DE112017000512T5

DE112017000512T5 - Linearluftstromverteilung für ein Kühlsystem

Info

Publication number: DE112017000512T5
Application number: DE112017000512.4T
Authority: DE
Inventors: Ernest Bencivenga; Thomas D. Fillio
Original assignee: Arris Enterprises LLC
Current assignee: Arris Enterprises LLC
Priority date: 2016-02-23
Filing date: 2017-02-23
Publication date: 2018-10-25
Also published as: CA3015629C; GB2562684B; US20170245391A1; US10869407B2; CA3015629A1; GB2562684A; GB201813717D0; WO2017147303A1; MX2018010159A

Abstract

Ein Luftstromverteilsystem für mehrere Gebläse weist einen Luftkollimator auf, der dazu dient, einen Luftstrom in einer linearen vertikalen Richtung zu leiten, wodurch eine verbesserte optimale Strömungsrichtung zum Kühlen von Gerätebauteilen erzeugt wird. Der Luftkollimator weiste Luftführungsverteiler zum Umleiten wirbelnder Luft von einem Gebläse in eine lineare Strömung auf, wodurch die Querschnittsluftverteilung durch das zu kühlende Gerät hindurch erhöht wird. Mehrere selbsttätige getrennt gesteuerte Lamellensystem schließen automatisch auf einen Ausfall eines zugeordneten der mehreren Gebläse hin, um zu verhindern, dass Luft durch das ausgefallene Gebläse zurück zirkuliert. Daher bewegt sich Luft weiterhin in einer linearen Richtung über die Gerätebauteile hinweg, so dass die Gerätebauteile bei einer spezifischen Temperatur bleiben.

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität aus der US Provisional Patentanmeldung 62/298,632 mit dem Titel „Linear Air Flow Distribution For a Cooling System“, eingereicht am 23. Februar 2016, deren gesamter Inhalt hiermit ausdrücklich durch Bezugnahme inkorporiert wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf verbesserte Konstruktionen für Zwangsluftströmung in einem Kühlsystem mit mehreren Gebläsen.
Technologischer Hintergrund
Gebläsegetriebene Kühlsysteme sind üblich. In einem konventionellen gebläsegetriebenen Kühlsystem wird ein gebläsegetriebener Luftstrom über wenigstens eine Wärmesenke oder ein Bauteil gedrückt, um so zu kühlen und dadurch die Temperatur der Wärmesenke und/oder des Bauteils zu reduzieren.
Viele konventionelle Systeme verwenden gebläsegetriebene Luftstromkühlsysteme. Jedoch haben die vorliegenden Erfinder bemerkt, dass die Luftstromverteilung konventioneller Systeme nicht zuverlässig und konsistent einen linearen Strom von Luft über die Wärmesenke bei vielen Gerätetypen (wie z.B. Netzwerk-Head-End-Geräte wie z.B. ein Kabelmodemanschlusssystem (CMTS)) aufrechterhalten.
Was darüber hinaus konventionelle Systeme noch schlimmer macht, ist, dass typische Luftstromverteilsystemkonstruktionen eine ineffiziente Rezirkulation von Luft erzeugen, wenn das System einen Gebläsefehler oder einen anderen Ausfall eines Gebläses erfährt. Wenn z.B. ein Systemgebläse in einem Gebläsefach ausfällt, beginnt Luft von dem einen oder mehreren Gebläsen, die noch arbeiten, durch das ausgefallene Gebläse auszuströmen/zu rezirkulieren, wodurch das durch das System führende Luftvolumen reduziert wird. Dies ist insbesondere in einem System problematisch, welches zum 24-Stunden-Betrieb über 7 Tage/Woche entworfen ist. Eine Erfassung eines Fehlers eines einzelnen Gebläses in einem Mehrfachgebläsesystem wird für Betreiber der Geräte nicht leicht ersichtlich sein, insbesondere bei großmaßstäblichen Systemen oder bei in einem Rack montierten Systemen. Und selbst wenn ein solcher Fehler erfasst wird, würde eine Reparatur und Ersetzen einen Ausfall des zu kühlenden Geräts erfordern.
16 zeigt ein konventionelles Luftkühlsystem mit drei Gebläsen, welche Kühlluft durch einen konventionellen Luftkollimator zu einer Anzahl von Gerätewärmesenken blasen.
Insbesondere werden die Wärmesenken eines oder mehrerer Geräte (dargestellt bei 950) durch den Ausgang einer Mehrzahl von Kühlgebläsen 505, 605, 705 gekühlt. Der Luftstrom ist durch Pfeile 960 dargestellt. Der Luftstrom 960 wird durch ein konventionelles Luftgitter oder einen konventionellen Luftkollimator 900 in einer linearen Richtung zu den Wärmesenken der Geräte 950 geleitet.
Ein Konstrukteur wird eine Anzahl von Gebläsen zu spezifizieren haben, die die Wärmesenken der Geräte 950 bei einer geeigneten Kühltemperatur halten, z.B. drei Gebläse 505, 605, 705, wie in 8 gezeigt.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß Prinzipien der vorliegenden Erfindung umfasst ein Luftkühlsystem eine Mehrzahl von Gebläsen. Ein Luftkollimator ist dazu ausgelegt, einen Zwangsluftstrom durch die Mehrzahl von Gebläsen hin zu wenigstens einem zu kühlenden Gerät zu leiten. Eine Mehrzahl von selbsttätigen, getrennt gesteuerten Lamellensystemen ist an dem Luftkollimator montiert, wobei wenigstens eines, aber nicht alle der Mehrzahl von selbsttätigen, getrennt gesteuerten Lamellensystemen dazu ausgebildet ist, auf eine Beendigung eines Luftstroms von einem der Mehrzahl von Gebläsen hin sich selbsttätig zu schließen, um zu verhindern, dass Luft durch ein zugeordnetes der Mehrzahl von Geräten zurückfließt, wenn das zugeordnete der Mehrzahl von Gebläsen im Aus-Zustand ist.
Bei anderen Ausführungsformen umfasst ein Luftkollimator für ein Luftkühlsystem mit mehreren Zwangsluftquellen einen Luftkollimator, der zum Leiten eines Zwangsluftstroms durch jede einer Mehrzahl von getrennten Luftquellen hin zu wenigstens einem zu kühlenden Gerät ausgebildet ist. Mehrere selbsttätige getrennt gesteuerte Lamellensysteme sind an dem Luftkollimator montiert, wobei die mehreren selbsttätigen getrennt gesteuerten Lamellensysteme jeweils dazu ausgelegt sind, sich individuell selbsttätig auf eine Beendigung eines Luftstromes von einer der mehreren getrennten Luftquellen hin einzeln zu schließen, um zu vermeiden, dass Luft durch das selbsttätig geschlossene selbsttätige getrennt gesteuerte Lamellensystem zurückfließt.
Ein Verfahren zum Schaffen eines konsistenten linearen Stroms aus einem Mehrfachgebläse-Luftkühlungssystem über ein Gerät gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst das Leiten der Ausgangsströmung aus einer Mehrzahl von Gebläsen durch einen Luftkollimator zu wenigstens einem zu kühlenden Gerät, wobei der Luftkollimator mehrere selbsttätige getrennt gesteuerte Lamellensysteme aufweist, die an dem Luftkollimator montiert sind. Die mehreren selbsttätigen getrennt gesteuerten Lamellensysteme, die an dem Luftkollimator montiert sind, werden individuell auf eine Beendigung einer Luftströmung von einem ausgefallenen der mehreren Gebläse hin einzeln selbsttätig geschlossen, während die verbleibenden mehreren Gebläse weiterhin Luft durch den Luftkollimator zwängen, wobei das geschlossene selbsttätige getrennt kontrollierte Lamellensystem Luft daran hindert, durch das ausgefallene der mehreren Gebläse zurückzufließen, während die verbleibenden mehreren Gebläse weiterhin Luft durch den Luftkollimator leiten. So schließt das Lamellensystem oberhalb des ausgefallenen der mehreren Kühlgebläse, um eine Passage von Luftstrom von einem der verbleibendenden mehreren Geräten hierdurch zu blockieren.
Figurenliste
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die Zeichnungen ersichtlich werden, in denen:

1 eine perspektivische Draufsicht auf einen beispielhaften Luftkollimator mit einem zylindrischen Luftführungsverteiler für jedes Gebläse und einem integrierten selbsttätigen Lamellensystem zeigt, welches mit dem jeweiligen Gebläse zugeordnet ist, gemäß den Prinzipien der Erfindung.
2 zeigt eine perspektivische Unteransicht eines beispielhaften Luftkollimators mit zylindrischen Luftführungsverteilern und integrierten selbsttätigen getrennt gesteuerten Lamellensystemen, die alle in einer offenen Position sind, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
3A und 3B zeigen ein beispielhaftes Gebläsefach einschließlich mehrerer Gebläse und einen Luftkollimator gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
4A bis 4D sind eine obere Draufsicht (4A), eine Seitenansicht (4B), eine Rückansicht (4D) und eine Schnittansicht (4C), die das beispielhafte Gebläsefach der 3A und 3B zeigen.
5A bis 5F sind eine obere Draufsicht (5A), eine Schnittansicht (5B), eine rechte Seitenansicht (5C), eine Vorderansicht (5D), eine Rückansicht (5E) und eine Unteransicht (5F) des beispielhaften Luftkollimators mit den zylindrischen Luftführungsverteilern der 1 und 2, wobei alle Lamellen in einer offenen Position sind, da alle Gebläse arbeiten.
6A bis 6C sind eine obere Draufsicht (6A), eine Schnittansicht (6B) und eine Unteransicht (6C) des beispielhaften Luftkollimators mit zylindrischen Luftführungsverteilern der 1 und 2, die Lamellen an der Position eines ausgefallenen mittleren Gebläses in einer geschlossenen Position zeigen, während die Lamellen, die den anderen, arbeitenden Gebläsen zugeordnet sind, in einer offenen Position verbleiben.
7 ist eine perspektivische Unteransicht des beispielhaften Luftkollimators mit zylindrischen Luftführungsverteilern der 1 und 2, die Lamellen an der Position eines ausgefallenen mittleren Gebläses in einer geschlossenen Position zeigen, während die Lamellen, die den anderen, arbeitenden Gebläsen zugeordnet sind, in einer offenen Position verbleiben.
8A bis 8D zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Luftführungsverteilers in einer konischen Form gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung.
9 zeigt eine perspektivische Draufsicht eines beispielhaften Luftkollimators mit einem konischen Luftführungsverteiler für jedes Gebläse und einem jedem Gebläse zugeordneten integrierten selbsttätigen Lamellensystem gemäß den Prinzipien der Erfindung.
10 zeigt eine perspektivische Unteransicht eines beispielhaften Luftkollimators mit konischen Luftführungsverteilern und integrierten selbsttätigen getrennt gesteuerten Lamellensystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
11A und 11B zeigen eine Draufsicht und eine geschnittene Seitenansicht des beispielhaften Luftkollimators mit konischen Luftführungsverteilern der 9 und 10.
12A bis 12C zeigen beispielhafte Detailansichten eines bespielhaften Luftkollimators mit konischen Luftführungsverteilern und getrennt gesteuerten Lamellensystem, die einem Luftkollimator in einem mehrfach Gebläsesystem zugeordnet sind, gemäß der Erfindung.
13 zeigt beispielhafte errechnete Fluiddynamikergebnisse mit Geschwindigkeitsvektoren, die die minimierte Rezirkulation zeigen, welche auftritt, wenn ein erstes Gebläse mit einem Luftkollimator mit getrennt gesteuerten und selbsttätigen Lamellensystemen ausfällt, gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
14 zeigt beispielhafte errechnete Fluiddynamikergebnisse mit Geschwindigkeitsvektoren, die die minimierte Rezirkulation zeigen, die auftritt, wenn ein unterschiedliches Gebläse, wie zum Beispiel das zentrale Gebläse, mit einem Luftkollimator mit getrennt gesteuerten selbsttätigen Lamellensystemen ausfällt, gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
15 zeigt beispielhafte errechnete Fluiddynamikergebnisse mit Geschwindigkeitsvektoren, die die minimierte Rezirkulation zeigen, die auftritt, wenn ein hinteres Gebläse mit einem Luftkollimator mit getrennt gesteuerten und selbsttätigen Lamellensystemen ausfällt, gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
16 zeigt ein konventionelles Luftkühlsystem mit drei Gebläsen, die Kühlluft durch einen konventionellen Luftkollimator hin zu einer Anzahl Wärmesenken von Geräten bläst.
17 zeigt beispielhafte errechnete Fluiddynamikergebnisse mit Geschwindigkeitsvektoren, die die Rezirkulation zeigen, die auftritt, wenn ein vorderes Gebläse in einem konventionellen Mehrfachgebläsekühlluftsystem ausfällt.
18 zeigt beispielhafte errechnete Fluiddynamikergebnisse mit Geschwindigkeitsvektoren, die die Rezirkulation zeigen, die auftritt, wenn ein mittleres Gebläse in einem konventionellen Mehrfachgebläsekühlluftsystem ausfällt
19 zeigt beispielhafte errechnete Fluiddynamikergebnisse mit Geschwindigkeitsvektoren, die die Rezirkulation zeigen, die auftritt, wenn ein hinteres Gebläse in einem konventionellen Mehrfachgebläsekühlluftsystem ausfällt

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die hiesigen Erfinder haben bemerkt, dass ein gebläsegetriebener Luftstrom ein Wirbelmuster erzeugt, das ein weniger effizienter und weniger vorhersagbarer Kühlstrom als ein linearer Vertikalstrom ist. So erzeugen typische Luftstromverteilsysteme ein Niedrigdruckgebiet an oder um Gebläsenaben. Das Niedrigdruckgebiet verursacht eine Rezirkulation von Luft über die Gebläsenaben, was den Luftstrom/die Kühlung über die Wärmesenken und Komponenten minimiert. Die Erfinder haben erkannt, dass dieses Niedrigdruckgebiet unerwünscht ist und im Allgemeinen eine lineare Strömung von Luft durch das System verhindert.
Während konventionelle Konstruktionen einen Ausfall eines einzelnen Gebläses durch Konstruktion eines zusätzlichen Gebläses in das Kühlsystem auffangen, haben die vorliegenden Erfinder die verschlechternden Auswirkungen bei dem Ausfall selbst eines einzelnen Gebläses auf die lineare Luftströmung über die Wärmesenken und Geräte, die kühl zu halten sind, bemerkt.
17 zeigt beispielhafte errechnete Fluiddynamikergebnisse mit Geschwindigkeitsvektoren, die die Rezirkulation zeigen, die auftritt, wenn ein vorderes Gebläse 505 in einem konventionellen Mehrfachgebläseluftkühlsystem ausfällt.
Insbesondere enthält, wie in 17 gezeigt, ein Gebläsefach bei diesem Beispiel drei aktive Gebläse: ein vorderes Gebläse 505, ein mittleres Gebläse 605 und ein hinteres Gebläse 705. Wenn das vordere Gebläse 505 ausfällt, haben die vorliegenden Erfinder bemerkt, dass eine beträchtliche Menge von Kühlluft durch das vordere Gebläse 505 in eine negative Richtung fließt (wie dies durch die negative „y-Richtung“-Vektoren ersichtlich ist, die durch das vordere Gebläse 505 entgegengesetzt zu der Kühlrichtung des Luftstromes führen.
Wie aus 17 ersichtlich, tritt ein beträchtlicher Teil der Luft in dem System durch das ausgefallene vordere Gebläse 505 aus und rezirkuliert hierdurch. Dies stört beträchtlich die lineare Strömung und reduziert das Volumen von Kühlluft über die Wärmesenken der Geräte 950, die durch den Luftstrom gekühlt werden sollen, was beträchtlich die Temperatur der Wärmesenken und/oder Bauteile von wenigstens einigen der zu kühlenden Geräte verändert.
18 zeigt beispielhafte errechnete Fluiddynamikergebnisse mit Geschwindigkeitsvektoren, die die Rezirkulation zeigen, die auftritt, wenn ein mittleres Gebläse 605 in einem konventionellen Mehrfachgebläseluftkühlsystem ausfällt.
Insbesondere haben die Erfinder bemerkt, dass, wie in 18 gezeigt, wenn das mittlere Gebläse 605 ausfällt, eine beträchtliche Menge der Kühlluft durch das ausgefallene mittlere Gebläse 605 in eine negative Richtung austritt (wie dies durch die negativen „y-Richtung“-Vektoren ersichtlich ist, die durch das mittlere Gebläse 605 entgegengesetzt zu der Kühlrichtung des Luftstromes zurückführen).
Wie aus 18 ersichtlich, tritt ein beträchtlicher Teil der Luft in dem System durch das ausgefallene mittlere Gebläse 605 aus und rezirkuliert hierdurch, was die lineare Strömung unterbricht und das Volumen von Kühlluft über die Wärmesenken der Geräte 950, die durch den Luftstrom gekühlt werden sollen, reduziert und so beträchtlich die Temperatur der Wärmesenken und/oder Bauteile von wenigstens einigen der zu kühlenden Geräte verändert.
19 zeigt beispielhafte errechnete Fluiddynamikergebnisse mit Geschwindigkeitsvektoren, die die Rezirkulation zeigen, die auftritt, wenn ein hinteres Gebläse 705 in einem konventionellen Mehrfachgebläseluftkühlsystem ausfällt.
Insbesondere haben die vorliegenden Erfinder bemerkt, dass, wie in 19 gezeigt, wenn ein hinteres Gebläse 705 ausfällt, eine beträchtliche Menge der Kühlluft durch das ausgefallene hintere Gebläse 705 in eine negative Richtung zurückaustritt (wie dies durch die negativen „y-Richtung“-Vektoren ersichtlich ist, die durch das hintere Gebläse 705 entgegengesetzt zu der Kühlrichtung des Luftstromes zurückführen).
Wie aus 19 ersichtlich, tritt ein beträchtlicher Teil der Luft in dem System durch das ausgefallene hintere Gebläse aus und rezirkuliert hierdurch, was die lineare Strömung unterbricht und das Volumen der Kühlluft über die Wärmesenken der Geräte, die durch den Luftstrom gekühlt werden sollen, reduziert und so beträchtlich die Temperatur der Wärmesenken und/oder Bauteile von wenigstens einigen der zu kühlenden Geräten verändert.
Die vorliegenden Erfinder haben erkannt, dass ein Bedürfnis für ein verbessertes Luftstromverteilsystem besteht, welches dazu fähig ist, eine lineare Luftströmung im Falle eines Gebläseausfalls aufrechtzuerhalten.
Die Erfindung schafft ein verbessertes Luftstromverteilsystem, das betreibbar ist, eine Strömung von Luft in einer linearen Vertikalrichtung zu leiten, wodurch eine verbesserte optimale Strömungsrichtung zum Kühlen von Gerätebauteilen erzeugt wird. Das hierin beschriebene System nutzt einen verbesserten Luftkollimator, der betreibbar ist, wirbelnde Luft von einem Gebläse in eine lineare Strömung zurück zu richten, wodurch die Querschnittsluftstromverteilung über das zu kühlende Gerät hinweg erhöht wird.
Wichtig ist weiter, dass das hierin beschriebene verbesserte Luftkühlsystem getrennte, selbsttätige Lamellensysteme aufweist, die eine Luftströmung zurück zu den einzelnen Gebläsen abschließt. Die getrennten, selbsttätigen Lamellensysteme in dem Luftkollimator schließen einzeln automatisch auf einen Fehler oder Ausfall eines der Mehrzahl von Gebläsen hin, um Luft daran zu hindern, durch das ausgefallene Gebläse zurück zu zirkulieren. Daher bewegt sich, selbst wenn nur ein Gebläse fehlerhaft ist (oder andererseits zur Reparatur, Wartung, usw. ausgeschaltet ist), Luft weiter linear durch die Gerätebauteile, so dass die Gerätebauteile auf eine vorbestimmte Temperatur gekühlt bleiben.
So kann Luft in dem üblichen Luftkühlsystem durch ein ausgefallenes Gebläse aufgrund der Erzeugung einer Niedrigdruckregion in dem System zurückströmen, so dass ein Luftstrom auf einen Gebläseausfall hin eher rezirkuliert als linear aus dem Luftkühlsystem ausströmt. Diese Rezirkulation von Luft kann eine wärmere Luft sein, was dann unerwünschte Wärme in der Wärmesenke und/oder dem Bauteil erzeugt. Infolgedessen ist der Betrag von Leistung, der in dem Gehäuse des Geräts sicher abgeleitet werden kann, begrenzt, was sichere und zuverlässige Erhöhungen einer Stromdichte oder Bauteildichte innerhalb des diesbezüglichen Geräts verhindert.
1 zeigt eine perspektivische Draufsicht auf einen beispielhaften Luftkollimator 101 mit einem zylindrischen Luftführungsverteiler 206 für jedes Gebläse 505, 605, 705 und einem jedem jeweiligen Gebläse zugeordneten integrierten selbsttätigen Lamellensystem gemäß den Prinzipien der Erfindung.
Insbesondere kann, wie in 1 gezeigt, ein beispielhafter Luftkollimator 101 mehrere rechteckige Öffnungen aufweisen, die über den Luftkollimator 101 als ein Gitter verteilt sind. Obwohl quadratförmige Öffnungen in dem Luftkollimator 101 gezeigt sind, können die Öffnungen gemäß den Prinzipien der Erfindung anstelle quadratisch zu sein viereckig, rechteckförmig, rhombusförmig oder sogar in Form von Parallelogrammen sein.
Bei bestimmten Ausführungsformen weist der Luftkollimator 101 einen jedem Gebläse zugeordneten Luftführungsverteiler 206 auf, um eine lineare Strömung von Luft aus dem zirkulierenden Luftstrom des Gebläses zu erzeugen. Die Luftführungsverteiler 206 sind bei der gezeigten Ausführungsform zylindrisch geformt. Die zylindrisch geformten Luftführungsverteiler können integral in dem Luftkollimator 101 ausgebildet sein, wie dies in 1 gezeigt ist, oder die zylindrisch geformten Luftführungsverteiler 206 können separat gebildet sein und in irgendeiner geeigneten Weise an den Luftkollimator 101 befestigt sein, z.B. unter Verwendung einer Mehrzahl von Befestigungszungen zum Anbringen einer oder mehrerer Luftführungsverteiler 206 an den Luftkollimator 101. In Ausführungsformen sind die Luftführungsverteiler 206 so dimensioniert und positioniert, dass sie die jeweiligen Gebläsenaben 691 abdecken (4C).
Eine Luftströmungsverteilung, wie sie durch den Luftkollimator 101 mit den Luftführungsverteilern 206 und getrennt aktivierten Lamellensystemen, wie hier beschrieben, vorgesehen wird, erleichtert und erhält eine lineare Strömung von Luft über die Wärmesenken und/oder Bauteile der gekühlten Geräte, um zuverlässig und konsistent die Betriebstemperatur der Gerätekomponenten bei einer bevorzugten Temperatur zu halten - selbst nach einem Fehler oder Ausfall irgendeines der Mehrzahl von Kühlgebläsen in dem Luftkühlsystem.
In Ausführungsformen kann das Luftströmungsverteilungssystem in Head-End-Geräten, wie z.B. einem CMTS, installiert oder in anderer Weise daran angebracht sein. Das hier beschriebene Luftströmverteilsystem weist einen Luftkollimator auf, der mehrere Öffnungen 211 und mehrere Luftführungsverteiler 206 umfasst, die dazu dienen, Luft von mehreren Gebläsen 505, 606, 705 aufzunehmen und umzuleiten. Der Luftkollimator 101 hat eine Matrix von Öffnungen 211 und einen geformten Luftführungsverteiler 206 (z.B. zylindrisch geformt, kegelförmig oder konisch geformt, tassenförmig geformt, usw.), welcher in dem Luftkollimator 101 oberhalb von jeder Gebläsenabe 505, 605, 705 angeordnet ist, um die wirbelnden Luftmuster aus einzelnen Gebläsen 505, 605, 705 in eine lineare Strömung von Luft in der vertikalen Richtung oberhalb der Gebläse umzuleiten, was eine verbesserte, optimale Strömungsrichtung zum Kühlen erzeugt. Der Luftkollimator 101 erhöht die Querschnittsluftströmungsverteilung durch das Gerät hinweg, während er einen Niedrigdruckbereich über jeder der Gebläsenaben 505, 605, 705 minimiert, welche ansonsten eine Rezirkulation verursachen würde. Die Matrix von Öffnungen 211 wandelt eine schräge und wirbelnde Strömung in eine lineare Strömung um.
Jeder Luftführungsverteiler 206 leitet von einem Gebläse empfangene wirbelnde Luft in eine lineare vertikale Strömung um, die über eine oder mehrere zu kühlende Gerätebauteile geleitet wird.
2 zeigt eine perspektivische Unteransicht eines beispielhaften Luftkollimators 101, der zylindrische Luftführungsverteiler 206 und integrierte selbsttätige getrennt gesteuerte Lamellensysteme, die alle in der offenen Position sind, aufweist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Insbesondere weist wie in 2 gezeigt der Luftkollimator 101 mehrere zylindrische Luftführungsverteiler 206 auf. Jeder Luftführungsverteiler 206 verhindert, dass ein Niedrigdruckvolumen über den jeweiligen Gebläsenarben 691 auftritt. Die zylindrischen Luftführungsverteiler 206 verhindern das Niedrigdruckvolumen über der Gebläsenarbe 691. Die quadratische oder rechteckige Matrix von Öffnungen 211 wandelt eine wirbelnde Luftströmung in eine lineare Luftströmung um. Die Lamellen der einzeln gesteuerten selbsttätigen Lamellensysteme 210, 212, 214 verhindern eine Rezirkulation bei einem ausgefallenen Gebläse.
So wird bei einem Mehrfachgebläsesystem Schwerkraft und/oder Luftdruck aus den verbleibenden arbeitenden Gebläsen getrennt gesteuerte individuell aktivierte Lamellen schließen. Auf eine Reaktivierung des ausgefallenen Gebläses hin werden die geschlossenen Lamellen erneut öffnen.
Die Luftführungsverteilermechanismen 206 bringen Luft, die um die Luftführungsverteilermechanismen 206 strömt stromlinienförmig in eine lineare Strömung. Obwohl sie den 1 und 2 als Zylinder geformt gezeigt sind, sollte klar sein, dass die Luftführungsverteiler 206 auch mit anderen Formen konstruiert sein können (Zylindern, Trichtern, Tassen).
Obwohl in den hier gezeigten Ausführungsformen des Luftkollimators 106 nur drei Luftführungsverteiler 206 gezeigt sind, sollte für den Fachmann klar sein, dass die Anzahl von Luftführungsverteilern 206 innerhalb eines gegebenen Luftkollimators 101 variieren kann. Zum Beispiel kann die Anzahl von Luftführungsverteilern 206 in einem Luftkollimator 101 gleich der Anzahl von Gebläsen sein, die zum Saugen oder Blasen von Luft durch den Luftkollimator 101 verwendet werden.
Darüber hinaus kann, obwohl der Luftkollimator 101 im Hinblick auf Luft, die durch den Luftkollimator 101 gedrückt oder geblasen wird, gezeigt ist, die Erfindung auch bei einem Luftkühlsystem implementiert sein, dass Luft aus dem Luftkollimator 101 saugt, obwohl bei solch einer Anordnung der Luftkollimator 101 nicht dazu funktioniert, wirbelnde Luft in eine lineare Luftströmung zu modifizieren. In einem solchen Saugsystem sind die aktiven Lamellensysteme dazu ausgelegt, aktiv zu schließen, wenn ein zugeordnetes Gebläse ausfällt. Zum Beispiel kann eine Feder an jeder einzelnen Lamelle in geeigneter Weise dazu ausgelegt sein, die Lamelle zu schließen, wenn Luft nicht mehr durch ein zugeordnetes Gebläse angesaugt wird.
Der Luftkollimator 101 weist als wichtiges Element einzeln gesteuerte Lamellensysteme 210, 212, 214 auf. Jede einzelne Lamelle 210a-210i des Lamellensystems 210, 212, 214 kann an dem Luftkollimator 101 an zwei Punkten (z. B. 271, 272) in solch einer Weise angebracht sein, dass jede individuelle Lamelle des Lamellensystems 210, 212, 214 frei um eine zwischen den beiden Verbindungspunkten 271, 272 gebildete Achse drehen kann.
Zum Beispiel drängt bei den offenbarten Ausführungsformen, während ein zugeordnetes Gebläse Luft durch den Luftkollimator 101 bläst, die durch das Gebläse erzeugte Druckdifferenz jede einzelne Lamelle eines gegebenen Lamellensystems 210, 212, 214 in eine Öffnungsstellung, aber wenn ein zugeordnetes Gebläse zu laufen aufgehört, abgeschaltet wird oder auf andere Weise ausfällt, wird Schwerkraft die einzelnen Lamellen, die dem durch den gestoppten oder ausgefallenen Gebläse beaufschlagten einzeln gesteuerten Lamellensystem 210, 212, 214 zugeordnet sind, schließen. Wenn geschlossen wird Luft im Wesentlichen an einem Zurückfließen durch das geschlossene Lamellensystem 210, 212, 214 gehindert.
Bei den hier offenbarten Ausführungsformen wird eine Orientierung des Luftkollimators genutzt, bei der Luft nach oben in einer linearen Richtung gedrängt wird, so dass die Lamellen Schwerkraft nutzen können, um in eine gegebene Richtung in die Schließstellung zu fallen. Jedoch ist die vorliegende Erfindung in gleicher Weise anwendbar auf andere Richtungen, wobei Schwerkraft oder Luftdruck von verbleibenden arbeitenden Gebläsen oder einem verbleibenden arbeitenden Gebläse oder aktive Kräfte, wie z.B. Federkräfte, genutzt werden, um die Lamellen zu schließen, wenn Luftdruck die Lamellen nicht mehr in einer offenen Position hält.
So weist bei offenbarten Ausführungsformen der Luftkollimator 101 selbsttätige, einzeln gesteuerte Lamellensysteme 210, 212, 214 auf, wobei die Lamellen jedes einzelnen Lamellensystems 210, 212, 214 offen gehalten werden, während ausreichender Luftdruck auf diese Lamellen durch den Ausgang eines jeweiligen Gebläses 505, 605, 705 auf diese Lamellen auferlegt wird. Die Lamellen sind so orientiert, dass, auf den Ausfall des einen Gebläses 505, 605, 705 hin, welches den ausreichenden Druck schafft, um die Lamelle in einer offenen Position zu halten, während es Luft zum Strömen durch die Lamellen drängt, Schwerkraft diese Lamellen dieses getrennt gesteuerten Lamellensystems gerade oberhalb des ausgefallenen Gebläses zum Schließen drängt, wodurch vermieden wird, dass Luft durch das ausgefallene Gebläse zurück zirkuliert.
So sind alle relevanten Lamellen von allen getrennt gesteuerten Lamellensystemen 210, 212, 214 offen, wenn alle Gebläse arbeiten. Jedoch werden auf einen Ausfall eines Gebläses hin(oder auf einen anderen Grund zum Ende eines Betriebs des wenigstens einen Gebläses hin, während andere Gebläse, die demselben Luftzirkulationssystem zugeordnet sind, arbeiten) die Lamellen oder das getrennt gesteuerte Lamellensystem, das dem abgeschalteten oder ausgefallenen Gebläse zugeordnet ist, geschlossen. In offenbarten Ausführungsformen schließen auf einen Ausfall eines Gebläses hin die Lamellen oder das getrennt gesteuerte Lamellensystem oberhalb des ausgefallenen Gebläses aufgrund von Schwerkraft, und die Kraft des Luftstromes von den verbleibenden arbeitenden Gebläsen rezirkuliert nicht durch das ausgefallene Gebläse. Anstelle dessen bewegt sich Luft entlang der Bauteile, wodurch die Temperatur der Bauteile an der durch den Hersteller spezifizierten Temperatur gehalten wird.
Eine oder mehrere der Lamellen 210, die einen oder mehrere der Luftführungsverteiler 206 kreuzen (z.B. die Lamellen 210d-210g in 2), können so konstruiert sein, dass die Lamellen 210d-210g nicht den gekreuzten Luftführungsverteiler 210 bedecken. Z.B. kann ein Schildbereich der Lamellen 210d-210g entlang denjenigen Segmenten der Lamellen 210d-210g verengt oder weggelassen sein, die einen Luftführungsverteiler 206 kreuzen.
Die selbsttätigen Lamellensysteme sind als in den Luftkollimator integriert gezeigt. Jedoch liegt es innerhalb der Prinzipien der Erfindung, die selbsttätigen Lamellensysteme getrennt, aber dennoch benachbart zu dem Luftkollimator vorzusehen.
Die 3A und 3B zeigen ein beispielhaftes Gebläsefach einschließlich mehrerer Gebläse und eines Luftkollimators, und die 4A bis 4D sind eine Draufsicht (4A), eine Seitenansicht (4B), eine Rückansicht (4D) und eine Schnittansicht (4C), die das beispielhafte Gebläsefach von den 3A und 3B zeigt.
Insbesondere weist ein Gebläsefach 307 mehrere Gebläse 505, 605, 705 auf. In der Schnittansicht von 4C können die Gebläsenaben 691 jedes der Gebläse 505, 605, 705 gesehen werden (wobei die Flügel der einzelnen Gebläse nicht gezeigt sind).
Bei offenbarten Ausführungsformen ist der Durchmesser des Außenbereichs des zylinderförmigen Luftverteilers 206 vorzugsweise der gleiche Durchmesser wie derjenige der Gebläsenabe (z.B. 59 mm). Vorzugsweise beträgt der Abstand von dem Boden des zylindrischen Luftverteilers 205 zu der Gebläsenabe 691 etwa 2 mm. Der Boden des zylindrischen Luftverteilers 206 ist zu Zwecken des Gieß- oder Formungsprozesses offen und ist für die Konstruktion nicht wichtig. Das Obere des zylindrischen Luftverteilers 206 ist eine flache blockierte Oberfläche.
Ein Zweck des zylindrischen Luftverteilers 206 entlang der Matrix von Rechtecköffnungen 211 ist, einen hinsichtlich des Systems positiven „y“-Richtungs-Linear-Luftstrom parallel zu (nicht gezeigten) Wärmesenkenfinnen zu erzeugen, die durch den Luftstrom gekühlt werden sollen. Ein (nicht gezeigter) Systemfilter kann z.B. etwa einen Zoll oberhalb des Luftkollimators 101 angeordnet sein. Ein beispielhafter Filter hat einen etwa 20%igen Widerstand zu der Luftströmung. Wenn die Luft von den mehreren Gebläsen 505, 605, 705 strömt, tritt sie nicht in einem linearen Weg aus, sondern tritt anstelle dessen mit einem Wirbelmuster aus, was Luftströmungsvektoren in viele Richtungen fließen lässt. Beobachtungen mit FloTHERM-Simulationen zeigen, dass der Luftstrom die Gebläse 505, 605, 705 verlässt, und jede lineare Strömung fließt durch den Filter, und etwas an schrägem Luftstrom dringt in den Filter ein. Der Ausgleich des Stroms bewegt sich in Richtung nach dem Hinteren eines Gehäuses des zu kühlenden Geräts. Das Gebiet über jedem der Gebläsenaben 691 ist ein Niedrigdruckgebiet, und wenn die Luftströmung das jeweilige Gebläse 505, 605, 705 verlässt, beginnt sie, über den Naben 691 zu rezirkulieren. Die Rezirkulation erstreckt sich bis auf die Oberfläche der Platine, was eine ineffiziente Kühlung bewirkt. Da Luft den Luftkollimator 101 in einem mehr linearen Muster verlässt, eliminiert die Nabenabdeckung (Luftverteiler 206) jedes Rezirkulieren von Luft unterhalb des Luftkollimators 101 und des Filters, was die Menge von Rezirkulation reduziert, die unterhalb des Filters nur bis auf die Oberfläche der Platine auftritt, was eine effizientere Kühlung von Bauteilen und eine verbesserte gleichmäßige Verteilung von Luft über das Platinengehäuse erzeugt. Der zylindrische Luftverteiler 206 erzeugt eine konvergierende lineare Luftströmung, was nahezu sofort die Rezirkulation an der Oberfläche der Platte oder Platine reduziert. Ohne den Luftkollimator 101 erstreckt sich die Rezirkulation vertikal annähernd bis auf die Platine, z.B. 50% bis 75% der Höhe der Platine über jeder Gebläsenabe 691. Es wird angemerkt, dass diese Messung spezifisch zu der offenbarten Ausführungsform sei und kann bei anderen Konstruktionen oder Konfigurationen mehr oder weniger betragen.
Die 5A bis 5F sind eine Draufsicht (5A), eine Schnittansicht (5B), eine rechte Seitenansicht (5C), eine vordere Ansicht (5D), eine Rückansicht (5E) und eine Unteransicht (5F) des beispielhaften Luftkollimators einschließlich der zylindrischen Luftführungsverteiler von 1 und 2, wobei alle Lamellen aufgrund dessen, dass alle Gebläse arbeiten, in einer offenen Position sind.
Insbesondere ist 5A eine Draufsicht, die das Obere des beispielhaften Luftkollimators 101 zeigt; 5B ist eine Schnittansicht entlang des in 5A gezeigten Schnitts 5B-5B; 5C ist eine Draufsicht, die eine Seite des beispielhaften Luftkollimators zeigt; 5D ist eine Draufsicht, die die Vorderseite des beispielhaften Luftkollimators 101 zeigt; und 5E ist eine Draufsicht, die die Rückseite des beispielhaften Luftkollimators 101 zeigt, und 5F ist eine Draufsicht, die den Boden des beispielhaften Luftkollimators zeigt.
Eine beispielhafte Montagekonstruktion ist aus den 5A bis 5F ersichtlich, wobei Vorsprünge oder Montagehaken 320 in ein Gehäuse des Gebläsefachs 307 eingeführt sind und dann Einschraubstutzen 310, 311 eingeschraubt werden. Dies sorgt für eine einfache Entfernung des Luftkollimators 101, wenn eine solche z.B. zum Zugang auf darunter montierte Gebläsenaben notwendig werden sollte.
Zur Erleichterung der Herstellung kann jedes Ende 271, 272 jeder der Lamellen mit einem Zeichen markiert werden. So passt jedes Ende 271, 272 passend zu dem entsprechenden Zeichen auf dem Luftkollimator 101 und wird während der Herstellung an der mit entsprechendem Zeichen versehenen Ort an dem Luftkollimator während der Herstellung installiert.
Die 5A-5F zeigen alle automatisch betriebene, getrennt gesteuerte Lamellensysteme in einer offenen Position, was das normale Szenario ist, wobei alle Gebläse 505, 605, 705 in dem Gebläsefach 307 arbeiten. Wichtig ist jedoch, dass jedes der getrennt gesteuerten Lamellensysteme auf einen Fehler oder einen anderen Ausfall eines jeweiligen Gebläses 505, 605, 705 hin automatisch geschlossen wird.
Z.B. ist 6A eine Draufsicht von oben; 6B ist eine Schnittansicht; 6C ist eine Bodenansicht, und 7 ist eine perspektivische Ansicht des Bodens des beispielhaften Luftkollimators 101, der zylindrische Luftführungsverteiler 206 aufweist, der 1 und 2, wobei ein mittleres Lamellensystem in einem geschlossenen Zustand entsprechend einem zugeordneten ausgefallenen Gebläse gezeigt ist, während Lamellen der anderen Lamellensysteme, die anderen arbeitenden Gebläsen zugeordnet sind, in einer offenen Position verbleiben. Z.B. ist eine beispielhafte Lamelle 683, die einer Position eines arbeitenden vorderen Gebläses zugeordnet ist, in einer offenen Position, während eine benachbarte Lamelle 684 eines benachbarten Lamellensystems in einer geschlossenen Position eines Gebläseausfalls gezeigt ist. Eine Luftströmrichtung ist durch den Pfeil unter 6B dargestellt.
Wenn ein gegebenes Gebläse (z.B. das mittlere Gebläse 605) ausfällt, schließt sich automatisch das mittlere selbsttätige, getrennt gesteuerte Lamellensystem 212 mit dem Ausfall des mittleren Gebläses 605. So werden die aktiven Lamellen des dem mittleren Gebläses 605 zugeordneten Lamellensystems 212 geschlossen, wodurch eine Rezirkulation von Luft zurück durch das ausgefallene mittlere Gebläse 605 vermieden wird. Wichtig ist, dass die aktiven Lamellen der anderen Lamellensysteme 210, 214, die mit den verbleibenden Gebläsen 505, 705, die weiterhin funktionieren, zugeordnet sind, offenbleiben.
Somit behält bei dem automatischen Betrieb und der automatischen Schließung des dem ausgefallenen Gebläses zugeordneten Lamellensystems die meiste der das Kühlsystem durch die verbleibenden funktionierenden Gebläse 505, 705 eintretende Luft durch den linearen Luftstrom, welcher durch das Gebläsefach 307 einschließlich des Luftkollimators 101 mit automatisch gesteuerten, getrennt aktivierten Lamellensystemen gemäß den Prinzipien der Erfindung erzeugt wird, weiterhin eine positive Richtung an Luftströmung über die eine oder mehrere nicht gezeigte Wärmesenke oberhalb des Gebläsefachs 307 und/oder über andere Gerätebauteile, die gekühlt werden sollen, bei.
Eine Rezirkulation um ein ausgefallenes Gebläse wird weitgehend minimiert. So verhindern die automatisch arbeitenden Lamellen des selbsttätigen getrennt gesteuerten Lamellensystems 212 des Luftkollimators 101 beträchtlich eine Rezirkulation.
Insbesondere kann ein Luftverteiler 205 mit einer anderen Form, wie beispielsweise einer konischen Form, separat konstruiert und an einen Luftkollimator montiert sein. Bei gewissen Ausführungsformen weist ein Luftkollimator 100 (9) jedem Gebläse zugeordnet einen konischen Luftführungsverteiler 205 auf, um eine lineare Strömung von Luft aus dem zirkulierenden Luftstrom des Gebläses zu erzeugen. Die konischen Luftführungsverteiler 205 können an den Luftkollimator 100 in jeder geeigneten Weise befestigt werden, z.B. unter Verwendung einer Mehrzahl von Befestigungszungen 202 zum Befestigen einer oder mehrerer Luftführungsverteiler 205 an den Luftkollimator 100. In 9 sind mehrere Befestigungszungen 202 der Luftführungsverteiler 205 in einer gesicherten Position, wenn sie in den Luftkollimator 100 integriert sind, gezeigt.
9 zeigt eine perspektivische Draufsicht von oben auf eine weitere Ausführungsform eines Luftkollimators 100, der einen konischen Luftführungsverteiler 205 für jedes Gebläse und ein integriertes selbsttätiges Lamellensystem zugeordnet zu jedem Gebläse gemäß den Prinzipien der Erfindung zeigt.
Insbesondere kann, wie in 9 gezeigt, ein Luftkollimator 100 eine Mehrzahl von rechteckigen Öffnungen aufweisen, die über den Luftkollimator 100 als ein Gitter verteilt sind. Obwohl quadratisch geformte Öffnungen in dem Luftkollimator gezeigt sind, können die Öffnungen gemäß den Prinzipien der Erfindung, anstelle quadratisch zu sein, auch viereckig, rechteckig, rhombusförmig oder sogar in Form von Parallelogrammen sein.
Eine Luftströmungsverteilung, die durch den Luftkollimator 100 mit den konisch geformten Luftführungsverteilern 205 und getrennt aktivierten Lamellensystemen, wie hier beschrieben, vorgesehen wird, erleichtert und erhält eine lineare Strömung von Luft über Wärmesenken von gekühlten Gerätekomponenten, um zuverlässig und andauernd die Betriebstemperatur der Gerätebauteile bei einer bevorzugten Temperatur zu halten - selbst nach einem Fehler oder einem Ausfall eines einer Mehrzahl von Kühlgebläsen in dem Luftkühlsystem.
In Ausführungsformen kann das Luftströmungsverteilsystem in Head-End-Geräten, wie z.B. einem CMTS, installiert sein oder sonst wie daran angebracht sein. Das hierin beschriebene Luftstromverteilsystem weist einen Luftkollimator 100 auf, der eine Mehrzahl von Öffnungen 211 und eine Mehrzahl von konischen Luftführungsverteilmechanismen 205 umfasst, die dazu betreibbar sind, Luft von einer Mehrzahl von Gebläsen 505, 605, 705 aufzunehmen und umzuleiten. Der Luftkollimator 100 hat eine Matrix von Öffnungen 211 und einen konisch geformten Luftführungsverteiler 205, der zur Anordnung oberhalb jeder Gebläsenabe 505, 605, 705 ausgelegt ist, um Wirbelluftstrommuster aus einzelnen Gebläsen 505, 605, 705 in eine lineare Strömung von Luft in die vertikale Richtung über den Gebläsen umzuleiten, was eine verbesserte optimale Strömungsrichtung zum Kühlen erzeugt. Der Luftkollimator erhöht die Querschnittsluftströmungsverteilung über das zu kühlende Gerät oder die zu kühlende Wärmesenke hinweg, während er einen Niedrigdruckbereich über jeder der Gebläsenaben 505, 605, 705 minimiert, welcher ansonsten eine Rezirkulation verursachen würde.
Jeder Luftführungsmechanismus 205 leitet von einem Gebläse aufgenommene wirbelnde Luft in eine lineare vertikale Strömung um, die über eines oder mehrere zu kühlende Gehäusebauteile geleitet wird.
10 zeigt eine perspektivische Unteransicht des beispielhaften Luftkollimators, der konische Luftführungsverteiler 205 und integrierte selbsttätige separat gesteuerte Lamellensysteme 201, 212, 214 aufweist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Insbesondere weist, wie in 10 gezeigt, der Luftkollimator 100 mehrere konisch geformte Luftführungsverteiler 205 auf. Jeder konische Luftführungsverteiler 205 verhindert, dass ein Niedrigdruckvolumen über der jeweiligen Gebläsenabe 691 auftritt. Die konischen Luftführungsverteiler 205 vermeiden das Niedrigdruckvolumen über den Gebläsenaben 691. Die quadratische oder rechteckige Matrix von Öffnungen 211 wandelt einen wirbelnden Luftstrom in eine lineare Luftströmung um. Die Lamellen der einzeln gesteuerten selbsttätigen Lamellensysteme 210, 212, 214 vermeiden eine Rezirkulation bei ausgefallenem Gebläse.
So wird in einem Mehrfachgebläsesystem Schwerkraft und/oder Luftdruck aus den verbleibenden arbeitenden Gebläsen separat gesteuerte individuell aktivierte Lamellen schließen. Nach Reaktivierung eines ausgefallenen Gebläses werden die geschlossenen Lamellen wieder geöffnet.
In bestimmten Ausführungsformen kann jeder Luftführungsverteiler 205 als ein Kegel, ein Trichter oder eine Tasse geformt sein. Es sollte klar sein, dass der Luftführungsverteiler 205 auch mit anderen Formen konstruiert werden kann (z.B. Zylinder, Trichter, Schüssel).
Während nur drei konische Luftführungsverteiler 205 in der offenbarten Ausführungsform des Luftkollimators 100 in den 9 und 10 gezeigt sind, sollte für den Fachmann klar sein, dass die Anzahl der Luftführungsverteiler 205 innerhalb eines gegebenen Luftkollimators 100 variieren kann. Z.B. kann die Anzahl von konischen Luftführungsverteilern 205 in einem Luftkollimator 100 gleich der Anzahl der zum Saugen oder Blasen von Luft durch den Luftkollimator 100 eingesetzten Gebläse sein.
Bei einigen Ausführungsform kann der Luftkollimator 100 individuell gesteuerte Lamellensysteme 210, 212, 214 aufweisen. Jede einzelne Lamelle der Lamellensysteme 210, 212, 214 kann an den Luftkollimator 100 an zwei Punkten (z.B. 271, 272) so angebracht sein, dass jede einzelne Lamelle des Lamellensystems 210, 212, 214 frei um eine zwischen den beiden Verbindungspunkten 271, 272 erzeugte Achse drehen kann.
Z.B. drängt bei den offenbarten Ausführungsformen, während ein zugeordnetes Gebläse Luft durch den Luftkollimator 100 bläst, die durch das Gebläse erzeugte Druckdifferenz jede einzelne Lamelle eines gegebenen Lamellensystems 210, 212, 214 in eine Öffnungsstellung, aber wenn ein zugeordnetes Gebläse zu laufen aufhört, abgeschaltet wird oder auf sonstige Weise ausfällt, wird Schwerkraft ein Schließen der Lamellen, des einen einzeln gesteuerten Lamellensystem 210, 212, 214, welches durch das angehaltene oder ausgefallene Gebläse beaufschlagt wird, bewirken. Wenn geschlossen wird Luft an einem Zurückfließen durch die geschlossenen Lamellensysteme 210, 212, 214 im Wesentlichen gehindert.
Hier nutzen offenbarte Ausführungsformen eine Richtung des Luftkollimators, um Luft nach oben in eine lineare Richtung so zu drängen, dass die Lamellen Schwerkraft nutzen können, um in eine gegebene Richtung in die Schließstellung zu fallen. Jedoch ist die vorliegende Erfindung in gleicher Weise anwendbar auf andere Richtungen unter Verwendung von Schwerkraft oder aktiven Kräften so wie Federkräften zum Schließen der Lamellen, wenn Luftdruck nicht mehr die Lamellen in einer geöffneten Position hält.
So weist in offenbarten Ausführungsformen der Luftkollimator 100 selbsttätige individuell gesteuerte Lamellensysteme 210, 212, 214 auf, wobei die Lamellen jedes getrennten Lamellensystems 210, 212, 214 offen gehalten werden, während ausreichend Luftdruck durch die Ausgabe eines jeweiligen des Gebläses 505, 605, 705 auf diese Lamellen auferlegt wird. Die Lamellen sind so ausgerichtet, dass nach Ausfall des einen Gebläses 505, 605, 705, welches den ausreichenden Druck zum Halten der Lamellen in einer geöffneten Position, während es Luft zum Strömen durch die Lamellen drängt, schafft, Schwerkraft diese Lamellen dieses getrennt gesteuerten Lamellensystems in eine Schließposition gerade über dem ausgefallenen Gebläse drängt, wodurch verhindert wird, dass Luft durch das ausgefallene Gebläse zurück rezirkuliert.
So sind alle relevanten Lamellen aller der getrennt gesteuerten Lamellensysteme 210, 212, 214 offen, wenn alle Gebläse arbeiten. Jedoch werden auf einen Ausfall eines Gebläses (oder auf einen anderen Grund zur Beendigung des Betriebs des wenigstens einen Gebläses, während andere mit dem gleichen Luftzirkulationssystem zugehörige Gebläse arbeiten) hin die Lamellen oder das getrennt gesteuerte Lamellensystem, die dem abgeschalteten oder ausgefallenen Gebläse zugeordnet sind, geschlossen. In offenbarten Ausführungsformen schließen auf einen Ausfall eines Gebläses hin die Lamellen oder das getrennt gesteuerte Lamellensystem oberhalb des ausgefallenen Gebläses aufgrund von Schwerkraft, und die Kraft des Luftstroms aus den verbleibenden arbeitenden Gebläsen rezirkuliert nicht durch das ausgefallene Gebläse. Anstelle dessen bewegt sich die Luft entlang der Bauteile, wodurch die Temperatur der Bauteile bei der durch den Hersteller spezifizierten Temperatur gehalten wird.
Eine oder mehrere der Lamellen 210, die eine oder mehrere der konischen Luftführungsverteilmechanismen 205 kreuzen (z.B. Lamellen 210d-210g in 10), können so konstruiert sein, dass die Lamellen 210d-210g die gekreuzten Luftführungsverteilermechanismen 205 nicht abdecken. Z.B. kann der Schildteil der Lamellen 210d-210g entlang der Segmente der Lamellen 210d-210g, die einen konischen Luftführungsverteilermechanismus 205 kreuzen, verengt oder weggelassen sein.
Die selbsttätigen Lamellensysteme sind integriert mit dem Luftkollimator gezeigt. Jedoch liegt es innerhalb der Prinzipien der Erfindung, die selbsttätigen Lamellensysteme getrennt, jedoch dennoch benachbart zu dem Luftkollimator vorzusehen.
Die 11A bis 11B zeigen eine Draufsicht von oben und eine geschnittene Seitenansicht des beispielhaften Luftkollimators 100 der 9 und 10, welcher konische Luftführungsverteiler 200 aufweist. 11A ist eine Draufsicht, die das Obere des beispielhaften Luftkollimators 100 zeigt; 11B ist eine Schnittansicht, die eine Seite des beispielhaften Luftkollimators 100 zeigt.
Eine beispielhafte Montagekonstruktion ist aus den 11A bis 11B ersichtlich, wobei Vorsprünge 320 in ein Gehäuse eingeführt sind, und dann Laschen 310, 311 eingeschraubt sind. Dies sorgt für eine einfache Entfernung des Luftkollimators 100, wenn dies z.B. zum Zugang auf darunter montierte Gebläsenaben notwendig werden sollte.
Die 12A bis 12C zeigen beispielhafte Detailansichten eines beispielhaften Luftkollimators 100, der konische Luftführungsverteiler 205 und ein separat gesteuertes Lamellensystem 210 zugeordnet zu einem Luftkollimator in einem Mehrfachgebläsesystem aufweist, gemäß der Erfindung. 12A ist eine Detailansicht des Luftkollimators 100, welche den zugeordneten Luftführungsverteiler 205 und Lamellen zeigt; 12B ist eine detaillierte Nahansicht eines Eckenteils des Luftkollimators 100, der in 12A identifiziert ist; und 12C ist eine detaillierte Nahansicht eines Kantenteils des in 12A gezeigten Luftkollimators 100.
Zur erleichterten Herstellung kann jedes Ende 271, 272 der Lamelle mit einem Zeichen markiert sein. So passt jedes Ende 271, 272 passend zu dem entsprechenden Zeichen an dem Luftkollimator 100 und wird an der Stelle des entsprechenden Zeichens an dem Luftkollimator 100 während der Herstellung installiert.
13 zeigt beispielhafte errechnete Fluiddynamikergebnisse mit Geschwindigkeitsvektoren, die die minimierte Rezirkulation zeigen, welche auftritt, wenn ein erstes Gebläse 505 mit einem Luftkollimator 100 einschließlich getrennt gesteuerter und selbsttätiger Lamellensysteme 210, 212, 214 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ausfällt.
Insbesondere zeigt 13 eine Situation, wenn ein gegebenes Gebläse (z. B. ein vorderes Gebläse) 505 ausfällt. Wie in 13 gezeigt, schließt ein erstes selbsttätiges getrennt gesteuertes Lamellensystem 210 automatisch mit dem Ausfall des vorderen Gebläses 505. So werden die aktiven Lamellen des dem ersten Gebläse 505 zugeordneten Lamellensystems 210 geschlossen, wodurch eine Rezirkulation von Luft zurück durch das ausgefallene Gebläse 505 vermieden wird. Wichtig ist, dass die aktiven Lamellen der anderen Lamellensysteme 212, 214, die den verbleibenden Gebläsen 605, 705 zugeordnet sind, welche weiterhin funktionieren, offenbleiben.
Dies führt dazu, dass das meiste der Luft, welche in das Luftkühlsystem durch die verbleibenden funktionierenden Gebläse eintritt, eine positive Richtung von Luftstrom über die eine oder mehrere Wärmesenke und/oder das eine oder mehrere Gerätebauteil, welche durch den linearen Luftstrom gekühlt werden sollen, aufrechterhält.
Wie in 13 ersichtlich wird eine Rezirkulation um das ausgefallene Gebläse 505 weitgehend minimiert, wie durch die minimalen Vektoren gezeigt ist, die in einer negativen „y-Richtung“ zurück durch das ausgefallene vordere Gebläse 505 führen. Das meiste der Luftströmung, die in das System eintritt, hält einen im Allgemeinen geradlinigen Pfad in der positiven y-Richtung aufrecht, um über die Wärmesenken und Bauteile, die zu kühlen sind, strömen.
So vermeiden die aktiven Lamellen des selbsttätigen getrennt kontrollierten Lamellensystems 210 des Luftkollimators 100 im Wesentlichen eine Rezirkulation wie in dem Simulationsbild von 13 gezeigt.
14 zeigt beispielhafte errechnete Fluiddynamikergebnisse mit Geschwindigkeitsvektoren, die die minimierte Rezirkulation zeigen, die auftritt, wenn ein unterschiedliches Gebläse, z. B. das mittlere Gebläse 605, in einem Luftkollimator 100, der getrennt kontrollierte und selbsttätige Lamellensysteme 210, 212, 214 in Übereinstimmung mit Prinzipien der vorliegenden Erfindung aufweist, ausfällt.
Insbesondere werden wie in 14 gezeigt, wenn ein mittleres Gebläse 605 in zum Beispiel in einem Drei-Gebläse-Luftkühlsystem ausfällt, die dem selbsttätigen getrennt gesteuerten zweiten Lamellensystem 212 zugeordneten aktiven Lamellen automatisch geschlossen, wodurch eine Rezirkulation von Luft zurück durch das ausgefallene mittlere Gebläse 605 vermieden wird und das meiste des linearen Luftstroms, der in das System eintritt, eine positive y-Richtung über die eine oder mehreren Wärmesenken und/oder Bauteilkomponenten, die zu kühlen sind, aufrechterhalten kann. Die minimierte Rezirkulation ist in 14 durch die minimalen Vektoren ersichtlich, die in einer negativen y-Richtung zurück durch das mittlere Gebläse 605 führen, wenn das zweite Gebläse 605 ausfällt.
So verhindern die aktiven Lamellen des selbsttätigen getrennt gesteuerten Lamellensystems 212 des Luftkollimators 100 signifikant eine Rezirkulation wie in dem Simulationsbild von 14 gezeigt.
15 zeigt beispielhafte errechnete Fluiddynamikergebnisse mit Geschwindigkeitsvektoren, die die minimierte Rezirkulation zeigen, die auftritt, wenn ein hinteres Gebläse 705 in einem Luftkollimator 100, der separat gesteuerte und selbsttätige Lamellensysteme 210, 212, 214 gemäß Prinzipien der vorliegenden Erfindung aufweist, ausfällt.
Insbesondere schließen wie in 15 gezeigt, wenn ein Gebläse an einer unterschiedlichen Position ausfällt, zum Beispiel das hintere Gebläse 705, die aktiven Lamellen des getrennt gesteuerten Lamellensystems 214, welches dem hinteren Gebläse 705 zugeordnet ist, automatisch auf eine Beendigung des Luftstromausflusses des hinteren Gebläses 705 hin. Die geschlossenen Lamellen vermeiden im Wesentlichen eine Rezirkulation von Luft zurück durch das ausgefallene hintere Gebläse 705, was dazu führt, dass das meiste des Luftstroms, der in das System eintritt, eine positive lineare y-Richtung über eine oder mehrere Wärmesenken und/oder Gerätebauteile aufrechterhält. Die minimierte Rezirkulation ist in 15 durch die minimalen Vektoren ersichtlich, die in einer negativen y-Richtung zurück durch das ausgefallene Hintergetriebe 705 führen.
Der konische Luftverteiler 205 war ein Versuch, um die gleiche Funktion wie der zylindrische Luftverteiler 206 zu erreichen. Die Basis des konischen Luftverteilers 205 bedeckt die Gebläsenabe 691, und die Intention war, dass die Luftströmung konvergiert, wenn sie über die konischen Luftverteiler 205 hinausgeht. In der Praxis stellt der konische Luftverteiler 205 eine Herausforderung für das Gießen/Formen dar, welche nur behoben werden konnte, indem ein getrennter Luftkollimator 100 und drei konische Luftverteiler 205 vorgesehen wurden. Die Zylindergeometrie des zylindrischen Luftverteilers 206 verbesserte die Luftströmung besser als der konische Luftverteiler 205, und die Geometrie des zylindrischen Luftverteilers 206 konnte einfacher als Teil des Luftkollimators 101 geformt/gegossen werden. So reduzierte der zylindrische Luftverteiler 206 die Anzahl der zusammen zu setzenden Teile (außer der Anzahl der Teile der Lamellen) des Luftkollimators 100 von vier im Falle des Luftkollimators 100 zu eins.
So verhindern die aktiven Lamellen des selbsttätigen separat gesteuerten Lamellensystems 214 des Luftkollimators 100 signifikant eine Rezirkulation wie in dem Simulationsbild von 15 gezeigt. Obwohl die Erfindung mit Bezug auf einen Ausfall von einen oder mehreren Luftzirkulationsgebläsen beschrieben worden ist, bezieht sich die Erfindung im gleiche Maße auch auf das Abschalten eines Luftzirkulationsgebläses aus irgendeinem Grunde, einschließlich Wartung oder Reparatur. Darüber hinaus kann das Stoppen das Luftzirkulationsgebläse einen permanenten Fehler oder einen zeitweisen Ausfall aus irgendeinem Grunde darstellen.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf die beispielhaften Ausführungsformen davon beschrieben worden ist, können Fachleute einfach unterschiedliche Modifikationen zu den beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung ohne aus dem Geist und dem Umfang der Erfindung abzuweichen tätigen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62298632 [0001]

Claims

Luftkühlsystem umfassend: mehrere Gebläse; einen Luftkollimator, der dazu ausgebildet ist, eine Zwangsluftströmung von jedem der mehreren der Gebläse hin zu wenigstens einem zu kühlenden Gerät zu leiten; und mehrere selbsttätige getrennt gesteuerte Lamellensysteme, die an dem Luftkollimator montiert sind, wobei die mehreren selbsttätigen getrennt gesteuerten Lamellensysteme jeweils dazu ausgebildet sind, einzeln auf eine Beendigung des Luftstromes von einem der mehreren Gebläse hin selbsttätig zu schließen, um zu vermeiden, dass Luft durch ein zugeordnetes der mehreren Gebläse zurückströmt, wenn das zugeordnete der mehreren Gebläse in einem Aus-Zustand ist.
Luftkühlsystem nach Anspruch 1, weiter umfassend: mehrere Luftführungsverteiler, die an dem Luftkollimator montiert sind, um ein Niederdruckvolumen über jeweiligen Gebläsenaben zu vermeiden.
Luftkühlsystem nach Anspruch 1, wobei: jeder der mehreren Luftführungsverteiler durch ein jeweiliges der mehreren separaten gesteuerten Lamellensysteme hindurchführt, die eine Rezirkulation bei ausgefallenen Gebläse vermeiden.
Luftkühlsystem nach Anspruch 2, wobei: jeder der mehreren Luftführungsverteiler konisch geformt ist.
Luftkühlsystem nach Anspruch 2, wobei: jeder der mehreren Luftführungsverteiler zylindrisch geformt ist.
Luftkühlsystem nach Anspruch 1, wobei: der Luftkollimator an einer Position oberhalb der mehreren Gebläse montiert ist.
Luftkühlsystem nach Anspruch 1, wobei: die mehreren selbsttätigen getrennt gesteuerten Lamellensysteme jeweils eine Mehrzahl von Lamellen aufweisen; wobei jede der mehreren Lamellen dazu ausgebildet ist, in einer vorgegebenen Richtung zu schließen, wenn ein zugeordnetes der mehreren Gebläse einen Luftstrom hierdurch stoppt.
Luftkühlsystem nach Anspruch 7, wobei: jede der mehreren Lamellen dazu ausgebildet ist, aufgrund von Schwerkraft zu schließen.
Luftkühlsystem nach Anspruch 7, wobei: jede der mehreren der Lamellen dazu ausgebildet ist, aufgrund eines Luftdruckes von arbeitenden Gebläsen zu schließen.
Luftkühlsystem nach Anspruch 1, wobei: die mehreren Gebläse einen Luftstrom durch den Luftkollimator blasen.
Luftkollimator für ein Luftkühlsystem mit mehreren Zwangsluftquellen, umfassend: einen Luftkollimator, der dazu ausgebildet ist, eine Zwangsluftströmung von jedem einer mehreren von getrennten Luftquellen hin zu wenigstens einem zu kühlenden Gerät zu leiten; und mehrere selbsttätige getrennt gesteuerte Lamellensysteme, die an dem Luftkollimator montiert sind, wobei die mehreren selbsttätigen getrennt gesteuerten Lamellensysteme jeweils dazu ausgebildet sind, sich individuell auf ein Stoppen eines Luftstromes von einer der mehreren der Luftquellen hin selbsttätig zu schließen, um zu vermeiden, dass Luft durch das selbsttätig geschlossene selbsttätige getrennt gesteuerte Lamellensystem zurückfließt.
Luftkollimator für ein Luftkühlsystem mit mehreren Zwangsluftquellen gemäß Anspruch 11, ferner umfassend: mehrere Luftführungsverteiler, die an dem Luftkollimator montiert sind, um eine Luftströmung von den mehreren Luftquellen durch einen zugeordneten Teil des Luftkollimators zu verteilen.
Luftkollimator für ein Luftkühlsystem mit mehreren Zwangsluftquellen gemäß Anspruch 12, wobei: jeder der mehreren Luftführungsverteiler konisch geformt ist.
Luftkollimator für ein Luftkühlsystem mit mehreren Zwangsluftquellen gemäß Anspruch 12, wobei: jeder der mehreren Luftführungsverteiler zylindrisch geformt ist.
Verfahren zum Schaffen einer andauernden linearen Strömung von einem Mehrfachgebläse-Luftkühlungssystem durch ein Gerät, umfassend: Führen des Ausstoßes einer Mehrzahl von Gebläsen durch einen Luftkollimator hin zu wenigstens einem zu kühlenden Gerät, wobei der Luftkollimator mehrere selbsttätige getrennt gesteuerte Lamellensysteme, die an dem Luftkollimator montiert sind, aufweist, selbsttätiges Schließen wenigstens eines, aber nicht aller der mehreren selbsttätigen getrennt gesteuerten Lamellensysteme, die an dem Luftkollimator montiert sind, auf ein Stoppen eines Luftstromes von einem ausgefallenen der mehreren Gebläse hin, während die verbleibenden mehreren Gebläse weiterhin Luft durch den Luftkollimator drängen, wobei das geschlossene selbsttätige getrennt gesteuerte Lamellensystem Luft daran hindert, durch das ausgefallene der mehreren Gebläse zurückzuströmen, während die verbleibenden mehreren Gebläse weiterhin Luft durch den Luftkollimator strömen lassen; wobei das Lamellensystem über dem ausgefallenen der mehreren Kühlgebläse schließt, um zu vermeiden, dass ein Luftstrom von einem der verbleibenden mehreren Gebläse hierdurch fließt.
Verfahren zum Schaffen eines anhaltenden linearen Luftstroms durch eine Vorrichtung aus einem Mehrfachgebläse-Luftkühlsystem gemäß Anspruch 16, ferner umfassend: Verteilen von Luftströmung von jedem der mehreren Gebläse vor einer Passage durch den Luftkollimator.