一种工程设备高功率密度机柜蓄冷气流组织优化结构的制作方法

1.本发明涉及一种工程设备高功率密度机柜蓄冷气流组织优化结构。


背景技术：

2.传统机房是以承载专业化网元设备为重点，其存在功率密度较低、制冷条件差、电力容量少、空间承重不足等缺点，但dc机房(data center(主数据中心))将承载高功耗、大散热量的通用化网络设备，其对传统机房的现有条件提出巨大挑战，尤其是制冷条件，急需对传统机房进行dc化重构升级改造，以满足未来网络云化和5g发展对通信机房的需求。目前通信机房或数据中心的常用气流组织方式共有5种：普通上送风方式、精确上送风方式、普通下送风方式、封闭冷通道方式、微模块方式。普通上送风方式广泛应用在传统机房机柜和空调的部署，通常采用上送风下回风空调，机柜开放式部署和面对面、背靠背布局，甚至有部分老旧机柜采用面对背布局。该方式先冷空间，再冷设备，没有对冷热气流进行物理隔离，造成严重的气流短路现象，冷风利用率非常低，而且热岛效应普遍存在，已不适用于数据中心机房。当数据中心单一机柜机架功率密度每年不断增长已成一股趋势，企业势必得找到更有效的方法来面对各式各样迎面而来的挑战。举例而言，高密度实现了更小空间的使用密度，但相对的，系统故障的反应时间将大幅地被缩短，一旦遇到电源故障，大量由设备制造的“热”将无法被带走，将导致服务器中止运转。
3.改造前，机柜进风的温度分布非常不均匀，存在相当数量的热点和部分冷点；改造后，机柜进风的温度分布均匀集中，方差较小。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种工程设备高功率密度机柜蓄冷气流组织优化结构，通过封闭冷却通道和封闭的热通道的设置，避免以往开放式的机柜机房内蓄冷气流与被加热的空气混掺，空气与发热元件的温差减小，换热效果低的问题；而被加热后的蓄冷空气先进入高架地板下方的气水热交换器，再回到制冷空调的回风口，可以减少制冷空调的转运频率。
5.为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种工程设备高功率密度机柜蓄冷气流组织优化结构，包括设置在机柜一侧的制冷空调，制冷空调的出风口通过封闭的送风管道与机房内相邻两列机柜之间的封闭冷却通道相连；机房内每列机柜之间设有间距，每一列机柜的左右两侧分别为封闭冷却通道和热通道；
6.热通道也为封闭通道，且热通道处的高架地板下方设有气水热交换器，气水热交换器的出风口与制冷空调的回风口相连通。其中，相邻两列机柜“面对面、背靠背”摆放，此为本领域普通技术人员所熟知的，不赘述。通过封闭冷却通道和封闭的热通道的设置，避免以往开放式的机柜机房内蓄冷气流与被加热(机柜被冷却，相对地，蓄冷气流被机柜机架上的电子设备加热)的空气混掺，空气与发热元件的温差减小，换热效果低的问题(而以往开放式的机房往往通过提高风量还是降低载冷空气自身温度从而加大温差的方法，都将显著
增加机房散热设备的能耗，导致pue值更大，大大提高了机房的运行运行成本(大部分数据中心的pue(电能使用效率)超过2.2))；而被加热后的蓄冷空气先进入高架地板下方的气水热交换器(此为现有技术，不赘述)，然后再回到制冷空调的回风口，这样可以减少制冷空调的转运频率(比如制冷空调可以采用变频空调；由于进入到制冷空调回风口的空气虽然之前被机房机柜其机架上的电子设备加热过，但又被气水热交换器冷却，这样由于制冷空调的回风温度较低，所以制冷空调无需经常运转，在回风的温度达到设定的温度时空调暂停运转，这样大大节约了能耗)；为进一步降低成本，可以将气水热交换器用设置在封闭的热通道处的高架地板下方的蓄冷水池代替，蓄冷水池的进风口通过若干根风管与高架地板上的微孔相连，蓄冷水池的进风口高度上低于蓄冷水池的水面，蓄冷水池的出风口通过风管(当然，这里的风管一部分位于高架地板下方，一部分位于高架地板上方，还有一部分位于封闭冷却通道内，由于此风管连接热通道与冷却通道，所以其与封闭冷却通道的封闭板以及其与热通道的封闭板的连接处均设置橡胶密封圈以保证冷却通道和热通道的封闭性)与制冷空调的回风口相连。
7.进一步的技术方案是，每个机柜其机架的每层上均设有用于辅助气流引导如机柜机架上的电子设备的风扇；所述制冷空调设有若干个且每一个封闭冷却通道处的中部高度处或机房内顶壁上设有一个制冷空调，制冷空调的出风板呈用于保证等长空气流路径的格栅状，出风口设置在格栅状的出风板上，出风板设有两块且分别正对左右两侧的一列机柜。电子设备包括cpu、gpu、服务器等类似设备；制冷空调的出风板呈用于保证等长空气流路径的格栅状；当然，不论是机房内顶壁还是冷却通道中部高度处设置制冷空调，都无法做到真正完全的等长空气流路径，这里的等长空气流路径是指相比于以往仅设置一个空调的方式，这里通过设置多个均布在封闭冷却通道内的更小功率的制冷空调，可以实现尽可能的空气流路径接近，尤其是设置在封闭冷却通道中部高度处的制冷空调，就能保证每个制冷空调两侧同一高度上的相邻机柜的机架的空气流路径的等长。
8.进一步的技术方案是，热通道处的高架地板上设有若干个用于作为热空气进口的微孔，各微孔均与气水热交换器的进风口相连。由于热通道封闭，因此被加热后的空气只能通过高架地板上的微孔进入气水热交换器内，然后换热后从气水热交换器的出风口流出再回到制冷空调的回风口。
9.本发明还提供的技术方案为，一种工程设备高功率密度机柜蓄冷气流组织优化结构，包括设置在机柜一侧且位于机房高架地板上的制冷空调，制冷空调的出风口通过封闭的送风管道与机房内相邻两列机柜之间的封闭冷却通道相连；机房内每列机柜之间设有间距，每一列机柜的左右两侧分别为封闭冷却通道和热通道；
10.制冷空调的出风口连接有若干根送风管，每根送风管竖直且紧靠一旁的机柜设置，每根送风管上连通有若干根由上至下等距间隔设置的用于给机柜机架上每层电子设备冷却的分支冷却管，每支分支冷却管上设置启闭阀，启闭阀与设置在机房墙壁侧壁上的控制器电连接，机柜机架每层均设有温度传感器，温度传感器也与控制器电连接。这样设置后使得冷却更有针对性，针对热点早早打开启闭阀，而针对冷点则在那一层电子设备明显发热后才通过控制器打开那一层对应的分支冷却管上的启闭阀，而在平时正常工作时即使制冷空调打开，由于冷点对应的启闭阀未开启，所以可以大大节约运行成本。
11.本发明还提供的技术方案为，一种工程设备高功率密度机柜蓄冷气流组织优化结
构，包括设置在机柜一侧的制冷空调，制冷空调的出风口通过封闭的送风管道与竖向分流筒相连通，竖向分流筒的上部和下部分别设有一个出风口，两个出风口分别位于机房的中上部高度处和中下部高度处；
12.竖向分流筒其内侧壁上铰接有一个气缸，气缸的活塞杆上铰接有一根连杆，连杆的另一端连接有实现两根出风口交替启闭的上下进风切换机构。由于制冷空调的出风口直接通过封闭的送风管道与竖向分流筒相连通，所以从制冷空调出风口流出的冷空气进入到竖向分流筒后可以根据需要(配合上下进风切换机构的动作)改变高功率密度机柜其机房的蓄冷气流方向，结合以往上出风和下出风的优势，可以尽可能减少温度场不均的情况，并且可以配合温度传感器以实现冷空气更早到达热点(比如当出现机房内绝大多数热点都是在机柜中下部的电子设备处时则驱动气缸，使得上下进风切换机柜动作而将上风口封闭、下风口打开；反之则气缸回缩，实现上风口打开而下风口关闭)。
13.本发明的优点和有益效果在于：通过封闭冷却通道和封闭的热通道的设置，避免以往开放式的机柜机房内蓄冷气流与被加热(机柜被冷却，相对地，蓄冷气流被机柜机架上的电子设备加热)的空气混掺，空气与发热元件的温差减小，换热效果低的问题(而以往开放式的机房往往通过提高风量还是降低载冷空气自身温度从而加大温差的方法，都将显著增加机房散热设备的能耗，导致pue值更大，大大提高了机房的运行运行成本(大部分数据中心的pue(电能使用效率)超过2.2))；而被加热后的蓄冷空气先进入高架地板下方的气水热交换器(此为现有技术，不赘述)，然后再回到制冷空调的回风口，这样可以减少制冷空调的转运频率(比如制冷空调可以采用变频空调；由于进入到制冷空调回风口的空气虽然之前被机房机柜其机架上的电子设备加热过，但又被气水热交换器冷却，这样由于制冷空调的回风温度较低，所以制冷空调无需经常运转，在回风的温度达到设定的温度时空调暂停运转，这样大大节约了能耗)；
14.制冷空调的出风板呈用于保证等长空气流路径的格栅状；当然，不论是机房内顶壁还是冷却通道中部高度处设置制冷空调，都无法做到真正完全的等长空气流路径，这里的等长空气流路径是指相比于以往仅设置一个空调的方式，这里通过设置多个均布在封闭冷却通道内的更小功率的制冷空调，可以实现尽可能的空气流路径接近，尤其是设置在封闭冷却通道中部高度处的制冷空调，就能保证每个制冷空调两侧同一高度上的相邻机柜的机架的空气流路径的等长。
15.冷却更有针对性，针对热点早早打开启闭阀，而针对冷点则在那一层电子设备明显发热后才通过控制器打开那一层对应的分支冷却管上的启闭阀，而在平时正常工作时即使制冷空调打开，由于冷点对应的启闭阀未开启，所以可以大大节约运行成本。
16.由于制冷空调的出风口直接通过封闭的送风管道与竖向分流筒相连通，所以从制冷空调出风口流出的冷空气进入到竖向分流筒后可以根据需要(配合上下进风切换机构的动作)改变高功率密度机柜其机房的蓄冷气流方向，结合以往上出风和下出风的优势，可以尽可能减少温度场不均的情况，并且可以配合温度传感器以实现冷空气更早到达热点。
附图说明
17.图1是本发明一种工程设备高功率密度机柜蓄冷气流组织优化结构实施例一的部分示意图；
18.图2是本发明实施例一的俯视图；
19.图3是图2的仰视图；
20.图4是本发明实施例二的示意图；
21.图5是本发明实施例三的示意图；
22.图6是图5中上部分椭圆虚线部分的放大示意图；
23.图7是图5中下部分椭圆虚线部分的放大示意图；
24.图8是图5其气缸的活塞杆回退后的竖向杆上端的状态示意图；
25.图9是图5其气缸的活塞杆回退后的竖向杆下端的状态示意图。
26.图中：1、机柜；2、制冷空调；3、送风管道；4、封闭冷却通道；5、热通道；6、风扇；7、蓄冷水池；8、高架地板；9、送风管；10、分支冷却管；11、启闭阀；12、控制器；13、温度传感器；14、竖向分流筒；15、气缸；17、上出风驱动杆；18、竖向杆；19、上出风转动块；20、上出风启闭板；21、下出风驱动杆；22、下出风转动块；23、下出风启闭板；24、输风管；25、上风道；26、下风道。
具体实施方式
27.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
28.如图1至图3所示(图3中底部蓄冷水池右端的管为用于将经蓄冷水池冷却后的热空气送回制冷空调回风口的回风管)，本发明是一种工程设备高功率密度机柜蓄冷气流组织优化结构，包括设置在机柜1一侧的制冷空调2，制冷空调2的出风口通过封闭的送风管道3与机房内相邻两列机柜1之间的封闭冷却通道4相连；机房内每列机柜1之间设有间距，每一列机柜1的左右两侧分别为封闭冷却通道4和热通道5；热通道5也为封闭通道，且热通道5处的高架地板8下方设有气水热交换器，气水热交换器的出风口与制冷空调2的回风口相连通。每个机柜1其机架的每层上均设有用于辅助气流引导如机柜1机架上的电子设备的风扇6；所述制冷空调2设有若干个且每一个封闭冷却通道4处的中部高度处或机房内顶壁上设有一个制冷空调2，制冷空调2的出风板呈用于保证等长空气流路径的格栅状，出风口设置在格栅状的出风板上，出风板设有两块且分别正对左右两侧的一列机柜1。热通道5处的高架地板8上设有若干个用于作为热空气进口的微孔，各微孔均与气水热交换器的进风口相连。本发明的另一可替代实施例是：将气水热交换器用设置在封闭的热通道5处的高架地板8下方的蓄冷水池7代替，蓄冷水池7的进风口通过若干根风管与高架地板8上的微孔相连，蓄冷水池7的进风口高度上低于蓄冷水池7的水面，蓄冷水池7的出风口(出风口高于蓄冷水池7的水面)通过风管(当然，这里的风管一部分位于高架地板8下方，一部分位于高架地板8上方，还有一部分位于封闭冷却通道4内，由于此风管连接热通道5与冷却通道，所以其与封闭冷却通道4的封闭板以及其与热通道5的封闭板的连接处均设置橡胶密封圈以保证冷却通道和热通道5的封闭性)与制冷空调2的回风口相连。
29.动作过程如下：
30.从制冷空调2出风口吹出的用于给机柜1中电子设备冷却的冷空气通过制冷空调2的出风口进入封闭的送风管道3后到达机房内相邻两列机柜1之间的封闭冷却通道4中，然后冷空气流过机柜1后到达热通道5处，(将机房内的冷热通道5完全隔开，优化气流组织)由
于热通道5封闭，所以冷却电子设备后的空气无法直接通过热通道5回到制冷空调2的回风口，而通过封闭的热通道5处的高架地板8上的微孔进入蓄冷水池7，空气流入蓄冷水池7内然后从蓄冷水池7的出风口流出，然后回到制冷空调2的回风口。
31.在示于图4(为便于图示，图4仅示出一个温度传感器，未把每一层的温度传感器都标示出；另外，仅示出三个启闭阀)的替代实施例中，一种工程设备高功率密度机柜1蓄冷气流组织优化结构，包括设置在机柜1一侧且位于机房高架地板上的制冷空调2，制冷空调2的出风口通过封闭的送风管道3与机房内相邻两列机柜1之间的封闭冷却通道4相连；机房内每列机柜1之间设有间距，每一列机柜1的左右两侧分别为封闭冷却通道4和热通道5；
32.制冷空调2的出风口连接有若干根送风管9(送风管9位于封闭冷却通道4内)，每根送风管9竖直且紧靠一旁的机柜1设置，每根送风管9上连通有若干根由上至下等距间隔设置的用于给机柜1机架上每层电子设备冷却的分支冷却管10，每支分支冷却管10上设置启闭阀11，启闭阀11与设置在机房墙壁侧壁上的控制器12电连接，机柜1机架每层均设有温度传感器13，温度传感器13也与控制器12电连接。
33.动作过程如下：
34.从制冷空调2出风口吹出的用于给机柜1中电子设备冷却的冷空气通过制冷空调2的出风口进入封闭的送风管道3后到达机房内相邻两列机柜1之间的封闭冷却通道4中，根据温度传感器13反馈的信息，控制器12适时发出打开相应启闭阀11的命令，然后冷空气就流过相应机柜1的相应层后到达热通道5处再到达制冷空调2的回风口(将机房内的冷热通道5完全隔开，优化气流组织)。
35.在示于图5至图9(其中，图5为气缸伸出活塞杆的状态示意图)的替代实施例中，一种工程设备高功率密度机柜1蓄冷气流组织优化结构，包括设置在机柜1一侧的制冷空调2，制冷空调2的出风口通过封闭的送风管道3与竖向分流筒14相连通，竖向分流筒14的上部和下部分别设有一个出风口，两个出风口分别位于机房的中上部高度处和中下部高度处；
36.竖向分流筒14其内侧壁上铰接有一个气缸15，气缸15的活塞杆上铰接有一根连杆16，连杆16的另一端连接有实现两根出风口交替启闭的上下进风切换机构。
37.上下进风切换机构包括气缸15的活塞杆上铰接的上出风驱动杆17上，上出风驱动杆17的一端与一根竖向杆18的上端铰接、另一端固定连接上出风转动块19，上出风转动块19转动连接在竖向分流筒14的内侧壁上，上出风转动块19上固定连接有上出风启闭板20，上出风驱动杆17(其为直杆，上出风驱动杆17的旋转轴线)与上出风启闭板20的板面呈30
°
夹角设置；竖向杆18的下端与下出风驱动杆21的一端铰接，下出风驱动杆21的另一端固定连接下出风转动块22，下出风转动块22转动连接在竖向分流筒14的内侧壁上，下出风转动块22上固定连接有下出风启闭板23，下出风驱动杆21(其为直杆，下出风驱动杆21的旋转轴线)与下出风启闭板23的板面呈30
°
夹角设置；
38.机房内每列机柜1之间设有间距，每一列机柜1的左右两侧分别为封闭冷却通道4和热通道5；竖向分流筒14其出风口与封闭冷却通道4相连通；下出风启闭板23与位于机房的中下部高度处的出风口相适配；上出风启闭板20与位于机房的中上部高度处的出风口相适配。另外，上出风启闭板20与下出风启闭板23的边缘固定套设橡胶圈以加强在上出风启闭板20或下出风启闭板23处于竖直状态时封闭上出风口或下出风口的目的。
39.制冷空调2设置在封闭冷却通道4处且设置在机房中部高度处；制冷空调2的出风
口通过封闭的送风管道3与竖向分流筒14内的中间高度输风管24相连通；竖向分流筒14内还设有两根均与输风管24相连通的上风道25和下风道26，上风道25其远离输风管24的风道口为上出风口，下风道26其远离输风管24的风道口为下出风口；竖向分流筒14包括长方体壳体状外壳以及固定连接在外壳壳内壁的上风道25、下风道26和输风管24。
40.动作过程如下：
41.从制冷空调2出风口吹出的用于给机柜1中电子设备冷却的冷空气通过制冷空调2的出风口进入封闭的送风管道3后到达竖向分流筒14的输风管24中，初始由于竖向杆18的重力原因，上出风口打开(上出风启闭板20呈近乎水平状态)，下处风口关闭(下出风启闭板23呈竖向状态)，当出现机房内绝大多数热点都是在机柜1中下部的电子设备处时(通过各机柜1各层设置的温度传感器13可以得知)则驱动气缸15，气缸15的活塞杆伸出，上出风驱动杆17与上出风转动块19一起转动，由此带动原本处于近乎水平设置的上出风启闭板20转动而成近乎竖直状态，因此上出风口封闭(同时竖向杆18向上移动)，同时，下出风驱动杆21与下出风转动块22一起转动，由此带动原本处于近乎竖直设置的下出风启闭板23转动而成近乎水平状态，因此下出风口打开，实现制冷空气下出风模式。反之则气缸15回缩，实现上风口打开而下风口关闭，实现制冷空气上出风模式。
42.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。