和分割的冷通道303’的镜像相对地设置。从机架302和302’或所安装的服务器流出的热空气分别被引导到相应的双重底元件402、402’中，该双重底元件402、402’具有在本实施方式中位于热通道305、305’的区域中的一体的倾斜布置的热交换器404、404’，其中，热交换器冷却热空气并将该双重底内的空气输送至具有一体的轴流风扇408的另一个双重底元件406，所述风扇408进而将冷空气供应到冷通道303、303’中。
图8分别示出用于确定空气性能的风扇和设备或系统参数。体积流量被绘制在横坐标上，压力增加则在纵坐标上。风扇的特性曲线由制造商在风扇测试阶段所测得的数据表得到。根据安装位置，实际特性会有所偏差。在图8中，不同风扇性能的风扇参数用A、B和C标出。设备和系统参数D、E、F可以通过数值模拟来确定。风扇系统的操作点是风扇参数与设备或系统参数的交点。在操作中，风扇系统使压力上升，这准确地补偿了系统中的压力损失。与具有较高流动阻抗的系统相比，这种风扇系统对于系统较小的流动阻抗会产生相对较大的体积流量。用于本发明的冷却回路系统的优化空气流动传输将成为平行操作中的风扇的优点。由于在理想情况下，n个并联(相同)的风扇将增加n倍的体积流量，所以风扇可以在低速旋转下运行，这对风扇系统的功率消耗具有有利的影响。
根据本发明的构建块的标准化允许更改，使得服务器自身的风扇保证所需要的空气传输。图9示意性地示出这种情况。在冷通道303的双重底元件中不存在风扇，仅由服务器部件(未示出)的风扇410提供循环，该风扇将空气输送通过机架303并进入热通道305中，以便该空气由热交换器404进行冷却。另外，混合的解决方案也是可行的，即由双重底中的风扇和服务器的风扇共同确保空气的输送。
根据本发明的数据中心的拓扑可以由软件模拟。可以使用考虑效率的软件。因此，规划(planning)可以标准化并且能够自动进行。同时，还可以进行成本规划，这不仅包括投资成本还包括源自效率分析的运作成本。
独立的构建块在其可接受的组合中可以被预先确定，从而在完整的数据中心中可以省略相应的等待时期。
本发明通过用其它具有兼容接口但具有更高或更低的功率的构建块来扩展和/或替换现有的构建块，从而以非常简单的方式允许数据中心的新结构或扩展。根据本发明的数据中心可完全或部分地在容器中构建成，图10示出了示例性的布局。服务器单元500的六个单元部件502、504、506、508、510、512在包括双重底部分的双重底400上并列。每个单元部件(例如502)都伴随着具有一体的风扇的双重底部分602。冷水管K和热水管L也在双重底400内被引导。中央单元和多个供应单元被容纳在700处。实质上没有必要封闭容器，可以通过组合两个在对应连接侧开口的容器来实现更大的计算机空间，如图11A的剖视图以及图11B的透视图所示。除了管道或电缆布线，每个计算机半体空间1000、1100的布局均对应于图10的布局或者图10的布局的镜像。
因此，通过清楚定义被测构建块的数量以及简单定义哪些构建块可以组合，本发明能够根据消费者的要求来灵活地构建数据中心。
在上述说明书、附图和所附权利要求书中所公开的特征可以单独实施或进行组合，用于实现本发明。

Claims (15)

1.一种冷却回路系统，包括：
-双重底，包括安装在基底(300)上的双重底元件(32；320、322、324、326、328；402、406)，机架(30；302、304、306)安装在所述双重底上；
-需要被冷却的电气或电子部件，所述部件容纳在所述机架(30；302、304、306)中；以及
-冷却系统，包括用于吹送来自所述双重底的冷空气的风扇(408)，
其特征在于，
所述冷却回路系统包括多个并列的机架(30；302、304、306)，所述机架位于所述双重底上，所述需要被冷却的电气或电子部件容纳在所述机架(30；302、304、306)中；以及
所述冷却系统的部件，包括风扇(408)，都只容纳在双重底中，其中，所述风扇(408)彼此并联，并且将所述冷空气吹向所述并列的机架(30；302、304、306)。
2.如权利要求1所述的冷却回路系统，其中，所述多个并列的机架(30；302、304、306)将冷通道(34；303、303’)与热通道(36；305、305’)分开，所述风扇(408)布置在所述冷通道的双重底元件(32；320、322、324、326、328；402、406)中。
3.如权利要求1所述的冷却回路系统，其中，所述风扇(408)为轴流风扇。
4.如权利要求1所述的冷却回路系统，其中，所述冷却回路系统包括至少一个热交换器(404、404’)，所述热交换器(404、404’)容纳在一个或多个双重底元件(32；320、322、324、326、328；402、406)中并位于至少一个机架(30；302、304、306)下方，或者容纳在所述热通道(305、305’)的双重底元件(32；320、322、324、326、328；402、406)中。
5.一种冷却回路系统，包括：
-双重底，包括安装在基底(300)上的双重底元件(32；320、322、324、326、328；402、406)；
-需要被冷却的电气或电子部件，位于所述双重底上；以及
-冷却系统，包括用于吹送来自双重底的冷空气的风扇(408)，
其特征在于，
所述冷却回路系统包括多个并列的机架(30；302、304、306)，所述机架位于所述双重底上，所述需要被冷却的电气或电子部件容纳在所述机架(30；302、304、306)中；
至少一部分所述电气或电子部件配置有风扇(410)；以及
所述冷却系统的部件只容纳在所述双重底中，所述冷却系统不包括自身的风扇，而是包括至少一个热交换器(404)，所述热交换器(404)容纳在一个或多个双重底元件(32；320、322、324、326、328；402、406)中并位于至少一个机架(30；302、304、306)下方，或者容纳在所述热通道(305、305’)的多个双重底元件(32；320、322、324、326、328；402、406)中。
6.一种冷却回路系统，包括：
-双重底，包括安装在基底上的双重底元件(32；320、322、324、326、328；402、406)；
-需要被冷却的电气或电子部件，位于所述双重底上；以及
-冷却系统，包括用于吹送来自双重底的冷空气的风扇(408)，
其特征在于，
所述冷却回路系统包括多个并列的机架(30；302、304、306)，所述机架位于所述双重底上，所述需要被冷却的电气或电子部件容纳在所述机架(30；302、304、306)中；以及
所述冷却系统的部件只容纳在所述双重底中，所述冷却系统包括至少一个风扇(408)和至少一个热交换器(404、404’)，所述风扇(408)容纳在所述冷通道的一个或多个双重底元件(32；320、322、324、326、328；402、406)中，所述热交换器(404)容纳在一个或多个双重底元件(32；320、322、324、326、328；402、406)中并位于至少一个机架(30；302、304、306)下方，或者容纳在所述热通道(305、305’)的多个双重底元件(32；320、322、324、326、328；402、406)中。
7.一种冷却回路系统，包括：
-局部双重底，包括安装在基底上的至少一个双重底元件(32)；
-需要被冷却的电气或电子部件，所述部件设置在所述局部双重底上；以及
-冷却系统，包括用于吹送来自双重底的冷空气的风扇，所述冷却系统的部件被容纳在所述局部双重底中，
其特征在于，
所述冷却回路系统包括机架(30)，所述需要被冷却的电气或电子部件容纳在所述机架(30)中，
其中，
-所述冷却系统的所有部件都容纳在所述局部双重底中，或者
-所述冷却系统不包括自身的风扇，而是使用存在于需要被冷却的电气或电子部件中的风扇进行空气传输。
8.如权利要求4-7中任一项所述的冷却回路系统，其中，热交换器(404、404’)倾斜地布置在一个或多个双重底元件(32；320、322、324、326、328；402、406)中，以致所述热交换器的横向延伸的边缘定位成靠近所述机架(30；302、304、306)，并且相对的横向延伸的边缘定位成靠近所述基底。
9.如权利要求4-8中任一项所述的冷却回路系统，其中，所述热交换器(404、404’)为水-水热交换器。
10.如权利要求4-9中任一项所述的冷却回路系统，其中，用于所述至少一个热交换器的管道容纳在所述热通道的双重底元件(32；320、322、324、326、328；402、406)中。
11.如上述权利要求中任一项所述的冷却回路系统，其中，所述双重底元件(32；320、322、324、326、328；402、406)的至少一部分被设计成一覆盖框架，一个或多个部件预装配在该覆盖框架中。
12.一种在权利要求1-11的冷却回路系统中控制冷却系统的方法，其中，控制风扇的性能，以使在所述冷却系统中的空气流量对应于机架(30；302、304、306)的区域中的空气流量。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述冷却系统包括至少一个热交换器(404、404’)，在所述热交换器(404、404’)中，热交换器的水入口温度保持在露点温度以上。
14.如权利要求13所述的方法，其中，在控制期间通过使所述入口温度减少至所述露点温度以下来给空气量除湿。
15.如权利要求14所述的方法，其中，在所述控制期间调整所述空气流量。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108721821A (zh) * 2018-06-14 2018-11-02 中国矿业大学 一种数据中心液氮防灭火及温湿度调控系统
CN109356354A (zh) * 2018-09-25 2019-02-19 广州玛夫信息科技有限公司 一种信息技术主机室内散热集成地板

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2513147A (en) * 2013-04-17 2014-10-22 Ibm Energy efficient data center
KR200476881Y1 (ko) * 2013-12-09 2015-04-10 네이버비즈니스플랫폼 주식회사 냉기공급용 부스장치
US9949410B1 (en) * 2014-03-21 2018-04-17 Google Llc Managing dependencies between data center computing and infrastructure
JP2017537371A (ja) * 2014-09-23 2017-12-14 ストールワン リミテッド．Ｓｔｏｒｏｎｅ Ｌｔｄ． データストレージシステム
DE102014116792B4 (de) * 2014-11-17 2016-12-22 Weiss Klimatechnik Gmbh Anordnung zum Klimatisieren eines Kaltgangs
CN105657998B (zh) * 2014-11-28 2018-06-19 鸿富锦精密电子(天津)有限公司 货柜数据中心
US10356956B1 (en) 2015-06-22 2019-07-16 Amazon Technologies, Inc. Datacenter cooling unit with subfloor components
US10010014B1 (en) * 2015-06-22 2018-06-26 Amazon Technologies, Inc. Interconnecting cooling units
US11041500B2 (en) 2015-09-22 2021-06-22 International Business Machines Corporation Parallel-series hybrid fan cooling apparatus and optimization
WO2019019151A1 (en) * 2017-07-28 2019-01-31 Baidu.Com Times Technology (Beijing) Co., Ltd. LIQUID COOLING DESIGN FOR ELECTRONIC CONTAINERS WITH LIQUID COOLED COMPUTER COMPONENTS IN COMPUTER CENTERS
CN113660820A (zh) * 2020-05-12 2021-11-16 鸿富锦精密电子(天津)有限公司 集装箱式数据系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060168975A1 (en) * 2005-01-28 2006-08-03 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Thermal and power management apparatus
CN101305647A (zh) * 2005-11-11 2008-11-12 尤尼弗莱尔股份有限公司 用于容纳有电子数据处理设备的房间的冷却系统
CN101442893A (zh) * 2007-11-19 2009-05-27 国际商业机器公司 利于液冷式电子器件机架冷却的系统和方法
CN101861764A (zh) * 2007-11-09 2010-10-13 克尼尔有限公司 机架系统和确定其气候条件的方法
CN102105033A (zh) * 2009-12-17 2011-06-22 台达电子工业股份有限公司 货柜式数据中心的环境调节系统及调节方法

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU674057B2 (en) * 1993-04-23 1996-12-05 Liebert Corporation Modular floor sub-structure for the operational support of computer systems
WO2002039024A2 (en) * 2000-11-09 2002-05-16 Storck Jr Gary A Raised floor air handling unit
US6374627B1 (en) * 2001-01-09 2002-04-23 Donald J. Schumacher Data center cooling system
GB0207382D0 (en) * 2002-03-28 2002-05-08 Holland Heating Uk Ltd Computer cabinet
US6775997B2 (en) 2002-10-03 2004-08-17 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Cooling of data centers
US6881142B1 (en) * 2003-09-12 2005-04-19 Degree C Intelligent networked fan assisted tiles for adaptive thermal management of thermally sensitive rooms
JP4585325B2 (ja) * 2005-02-08 2010-11-24 株式会社日立製作所 ディスクアレイ装置
US7841199B2 (en) * 2005-05-17 2010-11-30 American Power Conversion Corporation Cold aisle isolation
US7315448B1 (en) * 2005-06-01 2008-01-01 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Air-cooled heat generating device airflow control system
EP2036412B1 (en) * 2006-06-01 2012-11-14 Exaflop LLC Controlled warm air capture
CA2653817C (en) * 2006-06-01 2012-10-16 Google Inc. Modular computing environments
WO2008127344A1 (en) * 2006-06-15 2008-10-23 Martini Valan R Energy saving system and method for cooling computer data center and telecom equipment
US9480186B2 (en) * 2007-12-18 2016-10-25 International Business Machines Corporation Apparatus and method for facilitating air cooling of an electronics rack
DE102008012215A1 (de) 2008-03-03 2009-09-10 SCHäFER WERKE GMBH Doppelbodensystem in Rechenzentren und Serverräumen, insbesondere als Druckboden mit Belüftungsversorgung
US8763414B2 (en) * 2008-03-31 2014-07-01 Google Inc. Warm floor data center
US7826216B2 (en) * 2008-10-08 2010-11-02 Dell Products L.P. Information handling center cooling system
US8251785B2 (en) * 2008-10-31 2012-08-28 Cirrus Logic, Inc. System and method for vertically stacked information handling system and infrastructure enclosures
US10212858B2 (en) * 2009-04-21 2019-02-19 Excalibur Ip, Llc Cold row encapsulation for server farm cooling system
US9101080B2 (en) 2009-09-28 2015-08-04 Amazon Technologies, Inc. Modular computing system for a data center
DE202009015124U1 (de) 2009-11-05 2010-03-04 Knürr AG Anordnung zum Kühlen von elektrischen und elektronischen Bauteilen und Moduleinheiten in Geräteschränken
US8373987B2 (en) * 2009-12-17 2013-02-12 Delta Electronics, Inc. Air conditioning system of portable data center
TWI425346B (zh) * 2009-12-17 2014-02-01 Delta Electronics Inc 貨櫃式資料中心之環境調節系統及調節方法
US20110223085A1 (en) 2010-03-12 2011-09-15 E. I. Du Pont De Nemours And Company Carbon dioxide capture with ionic liquid electrospray
US8472182B2 (en) * 2010-07-28 2013-06-25 International Business Machines Corporation Apparatus and method for facilitating dissipation of heat from a liquid-cooled electronics rack
TW201212798A (en) * 2010-09-02 2012-03-16 Hon Hai Prec Ind Co Ltd Computer server cabinet
CN102385429A (zh) * 2010-09-03 2012-03-21 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 服务器机箱
US9788456B2 (en) * 2012-03-30 2017-10-10 International Business Machines Corporation Data center cooling arrangements

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060168975A1 (en) * 2005-01-28 2006-08-03 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Thermal and power management apparatus
CN101305647A (zh) * 2005-11-11 2008-11-12 尤尼弗莱尔股份有限公司 用于容纳有电子数据处理设备的房间的冷却系统
CN101861764A (zh) * 2007-11-09 2010-10-13 克尼尔有限公司 机架系统和确定其气候条件的方法
CN101442893A (zh) * 2007-11-19 2009-05-27 国际商业机器公司 利于液冷式电子器件机架冷却的系统和方法
CN102105033A (zh) * 2009-12-17 2011-06-22 台达电子工业股份有限公司 货柜式数据中心的环境调节系统及调节方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108721821A (zh) * 2018-06-14 2018-11-02 中国矿业大学 一种数据中心液氮防灭火及温湿度调控系统
CN109356354A (zh) * 2018-09-25 2019-02-19 广州玛夫信息科技有限公司 一种信息技术主机室内散热集成地板

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Publication number Publication date
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US10206311B2 (en) 2019-02-12

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