CN101137950B - 安装在机架上的导风板 - Google Patents

Abstract

一个或多个导风板组件被用于改变从基于机架的计算机系统中的计算机排出的空气的方向。这些导风板组件可被用于改变从计算机后侧水平排出的空气的方向，使其进入垂直取向的排气集气室。这样可以不需要排气扇来将受热的空气抽出通过排气集气室并排出机架。

Description

安装在机架上的导风板

技术领域

本发明涉及一种安装在机架上的导风板。

背景技术

信息技术已经飞速发展，例如服务器场和服务器组的计算机网络中心的作用对于我们的社会来说已经变得日益重要。服务器场提供有效的数据处理、数据存储和数据分配能力，其支持全球的信息基础设施，所述设施已经支配着我们的生活方式和日常商业行为。服务器场是一组或一群充当服务器的计算机，其被一起容纳在单个装置中。

通常，在大量计算机连接到网络的场地，将计算机组叠在机架中并以重复的行或单元排列。为了维修、升级硬件、装载软件、连接电缆、接通或关闭电源等，必需要接触计算机。通过尽可能减小接触空间，可以增加计算机系统的密度，所述计算机系统被设置在一处的给定四方面积上。

广泛使用的标准机架尺寸是约19英寸宽，30英寸深和74英寸高。这些机架被排列成行，例如约10-30个单元，并且在每个机架的侧面具有接触门。在行的两侧上设置接触通道，从而操作者可以从每侧接近接触门。在多个机架上设置安装在滑动器上的笨重的计算机，通过设置在机架的正面和背面上的安装孔附接所述滑动器。

在传统基于机架的计算机系统中，多个计算机以单组形式被支持在机架中。机架包括具有前门和后门的机架组件。每台计算机一般包括计算机机箱，其具有主板和其他元件，诸如包含在机箱中的一个或多个电源，硬盘驱动器，处理器，扩展卡。机架组件的前面提供到计算机前侧的通路，后面提供到后侧的通路，一般在那里提供计算机的I/O端口。每台计算机还包括一个或多个风扇，其通过计算机机箱将环境空气抽入设置在计算机一侧的通风口，并将空气从设置在计算机相对侧的通风口抽出。通过计算机的环境空气用于冷却包含在计算机机箱中的各个元件。

随着服务器场中的计算机数量的增加，出现两个竞争因素：占地面积损耗以及热管理。当计算机密度增加，与散热相关的问题也显著增加。电子元件故障的主要因素之一是过热。高性能电子产品诸如CPU产生大量的热。硬盘驱动器和电压也产生大量热，从而需要进一步有效散热。为了使计算机继续正常操作，应该提供适合的散热途径。因为每台计算机包含成千上万产生热量的电子部件，当计算机密度增加，人们还必须忙于困难地提供适合的冷却机构，用以总体上从个人计算机节点和计算机群去除热量。因此，希望对基于机架的计算机系统提供一种改善的冷却系统。

发明内容

根据本发明，一个或多个导风板组件被用于改变在基于机架的计算机系统中的计算机排出的空气的方向。这些导风板组件可以用于将从计算机后侧水平排出的空气改为进入垂直取向的排气集气室。这样可以不需要排气扇，从排气集气室抽出热空气并排出机架。

根据本发明的实施例，提供一种容纳多台计算机的机架系统，其包括：机架组件，被构建为支持多台计算机以形成为至少一组；以及至少一导风板组件，其安装到机架组件用于改变容纳在机架系统中的计算机排出气流的方向。

根据本发明的其他实施例，提供一种计算机系统，包括：机架组件；由机架组件支持在第一组中的第一组计算机；以及至少一导风板组件，其安装到与第一组计算机相邻的机架组件，用于改变计算机排出气流的方向。

根据本发明的其他实施例，提供一种运行具有垂直轴的机架组件中的位于一组中的多个计算机的方法，每台计算机具有主板，计算机风扇，前部和背部，该方法包括：运行每台计算机以产生热量；运行每台计算机中的风扇以将冷空气抽入计算机的前部，并排出来自计算机背部的排气；以及利用一个或多个安装到机架组件的导风板组件改变从计算机背部排出的排气的方向。

通过以下详细说明，结合通过示例示出根据本发明的实施例特点的附图，本发明的其他特点和方面将变得显见。发明内容不用于限制本发明的范围，该范围完全由所附权利要求定义。

附图说明

图1示出具有多个背对背设置的计算机的基于机架的计算机系统的简化方块图。

图2示出根据本发明实施例的具有导风板组件的基于机架的计算机系统的简化方块图。

图3A-3B是根据本发明实施例的导风板组件的前视图和后视图。

图4是根据本发明实施例的具有导风板组件的基于机架的计算机系统的透视图。

图5是图4中示出的部分计算机系统的放大图。

图6是根据本发明实施例的排气集气室和导风板组件的局部视图。

图7是根据本发明实施例的具有单组计算机和导风板组件的基于机架的计算机系统的简化方块图。

图8是根据本发明实施例的具有单组计算机和导风板组件的另一基于机架的计算机系统的简化方块图。

具体实施方式

参照示出本发明多个实施例的附图进行以下说明。可以理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可进行机械、合成、结构、电气以及操作的改变。以下的详细说明不用于限制，本发明的实施例的范围仅仅由发布专利的权利要求定义。

图1示出其中支持多个计算机130的基于机架的计算机系统100的简化方块图。计算机系统100包括机架组件120，其包括框架121和多个垂直支持构件122-123。每个计算机130利用翼形螺钉或销等，连接到垂直支持物122-123并被支持。机架组件120一般还包括多个侧面板和门(未示出)，其被安装到框架121，以对计算机130更完全封闭。

每台计算机130可以具有前侧和相对的后侧，顶部和相对的底部，以及两相对侧部。如图1所示，计算机130被背对背设置地支持为两组102a，102b，从而计算机130的后侧朝里，以形成中间排气集气室150。这种配置可以使用户接触到两组102a-102b中的计算机130的前侧，而不用将计算机130从机架结构120移出。

计算机130的两组120a-120b和机架组件120共同形成中间排气集气室150。机架组件120例如可以包括标准尺寸机架，或可以具有不同的尺寸。在一个实施例中，机架组件120测量为大约24”宽，40”深，74”高。在专利号为6,496,366的美国专利中描述了计算机130的同样配置，其在此整个引为参考。

计算机130可以包括设计为执行计算和/或数据处理的任何电子系统。在一些实施例中，计算机是具有中央处理器(CPU)和存储器的电子设备。CPU和存储器被设置在印刷电路板(PCB)主板上。PCB主板可以安装在机箱结构上，诸如金属板或支持框架。多个计算机元件，例如硬盘驱动器，电源，处理器，存储器模块，电缆等，可被安装或耦合到计算机的主板上。一些计算机通常具有矩形机箱，在机箱的两侧或多侧具有通风口，其允许冷却空气通过机箱以冷却机箱内的各个元件。机箱还可以包括法兰或其他机械结构，其使得便于将计算机安装到机架组件内。可替换的，计算机可以包括具有暴露的元件的印刷电路板(PCB)，而不用封闭。

在一些实施例中，机架组件120中的计算机130包括服务器级计算机。服务器是网络上管理网络资源的计算机。服务器可以用于特定目的，并可为该目的存储数据和/或执行各种功能。在其他实施例中，计算机130可以包括存储阵列。

如图1所示，冷却空气集气室150耦合到通风孔罩140。一个或多个风扇142设置在通风孔罩140中，以通过中间排气集气室150向上抽来自计算机130的排气，并将排气抽出机架组件120的排气口。在系统100中，6个550CFM风扇142被用于将希望的空气量移出机架组件120，以将计算机130维持在想要的操作温度。这些风扇142在中间排气集气室150中产生向上的气流，得到沿图1箭头所示方向的冷气流路径。然而，实际上，通过机架组件120的气流不是薄片状，在集气室150中存在大量涡流。每台计算机130包括内部风扇，其将空气从计算机130的背部吹出到集气室150中。因为计算机130组102a-102b背对背设置，从第一组102a中的计算机130的背部吹出的空气与从第二组102b中的计算机130的背部吹出的空气相碰撞，导致集气室150中气压增大且涡流增多。虽然风扇142将大量排气从机架组件120中向上抽出，大量的热的排气从机架组件150的侧面和底部泄漏，从而加热了被抽入相邻计算机系统作为冷却空气的空气。

除了上述气流问题，通风孔罩140中的风扇142还造成电源和成本问题。高性能的风扇142和通风孔罩140增加计算机系统100的总体成本。风扇142还消耗大量电，因此增加了计算机系统100的总体电源消耗，结果增加了运行成本。在一些情况下，风扇被构建为使用AC电源，而机架组件120中的计算机130使用DC电源。如果单一型电源被提供给计算机系统100，则必须使用转换器，以将AC和DC电源提供给不同元件。可替换的，制造商必须备有AC和DC风扇，以使风扇电源和系统100的不同元件的电源匹配。

根据本发明实施例，安装到机架上的导风板用于减少机架组件内的涡流并将空气导出计算机系统。图2示出计算机系统200的简化方块图，其包括机架组件220，该机架组件220包含两组202a-202b计算机230，和图1所示的两组102a-102b计算机130相同。系统200中的计算机230可以是相同类型的，也可以是不同类型的。例如，一些计算机230可以包括服务器，而另一些计算机230可以包括存储阵列。机架组件220还可以包含其他元件，诸如开关和电源。各个元件可以具有不同的形成参数，例如1U，2U，3U，或更大，其中U是大约1.75英寸高。然而，与计算机系统100相比，计算机系统200不使用风扇将空气从中间排气集气室250抽出。计算机系统200包括多个导风板组件260，其被构建为接收从计算机130的后侧水平排出的空气，并改向排气向上通过冷却空气集气室250并排出排气口224。

机架组件220包括框架221，其具有多个支持构件222-223，用于支持多个计算机230和计算机系统200中的其他元件。在图2中，每组202由一对前支持构件222a-222b和一对后支持构件223a-223b支持。这些支持构件222-223支持安装在机架组件220中的计算机230的四角，并具有多个垂直孔，以适应机架组件220中的计算机230的尺寸和配置。

图3A-3B示出根据本发明的一个实施例的导风板组件260的前视图和后视图。图3A示出导风板组件260的前侧，其与计算机230的后侧相邻。图3B示出导风板组件260的后侧，其朝向排气集气室250的内部。导风板组件260包括一对垂直框架构件264-265，其支持多个叶片262，叶片262相对于计算机230的排气方向以一角度设置。在该实施例中，框架构件264利用通过螺栓孔266的螺栓连接到机架组件220，并且框架构件265通过将法兰268插入到设置在支持构件223a上的狭缝，连接到机架组件220，以下将参照图6对此进行更详细地描述。例如，框架构件264-265和叶片262可以利用传统金属制造工艺，诸如弯曲，成形，冲压，用金属板制成。结果，可以非常便宜地制成导风板组件260。

图4示出根据本发明实施例的计算机系统200的透视图。图5是图4所示计算机系统200的部分放大图。计算机系统200的尺寸大约为84”H*40”D*26”W，并包括被构建为支持两组202a-202b的机架组件220，每组能支持44U元件(即大约77英寸垂直净高)。如上所述，这些元件中的各个元件具有不同的形成参数。图4中，只示出两台计算机230a，230b。计算机230a外形为2U，尺寸大约为3.5”H*17.6”W*14.375”D，而计算机230b外形为3U，尺寸大约为5.25”H*17.6”W*15.5”D。可以理解实际上，机架组件220一般包括更多的计算机230，其局部或完全充满机架组件220的每组。这些计算机230从图中省略，以更加清晰并暴露出导风板组件260。在仅仅局部充满元件的系统200中，在组202中有间隙232，其可被覆盖或暴露。

在图4中，每组202配备有四个导风板组件260，每个导风板组件260高度约为11U。因此，四个导风板组件260足够跨越机架组件220的整个内部高度，并且对组202中的所有计算机230排出的排气改向。在其他实施例中，导风板组件260可以是不同的尺寸，且更多或更少的导风板组件260可以被安装到机架组件220上，以局部或完全覆盖组202的整个内部长度。

图6是计算机系统200的透视图，为了清晰去除了多个特征。图6示出导风板组件260朝向中间排气集气室250的内部的一侧。通过将框架构件264连接到后支持构件223b，且将框架构件265连接到后支持构件223a，可以将导风板组件260安装到现有机架组件220上。图6示出导风板组件260的法兰268如何容纳在后支持构件223a的狭缝225中。这种设计的优点是导风板组件260可以被安装到现有机架组件220上，诸如当前可从加利福尼亚州米尔皮塔斯(Milpitas)的Rackable Systems有限公司得到的机架组件。

在图4-6所示的实施例中，每台计算机230具有一个或多个内部风扇，其将冷却空气抽入计算机230的前侧，并覆盖计算机230中产生热的元件(诸如，例如微处理器，硬盘驱动器，以及电源)。然后加热的空气被从计算机230的后侧吹出，并通过内部风扇进入中间排气集气室250。如上所述，空气通常以水平方向吹出计算机，但是通常以垂直方向排出机架组件220的排气口224。不使用导风板组件260，气流从水平方向转变为垂直方向，将导致大量涡流并增大中间排气集气室250中的气压。根据本发明，使用一个或多个导风板组件260将从计算机230排出的气流改向为进入中间排气集气室250。

导风板组件260的叶片262与从计算机230排出的气流的方向成一角度，从而排出的气流可以从水平方向转变为垂直方向。通过提供成一角度的叶片262，可以减少通过排气集气室250的气流的涡流。这对计算机背对背设置的系统特别有利，使得没有导风板组件260，从第一组202a计算机230排出的空气吹撞到从第二组202a计算机230排出的空气。如果每组202a-202b计算机230具有导风板组件260，则从背对背计算机排出的排气不会直接吹到相对组计算机。替代地，排气将被改向为更接近垂直的角度。已经确定在一些实施例中，由导风板组件进行的排气气流的改向，足够消除对通风孔罩中的排气扇的需要。当由计算机的内部风扇产生的气流被导风板组件改向，当空气通过排气集气室时，气流保持足够的力度，使得不需要额外的空气移动器以保证排气从机架组件中输空。在缺少导风板组件的背对背系统中，内部计算机风扇产生的大量压力引起排气流向多个方向。相反，导风板组件更有效利用内部计算机风扇的空气移动能力以将排气驱出机架组件。

根据本发明的实施例，导风板组件260包括连接到机架组件220的垂直支持构件223的分离元件。因为导风板组件260被连接到机架组件220而不是单个计算机230，导风板组件260可被连接，而不用考虑机架组件220中的计算机类型，尺寸和配置。此外，制造商不需要为安装在系统中的每种元件备有多种不同尺寸的导风板组件260。因为导风板组件260可用单块金属板以及金属煅制工艺制造，成本可以保持较低。因此，机架组件220可具有一整套在排气集气室250内部线型排列的导风板组件260，而不用考虑安装在机架组件220中的计算机230的数量。

导风板组件还可以具有一定大小，从而每个导风板跨越多个计算机，并且因此对多个计算机排出的空气改向。这可以通过仅需要安装单个导风板组件用于多个计算机，减少组装时间。

通过不需要通风孔罩中的排风扇，可以减少电源需求。此外，不再需要提供单独的转换器以向风扇提供所需电源类型。另一优点是计算机系统的总体高度可以减少。在某些安装中，最高限度高度可能被限制，所以去除通风孔罩可以允许使用更高的机架组件，结果，在每组中可以设置更多计算机。

图7示出一实施例，其中导风板组件260被用于具有单组702计算机730的计算机系统700。机架组件720与图2中的机架组件220相同，但是计算机没有背对背设置，所以仅仅使用了单组702。在该实施例中，当排气进入排气集气室750，从计算机730排出的排气被导风板组件760的叶片762改向。这些导风板组件760和上述导风板组件260相同或相似。使用导风板组件760可以减少会导致排气直接吹回入机架组件720的后墙725的涡流数量，并且不需要通风孔罩中的风扇，以将排气朝上抽出集气排气室750。

图8示出一实施例，其中导风板组件260被用于具有单组802计算机830并且不具有排气集气室的计算机系统800。机架组件820可以是任一种可商业获得的用于基于机架的计算机系统的机架组件。在传统操作中，每台计算机的内部风扇可通过社址在计算机830前侧上的通风孔抽冷却空气，覆盖计算机830内包含的产生热的元件，并且将加热的排气从计算机830后侧吹出。因为不使用排气集气室，不会遇到涡流问题。然而，这些基于机架的计算机系统通常包含大量基于机架的计算机系统的服务器房间中。因此，从计算机830后侧排出的热的排气吹向房间中的其他机架组件。这可能降低冷却系统的效率并可能极需要HVAC系统用于服务器房间。通过使用导风板组件860(与上述导风板组件260相同或相似)，从计算机830排出的排气可被改向为向上离开相邻计算机系统。这有助于降低被相邻计算机抽入的冷却空气的温度。此外，被向上吹回顶蓬中的空气通风孔的加热的排气可以更容易地被HVAC系统从服务器房间排出。

在一些实施例中，诸如上述背对背系统，安装在机架组件中的计算机基本上所有I/O端口都设置在计算机的前侧。例如，当计算机处于操作过程中，所有I/O端口和其他被接触的界面可被设置在计算机的前侧。因此，计算机的背对背设置不会影响操作者接触必需的元件。这样，计算机的后侧很少或从不碰触，所以导风板组件可利用螺钉、螺母或其他难以移除的紧固件固定安装。

在其他实施例中，诸如上述参照图7-8的单组系统，操作者可能需要频繁地接触安装在机架组件中的计算机的后侧，以接通I/O电缆或替换热交换器件。这样，可能希望导风板组件更容易移开，以接触到计算机的后侧。例如，这可以通过如下实现：将导风板组件安装在铰链上，允许导风板组件的叶片被摆动转开以暴露计算机，就像窗户上的百叶窗。在其他实施例中，导风板组件可被以可容易且快速移除的方式连接到机架组件，诸如通过使用简单的安装法兰，吊钩和环形紧固件，或快速释放夹子。

虽然根据特定实施例和附图描述本发明，本领域普通技术人员可以认识到本发明不限于所述实施例和附图。例如，在一些实施例中，计算机在机架组件中被取向，使得计算机主板大致平行于服务器房间的地板，并且大致垂直于通过排气集气室的气流。在另一些实施例中，计算机可被不同地取向。例如，计算机可被定位，使得主板垂直于地板。导风板组件仍可被用于对计算机排出的排气气流改向，以提供更薄的气流通过排气集气室并排出机架组件。因为加热的空气趋向于上升到冷却空气之上，通常希望配置导风板组件的叶片，使加热的排气向上流过排气集气室并被排出机架组件。然而，在一些实施例中，由于设计和设备约束，可能希望使导风板组件向其他方向对排气改向，诸如向侧面或向下。此处所述实施例示出排气口定位在机架组件的顶部。在其他实施例中，排气口可被定位在系统的其他地方。例如，在一些实施例中，排气口被定位在冷却空气集气室的底部，以将空气从计算机后侧向下抽向机架组件的底部。可在支持计算机系统的地板下提供管道系统，以将排气输送走。在其他实施例中，排气口可被设置在冷却空气集气室的顶部和底部，以朝两个方向抽空气，或排气口可被设置在机架的一个或多个侧面。

上述多个实施例提到用作服务器场的一部分的计算机系统。在其他实施例中，计算机系统可用于其他目的，诸如存储阵列。单组中的多个计算机可以是相同的或不同的。在一些实施例中，一组中的计算机可具有不同的形成参数(例如一些计算机具有1U的外形，而另一些具有2U或3U的外形)以及被构建为执行不同任务(例如一个或多个计算机被构建为中央控制器，而该组中的其它计算机被构建为存储阵列)。

此外，虽然上述一些实施例提到完全或局部组装了计算机的计算机系统，可以理解在其它实施例中，不同类型的元件可被安装在机架组件中的一个或多个可利用的搁板位置中。例如，一个或多个位置可用于专用电源、路由器、开关、键盘或其它电子元件。这些元件可以或不可以被构建为利用操作过程中的冷却空气气流。

在上述实施例中，导风板组件是安装到支持构件上的分离元件。这种配置可能是合乎需要的，使得现有被设计与通风孔罩和排气扇一起使用的机架组件可翻新为与导风板组件一起使用。在所示实施例中，多个导风板组件被用于对来自每组或每列计算机的空气改向。在其他实施例中，可以使用单个大导风板。在一些实施例中，导风板组件可被集成到机架组件中，并可以形成机架组件的不可分离的部分。

提供的附图仅仅是示意性的，并且没有按比例画出。某些部分可能被放大，而其他可能被最小化。这些图用于示出本发明的多个实施方案，其可被本领域普通技术人员理解并适当实施。

因此，应该理解在所附权利要求的精神和范围内进行修正和改变可以实施本发明。本说明书不是详尽的或限制本发明为所公开的精确形式。应该理解可以在对本发明进行修正和改变的情况下实施本发明，并且本发明仅由所附权利要求及类似物限定。

Claims (14)

1.一种用于容纳多台计算机的机架系统，其包括：

机架组件，被构建为支持多台计算机以形成为至少一组；以及

至少一个导风板组件，其安装到机架组件上，每个导风板组件包括用于改变容纳在机架系统中的计算机排出气流的方向的多个叶片。

2.根据权利要求1的机架系统，其中，每个导风板组件与所述多台计算机中的两台或多台部分交叠，以对来自所述两台或多台计算机的空气改向。

3.根据权利要求1的机架系统，其中：

每个导风板组件包括两个垂直框架构件，所述多个叶片支持在所述两个垂直框架构件之间，其中所述两个垂直框架构件被耦合到机架组件，并且所述多个叶片与从计算机排出的排气方向成一角度。

4.根据权利要求1的机架系统，其中，还包括：

排气集气室，其横向邻近于所述多台计算机，用于接收从计算机排出的水平气流并将气流垂直导出机架系统的排气口。

5.根据权利要求4的机架系统，其中：

所述机架组件被构建为支持多台计算机以形成为两组，使得第一组中的计算机的后侧朝向第二组中的计算机的后侧，并且排气集气室被设置在第一组计算机的后侧和第二组计算机的后侧之间。

6.根据权利要求1的机架系统，其中：

所述多个叶片将从容纳在机架系统中的计算机排出的水平气流改向为沿垂直方向。

7.一种计算机系统，其包括：

机架组件；

由机架组件支持在第一组中的第一组多台计算机；以及

至少一导风板组件，其安装到与第一组计算机相邻的机架组件，每个导风板组件包括用于改变从计算机产生的气流的方向的多个叶片。

8.根据权利要求7的计算机系统，其中，每个导风板组件与所述多台计算机中的两台或多台部分交叠，以对来自所述两台或多台计算机的空气改向。

9.根据权利要求7的计算机系统，其中：

第一组多台计算机中的每台包括内部风扇，用于将空气抽入计算机前侧并使空气从计算机后侧排出；

以及

每个导风板组件接收从计算机后侧排出的空气并将该空气改向。

10.根据权利要求9的计算机系统，其中，还包括：

垂直排气集气室，其横向邻近于所述多台计算机，用于接收从计算机排出的空气并将气流导出机架组件顶部的排气口；

其中，每台计算机沿水平排气方向从计算机后侧排出空气，并且每个导风板组件将排出的空气改向为朝向排气口。

11.根据权利要求7的计算机系统，其中：

每个导风板组件包括两个垂直框架构件，所述多个叶片支持在两个垂直框架构件之间，其中所述两个垂直框架构件被耦合到机架组件，并且所述多个叶片与从计算机排出的排气方向成一角度。

12.根据权利要求7的计算机系统，其中，还包括：

排气集气室，用于接收从计算机排出的气流并将气流导出机架组件的排气口。

13.根据权利要求12的计算机系统，其中：

所述机架组件被构建为支持多台计算机以形成两组，使得第一组中的计算机的后侧朝向第二组中的计算机的后侧，并且排气集气室被设置在第一组计算机的后侧和第二组计算机的后侧之间。

14.根据权利要求7的计算机系统，其中：

所述第一组多台计算机中的每一个沿横向排出空气，并且每个导风板组件横向邻近于所述第一组多台计算机安装至所述机架组件，并将从计算机排出的气流改向至沿垂直方向。

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