KR20150060894A - 액체 침지 전자 디바이스 어레이용 냉매 압력 및 유량 관리방법 및 장치 - Google Patents

액체 침지 전자 디바이스 어레이용 냉매 압력 및 유량 관리방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

액체 침지 서버들의 어레이와 같은, 랙에 배치된 액체 침지 냉각 전자 디바이스들의 어레이와 같이 사용하기 위한 유체 공급 시스템 구조가 설명된다. 유체 공급 시스템에 의하여 펌핑 시스템은 어레이 내에서 최악의 경우의 전자 디바이스/ 위치에 대해 필요한 것보다 다소 높은 레벨에서 냉각 시스템 유체의 압력과 유량을 생성하고 상기 어레이 내의 각각의 디바이스에 공급 압력과 냉매 유량의 균일성을 제공할 수 있다.

Description

액체 침지 전자 디바이스 어레이용 냉매 압력 및 유량 관리방법 및 장치{METHOD AND APARATUS TO MANAGE COOLANT PRESSURE AND FLOW FOR AN ARRAY OF LIQUID SUBMERGED ELECTRONIC DEVICE}
본 발명은 예컨대 액체 침지 서버(LSS) 컴퓨터; 블레이드 서버; 디스크 어레이/스토리지 시스템; 고상 메모리 디바이스; 스토리지 영역 네트워크; 네트워크 부착 스토리지; 스토리지 통신 시스템; 라우터들; 원거리 통신 인프라스트럭쳐/스위치; 유선, 광 및 무선 통신 디바이스; 셀 프로세서 디바이스; 프린터; 전원 공급장치; 등의 전자 어레이 시스템들의 액체 침지 냉각에 대한 것이다.
액체 침지(submerged) 냉각 전자 디바이스들의 어레이가 사용될 때, 어레이의 디바이스들과 액체용 냉매 펌프 사이의 상호 연결을 제공하는 유체 분배 시스템이 필요하다. 액체 침지 냉각 전자 디바이스의 어레이의 일 예는 랙 시스템에 배치된 액체 침지 서버(LSS;liquid submerged server) 어레이이다. 랙 시스템의 LSS 어레이의 일 예는 미국 특허 제7,905,106호, 제7,911,793호 및 제8,089,764호에 개시된다.
어레이의 액체 침지 냉각 전자 디바이스가 최적으로 기능하기 위해서는, 액체 냉매는 특정 범위의 유량 속도 및 압력 내에서 디바이스에 공급되어야 한다. 랙에서의 디바이스의 배치 및 유체 분배 시스템 자체의 디자인에 의하여 랙의 높이(정정 헤드)에 기인하는 압력 손실 및 디바이스의 어레이 내에서의 각각의 위치/디바이스에 대한 유체의 유량 경로를 따른 마찰 손실에 기인하는 누적 압력 강하와 같은 변수들에 기인하여 임의의 유량 속도 및 압력에서 냉매를 공급하는 것이 어렵다.
랙에 배치된 액체 침지 냉각 전자 디바이스의 어레이와 같이 사용하도록 구성된 유체 공급 시스템이 설명된다.
유체 공급 시스템에 의하여, 펌핑 시스템이 어레이 내에서 최악의 경우의 디바이스/위치(즉, 최고 높이에 있으며 펌프에 대한 가장 멀리 위치함에 기인하여 최대 압력 강하 및 유량 감소를 겪는 어레이 내의 디바이스들)에 대해 필요한 것보다 다소 높은 레벨에서 냉각 유체의 압력과 유량을 생성하고 상기 어레이 내의 각각의 전자 디바이스에 실질적으로 균일한 냉각 액체 압력 및 유량을 제공하도록 구성될 수 있다. 냉각 액체의 유량과 압력을 관리함으로써 어레이의 디바이스들의 적절한 냉각을 달성하도록 지원하고, 어레이에서 침지 냉각되는 디바이스에 대한 손상을 방지하도록 지원한다.
유체 공급 시스템의 하나의 예시적인 용도는 랙 시스템에 배치된 LSS 어레이와 같이 사용하는 것이다. 그러나, 여기 설명되는 유체 공급 시스템의 개념은, 전자 디바이스의 어레이가 블레이드 서버, 디스크 어레이/스토리지 시스템, 고상 메모리 디바이스, 스토리지 영역 네트워크, 네트워크 부착 스토리지, 스토리지 통신 시스템, 라우터, 원거리 통신 인프라스트럭쳐/스위치, 유선, 광 및 무선 통신 디바이스, 셀 프로세서 디바이스, 프린터, 또는 전원 공급장치 등을 포함하지만 그것들에 제한되지 않는 액체 침지 냉각되는 다른 용도들에 사용될 수 있다.
위에 설명된 바와 같이, 어레이의 각각의 전자 디바이스는 일반적으로 어레이에서 디바이스가 위치되는 곳에 상관 없이 같은 압력을 나타낸다. 더욱이, 유체압력은 바람직하게는 펌프 속도의 변화에도 불구하고 일반적으로 일정하다. 예컨대, 펌프 속도가 낮거나 또는 최소 속도일 때, 일반적으로 제1 유체 압력은 각각의 전자 디바이스에 구비된다. 펌프 속도가 높거나 또는 최대 속도이면, 제2 유체 압력이 또한 각각의 전자 디바이스에 제공된다. 제1 및 제2 유체 압력은 비교적 최소 양으로 변하거나 또는 일부 실시예들에서 심지어 서로 같을 수 있다.
유체 공급 시스템은 균일한 압력 공급을 달성하기에 적절한 임의의 구성을 가질 수 있다. 유체 공급 시스템은 펌프(들), 필터(들), 열교환기(들), 유체 매니폴드들, 유체 통로들, 기타와 같은 요소들을 포함할 수 있다. 유체가 통과하여 흐르는 유체 공급 시스템의 각각의 요소는 공급 압력에 영향을 미치는 유량 제한을 생성한다. 여기 설명된 유체 공급 시스템은 여러 요소들에 의하여 제공된 여러 유량 제한들이 조정되는 전자 디바이스들의 내부 게이지 압력을 생성하여, 펌프 속도의 변화에 대해 압력 변화 범위를 감축하도록 설계된다. 이로써 밀봉된 내용물인 전자 디바이스의 부품들이 보호될 수 있으며, 부품이 단순화된 "압력 용기" 설계를 허용한다.
일 실시예에서, 시스템이 전자 디바이스의 어레이를 포함하고, 이 어레이는 적어도 두 개의 수직 레벨을 포함하고 각각의 수직 레벨은 냉각 액체에 의한 액체 침지 냉각을 수행하도록 구성된 적어도 두 개의 전자 디바이스를 포함한다. 더욱이, 유체 공급 시그템은 냉각 액체를 전자 디바이스에 공급한다. 유체 공급 시스템은 상기 어레이 내에서 최악의 경우의 전자 디바이스의 위치에 대해 필요한 것보다 다소 높은 레벨에서 냉각 액체의 압력과 유량을 생성하고 상기 어레이 내의 각각의 전자 디바이스에 실질적으로 균일한 냉각액체 압력 공급을 제공하도록 구성된다.
또 다른 실시예에서, 냉각 액체 내의 액체 침지를 이용하는 전자 디바이스 어레이를 냉각하는 방법이 제공된다. 전자 디바이스의 어레이는 적어도 두 개의 수직 레벨들로 배치되고 각각의 수직 레벨이 적어도 두 개의 전자 디바이스를 포함한다. 이 방법은 각각의 수직 레벨의 상기 전자 디바이스에 냉매 액체를 공급하는 유체 공급 시스템을 제공하며, 상기 어레이 내에서 최악의 경우의 전자 디바이스의 위치에 대해 필요한 것보다 다소 높은 레벨에서 냉각 액체의 압력과 유량을 생성하고 상기 어레이 내의 각각의 전자 디바이스에 균일한 냉각 액체의 압력과 유량 공급을 제공하도록 상기 유체 공급 시스템을 구성하는 것을 포함한다.
또 다른 하나의 실시예에서, 랙의 다른 수직 레벨들 위에 배치된 복수의 액체 침지 냉각 전자 디바이스들에 냉각 액체를 공급하도록 구성된 액체 공급 시스템이 제공된다. 액체 공급 시스템은 랙의 각각의 수직 레벨에서의 냉각 액체 공급 매니폴드와 냉각 액체 복귀 매니폴드를 포함할 수 있으며, 각각의 상기 냉각 액체 공급 매니폴드와 냉각 액체 복귀 매니폴드는 각각의 수직 레벨에서 복수의 전자 디바이스에 연결하도록 구성된다. 시스템은 또한 각각의 수직 레벨에서 상기 냉각 액체 공급 매니폴드와 냉각 액체 복귀 매니폴드를 유체 연결하는 바이패스 라인, 및 상기 바이패스 라인을 통해 압력 및/또는 유량을 국부적으로 조정하는 압력 및/또는 유량 조정 장치를 포함할 수 있다.
도 1은 여기 기술된 유체 공급 시스템에 유체 연결된 LSS의 랙 장착 어레이의 전면 사시도이다.
도 2는 연관된 랙 구조가 도시되지 않은 LSS 어레이의 후방 사시도이다.
도 3은 LSS가 제거된 유체 공급 시스템의 일부의 전면 사시도이다.
도 4는 도 3의 유체 공급 시스템의 후방 사시도이다.
도 5는 유체 공급 시스템의 일부에 연결된 LSS의 일 수직 레벨의 후방 사시도이다.
도 6은 내부 구조를 보이기 위하여 내용물 케이스가 제거된 유체 공급 시스템의 냉매 분배 유닛의 사시도이다.
도 7은 명확성을 위하여 유닛의 지지 구조가 제거된 도 6의 냉매 분배 유닛의 전면 사시도이다.
도 8은 펌프 배출구에 연결된 냉매 분배 유닛 및 분배 매니폴드의 펌프들의 하나를 도시하는 도면이다.
도 9는 어레이에 유체 연결된 냉매 분배 유닛의 개략적인 다이어그램이다.
도 10은 도 3의 유체 공급 시스템의 일부를 도시하며 사용시 도 6의 냉매 분배 시스템에 대해 위치되는 방식을 도시하는 사시도이다.
도 1과 2는 액체 침지 냉각 전자 디바이스(12)의 랙 장착 어레이(10)의 예를 도시한다. 디바이스(12)는 어레이(10)가 적어도 두 개의 수직 레벨(A, B.. n)을 포함하고 각각의 수직 레벨이 적어도 하나의 전자 디바이스(12)를 포함하도록 랙(14)에 장착된다. 도시된 예에는, 8개의 수직 레벨들이 구비되고 각 레벨 내에는 8개의 디바이스(12)들이 있다.
도시된 예에서, 디바이스(12)들은 LSS이며 이하의 설명은 디바이스(12)를 LSS로서 설명할 것이다. 그러나, 여기 설명된 개념은 전자 디바이스들의 어레이가 제한적이 아닌, 블레이드 서버, 디스크 어레이/스토리지(storage) 시스템, 고상 메모리 디바이스, 스토리지 영역 네트워크, 네트워크 부착 스토리지, 스토리지 통신 시스템, 라우터, 원거리 통신 인프라스트럭쳐/스위치, 유선, 광 및 무선 통신 디바이스, 셀 프로세서 디바이스, 프린터, 또는 전원 공급장치, 등을 포함하는 액체 침지 냉각된 다른 용도들에 사용될 수 있다.
전체적으로 참고를 위하여 여기 포함된 미국 특허 제7,905,106호, 제7,911,793호 및 제8,089,764호에 개시된 바와 같이, 각각의 LSS는 내부 공간에 배치된 단일 로직 보드 또는 복수의 로직 보드들을 포함하는 밀봉된, 액체-차단된 케이스를 포함한다. 로직 보드(들)는 예컨대, CPU 또는 GPU와 같은 적어도 하나의 프로세서를 포함하는 여러 발열 전자 부품들을 포함한다. 케이스는 그를 통해 내부 공간으로 냉각 액체가 도입되고 배출되는 액체 유입 포트와 액체 배출 포트를 포함한다. 사용시, 케이스는 LSS의 발열 부품을 침지시키는 냉각 액체를 수용하므로 침지된 부품들은 직접 케이스 내의 냉각 액체에 접촉한다. 전자 부품들과 열교환 후에 냉각 액체는 액체 배출 포트를 통해 제거되고, 열교환기에서 냉각되며, 냉각된 액체는 이어서 액체 유입 포트를 통해 케이스로 복귀한다.
냉각 액체는 유전 액체일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 냉각 액체는 단상 또는 이상(two-phase)일 수 있다. 냉각 액체는 침지 부품에 의하여 생성되는 열량을 취급하기 위한 높은 충분한 열전달 성능을 가지므로 냉각 액체가 상태를 변하지 않는 것이 바람직하다. 침지시키려는 발열 부품을 침지시키기 위하여 각 경우에 충분한 액체가 존재한다. 따라서 어떤 경우 액체는 전체 케이스(12)를 실질적으로 충진할 수 있으며, 다른 경우 액체는 단지 케이스(12)를 부분적으로 충진할 수 있다.
이하에서 추가적으로 설명되는 바와 같은 유체 공급 시스템(20)은 시스템을 통해 냉각 액체를 공급하기 위하여 사용된다. 랙(정적 헤드)에서의 다른 레벨(A, B, ... n)의 높이와 어레이(10) 내의 각 디바이스(12)의 각각의 위치에서의 액체의 유량 경로를 따른 마찰 손실에 기인하여, 필요한 유량 및 압력에서 액체 냉매를 공급하는 것이 더욱 어려워진다. 유체 공급 시스템(20)은 이러한 어려움들을 보충하도록 구성된다. 유체 공급 시스템(20)은 대기로 직접 통기되는 대신에 밀봉된 시스템이다.
유체 공급 시스템(20)에 의하여, 펌핑 시스템이 어레이 내의 최악의 경우의 디바이스(12)(즉, 최고 높이에 있고/있거나 펌프에 대한 가장 멀리 위치함에 기인하여 최대 압력 강하 및 유량 감소를 경험하는 어레이 내의 디바이스들)에 대해 필요한 것보다 다소 높은 레벨의 냉각 액체의 압력 및 유량 속도를 생성하고 어레이 내의 각각의 디바이스(12)에 대해 균일한 공급 압력 및 냉매 유량을 제공할 수 있도록 구성된다.
도 3-5를 참조하면, 공급 압력 및 냉매 유량의 균일성은 복수의 특수한 특성들을 통해 달성된다. 이들 특성들은 개별적으로, 집합적으로, 또는 임의의 조합으로 사용될 수 있다.
특히, 도 3-5 도시와 같이, 각각의 수직 레벨(A, B, ...n)은 각각의 레벨에서 균일한 정적 공급 압력에서 다수의 디바이스(12)들을 유체 연결하도록 구성되는 수평 공급 매니폴드(22)를 포함할 수 있다. 도 3 도시와 같이, 각각의 공급 매니폴드(22)는 사용시 디바이스(12) 위의 액체 유입 포트들에 연결되는 복수의 포트(24)들을 포함한다. 포트(24)들과 디바이스 위의 액체 유입 포트들은 각각 공급 매니폴드(22)에 디바이스(12)가 연결될 때 자동으로 개방되고 디바이스(12)가 제거되면 자동으로 닫히는 신속 연결 밸브들을 가질 수 있다.
더욱이, 도 4를 참조하면, 액체 공급 시스템(20)은 다른 정적 공급 압력들에서 어레이에서 디바이스(12)의 다수 레벨들을 연결하는 수직 공급 매니폴드(들)(30)를 포함할 수 있다. 수직 공급 매니폴드(들)(30)는 임의 수의 레벨(예컨대, 2, 3, 4, 등의 레벨)들을 연결할 수 있으며, 매니폴드(들)에 의하여 연결되는 레벨들의 수는 냉각되는 디바이스(12)의 형태, 그리고 디바이스(12)의 다른 유량 조건들 및 출력 밀도 냉각 조건들을 포함하지만 이들에 제한되지 않는 요인들을 기초로 한다. 이하에 추가로 설명되는 바와 같이, 각각의 레벨에 공급되는 유체 압력은 그 위의 냉각 액체의 정적 헤드/컬럼에 따라 다소 변동할 것이다. 그러나, 바이패스 라인에 배치된 압력 해제/바이패스 밸브들이 각 레벨에서 압력을 서로 간의 동일한 순(net) 압력으로 조정한다.
복수의 공급 라인(32)들이 수직 매니폴드(30)들로부터 수평 공급 매니폴드(22)들로 액체를 공급한다. 공급 라인(32)들은 매니폴드(22)들 위의 임의 위치들에서 매니폴드(22)들에 연결할 수 있다. 예시된 예는 중심으로부터 벗어난 동일한 횡방향 위치들에서 매니폴드(22)들에 연결되는 공급 라인(32)들을 도시한다. 그러나, 일부 실시예들에서, 다른 횡방향 위치들에서 각각의 매니폴드(22)에 연결하거나, 또는 각각의 매니폴드(22)의 횡방향 중심에서 각각의 매니폴드(22)에 연결하는 것이 적절할 수 있다.
유체 공급 시스템(20)은 추가로 다른 정적 복귀 압력들에서 어레이(12)의 디바이스(12)들의 복수의 선반들을 연결하는 수직의 복귀 매니폴드(들)(24)을 포함할 수 있다. 도시된 예에서, 수직의 공급 매니폴드(들)(30)에 의하여 작동되는 디바이스들의 선반들은 수직의 복귀 매니폴드(들)(34)에 의하여 작동되는 디바이스들의 동일한 선반들에 대응한다. 복수의 공급 라인(36)들이 액체를 수평 복귀 매니폴드(26)로부터 수직 복귀 매니폴드(34)들로 공급한다. 공급 라인(36)들은 매니폴드(26) 위의 임의의 횡방향 위치들에서 복귀 매니폴드(26)에 연결할 수 있다. 도시된 예는 중심으로부터 치우친 동일한 횡방향 위치들에서 매니폴드(26)들에 연결하는 공급 라인(36)들을 도시한다. 그러나, 일부 실시예들에서, 다른 횡방향 위치들에서 각각의 매니폴드(26)에 연결하거나, 또는 각각의 매니폴드(26)의 횡방향 중심에서 각각의 매니폴드(26)에 연결하는 것이 적절할 수 있다.
일 실시예에서, 수직 공급 매니폴드(들)(30), 수직 복귀 매니폴드(들)(34), 또는 양쪽 모두 역방향 복귀 구성이 사용될 수 있다. 예컨대, 냉각 유체는 수직 공급 매니폴드(들)(30)의 상부로 유입될 수 있으며 냉각 유체는 수직 복귀 매니폴드(들)의 바닥으로부터 복귀될 수 있다. 그러한 역방향 복귀 구성은 시스템 내의 압력 강하를 최소화하도록 보조할 수 있다. 더욱이, 여러 공급 및 복귀 라인들이 압력 강하를 더욱 최소화하기 위하여 서로에 대해 크기가 조정될 수 있다.
도 4 및 5에 가장 잘 도시된 바와 같이, 공급 라인(32)들과 공급 라인(36)들은 매니폴드(22, 26)들과 동일 평면의 수평면에 배치되고 서로 평행이다. 이로써 정적 압력을 균형시키기 위하여 수평 공급 매니폴드(22)들과 수평 복귀 매니폴드(26)들의 그룹 사이에 평행 유량 경로가 생성된다. 더욱이, 이는 수직 매니폴드들(30)(34)의 세트 사이에 평행한 유량 경로를 생성하여 정적 압력을 균형한다. 또한, 수평면에 라인들(32)(36)을 배치함으로써, 유체 분배 시스템에 연결된 전방 디바이스들의 후방 패널들로의 접속을 라인(32, 36)들이 방해하는 정도가 최소화된다.
기능적으로, 이것은 액체 냉매의 의도된 유량을 달성하기 위하여 요청되지 않으나, 실제적인 측면에서, 동력 케이블, I/O 케이블 등을 존재할 수 있는 디바이스 포트들에 연결할 수 있도록 많은 전자 디바이스들의 후방들로의 액세스를 제공하는 것이 중요하다.
유체 공급 시스템(20)은 또한 도 5 도시와 같이 어레이 내의 각각의 "선반(shelf)" 또는 "높이(elevation)"에서 공급 매니폴드(22)와 복귀 매니폴드(26)를 직접 유체적으로 상호 연결하는 압력 해제 액체 바이패스 라인(40)을 포함할 수 있다. 바이패스 라인(40)은 매니폴드(22, 26) 위의 임의 위치들에서 매니폴드(22, 26)들에 연결될 수 있다.
각각의 바이패스 라인(40)은 압력 및/또는 유량 조정 장치(41)를 포함하며 이 장치는 바이패스 라인(40)을 통해 흐르는 유체의 적절한 압력 문턱값(threshold)과 유량 능력을 설정하도록 지원한다. 일 실시예에서, 조정 장치(41)는 라인(40)들이 공급 매니폴드(22)들에 연결하는 지점들에 위치된다. 그러나, 다른 실시예들에서, 조정 장치(41)는 라인들이 복귀 매니폴드(26)에 연결하는 지점들에서 위치되거나, 또는 라인(40)들의 길이를 따라 임의의 위치에 위치될 수 있다. 조정 장치들의 예들은 스프링 작동 밸브 및 센서 기반으로 작동되는 조정 장치들을 포함하며 이들에 제한되지 않는다. 일 실시예에서, 조정 장치(41)는 장치(41)의 압력 및/또는 유량 조정 특성을 조정할 수 있도록 수동 및/또는 자동으로 조정될 수 있다.
조정 장치(41)는 어레이 내에서 레벨 또는 "높이"를 공유하는 어레이(12) 내의 디바이스(12)들에 공급되는 액체의 압력 및/또는 유량을 국부적으로 조정한다. 압력 및 최소/최대 유량 양자에 대한 설계점(design point)을 넘어 하나의 디바이스를 손상시키는 초과-압력 또는 미달 압력 상황을 초래하지 않고 단지 하나의 디바이스(12)가 그 레벨에 연결되는 때, 압력 문턱값과 유량 능력을 조정하려는 것은 공급된 유량을 조정하기 위하여 디바이스(12)의 특정 레벨에 대해 충분한 유량 및 연계된 압력 해제를 허용할 수 있도록 하는 것에 대한 필요성에 기초한다.
예컨대, 선반(shelf)마다 8개의 LSS를 도시된 바와 같이, 그리고 각각의 LSS가 약 0.5 갤런/분의 냉매 유량을 필요로 하고 각각의 LSS 하우징에 대해 최대 약 3psi 게이지(psig) 압력을 목표로 하는 공학적 설계점을 가지는 것으로 가정하면, 조정 장치(41)와 라인(40)은 그렇지 않다면 그 레벨의 다른 7개의 LSS 기구들을 작동시켰을 유량을 보충하기 위하여 충분한 유입 냉각 액체를 복귀 수평 매니폴드(26)로 전환할 수 있어야 한다. 달리 말하면, 부재(40, 41)들에 의하여 형성된 바이패스 회로는 각각의 높이에서 디바이스(12)의 레벨에 대해 의도된 최대 냉매 유량의 7/8까지 전환하고 레벨 위의 단일 디바이스로의 유입구에서 잔여 유량을 최대 3 psig로 조정할 수 있어야 한다. 그러나, 조정 장치(41)와 라인(40)은 기준치보다 상당히 많은 유량을 전환해서는 안된다. 그렇지 않으면, 조정 장치는 동일한 수직 매니폴드(34)를 랙 내에서 더 높은 높이에서 공유하는 다른 레벨들에 적절한 유량 및 압력 특성을 공급하기 위해 전체 시스템의 성능을 축소시킬 것이다.
각 레벨에서의 디바이스(12)들의 형태, 디바이스(12)들의 특정 숫자, 및 앞의 설명에서의 유량 및 압력은 단지 예시적이다. 각각의 디바이스는 유체 유량 조건들에 영향을 미치는 고유한 출력 밀도 및 냉각 조건들을 가질 것이며 각각의 디바이스 하우징 디자인은 그 자체의 고유한 최대 압력 한계 능력 및 내부 유량압력 강하를 가질 것이므로 특정 한계는 다른 디바이스(12), 디바이스(12)들의 수, 및 유체 공급 시스템에 연결된 디바이스 하우징의 구성에 따라 변할 것이다.
도 6-10을 참조하면, 유체 공급 시스템(20)의 일부는 도 10 도시와 같이 랙(14)의 베이스에 장착될 수 있는 냉매 분배 유닛(CDU)(50)을 포함할 수 있다. CDU(50)는 한 쌍의 펌프(52a, 52b)들과, 냉매 액체를 여과하기 위한 여과 유닛(54), 필터 분배 매니폴드(56), 수직 복귀 매니폴드(들)(34)에 연결된 복귀 매니폴드(58), 수직 공급 매니폴드(들)(30)에 연결된 공급 매니폴드(60), 열 교환기 유입 매니폴드(62), 및 한 쌍의 열 교환기 유닛(64a, 64b)들을 포함한다. 도 10 도시와 같이, 고온 및 저온 유량 라인(66)들을 가지는 별도의 유체 회로는 예컨대 물과 같은 유체를 CDU의 열 교환기 유닛(64a, 64b)을 통해 흐르는 냉각 유체와 열을 교환하기 위한 별도의 열 교환 회로로부터 유체를 인도하기 위하여 CDU로부터 연장한다.
사용시, 수직 복귀 매니폴드들로부터의 복귀하는 가열된 냉매가 매니폴드(58)로, 이어서 펌프(52a, 52b)들의 유입구로 흐른다. 펌프의 유출구들은 펌프 분배 매니폴드(68a, 68b)들에 연결되고, 이어서 냉매는 분배 매니폴드(56)로 흐른다. 분배 매니폴드(56)로부터 냉매는 냉매를 여과하기 위하여 여과 유닛(54)으로 흐르고, 이어서 열 교환기 매니폴드(62)로 흐른다. 대신에, 여과 유닛(54)을 통한 유량은 예컨대 유닛(54)에서 필터를 교환할 때 적절한 밸브들을 이용하여 차단될 수 있으며, 이어서 흐름은 열 교환기 매니폴드(62)에 연결된 바이패스 라인(70)을 통해 인도될 수 있다.
냉매를 냉각하기 위하여 각각의 열 교환기 유닛(64a, 64b)으로 열 교환기 매니폴드(62)로부터의 냉매는 흐른다. 다음 이제 냉각된 냉매는 각각의 열 교환기 유닛으로부터 수직 공급 매니폴드(30)로 공급하기 위하여 공급 매니폴드(60)로 흐른다.
CDU 부품들은 유체공급 시스템(20)의 나머지에 제공되는 압력을 조정하기 위하여 유량 경로에 배치된다. 이로써 유체 공급 시스템(20)의 잔여부의 정압, 그리고 궁극적으로 LSS 디바이스(12)의 정압을 최소화할 수 있다.
추가로, CDU(50)에 의하여 펌프 및/또는 열 교환기들로부터 하나를 교체할 수 있으며 냉매는 여전히 잔여 펌프 및 열 교환기를 이용하여 어레이로 공급된다.
바이패스 회로(40, 41)를 포함하는 유체 공급 시스템(20)에 의하여 해결된 하나의 문제는 초기에 유체 공급 시스템(20)에 유체를 제공하는 것에 관련된다. CDU(50)와 나머지 유체 공급 시스템(20)이 초기에 장착된 때, 디바이스(12)가 장착되지 않은 때, 유체 공급 시스템의 유입 및 유출 유량 경로들 사이에 유량 경로가 없다. 이로써 유입 및 유출 시스템이 독립적이므로(즉, 서로 유체적으로 연결되지 않으므로), 유량 경로가 생성되지 않으므로 펌프(52)에 대해 문제가 있다. 하나 이상의 디바이스(12)들이 장착된 때만, 유입 및 유출 유량 경로들 사이의 유체 연결이 이루어진다. 제1 디바이스(12)가 장착될 때, 시스템 내에서 유량 관리 대책이 이루어지지 않으면, CDU(50)는 그 하나의 디바이스를 통해서 펌프로부터의 모든 유량을 압송하려고 할 것이다. 이로써 극히 높은 압력이 생성되고 유량이 단일 디바이스에 공급되므로, 이는 디바이스(12)를 손상시키고 및/또는 디바이스(12)에서 유체 누출을 야기할 수 있다.
밀봉된 유체 공급 시스템(20)은, 펌프(들), 필터(들), 열 교환기(들), 디바이스(12), 매니폴드들, 등과 같은 디바이스들에 의하여 제공된 여러 유량 제한들에 의하여 디바이스(12)의 내부 게이지 압력이 조정되고 펌프 속도의 변화에 대해 압력 변화 범위를 감소시키도록 구성된다. 이로써 전자 디바이스(12)의 내용물(enclosure)이 보호될 것이며 내용물의 "압력 용기" 설계를 단순화할 수 있다. 이러한 개념의 예시를 지원하기 위하여, 이하의 예가 제시된다. 이는 단지 예일 뿐이며 본 발명을 한정하는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
예(대략 값)
펌프가 최소 속도에 있을 때:
- 유입 펌프 압력: 0 psi
- 유출 펌프 압력: 2.5psi
- 디바이스(12) 내부 압력: 1 psi.
최대 속도로 증가된 펌프:
- 유입 펌프 압력: -3psi
- 유출 펌프 압력: 20psi
- 디바이스(12) 내부 압력: 1.5psi.
일정 작동 온도에서 각각의 디바이스(12)에 노출된 압력 범위:
- 1 내지 1.5 psi(높이에 따라 다소 변하고 범위는 랙에서의 각각의 위치에 대한 바이패스 회로의 압력 및/또는 유량 설정에 따라 미세-조정될 수 있다).
냉매 분배 유닛(CDU)(50)의 용도가 설명되었지만, 다른 펌프 작동 구성이 이용될 수 있다. 예컨대, 펌프들의 분포된 네트워크가 어레이의 디바이스에 냉매를 압송하기 위하여 사용될 수 있다. 여기 설명된 시스템(20)에서, 시스템의 부분들은 "대기-압력 이하(sub-ambient)" 압력 레벨에서 작동될 수 있다. 일 실시예에서, 시스템에 사용된 호스들은 목표 압력 레벨에서 "접혀지지 않을 수(non-collapsible)" 있다.
상기 설명된 원하는 압력 조정 및 냉매 유량을 지원하기 위하여, 어레이(12)의 디바이스(12)는 유량 특성에 대해 유사한 임피던스/압력 강하를 가지도록 구성될 수 있다.
여기 설명된 시스템은 또한 이들 영역 내의 모든 디바이스(12)들에 다른 레벨의 균일한 냉매 유량을 공급할 수 있는 시스템 내의 "영역(zones)"을 생성할 수 있다. 또한, 압력 바이패스 구성은 "델타P"를 국부적으로 그리고 어레이(12) 내의 다른 높이들에서 조정하도록 지원한다.
또 다른 실시예에서, 팽창 챔버들은 조정된 공기 챔버 압력/진공 설비를 구비하거나 없이 사용될 수 있다.
설명된 개념들은 본 발명의 사상이나 신규 특징들로부터 벗어나지 않고 다른 형태들로 구현될 수 있다. 본 출원에 개시된 예들은 모든 측면들에서 예시적이며 제한적이 아닌 것으로 생각되어야 한다.
10; 어레이 12; 디바이스
20: 시스템 22, 26: 매니폴드

Claims (15)

  1. 각각의 수직 레벨이 적어도 하나의 전자 디바이스를 포함하는 적어도 두 개의 수직 레벨들을 포함하는 전자 디바이스 어레이로, 각각의 전자 디바이스는 냉각 액체에 의하여 액체 침지 냉각을 수행하도록 구성되는 전자 디바이스 어레이; 및
    상기 전자 디바이스에 냉각 액체를 공급하며, 어레이 내에서 최악의 경우의 전자 디바이스 위치에 대해 필요한 것보다 다소 높은 레벨에서 냉각 액체의 압력과 유량을 생성하고 상기 어레이 내의 각각의 전자 디바이스에 실질적으로 균일한 냉각 액체 압력 및 유량을 제공하도록 구성되는 유체 공급 시스템을 포함하는 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전자 디바이스의 어레이는, 각각의 수직 랙 레벨이 적어도 하나의 전자 디바이스를 포함하는 적어도 두 개의 수직 랙 레벨들을 가지는 랙 위에 배치되는 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 유체 공급 시스템은 추가로 각각의 수직 랙 레벨에서 냉각 액체 공급 매니폴드와 냉각 액체 복귀 매니폴드를 포함하며, 각각의 냉각 액체 공급 매니폴드와 냉각 액체 복귀 매니폴드는 각각의 수직 랙 레벨에서 상기 공급 매니폴드와 상기 복귀 매니폴드를 유체 연결하는 바이패스 라인과, 상기 바이패스 라인을 통한 압력 및/또는 유량을 국부적으로 조정하는 압력 및/또는 유량 조정 장치를 복수의 전자 디바이스들에 연결시키도록 구성되는 시스템.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 유체 공급 시스템은, 각각 적어도 두 개의 수직 랙 레벨에서 작동하는 수직 공급 매니폴드와 수직 복귀 매니폴드를 추가로 포함하는 시스템.
  5. 제 3항에 있어서,
    각각의 수직 랙 레벨에서 상기 냉각 액체 공급 매니폴드와 상기 냉각 액체 복귀 매니폴드는 수평으로 배치되고; 수평으로 배치된 유체 공급 라인들은 냉각 액체 공급 매니폴드와 냉각 액체 복귀 매니폴드에 유체 연결되며;
    수평으로 배치된 유체 공급 라인들은 상기 냉각 액체 공급 매니폴드와 상기 냉각 액체 복귀 매니폴드와 동일 평면이며 서로 평행인 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 전자 디바이스는 서버들, 디스크 어레이/스토리지 시스템, 고상 메모리 디바이스, 스토리지 영역 네트워크, 네트워크 부착 스토리지, 스토리지 통신 시스템, 라우터, 원거리 통신 인프라스트럭쳐/스위치, 유선, 광 및 무선 통신 디바이스, 셀 프로세서 디바이스, 프린터, 또는 전원 공급장치를 포함하는 시스템.
  7. 냉각 액체 내의 액체 침지를 이용하는 전자 디바이스 어레이로, 각각의 수직 레벨이 적어도 하나의 상기 전자 디바이스를 포함하는 적어도 두 개의 수직 레벨들로 배치되는 전자 디바이스들의 어레이를 냉각하는 방법으로서, 상기 방법은:
    각각의 수직 레벨의 상기 전자 디바이스에 냉매 액체를 공급하는 유체 공급 시스템을 제공하며;
    상기 어레이 내에서 최악의 경우의 전자 디바이스의 위치에 대해 필요한 것보다 다소 높은 레벨에서 냉각 액체의 압력과 유량을 생성하고 상기 어레이 내의 각각의 전자 디바이스에 균일한 냉각 액체의 압력과 유량 공급을 제공하도록 상기 유체 공급 시스템을 구성하는 것을 포함하는 전자 디바이스 어레이의 냉각 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 전자 디바이스 어레이는, 각각의 수직 랙 레벨이 적어도 하나의 상기 전자 디바이스를 포함하는 적어도 두 개의 수직 랙 레벨들을 가지는 랙 위에 배치되고, 추가로:
    각각의 수직 랙 레벨에서 상기 유체 공급 시스템이 냉각 액체 공급 매니폴드와 냉각 액체 복귀 매니폴드를 가지도록 구성하며, 각각의 냉각 액체 공급 매니폴드와 냉각 액체 복귀 매니폴드는 각각의 수직 랙 레벨에서 상기 공급 매니폴드와 상기 복귀 매니폴드를 유체 연결하는 바이패스 라인과, 상기 바이패스 라인을 통한 압력 및/또는 유량을 국부적으로 조정하는 압력 및/또는 유량 조정 장치를 복수의 전자 디바이스에 연결시키도록 상기 유체 공급 시스템을 구성하는 것을 포함하는 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 유체 공급 시스템이, 각각 적어도 두 개의 수직 랙 레벨에서 작동하는 수직 공급 매니폴드와 수직 복귀 매니폴드를 포함하도록 구성하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    각각의 수직 랙 레벨에서 상기 냉각 액체 공급 매니폴드와 상기 냉각 액체 복귀 매니폴드가 수평으로 배치되도록 구성하며; 상기 냉각 액체 공급 매니폴드와 상기 냉각 액체 복귀 매니폴드에 유체 연결되는 수평으로 배치된 유체 공급 라인들을 포함하도록 상기 유체 공급 시스템을 구성하며, 수평으로 배치된 유체 공급 라인들은 상기 냉각 액체 공급 매니폴드와 상기 냉각 액체 복귀 매니폴드와 동일 평면이며 서로 평행인 방법.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 전자 디바이스들은 서버들, 디스크 어레이/스토리지 시스템, 고상 메모리 디바이스, 스토리지 영역 네트워크, 네트워크 부착 스토리지, 스토리지 통신 시스템, 라우터, 원거리 통신 인프라스트럭쳐/스위치, 유선, 광 및 무선 통신 디바이스, 셀 프로세서 디바이스, 프린터, 또는 전원 공급장치를 포함하는 방법.
  12. 랙의 다른 수직 레벨들 위에 배치된 복수의 액체 침지 냉각 전자 디바이스들에 냉각 액체를 공급하도록 구성된 유체 공급 시스템으로서:
    각각의 수직 레벨에서 적어도 하나의 전자 디바이스에 연결하도록 각각 구성된 랙의 각각의 수직 레벨에서의 냉각 액체 공급 매니폴드와 냉각 액체 복귀 매니폴드;
    각각의 수직 레벨에서 상기 냉각 액체 공급 매니폴드와 냉각 액체 복귀 매니폴드를 유체 연결하는 바이패스 라인; 및
    상기 바이패스 라인을 통과하는 압력 및/또는 유량을 국부적으로 조정하는 압력 및/또는 유량 조정 장치를 포함하는 유체 공급 시스템.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 유체 공급 시스템은, 각각 상기 랙의 동일한 수직 레벨에서 작동하는 수직 공급 매니폴드와 수직 복귀 매니폴드를 더 포함하는 유체 공급 시스템.
  14. 제 12항에 있어서,
    각 수직 레벨에서 상기 냉각 액체 공급 매니폴드와 냉각 액체 복귀 매니폴드는 수평으로 배치되고;
    수평으로 배치된 유체 공급 라인들은 상기 냉각 액체 공급 매니폴드와 냉각 액체 복귀 매니폴드에 유체 연결되고; 및
    상기 수평으로 배치된 유체 공급 라인들은 상기 냉각 액체 공급 매니폴드와 냉각 액체 복귀 매니폴드에 동일 평면이며 서로 평행인 유체 공급 시스템.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 전자 디바이스들은 서버들, 디스크 어레이/스토리지(storage) 시스템, 고상 메모리 디바이스, 스토리지 영역 네트워크, 네트워크 부착 스토리지, 스토리지 통신 시스템, 라우터, 원거리 통신 인프라스트럭쳐/스위치, 유선, 광 및 무선 통신 디바이스, 셀 프로세서 디바이스, 프린터, 또는 전원 공급장치를 포함하는 유체 공급 시스템.
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