機架安裝伺服器系統及其冷卻方法、機架櫃、伺服器組件的製作方法

2023-10-22 10:49:17

專利名稱：機架安裝伺服器系統及其冷卻方法、機架櫃、伺服器組件的製作方法
技術領域：
本發明涉及層疊多個計算機的機架安裝伺服器系統的冷卻技術，特別是涉及適用使冷卻液循環的液冷方式的有效的技術。
背景技術：
近年來，在伺服器等信息處理裝置的系統構成、收納以及設置中，機架安裝方式成為主流。所謂機架安裝方式是在根據特定規格形成的機架櫃中層置搭載具有各種功能的裝置，機架安裝方式具有可以自由地選擇、配置各裝置，系統構成的靈活性、擴展性優良，可以縮小系統整體的佔地面積等優點。
特別，在伺服器系統中，在IEC規格(國際電氣委員會)/EIA規格(電氣工業協會)中規定的19英寸機架櫃成為主流，其中規定用於搭載裝置的支柱的左右之間的尺寸為451mm，搭載中的高度尺寸1U(1EIA)＝44.45mm這樣的單位。
這裡，圖15是表示本發明人作為本發明的前提研究的、現有的機架安裝伺服器系統中的向機架櫃安裝伺服器組件的狀態的圖。現有的機架安裝伺服器系統通過將多個伺服器組件搭載到機架櫃10上構成。機架櫃10由形成外部輪廓的四個方向的柱、和為用於搭載伺服器組件的柱的四個方向的安裝角鐵11組成。
伺服器組件的裝置框體1，通過金屬搭載件8安裝在安裝角鐵11上。在裝置框體1的內部，安裝有主基板2，在該主基板2上安裝有CPU(中央處理單元)或LSI(大規模集成電路)等的發熱部3。在發熱部3的上方緊密接觸安裝散熱片4，在該散熱片4的上遊或者下遊安裝冷卻風扇5，向散熱片4吹風而構成。
再有，通常，在伺服器組件的裝置前面，安裝有磁性存儲裝置等裝置6。另外，在伺服器組件的裝置後面，安裝有和外部連接的連接器7等。
根據上面的安裝，風流通過安裝在裝置框體1的內部的冷卻風扇5，透過裝置6的縫隙，從裝置正面吸入外部空氣，通過散熱片4冷卻發熱部3後，透過連接器7等的縫隙，從裝置後面或者側面排出。
如以上所述，在現有的機架安裝伺服器系統中，主要是從在伺服器組件的裝置框體1的內部安裝冷卻風扇5的裝置前面吸入空氣、從裝置後面或者側面排出空氣來冷卻發熱部3的強制風冷方式。此外，有關這樣的機架安裝方式的強制風冷方式的技術，記載在特開2000-261172號公報中。
但是，在如上述的機架安裝方式中，在伺服器組件的各裝置的上下也同樣搭載有其它的裝置。因此，即使在裝置的頂面、底面進行吸氣、排氣，由於吸氣、排氣口被堵塞，也不能達到預期的效果。進一步，在裝置側面設置吸氣口的場合，由於裝置的排氣，成為吸入被加熱的機架櫃內的空氣，這成為冷卻效率降低的主要原因。因此，在機架安裝方式的強制風冷方式中，需要從裝置前面吸入空氣，從裝置後面或者側面排出空氣。
另外，近年來，在機架安裝方式中，為了高密度搭載機架櫃中的伺服器組件或者節省空間，裝置的薄型化不斷進展，能夠安裝在裝置內部的冷卻風扇也只能安裝小型而風量小的風扇，加之由於在裝置前面安裝有磁性存儲裝置等設備，在裝置後面配置有與外部連接的連接器等，所以吸排氣面積顯著減小。
進一步，在機架安裝方式中，伴隨伺服器組件的高性能化，CPU或者LSI等的高速化、CPU的多構成化、磁性存儲裝置等設備的高轉速化或者陣列化等的進展，發熱量也增加。因此，確保強制風冷所必要的風量變得困難起來。

發明內容
因此，本發明的目的是提供一種冷卻技術，該技術即使伺服器組件高性能化、薄型化、高密度安裝化，也能無損機架安裝方式的優點，充分冷卻搭載在機架櫃內的多個伺服器組件而確保可靠性，特別是採用液冷方式對搭載在伺服器組件中的高發熱部件進行平滑的放熱。
為實現上述目的，本發明採用液冷方式，該液冷方式具有具有發熱部的機架安裝方式的多個伺服器組件、向外部排放熱量的冷卻裝置、連接多個伺服器組件和冷卻裝置且冷卻液在其中循環的冷卻液循環通路，在多個伺服器組件被冷卻液循環通路並列聯接的構成中，使伺服器組件的冷卻方法為液冷，通過冷卻液循環通路向伺服器組件的各裝置供給冷卻液，將從各裝置排出的冷卻液輸送至裝置外部，通過設在機架櫃的冷卻裝置將冷卻液冷卻後，再次送入伺服器組件的各裝置中。
上述液冷方式設配管，該配管是使冷卻液在機架櫃內循環的冷卻液循環通路，配置成沿機架櫃的柱在上下方向上循環；使冷卻液冷卻的冷卻部，該冷卻部至少在冷卻液循環通路的上下的任何一方，使用為使冷卻液循環的循環裝置的泵和熱交換器作為冷卻裝置；以所述冷卻部為界，沿上下方向平行地在下遊側形成下遊側配管、在上遊側形成上遊側配管，使在下遊側配管中，通常可以供給經冷卻的冷卻液那樣，在機架櫃內形成封閉的循環路徑。
所述伺服器組件設用於從外部供給冷卻液的給水口，通過為裝置內部冷卻液循環通路的內部配管，配管至CPU和LSI等的發熱部，進一步，接受熱量的受熱部設用於向外部排出該受熱的冷卻液的排水口，通過為設置在裝置內的裝置內部循環裝置的泵輸送冷卻液。
另外，所述伺服器組件通過連接所述下遊側配管和所述給水口，連接所述上遊側配管和所述排水口，使冷卻液循環；通過通常供給低溫的冷卻液，而且向裝置外部排出大量的熱量，冷卻伺服器組件的各裝置內的比較高溫的發熱部。
進一步，所述伺服器組件採用在高溫的發熱部使用液冷方式冷卻、在比較低溫的發熱部使用風冷方式冷卻，混合液冷和風冷的構成，是在多個高溫的發熱部並列連接使冷卻液循環的配管的裝置。
另外，為使向所述伺服器組件的機架櫃的搭載、拆除時容易連接、切斷冷卻液，採用如下構造在機架櫃側的配管和伺服器組件的各裝置側的供給排水口的連接中使用附帶自動開關閥的接頭進行連接。
進一步，為了能夠在任意位置連接多個伺服器組件，採用如下構造在下遊側配管和上遊側配管設連接接頭分別作為給水口、排水口，使其為一對在上下方向上設置多個。
另外，即使多個伺服器組件與設在機架櫃側的配管連接，為了抑制流量變化、確保安定的冷卻性能，採用在伺服器組件的每一裝置中內置泵，可以通過自身的力量從設在機架櫃側的配管供給排出冷卻液的結構。
進一步，為提供安定的冷卻性能，採用在使用熱交換器的冷卻部，裝備可以檢測正在循環的冷卻液的溫度、控制熱交換器的能力的功能，能夠使經由冷卻部的冷卻液的溫度保持一定溫度的冷卻方式。
另外，為了提高本發明的機架安裝伺服器系統的冷卻方法的導入性，提供內置構成液冷方式的泵、熱交換器、冷卻部、配管等的機架櫃。
另外，由於所述機架安裝伺服器系統的冷卻方式為冗長構成，所以採用由互相獨立動作的多個裝置構成冷卻裝置，在某一裝置故障時使其它裝置動作的結構。
在本說明書中，公開了安裝多個具有CPU的伺服器組件的機架安裝伺服器系統，但是不限於這樣的伺服器組件，對於具有高發熱部的HDD組件或者網絡組件等也可以適用。


圖1是表示不具有旁路路徑的場合的大致系統構成的圖。
圖2是表示設置旁路路徑、在伺服器組件的各裝置中不搭載泵的場合的大致系統構成的圖。
圖3是表示設置旁路路徑、在伺服器組件的各裝置中設置流量調整閥的場合的大致系統構成的圖。
圖4是表示設置旁路路徑、在伺服器組件的各裝置中搭載泵的場合的大致系統構成的圖。
圖5是表示向機架櫃安裝伺服器組件的狀態的系統立體圖。
圖6是表示伺服器組件的流體連接結構的立體圖。
圖7是表示在機架櫃中混合搭載液冷方式的伺服器組件和風冷方式的裝置的狀態的立體圖。
圖8是表示冷卻裝置的一個例子的立體圖。
圖9是表示使用另外的方式的另外的冷卻裝置的立體圖。
圖10是表示伺服器組件的另外的流體連接結構的立體圖。
圖11是表示伺服器組件的混合構成的立體圖。
圖12是表示在液冷伺服器組件的多個發熱部位的場合的構成的立體圖。
圖13是表示使冷卻裝置的熱交換器冗長化的場合的大致構成圖。
圖14是表示使冷卻裝置的主循環用泵冗長化的場合的大致構成圖。
圖15是表示向通過現有的強制風冷方式進行冷卻的機架櫃安裝伺服器組件的狀態的立體圖。
具體實施例方式
下面參照附圖詳細說明本發明的實施例。此外，在用於說明實施例的全部附圖中，向具有同樣功能的部件附與同一符號，省略對其重複的說明。
首先，根據圖1～圖4，說明為本發明的一個實施例的機架安裝伺服器系統的冷卻方法的大致結構的一例。其中，圖1表示不具有旁路路徑的場合，圖2表示設置旁路路徑、在伺服器組件的各裝置中不搭載泵的場合，圖3表示設置旁路路徑、在伺服器組件的各裝置中設置流量調整閥的場合，圖4表示設置旁路路徑、在伺服器組件的各裝置上搭載泵的場合的大致構成圖。
圖1所示的機架安裝伺服器系統的冷卻方法的大致構成是不具有旁路路徑的場合的構成，具有機架櫃10；由受熱部21以及裝置內部配管22等組成的多個(1～n的n臺)伺服器組件62；由下遊側配管30和上遊側配管31等組成的主循環配管34；和由主循環用泵41、容器42、冷卻部43以及熱交換器50等組成的冷卻裝置52等構成。
這樣，不具有旁路路徑的場合通過主循環用泵41向伺服器組件62的各裝置供給冷卻液。在這種場合，流過各裝置的冷卻液的流量在各裝置的流路阻抗相同的場合均等分配。因此，在裝置是一臺的場合，供給主循環用泵41的流量是Q(1/min)，在兩臺的場合是Q/2(1/min)，在n臺的場合是Q/n(1/min)，流過裝置內的流量由於裝置的搭載臺數變化而變化。由於流量的變化，產生運載的熱量的變化，冷卻能力也發生變化。
另外，通常，根據伺服器組件62的各裝置流路阻抗不同。在這種場合，搭載有多臺的話，在各伺服器組件62中流過與各裝置的流路阻抗成反比的量的冷卻液，很難確保各裝置期望的流量。
進而，伴隨流量的變化，管內壓力也發生變化。通常，相對主循環配管34的管徑，因為伺服器組件62的裝置內部的管徑很細，在搭載數少時會施加過大的壓力，有從接頭部分漏出液體的危險。因此，為使過剩的壓力不施加在管內，需要使裝置內部配管22的管徑變粗，但是因為需要大的容積，不適合高密度安裝的裝置。因此考慮圖2的構成。
圖2所示的機架安裝伺服器系統的冷卻方法的概略結構是設置旁路路徑、在伺服器組件的各裝置中不搭載有泵的場合的結構，和上述圖1不同的點是在主循環配管34上設置旁路路徑，在該旁路路徑上連接旁路流量調整閥54。
這樣，在設置旁路路徑、在伺服器組件62的各裝置中不搭載泵的場合，可以控制由於伺服器組件62的裝置搭載臺數的變化引起的各裝置的流量的變化、管內壓力的變化。通常，因為主循環配管34較粗，裝置內部配管較細，僅設置旁路路徑的話，主要流過流路阻抗小的旁路路徑，各裝置中只有少量流過。
因此，需要在旁路路徑中設置旁路流量調整閥54。通過節流旁路路徑的流量，流過各裝置的流量增加，打開旁路路徑的流量後，各裝置的流量減少。由此，可以調整流量和管內壓力，但是和上述圖1的結構同樣，與流路阻抗成反比例分配流量，得到各裝置期望的流量是困難的。因此考慮圖3的構成。
圖3所示的機架安裝伺服器系統的冷卻方法的大致構成是設置旁路路徑、在伺服器組件的各裝置中設置流量調整閥的場合的構成，和上述圖1以及圖2不同的點是在伺服器組件62的各裝置內部配管22上連接裝置流量調整閥28。
這樣，在設置旁路路徑、在伺服器組件62的各裝置中設置流量調整閥28的場合，在伺服器組件62的各裝置中，通過節流各裝置的流量，流過各裝置的流量減少，打開各裝置的流量後，各裝置的流量增加。由此，在通過旁路流量調整閥54調整流量和管內壓力的同時，通過調整各裝置的裝置流量調整閥28，可以在每一裝置中獲得期望的流量。但是，在搭載多臺流量不同的裝置的場合，調整到各裝置期望的流量是困難的。因此考慮圖4的結構。
圖4所示的機架安裝伺服器系統的冷卻方法的大致構成是設置旁路路徑、在伺服器組件的各裝置中搭載泵的場合的構成，和上述圖1～圖3的不同點是在伺服器組件62的各裝置內部配管22中連接裝置內部泵23。
這樣，在設置旁路路徑、在伺服器組件62的各裝置中搭載泵的場合，流過主循環配管34的流量(主循環用泵41的流量)Q和搭載的伺服器組件62的各裝置的流量(各裝置的裝置內部泵23的流量)q的關係為Q＞q1+q2+…+qn(式1)由此，在不搭載裝置的場合，流過主循環配管34的旁路路徑，通過連接裝置，在裝置內流過冷卻液，但是幾乎全部流過流路阻抗小的旁路路徑。因此，通過使裝置內部泵23工作，通過自身的力量從主循環配管34供給、排出冷卻液，必要以上的流量流過旁路路徑。
這樣的結構，由於依靠自身的力量供給、排出冷卻液，因此流過伺服器組件62的裝置內的流量可以確保伴隨裝置內部泵23的性能的期望的流量。另外，上式成立的話，即使搭載多臺流量不同的裝置，也可以在各臺裝置中流過期望的流量，確保安定的冷卻性能。
以下主要以圖4的構成為例，詳細說明其具體的構造。亦即，上述圖4所示的機架安裝伺服器系統在具有機架櫃10；由受熱部21、裝置內部配管22以及裝置內部泵23等組成的多個伺服器組件62；由下遊側配管30以及上遊側配管31等組成的主循環配管34；和由主循環用泵41、容器42、冷卻部43以及熱交換器50等組成的冷卻裝置52等的構成中，成為如下構造。
在機架櫃10中，由主循環配管34構成的循環系統沿伺服器組件62的搭載有方向形成，通過主循環用泵41使冷卻液循環。進一步，冷卻液的熱向外部排放，或者通過熱交換器50冷卻循環中的冷卻液。在本實施例中，表示的方法是，設置容器42作為主循環系統的緩衝器，內置冷卻部43，通過熱交換器50進行冷卻。另外，將這些主循環用泵41、容器42、冷卻部43、熱交換器50匯集在一個裝置中，形成冷卻裝置52。
伺服器組件62是液冷方式的信息處理裝置，在其內部內置裝置內部泵23，通過裝置內部配管22向發熱部3供給冷卻液，在通過受熱部21冷卻發熱部3後向裝置外部排出。
主循環配管34以冷卻部43為界，區分為排出冷卻液的一側為下遊側配管30，吸入的一側為上遊側配管31。伺服器組件62從下遊側配管30供給冷卻液，在上遊側配管31排出冷卻液。同樣在主循環配管34上連接多臺伺服器組件62。此時，流過主循環配管34的冷卻液的流量Q必須具有流過各伺服器組件62的流量q的和以上的流量。
下面通過圖5～圖7說明在機架安裝伺服器系統的冷卻方法中的具體的安裝方式的一個例子。圖5表示向機架櫃安裝伺服器組件的狀態的立體圖，圖6表示伺服器組件的流體連接結構的立體圖，圖7表示在機架櫃中混合搭載液冷方式的伺服器組件和風冷方式的裝置的狀態的立體圖。
機架櫃10為箱形，在其內部四個方向設置有在搭載伺服器組件時作為安裝用的柱的安裝角鐵11。沿形成該機架櫃10的柱在上下方向上設主循環配管34，通過主循環用泵41循環冷卻液，在主循環用泵41的上遊配置容器42作為冷卻液的緩衝器。另外，主循環配管34配置在安裝角鐵11的外側。
熱交換器50是使用冷卻介質的方式，通過以壓縮機45壓縮氣化後的冷卻介質成高壓後輸送給冷卻介質用散熱器48，由冷卻介質冷卻風扇47冷卻。該被冷卻的冷卻介質液化，輸送給膨脹閥44，在這裡再次被氣化，使冷卻部43成為低溫，再次返回到壓縮機45。
冷卻部43內置於容器42的內部，冷卻該容器42內的冷卻液。另外，具有檢測循環中的冷卻液的溫度、通過冷卻控制電路46調整冷卻能力的功能。
這些主循環用泵41、容器42、冷卻部43、熱交換器50安裝在冷卻裝置框體40的內部，形成獨立的冷卻裝置52。
主循環配管34以冷卻部43為界，以排出冷卻液側作為下遊側配管，以吸入側作為上遊側配管，兩根管平行地配置。在下遊側配管30上設置下遊側連接接頭32，在上遊側配管31上設置上遊側連接接頭33，分別在幾乎相同的高度配置。進一步，分別作為一對沿上下方向設置多個。
這些下遊側連接接頭32、上遊側連接接頭33附帶自動開關閥，在不連接流體接頭的場合，閥自動關閉，成為不漏出液體的結構。也就是說，該附帶自動開關閥的接頭，在連接接頭內內置閥，在接頭的陽側和陰側都有各自的閥，具有連接後通過相互按壓打開閥，脫離後，通過彈簧的力關閉閥的功能。
本實施例的伺服器組件62在裝置框體1的內部安裝有主基板2，在該主基板2上方安裝有CPU和稱為LSI的發熱部3。在裝置框體1的背面側，設置給水側連接接頭24作為用於從外部供給冷卻液的給水口，通過裝置內部配管22配管至CPU和LSI等的發熱部3，進一步設置接受熱量的受熱部21，並配管至用於將受熱的冷卻液向外部排出的排水口，在該排水口設有排水側連接接頭25。
這些給水側連接接頭24、排水側連接接頭25和主循環配管同樣，是附帶自動開關閥的接頭。受熱部21使用熱傳導率高的材料，在內部形成蛇行流通路徑以便以儘可能大的面積接觸冷卻液，與發熱部3緊密接觸。進而，在裝置內部配管22的中間，設置用於輸送裝置內的冷卻液的裝置內部泵23。
在冷卻伺服器組件62的內部的多個發熱部3的場合的裝置內部配管22的連接方法可以列舉出串聯連接和並列連接。在串聯連接中，由於自上遊側的發熱部3冷卻液上升，對下遊側的發熱部3的冷卻帶來不良影響，因此在本實施例中通過並列連接連結多個發熱部3。
另外，在本實施例中，設在裝置內部配管22的中間的裝置內部泵23的配置，如果配置在發熱部3的下遊側的話，會吸收變成高溫的冷卻液，對泵的壽命或性能有不良影響，因此配置在發熱部3的上遊側。
伺服器組件62和一般的機架安裝方式同樣，通過金屬搭載件8搭載在機架櫃10的安裝角鐵11上，下遊側配管30的下遊側連接接頭32和裝置的給水側連接接頭24通過給水側管26相連接，上遊側配管31的上遊側連接接頭33和裝置的排水側連接接頭25通過排水側管27相連接。另外，可以同樣連接多個伺服器組件62。
另外，在機架櫃10中，如圖7所示，因為與液冷方式的伺服器組件62同樣，一般的風冷方式的裝置63也可以通過金屬搭載件8搭載在安裝角鐵11上，因此可以混合搭載液冷方式的伺服器組件62和風冷方式的裝置63。
接著，根據上述圖4以及圖5，說明機架安裝伺服器系統的冷卻方法中的液冷方式的一個例子。
通過主循環用泵41，在主循環配管34中，不管是否連接伺服器組件62冷卻液都在其中循環。另外，通過配置在主循環用泵41的上遊側的冷卻部43，通常向下遊側配管30供給經冷卻的冷卻液。通過檢測冷卻液的溫度、由冷卻控制電路46調整熱交換器50的能力，可以向下遊側配管30供給恆定溫度的冷卻液。
通過使伺服器組件62與主循環配管34的下遊側配管30和上遊側配管31連接，冷卻液流過伺服器組件62的內部。此時，在向伺服器組件62填充冷卻液後進行連接。此時，因為在伺服器組件62中內置裝置內部泵23，所以不是通過主循環用泵41的動作，冷卻液流過伺服器組件62內，而是通過裝置內部泵23的動作，冷卻液流過伺服器組件62內。
因此，即使連接多臺伺服器組件62，也可以通過裝置內部泵23控制流量以使發熱部3的溫度恆定，可以流過由該裝置內部泵23的性能決定的恆定的流量。但是，流經主循環配管34的流量必須設定為大於流過搭載的多臺伺服器組件62內的流量的總和。
在主循環配管34的下遊側配管30中流動的冷卻液由於內置於伺服器組件62中的裝置內部泵23被吸引到裝置內，至發熱部3由受熱部21接收熱量，在冷卻發熱部3的同時冷卻液的溫度升高，成為高溫的冷卻液排出到主循環配管34的上遊側配管31。
即使在連接多臺伺服器組件62的場合，由於給水側全部與下遊側配管30連接，排水側與上遊側配管31連接，所以所有的裝置通過冷卻部43吸引保持在一定溫度的冷卻液。另外，變成高溫的冷卻液全部積聚到上遊側配管31，返回到冷卻部43，再次被冷卻到一定溫度。
下面根據圖8說明本實施例中的冷卻液的冷卻裝置中用於提高冷卻效率的構成的一個例子。圖8表示另外的冷卻裝置的立體圖。
在這一結構的冷卻裝置52中，設有用於冷卻冷卻介質的冷卻介質冷卻風扇47，從冷卻裝置框體40的前面吸入空氣，向冷卻介質用散熱器48吹風，並向外部排出空氣。上遊側配管31在引入冷卻裝置框體40內後，配管至裝置前側，引入至設在裝置前面的吸氣部的冷卻液用散熱器49。之後，引入內置冷卻部43的容器42，通過主循環用泵41配管到下遊側配管30。
由此，通過上遊側配管31流過來的溫的冷卻液在流入容器42之前在冷卻液用散熱器49可以通過冷卻介質冷卻風扇47吸入的風使液溫下降，通過冷卻部43使冷卻溫度差變小，可以降低熱交換器50的負擔，可以高效地冷卻冷卻液。
進一步，根據圖9說明本實施例中的冷卻液的冷卻裝置中通過另外的方式構成的一個例子。圖9表示通過另外的方式構成的其它的冷卻裝置的立體圖。
該方式的冷卻裝置52配置冷卻液冷卻風扇51以使在冷卻裝置框體40的內部向冷卻液用散熱器49吹風，上遊側配管31引入冷卻液用散熱器49，經由主循環用泵41配管到下遊側配管30。
由此，通過上遊側配管31流過來的溫的冷卻液在冷卻液用散熱器49由於冷卻液冷卻風扇51的送風可以使液溫降低。作為本實施例中的冷卻液的冷卻裝置52，也可以採用如圖9所示的簡易方式。
下面根據圖10說明在本實施例中的伺服器組件中另外的流體連接結構的一個例子。圖10表示伺服器組件的另外的流體連接結構的立體圖。
該流體連接結構的伺服器組件62通過金屬搭載件8以及滑軌61以可從前方拉出方式搭載在安裝角鐵11上。在金屬搭載件8或者滑軌61上，與裝置的給排水面平行設置給排水管保持部60，以將伺服器組件62收納在機架櫃10中的狀態，將給水側/排水側管26、27的一端安裝在給排水管保持部60上，並使其能夠與伺服器組件62的給水側/排水側連接接頭24、25連接。將給水側/排水側管26、27的另一端與上遊側/下遊側配管30、31連接。這些給水側/排水側連接接頭24、25內置自動開關閥。
由此，將伺服器組件62收納在機架櫃10中後，伺服器組件62的給水側/排水側連接接頭24、25自動與上遊側/下遊側配管30、31連接，另外在拉出後自動切斷。
下面根據圖11說明本在實施例中的伺服器組件中混合構成的一個例子。圖11表示伺服器組件的混合構成的立體圖。
這種混合構成的伺服器組件62，在主基板2上安裝有CPU和稱為LSI的發熱量較多的高溫的發熱部3和其它發熱量較少的低溫的發熱體9。在高溫的發熱部3採用通過受熱部21接受熱量的液冷方式，在低溫的發熱體9採用通過安裝在伺服器組件62的裝置前面的冷卻風扇5吹風的風冷方式。
由此，在安裝有高溫的發熱部3和低溫的發熱體9的混合構成的伺服器組件62中，並用液冷方式和風冷方式，高溫的發熱部3通過液冷方式冷卻，低溫的發熱體9可以通過風冷方式冷卻。
進而，根據圖12說明在本實施例中的伺服器組件中通過液冷冷卻多個發熱部位的場合的構成的一個例子。圖12表示通過液冷冷卻伺服器組件的多個發熱部位的場合的構成的立體圖。
這種構成的伺服器組件62在主基板2上安裝有發熱量較多的高溫的發熱部3和其它發熱量較少的低溫的發熱體9。另外，在伺服器組件62的裝置前面，安裝有發熱量較多的磁性存儲裝置等的磁碟6的發熱體。由此，磁碟6的發熱體也和通過受熱部21a接受熱量的發熱部3同樣，通過並列連接的裝置內部配管22使冷卻液循環，通過由受熱部21接受熱量，可以以液冷方式冷卻多個發熱部位。
該裝置內部配管22的配管方法，通過向發熱部3、磁碟6的發熱體並列配管，可以向各個發熱部位供給相同溫度的冷卻液。另外，在發熱量較少的部分，也可以串接配管。進一步，其它的發熱體9如果是可以以自然風冷冷卻的發熱量的話，則如圖12所示沒有必要安裝冷卻風扇。
下面根據圖13說明在本實施例中的冷卻裝置中使熱交換器冗長化的場合的構成的一個例子。圖13表示使熱交換器冗長化的場合的大致構成圖。
這種構成的冷卻裝置52在容器42的內部內置兩臺冷卻部43，為了使各冷卻部43降溫，並列設置兩臺熱交換器50a、50b，並使其互相獨立動作。由此，通過兩臺熱交換器50a、50b冷卻冷卻液，即使其中任何一臺發生故障，也可以冷卻冷卻液。另外，也可以使任何一方運轉，在發生故障的場合使另一方的熱交換器運轉。
進一步，根據圖14說明在本實施例中的冷卻裝置中使主循環用泵冗長化的場合的構成的一個例子。圖14表示使冷卻裝置的主循環用泵冗長化的場合的大致構成圖。
這種構成的冷卻裝置52從容器42的出口並列連接內部配管，在各內部配管上並列設置用於使冷卻液循環的兩臺主循環用泵41a、41b，並使其互相獨立動作。另外，在各主循環用泵41a、41b中附有止回閥55。由此，通過兩臺主循環用泵41a、41b使冷卻液循環，即使其中任何一臺發生故障，也可以使冷卻液循環。另外，即使並列連接主循環用泵41a、41b，通過在各主循環用泵41a、41b上附加止回閥55，也可以防止在一方發生故障的場合通過泵的冷卻液的循環。
因此，根據本實施例的機架安裝伺服器系統的冷卻方法，可以得到以下的效果。
(1)在強制風冷方式的機架安裝方式的裝置中，即使在由於薄型化而使吸排氣面積縮小、或者由於高密度安裝化而使流體的壓力損失增加而使得通過冷卻風扇不能充分冷卻的條件下，通過採用液冷方式，也可以通過冷卻液接收高溫的發熱部3的熱量，向伺服器組件62的裝置外部排出，可以通過搭載在機架櫃10中的冷卻裝置52總體平滑地冷卻。
(2)由於通過設置在主循環配管34上的主循環用泵41使冷卻液循環，在搭載的伺服器組件62中也內置有用於使裝置內循環的裝置內部泵23，所以，只要流過主循環配管34的流量大於流過搭載的裝置的流量的總和，即使搭載有(連接)多少臺也可以保證流過各裝置的冷卻液的流量一定，可以安定地冷卻。
(3)通過以具有控制冷卻液的冷卻的電路的熱交換器50控制冷卻性能，可以向各伺服器組件62供給恆定溫度的冷卻液，可以提供可靠性高的冷卻性能。
(4)因為只有在搭載通過液冷方式冷卻的伺服器組件62時，使其與搭載在機架櫃10上的冷卻裝置52的主循環配管34連接的話就可以了，因此也可以搭載液冷方式以外的風冷方式的裝置63。另外，通過在流體連接部使用附加自動開關閥的接頭，可以容易地進行伺服器組件62的各裝置的搭載、拆除。進而，通過在主循環配管34上設置多個接頭，可以在自由的位置上搭載伺服器組件62等，可以不損失機架安裝方式的優點而實現搭載液冷以外的各種裝置的系統構成。
(5)因為在各伺服器組件62中，只要有可以有受熱部21和裝置內部泵23以及裝置內部配管22等的構成的話就可了，所以可以簡化各個裝置的構成。進一步，冷卻結構的簡化也帶來伺服器組件62的小型化。
(6)因為可以構成在機架櫃10內封閉的冷卻裝置52，即使不在極度降低室內溫度等的特別的環境下也可以冷卻伺服器組件62的各裝置的高溫的發熱部3。
(7)通過將冷卻液的冷卻裝置52匯集成機架安裝方式的裝置，形成可以搭載在廣泛流行的機架櫃10內的構造，可以不必準備特定的機架櫃10，容易地導入本發明的冷卻方法。
(8)因為通過並列設置多臺熱交換器50或者多臺主循環用泵41，可以使冷卻裝置52互相獨立地動作，所以在某個熱交換器或者主循環用泵發生故障時，通過使其它的熱交換器或者主循環用泵動作，可以實現冗長構成。
根據本發明，即使伺服器組件高性能化、薄型化、高密度安裝化，也可以不損失機架安裝方式的優點，對充分冷卻搭載在機架櫃內的多臺伺服器組件的可靠性進行確保，特別是，採用液冷方式可以對搭載在伺服器組件上的高發熱部件進行平滑的散熱。
另外，根據本發明，因為不損失機架安裝方式的優點，所以不影響現有的液冷以外的各種裝置的安裝容易性、操作性，可以構成機架安裝伺服器系統。
再有，根據本發明，因為在機架櫃內構成封閉的冷卻裝置，可以簡化各伺服器組件的冷卻結構，所以可以實現伺服器組件小型化，進而實現機架安裝伺服器系統的小型化。
權利要求
1.一種機架安裝伺服器系統，其特徵在於，包括具有發熱部、通過循環的冷卻液冷卻所述發熱部的多個伺服器組件；並列連接所述伺服器組件，冷卻的冷卻液進行循環的冷卻液循環通路；和連接在所述冷卻液循環通路的途中，使冷卻液的循環的同時向外部空氣排放熱量，冷卻所述冷卻液的冷卻裝置。
2.如權利要求1所述的機架安裝伺服器系統，其特徵在於，所述冷卻液循環通路具有與所述伺服器組件並列，迂迴伺服器組件的旁路路徑。
3.如權利要求2所述的機架安裝伺服器系統，其特徵在於，所述冷卻液循環通路在所述旁路路徑中具有控制在伺服器組件中循環的冷卻液的流量的流量限制裝置。
4.如權利要求3所述的機架安裝伺服器系統，其特徵在於，在使供給伺服器組件的冷卻液的循環量減少時，所述流量限制裝置使冷卻液的流量增加，在使供給伺服器組件的冷卻液的循環量增加時，所述流量限制裝置使冷卻液的流量減少。
5.如權利要求2所述的機架安裝伺服器系統，其特徵在於，所述伺服器組件在與所述冷卻液循環通路連接的流通路徑中具有流量限制裝置。
6.如權利要求5所述的機架安裝伺服器系統，其特徵在於，所述流量限制裝置設於在該伺服器組件中循環的冷卻液的流入側。
7.如權利要求2所述的機架安裝伺服器系統，其特徵在於，通過控制流過所述冷卻液循環通路的旁路路徑的冷卻液的流量改變在所述多個伺服器組件中循環的冷卻液的流量。
8.如權利要求1所述的機架安裝伺服器系統，其特徵在於，各伺服器組件在冷卻該伺服器組件的冷卻液循環通路的一部分中具有冷卻液的流量控制裝置。
9.如權利要求8所述的機架安裝伺服器系統，其特徵在於，所述流量控制裝置設置於在該伺服器組件中循環的冷卻液的流入側。
10.如權利要求1所述的機架安裝伺服器系統，其特徵在於，具有附帶自動開關閥的接頭，該接頭將在所述伺服器組件中循環冷卻發熱部的冷卻液的流入口和流出口與所述冷卻液循環通路連接。
11.如權利要求10所述的機架安裝伺服器系統，其特徵在於，與安裝在該機架安裝伺服器系統中的伺服器組件的安裝間距等距離配置所述附帶自動開關閥的接頭。
12.如權利要求10所述的機架安裝伺服器系統，其特徵在於，所述附帶自動開關閥的接頭設置成該接頭的插拔方向和伺服器組件的安裝方向一致。
13.如權利要求1所述的機架安裝伺服器系統，其特徵在於，所述冷卻裝置測定排出到所述冷卻液循環通路的冷卻液的溫度，冷卻向所述冷卻液循環通路排出的冷卻液以使冷卻液的液溫成為設定溫度；伺服器組件控制從所述冷卻液循環通路流入的冷卻液的流量，以使冷卻液循環冷卻的發熱部的溫度成為設定的溫度。
14.如權利要求1所述的機架安裝伺服器系統，其特徵在於，所述冷卻裝置設置在該機架安裝伺服器系統的機架櫃的機架頂部。
15.如權利要求1所述的機架安裝伺服器系統，其特徵在於，從所述冷卻裝置排出到所述冷卻液循環通路的冷卻液的流量大於在連接在所述冷卻液循環通路上的多個伺服器組件中循環的冷卻液的流量的總和。
16.搭載多個具有CPU等發熱部的伺服器組件的機架安裝伺服器系統的機架櫃，其特徵在於，包括通過接頭部並列連接所述伺服器組件，冷卻伺服器組件的冷卻液在其中循環的冷卻液循環通路；和連接在所述冷卻液循環通路的途中，使冷卻液進行循環的同時向外部空氣排放熱量以冷卻所述冷卻液的冷卻裝置。
17.如權利要求16所述的機架櫃，其特徵在於，所述冷卻液循環通路沿該機架櫃的上下方向配設，並設置在安裝伺服器組件時的電纜空間側。
18.如權利要求16所述的機架櫃，其特徵在於，所述冷卻裝置設置在該機架櫃的機架頂部。
19.如權利要求16所述的機架櫃，其特徵在於，所述冷卻裝置包含向外部空氣排放被冷卻液吸收的伺服器組件發生的熱的冷凍機。
20.如權利要求19所述的機架櫃，其特徵在於，所述冷凍機的散熱器由通過該機架櫃的前後方向的冷卻風冷卻。
21.如權利要求19所述的機架櫃，其特徵在於，與安裝在該機架櫃中的伺服器組件的安裝間距等距離配置所述接頭部。
22.如權利要求16所述的機架櫃，其特徵在於，所述接頭部設置成該接頭的插拔方向和伺服器組件的安裝方向一致。
23.如權利要求22所述的機架櫃，其特徵在於，所述接頭部由自動開關閥組成。
24.具有CPU等發熱部的機架安裝伺服器系統的伺服器組件，其特徵在於，包括通過從機架櫃的冷卻裝置供給的冷卻液冷卻的第一發熱部；和通過流過該伺服器組件的內部的冷卻風冷卻的第二發熱部。
25.如權利要求24所述的伺服器組件，其特徵在於，所述第二發熱部配置在外部空氣流入的組件前部；所述第一發熱部配置在供給/排出所述冷卻液的組件後部。
26.如權利要求24所述的伺服器組件，其特徵在於，進一步具有沿該伺服器組件的安裝方向設置，使冷卻所述第一發熱部的冷卻液流入和排出的接頭部。
27.如權利要求26所述的伺服器組件，其特徵在於，所述接頭部由自動開關閥組成。
28.如權利要求24所述的伺服器組件，其特徵在於，在所述冷卻液流入側，具有控制冷卻所述第一發熱部的冷卻液的流入流量的流量控制裝置。
29.如權利要求28所述的伺服器組件，其特徵在於，所述流量控制裝置控制流量以使所述第一發熱部成為設定溫度。
全文摘要
本發明提供一種通過冷卻液冷卻CPU等發熱部的液冷方式的機架安裝伺服器系統，該系統由具有發熱部，通過循環的冷卻液冷卻所述發熱部的多個伺服器組件；與所述伺服器組件並列連接，冷卻伺服器組件的冷卻液在其中循環的冷卻液循環通路；和連接在所述冷卻液循環通路的途中，使冷卻液進行循環的同時向外部空氣排放熱量冷卻所述冷卻液的冷卻裝置構成。另外，所述冷卻液循環通路具有和所述伺服器組件並列、迂迴伺服器組件的旁路路徑，控制旁路路徑的冷卻液的循環量，或者控制在各伺服器組件流入的冷卻液的流量。由此，可以確保充分冷卻安裝在機架櫃內的多個伺服器組件的可靠性。
文檔編號H05K7/20GK1521591SQ20041000424
公開日2004年8月18日 申請日期2004年2月12日 優先權日2003年2月14日
發明者太田重巳, 松下伸二, 二 申請人:株式會社日立製作所