ES2625834T3 - Sistema de ventilación para chasis de equipamiento informático - Google Patents

Abstract

Un chasis (10) de equipo informático, comprendiendo este chasis una cara de extracción de aire apta para recibir una batería de ventiladores (16a, 16b, 16c, 16d) yuxtapuestos, siendo los ventiladores aptos para crear un flujo de aire unidireccional desde un lado interno (28) del chasis hacia un lado externo (30) de este mismo chasis, el chasis conteniendo una placa antirretorno (26) dispuesta contra la cara de extracción de aire, comprendiendo esta placa antirretorno una hoja monobloque (32) de material flexible configurada en una red bidimensional de persianas elementales (34) deformables, no articuladas, definidas cada una por una muesca de la hoja de material flexible a lo largo de un contorno no cerrado (36) que deja subsistir entre la persiana elemental y el resto de la hoja un puente de material (38), definiendo el contorno de la región cortada un paso de aire (40) y siendo cada persiana elemental deformable entre: * una posición de apertura en la que la persiana elemental está curvada hacia el lado externo alejándose del resto de la hoja, despejando de este modo el paso de aire (40) formado por la región cortada de la hoja, dejando la placa antirretorno, por lo tanto, pasar el flujo de aire desde el lado interno hacia el lado externo del chasis bajo el efecto de una sobrepresión del lado interno; y * una posición de obturación en la que la persiana elemental no está curvada, o está menos curvada que en la posición de apertura, bloqueando la placa antirretorno, por lo tanto, cualquier flujo de aire entre el lado interno y el lado externo del chasis bajo el efecto de una contrapresión del lado externo, caracterizado por que la hoja monobloque (32) de la placa antirretorno (26) está montada contra la cara de extracción de aire del chasis con el fin de cubrir el conjunto de los ventiladores de dicha batería de ventiladores yuxtapuestos, y por que, en la posición de obturación, el contorno (36) de la persiana elemental está en contacto con el contorno homólogo de la hoja, ocultando de este modo el paso de aire formado por la región cortada de la hoja.

Description

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DESCRIPCION

Sistema de ventilacion para chasis de equipamiento informatico

La invencion se refiere a los equipos de red modulares, en particular los equipos tales como los utilizados en las instalaciones a gran escala tales como grupos de servidores, redes de telecomunicaciones, routers... aplicados por los servidores web, los proveedores de acceso a Internet, los centros de almacenamiento y de tratamiento de datos de tipo data-center, etc.

Estos equipos modulares se presentan a menudo en forma de chasis instalados en bastidores, pudiendo contener cada chasis un gran numero de equipos (servidores, conmutadores o switches, multiplexores de tipo DSLAM, unidades de almacenamiento masivo, etc.) alojados muy densamente en el chasis.

El calor emitido por estos equipos debe evacuarse permanentemente por medios de ventilacion potentes, con el fin de evitar cualquier subida de temperatura excesiva. La ventilacion de estas instalaciones es un aspecto particularmente importante para garantizar en todas las circunstancias el buen funcionamiento de los equipos y, por lo tanto, la continuidad del servicio prestado a los clientes y a los usuarios.

Los documentos US 6 135 875 A, US 2006/016482 A1, US 2013/065501 A1, US 5 890 959 A y US 6 031 717 A describen dichos sistemas de ventilacion para equipos informaticos.

Las dos limitaciones principales que hay que respetar para estos sistemas son el caudal de extraccion de aire, que debe ser muy elevado, y la compacidad mecanica, ya que la influencia del sistema de ventilacion sobre el volumen util del chasis debe ser lo mas debil posible.

Para hacer esto, los sistemas de ventilacion contienen generalmente baterfas de ventiladores, especialmente de flujo axial, que funcionan en paralelo, estando estos ventiladores yuxtapuestos para constituir un panel plano de extraccion de aire que contenga, por ejemplo, tres o cuatro ventiladores montados de lado a lado o una red bidimensional de 3 x 3 o 4 x 4 ventiladores. Este panel de extraccion de aire puede presentarse incluso en forma de cajon extrafble o de fan rack insertado en una ubicacion correspondiente al chasis.

La multiplicacion de los ventiladores permite garantizar el caudal de extraccion de aire deseado respetando las limitaciones de compacidad debido al escaso grosor del panel, pero esta solucion se convierte en un punto debil en caso de averfa de uno de los ventiladores de la baterfa de los ventiladores.

De hecho, no solamente el ventilador averiado no extrae ya aire del volumen interior del chasis (lo que reduce de forma proporcional el caudal de aire util), sino que ademas, y sobre todo, se convierte en una entrada de aire para los ventiladores vecinos en funcionamiento, de tal forma que estos ultimos van a dar movimiento de hecho a un flujo importante de aire (frfo) que entre por la abertura del ventilador averiado, sin aspirar mas que una parte del volumen de aire (caliente) del volumen interior del chasis que aspiraban antes. De este modo, no solamente el flujo aspirado sera generalmente menor (debido a la averfa de uno de los ventiladores), sino que el ventilador que falle, como consecuencia del bucle, va a alterar el funcionamiento de los otros ventiladores, para los cuales la extraccion de aire caliente se volvera menos eficaz.

Este fenomeno se vuelve particularmente crftico en una configuracion de dos ventiladores, ya que, en este caso, la parte principal del aire aspirado por el ventilador que permanezca funcional sera del aire aspirado desde la apertura del ventilador vecino averiado. El flujo de aire caliente extrafdo realmente del volumen interior del chasis sera entonces muy debil y la temperatura de los circuitos va a subir rapido y a alcanzar los umbrales de seguridad.

Los equipos estan provistos naturalmente de un sistema de vigilancia que permite detectar estas temperaturas excesivas, alertar a un operario y detener o ralentizar el funcionamiento de los circuitos a la espera de una intervencion, pero mientras tanto el funcionamiento del equipo habra tenido que interrumpirse o degradarse fuertemente.

Uno de los objetivos de la invencion es remediar esta dificultad, proponiendo un medio para impedir que un ventilador averiado en una baterfa de ventiladores altere el funcionamiento de los ventiladores vecinos, de manera que estos ultimos continuen proporcionando todo su flujo de extraccion de aire caliente, sin fugas de entrada de aire en el chasis que vaya a ventilarse.

Concretamente, como las baterfas de ventiladores estan dimensionadas habitualmente con un margen de seguridad importante en relacion con las necesidades reales en regimen permanente, el fallo de un unico ventilador no deberfa impedir que el equipo continue funcionando con normalidad, permitiendo de este modo garantizar la continuidad del servicio hasta la intervencion de un operario para el intercambio del ventilador que falle.

Se vera igualmente que la solucion propuesta por la invencion es perfectamente compatible con los imperativos de compacidad del sistema de ventilacion, gracias a una influencia muy debil adicional y, ademas, a una simplicidad

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muy grande en el plano mecanico, no corriendo el riesgo de incrementar los costes de fabricacion del sistema de ventilacion.

Mas precisamente, la invencion propone un chasis de equipo informatico, de un tipo general conocido tal como el divulgado por el documento US 6 135 875 A citado anteriormente y correspondiente al preambulo de la reivindicacion 1.

La parte caracterizadora de la reivindicacion 1 expone los elementos especfficos en la invencion. Las reivindicaciones siguientes contemplan modos de realizacion particulares.

Van a describirse ahora ejemplos de aplicacion de la invencion, en referencia a los dibujos anexos en los que las mismas referencias designan de una figura a la otra elementos identicos o funcionalmente similares.

Las figuras 1a y 1b son representaciones esquematicas, vistas desde arriba, que ilustran el flujo de aire en un chasis provisto de una baterfa de ventiladores de extraccion de aire, respectivamente con todos los ventiladores en funcionamiento normal y con uno de los ventiladores averiados.

La figura 2 ilustra la ubicacion de la placa antirretorno de acuerdo con la invencion en relacion con una baterfa de ventiladores tal como la de la figura 1a.

Las figuras 3a y 3b son vistas, respectivamente de lado y frente a una placa antirretorno de acuerdo con un primer modo de realizacion de la invencion.

Las figuras 4a y 4b son vistas detalladas que ilustran el funcionamiento de la placa antirretorno de las figuras 3a y 3b, respectivamente en posicion de apertura y en posicion de obturacion.

Las figuras 5a y 5b son vistas, respectivamente de lado y frente a una placa antirretorno, de acuerdo con un segundo modo de realizacion de la invencion.

Las figuras 6a y 6b son vistas detalladas que ilustran el funcionamiento de la placa antirretorno de las figuras 5a y 5b, respectivamente en posicion de apertura y en posicion de obturacion.

En las figuras, la referencia 10 designa de forma general un chasis o carcasa que contiene un equipo electronico 12, por ejemplo un conmutador o switch, un multiplexor DSLAM, etc. Los circuitos de este equipo emiten en funcionamiento una cantidad de calor importante, que conviene evacuar para mantener los circuitos a una temperatura de funcionamiento satisfactoria y evitar la aparicion de puntos calientes susceptibles de deteriorar los circuitos o de accionar una alarma que conduzca a una interrupcion de funcionamiento del aparato.

Para hacer esto, una de las caras de la carcasa 10 esta provista de una baterfa 14 de ventiladores, por ejemplo una pluralidad de ventiladores de flujo axial 16a, 16b, 16c, 16d... yuxtapuestos de lado a lado para formar una fila o un panel bidimensional de gran dimension, que constituya una cara de extraccion de aire de la carcasa. En otra cara de la carcasa hay dispuestas entradas de aire 18 de tal forma que, en funcionamiento normal (como se ilustra en la figura 1a), penetra aire fresco por las entradas de aire 18, refresca los circuitos del equipo 12 y luego se aspira por la baterfa de ventiladores 14 que expulsa el aire caliente hacia el exterior de la carcasa 10.

La configuracion en la baterfa de ventiladores individuales alineados o dispuestos en una red permite efectuar la extraccion de aire en una gran superficie de uno de los lados de la carcasa 10, conservando una compacidad importante debido al grosor escaso de cada uno de los ventiladores individuales, para un flujo de aire extrafdo generalmente equivalente.

Sin embargo, esta configuracion presenta un inconveniente, ilustrado en la figura 1b: si uno de los ventiladores se averfa, por ejemplo el ventilador 16b, el mismo, naturalmente, no va a extraer ya aire desde el interior de la carcasa, sino que va a comportarse ademas como una entrada de aire de tal forma que los ventiladores vecinos 16a y 16c van, para una gran parte, a aspirar aire exterior a traves de la abertura del ventilador 16b averiado (flechas 20, 22) en lugar de extraer aire caliente desde el volumen interior de la carcasa.

De este modo, la eficacia de la ventilacion no solo se reducira por la averfa de uno de los ventiladores, sino que se degradara igualmente para los ventiladores que sigan en funcionamiento, de tal forma que, generalmente, la ventilacion se vuelve ampliamente menos eficaz, con el riesgo de creacion de una zona caliente 24 del circuito 12, que pueda conducir a una alarma de temperatura y, por lo tanto, a una interrupcion del funcionamiento del equipo.

Para paliar este inconveniente, la invencion propone, como se ilustra en la figura 2, asociar con la baterfa de ventiladores 14 una "placa antirretorno" que permita el paso de un flujo de aire desde el lado interno 28 de la carcasa hacia el lado externo 30, pero prohibiendo cualquier retorno de aire en el sentido inverso. Esta placa antirretorno tendra, por lo tanto, como funcion cerrar la superficie de un ventilador averiado evitando que el aire entre allf desde

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el lado externo, con el fin de conservar el flujo completo de otros ventiladores, sin fugas de entrada en el sistema que vaya a ventilarse.

Las valvulas antirretorno tradicionales estan constituidas a menudo por una mecanica compleja de persianas basculantes montadas sobre un eje, que se abren cuando el flujo de aire las empuja y se cierran por gravedad, por resorte o simplemente por inversion del flujo de aire. Estas valvulas antirretorno convencionales estan constituidas por numerosas piezas complejas y necesitan un montaje mecanico largo y minucioso. Presentan ademas unas dimensiones ffsicas importantes en grosor en particular, que impide utilizarlas en sistemas muy compactos como los chasis de equipos electronicos.

Para paliar este inconveniente, la invencion propone una estructura particular de placa antirretorno, ilustrada en las figuras 3a, 3b, 4a y 4b (para un primer modo de realizacion) y 5a, 5b, 6a y 6b (para un segundo modo de realizacion).

El principio de base, comun a todos los modos de realizacion, consiste en utilizar una hoja monobloque 32 de un material flexible, por ejemplo de silicona, de escaso grosor (tfpicamente del orden de 1/3 mm), que estara dispuesto contra la cara de extraccion de aire, es decir, contra la baterfa de ventiladores 14 del lado externo (como se ilustra en la figura 2). En la variante, es igualmente posible colocar esta placa antirretorno en el lado de arriba, es decir, entre la entrada de aire del sistema y la entrada de aire de los ventiladores.

La hoja monobloque 32 contiene una red bidimensional de persianas elementales 34 en forma de escamas o azulejos de dimension muy escasa (de algunos milfmetros a algunos centfmetros de lado, debiendo ser esta dimension notablemente inferior a la de un ventilador). Cada una de estas persianas esta constituida por una hoja pequena, fina y plana, yuxtapuesta con las otras, y definida por una muesca de la hoja de material flexible, pudiendo ser esta muesca de molde, recorte, estampado, etc. Cada persiana esta definida por un contorno 36, por ejemplo formada en los tres lados de un cuadrado como en los ejemplos ilustrados, con un cuarto lado 38 del lado que no esta cortado y forma de este modo un puente de material que une la superficie de la persiana al resto de la hoja 32 con posibilidad de deformacion, actuando este puente de material 38 como bisagra.

Cada persiana 34 puede deformarse de este modo, bajo el efecto de un gradiente de presion aplicado entre el lado interno 28 y el lado externo 30 de la hoja, entre una posicion de apertura (ilustrada en las figuras 4a y 6a) que despeja un paso de aire 40 entre el lado interno 28 y el lado externo 30 y una posicion de obturacion (ilustrada en las figuras 4b y 6b) donde la persiana no es curva, o menos curva que en la posicion de apertura, y donde su borde libre 42 entra en contacto con el resto de la hoja 32, ocultando el paso de aire 40.

En el modo de realizacion de las figuras 3a, 3b, 4a y 4b, la longitud 1 de la parte libre de las persianas es superior a la dimension correspondiente I2 de la abertura de la hoja 32, lo que puede obtenerse realizando la hoja 32 con la configuracion ilustrada en la figura 3a directamente de moldeo, es decir, con persianas elementales 34 moldeadas con el fin de formar en el estado libre un angulo a en relacion con el plano del resto de la hoja. La hoja de moldeo se presenta, por lo tanto, en ausencia del lfmite exterior, en la forma ilustrada en la figura 3a, con una dimension total e inferior a 3 mm para un grosor de hoja x del orden de 1/3 mm.

En presencia de un gradiente de presion dirigido desde el lado interno 28 hacia el lado externo 30 (figura 4a), las persianas 34 despejan el paso de aire 40, mientras que, en ausencia de gradiente, o con un gradiente inverso (contra presion del lado externo 30), las persianas 34 se cierran (figura 4b) por gravedad y/o debido a la contrapresion, estando el borde libre 42, por lo tanto, apoyado contra el borde 44 frente a la placa 32.

En el segundo modo de realizacion, ilustrado en las figuras 5a, 5b, 6a y 6b, las persianas 34 estan definidas por un estampado de la hoja 32 y su longitud es, por lo tanto, la misma que la de la apertura correspondiente de la hoja. La hoja recortada 32 esta en este caso asociada a una contrahoja rfgida 46 que comprende aberturas 48 cada una de dimension ligeramente inferior al paso de aire 40, con el fin de dejar subsistir a lo largo de todo o parte del contorno 36 de la persiana una superficie de tope 52 contra la cual se apoyara el borde libre 50 de la persiana 34 en presencia de una contrapresion entre el lado externo 30 y el lado interno 28 (esta situacion esta ilustrada en la figura 6b).

De manera general, sean cuales sean los detalles de realizacion, se constatara que la solucion de la invencion presenta una multiplicidad de ventajas, especialmente:

- coste de realizacion muy bajo;

- silencio de funcionamiento;

- ausencia de riesgos de atasco, etc. (a diferencia de las valvulas mecanicas articuladas);

- posibilidad de acondicionamiento en una hoja de grandes dimensiones, recortable para adaptarla a los paneles diferentes de ventiladores utilizados;

- dimensiones muy reducidas de grosor; y

- posibilidad de adicion facil a sistemas ya existentes, en la medida en que no es necesario modificar el sistema de

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   REIVINDICACIONES

   Un chasis (10) de equipo informatico, comprendiendo este chasis una cara de extraccion de aire apta para recibir una batena de ventiladores (16a, 16b, 16c, 16d) yuxtapuestos, siendo los ventiladores aptos para crear un flujo de aire unidireccional desde un lado interno (28) del chasis hacia un lado externo (30) de este mismo chasis,

   el chasis conteniendo una placa antirretorno (26) dispuesta contra la cara de extraccion de aire, comprendiendo esta placa antirretorno una hoja monobloque (32) de material flexible configurada en una red bidimensional de persianas elementales (34) deformables, no articuladas, definidas cada una por una muesca de la hoja de material flexible a lo largo de un contorno no cerrado (36) que deja subsistir entre la persiana elemental y el resto de la hoja un puente de material (38), definiendo el contorno de la region cortada un paso de aire (40) y siendo cada persiana elemental deformable entre:

   • una posicion de apertura en la que la persiana elemental esta curvada hacia el lado externo alejandose del resto de la hoja, despejando de este modo el paso de aire (40) formado por la region cortada de la hoja, dejando la placa antirretorno, por lo tanto, pasar el flujo de aire desde el lado interno hacia el lado externo del chasis bajo el efecto de una sobrepresion del lado interno; y

   • una posicion de obturacion en la que la persiana elemental no esta curvada, o esta menos curvada que en la posicion de apertura, bloqueando la placa antirretorno, por lo tanto, cualquier flujo de aire entre el lado interno y el lado externo del chasis bajo el efecto de una contrapresion del lado externo,

   caracterizado por que la hoja monobloque (32) de la placa antirretorno (26) esta montada contra la cara de extraccion de aire del chasis con el fin de cubrir el conjunto de los ventiladores de dicha batena de ventiladores yuxtapuestos,

   y por que, en la posicion de obturacion, el contorno (36) de la persiana elemental esta en contacto con el contorno homologo de la hoja, ocultando de este modo el paso de aire formado por la region cortada de la hoja.

   El chasis de la reivindicacion 1, en el cual cada persiana individual (34) forma, en el estado libre, un angulo (a) con relacion al plano del resto de la hoja (32), presentando cada persiana individual una longitud (I1) superior a la longitud (h) del borde homologo de la region cortada de la hoja.

   El chasis de la reivindicacion 1, en el cual cada persiana individual (34) es, en el estado libre, coplanar con el resto de la hoja (32), presentando cada persiana individual una longitud igual a la longitud del borde homologo de la region cortada de la hoja,

   y en el cual la placa antirretorno comprende ademas, en el lado interno, una contrahoja (46) de material ngido con aberturas (48) homologas de los pasos de aire de la hoja de material flexible, llevando estas aberturas un tope (52) tal como el borde libre (50) de la persiana elemental frente a la abertura que entra en contacto con este tope en la posicion de obturacion de la persiana elemental.

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   16d, ttttt t! t

   c=sf~*1c=rs j| c=d3==5i || <z3dCZl=^» j| <=zrf*r~y=>

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   Fig. 1a

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   SWITCH / DSLAM /...

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