JP2014509726A - 空間を節約する高密度モジュール型データポッドシステムおよびエネルギー効率の高い冷却システム - Google Patents
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Abstract
空間を節約する高密度モジュール型データポッドシステムおよびエネルギー効率の高い冷却システムを開示する。本モジュール型データポッドシステムは、中央フリークーリングシステムと、複数のモジュール型データポッドとを備え、各モジュール型データポッドは、中央フリークーリングシステムに結合された熱交換アセンブリと、熱交換アセンブリに結合された分散型機械的冷却システムとを備える。本モジュール型データポッドは、多角形状に配置された少なくとも5つの壁を有するデータ筐体と、円形またはU字型パターンに配置された複数のコンピュータラックと、ホットアイルおよびコールドアイルを形成するためのカバーと、ホットアイルとコールドアイルとの間に空気を連続的に循環させるように構成された空気循環器とを備える。各モジュール型データポッドは、隣接する共通の流体/電気回路部に接続して中央フリークーリングシステムに接続する共通の流体/電気回路を形成するように構成された共通の流体/電気回路部を含む補助筐体も備える。補助筐体は、中央フリークーリングシステムによって行われた冷却を調整するように構成されている分散型機械的冷却システムの少なくとも一部を含む。
【選択図】なし
【選択図】なし
Description
(関連出願の相互参照)
本出願は、2011年6月23日に出願された国際出願番号PCT/US2011/41710に関し、2011年3月2日に出願された米国仮特許出願第61/448,631号および2011年5月3日に出願された米国仮特許出願第61/482,070号の利益および優先権を主張するものである。
本出願は、2011年6月23日に出願された国際出願番号PCT/US2011/41710に関し、2011年3月2日に出願された米国仮特許出願第61/448,631号および2011年5月3日に出願された米国仮特許出願第61/482,070号の利益および優先権を主張するものである。
本開示は一般に、コンピューティングデータセンタに関する。より詳細には、本開示は、空間を節約する高密度モジュール型データポッドシステムおよびモジュール型データポッドシステムのためのエネルギー効率の高い冷却システムに関する。
従来より、大型のデータセンタは、それらの動作温度を維持するために、冷水システム、チラープラントおよび直接膨張冷却システムなどの必要以上に大きな大型の冷却インフラに依存している。高い初期資本、運用費および維持費などの、大型のデータセンタのための必要以上に大きな大型の冷却インフラに関連する多くの問題がある。例えば、従来のチラープラントは、1MWの電力消費能力を有する大型のデータセンタを支持するために約985kWのチラー能力を必要とし得る。さらに、従来のチラープラントは典型的に、データセンタ内のいくつかの選択された領域とは対照的に、データセンタ全体を冷却するように設計されている。その結果、従来のチラープラントは、冷却する必要のない領域に対してかなりのエネルギー量を費やしている。さらに、従来のチラープラントを実装するために使用される設計制約のうちの1つは、データセンタ全体の電力消費能力である。そのため、データセンタが負荷変動によりその電力消費能力で動作しない場合、従来のチラープラントの効率は著しく低下する。
従来の必要以上に大きな大型の冷却インフラよりもモジュール性が高い設計を有し、低い費用で、大型のデータセンタの選択された領域を冷却することができるいくつかの冷却システムが市場に出ている。例えば、空冷式「フリークーリング」システム(ストレート空冷式システムともいう)は、大型のデータセンタ内のサーバラックまたはサーバラックのコンテナを冷却するための媒体として周囲空気を使用する。但し、空冷式「フリークーリング」システムの欠点の1つは、涼しい乾燥気候環境でのみ動作するという点であり、それにより、その使用は世界の限られた地理的領域に制限されている。
断熱支援システムは、従来の必要以上に大きな大型の冷却用電気インフラに対抗する別の冷却システムである。断熱支援システムは、断熱水によって支援される冷却システムであり、空冷式「フリークーリング」システムよりも地理的適用範囲が広い。しかし、断熱支援システムは、ある種の冷却許容限界を有し、高密度データセンタ、例えば、1つのITラック当たり約40kWのITラック負荷を有するデータセンタに対して十分な冷却を行うことができない。
本開示のモジュール型データポッドシステムおよび関連する冷却システムの実施形態は、(1)データセンタの構築、配備および運用のための1キロワット(kW)当たりの費用が低く、(2)現場組み立て構築よりも配備が速く、(3)データセンタがサーバ技術の新しい技術的進歩に後れを取らないための再積み重ねおよび再配備がより容易であり、(4)拡張性があり、(5)最も高い電力使用効率(PUE)係数を得るために、非常に効率が高いシステムと互換性があり、(6)より高い密度性(すなわち、1平方フィート当たりのより大きなキロワット)を可能にする空間節約性とそれらの空間要求における効率性が高く、(7)スケーラビリティがあり、(8)機械的冷却における効率性が高く、(9)単一配備、大型屋内倉庫保管またはデータセンタファームなどの大きな屋外用途に対して多用途性があり、(10)ホットアイルおよびコールドアイルコンテインメントにおいてエネルギー効率が高く、(11)異なる種類の冷却システムのそれらの使用において柔軟性が高く、かつ(12)冗長性のためのデータセンタのティア(Tier)要求に応じるために修正可能であるという、従来のデータセンタおよびそれらの冷却システムに勝る大幅な改良および利点を提供する。
一態様では、本開示は、モジュール型データポッドを特徴とする。本モジュール型データポッドは、多角形状に各壁部材の少なくとも1つの縁部に沿って互いに隣接して接合された壁部材を含む筐体を備える。本モジュール型データポッドは、データポッドカバー部材も備える。本モジュール型データポッドは、壁部材の内面とコンピュータラックの第1の側面との間に第1の体積とコンピュータラックの第2の側面から形成された第2の体積とを形成するように筐体内に配置された複数のコンピュータラックも備える。本モジュール型データポッドは、第2の体積を封じ込めるように構成されたコンピュータラックカバー部材も備える。コンピュータラックカバー部材およびデータポッドカバー部材は、第1の体積と第2の体積とを結ぶ第3の体積を形成する。本モジュール型データポッドは、第1の体積、第2の体積および第3の体積を通して空気を連続的に循環させるように構成された空気循環器も備える。
いくつかの実施形態では、本モジュール型データポッドは、複数のサーバと、フリークーリング装置を備えた第1の冷却回路に結合するように構成された少なくとも1つの熱交換部材と、熱交換部材に結合され、かつ複数のサーバと熱連通している第2の冷却回路とを備える。第2の冷却回路は、機械的冷却装置を備える。
別の態様では、本開示は、複数のコンピュータラックの冷却方法を特徴とする。いくつかの実施形態では、複数のコンピュータラックの冷却方法は、筐体の壁部材と複数のコンピュータラックの第1の側面との間に第1の体積とコンピュータラックの第2の側面間に第2の体積を形成するように、多角形状を有する筐体内に複数のコンピュータラックを配置する工程と、第2の体積を封じ込めて第1の体積と第2の体積とを結ぶ第3の体積を形成する工程と、第3の体積およびコンピュータラックを介して第1の体積と第2の体積との間に空気を循環させる工程とを含む。
さらに別の態様では、本開示は、モジュール型データセンタを特徴とする。本モジュール型データセンタは、一次冷却装置を備えた第1の冷却回路を備える。本モジュール型データセンタは、複数のモジュール型データポッドを備える。各モジュール型データポッドは、複数のサーバと、第1の冷却回路に結合された熱交換部材と、熱交換部材に結合され、かつ複数のサーバを冷却するように構成された第2の冷却回路とを備える。第2の冷却回路は、第2の冷却回路を通って流れる流体を冷却するように構成された二次冷却装置を備える。
さらに別の態様では、本開示は、モジュール型データセンタのための冷却システムに関する。本モジュール型データセンタは、一次冷却装置を備えた第1の冷却回路と、複数のモジュール型データポッドとを備え、各モジュール型データポッドは、複数のサーバラックを備えた筐体と、第1の冷却回路に結合された熱交換部材と、熱交換部材に結合され、かつ筐体を冷却するように構成された第2の冷却回路とを備える。第2の冷却回路は、第2の冷却回路を通って流れる流体を冷却するように構成された二次冷却装置を備える。
さらに別の態様では、本開示は、モジュール型データセンタを特徴とする。本モジュール型データセンタは、中央冷却システムを備える。本モジュール型データセンタは、複数のモジュール型データポッドを備える。各モジュール型データポッドは、複数のサーバと、熱交換アセンブリが複数のサーバを冷却するように構成されている中央冷却システムに結合された熱交換アセンブリと、熱交換アセンブリに結合された分散型冷却システムとを備える。
さらに別の態様では、本開示は、モジュール型データセンタを形成するためのモジュール型データポッドの配備方法を特徴とする。モジュール型データセンタを形成するための本モジュール型データポッドの配備方法は、各モジュール型データポッドがモジュール型データポッドと流体および電気連通している流体/電気回路部を備える複数のモジュール型データポッドを互いに近接して設置する工程と、複数の流体/電気回路部を互いに直列に結合して、第1の端部および第2の端部を有する流体/電気回路を形成する工程とを含む。
さらに別の態様では、本開示は、モジュール型データセンタを特徴とする。本モジュール型データセンタは、中央流体/電気回路と、モジュール型データポッド鎖とを備え、各データポッドは、中央流体/電気回路と流体および電気連通している流体/電気回路部を備える。本モジュール型データセンタは、第1の端部および第2の端部を有する流体/電気回路を形成するように互いに直列に結合された各モジュール型データポッドの複数の流体/電気回路部も備える。本モジュール型データセンタは、中央冷却流体/電気回路に結合された流体/電気回路と、中央冷却流体回路に結合された中央冷却装置も備える。中央冷却装置は、モジュール型データポッド鎖の冷却要求の少なくとも一部を支持するように構成されている。
さらに別の態様では、本開示は、電子機器を冷却するためのシステムを特徴とする。電子機器を冷却するための本システムは、電子機器と熱連通している第1の流体を大気で冷却するように構成されたフリークーリングシステムと、フリークーリングシステムに結合された機械的過冷却システムとを備える。機械的過冷却システムは、フリークーリングシステムがその最大冷却能力を超えた量の関数としてフリークーリングシステム内を流れる第2の流体を冷却するように構成されている。
さらに別の態様では、本開示は、電子機器の冷却方法を特徴とする。電子機器の冷却方法は、第1の流体を用いて電子機器を冷却する工程と、第1の流体から大気で冷却された第2の流体への伝熱を可能にすることにより第1の流体のフリークーリングを行う工程と、第1の流体のフリークーリングを行う工程が第1の流体を冷却するのに不十分である程度まで、第2の流体を機械的に冷却する工程とを含む。
さらに別の態様では、本開示は、冷却電子機器を冷却するためのシステムを特徴とする。電子機器を冷却するための本冷却システムは、第1の流体回路を通って流れる第1の流体を用いて電子機器を冷却するように構成された第1の流体回路と、第2の流体回路を通って流れる第2の流体のフリークーリングを行うように構成された第2の流体回路とを備える。第2の流体回路は、フリークーリングを行った第2の流体を用いて第1の流体を冷却するようにさらに構成されており、第3の流体回路は、湿球温度が第1の所定の湿球温度を超えた場合に、大気の湿球温度と第1の所定の湿球温度との差の関数として第2の流体を機械的に冷却するように構成されている。
本開示の様々な実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。
ここで、本開示の密結合型冷却システムおよび方法の実施形態について図面を参照しながら詳細に記載する。図面では、同様の符号は、いくつかの図のそれぞれの中の同一または対応する要素を示す。
本開示は、エネルギー効率が高く、空間を節約し、かつ高密度のサーバラック構成を提供するためのモジュール型データポッドおよび関連する支持システムに関する。このモジュール型手法により、サーバラックを冷却するための空気が通って循環するホットアイルおよびコールドアイルを形成するために、八角形、六角形および五角形の形状などの幾何学的形状の非常に効率的な使用が可能となる。これらの多角形状により、内角、外角および側面の利点を用いて最大のエネルギー効率および空間節約が可能となる。ポッド内側形状により、サーバラックを配置するための自然な円形構成が得られる。先行技術と比べて、この構成により、ホットアイルおよびコールドアイルの形成および封じ込めのためのより効率的な方法が得られる。
データサーバなどのコンピュータシステムを効率的に冷却するために使用される冷却空気は、自然対流を可能にする自然な経路を辿る。自然対流は、機械的冷却システムおよび構成要素、例えば、効率的な方法で配備されたファンによって支援される。本モジュール型データポッドの外側形状により、本モジュール型データポッドの多面および多角を有する幾何学的形状の空間節約特性の最も効率的な使用が可能になる。本モジュール型データポッドは、ハチの巣に見られるパターンに類似した密なグループに配備することができる。ハチの巣は、人に知られている最も効率的な空間の使用であるとみなされている。本モジュール型データポッドの空間を節約する効率的な設計は、ITデータストレージ産業の甚だしい成長に適応する。完全にモジュール化されたデータポッドは、「ジャストインタイム」配備のためのエネルギー効率の高い冷却システムおよび電気、制御およびITシステムも特徴とする。
本開示のいくつかの実施形態に係る密結合型冷却システムおよび方法は、「チラーレス」であり、変動するIT負荷の冷却に対処するためにチラーを用いる冷却システムよりも機械的冷凍能力の必要性が著しく少ない。いくつかの実施形態では、本システムは、1メガワットのIT負荷の冷却を達成するのに約140kWの過冷却を使用する。これは、湿球条件が極端(例えば、華氏78度以上の湿球温度)になり得る北東または南半球などの比較的高い湿球条件の領域において冷却を行うことに基づいている。本システムは、チラーまたは直接膨張(DX)システムが通常必須となっている比較的高い湿球環境領域に配備することができる。
個々の過冷却システムは、通常はDXまたはチラー支援のいずれか一方が必要であるITラック入口冷却温度(コールドアイルにある)を支持するのに十分な冷却を可能にするために、個々の負荷点において密結合型冷却と共に動作することができる。本開示のいくつかの実施形態に係るシステムは、モジュール型データセンタ用途などの密結合型用途で使用される。他の実施形態では、本冷却システムは、典型的なデータセンタの未使用空間にモジュール型冷却を支持するためのパッケージ化されたシステムとして使用することができる。本システムは、データセンタの最初にかかる費用ならびに運用費(例えばエネルギー費)を著しく削減することができる。
いくつかの実施形態では、本システムは、特定のプロジェクトによって命じられている華氏72度以上の冷媒を用いてITサーバラックを冷却することができる。これにより、特定のプロジェクトによって命じられている華氏75度以上のコールドアイル空気温度またはラック入口温度が得られる。
図1は、データポッドファームまたはモジュール型データセンタ1400の概略図である。データポッドファーム1400は、データポッドハチの巣体1410を備える。「ハチの巣体」という用語は、互いにおよび関連する冷却インフラに結合された複数のモジュール型データポッドを指す。データポッドハチの巣体1410は、データポッド鎖122、124、126内に配置された複数のモジュール型データポッド80および180を含む。モジュール型データポッド80および180はデータ筐体85を備え、データ筐体85はサーバラックおよび補助筐体818を含み、補助筐体818は、冷却、電力および制御回路を備える。
データポッド80および180は、中央冷却、電力および制御システムを含む中央冷却システム1420に結合されている。中央冷却システム1420は、建物管理システム(BMS)の一部を形成していてもよい。中央冷却システム1420は、中央冷却流体回路1430を備える。中央冷却流体回路1430は、第1の対の冷却塔131a、131b(それぞれCT−1A、CT−1Bとも表す)、第2の対の冷却塔132a、132b(それぞれCT−2A、CT−2Bとも表す)、2つの列の流体ポンプ146a、146b、一対の供給ライン115a、115bおよび一対の戻りライン125a、125bを備える。
中央冷却システム1420は、それぞれの列の流体ポンプ146a、146bを駆動する2つの列の可変周波数駆動装置144a、144bも備える。中央冷却システム1420は、二対の冷却塔131a、131b、132a、132b内のファンおよび/または流体ポンプを駆動する2つの列の可変周波数駆動装置142a、142bも備える。データポッドファーム1400は、モジュール型データポッド80にバッテリバックアップ電力を供給する一対の中央バッテリバックアップ装置150a、150bも備える。
図1のデータポッドファームまたはモジュール型データセンタ1400およびモジュール型データポッドハチの巣体1410は、大きなサーバラック能力(例えば、約12〜15MWのサーバラック能力)を支持するように設計および配備されていてもよい。図1は、本モジュール型データポッドの幾何学的形状の空間節約特性を示す。非モジュール型の典型的なデータセンタは、このレベルのサーバラック能力および密度に対応するのに3〜4倍の大きさの空間を必要とする。
本システムインフラ(中央冷却システム1420および中央冷却流体回路1430)は、データポッドファーム1400のデータポッドハチの巣体1410の1つの端部1440に位置している。図1は、完全なハチの巣体配備の例を示している。但し、初期の配備のために、最初に十分な数のデータポッド80および180を設置することができる。十分な数の冷却塔、ポンプおよび電気スイッチ機器を、ジャストインタイムベースで必要に応じて配備することができる。関連するパイプおよび電気チェースを収容するそれらの補助筐体818および818’をそれぞれ備えるさらなるモジュール型データポッド80および180も、ジャストインタイムベースで必要に応じて配備することができる。データポッドファーム1400のより早期の配備段階におけるさらなるモジュール型データポッド80および180および関連する補助筐体818および818’のそれぞれの設置については、図17、図17Aおよび図17Bに関して以下に記載する。
図2A〜図2Gは、本開示の実施形態に係る異なる多角形状を有するモジュール型データポッドを示す。本モジュール型データポッドの多角形状により、いくつかの利点が得られる。多角形状の外側は、空間効率的な充填またはグループ化に貢献している。また、多角形状の内側は、本モジュール型データポッドの多角形状内に正方形または矩形のサーバラックを円形パターンで角と角を合わせて密に配置するのを可能にしている。
この配置により、ホットアイルとコールドアイルとの間に効率的な仕切りが形成される。例えば、データポッドの壁に向かって熱を放射または吹き付けるようにコンピュータラックが配置されている実施形態では、ホットアイルは、モジュール型データポッドの壁とコンピュータラックとの間の空間によって画定され、コールドアイルは、モジュール型データポッドの中心に向かって面するコンピュータラックの側面によって形成された空間によって画定される。他の実施形態では、コールドアイルがモジュール型データポッドの壁とコンピュータラックとの間の空間によって画定され、かつホットアイルがモジュール型データポッドの中心に向かって面するコンピュータラックの側面によってモジュール型データポッドの中央に形成された空間によって画定されるように、コンピュータラックが配置されていてもよい。
コンピュータラックの密なグループ化は、コンピュータラック内に取り付けられる関連する機器間の密な間隔の効率的な使用も可能にする。それにより、ホットアイルとコールドアイルとの効率的な仕切り、密なグループ化(すなわち空間節約)、ならびに電気、機械およびIT相互接続および処理のためのコンピュータシステム間の密な間隔が達成される。
図2A〜図2Gに示すように、モジュール型データポッドの壁は、五角形(例えば、図2Aのモジュール型データポッド50)、六角形(例えば、図2Bのモジュール型データポッド60)、七角形(例えば、図2Cのモジュール型データポッド70)、八角形(例えば、図2Dのモジュール型データポッド80)、九角形(例えば、図2Eのモジュール型データポッド90)および十角形(例えば、図2Fのモジュール型データポッド100)などの様々な異なる多角形状に配置されていてもよい。これらの形状は修正することもできる。例えば、図2Dの八角形のモジュール型データポッド80を、モジュール型データポッドの2つの壁の長さを増加させるように一方向に引き伸ばして、図2Gのモジュール型データポッド80’を形成することができる。
図2Aに示す本開示の一実施形態では、五角形のモジュール型データポッド50は、少なくとも1つの縁部に沿って互いに隣接して接合された5つの外壁部材1051、1052、1053、1054および1055を含むデータ筐体105を備える。例えば、縁部55は、多角形状に、外壁部材1051を壁部材1052、外壁部材1052を外壁部材1053、外壁部材1053を外壁部材1054、外壁部材1054を外壁部材1055、外壁部材1055を外壁部材1051に隣接して接合する。
五角形のモジュール型データポッド50は、外壁部材1051に近接してモジュール型データポッド50の内部に配置されたサーバラック501、外壁部材1052に近接してモジュール型データポッド50の内部に配置されたサーバラック502、外壁部材1053に近接してモジュール型データポッド50の内部に配置されたサーバラック503、外壁部材1054に近接してモジュール型データポッド50の内部に配置されたサーバラック504、および外壁部材1055に近接してモジュール型データポッド50の内部に配置されたサーバラック505を備える。
実質的にモジュール型データポッド50の中央領域内に熱交換体積5002を画定するために、互いに離間されているものとして図示されているサーバラック501および505は、内壁部材550を介して互いに隣接して接合されていてもよい。同様に、互いに離間されているものとして図示されているサーバラック501および502は、内壁部材510を介して互いに隣接して接合されていてもよい(本明細書に定義するように、内壁部材は、外壁部材によって画定された各個々のモジュール型データポッドの境界内に配置された壁部材である)。
サーバラック502および503ならびにサーバラック504および505も互いに離間されているものとして図示されているが、当業者であれば、サーバラック502と503またはサーバラック504と505を隣接して接合するように、内壁部材510および550と同様の内壁部材を配置し得ることが分かるであろう。さらに、当業者であれば、モジュール型データポッド50内に好適な伝熱条件を確立するために、第1の熱交換体積5001を、隣接するサーバラック間の各位置および全ての位置において堅く閉じ込める必要がないことも分かるであろう。
モジュール型データポッド50は、外壁部材1051に隣接する補助筐体515も備える。他の実施形態では、補助筐体515は、外壁部材1051〜1055のうちの1つに隣接していてもよい。補助筐体515は、高湿球温度用途におけるチラーレス動作のための密結合型専用冷却システム525を備えており、それについては図3、図4および図5に関してさらに以下に詳細に記載する。
図2Bに示す本開示の一実施形態では、六角形のモジュール型データポッド60は、多角形状に少なくとも1つの縁部に沿って互いに隣接して接合された6つの外壁部材1061、1062、1063、1064、1065および1066を有する筐体106を備える。
六角形のモジュール型データポッド60は、外壁部材1061および外壁部材1062の両方に近接してモジュール型データポッド60の内部に配置されたサーバラック601、外壁部材1063に近接してモジュール型データポッド60の内部に配置されたサーバラック602、外壁部材1063および外壁部材1064の両方に近接してモジュール型データポッド60の内部に配置されたサーバラック603、外壁部材1064および外壁部材1065の両方に近接してモジュール型データポッド60の内部に配置されたサーバラック604、外壁部材1065に近接してモジュール型データポッド60の内部に配置されたサーバラック605、および外壁部材1066および外壁部材1061の両方に近接してモジュール型データポッド60の内部に配置されたサーバラック606を備える。
モジュール型データポッド50に関する上の記載と同様に、実質的にモジュール型データポッド60の中央領域内に熱交換体積6002を画定するために、一実施形態では、互いに離間されているものとして図示されているサーバラック601および602は、サーバラック601および602間の内壁部材610を介して互いに隣接して接合されていてもよい。ここでも、サーバラック605および606は、互いに離間されているものとして図示されているが、当業者であれば、対応するサーバラック605および606を隣接して接合するように、内壁部材610と同様の内壁部材を配置し得ることが分かるであろう。ここでも、当業者であれば、モジュール型データポッド60内に適切な意図した伝熱条件を生じさせるために、第1の熱交換体積6001を、隣接するサーバラック間の各位置および全ての位置において堅く閉じ込める必要がないことも分かるであろう。
モジュール型データポッド60は、外壁部材1061〜1066のうちの1つに隣接する補助筐体またはコンパートメント616も備え、ここでは、補助筐体616は、外壁部材1061に隣接するものとして図示されている。ここでも、補助筐体616は、高湿球温度用途での動作のために密結合型専用冷却システム626を備え、これについては、図3、図4および図5に関して以下に詳細に記載する。いくつかの実施形態では、密結合型専用冷却システム626により、高湿球温度用途でのチラーレス動作を可能にしてもよい。
図2Cに示す本開示の別の実施形態では、七角形のモジュール型データポッド70は、多角形状に少なくとも1つの縁部に沿って互いに隣接して接合された7つの外壁部材1071、1072、1073、1074、1075、1076および1077を含む筐体107を備える。
七角形のモジュール型データポッド70は、外壁部材1071および外壁部材1072の両方に近接してモジュール型データポッド70の内部に配置されたサーバラック701、外壁部材1072に近接し、かつ外壁部材1073にも近接してモジュール型データポッド70の内部に配置されたサーバラック702、外壁部材1073に近接してモジュール型データポッド70の内部に配置されたサーバラック703、外壁部材1074に近接してモジュール型データポッド70の内部に配置されたサーバラック704、外壁部材1075に近接してモジュール型データポッド70の内部に配置されたサーバラック705、外壁部材1076に近接してモジュール型データポッド70の内部に配置されたサーバラック706、外壁部材1076および外壁部材1077の両方に近接してモジュール型データポッド70の内部に配置されたサーバラック707、および外壁部材1077および外壁部材1071の両方に近接してモジュール型データポッド70の内部に配置されたサーバラック708を備える。
モジュール型データポッド50および60に関する上の記載と同様に、サーバラック701〜708は、実質的にモジュール型データポッド70の中央領域内に熱交換体積7002を画定するように、隣接または実質的に隣接して配置されている。
同様に、モジュール型データポッド70は、外壁部材1071〜1077のうちの1つに隣接する補助筐体717も備え、ここでは、補助筐体717は、外壁部材1071に隣接するものとして図示されている。同様に、補助筐体717は、図3、図4および図5に関してさらに以下に詳細に記載する高湿球温度用途での動作のために、密結合型専用冷却システム727を備える。
図2Dに示す本開示の一実施形態では、八角形のモジュール型データポッド80は、多角形状に少なくとも1つの縁部に沿って互いに隣接して接合された8つの外壁部材1081、1082、1083、1084、1085、1086、1087および1088を含む筐体108を備える。八角形のモジュール型データポッド80は、サーバラック801、802、803、804、805、806、807および808を備え、それらのそれぞれが、外壁部材1081〜1088のうちの2つと近接し、かつそれらと角度関係を有した位置でモジュール型データポッド80の内部に配置されている。
ここでも、モジュール型データポッド50、60および70に関する上の記載と同様に、実質的にモジュール型データポッド80の中央領域内に熱交換体積8002を画定するように、サーバラック801〜808は隣接または実質的に隣接して配置されている。
同様に、モジュール型データポッド80は、外壁部材1081〜1088のうちの1つに隣接する補助筐体818も備え、ここでは、補助筐体818は、外壁部材1081に隣接するものとして図示されている。先に記載したように、補助筐体818は、図3、図4および図5に関してさらに以下に詳細に記載する高湿球温度用途での動作のために、密結合型専用冷却システム828を備える。
図2Eに示す本開示の一実施形態では、モジュール型九角形データポッド90は、多角形状を形成するように、少なくとも1つの縁部、例えば縁部99に沿って互いに隣接して接合された9つの外壁部材1091、1092、1093、1094、1095、1096、1097、1098および1099を含む筐体109を備える。九角形のモジュール型データポッド90は、外壁部材1091〜1099の少なくとも1つに近接し、かつそれらと角度関係を有した位置でモジュール型データポッド90の内部に配置された8つのサーバラック901、902、903、904、905、906、907および908を備える。
モジュール型データポッド50、60、70および80に関する上の記載と同様に、実質的にモジュール型データポッド90の中央領域内に熱交換体積9002を画定するように、サーバラック901〜808は隣接または実質的に隣接して配置されている。
モジュール型データポッド90は、外壁部材1091〜1099のうちの1つに隣接する補助筐体919も備え、ここでは、補助筐体919は、外壁部材1091に隣接するものとして図示されている。上記のように、補助筐体919は、図2、図3および図4に関してさらに以下に詳細に記載する高湿球温度用途での動作のために、密結合型専用冷却システム928を備える。
図2Fに示す本開示の別の実施形態では、十角形のモジュール型データポッド100は、多角形状に少なくとも1つの縁部、例えば縁部111に沿って互いに隣接して接合された10個の外壁部材1101、1102、1103、1104、1105、1106、1107、1108、1109および1110を有する筐体110を備える。十角形のモジュール型データポッド100は、10個の外壁部材1101〜1110の少なくとも1つに近接し、かつそれらと角度関係を有した位置で十角形のモジュール型データポッド100の内部に配置された8つのサーバラック1001、1002、1003、1004、1005、1006、1007および1008を備える。
ここでも、モジュール型データポッド50、60、70、80および90に関する上の記載と同様に、実質的にモジュール型データポッド100の中央領域内に熱交換体積102を画定するように、サーバラック1001〜1008は隣接または実質的に隣接して配置されている。
ここでも、モジュール型データポッド100は、外壁部材1101〜1110のうちの1つに隣接する補助筐体1010も備え、ここでは、補助筐体1010は、外壁部材1101に隣接するものとして図示されている。ここでも、補助筐体1010は、図3、図4および図5に関してさらに以下に詳細に記載する高湿球温度用途での動作のために、密結合型専用冷却システム1020を備える。
図2Gに示す本開示の別の実施形態では、図2Dの八角形のモジュール型データポッド80をモジュール型データポッド80の2つの壁の長さを増加させるように一方向に引き伸ばして、細長い八角形のモジュール型データポッド80’を形成することができる。より詳細には、八角形のモジュール型データポッド80’は、多角形状に少なくとも1つの縁部、例えば縁部88’に沿って互いに隣接して接合された外壁部材1081’、1082’、1083’、1084’、1085’、1086’、1087’および1088’を有する筐体108’を備える。
八角形のモジュール型データポッド80’は、外壁部材1081’および外壁部材1082’にそれぞれ近接してモジュール型データポッド80’の内部に配置されたサーバラック801’および802’を備える。隣接するサーバラック803a’、803b’、803c’および803d’も、それぞれが細長い外壁部材1083’に近接して八角形のモジュール型データポッド80’の内部に配置されている。サーバラック804’、805’および806’は、外壁部材1084’、1085’および1085’にそれぞれ近接してモジュール型データポッド80’の内部に配置されている。隣接するサーバラック807a’、807b’、807c’および807d’も、それぞれが細長い外壁部材1087’に近接して八角形のモジュール型データポッド80’の内部に配置されている。サーバラック808’も、外壁部材1088’に近接して八角形のモジュール型データポッド80’の内部に配置されている。
隣接する外壁部材1088’、1081’および1082’は、モジュール型データポッド80’の第1の端部88a’を形成し、それに応じて隣接する外壁部材1084’、1085’および1086’は、モジュール型データポッド80’の第2の端部88b’を形成している。同様に、モジュール型データポッド50、60、70、80、90および100に関して上に記載したように、実質的にモジュール型データポッド80の中央領域内に熱交換体積8002’を画定するように、サーバラック801’〜808’は隣接または実質的に隣接して配置されている。
ここでも、モジュール型データポッド80’は、外壁部材1081’〜1088’のうちの1つに隣接する補助筐体818’も備え、ここでは、補助筐体818’は、外壁部材1081’に隣接するものとして図示されている。同様に、補助筐体818’は、図3、図4および図5に関してさらに以下に詳細に記載する高湿球温度用途での動作のために、密結合型専用冷却システム828’を備える。
図3は、一般にモジュール型データポッド10として表わされている一般的なモジュール型データポッドの側断面図(すなわち立面図)である。図3は、モジュール型データポッドのための冷却システムの空気流回路内の空気流パターンを示す。モジュール型データポッドは、様々な空気流パターンならびにホットおよびコールドアイル構成を使用することができる。例えば、図3に示すように、ホットアイルは、サーバラックの背面または側面にあってもよく、コールドアイルは、モジュール型データポッドの中心にあってもよい。この空気流パターンにより、ホットアイル内に熱気の自然な煙突効果すなわち上方対流が生じ、コールドアイルは、ファンによって支援することができる冷気の自然な下方空気流パターンとなる。
別の例として、ホットアイルは中心にあってもよく、コールドアイルは、サーバラックの後部にあってもよい。ラックの上部は、熱気がラックまたは棚自体の中を流れ、かつラックの上部または底部のいずれか一方から排出することができるように修正することもできる。空気流パターンに関して、熱気は、上方、下方または他の方向に流れてもよい。
また、モジュール型データポッドは、空気流回路内の様々な位置において中和温度を維持するように設計されていてもよい。図3の実施形態では、一次冷却は、サーバラックまたは棚の後部で行われる。
ファンは、当業者に知られている他の空気流パターンを生成するための他の方法で配置されていてもよい。また、ファンは、モジュール型データポッド内の任意の場所に配置されていてもよい。例えば、ファンは、モジュール型データの上部または下部に配置されていてもよく、水平または垂直方向に向けられていてもよい。ファンの位置および種類は、ファン効率の向上などのファン技術における最近の進歩に依存していてもよい。
図3に示す冷却コイル構成により、モジュール型データポッド内に空気の3種類の冷却方法(N+3)が得られることによって冗長性が得られる。1つ以上のバッテリが、図3に示す床チャンバ内またはコールドアイル内の任意の場所に取り付けられていてもよい。
より詳細には、モジュール型データポッド10は一般に、例えば、図2A〜図2Gに関して上に記載したモジュール型データポッド50、60、70、80、90、100および80’をそれぞれ表す。モジュール型データポッド10は、実質的にモジュール型データポッド10の屋根を形成するデータポッドカバー部材12を備える。データポッドカバー部材12は、例えば、データポッド50(図2Aを参照)の外壁部材1051および1053のそれぞれの上側縁部1051aおよび1053aと接触しているか、それらによって支持されていてもよい。外壁部材1051〜1055は、筐体105の上端11に開口12’を画定し、外壁部材1051〜1055の内面1051a、1052a、1053a、1054aおよび1055aもそれぞれ画定している(図2Aを参照)。従って、データポッドカバー部材12は、開口12’を実質的に覆うように構成および配置されている。
コンピュータラック501〜505はそれぞれ、外壁部材1051〜1055の内面1051a〜1055aのそれぞれと関係する第1の側面501a、502a、503a、504a、505aを画定し、内面1051a、1052a、1053a、1054aおよび1055aとコンピュータラック501〜505によってそれぞれ画定された第1の側面501a、502a、503a、504a、505aとの間に、第1の体積すなわちホットアイル5001を画定する。第1の冷却コイル531および533は、サーバラック501および503の第1の側面501aおよび503aのそれぞれの上に配置されているものとして図示されている。
コンピュータラック501〜505はそれぞれ、実質的に少なくとも別の第2の側面に面する方向に向けられた第2の側面501b、502b、503b、504b、505bをそれぞれ画定し、その間に第2の体積、例えば、図2Aに関して記載した熱交換体積すなわちコールドアイル5002を画定する。当業者であれば、図2B、図2C、図2D、図2E、図2Fおよび図2Gにそれぞれ図示する熱交換体積6002、7002、8002、9002、102および8002’も、コンピュータラックのそれぞれの第2の側面によって画定された第2の体積を形成することが分かるであろう。
モジュール型データポッド10は、実質的に第2の体積すなわち熱交換体積5002を封じ込めるように一般にサーバラック501〜505の上に構成および配置されているコンピュータラックカバー部材14も備える。データポッドカバー部材12およびコンピュータラックカバー部材14は、第1の体積5001と第2の体積5002とを結ぶ第3の体積20を形成する。
空気循環器支持構造16も一般にサーバラック501〜505の上に構成および配置されており、コンピュータラックカバー部材14の一部を形成している。空気循環器支持構造16は一般に、第2の体積5002の中央上部の境界を画定するように第2の体積5002の上に配置されている。空気循環器支持構造16は、少なくとも1つの空気循環器を備え、矢印Aによって示すように空気を下方に循環させるためのそのうちの3つの空気循環器16a、16bおよび16cが図示されている。第2の体積5002はコールドアイルを形成している。下方に循環する空気は、サーバラック501上に配置されたサーバ511a、511b...511nを通り、サーバ533a、533b...533nを通って循環してそこから熱を除去し、かつ第1の冷却コイル531および533を通って循環し、そこでサーバによって加熱された空気が冷却される(同様の冷却コイル(図示せず)が、サーバラック502、504および505のそれぞれの第1の側面502a、504aおよび505aの上に配置されている)。
冷却された空気は、矢印Bによって示すように第1の体積5001を通って上方に移動し、第3の体積20に向かってさらに上方に移動する。一実施形態では、第2の冷却コイル21および23が、第3の体積20の境界を画定するように、コンピュータラックカバー部材14とデータポッドカバー部材12との間であって、サーバラック501および503の対応する第1の冷却コイル531および533のそれぞれの一般に直接頭上の位置にある循環空気経路内に配置されている。第2の冷却コイル21および23は、空気をさらに冷却し、次いで、空気は、矢印Cによって示すように第3の体積20の中に移動し、そこで、空気循環器16a、16b、および16cの吸込側から吸い込まれる。
一実施形態では、空気循環器支持構造16は、空気循環器16a、16b、16cを通って循環する空気のさらなる冷却のために、空気循環器16a、16b、16cの吸込側に配置されている第3の冷却コイル30をさらに備える。
従って、1つ以上の空気循環器16a、16bおよび16cは、第1の体積5001、第2の体積5002および第3の体積5003を通して空気を連続的に循環させるように構成されている。
一実施形態では、冷却コイル531、533、21、22および30は、冷却媒体としての冷媒、非水溶液、気体または液体を含む。本明細書に定義するように、冷却コイル531、533、21、22および30は熱交換部材である。
一実施形態では、モジュール型データポッド10は、データポッド筐体105の下端11’にある1つ以上のバッテリ32として図示されている専用の電力供給部を備える。1つ以上のバッテリは、直流から交流への(DC/AC)変換器(図示せず)と電気通信していてもよく、次いで上記変換器は、現場外の電力網(図示せず)と電気連通している。
その結果、図3の例示的な実施形態では、ホットアイルは、ITキャビネットすなわちコンピュータサーバラックの背面と、本モジュール型データポッドの壁との間に形成され、コールドアイルは、コンピュータラックの前面によって形成されている。言い換えると、コンピュータラックまたは棚は、ホットアイルおよびコールドアイルを形成するように配置されている。他の実施形態では、コンピュータラックは、他のホットおよびコールドアイル構成を形成するための他の方法で配置されている。さらに他の実施形態では、ホットアイルおよびコールドアイルは、完全に封じ込められている。
ファン、コイル、コンピュータラック、1つ以上のバッテリ、ホットアイル、コールドアイルおよび配管用トンネルは全て、モジュール型データポッド外被もしくは容器内に配置されている。さらなるコンパートメントが、モジュール型データポッドの側面に取り付けられている。これらのコンパートメントは、熱交換器モジュール、冷却システムのためのパイプ、パイプを通して冷却流体(例えば、冷媒または脱イオン水)を送出するためのポンプ、ケーブルバスおよび電気コンパートメントを備える。これらのコンパートメントは、防水であってもよい。ユーザは、例えば、配備または保守タスクを行うために、アクセスドアからこれらのコンパートメントにアクセスしてもよい。
上記ファンは、当業者に知られている他の空気流パターンを形成するための他の方法で配置されていてもよい。上記ファンは、モジュール型データポッド内の任意の場所に配置されていてもよい。例えば、上記ファンは、モジュール型データポッドの上部または下部に配置されていてもよく、水平または垂直方向に向けられていてもよい。上記ファンの位置および種類は、ファン効率の向上などのファン技術の最近の進歩に依存していてもよい。
本モジュール型データポッドは、電力、データ収集およびHVAC冷却能力において顕著な増加性(すなわちモジュール性)を備えるように設計されている。各ポッドは、下限すなわち1サーバラック当たり約1〜2kWから、上限すなわち1サーバラック当たり約40kWまでのサーバラック負荷範囲に対応するように設計されていてもよい。
本モジュール型データポッドは、自然対流および空気移動装置(例えば、空気を移動させるか空気パターンを形成することができるファンまたは他の装置)の両方を使用して、空気をホットアイル/コールドアイル回路を通して移動させることができる。空気移動装置は、クラウドコンピューティング技術によるコールドアイル温度ならびにサーバおよびラック負荷の両方を監視する最新技術制御戦略を用いて空気移動装置を制御することができるエネルギー効率の高いVFDに結合されていてもよい。
本モジュール型データポッド内の冷却コイルは、マイクロチャネルコイル技術を用いてもよい。これらの冷却コイルは、典型的な冷却コイルよりも必要とされる奥行きおよび表面積がはるかに小さい。本モジュール型データポッドは、より高い出力が得られるかコイル技術の将来の進歩が組み込まれたコイルなどの交換コイルを受け入れるように構成された取り外し可能なコイル部と共に構築されていてもよい。本モジュール型データポッドの主コイル回路は、標準的な冷媒蒸発コイル、受容器および直列マイクロチャネルコイルからなるハイブリッド二重コイルシステムを備えていてもよい。このコイル技術の組み合わせにより、冷媒の「状態変化」の利点を用いて、より大きな伝熱性が可能となる。あるいは、本システムは、状態変化を用いないストレート液体ポンプ輸送システムを備えることができる。
本モジュール型データポッドは、各種シール分類に従って構築されていてもよい。例えば、膜シーラント、壁式構造、ガスケッティングおよびドア処理は、鈑金・空調契約業者協会(SMACNA)によって発布されているシール要求を含む様々なシール要求に応じるように調整してもよい。また、本モジュール型データポッドは、非導電性火災抑制システムを備えていてもよい。
本モジュール型データポッドは、既製のサーバラックまたはカスタム設計されたラックおよび棚構成要素を受容するように設計されていてもよい。カスタムラックまたは棚の構成要素は、各種サーバ支持体に適合させるために容易に取り外し、構成および修正することができる強力な「骨格」システムを提供するために、本モジュール型データポッドの全体的な物理的構造の一部として含めることができる。
本モジュール型データポッド構造は、耐久性があるが軽い構造であってもよい。例えば、それは、軽い角形鋼管またはI形鋼とヘビーゲージアルミニウム構造部材との複合体で作られていてもよい。本モジュール型データポッドの壁および屋根は、二重もしくは一重壁断熱材のいずれか一方を含むことができる。それらは、金属、プラスチック、ガラスまたは他の複合材料で構築することができる。本モジュール型データポッドは、構造骨組を有するか、構造機能を有する外壁面処理を施すことができる。本モジュール型データポッドに使用される断熱の種類および程度は、ポッドが配備される環境またはオペレータのあらゆる他の要求により変わり得る。
本モジュール型データポッドの外側は、省エネ型の反射塗料、表面被覆、または太陽(例えば光起電性)膜もしくは被覆で処理されていてもよい。屋根構造は、ファーム型用途では、ソーラパネルのための支持体および押さえ具を備えていてもよい。
本モジュール型データポッド構造には、吊手および支持構造を取り付けることができ、従って、フォークリフト、ガントリー、クレーン、ヘリコプターまたは他の吊物機器を用いてそれを上または下から持ち上げることができる。サーバラックまたは棚は、輸送のために本モジュール型データポッド内にサーバラックおよび他の機器を固定するための拘束手段を備えていてもよい。
本モジュール型データポッドには、パッケージ化された湿度制御装置およびシステムを取り付けることができる。例えば、本モジュール型データポッドには、外部空間または環境から本モジュール型データポッド外被内への湿気の移動を制限するための膜、防湿層、シーラントおよび他の湿度制御機構を取り付けることができる。
本モジュール型データポッドは、アクセスドアを備えていても備えていなくてもよい。上記ドアは、本モジュール型データポッドの外部点検のための二重両眼断熱視覚ガラスを含んでいてもよい。本モジュール型データポッドには、必要に応じて内部および外部の両方に照明および点検用レセプタクルを取り付けてもよい。全ての電気回路が地絡保護で保護されていてもよい。屋外使用を目的としたモジュール型データポッドは、避雷のための構造を備えていてもよい。
本モジュール型データポッドを現場で配備する前に、中央制御された位置で、本モジュール型データポッドにコンピュータラックを事前に積み重ねてもよい。これにより、現場で、特に遠く離れた領域で、モジュール型データポッドにコンピュータラックを積み重ねるのに必要な時間および費用が節約される。
図4は、それぞれのサーバラック801、802、803、804、805、805、806、807および808の上に配置され、垂直に配置された上部冷却コイル841、842、843、844、845、846、847および848のアレイ840を垂直に支持する八角形の上部コイルデッキ838aを示す、図2Dの八角形のモジュール型データポッド80の平面図(すなわち上断面図)である。垂直に配置された上部冷却コイル841、842、843、844、845、846、847および848のそれぞれが、図3のモジュール型データポッド10に関して記載したように、第3の体積20の境界を画定するように、コンピュータラックカバー部材14とデータポッドカバー部材12との間の循環空気経路内に配置されている第2の冷却コイル21および22に類似した方法で境界を形成している。
コンピュータラック801〜808のそれぞれの背面上の下側後部コイル(図示せず)は、図3の冷媒コイル531および533に類似している。下側後部コイルは、ホットアイル851、852、853、854、855、856、857および858内を流れる空気を冷却する第1段階すなわち一次方法である。ホットアイル851は、サーバラック801の背面と外壁部材1081および1082との間に形成されている。ホットアイル852は、サーバラック802の背面と外壁部材1082および1083との間に形成されている。同様に、ホットアイル853は、サーバラック803の背面と外壁部材1083および1084との間に形成されている。ホットアイル854は、サーバラック804の背面と外壁部材1084および1085との間に形成されている。当業者であれば、ホットアイル855〜858を同様に形成する方法が分かっているであろう。
八角形状である上側垂直コイルアレイ840は、ホットアイル851〜858内を流れる空気を冷却する二次方法(n+2)である。配管接続部840aおよび840bにより、図6に関して以下に記載するように、電子機器の環境5と流体連通している冷媒ガス流体供給経路4100aおよび同様に電子機器の環境5と流体連通している流体戻り経路4100bとの流体連通が得られる。
空気循環器16a、16b、16cの吸込側に配置されている第3の冷却コイル30に類似した頭上型平板コイル860は、ホットアイル851〜858から流れる空気の3次冷却方法(n+3)として、モジュール型データポッド80の中心に(図示のように)配置されていてもよい。この3次コイル860を、任意のサーバラックコイルにおける熱負荷が追加の冷却を必要とする場合に、「調整」コイルとして使用することもできる。3次コイル860は、特定のサーバラックにおいて時折生じる過負荷を処理する。3次コイル860は、極めて低い負荷熱出力条件に対して省エネ型コイルとして使用することもできる。モジュール型データポッド80内のサーバラックを冷却するための制御戦略は、一次すなわち主コイル(図示せず)を停止すること、および低いシステム負荷を処理するための3次コイル860を作動させることを含んでもよい。配管接続部860aおよび860bにより、図6に関して以下に記載するように、電子機器の環境5と流体連通している冷媒ガス流体供給経路4100aおよび同様に電子機器の環境5と流体連通している流体戻り経路4100bとの流体連通が得られる。
図5は、天井ファンアセンブリ870を示す、モジュール型データポッド80の天井レベルにおける平面図(すなわち上断面図)である。コンピュータラック801〜804および806〜806はそれぞれ、サーバラック801では角801a、801b、サーバラック802では角802a、802b、サーバラック803では角803a、803b、サーバラック804では角804a、804b、サーバラック806では角806a、806b、サーバラック807では角807a、807b、およびサーバラック808では角808a、808bを含む。サーバラック801〜804および806〜808は、ラック801の角801aおよび801bが隣接するコンピュータラック808および802の角808bおよび802aとそれぞれ接触した状態で円形パターンに配置されるものとして示されている。
当業者であれば、残りのサーバラック802、803、804、806および807の角の配置が分かるであろう。円形パターンでのサーバラック801〜804および806〜808のこの配置により、ホットアイル851〜854および856〜858と体積8002によって形成されたコールドアイルとの間に仕切りが得られる。いくつかの実施形態では、コンピュータラック801と802、802と803、803と804、806と807、807と808および808と801の間のパイ状の空間851’、852’、853’、856’、857’および858’はそれぞれ、コールドアイル8002から仕切られ、ホットアイル851、852、853、854、856、857および858の一部を形成していてもよい。図5に示すように、本モジュール型データポッドは、7つのサーバラック(例えば、40kWのサーバラック)に適合し得る。2つのサーバラック、例えば、サーバラック804と806との間には、人間のオペレータにアクセスドア81を介したサーバラック801〜804および806〜808へのアクセスを提供するための空間805’がある。いくつかの実施形態では、本モジュール型データポッドは、アクセスドアを備えていない。これらの実施形態では、本モジュール型データポッドは、8つのサーバラックに適合し得る。
ファンアセンブリ870のファン871および照明880は、モジュール型データポッド80の天井レベルに配置されている。上記ファンは、建物管理システム(BMS)の中央冷却システム1420によって制御され得る可変周波数駆動(VFD)(図示せず)によって駆動される。中央冷却システム1420は、コンピュータラックの温度および/または負荷に基づいてファン速度を増減させることができる。例えば、中央冷却システム1420は、ホットアイル内の温度が上昇するとファン速度を上昇させることができる。
図5は、下側パイプチェース(図示せず)に出入りする冷却パイプ882も示す。下側パイプチェースは取り外し可能であってもよく、熱交換器(凝縮器1200a、1200bおよび1300を備える完全な密結合型冷却システム4000については、図6に関して以下に記載する)およびモジュール型データポッドアセンブリの電気機器を備える補助筐体818の下に位置していてもよい。冷却パイプ882は、6つのパイプ、すなわち冷却流体をモジュール型データポッドのコイルに供給するための2つの供給パイプと、冷却流体を冷却システムに戻すための2つの戻りパイプ、および2つの逆戻りパイプを含む。モジュール型データポッドアセンブリは、各種コンパートメント間に防水仕切りを備えていてもよい。
例示的なモジュール型データポッド10、50、60、70、80、90、100および80’は、コンピュータデータストレージのためのそれらの使用において汎用性があるように設計されている。単一のポッド配備のためにそれらを使用することができる。それらは、一時的または半永久的な使用のためにトレーラー化することができる。それらは、倉庫もしくはスイート型の用途において屋内で使用することができる。それらは、屋外すなわち「ファーム」型環境に配備することができる。それらの空間を節約する形状、大きさおよび相対重量の利点により、他の大型で重い「コンテナ化」モジュール型製品を使用するにはロジスティック的またはそれ以外において実用的でない場所にそれらを実装することができる。
図6は、ITデータセンタの電子機器を冷却するように設計された密結合型冷却システム4000を示す。システム4000は、4100、4200、4300および4400としてそれぞれ表されている4つの独立しているが協働する流体回路を備える。
第1の回路4100は、ITデータセンタの電子機器と接合しており、第1の流体を介して電子機器の冷却を行う。第1の流体は、液体冷媒R134aまたは同様な冷媒を含有していてもよい。第1の回路4100は、電子機器と熱連通し、かつ電子機器から第1の流体に熱を抽出する少なくとも1つの蒸発器コイル(図6に示していないが、例えば、図12の蒸発器コイルを参照されたい)を備える。第1の流体が少なくとも1つの蒸発器コイルの入口から蒸発器コイルの出口に流れるにつれて、熱は、電子機器から第1の流体に伝達される。一実施形態では、第1の流体は、約23℃の温度で少なくとも1つの蒸発器コイルに流入する。熱伝達または熱交換中に、第1の流体は、液体状態から少なくとも部分的に蒸気状態に変わる。
第1の回路4100は、少なくとも1つの蒸発器コイルの入口および出口のそれぞれに接続された流体供給経路4100aおよび流体戻り経路4100bを備える。流体供給経路4100aは、液体状態の第1の流体を少なくとも1つの蒸発器コイルの入口に運び、流体戻り経路4100bは、少なくとも部分的に蒸気状態の第1の流体を少なくとも1つの蒸発器コイルの出口から受け取る。第1の回路4100は、第1の流体を、流体供給経路4100aを通して送出する液体冷媒ポンプ4120を備える。第1の回路4100は、液体冷媒ポンプ4120の容量およびモータ速度を調整する可変周波数駆動装置4125も備える。
第1の回路4100は、第1の流体を流体戻り経路4100bから受け取る主凝縮器1300をさらに備える。主凝縮器1300は、主凝縮器1300を通過する第1の流体を冷却し、かつ第1の流体を少なくとも部分的に蒸気状態から液体状態に凝縮する冷媒/水熱交換器である。一実施形態では、第1の流体を完全に凝縮および冷却するために、主凝縮器1300は、約23.3℃以下の所定の凝縮温度に維持されている。
さらに、第1の回路4100は、(1)第1の流体を主凝縮器1300から冷媒液受容器4128に運ぶ流体経路4100cと、(2)第1の流体を冷媒液受容器4128から液体冷媒ポンプ4120の吸込側に運ぶ流体経路4100dとを備えていてもよい。
冷媒液受容器4128は、第1の流体の温度を検出および調整するように構成されている。具体的には、冷媒液受容器4128は、第1の回路4100を第4の回路4400に熱結合することにより第1の流体の温度を低下させるように構成されている。いくつかの実施形態では、冷媒液受容器4128は、第1の流体を約22.2℃〜約23.3℃の間の所定の温度に維持する。
冷媒液受容器4128は、冷媒液受容器4128に含まれている第1の流体の液面を検出および調整するように構成された構成要素(例えば、検出器および制御装置)も備えていてもよい。冷媒液受容器4128内の液面が低いと、液体冷媒ポンプ4120においてキャビテーション問題が引き起こされることがある。この問題を回避するために、冷媒液受容器4128は、受容器4128内の液面を検出し、かつ低い液面が検出された場合にアラームを作動させる液面制御装置4127を備える。また、冷媒液受容器4128は、冷却システム4000がアイドルモードまたは待機モードにある場合に第1の回路4100内に第1の流体を回収してもよい。
第1の回路4100は、主凝縮器1300の出口において流体経路4100c上に配置された温度センサ4126も備える。温度センサ4126は、主凝縮器1300から流出する際に第1の流体の温度を検出する。温度センサ4126の値は、主凝縮器1300の温度を反映している。
第2の回路4200は、主凝縮器1300aにおいて第1の回路4100と接合しており、ここでは、第2の回路4200は、第1の回路4100と熱交換を行う。具体的には、第2の回路4200は、そこを通って流れる第2の流体を有する。第2の流体は、主凝縮器1300aにおいて第1の回路4100の第1の流体から熱を除去する。一実施形態では、主凝縮器1300aから流出する際に、第2の流体は約22.8℃の温度を有する。
第2の回路4200は、第2の流体を、冷却塔、流体冷却器または乾燥冷却器(図6には示していないが、例えば、図14の冷却塔CT−1Aを参照されたい)から第2の回路4200に運ぶ流体経路4200aを備える。流体経路4200aは、第2の流体を主凝縮器1300まで運ぶ流体経路4200dに流体結合されている。第2の回路は、第2の流体を主凝縮器1300から受け取る流体経路4200hをさらに備える。流体経路4200hは、第2の流体を流体経路4200mまで運ぶ流体経路4200eに流体結合されており、流体経路4200mは、第2の流体を冷却塔、流体冷却器または乾燥冷却器に戻す。
いくつかの実施形態では、第2の回路4200は、第2の流体を第2の回路4200を通して容易に流すためのポンプを備える。一実施形態では、第2の流体は、約1192リットル/分の流量で調整されている。上記ポンプは、以下の形態:中央ポンプおよび冷却塔、乾燥冷却器、流体冷却器、井戸水回路または他の冷水回路のうちのいずれであってもよい。
さらに、第2の回路4200は、主凝縮器1300に流入する前の第2の流体の温度を監視する混合水温度センサ4220を備えていてもよい。第2の回路4200は、第1の回路4100の温度センサ4126と動作可能に連通する水量調整弁4214も備えていてもよい。水量調整弁4214は、温度センサ4126の値に比例して第2の流体の流量を調整するように構成されている。
例えば、主凝縮器1300を所定の凝縮温度(例えば、23.3℃)以下に維持するために、水量調整弁4214は、温度センサ4126によって測定された主凝縮器1300の温度に基づいて第2の流体の流量を調整する。例えば、温度センサ4126が、主凝縮器1300の所定の凝縮温度(例えば、23.3℃)よりも著しく高い値を有する場合、水量調整弁4214は、第2の回路4200を通って流れる第2の流体の流量を顕著に増加させ、それにより、主凝縮器1300の温度を急激に低下させる。但し、温度センサ4126が所定の凝縮温度(例えば、23.3℃)よりも僅かに高い値を有する場合には、水量調整弁4214は、第2の回路4200を通って流れる第2の流体の流量を僅かに増加させる。
いくつかの実施形態では、主凝縮器1300の温度を所定の凝縮温度(例えば、23.3℃)以下に維持するために、第2の流体は、約18.9℃以下の閾値温度に維持される。
第2の流体を閾値温度(例えば、18.9℃)以下に維持するために、第2の回路4200は、第2の流体を冷却するための少なくとも1つの冷却モードを備えていてもよい。例えば、第2の回路4200は、第2の回路4200が大気に依存して冷却塔、流体冷却器または乾燥冷却器を介して第2の流体を冷却する単純なフリークーリングモードを備えていてもよい。動作中、主凝縮器1300において熱が第1の流体から第2の流体に伝達された後、第2の流体は、流体経路4200h、4200eに従い、冷却塔、流体冷却器または乾燥冷却器(図6には図示せず)に向かって前進し、その熱を大気に排出する。次いで、冷却された第2の流体は、流体経路4200aおよび4200dに従って主凝縮器1300に戻り、第1の流体を冷却する。第2の流体が上記サイクルを連続的に繰り返し得ることが想定される。
一実施形態では、単純なフリークーリングモードは、ITデータセンタの湿球温度が17.2℃未満になった場合のみ、第2の流体を閾値温度(例えば、18.9℃)以下に維持する。湿球温度が17.2℃を超えた場合、第2の流体は、その閾値温度を超え得る。
さらに、第2の回路4200は、第3の回路4300が機械的圧縮サイクルにより第2の回路4200を冷却する機械的圧縮冷却モードを備えていてもよい。第3の流体は、第3の回路4300を通って流れる。第3の流体は、R134aまたは任意の他の好適な冷媒などの液体冷媒を含んでいてもよい。
第3の回路4300は、第2の流体が主凝縮器1300に到達する前に第2の流体4200を過冷却するための大気過冷却交換器1200aを備える。大気過冷却交換器1200aは、第2の流体の少なくとも一部を調整または冷却する冷媒/水熱交換器である。第3の回路4300は、第3の流体が大気過冷却交換器1200aにおいて第2の流体から吸収した熱である第3の流体中の熱を第2の流体に戻す冷媒/水熱交換器である調整凝縮器1200bも備えていてもよい。第3の回路4300は、第3の流体を圧縮する過冷却圧縮機4310をさらに備えていてもよい。
第3の回路4300は、圧縮のために第3の流体を大気過冷却交換器1200aから過冷却圧縮機4310まで運ぶ流体経路4300aと、圧縮された第3の流体を調整凝縮器1200bまで運ぶ流体経路4300bとを備える。さらに、第3の回路4300は、第3の流体を調整凝縮器1200bから計量装置まで、あるいは第3の流体を膨張させて大気過冷却交換器1200aに戻す熱膨張弁4311まで運ぶ流体経路4300cを備える。第3の流体は、第3の回路4300が作動している限り、第3の回路4300を通って連続的に流れ得ることが想定されている。
いくつかの実施形態では、第3の回路4300は、第2の流体がその閾値温度(例えば、18.9℃)を超えた場合のみ作動し、これは、湿球温度が17.2℃を超える場合に生じ得る。第3の回路4300の冷却能力は、以下の表1に示すように、17.2℃を超える湿球温度に直接比例して調整してもよい。
第3の回路4300は、第2の流体の温度を一度に1℃で調整および冷却することにより第2の流体の温度を厳密に制御する。例えば、第2の流体温度がその閾値温度を超えて1℃上昇した場合、第3の回路4300は、第2の流体の温度を1℃低下させる。
一実施形態では、効率上の理由から、第2の回路4200は、第2の流体が主凝縮器1300に流入する前に第2の流体のごく一部を案内して第3の流体と熱交換を行う。具体的には、第2の回路4200は、主凝縮器1300の入口前の流体経路4200d上にT字型スプリッタ4210を備える。T字型スプリッタ4210は、第2の流体の一部、例えば第2の流体の約3分の1を、大気過冷却交換器1200aの入口に進路変更させる。いくつかの実施形態では、第2の流体の一部は、大気過冷却交換器1200aの入口において22.2℃の温度を有する。
第2の回路4200は、T字型スプリッタ4210の上流の流体経路4200d上に別のT字型スプリッタ4211を備えていてもよい。T字型スプリッタ4210とT字型スプリッタ4211との間の流体経路4200dに配置された流量均衡弁または流量制御弁4200gと共に、T字型スプリッタ4211により、第2の流体の一部を大気過冷却交換器1200aの出口から流体経路4200dに戻すことができる。T字型スプリッタ4211において、第2の流体の一部、例えば第2の流体の約3分の1が、第2の流体の残りの部分、例えば第2の流体の約3分の2に再合流する。
次いで、混合された第2の流体は、主凝縮器1300に向かって前進する。いくつかの実施形態では、混合された第2の流体は、主凝縮器1300に流入する前に約18.9℃の温度を有する。あるいは、流量制御弁または流量均衡弁4200gの開放の程度もしくは割合に応じて、流量制御弁または流量均衡弁4200gにより、主凝縮器1300から大気過冷却交換器1200aへの完全または部分的な流れの分岐を可能にするか、流体経路4200d内の流れを全て主凝縮器1300に押し流すことができる。
さらに、効率上の理由から、第2の回路4200は、第2の流体が主凝縮器1300から流出した後に、第2の流体のごく一部のみを案内して第3の流体と熱交換を行ってもよい。具体的には、第2の回路4200は、主凝縮器1300の出口において流体経路4200h上にT字型スプリッタ4212を備える。T字型スプリッタ4212は、第2の流体の一部、例えば第2の流体の約3分の1を、流体経路4200iを介して調整凝縮器1200bに進路変更させて、第3の流体から熱を回収する。いくつかの実施形態では、第2の流体の約3分の1は、調整凝縮器1200bの出口において約27.4℃の温度を有する。
第2の回路4200は、T字型スプリッタ4212の下流の流体経路4200h上にさらなるT字型スプリッタ4213を備えていてもよい。T字型スプリッタ4212とT字型スプリッタ4213との間の流体経路4200e内に配置された流量均衡弁または流量制御弁4200kと共に、T字型スプリッタ4213により、調整凝縮器1200bから流出する第2の流体の一部、例えば第2の流体の約3分の1を、第2の流体の残りと合流させることができる。T字型スプリッタ4213において、第2の流体の一部、例えば第2の流体の約3分の1は、第2の流体の残りの部分、例えば第2の流体の約3分の2と再合流する。いくつかの実施形態では、混合された第2の流体は、T字型スプリッタ4213において約26.4℃の温度を有する。次いで、混合された第2の流体は一緒に、第2の回路4200の出口に向かって流体経路4200e、4200mに従う。
あるいは、流量均衡弁または流量制御弁4200kの開放の程度もしくは割合に応じて、流量均衡弁または流量制御弁4200kは、主凝縮器1300から調整凝縮器1200bへの部分的もしくは完全な流れの分岐を可能にするか、流体経路4200hおよび4200e内の流れを全て主凝縮器1300に押し流すことができる。
いくつかの実施形態では、第3の回路4300は、大気過冷却交換器1200aまたは調整凝縮器1200bを備えていない。それどころか、第3の回路4300は、ITデータセンタ全体を冷却するように構成されている調整チラーを備える。
一実施形態では、第2の回路4200は、たった1つの冷却モード、すなわち上に記載した単純なフリークーリングモードまたは機械的圧縮冷却モードのうちのいずれか一方のみを有していてもよい。
別の実施形態では、第2の回路4200は、交互に切り替わる両冷却モードを有していてもよい。例えば、第2の回路4200は、湿球温度が閾値温度、例えば17.2℃以下になると単純なフリークーリングモードに切り替わり、湿球温度が閾値温度を超えると機械的圧縮冷却モードに切り替わる。
他の実施形態では、2つの冷却モードは互いに協働し、第2の回路4200は、同時に両冷却モードで動作してもよい。これらの実施形態では、湿球温度に関わらず単純なフリークーリングモードが作動状態のままであるように、単純なフリークーリングモードは常に作動している。他方、機械的圧縮冷却モード、例えば第3の回路4300は、湿球温度が閾値温度、例えば17.2℃を超えた場合のように、単純なフリークーリングモードのみで第2の流体を閾値温度、例えば18.9℃以下に維持することができない場合にのみ作動する。これらの実施形態では、湿球温度がその閾値温度以下になった場合に、第2の回路4200は、冷却のために大気のみに依存する。湿球温度がその閾値温度を超える温度に達すると、第3の回路4300は作動し、閾値温度を超える湿球温度に比例して冷却能力を生成するように制御される。第3の回路4300は、ユーザの介入なしに自動で作動および停止し得ることが想定される。例えば、大気過冷却交換器1200aは、湿球温度がその閾値温度を横切る際に自動的に作動または停止状態になる。
統計上、冷却システム4000は、動作時間の約95%の間、単純なフリークーリングモードでのみ動作する。機械的圧縮冷却モードは、動作時間の約5%の間作動する。湿球温度が約18.3℃である地理的領域では、冷却システム4000は、実質的に一年中単純なフリークーリングモードでのみ動作することができ、動作時間の0.04%未満の間、機械的圧縮冷却モードを作動させる。上記領域が約20.6℃の湿球温度を有する場合、機械的圧縮冷却モードは、動作時間の約3%の間作動する。これらの全ての状況において、先行技術にあるような従来の必要以上に大きな大型の冷却用電気インフラは、その動作時間の約40〜60%を機械的圧縮サイクルに依存しているため、冷却システム4000よりも運用費が非常に高くなる。
第2の回路4200だけでなく、第4の回路4400も第1の回路4100と熱交換を行う。具体的には、第4の回路4400は、冷媒液受容器4128において第1の回路4100と接合しており、ここでは、第4の回路4400は、第4の回路4400を通って流れる第4の流体を介して第1の流体を凝縮および冷却する。冷媒液受容器4128は、第1の回路4100および第4の回路4400の両方に熱結合されている蒸発装置である過冷却コイル4129を有する。
第4の回路4400は、第4の流体を圧縮するように構成された過冷却圧縮機4410と、第4の回路4400から第2の回路4200に熱を伝達する過冷却凝縮器1300aとを備える。過冷却圧縮機4410および過冷却凝縮器1300aはどちらも冷媒液受容器4128の過冷却コイル4129に流体結合されている。
第4の回路4400は、圧縮のために、第4の流体を受容器過冷却コイル4129から過冷却圧縮機4410の吸込側まで運ぶ流体経路4400aと、圧縮された第4の流体を過冷却圧縮機4410から過冷却凝縮器1300aまで運ぶ流体経路4400bと、第4の流体を過冷却凝縮器1300aから熱膨張弁4420まで運ぶ流体経路4400cとを備え、熱膨張弁4420は、第4の流体を膨張させて、膨張された第4の流体を過冷却コイル4129に提供する。
いくつかの実施形態では、第4の回路4400は、冷媒液受容器4128によって検出された条件に基づいて自動的に作動および停止する。例えば、第4の回路4400は、冷媒液受容器4128によって検出された液面が所定の閾値未満に低下すると作動状態になる。具体的には、第4の回路4400は、低い液面が検出された場合に液面制御装置4127によって生成されるアラーム信号に応答して作動してもよく、液面が所定の閾値に達した場合に停止状態になってもよい。さらに、冷媒液受容器4128によって検出される第1の流体の温度に基づいて、第4の回路4400を制御してもよい。例えば、第4の回路4400は、第1の流体の温度が所定の閾値を超えた場合に作動状態になり、温度が所定の閾値以下に低下した場合に停止状態になってもよい。
第2の回路4200は、過冷却凝縮器1300aにおいて第4の回路4400から熱を除去する。いくつかの実施形態では、第2の回路4200は、流体経路4200d上にT字型スプリッタ4205を備える。T字型スプリッタ4205は、第2の流体のごく一部、例えば約19リットル/分を、過冷却凝縮器1300aの入口に進路変更させる分割経路4200bを備え、過冷却凝縮器1300aでは、第2の流体のごく一部は、第4の回路4400から熱を抽出する。第2の流体の残りの進路変更されていない部分は、主凝縮器1300まで流体経路4200dを辿って、第1の回路4100から熱を除去する。
第2の回路4200は、流体経路4200e上に別のT字型スプリッタ4215も備えていてもよい。T字型スプリッタ4215は、過冷却凝縮器1300aの出口から流体経路4200eに戻された第2の流体のごく一部を運んで第2の回路4200の出口に向かって前進する第2の流体の残りと合流させる分割分岐部4200cを有する。一実施形態では、T字型スプリッタ4215における第2の流体の温度は、第4の回路4400が作動状態である、すなわち過冷却凝縮器1300aが作動した場合は約26.4℃であり、第4の回路4400が停止状態である、すなわち過冷却凝縮器1300aが停止した場合は約26.7℃である。
密結合型冷却システム4000は、モジュール型データポッドの補助筐体内に設置してもよく、高湿球温度用途においてモジュール型データポッドのデータ筐体内にチラーレス冷却を提供してもよい。例えば、図2A〜図2Dおよび図2F〜図2Gの専用の密結合型冷却システム525、626、727、828、1020および828’はそれぞれ、図6の密結合型冷却システム4000を備えていてもよい。
密結合型冷却システム4000の動作については、以下のように要約することができる。フリークーリング動作モードでは、液体受容器4128および液体冷媒ポンプ4120を備える第1の冷却回路4100ならびに主凝縮器1300を備える第2の冷却回路4200は、上記モジュール型データポッド50、60、70、80、80’、90または100から流体供給経路4100aおよび流体戻り経路4100bを介して熱を伝達し、かつ低温供給経路4200aを介し、かつ主冷却コイル冷却水戻り接続部4200mを介して熱を環境に排出するように動作中である。
環境条件によりフリークーリング動作モードへの排他的な依存が不可能な場合、例えば、湿球温度が所定の湿球温度限界以上である、あるいはモジュール型データポッド50、60、70、80、90、100または80’内で生成された熱負荷が増加した場合に、密結合型冷却システム4000を漸増的機械的補助冷却動作モードに移行させる。漸増的機械的補助冷却動作モードでは、フリークーリング動作モードに関して上述したように第1の冷却回路4100および第2の冷却回路4200は動作状態を維持し続けるが、第1の冷却回路4100、第2の冷却回路4200および第3の冷却回路4300のそれぞれの冷却能力が、モジュール型データポッド50、60、70、80、90、100または80’からの熱負荷の変化および/または湿球温度に基づく環境条件のあらゆる変化に応じて漸増的に調整されるように、調整凝縮器1200b、過冷却器交換器1200aおよび過冷却圧縮機4310を備える第3の冷却回路4300は、モジュール型データポッド50、60、70、80、90、100または80’の漸増的なさらなる冷却を可能にするために作動する。
他の漸増的機械的補助冷却動作モードでは、フリークーリング動作モードに関して上述したように第1の冷却回路4100および第2の冷却回路4200は、動作状態を維持し続けるが、第1の冷却回路4100、第2の冷却回路4200および第4の冷却回路4400のそれぞれの冷却能力が、モジュール型データポッド50、60、70、80、90、100または80’からの熱負荷の増減および/または湿球温度に基づく環境条件のあらゆる変化に応じて漸増的に調整されるように、過冷却凝縮器1300aおよび過冷却圧縮機4410を備える第4の冷却回路4400は、モジュール型データポッド50、60、70、80、90、100または80’の漸増的なさらなる冷却を可能にするために作動する。
環境条件および/またはモジュール型データポッド50、60、70、80、90、100または80’からの熱負荷により、漸増的な機械的補助動作モードのうちのいずれか1つと共にフリークーリング動作モードへの排他的依存が不可能な場合、密結合型冷却システム4000を、追加の漸増的な機械的補助動作モードに移行させる。追加の漸増的な機械的補助動作モードでは、漸増的な機械的補助動作モードに関して上述したように、第1の冷却回路4100、第2の冷却回路4200および第3の冷却回路4300は動作状態を維持し続けるが、第1の冷却回路4100、第2の冷却回路4200、第3の冷却回路4300および第4の冷却回路4400のそれぞれの冷却能力が、モジュール型データポッド50、60、70、80、90、100または80’からの熱負荷の増減および/または湿球温度に基づく環境条件におけるあらゆる増加に応じて漸増的に調整されるように、第4の冷却回路4400は、モジュール型データポッド50、60、70、80、90、100または80’の漸増的なさらなる冷却を可能にするために作動する。
冷却システム4000は、冷水システム、チラープラントまたは直接膨張冷却システムなどの従来の冷却システムよりも多くの顕著な利点を有する。第1に、冷却システム4000は、従来の冷却システムよりも、機械的補助冷却インフラの必要性が極めて低い。冷却システム4000は、必要な場合にのみその機械的補助冷却インフラの使用を増加させる。具体的には、冷却システム4000は、常に動作している2つの基本回路、すなわち第1の回路4100および第2の回路4200ならびに必要な場合にのみ動作する2つのバックアップ回路、すなわち第3の回路4300および第4の回路4400を有する。具体的には、第3の回路4300は、湿球温度が閾値温度を超えた場合にのみ作動状態になり、第4の回路4400は、第1の流体の液面が低い場合または第1の流体の温度がある閾値を超えた場合にのみ作動状態になる。2つのバックアップ回路は、必要な場合にのみ、例えば動作時間の約10〜20%の間作動するため、冷却システム4000は全体的に、従来の冷却システムよりも機械的補助冷却インフラに対する依存が低い。
第2に、冷却システム4000は、従来の冷却システムよりも故障しにくい。具体的には、冷却システム4000は、従来の冷却システムで一般的な全システム転換プロセスを完全に回避する。全システム転換プロセスは、一方のシステムを停止し、かつ他方を始動させることにより2つのシステム間を切り替えるものであり、これは、従来の冷却システムがフリークーリングシステムと機械的冷却システムとを切り替える際に典型的に生じる。全システム転換プロセスは危険であり、故障しやすい。他方、冷却システム4000は、全システム転換プロセスを回避する。冷却システム4000では、基本回路およびバックアップ回路は、独立して動作するが互いに協働する。基本回路4100および4200は、バックアップ回路4300および4400の状態に関わらず連続的に動作する。バックアップ回路4300および4400は、必要な場合にのみ作動する。従って、冷却システム4000は、全システム転換プロセスでの故障を回避し、従来の冷却システムよりも安全な手法である。
第3に、冷却システム4000は、高湿球温度に対して従来の冷却システムよりも高い耐久性を有する。従来の冷却システムは一般に、湿球温度が10℃を超えると運用費が非常に上昇する。例えば、従来の冷却システムがフリークーリングモードで乗り切ることができる最大の湿球温度は約10℃である。湿球温度が10℃を超えると、従来の冷却システムは、ITデータセンタに十分な冷却を与えるために、フリークーリングシステムから機械的冷却システムに切り替えなければならない。10℃を超えて約5分ごとに、機械的冷却システムは、さらなる冷却能力を生成するのに十分な電力を得るために従来の冷却システムに求められる320kWのさらなる冷却能力を生成しなければならない。
他方、本開示の冷却システム4000は、高湿球温度に対してより良好な耐久性を有する。いくつかの実施形態では、冷却システム4000がフリークーリングモードで乗り切ることができる最大の湿球温度は、従来の冷却システムよりも非常に高い約17.2℃である。湿球温度が17.2℃を超えると、冷却システム4000は、機械的圧縮冷却モードに切り替わる。17.2℃を超えて約5分ごとに、機械的圧縮冷却モードは、45.7kWのさらなる冷却能力を生成し、次いで、従来の冷却システムよりも著しく低い電力を消費する。高湿球温度に対するその高い耐久性により、冷却システム4000は、従来の冷却システムよりも高密度のITデータセンタ(例えば、1ラック当たり40kW)によく適している。
第4に、冷却システム4000は、従来の冷却システムよりもエネルギー効率が高い。冷却システム4000は、ITデータセンタの冷却を支援するために大気に依存する単純なフリークーリングモードを有することにより、エネルギーの節約を最大にする。単純なフリークーリングモードでは、冷却システム4000は、例えば、従来の冷却システムに電力を供給するのに必要な電力よりも15%少ない限られた電力を消費する。さらに、冷却システム4000は、ITデータセンタでの負荷の関数としてその電力消費量を動的に調整する。負荷が上昇するにつれて、冷却システム4000は、その電力消費量レベルを上昇させて、2つの基本回路内の流量を増加させ、かつ/またはバックアップ回路のうちの一方または両方を作動させ、次いで、より多くの冷却能力を生成して負荷上昇を補う。対照的に、負荷が低下するにつれて、冷却システム4000は、その電力消費量レベルを低下させ、次いで、その冷却能力出力を低下させる。
第5に、冷却システム4000は、ITデータセンタの大きさに対してよりスケーラブルであり、典型的な冷却システムよりもより容易に配備可能である。例えば、冷却システム4000は、ITデータセンタの完全な範囲にわたって全体として配備しなければならない典型的な冷却システムとは対照的に、ITデータセンタ内の特定の標的位置にモジュール式に配備することができる。そのモジュール性により、冷却システム4000は、ITデータセンタ内の特定の位置を標的にし、冷却が必要でない位置を回避する。また、そのモジュール性により、冷却システム4000は、典型的な冷却システムが失敗するような既存および改良型の冷却システム上への配備を可能にする。さらに、ITデータセンタ内に配備される冷却システム4000の数は、動的変化に従って増減してもよく、例えば、ITデータセンタを縮小または拡大してもよい。
最後に、冷却システム4000は、従来の冷却システムよりも総費用が抑えられる。例えば、冷却システム4000では、必要とされる初期資本および保守の必要性が比較的少ない。さらに、そのエネルギー効率により、冷却システム4000は、運用費が低い。その結果、冷却システム4000は、従来の冷却システムよりも費用効率が高い。高湿球温度に対するその高い耐久性に加えてその全体的な費用が低いため、冷却システム4000は、高密度ITデータセンタ(例えば、1ラック当たり40kW)にとって最適な冷却選択肢である。
従って、バイパス制御弁、温度および圧力センサ、受容器安全装置および圧力調整装置を利用して、厳密なシステム圧力および流量交差を可能にするための制御策が用いられている。この制御策は、リアルタイムで実行してもよく、全ての構成要素の動的制御に関係している。上記制御策では、ラックサーバのリアルタイムの個別負荷およびコンピュータ負荷に基づいて密結合型冷却をより容易にするために、ITサーバからのフィードバックを組み込んでいる。
専用の密結合型冷却システム(例えば525)の利点のうちの1つは、それらがモジュール型データポッド内に含まれる異なるサーバによって生成される異なる熱負荷に適応できる点である。その結果、専用の密結合型冷却システムは、効率的に動作することができる。対照的に、データセンタおよびデータポッドモジュールのための従来の冷却システムは典型的に、特定のコンピュータ設計の最悪な事例条件に対して設計され、かつそのような条件で動作する。また、従来の冷却システムは、最大の熱負荷を有するデータモジュールに従って全てのデータポッドモジュールを冷却する。
図7は、モジュール型データポッドのための専用の密結合型冷媒冷却式および水冷式冷却ハイブリッドシステムの概略図である。図7の例示的な実施形態では、図2Aの専用の密結合型冷媒冷却式および水冷式冷却ハイブリッドシステム525には、3つの独立した個々にポンプ輸送される冷媒冷却コイル回路4001、4002および4003の形態で図2Aのモジュール型データポッド50に適用されるものとして図示されている図6の冷却システム4000が組み込まれている。
チラーレス動作を可能にし得る専用の密結合型冷却システム525は、図2Aに関して上述した補助筐体またはコンパートメント515内に収容されている。専用の密結合型冷却システム525は、それぞれが図6の冷却システム4000と同様の3つの独立した個々にポンプ輸送される冷媒冷却コイル回路4001、4002および4003を備える。明確にするために、冷媒冷却コイル回路4001は、図6の冷却システム4000の簡易版として図示されているが、図6の冷却システム4000の各特徴を備えていてもよい。当業者であれば、冷却回路4002および4003も、図6の冷却システム4000の各特徴を備え得ることが分かるであろう。
従って、冷却回路4001、4002および4003はそれぞれ、第1の冷却回路4100、第2の冷却回路4200、第3の冷却回路4300および第4の冷却回路4400をそれぞれ備えていてもよい。図6に関して上述したように、湿球温度が所定の湿球温度限界以上になった場合、第2の流体回路4200は、第1の冷却回路4100を通って流れる第1の流体を過冷却するために作動する。第2の流体回路4200の動作は、圧縮機4310、過冷却熱交換器1200aおよび調整凝縮器1200bならびに液体冷媒ポンプ4120への入口において安定な液面を与えるように設計された冷媒流体受容器4128の動作を含む。
第1の回路4001は、サーバラック501〜505の背面501a〜505aにそれぞれ隣接する一次冷却垂直コイル531〜535に流体結合している流体供給経路4100aおよび流体戻り経路4100bを備える。一次垂直コイル531〜535は、第1の冷媒冷却ガス供給接続ヘッダ4101aを介して冷媒ガス流体供給経路4100aと流体連通している。冷媒ガスは、一次垂直コイル531〜535を通ってサーバラック501〜505をそれぞれ冷却する。次いで、冷媒ガスは、図6に関して上に記載したように電子機器および流体戻り経路4100bと流体連通している冷媒冷却ガス戻り接続ヘッダ4101bに排出される。
第2の回路4002は、図3のモジュール型データポッド10に関して上述した(N+1)二次冷却垂直コイル21および22と、図3に明確に図示されていないさらなる(N+1)垂直冷却コイル23、24および25とを備える。二次垂直コイル21〜25は、第1の冷媒冷却ガス供給接続ヘッダ4102aを介して、冷媒ガス流体供給経路4100aと流体連通している。冷媒ガスは、一般にサーバラック501〜505に近接して配置されている二次垂直コイル21〜25を通って、サーバラック501〜505をそれぞれ冷却する。次いで、冷媒ガスは、図6に関して記載したように電子機器および流体戻り経路4100bと流体連通している冷媒冷却ガス戻り接続ヘッダ4102bに排出される。
同様に、第3の回路4003は、図3に関して上述した空気循環器16a、16b、16cを通って循環する空気をさらに冷却するために、空気循環器16a、16b、16cの吸込側に配置されている第3の冷却コイル30などの1つ以上の(N+2)冷却コイルを備える。同様に、第3の冷却コイル30は、第1の冷媒冷却ガス供給接続ヘッダ4103aを介して、冷媒ガス流体供給経路4100aと流体連通している。冷媒ガスは、一般にサーバラック501〜505上に配置されている第3の冷却コイル30を通って、サーバラック501〜505をそれぞれ冷却する。次いで、冷媒ガスは、図6に関して上に記載した電子機器および流体戻り経路4100bと流体連通している冷媒冷却ガス戻り接続ヘッダ4103bに排出される。
一般に、図6に関連して、最初の構成では、第1の冷却回路4001は、一次垂直冷却コイル531〜535と流体連通し、第1の低温供給経路4200aと流体連通している一次冷却コイル冷却水供給接続部4201aを介し、かつ第1の高温戻り経路4200mと流体連通している一次冷却コイル冷却水戻り接続部4200mを介して、冷却水供給ヘッダ2152aと流体連通している。一次冷却コイル冷却水戻り接続部4200mは、冷却水戻りヘッダ2151bと流体連通している。冷却水供給ヘッダ2152aは、第2の冷却水供給ヘッダ2151aとも流体連通している。同様に、冷却水戻りヘッダ2151bは、第2の冷却水戻りヘッダ2152bと流体連通している。
モジュール型データポッド50内の熱負荷が増加した際は、二次(N+1)垂直冷却コイル21〜25を設置することができ、第2の冷却回路4002を、二次垂直冷却コイル21〜25に接続し、第1の低温供給経路4200aと流体連通している第2の冷却コイル冷却水供給接続部4202aを介し、かつ第1の高温戻り経路4200mと流体連通している第2の冷却コイル冷却水戻り接続部4202mを介して、冷却水供給ヘッダ2152aに接続する。第2の冷却コイル冷却水戻り接続部4202mは、冷却水戻りヘッダ2151bと流体連通している。
モジュール型データポッド50内の熱負荷がさらに増加した際は、1つ以上の3次(N+2)冷却コイル30を設置することができ、第3の冷却回路4003を、1つ以上の第3の冷却コイル30に接続し、第1の低温供給経路4200aと流体連通している第3の冷却コイル冷却水供給接続部4203aを介し、かつ第1の高温戻り経路4200mと流体連通している第3の冷却コイル冷却水戻り接続部4203mを介して、冷却水供給ヘッダ2152aに接続する。第3の冷却コイル冷却水戻り接続部2313bは、冷却水戻りヘッダ2151bと流体連通している。
図7の詳細7Aは、逆戻り機能を得るために、供給ヘッダ2151aをループまたはベンド2151’aによって物理的に設置して、他の供給ヘッダ2152aと比べてより長い総長さが得られることを示している。
同様に、逆戻り機能を得るために、戻りヘッダ2151bをループまたはベンド2151b’により物理的に設置して、他の戻りヘッダ2152bと比べてより長い総長さを得ることができる。
従って、第1の冷却回路4001、第2の冷却回路4002および第3の冷却回路4003をそれぞれ、熱負荷に応じて単一のモジュール型データポッド内に設置し、段階的または必要に応じて作動させることができる。第2の冷却システム4002および第3の冷却システム4003を使用しない場合、流体受容器4128内の第4の流体の全部または一部は蒸気状態に変わることがある。この発生を抑えるために、過冷却凝縮器1300aを備える第4の回路4400を作動させて、冷媒液受容器4128内の液面を維持することができる。
3つの冷媒冷却コイル回路4001、4002および4003は、R−134a(すなわち、1,1,1,2−テトラフルオロエタン)冷媒を使用してもよい。他の実施形態では、回路のうちの1つ以上は、当業者に知られている他の冷媒を使用してもよい。各回路4001、4002および4003は、その独自の液体冷媒ポンプ4120を有する。また、各回路は、二次すなわち冗長ポンプ(図示せず)を備えていてもよい。
図7は、水冷式凝縮器1300も示す。他の実施形態では、本冷却システムは、空冷式凝縮器または他の種類の凝縮器を使用することができる。各凝縮器回路は、冷媒および冷却水回路を維持、最適化および管理するためのエネルギー効率が高い制御部を含む。本冷却システムの冷水側は、熱を除去するための任意の媒体、例えば、空冷式システム、冷却塔、流体冷却器、グリコール水冷式システムおよび地熱システムを使用することができる。
冷媒温度の制御および調整は、所与の設定点に基づいて液体冷媒の温度を調整する水量調整弁によって管理される。本冷却システムは、モジュール型データポッドの内部条件を監視し、かつ内部温度および具体的なラック負荷要求に基づいて冷却システム出力を調整する制御論理を備える。脱イオン水もしくは冷媒回路はそれぞれ、冗長ポンプを備えていてもよい。上記ポンプは、VFDで駆動され、各種制御戦略に従って制御される。上記制御戦略には、クラウドコンピューティング技術によるサーバおよびラック位置における要求負荷が組み込まれていてもよい。
図8は、冷却水、例えば、脱イオン(非導電)水の流れを示す、モジュール型データポッド50に適用される専用の密結合型水冷式冷却システム2400の例示的な実施形態の概略図である。水冷式冷却システム2400は、モジュール型データポッド50の補助筐体515内に設置された3つの独立した個々にポンプ輸送される脱イオン水冷却コイル回路2401、2402および2403を備える。図8の回路は、図7の専用の密結合型冷却水システム2000が図8では熱交換器を備える専用の密結合型冷却水システム2400で置き換えられており、図8の冷却システム2400が、補助筐体515内に収容された専用の外部チラースキッド2450と流体連通している脱イオン水源(図示せず)をさらに備えること以外は、図6の回路と同様である。
専用の外部チラースキッド2450は、第1の機械的支援チラー2451および冗長な第2の機械的支援チラー2452を備えるものとして図示されている。冷却コイル回路2401、2401および2403はそれぞれ、脱イオン水側2420aおよび冷却水側2420bを有する熱交換器2420を備える。脱イオン水側2420aでは、脱イオン水が補助筐体515内に位置する脱イオン冷却水供給ライン2403aを介して熱交換器2420から排出される。脱イオン冷却水供給ライン2403aは、共通のポンプ吸込ヘッダ2430を有する冗長ポンプ2431および2432を備える。モジュール型データポッド50から戻ってくる加熱された水は、脱イオン冷却水戻りライン2403bを介して熱交換器2420に戻され、そこで、熱交換器2420の脱イオン水側2420aと熱交換器2420の冷却水側2420bとの間で熱が交換される。
熱交換器2420の冷却水側2420bは、第1の冷却水供給ライン2410a1を介して、冷却水供給ヘッダ2152aと流体連通している。熱交換器2420の冷却水側2420bは、第1の冷却水戻りライン2410b1を介して、冷却水戻りヘッダ2151bとも流体連通している。図7の詳細7Aに関する上の記載と同様に、詳細8Aは、冷却水供給ヘッダ2152aが第2の冷却水供給ヘッダ2151aと流体連通し得ることを示している。同様に、冷却水戻りヘッダ2151bは、第2の冷却水戻りヘッダ2152bと流体連通していてもよい。
機械的支援チラー2451および2452は、膨張タンク2460と流体連通している第1の脱イオン冷却水供給および戻りライン2461を介して、共通のポンプ吸込ヘッダ2430と流体連通している。機械的支援チラー2451および2452は交互に、膨張タンク2460から脱イオン水を抜き出して、機械的支援チラー2451および2452の動作の冷却段階中に熱を除去し、冷却された脱イオン水を膨張タンク2460およびポンプ吸込ヘッダ2430に排出して戻す。
当業者には理解されるように、脱イオン冷却水の供給および戻りは、第1の冷却水供給および戻りライン2461を介して交互の順番で生じるものとして図示されているが、脱イオン冷却水の供給および戻りは、機械的支援チラー2451および2452と共通のポンプ吸込ヘッダ2430との間の別個の供給および戻りラインを介して行うこともできる。その場合、機械的支援チラースキッド2450は、別個のポンプ機能(図示せず)と、連続冷却動作モードのためにポンプ吸込ヘッダ2430へ/からの別個の供給および戻りライン(図示せず)とを備える。
図5の密結合型冷却システム2000に関して上述したように、第1の冷却回路2401の脱イオン冷却水供給ライン2403aは、一般にモジュール型データポッド50内に延在する第1の供給接続ヘッダ2101aと流体連通し、一次冷却コイル531〜535と流体連通している。冷媒ガスを輸送する代わりに、第1の供給接続ヘッダ2101aは、一次冷却コイル531〜535を通して脱イオン水を輸送し、次いで、加熱された脱イオン水を、脱イオン冷却水戻りライン2403bと流体連通している第1の戻り接続ヘッダ2101bに排出する。
上記のように、脱イオン冷却水戻りライン2403bは、熱を熱交換器2420の脱イオン水側2420aに輸送する。熱交換器2420の冷却水側2420bでの冷却水の流れは、第1の冷却回路2401の脱イオン冷却水供給ライン2403a内の温度に応じて作動される温度もしくは流量制御弁によって制御される。
同様に、第2の冷却回路2402の脱イオン冷却水供給ライン2403aは、一般にモジュール型データポッド50内に延在し、かつ二次冷却コイル21〜25と流体連通している第2の供給接続ヘッダ2102aと流体連通している。ここでも、冷媒ガスを輸送する代わりに、第2の供給接続ヘッダ2102aは、ここでは第2の冷却コイル21〜25を通して脱イオン水を輸送し、次いで、加熱された脱イオン水を、脱イオン冷却水戻りライン2403bと流体連通している第2の戻り接続ヘッダ2102bに排出する。ここでも、脱イオン冷却水戻りライン2403bは、熱を熱交換器2420の脱イオン水側2420aに輸送する。
また、第3の冷却回路2403の脱イオン冷却水供給ライン2403aは、一般にモジュール型データポッド50内に延在し、かつ1つ以上の第3の冷却コイル30と流体連通している第3の供給接続ヘッダ2103aと流体連通している。ここでも、冷媒ガスを輸送する代わりに、第3の供給接続ヘッダ2103aは、脱イオン水を1つ以上の第3の冷却コイル30を通して輸送し、次いで、加熱された脱イオン水を、脱イオン冷却水戻りライン2403bと流体連通している第3の戻り接続ヘッダ2103bに排出する。ここでも、脱イオン冷却水戻りライン2403bは、熱を熱交換器2420の脱イオン水側2420aに輸送する。
図6に関する上の記載と同様に、湿球温度が所定の限界以上になった場合、機械的支援チラー2451および2452のうちの一方または両方を、冷却回路2401、2402および2403のうちの1つ以上を通して流れる脱イオン水を過冷却するように作動させる。
従って、第1の冷却回路2401、第2の冷却回路2401および第3の冷却回路2403をそれぞれ、1つ以上のモジュール型データポッドの最初の設置後の特定の時間における熱負荷要求に応じて、個々のモジュール型データポッド内に設置し、段階的または必要に応じて動作させることができる。
また、空冷式凝縮器または他の種類の凝縮器を用いて、除熱を達成することができる。本システムの冷水側2420bは、任意の除熱用媒体、例えば、空冷、冷却塔、流体冷却器、グリコール水および地熱を含むことができる。当該回路は、冗長ポンプを有することができる。脱イオン水ループ温度の制御および調整は、熱交換器の低温側に位置する調整弁の制御によって管理される。調整弁2415は、所定の設定点に基づいて開放および閉鎖する。本システムは、モジュール型データポッドの内部条件を監視し、かつ内部温度および具体的なラック負荷要求に基づいて冷却システム出力を調整する制御論理を備える。携帯型脱イオン水および膨張タンクを使用して、必要に応じて冷却システムに水を供給する。
従って、本データポッドは、脱イオン水もしくは冷媒冷却コイルのいずれか一方を使用することができる。各セットのコイルは、タンデム(高い要求に応じるために)に、あるいは冗長バックアップ回路として使用することができる個々の回路を有する。例えば、本データポッドは、典型的な条件に対して一次セットのコイルを使用し、他の条件に対して1つ以上の追加のセットのコイルを使用することができる。
図9〜図11は、図3の一般的なモジュール型データポッド10と同様であるがいくつかの違いを有するモジュール型データポッド80”を示す。図3に関して上に記載した一般的なモジュール型データポッド10と比べて、図9に示すモジュール型データポッド80”は、さらなる「A型フレーム」冷却回路2601を備える。一実施形態では、「A型フレーム」冷却回路2601は、図12および図13に関して以下に記載する第1の冷却サイクルスキッド3001から供給される冷却剤を含む。「A型フレーム」冷却回路2601は、図9に示す空気循環器支持構造816と共に図10に示す冷却コイル3401a〜cおよび3502a〜cから部分的に形成された「A型フレーム」熱交換器アセンブリ3400を有する。
図9を参照すると、空気循環器支持構造816は、以下の方向に空気循環を引き起こすように構成および配置されている空気循環器816a、816bおよび816cを備える。コールドアイル8002’内の冷気は、各サーバラック803a’または807c’の上部からサーバラックの底に向かって下方に流れる。空気がサーバラック、例えば803a’上のサーバ、例えば813a’を通過した後、空気は熱交換器3214aを横切って通過し、次いで、サーバラック、例えば803a’と外壁部材1083’との間に位置するホットアイル8001’内に流入する。その後、空気は、第3の体積8003’の中に上方に循環して、1つの循環サイクルを完了する。次いで、空気は、上に記載した同じ順序で「A型フレーム」熱交換器アセンブリ3400を通って再循環する。
モジュール型データポッド80”は、図12および図13に関して以下に説明するように第1の流体回路2071の一部である流体供給経路2701aおよび2702aと、第2の流体回路2702の一部である流体戻り経路2702aおよび2702bとを備える支持構造8000'上に支持されている。
モジュール型データポッド80”は、例示的に、サーバラック、例えば803a’および807c’の上に設置されているケーブルトレイ340も備える。一実施形態では、モジュール型データポッド80”は、専用の電力供給部、例えばデータポッド筐体108”の下端811’に位置する1つ以上のバッテリ832を備える。
図9から分かるように、外壁部材1083’および1087’は、筐体108”の上端811において開口812’を画定している。データポッドカバー部材812は、開口812’を実質的に覆うように構成および配置されている。
図10は、モジュール型データセンタポッド80”の上側平面図である。モジュール型データポッド80”は、モジュール型データセンタポッド80”が各外壁部材1081’〜1088’に沿ってより少ないサーバラックを備えること以外は、図2Gのモジュール型データセンタポッド80’とほぼ同一である。例えば、細長い外壁部材1083’は、サーバラック803a’〜c’を備え、第2の端部88b’は、2つのサーバラック804’および806’を備える。サーバラックは、図10に示す「U字型」形状、または他の形状で配置されていてもよい。
モジュール型データポッド80”は、サーバラック803a’、803b’、803c’および804’のそれぞれの上に設置された第1の熱交換器3101a〜dも備える。モジュール型データポッド80”は、サーバラック807c’、807b’、807a’および806’のそれぞれの上に設置された第2の熱交換器3102a〜dも備える。
図11は、モジュール型データセンタポッド80”の中央通路850の下に配置され、かつ水溜め852を通して気流を垂直上方に押し流すように構成された空気循環器816aおよび816bを示す、モジュール型データセンタポッド80”の下側平面図である。ケーブルトレイ340は、サーバラック803a’〜c’、804’、806’および807a’〜c’の上にほぼ「U字型」の形状を呈している。
一実施形態では、図12〜図13に示すように、モジュール型データセンタポッド80”は、2つの「A型フレーム」冷却回路2601、2602を備えていてもよい。明確にするために、奇数の符号は、第1の冷却回路2601内に含まれる構成要素を指し、偶数の符号は、第2の冷却回路2602内に含まれる構成要素を指す。冷却回路2601および2602の設置および動作は、同時に生じる必要はない。
2つの冷却回路2601、2602は、第1の冷却サイクルスキッド3001および第2の冷却サイクルスキッド3002のそれぞれから供給される冷却剤を受け取る。
図13に示すように、各冷却回路2601、2602は、第1の流体回路2701、2702をそれぞれ備える。第1の流体回路2701および2702は、R134aまたは同様な冷媒を利用する蒸発装置回路であり、一実施形態では、データセンタアセンブリ10または10’の各種熱交換器と熱流体連通している。
図12を参照すると、第1の流体回路2701、2702はそれぞれ、流体供給経路2701a、2702aおよび流体戻り経路2701b、2702bを備え、それらはどちらも、熱交換器の内外に流体または冷媒を運ぶことにより、熱交換器、例えば3101a〜nと流体連通している。熱交換器、例えば3101a〜nは、負荷点に密結合型冷却を与えるために、ITデータセンタ内のITサーバまたはITラックに極めて近接して配置されている。
第1の流体供給経路2701aは、冷却剤または冷却流体を、副分岐部2703a〜nを介して第1の熱交換器3101a〜nに、副分岐部2704a〜nを介して第2の熱交換器3102a〜nに運ぶ第1の分岐経路2702a1を備える。第1の流体戻り経路2701bは、冷却剤を第1の熱交換器3101a〜nから副分岐部2705a〜nを介して第1の冷却回路2601に運び、冷却剤を第2の熱交換器3102a〜nから副分岐部2706a〜nを介して運ぶ。
一実施形態では、第1の流体供給経路2701aは、冷却剤を、副分岐部2775a〜nを介して第4の熱交換器3401a〜nに、次いで第5の熱交換器3502a〜nに供給する第2の分岐経路2702a2を備える。冷却剤は、副分岐部2776a〜nを介して第5の熱交換器3502a〜nから、分岐経路2701b2を介して第1の流体戻り経路2701bに排出する。冷却剤は、第4および第5の熱交換器から熱を除去し、結果として加熱された流体に転換される。
第2の流体経路2702a〜bは、熱交換器3301a〜n、3213a〜nおよび3214a〜nを冷却するための第1の流体経路2701a〜bと同様の構造および機能を有することが想定される。
冷却剤が各熱交換器を離れるにつれて、冷却剤は、熱交換器から熱を吸収し、加熱された流体となり、次いで、冷却のために、図13に示す主凝縮器1300の入口に運ばれる。
図13に示すように、第1の冷却回路2601は、図6の冷却システム10と同様の冷却システムを備える。第1の冷却回路2601の第1の流体供給経路2701aおよび第1の流体戻り経路2701bはそれぞれ、冷却システムの第1の回路100の第1の供給経路4100aおよび第1の戻り経路4100bに結合されている。動作中、第1の流体戻り経路2701bは、加熱された流体を第1の戻り経路4100bに運び、第1の戻り経路4100bは、加熱された流体を主凝縮器1300に運び、そこで、加熱された流体は冷却および凝縮される。加熱された流体を冷却するために、主凝縮器1300は、第2の回路4200および第3の回路4300によって支援されていてもよい。
流体が主凝縮器1300から排出した後、流体は、冷媒液受容器4128まで流れ、そこで、流体の液面および温度が測定される。液面が低い場合または温度が高い場合、過冷却圧縮機4410および過冷却凝縮器1300aが作動して、液面を上昇させ、かつ/または流体の温度を低下させる。流体が冷媒液受容器4128から排出した後、流体は、液体冷媒ポンプ4120まで流れ、液体冷媒ポンプ4120は、流体(ここでは冷却剤)を流体供給経路4100aに送出し、次いで流体供給経路4100aは、冷却剤を第1の流体供給経路2701aまで運ぶ。次いで、冷却剤を再利用して、熱交換器、例えば熱交換器3101a〜nを冷却する。
図12に関して上述した冷却システム4000に関する記載の利点を享受した後は、当業者には理解されるように、冷却システム4001および4002は、冷却システム4000の簡易版となる。
極めて高密度の用途(例えば、1ラック当たり25kWを超える)では、二重コイル(直列)回路を利用することができる。二次コイル(例えば、マイクロチャネルコイル)は、最初に最も冷たい冷媒液を受け取る。このコイルは、一次コイル(ITラックに直接隣接している)への入口温度よりも低い(例えば、一次コイルへの入口温度よりも低い約6.2℃)入口空気温度を受け取り得る。次いで、マイクロチャネルから離れる液体および部分的な蒸気は、単純な蛇管単列蒸発器コイルに流入する。この蛇管コイルは、ITラックに最も近い。従って、蛇管コイルは、最も熱い空気(例えば、約46.6℃)を受け取る。残りの液体は、蛇管コイルで蒸発させ、それにより蒸発潜熱原理の完全な除熱利点を利用することができる。コイルの前方に熱膨張弁や他の圧力計量装置は存在しない。
図14は、モジュール型データポッド、例えば、図2A〜図2Gおよび図3〜図13のモジュール型データポッド10、50、60、70、80、90、100および80’のための水冷式冷却システム3000の概略図である。本実施形態では、冷却塔CT−1A、CT−1B、CT−2AおよびCT−2Bは、冷却システム3000のために、環境への熱の排出を行う。但し、他の実施形態では、他の流体冷却器および乾燥冷却器などの他の伝熱機器を使用することができる。本冷却システムは、二重冗長パイプ主管および機器(ポンプおよび冷却塔)も備える。
より詳細には、冷却塔CT−1A、CT−1B、CT−2AおよびCT−2Bからの冷却された水は、共通の冷却水供給ヘッダ3101内に排出する。完全に冗長な、あるいは代わりに半分の容量のポンプ3102aおよび3102は、ポンプ3102aが分岐ライン3101aを介して吸込みを行い、およびポンプ3102bが分岐ライン3101bを介して吸込みを行うように、供給ヘッダ3101および別個の冷却水供給ヘッダ分岐ライン3101aおよび3101bを介して、冷却塔CT−1A、CT−1B、CT−2AおよびCT−2Bと流体連通している。
冷却システム3000は、主パイプおよびモジュール型データポッドを主パイプに接続する分岐パイプ上に、逆戻りパイプ回路を備える。より詳細には、本開示の一実施形態では、第1のモジュール型データポッド冷却水供給分岐ライン3103aは、冷却水を1つ以上のモジュール型データポッド80に供給するための冷却水供給ヘッダ分岐ライン3101aと流体連通している。同様に、第2のモジュール型データポッド冷却水供給分岐ライン3103bは、冷却水を1つ以上のモジュール型データポッド80に供給するための冷却水供給ヘッダ分岐ライン3101bと流体連通している。
冷却水は、モジュール型データポッド80の補助筐体818を通る第1および第2の冷却水供給分岐ライン3103aおよび3103bのそれぞれの部分を介して1つ以上のモジュール型データポッド80に供給される。
第1および第2のモジュール型データポッド冷却水供給分岐ライン3103aおよび3103bはそれぞれ、冷却水システム3000への逆戻り機能を与えるために「U字型」の形状で構成および配置されている。
補助筐体818を通り、かつ1つ以上のモジュール型データポッド80内の機器によって加熱された冷却水は、第1および第2のモジュール型データポッド冷却戻り分岐ライン3113aおよび3113bの部分をそれぞれ介して冷却塔CT−1A、CT−1B、CT−2AおよびCT−2Bに戻される。第1および第2のモジュール型データポッド冷却戻り分岐ライン3113aおよび3113bはそれぞれ、別個の冷却水戻りヘッダ分岐ライン3111aおよび3111bをそれぞれ介して、共通の冷却塔水戻りヘッダ3111および冷却塔CT−1A、CT−1B、CT−2AおよびCT−2Bと流体連通している。
同様に、冷却水は、別のモジュール型データポッド80の補助筐体818を通る第1および第2のモジュール型データポッド冷却水供給分岐ライン3105aおよび3105bの部分をそれぞれ介して1つ以上のモジュール型データポッド80に供給される。
第1および第2のモジュール型データポッド冷却水供給分岐ライン3105aおよび3105bもそれぞれ、冷却水システム3000に逆戻り機能を与えるために「U字型」の形状で構成および配置されている。
ここでも、補助筐体818を通り、かつ1つ以上のモジュール型データポッド80内の機器によって加熱された冷却水は、第1および第2のモジュール型データポッド冷却戻り分岐ライン3115aおよび3115bの部分をそれぞれ介して冷却塔CT−1A、CT−1B、CT−2AおよびCT−2Bに戻される。第1および第2のモジュール型データポッド冷却戻り分岐ライン3115aおよび3115bもそれぞれ、別個の冷却水戻りヘッダ分岐ライン3111aおよび3111bをそれぞれ介して、共通の冷却塔水戻りヘッダ3111および冷却塔CT−1A、CT−1B、CT−2AおよびCT−2Bと流体連通している。
一実施形態では、さらなるモジュール型データポッドの必要性が高まった際には、1つ以上のさらなるモジュール型データポッド80の追加を可能にするために、モジュール型データポッド80の補助筐体818を通る第1および第2のモジュール型データポッド冷却水供給分岐ライン3103aおよび3103bはそれぞれ、第1および第2のモジュール型データポッド冷却水供給分岐ライン3103a’および3103b’としてそれぞれ延長することができる。
第1および第2のモジュール型データポッド冷却水供給分岐ライン延長部3103a’および3103b’はそれぞれ、冷却水システム3000に逆戻り機能を与えるために「U字型」の形状で構成および配置されている。
同様に、1つ以上のさらなるモジュール型データポッド80の追加を可能にするために、第1および第2のモジュール型データポッド冷却戻り分岐ライン3113aおよび3113bもそれぞれ、第1および第2のモジュール型データ戻り冷却水分岐ライン延長部3113a’および3113b’としてそれぞれ延長することができる。
当業者には理解されるように、1つ以上のモジュール型データポッド80の追加を可能にするために、第1および第2のモジュール型データポッド冷却水供給分岐ライン3105aおよび3105bならびに第1および第2のモジュール型データポッド冷却水戻り分岐ライン3115aおよび3115bもそれぞれ同様に、第1および第2のモジュール型データポッド冷却水供給分岐ライン延長部3105a’および3105b’ならびに第1および第2のモジュール型データポッド冷却水戻り分岐ライン延長部3115a’および3115b’としてそれぞれ延長することができる。
第1および第2のモジュール型データポッド冷却水供給分岐ライン3105aおよび3105bもそれぞれ、冷却水システム3000に逆戻り機能を与えるために「U字型」の形状で構成および配置することができる。
逆戻り機能に関する上の記載から分かるように、モジュール型データポッドを冷却塔に接続するパイプ回路の総経路長さは、各モジュール型データポッドにおいて同じである。この逆戻り特徴により、回路上の隣接するポッドのシステム停止を必要としたり隣接するモジュール型データポッドの動作に影響を与えたりすることもなく、モジュール型データポッドを冷却システムに追加したり、そこから除去したりすることができる。実際に、この特徴により、本冷却システムの全体動作に影響を与えずに意のままにモジュール型データポッドを追加および除去するという柔軟性のあるデータ場所を可能にする。
本開示の実施形態に係るモジュール型データポッド設計のモジュール性に加えて逆戻り特徴を設けることにより、モジュール型データポッドを比較的容易に追加、除去および再積み重ねすることができる。従って、モジュール型データポッドを「ジャストインタイム」式に設置することができる。また、本モジュール型データポッドは、前もって必要なインフラ作業が少なく、よって、経時的な段階的負荷を有する典型的なデータセンタよりも費用がかからない。
図15は、高湿球条件が時折生じ得る低湿球環境のための冷却システム3000’の概略図である。冷却システム3000’は、冷却システム3000がモジュール型チラー3150をさらに備えること以外は、図14に関して上に記載した冷却システム3000と同一である。冷却システム3000’は、低湿球条件に有効な1つ以上の冷却塔CT−1A、CT−1B、CT−2AもしくはCT−2Bまたは他の流体冷却器と、高湿球条件に有効なモジュール型チラー3150とを備える。
より詳細には、モジュール型チラー3150は、第1および第2のモジュール型チラー吸込ライン3131aおよび3131bをそれぞれ介して、別個の第1および第2の冷却水戻りヘッダ分岐ライン3111aおよび3111bとそれぞれ流体連通し、かつ第1および第2のモジュール型チラー排出ライン3121aおよび3121bをそれぞれ介して、別個の第1および第2の冷却水供給ヘッダ分岐ライン3101aおよび3101bとそれぞれ流体連通しているため、モジュール型チラー3150により、1つ以上の冷却塔CT−1A、CT−1B、CT−2AおよびCT−2Bの周りに迂回路が得られる。
高湿球条件下では、モジュール型チラー3150は、冷却器水を第1および第2の冷却水供給ヘッダ分岐ライン3101aおよび3101bにそれぞれ注入することにより、1つ以上のモジュール型データポッド80に追加の外部機械的支援冷却を与えるために作動する。
冷却システム3000’は、冷却システムが水または他の冷却流体を冷却するために別個のチラーをほとんどもしくは全く必要とすることなく動作できるように、モジュール型データポッドハチの巣体に結合することができる。
図16は、モジュール型データポッド、例えばモジュール型データポッド80が結合されている既存の水冷式冷却システムを備えた水冷式冷却システム3110の一部の概略図である。モジュール型データポッド80は、全種類の水冷式および冷媒冷却式冷却システムから供給されるように設計されていてもよい。モジュール型データポッド構造80は、新しいもしくは既存の復水、グリコール、地熱、廃水もしくは冷媒冷却システム上で動作するように設計されていてもよい。
図16に示すように、モジュール型データポッド80からの配管は、既存の冷水回路に結合されている。特に、既存のチラー水回路は、供給ヘッダ3201および戻りヘッダ3202を備える。本モジュール型データポッドは、典型的な快適な冷却システムよりも高い冷却空気温度を使用するため、データポッドからの配管は、冷水戻りライン上の冷水回路の「より温かい側」もしくは「消費側」に結合されていてもよい。より詳細には、水冷式冷却システム3110は、冷水側3161aおよびモジュール型データポッド側3161bを有する熱交換器3161を備える。冷水側3161aは、熱交換器3161冷却水供給ライン3160を介して、既存の冷水戻りヘッダ3202と流体連通している。
冷水戻りヘッダ3202からの「消費側」の水は、1つ以上の冷水循環ポンプ、例えば、ポンプ3162Aおよび3162Bにより、熱交換器3161の冷水側3161aの入口を通って流れる。水が熱交換器3161の冷水側3161aの入口にある水と比べて温度が上昇している熱交換器3161の冷水側3161aの出口も、ポンプ3162Aおよび3162Bおよび熱交換器3161冷水戻りライン3163を介して、冷水戻りヘッダ3202と流体連通している。
モジュール型データポッド側3161bは、モジュール型データポッド冷却水供給ヘッダ3165を介して1つ以上のモジュール型データポッド80と流体連通している。モジュール型データポッド冷却水供給ヘッダ3165は、熱交換器3161のモジュール型データ供給側3161bの出口からモジュール型データポッド冷却水供給ヘッダ3165に水が流れるように、1つ以上のモジュール型データ供給冷却水供給ポンプ、例えば、ポンプ3164Aおよび3164Bを介して、熱交換器3161のモジュール型データポッド側3161bと流体連通している。1つ以上のモジュール型データポッド80は、モジュール型データポッド80の補助筐体818を通るモジュール型データポッド冷却水供給ヘッダ分岐ライン3166の一部と流体連通している。
補助筐体818を通り、かつ1つ以上のモジュール型データポッド80内の機器によって加熱された冷却水は、モジュール型データポッド冷却戻り分岐ライン3167の一部を介して、既存の冷水戻りヘッダ3202に戻される。モジュール型データポッド冷却戻り分岐ライン3167は、共通の熱交換器モジュール型データ供給側ヘッダ3170を介して、熱交換器3161のモジュール型データポッド側3161bへの入口と流体連通している。
同様に、冷却水は、別のモジュール型データポッド80の補助筐体818を通るモジュール型データポッド冷却水供給分岐ライン3168の一部を介して、1つ以上のモジュール型データポッド80に供給される。
ここでも、補助筐体818を通り、かつ1つ以上のモジュール型データポッド80内の機器によって加熱された冷却水は、モジュール型データポッド冷却戻り分岐ライン3169の一部を介して、熱交換器3161のモジュール型データポッド側3161bの入口に戻される。モジュール型データポッド冷却戻り分岐ライン3168も、共通の熱交換器モジュール型データ供給側ヘッダ3170を介して、熱交換器3161のモジュール型データポッド側3161bの入口と流体連通している。
モジュール型データポッド冷却水供給分岐ライン3168および3168も、冷却水システム3110に逆戻り機能を与えるために、「U字型」の形状で構成および配置されていてもよい。
本モジュール型データポッドには、他の冷却目的のために使用され、かつ冷却製造機(すなわちチラー)に戻る途中である冷水を供給することもできる。本データポッドは、極めて高い効率レベルで動作し得、本制御システムは、システム最適戦略の完全な利点を組み込みかつ十分に活用するように修正することができる。これらの戦略は、データポッドエネルギー使用の費用を削減するだけでなく、既存の冷水プラントの運用費も削減する。
上記から分かるように、図2A〜図2Gを再度参照すると、一実施形態では、本開示は、多角形状に各壁部材の少なくとも1つの縁部に沿って互いに隣接して接合された壁部材およびデータポッドカバー部材を含む筐体と、壁部材の内面とコンピュータラックの第1の側面との間に第1の体積とコンピュータラックの第2の側面から形成された第2の体積とを形成するように筐体内に配置された複数のコンピュータラックと、第2の体積を封じ込むように構成されたコンピュータラックカバー部材であって、コンピュータラックカバー部材およびデータポッドカバー部材により、第1の体積と第2の体積とを結ぶ第3の体積が形成されるコンピュータラックカバー部材と、第1の体積、第2の体積および第3の体積を通して空気を連続的に循環させるように構成された空気循環器とを備えた、モジュール型データポッド、例えば、図2Aのモジュール型データポッド105、図2Bのモジュール型データポッド106に関する。
図17および図17Aに示すように、モジュール型データポッド80および180は、データポッドをより容易に段階的に配備することができる著しく適応性のある拡張および縮小可能な特徴を備える。より詳細には、図17は、データポッドファーム1400の段階的拡張を示す、より早期の段階でのモジュール型データポッドハチの巣体1410の配備における図1のデータポッドファームまたはモジュール型データセンタ1400の概略図である。図示のように、最初の段階では、部分的ハチの巣体1410を配備する。実線で示すデータポッド80および180は、ポンプ、電気部品および冷却塔を含む基礎インフラと共に最初の段階で配備されるデータポッドである。この最初の配備後に、破線で示すより多くのデータポッド80および180および関連する支持システムインフラを追加してもよい。また、経時的に負荷が増加した際には、冷却システムのためにより多くの冷却塔、ポンプおよび他の機器を追加することができる。
物理的インフラ主管(すなわち、パイプおよび電気ケーブル)を、ハチの巣体の片側に配置する。この配置により、ハチの巣体を支持するために必要なパイプの量が減少する。実際の分岐主管(すなわち、特定のデータポッドのためのパイプおよび電気ケーブル)を各データポッドと共に含め、それにより現場で設置される支持分岐主管の量および現場での支持分岐主管の設置費用が減少する。これにより費用も著しく削減される。
図17に示すように、モジュール型データポッド80または180は、データポッドハチの巣体1410またはデータポッド鎖122、124および126に追加したりそこから除去したりすることができる。特に、各モジュール型データポッド80は、モジュール型データポッド80をデータポッドハチの巣体1410に追加することができるシステム構成要素を備える。各モジュール型データポッド80は、流体/電気回路部820を含む補助筐体818を備える。流体/電気回路部820は、HVAC管および電気導管のセグメントを含んでいてもよい。補助筐体818のそれぞれに含まれるHVAC管および電気導管のセグメントは、モジュール型データポッド鎖122、124および126上の既存のモジュール型データポッド、新しいモジュール型データポッドおよび将来のモジュール型データポッド間に、補助筐体818内部に配置される流体/電気的リンクを形成する。
補助筐体818およびそれらのHVAC管および電気導管により、予め配備されたモジュール型データポッドおよび対応する冷却インフラの動作を中断させることなくデータセンタの段階的拡張が容易となる。例えば、図17のモジュール型データセンタまたはモジュール型データポッドハチの巣体1410の最初の配備は、第1の対の冷却塔131aおよび131bなどの中央冷却装置、供給ライン115aおよび115b、戻りライン125aおよび125bを備える中央冷却流体回路ならびにモジュール型データポッド鎖122を有していてもよい。モジュール型データポッド122鎖内の各モジュール型データポッドは、共有または共通の流体/電気回路部820を含む補助筐体818を備える。モジュール型データポッド鎖122内の各モジュール型データポッド80は、例えば、図4に関して上に記載したそれぞれのサーバラック801、802、803、804、805、805、806、807および808の上に配置された垂直に配置された上部冷却コイル841、842、843、844、845、846、847および848のアレイ840または頭上型平板コイル860を表す共有されない流体/電気回路822(データ筐体85の内部を横切る破線として概略的に示す)の少なくとも一部を含むデータ筐体85(図1も参照)も備える。
図10に図示し、かつ図10に関して上に記載したケーブルトレイ340は、例示的にサーバラック、例えば803a’および807c’の上に設置されており、図9に図示し、かつ図9に関して上に記載した専用の電力供給部、例えば1つ以上のバッテリ832は、共有の流体/電気回路部820に結合するモジュール型データポッド80”のデータ筐体108”の下端811’に位置している。
従って、共有されない流体/電気回路822は、対応するデータ筐体85内に含まれる電子機器を冷却するように構成されている冷却流体回路、例えばアレイ840を備える。共有の流体/電気回路部820は、第1の端部820aおよび第2の端部820bを含む。共有または共通の流体電気部820は、互いに直列に結合されており、例えば、第1の共有の流体/電気回路部820の第2の端部820bは、流体/電気回路鎖1705を形成するように、隣接する第2の共有の流体/電気回路部820の第1の端部820a’に結合されている。
図17に示すように、共通の流体/電気回路鎖1705の同じ側にある隣接するデータ筐体、例えばモジュール型データポッド80は、補助筐体、例えば補助筐体818’へのユーザアクセスを提供する経路を形成する。
図17に関連して、図17Aは、モジュール型データポッド80および180の複数体800−1の例示的な実施形態の詳細であり、それらの流体/電気回路部820は、第1および第2の端部820a、820a’および820b、820b’をそれぞれ有し、かつ第1および第2の端部820aおよび820b’をそれぞれ有する第1の流体/電気回路17051を形成するように、互いに直列に結合されている。モジュール型データポッド180は、モジュール型データポッド80のデータ筐体85の構成とほぼ同一の構成を有するデータ筐体85を有する。但し、モジュール型データポッド180は、モジュール型データポッド80に対して交互の構成で第1の流体/電気回路部17051に結合されているため、モジュール型データポッド180と共に含まれる補助筐体818’の流体/電気回路部820の供給ライン115aおよび115bおよび戻りライン125aおよび125bへの接続は、ブロック824’によって表わされているように、モジュール型データポッド80と共に含まれる補助筐体818の流体/電気回路部820の供給ライン115aおよび115bおよび戻りライン125aおよび125bへの接続に対して逆の順序である。
第1の共有の流体/電気回路17051は、中央冷却流体回路1430の流体供給ライン115aおよび115bならびに流体戻りライン125aおよび125bへの第1の端部1710に結合されている。以下に説明するように、さらなるモジュール型データポッド能力が必要となる時まで、流体供給ライン115aおよび115bならびに流体戻りライン125aおよび125bは、Uベンドまたは180°エルボ1750aおよび1750bをそれぞれ介して、共有の流体/電気回路鎖1705の第2の端部1720に一時的に結合されていてもよい。簡潔にするために、特に断りのない限り、モジュール型データポッド80および補助筐体818に関する以下の記載における参照は、モジュール型データポッド80’および補助筐体818’にも適用されるものとする。
共有または共通の流体/電気回路鎖1705は、少なくとも1つの供給ライン115aおよび少なくとも1つの戻りライン125aを備える。供給および戻りライン115aおよび125aは、逆戻り構成で配置されていてもよい。例えば、対応する補助筐体818内に含まれる共有または共通の流体/電気回路部820はそれぞれ、4つの供給ラインセグメントおよび2つの戻りラインセグメントを含んでいてもよい(例えば、逆戻り機能を提供するための交互の供給ヘッダ2152aと比べてより長い総長さを提供するために、供給ヘッダ2151aをループまたはベンド2151’aと共に物理的に設置することができ、かつ同様に、逆戻り機能を提供するために交互の戻りヘッダ2152bと比べてより長い総長さを提供するために、戻りヘッダ2151bをループまたはベンド2151b’と共に物理的に設置することができることを示している図7の詳細7Aに関する記載を参照)。
共有の流体/電気回路部820は、図7に示すように、補助筐体818の内部に完全に含まれていてもよく、あるいは、図17の位置1715において共有の流体/電気回路部820によって示すように、一部が、筐体818を超えて外側に部分的に延在していてもよい。各モジュール型データポッド80の補助筐体818内のパイプチェース(図示せず)は、パイプ回路のうちの1つが失敗した場合に冗長性を与えるための二重逆戻りパイプ回路セグメントを備える。これらの回路は、各新しいモジュール型データポッドがモジュール型データポッド鎖上に配備された際に冷却システムの逆戻り機能を持続させる。この特徴により、運転停止または高価な水システムバランシング問題を引き起こすことなくモジュール型データポッドの追加または除去が可能となる。他の実施形態では、本モジュール型データポッドは、直接供給主管(逆戻り主管に対して)または単一の非冗長主管を備える(例えば、共通の冷却流体回路は、単一の供給ラインおよび単一の戻りラインを備える)。自己バランシング、信頼性および冗長性問題があまり重要でないティア1型の施設においてこれらのモジュール型データポッドを使用することができる。
一対の冷却塔は、中央冷却流体回路に流体結合しており、モジュール型データポッドの第1の鎖の冷却要求の少なくとも一部を支持するように構成されている。特に、一対の冷却塔は、好ましい環境条件、例えば、好ましい周囲湿球温度下でモジュール型データポッド鎖の冷却要求の全てを支持するように構成されている。
上記のように、各モジュール型データポッドは、データ筐体および補助筐体818を備える。図17に示すように、補助筐体の共有の流体/電気回路部は、線形経路を形成するように直列に互いに結合されている。データ筐体は、この線形経路の交互面において対応する補助筐体に結合されている。線形経路の同じ側の隣接するデータ筐体により人が補助筐体にアクセスすることができる経路が形成されるように、データ筐体を形成および寸法決めすることができる。データ筐体は、六角形または八角形などの多角形状をなすことができる。モジュール型データポッドのこの構成により、従来のデータセンタと比べて非常に小さい設置面積を有するデータセンタが得られる。1平方フィート当たりのデータ容量をさらに増加させるために、モジュール型データポッドを互いの上に積み重ねてもよい。
最初の配備後に、本モジュール型データセンタは、さらなるデータ容量を必要とすることがある。従って、第2段階では、第2のモジュール型データポッド鎖および第3のモジュール型データポッド鎖を、モジュール型データセンタ1400の最初の配備と同様の方法で、中央冷却流体回路に結合してもよい。第1の対の冷却塔CT−1AおよびCT−1Bが、さらなる鎖のモジュール型データポッド80の冷却要求に対応するのに十分な能力を有していない場合、第2段階で、第2の対の冷却塔CT−2AおよびCT−2Bなどの第2の中央冷却装置を中央冷却流体回路に流体結合してもよい。将来の配備段階では、さらなるモジュール型データポッドを、第1および第2の鎖80に追加してもよい。このように、本モジュール型データセンタは、経時的に継ぎ目なく拡張される。また、図17に示すように、中央冷却流体回路は、逆戻り構成で供給および戻りラインを備える。
モジュール型データファーム1400の段階的拡張に関する記載を容易にするために、図17Bは、本開示の実施形態に係るデータポッドファーム1400およびデータポッドハチの巣体1410の段階的拡張を示す、図1および図17のモジュール型データファーム1400ならびに図17Aのモジュール型データポッド80および180の複数体800−1の一部の簡易ブロック図である。より詳細には、800−2、800−3、800−4および800−5として表されているブロックは、図17Aのモジュール型データポッド80および180の第1の複数体800−1とほぼ同一の図17Aの複数のモジュール型データポッド80および180を表す。17052として表されているブロックは、モジュール型データポッド80および180の第2の複数体800−2に含まれている流体/電気回路17052を表す。17071として表されているブロックは、モジュール型データポッド80および180の第3の複数体800−3に含まれている流体/電気回路17071を表す。17072と表されているブロックは、モジュール型データポッド80および180の第4の複数体800−4に含まれている流体/電気回路17072を表す。同様に、17091として表されているブロックは、モジュール型データポッド80および180の第5の複数体800−5に含まれている流体/電気回路17091を表す。
1430および1430’として表されているブロックは、中央冷却流体回路1430を備える中央冷却システム1420の簡易表示ならびに中央冷却システム1420に含まれている冷却塔CT−1A、CT−1B、CT−2A、CT−2Bのブロック図表示1430’である。
図17Aを再度参照すると、データポッドハチの巣体1410の最初の配備段階では、モジュール型データポッド80および180の第1の複数体800−1の流体/電気回路部820は、第1の端部820aおよび第2の端部820b’を有する第1の流体/電気回路17051を形成するように互いに直列に結合されている。
図17Bを参照すると、第1の流体/電気回路17051の第1の端部820aは、ここでは第1の端部820a1として表されており、第2の端部820b’は、ここでは820b1として表されている。第1の端部820a1は、中央流体/電気回路1430に結合されている。例えば、冷却塔CT−1A、CT−1B、CT−2AまたはCT−2Bの1つ以上によって表されている中央冷却装置1430’は、中央冷却回路1430に結合されており、それにより第1の流体/電気回路17051を中央冷却装置1430’に結合している。
モジュール型データポッド80および180の第1の複数体800−1に関する図17Aに関して上に記載した同じ方法で、モジュール型データポッド80および180の第2の複数体800−2の流体/電気回路部820は、第1の端部820a2および第2の端部820b2を有する第2の流体/電気回路17052を形成するように互いに直列に結合されている。
図17Bを参照すると、第2の流体/電気回路17052の第1の端部820aは、ここでは第1の端部820a2として表されており、第2の端部820b’は、ここでは820b2として表されている。第2の流体/電気回路17052の第1の端部820a2は、ここでは第1の流体/電気回路17051の第2の端部820b1に結合されており、それにより、第2の流体/電気回路17052を中央冷却装置1430’に結合し、共有の流体/電気回路鎖1705を形成している。
モジュール型データポッド80および180の第1の複数体800−1に関する図17Aに関して上に記載した同じ方法で、モジュール型データポッド80および180の第3の複数体800−3の流体/電気回路部820は、第1の端部820aおよび第2の端部820b’を有する第3の流体/電気回路17071を形成するように互いに直列に結合されている。
図17Bを参照すると、第3の流体/電気回路17071の第1の端部820aは、ここでは第1の端部820a3として表されており、第2の端部820b’は、ここでは820b3として表されている。第1の端部820a3は、中央流体/電気回路1430に結合されており、それにより、第3の流体/電気回路17071を中央冷却装置1430’に結合している。
ここでも、モジュール型データポッド80および180の第1の複数体800−1に関する図17Aに関して上に記載した同じ方法で、モジュール型データポッド80および180の第4の複数体800−4の流体/電気回路部820は、第1の端部820aおよび第2の端部820b’を有する第4の流体/電気回路17072を形成するように互いに直列に結合されている。
図17Bを参照すると、第4の流体/電気回路17072の第1の端部820aは、ここでは第1の端部820a4として表されており、第2の端部820b’は、ここでは820b4として表されている。第4の流体/電気回路17072の第1の端部820a4は、ここでは第3の流体/電気回路17071の第2の端部820b3に結合されており、それにより、第4の流体/電気回路17072を中央冷却装置1430’に結合し、共有の流体/電気回路鎖1707を形成している。図17および図17Bに示すように、流体/電気回路鎖1707は、暫定的な終端点1711を有しいてもよい。
さらなるモジュール型データポッド機能に対する要求が増加した際には、共有の流体/電気回路鎖1707を、図17に破線で示すさらなる複数のモジュール型データポッドの設置によって延長してもよい。
同様に、モジュール型データポッド80および180の第1の複数体800−1に関する図17Aに関して上に記載したように、モジュール型データポッド80および180の第5の複数体800−5の流体/電気回路部820は、第1の端部820aおよび第2の端部820b’を有する第5の流体/電気回路17091を形成するように互いに直列に結合されている。
図17Bを参照すると、第5の流体/電気回路17091の第1の端部820aは、ここでは第1の端部820a5として表されており、第2の端部820b’は、ここでは820b5として表されている。第1の端部820a5は、中央流体/電気回路1430に結合されており、それにより第5の流体/電気回路17091を中央冷却装置1430’に結合し、流体/電気回路鎖1709を形成している。流体/電気回路鎖1707に関する上の記載と同様に、図17および図17Bに示すように、流体/電気回路鎖1709は、暫定的な終端点1713を有していてもよい。さらなるモジュール型データポッド機能に対する要求が増加した際には、図17に破線で示すさらなる複数のモジュール型データポッドの設置により、流体/電気回路鎖1709を延長してもよい。
あるいは、当業者には理解されるように、モジュール型データポッド80および180の第3の複数体800−3および第3の流体/電気回路17071を、中央流体/電気回路1430に結合された第2の複数のモジュール型データポッド80および180として設置してもよく、それにより、ここでは第2の流体/電気回路17071を中央冷却装置1430’に結合し、暫定的な終端点1711と同様の暫定的な終端点1711’を有する流体/電気回路鎖1707を形成する。第1の流体/電気回路17051は、ここでは暫定的な終端点1703を有する。
次いで、同様に、モジュール型データポッド80および180の第5の複数体800−5および第5の流体/電気回路17091を、中央流体/電気回路1430に結合された第3の複数のモジュール型データポッド80および180として設置してもよく、それにより第3の流体/電気回路17091を中央冷却装置1430’に結合し、暫定的な終端点1713を有する流体/電気回路鎖1709を形成する。
図18は、本開示のいくつかの実施形態に係るモジュール型データポッド80および180のための輸送システム1801を示す、図1のデータポッドファームまたはモジュール型データセンタ1400およびモジュール型データポッドハチの巣体1410の概略平面図である。
図18に示すように、モジュール型データポッド80および180のデータ筐体85は、クレーン1805を用いてモジュール型データポッド鎖124から除去され、かつ別の位置への輸送のためにドロップベッドトラクタトレーラ1810上に置かれるように設計されていてもよい。クレーン1805は、モジュール型データポッド85のデータ筐体85を、モジュール型データポッド鎖124内の最初の位置1821からドロップベッドトラクタトレーラ1810上の中間位置1823を経て、データポッドファームまたはモジュール型データセンタ1400から離して輸送するための準備としてドロップベッドトラクタトレーラ1810上の最終位置1825まで移動させるものとして図示されている。モジュール型データポッド80および180のデータ筐体85の大きさは、より小型のトラックおよび鉄道平台上に適合するように縮小してもよい。この縮小設計により、本モジュール型データポッドが処理できる総出力電力を減少させる。屋内もしくは屋外環境または用途では、上記輸送システムは、オーバーヘッドガントリー、クレーンおよびレールを備えていてもよい。吊具のために十分な頭上空間が利用可能でない場合、データポッドの鎖間の通路の幅を増加させることができる。これにより、データポッドを容易に除去または配備することができるようにフォークリフトまたは他の等級レベルの吊物装置が通路にアクセスすることができる。
図19は、あるデータポッド80または180が位置1901、1902、1903、1904、1905および1906においてハチの巣体1410から除去され、かつ除去されたデータポッド80または180を新しいコンピュータシステムまたはサーバと共に再び積み重ねることができるように現場外に輸送された、図1のデータポッドファームまたはモジュール型データセンタ1400およびモジュール型データポッドハチの巣体1410を示す。パイプおよび電気チェースチャンバを備えた補助筐体および流体/電気回路部は、動作したままの隣接するデータポッドを支持するためにパイプおよび電気システムインフラをそのままにしながらデータポッド外被または筐体を除去できるように、所定の位置に留まっている。従って、モジュール型データポッドハチの巣体のこの設計により、残りのデータポッドの動作に影響を与えることなくモジュール型データポッドを追加、除去、修正および改良することができる。
この設計により、データポッドを新しいコンピュータシステムと再び積み重ねるか、そうでなければ修理する現場または現場外の離れた領域にデータポッドを除去することができるため、時間およびお金が節約される。次いで、再び積み重ねたデータポッドを、同じか異なるデータポッドファーム内に再配備してもよい。データポッドを遠く離れた領域で配備する場合、データポッドを再び積み重ねるか、そうでなければ修理するために技術者および機器を遠く離れた場所に送る必要がないため、この設計により特に時間およびお金が節約される。データポッドを再び積み重ねるか、修理することができる離れた場所に、データポッドを簡単に輸送することができる。
図20は、大規模データポッドファーム2002の概略平面図である。図示のように、隣接するデータポッドファームまたはモジュール型データセンタ1400および1400’およびそれぞれのデータポッドハチの巣体1410および1410’は、鏡像パターンで配置することができる。ハチの巣体の鏡像配置により、ハチの巣体同士の一体化が可能となる。ハチの巣体は、経時的に段階的に配備することができる。各新しいハチの巣体を、それに隣接する鏡像ハチの巣体に対してあらゆる方向に接続することができる。このハチの巣体の群により、ハチの巣体群構造における冗長性が可能となる。
図示のように、大規模データポッドファームは、隣接するハチの巣体を点検するために使用することができるアクセスロード2005を備える。図20に示すように、移動式クレーンおよび/またはトラクタトレーラまたは他の輸送車は、複数のモジュール型データポッドファーム1400および1400’を取り囲むアクセスロード2005を通ってモジュール型データポッドファーム内のモジュール型データポッド80にアクセスしてもよい。
データポッドファームの全体設計には、典型的なデータセンタよりも3〜4倍小さな空間に大きなデータポッドファームを配備可能にするために、データポッド形状およびハチの巣体パターンの効率的な使用が組み込まれている。このモジュール型手法は、他のコンテナ化されたモジュール型設計に対して全体にわたるその空間の使用の点ではるかに効率的である。本データポッド自体は、輸送用コンテナの形態のデータポッドなどの典型的な矩形もしくは正方形のモジュール型データポッドよりも非常に密に詰め込むことができる。本開示の実施形態に係るデータポッドは、小さな設置面積の中に同様に組み込まれているモジュール型ポンプ室および電気機器棟から給電することができる。
図1〜図20に関する上の記載に関連して、図21Aおよび図21Bは、第1の流体、例えば、液体冷媒R134aまたは同様の冷媒を用いて、電子機器、例えば、図3に図示し、かつそれ関して記載されているサーバ5511a...511nおよび533a...533nを冷却する方法4500の一実施形態を示す。上記方法は、工程4501から開始する。工程4502では、第1の流体から例えば図6に関して記載したように大気で冷却した第2の流体への伝熱を可能にし、かつ第1の流体のフリークーリングが第1の流体を冷却するのに不十分な程度に第2の流体を機械的に冷却することにより、第1の流体のフリークーリングを行う。第2の流体の機械的冷却は、第2の流体の温度の関数である。
工程4506では、第2の流体を冷却した後、第2の流体を用いて、第2の流体から第3の流体への伝熱を可能にすることにより第1の流体のフリークーリングを行う。工程4508では、図6の第3の回路4300内の過冷却圧縮機4310をにより第3の流体を圧縮する。工程4510では、第2の流体を用いて第1の流体のフリークーリングを行った後に、調整凝縮器1200bにより、圧縮された第3の流体から第2の流体への伝熱を可能にすることにより、圧縮された第3の流体を凝縮する。より詳細には、圧縮された第3の流体を調整凝縮器1200bにより凝縮する。
工程4512では、凝縮された第3の流体の圧力を、例えば熱膨張弁4311を通して低下させて、第3の流体の温度を低下させる。工程4514では、大気の湿球温度を検出する。工程4516では、例えば過冷却圧縮機4310により第3の流体を圧縮する速度を、検出された湿球温度の関数として変化させて、第2の流体の温度を変化させる。
工程4518では、フリークーリングを行った第1の流体を、流体受容器、例えば流体受容器4128に受容する。工程4520では、流体受容器4128に含まれる第1の流体の液面を、例えば液面制御装置4127により検出する。
工程4522では、流体受容器4128内の検出された液面が第1の所定のレベル未満に低下した場合、第1の流体を機械的に冷却して、第1の流体を凝縮する。第1の流体の機械的冷却を、過冷却圧縮機4410を介して流体回路4400により行い、第4の流体を、冷媒液受容器4128の過冷却器コイル4129を通して過冷却凝縮器1300a内に流してもよい。工程4524では、液体受容器4128内の検出された液面が第1の所定の液面よりも高い第2の所定の液面に達した場合、例えば過冷却圧縮機4410の動作を終了させることにより機械的冷却を停止させる。
工程4526では、流体受容器4128内の第1の流体から第4の流体への伝熱を可能にすることにより、流体受容器4128内の第1の流体を冷却する。工程4528では、第4の流体を例えば過冷却圧縮機4410により圧縮する。工程4530では、圧縮された第4の流体から大気で冷却した第2の流体への伝熱を可能にすることにより、圧縮された第4の流体を圧縮する。工程4532では、例えば、第4の流体を過冷却凝縮器1300aから熱膨張弁4420に排出し、そこで第4の流体を膨張させて、凝縮された第4の流体の圧力を低下させ、過冷却器コイル4129に戻して第4の流体の温度を低下させる。
第1の流体、第3の流体および第4の流体は、R134Aなどの冷媒を含有していてもよく、第2の流体は、水、例えば、復水、冷水またはグリコール溶液を含有している。
方法4500は、第1の冷却回路4100内のフリークーリングを行った第1の流体の温度を検出し、かつ例えば、主凝縮器1300から排出する際に第1の流体の温度を検出する温度センサ4126を介してフリークーリングを行った第1の流体の温度の関数として、第2の冷却回路4200内の第2の流体の流量を調整する工程も含んでもよい。温度センサ4126の値は、主凝縮器1300の温度を反映している。方法4500は、工程4534で終了する。
図22A〜図22Cは、本開示の一実施形態に係るデータセンタを形成するためにモジュール型データポッドを配備する方法4600を示す。より詳細には、図1、図17、図17Aおよび図17Bに関連して、方法4600は、工程4601から開始する。工程4602では、それぞれの複数のモジュール型データポッド、例えばモジュール型データポッド80および180の流体/電気回路部820の第1の複数体800−1を直列に結合して、第1の端部820a1および第2の端部820b1を有する第1の流体/電気回路17051を形成する。工程4604では、第1の流体/電気回路17051の第1の端部820a1を、中央流体/電気回路1430に結合する。工程4606では、中央冷却装置、例えば、冷却塔CT−1A、CT−1B、CT−2AまたはCT−2Bを、中央流体/電気回路1430に結合し、それにより第1の流体/電気回路17051を、複数のモジュール型データポッド80および180の冷却要求の少なくとも一部を満たすように構成されている中央冷却装置、例えば、冷却塔CT−1A、CT−1B、CT−2AまたはCT−2Bに結合する。
第1の流体/電気回路17051は、例えば図7に示すように、少なくとも1つの流体供給ラインおよび少なくとも1つの流体戻りライン、例えば、流体供給ヘッダ2151a、2152aおよび2151b、2152bをそれぞれ備える。図7に関して先に記載したように、流体供給ヘッダ2151a、2152aおよび流体戻りヘッダは、逆戻り構成で構成されていてもよい。
図22A〜図22Bを再度参照すると、工程4608では、それぞれの複数のモジュール型データポッド、例えばモジュール型データポッド80および180の流体/電気回路部820の第2の複数体800−2を直列に結合して、第1の端部820a2および第2の端部820b2を有する第2の流体/電気回路17052を形成する。
図22Aの工程4610では、第2の流体/電気回路17052の第1の端部820a2を、第1の流体/電気回路17051の第1の端部820b1に結合し、それにより第2の流体/電気回路17052を中央冷却装置、例えば、冷却塔CT−1A、CT−1B、CT−2AまたはCT−2Bに結合する。
工程4612では、それぞれの複数のモジュール型データポッド、例えばモジュール型データポッド80および180の流体/電気回路部820の第3の複数体800−3を直列に結合して、第1の端部820a3および第2の端部820b3を有する第3の流体/電気回路17071を形成する。
工程4614では、第3の流体/電気回路17071の第1の端部820a3を中央流体/電気回路1430に結合し、それにより第3の流体/電気回路17071を、複数のモジュール型データポッド80および180の冷却要求の少なくとも一部を満たすように構成されている中央冷却装置、例えば、冷却塔CT−1A、CT−1B、CT−2AまたはCT−2Bに結合する。
工程4616では、それぞれの複数のモジュール型データポッド、例えばモジュール型データポッド80および180の流体/電気回路部820の第4の複数体800−4を直列に結合して、第1の端部820a4および第2の端部820b4を有する第4の流体/電気回路17072を形成する。
工程4618では、第4の流体/電気回路17072の第1の端部820a4を、第3の流体/電気回路17071の第2の端部820b3に結合し、それにより第4の流体/電気回路17072を、複数のモジュール型データポッド80および180の冷却要求の少なくとも一部を満たすように構成されている中央冷却装置、例えば、冷却塔CT−1A、CT−1B、CT−2AまたはCT−2Bに結合する。
工程4620では、それぞれの複数のモジュール型データポッド、例えば、モジュール型データポッド80および180の流体/電気回路部820の第5の複数体800−5を直列に結合して、第1の端部820a5および第2の端部820b5を有する第5の流体/電気回路17091を形成する。
工程4622では、第5の流体/電気回路17091の第1の端部820a5を、中央流体/電気回路1430に結合し、それにより第5の流体/電気回路17091を、複数のモジュール型データポッド80および180の冷却要求の少なくとも一部を満たすように構成されている中央冷却装置、例えば、冷却塔CT−1A、CT−1B、CT−2AまたはCT−2Bに結合する。
中央冷却装置は、図14、図15および図17に示す第1の中央冷却装置、例えば冷却塔CT−1A、CT−1B、CT−2A、CT−2Bである。冷却塔CT−1A、CT−1B、CT−2A、CT−2Bのうちの1つが第2の複数のモジュール型データポッド80の冷却要求の少なくとも一部を満たすことができない場合、方法4600は、第2の中央冷却装置CT−1A、CT−1B、CT−2A、CT−2Bを中央流体/電気回路に結合する工程を含む。
複数のモジュール型データポッド80の各モジュール型データポッドは、データ筐体、例えば図2Dのモジュール型データポッド80のデータ筐体108と、それぞれの共有の流体/電気回路部820を含む補助筐体、例えば図2Dの補助筐体818とを備える。共有の流体/電気回路部820は、互いに結合して流体/電気回路鎖1705、1707または1709を画定し、線形経路、例えば、図17の鎖122、124、126を形成する。方法4600は、図17に示すように、データ筐体85を、共有の流体/電気回路1705、1707または1709の交互面にある補助筐体818に結合する工程をさらに含む。本方法は、工程4624で終了する。
図22D〜図22Eは、本開示の一実施形態に係るデータセンタを形成するためにモジュール型データポッドを配備する方法4600の他の実施形態を示す。より詳細には、図1、図17、図17Aおよび図17Bに関連して、方法4600’は、工程4601’から開始する。工程4602’では、それぞれの複数のモジュール型データポッド、例えば、モジュール型データポッド80および180の流体/電気回路部820の第1の複数体800−1を直列に結合して、第1の端部820a1および第2の端部820b1を有する第1の流体/電気回路17051を形成する。工程4604’では、第1の流体/電気回路17051の第1の端部820a1を、中央流体/電気回路1430に結合する。工程4606’では、中央冷却装置、例えば、冷却塔CT−1A、CT−1B、CT−2AまたはCT−2Bを、中央流体/電気回路1430に結合し、それにより第1の流体/電気回路17051を、複数のモジュール型データポッド80および180の冷却要求の少なくとも一部を満たすように構成されている中央冷却装置、例えば、冷却塔CT−1A、CT−1B、CT−2AまたはCT−2Bに結合する。
第1の流体/電気回路17051は、例えば図7に示すように、少なくとも1つの流体供給ラインおよび少なくとも1つの流体戻りライン、例えば、流体供給ヘッダ2151a、2152aおよび2151b、2152bをそれぞれ備える。図7に関して先に記載したように、流体供給ヘッダ2151a、2152aおよび流体戻りヘッダは、逆戻り構成で構成されていてもよい。
工程4608’では、それぞれの複数のモジュール型データポッド、例えば、モジュール型データポッド80および180の流体/電気回路部820の第2の複数体800−3を直列に結合して、第1の端部820a3および第2の端部820b3を有する第2の流体/電気回路17071を形成する。
工程4610’では、第2の流体/電気回路17071の第1の端部820a3を、中央流体/電気回路1430に結合し、それにより第2の流体/電気回路17071を、複数のモジュール型データポッド80および180の冷却要求の少なくとも一部を満たすように構成されている中央冷却装置、例えば、冷却塔CT−1A、CT−1B、CT−2AまたはCT−2Bに結合する。
工程4612’では、それぞれの複数のモジュール型データポッド、例えば、モジュール型データポッド80および180の流体/電気回路部820の第3の複数体800−5を直列に結合して、第1の端部820a5および第2の端部820b5を有する第3の流体/電気回路17091を形成する。
工程4614’では、第3の流体/電気回路17091の第1の端部820a5を、中央流体/電気回路1430に結合し、それにより第3の流体/電気回路17091を、複数のモジュール型データポッド80および180の冷却要求の少なくとも一部を満たすように構成されている中央冷却装置、例えば、冷却塔CT−1A、CT−1B、CT−2AまたはCT−2Bに結合する。最終的に、方法4600’は、工程4616’で終了する。
本開示のモジュール型データポッドは、標準的な快適な冷却温度(例えば、ポッドへの入口において華氏75度を超える)よりも高い冷却温度を使用するように設計されていてもよい。上記ポッドは、冷水(例えば、脱イオン水)、冷媒、冷水と冷媒のハイブリッドまたは冷気を使用して、冷却温度を典型的な快適な冷却温度よりも高いレベルに維持することができる。冷却空気(または他の冷却流体)の温度を、凝縮から保護するためのモジュール型データポッド外被内において、安全に露点温度を超える温度に維持してもよい。
本モジュール型データポッドは、1つ以上の加湿器およびモジュール型データポッドの内部空気の湿度を所望のレベルに維持するための関連する制御装置を備えていてもよい。1つ以上の加湿器は、水管理システム(例えば、漏れ制御)をモジュール型データポッドに関連する他のシステムから分離するために、隣接するポンプチャンバ内に収容されていてもよい。また、上記ポッドは、加湿器または水もしくは蒸気を使用する他の方法の組み合わせを用いて、内部空気の湿度を制御してもよい。
複数のモジュール型データポッドを備えたデータセンタは、典型的な現場組み立て式データセンタよりも少ない基礎インフラを用いて配備することができる。これにより、初期の配備段階で高いデータ負荷を有することが意図されていない現場に対して最初にかかる費用が節約される。本システムはスケーラブルであり、初期の配備に必要なインフラが非常に少ない。
電気、機械およびITインフラシステム上の構成要素の大部分を、プレハブの支持構造に組み込むことができ、これにより、現場にデータポッドシステムを配備するのに要する時間およびお金が著しく削減される。
本冷却システムおよびモジュール型データポッドの設計により、意図したデータセンタ計画のティア特有の必要性に適合させるための柔軟性が得られる。倉庫用ハチの巣体およびファーム用ハチの巣体などの大型の配備システムは、経時的にその必要性が生じた場合に、本システムがティア機能を拡張することができる拡張可能な特徴を有するように設計されている。本システムのティア性能を経時的に増加させる方法を、ハチの巣体の共有という。基本的なシステム設計は、弁構成要素と、本システムに隣接するハチの巣体内の冷却源から供給することができる緊急制御戦略とを備える。このハチの巣体の連結特徴により、モジュール型データポッドに必要に応じて追加の冷却源から供給することができる。
冷却システム10によって提供される冷却プロセス(サイクル)により、大気条件(湿球温度)とITラック冷却部への流入空気温度とのアプローチ温度において精密交差が可能となる。上記サイクルは、環境条件が許せば、環境条件(低湿球温度)を利用してラック冷却負荷を完全に処理するように設計されている。上記システムは、湿球温度におけるスパイクに関わらず冷却負荷を処理することができる過冷却プロセスのバックアップシステムも備える。これは、冷却媒体(R134a)または他の冷媒の比熱特性を最適化することにより達成される。
冷却システム10によって提供される間接的な冷却サイクルは、DXもしくはチラー能力のいずれかのために通常必要な大きさよりも約15%も小さい大きさにすることができる過冷却システムを利用して、ITラック入口温度を維持することができる。
本モジュール型データポッドは、データポッドハチの巣体またはデータポッド鎖に追加またはそれらから除去されるように設計されている。特に、各モジュール型データポッドは、モジュール型データポッドをハチの巣体に追加することができるシステム構成要素を備えるように設計されている。モジュール型データポッド鎖上の既存のモジュール型データポッド、新しいモジュール型データポッドおよび将来のモジュール型データポッド間にリンクを形成するために、上記HVAC管および電気導管が各モジュール型データポッド内に含まれている。
各モジュール型データポッドのパイプチェースは、二重逆戻りパイプ回路を備える。これらの回路は、各新しいモジュール型データポッドがモジュール型データポッド鎖上に配備される際に、本システムの逆戻り機能を持続させることを目的としている。この特徴により、運転停止や高価な水システムバランシング問題を引き起こすことなく、ポッドの追加または除去が可能となる。あるいは、モジュール型ポッドは、直接供給主管(逆戻り主管に対して)または単一の非冗長主管を備えていてもよい。これらのポッドは、自己バランシング、信頼性および冗長性問題があまり重要でないティア1型の施設上で使用することができる。
各流体またはパイプ回路には、パイプ回路を配備し、パイプ回路を特定地域向けの動作流体で充填し、かつパイプ回路を作動させるために必要な弁および付属物が取り付けられている。本システムには、逆戻り回路を持続または延長することができる厳しいプロセスが組み込まれていてもよい。本プロセスは、充填工程、排気工程、およびモジュール型データポッドをモジュール型データポッドの本システムに導入する前に回路を流体静力学的に試験する工程を含む。このプロセスは、パイプ回路が輸送時または配備中に絶対に損なわれないように、工場で行われる流体静力学的もしくは空気圧的適合試験を二重に行う。これにより、隣接するモジュール型データポッドの動作に影響を与えたり、高価な意図していない運転停止を引き起こしたりすることなく、モジュール型データポッドをデータポッドシステムに継ぎ目なく追加することができる。
各ポッド鎖上の端部ユニットは、2つの逆戻り回路のそれぞれの上に迂回T字型構成を備える。これにより、データポッド鎖上に前からあるデータポッドの運転を停止することなく、将来のポッドのデータポッド鎖への拡張を可能にする。
データポッドハチの巣体内の各データポッド鎖は、例えば、モジュール型データポッドの下部に位置する一体化されているが完全に取り外し可能な二重パイプ、電気およびITシステムインフラを含むように設計されている。この機械/電気チェース部は、主データポッド外被から分離されるように設計されている。後部すなわち補助筐体は、データ外被または筐体を除去することができるように主ポッドアセンブリから取り外し可能である。本モジュール型データポッドは、コンピュータサーバを再び積み重ねるかモジュール型データポッドの機械、電気もしくは制御システムを維持またはアップグレードするために、現場外位置に定期的に除去してもよい。パイプおよび導管は、パイプおよび導管のモジュール型データポッドアセンブリからの取り外しを容易にし、かつそこへの再取り付けを容易にするための取り付け機構(例えば、フランジまたは離脱ボルトあるいはワイヤリングハーネスプラグ)を備えていてもよい。パイプおよび導管チェースは、チェースとモジュール型データポッド外被との間に水密シールを得るための壁、膜およびシーラントを含んでいてもよい。
モジュール型データポッド80を屋外環境に設置する場合、各モジュール型データポッド80のパイプ回路は、ヒートトレース、断熱および断熱保護を含んでいてもよい。各モジュール型データポッドは、アラームおよびステータス情報を提供し得るBMSと共に完全に組み込まれているそれ自体のヒートトレースパネルを有していてもよい。
各ポッドは、各コイル列の下に漏水格納槽を備えていてもよい。上記槽は、BMSに接続された漏れ検出器を備えていてもよい。BMSは、漏れまたは他の異常状態(例えば、本モジュール型データセンタ外被内の高湿度)が検出された場合に、アラームを作動するか、そうでなければオペレータに通知することができる。
各ポッドには、本モジュール型データセンタ外被、ポンプ、熱交換器チャンバ、および取り外し可能なパイプ/電気チャンバ内の戦略点に配備することができる漏れ検出センサが取り付けられていてもよい。漏れ検出システムは、アラームおよびステータス情報を提供することができるBMSと完全に一体化されていてもよい。
本モジュール型データポッドは、完全に冗長な40kWサーバラックなどの高密度サーバ機器を処理するように設計されている。本モジュール型データポッド設計は、サーバ技術における進歩の結果としてのサーバ機器の1立方フィート当たりの電力出力の増加に対応するように拡張可能である。本モジュール型データポッド設計の拡張には、熱交換器およびポンプ機器の再取り付けならびにサーバラックへの配電が必要となり得る。本モジュール型データポッド設計を拡張するためになされるあらゆる修正の程度は、電力出力の増加量に依存し得る。
本モジュール型データポッド冷却主管は、鋼管、ポリ塩化ビニル(PVC)管、ステンレス鋼管、銅管、ガラス繊維管、鉄筋コンクリート管(RCP)、または他の種類の管であってもよい。管の種類、ゲージ、強度および厚さは、特定のデータポッドシステムの要求によって決まる。
本モジュール型データポッドは、大量生産されたものであっても所与の仕様に応じるように個々にカスタムメイドされたものであってもよい。
モジュール型データポッドおよびモジュール型ポンプ/電気機器の構築および配備を必要とする本モジュール型手法は、データセンタを構築するのに対費用効果の高い方法である。例えば、本モジュール型手法は、現場の労務費およびリスクを著しく減少させるが、それは、現場の労務は、モジュール型データポッドおよびモジュール型ポンプ/電気機器を設置および配備するためにのみ必要となるからである。
本開示に係るモジュール型データポッドを倉庫または同様の施設に設置することにより、エネルギー費も削減することができる。これは、各モジュール型データポッド外被内の空間が、調整を必要とする倉庫内の唯一の空間であるからである。各モジュール型データポッドの外側の倉庫空間は、最小の換気のみを必要とする。本モジュール型データポッドがそれらの小さな物理的設置面積によって空間を節約するように設計されているため、これは顕著である。従って、倉庫または同様の施設をより小さくすることができる。
典型的なデータセンタは、データセンタの床全体に広げられたサーバラックアセンブリによって画定されたホットアイルおよびコールドアイル内の空気を処理するために、最小の設置面積のみを必要とする。例えば、10,000平方フィートのデータセンタは、約200〜220個のサーバラックを収容することができる。各ラックは、平均して6〜12kWを生成する能力を有し得る。ラックの中には、より高い出力、例えば、16〜24kWを生成できるものもある。対照的に、本開示のいくつかの実施形態に係るモジュール型データポッドは、比較的小さいな物理的設置面積で40kW超を消費する8つのサーバラックを冷却するのに十分に高い除熱レベルを達成することができる。
本モジュール型データポッドの実施形態におけるサーバラックの密な円形構成により、モジュール型データポッド内の比較的小さな空間を冷却するのに必要なエネルギーがより少なくなるため、エネルギー費が削減される。また、サーバラックおよびアイルコンテインメントの密な構成により、本モジュール型データポッドは、空気流パターン制御のためにより小さなファン馬力を必要とする。
本モジュール型データポッドは、冷却塔、流体冷却器、チラー、地熱システムまたは既存の建物もしくはプラント水システムから流体を得るモジュール型ポンプ輸送ポッドから供給することができる。
サーバラックの円形構成と共に、本モジュール型データポッド容器の幾何学的形状により、空間の効率的な使用が得られ、熱気パターン制御のために自然なホットアイル/コールドアイルコンテインメントおよび自然な「煙突効果」が生成される。
全ての包括的なモジュール型設計のさらなる利点により、「共同」型データ倉庫およびデータスイートにおける配備のためにより高い機密性および区画化が可能となる。モジュール型ボックスにより、共同倉庫内のおいて他のITサーバラックからの隔離を行う。セキュリティのために、上記ボックスは、鍵をかけ、容易に監視することができる。
本モジュール型データポッド内のサーバラックの密な円形構成により、相互に関係するサーバおよびIT機器、例えば、親/子サーバ、マスタ/スレーブサーバおよび冗長サーバの非常により密なグループ化が容易となる。この密な構成により、IT相互依存構成要素間のファイバおよびケーブル経路をより短くすることができる。
実際のモジュール型データポッドのハチの巣体への密な充填により、通常のデータ床増築で必要となるケーブルおよびファイバ経路をより短くすることができる。ハチの巣構造は、配備において相互依存ITシステムを効率的にグループ化することができるように意図的にパターン化することができる。これらの相互依存的グループ化により、ケーブルおよびファイバ長さを減少させてもよい。これらの減少により、労務および材料費だけでなく、データケーブルランが短くなることにより運用費も削減される。
本モジュール型データポッドは、限界のIT負荷、ITステータス、冷却および電力システム性能のリアルタイム監視を行うことができるリアルタイムデータ監視サーバを備えていてもよい。本モジュール型データポッドは、外部タッチパッドシステムステータスおよび監視ディスプレイパネルも備えていてもよい。
本モジュール型データポッドは、低いラック密度用途のために物理的大きさを縮小することもできる。より小さな用途は、より小型のモジュール型データポッドにおいてより有益な五角形、六角形または他の多角形状を利用することができる。
本モジュール型データポッド設計の実施形態は、個々またはシステムとして見た場合に、現場組立ての典型的なデータセンタに勝る費用利点が得られる。モジュール型データポッドの部分的もしくは全システム配備の費用は、現場組み立ての、すなわち現場構築されるデータセンタよりも少なくとも30%少なくすることができる。
モジュール型データポッドの配備では、構築のために現場で必要な工数がはるかに少ない。これにより、データセンタ計画、特に遠く離れた位置におけるデータセンタ計画のための全日程が著しく短縮される。
パイプ、ITファイバ導管および電気チェース格納領域は、主データポッドアセンブリから完全に取り外し可能である。上記チェースには、水システム輸送ラインを実際のITデータポッド外被から分離する漏れ検出および漏れ制御手段を取り付けることができる。データ領域および冷却水の「混合空間」使用は全く存在しない。本モジュール型データポッドは、冷媒ループまたは脱イオン水適用のいずれか一方を含み得る。外部冷却水(水適用が使用される場合には脱イオン非導電水以外)が実際のデータポッド外被に進入することはない。
本モジュール型データポッドは、高効率を達成するための革新的な制御戦略を使用する冷却システムに結合させることができる。本冷却システムは、データセンタ電力使用基準に対して極めて高い効率でそれを動作させることができる革新的な制御戦略を使用することができる。本システムは、有益な湿球条件を有する領域またはゾーンのために1.1PUEレベルでそれを動作させることができる制御戦略を使用してもよい。
好ましくない湿球条件に曝される環境では、本冷却システムは、湿球条件がもはやシステム負荷を大気条件によって処理することができない時点まで悪化した場合に、本水冷式冷却システムを支援するためのチラーを備えることができる。
データポッドは、低もしくは中電圧で、家庭を通る導管、ケーブル−バスダクトまたは標準的なバスダクトを介して給電してもよい。電気インフラは、各ポッド内に構築するか、あるいはそれまたは隣接するポッドをポッド鎖に追加またはそこから除去する場合に拡張可能かつ適合可能となる能力を有していてもよい。
各モジュール型データポッドは、例えば大型配備用途のために、それ自体の無停電電源装置(UPS)またはUPS主システムに接続する能力を備えていてもよい。本ポッドは、回転型もしくは静止型UPSなどの二重冗長UPSで給電してもよい。また、当該ポッドは、変圧器および充電器を受容するように構成されていてもよい。変圧器、UPS、1つ以上のバッテリおよび分電盤は、実際のデータポッド外被の外側にあるコンパートメントに収容されていてもよい。
上記のように、当該ポッドの基部には、緊急電力用の1つ以上のバックアップバッテリを取り付けることができる。当該ポッドには、電気バス内のプラグに類似した内部リング型電気バスキャリアも取り付けることができる。各ポッドは、1つ以上のバッテリを再充電することができる充電器を有することができる。1つ以上のバックアップバッテリは、他のエネルギーまたは自然エネルギー供給部から充電してもよい。各コンピュータラックのための電力およびデータパッチプラグ点を組み込むために、ラック間の間隙を使用してもよい。
主バス給電部とモジュール型データポッド外被との間のポッド電気的接続部は、取り外し可能であってもよく、ポッド外被の除去および再配備を可能にするために、ポッドを主バス給電部から分離できるようにしてもよい。各モジュール型データポッドには、DCダイオード減結合機能が組み込まれていてもよい。
当該ポッドは、色分けされた光(例えば、LEDまたは光ファイバ光)で外側を照明する能力を有する。光の色および強度は、動作負荷の種類および密度によって決まってもよい。
本ポッド電気システムは、所与のデータセンタ計画、例えば、ティア1〜4のための具体的なティア要求に応じて適合可能性にし得る。
バッテリ回路は、特定の計画にとって必要になった場合に、隣接するポッドバッテリのバックアップ性能を含めるように修正することができる。
当該ポッドは、カスタムメイドの取り外し可能なコンピュータラックを特徴としてもよい。上記コンピュータラックは、小型および大型サーバ支持負荷の両方を処理可能にするために適合可能であるように設計されていてもよい。また、上記コンピュータラックは、上方流動パターンであるコンピュータラック(例えば、サーバラック)の背部における熱気パターンを提供するようにサーバを傾けることができる特徴も有する。上記コンピュータラックは、後ろおよび横から吹く空気流パターンを有するサーバを処理することもできる。
本モジュール型データポッドは、冷却システムを運転、監視および制御するために水およびイギリス熱単位(BTU)メータを備えていてもよい。本モジュール型データポッドは、制御システムと、モジュール型データポッドおよび関連するシステムを制御、監視および最適化するために必要な全ての制御盤および構成要素を備えていてもよい。
本モジュール型データポッドは、スマートグリッドシステムに接続することができるようにしてもよく、負荷制限ならびに他のポッドおよび現場外データ収集場所への情報処理の入出力先変更のために、クラウドコンピューティング技術を使用してもよい。
本モジュール型データポッドは、密封しても密封しなくてもよい。密封されたポッドは、ポッド内に真空を生成するか、あるいは伝熱を増加させ、かつ火事を抑制するようにポッド内の空気の組成を変更する(例えば、酸素の除去)機器を備えるかそれに結合されていてもよい。
本開示のいくつかの実施形態について図面に示し、かつ/または本明細書に記載してきたが、本開示は、これらの実施形態に限定されるものではない。本開示は、当該技術分野が許容するのと同程度に範囲が広く、本明細書は同様に解釈されることが意図されている。従って、上記記載は限定的なものとして解釈されるべきではなく、単に特定の実施形態の例示として解釈されるべきである。当業者であれば、以下の特許請求の範囲および趣旨を逸脱しない他の修正形態を思いつくであろう。
Claims (80)
- 多角形状に各壁部材の少なくとも1つの縁部に沿って互いに隣接して接合された壁部材と、データポッドカバー部材とを含む筐体と、
前記壁部材の内面と、前記コンピュータラックの第1の側面との間に第1の体積と、前記コンピュータラックの第2の側面から形成された第2の体積とを形成するように、前記筐体内に配置された複数のコンピュータラックと、
前記第2の体積を封じ込めるように構成されたコンピュータラックカバー部材であって、前記コンピュータラックカバー部材および前記データポッドカバー部材が、前記第1の体積と前記第2の体積とを結ぶ第3の体積を形成するコンピュータラックカバー部材と、
前記第1の体積、第2の体積および第3の体積を通して空気を連続的に循環させるように構成された空気循環器と、
を備えるモジュール型データポッド。 - 前記多角形は六角形または八角形である、請求項1に記載のモジュール型データポッド。
- 前記壁部材の少なくとも2つは、残りの壁部材とは異なる長さを有する、請求項2に記載のモジュール型データポッド。
- 前記複数のコンピュータラックは、U字型形状、円形状または楕円形状に配置されている、請求項1に記載のモジュール型データポッド。
- 前記空気循環器は、前記コンピュータラックカバー部材に結合されている、請求項1に記載のモジュール型データポッド。
- 前記モジュール型データポッドに関連する環境条件に応じて前記空気循環器の速度を変えるように構成された可変ファン駆動装置をさらに備える、請求項1に記載のモジュール型データポッド。
- 前記複数のコンピュータラックに隣接する前記第1の体積内に配置された熱交換部材をさらに備える、請求項1に記載のモジュール型データポッド。
- 前記第3の体積内に配置された第2の熱交換部材をさらに備える、請求項7に記載のモジュール型データポッド。
- 前記第2の熱交換部材は、前記空気循環器に隣接して配置されている、請求項8に記載のモジュール型データポッド。
- 前記複数のコンピュータラックに電気的に結合された専用の電力供給部をさらに備える、請求項1に記載のモジュール型データポッド。
- 前記専用の電力供給部と外部配電網との間に電気的に結合された少なくとも1つのDC/AC変換器をさらに備える、請求項10に記載のモジュール型データポッド。
- 複数のサーバと、
フリークーリング装置を備えた第1の冷却回路に結合するように構成された少なくとも1つの熱交換部材と、
前記熱交換部材に結合し、かつ前記複数のサーバと熱連通している第2の冷却回路であって、機械的冷却装置を備える第2の冷却回路と、
を備えるモジュール型データポッド。 - 前記機械的冷却装置は、前記モジュール型データポッドに関連する大気の湿球温度が所定の湿球温度を超えた場合に作動するように構成されている、請求項12に記載のモジュール型データポッド。
- 前記少なくとも1つの熱交換部材は、一次熱交換部材および二次熱交換部材を備える、請求項12に記載のモジュール型データポッド。
- 前記第2の冷却回路は、前記一次熱交換部材に結合された一次冷却コイルアセンブリと、前記二次熱交換部材に結合された二次冷却コイルアセンブリとを備える、請求項14に記載のモジュール型データポッド。
- 前記一次冷却コイルアセンブリおよび前記二次冷却コイルアセンブリは、カスケード型コイルアセンブリである、請求項15に記載のモジュール型データポッド。
- 複数のコンピュータラックの冷却方法であって、
筐体の壁部材と複数のコンピュータラックの第1の側面との間に第1の体積と、前記コンピュータラックの第2の側面間に第2の体積とを形成するように、前記複数のコンピュータラックを、多角形状を有する前記筐体内に配置する工程と、
前記第1の体積と前記第2の体積とを結ぶ第3の体積を形成するように、前記第2の体積を封じ込む工程と、
前記第3の体積および前記コンピュータラックを介して前記第1の体積と第2の体積との間に空気を循環させる工程と、
を含む方法。 - 前記第1の体積、第2の体積および第3の体積を通して空気を循環させる工程は、前記環境条件に応じて前記空気の速度を変えることを含む、請求項17に記載の方法。
- 熱交換部材を前記複数のコンピュータラックに隣接する前記第1の体積内に配置する工程をさらに含む、請求項17に記載の方法。
- 第2の熱交換部材を前記第3の体積内に配置する工程をさらに含む、請求項19に記載の方法。
- 一次冷却装置を備えた第1の冷却回路と、
複数のモジュール型データポッドであって、各モジュール型データポッドが、
複数のサーバと、
前記第1の冷却回路に結合された熱交換部材と、
前記熱交換部材に結合され、かつ前記複数のサーバを冷却するように構成された第2の冷却回路であって、前記第2の冷却回路を通って流れる流体を冷却するように構成された二次冷却装置を備える第2の冷却回路と、
と備える複数のモジュール型データポッドと、
を備えるモジュール型データセンタ。 - 各モジュール型データポッドは、前記複数のサーバと熱連通している一次冷却コイルをさらに備える、請求項21に記載のモジュール型データセンタ。
- 前記第2の冷却装置は、前記モジュール型データセンタに関連する大気の湿球温度が所定の湿球温度を超えた場合に作動するように構成された機械的冷却装置である、請求項21に記載のモジュール型データセンタ。
- 前記機械的冷却装置は、前記第2の冷却回路を通って流れる流体を圧縮するように構成された圧縮装置を備える、請求項23に記載のモジュール型データセンタ。
- 前記第1の冷却回路を通って流れる流体は、グリコール溶液または水であり、前記第2の冷却回路を通って流れる流体は冷媒である、請求項21に記載のモジュール型データセンタ。
- 各モジュール型データポッドは、
前記第1の冷却回路に結合された第2の熱交換部材と、
前記第2の熱交換部材に結合され、かつ前記複数のサーバを冷却するように構成された第3の冷却回路であって、前記第3の冷却回路を通って流れる流体を冷却するように構成された第2の二次冷却装置を備える第3の冷却回路と、
をさらに備える、請求項21に記載のモジュール型データセンタ。 - 各モジュール型データポッドは、前記複数のサーバと熱連通している二次冷却コイルをさらに備える、請求項26に記載のモジュール型データセンタ。
- 前記一次冷却装置はフリークーリング装置である、請求項21に記載のモジュール型データセンタ。
- 前記フリークーリング装置は、流体冷却器または冷却塔を備える、請求項28に記載のモジュール型データセンタ。
- 前記第2の冷却回路に結合され、かつ冷却流体源および膨張タンクを備えた第3の冷却回路をさらに備える、請求項21に記載のモジュール型データセンタ。
- 前記熱交換部材は凝縮器である、請求項21に記載のモジュール型データセンタ。
- 前記第1の冷却回路は、逆戻り構成で2つの供給ラインおよび2つの戻りラインを備える、請求項21に記載のモジュール型データセンタ。
- モジュール型データセンタのための冷却システムであって、
一次冷却装置を備えた第1の冷却回路と、
複数のモジュール型データポッドであって、各モジュール型データポッドは、
複数のサーバラックを備えた筐体と、
前記第1の冷却回路に結合された熱交換部材と、
前記熱交換部材に結合され、かつ前記筐体を冷却するように構成された第2の冷却回路であって、前記第2の冷却回路を通って流れる流体を冷却するように構成された二次冷却装置を備えた第2の冷却回路と、
を備える複数のモジュール型データポッドと、
を備える冷却システム。 - 前記二次冷却装置は、前記一次冷却装置が冷却することができない前記筐体内の熱負荷の一部を冷却するように構成されている、請求項33に記載の冷却システム。
- 前記二次冷却装置は、大気条件の関数として前記筐体内の熱負荷の一部を冷却するように構成されている、請求項33に記載の冷却システム。
- 前記第1および第2の冷却回路は、独立した冷却回路である、請求項33に記載の冷却システム。
- 中央冷却システムと、
複数のモジュール型データポッドであって、各モジュール型データポッドは、
複数のサーバと、
前記中央冷却システムに結合され、かつ前記複数のサーバを冷却するように構成された熱交換アセンブリと、
前記熱交換アセンブリに結合された分散型冷却システムと、
を備える複数のモジュール型データポッドと、
を備えるモジュール型データセンタ。 - 前記中央冷却システムはフリークーリングシステムであり、前記分散型冷却システムは機械的冷却システムである、請求項37に記載のモジュール型データセンタ。
- 前記分散型冷却システムは、前記フリークーリングシステムの冷却能力を超える前記モジュール型データポッドの熱負荷の一部を冷却するように構成されている、請求項38に記載のモジュール型データセンタ。
- 前記熱交換アセンブリは、熱交換部材と、前記熱交換部材と熱連通している冷却回路とを備え、前記冷却回路は、前記複数のサーバとさらに熱連通している、請求項37に記載のモジュール型データセンタ。
- データセンタを形成するためのモジュール型データポッドの配備方法であって、
各データポッドが前記モジュール型データポッドと流体および電気連通している流体/電気回路部を備える複数のモジュール型データポッドを互いに近接して設置する工程と、
複数の流体/電気回路部を互いに直列に結合して、第1の端部および第2の端部を有する流体/電気回路を形成する工程と、
を含む方法。 - 前記流体/電気回路を中央流体/電気回路に結合する工程をさらに含む、請求項41に記載の方法。
- 前記複数のモジュール型データポッドの冷却要求の少なくとも一部を満たすように構成された中央冷却装置を、前記中央流体/電気回路に結合する工程をさらに含む、請求項42に記載の方法。
- 前記複数の流体/電気回路部は、複数の第1の流体/電気回路部であり、前記流体/電気回路は、第1の流体/電気回路であり、
それぞれの第2の複数のモジュール型データポッドの複数の第2の流体/電気回路部を直列に結合して、第1の端部および第2の端部を有する第2の流体/電気回路を形成する工程と、
前記第2の流体/電気回路の前記第1の端部にある第2の流体/電気回路部を、前記流体/電気回路の前記第2の端部にある第1の流体/電気回路部に結合する工程と、
をさらに含む、請求項43に記載の方法。 - 第2の複数のモジュール型データポッドの流体/電気回路部を直列に結合して、第1の端部および第2の端部を有する第2の流体/電気回路を形成する工程と、
前記第2の流体/電気回路の前記第1の端部にある前記第2の複数のモジュール型データポッドのモジュール型データポッドの第2の流体/電気回路部を前記中央流体/電気回路に結合する工程と、
をさらに含む、請求項42に記載の方法。 - 前記中央冷却装置は第1の中央冷却装置であり、前記第1の中央冷却装置が前記第2の複数のモジュール型データポッドの冷却要求の少なくとも一部を満たすことができない場合に、第2の中央冷却装置を前記中央流体/電気回路に結合する工程をさらに含む、請求項45に記載の方法。
- 前記複数のモジュール型データポッドの各モジュール型データポッドが、データ筐体と、前記データ筐体と流体および電気連通しているそれぞれの流体/電気回路部を含む補助筐体とを備え、前記流体/電気回路部が、前記流体/電気回路部の少なくとも第1および第2の側面を画定する線形経路を形成し、前記データ筐体が、前記流体/電気回路部の前記少なくとも第1および第2の側面上に交互に配置されていることを特徴とし、前記データ筐体を前記流体/電気回路部の交互面にある前記補助筐体に結合する工程をさらに含む、請求項41に記載の方法。
- 前記複数のモジュール型データポッドを互いに近接して設置する工程は、前記補助筐体へのユーザアクセスを提供する経路を形成するように、隣接するデータ筐体を、前記流体/電気回路部の前記それぞれの第1の側面および前記流体/電気回路部の第2の側面のうちの一方の上に配置することを含む、請求項47に記載の方法。
- 前記複数のモジュール型データポッドを互いに近接して設置する工程は、各データポッドが、前記モジュール型データポッドと流体および電気連通している前記流体/電気回路部と、前記モジュール型データポッドと流体および電気連通している冷媒冷却システムとを備え、かつ電子機器冷却専用の前記冷媒冷却システムが、前記それぞれのモジュール型データポッド内に封入されていることを特徴とする、前記複数のモジュール型データポッドを互いに近接して設置することを含む、請求項41に記載の方法。
- 中央流体/電気回路と、
各モジュール型データポッドが前記中央流体/電気回路と流体および電気連通している流体/電気回路部を含むモジュール型データポッド鎖と、
第1の端部および第2の端部を有する流体/電気回路を形成するように互いに直列に結合された各モジュール型データポッドの複数の前記流体/電気回路部と、
中央冷却流体/電気回路に結合された前記冷却流体/電気回路と、
前記中央冷却流体/電気回路に結合され、かつ前記モジュール型データポッド鎖の冷却要求の少なくとも一部を支持するように構成された中央冷却装置と、
を備えるモジュール型データセンタ。 - 前記流体/電気回路は、少なくとも1つの流体供給ラインおよび少なくとも1つの流体戻りラインを備え、前記少なくとも1つの流体供給ラインおよび前記少なくとも1つの流体戻りラインは逆戻り構成である、請求項50に記載のモジュール型データセンタ。
- 前記モジュール型データポッド鎖の各モジュール型データポッドは、前記それぞれの流体/電気回路部を含む補助筐体を備える、請求項50に記載のモジュール型データセンタ。
- 前記モジュール型データポッド鎖の各モジュール型データポッドは、前記それぞれの流体/電気回路部の一部を含むデータ筐体を備え、前記流体/電気回路部は、前記流体/電気回路の少なくとも第1および第2の側面を画定する線形経路を形成し、前記データ筐体は、前記流体/電気回路の前記少なくとも第1および第2の側面上に交互に配置されている、請求項52に記載のモジュール型データセンタ。
- 前記流体/電気回路の前記第1の側面および前記流体/電気回路の第2の側面のうちの少なくとも1つの上の隣接するデータ筐体は、前記モジュール型データポッドが備える前記それぞれの補助筐体へのアクセスを提供する経路を形成する、請求項53に記載のモジュール型データセンタ。
- 前記データ筐体は多角形状である、請求項53に記載のモジュール型データセンタ。
- 第2のモジュール型データポッド鎖内の各モジュール型データポッドは、前記中央流体/電気回路と流体および電気連通している流体/電気回路部を含む、第2のモジュール型データポッド鎖と、
前記中央流体/電気回路に結合され、かつ前記第2のモジュール型データポッド鎖の冷却要求の少なくとも一部を支持するように構成された第2の中央冷却装置と、
をさらに備える、請求項50に記載のモジュール型データセンタ。 - 前記モジュール型データポッド鎖の各モジュール型データポッドは、流体/電気回路と、前記流体/電気回路と流体および電気連通している冷媒冷却システムとを備えた補助筐体を備え、電子機器冷却専用の前記冷媒冷却システムは、前記それぞれのモジュール型データポッドのデータ筐体内に封入されている、請求項50に記載のモジュール型データセンタ。
- データセンタを形成するためのモジュール型データポッドの配備方法であって、
各データポッドが前記モジュール型データポッドと連通する回路部を含む複数のモジュール型データポッドを互いに近接して設置する工程と、
複数の前記回路部を互いに直列に結合して第1の端部および第2の端部を有する回路を形成する工程と、
を含む方法。 - 前記設置する工程は、各データポッドが前記モジュール型データポッドと連通する流体回路部および電気回路部のうちの一方を含む複数のモジュール型データポッドを互いに近接して設置することを含み、
前記結合する工程は、複数の前記流体回路部を互いに直列に結合して、第1の端部および第2の端部を有する流体回路を形成すること、または複数の前記電気回路部を互いに直列に結合して第1の端部および第2の端部を有する電気回路を形成することを含む、請求項58に記載の方法。 - 前記流体回路を中央流体回路に結合する工程と、前記電気回路を中央電気回路に結合する工程のうちの1つをさらに含む、請求項59に記載の方法。
- 電子機器を冷却するためのシステムであって、
電子機器と熱連通している第1の流体を大気で冷却するように構成されたフリークーリングシステムと、
前記フリークーリングシステムに結合された機械的過冷却システムであって、前記フリークーリングシステムがその最大の冷却能力を超えた量の関数として前記フリークーリングシステム内を流れる第2の流体を冷却するように構成された機械的機械的システムと、
を備えるシステム。 - 前記フリークーリングシステムは、
前記第2の流体を大気で冷却するように構成されたフリークーリング装置と、
前記フリークーリング装置と流体連通している主熱交換器であって、前記第1の流体から前記第2の流体への伝熱を可能にするように構成された主熱交換器と、
を備える、請求項61に記載のシステム。 - 前記機械的過冷却システムは、第2の流体の温度の関数として前記主熱交換器の中に流れる前記第2の流体を冷却するように構成されている、請求項62に記載のシステム。
- 前記機械的過冷却システムは、
前記主熱交換器の中に流れる前記第2の流体から第1の熱交換器を通って流れる第3の流体への伝熱を可能にするように構成された第1の熱交換器と、
前記第1の熱交換器と流体連通し、かつ前記第1の熱交換器の外に流れる前記第3の流体を圧縮するように構成された圧縮機と、
前記圧縮機と流体連通し、かつ前記圧縮された第3の流体から前記主熱交換器の外に流れる前記第2の流体への伝熱を可能にするように構成された第2の熱交換器と、
前記第1の熱交換器と前記第2の熱交換器との間に流体結合された減圧装置であって、前記第2の熱交換器から前記第1の熱交換器に流れる前記第2の流体の温度を低下させるように構成された減圧装置と、
を備える、請求項62に記載のシステム。 - 大気の湿球温度を検出するように構成された温度センサと、
前記センサおよび前記圧縮機に結合された制御装置であって、大気の検出された湿球温度の関数として前記圧縮機の速度を変えるように構成された制御装置と、
を備える、請求項64に記載のシステム。 - 前記主熱交換器の外に流れる前記第1の流体を受容するように構成された流体受容器と、
前記流体受容器内に含まれる前記第1の流体の液面を検出するように構成されたセンサと、
前記流体受容器内に含まれる前記第1の流体の液面が所定のレベル未満に低下した場合に、前記第1の流体を冷却するように構成された第2の機械的過冷却システムと、
をさらに備える、請求項64に記載のシステム。 - 前記第2の機械的過冷却システムは、
前記流体受容器内に配置され、かつ前記流体受容器に含まれる前記第1の流体から、前記第3の熱交換器を通って流れる第4の流体への伝熱を可能にするように構成された第3の熱交換器と、
前記第3の熱交換器と流体連通し、かつ前記第3の熱交換器の外に流れる前記第4の流体を圧縮するように構成された第2の圧縮機と、
前記第2の圧縮機と流体連通し、かつ前記圧縮された第4の流体から前記第2の流体への伝熱を可能にするように構成された第4の熱交換器と、
前記第3の熱交換器と第4の熱交換器との間に流体結合された減圧装置であって、前記第4の熱交換器から前記第3の熱交換器に流れる前記第4の流体の温度を低下させるように構成された減圧装置と、
を備える、請求項66に記載のシステム。 - 前記第1の流体、前記第3の流体、および第4の流体は冷媒を含み、第2の流体は水を含む、請求項67に記載のシステム。
- 前記機械的過冷却システムは前記電子機器に密結合されている、請求項61に記載のシステム。
- 第1の流体を用いて電子機器を冷却する工程と、
前記第1の流体から大気で冷却した第2の流体への伝熱を可能にすることにより、前記第1の流体のフリークーリングを行う工程と、
前記第1の流体のフリークーリングが前記第1の流体を冷却するのに不十分な程度まで、前記第2の流体を機械的に冷却する工程と、
を含む、電子機器の冷却方法。 - 前記第2の流体を機械的に冷却する工程は、前記第2の流体の温度の関数として前記第2の流体を機械的に冷却することを含む、請求項70に記載の方法。
- 前記第2の流体を機械的に冷却する工程は、
前記第2の流体から第3の流体への伝熱を可能にすることにより、前記第2の流体を用いて前記第1の流体のフリークーリングを行う前に前記第2の流体を冷却することと、
前記第3の流体を圧縮することと、
前記第2の流体を用いて前記第1の流体をフリークーリングした後に、前記圧縮された第3の流体から前記第2の流体への伝熱を可能にすることにより、前記圧縮された第3の流体を凝縮することと、
前記凝縮された第3の流体の圧力を低下させて、前記第3の流体の温度を低下させることと、
を含む、請求項70に記載の方法。 - 前記大気の湿球温度を検出する工程と、
前記検出された湿球温度の関数として前記第3の流体を圧縮する速度を変えて、前記第2の流体の温度を変える工程と、
をさらに含む、請求項72に記載の方法。 - 前記フリークーリングを行った第1の流体を流体受容器に受容する工程と、
前記流体受容器に含まれる前記第1の流体の液面を検出する工程と、
前記検出された液面が第1の所定の液面未満に低下した場合に、前記第1の流体を機械的に冷却して前記第1の流体を凝縮する工程と、
前記検出された液面が前記第1の所定の液面よりも高い第2の所定の液面に達した場合に、機械的冷却を停止する工程と、
をさらに含む、請求項72に記載の方法。 - 前記第1の流体を機械的に冷却する工程は、
前記流体受容器内の前記第1の流体から第3の流体への伝熱を可能にすることにより、前記流体受容器内の前記第1の流体を冷却することと、
前記第3の流体を圧縮することと、
前記圧縮された第3の流体から大気で冷却した前記第2の流体への伝熱を可能にすることにより、前記圧縮された第3の流体を凝縮することと、
前記凝縮された第3の流体の圧力を低下させて、前記第3の流体の温度を低下させることと、
を含む、請求項74に記載の方法。 - 前記第1の流体および第3の流体は冷媒を含み、第2の流体は水を含む、請求項75に記載の方法。
- 前記冷媒はR134Aであり、第2の流体は復水、冷水またはグリコール溶液である、請求項76に記載の方法。
- 前記フリークーリングを行った第1の流体の温度を検出する工程と、
前記第2の流体の流量を、前記フリークーリングを行った第1の流体の温度の関数として調整する工程と、
をさらに含む、請求項70に記載の方法。 - 電子機器を冷却するためのシステムであって、
前記第1の流体回路を通って流れる第1の流体を用いて電子機器を冷却するように構成された第1の流体回路と、
前記第2の流体回路を通って流れる第2の流体を冷却するように構成された第2の流体回路であって、前記フリークーリングを行った第2の流体を用いて前記第1の流体を冷却するようにさらに構成された第2の流体回路と、
大気の湿球温度が前記第1の所定の湿球温度を超えた場合に、前記湿球温度と第1の所定の湿球温度との差の関数として前記第2の流体を機械的に冷却するように構成された第3の流体回路と、
を備えるシステム。 - 前記第1の流体回路が流体受容器を備えるシステムであって、
前記流体受容器に含まれる前記第1の流体の液面を検出するように構成されたセンサと、
前記流体受容器に含まれる前記第1の流体と熱連通している第4の流体回路であって、前記検出された液面が所定の液面未満に低下した場合に、前記第1の流体を機械的に冷却し、かつ凝縮するように構成された第4の流体回路と、
をさらに備える、請求項79に記載の冷却システム。
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