用于电子设备的横流式空气冷却模块

技术领域

所公开的实施方式大体涉及电子设备的冷却，具体地但不排他地涉及用于电子设备的横流式空气冷却模块。

背景技术

电池备份单元(BBU)在数据中心和服务器机架中用于向数据中心内的机架中的服务器、路由器和其它电子设备提供备份能量。通常，BBU与其它电子设备(诸如服务器和其它IT设备)一起定位在机架中，并且预期在一定时间内向它们的机架内的设备提供电力，直到来自主数据中心的电源的电力而不是电池电力能够对机架中的设备恢复。

BBU实质上是内部具有多个单独电池单元的电池组或封装。当电池单元提供电能时，在放电时产生大量热量。电池单元的存储温度对于电池单元的寿命和正常操作至关重要，但是热管理，即，调节BBU内的电池单元的温度，在将多个电池单元紧密封装在一起时是一个挑战，因为各个电池单元之间的间隙可能不足以使气流通过以提取热量。当冷却气流必须经过长距离以通过多行电池单元时，该问题变得更加具有挑战性。电池封装内的热条件的性质是高气流阻力和均匀的散热封装。

用于服务器的冷却气流通常从前部流向后部；这就是许多数据中心具有冷通道/热通道布置的原因。但是，用于BBU中电池单元的气流管理需要在宽供应区域上一致地输送冷却空气。当前的电池组受到机架空间和机架形状因素的限制，使得管理气流以覆盖BBU内尽可能多的电池单元具有挑战性。另一挑战是额定功率和备份时间要求越来越关键，这导致对BBU设计的更多挑战。

发明内容

根据本申请的一方面，提供了一种横流冷却模块。该横流冷却模块可包括：冷却模块壳体，包括模块入口和模块出口，所述模块出口相对于所述模块入口以非零角度定位，以及所述模块出口的面积大于所述模块入口的面积；横流式风扇组件，位于所述冷却模块壳体内，所述横流式风扇组件包括具有风扇入口和风扇出口的风扇壳体，所述风扇入口流体联接至所述模块入口，所述风扇出口流体联接至所述模块出口，以及所述风扇出口的面积小于所述模块出口的面积；入口空气挡板，位于所述冷却模块壳体内，以在所述模块入口与所述风扇入口之间形成入口空气通道；以及出口空气挡板，位于所述冷却模块壳体内，以在所述风扇出口与所述模块出口之间形成发散的出口空气通道。

根据本申请的另一方面，提供了一种系统。该系统可包括：

电子设备隔室，其中具有至少一个发热部件，并且具有冷空气入口和热空气出口；一个或多个横流式冷却模块，流体联接至所述冷空气入口。所述一个或多个横流式冷却模块中的每个均可包括：冷却模块壳体，包括模块入口和模块出口，所述模块出口相对于所述模块入口以非零角度定位，所述模块出口的面积大于所述模块入口的面积，以及所述模块出口流体联接至所述电子设备隔室的所述冷空气入口；横流式风扇组件，位于所述冷却模块壳体内。所述横流式风扇组件可包括：风扇壳体，具有风扇入口和风扇出口，所述风扇入口流体联接至所述模块入口，所述风扇出口流体联接至所述模块出口，以及所述风扇出口的面积小于所述模块出口的面积；入口空气挡板，位于所述冷却模块壳体内，以在所述模块入口与所述风扇入口之间形成入口空气通道；以及出口空气挡板，位于所述冷却模块壳体内，以在所述风扇出口与所述模块出口之间形成发散的出口空气通道。

根据本申请的又一方面，提供了一种数据中心。该数据中心可包括：数据中心，包括交替的热通道和冷通道；至少一个机架，位于所述数据中心中，其前部面向冷通道，其后部面向热通道；一个或多个电子设备隔室，位于所述至少一个机架中，所述一个或多个电子设备隔室在其中具有至少一个发热部件，并且具有冷空气入口和热空气出口；横流式冷却模块，流体联接至所述电子设备隔室中的至少一个的所述冷空气入口。所述横流式冷却模块可包括：冷却模块壳体，包括模块入口和模块出口，所述模块出口相对于所述模块入口以非零角度定位，所述模块出口的面积大于所述模块入口的面积，以及所述模块出口流体联接至所述电子设备隔室的所述冷空气入口；横流式风扇组件，位于所述冷却模块壳体内。所述横流式风扇组件可包括：风扇壳体，具有风扇入口和风扇出口，所述风扇入口流体联接至所述模块入口，所述风扇出口流体联接至所述模块出口，以及所述风扇出口的面积小于所述模块出口的面积；入口空气挡板，位于所述冷却模块壳体内，以在所述模块入口与所述风扇入口之间形成入口空气通道；以及出口空气挡板，位于所述冷却模块壳体内，以在所述风扇出口与所述模块出口之间形成发散的出口空气通道。

附图说明

参考以下附图来描述本发明的非限制性和非穷举性实施方式，其中，除非另有说明，否则在各个视图中相同的附图标记表示相同的部件。

图1是横流式空气冷却模块的实施方式的剖视图。

图2是横流式空气冷却模块的另一实施方式的剖视图。

图3是联接至横流式空气冷却模块的电子设备隔室的实施方式的前视图。

图4A至图4C是数据中心的实施方式的立体图。

图5是电子机架的一个实施方式的前视图，该电子机架包括联接至横流式空气冷却模块的电子设备隔室。

图6是联接至横流式空气冷却模块的电子设备隔室的另一实施方式的立体图。

具体实施方式

描述了用于电子设备的横流式空气冷却模块的装置和系统的实施方式。描述了特定细节以提供对实施方式的理解，但是相关领域的技术人员将认识到的是，可在没有一个或多个所描述细节的情况下或利用其它方法、部件、材料等来实现本发明。在一些情况下，没有详细示出或描述公知的结构、材料或操作，但是仍然落在本发明的范围内。

本说明书全文提及的“一个实施方式”或“实施方式”是指所描述的特征、结构或特性可包括于至少一个所描述的实施方式中，使得“在一个实施方式中”或“在实施方式中”的出现不一定都指相同的实施方式。另外，在一个或多个实施方式中，特定的特征、结构或特性可以以任何合适的方式进行组合。

所公开的实施方式描述了一种包括一个或多个横流式空气移动器的横流式冷却模块。这些空气移动器用于从数据中心冷通道移动气流，将气流方向改变90度(尽管在其它实施方式中也可能是其它角度)，以及将气流供应到流体联接至横流式冷却模块的隔室中的发热部件，诸如BBU电池。然后，空气流在竖直方向上供应至电池组，并且在离开电池组进入数据中心热通道之前被推动通过电池单元。可在至少一个开口上使用百叶窗。

图1示出了横流式冷却装置100的实施方式。横流式冷却装置100包括流体联接至容纳电子设备的隔室128的横流式冷却模块102。如本文中所用，术语“流体联接”是指以可直接或间接交换流体的方式进行联接。因而，如果A流体联接至B，则可在A和B之间的任一方向上直接地或通过插入在A和B之间的另一元件进行流体交换。

横流式冷却模块102包括具有模块入口106和模块出口108的冷却模块壳体104。在所示实施方式中，模块入口106的面积比模块出口108更小。模块入口106还相对于模块出口108以非零角度定位，换言之，通过模块入口106的平面相对于通过模块出口108的平面成一定角度，或者，换言之，模块出口108的法向矢量相对于模块入口106的法向矢量成一定角度。在所示的实施方式中，模块出口108基本上垂直于模块入口106(即，它们之间的角度基本上为90度)，但是其它实施方式可具有与模块出口108和模块入口106之间所示的角度不同的角度。在一些实施方式中(参见，例如图3)，出于安全或其它原因，模块入口106可由百叶窗覆盖。

横流式风扇组件110位于冷却模块壳体104内。横流式风扇组件110包括具有风扇入口114和风扇出口116的风扇壳体112，空气通过风扇入口114进入风扇壳体112，以及空气通过风扇出口116离开风扇壳体112。风扇入口114相对于风扇出口116定位成非零角度，即，通过风扇入口114的平面相对于通过风扇出口116的平面成一定角度，或者，换言之，风扇出口116的法向矢量相对于风扇入口114的法向矢量成一定角度。在所示实施方式中，风扇出口116基本上垂直于风扇入口114(即，它们之间的角度基本上为90度)，但是其它实施方式可具有与所示不同的角度。

位于风扇壳体112内的是包括联接至叶轮118的风扇马达(未示出)的风扇。在所示实施方式中，叶轮118是切向叶轮，但是在其它实施方式中，叶轮118可为不同类型的叶轮，诸如径向叶轮或轴向叶轮。导板120邻近叶轮118定位，并固定到风扇壳体112，使得导板120帮助叶轮118转动，并引导通过风扇入口114进入的气流，并将其导向风扇出口116。在所示的实施方式中，导板120是弯曲的，但是在其它实施方式中，导板120可具有不同的结构。例如，在其它实施方式中，导板120可为平坦的或可包括多个平面板。涡流舌片122固定在壳体112上，并且基本上位于叶轮118的与导板120相对的侧部上。当叶轮118旋转时，涡流舌片122有助于控制叶轮118产生的涡流的位置。在所示的实施方式中，涡流舌片122是固定到风扇壳体122上的倾斜板，但是在其它实施方式中，涡流舌片可具有与所示的不同的结构、布置或与壳体的附接。

空气挡板定位在冷却模块壳体104内，以联接相应的入口和出口，并形成有助于引导流动空气的空气通道。在一个实施方式中，通过空气通道的空气流可为层流的。入口空气挡板124联接至冷却模块壳体104和风扇壳体112，使得单独或与冷却模块壳体104一起在模块入口106和风扇入口114之间形成入口空气通道125。在所示实施方式中，空气通道125收敛(即，其横截面积在流动方向上减小)，但是在其它实施方式中，空气通道125可发散(即，其横截面积在流动方向上增大)，或可为直的(即，其横截面积在流动方向上恒定)。入口空气挡板124用于为横流式风扇组件110产生层流空气流。类似地，空气挡板126联接至冷却模块壳体104和风扇壳体112，使得单独地或与诸如风扇壳体112的其它元件一起，在风扇出口116和模块出口108之间形成出口空气通道127。在所示实施方式中，出口空气通道127的风扇出口116的面积大大小于模块出口108的面积，使得出口空气通道127发散，以将气流从风扇出口分配到较大模块出口108。但是在其它实施方式中，根据风扇组件110和模块出口108的细节，出口空气通道127可收敛或是直的。

电子设备隔室128不是冷却模块102的部分，而是流体联接至冷却模块102。电子设备隔室128包括壳体129，电子设备的一个或多个部件定位在壳体129内。在所示实施方式中，壳体129中的电子设备是由多个单独的电池单元134组成的电池备份单元(BBU)，但是在其它实施方式中，隔室128可容纳其它类型的电子设备，诸如服务器、路由器等。壳体129具有与模块出口108流体联接的冷空气入口130，来自冷却模块102的冷空气通过该冷空气入口流入壳体129。壳体129还具有热空气出口132，热空气通过该热空气出口离开隔室128。

在装置100的操作中，风扇马达驱动叶轮118，叶轮118通过模块入口106将冷空气吸入壳体104。与由叶轮118引起的空气流同时，并且除了由叶轮118引起的空气流之外，如果有的话，空气流也可由数据中心的空气移动器和机架自身的空气移动器移动。在进入壳体104之后，空气被壳体和挡板124引向风扇入口114。随着冷空气进入风扇壳体112，叶轮118、导板120和涡流舌片122使冷空气流转过一定角度(在本实施方式中是90度)，并通过风扇出口116将冷空气流送出风扇壳体112。空气挡板126将通过风扇出口116离开的冷空气引导到模块出口108。然后，冷空气通过与模块出口108基本一致的冷空气入口130流入隔室128。冷空气进入隔室128并流过发热部件，诸如电池单元134，从而从它们中吸取热量。来自电池单元134的热量加热流动的空气，然后该空气通过热空气出口132流出隔室128。

在具有交替的冷通道和热通道的数据中心装置中，冷空气将通过模块入口106从冷通道吸入，并通过热空气出口132排入热通道。以这种方式，冷却模块102通过模块入口106的相对较小的区域吸入冷空气，并将冷空气散开到模块出口108的相对较大的区域上，使得冷空气可从隔室128侧部而不是从隔室128前部注入到隔室128中，如常规的那样。这立即在隔室128的整个深度上提供冷空气，从而使得电池单元134的冷却更有效，并将它们保持在较低的温度。

图2示出了横流式冷却模块200的另一实施方式。冷却模块100使用单个风扇组件110，使得横流式冷却模块100具有一个入口和一个出口。相反，冷却模块200使用多个风扇单元110。并且因为横流式冷却模块200使用多个风扇组件110，因而横流式冷却模块200具有多个入口和多个出口。

横流式冷却模块200包括多个横流式风扇组件110。在所示出的实施方式中，存在三个横流式风扇组件110a至110c，但其它实施方式可使用不同数目的风扇组件110。每个横流式风扇组件110a至110c均具有与上文针对风扇组件110所描述的相同的属性和变化。横流式风扇组件110a至110c在两个维度上彼此间隔开：在所说明的实施方式中，横流式风扇组件110a至110c在y维度和z维度两者上彼此间隔开。每个风扇组件110均流体联接至壳体202前部上的相应模块入口106和壳体202顶侧上的模块出口108：风扇组件110a流体联接至入口106a和出口108a，风扇组件110b流体联接至入口106b和出口108b，等等。由于风扇组件110a至110c之间的二维偏移，模块入口106a至106c在y方向上间隔开，以及模块出口108a至108c在z方向上间隔开。

结构插入件204和206位于壳体202内，以为风扇组件110a至110c提供结构支承，以及形成气流通道。另外，结构插入件204和206彼此协作或与诸如空气挡板124或壳体202的其它元件一起工作，以形成入口通道125a至125c，入口通道125a至125c将气流从每个入口106引导至其相应的风扇入口114，其中气流优选为层流气流。并且，如在横流式冷却模块102中，在不同的实施方式中，入口空气通道125可收敛、发散或为直的。图2示出通过使用结构插入件204和206以直的方式形成通道。除了结构功能之外，结构插入件204和206还起到空气挡板的作用，类似于横流式冷却模块100中的空气挡板124。类似地，空气挡板126a至126c联接至壳体202及其相应的风扇组件110a至110c，以形成将气流从风扇出口116a至116c引导至其各自的模块出口108a至108c的出口空气通道127a至127c。如同横流式冷却模块102一样，在不同的实施方式中，出口空气通道127可收敛、发散或为直的。

在操作中，横流式冷却模块200以与横流式冷却模块100基本相同的方式操作。但是因为具有多个风扇组件110，因而横流式冷却模块200具有更多的冗余和灵活性。在一些实施方式中，多个风扇组件110意味着每个风扇组件均独立地操作，并且如果一个风扇组件失效，其他风扇组件可正常运行。在一个实施方式中，模块出口108a至108c可全部被引导到用于冷却的相同隔室中，但是在其他实施方式中，每个模块出口108a至108c均可主要被引导到其自己的相应隔室中。在其它实施方式中，模块出口108a至108c中的一些可服务于单个隔室，而其它模块出口服务于多个隔室。

图3示出了从前面观察的横流式冷却装置300的另一实施方式。横流式冷却装置300基本上类似于冷却装置100：横流式冷却模块302流体联接至其中具有发热电子设备的隔室304。横流式冷却模块302的实施方式具有与上述用于冷却装置100的横流式冷却模块102的基本相同的特性和变化。在所示实施方式中，为了安全、美观或其它原因，百叶窗306覆盖横流式冷却模块302的模块入口，但其它实施方式不需要百叶窗。百叶窗也可安装在热空气出口(见图1)或其它入口或出口上。

图4A至图4C示出了横流式冷却模块的应用。通常，因为是模块化的，因而诸如冷却模块100或冷却模块200的横流式冷却模块在提供冷却方案方面提供了很大的灵活性。在不同的实施方式中，在横流式冷却模块和其所冷却的隔室或隔室内的隔板之间可具有一对一的对应关系、一对多的对应关系、或多对一的对应关系。在所示实施方式中，封闭部中的发热电子部件是竖直定位在封闭部中的刀片服务器，但是在其它实施方式中，发热电子部件可为其它部件，诸如BBU中的电池单元。

图4A示出了具有单个横流式冷却模块402的冷却装置400的实施方式，其叶轮401流体联接至具有多个刀片服务器的单个隔室404。这是横流式冷却模块和隔室之间一对一对应的例子。如上所述，冷空气从冷通道进入模块402，由风扇模块改变方向并供应到隔室404，最后空气离开隔室404到达热通道。图4B示出了具有多个横流式冷却模块402a和402b的冷却装置425的实施方式，横流式冷却模块402a和402b流体联接至具有多个刀片服务器的单个隔室404。这是冷却模块和隔室之间的多对一对应的示例。图4C示出具有多个横流式冷却模块402a至402b的冷却装置450的实施方式，横流式冷却模块402a至402b流体联接至具有多个刀片服务器的单个隔室404的部分。另一横流式冷却模块402e联接至封闭部404的其余部分。这是冷却模块和隔室之间的多对一对应的另一例子。尽管未示出，但是其它实施方式可具有一对多的对应关系，即，冷却多个隔室的单个冷却模块。

图5示出了包括一个或多个横流式冷却模块的机架装置500的实施方式。机架装置500包括电子机架502，其中具有发热电子设备的一个或多个隔室504定位在电子机架502内。所示的实施方式示出了两个隔室504a和504b，但是机架502的其它实施方式可包括比所示更多或更少的隔室。在不同的实施方式中，封闭部504内的电子设备可为电池后备单元(BBU)、诸如服务器、刀片服务器、路由器的IT设备、或其它设备、或这些设备的一些组合。横流式冷却模块506，其可为在本文描述的任何横流式冷却模块，流体联接至每个隔室504：冷却模块506a流体联接至隔室504a，冷却模块506流体联接至隔室506b，等等。当冷却模块和封闭部设计成一个完整模块时，它们的高度可进行定制，而不是使用隔室的标准高度，如隔室504a和504b所示。其中具有隔室504和横流式冷却模块506的机架502可安装在数据中心中(参见图6)。

图6示出了数据中心600的实施方式。数据中心600包括封闭部602，其在一个实施方式中可为建筑物，但是在另一实施方式中可为建筑物的子集，诸如房间。在所示实施方式中，电子设备-服务器、路由器等-位于机架610中，机架610布置在数据中心600内交替的热通道606和冷通道608中。在这种布置中，一个或多个机架610围绕数据中心容器604定位，其中每个机架610的后部联接至数据中心容器，一个或多个机架610中的至少一个机架610包括如上所述的横流式冷却模块。数据中心容器604的内部形成热通道606，其夹在一对冷通道608之间。每个数据中心容器604均联接至外部(即，数据中心外部)冷却、电源、联网和其它服务601。在这种装置中，来自冷通道608的冷空气通过机架610的前部被吸入机架610中的每个横流式冷却模块。热空气从每个支架610背部的热空气出口排出到热通道606中，通过冷却服务601将热空气从热通道606中抽出。

除了上述实施方式之外，其它实施方式也是可能的。例如：

·冷却模块可组装在电池单元的顶部，或可组装在电池组的侧部上。

·气流管理方法可用于其它应用，其中空气必须在宽入口区域上供应。

·为了安全或其它目的，可在入口、出口和其它开口上增加百叶窗。

·可使用其它类型的风扇或空气移动装置来代替切向风扇组件，以获得类似的结果。

·一个单独的BBU模块可与多个冷却模块或本发明中提出的气流管理配置集成在一起。

以上对实施方式的描述并非旨在穷举或将本发明限于所描述的形式。本文出于说明的目的描述了本发明的具体实施方式和示例，但是各种修改是可能的。