空调系统的制作方法

xiaoxiao2020-09-10  1

专利名称:空调系统的制作方法
技术领域
此处讨论的实施例涉及一种空调系统,其中,从空调器供应的冷空气被提供至一电子设备,从该电子设备排出的热空气被该空调器吸入。
背景技术
最近,公知已有一种在多个支架的每个支架上都叠置有诸如服务器、网络设备之类的电子设备的数据中心。电子设备具有诸如中央处理单元(CPU)之类的功能部,并且在这些功能部消耗电力以实现功能时产生热量。因此,已利用空调系统来冷却这些电子设备产生的热量,在该空调系统中冷空气,从空调器中被供应以冷却这些电子设备。这里,将参照图23阐释一种空调系统的构造。图23为传统空调系统的阐释性视图。如图23所示,该空调系统具有包括上板层及下板层的双层结构,电子设备布置在该上板层上。利用这一构造,在该空调系统中,经由层板开口部将从未示出的空调器供应至下板层之上的空间的冷空气提供给上板层上的电子设备,经由顶板开口部将从这些电子设备排出的热空气吸入空调器。在图23中,白色箭头表示冷空气的流动,黑色箭头表示排出的热空气的流动。在利用这种构造的数据中心中,当从空调器出来的空气量不足时会发生“排气反侵”,其意为发生电子设备吸入从电子设备排出的热空气。在图23的示例中,排气反侵发生在置于数据中心最左边的电子设备中。这里,将利用图M所示的示例来具体阐释数据中心中的冷空气以及排出的热空气的流动。图M为传统空调系统中空气量、供气温度以及排气温度的阐释性视图。图对的示例是以下述方式构造的将空气量相当于电子设备所需空气量的80%的20°C的冷空气从下板层之上的空间提供给进气/排气温度差为8°C的电子设备(该电子设备在图M中以“电子设备ΔΤ = 8°C”示出),冷空气量存在20%的不足。如图M所示,20°C的冷空气从下板层之上的空间提供而至的电子设备排出的热空气。在图M的示例中,由于电子设备所需的冷空气量有20%的不足,因而发生了“排气反侵”,从电子设备排出的、空气量相当于电子设备所需空气量的20%的热空气去到电子设备的进气面并被提供给该电子设备。这样一来的结果是,电子设备排出38°C的热空气,将要在支架上部被吸入的所排出的热空气的温度高达30°C,电子设备内部的功能部温度上升,进而使电子设备的可靠性恶化。因此,采用一种增加空调器供应的冷空气量的方法来防止排气反侵。该传统技术的详细信息可在日本专利特许公开No. 2006-64303、日本专利特许公开No. H8-303815以及日本专利特许公开No. 2004-184070中得到。然而,在上述防止排气反侵的方法中有一个问题,那就是,增加空调器供应的冷空气量以提供足够冷空气给电子设备的结果是会导致大量的电力消耗。本发明旨在解决上述传统技术中的问题,并且本发明的目的在于抑制空调器所供应的冷空气量并减小电力消耗。

发明内容
根据本发明实施例的一个方案,一种空调系统包括空调器,将冷空气供应至其中布置有电子设备的空间;以及供气开口,设置在从电子设备排出的热空气流动至被吸入到电子设备中所沿的流动路径附近,并提供由空调器所供应的冷空气。


图1为根据第一实施例的空调系统的构造框图;图2为根据第二实施例的数据中心中支架及空调器的布置框图;图3为根据第二实施例的数据中心的构造框图;图4为数据中心中空气量、供气温度及排气温度的阐释性视图;图5为数据中心中空气量、供气温度及排气温度的阐释性视图;图6为设置在支架下部的排气反侵预防结构的阐释性视图;图7为热通道(hot aisle)中支架侧隔挡的阐释性视图;图8为包括空调器的数据中心的构造的阐释性视图;图9示出仿真的结果;图10为根据第三实施例的数据中心的构造框图;图11示出仿真的结果;图12示出仿真的结果;图13示出仿真的结果;图14为根据第四实施例的数据中心的构造的截面框图,该截面是沿图16中所示的A-A线;图15为根据第四实施例的数据中心的构造的截面框图,该截面是沿图14中所示的B-B线;图16为根据第四实施例的数据中心的构造的截面框图,该截面是沿图14中所示的C-C线;图17为数据中心中空调器的侧视图;图18为数据中心中空调器的主视图;图19为热通道中支架侧隔挡的阐释性视图;图20为热通道中支架侧隔挡的阐释性视图;图21为数据中心的构造框图,该数据中心中隔挡板设置在支架的上部;图22为设置有温度传感器的数据中心的构造框图;图23为传统空调系统的阐释性视图;以及图M为传统空调系统中空气量、供气温度以及排气温度的阐释性视图。
具体实施例方式以下将参照附图详细阐释根据本发明的空调系统的优选实施例。[a]第一实施例
以下将阐释根据第一实施例的空调系统的构造,并将在最后阐释根据该第一实施例的优点。图1为根据第一实施例的空调系统的构造框图。白色箭头表示冷空气的流动, 黑色箭头表示排出的热空气的流动。如图1所示,根据第一实施例的空调系统1设置有电子设备2、空调器3以及供气开口 4。电子设备2吸入从空调器3供应的冷空气同时将热空气排至一空间中。空调器3 将冷空气供应给其中布置有电子设备2的空间。供气开口 4设置在流动路径(见图1中 “ (a) ”点)附近,并将空调器3供应的冷空气提供至所述空间中,其中,从电子设备2排出的热空气沿着该流动路径流动以被吸入到电子设备2中。换一种方式来说,从电子设备2排出的热空气和从空调器3供应的冷空气混合,进而将排出的热空气和冷空气的混合空气提供给电子设备2,从而在空调系统1中能够减小空调器3要供应的冷空气量并且能够减小电力消耗。[b]第二实施例接下来将阐释根据第二实施例的空调系统的构造及流动过程,并将在最后阐释根据第二实施例的优点。至于图2中的箭头,白色箭头表示冷空气的流动,黑色箭头表示排出的热空气的流动。空调系统的构造首先,将参照图2阐释数据中心100的整体构造。图2为根据第二实施例的数据中心中支架和空调器的布置框图。如图2所示,数据中心100设置有多个空调器10及多个支架20。在数据中心100中,设置有多个支架行,其中每个支架行具有多个布置的支架20, 并且支架行布置为使其正面侧彼此相对,其背面侧也彼此相对。其上装设有电子设备的支架20从正面吸入空气并从背面排出空气。此处,电子设备装设在支架20上,电子设备的正面是支架20的正面,电子设备的背面是支架20的背面。空调器10以预定间隔布置,并供应冷空气至其中布置有支架20的空间。经由未示出的壁而将空调器10与其中布置有支架 20的区域隔开,空调器10供应的冷空气是从未示出的顶板管道被提供给上面布置有支架 20的上板层之上的空间,并且空调器10从未示出的下层压力通风系统(plenum)接收热空气。此处,将参照图3阐释数据中心100的构造及空气流动。图3为根据第二实施例的数据中心的构造框图。如图3所示,在数据中心100中,支架20正面彼此相对的通道之上的顶板上布置有顶板开口部30,在支架20背面彼此相对的通道中形成双层的层板上布置有层板开口部40。空调器10在其上表面上具有出口部并在其下表面上具有入口部。在数据中心100中,在支架20的排气面彼此相对的通道中具有排气区域,在支架 20的进气面彼此相对的通道中形成有进气区域,在支架20的上部空间中形成有分流部,排气区域填充有所排出的空气,分流部连接排气区域和进气区域。向上板层空间提供从空调器10供应的冷空气的顶板开口部30设置在分流路径附近。此处,将参照图3阐释空气的流动。如图3所示,在数据中心100中,从空调器10上表面上的出口部出来的冷空气经过顶板,并从顶板开口部30流至上板层之上的空间,其中,所述顶板开口部30布置在支架的正面彼此相对的冷却通道之上。随后,流至上板层空间的冷空气从支架的正面被吸入,通过冷却电子设备而变热,
5并从支架的背面被排出。之后,从支架20排出的变热空气的一部分从在支架的背面彼此相对的热通道底部上布置的层板开口部40被吸入,并经过双层的下层压力通风系统,从空调器10下表面上的入口部被吸入。当支架20所需的空气流量大于顶板管道提供的冷空气流量,也即,当提供的冷空气量不足时,会发生以下现象从支架20背面排出的热空气一部分经由支架20上部空间中形成的分流部去到支架20的正面。由于在第二实施例中,顶板开口部30是直接设置在支架正面之间的进气区域上方,也即分流路径的附近,所以从顶板开口部30出来的冷空气在混合部与从支架排气面排出的高温空气混合,由此所有支架都吸入温度低于目标温度的空气。因此,当从空调器10 出来的空气温度在支架的进气温度的容许值以下时,利用从支架20排出的空气,能够降低数据中心100中将要从空调器供应的空气量。接下来,将参照图4和图5阐释数据中心中的空气量、供气温度和排气温度。图4 和图5为数据中心中空气量、供气温度和排气温度的阐释性视图。图4表示能够将空气量相当于电子设备所需空气量的80%的相对较低温度的空气提供给支架整体。在图4所示的示例中,20°C冷空气从未示出的空调器供应并经由在分流部(从支架的排气面到进气面)附近设置的顶板开口部被提供给上板层空间,该空调器具有相当于支架所需空气量的80%的空气量。因为不足,最终已高达30°C、相当于所排出空气的20% 的空气量去到支架的正面侧,与20°C冷空气混合而成为22°C,并被支架吸入。支架所吸入的22°C空气的温度在支架中上升8°C变成30°C,并且相当于80%的排出空气从层板开口部经由下层压力通风系统回到未示出的空调器。图5表示当容许支架的进气温度高达时,可以将从供应20°C空气的空调器供应的空气量抑制至支架所需空气量的50%。将空气量相当于支架所需空气量的50%的 20°C冷空气从未示出的空调器喷出,并通过在分流部(从支架的排气面到进气面)附近设置的顶板开口部将其提供给上板层空间。由于不足,最终已高达36°C、相当于排出空气的 50%的空气量去到支架的正面侧,与20°C冷空气混合而成为^°C,并被支架吸入。支架所吸入的空气的温度在支架中上升8°C变成36°C,并且相当于50%的排出空气从层板开口部经由下层压力通风系统回到未示出的空调器。接下来,将参照图6阐释设置于支架下部的排气反侵预防结构。图6为设置于支架下部的排气反侵预防结构的阐释性视图。如图6所示,排气反侵预防结构50被布置为防止从支架排出的空气通过支架20下部出现的缺口反侵。这一结构能够防止“从支架排出的高温空气直接去到支架的进气面”的现象,该现象发生在远离提供冷空气的顶板开口部30 的位置。接下来,将参照图7阐释热通道中的支架侧隔挡。图7为热通道中支架侧隔挡的阐释性视图。此外,图7为从顶板侧看的视图。这里,热通道表示相邻支架行之间的空间, 在该空间中相邻支架行中布置的支架20的背侧彼此相对。如图7所示,在数据中心100中,隔挡60设置在热通道中的支架端。这样,能够防止从支架的背面排出的热空气从热通道排出,并且能够防止将要经由顶板开口部30提供的冷空气不从支架20的正面被吸入而直接通过层板开口部40从层空间排出。此处,隔挡 60的高度构造为与支架20的高度相同。图8中示出包括空调器的数据中心的构造。
以这种方式,在数据中心100中,从支架20排出的热空气以及从空调器10供应的冷空气通过在分流部(连接排气区域和进气区域)附近设置用于冷空气的供气开口而混合,由此能够在保持支架上装设的电子设备中所能容许的进气温度的同时降低来自空调器的空气量。这里,将阐释热流体仿真的结果,通过该热流体仿真验证数据中心100的整体的温度分布是否实现了类似于图4和图5所示的简单模型的温度分布。图9示出了仿真结果的温度分布。在图9所示的仿真模型中,数据中心100包括两个支架行并且支架行的背面彼此相对。冷空气从冷却通道之上设置的顶板开口部30被提供给支架的正面。在图9的示例中,相当于支架所需空气量的80%的空气量从顶板提供。在从支架排出的热空气中,相当于80%的空气量通过设置于热通道的层板开口部经由下层压力通风系统回到空调器,而相当于剩余20%的空气量经由支架的上部前往冷却通道。这里,从空调器所要供应的空气温度被设为20°C,通过支架上升的温度被设为10°C。同时,当热空气和冷空气在这种条件下混合至均勻温度时,支架的进气温度预期为22. 5°C,仿真结果显示出温度从22°C至的空气被支架所吸入,尽管该仿真结果与图4和图5所示的理论结果并未严密契合,但上述构造仍然行之有效。第二实施例的优点就目前为止所述的,数据中心100设置有空调器10及电子设备20,空调器10向其中布置有支架20的空间供应冷空气,电子设备20吸入由空调器10供应的冷空气并向排气区域排出热空气。另外,数据中心100设置有顶板开口部30,顶板开口部30设置在分流部附近,从支架20排出的热空气沿着分流部流动以被吸入到支架20中,并且该顶板开口部 30将由空调器10供应的冷空气提供给所述空间。当来自空调器10的空气温度低于支架 20进气温度的容许值时,来自支架20的排出空气被利用并与从空调器10供应的冷空气混合,由此能够在保持支架20的进气温度容许值时,抑制来自空调器10的冷空气量,并减小电力消耗。应该注意的是,第二实施例被构造为具有防止排出空气流入支架20侧面空间的隔挡60,该空间是在连接排气区域(热空气从支架20排出至该排气区域)和进气区域(支架20所吸入空气来自该进气区域)的多个分流部中不具有用于提供来自空调器10的冷空气的开口部的分流部。这种构造使得能够防止从支架20背面排出的热空气从排气区域排出以及在不与冷空气混合的情况下进入进气区域。[c]第三实施例虽然包括第二实施例中在进气区域(被支架的正面(即进气面)包围而成的空间)之上设置顶板开口部的情形,但本发明不限于此。在本发明中,顶板开口部可以布置在排气区域(从支架排出的热空气流动的空间)之上。在以下要阐释的第三实施例中,将阐释在热通道之上设置顶板开口部的情形。将参照图10阐释根据第三实施例的数据中心100A的构造。如图10所示,与图3所示的数据中心100相比,在根据第三实施例的数据中心100A中,提供冷空气的顶板开口部30A是布置在层板开口部40之上。具体地,顶板开口部30A是布置在排气区域之上,其中,该排气区域是支架行之间的空间,并且在该空间中支架行中布置的支架20的排气面彼此相对。在数据中心100A中,通过在分流部(作为连接排气面和进气面的流路,且排出的热空气去到该流路)附近设置顶板开口部30A,并通过使得从支架20排出的热空气与从空
7调器10供应的冷空气混合,去往支架20正面的空气温度得以降低。此处,将阐释数据中心100A整体的温度分布。图11至图13示出了仿真结果。当顶板开口部30A出来的空气接近直线传播时,鉴于来自顶板开口部30A的冷空气被直接吸入热通道上布置的层板开口部40反而会使效率恶化,可以设置阻挡如图12所示从顶板开口部30A进入热通道的冷空气流的平板70。通过布置平板70,能够防止来自顶板开口部 30A的冷空气被直接吸入热通道上布置的层板开口部40,由此能够将支架20的进气温度抑制在周围。此外,如图13所示,可以类似于第二实施例在热通道中的支架端设置隔挡。通过布置隔挡,能够防止从支架背面排出的热空气从热通道排出。另外,能够防止从顶板开口部 30A提供的冷空气在没有经过支架20的情况下被吸入层板开口部40。因此,能够将支架20 的进气温度抑制到22°C -M°C。此外,在第三实施例中,由于空气混合是从分流部中远离进气区域的一处开始进行的,所以支架20进气面的温度分布与第二实施例相比要均勻。正如所述,在第三实施例中,顶板开口部30设置在流动路径的附近,其中,从支架 20排出的热空气沿着该流动路径流动以被吸入到支架20中,并且是在热空气由支架20排到的空间上方。因此,能够将通过与冷空气混合而降低温度的排出空气提供给支架20,能够减小要由空调器10供应的冷空气量,并且能够减小电力消耗。[d]第四实施例虽然在上述第一实施例至第三实施例中阐释了在数据中心上部的分流部附近设置用于冷空气的供气开口的情形,但本发明不限于此,用于冷空气的供气开口还可以设置在位于支架行一端的分流部附近。那么,作为在来自支架行一端的排出空气的流动路径附近设置冷空气的供气开口的情形,以下将参照图14至图16阐释根据第四实施例的数据中心100B的构造。图14至图16为根据第四实施例的数据中心的构造框图。图14示出了沿着图16中所示A-A线的横截面,图15示出了沿着图14中所示B-B线的横截面,图16示出了沿着图14中所示C-C 线的横截面。如图14所示,在数据中心100B中,在壁面上布置供气开口 30B,该供气开口 30B将从空调器IOA供应的冷空气提供给上板层空间。如图14和图15所示,当支架20所需空气流量大于从空调器供应的冷空气流量,也即,当提供的冷空气量不足时,会发生以下现象 从支架20背面排出的热空气经由支架20的一侧及上方去到支架20的进气面。如图16所示,在数据中心100B中,从空调器IOA供应的冷空气,除了类似于第一实施例至第三实施例是从顶板被提供之外,是从壁面上布置的供气开口 30B被提供给支架行。此外,在数据中心100B中,与第一实施例至第三实施例类似,排出的热空气被吸入下板空间中。这里,将参照图17和图18阐释数据中心100B中的空调器IOA0图17为数据中心中空调器的侧视图。图18为数据中心中空调器的主视图。如图17和图18所示,空调器 IOA设置有两个鼓风机11以及一个位于鼓风机11之下的热交换机12。在数据中心100B 中,鼓风机11从设置于空调器IOA外壳上部以及正面的开口部经由顶板开口部以及壁面上的供气开口 30B将冷空气供应至其中布置有支架20的空间。热交换机12冷却从层板之下的空间所吸入的排出热空气。
正如所述,由于用于冷空气的供气开口布置在来自支架端的排出空气的流动路径的附近,所以来自支架端的排出空气能够与冷空气混合。如此一来的结果是,通过将混合后的冷空气及排出空气提供给支架20,能够减小要由空调器10供应的冷空气量,并能够减小电力消耗。[e]第五实施例虽然到目前为止阐释了本发明的多个实施例,但本发明可以以不同于上述实施例的各种形式实现。那么,以下将以第五实施例来阐释本发明包括的其他实施例。隔挡虽然第二实施例中阐释了在热通道中的支架端布置隔挡的情形,但本发明不限于此,可以将能够打开和关闭的隔挡布置在热通道中的支架端。具体地,如图19所示在热通道中的支架端布置有隔挡80并且每个隔挡80被布置为能够打开和关闭。此外,当隔挡80处于如图20所示的关闭状态时,两个并排的隔挡80 阻塞住热通道。换言之,在数据中心中,能够防止从支架背面排出的热空气从热通道排出,并能够防止从顶板开口部30提供的冷空气在没有经过支架20的情况下从层板开口部40被吸入。 此外,由于隔挡80能够打开和关闭,所以当维护人员等等进入热通道时可以便利地打开隔挡80。来自下层空间的冷空气虽然在第一实施例至第四实施例中阐释了从顶板提供冷空气的情形,但本发明不限于此,冷空间还可以从下层空间提供。具体地,如图21所示在支架上部与顶板之间的空间被隔挡板50A所隔开。随后,将从下层压力通风系统提供的冷空气经由层板开口部40提供给上板层空间,并在与来自支架20的排出空气混合后经由设于支架20下部的分流部被支架20所吸入。设于支架20下部的分流部是通过允许空气通过的框架结构来实现的。此外,来自支架20的排出热空气经由顶板开口部30向上回到空调器并且该排出热空气的一部分向下去到与冷空气混合。此处,如图21所示在数据中心中,由于层板开口部40是设置于分流路径附近,层板开口部40出来的冷空气在混合部与从支架排气面排出的高温空气混合,因而所有支架吸收到温度低于目标的空气。此外,当空调器出来的空气温度低于支架进气温度的目标值时,通过利用从支架20排出的空气可以减小数据中心中空调器所要供应的空气量。温度传感器另外,作为第五实施例,在支架中可以设置温度传感器。具体地,如图22所示,温度传感器90设置在每个支架20的上部。随后,温度传感器90测量混合部的温度并将测量的温度通知给未示出的空调器,其中顶板开口部30出来的冷空气是在该混合部中与从支架排气面排出的高温空气混合。例如,当从温度传感器90得知的混合部温度超过支架进气温度的容许值时, 空调器控制增加冷空气的量。通过在支架中设置温度传感器,冷空气的量能够得到恰当的控制。
权利要求
1.一种空调系统,包括空调器,将冷空气供应至内部布置有电子设备的空间;以及供气开口,设置在从所述电子设备排出的热空气流动至被吸入到所述电子设备中所沿的流动路径附近,并提供由所述空调器所供应的冷空气。
2.如权利要求1所述的空调系统,还包括隔挡部,将从所述电子设备排出的热空气所排到的空间与所述电子设备从中吸入冷空气的空间隔开。
3.如权利要求1所述的空调系统,其中所述供气开口设置在所述电子设备从中吸入冷空气的空间之上。
4.如权利要求1所述的空调系统,其中所述供气开口设置在从所述电子设备排出的热空气所排到的空间之上。
5.如权利要求1所述的空调系统,其中所述供气开口设置在从所述电子设备排出的热空气流动至被吸入到所述电子设备中所沿的所述流动路径附近的顶板面上,并且所述空调器经由所述顶板将冷空气供应至上面布置有所述电子设备的层板之上的空间,并从所述层板之下的空间吸入从所述电子设备排出的热空气。
全文摘要
本发明提供一种空调系统,该空调系统包括空调器,将冷空气供应至其中布置有电子设备的空间;以及供气开口,设置在从所述电子设备排出的热空气流动至被吸入到所述电子设备中所沿的流动路径附近,并提供由所述空调器所供应的冷空气。
文档编号H05K7/20GK102196711SQ20111004944
公开日2011年9月21日 申请日期2011年2月28日 优先权日2010年3月12日
发明者大庭雄次, 永松郁朗, 石峰润一 申请人:富士通株式会社

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