CN101115371B - 有利于在提供正常气流的机架中使用需要正交气流的模块的装置 - Google Patents

Abstract

一种便于将需要正交气流的模块用于提供正常气流的机架中的组件。在壳体中的隔板引导来自前部空气进口的周围气流使其通过模块并从后部排气口出来。壳体和隔板确定了第一和第二垂直和水平偏移的狭槽，用于接收第一和第二正交气流模块，还确定了分开的第一和第二气流通路。第一气流通路提供了通过前部空气进口的气流，该气流在第二模块下面正交地流过第一模块，并从后部排气口出来。类似的，第二气流通路提供了通过前部空气进口的气流，该气流在第一模块上面正交地流过第二模块，并从后部排气口出来。两个气流通路都将周围空气吸入壳体中，并将热空气从壳体后部排出，同时使两个气流通路分开。

Description

有利于在提供正常气流的机架中使用需要正交气流的模块的装置

技术领域

本发明涉及用于引导气流通过电子装置机壳(cabinet)的系统和方法。

背景技术

计算机系统以及支持计算机系统的使用和维护的其它部件将产生大量的热。必须连续除去这些热量，以便防止这些部件达到可能引起部件损坏或故障的高温。尽管散热器可以用于从点热源向外传导热量并将该热量分配至较大表面区域上，但空气对流最终用于从机壳中除去热能。在几乎所有重要的计算机设备中，必须除去的热量需要利用穿过或环绕产热部件的强制对流。机壳、机架(chassis)和各部件设计得适合使空气强制流过在部件中或部件之间的槽道，并除去足够热量，以便防止损坏部件。通常，必须严格控制各装置的气流阻抗，以便保持合适的内部气流分布。

不过，在怎样设计这些部件时也有限制。例如，这些部件需要电连接件、计算机电缆、视觉指示器、维护可接近性和结构整体性以及用于气流的槽道。因此，在部件的设计处理过程中必须决定气流的量和方向，以便适应所有前述目标。然后，计算机设备必须遵从由部件的设计所规定的固定工作要求。

而且，模块式机架(例如叶片盘)包括用于安装子系统装置或部件的狭槽。各可安装装置根据特定机架狭槽结构来设计，其确定了狭槽提供给装置的电力、冷却和机械支承、在机架狭槽和装置之间的电或光信号、以及当采用输入／输出装置时装置的外表面，这样，机架的使用者可接近输入/输出连接器、指示器和控制器。通常，必须对各机架狭槽单独重新设计一装置，该装置可以安装在该机架狭槽内。

在这些设计方案中，有两个主气流方向用于装置(该装置用于模块式机架中)内。正交(orthogonal)气流(它包括一侧至另一侧、顶部至底部以及底部至顶部的气流)允许装置的外表面有进口/出口连接器、指示器和显示器、或者输入控制器，而不需要提供用于气流的表面区域。正常(normal)气流(它包括前部至后部和后部至前部的气流)需要使装置的外表面包括任何输入/输出连接器、输出或输入装置、以及所需的空气开口(用于提供所需的空气进口或出口)。

在这些机架和装置(该装置安装在机架中)的设计中，气流方向是主要的限制因素。选择和设计在机架中的气流方向，使其能最好地适应将要安装在构成的狭槽中的装置的类型。装置在具有不同气流方向的狭槽之间不可互换或不能操作。必须重新设计特别用于使气流通过外表面进入或离开机架的装置(例如将穿孔面板或隔板用于空气进口或出口的正常气流装置)，以便在具有穿过机架的空气进口和出口的狭槽中工作，而不需要外部气流，例如正交气流装置。在正交气流装置中，空气在装置周围的一个或多个位置处从机架内进入，并从装置周围的一个或多个不同位置离开而返回机架中。正交气流装置有实心隔板和面板，且不提供用于使气流进出机架的开口。通常，与类似尺寸的正常气流装置相比，正交气流装置能够提供明显更高的输入/输出密度，因为没有用于气流的外表面空间。不过，正常气流能够有利于具有外部接口部件(该外部接口部件需要气流来冷却)的输入/输出装置，例如包括光学收发器的输入/输出连接器。

当一些装置能够通过沿特定方位的各个方向的气流而工作时，这些装置仍然不能通过与该特定气流成直角方向的气流而工作。例如，正交气流装置不能用于只提供正常气流的机架中。一些其它装置构成得用于在两个位置的中的任意一个中工作，只要气流方向恰好反转180度即可。例如，某些部件根据安装它的狭槽而与顶部至底部或底部至顶部的气流都相容。不过，甚至这些模块也不能在气流从前部至后部的狭槽中工作。

因此，需要一种装置，该装置将允许在不同和不相容的机架狭槽结构中使用被设计得用于一个机架狭槽结构的已有装置或部件。还希望该装置使得需要正交气流的装置能够用于提供正常气流的机架中。该装置优选是紧凑的，还提供用于冷却的足够气流，以便防止损坏正交气流部件。

发明内容

本发明提供了一种便于将需要正交气流的模块用于提供正常气流的机架中的装置。该装置的优选实施例包括壳体，该壳体有包括空气进口的前表面、具有排气口的后表面以及在该壳体中的多个隔板，该壳体和隔板限定了第一和第二垂直和水平偏移的狭槽，用于接收第一和第二正交气流模块，其中，壳体、隔板以及第一和第二模块共同限定了分开的第一和第二气流通路，第一气流通路提供了通过前部空气进口进入壳体的气流，该气流在第二模块下面正交地流过第一模块，并从后部排气口出来，而第二气流通路提供了通过前部空气进口进入壳体的气流，该气流在第一模块上面正交地流过第二模块，并从后部排气口出来。

在一个实施例中，壳体的前表面有专用于第一气流通路的第一空气进口和专用于第二气流通路的第二空气进口。可选择地，壳体的前表面可以有中心空气进口，该中心空气进口向第一和第二气流通路提供空气。

优选是，所述多个隔板包括中心隔板，该中心隔板在模块之间延伸，以便使得第二模块下面的第一气流通路与第一模块上面的第二气流通路隔开。还优选是，壳体包括，位于所述模块之一的左侧的第一空气处理部分和位于所述模块之一的右侧的第二空气处理部分，其中，第一和第二空气处理部分各自分成通气进口和通气排出口。通气进口的截面面积可以从前向后减小，通气排出口的截面面积可以从前向后增大。可选择地，通气进口并不在模块的整个长度上延伸。在另一可选方式中，通气排出口在模块的整个长度上延伸。

所述多个隔板还可以包括第一排气腔室隔板，该第一排气腔室隔板使得第一模块上面的第二气流通路与在第一模块上面的排气腔室的第一部分分开。而且，所述多个隔板还可以包括第二排气腔室隔板，该第二排气腔室隔板使得第二模块下面的第一气流通路与在第二模块下面的排气腔室的第二部分分开。

附图说明

图1是用于将两个正交气流模块装入正常气流机架中的组件的示意图。突出表示了与右侧模块相关的气流。

图2是用于将两个正交气流模块装入正常气流机架中的组件的示意图。突出表示了与左侧模块相关的气流。

图3是组件的透视正视图，且已除去前表面，而两个模块位于壳体中。

图4是具有空气进口的前部面板的示意图。

图5是组件的透视侧视图，且已除去一侧壁。

具体实施方式

本发明提供了便于将需要正交气流的模块用于提供正常气流的机架中的装置或组件。该装置包括壳体，该壳体的前表面有空气进口，用于将周围空气吸入组件中，以便冷却模块，该模块有在使用过程中产生热量的电子部件。壳体还包括后表面，该后表面有与空气进口端相对的排气口，用于从壳体中排出已加热的空气，因此从模块中除去热量。

多个隔板布置在壳体中，以便引导气流从前部空气进口通过模块并从后部排气口出来。壳体和所述多个隔板限定了第一和第二垂直和水平偏移的狭槽，用于接收第一和第二正交气流模块。优选是，将组件装入一个用于一对正常气流装置的狭槽中。因此，组件提供了模块的机械支承和保持、组件自身在正常气流狭槽中的机械保持、以及在模块和机架连接件(该机架连接件预计用于正常气流模块)之间的电连接。

根据本发明的组件，壳体、隔板以及第一和第二模块共同限定了单独的第一和第二气流通路。第一气流通路提供了通过前部空气进口进入壳体的气流，该气流在第二模块的下面正交流过第一模块，并从后部排气口出来。类似的，第二气流通路提供了通过前部空气进口进入壳体的气流，该气流在第一模块的上面正交流过第二模块，并从后部排气口出来。两个气流通路都从壳体的前表面吸入周围空气，并将热空气从壳体的后表面排出，甚至允许热空气在离开壳体之前在排气腔室内稍微混合，但是两个气流通路通常彼此分离。

为了从前部至后部保持两个分离的气流通路，气流通路可以描述为稍微双螺旋图形。该通路形成双螺旋，其中，第一气流通路向后前进，同时在左侧开始，沿底部通向右侧，向上至右侧，然后从模块上面至左侧，而第二气流通路向后前进，同时在右侧开始，沿顶部通向左侧，向下至左侧，然后从模块下面至右侧。前述说明将帮助完整地理解本发明，但决不是进行限制。

在一优选实施例中，壳体的前表面有专用于第一气流通路的第一空气进口和专用于第二气流通路的第二空气进口。最优选是，第一和第二空气进口布置在前表面的相对侧。可选择地，壳体的前表面还可以有中心空气进口，该中心空气进口向第一和第二气流通路提供空气。

优选是，在壳体中的多个隔板包括中心隔板，该中心隔板在模块之间延伸，以便使得第二模块下面的第一气流通路与第一模块上面的第二气流通路隔开。前后延伸的中心隔板的相对的左边缘和右边缘与两个偏离模块接触，优选是密封抵靠在这两个模块上。中心隔板倾斜，这样，一个边缘与上部模块的下边缘接触，相对边缘与下部模块的上边缘接触。中心隔板基本在模块的整个长度上延伸，但是可以稍微更短，只要气流通路保持隔开即可。

壳体包括位于模块左侧的第一空气处理部分和位于模块右侧的第二空气处理部分，其中，第一和第二空气处理部分各自分成通气进口和通气排出口。通气进口和排出口(或腔室)由通气隔板分开，该通气隔板从壳体壁延伸而与相邻模块接触，优选是密封抵靠在该相邻模块上。通气隔板的内边缘在基本恒定的高度(该高度高于下部模块的模块气流孔且低于上部模块的模块气流孔)上与相邻模块接触。通气隔板的外边缘优选是永久性地安装在壳体壁上。不过，通气隔板的外边缘最优选是沿通气隔板的长度而改变高度，以便限定具有变化的截面面积的通气进口和排出口。最优选是，通气进口的截面面积从前向后减小，通气排出口的截面面积从前向后增大。

通过将通气进口和排出口想象成歧管，可以更清楚地理解该通气结构的优点，其中，通气进口用作进气歧管，并将进入空气分配给多个纵向分布的模块气流孔，且通气排出口用作排气歧管，它从多个纵向分布的模块气流孔收集排出的空气。因此，在通气进口中的气流在前部更大，并朝着后部稳定地减少，而在通气排出口中的气流在前部更低，并朝着后部稳定地增加。这里所述的通气隔板有效利用空气处理部分来实现这两个目的。

应当知道，通气进口并不需要在模块的整个长度上延伸。而是，通气进口优选是延伸足够远，也许是模块长度的1/2至3/4，以便从空气进口接收正常气流和将空气分配给相邻上部或下部空气通路。通气进口可以由排气腔室隔板终止，该排气腔室隔板优选是与通气隔板成一整体。以这种方式终止通气进口使得通气排出口能够使用在排气腔室隔板后面的区域中的空气处理部分的整个截面面积。相反，通气排出口(或腔室)必须从后部向前延伸至至少与模块的最前侧气流孔一样远。最优选是，通气排出口将在壳体的整个长度上延伸，不过它将在前部有小得多的截面面积。可选地，通气隔板的外边缘可以根据需要而安装在壳体侧壁、底壁和/或顶壁上，以便获得合适的截面面积。最优选是，截面面积以与向模块分配和从模块收集的空气成比例的方式逐渐变化。

上部和下部空气通路从通气进口在模块上面或下面延伸，经过中心隔板，并进入相对的模块的气流孔中。因此，上部和下部空气通路使得气流从通向进口的正常气流转变成模块所需的正交气流。优选是，壳体包括限定了各空气通路的后部界限的排气腔室隔板。排气腔室隔板从壳体向着模块延伸，并从通气进口延伸至相对模块。排气腔室隔板最优选是相对于壳体以一定角度从通气进口终止的点延伸至恰好在最后的气流孔后面的相对的模块上的点。因此，当空气接近模块的气流孔时，上部和下部空气通路总是逐渐变宽，并沿模块长度向所有气流孔提供基本等量的气流。

在经过模块后，加热的空气离开在模块相对侧的气流孔，并集中于通气排出口中，如前所述。通气排出口向后引导已加热的空气。当排出的空气向后运动时，通气进口终止，通气排出口利用空气处理部分的整个截面。最优选是，排出的空气能够沿壳体的整个后表面向外扩张，从而降低了通过壳体的压力降。利用该处理部分的整个截面面积的通气排出口区域接近排气腔室，该排气腔室包括在前述排气腔室隔板后面的空间以及在模块自身后面的空间。

在优选实施例中，模块自身有壳体，该壳体与隔板和组件壳体配合，以便完全限定所述气流通路。在本实施例中，模块的缺少将阻止产生合适气流。因此，当不除去模块时，需要插入另一模块或“填充面板”，以便继续形成合适的气流图形。在可选实施例中，壳体将包括整个上部和下部空气通路隔板。这些整个上部和下部空气通路隔板可以认为是中心隔板的延伸部分，它沿下部模块的上表面延伸和沿上部模块的下表面延伸。而且，上部和下部空气通路隔板可以延伸至通气隔板的内边缘，优选是与它形成一体。这样，将不再需要填充面板，且在隔板和模块之间要注意的接触点或边缘更少。而且，后一实施例还能够使用具有不同宽度的正交流动模块。

图1A-E是用于将两个正交气流模块12、14装入正常气流机架(未示出)中的组件10的示意图。图1A-E从前部(图1A)、顶部(图1B)、后部(图1C)、左侧(图1D)和右侧(图1E)表示了该组件。图1A和1C-E表示了当除去朝着特定视野的侧部面板时从组件10的相应侧看该组件时的视图。在实际组件10中，优选的前部面板确定了进口区域，优选的背部面板有多孔筛网或网，且顶部、底部、左侧和右侧为实心面板。

图1A表示了组件10的正面，该组件10包括壳体11，该壳体11由用于顶部16、底部18、左侧20和右侧22的实心面板制成，且图中除去前部面板。第一狭槽24和第二狭槽26由隔板和支架来限定，用于接收第一正交气流模块12和第二正交气流模块14。周围空气在前部的左侧27(如图1A所示)通过左侧通气进口27(这里表示为“IN”)而流入壳体中，然后在支承在导轨28上的第二模块14的下面和中心隔板30的下面流动，并在进入右侧通气排出口29之前流过第一模块12(通过沿模块的相对侧纵向隔开的多个空气通路孔32而进入和离开模块12)。在图1A中的箭头表示气流，该气流与图1B-E所示的气流一起集中表示用于冷却第一模块12的第一气流通路。第二气流通路在图2A-E中利用组件10的相同视图来表示。可以看见的气流以具有实线尾部的箭头来表示，而在部件或面板下面的气流以具有虚线尾部的箭头来表示，而通过模块的气流以具有波浪形虚线尾部的箭头来表示。

图1B是组件10的俯视图，图中除去壳体11的顶部面板16。因此，空气通过左侧空气进口27而流入壳体11，且更少的空气流过中心空气进口25，向后通过左侧通气进口34(直接布置在左侧通气排出口36下面，如图1D的左侧视图中更清楚所示)，在第二模块14下面流过，在中心隔板30下面流过，通过气流孔32而流过第一模块12，沿右侧通气排出口38(直接布置在右侧通气进口40的下面，如图1E的右侧视图中更清楚所示)向后流动，向上扩张或扩展，在排气腔室隔板42后面的第一模块12后端上面绕该后端而流过，并从壳体11的后表面44流出。后表面44由网或筛网形成，以便允许空气在最小阻力或压力降的情况下选出。在后表面44和排气腔室隔板42之间的区域可以称为排气腔室46。通过参考图1B-E，可以最好地理解热空气流入、流过和流出排气腔室46的情况。

参考图1D-E，这些左侧和右侧视图着重表示了左侧通气隔板35和右侧通气隔板39的总体结构。各通气隔板35、39用于使得分配至空气通路中的周围进口空气与从模块中收集的加热的排气保持隔离。通气隔板35、39沿壳体11的向后纵向方向倾斜或弯曲，以便减小通气进口的尺寸(截面面积)和增大通气排出口的尺寸(截面面积)。

再参考图1B，可以看到本发明的另一实施例，其中包括两个附加隔板。由点A、B、C和D表示的左侧模块隔板48以及由点E、F、G和H表示的右侧模块隔板50。可选择地，所述模块隔板可以进一步向后延伸，与实际模块一样。而且，模块隔板与其它隔板形成一体，以便即使在没有模块时也保持气流通路。例如，左侧模块隔板48固定在左侧通气隔板35的右边缘和中心隔板30的左边缘之间。类似的，右侧模块隔板50固定在右侧通气隔板39的左边缘和中心隔板30的右边缘之间。模块隔板48、50优选是也固定在排气腔室隔板上。模块隔板和/或模块自身可以由支架52支承，该支架52可以包括导轨28(图3中所示)，该导轨优选是基本延伸至模块长度(或者可以延伸至排气腔室隔板)，用于可滑动地接收和支承模块。

图2A-E是用于将两个正交气流模块装入正常气流机架中的组件的示意图。图2A-E与图1A-E类似，不同之处是箭头示出用于冷却第二模块的第二气流通路。因此，很多参考标号已经省略，但是部件可与参考图1A-E所述相同。

图2B是组件10的俯视图，图中除去壳体11的顶部面板16。该图中表示的第二气流通路用于冷却第二正交气流模块14。因此，空气通过右侧空气进口56而流入壳体11，且更少的空气流过中心空气进口25，向后通过右侧通气进口40(直接布置在右侧通气排出口38上面，如前所述)，在第一模块12上面流过，在中心隔板30上面流过，通过气流孔32而流过第二模块14，沿左侧通气排出口36(直接布置在左侧通气进口34的上面，如前所述)向后流动，向下扩张或扩展，在下面绕排气腔室隔板43后面的第二模块14后端而流过，并从壳体11的后表面44流出。在后表面44和排气腔室隔板43之间的区域形成排气腔室46的一部分，它优选是穿过整个后表面44延伸。通过参考图2B-E，可以最好地理解热空气流入、流过和流出排气腔室46的情况。

图3是组件10的透视正视图，且已经除去前部面板，两个模块12、14位于壳体11中。在该视图中，更容易看出支架52和导轨28并不阻挡通过下部空气通路60或上部空气通路62的气流。还有，可以看出，左侧和右侧空气进口隔板35，39分别向下和向上倾斜，以便逐渐变窄，并最终分别关闭左侧和右侧通气进口34、40。如图所示，排气腔室隔板42、43分别确定了空气通路60、62的后部界限。

图4是具有左侧空气进口27、中心空气进口25和右侧空气进口56的前部面板70的示意图。该特定前部面板70横过壳体11的整个前部来装配。因此，包括进口27、25、56的筛网或网型材料的尺寸受到限制，以便促使形成上述所需气流模式。而且，该面板70在覆盖左侧和右侧通气排出口36、38的前部的区域中是实心的，这样，周围空气不会绕过所需的气流通路。或者，可能优选是，通气排出口将包括横过该三角形区域的独立隔板，而并不取决于前部面板70在壳体11前部的精确装配。可选的中心空气进口25将周围空气供给两个模块12、14。

图5是具有壳体11的组件10的透视侧视图，图中已经除去右侧壁。作为第二气流通路的一部分，周围空气进口56与右侧通气隔板29上面的右侧通气进口连通，并在排气腔室隔板42前面的模块12上面通向模块14(未示出)。作为第一气流通路的一部分，加热的空气从模块12的气流孔32被收集至右侧通气隔板39下面的右侧通气排出口中，并向后通向排气腔室隔板42后面和模块12后面的排气腔室。加热的空气最终通过后部筛网面板44而从排气腔室释放。

如本文中所述，狭槽和装入该狭槽内的模块被认为是“垂直和水平偏移的”。术语“垂直和水平偏移”的意思是狭槽或模块并不垂直对齐(一个模块直接在另一个模块上面)和水平对齐(一个模块直接在另一个模块的对面)，尽管相邻模块的一部分可以在另一个模块的上面或对面或者相邻模块的各部分都不在另一个模块的上面或对面。

在权利要求书和说明书中，术语“包括”、“包含”和有”是指开放的组，该组可以包括未指明的其它元件。在权利要求书和说明书中，术语“主要包括”是指局部开放的组，该组可以包括未指明的其它元件，只要这些其它元件不会实质改变要求保护的发明的基本和新颖特征。冠词“a”、“an”和单数形式的词包括该词的复数形式，因此，该术语的意思是提供一个或多个事物。术语“一个”或“单个”可以用于指一个或只有一个事物。类似的，当意图是特定数目的物体时，可以使用其它特定整数值，例如“两个”。术语“优选”、“优选是、“更好”、“可选”、“可以”和类似术语将用于指所述的项目、条件或步骤是本发明的可选的(并不是必须的)特征。

由前述说明可知，在不脱离本发明的真正宗旨的情况下，可以对本发明的优选实施例进行各种变化和改变。本说明书的目的只是为了说明目的，并不是进行限制。本发明的范围将只由下面的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种便于将需要正交气流的模块用于提供正常气流的机架中的装置，该装置包括：

壳体，该壳体有包括空气进口的前表面、具有排气口的后表面以及在该壳体中的多个隔板，该壳体和隔板限定了第一和第二垂直和水平偏移的狭槽，用于接收第一和第二正交气流模块，

其中，所述壳体、隔板以及第一和第二正交气流模块共同限定了分开的第一和第二气流通路，其中，第一气流通路提供了通过第一前部空气进口进入壳体的气流，该气流在第二正交气流模块下面正交地流过第一正交气流模块，并从第一后部排气口出来，而第二气流通路提供了通过第二前部空气进口进入壳体的气流，该气流在第一正交气流模块上面正交地流过第二正交气流模块，并从第二后部排气口出来。

2.根据权利要求1所述的装置，其中：所述第一和第二前部空气进口在所述壳体的前表面上。

3.根据权利要求2所述的装置，其中：壳体的前表面有中心空气进口，该中心空气进口向第一和第二气流通路提供空气。

4.根据权利要求1所述的装置，其中：所述多个隔板包括中心隔板，该中心隔板在所述第一和第二正交气流模块之间延伸，以便使得第二正交气流模块下面的第一气流通路与第一正交气流模块上面的第二气流通路隔开。

5.根据权利要求1所述的装置，其中：壳体包括位于所述第二正交气流模块(14)的左侧的第一空气处理部分和位于所述第一正交气流模块(12)的右侧的第二空气处理部分，其中，第一和第二空气处理部分各自分成通气进口和通气排出口。

6.根据权利要求5所述的装置，其中：通气进口(34、40)的截面面积从前向后减小，通气排出口(38、36)的截面面积从前向后增大。

7.根据权利要求6所述的装置，其中：通气进口并不在模块的整 个长度上延伸。

8.根据权利要求7所述的装置，其中：通气排出口在模块的整个长度上延伸。

9.根据权利要求1所述的装置，其中：所述多个隔板包括第一排气腔室隔板，该第一排气腔室隔板使得第一正交气流模块上面的第二气流通路与在第一正交气流模块上面的排气腔室的第一部分分开。

10.根据权利要求9所述的装置，其中：所述多个隔板包括第二排气腔室隔板，该第二排气腔室隔板使得第二正交气流模块下面的第一气流通路与在第二正交气流模块下面的排气腔室的第二部分分开。 

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