KR20210024974A - 랙 호스팅 전자 설비 및 적어도 하나의 팬을 위한 냉각 장치 - Google Patents

Abstract

랙 호스팅 전자 설비 및 적어도 하나의 팬을 위한 냉각 장치는 제1 및 제2 공기-액체 열교환기를 포함한다. 팬에 의해 랙에서 배출되는 가열된 공기가 통과하도록 제1 열 교환기가 랙에 장착된다. 제2 열교환기를 통해 유동한 공기가 흐르도록 제2 열 교환기가 제1 열교환기에 장착된다. 각각의 열 교환기는 프레임, 저온 공급 라인으로부터 액체를 수용하는 입구, 액체를 고온 리턴 라인으로 회수하는 출구, 및 복수의 상호연결된 평행한 섹션을 형성하는 연속 내부 도관을 포함한다. 냉각 장치는 제1 및 제2 프레임이 평행하고 인접하도록 랙에 장착된다. 입구에 가장 근접한 제1 열 교환기의 하나의 상호 연결된 평행 섹션은 출구에 가장 근접한 제2 열 교환기의 하나의 상호연결된 평행한 섹션에 근접한다.

Description

랙 호스팅 전자 설비 및 적어도 하나의 팬을 위한 냉각 장치{COOLING ARRANGEMENT FOR A RACK HOSTING ELECTRONIC EQUIPMENT AND AT LEAST ONE FAN}

본 발명은 전자 설비용 냉각 기술에 관한 것이다. 특히, 랙 호스팅 전자 설비 및 적어도 하나의 팬을 위한 냉각 장치가 개시된다.

전자 부품, 예를 들어 서버, 메모리 뱅크, 컴퓨터 디스크 등은 통상적으로 설비 랙에 그룹화된다. 수천 대 또는 수만 대의 서버를 지원하는 수천 개의 랙을 포함할 수 있는 대규모 데이터 센터가 존재한다.

백플레인에 장착된 설비를 포함하여 랙은 많은 양의 전력을 소비하고 상당한 양의 열을 발생시킨다. 이러한 랙에서는 냉각 요구가 중요하다. 프로세서와 같은 일부 전자 장치는 너무 많은 열을 발생시켜 냉각 부족 시 몇 초 안에 고장날 수 있다.

팬은 일반적으로 랙 장착 설비에 강제 환기 냉각을 제공하기 위해 장비 랙 내에 장착된다. 이 해결 방법은 랙 내에서 발생하는 일부 열을 데이터 센터의 일반 환경으로 대체할 뿐이다. 라디에이터와 유사한 핀형 튜브 열 교환기인 공기-액체 열 교환기는 랙에 장착되어 이 변위된 열의 일부를 흡수하고 데이터 센터 외부에 있는 냉각 타워과 같은 추가 냉각 설비로 이송할 수 있다. 예를 들어, 도 1은 3개의 공기-액체 열 교환기가 장착된 서버 랙의 매우 개략적인 사시도이다. 서버 랙(10)은 상당한 양의 열을 발생시키는 다수의 서버(미도시)를 호스팅한다. 다수의 팬(12)(본 발명을 제한하지 않고 6개의 팬이 도시됨)은 서버 랙(10)의 백플레인(20) 뒤에 장착된 3개의 공기-액체 열 교환기(14) 방향으로 서버 랙(10)으로부터 가열된 공기를 방출한다. 도 1에서, 공기-액체 열 교환기(14)는 팬(12)을 가시화하기 위해 투명한 형태로 도시되어 있다. 공기-액체 열 교환기(14)는 저온 액체 라인(16)으로부터 예를 들어 물과 같은 저온 액체를 수용하고 가열된 액체를 고온 액체 라인(18)으로 회수한다. 공기-액체 열 교환기(14)를 통과한 공기 흐름은 데이터 센터의 주변 온도를 합리적인 수준으로 유지하도록 다소 냉각된다.

도 2는 단일 흐름 공기-액체 열 교환기의 개략도이다. 단일 흐름 열 교환기(100)는 프레임(102) 및 연속적인 내부 도관(104)을 포함한다. 연속적인 내부 도관(104)은 일 단부에서 액체 입구(106)에 연결되고 반대 측면에서 액체 출구(108)에 연결된다. 액체 입구(106)는 예를 들어 물과 같은 저온 액체를 수용하기 위해 저온 액체 라인(16)과 같은 공급 라인에 연결될 수 있다. 액체 출구(108)는 작동 중에 프레임(102)을 통과하는 공기 흐름으로부터 열을 흡수한 액체를 복귀시키기 위한 고온 액체 라인(18)과 같은 리턴 라인에 연결될 수 있다. 연속적인 내부 도관(104)은 프레임(102) 내에서 연장되는 복수의 상호연결된 평행한 섹션(110)을 형성한다.

액체 입구(106)는 제1 상호 연결된 평행한 섹션(110)에 연결된다. 마지막 하나의 섹션을 제외하고 각각의 상호 연결된 평행한 섹션(110)은 연속적인 내부 도관(104)의 일반적으로 U형 섹션(112)을 통해 다음 상호 연결된 평행한 섹션(110)에 연결된다. 마지막으로 상호 연결된 평행한 섹션(110)은 액체 출구(108)에 연결된다. 액체 입구(106)에 수용된 액체는 액체 출구(108)에 도달할 때까지 다양한 화살표로 나타낸 방향으로 연속 내부 도관(104) 내에서 흐른다. 공기-액체 열 교환기(100)의 프레임(102)을 통해 흐르는 공기로부터의 열은 연속적인 내부 도관(104)을 통해 흐르는 액체에 의해 적어도 부분적으로 흡수된다.

단일 흐름 열 교환기(100)는 특히 서버 랙(10)의 두께에 비해 얇다. 그 두께를 감안할 때, 단일 흐름 열 교환기(100)는 데이터 센터에서 서버 랙(10)의 전체 공간 점유를 거의 추가하지 않는다. 단일 흐름 열 교환기(100)의 두께에 따라 힌지(도시되지 않음)의 사용에 의해 서버 랙(10) 상에 이의 장착이 허용되며, 단일 흐름 열 교환기(100)는 도어를 개방할 때 측면으로 이동할 수 있어서 랙(10)의 백플레인(20)에 있는 구성 요소에 접근이 허용된다.

프레임(102)은 연속 내부 도관(104)의 일반적으로 U형 섹션(112)만이 프레임(102)의 각 측면에서 돌출되기 때문에 단일 흐름 열 교환기(100)의 전체 폭의 대부분을 차지한다. 결과적으로, 단일 흐름 열 교환기(100)는 서버 랙(10)으로부터 배출되는 공기의 흐름에 의해 횡단할 수 있는 넓은 표면을 제공한다.

도 3은 도 2의 단일 흐름 공기-액체 열 교환기에서 배출되는 공기 흐름의 층화된 온도 패턴을 시각적으로 도시한 도면이다. 다이어그램(150)은 단일 흐름 열 교환기(100)를 통과하기 전 및 후에 실험 설정에서 측정된 공기 흐름의 온도를 예시한다. 공기는 화살표(152 및 154) 방향으로 흐른다. 공기-액체 열 교환기(100)의 상류에 있는 제1 구역(156)에서, 공기 흐름의 온도는 서버 랙(10)에서 발생하는 열로 인해 높고, 약 40도이다. 공기 흐름의 온도는 제1 구역(156) 내에서 실질적으로 균일하다. 저온 수는 약 25 도의 온도에서 단일 흐름 열 교환기(100)의 바닥(158)에 수용된다. 단일 흐름 열 교환기(100)의 하류 영역(162)에서 유동하는 공기의 하부 층(160)은 약 33도까지 냉각된다. 단일 흐름 열 교환기(100)를 통과하는 물의 온도는 서로 연결된 다양한 평행한 섹션(110)을 통과할수록 상승하며, 40도 공기 흐름에 지속적으로 노출된다. 물은 단일 흐름 열 교환기(100)의 상부(164)에서 약 28도에 도달한다. 결과적으로, 단일 흐름 열 교환기(100)의 최상부 섹션은 약 36도까지만 냉각되는 상부 층(166)의 공기 흐름을 냉각하는데 덜 효율적이다.

이러한 단일 흐름 열 교환기(100)로부터 배출되는 공기 흐름의 균질성의 결여는 복수의 문제를 야기한다.

하나의 문제점은 제2 근위에 위치된 서버 랙(10)의 팬(12)에 의해 흡인되고 제1 서버 랙(10)에서 배출된 공기가 제2 서버 랙(10)의 효율적인 냉각에 적합하지 않기 때문에 서로에 대해 근접하게 복수의 서버 랙(10)의 배치를 어렵게 한다. 이는 특히 동일한 배향으로 서로 전방에 복수의 서버 랙(12)을 배치하고자 하는 경우에 적용된다.

또 다른 문제는 냉각 효율 모니터링과 관련된다. 이러한 모니터링은 냉각 실패 시 지연 없이 안전 조치를 적용해야 할 수 있으므로 이러한 모니터링은 중요하다. 데이터 센터에서는 서버 랙(10)의 여러 곳에 온도 센서(미도시)가 배치된다. 이러한 온도 센서가 단일 흐름 열 교환기(100)에 장착될 때, 각 단일 흐름 열 교환기(100)의 표면에 이러한 온도 센서의 배치의 약간의 변화는 냉각 성능의 전반적인 모니터링에 해로운 부정확한 결과를 초래할 수 있다. 예를 들어, 상호 연결된 평행한 섹션(110)이 도 2에 도시 된 바와 같이 수평으로 연장될 때, 다양한 단일 흐름 열 교환기(100) 상의 상이한 높이에 온도 센서를 위치시키는 것은 일관되지 않은 측정을 획득하게 할 수 있다.

도 4는 다중 흐름 공기-액체 열 교환기의 개략도이다. 다중 흐름 공기-액체 열 교환기(200)는 프레임(202), 액체 입구(204) 및 액체 출구(206)를 포함한다. 액체 입구(204)는 제1 매니폴드(208)에 연결되고 액체 출구(206)는 제2 매니폴드(210)에 연결된다. 제1 및 제2 매니폴드(208 및 210)는 제1 매니폴드(208)가 액체 입구(204)에 수용된 저온 액체를 제1 복수의 평행한 내부 도관(212)에 공급하기 때문에 집합적으로 "널스(nurse)"라고 불리며, 각각의 U형 링크(216)를 통해 복수의 평행한 내부 도관(214)에 연결되고 평행한 내부 도관(214)은 제2 매니폴드(210)를 통해 액체 출구(206)에 연결된다. 도시된 바와 같이 제1 및 제2 매니폴드(208, 210)는 프레임(202)의 외부에 위치하고 서버 랙(10)으로부터의 공기 흐름가 실질적으로 차단되는 영역에 위치한다. 제1 및 제2 매니폴드(208, 210)는 평행한 내부 도관(212, 214) 각각이 실질적으로 동일한 액체 흐름을 공급받기 위해 일반적으로 평행 내부 도관(212, 214)의 직경보다 상당히 큰 직경을 갖는다.

단일 흐름 열 교환기(100)와 비교할 때, 다중 흐름 공기-액체 열 교환기(200)는 이를 통해 흐르는 공기의 온도 층화를 야기하기 훨씬 더 적다. 그러나, 다중 흐름 공기-액체 열 교환기(200)는 다른 단점을 가져온다.

도 5는 도 4의 다중 흐름 공기-액체 열 교환기의 개략적인 측면도이다. 도 5에서, 서버 랙(10)으로부터 배출된 공기는 화살표(220) 방향으로 흐른다. 프레임(202)은 제1 및 제2 매니폴드(208, 210)의 존재로 인해 중요한 두께를 갖는다. 이 두께는 데이터 센터에서 각각 다수의 서버 랙(10)에 다수의 다중 흐름 공기-액체 열 교환기(200)를 장착할 때 문제가 될 수 있다. 동일한 수의 서버 랙(10)이 데이터 센터의 바닥 공간을 더 많이 차지힌다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같은 다중 흐름 공기-액체 열 교환기는 많은 가능한 구성의 단순한 예일 뿐이라는 것을 알 수 있다.

다중 흐름 공기-액체 열 교환기(200)의 또 다른 단점은 두께에 기인하는 것으로, 힌지를 사용하여 서버 랙(10)에 편리하게 장착할 수 없다는 점이다. 다중 흐름 공기-액체 열 교환기(200)는 백플레인(20)에 대한 접근을 제공하기 위해 서버 랙(10)으로부터 완전히 분리되어야 한다.

다중 유동 공기-액체 열 교환기(200)의 또 다른 단점은 기하학적 구조와 관련이 있다. 제1 및 제2 매니폴드(208 및 210)에 의해 형성된 널스는 다중 흐름 공기-액체 열 교환기(200)의 전체 표면에서 상당한 부분을 차지하며, 단일 흐름 열 교환기(100)와 비교할 때 이 전체 표면에서 배출되는 공기의 흐름에 의해 횡단되는 이 전체 표면의 적은 부분을 남긴다.

위에서 언급한 문제 외에도 다른 문제는 예를 들어 액체 도관의 막힘으로 인한 냉각 설비의 잠재적인 고장과 관련이 있다. 단일 흐름 열 교환기(100) 및 다중 흐름 공기-액체 열 교환기(200)는 각각 단일 입구(106 또는 204) 및 단일 출구(108 또는 206)를 가지며, 따라서 이러한 입구 및 레벨에서 어떠한 막힘도 서버 랙(10)으로부터 배출된 공기 흐름의 냉각의 완전한 손실을 야기할 수 있다.

위에서 확인된 최근 개발이 이점을 제공할 수 있지만 개선이 여전히 바람직하다.

여기서 논의되는 주제는 배경기술 부분에서 언급되는 종래 기술에만 한정되는 것으로 간주해서는 안된다. 이와 유사하게, 여기서 언급되는 문제점 또한 종래 기술에서 이미 인식된 것으로 간주해서는 안된다.

본 발명의 실시예들은 종래 기술에서 언급된 문제점들을 해결하기 위해 제공된다.

특히, 이러한 단점은 (1) 단일 흐름 열 교환기(100)로부터 배출되는 공기 흐름의 균질성 결여, (2) 냉각 설비의 공간 점유; 및/또는 (3) 냉각 설비의 잠재적 인 고장을 포함할 수 있다.

일 양태에서, 랙 호스팅 전자 설비 및 하나 이상의 팬을 위한 냉각 장치로서, 상기 냉각 장치는

제1 공기-액체 열 교환기를 통하여 하나 이상의 팬에 의해 서버 랙에서 배출된 가열된 공기가 흐르도록 서버 랙에 장착된 제1 공기-액체 열 교환기를 포함하고, 제1 공기-액체 열 교환기는 제1 프레임, 제1 저온 공급 라인으로부터 액체를 수용하기 위해 제1 프레임에 장착된 제1 액체 입구, 액체를 제1 고온 리턴 라인으로 회수하기 위해 제1 프레임에 장착된 제1 액체 출구 및 제1 프레임 내에서 연장되는 제1 복수의 상호연결된 평행한 섹션을 형성하는 제1 연속적인 내부 도관을 포함하고, 제1 연속 내부 도관은 제1 액체 입구를 제1 액체 출구에 연결하고,

제1 공기-액체 열 교환기를 통해 흐르는 공기가 제2 공기-액체 열 교환기를 통해 흐르도록 제1 공기-액체 열 교환기에 장착된 제2 공기-액체 열 교환기를 포함하고, 제2 공기-액체 열 교환기는 제2 프레임, 제1 저온 공급 라인 또는 제2 저온 공급 라인으로부터 액체를 수용하기 위해 제2 프레임에 장착된 제2 액체 입구, 액체를 제1 고온 리턴 라인 또는 제2 고온 리턴 라인으로 회수하기 위해 제2 프레임에 장착된 제2 액체 출구 및 제2 프레임 내에서 연장되는 제2 복수의 상호연결된 평행한 섹션을 형성하는 제2 연속적인 내부 도관을 포함하고, 제2 연속 내부 도관은 제2 액체 입구를 제2 액체 출구에 연결하고,

제1 프레임은 제2 프레임에 평행하고 이에 인접하고, 제1 액체 입구에 가장 근접한 제1 연속 내부 도관의 제1 복수의 상호연결된 평행한 섹션들 중 하나의 섹션은 제2 액체 출구에 가장 근접한 제2 연속적인 내부 도관의 제2 복수의 상호연결된 평행한 섹션들 중 하나의 섹션에 근접한다.

본 발명의 일부 구현예에서, 제1 공기-액체 열 교환기 및 제2 공기-액체 열 교환기가 역 평행 구성으로 조립된다.

본 발명의 일부 구현예에서, 제1 및 제2 공기-액체 열 교환기들 사이의 공기 흐름은 비균질 온도 프로파일을 가지며, 제2 공기-액체 열 교환기를 통과한 동일한 공기 흐름이 실질적으로 균질한 온도 프로파일을 갖는다.

본 발명의 일부 구현예에서, 제1 액체 입구와 제1 액체 출구는 제1 프레임의 동일한 측면에 연결되고, 제2 액체 입구와 제2 액체 출구는 제2 프레임의 동일한 측면에 연결된다.

본 발명의 일부 구현예에서, 제1 액체 입구와 제2 액체 입구는 냉각 장치의 동일한 측면에 배열된다.

본 발명의 일부 구현예에서, 제1 및 제2 연속적인 내부 도관의 제1 및 제2 복수의 상호연결된 평행한 섹션은 수평으로 연장된다.

본 발명의 일부 구현예에서, 제1 및 제2 연속적인 내부 도관의 제1 및 제2 복수의 상호연결된 평행한 섹션은 수직으로 연장된다.

본 발명의 일부 구현예에서, 제1 복수의 상호연결된 평행한 섹션들 중 제1 섹션은 제1 액체 입구에 연결되고, 제1 복수의 상호연결된 평행한 섹션들 중 마지막 섹션을 제외하고 제1 복수의 상호연결된 평행한 섹션들 중 각각의 섹션이 제1 연속적인 내부 도관의 제1 복수의 U-형 섹션들 중 하나의 섹션을 통하여 제1 복수의 상호연결된 평행한 섹션들 중 다음의 섹션에 연결되고, 제1 복수의 상호연결된 평행한 섹션들 중 마지막 섹션은 제1 액체 출구에 연결되고, 제2 복수의 상호연결된 평행한 섹션들 중 제1 섹션은 제2 액체 입구에 연결되고, 제2 복수의 상호연결된 평행한 섹션들 중 마지막 섹션을 제외하고 제2 복수의 상호연결된 평행한 섹션들 중 각각의 섹션이 제2 연속적인 내부 도관의 제2 복수의 U-형 섹션들 중 하나의 섹션을 통하여 제2 복수의 상호연결된 평행한 섹션들 중 다음의 섹션에 연결되고, 제2 복수의 상호연결된 평행한 섹션들 중 마지막 섹션은 제2 액체 출구에 연결된다.

본 발명의 일부 구현예에서, 제1 공기-액체 열 교환기는 제1 프레임 내에서 연장되는 제3 복수의 상호연결된 평행한 섹션을 형성하는 제3 연속적인 내부 도관을 추가로 포함하는 제1 이중 흐름 공기-액체 열 교환기이고, 제3 연속적인 내부 도관은 제1 액체 입구를 제1 액체 출구에 연결하고, 제2 공기-액체 열 교환기는 제2 프레임 내에서 연장되는 제4 복수의 상호연결된 평행한 섹션을 형성하는 제4 연속적인 내부 도관을 추가로 포함하는 제2 이중 흐름 공기-액체 열 교환기이고, 제4 연속적인 내부 도관은 제2 액체 입구를 제2 액체 출구에 연결된다.

본 발명의 일부 구현예에서, 제1 복수의 상호연결된 평행한 섹션의 제1 부분은 제1 프레임 내의 제1 평면 내에 배열되고, 제1 복수의 상호연결된 평행한 섹션의 제2 부분은 제1 프레임 내의 제2 평면 내에 배열되고, 제2 평면은 제1 평면에 평행하고, 제2 복수의 상호연결된 평행한 섹션의 제1 부분은 제1 프레임 내의 제2 평면 내에 배열되고, 제3 복수의 상호연결된 평행한 섹션의 제2 부분은 제1 프레임 내의 제1 평면 내에 배열되고, 제2 복수의 상호연결된 평행한 섹션의 제1 부분은 제2 프레임 내의 제3 평면 내에 배열되고, 제2 복수의 상호연결된 평행한 섹션의 제2 부분은 제2 프레임 내의 제4 평면 내에 배열되고, 제4 평면은 제3 평면에 평행하고, 제4 복수의 상호연결된 평행한 섹션의 제1 부분은 제2 프레임 내의 제4 평면 내에 배열되고, 제4 복수의 상호연결된 평행한 섹션의 제2 부분은 제2 프레임 내의 제3 평면 내에 배열된다.

본 발명의 일부 구현예에서, 냉각 장치는 제1 저온 공급 라인 및 제1 고온 리턴 라인을 추가로 포함한다.

본 발명의 일부 구현예에서, 제1 저온 공급 라인과 제1 고온 리턴 라인은 랙에 대한 2차 냉각 시스템에 연결된다.

본 발명의 일부 구현예에서, 냉각 장치는 제2 저온 공급 라인 및 제2 고온 리턴 라인을 추가로 포함한다.

본 발명의 일부 구현예에서, 제1 저온 공급 라인, 제2 저온 공급 라인, 제1 고온 리턴 라인 및 제2 고온 리턴 라인은 랙에 대한 2차 냉각 시스템에 연결된다.

본 발명의 일부 구현예에서, 제1 및 제2 공기-액체 열 교환기들 중 각각의 하나는 제1 및 제2 공기-액체 열 교환기들 중 다른 하나가 서비스가 중단될 때 최대 정격 공기 온도 미만으로 랙으로부터 배출된 공기의 온도를 감소시키도록 구성된다.

본 발명의 일부 구현예에서, 냉각 장치는 제1 프레임의 횡방향 측면 상에 장착된 한 쌍의 힌지를 추가로 포함하고, 힌지는 랙 상에 냉각 장치를 피벗회전하도록 장착된다.

본 발명의 일부 구현예에서, 냉각 장치는 원격 모니터링 장치에 제1 및 제2 공기-액체 열 교환기를 통하여 흐르는 공기의 온도를 전송하고 제2 공기-액체 열 교환기의 외부 면에 장착된 온도 센서를 추가로 포함한다.

본 명세서에서, 그 외에 달리 명시적으로 기술되지 않는 한, 컴퓨터 시스템은, 이들에만 제한되지는 않지만, "서버", "전자 장치", "작업 시스템", "시스템", "컴퓨터-기반 시스템", "컨트롤러 유닛", "모니터링 장치", "제어 장치" 및/또는 이들의 임의의 조합을 가리킬 수 있다.

본 명세서에서, 그 외에 달리 명시적으로 기술되지 않는 한, 용어 "제1", "제2", "제3" 등은, 서로 변형되는 명사들 사이의 임의의 특정 관계를 설명하기 위한 것이 아니라, 이러한 명사들 사이에서 구분할 수 있도록 사용하기 위한 형용사로서 사용된다.

본 발명의 실시예들은 각각 앞에서 언급된 목적 및/또는 양태들을 포함하지만, 반드시 이들 모두를 포함할 필요는 없다. 위에서 언급한 목적을 구현하기 위한 본 발명의 몇몇 양태들은 반드시 상기 목적을 충족시킬 필요는 없으며, 본 명세서에 특정되지 않은 그 밖의 다른 목적들을 충족시킬 수도 있다는 사실을 이해해야 한다.

본 발명의 실시예들의 추가적이거나 및/또는 대안의 특징, 양태, 및 이점들은 첨부도면들을 참조하여 하기 발명의 상세한 설명에서 자명해 질 것이다.

본 발명뿐만 아니라 그 밖의 다른 양태들 및 그들의 추가적인 특징들을 더 잘 이해하기 위하여, 이제, 본 발명은 첨부도면들을 참조하여 기술된 하기 사항들로부터 자명해 질 것이다:
도 1은 3개의 공기-액체 열 교환기가 장착되는 서버 랙의 도식적인 사시도.
도 2는 단일 흐름 공기-액체 열 교환기의 도식적인 도면.
도 3은 도 2의 단일 흐름 공기-액체 열 교환기로부터 배출된 공기 흐름의 증화된 온도 패턴의 도식적인 도면.
도 4는 다중 흐름 공기-액체 열 교환기의 도식적인 도면.
도 5는 도 4의 다중 흐름 열 교환기의 도식적인 측면도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 역 평형 구성으로 조립된 한 쌍의 공기-액체 열 교환기의 도식적인 도면.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 역 평형 구성으로 한 쌍의 이중 흐름 공기-액체 열 교환기가 장착되는 서버 랙의 사시도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 도 7의 서버 랙의 측면도.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 역 평형 구성으로 조립된 이중 흐름 공기 액체 열 교환기로부터 배출된 공기 흐름의 균질한 온도 패턴의 도식적인 도면.
본 명세서에 그 외에 달리 명시적으로 언급하지 않는 한, 도면들은 실측으로 도시되지 않은 것이라는 점에 유의해야 한다.

본 명세서에 기술된 예들과 용어들은 독자들이 본 발명의 개념을 이해하는 데 도움을 주기 위한 것이지 본 발명의 범위를 상기 특정 예들과 용어들에 제한하려는 것이 아니다. 통상의 기술자들은, 본 명세서에 명시적으로 기술되거나 도시되지 않았다 하더라도, 본 발명의 개념을 실시할 수 있으며 본 발명의 사상 및 범위 내에 포함되는 다양한 장치들을 고안할 수 있다는 것을 이해해야 한다.

게다가, 본 발명을 이해하는 데 도움을 주기 위해서, 하기 설명 내용들은 본 발명의 상대적으로 간단한 실시예들을 기술할 것이다. 통상의 기술자라면 잘 이해할 수 있듯이, 본 발명의 다양한 실시예들은 매우 복잡할 수도 있다.

몇몇 경우들에서, 본 발명의 변형예들에 도움이 되는 예들도 설명될 수 있다. 이는 단지 본 발명을 이해하는 데 도움을 주기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아니다. 이러한 변형예들은 배타적인 것들이 아니며, 통상의 기술자라면, 본 발명의 범위 내에 있으면서도 그 밖의 다양한 변형예들이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 추가로, 변형예들의 어떠한 예도 설명되지 않는다 하더라도, 그러한 사실을 어떠한 변형예들도 가능하기 않다거나 및/또는 본 명세서에 기술된 예들이 본 발명의 요소를 구현하는 유일한 예들로서 해석되어서는 안된다.

게다가, 본 발명의 개념, 양태 및 실시예들 뿐만 아니라 그들의 특정 예들을 기술하고 있는 모든 내용들은, 현재 알려져 있거나 또는 미래에 개발되는 기술이든지 간에, 그들의 구조적 및 기능적 동일예들도 포함하는 것이다.

일 양태에서, 본 발명은 공기-액체 열 교환기로부터 배출되는 공기 흐름 온도의 층화와 관련된 문제를 줄이거나 또는 제거한다. 2개의 동등한 공기-액체 열 교환기가 랙에 직렬로 장착되어 랙 내에 장착된 팬에 의해 랙에서 배출되는 공기가 두 공기-액체 열 교환기를 통해 흐른다. 공기-액체 열 교환기는 역 평행 방식으로 장착된다. 예를 들어, 물과 같은 저온 액체는 상부 장착형 입구를 통해 제1 공기-액체 열 교환기로 공급되고 하부 장착형 출구에 도달할 때까지 수평 평행 도관을 통해 흐른다. 랙에서 배출되고 제1 공기-액체 열 교환기를 통해 흐르는 공기는 층화된 온도 패턴을 갖는다. 그러나, 동일한 공기가 제1 공기-액체 열 교환기로부터 역 평행 형태를 갖는 제2 공기-액체 열 교환기를 통해 흐른다. 냉수 또는 다른 냉각 액체는 이 제2 공기-액체 열 교환기의 하부 장착 입구로 공급되고 상단 장착 출구에 도달할 때까지 수평 평행 도관을 통해 흐른다. 이러한 방식으로, 제1 공기-액체 열 교환기에서 배출된 더 뜨거운 공기 층은 하부 장착 입구에 가장 근접한 제2 공기-액체 열 교환기의 수평 평행 도관의 층에 노출된다. 따라서 제2 공기-액체 열 교환기로부터 배출되는 공기 흐름은 실질적으로 균일한 온도 패턴을 갖는다. 2개의 공기-액체 열 교환기의 조합은 도 4와 5에 설명된 바와 같이 기존의 다중 흐름 공기-액체 열 교환기보다 작은 공기흐름 경로를 따라 측정된 두께를 가지며, 이 조합은 또한 기존의 다중 흐름 공기-액체 열 교환기와 비교할 때 공기흐름에 의해 횡단되도록 구성된 더 넓은 표면을 제공한다.

이러한 기본 사항에 따라 이제 현재 기술 측면의 다양한 구현을 설명하기 위해 몇 가지 비제한적인 예가 고려된다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 역 평행 구성으로 조립된 한 쌍의 공기-액체 열 교환기의 매우 개략적인 도시이다. 냉각 장치(300)는 하나 이상의 팬 및 랙 호스팅 전자 설비 상에 장착될 수 있고, 예를 들어, 팬(12)을 갖는 서버 랙(10)은 예를 들어, 한 쌍의 공기-액체 열 교환기를 포함하고, 제한 없이 도 2의 설명에서와 같이 한 쌍의 단일 흐름 열 교환기(100)를 포함한다.

계속해서도 6을 참조하면, 도 1 및 2도 고려하면, 제1 공기-액체 열 교환기(100A)는 점선으로 도시되고, 제2 공기-액체 열 교환기(100B)는 실선으로 도시된다. 도 6에서, 제1 및 제2 공기-액체 열 교환기(100A 및 100B)는 서로 오프셋되어 장착되는 것으로 도시되고 이 예시는 제1 및 제2 공기-액체 열 교환기(100A 및 100B)의 다양한 부분을 가시적으로 도시하기 위한 것이다. 실제 적용에서, 제1 및 제2 공기-액체 열 교환기(100A 및 100B)는 그들 사이에 식별 가능한 오프셋이 없도록 정렬될 수 있다.

제1 공기-액체 열 교환기(100A)는 하나 이상의 팬(12)에 의해 서버 랙(10)에서 배출된 가열된 공기가 제1 공기-액체 열 교환기(100A)를 통해 흐르도록 서버 랙(10)에 장착된다. 제1 공기-액체 열 교환기(100A)는 제1 프레임(102A), 저온 공급 라인으로부터 액체를 수용하기 위해 제1 프레임(102A)에 장착된 제1 액체 입구(106A), 액체를 고온 리턴 라인으로 회수하기 위해 제1 프레임(102)에 장착된 제1 액체 출구(108A) 및 제1 연속적인 내부 도관(104A)을 포함한다. 제1 연속적인 내부 도관(104A)은 제1 프레임(102A) 내에서 연장되는 제1 복수의 상호연결된 평행한 섹션(110A)(일부만 도시됨)을 형성한다. 저온 공급 라인과 고온 리턴 라인의 예는 이후 도에 도시된다.

제1 연속적인 내부 도관(104A)은 제1 액체 입구(106A)를 제1 액체 출구(108A)에 연결한다. 보다 상세하게는, 제1 복수의 상호연결된 평행한 섹션(110A) 중 제1 섹션이 제1 액체 입구(106A)에 연결된다. 그 후, 마지막 섹션을 제외한 제1 복수의 상호연결된 평행한 섹션(110A) 각각은 제1 연속적인 내부 도관의 제1 복수의 U형 섹션(112A) 중 하나를 통해 제1 복수의 상호연결된 평행한 섹션(110A) 중 다음 섹션에 연결된다. 제1 복수의 상호연결된 평행한 섹션(110A) 중 마지막 섹션은 제1 액체 출구(108A)에 연결된다.

제2 공기-액체 열 교환기(100B)는 제1 공기-액체 열 교환기(100A)에 장착되어 제1 공기-액체 열 교환기(100A)를 통해 유입된 공기가 제2 공기-액체 열 교환기(100B)를 통해 유동한다. 제2 공기-액체 열 교환기(100B)는 제2 프레임(102B), 동일한 저온 공급 라인 또는 또 다른 저온 공급 라인으로부터 액체를 수용하도록 구성되고 제2 프레임(102B)에 장착된 제2 액체 입구(106B), 동일한 고온 리턴 라인 또는 또 다른 고온 리턴 라인으로 액체를 복귀시키도록 구성되고 제2 프레임(102B)에 장착된 제2 액체 출구(108B) 및 제2 프레임(102B) 내에서 연장되는 제2 복수의 상호연결된 평행한 섹션(110B)(단지 일부만이 도시됨)을 형성하는 제2 연속적인 내부 도관(104B)을 포함한다.

제2 연속적인 내부 도관(104B)은 제2 액체 입구(106B)를 제2 액체 출구(108B)에 연결한다. 더 상세하게는, 제2 복수의 상호연결된 평행한 섹션(110B) 중 제1 섹션이 제2 액체 입구(106B)에 연결된다. 그 다음, 마지막 섹션을 제외한 제2 복수의 상호연결된 평행한 섹션(110B) 각각은 제2 연속적인 내부 도관(104B)의 제2 복수의 U형 섹션(112B) 중 하나를 통해 제2 복수의 상호연결된 평행한 섹션(110B) 중 다음 섹션에 연결된다. 제2 복수의 상호연결된 평행한 섹션(110B) 중 마지막 섹션은 제2 액체 출구(108B)에 연결된다. 제1 및 제2 공기-액체 열 교환기(100A, 100B)는 액체가 각각의 액체 평행한 섹션(110A, 110B)에서 반대 방향으로 유동한다는 의미에서 역 평행 구성으로 조립된다.

도 6은 액체 입구(106A)와 액체 출구(108A)가 프레임(102A)의 반대 측면에 연결되고, 제1 연속적인 내부 도관(104A)이 짝수의 상호연결된 평행한 섹션(110A)을 형성하는 한편, 제2 연속적인 내부 도관(104B)이 짝수의 상호연결된 평행한 섹션(110B)을 형성하는 특정 구성을 도시한다. 마찬가지로, 액체 입구(106B)와 액체 출구(108B)는 프레임(102B)의 양측에 연결된다. 도시된 바와 같이, 상호연결된 평행한 섹션(110A 및 110B)은 수평으로 연장된다. 이는 가능한 많은 구성 중 하나 일뿐이다. 예를 들어, 상호연결된 평행한 섹션(110A 및 110B)은 수직으로 연장될 수 있다. 일부 다른 구성은 아래에서 설명한다.

제1 및 제2 공기-액체 열 교환기(100A, 100B)는 제1 프레임(102A)이 제2 프레임(102B)에 평행하고 인접하도록 서버 랙(10)에 장착된다. 제1 액체 입구(106A)에 가장 근접한 제1 연속적인 내부 도관(104A)의 제1 복수의 상호연결된 평행한 섹션(110A) 중 하나는 제2 액체 출구(108B)에 가장 근접한 제2 연속적인 내부 도관(104B)의 제2 복수의 상호연결된 평행한 섹션(110B) 중 하나에 근접한다. 다르게 말하면, 제1 복수의 상호연결된 평행한 섹션(110A) 중에서, 제1 액체 입구(106A)에 가장 근접한 하나의 상호연결된 평행한 섹션(110A)은 또한 제2 액체 출구(108B)에 가장 근접한 하나의 상호연결된 평행한 섹션(110B)에 가장 근접한 하나의 상호연결된 평행한 섹션(110A)이다.

제1 액체 입구(106A)에 가장 근접한 제1 연속적인 내부 도관(104A)의 제1 복수의 상호연결된 평행한 섹션(110A) 중 하나 및 제2 액체 출구(108B)에 가장 근접한 제2 연속적인 내부 도관(104B)의 제2 복수의 상호연결된 평행한 섹션(110B) 중 하나는 서버 랙(10)에서 배출되는 공기 흐름의 일반적인 방향에서 볼 때 서로 직접 대향할 수 있다. 대안적으로, 이러한 제1 평행한 섹션(110A 또는 110B) 중 하나는 다른 섹션보다 약간 더 높거나 또는 낮게 위치될 수 있다. 제2 액체 출구(108B)에 가장 근접한 제2 연속적인 내부 도관(104B)의 제2 복수의 상호연결된 평행한 섹션(110B)들 중 근접한 하나의 섹션에 대해 제1 액체 입구(106A)에 가장 근접한 제1 연속적인 내부 도관(104A)의 제1 복수의 상호연결된 평행한 섹션(110A)들 중 하나의 섹션의 정밀한 배치가 제조 공차 및 제1 및 제2 공기-액체 열 교환기(100A 및 100B)의 구성에 종속될 수 있다. 냉각 장치(300) 내의 평행한 섹션(110A 및 110B)의 배치에 대한 부수적인 변화는 냉각 성능에 중대한 영향을 미칠 것으로 예상되지 않는다.

이러한 구성 중 어느 하나가 주어지면, 서버 랙(10)으로부터 배출된 공기 흐름의 최상 층은 연속적인 내부 도관(104A)을 통해 흐르는 액체가 가장 차가워지는 최상부 상호연결된 평행한 섹션(110A) 주위에서 제1 공기-액체 열 교환기(100A) 내에서 유동하고, 이는 제1 액체 입구(106A)에 가장 근접한다. 공기 흐름의 최상부 층은 연속적인 내부 도관(104B)을 통해 흐르는 액체가 가장 따뜻하고 제2 액체 출구(108B)에 가장 근접한 최상부 상호연결된 평행한 섹션(110B) 주위로 제2 공기-액체 열 교환기(100B) 내에서 유동한다. 반대로, 서버 랙(10)으로부터 배출된 공기 흐름의 최하부 층은 연속적인 내부 도관(104A)을 통해 흐르는 액체가 가장 따뜻하고 제1 액체 출구(108A)에 가장 근접한 최하부 상호연결된 평행한 섹션(110A) 주위로 제1 공기-액체 열 교환기(100A) 내에서 유동한다. 그 다음, 공기 흐름의 최하부 층은 연속적인 내부 도관(104B)을 통해 흐르는 액체가 가장 차갑고 제2 액체 입구(106B)에 가장 근접한 최하부 상호연결된 평행한 섹션(110B) 주위에서 제2 공기-액체 열 교환기(100B) 내에서 유동한다. 냉각 장치(300)의 하부에 제1 액체 입구(106A) 및 제2 액체 출구(108B)를 위치시키고, 또한 냉각 장치(300)의 상부에 제1 액체 출구(108A) 및 제2 액체 입구(106B)를 위치시킴으로써 동등한 결과가 얻어 질 수 있다. 상호연결된 평행한 섹션(110A 및 110B)이 수직으로 연장되도록 냉각 장치(300)를 회전시키는 것도 고려된다.

이 효과는 공기 흐름의 모든 층으로 확산되며, 각 층은 최상부 층에서 최하부 층으로의 분포를 따라 제1 공기-액체 열 교환기(100A)로부터 점차적으로 냉각을 덜 받고, 동일한 분포를 따라 제2 공기-액체 열 교환기(100B)로부터 점차 더 많은 냉각을 받는다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 흐름 공기-액체 열 교환기 쌍이 역 병렬 구성으로 장착된 서버 랙의 사시도이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 7의 서버 랙의 측면 입면도이다. 서버 랙(500)은 각각 적어도 하나의 팬(12)(도 1)을 포함하는 복수의 서버 하우징(502)(3 개가 도시됨)을 갖는다. 냉각 장치(350)가 각각의 서버 하우징(502) 상에 장착되고, 각각의 냉각 장치(350)는 제1 및 제2 이중 흐름 공기-액체 열 교환기(300A 및 300B)를 포함한다. 이러한 이중 흐름 공기-액체 열 교환기(300A 및 300B)는 도 6의 구성에 사용된 단일 흐름 열 교환기(100)와 비교할 때 크기가 적당히 증가하고, 특히 증가된 두께를 나타낸다. 그러나 이들은 냉각 효율을 크게 증가시키면서 도 4의 다중 흐름 공기-액체 열 교환기(200)보다 상당히 더 얇게 유지된다.

각각의 서버 하우징(502) 내에 포함된 팬(12)은 서버 하우징(502)에 장착된 설비에 강제 공기 냉각을 제공하고 대응하는 냉각 장치(350)를 향하는 공기 흐름을 생성한다. 각각의 냉각 장치(350) 내에서, 제1 및 제2 이중 흐름 공기-액체 열 교환기(300A 및 300B) 각각은 냉각 용량의 충분한 중복성을 제공하도록 구성될 수 있으며, 제1 및 제2 이중 흐름 공기-액체 열 교환기(300A, 300B)는 랙(10 또는 500)에서 배출되는 공기의 온도를 최대 정격 공기 온도 미만으로 낮춰서 제1 및 제2 이중 흐름 공기-액체 열 교환기(300A 및 300B)가 설비 고장으로부터 또는 유지보수를 위한 서비스가 중단될 때 장착되는 대응 서버 하우징(502)의 안전한 작동 온도를 유지한다.

서버 랙(500)은 또한 그 횡방향 측면에 장착된 이차 냉각 시스템(504)을 포함할 수 있다. 2차 냉각 시스템(504)은 하나 이상의 액체 냉각 시스템 또는 워터블록, 냉각 플레이트 및/또는 증발기 및 서버 랙(500) 내에 열 생성 구성요소(도시되지 않음) 상에 장착된 액체 응축기(도시되지 않음)를 포함할 수 있다.

도 7 및 8에서, 액체 입구(306A)와 액체 출구(308A)는 프레임(302A)의 동일한 측면에 연결되고, 액체 입구(306B)와 액체 출구(308B)는 프레임(302B)의 동일한 측면에 연결된다. 추가로, 액체 입구(306A 및 306B)는 냉각 장치(350)의 동일한 측면에 위치한다. 액체 입구(306A 및 306B)가 냉각 장치(350)의 반대 편에 위치하는 대안적인 구성이 또한 고려된다.

도 8에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 특정 비 제한적 구성에서, 제1 이중 흐름 공기-액체 열 교환기(300A)는 제1 복수의 상호연결된 평행한 섹션(도시되지 않음)을 형성하는 제1 연속적인 내부 도관(304A) 및 제3 복수의 상호연결된 평행한 섹션(도시되지 않음)을 형성하는 제3 연속적인 내부 도관(314A)을 포함한다. 제1 및 제3 복수의 상호연결된 평행한 섹션은 제1 프레임(302A) 내에서 연장된다. 제1 및 제3 연속적인 내부 도관(304A 및 314A)은 제1 액체 입구(306A)를 제1 액체 출구(308A)에 연결한다. 마찬가지로, 제2 이중 흐름 공기-액체 열 교환기(300B)는 제2 복수의 상호연결된 평행한 섹션(미도시)을 형성하는 제2 연속적인 내부 도관(304B) 및 제4 복수의 상호연결된 평행한 섹션(미도시)을 형성하는 제4 연속적인 내부 도관(314B)을 포함하고, 제2 및 제4 복수의 상호연결된 평행한 섹션은 제2 프레임(302B) 내에서 연장된다. 제2 및 제4 연속적인 내부 도관(304N, 314B)은 제2 액체 입구(306B)를 제2 액체 출구(308B)에 연결한다.

도시된 바와 같이, 제1 복수의 상호연결된 평행한 섹션의 제1 부분은 제1 프레임(302A) 내의 제1 평면(316A)에 위치되고, 제1 복수의 상호연결된 평행한 부분의 제2 부분은 제1 프레임(302A) 내의 제2 평면(318A)에 위치하고 제2 평면(318A)은 제1 평면(316A)에 평행하다. 반대로, 제3 복수의 상호연결된 평행한 섹션의 제1 부분은 제1 프레임(302A) 내의 제2 평면(318A)에 위치되고, 제3 복수의 상호연결된 평행한 섹션의 제2 부분은 제1 프레임(302A) 내의 제1 평면(316A)에 위치된다. 제3 연속적인 내부 도관(314A) 및 제1 연속적인 내부 도관(304A)은 모두 교차점(324A)에서 제1 평면(316A)과 제2 평면(318A) 사이에서 변경된다. 제1 이중 흐름 공기-액체 열 교환기(300A)의 변형은 하나 이상의 교차점(324A)을 포함할 수 있고 대안적으로 그러한 교차점을 갖지 않을 수 있다.

마찬가지로, 제2 복수의 상호연결된 평행한 섹션의 제1 부분은 제2 프레임(302B) 내의 제3 평면(316B)에 위치되고, 제2 복수의 상호연결된 평행한 부분의 제2 부분은 제2 프레임(302B) 내의 제4 평면(318B)에 위치되고 제4 평면(318B)은 제3 평면(316B)에 평행하다. 반대로, 제4 복수의 상호연결된 평행한 섹션의 제1 부분은 제2 프레임(302B) 내의 제4 평면(318B)에 위치되고, 제4 복수의 상호연결된 평행한 섹션의 제2 부분은 제2 프레임(302B) 내의 제3 평면(316B)에 위치된다. 제4 연속적인 내부 도관(314B) 및 제2 연속적인 내부 도관(304B)은 모두 교차점(324B)에서 제3 평면(316B)과 제4 평면(318B) 사이에서 변경된다. 제2 이중 흐름 공기-액체 열 교환기(300B)의 변형은 하나 이상의 교차점(324B)을 포함할 수 있고 대안적으로 그러한 교차점을 갖지 않을 수 있다. 냉각 장치(350)의 제1 및 제2 이중 흐름 공기-액체 열 교환기(300A, 300B)는 서로 다른 개수의 교차점(324A 또는 324B)을 가질 수 있다.

도 8에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 각 냉각 장치(350)의 액체 입구(306A)는 제1 저온 공급 라인(320A)에 연결되고 각 냉각 장치(350)의 액체 출구(308A)는 제1 고온 리턴 라인(322A)에 연결된다. 도시되지는 않았지만, 각 냉각 장치(350)의 액체 입구(306B)는 제1 저온 공급 라인(320A) 또는 다른 저온 공급 라인(미도시)에 연결될 수 있고, 각 냉각 장치(350)의 액체 출구(308B)는 제1 고온 리턴 라인(322A) 또는 다른 고온 리턴 라인(미도시)에 연결된다. 제1 저온 공급 라인(320A) 및 제1 고온 리턴 라인(322A), 뿐만 아니라 다른 저온 공급 라인 및 고온 리턴 라인(있는 경우)은 또한 서버 랙(500)을 위한 이차 냉각 시스템(504)에 연결될 수 있다. 펌프(미도시)는 저온 공급 라인(들)을 통해 냉각 장치(350)로 전달되는 냉각 액체의 연속적인 흐름을 제공하고 고온 리턴 라인(들)을 통해 냉각 장치(350)로부터 가열된 액체를 회수한다. 펌프는 가열된 액체를 데이터 중심의 외부에 있는 냉각 타워(미도시)와 같은 추가 냉각 설비로 이송한다.

도 8은 또한 냉각 장치(350)가 제1 프레임(302A)의 횡방향 측면에 장착된 한 쌍의 힌지(506)를 사용하여 서버 랙(500)에 장착될 수 있으며, 힌지(506)는 랙(10) 상에 냉각 장치(350)를 피벗회전하도록 장착한다. 선택적으로, 추가 힌지가 도시된 바와 같이 2개의 힌지(506)들 사이에 설치될 수 있다. 도 8의 특정 구성은 힌지(506)가 액체 입구(306A, 306B) 및 액체 출구(308A, 308B)가 또한 위치되는 냉각 장치(350)의 동일한 측면에 위치한다는 것을 도시한다. 이러한 구성은 힌지(350)에 대한 냉각 장치(350)의 피벗회전을 용이하게 한다. 힌지(506)를 사용하여 랙에 도 6의 냉각 장치(300)를 장착하는 것도 고려된다.

또한, 이중 흐름 제2 공기-액체 열 교환기(300B)의 외부 면(326B)에 장착된 온도 센서(508)가 도 8에 도시되어 있다. 온도 센서(508)는 제1 및 제2 이중 흐름 공기-액체 열 교환기(300A, 300B)를 통해 유동한 공기의 온도를 측정 및 이송하여 원격 모니터링 장치(미도시)로 전달할 수 있다. 서버 랙(500)은 원격 모니터링 장치에 다양한 온도, 액체 흐름 및 압력 측정을 제공하기 위한 복수의 추가 센서(도시되지 않음), 온도 센서(508) 및 원격 모니터링 장치에 이들 측정을 전송하기 위한 공통 통신 링크(도시되지 않음)를 공유하는 이들 추가 센서를 포함할 수 있다. 제2 이중 흐름 공기-액체 열 교환기(300B)의 외부 면(326B) 상의 온도 센서(508)의 위치는 도 9에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 이중 흐름 공기-액체 열 교환기(300A, 300B)를 통해 흐르는 공기의 온도를 실질적으로 균일하게 제기함에 따라 수평 및/또는 수직으로 변할 수 있다. 냉각 장치(300)의 제2 공기-액체 열 교환기(100B)의 외부 면에 온도 센서(508)를 장착하는 것도 고려된다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 역 평행 구성으로 조립된 이중 흐름 공기-액체 열 교환기로부터 배출되는 공기 흐름의 균일한 온도 패턴의 시각적 표현이다. 다이어그램(400)은 냉각 장치(350)를 통과하기 전과 후에 시뮬레이션 환경에서 결정된 공기 흐름의 온도를 도시한다. 공기는 화살표(402, 404) 방향으로 흐른다. 냉각 장치(350)의 상류에 있는 제1 구역(406)에서, 공기 흐름의 온도는 예를 들어 약 40 도인 서버 랙(10)에서의 열 발생으로 인해 높다. 공기 흐름의 온도는 제1 구역(406) 내에서 실질적으로 균일하다. 냉각 수는 약 25도의 온도에서 제1 이중 흐름 공기-액체 열 교환기(300A)의 상부에 수용된다. 제1 이중 흐름 공기-액체 열 교환기(300A)의 하류로 흐르는 공기의 상부 층(410)은 약 30도까지 냉각된다. 제1 이중 흐름 공기-액체 열 교환기(300A)를 통과하는 물의 온도는 상호연결된 평행한 섹션(110A)을 통과할수록 상승하며, 이는 40도 공기 흐름에 지속적으로 노출된다. 물은 제1 이중 흐름 공기-액체 열 교환기(300A)의 하부에서 약 33도에 도달한다. 결과적으로, 제1 및 제2 이중 흐름 공기-액체 열 교환기(300A, 300B) 사이의 공기 흐름은 층화된 이종 온도 프로파일을 가지며 이 온도 프로파일에서 제1 이중 흐름 공기-액체 열 교환기(300A)의 하류로 흐르는 공기의 하부 층(412)이 약 37도까지만 냉각된다.

동일한 공기 흐름은 즉시 제2 이중 공기 흐름 공기-액체 열 교환기(300B)에 도달한다. 냉각 수는 또한 약 25 도의 온도에서 제2 이중 흐름 공기-액체 열 교환기(300B)의 하부에 수용된다. 이중 흐름 제1 공기-액체 열 교환기(300A)를 통해 유동할 때 약 37도까지 제한된 정도로 냉각된 공기 흐름의 하부 층(412)은 이중 흐름 제2 공기-액체 열 교환기(300B)로부터 최대 냉각을 받고, 약 30도의 온도에 도달한다. 제1 이중 유동 공기-액체 열 교환기(300A)를 통과할 때 약 30도까지 더 많이 냉각된 공기 흐름의 상부 층(410)은 제2 이중 유동 공기-액체 열 교환기(300B)로부터 적당한 수준의 냉각을 받아서 약 29 도의 온도에 도달한다. 그 결과, 제2 이중 흐름 공기-액체 열 교환기(300B)를 통과한 동일한 공기 흐름은 실질적으로 균일한 온도 프로파일을 가지며 구역(408)에서 냉각 장치(350)로부터 배출된 공기 흐름의 모든 층은 약 30도의 실질적으로 균일한 온도에 있다. 물은 또한 제2 이중 흐름 공기-액체 열 교환기(300B)의 상부에서 약 29도에 도달한다.

다시 도 3을 참조하면, 다이어그램(150)은 단일 흐름 열 교환기(100)를 사용할 때 얻어진 결과를 예시한다. 대조적으로, 다이어그램(400)은 한 쌍의 이중 흐름 열 교환기(300A, 300B)를 사용할 때 얻어진 결과를 예시한다. 이러한 결과는 서로 다른 열 교환기의 각 냉각 용량으로 인해 직접 비교할 수 없다.

그러나 도 3과 9에 도시된 수치 절대 온도 값을 직접 비교할 수는 없지만 공기 흐름 온도 패턴의 차이는 현저하고 도 3은 온도 패턴의 중요한 계층화를 보여주고 도 9는 냉각 장치(350)로부터 배출되는 공기 흐름의 모든 층에서 온도의 균일성과 균질성을 나타낸다. 역 병렬 방식으로 장착된 한 쌍의 단일 흐름 열 교환기를 사용하면 공기 흐름 온도가 더 낮아지지만 그럼에도 불구하고 결과 공기 흐름의 모든 층에서 온도의 균질성을 제공할 수 있다. 역으로, 단일 이중 흐름 열 교환기를 사용하면 결과적인 공기 흐름의 계층화되고 비균질 온도 프로파일이 생성한다.

전술한 구현들이 특정 순서로 수행되는 특정 단계들을 참조하여 설명되고 도시되었지만, 이들 단계는 본 발명의 교시를 벗어나지 않으면서 결합되거나, 세분화되거나 또는 재정렬될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 단계들 중 적어도 일부는 병렬로 또는 직렬로 실행될 수 있다. 따라서, 단계들의 순서 및 그룹화는 본 발명의 제한이 아니다.

본 명세서에서 언급된 모든 기술적 효과가 본 발명의 각각의 모든 실시예에서 즐길 필요는 없다는 것이 명백히 이해되어야 한다.

전술한 본 발명의 구현에 대한 수정 및 개선은 당업자에게 명백할 수 있다. 전술한 설명은 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 의도된다. 따라서, 본 발명의 범위는 첨부된 청구 범위의 범위에 의해서만 제한되도록 의도된다.

Claims (14)

1. 랙 호스팅 전자 설비 및 하나 이상의 팬을 위한 냉각 장치로서, 상기 냉각 장치는
   제1 공기-액체 열 교환기를 통하여 하나 이상의 팬에 의해 서버 랙에서 배출된 가열된 공기가 흐르도록 서버 랙에 장착된 제1 공기-액체 열 교환기를 포함하고, 제1 공기-액체 열 교환기는 제1 프레임, 제1 저온 공급 라인으로부터 액체를 수용하기 위해 제1 프레임에 장착된 제1 액체 입구, 액체를 제1 고온 리턴 라인으로 회수하기 위해 제1 프레임에 장착된 제1 액체 출구 및 제1 프레임 내에서 연장되는 제1 복수의 상호연결된 평행한 섹션을 형성하는 제1 연속적인 내부 도관을 포함하고, 제1 연속 내부 도관은 제1 액체 입구를 제1 액체 출구에 연결하고,
   제1 공기-액체 열 교환기를 통해 흐르는 공기가 제2 공기-액체 열 교환기를 통해 흐르도록 제1 공기-액체 열 교환기에 장착된 제2 공기-액체 열 교환기를 포함하고, 제2 공기-액체 열 교환기는 제2 프레임, 제1 저온 공급 라인 또는 제2 저온 공급 라인으로부터 액체를 수용하기 위해 제2 프레임에 장착된 제2 액체 입구, 액체를 제1 고온 리턴 라인 또는 제2 고온 리턴 라인으로 회수하기 위해 제2 프레임에 장착된 제2 액체 출구 및 제2 프레임 내에서 연장되는 제2 복수의 상호연결된 평행한 섹션을 형성하는 제2 연속적인 내부 도관을 포함하고, 제2 연속 내부 도관은 제2 액체 입구를 제2 액체 출구에 연결하고,
   제1 프레임은 제2 프레임에 평행하고 이에 인접하고, 제1 액체 입구에 가장 근접한 제1 연속 내부 도관의 제1 복수의 상호연결된 평행한 섹션들 중 하나의 섹션은 제2 액체 출구에 가장 근접한 제2 연속적인 내부 도관의 제2 복수의 상호연결된 평행한 섹션들 중 하나의 섹션에 근접하고,
   제1 공기-액체 열 교환기 및 제2 공기-액체 열 교환기가 역 평행 구성으로 조립되고,
   제1 및 제2 공기-액체 열 교환기들 사이의 공기 흐름은 비균질 온도 프로파일을 가지며,
   제2 공기-액체 열 교환기를 통과한 동일한 공기 흐름이 실질적으로 균질한 온도 프로파일을 갖는 냉각 장치.
2. 제1항에 있어서, 제1 액체 입구와 제1 액체 출구는 제1 프레임의 동일한 측면에 연결되고, 제2 액체 입구와 제2 액체 출구는 제2 프레임의 동일한 측면에 연결되는 냉각 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 액체 입구와 제2 액체 입구는 냉각 장치의 동일한 측면에 배열되는 냉각 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 및 제2 연속적인 내부 도관의 제1 및 제2 복수의 상호연결된 평행한 섹션은 수평으로 연장되는 냉각 장치.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 및 제2 연속적인 내부 도관의 제1 및 제2 복수의 상호연결된 평행한 섹션은 수직으로 연장되는 냉각 장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 복수의 상호연결된 평행한 섹션들 중 제1 섹션은 제1 액체 입구에 연결되고, 제1 복수의 상호연결된 평행한 섹션들 중 마지막 섹션을 제외하고 제1 복수의 상호연결된 평행한 섹션들 중 각각의 섹션이 제1 연속적인 내부 도관의 제1 복수의 U-형 섹션들 중 하나의 섹션을 통하여 제1 복수의 상호연결된 평행한 섹션들 중 다음의 섹션에 연결되고, 제1 복수의 상호연결된 평행한 섹션들 중 마지막 섹션은 제1 액체 출구에 연결되고, 제2 복수의 상호연결된 평행한 섹션들 중 제1 섹션은 제2 액체 입구에 연결되고,
   제2 복수의 상호연결된 평행한 섹션들 중 마지막 섹션을 제외하고 제2 복수의 상호연결된 평행한 섹션들 중 각각의 섹션이 제2 연속적인 내부 도관의 제2 복수의 U-형 섹션들 중 하나의 섹션을 통하여 제2 복수의 상호연결된 평행한 섹션들 중 다음의 섹션에 연결되고, 제2 복수의 상호연결된 평행한 섹션들 중 마지막 섹션은 제2 액체 출구에 연결되는 냉각 장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 공기-액체 열 교환기는 제1 프레임 내에서 연장되는 제3 복수의 상호연결된 평행한 섹션을 형성하는 제3 연속적인 내부 도관을 추가로 포함하는 제1 이중 흐름 공기-액체 열 교환기이고, 제3 연속적인 내부 도관은 제1 액체 입구를 제1 액체 출구에 연결하고,
   제2 공기-액체 열 교환기는 제2 프레임 내에서 연장되는 제4 복수의 상호연결된 평행한 섹션을 형성하는 제4 연속적인 내부 도관을 추가로 포함하는 제2 이중 흐름 공기-액체 열 교환기이고, 제4 연속적인 내부 도관은 제2 액체 입구를 제2 액체 출구에 연결하는 냉각 장치.
8. 제7항에 있어서, 제1 복수의 상호연결된 평행한 섹션의 제1 부분은 제1 프레임 내의 제1 평면 내에 배열되고,
   제1 복수의 상호연결된 평행한 섹션의 제2 부분은 제1 프레임 내의 제2 평면 내에 배열되고, 제2 평면은 제1 평면에 평행하고,
   제2 복수의 상호연결된 평행한 섹션의 제1 부분은 제1 프레임 내의 제2 평면 내에 배열되고,
   제3 복수의 상호연결된 평행한 섹션의 제2 부분은 제1 프레임 내의 제1 평면 내에 배열되고,
   제2 복수의 상호연결된 평행한 섹션의 제1 부분은 제2 프레임 내의 제3 평면 내에 배열되고,
   제2 복수의 상호연결된 평행한 섹션의 제2 부분은 제2 프레임 내의 제4 평면 내에 배열되고, 제4 평면은 제3 평면에 평행하고,
   제4 복수의 상호연결된 평행한 섹션의 제1 부분은 제2 프레임 내의 제4 평면 내에 배열되고,
   제4 복수의 상호연결된 평행한 섹션의 제2 부분은 제2 프레임 내의 제3 평면 내에 배열되는 냉각 장치.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 저온 공급 라인 및 제1 고온 리턴 라인을 추가로 포함하는 냉각 장치.
10. 제9항에 있어서, 제1 저온 공급 라인과 제1 고온 리턴 라인은 랙에 대한 2차 냉각 시스템에 연결되는 냉각 장치.
11. 제9항에 있어서, 제2 저온 공급 라인 및 제2 고온 리턴 라인을 추가로 포함하고, 제1 저온 공급 라인, 제2 저온 공급 라인, 제1 고온 리턴 라인 및 제2 고온 리턴 라인은 랙에 대한 2차 냉각 시스템에 연결되는 냉각 장치.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 및 제2 공기-액체 열 교환기들 중 각각의 하나는 제1 및 제2 공기-액체 열 교환기들 중 다른 하나가 서비스가 중단될 때 최대 정격 공기 온도 미만으로 랙으로부터 배출된 공기의 온도를 감소시키도록 구성되는 냉각 장치.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 프레임의 횡방향 측면 상에 장착된 한 쌍의 힌지를 추가로 포함하고, 힌지는 랙 상에 냉각 장치를 피벗회전하도록 장착하는 냉각 장치.
14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 원격 모니터링 장치에 제1 및 제2 공기-액체 열 교환기를 통하여 흐르는 공기의 온도를 전송하고 제2 공기-액체 열 교환기의 외부 면에 장착된 온도 센서를 추가로 포함하는 냉각 장치.

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