JP5830774B2 - 冷却を伴う機器ラック電力分配システム - Google Patents

Description

関連出願の相互参照

[0001]本特許出願は、２０１０年１１月９日に出願され、本明細書の譲受人に譲渡され、本明細書によって参照により本明細書に明確に組み込まれる、「ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ−ＲＡＣＫ ＰＯＷＥＲ ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ ＷＩＴＨ ＣＯＯＬＩＮＧ」と題する、米国特許仮出願第６１／４１１，８３１号に対する優先権を主張する。

[0002]ＲＥＴＭＡラックなどの電気機器ラック用の電力分配ユニット（ＰＤＵ）は、高度に洗練されてきた。かつては、単なるテーブルタップにすぎなかったが、今日では、ＰＤＵは、任意の多数の出口のオフ／オンを切り替え、遠隔電力マネージャからコマンドを受信して遠隔電力マネージャにデータを送信し、無停電電源（ＵＰＳ）などの電力源を制御するなどの機能を実施することができる、複雑な回路を含むことがある。かかるＰＤＵは、マイクロプロセッサ及び組込みソフトウェアを含むことができ、遠隔に位置するユーザの制御の下でウェブブラウザを介してアクセスすることができる。かかるＰＤＵの例は、米国特許第７，１１６，５５０号、第７，１３７，８５０号、第７，１７１，４６１号、及び第７，１９６，９００号に見出すことができ、これら全ては、参照により本明細書に組み込まれる。

[0003]機器ラックの中にＰＤＵを収容することのできる物理的な空間は、かかるラックの中の空間のほとんどが、コンピュータ及び他の電子器具により占められるので、貴重である。これらの器具のほとんど又は全てが、ＰＤＵから電力を引き込む。したがって、ＰＤＵは、典型的には、１つ又は複数の電力入力部及び最大２４個又はそれ以上の電力出力部をかろうじて収容できる余地を有する、長く、狭く、窮屈な筐体内に組み込まれる。かかるＰＤＵは、垂直のフォームファクタを有して設計されることが多く、機器ラックの後方の角の区域に垂直に、ラック内の器具のじゃまにはならないが、ラックの後ろからアクセス可能に取り付けやすくし、その結果、器具は、容易に出力部へとプラグ接続し、又、出力部からプラグを抜くことができる。

[0004]一般的に、ＰＤＵのハウジングは、ＰＤＵにさらなる能力を与える、より複雑な回路が追加されたにもかかわらず、拡張されていない。しかし、この回路は熱を発生し、かかる回路がＰＤＵハウジングの限定された空間内にさらに追加されるにつれて、この熱を放散させることが重大な問題となってきた。

[0005]熱放散問題に加えて、ますます複雑となってきているコンピュータ及び他の器具を、しかもより多く、電気機器ラック内に、設置する傾向がある。これにより、ラック内でより多くの熱が発生する影響が生じており、より多くの需要がＰＤＵに生じ、それによりＰＤＵ内で回路が発生する熱の量が増加し、その熱を放散させることができるラックの中の空気の量が減少する。ＰＤＵ内の限定された空間内で発生したさらなる熱、ラック内の器具が発生したさらなる熱、及びラックの中のより少ない空気の空間が組み合わされて、ＰＤＵ内での内部温度を安全限界内に保つことが、非常に困難になった。

[0006]機器ラックの中の熱管理の一般的な問題は認識されてきており、機器ラック内のコンピュータ、コンピュータ電源、及び他の器具を冷却するために、様々な方法及びデバイスが提案されてきた。例として、Coglitoreに発行された米国特許第７，１７３，８２１号において、様々な器具を、高架型の電源を備えるラックの中に背中合せに設置して、冷却空気が器具間を流れ、中央電源をラックの中に、中央電源自体に専用の冷却システムを備えて配置することが提案されている。

[0007]簡単に一般的な言葉で言えば、機器ラックＰＤＵの中の熱放散の問題は、ＰＤＵを通して冷却空気を循環させることにより解決される。実施形態による機器ラック電力分配システムは、ＰＤＵハウジングと、ハウジングを貫いて設けられた電力入力部と、ハウジングの表面に配設された複数の電力出力部と、ハウジングに囲まれ、電力入力部と電力出力部を相互接続する回路と、ハウジングに設けられた１つ又は複数の空気入口と、ハウジングに設けられた１つ又は複数の空気出口と、空気入口及び空気出口のうちの少なくとも１つに接続される空気流デバイスとを含む。

[0008]空気出口とハウジングとの間の空間は、ガスケットで閉鎖することができる。空気流デバイスは、送風器、及び送風機とハウジングの間の空気の通路を画定する導管を含むことができる。２つの送風器を有する実施形態では、送風器の間にバッフル（ｂａｆｆｌｅ：偏向器）を枢動的に配設することができ、その結果、両方の送風器が運転状態にされると、送風器からの空気の流れがバッフルを中立状態へと押しやり、一方の送風器が運転状態にされると、空気の流れがバッフルを他方の送風器に押しつける。温度調節器などの環境検知器を使用して、ＰＤＵハウジング内部の温度に応じて、送風器を運転状態にすることができる。

一実施形態にしたがってＰＤＵを設置した機器ラックの、ラックの前から描写した斜視図である。 一実施形態にしたがってＰＤＵを設置した機器ラックの上部の、ラックの後ろから描写した斜視図である。 一実施形態にしたがってＰＤＵを設置した機器ラックの上部の、ラックの前から描写した斜視図である。 一実施形態にしたがってＰＤＵを設置した機器ラックの下部の、ラックの前から描写した斜視図である。 ブラケット及び送風器組立体の、前から描写した斜視図である。 ブラケット及び送風器組立体の、後ろから描写し、導管を除去して両方の送風器を動作させたバッフルを示す斜視図である。 ブラケット及び送風器組立体の、後ろから描写し、導管を除去して一方の送風器を動作させたバッフルを示す斜視図である。 冷却管がラック内でＰＤＵに接続されている、複数の機器ラックの上面図である。

[0017]図１〜３に示すように、一実施形態による機器ラック電力分配システムは、細長い電力分配ユニット（ＰＤＵ）ハウジング１０１を含む。ハウジングは、ＲＥＴＭＡ機器ラック１０３などのラック内に設置して示されている。ＰＤＵハウジングは、任意の好都合な取付具によりラックに固定することができる。例えば、ＰＤＵハウジングは、ブラケット１０５により、ハウジングの中の孔を通りラックの部分であるブラケット１０７を通って延在する留め具（図示せず）により、又は所望に応じて何らかの他の取付装置により支持することができる。棚ブラケット１０９などの複数の支持体が、ラックの中に含まれ、ラックの中に設置されるコンピュータ及び他の器具を支持するために使用される。例示される実施形態のいくつかは、機器ラックの中に垂直に取付け可能なＰＤＵハウジングを提供するものであるが、本明細書に記載の概念は、水平に取付け可能なユニットなど他のフォームファクタを有するＰＤＵにも適用されることが、容易に理解されよう。

[0018]電力入力部１１１は、ハウジング１０１に貫設されており、ＰＤＵに電力を提供する。電力入力部は、図示のように単相電力コード及びプラグの形態のことがあり、３相電力コード及びプラグであることがあり、又はＲｏｍｅｘケーブルなどの恒久的に結線された給電であることがある。電力入力部は、いくつかの実施形態では、２つの又は過剰な電力入口部を含むことができる。電力出力部１１３は、ハウジングの表面１１５に配設される。ＰＤＵハウジングに囲まれた回路（図示せず）は、電力入力部と電力出力部を相互接続しており、出力部を通る電力の流れのパラメータを検知し、出力部を制御し、外部の電力管理アプリケーション（図示せず）と通信するなど他の機能を実施することができる。

[0019]空気入口１１７が、ハウジングの第１の端部１１９に配設される。図示実施形態では、空気流デバイス１２１が空気入口に接続される。図４に示した別の実施形態では、空気出口１２３がハウジングの第２の端部１２５に配設され、空気流デバイス１２７が空気出口に接続される。いくつかの実施形態は、空気入口及び空気出口の両方に、空気循環デバイスを使用することがあり、他の実施形態は、入口及び出口のうちの一方にだけ、空気循環デバイスを使用する。

[0020]図２に戻って、いくつかの実施形態では、デジタル読出器１２９又は回路と通信する他の表示器が、出力部と出口の１つ若しくは全てへの電流、電圧、温度、又はＰＤＵに関する他のパラメータなどの情報の視覚表示を行う。

[0021]ガスケット１３１などの複数のガスケットを使用し、電力出力部の周りの空気の漏れを最小にすることができる。かかる各ガスケットは、出力部のうちの１つとハウジングの間の封止を形成する。ガスケットは、出力部の縁部及びハウジングの表面１１５と共形となる、ゴム、合成ゴム、又は何らかの他の物質であることができる。

[0022]空気流デバイス１２１は、少なくとも１つの送風器１３３、及び送風器とハウジングの間に空気の通路を画定する導管１３５を含むことができる。空気流デバイスは、他の実施形態では、ＰＤＵハウジング内に、又はＰＤＵハウジングに直に隣接して配置される単なる１つの送風器など、より多い又はより少ない構成要素を含んでもよいことが、容易に理解されよう。図２の実施形態の空気流デバイス１２１を続けて参照する。ブラケット１３７は、ブラケットをラックに装着するために留め具１４１を受ける開口１３９などの、機器ラック取付具を含む。複数の開口１４３などの送風器取付具が、送風器１３３をブラケット１３７に装着するために留め具（図示せず）を受けることができる。いくつかの実施形態は、例えば、ブラケット１３７により担持されて示される第２の送風器１４５といった、１つより多い送風器を使用する。

[0023]いくつかの実施形態は、送風器を省略することがある。ハウジング内の空気は、ハウジングの中の配線及び回路により暖められ、上昇して、頂部でハウジングを出る。このことによって、新鮮で比較的冷えた空気が底部でハウジングの中へと引き込まれ、底部でハウジングの中へと流入する空気の流れのパターンを確立し、ハウジングの中の回路及び配線から熱を抽出し、空気が熱を抽出するにつれて上昇し、頂部でハウジングを出ることとなる。導管を使用して、ラックの外部からハウジングの底部へ、又はハウジングの頂部からラックの外部へ、又は両方の空気流の経路を設けることができる。例示される実施形態では、空気流デバイスを空気入口に接続することができ、空気入口は、ハウジングの頂部若しくは底部のいずれかに、又は頂部若しくは底部のいずれかの近くに配置することができ、そのためデバイスは、冷えた空気を、導管を通してハウジングの中へと強制的に流す。暖められた空気は、その結果、ハウジングの反対の端部で、又はハウジングの反対の端部の近くで、空気出口を通って排出される。空気流デバイスは、他の実施形態では、空気出口に接続され、暖かい空気をハウジングの外へ引き出すことができる。いくつかの実施形態では、空気流デバイスは、空気入口及び空気出口の両方で使用される。空気出口は、いくつかの実施形態では、ＰＤＵハウジング内に複数の開口を含み、複数の開口が、空気入口（複数の場合もあり）を通ってハウジングの中へと流入された空気をＰＤＵハウジングから排出せしめ、ハウジング内の構成要素から熱を抽出することを可能にする。空気出口は、ハウジングの１つ又は複数の表面に沿って均一に配置することができ、又はハウジング内の特定の構成要素の周りに増量した空気流をもたらすように配置することができる。

[0024]送風器を有する実施形態では、送付器が冷えた空気を、例えば図１〜４に示した実施形態でのように機器ラックの外側から引き込み、この冷えた空気をハウジングの中へと強制的に流す。送風器のこの動作によって、空気がハウジングを通って流れ、熱を抽出し、空気出口を通ってハウジングの外に出ることになる。いくつかの実施形態では、管が、暖められた空気を空気出口から、例えば機器ラックの外へと導いてもよい。

[0025]図５〜７に示したように、２つの送風器を、互いに隣接して設置することができる。第１の送風器１４７及び第２の送風器１４９が、ブラケット１５１により支持され、単一の導管１５３により囲まれる。バッフル１５５は、この実施形態によれば、２つの送風器の間に枢動式に配設される。例えば、バッフルは、枢動位置１５９で枢動軸１５７により支持することができる。バッフルは、第１の空気板１６１及び第２の空気板１６３を有することができ、それぞれ、第１の空気板１６１は、一方の送風器１４７から流れる空気を受けるように配設され、第２の空気板１６３は、他方の送風器１４９から流れる空気を受けるように配設される。両方の送風器が活動状態にされると、図６に示したように、送風器からの空気の流れがバッフルを中立状態へと押し、一方の送風器が活動状態にされると、空気の流れがバッフルを他方の送風器に押しつける。例えば、図７に示したように、第１の送風器１４７が活動状態にされ第２の送風器１４９が活動状態にされないとき、送風器１４７からの空気流が第１の空気板１６１を押し、バッフルを枢動軸１５７の周りで枢動させ、第２の空気板１６３を第２の送風器１４９に対して押して、空気が、第２の送風器１４９を通ってラックの外へと戻って逃げることを防止する。

[0026]全体的に１６５で示される温度調節器などの環境検知器を使用して、いくつかの実施形態では、強化した冷却を実現してもよい。環境検知器１６５は、送風器と電気通信し、ハウジングの中の温度に応答し、必要に応じて、送風器を活動状態にさせなかったり、１つの送風器を活動状態にしたり、又はより多くの送風器を活動状態にしたりして、ハウジングの内側の温度を所望の制限内に保つ。例えば、温度調節器は、ハウジングの内側に温度検知器（図示せず）を含むことができる。

[0027]いくつかの実施形態によれば、２つより多い送風器を設けることができる。例えば、第３の送風器１６７及び第４の送風器１６９を、パネル１５１内に設置し、導管１７１で囲むことができる。導管１５３は、ハウジングの空気入口２２７へと延在することができ、導管１７１は、空気出口１２３へと延在することができる。送風器１４９及び１５１は、ラックの外側から冷えた空気を引き込み、ハウジングの中へと空気を押し入れることになり、送風器１６７及び１６９は、ハウジングから暖かい空気を引き抜き、ラックの外へ空気を押し出すことになる。或いはまた、導管１７１は、導管１５３と合流し、空気流のより速い速度を実現したり、又は複数の送風器のうちの様々な送風器を選択的に活動状態にすることを可能にすることによって、冷却の空気流の量についてより正確な制御を実現したりすることができる。

[0028]図８は、複数の機器ラック２０１、２０２、２０３、２０４、２０５及び２０６が、外部供給源（図示せず）から冷却空気を供給される構成を例示する。外部供給源は、中央空調装置又は冷却空気の流れを得ることができる他のデバイスとすることができる。この冷却空気は、供給源から導管２０７を通って管２０９の中へと流れる。管２０９は、機器ラック２０１の中の接続管２２１を通ってＰＤＵハウジング２１１に、機器ラック２０２の中の接続管２２２を通ってＰＤＵハウジング２１２に、機器ラック２０３の中の接続管２２３を通ってＰＤＵハウジング２１３に、機器ラック２０４の中の接続管２２４を通ってＰＤＵハウジング２１４に、機器ラック２０５の中の接続管２２５を通ってＰＤＵハウジング２１５に、機器ラック２０６の中の接続管２２６を通ってＰＤＵハウジング２１６に、接続される。或いはまた、管２０９を様々なＰＤＵハウジングに直接接続するように構成することができ、この場合、接続管を省略することができる。所望であれば、他の配管構成を使用することができる。既に記載した実施形態でのように、空気は、ＰＤＵを通って上又は下のいずれにも流すことができる。例えば、管２０９を機器ラックの頂部に配置することができ、空気を、管２０９を通って、例えば送風器（図示せず）により、ＰＤＵハウジングの上部端へと、さらにハウジングを通って下に押し流すことができる。又は、管２０９を機器ラックの下に配置して、空気を、管２０９を通ってＰＤＵハウジングの下部端へと押し流すことができる。

[0029]実施形態にしたがい構築された冷却システムが試験された。検知器を使用して、ＰＤＵ内の様々な構成要素の、実際の温度が検知された。最初に、システムは、冷却がなく、ラックの内部で５０℃の公称周囲温度で試験された。次いで、システムは、動作中冷却をし、同じ周囲温度で試験された。最後に、システムは、動作中冷却をし、ラックの内部で７０℃の公称周囲温度で試験された。

[0030]第１の試験のリストでは、実際の周囲温度（線８）が、公称周囲温度を超えた。冷却なしでは、様々な構成要素の温度（線１〜６）は全て、周囲を顕著に超えた。冷却すると、全ての構成要素の温度が大幅に低下し、１つを除いて全ての構成要素が５０°の周囲より良好に低く、全ての構成要素が７０°の周囲より大幅に低かった。

[0031]本発明の様々な実施形態が詳細に記載されてきたが、これらの実施形態の修正形態及び改変形態が当業者に想到することは、明らかである。しかし、以下の特許請求の範囲に記載するように、かかる修正形態及び改変形態が本発明の範囲及び精神の中にあることを、明確に理解されたい。さらに、本明細書に記載の発明（複数可）は、他の実施形態で可能であり、様々な方法で、実施又は実行されることが可能である。加えて、本明細書で使用される言い回し及び用語は、記載のためであって、限定するものと考えるべきではないことを理解されたい。本明細書における、「含む（including）」、「備える（comprising）」又は「有する（having）」及びこれらの変形体の使用は、その後に列挙される項目及びその均等物並びに追加の項目を包含することを意味する。

Claims (16)

1. 電力分配ユニットハウジングと、
   前記電力分配ユニットハウジングを貫いて設けられた電力入力部と、
   前記電力分配ユニットハウジングの表面に配設された複数の電力出力部と、
   前記電力分配ユニットハウジングに囲まれ、前記電力入力部及び前記複数の電力出力部を相互に接続する回路と、
   前記電力分配ユニットハウジングに設けられた少なくとも１つの空気入口と、
   前記電力分配ユニットハウジングに設けられた少なくとも１つの空気出口と、
   前記少なくとも１つの空気入口及び前記少なくとも１つの空気出口のうちの１つ又は複数と流体的に連通するよう接続される空気流デバイスと
   を備え、
   前記空気流デバイスが、
   少なくとも１つの送風器と、
   前記少なくとも１つの送風器と前記電力分配ユニットハウジングとの間に空気の通路を画定する導管と、
   機器ラック取付ブラケットと、
   前記機器ラック取付ブラケットに連結された送風器取付具と、
   を備える、機器ラック電力分配システム。
2. 複数のガスケットをさらに備え、
   前記複数のガスケットが、前記複数の電力出力部と前記電力分配ユニットハウジングとの間の封止を形成する、請求項１に記載の機器ラック電力分配システム。
3. 前記電力分配ユニットハウジングが機器ラックの中の垂直取付用に構成されている、請求項１に記載の機器ラック電力分配システム。
4. 前記空気流デバイスが前記少なくとも１つの空気入口のうちの１つ又は複数と接続される、請求項１に記載の機器ラック電力分配システム。
5. 前記少なくとも１つの送風器が、機器ラックの外側から空気を引き入れ、前記空気を前記電力分配ユニットハウジングの中へと強制的に流入させる、請求項４に記載の機器ラック電力分配システム。
6. 前記少なくとも１つの送風器が、前記電力分配ユニットハウジングの中へと空気を強制的に流入させる、請求項１に記載の機器ラック電力分配システム。
7. 前記少なくとも１つの送風器が、前記電力分配ユニットハウジングの外側から空気を引き込み、前記電力分配ユニットハウジングを通して、前記少なくとも１つの空気出口のうちの１つ又は複数へと前記空気を強制的に流す、請求項６に記載の機器ラック電力分配システム。
8. 前記空気流デバイスが、前記空気入口のうちの１つ又は複数と流体的に連通する入口送風器と、前記空気出口のうちの１つ又は複数と流体連通する出口送風器とを備える、請求項１に記載の機器ラック電力分配システム。
9. 前記空気流デバイスが複数の送風器を備える、請求項１に記載の機器ラック電力分配システム。
10. 前記複数の送風器のうちの１つ又は複数の間に枢動式に配設されたバッフルをさらに備える、請求項９に記載の機器ラック電力分配システム。
11. 前記バッフルが第１の空気板と第２の空気板とを備え、前記第１の空気板が前記複数の送風器のうちの第１の送風器から流れる空気を受けるように配設され、前記第２の空気板が前記複数の送風器のうちの第２の送風器から流れる空気を受けるように配設される、請求項１０に記載の機器ラック電力分配システム。
12. 前記複数の送風器が運転状態にされると、前記複数の送風器からの空気の流れが前記バッフルを所定の位置へと付勢する、請求項１１に記載の機器ラック電力分配システム。
13. 前記複数の送風器と電気通信する温度検知器をさらに備え、前記温度検知器が前記電力分配ユニットハウジングの中の温度に応答して前記複数の送風器のうちの１つ又は複数を運転状態にする、請求項９に記載の機器ラック電力分配システム。
14. 前記温度検知器が熱電対及び温度調節器のうちの１つ又は複数を備える、請求項１３に記載の機器ラック電力分配システム。
15. 前記空気流デバイスと連結された環境検知器をさらに備え、所定の環境条件が検知されるときに前記空気流デバイスを運転状態にする、請求項１に記載の機器ラック電力分配システム。
16. 前記環境検知器が温度検知器を備える、請求項１５に記載の機器ラック電力分配システム。

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