CN103155140B - 具有冷热存储装置和服务器冷却装置的抗灾服务器壳体 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种抗灾服务器壳体。提供耐火外壳体，并且该耐火外壳体可由石膏制作。耐水、导热容器安装在外壳体内。服务器安装在耐水容器内。冷热存储装置，例如冰块，也安装在所述外壳体内部的绝缘盖板内。在感应到外壳体外面的火灾时，促动器热连接冷热存储装置到耐水容器，以在火灾期间冷却服务器。

Description

具有冷热存储装置和服务器冷却装置的抗灾服务器壳体

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年9月13日提交的第61/403,273号美国临时申请的优先权和权益。

背景技术

各地计算机服务器中包含的全球数据正以难以置信的速度混合。世界数据每5年增长10倍，并且示出没有减慢的迹象。世界数据的70%至80%由于自然灾害而处于丢失的风险，并且将在未来继续受到攻击。在很多情况下，数据存储的成长超过了因特网带宽的成长速度，导致大量的数据典型地保留在其所生成之处而导致数据被持久的攻击。尽管具有为了灾害保护而使数据输送到外面或者物理地移动数据存储到外面的能力，世界范围的数据丢失继续成为问题。因为缺乏在火灾、飓风、地震或洪水前简单的灾难计划，每年许多的商业关闭。如果数据存储装置可承受典型自然灾害的自然力量，则因自然灾害造成的普遍的数据损失可显著减少。

本发明这里所公开的将教导保护任何通常商用的数据存储装置或服务器免受自然灾害影响的技术。实质上，本发明除了用于包含数据的数字服务器，也涉及使得纸张的等同物防火安全。由于大部分世界数据现在为数字的，本发明对于保护各地易受攻击的数据难以置信地重要。如本公开所教导，平衡防火、防水、散热和成本对于今天的数据存储要求产生可行的解决方案是重要的。各处的小商业、政府办公室和偏僻企业办公室将受益于来自本发明的接近零的数据丢失和显著的成本节省。

服务器包含重要的数据，这些重要的数据包括但不限于数据库、照片、监控录像、商业数据和/或电子记录。典型地，由于同步复制到第二位置可能在技术上是困难的且是昂贵的，服务器数据积极地被修改使得进行数据备份和防灾变得复杂。两个同步服务器，连接到相同的网络但地理上远离设置，将延时最短时间，该最短时间等于服务器之间的距离除以光的速度。结果，同步服务器会缓慢地执行且从最终用户的角度看缓慢地反应。

非同步复制常常用于提高性能及改善对最终用户的体验。这样的不利之处在于：服务器上的数据在它通过因特网上传或者从主数据存储位置物理地移动到远离的异地时易受到自然灾害的攻击。该易受攻击窗口可因诸如地震、飓风、火灾或洪水的自然灾害从因攻击而损失的几毫秒到几天或几个星期变化。与保护和维护数据的政府规章（例如，医疗信息流通与责任法案（HealthcareInformationPortabilityandAccountabilityAct），即HIPAA）结合的数据的主要本质可产生数据拥有者的备份和灾难恢复问题。保护数据的失败且因此遵守政府规会导致数十万美元的罚款。保护在诸如纵火（arsonfire）的灾害中的关键视频监控数据不受损失的失败可能阻碍调查如何或谁造成的火灾，因为证据自身在火灾中毁灭了。保护之前的家庭照片或视频数据的失败可能导致感情损失，其超出了纯粹的经济影响。

制造抗灾服务器机箱（cabinet）、机架（rack）或壳体的先前尝试导致了形成的壳体的高成本、低性能、散热效率差或重量大。当前的服务器典型地产生约100至1000瓦的必须散掉的废热能量以避免过热。当前的服务器极易受到例如火灾、洪水、水损坏和建筑物倒塌的自然灾害的攻击。由于宽泛种类的服务器和服务器用途，存在适合于执行一般的功能和特定任务的功能以修改、存储或产生有用的数据的成百种模型。市场上清楚地需要能抗灾的典型服务器且处理热量产生和最小化总方案的成本的一般方案。

先前的设计已经保护了存储数据，但是不足以保护服务器装置自身在灾难事件期间不受损坏。水基防火绝缘，例如石膏或波特兰水泥（Portlandcement），典型地在2000°F的火中保持服务器环境冷却到约250°F或300°F。典型的计算机服务器装置可安全地存储或操作在约160°F下而不损坏，而使服务器经受200°F或300°F通常会损坏服务器，因为很多部件，尤其是塑料部件，不能经受过高的温度。设计为在火灾期间保持低温的现有技术中采用的诸如蜡基绝缘或其他吸热化学化合物的防火绝缘方式会意外地触发在低于200°F的温度下的不能倒逆的、一次性的吸热反应。对于敏感绝缘在升高的运输传送温度期间甚或甚至在升高温度环境中正常使用引起的问题是绝缘可能偶尔触发反应，而用户却不了解火灾保护无效且未被检测到。换言之，如果绝缘触发温度和运输/存储温度都是160°F或接近160°F，则存在不够的余量来防止吸热绝缘的意外触发，且同时仍在火灾期间提供适当的温度。

现有技术，诸如Knieriem的US6,632,995，教导了设置包含在具有制冷热交换器系统的防火墙内的服务器的一种方法。通过给防火机箱增加制冷系统，该系统解决了从壳体内包含的服务器散热的问题，而同时允许在运输或存储期间在意外吸热反应上具有足够余量的防火绝缘的使用。来自这些设计构造的影响是制冷单元必须给产生给定量热能的服务器实质上增加等量的冷却功率。换言之，如果服务器需要1000W的功率运行，则制冷单元必须吸收1000W的能量。与典型的不充分的制冷结合，要求所形成的结合必须采用2500W的能量以保护需要1000W功率的服务器。

除了现有技术要求操作的功率上的问题外，制冷单元要求附加的复杂性、成本和重量，这使得对于除了最大的商业和政府数据存储装置之外所有的这样的系统不切实际。

发明内容

本发明提供新颖的冷热存储装置，以在感应到外部火灾时用以冷却服务器。

本发明在降低制造成本、提高效率、减小重量和改善可靠性方面呈现出与现有技术相比显著的进步。通过给现有技术中存在的气流冷却增加附加的服务器冷却装置部件，诸如热电冷却器（珀耳帖冷却器），本发明可使得系统冷却改善30%，足以允许整个服务器包装在现有技术中已知的空气冷却、防水防火壳体内且在正常的温度下运行。另外，也可给防火防水壳体（利用气流）增加新的低温热存储元件，从而可在火灾期间保持存活温度，在火灾期间要求服务器不受壳体外火灾的影响。该新的热存储装置实质上可为大块冰或者“冷冻水冷存储电池”，仅在感应到外面的火灾事件时暴露到壳体内的服务器。冷热存储装置可具有很多形式，包括但不限于冷冻液体、压力下的液化气体（liquidgas）或者绝缘吸热反应物质，以触发冷却防火壳体的容纳物降到160°F以下或易于服务器存活的温度。

因没有制冷循环部件，本发明还可相对于现有技术提供70%的降低制造成本，并且在火灾事件期间降低最大的内部温度且在常规操作期间降低最大温度。

可能的冷热存储装置结构可包括但可不限于：冷冻液体或冷冻气体、压力下的液化气体、在允许结合而产生吸热反应时由屏障保持分开的一组材料，例如但不是排他的，水和硝酸铵。上述成分的明显的任何组合可用于在火灾事件期间提供足够的冷却。服务器保护装置也可包括用于加密的保护构造，以及用于挤压、冲击和坠落的保护构造以进一步保护服务器装置部件免于损坏或损耗。可增加弹性体支撑或者缓冲器到装置的外部或内部，以帮助保护振动敏感数据介质（例如，旋转式机械硬盘驱动器）不受损坏。冷却通风门的防火可存在很多形式。可如现有技术所示采用简单的防火门、弹簧和可熔性触发器。膨胀（intumescent）（扩张烧焦物（expandingchar）或泡沫）也可用于保护服务器保护装置的冷却通风门。开口的大小可以设定为防止损伤热接触暴露侧，但是取决于来自防火绝缘连续除气以形成对火灾的屏障的气流作用。硬配线连接通过防火穿透（passthru）提供为通过防火壳体（如现有技术所公开）。

也可应用与防水结合的很多冷却通风口的技术，以在常规操作期间改善冷却，而也允许在火灾、洪水、飓风或水暴露期间的保护。

防水屏障与服务器冷却装置结合是该设计的要素。防水屏障是重要的，因为几乎所有的火灾都具有水损坏的潜在危险，其来自典型地存在于大多数商业建筑中的消防水带或者消防喷头。允许防水屏障散发来自防火壳体气流的热量也是该设计的关键要素。硬配线连接由防水穿透连接实现。服务器保持合理的物理保护水平，如果它保持防水以及选择性的防挤压、振动和坠落。可是防水屏障产生热效率上的问题，因为它从服务器产生，且然后被略微阻止通过防水屏障的壁。增加服务器冷却装置作为主要特征以补偿通过增加防水层产生的效率下降。服务器冷却装置可形成很多形式，包括低成本的珀耳帖热电装置或者现有技术中已知的任何小的热交换器/制冷系统。本发明的主要差别是服务器冷却装置设置在防火壳体的内部而不是现有技术的在防火壳体的外部。服务器冷却装置的废热从遍及防火壳体的低成本的气流方法带出壳体。通过在常规操作期间简单地排出服务器和服务器冷却装置在防火壳体内产生的热量，本发明可用成本低于$20.00的常规、不昂贵的风扇和珀耳帖装置操作。服务器冷却装置允许服务器保持常规的环境服务器温度，尽管因为防水壳体造成的略微但相对的冷却无效。本发明与成本为$500的2500W的制冷单元相比可节省相当量的成本。在材料上可节省成本超过90%。

再者，通过采用热存储装置，本发明可采用诸如石膏或波特兰水泥的低成本且低温度敏感绝缘，而同时在温度为峰值时可在火灾事件最危急的部分期间为服务器提供低温存活环境。

本发明与现有技术相比在能量效率上是优越的。本发明管理1000W服务器所需的期待的总能量仅增加总计小于200W。换言之，与利用制冷结构保护、运行和冷却相同的服务器所需的2500W相比，本发明需要1200W。对于每月的每个能量账单增加大于50%的功率节省。

附图说明

图1是本发明的服务器壳体的示意图；

图2示出了暴露于壳体外发生的火灾后的图1的服务器壳体；

图3示出了利用弹簧加载顶盖（springloadedtoplid）的本发明的选择性实施例；以及

图4示出了采用铰接侧存取门（accessdoor）的进一步实施例。

具体实施方式

图1是具有门30的耐火外服务器壳体10不按比例的示意图。门30设计为打开而允许易于服务器22的存取和安装。冷却通风口20形成在门30中以允许正常使用期间的气流流动。防火由可熔化触发器32和弹簧关闭机构24激发，以自动地感应火灾且用塞子21关闭通风口20。门、触发器、弹簧组合可用现有技术中公开的螺线管（solenoid）、膨胀门（intumescentdoor）和/或调整排放口设计有效地实现。门30也可设计为一个或两个滑动门（未示出）而不是如所示的枢转地安装到铰链22的铰接门（hingeddoor）。门和壳体设计的通风和火灾感应能力可采取很多形式（例如，铰接门、双滑动门、虚拟气动除气门（virtualsteamoutgassingdoor）、膨胀门等）。

防火服务器壳体10可为填充有耐火或防火材料的金属或塑料壳体，耐火或防火材料例如为石膏、耐火棉（fireproofwool）、吸热耐火绝缘或混凝土11。服务器壳体10可具有前壁和后壁，其中通风开口20与风扇或通风装置13一起形成，用于为服务器或其它易受攻击装置22提供冷却空气。防火服务器壳体10的内壁可具有轨道（rail）、滑道（slide）或特征（未示出），以允许与防水服务器壳体16配合而改善服务器22的适用性。

作为选择，耐火外服务器壳体10可用非防火的壳体10替代，以省钱或减小重量。在没有防火保护作为服务器壳体10的特征的情况下，该装置可保持这里描述的防水、防压和防振。如果服务器壳体10设计为不耐火，则绝缘、吸热材料、弹簧24和触发器（trigger）32都可省略，以在该装置的货物总成本上节省甚至更多钱。服务器装置22通过经由适配器电缆连接到任何网络且由电缆40提供的电力仍可如图1所示进行操作。

可合并可选弹性体缓冲器（elastomericbumper）29，以改善诸如机械硬盘驱动器的振动敏感服务器部件22的抗震性。固态驱动器不易受到振动的影响，并且因此可不需要任何的弹性体特征。柔性的缓冲器可设在水屏障16的内表面（如图所示）或外表面（未示出）上。

典型的服务器22由专用风扇或吹风机（blower）15强制空气流动以冷却服务器部件。允许由风扇15提供的气流循环在防水导热内部容器或壳体16内。服务器22安装在防水容器16内。由服务器产生且通过内部容器壳体16的壁传递的热量的大部分是因为由铝或类似的导电金属合金制造的壳体16的低热阻性。防水壳体6对该热量的流动有略微的低效和阻力，这将产生约10°F的热惩罚（thermalpenalty）。该热惩罚因附加的可选服务器冷却装置17而抵消，可选服务器冷却装置17将对防水壳体16的内部体积增加刚好足够的冷却功率以保持所希望的温度。可增加温度传感器、反馈电路和控制器（未示出）以帮助调节服务器冷却装置17提供的冷却。服务器冷却装置构造可为具有热沉17b的标准的热电冷却器（珀耳帖装置（Peltierdevice））。来自服务器冷却装置17b热侧的能量可在来自风扇13的空气中带离，并且排出到通风口20之外。服务器冷却器装置优选为珀耳帖装置，但是也可为制冷单元或小的热泵或通常的热交换器的任何组合，以将热能传递通过隔膜（membrane）或离开表面。隔壁安装电缆（bulkheadmountedcable）18将提供电力和数据线40的通道（conduit），以通过防水或耐水壳体16且通过耐火外壳体10。耐水壳体16上的门（未示出）在服务器安装期间使用。

在火灾期间，外壳体10的外金属表面80可达到2000°F，并且内部温度可达到200°F或300°F以上，这可损坏敏感的服务器电子装置22，典型地仅额定承受150°F。为了保持很低的内部温度，现有技术中的方法包括复杂的制冷单元或者设计为用于降低温度的敏感的吸热蜡（endothermicwax）或盐基绝缘化合物。现有技术中的方法的众多问题是：它们不足够针对成本、以及产生热量的服务器22与低温触发绝缘的灵敏度结合的热问题。本发明采用冷热存储装置53，以在火灾期间有效地降低外壳体10的内部温度到150°F以下，而没有外来吸热绝缘的灵敏度或者制冷单元和完全密封外壳体的复杂性。冷热存储装置53在常规的操作期间安装在外壳体20内，如图1所示，冷热存储装置53可由冷冻水组成，其与冷却器装置54一起保持冷冻，冷却器装置54可为珀耳帖装置或者任何小的热交换器，以帮助保持冷热存储装置53中的冷冻状态或极其寒冷的温度。冷却装置54产生的无效和小量的废热被带离且由风扇13排到通风口20之外。冷冻水或冰示出在高绝缘和活动层52内以保持其冷冻状态，并且绝缘的内门51在常规使用期间保持关闭。热反应或热感应门触发器50是感应外壳体10之外的火灾存在的感应装置，并且在常规操作期间保持关闭，而在壳体之内或之外感应常规温度。可配置任何数量的温度感应装置，例如，促动器、弹簧、双金属条、热电偶（均未示出），但是这不是发明点。设计的主要方面是准备配置感应中的"负能电池（negativeenergybattery）"或冷热存储装置53以在火灾期间提供所需的额外冷却。冷热存储装置53的吸热性将比典型的防火装置更好地允许服务器恰好在正确的时刻有效保持冷却器工作，甚或实现被动冷却的数据火灾安全设计。

如果自然灾害事件由某种水损害或者洪水组成，则由于防水壳体16固有设计保护而自动保护服务器。允许泥水、淡水或咸水流过通风口开口20而不损坏服务器22。壳体16也可设计为抵抗燃料、腐蚀流体或气体。壳体16内的湿度传感器和控制器没有示出，但是也可被结合以进一步帮助控制壳体16内的环境。

图2是已经感应外壳体10外面的火70后本发明的不按比例绘制的防火模式的示意图。感应装置（或触发器）32和50感应外壳体20外面的火70的存在，随着塞子21由弹簧24运动到它们在图2中的关闭位置，在火70的存在下熔化。所有的外部电源线和数据线40已经在火灾事故中熔化或者断开。由于风扇已经完全没有电力且在此阶段也不需要而强制气流被停止。初级绝缘层11由于火70的高温而开始其吸热反应。初级绝缘11的内表面116的典型温度接近于水的沸点212°F，尤其是如果小的优化通风口60保持打开以减小内腔的压力，并且绝缘11是水基绝缘，类似于石膏或波特兰水泥。212°F对很多服务器装置来说不幸地太热了而不能保持完整无损。为了解决这一问题，与内绝缘层52结合的冷热存储装置53用于将内部温度降低到低于150°F，对于大多数服务器装置22而言是易于存在的。内绝缘层52围绕冷热存储装置53。在感应到火时，外部通风口20关闭，并且服务器22的温度开始升高超过可接受水平时内门51打开。来自热存储装置53的冷却效果通过防水壳体16的壁由服务器22感知到。服务器冷却装置17此时不需要，因为其废热能量仅可帮助提升内腔的总温度。增加可选的弹性体缓冲器29以帮助服务器免受由于建筑物倒塌或落下引起的震动的影响。防水容器16优选制作为具有非常高的强度以免受压负荷和冲击负荷的影响。作为选择，如果冷却装置54设计为在防火模式期间简单地转移冷能从热存储装置53到防水内壳体6的内部，则门51可被去除。

还应特别注意的是，图1的实施例中所示的风扇13是任选的，并且通风口20的备选可提供在前面、后面、底部或侧壁（未示出），以允许冷却。整个服务器壳体10也可安装在典型的服务器架内，并且利用已经存在于其中安装该装置的服务器架中的强制气流（未示出）。

壳体20外面周围的冷却气流动也可从其中安装该装置的服务器架（未示出）中存在的附加风扇提供足够的冷却。来自简单离开门30的冷却空气也是有利的，门30在常规操作期间打开，并且在火灾中关闭。仅增加服务器冷却装置17是方便的，像现在的壳体一样，本发明实现的生存能力和保护水平可加载有任何商用的计算机存储装置和服务器。

图3示出了选择性构造，其中外壳体120具有基座120b和弹簧加载顶盖120c，它们可允许气体流动且在灾难事件期间通过感应装置132的熔化而关闭。侧门、前门和/或滑动门都可结合在主门（primarydoor）和通风门（未示出）二者中，但是这对本发明的主要方面不是实质性的。

图4示出了其中耐火外壳体220具有体部分220a和铰接侧门220b（类似于图1的铰接侧门）的实施例。侧门220b提供到服务器222和防水容器216的通道。

冷热存储装置253位于防水容器26的侧面。应当理解的是，冷热存储装置253可位于防水容器216之上、之下或旁边。

热量管理，无论是火灾期间外部产生的还是常规操作期间内部产生的，对本发明来说都是主要的。申请人相信，冷热存储装置和服务器冷却装置先前没有与防火防水壳体、气流和标准数据存储服务器结合以产生本发明公开的简单的、低成本的、抗灾服务器壳体。冷热存储装置和服务器冷却装置也可构造为根据特定的设计需要而单独使用。本发明通过降低数据存储的成本和弱点将具有可观的效果，其中各处的服务器上的数据存储大部分具有灭失的风险。

本发明前面的描述用于示例和描述的目的被给出，而不旨在是详尽的或者限制本发明到所公开的精确的形式。根据上面的教导可进行修改和变化。实施例被选择且描述，以最好地说明本发明的原理及其实际应用，因此能使本领域的技术人员更好地以不同实施例使用本发明，并且以适合于预期特定使用的各种修改使用本发明。

Claims (3)

1.一种抗灾服务器，包括：

耐火外壳体；

导热的耐水容器，安装在所述耐火外壳体内；

服务器，安装在所述耐水容器内；

绝缘的冷热存储装置，安装在所述耐火外壳体内；

通风装置，用于驱动空气流动通过所述耐火外壳体；

感应装置，用于感应所述耐火外壳体外面火灾的存在；以及促动装置，响应于所述感应装置而起作用，以允许所述冷热存储装置在火灾期间冷却所述耐火外壳体的内部，

其中所述促动装置包括：

活动门，具有第一、关闭位置，其中它防止所述耐水容器和所述冷热存储装置之间的热传递，并且具有第二、开启位置，其中热量从所述耐水容器传递到所述冷热存储装置，以及

门促动装置，在出现所述火灾时，用于将所述活动门从所述第一、关闭位置移动到所述第二、开启位置。

2.如权利要求1所述的抗灾服务器，其中所述门促动装置包括在出现所述火灾时扩张的弹簧。

3.如权利要求1所述的抗灾服务器，其中所述冷热存储装置包括冰，并且所述门促动装置在150°F以下不打开所述活动门。