KR102106037B1

KR102106037B1 - 모듈화 액체 냉각 서버 케이스

Info

Publication number: KR102106037B1
Application number: KR1020180109414A
Authority: KR
Inventors: 탕보 징; 샤오강 쑨; 빙화 장
Original assignee: 베이징 바이두 넷컴 사이언스 앤 테크놀로지 코., 엘티디.
Priority date: 2017-11-24
Filing date: 2018-09-13
Publication date: 2020-05-04
Also published as: JP2019096293A; US11109516B2; CN107979955A; JP6650496B2; US20190166725A1; KR20190060659A; CN107979955B; EP3490357A1; EP3490357B1

Abstract

본 발명은 일종의 모듈화 액체 냉각 서버 케이스에 관한 것으로, 박스; 작동 시에 한 개의 서버가 삽입되어 냉각액이 채워지고, 각각이 하우징, 출구 밸브 및 역류 밸브를 포함하는 하나 이상의 액체 냉각 모듈; 상기 액체 냉각 모듈을 외부 전원에 연결하는 커넥터; 및 출구 파이프, 역류 파이프, 수증기 처리 영역과 액체 수집 영역을 포함하는 순환 부분을 포함한다. 본 발명의 모듈화 액체 냉각 서버 케이스를 이용하여 하나의 서버를 유지보수 하고자 한다면, 작동하고 있는 서버의 전원을 끄고 출구 뱁브와 역류 밸브를 닫은 다음 액체 냉각 모듈을 뽑아내고 하나의 서버를 꺼내어 별도의 유지보수 또는 교체할 수 있으며, 다른 서버의 작동에 영향을 미치지 않는다. 그 외, 냉각기를 액체 냉각 모듈의 외부에 설치하여 냉각제가 서버를 오염시키지 않으므로 케이스의 신뢰성이 향상된다.

Description

모듈화 액체 냉각 서버 케이스{MODULAR LIQUID-COOLED SERVER CASE}

본 발명은 서버 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일종의 모듈화 액체 냉각 서버 케이스에 관한 것이다.

빅 데이터, 클라우드 컴퓨팅 및 AI(Artificial intelligence, 인공 지능)가 등장하면서 데이터 센터 및 서버의 컴퓨팅에 대한 수요가 갈수록 높아지고, CPU 칩을 기반으로 하는 컴퓨팅 아키텍쳐는 갈수록 빅 데이터에 대한 분석 처리와 인공 지능 모델 교육을 만족시키는데 어려움이 있다. 이에 GPU（Graphic Processing Unit, 그래픽스 처리장치）, FPGA（Field Programmable Gate Array, 필드 프로그래머블 게이트 어레이） 및 ASIC（Application Specific Integrated Circuit, 응용 주문형 집적 회로） 등을 대표로 하는 이기종 컴퓨팅 시스템의 잠재력은 크고, 출력 밀도가 끊임없이 높아졌으며, 단일 칩의 출력 밀도는 300W 심지어 500W 이상에 달하고, 단일 케이스의 밀도는 40 심지어 60KW에 달하고 있다. 기존의 데이터 센터 냉각 기술은 서버룸에 정밀한 에어컨을 사용하여, 찬 공기를 통하여 서버 컴퓨팅 칩의 방열기와 열교환을 하였지만, 공기 자체의 열교환의 특성이 비교적 열악하고, 열교환 과정에서의 열저항이 높아지며, 열류 밀도가 비교적 낮기 때문에, 데이터 센터의 신형 고밀도 이기종 컴퓨팅 및 슈퍼 컴퓨터의 열 분산 요구 사항을 충족시킬 수 없었다; 그외, 에너지의 비용이 끊임없이 상승하고 사람들이 녹색환경 보호에 중점을 두고 있으며, 서버 및 데이터 센터의 에너지 절약에 대한 요구가 더욱 강력해지고 있다. 설비의 안전, 고성능 운행을 보장한다는 전제 하에, 데이터 센터의 에너지 효율성을 향상시키고 PUE（Power Usage Efficiency, 전력효율지수）를 낮추는 방법이 데이터 센터 인프라가 추구하는 목표 중 하나가 되었다.

기존의 데이터 센터에서 냉각 장치는 에어컨 말단에 냉각수를 공급하여 IT 설비의 온도를 지속적으로 낮추였지만, 냉각 장치의 에너지 소비는 대략 데이터 센터의 에너지 소모의 40%를 차지하고 에너지의 소모가 심각하였다. 열교환기의 바이패스 냉각 유닛을 통하여 적절한 저온 환경을 선택함으로써 자연 냉각(무료로 냉각)을 부분적으로 실현하여 에너지를 절약할 수 있지만, 추가 투자와 면적이 필요하며, 지역 환경과 서버의 최고 에어컨 바람 온도의 한계로 효과가 제한적이다.

액체를 직접 냉각하여 서버를 냉각시키는 액체 냉각 기술은 보다 높은 열교환 효율을 달성할 수 있고, 서버 칩이 냉각되고 냉각 장치가 완전히 제거되며, 더 높은 서버 칩의 온도로 작동할 수 있고, 지리적 제한을 받지 않으며, PUE은 1.02 이하로 떨어질 수 있다. 물이 서버로 유입되는 냉판식 액체 냉각 시스템에서는 누수 리스크가 존재하고, 고장이 많으며, 유지보수가 어려운 것과 같은 고유한 요소를 고려하여, 침수식 액체 냉각은 고밀도와 에너지 절약을 위한 최고의 냉각 형태로 신뢰성이 있다.

기존의 침수식 액체 냉각 방식은 열교환을 위해 서버 칩 및 기타 부품을 비전도성 액체에 직접 담갔는데, 단상 고비점의 불소화 액체 또는 미네랄 오일은 냉각될 수 있고, 2상 저 비점의 불소화 액체는 냉각될 수 있다.

단상 침수 냉각은 열교환 때문에 대류 방식을 채용하여, 유체장이 불균형하고 열교환 효율이 낮으며(2상 침수 냉각과 비교 시에) 산열 병목이 존재하고, IT 설비를 유지 보수할 때 견인 손실(즉 IT 설비의 표면에 액체가 묻어있고 쉽게 떨어지기 쉽다)이 존재하고, 완전히 건조하는데 몇 시간의 시간이 필요하여 서버를 정상적인 유지 보수하는데 영향을 미친다;

2상 침수 액체 냉각 시스템은 효율적이고 균일한 위상변화로 냉각되며, 유지 보수 도중에 견인 손실(즉 IT 설비의 표면에 액체가 묻어있고 쉽게 떨어지기 쉽다)이 없어 유지 보수 등에 편리하고 더 유망하다.

하지만 기존의 2상 침수 액체 냉각 방식은 여러 개의 IT 서버를 하나의 큰 박스 "풀"에 배치하고 대량의 액체로 박스 내 구조의 틈을 채워야 하기 때문에 액체의 주입량이 많으며, 비전도성 불소화 액체의 가격이 비싸기에 침수 액체 냉각 설비에 대한 초기 투자를 크게 증가시켜 기존의 공냉식 서버 보다 초기 투자가 훨씬 높아지고 투자 수익률은 높지 않다; 동시에 거대한 박스 때문에 불소화 액체 표면에 증발로 인한 소실이 많다; 또한 한 대의 IT 서버를 유지 관리할 때, 다른 서버를 멈추지 않으면, 수증기 소실이 더욱 많이 생길 수 있고, 이런 원인들로 인하여 유지 보수 비용과 인력 요구 사항이 크게 증가하므로, 이러한 침수 액체 냉각은 모듈화로 응용될 수 없다.

이러한 관점에서, 본 발명의 실시 예는 종래 기술에 존재하는 기술적인 문제점을 해결하거나 경감시키고, 적어도 유리한 대안을 제공하는 모듈화 액체 냉각 서버 케이스를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예의 기술적 해결 방안은 다음과 같이 구현된다:

본 발명의 일 실시예에 따라, 일종의 모듈화 액체 냉각 서버는, 박스(box); 하나 이상의 액체 냉각 모듈, 그 중 각각의 액체 냉각 모듈은 케이스, 출구 밸브 및 역류 밸브를 포함하고, 상기 출구 밸브와 상기 역류 밸브는 상기 액체 냉각 모듈이 작동할 때 개방되고, 상기 액체 냉각 모듈은 작동할 때 한개의 서버가 삽입되어 냉각액이 채워지며; 상기 액체 냉각 모듈을 외부 전원에 연결하는 커넥터; 및 출구 파이프, 역류 파이프, 수증기 처리 영역과 액체 수집 영역을 포함하는 순환 부분;을 포함하고, 상기 출구 파이프가 상기 출구 밸브에 연결되어 상기 액체 냉각 모듈의 기체를 상기 수증기 처리 영역으로 수송하고; 상기 역류 파이프가 상기 역류 밸브에 연결되어 상기 액체 수집 영역의 액체를 상기 액체 냉각 모듈로 수송하고; 상기 수증기 처리 영역에는 냉각기가 설치되어 상기 수증기 처리 영역의 기체를 냉각하고; 및 상기 액체 수집 영역은 상기 수증기 처리 영역의 액체를 수집하는 것을 특징으로 한다.

삭제

일부 실시예에서, 상기 케이스는 전력 공급 및 제어 시스템을 더 포함하고, 전원 및 제어기를 포함하며; 상기 전원이 상기 커넥터에 연결되어 상기 커넥터를 통하여 상기 케이스의 기타 부품에 전력이 공급되고; 및 상기 제어기는 상기 케이스의 기타 부품을 제어하는 것을 특징으로 한다.

삭제

일부 실시예에서, 상기 수증기 처리 영역은 압력 방출 밸브를 더 포함하고, 상기 압력 방출 밸브를 통하여 상기 수증기 처리 영역의 기체를 외부로 방출하는 것을 특징으로 한다.

일부 실시예에서, 상기 압력 방출 밸브는 외부의 공기 주머니에 연결되고, 상기 공기 주머니는 압력 방출 밸브로부터 방출된 기체를 수집하는 것을 특징으로 한다.

일부 실시예에서, 상기 박스는 상기 액체 수집 영역에 연결된 액체 충전 밸브를 더 포함하고, 상기 액체 충전 밸브를 통하여 상기 액체 수집 영역에 냉각액을 추가하는 것을 특징으로 한다.

일부 실시예에서, 각각의 액체 냉각 모듈 내에는 상기 제어기에 연결되어 상기 액체 냉각 모듈의 냉각액 액체 레벨을 모니터링 하는 제1 센서;를 더 포함하고, 상기 액체 냉각 모듈의 냉각액 액체 레벨이 제1 임계값보다 높으면, 상기 제1 센서는 제1 신호를 생성하여 상기 제어기에 보내고, 상기 제어기는 상기 제1 신호를 수신한 후에 상기 역류 밸브를 닫고; 또한, 상기 액체 냉각 모듈의 냉각액 액체 레벨이 제2 임계값보다 낮으며, 상기 제1 센서는 제2 신호를 생성하여 상기 제어기에 보내고, 상기 제어기는 상기 제2 신호를 수신한 후에 상기 역류 밸브를 개방하는 것을 특징으로 한다.

삭제

일부 실시예에서, 상기 수증기 처리 영역은 상기 제어기에 연결되어 상기 수증기 처리 영역의 기체 압력을 모니터링 하는 제2센서;를 더 포함하고, 상기 기체 압력이 제3 기준값 보다 크면, 상기 제2 센서는 제3 신호를 생성하여 상기 제어기에 보내고, 상기 제어기는 상기 제3신호를 수신한 후에 다음 상기 압력 방출 밸브를 개방하여 압력을 방출하는 것을 특징으로 한다.

삭제

일부 실시예에서, 상기 액체 수집 영역은 상기 제어기에 연결되어 상기 액체 수집 영역의 냉각액 액체 레벨을 모니터링 하는 제3 센서;를 더 포함하고, 상기 액체 수집 영역의 냉각액 액체 레벨이 제4 기준값 보다 낮으면, 상기 제3 센서에서 제4 신호를 생성하여 상기 제어기에 보내고, 상기 제어기는 상기 제4신호를 수신한 후에 액체가 채워질 필요가 있음을 나타내기 위해 경보 신호를 전송하는 것을 특징으로 한다.

삭제

일부 실시예에서,각각의 액체 냉각 모듈은 보호 덮개를 더 포함하고, 상기 액체 냉각 모듈이 작동할 때 상기 보호 덮개를 닫는 것을 특징으로 한다.

일부 실시예에서, 상기 순환 부분은 제1 냉각 파이프와 제2 냉각 파이프;를 더 포함하고, 상기 제1냉각 파이프와 상기 제2냉각 파이프는 상기 냉각기에 연결되고, 상기 제1냉각 파이프는 상기 냉각기의 냉각액을 외부로 수송하고, 제2냉각 파이프는 외부의 냉각액을 상기 냉각기에 수송하는 것을 특징으로 한다.

삭제

일부 실시예에서,상기 제1 냉각 파이프와 상기 제2 냉각 파이프는 외부의 열교환기에 연결된 것을 특징으로 한다.

일부 실시예에서, 상기 열교환기는 건조 냉각기, 냉각탑 혹은 건축한 냉동수 시스템인 것을 특징으로 한다.

일부 실시예에서, 상기 냉각제는 냉각수인 것을 특징으로 한다.

일부 실시예에서, 상기 커넥터는 빠른 플러그 장치인 것을 특징으로 한다.

일부 실시예에서 상기 냉각액은 불소화액인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예는 이상의 기술 방안을 채용하며, 이하의 장점이 있다: 본 발명의 모듈화 액체 냉각 서버 케이스를 이용하면 하나의의 서버를 유지 보수할 때 작동하고 있는 서버의 전원을 끄고 출구 밸브와 역류 밸브를 닫은 다음 액체 냉각 모듈을 뽑아내고 하나의 서버를 꺼내어 점검하거나 교체할 수 있으며, 다른 서버의 작동에 영향을 미치지 않을 수 있다. 그 외, 냉각기를 액체 냉각 모듈의 외부에 설치하여 냉각제가 서버를 오염시키지 않으므로 케이스의 신뢰성이 향상된다.

상술한 개술은 설명서의 목적을 위할 뿐 그 어떤 방식으로도 제한하는 의도는 아니다. 본 발명의 다른 양태, 실시 예 및 특징은 첨부된 청구범위의 설명으로부터 용이하게 명백해질 것이다.

도면에서, 별도의 규정이 있지 않은 한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호가 동일하거나 유사한 부분을 나타내기 위해 사용된다. 이러한 도면은 반드시 비례하여 제작이 필요한 것은 아니다. 이러한 도면은 단지 본 발명의 일부 실시 예를 설명하기 위한 것이며 제한적인 것으로 해석되어서는 않된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모듈화 액체 냉각 서버 케이스의 개략적인 단면도이다;
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 액체 냉각 모듈의 개략적인 단면도이다;
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 모듈화 액체 냉각 서버 케이스의 개략적인 단면도이다;
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 액체 냉각 모듈의 개락적인 단면도이다;
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 모듈화 액체 냉각 서버 케이스의 개략적인 단면도이다.

이하에서는, 단지 예시적인 실시 예들만을 간략하게 설명하기로 한다. 설명된 실시 예는 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 다양한 다른 방식으로 수정될 수 있다. 따라서, 도면 및 설명은 예시적인 것으로 간주되며 제한적인 것은 아니다.

본 발명의 설명에서 용어 "센터", "종방향", "횡방향", "길이", "너비", "두께", "상", "하", "전", "후", "좌", "우", "수직", "수평", "위", "아래", "내부", "외부", "시계방향", "반시계방향", "축 방향", "방사 방향", "원주 방향" 등과 같은 표시 방향 또는 위치 관계는 도면에 도시된 방향 또는 위치 관계에 기초하며, 본 발명 및 설명을 설명을 단순화 할 수 있는 편의를 위한 것일 뿐, 언급된 장치 또는 구성요소가 특정 방향을 가져야 한다는 것을 나타내거나 암시하는 것이 아니라, 특정 방향으로 구성 및 동작하므로, 본 발명을 제한적으로 해석해서는 안된다.

그 외, 전문 용어 "제1", "제2"라는 용어는 설명의 목적으로만 사용되었으며, 상대적인 중요성을 나타내거나 혹은 암시하거나 명시한 기술 특징의 수량을 함축하는 것으로 해석되어서는 안된다. 따라서 "제1", "제2"를 한정하는 특징은 명시적 또는 암시적으로 하나 이상의 특징을 포함할 수 있다. 본 발명의 설명에서, "복수 개"의 의미는 특별히 구체적으로 정의되지 않는 한 두 개 또는 두 개 이상이다.

본 발명에서 명확한 규정과 제한이 없는 한 "설치", "연결", "연접", "고정" 등 용어는 넓은 의미로 이해하여야 하며, 예를 들어 고정 연결 또는 분리 연결 또는 일체화로 이해할 수 있다; 기계적 연결일 수도 있고 전기적 연결 또는 통신일 수도 있다; 중간 매체를 통한 직접 연결일 수도 있고 간접 연결일 수도 있으며, 두 요소의 내부 통신 또는 두 요소의 상호 작용일 수도 있다. 본 발명의 상기 용어의 구체적인 의미는 경우에 따라 당업자라면 이해할 수 있다.

본 발명에서, 제2 특징의 "상" 또는 "하"인 제1 특징은 구체적으로 기술되고 정의되지 않는 한 제1 및 제2 특징의 직접적인 접촉을 포함할 수 있고, 제1 및 제2 특징이 직접 접촉하지는 않지만 그들 사이의 다른 특징을 통해 접촉하는 것도 포함할 수 있다. 또한 제2 특징의 "상" "방(方)" 및 "상면"인 제1 특징은 제2 특징의 상방 및 사상방을 포함하거나, 제1 특징의 수평 높이가 제2 특징 보다 높은 것을 나타낸다. 제2 특징의 "아래", "하방" 및 "하면"인 제1 특징은 제1 특징이 제2 특징의 상방 및 사상방을 포함하거나 제1 특징의 수평 높이가 제2 특징보다 작은 것을 나타낸다.

다음의 개시는 본 발명의 상이한 구조를 구현하기 위해 많은 다른 실시 방식 또는 예시를 제공한다. 본 발명의 개시를 간략화하기 위하여, 구체적인 실시 예의 구성 요소 및 배치를 이하에서 설명한다. 물론, 이들은 단지 예일 뿐이며, 본 발명을 제한하려는 것은 아니다. 또한, 본 발명은 간략화 및 명료성을 목적으로 하는 다양한 실시 예에서 숫자 및/또는 참조부호를 중복할 수 있으며, 논의된 다양한 실시 예 및/또는 배열 사이의 관계를 나타내지 않는다. 또한, 본 발명은 다양한 특정 프로세스 및 자료의 실례를 제공하지만, 당업자는 다른 프로세스의 사용 및/또는 다른 자료의 사용을 인식할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모듈화 액체 냉각 서버 케이스의 개략적인 단면도이고, 도 1에서 도시된 바와 같이, 상기 모듈화 액체 냉각 서버 케이스 100은 박스 110, 하나 이상의 액체 냉각 모듈 120, 커넥터 130 그리고 순환 부분을 포함한다.

박스 110은 케이스의 모든 부품을 포함하고 있고, 그 상부 또는 측부에는 덮개(미도시)를 설치하여 조작자가 덮개를 열어 박스 110 내의 구성 요소를 검사하고 구성 요소를 교체할 수 있게 한다.

하나 이상의 액체 냉각 모듈 120은 박스 110 내부에 배치된다. 도 2는 하우징 121, 출구 밸브 122 및 역류 밸브 123을 포함하는 하나의 액체 냉각 모듈과, 하나의 서버 S가 냉각액 L에 잠긴 것을 도시하고 있다.

액체 냉각 모듈 120이 작동할 때 하나의 서버 S가 냉각액 L에 완전히 잠기고, 출구 밸브 122와 역류 밸브 123가 개방된다. 일반적인 상황에서 냉각액은 비점이 낮은 비전도성 액체이다. 바람직하게, 냉각액은 불소화액일 수 있다. 불소화액의 성능은 안정하고 금속, 플라스틱과 탄성체와 같은 활성 물질과 반응하지 않으며, 고온, 저온에서 비전도성과 절연성이 우수하여, 전자 장비의 냉각에 광범하게 사용될 수 있다. 본 발명에서 불소화액의 구체적인 종류는 제한되지 않는다.

커넥터 130은 액체 냉각 모듈을 외부 전원에 연결하는데 사용된다. 본 발명에서 커넥터 130의 구체적인 종류는 제한되지 않는다. 바람직하게, 커넥터 130은 액체 냉각 모듈 120의 신속한 삽입 및 제거를 가능하게 하는 파워 스트립(power strip)과 같은 퀼 플러그 장치일 수 있다.

순환 부분은 출구 파이프 141, 역류 파이프 142, 수증기 처리 영역 143 그리고 액체 수집 영역 144를 포함한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 출구 파이프 141은 액체 냉각 모듈의 상부에 위치하고, 액체 냉각 모듈 120 각각의 출구 밸브 122는 출구 파이프 141에 연결되고 액체 냉각 모듈 120 각각의 역류 밸브 123은 액체 냉각 모듈 120 하부의 역류 파이프 142에 연결된다. 관찰 각도에서 볼 때, 출구 파이프 141와 역류 파이프 142가 출구 밸브 123과 역류 밸브 123을 가리고 있는데 설명의 편의를 위하여 도 1에서는 점선으로 양쪽을 도시하고 있다.

케이스 100이 작동할 때, 액체 냉각 모듈 120은 커넥터 130에 삽입되어 연결되고, 출구 밸브 121과 역류 밸브 123는 개방된다. 커넥터 130는 외부 전원과 연결되어 액체 냉각 모듈 120 및 서버 S에 전력을 공급한다. 서버 S가 동작함에 따라, 내부 칩의 온도가 서서히 상승하여, 냉각액 L의 비등점에 도달한다. 이때 냉각액은 증발하고, 칩 및 서버의 다른 부분의 열은 잠열에 의해 제거된다. 증발된 후 냉각액의 기포는 냉각액으로부터 부상하여 액체 냉각 모듈 상부의 가스 영역 G(도 2에 도시함)으로 방출된 다음, 출구 밸브 122를 통하여 순환 부분의 출구 파이프 141로 들어가고, 다른 액체 냉각 모듈에 의해 생성된 냉각액 가스와 함께 수증기 처리 영역 143으로 보내진다. 수증기 처리 영역 143에 냉각기 1431가 설치되어 냉각액 가스를 냉각액으로 냉각시킨다. 재냉각된 냉각액은 액체 수집 영역 141으로 떨어지고, 역류 파이프 142를 통하여 액체 냉각 모듈 각각의 역류 밸브 123로 전달되고, 밸브를 통하여 액체 냉각 모듈에 들어가면 냉각액의 순환이 완료된다.

도 1에는 10개의 액체 냉각 모듈을 도시하고 있다. 실제의 요구에 따라, 박스 110 내에 다른 수의 액체 냉각 모듈을 배치할 수 있고, 이에 따라 박스 110의 사이즈도 변할 수 있으며, 냉각기의 크기 및 전력도 그에 따라 조정될 필요가 있다. 따라서, 사용 환경에 따라 서로 다른 규격의 박스를 제공할 수 있고, 내부에는 서로 다른 수의 액체 냉각 모듈 및 서로 다른 사이즈와 전력의 냉각기가 포함될 수 있다. 예를 들어 대형 데이터 센터는 매우 많은 수의 서버를 사용하므로 수십 또는 수백 개의 액체 냉각 모듈과 비교적 높은 전력의 냉각기를 포함할 수 있다. 일반 사용자의 경우 작은 수의 액체 냉각 모듈 및 소형 냉각기를 포함한 소형 케이스를 제공할 수 있다.

본 발명에서는 순환부분을 통하여 케이스 내의 냉각액을 순환시킬 수 있고, 냉각액의 이용률을 향상시킬 수 있다.

냉각기 1431은 임의의 유형의 냉각기일 수 있고, 예를 들어, 냉각 디스크 일 수 있으며, 본 발명에서는 이에 대하여 구체적으로 제한 하지 않는다.

만약 하나의 서버를 점검할 필요가 있는 경우, 서버를 정지시킬 수 있고, 서버가 설치된 액체 냉각 모듈 120을 커넥터 130로부터 분리한 후, 액체 냉각 모듈 120의 출구 밸브 122 및 역류 밸브 123를 닫고, 액체 냉각 모듈 120을 박스 110 밖으로 꺼낼 수 있다. 이때 다른 서버는 영향을 미치지 않고 계속 가동중이다. 액체 냉각 모듈 120을 꺼낸 후, 서버 S를 보수 또는 교환하기 의해 냉각액에서 꺼낼 수 있다.

서버 S가 재설치될 때, 유지 보수 또는 교체 후의 서버는 액체 냉각 모듈 120에 재배치될 수 있고 액체 냉각 모듈 120의 출구 밸브 122와 역류 밸브 123는 케이스에 연결되고 이 두 개의 밸브를 개방한다. 이때 액위 압력 밸런스의 원리에 따라, 액체 수집 영역 140의 냉각액은 역류 밸브 123를 통해 역류 파이프 142를 거친 다음 액체 냉각 모듈 120로 유입된다. 냉각액의 높이가 서버의 요구를 만족시킨 후에, 액체 냉각 모듈 120은 커넥터 130에 연결되어 정상적인 작동을 위해 다시 전력을 공급할 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 모듈화 액체 냉각 서버 케이스에 의하면, 다른 서버에 영향을 미치지 않는 상황에서 하나의 서버를 점검할 수 있으며, 냉각기를 액체 냉각 모듈의 외부에 설치하여 서버가 냉각기의 냉각제에 의하여 오염되지 않는다.

특히 냉각제는 냉각수일 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 모듈화 액체 냉각 서버 케이스 200의 개략적인 단면도로서, 케이스 200와 케이스 100 사이의 동일한 부분은 여기에서 더 이상 설명하지 않고 양자 사이의 차이에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.

케이스 200는 도 4에도시된 바와 같이, 액체 냉각 모듈 220이 작동 중일 때 폐쇄되는 보호 덮개 224를 더 포함한다. 이렇게 되면 서버에 대하여 유지 보수가 요구되는 경우, 케이스의 덮개를 열고 액체 냉각 모듈을 꺼내면, 냉각액의 일부가 공기 중에 누출 되더라도, 액체 냉각 모듈 220 내의 냉각액만 누출되고, 다른 액체 냉각 모듈의 냉각액 혹은 냉각액 가스는 손실되지 않는다.

도 3에 도시된 바와 같이, 케이스 200의 순환부분은 냉각기 2431과 외부 열교환기에 연결된 제1 냉각 파이프 245와 제2 냉각 파이프 246를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제1 냉각 파이프는 냉각기 2431 내의 고온 냉각제를 외부 열교환기로 전달하고, 제2 냉각 파이프는 외부의 열교환기로부터의 새로운 냉각제를 냉각기 2431로 전달하여, 냉각제에 대한 교환이 완료된다.

본 발명에서 열교환기를 케이스 200의 외부에 설치하였지만, 케이스 200 자체에 열교환기를 포함할 수 있음은 물론이다. 그 외, 열교환기는 건조 냉각기, 냉각탑 혹은 건축된 냉동수 시스템과 같은 임의의 유형일 수 있다.

또한, 케이스 200는 전력 공급 및 제어 시스템 250을 포함한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 전력 공급 및 제어 시스템 250은 전원 251 및 제어기 252를 포함한다. 전원 251은 커넥터 230에 연결하되어, 커넥터 130을 통하여 케이스 200의 다양한 구성요소에 전력을 공급한다. 제어기는 케이스의 다양한 구성요소에 연결되어, 예를 들어, 액체 냉각 모듈 220의 개폐를 제어하고, 액체 냉각 모듈 220의 전원을 끄고 다시 전원을 공급하여, 케이스 200의 작동이 더욱 편리하게 된다.

바람직하게, 도 3에 도시된 바와 같이, 박스 210에는 액체 수집 영역 244이 냉각제로 보충될 수 있는, 액체 수집 영역 244에 연결된 액체 충전 밸브 211를 더 포함하여, 냉각수를 추가하기 위해 케이스를 개방하지 않아도 되므로 사용자가 사용하기 편리하게 된다.

또한, 어떤 시점에서, 서버는 지나치게 많은 수증기를 생성하여 시간 내에 냉각할 수 없는 상황이 발생할 수 있다. 이때, 수증기 처리 영역 243의 압력이 증가되어 냉각 효과에 영향을 미치고, 심지어 냉각기 2431가 손상될 수 있다. 이를 위해, 수증기 처리 영역 143은 압력 방출 밸브 2432를 포함하는 것이 바람직하다. 압력 방출 밸브 2432를 통하여, 수증기 처리 영역 243의 압력을 방출할 수 있어, 과압력에 의해 야기된 문제를 피할 수 있다.

압력 방출로 인하여 배출된 가스는 외부 환경으로 배출될 수 있지만, 바람직하게는 공기 주머니(미도시)에 의해 회수될 수 있으며, 회수된 가스는 냉각액으로 다시 냉각된 후, 액체 충전 밸브 211를 통하여 액체 수집 영역에 주입하여 재이용할 수 있어, 냉각액의 이용률을 높일 수 있다. 공기 주머니도 케이스 내부에 포함될 수 있다는 것을 알 수 있다. 이 경우, 공기 주머니는 냉각 장치에 연결되거나 내부에 냉각 장치가 제공될 수 있으며, 공기 주머니 내의 가스가 냉각액으로 냉각된 후 별도로 제공된 파이프 라인을 통하여 액체 충전 영역에 연결되어 재사용 될 수 있다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 액체 냉각 서버 케이스 300의 개략적인 단면도이다. 케이스 300과 도 2에도시된 케이스 200의 차이점은, 케이스 300의 액체 냉각 모듈 320, 수증기 처리 영역 343 및 액체 수집 영역 344에 센서를 포함할 수 있다. 그 외에, 케이스 300의 다른 부분은 케이크 200와 동일하므로 설명을 생략한다.

이해할 수 있듯이, 센서는 상기 세 가지 구성요소 중 하나 이상에 배치될 수 있으며, 이는 본 발명에서 제한되지 않는다. 설명의 편의상, 센서는 도 4의 케이스 300의 3개 구성요소 내부에 배치되며, 각각 제1 센서 325, 제2 센서 3433 및 제3 센서 3441로 표시된다.

제1, 제2, 제3 센서 325, 3433과 3441는 각각 제어기 352에 결합되는데, 이들 센서는 접촉식 센서, 압력 센서 등과 같은 임의의 유형의 센서일 수 있고, 이해달 수 있듯이, 또한 이들 센서는 레이저 센서, 적외선 센서와 같이 케이스의 벽에 배치된 비접촉식 센서일 수도 있다.

제1 센서 325는 액체 냉각 모듈 320 내에 각각 배치되어, 액체 냉각 모듈 320의 냉각액의 액체 레벨을 모니터링한다. 서버가 유지 보수를 완료하고 액체 냉각 모듈 320에 다시 삽입된 후에, 액체 냉각 모듈 320은 냉각액을 재충전한다. 제1 센서 325가 액체 냉각 모듈 320의 냉각액 액체 레벨이 제1 임계값을 초과하였음을 검지하면, 제1 신호가 제어기 352에 보내지고, 제어기 352는 신호에 근거하여 역류 밸브 324를 닫도록 제어하여, 냉각액의 진입을 멈춘다. 또한, 제1 센서 325가 액체 냉각 모듈 320의 액체 레벨이 제2 임계값 보다 낮은 것을 검지하면, 제2 신호가 제어기 352에 보내지고, 제어기 352는 신호에 근거하여 역류 밸브를 개방하도록 제어하여, 액체 냉각 모듈에 냉각액을 보충한다. 이러한 방식으로, 액체 냉각 모듈 내의 냉각액 액체 레벨은 일정한 범위로 유지될 수 있다. 제1 및 제2 임계값은 서버를 냉각시키는데 필요한 냉각액의 양에 따라 설정된다.

제2 센서 3433을 수증기 처리 영역 343내에 배치되어, 수증기 처리 영역 343의 가스 압력을 모니터링한다. 가스 압력이 제3 임계값을 초과하면, 제2 센서 3433는 제3신호를 제어기 352에 보내고, 제어기는 신호에 근거하여 압력 방출 밸브 3433가 개방되도록 제어하여, 수증기 처리 영역 343을 감압시킨다.

제3 센서 3441는 액체 수집 영역 344 내에 배치되어, 액체 수집 영역 344 내의 냉각액 액체 레벨을 모니터링한다. 액체 레벨이 제4 임계값 이하로 떨어지면, 제어기 352에 신호를 보내고, 제어기 352는 신호에 따라 경보 신호를 보내서, 냉각액이 충전될 필요가 있음을 알리고, 냉각액 부족으로 인한 문제를 피하기 위해, 액체 충전 포트 311을 통해 냉각액을 채울 수 있다.

여기서, 제3 임계값 및 제4 임계값은 실제 요구에 따라 설정될 수 있으며, 본 발명은 이를 특별히 제한을 하지 않는다.

이상은 본 발명의 특정 실시 예에 불과하나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않으며, 당업자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 여러 가지 변경을 용이하게 생각할 수 있는데, 이들은 본 발명의 범위 내에 포함되어야 한다. 따라서, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 결정되어야 한다.

Claims

일종의 모듈화 액체 냉각 서버 케이스로서,
박스(box);
하나 이상의 액체 냉각 모듈, 그 중 각각의 액체 냉각 모듈은 케이스, 출구 밸브 및 역류 밸브를 포함하고, 상기 출구 밸브와 상기 역류 밸브는 상기 액체 냉각 모듈이 작동할 때 개방되고, 상기 액체 냉각 모듈은 작동할 때 한개의 서버가 삽입되어 냉각액이 채워지며;
상기 액체 냉각 모듈을 외부 전원에 연결하는 커넥터; 및
출구 파이프, 역류 파이프, 수증기 처리 영역과 액체 수집 영역을 포함하는 순환 부분;을 포함하고,
상기 출구 파이프가 상기 출구 밸브에 연결되어 상기 액체 냉각 모듈의 기체를 상기 수증기 처리 영역으로 수송하고;
상기 역류 파이프가 상기 역류 밸브에 연결되어 상기 액체 수집 영역의 액체를 상기 액체 냉각 모듈로 수송하고;
상기 수증기 처리 영역에는 냉각기가 설치되어 상기 수증기 처리 영역의 기체를 냉각하고; 및
상기 액체 수집 영역은 상기 수증기 처리 영역의 액체를 수집하는 것을 특징으로 하는 모듈화 액체 냉각 서버 케이스.
제 1항에 있어서, 상기 케이스는 전력 공급 및 제어 시스템을 더 포함하고, 전원 및 제어기를 포함하며;
상기 전원이 상기 커넥터에 연결되어 상기 커넥터를 통하여 상기 케이스의 다른 구성요소로 전력이 공급되고; 및
상기 제어기는 상기 케이스의 다른 구성요소를 제어하는 것을 특징으로 하는 모듈화 액체 냉각 서버 케이스.
제 2항에 있어서, 상기 수증기 처리 영역은 압력 방출 밸브를 더 포함하고, 상기 압력 방출 밸브를 통하여 상기 수증기 처리 영역의 가스를 외부로 방출하는 것을 특징으로 하는 모듈화 액체 냉각 서버 케이스.
제 3항에 있어서, 상기 압력 방출 밸브는 외부의 공기 주머니에 연결되고, 상기 공기 주머니는 압력 방출 밸브로부터 방출된 가스를 수집하는 것을 특징으로 하는 모듈화 액체 냉각 서버 케이스.
제1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 박스는 상기 액체 수집 영역에 연결된 액체 충전 밸브를 더 포함하고, 상기 액체 충전 밸브를 통하여 상기 액체 수집 영역에 냉각액을 추가하는 것을 특징으로 하는 모듈화 액체 냉각 서버 케이스.
제 2항에 있어서, 각각의 액체 냉각 모듈 내에는 상기 제어기에 연결되어 상기 액체 냉각 모듈의 냉각액 액체 레벨을 모니터링 하는 제1 센서;를 더 포함하고,
상기 액체 냉각 모듈의 냉각액 액체 레벨이 제1 임계값보다 높으면, 상기 제1 센서는 제1 신호를 생성하여 상기 제어기에 보내고, 상기 제어기는 상기 제1 신호를 수신한 후에 상기 역류 밸브를 닫고; 또한,
상기 액체 냉각 모듈의 냉각액 액체 레벨이 제2 임계값보다 낮으며, 상기 제1 센서는 제2 신호를 생성하여 상기 제어기에 보내고, 상기 제어기는 상기 제2 신호를 수신한 후에 상기 역류 밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는 모듈화 액체 냉각 서버 케이스.
제 3항에 있어서, 상기 수증기 처리 영역은 상기 제어기에 연결되어 상기 수증기 처리 영역의 기체 압력을 모니터링 하는 제2센서;를 더 포함하고,
상기 기체 압력이 제3 기준값 보다 크면, 상기 제2 센서는 제3 신호를 생성하여 상기 제어기에 보내고, 상기 제어기는 상기 제3신호를 수신한 후에 다음 상기 압력 방출 밸브를 개방하여 압력을 방출하는 것을 특징으로 하는 모듈화 액체 냉각 서버 케이스.
제 2항에 있어서, 상기 액체 수집 영역은 상기 제어기에 연결되어 상기 액체 수집 영역의 냉각액 액체 레벨을 모니터링 하는 제3 센서;를 더 포함하고,
상기 액체 수집 영역의 냉각액 액체 레벨이 제4 기준값 보다 낮으면, 상기 제3 센서에서 제4 신호를 생성하여 상기 제어기에 보내고, 상기 제어기는 상기 제4신호를 수신한 후에 액체가 채워질 필요가 있음을 나타내기 위해 경보 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 모듈화 액체 냉각 서버 케이스.
제 1항에 있어서, 각각의 액체 냉각 모듈은 보호 덮개를 더 포함하고, 상기 액체 냉각 모듈이 작동할 때 상기 보호 덮개를 닫는 것을 특징으로 하는 모듈화 액체 냉각 서버 케이스.
제 1항에 있어서, 상기 순환 부분은 제1 냉각 파이프와 제2 냉각 파이프;를 더 포함하고,
상기 제1냉각 파이프와 상기 제2냉각 파이프는 상기 냉각기에 연결되고, 상기 제1냉각 파이프는 상기 냉각기의 냉각액을 외부로 수송하고, 제2냉각 파이프는 외부의 냉각액을 상기 냉각기에 수송하는 것을 특징으로 하는 모듈화 액체 냉각 서버 케이스.
제 10항에 있어서, 상기 제1 냉각 파이프와 상기 제2 냉각 파이프는 외부의 열교환기에 연결된 것을 특징으로 하는 모듈화 액체 냉각 서버 케이스.
제 11항에 있어서, 상기 열교환기는 건조 냉각기, 냉각탑 혹은 건축한 냉동수 시스템인 것을 특징으로 하는 모듈화 액체 냉각 서버 케이스.
제 10항에 있어서, 상기 냉각액은 냉각수인 것을 특징으로 하는 모듈화 액체 냉각 서버 케이스.
제 1항에 있어서, 상기 커넥터는 빠른 플러그 장치인 것을 특징으로 하는 모듈화 액체 냉각 서버 케이스.
제 1항에 있어서, 상기 냉각액은 불소화액인 것을 특징으로 하는 모듈화 액체 냉각 서버 케이스.