CN106440071B - 机柜空调导向机制 - Google Patents

Abstract

一种机柜空调导向机制，利用前扩展框体及后扩展框体分别结合至机柜，以构成封闭的内部空间，以直接导向的方式导入冷空气及导出热空气，形成直接作用于机柜内部的单向气流机制，达到快速散热的目的；藉此，能提升机柜内热交换的效率、空调控管上的效能，且可节约耗能、有效利用电子机房的空间、及降低空调建置的成本。

Description

机柜空调导向机制

技术领域

本发明有关应用在机柜或电子机房的空调管理系统，特别是一种将空调直接导向至机柜的机柜空调导向机制。

背景技术

目前对于电子机房的空调管理，均是以机房整体空间作统一性的规划，不仅成本高昂，且需大量的空间来进行机柜排列摆设，以及预留相当的空间来规划各排机柜间的冷/热通道，极耗费空间资源；再者，其多以电子机房整体的空间来作空调的循环，亦会造成大量能源的浪费。

如图1所示，其为一已知的电子机房9的空调规划，其建置有四排机柜90，各排机柜90两两正反面相互对应，且彼此间预留有一定的间隔，让正面之间的间隔规划为冷通道92，反面之间的间隔则规划为热通道93，利用两侧的制冷装置91将冷空气导入冷通道92，让冷空气可从机柜90正面流入机柜90中(如图中空白箭头所示，表示冷空气流向)，对机柜90中的电子设备进行热交换的空调处理，最后让热空气从机柜90反面排出，集中于热通道93供制冷装置91回收(如图中实心箭头所示，表示热空气流向)，再生成冷空气，形成完整的空调循环。此种规划的电子机房9，虽利用高架地板95及隔板94将冷通道92独立隔出，避免冷空气外流形成能源的浪费，但其仍须有大量的空间来供机柜90排列，且高架地板95的配置亦造成大量的成本。

再如图2所示，其为另一种已知的电子机房9的空调规划，其是将制冷装置91并列于机柜90的排列中，让制冷装置91可直接从机柜90反面处的热通道93回收热空气，并直接将冷空气供应至冷通道92中(如图所示，空白箭头表示冷空气流向，实心箭头表示热空气流向)，但此种规划仍须大量的空间来供机柜90排列摆放，虽可节省架设高架地板的建构成本，但其冷通道92、热通道93均是开放式的设计，制冷装置91供应的冷空气会消耗于电子机房9其他的空间中，不仅造成能源的浪费，且容易降低对机柜90空调管理的效能。

有鉴于已知电子机房空调规划的诸多困难及缺点，发明人乃对其研究改进之道，终于有本发明产生。

发明内容

本发明主要目的是提供一种机柜空调导向机制，利用空调导向模块，明显可降低电子机房空调规划所需耗费的空间，且可适用于旧有的机柜，大幅度降低整体空调规划所需的成本。

本发明另一目的是提供一种机柜空调导向机制，利用空调导向模块与机柜结合形成封闭式的空间，利用直接对机柜作空调导引的方式，达到对机柜空调处理最佳的效能，且大幅度降低能源的浪费。

为达上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种机柜空调导向机制，其包括至少一机柜，该机柜内具有供电子设备安置的容置空间；其特点是，还包括至少一空调导向模块，其包含分别匹配结合至该机柜前、后侧的前扩展框体及后扩展框体，该前扩展框体内部具有前置空间，该后扩展框体内部具有后置空间，于该前扩展框体及该后扩展框体结合至该机柜时，该前置空间、后置空间及该机柜内的容置空间形成连通并对外封闭，又，该前扩展框体设有至少一用以将外部冷空气向内导入的前导引模块，该后扩展框体设有用以将内部生成的热空气向外导出的后导引模块，形成直接作用于该机柜内部的单向气流机制；及制冷机制，其包含冷连通管路、热连通管路及制冷装置，该制冷装置用以接收热空气并生成冷空气，该冷连通管路分别连接该前导引模块及该制冷装置，用以将该制冷装置生成的冷空气供应至该前扩展框体，该热连通管路分别连接该后导引模块及该制冷装置，用以将该后扩展框体导出的热空气供应至该制冷装置。藉由直接将冷空气导入、热空气导出的方式，有效地节能并可对机柜中电子设备作最佳的空调处理。

藉此，利用冷连通管路及热连通管路直接对机柜作空调导向的方式，有效地避免制冷装置生成的冷空气逸散置外界的环境中，节约能源的使用，且以直接导向的方式，让机柜内部可充分地完成热交换处理，保持在适当的温度，使其内部电子器材能保持良好的效能。

较佳的，所述前导引模块包含导入口及前送风单元，该后导引模块则包含导出口及后送风单元。

较佳的，所述后扩展框体内设有温度感测单元，以感测后扩展框体内部的温度来调节该前送风单元及该后送风单元引导空气的速度。

较佳的，所述前扩展框体设有二个前导引模块，该二个前导引模块分别位于该前扩展框体的顶部与底部，且该制冷机制包含有二个冷连通管路，分别从该前扩展框体的上方或下方连接该二前导引模块至该制冷装置。

较佳的，其中该后扩展框体内设有数个温度感测单元，并分别位于不同高度的位置，藉由感测后扩展框体内部不同高度的温度，可分别调节所对应的该二前导引模块引导空气的速度。

较佳的，其中该机柜及该空调导向模块为数量相对应的数个，且该冷连通管路设有数个连接端，分别连接该各前扩展框体的前导引模块及该制冷装置，该热连通管路设有数个连接端，分别连接该各后扩展框体的后导引模块及该制冷装置。

此外，本发明的机柜空调导向机制，可进一步利用前扩展框体的前置空间与后扩展框体的后置空间，配合安置电子设备所需求的相关配件，诸如电源分配装置或布线管理装置等等，藉由对此附加空间做妥善地利用，能避免因机柜内装拥塞而影响气体的流动，让气流能保有良好的流通性，提高机柜内部散热的效率。

较佳的，前置空间或后置空间中所安装的电源分配装置，其于一侧设有数个间隔排列的供电单元，且该各供电单元分别对应至该机柜内预定容置电子设备的位置。

综上所述，本发明所揭的机柜空调导向机制，除可透过冷连通管路及热连通管路直接对机柜作外部空调导向的处理，且利用内部设置的温度感测单元，能依据各机柜内部不同位置电子器材的温度，调节相应位置的前导引模块增加(或降低)空气导引的速度，形成内部空调导向的效果，节省耗能并达到优化的空调管理。

前述后扩展框体中所配设的温度感测单元，其所感测的温度系对应机柜中电子设备运作时散发的热能，故可视为一种散热的需求；藉由不同位置的温度感测单元，能具体得知相应机柜中需散热的区域，并依需求调节相应位置的前导引模块，让冷空气能充分地导引至需求区域，达到能在每一机柜的内部依需求位置做空调导向的机制。再者，本发明各机柜中每一温度感测单元感测的信息，亦可整合成该各机柜整体的散热需求，而制冷装置内建的控制器可依此统计所连结的各机柜的散热需求，进而供应出适量的冷空气，达到节能的功效。

为使本发明的上述目的、功效及特征可获致更具体的了解，兹揭本创作较佳的实施例并依附图说明如后。

附图说明

图1为是一已知电子机房空调规划的示意图。

图2为另一已知电子机房空调规划的示意图。

图3为本发明的空调导向模块与机柜组合示意图。

图4为机柜内部冷热交换示意图。

图5为一多数机柜应用例的外观示意图。

图6为另一多数机柜应用例的外观示意图。

图7为一实施状态的机柜内部空调导向示意图。

图8为另一实施状态的机柜内部空调导向示意图。

图9为一较佳实施例的立体示意图。

图10为供电单元位置对应的示意图。

图11为电源分配装置与布线管理装置的配置示意图。

图12为另一视角的电源分配装置配置示意图。

标号说明：

1 空调导向模块 10 前扩展框体

11 前置空间 12 前导引模块

121 导入口 122 前送风单元

13 被结合部 20 后扩展框体

21 后置空间 22 后导引模块

221 导出口 222 后送风单元

23 温度感测单元 3 机柜

30 机柜本体 301 容置空间

302 电子设备 303 电子设备(高速运行状态)

304 电子设备(待机、休眠状态) 31 前板

32 后板 33 锁接支架

331 锁固间隔 4 制冷机制

40 制冷装置 41 冷连通管路

42 热连通管路 50 电源分配装置

51 供电单元 52 结合部

60 布线管理装置 61 结合部

9 电子机房 90 机柜

91 制冷装置 92 冷通道

93 热通道 94 隔板

95 高架地板。

具体实施方式

请参见图3至图5，本发明实施例是利用扩展于机柜3前、后侧的空调导向膜组1构成封闭式的空调建置，让空调直接导入机柜3作热交换处理，节约了空调作用于机柜3外部空间所耗的效能，且大幅度降低已知电子机房空调规划须将机柜并排，并预留冷、热通道所需的宽度。

其中，空调导向模块1包括有形状分别匹配于机柜3前、后侧的一前扩展框体10及一后扩展框体20。前扩展框体10内部具有一前置空间11，其一侧用于结合至机柜本体30前侧，另一侧则供机柜3的前板31封闭；后扩展框体20内部具有一后置空间21，其一侧用于结合至机柜本体30的后侧，另一侧则供机柜3的后板32封闭；藉此，当前扩展框体10及后扩展框体20结合于机柜3后，前置空间11与后置空间21连通于机柜本体30内部的容置空间301，并形成了与外部隔离的独立空间。

前扩展框体10设有一前导引模块12，用以将外部冷空气向内导入，而后扩展框体20设有一后导引模块22，用以将内部生成的热空气向外导出，藉此让冷空气从前导引模块12导入后(如图4中的空白箭头所示)，直接供机柜本体30内部的电子设备302进行热交换，让其热交换后的热空气可顺势由后导引模块22导出(如图4中的实心箭头所示)，达成直接对机柜3作空调导向的目的。

于一可行的实施例中，前导引模块12包含有一导入口121及一前送风单元122，后导引模块22包含有一导出口221及一后送风单元222，导入口121及导出口221分别用以供空调系统的冷连通管路41及热连通管路42连接，而前送风单元122及后送风单元222则用以控制冷、热空气流动的方向。

再者，本发明实施例另于后扩展框体20内设有一温度感测单元23，该温度感测单元23位于靠近后导引模块22的位置，藉此可透过感测机柜3内部电子设备302热交换后升温的温度，有效地调节前导引模块12及后导引模块22引导空气的速度，达到优化空调控管及节能的功效。

如图5所示，为本发明一多数机柜应用例的外观示意图，其可适用于电子机房，是将数个结合有前述空调导向模块1的机柜3并列，并以一制冷机制4直接对各机柜3作直接导向的空调处理。制冷机制4包含有一冷连通管路41、一热连通管路42及一制冷装置40；制冷装置40用以接收热空气并生成冷空气；冷连通管路41设有多个连接端分别连接至各前导引模块12的导入口121及制冷装置40，用以将制冷装置40生成的冷空气供应至各前扩展框体10；热连通管路42设有多个连接端分别连接至各后导引模块22的导出口221及制冷装置40。用以将各后扩展框体20导出的热空气供应至制冷装置40。于此实施例中，冷连通管路41、各前导引模块12、热连通管路42及各后导引模块22均位于各空调导向模块1的上方，藉此让冷空气导入前置空间11后，可自然地往下流动，便于供机柜3中电子设备302进行热交换，而热交换后后置空间21中的热空气可自然地往上流动，让后导引模块22可从上方顺利地将热空气导出。

本发明机柜空调导向机制于实际应用时，无须将电子机房整体重新规划或建置，亦无须更换原有的机柜3，仅需将适宜的空调导向模块1结合于机柜3后，以制冷机制4的冷连通管路41与热连通管路42连接即可完成直接导向的空调导向系统。再者，依本发明机柜空调导向机制的架构，用户亦可依需求适当地配置制冷装置40对应机柜3的数量，以确保各机柜3在散热上的需求。

在一可行的实施例中，冷连通管路41及热连通管路42的管路，可依建置上的需求(机柜3数量)由数段管体串接而成，轻易地连接制冷装置40及各机柜3，完成空调系统冷/热通道的规划，而无须重新改建电子机房的架构，能大幅降低电子机房建置的成本。

此外，依据本发明机柜空调导向机制的架构，每一机柜3与空调导向模块1的组合，其内部均设有对应的温度感测单元23可妥善地控管空调的配速，藉此，当系统在运行时，可依据每一机柜3内部的需求(即每一机柜本体30中电子设备302产生的热能)，适度地将冷/热空气直接导入/导出其中，让制冷装置40生成的冷空气可确实地供应至需求的机柜3中，避免造成能源的浪费。

再请一并参见图6，在本发明另一应用例中，各空调导向模块1的各前扩展框体10可进一步于顶部及底部分别设有前导引模块12，并分别从上方及下方以二冷连通管路41连接至制冷装置40。下方的冷连通管路41，如图中所示，利用支脚将机柜本体30及前、后扩展框体10、20托起，使其下方保持一预定的空间来进行配置。当然，若原电子机房中配设有高架地板，亦可直接以高架地板出风的位置对应至前扩展框体10底部的前导引模块12，来作为本实施例下方冷连通管路41使用，藉以减少施工所耗费的成本。藉此，各前扩展框体10可从顶部及底部一并导入冷空气，让机柜3内的电子设备302无论高低位置，均能妥善地接触冷空气进行热交换。

再请一并参见图7，各后扩展框体20中可进一步配置有数个温度感测单元23，其可分别安装在不同的高度，本案中是以上、中、下三种高度为例，藉此，可透过不同高度的温度变化，进一步调节对应位置的前导引模块12引导空气的速度。如图中所示，若机柜本体30中电子设备302多位于偏上方位置，当其在运行时，则偏上方的温度感测单元23可测得温度的提升(如图中较宽的实心箭头所示，其所生成的热空气可经由相对位置的温度感测单元23感测)，此时，可调节前扩展框体10顶部的前导引模块12加速引导冷空气(如图中较宽的空白箭头所示)，适当地适应机柜本体30中电子设备302的散热需求，进行冷空气地供应，加速该些电子设备302热交换的效率，进一步达成内部空调导向的功效。同理，若当偏下方位置的温度感测单元23测得的温度偏高时，则可调节前扩展框体10底部的前导引模块12加速引导冷空气；而若每一温度感测单元23均测得温度提升时，则可调节前扩展框体10顶部及底部的前导引模块12一并加速引导冷空气。

如图8所示，为另一种可行的实施状态，此例中机柜本体30由上至下装载有设个电子设备303、304，然而，依电子设备被使用或运作的状态不同，可分为高速运行状态的电子设备303及待机、休眠状态的电子设备304。

众所周知的是，电子机柜中的每个电子设备都是一直处在高速运行或是待机、休眠状态，其具体的状态因使用上的需求而变化；且当电子设备303处于高速运行的状态时会产生较大量的热能，当电子设备304为待机、休眠状态时，则产生较微量的热能；因此，若持续以高速运行状态的需求对机柜整体进行空调控管，势必会于电子器材未在高度使用状态(待机或休眠)时，造成大量耗能。

因此，于图8的状态中，当机柜本体30偏上方的电子设备303为高速运行状态，其产生较大量的热能(如图中偏上方较宽的实心箭头所示)，而偏下方的电子设备304为待机、休眠状态，其保持产生较微量的热能(如图中偏下方较细的实心箭头所示)，此时，依其产生的热能不同，当偏上方的温度感测单元23感测到温度明显提升时，可驱使相对应位置(顶部)的前导引模块12加快引导冷空气的速度(如图中偏上方较宽的空白箭头所示)，直接对机柜3内升温的区域提高冷空气供应的效率，而于其他未升温的区域，则可保持原供应的速度(如图中偏下方较细的空白箭头所示)，达到内部直接空调导向及节能的功效。

当然，除前揭的实施状态外，本发明的机柜空调导引机制可感测各机柜3中不同高度的具体温度变化，藉以判断各机柜3的局部散热需求或整体散热需求，进而直接在各机柜3内部作局部的空调导引，或是由制冷装置40根据所有机柜3的总需求自动变频、调整输出的功率，以并避免过度的供应冷空气造成耗源，达到节能与空调合理控管的功效。于可行实施例中，制冷装置40与机柜3是以其最大功率做规划，例如制冷装置40能提供的空调最大功率为50k，而每一机柜3内部高运行状态可消耗10k的空调功率，故制冷装置40是对应于五个机柜3(如图5或图6所示)，能确实地应该些机柜3的散热需求。然而，每一机柜3内部的电子设备，并非一直是处于高速运行状态，故每一机柜3的散热需求可能是全待机休眠的2k以下、部分待机部分运行的2-8k、又或是全部运行的8k-10k，因此五个机柜3散热需求的加总，根据不同的时段，很可能是40k以下或30k以下，甚至于20k以下，若制冷装置40持续以最大功率50k作输出，将造成大幅度的浪费。依据本发明的机柜空调导引机制，制冷装置40内建的控制器能接收各机柜3(温度感测单元23)的散热需求，并根据所有机柜3的总需求控制制冷装置40自动变频，调整输出的功率，而达到最好的节能功效与机房中各机柜的空调控管。

此外，于本发明所揭示的架构中，可进一步利用前置空间11或后置空间21来安置机柜内容物所需求的相关组件，如图9所示，前扩展框体10的两侧分别设有数组被结合部13，用以于需要时供预定对象作结合，较多的状况是可用来安置电源分配装置50或布线管理装置60，而电源分配装置50与布线管理装置60的背侧可设有相对应的结合部52、61，使其能轻松地与被结合部13结合，以安装在前置空间11的旁侧。

再请一并参阅图10，一般的机柜30中均会有供电子设备锁固的锁接支架33，锁接支架33布设有数个锁固间隔331(根据电子工业协会所规范的EIA-310-D标准，每一锁固间隔331的高度为U，1U＝1.75英寸＝44.45毫米)，以供符合规范的电子设备安装，而电源分配装置50于一侧布设有数个供电单元51，让每一供电单元51能与每一锁固间隔331呈水平对应(即供电单元51的高度间隔能配合U的规范)，藉此让每一安装于机柜30中的电子设备都能有适用的供电单元51，而不会有配线长度不足或配线混乱的问题。

再请一并参阅图11及图12，藉由上述妥善利用前置空间11的方式，像是将电源分配装置50安装于前置空间11，来改善机柜30内空间有限、容易过于拥塞的问题，且利用符合U标准的电源分配装置50(per U design)，能让配线更优质的规划，或是，是将布线管理装置60安装于前置空间11，利用前置空间11来进行配线的管理，能让机柜30中空气的导通更为顺畅，强化机柜30内部的散热效能。

藉由本发明的空调导向机制，能改善以往电子机房的诸多缺点，如：(1)开放式的空调环境过于耗能的问题；(2)统一供应冷空气的模式难以改善机柜中局部位置过热的问题，若加强冷空气供应的效能，其他无需求的区域则形成能源的浪费；(3)机房及机柜的建置成本过高，环境空间要求过大等等。利用本发明，能达成针对各个机柜的散热需求作控管，以及针对各机柜内部的局部区域直接作空调导引，构成最佳的空调机制与节能管理。

综合以上所述，透过本发明所揭的空调导向系统、空调导向模块的应用，确可达成对有散热需求的机柜、机柜内部有散热需求的区域直接空调导向的功能，助于提升空调效能并节约耗能，亦改善了以往电子机房空调规划大空间的需求，减少建置的成本，实为一具新颖性及进步性的发明，依法提出申请发明专利。

以上所述仅为本发明的较佳实施例说明，举凡依本发明的技术手段与范畴所延伸的简单修饰、变化，或等效置换，亦皆应落入本发明的专利申请范围内。

Claims (4)

1.一种机柜空调导向机制，其包括至少一机柜，该机柜内具有供电子设备安置的容置空间；其特征在于，还包括：

至少一空调导向模块，其包含分别匹配结合至该机柜前、后侧的前扩展框体及后扩展框体，该前扩展框体内部具有前置空间，该后扩展框体内部具有后置空间，于该前扩展框体及该后扩展框体结合至该机柜时，该前置空间、后置空间及该机柜内的容置空间形成连通并对外封闭，又，该前扩展框体设有用以将外部冷空气向内导入的两个前导引模块，该两个前导引模块分别位于该前扩展框体的顶部与底部，该后扩展框体设有用以将内部生成的热空气向外导出的后导引模块，形成直接作用于该机柜内部的单向气流机制；及

制冷机制，其包含两个冷连通管路、热连通管路及制冷装置，该制冷装置用以接收热空气并生成冷空气，该两个冷连通管路分别由管体构成，分别用以从该前扩展框体的上方及下方连接该两个前导引模块至该制冷装置，以将该制冷装置生成的冷空气供应至该前扩展框体，该热连通管路由管体构成，用以连接该后导引模块至该制冷装置，以将该后扩展框体导出的热空气供应至该制冷装置；

其中，所述前导引模块各包含导入口及前送风单元，该后导引模块则包含导出口及后送风单元；

其中，所述后扩展框体内设有分别位于不同高度位置的数个温度感测单元，以感测后扩展框体内部对应位置的温度；

其中，两个该前送风单元及该后送风单元能根据该数个温度感测单元所感测的温度来调节导入冷空气及导出热空气的速度，且两个该前送风单元还能根据不同高度位置的散热需求调节对应位置的前导引模块引导空气的速度；而该制冷装置内建有控制器，用以接收所有温度感测单元感测的信息，统计各机柜的总散热需求并调整输出功率，进而供应出适量的冷空气，达到节能功效。

2.如权利要求1所述的机柜空调导向机制，其特征在于，所述机柜及空调导向模块为数量相对应的数个，且该冷连通管路设有数个连接端，分别连接该各前扩展框体的前导引模块及该制冷装置，该热连通管路设有数个连接端，分别连接该各后扩展框体的后导引模块及该制冷装置。

3.如权利要求1所述的机柜空调导向机制，其特征在于，所述前扩展框体进一步利用该前置空间容置有至少一电源分配装置或至少一布线管理装置。

4.如权利要求1所述的机柜空调导向机制，其特征在于，所述前扩展框体于该前置空间中安装有电源分配装置，且该电源分配装置于一侧设有数个间隔排列的与机柜内电子设备对应的供电单元。

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