СИСТЕМА КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ В СЕРВЕРНЫХ ШКАФАХ

Полезная модель относится к системам кондиционирования серверных шкафов, в которых размещается тепловыделяющее электронное оборудование, в частности вычислительная и телекоммуникационная техника, и может быть использована при построении инженерных систем для центров обработки данных (ЦОД) как стационарных модульных, так и мобильных.
Из предшествующего уровня техники известно техническое решение (заявка US №20090126385, F25D 23/12, 2009), где описывается распределительный шкаф, в котором образовавшийся и собранный на испарителе кондиционера внутри шкафа конденсат, вырабатываемый в теплообменнике, преобразуется в аэрозоли с помощью распыляющего устройства, и подается обратно в воздушную систему корпуса для стабилизации атмосферной влажности внутри шкафа. Причем в качестве распылителя используется ультразвуковой вибратор или ультразвуковой распылитель.
Недостатком такой системы увлажнения является отсутствие системы очистки конденсата для его повторного использования в системе увлажнения, что приводит к увеличению потребления воды. Кроме того, вероятность попадания микроскопических капель воды на электронное оборудование, которое находится в одном шкафу с распылителем, может привести к выходу из строя приборов.
Известно устройство кондиционирования воздуха в шкафу для электронных устройств (патент РФ №2515530, МПК G12B 15/00, 2014). Устройство содержит корпус с первой стороной и со второй стороной, противоположной первой стороне, устройство для подачи воздуха и теплообменник. Устройство для подачи воздуха всасывает воздух с первой стороны, направляет его через теплообменник ко второй стороне и выпускает в радиальном направлении со второй стороны. Теплообменник соединен с внешним или внутренним охлаждающим устройством для подачи охлаждающей среды.
Недостатком такой конструкции является отсутствие встроенной системы управления влажностью внутри шкафа.
Наиболее близким техническим решением является система кондиционирования и распределения воздушных потоков для герметичного шкафа ЦОД (патент РФ №2433447, МПК G06F 1/20, 2011). В конструкции герметичного шкафа для стабилизации влажности охлаждаемого воздуха предусмотрен увлажнитель в виде объемно-пористого полотна, находящийся на внутренней стенке дверцы шкафа, кондиционер, а также имеется система воздуховодов для перенаправления части охлажденных воздушных потоков на боковые стенки охлаждаемого оборудования. Причем компрессор находится за пределами шкафа.
Недостатком системы является низкий КПД системы охлаждения, поскольку потоки воздуха идут вертикально, что удлиняет путь от области холодного воздуха до оборудования. Кроме того, в решении не предусмотрена система очистки воды.
Задачей, решаемой полезной моделью, является создание системы кондиционирования и распределения воздушных потоков для центра обработки данных, свободной от указанных выше недостатков.
Задача решается системой кондиционирования и распределения воздушных потоков в серверном шкафу с замкнутым циклом воздушного охлаждения, которая включает ультразвуковой увлажнитель, кондиционер, состоящий из, по крайней мере, одного вентилятора, испарителя, оборудования для регулирования подачи хладагента, контроллера, поддона для сбора конденсата, помпы для откачки конденсата, по крайней мере одного датчика влажности во входном потоке испарителя, датчика температуры. При этом шкаф выполнен секционным, состоящим, по меньшей мере, из двух шкафов, закрытых со всех сторон, кроме одной, и соединенных между собой открытыми сторонами с помощью крепежных элементов так, что эти шкафы образуют единый герметичный модуль. При необходимости система может включать в себя несколько герметичных модулей.
Отличительными признаками заявленной системы кондиционирования и распределения воздушных потоков от прототипа являются:
- в предыдущей модели увлажнитель и кондиционеры располагались в том же шкафу, что и оборудование. В новом - увлажнитель и кондиционер (или кондиционеры) размещаются в отдельном шкафу (шкафах) сбоку от шкафа с электронным оборудованием. При этом между этими шкафами нет стенок, и они образуют единый герметичный комплекс;
- в предыдущем решении использовался адиабатический увлажнитель, в новом -ультразвуковой;
- в новом решении имеется отдельная емкость для сбора и очистки конденсата перед его подачей в увлажнитель, в то время как в прототипе конденсат подается напрямую из поддона;
- в предыдущем решении промежуточный блок системы кондиционирования (оборудование для регулирования подачи хладагента) размещался отдельно, в новом -внутри шкафа с кондиционерами;
- в предыдущей модели система кондиционирования и распределения воздушных потоков могла включать в себя только один шкаф. В новом - от одного до любого количества модулей.
Предлагаемую конструкцию поясняют чертежи, на которых схематично изображено:
фиг. 1 - общий вид модуля с системой кондиционирования с открытыми дверями и снятой боковой стенкой;
фиг. 2 - вид шкафа-кондиционера со снятой стенкой сбоку;
фиг. 3 - вид спереди шкафа для электронного оборудования и шкафа-кондиционера.
Одинаковые элементы на всех чертежах обозначены одинаковыми номерами.
На фиг. 1 изображен модуль серверного шкафа центра вычислительной обработки данных (ЦОД) с герметизированным внутренним пространством. Серверный шкаф 1 предназначен для размещения внутри него вычислительного оборудования (серверы и коммутаторы). Сбоку от него расположен шкаф-кондиционер 2, в котором размещено все оборудование для кондиционирования. Шкафы не имеют общей стенки, а соединены между собой через уплотнители крепежными элементами 3 для создания единого герметизированного внутреннего пространства.
На фиг. 2 отдельно показана схема шкафа-кондиционера 2. В шкафу-кондиционере 2 размещены: испаритель 4, вентиляторы 5, оборудование для регулирования подачи хладагента 6, поддон для сбора конденсата 7, ультразвуковой увлажнитель 8 и контроллер 9.
На фиг. 3 показан вид шкафа 1 с размещенным в нем электронным оборудованием и шкафа-кондиционера 2. Передние стенки электронных блоков 10 и заглушки 11 вместе с передними дверями шкафов 12 и 13 и боковыми стенками образуют область охлажденного воздуха 14 (фиг. 2).
Система функционирует следующим образом.
Из области охлажденного воздуха 14 с помощью вентиляторов электронных блоков (не показаны на чертеже) воздух попадает внутрь этих блоков и нагревается на теплорассеивающих поверхностях, тем самым снимая с электронных блоков тепло и перенося его в область нагретого воздуха 15 (фиг. 2). Охлаждение воздуха происходит путем продувания потока горячего воздуха через испаритель кондиционера 4 вентиляторами кондиционера 5 и направлением его в область охлажденного воздуха 14. В области нагретого воздуха 15 воздух с помощью ультразвукового увлажнителя 8 насыщается до требуемых параметров влажности. Циркуляция воздуха в шкафах обеспечивается вентиляторами 5 шкафа-кондиционера 2.
Размещение вентиляторов 5 по всей высоте шкафа-кондиционера 2 позволяет организовать горизонтальную циркуляцию воздуха в модуле.
Влага, неизбежно выпадающая из воздуха при его охлаждении в виде конденсата, собирается в поддоне 7 шкафа-кондиционера 2 и при помощи помпы 16 по трубке 17 попадает в резервуар увлажнителя 8, где проходит двухступенчатую очистку с помощью фильтра и ультрафиолетового излучателя, которые являются частью увлажнителя и находятся внутри него. Контроллер 9, используя показания датчиков влажности и температуры и управляя увлажнителем 8, постоянно поддерживает нужную влажность охлаждаемого воздуха внутри шкафа.
Система имеет следующие преимущества:
- размещение кондиционеров в отдельном шкафу позволяет использовать более мощные кондиционеры, в итоге это дает возможность увеличить мощность теплоотвода от 1 шкафа;
- размещение кондиционеров и увлажнителя в отдельном шкафу дает возможность разместить больше ИТ-оборудования в шкафу с электронными блоками, кроме того, снижаются риски протечки - попадания конденсата на оборудование в шкафу;
- существует возможность создания более крупных инфраструктур (размещение большего количества оборудования);
- ультразвуковой увлажнитель позволяет более точно регулировать влажность в системе кондиционирования и шкафу в целом;
- снижение потребления воды за счет ее многократного повторного использования, обеспечиваемого ее двухступенчатой очисткой с помощью фильтра и ультрафиолетового излучателя, являющихся частью увлажнителя;
- подача конденсата через отдельную емкость позволяет противодействовать образованию загрязнения в системе увлажнения (грязь, микробы и т.д.);
- размещение компрессора в шкафу с кондиционерами упрощает процесс монтажа (то есть снижает затраты) и не требует поиска места для размещения компрессора в помещении.
Технический результат заключается в повышении КПД системы кондиционирования благодаря размещению вентиляторов в шкафу-кондиционере сбоку от охлаждаемого оборудования, что позволяет сократить длину потоков воздуха и обеспечить равномерный отвод воздуха по всей высоте шкафа. Также, КПД системы повышается за счет применения ультразвукового увлажнителя, позволяющего сократить потребление воды и электроэнергии.