CN108738282B - 服务器机柜 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了服务器机柜。该服务器机柜的一具体实施方式包括：柜体和制冷系统；柜体形成有主区域和辅助区域，主区域内设置有用于放置服务器的支撑部件，辅助区域包括压缩机仓；第一蒸发器设置于相邻服务器之间，入口端与冷凝器连接，出口端与压缩机连接，第一蒸发器与服务器进行热交换，并将吸热后的制冷剂输送至压缩机；压缩机放置于压缩机仓中，入口端与第一蒸发器连接，出口端与冷凝器连接，以将压缩后的制冷剂输送至冷凝器；冷凝器布置于柜体的柜壁，以将冷凝后的制冷剂输送至第一蒸发器。这种结构的服务器机柜可以简化数据中心的架构，减少设备数量，从而可以缩短建设周期，有助于降低运营成本。

Description

服务器机柜

技术领域

本申请实施例涉及数据中心技术领域，具体涉及服务器机柜。

背景技术

随着信息化社会的快速推进，人工智能、云计算和物联网等产业的崛起，国内大型数据中心的建设呈现快速增长的趋势。金融、通信、石化、电力等大型国企、政府机构纷纷建设自己的数据中心。数据洪流带来了网络的快速发展，因此需要越来越多的服务器来处理数据和存储数据。这也使得数据中心的建设需求大量增加。

目前，大多数数据中心采用冷水机组与末端空调或直膨式风冷空调的组合方式，或者也有采用风冷空调的方式，来为机房设备散热。而供电系统，一般是从就近变电站引入两路高压市电，并配备柴油发电机组作为后备电源。通过变压器将高压电降低为低压电，并采用相同容量的UPS(Uninterruptible Power System，不间断电源)保障供电可靠性。最后通过列头柜将电能分配到每个服务器机柜。

发明内容

本申请实施例提出了服务器机柜。

本申请实施例提出了一种服务器机柜，包括柜体和制冷系统，其中，制冷系统包括第一蒸发器、压缩机和冷凝器；柜体形成有主区域和辅助区域，主区域内设置有用于放置服务器的支撑部件，辅助区域包括压缩机仓；第一蒸发器设置于相邻服务器之间，入口端与冷凝器连接，出口端与压缩机连接，第一蒸发器与服务器进行热交换，并将吸热后的制冷剂输送至压缩机；压缩机放置于压缩机仓中，入口端与第一蒸发器连接，出口端与冷凝器连接，以将压缩后的制冷剂输送至冷凝器；冷凝器布置于柜体的柜壁，以将冷凝后的制冷剂输送至第一蒸发器。

在一些实施例中，冷凝器沿主区域的柜壁布置，且冷凝器与服务器之间设置有隔热板。

在一些实施例中，辅助区域还包括制冰室，制冰室与主区域之间设置有活动盖板；以及制冷系统还包括第二蒸发器和风扇；第二蒸发器设置于制冰室中，入口端与冷凝器连接，出口端与压缩机连接；风扇安装在制冰室中，且风扇的工作面朝向主区域。

在一些实施例中，制冷系统设置有检测设备，检测设备包括以下至少一种：温度传感器、压力传感器、制冷剂泄露检测设备；当制冷系统出现异常时，活动盖板打开，且风扇启动，以驱动主区域内的空气循环流动。

在一些实施例中，第二蒸发器的入口端与冷凝器之间设置有膨胀阀，且制冰室中安装有温度传感器；当温度传感器采集的温度低于预设下限温度时，膨胀阀关闭；当温度传感器采集的温度高于预设上限温度时，膨胀阀打开。

在一些实施例中，第一蒸发器的蒸发温度与第二蒸发器的蒸发温度不同，其中，第二蒸发器的蒸发温度在零度以下。

在一些实施例中，服务器机柜还包括供电系统，供电系统至少包括第一供电线路和第二供电线路；第一供电线路包括第一电源分配单元，第二供电线路包括不间断电源和第二电源分配单元，第一电源分配单元和第二电源分配单元均设置于主区域内，与服务器电连接，不间断电源设置于辅助区域。

在一些实施例中，第一电源分配单元通过第一开关与第一电源电连接；第二电源分配单元通过第二开关与第二电源电连接，不间断电源的一端通过第三开关与第二开关电连接，不间断电源的另一端通过第四开关与第二电源分配单元电连接；其中，第一电源与第二电源来自不同的电站，或来自相同的电站。

在一些实施例中，当第一电源与第二电源来自不同的电站时，第一开关通过第五开关与第三开关电连接。

在一些实施例中，辅助区域位于柜体的底端，且开设有检修门；压缩机仓的柜壁开设有散热孔；柜体开设有进线孔，进线孔处设置有防尘部件；柜体在主区域的前端安装有透明材料制成的柜门。

在一些实施例中，柜门上安装有控制设备，与服务器机柜中的设备通信连接。

本申请实施例提出的服务器机柜，可以包括柜体和制冷系统。其中，柜体形成有主区域和辅助区域，主区域内设置有用于放置服务器的层板，辅助区域包括压缩机仓。而制冷系统可以包括第一蒸发器、压缩机和冷凝器。第一蒸发器的入口端与冷凝器的出口端连接，第一蒸发器的出口端与压缩机的入口端连接，且压缩机的出口端与冷凝器的入口端连接，从而形成循环制冷。这里的第一蒸发器设置于层板处，可以与服务器进行热交换。压缩机放置于压缩机仓中，可以压缩制冷剂，以提供循环动力。冷凝器布置于柜体的柜壁，可以对制冷剂散热。这种结构的服务器机柜集成了制冷系统，可以简化数据中心的架构，减少设备数量，从而可以缩短建设周期，有助于降低运营成本。

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1是根据本申请的服务器机柜的一个实施例的结构示意图；

图2是根据本申请的服务器机柜中的制冷系统的一个实施例的结构示意图；

图3是根据本申请的服务器机柜中的供电系统的一个实施例的结构示意图；

图4是根据本申请的服务器机柜中的供电系统的又一个实施例的结构示意图；

图5是根据本申请的服务器机柜中的供电系统的再一个实施例的结构示意图。

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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

请参见图1，其示出了本申请提供的服务器机柜的一个实施例的结构示意图。如图1所示，本实施例的服务器机柜可以包括柜体和制冷系统。其中，制冷系统可以包括第一蒸发器21、压缩机22和冷凝器23。

在本实施例中，服务器机柜的柜体可以形成有主区域和辅助区域。如图1所示，主区域11内可以设置有用于放置服务器的支撑部件(图1中未示出)。辅助区域可以包括压缩机仓12。在这里，支撑部件的结构、布置方式和数量并不限制，可以根据服务器的形状和数量来设计。例如可以在主区域内沿竖直方向(即垂直于地面方向)排列设置多个层板。再例如可以在主区域内的两侧柜壁上对称安装导轨。这样能够使服务器有一定的散热空间。

在本实施例中，制冷系统中的第一蒸发器21可以设置于相邻服务器之间。同时，第一蒸发器21的入口端可以与冷凝器23连接，且出口端可以与压缩机22连接。此时，第一蒸发器21可以与服务器进行热交换，并能将吸热后的制冷剂输送至压缩机22。

在这里，若上述支撑部件为层板，则第一蒸发器21可以设置在层板的上表面。此时，可以将服务器放置在第一蒸发器21上。即第一蒸发器21位于服务器与层板之间。这样使得第一蒸发器与服务器直接接触，可以提高服务器的散热效果。作为示例，第一蒸发器21也可以设置在层板的下表面。即层板位于服务器与第一蒸发器21之间。也就是说，第一蒸发器通过层板与服务器间接进行热交换。此时，为了提高服务器的散热效果，在满足强度要求的情况下，层板可以采用导热性能较好的材料制成。或者在层板与服务器之间、层板与第一蒸发器之间可以设置导热材料，如导热胶带、导热硅脂等。若上述支撑部件为导轨，则第一蒸发器21可以直接放置在相邻两个服务器之间。这样可以同时与两个服务器进行热交换，提高设备利用率，减少设备数量，降低生产成本。

在本实施例中，压缩机22可以放置于压缩机仓12中。压缩机22的入口端可以与第一蒸发器21连接，且出口端可以与冷凝器23连接。这样，压缩机22可以对第一蒸发器21输送的制冷剂进行压缩，从而产生高温高压制冷剂。并可以将压缩后的制冷剂输送至冷凝器23。而冷凝器23可以对压缩机22输送的制冷剂进行散热。并可以将冷凝后的制冷剂输送至第一蒸发器21。也就是说，第一蒸发器21、压缩机22和冷凝器23依次连接(如图2所示)，形成制冷回路。即第一蒸发器21的出口端与压缩机22的入口端连接；压缩机22的出口端与冷凝器23的入口端连接；冷凝器23的出口端则与第一蒸发器21的入口端连接。并且在压缩机的作用下，使得制冷剂循环流动。其中，图1中的实线表示供液管路，虚线表示回液管路。

在这里，冷凝器23可以布置于柜体的柜壁上。这样有利于增大冷凝器的散热面积，从而提升散热效果，降低能源消耗。由于第一蒸发器没有设置在服务器的内部，所以不会产生制冷剂泄露导致服务器进水损坏的风险。而且这种结构的制冷系统不会受外界环境、空气质量的影响。

可以理解的是，柜体的主区域通常为用于放置服务器的空间区域。而柜体的辅助区域一般为用于放置其他设备或部件的空间区域。这些设备或部件可以辅助保证服务器的正常运行。主区域与辅助区域之间的相对位置关系在本申请中并不限制。可以根据实际的空间环境来设计柜体的形状机构。此外，上述制冷系统中的制冷剂可以采用新型环保制冷剂，包括(但不限于)R600a(异丁烷)、R134a(四氟乙烷)、R410a(一种混合制冷剂)。

本实施例的服务器机柜，可以包括柜体和制冷系统，即服务器机柜中集成了制冷系统。这样可以简化现有数据中心的架构，减少设备数量，从而可以缩短数据中心的建设周期，减少投资成本。并且可以提高数据中心部署的灵活性。这种结构的服务器机柜可以满足更多用户的需求，尤其适合于业务需求紧急的企业或数据存储处理需求相对较小的中小企业，有助于降低企业的运营成本。

在本实施例的一些可选地实现方式中，为了避免上述制冷系统故障而对服务器的正常运行产生影响，服务器机柜中还可以设置有备用冷源。如图1所示，辅助区域还可以包括制冰室13。并且制冰室13与主区域11之间可以设置有活动盖板4。以及制冷系统中还可以包括第二蒸发器24和风扇25。

其中，第二蒸发器24可以设置于制冰室13中。并且第二蒸发器24的入口端可以与冷凝器23连接，出口端可以与压缩机22连接。这样第二蒸发器24可以与制冰室13中的液体(如水)进行热交换，以将液体冷凝为固体。同时，风扇25也可以安装在制冰室13中。且风扇25的工作面朝向主区域11。在这里，对于制冰室13与主区域11之间的重叠位置，可以将该重叠位置全部设置为活动盖板4，也可以将该重叠位置的部分设置为活动盖板4。且在通常情况下，活动盖板4处于关闭状态。

而当制冷系统出现故障时，如压缩机或冷凝器故障、制冷剂泄漏等，活动盖板4可以打开。此时风扇25启动，可以将制冰室13中的冷空气输送到主区域11，并可以驱动主区域11内的空气循环流动。这样一来，通过制冰室13也能在一段时间内实现服务器的散热，保证服务器的正常运行。同时，也能够为制冷系统的维护维修预留一定的时间。

需要说明的是，制冷系统中通常需要设置有检测设备。这里的检测设备可以包括以下至少一种：温度传感器、压力传感器、制冷剂泄露检测设备等等。通过检测设备来采集、检测制冷系统的运行数据，便可以确定制冷系统的当前运行状况。

由于制冰室13作为制冷系统的备用冷源，所以其中的第二蒸发器24不需要与第一蒸发器21一样实时运行。也就是说，当制冰室13中的液体基本全部凝固为固体后，第二蒸发器24可以停止运行。作为示例，如图1所示，第二蒸发器24的入口端与冷凝器23之间可以设置有膨胀阀26。且制冰室13中可以安装有温度传感器，以采集制冰室13中的环境温度。

这样，当温度传感器采集的温度低于预设下限温度(如-2℃)时，可以表明制冰室13中的液体已完全凝固。此时可以关闭膨胀阀，即冷凝器23停止向第二蒸发器24输送低温制冷剂。当温度传感器采集的温度高于预设上限温度(如2℃)时，可以打开膨胀阀。即冷凝器23继续向第二蒸发器24输送低温制冷剂，第二蒸发器开始制冷。这样有助于降低制冷系统的能耗，从而避免能源浪费。在这里，可以通过手动或自动方式来调整膨胀阀26的开关状态。例如膨胀阀26可以是电子膨胀阀。此时通过向电子膨胀阀发送控制指令，便可以实现开关控制。这样有助于数据中心的自动化管理，减少不必要的能源浪费，降低人工劳动强度。此外，温度传感器在制冰室13中的位置并不限制，如可以安装在制冰室13的底端。

进一步地，如图2所示，第一蒸发器21的入口端与冷凝器23之间也可以设置有膨胀阀26。即冷凝器23通过两个膨胀阀26分别与第一蒸发器21、第二蒸发器24连接。这样，在制冷系统出现异常的情况下，可以至少关闭与第一蒸发器21连接的膨胀阀26，从而使第一蒸发器21停止制冷。

可选地，为了进一步地降低制冷系统的能耗，第一蒸发器21的蒸发温度可以与第二蒸发器24的蒸发温度不同。例如第一蒸发器21的蒸发温度可以为15～20℃；而第二蒸发器24的蒸发温度可以为-10～-5℃。采用两个不同的蒸发温度可以降低传热温差，从而减少有效能损失，提高能源利用率。

在一些应用场景中，服务器机柜还可以包括供电系统。供电系统可以至少包括第一供电线路和第二供电线路。其中，第一供电线路可以包括第一电源分配单元(PDU，PowerDistribution Unit)；第二供电线路可以包括不间断电源(UPS，Uninterruptible PowerSystem)和第二电源分配单元。第一电源分配单元和第二电源分配单元均设置于主区域11内，与服务器电连接。而不间断电源可以设置于辅助区域。采用至少两条供电线路的供电方式，能够有效地保障服务器供电无中断，从而保证了数据中心的正常运行。同时也有助于供电线路的维护维修。作为示例，供电系统的结构可以如图3所示，其示出了供电系统的一个实施例的结构示意图。

从图3中可以看出，第一电源分配单元51可以通过第一开关A与第一电源电连接。第二电源分配单元53可以通过第二开关B与第二电源电连接。而不间断电源(UPS)52的一端可以通过第三开关C与第二开关B电连接，且不间断电源52的另一端可以通过第四开关D与第二电源分配单元电连接。

通常情况下，第一开关A、第二开关B和第三开关C闭合。此时，第一电源和第二电源同时供电。且不间断电源52处于充电状态。当两个电源中的某个电源中断或不稳定时，可以打开与该电源连接的开关(即第一开关A或第二开关B)，由另一电源供电。当两个电源全部停止供电时，可以打开第三开关C，并闭合第四开关D。此时，不间断电源52作为备用电源向服务器供电。

需要说明的是，第一电源和第二电源可以来自相同的电站，即由同一电站供电。这样，当两条供电线路中的某条供电线路出现故障时，可以由另一条供电线路继续供电。当然，为了更有效地保证无中断供电，第一电源与第二电源也可以来自不同的电站，即由不同的电站同时供电。

然而，为了进一步地保证供电稳定性，供电系统的结构还可以如图4所示。从图4中可以看出，在第一电源与第二电源来自不同的电站的情况下，第一开关A还可以通过第五开关E与第三开关C电连接。此时，若第一电源和第二电源同时供电，则第一开关A、第二开关B和第三开关C闭合。若仅第一电源供电，则第一开关A、第三开关C和第五开关E闭合。若仅第二电源供电，则第二开关B和第三开关C闭合。这样可以保证不间断电源始终处于充电状态，可以随时作为备用电源使用。

进一步地，为了减少设备数量，降低生产成本，图3中的第一电源分配单元51与第二电源分配单元53可以为同一电源分配单元。此时，第一电源和第二电源可以来自不同的电站。另外，为了保证供电稳定性，第一电源和第二电源可以都与不间断电源电连接。此时供电系统的结构可以如图5所示。即第一电源通过第一开关A与电源分配单元(PDU)电连接。第二电源通过第二开关B与电源分配单元电连接。且第一开关A和第二开关B均与第三开关C电连接。这样也可以保证不间断电源(UPS)始终处于充电状态，从而可以随时作为备用电源使用。

可以理解的是，通常情况下，主区域的空间一般要大于辅助区域的空间。因此，本申请中的冷凝器可以沿主区域的柜壁布置。例如冷凝器可以布置在主区域的左右两侧柜壁上。再如图1所示，冷凝器23可以布置在主区域11的后端(及背部)柜壁上。这样既可以减少对主区域11的空间占用，又不会影响层板的安装和稳定性。并且为了避免对主区域11内的服务器产生影响，如图1所示，冷凝器23与服务器之间可以设置有隔热板3。

另外，为了尽可能的降低柜体的承重负载，如图1所示，辅助区域可以位于柜体的底端。即辅助区域位于主区域11的下端。这样可以由地面来支撑压缩机22、不间断电源52等设备。而且在选取这些设备时，可以不受柜体的承载能力的约束。同时，为了便于设备的维护维修，辅助区域(如压缩机仓12、制冰室13、UPS所在区域)可以开设有检修门。同时，柜体的底部可以安装有滚轮，这样便于移动服务器机柜，减轻劳动强度。且至少部分滚轮具有自锁功能，这样便于固定服务器机柜。

此外，压缩机仓12的柜壁可以开设有散热孔，以为压缩机22散热降温，保障设备的正常运行。同时，柜体上还开设有进线孔。例如图1所示，进线孔14可以开设在柜体的顶端。且进线孔14处可以设置有防尘部件(如毛刷)，以保证柜体(尤其是主区域)内环境的洁净度。另外，柜体在主区域11的前端安装有透明材料制成的柜门15。这样可以将主区域内的环境与外界环境隔离，从而进一步地保证主区域的洁净度。这里的透明材料可以包括玻璃、树脂等。

需要说明的是，本申请中的服务器机柜可以通过有线连接方式或无线连接方式与控制终端通信连接。这里的控制终端可以包括(但不限于)中控室的电脑、管理人员使用的手机、平板电脑等等。这样通过控制终端，管理者可以实时了解服务器机柜及其上的服务器的运行情况，并对其进行控制。

在一些实施例中，服务器机柜的柜门15上也可以安装有控制设备。控制设备可以与该服务器机柜中的设备通信连接。这样，控制设备可以显示和控制设备的运行状况。例如可以与制冷系统中的检测设备、电子膨胀阀等连接。这样一来，控制设备可以根据检测设备采集的数据，向电子膨胀阀发送控制信号，以控制其开关状态或调整制冷剂流量等。

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 (11)

1.一种服务器机柜，包括柜体和制冷系统，其中，所述制冷系统包括第一蒸发器、压缩机和冷凝器；

所述柜体形成有主区域和辅助区域，主区域内设置有用于放置服务器的支撑部件，辅助区域包括压缩机仓和制冰室；

所述第一蒸发器设置于相邻服务器之间，入口端与所述冷凝器连接，出口端与所述压缩机连接，所述第一蒸发器与服务器进行热交换，并将吸热后的制冷剂输送至所述压缩机；

所述压缩机放置于所述压缩机仓中，入口端与所述第一蒸发器连接，出口端与所述冷凝器连接，以将压缩后的制冷剂输送至所述冷凝器；

所述冷凝器布置于所述柜体的柜壁，以将冷凝后的制冷剂输送至所述第一蒸发器。

2.根据权利要求1所述的服务器机柜，其中，所述冷凝器沿主区域的柜壁布置，且所述冷凝器与服务器之间设置有隔热板。

3.根据权利要求1所述的服务器机柜，其中，所述制冰室与主区域之间设置有活动盖板；以及

所述制冷系统还包括第二蒸发器和风扇；

所述第二蒸发器设置于所述制冰室中，入口端与所述冷凝器连接，出口端与所述压缩机连接；

所述风扇安装在所述制冰室中，且所述风扇的工作面朝向主区域。

4.根据权利要求3所述的服务器机柜，其中，所述制冷系统设置有检测设备，所述检测设备包括以下至少一种：温度传感器、压力传感器、制冷剂泄露检测设备；

当所述制冷系统出现异常时，所述活动盖板打开，且所述风扇启动，以驱动主区域内的空气循环流动。

5.根据权利要求3所述的服务器机柜，其中，所述第二蒸发器的入口端与所述冷凝器之间设置有膨胀阀，且所述制冰室中安装有温度传感器；

当所述温度传感器采集的温度低于预设下限温度时，所述膨胀阀关闭；当所述温度传感器采集的温度高于预设上限温度时，所述膨胀阀打开。

6.根据权利要求3所述的服务器机柜，其中，所述第一蒸发器的蒸发温度与所述第二蒸发器的蒸发温度不同，其中，所述第二蒸发器的蒸发温度在零度以下。

7.根据权利要求1所述的服务器机柜，其中，所述服务器机柜还包括供电系统，所述供电系统至少包括第一供电线路和第二供电线路；

所述第一供电线路包括第一电源分配单元，所述第二供电线路包括不间断电源和第二电源分配单元，所述第一电源分配单元和所述第二电源分配单元均设置于主区域内，与服务器电连接，所述不间断电源设置于辅助区域。

8.根据权利要求7所述的服务器机柜，其中，所述第一电源分配单元通过第一开关与第一电源电连接；

所述第二电源分配单元通过第二开关与第二电源电连接，所述不间断电源的一端通过第三开关与第二开关电连接，所述不间断电源的另一端通过第四开关与所述第二电源分配单元电连接；

其中，第一电源与第二电源来自不同的电站，或来自相同的电站。

9.根据权利要求8所述的服务器机柜，其中，当第一电源与第二电源来自不同的电站时，第一开关通过第五开关与第三开关电连接。

10.根据权利要求1-9之一所述的服务器机柜，其中，辅助区域位于所述柜体的底端，且开设有检修门；所述压缩机仓的柜壁开设有散热孔；所述柜体开设有进线孔，所述进线孔处设置有防尘部件；所述柜体在主区域的前端安装有透明材料制成的柜门。

11.根据权利要求10所述的服务器机柜，其中，所述柜门上安装有控制设备，与所述服务器机柜中的设备通信连接。

Images