JP2022016349A

JP2022016349A - 設備棚

Info

Publication number: JP2022016349A
Application number: JP2021112481A
Authority: JP
Inventors: ハトル，アンジェリト; Hatol Angelito; パスコ，ベニオ，ジュニア; Pasco Benigno Jr; スコット，イアン; Scott Ian
Original assignee: Astec International Ltd
Current assignee: Astec International Ltd
Priority date: 2020-06-01
Filing date: 2021-07-07
Publication date: 2022-01-21
Anticipated expiration: 2041-07-07
Also published as: EP3937604A1; PH12021050274A1; EP3937604B1; JP7307767B2; CN113923933B; CN113923933A; TW202211759A; US11212941B2; TWI811722B; US20210378146A1

Abstract

【課題】電子機器及び／又は棚を所望の温度に維持する機器棚を提供する。【解決手段】機器棚１００は、機器棚の上部領域に位置する少なくとも１つの電源ユニット（ＰＳＵ）１０４、機器棚の下部領域に配置された少なくとも１つのバッテリバックアップユニット（ＢＢＵ）１０６を含む。空気流領域１１４は、上部領域１０８と下部領域１１０との間で機器棚を通って延びる。空気流領域は、機器棚の上部領域を機器棚の下部領域から分離し、空気が空気流領域を通って流れるときに、上部領域内の少なくとも１つのＰＳＵを、下部領域内の少なくとも１つのＢＢＵから熱的に分離する。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年６月１日に出願された米国仮特許出願第６３／０３２，８６４号の利益を主張する。上記出願の全開示は、参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、機器棚に関し、特に、格納される機器の熱性能を向上させることができる機器棚に関する。

このセクションは、必ずしも従来技術ではない本開示に関連する背景情報を提供する。

様々な電子機器は、一般に、電子機器の動作および使用中に電子機器をコンパクトに収容するために、たとえばデータセンタのラックに取り付けられる。電子機器は、ラックに搭載される棚に含まれ得る。いくつかの電子機器は、動作中に熱を発生することが知られており、いくつかの電子機器は、特定の温度条件下でより良好に機能するように感温性であることが知られている。

このセクションは、本開示の一般的な概要を提供し、その全範囲またはその特徴のすべての包括的な開示ではない。

本開示の１つの態様によれば、機器棚は、機器棚の上部領域に配置された少なくとも１つの電源ユニット（ＰＳＵ）を含む。機器棚はまた、機器棚の下部領域に配置された少なくとも１つのバッテリバックアップユニット（ＢＢＵ）を含む。空気流路は、上部領域と下部領域との間で機器棚を通って延びる。空気流路は、機器棚の上部領域を機器棚の下部領域から分離し、空気が空気流路を通って流れるときに、上部領域内の少なくとも１つのＰＳＵを、下部領域内の少なくとも１つのＢＢＵから熱的に分離する。

本開示の別の態様によれば、電源棚は、複数の上部レセプタクルおよび複数の下部レセプタクルを有する筐体を含む。電源棚はまた、複数の上部レセプタクル内に配置された複数の電源ユニット（ＰＳＵ）と、複数の下部レセプタクル内に配置された複数のバッテリバックアップユニット（ＢＢＵ）とを含む。電源棚はまた、複数のＰＳＵと複数のＢＢＵとの間の空気流領域を含む。

本開示の別の態様によれば、ラックマウント型機器棚は、電子機器を収容するための少なくとも１つのレセプタクルを有する筐体を含む。機器棚はまた、少なくとも１つのレセプタクル内に配置された電子機器を含む。チャネルが筐体に結合され、少なくとも１つのファンがチャネルに結合されてチャネルを通って空気を引き込み、それによってチャネルを通って引き込まれた空気は、電子機器および／または棚を所望の温度に維持する。

さらなる態様および適用可能な領域は、本明細書で提供される説明から明らかになるであろう。本開示の様々な態様は、個別に、または１つもしくは複数の他の態様と組み合わせて実現され得ることを理解されたい。本明細書の説明および特定の例は、例示のみを目的としており、本開示の範囲を限定することを意図していないことも理解されたい。

本明細書で説明される図面は、選択された実施形態の例示のみを目的としており、すべての可能な実現ではなく、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。

ラックマウント型機器棚の一例の側面図である。図１の機器棚の後方斜視図である。図１の機器棚の運転時の温度マップである。図１の機器棚の正面図である。電源ユニット（ＰＳＵ）の斜視図である。電源ユニット（ＰＳＵ）の斜視図である。例示的な棚の正面図である。図５Ａおよび図５ＢのＰＳＵおよび図６の棚を含む例示的なラックマウント型機器棚の正面斜視図である。図５Ａおよび図５ＢのＰＳＵおよび図６の棚を含む例示的なラックマウント型機器棚の正面斜視図である。動作中に図７Ａ～図６Ｂのラックマウント型機器棚を通る空気流を示す概略フロー図である。図１のラックマウント型機器棚の機器のギャップサイズに対する温度を示すグラフである。複数の動作モード中、図１の機器棚に含まれる特定の特徴のない機器棚内の機器の温度を示すグラフである。複数の動作モード中の図１の機器棚内の機器の温度を示すグラフである。

対応する参照番号は、図面のいくつかの図を通して対応する部分または特徴を示す。ここで、添付の図面を参照して、例示的な実施形態をより完全に説明する。

例示的な実施形態は、本開示が網羅的であり、当業者に範囲を十分に伝えるように提供される。本開示の実施形態の完全な理解を提供するために、特定の構成要素、デバイス、および方法の例など、多数の特定の詳細が記載される。特定の詳細を採用する必要がないこと、例示的な実施形態を多くの異なる形態で具体化することができること、およびいずれも本開示の範囲を限定するものと解釈されるべきではないことは、当業者には明らかであろう。いくつかの例示的な実施形態では、周知のプロセス、周知のデバイス構造、および周知の技術は詳細には説明されない。

本明細書で使用される用語は、特定の例示的な実施形態のみを説明するためのものであり、限定することを意図するものではない。本明細書で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明らかにそうでないことを示さない限り、複数形も含むことが意図され得る。「備える」、「備えている」、「含んでいる」、および「有している」という用語は包括的であり、したがって、記載された特徴、完全体、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を指定するが、１つまたは複数の他の特徴、完全体、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらのグループの存在または追加を排除するものではない。本明細書で説明される方法ステップ、プロセス、および動作は、実行の順序として具体的に特定されない限り、必ずしも説明または図示された特定の順序でそれらの実行を必要とすると解釈されるべきではない。追加のまたは代替のステップが使用されてもよいことも理解されたい。

第１、第２、第３などの用語は、様々な要素、構成要素、領域、層および／または部分を説明するために本明細書で使用され得るが、これらの要素、構成要素、領域、層および／または部分は、これらの用語によって限定されるべきではない。これらの用語は、１つの要素、構成要素、領域、層または部分を別の領域、層または部分と区別するためにのみ使用され得る。「第１」、「第２」などの用語、および他の数値用語は、本明細書で使用される場合、文脈によって明確に示されない限り、シーケンスまたは順序を意味しない。したがって、以下で説明する第１の要素、構成要素、領域、層または部分は、例示的な実施形態の教示から逸脱することなく、第２の要素、構成要素、領域、層または部分と呼ぶことができる。

「内側」、「外側」、「真下」、「下方」、「下部」、「上方」、「上部」などの空間的に相対的な用語は、本明細書では、図に示すように、１つの要素または特徴と別の要素または特徴との関係を説明するための説明を容易にするために使用され得る。空間的に相対的な用語は、図に示されている向きに加えて、使用中または動作中のデバイスの異なる向きを包含することが意図され得る。たとえば、図中のデバイスが反転された場合、他の要素または特徴を「下方」または「真下」と記載された要素は、他の要素または特徴の「上方」を向くであろう。したがって、例示的な用語「下方」は、上方および下方の両方の向きを包含することができる。デバイスは、他の方向に向けられ（９０度または他の向きに回転され）てもよく、本明細書で使用される空間的に相対的な記述子はそれに応じて解釈される。

本開示の１つの例示的な実施形態による機器棚が図１に示され、全体として参照番号１００で示される。機器棚１００は、機器棚１００内の電子機器を支持および／または収容するための筐体１０２を含む。電子機器は、発熱機器（たとえば、高い熱損失密度および高い動作温度を有する電子機器）および／または感熱機器（たとえば、性能が温度の影響を受ける電子機器（たとえば、精密制御デバイス、測定デバイス、バッテリデバイスなど））などの種々の電子機器を含む。筐体１０２は、電子機器の動作および使用中に電子機器を支持および／または収容するように構成される。

図１に示すように、機器棚１００は、発熱機器と感温機器との両方を含む。他の実施形態では、機器棚は、発熱機器のみ、または感温機器のみを含み得る。図示の実施形態では、機器棚１００は電源棚として構成される。図１に示すように、機器棚１００内には、電源ユニット（ＰＳＵ）１０４およびバッテリバックアップユニット（ＢＢＵ）１０６が含まれる。図１では、１つのＰＳＵ１０４および１つのＢＢＵ１０６のみが示されているが、機器棚１００は、複数のＰＳＵ１０４および複数のＢＢＵ１０６を含み得る。いくつかの実施形態では、機器棚１００は、等しい数のＰＳＵ１０４およびＢＢＵ（たとえば、６つのＰＳＵ１０４および６つのＢＢＵ１０６、３つのＰＳＵ１０４および３つのＢＢＵ１０６など）を含む。ＰＳＵ１０４は、動作中に筐体１０２内で発熱し、高い熱損失密度および高い動作温度を有するので、ＰＳＵ１０４は、発熱機器の一例である。ＢＢＵ１０６は、動作中に温度（たとえば、高温）に敏感な機器である。たとえば、温度は、性能およびバッテリ寿命などのバッテリの機能性に影響を及ぼすＢＢＵにとって重要なパラメータである。

図１に示すように、ＰＳＵ１０４は、機器棚１００の上部領域１０８に含まれ、ＢＢＵ１０６は、機器棚１００の下部領域１１０に含まれる。代替の実施形態では、ＰＳＵ１０４は下部領域１１０内に配置され、ＢＢＵ１０６は上部領域１０８内に配置される。一般に、発熱機器は、いずれの感温機器とも異なる機器棚１００の別の領域に含まれる。

上部領域１０８に含まれる電子機器を支持するために、機器棚１００の筐体１０２は、上部領域１０８に仕切板または支持プレート１１２を含む。支持プレート１１２は、一般に、機器棚１００の中央平面に沿って機器棚１００を分割する。機器棚１００の上部領域１０８内の機器は、筐体１０２の支持プレート１１２上に配置され得る。図示の実施形態では、ＰＳＵ１０４は、上部領域１０８内に配置され、支持プレート１１２に結合される。

機器棚１００は、移動する空気が機器棚１００を通って流れることを可能にする空気流領域１１４（たとえば、チャネル、ギャップなど）を含む。空気流領域１１４は、機器棚１００の上部領域１０８と下部領域１１０との間に位置する。このように、空気流領域１１４を移動する空気は、上部領域１０８に含まれる機器（たとえば、１つまたは複数のＰＳＵ１０４）と、下部領域１１０に含まれる機器（たとえば、１つまたは複数のＢＢＵ１０８）とを熱的に絶縁する。たとえば、空気流領域１１４は、発熱機器（たとえば、ＰＳＵ１０４）を感温機器（たとえば、ＢＢＵ１０６）から熱的に絶縁する。

空気流領域１１４は、上部領域１０８の支持プレート１１２と、筐体１０２内にＢＢＵ１０６を保持するように構成された二次プレート１１６とによって画定され、それらの間を垂直に延びる。いくつかの実施形態では、空気流領域１１４が支持プレート１１２およびＢＢＵ１０６の上面によって画定されるように、二次プレート１１６は省略される。これらの実施形態では、ＢＢＵ１０６を筐体１０２内に保持するための他の特徴が含まれ得る。

空気流領域１１４の高さｈは、一般に、空気が空気流領域１１４を通って流れることを可能にし、上部領域１０８の機器を下部領域１１０の機器から熱的に絶縁するようなサイズにされる。高さｈは、機器棚１００に含まれる機器、そのような機器の動作条件／パラメータ、機器棚全体の高さ要件、周囲温度などの環境要因などに基づいて調整され得る。空気流領域１１４のサイズの考慮事項については、以下でより詳細に説明する。

図１に示すように、空気流領域１１４は、一般に、機器棚１００の中央平面を通って、機器棚１００内の少なくとも機器の長さ（たとえば、ＰＳＵ１０４およびＢＢＵ１０６）に沿って水平に延びる。例示的な実施形態では、空気流領域１１４は、下部領域１１０内の機器のサイズのために、機器棚１００の中心の上方に配置される。理解できるように、空気流領域１１４は、上部領域１０８および下部領域１１０の機器のサイズに応じて、より高くまたはより低く（たとえば、筐体１０２の底部（たとえば、図４に示す底部プレート１３６）に対して）調整され得る。このようにして、空気流領域１１４は、上部領域１０８（たとえば、ＰＳＵ１０４）における機器と、下部領域１１０（たとえば、ＢＢＵ１０６）における機器との間を通過する機器棚１００の中央平面をほぼ通って延び、それによって、移動する空気（たとえば、周囲空気）が、上部領域１０８と下部領域１１０との間を通過して、２つの領域を熱的に絶縁する。

また、機器棚１００は、少なくとも１つのファン１１８を備える。図２に示すように、機器棚１００は、２つのファン１１８を備える。いくつかの実施形態では、より多いまたはより少ない数のファン１１８が機器棚１００に含まれ得る。図示の実施形態では、ファン１１８は、一般に、空気流領域１１４に結合され（たとえば、間接的に結合され）、機器棚１００の第１の端部１２０（たとえば、後端部）で機器棚１００に取り付けられる。ファン１１８は、機器棚１００の第２の端部１２２（たとえば、前端部）から空気流領域１１４を通じて空気を引き出すように構成される。代替の実施形態では、１つまたは複数のファン１１８は、機器棚１００の上または中の他の位置に（たとえば、筐体１０２の前端部１２２において）配置されてもよく、および／またはラック（図示せず）に設けられてもよい。ファン１１８によって空気流領域１１４に引き込まれる空気は、一般に周囲温度である。この周囲温度は、機器棚１００内に含まれる発熱ＰＳＵ１０４の温度と比較して比較的低温である。周囲温度が空気流領域１１４を通過すると、流れる空気は上部領域１０８，下部領域１１０を熱的に絶縁し、一般に、（たとえば、空気流領域１１４の境界または縁部において）空気流領域１１４を画定する任意の構造または機器の温度を低下させる。このようにして、一般的な方式で機器棚１００を冷却するのではなく、この実施形態に含まれるファン１１８は、機器棚１００内に含まれる機器の部分を熱的に結合解除する（たとえば、発熱機器が感熱機器から切り離される）ために、機器棚１００の空気流領域１１４を通る指向性空気流を生成する。

引き続き図１を参照すると、矢印１２４は、一般に、機器棚１００を通って（たとえば、空気流領域１１４および機器棚１００の後部１２６を通って）流れる空気の経路を示す。図１に示すように、空気流領域１１４を流れる空気は、矢印１２４に示すように、機器棚１００を通る単一の経路を辿る。たとえば、空気は、機器棚１００の前端部１２２から空気流領域１１４を通って機器棚１００の後部１２６（たとえば、ＰＳＵ１０４およびＢＢＵ１０６の後ろの機器棚１００の領域）に流れ、そこで空気は、ファン１１８によって引き出されるときに機器棚１００の後端部１２０から流出する。理解されるように、空気流領域１１４を通って移動する周囲空気は、下部領域１１０内のＢＢＵ１０６を上部領域１０８内のＰＳＵ１０４による加熱から断熱することを可能にし、したがってＢＢＵ１０６がより低い温度で動作することを可能にし、ＢＢＵ１０６の性能を向上させる。

図示の実施形態では、空気が機器棚１００を通って複数の異なる方向に（たとえば、複数の異なる経路に沿って）流れることを可能にするのではなく、空気流領域１１４は、一般に、空気が機器棚１００のより低い温度すなわち冷温側から、機器棚１００のより高い温度すなわち高温側へ（たとえば、前端部１２２から後端部１２０へ）単一方向に機器棚１００を通過することを可能にする。代替の実施形態では、空気流領域１１４は、（たとえば、後端部１２０が機器棚１００の低温側であり、前端部１２２が高温側である場合）空気が機器棚１００を後端部１２０から前端部１２２まで通過することを可能にし得る。（たとえば、矢印１２４で示すように）単一の空気流路の使用は、機器棚１００の設計を単純化するとともに、機器棚１００の空気流インピーダンスを最小化する。空気流インピーダンスを（たとえば、単一の空気流路を利用することによって）最小化することにより、所与のファンに対して最大空気流が達成される。さらに、（たとえば、矢印１２４に示すように）単一の空気流路は、最小化された空気流インピーダンスに起因して、所与の空気流に対してより静かで、より低速で、より安価なファンなどの使用を可能にする。たとえば、複数の経路によって引き起こされる空気流インピーダンスの増加のために、複数の空気流路が機器棚に含まれる場合、より強力で、より大きい、および／またはより高価なファン（または複数のファン）が必要とされる。

図１および図２に示すように、機器棚１００は、（たとえば、空気流領域１１４を出る空気を、後部１２６を通って機器棚１００の後端部１２０に向かって案内するために）機器棚１００を通って移動する空気の経路をさらに画定するための１つまたは複数のバッフル１２８，１３０を含む。バッフル１２８，１３０は、空気流領域１１４を出る空気から上部領域１０８内の機器によって排出された空気の混合を制限および／または抑制する。上部領域１０８に発熱機器（たとえば、１つまたは複数のＰＳＵ１０４）が含まれる場合、そのような機器は、一般に機器から排出される熱を発生する。この排出された高温空気が、空気流領域１０８を通って引き込まれた空気（たとえば、周囲空気）と混合するのを防ぐために、バッフル１２８および１３０は、ＰＳＵ１０４とファン１１８との間の任意の空気流を遮断するように配置される。

一般に、バッフル１２８および１３０は、機器棚１００の上部領域１０８と、空気流領域１１４との間に配置され、上部領域１０８を、空気流領域１１４（たとえば、空気流領域を出る空気）から分離する。バッフル１２８，１２０は、機器棚１００の後部１２６（たとえば、機器棚１００におけるＰＳＵ１０４およびＢＢＵ１０６の後ろ）内に配置される。例示的な実施形態では、バッフル１２８は、機器棚１００の後端部１２０に向かって筐体１０２の支持プレート１１２に結合され、バッフル１３０は、ファン１１８の上方の機器棚１００の後端部１２０で機器棚１００に結合される。このようにして、バッフル１２３，１３０は、ＰＳＵ１０４とファン１１８との間の空気流を遮断するように配置される。バッフル１２８，１３０はまた、機器棚１００の後部１２６に含まれる他の電子機器（たとえば、バックプレーンＰＣＢ）に対してシールして、空気流の混合を抑制することができる。他の実施形態では、より多いまたはより少ない数のバッフルを使用して、同様または異なる構成で配置して、ＰＳＵ排気が空気流領域１１４を通って引き込まれる周囲空気と混合するのを防ぐことができる。

しかしながら、いくつかの実施形態では、バッフル１２８および１３０は、機器棚１００に含まれない。図３は、バッフル１２８，１３０を含んでいない機器棚１００の温度マップを示している。温度マップは、４０℃の周囲空気温度で、海面における定常状態条件で動作している間の機器棚１００内の機器および空気の温度を示す。図３に示すように、ＰＳＵ１０４の温度は、一般に、ＢＢＵ１０６の温度よりも高い。特に、ＢＢＵ１０６の背面に向かう温度は４６．２℃である。この実施形態ではバッフル１２８および１３０が含まれていないため、（たとえば、機器棚１００の後端部１２０に向かって）機器棚１００の後部１２６内に空気流の混合が存在し、上部領域１０８における機器の温度と、下部領域１１０における機器の温度との間の温度をもたらす。たとえば、ファン１１８の近くの後部１２６（たとえば、空気の少なくとも一部が機器棚１００から出るところ）では、温度はＢＢＵ１０６の後部よりも１２．８℃高い５９．０℃である。さらに、ＰＳＵ１０４の内部構成要素は、１１０℃での温度を含む異なる温度にある。ＰＳＵ１０４の後部を出る空気の温度は、約６０℃～６５℃である。

図４に示すように、機器棚１００は、複数のＰＳＵ１０４および複数のＢＢＵ１０６を含む。特に、６つのＰＳＵ１０４は、機器棚１００の上部領域１０８における筐体１０２に含まれ、６つのＢＢＵ１０６は、機器棚１００の下部領域１１０における筐体１０２に含まれる。代替の実施形態では、より多いまたはより少ない数のＰＳＵ１０４およびＢＢＵ１０６が、機器棚１００に含まれ得る。例示的な実施形態では、各ＰＳＵ１０４は、機器棚１００の上部領域１０８における筐体１０２のレセプタクル１３２内に配置される。上部レセプタクル１３２は、支持プレート１１２および筐体１０２の壁１３４によって部分的に画定される。壁１３４は、一般に、筐体１０２の底部プレート１３６から筐体１０２の上部まで延びる。各ＢＢＵ１０６は、機器棚１００の下部領域１１０における筐体１０２のレセプタクル１３８内に配置される。下部レセプタクル１３８は、底部プレート１３６、二次プレート１１６、および壁１３４によって画定される。このようにして、筐体１０２は、上部列のレセプタクル１３２および下部列のレセプタクル１３８という、２列のレセプタクルを含む。

いくつかの実施形態では、筐体１０２は、電子機器を収容および／または受け入れるためのレセプタクル（たとえば、レセプタクル１３２）の列のみを含む。これらの実施形態では、空気流領域１１４（たとえば、チャネルとして構成される）は、筐体１０２の上面または筐体１０２の下部プレート１３６のいずれかに結合される。たとえば、空気流領域１１４が筐体１０２の下部プレート１３６に結合されると、（たとえば、支持プレート１１２と同様の）下部プレート１３６は、空気流領域１１４を画定する上面を画定し、（たとえば、二次プレート１１６と同様の）別のプレートは、空気流領域１１４をさらに画定するように空気流領域１１４の下方に配置される。これらの実施形態では、筐体１０２における機器は、発熱機器および／または感温機器であってもよく、空気流領域１１４は、一般に、空気流領域１１４を（たとえば、空気流領域１１４の境界または縁部において）画定する任意の構造または機器の温度を低下させるように構成され得る。

いくつかの実施形態では、壁１３６は、空気流領域１１４を複数のチャネル（たとえば、６つのチャネル）に分割する。空気流領域１１４の各チャネルは、１つのＰＳＵ１０４および１つのＢＢＵ１０６のペア（たとえば、ＰＳＵ１０４およびＢＢＵ１０６の対応するペア）に対応する。たとえば、空気流領域１１４の各チャネルは、一方のＰＳＵ１０４と一方のＢＢＵ１０６との間に配置される。空気流領域１１４の複数のチャネルは平行であり、（たとえば、周囲温度における）空気が、ＰＳＵ１０４とＢＢＵ１０６との間で、複数のチャネルを通って、機器棚１００の低温側から、機器棚１００の高温側へ（たとえば、前端部１２２から後端部１２０まで、後端部１２０から前端部１２２までなど）同じ方向に流れることを可能にする。いくつかの実施形態では、塵埃、破片などが空気流領域１１４を通って機器棚１００に入るのを防ぐために、フィルタ（図示せず）が機器棚１００に結合される。いくつかの実施形態では、機器棚１００は、一般に、１つまたは複数の機器棚１００が、たとえばデータセンタにおいて、ラック（図示せず）に取り付けられ得るように、ラック取り付けされる。

別の例示的な実施形態では、電源ユニットおよび筐体の両方を、空気流領域に空気を供給するように改造することができる。たとえば、この実施形態では、改造された電源ユニットから（たとえば、電源ユニットを循環する冷却空気から）空気流領域に空気が供給されてもよい。改造された電源ユニット（ＰＳＵ）は、図５Ａ～図５Ｂに示され、全体として参照番号２０４で示される。図５Ａ～図５Ｂに示すように、ＰＳＵ２０４は、ＰＳＵ２０４の内部構成要素を囲むケース２４０を含む。ＰＳＵ２０４は、ＰＳＵ２０４を冷却するための内部ファン（図示せず）を含む。一般に、ＰＳＵ２０４の内部ファンは、冷却空気がＰＳＵ２０４を通過することを可能にする。例示的な実施形態では、ケース２４０は、ケース２４０内に（たとえば、ケース２４０の底面に）通気口２４２を含む。通気口２４２は、ＰＳＵ２０４を通って流れる冷却空気の一部が通気口２４２を通って空気流領域１１４に迂回されるように、内部ファンに隣接して配置される。通気口２４２は、迂回された冷却空気の一部がＰＳＵ２０４を出て空気流領域１１４に入ることを可能にするための開口部、格子、グリルなどを備え得る。

改造された筐体が図６に示され、全体として参照番号２０２で示される。図６に示すように、改造された筐体２０２は、筐体１０２と同様であるが、改造された筐体２０２は、筐体２０２の支持プレート２１２に開口部２４４をさらに含む。筐体１０２と同様に、筐体２０２は、電子機器（たとえば、ＰＳＵ２０４）を受け入れるための上部レセプタクル２３２を含む上部領域２０８を含む。筐体２０２はまた、電子機器（たとえば、ＢＢＵ１０６）を受け入れるための下部レセプタクル２３８を含む下部領域２１０を含む。このようにして、筐体２０２は、開口部２４４を介して、ＰＳＵ２０４から支持プレート２１２の下方に配置された空気流領域１１４（図６には示されていない）に迂回された冷却空気を可能にするように構成される。図６には示されていないが、筐体２０２は、筐体２０２を通って延びる空気流領域１１４をさらに画定するために、二次プレート１１６などのプレートを含み得る。

図７Ａ～図７Ｂは、改造された筐体２０２と、改造された筐体２０２内に配置された少なくとも１つの改造されたＰＳＵ２０４および少なくとも１つのＢＢＵ１０６とを含む機器棚２００の別の例示的な実施形態を示す。図７Ａに示すように、ＰＳＵ２０４は、筐体２０２の上部レセプタクル２３２のうちの１つに含まれる。例示を目的として、中央下部レセプタクル２３８は、電子機器（たとえば、ＢＢＵ１０６）によって占有されておらず、二次プレート１１６は示されていない。図７Ｂは、上部レセプタクル２３２およびＰＳＵ２０４の支持プレート２１２に向かう非占有レセプタクル２３８を通る図を示す。図７Ｂに示すように、筐体２０２の支持プレート２１２の開口部２４４は、一般にＰＳＵ２０４の通気口２４２よりも大きく、図示の実施形態では、一般に長方形の形状である。このようにして、ＰＳＵ２０４のケース２４０は、占有されていないレセプタクル２３８を通して見たときに、開口部２４４を通して部分的に見える。あるいは、開口部２４４は、他の形状（たとえば、円形、正方形など）および／または他のサイズ（たとえば、ＰＳＵ２０４の通気口２４２と同じサイズ、通気口２４２よりも小さいサイズなど）として構成され得る。ＰＳＵ２０４の通気口２４２および筐体２０２の開口部２４４は、冷却空気の一部がＰＳＵ２０４から迂回されて空気流領域１１４を通って流れることを可能にする。

図８は、機器棚２００を通る空気流のフロー図を示す。図示のように、ＰＳＵ２０４の内部ファン（図示せず）によって推進されるように、ＰＳＵ２０４を通って流れる冷却空気の一部は、通気口２４２を通って空気流領域１１４に迂回される。冷却空気の一部が空気流領域１１４を通って移動すると、機器棚２００に含まれるＢＢＵ１０６は、発熱ＰＳＵ２０４から熱的に絶縁される。この冷却空気はまた、一般に、空気流領域１１４を（たとえば、空気流領域２１４の境界または縁部において）画定する任意の構造または機器の温度を低下させる。空気流領域１１４を通って流れる冷却空気がＢＢＵ１０６を冷却するので、ＢＢＵ１０６はより低い温度で動作することができ、ＢＢＵ性能が向上する。このように、機器棚２００は、ＰＳＵ２０４に含まれるファンを使用することによって空気流領域１１４を通る空気流を誘導する一方、機器棚１００は、機器棚１００に含まれる１つまたは複数のファン１１８を通る空気流領域１１４を通る空気流を誘導する。

いくつかの実施形態では、機器棚２００はまた、少なくとも１つのバッフル（バッフル１２８および１３０と同様）を含む。これらの実施形態では、少なくとも１つのバッフルは、空気流領域１１４から機器棚２００の後端部に向かって空気を案内し、ＰＳＵ２０４からの排気と空気流領域１１４からの空気との空気流混合を抑制するように構成される。

以下の表および図に示すように。図９～図１１に示すように、機器棚内の空気流領域またはチャネルのサイズ（たとえば、高さ）を変更すると、棚内の機器の温度に影響を与える。特に、機器棚内のＢＢＵに関して、空気流領域の高さを変化させることにより、ＢＢＵがより低い温度で動作することが可能になり、ＢＢＵの性能および機能性を改善する。表１は、（ＢＢＵの内部構成要素を囲むケースにおいて測定された）バッテリバックアップユニット（たとえば、ＢＢＵ１０６）の温度に対する機器棚（たとえば、機器棚１００、機器棚２００）内のチャネル（たとえば、空気流領域１１４、空気流領域２１４）の高さ（たとえば、図１に示すｈ）を変化させることの効果を特徴付ける。表１に示すように、バッテリバックアップユニット（たとえば、ＢＢＵ１０６）のケースの温度が、ケースの前部およびケースの後部おいて摂氏（℃）で得られた。機器棚の後部に位置する電源棚コントローラ（ＰＳＣ）の温度も、摂氏（℃）で測定された。表１はまた、立方フィート毎分（ＣＦＭ）の単位で、チャネル（たとえば、空気流領域１１４、空気流領域２１４）を通る空気流の速度を含む。表１に示す値は、１８ｋＷの出力電力、１８０Ｖａｃの入力、４０℃の周囲空気温度、および約６５℃のＰＳＵ（たとえば、ＰＳＵ１０４）からの排気による、流路および後部ファン（たとえば、ファン１１８）を含む機器棚のシミュレーション動作中に得られた値を表す。シミュレートされた実施形態では、機器棚はバッフル（たとえば、バッフル１２８，１３０）を含まず、ＰＳＵは改造されない（たとえば、ＰＳＵ２０４ではなくＰＳＵ１０４が含まれる）。表１に示すように、一般に、流路の高さ（すなわち、高さｈ）が高くなるにつれて、バッテリバックアップユニットの温度は低下した。

表１と同様に、表２は、電池バックアップユニット（たとえば、ＢＢＵ１０６）のケースの温度に対するチャネル（たとえば、空気流領域１１４、空気流領域２１４）の高さ（たとえば、図１に示すｈ）を変化させることの効果を特徴付ける。表２に示す値は、１８ｋＷの出力電力、２４０Ｖａｃの入力、４０℃の周囲空気温度、および約６１℃のＰＳＵ（たとえば、ＰＳＵ１０４）からの排気による、流路および後部ファン（たとえば、ファン１１８）を含む機器棚のシミュレーション動作中に得られた値を表す。表１の機器棚モデルと同様に、このシミュレーションの機器棚は、バッフル（たとえば、バッフル１２８，１３０）を含まず、ＰＳＵ２０４ではなくＰＳＵ１０４と同様のＰＳＵを含む。表２に示すように、バッテリバックアップユニット（たとえば、ＢＢＵ１０６）のケースの温度が、ケースの前部およびケースの後部において摂氏（℃）で得られた。電源棚コントローラ（ＰＳＣ）の温度も、摂氏（℃）で測定された。表２はまた、立方フィート毎分（ＣＦＭ）の単位で、チャネル（たとえば、空気流領域１１４、空気流領域２１４）を通る空気流の速度を含む。表２に示すように、一般に、空気流領域のギャップサイズ（すなわち、高さｈ）が大きくなるにつれて、バッテリバックアップユニットの温度は低下した。

図９は、表１および表２からの値を使用して、ＢＢＵ１０６ケースの後部の温度までチャネル（たとえば、空気流領域１１４，２１４）の高さｈ（本明細書ではギャップサイズとも呼ばれる）を増加させる効果をグラフで示している。図９に示すように、ギャップサイズが大きくなるにつれて、電源棚の動作条件に関わらず（たとえば、１８ｋＷの電源棚が１８０Ｖａｃ入力（および約６５℃のＰＳＵ排気）で動作しているか、または２４０Ｖａｃ入力（および約６１℃のＰＳＵ排気）で動作しているかに関わらず）、ＢＢＵケースの後部の温度は低下する。ギャップサイズが大きくなる（たとえば、空気流領域がより高くなる）につれて、温度のさらなる低下が達成され得る。そのような温度のさらなる低下と、機器棚の全体的なサイズの制約および／またはサイズの懸念とのバランスをとることが必要であり得ることが理解されよう。

図１０は、いくつかの機器棚１０，２０，３０内のバッテリバックアップユニットの温度をグラフで示す。機器棚１０，２０および３０は、機器棚１００に含まれる特定の特徴を有していない。たとえば、図１０に示す値は、機器棚内に配置された複数の電源ユニットと複数のバッテリバックアップユニットとを含む機器棚から取得された。基準機器棚１０，２０，３０に含まれるＰＳＵは、ＰＳＵ１０４と同様である（たとえば、ＰＳＵ２０４と同様に改造されていない）。さらに、基準機器棚１０，２０，３０に含まれるＰＳＵは、（たとえば、ＰＳＵとＢＢＵとの間に隙間がないように）ＢＢＵの真上に配置される。機器棚１００とは対照的に、基準機器棚は、ＰＳＵがＢＢＵから熱的に絶縁されないように空気流領域（たとえば、空気流領域１１４など）を含まない。同様に、基準機器棚は、バッフル（バッフル１２８，１３０など）または後部ファン（ファン１１８など）を含まなかった。

基準機器棚の通常動作条件の間、ＰＳＵは、機器棚の内部で熱を発生させ、その熱の少なくとも一部をＢＢＵに伝導する。ＰＳＵによって生成された熱により、ＢＢＵの温度が上昇し、ＢＢＵを過熱保護（ＯＴＰ）制限に達する（および超える）リスクにさらす。温度が安全値を超えた場合、ＯＴＰは、機器の誤動作または損傷を防止するためにシャットダウンプロセスを開始する。図１０に示すように、３つの機器棚１０，２０，３０のＢＢＵの温度は、定常状態、３分間の放電期間の後、ＯＴＰ回復期間の間および後、充電期間中、および機器棚が定常状態に戻った後を含む異なる動作モード中に測定された。図１０に示すように、機器棚のＯＴＰ排出限界は６５℃であり、機器棚のＯＴＰ充電限界は５０℃であり、ＯＴＰ回復温度は４７℃である。

第１の基準機器棚１０は、１８ｋＷの出力、２７，０００ｒｐｍのＰＳＵファン速度、３．０Ａの充電電流であり、４０℃の周囲空気温度の環境で動作した。図示のように、試験の開始時に、この機器棚１０のＢＢＵは５６℃の温度で動作した。放電期間中、機器棚１０のＢＢＵは、ＯＴＰ放電限界を満たし、最終的にそれらの開始温度、すなわちＯＴＰ回復温度を上回る温度に戻った。試験された第１の機器棚１０のＢＢＵは、ＯＴＰ回復温度に戻らなかったため、ＢＢＵは充電することができなかった。

第２の基準機器棚２０は、１５ｋＷの出力、３６，０００ｒｐｍのＰＳＵファン速度、３．０Ａの充電電流であり、４０℃の周囲空気温度の環境で動作した。第１の基準機器棚１０と比較して、基準機器棚２０は、出力電力が低減され、より良好なファンを有する。図示のように、試験の開始時に、この機器棚２０のＢＢＵは４８℃の温度で動作した。放電期間中、機器棚２０のＢＢＵは、ＯＴＰ放電限界を満たさなかったが、ＯＴＰ回復温度に達することも、ＯＴＰ回復温度を下回ることもできなかった。試験された第２の機器棚２０のＢＢＵは、ＯＴＰ回復温度に戻らなかったため、ＢＢＵは充電することができなかった。

第３の基準機器棚３０は、１５ｋＷの出力、３６，０００ｒｐｍのＰＳＵファン速度、２．０Ａの充電電流であり、３５℃の周囲空気温度の環境で動作した。第１の基準機器棚１０と比較して、基準機器棚３０は、電力出力が低減され、より良好なファンを有する。基準機器棚３０はまた、より低い周囲空気温度で動作し、より長い充電を受ける。図示のように、試験の開始時に、この機器棚３０のＢＢＵは、４３℃の定常状態温度で動作した。放電期間中、機器棚３０のＢＢＵの温度は上昇したが、ＯＴＰ放電限界を満たさなかった。ＢＢＵの温度は、ＯＴＰ回復期間中に低下し続け、ＯＴＰ回復温度を満たした。２．０ＡでのＢＢＵの充電中、機器棚３０のＢＢＵの温度は再び上昇し、続いてＢＢＵが完全に充電された後に定常状態に戻った。

図１０から理解されるように、ＢＢＵがＯＴＰ回復温度に達するのに十分に冷却することができなかったため、棚出力電力を緩和すること、ＢＢＵ充電速度を低減すること、および／またはＰＳＵファン性能を改善することは、周囲温度を低下させることなく、全放電後にＢＢＵを安全に充電することを可能にするには不十分であり得る。充電を達成するために、周囲温度も低下させる必要があり得る。

図１１は、いくつかの異なる動作モード中の機器棚１００内のバッテリバックアップユニット（たとえば、ＢＢＵ１０６）の温度をグラフで示す。図１１で用いた機器棚１００は、高さ７ｍｍの空気流領域１１４と、ファン１１８と、ＰＳＵ１０４とを含むが、バッフル１２８，１３０またはＰＳＵ２０４を備えていない。図１１で用いた機器棚１００は、４０℃の周囲空気温度、１５ｋＷの出力、３．０Ａの充電電流、および３６，０００ｒｐｍのＰＳＵファン速度の環境で動作した。図示のように、機器棚１００は、ＯＴＰ限界を超えることなく放電し、完全に充電することができる。このようにして、たとえば基準機器棚２０と比較して、空気流領域１１４などの機器棚１００の特徴を実現することは、周囲空気温度を少なくとも５℃低下させることと同等の性能改善をもたらす。

本明細書で説明される例示的な実施形態は、機器棚に収容された機器の熱性能を向上および改善することができる。たとえば、機器棚は、空気流領域を介して同じ棚内に収容された機器間の移動空気を使用して、感熱機器（たとえば、バッテリバックアップユニット（ＢＢＵ））を発熱機器（たとえば、電源ユニット（ＰＳＵ））から断熱することを可能にし得る。空気流領域は、比較的低温の周囲空気がＢＢＵ上を流れることを可能にし、ＢＢＵの温度をより低く（たとえば、周囲温度またはその付近に）保つ。このより低い温度は、より高い出力、より長い寿命、より高い効率、信頼性の向上、より低いファン速度による音響の改善などを含む１つまたは複数の手法で、機器棚の性能を向上させるために利用または「費やされる」ことができる「熱ボーナス」を生成する。これらの実施形態は、ＢＢＵがＰＳＵから熱的に絶縁されるため、通常動作条件中にＰＳＵによって電源棚の内部で生成される熱に起因してＢＢＵが過熱保護（ＯＴＰ）に達するリスクをさらに最小限に抑える。このようにして、ＢＢＵをより低い温度に保つことによって、ＢＢＵの機能性および性能が改善され、その結果、より高い放電速度、より高い効率、より長いバッテリ寿命、ＰＳＵを有する棚内のＢＢＵのより迅速な再充電などがもたらされる。

実施形態の前述の説明は、例示および説明の目的で提供されている。網羅的であること、または本開示を限定することを意図するものではない。特定の実施形態の個々の要素または特徴は、一般に、その特定の実施形態に限定されず、適用可能な場合には交換可能であり、具体的に図示または説明されていなくても、選択された実施形態で使用することができる。これはまた、多くの手法で変更されてもよい。そのような変形は、本開示からの逸脱と見なされるべきではなく、すべてのそのような修正は、本開示の範囲内に含まれることが意図されている。

Claims

機器棚であって、
前記機器棚の上部領域に配置された少なくとも１つの電源ユニット（ＰＳＵ）と、
前記機器棚の下部領域に配置された少なくとも１つのバッテリバックアップユニット（ＢＢＵ）と、
前記上部領域と前記下部領域との間を、前記機器棚を通って延びる空気流路とを備え、
前記空気流路は、前記機器棚の前記上部領域を、前記機器棚の前記下部領域から分離し、空気が前記空気流路を通って流れるときに、前記上部領域内の前記少なくとも１つのＰＳＵを、前記下部領域内の前記少なくとも１つのＢＢＵから熱的に分離する、機器棚。
前記上部領域内の少なくとも第１のプレートと前記下部領域内の第２のプレートとを含む筐体をさらに備える、請求項１に記載の機器棚。
前記空気流路は、前記第１のプレートおよび前記第２のプレートによって少なくとも部分的に画定される、請求項１に記載の機器棚。
前記少なくとも１つのＰＳＵは、前記第１のプレートに結合され、
前記少なくとも１つのＢＢＵは、前記第２のプレートに結合される、請求項１に記載の機器棚。
前記少なくとも１つのＰＳＵは、第１の組の電子機器を冷却するための内部ファンを含む、請求項１に記載の機器棚。
前記少なくとも１つのＰＳＵの底面は、前記内部ファンに隣接して配置された通気口を含み、それにより、前記第１の組の電子機器を冷却するために使用される前記空気の一部が、前記空気流路を通って流れるように迂回される、請求項５に記載の機器棚。
第１のプレートは、前記迂回された空気を前記少なくとも１つのＰＳＵから前記空気流路内に導くための少なくとも１つの開口部を含む、請求項６に記載の機器棚。
電源棚であって、
複数の上部レセプタクルおよび複数の下部レセプタクルを有する筐体と、
前記複数の上部レセプタクル内に配置された複数の電源ユニット（ＰＳＵ）と、
前記複数の下部レセプタクル内に配置された複数のバッテリバックアップユニット（ＢＢＵ）と、
前記複数のＰＳＵと前記複数のＢＢＵとの間の空気流領域とを備える、電源棚。
前記空気流領域は、前記複数の下部レセプタクルの上面、および前記複数の上部レセプタクルの底面によって少なくとも部分的に画定される、請求項８に記載の電源棚。
前記筐体は、等しい数の前記上部レセプタクルおよび前記下部レセプタクルを含む、請求項８に記載の電源棚。
前記空気流領域は、複数のチャネルを備え、各チャネルは、前記複数のＰＳＵのうちの１つと前記複数のＢＢＵのうちの１つとのペアに対応する、請求項８に記載の電源棚。
前記複数のチャネルは、実質的に平行であり、同じ方向に前記棚を通る空気流を可能にする、請求項１１に記載の電源棚。
前記空気流領域に結合され、前記空気流領域を通る空気流を可能にするように構成された少なくとも１つのファンをさらに備える、請求項８に記載の電源棚。
前記ファンは、前記電源棚の端部に配置され、前記電源棚の反対側の端部から前記空気流領域に空気を引き込む、請求項１３に記載の電源棚。
ラックマウント型機器棚であって、
電子機器を収容するための少なくとも１つのレセプタクルを有する筐体と、
前記少なくとも１つのレセプタクル内に配置された電子機器と、
前記筐体に結合されたチャネルと、
前記チャネルを通って空気を引き込むために前記チャネルに結合された少なくとも１つのファンであって、それにより、前記チャネルを通って引き込まれた前記空気が、前記電子機器および／または前記棚を所望の温度に維持する、少なくとも１つのファンとを備える、ラックマウント型機器棚。
前記電子機器は、少なくとも１つの電源ユニット（ＰＳＵ）を含む、請求項１５に記載のラックマウント型機器棚。
前記電子機器は、少なくとも１つのバッテリバックアップユニット（ＢＢＵ）を含む、請求項１５に記載のラックマウント型機器棚。
前記チャネルは、前記筐体の上面に結合される、請求項１５に記載のラックマウント型機器棚。
前記チャネルは、前記筐体の下面に結合される、請求項１５に記載のラックマウント型機器棚。
前記少なくとも１つのレセプタクルは、複数の上部レセプタクルおよび複数の下部レセプタクルを含み、
前記チャネルは、前記複数の上部レセプタクルと前記複数の下部レセプタクルとの間に配置される、請求項１５に記載のラックマウント型機器棚。