CN110475458A - 用于数据中心的模块化制冷器 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及用于数据中心的模块化制冷器。模块化制冷器系统包括开关和泵送模块、一个或更多个干式冷却器模块以及一个或更多个制冷器模块。开关和泵送模块、一个或更多个干式冷却器模块以及一个或更多个制冷器模块共享相同的水、电力和信号接口。可以通过添加干式冷却器模块或制冷器模块来增加模块化制冷器的冷却能力，而无需额外的液压和电气基础设施。
Description
背景
1.技术领域
本文公开的方面和实施例总体上针对用于数据中心的冷却系统及其构建和操作方法。
2.相关技术的讨论
用于计算机、通信和其他电子设备的集中式数据中心已经使用了许多年，且最近更多的使用互联网，针对互联网服务提供商(ISP)、应用服务提供商(ASP)和互联网内容提供商提供托管服务(hosting service)的大型数据中心变得越来越普遍。典型的集中式数据中心包含需要电力、冷却和连接到外部通信设施(facility)的许多设备机架(rack)。在现代数据中心和网络机房中，这些设施中使用的计算设备的密度的增加给设施的冷却和电力系统带来了压力。在过去，数据设施中每个设备外壳的典型功率消耗为1kW数量级。在设备机架中使用服务器刀片和其他高功率密度设备时，设备机架的功率损耗为10kW或甚至高达25kW的情况并不少见。
计算机设备消耗的功率被转换成热量，并且通常基于设施的功率需求来确定设施的冷却需求。用于数据中心的冷却系统的冷却能力优选地与设施的冷却需求相匹配；冷却能力太小可能会使数据中心中的设备无法在期望的温度处运行，而冷却能力太大可能会浪费冷却设备的资本支出和这种冷却设备的运行。
概述
根据一个方面，提供了一种模块化制冷器(modular chiller)系统。该系统包括开关和泵送模块、一个或更多个干式冷却器(drycooler)模块以及一个或更多个制冷器(chiller)模块。开关和泵送模块、一个或更多个干式冷却器模块以及一个或更多个制冷器模块共享相同的水、电力和信号接口，通过添加干式冷却器模块或制冷器模块而无需额外的液压和电气基础设施，提供模块化制冷器系统的冷却能力的增加。
在一些实施例中，该系统还包括流体导管，该流体导管被配置且布置成将热水从一个或更多个制冷器模块的一个或更多个冷凝器引导至一个或更多个干式冷却器模块。一个或更多个干式冷却器模块被配置成将热量从热水释放到大气。
在一些实施例中，该系统被配置成在仅节能器模式、混合模式以及全机械模式下运行，在仅节能器模式中，一个或更多个干式冷却器模块被用于冷却流过系统的冷却水，并且一个或更多个制冷器模块未被使用；在混合模式中，一个或更多个干式冷却器模块和一个或更多个制冷器模块都被用于冷却流过系统的冷却水，在全机械模式中，一个或更多个制冷器模块用于冷却流经系统的冷却水，在所述仅节能器模式、所述混合模式和所述全机械模式中的每一种模式下，冷却水流过一个或更多个干式冷却器模块和一个或更多个制冷器模块。
在一些实施例中，开关和泵送模块包括水接口，该水接口提供到一个或更多个干式冷却器模块的第一组水接口的液压连接，开关和泵送模块的水接口与一个或更多个干式冷却器模块的第二组水接口相同。
在一些实施例中，开关和泵送模块包括电力接口，该电力接口提供到一个或更多个干式冷却器模块的第一电力接口的电气连接，开关和泵送模块的电力接口与一个或更多个干式冷却器模块的第二电力接口相同。
在一些实施例中，开关和泵送模块包括信号接口，该信号接口提供与一个或更多个干式冷却器模块的第一信号接口的电气通信，开关和泵送模块的信号接口与一个或更多个干式冷却器模块的第二信号接口相同。
在一些实施例中，开关和泵送模块包括水接口，该水接口提供到一个或更多个制冷器模块的第一组水接口的液压连接，开关和泵送模块的水接口与一个或更多个制冷器模块的第二组水接口相同。
在一些实施例中，开关和泵送模块包括电力接口，该电力接口提供到一个或更多个制冷器模块的第一电力接口的电气连接，开关和泵送模块的电力接口与一个或更多个制冷器模块的第二电力接口相同。
在一些实施例中，开关和泵送模块包括信号接口，该信号接口提供与一个或更多个制冷器模块的第一信号接口的电气通信，开关和泵送模块的信号接口与一个或更多个制冷器模块的第二信号接口相同。
在一些实施例中，一个或更多个制冷器模块包括第一组水接口和第二组水接口，该第一组水接口提供到开关和泵送模块的液压连接，该第二组水接口提供一个或更多个制冷器模块和终端连接器单元(terminator unit)单元之间的液压连接，该终端连接器单元包括调节阀，该调节阀被配置为控制终端连接器单元的收集器之间的压差，并保持通过一个或更多个制冷器模块的冷凝器和蒸发器之一的设定压差。终端连接器单元可以液压连接到一个或更多个制冷器模块。
在一些实施例中，该系统包括经过一个或更多个干式冷却器模块和一个或更多个制冷器模块中的每一个的冷却水回路。
在一些实施例中，开关和泵送模块控制到一个或更多个干式冷却器模块和一个或更多个制冷器模块的水的流动。
根据另一方面，提供了一种组装用于数据中心的模块化制冷器系统的方法。该方法包括将数据中心中的冷却单元的冷水入口和温水出口液压连接到开关和泵送模块的第一组水连接件，将开关和泵送模块的第二组水连接件液压连接到第一制冷器单元的第一组水连接件，以及将第一制冷器单元的第二组水连接件液压连接到第二制冷器单元的第一组水连接件，第一制冷器单元的第二组水连接件与开关和泵送模块的第二组水连接件相同。
在一些实施例中，该方法还包括将开关和泵送模块的第三组水连接件液压连接到第一干式冷却器模块的第一组水连接件，以及将第一干式冷却器模块的第二组水连接件液压连接到第二干式冷却器模块的第一组水连接件，第一干式冷却器模块的第二组水连接件与开关和泵送模块的第三组水连接件相同。
在一些实施例中，将开关和泵送模块的第三组水连接件液压连接到第一干式冷却器模块的第一组水连接件包括创建水回路，该水回路使相同的水流过开关和泵送模块以及制冷器单元和干式冷却器模块中的每一个。
在一些实施例中，该方法还包括将开关和泵送模块的电气接口电连接到第一制冷器单元的第一电气接口，以及将第一制冷器单元的第二电气接口电连接到第二制冷器的第一电气接口，第一制冷器单元的第二电气接口与开关和泵送模块的电气接口相同。
在一些实施例中，该方法还包括将开关和泵送模块的电气接口电连接到第一干式冷却器模块的第一电气接口，以及将第一干式冷却器模块的第二电气接口电连接到第二干式冷却器模块的第一电气接口，第一干式冷却器模块的第二电气接口与开关和泵送模块的电气接口相同。
在一些实施例中，该方法还包括将终端连接器单元的流体接口液压连接到第二制冷器单元的第二组水连接件，终端连接器单元包括调节阀，该调节阀被配置为控制终端连接器单元的流体接口之间的压差，并保持通过第一制冷器模块和第二制冷器模块的冷凝器和蒸发器之一的设定压差。
附图说明
附图并非旨在按比例绘制。在附图中，在各图中示出的每个相同或近似相同的部件由相同的数字表示。出于清楚的目的，并非每一个部件都会被标记在每一个图中。在附图中：
图1示出了具有集成的节能器(economizer)单元的制冷器；
图2示出了包括独立制冷器和单独的独立节能器的数据中心冷却系统；
图3示出了包括制冷器和节能器的数据中心冷却系统，其中节能器可用于排出冷凝热；
图4示出了模块化数据中心冷却系统的实施例；
图5示出了处于第一运行模式的图4的系统；
图6示出了处于第二运行模式的图4的系统；
图7示出了处于第三运行模式的图4的系统；
图8示出了处于第一配置的数据中心冷却系统的实施例；
图9示出了处于第二配置的数据中心冷却系统的实施例；
图10示出了处于第三配置的数据中心冷却系统的实施例；
图11示出了数据中心冷却系统的主要部件的实施例；
图12示出了模块化数据中心冷却系统的另一个实施例；
图13示出了处于第一运行模式的图12的系统；
图14示出了处于第二运行模式的图12的系统；
图15示出了处于第三运行模式的图12的系统；
图16示出了具有集中式管理系统的数据中心冷却系统的本地控制和监控系统之间的通信；
图17A示出了运行数据中心冷却系统的方法的部分流程图；以及
图17B示出了运行数据中心冷却系统的方法的第二部分流程图。
详细描述
本文公开的方面和实施例并不限于下面描述中阐述的或者在附图中示出的部件的结构和布置的细节。所公开的方面和实施例能够以各种方式被实施或被执行。另外，本文所用的措辞和术语是出于描述的目的，并且不应当被视为具有限制性。本文使用的“包括(including)”、“包括(comprising)”、“具有(having)”、“包含(containing)”、“涉及(involving)”及其变型意在涵盖其后列出的项及其等同物以及附加的项。
由于数据中心内部工作温度的升高，现在至少部分利用节能器热交换器来冷却数据中心内的环境在经济上更加重要。节能器热交换器(在本文中也称为干式冷却器)通过与数据中心外部环境中的空气进行热交换来冷却来自数据中心的空气，而不像传统的机械冷却空调系统(在本文中也称为冷冻水系统(chilled water system)或制冷器)那样需要压缩机或蒸发器。在节能器热交换器中，流体(通常是水)通过冷却回路进行循环，在冷却回路中，流体例如利用机房空调(CRAC)单元或其他形式的冷却单元来吸收来自数据中心内部的空气的热量。节能器热交换器利用热交换器和相关联的风扇将在数据中心中吸收的热量释放到数据中心外部的较冷的空气。水可以包含添加剂(例如，本领域已知的防冻剂或防锈剂)，但是为了简单起见，在所公开的冷却系统的方面和实施例中使用的冷却流体在本文中将被简称为水。
在过去，通常提供包括用于机械冷却(传统空调或冷冻水)模式的热交换器和用于节能模式的热交换器(在本文中也被称为自由冷却—FC)的封装式制冷器。与机械冷却相比，与自由冷却相关联的提高的功率效率促使一些用户希望节能器热交换器具有高表面积，从而具有高冷却能力，用于冷却数据中心。对于封装解决方案，不可能通过增加节能器换热器的表面积来增加FC运行。因此，为了尽可能最大化FC运行，一些数据中心冷却系统设计包括通过使用一个或更多个独立的干式冷却器和一个或更多个独立的机械冷却制冷器，将节能功能与机械冷却功能分开。这种设计的缺点包括：
1.数据中心运营商必须完成管道、水泵和控制逻辑的安装，以便一起运行干式冷却器、制冷器和泵；
2.所需的安装占地面积(footprint)增加；以及
3.数据中心运营商必须安装干式冷却器和制冷器，其针对数据中心以满负荷(full capacity)操作时所需的最大冷却能力来确定尺寸，而数据中心在初始调试(initial commissioning)时所需的冷却能力通常非常低。
本文公开的方面和实施例提供了一种用于数据中心的冷却解决方案，其最大限度地利用外部环境空气直到最高实际温度，从而为数据中心提供低能量冷却能力，同时利用干式冷却器(节能器)和冷冻水冷却单元之间的公共水、电力和信号接口来提供模块化且易于扩展的整体冷却系统。
图1示出了具有集成的FC(节能器)盘管105的传统制冷器100。这种解决方案不适用于现代高能耗数据中心。在现代高能耗数据中心，使用环境外部空气来冷却数据中心通常比冷冻水冷却单元(制冷器)更节能。然而，传统的制冷器通常具有受限的热交换器表面(在可装运容器的空间中)，并且仅在全FC模式下(没有利用冷凝器和蒸发器的机械冷却)有效运行，其中环境空气的温度为6-8℃。
为了提高数据中心冷却系统以全FC模式运行时的环境空气温度，可以使用各种方法。图2示出了一种用于提高环境空气温度的可能设计，在该环境空气温度处，数据中心冷却系统可以在全FC模式下有效地运行。图2中以200总体上示出的系统包括非常大的干式冷却器210和仅在机械模式下运行的制冷器220(在制冷器上FC模式不可用)。冷却系统还包括泵站230，以向数据中心240中的一个或更多个冷却单元提供正确的水流和正确的压头(pressure head)。制冷器220并联地液压连接到干式冷却器210。专用水阀250可以让水旁通(bypass)干式冷却器210。
根据系统200的水阀或二级泵是如何被设置的，系统200可以在全FC模式、全机械模式或在两者下(以获得混合运行，同时在FC和机械模式下)工作。
系统200具有下列缺点：
1.这种设计的所需占地面积非常大，因为存在两个排热热交换器：一个用于干式冷却器，并且一个用于制冷器；
2.由于存在两个空气热交换器和各自的风扇，资本和运行成本很高；
3.数据中心设计人员必须选择制冷器和干式冷却器，其冷却能力将满足从数据中心运行开始时的数据中心的最大所需冷却需求。数据中心在初始调试时的热负荷相对于数据中心在满负荷运行时的最大热负荷而言通常非常低，并且通常数据中心所有者希望随着时间的推移分摊(distribute)数据中心的资本成本；
4.这不是一个完整的解决方案，并且数据中心运营商必须提供水泵并将系统组装在一起，这可能会导致高安装成本；以及
5.冗余管理是昂贵的：为了有冗余，整个系统必须被添加一次(n+1)或两次(n+2)。这意味着初始冷却系统成本的增加。
为了解决系统200的一部分缺点，可以利用图3中的以300总体上示出的可选设计的系统。该系统再次使用大型干式冷却器310和机械模式制冷器，该机械模式制冷器包括蒸发器320A和冷凝器320B以及泵P和阀V1、V2、V3的系统，以将干式冷却器310用于FC运行，以及在以机械模式运行系统300时排出冷凝热。冷却的水由干式冷却器310和/或制冷器320A、320B供应到CRAC 330或设置在数据中心中的其他冷却单元。系统300也允许混合模式运行。
相比于图2的系统200，系统300部分地解决了占地面积问题，并且部分地解决了成本问题，因为干式冷却器310在冷却系统的机械模式运行中散热。
然而，系统300仍然可能表现出以下缺点：
1.数据中心设计人员必须选择制冷器和干式冷却器，其冷却能力将满足从数据中心运行开始时的数据中心的最大所需冷却需求。数据中心在初始调试时的热负荷相对于数据中心在满负荷运行时的最大热负荷而言通常非常低，并且通常数据中心所有者希望随着时间的推移分摊数据中心的资本成本；
2.这不是一个完整的解决方案，并且数据中心运营商必须组装干式冷却器、制冷器和泵送系统。此外，数据中心运营商必须提供用于运行干式冷却器、制冷器和泵的控制逻辑；以及
3.冗余管理是昂贵的：为了有冗余，整个系统必须被添加一次(n+1)或两次(n+2)。
本文公开的改进的数据中心冷却系统的方面和实施例包括类似于图3的系统300的一些特征，但是具有一个或更多个以下附加特征：
1.改进的数据中心冷却系统的一些实施例是模块化系统，其包括一个单个开关/泵送模块、一个或更多个干式冷却器模块以及一个或更多个冷凝水制冷器模块；
2.开关/泵送模块和干式冷却器模块可以共享相同的水、电力和信号接口；
3.开关/泵送模块和制冷器模块可以共享相同的水、电力和信号接口；
4.开关/泵送模块包括泵和阀，以将水引导至干式冷却器模块且引导至水冷凝器；
5.由于其模块化，干式冷却器可以在初始系统安装后被添加，并且可以容易地相互连接，并且连接到开关/泵送模块，以增加系统的冷却能力。类似地，制冷器可以被添加并且容易地相互连接，并且连接到开关/泵送模块，以增加系统的冷却能力；以及
6.冗余管理成本更低：只包括一个或两个冗余制冷器或干式冷却器就足够了。
由于其模块化架构，改进的数据中心冷却系统的方面和实施例至少提供了以下优点：
a.完整系统，其包括节能器、制冷器和泵，因为所有接口都已预先设置，所以易于安装；
b.易于冷却扩展：随着时间的推移，可以添加干式冷却器模块和/或制冷器；因此，初始系统成本更低，随着数据中心的增长而需要提高冷却能力时，才会增加额外的成本；
c.模块在初始安装后可以容易地升级(例如，对于新制冷剂、效率更高的新部件等)；
d.系统冗余易于实现；以及
e.干式冷却器提供的冷却能力和制冷器提供的冷却能力之间的比率可以根据安装的纬度和相关联的气候特征(climate profile)而变化。
图4中以400总体上示出了改进的数据中心冷却系统的实施例。开关和泵送模块430是系统400的中心元件。开关和泵送模块430与一个或更多个冷却单元(例如，数据中心440内的如图3所示的CRAC单元330)、与一个或更多个干式冷却器410以及与一个或更多个冷凝水制冷器420液压连接。制冷器420包括各自的蒸发器420A和冷凝器420B。每个干式冷却器410包括水歧管(manifold)450A、450B，使得每个干式冷却器410可以液压连接到另一个干式冷却器410，以形成组合的一对歧管450A或450B。歧管450A、450B使得每个干式冷却器410一旦被安装，当如图4所示布置时，能够与每个其他干式冷却器410串联地液压连接。歧管450A、450B包括干式冷却器410上的水接口，其与开关和泵送模块430上的水接口相同，该水接口在开关和泵送模块430与干式冷却器模块的水接口之间提供液压连接。应当理解，歧管450A、450B共同代表干式冷却器510之间的水歧管以及干式冷却器510之间的电力和信号接口。除了干式冷却器410上的水接口与开关和泵送模块430上的水接口相同(该水接口在开关和泵送模块430与干式冷却器模块410的水接口之间提供液压连接)之外，干式冷却器410之间的电力和信号接口与开关和泵送模块430上的电力和信号接口相同，该电力和信号接口在开关和泵送模块430与干式冷却器410之间提供电力和信号通信。
相同的布置也用于水制冷器420，唯一的区别在于针对每个制冷器420创建两对歧管460A、460B，一对用于冷水侧，并且另一对用于温水侧。应当理解，歧管460A、460B共同代表水制冷器420之间的水歧管以及水制冷器420之间的电力和信号接口。除了水制冷器420上的水接口与开关和泵送模块430上的水接口相同(该水接口在开关和泵送模块430与水制冷器420的水接口之间提供液压连接)之外，水制冷器420之间的电力和信号接口与开关和泵送模块430上的电力和信号接口相同，该电力和信号接口在开关和泵送模块430与水制冷器420之间提供电力和信号通信。调节元件(在本文中称为终端连接器470)被设置在蒸发器420A的歧管的端部处和冷凝器420B的歧管的端部处。终端连接器470的作用是保持通过每个制冷器420的水流恒定，即使制冷器420被添加到系统中或从系统中移除。每个终端连接器470包含调节阀，该调节阀控制终端连接器470的液体接口480之间的压差，以保持通过冷凝器420B和蒸发器420A的设定压差。
在运行中，当外部环境温度足够冷时，可以仅利用干式冷却器410来实现数据中心440的冷却。图5示出了仅节能模式下的运行，当外部环境温度足够冷时，使用该模式来仅利用干式冷却器410将冷却系统的冷却回路中的水冷却到水设定点。在仅节能模式下，操作阀V1和V2打开，而操作阀V3关闭。在图5以及随后的图6和图7中，粗线指示在所示运行模式下水流经的导管。
图6示出了系统400在混合模式下的运行，即，当外部空气对于干式冷却器410来说不是很冷以将冷却系统的冷却回路中的水冷却到设定点，但是它足够冷以将水从入口水温(数据中心中离开冷却单元的水的温度)冷却到入口温度和设定温度之间的中间水温时。在混合运行模式下，阀V1、V2和V3中的每一个均打开。制冷器420的蒸发器420A将冷却系统的冷却回路中的水从中间温度冷却到设定点。
图7示出了全机械模式下的运行，当环境空气比从数据中心440的冷却单元输出的冷却水的温度更热时，可以使用该模式。只有制冷器420提供冷却，并且干式冷却器410用于将冷凝热排到周围空气。在全机械模式下，制冷器420的蒸发器420A提供冷却系统的冷却回路中的水的整体冷却，并且干式冷却器410用于将制冷器420的冷凝器420B中生成的热排放到环境中。
在节能器模式下，通过冷水歧管450A和温水歧管450B(图5)的水流相同并等于标称(nominal)水流。相反，在机械模式下，通过制冷器冷凝器420B和干式冷却器410之间的温水歧管(图6中的450A、460A)的水的流速较高，以将冷凝温度限制在压缩机允许的极限之下。因此，在混合模式下，当制冷器420提供的冷却的部分随着外部环境温度相对于入口水温的增加而逐渐增加时，通过干式冷却器410和冷凝器420B的水流从节能器模式的标称水流逐渐增加。
可以利用一种算法来执行泵P的速度调节，在该算法中，PID(比例积分微分)控制回路改变泵的速度以达到预设的冷凝温度，预设的冷凝温度又是中间温度的线性函数。
图12示出了第二实施例，其中液压开关模块包括入口歧管上的阀Z1和旁通(by-pass)管线Z2。
在FC运行中(图13)，旁通阀Z1打开，以防止水通过冷凝器。这允许水管线上的更少压降，获得改进的节能。
在混合模式(图14)中和在机械冷却模式(图15)中，旁通管线的阀Z1关闭，且系统如前所述工作。
本文公开的数据中心冷却系统的各方面和实施例允许几个模块的不同设置，以更好地适应可用空间，而不丧失具有标准化接口的优势，并因此在不添加其他基础设施的情况下添加模块。例如，图8示出了数据中心冷却系统800的一个实施例，其包括两组并联布置的两个串联连接的干式冷却器模块410和串联布置的三个制冷器模块420。图9示出了数据中心冷却系统900的另一个实施例，其包括并联布置的四个干式冷却器模块410和并联布置的三个制冷器模块420。图10示出了数据中心冷却系统900的另一个实施例，其包括串联布置的四个干式冷却器模块410和串联布置的三个制冷器模块420。
图11示出了所公开的数据中心冷却系统的方面和实施例的主要块，该数据中心冷却系统包括干式冷却器模块410、制冷器模块420以及开关和泵送模块430。开关和泵送模块430与干式冷却器410之间以及开关和泵送模块430与制冷器420之间的标准化的水、电力和信号连接分别用1110和1120表示。在开关和泵送模块430上以1130和1140指示用于连接到数据中心中的冷却单元的温水和冷水连接。
对于较小的冷却能力系统，将开关/泵送模块集成更为经济方便，且可以在一个单一结构中构建制冷器。在这种情况下，这种开关/泵送模块/制冷器和干式冷却器之间存在标准化的水、电力和信号接口。
如上所述，冷却系统可以最初仅配置有足以在初始调试时为数据中心的热负荷提供足够冷却的干式冷却器模块410和制冷器模块420的数量。随着额外的设备(例如，额外的服务器或其他计算机设备)被添加到数据中心，额外的干式冷却器模块410和/或制冷器模块420可以被添加到冷却系统，以提供增加的冷却能力来满足数据中心增加的热负荷。
可以提供本地控制和监控系统510来监控数据中心440的热负荷和冷却系统400的冷却能力，并且可以向运营商提供何时应当安装额外的冷却能力以及是否应当添加一个或更多个额外的干式冷却器模块410和/或一个或更多个额外的制冷器模块420的指示。控制和监控系统510可以被提供有在数据中心440中计划的安装设备的时间表，并且可以向运营商提供何时应当安装额外的冷却模块的预测和/或用于采购并安装该模块的时间表。在一些实施例中，控制和监控系统510可以被编程为当其基于数据中心440的预测的热负荷来确定应当提供额外冷却模块时，自动生成采购订单。
在进一步的实施例中，本地控制和监控系统510可以与集中式管理系统520通信(图16)。集中式管理系统520可以从多个数据中心安装中收集数据，并且协调冷却模块的采购和/或指导将新期望的计算机设备的安装到具有过量的冷却能力的数据中心，以便当另一个数据中心可以容纳与新计算机设备相关联的额外热负荷而不需要额外冷却能力时，减少对于在一个数据中心处采购额外冷却能力的需要。集中式管理系统520还可以包括计算机系统，以例如基于计算机设备安装的时间表来预测何时以及何种类型的附加冷却模块应当被采购并被安装在受监控的不同数据中心安装处，并且当确定应当提供附加冷却模块时可以自动生成附加冷却模块的采购订单。
在一些实施例中，在较冷的天气期间，安装的干式冷却器模块410和制冷器模块420的冷却能力可能高于在较暖天气期间的冷却能力，并且仅安装的干式冷却器模块410和制冷器模块420的子集就可能足以冷却数据中心。可以作为控制和监控系统510的一部分而被包括的控制器可以被包括在开关和泵送模块430中，或者被包括在主(master)干式冷却器模块410或主制冷器模块420中，该主冷却器模块410或主制冷器模块420可以控制安装在单独的干式冷却器模块410和制冷器模块420中的本地控制器，以基于数据中心的冷却负荷和环境温度来打开或关闭每个单独的干式冷却器模块410或制冷器模块420。控制和监控系统510可以包括位于冷却系统300和/或数据中心440内不同位置处的干球(dry bulb)和湿球(wet bulb)环境空气温度传感器和水温传感器，以提供温度输入数据，用于确定在给定时间处应当运行多少和哪些干式冷却器模块410和制冷器模块420。
在图17A和图17B的流程图中示出了控制器可以确定并控制哪些干式冷却器模块410和制冷器模块420正在运行的方法。在动作605中，在由系统的干球温度计测量的干球环境空气温度Tbs和由系统的湿球温度计测量的湿球环境空气温度Tbu之间进行比较。如果干球温度比湿球温度高至少五摄氏度，这表明环境空气足够干燥(不太潮湿)，从而可以有效地利用绝热冷却(用于通过蒸发水来冷却制冷剂或水流经的热交换器盘管的空气的预冷过程)。如果环境空气足够干燥，从而可以有效地利用绝热冷却，则流程图前进到图17B中的动作705。
如果确定不应当利用绝热冷却，则该方法进行到动作620，在动作620中，将冷却系统的入口处的水温(TiH2O)与干球环境空气温度进行比较。如果冷却系统的入口处的水温之差比干球环境空气温度高至少三摄氏度，则该方法进行到动作625，在动作625中，检查数据中心的入口处的冷却水的温度，以确定其是否足够冷，例如，是否处于或低于冷却水温度设定点。如果冷却水处于或低于冷却水温度设定点，则冷却系统不需要使用制冷器模块420(DX关闭)，并且仅在自由冷却模式下运行(动作635)，在该模式下，干式冷却器模块410的风扇根据需要进行调节，例如，使用比例积分微分(PID)控制器来将数据中心的入口处的冷却水保持在处于或低于冷却水温度设定点(动作630)。
如果在动作625中确定数据中心的入口处的冷却水的温度高于冷却水温度设定点，则冷却系统以混合模式运行，在该模式中，干式冷却器模块410以最大额定风扇速度运行且一个或更多个制冷器模块420也被启用(动作650)。干式冷却器模块410的风扇例如基于冷凝温度由PID控制器控制，该冷凝温度是在制冷器模块420的冷凝器420B中发生压缩蒸汽从气体液化为液体时的温度(动作640)，或者在其他实施例中，设定为它们的最大额定速度(rated speed)，并且制冷器模块420的压缩机例如基于进入数据中心的冷却水的温度由PID控制器控制(动作645)。在一些实施例中，一次启动一个制冷器模块420，直到数据中心的入口处的冷却水的温度达到冷却水温度设定点。如果数据中心的入口处的冷却水的温度下降到低于冷却水温度设定点在设定点值下面的某个预定值，则一个或更多个制冷器模块420可以被停用，直到数据中心的入口处的冷却水上升到冷却水温度设定点。
如果在动作620中，确定冷却系统的入口处的水温之间的差并没有比干球环境空气温度高至少三摄氏度，则冷却系统利用制冷器模块420而不是干式冷却器模块410以全机械模式运行(动作665)。干式冷却器模块410的风扇例如基于冷凝温度由PID控制器控制(动作655)，或者在其他实施例中，设定为它们的最大额定速度，并且制冷器模块420的压缩机的风扇例如基于进入数据中心的冷却水的温度由PID控制器控制(动作660)。在一些实施例中，一次启动一个制冷器模块420，直到数据中心的入口处的冷却水的温度达到冷却水温度设定点。如果数据中心的入口处的冷却水的温度下降到低于冷却水温度设定点例如大约三摄氏度，则一个或更多个制冷器模块420可以被停用，直到数据中心的入口处的冷却水上升到冷却水温度设定点。
如果在动作610中确定应当利用绝热冷却，则该方法进行到图17B中的动作705，在动作705中，将冷却系统的入口处的水温与湿球环境空气温度进行比较。如果冷却系统的入口处的水温之差比湿球环境空气温度高至少三摄氏度，则该方法进行到动作710，在动作710中，检查数据中心的入口处的冷却水的温度，以确定其是否足够冷，例如，是否处于或低于冷却水温度设定点。如果冷却水处于或低于冷却水温度设定点，则冷却系统不需要使用制冷器模块420，并且在具有额外的绝热冷却的自由冷却模式下运行(动作720)，在该模式下，干式冷却器模块410的风扇根据需要进行调节，例如，使用比例积分微分(PID)控制器来将数据中心的入口处的冷却水保持在处于或低于冷却水温度设定点(动作715)。制冷器模块420没有被利用。
如果在动作710中确定数据中心的入口处的冷却水的温度高于冷却水温度设定点，则冷却系统以混合模式运行，在该模式中，干式冷却器模块410以最大额定风扇速度运行且一个或更多个制冷器模块420也被启用并且使用了绝热冷却(动作735)。干式冷却器模块410的风扇例如基于冷凝温度由PID控制器控制(动作725)，或者在其他实施例中，设定为它们的最大额定速度，并且制冷器模块420的压缩机例如基于进入数据中心的冷却水的温度由PID控制器控制(动作730)。在一些实施例中，一次启动一个制冷器模块420，直到数据中心的入口处的冷却水的温度达到冷却水温度设定点。如果数据中心的入口处的冷却水的温度下降到低于冷却水温度设定点在设定点值下面的预定值，则一个或更多个制冷器模块420可以被停用，直到数据中心的入口处的冷却水上升到冷却水温度设定点。
如果在动作705中，确定冷却系统的入口处的水温之间的差并没有比湿球环境空气温度高至少三摄氏度，则冷却系统利用制冷器模块420而不是干式冷却器模块410以全机械模式运行(动作755)。干式冷却器模块410的风扇例如基于冷凝温度由PID控制器控制(动作745)，或者在其他实施例中，设定为它们的最大额定速度，并且制冷器模块420的压缩机的风扇例如基于进入数据中心的冷却水的温度由PID控制器控制(动作750)。在一些实施例中，一次启动一个制冷器模块420，直到数据中心的入口处的冷却水的温度达到冷却水温度设定点。如果数据中心的入口处的冷却水的温度下降到低于冷却水温度设定点在设定点值下面的预定值，则一个或更多个制冷器模块420可以被停用，直到数据中心的入口处的冷却水上升到冷却水温度设定点。
在这样描述了本发明的至少一个实施例的几个方面后，将认识到，本领域的技术人员将容易想到各种改变、修改和改进。任何实施例中描述的任何特征可以被包括在任何其他实施例的任何特征中或者替代任何其他实施例的任何特征。这样的改变、修改和改进被认为是本公开的一部分，并且被认为是落入本发明的范围内。因此，前述描述和附图仅仅是示例性的。
Claims (20)
1.一种模块化制冷器系统，包括：
开关和泵送模块；
一个或更多个干式冷却器模块；以及
一个或更多个制冷器模块，
所述开关和泵送模块、所述一个或更多个干式冷却器模块、以及所述一个或更多个制冷器模块共享相同的水接口、电力接口和信号接口，通过添加干式冷却器模块或制冷器模块而无需额外的液压和电气基础设施，提供所述模块化制冷器系统的冷却能力的增加。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括流体导管，所述流体导管被配置且布置成将热水从所述一个或更多个制冷器模块的一个或更多个冷凝器引导至所述一个或更多个干式冷却器模块。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述一个或更多个干式冷却器模块被配置成将热量从所述热水释放到大气。
4.根据权利要求1所述的系统，被配置成在仅节能器模式、混合模式以及全机械模式下运行，在所述仅节能器模式中，所述一个或更多个干式冷却器模块被用于冷却流过所述系统的冷却水，并且所述一个或更多个制冷器模块未被使用；在所述混合模式中，所述一个或更多个干式冷却器模块和所述一个或更多个制冷器模块都被用于冷却流过所述系统的冷却水，在所述全机械模式中，所述一个或更多个制冷器模块被用于冷却流经所述系统的冷却水，在所述仅节能器模式、所述混合模式和所述全机械模式中的每一种模式下，所述冷却水流过所述一个或更多个干式冷却器模块和所述一个或更多个制冷器模块二者。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述开关和泵送模块包括水接口，所述水接口提供到所述一个或更多个干式冷却器模块的第一组水接口的液压连接，所述开关和泵送模块的所述水接口与所述一个或更多个干式冷却器模块的第二组水接口相同。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述开关和泵送模块包括电力接口，所述电力接口提供到所述一个或更多个干式冷却器模块的第一电力接口的电气连接，所述开关和泵送模块的所述电力接口与所述一个或更多个干式冷却器模块的第二电力接口相同。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述开关和泵送模块包括信号接口，所述信号接口提供与所述一个或更多个干式冷却器模块的第一信号接口的电气通信，所述开关和泵送模块的所述信号接口与所述一个或更多个干式冷却器模块的第二信号接口相同。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述开关和泵送模块包括水接口，所述水接口提供到所述一个或更多个制冷器模块的第一组水接口的液压连接，所述开关和泵送模块的所述水接口与所述一个或更多个制冷器模块的第二组水接口相同。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述开关和泵送模块包括电力接口，所述电力接口提供到所述一个或更多个制冷器模块的第一电力接口的电气连接，所述开关和泵送模块的所述电力接口与所述一个或更多个制冷器模块的第二电力接口相同。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述开关和泵送模块包括信号接口，所述信号接口提供与所述一个或更多个制冷器模块的第一信号接口的电气通信，所述开关和泵送模块的所述信号接口与所述一个或更多个制冷器模块的第二信号接口相同。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或更多个制冷器模块包括第一组水接口和第二组水接口，所述第一组水接口提供到所述开关和泵送模块的液压连接，所述第二组水接口提供所述一个或更多个制冷器模块和终端连接器单元之间的液压连接，所述终端连接器单元包括调节阀，所述调节阀被配置为控制所述终端连接器单元的收集器之间的压差，并保持通过所述一个或更多个制冷器模块的冷凝器和蒸发器之一的设定压差。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述终端连接器单元液压连接到所述一个或更多个制冷器模块。
13.根据权利要求1所述的系统，包括经过所述一个或更多个干式冷却器模块和所述一个或更多个制冷器模块中的每一个的冷却水回路。
14.根据权利要求1所述的系统，其中，所述开关和泵送模块控制到所述一个或更多个干式冷却器模块和所述一个或更多个制冷器模块的水的流动。
15.一种组装用于数据中心的模块化制冷器系统的方法，所述方法包括：
将所述数据中心中的冷却单元的冷水入口和温水出口液压连接到开关和泵送模块的第一组水连接件；
将所述开关和泵送模块的第二组水连接件液压连接到第一制冷器单元的第一组水连接件；以及
将所述第一制冷器单元的第二组水连接件液压连接到第二制冷器单元的第一组水连接件，所述第一制冷器单元的所述第二组水连接件与所述开关和泵送模块的所述第二组水连接件相同。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括：
将所述开关和泵送模块的第三组水连接件液压连接到第一干式冷却器模块的第一组水连接件；以及
将所述第一干式冷却器模块的第二组水连接件液压连接到第二干式冷却器模块的第一组水连接件，所述第一干式冷却器模块的所述第二组水连接件与所述开关和泵送模块的所述第三组水连接件相同。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，将所述开关和泵送模块的所述第三组水连接件液压连接到所述第一干式冷却器模块的所述第一组水连接件包括创建水回路，所述水回路使相同的水流过所述开关和泵送模块以及所述制冷器单元和干式冷却器模块中的每一个。
18.根据权利要求15所述的方法，还包括：
将所述开关和泵送模块的电气接口电连接到所述第一制冷器单元的第一电气接口；以及
将所述第一制冷器单元的第二电气接口电连接到所述第二制冷器的第一电气接口，所述第一制冷器单元的所述第二电气接口与所述开关和泵送模块的所述电气接口相同。
19.根据权利要求15所述的方法，还包括：
将所述开关和泵送模块的电气接口电连接到所述第一干式冷却器模块的第一电气接口；以及
将所述第一干式冷却器模块的第二电气接口电连接到所述第二干式冷却器模块的第一电气接口，所述第一干式冷却器模块的所述第二电气接口与所述开关和泵送模块的所述电气接口相同。
20.根据权利要求15所述的方法，还包括将终端连接器单元的流体接口液压连接到所述第二制冷器单元的第二组水连接件，所述终端连接器单元包括调节阀，所述调节阀被配置为控制所述终端连接器单元的流体接口之间的压差，并保持通过所述第一制冷器模块和所述第二制冷器模块的冷凝器和蒸发器之一的设定压差。
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