WO2013156742A1 - Baie de serveurs informatiques - Google Patents

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WO2013156742A1
WO2013156742A1 PCT/FR2013/050866 FR2013050866W WO2013156742A1 WO 2013156742 A1 WO2013156742 A1 WO 2013156742A1 FR 2013050866 W FR2013050866 W FR 2013050866W WO 2013156742 A1 WO2013156742 A1 WO 2013156742A1
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WO
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trays
computer server
bay according
separation means
server bay
Prior art date
Application number
PCT/FR2013/050866
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English (en)
Inventor
Jérémie BOURDONCLE
Julien MASANES
Original Assignee
No Rack
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Publication date
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20709—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for server racks or cabinets; for data centers, e.g. 19-inch computer racks
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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    • H05K7/20709—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for server racks or cabinets; for data centers, e.g. 19-inch computer racks
    • H05K7/20718—Forced ventilation of a gaseous coolant
    • H05K7/20736—Forced ventilation of a gaseous coolant within cabinets for removing heat from server blades
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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    • H05K7/20709—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for server racks or cabinets; for data centers, e.g. 19-inch computer racks
    • H05K7/20718—Forced ventilation of a gaseous coolant
    • H05K7/20727—Forced ventilation of a gaseous coolant within server blades for removing heat from heat source

Definitions

  • the present invention relates to the field of data servers and supercomputers for mass storage, for example in data centers or "storage farms”.
  • the main problem of data centers is the cooling of servers that consume as much (if not more) energy than the servers themselves.
  • the cost of the servers is a function of the depreciation of the equipment, but also of the power consumption.
  • the field of the invention is more particularly that of low consumption data servers, using a cooling system operating essentially by convection air circulation. Solutions of the prior art
  • PCT Patent Application WO2008025745 discloses an array enclosing rackmountable electronic equipment modules.
  • the cooling is provided by natural convection through ventilation holes in its lower and upper walls and. cooling by forced air through internal air distribution manifolds supplied with pressurized air via a distribution box connected to a forced air circulation pipe.
  • internal distribution ramps for forced air makes it possible to achieve a circulation of pulsed air which only slightly hinders the circulation of air obtained by natural convection.
  • PCT patent application WO9713394 relates to a system that can be used in the cooling of electronic installations f which are mounted in a frame structure comprising means for transferring the thermal energy produced by said electronic installations f to one or more units of cooling connected to said frame. Each of these units transfers thermal energy by convection to ambient air surrounding the building and facilities. At least one of the units
  • the cooling unit has vertical, cooling walls arranged next to one another and a ventilation unit providing, on demand, a flow of forced air to the cooling unit and the cooling walls. This system thus makes it possible to increase the thermal emission from the cooling walls to the ambient air.
  • the ventilation block is located on the side of the frame structure, and placed next to or partly inside the cooling unit.
  • the ventilation block sends a forced air flow in the defined spaces between the walls of the cooling unit, the circulation of this flow being limited to the zone comprising the sections of the walls of the cooling unit that face to the structure of the building.
  • the airflow is intended for several collateral spacings and. flows up.
  • US2009 / 0239460 discloses an assembly for extracting heat from a housing for electronic equipment with an interior volume adapted to channel the heat of the electronic equipment, the housing having a substantially solid upper portion and a substantially solid back portion.
  • the assembly includes a first opening in the upper portion of the housing that leads to the interior of the housing, the first opening located at the rear of the upper portion, near the rear portion of the housing, a second opening in the housing portion. rear of the housing that leads to the inside of the housing, the second opening at the top of the rear portion, near the top of the housing, where the first opening is contiguous to the second opening, and a chimney external to the housing and coupled to the dwelling such that the chimney encompasses and is in fluid communication with the first and second openings,
  • the US patent application US2011019362 discloses an electronic box comprising a frame structure to least partially closed by a plurality of panels defining a compartment in which one or more electronic components are mounted.
  • An exhaust air duct is suitable for exhausting hot air.
  • US Pat. No. 4,158,875 discloses air cooling equipment for use in electronic systems of the type having a plurality of printed circuit wiring panels with a plurality of heat generating components.
  • the air cooling equipment utilizes a double wall construction whereby air acting as a coolant is introduced in an angle direction at a high angle to the wall.
  • the present invention relates to a computer server rack composed of a supporting structure supporting a plurality of superposed plates extending substantially horizontally, each of said plates being equipped with electronic components organized so as to allow a circulation of between the superimposed trays and said electronic components, the air flow being effected between the air ambient through an open area, and an interior discharge space extending perpendicular to said trays.
  • said carrier structure of the server rack according to the invention comprises modular blocks organized around a hollow space forming an evacuation space having a cylindrical configuration, and said trays have trapezoidal petal shapes. superimposed completely surrounding said internal discharge space of cylindrical configuration. These trays support radial separation means extending over a height of at least half the distance separating two superimposed trays.
  • the separation means are constituted by at least a portion of the electronic components, said separation means components being arranged substantially radially to present the main faces in a substantially radial plane and perpendicular to the plate on which they are mounted.
  • some of the separation means are constituted by passive partitions.
  • the modular block is constituted by a lower base, uprights and an upper base, the bases having a substantially trapezoidal shape.
  • the trays are extractable and rest on arches fixed on the uprights.
  • the trailing edge of the trays forms a deflector flap.
  • the server rack according to the invention has a hexagonal configuration, with six column-shaped modules opening approximately 45 degrees.
  • the rack according to the invention comprises a forced air circulation means placed in the median duct.
  • Figure 1 shows a perspective view of a modular element (also called block or chassis);
  • Figure 2 shows a detail view of a tray for the implementation of the invention
  • FIG. 3 represents a perspective view of said modular element loaded with trays
  • FIG. 4 represents a perspective view, according to a transverse plane of section, of the bay according to the invention.
  • the server bay according to the invention has a generally tubular shape, with chassis forming blocks Modulars organized around a hollow space in the shape of a central column.
  • FIG. 1 represents a schematic view of a modular chassis (or block) according to the invention. It consists of a lower base (1), uprights (2 to 5) and an upper base (6).
  • the bases (1, 6) have a substantially trapezoidal shape. They are made by 40x40 millimeters square metal tubes, with a wall thickness of 2 millimeters.
  • the lower base (1) is mounted on an antivibration support and is provided with adjustable wedging elements.
  • the uprights (2 to 5) also consist of 40x40 millimeters square metal tubes with a wall thickness of 2 millimeters and a length of about 185 centimeters in the example described.
  • These uprights (2 to 5) are arranged to form a pair of straight uprights and a pair of left uprights.
  • Each pair of uprights supports a series of metal hoops (7) formed by folded rods, regularly spaced, to support the trays on which the electronic components are mounted.
  • the amounts all have a series of equidistant perforations. All the amounts have the same perforations, which facilitates production and assembly.
  • Figure 2 shows a perspective view of such a tray. It consists of a folded sheet (8) and cut to have the shape of a trapezoidal petal, opening about 45 degrees. This sheet has a series of lights (9) for mounting accessories supported by the plate.
  • the rear portion of the tray has a deflector (10) directed upwards, when the tray is mounted on the modular block. This deflector (10) deflects the naturally convected air stream to the top of the the central column. It can be slightly twisted to create a swirling median airflow.
  • Figure 3 shows a modular block equipped with its trays and electronic components.
  • the trays (8) are extractable and rest on the hoops fixed on the uprights (2 to 5). They are equipped with hard disk supports (11) for quick change by a front access.
  • Figure 4 shows a perspective view of the bay, in cross section.
  • It comprises six sets (or blocks) modular (12 to 17), each having a stack of trays (8) supported on both sides by arches (7).
  • Each plate (8) is equipped with a series of radially oriented hard disks (18 to 23), with the main faces arranged vertically to provide the greatest contact area with the air flowing in the bay and to form zones of convection forced between two consecutive hard disks.
  • Electronic boards (24) are mounted flat on the plate, the heat released being evacuated by the passage of the air flow passing through the spaces between the trays.
  • the median zone forms a tubular chimney in which the air circulating by convection is evacuated.
  • a forced air circulation system for example a fan, is disposed within this column and / or at its outlet.

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Abstract

La présente invention concerne une baie de serveurs informatiques composée par une structure porteuse supportant une pluralité de plateaux (8) superposés s'étendant sensiblement horizontalement, chacun des dits plateaux (8) étant équipés de composants électroniques (18 à 22) organisée de manière à permettre une circulation d'air entre les plateaux superposés et lesdits composants électroniques, la circulation d'air s'effectuant entre l'air ambiant via une zone ouverte, et un espace d'évacuation intérieur s'étendant perpendiculairement auxdits plateaux, ledit espace d'évacuation présentant une configuration cylindrique, lesdits plateaux (8) présentant des formes de pétales trapézoïdales superposés entourant complètement ledit espace d'évacuation intérieur de configuration cylindrique et en ce que lesdits plateaux (8) supportent des moyens de séparation radiaux (19 à 23) s'étendant sur une hauteur d'au moins la moitié de la distance séparant deux plateaux superposés.

Description

BAIE DE SERVEURS INFORMATIQUES
Domaine de l'invention La présente invention concerne le domaine des serveurs de données et des super-ordinateurs destinés au stockage de masse, par exemple dans des centres informatiques ou des « fermes de stockage » .
En raison de la densité des composants électroniques (cartes électroniques, processeurs et surtout disques durs), ces serveurs dégagent beaucoup de chaleur, qui nécessite une évacuation efficace des calories pour permettre le fonctionnement des composants à des températures ne dégradent pas les performances.
On a proposé de nombreuses solutions pour assurer l'évacuation des calories, par une circulation d'eau, voire d'huile, et même par des serveurs installés dans des régions polaires (Groenland) ou immergés.
Le principal problème des centres informatiques est le refroidissement des serveurs qui consomment autant (sinon plus) d'énergie que les serveurs eux même. Le coût de revient des serveurs est fonction de l'amortissement des équipements, mais aussi de la consommation électrique.
A titre d'exemple, un système informatique exploité par l'université du Texas, équipé de 15.744 microprocesseurs quadricoeur consomme 2,5 Mégawatt, ce qui entraîne une consommation électrique dont la facture annuelle s'élève à plus d'un million de dollars
Le domaine de l'invention est plus particulièrement celui des serveurs de données à basse consommation, utilisant un système de refroidissement fonctionnement essentiellement par circulation d'air par convection. Solutions de l'art antérieur
On a proposé dans l'art antérieur différentes configurations en forme d'armoires (« Rack ») contenant des cartes disposées en étagères et délimitant des espaces de circulation d'air venant, de l'extérieur de l'armoire et débouchant dans une cheminée délimitée par les parois arrières et latérales de l'armoire. Une évacuation supérieure permet un écoulement, de l'air chaud par convection et parfois par une ventilation forcée.
La demande de brevet PCT WO2008025745 décrit une baie renfermant des modules rackables d'appareillages électroniques. Le refroidissement est assuré par convection naturelle grâce à des orifices de ventilation pratiqués dans ses parois inférieure et supérieure et. d'un refroidissement, par air forcé grâce à des rampes internes de distribution d'air alimentées en air sous pression par l'intermédiaire d'une boîte de répartition raccordée à une canalisation de circulation d'air forcée. L'utilisation de rampes internes de distribution pour l ' air forcé permet de réaliser une circulation d'air puisé ne faisant que peu obstacle à la circulation d'air obtenue par convection naturelle.
La demande de brevet PCT WO9713394 concerne un système pouvant être utilisé dans le refroidissement d'installations électroniques f lesquelles sont montées dans une structure de bâti comportant des moyens de transfert de l'énergie thermique produite par lesdites installations électroniques f vers une ou plusieurs unités de refroidissement reliées audit bâti. Chacune de ces unités transfère l'énergie thermique par convection vers l'air ambiant entourant le bâti et les installations. Au moins une des unités de refroidissement comporte des parois de refroidissement, verticales placées les unes à côté des autres, ainsi qu'un bloc de ventilation fournissant, à la demande, un flux d'air forcé vers l'unité de refroidissement et les parois de refroidissement. Ce système permet ainsi d' accroître l'émission thermique depuis les parois de refroidissement vers l'air ambiant. Le bloc de ventilation est situé sur le côté de la structure du bâti, et placé à côté ou en partie à l'intérieur de l'unité de refroidissement. Le bloc de ventilation envoie un flux d'air forcé dans les espacements définis entre les parois de l'unité de refroidissement, la circulation dud.it flux se limitant à la zone comprenant les sections des parois de l'unité de refroidissement qui font face à la structure du bâti. Le flux d'air est destiné à plusieurs espacements collatéraux et. s'écoule vers le haut.
La demande de brevet US2009/0239460 décrit un assemblage pour extraire la chaleur d'un logement pour les équipements électroniques avec un volume intérieur adapté pour canaliser la chaleur des équipements électroniques, les logements ayant une partie supérieure essentiellement solide et une partie arrière essentiellement solide.
L ' ensemble comprend une première ouverture dans la partie supérieure du boîtier qui mène à 1 ' intérieur du boîtier, la première ouverture située à l'arrière de la partie supérieure, à proximité de la partie arrière du boîtier, une deuxième ouverture dans la partie arrière du boîtier qui mène à l'intérieur du boîtier, la seconde ouverture située au sommet de la partie arrière, à proximité de la partie supérieure du boîtier, où la première ouverture est contiguë à la seconde ouverture, et une cheminée extérieure au boîtier et couplé à l'habitation tels que la cheminée englobe et est en communication fluide avec les première et deuxième ouvertures,
La demande de brevet américaine US2011019362 décrit un boîtier électronique comprenant une structure de trame au moins partiellement fermée par une pluralité de panneaux définissant un compartiment dans lequel un ou plusieurs composants électroniques sont montés. Un conduit d'air d'échappement est adapté pour évacuer l'air chaud.
Le brevet américain US4158875 décrit un équipement de refroidissement de l' air pour une utilisation dans les systèmes électroniques du type comportant une pluralité de panneaux de câblage du circuit imprimé avec une pluralité de composants générateurs de chaleur. L'équipement de refroidissement de l' air utilise une construction à double paroi par lequel l' air agissant comme réfrigérant est introduit dans une direction à angle formant un angle élevé par rapport à la paroi.
Inconvénients de l'art antérieur
Les différentes solutions de l'art antérieur ne sont pas satisfaisantes car elles ne permettent pas d'assurer une occupation au sol optimale, ni une circulation d'air efficace pour assurer un refroidissement homogène des circuits électroniques, une réduction significative de la consommation électrique par rapport aux solutions de l'art antérieur et un puissance par surface au sol améliorée.
Solution apportée par l'invention
Selon son acception la plus générale, la présente invention concerne une baie de serveurs informatiques composée par une structure porteuse supportant une pluralité de plateaux superposés s 'étendant sensiblement horizontalement, chacun des dits plateaux étant équipés de composants électroniques organisée de manière à permettre une circulation d'air entre les plateaux superposés et lesdits composants électroniques, la circulation d'air s 'effectuant entre l'air ambiant via une zone ouverte, et un espace d'évacuation intérieur s 'étendant perpendiculairement auxdits plateaux. Pour répondre aux problèmes objectifs susvisés, ladite structure porteuse de la baie de serveurs selon l'invention comporte des blocs modulaires organisés autour d'un espace creux formant un espace d'évacuation présentant une configuration cylindrique, et lesdits plateaux présentent des formes de pétales trapézoïdales superposées entourant complètement ledit espace d'évacuation intérieur de configuration cylindrique. Ces plateaux supportent des moyens de séparation radiaux s 'étendant sur une hauteur d'au moins la moitié de la distance séparant deux plateaux superposés.
Des modes de réalisation particuliers sont présentés ci-dessous sous forme de variantes.
Selon une première variante, les moyens de séparation sont constitués par au moins une partie des composants électroniques, lesdits composants formant moyens de séparation étant disposés sensiblement radialement pour présenter les faces principales selon un plan sensiblement radial et perpendiculaire par rapport au plateau sur lequel ils sont montés.
Selon une deuxième variante, non exclusive de la première, lesdits composants formant moyens de séparation les composants sont des disques durs.
Selon une autre variante, non exclusive des deux précédentes, certains des moyens de séparation sont constitués par des cloisons passives.
Selon une autre variante, le bloc modulaire est constitué par une embase inférieure, des montants et une embase supérieure, les embases présentant une forme sensiblement trapézoïdale. Selon encore une autre variante, les plateaux sont extractibles et reposent sur des arceaux fixés sur les montants .
Avantageusement, le bord arrière des plateaux forme un volet déflecteur.
Selon un mode de réalisation préféré, la baie de serveurs selon l'invention présente une configuration hexagonale, avec six modules en forme de colonnes s 'ouvrant sur environ 45 degrés.
Selon une autre variante avantageuse, la baie selon l'invention comporte un moyen de circulation forcé d'air placé dans le conduit médian.
Description détaillée d'exemples de réalisation non limitatifs
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, se référant aux dessins annexés correspondant à des exemples de réalisation non limitatifs où :
la figure 1 représente une vue en perspective d'un élément modulaire (appelé également bloc ou châssis) ;
la figure 2 représente une vue de détail d'un plateau pour la mise en œuvre de l'invention ;
la figure 3 représente une vue en perspective dudit élément modulaire chargé avec des plateaux, et
la figure 4 représente une vue en perspective, selon un plan de coup transversal, de la baie selon l' invention .
La baie de serveur selon l'invention présente une forme générale tubulaire, avec des châssis formant des blocs modulaires organisés autour d'un espace creux en forme de colonne centrale.
La figure 1 représente une vue schématique d'un châssis (ou bloc) modulaire selon l'invention. Il est constitué par une embase inférieure (1), des montants (2 à 5) et une embase supérieure ( 6 ) .
Les embases (1, 6) présentent une forme sensiblement trapézoïdale. Elles sont réalisées par des tubes métalliques de section carrée de 40x40 millimètres, avec une paroi d'une épaisseur de 2 millimètres.
L'embase inférieure (1) est montée sur un support antivibratoire et est munies d'éléments de calage réglables.
Les montants (2 à 5) sont également constitués de tubes métalliques de section carrée de 40x40 millimètres, avec une paroi d'une épaisseur de 2 millimètres et d'un longueur d'environ 185 centimètres, dans l'exemple décrit.
Ces montants (2 à 5) sont disposés pour former une paire de montants droits et une paire de montants gauches.
Chaque paire de montant supporte une série d'arceaux métalliques (7) formés par des tiges pliées, régulièrement espacés, pour supporter les plateaux sur lesquels sont montés les composants électroniques.
A cet effet, les montants présentent tous une série de perforations équidistantes . Tous les montants présentent les mêmes perforations, ce qui facilite la production et 1 ' assemblage .
La figure 2 représente une vue en perspective d'un tel plateau. Il est constitué par une tôle pliée (8) et découpée pour présenter la forme d'un pétale trapézoïdal, s 'ouvrant sur environ 45 degrés. Cette tôle présente une série de lumières (9) pour le montage des accessoires supportés par le plateau. La partie arrière du plateau présente un déflecteur (10) dirigé vers le haut, lorsque le plateau est monté sur le bloc modulaire. Ce déflecteur (10) dévie le courant d'air produit par convection naturel vers le haut de la colonne centrale. Elle peut être légèrement twistée de façon à créer un flux d'air médian tourbillonnant.
La figure 3 représente un bloc modulaire équipé de ses plateaux et des composants électroniques.
Les plateaux ( 8 ) sont extractibles et reposent sur les arceaux fixés sur les montants (2 à 5). Ils sont équipés de supports de disques durs (11) permettant le changement rapide par un accès en façade.
La figure 4 représente une vue en perspective de la baie, en coupe transversale.
Elle comprend six ensembles (ou blocs) modulaires (12 à 17), présentant chacun un empilement de plateaux (8) supportés de part et d'autre par des arceaux (7).
Chaque plateau (8) est équipé d'une série de disques durs (18 à 23) orientés radialement, avec les faces principales disposées verticalement pour offrir la plus grande surface de contact avec l'air circulant dans la baie et pour former des zones de convection forcées entre deux disques dures consécutifs. Des cartes électroniques (24) sont montées à plat sur le plateau, la chaleur dégagée étant évacuée par le passage du flux d'air traversant les espaces compris entre les plateaux .
La zone médiane forme une cheminée tubulaire dans laquelle l'air circulant par convection est évacué. Optionnellement , un système de circulation forcé d'air, par exemple un ventilateur, est disposé à l'intérieur de cette colonne et/ou à son débouché.

Claims

REVENDICATIONS
1 — Baie de serveurs informatiques composée par une structure porteuse supportant une pluralité de plateaux (8) superposés s 'étendant sensiblement horizontalement, chacun des dits plateaux ( 8 ) étant équipés de composants électroniques (18 à 22) organisée de manière à permettre une circulation d'air entre les plateaux superposés et lesdits composants électroniques, la circulation d'air s 'effectuant entre l'air ambiant via une zone ouverte, et un espace d'évacuation intérieur s 'étendant perpendiculairement auxdits plateaux, caractérisée en ce que la structure porteuse comporte des blocs modulaires (12 à 17) organisés autour d'un espace creux formant un espace d'évacuation présentant une configuration cylindrique, lesdits plateaux (8) présentant des formes de pétales trapézoïdales superposés entourant complètement ledit espace d'évacuation intérieur de configuration cylindrique et en ce que lesdits plateaux (8) supportent des moyens de séparation radiaux (19 à 23) s 'étendant sur une hauteur d'au moins la moitié de la distance séparant deux plateaux superposés.
2 - Baie de serveurs informatiques selon la revendication 1 caractérisée en ce que les moyens de séparation sont constitués par au moins une partie au moins des composants électroniques (19 à 23), lesdits composants (19 à 23) formant moyens de séparation étant disposés sensiblement radialement pour présenter les faces principales selon un plan sensiblement radial et perpendiculaire par rapport au plateau (8) sur lequel ils sont montés.
3 — Baie de serveurs informatiques selon la revendication 2 caractérisée en ce que lesdits composants formant moyens de séparation les composants sont des disques durs (19 à 23) . 4 — Baie de serveurs informatiques selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que certains des moyens de séparation sont constitués par des cloisons passives.
5 — Baie de serveurs informatiques selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que le bloc modulaire est constitué par une embase inférieure (1), des montants (2 à 5) et une embase supérieure (6), les embases présentant une forme sensiblement trapézoïdale.
6 — Baie de serveurs informatiques selon la revendication précédente caractérisée en ce que les plateaux sont extractibles et reposent sur des arceaux (7) fixés sur les montants (2 à 5).
7 — Baie de serveurs informatiques selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que le bord arrière des plateaux (8) forme un volet déflecteur (10).
8 - Baie de serveurs informatiques selon la revendication précédente caractérisée en ce que ledit volet déflecteur (10) est twisté.
9 - Baie de serveurs informatiques selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle comporte un moyen de circulation forcé d'air placé dans le conduit médian.
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