TW201630523A - 機櫃式數據中心 - Google Patents

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TW201630523A TW104104957A TW104104957A TW201630523A TW 201630523 A TW201630523 A TW 201630523A TW 104104957 A TW104104957 A TW 104104957A TW 104104957 A TW104104957 A TW 104104957A TW 201630523 A TW201630523 A TW 201630523A
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陳鵬遠
蔡崇儒
梁家豪
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台達電子工業股份有限公司
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    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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    • H05K7/20763—Liquid cooling without phase change
    • H05K7/20781—Liquid cooling without phase change within cabinets for removing heat from server blades

Abstract

一種機櫃式數據中心，其包含櫃體、伺服器主機以及空調模組。櫃體內形成有主機室以及空調室，空調室設有可選擇性開閉的主進風門，主機室與空調室之間設有進氣風扇，且主機室設有排風門。伺服器主機設置在主機室之內且伺服器主機在主機室之內圍設成相互隔離的冷通道以及熱通道，進氣風扇對應冷通道配置。空調模組包含有設置在空調室內的盤管，主進風門介於盤管及進氣風扇之間。排風門供熱通道內的空氣通過而排出櫃體。其能夠藉由進氣風扇導引氣流入冷通道而不經過盤管。

Description

機櫃式數據中心 【0001】
本發明係有關於機櫃式數據中心，尤指一種能夠藉由外氣循環冷卻的節能機櫃式數據中心。
 【0002】
一般中小型企業或者是中小學等機構，由於其數據中心之工作需求較低，建設專用的機房以設置伺服器主機相對不符經濟效益，因此多數將伺服器主機任意放置室內並且藉由室內空調來冷卻伺服器主機。因其未有冷、熱通道之規劃造成氣流循環路徑過長，且因此室內易形成熱風短循環而導致室內局部高溫。因此，前述的配置之散熱效率遠低於專用的機房。
【0003】
為符合低使用量的需求，因而產生機櫃式數據中心的設計，其藉由伺服器主機在機櫃內分隔出冷、熱通，並且將小型的直膨式空調設置在機櫃內，因此在機櫃內建立獨立的循環系統而能夠大幅降低空調之耗能，並且易於案裝及移動。
【0004】
唯，現有的櫃式數據中心流場管理不佳，當空調的盤管不運作時，循環氣流仍需流經盤管。因此不但造成不必要的氣流動能耗損而增加風扇的負荷，更使得盤管易於積塵而影響冷卻效率，並且縮短盤管的清潔維護週期。
【0005】
有鑑於此，本發明人遂針對上述現有技術，特潛心研究並配合學理的運用，盡力解決上述之問題點，即成為本發明人改良之目標。
 【0006】
本發明提供一種能夠藉由外氣循環冷卻的節能機櫃式數據中心。
【0007】
本發明提供一種機櫃式數據中心，其包含一櫃體一列伺服器主機以及一空調模組。櫃體內形成有一主機室以及一空調室，空調室設有一主進風門以及一排風門，主機室與空調室之間設有一進氣風扇。伺服器主機設置在主機室之內且伺服器主機在主機室之內圍設成相互隔離的一冷通道以及一熱通道，進氣風扇對應冷通道配置。空調模組包含有設置在空調室內的一盤管，主進風門介於盤管及進氣風扇之間。排風門供熱通道內的空氣通過而排出櫃體。
【0008】
本發明的集裝箱式數據中心之中，進氣風扇引入氣流至冷通道時，能夠通過主進風門引入自然氣流而不通過盤管，因而達到節能之效。
 【0035】
100‧‧‧櫃體
【0036】
110‧‧‧主機室
【0037】
111‧‧‧冷通道
【0038】
112‧‧‧熱通道
【0039】
113‧‧‧排風門
【0040】
114‧‧‧排風扇
【0041】
120‧‧‧空調室
【0042】
121‧‧‧前風道
【0043】
122‧‧‧後風道
【0044】
123‧‧‧副進風門
【0045】
124‧‧‧主進風門
【0046】
131‧‧‧進氣風扇
【0047】
132‧‧‧循環風門
【0048】
210‧‧‧伺服器主機
【0049】
220‧‧‧供電模組
【0050】
221‧‧‧備援供電單元
【0051】
230‧‧‧配電模組
【0052】
240‧‧‧監控模組
【0053】
300‧‧‧空調模組
【0054】
310‧‧‧盤管
【0009】
圖1係本發明較佳實施例之機櫃式數據中心之配置示意圖。
【0010】
圖2係本發明較佳實施例之機櫃式數據中心之節能循環模式之工作狀態示意圖。
【0011】
圖3係本發明較佳實施例之機櫃式數據中心之密閉循環模式之工作狀態示意圖。
【0012】
圖4係本發明較佳實施例之機櫃式數據中心之自然進氣模式之工作狀態示意圖。
【0013】
圖5係本發明較佳實施例之機櫃式數據中心之外氣循環模式之工作狀態示意圖。
 【0014】
參閱圖1，本發明之較佳實施例提供一種機櫃式數據中心，其包含有一櫃體100、一列伺服器主機210、一供電模組220、一配電模組230、一監控模組240以及一空調模組300。
【0015】
於本實施例中，櫃體100較佳地為長矩形柱狀且其為直立配置。櫃體100內分隔形成有一主機室110以及一空調室120，於本實施例中，主機室110較佳地位於空調室120之下方。主機室110設有可選擇性開閉的一排風門113，通過排風門113能夠將主機室110內的空氣排出櫃體100，排風門113可以附設有一排風扇114以助於排氣，且排風門113可開閉活動。主機室110與空調室120之間設有可選擇性開閉的一循環風門132以供主機室110內的空氣回流至空調室120。空調室120開設有設有可選擇性開閉的一副進風門123以及可選擇性開閉的一主進風門124，且副進風門123以及主進風門124皆可開閉活動。主機室110與空調室120之間設有一進氣風扇131藉以驅動空氣在櫃體100內流動。
【0016】
各伺服器主機210內較佳地皆設有散熱風扇(圖中未示)，藉由散熱風扇能夠自伺服器主機210的前側吸入空氣以冷卻伺服器主機210，並且通過伺服器主機210的後側排出熱空氣。伺服器主機210較佳地為直立一列層疊配置，且此列伺服器主機210的前側及後側皆相互對齊配置。此列伺服器主機210設置在主機室110之內且藉由此列伺服器主機210在主機室110之內圍設成相互隔離的一冷通道111以及一熱通道112，伺服器主機210的前側位於冷通道111，伺服器主機210的後側位於熱通道112，進氣風扇131對應冷通道111配置藉以將氣流引入冷通道111。排風門113連通熱通道112而能夠將熱通道112內的熱空氣排出櫃體100。循環風門132位於熱通道112與空調室120之間以供熱通道112內的空氣通過空調室120回流至冷通道111。
【0017】
於本實施例中，空調模組300包含有設置在空調室120內的一盤管310，副進風門123以及主進風門124被分隔在盤管310的二側且主進風門124介於盤管310及進氣風扇131之間。
【0018】
盤管310在空調室120內圍設成相互分隔的一前風道121以及後風道122，後風道122連通熱通道112且循環風門132設置於後風道122與熱通道112之間。前風道121連通冷通道111，進氣風扇131設於前風道121與冷通道111之間，且主進風門124設於前風道121，藉由進氣風扇131驅使空氣在櫃體100內流動。後風道122連通熱通道112，循環風門132位於熱通道112與後風道122之間且副進風門123設於後風道122。
【0019】
空調模組300的盤管310可以連接至一冰水主機(圖中未示)以供應冰水流經盤管310內，但本發明不以此為限。例如空調模組300也可以是直膨式的冷卻管路，其盤管310內可以填注冷媒且盤管310連通一壓縮機(圖中未示)以驅動冷媒在盤管310內循環流動，壓縮機可以設置在空調室120內也可以設置在櫃體100以外。
【0020】
供電模組220設置在主機室110內用以提供伺服器主機210所需用電。供電模組220包含一組備援供電單元221，當外部電力中斷時備援供電單元221能夠在一定時間內供電予伺服器主機210以利於緊急處置(例如將資料存檔後關機以避免資料流失及設備損壞)。監控模組240設置在主機室110內用以監控伺服器主機210之運作狀況。配電模組230設置在主機室110內用以依據工作需求分配供電模組220之供電至各伺服器主機210，且配電模組230也可以選擇性地分配供電至空調模組300或者備援供電單元221。
【0021】
於本實施例中，供電模組220、配電模組230及監控模組240與伺服器主機210共列排設而使冷通道111內的空氣能流經供電模組220、配電模組230及監控模組240而進入熱通道112，藉此冷卻供電模組220、配電模組230及監控模組240。
【0022】
本發明的機櫃式數據中心能夠依據冷通道111、熱通道112及外界環境的氣溫狀態採用適當的工作模式運作。其定義一設定溫度區間以作為工作模式的選用依據，例如設定溫度區間27℃~32℃即保持，但本發明不限於此，較佳地以冷通道111內的氣溫應維持在設定溫度區間之範圍內。
【0023】
參閱圖2，當環境溫度介於設定溫度區間且冷通道111溫度高於設定溫度區間，本發明的機櫃式數據中心較佳地採以節能循環模式運作，將外氣引入空調室120並且經由空調模組300降溫後再導入主機室110以供冷卻主機室110內的伺服器主機210、供電模組220、配電模組230及監控模組240。
【0024】
於節能循環模式工作時，主進風門124以及循環風門132為關閉，副進風門123及排風門113為開啟，進氣風扇131、排風扇114及盤管310啟動運轉。進氣風扇131運轉而在空調室120的前風道121形成負壓，藉此而通過副進風門123將外氣引入空調室120的後風道122內，外氣自後風道122通過盤管310而被降溫為冷空氣後再進入前風道121。進氣風扇131將前風道121內的冷空氣導入冷通道111內，冷空氣分別穿過伺服器主機210、供電模組220、配電模組230及監控模組240並且吸熱為熱空氣後排入熱通道112。藉由排風扇114將熱通道112內的熱空氣通過排風門113排出櫃體100。
【0025】
參閱圖3，當環境溫度高於設定溫度區間且冷通道溫度高於設定溫度區間，本發明的機櫃式數據中心較佳地不引入外氣，採以密閉循環模式運作。
【0026】
密閉循環模式工作時，副進風門123、主進風門124以及排風門113為關閉，循環風門132為開啟，進氣風扇131及盤管310啟動運轉，排風扇114關閉不運轉。進氣風扇131運轉而驅使櫃體100內的空氣循環流動，氣流通過盤管310而被降溫為冷空氣後再通過前風道121導入冷通道111內，冷空氣分別穿過伺服器主機210、供電模組220、配電模組230及監控模組240並且吸熱為熱空氣後排入熱通道112。熱空氣通過循環風門132回流至後風道122，並且通過盤管310被降溫為冷空氣後進行再次循環。
【0027】
參閱圖4，當環境溫度與冷通道溫度在設定溫度區間之內，或者是空調模組300故障時，本發明的機櫃式數據中心較佳地採以自然進氣模式運作，將外氣引入空調室120並且經由主進風門124再導入主機室110以供冷卻主機內的伺服器主機210、供電模組220、配電模組230及監控模組240。已使用於冷卻的外氣吸熱為熱空氣後直接經由排風門113排出櫃體100。
【0028】
自然進氣模式時，主進風門124為開啟，副進風門123、循環風門132及排風門113為關閉，進氣風扇131、排風扇114啟動運轉，盤管310關閉。進氣風扇131運轉而在空調室120的前風道121形成負壓，外氣進入前風道121。進氣風扇131將前風道121內的冷空氣導入冷通道111內，冷空氣分別穿過伺服器主機210、供電模組220、配電模組230及監控模組240並且吸熱為熱空氣後排入熱通道112。熱通道112內的熱空氣藉由排風扇114排出櫃體100。
【0029】
參閱圖5，當環境溫度遠低於設定溫度區間時，本發明的機櫃式數據中心較佳地採以外氣循環模式運作，將外氣引入主機室110以供冷卻主機內的伺服器主機210、供電模組220、配電模組230及監控模組240。
【0030】
於外氣循環模式時，副進風門123、循環風門132及排風門113為開啟，主進風門124為關閉，進氣風扇131及排風扇114啟動運轉，盤管310則關閉不運轉。進氣風扇131運轉而在空調室120的前風道121形成負壓，藉此而通過副進風門123經過盤管310將外氣引入空調室120的前風道121內， 進氣風扇131進一步將前風道121內的外氣導入冷通道111內，外空氣分別穿過伺服器主機210、供電模組220、配電模組230及監控模組240並且吸熱為熱空氣後排入熱通道112。一部分熱空氣藉由排風扇114排出櫃體100，其餘熱空氣則通過循環風門132回流至後風道122，並且與主進風門123引人的外氣混合以提昇外氣溫度至設定範圍內，進行再次循環。其中，循環風門132可以是半開以調整回流循環流量。
【0031】
較佳地，當只設有主進風門123、循環風門132及排風門113且未設置有副進風門124時，本發明的機櫃式數據中心能夠選擇關閉主進風門123及排風門113且開啟循環風門132進行密閉循環模式；也可以選擇開啟主進風門123及排風門113進行且關閉循環風門132而進行自然進氣模式。
【0032】
較佳地，當只設有主進風門123、副進風門124及排風門113且未設置有循環風門132時，本發明的機櫃式數據中心能夠選擇關閉副進風門124及排風門113且開主進風門123進行節能循環模式；也可以選擇開啟主進風門123及排風門113進行且關閉副進風門124而進行自然進氣模式。
【0033】
本發明的機櫃式數據中心能夠可選擇地通過主進風門124引入氣流直接導入冷通道111，或者通過副進風門123引入氣流並且經過盤管310導入冷通道111。因此當機櫃式數據中心採以外氣循環模式運作時，外氣能夠不通過盤管310以避免流速損耗，因此能夠減低進氣風扇131及排風扇114之工作負荷，相較於現有技術更具節能之優勢。
【0034】
以上所述僅為本發明之較佳實施例，非用以限定本發明之專利範圍，其他運用本發明之專利精神之等效變化，均應俱屬本發明之專利範圍。
100‧‧‧櫃體
110‧‧‧主機室
111‧‧‧冷通道
112‧‧‧熱通道
113‧‧‧排風門
114‧‧‧排風扇
120‧‧‧空調室
121‧‧‧前風道
122‧‧‧後風道
123‧‧‧副進風門
124‧‧‧主進風門
131‧‧‧進氣風扇
132‧‧‧循環風門
210‧‧‧伺服器主機
220‧‧‧供電模組
221‧‧‧備援供電單元
230‧‧‧配電模組
240‧‧‧監控模組
300‧‧‧空調模組
310‧‧‧盤管

Claims (16)

  1. 【第1項】
    一種機櫃式數據中心，包含：
    一櫃體，該櫃體內形成有一主機室以及一空調室，該空調室設有可選擇性開閉的一主進風門，該主機室與該空調室之間設有一進氣風扇且該主機室設有一排風門；
    一列伺服器主機，設置在該主機室之內且該列伺服器主機在該主機室之內圍設成相互隔離的一冷通道以及一熱通道，該進氣風扇對應該冷通道配置；以及
    一空調模組，該空調模組包含有設置在該空調室內的一盤管，該主進風門介於該盤管及該進氣風扇之間；
    其中，該機櫃式數據中心能夠藉由該進氣風扇自該空調室引入氣流至該冷通道，該排風門供該熱通道內的空氣通過而排出該櫃體。
  2. 【第2項】
    如請求項1所述之機櫃式數據中心，其中當該主進風門開啟時，該機櫃式數據中心能夠藉由進氣風扇通過該主進風門引入氣流直接導入該冷通道而不經過該盤管。
  3. 【第3項】
    如請求項1所述之機櫃式數據中心，其中該排風門附設有一排風扇。
  4. 【第4項】
    如請求項1所述之機櫃式數據中心，其中該熱通道與該空調室之間設有可選擇性開閉的一循環風門以供熱通道內的空氣通過該空調室回流至該冷通道。
  5. 【第5項】
    如請求項4所述之機櫃式數據中心，其中該盤管在該空調室內圍設成相互分隔的一前風道以及後風道，該後風道連通該熱通道且該循環風門設置於該後風道與該熱通道之間，該前風道連通該冷通道，該進氣風扇設於該前風道與該冷通道之間，藉由進氣風扇驅使該熱通道內的空氣通過該循環風門進入該後風道並且穿過該盤管後經由該前風道回流至該冷通道。
  6. 【第6項】
    如請求項1所述之機櫃式數據中心，其中該盤管在該空調室內圍設成相互分隔的一前風道以及後風道，該後風道連通該熱通道且該後風道設有可選擇性開閉的一副進風門，該前風道連通該冷通道，該進氣風扇設於該前風道與該冷通道之間，該主進風門設於該前風道。
  7. 【第7項】
    如請求項6所述之機櫃式數據中心，其中當該副進風門開啟時，該機櫃式數據中心能夠藉由進氣風扇通過該副進風門引入氣流並且穿過該盤管後經由該前風道導入該冷通道。
  8. 【第8項】
    如請求項1所述之機櫃式數據中心，其中該盤管連通一壓縮機且被該壓縮機驅動，該壓縮機位於該空調室內。
  9. 【第9項】
    如請求項1所述之機櫃式數據中心，其中該盤管連通一壓縮機且被該壓縮機驅動，該壓縮機位於該櫃體外。
  10. 【第10項】
    如請求項1所述之機櫃式數據中心，更包含一供電模組，該供電模組設置在該主機室內用以提供該列伺服器主機所需用電。
  11. 【第11項】
    如請求項10所述之機櫃式數據中心，其中該供電模組包含一組備援供電單元。
  12. 【第12項】
    如請求項10所述之機櫃式數據中心，其中該供電模組與該列伺服器主機同列排列而使該冷通道內的空氣能流經該供電模組而進入該熱通道。
  13. 【第13項】
    如請求項10所述之機櫃式數據中心，更包含一配電模組，該配電模組設置在該主機室內用以分配該供電模組之供電。
  14. 【第14項】
    如請求項13所述之機櫃式數據中心，其中該供電模組及該配電模組與該列伺服器主機共列排設而使該冷通道內的空氣能流經該供電模組及該配電模組而進入該熱通道。
  15. 【第15項】
    如請求項1所述之機櫃式數據中心，更包含一監控模組，該監控模組設置在該主機室內用以監控該列伺服器主機之運作狀況。
  16. 【第16項】
    如請求項15所述之機櫃式數據中心，其中該監控模組與該列伺服器主機同列排列而使該冷通道內的空氣能流經該監控模組而進入該熱通道。
TW104104957A 2015-02-13 2015-02-13 機櫃式數據中心 TWI549600B (zh)

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