JP6876757B2 - サーバーの送風における動的空気インピーダンス機構 - Google Patents

Description

本開示は、サーバーの送風における動的空気インピーダンスの機構に関し、かつ、サーバーにおける空気流の制御方法に関する。

現在のサーバーシステムは、冷却空気の空気流管理用に（複数の）空気ダクトを用いる。たとえば特許文献１は、第１端部と第２端部を備える筐体、該筐体内に設けられる第１の複数の間仕切り、及び、該筐体内に設けられる第２の複数の間仕切りを有するシステムを開示している。当該筐体は、底部、並びに、前記第１端部から前記第２端部へ伸びる第１及び第２の対向する側壁を有する。前記第１の複数の間仕切りの各々は、複数の区画の各々に係る少なくとも１つの第１換気開口部を有する。前記第２の複数の間仕切りの各々は、複数の間仕切り列を貫通する少なくとも１つの間仕切りダクト、及び、前記少なくとも１つの間仕切りダクトと複数の区画のうちの関連するものとを接続する少なくとも１つの第２換気開口部を有する。（複数の）空気ダクトにはインピーダンスを管理する（複数の）換気穴が供される一方、冷却空気は、前記空気ダクトを貫流する。同一の空気流量の条件では、（複数の）寸法、空気流の量、及び空気ダクト上での（複数の）換気穴の位置が一定であるため、空気ダクトのインピーダンスは一定である。「インピーダンス」とは、移動の妨害であって、この場合では、空気流における妨害である。空気流がインピーダンスによって遅くなることで、圧力勾配が、障害物の手前で生じる。

しかし現時点では、様々なシステム構成要件とファンの電力節約のため、（複数の）換気穴の（複数の）寸法と数を動的に変更することで、同一の空気ダクトにおいてインピーダンスを調節する機構及び方法は存在しない。

一の実施形態では、本開示は、制御板と（複数の）換気穴を備える空気ダクトを有する動的空気インピーダンス機構を供する。前記制御板と（複数の）換気穴を備える前記空気ダクトは、空気インピーダンスを変化させるために相対的に可動である。

他の実施形態では、本開示はシステムを供する。当該システムでは、サーバーの構成要素が変更、再配置、又は前記サーバーのシャーシ上で置換されるときに、当該システムの冷却要求を満たすように、前記サーバーを流れる空気流の設定が動的に変更可能である。

さらに他の実施形態では、（複数の）ファンに係る電力節約は、当該動的空気インピーダンス機構を利用して、前記サーバーの構成要素の冷却要求に基づいて前記サーバーのインピーダンスを調節することによって実現される。

本開示の他の実施形態では、サーバーシャーシ上の様々な構成要素へ冷却空気を運ぶ複数の空気ダクトの各々には、本開示の動的空気インピーダンス機構が供されてよい。

一の開示された実施形態は、動的空気流インピーダンス機構である。当該機構は、複数の換気穴を含む空気ダクト、複数の開口部を含む制御板、及び、ファンを有する。前記空気ダクト及び前記制御板は、相互に相対運動するように配置される。ファンは、前記空気ダクト内の前記換気穴を介して空気を引き込む。前記空気ダクト内の前記複数の換気穴に対して前記制御板内の前記複数の開口部を移動させることによって、前記複数の換気穴を流れる空気流のインピーダンスが調節される。

第２実施形態では、サーバーは、シャーシ、複数の異なる電子部品、少なくとも１つの冷却ファン、及び、複数の換気穴を有する少なくとも１つの空気ダクトを有する。当該サーバーはまた、複数の開口部を備える少なくとも１つの制御板をも有する。前記少なくとも１つの制御板内の前記複数の開口部は、前記少なくとも１つの空気ダクト内の前記複数の換気穴に対して相対運動可能である。前記相対運動の結果、前記少なくとも１つの空気ダクトを流れる空気流のインピーダンスが調節される。

第３実施形態は、空気ダクトによって冷却されるように配置される複数の電子部品を有するサーバーを流れる空気流のインピーダンスを調節する方法を開示している。少なくとも１つの空気ダクトは、該空気ダクト内の複数の換気穴を介して空気を運ぶ。少なくとも１つのファンは、前記空気ダクトを介して空気を引き込む。制御板は、複数の開口部を画定する。前記制御板には、前記空気ダクト内の前記換気穴のうちの対応するものに対する相対運動が与えられる。その結果、前記制御板内の前記開口部と前記空気ダクト内の前記換気穴のうちの対応するものの相対運動は、当該サーバーのインピーダンスを制御する。

上記の手段は、本開示の各実施形態又はすべての態様を表すことを意図していない。むしろ上記の手段は、本願で述べる新規な態様及び特徴の一部の例を与えているだけである。上述の特徴と利点及び本開示の他の特徴は、添付図面及び請求項を参照すれば、本発明を実行する代表的実施形態及び態様についての以下の詳細な説明から容易に明らかとなる。

上述の開示事項並びにその利点及び特徴がどのようにして得られるのかを説明するため、上で簡単に説明した原則の具体的な説明が、添付図面に表された具体例を参照することによって与えられる。図面は、典型的な実施形態しか表していないので、様々な実施形態又は請求項を限定するものと解されてはならない。本願の原理については、添付図面を利用しながらさらに具体的かつ詳細に記述及び説明する。
サーバーの低インピーダンスモードの要件を概略的に表している。 図１Ａのサーバーとは異なる設定のサーバーの高インピーダンス要件を概略的に表している。 本開示の動的空気インピーダンスの概略的分解図である。 第１設定における本開示の制御板を概略的に表している。 第２設定における図３Ａの制御板を概略的に表している。 インピーダンスと空気流との関係をグラフで表している。 ファンの圧力、インピーダンス、及び空気流との一の関係をグラフで表している。

本発明について、添付図面を参照しながら説明する。図中、同様の参照番号は、全図を通して、同様又は同等の部材を指定するのに用いられている。図は、正しい縮尺で表されておらず、単に本発明を図で表すために供される。本発明の複数の態様については、以降で例示用の典型的な応用例を参照しながら説明する。多数の具体的詳細、関係、及び方法は、本発明を完全に理解するために与えられることに留意して欲しい。しかし当業者は、本発明が１つ以上の具体的詳細や他の方法なしでも実施可能であることを容易に理解する。他の場合では、本発明を曖昧にすることを回避するため、周知構造又は動作は詳細に示されていない。本発明は、表された処理又は事象の順序によって限定されない。よって一部の処理は、異なる順序で起こり得るし、あるいは他の処理又は事象と同時に起こることもあり得る。さらに本発明による方法を実施するのに表された処理又は事象のすべてが必要なわけではない。

図１Ａは、サーバーの様々な電子部品を有するシャーシ１０を表している。前記様々な電子部品は、シャーシ１０内部でシャーシ１０と接するように配置される。シャーシ内部の様々な電子部品は、シャーシ１０内部でシャーシ１０と接する様々な電子部品の性質、個数、及び配置に応じて、様々な冷却要求を有する。ファン１２は、複数の換気穴２０，２１，２２，２３，２４等を有する空気ダクト１８を介して空気を引き込むことによって様々な電子部品−たとえばＰＣＩｅカード１４及びＣＰＵ１６−を冷却するため、矢印１３の方向にシャーシ１０を介して空気を引き込む。図１Ａに示されているように、空気ダクト１８は低インピーダンスモードで動作している。単一のファン１２しか表されていないが、２つ以上のファン１２が、シャーシ１０を介して空気を引き込むように供されてよいことに留意して欲しい。実際、シャーシ１０内部の他の電子部品とは異なる冷却要求を有するある部品又はその群へ冷却空気を供するため、単一のシャーシ１０内部に２つ以上の空気ダクト１８が供されてよい。ファン１２は、従来の電気モータで動くファンであるが、他の形態の力−たとえば流体動力−が、ファン１２を動かすのに用いられてよい。他の部品―たとえばハードディスクドライブ（“ＨＤＤ”）１５−も、シャーシ１０内部に格納されてもよい。

図１Ａの低インピーダンスモードとは対照的に、高インピーダンスモードが図1Ｂに表されている。図1Ｂは、図１Ａと同一のシャーシ１０を表しているが、内部の部品の配置は異なっている。ファン１２は依然として、矢印１３の方向に空気を引き込む。ＣＰＵ１６は依然として、空気ダクト１８とファン１２との間に配置されている。しかしＰＣＩｅカードは、図1Ｂの構成から省略されている。よって図１Ａの換気穴２０，２１，２２，２３，２４はここでは、本開示の動的空気インピーダンス機構によって閉じられていて、空気が空気ダクト１８を貫流できるように、換気穴２５，２６，２７，２８のみが開いたままである。

図２は、本開示による動的空気インピーダンス機構の一の実施形態の分解図である。空気ダクト１８には、複数の換気穴２０，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８が供される。個々の換気穴２０，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８は同一サイズの正方形又はひし形の形状を有するものとして表されているが、それは換気穴の形状、サイズ、分布の単なる例であることに留意して欲しい。換気穴は、不均一な形状及び／又は寸法であってよい。たとえば一部は四辺形形状だが、同一寸法の辺を有しても良いし、また長さの異なる辺を有してもよい。そのような形状には、正方形、長方形、平行四辺形、ひし形、台形、及び凧形が含まれる。あるいはその代わりに、換気穴は、４四辺形以外の図形―たとえば三角形、五角形、六角形、七角形、及び八角形等―によって画定されてもよい。換気穴はまた、曲線を有する構成−円、楕円、弓形、レンズ、三日月形、卵形、四葉形状、及び他の曲線を有する形状を含む―でもよい。

図２はまた、制御板３０をも表している。制御板３０は、空気ダクト１８と相対運動可能なように空気ダクト１８と共に配置されている。制御板３０にはタブ３２が供されてよい。タブ３２によって、空気ダクト１８との相対運動を補助するように圧力が印加され得る。制御板３０にはまた、内部に複数の開口部３１，３３，３４，３５，３６，３７，３８，３９等が供されてよい。繰り返しになるが制御板３０内のこれらの開口部３１，３３，３４，３５，３６，３７，３８，３９等は正方形又はダイアモンド形状として表されてきたが、これらの開口部３１，３３，３４，３５，３６，３７，３８，３９等は、換気穴２０，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７、及び２８に適した同一又は異なる構成をとってもよい。

図３Ａからわかるように、制御板３０内の開口部が空気ダクト１８内の換気穴と位置合わせされるとき、最大（低インピーダンス）の空気流が空気ダクト１８へ引き込まれる。

しかし図３Ｂに示されているように空気ダクト１８と制御板３０を相対運動させることによって、開口部４０，４１，４２，４３，４４，４５，４６，４７，４８、及び４９等のサイズは、空気ダクト１８内の換気穴２０，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８等や、制御板３０内の開口部３１，３３，３４，３５，３６，３７，３８，３９等と比較して小さくなる。図３Ｂは、図３Ａの構成よりも高いインピーダンスを有する。

インピーダンスと空気流との関係が図４で図示されている。概してインピーダンスが増大することで、要求される圧力ヘッド（及びファンによって消費される対応電力）が増大する。インピーダンスを減少させることによって、空気流も減少する一方で、ファンの電力消費も減少する。

図５は、所望の動作地点を表している。所望の動作地点では、動作中でのファンの曲線、システムのインピーダンス、及びシステムの空気流が交差する。システムはこの交点以外で動作し得るが、本開示の動的空気インピーダンス機構は、インピーダンスの大きさを単純な方法で制御することで、ファンの空気流と電力消費との所望のバランスを実現し得る。

以上、本発明の様々な実施形態について述べたが、それらの実施形態が、単なる例であり限定ではないことを理解されたい。開示された実施形態に対する多数の変更が、本発明の趣旨又は範囲から逸脱せずに、本開示に従って行われうる。したがって、本発明の広さ及び範囲は、前述の実施形態のいずれによっても限定されるべきでない。より正確に言うと、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲とその均等物によって定義されるべきである。

本発明を１つ以上の実施態様に関して図示し述べてきたが、本明細書及び添付図面の読み取りと理解に基づいて、等価な変更及び修正が行われる又は当業者に知られる。更に、本発明の特定の特徴が、幾つかの実施態様の１つのみに関して開示されたが、そのような特徴が、任意の所定又は特定用途に望ましく有利になるように、他の実施態様の１つ以上の他の特徴と組み合わせられうる。

本明細書で使用される用語は、特定の実施形態について述べるためだけのものであり、本発明を限定するものではない。本明細書で使用されるとき、単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈で特に断らない限り、複数形も含む。更に、用語「含む（including）」、「含む（includes）」、「有する（having）」、「有する（has）」、「備える（with）」、又はこれらの変形は、詳細な説明及び／又は特許請求の範囲で使用される範囲で、そのような用語は、「含む（comprising）」と同じように包括的である。

特に定義されない限り、本明細書で使用される全ての用語（技術及び科学用語を含む）は、当業者によって一般に理解される意味と同じ意味を有する。更に、一般に使用されている辞書で定義されたような用語は、関連技術の文脈での意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本明細書で明示的に定義されない限り、理想的又は過度に形式的な意味で解釈されない。

Claims (10)

1. 動的空気流インピーダンス機構であって、
   内部に複数の換気穴を有する空気ダクト、
   内部に複数の開口部を有する制御板、及び、
   前記空気ダクト内の前記複数の換気穴を介して空気を引き込むファン、
   を有し、
   前記空気ダクト及び前記制御板は、相互に相対運動するように配置され、
   前記制御板は、前記空気ダクトに対して前記制御板が相対運動するように圧力が加えられる、前記制御板の角から突出するシート状のタブを有し、
   前記空気ダクト内の前記複数の換気穴に対して前記制御板内の前記複数の開口部を動かすことによって、前記複数の換気穴を流れる空気流のインピーダンスが調節さる、
   動的空気流インピーダンス機構。
2. 請求項１に記載の動的空気流インピーダンス機構であって、前記制御板内の前記複数の開口部の各々は四辺形形状である、動的空気流インピーダンス機構。
3. 請求項２に記載の動的空気流インピーダンス機構であって、前記空気ダクト内の前記複数の換気穴の各々は、前記制御板内の前記複数の開口部のうちの対応する開口部と同一の形状である、動的空気流インピーダンス機構。
4. 請求項２に記載の動的空気流インピーダンス機構であって、前記空気ダクト内の前記複数の換気穴の各々は、前記制御板内の前記複数の開口部のうちの対応する開口部とは異なる形状である、動的空気流インピーダンス機構。
5. 請求項２に記載の動的空気流インピーダンス機構であって、前記複数の換気穴の各々は、曲線を有する形状である、動的空気流インピーダンス機構。
6. 請求項１に記載の動的空気流インピーダンス機構であって、前記空気ダクト内の前記複数の換気穴の位置に対する前記制御板内の前記複数の開口部の位置を制御することによって、前記複数の換気穴を流れる空気流は制御される、動的空気流インピーダンス機構。
7. シャーシ、複数の異なる電子部品、少なくとも１つの冷却ファン、内部に複数の換気穴を有する少なくとも１つの空気ダクト、及び、内部で複数の開口部を画定する少なくとも１つの制御板を有するサーバーであって、
   前記少なくとも１つの制御板内の前記複数の開口部は、前記少なくとも１つの空気ダクト内の前記複数の換気穴に対して相対運動が可能で、
   前記制御板は、前記相対運動するように圧力が加えられる、前記制御板の角から突出するシート状のタブを有し、
   前記相対運動の結果、前記少なくとも１つの空気ダクトを通る空気インピーダンスが調節される、
   サーバー。
8. 請求項７に記載のサーバーであって、
   前記少なくとも１つの空気ダクトの個数は１で、
   前記少なくとも１つの制御板の個数は１である、
   サーバー。
9. 請求項７に記載のサーバーであって、前記少なくとも１つの制御板内の前記複数の開口部の各々は四辺形形状である、サーバー。
10. 請求項９に記載のサーバーであって、前記少なくとも１つの空気ダクト内の前記複数の換気穴の各々は四辺形形状である、サーバー。

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