CN109074137B - 冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种冷却系统，在使停止状态的泵起动时能有效地避免在包括越过障碍壁的配管部的流通路内产生气泡。冷却系统(100)具有冷却液(C)流入的冷却槽(11)、从冷却槽(11)的出口流出的冷却液返回冷却槽(11)的入口的流通路(15、16)、设置于流通路(16)的中途的倒U字形的配管部(16a)、主泵(31)、隔着倒U字形的配管部(16a)配置于与主泵(31)相反侧的辅助泵(33)、控制主泵(31)以及辅助泵(33)的驱动的控制器(35)。控制器(35)在使主泵(31)起动前使辅助泵(33)驱动预定时间。使辅助泵(33)驱动的预定时间只要是产生冷却液(C)的预备流的时间即可。辅助泵(33)只要在短时间内驱动即可，即使配置于建筑物的室内也不会损坏室内的安静性。

Description

冷却系统

技术领域

本发明涉及冷却系统，尤其涉及具有从冷却槽的出口流出的冷却液返回至冷却槽的入口的流通路的冷却系统。本发明能适当地使用于例如电子设备的冷却系统、尤其用于高效地冷却超级计算机、数据中心等的要求超高性能动作、稳定动作、且其自身散热量大的电子设备的电子设备的冷却系统。

背景技术

在超级计算机、数据中心的冷却中一直以来使用空冷式和液冷式。液冷式由于使用相比于空气导热性能更优越的液体，因此一般来说冷却效率高。作为一例，提出了使用氟碳类型冷却液的液浸冷却系统。具体的说，是使用氟碳类型的冷却液(熟知的3M公司的商品名“Novec(3M公司的商标。以下相同)7100”“Novec7200”、“Novec7300”的氢氟醚(HFE)化合物)的示例(例如，专利文献1、专利文献2)。

另外，本申请人已经开发面向小型液浸冷却超级计算机的小型且冷却效率优异的液浸冷却系统。该系统使用由全氟化合物构成的氟碳类型冷却液，适用于设置于高能量加速器研究机构中的小型超级计算机“Suiren”而被运用。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-187251号公报

专利文献2：日本特表2012-527109号公报

非专利文献1：“液浸冷却小型超级计算机‘ExaScaler-1’通过超过25％的性能改善测量最新的计算机耗电性能‘Green500’的相当于世界第一位的值”，2015年3月31日、新闻公告、公司ExaScaler、URL：http：//www.exascaler.co.jp/wp-content/uploads/2015/03/20150331.pdf

发明内容

发明所要解决的课题

通过进行由液浸冷却系统实现的冷却效率的提高、适用于液浸冷却系统的电子设备中的高密度安装的技术开发，小型超级计算机的尺寸的进一步小型化成为可能。并且，进行在建筑物内的更小的空间、如研究所内的研究员个人所分配的卧室、研究室内设置已小型化的超级计算机的尝试。

液浸冷却系统通常具有冷却槽和热交换器。冷却槽通过流经冷却槽的冷却液直接冷却多个电子设备。热交换器在冷却槽外部冷却从多个电子设备吸收热量而变暖的冷却液。在冷却槽与热交换器之间设置配管等的流通路和泵。

在液浸冷却系统的运转中，为了使冷却液循环而连续驱动泵。因此，为了确保室内的安静性，在室外设置泵是不可或缺的。然而，由于在建筑物的构造上或布局上在配管作业中受制约等的情况而存在以越过位于泵与冷却槽之间的一定高度的障碍壁的方式设置将泵的出口和冷却槽的入口连接的配管的要求。即，存在在将泵的出口和冷却槽的入口连接的流通路的中途必须设置越过障碍壁的配管部、如倒U字形的配管部的情况。

该倒U字形的配管部的存在成为在使停止状态的泵起动时在由冷却液装满的流通路内产生气泡的原因。该情况在代替倒U字形的配管部而使用倒L字形或倒J字形的配管部的情况下也相同。并且，可能会发生产生的气泡通过流通路到达泵并滞留于泵内(该现象被称为“咬齿”)、噪音或流量下降等的问题、最坏的情况为泵损坏的问题。一般来说，认为具有从冷却槽的出口流出的冷却液返回至冷却槽的入口的流通路的冷却系统在流通路的途中包括越过障碍壁的配管部的情况下会发生相同的问题。

因此，本发明的目的在于提供一种在使停止状态的泵起动时能够有效地避免在包括越过障碍壁的配管部的流通路内产生气泡的冷却系统。

用于解决课题的方法

为了解决上述课题，根据本发明，提供一种冷却系统，具有：冷却槽；从上述冷却槽的出口流出的冷却液返回至上述冷却槽的入口的流通路；设置于上述流通路的中途并越过障碍壁的配管部；主泵；隔着越过上述障碍壁的配管部配置于与上述主泵相反侧的辅助泵；控制上述主泵和上述辅助泵的驱动的控制器，上述控制器在使上述主泵起到之前使上述辅助泵驱动预定时间，在上述流通路内产生上述冷却液的预备流。

本发明者发现，采用在隔着越过障碍壁的配管部与主泵相反侧配置辅助泵的结构，在使主泵起动且流通路内的冷却液产生大且强的流之前，若仅在比较短的时间内驱动辅助泵，产生冷却液的预备流，就能够有效地避免在使停止状态的主泵起动时在流通路内产生气泡的情况，从而完成本发明。

在本发明的冷却系统的优选的实施方式中，还具有用于在上述冷却槽的外部冷却在上述冷却槽中变暖的冷却液的热交换器，上述热交换器的入口与上述冷却槽的出口连接，上述热交换器的出口可以与上述主泵的入口连接。

在本发明的冷却系统的优选的实施方式中，越过上述障碍壁的配管部是倒U字形、倒L字形或倒J字形的配管部，该配管部以越过划分建筑物的室内和室外的障碍壁的方式配置，上述冷却槽以及上述辅助泵配置于上述室内，上述主泵以及上述热交换器可以配置于上述室外。

在本发明的冷却系统的优选的实施方式中，上述冷却系统以将电子设备浸渍在上述冷却槽内的冷却液中并直接冷却的方式构成，该冷却系统还具有漏出接收部，该漏出接收部配置于上述冷却槽与地面之间，在冷却液从上述冷却槽漏出时接收漏出的该冷却液。

而且，在该本发明的冷却系统的优选的实施方式中，上述漏出接收部可以由式从上述冷却槽承受的负载分散的分散板、在该分散板上以包围上述冷却槽的方式设置且被关闭的侧壁、覆盖被关闭的该侧壁与上述冷却槽之间的上部开口的盖部构成。

发明效果

根据本发明，能够提供一种在使停止状态的泵起动时能够有效地避免在包括越过障碍壁的配管部的流通路内产生气泡的冷却系统。

上述本发明的目的及优点、以及其他目的及优点通过以下的实施方式的说明能更清楚地理解。另外，以下记述的实施方式是举例说明，本发明并不限于此。

附图说明

图1是本发明的一实施方式的冷却系统的侧视图。

图2是本发明的一实施方式的冷却系统的局部立体图。

具体实施方式

以下，基于附图详细地说明本发明的冷却系统的优选实施方式。并且，说明将本发明适用于电子设备的冷却系统的一实施方式，但本发明能够广泛地适用于具有从冷却槽的出口流出的冷却液返回冷却槽的入口的流通路且在流通路的中途包括越过障碍的配管部的冷却系统。

参照图1，一实施方式的冷却系统100具有冷却液C流入的冷却槽11、从冷却槽11的出口流出的冷却液返回冷却槽11的入口的流通路15、16、设置于流通路16的中途的倒U字形配管部16a、主泵31、隔着倒U字形的配管部16a配置于与主泵31相反侧的辅助泵33、控制主泵31以及辅助泵33的驱动的控制器35。多个电子设备(未图示)浸入在冷却槽11中流通的冷却液C中而被直接冷却。冷却槽11优选具有开放空间。在本说明书中的具备“开放空间”的冷却槽11中也包括不损害电子设备的维护性的程度的简单的封闭结构的冷却槽。例如，在冷却槽11的开口部隔着衬垫可装卸或可开闭地安装顶板12的结构被称为简单的封闭结构。

在冷却槽11中装入对浸渍未图示的多个电子设备的整体足量的冷却液C至液面N。作为冷却液，熟知3M公司的商品名“氟化液(3M公司的商标，以下相同)FC-72”(沸点56℃)、“氟化液FC-770”(沸点95℃)、“氟化液FC-3283”(沸点128℃)、“氟化液FC-40”(沸点155℃)、“氟化液FC-43”(沸点174℃)，能够恰当地使用由全氟化物(全氟化合物)构成的氟化惰性液体，但不限定于此。

本申请人着眼于全氟化物是具有高的电绝缘性、高的热传导能力、惰性且在热性·化学性中稳定性高、不可燃性且不含有氧的化合物，因此具有臭氧破坏系数为零等的优秀特性的方面，完成作为高密度的电子设备的浸渍冷却用的制冷剂而使用将如上的全氟化物作为主要成分而包含的冷却液的冷却系统的发明，进行专利申请(特愿2014-170616)。如该现有申请中所公开那样，尤其若将氟化液FC-43或FC-40用于冷却液，则能够大幅降低来自具有开放空间的冷却槽11的由冷却液C的蒸发而引起的损失的同时，能够高效地冷却高密度地设置于小体积的冷却槽11内的多个电子设备，是极其有利的。

并且，氟化液FC-43或FC-40其沸点为150℃以上，具有极其难以蒸发的性质，因此设置于冷却槽11的上部开口的顶板12能容易地进行电子设备(未图示)的维护，可以相对于上述开口可装卸或可开闭地安装。例如，顶板12可以通过设置于冷却槽11的上部开口的一缘部的未图示的铰链部自由开闭地被支撑。

热交换器13是用于从冷却槽11的外部对在冷却槽11中从多个电子设备吸收热量并变暖的冷却液C进行冷却的设备，可以是包括空冷式、水冷式或蒸发式的冷凝器的各种热交换器(所谓的散热器、冷却器、冷却塔等)。另外，另一个热交换器14是用于向另一制冷剂传递热交换器13从冷却液C吸收的热量并通过在此的冷冻作用产生低温的装置，例如可以是冷冻机(冷却塔等)。并且，在热交换器13具有充足的热交换效率的情况下可以省略另一个热交换器14的设置。

对本实施方式中的冷却系统100实施用于解决从冷却槽的冷却液漏出、漏出的冷却液的回收的问题的对策。即，冷却系统100具备以在冷却液C从冷却槽11漏出时接收漏出的冷却液的方式配置于冷却槽11与地面之间的漏出接收部21。

如图2所示，漏出接收部21由使由冷却槽11承受的负载分散的分散板20、以包围冷却槽11的方式设置在该分散板20上并关闭的侧壁、覆盖该关闭的侧壁与冷却槽之间的上部开口的盖部22构成。漏出接收部21最好优选具备能全部接收从冷却槽11向外部漏出的最大量的冷却液的充足体积。具备该结构的漏出接收部21所带来的优点是：与地面接触的漏出接收部21的底面为面积宽的分散板且能够将由冷却槽11承受的负载分散到整个宽的面积上；能够较低地抑制漏出接收部21的侧壁的高度；盖部22防止异物从上部开口混入漏出的冷却液内且封闭上部开口而容易地进行向冷却槽11的存取。

返回图1，在建筑物内更小的空间(例如，研究所内的科研人员所分配的卧室、研究室内)设置浸渍电子设备的冷却槽11时应特别考虑的多个问题点之一为确保室内的安静性。在冷却系统100运行中，由于主泵31连续运转，因此会成为破坏室内的安静性的噪音源。因此，从确保室内的安静性的观点出发，主泵31应配置于相对于建筑物室内通过墙壁等的构造物17划分的建筑物的室外而进行驱动。而且，如图1所示，由于在建筑物的结构上或布局上对构造物17的配管作业存在制约，因此存在要求以越过位于主泵31与冷却槽11之间的一定高度的障碍壁18的方式设置将主泵31的出口与冷却槽11的入口连接的配管的情况。在这种情况下，在流通路16的中途设置倒U字形的配管部16a是不可或缺的，该倒U字形的配管部16a的存在会成为在由冷却液装满的流通路内产生气泡的原因。该情况在作为越过障碍壁18的配管部代替倒U字形的配管部16a而使用倒L字形或倒J字形的配管部的情况中也相同。

因此，在本实施方式中，通过采用在隔着倒U字形的配管部16a与主泵31相反侧配置辅助泵33的结构能有效地避免在使停止状态的泵起动时在流通路内产生气泡的问题。控制器35至少生成与接通/断开相关的信号，分别向主泵31以及辅助泵33供给，以分别控制主泵31以及辅助泵33的驱动的方式构成。在本实施方式中，控制器35在使主泵35起动之前使辅助泵33驱动预定时间。辅助泵33可以是比主泵31小型且小排出流量的装置，另外，使辅助泵33驱动的预定时间只要是如数秒至数十秒的范围内即可，只要产生冷却液C的预备流即可。如此，由于辅助泵33只要在使主泵31起动时以短时间进行驱动即可，因此即使配置于建筑物的室内也不会损害室内的安静性。

在上述一实施方式中，电子设备可以包括搭载于主板上的处理器，处理器可以包括CPU(Central Processing Unit)或GPU(Graphics Processing Unit)的任一个或两者。另外，电子设备可以包括高速缓存、芯片组、网络单元、PCIExpress总线、总线开关单元、SSD(Solid State Drive)、电源设备(交流-直流交换器、直流-直流电压变换器等)。另外，电子设备可以是包括刀片服务器的服务器、路由器、SSD等的存储装置等的电子设备。

产业上利用的可能性

本发明能够广泛地适用于具有从冷却槽的出口流出的冷却液返回冷却槽的入口的流通路的冷却系统。

符号说明

100—冷却系统，11—冷却槽，12—顶板，13—热交换器，14—另一热交换器，15、16—流通路，16a—倒U字形的配管部，17—构造物，18—障碍壁，19—配管作业，20—分散板，21—漏出接收部，22—盖部，31—主泵，33—辅助泵35—控制器。

Claims (5)

1.一种冷却系统，其特征在于，

具有：

冷却槽；

从上述冷却槽的出口流出的冷却液返回至上述冷却槽的入口的流通路；

设置在上述流通路的中途且越过障碍壁的配管部；

主泵；

隔着越过上述障碍壁的配管部配置于与上述主泵相反侧的辅助泵；以及

控制上述主泵以及上述辅助泵的驱动的控制器，

在使上述主泵起动之前，上述控制器使上述辅助泵驱动预定时间，在上述流通路内产生上述冷却液的预备流。

2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，

还具有用于在上述冷却槽的外部冷却在上述冷却槽中变暖的冷却液的热交换器，上述热交换器的入口与上述冷却槽的出口连接，上述热交换器的出口与上述主泵的入口连接。

3.根据权利要求2所述的冷却系统，其特征在于，

越过上述障碍壁的配管部是倒U字形、倒L字形或倒J字形的配管部，该配管部以越过划分建筑物的室内和室外的障碍壁的方式配置，上述冷却槽以及上述辅助泵配置于上述室内，上述主泵以及上述热交换器配置于上述室外。

4.根据权利要求3所述的冷却系统，其特征在于，

上述冷却系统以将电子设备浸渍在上述冷却槽内的冷却液中并直接冷却的方式构成，该冷却系统还具有配置于上述冷却槽与地面之间的漏出接收部，该漏出接收部在冷却液从上述冷却槽漏出时接收漏出的该冷却液。

5.根据权利要求4所述的冷却系统，其特征在于，

上述漏出接收部由下述部件构成：使由上述冷却槽承受的负载分散的分散板；在该分散板上以包围上述冷却槽的方式设置且被关闭的侧壁；以及覆盖被关闭的该侧壁与上述冷却槽之间的上部开口的盖部。

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