Система и способ охлаждения приборных и распределительных шкафов
Изобретение относится к системе охлаждения для приборных и распределительных шкафов, в частности серверных шкафов, и к способу охлаждения приборных и распределительных шкафов. Технический результат - создание такой системы охлаждения и такого способа охлаждения приборных и распределительных шкафов, в частности серверных шкафов, которые при исключительно высокой и эффективной мощности охлаждения были бы лишены недостатков, связанных с образованием конденсата. Достигается тем, что шкафы выполнены герметичными при наличии стабилизации влажности воздуха во избежание повреждений в результате образования конденсата и уменьшения абсолютной влажности воздуха. Стабилизация влажности воздуха достигается за счет определенной, в частности регулируемой, подачи атмосферного воздуха и возможного удаления воздуха из замкнутого цикла воздушного охлаждения. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к системе охлаждения для приборных и распределительных шкафов в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения и к способу охлаждения приборных и распределительных шкафов в соответствии с ограничительной частью пункта 11 формулы изобретения.
В частности, изобретение пригодно для серверных шкафов, имеющих множество серверов в виде электронных модульных блоков, установленных один над другим или один за другим.
Известны конструкции серверных шкафов, не допускающие воздухообмена с атмосферным воздухом. Как правило, эти серверные шкафы, а также распределительные шкафы почти полностью изолированы от окружающей среды и соответствуют, например, категории защищенности IP 55, т.е., они выполнены пылезащищенными и водонепроницаемыми для рабочей воды. В то время как герметическая изоляция от рабочей воды не является абсолютно необходимой, в отношении воздуха стремятся к созданию конструкции, препятствующей воздухообмену между внутренним пространством шкафа и рабочим помещением. С этой целью предусматривается, например, эффективная герметизация участков расположения вводов и выводов кабелей, а изготовитель шкафов дает четкие указания относительно полной герметизации этих участков до начала эксплуатации шкафа и организации системы кондиционирования воздуха в нем.
Теплоотдача электронных модульных блоков, установленных внутри герметически изолированного шкафа или в приемном отсеке, осуществляется с помощью замкнутого потока воздуха и теплообменника, отводящего рассеиваемую мощность электронных модульных блоков.
Для шкафов с мощными процессорами и, в частности, для серверных шкафов, для отведения значительных рассеиваемых мощностей особенно удобно использовать воздушно-водяные теплообменники, подключенные к системе водоснабжения здания холодной водой. Вся рассеиваемая мощность шкафов может отдавать тепло в систему холодного водоснабжения здания, а теплообмен между рабочим помещением и шкафами предотвращается, что может способствовать существенной экономии затрат за счет снижения требований к кондиционированию воздуха в рабочем помещении и более эффективному использованию его площади.
Внутри теплообменника дело может дойти до локального спада температуры ниже точки росы. Использование холодной воды при температуре ниже 12°С и/или высокая влажность воздуха в рабочем помещении могут быть связаны с образованием конденсата внутри теплообменника. В результате абсолютная влажность воздуха внутри приборного шкафа снижается, что может привести к повреждению встроенных модульных блоков и систем.
В основу изобретения положена задача создания такой системы охлаждения и такого способа охлаждения приборных и распределительных шкафов, в частности, серверных шкафов, которые при исключительно высокой и эффективной мощности охлаждения были бы лишены недостатков, связанных с образованием конденсата.
В отношении системы охлаждения эта задача согласно изобретению решается с помощью признаков пункта 1, а в отношении способа охлаждения - с помощью признаков пункта 11 формулы изобретения. Целесообразные и предпочтительные варианты осуществления изобретения описаны в соответствующих дополнительных пунктах формулы изобретения и в описании фиг.
Согласно предлагаемому способу предусматривается, чтобы влажность воздуха в корпусе выдерживалась в заданных пределах. Систематическое повышение абсолютной влажности воздуха, снижающейся в результате процесса конденсации, предотвращает повреждение встроенных приборов, конструктивных элементов и систем.
Предпочтительно, чтобы стабилизация влажности воздуха производилась лишь постольку, поскольку это необходимо для надежной работы встроенной электроники. Поэтому во избежание постоянного обезвоживания воздуха в шкаф определенным образом подается атмосферный воздух.
Для подачи атмосферного воздуха могут быть специально предусмотрены разрывы или неплотности в шкафу, например, в элементах конструкции, как-то: цоколь, корпус, задняя и передняя дверцы. Тогда через эти разрывы или неплотности атмосферный воздух сможет подаваться в шкаф для оказания управляющего воздействия на влажность воздуха.
Согласно предлагаемому способу целесообразно измерять влажность воздуха в шкафу или в потоке охлаждающего воздуха и в зависимости от условий окружающей среды и целевых значений для шкафа рассчитывать неплотности или разрывы таким образом, чтобы вовнутрь шкафа могло попасть необходимое количество атмосферного воздуха.
Особенно удобно использовать для подачи определенного количества атмосферного воздуха разность давлений внутри шкафа или в замкнутом цикле воздушного охлаждения и окружающей атмосферы шкафа. Например, в области вентилятора могут быть выполнены неплотности или разрывы. Со стороны всасывания вентилятора, где по отношению к окружающей шкаф атмосфере имеет место пониженное давление, могут быть выполнены отверстие или неплотность для прохождения атмосферного воздуха. В том месте, где отмечается повышенное давление относительно окружающей атмосферы, для воздуха может быть предусмотрен выход из шкафа. Благодаря целенаправленному использованию различных локальных величин давления для стабилизации влажности воздуха внутри шкафа можно отказаться от дополнительных вентиляторов.
Целесообразно предусматривать разрывы или неплотности в местах ввода и/или вывода кабелей, для чего, например, предусмотренные здесь уплотнения выполнены с таким расчетом, чтобы атмосферный воздух мог втекать в шкаф, а воздух из шкафа - вытекать.
Другая возможность заключается в том, чтобы профили уплотнителей выполнялись таким образом, чтобы уплотнение было меньше, чем этого требует категория защищенности IP 55, и чтобы водяной пар мог поступать и выпускаться в определенных количествах.
Благодаря стабилизации влажности воздуха согласно изобретению исключаются недостатки, обусловленные образованием конденсата и обезвоживанием ниже заданных значений или определенного интервала, а также повреждения приборов и систем.
Далее изобретение более подробно поясняется на основании чертежа. На единственном чертеже очень схематично изображен приборный и распределительный шкаф 2 с внутренним пространством 3 для электронных модульных блоков 4.
В этом примере в качестве электронных модульных блоков 4 этажерочно установлены серверы, размещенные в корпусах с отверстиями (не показаны) для входа и выхода воздуха. В этом примере осуществления изобретения для корпуса каждого модульного блока 4 предусмотрен вентилятор 13. Благодаря подаче воздуха по траекториям одинаковой протяженности и, тем самым, с равными сопротивлениями потока для отдельных электронных модульных блоков 4, а также благодаря аэродинамическому разделению холодного приточного воздуха 12 и нагретого отходящего воздуха 9 приточный воздух 12 поступает в электронные блоки 4 при одинаковой температуре, причем допускаются температурные отклонения порядка +/- 2 градуса Кельвина.
В донной части в качестве теплообменника 5 установлен воздушно-водяной теплообменник, в который по замкнутому циклу подается воздух для нагрева. Приточный воздух 12, охлажденный в теплообменнике 5, поступает по каналу 11 для приточного воздуха в отдельные электронные модульные блоки 4, поглощает вырабатываемое ими тепло и в виде нагретого отходящего воздуха попадает в первый канал 14 для отходящего воздуха. В этом первом канале 14 для отходящего воздуха последний, будучи отведен от отдельных модульных блоков 4, накапливается и в виде восходящего потока 15 подается во второй канал 16 для отходящего воздуха с помощью, по крайней мере, одного вентилятора 21. Нисходящий поток 17 отработанного воздуха попадает в теплообменник 5 и охлаждается там с помощью охлаждающей воды из системы водоснабжения здания холодной водой.
Для стабилизации абсолютной влажности воздуха в области цоколя 18 или в донной, в частности, в боковой части теплообменника 5, выполнены неплотности или разрывы 7, через которые возможна подача атмосферного воздуха 6 в замкнутый цикл воздушного охлаждения. Из чертежа видно, что подача атмосферного воздуха 6 осуществляется в область пониженного давления, а именно, с всасывающей стороны вентилятора 21 для потока 15 отходящего воздуха, в то время как со стороны выхода из вентилятора 21, например, вслед за теплообменником 5, в охлажденном приточном воздухе 12 создается область 10 повышенного давления, из которой воздух может быть отведен с помощью имеющихся здесь неплотностей или разрывов 7 и т.п.
Если в нижней области 18 приборного шкафа 2, например, сбоку, рядом с теплообменником 5, предусмотреть шахту (не показана), которая выполнена также для передачи мощности, соответственно, для ввода и/или вывода кабеля (не показан), подача атмосферного воздуха 6 может осуществляться и через эти менее уплотненные ввод и/или вывод кабеля или через отверстия в стенках шахты (не показаны).
В качестве альтернативы или дополнения могут быть выполнены и другие неплотности, например, определенные отверстия, в том числе в области передней дверцы 23 и/или задней дверцы 20.
Задаваемая или управляемая подача атмосферного воздуха может производиться также через отверстия, снабженные определенным фильтром.
Изобретение не ограничивается описанными в примере осуществления сервисными шкафами с подачей воздуха по траекториям одинаковой протяженности и с аэродинамическим разделением приточного и отходящего воздуха, а применимо ко всем приборным и распределительным шкафам с замкнутым циклом воздушного охлаждения.
1. Устройство для кондиционирования воздуха в электронных модульных блоках (4), установленных во внутреннем пространстве (3) приборного и распределительного шкафа, с замкнутым циклом воздушного охлаждения и теплообменником (5) для отведения тепла, рассеиваемого электронными модульными блоками (4), отличающееся тем, что на участках корпусных элементов (20, 22, 23) шкафа (2) предусмотрены специально выполненные отверстия, разрывы или неплотности (7), через которые для стабилизации влажности воздуха во внутреннем пространстве (3) шкафа (2) может подаваться атмосферный воздух (6).
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что неплотности (7) шкафа выполнены на тех участках, на которых внутри и вне шкафа имеют место различные давления.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что неплотность (7) для подачи атмосферного воздуха (6) выполнена в области пониженного давления, а неплотность (7) для удаления воздуха (9) из шкафа (2) - в области повышенного давления (10).
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что неплотность (7) для подачи атмосферного воздуха (6) в замкнутый цикл воздушного охлаждения выполнена на участке со стороны всасывания вентилятора (21), например на участке, соединенном с отводящим каналом (14) и расположенном рядом с теплообменником (5).
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что теплообменник (5) является воздушно-водяным теплообменником, установленным в донной части.
6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что неплотность (7) для удаления воздуха (9) выполнена на участке, расположенном со стороны выхода воздуха из вентилятора (21), например, вслед за воздушно-водяным теплообменником (5).
7. Устройство по п.3, отличающееся тем, что подача атмосферного воздуха (6) и удаление воздуха (9) могут регулироваться в зависимости от величины измерения влажности воздуха в цикле воздушного охлаждения шкафа (2) и от условий окружающей среды для шкафа (2), а также от целевых значений для внутреннего пространства (3) шкафа (2).
8. Устройство по п.3, отличающееся тем, что разрывы (7) для подачи атмосферного воздуха (6) при герметизации кабельных вводов и/или выводов выполнены в цокольной части (18) или в нижней части шкафа (2), причем эта часть соответствующим образом соединена с первым отводящим каналом (14) для восходящего потока отработанного воздуха (15).
9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что разрывы (7) для подачи атмосферного воздуха (6) выполнены в шахте, расположенной рядом с теплообменником (5) и соединенной с первым отводящим каналом (14) для восходящего потока отработанного воздуха(15).
10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что для подачи атмосферного воздуха (6) уплотнения в шкафу (2) местами выполнены меньшего размера, чем этого требует категория защищенности IP 55, и пропускают водяные пары.
11. Способ кондиционирования воздуха в электронных модульных блоках (4), установленных в приборном и распределительном шкафу, при котором поток охлаждающего воздуха движется в замкнутом цикле, причем холодный приточный воздух (12) подается в электронные модульные блоки (4), а нагретый отходящий воздух (15, 17) охлаждается в теплообменнике (5), отличающийся тем, что в целях предотвращения постоянного обезвоживания воздуха, движущегося в замкнутом цикле, влажность воздушного потока стабилизируется путем определенной подачи атмосферного воздуха (6).
12. Способ по п.11, отличающийся тем, что производится замер абсолютной влажности потока охлаждающего воздуха, движущегося в замкнутом цикле, и при наличии отклонения от заданного значения или заданных пределов в зависимости от условий окружающей среды и целевых значений для шкафа (2) подается атмосферный воздух (6).
13. Способ по п.11, отличающийся тем, что атмосферный воздух (6) через специально выполненные неплотности или разрывы (7) в шкафу (2), подается в замкнутый цикл воздушного охлаждения.
14. Способ по п.13, отличающийся тем, что атмосферный воздух (6) подается через неплотности (7) в те области, где имеет место разность давлений между внутренним пространством (3) и окружающей средой шкафа (2).
15. Способ по п.14, отличающийся тем, что атмосферный воздух (6) подается на участке расположения кабельных вводов и/или выводов, например, в цокольной части (18).
16. Способ по п.14, отличающийся тем, что атмосферный воздух (6) подается через неплотности в корпусе шкафа, в частности на участке, расположенном рядом с теплообменником (5), выполненным как воздушно-водяной теплообменник и устанавливаемым в донной части под электронными модульными блоками (4).
17. Способ по п.13, отличающийся тем, что атмосферный воздух (6) подается через отверстия в корпусных элементах (20, 22, 23).
18. Способ по п.11, отличающийся тем, что в целях стабилизации влажности воздуха в шкафу (2) воздух (9) из шкафа (2) удаляется.
19. Способ по п.18, отличающийся тем, что воздух (9) из областей (10) повышенного давления шкафа (2) удаляется из шкафа (2) через определенные отверстия или неплотности.
