DE112010003211T5

DE112010003211T5 - Modulares Datenzentrum

Info

Publication number: DE112010003211T5
Application number: DE112010003211T
Authority: DE
Inventors: Matthew Daniel Neumann; Michael Timothy Rau
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Enterprise Development LP
Priority date: 2010-03-22
Filing date: 2010-03-22
Publication date: 2012-07-26
Anticipated expiration: 2030-03-23
Also published as: CN102804945B; GB2485096B; GB201202063D0; DE112010003211B4; GB2485096A; US20130044426A1; CN102804945A; US8854809B2; WO2011119143A1

Abstract

Ein Datenzentrum umfasst eine modulare Gebäudestruktur, die eine Umhüllung mit einer Unterseite bildet. Ein externes Tragesystem erstreckt sich von der modularen Gebäudestruktur. Eine Reihe von Wärmesenken sind jeweils konfiguriert, um sich von einem Inneren zu einem Äußeren der Umhüllung zu erstrecken, und stehen unter der Unterseite der modularen Gebäudestruktur in ein Fluid vor. Elektronische Komponenten und Vorrichtungen sind in der Umhüllung untergebracht.

Description

Hintergund
Ein typisches Datenzentrum umfasst zahlreiche Computersysteme, die zusammen während des Betriebs beträchtliche Wärme erzeugen. Diese erzeugte Wärme ist unerwünscht, da Prozessoren in dem Computersystem typischerweise bei geringeren Temperaturen effizienter arbeiten und eine geringere Ausfallrate haben. Datenzentren können massive Kühlsysteme verwenden, um den korrekten Betriebstemperaturbereich der serverbezogenen Ausrüstung beizubehalten. Diese Kühlsysteme sind typischerweise sehr aufwendig und umfassen große Mengen an Infrastruktur. Bisherige Kühllösungen umfassen schwimmende Datenzentren und Geschlossene-Schleife-Fluidkühlungssysteme. Außerdem haben bisherige modulare Datenzentren herkömmliche Klimaanlagensysteme verwendet.
Aus diesen und anderen Gründen besteht ein Bedarf an der vorliegenden Erfindung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die beiliegenden Zeichnungen sind enthalten, um ein besseres Verständnis von Ausführungsbeispielen bereitzustellen, und sind in dieser Beschreibung enthalten und bilden einen Teil derselben. Die Zeichnungen stellen Ausführungsbeispiele dar und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, Prinzipien der Ausführungsbeispiele zu erklären. Andere Ausführungsbeispiele und viele der beabsichtigten Vorteile von Ausführungsbeispielen werden ohne weiteres offensichtlich, wenn sie durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung klarer werden. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht zueinander. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen entsprechende ähnliche Teile.
1 ist eine Profilansicht eines modularen Datenzentrums gemäß einem Ausführungsbeispiel.
2 ist eine Querschnittsansicht des Ausführungsbeispiels des modularen Datenzentrums von 1 entlang der Linien 2-2.
3 ist eine Querschnittsansicht des Ausführungsbeispiels des modularen Datenzentrums von 1 entlang der Linien 3-3.
4 ist eine Unteransicht des Ausführungsbeispiels des modularen Datenzentrums von 1.
5 ist eine Profilansicht eines Ausführungsbeispiels eines modularen Datenzentrums, das in ein Fluid getaucht ist.
Detaillierte Beschreibung
In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil derselben bilden, und in denen spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, wie die Erfindung praktiziert werden kann. Diesbezüglich wird mit Bezugnahme auf die Ausrichtung der beschriebenen Figuren Richtungsterminologie, wie z. B. „oben”, „unten”, „vorne”, „hinten”, „vordere”, „hintere” usw. verwendet. Da Komponenten von Ausführungsbeispielen in einer Anzahl unterschiedlicher Ausrichtungen positioniert sein können, wird die Richtungsterminologie zu Darstellungszwecken verwendet und ist auf keine Weise begrenzend. Es ist klar, dass andere Ausführungsbeispiele verwendet werden können und strukturelle oder logische Änderungen durchgeführt werden können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende detaillierte Beschreibung ist daher nicht in einem begrenzenden Sinne zu sehen und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ist durch die angehängten Ansprüche definiert.
Es ist klar, dass die Merkmale der verschiedenen beispielhaften Ausführungsbeispiele, die hierin beschrieben sind, miteinander kombiniert werden können, es sei denn, dies ist speziell anders angemerkt.
1 ist eine Profilansicht eines Ausführungsbeispiels eines modularen Datenzentrums 100, Das modulare Datenzentrum 100 umfasst eine modulare Gebäudestruktur 102, ein Tragesystem 104 und Wärmesenken 106. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die modulare Gebäudestruktur 102 eine Gehäuseumhüllung 108, die um einen Strukturrahmen 110 herum aufgebaut ist. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Gehäuseumhüllung 108 Wellblech und der Strukturrahmen 110 umfasst Baustahl, obwohl andere geeignete Materialien (z. B. Aluminium) sowie andere geeignete Bauzusammensetzungen verwendet werden können. Die modulare Gebäudestruktur 102 umfasst eine Unterseite 112, an der Wärmesenken 106 befestigt sind. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Unterseite 112 Stahl, Glasfaser, Polyvinylchlorid (PVC) oder ein anderes geeignetes Material.
Die modulare Gebäudestruktur 102 bildet eine Umhüllung, die Ausrüstung 120 aufnimmt, die in 2 und 3 gezeigt ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die modulare Gebäudestruktur 102 eine modulare alleinstehende unabhängige Einheit. Bei einem beispielhaften Ausführungsbeispiel ist die modulare Gebäudestruktur 102 ein Standardfrachtcontainer. Die modulare Gebäudestruktur 102 ist abgemessen und konfiguriert, um elektronische Informationstechnologie-(IT-)Ausrüstung 120 ordnungsgemäß aufzunehmen und ist geeignet für die Umgebung(en), in der/denen das Datenzentrum 100 verwendet wird. Ausführungsbeispiele der modularen Gebäudestruktur 102 umfassen isolierte und nichtisolierte Strukturen.
Die modulare Gebäudestruktur 102 umfasst eine oder mehrere Türen 116, die Zugang für Personal und Ausrüstung bereitstellen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die modulare Gebäudestruktur 102 Transportlaschen 114, um Verladung, Platzierung und Entfernung des Datenzentrums 100 zu ermöglichen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das modulare Datenzentrum 100 verbindbar mit zusätzlichen modularen Datenzentren, wie z. B. durch Seite-an-Seite- oder Ende-an-Ende-Befestigung.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist die modulare Gebäudestruktur 102 wasser-/fluiddicht und geeignet, um zumindest teilweise untergetaucht zu werden. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Unterseite 112 der modularen Gebäudestruktur 102 wasserdicht und untertauchbar. Bei einem Ausführungsbeispiel sind Wärmesenken 106 in der Unterseite 112 angeordnet, wobei eine Rippenseite 118 nach außen vorsteht unter der Unterseite 112. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Wärmesenken 106 abdichtbar in der Unterseite 112 und behalten eine fluiddichte Anordnung 113 bei, die die Wärmesenken 106 und eine Unterseite 112 umfasst. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Wärmesenken 106 geeignet, um in Wasser oder ein anderes geeignetes Kühlfluid untergetaucht zu werden. Wärmesenken 106 umfassen ein geeignetes wärmeleitendes und korrosionsbeständiges Material.
2 und 3 stellen Querschnittsansichten des modularen Datenzentrums 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel von 1 bereit. Wie es dargestellt ist, bringt die modulare Gebäudestruktur 102 verschiedene Typen von elektronischer IT-Ausrüstung 120 unter, wie z. B. Computerserver, andere Computersysteme, Netzbereichspeichervorrichtungen, Datenkommunikationsrouter und -schalter, die elektronische Unterstützungsausrüstung, um dieselben betriebsfähig zu machen (z. B. elektrische Schalttafeln und andere elektronische Ausrüstung). Bei einem Ausführungsbeispiel ist die elektronische IT-Ausrüstung gestellbefestigt, obwohl andere geeignete Befestigungen, wie z. B. Schrank-Befestigung, ebenfalls verwendet werden kann. Die modulare Gebäudestruktur 102 ist konfiguriert, um eine sichere und stabile Umgebung bereitzustellen, in der elektronische IT-Ausrüstung 120 arbeiten kann.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Tragesystem 104 des modularen Datenzentrums 100 fest an der modularen Gebäudestruktur 102 befestigt. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist das Tragesystem 104 entfernbar für Verladung und/oder austauschbaren Ersatz. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Tragesystem 104 zumindest einen Fuß oder Schenkel, der unter der Unterseite 112 vorsteht, der geeignet ist, um das Datenzentrum 100 auf einer darunterliegenden Bodenstruktur zu stützen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der zumindest eine Fuß des Tragesystems 104 einstellbar und zu einem gewünschten Abstand, angezeigt durch die Pfeile 121, von der Unterseite 112 ausfahrbar, um dadurch die modulare Gebäudestruktur 102 in einer gewünschten Höhe über der Barunterliegenden Bodenstruktur zu halten. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der zumindest eine Fuß des Tragesystems 104 zu einem vorbestimmten Abstand, angezeigt durch Pfeile 121, von der Unterseite 112 ausgefahren, um dadurch die modulare Gebäudestruktur 102 in einer vorbestimmten Höhe beizubehalten.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Tragesystem 104 röhrenförmige, winkelförmige oder I-förmige Bauglieder und Basisplatten für Lastverteilung und Stabilität. Bei den Ausführungsbeispielen ist das Tragesystem 104 ein Kabelsystem, ein schwimmfähiges Schwimm-System oder ein anderes geeignetes System. Das Tragesystem 104 ist ein externes Tragesystem für das modulare Datenzentrum 100, sodass Wärmesenken 106, die sich unter der Unterseite 112 erstrecken, das modulare Datenzentrum 100 nicht strukturell stützen. Außerdem ist das Tragesystem 104 bei einem Ausführungsbeispiel aus Materialien gebildet, die korrosionsbeständig sind (z. B. rostfreier Stahl oder verzinkter Stahl) oder umfassen eine korrosionsbeständige Beschichtung (z. B. Kunststoffmembran).
4 ist eine Unteransicht eines modularen Datenzentrums 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel von 1. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Wärmesenken 106 in einer Reihe entlang einer Länge angeordnet, die durch die Pfeile 123 der Unterseite 112 angezeigt ist. Bei einem Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Wärmesenken 106 um eine Breite, angezeigt durch die Pfeile 125, des modularen Datenzentrums 100 und sind in einer parallelen Reihe installiert. Bei einem darstellenden geeigneten beispielhaften Ausführungsbeispiel weist das modulare Datenzentrum 100 eine Reihe von 33 Wärmesenken 106 auf, wobei jede 84 Zoll breit mal 10% Zoll tief mal 12 Zoll hoch ist. Bei einem Ausführungsbeispiel umfassen die Wärmesenken 106 gerade Rippen 119 auf der Rippenseite 118. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Wärmesenken 106 entlang der Unterseite 112 versetzt angeordnet. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Wärmesenken 106 entfernbar und austauschbar. Ausgewählte Wärmesenken 106 sind in 4 nicht dargestellt, um Rahmenbauglieder 124 darzustellen. Rahmenbauglieder 124 (z. B. Winkel, Kanäle oder Schienen) sind in der Unterseite 112 konfiguriert und liefern Unterstützung für die Wärmesenken 106. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Wärmesenken 106 in der Unterseite 112 abdichtbar unter Verwendung von Dichtungen, Haftmitteln, Schweißungen, Bolzen, Klemmmechanismen oder anderen geeigneten Vorrichtungen. Ausführungsbeispiele der Wärmesenken 106 sind aus Kupfer, Aluminium, Aluminiumlegierung oder einem anderen geeigneten wärmeleitenden und korrosionsbeständigen Material gebildet.
Mit Bezugnahme auf 2 und 3 bildet bei einem Ausführungsbeispiel eine obere Oberfläche 122 der Wärmesenken 106 zusammen eine flache Oberfläche, die eine Bodenanordnung 129 in einem Inneren 130 des modularen Datenzentrums 100 bildet. Bei einem Ausführungsbeispiel bildet die obere Oberfläche 122 der Wärmesenken 106 zusammen eine Kühlplatte 131, um Wärme zu absorbieren, die durch die verschiedenen wärmeerzeugenden elektronischen IT-Komponenten 120 auf der Innenseite 130 des modularen Datenzentrums 100 erzeugt wurde. Bei einem Ausführungsbeispiel ist eine getrennte interne Kühlplatte thermisch gekoppelt mit Wärmesenken 106. Bei einem Ausführungsbeispiel sind Gestellebenenkühllösungen mit der Kühlplatte 131 verbunden, um Gestellebenenkühlung bereitzustellen. Wärmesenken 106 erstrecken sich von einer Innenseite 130 zu einer Außenseite 132 des modularen Datenzentrums 100, Wärmesenken 106 erstrecken sich bei einem Ausführungsbeispiel unter der Unterseite 112 nach außen 132 um eine Tiefe, angezeigt durch die Pfeile 140, die geringer ist als die Höhe des externen Tragesystems 104, angezeigt durch die Pfeile 121.
5 ist eine Profilansicht eines Ausführungsbeispiels eines modularen Datenzentrums 100. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Tragesystem 104 geeignet zum Beibehalten des Datenzentrums 100 bei einer vorbestimmten untergetauchten Tiefe, angezeigt durch die Pfeile 140, in einem Fluidkörper 150, wie z. B. einem Wasserstrom oder einem Becken. Bei einem Ausführungsbeispiel stellt das Tragesystem 104 einstellbare Stütze bereit, um das Datenzentrum 100 bei einer gewünschten untergetauchten Tiefe zu halten, die durch die Pfeile 140 angezeigt ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Rippenseite 118 der Wärmesenken 106 zumindest teilweise in den Fluidkörper 150 untergetaucht. Bei einem Ausführungsbeispiel fließt der Fluidkörper 150 neben und unter dem modularen Datenzentrum 100. Während der Fluidkörper 150 durch die Rippen 119 auf der Rippenseite 118 der Wärmesenken 106 fließt, tritt Wärmeübertragung auf von den Wärmesenken 106 zu dem Fluidkörper 150. Bei einem darstellenden geeigneten beispielhaften Ausführungsbeispiel stellt jede Wärmesenke 106 10 kW Wärmeübertragung bereit bei fließendem Wasser mit einer Flussrate von 3 mph bei 18°Celsius und einer resultierenden Temperatur der Kühlplatte 131, die 21,4°Celsius erreicht. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Temperaturanstieg des fließendes Fluids (z. B. Wasser) minimal, um Umweltauswirkungen zu begrenzen.
Das modulare Datenzentrum 100 kann in einem Fluidkörper 150, wie z. B. einem Wasserstrom oder -becken, verwendet werden. Bei einem Ausführungsbeispiel wird der Fluidkörper 150 umgeleitet von einer künstlichen oder natürlichen Quelle, um unter dem modularen Datenzentrum 100 zu fließen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Datenzentrum 100 verwendbar in einem lokalen Beckensystem, in einer Kundeneinrichtung oder in einem künstlichen Zufluss, der nahe einem Fluss gebildet wird, wobei der Fluidpegel bei einem gesteuerten Pegel beibehalten wird. Ein Aquädukt ist beispielsweise ein geeigneter Fluidkörper 150 und stellt eine geeignete Umgebung für die Verwendung des modularen Datenzentrums 100 bereit. Das teilweise untergetauchte modulare Datenzentrum 100 kann einen natürlichen oder künstlichen Fluidfluss durch die Reihe von Wärmesenken 106 verwenden, die in der Unterseite 112 angeordnet sind.
Bei einem Ausführungsbeispiel liefern Wärmesenken 106, wie sie angeordnet sind, eine interne Kühlplatte zum Kühlen elektronischer IT-Ausrüstung 120, wie z. B. interner Computersysteme. Die wärmeerzeugenden Komponenten elektronischer IT-Ausrüstung 120, die in dem modularen Datenzentrum 100 untergebracht ist, sind mit dem Fluidkörper 150 über Wärmesenken 106 thermisch verbunden, um Wärme von den wärmeerzeugenden Komponenten während des Betriebs zu dem Fluidkörper 150 zu übertragen. Wärmesenken 106 absorbieren und dissipieren Wärme von der elektronischen IT-Ausrüstung 120 durch direkten thermischen Kontakt oder strahlenden thermischen Kontakt. Wärme wird durch die Wärmesenken 106 übertragen, die in den Fluidkörper 150 eingetaucht sind. Auf diese Weise wird Wärme in die angrenzende Umgebung dissipiert, insbesondere den Fluidkörper 150, während derselbe entlang den Wärmesenken 106 fließt.
Obwohl hierin spezifische Ausführungsbeispiele dargestellt und beschrieben wurden, ist es für Durchschnittsfachleute auf diesem Gebiet klar, dass eine Vielzahl alternativer und/oder äquivalenter Implementierungen für die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele eingesetzt werden kann, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung soll alle Anpassungen und Variationen der hierin erörterten spezifischen Ausführungsbeispiele abdecken. Daher ist diese Erfindung nur durch die Ansprüche und Äquivalente derselben begrenzt.

Claims

Ein modulares Datenzentrum, das folgende Merkmale aufweist: eine modulare Gebäudestruktur, die eine Umhüllung bildet, die eine Unterseite umfasst; ein externes Tragesystem, das sich von der modularen Gebäudestruktur erstreckt; eine Reihe von Wärmesenken, wobei jede Wärmesenke konfiguriert ist, um sich von einer Innenseite zu einer Außenseite der Umhüllung zu erstrecken und unter der Unterseite der modularen Gebäudestruktur in ein Fluid vorzustehen; und elektronische Ausrüstung, die in der Umhüllung untergebracht ist.
Das Datenzentrum gemäß Anspruch 1, bei dem die Reihe von Wärmesenken eine Bodenanordnung der modularen Gebäudestruktur bildet.
Das Datenzentrum gemäß Anspruch 1, bei dem das externe Tragesystem zumindest einen Fuß umfasst, der sich um einen vorbestimmten Abstand von der Unterseite der modularen Gebäudestruktur erstreckt.
Das Datenzentrum gemäß Anspruch 1, bei dem das externe Tragesystem einstellbar ist.
Das Datenzentrum gemäß Anspruch 1, bei dem die modulare Gebäudestruktur Metall aufweist.
Das Datenzentrum gemäß Anspruch 1, das ferner folgendes Merkmal aufweist: eine Kühlplatte, die mit den Wärmesenken, die im Inneren der Umhüllung einen Boden bilden, thermisch gekoppelt ist.
Das Datenzentrum gemäß Anspruch 1, bei dem obere Oberflächen der Reihe von Wärmesenken im Inneren der Umhüllung zusammen eine Kühlplatte bilden.
Das Datenzentrum gemäß Anspruch 1, bei dem die modulare Gebäudestruktur zumindest teilweise untertauchbar ist.
Das Datenzentrum gemäß Anspruch 1, bei dem die Wärmesenken zumindest teilweise untertauchbar sind.
Das Datenzentrum gemäß Anspruch 1, bei dem ein Inneres der Umhüllung wasserdicht ist.
Ein modulares Datenzentrum, das folgende Merkmale aufweist: einen modularen Gehäusekörper, der eine externe strukturelle Stütze umfasst, die sich von einer Unterseite erstreckt; zumindest ein Rechensystem, das in dem modularen Gehäusekörper untergebracht ist; und einen Wärmesenkenboden, der sich von der Innenseite des modularen Gehäusekörpers zu der Außenseite des modularen Gehäusekörpers auf der Unterseite erstreckt, wobei die Unterseite des modularen Gehäusekörpers untertauchbar ist.
Das modulare Datenzentrum gemäß Anspruch 11, bei dem die externe strukturelle Stütze konfiguriert ist, um das modulare Datenzentrum innerhalb eines Fluidkörpers in einer vorbestimmten Höhe zu tragen.
Das modulare Datenzentrum gemäß Anspruch 11, bei dem die Unterseite wasserdicht ist.
Ein Verfahren zum Betreiben elektronischer Ausrüstung in einem Datenzentrum, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Umhüllen der elektronischen Ausrüstung in einem fluiddichten modularen Behälter; Erzeugen von Wärme mit der elektronischen Ausrüstung; Ausdehnen einer Wärmesenkenbodenanordnung von einer Innenseite des modularen Behälters zu einer Außenseite des modularen Behälters; zumindest teilweises Untertauchen der Wärmesenkenbodenanordnung in einem Fluidkörper; und Kühlen der elektronischen Ausrüstung durch Wärmeübertragung vom Inneren des modularen Behälters durch die Wärmesenkenbodenanordnung zu dem Fluidkörper.
Das Verfahren gemäß Anspruch 14, bei dem die Wärmesenkenbodenanordnung teilweise entfernbar ist.