CN102388684A - 电子设备机柜 - Google Patents

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Abstract

提供一种电子设备机柜，其包括机柜柜体(15)，该机柜柜体安装由风扇冷却的设备(16)，并且向机柜后部通风。铰接的前封闭部组件(11)包括框架(14)、在框架外表面的穿孔式金属保护隔板和外部过滤器以及下冷凝水槽(20)。框架(14)支承连接到远程的压缩机/冷凝器组件(未示出)的蒸发器组件(11)。蒸发器组件包括组合式露点传感器和恒温器(13)。非织物过滤网(19)在门组件内表面上作为微液滴捕获器。

Description

电子设备机柜
技术领域
本发明涉及一种电子设备机柜。本发明具有应用于电子设备机柜，其用于控制机架式安装在该机柜内的电子设备的温度环境，为了说明的目的参照该应用描述本发明。然而我们意识到本发明可以有其它应用，一般地，例如机柜和封闭空间的环境调节。
背景技术
在本说明书中任何现有技术的引用不是并且不应该作为引用的现有技术的常识或任意形式的启示，其中引用的现有技术形成在澳大利亚或其它地方的公知常识的一部分。
多个数据处理中心配置在适于安装在通风的通常为金属的机柜壳体内的基于微处理器的、标准机架安装的设备周围。典型的数据处理中心具有机柜阵列。基于微处理器的设备和相关联的集线器、硬盘驱动器和其它网络存储(NAS)设备一般都配置为通过集成式风扇和一般从前到后流经设备的气流路径的空气来冷却。该设备因而不依赖于小型和大型计算机硬件所需的各种冷却系统。不依赖连接的冷却是指包含数据处理中心的建筑物空间环境内空气调节的控制被用于提供全部的温度控制。
依赖于控制操作温度的环境空气调节控制存在一些缺点。该系统不易于扩展，工厂必须设计为能够处理最坏的情况下的峰值热负荷和温度差。低于峰值负载的空转功率存在基本的成本。更重要的是，环境空气控制为避免热点对空间加入了几何规划。总而言之，某些机柜存在得不到最理想冷却空气的风险。
Sun Microsystems公司专用系统提供比标准数据中心冷却系统更高效的机架冷却，用以显著降低能耗，使得有效计算密度增大至超过其他可行环境冷却方式最多达70％。该系统包括通过冷却水或制冷剂对Sun Blade 6048模块化系统的后门进行冷却。这种被动式设计不需要额外的风扇或电能来运行。该冷却系统通过从排气叶片单元废气中移除热量，数据中心占地面积占地最小。可用高达每门35千瓦的冷却功率，与传统方式的地板冷却相比是显著进步。该系统配置有湿度传感器介导的恒温控制，以确保排出系统的空气不会冷却到高于露点2℃。
该系统是专门针对其专有的Sun Microsystems环境。需要更普遍的解决方案。它尤其是不适合CISCO
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交换机的安装，缺少进气控制可能会导致DPS关机。
发明内容
本发明的一个方面主要在于一种电子设备机柜，其包括：机柜柜体，其具有前开口和通风的后壁，所述前开口便于检修在这种机柜内以机架方式安装的设备，所述设备具有集成式冷却风扇，所述冷却风扇通过所述通风的后壁进行通风；通风的前封闭部组件，其适于选择性地封闭所述前开口，并且所述通风的前封闭部组件包括风冷式热交换板和设置在其设备侧的、与所述热交换板相邻的空气过滤部；并且形成连续的气流路径，所述连续的气流路径从所述机柜柜体外侧穿过所述通风的前封闭部、所述按照机架方式安装的设备和所述通风的后壁；以及热泵装置，其连接至所述热交换板，并且能够用于调节流经所述气流路径的空气的温度。
大多数情况下，热交换板和热泵装置被选择用于调节为了冷却目的而调节空气温度，而对于本发明说明书的目的而言，该功能被加以强调。然而，必须意识到在某些情况下，有可能需要调节空气来加热设备，以达到最佳操作温度。这种加热可以是包括制冷功能的控制循环的一部分，其中，在加热和制冷之间的切换是通过逆向循环热泵或干式热泵(desiccated heat pump)的操作来管理的，所述逆向循环热泵或干式热泵分别驱动热交换板中的热交换蒸发器和冷凝器单元。
空气过滤部可以选自织物材料或非织物材料。令人惊喜的是，甚至通过使用湿度传感器控制一个板工作，非常局部的温度调节也可以促进形成冷凝。在通常使用中，过滤部可以固定在该板的外面，以阻止灰尘进入热交换板。
然而，空气过滤部靠近热交换板定位在内侧就不仅能够阻止灰尘循环，而且可以阻止偶尔出现的冷凝被夹带进入气流中。空气过滤部可以包括空气过滤织物，该空气过滤织物安装在框架上，该框架支承在通风的前封闭部的内表面上。或者，空气过滤部可以包括通过覆有筛网的框架固定的空气过滤织物，该覆有筛网的框架支承在通风的前封闭部的内表面上。
在环境空气温度调节存在问题时，湿度和温度会显著上升，或者当环境中湿度上升时，在该板上会形成冷凝。它可能会通过经由面对该板的空气过滤部或其他介质的扩散而分散。在该板的底部可以设有冷凝水收集槽。该槽可以与吸水装置相关联，该吸水装置消散收集到的各种水，例如非冷凝条件下的水蒸气。
在本发明的优选实施例中，提供有风幕装置，所述风幕装置适于使空气竖直向下经过热交换板的表面。例如设有顶部风扇组件，所述顶部风扇组件包括用于筒形风扇叶片的壳体，并且包括导向槽，所述导向槽引导风幕经过热交换板的表面。已经发现以这种方式使用风幕干扰了该板前的空气，并增加冷凝控制。这是令人惊喜的结果。
设备可通过支承装置支撑在机柜内，所述支承装置包括用于一个或更多个设备单元的标准或专用机架结构。在本发明的某些实施例中，所述支承装置是金属设备机柜内安装的机架结构。这种机柜通常配置用于空气流动，包括来自前面和/或底部且通风到底部和/或顶部的净流路径(net flow path)。
热交换板可以包括用于机柜的前封闭部，该机柜容纳支承装置和由该支承装置支承的设备。前封闭部可以包括框架构件，该框架构件限定了热交换板安装于其中的前侧敞口。前封闭部可拆卸地固定于机柜。或者，前板可以按照门的形式铰接至机柜。设备在标准金属机柜中沿竖向叠放在19″(480mm)标准设备机架中，其中所述前封闭部可以代替标准机柜前门。
构成热交换板的机柜封闭部的具体优势在于，机架安装式设备的冷却空气进风口可以保持得更为靠近热交换器。因此，进入设备的冷却空气大部分仅仅通过与设备相邻的热交换器的部分。热交换器可以包括与各个设备项的位置对应的、独立冷却的区域。然而，在热交换器是单片式的情况下，气流的定位意味着热传递多数情况下发生在设备区域中。然后热量根据所采用的冷却方法通过冷却剂和/或通过热交换器本体的传导而散发出去。该效果是一种自调节，其中热交换器提供的制冷作用与机柜中设备项的总数自动成比例。
热交换板可与其它空气调节设备相关联，例如上游的微粒过滤器，包括HEPA过滤器、吸附剂等。例如，在热交换板的封闭型机柜中，框架包括过滤器组件的安装部，例如用于具有镶边框架的过滤器组件的滑入式安装部。
热交换板可以选自任何合适的热交换装置，包括但不限于固态冷却装置、卡诺循环热泵或相变再生冷却或西门子循环热泵。例如，热交换板包括传统冷却装置的蒸发器单元或逆循环冷凝器/蒸发器单元。通过热交换板交换的热可被排放到本地环境。但是，优选的是传递热，以便远程排放或回收。例如，热泵的散热器可以与热交换器位于同一位置，并且连接至通过冷却液或空气来冷却的热排放交换器。在使用传统冷却装置的情况下，热交换器与远程的压缩机/冷凝器组件一起连接在回路中。
在使用远程冷却装置的情况下，可以是单头或多头设计。例如，可以使用能够操作两个或更多个热交换板(例如上述机柜门单元)的远程压缩机/冷凝器单元。
热交换板可直接或间接地与用于监测和控制该板的热泵活动的控制装置相关联。例如，热交换板包括导热部分，其包括安装换能器或其它传感器于其上的基准部分。
视热泵类型和当时的循环方向而定，该传感器可以用于控制TX阀或其他适当的定量设备。机柜外壳或其它外壳可以包括检测温度和气流之一或二者的传感器。另选地或附加地，可以测量操作温度，并且可以通过与设备本身相关的监测装置生成适当的控制信号。
本发明另一方面主要在于，一种利用自然温度调节气流控制电子设备温度的方法，其包括：相对于热交换板支撑该设备，所述热交换板具有贯穿其中的热交换气流路径；以及操作连接到所述热交换板的热泵装置，以调节穿过所述热交换气流路径的空气的温度，由此，通过来自所述热交换气流路径的所述自然温度调节气流来得到调节温度的空气。
上述装置可以由高能效装置供电，例如太阳能直接提供给低压压缩机(LVcompressor)技术或通过传统的太阳能逆变器技术汇入电网中。
附图说明
下面将结合附图并参照以下本发明的非限制性实施例来说明本发明，其中：
图1是根据本发明的装置的等距视图；
图5是通过图1装置的气流的曲线图；
图6是通过图1装置的气流在设备机柜内的露点的曲线图；
图7是通过图1装置的气流在设备机柜内的空气温度的曲线图；
图8是进入图1装置的设备机柜的高温测试空气的温度曲线图；
图9是进入图1装置的设备机柜的高温测试空气的温度曲线图；以及
图10是在图8和图9中高温测试期间的蒸发器芯的温度曲线图。
图1示出电子设备机柜，其包括柜体15，在柜体15中按照传统机架式安装方式安装有计算机设备16。该设备是风扇冷却的，并且废气17从机柜15背部排出。前封闭部组件11通过脱卸铰链12铰接，图中所示为打开姿态，以便维护前封闭部11和/或机架式安装的设备16。图2至图4示出前封闭部11的分解视图。
前封闭部组件11构建在门框14上，门框14通过铰链12支承在机柜15上。外部过滤器及隔板组件16支承在该门框的外表面上，并且包括穿孔式金属保护隔板。门框14的下边缘设有冷凝水槽20。
门框14在其内表面上支承有蒸发器组件11，该蒸发器组件11连接至远程的压缩机/冷凝器组件(未示出)，该压缩机/冷凝器组件的热泵容量约为2kW。该蒸发器组件包括调节元件，该调节元件包括组合式露点传感器和恒温器13。输入和输出管线18通过软管线连接，从而允许门的功能。非织物过滤网19充当门组件内表面上的微液滴捕获器(micro-droplet catcher)。
在使用时，机架式安装在机柜15中的设备16工作并发热。内部传感器接通内部风扇，从前方通风口吸入冷空气，并且通过后通风口排出废气。这些风扇是根据温度开关的，以节约能量。
图5示出所安装的一组设备的从23:00到05:41的一段时间内记录的数据，其总共有6种风扇模式。环境和峰值处理负荷变化导致气流从机柜前方流向后方。当所有单元均处于最大冷却之时，所测得的穿过门组件平面的最高速度Vmax约为23m.min-1。图5的线条总体上示出了气流，其最高为从2200至0200，最低是从0200至记录结束，基本展示了两种大致的冷却状态。
蒸发器组件11的工作受到恒温器13的一次控制和露点传感器的二次控制。图6和图10表示在2300至0000起始阶段负荷情况下波动的露点和温度的初始状态，如同温度和露点的波动反馈那样，该板进行工作。在0000之后，达到了蒸发器板本身的基本稳定的操作温度，参见图10。
蒸发器组件11的设备侧的空气露点绘制出了一条平均曲线，该曲线从约0000时的23.8℃到在中间的约0300时的约为25.25的宽峰，参见图6。这是环境空气的绝对湿度含量的测量。同时，图7的温度曲线记录了来自机柜的废气温度，从2300时的30℃缓慢攀升至0100和0200之间的约为31.1℃的宽峰，随后急剧降低，该急剧降低精确对应于0200时关闭了2/3的冷却风扇。最低温度28.8℃安全地高于此时在空气温度曲线的各个相关点处的露点，虽然露点(仅与环境有关)和温度(与设备温度负荷和控制反馈双方有关)曲线没有直接关联。
图8和图9示出了热负荷测试的结果，此时热空气被施加至蒸发器组件的外侧前方。图8是关于时间的温度曲线，这是通过与蒸发器组件相邻但与其热隔离的探头测量得到的。该曲线示出了空气温度从2300开始立即迅速上升到60℃，然后或快或慢地平缓上升至约68.3℃的水平。同时，图9的排出空气温度曲线示出了两种水平，第一水平为在0000到0200之间的约34.5℃，第二水平为在0200和0500之间的约33.5℃。这两种水平精确对应于峰值和非峰值处理负荷的冷却需求。通过比较可以看出，根据本发明的装置能够应对环境突发状况，例如长时间的环境空调故障状况。
通过本发明的上述示意性实施例可以实现本发明，而且对于本领域技术人员来说，在不偏离本发明的保护范围的情况下，对本发明做出各种改变和变形是显而易见的；本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (21)

1.一种电子设备机柜，其包括：
机柜柜体，其具有前开口和通风的后壁，所述前开口便于检修在所述机柜内以机架方式安装的设备，所述设备具有集成式冷却风扇，所述冷却风扇通过所述通风的后壁进行通风；
通风的前封闭部组件，其适于选择性地封闭所述前开口，并且所述通风的前封闭部组件包括风冷式热交换板和与所述热交换板相邻的空气过滤部，所述空气过滤部设置在所述通风的前封闭部组件的设备侧；并且形成连续的气流路径，所述连续的气流路径从所述机柜柜体外侧穿过所述通风的前封闭部、所述按照机架方式安装的设备和所述通风的后壁；以及
热泵装置，其连接至所述热交换板，并且能够用于调节流经所述气流路径的空气的温度。
2.如权利要求1所述的空调装置，其中，所述热交换板和所述热泵装置被选择用于为了冷却目的而调节空气温度。
3.如权利要求1所述的空调装置，其中，所述空气过滤部选用了织物材料或非织物材料。
4.如权利要求1所述的空调装置，其中，在所述板的底部设有冷凝水收集槽。
5.如权利要求1所述的空调装置，其中设有风幕装置，所述风幕装置适于使空气竖直向下经过所述热交换板的表面。
6.如权利要求1所述的空调装置，其中，所述风幕装置设有顶部风扇组件，所述顶部风扇组件包括用于筒形风扇叶片的壳体并且包括导向槽，所述导向槽引导风幕经过所述热交换板的表面。
7.如权利要求1所述的空调装置，其中，所述支承装置包括安装在设备机柜内的机架结构。
8.如权利要求1所述的空调装置，其中，所述前封闭部组件包括框架构件，所述框架构件限定了所述热交换板安装于其中的前侧敞口。
9.如权利要求1所述的空调装置，其中，所述前封闭部组件可拆卸地固定至所述机柜。
10.如权利要求1所述的空调装置，其中，所述前封闭部按照门的形式铰接至所述机柜。
11.如权利要求10所述的空调装置，其中，所述设备在标准金属机柜中沿竖向叠放在19″(480mm)标准设备机架中，其中所述前封闭部代替了标准机柜前门。
12.如权利要求1所述的空调装置，其中，所述热交换板包括与各个设备项的位置对应的、独立冷却的区域。
13.如权利要求1所述的空调装置，其中，所述热交换板与下列过滤器中的一个或更多个相关联：HEPA过滤器、吸附剂等。
14.如权利要求1所述的空调装置，其中，组合的所述热交换板和热泵选自固态冷却装置、卡诺循环热泵、相变再生冷却和西门子循环热泵中的一个或更多个。
15.如权利要求14所述的空调装置，其中，所述热交换板包括传统冷却装置的蒸发器单元或逆循环蒸发器/冷凝器单元。
16.如权利要求15所述的空调装置，其中，传递由所述热交换板交换的热，以便远程排放或回收。
17.如权利要求15所述的空调装置，其中，所述热泵的散热器可以与所述热交换板位于同一位置，并且所述热泵的散热器可以连接至通过冷却液或空气来冷却的热排放交换器。
18.如权利要求16所述的空调装置，其中使用了传统冷却装置，并且所述热交换板与远程的压缩机/冷凝器组件一起连接在回路中。
19.如权利要求15所述的空调装置，其中，所述热泵包括单头或多头设计的远程冷却装置，以便驱动单个所述热交换板或分别驱动多个所述热交换板。
20.如权利要求15所述的空调装置，其中，所述热交换板与用于监视和控制所述热泵的控制装置相关联。
21.一种利用自然温度调节气流控制电子设备温度的方法，其包括：相对于热交换板支撑该设备，所述热交换板具有贯穿其中的热交换气流路径；以及操作连接到所述热交换板的热泵装置，以调节穿过所述热交换气流路径的空气的温度，由此，通过来自所述热交换气流路径的所述自然温度调节气流来得到调节温度的空气。
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