CN106028744B - 机柜 - Google Patents

Abstract

本申请公开了机柜。所述方法的一具体实施方式包括：机柜外壳以及设置在所述机柜外壳内的机柜内腔、液态工质放置区、换热器、传输通道，其中：机柜内腔设置为真空状态并用于放置待冷却电子设备；液态工质放置区用于放置液态工质，其中，液态工质在冷却所述待冷却电子设备后转化为气态工质进入所述换热器；换热器用于液化气态工质为液态工质并将气态工质液化而来的液态工质导入传输通道；传输通道，连接换热器和液态工质放置区，并用于将气态工质液化而来的液态工质导入所述液态工质放置区。该实施方式消除了空气循环带来的湿度、洁净度等对电子设备的影响，进而延长了电子设备的寿命。

Description

机柜

技术领域

本申请涉及硬件设备技术领域，具体涉及散热硬件技术领域，尤其涉及机柜。

背景技术

随着信息化的深入，各行各业发展，例如移动互联网行业、物联网行业的发展，越来越多的设备接入了网络。由此引发的数据传输量的大幅增加，带来了网络的发展以及数据中心建设需求的大量增加，因此需要越来越多的电子设备，例如服务器、路由器、交换机等处理数据。

然而，现有的数据中心的设备散热技术，请参考如图1a所示的传统冷却方案一，传统冷却方案一是利用空气的对流循环实现对服务器的冷却，不同点可能在于末端空调(把热空气转换成冷空气的设备)的位置不同，或者在房间角落，或者在机柜旁边，或者在机柜顶部，或者在机柜底部；请参考如图1b所示的传统冷却方案二，传统冷却方案二使用背板换热器进行背板级风冷，背板级风冷节能效果好，但是仍然存在空气循环。空气循环就必然存在湿度、洁净度(灰尘、有害气体)的控制问题，即使在如今服务器对这些要求越来越宽泛的今天，上述因素仍然制约着电子设备的寿命，从而存在着电子设备寿命较低的问题。

发明内容

本申请的目的在于提出一种改进的机柜，来解决以上背景技术部分提到的技术问题。

本申请提供了一种机柜，所述机柜包括：机柜外壳以及设置在所述机柜外壳内的机柜内腔、液态工质放置区、换热器、传输通道，其中：所述机柜内腔设置为真空状态并用于放置待冷却电子设备；所述液态工质放置区用于放置液态工质，其中，所述液态工质在冷却所述待冷却电子设备后转化为气态工质进入所述换热器；所述换热器用于液化所述气态工质为液态工质并将所述气态工质液化而来的液态工质导入所述传输通道；所述传输通道，连接所述换热器和所述液态工质放置区，并用于将所述气态工质液化而来的液态工质导入所述液态工质放置区。

在一些实施例中，所述机柜外壳包括机柜侧壳、机柜底壳和机柜上壳，其中：所述机柜底壳与所述机柜内腔之间设置有液态工质放置区；所述机柜内腔与所述机柜上壳之间设置有换热器；所述机柜内腔与所述机柜侧壳之间设置有传输通道。

在一些实施例中，所述传输通道中设置有传输泵，其中，所述传输泵用于加快所述气态工质液化而来的液态工质进入所述液态工质放置区的速度。

在一些实施例中，所述机柜还包括机柜温度调节装置，其中，所述机柜温度调节装置包括载冷剂调节装置，其中，所述载冷剂调节装置用于调节进入所述换热管的载冷剂的温度。

在一些实施例中，所述机柜温度调节装置还包括充注量调节装置，其中，所述用于充注量调节装置调节注入所述机柜的液态工质的充注量。

在一些实施例中，所述机柜温度调节装置还包括设置在所述机柜外壳中的传感器，其中，所述传感器用于监测所述机柜中的参数并将所述参数发送至所述机柜温度调节装置，以供所述机柜温度调节装置根据所述参数控制调节载冷剂温度和液态工质充注量。

在一些实施例中，所述换热器包括换热管、设置在所述换热管下方且与所述传输通道连通的冷却肋片，其中：所述换热管用于放置载冷剂；所述冷却肋片用于液化气态工质并且收集由气态工质液化而来的液态工质，并将该液态工质导入所述传输通道。

在一些实施例中，所述机柜还包括设置在所述冷却肋片下方的导流肋片，其中，所述导流肋片用于收集所述冷却肋片液化得到的液态工质并将该液态工质导入所述传输通道。

在一些实施例中，所述冷却肋片和所述导流肋片的横截面为V形。

在一些实施例中，所述导流肋片的两端与所述传输管道连通，所述导流肋片两端的高度低于所述导流肋片中间的高度。

本申请提供的机柜，通过设置机柜外壳以及设置在上述机柜外壳内的机柜内腔、液态工质放置区、换热器、传输通道，上述机柜内腔设置为真空状态并用于放置待冷却电子设备；上述液态工质放置区用于放置液态工质，其中，上述液态工质在冷却上述待冷却电子设备后转化为气态工质进入上述换热器；上述换热器用于液化上述气态工质为液态工质并将上述气态工质液化而来的液态工质导入上述传输通道；上述传输通道，连接上述换热器和上述液态工质放置区，并用于将上述气态工质液化而来的液态工质导入上述液态工质放置区，实现了机柜中纯液冷的散热方式，从而消除了空气循环带来的温度、湿度、洁净度(灰尘、有害气体)等对电子设备的影响，进而延长了电子设备的寿命。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1a是传统冷却方案一的示意图；

图1b是传统冷却方案二的示意图；

图2是根据本申请的机柜的一个实施例的示意图；

图3是根据本申请的机柜的一个实施例的另一示意图；

图4是根据本申请的机柜的换热器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

请参考图2，其示出了根据本申请的机柜的结构示意图。

如图2所示，本申请公开了一种机柜，上述机柜包括：机柜外壳1以及设置在上述机柜外壳1内的机柜内腔2、液态工质放置区3、换热器4、传输通道5。

在这里，上述机柜外壳1可以是密闭的，以保证机柜内腔的真空状态。上述机柜外壳1可以是任意形状，例如长方体、正方体、圆柱体。上述设置在上述机柜外壳1内的机柜内腔2、液态工质放置区3、换热器4、传输通道5的位置关系可以根据实际需要设置。

在本实施例的一些可选的实现方式中，上述机柜外壳1包括机柜侧壳、机柜底壳和机柜上壳，其中：上述机柜底壳与上述机柜内腔2之间设置有液态工质放置区3；上述机柜内腔2与上述机柜上壳之间设置有换热器4；上述机柜内腔2与上述机柜侧壳之间设置有传输通道5。

在本实施例中，上述机柜内腔2设置为真空状态并用于放置待冷却电子设备6。

在这里，上述机柜内腔2设置为真空状态；上述真空是指压强远小于101.325千帕(即1大气压)的稀薄气体空间；上述待冷却电子设备6可以是任何需要冷却的电子设备，作为示例，待冷却电子设备6可以是服务器、交换机、路由器等。

在本实施例中，上述液态工质放置区3用于放置液态工质，其中，上述液态工质在冷却上述待冷却电子设备6后转化为气态工质进入上述换热器4。

在这里，上述液态工质放置区3可以是上述机柜外壳1的底部，即机柜外壳1的底部作为液态工质的容纳区域；还可以是设置在机柜外壳中的另外的容器，用于放置液态工质；上述液态工质是对制冷剂呈液态时的称呼，相应的，气态工质是对制冷剂呈气态时候的称呼。需要说明的是，本领域的技术人员可以理解，制冷剂的种类有多种，可以根据制冷剂自身的物性选择合适的制冷剂作为制冷工质。

在本实施例中，上述换热器4用于液化上述气态工质为液态工质并将上述气态工质液化而来的液态工质导入上述传输通道5。

在这里，上述换热器4与进入换热器4内的气态工质热交换，换热器4吸热，气态工质放热；同时上述气态工质液化转化为液态工质，换热器4将气态工质转化而来的液态工质导入传输通道5。可以理解的是，换热器4名称本身不构成对本发明技术方案的限制，换热器4也可以称为冷却器、冷凝器等。

在本实施例的一些可选的实现方式中，上述换热器4可以是表面式换热器，气态工质和表面式换热器的载冷剂在被表面式换热器的壁表面分开的空间流动，通过壁表面的导热完成气态工质和载冷剂的热量交换。

请参考图3，其示出了根据本发明的换热器的示例性结构。

在本实施例的一些可选的实现方式中，上述换热器4包括换热管8、设置在上述换热管8下方且与上述传输通道5连通的冷却肋片9，其中：上述换热管8用于放置载冷剂；上述冷却肋片9用于液化气态工质并且收集由气态工质液化而来的液态工质，并将该液态工质导入上述传输通道5。

在这里，换热管8用于放置载冷剂，载冷剂是采用间接冷却方法进行制冷所用的低温中间介质，也可以称为冷媒，在这里，载冷剂可以选择氯化钙溶液、氯化钠溶液、乙二醇溶液等。载冷剂在换热过程中不发生相变。可以通过换热管8的管口向换热管8中注入或放出载冷剂，换热管8的管口可以设置在机柜外壳1之外。

在这里，上述冷却肋片9可以设置在换热管8下方，并且上述冷却肋片9可以与换热管8直接或间接接触，增大气态工质与换热器4中载冷剂的间接接触的面积，液化气态工质。由气态工质转化而来的液态工质落入下层的冷却肋片中，冷却肋片9此时收集液态工质，并将收集到的液态工质导入传输通道5。

在本实施例的一些可选的实现方式中，上述机柜还包括设置在上述冷却肋片下方的导流肋片10，其中，上述导流肋片10用于收集上述冷却肋片9液化得到的液态工质并将该液态工质导入上述传输通道5。

在这里，在最下方的冷却肋片9的下方设置有导流肋片10，导流肋片10上方未设置与导流肋片对应的换热管8，上述导流肋片10的下壁基本不能使得气态工质液化，导流肋片10的主要作用是收集其上方的冷却肋片9液化气态工质得到的液态工质。

在本实施例的一些可选的实现方式中，上述冷却肋片9和上述导流肋片10的横截面为V形。在这里，横截面是V形的冷却肋片9在增大冷却面积的同时有利于收集液态工质；横截面是V形的导流肋片10有利于收集液态工质。

在本实施例的一些可选的实现方式中，上层冷却肋片和下层冷却肋片交错设置，最下层冷却肋片和导流肋片交错设置，在这里，交错设置是指上层冷却肋片的V形的尖端与下层冷却肋片的V形的尖端不在一条竖直线上，最下层冷却肋片V形的尖端与导流肋片的V形的尖端不在一条竖直线上。这种交叉流的换热方式，既获得较高的换热效率，有保证气态工质和液态工质的快速分离，加快热量自动循环的速度。

在本实施例的一些可选的实现方式中，上述导流肋片10的两端与上述传输管道5连通，上述导流肋片10两端的高度低于上述导流肋片10中间的高度。上述两端低中间高的导流肋片10的设置方式，可以使得液态工质在重力的作用下进入上述传输通道5，不需要在换热器4中增加额外的动力设备。

在本实施例中，上述传输通道5，连接上述换热器4和上述液态工质放置区3，并用于将上述气态工质液化而来的液态工质导入上述液态工质放置区3。

在这里，上述传输通道5可以将由气态工质液化而来的液态工质导入液态工质放置区3，能完成上述功能的传输通道5可以是中空管道，液态工质从管道的中空部分通过；上述传输通道5也可以是毛细管，液态工质由毛细管导入液态工质放置区；上述传输通道5还可以是机柜外壳的侧壁，液态工质沿着机柜外壳的侧壁流入液态工质放置区。

在本实施例的一些可选的实现方式中，传输通道5可以设置为竖直通道，在重力的作用下，将由气态工质转化而来的液态工质从位于竖直通道上方的换热器4导入位于通道下方的液态工质放置区3。

在本实施例的一些可选的实现方式中，请参考图4，其示出了本根据本发明的机柜中设置有传输泵的示例性结构，上述传输通道4中设置有传输泵7，其中，上述传输泵7用于加快上述气态工质液化而来的液态工质进入上述液态工质放置区3的速度。可以理解的是，传输泵可以设置在气态工质或液态工质的流通通路的任意位置，例如换热器中，例如换热器与传输通道的连接处。设置传输泵而不完全使用重力循环的方式，可以加快机柜中的热量交换效率，进而使得可以将机柜的高度设置的相对较低，节省空间、降低成本。

在本实施例的一些可选的实现方式中，上述机柜还包括机柜温度调节装置，其中，上述机柜温度调节装置包括载冷剂调节装置，上述载冷剂调节装置用于调节进入上述换热管4的载冷剂的温度。

在这里，机柜温度调节装置可以设置在机柜外壳1的上方，调节进入换热器4的载冷剂的温度，可以调节气态工质液化为液态工质的效率。

在本实施例的一些可选的实现方式中，上述机柜温度调节装置还包括充注量调节装置，上述充注量调节装置用于调节注入上述机柜的液态工质的充注量。

在这里，调节液态工质的充注量可以调节机柜内的气压，不同的工质在其气态的时候均有其自身的物性，例如在不同的压力下由不同的饱和温度，通过调节换热器内载冷剂的温度和机柜中的气压，可以达到载冷剂温度与电子设备自身承受温度的匹配。如果电子设备自身承受温度高，则载冷剂温度可以设置的相对较高，机柜可以实现相对节能的散热。

在本实施例的一些可选的实现方式中，上述机柜温度调节装置还包括设置在上述机柜外壳1中的传感器，其中，上述传感器用于监测上述机柜中的参数并将上述参数发送至上述机柜温度调节装置，以供上述机柜温度调节装置根据上述参数控制调节载冷剂温度和液态工质充注量。在这里，上述传感器包括但不限于温度传感器、压力传感器。

本发明提供的机柜，机柜内腔2放置的待冷却电子设备6所放出的热量使得机柜内腔2中的温度升高，放置在液态工质放置区3的液态工质吸收热量转化为气态工质，由上述液态工质转换而来的气态工质上升至换热器4，上述气态工质在换热器4中释放热量转化为液态工质，由气态工质转化而来的液态工质被换热器4导入传输通道5，传输通道5将由气态工质转化而来的液态工质导入到液态工质放置区3，完成一个热量交换循环。

在整个循环中不需要任何动力设备，机柜中的电子设备处于极度安静的工作状态。本发明的机柜利用了两相流换热原理，并且利用重力完成热循环，实现了机柜中纯液冷的散热方式，解决了影响电子设备失效的湿度、洁净度等因素，延长了电子设备的寿命，减少了运维的工程量。进一步地，本发明的机柜可以有效提高电子设备在其生命周期内的可靠性，减少硬件运维的工作量，实现电子设备无人值守，降低设备集群建设、运维的成本。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种机柜，其特征在于，所述机柜包括：机柜外壳(1)以及设置在所述机柜外壳(1)内的机柜内腔(2)、液态工质放置区(3)、换热器(4)、传输通道(5)，其中：

所述机柜内腔(2)设置为真空状态并用于放置待冷却电子设备(6)；

所述液态工质放置区(3)用于放置液态工质，其中，所述液态工质在冷却所述待冷却电子设备(6)后转化为气态工质进入所述换热器(4)；

所述换热器(4)用于液化所述气态工质为液态工质并将所述气态工质液化而来的液态工质导入所述传输通道(5)；

所述传输通道(5)，连接所述换热器(4)和所述液态工质放置区(3)，并用于将所述气态工质液化而来的液态工质导入所述液态工质放置区(3)。

2.根据权利要求1所述的机柜，其特征在于，所述机柜外壳(1)包括机柜侧壳、机柜底壳和机柜上壳，其中：

所述机柜底壳与所述机柜内腔(2)之间设置有液态工质放置区(3)；

所述机柜内腔(2)与所述机柜上壳之间设置有换热器(4)；

所述机柜内腔(2)与所述机柜侧壳之间设置有传输通道(5)。

3.根据权利要求2所述的机柜，其特征在于，所述传输通道中设置有传输泵(7)，其中，所述传输泵(7)用于加快所述气态工质液化而来的液态工质进入所述液态工质放置区(3)的速度。

4.根据权利要求3所述的机柜，其特征在于，所述机柜还包括机柜温度调节装置，其中，所述机柜温度调节装置包括载冷剂调节装置，其中，所述载冷剂调节装置用于调节进入所述换热器的载冷剂的温度。

5.根据权利要求4所述的机柜，其特征在于，所述机柜温度调节装置还包括充注量调节装置，其中，所述充注量调节装置用于调节注入所述机柜的液态工质的充注量。

6.根据权利要求5所述的机柜，其特征在于，所述机柜温度调节装置还包括设置在所述机柜外壳(1)中的传感器，其中，所述传感器用于监测所述机柜中的参数并将所述参数发送至所述机柜温度调节装置，以供所述机柜温度调节装置根据所述参数控制调节载冷剂温度和液态工质充注量。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的机柜，其特征在于，所述换热器包括换热管(8)、设置在所述换热管(8)下方且与所述传输通道(5)连通的冷却肋片(9)，其中：

所述换热管(8)用于放置载冷剂；

所述冷却肋片(9)用于液化气态工质并且收集由气态工质液化而来的液态工质，并将该液态工质导入所述传输通道(5)。

8.根据权利要求7所述的机柜，其特征在于，所述机柜还包括设置在所述冷却肋片下方的导流肋片(10)，其中，所述导流肋片(10)用于收集所述冷却肋片(9)液化得到的液态工质并将该液态工质导入所述传输通道(5)。

9.根据权利要求8所述的机柜，其特征在于，所述冷却肋片(9)和所述导流肋片(10)的横截面为V形。

10.根据权利要求9所述的机柜，其特征在于，所述导流肋片(10)的两端与所述传输管道(5)连通，所述导流肋片(10)两端的高度低于所述导流肋片(10)中间的高度。