CN102573414A

CN102573414A - 电子设备用机架及数据中心

Info

Publication number: CN102573414A
Application number: CN2011104121035A
Authority: CN
Inventors: 椿繁裕; 出居昭男
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2010-12-01
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2012-07-11
Also published as: JP2012118781A; EP2461661A2; US20120138285A1

Abstract

本发明涉及电子设备用机架及数据中心。本发明提供可防止因排气部局部性的热量集中造成冷却能力降低的电子设备用机架。在收纳有电子设备的电子设备用机架(101)中，具有：内置在电子设备用机架(101)的后门(102)内的散热器(200)，设置在散热器(200)的排气侧的多个风扇，以及设置在散热器(200)的进气侧的多个热管(602)。

Description

电子设备用机架及数据中心

技术领域

本发明涉及电子设备用机架，特别涉及设置于电子设备用机架内的服务器的排气温度分布变化较大时的冷却性能的提高。

背景技术

随着装载于个人计算机、服务器等电子设备中的中央处理装置(CPU)等半导体器件的小型化和高集成化而发热量日益增大。与此相应，增加装载服务器的机架能力、以及对该机架一起进行管理的数据中心的空调机的能力的必要性也增大。

为了适应这样的趋势，近年来，提出了例如日本特开2010-041007号公报(专利文献1)所记载那样的一种方式，即，通过将热交换器(散热器)内置于设置在机架的排气部的箱门内，使致冷剂流经该散热器，次而将排气部的热量排出到室外。

该方式的优点在于，由于散热器设置在服务器机架的正后方而能够在热量扩散到整个室内之前进行热交换，因此能够高效地进行冷却。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2010-041007号公报

在此，将如上所述的现有类型的冷却系统的例子示于图8及图9。图8是说明现有的冷却系统的概略结构图，图9是只提取了说明现有的冷却结构的后门部分的概略结构图。

图8是装载有服务器的电子设备用机架101及安装于电子设备用机架101上的内置有散热器的后门102的立体图。在后门102上设有多个风扇103，使风向箭头104的方向流动，就服务器的风扇而言，其起到了消除散热器的流体阻力的作用。

图9是从风上游侧观察后门102的立体图。在后门上设置有吸热后的致冷剂配管201和吸热前的致冷剂配管202。配管在后门内部进行分支，配管上连接有多个翅片203，能够进行热交换。

该系统为，通过该热交换，将所吸收的热量由通过致冷剂配管201所连接的外部热交换器排出到室外。

但是，该系统存在如下两点问题。

在此，利用图10及图11，对该两点问题进行说明。图10是说明现有技术的装载有服务器时的服务器排气的温度分布的剖视图，图11是说明现有技术的装载有服务器时的温度传感器的装载位置的剖视图。

第一个为问题是，由于服务器设置于排气部的正后方，由于具有温度分布变化大的排气与散热器部接触而导致局部的冷却性能的降低。

图10从侧面观察机架服务器，示意性地表示作为第一个问题的状况。

装载于电子设备用机架101上的服务器301由于承受高负荷运转的程序而消耗了与后门的容许最大发热量Qmax大致相等的电力。由此，当将附图的横向(风的流向)作为温度高低的高度时，则以虚线302表示的排气温度成为仅仅服务器的装载部的温度极端增高的呈山形的形状。

这是因为，若将各区域分为机架上部、机架中央部和机架下部三个部分，并将该三个部分分别称为Qu、Qm、Q1时，大部分热量几乎集中在Qm部分。并且，由这样热量集中产生的温度差使得在温度高的特定部位(仅仅中央部)发生热交换。

在此，一般热交换量Q能够以下式来表示。

Q＝(T2-T1)×h×A

其中，T1表示翅片的温度，T2表示门的进气部(散热器部正前)的温度，h表示热传导率，A表示表示翅片面积。

A为由散热器的物理尺寸决定的一定值。H由流经翅片的风量以及所流动的流体类别等决定。另外，温度T2为状态量，但根本上由服务器的发热量和风量决定，T2值变大则意味着上述所谓的热量集中。

另一方面，虽然只要能确保一定的致冷剂温度和充分的致冷剂量翅片温度T1若就能为一定值，但致冷剂量未必增加相当于发生热量集中那样的量。这是因为，若致冷剂量增加，则致冷剂的流体阻力通常以平方法则增加。

因此，由于局部的热量集中，出现了超出该部位的冷却能力的部位。于是，本来应冷却到预定温度的部位却排出比原来高的温度的热风，这样尽管遵守了容许发热量，但结果还是降低了冷却性能。

另外，第二个问题是，由于出现如上所述的不均匀的温度分布，因而难以进行冷却能力的高精度测定。如图11所示，在使用了现有技术的产品中，在散热器的进气及排气部装载有温度传感器，根据进气与排气的平均温度差能够测定散热器的冷却能力(热交换量)，并向用户提示。

但是，当发生如上所述的局部性的热量集中时，进气传感器的检测值无法表示进气的平均值(事例：在图11中，进气传感器401、402表示比平均低的值)。作为这样的状况的解决方案之一，有时安装多个传感器，以正确地把握温度分布。

但是，该方法由于在成本、维修性方面问题较多，因而是不实现的。

发明内容

因此，本发明的目的在于，考虑到上述现有技术的问题而提供一种防止排气部局部的热量集中引起的冷却能力降低的电子设备用机架。

本发明的上述及其它目的和新的特征，通过本说明书的描述及附图将更加清楚。

以下，简单地说明本申请所公开的发明中的代表性内容的概要。

即，代表性内容的概要是，具有：内置于电子设备用机架的后门内的散热器，设置于散热器的排气侧的多个风扇，以及设置于散热器的进气侧的多个热管。

另外，具有：设置于电子设备用机架的后门侧的多个风扇，以及设置于电子设备用机架的前门侧的多个热管。

在本申请所公开的发明中，对由代表性内容的概要获得的效果的简单说明如下。

即，由代表性内容的概要获得的效果是，对散热器的进气能够获得均匀的温度分布。其结果，可防止因温度分布不均而超过极限冷却能力，能够稳定地确保预定的冷却能力。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的电子设备用机架的结构的结构图。

图2是说明本发明的实施方式1的电子设备用机架装载有服务器时的服务器排气的温度分布的剖视图。

图3是说明本发明的实施方式1的电子设备用机架装载有服务器时的温度传感器的装载位置的剖视图。

图4是表示本发明的实施方式2的电子设备用机架的结构的结构图。

图5是表示本发明的实施方式2的电子设备用机架的热管占流路面积的比例与风量的关系的相关曲线图。

图6是表示本发明的实施方式3的电子设备用机架的结构的结构图。

图7是说明本发明的实施方式4的配置有多个电子设备用机架的数据中心的热交换的结构图。

图8是说明以往的冷却系统的概略结构图。

图9是说明以往的冷却结构中仅抽取后门部分的概略结构图。

图10是说明现有技术的装载有服务器时的服务器排气的温度分布的剖视图。

图11是说明现有技术的装载有服务器时的温度传感器的装载位置的剖视图。

其中：101-电子设备用机架，102-后门，103-风扇，200-散热器，201-吸热后的致冷剂配管，202-吸热前的致冷剂配管，203-翅片，301-服务器，302-虚线，401、402-进气传感器，403、404-排气传感器，501-单元，602-热管，801-平板型热管，802-翅片，1001-外部热交换器，1002-数据中心，1101-前门，1102-平板型热管，1103-翅片。

具体实施方式

以下，根据附图，对本发明的实施方式进行详细说明。此外，在用于说明实施方式的所有附图中，对同一个构件原则上标注同一附图标记，并省略其重复的说明。

实施方式1

利用图1～图3，对本发明的实施方式1的电子设备用机架的结构进行说明。图1是表示本发明的实施方式1的电子设备用机架的结构的结构图，从前方显示包括电子设备用机架的整体图，示出在装载有一台服务器的电子设备用机架的排气侧设置有内置散热器的门。图2是说明本发明的实施方式1的电子设备用机架装载有服务器时的服务器排气的温度分布的剖视图，图3是说明本发明的实施方式1的电子设备用机架装载有服务器时的温度传感器的装载位置的剖视图。

在图1中，在电子设备用机架101的排气侧设置有后门102，在后门102内内置有散热器200。在散热器200中设置有致冷剂配管201、202，该致冷剂配管201、202在后门102内部进行分支，并与构成散热器的多个翅片203连接，从而能够进行热交换。通过该热交换，成为将所吸收的热量通过致冷剂配管201排出到室外的结构。

另外，在该翅片203的风上游侧，安装有由多个热管602构成的单元501。该热管602构成为，例如，由来自设置于中央部分的服务器301的排气产生的中央部分的热量，利用毛细管现象能够向上下方向移动。

另外，如图2所示，在后门102上装载有多个风扇103，以起到与后门102内部的散热器的压力损失相抵消的作用。

接着，对装载有服务器时的服务器排气的温度分布进行说明。

如图2所示，在电子设备用机架101内仅仅有一台服务器301，该一台服务器受到了高负荷，在服务器301的正后方，呈现了如温度分布线603所示那样的山形的温度分布。

也就是说，呈现出产生了起伏大的温度分布(热量集中)。该温度分布在热通过热管602时，因在热管602的低温部与高温部之间的冷凝、蒸发作用而引起热移动，其结果，在热通过热管602后，温度分布线601变得平滑化。

接着，对设置温度传感器时的设置位置进行说明。如图3所示，在后门102的散热器进气排气部设置有温度传感器的情况下，在进气部设置进气传感器401、402，在排气部的二处分别设置排气传感器403、404，根据各个进气平均值与排气平均值的差值计算热交换量。

在该情况下，在服务器301的正后方，如温度分布线603所示那样其排气温度变高。但是，在本实施方式中，在进气传感器401、402和排气传感器403、404的设置部分上的温度如温度分布线601所示，其排气温度的不均趋势变缓和，进气传感器401、402和排气传感器403、404显示出接近平均值的适当值。

因此，利用平滑化效果，可以不需要多个温度传感器，而减少传感器的数量。此外，本实施方式不局限于如图1所示那样的结构，能够进行各种变形来实施。

实施方式2

实施方式2是在实施方式1的基础上，将热管的形状做成平板型。

以下，根据图4，对本发明的实施方式2的电子设备用机架的结构进行说明。图4表示本发明的实施方式2的电子设备用机架结构的结构图，仅仅示出后门部分。

如图4所示，单元501的热管的形状形成为平板型而并非一般的圆型，且成为通过锡焊等而将铜或铝制的翅片802连接到平板型热管801上的形状。

由此，能够进一步提高对热量集中的缓和效果。

接着，根据图5，对本发明的实施方式2的电子设备用机架的热管在流路面积中所占的比例与风量的关系进行说明。图5是表示本发明的实施方式2的电子设备用机架的热管在流路面积中所占的比例与风量的关系的相关曲线图。

如图5所示，当平板型热管801数目增加时，对热量集中的缓和效果提高，另一方面，排气通过后门102时的压力损失增大而风量减少。虽然风量的减少程度也随着散热器的尺寸、压力损失特性而变动，但在此，要求在后门102的热交换能力为10kW左右时的条件下有适当的热管占用面积比例。

因为当平板型热管801的占用面积比例超过70％时，则风量急剧地降低，由此可知平板型热管801的占用面积比例优选为70％以下。

实施方式3

实施方式3在实施方式2的基础上，将由带翅片的热管构成的单元501不是设置在电子设备用机架的后门侧，而是设置在前门侧。

以下，根据图6，对本发明的实施方式3的电子设备用机架的结构进行说明。图6是表示本发明的实施方式3的电子设备用机架结构的结构图，但仅仅示出前门部分。

在图6中，在电子设备用机架101内装载有多台服务器301，在前门1101侧配置有由连接有翅片1103的平板型热管1102构成的单元501。此外，在后门侧设有多个风扇。

这样，在本实施方式中，在前门1101侧配置有平板型热管1102，因此，能够利用平板型热管1102使来自前门1101侧的进气温度均匀化，并能够高效地进行电子设备用机架101内的服务器301的冷却。

这是因为，即使在使用了通常的空调机的数据中心内，虽然有时也会随着电子设备用机架101或其他服务器等的设置布局、动作状况而发生热量集中，形成电子设备用机架101的进气的温度分布，但这样的对策仍是有效的。

实施方式4

以下，根据图7，对本发明的实施方式4的配置了多个电子设备用机架的数据中心中的热交换进行说明。图7是用于说明本发明的实施方式4的配置有多个电子设备用机架的数据中心中的热交换的结构图。

在图7中，在数据中心1002内配置有多个电子设备用机架101，在电子设备用机架101的后门102上，配置有如实施方式1、2所示的单元501。

在图7所示的例子中，在数据中心1002内有二台电子设备用机架101，在各电子设备用机架101上分别设置有内置有散热器的后门102。在该后门102上连接有致冷剂配管，做成通过该致冷剂配管，由外部热交换器1001将由内置于后门102内的散热器吸收的热量排出到室外的结构。

另外，在本实施方式中，该外部热交换器1001做成须确保配置在距后门102有一定距离的高度的位置上，并且通过填充适当的致冷剂量并使其流动，从而使致冷剂自然循环的结构。

由此，在本实施方式中，能够在无泵的条件下进行热交换。

以上，根据实施方式对本发明者所提出的发明进行了具体说明，当然，本发明并不局限于上述实施方式，在不脱离本发明宗旨的范围内能够进行各种变更。

本发明涉及电子设备用机架，能够广泛应用于在多个服务器的排气温度分布起伏大的情况下的服务器机架等的冷却。

Claims

1.一种电子设备用机架，其收纳有电子设备，其特征在于，具有：

内置在所述电子设备用机架的后门内的散热器，

设置在所述散热器的排气侧的多个风扇，以及

设置在所述散热器的进气侧的多个热管。

2.根据权利要求1所述的电子设备用机架，其特征在于，

所述电子设备用机架具有经致冷剂配管与所述散热器相连接的热交换器，

所述热交换器设置在高于所述后门的位置，

所述散热器的致冷剂被填充的量为能够在所述散热器与所述热交换器之间自然循环的致冷剂量。

3.根据权利要求1所述的电子设备用机架，其特征在于，将所述多个热管的安装面积设定在所述散热器的面积的70％以下。

4.根据权利要求1所述的电子设备用机架，其特征在于，具有：

设置在所述散热器与所述多个热管之间的进气侧的温度传感器，以及

设置在所述散热器的排气侧的排气侧的温度传感器；

根据所述进气侧的温度传感器和所述排气侧的温度传感器的检测值来设定所述多个风扇的转速。

5.一种电子设备用机架，其收纳有电子设备，其特征在于，具有：

设置在所述电子设备用机架的后门侧的多个风扇；以及

设置在所述电子设备用机架的前门侧的多个热管。

6.一种室内被空调控制的数据中心，其特征在于，设置有多个权利要求2所述的电子设备用机架或多个权利要求5所述的电子设备用机架。