CN110678035A - 顶置式服务器机柜制冷系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种顶置式服务器机柜制冷系统，包括：机柜，机柜的前侧板及后侧板具有开口，用于服务器的插入及气流的吸入与排出；风管，设置于机柜顶侧板上表面；前门，与机柜前侧板密封连接，并且前门与前侧板之间形成前部通道，前门的上部与风管出风口密封连接；后门，与机柜后侧板密封连接，并且后门与后侧板之间形成后部通道，后门的上部与风管回风口密封连接；水冷背板，设置于机柜后侧板的后部，用于将热空气冷却为冷空气，其中，水冷背板内部设置有冷冻水盘管。本发明通过将整个制冷循环设计为封闭式，有效防止制冷量的浪费，降低制冷能耗，实现经济制冷，提高制冷效果，有效解决机柜的散热不均匀问题，消除局部热点。
Description
技术领域
本发明涉及一种高密度服务器机房的散热领域，特别是涉及一种顶置式服务器机柜制冷系统。
背景技术
目前，以人工智能、大数据、云计算为代表的新一代信息技术，正在推动数据中心的变革。这些技术的兴起使得数据中心行业发展面临前所未有的复杂环境，网络应用种类和数量的极大丰富带来了海量数据，给数据中心这一互联网基础设施提出了更多和更高的要求。随着AI概念的兴起，以及越来越多的AI应用的落地，业界对高速计算的需求日渐增多，例如GPU加速计算服务器在数据中心中的部署规模持续增长。
随着目前新一代信息技术向着体积更小、处理更快、功能更强的高密度服务器发展，造成了机房单位面积发热量的急剧上升，这给数据中心的散热技术带来了新的挑战，尤其是GPU 加速计算服务器，其产热是传统CPU的数倍。而传统数据中心散热方式有底板风道送风、冷热通道隔离送风和全房间制冷送风等方式，该模式已不满足现代化机房刚密度机柜的制冷需求，出现了局部过热、耗电量大、机房空调能耗过高、噪音大等问题。同时机房精密空调需反复加湿、除湿运转或配套专用除湿机进行机房空气湿度、露点控制，以确保设备内部不发生凝露，导致机房空调系统制冷效率低、能耗增大。如果机房的散热问题解决不好，就会严重威胁机房设备的安全运行。
因此，如何提供一种顶置式服务器机柜制冷系统，以解决现有高密度服务器机柜制冷效率低、制冷能耗高、冷量浪费的问题实属必要。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种顶置式服务器机柜制冷系统，用于解决现有技术中高密度服务器机柜制冷效率低、制冷能耗高、冷量浪费等的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种顶置式服务器机柜制冷系统，用于对所述服务器机柜散热，所述制冷系统包括：
机柜，包括相互密封连接的前侧板、后侧板、左侧板、右侧板、顶侧板及底侧板，其中，所述前侧板及所述后侧板具有开口，用于服务器的插入及气流的吸入与排出；
风管，设置于所述顶侧板上表面，用于气流的顶部传输，所述风管两端具有回风口及出风口；
前门，与所述前侧板密封连接，并且所述前门与所述前侧板之间包括空腔的中空结构，所述空腔形成前部通道，用于气流的前部传输，其中，所述前门的上部与所述出风口密封连接；
后门，与所述后侧板密封连接，并且所述后门与所述后侧板之间包括空腔的中空结构，所述空腔形成后部通道，用于气流的后部传输，其中，所述后门的上部与所述回风口密封连接；
水冷背板，设置于所述后侧板的后部，用于将从所述后侧板排出的热空气冷却为冷空气送入所述后部通道，其中，所述水冷背板内部设置有冷冻水盘管；
从所述机柜的所述后侧板排出的热空气经由所述水冷背板冷却为冷空气，所述冷空气进入所述后部通道并经过所述回风口进入所述风管，然后经过所述出风口进入所述前部通道，所述机柜通过所述开口将进入所述前部通道的冷空气吸入，对所述服务器进行换热后转换为热空气，从所述机柜的所述后侧板排出，实现对所述服务器机柜的封闭式制冷循环。
优选地，所述前门的宽度与所述前侧板的宽度一致，所述前门的顶部与所述风管的顶部相持平，所述后门的宽度与所述后侧板的宽度一致，所述后门的顶部与所述风管的顶部相持平，所述风管的宽度与所述顶侧板的宽度相一致。
优选地，所述前门内部设置有出风温度传感器，用于监测出风温度，所述后门内部设置有回风温度传感器，用于监测回风温度。
进一步地，所述出风温度传感器设置于所述出风口处，所述回风温度传感器设置于所述回风口处。
优选地，所述制冷系统还包括设置于所述水冷背板后部的导流风扇，用于将所述冷空气加速送入所述后部通道。
进一步地，所述制冷系统设置有2个所述导流风扇，其中1个所述导流风扇设置于所述后部通道的上部，另一个所述导流风扇设置于所述后部通道的下部。
优选地，所述水冷背板与所述后门连接。
优选地，所述前门枢转连接于所述前侧板上，所述后门枢转连接于所述后侧板上。
进一步地，所述前门与所述前侧板的结合处贴有胶垫，所述后门与所述后侧板的结合处贴有胶垫。
优选地，所述前门的顶侧面设置为弧形导向面，所述后门的顶侧面设置为弧形导向面。
优选地，所述制冷系统还包括设置于所述水冷背板底部的集水盘，用于收集冷冻水或者凝露。
优选地，所述风管、前门及后门的材料均包含具有一定刚性的金属材料。
优选地，所述风管的内壁、前门的内壁及后门的内壁均喷涂有涂层，适于防止所述风管、前门及后门被氧化腐蚀。
优选地，所述风管、前门及后门均包含绝热层。
如上所述，本发明的顶置式服务器机柜制冷系统，具有以下有益效果：通过将整个制冷循环设计为封闭式，制冷系统内部的气流不会与机房内的空气发生热交换，可有效防止冷空气进入机房区域造成制冷量的浪费，降低制冷能耗，从而使成本降低，实现经济制冷；另外，制冷系统自身占地面积小且封闭，可提高制冷系统的制冷效率，提高制冷效果；最后，后置的水冷背板，制冷效果优良，可以有效解决机柜的散热不均匀问题，消除局部热点。
附图说明
图1显示为本发明的顶置式服务器机柜制冷系统的服务器结构示意图。
图2显示为本发明的顶置式服务器机柜制冷系统的第一实施例结构示意图。
图3显示为本发明的顶置式服务器机柜制冷系统的第二实施例结构示意图。
图4显示为本发明的顶置式服务器机柜制冷系统的第三实施例结构示意图。
图5显示为本发明的顶置式服务器机柜制冷系统的内部气流循环示意图。
元件标号说明
1 机柜
11 前侧板
12 后侧板
13 左侧板
14 右侧板
15 顶侧板
16 底侧板
17 开口
2 风管
21 出风口
22 回风口
3 前门
31 前部通道
32 前门顶侧面
4 后门
41 后部通道
42 后门顶侧门
5 水冷背板
6 导流风扇
7 集水盘
8 气流方向
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1～图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
如图2所示，本实施例的所述顶置式服务器机柜制冷系统包括：
如图1所示，机柜1，包括相互密封连接的前侧板11、后侧板12、左侧板13、右侧板14、顶侧板15及底侧板16，其中，所述前侧板11及所述后侧板12具有开口17，用于服务器的插入及气流的吸入与排出；
风管2，设置于所述顶侧板15上表面，用于气流的顶部传输，所述风管2两端具有回风口22及出风口21；
前门3，与所述前侧板11密封连接，并且所述前门3与所述前侧板11之间包括空腔的中空结构，所述空腔形成前部通道31，用于气流的前部传输，其中，所述前门3的上部与所述出风口21密封连接；
后门4，与所述后侧板12密封连接，并且所述后门4与所述后侧板12之间包括空腔的中空结构，所述空腔形成后部通道41，用于气流的后部传输，其中，所述后门4的上部与所述回风口22密封连接；
水冷背板5，设置于所述后侧板12的后部，用于将从所述后侧板12排出的热空气冷却为冷空气送入所述后部通道41，其中，所述水冷背板5内部设置有冷冻水盘管；
从所述机柜1的所述后侧板12排出的热空气经由所述水冷背板5冷却为冷空气，所述冷空气进入所述后部通道41并经过所述回风口22进入所述风管2，然后经过所述出风口21进入所述前部通道31，所述机柜1通过所述开口17将进入所述前部通道31的冷空气吸入，对所述服务器进行换热后转换为热空气，从所述机柜1的所述后侧板12排出，实现对所述机柜 1的封闭式制冷循环。
具体地，在一具体结构中，如图1所示，所述机柜1的前侧板11及后侧板12具有横向的开口17，服务器通过所述横向开口17插入机柜1内部。所述机柜1可以根据实际需要设置多个所述开口17，例如，在本实施例中，所述机柜1设置有20个所述开口17。所述开口 17也可以设置为纵向开口17，一般根据实际需要设置所述开口17的方向，在本实施例中不做限制。
作为示例，所述前门3的宽度与所述前侧板11的宽度一致，所述前门3的顶部与所述风管2的顶部相持平，所述后门4的宽度与所述后侧板12的宽度一致，所述后门4的顶部与所述风管2的顶部相持平，所述风管2的宽度与所述顶侧板15的宽度相一致。此时，由所述前门3、后门4及风管2形成一腔体，该腔体正好可以容纳所述机柜。这可有效减小制冷系统的面积，提高系统内部气流循环速率。
作为示例，所述前门3内部设置有出风温度传感器(未示出)，用于监测出风温度，所述后门4内部设置有回风温度传感器(未示出)，用于监测回风温度，通过实时监控出风温度及回风温度，可实时调整所述水冷背板5的工作功率，以保证制冷系统内部温度相对稳定。优选地，所述出风温度传感器设置于所述出风口21处，所述回风温度传感器设置于所述回风口 22处。
作为示例，所述顶置式服务器机柜制冷系统还包括设置于所述水冷背板5后部的导流风扇6，用于将经所述水冷背板5冷却后的冷空气加速送入所述后部通道41，以加快制冷系统内部的气流循环速度，提高机柜1的散热效果。优选地，设置2个所述导流风扇6，其中1 个所述导流风扇6设置于所述后部通道41的上部，另一个所述导流风扇6设置于所述后部通道41的下部，从而使所述冷空气更加均匀的快速进入所述后部通道41。
作为示例，所述水冷背板5与所述后门4连接，当所述水冷背板5需要维护时，由于与所述后门4连接，打开所述后门4即可直接检查维护，既方便又可避免多次拆卸安装造成所述水冷背板容易损坏的问题。
作为示例，所述前门3枢转连接于所述前侧板11上，方便对所述机柜1内部设备进行维护；所述后门4枢转连接于所述后侧板12上，方便对所述机柜1内部设备进行维护。在此，所述前门3与所述前侧门11也可以是其他连接方式，所述后门4与所述后侧门12也可以是其他连接方式，只要方便所述前门3及所述后门4打开即可。基于此，为了保证制冷系统的密封性能，所述前门3与所述前侧板11的结合处贴有胶垫，所述后门4与所述后侧板12的结合处贴有胶垫，可以保证所述前门3或所述后门4关闭时可以完全密合所述制冷系统。
具体地，为了加强所述制冷系统的风量，所述风管2、前门3及后门4的材料均包含具有一定刚性的金属材料。
具体地，所述风管2的内壁、前门3的内壁及后门4的内壁均喷涂有涂层(未示出)，在所述风管2的内壁、前门3的内壁及后门4的内壁喷涂涂层可以防止所述风管2、前门3及后门4被氧化腐蚀，进而延长所述制冷系统的使用寿命。
优选地，所述风管2、前门3及后门4均包含绝热层(未示出)，可有效保证制冷系统与外界的绝热，以提高制冷系统的制冷效果。
具体地，为了匹配不同功率密度的机柜1，所述水冷背板5的物理尺寸可根据机柜的物理尺寸相应调整，也可以通过增加或减小所述水冷背板5中冷冻水盘管的密度和厚度调整制冷效果。另外所述导流风机6的功率也可根据不同功率密度的机柜1进行调整。
如图2及图5所示，所述顶置式服务器机柜制冷系统的工作过程为：图5中箭头8表示气流的流向8，当冷空气从所述风管2的所述出风口21进入所述前部通道31时，所述机柜1内的服务器通过所述开口17将所述冷空气吸入，所述冷空气对所述服务器的电子元件进行换热后转换为热空气并通过所述服务器机柜后侧板12上的开口17排出，排出的所述热空气进入所述水冷背板5中，所述水冷背板5内的所述冷冻水盘管对所述热空气进行换热后转换为冷空气排出，所述冷空气经过所述导流风扇6快速进入所述后部通道41，并经过所述回风口 22进入所述风管2，所述冷空气经过所述风管2的出风口再次进入所述前部通道31，完成所述制冷系统的封闭式循环。整个制冷循环为封闭式设计，制冷系统内部的气流不会与机房内的空气发生热交换，可有效防止冷空气进入机房区域造成制冷量的浪费，降低制冷能耗，从而使成本降低；另外，制冷系统自身占地面积小且封闭，可提高制冷系统的制冷效率；最后，后置的水冷背板，制冷效果优良，可以有效解决机柜的散热不均匀问题，消除局部热点。
实施例二
如图3所示，本实施例与实施例一不同的是，所述前门3的顶侧面32设置为弧形导向面 32，所述后门4的顶侧面42设置为弧形导向面42。结合图3与图5，将所述前门3的顶侧面 32设置为弧形导向面32，所述后门4的顶侧面42设置为弧形导向面42可以使制冷系统内的气流在经过所述前门3及所述后门4的顶部时平滑过渡，从而使整个气流循环更加流畅，以提高制冷系统气流循环效率，使制冷效率更高效。
实施例三
如图4所示，本实施例与实施例一不同的是，所述制冷系统还包括设置于所述水冷背板 5底部的集水盘7，用于收集冷冻水或者凝露。另外，为了收集冷冻水或者凝露，实施例二中也可以设置所述集水盘7，效果更佳。一般制冷系统中产生的冷冻水或者凝露会形成在所述水冷背板上，将所述积水盘7设置于所述水冷背板5底部，可以有效收集冷冻水或者凝露，以防止其在循环过程中进入机柜或渗漏至机房内，损伤机柜1中的电子元件。
综上所述，本发明的顶置式服务器机柜制冷系统，通过将整个制冷循环设计为封闭式，制冷系统内部的气流不会与机房内的空气发生热交换，可有效防止冷空气进入机房区域造成制冷量的浪费，降低制冷能耗，从而使成本降低，实现经济制冷；另外，制冷系统自身占地面积小且封闭，可提高制冷系统的制冷效率，提高制冷效果；最后，后置的水冷背板，制冷效果优良，可以有效解决机柜的散热不均匀问题，消除局部热点。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (14)
1.一种顶置式服务器机柜制冷系统，用于对所述服务器机柜散热，其特征在于，所述制冷系统包括：
机柜，包括相互密封连接的前侧板、后侧板、左侧板、右侧板、顶侧板及底侧板，其中，所述前侧板及所述后侧板具有开口，用于服务器的插入及气流的吸入与排出；
风管，设置于所述顶侧板上表面，用于气流的顶部传输，所述风管两端具有回风口及出风口；
前门，与所述前侧板密封连接，并且所述前门与所述前侧板之间包括空腔的中空结构，所述空腔形成前部通道，用于气流的前部传输，其中，所述前门的上部与所述出风口密封连接；
后门，与所述后侧板密封连接，并且所述后门与所述后侧板之间包括空腔的中空结构，所述空腔形成后部通道，用于气流的后部传输，其中，所述后门的上部与所述回风口密封连接；
水冷背板，设置于所述后侧板的后部，用于将从所述后侧板排出的热空气冷却为冷空气送入所述后部通道，其中，所述水冷背板内部设置有冷冻水盘管；
从所述机柜的所述后侧板排出的热空气经由所述水冷背板冷却为冷空气，所述冷空气进入所述后部通道并经过所述回风口进入所述风管，然后经过所述出风口进入所述前部通道，所述机柜通过所述开口将进入所述前部通道的冷空气吸入，对所述服务器进行换热后转换为热空气，从所述机柜的所述后侧板排出，实现对所述机柜的封闭式制冷循环。
2.根据权利要求1所述的顶置式服务器机柜制冷系统，其特征在于：所述前门的宽度与所述前侧板的宽度一致，所述前门的顶部与所述风管的顶部相持平，所述后门的宽度与所述后侧板的宽度一致，所述后门的顶部与所述风管的顶部相持平，所述风管的宽度与所述顶侧板的宽度相一致。
3.根据权利要求1所述的顶置式服务器机柜制冷系统，其特征在于：所述前门内部设置有出风温度传感器，用于监测出风温度，所述后门内部设置有回风温度传感器，用于监测回风温度。
4.根据权利要求3所述的顶置式服务器机柜制冷系统，其特征在于：所述出风温度传感器设置于所述出风口处，所述回风温度传感器设置于所述回风口处。
5.根据权利要求1所述的顶置式服务器机柜制冷系统，其特征在于：所述制冷系统还包括设置于所述水冷背板后部的导流风扇，用于将所述冷空气加速送入所述后部通道。
6.根据权利要求5所述的顶置式服务器机柜制冷系统，其特征在于：所述制冷系统设置有2个所述导流风扇，其中1个所述导流风扇设置于所述后部通道的上部，另一个所述导流风扇设置于所述后部通道的下部。
7.根据权利要求1所述的顶置式服务器机柜制冷系统，其特征在于：所述水冷背板与所述后门连接。
8.根据权利要求1所述的顶置式服务器机柜制冷系统，其特征在于：所述前门枢转连接于所述前侧板上，所述后门枢转连接于所述后侧板上。
9.根据权利要求8所述的顶置式服务器机柜制冷系统，其特征在于：所述前门与所述前侧板的结合处贴有胶垫，所述后门与所述后侧板的结合处贴有胶垫。
10.根据权利要求1所述的顶置式服务器机柜制冷系统，其特征在于：所述前门的顶侧面设置为弧形导向面，所述后门的顶侧面设置为弧形导向面。
11.根据权利要求1所述的顶置式服务器机柜制冷系统，其特征在于：所述制冷系统还包括设置于所述水冷背板底部的集水盘，用于收集冷冻水或者凝露。
12.根据权利要求1所述的顶置式服务器机柜制冷系统，其特征在于：所述风管、前门及后门的材料均包含具有一定刚性的金属材料。
13.根据权利要求1所述的顶置式服务器机柜制冷系统，其特征在于：所述风管的内壁、前门的内壁及后门的内壁均喷涂有涂层，适于防止所述风管、前门及后门被氧化腐蚀。
14.根据权利要求1所述的顶置式服务器机柜制冷系统，其特征在于：所述风管、前门及后门均包含绝热层。
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