WO2008155495A2 - Dispositif de refroidissement pour coffret d'équipement électronique - Google Patents

Dispositif de refroidissement pour coffret d'équipement électronique Download PDF

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    • H05K7/207—Thermal management, e.g. cabinet temperature control

Definitions

  • the invention relates to a cooling device for an electronic equipment cabinet, in particular enclosures complying with ATCA (Advanced Telecom Computing Architecture) standards. These boxes consist of several subsets:
  • a main subassembly having an open front face, and a rear face having a backplane provided with connectors for electronic cards.
  • This main subassembly comprises upper rails and lower rails for receiving electronic cards inserted parallel to the same vertical plane and perpendicular to the backplane. These rails are separated by spaces allowing the circulation of the air.
  • Each card has a metal strip which constitutes a vertical segment of the front face, when this card has been inserted into the subassembly. Card slots that are free are closed by filler cards.
  • a cooling subassembly is placed above or below the main subassembly. It comprises means for circulating air, and means for distributing this air into a plurality of separate flows flowing respectively in spaces separating the cards.
  • two cooling subassemblies can be provided: one above and one below the main subassembly.
  • This cooling subassembly may consist of a single drawer having a plurality of fans and airflow distribution means, so as to obtain approximately the same airflow on each card slot.
  • DE 20 2004 002 008 U1 discloses an electronic equipment cabinet comprising a main subassembly containing a group of electronic cards, and a cooling subassembly, these two subassemblies being superimposed.
  • the subset of cooling comprises walls delimiting a chamber. On a vertical face, this room has an air inlet and fans to create an overpressure in this room. On an upper face, it comprises horizontal rails, supporting the cards and separated by spaces for passing a plurality of separate air flows intended to flow respectively in spaces separating these cards.
  • the known cooling sub-assemblies are designed to obtain the same air flow rate on each card slot, taking into account the same maximum dissipation for all the cards: For example 200W on each of the cards.
  • the cards inserted in such a box do not all have the same functions, and therefore have very different dissipations.
  • the fact of obtaining the same air flow on each card slot is not an optimal use of the cooling means.
  • the cost of producing a cooling subassembly is therefore not optimized.
  • the generated noise can be unnecessarily high.
  • the object of the invention is to overcome this disadvantage.
  • the object of the invention is a cooling device for an electronic equipment cabinet comprising a main subassembly containing electronic cards, and a cooling subassembly, these two subassemblies being superimposed, this subassembly cooling device comprising means for creating a plurality of separate streams for moving respectively in spaces separating these cards; characterized in that the cooling subassembly comprises walls delimiting at least a first chamber and a second independent chamber with respect to the air pressure, each chamber having means for creating air flows, this first the chamber and the second chamber being respectively opposite a first and a second group of electronic cards, these two groups may have different cooling requirements; and in that the means of the first chamber for creating air flows are able to create an overpressure, or a depression, stronger than the overpressure, respectively the depression, that the means of the second chamber to create air flows, are able to create.
  • the cooling device thus characterized is more optimized than the known devices:
  • the flow rates of the air flows created by the first chamber are different from the flow rates of the air flows created by the second chamber, thanks to the fact that the overpressure (or the depression) is different in both rooms.
  • a lower overpressure (or depression) makes it possible to send on the cards with moderate dissipation an optimal flow of air and not a superabundant air flow, simply by placing the cards in a suitable way at the disposal of these two parts: the high-dissipation cards are placed in front of the chamber that produces high-flow air flows, and the cards with moderate dissipation are placed in front of the chamber that produces low-flow air flows.
  • the means for creating air flows comprise, for each chamber:
  • FIG. 1 shows an embodiment of electronic equipment cabinet with a cooling subassembly according to the prior art.
  • FIG. 2 shows an embodiment of an electronic equipment cabinet comprising a cooling subassembly according to the invention.
  • the embodiment according to the prior art shown in front view in FIG. 1, comprises: a main subassembly having a left wall P1, a right wall P2, and containing electronic cards C1, FIG. , C11, inserted parallel to the same vertical plane and perpendicular to a not shown backplane.
  • the card slots are all occupied, in this example.
  • These cards are separated, between themselves and with respect to the walls P1 and P2, by spaces D1,..., D12, allowing the circulation of the air.
  • Each card has a metal strip which constitutes a vertical segment of the front face. The air thus circulates in vertical ducts, each vertical duct having an approximately parallelepipedal shape delimited by a band, the backplane, and by two cards, or by a wall and a card. The upper end of this conduit is free.
  • a cooling subassembly made according to the prior art, is placed below the main sub-assembly, and it injects air vertically, from bottom to top, between the cards to evacuate the heat dissipated by the cards.
  • the cooling subassembly comprises a compression chamber CH1 having:
  • a horizontal grid G1 extending over the entire width of the cooling subassembly, and having the function of creating a slight overpressure in the chamber CH1 to approximately equalize the airflow F1, ..., F12 which are injected into the spaces D1, ..., D12, between the cards.
  • the fans V1, V2, V3 respectively inject three identical flows IF1, IF2, IF3 which mix in the chamber CH1 and create a uniform pressure on the grid G1.
  • the gate G1 thus injects flows F1,..., F12 having the same air flow, respectively in each space D1,..., D12. This deduction is calculated taking into account an identical maximum dissipation for all cards. For example, 200 watts for each card.
  • FIG. 2 is a front view of an exemplary embodiment of an electronic equipment cabinet comprising a cooling subassembly produced according to the invention.
  • This cooling subassembly has three parts: a central part provides high flow rate airflows for cooling high dissipation boards, and two side sections provide lower flow airflows for cooling purposes. cards with moderate dissipation. For example, 200 watts for each card of the central part, and 100 watts for each card of the two side parts.
  • the card slots are all busy, in this example.
  • the cards C16, C17, C18 have a strong dissipation whereas the cards C12, ..., C15, C19, ..., C22 have a moderate dissipation.
  • Each card has a metal strip which constitutes a vertical segment of the front face.
  • the air thus circulates in vertical ducts, each vertical duct having an approximately parallelepipedal shape delimited by a strip, the backplane, and by two adjacent cards, or by a wall and a card. The upper end of this conduit is free.
  • a cooling subassembly according to the invention is placed below the main subassembly, and it injects air vertically, from bottom to top, between the cards to evacuate the heat dissipated by the cards.
  • This cooling subassembly comprises: - at its lower part, three fans V4, V5, V6, aligned in the same horizontal plane; the fans V4 and V5 being separated by a wall P5; the fans V5 and V6 being separated by a wall P6; and the central fan V5 being designed to inject an IF5 flow having a much higher flow rate than the IF4 and IF6 flows respectively injected by each of the fans V4 and V6; - At its upper part, a horizontal grid G2 extending over the entire width of the subassembly.
  • the walls P5 and P6 have a length greater than the thickness of the fans and extend to touch the grid G2, so that they delimit, with the walls P3 and P4, three independent chambers CH2, CH3, CH4. as regards the pressure.
  • the G2 grid has the function of creating slight overpressures respectively in each of the three chambers
  • the overpressure is higher in the chamber CH3 because the ventilator V5 injects into this chamber CH3 an IF5 flow having a much higher flow rate (for example twice as much) than the respective flow rates of the IF4 and IF5 flows injected by the fans V4 and V6 respectively in chambers CH2 and CH4.
  • the gate G2 has, for the chamber CH2, the function of approximately equalizing the respective flow rates of the airflows F13,..., F16 which are injected into the spaces passing through a first batch of four cards C12,.
  • C15 with moderate dissipation. It has, for the CH3 chamber, the function of approximately equalizing the flow rates of the airflows F17,..., F20 which are injected into the spaces passing through a batch of four high-dissipation cards.
  • the cooling subassembly thus produced is optimized for a set of four high dissipation cards and eight cards with moderate dissipation.
  • the C15 and C19 cards are in an intermediate situation since they have a face covered by a high flow rate and a side covered by a moderate flow rate.
  • the components with the largest dissipation are generally located on the same face of the card. Therefore, one of these cards C15 and C19 can be a high dissipation card. For example, if the components with the largest dissipation are located are on the face seen on the left in Figure 2, on each card, the components with the greatest dissipation on the C18 card enjoy a stronger cooling through the F20 flow.
  • the scope of the invention is not limited to this embodiment. It is within the reach of the man of Art to adapt it to a different number of cards, and to adapt it to the powers which are to be dissipated. It is possible to provide a number of parts different from three. It is possible to provide each independent room with several fans. It is also possible to similarly perform a cooling assembly operating by air extraction, and which is placed above the main subassembly comprising the cards.

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Abstract

Un exemple de réalisation comporte trois ventilateurs (V4, V5, V6) respectivement associés à trois chambres de compression (CH2; CH3; CH4) qui sont séparées les unes des autres par des parois (P5, P6) aptes à maintenir une différence de pression. L'un des ventilateur (V4) engendre dans la chambre (CH3) associée à ce ventilateur une pression supérieure à celle engendrée par les autres ventilateurs (V4, V6) dans les autres chambres (CH2, CH4), afin de créer des flux d'air (F17,..., F20) ayant un débit plus élevé, et qui sont destinés à refroidir des cartes électroniques (C16, C17, C18) ayant une dissipation plus élevée que les autres cartes (C12,..., C15, C19,..., C22).

Description

Dispositif de refroidissement pour coffret d'équipement électronique
L'invention concerne un dispositif de refroidissement pour coffret d'équipement électronique, notamment les coffrets conformes aux normes ATCA (Advanced Telecom Computing Architecture). Ces coffrets sont constitués de plusieurs sous-ensembles :
- Un sous-ensemble principal ayant une face avant ouverte, et une face arrière comportant un fond de panier muni de connecteurs pour cartes électroniques. Ce sous-ensemble principal comporte des rails supérieurs et des rails inférieurs destinés à recevoir des cartes électroniques insérées parallèlement à un même plan vertical et perpendiculairement au fond de panier. Ces rails sont séparés par des espaces permettant la circulation de l'air. Chaque carte comporte un bandeau métallique qui constitue un segment vertical de face avant, quand cette carte a été insérée dans le sous-ensemble. Les emplacements de carte qui sont libres sont clos par des cartes de remplissage.
- Un sous-ensemble de refroidissement est placé au-dessus ou au- dessous du sous-ensemble principal. Il comporte des moyens pour faire circuler de l'air, et des moyens pour répartir cet air en une pluralité de flux distincts circulant respectivement dans des espaces séparant les cartes. Eventuellement, on peut prévoir deux sous-ensembles de refroidissement : l'un au-dessus et l'autre au-dessous du sous-ensemble principal. Ce sous- ensemble de refroidissement peut être constitué d'un seul tiroir comportant plusieurs ventilateurs et de moyens de répartition des flux d'air, de façon à obtenir approximativement un même débit d'air sur chaque emplacement de carte.
On peut prévoir de scinder un sous-ensemble de refroidissement en plusieurs modules extractibles séparément, pour pouvoir changer certains ventilateurs sans arrêter le fonctionnement des autres ventilateurs, et donc sans arrêter le fonctionnement des cartes. Par exemple, le document DE 20 2004 002 008 U1 décrit un coffret d'équipement électronique comportant un sous-ensemble principal contenant un groupe de cartes électroniques, et un sous-ensemble de refroidissement, ces deux sous-ensembles étant superposés. Le sous-ensemble de refroidissement comporte des parois délimitant une chambre. Sur une face verticale, cette chambre comporte une entrée d'air et des ventilateurs pour créer une surpression dans cette chambre. Sur une face supérieure, elle comporte des rails horizontaux, supportant les cartes et séparés par des espaces permettant de faire passer une pluralité de flux d'air distincts destinés à circuler respectivement dans des espaces séparant ces cartes.
Les sous-ensembles de refroidissement connus sont conçus pour obtenir un même débit d'air sur chaque emplacement de carte, en prenant en compte une dissipation maximale identique pour toutes les cartes : Par exemple 200W sur chacune des cartes. En pratique, les cartes insérées dans un tel coffret n'ont pas toutes les mêmes fonctions, et donc ont des dissipations très différentes. Le fait d'obtenir un même débit d'air sur chaque emplacement de carte n'est donc pas une utilisation optimale des moyens de refroidissement. Le coût de la réalisation d'un sous-ensemble de refroidissement n'est donc pas optimisé. En outre, le bruit engendré peut être inutilement élevé.
Le but de l'invention est de remédier à cet inconvénient. L'objet de l'invention est un dispositif de refroidissement pour un coffret d'équipement électronique comportant un sous-ensemble principal contenant des cartes électroniques, et un sous-ensemble de refroidissement, ces deux sous-ensembles étant superposés, ce sous-ensemble de refroidissement comportant des moyens pour créer une pluralité de flux distincts destinés à circuler respectivement dans des espaces séparant ces cartes ; caractérisé en ce que le sous-ensemble de refroidissement comporte des parois délimitant au moins une première chambre et une seconde chambres indépendantes en ce qui concerne la pression de l'air, chaque chambre comportant des moyens pour créer des flux d'air, cette première chambre et cette seconde chambre étant situées respectivement en face d'un premier et d'un second groupe de cartes électroniques, ces deux groupes pouvant avoir des besoins de refroidissement différents ; et en ce que les moyens de la première chambre pour créer des flux d'air sont aptes à créer une surpression, ou une dépression, plus forte que la surpression, respectivement la dépression, que les moyens de la seconde chambre pour créer des flux d'air, sont aptes à créer.
Le dispositif de refroidissement ainsi caractérisé est plus optimisé que les dispositifs connus : Les débits des flux d'air créés par la première chambre sont différents des débits des flux d'air créés par la seconde chambre, grâce au fait que la surpression (ou la dépression) est différente dans les deux chambres. Une surpression (ou une dépression) plus faible permet d'envoyer sur les cartes à dissipation modérée un flux d'air optimal et non un flux d'air surabondant, simplement en plaçant les cartes de manière adaptée à la disposition de ces deux parties : on place les cartes à forte dissipation face à la chambre qui produit des flux d'air à fort débit, et on place les cartes à dissipation modérée face à la chambre qui produit des flux d'air à faible débit. Bien entendu, s'il reste des emplacements libres en face de la chambre à fort débit, il est possible d'y placer des cartes à dissipation modérée. Selon un mode de réalisation préféré, les moyens pour créer des flux d'air comportent, pour chaque chambre :
- une grille de répartition de l'air ;
- et au moins un ventilateur.
L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-dessous et des figures l'accompagnant :
- La figure 1 représente un exemple de réalisation de coffret d'équipement électronique comportant un sous-ensemble de refroidissement selon l'art antérieur.
- La figure 2 représente un exemple de réalisation de coffret d'équipement électronique comportant un sous-ensemble de refroidissement selon l'invention.
L'exemple de réalisation selon l'art antérieur, représenté en vue de face sur la figure 1 , comprend : - Un sous-ensemble principal ayant une paroi gauche P1 , une paroi droite P2, et contenant des cartes électroniques C1 , ..., C11 , insérées parallèlement à un même plan vertical et perpendiculairement à un fond de panier non représenté. Les emplacements de carte sont tous occupés, dans cet exemple. Ces cartes sont séparés, entre elles et par rapport aux parois P1 et P2, par des espaces D1 ,...,D12, permettant la circulation de l'air. Chaque carte comporte un bandeau métallique qui constitue un segment vertical de face avant. L'air circule donc dans des conduits verticaux, chaque conduit vertical ayant une forme approximativement parallélépipédique délimitée par un bandeau, le fond de panier, et par deux cartes, ou bien par une paroi et une carte. L'extrémité supérieure de ce conduit est libre.
- Un sous-ensemble de refroidissement, réalisé selon l'art antérieur, est placé au-dessous du sous-ensemble principal, et il injecte de l'air verticalement, de bas en haut, entre les cartes pour évacuer la chaleur dissipée par les cartes. Le sous-ensemble de refroidissement comporte une chambre de compression CH1 ayant :
-- A sa partie inférieure, trois ventilateurs identiques V1 , V2, V3, alignés dans un même plan horizontal ; les ventilateurs V1 et V2 étant séparés par une paroi P3 ; les ventilateurs V2 et V3 étant séparés par une paroi P4 ayant une longueur égale à l'épaisseur des ventilateurs ; et les parois P3 et P4 ayant une longueur égale à l'épaisseur des ventilateurs.
-- A sa partie supérieure, une grille horizontale G1 s'étendant sur toute la largeur du sous-ensemble de refroidissement, et ayant pour fonction de créer une légère surpression dans La chambre CH1 afin d'égaliser approximativement les flux d'airs F1 , ..., F12 qui sont injectés dans les espaces D1,..., D12, entre les cartes. -- Et un espace ménagé entre les ventilateurs V1 , V2, V3 d'une part, et la grille G1 d'autre part, pour crée une cavité dans laquelle se mélangent les flux d'airs produits par les ventilateurs V1 , V2, V3 avant que le flux résultant de mélange traverse la grille G1.
Les ventilateurs V1 , V2, V3 injectent respectivement trois flux identiques IF1, IF2, IF3 qui se mélangent dans la chambre CH1 et créent une pression uniforme sur la grille G1. La grille G1 injecte ainsi des flux F1, ..., F12 ayant un même débit d'air, respectivement dans chaque espace D1 , ..., D12. Ce dédit est calculé en prenant en compte une dissipation maximale identique pour toutes les cartes. Par exemple, 200 watts pour chaque carte.
La figure 2 représente en vue de face un exemple de réalisation de coffret d'équipement électronique comportant un sous-ensemble de refroidissement réalisé selon l'invention. Ce sous-ensemble de refroidissement comporte trois parties : une partie centrale procure des flux d'air à débit élevé, destinés à refroidir des cartes à forte dissipation, et deux parties latérales procurent des flux d'air à débit moins élevé, destinés à refroidir des cartes à dissipation modérée. Par exemple, 200 watts pour chaque carte de la partie centrale, et 100 watts pour chaque carte des deux parties latérales.
Cet exemple de coffret comporte plus précisément :
- Un sous-ensemble principal ayant une paroi gauche P3, une paroi droite P4, et contenant des cartes électroniques C12, ..., C22, insérées parallèlement à un même plan vertical et perpendiculairement à un fond de panier non représenté. Les emplacements de carte sont tous occupés, dans cet exemple. Les cartes C16, C17, C18 ont une forte dissipation alors que les cartes C12, ..., C15, C19, ..., C22 ont une dissipation modérée.
Ces cartes sont séparés, entre elles, et par rapport aux parois P3 et P4, par des espaces D13,..., D24, permettant la circulation de l'air. Chaque carte comporte un bandeau métallique qui constitue un segment vertical de face avant. L'air circule donc dans des conduits verticaux, chaque conduit vertical ayant une forme approximativement parallélépipédique délimitée par un bandeau, le fond de panier, et par deux cartes voisines, ou bien par une paroi et une carte. L'extrémité supérieure de ce conduit est libre.
- Un sous-ensemble de refroidissement, conforme à l'invention, est placé au-dessous du sous-ensemble principal, et il injecte de l'air verticalement, de bas en haut, entre les cartes pour évacuer la chaleur dissipée par les cartes. Ce sous-ensemble de refroidissement comporte : -- à sa partie inférieure, trois ventilateurs V4, V5, V6 , alignés dans un même plan horizontal ; les ventilateurs V4 et V5 étant séparés par une paroi P5 ; les ventilateurs V5 et V6 étant séparés par une paroi P6 ; et le ventilateur central V5 étant conçu de manière à injecter un flux IF5 ayant un débit nettement plus élevé que celui des flux IF4 et IF6 injectés respectivement par chacun des ventilateurs V4 et V6 ; -- à sa partie supérieure, une grille horizontale G2 s'étendant sur toute la largeur du sous-ensemble.
Les parois P5 et P6 ont une longueur supérieure à l'épaisseur des ventilateurs et s'étendent jusqu'à toucher la grille G2, de sorte qu'elles délimitent, avec les parois P3 et P4, trois chambres CH2, CH 3, CH4 indépendantes en ce qui concerne la pression. La grille G2 a pour fonction de créer de légères surpressions respectivement dans chacune des trois chambres
CH2, CH 3, CH4. La surpression est plus forte dans la chambre CH3 car le ventilateur V5 injecte dans cette chambre CH3 un flux IF5 ayant un débit nettement plus important (par exemple deux fois plus important) que les débits respectifs des flux IF4 et IF5 injectés par les ventilateurs V4 et V6 respectivement dans les chambres CH2 et CH4.
La grille G2 a, pour la chambre CH2, la fonction d'égaliser approximativement les débits respectifs des flux d'airs F13, ..., F16 qui sont injectés dans les espaces traversant un premier lot de quatre cartes C12, ...,
C15 à dissipation modérée. Elle a, pour la chambre CH3, la fonction d'égaliser approximativement les débits des débits des flux d'airs F17, ..., F20 qui sont injectés dans les espaces traversant un lot de quatre cartes à forte dissipation
C16, ..., C19. Elle a, pour la chambre CH4, la fonction d'égaliser approximativement des flux d'airs F21, ..., F24 qui sont injectés dans les espaces traversant un second lot de quatre cartes à dissipation modérée C19, ..., C22.
Le sous-ensemble de refroidissement ainsi réalisé est optimisé pour un ensemble de quatre cartes à forte dissipation et de huit cartes à dissipation modérée. Mais il est à remarquer que les cartes C15 et C19 sont dans une situation intermédiaire puisqu'elles ont une face parcourue par un flux à débit élevé et une face parcourue par un flux à débit modéré. Les composants ayant la plus grosse dissipation sont situés généralement sur une même face de la carte. Par conséquent, l'une de ces cartes C15 et C19 peut être une carte à forte dissipation. Par exemple, si les composants ayant la plus grande dissipation sont situés sont sur la face vue à gauche sur la figure 2, sur chaque carte, les composants ayant la plus grande dissipation sur la carte C18 bénéficient d'un refroidissement plus fort grâce au flux F20.
Bien entendu, la portée de l'invention n'est pas limitée à cet exemple de réalisation. Il est à la portée de l'homme de l'Art de l'adapter à un nombre de cartes différent, et de l'adapter aux puissances qui sont à dissiper. Il est possible de prévoir un nombre de parties différent de trois. Il est possible de munir chaque chambre indépendante de plusieurs ventilateurs. Il est possible aussi de réaliser de manière analogue un ensemble de refroidissement fonctionnant par extraction d'air, et qui soit placé au-dessus du sous- ensemble principal comportant les cartes.

Claims

REVENDICATIONS :
1) Dispositif de refroidissement pour un coffret d'équipement électronique comportant un sous-ensemble principal contenant des cartes électroniques (C12,..., C22), et un sous-ensemble de refroidissement, ces deux sous-ensembles étant superposés, ce sous-ensemble de refroidissement comportant des moyens pour créer une pluralité de flux distincts (F13, ..., F24) destinés à circuler respectivement dans des espaces (D13, ...., D24) séparant ces cartes ; caractérisé en ce que le sous-ensemble de refroidissement comporte des parois (P5, P6) délimitant au moins une première chambre (CH2) et une seconde chambres (CH3) indépendantes en ce qui concerne la pression de l'air, chaque chambre comportant des moyens pour créer des flux d'air, cette première chambre et cette seconde chambre étant situées respectivement en face d'un premier (C12-C15) et d'un second groupe (C16-C18) de cartes électroniques, ces deux groupes pouvant avoir des besoins de refroidissement différents ; et en ce que les moyens (P3, V4, P5, G2) de la première chambre (CH2) pour créer des flux d'air sont aptes à créer une surpression, ou une dépression, plus forte que la surpression, respectivement la dépression, que les moyens (P5, V5, P6, G2) de la seconde chambre pour créer des flux d'air, (CH3), sont aptes à créer.
2) Dispositif de refroidissement selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les moyens pour créer des flux d'air comportent, pour chaque chambre (CH2 ; CH3) :
- une grille de répartition de l'air (G2) ;
- et au moins un ventilateur (V4 ; V5).
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