JP2022046739A

JP2022046739A - 温度による自動調節冷却の強化

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Publication number: JP2022046739A
Application number: JP2022000362A
Authority: JP
Inventors: ティアンユイガオ、; Tianyi Gao
Original assignee: Baidu USA LLC
Current assignee: Baidu USA LLC
Priority date: 2021-01-13
Filing date: 2022-01-05
Publication date: 2022-03-23
Anticipated expiration: 2042-01-05
Also published as: EP3958424A3; US20220224286A1; JP7274001B2; CN114765383A; EP3958424A2; US11848641B2

Abstract

【課題】データセンタに用いられる自動調節太陽光輸送システム及び方法を提供する。【解決手段】データセンタにおける電力分配システム１００において、データセンタの外部の環境温度が予め設定される閾値を超えた時、コントローラ１２０は、スイッチＳ１を起動することにより、光起電力システム１１０をＤＣ／ＤＣコンバータ１１５に接続し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５を複数の熱電冷却器ＴＥＣ１～ｎに接続する。温度が第２の閾値以下に低下した時、コントローラ１２０は、光起電力システム１１０を遮断する。【選択図】図１

Description

本開示の実施の形態は、概ねデータセンタとデータセンタにおけるＩＴクラスタと機器に給電するアーキテクチャーに関し、更に具体的には、温度に基づいて測定する自動調節電力の分配に関する。

一般的には、データセンタは、無停電でサービスを提供することを確保するように、サーバと様々な補助機器（例えば冷却、照明など）に用いられる冗長電源を含む。電源は、商用電力（商用電力会社により提供される）、ディーゼル発電機及び電池バックアップを含んでもよい。現代のデータセンタでは、商用電力は、無停電電源（ＵＰＳ）を介してサーバに輸送されることができ、無停電電源は、必要な電力調節を実行し、バックアップバッテリアセンブリに充電する。無停電電源は、更に鉛蓄電池によって短期間の商用電力中断に対してバックアップ電源を提供する。しかしながら、比較的に長い期間の中断が発生した場合、ディーゼル発電機はバックアップ電源を提供する。

無停電操作を確保するために必要な電源冗長は、データセンタのコストと複雑性を増加してしまう。なお、冗長に専ら用いられる殆どの機器は、殆どの時間にアイドル状態にあり、それによって、リソースの低効率使用に繋がる。これは、バックアップ機器が使用されない時にも定期メンテナンスを行う必要があることで悪化しつつある。

最近、データセンタに給電するための光起電力システムを開発・導入することがますます注目される。しかしながら、太陽光電力は、太陽光の利用可能性と方向に依存し、その出力は、２４時間周期で循環し、且つ日中期間では雲量と太陽の角度によっても変化する。なお、データセンタの負荷は、可変であり且つ異なる周期で循環してもよく、例えば、作業時間期間の第１段の需要、及び非作業時間で実行される可能性があるバックアップ期間の第２段の需要である。従って、光起電力システムによって提供される電力レベルとデータセンタに発生される負荷レベルとの間に不整合が存在してしまう。

この制御は、異なる作業負荷に用いられる複雑な電力スケジューリングに係わる可能性があるので、データセンタの新電源に対する制御を実現することも課題となる。優れたロバスト性を有する解決方案を開発してデータセンタに給電する電源を制御することが極めて重要である。

本出願の一方面によれば、情報技術（ＩＴ）システムに電力を供給するための自動調節電力システムを提供する。前記システムは、光起電力（ＰＶ）システムと、電力コンバータと、前記光起電力システムと前記電力コンバータとの間に挿入されるメインスイッチと、温度センサと、前記ＩＴ機器を冷却するための冷却システムと、前記温度センサから温度読み取り値を受信し、且つ前記温度読み取り値が予め設定される閾値よりも高い時、前記メインスイッチを起動することにより、前記光起電力システムを前記電力コンバータに接続し、太陽光を前記冷却システムに輸送するコントローラとを含んでもよい。

本出願の別の方面によれば、データセンタに用いられる電源システムを提供する。前記データセンタは、複数のサーバと複数の熱電冷却器（ＴＥＣ）を有してもよく、前記複数の熱電冷却器は、前記サーバから熱量を抽出するように配置される。前記電源システムは、前記複数のサーバに接続される商用電力システムと、ＡＣ／ＤＣコンバータと、前記商用電力システムと前記ＡＣ／ＤＣコンバータとの間に挿入される商用電力スイッチと、前記ＡＣ／ＤＣコンバータと前記複数の熱電冷却器との間に挿入される商用電力電気スイッチと、光起電力（ＰＶ）システムと、ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記光起電力システムと前記ＤＣ／ＤＣコンバータとの間に挿入される光起電力スイッチと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記複数の熱電冷却器との間に挿入される光起電力電気スイッチと、温度センサと、前記温度センサからの温度読み取り値を受信し、且つ前記温度読み取り値が予め設定される閾値よりも高い時、前記光起電力スイッチと前記光起電力電気スイッチを起動することにより、前記光起電力システムを前記ＤＣ／ＤＣコンバータに接続し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを前記複数の熱電冷却器に接続して、前記複数の熱電冷却器に太陽光を輸送するコントローラとを含んでもよい。

本出願の別の方面によれば、データセンタに給電する方法を提供する。前記データセンタは、複数のサーバと複数の熱電冷却器（ＴＥＣ）を有し、前記複数の熱電冷却器は、前記サーバから熱量を抽出するように配置される。前記方法は、前記データセンタの外部の環境温度を測定することと、前記環境温度をモニタリングすることであって、前記環境温度が何時に予め設定される閾値よりも高くなるかを決定し、この時第１のスイッチを起動することにより、光起電力（ＰＶ）システムをＤＣ／ＤＣコンバータに接続し、第２のスイッチを起動することにより、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを前記複数の熱電冷却器に接続することとを含んでもよい。

本発明の実施の形態は、添付図面において例の方式で示され、制限の方式で示されるものではなく、添付図面において同じ符号は類似する部品を示す。
実施の形態によるシステムアーキテクチャーの例を示すブロック図である。実施の形態による別の電力制御装置のブロック図を示す。開示される実施の形態による冷却ポンプに給電する太陽光発電システムを含む例を示す。開示される実施の形態における商用電力と太陽光がシステムの装置を冷却するために用いられる例を示す。実施の形態による補強される冷却ポンプを含む太陽光設計の例を示す。実施の形態による制御フローの例を示す。別の実施の形態による制御フローの例を示す。

以下に検討される詳細を参照して、本発明の様々な実施の形態と各方面を記述し、添付図面は様々な実施の形態を示す。以下の記述と添付図面は、本発明を説明するものであり、本発明に対する制限を構成するものではない。沢山の具体的な詳細を記述することにより、本発明の様々な実施の形態に対する完全な理解を提供する。しかしながら、幾つかの場合、本発明の実施の形態に対する簡潔な検討を提供するために、公知又は従来の詳細を記述していない。

明細書における「一実施の形態」又は「実施の形態」への言及は、この実施の形態を結び付けながら記述される特徴、構造又は特性は、本発明の少なくとも一つの実施の形態に含まれることができることを意味する。明細書の各箇所において現れた「一実施の形態では」という文章は、必ずしも全てが同じ実施の形態を指すわけではない。

以下の詳細な記述は、本明細書が保護しようとする革新太陽光電源のいくつかの特徴と方面を強調する例を提供する。異なる実施の形態又はそれらの組み合わせは、異なる用途に用いられてもよく、又は異なる結果又は利点を得るために用いられる。実現しようとする結果次第で、本明細書に開示される異なる特徴を部分的に又は十分に利用することができ、単独で又は他の特徴と組み合わせて利用することができ、それによって、需要や制約と利点を両立させる。従って、異なる実施の形態を参考する場合、幾つかの利点を強調するが、開示される実施の形態に限定されない。つまり、ここで開示される特徴は、それらを記述した実施の形態に限定されず、他の特徴と「組み合わせ又は整合し」、他の実施の形態に結び付けられてもよい。

本開示は、モジュール化設計とアーキテクチャーを紹介する。このモジュール化設計とアーキテクチャーは、データセンタに自動調節して給電することができる。開示される実施の形態は、「環境保全」又は持続的な解決方案を提供し、資本と運行コストを低減させ、且つ配電ネットワークの利用と効率を最大化させる。

開示される実施の形態は、簡易制御を使用して有効な方式でデータセンタに給電するアーキテクチャーを提供する。開示される実施の形態は、以下の観測結果を利用する。即ち、増加する発電を招いた同じ環境条件は、データセンタの特定の部品の高電力需要も招き、この特定の部品は、即ち冷却部品である。

開示される実施の形態は、モジュールを提供する。このモジュールは、冷却システムが電力を増加する必要がある期間で電力を提供するために用いられるとともに、商用電力の消費の増加を避ける。冷却システムの必要な電力が増加する需要は、冷却システムは、現在の運行条件での熱管理を満たさない可能性があることとして理解されてもよく、これは、商用電力の効率要求によって確定される。従って、開示される実施の形態は、データセンタの運行コストを低減させる。

開示される実施の形態は、データセンタにおける異なる冷却部品の間に分布する電力システムの設計を含む。この設計は、電力輸送レベルと制御レベルとの二つのレベルを含む。実施の形態の目的は、温度の測定に基づいて電力の流れを制御することにより、異なる操作条件の期間で、電力の使用効率を改良することである。

電力輸送方面に対して、現代のデータセンタとＩＴクラスタ設計は、システムの簡略化及び配備と操作が容易であることを要求している。従って、モジュール化の設計方法は有益である。開示される実施の形態は、光起電力システムをＩＴクラスタに実現するための有効方法を提供し、特に、光起電力システムが完全に信頼できる電源として完全に利用されない可能性がある場合。開示されるアーキテクチャーは、データセンタの電力システムのコスト効率を向上させるとともに、信頼性を確保する前提でシステムの頑健性を向上させる。

制御の態様に関して、開示される実施の形態は、多段の制御手段を有する光起電力システムの方法を紹介する。ＰＶ電力は複数の要素に大きく依存するため、ＰＶ電力を検出及び制御することが非常に重要であり且つ難題となる。開示される設計は、新規の検出機構を実現し、この検出機構は、ＰＶの出力の利用と適切な使用状況を有効に関連付ける。

開示される実施の形態は、太陽光の制御対策を簡略化する。温度（及び選択可能な負荷と電圧入力）を利用することにより、制御は自動的に調節され、且つ増加した冷却需要と増加した太陽光利用可能性によく関連付けられる。つまり、温度の測定が高い場合、冷却需要が増加し、太陽光の利用可能性も増加することを意味する。

開示される各態様は、自動調節されるデータセンタに用いられる電源システムをさらに提供する。外部の環境温度を測定してシステム全体を制御するために用いられる。外部温度は、光起電力システムの出力を表すものとして用いられ、それは、光起電力システムを接続するめのスイッチを制御するために用いられ、それによって、負荷に給電するための閉回路を完成する。ＰＶ電力は、ＴＥＣ（熱電冷却）と、ＩＴ機器を冷却するための他の冷却補強ハードウエア又はシステムに接続される。ラックレベル電力は、複数のＴＥＣ及び／又は他の冷却ユニットに分配して用いられる。電力分配設計は、光起電力システムから異なるタイプの負荷までの電力の流れの分配と制御、負荷の計算又は負荷の冷却に用いられる。コントローラは、温度の測定結果の収集、スイッチの状態の制御、及び負荷の分析に用いられる。制御設計は、単一のコントローラに集積されてもよく、又はレベル分けの方式で集積されてもよい。

図１は、データセンタにおける電力分配システム１００の実施の形態の全体を示す概略図である。図１に示す実施の形態は、光起電力システム１１０からの電力輸送のみを示し、その原因は、残りの電力輸送装置は、如何なる他の従来のシステム、例えば商用電力を含んでもよいことにある。図面において、冷却の検討と関係しないＩＴ機器をさらに省略する。その原因は、この特定の実施の形態は冷却機器のみに用いられる太陽光発電の用途を示したことにある。

従来のシステムと同様に、ラック１２５は複数のＴＥＣを含み、ＴＥＣ１からＴＥＣｎとして示される。ＴＥＣのうちのいずれか一つは相応するＩＴ機器から熱量を抽出し、熱量を冷却システム１３０に伝達する。それで、冷却システム１３０は、例えば冷却器１３５を使用して熱量を周りの環境に伝達する。この点について、冷却器１３５は、空気を冷却する冷却器として理解されてもよい。しかしながら、部品１３５は、異なる冷却ユニット、例えば冷却塔、乾式冷却器などを示すために用いられてもよい。実施の形態では、冷却システム１３０と冷却器１３５は、データセンタに用いられる如何なるタイプの冷却システムとして理解されてもよい。この点について、「環境」という用語を用いて、データセンタの外部に存在する大気環境を示す。

ＴＥＣのうちのいずれか一つは、そのヒートポンプと熱伝達機能を実行するために、電気エネルギーが必要となる。本発明の発明者は、ＥＣによって印加される負荷は、環境温度に関連し、即ち、環境温度が上昇する期間において、必要な冷却負荷が増加することを既に認識している。つまり、環境温度の上昇は、メイン冷却システムの冷却能力の低下を招き、それによって、補強される熱伝達を提供するようにＴＥＣに給電する必要がある。なお、本発明の発明者は、このような冷却負荷の増加は、実は太陽光の出力の増加にも関連することを既に認識している。つまり、環境温度の上昇は、一般的には、太陽放射の増加に関連し、それによって、太陽電力の出力の増加に関連する。従って、この実施の形態では、温度センサ１２２は、コントローラ１２０に環境温度を指示する信号を送信する。この信号に基づいて、コントローラは、スイッチＳ１からＳｎ＋１を操作することにより、光起電力システム１１０によって発生された電力がＴＥＣに給電するように案内する。

殆どのデータセンタの冷却ユニットは、環境温度センサを備えているので、温度センサ１２２は、データセンタ又はデータセンタの冷却ユニットに使用される従来の温度センサであってもよい。なお、温度センサは、標準冷却システムに用いられる温度センサ、例えば、冷却水回路、冷却器水回路などに取り付けられる流体温度センサであってもよい。このような温度は、環境温度に直接又は間接に影響される可能性があるため、環境温度の上昇又は低下を反映する。換言すれば、コントローラによって受信される温度信号は、環境温度を表すものとして用いられる如何なる温度読み取り値であってもよい。

温度が上昇する時、コントローラは、システムを管理し、且つシステムをＴＥＣに光起電力システム１１０によって発生された電力を提供させることができる。一方、温度が低下する時、コントローラは、光起電力システム１１０によって発生された電力を遮断するように管理する。光起電力システム１１０によって発生された電力を接続してＴＥＣユニットに輸送する時、ＴＥＣは、ヒートポンプの役割を果たし、熱量を高温側（この側は電子機器に接触する）から低温側（この側は液体冷却プレートに接触することが可能である）に圧送する。このように、光起電力システムにおける電流の流れは、熱量を電子機器から冷却システムまでに熱伝達することができる。従って、冷却条件を操作することができる時、電子機器の温度（例えばＴｃａｓｅ）は、一時的に低下し又は指定値に保持されることができる。

注意すべきことは、図１の実施の形態では、スイッチＳ１は、光起電力システムとＤＣ／ＤＣコンバータ１１５との間に設けられる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５は、光起電力システムによって輸送される電力を変調して調節する。しかしながら、ＴＥＣはエネルギーが必要ない時、光起電力システムは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５から遮断される。

一つの例では、サーバラック１２５は、各サーバのＴＥＣに電力を提供する専用バスバー又は電力輸送設計を含む。バスバーは、コントローラ１２０によってセンサ１２２からの信号に基づいて制御されるスイッチを使用し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５からの太陽光によって直接に給電される。

図１に示す実施の形態では、環境温度はシステムの制御に用いられる。熱量は最後に大気に抽出されるので、ＩＴクラスタとデータセンタの冷却システムは、外部の環境温度に依存する。従って、環境温度が比較的に高く、例えば夏の熱い時間の場合、付加の機械冷却を追加しなければ、冷却能力は低下する可能性がある。しかしながら、外部温度が比較的に高い時は、主に午前と午後の早いうちに発生し、太陽が明るくて、太陽光は高い利用可能性を有する。従って、開示される実施の形態は、外部温度を光起電力システムから出力された太陽光を表すものとして利用し、このインジケータを用いてスイッチを介して太陽光回路を制御することにより、システムの冷却能力を補強する。

図１の実施の形態によって、このシステムは、外部の環境温度に基づいて自動調節する。外部温度が上昇する時、このシステムは光起電力システムをトリガーし、ＰＶをＴＥＣに接続することにより、ＩＴ機器からの熱量の抽出と伝達を補強する。一旦、外部温度が低下する場合、通常の冷却に復帰し、且つ熱量の抽出を補強する必要がなく、光起電力システムは、負荷から遮断されればよい。

図２は、少し、より汎用の実施の形態を示す。そのうち、光起電力システムからの電力は、冷却部品以外の他のＩＴ機器に給電するために用いられることができる。システム２００は、スイッチＳ１に接続される光起電力システム２１０を含み、スイッチＳ１が係合される時、電力をＤＣ／ＤＣコンバータ２１５までに伝達することにより、伝達される電力を変調して調節する。コンバータ２１５からの電力は、図１の実施の形態のように、ＴＥＣ２２６に供給されてもよく、且つ追加的に又は選択可能に、サーバ２４０及び／又は記憶システム２５０に供給される。注意すべきことは、ＴＥＣ２２６、サーバ２４０及び記憶システム２５０のうちのいずれか一つは複数のこのような部品を代表することができ、即ち、ＴＥＣ２２６は、複数のＴＥＣであってもよく、サーバ２４０は複数のサーバであってもよく、メモリ２５０は複数の記憶システムであってもよい。

従って、図２の実施の形態は、環境温度が高い周期期間でもＴＥＣが必要とされない場合があるため、ＰＶ電力をより多様化に利用することができる。例えば、ＩＴ計算の必要電力又はＩＴ計算に対する需要が高くない時とは、ＩＴ機器が多くの電力を発生することがないことを意味する。環境温度が比較的に高くても、ＴＥＣは、非常に多い熱量を圧送する必要がない可能性がある。このような場合、スイッチＳ２とＳ４のうちの一つ又は二つを適当に起動させることにより、ＰＶ電力は、依然として様々なタイプの負荷に用いられることができる。

図２に示す実施の形態は、二つの特徴を結び付けた。これらの特徴は排他的なものではないが、そのうちのＰＶ電力が冷却以外の目的に用いられることができる実施の形態では特に有益である。第１の特徴は、負荷コントローラ２２４であり、負荷コントローラ２２４は、サーバ２４０上の計算負荷をコントローラ２２０に伝達する。ＰＶ電力がサーバ２４０に給電するために用いられることができる時、負荷コントローラ２２４からの情報は、コントローラ２２０によってＰＶ電力を分配するための最適化操作対策を決定するために用いられることができる。コントローラ２２０は、例えば、ＩＴ負荷需要、ＰＶ出力の能力及び全体の冷却需要などの変数に基づいて、最適化対策を決定することができる。

第２の特徴は、選択可能な電圧センサ２１７を含むことである。光起電力システム２１０の出力箇所において、電圧センサ２１７を使用して温度センサ２２２のバックアップ又は代替物とする。この実施の形態では、光起電力システムは、冷却システム以外の他のシステムにも用いられることができるため、温度の感知に障害がある場合、バックアップによる検出は、システムの信頼性を向上させるために用いられることができる。

図２に示す設計は、より高精度の方式で、異なるパラメータに基づいてラックに対してより柔軟な電力管理を行うことができ、より高い効率を得て、そのうち、この異なるパラメータは、サーバ負荷と環境温度を含む。

図３は、光起電力システム３１０を利用して、ＴＥＣ３２６、及び例えば冷却ポンプ３２３の他の冷却ユニットに給電する別の実施の形態を示す。冷却ポンプ３２３は、例えば、ラックレベルの液体冷却ポンプ（例えば、液体冷却プレートに用いられる）又はＩＴレベルのポンプであってもよい。冷却ポンプ３２３は、更に、通常の冷却操作に用いられるメインポンプ、又は冷却補強に専ら用いられる補助ポンプであってもよい。このような用途のために、単独の補助ポンプを設計することを提案する。図面において一つのみのポンプ３２３を示したが、複数のポンプを有してもよく、メインポンプ及び／又は補強する冷却ポンプを含む。

開示される他の実施の形態では記載されるように、コントローラ３２０は、温度センサ３２２から温度読み取り値を受信し、スイッチＳ１を遮断することにより、光起電力システム３１０を係合するかを決定する。コントローラは、スイッチＳ２を遮断することにより、電力を光起電力システム３１０からＴＥＣ３２６に印加するか、スイッチＳ３を遮断することにより、電力をＴＥＣ３２６から冷却ポンプ３２３に印加するか、又はスイッチＳ２を遮断することにより、電力を光起電力システム３１０からＴＥＣ３２６に印加するか、及びスイッチＳ３を遮断することにより、電力をＴＥＣ３２６から冷却ポンプ３２３に印加するかを決定する。例えば、外部温度が比較的に高い時、コントローラ３２０はＰＶ電力を印加することができ、それによって、ＴＥＣ３２６と冷却ポンプ３２３に給電し、冷却が補強される。ポンプ３２３を使用することで、冷却流体の速度が向上され、例えば冷却プレートの排熱を改善することができる。逆に、環境温度が低下する時、コントローラは、操作モードを変更することができ、ＴＥＣ３２６又はポンプ３２３のうちの一つだけは、光起電力システム３１０によって給電される。

実施の形態では、冷却ポンプは、他のタイプの冷却ユニット、例えばファン又は弁であってもよい。

図４は、メインユーティリティ電源及びＰＶ電源が使用されているシステムアーキテクチャーのさらなる詳細な図を示す。この実施の形態では、何れか一つの電源は、ＴＥＣ４２６と冷却ポンプ４２３に給電することができる。例えば曇天の場合のように太陽光電池板が日光を受け取れない場合であっても、このような配置では、冷却を補強することを実現できる。

商用電力４０２は、従来の方式でサーバ４４０に接続される。なお、商用電力４０２は、コントローラ４２０によって制御されるスイッチＳ２を介してＡＣ／ＤＣコンバータ４０４に接続される。スイッチＳ２がコントローラによって閉じられている時、スイッチＳ５を閉じると、ＴＥＣ４２６に商用電力が輸送され、スイッチＳ６を閉じると、冷却ポンプ４２３に商用電力が輸送される。温度センサ４２２の読み取り値が温度の上昇を示す時、コントローラ４２０は、光起電力システム４１０と係合することができる。太陽光４１０と係合するために、コントローラ４２０は、スイッチＳ１とスイッチＳ３を閉じることにより、太陽光をＴＥＣ４２６に輸送し、及び／又はスイッチＳ４を閉じることにより、太陽光を冷却ポンプ４２３に輸送する。この設計は、ＴＥＣの冷却補強機器のみに用いられるものではなく、通常の操作にも用いられるので、ＰＶ電力をより効率よく利用する。例えば、ＴＥＣが必要ない時、ＰＶ電力は直接に冷却ポンプに用いられ、例えば、計算作業荷重が多くない場合、スイッチＳ４を閉じる。

図５は、太陽光を利用する別の実施の形態を示す。図５の実施の形態では、太陽光は、ＩＴ冷却部材及び施設側又はクラスタ側の冷却補強設計に給電するために用いられてもよい。図５に示す冷却システムは、施設レベルのユニット、クラスタレベルのユニット又はラックレベルのユニットを表している。冷却システムは、冷却液を処理して冷却液をＩＴラックに輸送し、熱を流体に戻すために用いられる。

開示される他の実施の形態のように、温度センサ５２２は、温度の測定結果をコントローラ５２０に伝送し、コントローラ５２０は、スイッチＳ１とＳ３を閉じることにより、光起電力システム５１０からＴＥＣ５２６までの電力輸送を制御する。冷却補強が必要な時、コントローラ５２０は、さらにスイッチＳ２を閉じることにより、冷却補強システムにＰＶ電力を輸送する。

具体的に、通常の操作モードの期間では、弁１が開かれ、冷却ポンプ１は商用電力で操作される。補強冷却が必要な時、コントローラはスイッチＳ２を遮断することにより太陽光を輸送し、弁２を開き冷却ポンプ２に給電する。このように、増加された冷却液の流れを提供し、増加された冷却液の流れは、冷却速度を向上させる。この点について、光起電力システム電力を使用して操作する時、冷却ポンプ２は冷却補強に用いられる。

図６は、実施の形態によるプロセスを示すフローチャートである。この実施の形態は、そのうちのＰＶ電力出力はＴＥＣシステムに給電するために専ら用いられる装置に対応する。このフローチャートは、環境温度を利用してスイッチを制御する基本的な方法を示す。制御システムの一部としてのセンサを用いて、又は従来のデータセンタのインフラストラクチャの一部を形成する従来のセンサからの読み取り値から温度を得ることができる。

ステップ６００は初期状態を示し、そのうちの全てのシステムにおけるスイッチはいずれも開位置にあり、ＴＥＣシステムに太陽光を印加しない。ステップ６０５では、環境温度読み取り値が予め設定される閾値よりも高いか否かをチェックする。温度読み取り値が閾値よりも高くない場合、プロセスはステップ６００にリターンする。一方、温度読み取り値が閾値を超えた場合、ステップ６１０では、コントローラは、スイッチＳ１を閉じることにより、太陽光接続をアクティブ化し、光起電力システムをコンバータに接続する。自動アクティブ化は、光起電力システムが使用可能な実際の検出や、専用の実際の検出を有していないこととして理解されてもよい。

そして、ステップ６１５では、コントローラは、ＴＥＣへのスイッチを閉じて、コンバータからＴＥＣに電力を提供する。その後、コントローラは、温度を継続にモニタリングし、温度が高く保持されば、ＴＥＣとの接続を保持する。逆に、ステップ６２０では、温度Ｔが予め設定される閾値Ｔｈ（この閾値は、ステップ６０５における開始閾値と異なってもよい）以下に低下したことが決定された場合、コントローラは、ステップ６００の初期状態にリターンし、そのうちの全てのスイッチがいずれも開かれる。

図７は、実施の形態による制御プロセスを示すフローチャートである。図７の実施の形態では、制御操作は、そのうちの光起電力システムは様々なタイプのＩＴ負荷に接続される実施の形態に対応し、ここで開示される幾つかの実施の形態に例示される通りである。図７のプロセスによって実現される二つの設計目標が存在する。まず、現時点の操作設計は、従来のインフラストラクチャと制御アーキテクチャーに集積されてもよい。次に、このプロセスは、冷却操作をさらに最適化することができる。

ＰＶ電力は、電池によるエネルギーシステムに用いられるとともに、温度の測定が光起電力システムを電池に接続するために用いられてもよい。このような場合、光起電力システムを電池に接続するための温度設定値は、運行／給電ＴＥＣに用いられる設定値よりも低くてもよい。他の場合として、ＰＶ電力がＴＥＣと他のＩＴ負荷に給電するために用いられる時、冷却性能と計算性能などの性能の向上のために最適化されたソリューションを構成してもよい。

図７では、ステップ７００では初期状態を示し、そのうちの全てのスイッチはいずれも開位置にある。ステップ７０５では、温度の測定に基づいて、利用することができる太陽光が利用可能かを決定する。図７に示すように、選択的に、バックアップとして、電圧の測定も利用可能な太陽光の利用可能性を決定するために用いられてもよい。図２に示すように、温度センサ２２２、電圧センサ２１７及びスイッチの読み取り値は関連している。利用可能な太陽光がなければ、プロセスは、ステップ７００の初期状態にリターンする。

ステップ７０５では、利用可能な電力を利用することができることが決定された場合、ステップ７１０では、メインスイッチを閉じて、光起電力システムをコンバータに接続する。そして、ステップ７１５では、利用可能な電力が熱荷重閾値よりも高いか否かを決定する。熱荷重閾値よりも高くない場合、プロセスはステップ７３０に移行し、そのうち、コンバータを接続することにより、電池を充電する。逆に、利用可能な電力が熱荷重閾値よりも高い場合、プロセスはステップ７２０に移行し、追加の計算電力が必要か否かを決定する。追加の計算電力が必要ない場合、プロセスは、ステップ７３５に移行し、そのうち、太陽光はＴＥＣに印加される。逆に、ステップ７２５では、コントローラは、ＴＥＣとサーバの両者にＰＶ電力を印加するとともに、ＴＥＣとサーバとの間の電力分配を最適化させる。

その後、コントローラは、温度を継続的にモニタリングし、温度が高く保持されれば、負荷との接続を保持する。逆に、ステップ７４０では、ステップ７０５における開始閾値と異なってもよい、温度Ｔが予め設定される閾値Ｔｈ以下に低下したことが決定された場合、コントローラは、ステップ７００の初期状態にリターンし、そのうちの全てのスイッチはいずれも開かれる。

上記の開示を利用して、冷却システムを有する計算システムに用いられる電源システムを提供する。このシステムは、光起電力システムとコントローラを含み、コントローラは、計算システムを収容する施設外部の環境温度を測定する環境温度センサに接続され、そのうち、温度センサが現時点の閾値よりも高い温度読み取り値を提供する時、コントローラは、光起電力システムを電力コンバータに接続し、且つ電力コンバータを冷却システムに接続するようにプログラムされる。

開示される実施の形態では、冷却システムは、熱電冷却ＴＥＣと冷却ポンプを含んでもよい。なお、太陽光は、計算システムにおけるサーバ及び／又は電池に印加されてもよい。コントローラは、温度センサの温度読み取り値に基づいて、商用電力と太陽光電力との間で電力を相互に提供してもよい。温度センサのバックアップとして、電圧センサを位置決めることにより、光起電力システムによって提供される電圧を読み取ってもよい。

以上の明細書では、本発明の特定の例示的な実施の形態を参照して本発明の実施の形態を記述した。明らかに、添付される特許請求の範囲に記載される本発明のより広い精神と範囲を逸脱することなく、これらの実施の形態に対して様々な修正を行ってもよい。従って、明細書の添付図面は説明するためのものであり、制限するためのものではないと考えられる。

Claims

情報技術システムに電力を供給するための自動調節電力システムであって、前記自動調節電力システムは、
光起電力システムと、
電力コンバータと、
前記光起電力システムと前記電力コンバータとの間に挿入されるメインスイッチと、
温度センサと、
情報技術機器を冷却するための冷却システムと、
前記温度センサから温度読み取り値を受信し、且つ前記温度読み取り値が予め設定される閾値よりも高い時、前記メインスイッチを起動することにより、前記光起電力システムを前記電力コンバータに接続し、太陽光を前記冷却システムに輸送するコントローラとを含む、自動調節電力システム。
前記冷却システムは、複数の熱電冷却器を含む、請求項１に記載の自動調節電力システム。
前記熱電冷却器のうちのいずれか一つは、相応するプロセッサと冷却装置との間に挿入される、請求項２に記載の自動調節電力システム。
前記電力コンバータと前記冷却システムとの間に挿入され、且つ前記コントローラによって起動される電力スイッチをさらに含む、請求項１に記載の自動調節電力システム。
計算サーバ及び前記電力コンバータと前記計算サーバとの間に挿入される補助スイッチをさらに含み、前記補助スイッチは、前記コントローラによって起動される、請求項４に記載の自動調節電力システム。
負荷コントローラをさらに含み、前記負荷コントローラは、前記コントローラに前記計算サーバの計算負荷を示す信号を送信する、請求項５に記載の自動調節電力システム。
前記温度センサは、前記冷却システムの構成要素を形成する、請求項６に記載の自動調節電力システム。
前記冷却システムは、
少なくとも一つの冷却ポンプと、
前記電力コンバータと前記複数の熱電冷却器との間に挿入される第１の電力スイッチと、
前記電力コンバータと前記少なくとも一つの冷却ポンプとの間に挿入される第２の電力スイッチとをさらに含み、
そのうち、前記第１の電力スイッチと前記第２の電力スイッチは、前記コントローラによって起動される、請求項２に記載の自動調節電力システム。
前記冷却システムは、
商用電力に接続され、且つメイン弁を介して冷却液を圧送するように操作できるメイン冷却ポンプと、
補助弁を介して冷却液を圧送するように操作できる補助ポンプと、
前記電力コンバータと前記補助ポンプとの間に挿入される補助スイッチであって、前記温度読み取り値が前記予め設定される閾値よりも高い時、前記補助ポンプに光起電力を輸送するように、前記コントローラによって操作されることができる補助スイッチとをさらに含む、請求項２に記載の自動調節電力システム。
データセンタに用いられる電源システムであって、前記データセンタは、複数のサーバと複数の熱電冷却器を有し、前記複数の熱電冷却器は、前記サーバから熱量を抽出するように配置され、前記電源システムは、
前記複数のサーバに接続される商用電力システムと、
ＡＣ／ＤＣコンバータと、
前記商用電力システムと前記ＡＣ／ＤＣコンバータとの間に挿入される商用電力スイッチと、
前記ＡＣ／ＤＣコンバータと前記複数の熱電冷却器との間に挿入される商用電力電気スイッチと、
光起電力システムと、
ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記光起電力システムと前記ＤＣ／ＤＣコンバータとの間に挿入される光起電力スイッチと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記複数の熱電冷却器との間に挿入される光起電力電気スイッチと、
温度センサと、
前記温度センサからの温度読み取り値を受信し、且つ前記温度読み取り値が予め設定される閾値よりも高い時、前記光起電力スイッチと前記光起電力電気スイッチを起動することにより、前記光起電力システムを前記ＤＣ／ＤＣコンバータに接続し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを前記複数の熱電冷却器に接続して、前記複数の熱電冷却器に太陽光を輸送するコントローラとを含む、電源システム。
前記温度センサは、前記データセンタの外部の環境大気温度を読み取る、請求項１０に記載の電源システム。
少なくとも一つの冷却ポンプをさらに含み、前記冷却ポンプは、第１のスイッチを介して前記ＡＣ／ＤＣコンバータに接続され、第２のスイッチを介して前記ＤＣ／ＤＣコンバータに接続される、請求項１１に記載の電源システム。
前記商用電力システムに接続されるメインポンプと前記ＤＣ／ＤＣコンバータに接続される補助ポンプとをさらに含む、請求項１１に記載の電源システム。
負荷コントローラをさらに含み、前記負荷コントローラは、前記コントローラに前記サーバの計算負荷を示す信号を送信する、請求項１２に記載の電源システム。
自動調節電力システムにおけるコントローラにより実行される、データセンタに給電するための方法であって、
前記データセンタは、複数のサーバと複数の熱電冷却器を有し、前記複数の熱電冷却器は、前記サーバから熱量を抽出するように配置され、前記方法は、
前記データセンタの外部の環境温度を測定することと、
前記環境温度をモニタリングすることであって、前記環境温度が何時に予め設定される閾値よりも高くなるかを決定し、この時第１のスイッチを起動することにより、光起電力システムをＤＣ／ＤＣコンバータに接続し、第２のスイッチを起動することにより、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを前記複数の熱電冷却器に接続することとを含む、方法。
前記環境温度を継続にモニタリングし、前記環境温度が何時に第２の閾値以下に低下するかを決定し、この時前記第１のスイッチと前記第２のスイッチを遮断することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
前記光起電力システムによって提供される電力レベルをモニタリングし、前記電力レベルが何時に熱荷重閾値を超えるかを決定し、この時前記光起電力システムを電池パックに接続し、前記電池パックに充電することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
前記環境温度の測定に対するバックアップとして、前記光起電力システムの電圧出力をモニタリングすることをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
前記複数のサーバの計算荷重をモニタリングし、前記計算荷重が荷重閾値を超えた時、前記光起電力システムを前記複数のサーバに接続し、前記複数のサーバに太陽光を供給することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
前記環境温度が予め設定される閾値よりも高い時、前記光起電力システムを冷却ユニットに接続することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。