BG113601A - Aвтоматизирана компютърна термоелектрическа охлаждаща система с оптимизирана електрорекуперация на отпадна топлина - Google Patents
Aвтоматизирана компютърна термоелектрическа охлаждаща система с оптимизирана електрорекуперация на отпадна топлина Download PDFInfo
- Publication number
- BG113601A BG113601A BG113601A BG11360122A BG113601A BG 113601 A BG113601 A BG 113601A BG 113601 A BG113601 A BG 113601A BG 11360122 A BG11360122 A BG 11360122A BG 113601 A BG113601 A BG 113601A
- Authority
- BG
- Bulgaria
- Prior art keywords
- waste heat
- cooling system
- electrical
- optimized
- thermoelectric
- Prior art date
Links
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 title claims abstract description 27
- 238000011084 recovery Methods 0.000 title description 8
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 7
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 claims 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 238000013473 artificial intelligence Methods 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
- G06F1/16—Constructional details or arrangements
- G06F1/20—Cooling means
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
- H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Human Computer Interaction (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Control Of Temperature (AREA)
Abstract
Автоматизирана компютърна термоелектрическа охлаждаща система с оптимизирана електрорекуперация на отпадна топлина. Предвидена е за оптимална регулация на параметрите на топлинния режим на работа на различни електронни устройства на компютърни, телекомуникационни и други хардуерни машини.
Description
АВТОМАТИЗИРАНА КОМПЮТЪРНА ТЕРМОЕЛЕКТРИЧЕСКА ОХЛАЖДАЩА СИСТЕМА С ОПТИМИЗИРАНА
ЕЛЕКТРОРЕКУПЕРАЦИЯ НА ОТПАДНА ТОПЛИНА
Област на техниката
Настоящото изобретение се отнася до автоматизирана компютърна термоелектрическа охлаждаща система с оптимизирана електрорекуперация на отпадна топлина. Предвидена е за оптимална регулация на параметрите на топлинния режим на работа на различни електронни устройства на компютърни, телекомуникационни и други хардуерни машини.
Предшестващо състояние на техниката
Прогресът и разпространението на информационнокомуникационните системи непрекъснато поставят все по-строги изисквания към икономичната работа на разнообразните хардуерни машини.
Известно е, че различните електронни устройства, като компютърните компоненти, например, работят оптимално при поддържане на определени топлинни режими и електрически характеристики на захранването им. Обикновено, електрическите напрежения се подават от електрозахранващ блок на различни шини, всяка с различно работно напрежение. Най-често електрозахранващият блок е свързан с със стандартното променливотоково мрежово напрежение. Блокът подава различни работни напрежения, които типично са постоянно токови, и са предназначени за работа на електронните компютърни елементи като процесори, видеокарти, твърди дискове и други подобни. Когато те работят в различни режими се натоварват различно, загряват се също различно и съответно е необходимо да се охлаждат с различна интензивност, за да се поддържат оптималните им топлинни режими. Затова те имат охладителни системи, които са монтирани заедно с електронните компютърни елементи в компютърните кутии и/или извън тях.
Най-често се прилага въздушно охлаждане. Например, съгласно описанието на патент на САЩ US6951513 (В1), където в автоматизирана компютърната кутия са обособени две отделения с електронни компоненти. Входящият въздух се охлажда. Охлажданият въздушен поток е организиран така, че да обдухва и елементите и в двете отделения.
Подобно въздушно охлаждане на множество електронни елементи е представено и в патентна публикация от САЩ US2003174466 (А1).
Специални вътрешни тръби за въздух в кутията, описана в патентна публикация от САЩ US2002149910 (А1), насочват охлаждащия въздух през термоелектрически охладител. Той е известен електронен генератор, което произвежда електрически ток, за сметка на температурна разлика. Познати са и редица други охладители с включени в тях електронни термоелектрически генератори.
В патентна публикация от САЩ US2016054028 (А1) въздушното охлаждане е с вентилатор, който се управлява от контролер. Така може да се осъществява различна степен на охлаждането.
Известни са охладителни системи, характеризиращи се увеличена охладителна способност, благодарение на течен охлаждащ флуид, протичащ в термоелектрически модули. Такава е описана в патентна публикация от Русия RU2566950 (С1). Тя се състои от термоелектрически модул, като една негова повърхност е плътно монтирана към обект на охлаждане, а друга негова повърхност е плътно монтирана към топлообменник, който е свързан с циркулационна помпа за охлаждащия го флуид.
От патентна публикация на Корея е KR20170049233 (А) е известна термоелектрическа охладителна система, която предвижда елемент за поглъщане на топлина. По този начин топлината прогресивно се акумулира и затова невинаги може да се поддържа постоянна температура, което е пречка за несложно технически и нескъпо автоматично поддържане на желаната температура, още помалко оптимални температурни разлики.
От издаден патент в Корея KR101712942 (В1) е позната термоелектрическа охладителна система, която предвижда порьозни елементи. Но хардуерните системи типично не съдържат порьозни елементи, а тяхното допълнително монтиране оскъпява системата като цяло. А когато става въпрос за надграждане на съществуващи компютърни системи, то оскъпяването е още поголямо. Още по-сложно става в случаите на компактни системи, които определено се развиват в посока на увеличена компактност: от настолни компютри към преносими лаптопи, таблети ...
Гореописаните термоелектрически охладителни системи произвеждат електричество за сметка на температурните разлики, което се ползва за полезни нужди. Но те не оптимизират, нито параметрите на охлаждането, нито характеристиките на електрогенерацията. И затова охлажданите с тях устройства не работят с желаните оптимални топлинни параметри, нито с желаните електрически характеристики. Още по-малко покриват изчислителния си потенциал. А е известно, че всякакви колебания на величините на посочените параметри и характеристики пречат на поддържането на оптимална производителност на електронните устройства при работата им. Колебанията съкращават технически експлоатационен срок на хардуера и са причина за по-чести откази и ниска надеждност на компютрите като цяло.
Техническа същност на изобретението
Задача на настоящото изобретение е да се създаде нескъпа енергоефективна автоматизирана компютърна термоелектрическа охлаждаща система с оптимизирана електрорекуперация на отпадна топлина, която автоматично да поддържа оптимални температурни и електрически условия за високопроизводителна работа на електронните компоненти, с което да се намаляват отказите им, да се увеличава надеждността им и да се удължава експлоатационния им технически срок.
Основната задача е постигната чрез автоматизирана компютърна термоелектрическа охлаждаща система с оптимизирана електрорекуперация на отпадна топлина, състояща се термоелектрически модул, като една негова повърхност е плътно монтирана към обект на охлаждане, а друга негова повърхност е плътно монтирана към топлообменник, характеризираща се с това, че топлообменникът е въздушен и към него е монтиран регулируем електрически вентилатор, който през вентилаторен контролер, е електрически свързан с първи извод от електроразпределителен захранващ блок, чиито първи вход, през електрически преобразовател, е съединен с електрическа мрежа, а втори вход, през постояннотоков конвертор, е съединен с електрически извод от термоелектрическия модул, при което втори извод от електроразпределителен захранващ блок е свързан с електрически вход на оптимизиращ блок, а първи сигнален вход на оптимизиращия блок е съединен със сигнален изход от диференциален температурен датчик за разликата в температурите между първа и втора повърхности на термоелектрическия модул, втори сигнален вход на оптимизиращ блок е съединен със сигнален изход от температурен датчик за абсолютната температура на обекта на охлаждане, като управленски извод от оптимизиращия блок е съединен към управленски вход на вентилаторния контролера.
В едно предпочитано изпълнение на автоматизираната компютърна термоелектрическа охлаждаща система с оптимизирана електрорекуперация на отпадна топлина топлообменникът може да е въздушен радиатор.
В друго предпочитано изпълнение на автоматизираната компютърна термоелектрическа охлаждаща система с оптимизирана електрорекуперация на отпадна топлина топлообменникът може да е радиатор с циркулираща охладителна течност.
Предимствата на автоматизираната компютърна термоелектрическа охлаждаща система с оптимизирана електрорекуперация на отпадна топлина, съгласно изобретението, са многобройни. Тя едновременно и непрекъснато автоматично поддържа оптимални топлинни режими на компютърните компоненти, оптимални характеристики на електрозахранванията им, и съответно оптимална електрогенерация на термоелектрическият генератор, в съответствие със степента натоварването на отделните хардуерни компоненти.
Високата й енергийна ефективност е постигната благодарение на непрекъснатата електрорекуперация на отпадната топлина при работата на компютърните компоненти. За енергийните икономии значително допринася фактът, че генерираният постоянен ток от термоелектрическия генератор пряко (без загуби от трансформиране и преобразуване) захранва компютърните компоненти. Това е напълно устойчиво природосъобразно техническо решение.
Екологично предимство на автоматизираната компютърна термоелектрическа охлаждаща система с оптимизирана електрорекуперация на отпадна топлина, съгласно изобретението, следва от това, че енергията на отпадната топлина се превръща в електричество и се ползва на място в компютъра за полезна работа.
Широкото приложение на автоматизираната компютърна термоелектрическа охлаждаща система с оптимизирана електрорекуперация на отпадна топлина, съгласно изобретението, е важно нейно предимството, благодарение на възможността й да се надграждат съществуващи хардуерни системи. Тя може и да разсейва отпадната топлина, когато оптималното електропроизводство е достигнато. И това става без допълнитлни абсорбиращи топлината устройства, порьозни елементи и други подобни компоненти, които оскъпяват системата.
Пазарно предимство на автоматизираната компютърна термоелектрическа охлаждаща система с оптимизирана електрорекуперация на отпадна топлина, съгласно изобретението, следва от ниската й електрическа консумация, от ниската й повреждаемост и от удължения технически експлоатационен срок, благодарение на поддържаните прецизни режими за оптимална работа на елементите му.
Кратко пояснение на приложения чертеж
На фигурата е показана схема на автоматизираната компютърна термоелектрическа охлаждаща система с оптимизирана електрорекуперация на отпадна топлина, съгласно изобретението.
Пример за изпълнение на изобретението
Ще представим е едно примерно изпълнение на автоматизираната компютърна термоелектрическа охлаждаща система с оптимизирана електрорекуперация на отпадна топлина, съгласно изобретението, както е показана на фигурата.
Автоматизираната компютърна термоелектрическа охлаждаща система с оптимизирана електрорекуперация на отпадна топлина, съгласно изобретението включва термоелектрически модул 1, като една негова повърхност е плътно монтирана към обект на охлаждане 2, а друга негова повърхност е плътно монтирана към топлообменник 3, характеризираща се с това, че топлообменникът 3 е въздушен и към него е монтиран регулируем електрически вентилатор 4, който през вентилаторен контролер 5, е електрически свързан с първи извод от електроразпределителен захранващ блок 6, чиито първи вход, през електрически преобразовател 7, е съединен с електрическа мрежа, а втори вход, през постояннотоков конвертор 8, е съединен с електрически извод от термоелектрическия модул 1, при което втори извод от електроразпределителен захранващ блок 6 е свързан с електрически вход на оптимизиращ блок 9, а първи сигнален вход на оптимизиращия блок 9 е съединен със сигнален изход от диференциален температурен датчик за разликата в температурите между първа и втора повърхности на термоелектрическия модул 10, втори сигнален вход на оптимизиращия блок 9 е съединен със сигнален изход от температурен датчик за абсолютната температура на обекта на охлаждане 11, като управленски извод от оптимизиращия блок 9 е съединен към управленски вход на вентилаторния контролер 5, а топлообменникът 3 е въздушен радиатор.
Използване на изобретението
Автоматизираната компютърна термоелектрическа охлаждаща система с оптимизирана електрорекуперация на отпадна топлина, съгласно изобретението, работи, както е проектирана като хардуерна система. Но благодарение на термоелектрическия модул 1 отпадната топлина се преобразува в електричество, което се връща в електроразпределителния захранващ блок 6, през постояннотоков конвертор 8, който е съединен с електрически извод от термоелектрическия модул 1.
А едновременната оптимизация на температурните режими на компютърните компоненти и електрогенерацията от термоелектрическия модул 1 става благодарение на оптимизиращия блок 9. Неговата сензорна електроника включва получаване на сигнали от температурни датчици 10 и 11. На основания на инсталирания в него софтуер и съгласно сигналите на датчиците 10 и 11, оптимизиращият блок 9, подава управленски сигнал, през управленския си извод, който е съединен към управленски вход на вентилаторния контролер 5. Чрез различни режими на охладителна мощност на вентилатора 4, управлявян от вентилаторния контролер 5, се постигат необходимите оптимални температурни режими на загряващите се хардуерни елементи на автоматизирана компютърната термоелектрическа охлаждаща система с оптимизирана електрорекуперация на отпадна топлина, съгласно изобретението.
С отделните температурни показатели бяха създадени отделни бази с технологични данни. С тези данни бяха установени изчислителните възможности на загряващите се хардуерни елементи. Съобразно това се натрупа ноу-хау след многобройни компютърно моделирани тестове, както и на основание на поредица изпитания с реални хардуерни елементи в реални условия. С резултатите от изпитанията в реални условия се верифицираха данните от компютърно моделираните тестове. Благодарение на натрупания опит, както и от многото събрани данни и факти, бяха създадени отделни бази данни и отделни бази факти за експертната система, управляваща оптимизиращия блок 9.
На основание на проведените симулации, чрез компютърно моделираните тестове, и проверката на работата на съответните компютърни елементи в работни условия се получиха осреднени данни, които са показани в следващата таблица.
Препоръчителни осреднени температури (в градуси по Целзий) за оптимална работа на хардуерни елементи:
| Централен процесор | Видеокарта | Електрозахранване | Твърд диск | |
| CPU | Тип AMD | Тип NVD | тип SSD | |
| 72 | 98 | 61 | 48 | 32 |
Базите с правила формулирахме, според най-подходящата технология за оптимална работа на хардуера.
Събраните и формирани бази с данни, факти и правила са неразделна част от алгоритмичното проектиране на техникотехнологична експертна система, изготвена с обектно ориентиран алгоритмичен език, съдържащ собствен механизъм на умозаключенията и вземането на решения.
Така изготвения софтуер работи като автоматизиран изкуствен интелект, самостоятелно взимащ технико-технологични решения за автоматизираната оптимална работа на хардуера.
Описаният автоматизиран изкуствен интелект се ползва и от системата за работно проектиране и изпълнение на всички компоненти за постигане на оптимална работа на хардуера.
Автоматизираната компютърна термоелектрическа охлаждаща система с оптимизирана електрорекуперация на отпадна топлина, съгласно изобретението, благодарение на интегрирания в нея софтуер работи, така че изчислителните процеси в нея да става по оптимален начин. Именно така се избягват колебанията в работата на хардуерните елементи и тяхната взаимна синхронизация. С това се поддържа оптимална производителност на електронните устройства при работата им и се избягват отклоненията от оптималните показатели, посочени в предходната таблица. По този начин се увеличава времевия технически срок на годност на хардуера и се намаляват отказите на компютрите като цяло.
Широкото приложение на автоматизираната компютърна термоелектрическа охлаждаща система с оптимизирана електрорекуперация на отпадна топлина, съгласно изобретението, се обуславя от факта, че тя частично се самозахранва.
От друга страна, самата система се сглобява от налични на пазара компоненти. Те могат да се монтират в самата автоматизирана компютърна кутия, както в допълнителни кутии, така и монтирани компоненти на външните стени на кутиите (въздушните радиатори, например). Именно, използването само на пазарно достъпни компоненти, осигурява безпроблемно промишленото й производство.
От горепосоченото следва и перспективата за увеличаващото се пазарното търсене на такива компютърни термоелектрически охлаждащи системи с оптимизирана електрорекуперация на отпадна топлина, съгласно изобретението. А това търсене непрекъснато нараства с прогреса и все по-широкото разпространение на информационно-комуникационните системи в различни производства, научна дейност, услуги, социални грижи, общественополитически сфери и т.н.
Claims (3)
1. Автоматизирана компютърна термоелектрическа охлаждаща система с оптимизирана електрорекуперация на отпадна топлина, състояща се термоелектрически модул (1), като една негова повърхност е плътно монтирана към обект на охлаждане (2), а друга негова повърхност е плътно монтирана към топлообменник (3), характеризираща се с това, че топлообменникът (3) е въздушен и към него е монтиран регулируем електрически вентилатор (4), който през вентилаторен контролер (5), е електрически свързан с първи извод от електроразпределителен захранващ блок (6), чиито първи вход, през електрически преобразовател (7), е съединен с електрическа мрежа, а втори вход, през постояннотоков конвертор (8), е съединен с електрически извод от термоелектрическия модул (1), при което втори извод от електроразпределителен захранващ блок (6) е свързан с електрически вход на оптимизиращ блок (9), а първи сигнален вход на оптимизиращия блок (9) е съединен със сигнален изход от диференциален температурен датчик за разликата в температурите между първа и втора повърхности на термоелектрическия модул (10), втори сигнален вход на оптимизиращ блок (9) е съединен със сигнален изход от температурен датчик за абсолютната температура на обекта на охлаждане (11), като управленски извод от оптимизиращия блок (9) е съединен към управленски вход на вентилаторния контролер (5).
2. Автоматизирана компютърна термо електрическа охлаждаща система с оптимизирана електрорекуперация на отпадна топлина, съгласно претенция ^характеризираща се е това, че топлообменникът (3) е въздушен радиатор.
3. Автоматизирана компютърна термоелектрическа охлаждаща система с оптимизирана електрорекуперация на отпадна топлина, съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че топлообменникът (3) е радиатор с циркулираща охладителна течност.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BG113601A BG113601A (bg) | 2022-10-14 | 2022-10-14 | Aвтоматизирана компютърна термоелектрическа охлаждаща система с оптимизирана електрорекуперация на отпадна топлина |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BG113601A BG113601A (bg) | 2022-10-14 | 2022-10-14 | Aвтоматизирана компютърна термоелектрическа охлаждаща система с оптимизирана електрорекуперация на отпадна топлина |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BG113601A true BG113601A (bg) | 2024-04-30 |
Family
ID=92804992
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BG113601A BG113601A (bg) | 2022-10-14 | 2022-10-14 | Aвтоматизирана компютърна термоелектрическа охлаждаща система с оптимизирана електрорекуперация на отпадна топлина |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| BG (1) | BG113601A (bg) |
-
2022
- 2022-10-14 BG BG113601A patent/BG113601A/bg unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | A survey on data center cooling systems: Technology, power consumption modeling and control strategy optimization | |
| US10809675B2 (en) | HVAC system using model predictive control with distributed low-level airside optimization and airside power consumption model | |
| US11067955B2 (en) | HVAC system using model predictive control with distributed low-level airside optimization | |
| Tang et al. | Thermal-aware task scheduling to minimize energy usage of blade server based datacenters | |
| Bash et al. | Dynamic thermal management of air cooled data centers | |
| US8064197B2 (en) | Heat management using power management information | |
| Gupta et al. | Energy, exergy and computing efficiency based data center workload and cooling management | |
| US11744039B2 (en) | System and method for transferring thermal energy from integrated circuits | |
| JP2022084812A (ja) | 冷却システム、電子ラックおよび方法 | |
| US9869982B1 (en) | Data center scale utility pool and control platform | |
| US20200081464A1 (en) | Fine-grain dynamic solid-state cooling system | |
| BG113601A (bg) | Aвтоматизирана компютърна термоелектрическа охлаждаща система с оптимизирана електрорекуперация на отпадна топлина | |
| Kumar et al. | Power usage efficiency (PUE) optimization with counterpointing machine learning techniques for data center temperatures | |
| US11735948B2 (en) | Bi-directional multi-function converter for backup battery unit | |
| CN115135096A (zh) | 用于冷却电子机架的功率优化的热管理系统和方法 | |
| Schmidt et al. | Packaging of new servers, energy efficiency aspects | |
| CN112584667A (zh) | 数据中心气流管理 | |
| BG2480U1 (bg) | Компютърна термоелектрическа охлаждаща система с оптимизира на електрорекуперация на отпадна топлина | |
| WO2018005180A1 (en) | Hvac system using model predictive control with distributed low-level airside optimization | |
| US11996708B2 (en) | Data center multi-stage backup system | |
| De Bock et al. | Data Center Energy Reduction by Lowering Chip-to-Supply Thermal Resistance | |
| Zhang et al. | Energy consumption modeling of data center IT room with distributed air flow | |
| US11482765B2 (en) | Thermoelectric cooler cascaded packaging for cell dense arrangement | |
| Liang et al. | Thermal-aware workload distribution for clusters | |
| US20240306352A1 (en) | Scheduling jobs for processor-based nodes to regulate coolant flow temperatures |