CN102340977B - 一种用于机柜的散热装置以及对机柜进行散热的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于机柜的散热装置及散热方法，机柜中设置有发热部件，散热装置包括冷却风扇墙及控制系统、散热风道，其中冷却风扇墙及控制系统包括设置在机柜背部的具有多组风扇的风扇墙，散热风道设置在机柜中并与风扇墙连通。根据本发明的散热装置和散热方法，能够将机柜中服务器产生的热量及时冷却，提高换热效率和集群系统的交换热流速度；通过将散热风道设置为分为相互隔离的多个区，能够优化风道结构，实现机柜均衡冷却；通过设置热管理及健康监控系统，能够达到最优散热效果。并且，还能够确保服务器机柜的散热效果满足高效率、高密度的要求。并能够减少机柜中各种设备的能量损耗，降低维护使用成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于机柜的散热装置，以及对机柜进行散热的方法。
背景技术
云计算概念的提出和发展，使得服务器集群飞速发展。服务器集群的设计日益成为服务器设计的重点方向，围绕数据中心的服务器设计思路层出不穷。随着数据中心的集约化提高，对服务器向小型化集中化发展，单位空间功耗密度越来越大。为了保证服务器系统的正常工作，对散热和机构设计提出了更高的要求。
目前标准42U机柜能够承载的散热量在15～20KW之间，密闭配冷却系统的机柜设计散热量也仅能达到35KW。由于城市空间成本的提高，单个标准机柜内能够承载的服务器数量和功耗密度的大小成为确定数据中心建设成本的直接因素。
同时，在单位空间内功耗的集中，大大提高了散热效率，减少了数据中心非IT设备的能量损耗，大大降低维护使用成本。
因此，需要一种高密度高效率的集群散热系统，该系统应具有低成本，提升效率，节约能耗等优势，并能够使单机机柜承载更大。
发明内容
针对相关技术中存在的一个或多个问题，本发明的目的在于提供一种用于机柜的散热装置以及对机柜进行散热的方法，该散热装置能够提高散热效率，增加机柜中承载服务器的数量并降低维护成本。
为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种用于机柜的散热装置，机柜中设置有发热部件，该散热装置包括冷却风扇墙及控制系统、散热风道，其中冷却风扇墙及控制系统包括设置在机柜背部的具有风扇的风扇墙，散热风道设置在机柜中并与风扇墙连通。
优选地，冷却风扇墙及控制系统还包括冷却换热器和除湿蜂窝层，其中风扇墙设置在冷却换热器和除湿蜂窝层之间，冷却换热器靠近发热部件；或者风扇墙靠近发热部件设置，冷却换热器紧邻风扇墙，除湿蜂窝层紧邻冷却换热器；或者冷却换热器靠近发热部件，除湿蜂窝层紧邻冷却换热器，风扇墙紧邻除湿蜂窝层。
优选地，散热风道包括设置在机柜中的相互隔离的多个区，发热部件设置在多个区中，并且风扇墙的包括分别与散热风道的多个区中的每一区对应设置的相互独立的多组风扇。
优选地，机柜包括宽度为10U的42U标准机柜，散热风道包括设置在机柜中的相互隔离的5个区，其中第一区至第四区的空间均为10U×10U，第五区的空间为10U×2U，并且发热部件分别设置在散热风道的第一区至第四区中。
优选地，风扇墙中包括与散热风道的5个区域对应设置的5组风扇，5组风扇中的每一组均可以单独打开或关闭。
优选地，散热装置进一步包括检测所述机柜以及散热装置的温度，并根据检测的温度值调节散热装置的工作状态的热管理及健康监控系统，热管理及健康监控系统设置在机柜中并与冷却风扇墙系统电连接。
优选地，热管理及健康监控系统包括检测部分、执行部分以及电连接在检测部分和执行部分之间的控制台，其中检测部分包括设置在机柜中的至少一个温度传感器、读取发热部件温度信息的I2C总线、以及提供机房温度的元件，执行部分包括用于控制冷媒流量的冷媒流量控制件以及用于控制风扇转速的风扇转速控制件，控制台用于将来自检测部分的数据与预设值进行对比，并根据对比结果向执行部分发出执行指令。
根据本发明的另一方面，还提供了一种对机柜进行散热的方法，其中机柜中设置有发热部件，该方法包括以下步骤：
读取设置在机柜中的温度传感器的第一温度值、发热部件内部多个元件的多个第二温度值、以及机柜所处环境的第三温度值；
将第一温度值、多个第二温度值、第三温度值提供至设置在机柜中的控制台中并分别与控制台中相应的预设值进行比较，当第一温度值、多个第二温度值、第三温度值之一高于对应的预设值时，调节设置在机柜背部的风扇的转速。
优选地，该方法还包括：将散热风道分为多个区，并将机柜背部的风扇设置成与多个区中的每一个分别对应的多组风扇，并在每个区中设置温度传感器。
优选地，该方法还包括：分别读取每个区中的温度传感器的第一温度值，并将所读取的每个区的第一温度值分别与相应的预设值比较，当该第一温度值大于预设值时，调节与区对应的风扇的转速。
优选地，该方法还包括：在预定时间内，连续调节风扇的次数大于预定次数值，则调节冷却换热器的冷媒流动速率。
通过根据本发明的散热装置的上述至少一个技术方案，通过在机柜背部设置冷却风扇墙及控制系统，能够将机柜中服务器产生的热量及时冷却，大大提高换热效率和集群系统的交换热流速度；通过将机柜内部的整个空间均作为散热风道，并将散热风道设置为分为相互隔离的多个区，能够提高机柜服务器密度，并优化风道结构，实现机柜均衡冷却；通过设置热管理及将抗监控系统，实时监控、检测机柜中、服务器内部、以及环境温度，根据检测结果及时调节风扇转速和冷却换热器中的冷媒流动速率，从而达到最优散热效果。因此，根据本发明的散热装置和散热方法能够确保服务器机柜的散热效果满足高效率、高密度的要求。并能够减少机柜中各种设备的能量损耗，大大降低维护使用成本。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
附图1是根据本发明的散热装置实施例的示意图；
附图2是根据本发明的散热装置的另一实施例的示意图；
附图3是根据本发明的散热装置的热管理和健康管理系统的示意图；以及
附图4是根据本发明的散热方法的流程图。
具体实施方式
考虑到相关技术中存在的问题，本发明提供一种用于机柜的散热装置，以及利用该散热装置进行散热的方法。下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。应理解，下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
附图1至3至根据本发明的散热装置实施例的示意图，其中图1是散热装置的一个实施例的示意图，图2是散热装置的另一实施例的示意图，图3是散热装置中热管理和健康管理系统的示意图。根据本发明，图示的散热装置用于对设置有发热部件的机柜进行散热。在本实施例中，发热部件为服务器集群系统。
根据本发明，散热装置包括冷却风扇墙及控制系统2以及散热风道3。如图1所示，冷却风扇墙及控制系统2包括设置在机柜背部的风扇墙21，该风扇墙21包括多组风扇，该多组风扇用于将机柜中发热部件9产生的热量抽吸出来，并排放至机柜100背部的环境中。在本实施例中，风扇墙21中的风扇均为吸风扇。同时，在机柜100中设置有散热风道3，散热风道3与风扇墙21之间连通，以便风扇墙21中多组风扇产生的风能够在散热风道3中流动。在本实施例中，将机柜100内部的所有空间均设置为散热风道3，风扇墙21中的多组风扇正对着散热风道3设置，从而使得多组风扇产生的风全部经过散热风道3，其中多组风扇优选直径为60-200mm的各种风扇组合。
根据本发明，冷却风扇墙及控制系统2还包括冷却换热器和除湿蜂窝层。其中冷却换热器用于冷却风扇墙21抽吸出来的热气流，其可以是水冷盘管或其他介质的蒸发器；除湿蜂窝层用于使风扇墙21抽吸出的气流变得干燥，以便从冷却风扇墙21中排放出干燥的气流。
根据本发明，冷却换热器、除湿蜂窝层以及风扇墙21三者之间可以按照任意顺序排列，其中不同的排列顺序会得到不同的换热效果。优选的排列顺序是：冷却换热器(靠近发热部件)-风扇墙21-除湿蜂窝层、风扇墙21(靠近发热部件)-冷却换热器-除湿蜂窝层、冷却换热器(靠近发热部件)-除湿蜂窝层-风扇墙21。最优选的排列顺序是：冷却换热器(靠近发热部件)-风扇墙21-除湿蜂窝层。这种最优选排列顺序得到的效果是，风扇墙21抽吸出的热气流首先经过冷却换热器，冷却换热器将该热气流冷却至一定温度(例如，低于或等于室温)，由于快速降温，热气流转变成潮湿气流并经过风扇墙21到达除湿蜂窝层，经过除湿蜂窝层除湿之后排放至机柜100背部的环境中。根据本发明，经过冷却换热器冷却后排放至环境中的气流为干燥的气流，并且其温度始终比环境温度低1-2℃。
参见图2，可以将散热风道3划分为相互隔离的多个区，将发热部件9设置在该多个区中，并且使风扇墙21的多组风扇中的每一组分别与散热风3道的多个区中的每一区对应设置。在本实施例中，机柜100是宽度为10U的42U标准机柜，散热风道3设置为机柜100中相互隔离的5个区，其中第一区至第四区的空间均为10U×10U，第五区的空间为10U×2U，并且发热部件9分别设置在散热风道3的第一区至第四区中。同时，机柜100背部风扇墙21中的多组风扇包括与散热风道3的5个区对应设置的5组风扇，该5组风扇中的每一组均可以单独打开或关闭。
在本实施例中，机柜100中设置的发热部件9是服务器集群，将散热风道3按照上述的分区设置可以实现标准机架服务器的水平放置或垂直放置相兼容。同时，10U空间可以支持20个服务器节点，热功率可达到8kw-10kw，能够实现最独立分隔，可以提高散热效率和有效性，同时减少分区之间的热流干涉，增强服务器散热的可管理性。
根据本发明，散热装置3还包括热管理及健康监控系统，其用于检测机柜100以及散热装置3的温度，并根据检测的温度调节散热装置3的工作状态，该系统设置在机柜100中并与冷却风扇墙及控制系统2电连接。
如图3所示，热管理及健康监控系统包括检测部分71、执行部分73、以及电连接在检测部分71和执行部分73之间的控制台72。其中，检测部71分包括设置在机柜100中的用于监测机柜100温度的至少一个温度传感器711、读取发热部件温度信息的I2C总线、以及提供机房温度的元件；执行部分73包括用于控制冷媒流量的冷媒流量控制件以及用于控制风扇转速的风扇转速控制件；控制台72用于将来自检测部分71的数据与预设值进行对比，并根据对比结果向执行部分73发出不同的执行指令。
在本实施例中，在散热风道3的每一区中均设置有四个检测机柜100温度的温度传感器711；通过I2C总线读取的温度值包括各服务器节点的CPU、内存、硬盘、芯片组的温度；并且冷媒流量控制件采用制冷室外机。
根据本发明的另一方面，还提供了一种对机柜100进行散热的方法，其中机柜中设置有发热部件9。在本实施例中，机柜100中的发热部件9为服务器集群系统。该散热方法的具体步骤包括：
步骤110，读取设置在机柜100中的温度传感器711的第一温度值、发热部件9内部多个元件的多个第二温度值、以及机柜100所处环境的第三温度值；
步骤120，对比第一温度值、多个第二温度值、以及第三温度值与预设值。将读取的第一温度值、多个第二温度值、以及第三温度值提供至控制台72中，在该控制台72中预设有与第一温度值、多个第二温度值、以及第三温度值分别对应的预设值，将第一温度值、多个第二温度值、以及第三温度值分别与对应的预设值进行比较；
步骤130，判断比较的温度值是否大于预设值。如果第一温度值、多个第二温度值、以及第三温度值之一高于对应的预设值，执行步骤140。如果第一温度值、多个第二温度值、以及第三温度值均低于对应的预设值，回到步骤110；
步骤140，判断连续调节风扇的次数是否大于预定次数值。
根据本发明，在控制台72中设定一预定读取时间以及预定调节风扇次数，每间隔该预定读取时间就分别读取第一温度值、多个第二温度值、以及第三温度值，并将读取的温度值再次分别与对应的预设值进行比较。在本实施例中，控制台72中的预定读取时间是5分钟。
在该步骤中，如果连续调节风扇的次数小于预定次数值，执行步骤150。如果连续调节风扇的次数大于预定次数值，执行步骤160。
步骤150，调节机柜100背部的风扇转速。
步骤160，调节冷却换热器的冷媒流动速率。包括：先通过控制台72调节提供至制冷室外机的制冷量；然后制冷室外机调节提供至冷却换热器的冷媒流动速率。
该方法进一步包括步骤：将机柜100中的散热风道3设置为多个区，并将机柜100背部的风扇设置成与该多个区中的每一个分别对应的多组风扇，并在每个区中设置多个温度传感器711。
在本实施例中，将散热风道3设置为5个区，在每个区中设置4个温度传感器711，分别读取每个区中每个温度传感器711的第一温度值，并将所读取的每个区的第一温度值分别与对应的预设值比较，当每个区的第一温度值出现大于所述预设值的情况时，控制台72首先根据提供的每个区的第一温度值确定温度升高的发热部件9(服务器)所在的区，然后调节与该区对应的风扇的转速。同时，将机柜100背部的风扇墙21设置为与该5个区对应的5组风扇组。
通过根据本发明的散热装置和散热方法，通过在机柜背部设置冷却风扇墙及控制系统，能够将机柜中服务器产生的热量及时冷却，大大提高换热效率和集群系统的交换热流速度；通过将机柜内部的整个空间均作为散热风道，并将散热风道设置为分为相互隔离的多个区，能够提高机柜服务器密度，并优化风道结构，实现机柜均衡冷却；通过设置热管理及将抗监控系统，实时监控、检测机柜中、服务器内部、以及环境温度，根据检测结果及时调节风扇转速和冷却换热器中的冷媒流动速率，从而达到最优散热效果。因此，根据本发明的散热装置和散热方法能够确保服务器机柜的散热效果满足高效率、高密度的要求。并能够减少机柜中各种设备的能量损耗，大大降低维护使用成本。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
Claims (8)
1.一种用于机柜的散热装置，所述机柜中设置有发热部件，其特征在于，所述散热装置包括冷却风扇墙及控制系统(2)、散热风道(3)以及用于检测所述机柜(100)以及所述散热装置的温度，并根据检测的温度值调节所述散热装置的工作状态的热管理及健康监控系统，所述冷却风扇墙及控制系统包括冷却换热器，所述热管理及健康监控系统设置在所述机柜(100)中并与所述冷却风扇墙及控制系统(2)电连接，其中所述冷却风扇墙及控制系统(2)包括设置在所述机柜(100)背部的具有风扇的风扇墙(21)，所述散热风道(3)设置在所述机柜(100)中并与所述风扇墙(21)连通，所述热管理及健康监控系统包括检测部分(71)、执行部分(73)以及电连接在所述检测部分(71)和执行部分(73)之间的控制台(72)，其中所述检测部分(71)包括设置在所述机柜(100)中的至少一个温度传感器(711)、读取所述发热部件温度信息的I2C总线、以及提供机房温度的元件，所述执行部分(73)包括用于控制冷媒流量的冷媒流量控制件以及用于控制风扇转速的风扇转速控制件，所述控制台用于将来自所述检测部分的数据与预设值进行对比，并根据对比结果向所述执行部分发出执行指令，
其中，在预定时间内，所述风扇转速控制件连续调节风扇的次数大于预定次数值时，则所述冷媒流量控制件调节所述冷却换热器的冷媒流动速率。
2.根据权利要求1所述的用于机柜的散热装置，其特征在于，所述冷却风扇墙及控制系统(2)还包括除湿蜂窝层，其中所述风扇墙(21)设置在所述冷却换热器和所述除湿蜂窝层之间，所述冷却换热器靠近所述发热部件(9)；或者所述风扇墙(21)靠近所述发热部件(9)设置，所述冷却换热器紧邻所述风扇墙(21)，所述除湿蜂窝层紧邻所述冷却换热器；或者所述冷却换热器靠近所述发热部件(9)，所述除湿蜂窝层紧邻所述冷却换热器，所述风扇墙(21)紧邻所述除湿蜂窝层。
3.根据权利要求1所述的用于机柜的散热装置，其特征在于，所述散热风道(3)包括设置在所述机柜(100)中的相互隔离的多个区，所述发热部件(9)设置在所述多个区中，并且所述风扇墙(21)包括分别与所述散热风道(3)的多个区中的每一区对应设置的相互独立的多组风扇。
4.根据权利要求1所述的用于机柜的散热装置，其特征在于，所述机柜(100)包括宽度为10U的42U标准机柜，所述散热风道(3)包括设置在所述机柜(100)中的相互隔离的5个区，其中第一区至第四区的空间均为10U×10U，第五区的空间为10U×2U，并且所述发热部件(9)分别设置在所述散热风道(3)的第一区至第四区中。
5.根据权利要求4所述的用于机柜的散热装置，其特征在于，所述风扇墙(21)中包括与所述散热风道(3)的5个区域对应设置的5组风扇，所述5组风扇中的每一组均可以单独打开或关闭。
6.一种对机柜进行散热的方法，所述机柜(100)中设置有发热部件，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
读取设置在所述机柜(100)中的温度传感器的第一温度值、发热部件内部多个元件的多个第二温度值、以及所述机柜(100)所处环境的第三温度值；
将所述第一温度值、多个第二温度值、第三温度值提供至设置在所述机柜(100)中的控制台(72)中并分别与所述控制台(72)中相应的预设值进行比较，当所述第一温度值、多个第二温度值、第三温度值之一高于对应的所述预设值时，调节设置在所述机柜(100)背部的风扇转速，
其中，在预定时间内，连续调节风扇的次数大于预定次数值，则调节冷却换热器的冷媒流动速率。
7.根据权利要求6所述的对机柜进行散热的方法，其特征在于，所述方法还包括：将所述散热风道(3)分为多个区，并将所述机柜(100)背部的风扇设置成与所述多个区中的每一个分别对应的多组风扇，并在每个区中设置温度传感器(711)。
8.根据权利要求7所述的对机柜进行散热的方法，其特征在于，所述方法还包括：分别读取每个区中的温度传感器(711)的所述第一温度值，并将所读取的每个区的所述第一温度值分别与所述相应的预设值比较，当所述第一温度值大于所述预设值时，调节对应的每个区的风扇转速。
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