KR102785420B1 - 전력 분배 조립체 - Google Patents

Abstract

데이터 센터에서 적어도 하나의 컴퓨터와 함께 사용하기 위한 전력 분배 조립체가 제안된다. 상기 전력 분배 조립체(11)는 i) 적어도 하나의 열감응성 요소(16)를 포함하는 적어도 하나의 제어기(14); 및 ii) 냉각제(19)를 함유하도록 구성된 케이싱(18)을 포함하는 적어도 하나의 냉각 장치(17)를 포함한다. 상기 냉각제(19)의 적어도 일부는 상기 적어도 하나의 제어기(14) 일부 및/또는 요소(16)로부터 멀어지게 상기 케이싱(18)의 적어도 하나의 벽을 향해 열을 전달하기 위하여 제어기(14의 적어도 일부 및/또는 적어도 하나의 상기 요소(16)와 접촉하도록 구성된다. 이와 같은 장치는, 데이터 센터의 온도가 증가될 때 조차, 상기 요소(16)의 전용 냉각을 통해 스마트 파워 스트립에서 열감응성 요소들의 일관되고 신뢰할 수 있는 작동이 제공되도록 보장한다.

Description

전력 분배 조립체

본 발명은 전력 분배 조립체에 관한 것이며, 특히 고밀도 상용 컴퓨트(compute)에 사용하기 위한 전력 분배 조립체에 관한 것이다.

컴퓨터들은 사용 시에 열을 발생시킨다는 사실은 널리 알려져 있다. 이와 같은 열은 팬 또는 기타 냉각 기술에 의해 상기 컴퓨터로부터 분산된다. 복수의 컴퓨터들이 예를 들면 데이터 센터의 랙에 수직 적층 형태로 배열될 때, 상기 랙 후방의 배기 영역에 대한 온도 증가가 상당하게 된다. 따라서, 이는 상기 컴퓨트의 신뢰 가능한 작동을 보장하기 위해 컴퓨트가 포함된 공간을 냉각시켜야 할 필요성을 초래한다. 그러나, 예를 들어 데이터 센터에서의 컴퓨트의 냉각은 에너지 소모적이고, 그의 환경에 미치는 영향은 중요할 수 있다. 또한, 그와 같은 장비의 냉각은 매우 고비용적일 수 있으며 따라서 사용자에게 바람직하지 않을 수 있다.

한 가지 해결책은 데이터 센터 침지 냉각을 사용하는 것이며, 이에 의해 IT 하드웨어는 액체의 대류에 의해 상기 컴퓨트로부터 멀어지게 열을 전달하는 비 전기전도성 액체에 직접 침지된다. 그러나, 그와 같은 장비는 상기 비 전기전도성 액체와 컴퓨트를 포함하기 위한 냉각 탱크의 설치를 포함하는 상당한 물리적 수정을 필요로 하기 때문에, 침지 냉각을 수용하기 위해 표준 데이터 센터를 변환하는 경우 매우 비용이 많이 든다. 또한, 상기 컴퓨트는 부피가 큰 기계식 리프팅 장비를 구비한 탱크에 설치되어야만 한다. 그와 같은 장치는 예를 들어 표면의 미끄러움을 유발하는 액체의 유출 가능성의 결과로서 추가적인 건강 및 안전 문제를 야기한다. 상기 탱크들이 무겁고 데이터 센터에서 귀중한 공간을 차지한다는 사실을 추가로 고려할 때, 증가하는 컴퓨터 수에 필요한 공간을 많이 확보 할 수 있다는 이유 때문에 침지 탱크들에 대한 요구를 제거하는 것이 바람직할 수 있으며, 이 경우 무거운 장비 및 유출 백들을 들어 올릴 필요가 없어지고 유리하게도 운영 설정을 단순화한다.

컴퓨팅 디바이스(computing device)의 지속적인 개발로 인해 내부 구성 요소들이 그 어느 때보다 더 높은 온도에서 작동할 수 있도록 더욱 견고하고 효율적 결과가 초래된다.

데이터 센터에 대한 ASHRAE^® 에너지 표준은 궁극적으로 환경에 이익이 되는 최소 에너지 효율성을 충족하는 것과 관련된 좋은 작업 관행을 장려하기 위해 마련되었다.

컴퓨터 디바이스(computer device)의 증가된 온도 복원력을 반영하기 위해, 상기 ASHRAE^® 표준을 준수하는데 요구되는 컴퓨트 저장 영역 내의 온도도 또한 최근 몇 년 동안 꾸준히 증가하고 있으며, 컴퓨팅 디바이스가 훨씬 더 탄력적으로 됨에 따라 앞으로 더욱 증가할 것으로 예상된다.

랙에 널리 설치되는 컴퓨트는 일반적으로 전력 스트립 또는 전력 분배 유닛을 통해 주 전력원에 전기적으로 접속된다. 상기 전력 스트립들은 점점 더 지능화되고 있으며, 필요한 수의 소켓들 또는 기타 커넥터들로 형성될 뿐만 아니라 네트워킹 및 포트 스위칭을 가능하게 할 수 있는 제어 유닛을 포함하고, 또한 컴퓨트의 매개 변수들을 모니터링하는 센서들 및 이를 함유하는 룸을 포함한다.

더 높은 컴퓨트 밀도에 대한 요구가 현실화됨에 따라, 컴퓨트와 전력 스트립 사이에 접속된 관련 케이블들의 수가 필연적으로 증가하게 되고 상기 전력 스트립에 제공되는 온도도 또한 증가하게 된다.

현재의 시스템들에서 컴퓨트는 고밀도 상품 컴퓨트, 예를 들어 데이터 센터를 포함하는 공간의 작동 조건들에 대한 제약을 갖는다. 그러나 시스템이 진화함에 따라, 전력 스트립의 제어 요소는 시스템 상의 미래 제약 조건이 될 것으로 예상된다. 소켓들은 온도 상승에 영향을 받지 않지만, 상기 소켓들에 인접하거나 제어 유닛 내에 위치하는 특정 구성 요소들, 예를 들어 릴레이들은 온도에 민감하며 일단 미리 결정된 온도 임계값을 초과하면 신뢰성이 감소될 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예들은 상기 설명된 문제점들 및 요구 사항들 중 적어도 일부를 해결하도록 의도되었다. 특히, 제어 유닛과 연관된 릴레이들의 일관되고 신뢰 가능한 작동을 보장하기 위해, 전력 분배 조립체에 포함된 열감응성 요소들의 냉각을 가능하게 하면서, 현재 널리 존재하는 데이터 센터 인프라를 이용하는 수단이 제공된다.

본 발명의 제 1 양태에 따르면, 데이터 센터에 있는 적어도 하나의 컴퓨터와 함께 사용하기 위한 전력 분배 조립체가 제공되며, 상기 전력 분배 조립체는:

적어도 하나의 열감응성 요소를 포함하는 적어도 하나의 제어기; 및

케이싱 및 비 전기전도성 유체를 포함하는 적어도 하나의 냉각 장치로서, 냉각제의 적어도 일부가 열을 상기 적어도 하나의 제어기 및/또는 적어도 하나의 요소로부터 멀어지게 전달하기 위해 상기 제어기의 적어도 일부와 접촉하도록 구성되는, 상기 냉각 장치를 포함한다.

이와 같은 장치는 필요에 따라 기존의 표준 데이터 센터 인프라 및 기타 고밀도 상용 컴퓨트 인프라에 적용될 수 있다. 상기 제어기는 예를 들어 회로 기판 상에 위치될 수 있는 릴레이와 같은 가장 단순한 형태의 단일 요소이거나, 또는 실제로 상기 제어기는 열감응성인 릴레이 요소를 통합하는 더욱 복잡한 회로일 수 있다. 상기 릴레이는 예를 들어 전력 분배 조립체 상에 위치되는 전력 소켓의 작동을 제어할 수 있다. 그 목표는 전력 분배 조립체의 제어기에 위치한 모든 열감응성 요소들을 보호하기 위한 것이며, 그와 같은 요소들은 위치하는 공간이나 룸에서의 작동 온도에 취약하다. 이는 전력 분배 조립체 상의 다양한 위치들에 위치하는 여러 개의 냉각 조립체들(케이싱 및 유체를 포함함)이 존재할 수 있음을 의미한다. 일부 예의 경우, 충분한 양의 열 에너지가 취약한 구성 요소들로부터 멀어지게 이동하도록, 상기 제어기 및/또는 구성 요소의 일부만이 상기 유체와 접촉할 필요성이 있게 된다. 상기 열 에너지는 유체의 대류를 통해 멀리 이동한다.

상기 냉각제 및 상기 제어기 및/또는 상기 열감응성 요소는 모두 상기 케이싱 내에 위치한다.

상기 케이싱의 벽들은 상기 전력 분배 조립체의 지지 구조체의 주 구조체로부터 분리 및 구분된다. 대안적으로, 적어도, 상기 케이싱의 벽들 중 적어도 2개는 상기 전력 분배 조립체의 주 구조체로부터 분리 및 구분된다. 이를 통해 상기 전력 분배 조립체의 주 구조체에 의해 생성된 공극으로부터 분리 및 구분되는 공극 영역이 생성될 수 있다. 이는 기존의 장치들과 비교하여 냉각 효과가 적용될 용적을 감소시키고, 따라서 전력 스트립의 제어기에 보다 구체적인 냉각 기술을 제공한다.

상기 요소는 실질적으로 비 전기전도성 유체에 침지될 수 있다. 이로 인해 최대화된 냉각 효과를 제공하게 되며, 이에 의해 취약한 요소들의 온도 감소를 최적화 한다.

상기 비 전기전도성 유체는 상기 케이싱 내에 기밀하게 밀봉된다. 이로 인해 상기 유체의 어떠한 증발이나 또는 누설이 발생하지 않게 한다.

상기 케이싱의 적어도 하나의 벽은 열 전도성 재료를 포함할 수 있다. 따라서, 열 에너지는 상기 유체로부터 상기 케이싱의 적어도 하나의 벽으로 전달될 수 있으며, 그에 의해 상기 열 에너지를 열감응성 요소들로부터 제거하도록 돕는다. 상기 케이싱 내에 함유된 냉각제의 양은 일정하게 유지된다. 그 이유는 상기 유체가 상기 케이싱 내에 밀봉되기 때문이다. 상기 냉각제의 압력 및 용적은 상기 케이싱 내부에 대류 효과를 발생시키는 약간의 온도 차가 인가될 때조차도 실질적으로 일정하게 유지된다.

상기 케이싱은 케이싱 벽의 표면적을 증가시키기 위해 상기 케이싱의 내부 및/또는 외부 표면으로부터 연장되는 적어도 하나의 돌출부를 포함할 수 있다. 이것은 또한 열감응성 요소들로부터 열 에너지가 멀어지도록 전달을 돕는다.

히트 싱크가 열적 링크를 통한 상기 케이싱의 적어도 일부와의 열적 연통으로 위치될 수 있다. 상기 히트 싱크는 또한 상기 케이싱으로부터 열 에너지를 제거하여 대류 유체와 상기 케이싱의 벽들 사이에서 열 에너지를 지속적으로 전달할 수 있도록 도울 수 있다. 그것은 또한 상기 케이싱이 과열되는 것을 방지한다.

전기 전송 수단이 유밀 밀봉부를 통해 상기 케이싱의 벽을 통과하도록 구성될 수 있다. 릴레이들이 보호될 필요가 있는 반면, 상기 릴레이들은 또한 그들의 역할을 수행할 수 있어야 하며, 따라서 상기 전력 분배 조립체, 예를 들어 센서들 상에 위치하는 소켓들 또는 다른 전기 수단의 작동 상태를 전환할 수 있도록 회로에 연결될 필요가 있다.

상기 전력 분배 조립체는 상기 케이싱 내에서 냉각제의 유동을 이동 또는 증가시키기 위한 유체 교반기를 추가로 포함할 수 있으며, 예를 들어 상기 유체 교반기는 펌프의 형태를 취할수 있거나, 또는 예를 들어 회전자와 같은 변위 가능한 기계적 요소일 수 있다. 이러한 교반기들은 상기 열감응성 요소들로부터 멀어지게 열을 전달하는 데 도움이 될 수 있다.

사용 시 상기 제어기의 작동 온도는 비 전기전도성 유체의 비등점보다 낮은 값일 수 있다. 이 경우 유체의 비등점은 결코 도달되지 않고(대기압의 경우), 시스템은 단상 상태로 유지되도록 보장한다.

상기 제어기의 동작을 가능하게 하기 위해 사용자 인터페이스가 제공될 수 있다. 사용자 인터페이스는 현장에서 액세스할 수 있으며, 버튼들 또는 예를 들면 포트들의 전환과 같은 사용자가 원하는 작동 조건들을 설정할 수 있게 하는 터치 스크린을 포함할 수 있다.

전기 전송 수단은 상기 사용자 인터페이스와 제어기 사이에서 연장되어 상기 사용자 인터페이스와 제어기 사이에 전기적 연통을 제공할 수 있으며, 이에 의해 상기 전기 전송 수단의 적어도 일부가 유체를 통과한다. 상기 전기 전송 수단은 와이어일 수 있다. 와이어는 밀봉 장치를 통해 상기 케이싱 벽을 통과하여, 냉각제의 누출을 방지하고 유체의 기밀 밀봉이 유지되도록 보장해야 한다.

상기 케이싱의 외부 표면과 사용자 인터페이스의 중간에 단열층이 구성될 수 있다. 이 경우 상기 케이싱 벽으로 전달되는 열이 상기 사용자 인터페이스로 전달되지 않도록 보장된다(사용자 인터페이스 자체가 열감음성 요소들을 포함할 수 있음). 물론 룸 온도가 상기 케이싱의 온도보다 높은 경우에는 이와 같은 단열층이 필요하지 않게 된다. 실제로, 상기 단열층은 사용자에게 그것을 적용할 것인지의 여부에 대한 선택을 제공하기 위해 제거될 수 있을 것으로도 예상된다. 또한, 상기 단열층의 선택 및 구성은 자동화될 수 있으며, 감지된 매개 변수들, 예를 들어 상기 케이싱의 온도와 비교할 때 룸의 온도에 의존한다. 절연 재료는 화재 안전 규정을 준수해야 하며, 예를 들어, 할로겐 없는 나일론과 같은 할로겐 없는 플라스틱이 적절한 재료로 될 수 있다.

상기 전력 분배 조립체는 원격 위치로부터 제어기의 접근 및 제어를 허용하기 위해 상기 사용자 인터페이스 상에 위치하는 적어도 하나의 커넥터를 추가로 포함할 수 있다. 상기 커넥터는 RJ45 연결 케이블 또는 USB로 구성될 수 있다. 이렇게 하면 작업자가 상기 전력 분배 조립체의 작동 기능들을 선택하거나 상기 전력 분배 조립체의 작동 조건들을 모니터링하기 위해 현장에 있어야만 할 필요가 없게 된다.

상기 인터페이스는 상기 케이싱에 인접하여 위치할 수 있지만 상기 케이싱으로부터 분리 및 구분될 수 있으며, 결과적으로 상기 단열층이 필요하지 않을 수 있다.

상기 냉각 장치, 제어기 및 사용자 인터페이스의 조합은 지지 구조체에 위치한 개구 내에 위치할 수 있다. 상기 지지 구조체는 예를 들어 나사 또는 다른 공지된 고정 수단에 의해 함께 고정될 수 있는 2개의 협력 가능한 부품들로 형성된 세장형의 압출 강철 박스일 수 있다. 상기 지지 구조체는 랙 조립체 또는 다른 적절한 컴퓨트 지지 구조체에 부착되도록 구성될 수 있다.

상기 유체는 액체, 예를 들어 미네랄 오일일 수 있다. 액체는 가스보다 더 양호한 열 전달 특성을 갖는 것으로 알려져 있으며 미네랄 오일은 이러한 냉각 응용에서 요구되는 우수한 전기 절연 특성을 갖는 것으로 나타났다.

서버는 적어도 하나의 컴퓨터 및 상술된 특징들 중 임의의 특징들을 포함하는 적어도 하나의 전력 분배 조립체를 포함할 수 있다. 데이터 센터는 적어도 하나의 상술된 서버를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 전력 분배 조립체에 의해 전력이 공급되는 컴퓨터와 함께 사용하기 위한 냉각 방법이 제공되며, 상기 전력 분배 조립체는 적어도 하나의 케이싱을 가지며, 상기 케이싱은 적어도 하나의 열감응성 요소를 포함하는 제어기 및 냉각제를 수용하기 위한 케이싱이며, 상기 적어도 제어기의 일부 및/또는 요소는 상기 냉각제와 접촉하도록 구성되며, 상기 방법은:

상기 제어기 및/또는 요소로부터 멀어지게 상기 냉각제를 통해 상기 케이싱의 적어도 하나의 벽으로 열을 전달하는 단계를 포함한다.

상기 방법은 비 전기전도성 유체를 포함할 수 있는 냉각제에 침지되는 제어기를 추가로 포함할 수 있다.

상기 방법은 적어도 하나의 열전도성 벽을 갖는 케이싱을 추가로 포함할 수 있다. 상기 케이싱 내부로부터의 열 에너지는 적어도 하나의 열전도성 벽을 통해 상기 케이싱의 외부로 전도된다.

상기 방법은 히트 싱크에 의해 상기 케이싱으로부터 열 에너지를 제거하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 히트 싱크는 열적 결합을 통해 상기 케이싱의 적어도 하나의 벽에 열적 결합된다.

상기 방법은 상기 적어도 하나의 제어기 및/또는 요소와 상기 케이싱 사이에서 (상기 냉각제를 통해) 열 에너지의 전달을 증가시키기 위해 상기 비 전기전도성 냉각제를 교반시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명이 위에서 설명되었지만, 이는 위에서 설명 된 특징들의 임의의 독창적 인 조합으로 확장되거나, 다음의 설명, 도면 또는 청구 범위에서 확장된다. 예를 들어, 본 발명의 임의의 한 측면과 관련하여 설명 된 임의의 특징은 본 발명의 임의의 다른 측면과 관련하여 또한 개시되는 것으로 이해된다.

본 발명은 위에서 설명된 바와 같이 상술된 특징들의 어떠한 진보적인 조합으로 확장되거나 또는 다음의 설명, 도면 또는 청구항들에까지 확장된다. 예를 들어, 본 발명의 임의의 일 양태와 관련하여 설명된 임의의 특징들은 본 발명의 임의의 다른 양태와 관련하여도 설명되는 것으로 이해된다.

본 발명은 이제 첨부된 도면들과 관련하여 예로서만 기술될 것이다.
도 1은 종래 기술의 전력 분배 유닛의 개략도이다.
도 2는 상기 조립체의 양태에 따른 전력 분배 유닛의 개략도이다.
도 3은 도 2의 냉각 장치 및 사용자 패널 장치의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 제 2 양태에 따른 전력 분배 유닛의 개략도이다.

먼저 도 1을 참조하면, 컴퓨터 어레이(도시되지 않음) 후면의 랙 상에 위치될 전력 분배 스트립(1)이 되시되어 있다. 상기 어레이의 전면에는 상기 어레이를 통해 상기 어레이 뒷쪽으로 공기가 통과할 수 있는 공기 유입구가 위치되어 있다. 이와 같은 공기 통로는 컴퓨터 어레이를 냉각시키기 위해 사용된다. 상기 뒤쪽으로부터 불어오는 공기는 상기 어레이 전면의 공기 유입구 내로 통과하는 공기보다 더 높은 온도이다. 상기 고온의 공기는 상기 전력 스트립이 위치하는 영역 상으로 배출된다. 상기 전력 스트립은 2개의 협력 가능한 부품들(2a, 2b)로 이루어진 세장형 강철 압출부로 형성되며, 한 측면 상에는 적어도 하나의 소켓을 구비한 패널이 위치한다. 상기 소켓들은 상기 전력 스트립의 제조 시에 선택되고 또한 필요에 따라 변경된 배향으로 제공될 수 있는 다양한 유형을 가질 수 있다. 상기 전력 스트립(1)은 일반적으로 압출 강철 지지 구조체(2)로 형성된다. 전력 케이블(3)은 주 전원(4), 예를 들면 플러그로부터 룸(도시되지 않음)에 위치하는 협력 가능한 주 소켓에 의해 수신되도록 전력을 전송한다. 상기 전력은 전력 소켓들(5a, 5b, 5c, 5d)에 의해 상기 컴퓨트로 전송된다. 상기 전력 스트립(1)은 또한 제어될 컴퓨트의 네트워킹을 가능하게 하거나 또는 필요에 따라 포트들의 전환을 허용하는 제어 유닛(6) 또는 마이크로 컴퓨터를 포함할 수 있다.

상기 마이크로 컴퓨터 또는 제어 유닛(6)은 마이크로프로세서 및 메모리(도시되지 않음)를 포함한다. 상기 마이크로 컴퓨터 또는 제어 유닛(6)을 제어하고 사용자가 상기 전력 분배 스트립(1), 컴퓨터 어레이 및 그의 주변과 관련된 요소들(도시되지 않음)의 작업 및 감지를 프로그램화 하기 위해 사용자 인터페이스(7)가 사용된다. 상기 마이크로 컴퓨터 또는 제어 유닛(6)은 상기 세장형 강철 압출부(2)에 위치되는 개구(도시되지 않음) 내에 위치된다. 사용자 디스플레이(8)는 상기 전력 스트립(1) 및 버튼(9)의 작업 특성을 나타내거나 또는 다른 전환 수단이 사용자가 필요에 따른 작업 특성들을 선택하도록 사용될 수 있다. 또한 상기 제어 유닛(6)은 USB(10)를 통해 원격으로 작동될 수 있다.

사용 시에, 상기 지지 구조체 내부에 위치한 마이크로 컴퓨터는 국부적인 발열을 겪게 되고 신뢰성을 잃을 수 있다. 상기 전력 스트립은 공기 또는 다른 유체를 상기 전력 스트립의 외부 또는 내부를 통해 강제로 냉각시킴으로써 능동적으로 냉각될 수 있다.

도 2는 본원에 기술된 본 발명에 따른 전력 스트립(11)을 도시한다. 상기 지지 구조체(12)는 세장형 강철 압출부에 의해 제공되는데, 상기 압출부는 2개의 협력 가능한 부품들(12a, 12b)로 형성되고, 또한 예를 들어 할로겐 없는 플라스틱(도시되지 않음)과 같은 플라스틱으로 형성되는, 예를 들어 전기적으로 절연된 단부 캡들에 의해 종결된다. 상기 강철 압출부의 협력 가능한 부품들 중 하나의 한 면 에 패널이 배치된다. 소켓들(13a, 13b, 13c, 13d)이 상기 패널에 위치하며, 상기 소켓의 유형과 위치들은 제조 시점에 미리 결정된다.

상기 지지 구조체(12)는 또한 예를 들어 컴퓨터 어레이, 랙, 소켓들(13a, 13b, 13c, 13d) 및 데이더 센터 자체의 감지 및 관리와 같은 고급 기능들을 제공하는 제어 유닛(14) 또는 마이크로 컴퓨터를 수용하기 위한 개구(도시되지 않음)를 포함한다. 상기 제어기는 사용자 인터페이스(15)를 통해 상기 랙에서 관리될 수 있거나, 또는 대안적으로 무선 트랜시버(도시되지 않음)가 이용될 수 있어, 사용자가 원격 위치로부터 상기 제어기로 명령들을 보낼 수 있다. 상기 제어 유닛(14) 또는 마이크로 컴퓨터는 마이크로 프로세서 및 메모리(도시되지 않음)뿐만 아니라 상기 데이터 센터 내에서 상기 컴퓨트의 원하는 기능들의 지능적인 제어를 허용하는 다른 전자 구성 요소들을 포함할 것이다.

상기 제어 유닛(14)의 릴레이들(16)은 특히 온도에 민감하며, 일단 온도 임계값이 초과되면 상기 릴레이들(16)은 신뢰성을 잃을 수 있다. 이러한 이유로, 특히 상기 전력 스트립(11) 내부에 위치한 열감응성 요소들을 냉각시키기 위한 냉각 장치(17)가 포함된다. 상기 냉각 장치는 예를 들어 금속으로 형성된 열 전도성 케이싱(18)을 포함하며, 상기 케이싱은 비 전기전도성 유체로서 설명될 수 있는 냉각제(19)를 둘러싼다. 도 2에서, 상기 냉각제(19)는 대류를 허용하기에 적절한 점도 및 높은 유전 강도를 갖는 액체이다. 상기 유체(19)로 채워진 케이싱(18) 내의 공간은 기밀하게 밀봉되고 상기 유체(19) 내에 온도 차이가 형성될 때 대류를 허용한다. 따라서, 이러한 장치는 상기 유체에서 분자들의 벌크 이동을 통한 열 에너지 전달을 허용한다. 상기 케이싱(18a, 18b, 18c, 18d)의 벽들은 열 전도되므로, 더욱 고온의 유체 용적이 상기 케이싱(18a, 18b, 18c, 18d)의 벽들과 접촉할 때, 열 에너지가 외부를 향해 주변 환경으로 전도된다.

따라서, 중요하게도 냉각 효과는 열감응성 요소들을 상기 케이싱의 벽들에 의해 제공되는 밀봉된 인클로저 내에 위치되는 냉각제에 부분적으로 또는 전체적으로 침지시킴으로써 제공되며, 여기서 상기 벽들은 열을 전도한다.

전력은 주 플러그(21)에 의해 종결되는 전력 케이블(20)을 통해 스마트 전력 스트립에 공급된다.

도 3을 참조하면, 상기 케이싱(18a, 18b, 18c, 18d)의 벽들의 표면적은 대류를 겪는 유체와 상기 케이싱(18)의 전도성 재료 사이의 접촉 영역들 상에서 최대화되도록 핀들(23, 24) 또는 채널들을 사용하여 증가되며, 따라서, 상기 액체(19)로부터 외부 환경으로의 열 전달을 최대화하고 그리고/또는 히트 싱크를 포함시킨다. 이와 같은 기술은 열교환기 분야에서 잘 알려져 있다. 따라서, 열 에너지는 상기 전력 스트립(11) 내에 위치한 온도감응성 요소들로부터 멀어지게 이동된다. 상기 냉각 장치는 상기 열 에너지가 컴퓨터 어레이(도시되지 않음)의 후면 영역으로 배출되게 할 수 있도록 구성된다. 상기 소켓들(13a, 13b, 13c, 13d)은 이러한 열 전달 방법의 결과로서 제공되는 임의의 증가된 열에 대해 탄력적이다.

잘 알려진 전통적인 냉각 유체들은 물 또는 물 글리콜을 포함하지만, 본 장치에서 사용되는 유체(19)는 비 가연성이고 전기 절연체인 것이 필수적이며, 따라서 본 실시예에서는 미네랄 오일이 사용된다. 적합한 상용 제품으로서 3M사의 Novec^® 7200이 있으며, 상기 제품은 비등점 76℃이고 최대 70℃의 작동 온도에서 사용되어, 상기 액체(19)가 비등하지 않아 단상 냉각 장치를 제공하도록 보장한다. 또한, 상기 액체(19)는 상기 액체(19)가 증발하지 않도록 밀봉된 유닛에 위치한다. 모든 온도 값들은 1기압 하에 있도록 취한다. 이와 같은 냉각제 오일을 사용하면 구성 요소들 사이의 열 전달을 보다 효율적으로 수행할 수 있고 이어서 인클로저의 열 전도체를 통해 주변 환경이나 또는 히트 싱크로 열을 전달할 수 있다. 이러한 열은 상기 전력 스트립 외부 표면을 통해 추가로 전도된다.

일반적으로 상기 릴레이들에 부정적인 영향을 미치는 서버 후면에서의 열은 상기 릴레이들이 액체에 싸여있기 때문에 스마트 전력 스트립의 제어기의 릴레이들에 도달하는 것으로부터 방지된다. 상기 릴레이들의 모든 가열은 상기 유체(19)로 효율적으로 전달된 다음 상기 케이싱(18)의 벽들을 통해 외부로 전도된다.

상술된 미리 규정된 특성들을 갖는 액체(19)를 사용하면 전기 전송 수단, 예를 들어. 케이블은 상기 액체(19)를 통과하여 전력 전송, 감지된 데이터 전송 및 기타 전기 신호들 또는 제어 명령들이 제어 유닛(14)으로 전달될 수 있도록 보장한다. 따라서, 와이어들(26)과 케이블들(20)은 제어기 구성 요소들에 도달하기 전에 상기 케이싱(8)과 유체(19)를 통과해야 한다. 이를 위해서는 밀봉부(27, 27'), 예를 들면, 케이싱(18)의 벽(18a)을 통과할 때 상기 와이어(26) 또는 케이블(20)의 진입 지점 주위에 제공되는 개스킷 또는 o-링이 필요하며, 그에 의해 상기 케이싱으로부터 상기 유체(19)의 누출을 방지하고 상기 케이싱(18)의 내부가 기밀하게 밀봉되도록 보장한다.

도 3에서 더욱 상세하게 표시되는 사용자 인터페이스(15)는 디스플레이 패널의 형태이며, 상기 케이싱(18)의 외부 표면(18a) 상에 위치한다. 비 열적 전도층(28), 예를 들어 할로겐 없는 플라스틱 재료, 본 예에서는 할로겐 없는 나일론이 사용자 인터페이스 패널의 인접한 면과 상기 케이싱(18) 사이에 끼워져서 패널의 구성 요소들을 상기 케이싱(18)으로부터의 어떠한 열 에너지로부터 보호한다.

상기 디스플레이 패널은 고정 수단, 예를 들면 스크류들(도시되지 않음)을 통해 상기 케이싱에 부착된다.

상기 액체(19)의 점도는 상기 액체(19)의 효율적인 대류를 허용하여 취약한 영역, 즉 릴레이들(16)로부터의 열의 전달을 보장하도록 선택된다. 적절한 점도 범위는 0.7-0.8 cSt이다.

컴퓨터들이 더 높은 온도에 대해 점점 더 탄력적으로 됨에 따라, 본 발명의 전력 스트립(11)은 상기 파워 스트립(11)이 데이터 센터(특히, 더 많은 열이 발생되는 높은 전력 밀도 컴퓨트를 갖는 대규모 데이터 센터)의 최적 작동에 제약을 제공하지 않도록 보장한다. 이와 같은 전력 분배 조립체(11)는 기존의 데이터 센터 인프라에 적용될 수 있으며, 그 대신 전력 스트립의 지능형 구성 요소들에 초점을 맞춤으로써 상기 컴퓨터 어레이에 대한 과도한 활성 냉각 요소들에 대한 필요성을 완화하는, 보다 환경 친화적인 장치를 제공한다.

따라서, 본 발명은 스파트 전력 스트립의 사용을 필요로 하는 높은 컴퓨트 데이터 센서에서 증가된 전력 밀도의 요구를 충족시키도록 개선된 냉각 해법을 제공한다.

상술된 원리들에 대한 다양한 수정은 당업자들 자체에 의해 제안될 것이다. 예를 들어, 상기 유체(19)는 대체 열 전도 (및 전기 절연) 유체로 대체될 수 있으며, 예를 들어 그것은 액체 테프론(liquid Teflon)에 기반할 수 있다. 상기 유체(19)의 대류에만 의존하기 보다는, 가열된 유체(19)의 이동은 펌프(도시되지 않음) 또는 다른 공지된 교반 수단(도시되지 않음)에 의해 제어될 수 있어서, 열교환기와 가열된 유체/냉각제 사이의 효율적인 접촉을 제공함으로써 장치의 효율성 및 효율을 더욱 향상시키기 위해 상기 냉각제의 유동을 증가시킬 수 있다.

또한, 단상 기술(유체가 항상 액체 상태로 유지됨)은 원할 경우 유체가 액체 저장소와 가스를 수용하기 위한 상기 저장소 위의 공간을 포함하는 이중상 기술(도시되지 않음)로 대체될 수 있다. 본 발명의 이러한 제 2 실시예에서, 상기 유체(19)의 비등점은 단상 기술에 사용되는 것보다 낮도록 선택되고, 상기 액체의 일부를 상기 비등점으로 임의 가열하면 상기 액체(19)의 일부가 강제 비등하고 유발된 가스는 상승하여 응축기(예 : 금속 코일)와 접촉하는 공간에 저장되며, 가스는 냉각되고 액체 상태로 재응축되어 액체 저장소로 다시 떨어진다.

상기 지지 구조체(12)는 예를 들면 다른 유형의 금속, 탄소 섬유 및 원하는 복합 재료와 같은 다른 강성 및 전도성 재료로 형성될 수 있다.

도 2, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 냉각 장치(17)는 전력 스트립(11)의 통합 부품이며 제조 시점에 삽입된다. 비록 개량 가능한 냉각 장치가 사용자 인터페이스 패널의 측면 에지와 접촉하여 사용자가 그 안에 포함된 버튼(29)에 접근할 수 있도록 밀봉이 성공적으로 구현되어야만 할지라도, 기존의 전력 스트립의 관련 영역 주위에 함께 부착된 제 1 부품 및 제 2 부품을 포함하는 개량 가능한 장치가 적용되어야만 하는 것으로 예상된다.

상술된 발명에 있어서, 상기 릴레이(16)는 상기 전력 분배 조립체(11)의 지지부(12) 상에 위치한 중앙 유닛(14)인 제어 유닛에 공동 배치된다. 그러나, 표준 시스템에 있어서, 상기 릴레이들(16)은 소켓들(13a, 13b, 13c, 13d)에 인접하게 위치할 수 있으며, 따라서 냉각은 상기 전력 분배 조립체(11)의 지지 구조체(12)의 길이를 따라 연장되도록 요구될 것이며, 즉, 도 4에 도시된 바와 같이 단일 연장된 저장소가 제공될 수 있거나 또는 다중 냉각 저장소들이 각각의 개별 릴레이들에 적용될 수 있다. 이 두 경우 모두에서, 저장소들은 기밀하게 밀봉되고, 상기 릴레이(19)와 상기 소켓들(13a, 13b, 13c, 13d) 사이의 전기 접촉을 허용하기 위해 상기 유체 저장소(19) 내로부터 상술된 바와 같은 외부 영역으로 전기 케이블(20) 또는 와이어(26)의 통과를 허용하게 된다.

대안적인 장치에 있어서, 상기 릴레이들(16)은 상기 전력 분배 조립체(11)의 중앙 제어 유닛(14)과 분리 및 구분되는 영역 및 상기 중앙 제어 유닛(14)과 이격된 위치에서 회로 기판 상에 공동 위치될 수 있다. 이와 같은 대안적인 실시예에서 케이싱은 릴레이 회로 기판(도시되지 않음)을 둘러싸도록 구성된다. 따라서, 단일 냉각 장치가 제공될 수 있거나 또는 냉각 저장소(19) 내의 회로의 격납을 나타내는 전력 분배 조립체(11) 내에 여러 영역들이 있을 수 있다.

대안적인 실시예에 있어서, 다른 전기 절연성 유체(19), 예를 들어 공기 또는 진공이 제공될 수 있지만, 액체 장치가 더 큰 열전도성을 제공하고 제조 및 유지의 복잡성을 감소시키기 때문에 바람직하다.

데이터 센터에서 사용되는 단열층(28)은 할로겐 없는 나일론일 필요는 없고, 그 대신 폴리페닐렌 설파이드(PPS) 또는 할로겐 없는 액정 폴리머(LCP) 또는 동일한 특성을 갖는 다른 적절한 재료일 수 있다.

사용자 인터페이스 하드웨어에 의해 제어되는 대신, 제어기는 케이블, 광섬유, 구리 또는 무선을 통한 IP 기반 네트워크를 사용하여 반복적으로 제어할 수 있는 것이 좋다.

중요하게도 냉각 효과는 오직 구성 요소들을 포함하는 작은 영역으로만 전달된다. 이렇게 하면, 일반적으로 더 큰 벌크 영역을 냉각하는 데 사용되며 전력 스트립의 내부 또는 외부 표면을 따라 공기를 성공적으로 강제 통과시키기 위해 상당한 양의 전력이 요구되는, 널리 알려진 강제 공기 또는 기타 유체 장치를 사용할 필요성이 줄어든다. 유리하게도 유체는 케이싱 내부에 잔류하며 전도 및 대류 효과의 조합에 의존하여 구성 요소들에서 열을 제거한다. 인클로저는 전력 스트립 하우징 자체를 형성하지 않는 적어도 하나의 벽에 의해 제공된다. 따라서, 상기 케이싱은 스마트 전력 스트립 하우징 자체와 분리 및 구분되어 있다고 할 수 있다.

Claims (28)

1. 전력 분배 조립체(11)로서,
   적어도 하나의 열감응성 요소(16)를 포함하는 적어도 하나의 제어기(14); 및
   상기 전력 분배 조립체(11)의 내부에 위치하는 적어도 하나의 냉각 장치(17)로서, 상기 적어도 하나의 냉각 장치(17)는 냉각제(19)를 함유하도록 구성된 케이싱(18)을 포함하고, 상기 냉각제(19)의 적어도 일부는 상기 적어도 하나의 제어기(14) 및/또는 상기 적어도 하나의 열감응성 요소(16)로부터 멀어지게 상기 케이싱(18)의 적어도 하나의 벽을 향하여 열을 전달하기 위하여 상기 제어기(14)의 적어도 일부 및/또는 상기 적어도 하나의 열감응성 요소(16)와 접촉하도록 구성되는, 상기 적어도 하나의 냉각 장치(17)를 포함하고,
   상기 케이싱(18)의 적어도 일부는 상기 전력 분배 조립체(11)의 외벽으로부터 분리 및 구분되어, 상기 전력 분배 조립체(11)의 외벽에 의해 생성된 공극으로부터 분리 및 구분되는 공극 영역을 생성하는, 전력 분배 조립체(11).
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제어기(14) 및/또는 상기 열감응성 요소(16)는 상기 냉각제(19)에 실질적으로 침지되는, 전력 분배 조립체(11).
4. 제 1 항에 있어서, 사용 시, 상기 케이싱(18) 내에 함유되는 냉각제(19)의 양은 일정하게 유지되는, 전력 분배 조립체(11).
5. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각제(19)는 상기 케이싱(18) 내에 기밀하게 밀봉되는, 전력 분배 조립체(11).
6. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각제(19)는 비 전기전도성 유체인, 전력 분배 조립체(11).
7. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각제(19)는 미네랄 오일인, 전력 분배 조립체(11).
8. 제 1 항에 있어서, 상기 케이싱(18)의 적어도 하나의 벽은 열전도성 재료를 포함하는, 전력 분배 조립체(11).
9. 제 1 항에 있어서, 상기 케이싱(18)의 적어도 하나의 벽은 상기 케이싱(18)의 적어도 하나의 벽의 표면적을 증가시키기 위해 내부 및/또는 외부 표면으로부터 멀어지게 연장하는 적어도 하나의 돌출부(23, 24)를 포함하는, 전력 분배 조립체(11).
10. 제 1 항에 있어서, 히트 싱크(heat sink)가 상기 케이싱(18)의 적어도 하나의 벽의 적어도 일부와의 열적 연통으로 위치되는, 전력 분배 조립체(11).
11. 제 1 항에 있어서, 전기 전송 수단(26)이 유밀 밀봉부(fluid tight seal; 27)를 통해 상기 케이싱(18)의 벽을 통과하도록 구성되는, 전력 분배 조립체(11).
12. 제 1 항에 있어서, 상기 케이싱 내의 상기 냉각제의 유동을 증가시키기 위한 유체 교반기를 추가로 포함하는, 전력 분배 조립체(11).
13. 제 12 항에 있어서, 상기 유체 교반기는 유체 펌프를 포함하는, 전력 분배 조립체(11).
14. 제 1 항에 있어서, 사용 시, 상기 제어기(14) 및/또는 상기 열감응성 요소(16)에서의 작동 온도는 상기 냉각제(19)의 비등점보다 낮은 값인, 전력 분배 조립체(11).
15. 제 1 항에 있어서, 상기 제어기(14)의 작동을 가능하게 하기 위한 사용자 인터페이스(user interface)(15)가 제공되는, 전력 분배 조립체(11).
16. 제 15 항에 있어서, 전기 전송 수단이 상기 사용자 인터페이스(15)와 상기 제어기(14) 사이에서 연장하여, 상기 사용자 인터페이스(15)와 상기 제어기(14) 사이에 전기적 연통을 제공하며, 상기 전기 전송 수단의 적어도 일부는 상기 냉각제(19)를 통과하는. 전력 분배 조립체(11).
17. 제 15 항에 있어서, 원격 위치로부터 상기 제어기(14)의 접근 및 제어를 허용하기 위해 상기 사용자 인터페이스(15) 상에 위치되는 적어도 하나의 커넥터를 추가로 포함하는, 전력 분배 조립체(11).
18. 제 17 항에 있어서, 상기 커넥터는 RJ45 연결 케이블 또는 USB를 포함하는, 전력 분배 조립체(11).
19. 제 15 항에 있어서, 상기 사용자 인터페이스(15)는 상기 케이싱(18)에 인접하여 위치되며, 열적 단열층(28)이 상기 케이싱(18)의 외부 표면과 상기 사용자 인터페이스(15)의 중간에 구성되는, 전력 분배 조립체(11).
20. 제 19 항에 있어서, 상기 냉각 장치(17), 상기 제어기(14) 및 상기 사용자 인터페이스(15)의 조합은 지지 구조체의 개구 내에 위치되는, 전력 분배 조립체(11).
21. 전력 분배 조립체(11)와 함께 사용하기 위한 냉각 방법으로서, 상기 전력 분배 조립체(11)는 상기 전력 분배 조립체(11)의 내부에 위치하는 적어도 하나의 케이싱(18)을 가지며, 상기 케이싱은 적어도 하나의 열감응성 요소(16)를 포함하는 적어도 하나의 제어기(14) 및 냉각제(19)를 수용하기 위한 케이싱이며, 상기 적어도 하나의 제어기(14)의 적어도 일부 및/또는 상기 적어도 하나의 열감응성 요소(16)는 상기 냉각제(19)와 접촉하도록 구성되고, 상기 케이싱은 상기 전력 분배 조립체(11)의 외벽으로부터 분리 및 구분되어, 상기 전력 분배 조립체(11)에 의해 생성된 공극으로부터 분리 및 구분되는 공극 영역을 생성하는, 상기 방법에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어기(14) 및/또는 상기 적어도 하나의 열감응성 요소(16)로부터 멀어지게 상기 냉각제(19)를 통해 상기 케이싱(18)의 적어도 하나의 벽으로 열을 전달하는 단계를 포함하는, 방법.
22. 제 21 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제어기(14) 및/또는 상기 적어도 하나의 열감응성 요소(16)는 상기 냉각제(19)에 침지되는, 방법.
23. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서, 상기 케이싱(18) 내에서 상기 냉각제(19)를 기밀하게 밀봉시키는 단계를 포함하는, 방법.
24. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서, 상기 케이싱(18)의 적어도 하나의 벽은 열전도성 재료를 포함하고, 상기 방법은 상기 케이싱(18)의 내부로부터 상기 열전도성 재료를 통해 상기 케이싱(18)의 외부로 열 에너지를 전도시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
25. 제 24 항에 있어서, 상기 케이싱(18)의 적어도 하나의 벽을 적어도 하나의 히트 싱크에 열적 결합시킴으로써, 상기 케이싱의 적어도 하나의 벽으로부터 열 에너지를 제거하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
26. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제어기(14) 및/또는 상기 적어도 하나의 열감응성 요소(16)로부터 상기 냉각제(19)를 통한 상기 케이싱으로의 열 에너지의 전달을 증가시키기 위해 상기 냉각제를 교반시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
27. 제 1 항에 따른 적어도 하나의 전력 분배 조립체(11) 및 적어도 하나의 컴퓨터를 포함하는 서버.
28. 제 27 항에 따른 적어도 하나의 서버를 포함하는 데이터 센터.

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