CN106687882B - 用于气流增强的进气阻力降低 - Google Patents

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Abstract

一种装置包括框架和由框架支撑的一个或多个发热元件。多个端口位于框架的前部，并且电耦合到发热元件。面板(110)被耦合到框架的前部，并且包括一个或多个端口开口(220)以允许接入端口、和多个气流开口(115)。每个气流开口具有与框架的前部对齐的底部边缘(212)和与框架的顶部对齐的顶部边缘(210)。气流开口的顶部边缘被向后设置成距框架的前部某一预定距离。

Description

用于气流增强的进气阻力降低
技术领域
本公开涉及安装在机架上的电子器件的气流冷却。
背景技术
在从前到后的空气冷却网络机架中，在网络线卡的面板中策略性地设置了孔，以允许冷却空气进入线卡。一个设计挑战是为具有最大输入/输出(I/O)端口的系统提供足够的冷空气，以及足够的电磁干扰(EMI)抑制。随着集成电路和处理能力的性能提高，端口数量和穿孔尺寸/面积之间的平衡迫使在开关能力和热管理之间进行权衡。对于给定的占用面积，例如单机架单元(RU)线卡，随着端口密度增加，面板中可用的穿孔面积减小，并且较少的冷空气能够被吸入系统中。
附图说明
图1A示出了根据示例实施例的电子模块的透视图。
图1B示出了根据示例实施例的电子模块的分解图。
图2A示出了根据示例实施例的电子模块的面板部分的透视图。
图2B示出了根据示例性实施例的面板部分的侧视图。
图3根据示例实施例，示出了电子模块的前部的侧视图，其中示出了进入模块的气流。
图4示出了根据示例性实施例的具有安装在其中的多个电子模块的电子机架。
图5示出根据示例性实施例的安装在电子机架中的两个电子模块的侧视图。
图6示出了根据示例性实施例的气流中的压降。
图7是示出根据示例实施例的用于在电子机架中使用迫入空气进行冷却的示例过程的流程图。
具体实施方式
概述
一种装置包括框架和由框架支撑的一个或多个发热元件。多个端口位于框架的前部，并且电耦合到发热元件。面板被耦合到框架的前部，并且包括一个或多个端口开口以允许接入端口、和多个气流开口。每个气流开口具有与框架的前部对齐的底部边缘和与框架的顶部对齐的顶部边缘。气流开口的顶部边缘向后设置成距框架的前部某一预定距离。
示例实施例
使冷却空气通过安装在机架上的电子系统(例如网络线卡)中的面板的一个因素是投影进气面积。较高的投影进气面积允许通过安装在机架中的线卡的较低的压降和较高的气流速率。进气区域的一个示例包括冲压到线卡的面板中的槽，例如在线卡的端口上方。根据本文提出的技术，通过缩回进气槽的顶部边缘来增加投影面积。在另一个示例中，通过使面板的底部形成倒角来增加堆叠式线卡(例如，在机架中彼此上下安装的线卡)的投影面积，其中面板的底部与下面的线卡的进气槽对齐。
由于进气槽的面积增加，因此本文所述的面板设计提供了对进气口处的压降的大约20％的改进。面板的倒角底部大约贡献了额外5％的改进。本文所述的电子模块充分利用面板的有效进气面积，而不牺牲电磁干扰(EMI)性能。面板允许最大输入/输出(I/O)端口数或信号容量，同时最小化任何热阻塞问题。此外，本文所述的面板设计由于缺乏昂贵的附加特征(例如，六边形蜂窝进气孔、定制EMI屏蔽垫圈和/或计算机数字控制(CNC)加工)而使成本最小化。
参考图1A和1B，示出了可安装在机架上的电子模块100的示例。图1A示出了省略外盖的组装的电子模块100的透视图，以便更好地示出内部组件。图1B示出了电子模块100的分解视图，以示出电子模块100的各个元件之间的关系和连接。在这些示例中，电子模块100被示为网络线卡，但是任何产生热量并用空气冷却的电子模块均可以被使用。线卡100包括印刷电路板(PCB)105，该PCB 105在PCB 105的前部处耦合到面板110。面板110包括沿着面板110的顶部边缘的多个进气槽115。多个端口120电连接到PCB 105并且通过面板110中的孔接入。在一个示例中，防尘罩130可以防止冷却空气中的碎屑进入线卡100的内部并且潜在地损坏内部组件。
EMI罩140在端口120之上落在模块的顶部上，并且防止不可接受的等级的EMI通过相对较大的进气槽115。EMI罩140将EMI垫圈向下压在面板110的内侧前部上和围绕端口120的框的顶部上。诸如中央处理单元(CPU)之类的发热元件150耦合到PCB 105。散热器155放置成与发热元件150热接触，以提供较大的表面积用于与冷却空气进行交互。
参考图2A，面板110被示出为与线卡100分离。面板110包括多个进气槽115，在该示例中，这些进气槽115位于面板110的顶部与面板110的前部相交的角处。每个进气槽115由顶部边缘210，底部边缘212和在两个相邻的进气槽115之间的边带214限定。顶部边缘210沿着基本上与面板110和电子模块100的顶面对齐的平面设置。底部边缘212沿着基本上与面板110和电子模块100的前面对齐的平面设置。
面板110还包括一个或多个开口220，以允许接入电子模块100上的元件(例如，端口120)。边带225可以在开口220的侧面上提供用于面板110的结构，并且可以包括进气孔以将一些冷却空气提供到电子模块100中。机架安装锁定机构230可附接到面板，并将面板110和所附接的电子模块100固定到电子机架。
参考图2B，示出了面板110的侧视图。侧视图示出了沿着面板110的前面布置的进气槽的底部边缘212，其中机架安装锁定机构230从面板110的前面延伸出去。进气槽的顶部边缘210沿着顶面设置并且向后设置成距面板110的前面预定距离。在一个示例中，进气槽的顶部边缘210向后设置成距离面板110的前面至少0.75英寸。将顶部边缘210设置在面板110的前面之后允许较大的开口以使空气进入进气槽115。较大的开口减小了压降，并允许更大体积的冷却空气进入电子模块。
面板110的前面和面板110的底面的拐角用从前面上的预定点延伸到底面上的预定点的倒角240代替。在一个示例中，倒角240是线性倒角，从沿着前面距底面向上0.1英寸的点延伸到沿着底面距前面向后0.38英寸的点。在其他示例中，倒角240可以是多个线性段的组合，或者倒角240可以是非线性的。倒角240允许位于当前电子模块下方的更大的开口，以使空气进入电子模块，如下面关于图4和5所讨论的。
在一个示例中，图2A和2B所示的面板110由具有孔(例如，进气槽115、开口220、边带225中的孔等)的金属板构成，这些孔是用最少使用或不使用复杂加工操作(例如，铣削)的简单操作(例如，挤压、冲压等)形成的。简单的制造技术使得面板110能够以比用更复杂的制造技术制造的面板更低的成本来构造。
参考图3，示出了具有进入模块的气流的电子模块的侧视图。示出了电子模块，包括电路板105、由顶部边缘210和底部边缘212限定的进气槽、端口120、防尘罩130和EMI罩140。在该示例中，EMI罩140包括气孔310，被设置在端口120的后部。空气流入进气槽中，如320处所示，并且穿过防尘罩130和EMI罩140，然后离开EMI罩进入电子模块的内部，如330处所示。一旦冷却空气进入电子模块的内部，则其例如通过与散热器155(图3中未示出)交互来冷却发热元件150。
参考图4，示出了具有安装在其中的多个电子模块100的电子机架410。电子模块100可以安装成使得模块直接在彼此之上，使得最大数量的电子模块可以装配到机架中。在一个示例中，电子模块100是网络线卡，并且电子机架410被配置为从模块的后面为电子模块100供电。电源可以被包括作为电子机架410的一部分，或者可以在机架的外部。在该示例中，电子机架被配置为用于从前到后的气流。电子机架410可以具有一个或多个门以接入机架的内部，并且可以具有一个或多个空气过滤器以清洁进入机架的空气。
参考图5，示出了彼此相邻安装的两个电子模块，以示出面板的底部倒角的效果。电子模块被安装(例如，在电子机架410中)为使得顶部电子模块的倒角240基本上与底部电子模块的进气槽对齐。由于气流的压降通常由最窄的狭窄部分支配，所以顶部电子模块上的倒角240在进入底部电子模块的气流的路径520中打开狭窄部分510。在一个示例中，其中安装电子模块的电子机架的底盘可以设计成使得顶部模块具有至少与底部倒角提供给每个下部电子模块一样大的产生其进气槽的面积。
参考图6(参考图1A和1B)，示出了作为沿着网络线卡的长度的距离的函数的空气的计量压力的仿真图表。数据集610示出了在冷却网络线卡时沿着气流路径的各个点处的气压。两个主要的压降与气流路径中的狭窄部分相关。在该示例中，612处的压降对应于气流进入由边缘210和212限定的部分的进气槽115处的狭窄部分。614处的压降对应于防尘罩130、和EMI罩140的顶侧上的狭窄部分。添加两个压降612和614所产生的总压降低于传统面板中在进气槽处较窄的狭窄部分所产生的压降。
改进的压降特性的另一种测量是较低的压降所允许的体积流速的增加。表I示出了通过具有根据本文所述进行修改的进气槽的单个电子模块的空气的总体压降和体积流速。空气的体积流速以立方英尺每分钟(CFM)为单位给出，并且压力以英寸水柱(in.w.g.)给出。通过具有经修改的进气槽的模块的流速比通常在网络线卡的正常操作条件下获得的流速高大约20％。
表I：利用改进的进气槽设计的网络模块的压降和空气流速。
Figure BDA0001245585920000051
参考图7，示出了使用具有倒角底部的面板的步骤的示例过程700。在步骤710中，多个电子模块安装在电子机架中。在步骤720中向电子模块提供电力，这可能导致电子模块的元件开始产生热量。在步骤730中，在第一电子模块上的面板的倒角底部和安装在第一电子模块下方的第二电子模块的进气槽之间迫入空气。在步骤740中，由于倒角底部，两个电子模块之间的区域较大，使得较大流量的空气能够进入第二电子模块的进气槽并且冷却第二电子模块。
总之，本文提出的技术通过扩大和缩回在面板顶部上的槽以及使面板的底部边缘形成倒角来最大化电子模块(例如网络线卡)的面板上的投影进气面积。增加的投影进气面积允许系统内的高空气流速和更低的压降。这为面板上的端口提供了更多的空间，而不牺牲为诸如处理器、存储器或专用集成电路(ASIC)之类的发热元件提供冷却能力的能力。
在一个示例中，本文所提出的技术提供了一种装置，其包括框架和由框架支撑的一个或多个发热元件。多个端口位于框架的前部，并且电耦合到发热元件。面板耦合到框架的前部，并且包括一个或多个端口开口以允许接入端口、和多个气流开口。每个气流开口包括与框架的前部对齐的底部边缘和与框架的顶部对齐的顶部边缘。气流开口的顶部边缘被向后设置成距框架的前部某一预定距离。
在另一示例中，本文所提出的技术提供了一种系统，包括保持多个电子模块的电子机架。每个电子模块包括框架和由框架支撑的一个或多个发热元件。电耦合到发热元件的多个端口位于框架的前部。耦合到框架的前部的面板还包括一个或多个端口开口以允许接入端口，多个气流开口与框架的顶部对齐，以及倒角底部与框架的底部对齐。从多个电子模块中选择的第一电子模块安装在第二电子模块上方，使得第一电子模块上的面板的倒角底部基本上与第二电子模块上的面板的气流开口对齐。
在另一示例中，本文提出的技术提供了一种方法，包括在电子机架中安装多个电子模块。每个电子模块包括一个或多个发热元件。该方法还包括向多个电子模块中的发热元件提供电力。在从多个电子模块中选择的第一电子模块上的面板的倒角底部与第二电子模块中的多个气流开口之间迫入空气。第二电子模块的发热元件用被迫入的空气冷却。
以上描述仅是示例性的。所描述的任何材料仅仅是可以使用的材料的示例。在不脱离本发明的范围的情况下，可以取代其它材料。还应当理解，本文所使用的术语(例如“左”、“右”、“顶”、“底”、“前”、“后”、“侧”、“高”、“长”、“宽”、“上”、“下”、“内部”、“外部”、“之内”、“之外”等)仅描述参考点或部分，并且不将本发明限制为任何特定方位或配置。此外，本文使用术语“示例性”来描述示例或说明。在此作为示例性描述的任何实施例不应被解释为优选或有利的实施例，而是作为本发明的可能实施例的一个示例或说明。

Claims (19)

1.一种用于提供用于气流增强的进气阻力降低的装置，包括：
框架，包括前部、后部、顶部、底部、右侧部和左侧部；
由所述框架支撑的一个或多个发热元件；
位于所述框架的前部的多个端口，其中所述多个端口电耦合到所述一个或多个发热元件；
耦合到所述框架的前部的面板，包括：
一个或多个端口开口，以允许接入所述多个端口；以及
多个气流开口，每个所述气流开口包括底部边缘和顶部边缘，其中所述底部边缘与所述框架的前部对齐，并且所述顶部边缘在距所述框架的前部预定距离的点处与所述框架的顶部对齐。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述预定距离为至少0.75英寸。
3.根据权利要求1所述的装置，还包括防尘罩，以防止灰尘进入所述气流开口。
4.根据权利要求1所述的装置，还包括电磁干扰EMI罩，以最小化通过所述面板的电磁信号。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述电磁干扰EMI罩包括气流通道，以将气流从所述气流开口引导到所述气流开口的相对端处的多个通气孔，所述通气孔允许空气进入所述框架并冷却所述一个或多个发热元件。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述面板还包括与所述框架的底部对齐的倒角部分。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述面板的倒角部分基本上与所述气流开口对齐，使得所述倒角部分在所述框架的前部开始，并且在距所述框架的前部基本上接近所述预定距离的点处结束。
8.一种用于提供用于气流增强的进气阻力降低的系统，包括：
电子机架，用于保持多个电子模块；
所述多个电子模块中的每一个包括：
框架，包括前部、后部、顶部、底部、右侧部和左侧部；
由所述框架支撑的一个或多个发热元件；
位于所述框架的前部的多个端口，其中所述多个端口电耦合到所述一个或多个发热元件；
耦合到所述框架的前部的面板，包括：
一个或多个端口开口，以允许接入所述多个端口；
与所述框架的顶部对齐的多个气流开口，其中每个所述气流开口包括底部边缘和顶部边缘，其中所述底部边缘与所述框架的前部对齐，并且所述顶部边缘在距所述框架的前部预定距离的点处与所述框架的顶部对齐；以及
与所述框架的底部对齐的倒角底部，
其中，从所述多个电子模块中选择的第一电子模块安装在从所述多个电子模块中选择的第二电子模块上方，使得所述第一电子模块上的面板的倒角底部基本上与所述第二电子模块上的面板的气流开口对齐。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述预定距离为至少0.75英寸。
10.根据权利要求8所述的系统，其中所述多个电子模块中的每一个还包括防尘罩，以防止灰尘进入所述气流开口。
11.根据权利要求8所述的系统，其中所述多个电子模块中的每一个还包括电磁干扰EMI罩，以最小化通过所述面板的电磁信号。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述电磁干扰EMI罩包括气流通道，以将气流从所述气流开口引导到所述气流开口的相对端处的多个通气孔，所述通气孔允许空气进入所述框架并冷却所述一个或多个发热元件。
13.根据权利要求8所述的系统，还包括一个或多个风扇，以驱动气流通过所述多个电子模块。
14.根据权利要求8所述的系统，其中所述多个电子模块包括多个网络线卡。
15.一种用于提供用于气流增强的进气阻力降低的方法，包括：
在电子机架中安装多个电子模块，每个电子模块包括一个或多个发热元件；
向所述多个电子模块中的发热元件提供电力；
在从所述多个电子模块中选择的第一电子模块上的面板的倒角底部与从所述多个电子模块中选择的第二电子模块中的多个气流开口之间迫入空气，其中所述多个气流开口耦合到所述第二电子模块的框架的前部的面板，其中每个所述气流开口包括底部边缘和顶部边缘，其中所述底部边缘与所述第二电子模块的框架的前部对齐，并且所述顶部边缘在距所述第二电子模块的框架的前部预定距离的点处与所述第二电子模块的框架的顶部对齐；以及
用被迫入的空气冷却所述第二电子模块的所述一个或多个发热元件。
16.根据权利要求15所述的方法，其中安装所述多个电子模块包括将所述第一电子模块的面板的倒角底部与所述第二电子模块的气流开口对齐。
17.根据权利要求15所述的方法，还包括在所述多个气流开口上安装防尘罩，以从被迫入的空气中去除灰尘。
18.根据权利要求15所述的方法，还包括安装电磁干扰EMI罩，以最小化通过所述第二电子模块的面板的电磁信号。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括将来自所述第二电子模块中的气流开口的气流引导通过所述电磁干扰EMI罩到所述气流开口的相对端处的多个通气孔，所述通气孔允许空气冷却所述第二电子模块中的所述一个或多个发热元件。
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