CN102802383A - 一种带空调末端的自循环冷却数据机柜 - Google Patents

Abstract

本发明属于数据机柜冷却技术，为一种带空调末端的自循环冷却数据机柜，主要解决现有风冷系统对数据机柜所带来的冷却效果差、冷却目标物不明确等技术问题。本发明的自循环冷却数据机柜包括有数据机柜和循环冷却装置，通过循环冷却装置以对数据机柜进行内循环冷却；该循环冷却装置与数据机柜呈层叠状地耦合在一起。本发明通过数据机柜和循环冷却装置上、下紧耦合在一起以及抽屉式结构形式，使冷空气以最短的距离直接作用于数据机柜内各服务器，冷却快且效果好、大大地提高了冷却效率、降低冷却系统能耗，并且检修或更换方便、快速。

Description

一种带空调末端的自循环冷却数据机柜

技术领域

本发明涉及数据机柜的冷却技术，尤其是一种带空调末端自循环冷却系统的数据机柜。

背景技术

现有的IDC大型数据机房用数据机柜，主要用于安装服务器、显示器、UPS等19″标准设备及非19″标准设备。服务器机柜通过组合安装面板、插件、插箱、电子元件、器件等部件，使其构成一个整体的安装箱。服务器机柜由框架和盖板或门组成，一般具有长方体外形，落地放置。它为电子设备正常工作提供相适应的环境和安全防护、正常使用的种种条件。由于数据机柜内服务器等各种设备具有高发热量的特点，为使其正常工作，必须对机柜内的IT设备进行通风降温，使之具有安全使用或运行相适应的环境。

通用采用的降温方式为常规的冷却降温。常规的冷却降温方式又分为风冷系统和液冷系统两大类。风冷系统是调节后的低温冷却空气被送到机架或机柜的进风口，通过对流以冷却机架内电子设备等各种部件，并排出的热量。液冷系统是将冷却处理后的液体(如水等，温度通常在露点以上)引导到真正的产热部件，然后通过换热器将部件排出的热量传送到机架外的冷却末端的装置；液冷系统造价大，应用范围受到的限制较多。目前普遍使用的冷却系统为风冷系统。

现有风冷系统具有以下几种类型：1、面向机房形式的制冷系统，通过整个机房内空气循环进行冷却降温。它由一台或多台空调组成，各空调均没有通风管道、风门调节器、通风口或其它风量控制装置。虽然任何一台空调都可以完全不受约束地给机房提供冷风，但是它们只有非常有限的能力来控制出风或不出风，或者说是通过地板提升系统或顶棚送气回路来调节的。该风冷系统只能对整个机房进行宏观地温度控制，根据机房内检测的室温进行宏观调节，不能对机房机柜内的局部温度进行调节、控制，至使数据机柜内的温度大于室内温度，从而影响数据机柜内部件或设备的正常工作。2、面向机房形式的制冷加就地分布式冷却系统。它除有一台或多台空调集中向机房送风外，另外再在机柜附近设多组冷却装置以对机柜进行就地冷却。这种风冷系统由于采用集中送风形式很难对机房内各机柜进行均匀地降温，只有通过在机柜附近加设冷却装置才能有效地保证各机柜正常工作的环境。这样，由于采用双冷却系统不但增加冷却系统的成本，而且对机房的空间有一定的限制，如机房内数据机柜不能排列太多等等。3、面向排列形式的制冷系统即机柜冷热通道式布局的风冷系统：该风冷系统可以和成排的机架设备离得更近，每一排设备就好像是有了专用的空调一样。与面向机房形式的制冷系统相比，通过将空调放置在IT机架之间，或者放在冷却通道上方，气流的通路会变得更短，风向也更加容易确定。气流的冷却能力更加容易预测，也就更容易达到更高的功率密度。但是，这种风冷系统对机房内特定的机柜无法进行针对性的风量调节或温度控制，以保证特定机柜中各部件工作所必需的环境或条件。4、在面向机架形式的制冷系统即机柜级热交换风冷系统：该风冷系统中CRAC(计算机机房空调)单元对每个IT机架而言都是专用的。其气流的通路甚至比面向排列形式的制冷系统更短，而且气流完全不受机房本身结构的限制。这种制冷系统可以使机架的功率密度高达50kW，而且具有针对特定冷却容量进行调节的灵活性。目前采用的机柜级热交换风冷系统主要是通过立柜式空调器与数据机柜耦合在一起的结构形式；该结构形式除具有体积庞大、占据过多的机房空间、并使机房建筑的利用率降低等缺陷外；而在机柜平行按排或列进行布局时，其立柜式空调器背向另一机柜，将给相邻机柜带来大量热量，从而影响相邻机柜的温度；另外，该立柜式空调器与机柜完全耦合在一起，维修十分不便。

发明内容

本发明主要解决并克服现有应用于数据机柜或机房中的风冷系统对数据机柜所带来的一系列缺陷：冷却效果差、冷却目标物不明确、增大机柜体积和重量、立柜式空调器对相邻机柜造成环境温度的干扰、不利于维修等等；进而提供一种冷却系统与数据机柜耦合在一起且可对数据机柜进行内循环冷却降温的数据机柜，即提供一种带空调末端的自循环冷却数据机柜。

本发明的带空调末端的自循环冷却数据机柜是通过以下方式来实现的：一种带空调末端的自循环冷却数据机柜，包括有数据机柜，并进一步包括有循环冷却装置，通过循环冷却装置以对数据机柜进行内循环冷却；该循环冷却装置与数据机柜呈层叠状地耦合在一起，它包括有空调末端装置、送风机和回风机；该送风机的出风口和回风机的进风口与数据机柜内部相通；送风机的进风口和回风机的出风口分别处于空调末端装置的两侧；空气经空调末端装置进行热冷交换后，由送风机将冷风送至数据机柜内，数据机柜内空气经冷热交换后由回风机将热空气抽至空调末端装置进行再冷却，以此内循环冷却数据机柜。

进一步，该循环冷却装置耦合在数据机柜的底部。或者，该循环冷却装置耦合在数据机柜的顶部。

更进一步，该循环冷却装置装配于基座内，该基座与数据机柜耦合在一起；所述的空调末端装置包括有冷却剂进管、冷却盘管、冷却剂出管，冷却剂进管和冷却剂出管分别与冷却盘管的进口和出口相连；该空调末端装置安装在抽屉柜内，该抽屉柜可滑动地装配在基座上；所述的冷却盘管直立或倾立地设置在抽屉柜内，由冷却盘管将基座内的空间分为回风空间和冷风空间；冷却剂进管和冷却剂出管伸出抽屉柜并与冷却中心相连，由冷却中心提供循环冷媒。

进一步，所述的回风机处于回风空间内且设置于抽屉柜上，在冷却盘管的迎风面处设有空气过滤层；所述的送风机设置于基座上且处于冷风空间内。

进一步，上述的冷媒采用冷冻水或一般的冷媒剂。

进一步，在送风机的出口处设有过滤罩；上述的送风机送出的冷风可通过与其出风口相连的引风管将冷风引导至数据机柜的同一侧并沿竖直方向或/和水平方向上均匀送出。

更进一步，所述的基座与数据机柜为可拆卸的分体结构。

本发明由于采用数据机柜和循环冷却装置上、下紧耦合在一起的结构形式，把常规的数据机房内的循环风冷却数据机柜内服务器的方式改变为数据机柜内循环的冷却方式，冷空气以最短的输送距离直接作用于数据机柜内各服务器，冷却快且效果好、大大地提高了冷却效率、降低冷却系统能耗，使机柜的容量大大增加。

由于采用抽屉柜结构方式，可以随时抽出快速检修或更换空调末端装置，而不影响服务器正常工作，既使在抽屉柜抽出维修时，安装于机柜框架上的循环风机(送风机)也可继续为服务器提供冷却用风量；机柜内空气循环采用双风机(送风机和回风机)形式，送风机安装于基座上，负责向数据机柜内输送冷却空气，回风机安装于冷耦合的抽屉柜上，负责回风的冷却和过滤，从而确保在任何情况下数据机柜均有循环风冷却服务器。

循环冷却装置与数据机柜一体化，传统意义上的空调器在这里成了数据机柜的基座，即可以组合使用，又可以单独使用；冷却盘管可以使用多种冷媒，即可应用于高级别的IDC机房，又适应各种形式的供冷系统。

本发明除了具有上述优点之外，还兼具不占用机房有效空间、建筑利用率高及液体冷却盘管与IT设备隔绝等优点，更符合节能减排、绿色建筑的理念。

附图说明

图1是本发明第一实施例的结构示意图；

图2是本发明第二实施例的结构示意图。

图中各标记的含义如下：1、数据机柜，11、机柜框架，12、机柜前门，13、机柜后门，14、服务器搁架，15、进出线口；2、循环冷却装置，21、空调末端装置，211、冷却剂进管，212、冷却盘管，213、冷却剂出管，214、空气过滤器，22、送风机，221、减震座，23、回风机；3、基座，4、抽屉柜，41、导向轮。

具体实施方式

实施例一

参见图1，本发明的带空调末端的自循环冷却数据机柜，主要包括有数据机柜1，并进一步包括有循环冷却装置2，通过循环冷却装置(2)以对数据机柜进行内循环冷却；所述的内循环为数据机柜内部空气的循环，如按图中箭头所示方向进行内循环，通过该内循环以对数据机柜内各服务器等部件进行冷却以达到正常工作所需的环境或工作要求。该数据机柜1为现有的IDC大型数据机房用的数据机柜，用于安装相关的服务器；该数据机柜1一般包括有机柜框架11、机柜前门12、机柜后门13、服务器搁架14等等；另外根据需要在机柜框架上设有各种相适应的功能性开口或孔，如用于数据线穿越的进出线口15等等。该循环冷却装置2与数据机柜1呈层叠状地耦合在一起；图1中所示，其循环冷却装置2呈层叠状地耦合在数据机柜1的底部。该循环冷却装置2包括有空调末端装置21、送风机22和回风机23。该送风机22的出风口和回风机23的进风口与数据机柜内部相通；送风机22的进风口和回风机23的出风口分别处于空调末端冷却装置21的两侧；图1中所示，其送风机的进风口和回风机的出风口处于数据机柜厚数方向的两侧，根据情况也可处于数据机柜的长度方向上的两侧。空气经空调末端装置21进行热冷交换(使空气冷却)后，由送风机22将冷风送至数据机柜1内，数据机柜1内空气经冷热交换后由回风机23将热空气抽至空调末端装置21进行再冷却，以此进行内循环冷却数据机柜。

所述的循环冷却装置2装配于基座3内，该基座3的截面尺寸与数据机柜1截面尺寸一致，以保证其整体性，该基座3与数据机柜1耦合在一起，即上述的循环冷却装置2通过基座3与数据机柜1呈层叠状地耦合在一起。所述的空调末端装置21包括有冷却剂进管211、冷却盘管212、冷却剂出管213，冷却剂进管211和冷却剂出管213分别与冷却盘管212的进口和出口相连，该空调末端装置21安装在抽屉柜4内，该抽屉柜4可滑动地装配在基座3上，便于随时抽出快速检修或更换。图1所示，所述的抽屉柜4的底部设有导向轮41，通过其导向轮41和基座上的导轨等可滑动地抽出或送进基座3内。所述的冷却盘管212直立或倾立地设置在抽屉柜4内，由冷却盘管212将基座内的空间分为回风空间和冷风空间。冷却剂进管211和冷却剂出管213伸出抽屉柜并通过快速接头等与冷却机房中的冷却中心相连，由冷却中心提供循环冷媒(即冷却剂)。

所述的回风机23处于回风空间内且设置于抽屉柜4上，它可随抽屉柜4一起移动。在冷却盘管212的迎风面处设有空气过滤层214，该空气过滤层214用于对回风机送回的空气进行过滤，保证空气的纯净。所述送风机22通过减震座221设置于基座3上且处于冷风空间内，即位于冷却盘管212的背风面一侧，图中所示为冷却盘管212的左侧。

为了保证抽屉柜与基座之间的密封，两者之间设有密封压条。

再参见图1，该循环冷却装置2耦合在数据机柜1的底部，它适应于集中冷水机房供应方式。上述的冷媒可采用多种，如冷冻水、冷媒剂等，冷媒剂均为现有制冷过程中常用的制冷剂。

实施例二(本实施例中与实施例一相同技术内容均略去)

参见图2，该循环冷却装置2耦合在数据机柜1的顶部。

上述两实施例中，为了保证数据机柜内的清洁度，在送风机的出口处设有过滤罩，防止灰尘等被送入数据机柜内造成不利的工作环境。为了保证对数据机柜内各方位进行均匀有效地热交换，上述的送风机22送出的冷风可通过与其出风口相连的引风管等将冷风引导至数据机柜的同一侧(如数据机柜中服务器搁架的的前部)并沿竖直方向或/和水平方向上均匀送出，以保证对数据机柜内空气进行彻底地热变换。

上述的基座与数据机柜为可拆卸的分体结构，两者可通过法兰或螺栓等进行连接。

在上述各实施例中，为了保证冷风空间和回风空间两者之间的具有一定的密封性，在冷却盘管与基座之间通过安装密封条等设有一密封屏障，保证空气必须通过冷却盘管进行热交换后才能穿越两空间，以提高热交换效率。

Claims (9)

1.一种带空调末端的自循环冷却数据机柜，包括有数据机柜(1)其特征在于：它进一步包括有循环冷却装置(2)，通过循环冷却装置(2)以对数据机柜进行内循环冷却；该循环冷却装置(2)与数据机柜(1)呈层叠状地耦合在一起，它包括有空调末端装置(21)、送风机(22)和回风机(23)；该送风机(22)的出风口和回风机(23)的进风口与数据机柜内部相通；送风机(22)的进风口和回风机(23)的出风口分别处于空调末端装置(21)的两侧；空气经空调末端装置(21)进行热冷交换后，由送风机(22)将冷风送至数据机柜(1)内，数据机柜(1)内空气经冷热交换后由回风机(23)将热空气抽至空调末端装置(21)进行再冷却，以此内循环冷却数据机柜。

2.根据权利要求1所述的自循环冷却数据机柜，其特征在于：该循环冷却装置(2)耦合在数据机柜(1)的底部。

3.根据权利要求1所述的自循环冷却数据机柜，其特征在于：该循环冷却装置(2)耦合在数据机柜(1)的顶部。

4.根据权利要求2或3所述的自循环冷却数据机柜，其特征在于：上述循环冷却装置(2)装配于基座(3)内，该基座(3)与数据机柜(1)耦合在一起；所述的空调末端装置(21)包括有冷却剂进管(211)、冷却盘管(212)、冷却剂出管(213)，冷却剂进管(211)和冷却剂出管(213)分别与冷却盘管(212)的进口和出口相连；该空调末端装置(21)安装在抽屉柜(4)内，该抽屉柜(4)可滑动地装配在基座(3)上；所述的冷却盘管(212)直立或倾立地设置在抽屉柜(4)内，由冷却盘管(212)将基座内的空间分为回风空间和冷风空间；冷却剂进管(211)和冷却剂出管(213)伸出抽屉柜并与冷却中心相连，由冷却中心提供循环冷媒。

5.根据权利要求4所述的自循环冷却数据机柜，其特征在于：所述的回风机(23)处于回风空间内且设置于抽屉柜(4)上，在冷却盘管(212)的迎风面处设有空气过滤层(214)；所述的送风机(22)设置于基座(3)上且处于冷风空间内。

6.根据权利要求5所述的自循环冷却数据机柜，其特征在于：上述的冷媒采用冷冻水或一般的冷媒剂。

7.根据权利要求4所述的自循环冷却数据机柜，其特征在于：在送风机的出口处设有过滤罩；上述的送风机(22)送出的冷风可通过与其出风口相连的引风管将冷风引导至数据机柜的同一侧并沿竖直方向或/和水平方向上均匀送出。

8.根据权利要求5或6所述的自循环冷却数据机柜，其特征在于：在送风机的出口处设有过滤罩；上述的送风机(22)送出的冷风可通过与其出风口相连的引风管将冷风引导至数据机柜的同一侧并沿竖直方向或/和水平方向上均匀送出。

9.根据权利要求8所述的自循环冷却数据机柜，其特征在于：基座(3)与数据机柜(1)为可拆卸的分体结构。

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