JP6862512B2

JP6862512B2 - 冷却システムの冷却シャーシ

Info

Publication number: JP6862512B2
Application number: JP2019147182A
Authority: JP
Inventors: 陳朝榮; 黄玉年; 陳慶育; 李宗達
Original assignee: Quanta Computer Inc
Current assignee: Quanta Computer Inc
Priority date: 2018-08-28
Filing date: 2019-08-09
Publication date: 2021-04-21
Anticipated expiration: 2039-08-09
Also published as: EP3617839A1; TWI706711B; JP2020035438A; TW202010390A; US10512193B1; CN110865694A; EP3617839B1

Description

発明の詳細な説明

〔技術分野〕
本発明は、コンピュータシステムにおける冷却システムに適用され、より詳細には、冷却システムのためのラジエータを備えた冷却シャーシに適用される。

〔背景技術〕
サーバコンピュータシステムなどの高性能コンピュータシステムの総消費電力は、１０キロワット（ｋＷ）、またはいくつかの特定のタイプのコンピュータシステムでは２０ｋＷさえも超えることがある。これらのコンピュータシステムでは、単一のコンピュータチップセット（例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィックス処理装置（ＧＰＵ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）等）のような単一のコンピュータ部品の電力消費は、約２００〜５００ワットの範囲である。

ラックマウント型サーバ製品では、コンピュータ部品（例えば、コンピュータチップセット）は、液体冷却シャーシ（ＬＣＣ）に接続するための配管を有する。ＬＣＣは、ラックマウント型サーバ製品内で約１Ｕ、２Ｕ、３Ｕ、４Ｕ、またはさらには５Ｕの高さを占めることができる。冷却剤移動装置（すなわち、ポンプ）は、チップセット上またはＬＣＣ上に配置することができる。

ＬＣＣの冷却能力は、一般に、ラジエータを横切る気流の速度に加えて、冷却シャーシ内のラジエータの長さおよび表面積に依存する。しかしながら、ラジエータの長さ及び表面積が増加するにつれて、気流の速度は減少する。したがって、従来の冷却システムでは、ラジエータの表面積と気流速との間にトレードオフが存在する。

図１Ａは、コンピュータシステム内で冷却を行うための従来の液体冷却システム１００を示す。図１Ｂは、液体冷却システム１００の分解図を示す。図１Ａに示すように、液体冷却システム１００は、熱交換用のラジエータ１０４を有した高さ５Ｕのハウジング１０２と、マニホールド１０６と、液体冷却システム１００に冷却剤を送る配管１０８と、１つまたは複数のファン１１０と、ラジエータ１０４を越えてハウジング１０２を通る気流を導くための流線型の覆い１１２とを備えている。従来の設計によれば、ラジエータ１０４は、一般に、ブロックの形状を有する。例えば、ラジエータは、幅３５０ｍｍ、長さ４７０ｍｍ、高さ２２２ｍｍとすることができる。図１Ａ及び図１Ｂに示すように、全てのファン１１０は、空気をラジエータ１０４上に実質的に同じ方向に向ける。これは、一般に、矢印１１４によって表されるように、ハウジング１０２を通る気流の方向として説明される。

液体冷却システム１００に関連するコンピュータシステムの電力消費が増加し、１つまたは複数のコンピュータ部品に対してより多くの冷却が必要とされる場合、ファン１１０の速度を増加させなければならない。増加したファン速度は、より多くの電力を必要とし、また、より多くの騒音を発生する。したがって、液体冷却システム１００、および一般に従来の液体冷却システムの設計は、過剰な電力を必要とし、液体冷却システム１００が提供する冷却量に対して過剰な雑音を生成する。

したがって、同じ量の冷却、またはさらに多くの冷却を提供しながら、より少ない電力しか必要としない、より効率的な液体冷却システムが必要とされている。

〔先行技術文献〕
［特許文献］米国特許公開第７５４２２８８Ｂ２号
〔発明の概要〕
本開示は、サーバコンピュータシステムなどのコンピュータシステム内の、流体または液体冷却システムなどの冷却システムのための冷却シャーシを説明する。冷却シャーシは、冷却シャーシのハウジングを通る気流に対して斜めの角度で傾斜したラジエータを含む。ラジエータの斜角は、気流に曝されるラジエータの表面積を最大にし、一方、気流の速度の低下を低減する。

本開示の一実施形態によれば、コンピュータシステムを冷却するための冷却シャーシが開示される。冷却シャーシは、空気がハウジング気流方向に通過できるように構成されたハウジングを含む。この冷却シャーシは、ハウジング内に第１のラジエータをさらに含む。第１のラジエータは、ハウジング気流方向に対して第１の斜角で配向される。この冷却シャーシは、ハウジング気流方向に対して斜めの第１のファン気流方向に前記第１のラジエータを通して空気を導くように構成された第１のファンをさらに含む。

本実施形態のさらなる態様によれば、第１のラジエータは平面であってもよく、第１のラジエータによって規定される第１の平面は、ハウジング気流方向に対して第１の斜角で配向されてもよい。第１のファン気流方向は、第１のラジエータに対して垂直であってもよい。第１のファンは、第１のラジエータに結合することができる。冷却シャーシは、ハウジング気流方向に平行な第３のファン気流方向に、少なくとも部分的に第１のラジエータを通って空気を導くように構成された第３のファンをさらに含むことができる。冷却シャーシは、ハウジング内に第２のラジエータをさらに含むことができる。第２のラジエータは、ハウジング気流方向に対して第２の斜角で配向することができる。第２のラジエータは平面であってもよく、第２のラジエータによって規定される第２の平面は、ハウジング気流方向に対して第２の斜角で配向されてもよい。第２の斜角は、第１の斜角に実質的に等しくすることができる。冷却シャーシは、ハウジング気流方向に対して斜めの第２のファン気流方向に第２のラジエータを通して空気を導くように構成された第２のファンをさらに含むことができる。第１のラジエータおよび第２のラジエータは、Ｖ字形の放熱（ラジエータ）システムを形成することができる。Ｖ字形放熱システムの頂点は、ハウジング気流方向に向けることができる。第１のファンは、複数のファンを含むことができる。第１の斜角は、約５°〜９０°未満とすることができる。ハウジング気流方向は、ハウジングの長さに実質的に対応し、平行であり得る。

本開示の一実施形態によれば、サーバコンピュータシステムにおける冷却システムのための冷却シャーシが開示される。シャーシは、第１の開放端と、前記第１の開放端とは反対側の第２の開放端とを有するハウジングを含む。ハウジングは、前記第１の開放端から前記第２の開放端までの長さを有する。長さは、ハウジングを通るハウジング気流方向に実質的に対応する。シャーシは、ハウジング内に放熱システムをさらに含む。放熱システムは、気流方向に対して第１の斜角で傾斜した第１のラジエータと、気流方向に対して第２の斜角で傾斜した第２のラジエータとを有する。シャーシは、第１のラジエータに隣接し、前記第１のラジエータを通って第１のファン気流方向に垂直に気流を導くように構成された複数の第１のファンをさらに含む。シャーシは、第２のラジエータに結合され、前記第２のラジエータを通って第２のファン気流方向に垂直に気流を導くように構成された複数の第２のファンをさらに含む。シャーシは、前記第１のラジエータと前記第２のラジエータとの間にある、前記ハウジング内の複数の第３のファンをさらに含む。複数の第３のファンは、前記第１のラジエータおよび前記第２のラジエータを通る気流を或る気流方向に向けるように構成される。

本実施形態のさらなる態様によれば、第１のラジエータは平面であってもよく、第１のラジエータによって規定される第１の平面は、ハウジング気流方向に対して第１の斜角で配向される。また、第２のラジエータは平面であってもよく、第２のラジエータによって規定される第２の平面は、ハウジング気流方向に対して第２の斜角で配向される。第１のラジエータおよび第２のラジエータは、Ｖ字形を形成することができ、Ｖ字形の頂点は、ハウジング気流方向に配向される。第１の斜角は、ハウジング気流通方向に対して約５°〜９０°未満とすることができ、第２の斜角は、ハウジング気流通方向に対して約５°〜９０°未満とすることができる。複数の第３のファンは、第１のラジエータと第２のラジエータとの間の前方の最も遠い位置にあることができる。複数の第１のファンは、第１のラジエータに対して後方の最も遠い位置にあることができる。複数の第２のファンは、第２のラジエータに対して後方の最も遠い位置にあることができる。

本開示、ならびにその利点および図面は、添付の図面を参照しながら、例示的な実施形態の以下の説明からよりよく理解されるであろう。これらの図面は、例示的な実施形態のみを示しており、したがって、様々な実施形態または特許請求の範囲の範囲に対する限定とみなされるべきではない。

図１Ａは、先行技術であり、従来の液体冷却システムの斜視図を示す。

図１Ｂは、先行技術であり、図１Ａの従来の液体冷却システムの分解図を示す。

図２Ａは、本開示の一実施形態による冷却シャーシの斜視図を示す。

図２Ｂは、図２Ａの冷却シャーシの分解図を示す。

図２Ｃは、線分２Ｃ−２Ｃを通る図２Ａの冷却シャーシの断面図を示す。

図３は、図２Ｃの冷却シャーシと同様であるが、追加のファンを有する別の冷却シャーシの断面図を示す。

図４Ａは、本開示の別の実施形態による冷却シャーシの斜視図を示す。

図４Ｂは、図４Ａの冷却シャーシの分解図を示す。

図４Ｃは、線分４Ｃ−４Ｃを通る図４Ａの冷却シャーシの断面図を示す。

図５は、本開示の一実施形態によるラジエータの斜視図を示す。

〔発明の詳細な説明〕
様々な実施形態は、添付の図面を参照して説明され、同様の参照番号は、同様または同等の要素を示すために、図面全体にわたって使用される。図面は一定の縮尺で描かれておらず、単に本発明を例示するために提供されているに過ぎない。多数の特定の詳細、関係、および方法が、完全な理解を提供するために説明されることを理解されたい。しかし、当業者は、様々な実施形態が、１つまたは複数の特定の詳細なしに、または他の方法を用いて実施され得ることを容易に認識するであろう。他の例では、様々な実施形態の特定の態様を不明瞭にすることを避けるために、周知の構造または動作は詳細に示されていない。いくつかの行為は、異なる順序で、および／または他の行為またはイベントと同時に起こり得るので、様々な実施形態は、例示された行為またはイベントの順序によって限定されない。さらに、本発明による方法を実施するために、図示されたすべての動作またはイベントが必要とされるわけではない。

例えば、要約、手段、および詳細な説明の項目において開示されるが、特許請求の範囲において明示的には示されない要素および制限は、単独で、または集合的に、含意、推論、または他の方法によって、特許請求の範囲に組み込まれるべきではない。本発明の詳細な説明の目的のために、特に断りのない限り、単数形は複数形を含み、その逆も同様である。「含む」という用語は、「限定することなく含む」を意味する。さらに、「約」、「ほぼ」、「実質的に」、「ほぼ」などの近似の語は、本明細書では、例えば、「にて」、「近く」、または「約」、または「３〜５％以内」、または「許容可能な製造公差内」、またはそれらの任意の論理的組合せを意味するために使用することができる。

本開示に関して、「演算装置」、または「演算システム」、および「コンピュータシステム」というタームは、ハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェアコンポーネントを有する任意の電子的に給電される、またはバッテリ給電される機器を指し、ソフトウェアおよび／またはファームウェアコンポーネントは、デバイス上の機能を動作させるように構成され得る。本開示に関して、「オペレーティング環境」というタームは、ソフトウェアがコンピュータシステム上で実行できるように機能する任意のオペレーティングシステムまたは環境を指すことができる。

本開示は、従来の冷却システムと比較して効率および冷却力が増大した、液体冷却システムなどの冷却システムのための冷却シャーシを説明する。冷却シャーシ内の放熱システムは、従来の冷却システムよりも大きな表面積を提供するように配置される。また、冷却シャーシ内のファンは、ラジエータシステム、またはラジエータシステムのラジエータの方位に従って配置することもできる。この方位は、冷却システムのハウジングを通る気流の方向に向けられた全てのファンを配置する従来の冷却システムとは対照的である。

冷却シャーシの設計および関連する気流に基づいて、冷却シャーシ内のラジエータの幅または厚さを従来のラジエータよりも小さく保つことができる。ラジエータの幅または厚さを小さくすることにより、ラジエータを通る気流速を速くすることができる。ラジエータを通るより速い気流速は、一般に冷却シャーシの効率と共に、冷却能力を増大させる。

図２Ａ〜図２Ｃは、本開示の一実施形態による、１つまたは複数のコンピュータ部品を冷却するためのコンピュータシステム内の冷却システムのための冷却シャーシ２００を示す。特に、図２Ａは、冷却シャーシ２００の斜視図を示す。図２Ｂは、冷却シャーシ２００の分解図を示す。図２Ｃは、図２Ａの線分２Ｃ−２Ｃを通る冷却シャーシ２００の断面図を示す。

冷却シャーシ２００は、ハウジング２０２を含む。ハウジング２０２は、サーバコンピュータシステム（図示せず）内に挿入されるように構成される。１つまたは複数の実施形態では、ハウジング２０２は、ラックマウントサーバコンピュータシステムに挿入されるように構成される。ハウジング２０２は、冷却シャーシ２００の所望のサイズおよびコンピュータシステムに必要な冷却能力に応じて、例えば、１Ｕ、２Ｕ、３Ｕ、４Ｕ、５Ｕ、またはそれ以上とすることができる高さ２０２ｄを有する。ハウジング２０２は、さらに、第１の開放端２０２ａと、第１の開放端２０２ａの反対側にある第２の開放端２０２ｂとを有する。ハウジング２０２はまた、第１の開放端２０２ａと第２の開放端２０２ｂとの間に長さ２０２ｃを有する。第１の開放端２０２ａおよび第２の開放端２０２ｂは、空気が、実質的に気流方向（矢印）２１２ｅによって表される気流方向にハウジング２０２を通って流れることを可能にする。したがって、空気は、一般に、ハウジング２０２を通って第１の開放端２０２ａに流入し、第２の開放端２０２ｂから流出する。気流の方向２１２ｅは、ハウジング２０２の長さ２０２ｃにほぼ平行である。

上部が開いているように図示されているが、ハウジング２０２は、空気が通過する密閉通路を形成するための上部を有することができる。あるいは、ハウジング２０２は、ハウジング２０２の上にあり、ハウジング２０２を実質的に囲む、コンピュータシステム内の（例えば、ラックマウント内の）別の構成要素に基づく上部を効果的に有することができる。

ハウジング２０２内には、放熱（ラジエータ）システム２０４がある。放熱システム２０４は、例えば、マニホールド（図示せず）に接続され、放熱システム２０４を通って冷却剤を通過させる。マニホールドは、図１Ａのマニホールド１０６のような従来のマニホールドであってもよく、これはまた、１つ以上のコンピュータ部品に接続される。放熱システム２０４は、冷却シャーシ２００を通って流れる冷却剤と、ハウジング２０２および放熱システム２０４を通過する空気との間で熱を交換する。冷却剤は、例えば、水のような、従来の冷却シャーシで使用される任意の種類の冷却剤であってよい。冷却剤として液体が使用される場合、冷却シャーシは、液体冷却システムの一部とすることができる。

放熱システム２０４は、ラジエータ２０６および２０８を含む。ラジエータ２０６および２０８は、平面形状であり、ハウジング２０２を通る気流方向２１２ｅに対して斜めの角度で傾斜している。より具体的には、ラジエータ２０６によって規定される平面２０６ａ（図２Ｃ）は、ハウジング２０２を通る気流の向き２１２ｅに対して、角度θ_１で傾斜している。ラジエータ２０８によって規定される平面２０８ａ（図２Ｃ）は、ハウジング２０２を通る気流の向き２１２ｅに対して、角度θ_２で傾斜している。１つまたは複数の実施形態では、角度θ_１およびθ_２は、同じ値であってもよいし、異なった値であってもよい。例えば、角度θ_１は、約５°〜９０°未満とすることができ、角度θ_２は、約５°〜９０°未満とすることができる。

角度θ_１およびθ_２は、ラジエータ２０６および２０８をＶ字形に配向し、放熱システム２０４がＶ字形の構造を形成するようにする。Ｖ字形放熱システム２０４の頂点２０４ａは、図２Ｃに示すように、気流の方向２１２ｅに向いている。

ラジエータ２０６および２０８は、冷却シャーシ２００のサイズおよび必要とされる冷却能力に応じて、様々なサイズとすることができる。例示のみを目的として、ハウジング２０２の高さ２０２ｄが約５Ｕである場合、ラジエータ２０６および２０８は、それぞれ、約４００ｍｍ幅、約４９０ｍｍ長、および約４５ｍｍ高さまたは厚さであり得る。

ラジエータ２０６および２０８は、実質的に平坦または平面であるように図示されているが、ラジエータ２０６および２０８の形状は、１つまたは複数の実施形態では、表面積を増大させるための変形形態を有することができる。例えば、１つまたは複数の実施形態では、ラジエータ２０６および２０８は、表面積を増大させるために、それらの断面（図２Ｃ）に沿って、ジグザグパターン、波状パターン、ブストロフェドニックパターンなど、またはそれらの組合せを有することができる。しかし、図２Ｃに示すように、ラジエータ２０６および２０８の全体的な形状および配向によって規定される平面２０６ａおよび２０８ａは、このような変化にもかかわらず、気流方向２１２に対して斜めの角度で傾斜したままである。

本開示は、１つまたは複数の実施形態において放熱システム２０４を形成するものとしてラジエータ２０６および２０８を説明するが、ラジエータ２０６および２０８は、一緒に単一のラジエータを形成することができる。あるいは、１つまたは複数の実施形態では、ラジエータ２０６および２０８は、単一の放射システム２０４を形成するように互いに接続された別個のラジエータとすることができる。

図２Ａ〜２Ｃには１つの放熱システム２０４のみが示されているが、ハウジング２０２は、１つ以上の実施形態において、１つ以上の放熱システム２０４を含むことができる。１つ以上の実施形態では、複数の放熱システム２０４は、他方の上に１つ積み重ねることができる。代替的あるいは追加的に、別の１つ以上の実施形態として、複数の放熱システム２０４がハウジング２０２内にて前後に一列に並んでいるか、積み重ねた構成から垂直にオフセットしていてもよい。放熱システム２０４のＶ字形に基づいて、一列に並んだ複数の放熱システム２０４を互いに入れ子にすることができる。代替的に、複数の放熱システム２０４は、入れ子にならないように水平方向にオフセットすることができる。多数の放熱システム２０４の場合、角度θ_１及びθ_２は、互いに対して同じ角度又は異なった角度で角度付けすることができる。

ラジエータ２０６および２０８を通る冷却剤の流れは、矢印２１４ａおよび２１４ｂに従って図２Ａに示されている。具体的には、ラジエータ２０６および２０８は、熱い冷却剤が、頂点２０４ａとは反対側の矢印２１４ａに従ってラジエータ２０６の頂部に入るように構成することができる。次に、冷却剤は、頂点２０４ａとは反対側の矢印２１４ｂに従ってラジエータ２０８の頂部から出る。冷却剤は、矢印２１４ａおよび２１４ｂによって示されるように、ラジエータ２０６および２０８の両方に対して同じ側で出入りすることができる。あるいは、冷却剤は、例えば、ラジエータ２０６の左上側に入ることができ、例えば、ラジエータ２０８の右下側に出ることができる。複数の放熱システム２０４がハウジング２０２内にある場合、複数の放熱システム２０４は、冷却剤をシステム２０４に通すために、直列、並列、またはそれらの組み合わせで接続することができる。

ハウジング２０２内には複数のファン２１０がある。ファン２１０は、ハウジング２０２及び放熱システム２０４を通して空気を導く。ハウジング２０２内のファン２１０の組み合わせは、気流方向２１２ｅに従って、空気をハウジング全体に通す。しかし、個々のファン２１０、またはファン２１０の組のための特定の気流は、以下に説明するように、気流の方向２１２ｅとは異なっていてもよい。特定の気流は、ファン２１０の速度をファン１１０の速度よりも遅くすることを可能にする。

ファン２１０は、ラジエータ２０６を通して空気を導くように構成されたファン２１０ａを含む。ファン２１０ａは、ラジエータ２０６に直接対向するように、すなわち、ラジエータ２０８に対してある角度ではなく、ラジエータの角度に対して配置されるように配置される。具体的には、図２Ｃに示すように、ファン２１０ａは、ハウジング２０２を通る気流方向２１２ｅに対して斜めであり、ラジエータ２０６またはラジエータ２０６の平面２０６ａに対して実質的に垂直なファン気流方向２１２ａを有する。ファン風向２１２ａは、ハウジング２０２を通る気流方向２１２ｅに対しても斜めである。図２Ｂには、ファン２１０ａについて４つのファンしか図示されていないが、４つよりも少ないかまたは多いファン２１０ａ、例えば、１つのファン、２つのファン、３つのファン、５つのファンなどがあってもよい。ファン２１０ａは、ハウジング２０２、ラジエータ２０６、またはその両方に結合することができる。

ファン２１０はまた、ラジエータ２０８を通して空気を導くように構成されたファン２１０ｂを含む。ファン２１０ｂは、ラジエータ２０８に直接対向するように、すなわち、ラジエータ２０８に対してある角度ではなく、ラジエータの角度に対して配置されるように配置される。具体的には、図２Ｃに示すように、ファン２１０ｂは、ハウジング２０２を通る気流方向２１２ｅに対して斜めであり、ラジエータ２０８またはラジエータ２０８の平面２０８ａに対して実質的に垂直なファン気流方向２１２ｂを有する。ファン気流方向２１２ｂも、ハウジング２０２を通る気流方向２１２ｅに対して斜めである。図２Ｂには、ファン２１０ｂについて４つのファンしか図示されていないが、４つよりも少ないかまたは多いファン２１０ｂ、例えば、１つのファン、２つのファン、３つのファン、５つのファンなどがあってもよい。さらに、ファン２１０ａと同じ、より少ない、またはより多いファン２１０ｂがあってもよい。ファン２１０ｂは、ハウジング２０２、ラジエータ２０８、またはその両方に結合することができる。

１つまたは複数の実施形態では、ファン２１０ａ、２１０ｂ、またはその両方は、図２Ａ〜図２Ｃに示すように、放射システム２０４の頂点２０４ａからできるだけ遠くに（例えば、最も遠い後方位置に）配置することができる。しかし、１つまたは複数の実施形態では、ファン２１０ａ、２１０ｂ、または両方を、最も遠い後方位置の前方に配置することができる。

ファン２１０はまた、空気をラジエータ２０６および２０８を通して斜めの角度で導くように構成されたファン２１０ｃを含む。具体的には、ファン２１０ｃは、気流方向２１２ｅに対するラジエータ２０６の角度に基づいて、角度θ_１でラジエータ２０６を通して空気を導くように構成される。ファン２１０ｃは、同様に、気流方向２１２ｅに対するラジエータ２０８の角度に基づいて、角度θ_２でラジエータ２０８を通して空気を導くように構成される。したがって、ファン２１０ａおよび２１０ｂとは異なり、ファン２１０ｃは、ハウジング２０２を通る気流方向２１２ｅに平行なファン気流方向２１２ｃを有する。

図２Ｂには、ファン２１０ｃについて４つのファンしか図示されていないが、４つよりも少ないかまたは多いファン２１０ｃ、例えば、１つのファン、２つのファン、３つのファン、５つのファンなどがあってもよい。さらに、ファン２１０ａ、ファン２１０ｂ、またはその両方と同じ、より少ない、またはより多いファン２１０ｃがあってもよい。ファン２１０ｃは、ハウジング２０２、ラジエータ２０６、ラジエータ２０８、またはそれらの組み合わせに結合することができる。

１つまたは複数の実施形態では、ファン２１０ｃは、放射システム２０４の頂点２０４ａ（例えば、最も遠い前方位置）のできるだけ近くに配置することができ、その一方で、依然として、空気を斜めの角度でラジエータ２０６および２０８に通すことができる。ファン２１０ａおよび２１０ｂは、図２Ａ〜図２Ｃに示すように、ファン２１０ｃの背面に配置することができる。しかし、１つまたは複数の実施形態では、ファン２１０ｃは、最も遠い前方位置から後方に配置することができ、その一方で、依然として、空気をラジエータ２０６および２０８を通して斜めの角度で方向付けることができる。このような構成では、ファン２１０ａおよび２１０ｂは、ファン２１０ｃの背面に依然として配置することができる。あるいは、ファン２１０ａ、２１０ｂ、またはその両方を、頂点２０４ａにより近い、ファン２１０ｃの前に配置することができる。

図２Ａ〜図２Ｃに示すように、ファン２１０は、空気が、ファン２１０の１つを通過することなく、ハウジング２０２を通って流れるのを防止するように、ラジエータ２０６および２０８のサイズに対してサイズ決めすることができる。例えば、図２Ｃを参照すると、空気が第１の開放端２０２ａから第２の開放端２０２ｂまでハウジング２０２を通って流れ、ファン２１０の１つを通過することなく気流方向２１２ｅに平行なままである直接経路はない。

図２Ａ〜図２Ｃに示す構成に配置されたファン２１０は、最大限の冷却を提供する。しかし、ファン２１０の他の配置も可能である。１つまたは複数の実施形態では、ファン２１０ａ、２１０ｂ、または２１０ｃのうちの１つまたは複数を省略することができる。例えば、ファン２１０ａ、２１０ｂ、または２１０ｃのファンは４つ未満であってもよい。さらに、１つまたは複数の実施形態では、ファン２１０ａ、２１０ｂ、または２１０ｃの１つまたは複数のセットを完全に省略するか、またはハウジング２０２内に別の構成で配置することができる。例えば、ファン２１０ｃは、ハウジング２０２の第１の開放端２０２ａまたは第２の開放端２０２ｂに配置することができる。ハウジング２０２の全体のサイズに応じて、１つ以上の追加のファン２１０を追加または除去することができる。例えば、より大きなハウジング２０２は、より多くのファン２１０を支持することができる。追加のファンを備えた冷却シャーシの一実施形態が図３に示されている。

具体的には、図３は、図２Ｃの冷却シャーシ２００と同様であるが、追加のファン２１０ｄおよび２１０ｅを有する冷却シャーシ３００の断面図を示す。冷却シャーシ２００内の要素と同様の冷却シャーシ３００内の要素は、同じ番号または同じ番号付け方式に従って番号付けされる。冷却シャーシ２００と比較した冷却シャーシ３００との差は、開放端３０２ａにファン２１０ｄを追加し、開放端３０２ｂにファン２１０ｅを追加したことである。４つのファンの２つの積み重ねられた列に配置された８つのファン２１０ｄが存在することができる。同様に、４つのファンの２つの積み重ねられた列に配置された８つのファン２１０ｅがあってもよい。しかし、ハウジング３０２のサイズに応じて、ファン２１０ｄまたはファン２１０ｅをより少なくまたはより多くすることができる。

上述のようなラジエータ２０６および２０８のサイズ（すなわち、幅約４００ｍｍ、長さ約４９０ｍｍ、高さ約４５ｍｍ）では、ラジエータ２０６および２０８は、約１６．１ｋＷの複合冷却力を提供する。対照的に、図１Ａおよび図１Ｂに関して説明したように、幅３５０ｍｍ、長さ４７０ｍｍ、高さ２２２ｍｍのラジエータを有する従来の冷却シャーシは、１６．４ｋＷの冷却力を有する。しかし、本開示の冷却シャーシ２００の効率は、従来の冷却シャーシと比較して約４０％以上のエネルギーを節約する。このように、傾斜したラジエータ２０６、２０８と、少なくとも角度θ_１、θ_２に応じて配置されたファン２１０ａ、２１０ｂとを用いることにより、冷却シャーシ２００の冷却能力は、従来の液冷シャーシとほぼ同等であるが、液体冷却システム１００に比べて、冷却シャーシ２００の効率が向上する。

図４Ａ〜図４Ｃは、本開示の別の実施形態による、１つまたは複数のコンピュータ部品を冷却するためのコンピュータシステム内の冷却システムのための冷却シャーシ４００を示す。特に、図４Ａは、冷却シャーシ４００の斜視図を示す。図４Ｂは、冷却シャーシ４００の分解図を示す。図４Ｃは、図４Ａの線分４Ｃ−４Ｃを通る冷却シャーシ４００の断面図を示す。冷却シャーシ４００内の冷却シャーシ２００と同様の要素は、同じ番号付けスキームに従って番号付けされる。したがって、冷却シャーシ４００の要素と同様の冷却シャーシ２００内の要素に関する上記の開示は、冷却シャーシ４００の要素にも当てはまる。

冷却シャーシ４００は、第１の開放端４０２ａと、第１の開放端４０２ａに対向する第２の開放端４０２ｂとを有するハウジング４０２を含む。第１の開放端４０２ａおよび第２の開放端４０２ｂは、空気が、実質的に気流方向（矢印）４１２ｅによって表される気流方向にハウジング４０２を通って流れることを可能にする。したがって、空気は、一般に、ハウジング４０２を通って第１の開放端４０２ａに流入し、第２の開放端４０２ｂから流出する。気流方向４１２ｅは、ハウジング４０２の長さ４０２ｃに平行である。

ハウジング４０２内には、放熱システム４０４がある。放熱システム４０４は、冷却シャーシ４００を通って流れる冷却剤と、ハウジング４０２および放熱システム４０４を通過する空気との間で熱を交換する。放熱システム４０４は、２つの別個のラジエータ４０６および４０８を含む。ラジエータ４０６および４０８は、平面形状であり、ハウジング４０２を通る気流方向４１２ｅに対して斜めの角度で傾斜している。より具体的には、ラジエータ４０６によって規定される平面４０６ａ（図４Ｃ）は、ハウジング４０２を通る気流方向４１２ｅに対して、角度θ_３で傾斜している。ラジエータ４０８によって規定される平面４０８ａ（図４Ｃ）は、ハウジング４０２を通る気流方向４１２ｅに対して、角度θ_４で傾斜している。１つまたは複数の実施形態では、角度θ_３およびθ_４は、同じ値であってもよいし、異なった値であってもよい。例えば、角度θ_３は、約５°〜９０°未満とすることができ、角度θ_４は、約５°〜９０°未満とすることができる。

上述のように、角度θ_３およびθ_４は、放射システム４０４がＶ字形を形成するように、ラジエータ４０６および４０８をＶ字形に配向する。Ｖ字形放熱システム４０４の頂点４０４ａは、図４Ｃに示すように、気流方向４１２ｅに向いている。

冷却シャーシ４００は、矢印４１４ａおよび４１４ｂに従って、放熱システム４０４を通して冷却剤を循環させるポンプ４１６をさらに含む。具体的には、ラジエータ４０６および４０８は、冷却剤がラジエータ４０６および４０８の右に入り、管４２０ａを通り、矢印４１４ａに従い、ラジエータ４０６および４０８の左に出て、管４２０ｂを通り、矢印４１４ｂに従うように構成することができる。冷却シャーシ４００は、ラジエータ４０６および４０８を通って循環される前に冷却剤が集まることができる冗長タンク４１８をさらに含むことができる。冗長タンク４１８は、例えば、ポンプ４１６のうちの１つが故障した場合、または管４２０ａのうちの１つが閉塞した場合に、ラジエータ４０６および４０８を通る冷却剤の流れを可能にする。

冷却シャーシ２００と異なり、冷却シャーシ４００は、第２の開放端４０２ｂにファン４１０ｅのみを有する。ファン４１０ｅは、ラジエータ４０６および４０８が気流方向４１２ｅに対して斜めの角度にあることに基づいて、ラジエータ４０６および４０８を通して斜めの角度で空気を導くように構成される。ファン４１０ｅは、各５つのファンの２つの積み重ねられた列に配置される。しかし、図４Ａおよび図４Ｂには１０個のファンしか示されていないが、１０個より少ないまたは多いファン４１０ｅ、例えば、５個のファン、６個のファン、７個のファン、８個のファン、９個のファン、１１個のファン、１２個のファンなどがあってもよい。ファン４１０ｅは、ハウジング４０２、ラジエータ４０６、ラジエータ４０８、またはそれらの組み合わせに結合することができる。

図４Ａ〜図４Ｃに示すように、ファン４１０ｅは、空気がファン４１０ｅの１つを通過することなくハウジング４０２を通って流れるのを防止するように、ハウジング４０２のサイズに対してサイズ決めすることができる。例えば、図４Ｃを参照すると、第１の開放端４０２ａから第２の開放端４０２ｂまで、空気がハウジング４０２を通って流れ、ファン４１０ｅの１つを通過することなく、気流方向４１２ｅに平行なままである直接経路は存在しない。

図５は、本開示の一実施形態によるラジエータ５０６の側面図を示す。ラジエータ５０６は、ラジエータ２０６、２０８、４０６、および４０８のいずれか１つとすることができる。ラジエータ５０６は、冷却剤が流れるフィン５２２を含む。空気は、フィン５２２の上を通過して、空気と冷却剤との間で熱を交換する。フィン５２２は、ラジエータ５０６を横切る気流通インピーダンスを低減するために、ラジエータ５０６の長さに対して角度θ_５で傾斜することができる。角度θ_５は、上述のθ_１、θ_２、θ_３、またはθ_４の角度と同じであってもよいし、異なっていてもよい。

本発明の様々な実施形態を上記で説明したが、それらは、限定ではなく、単なる例として提示されたものであることを理解されたい。開示された実施形態に対する多数の変更が、本開示に従って、精神または範囲から逸脱することなく、なされ得る。したがって、本発明の幅および範囲は、上述の実施形態のいずれによっても限定されるべきではない。むしろ、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲およびそれらの均等物に従って定義されるべきである。

本発明は、１つまたは複数の実施形態に関して図示および説明されてきたが、本明細書および添付の図面を読んで理解すると、当業者には同等の変更および修正が思いつくであろう。さらに、本発明の特定の特徴は、いくつかの実施態様のうちの１つだけに関して開示されているが、そのような特徴は、任意の所与のまたは特定の用途に望ましく、有利であり得るように、他の実施態様の１つまたは複数の他の特徴と組み合わせることができる。

本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明するためだけのものであり、限定することを意図するものではない。本明細書で使用されるように、単数形「a」、「an」、および「the」は、文脈が明確にそうでないことを示さない限り、複数形も含むことが意図される。さらに、用語「including」、「includes」、「has」、「with」、またはそれらの変異形が、詳細な説明および／または特許請求の範囲のいずれかで使用される限り、そのような用語は、「comprising」という用語と同様の方法で包括的であることが意図される。

他に定義されない限り、本明細書で使用されるすべてのターム（技術タームおよび科学タームを含む）は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。さらに、一般に使用される辞書で定義される用語などの用語は、関連技術の文脈におけるそれらの意味と一致する意味を有するものとして解釈されるべきであり、本明細書で明示的にそのように定義されない限り、理想化された、または過度に形式的な意味で解釈されることはない。

先行技術であり、従来の液体冷却システムの斜視図を示す。先行技術であり、図１Ａの従来の液体冷却システムの分解図を示す。本開示の一実施形態による冷却シャーシの斜視図を示す。図２Ａの冷却シャーシの分解図を示す。線分２Ｃ−２Ｃを通る図２Ａの冷却シャーシの断面図を示す。図２Ｃの冷却シャーシと同様であるが、追加のファンを有する別の冷却シャーシの断面図を示す。本開示の別の実施形態による冷却シャーシの斜視図を示す。図４Ａの冷却シャーシの分解図を示す。線分４Ｃ−４Ｃを通る図４Ａの冷却シャーシの断面図を示す。本開示の一実施形態によるラジエータの斜視図を示す。

Claims

コンピュータシステムを冷却するための冷却シャーシであって、
空気がハウジング気流方向に通過することを可能にするように構成されたハウジングと、
前記ハウジングの中に設けられ、前記ハウジング気流方向に対して第１の斜角で配向された第１のラジエータと、
第２のラジエータと、
前記ハウジング気流方向に対して斜めの第１のファン気流方向に前記第１のラジエータを通して空気を導くように構成された第１のファンと、
前記第１のラジエータと前記第２のラジエータとの間にある第３のファンであって、少なくとも部分的に第１のラジエータを通る空気を、前記ハウジング気流方向に平行な第３のファン気流方向に導くように構成されている第３のファンと、を有している、冷却シャーシ。
前記第１のラジエータは平面であり、前記第１のラジエータによって規定される第１の平面は、前記ハウジング気流方向に対して前記第１の斜角で配向される、請求項１に記載の冷却シャーシ。
前記第２のラジエータは、前記ハウジング気流方向に対して第２の斜角で配向されている、請求項１に記載の冷却シャーシ。
前記第２のラジエータは、実質的に平面であり、前記第２のラジエータによって規定される第２の平面は、前記ハウジング気流方向に対して前記第２の斜角で配向される、請求項３に記載の冷却シャーシ。
第２のファンは、前記ハウジング気流方向に対して斜めの第２のファン気流方向に第２のラジエータを通して空気を導くように構成されている、請求項４に記載の冷却シャーシ。
前記第１のラジエータおよび前記第２のラジエータは、Ｖ字形の放熱システムを形成し、前記Ｖ字形の放熱システムの頂点は、前記ハウジング気流方向に配向される、請求項３に記載の冷却シャーシ。
サーバコンピュータシステムにおける冷却システムのための冷却シャーシであって、
第１の開放端と、前記第１の開放端とは反対側の第２の開放端とが設けられたハウジングであって、前記第１の開放端から前記第２の開放端までの長さが、ハウジングを通る気流の方向であるハウジング気流方向と実質的に同じであるハウジングと、
前記ハウジングの中に設けられた放射システムであって、前記ハウジング気流方向に対して第１の斜角で傾斜した第１のラジエータと、前記ハウジング気流方向に対して第２の斜角で傾斜した第２のラジエータとを有する放射システムと、
前記第１のラジエータに隣接し、前記第１のラジエータを通る気流が、当該第１のラジエータに対して垂直である第１のファン気流方向となるように導く複数の第１のファンと、
前記第２のラジエータに結合され、前記第２のラジエータを通る気流が、当該第２のラジエータに対して垂直である第２のファン気流方向となるように導く複数の第２のファンと、
前記ハウジングの中において前記第１のラジエータと前記第２のラジエータとの間にある複数の第３のファンであって、前記ハウジング気流方向に前記第１のラジエータと前記第２のラジエータとを通って気流を導くように構成されている複数の第３のファンとを有している、冷却シャーシ。
前記第１のラジエータは、実質的に平面であり、前記第１のラジエータによって規定される第１の平面は、前記ハウジング気流方向に対して前記第１の斜角で配向され、前記第２のラジエータは、実質的に平面であり、前記第２のラジエータによって規定される第２の平面は、前記ハウジング気流方向に対して前記第２の斜角で配向される、請求項７に記載の冷却シャーシ。
前記第１のラジエータおよび前記第２のラジエータは、Ｖ字形を形成し、前記Ｖ字形の頂点は、前記ハウジング気流方向に配向される、請求項７に記載の冷却シャーシ。