KR101346450B1 - 서버 팜 냉각 시스템을 위한 콜드 로우 인캡슐레이션 - Google Patents

서버 팜 냉각 시스템을 위한 콜드 로우 인캡슐레이션 Download PDF

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Abstract

데이터 센터의 효율적인 냉각에 관한 장치, 방법 및 시스템이 개시된다. 본 발명의 일부 실시예들은 인클로저를 통한 콜드 로우들의 인캡슐레이션을 허용하고, 서버 팬들이 콜드 로우 인캡슐레이션 구조로부터 차가운 공기를 끌어들여서 서버 랙들 상에 설치된 서버들을 냉각하는 것을 허용한다. 다른 특정한 실시예들에서, 개시된 시스템들은 외부의 차가운 공기를 콜드 로우 인캡슐레이션 구조 내로 혼합하여 서버들을 냉각하기 위해 이용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 본 발명은 콜드 로우 인캡슐레이션 구조의 상단 또는 하단 크로스바를 서버 랙의 상단 또는 하단 크로스바에 고정하기 위해 훅업 클립을 이용하는 것을 수반한다.

Description

서버 팜 냉각 시스템을 위한 콜드 로우 인캡슐레이션{COLD ROW ENCAPSULATION FOR SERVER FARM COOLING SYSTEM}
본 명세서는 일반적으로 데이터 센터를 위한 냉각 시스템에 관한 것이다.
웹 메일, 웹 검색, 웹 사이트 호스팅 및 웹 비디오 공유와 같은 인터넷 서비스의 급속한 성장은 데이터 센터 내의 서버들로부터의 컴퓨팅 및 저장 능력에 관한 점점 더 높은 요구를 만들어내고 있다. 서버들의 성능이 개선되고 있긴 하지만, 집적 회로의 저전력 설계에서의 노력에도 불구하고, 서버들의 전력 소비도 역시 상승하고 있다. 예를 들어, 가장 널리 사용되는 서버 프로세서 중 하나인 AMD의 Opteron 프로세서는 95 와트까지에서 작동한다. 인텔의 Xeon 서버 프로세서는 110 내지 165 와트에서 작동한다. 프로세서들은 서버의 일부분일 뿐이며, 냉각 팬 및 저장 장치와 같은 서버 내의 다른 부분들도 추가의 전력을 소비한다.
전형적으로, 서버들은 데이터 센터 내의 랙(rack)에 배치된다. 랙을 위한 다양한 물리적 구성들이 존재한다. 전형적인 랙 구성은 랙 내에서 서버 블레이드와 같은 복수 유닛의 장비가 실장되어 수직으로 적층(stack)되게 되는 마운팅 레일을 포함한다. 가장 널리 사용되는 19인치 랙 중 하나는 1U 또는 2U 서버와 같은 장비의 실장을 위한 표준화된 시스템이다. 이러한 유형의 랙 상의 하나의 랙 유닛은 전형적으로 1.75인치의 높이 및 19인치의 폭을 갖는다. 하나의 랙 유닛 내에 설치될 수 있는 서버는 흔히 1U 서버라고 칭해진다. 데이터 센터에서, 표준 랙은 통상적으로 서버들, 저장 장치들, 스위치들 및/또는 전자통신 장비로 조밀하게 채워진다.
데이터 센터 룸은 서버들의 신뢰가능한 동작을 위해 허용가능한 온도 및 습도에서 유지되어야 하며, 서버들은 전형적으로 냉각을 위해 섀시를 통하여 공기를 끌어들이는 냉각 팬을 갖는다. Opteron 또는 Xeon 프로세서들에 의해 작동되는 서버들로 조밀하게 적층된 랙의 전력 소비는 7,000 내지 15,000 와트일 수 있다. 결과적으로, 서버 랙들은 매우 집중된 열 부하를 발생시킬 수 있다. 랙 내의 서버들에 의해 소산되는 열은 데이터 센터 룸으로 배기된다. 조밀하게 채워진 랙들에 의해 집단적으로 발생되는 열은 랙들 내의 장비의 성능 및 신뢰도에 부정적인 영향을 가질 수 있는데, 왜냐하면 이들은 냉각을 위해 주변 공기에 의존하기 때문이다. 따라서, HAVC(heating, ventilation, air conditioning) 시스템이 효율적인 데이터 센터의 설계의 중요한 부분인 경우가 많다.
전형적인 데이터 센터는 10 내지 40 메가와트의 전력을 소비한다. 에너지 소비의 대부분은 HVAC 시스템들과 서버들의 동작 간에서 나뉘어진다. HVAC 시스템들은 데이터 센터 내에서의 전력 소비의 25 내지 40 퍼센트를 차지할 것으로 추정된다. 40 메가와트의 전력을 소비하는 데이터 센터에 대하여, HAVC 시스템은 10 내지 16 메가와트의 전력을 소비할 수 있다. 에너지 사용을 줄일 수 있는 효율적인 냉각 시스템 및 방법을 이용하는 것에 의해 상당한 비용 절약을 달성할 수 있다. 예를 들어, HVAC 시스템의 전력 소비를 데이터 센터 내에서 이용되는 전력의 25 퍼센트로부터 10 퍼센트로 줄이면 6 메가와트의 전력을 절약하게 되며, 이는 수천 가구의 주거용 주택에 전력을 공급하기에 충분한 것이다.
데이터 센터 룸에서, 서버 랙들은 전형적으로 교대하는 콜드 아일(cold aisles)과 핫 아일(hot aisles)을 사이에 둔 로우(row)들로 레이아웃된다. 모든 서버들이 랙들 내에 설치되어, 랙의 앞에 위치된 콜드 로우들로부터 공조된 공기를 끌어들이고 랙들 뒤의 핫 로우들을 통해 열을 내보내는 전면-후면(front-to-back) 공기 흐름 패턴을 달성한다. 바닥 공조 시스템(underfloor air distribution system)을 수용하기 위해 바닥이 높여진 룸 설계(raised floor room design)가 흔하게 이용되며, 여기에서 냉각된 공기는 콜드 아일을 따라 높여진 바닥 내의 환기구를 통해 공급된다.
데이터 센터의 효율적인 냉각에 있어서 중요한 인자는 데이터 센터 내에서 공기 흐름 및 순환을 관리하는 것이다. CRAC(Computer Room Air Conditioners) 유닛들은 랙들 사이의 환기구들을 포함하는 바닥 타일들을 통해 차가운 공기를 공급한다. 서버들에 더하여, CRAC 유닛들도 상당량의 전력을 소비한다. 하나의 CRAC 유닛은 3개까지의 5마력 모터를 가질 수 있으며, 데이터 센터를 냉각하기 위해 150개까지의 CRAC 유닛이 필요할 수 있다. CRAC 유닛들은 집단적으로 데이터 센터 내에서 상당량의 전력을 소비한다. 예를 들어, 핫 로우 및 콜드 로우 구성을 갖는 데이터 센터 룸에서, 핫 로우들로부터의 뜨거운 공기는 핫 로우 밖으로 이동되어, CRAC 유닛들로 순환된다. CRAC 유닛들은 공기를 냉각시킨다. CRAC 유닛의 모터에 의해 작동되는 팬은 냉각된 공기를 높여진 서브플로어(raised sub-floor)에 의해 정의되는 이중 바닥(underfloor plenum)에 공급한다. 냉각된 공기를 이중 바닥 내로 몰아가는 것에 의해 발생되는 압력은 냉각된 공기를 서브플로어 내의 환기구들을 통해 위쪽으로 몰아가서, 서버 랙들이 향하고 있는 콜드 아일들에 공급한다. 충분한 공기 흐름율을 달성하기 위해, 전형적인 데이터 센터 룸 전체에 걸쳐서 수백 개의 강력한 CRAC 유닛이 설치될 수 있다. 그러나, CRAC 유닛들은 일반적으로 데이터 센터 룸의 코너들에 설치되기 때문에, 공기 흐름율을 효율적으로 증가시키기 위한 그들의 능력이 부정적인 영향을 받는다. 높여진 바닥을 구축하는 비용은 일반적으로 높고, 데이터 센터 룸 내에서의 비효율적인 공기 이동으로 인해, 냉각 효율은 일반적으로 낮다. 또한, 공급 공기의 단락(short circuiting)을 방지하기 위해, 바닥 환기구의 위치는 데이터 센터의 설계 및 구성 전체에 걸쳐서 조심스러운 계획을 필요로 한다. 핫 스폿을 고정하기 위해 타일을 제거하는 것은 시스템 전반에 걸쳐서 문제를 일으킬 수 있다.
본 발명은 데이터 센터의 효율적인 냉각에 관련된 시스템들 및 방법들을 제공한다. 특정한 실시예에서, 본 발명은 하나 이상의 서버 랙과 인터페이스하도록 구성된 적어도 하나의 서버 랙 포트를 포함하는 콜드 로우 인캡슐레이션 구조, 및 콜드 로우 인캡슐레이션 구조의 상단 표면에 접속된 냉각 모듈을 제공한다. 서버 랙 포트들은 서버 랙들의 전면이 콜드 로우 인캡슐레이션 구조에 의해 정의되는 내부 공간과 인터페이스하도록 서버 랙들을 체결(engage)하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 서버 랙 포트들과 서버 랙들의 체결을 용이하게 하고, 콜드 로우 인캡슐레이션 구조 안으로의 및 그러한 구조 밖으로의 공기 누설을 감소시키기 위해, 서버 랙들과 포트들은 하나 이상의 훅업 클립에 의해 접속된다.
본 발명의 일부 실시예들은 서버 랙들의 전면(front face)으로부터 콜드 로우 인캡슐레이션 구조로부터의 차가운 공기를 끌어들이고, 서버 랙들의 후면으로부터 뜨거운 공기를 내보내기 위해, 랙들 상에 설치된 서버들의 냉각 팬들을 이용한다. 본 발명의 일부 실시예들은 높여진 서브플로어, 및 냉각된 공기를 이중 바닥 내로 강제로 보내기 위한 팬들 및 기타 장비들을 불필요하게 한다. 콜드 로우 인캡슐레이션 구조의 상단에 설치된 냉각 모듈은 냉각 모듈의 내부에 설치된 냉각 코일들을 통해 뜨거운 공기를 냉각한다. 일부 실시예들에서, 냉각 모듈 내에서 뜨거운 공기와 열을 교환하기 위해, 코일들 내부에서 냉각된 유체가 이용된다.
본 발명의 일 실시예에서, 시스템들 및 방법들은 외부 공기를 도입하지 않고서 데이터 센터 서버 냉각 룸 내부의 뜨거운 공기를 냉각하는 것에 관한 것이다. 서버 팬들에 의해 방출되는 뜨거운 공기는 콜드 로우 인캡슐레이션 구조의 상단에 위치되어 있을 수 있는 냉각 모듈들에 들어간다. 뜨거운 공기는 냉각 모듈들 내부의 물-기반 냉각 코일들에 의해 냉각되고, 냉각된 공기는 중력, 및 콜드 로우 인캡슐레이션 구조의 내부 공간 내에 생성되는 더 낮은 압력을 통해 콜드 로우 인캡슐레이션 구조에 들어간다. 서버 팬들은 콜드 로우 인캡슐레이션 구조에 접속된 서버 랙 포트들로부터 차가운 공기를 끌어들여서 서버들을 냉각하고, 서버 랙들의 후면으로부터 뜨거운 공기를 내보낸다.
본 발명의 다른 실시예들에서, 시스템들 및 방법들은 서버들을 냉각하기 위해 외부의 차가운 공기를 혼합하는 것을 수반한다. 일 실시예에서, 데이터 센터 내의 천장 댐퍼들(ceiling dampers)은 온도 제어 유닛에 의해 제어될 수 있고, 외부 온도가 특정한 임계값에 도달할 때 개방될 수 있다. 외부 공기가 데이터 센터에 들어가고, 콜드 로우 인캡슐레이션 구조의 상단에 설치된 냉각 모듈을 거쳐 지나간다. 서버 팬들은 콜드 로우 인캡슐레이션 구조로부터 차가운 공기를 끌어들인다. 뜨거운 공기는 천장 배기 팬들에 의해 외부로 배기된다. 일부 실시예들에서, 특히 외부 공기가 서버들 및 다른 장비를 위한 동작 요구조건을 만족시키지 못할 때, 데이터 센터 서버 냉각 룸 내의 공기의 수분을 제어하기 위해, 외부 공기를 공조하기 위해 가습기들이 이용될 수 있다. 그러나, 최근에, 서버 장비의 제조사들은 기술적 진보로 인해 습도 요구조건을 상당히 완화하였다.
이하의 상세한 설명은 첨부 도면들과 함께, 본 발명의 다양한 실시예들의 특성 및 이점들에 관한 더 나은 이해를 제공할 것이다.
도 1은 예시적인 콜드 로우 인캡슐레이션 구조 및 예시적인 냉각 모듈을 보여주는 도면이다.
도 2는 통합된 서버 랙들을 갖는 예시적인 콜드 로우 인캡슐레이션 구조 및 예시적인 냉각 모듈을 보여주는 도면이다.
도 3은 통합된 서버 랙들을 갖는 예시적인 콜드 로우 인캡슐레이션 구조, 서버 랙들 중 하나에 배치된 예시적인 서버, 및 예시적인 냉각 모듈을 보여주는 도면이다.
도 4는 예시적인 냉각 모듈에 의해 공조된 차가운 공기를 끌어들이는 서버 팬을 갖는 예시적인 서버를 보여주는 도면이다.
도 5는 콜드 로우 인캡슐레이션 구조, 냉각 모듈, 루프 상의 배기 팬, 및 실내 및 실외 공기 순환을 제어하는 댐퍼를 갖는 혼합 챔버들을 갖는 예시적인 데이터 센터 서버 냉각 룸을 보여주는 도면이다.
도 6은 예시적인 콜드 로우 인캡슐레이션 구조를 보여주는 도면으로서, 콜드 로우 인캡슐레이션 구조의 상단 및 하단 크로스바, 및 하나 이상의 서버 랙의 상단 및 하단 크로스바를 고정하기 위해 훅업 클립이 이용되고 있다.
도 7은 2개의 상단 크로스바를 고정하는 예시적인 훅업 클립을 보여주는 도면이다.
도 8은 2개의 하단 크로스바를 고정하는 예시적인 훅업 클립을 보여주는 도면이다.
이하의 예시적인 실시예들 및 그들의 양태들은 범위를 제한하는 것이 아니라 실례적인 예시이도록 의도된 장치, 방법 및 시스템과 관련하여 설명되고 도시된다.
도 1은 예시적인 냉각 모듈(100) 및 예시적인 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(106)를 도시한 것이다. 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(106)는 프레임, 패널, 도어 및 서버 랙 포트를 가질 수 있다. 서버 랙 포트는 서버 랙에 접속될 수 있는 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(106) 상의 개구이다. 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(106)는 랙-실장된 유닛(rack mounted unit)이 내부 공간과 인터페이스하는 것을 허용하는 적어도 하나의 서버 랙 포트를 포함하는 내부 공간을 정의하는 하우징을 생성하는 강철, 복합 재료(composite material), 또는 탄소 재료(carbon material)와 같은 다양한 재료로 만들어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(106)는 바닥 표면에 직접 실장될 수 있으며, 데이터 센서 냉각 룸 내에서, 냉각된 공기를 위한 높여진 바닥은 요구되지 않는다. 다른 실시예들에서, 높여진 서브-플로어가 이용될 수 있다.
냉각 모듈(100)은 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(106)의 상단에 위치 및 배치될 수 있으며, 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(106)의 상단 표면에 접속될 수 있다. 냉각 모듈(100)은 하나 이상의 냉각 코일(102)을 포함한다. 냉각 코일들(102) 내부를 통과하는 유체는 냉각 모듈(100)을 거쳐 지나가는 비교적 뜨거운 공기와 열을 교환하여 공기를 냉각시키기 위해 이용된다. 일 실시예에서, 냉각 모듈(100)은 인클로저를 더 포함하는데, 그 인클로저의 내부에 냉각 코일들(102)이 위치된다. 냉각 모듈 인클로저는 하나 이상의 개구(104)를 가질 수 있으며, 그것을 통하여 공기가 인클로저에 들어간다. 일부 실시예들에서, 개구들(104)은 공기 필터들을 포함할 수 있다. 냉각 모듈 인클로저는 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(106)의 상단 표면에 접속된 하나 이상의 개구를 가질 수 있으며, 그 개구를 통하여 차가운 공기가 냉각 모듈을 빠져나가서 콜드 로우 인캡슐레이션 구조에 의해 정의되는 내부 공간에 들어간다.
일부 실시예들에서, 물이 냉각 코일들(102) 내부에서 열 교환제로서 이용된다. 워터 펌프, 수냉 장비(water cooling equipment) 및 관련 배관(도시되지 않음)은 냉각된 물을 냉각 코일들(102)에 공급한다. 다른 실시예들에서, 물-글리콜 용액(water-glycol solution), 스팀 또는 냉매와 같은 다른 유형의 액체 또는 유체가 냉각 코일들(102)의 내부에서 열 교환제로서 이용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 냉각 코일들(102)은 구불구불한 형상의 배관 라인일 수 있다. 다른 실시예들에서, 냉각 코일들(102)은 직선의 배관 라인과 같은 다른 형상을 가질 수 있다. 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(106)의 크기, 냉각 요구조건, 공기 흐름의 속도, 및 냉각 코일들(102)의 물리적 특성에 의존하여, 냉각 모듈(100) 내의 냉각 코일의 개수가 달라질 수 있다. 일 실시예에서, 2개의 냉각 코일이 냉각 모듈(100)의 내부에서 이용된다.
차가운 공기는 일반적으로 뜨거운 공기보다 무겁기 때문에, 냉각 코일들(102)에 의해 냉각된 차가운 공기는 일반적으로, 냉각 모듈(100) 아래에 위치되어 그에 접속될 수 있는 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(106)에 의해 정의되는 내부 공간 내로 아래로 이동한다. 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(106)는 내부 공간을 정의하는 인클로저를 포함한다. 인클로저는 복수의 서버 랙과 인터페이스하도록 구성된 적어도 하나의 서버 랙 포트(110)를 포함한다. 서버 랙 포트(110)는 서버 랙들의 전면이 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(106)의 내부 공간과 만나도록, 서버 랙과 인터페이스하도록 구성된다. 일 실시예에서, 6개의 표준 서버 랙이 서버 랙 포트(110)에 접속될 수 있다. 다른 실시예에서, 12개의 표준 서버 랙이 서버 랙 포트(110)에 접속될 수 있다. 서버들은 앞에 있는 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(106)로부터 공조된 공기를 끌어들이고 랙 뒤로 열을 내보내는 전면-후면 공기 흐름 패턴을 달성하기 위해 랙들 내에 설치된다.
일 실시예에서, 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(106)는 하나보다 많은 서버 랙 포트(110)를 포함할 수 있다. 서버 랙 포트(110)는 서버들 또는 서버 내에 설치된 다른 장치들의 전면이 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(106)에 의해 정의되는 내부 공간과 인터페이스하도록 서버 랙을 체결할 수 있다. 이러한 구성은 전면-후면 공기 흐름 패턴을 달성하며, 여기에서 서버들 또는 다른 랙-실장된 유닛들의 냉각 팬들은 도 4에 도시된 바와 같이, 내부 공간으로부터 공기를 끌어들이고, 프로세서(들) 및 다른 컴포넌트들에 의해 가열된 공기를 후면 패널 밖으로 배기시킨다. 일부 실시예들에서, 서버 랙 및 콜드 로우 인캡슐레이션 구조는 도 6에 도시된 바와 같이 하나 이상의 훅업 클립에 의해 접속될 수 있으며, 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(106)의 내부 공간 내의 공조된 차가운 공기는 서버들 내부의 서버 팬들에 의해 끌어들여져서 서버들을 냉각시킨다. 다른 실시예들에서, 서버 랙 및 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(106)가 나란히 배치되어, 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(106)의 내부 공간 내부의 공조된 차가운 공기가 서버들 내부의 서버 팬들에 의해 서버들로 끌어들여지게 할 수 있다. 비교적 뜨거운 공기는 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(106)의 상단에 있는 냉각 모듈(100)로 순환되어, 냉각 코일들(102)과 열을 교환한다. 냉각 모듈(100)로부터의 차가운 공기는 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(106)로 가라앉고, 서버들 내부의 서버 팬들에 의해 서버들의 뒤로 끌어들여진다. 일부 실시예들에서, 서버 랙들은 서버들 및 다른 장비로 드문드문 채워진다. 서버들 및 다른 장치는 랙 내에서 수직으로 적층되므로, 그 드문드문한 배치(scarcity)는 콜드 로우 인캡슐레이션 구조의 내부 공간으로의 개방 갭을 생성할 수 있다. 차가운 공기는 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(106)의 내부 공간으로부터 누설될 수 있고, 뜨거운 공기가 내부 공간으로 다시 순환할 수 있어서, 그에 의해 냉각 효율을 감소시킨다. 공기 누설을 방지하기 위해, 갭들은 공기가 그 갭들을 통해 콜드 로우 인캡슐레이션 구조를 빠져나오거나 거기에 들어가는 것을 방지하는, 서버 랙에 실장된 패널들에 의해 차단될 수 있다.
일 실시예에서, 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(106)는 하단에 안정성 제어 유닛들(114)을 더 포함할 수 있다. 안정성 제어 유닛들(114)은 지진과 같은 자연 재앙 동안의 지진 운동을 견디도록 구축된 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 안정성 제어 유닛들(114)은 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(106)를 쉽게 이동시키기 위해 신속하게 해체될 수 있는 스크롤링을 위한 장치들을 가질 수 있다. 안정성 제어 유닛들(114)이 이용되는 경우, 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(106)는 지면으로부터 높여질 수 있다. 결과적으로, 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(106)의 하단면으로부터 따뜻한 공기가 들어올 수 있고, 차가운 공기가 누설될 수 있다. 공기 누설을 방지하기 위해, 일 실시예에서는, 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(106)의 하단면이 하단 표면을 밀봉하는 패널에 의해 둘러싸일 수 있으며, 그 패널 상에 안정성 제어 유닛(114)이 부착될 수 있다.
일 실시예에서, 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(106)의 인클로저에 하나 이상의 도어(108)가 설치될 수 있다. 도어(108)는 데이터 센터 담당자가 서버 유지보수와 같은 다양한 작업을 위해 콜드 로우 인캡슐레이션 구조에 들어올 수 있도록 열리고 닫힐 수 있다. 도어(108)는 차가운 공기가 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(106)로부터 누설되는 것을 방지하도록 단열될 수 있다.
콜드 로우 인캡슐레이션 구조(106)의 치수는, 요구되는 서버 랙의 개수, 서버들의 냉각 요구조건 등에 따라 상당히 달라질 수 있다. 일 실시예에서, 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(106)의 개별 서버 랙 포트(110)에 6 내지 12개의 표준 서버 랙이 접속될 수 있다. 다른 6 내지 12개의 표준 서버 랙이 콜드 로우 인캡슐레이션 구조의 반대측 상의 서버 랙 포트에 접속될 수 있다. 대향하는 서버 랙 포트들 간의 거리는 4피트일 수 있다. 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(106)의 높이는 12피트일 수 있으며, 깊이도 12피트일 수 있다.
도 2는 예시적인 냉각 모듈(200), 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(206), 및 서버 랙들(208 및 210)을 도시한 것이다. 본 예에서의 시스템은, 서버 랙들이 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(206)의 서버 랙 포트들에 체결된 것으로 도시되어 있다는 점을 제외하고는, 도 1에 도시된 것과 유사하다. 서버들은 전면-후면 공기 흐름 패턴을 달성하기 위해, 통합된 서버 랙들(208 및 210) 내에 설치될 수 있다. 통합된 서버 랙들(208 및 210)의 전면은 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(206)의 내부 공간과 만난다. 서버들 내의 서버 팬들은 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(206)로부터 차가운 공기를 끌어들여서 서버들을 냉각하고, 비교적 뜨거운 공기를 서버 랙들의 뒤로부터 내보낸다. 그 다음, 뜨거운 공기는 하나 이상의 개구(204)를 통해 냉각 모듈(200)로 순환되며, 하나 이상의 냉각 코일(202)과 열을 교환한다. 냉각 모듈(200)은 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(206)의 상단에 위치될 수 있으며, 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(206)의 상단면과 냉각 모듈(200)의 하단면 상의 개구를 통해 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(206)의 상단 표면에 접속될 수 있다. 특히, 서버 팬들이 콜드 로우 인캡슐레이션 구조로부터 차가운 공기를 끌어들여서 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(206)의 내부 공간에 더 낮은 기압을 만들어내고 있을 때, 차가운 공기는 일반적으로 아래를 향해 이동한다.
도 3은 예시적인 냉각 모듈(300), 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(302), 서버 랙(304), 및 서버 랙 상에 배치된 예시적인 서버(306)를 도시한 것이다. 본 예에서의 시스템은 도 2에 도시된 것과 유사하다. 공조된 차가운 공기는 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(302)의 상단에 배치된 냉각 모듈(300)을 통해 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(302)에 들어간다. 서버(306) 내부의 서버 팬들은 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(302)의 내부 공간으로부터 공조된 차가운 공기를 끌어들이고, 서버(306)를 냉각한다.
도 4는 예시적인 냉각 모듈(400), 냉각 코일(402), 서버(404) 및 서버(404) 내부의 서버 팬(406)을 도시하고 있다. 냉각 모듈(400) 및 냉각 코일(402)로부터의 공조된 차가운 공기는 서버 팬(406)에 의해 끌어들여지고, 서버(404)를 거쳐 지나가서 서버를 냉각한다. 그 다음, 비교적 뜨거운 공기는 서버 팬(406)에 의해 서버(404)로부터 내보내진다.
도 1 및 도 2에 도시된 냉각 시스템은 위에서 개시된 것과 같은 데이터 센터 서버 냉각 룸에 의해 정의되는 내부 공간에서 동작하여, 데이터 센터 서버 냉각 룸의 내부 공간으로부터 공기를 끌어들이고, 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(106)의 내부에 냉각된 공기를 제공한다. 그러나, 일부 구현들에서, 냉각 시스템은 또한 외부의 공기가 이용되는 것을 허용하는 공기 흐름 컨트롤을 포함하는 데이터 센터 서버 냉각 룸과 함께 동작할 수 있다. 도 5는 하나 이상의 천장 배기 팬(516), 외부 공기 흡입을 제어하는 천장 댐퍼들(514), 혼합 챔버(518), 및 혼합 챔버(518) 내로 들어가는 공기의 순환을 제어하는 댐퍼들(512)을 갖는 예시적인 데이터 센터 서버 냉각 룸(500)을 도시하고 있다. 냉각 모듈(502)은 하나 이상의 냉각 코일(504)을 포함하며, 혼합 챔버(518)에 접속된다. 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(506)의 상단 표면은 냉각 모듈(502)에 접속된다. 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(506)의 인클로저 상의 서버 랙 포트들(508)은 서버 랙들(510)에 접속된다. 서버들은 전면-후면 공기 흐름 패턴을 달성하기 위해 서버 랙들 내에 설치될 수 있다. 서버 랙들의 전면 표면은 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(506)의 내부 공간과 만난다. 서버들 내부의 서버 팬들은 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(506)로부터 차가운 공기를 끌어들여서 서버들을 냉각하고, 뜨거운 공기를 서버 랙으로부터 내보낸다.
서버 냉각 룸(500)은 2가지 모드로 동작될 수 있다. 한 모드에서, 서버 냉각 룸(500)에 어떠한 외부 공기도 도입되지 않고, 서버들로부터 내보내진 뜨거운 공기는 혼합 챔버(518) 및 냉각 모듈(502)로 다시 순환된다. 다른 모드에서, 외부의 차가운 공기가 서버 냉각 룸(500)에 도입된다. 혼합 챔버 상의 댐퍼들(512)이 폐쇄된 동안, 천장 댐퍼들(514)이 개방된다. 외부의 차가운 공기는 냉각 모듈(502)을 거쳐 지나가고, 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(506)에 들어간다.
일 실시예에서, 천장 댐퍼들(514)은 폐쇄되고, 혼합 챔버 상의 댐퍼들(512)은 개방된다. 서버들에 의해 내보내지는 뜨거운 공기의 일부는 하나 이상의 천장 배기 팬(516)을 통해 서버 냉각 룸(500)의 외부로 배기되고, 뜨거운 공기의 일부는 개방 댐퍼들(512)을 통해 혼합 챔버(518)에 들어간다. 혼합 챔버 내부의 뜨거운 공기는 냉각 모듈(502)로 끌려들어가고, 냉각 코일들(504)과 열을 교환한다. 그 다음, 차가운 공기가 중력, 및 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(506)의 내부 공간 내의 더 낮은 기압을 통해 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(506)에 들어간다.
다른 실시예에서, 천장 댐퍼들(514)은 개방되고, 혼합 챔버 상의 댐퍼들(512)은 폐쇄된다. 외부의 차가운 공기는 개방된 댐퍼들(514)을 통해 혼합 챔버(518)에 들어가고, 냉각 모듈(504)을 거쳐 지나가고, 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(506)의 내부 공간으로 가라앉는다.
일부 실시예들에서, 댐퍼들(512 및 514)의 개방 및 폐쇄는 온도 제어 유닛에 의해 제어될 수 있다. 외부 온도가 적합한 레벨에 도달할 때, 온도 제어 유닛은 천장 댐퍼들(514)을 개방하여, 외부 공기가 룸에 들어오는 것을 허용하고, 혼합 챔버 상의 댐퍼들(512)을 폐쇄하여, 서버로부터 내보내진 뜨거운 공기가 혼합 챔버에 들어가는 것을 방지한다. 외부 온도가 서버 냉각 룸(500)에 대해 지나치게 높은 경우, 온도 제어 유닛은 천장 댐퍼들(514)을 폐쇄하여 뜨거운 외부 공기가 실내에 도입되는 것을 방지하고, 댐퍼들(512)을 개방하여 서버들로부터 내보내진 뜨거운 공기가 혼합 챔버로 되돌아가는 것을 허용한다. 외부의 자연적인 차가운 공기를 이용하면, 데이터 센터의 에너지 소비를 상당히 감소시킬 수 있는데, 왜냐하면 그것이 냉각 모듈(100)을 통해 순환하는 액체를 냉각시킬 필요성을 감소시키기 때문이다. 일부 실시예들에서, 댐퍼들(512 및 514)의 개방 및 폐쇄와, 천장 배기 팬들(516)의 동작은 서버 냉각 룸 내부 및 외부의 온도를 모니터링하고 댐퍼들 및 팬들을 조작하여 룸의 냉각에 있어서 최적의 효율을 달성하는 온도 제어 유닛과 같은 전자 장치에 의해 모두 제어된다.
데이터 센터의 위치에 따라, 외부의 차가운 공기의 습도가 달라질 수 있다. 외부의 차가운 공기의 습도가 낮을 때, 외부의 공기는 습도 레벨이 서버들의 신뢰가능한 동작을 위한 요구조건을 만족시키도록 공조되어야 할 수 있다. 서버 제조사들이 서버 장비의 신뢰가능한 동작을 위한 습도 요구조건을 상당히 완화시키긴 했지만, 여전히 데이터 센터 서버 냉각 룸 내부의 주변 공기의 적합한 습도는 데이터 센터 내의 장비의 성능 및 신뢰도에 대하여 중요하다. 일부 실시예들에서, 혼합 챔버를 거쳐 지나가는 공기의 습도를 공조하기 위해, 혼합 챔버(518) 내에 하나 이상의 가습기가 설치될 수 있다.
도 6은 서버 랙 포트의 상부 에지에 근접하게 상부 에지에 걸쳐 수평으로 연장하는 상단 크로스바와 서버 랙의 상단 크로스바를 접속하는 하나 이상의 훅업 클립(606)을 갖는 예시적인 냉각 시스템을 도시한 것이다. 도 6에서, 냉각 모듈(600)은 랙을 체결하도록 구성된 서버 랙 포트를 포함하는 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(612)의 상단에 배치된다. 하나 이상의 서버 랙(614)이 서버 랙 포트 내에 체결될 때, 콜드 로우 인캡슐레이션 구조의 상단 크로스바(602)는 서버 랙들(614)의 하나 이상의 상단 크로스바(604)에 체결된다. 하나 이상의 서버 랙(614)의 상단 크로스바들을 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(612)의 상단 크로스바와 신속하게 고정시키기 위해 하나 이상의 훅업 클립(606)이 이용된다. 마찬가지로, 콜드 로우 인캡슐레이션 구조의 하단 크로스바(618)는 서버 랙들의 하단 크로스바들(620)과 체결될 수 있다. 하나 이상의 서버 랙(614)의 하단 크로스바를 콜드 로우 인캡슐레이션 구조(612)의 하단 크로스바와 신속하게 고정시키기 위해 하나 이상의 훅업 클립(616)이 이용된다.
일부 실시예들에서, 훅업 클립은 U-형상 프로파일을 가질 수 있다. U-형상 훅업 클립은 2개의 크로스바를 고정시키기 위한 걸쇠(clasp)로서 이용될 수 있다. U-형상 훅업 클립의 일측에서, 하나 이상의 핀 부재(608)는 훅업 클립을 고정하고 접속을 확실하게 하기 위해 고정될 수 있다. 핀 부재들(608)은 금속 볼트일 수 있다. 훅업 클립(606)은 강철과 같은 금속으로 만들어질 수 있다. 훅업 클립의 폭은 콜드 로우 인캡슐레이션 구조의 상단 또는 하단 크로스바와 서버 랙의 상단 또는 하단 크로스바의 결합된 폭에 상응할 수 있다. 훅업 클립은 서버 랙을 콜드 로우 인캡슐레이션 구조와 고정시키기 위한 빠르고 쉬운 메커니즘을 제공한다.
도 7은 2개의 크로스바를 고정하는 예시적인 훅업 클립을 도시한 것이다. U-형상 훅업 클립(704)은 크로스바(700)와 크로스바(702)를 고정시키기 위해 이용된다. 일부 실시예들에서, 크로스바(700)는 콜드 로우 인캡슐레이션 구조의 상단 크로스바일 수 있고, 크로스바(702)는 콜드 로우 인캡슐레이션 구조의 서버 랙 포트 내에 체결되는 서버 랙의 상단 크로스바일 수 있다. 크로스바들(700 및 702)은 강철과 같은 금속으로 만들어질 수 있다. 훅업 클립(704)의 폭은 크로스바(700)와 크로스바(702)의 결합된 폭에 상응할 수 있다. 훅업 클립 상의 2개의 핀 부재(706)는 크로스바(700 및 702)의 접속을 확실하게 하기 위해 2개의 소켓을 통해 고정될 수 있는 금속 볼트들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 둘보다 많은 핀 부재가 훅업 클립 상에서 이용될 수 있다.
도 8은 2개의 크로스바를 고정하는 예시적인 훅업 클립을 도시한 것이다. U-형상 훅업 클립(804)은 크로스바(800) 및 크로스바(802)를 고정하기 위해 이용된다. 일부 실시예들에서, 크로스바(800)는 콜드 로우 인캡슐레이션 구조의 하단 크로스바일 수 있고, 크로스바(802)는 콜드 로우 인캡슐레이션 구조의 서버 랙 포트 내에 체결된 서버 랙의 하단 크로스바일 수 있다. 크로스바들(800 및 802)은 강철과 같은 금속으로 만들어질 수 있다. 훅업 클립(804)의 폭은 크로스바(800)와 크로스바(802)의 결합된 폭에 상응할 수 있다. 훅업 클립 상의 2개의 핀 부재(806)는 크로스바(800 및 802)의 접속을 확실하게 하기 위해 2개의 소켓을 통해 고정될 수 있는 금속 볼트들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 둘보다 많은 핀 부재가 훅업 클립 상에서 이용될 수 있다.
본 발명은 특정 실시예들을 참조하여 설명되었다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들이 구체적인 컴포넌트들 및 구성들을 참조하여 설명되었지만, 본 기술분야의 숙련된 자들은 컴포넌트들 및 구성들의 상이한 조합도 이용될 수 있음을 알 것이다. 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자들에게는, 다른 실시예들이 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명은 첨부된 청구항들에 의해 나타난 것을 제외하고는 제한되지 않는 것으로 의도된다.

Claims (10)

  1. 서버 냉각 시스템으로서,
    내부 공간을 정의하고, 랙(rack)을 체결(engage)하도록 구성된 랙 포트(rack port)를 포함하는 인클로저 - 상기 인클로저는 상기 랙 포트의 상부 에지에 근접하여 상기 상부 에지에 걸쳐 수평으로 연장하는 상단 크로스바(top crossbar), 및 상기 랙 포트의 하부 에지에 근접하여 상기 하부 에지에 걸쳐 수평으로 연장하는 하단 크로스바(bottom crossbar)를 더 포함함 -,
    상기 인클로저에 의해 정의되는 상기 내부 공간에 냉각 공기를 공급하도록 동작하는, 혼합 모듈에 접속된 냉각 모듈,
    크로스바 및 내부에 설치된 하나 이상의 랙-실장된 유닛(rack-mounted units)을 포함하는 랙 - 상기 랙은 상기 하나 이상의 랙-실장된 유닛의 각각의 전면(front faces)이 상기 인클로저에 의해 정의되는 상기 내부 공간과 인터페이스하도록 상기 랙 포트 내에 체결됨 -,
    상기 하나 이상의 랙-실장된 유닛의 각각의 전면을 통해 상기 내부 공간으로부터 공기를 끌어들이고, 상기 하나 이상의 랙-실장된 유닛으로부터 가열된 공기를 내보내도록 동작하는 하나 이상의 냉각 팬, 및
    상기 인클로저의 상단 또는 하단 크로스바에 상기 랙의 크로스바를 고정하는 훅업 클립(hookup clip)
    을 포함하고,
    상기 훅업 클립은 U-형상 프로파일을 갖고,
    하나 이상의 핀 부재, 및
    상기 핀 부재들을 수용하기 위한 하나 이상의 소켓을 더 포함하는 걸쇠 부재(clasp member)
    를 포함하며,
    상기 걸쇠 부재는 상기 소켓들 내의 상기 핀 부재들을 통해 상기 랙의 크로스바를 상기 인클로저의 상단 또는 하단 크로스바에 고정하는 서버 냉각 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 랙 포트는 하나 이상의 랙의 외측 주변부(outer periphery)에 실질적으로 일치(conform)하도록 구성되는 서버 냉각 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 랙 포트는 상기 랙들에 부착될 때 실질적으로 밀봉될 수 있는 서버 냉각 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 랙 포트는 상기 랙 포트와 상기 하나 이상의 랙을 실질적으로 밀봉하도록 구성된 가스킷(gasket)을 포함하는 서버 냉각 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 혼합 모듈에 접속된 상기 냉각 모듈은,
    상기 냉각 모듈 내의 주변 공기를 냉각시키도록 되어 있는 하나 이상의 통합된 코일,
    상기 냉각 모듈의 내부 및 외부에서의 공기 흐름을 조절하도록 되어 있는 하나 이상의 통합된 댐퍼(dampers), 및
    상기 통합된 댐퍼들의 동작을 제어하도록 동작하는 제어 유닛
    을 더 포함하는 서버 냉각 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    주변 공기를 냉각시키기 위해 상기 통합된 코일들 내부에서 액체가 이용되는 서버 냉각 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 통합된 댐퍼들은 온도 제어 유닛에 의해 제어되는 서버 냉각 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 랙 포트는 하나 이상의 서버가 그 위에 배치되는 하나 이상의 랙을 포함하는 서버 냉각 시스템.
  10. 서버 냉각 시스템으로서,
    내부 공간을 정의하며, 랙을 체결하도록 구성된 랙 포트를 포함하는 인클로저 - 상기 인클로저는 상기 랙 포트의 상부 에지에 근접하여 상기 상부 에지에 걸쳐 수평으로 연장하는 상단 크로스바, 및 상기 랙 포트의 하부 에지에 근접하여 상기 하부 에지에 걸쳐 수평으로 연장하는 하단 크로스바를 더 포함함 -,
    상기 인클로저에 의해 정의되는 상기 내부 공간에 냉각 공기를 공급하도록 동작하는, 혼합 모듈에 접속된 냉각 모듈,
    하나 이상의 크로스바 및 내부에 설치된 하나 이상의 랙-실장된 유닛을 포함하는 랙 - 상기 랙은 상기 하나 이상의 랙-실장된 유닛의 각각의 전면이 상기 인클로저에 의해 정의되는 상기 내부 공간과 인터페이스하도록 상기 랙 포트 내에 체결됨 -,
    상기 하나 이상의 랙-실장된 유닛의 각각의 전면을 통해 상기 내부 공간으로부터 공기를 끌어들이고, 상기 하나 이상의 랙-실장된 유닛으로부터 가열된 공기를 내보내도록 동작하는 하나 이상의 냉각 팬, 및
    상기 인클로저의 상단 또는 하단 크로스바에 상기 랙의 상기 하나 이상의 크로스바를 고정하는 하나 이상의 훅업 클립
    을 포함하고,
    각각의 훅업 클립은 U-형상 프로파일을 갖고,
    하나 이상의 핀 부재, 및
    상기 핀 부재들을 수용하기 위한 하나 이상의 소켓을 더 포함하는 걸쇠 부재
    를 포함하며,
    상기 걸쇠 부재는 상기 소켓들 내의 상기 핀 부재들을 통해 상기 랙의 크로스바를 상기 인클로저의 상단 또는 하단 크로스바에 고정하는 서버 냉각 시스템.
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