CN101827511B - 堵塞电子设备外壳中模块间的侧向气流通道的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种间隙填充件装置，其用于阻塞通过第一电路板的边缘与大致垂直于第一电路板布置的第二电路板的表面之间存在的间隙的气流，其中，第一电路板和第二电路板由至少一对连接器耦接并布置在电子设备外壳内，以阻塞通过间隙的气流。该装置具有至少一个自那里延伸的肋件，并且基座部分可紧固到第二电路板的表面。肋件远离基座部分延伸并且高度大约等于间隙的高度，且长度与间隙的长度一样长，使得肋件至少基本上阻塞通过间隙的气流。

Description

堵塞电子设备外壳中模块间的侧向气流通道的系统和方法

相关申请的交叉引用 

本申请要求2008年10月17日提交的美国临时专利申请No.61/196,435的优先权，并将其全部内容结合于此作为参考。 

技术领域

本公开涉及用于控制通过电子设备机柜的气流的系统和方法，并且更具体地涉及一种用于堵塞电子设备外壳中电路板模块之间的侧向气流的系统和方法。 

背景技术

本部分中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息并且可不构成现有技术。 

以通信设备市场为目标的公开的外壳说明书，例如PCIMG(PCI工业计算机制造商协会)高级TCA(电信计算结构)说明书，描述了利用超出前板模块(通称为“托板”)区域延伸的连接器的建造实践。这些连接器提供了从托板到系统中间板的必要的电力互连和信号互连。 

这些类型的连接器通常在系统中间板和接合连接器的前板的边缘之间形成间隙。这些间隙在用于前板的插件插槽之间形成不需要的侧向气流通道。这在图1中示出，其中前板10a的后缘12具有，该连接器13电耦接到从中间板16延伸的连接器14。前板10a的一部分也可耦接到电连接器15。前板10a和中间板16定位在通常以并排方式容纳多个前板的外壳17内，并且各前板占用外壳内的插槽。 

在图1中，可看到前板10a(它可以被称之为托板1)的侧视图，其具有沿前板10a的顶缘20a形成高气流阻抗的散热片18。在各前板 10a的后缘12与中间平面板16(下文简称“中间板16”)的正面或侧面22之间形成有多个间隙24。通常若干个间隙24将存在于前板10a的后缘12与连接器14和15之间的平面中。间隙24使被引导经过各前板插件插槽的冷却气流26能够转向通过间隙24，从而显著减小前板10a上方的气流的预期体积。图2示出散热片28在前板10b的下缘造成的沿相邻的前板10b(即，可称其为托板n+1)的气流26。图3示出观看相继定位的前板10b、10a和10c的主视图以及当气流从中间的前板10a下方上升并经过散热片28和29时，气流26是如何趋于利用阻抗最小的通道的。 

将此不希望的侧向气流引导通过间隙24可能是具有挑战性的。通过外壳卡式构造的气流通道可以很复杂，并且通常与可用平行通道的阻抗分布成比例。术语“阻抗”的含义是对气流的阻力。气流首先沿限制性最小的通道而行，或者换言之，沿具有最小气流阻抗的通道而行。仅就前板几何形状的面积比例而言，气流中将流经阻抗最低的通道的部分的比例将明显高于所要求的比例。其实，如果其它可用气流通道的总阻抗比通过小间隙24的流动通道阻抗高，则大量空气可转向通过小间隙24。如果相邻的前板插件插槽并未彼此彻底隔离，则侧向流动通道将经间隙24形成并形成在前板边界周围的插槽之间。这些侧向通道可引起明显的气流分布问题，从而使系统集成工艺复杂化，并需要针对构造的专门的热工测试。如将要了解到的那样，此类针对构造的专门的热工测试将是耗时且昂贵的。即使这种测试得以成功执行，但日后取出一个或多个前板进行更换会明显改变外壳内的内部气流分布通道，从而有必要进行重新测试。再者，可以确定的是，为了克服侧向气流通过间隙24的负作用，将需要增大的冷却能力。对于增大的冷却能力的需要将有必要在系统内使用功率更高的空气移动装置，或者更多空气移动装置。这将增加到系统的总成本中并由于增加的能耗而随着时间的推移增加操作成本。使用附加空气移动装置还将增加来自外壳的噪声排放。 

冷却气流可经其逸出的附加通道处于外壳的一侧。通常，机框内部尺寸并不是插槽节距的精确倍数，这留出了位于外壳的一侧的小的内部间隙，如图1A中所示。例如，高级TCA机框的插槽节距为30.48mm宽。典型机框实施方案中的间隙从5mm到10mm之间变动，这表示插槽流动通道的总横截面积的16.4％到32.8％。由于该区域通常几乎完全没有任何实心结构，因此它提供了用于空气绕过前板构件的低阻抗平行 气流通道。由于许多前板具有高构件密度并且可包含大横截面积的构件，如硬盘驱动器，所以通过前板区域的气流通道通常表现出很高的阻抗。气流利用阻抗最低的通道，这会导致大量冷却气流通过间隙流动而并不流经前板的整个表面区域。此外，通过该间隙的气流的体积占总气流的百分比将明显高于横截面较小的间隙区域将呈现的百分比。显然，此通过间隙的转向气流不会有助于实现靠近间隙定位的前板上的构件所需要的冷却。 

由于绕过侧向间隙的空气，导致机框空气移动装置通常需要以较高的速度运行以确保充足的冷却气流通过构件存在于其中的插槽横截面(即，考虑到通过侧向间隙的损耗气流)。这会引起增加的噪声及增加的能耗。 

发明内容

在一个方面中，公开了一种间隙填充件装置。该装置适于阻塞通过第一电路板的边缘与大致垂直于第一电路板布置的第二电路板的表面之间存在的间隙的气流。第一电路板和第二电路板由至少一对连接器耦接并布置在电子设备外壳内。该装置可包括基座部分，该基座部分具有至少一个自其延伸的肋件。基座部分可适于紧固于第二电路板的表面。肋件远离基座部分延伸并且高度可大约等于形成在第一电路板和第二电路板之间的间隙的高度。肋件的长度至少可与间隙的长度一样长，使得肋件至少基本上堵塞间隙以阻止通过间隙的气流。 

在另一方面中，本公开涉及一种间隙填充件装置，其用于阻塞通过第一电路板的边缘与第二电路板的表面之间存在的间隙的气流。这些板大致相互垂直布置且通过至少一对连接器耦接，并且布置在电子设备外壳内。该装置可包括基座部分，该基座部分具有一对自其垂直延伸的肋件。基座部分可适于紧固于第二电路板的表面，使得当该对连接器耦接在一起时肋件在该对连接器的相对侧上延伸。肋件远离基座部分延伸并且高度大约等于形成在第一电路板和第二电路板之间的间隙的高度。各肋件的长度可至少与间隙的长度一样长，使得肋件之一堵塞间隙以阻止通过间隙的气流。 

在又一方面，本公开涉及一种用于阻塞通过第一电路板的边缘与大 致垂直于第一电路板布置的第二电路板的表面之间存在的间隙的气流的方法。第一电路板和第二电路板由至少一对连接器耦接并布置在电子设备外壳内。该方法包括提供基座部分，该基座部分具有从基座部分大致垂直延伸的至少一个肋件。基座部分可与第二电路板的表面相邻定位。肋件可设置有高度，其高度大约等于形成在第一电路板和第二电路板之间的间隙的高度。肋件的长度可至少与间隙的长度一样长。肋件可用来至少基本上堵塞间隙以阻止通过间隙的气流。 

更多的适用范围将通过于此提供的描述而变得显而易见。应当理解的是，描述和具体示例只是出于说明的目的并且不意图限制本内容的范围。 

附图说明

于此所述的附图只是出于举例说明的目的并且不意欲以任何方式限制本公开的范围。 

图1是现有技术电子设备外壳的侧视图，示出了形成在前板的边缘与前板所耦接的中间板的表面之间的间隙，并且箭头示出了引导越过前板的冷却气流将如何利用气流阻抗最低的通道，且不期望地转向通过间隙以避免流过安装在前板后缘的散热片，并因此消极地影响前板的冷却； 

图2是靠近图1的前板布置的第二前板的侧视图，示出了冷却气流如何可经间隙逸出并避免冷却定位在第二前板的前缘的散热片； 

图3是图1的前板、图2的第二前板、以及第三前板的主视图，并且这些板在它们位于中间板上的相应插件插槽中处于适当位置中，示出了冷却气流可如何转向通过三个前板中的各者与中间板之间的间隙以避免流过支撑在各前板上的高阻抗散热片； 

图4是用于填充图1中的前板与中间板之间的间隙的根据本公开的间隙填充件装置的一个实施方式的主视立体图； 

图5是该装置的后视立体图； 

图6是该装置的主视图； 

图7是该装置的端视图； 

图8是图6的装置的侧视图； 

图9是图1的前板和中间板的侧视图，并且该装置处于适当位置中以堵塞前板的后缘与中间板的表面之间的间隙； 

图10是安装在每隔外壳的一个插件插槽中的中间板上的多个间隙填充件装置的放大视图； 

图11-13示出在安装该装置以堵塞间隙后遍布图1-3的前板的气流； 

图14是在设备外壳上往下看的俯视图，用以示出在外壳的后板的两侧上存在于外壳一侧的内部间隙； 

图15是用来填充外壳的前板插件盒区域中的间隙的垫板的立体图； 

图16示出安装在外壳中的图15的间隙垫板；以及 

图17示出替代实施方案，其中定位内壁以形成具有期望宽度的插槽，并且可将一对现场可更换单元(FRU)定位在插槽中。 

具体实施方式

以下描述实际上仅为示例性的并且并不意图限制本公开、应用或用途。应当理解的是，在全部附图中，相应的附图标记表示相同或相应的零件和特征。 

参照图4-8，示出了根据本公开的一个实施方式的间隙填充件装置100。为了方便在以下论述中始终将间隙填充件装置100简称为“装置100”。装置100可包括大致平坦的基座部分102，该基座部分102具有自其延伸的至少一个肋件104，并且可选择地包括大致相互平行且从基座部分102大致垂直延伸的一对肋件104。为了方便，以下论述将参照如图4-8中所示的包括一对肋件104的装置100进行，但可以理解的是， 该装置可形成为仅包括一个这种肋件104。取决于结合到电子设备外壳中的插件插槽的数目，可能有必要(或希望)具有仅使用一个肋件104的装置100的一个实施方式。 

进一步参照图4-6，将基座部分102和肋件104示出为一体形成使得装置100提供单件构件。作为替代，基座部分102和肋件104可形成为分离的构件并用粘合剂或单独的紧固件固定在一起。出于制造效率和成本的目的，可预料的是，由诸如塑料的适当材料一体形成装置100可能是优选的制造方法。 

基座部分102可包括尺寸确定成用以容纳一对连接器13/14(图1)的切口106。切口106使得装置100能够越过该连接器对13/14定位，从而使得基座部分102可相对于中间板16齐平地安放。可用适当的粘合剂或者甚至用诸如螺纹紧固件的外部紧固元件将基座部分102紧固于中间板16。可预料的是，用于将装置100紧固于中间板16的最容易且最快的方法可能是使用粘合剂。在该示例中，切口106定位在沿基座部分102的长度的点，使得它接收连接器对13/14并提供下部102a，该下部102a至少基本上堵塞、但更优选地完全堵塞形成在图1中的最底部的连接器对13/14之间的插槽。 

参照图7，当从其端部看去时装置100形成大致的U形。肋件104的总高度“H”基本上等于间隙24(图1)的高度，并且更优选地刚好稍小于该间隙的高度，使得间隙完全或几乎完全被肋件104覆盖，但使得肋件不会妨碍全部安置在连接器14中的连接器13。在图9中将装置100示出为安装在中间板16上。可将肋件104的高度选择成当安装装置100时在肋件与前板10a的后缘20b之间提供1mm-2mm的空隙。 

在图7中，宽度“W”表示肋件104之间的间距。将肋件104的间距选择成刚好稍大于连接器14(图1)的宽度，并因此与相邻的前板之间的间距一致。换言之，选择宽度W使得一个装置100的肋件104将与安装在外壳17的两个相邻插件插槽中的两个相邻定位的前板对正。 

参照图8，将装置100的总长度“L”优选地选择成使得该装置将能够堵塞沿定位在外壳17的单个插件插槽中的前板10a的后缘20b形成的所有间隙24。由于通常将使用两对连接器13/14来将前板10a耦接到中间板16，因此这将在基座部分102中需要单个切口106。然而，装置 100并不局限于此，并且可构造成沿其长度设置任意数目的切口以容纳多于两个的连接器对。 

参照图10，将多个装置100示出为紧固于中间板16的表面22。由于该示例中的各装置100均包括一对肋件104，所以插件插槽30、32、34、36中仅每隔一个需要装置100。因此，插件插槽30、34和38各具有安装在其中的装置100而插槽32和36则不具有。装置100的此特征使外壳17的插件插槽的总数量能够被其数量仅为插件插槽的数量的一半的装置100所堵塞。 

图11-13示出已安装装置100后越过前板10a、10b和10c的气流26。越过定位在各插件插槽中的前板引导意欲流经各插件插槽的全部气流量。 

当将装置100安装在中间板16上时，可研究出固定装置以有助于提供装置100的精确定位。任何能够提供用于将装置100紧固于中间板16的强大的粘合力的粘合剂都将适于使用。 

装置100使侧向气流间隙24能够被密封而不会在前板10a与中间板16匹配的情况下引起机械干扰问题。另一个优点在于不需要对前板进行改动。装置100用于堵塞气流间隙24，气流间隙24又使在给定插件插槽内流动的气流的全部体积能够流过该给定插件插槽中的前板，而不论安装在可能呈现大气流阻抗的前板上的构件如何。装置100的使用因此明显简化了在冷却系统气流通过外壳以确保给定卡式构造的所有前板都接收充足体积的冷却气流的初始评估期间执行的气流研究。装置100提供的另外的优点在于，在用户现场的外壳的首次安装后应改变该卡式构造，可确保新前板上不同定位的气流阻抗将不会对通过新前板安装于其中的插件插槽的气流通道有影响。因此，当改变卡式构造时，一般不需要进行进一步的气流鉴定测试。 

装置100提供的另外的优点在于，由于冷却气流未转向通过间隙24，所以可实现冷却子系统的操作中的成本节省，因为通过外壳的气流将对前板提供最大冷却。此外，可通过堵塞间隙实现减少来自外壳的噪声排放。 

参照图14，示出了外壳200，其例如可为高级TCA外壳。外壳200包括前板插件盒区域202，其具有用于容纳与后板204匹配的前板(未 示出)的多个插件插槽202a-202m。外壳200还包括RTM(后方转换模块)插件盒206，其具有多个RTM插件插槽206a-206m。在外壳200的一侧，在插件插槽202m与外壳200的内壁表面209之间形成间隙208。同样，在RTM插件插槽206m与外壳200的内壁表面209之间但在后板204的相对侧上形成间隙210。横向构件204a可在外壳200的内部区域内沿宽度方向延伸并且可相邻于后板204或倚靠后板204定位。 

现在参照图15，示出了间隙填充面板212。间隙填充面板212包括具有折叠的前角216和折叠的后角218的主面板区域214。突舌220从下缘222延伸而突舌224从上缘226延伸。主面板区域214还包括凹口228，其定位成用以容纳在外壳200内侧向延伸的横向构件204a。凹口228使折叠的后角218能够紧邻或倚靠后板204定位而不会妨碍横向构件204a。突舌220和224使得能够用铆钉或螺纹紧固件将间隙填充面板212紧固于外壳200的内壁表面209。在图16中将间隙填充面板212示出为在外壳200中紧固在适当位置中。 

可以理解的是，折叠的角边缘216和218优选地各具有这样的距离，该距离使边缘216和218能够基本上延伸间隙208的宽度，并因此至少基本上或几乎完全堵塞该间隙。间隙填充面板212可由钢、塑料或任何其它适当的刚性材料形成。气密封闭式泡沫塑料或橡胶也可用于形成间隙填充面板212。 

虽然未明确示出，但可以理解的是，RTM插件盒206中的间隙210也可填充以诸如间隙填充面板212之类的面板。需将用于在RTM插件盒206中使用的间隙填充面板的尺寸选择为，使得当安装时该面板基本上填充间隙210。 

还可以理解的是，间隙208可定位到最左侧、最右侧或在外壳200的相对侧在这些位置之间以一定比例划分。不论间隙位置如何，间隙填充面板212都可仅进行较少的改动而容易实施以密封该间隙。 

间隙填充面板212还可应用于其中插件盒和插槽水平定向的外壳。这种实施方案通常要求为“机架单元(Rack Unit)”的正整数倍(即1.75英寸或44.45mm)以避免气流在安装于机架中的机框之间绕过，该机框通常可能不是插槽节距的整数倍。这种实施方案产生与例如用外壳200示出的具有竖直定向的插件盒的机框类似的问题。 

如果外壳200的可用活动空间允许，并且需要某些针对机框的模块(例如处理模块、电力输入模块/电源等)，则可将插件插槽202制成为模块节距的整数倍，并且可将可用空间用于这种模块。这已预先在通常在某处需要电力模块的某些机框中实施，尤其在紧凑式PCI和VME机框中实施。用于解决这种情形中的该问题的一种方式是使壁隔开第一和/或最后的标准插槽与非标插槽之间的气流通道。该壁可为外壳200的组成部分，或者模块的组成部分，只要相邻的标准插槽保持希望的尺寸。这使得通过控制插槽气流阻抗能够相对于相邻的标准模块控制通过非标模块的气流，从而消除气流损耗的问题。显然，如果没有额外的空间则可采用此解决方案，这在ACTA机框实施方案中，特别是在500mm安装孔中的16插槽机框的情况下所特有的。 

在具有450mm安装孔的14插件插槽ATCA机框中，存在部分自由空间，其足以收容PCB组件，例如机框管理模块。图17示出利用此空间的一个优选方式的示例，其中利用外壳240内的内壁250将模块252和254隔开到它们自身的隔间，在隔间中可对气流进行充分管理。 

间隙填充面板212因此有助于确保可预料的气流通过所有插件插槽202a-202m，尤其是紧邻间隙208定位的插件插槽202m。间隙填充面板212的使用还导致冷却子系统能耗和系统噪声排放的减少。 

尽管已描述多种实施方式，但本领域技术人员将识别出在不背离本公开的情况下作出的改型或变型。这些示例举例说明了多种实施方式并且不意图限制本公开。因此，应当不受限制地理解说明书和权利要求，而仅有的限制在于考虑到相关现有技术所必需的限制。 

Claims (19)

1.一种间隙填充件装置，其用于堵塞通过第一电路板的边缘与大致垂直于所述第一电路板布置的第二电路板的表面之间存在的间隙的气流，其中，所述第一电路板和所述第二电路板由至少一对连接器耦接并布置在电子设备外壳内，所述装置包括：

基座部分，其具有自所述基座部分延伸的至少一个肋件，所述基座部分适于紧固于所述第二电路板的所述表面；和

所述肋件，所述肋件远离所述基座部分延伸并且所述肋件的高度大约等于形成在所述第一电路板和所述第二电路板之间的所述间隙的高度，并且所述肋件的长度至少与所述间隙的长度一样长，使得所述肋件至少基本上堵塞所述间隙以阻止通过所述间隙的气流。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述基座部分的所述表面适于借助于粘合剂粘附于所述第二电路板。

3.如权利要求1所述的装置，其中，所述基座部分包括附加肋件，所述附加肋件与所述肋件隔开并大致平行于所述肋件延伸，并且所述附加肋件的尺寸与所述肋件的尺寸至少大致相等，以堵塞与附加电路板之间的附加间隙；其中所述附加电路板耦接到所述第二电路板并与所述第一电路板相邻。

4.如权利要求3所述的装置，其中，当从所述装置的端部看去时，所述基座部分、所述肋件和所述附加肋件形成U形。

5.如权利要求1所述的装置，其中，所述基座部分包括：

切口，当所述连接器相互接合时，所述切口使所述对连接器的一部分能够经所述切口突出；并且

其中，所述基座部分的部分从所述切口的相对侧延伸，使得所述装置可相对于所述第二电路板齐平地安放并越过所述接合的连接器。

6.如权利要求5所述的装置，其中，所述基座部分紧固于所述第二电路板。

7.如权利要求1所述的装置，其中，所述基座部分包括：

切口，在所述连接器相互接合时，所述切口的尺寸足以使所述对连接器的一部分能够经所述切口突出；以及

附加肋件，其与所述肋件隔开使得当从所述装置的一端看去时，所述基座部分、所述肋件和所述附加肋件形成U形；并且

其中，所述肋件和所述附加肋件沿所述基座部分的全长从所述基座部分垂直延伸，使得所述切口定位在沿所述基座部分的长度的中间点。

8.如权利要求1所述的装置，其中，所述装置为由塑料形成的一体形成的部件。

9.一种间隙填充件装置，其用于堵塞通过第一电路板的边缘与大致垂直于所述第一电路板布置的第二电路板的表面之间存在的间隙的气流，其中，所述第一电路板和所述第二电路板由一对连接器耦接并布置在电子设备外壳内，所述装置包括：

基座部分，其具有自所述基座部分垂直延伸的一对肋件，所述基座部分适于紧固于所述第二电路板的所述表面，使得当所述对连接器耦接在一起时，所述肋件在所述对连接器的相对侧上延伸；和

所述肋件，所述肋件远离所述基座部分延伸并且所述肋件的高度大约等于形成在所述第一电路板和所述第二电路板之间的所述间隙的高度，并且各所述肋件的长度至少与所述间隙的长度一样长，使得所述肋件之一堵塞所述间隙以阻止通过所述间隙的气流。

10.如权利要求9所述的装置，其中，当从其一端看去时，所述装置呈U形。

11.如权利要求10所述的装置，其中，所述装置包括在所述对肋件之间的所述基座部分中形成的切口。

12.如权利要求11所述的装置，其中，在所述装置与所述第二电路板相邻定位时，所述切口的尺寸使所述对连接器能够经所述切口突出。

13.如权利要求9所述的装置，其中，所述装置为一体形成的部件。

14.如权利要求9所述的装置，其中，所述对肋件的第一肋件堵塞所述间隙，并且所述对肋件的第二肋件堵塞由安装在所述第二电路板上的附加第一电路板形成的附加间隙。

15.一种用于阻塞通过第一电路板的边缘与大致垂直于所述第一电路板布置的第二电路板的表面之间存在的间隙的气流的方法，其中，所述第一电路板和所述第二电路板由至少一对连接器耦接并布置在电子设备外壳内，所述方法包括：

提供基座部分，所述基座部分具有从所述基座部分大致垂直延伸的至少一个肋件；

与所述第二电路板的所述表面相邻定位所述基座部分；

提供所述肋件，所述肋件的高度大约等于形成在所述第一电路板和所述第二电路板之间的所述间隙的高度，并且所述肋件的长度至少与所述间隙的长度一样长；以及

使用所述肋件来至少基本上堵塞所述间隙以阻止通过所述间隙的气流。

16.如权利要求15所述的方法，其中，所述提供具有至少一个肋件的基座部分进一步包括提供具有大致相互平行延伸的一对平行肋件的基座部分。

17.如权利要求16所述的方法，进一步包括将所述基座部分紧固于所述第二电路板。

18.如权利要求15所述的方法，其中，所述基座部分为具有所述肋件和从所述基座部分垂直延伸的附加肋件的一体形成的部件。

19.如权利要求18所述的方法，进一步包括形成带有切口的所述基座部分，所述切口的尺寸使所述连接器能够经所述切口突出。

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