设备机架配电系统的制作方法

技术领域

本发明涉及设备机架配电系统，且更具体地涉及带冷却的设备机架配电系统。

背景技术：

用于电气设备机架的配电单元(PDU)，诸如RETMA机架，变得非常复杂。曾经仅仅是简单的插座，而现今，PDU可包括复杂电路，其可执行对多个输出口(outlet)中任意输出口的开启和关闭、从远程电力管理器接收命令和向其发出命令，以及控制诸如不间断电源(UPS)的电源这样的功能。这种PDU可包括微处理器和嵌入的软件，并可在位于远程的使用者的控制下通过网页浏览器进行访问。在第7,116,550、7,137,850、7,171,461，和7,196,900号美国专利中可找到这种PDU的示例，本文结合其所有内容作为参考。

在设备机架中可容纳PDU的物理空间非常宝贵，这是因为在这样的机架中，大多数空间都被计算机和其它电子用电器所占据。大多数的或所有的这些用电器都从该PDU取电。据此，PDU一般被构建在较长、较窄、紧凑的封闭物中，其空间勉强够容纳一个或多个电源进线(inlet)，最多24个或更多的电源输出口。这样的PDU通常被设计成具有竖向形式因素，以有利于将其竖向地装配在设备机架的后角落区域中，以不防碍机架中用电器的放置，但又可从机架后部接触到，使得能够容易地将用电器插接到这些输出口或从这些输出口拔出。

通常，尽管增加了更多的赋予PDU更多功能的复杂电路，PDU外壳并没有扩大。然而，这种电路会生热，并且将更多这样的电路添加到PDU外壳的有限空间中，散热成了大问题。

除散热问题以外的更多的问题是将日益复杂的计算机和其它用电器安装到电气设备机架的趋势，这已经产生在机架中生成更多热量的效果，对PDU提出了更多需求，并从而增加了PDU中电路生成的热量，并减小了机架中可散热的空气的体积。PDU内的有限空间中生成的热量增多、机架中用电器生成的热量增多，以及机架中空气空间变少结合起来，导致了更加难以将PDU内的内部温度保持在安全极限之内。

设备机架中热管理的普遍问题已经被认识到，并且已经提出过不同的方法和设备来冷却设备机架中的计算机、计算机电源，以及其它用电器。作为示例，在授予Coglitore的第7,173,821号美国专利中，提出了将不同的用电器背靠背地安装在具有高架电源的机架中，使冷却空气在用电器之间流动，并在机架中放置本身具有专用冷却系统的中央电源。

技术实现要素：

简单并笼统地说，通过使冷却空气循环通过PDU解决了设备机架的PDU中的散热问题。依据实施例的设备机架配电系统，包括：PDU外壳、穿透外壳的电源输入、设置在外壳表面上的多个电源输出口，封装在外壳中使电源输入与电源输出口相互连接的电路，与外壳相关联的一个或多个空气入口、与外壳相关联的一个或多个空气出口，以及被连接到空气入口和空气出口中的至少一个的空气流动装置。

出口与外壳之间的空间可用垫圈进行封闭。空气流动装置可包括风扇和在风扇与外壳之间定义出空气通路的管道。在具有两个风扇的实施例中，可在风扇之间以枢转的方式设置挡板，使得在两个风扇都启动时，来自风扇空气流促使挡板处于中立位置，并且当一个风扇被启动时，空气流促使挡板抵抗另一个风扇。环境传感器(诸如调温器)可被用于根据PDU外壳里面的温度来启动风扇。

附图说明

图1是依据实施例的，从机架前方观察的，已安装PDU的设备机架的透视图；

图2是依据实施例的，从机架后方观察的，已安装PDU的设备机架的上部的透视图；

图3是依据实施例的，从机架前方观察的，已安装PDU的设备机架的上部的透视图；

图4是依据实施例的，从机架前方观察的，已安装PDU的设备机架的下部的透视图；

图5是从前方观察的支架和风扇(bracket-and-fan)组件的透视图；

图6是从后方观察到的两个风扇都在工作并移除了管道以示出挡板(baffle)的支架和风扇组件的透视图；

图7是从后方观察到的一个风扇在工作并移除了管道以示出挡板的支架和风扇组件的透视图；

图8是具有被连接至机架上的PDU的冷却管的多个设备机架的俯视图。

具体实施方式

如图1至图3所示，依据实施例的设备机架配电系统包括：长形的配电单元(PDU)外壳101。该外壳被示出为其被安装在诸如RETMA设备机架103的机架上。该PDU外壳可通过任何方便使用的装配夹具(mounting fixture)而被固定到机架上。例如，PDU外壳可由支架105，通过延伸穿过外壳上的孔并通过作为机架的一部分的支架107的紧固件(未示出)，或一些其它所期望的装配器件来支持。在机架中可包括多个支持件，诸如搁板支架109，并且，其被用于支持被安装在机架中的计算机和其它用电器。虽然若干所说明的实施例都提供了可竖直装配在设备机架上的PDU外壳，但是将能够理解的是，本文所说明的概念也适用于具有其它形式因素的PDU，诸如可水平装配的单元。

电源输入111穿透外壳101并向PDU供电。电源输入可具有如所示出的单相电源线和插头的形式，也可以是3相电源线和插头，或者可以是诸如Romex电缆等的永久性有线电源。在一些实施例中，电源输入可以包括双重或冗余电源输入。在外壳表面115上可设置有电源输出口113。封装在PDU外壳中的电路(未示出)将电源输入和电源输出口互连起来，并且可执行诸如感测流过输出口的电力的参数、控制输出口，以及与外部电力管理应用(未示出)通信的其它功能。

在外壳的第一端119上设置有空气入口117。在所说明的实施例中，空气流动装置121被连接到该空气入口。在如图4所示的另一个实施例中，空气出口123被设置在外壳的第二端125，并且空气流动装置127被连接至该空气出口。一些实施例可将空气循环(air circulation)装置用于空气入口和空气出口，而其它实施例仅在入口和出口中的一个处使用空气循环装置。

返回图2，在一些实施例中，设置在外壳上的数字读出装置129，或与电路通信的另一个指示器，给出诸如流至一个或全部输出口的电流、电压、温度、或关于PDU的其它参数的信息的视觉显示。

多个垫圈，诸如垫圈131，可被用于使电源输出口周围的空气泄漏最小。每一个这样的垫圈在其中一个输出口与外壳之间形成密封。垫圈可以是橡胶的、合成橡胶的，或与外壳的输出口边缘和表面115吻合的一些其它物质。

气流装置121可包括至少一个风扇133和管道135，其在风扇和外壳之间定义出空气通路。将很容易理解的是，在其它实施例中，气流装置可包括更多或更少的组件，诸如仅仅是置于PDU外壳内或紧邻PDU外壳的风扇。注意继续参考图2的实施例中的气流装置121，支架137包括设备机架装配夹具，诸如，接收紧固件141以将支架附着到机架上的开口139。风扇装配夹具，诸如多个开口143，可接收紧固件(未示出)以将风扇133附着至支架137上。一些实施例使用了多于一个的风扇，例如，被示出为由支架137承载的第二风扇145。

一些实施例可以省略风扇。外壳中的空气被外壳中的电线和电路加热并升高、在顶部离开外壳。这导致了新鲜的、相对较冷的空气在底部被吸入外壳，这建立起空气在底部流入外壳、在外壳中从电路和电线中吸取热量、随着其吸取热量而升高，并且在顶部离开外壳的流动模式。可利用管道来提供从机架外部至外壳底部，或者从外壳顶部至机架外部，或两者兼有的气流路径。在所说明的实施例中，气流装置可被连接至空气入口，其可被置于外壳的顶部或底部处或附近，使得该装置驱策冷空气经过管道进入外壳。随即，变暖的空气在外壳的相反端处或附近通过空气出口排出。在其它实施例中，气流装置可被连接至空气出口以将温暖空气抽出外壳外。在一些实施例中，气流装置可既被用在空气入口处又被用在空气出口处。在一些实施例中，空气出口可包括在PDU外壳中的多个开口，其允许通过空气入口被迫进入外壳的空气离开PDU外壳，并且从外壳内的组件吸走热量。空气出口可均匀地沿外壳的一个或多个表面设置，或可被设置成在外壳内特定组件周围提供增强气流。

在具有风扇的实施例中，风扇从例如图1至图4所示的实施例中的设备机架的外侧吸取冷空气，并迫使该冷空气进入外壳中。风扇这样做导致空气流过外壳、吸走热量，并且然后通过空气出口离开外壳。在一些实施例中，导管可引导变暖的空气离开空气出口，例如，引导至设备机架外部。

如图5至图7所示，可将两个风扇安装成彼此相邻。第一风扇147和第二风扇149由支架151承载，并可由一个管道153封装。依据该实施例，在两个风扇之间以枢转方式设置有挡板155。例如，挡板可通过枢转轴157被支撑在枢转点159。挡板可分别具有第一和第二空气板161和163，第一空气板161被设置成接收从一个风扇147流动过来的空气，并且第二空气板163被设置成接收从另一个风扇149流动过来的空气。当两个风扇都被启动时，来自风扇的空气气流推动挡板抵抗另一个风扇。例如，如图7所示，当第一风扇147被启动而第二风扇149未被启动，来自风扇147的空气气流推动第一空气板161，促使挡板关于枢轴157转动，并推压第二空气板163紧靠第二风扇149，防止空气通过第二风扇149溢出机架后部。

在一些实施例中可使用总体上被示出为165的环境传感器，诸如调温器，以提供增强冷却。该环境传感器165与风扇电通信，并且响应于外壳内温度以根据需要启动一个或多个风扇，或一个风扇都不启动，以将外壳内部温度保持在期望极限之内。调温器可包括例如在外壳内部的温度传感器(未示出)。

依据一些实施例可提供多于两个风扇。例如，第三风扇167和第四风扇169可被安装在面板151中并被封装在管道171中。管道153可延伸至外壳的空气入口227，并且管道171可延伸至空气出口123。风扇149和151从机架外侧吸取冷空气，并促使其进入外壳中，并且风扇167和169从外壳抽取暖空气并促使离开机架。或者，管道171可连接管道153以提供更高的空气流动速率，或通过允许选择性地启动不同个风扇，提供对冷却空气气流量更精确的控制。

图8说明了一种配置，其中多个设备机架201、202、203、204、205和206被供应以来自外源(未示出)的冷却空气。外源可以是中央空调，或从其可获得冷却空气流的其它装置。冷却空气从源流过管道207进入导管209。导管209通过设备机架201中的连接导管221被连接至PDU外壳211、通过设备机架202中的连接导管222被连接至PDU外壳212、通过设备机架203中的连接导管223被连接至PDU外壳213、通过设备机架204中的连接导管224被连接至PDU外壳214、通过设备机架205中的连接导管225连接至PDU外壳215，以及通过设备机架206中的连接导管226连接至PDU外壳216。或者，导管209可被配置成直接连接至不同的PDU外壳，在这种情况下，连接导管可以被省略。如果需要也可使用其它导管配置。正如在已经说明的实施例中，空气可向上或向下流动通过PDU。例如，导管209可被置于设备机架顶部，并可通过例如风扇(未示出)促使空气通过设备机架、进入PDU外壳的上端并且向下通过外壳。或者导管209可被置于设备机架下面，并且促使空气通过设备机架进入PDU外壳的下端。

对依据实施例所构建的冷却系统进行测试。使用传感器来检测PDU中不同组件的实际温度。首先，在机架内部标称环境温度50℃下且无冷却的情况下来测试系统。然后在相同环境温度下在工作中进行冷却的情况下测试系统。最终在机架内部标称环境温度70℃下且工作中进行冷却的情况下测试系统。

表1：第一测试序列

在第一测试序列中，实际环境温度(第8行)超过了标准环境温度。在无冷却时，不同组件的温度(第1至6行)全部明显超过环境。通过冷却，所有组件的温度明显降低，除一个组件以外，所有组件都在50°环境温度以下，并且所有组件均明显低于70°环境温度。

虽然已经详细地说明了本发明的实施例，但对于本领域技术人员显而易见的是，那些实施例可以有修正和备选。但是，能够明确地理解的是，这样的修正和备选是在本发明的范围和精神之内的，本发明的范围和精神如随附权利要求书中所阐述的。而且，本文中所说明的发明可以具有其它实施例，并且以其它方式实现或执行。此外，应该理解的是，在本文中所使用的措辞和术语仅是为了说明的目的，并不应被理解成构成限制。对于“正包括”、“正包含”或者“具有”及其变形的使用意味着包含其后所列出的项目及其等价物以及额外的项目。