KR101917484B1

KR101917484B1 - 배관 구조, 그 배관 구조를 사용한 냉각 장치, 및 냉매 증기 수송 방법

Info

Publication number: KR101917484B1
Application number: KR1020167015500A
Authority: KR
Inventors: 마사키 지바; 미노루 요시카와; 아키라 쇼우지구치; 겐이치 이나바; 아리히로 마츠나가; 마사노리 사토; 다다오 호사카; 야스히토 나카무라
Original assignee: 닛본 덴끼 가부시끼가이샤; 엔이씨 플랫폼즈 가부시키가이샤
Priority date: 2013-11-14
Filing date: 2014-11-10
Publication date: 2018-11-09
Also published as: US20160290691A1; WO2015072128A1; CN105723167B; EP3081883A4; KR20160084859A; JPWO2015072128A1; JP6835470B2; EP3081883A1; CN105723167A

Abstract

배관 구조를 포함한 냉각 장치가 사이즈가 증가하면 전력 소비의 증대를 야기하지 않고 냉각 능력의 저하를 회피하는 것이 어려우며, 따라서, 본 발명의 예시적인 양태에 따른 배관 구조는, 냉매가 유동하는 제 1 유로와 제 1 유로를 둘러싸는 쉘 영역을 포함한 관상부; 쉘 영역의 일부를 구성하고 제 1 유로에 접속된 제 2 유로를 포함하는 도입부; 및 도입부의 단부들 사이에, 제 2 유로가 제 1 유로에 접속되는 측의 단부와 반대측의 단부에 위치된 접속부를 포함한다.

Description

배관 구조, 그 배관 구조를 사용한 냉각 장치, 및 냉매 증기 수송 방법{PIPING STRUCTURE, COOLING DEVICE USING SAME, AND REFRIGERANT VAPOR TRANSPORT METHOD}

본 발명은 반도체 장치들, 전자 기기들 등을 위한 냉각 장치들에 사용되는 배관 구조들에 관한 것으로, 특히, 냉매의 기화와 응축의 사이클에 의해 열 수송 및 방열이 수행되는 비등 냉각 시스템을 채용한 냉각 장치에 사용되는 배관 구조, 그 배관 구조를 포함한 냉각 장치, 및 냉매 증기 수송 방법에 관한 것이다.

최근, 정보처리 기술들의 향상 및 인터넷 환경의 진화에 따라, 필요하게 되는 정보처리량이 증대하고 있다. 방대한 양의 데이터를 처리하기 위해, 데이터 센터들 (DC들) 이 다양한 지역들에 위치되고 운용되고 있다. 데이터 센터 (DC) 는, 서버들 및 데이터 통신 장치들이 설치 및 운용되는 특화된 시설로서 정의된다. 이러한 데이터 센터 (DC) 를 안정적으로 운용하기 위해, 그 시설 내의 서버 룸에서의 온도 및 습도를 일정하게 유지할 필요가 있다. 이는, 서버의 발열량이 증대하면, 공조기의 전력 소비가 현저히 증대하는 문제를 야기한다.

상기 서술한 문제를 해결하기 위해, 공조기의 전력 소비를 감소시키기 위한 기법들의 개발이 진행되고 있고, 그 기법들의 일 예가 특허문헌 1 에 기술된다. 특허문헌 1 에 기술된 관련 냉각 유닛은, 그 유닛이 서버 랙의 리어 도어 (rear door) 에 부착될 수 있는 구조를 갖는다. 관련 냉각 유닛은, 배면으로부터 배출된 열기로부터 열을 제거하기 위한 라디에이터 유닛, 열기를 강제로 배출하기 위한 팬들이 배열된 팬 유닛, 및 이들 유닛들을 일체적으로 취부하는 프레임 유닛으로 이루어진다. 일체적으로 구성된 관련 냉각 유닛이 랙의 리어 도어를 구성한다.

도 6 은 관련 냉각 유닛의 라디에이터 유닛에 포함된 파이프 집합체의 구성을 도시한다. 파이프 집합체 (500) 는, 다중의 사행 형상으로 사행하게 횡방향으로 배열된 횡방향 파이프 (510) 및 횡방향 파이프 (510) 에 접속되고 종방향으로 배열된 종방향 파이프들 (521 및 522) 의 세트를 포함한다. 종방향 파이프들 (521 및 522) 은, 냉매를 유통시키기 위해 하위 파이프들 (531, 532) 및 상위 파이프들 (541, 542) 의 세트에 각각 접속된다.

하위 파이프 (531), 종방향 파이프 (521), 및 상위 파이프 (541) 는 흡열 전의 냉매를 화살표 (C1) 에 의해 표시된 방향으로 흘리기 위한 유입측 파이프를 구성한다. 하위 파이프 (532), 종방향 파이프 (522), 및 상위 파이프 (542) 는 흡열 후의 냉매를 화살표 (C2) 에 의해 표시된 방향으로 흘리기 위한 유출측 파이프를 구성한다. 하위 파이프들 (531 및 532) 의 타단들은 옥외에 배치된 열교환기에 호스들을 통해 접속된다. 이는, 유출측의 하위 파이프 (532) 에 환류되고 흡열된 냉매가 열교환기에 유출하는, 냉매가 순환하는 냉각 시스템을 생성한다. 그 때, 냉매를 강제적으로 순환시키기 위해서 펌프가 구동되는 것으로 가정된다.

이러한 방식으로, 파이프 집합체 (500) 는 횡방향 파이프 (510) 의 집합 구조를 가지며, 횡방향 파이프 (510) 의 기능은 냉각 효과를 발휘한다. 횡방향 파이프 (510) 는, 예를 들어, 도 6 에 도시된 바와 같이, 3개의 사행을 갖는 사행 파이프 구조가 쌍을 이루는 복수의 횡방향 파이프 세트들 (511, 512 내지 51n) 의 집합체이다. 이는, 복수의 횡방향 파이프 세트들 (511 내지 51n) 을, 종방향 파이프들 (521 및 522) 을 따라 상부로부터 저부로 배열하고 그리고 각각의 횡방향 파이프 세트의 파이프단을 종방향 파이프들에 용접하기 위해, 파이프 집합체 (500) 의 골격을 형성한다.

이러한 구성은, 관련 냉각 유닛에 따라 향상된 냉각 효율을 갖는 냉각 시스템을 생성하는 것을 가능케 한다고 일컬어진다.

[특허문헌 1] 일본 공개특허공보 제2010－041007호 (단락［0017］내지［0043], 및 도 3)

상기 서술된 바와 같이, 특허문헌 1 에 기술된 관련 냉각 유닛은, 그 유닛이 서버 랙의 리어 도어에 부착될 수 있는 구조를 갖는다. 서버 랙들과 같은 전자 기기용 랙들의 일부 리어 도어들은 높이가 2 미터 이상이기 때문에, 냉각 유닛은 사이즈가 증가한다.

한편, 관련 냉각 유닛의 라디에이터 유닛에 있어서, 복수의 횡방향 파이프 세트들의 파이프단들을 종방향 파이프들에 용접 및 접속함으로써, 파이프 집합체가 형성된다. 이에 따라, 냉각 유닛이 사이즈가 증가하면, 냉매가 유동하는 각각의 파이프 (냉매 배관) 의 접속 지점들이 증대하고, 접속부에 있어서의 냉매 증기의 압력 손실도 또한 증대한다. 결과적으로, 관련 냉각 유닛에 있어서의 파이프 집합체 (배관 구조) 를 채용할 경우 대형 사이즈의 냉각 유닛에서 냉각 능력이 저하하는 문제가 있었다.

특허문헌 1 에 기술된 관련 냉각 유닛 및 열교환기를 채용한 냉각 시스템에 있어서, 냉매를 강제적으로 순환시키기 위하여 펌프를 구동시키는 것이 가정된다. 하지만, 이 경우, 냉각 시스템의 전력 소비가 증대하는 문제가 있었다.

따라서, 배관 구조를 포함한 냉각 장치가, 전자 기기용 랙의 리어 도어에 부착되어 사용하는 경우와 같이 사이즈가 증가하면, 전력 소비의 증대를 야기하지 않고 냉각 능력의 저하를 회피하는 것이 어렵다는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은, 배관 구조를 포함한 냉각 장치가 사이즈가 증가하면 전력 소비의 증대를 야기하지 않고 냉각 능력의 저하를 회피하는 것이 어려운 문제를 해결하는 배관 구조, 그 배관 구조를 포함한 냉각 장치, 및 냉매 증기 수송 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 예시적인 양태에 따른 배관 구조는, 냉매가 유동하는 제 1 유로와 제 1 유로를 둘러싸는 쉘 영역을 포함하는 관상(tubular)부; 쉘 영역의 일부를 구성하고 제 1 유로에 접속된 제 2 유로를 포함하는 도입부; 및 도입부의 단부들 사이에서, 제 2 유로가 제 1 유로에 접속되는 측의 단부와 반대측의 단부에 위치된 접속부를 포함한다.

본 발명의 예시적인 양태에 따른 냉매 증기 수송 방법은, 제 1 냉매를 제 1 방향으로 유동하게 하는 단계; 제 2 냉매를 제 1 방향과는 상이한 제 2 방향으로 유동하게 하는 단계; 및 제 1 방향과 제 2 방향 사이에서 동일 평면 상의 각도가 예각이 될 수 있도록 제 1 냉매와 제 2 냉매를 합류하게 하는 단계를 포함한다.

본 발명의 배관 구조, 그 배관 구조를 포함한 냉각 장치, 및 냉매 증기 수송 방법에 따르면, 냉각 장치가 사이즈가 증가할 경우에도, 전력 소비의 증대를 야기하지 않고 냉각 능력의 저하를 회피하는 것이 가능하다.

도 1 은 본 발명의 제 1 예시적인 실시형태에 따른 배관 구조의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 2 는 본 발명의 제 2 예시적인 실시형태에 따른 배관 구조를 포함한 냉각 장치를 포함한 서버 모듈의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 3 은 본 발명의 제 2 예시적인 실시형태에 따른 배관 구조를 사용한 냉각 장치를 수용한 서버 랙의 배면도로부터의 개략도이다.
도 4 는 본 발명의 제 2 예시적인 실시형태에 따른 배관 구조의 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
도 5 는 본 발명의 제 2 예시적인 실시형태에 따른 배관 구조의 다른 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
도 6 은 관련 냉각 유닛의 라디에이터 유닛에 포함된 파이프 집합체의 구성을 나타낸 배면도이다.

본 발명의 예시적인 실시형태들이 도면들을 참조하여 하기에 설명될 것이다.

[제 1 예시적인 실시형태]

도 1 은 본 발명의 제 1 예시적인 실시형태에 따른 배관 구조 (100) 의 구성을 나타낸 단면도이다. 본 예시적인 실시형태에 따른 배관 구조 (100) 는 관상부 (110), 도입부 (120), 및 접속부 (130) 를 포함한다.

관상부 (110) 는, 냉매가 유동하는 제 1 유로 (111) 및 제 1 유로 (111) 를 둘러싸는 쉘 영역 (112) 을 포함한다. 도입부 (120) 는 쉘 영역 (112) 의 일부를 구성하고 제 1 유로 (111) 에 접속된 제 2 유로 (121) 를 포함한다. 접속부 (130) 는, 도입부 (120) 의 단부들 사이에, 제 2 유로 (121) 가 제 1 유로 (111) 에 접속되는 측의 단부와 반대측의 단부에 위치된다.

본 예시적인 실시형태의 배관 구조 (100) 에 따르면, 제 1 유로 (111) 를 통해 유동하는 냉매는, 쉘 영역 (112) 의 일부를 구성하는 도입부 (120) 에 포함된 제 2 유로 (121) 를 통하여, 제 1 유로 (111) 에 유입하는 냉매와 합류한다. 따라서, 합류함에 있어서의 압력 손실이 도입부 (120) 에 의해 제어될 수 있기 때문에, 냉각 능력의 저하를 회피하는 것이 가능하다. 즉, 도입부들 (120) 을 관상부 (110) 의 복수 개소들에 배치함으로써 냉각 장치가 대형화될 경우에도, 압력 손실의 증대를 회피하는 것이 가능하고 따라서 펌프 등을 구동시키는 것에 의해 냉매를 강제적으로 순환시킬 필요가 없다. 결과적으로, 냉각 장치가 사이즈가 증가할 경우에도, 전력 소비의 증대를 야기하지 않고 냉각 능력의 저하를 회피하는 것이 가능하다.

접속부 (130) 의 외면은 평면일 수 있으며, 접속부 (130) 는 시일 구조를 갖도록 구성될 수 있다. 이러한 구성은, 배관 구조 (100) 에 따라, 배관 구조 (100) 를 간단한 구조로 다른 배관에 접속하는 것을 가능케 한다.

[제 2 예시적인 실시형태]

본 예시적인 실시형태에 있어서는, 데이터 센터 (DC) 등에 설치된 서버 랙에 탑재되는 배관 구조를 포함한 냉각 장치가 설명될 것이다.

도 2 는 데이터 센터 (DC) 에 설치된 서버 모듈 (200) 의 개략 구성을 도시한다. 데이터 센터 (DC) 에 있어서, 복수의 그러한 서버 모듈들 (200) 이 통상 설치된다. 서버 모듈 (200) 은, 서버 랙 (210) 및 서버 랙 (210) 의 리어 도어 (211) 에 로딩된 열수송 모듈 (220) 을 포함한다. 열수송 모듈 (220) 은, 냉매의 기화와 응축의 사이클에 의해 열 수송 및 방열이 수행되는 비등 냉각 시스템을 채용한 냉각 장치이며, 본 예시적인 실시형태에 따른 배관 구조를 포함한 냉각 장치가 사용될 수 있다. 서버 랙 (210) 에 있어서, 복수의 전자 기기들 (212) 및 복수의 팬 (213) 이 탑재된다.

공조기는 냉각 공기를 도 2 의 화살표 (A) 의 방향으로 서버 룸 내에 공급한다. 서버 랙 (210) 내의 팬 (213) 은 냉각 공기를 흡기하고, 그것에 의해, 전자 기기 (212) 가 냉각된다. 전자 기기 (212) 를 냉각한 후, 냉각 공기는 서버 랙 (210) 의 리어 도어 (211) 으로부터 배출된다. 배출된 냉각 공기는 공조기에 흡인 및 냉각되고, 그 후, 다시 서버 룸 내에 공급된다.

도 3 은 본 예시적인 실시형태에 따른 배관 구조를 포함한 냉각 장치 (300) 의 구성을 도시한다. 도 3 은 도 2 에 도시된 서버 랙 (210) 을 배면측으로부터 본 도면이다. 복수의 증발 유닛들 (310) 이 전자 기기 (212) 의 배열 유닛을 위해 제공된다. 예를 들어, 핀 앤드 튜브형 (fin-and-tube type) 열교환기가 증발 유닛 (310) 으로서 사용될 수 있다. 핀 앤드 튜브형 열교환기는 핀들과 전열 튜브들로 이루어진다. 열교환은 핀들 간을 흐르는 공기와 전열 튜브 내를 흐르는 냉매와의 사이에서 수행된다.

증발 유닛 (310) 은 서버 랙 (210) 의 배출측을 커버하여 배치된다. 증발 유닛 (310) 은, 전자 기기 (212) 를 냉각하는 효과로 인해 따뜻해졌던 배출 공기로부터 열을 받고, 내부에 저장된 냉매의 기화에 의해 배출 공기로부터 열을 빼앗아, 냉각된 배출 공기를 서버 랙 (210) 의 외부에 배출한다.

증발 유닛 (310) 은 증기관 (321) 및 액배관 (322) 에 접속된다. 증기관 (321) 은 서버 룸의 외부로 연신하는 외부 증기관 (331) 에 접속된다.

증발 유닛 (310) 에서의 기화로부터 기인한 냉매 증기는 증기관 (321) 에 유입하고, 증기관 (321) 및 외부 증기관 (331) 을 통해 서버 룸의 외부로 수송되고, 서버 룸의 외부에 설치된 방열기 (340) 에 유입한다. 냉매 증기는, 방열기 (340) 에 있어서 냉수관 (341) 을 통해 공급된 냉각수와 열교환함으로써 방열, 응축, 및 액화하고, 그 후, 외부 액배관 (332) 을 통해 서버 룸 내로 환류한다. 방열기 (340) 의 구성은, 방열기 (340) 가 냉매 증기로부터 열을 빼앗김으로써 냉매 증기를 응축 및 액화시키는 기능을 갖는다면, 특별히 한정되지 않는다. 방열기 (340) 는, 열교환에 사용되는 매체로서 액체를 사용하는 수냉 시스템으로 한정되지 않으며, 공냉 시스템도 이용가능하다.

서버 룸 내로 환류된 냉매는 분배 구조 (350) 를 통해 다시 증발 유닛 (310) 에 유입한다. 분배 구조 (350) 는, 각각의 증발 유닛 (310) 과 연직 방향으로 동일한 높이에 위치되고, 높이의 상이한 위치들에서 유출구를 갖는다. 따라서, 분배 구조 (350) 에 유입된 액체 냉매는, 먼저, 하방에 위치된 유출구로부터 증발 유닛 (310) 을 향해 유출한다. 증발 유닛 (310) 의 액면이 분배 구조 (350) 의 다른 유출구의 높이까지 상승할 경우, 냉매는 다른 유출구로부터 유출하고, 저부에 위치된 분배 구조 (350) 에 공급된다. 즉, 분배 구조 (350) 는, 방열기 (340) 에 있어서 액화된 냉매를, 복수의 증발 유닛들 (310) 중 적어도 하나의 증발 유닛에 분배한다. 이와 같은 구성은 임의의 액량의 냉매가 각각의 증발 유닛 (310) 에 공급될 수 있게 한다.

냉매는, 포화 증기압이 섭씨 0도에 있어서 대기압 이하인 냉매가 사용될 수 있다. 하이드로 플루오로 카본, 하이드로 플루오로 에테르, 하이드로 플루오로 케톤 등과 같은 유기 냉매들을 냉매로서 사용하는 것이 가능하다.

다음으로, 증발 유닛 (310) 을 증기관 (321) 에 접속하는 지점에 있어서의 배관 구조 (400) 가 도 4 및 도 5 를 참조하여 설명될 것이다. 제 1 예시적인 실시형태에서 설명된 배관 구조 (100) 가 본 예시적인 실시형태의 배관 구조로서 사용될 수 있다.

도 4 는 도 3 에 도시된 원 (B) 에 의해 둘러싸인 영역을 도시한다. 도 4 는, 증기관 (321) 을 증기 배출구 (311), 즉, 증발 유닛 (310) 의 출구에 접속하는 지점을, 증기관 (321) 의 중심축 (C) 에 수직인 면으로 절단함으로써 획득된 단면도이다.

도 4 에 도시된 바와 같이, 본 예시적인 실시형태의 배관 구조 (400) 는, 증기관 (321) 을 구성하는 쉘 영역과 증기 배출구 (311) 사이에, 도입부로서의 블록 형상 (420) 을 포함한다. 증기관 (321) 에 반대측의 블록 형상 (420) 의 단부에서, 증기 배출구 (311) 의 단면에 평행한 평면을 포함하는 접속부 (430) 가 배치된다. 블록 형상 (420) 은 증기관 (321) 의 쉘 영역의 일부를 구성한다. 블록 형상 (420) 의 외면은 곡면으로 이루어진 부분을 포함할 수 있다.

블록 형상 (420) 은 그 내부에, 증기 배출구 (311) 를 증기관 (321) 의 관상부 (제 1 유로) 에 연결하는 유로 (제 2 유로) 를 포함한다. 이 유로 (제 2 유로) 의 연신 방향은 관상부의 중심축 (C) 과 교차하지 않도록 구성될 수 있다. 즉, 증기 배출구 (311) 에 접속된 유로 (제 2 유로) 의 중심축 (D) 의 연장과 증기관 (321) 의 중심축 (C) 간의 어떤 편차들로 증기 배출구 (311) 를 증기관 (321) 에 부착하도록 구성될 수 있다. 따라서, 유로들을 그 중심축들 간의 어떤 편차들로 배열하는 것은, 합류될 이동 유체들이 가장 높은 유속을 갖는 영역에서의 충돌을 회피할 수 있게 하고, 유체 압력의 증대를 억제할 수 있게 한다.

접속부 (430) 는 냉매가 유동하는 개구부를 포함할 수 있고, 배관 구조 (400) 는, 증기관 (321) 의 유로 (제 1 유로) 의 단면적이 개구부의 단면적보다 커지게 될 수 있도록 구성될 수 있다. 즉, 증기관 (321) 으로 형성된 유로의 단면적은 증기 배출구 (311) 의 단면적보다 크게 될 수 있다. 이러한 구성에 의해 획득된 유리한 효과가 하기에서 설명될 것이다. 증기관 (321) 및 외부 증기관 (331) 을 통해, 복수의 증기 배출구들 (311) 로부터 유입되었고 합류되었던 냉매 증기가 유동한다. 그 때, 증기관 (321) 으로 형성된 유로의 단면적을 증기 배출구 (311) 의 단면적보다 크게 하기 위해, 냉매 증기를 합류하면서 내압의 증대를 억제하는 것이 가능하다.

일반적으로, 이러한 열수송 모듈 (220) 과 같은 비등 냉각 시스템을 채용한 냉각 장치에 있어서, 냉매의 기화 온도가 냉각 성능에 영향을 미친다. 내압의 증대는 냉매의 비점의 증대를 야기한다. 그러나, 본 예시적인 실시형태에 따른 열수송 모듈에 있어서, 냉매의 내압의 증대는 상기 설명된 바와 같이 억제될 수 있기 때문에, 냉각 성능이 악화하는 것을 방지하는 것이 가능하게 된다.

상기 설명된 바와 같이, 블록 형상 (420) 의 단부에, 증기 배출구 (311) 의 단면에 평행한 평면을 포함하는 접속부 (430) 가 배치된다. 따라서, 접속부 (430) 가 간단한 시일 구조 (440) 를 포함하는 것이 가능하다. 시일 구조 (440) 로서, 예를 들어, 시일재가 샌드위치되고 나사로 고정되는 구성이 채택될 수 있다. 냉매에 대해 내성이 있는 재료를 시일재로서 사용하는 것이 바람직하고, 예를 들어 수소화 니트릴 고무 (HNBR), 금속 O링 등을 사용하는 것이 가능하다.

낮은 포화 증기압을 갖는 냉매를 사용하는 것은, 비록 시일재가 샌드위치되고 나사로 고정되는 구성이 사용되더라도, 열수송 모듈 (220) 이 내압의 증대로 인해 파괴되는 것을 방지할 수 있다. 이러한 구성은, 비록 복수의 증발 유닛 (310) 이 서버 랙 (210) 의 리어 도어 (211) 에 배치되더라도, 용접 및 납땜과 같은 처리없이 열수송 모듈 (220) 을 제조하도록 할 수 있다. 상기 기술한 구성은 열수송 모듈 (220) 의 유지보수 동안에 장치가 분해될 수 있게 한다.

도 5 는 증발 유닛 (310) 을 증기관 (321) 에 접속하는 지점에서의 배관 구조 (400) 의 다른 구성을 도시한다. 도 5 는, 도 4 에서의 배관 구조 (400) 를, 증기 배출구 (311) 의 중심축 (D) 을 포함하고 증기관 (321) 의 중심축 (C) 에 평행한 면으로 절단함으로써 획득된 단면도이다.

도 5 에 도시된 바와 같이, 증기관 (321) 의 관상부 (제 1 유로) 의 연신 방향 (F1) 과 증기 배출구 (311) 에 접속된 블록 형상 (420) 의 내부의 유로 (제 2 유로) 의 연신 방향 (F2) 과의 사이에서 동일 평면 상의 각도가 예각인 배관 구조 (400) 가 구성될 수 있다. 그 각도는, 바람직하게는 45도 이하이며, 통상적으로는 45도일 수 있다.

이러한 구성은, 냉매 증기가 증기 배출구 (311) 로부터 유입하고 증기관 (321) 에서 합류할 때에, 냉매 증기가 증기관 (321) 내의 진행 방향 (F1) 으로 유동하기 쉽게 한다. 부가적으로, 더 하방측으로부터 유동해 오는 냉매 증기 스트림을 저해하는 것이 감소하고, 유체들 간의 충돌로 인한 압력의 증대를 억제하는 것이 가능하다. 냉매 증기의 압력의 증대를 억제하는 것은 냉매의 비점의 증대를 억제하고 냉각 성능의 열화를 회피하는 것이 가능하게 한다.

상기 언급된 바와 같이 유로가 비스듬하게 형성되고 유체들이 합류하게 되면, 종래, 일 배관의 외주면의 형상에 맞추도록 다른 배관의 선단을 가공하고, 그 후, 용접 또는 납땜에 의해 이들 배관들을 접속하는 것이 필요하였다. 하지만, 본 예시적인 실시형태의 배관 구조 (400) 는, 증기관 (321) 의 관상부의 후벽부에 대응하는 블록 형상 (420) (도입부) 내부에 유로를 포함하도록 구성된다. 따라서, 유로는, 냉매 증기 스트림들이 합류하는 각도를 용이하게 조정하는 것이 가능하게 한다. 더욱이, 배관 구조 (400) 는 블록 형상 (420) 의 단부에 평면을 포함한 접속부 (430) 를 배치하도록 구성될 수 있고, 따라서, 나사고정과 같은 간단한 접속 수단이 사용될 수 있다. 이는, 비록 복수의 증발 유닛들 (310) 이 포함되더라도, 증발 유닛들 (310) 의 수열 성능의 감소를 회피하면서, 열수송 모듈 (220) 을 저비용으로 형성하는 것이 가능하게 한다.

도 4 및 도 5 를 참조하여 설명된 배관 구조 (400) 의 개별 구성들의 조합에 의해, 증기 배출구 (311) 로부터 유입한 냉매 증기가, 더 하방측으로부터 유동해 오는 냉매 증기 스트림의 이동 방향에서 나선을 그리듯이 합류하는 것이 가능하게 된다. 이는, 냉매 증기 스트림들 간의 충돌로 인한 압력의 발생을 억제하고 그리고 흡열 성능이 열화하는 것을 방지하는 것을 가능하게 한다.

배관 구조 (400) 는 압출 가공법을 사용하여 형성될 수 있다. 압출 가공법은, 임의의 지점에 평면 형상을 형성하고 또한 관상부의 일부를 후벽으로 성형하는 것을 가능하게 한다. 이것으로 한정되지 않고, 배관 구조 (400) 는 또한, 용접 또는 납땜에 의해, 배관의 일부에 블록재를 장착하는 것에 의해 형성될 수 있다.

본 예시적인 실시형태에 따른 배관 구조 (400) 는 냉각 장치에 뿐만 아니라, 압력 손실이 성능에 영향을 주는 유체를 수송하기 위해 사용된 배관들 간의 접속에도 적용될 수 있다.

본 예시적인 실시형태의 배관 구조 (400) 에 따르면, 냉매 증기가 유동하는 증기관에 복수의 배관들이 밀폐하게 접속되는 구성을, 나사를 사용한 접속 수단과 같은 저비용인 수단을 사용함으로써 형성하는 것이 가능하다. 냉매 증기의 합류부에 있어서의 압력 손실을 저감하는 것이 가능하기 때문에, 펌프와 같은 구동 소스, 밸브를 사용한 유량 제어 등을 요구하는 일 없이, 냉매 증기가 바람직하게 수송될 수 있다. 따라서, 배관 구조를 포함한 냉각 장치의 흡열 성능을 향상시키는 것이 가능하다.

다음으로, 본 예시적인 실시형태에 따른 냉매 증기 수송 방법이 설명될 것이다. 본 예시적인 실시형태에 따른 냉매 증기 수송 방법에 있어서, 먼저, 제 1 냉매는 제 1 방향으로 유동하게 되고, 제 2 냉매는 제 1 방향과는 상이한 제 2 방향으로 유동하게 된다. 제 1 냉매 및 제 2 냉매는, 제 1 방향과 제 2 방향 사이에서 동일 평면 상의 각도가 예각일 수 있도록 합류하게 된다. 제 1 냉매 및 제 2 냉매는, 제 1 방향이 제 2 방향과 교차할 수 없도록 합류하게 될 수도 있다.

상기 설명된 바와 같이, 본 예시적인 실시형태의 배관 구조 (400) 및 냉매 증기 수송 방법에 따르면, 도입부로서의 블록 형상 (420) 을 증기관 (321) 의 복수의 개소들에 배치함으로써 냉각 장치가 대형화될 경우라도, 압력 손실의 증대를 회피하는 것이 가능하다. 따라서, 펌프 등을 구동시키는 것에 의해 냉매를 강제적으로 순환시킬 필요가 없다. 결과적으로, 냉각 장치가 사이즈가 증가할 경우라도, 전력 소비의 증대를 야기하지 않고 냉각 능력의 저하를 회피하는 것이 가능하다.

본 발명은 예시적인 예들로서 상기 설명된 예시적인 실시형태들을 참조하여 설명되었다. 하지만, 본 발명은 상기 설명된 예시적인 실시형태들로 한정되지 않는다. 즉, 본 발명에는, 본 발명의 범위로부터 일탈함없이 당업자에 의해 이해될 수 있는 다양한 양태들이 적용될 수 있다.

본 출원은, 2013년 11월 14일자로 출원된 일본 특허출원 2013－235565 에 기초하고 그로부터 우선권의 이익을 주장하며, 그 개시는 전부 본 명세서에 참조로 통합된다.

100, 400 배관 구조
110 관상부
111 제 1 유로
112 쉘 영역
120 도입부
121 제 2 유로
130, 430 접속부
200 서버 모듈
210 서버 랙
211 리어 도어
212 전자기기
213 팬
220 열수송 모듈
300 배관 구조를 사용한 냉각 장치
310 증발 유닛
311 증기 배출구
321 증기관
322 액배관
331 외부 증기관
332 외부 액배관
340 방열기
341 냉수관
350 분배 구조
420 블록 형상
440 시일 구조
500 파이프 집합체
510 횡방향 파이프
511, 512 내지 51n 횡방향 파이프 세트
521, 522 종방향 파이프
531, 532 하위 파이프
541, 542 상위 파이프

Claims

냉매가 유동하는 제 1 유로 및 상기 제 1 유로를 둘러싸고 원통 형상의 관을 구성하는 쉘 영역을 포함한 관상부;
상기 쉘 영역의 일부를 구성하고 상기 제 1 유로에 접속된 제 2 유로를 포함한 도입부; 및
상기 도입부의 단부들 사이에, 상기 제 2 유로가 상기 제 1 유로에 접속되는 측의 단부와 반대측의 단부에 위치된 접속부를 포함하는, 배관 구조.
제 1 항에 있어서,
상기 접속부의 외면은 평면인, 배관 구조.
제 1 항에 있어서,
상기 접속부는 시일 구조를 포함하는, 배관 구조.
제 1 항에 있어서,
상기 접속부는, 상기 냉매가 유동하는 개구부를 포함하고,
상기 제 1 유로의 단면적은 상기 개구부의 단면적보다 큰, 배관 구조.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 유로의 연신 방향은 상기 제 1 유로의 중심축과 교차하지 않는, 배관 구조.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 유로의 연신 방향과 상기 제 2 유로의 연신 방향 사이에, 동일 평면 상의 각도는 예각인, 배관 구조.
제 1 항에 있어서,
상기 냉매의 포화 증기압은 섭씨 0도에 있어서 대기압 이하인, 배관 구조.
배관 구조를 포함한 냉각 장치로서,
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 상기 배관 구조; 및
상기 접속부에 접속된 복수의 증발 유닛들을 포함하고,
상기 냉매는 상기 증발 유닛에서 흡열함으로써 기화하는, 냉각 장치.
제 8 항에 있어서
상기 관상부에 접속된 방열기, 및 상기 방열기에 접속된 분배 구조를 더 포함하고,
상기 방열기는 상기 증발 유닛에서 기화된 냉매가 방열 및 액화하게 하고,
상기 분배 구조는 상기 방열기에서 액화된 냉매를, 상기 복수의 증발 유닛들의 적어도 하나에 분배하는, 냉각 장치.
냉매 증기를 수송하는 방법으로서,
제 1 냉매를 원통 형상의 관을 통하여 제 1 방향으로 유동하게 하는 단계;
제 2 냉매를 상기 제 1 방향과는 상이한 제 2 방향으로 유동하게 하는 단계; 및
상기 제 1 방향과 상기 제 2 방향 사이에서 동일 평면 상의 각도가 예각일 수 있도록 상기 제 1 냉매와 상기 제 2 냉매를 합류하게 하는 단계를 포함하는, 냉매 증기를 수송하는 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 제 1 방향이 상기 제 2 방향과 교차하지 않을 수 있도록 상기 제 1 냉매와 상기 제 2 냉매를 합류하게 하는 단계를 더 포함하는, 냉매 증기를 수송하는 방법.