CN107407949A - 服务器机架和服务器冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种服务器机架和服务器冷却装置。服务器机架以简单集中的结构，对服务器高效提供冷却的同时，因使用液体冷媒而避免服务器因事故造成损失。所述服务器机架由搭载服务器的板材，直接或间接支撑板材的复数个支柱，在此支柱铺设方向上间隔配置有复数个为了在板材间沿着板材方向吹出气流的气流发生风机，设置在气流发生风机上游侧的与服务器机架一体设置的利用冷媒冷却空气的空气冷却器组成。空气冷却器配有流通冷媒的冷媒回路，液化冷媒从冷媒回路的一端冷媒入口流入，边蒸发边被送到冷媒回路的另一端冷媒出口排出服务器机架。

Description

服务器机架和服务器冷却装置

技术领域

本发明是属于服务器冷却技术领域，具体涉及一种服务器机架和服务器冷却装置，适用于像数据中心这样，拥有很多大发热量的服务器，需要维持一定的合适室温的服务器室，为服务器提供安放的机架的同时，提供制冷。

背景技术

之前本申请人曾申请服务器机架的专利（专利文献1），特开2014-89695号公报（特别是附图5），上述已申请的服务器机架专利，并非由服务器机架本身对服务器进行冷却，而是回收经由服务器机架排出的热空气，冷却后提供给服务器，需要提供大量循环空气，因此需要大型风机，风管等大型设备，且在服务器机架区域容易产生温度不平均。

为使设备更加简单小巧，使服务器机架内温度分布更加平均，曾有在服务器机架内通冷却水的配管结构存在（专利文献2），特开2012-99637号公报（特别是附图1）。

然而上述的结构需要大量用作冷却水循环的水管存在，只要有一丁点泄露事故，可能就会对服务器造成致命损伤，而水管间无数的连接接头也是这种事故的可能性大大增加。

本发明即为有效解决如上问题而生。本发明的目的是提供一种以简单集中的结构，对服务器高效提供冷却的同时，因液体冷媒而完全避免服务器因事故造成液体泄露进而造成损失的服务器机架。

发明内容

为了克服上述问题，本发明设计了一种服务器机架，包括搭载服务器的板材；直接或间接支撑所述板材的复数个支柱；在所述支柱铺设方向上，间隔配置有复数个为了在所述板材间沿着所述板材方向吹出气流的气流发生风机；设置在所述气流的气流上游侧的，与所述服务器机架架体一体设置的，利用冷媒冷却空气的空气冷却器；所述的空气冷却器配有流通所述冷媒的冷媒回路，作为所述冷媒的液化冷媒，从设置在所述冷媒回路的冷媒入口流入，在所述冷媒回路内边蒸发边被输送，从设置在所述冷媒回路的另一端的冷媒出口流出。

进一步的，所述的冷媒为液体二氧化碳。

进一步的，还包括设置在所述板材下方的板材冷却百叶，所述板材冷却百叶与所述板材成一体化，同时沿气流方向设置。

进一步的，所述空气冷却器中，所述冷媒回路与所述板材冷却百叶相接触。

进一步的，所述的冷媒回路至少沿所述支柱的铺设方向上铺设，所述冷媒出口的位置比所述冷媒入口的位置设置的高。

进一步的，所述服务器机架架体中的所述板材的材料为铝，所述板材为冷挤压加工制成。

本发明还设计了一种服务器冷却装置，包括压缩气体冷媒的压缩机；

使所述压缩机压缩的所述气体冷媒放热，并使所述气体冷媒液化的冷凝器；使所述冷凝器中液化的液体冷媒减压的同时控制流量的膨胀阀；使所述在膨胀阀中减压，控制流量的所述液体冷媒吸收热量，并使所述液体冷媒气化的蒸发器；所述蒸发器可以为前述各方案中的任一一种服务器机架。

本发明还设计了一种服务器冷却装置，包括使气体冷媒冷却、液化的串级冷凝器；存储所述串级冷凝器中液化的液体冷媒的储液器；输送出所述储液器的所述液体冷媒的液泵；使从所述液泵输送出的所述液体冷媒气化的蒸发器；所述蒸发器可以为前述各方案中的任一一种服务器机架。

本发明还设计了一种服务器冷却装置，包括使气体冷媒冷却、液化的蒸发式冷凝器；储存所述蒸发式冷凝器中液化的液体冷媒的储液器；输送出所述储液器中储存的所述液体冷媒的液泵；使从所述液泵输送出的所述液体冷媒气化的蒸发器；所述蒸发器可以为前述各方案中的任一一种服务器机架。

有益效果：

1.本发明的服务器机架，搭载服务器的板材，直接或间接支撑板材的复数个支柱，在此支柱铺设方向上间隔配置的为了在板材间吹出气流的气流发生风机，设置在气流发生风机上游侧的与服务器机架一体设置的利用冷媒冷却空气的空气冷却器组成，使用冷却空气对服务器进行制冷，不仅如此还有以下效果：空气冷却器拥有流通冷媒的冷媒回路，液体冷媒通过冷媒回路一端的入口流入冷媒回路，边蒸发边由冷媒回路另一端的出口排出，万一冷媒泄露，在大气压下冷媒会立刻由液体相变为气体，简单的结构既能有效冷却服务器，又能避免万一泄露时由液体冷媒造成的服务器损失。进一步说，液体冷媒至少有一部分气化后朝冷媒行进方向的下游流动，体积变大流速变快，避免冷媒的停滞和发生停滞聚集，实现高效制冷。

2.冷媒为二氧化碳，万一泄露在大气压下一部分液体立刻气化同时，一部分液体进一步被冷却变成固体干冰，再很快变成气体，可以明确的避免因液体泄露对服务器造成损失。进一步说，作为冷媒的二氧化碳比氟利昂，氨等安全，廉价，同时能够实现不破坏臭氧层，对地球温暖化影响小的优良环境效应并降低成本。

3.因板材下面设置的冷却百叶与板材成一体化，沿着气流方向设置，板材和空气接触面积增大，能够有效冷却板材并通过热传导直接冷却服务器。进一步说，因冷却百叶使板材整体的刚性提升，可以进一步使板材轻量化。

4.因空气冷却器拥有与冷媒回路直接接触的空气冷却百叶，空气冷却器和空气的接触面积增大，可以更有效冷却空气。

5.冷媒回路的方向为支柱的顺延方向上，并且冷媒出口位置高于冷媒入口位置，气化冷媒比液体冷媒单位体积重量轻，会比液体冷媒向上方移动，有利于气体冷媒由出口排出。

6.板材为铝制，由冷挤压加工制成，铝的导热性好，有利于冷却板材，而冷却百叶是沿着冷挤压加工方向设置，可以简单设置复数个百叶。

7.本发明所设计的一种服务器冷却装置，由压缩气体冷媒的压缩机，使该压缩机所压缩的气体冷媒放热液化的冷凝器，使该冷凝器液化的液体冷媒减压的同时进行流量控制的膨胀阀，使该膨胀阀减压并控制流量的液体冷媒吸热气化的蒸发器组成，因蒸发器为前述1至6中的任一一种服务器机架，该服务器冷却装置即可具备有益效果1至6中相对应的任一一项同等的效果。

8.本发明所设计的一种服务器冷却装置，由冷却气体冷媒的串级（cascade）冷凝器，储蓄该串级冷凝器液液化的液体冷媒的储液器，输送该储液器中液体冷媒的液泵，气化该泵输送出的液体冷媒的蒸发器组成，因蒸发器为前述1至6中的任一一种服务器机架，该服务器冷却装置即可具备有益效果1至6中相对应的任一一项同等的效果。

9.本发明所设计的一种服务器冷却装置，由使气体冷媒液化的蒸发式冷凝器，储存该蒸发式冷凝器液化的液化冷媒的储液器，将该储液器中的液体冷媒输送出来的液泵，气化经该液泵输送出来的液体冷媒的蒸发器组成，因蒸发器为前述1至6中的任一一种服务器机架，该服务器冷却装置即可具备有益效果1至6中相对应的任一一项同等的效果。

附图说明

图1 展示作为本发明第一实施例的服务器机架的概要的侧面图。

图2 从图1中符号2观察的展示服务器机架的空气冷却器概要的正面图。

图3 板材和梁的分解侧面图。

图4 从图1中符号4观察的服务器机架的概略侧面图。

图5 展示侧面板安装位置的侧面图。

图6 展示服务器冷却装置全貌的概念图。

图7 展示二氧化碳温度压力特性的相图。

图8 在服务器室内的服务器机架平面配置图。

图9 传统服务器室内的服务器机架平面配置图。

图10 展示作为本发明第二实施例的服务器机架的空气冷却器概要的概念图。

图11 展示作为本发明第三实施例的服务器制冷装置全体的概念图。

图12 展示作为本发明第四实施例的服务器制冷装置全体的概念图。

附图标记

100、200： 服务器机架（蒸发器）；

110： 板材；

110A： 下侧板材；

110B： 上侧板材；

111： 板材端部；

112： 板材冷却百叶；

120： 支柱；

130： 梁；

130A： 上侧板材接合梁；

140、240： 空气冷却器；

141、241： 冷媒回路；

142、242： 冷媒入口；

143、243： 冷媒出口；

144、244： 空气冷却百叶；

150： 气流发生风机；

160： 侧面板；

CA： 冷却空气；

CD： 冷凝器；

CP： 压缩机；

EV： 蒸发器；

EX： 膨胀阀；

RF： 液体二氧化碳、气体二氧化碳（冷媒）：

SC： 服务器冷却装置；

SV： 服务器；

CC： 串级冷凝器；

GLR： 二氧化碳储液器；

LLR： 低压储液器；

EC： 蒸发式冷凝器；

HLR： 高压储液器；

PP： 液泵。

具体实施方式

本发明的服务器机架，空气冷却器配有流通冷媒的冷媒回路，液化冷媒从冷媒回路的一端冷媒入口流入，边蒸发边被送到冷媒回路的另一端冷媒出口排出服务器机架，结构简单集中，对服务器高效提供冷却的同时，因液体冷媒而完全避免服务器因事故造成液体泄露进而造成损失。能达到以上目的，具体实施形态并不做限制。

比如，液体冷媒在空气冷却器的冷媒回路内边蒸发边输送，冷却空气，并利用冷却空气吸收服务器的热，只要满足上述条件，服务器机架的材质并不做限制。

进一步说，空气冷却器与服务器机架架体只要是一体化构成，板材也可以是可拆卸结构。

另外，服务器机架的支柱既可以直接支撑板材，也可以通过梁间接支撑板材。

液化冷媒只要是通过服务器机架的空气冷却器冷媒回路内边蒸发边输送，具体液体冷媒是二氧化碳还是氟利昂都可以。

进一步说，发生气流的风机只要是在板材间使气流从空气冷却器的设置端流向其他端，安装位置在空气冷却器侧和反对侧都可以。

实施例1：

以下作为本发明的第一实施例服务器机架100以及服务器冷却装置SC，用图1~9进行说明。

图1是展示作为本发明第一实施例的服务器机架100的概要的侧面图。

图2是从图1中符号2观察的展示服务器机架100的空气冷却器140概要的正面图。

图3是板材110和梁130的分解侧面图。

图4是从图1中符号4观察的服务器机架100的概略侧面图。

图5是展示侧面板160安装位置的侧面图。

图6是展示服务器冷却装置SC全貌的概念图。

图7是展示二氧化碳RF温度压力特性的相图。

图8是在服务器室内的服务器机架100平面配置图。

图9是传统服务器室内的服务器机架500平面配置图。

作为本发明的第一实施例服务器机架100由图1~5中所示板材110，复数个支柱120，梁130，空气冷却器140，气流发生风机150组成。其中板材110上搭载服务器SV。支柱120间接支撑板材110。

进一步说，梁130与支柱120间架设的板材端部111接合。

举一例，服务器机架100是由6枚板材110，4根支柱120，12根梁130所组成。

空气冷却器140设置在板材长边一端，用于利用冷媒冷却空气冷却器140近旁的空气。

具体来说举一例，空气冷却器140拥有在梁130的安装方向与支柱的安装方向上，弯曲铺设的一根金属制冷媒回路141。

空气冷却器140为众所周知的百叶盘管亦可。

本发明中作为冷媒的冷媒液体的一个例子，应用了二氧化碳液体RF。二氧化碳液体RF由冷媒回路141的一端设置的冷媒入口142流入，在冷媒回路内边蒸发边输送，由冷媒回路141的另一端设置的冷媒出口143排出。

冷媒入口142设置于冷媒回路141的最下端。另外如详细后续所述，冷媒入口142由压缩机CP（液泵）送入液体二氧化碳RF。（参考图6）

板材的长边方向即为服务器SV的出入方向。

冷媒出口143设置于冷媒回路141的最上端。另外如详细后续所述，由冷媒出口143排出的气体二氧化碳RF由冷凝器CD再次液化成液体二氧化碳RF。（参考图6）

气流发生风机150设置于服务器机架100的空气冷却器设置侧的反对侧，由下侧板材110A和上侧板材110B组成的板材间的与上侧板材110B接合的上侧板材接合梁130A的下方。（参考图4）气流发生风机150牵引板材间的冷却空气CA朝服务器机架100外侧排放。

因此，以空气冷却器140为基准，气流发生风机设置侧和反对侧的空气从空气冷却器140侧吸入，在下侧板材110A上放置的服务器SV和上侧板材110B之间形成气流，即冷却空气CA，冷空气CA将服务器SV冷却。

气流发生风机150在服务器机架100中安装在空气冷却器的反对侧，板材间冷却空气CA会被均匀的牵引，比设置在空气冷却器侧冷却效率要高。

从技术上考虑，气流发生风机150在服务器机架100中安装在空气冷却器侧，向服务器SV送风同样可行。

气流发生风机150亦可安装于板材间上侧板材110B的下面，板材长边方向的板材端部111。

气流发生风机150可以通过比如交流电、直流电、交流电变频或变电压，即是利用变频器控制气流发生风机150的转数，来正确管理服务器室内温度。

比如，讲服务器室内温度保持在摄氏27°以下。

另外，如图5所示，与板材长边方向相对的短边方向两侧安装侧面板160，使冷却空气CA的气流更加均匀，提高制冷效率。

如上述液体二氧化碳RF从冷媒入口142流入，边蒸发边由冷媒出口143排出，万一冷媒液体二氧化碳RF泄露，大气压下一部分液体立刻气化（参考图7）同时，一部分液体进一步被冷却变成固体干冰，再很快变成气体，可以避免因液体泄露对服务器造成损失。

进一步说，液体冷媒至少有一部分气化后朝冷媒行进方向的下游流动，体积变大流速变快，避免冷媒的停滞和发生停滞聚集。

另外，作为冷媒的二氧化碳比氟利昂，氨等安全，廉价。

本实施例中，板材冷却百叶112安装于板材110的下面，与板材110形成一体，共同安装于板材长边方向。这样板材110与冷却空气CA的接触面积变大，由空气冷却器140冷却的空气CA将板材110更高效的制冷。

板材110因板材冷却百叶112的存在刚性得到了提升。

板材110上面平坦，与放置在上面的服务器SV箱体面无缝接触。可以提高换热效率。另外为使同服务器SV间的缝隙消除，可以再板材110上面铺设薄橡胶垫。

另外，本实施例中，空气冷却器140装有与冷媒回路141相接触的铝制空气冷却百叶144。因此空气冷却器140和空气的接触面积增加，制冷效率提高。空气冷却百叶144为了让发明的意图更容易被理解描画的较突出，但实际上较薄，数目较多。

本实施例中，冷媒出口143位置比冷媒入口142位置要高。气化冷媒比液体冷媒单位体积重量轻，会比液体冷媒向上方移动，因此气体冷媒必由冷媒出口143排出。

本实施例中，板材110材质为铝制。铝制板材110由冷挤压加工制造。铝的导热性能好，所以板材的冷却效率高。另外板材冷却百叶112沿着冷挤压加工方向安装，方便安装多个板材冷却百叶112。

图6所示，服务器冷却装置SC是由压缩机CP，冷凝器CD，膨胀阀EX，蒸发器EV组成。

图7所示利用二氧化碳冷媒冷却服务器SV。

压缩机CP用于压缩气体二氧化碳冷媒。膨胀阀EX用于给经冷凝器CD液化的液体二氧化碳冷媒RF减压同时控制流量。

蒸发器EV用于使经膨胀阀EX减压并控制流量的液体二氧化碳冷媒RF吸热气化。该蒸发器EV即是上述服务器机架100。

另外，上述服务器机架100及服务器冷却装置SC，除给服务器SV制冷为目的外，还可作为给鲜鱼等制冷、冷冻的生鲜冷冻架，作为鲜鱼冷冻装置使用。

本实施例中的服务器机架100可以给各个服务器SV均匀制冷，如图8所示，服务器室RM中可自由配置服务器机架100。比起图9中设置的传统服务器机架500中相连接的紧密配置，图8中的服务器机架100配置可以有间隔，空间利用更加自由效率更高。

另外可以摆脱图9传统配置图中所示的热岛HI，冷岛CI的概念。热岛HI是指服务器机架500的列和壁板501所分割出来的服务器室内空间中，收集服务器SV排热的空间。而冷岛CI是指空调及送出而被服务器SV吸引的聚集冷空气的空间。

实施例2：

本发明的第二实施例2，服务器机架200由图10展示。

图10为服务器机架200的展示空气冷却器240概要的正面图。

服务器机架200将第一实施例中服务器机架100的空气冷却器140，冷媒回路141的径路以及空气冷却百叶144的方向进行改变，很多要素都与第一实施例的服务器机架100共通，故省略共通事项，数字200后的后两位数字即为共通符号。

图10所示，服务器机架200的空气冷却器240的冷媒回路241为从冷媒入口242到出口243之间分歧路朝支柱安装方向（上方）延伸并合流。

空气冷却百叶244沿水平方向配置。

服务器室中的空气湿度不高，无需考虑空气冷却百叶244上凝结水滴，故空气冷却百叶244的安装自由度增加。

实施例3：

本发明的第三实施例服务器冷却装置全体SC由图11展示。

图11是服务器冷却装置SC的全体概念图。

第三实施例的服务器冷却装置SC，将第一实施例中的服务器冷却装置SC的热交换器更改，许多要素与第一实施例共通，故共通事项的说明省略。

图11所示，服务器冷却装置SC，由串级冷凝器CC，低压储液器LLR，压缩机CP，蒸发式冷凝器EC，高压储液器HLR，膨胀阀EX，液泵PP1，液泵PP2，二氧化碳储液器GLR，蒸发器EV组成。

串级冷凝器CC使气体冷媒冷却液化。

液泵PP1将液体冷媒从低压储液器LLR输送到串级冷凝器CC。

液泵PP2将液体冷媒从二氧化碳储液器GLR输送到蒸发器EV。

蒸发器EV，即是上述的服务器机架100。

本发明的第三实施例中的服务器冷却装置SC，由冷却气体二氧化碳冷媒的串级冷凝器CC，储存由串级冷凝器CC冷却的液体冷媒的二氧化碳储液器GLR，输送二氧化碳储液器GLR中储存的液体冷媒的液泵PP2，蒸发气化液泵PP2输送出的液体冷媒的蒸发器EV组成。蒸发器EV，即是上述的服务器机架100。万一液体二氧化碳冷媒RF泄露，也能避免服务器遭受损失。

实施例4：

本发明的第四实施例服务器冷却装置全体SC由图12展示。

图12是服务器冷却装置SC的全体概念图。

第四实施例的服务器冷却装置SC，将第一实施例中的服务器冷却装置SC的热交换器更改，许多要素与第一实施例共通，故共通事项的说明省略。

图12所示，服务器冷却装置SC，由蒸发式冷凝器EC，液泵PP，二氧化碳储液器GLR，蒸发器EV组成。

蒸发器EV使气体冷媒冷却液化。

液泵PP将液体冷媒从二氧化碳储液器GLR输送到蒸发器EV。

蒸发器EV，即是上述的服务器机架100。

本发明的第四实施例中的服务器冷却装置SC，由冷却气体二氧化碳冷媒的蒸发式冷凝器EC，储存由蒸发式冷凝器EC冷却的液体冷媒的二氧化碳储液器GLR，输送二氧化碳储液器GLR中储存的液体冷媒的液泵PP，蒸发气化液泵PP输送出的液体冷媒的蒸发器EV组成。蒸发器EV，即是上述的服务器机架100。万一液体二氧化碳冷媒RF泄露，也能避免服务器遭受损失。

Claims (9)

1.一种服务器机架，其特征在于：包括搭载服务器的板材；

直接或间接支撑所述板材的复数个支柱；

在所述支柱铺设方向上，间隔配置有复数个为了在所述板材间沿着所述板材方向吹出气流的气流发生风机；

设置在所述气流的气流上游侧的，与所述服务器机架的服务器机架架体一体设置的，利用冷媒冷却空气的空气冷却器；

所述的空气冷却器配有流通所述冷媒的冷媒回路，作为所述冷媒的液化冷媒，从设置在所述冷媒回路的冷媒入口流入，在所述冷媒回路内边蒸发边被输送，从设置在所述冷媒回路的另一端的冷媒出口流出。

2.如权利要求1所述的服务器机架，其特征在于：所述的冷媒为液体二氧化碳。

3.如权利要求1或者权利要求2所述服务器机架，其特征在于：还包括设置在所述板材下方的板材冷却百叶，所述板材冷却百叶与所述板材成一体化，同时沿气流方向设置。

4.如权利要求1到权利要求3任一个所述的服务器机架，其特征在于：所述空气冷却器中，所述冷媒回路与所述板材冷却百叶相接触。

5.如权利要求1到权利要求4任一个所述的服务器机架，其特征在于：所述的冷媒回路至少沿所述支柱的铺设方向上铺设，所述冷媒出口的位置比所述冷媒入口的位置设置的高。

6.如权利要求1到权利要求5任一个所述的服务器机架，其特征在于：所述服务器机架架体中的所述板材的材料为铝，所述板材为冷挤压加工制成。

7.一种服务器冷却装置，包括压缩气体冷媒的压缩机；

使所述压缩机压缩的所述气体冷媒放热，并使所述气体冷媒液化的冷凝器；

使所述冷凝器中液化的液体冷媒减压的同时控制流量的膨胀阀；

使所述在膨胀阀中减压，控制流量的所述液体冷媒吸收热量，并使所述液体冷媒气化的蒸发器；

所述蒸发器为权利要求1到权利要求6的任一个所述的服务器机架。

8.一种服务器冷却装置，包括使气体冷媒冷却、液化的串级冷凝器；

存储所述串级冷凝器中液化的液体冷媒的储液器；

输送出所述储液器的所述液体冷媒的液泵；

使从所述液泵输送出的所述液体冷媒气化的蒸发器；

所述蒸发器为权利要求1到权利要求6的任一个所述的服务器机架。

9.一种服务器冷却装置，包括使气体冷媒冷却、液化的蒸发式冷凝器；

储存所述蒸发式冷凝器中液化的液体冷媒的储液器；

输送出所述储液器中储存的所述液体冷媒的液泵；

使从所述液泵输送出的所述液体冷媒气化的蒸发器；

所述蒸发器为权利要求1到权利要求6的任一个所述的服务器机架。