用于氣流增強的進氣阻力降低的制作方法

本公開涉及安裝在機架上的電子器件的氣流冷卻。

背景技術：

在從前到后的空氣冷卻網絡機架中，在網絡線卡的面板中策略性地設置了孔，以允許冷卻空氣進入線卡。一個設計挑戰是為具有最大輸入/輸出(I/O)端口的系統提供足夠的冷空氣，以及足夠的電磁干擾(EMI)抑制。隨著集成電路和處理能力的性能提高，端口數量和穿孔尺寸/面積之間的平衡迫使在開關能力和熱管理之間進行權衡。對于給定的占用面積，例如單機架單元(RU)線卡，隨著端口密度增加，面板中可用的穿孔面積減小，并且較少的冷空氣能夠被吸入系統中。

附圖說明

圖1A示出了根據示例實施例的電子模塊的透視圖。

圖1B示出了根據示例實施例的電子模塊的分解圖。

圖2A示出了根據示例實施例的電子模塊的面板部分的透視圖。

圖2B示出了根據示例性實施例的面板部分的側視圖。

圖3根據示例實施例，示出了電子模塊的前部的側視圖，其中示出了進入模塊的氣流。

圖4示出了根據示例性實施例的具有安裝在其中的多個電子模塊的電子機架。

圖5示出根據示例性實施例的安裝在電子機架中的兩個電子模塊的側視圖。

圖6示出了根據示例性實施例的氣流中的壓降。

圖7是示出根據示例實施例的用于在電子機架中使用迫入空氣進行冷卻的示例過程的流程圖。

具體實施方式

概述

一種裝置包括框架和由框架支撐的一個或多個發熱元件。多個端口位于框架的前部，并且電耦合到發熱元件。面板被耦合到框架的前部，并且包括一個或多個端口開口以允許接入端口、和多個氣流開口。每個氣流開口具有與框架的前部對齊的底部邊緣和與框架的頂部對齊的頂部邊緣。氣流開口的頂部邊緣向后設置成距框架的前部某一預定距離。

示例實施例

使冷卻空氣通過安裝在機架上的電子系統(例如網絡線卡)中的面板的一個因素是投影進氣面積。較高的投影進氣面積允許通過安裝在機架中的線卡的較低的壓降和較高的氣流速率。進氣區域的一個示例包括沖壓到線卡的面板中的槽，例如在線卡的端口上方。根據本文提出的技術，通過縮回進氣槽的頂部邊緣來增加投影面積。在另一個示例中，通過使面板的底部形成倒角來增加堆疊式線卡(例如，在機架中彼此上下安裝的線卡)的投影面積，其中面板的底部與下面的線卡的進氣槽對齊。

由于進氣槽的面積增加，因此本文所述的面板設計提供了對進氣口處的壓降的大約20％的改進。面板的倒角底部大約貢獻了額外5％的改進。本文所述的電子模塊充分利用面板的有效進氣面積，而不犧牲電磁干擾(EMI)性能。面板允許最大輸入/輸出(I/O)端口數或信號容量，同時最小化任何熱阻塞問題。此外，本文所述的面板設計由于缺乏昂貴的附加特征(例如，六邊形蜂窩進氣孔、定制EMI屏蔽墊圈和/或計算機數字控制(CNC)加工)而使成本最小化。

參考圖1A和1B，示出了可安裝在機架上的電子模塊100的示例。圖1A示出了省略外蓋的組裝的電子模塊100的透視圖，以便更好地示出內部組件。圖1B示出了電子模塊100的分解視圖，以示出電子模塊100的各個元件之間的關系和連接。在這些示例中，電子模塊100被示為網絡線卡，但是任何產生熱量并用空氣冷卻的電子模塊均可以被使用。線卡100包括印刷電路板(PCB)105，該PCB 105在PCB 105的前部處耦合到面板110。面板110包括沿著面板110的頂部邊緣的多個進氣槽115。多個端口120電連接到PCB 105并且通過面板110中的孔接入。在一個示例中，防塵罩130可以防止冷卻空氣中的碎屑進入線卡100的內部并且潛在地損壞內部組件。

EMI罩140在端口120之上落在模塊的頂部上，并且防止不可接受的等級的EMI通過相對較大的進氣槽115。EMI罩140將EMI墊圈向下壓在面板110的內側前部上和圍繞端口120的框的頂部上。諸如中央處理單元(CPU)之類的發熱元件150耦合到PCB 105。散熱器155放置成與發熱元件150熱接觸，以提供較大的表面積用于與冷卻空氣進行交互。

參考圖2A，面板110被示出為與線卡100分離。面板110包括多個進氣槽115，在該示例中，這些進氣槽115位于面板110的頂部與面板110的前部相交的角處。每個進氣槽115由頂部邊緣210，底部邊緣212和在兩個相鄰的進氣槽115之間的邊帶214限定。頂部邊緣210沿著基本上與面板110和電子模塊100的頂面對齊的平面設置。底部邊緣212沿著基本上與面板110和電子模塊100的前面對齊的平面設置。

面板110還包括一個或多個開口220，以允許接入電子模塊100上的元件(例如，端口120)。邊帶225可以在開口220的側面上提供用于面板110的結構，并且可以包括進氣孔以將一些冷卻空氣提供到電子模塊100中。機架安裝鎖定機構230可附接到面板，并將面板110和所附接的電子模塊100固定到電子機架。

參考圖2B，示出了面板110的側視圖。側視圖示出了沿著面板110的前面布置的進氣槽的底部邊緣212，其中機架安裝鎖定機構230從面板110的前面延伸出去。進氣槽的頂部邊緣210沿著頂面設置并且向后設置成距面板110的前面預定距離。在一個示例中，進氣槽的頂部邊緣210向后設置成距離面板110的前面至少0.75英寸。將頂部邊緣210設置在面板110的前面之后允許較大的開口以使空氣進入進氣槽115。較大的開口減小了壓降，并允許更大體積的冷卻空氣進入電子模塊。

面板110的前面和面板110的底面的拐角用從前面上的預定點延伸到底面上的預定點的倒角240代替。在一個示例中，倒角240是線性倒角，從沿著前面距底面向上0.1英寸的點延伸到沿著底面距前面向后0.38英寸的點。在其他示例中，倒角240可以是多個線性段的組合，或者倒角240可以是非線性的。倒角240允許位于當前電子模塊下方的更大的開口，以使空氣進入電子模塊，如下面關于圖4和5所討論的。

在一個示例中，圖2A和2B所示的面板110由具有孔(例如，進氣槽115、開口220、邊帶225中的孔等)的金屬板構成，這些孔是用最少使用或不使用復雜加工操作(例如，銑削)的簡單操作(例如，擠壓、沖壓等)形成的。簡單的制造技術使得面板110能夠以比用更復雜的制造技術制造的面板更低的成本來構造。

參考圖3，示出了具有進入模塊的氣流的電子模塊的側視圖。示出了電子模塊，包括電路板105、由頂部邊緣210和底部邊緣212限定的進氣槽、端口120、防塵罩130和EMI罩140。在該示例中，EMI罩140包括氣孔310，被設置在端口120的后部。空氣流入進氣槽中，如320處所示，并且穿過防塵罩130和EMI罩140，然后離開EMI罩進入電子模塊的內部，如330處所示。一旦冷卻空氣進入電子模塊的內部，則其例如通過與散熱器155(圖3中未示出)交互來冷卻發熱元件150。

參考圖4，示出了具有安裝在其中的多個電子模塊100的電子機架410。電子模塊100可以安裝成使得模塊直接在彼此之上，使得最大數量的電子模塊可以裝配到機架中。在一個示例中，電子模塊100是網絡線卡，并且電子機架410被配置為從模塊的后面為電子模塊100供電。電源可以被包括作為電子機架410的一部分，或者可以在機架的外部。在該示例中，電子機架被配置為用于從前到后的氣流。電子機架410可以具有一個或多個門以接入機架的內部，并且可以具有一個或多個空氣過濾器以清潔進入機架的空氣。

參考圖5，示出了彼此相鄰安裝的兩個電子模塊，以示出面板的底部倒角的效果。電子模塊被安裝(例如，在電子機架410中)為使得頂部電子模塊的倒角240基本上與底部電子模塊的進氣槽對齊。由于氣流的壓降通常由最窄的狹窄部分支配，所以頂部電子模塊上的倒角240在進入底部電子模塊的氣流的路徑520中打開狹窄部分510。在一個示例中，其中安裝電子模塊的電子機架的底盤可以設計成使得頂部模塊具有至少與底部倒角提供給每個下部電子模塊一樣大的產生其進氣槽的面積。

參考圖6(參考圖1A和1B)，示出了作為沿著網絡線卡的長度的距離的函數的空氣的計量壓力的仿真圖表。數據集610示出了在冷卻網絡線卡時沿著氣流路徑的各個點處的氣壓。兩個主要的壓降與氣流路徑中的狹窄部分相關。在該示例中，612處的壓降對應于氣流進入由邊緣210和212限定的部分的進氣槽115處的狹窄部分。614處的壓降對應于防塵罩130、和EMI罩140的頂側上的狹窄部分。添加兩個壓降612和614所產生的總壓降低于傳統面板中在進氣槽處較窄的狹窄部分所產生的壓降。

改進的壓降特性的另一種測量是較低的壓降所允許的體積流速的增加。表I示出了通過具有根據本文所述進行修改的進氣槽的單個電子模塊的空氣的總體壓降和體積流速。空氣的體積流速以立方英尺每分鐘(CFM)為單位給出，并且壓力以英寸水柱(in.w.g.)給出。通過具有經修改的進氣槽的模塊的流速比通常在網絡線卡的正常操作條件下獲得的流速高大約20％。

表I：利用改進的進氣槽設計的網絡模塊的壓降和空氣流速。

參考圖7，示出了使用具有倒角底部的面板的步驟的示例過程700。在步驟710中，多個電子模塊安裝在電子機架中。在步驟720中向電子模塊提供電力，這可能導致電子模塊的元件開始產生熱量。在步驟730中，在第一電子模塊上的面板的倒角底部和安裝在第一電子模塊下方的第二電子模塊的進氣槽之間迫入空氣。在步驟740中，由于倒角底部，兩個電子模塊之間的區域較大，使得較大流量的空氣能夠進入第二電子模塊的進氣槽并且冷卻第二電子模塊。

總之，本文提出的技術通過擴大和縮回在面板頂部上的槽以及使面板的底部邊緣形成倒角來最大化電子模塊(例如網絡線卡)的面板上的投影進氣面積。增加的投影進氣面積允許系統內的高空氣流速和更低的壓降。這為面板上的端口提供了更多的空間，而不犧牲為諸如處理器、存儲器或專用集成電路(ASIC)之類的發熱元件提供冷卻能力的能力。

在一個示例中，本文所提出的技術提供了一種裝置，其包括框架和由框架支撐的一個或多個發熱元件。多個端口位于框架的前部，并且電耦合到發熱元件。面板耦合到框架的前部，并且包括一個或多個端口開口以允許接入端口、和多個氣流開口。每個氣流開口包括與框架的前部對齊的底部邊緣和與框架的頂部對齊的頂部邊緣。氣流開口的頂部邊緣被向后設置成距框架的前部某一預定距離。

在另一示例中，本文所提出的技術提供了一種系統，包括保持多個電子模塊的電子機架。每個電子模塊包括框架和由框架支撐的一個或多個發熱元件。電耦合到發熱元件的多個端口位于框架的前部。耦合到框架的前部的面板還包括一個或多個端口開口以允許接入端口，多個氣流開口與框架的頂部對齊，以及倒角底部與框架的底部對齊。從多個電子模塊中選擇的第一電子模塊安裝在第二電子模塊上方，使得第一電子模塊上的面板的倒角底部基本上與第二電子模塊上的面板的氣流開口對齊。

在另一示例中，本文提出的技術提供了一種方法，包括在電子機架中安裝多個電子模塊。每個電子模塊包括一個或多個發熱元件。該方法還包括向多個電子模塊中的發熱元件提供電力。在從多個電子模塊中選擇的第一電子模塊上的面板的倒角底部與第二電子模塊中的多個氣流開口之間迫入空氣。第二電子模塊的發熱元件用被迫入的空氣冷卻。

以上描述僅是示例性的。所描述的任何材料僅僅是可以使用的材料的示例。在不脫離本發明的范圍的情況下，可以取代其它材料。還應當理解，本文所使用的術語(例如“左”、“右”、“頂”、“底”、“前”、“后”、“側”、“高”、“長”、“寬”、“上”、“下”、“內部”、“外部”、“之內”、“之外”等)僅描述參考點或部分，并且不將本發明限制為任何特定方位或配置。此外，本文使用術語“示例性”來描述示例或說明。在此作為示例性描述的任何實施例不應被解釋為優選或有利的實施例，而是作為本發明的可能實施例的一個示例或說明。