用于计算机房间空调单元的翼面框架的制作方法

公开的背景

1.公开的领域

本公开总体涉及在数据中心环境中使用的冷却系统，更具体地，涉及设置在计算机房间空调(“crac”)单元上的翼面框架。

2.相关技术的讨论

容纳电子设备(诸如，数据处理设备、联网设备以及电信设备)的设备外壳或机架已经使用了很多年。这样的机架用来将设备包含和布置在大型数据中心以及小的布线室和设备房间中。在某些实施方案中，设备机架可以是开放的构型并可以被安置在机架外壳内，虽然当指机架时可以包括外壳。标准机架通常包括前部安装导轨，诸如服务器、cpu和电信设备的电子设备的多个单元安装至该导轨并竖直地堆叠在机架内。随着互联网的发展，数据中心包含数以百计的这些机架不是罕见的。此外，随着计算机设备的不断减小的尺寸，并且具体地，随着计算机服务器和叶片的不断减小的尺寸，安装在每个机架中的电气设备的数量一直在增加，引发了对充分冷却设备的关注。

安装于机架上的设备产生的热量可对设备部件的性能、可靠性和使用寿命产生不利的影响。具体地，在运行期间，容纳于外壳内的安装于机架上的设备可能容易受到外壳范围内产生的热量积聚和热点的影响。在运行期间，设备机架所产生的热的量取决于机架中的设备所汲取的电功率的量。此外，电子设备的用户可根据其需求的变化以及新需求的出现来新增、去除和重新布置安装于机架上的部件。

以前，在某些构型中，数据中心已经通过围绕数据中心房间的外围定位的计算机房间空调(“crac”)单元来冷却。在一个实施方案中，crac单元从单元的前部吸入空气并朝向数据中心房间的天花板向上输出更冷的空气。在其他实施方案中，crac单元从数据中心房间的天花板附近吸入空气，并且在升高的地板下方排出较冷的空气，以递送到设备机架的前部。一般情况下，这种crac单元吸入室温空气(约72°f(22℃))并排出冷空气(约55°f(13℃))，排出的冷空气被吹入数据中心房间中并在设备机架处或设备机架附近与室温空气混合。安装于机架上的设备通常通过如下方式来对自身进行冷却：沿着机架的前侧或空气入口侧抽吸空气、抽吸空气经过其部件并且随后从机架的后侧或者排气口侧排出空气。

一个示例性的crac单元由箱形壳体构成，该箱形壳体在顶部处开口以接收一定的空气流量并且在底部处开口以将空气流递送到服务器。壳体通常支撑用以冷却进入crac单元的空气的热交换盘管(heatexchangecoil)以及用以移动空气流的风扇。操作crac单元所需的其他装置，诸如用于连接热交换盘管的管、收集冷凝物的盘及其他部件，被支撑在壳体内。

crac单元的设计的一个驱动因素是与crac单元的冷却能力相比的用于操作crac单元的功率的量。希望在增加冷却能力的同时减少用以操作crac单元的功率的量。为了减少crac单元吸收的功率，已经在提高风扇效率、优化crac单元壳体的尺寸以及评估影响crac单元内的压降的要素(components)方面作出了努力。在crac单元内，压降由不同的原因引起。图1示出了典型crac单元的热图像，其中被确认的区域(由圆圈表示)代表能量损失。具体地，所确认的区域是本文描述的翼面框架的实施方案意图去减小的区域。

公开的概述

本公开的一个方面涉及计算机房间空调单元，其包括：壳体，其具有被配置成接收it空气的入口和被配置成排出经处理的空气的出口；热交换器，其由所述壳体支撑并且布置在所述壳体的入口和出口之间；至少一个风扇模块，其由所述壳体支撑，所述至少一个风扇模块被配置为通过入口将it空气吸入壳体内，引导it空气穿过热交换器，并且通过出口排出经处理的空气；和翼面框架，其在所述壳体的入口处被固定到壳体。

计算机房间空调单元的实施方案将翼面框架配置成具有在壳体的入口处被固定到壳体的前部的前部翼面框架构件。翼面框架可以包括在壳体的入口处被固定到壳体的侧部的第一侧部翼面框架构件。翼面框架可以包括在壳体的入口处被固定到壳体的相对侧部的第二侧部翼面框架构件。翼面框架可以包括在壳体的入口处被固定到壳体的至少一个翼面框架构件。所述至少一个翼面框架构件可以包括从壳体的前部延伸的前缘。所述至少一个翼面框架构件还可以包括沿大致平行于壳体前部的方向延伸的后缘。所述至少一个翼面框架构件在构造上可以是中空的，并且还可以包括从前缘延伸到后缘的外表面。所述至少一个翼面框架构件还可以包括形成在外表面中的多个狭槽。多个狭槽中的相邻狭槽可以相对于彼此交错。

本公开的另一实施方案涉及一种用于计算机房间空调单元的翼面框架。在一个实施方案中，翼面框架包括在壳体的入口处固定到计算机房间空调单元的壳体的至少一个翼面框架构件。

翼面框架的实施方案可以包括配置至少一个翼面框架构件使其包括从计算机房间空调单元的壳体的前部延伸的前缘。所述至少一个翼面框架构件还可以包括沿大致平行于所述计算机房间空调单元的壳体的前部的方向延伸的后缘。所述至少一个翼面框架构件在构造上可以是中空的，并且还可以包括从前缘延伸到后缘的外表面。所述至少一个翼面框架构件还可以包括形成在外表面中的多个狭槽。多个狭槽中的相邻狭槽可以相对于彼此交错。

本公开的另一个实施方案涉及减小计算机房间空调单元内的压降的方法，所述计算机房间空调单元包括：壳体，其具有被配置成接收it空气的入口和被配置成排出经处理的空气的出口；热交换器，其由所述壳体支撑并且布置在所述壳体的入口和出口之间；至少一个风扇模块，其由所述壳体支撑，所述至少一个风扇模块被配置为通过所述入口将it空气吸入所述壳体内，引导it空气穿过所述热交换器，并且通过所述出口排出经处理的空气；和翼面框架，其在所述壳体的入口处被固定到所述壳体。在一个实施方案中，该方法包括：在所述计算机房间空调单元的所述壳体的所述翼面框架上引导it空气。

该方法的实施方案还可以包括：将翼面框架配置成具有在壳体的入口处被固定到壳体的至少一个翼面框架构件。所述至少一个翼面框架构件可以包括从壳体的前部延伸的前缘和沿大体平行于壳体前部的方向延伸的后缘。所述至少一个翼面框架构件在构造上可以是中空，并且还包括从前缘延伸到后缘的外表面。所述至少一个翼面框架构件还可以包括形成在外表面中的多个狭槽。

附图简述

下面参考附图讨论至少一个实施方案的各种方面，附图并没有被规定为按比例绘制。在附图、详细描述或任何权利要求中的技术特征跟随有参考标记的情况下，该参考标记已被包括以用于增加附图、详细描述和权利要求的可理解性的唯一的目的。因此，参考标记的有无不旨在对任何权利要求元素的范围具有任何限制作用。在附图中，在不同图中示出的每个相同或几乎相同的部件由相似的数字表示。为了清楚起见，不是每个部件都在每个附图中被标出。附图被提供用于说明和解释的目的并且不意图成为本公开内容的限制的界定。在附图中：

图1是现有技术的crac单元的热图像；

图2是具有本公开的实施方案的翼面框架的crac单元的透视图；

图3是图2所示的crac单元的局部剖视图；

图4是翼面框架的放大剖视图；

图5是翼面框架的一部分的放大透视图；

图6是翼面框架之上的空气流的示意性剖视图；

图7是以并排关系放置的两个crac单元的透视图；和

图8是图7所示的crac单元的翼面框架的剖视图。

公开的详细描述

数据中心通常是很大的房间，在某些情况下，其被设计成在数据中心内安置成排布置的数百个电子设备机架。设备机架的排可以以存在冷通道和热通道的方式被布置。冷通道提供接近外壳的前部的通路，通常在外壳的前部处接近电子设备。热通道提供接近设备机架的后部的通路。当需求改变时，设备机架的数目可以增加或减少，这取决于数据中心的功能要求。本公开的实施方案的crac单元包括位于crac单元的吸力侧的翼面框架，以通过消除压降来提高效率。

在一个实施方案中，每个crac单元具有壳体，该壳体被配置为支撑壳体内的冷却系统的部件。例如，在一个实施方案中，crac单元的部件可以包括热交换器，该热交换器包含联接到液态制冷剂源的蒸发器。该蒸发器连接到源，以使得液态制冷剂被输送到蒸发器并且使得汽化的制冷剂返回到源。在此实施方案中，在crac单元是直接膨胀式(dx)系统的情况下，使用蒸发器，其中液态制冷剂在蒸发器中蒸发，产生冷却作用。在其他实施方案中，crac单元的热交换器使用冷冻水来冷却空气。冷冻水由外部冷冻器产生和提供。crac单元还可包括在crac单元的底部处的一个或更多个风扇模块，以使空气移动穿过热交换器。风扇模块可以位于crac单元内的任何地方，以驱动空气移动穿过crac单元。crac单元可被布置在一排设备机架中，并且配置成从热通道吸入数据中心内的热空气，例如，用于将该空气冷却至略低于环境温度。这种配置消除了将热空气与室温空气混合以得到温的混合物的低效率。

本公开的实施方案的冷却系统能够根据需要采用一个或更多个crac单元来提供数据中心内的局部冷却。具体来说，多个crac单元可以放置在数据中心内的任何地方，包括散布在一排设备机架中，以更有效地冷却数据中心。由电子设备产生的暖空气的循环路径大大减少，因此几乎消除了热空气和冷空气在数据中心内的混合。

本公开的至少一个实施方案涉及用于crac单元中的翼面框架，该crac单元可以选择性地定位，以冷却容纳在数据中心的设备外壳或机架内的电子设备。如本文所使用的，“外壳”和“机架”被用来描述被设计成支撑电子设备的装置。这样的翼面框架被设计成解决与crac单元的吸力侧相关联的压降，其中进入crac单元的空气由于传统crac单元的壳体的尖锐边缘而必须弯曲，这可能引起大的压降。翼面产生边界层，该边界层基本上消除了crac单元的壳体的入口处的压降。具体来说，翼面使得边界层能够沿翼面的长度继续，其中狭槽朝向翼面拖拽边界层，从而减少crac单元内的压降。

参考附图，更具体地参考图2，为了处理数据中心内的热积累和热点，并且为了处理整个数据中心内的气候控制(climatecontrol)问题，提供一个或更多个crac单元。在一个实施方案中，整体由10表示的crac单元包括整体由12表示的壳体，该壳体可以被构造成类似于设备机架的壳体。像设备机架一样，crac单元10的壳体12是具有前部14、后部16、两个侧部18、20、顶部22和底部24的矩形结构，该矩形结构被由竖直的和水平的支撑元件构成的框架所界定。提供盖或面板以覆盖所述前部、后部和侧部。如将在以下更详细地公开的，crac单元10被配置为收容和容纳冷却设备，并且，在一些实施方案中，可以仅借助于手工工具方便地分解和拆卸crac单元10，以便运输或贮存。

参考图3，crac单元10的壳体12创建crac单元的内部区域内的空间，以允许冷却系统的部件被容纳在crac单元内。在某些实施方案中，前面板和后面板可以通过直角回转闩锁(quarter-turnlatches)固定到crac单元10的壳体12的框架，以使得能够容易地附接和移除面板，从而可以快速地接近所述内部区域。crac单元10包括热交换器26，该热交换器26包含盘管，该盘管由壳体12支撑并通过合适的管道28联接到液态制冷剂源。热交换器26连接到所述源，使得液态制冷剂被递送到热交换器并且使得汽化的制冷剂返回到源。在另一个实施方案中，热交换器26可连接到诸如冷冻水的冷冻流体的源。crac单元10还包括设置在crac单元的壳体12的底部24处的风扇模块30，以使空气穿过热交换器26从crac单元的壳体的顶部22移动到crac单元的壳体的底部。在一些实施方案中，使空气穿过布置在crac单元10的内部区域内的一个或更多个过滤器(未示出)以净化空气。在从crar单元排出之前，空气还可以穿过另外的热交换器，以调节空气。

另外参考图4，crac单元10的壳体还包括整体由32表示的模块化的翼面框架，该翼面框架在壳体的入口34处位于crac单元的壳体12的顶部22上。在一个实施方案中，翼面框架32包括前部部分36、两个侧部部分38、40、后部部分42和两个角部部分44、46。如所示，翼面框架32的前部部分36包含在壳体的入口34处固定到壳体12的前部14的前部翼面框架构件。翼面框架32的侧部部分38、40包含在壳体12的入口34处被固定到壳体的一个侧部(例如侧部18)的第一侧部翼面框架构件和在壳体的入口34处被固定到壳体的相对侧部(例如侧部20)的第二侧部翼面框架构件。在所示实施方案中，翼面框架构件32具有环形结构，该环形结构在构造上是中空的。

虽然翼面框架32的前部翼面构件36和侧部翼面框架构件38、40被配置成与壳体12的前部14和侧部18、20的上边缘重叠，但翼面框架可以被配置成包括与壳体的入口的任何部分重叠的翼面框架构件。例如，翼面框架32的后部部分42可以包括后部翼面框架构件，使得翼面构造利用前部翼面构件36和侧部翼面框架构件38、40包围壳体12的整个入口34。在另一示例中，翼面框架32可以仅包括前部翼面框架构件36，其中侧部部分38、40被配置成类似于翼面框架的后部部分42。

图4示出了前部翼面框架构件36的剖视图。侧部翼面框架构件38、40各自类似地被构造。如所示，翼面框架构件36包括从壳体12的前部14延伸的前缘48和沿着大致平行于壳体的前部的方向延伸的后缘50。在一个实施方案中，如上文提及的，翼面框架构件36在构造上是中空的，并且还包括从前缘48延伸到后缘50的外表面52。翼面框架构件36可以被配置成固定到壳体12的框架构件54，使得翼面框架构件覆盖壳体的框架构件。外表面52可界定通常与较高速度和较低静压力相关联的吸力表面。翼面框架构件36的前缘48是翼面的前部处的具有最大曲率(最小半径)的点。翼面框架构件36的后缘50是翼面框架构件的后部处的最大曲率的点。翼面框架构件36包括从前缘48延伸到后缘50的翼弦线。

参考图5，翼面框架构件36、38还包括形成在外表面52中的多个狭槽，每个狭槽由56表示。在一个实施方案中，相邻的狭槽56相对于彼此交错。具体来说，一排狭槽56形成在翼面框架构件(例如翼面框架构件36)的更靠近前缘48的外表面52中，并且另一排狭槽形成在翼面框架构件的更靠近后缘50的外表面中。在另一实施方案中，狭槽可以以任何期望的配置定向，例如沿直线定向。翼面框架构件36的外表面52和狭槽56在翼面框架构件的表面上形成边界层。图6示出了由具有狭槽56的翼面框架构件36的外表面52产生的边界层58。

由翼面框架32界定的内部空间连接到减压空间，该减压空间是具有热交换器26的空间。这种连接可以通过一个或更多个连接管28(图3)来实现。事实上，该减压空间的压力低于进入crac单元10的it空气的压力，所述it空气因穿过热交换器26的空气所产生的压降而进入crac单元10。通常，此压降约为50-100pa，这取决于空气速度、热交换器的数量或排数(row)、散热片间距等。

参考图7和图8，示出了按并排配置布置的至少两个crac单元10。图8示出了相邻框架构件32的两个侧部翼面框架构件38、40，这两个侧部翼面框架构件38、40并排放置以形成完全空气动力学形状(fullyaerodynamicshape)。

避免边界层58分离的另一种方法是向层本身提供能量。这可以通过在边界层58中吹入高压空气来实现。

在crac单元中，在风扇模块的排气侧可以获得高压空气。因此，如果为风扇模块的排气侧提供翼面框架型面，则处理过的空气可以被注入边界层。

在某些实施方案中，crac单元可以是标准尺寸的十九英寸设备机架的宽度的一半，例如，宽度为十二英寸，并且crac单元可以是模块化的，使得crac单元可被插入一排设备机架中。冷却系统的模块化性质允许使用者优化每个crac单元的位置。因此，为了最大的效率和在数据中心内使用，冷却系统可以被采用和重新布置。

本文所用的措辞和术语是出于描述的目的，并且不应视为具有限制性。对本文以单数引用的系统和方法的实施方案或元素或行为的任何引用还可以包含包括这些元素中的多个元素的实施方案，并且本文以复数对任何实施方案或元素或行为的任何引用还可以包含仅包括单个元素的实施方案。单数形式或者复数形式的引用并不旨在限制当前公开的系统或者方法、它们的部件、动作或者元件。本文使用“包括”、“包含”、“具有”、“含有”和“涉及”及其变型意在包括其后列举的项目和其等价物以及额外的项目。“或”的引用可解释为包括性的，使得使用“或”所描述的任何术语可以指示所描述的术语的单个、多于一个以及全部中的任何一种。对前和后、左和右、顶和底、上和下、以及竖直和水平的任何引用都是旨在描述的方便，而不是将本系统和方法或其部件限制到任何一个位置或空间方位。

因此，已经描述了至少一个实施方案的几个方面，需要理解的是，各种变化、修改和改进对于本领域的技术人员来说将是很容易想到的。这样的改变、修改和改进旨在成为本公开的一部分，并且旨在落入本公开的范围内。因此，前面的描述和附图仅通过示例的方式，并且本公开的范围应当从所附权利要求书以及其等同物的适当解释中确定。