ES2910707T3 - Sistema para el enfriamiento de componentes electrónicos que producen calor - Google Patents

Abstract

Sistema de enfriamiento de elementos que producen calor, más particularmente semiconductores (15) de componentes (16) electrónicos contenidos en cajones (11) de cabinas metálicas o armarios (10) metálicos colocados en una sala (50), que comprende un primer fluido de transición de fase, destinado a enfriar dichos elementos (16) que producen calor alojados en al menos uno de dichos cajones (11) con el fin de retirar el calor generado por dicho cajón (11) para mantenerlo a una temperatura preestablecida, circulando dicho primer fluido en un primer circuito de fluido un fluido de enfriamiento secundario, idéntico a dicho primer fluido, destinado a transferir directamente al exterior el calor transmitido por dicho primer fluido, circulando dicho fluido de enfriamiento secundario en un segundo circuito de fluido que incluye un disipador (100) de calor colocado en el exterior de la sala (50) estando dichos circuitos de fluido primero y segundo en comunicación de fluido entre sí para formar un caloducto conectado a dicho disipador (100) de calor colocado al aire libre, estando caracterizado dicho sistema porque en cada cajón (11) de cada armario (10) metálico una pluralidad de caloductos están colocados en contacto con dichos elementos (15) electrónicos, estando los extremos de cada uno de dichos caloductos conectados de manera estanca, respectivamente, a un pequeño colector (24) caliente en el que convergen líneas (14) de vapor de dichos caloductos, y a un pequeño colector (23) frío en el que convergen líneas (13) de líquido de dichos caloductos, estando cada pequeño colector (23) frío y cada pequeño colector (24) caliente de cada cajón (11) dentro de dicho cajón (11) y conectado con medios de conexión extraíbles a, respectivamente, un colector (230) frío más grande y un colector (240) caliente más grande, estando colocados dichos colectores (230, 240) más grandes en el exterior en la parte trasera del armario (10) metálico y conectados hidráulicamente a dicho disipador (100), formando dichos colectores (230, 240) más grandes y caloductos de dichos elementos (15) electrónicos un circuito continuo del tipo de "caloducto" en bucle.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema para el enfriamiento de componentes electrónicos que producen calor

La presente invención se refiere a un sistema de enfriamiento de elementos que producen calor, más particularmente componentes electrónicos contenidos en cabinas metálicas o armarios metálicos, con el fin de disipar el calor generado por los armarios metálicos directamente al exterior sin el uso de sistemas de refrigeración y/o de bombas para la circulación del fluido de enfriamiento u otras máquinas para minimizar la entrada de energía mientras se realiza un enfriamiento eficiente.

Más particularmente, la presente invención se refiere a un sistema de enfriamiento adecuado para retirar calor de dichos elementos electrónicos, manteniéndolos a una temperatura de alrededor de 60°C o inferior, transfiriendo dicho calor directamente al exterior de la sala cerrada que contiene dichos componentes electrónicos.

Las unidades electrónicas (servidores - bases de datos) están constituidas por un conjunto de cabinas metálicas, conocidas como armarios metálicos, donde cada uno de ellos aloja una pluralidad de tarjetas electrónicas colocadas en cajones extraíbles, cuyos componentes liberan calor y tienen que enfriarse con el fin de poder funcionar a su temperatura óptima de diseño, generalmente igual o inferior a 60°C.

El enfriamiento en estas cabinas metálicas se realiza mediamente el uso de disipadores de calor metálicos con aletas, colocados en contacto con los elementos que van a enfriarse, o con otros más sistemas más eficientes tales como por ejemplo los que usan caloductos.

Estos sistemas de enfriamiento conocidos en la técnica transfieren el calor sustraído de los elementos electrónicos al aire de la sala en la que se encuentran dichos armarios metálicos.

Por tanto, el aire de la sala que contiene dichos armarios metálicos ha de mantenerse a una temperatura suficientemente baja con el fin de permitir el enfriamiento de los disipadores de calor mencionados anteriormente para contener en última instancia la temperatura de dichos elementos electrónicos.

El aire de la sala en la que se encuentran dichos armarios metálicos se mantiene a la temperatura necesaria con sistemas de acondicionamiento de aire dentro de la sala, que se alimentan mediante unidades de refrigeración que consumen grandes cantidades de energía eléctrica y que requieren mantenimiento constante.

Por tanto, es muy deseable tener sistemas de enfriamiento con entrada de cantidades menores de energía eléctrica. En dispositivos electrónicos portátiles, tales como por ejemplo ordenadores portátiles, el enfriamiento de la tarjeta o componente electrónico se realiza de manera sencilla, usando un “caloducto” (denominado a continuación en el presente documento TdC) que puede usarse gracias a la mayor temperatura a la que pueden funcionar los componentes electrónicos de última generación, generalmente alrededor de 60°C.

El caloducto es una tubería cerrada que tiene un sistema de intercambio de calor que puede transportar grandes cantidades de calor con una diferencia de temperatura muy pequeña entre las superficies de contacto calientes y frías, y que funciona según el principio de conductividad térmica y transición de fase, transfiriendo calor entre dos superficies de contacto sólidas.

En la práctica, el caloducto, que hace referencia al ciclo natural de la evaporación del agua forzada por el calentamiento solar, transfiere el calor desde una fuente caliente (es decir, componentes electrónicos que funcionan generalmente a 60°C) hasta un medio de enfriamiento a través del cambio de estado de líquido a vapor de un fluido de bajo punto de ebullición que circula dentro de un circuito cerrado, y a la condensación sucesiva dentro de este circuito cerrado, sin el uso de trabajo mecánico: los fluidos de enfriamiento para acondicionamiento de aire y refrigeración pueden usarse en el caloducto mencionado anteriormente.

Más particularmente, los caloductos aprovechan el principio de evaporación y condensación de un gas en una tubería cerrada, con el efecto de absorber calor en la fase de evaporación y cederlo durante la condensación, donde la circulación del fluido dentro de los tubos se debe a la diferencia de temperatura entre el evaporador y el condensador que provoca el movimiento del vapor hacia el punto más frío.

Generalmente, estas tuberías se inducen a transferir el calor sustraído por el contacto con los componentes electrónicos de las dos formas siguientes:

a) por medio de contacto con una placa mantenida fría mediante por cualquier sistema centralizado de refrigeración; b) por medio de la conexión de un disipador de calor con aletas, enfriado directamente por el aire de la sala que se fuerza sobre las aletas por un ventilador.

En el caso a), el calor que se captura por la placa fría, pasa a un fluido de enfriamiento (por ejemplo, agua) usando un salto de temperatura en detrimento del existente entre la fuente de calor y el medio de eliminación. El fluido movido por una bomba transporta el calor a cualquier disipador de calor colocado en el exterior que libera el calor al aire circundante. Con frecuencia, dada la reducción en la diferencia de calor debido al efecto del intercambiador intermedio, la finalidad es enfriar el fluido hasta una temperatura inferior con el uso de refrigerantes con el fin de recuperar la eficiencia perdida en la transmisión del calor.

En el caso b), el calor se transporta a un intercambiador ventilado o con aletas, colocado en el armario metálico de las tarjetas electrónicas y el calor se transfiere al aire de la sala que a su vez se enfría por sistemas de acondicionamiento de aire por compresor.

En la práctica, el caloducto conocido se usa sólo para transferir localmente el calor desde los componentes electrónicos hasta un disipador de calor de aire que está dentro del armario metálico o para enfriar placas con un intercambio de calor intermedio.

Dicho caloducto nunca se ha usado para disipar directamente al aire libre el calor generado por los armarios metálicos, debido al elevado número de elementos electrónicos que han de enfriarse presentes en un cajón de un armario metálico, debiendo proporcionarse una válvula de corte manual o llave en cada caloducto, pero en la práctica no existen los espacios físicos suficientes para alojar la cantidad necesaria de llaves.

El documento US 2016/274628 A1 describe un aparato para enfriar un sistema informático que incluye un bucle de enfriamiento primario. El bucle de enfriamiento primario incluye un evaporador configurado para enfriar al menos un componente del sistema informático, un condensador enfriado por el ambiente conectado al evaporador, una primera bomba para proporcionar un flujo de producto de enfriamiento dentro del bucle de enfriamiento, un regulador de presión configurado para mantener una presión seleccionada en el bucle de enfriamiento primario y un controlador que responde a los cambios en las condiciones ambientales exteriores y a la cantidad de calor disipado por el sistema informático y configurado para ajustar dinámicamente la bomba y el regulador de presión en respuesta a ello.

El documento US 2012/103571 A1 describe una estructura de disipación de calor de un dispositivo electrónico que incluye al menos un caloducto y un enfriador. El caloducto tiene un extremo de condensación y un extremo de evaporación opuestos entre sí, y el extremo de evaporación está dispuesto en un elemento que genera calor del dispositivo electrónico. El enfriador está dispuesto en un armario metálico y tiene una cámara en su interior, y la cámara tiene una cubierta interior que contiene un fluido de enfriamiento en la misma. Cuando el dispositivo electrónico se monta en el armario metálico, el extremo de condensación del caloducto se inserta en el enfriador y se sitúa en la cubierta interior. El extremo de evaporación absorbe la energía térmica del elemento generador de calor y transfiere la energía térmica al extremo de condensación, de manera que el fluido refrigerante disipa la energía térmica del extremo de condensación.

El documento US 2003/128516 A1 describe un sistema informático que tiene un bastidor y una pluralidad de subconjuntos de unidades de servidor que pueden insertarse en el bastidor. Cada subconjunto de unidades de servidor tiene un componente de chasis que se engancha con un componente de bastidor en el bastidor. Puede transferirse calor desde el componente de chasis al componente de bastidor, pero el subconjunto de unidades del servidor todavía puede extraerse del bastidor. En una realización, un conducto de aire está ubicado sobre una pluralidad de componentes de bastidor. Se transfiere calor desde los componentes de bastidor al aire que fluye a través del conducto. Se usa un bucle bombeado por capilaridad modificado para transferir calor desde un procesador del subconjunto de unidades de servidor a los componentes térmicos en el bastidor.

El documento EP 2816881 A1 describe un aparato de enfriamiento que incluye 2 o más unidades de almacenamiento de refrigerante dispuestas en dirección vertical y configuradas para almacenar refrigerantes, una unidad de condensación dispuesta encima de las unidades de almacenamiento de refrigerante, una tubería de vapor de agua para la circulación de refrigerantes en fase gaseosa que fluyen desde las unidades de almacenamiento de refrigerante hasta la unidad de condensación, una tubería de líquido para hacer circular un refrigerante en fase líquida que fluye desde la unidad de condensación hasta una unidad de almacenamiento de refrigerante superior, y tuberías de separación para hacer circular un refrigerante en fase líquida que fluye desde una unidad de almacenamiento de refrigerante superior hasta una unidad de almacenamiento de refrigerante inferior. El refrigerante en fase líquida fluye hacia cada unidad de almacenamiento de refrigerante a través de una entrada y fluye desde la unidad de almacenamiento de refrigerante a través de un primer puerto de conexión formado debajo de la entrada. El objeto de la presente invención es el de superar las desventajas de la técnica anterior proporcionando un sistema de enfriamiento de cabinas metálicas o armarios metálicos colocados dentro de una sala, y de los elementos metálicos que producen calor contenidos en los mismos, que requiere sistemas de acondicionamiento que tienen un tamaño considerablemente más pequeño con respecto a los conocidos para usar cantidades más pequeñas de energía eléctrica.

Un objeto adicional es el de proporcionar un sistema de enfriamiento de este tipo que no suponga la transferencia del calor desde los elementos electrónicos a la sala en la que están contenidos los armarios metálicos, sino que en cambio suponga transportar el calor y disiparlo directamente al aire libre sin el uso de sistemas de refrigeración que absorben grandes cantidades de energía eléctrica, y limitar la energía eléctrica al mínimo necesario para el accionamiento de los ventiladores.

Aún otro objeto de la invención es el de proporcionar un sistema de este tipo que también sea sencillo y económico de producir y también de gestionar.

Estos objetos se logran mediante el sistema de enfriamiento según la invención que tiene las características enumeradas en la reivindicación independiente 1 adjunta.

En las reivindicaciones dependientes se dan a conocer realizaciones ventajosas de la invención.

El objeto de la presente invención se refiere a un sistema para disipar directamente al exterior (al aire libre) el calor generado por uno o más armarios metálicos colocados dentro de una sala, donde los caloductos asociados con los elementos electrónicos en los cajones de los armarios metálicos (circuitos internos) transfieren el calor directamente al exterior de la sala por medio de uno o más circuitos de fluido de enfriamiento (circuito general externo) que actúan como caloductos, para no requerir energía eléctrica para el transporte del fluido de enfriamiento.

Más particularmente, el presente sistema de enfriamiento de semiconductores de componentes electrónicos contenidos en cajones de cabinas metálicas o armarios metálicos que están colocados dentro de una sala, comprende:

un primer fluido de transición de fase, destinado a enfriar dichos elementos que producen calor alojados en al menos uno de dichos cajones con el fin de retirar el calor generado por dicho cajón y mantenerlo a una temperatura preestablecida, circulando dicho primer fluido en un primer circuito de fluido,

un fluido de enfriamiento secundario, igual que dicho primer fluido, destinado a transferir directamente al exterior (al aire libre) el calor transferido por dicho primer fluido, circulando dicho fluido de enfriamiento secundario en un segundo circuito de fluido que incluye un disipador de calor colocado en el exterior de la sala,

estando dichos circuitos de fluido primero y segundo en comunicación de fluido entre sí para formar un caloducto conectado a dicho disipador de calor colocado al aire libre,

estando caracterizado dicho sistema porque en cada cajón de cada armario metálico una pluralidad de caloductos están colocados en contacto con dichos elementos electrónicos,

estando los extremos de cada uno de dichos caloductos conectados de manera estanca, respectivamente, a un pequeño colector caliente en el que convergen líneas de vapor de dichos caloductos, y a un pequeño colector frío en el que convergen líneas de líquido de dichos caloductos,

estando cada pequeño colector frío y cada pequeño colector caliente de cada cajón dentro de dicho cajón y conectado con medios de conexión extraíbles a, respectivamente, un colector frío más grande y un colector caliente más grande, estando colocados dichos colectores más grandes en el exterior en la parte trasera del armario metálico y conectados hidráulicamente a dicho disipador,

formando dichos colectores más grandes y caloductos de dichos elementos electrónicos un circuito continuo del tipo de “caloducto” en bucle.

En una primera realización, no cubierta por las reivindicaciones, el sistema prevé el uso de un intercambiador particular constituido por dos semi-intercambiadores en contacto entre sí pero fácilmente desmontables y con circuitos de fluido independientes entre sí, en el que el primer semi-intercambiador transmite el calor que se ha sustraído de elementos que van a enfriarse, al segundo semi-intercambiador a través del simple contacto conductivo y la diferencia de temperatura, donde al menos uno de dichos semi-intercambiadores es un intercambiador de transición de fase (bifásico).

El solicitante ha encontrado de hecho que es posible usar un intercambiador de secciones separables en el enfriamiento de cada fuente de calor, por ejemplo elementos semiconductores o similares, generando dicho intercambiador una diferencia de temperatura positiva con respecto a los medios de disipación, normalmente representados por el aire exterior, incluso si es posible proporcionar soluciones alternativas de disipación tal como se indica a continuación en detalle en el presente documento, y con la necesidad de separar los elementos individuales de la planta central sin pérdida de producto de enfriamiento.

De hecho, el sistema que constituye el primer objeto de la presente invención no proporciona el uso de bombas para la circulación del fluido que enfría los componentes electrónicos de los ordenadores y menos aún enfriadores con compresor, para minimizar la entrada de energía mientras se realiza un enfriamiento eficiente.

Más particularmente, el sistema de enfriamiento según la presente invención comprende al menos dos elementos de intercambio de calor, o semi-intercambiadores tal como se definió anteriormente, que equivalen a dos caloductos en bucle independientes, que se colocan en contacto entre sí en una placa de disipador respectiva, pero desmontables e hidráulicamente independientes entre sí, funcionando en diferentes intervalos de temperaturas, en los que al menos uno de los dos semi-intercambiadores es un semi-intercambiador primario asociado con al menos un receptáculo, generalmente un cajón de un armario metálico, colocado en una sala de servidores, generalmente cerrada, con el fin de enfriar uno o más componentes electrónicos (por ejemplo, semiconductores) contenidos en dicho cajón de tal manera que se transfiera el calor de disipación de dicho cajón a un semi-intercambiador secundario,

estando colocado dicho semi-intercambiador secundario dentro de dicha sala con el fin de transferir al entorno exterior el calor intercambiado con al menos dicho semi-intercambiador primario, para sustraer de dicha sala el calor generado por dichos componentes electrónicos contenidos en dicho cajón de dicho armario metálico.

En la práctica, cada uno de los dos circuitos muestra un caloducto en bucle y los dos circuitos intercambian calor entre sí por medio de conducción gracias a las placas de los dos semi-intercambiadores que están en contacto entre sí.

“Cajón” pretende identificar en el presente documento a un receptáculo, en su mayoría con forma de paralelepípedo, que aloja componentes electrónicos montados en una o más tarjetas electrónicas.

“Diferentes intervalos de temperaturas” pretende identificar en el presente documento diferentes deltas de temperatura (AT) a las que funcionan los semi-intercambiadores.

El calor que dicho semi-intercambiador secundario ha sustraído del primer semi-intercambiador puede transportarse y disiparse directamente al exterior de diversas formas para sustraerlo de la sala que contiene dichos armarios metálicos, donde el exterior no siempre está representado por el aire, sino que también puede representarse, por ejemplo, por un determinado flujo de agua que enfría un condensador de haz de tubos o placas.

En este caso, dado que el condensador no libera calor hacia el entorno sino que en cambio lo transfiere al agua, dicho condensador también puede instalarse dentro de la sala que aloja los armarios metálicos: el agua de enfriamiento entrará a una temperatura determinada y saldrá a una temperatura más alta y luego se dispersará al exterior (dispersión de calor).

En otros casos, el mismo condensador puede enfriarse por agua que irá a dispersar calor en una torre de enfriamiento externa, por medio de la evaporación parcial de la propia agua (enfriamiento adiabático). Todo esto tiene lugar en circuito cerrado, con reintegración constante del agua perdida por evaporación.

El sistema para retirar calor en una segunda y tercera realización de la presente invención prevé que el intercambio de calor entre interior-exterior tenga lugar usando exclusivamente el sistema conocido como “caloducto”, tanto en su versión más sencilla de “una única tubería”. (tercera realización) y en la versión “en bucle” más eficiente (segunda realización) sin el uso de semi-intercambiadores en contacto térmicamente conductor entre sí.

Características adicionales de la invención resultarán más claras mediante la siguiente descripción detallada, referida a sus realizaciones meramente a título de ejemplo no limitativo, ilustradas en los dibujos adjuntos, en los que:

la figura 1a es una vista esquemática de un caloducto (TdC) también denominado “caloducto en bucle” que ilustra el funcionamiento del mismo;

la figura 1b es una vista en perspectiva esquemática del sistema de enfriamiento de una primera realización no cubierta por las reivindicaciones, para enfriar un único armario metálico contenido en una sala de servidores;

la figura 2a es una vista lateral del sistema de la figura 1b;

la figura 2b es una vista ampliada y parcialmente interrumpida de un cajón del armario metálico ilustrado en la figura 2a;

las figuras 3a, 3b son vistas en planta desde arriba del sistema de enfriamiento de la figura 2b, respectivamente en la configuración de no uso (semi-intercambiadores no en contacto) y en la configuración de uso (semiintercambiadores en contacto entre sí);

la figura 4 es una vista esquemática que ilustra el funcionamiento de una realización del sistema de enfriamiento no según la presente invención;

la figura 5a es una vista frontal posterior de la placa de intercambio del semi-intercambiador de las figuras 3a-3b; las figuras 5b, 5c son, respectivamente, una vista lateral derecha y una vista desde arriba de la placa de intercambio ilustrada en la figura 5a;

la figura 5d es una vista en sección horizontal de la placa de intercambio ilustrada en la figura 5a, tomada a lo largo del plano VI-VI;

la figura 6 es una vista esquemática de una sala de servidores en la que está instalada el presente sistema de enfriamiento;

las figuras 7a-7b son vistas en perspectiva esquemáticas de una segunda realización según la invención del sistema de enfriamiento para enfriar un único armario metálico contenido en una sala de servidores según la presente invención;

la figura 8 es una vista esquemática vertical ampliada, interrumpida parcialmente, de uno de los cajones del armario metálico ilustrado en las figuras 7a-7b del sistema de enfriamiento según la segunda realización de la presente invención;

la figura 9a es una vista esquemática vertical, interrumpida parcialmente, del sistema de enfriamiento de un armario metálico según la segunda realización de la presente invención;

la figura 9b es una vista esquemática de uno de los caloductos del cajón ilustrado en la figura 9a;

la figura 9c es una vista en sección tomada a lo largo de la línea A-A indicada en la figura 9b;

las figuras 10a, 10b son vistas en planta desde arriba del cajón ilustrado en la figura 9a, respectivamente, en la configuración en uso del cajón insertado en el armario metálico (conectado) y en la configuración no en uso del cajón extraído del armario metálico (desconectado);

la figura 11 es una vista esquemática de una sala de servidores en la que está instalada la segunda realización del presente sistema de enfriamiento;

la figura 12a es una vista ampliada del detalle de uno de los conectores rápidos ilustrados en la figura 9a, en relación con la configuración conectada;

la figura 12b ilustra uno de los conectores rápidos ilustrados en la figura 12a, en su configuración desconectada; la figura 13 es una vista esquemática vertical de la tercera realización del sistema de enfriamiento de cajones de un armario metálico según la presente invención;

la figura 14 es una vista esquemática de una sala de servidores en la que está instalada la tercera realización del presente sistema de enfriamiento.

En los dibujos y en la siguiente descripción, los elementos idénticos se identifican con los mismos números de referencia.

Tal como se ilustra en la figura 1a, un “caloducto” es un circuito 1 cerrado, generalmente en bucle, que absorbe calor de una fuente 2 caliente (por ejemplo, placa de disipador de calor de cobre o aluminio sobre la que generalmente se monta el componente electrónico cuya temperatura de funcionamiento no debe superar un valor determinado). En dicho circuito 1 circula un fluido 3 de enfriamiento que luego se transforma en vapor 4 gracias al calor procedente de dicha fuente 2 disipando calor: dicho vapor 4 se desplaza hacia la zona 5 más fría del circuito 1, definida en este caso también como cámara de compensación o cámara de admisión, donde se condensará, transformándose de nuevo en el fluido 3 de enfriamiento sin el uso de trabajo mecánico.

Por tanto, en un caloducto el intercambio de calor se basa en el fenómeno físico de absorción de calor durante la evaporación y de su liberación durante la condensación sucesiva.

El funcionamiento del caloducto mencionado anteriormente se ha aplicado para realizar el presente sistema de enfriamiento que usa dos semi-intercambiadores que funcionan en diferentes intervalos de temperaturas, funcionando al menos uno de ellos como un caloducto que tiene el circuito de fluido independiente del otro semiintercambiador, en el que dichos semi-intercambiadores se colocan en contacto, a través de respectivas placas de disipador pero separables, para intercambiar calor entre sí.

Más particularmente, con referencia a la figura 1b, el presente sistema de enfriamiento, no cubierto por las reivindicaciones, comprende

al menos un semi-intercambiador 12 primario destinado a enfriar uno o más cajones 11 contenidos en un armario 10 metálico (es decir, una cabina de receptáculo de cajones) que se coloca en una sala 50 de servidores - bases de datos, generalmente cerrada, estando destinado dicho semi-intercambiador 12 primario a retirar el calor generado por dicho cajón 11 con el fin de mantener una temperatura predeterminada en dicho cajón;

un semi-intercambiador 120 secundario en contacto con uno o más de dichos semi-intercambiadores 12 primarios de dichos cajones 11 de dicho armario 10 metálico, estando destinado dicho semi-intercambiador 120 secundario a transferir al exterior el calor transmitido por dichos semi-intercambiadores 12 primarios por medio de las placas de disipador.

De hecho, la cara 20 del semi-intercambiador 12 primario está conectada, junto con otras (pero siempre de manera independiente), a la cara 20 del semi-intercambiador 120 secundario más grande que recibe el calor de todos los cajones de un único armario metálico, que luego se conecta a la planta 100 de disipación general tal como se ilustrará en detalle en el presente documento a continuación.

En referencia a la figura 2b, el semi-intercambiador 12 primario incluye una línea 13 en la que circula el líquido de enfriamiento y una línea 14 en la que circula el vapor de dicho líquido de enfriamiento, estando dichas líneas 13, 14 de fluido en comunicación de fluido entre sí para formar un circuito cerrado, siendo dicho semi-intercambiador primario un intercambiador de transición de fase.

El semi-intercambiador 120 secundario es preferiblemente también un intercambiador de transición de fase y proporciona una línea 13 en la que circula un líquido de enfriamiento y una línea 14 en la que circula el vapor de dicho líquido de enfriamiento.

En el semi-intercambiador 12 primario circula un primer fluido de enfriamiento y en el semi-intercambiador 120 secundario circula un segundo fluido de enfriamiento, pudiendo dichos fluidos primario y secundario ser idénticos o diferentes entre sí, aunque funcionando con un intervalo de temperatura diferente.

Dicho semi-intercambiador 120 secundario, además de estar en contacto con uno o más semi-intercambiadores 12 primarios, está asociado con un sistema de disipación del calor que deriva de la condensación del fluido secundario en el semi-intercambiador 120 secundario: dicho sistema puede ser por ejemplo al menos un enfriador 100 seco, estático o ventilado, colocado en el exterior de la sala 50 para transmitir directamente al entorno exterior (al aire libre) el calor de disipación del armario 10 metálico, sustrayendo dicho calor del entorno de la sala 50 en que se alojan los armarios 11 metálicos.

“Enfriadores secos” pretende identificar en el presente documento disipadores de calor de aire equipados con ventiladores, diseñados para enfriar un líquido, en el presente caso el líquido de enfriamiento del semiintercambiador 120 secundario usando aire de exterior.

De hecho, parte del circuito formado por dichas líneas 13, 14 de fluido de dicho semi-intercambiador 120 secundario converge fuera de dicha sala 50, preferiblemente en un enfriador 100 seco de aire exterior, aunque esto no es obligatorio para la finalidad de la presente invención.

Dichas líneas 13, 14 de fluido de dicho semi-intercambiador 120 secundario proporcionan cada una un par de válvulas 70, 71 de corte respectivas con el fin de permitir cualquier mantenimiento/reemplazo del semiintercambiador 120 secundario.

Todos los semi-intercambiadores 12 primarios proporcionados en el presente sistema funcionan preferiblemente con el mismo intervalo de temperaturas, que sin embargo es diferente del intervalo de temperaturas en el que funciona dicho intercambiador 120 secundario, tal como se explicará en detalle en el presente documento a continuación. En una realización ilustrada en la figura 2b, cada cajón 11 está restringido a un semi-intercambiador 12 primario. Además, cada semi-intercambiador 12 primario incluye al menos un circuito formado por una línea 13 de líquido y por una línea 14 de vapor para enfriar al menos un semiconductor o elemento 15 electrónico respectivo (por ejemplo procesador, conjunto de chips, CPU y similares) de una tarjeta 16 electrónica contenida en dicho cajón 11.

En el caso en el que dicha tarjeta 16 electrónica contenga más de un elemento 15 electrónico , debe proporcionarse, para cada semi-intercambiador 12 primario, el mismo número de pares de líneas 13, 14 de fluido que los elementos 15 electrónicos que van a enfriarse, de tal manera que cada elemento 15 electrónico se enfría por un circuito respectivo formado por una línea 13 de líquido y una línea 14 de vapor que se desmontan del semi-intercambiador 12 primario o que se desmontan de una línea 13 de líquido principal (distribución de líquido) y una línea 14 de vapor principal (recogida de vapor) tal como se ilustra en la figura 2b.

Tal como se conoce, los componentes electrónicos de una tarjeta generalmente están acoplados a un disipador de calor formado por una placa delgada de cobre o aluminio (no ilustrada en los dibujos), aunque también se usan otras técnicas de disipación: por tanto, la posición y el tipo de montaje de las líneas 13, 14 de fluido de un semiintercambiador 12 primario según la invención se determinarán según el tipo de armario metálico, y en cualquier caso siempre de manera que tenga una conexión térmica entre la fuente de calor y el presente sistema de enfriamiento.

Tal como ya se ha mencionado, la línea 13 de líquido absorbe el calor disipado por el elemento 15 electrónico, transformándose en vapor que fluye a lo largo de la línea 14 de vapor. Dicha línea 14 de vapor converge hacia la cámara de admisión de dicho semi-intercambiador 12 primario, transformándose de nuevo en líquido por medio de condensación.

Cada semi-intercambiador 12 destinado al cajón 11 relativo también comprende una superficie de intercambio particular o placa 20 (figuras 3a-3b) que actúa como elemento disipador de calor, que está compuesto por cobre u otro material con alta conductividad térmica.

Cada semi-intercambiador 12 primario también se une en la parte trasera del cajón 11 relevante, por medio de sistemas magnéticos o mecánicos conocidos, tales como por ejemplo tornillos y pernos 21, tal como se ilustra en las figuras 3a y 3b y de tal manera que la placa 20 de intercambio, que cierra la cámara de admisión, está fuera del cajón 11 relativo para poder transferir de manera eficiente al semi-intercambiador 120 secundario todo el calor que el semi-intercambiador 12 primario ha sustraído del cajón 11 relativo.

Además, cada semi-intercambiador 12 primario también se une al semi-intercambiador 120 secundario destinado para el armario 10 metálico por medio de sistemas mecánicos o magnéticos conocidos tales como, por ejemplo, tornillos y pernos 22, para garantizar el contacto completo entre las superficies de la placa 20 de disipador de calor de los semi-intercambiadores 12 primarios y la placa 20 de disipador de calor del semi-intercambiador 120 secundario.

Dado que el líquido de enfriamiento está contenido íntegramente en el circuito cerrado formado por dichas líneas 13, 14 de fluido solidarias con el semi-intercambiador 12 solidario a su vez con la parte trasera de la estructura del armario metálico, es posible extraer fácilmente cada cajón 11 sin pérdidas de líquido de enfriamiento.

Con el presente sistema de enfriamiento, es posible por tanto separar sin daño o dificultad cada cajón 11 del armario 10 metálico relevante para el trabajo necesario de reemplazo o mantenimiento y control.

Además, con el uso del presente sistema de enfriamiento es posible tener una reducción en los consumos en los espacios usados y en el mantenimiento.

En la práctica, cada cajón 11 es absolutamente independiente de los otros y del resto de la planta general para disipación del calor hacia el exterior (figura 6).

La placa 20 de intercambio de calor de los intercambiadores 12 primarios y la del semi-intercambiador 120 secundario pueden tener una superficie plana o, preferiblemente, una superficie con un perfil conformado para aumentar la superficie de intercambio de calor a través de conducción.

En una realización, dicha superficie de intercambio de dicha placa 20 de dichos intercambiadores 12 primarios e intercambiadores 120 secundarios está conformada como dientes de sierra, con elementos prismáticos que sobresalen, tal como se ilustra en las figuras 5a-d, aunque esta realización no es obligatoria para la finalidad de la presente invención.

Además, en dichos elementos prismáticos que sobresalen de dicha placa 20 de intercambio se proporcionan, preferiblemente, ranuras 30 internas con el fin de aumentar el intercambio entre dicha placa y el fluido de enfriamiento que circula dentro de la cámara de admisión de dicho semi-intercambiador 12.

Se entiende que esta placa 20 de disipador de calor puede fabricarse de otro modo sin apartarse por ello del espíritu de la presente invención.

El semi-intercambiador 120 secundario también es preferiblemente una unidad de intercambio de calor que funciona como un caloducto, aunque esto no es obligatorio para la finalidad de la presente invención.

De hecho, se entiende que dicho semi-intercambiador 120 secundario puede ser, en alternativa al caloducto, un circuito normal con circulación de agua o agua/glicol, sin cambio de estado físico. En este último caso también debe proporcionarse el uso de una bomba de circulación.

Dicho semi-intercambiador 120 secundario también está dotado de una placa 20 de intercambio con una superficie de intercambio conformada de manera similar y complementaria a la de la placa 20 de disipador de calor del semiintercambiador 12 primario con la que tiene que acoplarse frontalmente.

Además, dicho semi-intercambiador 120 secundario está dimensionado de manera adecuada, según el número de semi-intercambiadores 12 primarios con los que tiene que asociarse.

Las placas 20 del semi-intercambiador 120 secundario y del semi-intercambiador 12 primario tienen que ser en cualquier caso coplanarias y también pueden estar cubiertas con pasta conductora.

En referencia a la figura 4, se ilustrará ahora el funcionamiento del sistema de enfriamiento según la invención, en referencia a un sistema que contiene un único semi-intercambiador 12 primario asociado con el semi-intercambiador 120 secundario de un único armario 10 metálico.

El semi-intercambiador 12 primario unido al cajón 11 está dimensionado de tal manera como para alimentar, a través de la línea 13 de líquido, un líquido de enfriamiento que tiene una temperatura de aproximadamente 50°C a un circuito 15 electrónico, y tal como para retirar la cantidad de calor disipado necesario para mantener dicho circuito 15 electrónico a una temperatura de trabajo de 60°C o menor.

El calor generado por el circuito 15 electrónico hace que el líquido que circula en la línea 13 se evapore y el vapor generado, que tiene una temperatura de aproximadamente 60°C, vuelve hacia la zona fría del semi-intercambiador 12 primario a través de la tubería 14 de vapor, que condensa en la cámara 5 de admisión.

En este semi-intercambiador 12 primario pueden proporcionarse entradas 60 de presión y/o indicadores de líquido/nivel 61 y/o un sensor 62 de temperatura de la placa 20 de intercambio, con el fin de gestionar de una manera más eficiente las temperaturas de intercambio de cada semi-intercambiador 12 primario, en particular con el fin de transmitir una o más señales a un sistema 63 de control, tal como por ejemplo una CPU, un PLC, un registrador de datos o similares.

El calor que deriva de la condensación del vapor que circula en la línea 14 de vapor se transfiere a la placa 20 de disipador de calor de dicho semi-intercambiador 12 primario, que está en contacto con la placa 20 de intercambio de calor del semi-intercambiador 120 secundario.

El semi-intercambiador 120 secundario está diseñado de tal manera que el calor que recibe a través de la placa 20 de disipador de calor de dicho semi-intercambiador 12 primario hace que el líquido de enfriamiento secundario se evapore a una temperatura de aproximadamente 50°C. Este vapor se condensa entonces a una temperatura de aproximadamente 40°C que es la que se considera en el dimensionamiento como temperatura exterior máxima del aire.

Debe observarse que la temperatura superficial aumentada de los componentes electrónicos (60-70°C) hace posible, de hecho, aplicar el funcionamiento de caloductos al sistema de la presente invención con el fin de eliminar directamente al exterior, y sin otras mediaciones, el calor producido por los componentes, excluyendo completamente las máquinas de refrigeración.

Considerando de hecho una temperatura máxima del aire exterior de 40°C, puede usarse un gradiente que varía de 20 a 30°C, suficiente para activar de manera eficiente un caloducto con transformación de fase.

Tal como se indica en los dibujos adjuntos, los semi-intercambiadores 12, 120 que, unidos, componen el intercambiador real del presente sistema de enfriamiento, pueden realizarse de las maneras más variadas con el fin de obtener la máxima eficiencia en la transmisión de calor.

En la práctica, el presente sistema de enfriamiento prevé que cada cajón 11 del armario 10 metálico tenga su propio semi-intercambiador 12 primario, dimensionado basándose en la cantidad de calor que va a retirarse (y por tanto basándose en el número de elementos 15 electrónicos) y que el semi-intercambiador 120 secundario se dimensione con el fin de retirar el calor transmitido por todos los semi-intercambiadores 12 primarios destinados a los cajones 11 de un armario 10 metálico: gracias al hecho de que uno o más semi-intercambiadores 120 secundarios de un armario 10 metálico está conectado a un enfriador 100 seco colocado en el exterior de la sala 50 (o a otro tipo de sistema de disipación del calor de condensación del fluido secundario del semi-intercambiador 120 secundario), es posible sustraer desde la sala 50 de servidor todo el calor generado por los armarios 10 metálicos presentes en la sala.

De esta manera, usando el presente sistema de enfriamiento, es posible usar acondicionadores de tamaño considerablemente más pequeño con respecto a lo que es necesario en la actualidad para mantener enfriada una sala 50 que contiene el mismo número de armarios 10 metálicos.

El enfriador 100 seco mencionado anteriormente puede ser: a) un enfriador seco, estático o ventilado mecánicamente, también con enfriamiento previo adiabático opcional del aire por medio de agua finamente pulverizada.

Alternativamente, tal como ya se mencionó anteriormente, dicho semi-intercambiador 120 secundario puede asociarse con otro tipo de sistema de disipación del calor de condensación, diferente del enfriador 100 seco, tal como por ejemplo:

b) un condensador con enfriamiento adiabático directo (condensador evaporativo);

c) un condensador enfriado por agua procedente de la torre de evaporación;

d) un condensador enfriado directamente con agua, colocado en el exterior de la sala 50 (o también dentro de la sala en los casos c) y d)) para enfriar dicho fluido de enfriamiento secundario.

Un objeto de la presente invención es una planta de disipación que comprende un sistema de enfriamiento tal como se describió anteriormente en el que cada semi-intercambiador 120 secundario, asociado con un armario 10 metálico respectivo, está conectado a un enfriador 100 seco externo o a una máquina similar a través de una serie de tuberías.

Más particularmente, la planta de disipación que comprende un sistema de enfriamiento tal como se describió anteriormente prevé que las líneas 13, 14 de fluido de cada semi-intercambiador 120 secundario converjan en colectores 130, 140 de fluido respectivos que salen de la sala 50, en el que dicho colector de líquido y dicho colector de vapor están conectados al enfriador 100 seco.

El sistema de enfriamiento de la segunda realización y la tercera realización de la presente invención pretende enfriar los elementos 15 electrónicos de un armario 10 metálico sin usar los intercambiadores intermedios mencionados anteriormente entre la fuente de calor (elementos 15 electrónicos) y el disipador de calor externo, y sin ningún elemento mecánico para el transporte de calor, usando toda la diferencia de temperatura disponible entre la fuente y el entorno externo para reducir adicionalmente la entrada de energía mientras se consigue un enfriamiento eficiente.

El sistema de enfriamiento de las realizaciones segunda y tercera prevé el uso de una única planta de dispersión de calor que agrupa entre sí varios armarios 10 metálicos, sin mediación de intercambiadores que, reduciendo la diferencia de temperatura entre el elemento calentador (elemento 15 electrónico) y el exterior, conllevan una eficiencia menor, aunque buena, de la propia planta.

En las realizaciones segunda y tercera, el sistema puede enfriar los elementos electrónicos a una temperatura considerablemente menor con respecto a lo que puede obtenerse con el sistema que tiene los dos semiintercambiadores, incluso a la misma temperatura de los medios que eliminan el calor (por ejemplo aire externo a 40°C) y en las mismas superficies de intercambio de calor.

Esto permite la prolongación de la vida de los componentes que, de manera notable, es inversamente proporcional a su temperatura de trabajo.

A continuación se proporcionará en el presente documento una descripción de la segunda realización del sistema de enfriamiento según la presente invención, en referencia a las figuras 7 a 11.

Con respecto a la primera realización, las tuberías 13 y 14 que forman un caloducto alojado dentro de un cajón ya no están conectadas a un semi-intercambiador con una placa térmicamente conductora sino a dos pequeños colectores 23, 24, conectados a su vez a colectores 230, 240 más grandes que dan servicio a todos los cajones 11 de un armario 10 metálico (figuras 7a, 7b) tal como se ilustra a continuación en el presente documento en mayor detalle. Dentro de cada cajón 11 de cada armario 10 metálico donde hay presentes elementos 15 electrónicos que generan calor (por ejemplo una CPU, una tarjeta electrónica, un procesador, un conjunto de chips y similares), una pluralidad de caloductos están colocados (figura 9a) en contacto con dichos elementos 15 electrónicos.

Dichos caloductos son preferiblemente de cobre, con un perfil preferiblemente aplanado para aumentar la superficie de intercambio de calor con el elemento 15 electrónico (figura 9c).

Los caloductos planos delgados son similares a los caloductos cilindricos: están formados por un receptáculo vacío, sellado herméticamente, que contiene un fluido de enfriamiento y por un sistema capilar cerrado de recirculación del fluido.

La figura 9a muestra una pluralidad de caloductos paralelos entre sí en los que cada caloducto está en contacto con varios elementos 15 electrónicos alineados entre sí: en cualquier caso se entiende que pueden preverse diferentes trayectorias y/o disposiciones de dichos caloductos sin apartarse de ese modo del alcance de la presente invención.

Los extremos de cada uno de dichos caloductos están ambos abiertos porque convergen, desde un lado, en un pequeño colector 24 de vapor, mientras que en el otro lado convergen en un pequeño colector 23 de líquido, estando ambos de dichos pequeños colectores 23, 24 colocados dentro del cajón 11 del armario 10 metálico (figura 7a).

En la práctica, en el pequeño colector 24 de vapor, las secciones 14 o líneas de vapor de los caloductos convergen (figura 8), mientras que las secciones 13 o líneas de líquido de los caloductos convergen en el pequeño colector 23 de líquido (figura 8).

La conexión entre los extremos de las líneas 13 de líquido y el pequeño colector 23 de líquido (a continuación en el presente documento también denominado colector frío por motivos de simplicidad) tiene lugar por medio de una unión 40 de tubería que garantiza el sellado hermético de dichas líneas que entran en el colector 23 frío respectivo. Además, la conexión entre los extremos de las líneas 14 de vapor y el pequeño colector 24 de vapor (a continuación en el presente documento también denominado colector caliente por motivos de simplicidad) tiene lugar por medio de una unión 40 de tubería que garantiza el sellado hermético de dichas líneas que entran en el colector 24 caliente respectivo.

Dicha unión 40 de tubería está bloqueada en los manguitos soldados a los colectores para cerrar herméticamente cada uno de dichos caloductos en ambos extremos.

Debe observarse que en el caso de caloductos aplanados va a proporcionarse un conector de unión particular desde la tubería plana hasta la unión 40 de tubería cilíndrica, tal como se ilustra en la figura 9b.

Tal como se ilustra en las figuras 10a y 7a-7b, cada pequeño colector 23 de líquido colocado dentro de cada cajón 11 está conectado entonces a su vez a un colector 230 de líquido más grande (figura 9a) colocado sobre la pared exterior de la parte trasera del armario 10 metálico, por medio de un pequeño tubo 231 flexible respectivo que coloca en comunicación de fluido (líquido) cada pequeño colector 23 de líquido dentro del cajón 11 con el colector 230 de líquido externo más grande (a continuación en el presente documento también denominado colector frío más grande por motivos de simplicidad) asociado con el armario 10 metálico.

Además, cada pequeño colector 24 de vapor dentro de cada cajón 11 está conectado a su vez a un colector 240 de vapor más grande colocado externamente en la parte trasera del armario 10 metálico, usando un tubo 241 flexible respectivo que coloca en comunicación de fluido (vapor) cada pequeño colector 24 de vapor del cajón 11 con el colector 240 de vapor más grande (a continuación en el presente documento también se denomina colector caliente más grande por motivos de simplicidad) del armario 10 metálico.

Más particularmente, los dos colectores de vapor 240 y líquido 230 más grandes del armario 10 metálico están posicionados en vertical en la pared trasera del armario 10 metálico y son mecánicamente solidarios con la estructura de metal del mismo cajón 11 (figura 10a).

Las tuberías 231, 241 flexibles que van a usarse en el presente sistema pueden ser por ejemplo los tubos flexibles conocidos usados en los sistemas de refrigeración.

Cada tubo 231, 241 flexible de un cajón 11 está conectado, en uno de sus extremos, al pequeño colector 23, 24 de líquido o vapor respectivo a través de una junta 33 de unión de tubería (figura 9a).

Dicha junta 33 de unión de tubería se bloquea entonces en un manguito soldado a los pequeños colectores 24, 23 para cerrar herméticamente el circuito.

En el otro extremo de cada tubo 231, 241 flexible, se proporciona una junta 31 de acoplamiento rápido respectiva (figura 12a, 12b) que se engancha en la llave 32 manual respectiva (figura 9a) que está montada en los colectores de vapor 240 y líquido 230 del armario 10 metálico, para conectar de manera estanca los colectores de vapor 240 y líquido 230 más grandes respectivos del armario 10 metálico con los colectores de vapor 24 y líquido 23 más pequeños de cada cajón 11.

Más particularmente, la junta 31 hidráulica de acoplamiento rápido, por ejemplo del tipo AEROQUIP, está formada por dos semijuntas (figuras 12a, 12b): una semijunta macho, dotada de una tuerca anular, que es solidaria con el tubo 231, 241 flexible respectivo que sale del cajón 11, y una semijunta hembra que es solidaria con la llave 32 manual respectiva colocada en los colectores de vapor 240 y líquido 230 del armario 10 metálico.

Por tanto, la llave 32 manual puede considerarse como un elemento de corte que tiene un lado hembra adecuado para las semijuntas macho de los conectores 31 rápidos sellados.

Los conectores 31 rápidos permiten la desconexión o desmontaje del cajón 11 sin pérdida de fluido mientras que los tubos 231, 241 flexibles facilitan las maniobras de desmontaje/unión sin la necesidad de un posicionamiento de precisión entre las partes que van a conectarse, para poder extraer fácilmente del armario metálico las tarjetas 15, implicadas en reemplazos o reparaciones, sin tener que poner fuera de servicio la planta general.

Por tanto, cada cajón 11 del armario 10 metálico se equipará con semijuntas macho del mismo tipo, aptas para engancharse en las semijuntas hembra proporcionadas en los colectores 230, 240 del armario 10 metálico para formar acoplamientos 31 rápidos.

Por tanto, estos medios de conexión rápida garantizan tanto el sellado de dichos tubos 231, 241 flexibles al colector caliente 240 o frío 230 respectivo como el desmontaje rápido y estanco de dichos tubos 231, 241 flexibles para permitir el desmontaje del cajón 11 de su armario 10 metálico.

En la práctica, cuando los cajones 11 se empujan dentro de su alojamiento en el armario 10 metálico, las semijuntas del acoplamiento 31 rápido colocadas en los tubos 231, 241 flexibles que salen de la parte trasera de cada cajón 11 (figura 7b) se enganchan en las semijuntas correspondientes colocadas en los colectores 230, 240 unidos en la parte trasera del armario 10 metálico, tal como se ilustra en las figuras 10a, 10b.

Después de esta operación de acoplamiento de las semijuntas del acoplamiento 31 rápido, la tuerca anular de la junta 31 se bloqueará para mayor seguridad de sellado mecánico para garantizar que todos los pequeños colectores 24, 23 de los cajones 11 permanecen solidarios con los dos colectores caliente 240 y frío 240 más grandes del armario 10 metálico realizando, por tanto, un circuito continuo entre los colectores 230, 240 y los caloductos que enfrían los componentes 15 electrónicos.

A partir de cada colector 240 de vapor de cada armario 10 metálico, sale una línea 260 de suministro de vapor respectiva (o gas caliente) que

- en el caso en el que hay una pluralidad de armarios 10 metálicos que van a enfriarse, converge en un colector 140 general de vapor de la sala 50 (figura 11) que a su vez converge en un enfriador 100 seco, u otro tipo de sistema de disipación del calor de condensación diferente del enfriador 100 seco; o

- en el caso en el que hay un único armario 10 metálico que va a enfriarse, converge en un enfriador 100 seco, u otro tipo de sistema de disipación del calor de condensación diferente del enfriador 100 seco (figura 7a, 7b). Además, a partir de cada colector 230 de líquido de cada armario 10 metálico sale una línea 261 de retorno de fluido condensado respectiva (de líquido) que

- en el caso en el que hay una pluralidad de armarios 10 metálicos que van a enfriarse (figura 11), converge en un colector 130 general de líquido en la sala 50 que a su vez converge en un enfriador 100 seco, u otro tipo de sistema de disipación del calor de condensación diferente del enfriador 100 seco; o

- converge en un enfriador 100 seco, u otro tipo de sistema de disipación del calor, en el caso en el que hay sólo un armario 10 metálico que va a enfriarse (figura 7a, 7b).

En cada uno de los colectores de vapor 240 y líquido 230 colocados en la parte trasera del 10 también se proporcionan (figura 9a)

- una llave 250 manual, en las líneas 260 y 261 de fluido, en el lado de conexión con la planta general, para excluir hidráulicamente un determinado armario 10 metálico del resto de la planta durante el mantenimiento en dicho armario 10 metálico;

- una válvula 251 de aguja para vacío y para cargar el fluido de enfriamiento cuando sea necesario;

- un indicador 252 de nivel de la carga de fluido de enfriamiento.

Por tanto, tal como se ilustra en la figura 11, los colectores 230, 240 de los diversos armarios 10 metálicos contenidos en la sala 50 de servidor, divididos por su función (transporte de vapor o transporte de líquido condensado) se conectan, a través de tuberías 260, 261 apropiadas, a dos tuberías 130, 140 generales independientes de mayor tamaño, para ser proporcionadas basándose en la potencia térmica que va a disiparse. En la práctica, dichos colectores 230, 240 de los armarios 10 metálicos son todos paralelos entre sí.

Dichas tuberías de mayor tamaño 130, 140, colocadas de manera inclinada según la figura 11 con el fin de facilitar el flujo del producto de enfriamiento y aumentar la eficiencia del sistema, se llevarán al exterior del edificio de la sala 50 de servidor, por ejemplo, en el techo.

Además, dichas tuberías 130, 140 centrales generales se conectarán entre sí y al enfriador seco ventilado (o a una torre de enfriamiento adiabático) por medio de juntas normales o simplemente con soldaduras. Estas son tuberías de hierro o cobre, de grosor mínimo, que durante el uso resistirán una presión reducida, la del vapor saturado del producto de enfriamiento, a la temperatura de 50-60°C, que para el producto de enfriamiento preferido en este caso, es decir R134a, es de aproximadamente 14 bar.

El producto de enfriamiento R134a se desarrolló para reemplazar el R12 en sistemas de acondicionamiento de aire de automóviles. Está disponible puro o como mezcla. Además, el R134a reemplaza el R12 y R500 en refrigeradores, en aplicaciones de refrigeración tanto residenciales como comerciales promedio. El R134a se evaluó como A1 por la compañía estadounidense ASHRAE en la seguridad de plantas de acondicionamiento de aire, calentamiento y refrigeración.

El R134a también tiene un potencial de agotamiento igual a cero en cuanto al agujero en la capa de ozono, un potencial de calentamiento global de 1430 y calor específico de 1,42 (kj)/(kg*k).

En la práctica, el sistema de enfriamiento ilustrado en la figura 11 es un sistema en bucle dentro de los cajones 11 y bucle para la planta general.

Por tanto, en esta segunda realización del sistema de enfriamiento según la invención, el constructor de las tarjetas 15 electrónicas y el armador del armario 10 metálico, deben realizar la circuitería del sistema de enfriamiento interno según el sistema de caloducto en bucle, distinguiendo entre tuberías del fluido evaporado y las del líquido condensado.

Después de haber realizado las conexiones de las tuberías descritas anteriormente y una prueba de estanqueidad normal de manera similar como en las plantas de refrigeración, se crea un vacío dentro de todo el circuito y después se realiza la carga de una cantidad calculada del fluido de enfriamiento que va a usarse, eligiéndola de entre los ecológicos y que tiene valores de presión aceptables a las temperaturas de trabajo previstas.

Después de haber cargado el producto de enfriamiento de la planta y haberse hecho funcionar los armarios 10 metálicos, toda la planta realizada de esta manera se comporta como un único caloducto en bucle, sin ninguna interrupción desde el punto de vista térmico, usando directamente toda la diferencia de temperatura entre el aire externo y los elementos electrónicos que van a enfriarse, con el rendimiento máximo posible.

Debe observarse que en esta segunda realización, al conectar el circuito interno de los cajones 11 con el circuito general exterior por medio de acoplamientos 31 rápidos tal como se describió anteriormente, en lugar del intercambiador intermedio, se obtendrá que la diferencia de temperatura que controla el intercambio de calor es igual a 20°C (60°-40°), considerando el aire exterior a 40°C y la temperatura de la fuente de calor a 60°C.

Puesto que el intercambio de calor depende directamente de la fórmula W = K S At, en la que:

- W es la cantidad de calor intercambiado;

- K es el coeficiente de transmisión global;

- S es la superficie de contacto entre los medios de transferencia de calor y los de enfriamiento;

- At es la diferencia de temperatura entre los dos medios;

Se observa fácilmente que de manera análoga a K y S, el calor intercambiado W es mayor con respecto al sistema con el intercambiador intermedio de la primera realización descrita anteriormente.

Tal como se mencionó anteriormente, el sistema de la presente segunda realización también funciona sin la ayuda de bombas de circulación y la única energía requerida es opcionalmente la de los ventiladores del enfriador 100 seco (o de otro tipo de disipador de calor externo tal como se mencionó anteriormente), cuando y si se requiere por las variaciones en temperatura externa.

Además del ahorro de energía, el sistema de la segunda realización de la presente invención permite anular virtualmente el mantenimiento que se reduce a sólo una comprobación periódica del enfriador 100 seco o de la torre adiabática, elementos que no necesitan de manera notable ninguna operación de mantenimiento frecuente.

El enfriador 100 seco, o la torre adiabática, puede estar equipado con sistemas de control de inversor que permitirán una reducción al mínimo de la energía usada, manteniendo constante la temperatura del fluido de enfriamiento. En relación con las operaciones de desmontaje de uno o más cajones 11 del armario 10 metálico para reparaciones o reemplazos, y de su reinserción, es preferible proceder tal como sigue:

- las dos llaves 32 manuales colocadas en los colectores frío 230 y caliente 240 del armario 10 metálico de referencia se cierran para cerrar el flujo de fluido en los tubos 231, 241 de conexión flexibles,

- las tuercas anulares de los conectores 31 rápidos colocados en los tubos 241, 231 flexibles se desenroscan y las dos semijuntas del conector 31 rápido relativo se separan, actuando con una determinada fuerza para separar hidráulicamente el cajón 11 implicado del resto de la planta que, en cambio, continúa funcionando sin interrupción: no tendrá lugar la pérdida de producto de enfriamiento ya que las juntas 31 están realizadas con este propósito,

- ahora es posible extraer el cajón 11 implicado al que los dos tubos 231, 241 flexibles, que están unidos a los pequeños colectores 24, 23, permanecen conectados (figura 10b),

- usando un equipo simple, se recupera el producto de enfriamiento que queda en los pequeños colectores 23, 24 y en los tubos 231, 241 flexibles para evitar cualquier dispersión en el entorno;

- los tubos 231, 241 flexibles también pueden retirarse, desmontándolos de los pequeños colectores 23, 24 si esto facilita el trabajo que va a realizarse para llevar a cabo la intervención necesaria: el desmontaje opcional de las tarjetas 15 de circuito a partir de los pequeños colectores 23, 24 es muy sencillo, así como la conexión posterior, a través de los accesorios 40, 33 de unión de tuberías proporcionados con este propósito.

En relación con las operaciones de unión de uno o más cajones 11 al armario 10 metálico después de las operaciones mencionadas anteriormente de reparación o reemplazo, es preferible proceder tal como sigue:

- antes de reinsertar el cajón 11 extraído, ha de realizarse de nuevo una prueba de estanqueidad en el cajón 11 extraído y debe crearse un vacío posterior cuando se conectan los tubos flexibles

- la carga de refrigerante se alimenta a través de los accesorios 250 de aguja,

- después de reinsertar el cajón 11, los tubos 231, 241 flexibles se conectan conectando las semijuntas de los acoplamientos 31 rápidos entre sí y bloqueándolas con la tuerca anular relativa,

- las dos llaves 250 en los colectores 240, 230 del armario 10 metálico se abren y entonces todo está listo para funcionar.

Debe observarse que antes de proceder con la carga del producto de enfriamiento en toda la planta resulta apropiado realizar una primera prueba de estanqueidad de la planta por medio de gas marcador presurizado con nitrógeno. Después de haber terminado la prueba de estanqueidad se crea el vacío dentro de la planta y posteriormente se carga el producto de enfriamiento.

La planta formada de esta manera no requiere ningún consumo de energía para el transporte del fluido de enfriamiento que tiene lugar simplemente a través de una diferencia de temperatura como en un caloducto. Puede decirse que la única fuerza de guiado del sistema es el calor real que va a disiparse.

Los únicos dispositivos eléctricos en movimiento se representan por los ventiladores del enfriador 100 seco o de las torres de evaporación, colocados en el exterior de la sala o zona 50.

Este sistema de enfriamiento de la segunda realización muestra una continuidad hidráulica entre los caloductos dentro de los armarios metálicos y el sistema de disipación general, sin interrupciones térmicas, creando un único "caloducto", siempre que el primer fluido y el segundo fluido sean los mismos en esta segunda realización.

Las ventajas incuestionables del sistema ya se han descrito extensamente y pueden resumirse como:

- eliminación de cualquier elemento mecánico para la circulación del fluido y por tanto no hay consumo de energía e incluso menos de necesidad de mantenimiento;

- posibilidad de transporte de grandes cantidades de calor gracias al cambio de estado del fluido usado (calor latente de evaporación y de condensación).

En la tercera realización, el sistema de enfriamiento es sustancialmente similar al de la segunda realización con la excepción del hecho de que los caloductos asociados con los elementos 15 electrónicos son tuberías que tienen sólo uno de los dos extremos abiertos, el extremo que dispersa calor, mientras que el otro extremo está cerrado (los denominados caloductos simples o de una sola tubería).

El extremo abierto de la tubería de calor alimenta un único pequeño colector 61 dentro del cajón 11. En este colector 61 se da la coexistencia de vapor y líquido porque a través del efecto del calor producido por las CPU 15 se evapora el líquido de enfriamiento, acumulándose en la parte superior del colector 61, extrayendo dentro de los tubos otro fluido líquido que se evapora. El ciclo continúa, alimentado por el calor generado por las CPU 15.

En este caso, también cada caloducto de una sola tubería se conecta al pequeño colector 61 de vapor/líquido por medio de una unión 40 de tubería que va a bloquearse en un manguito soldado al colector 61.

También en esta tercera realización, los caloductos son preferiblemente planos.

Además, también en esta tercera realización, se excluyen los intercambiadores intermedios, y pueden extraerse los cajones sin pérdida de producto de enfriamiento, actuando sobre los conectores 31 rápidos estancos ya proporcionados y para las operaciones que van a realizarse sobre las tarjetas 15 del cajón 11, se aplican las indicaciones de procedimiento previas.

Claims (6)

1. REIVINDICACIONES

   i. Sistema de enfriamiento de elementos que producen calor, más particularmente semiconductores (15) de componentes (16) electrónicos contenidos en cajones (11) de cabinas metálicas o armarios (10) metálicos colocados en una sala (50), que comprende

   un primer fluido de transición de fase, destinado a enfriar dichos elementos (16) que producen calor alojados en al menos uno de dichos cajones (11) con el fin de retirar el calor generado por dicho cajón (11) para mantenerlo a una temperatura preestablecida, circulando dicho primer fluido en un primer circuito de fluido

   un fluido de enfriamiento secundario, idéntico a dicho primer fluido, destinado a transferir directamente al exterior el calor transmitido por dicho primer fluido, circulando dicho fluido de enfriamiento secundario en un segundo circuito de fluido que incluye un disipador (100) de calor colocado en el exterior de la sala (50) estando dichos circuitos de fluido primero y segundo en comunicación de fluido entre sí para formar un caloducto conectado a dicho disipador (100) de calor colocado al aire libre,

   estando caracterizado dicho sistema porque en cada cajón (11) de cada armario (10) metálico una pluralidad de caloductos están colocados en contacto con dichos elementos (15) electrónicos, estando los extremos de cada uno de dichos caloductos conectados de manera estanca, respectivamente, a un pequeño colector (24) caliente en el que convergen líneas (14) de vapor de dichos caloductos, y a un pequeño colector (23) frío en el que convergen líneas (13) de líquido de dichos caloductos,

   estando cada pequeño colector (23) frío y cada pequeño colector (24) caliente de cada cajón (11) dentro de dicho cajón (11) y conectado con medios de conexión extraíbles a, respectivamente, un colector (230) frío más grande y un colector (240) caliente más grande, estando colocados dichos colectores (230, 240) más grandes en el exterior en la parte trasera del armario (10) metálico y conectados hidráulicamente a dicho disipador (100),

   formando dichos colectores (230, 240) más grandes y caloductos de dichos elementos (15) electrónicos un circuito continuo del tipo de “caloducto” en bucle.
2. 2. Sistema de enfriamiento según la reivindicación 1, en el que los medios de conexión extraíbles para la conexión de cada pequeño colector (23) frío o pequeño colector (24) caliente de un cajón (11) al colector (240) caliente más grande o colector (230) frío más grande respectivo comprenden tubos (241, 231) flexibles que sujetan conectores (31) rápidos.
3. 3. Sistema de enfriamiento según la reivindicación 1 ó 2, en el que cada colector (240) caliente más grande y cada colector (230) frío más grande de cada armario (10) metálico convergen, respectivamente, en un colector (140) general de vapor y en un colector (130) general de líquido, estando asociados dichos colectores (130, 140) generales con dicho enfriador (100) seco u otro sistema de disipación de calor según la reivindicación 3, estando dicho colector (140) general de vapor y dicho colector (130) general de líquido colocados preferiblemente de manera inclinada.
4. 4. Sistema de enfriamiento según las reivindicaciones 1-3, en el que en cada uno del colector (240) caliente más grande y el colector (230) frío más grande de cada armario (10) metálico se proporciona además una llave (250) manual, en líneas (260, 261) de fluido, para excluir hidráulicamente un determinado armario (10) metálico del resto del sistema;

   una válvula (251) de aguja para vacío y para cargar el fluido de enfriamiento cuando sea necesario; un indicador (252) de nivel de la carga de fluido de enfriamiento.
5. 5. Sistema de enfriamiento según la reivindicación 1, en el que los caloductos asociados con los elementos electrónicos son tuberías que tienen un extremo cerrado mientras que el otro que dispersa calor está abierto y convergiendo en un único pequeño colector (61) dentro del cajón (11) respectivo, estando conectado cada pequeño conector (61), por medio de medios de conexión extraíbles, a un colector (240) caliente y un colector (230) frío más grandes respectivos colocados en el exterior en la parte trasera del armario (10) metálico y conectados hidráulicamente a dicho disipador (100) de calor, para formar un circuito continuo del tipo de “caloducto” en bucle.
6. 6. Sistema de disipación de calor de una sala (50) de servidores que comprende un sistema de enfriamiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1-5, en el que los colectores (230, 240) frío más grande y caliente más grande convergen respectivamente en un colector (130) general de líquido y en un colector (140) general de vapor colocados en dicha sala (50), estando asociados dichos colectores (130, 140) generales de líquido y vapor con dicho enfriador (100) seco u otro sistema de disipación de calor seleccionado de:

   a) un enfriador (100) seco, estático o ventilado mecánicamente, también con enfriamiento previo adiabático opcional del aire por medio de agua finamente pulverizada;

   b) un condensador con enfriamiento adiabático directo (condensador evaporativo);

   c) un condensador enfriado por agua procedente de la torre de evaporación;

   d) un condensador enfriado directamente con agua, colocado en el exterior de la sala (50).