CN112423547A - 一体化节能机柜 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种一体化节能机柜，所述一体化节能机柜包括：柜体；位于所述柜体内部的空调；进风装置，其被构造为使得所述柜体外部的空气通过所述进风装置流进所述柜体内部；布置在所述柜体上的排风装置，其用于排出所述柜体内部的空气；温度传感器，其用于测量所述柜体的温度值；以及监控装置，其用于根据所述测量的温度值选择性地控制所述空调和所述排风装置之一工作。本发明的一体化节能机柜能够实现节能减排和降低散热成本。
Description
技术领域
本发明涉及机柜，具体涉及一体化节能机柜。
背景技术
一体化机柜作为机房载体，整合了不间断电源、配电、防雷、散热、监控、布线和服务器等模块化电子设备，在机柜内部形成一个满足设备安全运行的机房环境，有助于小型机房朝向机柜化、标准化方向发展，且有效降低小型机房的建设难度和成本。一体化机柜采用模块化设计，结构紧凑，占地面积小，对安装场地要求低，且可快速部署，其广泛适用于中小型数据中心、分支机构机房、集中管理的分布式机房、模块化数据中心等领域。
图1是现有技术中的一种一体化机柜的立体示意图。如图1所示，一体化机柜1呈长方体状的框架结构，其包括柜体11和安装在柜体11上的柜门12，柜体11包括相对设置的底板111和顶板112、相对设置的侧板113和侧板114，以及与柜门12相对设置的背板115。柜门12的一侧通过合页等可枢转连接件固定在侧板113或114的边缘，且能够相对于柜体11打开或关闭。柜门12采用玻璃等透明材料制成，便于操作者观察柜体11内部的运行情况。
一体化机柜1还包括嵌入在柜门12上的控制面板121、位于柜体11的底板111上的空调13、沿着从空调13到顶板112的方向堆叠的不间断电源、电源分配单元和多个服务器等多个电子设备14。
空调13的出风口131靠近柜门12，其吹出的冷空气的流向从出风口131指向顶板112且平行于柜门12。其中每一个电子设备14的面板与柜门12相对设置，且与柜门12相距预定的距离，由此多个电子设备14的面板、柜门12、侧板113的边缘和侧板114的边缘限定了一个封闭的冷通道，有效将空调13的出风口131吹出的冷气流和靠近背板115的热气流进行隔绝、且提高电子设备14的制冷效果。
通常，一体化机柜内部的空调需要持续地工作，以使得柜体内部的电子设备合适的温度和相对湿度下安全工作。然而，空调在工作中耗能较大，无法实现高效节能以降低一体化机柜的运行成本。
发明内容
针对现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种一体化节能机柜，包括：
柜体；
位于所述柜体内部的空调；
进风装置，其被构造为使得所述柜体外部的空气通过所述进风装置流进所述柜体内部；
布置在所述柜体上的排风装置，其用于排出所述柜体内部的空气；
温度传感器，其用于测量所述柜体的温度值；以及
监控装置，其用于根据所述测量的温度值选择性地控制所述空调和所述排风装置之一工作。
优选的，当所述测量的温度值大于第一阈值温度，且不大于第二阈值温度时，所述监控装置控制所述排风装置工作且控制所述空调不工作；当所述测量的温度值大于第二阈值温度时，所述监控装置控制所述排风装置不工作且控制所述空调制冷；当所述测量的温度值不大于第一阈值温度时，所述监控装置控制所述排风装置不工作且控制所述空调制热；其中所述第一阈值温度小于所述第二阈值温度。
优选的，所述监控装置包括：第一模数转换器，其用于输出与所述测量的温度值相对应的温度数字信号；第一数值比较器，其用于将所述温度数字信号与所述第一阈值温度和第二阈值温度进行比较，并输出第一比较信号；以及控制单元，其用于根据所述第一比较信号选择性地控制所述空调和所述排风装置之一工作。
优选的，所述一体化节能机柜还包括：湿度传感器，其用于测量所述柜体的相对湿度值；当第一阈值温度＜所述测量的温度值≤第二阈值温度，且所述测量的相对湿度值≤预定的相对湿度值时，所述监控装置控制所述排风装置工作且控制所述空调不工作；当所述测量的相对湿度值＞预定的相对湿度值时，所述监控装置控制所述排风装置不工作且控制所述空调制冷。
优选的，所述监控装置还包括：第二模数转换器，其用于输出与所述测量的相对湿度值相对应的湿度数字信号；第二数值比较器，其用于将所述湿度数字信号与预定的相对湿度值进行比较，并输出第二比较信号；其中所述控制单元用于根据所述第一比较信号和第二比较信号选择性地控制所述空调和所述排风装置之一工作。
优选的，所述温度传感器和/或所述湿度传感器布置在所述柜体的外侧壁。
优选的，所述空调的功耗大于所述排风装置的功耗。
优选的，所述一体化节能机柜还包括固定在所述柜体上的混合箱，所述混合箱的进风口与所述排风装置的排风口相接合，其用于收集所述排风装置排出的空气。
优选的，所述一体化节能机柜还包括与所述混合箱相连通的排热管。
优选的，所述一体化节能机柜包括柜门，其相对所述柜体打开和关闭；所述柜体包括相对设置的底板和顶板、相对设置的第一侧板和第二侧板，以及与所述柜门相对设置的背板；其中所述进风装置嵌在所述柜门上且靠近所述底板，所述排风装置嵌在所述顶板上且靠近所述背板。
优选的，所述空调固定在所述底板上，所述空调的出风口靠近所述柜门且吹出的冷空气的流向平行于所述柜门且从所述空调的出风口指向所述顶板。
优选的，所述一体化节能机柜包括从所述底板到所述顶板堆叠布置的多个电子设备，所述多个电子设备的面板与所述柜门相对设置，且所述多个电子设备的面板、所述柜门、所述第一侧板的边缘和第二侧板的边缘限定了封闭的冷通道。
本发明的监控装置能够控制排风装置和空调之一工作，由此一体化节能机柜实现节能减排和降低散热成本。
温度传感器和湿度传感器布置在柜体的外侧壁上，能够精确测量柜体所处的环境温度值和相对湿度值，以充分利用柜体所处的环境的空气来进行散热，进一步提高冷却效率并降低散热成本，同时还能避免监控装置对排风装置和空调的误控制。
空调安装在柜体的底板上，方便空调的安装和固定。空调的出风口吹出的冷空气的流向平行于柜门且从出风口指向顶板，使得冷空气能够吹到所有的电子设备的面板上。
进风装置嵌在柜门上且靠近底板，由此从进风装置进入的空气将流经所有的电子设备的面板上。
排风装置靠近背板，有助于冷空气与电子设备充分热交换后通过排风装置排出。
混合箱用于收集排风装置排出的热空气，并通过排热管将热空气导向期望的地方。
附图说明
以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：
图1是现有技术中的一种一体化机柜的立体示意图。
图2是根据本发明第一个实施例的一体化节能机柜的立体示意图。
图3是图2所示的一体化节能机柜中的监控装置的方框图。
图4是图3所示的监控装置的控制流程图。
图5是根据本发明第二个实施例的一体化节能机柜的立体示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。
图2是根据本发明第一个实施例的一体化节能机柜的立体示意图。如图2所示，图2所示的一体化节能机柜2与图1所示的一体化机柜1大体上相同，即一体化节能机柜2同样呈长方体状的框架结构，其包括柜体21、安装在柜体21上且能够相对于柜体21打开和关闭的柜门22，其中柜体21包括相对设置的底板211和顶板212、相对设置的侧板213和侧板214，与柜门22相对设置的背板215，位于柜体21的底板211上的空调23，其中空调23的出风口231靠近柜门22且吹出的冷空气的流向从出风口231指向顶板212且平行于柜门22，以及沿着从空调23到顶板212的方向堆叠的不间断电源、电源分配单元和多个服务器等多个模块化的电子设备24。
一体化节能机柜2还包括进风装置25、排风装置26、温度传感器271、湿度传感器272以及位于柜体21内部的监控装置(以下结合图3介绍)。其中进风装置25嵌在柜门22上且靠近底板211，进风装置25允许柜体21外部的空气进入柜体21的内部，同时防止柜体21内部的空气流通至外部。排风装置26嵌在顶板212上且靠近背板215，排风装置26工作时用于将柜体21内部的空气抽出。温度传感器271和湿度传感器272固定在柜体21上，其分别用于测量柜体21外部的温度值和相对湿度值。监控装置用于控制排风装置26和空调23的工作状态。
图3是图2所示的一体化节能机柜中的监控装置的方框图。如图3所示，监控装置29包括第一模数转换器291、第二模数转换器292、第一数值比较器293、第二数值比较器294和控制单元295。
温度传感器271测量柜体21外部的温度值，并输出与测量的温度值相对应的温度信号Vt至第一模数转换器291，第一模数转换器291用于将温度信号Vt转换为相对应的温度数字信号Dt。第一数值比较器293接收温度数字信号Dt，并将其与第一阈值温度T1和第二阈值温度T2进行比较，从而输出第一比较信号C11，其中第一阈值温度T1到第二阈值温度T2为一体化节能机柜2允许的工作温度范围或安全工作的温度范围，且第二阈值温度T2大于第一阈值温度T1。
湿度传感器272测量柜体21外部的相对湿度值，并输出与测量的相对湿度值相对应的湿度信号Vh至第二模数转换器292，第二模数转换器292用于将湿度信号Vh转换为相对应的湿度数字信号Dh。第二数值比较器294接收湿度数字信号Dh，并将其与预定的相对湿度值Href进行比较，从而输出第二比较信号C12。
控制单元295接收第一比较信号C11和第二比较信号C12，从而输出控制信号CS以控制排风装置26的工作状态和空调23的工作状态。
图4是图3所示的监控装置的控制流程图。如图4所示，步骤S1，监控装置29获取温度传感器271和湿度传感器272分别测量的柜体21外部的温度值T和相对湿度值RH。步骤S2，将测量的相对湿度值RH与预定的相对湿度值Href进行比较，且将测量的温度值T与第一阈值温度T1和第二阈值温度T2进行比较。当第一阈值温度T1＜测量的温度值T≤第二阈值温度T2，且测量的相对湿度值RH≤预定的相对湿度值Href时，执行如下步骤S31：控制排风装置26工作且控制空调23停止工作；当测量的温度值T＞第二阈值温度T2，或测量的相对湿度值RH＞预定的相对湿度值Href时，执行如下步骤S32：控制排风装置26停止工作，且控制空调23制冷以吹出冷空气；当测量的温度值T≤第一阈值温度T1时，执行如下步骤S33：控制排风装置26停止工作，且控制空调23中内置的加热装置工作以吹出热空气，即控制空调23制热。
下面通过举例说明监控装置29的功能。假定第一阈值温度T1为15摄氏度，第二阈值温度T2为27摄氏度，预定的相对湿度值Href为80％。
(1)假定温度传感器271测量的温度值T为20摄氏度，即在15摄氏度～27摄氏度之间，且湿度传感器272测量的相对湿度值RH为50％，即不大于80％。第一模数转换器291输出与测量的温度值T相对应的温度数字信号Dt，第一数值比较器293输出第一电平(例如高电平)的第一比较信号C11。第二模数转换器292输出与测量的相对湿度值RH相对应的湿度数字信号Dh，第二数值比较器294输出第一电平(例如高电平)的第二比较信号C12。控制单元295输出第一种控制信号CS，以控制排风装置26工作且控制空调23不工作。
柜体21内部形成的空气流向如下：首先排风装置26将柜体21内部的空气排出，使得柜体21内部形成负压，柜体21外部的空气穿过进风装置25进入柜体21内部后，在封闭的冷通道中沿着从底板211到顶板212的方向运动，并流经堆叠的电子设备24的面板的表面，安装在电子设备24的面板上的吸风风机(附图未示出)将空气吸进去，空气从电子设备24的面板指向背板215的方向流动，与电子设备24发生热交换后变成热空气并吹向背板215，排风装置26对柜体21内部的热空气进行抽气并排出柜体21外部。
(2)假定湿度传感器272测量的相对湿度值RH为90％，即大于80％。第二模数转换器292输出与测量的相对湿度值RH相对应的湿度数字信号Dh，第二数值比较器294输出第二电平(例如低电平)的第二比较信号C12。控制单元295输出第二种控制信号CS以控制排风装置26不工作且控制空调23制冷。
柜体21内部形成的空气流向如下：空调23的出风口231吹出冷空气，冷空气在封闭的冷通道从出风口231到顶板212的方向流动，并依次流经堆叠的电子设备24的面板，安装在电子设备24的面板上的吸风风机将冷空气吸进去，冷空气从电子设备24的面板指向背板215的方向流动，与电子设备24发生热交换后变成热空气并吹向背板215，最后流向空调23的进风口，空调23的压缩机制冷并从其出风口231吹出冷空气。
(3)假定温度传感器271测量的温度值T为40摄氏度，即大于27摄氏度。第一模数转换器291输出与测量的温度值T相对应的温度数字信号Dt，第一数值比较器293输出第二电平(例如低电平)的第一比较信号C11。控制单元295输出第二种控制信号CS以控制排风装置26不工作且控制空调23制冷。
柜体21内部形成的空气流向与上述第(2)种情况相同，在此不再赘述。
(4)假定温度传感器271测量的温度值T为10摄氏度，即不大于15摄氏度。第一模数转换器291输出与测量的温度值T相对应的温度数字信号Dt，第一数值比较器293输出第二电平(例如低电平)的第一比较信号C11。控制单元295输出第三种控制信号CS以控制排风装置26不工作且控制空调23内置的加热装置工作。
柜体21内部形成的空气流向如下：空调23的出风口231吹出热空气，热空气在封闭的冷通道从出风口231到顶板212的方向流动，并依次流经堆叠的电子设备24的面板，安装在电子设备24的面板上的吸风风机将热空气吸进去，热空气从电子设备24的面板指向背板215的方向流动，与电子设备24发生热交换后变成冷空气，冷空气吹向背板215，最后流向空调23的进风口，空调23内置的加热装置对冷空气加热并从其出风口231吹出热空气。
本发明的柜体21上安装进风装置25和排风装置26，监控装置29获取柜体21外部的温度值和相对湿度值，当温度值和相对湿度值分别在预定的温度范围和相对湿度范围中时，监控装置29控制排风装置26工作且控制空调23不工作，排风装置26将柜体21外部的空气吸进柜体21内部并在柜体21内部流动，从而对电子设备24进行散热。由于排风装置26的功耗远低于空调23的功耗，因此能够实现节能减排，降低散热成本。
温度传感器271和湿度传感器272布置在柜体21的外侧壁上，其用于测量柜体21外部的温度值和相对湿度值，一方面精确测量柜体21所处的环境温度值和相对湿度值，当环境温度值和相对湿度值满足电子设备24的散热要求时，通过控制排风装置26工作，以充分利用柜体21所处的环境的空气来进行散热，进一步提高冷却效率并降低散热成本。另一方面，由于空调23在制冷时，其出风口231的温度较低，而靠近背板15处的温度较高，因此柜体21内部的温度分布不均，温度传感器271和湿度传感器272布置在柜体21的外部能够避免监控装置29对排风装置26和空调23的误控制。
空调23安装在柜体的底板上，方便空调23的安装和固定。空调23的出风口231吹出的冷空气的流向平行于柜门22且从出风口231指向顶板212，使得冷空气能够吹到所有的电子设备24的面板上。
进风装置25嵌在柜门22上且靠近底板211，从进风装置进入的空气将流经所有的电子设备24的面板上。排风装置26靠近背板215，有助于冷空气与电子设备24充分热交换后通过排风装置26排出。当冷空气与电子设备24进行热交换变成热空气后，热空气在自然状态下会向上运动，此时将排风装置26安装在顶板212上，热空气将朝向排风装置26的方向运动，采用小功率的排风装置26即可将热空气从柜体21内部全部排出。
图5是根据本发明第二个实施例的一体化节能机柜的立体示意图。图5所示的一体化节能机柜3与图2所述的一体化节能机柜2基本相同，区别在于，一体化节能机柜3还包括固定在柜体31上的混合箱381以及与混合箱连通的排热管382。混合箱381固定在顶板312上且覆盖排风装置36，其进风口与排风装置36的排风口相接合。其中图5示出的混合箱381为透明的长方体状，本发明并不意欲限定混合箱381的形状及其材料，在此仅仅是为了清楚地示出被混合箱381所覆盖的排风装置36及其相对位置关系。
当排风装置36工作时，其排出的热空气从顶板312吹出来，混合箱381用于收集排风装置36排出的热空气，并通过排热管382将热空气导向期望的地方，例如远离柜体31的地方，避免柜体31附近的温度升高。
在本发明的其他实施例中，当一体化节能机柜对其应用环境的相对湿度并无要求时，本发明的一体化节能机柜也可以不具有湿度传感器，相应地，监控装置也不具有第二模数转换器292和第二数值比较器294，或不具有上述的第二比较装置，此时监控装置根据温度传感器测量的温度值，输出控制信号以控制排风装置和空调的工作状态。
本发明并不意欲限定排风装置安装在柜体的顶板上，在本发明的另一个实施例中，排风装置还可以安装在柜体的侧板或背板上。同样，本发明并不限于将空调安装在底板上，在另一个实施例中，空调也可以安装在靠近顶板处，且出风口吹出的冷空气的方向是从其出风口指向底板。
柜门可以由金属材料制成，还可以由玻璃等透明材料制成，透明的柜门便于观察柜体内部的服务器、配电、不间断电源等模块化的电子设备的运行状态。
虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。
Claims (12)
1.一种一体化节能机柜，其特征在于，所述一体化节能机柜包括：
柜体；
位于所述柜体内部的空调；
进风装置，其被构造为使得所述柜体外部的空气通过所述进风装置流进所述柜体内部；
布置在所述柜体上的排风装置，其用于排出所述柜体内部的空气；
温度传感器，其用于测量所述柜体的温度值；以及
监控装置，其用于根据所述测量的温度值选择性地控制所述空调和所述排风装置之一工作。
2.根据权利要求1所述的一体化节能机柜，其特征在于，
当所述测量的温度值大于第一阈值温度，且不大于第二阈值温度时，所述监控装置控制所述排风装置工作且控制所述空调不工作；
当所述测量的温度值大于第二阈值温度时，所述监控装置控制所述排风装置不工作且控制所述空调制冷；
当所述测量的温度值不大于第一阈值温度时，所述监控装置控制所述排风装置不工作且控制所述空调制热；
其中所述第一阈值温度小于所述第二阈值温度。
3.根据权利要求2所述的一体化节能机柜，其特征在于，所述监控装置包括：
第一模数转换器，其用于输出与所述测量的温度值相对应的温度数字信号；
第一数值比较器，其用于将所述温度数字信号与所述第一阈值温度和第二阈值温度进行比较，并输出第一比较信号；以及
控制单元，其用于根据所述第一比较信号选择性地控制所述空调和所述排风装置之一工作。
4.根据权利要求3所述的一体化节能机柜，其特征在于，所述一体化节能机柜还包括：
湿度传感器，其用于测量所述柜体的相对湿度值；
当第一阈值温度＜所述测量的温度值≤第二阈值温度，且所述测量的相对湿度值≤预定的相对湿度值时，所述监控装置控制所述排风装置工作且控制所述空调不工作；
当所述测量的相对湿度值＞预定的相对湿度值时，所述监控装置控制所述排风装置不工作且控制所述空调制冷。
5.根据权利要求4所述的一体化节能机柜，其特征在于，所述监控装置还包括：
第二模数转换器，其用于输出与所述测量的相对湿度值相对应的湿度数字信号；以及
第二数值比较器，其用于将所述湿度数字信号与预定的相对湿度值进行比较，并输出第二比较信号；
其中所述控制单元用于根据所述第一比较信号和第二比较信号选择性地控制所述空调和所述排风装置之一工作。
6.根据权利要求4所述的一体化节能机柜，其特征在于，所述温度传感器和/或所述湿度传感器布置在所述柜体的外侧壁。
7.根据权利要求1所述的一体化节能机柜，其特征在于，所述空调的功耗大于所述排风装置的功耗。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的一体化节能机柜，其特征在于，所述一体化节能机柜还包括固定在所述柜体上的混合箱，所述混合箱的进风口与所述排风装置的排风口相接合，其用于收集所述排风装置排出的空气。
9.根据权利要求8所述的一体化节能机柜，其特征在于，所述一体化节能机柜还包括与所述混合箱相连通的排热管。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的一体化节能机柜，其特征在于，
所述一体化节能机柜包括柜门，其相对所述柜体打开和关闭；
所述柜体包括相对设置的底板和顶板、相对设置的第一侧板和第二侧板，以及与所述柜门相对设置的背板；
其中所述进风装置嵌在所述柜门上且靠近所述底板，所述排风装置嵌在所述顶板上且靠近所述背板。
11.根据权利要求10所述的一体化节能机柜，其特征在于，所述空调固定在所述底板上，所述空调的出风口靠近所述柜门且吹出的冷空气的流向平行于所述柜门且从所述空调的出风口指向所述顶板。
12.根据权利要求10所述的一体化节能机柜，其特征在于，所述一体化节能机柜包括从所述底板到所述顶板堆叠布置的多个电子设备，所述多个电子设备的面板与所述柜门相对设置，且所述多个电子设备的面板、所述柜门、所述第一侧板的边缘和第二侧板的边缘限定了封闭的冷通道。
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