УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ СЕРВЕРНОЙ СТОЙКИ
DEVICE FOR COOLING SERVER RACK

[0001] Настоящая технология в общем относится к охлаждающему устройству, более конкретно, к охлаждающему устройству для охлаждения серверной стойки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] В 1965 году соучредитель Intel Corp. Гордон Мур заметил, что число транзисторов в плотной интегральной схеме удваивается примерно каждые два года. Широко известное как "закон Мура", это наблюдение оказалось точным в течение нескольких десятилетий (и продолжает быть) в полупроводниковой промышленности. Одной из технических причин закона Мура является способность отрасли по производству полупроводников сокращать расстояние между путями передачи данных внутри кремниевых микросхем (чипов) в каждом последующем поколении.
[0003] В то время как миниатюризация кремниевых путей передачи данных обеспечивает более высокопроизводительные микросхемы, плотная компоновка путей передачи данных создает другие проблемы, которые необходимо учитывать. Одной из таких проблем является тепло, генерируемое плотно упакованной электроникой, которая, если микросхему не остужать, может расплавиться внутри компоновки и привести к дальнейшему повреждению окружающего оборудования.
[0004] Вообще говоря, в компьютерах устанавливают вентиляторы для забора воздуха и выпуска нагретого воздуха для охлаждения микросхем. Излишне говорить, что хотя таких вентиляторов может быть достаточно для определенных компьютеров (например, персональных компьютеров), их недостаточно для охлаждения микросхем, которые можно встретить в серверах центра обработки данных. Действительно, большинство корпоративных центров обработки данных имеют сложные, дорогие системы кондиционирования и вентиляции воздуха для предотвращения перегрева микросхем.
[0005] Существует несколько подходов к охлаждению серверов, которые можно встретить в центре обработки данных. Традиционный подход заключается в управлении объемом воздуха, который должен быть подан в камеру, содержащую серверы, на основе регистрируемой температуры серверов. Другой традиционный подход заключается в охлаждении воздуха (с помощью охлаждающего устройства), поступающего в серверную комнату.
[0006] Хотя такой подход может быть полезным, он также имеет несколько недостатков. Например, объем информации, которая подлежит обработке, а также необходимость управления различным оборудованием (например, охлаждающим устройством) требуют значительного объема вычислительной мощности и вычислительных ресурсов.
[0007] Европейский Патент № 2298051 B1,
опубликованный 23 марта 2011 года на имя Semper Holdings Ltd. и озаглавленный "Rack Mounted Cooling Unit", раскрывает охлаждающий блок, содержащий по меньшей мере один охлаждающий змеевик, по меньшей мере один вентилятор для обеспечения циркуляции воздуха через упомянутый по меньшей мере один охлаждающий змеевик и корпус, содержащий упомянутый по меньшей мере один охлаждающий змеевик и вентилятор, при этом упомянутый корпус сконфигурирован для прикрепления к упомянутой стойке и имеет такой размер, который позволяет разместить его в серверной-IT стойке.
[0008] Патент на полезную модель Китая № 205227971 U,
опубликованный 11 мая 2015 года на имя Jinan Institute of Products China Coop и озаглавленный "Portable Precooling Apparatus", раскрывает подвижное устройство предварительного охлаждения как с принудительной вентиляцией, так и с вентиляцией на основе дифференциального давления.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0009] Задачей настоящей технологии является создание улучшенного способа и системы для управления потоком воздуха для охлаждения серверной стойки. Таким образом, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что настоящая технология направлена на управление воздушным потоком для более эффективного охлаждения серверной стойки, тем самым улучшая энергопотребление и уменьшая вычислительную нагрузку на системы управления.
[00010] При разработке настоящей технологии разработчики отметили, что появляется все большее количество центров обработки данных с естественным охлаждением, в которых окружающий холодный воздух подается в холодную камеру для охлаждения серверов без необходимости дополнительного охлаждения окружающего воздуха.
[00011] Разработчики также отметили, что не все серверы, находящиеся в серверной стойке в центре обработки данных, генерируют одинаковое количество тепла и давления. Действительно, некоторые серверы являются настолько истощающими в вычислительном отношении, что холодного окружающего воздуха в центре обработки данных с естественным охлаждением недостаточно, чтобы уменьшить накопление тепла и давления в этих серверах.
[00012] Не желая привязываться к какой-либо конкретной теории, варианты осуществления настоящей технологии были разработаны на основе предположения, что было бы полезно обеспечить охлаждающее устройство, которым можно управлять для избирательного (т.е. по требованию) охлаждения воздуха, всасываемого конкретными серверными стойками, требующими дополнительного охлаждения в центре обработки данных с естественным охлаждением. Таким образом, некоторые варианты осуществления настоящей технологии могут обеспечить более экономичный и ресурсоэффективный способ предотвращения перегрева серверов в центре обработки данных.
[00013] Согласно первому широкому аспекту настоящей технологии раскрыто устройство для охлаждения серверной стойки, выполненное с возможностью работы в серверной комнате с естественным охлаждением, причем в серверной комнате имеется первая камера и вторая камера, воздушные потоки между которыми разделены серверной стойкой и между которыми имеется сообщение по текучей среде через серверную стойку, причем устройство содержит: основной холодильный блок; теплообменный блок, соединенный с возможностью взаимодействия с основным холодильным блоком через трубку с жидким охладителем; причем основной холодильный блок включает в себя корпус для размещения: испарителя, выполненного с возможностью обеспечения поглощения жидким охладителем тепла из воздуха, окружающего испаритель, тем самым охлаждая воздух, окружающий испаритель; первого переходного устройства, выполненного с возможностью съемного крепления основного холодильного блока к серверной стойке со стороны первой камеры; первого вентилятора, выполненного с возможностью нагнетания воздуха из первой камеры во вторую камеру через серверную стойку по первому пути перемещения, включающему в себя испаритель и первое переходное устройство; причем теплообменный блок включает в себя корпус для размещения: конденсатора, сообщающегося по текучей среде с испарителем через трубку, причем конденсатор выполнен с возможностью передачи тепла от жидкого охладителя воздуху, окружающему конденсатор, тем самым нагревая воздух, окружающий конденсатор; второго переходного устройства, выполненного с возможностью съемного крепления теплообменного блока ко второй камере; второго вентилятора, выполненного с возможностью нагнетания нагретого воздуха во вторую камеру по второму пути перемещения, включающему в себя конденсатор и второе переходное устройство.
[00014]  В некоторых неограничивающих вариантах осуществления устройства первая камера является холодной камерой, а вторая камера является горячей камерой.
[00015] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления устройства серверная стойка включает в себя впускное отверстие для впуска охлажденного воздуха от основного холодильного блока; причем основной холодильный блок дополнительно включает в себя первое впускное отверстие и первое выпускное отверстие, при этом испаритель подключен по текучей среде между первым впускным отверстием и первым выпускным отверстием; и при этом первое переходное устройство выполнено с возможностью закрепления первого выпускного отверстия на впускном отверстии серверной стойки.
[00016] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления устройства первый вентилятор подключен по текучей среде между первым впускным отверстием и первым выпускным отверстием и выше по потоку текучей среды от испарителя, причем первый вентилятор выполнен с возможностью подачи охлажденного воздуха к серверной стойке через первое выпускное отверстие и впускное отверстие.
[00017] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления устройства, основной холодильный блок дополнительно содержит контроллер, подключенный с возможностью взаимодействия к по меньшей мере одному из испарителя и первого вентилятора, причем контроллер включает в себя процессор, выполненный с возможностью избирательного: генерирования первого управляющего сигнала для регулирования скорости, с которой жидкий охладитель поглощает тепло из воздуха, окружающего испаритель; и генерирования второго управляющего сигнала для регулирования скорости первого вентилятора.
[00018] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления устройства контроллер подключен с возможностью взаимодействия к термометру, выполненному с возможностью измерения температуры холодной камеры, и при этом процессор выполнен с возможностью генерирования одного из первого управляющего сигнала и второго управляющего сигнала в ответ на превышение измеренной температурой предопределенного порогового значения температуры.
[00019] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления устройства контроллер подключен с возможностью взаимодействия к термометру, выполненному с возможностью измерения температуры в серверной стойке, и при этом процессор выполнен с возможностью генерирования одного из первого управляющего сигнала и второго управляющего сигнала в ответ на превышение измеренной температурой предопределенного порогового значения температуры.
[00020] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления устройства контроллер подключен с возможностью взаимодействия к датчику дифференциального давления, выполненному с возможностью измерения значения дифференциального давления воздуха в холодной камере относительно горячей камеры, и при этом процессор выполнен с возможностью генерирования второго управляющего сигнала в ответ на превышение значением дифференциального давления воздуха предопределенного порогового значения дифференциального давления воздуха.
[00021] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления устройства горячая камера включает в себя впускное отверстие для впуска нагретого воздуха от теплообменного блока; причем теплообменный блок дополнительно включает в себя второе впускное отверстие и второе выпускное отверстие, при этом конденсатор подключен по текучей среде между вторым впускным отверстием и вторым выпускным отверстием; и при этом второе переходное устройство выполнено с возможностью закрепления второго выпускного отверстия на впускном отверстии второй камеры.
[00022]  В некоторых неограничивающих вариантах осуществления устройства второй вентилятор подключен по текучей среде между вторым впускным отверстием и вторым выпускным отверстием и выше по потоку текучей среды от конденсатора, причем второй вентилятор выполнен с возможностью подачи воздуха, нагретого конденсатором, к горячей камере через второе выпускное отверстие и впускное отверстие второй камеры.
[00023]  В некоторых неограничивающих вариантах осуществления устройства по меньшей мере одним из первого переходного устройства и второго переходного устройства является резиновый уплотнитель.
[00024]  В некоторых неограничивающих вариантах осуществления устройства теплообменный блок дополнительно содержит компрессор и расширительный клапан, сообщающиеся по текучей среде с испарителем и конденсатором через трубку.
[00025]  В некоторых неограничивающих вариантах осуществления устройства трубка выполнена с возможностью пропускания жидкого охладителя между испарителем, компрессором, расширительным клапаном и конденсатором в замкнутом контуре.
[00026] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления устройства жидкий охладитель реализован как одно из: Хлорфторуглеродного (CFC) хладагента, Гидрохлорфторуглеродного (HCFC) хладагента, Гидрофторуглеродного (HFC) хладагента и Диоксида углерода (CO2).
[00027] В соответствии с другим широким аспектом настоящей технологии раскрыто устройство для охлаждения серверной стойки, причем устройство содержит: основной холодильный блок; теплообменный блок, соединенный с возможностью взаимодействия с основным холодильным блоком через трубку с жидким охладителем; причем основной холодильный блок включает в себя корпус для размещения: испарителя, выполненного с возможностью обеспечения поглощения жидким охладителем тепла из воздуха, окружающего испаритель, с различными скоростями; переходного устройства, выполненного с возможностью съемного крепления основного холодильного блока к серверной стойке; вентилятора, выполненного с возможностью нагнетания воздуха через серверную стойку по пути перемещения, включающему в себя испаритель и переходное устройство; контроллера, подключенного с возможностью взаимодействия к по меньшей мере одному из испарителя и вентилятора, причем контроллер включает в себя процессор, выполненный с возможностью избирательного: генерирования первого управляющего сигнала для регулирования скорости, с которой жидкий охладитель поглощает тепло из воздуха, окружающего испаритель; и генерирования второго управляющего сигнала для регулирования скорости вентилятора; причем теплообменный блок включает в себя корпус для размещения: конденсатора, сообщающегося по текучей среде с испарителем через трубку, причем конденсатор выполнен с возможностью передачи тепла от жидкого охладителя воздуху, окружающему конденсатор, тем самым нагревая воздух, окружающий конденсатор.
[00028] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления устройства контроллер подключен с возможностью взаимодействия к термометру, выполненному с возможностью измерения температуры в серверной стойке, и при этом процессор выполнен с возможностью генерирования одного из первого управляющего сигнала и второго управляющего сигнала в ответ на превышение измеренной температурой предопределенного порогового значения температуры.
[00029]  В некоторых неограничивающих вариантах осуществления устройства контроллер подключен с возможностью взаимодействия к датчику дифференциального давления, выполненному с возможностью измерения значения дифференциального давления воздуха в холодной камере относительно горячей камеры, и при этом процессор выполнен с возможностью генерирования второго управляющего сигнала в ответ на превышение значением дифференциального давления воздуха предопределенного порогового значения дифференциального давления воздуха.
[00030] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления устройства серверная стойка включает в себя впускное отверстие для впуска охлажденного воздуха от основного холодильного блока; причем основной холодильный блок дополнительно включает в себя первое впускное отверстие и первое выпускное отверстие, при этом испаритель подключен по текучей среде между первым впускным отверстием и первым выпускным отверстием; и при этом первое переходное устройство выполнено с возможностью закрепления первого выпускного отверстия на впускном отверстии серверной стойки.
[00031] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления устройства серверная стойка выполнена с возможностью работы в серверной комнате с естественным охлаждением, имеющей холодную камеру и горячую камеру, разделенные посредством серверной стойки.
[00032] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления устройства теплообменный блок обеспечен внутри горячей камеры или снаружи серверной комнаты.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[00033]  Для лучшего понимания настоящей технологии, а также других аспектов и ее дополнительных признаков, ссылка приводится на нижеследующее описание, которое должно использоваться в сочетании с сопроводительными чертежами, на которых:
[00034] Фигура 1 иллюстрирует схематичное представление системы согласно некоторым неограничивающим вариантам осуществления настоящей технологии.
[00035] Фигура 2 иллюстрирует пример процесса генерирования первого, второго и третьего управляющих сигналов блоком контроллера системы согласно Фигуре 1.
[00036] Фигура 3 представляет собой вид в перспективе основного холодильного блока системы согласно Фигуре 1.
[00037] Фигура 4 представляет собой вид в перспективе теплообменного блока системы согласно Фигуре 1.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[00038] Со ссылкой на Фигуру 1 проиллюстрировано схематичное представление системы 100, причем система 100 подходит для реализации неограничивающих вариантов осуществления настоящей технологии. Следует четко понимать, что система 100 проиллюстрирована лишь как иллюстративная реализация настоящей технологии. Таким образом, нижеследующее описание предназначено лишь для того, чтобы использоваться в качестве описания иллюстративных примеров настоящей технологии. Это описание не предназначено для определения объема или ограничения настоящей технологии. В некоторых случаях то, что считается полезными примерами модификаций системы 100, также может быть изложено ниже. Это делается просто для содействия пониманию и, опять же, не для того, чтобы определить объем или ограничить настоящую технологию. Эти модификации не являются исчерпывающим списком и, специалисту в данной области техники будет понятно, что вероятно возможны другие модификации. Кроме того, если это не было сделано (то есть, когда примеры модификаций не были приведены), это не следует интерпретировать так, что никакие модификации не являются возможными и/или что описанное является единственным способом реализации такого элемента настоящей технологии. Специалисту в данной области будет понятно, что, вероятно, это не так. Кроме того, следует понимать, что в некоторых случаях система 100 может предоставлять простые реализации настоящей технологии, и что в таких случаях они представлены для помощи в понимании. Специалисты в данной области поймут, что различные реализации настоящей технологии могут иметь большую сложность.
[00039] Приведенные в данном документе примеры и условные формулировки призваны главным образом помочь читателю понять принципы настоящей технологии, а не ограничить ее объем такими конкретно приведенными примерами и условиями. Должно быть понятно, что специалисты в данной области смогут разработать различные механизмы, которые, хоть и не описаны в данном документе явным образом, тем не менее воплощают принципы настоящей технологии и включаются в ее суть и объем. Кроме того, нижеследующее описание может описывать реализации настоящей технологии в относительно упрощенном виде в целях содействия пониманию. Специалисты в данной области поймут, что различные реализации настоящей технологии могут иметь большую сложность.
[00040] Кроме того, все содержащиеся в данном документе утверждения, в которых указываются принципы, аспекты и реализации настоящей технологии, а также их конкретные примеры, призваны охватить как структурные, так и функциональные эквиваленты, вне зависимости от того, известны ли они в настоящее время или будут разработаны в будущем. Таким образом, например, специалисты в данной области осознают, что любые блок-схемы в данном документе представляют концептуальные виды иллюстративной схемы, воплощающей принципы настоящей технологии. Аналогичным образом, будет понятно, что любые блок-схемы, схемы последовательности операций, схемы изменения состояний, псевдокоды и подобное представляют различные процессы, которые могут быть по сути представлены на считываемых компьютером носителях и исполнены компьютером или процессором вне зависимости от того, показан такой компьютер или процессор явным образом или нет.
[00041] Функции различных элементов, показанных на фигурах, в том числе любого функционального блока, помеченного как "процессор", могут быть обеспечены с помощью специализированного аппаратного обеспечения, а также аппаратного обеспечения, которое способно исполнять программное обеспечение и связано с надлежащим программным обеспечением. При обеспечении процессором функции могут быть обеспечены одним выделенным процессором, одним совместно используемым процессором или множеством отдельных процессоров, некоторые из которых могут быть совместно используемыми. В некоторых неограничивающих вариантах осуществления настоящей технологии процессор может быть процессором общего назначения, таким как центральный процессор (CPU) или процессор, выделенный для конкретной цели, например, графический процессор (GPU). Кроме того, явное использование термина "процессор" или "контроллер" не должно истолковываться как относящееся исключительно к аппаратному обеспечению, способному исполнять программное обеспечение, и может в неявной форме включать в себя, без ограничений, аппаратное обеспечение цифрового сигнального процессора (DSP), сетевой процессор, интегральную схему специального назначения (ASIC), программируемую пользователем вентильную матрицу (FPGA), постоянную память (ROM) для хранения программного обеспечения, оперативную память (RAM) и энергонезависимое хранилище. Другое аппаратное обеспечение, традиционное и/или специализированное, также может быть включено в состав.
[00042] Учитывая эти основополагающие вещи, рассмотрим некоторые неограничивающие примеры, чтобы проиллюстрировать различные реализации аспектов настоящей технологии.
[00043]  Система 100 выполнена с возможностью управления воздушным потоком для охлаждения серверной комнаты 102 центра обработки данных (не показанного) или подобного. Серверная комната 102 разделена серверной стойкой 108 на холодную камеру 104 (которая также может рассматриваться как «первая камера») и горячую камеру 106 (которая также может рассматриваться как «вторая камера»). Серверная стойка 108 выполнена с возможностью размещения одного или более серверов 110. То, как один или более серверов 110 размещаются в серверной стойке 108, не ограничено и может, например, быть в конфигурации «опорной конструкции». Хотя в показанном варианте осуществления показана только одна серверная стойка 108, ограничением это не является. По существу, предполагается, что серверная комната 102 может быть разделена множеством серверных стоек, размещенных рядами или задними сторонами друг к другу, на холодную камеру 104 и горячую камеру 106.
[00044] Как уже упоминалось выше, каждый из серверов 110, размещенных в серверной стойке 108, обычно содержит вентилятор (не показан), который выполнен с возможностью втягивания холодного воздуха из холодной камеры 104 через впускное отверстие сервера, что позволяет ему циркулировать внутри серверов 110, и выпуска нагретого воздуха в горячую камеру 106. Таким образом, тепло, генерируемое в одном или более серверах 110, охлаждается за счет всасываемого в него холодного воздуха, и упомянутый один или более серверов 110 могут работать в обычном режиме.
[00045] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления серверная стойка 108 может включать в себя один или более больших «вентиляторов стойки», расположенных позади серверов (не показаны) внутри серверной стойки 108. Эти «вентиляторы стойки» также выполнены с возможностью втягивания холодного воздуха из холодной камеры 104 во множество серверов (не показаны) и выпуска нагретого воздуха в горячую камеру 106.
[00046] Система 100 включает в себя первый канал 109, связывающий впускное отверстие 112 для воздуха холодной камеры 104 с наружной окружающей средой 114, тем самым позволяя воздуху из наружной окружающей среды 114 протекать в холодную камеру 104. В некоторых неограничивающих вариантах осуществления серверная комната 102 размещается внутри здания (такого как ангар и тому подобное) (не показан), а наружной окружающей средой 114 является область снаружи серверной комнаты 102. Таким образом, наружная окружающая среда 114 может относиться, например, к области, окружающей здание, или к области, окружающей серверную комнату 102 внутри здания.
[00047] Количество воздуха, поступающего из наружной окружающей среды 114 в холодную камеру 104, управляется заслонкой 116, которая может быть установлена вблизи одного конца первого канала 109 и которая выполнена с возможностью регулировки, изменяя степень своего открытия, объема воздуха, который поступает в первый канал 109. Разумеется, могут быть предусмотрены другие средства управления объемом воздуха из окружающей наружной среды 114, такие как, например, вентилятор впускного отверстия (не показан) вблизи конца первого канала 109.
[00048] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления в первом канале 109 может быть предусмотрен фильтр 120, который предотвращает попадание пыли (или других загрязнителей), переносимой воздухом в наружной окружающей среде 114, в холодную камеру 104. Само собой разумеется, что хотя в изображенном неограничивающем варианте осуществления настоящей технологии фильтр 120 показан размещенным ниже по потоку текучей среды от заслонки 116, это не является ограничением, поскольку он может быть размещен выше по потоку текучей среды от заслонки 116.
[00049] Горячая камера 106 содержит и сообщается по текучей среде со вторым каналом 126. На конце второго канала 126 предусмотрено выпускное отверстие 130 для воздуха, которое открыто в наружную окружающую среду 114, для выпуска нагретого воздуха в горячей камере 106. В некоторых неограничивающих вариантах осуществления предполагается, что вентилятор выпускного отверстия (не показан) установлен вблизи выпускного отверстия для воздуха для обеспечения принудительного перетекания нагретого воздуха из горячей камеры 106 в наружную окружающую среду 114.
[00050] В соответствии с неограничивающими вариантами осуществления настоящей технологии предусмотрено охлаждающее устройство 115. Охлаждающее устройство 115 образовано двумя блоками, а именно: основным холодильным блоком 122 и теплообменным блоком 124.
[00051] Основной холодильный блок 122 может быть съемно подсоединен к впускному отверстию (не показано) серверной стойки 108. В некоторых неограничивающих вариантах осуществления настоящей технологии основной холодильный блок содержит один или более вентиляторов 118, выполненных с возможностью управления объемом воздуха, протекающего в серверную стойку 108. Способ реализации вентиляторов 118 не является ограничением. В качестве примера, вентиляторы 118 могут быть реализованы в виде вентилятора с осевым потоком, центробежного вентилятора или вентилятора с поперечным потоком и тому подобного или их комбинации. В некоторых неограничивающих вариантах осуществления настоящей технологии вентиляторы 118 выполнены с возможностью увеличения и/или уменьшения потока воздуха в серверную стойку 108, например, путем увеличения или уменьшения скорости вращения (подробно обсуждается ниже).
[00052] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления настоящей технологии температура холодной камеры 104 замеряется первым термометром 136. В некоторых неограничивающих вариантах осуществления настоящей технологии первый термометр 136 размещается рядом с впускным отверстием основного холодильного блока 122, чтобы получить относительно более точное значение температуры воздуха, поступающего в серверную стойку 108.
[00053] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления настоящей технологии второй термометр 139 может быть размещен в серверной стойке 108 для получения относительно более точного значения температуры в серверной стойке 108 и/или серверах 110.
[00054] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления настоящей технологии основной холодильный блок 122 дополнительно содержит испаритель 138. Реализация испарителя 138 общеизвестна в данной области техники и не будет описана здесь подробно. Достаточно сказать, что испаритель 138 выполнен с возможностью охлаждения воздуха с использованием охладителя (описанного ниже, не показанного).
[00055] Испаритель 138 сообщается по текучей среде с конденсатором 140, установленным в теплообменном блоке 124, через гибкие трубки 107 (показанные пунктирными линиями). Другими словами, основной холодильный блок 122 и теплообменный блок 124 сообщаются по текучей среде друг с другом через гибкие трубки 107. Вообще говоря, конденсатор 140 выполнен с возможностью изменения фазы газообразного охладителя в его жидкую форму перед отправкой его обратно в испаритель 138.
[00056] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления настоящей технологии теплообменный блок 124 дополнительно содержит компрессор 142, выполненный с возможностью управления потоком охладителя внутри гибких трубок 107.
[00057] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления настоящей технологии впускное отверстие (не показано) теплообменного блока 124 обращено к холодной камере 104, а выпускное отверстие (не показано) теплообменного блока 124 обращено к горячей камере 106. Другими словами, возможность перетекания воздуха из холодной камеры 104 в горячую камеру 106 обеспечена через теплообменный блок 124.
[00058] При протекании через теплообменный блок 124 воздух нагревается за счет тепла, выделяемого конденсатором 140. В некоторых неограничивающих вариантах осуществления настоящей технологии теплообменный блок 124 может включать в себя один или более вентиляторов 144. То, как реализованы вентиляторы 144, не является ограничением и они могут, например, быть реализованы аналогично вентиляторам 118. Хотя вентиляторы 144 изображены как установленные выше по потоку от конденсатора 140, это ограничением не является. Предполагается, что вентиляторы 144 могут быть установлены ниже по потоку от конденсатора или вблизи выпускного отверстия теплообменного блока 124.
[00059] В по меньшей мере некоторых неограничивающих вариантах осуществления настоящей технологии система 100 может дополнительно содержать датчик 152 дифференциального давления, выполненный с возможностью измерения значения дифференциального давления, соответствующего разности давления воздуха в холодной камере 104 относительно давления воздуха в горячей камере 106.
[00060] Способ, которым реализован датчик 152 дифференциального давления, известен и поэтому здесь подробно описан не будет. Достаточно сказать, что датчик 152 дифференциального давления имеет первый и второй впускные порты (не пронумерованы), каждый из которых соединен с соответствующей точкой контролируемого давления. Например, первый впускной порт может быть соединен с точкой первого давления в холодной камере 104, а второй впускной порт может быть соединен, например, с точкой второго давления в горячей камере 106, или наоборот. В конкретном неограничивающем примере датчик 152 дифференциального давления может быть реализован как один из датчиков дифференциального давления, производимых Dwyer Instruments Inc. из Мичигана, США, под обозначением модели DH Digihelic.
[00061] Система 100 дополнительно содержит блок 137 контроллера для управления потоком воздуха для охлаждения серверной стойки 108. В некоторых неограничивающих вариантах осуществления настоящей технологии блок 137 контроллера представляет собой компьютер, выполненный с возможностью приема и передачи сигналов от различных устройств системы 100 (что более подробно описано ниже).
[00062] Блок 137 контроллера содержит память 146, которая включает в себя один или более носителей данных и, как правило, предоставляет место для хранения исполняемых компьютером программных инструкций, исполняемых процессором 148. В качестве примера, память 146 может быть реализована как материальный считываемый компьютером носитель данных, включающий в себя постоянную память (ROM) и/или оперативную память (RAM). Память 146 также может включать в себя одно или более постоянных запоминающих устройств в виде, например, жестких дисков (HDD), твердотельных накопителей (SSD) и карт флэш-памяти.
[00063] Управление потоком воздуха для охлаждения серверной комнаты 102 исполняется приложением 150, хранящимся в памяти 146. Как более подробно описано ниже, приложение 150 содержит набор исполняемых компьютером программных инструкций, исполняемых процессором 148.
[00064] Функции и операции различных компонентов приложения 150 теперь будут описаны более подробно. На Фигуре 2 приведена схематичная иллюстрация работы приложения 150 для управления воздушным потоком между холодной камерой 104 и горячей камерой 106. Приложение 150 исполняет (или иным образом имеет доступ к): процедуру 202 получения значения измерения, процедуру 204 управления вентилятором и процедуру 206 управления испарителем.
[00065] В контексте настоящего описания термин «процедура» (routine) относится к подмножеству исполняемых компьютером программных инструкций приложения 150, которое исполняется процессором 148 для выполнения описанных ниже функций. Во избежание каких-либо сомнений следует четко понимать, что процедура 202 получения значения измерения, процедура 204 управления вентилятором и процедура 206 управления испарителем схематично проиллюстрированы в данном документе по-отдельности и распределенным образом для простоты пояснения процессов, исполняемых по заявке 150. Предполагается, что некоторые или все из процедуры 202 получения значения измерения, процедуры 204 управления вентилятором и процедуры 206 управления испарителем могут быть реализованы как одна или более объединенных процедур.
[00066] Функциональные возможности каждой из процедуры 202 получения значения измерения, процедуры 204 управления вентилятором и процедуры 206 управления испарителем, а также данные и/или информация, обрабатываемые или хранимые в них, описаны ниже.
Прием данных
[00067] Каждый из первого термометра 136, второго термометра 139 и датчика 152 дифференциального давления передает измеренные данные в блок 137 контроллера посредством пакетов 208 данных, передаваемых в блок 137 контроллера. Само собой разумеется, предполагается, что система 100 включает в себя только один из первого термометра 136, второго термометра 139 и датчика 152 дифференциального давления или комбинацию двух из них, и, таким образом, измеренные данные, принятые с помощью пакетов 208 данных, содержат измеренные данные, связанные с упомянутым одним элементом или комбинацией из двух упомянутых элементов.
[00068] Пакеты 208 данных включают в себя соответствующий пакет данных для каждого из отслеживаемых замеряемых показателей и, таким образом, включают в себя соответствующий пакет данных, содержащий значение температуры, зарегистрированное первым термометром 136 и вторым термометром 139, и по меньшей мере один пакет данных, содержащий значение дифференциального давления, зарегистрированное первым датчиком 152 дифференциального давления.
[00069] Хотя датчик 152 дифференциального давления был изображен на Фигуре 1 как оборудование, следует понимать, что он этим не ограничен. Действительно, предполагается, что датчик 152 дифференциального давления может быть реализован в виде программной процедуры, которая является частью процедуры 202 получения значения измерения и выполнена с возможностью приема через пакеты 208 данных измеренных давлений воздуха от соответствующих точек первого и второго давления (реализованных в виде датчиков) и вычисления значения дифференциального давления. В конкретном неограничивающем примере датчики давления реализованы как датчик давления, производимый Dwyer Instruments Inc. из Мичигана, США, под обозначением модели DPG-200.
Управление скоростью вентилятора
[00070] На основе данных, содержащихся в пакетах 208 данных, принятых процедурой 202 получения значений измерения, процедура 204 управления вентиляторами генерирует первый управляющий сигнал 210 для управления скоростью вращения вентиляторов 144 и/или вентиляторов 118.
[00071] Способ, которым генерируется первый управляющий сигнал 210, теперь будет описан более подробно. В некоторых неограничивающих вариантах осуществления настоящей технологии процедура 204 управления вентиляторами исполняет первый пропорционально-интегрально-дифференциальный (PID) алгоритм 214. Первый PID алгоритм 214 выполнен с возможностью сравнения значения дифференциального давления (определяемого датчиком 152 дифференциального давления) с первым целевым значением (описанным ниже). Процедура 204 управления вентиляторами генерирует и передает первый управляющий сигнал 210, который содержит инструкции для регулировки скорости вращения вентиляторов 144 и/или вентиляторов 118 для достижения первого целевого значения.
[00072] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления настоящей технологии первое целевое значение указывает целевое значение дифференциального давления, которое должно поддерживаться в холодной камере 104 по отношению к горячей камере 106. Таким образом, предполагается, что блок 137 контроллера содержит или электрически подключен к устройству ввода (не показано) для приема первого целевого значения от пользователя (такого как, например, оператор системы 100).
[00073] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления настоящей технологии первое целевое значение составляет 0 Па (что означает, что в качестве цели должно быть равновесие между давлением в холодной камере 104 и горячей камере 106). Нет необходимости говорить, что дополнительно предполагается, что первое целевое значение может быть другим значением.
[00074] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления, если определено, что значение дифференциального давления ниже первого целевого значения (например, значение дифференциального давления указывает -5 Па, что означает, что давление в холодной камере 104 ниже давления в горячей камере 106), первый управляющий сигнал 210 содержит инструкции для уменьшения скорости вращения вентиляторов 144 и/или вентиляторов 118 для того, чтобы уменьшить объем нагретого воздуха, поступающего в горячую камеру 106, тем самым увеличивая давление воздуха внутри холодной камеры 104 для достижения первого целевого значения.
[00075] В качестве альтернативы, в некоторых неограничивающих вариантах осуществления, если определено, что значение дифференциального давления выше первого целевого значения (например, значение дифференциального давления указывает 5 Па, что означает, что давление в холодной камере 104 выше давления в горячей камере 106), первый управляющий сигнал 210 содержит инструкции для увеличения скорости вращения вентиляторов 144 и/или вентиляторов 118 для того, чтобы увеличить объем нагретого воздуха, поступающего в горячую камеру 106, тем самым увеличивая давление воздуха внутри горячей камеры 106 для достижения первого целевого значения.
[00076] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления, если определено, что значение дифференциального давления соответствует первому целевому значению, процедура 204 управления вентиляторами не генерирует первый управляющий сигнал 210. В качестве альтернативы процедура 204 управления вентиляторами также может быть выполнена с возможностью генерирования первого управляющего сигнала 210, который содержит инструкции для поддержания скорости вращения вентиляторов 144 и/или вентиляторов 118, после определения того, что значение дифференциального давления соответствует первому целевому значению.
[00077] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления настоящей технологии процедура 204 управления вентиляторами выполнена с возможностью генерирования второго управляющего сигнала 211 для управления скоростью вращения вентиляторов 118.
[00078] Более точно, в некоторых неограничивающих вариантах осуществления процедура 204 управления вентиляторами содержит второй PID алгоритм 215, выполненный с возможностью сравнения первого значения температуры, принятого первым термометром 136, и/или второго значения температуры, принятого вторым термометром 139, со вторым целевым значением. Процедура 204 управления вентиляторами генерирует и передает второй управляющий сигнал 211, который содержит инструкции для регулировки скорости вращения вентиляторов 118 для достижения второго целевого значения.
[00079] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления настоящей технологии второе целевое значение указывает целевую температуру, которая должна поддерживаться в холодной камере 104 или в серверной стойке 108.
[00080] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления, если определено, что первое значение температуры и/или второе значение температуры выше второго целевого значения, второй управляющий сигнал 211 содержит инструкции для увеличения скорости вращения вентиляторов 118 для того, чтобы увеличить объем воздуха, поступающего в горячую камеру 106, тем самым уменьшая температуру в холодной камере 104 и/или серверной стойке для достижения второго целевого значения.
[00081] В качестве альтернативы, в некоторых неограничивающих вариантах осуществления, если определено, что первое значение температуры и/или второе значение температуры ниже второго целевого значения, второй управляющий сигнал 211 содержит инструкции для уменьшения скорости вращения вентиляторов 118 для того, чтобы уменьшить объем воздуха, поступающего в горячую камеру 106, тем самым увеличивая температуру в холодной камере 104 и/или серверной стойке для достижения второго целевого значения.
[00082] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления, если определено, что первое значение температуры и/или второе значение температуры соответствует второму целевому значению, процедура 204 управления вентиляторами не генерирует второй управляющий сигнал 211. В качестве альтернативы процедура 204 управления вентиляторами также может быть выполнена с возможностью генерирования второго управляющего сигнала 211, который содержит инструкции для поддержания скорости вращения вентиляторов 118, после определения того, что первое значение температуры и/или второе значение температуры соответствует второму целевому значению.
[00083] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления настоящей технологии процедура 204 управления вентиляторами генерирует первый управляющий сигнал 210 независимо от второго управляющего сигнала 211. Другими словами, предполагается, что процедура 204 управления вентиляторами независимо управляет работой вентиляторов 118 и вентиляторов 144. Например, процедура 204 управления вентиляторами выполнена с возможностью определения (i) разности между значением дифференциального давления и первым целевым значением, чтобы избирательно регулировать скорость вентиляторов 144, и (ii) разности между первым значением температуры и/или вторым значением температуры и вторым целевым значением, чтобы избирательно регулировать скорость вентиляторов 118.
Управление температурой
[00084] На основе данных, содержащихся в пакетах 208 данных, принятых процедурой 202 получения значений измерения, процедура 206 управления испарителем генерирует третий управляющий сигнал 212 для управления скоростью, с которой воздух в холодной камере 104 охлаждается испарителем 138.
[00085] Теперь будет пояснен способ, которым генерируется третий управляющий сигнал 212. В некоторых неограничивающих вариантах осуществления процедура 206 управления испарителем содержит третий PID алгоритм 216. Третий PID алгоритм 216 выполнен с возможностью сравнения второго значения температуры, зарегистрированного вторым термометром 139, с целевым значением температуры. Процедура 206 управления испарителем генерирует и передает третий управляющий сигнал 212, который содержит инструкции для регулировки скорости, с которой воздух в основном холодильном блоке 122 охлаждается испарителем 138.
[00086] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления настоящей технологии целевое значение температуры указывает целевую температуру, которая должна поддерживаться в серверной стойке 108. В некоторых неограничивающих вариантах осуществления целевое значение температуры составляет 20 градусов Цельсия или около того. Нет необходимости говорить, что дополнительно предполагается, что целевое значение температуры может быть другим значением. Также предполагается, что целевое значение температуры вводится пользователем через устройство ввода (не показано).
[00087] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления, если определено, что второе значение температуры выше целевого значения температуры, третий управляющий сигнал 212 содержит инструкцию увеличения скорости, с которой испаритель 138 охлаждает воздух в основном холодильном блоке 122, тем самым охлаждая воздух, который поступает в серверную стойку 108 для того, чтобы достичь целевого значения температуры.
[00088]  В качестве альтернативы, в некоторых неограничивающих вариантах осуществления, если определено, что значение температуры ниже целевого значения температуры, третий управляющий сигнал 212 содержит инструкцию уменьшения скорости, с которой испаритель 138 охлаждает воздух в холодной камере 104 для того, чтобы достичь целевого значения температуры.
[00089] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления настоящей технологии процедура 206 управления испарителем генерирует третий управляющий сигнал 212 независимо от первого управляющего сигнала 210 и второго управляющего сигнала 211.
[00090] Обратимся теперь к Фигуре 3, на которой проиллюстрирован вид в перспективе основного холодильного блока 122, реализованного в соответствии с неограничивающим вариантом осуществления настоящей технологии.
[00091] В проиллюстрированном неограничивающем варианте осуществления настоящей технологии основной холодильный блок 122 содержит три (3) вентилятора 118 с осевым потоком. В некотором неограничивающем примере три вентилятора 118 с осевым потоком реализованы в виде вентиляторов, изготовленных компанией Ziehl-Abegg SE из Кюнцельзау, Германия, под обозначением модели FN035-4IL.ZC.A5P5. Само собой разумеется, что несмотря на то, что показаны три вентилятора 118 с осевым потоком, предполагается, что можно использовать большее или меньшее число вентиляторов.
[00092] Испаритель 138 сообщается по текучей среде с расширительным клапаном 302 через, например, медную трубку (не пронумерована). В некотором неограничивающем примере испаритель 138 реализован в виде испарителя, изготовленного компанией Ventolux. В некотором неограничивающем примере расширительный клапан 302 реализован в виде электрического расширительного клапана, изготовленного компанией Carel Industries S.p.A. из Падуи, Италия, под обозначением модели E2V24 USF10.
[00093]  Испаритель 138 дополнительно содержит панель 304 управления, которая электрически связана с вентиляторами 118 с осевым потоком, испарителем 138 и расширительным клапаном 302. В некоторых неограничивающих вариантах осуществления настоящей технологии блок 137 контроллера может устанавливать связь с вентиляторами 118 с осевым потоком, испарителем 138 и расширительным клапаном 302 через панель 304 управления.
[00094] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления настоящей технологии основной холодильный блок 122 содержит первое переходное устройство 306, обеспеченное на задней части конструкции основного холодильного блока 122. Первое переходное устройство 306 выполнено с возможностью съемного крепления основного холодильного блока 122 к открытой части серверной стойки 108. Другими словами, первое переходное устройство 306 прикрепляет основной холодильный блок 122 так, чтобы обеспечить возможность протекания охлажденного воздуха в серверную стойку 108 без утечек. В некоторых неограничивающих вариантах осуществления настоящей технологии первое переходное устройство 306 представляет собой резиновый уплотнитель, предусмотренный по периметру задней части конструкции.
[00095] Из вышесказанного следует понимать, что основной холодильный блок 122 не является постоянно (несъемно) прикрепленным к серверной стойке 108. Соответственно, основной холодильный блок 122 может быть выборочно перемещен на хранение или для прикрепления к другой серверной стойке (не показана), когда серверная стойка 108 не требует дополнительного охлаждения.
[00096] Кроме того, несмотря на то, что Фигура 3 иллюстрирует основной холодильный блок 122 и его компоненты в конфигурации, наиболее подходящей для иллюстрации его структуры для целей этого описания, следует понимать, что предполагается, что стенки для закрытия внутренней части основного холодильного блока 122 могут быть установлены.
[00097] Обратимся к Фигуре 4, на которой проиллюстрирован вид в перспективе теплообменного блока 124, реализованного в соответствии с неограничивающими вариантами осуществления настоящей технологии.
[00098] Теплообменный блок 124 содержит компрессор 142, сообщающийся по текучей среде, через медную трубку (не пронумерована) или подобное, с конденсатором 140. Теплообменный блок 124 также содержит три (3) вентилятора 144 с осевым потоком, которые могут быть реализованы как та же самая модель, что и у вентиляторов 118 с осевым потоком.
[00099] Теплообменный блок 124 дополнительно содержит подвижную панель 402, которая выполнена с возможностью регулировки, по степени своего открытия, объема воздуха, который поступает в горячую камеру 106, посредством, например, блока 137 контроллера. Нет необходимости говорить, что хотя показано, что подвижная панель 402 размещена ниже по потоку текучей среды от конденсатора 140, ограничением это не является, поскольку упомянутая панель может быть размещена выше по потоку текучей среды от конденсатора 402.
[000100] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления настоящей технологии теплообменный блок 124 содержит второе переходное устройство 404, обеспеченное на задней части конструкции теплообменного блока 124. Второе переходное устройство 404 выполнено с возможностью прикрепления теплообменного блока 124 к открытой части горячей камеры 106. Другими словами, второе переходное устройство 404 прикрепляет теплообменный блок 124 к впускному отверстию горячей камеры 106 так, чтобы обеспечить возможность протекания нагретого воздуха в горячую камеру 106 без утечек. В некоторых неограничивающих вариантах осуществления настоящей технологии второе переходное устройство 404 представляет собой резиновый уплотнитель, предусмотренный по периметру задней части конструкции.
[000101] Из вышесказанного следует понимать, что теплообменный блок 124 не является постоянно прикрепленным к впускному отверстию горячей камеры 106. Соответственно, теплообменный блок 124 может быть выборочно перемещен на хранение (вместе с основным холодильным блоком 122) или для закрепления на другом впускном отверстии (не показано) горячей камеры 106, когда основной холодильный блок 122 подключают к другой серверной стойке (не показана).
[000102] Кроме того, несмотря на то, что Фигура 3 иллюстрирует теплообменный блок 124 и его компоненты в открытой конфигурации, следует понимать, что предполагается, что стенки для закрытия внутренней части теплообменного блока 124 могут быть установлены.
[000103] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления настоящей технологии основной холодильный блок 122 и теплообменный блок 124 сообщаются по текучей среде через гибкие трубки 107 (см. Фигуру 1), подсоединенные к медному трубопроводу основного холодильного блока 122 и теплообменного блока 124. Другими словами, жидкий охладитель выполнен с возможностью протекания между испарителем 138, расширительным клапаном 302, компрессором 142 и конденсатором 140 в замкнутом контуре.
[000104]  В некоторых неограничивающих вариантах осуществления настоящей технологии жидкий охладитель реализован как одно из: Хлорфторуглеродного (CFC) хладагента, Гидрохлорфторуглеродного (HCFC) хладагента, Гидрофторуглеродного (HFC) хладагента и Диоксида углерода (CO2).
[000105] Кроме того, несмотря на то, что на Фигуре 1 впускное отверстие (не показано) теплообменного блока 124 проиллюстрировано обращенным к холодной камере 104, а выпускное отверстие (не показано) теплообменного блока 124 проиллюстрировано обращенным к горячей камере 106, ограничением это не является. Действительно, предполагается, что теплообменный блок 124 может быть помещен полностью внутри горячей камеры 106 или даже в наружной окружающей среде 114, сообщаясь в то же время по текучей среде с основным холодильным блоком 122 через гибкие трубки 107.
[000106]  Специалистам в данной области должно быть очевидно, что по меньшей мере некоторые варианты осуществления настоящей технологии направлены на расширение арсенала технических средств для решения конкретной технической задачи, а именно управления воздушным потоком в центре обработки данных, имеющем одну или более серверных комнат, тем самым улучшая (снижая) энергопотребление и уменьшая вычислительную нагрузку на традиционные контроллеры.
[000107] Следует четко понимать, что не все технические эффекты, упомянутые в данном документе, должны достигаться в каждой реализации настоящей технологии. Например, реализации настоящей технологии могут быть осуществлены без обеспечения пользователю некоторых из этих технических эффектов, в то время как другие реализации могут быть осуществлены с обеспечением пользователю других технических эффектов или без обеспечения каких-либо технических эффектов.
[000108] Модификации и улучшения вышеописанных реализаций настоящей технологии могут стать очевидными для специалистов в данной области техники. Предшествующее описание предназначено для того, чтобы быть примерным, а не ограничивающим. Поэтому подразумевается, что объем настоящей технологии ограничен только объемом прилагаемой формулы изобретения.
[000109] Хотя вышеописанные реализации были описаны и показаны со ссылкой на конкретные этапы, выполняемые в конкретном порядке, следует понимать, что эти этапы могут быть объединены, подразделены или переупорядочены без отклонения от идей настоящей технологии. Соответственно, порядок и группировка этапов ограничением настоящей технологии не являются.