KR20100061708A - 발열 구성요소 하우징 장치, 장비실 및 냉각 방법 - Google Patents

발열 구성요소 하우징 장치, 장비실 및 냉각 방법 Download PDF

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KR20100061708A
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마크 스콧 호데스
알란 마이클 라이온스
윌리엄 해롤드 스코필드
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알카텔-루센트 유에스에이 인코포레이티드
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Abstract

복수의 장비 셸프의 각각에서 냉각되는 공기가 내부적으로 순환하는 전자 구성요소를 하우징하고 냉각시키는 캐비닛이 제공된다.

Description

발열 구성요소 하우징 장치, 장비실 및 냉각 방법{RECIRCULATING GAS RACK COOLING ARCHITECTURE}
본 발명은 냉각 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 예컨대, 원격통신 중앙국 또는 컴퓨터 데이터 센터에서의 장비실에서 발견되는 것과 같은 전자 시스템에 적응된 냉각 시스템에 관한 것이다.
원격통신 중앙국 및 컴퓨터 데이터 센터 등과 같은 설비에서 장비실은 전자 시스템, 광전자 시스템, 포토닉 시스템, 컴퓨팅 시스템 등(일반적으로 장비)을 수용한다. 그 장비는 장비실 내에서 올림 마루(a raised floor) 위의 통로(aisles)에 의해 분리되어 줄지어 배치된 캐비닛(cabinets) 내에서 랙(racks) 내에 설치된다. 차가워진 공기는 올림 마루의 "차가운 통로"를 벗어나 팬에 의해 캐비닛을 관통하도록 끌어 당겨진다. 공기는 "뜨거운 통로"의 캐비닛을 벗어나며 공기는 룸 레벨 공기 송풍기에 의해 중앙에 배치된 열 교환기를 관통하도록 끌어 당겨진다. 열 교환기는 공기를 냉각시키고 그 공기를 장비실의 올림 마루의 차가운 통로 아래의 구획으로 리턴한다.
뜨거운/차가운 통로 구성에 대한 다양한 변경은 알려져 있다. 예컨대, 일 변경은 유체 냉각 열 교환기를 사용하여 캐비닛으로부터 나오는 공기가 장비실 뜨거운 통로에 진입하기 전에 어느 정도까지 냉각됨을 보장한다. 이 방안의 주요 목적은 "뜨거운 통로"로부터의 뜨거워진 공기가 제한된 장비실 기류 제어 때문에 전방으로부터 다른 캐비닛에 부주의로 진입하는 것을 차단하는 것이다. 흐름 밸런싱 문제는 장비실 내에 핫스팟도 생성할 수 있다. 올림 마루에 진입하는 공기의 온도가 낮아짐에 따라, 장비실 HVAC 시스템 상의 냉각 부담이 증가하지만, 제한된 기류 분포 효율 때문에 공기가 반드시 캐비닛 내의 장비 셸프가 사용하기에 충분히 낮은 레벨로 냉각되는 것은 아니다. 또한 표준 시스템을 증대시키도록 외부 냉각장치를 가진 냉각제 펌핑 루프를 사용하는 것도 알려져 있다. 이들 유닛은 캐비닛 위 천장에 또는 캐비닛 상에 직접 장착되어, 차가운 공기를 셸프 취입구 구멍 쪽으로 지향시킬 수 있다. 또한, 개별 회로 팩 또는 회로 팩 구성요소에 냉각 유체를 공급하는 데 복잡한 플럼빙(plumbing)이 사용될 수 있다.
종래 기술의 다양한 결함은 원격통신 중앙국 또는 컴퓨터 데이터 센터와 같은 장비실 내의 발열 장비를 냉각시키는 장치 및 방법의 본 발명에 의해 해결된다. 또한, 장비실 내에서 사용할 캐비닛의 장치가 개시된다.
발열 구성요소를 하우징하도록 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 장치는 발열 구성요소와 열 소통하는 순환 기상 냉각 매체를 실질적으로 포함하는 엔클로저와, 복수의 냉각기를 포함하되, 각각의 냉각기는 하나 이상의 각각의 발열 구성요소와 연관되고, 각각의 냉각기는 순환 기상 냉각 매체로부터 각각의 발열 구성요소에 의해 순환 기상 냉각 매체로 전달된 열의 적어도 일부를 추출하기 위한 제 1 열 교환기를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 밀폐형 캐비닛 내에서 복수의 발열 구성요소 그룹과 열 소통하는 기상 냉각 매체를 순환시키는 단계와, 제 1 매체를 포함하는 각각의 제 1 열 교환기를 이용하여 각각의 발열 구성요소 그룹에 가까운 기상 냉각 매체를 냉각시키는 단계와, 제 2 매체를 포함하는 각각의 제 2 열 교환기를 이용하여 제 1 열 교환기의 각각의 제 1 매체를 냉각시키는 단계 및 냉각 장치를 이용하여 제 2 열 교환기의 제 2 매체를 냉각시키는 단계를 포함한다.
당업자는 첨부 도면과 함께 후속하는 상세한 설명을 고려함으로써 본 발명의 교시를 쉽게 이해할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉각 장치를 설명하는 블록도를 도시한다.
도 2는 도 1의 냉각 장치에 대한 강화를 도시한다.
도 3a는 장비실 내의 본 발명에 따른 캐비닛의 장치의 측면도를 도시한다.
도 3b는 장비실 내의 본 발명에 따른 캐비닛의 장치의 정면도를 도시한다.
도 4는 도 1 또는 도 2의 냉각 장치에 대한 강화를 도시한다.
쉬운 이해를 위해, 가능한 한 도면에 공통인 동일한 요소를 지칭하는 데 동일한 참조 번호가 사용되었다.
본 발명은 주로 전기적 시스템, 전자 시스템, 광전자 시스템, 포토닛 시스템, 컴퓨팅 시스템 등과 같은 장비를 수용하는 데 적응된 캐비닛의 측면에서 설명될 것이다. 이러한 유형의 장비는 원격통신 중앙국 또는 컴퓨터 데이터 센터에서의 장비실 내에서 발견될 수 있다. 당업자는 본 명세서의 교시를 알고, 본 발명이 내부에 포함된 발열 구성요소의 냉각이 바람직한 임의의 캐비닛, 하우징 또는 엔클로저(또는 이들의 그룹화)에도 적용가능함을 알게 될 것이다.
본 명세서에서 랙 내에 저장된 특정 장비(예컨대, 발열 구성요소, 회로 카드 등)는 (전기적, 광학, 컴퓨팅 등의) 임의의 유형의 장비를 지칭하는 것으로서 광범위하게 해석되도록 의도된다. 또한, 본 명세서에서 중앙국, 데이터 센터 등은 중앙국, 데이터 센터 등 중 임의의 것에서 발견될 수 있는 장비실 또는 유사한 설비를 지칭하는 것으로서 광범위하게 해석되도록 의도된다.
일반적으로, 본 발명은 캐비닛 내의 각각의 스테이지(stage) 또는 셸프(shelf)를 나가는 공기를 냉각시키는 데 밀폐형 캐비닛 내의 재순환 공기(또는 다른 기체)를 사용하는 새로운 캐비닛 설계 및 관련 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에서, 밀폐형 캐비닛의 내부(또는 외부)에 증가한 음향 댐핑(damping)이 제공된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 밀폐형 캐비닛 내에 강화된 증발 기반 냉각을 제공하도록 재순환 공기 또는 기체에 분무화 미스트(atomizd mist)가 삽입된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉각 장치를 설명하는 블록도를 도시한다. 특히, 냉각 장치(100)는 전자 회로 팩과 같은 발열 구성요소 또는 예시적으로, 공통 백플레인에 플러깅된 다른 발열 구성요소를 하우징하는 복수의 셸프(112-1 내지 112-3)(총괄하여 셸프(112))를 포함하는 실질적으로 폐쇄형 캐비닛(110)을 포함한다.
셸프(112-1 내지 112-3)의 각각은 대응하는 냉각기(114-1 내지 114-3)(예시적으로, 셸프의 위에 배치됨)와 연관된다. 각각의 셸프(112)는 바로 앞의 냉각기(114)로부터 차가워진 공기(C)를 수용하고, 뜨거워진 공기(H)를 다음 냉각기(114)로 전달한다. 각각의 냉각기(114)는 바로 앞의 셸프(112)로부터 뜨거워진 공기를 수용하고, 다음 셸프(112)로 차가워진 공기(C)를 전달한다. 맨 위의 냉각기(114-3)로부터의 차가워진 공기는 공기 리턴 구역(115)을 통해 하부 셸프(112-1)로 재순환된다. 일 실시예에서, 상부 셸프와 연관된 냉각기는 대신에 하부 셸프 아래에 배치된다.
각각의 냉각기는 대응하는 셸프(112)로부터 수용된 따뜻해진 공기로부터 열을 흡수하도록 적응된 열 교환기를 포함한다. 따뜻해진 공기로부터의 열은 냉각기(114) 내의 매체로 이동되므로, 다음 셸프를 냉각하는 데 사용될 수 있는 찬 공기의 흐름을 제공하게 된다. 매체는 물, 다양한 유전체 물질 등과 같은 유체를 포함할 수 있다. 매체는 2상 물질(예컨대, 물과 같은 유체의 왁스 분산)도 포함할 수 있다. 따라서, 각각의 냉각기(114)는 선택된 설계 및 사용된 제 1 매체 유형에 따라, 열 교환기의 내부 기체 액화(gas-to-liquid) 또는 기체 액화+증기 유형을 포함한다.
일 실시예에서, 냉각기(114)는 핀을 가로질러 통한 따뜻해진 공기로부터 열을 흡수하는 핀(fin)이 그 위에 배치된 열 파이프를 포함한다. 일 실시예에서, 냉각기(114)는 모세관 펌핑 루프를 포함한다.
냉각기(114-1 내지 114-3)의 각각은 대응하는 제 2 열 교환기(118-1 내지 118-3)와 연관된다. 제 2 열 교환기(118)는 서로 그리고 파이핑(120)을 통해 외부 냉각 장치(130)와 열 소통하고 있으며, 이로써 제 2 매체를 포함하는 외부 유체 냉각 루프를 형성한다. 제 2 매체는 유체 또는 2상 물질일 수 있다. 제 2 열 교환기(118)는 선택된 설계 및 사용된 제 2 매체 유형에 따라, 열 교환기의 액체 액화(liquid-to-liquid), 액체 액화+증기 또는 액체+증기 액화 유형을 포함할 수 있다.
제 2 열 교환기(118)는 그들 각각의 냉각기와 함께 개별적으로 또는 같이 캐비닛(110) 안에 또는 위에 장착된다. 냉각기는 개별적으로 또는 (예컨대, 단일 유닛으로서) 열 교환기와 함께 장착될 수 있다.
외부 냉각 장치(130)는 예시적으로 캐비닛과 다른 실(room)에 배치된 냉각 장치, 예컨대, 옥외 냉각탑, 열 교환기, 압축기 등을 포함한다. 압축기 또는 다른 냉각 시스템의 경우에, 액화를 방지하는 데 외부 액세스가 적합하다.
캐비닛은 3 개의 구역, 즉, (1) 상이한 셸프(112)와 연관된 전자 또는 다른 발열 장치를 포함하는 전자 구역, (2) 공기 리턴 구역 및 (3) 열 교환기를 포함하는 유체 구역을 가지는 것으로 개념화될 수 있다. 유리하게, 따라서 설명된 폐쇄형 캐비닛 실시예는 장비실의 HVAC 시스템에 의해 부과된 열 부하 한계와 관계없이 동작하는데, 이는 냉각이 유체 냉각 루프와 함께 내부적으로 수행되기 때문이다. 즉, 큰 실 쿨링 메커니즘을 통해 전체 실로부터가 아니라, 명확하게 배열된 냉각 메커니즘에 의해 각각의 캐비닛 셸프로부터 열이 제거된다.
본 발명의 일 실시예에서, 각각의 셸프마다 팬 트레이(fan tray)가 존재한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 전체 캐비닛에 대한 하나의 팬 트레이가 존재한다. 각각의 경우에, 팬 트레이는 발열 구성요소를 통한 공기 또는 기체의 순환을 강요하도록 적응되는 팬을 포함한다.
본 발명은 음향 방사가 크게 감소하는 폐쇄형 캐비닛을 유리하게 제공한다. 따라서, 잡음 방사를 감소시킴으로써 장비실 내의 주위 잡음 임계치를 초과하지 않으면서 내부적으로 생성된 잡음이 증가할 수 있고 다양한 안전 규격 내에 있을 수 있다. 증가한 잡음은 팬 속도를 증가시키는 데 기여할 수 있다. 전술한 냉각 시스템과 연관된 팬 속도를 증가시킴으로써, 기류가 증가하며 따라서 전자 회로 팩 또는 다른 발열 구성요소의 냉각 증가가 달성된다.
일 실시예에서, 제 1 유체는 어느 한쪽의 단상 유체 또는 증발/액화하는 유체 및 증기를 포함한다. 일 실시예에서, 유체 또는 유체/증기는 열 파이프 및/또는 모세관 펌핑 루프에서 표면 장력에 의해 수동적으로 순환된다. 다른 실시예에서, 유체 또는 유체/증기는 코일(도시 생략)을 통해 캐비닛 안 및 밖에서 능동적으로 펌핑된다. 유체는 또한 폴리머 캡슐화 상변화 물질(예컨대, 왁스)을 포함할 수 있다. 왁스의 사용은 상변화(용융)에 초과 열을 이용함으로써 유체의 열 용량을 증가시킨다.
제 2 유체(제 2 열 교환기(118)와 외부 냉각 장치(130)에 의해 형성된 냉각 루프 내에 전달됨)와 냉각된 물의 외부 또는 빌딩(설비) 소스 사이의 임의의 열 교환은 캐비닛의 일부이거나 CO 내의 캐비닛에 외부적일 수 있고 파이핑(도시 생략)에 의해 전달될 수 있다.
도 1은 캐비닛으로부터 돌출된 제 2 열 교환기(118)를 도시한다. 그러나, 발명자가 이들 열 교환기(118)를 캐비닛으로부터 돌출시키지 않거나 캐비닛 풋프린트(footprint)를 변경하지 않을 것임을 알아야 한다. 또한, 다양한 실시예에서, 제 2 열 교환기(118)는 냉각기(114)와 집적된다.
도 2는 도 1의 냉각 장치에 대한 강화를 도시한다. 특히, 도 2는 명확성을 위해 다른 모든 구성요소가 생략된 도 1의 캐비닛(110)을 도시한다. 음향 방사는 캐비닛 안에 또는 주위에서 사운드 흡수/감쇄 재료의 선택적인 적용에 의해 더 감소할 수 있다. 따라서, 도 2는 캐비닛(110) 내의 팬 및 다른 구성요소로부터 방사하는 사운드가 캐비닛(110)을 떠나기 전에 더 감쇠되도록 음향 차폐 재료(120)와 (내부적으로) 정렬된 캐비닛(110)을 도시한다. 이러한 방식으로, 추가적인 팬 속도의 증가가 달성될 수 있다.
도 3a는 장비실 내의 본 발명에 따른 캐비닛의 장치의 측면도를 도시한다. 특히, 도 3a는 예시적으로 캐비닛(C1 내지 C6)으로 표시된 복수의 캐비닛의 장치(300A)를 도시한다. 이 구성에서 캐비닛이 서로 매우 근접하게 배치되되, 유일한 분리는 캐비닛 내의 회로에 대한 액세스를 위해 필요한 것임을 알아야 한다. 실제 문제로서, 캐비닛(C1 내지 C6)은 액세스가 필요하지 않거나 캐비닛을 서비스 위치로 이동시키는 메커니즘이 제공되면 서로 충돌될 수 있다. 전술한 발명에 의해 제공된 냉각 이점으로부터의 이득을 얻는 이 배치는 장비실을 구현하는 데 필요한 영역을 크게 감소시켜서, 주어진 개수의 캐비닛에 대한 마루 공간이 상당히 절약된다. 종래 기술 장치의 뜨거운 통로 및 차가운 통로 구조체(및 기류 덕트라인(ductwork))와 연관된 올림 마루)가 본 발명의 관점에서 필요하지 않으므로 도 3의 배치는 가능하다.
도 3b는 장비실 내의 본 발명에 따른 캐비닛의 장치의 정면도를 도시한다. 특히, 도 3b는 도 3a에 대해 위에 도시된 캐비닛 장치의 정면도를 도시한다. 도 3b의 캐비닛 장치(300B)는 (현재 솔루션에 비해) 캐비닛을 지원하는 데 필요한 영역을 감소시키므로 장비실에 잘 적응된다. 또한, 올림 마루 및 다양한 실 크기(room-size) 냉각 시스템에 대한 필요성을 방지함으로써, 추가적인 절약이 실현된다.
도 3b의 캐비닛 장치(300B)는 예시적으로 행(R1 내지 R6)으로서 도시된 6 행의 캐비닛을 도시한다. 행(R1) 내의 캐비닛의 각각은 캐비닛 내의 냉각 장치의 배치를 나타내는 냉각 영역(C)을 포함하는 것으로 도시된다. 검사에 의해 캐비닛과 냉각 장치가 인접 캐비닛의 냉각 장치 바로 옆에 배치될 수 있음을 알 수 있다. 여러 행 사이의 간격은 주로 캐비닛 내의 다양한 전자 셸프에 대한 서비스 액세스를 위해 제공된다. 도 1 및 도 2에 관하여 전술한 바와 같이, 캐비닛 자체는 내부적으로 순환하는 공기 냉각 메커니즘, 공기-유체 냉각 메커니즘 및 유체-유체 냉각 메커니즘을 가진 폐쇄형 캐비닛이다.
일 실시예에서, 2 개 이상의 캐비닛의 제 2 열 교환기는 서로 유체 소통한다. 일 실시예에서, 각각의 캐비닛의 제 2 열 교환기는 인접 캐비닛의 제 2 열 교환기와 유체 소통한다. 일 실시예에서, 행 내의 각각의 캐비닛의 제 2 열 교환기는 행 내의 각각의 다른 캐비닛의 제 2 열 교환기와 유체 소통한다.
도 4는 도 1 또는 도 2에 관하여 전술한 냉각 장치에 대한 강화를 도시한다. 특히, 도 4a는 배치된 회로 팩(410)(예컨대, 도 1의 캐비닛(100) 내의 셸프(112)에서 발견됨)이 하부로부터 찬 기류(C)를 수용하고 상부에서 뜨거운 기류(H)를 생성하는 회로 팩 냉각 장치(400A)를 도시한다. 뜨거운 기류(H) 열로부터의 열이 피닝된(finned) 열 파이프(420)(예컨대, 도 1의 캐비닛(100) 내의 냉각기(114)에서 발견됨)로부터 제거되어 찬 기류(C)를 생성한다. 도 4에 도시된 공기/열 흐름은 실질적으로 다양한 도면에 대해 전술한 것에 따른다.
도 4b는 전술한 장치에 대한 강화를 도시한다. 특히, 도 4b는 냉각 기류에 미스트(즉, 분무화 유체)를 주입함으로써 강화된 냉각이 제공되는 회로 팩 냉각 장치(400B)를 도시한다. 이 실시예에서, 미스트 또는 분무화 유체는 기계적, 초음파 또는 다른 유형의 분무기와 같은 분무기(470)에 의해 냉각 기류에 주입된다. 미스트 액적은 배치된 회로 팩으로부터 열을 흡수하고 증발한다. 증발된 미스트 액적은 냉각기(114)에 의해 수집기(430)에서 수집되는 유체로 액화된다. 중력에 의해 액화액이 수집되어, 그 액화액이 수집기(예컨대, 열 파이프를 놓는 직사각형 또는 삼각형 단면 (개방) 컨테이너) 내에 축적되게 한다. 선택적으로, 수집기는 액화액의 배수를 펌프 쪽으로 용이하게 하도록 약간 기울어진다. 펌프(450)는 파이프(440)를 통해 수집기(430)로부터 유체를 추출하고 추출된 유체를 파이프(460)를 통해 분무기(470)로 전달한다. 분무기(470)는 전술한 바와 같이 냉각 기류로 재삽입할 유체를 분무한다. 미스트는 셸프를 통해 흐르는 공기의 온도 증가를 억제하도록 작용한다. 따라서, 공기는 열 전달 매체와 같이 더 차가워지고 더 효율적이다. 증가한 기류(예컨대, 증가한 팬 속도)에 의해 유사한 효과가 구현된다.
일 실시예에서, 미스트(또는 냉각 유체 자체)는 개별 구성요소의 강화된 냉각을 제공하기 위해 중력 공급 또는 펌프 공급 파이프 또는 노즐에 의해 직접 개별 구성요소 위에 또는 쪽으로 지향된다. 이 계획된 지향은 일반적으로 공기 흐름 자체를 냉각시키는 데 미스트가 사용되는지 여부에 상관없이 특정 강력 구성요소를 수용하는 데 매우 유용하다. 또한 물 또는 다른 유체 라인 또는 팬이 작동하지 않는 경우에 이 미스트가 백업 냉각을 제공할 수 있음을 알아야 한다. 만일 냉각 물/유체 순환 루프가 동작하지 않으면, 냉각 유체가 부족하므로 미스트는 액화를 중지할 것이지만, 미스트의 저장소는 캐비닛 내의 하드웨어에 대해 허용할 수 없는 작동 상태를 지연시킬 것이다. 만일 팬이 작동하지 않으면, 미스트를 분무하고, 액화액을 수집하며, 액화액을 미스트로서 재분무하는 것은 시스템의 냉각시에 상당히 이로울 것이다. 몇몇 고장안전(fail safe) 메커니즘이 보다 상세히 후술된다.
도 4b의 실시예에서, 회로 팩의 입구와 출구 사이의 온도 변화는 도 4a의 실시예의 대응하는 온도 변화보다 작다. 예컨대, 발명자는 도 4의 어떤 실시예에서 회로 팩(410)으로의 입구 온도가 대략 20℃인 경우에, 회로 팩(410)으로부터의 출구 온도는 대략 35℃(도 4a) 또는 27.5℃(도 4b)라고 판단해 왔다.
전술한 분무화 미스트는 (1) 기류의 전체 냉각 용량을 증가시키기 위해, (2) 보통 캐비닛 내의 셸프/회로 팩을 통해 공기가 위쪽(업스트림)으로 흐르는 만큼 빨리 공기 온도가 증가하지 못하게 하기 위해, 및/또는 (3) 가외 국부적인 냉각을 제공하도록 구성요소 상에 직접 분무되기 위해 3 가지 방법으로 (단일로 또는 임의의 결합으로) 사용될 수 있다.
전술한 본 발명의 다양한 실시예는 결합될 수도 있다. 즉, 도 1의 폐쇄형 캐비닛 순환 실시예는 도 2에 관하여 설명된 음향 차폐(이로써 보다 빠른 팬 속도를 허용함) 에 의해 확대될 수 있고/있거나 도 4에 관하여 설명된 미스트의 순환 및/또는 미스트/유체의 직접적인 적용에 의해 강화 냉각이 제공될 수 있다. 미스트의 이용은 본 발명의 폐쇄 시스템에서 가능하며, 개방 시스템에서 미스트는 흩어질 것이다.
본 발명의 일 실시예에서, 공기는 캐비닛을 통해 재순환되는 냉각 매체로서 도시된다. 그러나, 다른 실시예에서, 재순환 냉각 매체로서 다른 기체가 사용된다. 그러한 다른 기체는 예컨대, 헬륨을 포함할 수 있다. 일반적으로, 정상 공기의 열 용량과 비슷하거나 보다 큰 열 용량을 가진 임의의 기체는 이 목적에 사용될 수 있다.
열 파이프는 핫엔드에서 쿨엔드로 열을 전달하기 위해, 핫엔드(hot end)(이상의 예에서 공기 측면)에서 증발하고 쿨엔드(cool end)(예컨대, 물 측면)에서 액화하는 유체를 포함하는 튜브이다. 액화액은 예컨대, 열 파이프 내부의 모세관 윅(capillary wick)에 기인한 표면 장력에 의해 쿨엔드에서 다시 핫엔드로 수동으로 펌핑된다. 열 파이프는 전형적으로 동일한 직경의 순수 Cu의 열 저항력의 1/10 이하인 상당히 낮은 열 저항력을 갖지만, 표면 장력이 제한된 강도를 가지므로 제한된 양의 열만을 전달할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 열 파이프는 전술한 공기 유체 측면 열 전달 기능을 구현하는 데 이용된다. 본 발명의 다른 실시예에서, (예컨대, 랙 내의 유체 구역보다 액화 발생을 위해 원격 열 교환기와 함께) 펌핑 냉각제가 사용된다. 또 다른 실시예에서, (열 파이프와 유사하지만, 용량이 훨씬 크고, 파이프보다 폐쇄 루프의 형태의) 모세관 펌핑 루프가 사용된다.
본 발명의 일 실시예에서, 동작의 "고장안전" 모드는 팬 고장, 냉각수 고장, 분무기 고장 등의 경우에 해로운 결과를 방지하기 위해 제공된다. 냉각수가 차갑지 않거나 펌프가 고장이 나면 냉각장치가 작동하지 않을 수 있음을 알아야 한다. 본 발명의 측면 내에서 사용된 캐비닛은 폐쇄형 캐비닛이므로, 그러한 고장은 빠르게 엄청난 결과를 초래할 수 있다.
하나의 고장안전 모드는 팬이 정지하자마자 (또는 펌프 또는 다른 냉각 관련 장치가 고장이 나자마자) 자동으로 개방되는 큰 세트의 루버(louver)를 포함한다. 루버는 차가운 방 공기를 들이기 위해 캐비닛의 하부에 그리고 뜨거워진 공기를 내보내기 위해 캐비닛의 상부에 바람직하게 배치된다. 캐비닛을 통해 공기를 불어내도록 제 2 팬, 또는 팬 세트(예컨대, 선택적으로 배터리로 전원을 공급하는 상부의 하나의 큰 팬)가 선택적으로 포함될 수 있다. 빌딩 냉각수 측면에서, 고장안전 메커니즘은 덜 중요하고 배치하기 쉽다. 유체 자체는 예시적으로 몇 분 동안 계속해서 열을 흡수할 수 있도록 바람직하게 적당한 열 용량을 갖는다. 일 실시예에서, 2차 파이핑 및 (선택적으로) 냉각수 저장 탱크(예컨대, 중력 공급)를 가진 배터리 작동 펌핑 시스템이 예컨대, 천장 또는 지붕 위에 제공된다. 이러한 방식에서, 주 펌프가 작동하지 않으면, 정상적으로 폐쇄된 밸브는 개방되어 냉각수의 흐름이 중력 공급되게 하고/하거나 짧은 시구간 동안 시스템으로 펌핑되게 한다.
상변화 물질(PCM)은 빌딩 냉각수 펌프가 작동하지 않을 때 다른 선택이다. 따라서, 일 실시예에서, 리턴 덕(return duck)이 40°(예컨대, 냉각수/냉각제 셧다운 상태가 발생하지 않는 한 리턴 공기가 결코 도달하지 않는 온도)와 같은 지정 온도에서 녹는 분말과 같은 상변화 물질과 함께 정렬된다. 캡슐화된 PCM이 녹음 -잠재하는 큰 용해 열 때문에 소정의 시간(예컨대, 30분)이 걸림- 에 따라, 공기는 마지막 셸프의 출구로부터 첫 번째 셸프의 입구로 다시 재순환하므로 차가워질 것이다. PCM은 또한 긴급상황에만 사용되는 중력 공급 냉각 수 내에 흩어질 수 있으며, 또한 그 열 에너지 흡수 용량을 증가시킨다.
다른 실시예에서, 캐비닛 내의 액화를 방지하는 수단이 제공된다. 이 실시예에서, 냉각수(또는 냉각 유체) 취입구 포트 상의 조절기 밸브가 이용된다. 만일 조절된 장비가 대기중이고 냉각수 요구사항이 낮으면, 밸브는 유속을 제한하므로 시스템의 냉각 용량도 제한된다. 이러한 방식으로, 캐비닛 내의 공기 온도는 액화가 형성되는 온도까지 감소하지 않는다.
다른 실시예에서, 유체 측면 상에 추가적인 열 교환기가 제공된다. 이 실시예에서, 물이 핀의 유체 측면을 통해 순환되는 것이 아니라 그 대신에 빌딩(또는 다른) 냉각수 원에 의해 냉각된 후에 유전성 유체(오일 또는 탄화불소)가 순환된다. 특히 탄화불소의 경우에, 고의가 아닌 누전으로부터의 화재 안전장치가 고유하게 제거된다. 어떤 경우든, 유전성 유체는 바람직하게 제어되고 필터링되므로, 유체 측면 핀 상의 유지보수를 감소시킨다. 이 응용에 흥미있는 몇몇 유체는 파라썸(Paratherm), 디날렌(Dynalene), HFE7100 및 HFC245fa를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 중간 열 교환기가 제공된다. 이 중간 열 교환기는 그 자신의 냉각 용량(예컨대, 압축기 기반)을 가지며, 선택적으로 빌딩 냉각수 (또는 열을 교환하는 유전성 유체)가 CO에 이용가능한 빌딩 냉각 수 온도 이하인 것이 바람직하면 증가한 냉각 용량을 제공한다.
장치 기능으로서 전술한 다양한 프로세스는 또한 냉각 방법으로서 해석될 수 있다. 따라서, 예컨대, 본 발명의 일 실시예는 밀폐형 캐비닛 내에서 복수의 발열 구성요소 그룹과 열 소통하는 기상 냉각 매체를 순환시키는 단계와, 제 1 매체를 포함하는 각각의 제 1 열 교환기를 이용하여 각각의 발열 구성요소 그룹에 가까운 기상 냉각 매체를 냉각시키는 단계와, 제 2 매체를 포함하는 각각의 제 2 열 교환기를 이용하여 제 1 열 교환기의 각각의 제 1 매체를 냉각시키는 단계 및 냉각 장치를 이용하여 제 2 열 교환기의 제 2 매체를 냉각시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 냉각 사이클의 증발기 섹션은 랙 또는 캐비닛 내의 냉각기(들)로서 기능한다. 즉, 증발기 섹션 내의 증발 유체(냉각제)는 셸프 냉각기에서 열을 흡수하는 매체이다. 이 흡수된 열은 동일한 냉각 사이클의 액화기 섹션 내에 방출된다. 이 냉각 사이클은 예시적으로 제 2 열 교환기를 포함하고, 선택적으로 캐비닛의 뒤 또는 측면뿐만 아니라 캐비닛의 외부(즉, 캐비닛 내의 기체 냉각 흐름과 분리됨)에도 장착될 수 있다. 이 냉각 사이클의 압축기 및 확장 밸브는 랙의 외부의 어딘가에 장착된다.
일 실시예에서, 증발기 섹션의 온도는 제어가능하다. 일 실시예에서, 확장 밸브의 출구에서의 압력은 조정가능한데, 그 조정은 증발기 섹션 내의 온도를 제어하는 메커니즘을 제공한다. 따라서, 액화가 가능해지면 증발기 섹션 온도를 증가시키고 액화를 방지하도록 밸브의 조정이 제공된다. 이와 달리, 압축기에 의해 냉각제의 고압밀봉을 제어함으로써 출구 압력이 제어된다.
전술한 내용은 본 발명의 다양한 실시예에 관한 것이지만, 본 발명의 기본 범위로부터 벗어나지 않으면서 본 발명의 다른 실시예가 안출될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 적합한 범위는 후속하는 특허청구범위에 따라 결정되어야 한다.
110 : 캐비닛 114-1 내지 114-3 : 냉각기
115 : 공기 리턴 구역
118-1 내지 118-3 : 제 2 열 교환기
130 : 외부 냉각 장치

Claims (10)

  1. 발열 구성요소를 하우징하도록 구성된 장치에 있어서,
    발열 구성요소와 열 소통하는 순환 기상 냉각 매체(gaseous cooling medium)를 실질적으로 포함하는 엔클로저(enclosure)와,
    복수의 냉각기를 포함하되,
    각각의 냉각기는 하나 이상의 각각의 발열 구성요소와 연관되고, 각각의 냉각기는 상기 기상 냉각 매체로부터 각각의 발열 구성요소에 의해 상기 순환 기상 냉각 매체로 전달된 열의 적어도 일부를 추출하기 위한 제 1 열 교환기를 포함하는
    발열 구성요소 하우징 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    복수의 제 2 열 교환기를 더 포함하되,
    각각의 제 2 열 교환기는 제 2 매체를 포함하고 각각의 냉각기로부터 열을 추출하며, 상기 제 2 열 교환기의 각각은 외부 냉각 장치와 유체 소통하고, 상기 외부 냉각 장치는 상기 제 2 유체로부터 열을 추출하도록 구성되는
    발열 구성요소 하우징 장치.

  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 외부 냉각 장치는 냉각탑, 열 교환기 및 압축기 중 하나를 포함하는
    발열 구성요소 하우징 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    유전성 유체를, 상기 순환 기상 냉각 매체에 도입(introduction)하기 위해, 미스트(mist)로 분무하는 분무기(atomizer)를 더 포함하는
    발열 구성요소 하우징 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    증발된 미스트를 유전성 유체로 다시 액화하는 수단과,
    상기 분무기로 유전성 유체를 펌핑하는 펌프를 더 포함하는
    발열 구성요소 하우징 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    유전성 유체와 분무화 유전성 유체 중 하나 또는 양자를 특정 가열 구성요소로 지향시키는 수단을 더 포함하는
    발열 구성요소 하우징 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    냉각 고장의 경우에 과열 상태를 지연시키도록 구성된 고장안전(failsafe) 메커니즘을 더 포함하되,
    상기 고장안전 메커니즘은 고장에 응답하여 개방되도록 구성된 캐비닛 루버(cabinet louver), 고장에 응답하여 작동하도록 구성된 하나 이상의 백업 팬(backup fan), 냉각 덕(cooling duct) 및 중력 공급(gravity fed) 유체 백업 장치 중 적어도 하나를 포함하는
    발열 구성요소 하우징 장치.
  8. 제 2 항의 장치에 따라 형성된 복수의 캐비닛을 포함하는 장비실에 있어서,
    상기 복수의 캐비닛은 다수의 행으로 배치되고, 적어도 2 개의 캐비닛의 상기 제 2 열 교환기는 서로 유체 소통하는
    장비실.

  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 장비실은 중앙국 설비 및 데이터 센터 설비 중 하나 내에 배치되는
    장비실.
  10. 밀폐형 캐비닛 내에서 복수의 발열 구성요소 그룹과 열 소통하는 기상 냉각 매체를 순환시키는 단계와,
    제 1 매체를 포함하는 각각의 제 1 열 교환기를 이용하여 각각의 발열 구성요소 그룹에 가까운 기상 냉각 매체를 냉각시키는 단계와,
    제 2 매체를 포함하는 각각의 제 2 열 교환기를 이용하여 상기 제 1 열 교환기의 각각의 상기 제 1 매체를 냉각시키는 단계와,
    냉각 장치를 이용하여 상기 제 2 열 교환기의 상기 제 2 매체를 냉각시키는 단계를 포함하는
    냉각 방법.
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