KR102560884B1 - 데이터 센터 냉각을 위한 액침냉각 시스템 - Google Patents
데이터 센터 냉각을 위한 액침냉각 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 액침냉각 시스템은, 높이가 서로 다른 복수의 반도체 소자가 실장된 복수의 기판을 냉각하는 액침냉각 시스템으로서, 상기 기판을 수용하며 냉매를 이용하여 상기 기판을 냉각하는 액침냉각 챔버, 상기 기판과 마주하도록 설치되며 상기 반도체 소자를 향하여 돌출된 복수의 돌기를 갖는 스페이서, 및 상기 액침냉각 챔버와 연결되며 냉매를 냉각하는 열교환기를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 액침냉각 시스템에 관한 것으로서, 특히 데이터 센터의 냉각을 위한 액침냉각 시스템에 관한 것이다.
IT 산업의 발달과 함께 공공기관이나 대기업 등에는 각종 IT 서비스를 제공하기 위하여 대규모 IT 인프라를 구축하고 있다. 예를 들면 파일 관리, 데이터 저장, 프로그램 운용 등을 지원하거나, 팩스, 프린터 공유, 장비 등 하드웨어 자원을 공유할 수 있도록 서버가 설치되고, LAN에 의하여 이들 서버와 연결되는 다수의 클라이언트, 즉 컴퓨터 단말기가 설치된다. 서버는 컴퓨터와 컴퓨터를 연결하여 네트워크를 구축하며 대량의 저장 공간을 제공한다.
그런데 서버에 과부하가 걸려서 과열되는 경우, 상기 방열판이나 냉각팬이 미처 CPU 및 GPU를 충분히 냉각시키지 못할 수도 있고, 이렇게 되면 서버가 오작동을 일으키거나 다운되는 사고가 발생할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 대부분의 인터넷 데이터 센터에서는 서버랙(sever rack)이 설치되어 있는 서버실에다 별도의 항온 및 항습장비를 설치, 운용한다. 하지만, 대규모의 데이터 센터에서는 많은 수량의 항온 및 항습장비가 필요하고, 이를 운용하는데 많은 비용과 에너지가 소모된다.
이러한 컴퓨터 서버 이외에도 데이터 센터에서 사용되는 스토리지(storage)나 네트워크 스위치(network switch), 각종 에너지 저장장치(ESS: Energy Storage System)에 사용되는 배터리(battery) 등은 운전 과정에서 많은 열이 발생하기 때문에 이러한 열을 강 냉각시켜 주는 별도의 냉각 시스템을 설치해야 한다.
종래에도 대규모의 데이터 센터를 중심으로 상기 발열유닛에서 발생하는 열을 보다 효율적으로 냉각시켜 줄 수 있는 시스템들이 소개되어 있다. 예를 들면, 공개특허 제10-2011-9848호(2011년 01월 31일)에는, 데이터 센터의 내부 공기와 외부 공기의 온도 및 습도를 비교하여 그에 따라 외부 공기를 내부로 유입하거나 내부 공기를 순환시켜 데이터 센터의 내부를 냉각시키는데 적합한 데이터 센터의 냉각 시스템이 소개되어 있다. 그러나 이러한 냉각 시스템은 상대적으로 열전달 효율이 낮아 데이터 센터를 효율적으로 냉각하지 못하는 문제가 있다.
상기한 바와 같은 기술적 배경을 바탕으로, 본 발명은 효율적인 냉각이 가능한 데이터 센터 냉각을 위한 액침냉각 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액침냉각 시스템은, 높이가 서로 다른 복수의 반도체 소자가 실장된 복수의 기판을 냉각하는 액침냉각 시스템으로서, 상기 기판을 수용하며 냉매를 이용하여 상기 기판을 냉각하는 액침냉각 챔버, 상기 기판과 마주하도록 설치되며 상기 반도체 소자를 향하여 돌출된 복수의 돌기를 갖는 스페이서, 및 상기 액침냉각 챔버와 연결되며 냉매를 냉각하는 열교환기를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 스페이서는 베이스판과 상기 베이스판의 측단에서 돌출된 측판들을 더 포함하고, 상기 돌기는 상기 베이스판에서 돌출되되 상기 측판들 사이에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 스페이서는 높이가 서로 상이한 복수의 돌기를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 높이가 높은 상기 반도체 소자와 마주하는 상기 돌기는 높이가 낮은 상기 반도체 소자와 마주하는 상기 돌기보다 더 낮게 돌출될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 상기 돌기들은 상기 반도체 소자의 높이 방향 단부에서 기 설정된 간격으로 이격되어 상기 반도체 소자와의 사이에서 균일한 냉각 통로를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 베이스판과 상기 돌기 사이에는 진공 단열 공간이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 스페이서에서 기판을 향하는 부분에는 냉매의 이동 방향으로 이어진 복수의 유동안정화 리브가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 돌기는 높이 조절이 가능한 구조로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 돌기는 주름관 구조로 이루어진 둘레부와 상기 둘레부의 단부에 고정된 지지판을 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 센터 냉각을 위한 액침냉각 시스템은 스페이서를 포함하므로 냉매를 절약하고 데이터 센터를 효율적으로 냉각할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 데이터 센서 액침냉각 시스템을 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액침냉각 챔버를 잘라 본 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스페이서를 잘라 본 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 스페이서를 잘라 본 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액침냉각 챔버를 잘라 본 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스페이서를 잘라 본 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 스페이서를 잘라 본 단면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 액침냉각 시스템에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 데이터 센서 액침냉각 시스템을 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액침냉각 챔버를 잘라 본 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 액침냉각 시스템(101)은 액침냉각 챔버(110), 냉매 유입관(121), 냉매 배출관(123), 열교환기(120), 스페이서(130)를 포함할 수 있다.
액침냉각 챔버(110)는 각각 밀폐된 내부공간을 갖는 용기 형상으로서, 그 내부에는 강제 냉각의 대상이 되는 데이터 센터(200)가 수용된다. 데이터 센터(200)는 컴퓨터용 서버(server), 스토리지(storage), 네트워크 스위치(network switch) 등을 포함할 수 있다. 데이터 센터(200)는 반도체 소자(230)들이 실장된 기판(210)들을 포함한다.
액침냉각 챔버(110)에는 기판(210)들을 냉각시키는 냉매가 채워진다. 여기서 냉매는 전기적인 절연성을 갖는 플루오르화 케톤, HFE(hydrofluoro ether), PFC(perfluorinated compound) 등 다양한 종류가 적용될 수 있으며, 본 발명이 특정한 냉매에 제한되는 것은 아니다.
액침냉각 챔버(110)에는 냉매가 유입되는 입구 포트(112)와 냉매가 배출되는 출구 포트(113)가 형성될 수 있다. 입구 포트(112)에는 냉매 유입관(121)이 연결되고, 출구 포트(113)에는 냉매 배출관(123)이 연결될 수 있다. 냉매 유입관(121)은 열교환기(120)에서 냉각된 냉매를 액침냉각 챔버(110)로 공급하고, 냉매 배출관(123)은 액침냉각 챔버(110)에서 가열된 냉매를 열교환기(120)로 전달한다.
열교환기(120)는 액침냉각 챔버(110)에서 가열된 냉매를 냉각시키며, 히트 싱크, 히트 파이프, 냉각팬 등을 포함할 수 있다. 열교환기(120)는 외부의 공기 또는 냉열원을 이용하여 냉매를 냉각할 수 있다.
액침냉각 챔버(110)에는 데이터 센터를 구성하는 복수의 기판이 설치되며, 기판(210) 사이에는 복수의 돌기(135)를 갖는 스페이서(130)가 설치된다. 기판(210)에는 복수의 반도체 소자(230)가 실장된다.
스페이서(130)는 베이스판(131)과 베이스판(131)의 측단에서 돌출된 측판(132)들과 복수의 돌기(135)를 포함할 수 있다. 스페이서(130)는 기판(210)과 반도체 소자(230)에 대응되는 형상으로 형성되며, 3D 프린팅 방식 등으로 제작될 수 있다.
베이스판(131)은 평판 형태로 이루어지며, 직사각형의 플레이트로 이루어질 수 있다. 측판(132)은 베이스판(131)의 측단에서 돌출되며 측판(132)에는 냉매가 이동하는 개구가 형성될 수 있다.
돌기(135)는 베이스판(131)에서 반도체 소자(230)를 향하여 돌출되며, 베이스판(131)에는 복수의 돌기(135)들이 형성될 수 있다. 돌기(135)들은 측판(132)들 사이에 위치하며, 서로 높이가 상이하게 형성될 수 있다.
높이가 높은 반도체 소자(230)와 마주하는 돌기(135)는 낮게 형성되고, 높이가 낮은 반도체 소자(230)와 마주하는 돌기(135)는 높게 돌출될 수 있다. 이에 따라 높이가 높은 반도체 소자(230)와 마주하는 돌기(135)는 높이가 낮은 반도체 소자(230)와 마주하는 돌기(135)보다 더 낮게 돌출될 수 있다.
돌기(135)는 반도체 소자(230)의 높이 방향 단부에서 기 설정된 간격(G1)으로 이격되어 반도체 소자(230)와의 사이에서 균일한 냉각 통로를 형성할 수 있다. 이에 따라 냉매의 유속이 균일해지고 냉각 효율이 향상될 수 있다.
종래에는 반도체 소자(230)의 높이가 높은 곳에서는 유속이 빠르고 높이가 낮은 곳에서는 유속이 느려서 냉각 효율이 낮은 문제가 있었으며, 또한, 격벽과 기판 사이의 간격이 크면 고가의 냉매가 낭비되는 문제가 있었다.
그러나 본 실시예에 따르면 스페이서(130)가 반도체 소자(230)들과의 사이에서 균일한 간격(G1)의 냉각 통로를 형성하므로 냉각 효율이 현저히 향상되고, 냉매의 낭비를 방지할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 스페이서에 대해서 설명한다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스페이서를 잘라 본 단면도이다.
도 3을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 스페이서(140)는 베이스판(141)과 베이스판(141)의 측단에서 돌출된 측판(142)들과 복수의 돌기(145)를 포함할 수 있다. 베이스판(141)은 평판 형태로 이루어지며, 직사각형의 플레이트로 이루어질 수 있다. 측판(142)은 베이스판(141)의 측단에서 돌출되며 측판(142)에는 냉매가 이동하는 개구가 형성될 수 있다.
돌기(145)는 베이스판(141)에서 반도체 소자(230)를 향하여 돌출되며, 베이스판(141)에는 복수의 돌기(145)들이 형성될 수 있다. 돌기(145)들은 측판(142)들 사이에 위치하며, 서로 높이가 상이하게 형성될 수 있다.
측판(142)과 돌기(145) 사이에는 진공 단열 공간(146)이 형성되며, 진공 단열 공간(146)은 밀폐된 구조로 이루어지고, 내부가 진공 상태로 형성된다. 이에 따라 냉각 과정에서 스페이서(140)가 신속하게 냉각되고, 스페이서(140)가 냉열을 흡수하는 것을 최소화할 수 있다.
또한, 스페이서(140)에서 기판(210)을 향하는 부분에는 냉매의 이동 방향으로 이어진 복수의 유동안정화 리브(149)가 형성될 수 있다. 유동안정화 리브(149)가 형성되면 유동안정화 리브(149)가 냉매의 이동을 안내하여 냉각 효율이 향상될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제3 실시예에 따른 스페이서에 대해서 설명한다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 스페이서를 잘라 본 단면도이다.
도 4를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 스페이서(150)는 베이스판(151)과 베이스판(151)의 측단에서 돌출된 측판(152)들과 복수의 돌기(155)를 포함할 수 있다. 베이스판(151)은 평판 형태로 이루어지며, 직사각형의 플레이트로 이루어질 수 있다. 측판(152)은 베이스판(151)의 측단에서 돌출되며 측판(152)에는 냉매가 이동하는 개구가 형성될 수 있다.
돌기(155)는 베이스판(151)에서 반도체 소자를 향하여 돌출되며, 베이스판(151)에는 복수의 돌기(155)들이 형성될 수 있다. 돌기(155)들은 측판(152)들 사이에 위치하며, 서로 높이가 상이하게 형성될 수 있다.
돌기(155)들은 높이 조절이 가능한 구조로 이루어진다. 돌기(155)는 주름관 구조로 이루어진 둘레부(155a)와 둘레부(155a)의 단부에 고정된 지지판(155b)을 포함할 수 있다. 이에 따라 반도체 소자의 높이에 따라 돌기(155)의 높이를 조절하여 돌기(155)와 반도체 소자(230) 사이의 간격을 균일하게 유지할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
101: 액침냉각 시스템 110: 액침냉각 챔버
112: 입구 포트 113: 출구 포트
120: 열교환기 121: 냉매 유입관
123: 냉매 배출관 130, 140, 150: 스페이서
131, 141, 151: 베이스판 132, 142, 152: 측판
135, 145, 155: 돌기 146: 단열 공간
149: 유동안정화 리브
112: 입구 포트 113: 출구 포트
120: 열교환기 121: 냉매 유입관
123: 냉매 배출관 130, 140, 150: 스페이서
131, 141, 151: 베이스판 132, 142, 152: 측판
135, 145, 155: 돌기 146: 단열 공간
149: 유동안정화 리브
Claims (9)
- 높이가 서로 다른 복수의 반도체 소자가 실장된 복수의 기판을 냉각하는 액침냉각 시스템에 있어서,
상기 기판을 수용하며 냉매를 이용하여 상기 기판을 냉각하는 액침냉각 챔버;
상기 기판과 마주하도록 설치되며 상기 반도체 소자를 향하여 돌출된 높이가 서로 상이한 복수의 돌기를 갖는 스페이서; 및
상기 액침냉각 챔버와 연결되며 냉매를 냉각하는 열교환기;를 포함하며
복수의 상기 돌기들은 상기 반도체 소자의 높이 방향 단부에서 기 설정된 간격으로 이격되어 상기 반도체 소자와의 사이에서 균일한 냉각 통로를 형성하고,
상기 복수의 돌기들 각각은, 상기 반도체 소자의 상기 높이 방향 단부와 마주보며 상기 균일한 냉각 통로를 형성하는 상면을 갖고,
상기 상면 전체는 평편한 것을 특징으로 하는 데이터 센터 냉각을 위한 액침냉각 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 스페이서는 베이스판과 상기 베이스판의 측단에서 돌출된 측판들을 더 포함하고, 상기 돌기는 상기 베이스판에서 돌출되되 상기 측판들 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 데이터 센터 냉각을 위한 액침냉각 시스템. - 삭제
- 제1 항에 있어서,
높이가 높은 상기 반도체 소자와 마주하는 상기 돌기는 높이가 낮은 상기 반도체 소자와 마주하는 상기 돌기보다 더 낮게 돌출된 것을 특징으로 하는 데이터 센터 냉각을 위한 액침냉각 시스템. - 삭제
- 제2 항에 있어서,
상기 베이스판과 상기 돌기 사이에는 진공 단열 공간이 형성된 것을 특징으로 하는 데이터 센터 냉각을 위한 액침냉각 시스템. - 제6 항에 있어서,
상기 스페이서에서 기판을 향하는 부분에는 냉매의 이동 방향으로 이어진 복수의 유동안정화 리브가 형성된 것을 특징으로 하는 데이터 센터 냉각을 위한 액침냉각 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 돌기는 높이 조절이 가능한 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 데이터 센터 냉각을 위한 액침냉각 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 돌기는 주름관 구조로 이루어진 둘레부와 상기 둘레부의 단부에 고정된 지지판을 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 센터 냉각을 위한 액침냉각 시스템.
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR102757836B1 (ko) | 2024-06-26 | 2025-01-21 | 주식회사 데이터빈 | 냉각 효율이 향상된 액침냉각 장치 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR20080076536A (ko) * | 2007-02-16 | 2008-08-20 | 엘에스엠트론 주식회사 | 냉각팬의 높이 조절이 가능한 전자 부품용 냉각장치 |
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| JP2017204300A (ja) * | 2009-05-12 | 2017-11-16 | アイセオトープ リミテッド | 冷却される電子システム |
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2022
- 2022-12-22 KR KR1020220181859A patent/KR102560884B1/ko active Active
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