專利名稱：集裝箱空氣處理單元和冷卻方法
集裝箱空氣處理單元和冷卻方法相關(guān)申請本申請根據(jù);35U. S.C. § 119(e)要求于2009年6月2日提交的第61/183，276號、 標(biāo)題為“ISO CONTAINER SUB-BASE WITH ADIABATIC ASSIST AIR ECONOMIZER(具有絕熱的輔助空氣節(jié)能裝置的ISO集裝箱基底層)”的美國臨時申請的優(yōu)先權(quán)，該美國臨時申請據(jù)此通過引用以其整體用于所有目的并入該申請。本公開內(nèi)容的背景1.本公開內(nèi)容的領(lǐng)域本公開內(nèi)容的實施方式大體上涉及用于冷卻數(shù)據(jù)中心的系統(tǒng)和方法，數(shù)據(jù)中心存放信息技術(shù)設(shè)備，例如服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機、數(shù)據(jù)存儲器以及類似的設(shè)備。2.對相關(guān)技術(shù)的討論用于存放電子設(shè)備，例如數(shù)據(jù)處理設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和電信設(shè)備的采用設(shè)備外殼或機架的數(shù)據(jù)中心已使用了很多年。安裝于機架上的設(shè)備所產(chǎn)生的熱對于位于數(shù)據(jù)中心內(nèi)的設(shè)備組件的性能、可靠性和使用壽命具有不利影響。特別地，存放在外殼內(nèi)、安裝于機架上的設(shè)備可能容易受到運行期間在外殼的范圍內(nèi)所產(chǎn)生的熱積聚(heat build-up)和熱點 (hot spot)的影響。一機架的設(shè)備所產(chǎn)生的熱量取決于運行期間由機架上的設(shè)備抽取的電功率的量。另外，電子設(shè)備的用戶可隨著他們的需求的改變和新需求的產(chǎn)生來增加、移除和重新布置安裝于機架上的組件。存在很多冷卻數(shù)據(jù)中心的方法。以前，在某些配置中，數(shù)據(jù)中心通過數(shù)據(jù)中心的冷卻系統(tǒng)冷卻，數(shù)據(jù)中心的冷卻系統(tǒng)具有計算機室空調(diào)器(“CRAC”)單元，這些單元通常是位于數(shù)據(jù)中心室的邊緣的周圍的硬管(hard piped)的、不能移動的單元。這些CRAC單元從單元的前部吸入空氣并向上朝向數(shù)據(jù)中心室的天花板輸出較冷的空氣。在其他的實施方式中，CRAC單元從數(shù)據(jù)中心室的天花板附近吸入空氣并在活動地板(raised floor)下面排放較冷的空氣以輸送至設(shè)備機架的前部。一般地，這種CRAC單元吸入室溫空氣并排放出冷空氣，該冷空氣被吹入數(shù)據(jù)中心室并與在設(shè)備機架上或設(shè)備機架附近的室溫空氣混合。也可以使用移動的冷卻單元。本公開內(nèi)容的概述本公開內(nèi)容的一方面針對被配置成處理由數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生的IT空氣的模塊化冷卻系統(tǒng)。在一實施方式中，所述模塊化冷卻系統(tǒng)包括框架和由框架支撐的多個冷卻子系統(tǒng)模塊。多個冷卻子系統(tǒng)模塊被配置成并行操作以實現(xiàn)整體的冷卻效果或在數(shù)據(jù)中心內(nèi)某種程度的冗余下較小的冷卻效果。在某一實施方式中，每個冷卻子系統(tǒng)模塊包括被配置為支撐冷卻設(shè)備的外殼，由外殼支撐的用于冷卻由數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生的IT空氣的空氣熱交換器，以及由外殼支撐的機械冷卻系統(tǒng)，空氣熱交換器具有被配置為將IT空氣從空氣熱交換器的一端引向空氣熱交換器的相對端的至少一個管道，并被配置以使室外空氣圍繞至少一個管道循環(huán)流動。機械冷卻系統(tǒng)被配置為接收由空氣熱交換器處理后的IT空氣并提供對已處理過的IT空氣的進一步冷卻。模塊化冷卻系統(tǒng)的實施方式還包括流體通信網(wǎng)絡(luò)，該流體通信網(wǎng)絡(luò)使模塊化冷卻系統(tǒng)的冷卻子系統(tǒng)模塊與數(shù)據(jù)中心相互連接以向數(shù)據(jù)中心輸送冷空氣并從數(shù)據(jù)中心排出暖空氣。所述流體通信網(wǎng)絡(luò)包括被配置為將冷卻的或處理過的空氣從冷卻子系統(tǒng)模塊輸送至數(shù)據(jù)中心的送風(fēng)管，和被配置為將IT空氣從數(shù)據(jù)中心輸送至冷卻子系統(tǒng)模塊的回風(fēng)管。在一實施方式中，所述框架是位于數(shù)據(jù)中心外部的ISO框架。每個冷卻子系統(tǒng)模塊還包括由所述外殼支撐的蒸發(fā)冷卻裝置，所述蒸發(fā)冷卻裝置被配置為在所述至少一個管道上噴水。所述模塊化冷卻系統(tǒng)還包括水分配與收集系統(tǒng)，水分配與收集系統(tǒng)被配置為將冷卻水輸送至多個冷卻子系統(tǒng)模塊的蒸發(fā)冷卻裝置和從多個冷卻子系統(tǒng)模塊收集冷卻水。所述蒸發(fā)冷卻裝置包括噴霧器，所述水分配與收集系統(tǒng)包括收集槽和與所述噴霧器連接的泵。所述噴霧器被配置為在至少一個管道上噴水，所述收集槽被配置為收集噴灑在至少一個管道上的水。所述多個冷卻子系統(tǒng)模塊沿著框架的外部放置，以及所述水分配與收集系統(tǒng)相對于多個冷卻子系統(tǒng)模塊被放置在內(nèi)部。在某一實施方式中，所述至少一個管道包擴多個管道。所述機械冷卻系統(tǒng)包括壓縮機、冷凝器盤管和蒸發(fā)器盤管。所述模塊化冷卻系統(tǒng)還包括由外殼支撐的至少一個風(fēng)扇，所述至少一個風(fēng)扇被配置為使室外空氣和IT空氣循環(huán)流動。所述至少一個風(fēng)扇包括被配置為將室外空氣引向至少一個管道的第一風(fēng)扇和被配置為將IT空氣引入至少一個管道的第二風(fēng)扇。本公開內(nèi)容的另一方面針對冷卻IT空氣的方法。在一實施方式中，該方法包括 將IT空氣從數(shù)據(jù)中心輸送至多個空氣處理單元的管道；圍繞管道輸送室外空氣；在管道上噴水；將IT空氣從管道輸送至機械冷卻系統(tǒng)；以及從所述多個空氣處理單元將處理過的IT 空氣返回到數(shù)據(jù)中心。進一步公開了該方法的實施方式。在某一實施方式中，從數(shù)據(jù)中心輸送至多個空氣處理單元的管道的IT空氣經(jīng)過回風(fēng)管。從所述多個管道返回至數(shù)據(jù)中心的已處理過的 IT空氣經(jīng)過送風(fēng)管。所述多個空氣處理單元包含在ISO框架內(nèi)。該方法還包括從水分配與收集系統(tǒng)將水輸送至所述多個空氣處理單元，和/或從所述多個空氣處理單元收集水。將 IT空氣從數(shù)據(jù)中心輸送至所述管道以及圍繞所述管道輸送室外空氣是通過使用風(fēng)扇實現(xiàn)的。在參考附圖、詳細描述和權(quán)利要求之后，將更全面地理解本公開內(nèi)容。附圖簡述在附圖中，在多個圖中示出的每一相同的或近似相同的組件由同一數(shù)字表示。為了清楚起見，在每一附圖中并非每個組件都可以標(biāo)出。為了更好地理解本公開內(nèi)容，在此參照通過引用并入本申請的附圖，其中

圖1是具有本公開內(nèi)容的實施方式的冷卻系統(tǒng)的示例性數(shù)據(jù)中心的透視圖；圖2A和圖2B是本公開內(nèi)容的一實施方式的氣流接口的透視圖；圖3A和圖;3B是本公開內(nèi)容的另一實施方式的氣流接口的透視圖；圖4是在圖1中示出的冷卻系統(tǒng)和在圖2A和圖2B中示出的氣流接口的放大透視圖；圖5是在圖4中示出的冷卻系統(tǒng)移除冷卻單元和氣流接口以顯示冷卻系統(tǒng)的內(nèi)部組件的放大透視圖；圖6是冷卻系統(tǒng)移除部分單元以顯示單元的內(nèi)部的實施方式的空氣處理單元的正透視圖7是在圖6中示出的空氣處理單元的后透視圖；圖8-10是在圖6和圖7中示出的空氣處理單元的正視圖、左側(cè)視圖和右側(cè)視圖；圖11是空氣處理單元的蒸汽熱交換器的放大示意圖；圖12是本公開內(nèi)容的實施方式的冷卻系統(tǒng)的截面圖，其描述了兩種不同的空氣循環(huán)路徑的多種狀態(tài)點；圖13是本公開內(nèi)容的實施方式的具有整合的冷卻模塊和被配置為相互配合的冷卻模塊的ISO集裝箱基底層的俯視圖；圖14是示出相對的冷卻模塊嵌套在一起的視圖；以及圖15是在圖13中示出的ISO集裝箱移除對角線交叉支撐件的側(cè)視圖。優(yōu)選實施方式的詳細描述僅是為了說明本公開內(nèi)容而非局限于普遍性，現(xiàn)在將參照附圖詳細地描述本公開內(nèi)容。本公開內(nèi)容并非將其應(yīng)用局限于以下描述中提出的或在附圖中示出的組件的結(jié)構(gòu)及布置的細節(jié)。本公開內(nèi)容能夠具有其他的實施方式并能夠通過多種途徑實踐或?qū)崿F(xiàn)。同樣地，在此使用的措辭和術(shù)語是為了描述的目的，而不應(yīng)該被認(rèn)為是限制性的。“包括(including) ” “包括(comprising) ” “具有(having) ” “包含(containing) ” “涉及 (involving)”及其在此處的變體的使用，意味著涵蓋之后所列出的項目及其等同物，以及附加的項目。本公開內(nèi)容針對被配置為存放多個冷卻子系統(tǒng)模塊的模塊化冷卻系統(tǒng)，多個冷卻子系統(tǒng)模塊被并行操作以實現(xiàn)整體的冷卻效果或某種程度的冗余下較小的冷卻效果。 在一實施方式中，每個冷卻子系統(tǒng)模塊包括被配置為用室外空氣冷卻IT空氣的空氣熱交換器和蒸發(fā)冷卻裝置。在IT空氣經(jīng)過空氣熱交換器之后，空氣被輸送至機械冷卻系統(tǒng)，機械冷卻系統(tǒng)被配置為在將空氣輸送回至數(shù)據(jù)中心之前進一步地冷卻IT空氣。在此公開的實施方式的模塊化冷卻系統(tǒng)特別適用于處理來自數(shù)據(jù)中心的空氣。在一特定的實施方式中，模塊化冷卻系統(tǒng)包括多個存放在ISO框架內(nèi)的冷卻子系統(tǒng)模塊。所述ISO框架被配置為經(jīng)由送風(fēng)管提供冷空氣給數(shù)據(jù)中心，以及經(jīng)由回風(fēng)管處理由數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生的暖空氣。在某一實施方式中，所述ISO框架被設(shè)置在數(shù)據(jù)中心的外部?，F(xiàn)在參照附圖，具體參照圖1，數(shù)據(jù)中心一般由10標(biāo)示。如所示，數(shù)據(jù)中心10包括多排設(shè)備機架，每排由12標(biāo)示。設(shè)備機架12設(shè)計用來存放電子設(shè)備，例如數(shù)據(jù)處理設(shè)備、 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和電信設(shè)備。運行期間電子設(shè)備產(chǎn)生的熱需要被處理以確保由設(shè)備機架12存放的設(shè)備組件的持續(xù)的性能、可靠性及使用壽命。在此公開的冷卻系統(tǒng)的實施方式被設(shè)計用于處理由數(shù)據(jù)中心10內(nèi)的電子設(shè)備產(chǎn)生的熱并將冷空氣返回至數(shù)據(jù)中心。在一實施方式中，若干模塊化冷卻集裝箱(每一個一般由14標(biāo)示)從數(shù)據(jù)中心的外部連接至數(shù)據(jù)中心10。冷卻集裝箱14適于接收來自數(shù)據(jù)中心10的熱空氣(有時在此稱為“IT空氣”)并將處理過的或冷卻過的空氣返送至數(shù)據(jù)中心。在一實施方式中，每一冷卻集裝箱14可以包括被修改用于為冷卻設(shè)備提供合適的外殼和保護的ISO框架。如圖1 所示，具有八個這樣的冷卻集裝箱14被配置來處理數(shù)據(jù)中心10內(nèi)的IT空氣。應(yīng)該理解的是，根據(jù)數(shù)據(jù)中心10的大小和形狀，可以提供任何數(shù)量的冷卻集裝箱14以解決數(shù)據(jù)中心的冷卻需求。同樣地，根據(jù)由數(shù)據(jù)中心10周圍的空間標(biāo)示的限制，可以更改每一集裝箱14的大小和形狀。為了向數(shù)據(jù)中心10輸送冷空氣，每一冷卻集裝箱14包括位于集裝箱底部的送風(fēng)管16和位于集裝箱上方的回風(fēng)管18。在某一實施方式中，送風(fēng)管16可以被安置在支撐集裝箱14或者建造在每一集裝箱的內(nèi)部中的活動地板20內(nèi)。回風(fēng)管18可以通過若干沿集裝箱的長度設(shè)置的支撐件支撐在集裝箱14的上方，每一支撐件由22標(biāo)示。在其他實施方式中，所述送風(fēng)管可以被設(shè)置在集裝箱的上部或側(cè)面上，所述回風(fēng)管可以被設(shè)置在集裝箱的底部或側(cè)面上。送風(fēng)管16和回風(fēng)管18組成了流體通信網(wǎng)絡(luò)的一部分，以允許相對較暖的IT空氣從數(shù)據(jù)中心10進入冷卻集裝箱14并使冷卻后或經(jīng)處理過的空氣從冷卻集裝箱返回至數(shù)據(jù)中心。另外參照圖2A、圖2B、圖3A、圖和圖4，在數(shù)據(jù)中心10和每一冷卻集裝箱14之間的界面可以體現(xiàn)在圖2A、圖2B中示出的活動地板結(jié)構(gòu)M和在圖3A和圖;3B中示出的固定地板結(jié)構(gòu)26?；顒拥匕褰Y(jié)構(gòu)M包括使用在數(shù)據(jù)中心10的活動地板20中提供的合適的連接件連接冷卻集裝箱14的送風(fēng)管16，以及使用在數(shù)據(jù)中心中提供的空地或管道工程中的合適的連接件連接冷卻集裝箱的回風(fēng)管18。固定地板結(jié)構(gòu)沈包括將回風(fēng)管18通過類似于活動地板結(jié)構(gòu)M的方式連接至數(shù)據(jù)中心10。然而，固定地板結(jié)構(gòu)沈包括一對構(gòu)造用來將冷空氣輸送回至數(shù)據(jù)中心10的壁式擴散器洲。應(yīng)該理解的是，可以提供任何合適的結(jié)構(gòu)來將冷卻后的空氣從冷卻集裝箱14輸送回至數(shù)據(jù)中心10以及從數(shù)據(jù)中心將暖空氣排至冷卻集裝箱?；顒拥匕褰Y(jié)構(gòu)M和固定地板結(jié)構(gòu)26是實現(xiàn)此目的的兩種途徑的示例。現(xiàn)在參照圖4，每一冷卻集裝箱14包括多個空氣處理單元，每個空氣處理單元一般由30標(biāo)示?？諝馓幚韱卧?0有時在此可稱作冷卻子系統(tǒng)模塊?？諝馓幚韱卧?0被配置在集裝箱14內(nèi)，例如ISO框架內(nèi)，以并行操作從而實現(xiàn)整體的冷卻效果或某種程度的冗余下較小的冷卻效果。如所示，在一實施方式中，可以在集裝箱14的一側(cè)設(shè)置四個空氣處理單元30，在集裝箱的另一側(cè)設(shè)置四個空氣處理單元。如此布置以使在集裝箱14的中間部分具有狹窄的空間32，其目的將作為說明實施方式的好處被描述。如此配置集裝箱14以使從數(shù)據(jù)中心10輸送的IT空氣穿過回風(fēng)管18進入空氣處理單元30。經(jīng)過處理的、調(diào)節(jié)的 (冷)空氣從空氣處理單元30輸送至送風(fēng)管16用于向數(shù)據(jù)中心10輸送。參照圖5，集裝箱14包括水分配與收集系統(tǒng)，一般由34標(biāo)示，水分配與收集系統(tǒng)在兩排空氣處理單元30之間沿凹槽放置。如所示，水分配與收集系統(tǒng)34包括被放置在中央的槽36，該槽具有水分配管道網(wǎng)(未示出)，水分配管道網(wǎng)包含在中央的凹槽區(qū)域內(nèi)并被配置為將水輸送至空氣處理單元30以及從空氣處理單元接收噴灑的水。水分配與收集系統(tǒng)34包括位于槽36的一端的水供給單元38。在水供給單元38內(nèi)設(shè)置有一個或多個由虛線40標(biāo)示的泵以從所述水供給單元將水(或任何其他適當(dāng)?shù)睦鋮s介質(zhì))抽至空氣處理單元30，以及由虛線42標(biāo)示的浮子以確保水供給單元保持適當(dāng)?shù)乃俊０谥醒氚疾蹆?nèi)的合適的管道被設(shè)置用于從水供給單元38將水輸送至空氣處理單元30。下面當(dāng)討論空氣處理單元30時，將描述水分配與收集系統(tǒng)34的目的。參照圖6和圖7，空氣處理單元30包括一大體上呈箱型的外殼，一般由44標(biāo)示，夕卜殼被配置為支撐冷卻設(shè)備。外殼44包括框架46、頂板48、底板50和側(cè)板(未標(biāo)出但在圖 4中示出)，在圖6和圖7中移除了側(cè)板以顯示設(shè)置在外殼內(nèi)的冷卻組件。如所示，外殼44 支撐空氣熱交換器(一般由52標(biāo)示)和機械冷卻系統(tǒng)?？諝鉄峤粨Q器52由外殼44適當(dāng)?shù)刂尾⑶冶慌渲脼橥ㄟ^設(shè)置在外殼背面的進氣口 M接收空氣。如所示，每一個由56標(biāo)示的兩個風(fēng)扇被設(shè)置在進氣口 M內(nèi)以將空氣從回風(fēng)管18引向熱交換器52。如此布置以使 IT空氣從回風(fēng)管18穿過進氣口 M并進入熱交換器52。一旦經(jīng)過熱交換器52處理，處理過的空氣到達所述機械冷卻系統(tǒng)，機械冷卻系統(tǒng)進一步處理空氣。在外殼44的底板50中設(shè)置有出氣口 58和過濾器組60，過濾器組60用于在空氣通過出氣口 58排出之前過濾空氣。出氣口 58與送風(fēng)管16流體連通，這樣將冷卻后的空氣輸送回至數(shù)據(jù)中心10。參照圖8-11，空氣處理單元30還包括由外殼44支撐的蒸發(fā)冷卻裝置62。在示出的實施方式中，蒸發(fā)冷卻裝置62被配置為在空氣熱交換器52上噴水。特別地，空氣熱交換器52包括多個管道，每個管道都由64標(biāo)示，該管道從熱交換器的一端延伸至該熱交換器的相對端。圖9示出了接收IT空氣的管道64的開口端。在一實施方式中，蒸發(fā)冷卻裝置62 體現(xiàn)了與水分配與收集系統(tǒng)34的分配管道相連接的噴水器。如圖11中所述，如此布置以使噴水器在多個管道64上噴水。在一實施方式中，空氣熱交換器52可以從埃姆斯伯里、馬薩諸塞州的蒙特公司購買，其中的管道64由EPX聚合物材料制成。進入管道64的IT空氣的等濕冷卻是通過蒸發(fā)管道外表面上的水實現(xiàn)的。室外空氣通過管道64向上流動，圍繞在管道的外部，如通過圖11中的箭頭所標(biāo)示的，吸收從穿過管道流動的IT空氣中提取的熱。水從管道64中流過并由安置在空氣熱交換器52下面的水收集槽68收集。水收集槽68被配置為將水引導(dǎo)至水供給單元38，該水供給單元循環(huán)用于在空氣處理單元30中分配的水。通氣開口 70被設(shè)置在外殼44的底板50中(在圖6和圖7中示出)以允許室外空氣在與水被噴在多個管道上的方向相反的方向上向上流動穿過并圍繞空氣熱交換器52。 參照圖8，箭頭72示出了室外空氣穿過空氣處理單元30的方向。為了使室外空氣向上穿過空氣熱交換器52的活動更容易，在水收集槽68下面的空間內(nèi)安置風(fēng)扇74。風(fēng)扇74使室外空氣向上運動穿過空氣熱交換器52并穿過設(shè)置在外殼44的頂板48中的排氣口 76(在圖 6和圖7中示出)從空氣處理單元30排出。特別地參照圖8-10，所述機械冷卻系統(tǒng)包括設(shè)置在外殼44的底部鄰近風(fēng)扇74的壓縮機78、安置在冷卻裝置62上方的冷凍箱冷凝器盤管80以及位于空氣熱交換器52下游位置的蒸發(fā)器盤管82。如所示，蒸發(fā)器盤管82相對于垂直面呈銳角布置。由空氣熱交換器 52處理后的IT空氣經(jīng)過蒸發(fā)器盤管82并被向下導(dǎo)引穿過過濾器組60并經(jīng)出氣口 58排出。穿過空氣熱交換器52的暖空氣在從排氣口 76排出之前流經(jīng)冷凝器盤管80。在一實施方式中，冷凝器盤管80包括微通道盤管以便于冷卻劑穿過盤管冷卻。所述機械冷卻系統(tǒng)包括合適的冷卻劑，冷卻劑從壓縮機78流到冷凝器盤管80，從冷凝器盤管80流到蒸發(fā)器盤管 82，并從蒸發(fā)器盤管82流回至所述壓縮機。安全閥(未示出)被安置在冷凝器盤管80和蒸發(fā)器盤管82之間用于在冷卻劑進入所述蒸發(fā)器盤管之前減少(和增加)冷卻劑。以下是空氣處理單元30的操作。室外(外界環(huán)境的)空氣通過通氣開口 70被吸入到空氣處理單元30中并通過風(fēng)扇74導(dǎo)引至空氣熱交換器52。由室外空氣吸收的熱量經(jīng)過冷凝器盤管80并通過排氣口 76從空氣處理單元30排出。同時，在兩個風(fēng)扇56的協(xié)助下，IT空氣從回風(fēng)管18被吸入到空氣熱交換器52中。IT空氣進入空氣熱交換器52的管道64中并通過空氣熱交換器冷卻。然后IT空氣穿過蒸發(fā)器盤管82以通過直接擴張進一步地冷卻空氣。冷卻的IT空氣流經(jīng)過濾器組60并隨后通過出氣口 58排出，其中處理過的 IT空氣通過送風(fēng)管16被返送至數(shù)據(jù)中心10?；氐綀D1，應(yīng)注意，每個集裝箱的單獨的空氣處理單元從連接到數(shù)據(jù)中心的回風(fēng)管接收IT空氣。由數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生的熱空氣通過設(shè)置在空氣處理單元內(nèi)的風(fēng)扇移動。IT空氣通過空氣處理單元冷卻并排至送風(fēng)管，在送風(fēng)管中處理過的空氣被返送至數(shù)據(jù)中心。集裝箱的數(shù)量取決于數(shù)據(jù)中心的大小。由本公開內(nèi)容的實施方式提供的冷卻解決方案提供了用于冷卻的可擴展的解決方案，其中可以提供任何數(shù)量及大小的具有空氣處理單元的集裝箱。由于每個集裝箱包括若干空氣處理單元，例如八個這樣的單元，提高了在此公開的冷卻系統(tǒng)所提供的容量和冗余。在某些數(shù)據(jù)中心中，為發(fā)展中的IT集裝箱市場提供容易部署且高效率/有效的冷卻解決方案可能是可取的。通過故障容差和最小的單點故障方式提供高度可用的冷卻也可能是可取的。此外，排除冷卻基礎(chǔ)設(shè)施的額外的占用空間的需求是可取的。解決方案應(yīng)該是可增量部署的以避免為基礎(chǔ)設(shè)施投入較高的超過解決IT負(fù)荷所需的前期資本，以及符合提出的對用于數(shù)據(jù)中心冷卻的整合的空氣側(cè)節(jié)能裝置系統(tǒng)的ASHRAE 90. 1能源標(biāo)準(zhǔn)的修訂本。目前存在一種趨勢，即在修改的ISO集裝箱中部署IT設(shè)備以用來為電子設(shè)備提供合適的外殼和保護。通常，這些“集裝箱化”數(shù)據(jù)中心模塊不包含需要用來解決模塊內(nèi)的熱積聚的冷卻設(shè)備。優(yōu)化集裝箱內(nèi)的體積來存放電子設(shè)備而不為冷卻設(shè)備留出空間。許多 “空白集裝箱”的安裝啟用可以具有被設(shè)計來排除進入冷水中的熱量的風(fēng)機盤管單元。冷水的來源通常由某種形式的機械基礎(chǔ)設(shè)施提供。這種方法需要單獨的占用空間用于冷卻系統(tǒng)以及對最佳的增量增建尺寸的假設(shè)。這些集中的設(shè)備冷水解決方案與不需要在超過在線IT 負(fù)荷的基礎(chǔ)設(shè)施容量中的最初資本投資相比更加常見。此外，集中設(shè)備方法將很可能導(dǎo)致許多ISO集裝箱由冷卻系統(tǒng)內(nèi)的單點故障支持或需要甚至更大的投資。這種基于冷水的解決方案受限于水側(cè)節(jié)能，其與在大多數(shù)的并非所有氣候中的空氣側(cè)節(jié)能相比表現(xiàn)不佳。目前，集裝箱化的IT市場使用冷水作為冷卻介質(zhì)并且用管道將冷水的水源輸送至存放IT設(shè)備的ISO集裝箱。這需要外部的制冷設(shè)備連同熱排斥設(shè)備(冷卻塔)和抽吸系統(tǒng)。通常，對一個設(shè)備設(shè)計的這部分物理基礎(chǔ)設(shè)施可用于許多集裝箱結(jié)構(gòu)。這種方法需要冷卻基礎(chǔ)設(shè)施的最初增建大于每天的IT負(fù)荷，因而產(chǎn)生隨著增加類型解決方案最初的資本投資高于實際支付的。同樣，如果實際的最初負(fù)荷實質(zhì)上低于制冷設(shè)備設(shè)計點，減小這種制冷設(shè)備可能存在問題。這種制冷水設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)施的占用空間多于和超出了由添加到設(shè)施的物理空間需求的集裝箱化IT設(shè)備所需要的。冷卻裝置被設(shè)計成通過蒸汽壓縮循環(huán)調(diào)節(jié)冷卻負(fù)荷的全部需求，這種設(shè)計同樣需要由應(yīng)急柴油發(fā)電機支持。使全熱負(fù)荷由制冷蒸汽壓縮調(diào)節(jié)實質(zhì)上增加到發(fā)電機大小和相關(guān)的開關(guān)裝置的大小。圖12示出了一般由100標(biāo)示的冷卻系統(tǒng)的截面圖，其描述了兩種不同的空氣循環(huán)路徑的多種狀態(tài)點。周圍環(huán)境的空氣通過蒸發(fā)冷卻裝置102被吸入，根據(jù)當(dāng)前的操作條件， 蒸發(fā)冷卻裝置102可以被弄濕或可以不被弄濕。如果被弄濕，離開蒸發(fā)冷卻裝置102的空氣被冷卻到接近最初的濕球溫度的溫度。然后空氣通過循環(huán)風(fēng)機106被推進空氣熱交換器 104的室外空氣通道中。離開循環(huán)風(fēng)機106的空氣比熱的IT設(shè)備廢氣相對較冷。這些流體的溫度差異促使熱跨越空氣熱交換器104的熱界面轉(zhuǎn)移。較暖的空氣將熱能讓給較冷的空氣。熱轉(zhuǎn)移導(dǎo)致離開熱交換器104的IT空氣與進入的IT空氣相比變得更冷以及離開熱交換器的室外空氣與進入熱交換器的室外空氣相比變得更暖。在某些情況下，離開空氣熱交換器104的IT空氣僅通過這種處理可能沒有被充分地冷卻。在這種情況下，機械冷卻系統(tǒng)進一步起作用，因而將離開蒸發(fā)器盤管108的空氣冷卻到適于將空氣供給到由機架110存放的IT設(shè)備的溫度。
在所述機械冷卻系統(tǒng)運行期間，制冷冷凝器112也是工作的，因而排除進入循環(huán)的室外空氣的熱能。室外空氣由冷凝器112加熱。預(yù)計這種冷卻結(jié)構(gòu)可能與通過將IT集裝箱114放置在模塊化冷卻系統(tǒng)100的頂部直接冷卻或者通過將IT進氣口和出氣口用管道輸送至傳統(tǒng)的磚灰大廈的基于集裝箱的數(shù)據(jù)中心一起作業(yè)。在一實施方式中，使用根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的ISO集裝箱設(shè)計的組件建造冷卻基底層，包括用于錨固和堆疊集裝箱的ISO角塊。上表面應(yīng)該具有通往中心的供氣口用以將已調(diào)節(jié)的空氣排入堆疊在其上的IT模塊底部中的開口。另外，所述基底層的上表面應(yīng)該具有沿外邊緣縱向運行的雙邊暖回風(fēng)口。這些與堆疊的IT模塊的外部熱空氣通風(fēng)箱相連接的端口允許將來自通風(fēng)箱的熱空氣轉(zhuǎn)移到冷卻模塊中以使熱空氣在通過供氣口被供回到IT模塊之前冷卻。冷卻系統(tǒng)由多個沿每一側(cè)的長度布置的雙邊冷卻模塊組成，通常，沿每一側(cè)安裝八個這樣的模塊，總共十六個模塊。這個數(shù)量僅是代表性的，因為實際的配置和模塊數(shù)量可以改變。構(gòu)造所述冷卻模塊和基底層框架以使所述冷卻模塊可以從基底層上移除以便修理或更換。此外，所述基底層最初可以不填充全部的冷卻模塊是可能的，因而可以在必要的基礎(chǔ)上增加附加的模塊以提高容量或額外的冗余或兩者兼顧。共享共同的設(shè)計和幾何型的冷卻模塊允許冷卻模塊的可交換性。 參照圖13，其示出了具有整合冷卻的ISO集裝箱基底層的俯視圖，每一個由200標(biāo)示的冷卻模塊被配置成相互配合。具體地，如圖14所示，相對的冷卻模塊200以附圖中示出的方式嵌套在一起。參照圖15，其示出了在圖13中示出的移除了對角線交叉支撐件的ISO集裝箱的側(cè)視圖，所述冷卻模塊與ISO集裝箱實質(zhì)上具有同樣的高度。在另一實施方式中，所述冷卻模塊完全是自給自足的，包括所有需要的組件以支持其設(shè)計的增加的冷卻容量。每個模塊僅需要連接公用電源/發(fā)電機電源并供給水以絕熱輔助冷卻。每個冷卻模塊包括空氣熱交換器；用于處理空氣(IT氣流)的循環(huán)風(fēng)機；用于工作空氣(室外空氣)的循環(huán)風(fēng)機；風(fēng)閥；壓縮機；冷凝器盤管；蒸發(fā)器盤管；安全閥；蒸發(fā)冷卻裝置，水循環(huán)與處理系統(tǒng)；以及所有必要的控件。每個模塊還將設(shè)置有連接到其他模塊的串行通信接口，用于協(xié)調(diào)冗余和容量控制。所述冷卻模塊還可包括臭氧發(fā)生器用于絕熱蒸發(fā)水的化學(xué)自由處理。所述基底層結(jié)構(gòu)允許對隨同附加的IT負(fù)荷增量增加的冷卻供應(yīng)。當(dāng)需要附加的 IT集裝箱時，集裝箱被堆疊在增加的冷卻基底層上。這種方法允許增加的基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)與 IT供應(yīng)相一致。此外，沒有中心型冷卻結(jié)構(gòu)大大提高了設(shè)施的容錯能力。如果冷卻基底層中的一個經(jīng)歷了災(zāi)難性故障，它將僅僅影響其相關(guān)的ISO集裝箱。包括整合的空氣節(jié)能裝置循環(huán)還改善了使用節(jié)能裝置處理的超過制冷水設(shè)備的負(fù)荷時間的百分比。另外整合的具有絕熱輔助的空氣側(cè)節(jié)能裝置將總是能夠調(diào)節(jié)IT負(fù)荷的百分比，實質(zhì)上減少了用于蒸汽壓縮冷卻系統(tǒng)的設(shè)計容量和蒸汽壓縮循環(huán)所需要的相關(guān)功率吸收。功率需求的減少將允許更小型號的發(fā)電機和開關(guān)裝置。冷卻基底層的使用、IT ISO集裝箱在冷卻ISO集裝箱上的堆疊被認(rèn)為是新穎的。 將空氣熱交換器集成到這種具有絕熱輔助冷卻的附加優(yōu)勢的系統(tǒng)中也被認(rèn)為是具體實施方式
的新穎性。此外，定型所述機械系統(tǒng)的尺寸小于總設(shè)計容量也被認(rèn)為是新穎的。
在此描述的系統(tǒng)可以存放在具有ISO集裝箱的特征尺寸及特性的結(jié)構(gòu)中，以使其可以與其他具有類似構(gòu)造的ISO集裝箱物理上相接合。這些其他的ISO集裝箱也可以配置用來存放待被冷卻的IT設(shè)備。ISO集裝箱通常由鋼鐵制成并最初是八英尺寬、八英尺高和20英尺長或40英尺長。這種ISO集裝箱可堆疊到七個單元的高度。ISO集裝箱可以由集裝箱船、貨運列車和卡車運載。更高的ISO集裝箱已經(jīng)被引入，包括八英尺六英寸、九英尺六英寸和十英尺六英寸高度的集裝箱。美國通常使用更長的集裝箱，為48英尺長和53英尺長。歐洲的集裝箱通常加寬大約兩英寸。每個集裝箱可被分配標(biāo)準(zhǔn)化的ISO 6346報告標(biāo)記(所有權(quán)代碼)，其是以字母U為結(jié)尾的四位字符長度的代碼，并緊跟6位數(shù)字和一個校驗數(shù)位。集裝箱容量通常被表示為二十英尺當(dāng)量單位(“TEU”或有時為“teu”)。當(dāng)量單位是衡量集裝箱化貨物容量等于標(biāo)準(zhǔn)的20英尺長乘八英尺寬集裝箱的單位。ISO集裝箱還可以被用來建造建筑物和存放大型計算機數(shù)據(jù)中心。在此描述的系統(tǒng)可以具有一系列沿表面布置的雙邊端口以與IT負(fù)荷集裝箱接合。這些端口可以被用來從IT負(fù)荷到冷卻系統(tǒng)IT空氣進氣口接收暖空氣。在此描述的系統(tǒng)可以具有一系列大致沿表面的中心線布置的端口以與IT負(fù)荷集裝箱接合。這些端口可以被用來向IT負(fù)荷供給冷卻的空氣以備進一步使用。在此描述的系統(tǒng)可以具有大致相同并可相互交換的子模塊。在此描述的系統(tǒng)可以具有被設(shè)計用來向外延伸并延伸出ISO結(jié)構(gòu)的子模塊以容許服務(wù)和/或修理更方便。在此描述的系統(tǒng)可以是一種不需要全部的子系統(tǒng)模塊來實現(xiàn)運行狀態(tài)的操作的設(shè)計。就其本身而論，當(dāng)系統(tǒng)處于運行狀態(tài)時，可添加附加的模塊以提高冗余或容量或兩者兼顧。因此，已經(jīng)描述了本公開內(nèi)容的至少一個實施方式的若干方面，應(yīng)該理解，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易地做出各種改變、修改和改進。意在這些改變、修改和改進是本公開內(nèi)容的一部分，并且意在其在本公開內(nèi)容的精神和范圍內(nèi)。因此，前述說明書和附圖僅是通過舉例說明。
權(quán)利要求
1.一種模塊化冷卻系統(tǒng)，其被配置成處理由數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生的IT空氣，所述模塊化冷卻系統(tǒng)包括框架；和多個冷卻子系統(tǒng)模塊，其由所述框架支撐，所述多個冷卻子系統(tǒng)模塊被配置成并行操作以實現(xiàn)整體的冷卻效果或在數(shù)據(jù)中心內(nèi)某種程度的冗余下較小的冷卻效果，每個冷卻子系統(tǒng)模塊包括外殼，其被配置為支撐冷卻設(shè)備，空氣熱交換器，其由所述外殼支撐用來冷卻由數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生的IT空氣，所述空氣熱交換器具有至少一個管道，所述至少一個管道被配置為將IT空氣從所述空氣熱交換器的一端引向所述空氣熱交換器的相對端，并被配置以使室外空氣圍繞所述至少一個管道循環(huán)流動，以及機械冷卻系統(tǒng)，其由所述外殼支撐，所述機械冷卻系統(tǒng)被配置為接收由所述空氣熱交換器處理后的IT空氣并提供對已處理過的IT空氣的進一步冷卻。
2.如權(quán)利要求1所述的模塊化冷卻系統(tǒng)，還包括流體通信網(wǎng)絡(luò)，該流體通信網(wǎng)絡(luò)使所述模塊化冷卻系統(tǒng)的冷卻子系統(tǒng)模塊與數(shù)據(jù)中心相互連接以向數(shù)據(jù)中心輸送冷空氣并從數(shù)據(jù)中心排出暖空氣。
3.如權(quán)利要求2所述的模塊化冷卻系統(tǒng)，其中所述流體通信網(wǎng)絡(luò)包括被配置為將冷卻的或處理過的空氣從所述冷卻子系統(tǒng)模塊輸送至數(shù)據(jù)中心的送風(fēng)管，和被配置為將IT空氣從數(shù)據(jù)中心輸送至所述冷卻子系統(tǒng)模塊的回風(fēng)管。
4.如權(quán)利要求1所述的模塊化冷卻系統(tǒng)，其中所述框架是ISO框架。
5.如權(quán)利要求4所述的模塊化冷卻系統(tǒng)，其中所述ISO框架位于數(shù)據(jù)中心的外部。
6.如權(quán)利要求1所述的模塊化冷卻系統(tǒng)，其中每個冷卻子系統(tǒng)模塊還包括由所述外殼支撐的蒸發(fā)冷卻裝置，所述蒸發(fā)冷卻裝置被配置為在所述至少一個管道上噴水。
7.如權(quán)利要求6所述的模塊化冷卻系統(tǒng)，還包括水分配與收集系統(tǒng)，該水分配與收集系統(tǒng)被配置為將冷卻水輸送至所述多個冷卻子系統(tǒng)模塊的所述蒸發(fā)冷卻裝置和從所述多個冷卻子系統(tǒng)模塊收集冷卻水。
8.如權(quán)利要求7所述的模塊化冷卻系統(tǒng)，其中所述蒸發(fā)冷卻裝置包括噴霧器，并且其中所述水分配與收集系統(tǒng)包括收集槽和與所述噴霧器連接的泵，所述噴霧器被配置為在所述至少一個管道上噴水，所述收集槽被配置為收集噴灑在所述至少一個管道上的水。
9.如權(quán)利要求8所述的模塊化冷卻系統(tǒng)，其中所述多個冷卻子系統(tǒng)模塊沿所述框架的外部放置，以及所述水分配與收集系統(tǒng)相對于所述多個冷卻子系統(tǒng)模塊被放置在內(nèi)部。
10.如權(quán)利要求1所述的模塊化冷卻系統(tǒng)，其中所述至少一個管道包括多個管道。
11.如權(quán)利要求1所述的模塊化冷卻系統(tǒng)，其中所述機械冷卻系統(tǒng)包括壓縮機、冷凝器盤管和蒸發(fā)器盤管。
12.如權(quán)利要求1所述的模塊化冷卻系統(tǒng)，還包括由所述外殼支撐的至少一個風(fēng)扇，所述至少一個風(fēng)扇被配置為使室外空氣和IT空氣循環(huán)流動。
13.如權(quán)利要求12所述的模塊化冷卻系統(tǒng)，其中所述至少一個風(fēng)扇包括被配置為將室外空氣引向所述至少一個管道的第一風(fēng)扇和被配置為將IT空氣引入所述至少一個管道的第二風(fēng)扇。
14.一種冷卻IT空氣的方法，所述方法包括將IT空氣從數(shù)據(jù)中心輸送至多個空氣處理單元的管道； 圍繞所述管道輸送室外空氣； 在所述管道上噴水；將IT空氣從所述管道輸送至機械冷卻系統(tǒng)；以及從所述多個空氣處理單元將處理過的IT空氣返回到數(shù)據(jù)中心。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中從數(shù)據(jù)中心輸送至所述多個空氣處理單元的所述管道的IT空氣經(jīng)過回風(fēng)管。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中從所述多個管道返回至數(shù)據(jù)中心的處理過的IT空氣經(jīng)過送風(fēng)管。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述多個空氣處理單元包含在ISO框架內(nèi)。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括將水從水分配與收集系統(tǒng)輸送至所述多個空氣處理單元。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括從所述多個空氣處理單元收集水。
20.如權(quán)利要求14所述的方法，其中將IT空氣從數(shù)據(jù)中心輸送至所述管道以及圍繞所述管道輸送室外空氣是通過使用風(fēng)扇實現(xiàn)的。
全文摘要
一種配置成處理由數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生的IT空氣的模塊化冷卻系統(tǒng)，包括框架和由框架支撐的多個冷卻子系統(tǒng)模塊。多個冷卻子系統(tǒng)模塊被配置成并行操作以實現(xiàn)整體冷卻效果或在數(shù)據(jù)中心內(nèi)某種程度的冗余下較小的冷卻效果。每個冷卻子系統(tǒng)模塊包括被配置為支撐冷卻設(shè)備的外殼、由外殼支撐的用來冷卻由數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生的IT空氣的空氣熱交換器和由外殼支撐的機械冷卻系統(tǒng)，空氣熱交換器具有被配置為將IT空氣從空氣熱交換器一端引向空氣熱交換器相對端的至少一個管道，并被配置以使室外空氣圍繞至少一個管道循環(huán)流動。機械冷卻系統(tǒng)配置為接收由空氣熱交換器處理后的IT空氣并還提供對已處理過的IT空氣的冷卻。還公開了冷卻系統(tǒng)和冷卻方法的其他實施方式。
文檔編號H05K7/20GK102461355SQ201080027731
公開日2012年5月16日 申請日期2010年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月2日
發(fā)明者小約翰·H·比恩 申請人:美國能量變換公司