IT201600108608A1

IT201600108608A1 - Sistema di raffreddamento di componenti elettronici produttori di calore

Info

Publication number: IT201600108608A1
Application number: IT102016000108608A
Authority: IT
Inventors: Rodolfo Caciolli
Original assignee: Rodolfo Caciolli
Priority date: 2016-10-27
Filing date: 2016-10-27
Publication date: 2018-04-27
Also published as: DK3324716T3; EP3324716A2; EP3324716B1; ES2910707T3; EP3324716A3; PL3324716T3

Description

“SISTEMA DI RAFFREDDAMENTO DI COMPONENTI ELETTRONICI PRODUTTORI DI CALORE”

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un sistema di raffreddamento di elementi produttori di calore, in particolare di componenti elettronici contenuti in armadi metallici o rack, senza l’impiego di sistemi frigoriferi.

Più in particolare, la presente invenzione si riferisce ad un sistema di raffreddamento idoneo ad asportare calore da detti elementi elettronici mantenendoli ad una temperatura intorno ai 60°C o inferiore, trasferendo detto calore direttamente all’ esterno del locale chiuso contenente detti componenti elettronici.

Le centrali elettroniche (Server - Banche Dati) sono costituite da un insieme di armadi metallici, detti Rack, dove ciascuno dei quali ospita una pluralità di schede elettroniche disposte in cassetti estraibili, i cui componenti emettono calore e devono essere raffreddati al fine di poter operare alla loro temperatura ottimale di progetto, generalmente uguale o inferiore a 60°C.

Il raffreddamento in tali armadi metallici è realizzato con dissipatori metallici alettati, posti a contatto con gli elementi da raffreddare, o con altri più efficienti sistemi quali ad esempio quelli che impiegano i tubi di calore.

Tali sistemi di raffreddamento noti nell’arte cedono all'aria del locale (stanza) in cui sono contenuti detti rack, il calore sottratto agli elementi elettronici.

Pertanto l’aria del locale contenente detti rack deve essere mantenuta ad una temperatura sufficientemente bassa per consentire il raffreddamento dei suddetti dissipatori al fine ultimo di contenere la temperatura di detti elementi elettronici.

L’aria del locale in cui sono contenuti detti rack è mantenuta alla necessaria temperatura con impianti di condizionamento alimentati da sistemi frigoriferi che impegnano grandi quantità di energia elettrica e richiedono costante manutenzione.

E’ quindi altamente desiderabile disporre di sistemi di raffreddamento che impegnino minori quantità di energia elettrica.

Nei dispositivi portatili elettronici, quali ad esempio i notebook, il raffreddamento del componente elettronico o scheda viene eseguito in maniera semplice, avvalendosi di un “Tubo di Calore” (d’ora in poi TdC) che è utilizzabile grazie alla maggiore temperatura a cui possono lavorare i componenti elettronici delle ultime generazioni, generalmente intorno ai 60°C.

Il tubo di calore è un tubo chiuso con un sistema di scambio termico che può trasportare delle grandi quantità di calore con una differenza molto piccola nella temperatura fra le interfacce calde e fredde, e che funziona sul principio di conduttività termica e di transizione di fase trasferendo calore tra due interfacce solide.

In pratica il tubo di calore, che si rifà al ciclo naturale dell’ evaporazione dell’acqua sollecitata dal riscaldamento solare, trasferisce il calore da una sorgente calda (i.e. componenti elettronici che lavorano generalmente a 60°C) ad un mezzo raffreddante tramite il cambiamento di stato da liquido a vapore di un fluido basso bollente circolante aH’interno di un circuito chiuso, e della successiva condensazione all’interno di tale circuito chiuso, senza impiego di lavoro meccanico: l’acqua viene utilizzata come fluido basso bollente in detto tubo di calore se all'interno del tubo è fatto un certo grado di vuoto per abbassarne la temperatura di ebollizione, ma altri tipi di fluidi quali, ad esempio, i fluidi refrigeranti per condizionamento e refrigerazione possono essere usati nel suddetto tubo di calore.

Detto tubo di calore non è mai stato utilizzato per dissipare il calore generato dai rack direttamente all’esterno a causa dell’elevato numero di elementi elettronici da raffreddare presenti in un cassetto di un rack, che richiederebbe un tubo di calore per ciascuno di detti elementi elettronici: dovendo il cassetto essere estraibile, si dovrebbe prevedere un rubinetto o valvola di intercetto manuale su ogni tubo di calore ma in pratica non esistono spazi fisici sufficienti ad accogliere la quantità di rubinetti necessari e a permetterne la manovrabilità da parte di un operatore.

Anche nel caso in cui le valvole di intercetto fossero sostituite da innesti rapidi, la soluzione richiederebbe comunque di avere a disposizione ampi spazi per intervenire manualmente per il bloccaggio o lo sbloccaggio degli innesti di tutti i tubetti presenti all’interno di ciascuna cassetta, ricadendo nello stesso problema delle valvole di intercetto.

Scopo della presente invenzione è quello di superare gli svantaggi della tecnica nota fornendo un sistema di raffreddamento di armadi metallici o rack disposti all’ interno di un locale, e degli elementi metallici produttori di calore in essi contenuti, che impegni impianti di condizionamento di taglia notevolmente inferiore rispetto a quelli noti così da impiegare minori quantità di energia elettrica.

Un ulteriore scopo è quello di fornire un tale sistema di raffreddamento che non comporti la cessione del calore dagli elementi elettronici al locale in cui sono contenuti i rack ma bensì di trasportarlo e dissiparlo direttamente all’esterno senza impiego di sistemi frigoriferi che assorbano grandi quantità di energia elettrica e la limitino a quella minima necessaria all’azionamento di ventilatori.

Ancora un altro scopo è quello di fornire un tale sistema che sia anche di semplice ed economica realizzazione, e anche gestione.

Questi scopi sono raggiunti dal sistema di raffreddamento in accordo all’invenzione avente le caratteristiche elencate nella annessa rivendicazione indipendente 1.

Realizzazioni vantaggiose dell’invenzione appaiono dalle rivendicazioni dipendenti.

Un oggetto della presente invenzione riguarda un particolare scambiatore costituito da due semi-scambiatori a contatto tra loro ma facilmente separabili e con circuiti di fluido indipendenti tra di loro, in cui il primo semi-scambiatore trasmette il calore, che è stato sottratto ad elementi da raffreddare, al secondo semiscambiatore mediante semplice contatto conduttivo e differenza di temperatura, dove almeno uno di detti semi-scambiatori è uno scambiatore a transizione di fase (bifase).

La Richiedente ha trovato infatti che è possibile impiegare uno scambiatore a sezioni separabili nel raffreddamento di ogni sorgente di calore, ad esempio elementi semiconduttori o simili, che generi una differenza positiva di temperatura rispetto al mezzo di dissipazione, normalmente rappresentato dall’aria esterna, anche se è possibile prevedere soluzioni alternative di dissipazione come qui di seguito indicate in dettaglio, e con necessità di separazione dei singoli elementi dall’impianto centrale senza perdita di refrigerante.

In particolare, il sistema di raffreddamento in accordo alla presente invenzione comprende almeno due elementi di scambio termico, o semiscambiatori come sopra definiti, posti a contatto tra loro in corrispondenza di una rispettiva piastra dissipante, ma separabili ed idraulicamente indipendenti uno dall’altro, operanti in differenti intervalli di temperature, in cui

almeno uno dei due semi-scambiatori è un semi-scambiatore primario associato ad almeno un contenitore, generalmente un cassetto di un rack, disposto in un locale server, generalmente chiuso, per raffreddare uno o più componenti elettronici (e.g. semiconduttori) contenuti in detto cassetto in maniera tale da trasferire il calore di dissipazione di detto cassetto ad un semi-scambiatore secondario,

detto semi-scambiatore secondario essendo posto all’interno di detto locale per trasferire all’ambiente esterno il calore scambiato con almeno detto semiscambiatore primario, così da sottrarre a detto locale il calore generato da detti componenti elettronici contenuti in detta cassetta di detto rack.

Per “ cassetto ” qui si intende identificare un contenitore, per lo più di forma parallelepipeda, che ospita componenti elettronici montati su una o più schede elettroniche.

Per “ differenti intervalli dì temperature ” qui si intende identificare i differenti delta di temperatura (ΔΤ) a cui lavorano i semi-scambiatori.

Il calore che detto semi-scambiatore secondario ha sottratto al primo semiscambiatore può essere trasportato e dissipato direttamente all’esterno in vari modi così da sottrarlo dal locale contenente detti rack, dove l'esterno non sempre è rappresentato dall'aria ma può anche essere rappresentato, per esempio, da una certo flusso d'acqua che raffredda un condensatore a fascio tubiero o a piastre.

In questo caso, visto che il condensatore non rilascia calore verso l'ambiente ma lo cede invece all'acqua, detto condensatore può anche essere installato all'interno del salone che ospita i rack: l'acqua di raffreddamento entrerà ad una certa temperatura ed uscirà a temperatura più alta e sarà poi dispersa all'esterno (dispersione del calore).

In altri casi, lo stesso condensatore può essere raffreddato da acqua che andrà a disperdere calore in una torre di raffreddamento esterna, tramite evaporazione parziale dell'acqua stessa (raffreddamento adiabatico); il tutto avviene in circuito chiuso, con un reintegro costante dell'acqua perduta per evaporazione.

Ulteriori caratteristiche dell’invenzione risulteranno più chiare dalla descrizione dettagliata che segue, riferita ad una sua forma puramente esemplificativa, e quindi non limitativa, di realizzazione illustrata nei disegni annessi, in cui:

la figura la è una vista schematica di un tubo di calore (TdC), detto anche “tubo di calore ad anello” che ne illustra il funzionamento;

la figura lb è una vista prospettica schematica del sistema di raffreddamento in accordo alla presente invenzione, per raffreddare un rack contenuto in un locale server;

la figura 2a è una vista laterale del sistema di fig. lb;

la figura 2b è una vista ingrandita e parzialmente interrotta di un cassetto del rack illustrato in fìg. 2a;

le figure 3a, 3b sono viste in pianta dall’alto del sistema di raffreddamento di fig. 2b, rispettivamente nella configurazione di non utilizzo (semi-scambiatori non a contatto), e nella configurazione d’uso (semi-scambiatori a contatto tra loro);

la figura 4 è una vista schematica illustrante il funzionamento di una forma di realizzazione del sistema di raffreddamento della presente invenzione;

la figura 5a è una vista frontale posteriore della piastra di scambio di una forma di realizzazione del semi-scambiatore di figg. 3a-3b;

le figure 5b, 5c sono, rispettivamente, una vista laterale destra e dall’alto della piastra di scambio illustrata in fig. 5a;

la figura 5d è una vista in sezione orizzontale della piastra di scambio illustrata in fig.5a, presa lungo il piano VI- VI;

la figura 6 è una vista schematica di un locale server in cui è installato il presente sistema di raffreddamento.

Nelle figure e nella seguente descrizione elementi identici sono identificati con gli stessi riferimenti numerici.

Come illustrato in figura la, un “Tubo di Calore” è un circuito chiuso 1, generalmente ad anello, che assorbe calore da una fonte calda 2 (e.g. piastra dissipatrice di calore in rame o alluminio su cui è generalmente montato il componente elettronico la cui temperatura di lavoro non deve superare un determinato valore).

In detto circuito 1 circola un fluido di raffreddamento 3 che viene poi trasformato in vapore 4 grazie al calore di dissipazione proveniente da detta fonte 2: detto vapore 4 si muove verso la zona più fredda 5 del circuito 1, qui definita anche camera di plenum o compensazione, dove condenserà trasformandosi di nuovo nel liquido di raffreddamento 3 senza impiego di lavoro meccanico.

Quindi in un tubo di calore lo scambio di calore si basa sul fenomeno fìsico dell'assorbimento di calore durante l'evaporazione e del suo rilascio durante la successiva condensazione.

Il suddetto funzionamento a tubo di calore è stato utilizzato per realizzare il presente sistema di raffreddamento che utilizza due semi-scambiatori operanti in differenti intervalli di temperature, di cui almeno uno funzionante come un tubo di calore con circuito di fluido indipendente dall’altro, in cui detti semi-scambiatori sono posti a contatto, attraverso rispettive piastre di dissipazione ma separabili, per scambiare calore tra loro.

In particolare, con riferimento alla figura lb, il presente sistema di raffreddamento comprende

almeno un semi-scambiatore primario 12 adibito a raffreddare uno o più cassetti 11 contenuti in un rack 10 (i.e. armadio contenitore di cassette) che è disposto in un locale 50 di Server - Banche Dati, generalmente chiuso, detto semiscambiatore primario 12 essendo adibito ad asportare il calore generato da detto cassetto 11 per mantenerlo ad una temperatura prefissata;

un semi-scambiatore secondario 120 a contatto con uno o più di detti semiscambiatori primari 12 di detti cassetti 11 di detto rack 10, detto semi-scambiatore secondario 120 essendo adibito a smaltire all’esterno il calore trasmesso da detti semi-scambiatori primari 12 attraverso le piastre di dissipazione.

DÌ fatto, la faccia 20 del semi-scambiatore primario 12 è collegata, insieme ad altre (ma sempre in modo indipendente), alla faccia 20 del semi-scambiatore secondario 120 più grande che riceve il calore di tutti i cassetti di un singolo rack, che poi si collega all'impianto generale di dissipazione 100 come verrà illustrato in maniera dettagliata qui di seguito.

Con riferimento alla fig. 2b, il semi-scambiatore primario 12 include una linea 13 in cui circola il liquido di raffreddamento e una linea 14 in cui circola il vapore di detto liquido di raffreddamento, dette linee di fluido 13, 14 essendo in comunicazione di fluido tra di loro a formare un circuito chiuso, detto semiscambiatore primario essendo uno scambiatore a transizione di fase.

Il semi-scambiatore secondario 120 è preferibilmente anch’esso a transizione di fase, e prevede una linea 13 in cui circola un liquido di raffreddamento e una linea 14 in cui circola il vapore di detto liquido di raffreddamento.

Nel semi-scambiatore primario 12 circola un primo fluido di raffreddamento e nel semi-scambiatore secondario 120 circola un secondo fluido di raffreddamento, detti fluidi primario e secondario potendo essere uguali o diversi tra loro, ma operanti con un delta di temperatura differente.

Un esempio di detto fluido di raffreddamento è l’acqua in quanto può operare in un intervallo di temperature da 20°C a 150°C.

Detto semi-scambiatore secondario 120, oltre ad essere in contatto con uno o più semi-scambiatori primari 12, è associato ad un sistema di dissipazione del calore derivante dalla condensazione del fluido secondario nel semi-scambiatore secondario 120: detto sistema può essere ad esempio almeno un Dry Cooler 100, statico o ventilato, disposto all’esterno del locale 50 così da trasmettere direttamente all’ambiente esterno il calore di dissipazione del rack 10 sottraendolo all’ambiente del locale 50 in cui sono alloggiati i rack 11.

Per “ dry coolers ” qui si intende identificare dissipatori di calore ad aria equipaggiati con ventilatori, preposti a raffreddare un liquido, nel presente caso il liquido di raffreddamento del semi-scambiatore secondario 120 utilizzando aria esterna.

Di fatto, parte del circuito formato da dette linee di fluido 13, 14 di detto semi-scambiatore secondario 120 confluisce all’esterno di detto locale 50, preferibilmente in un dry cooler esterno 100 ad aria, anche se ciò non è vincolante ai fini della presente invenzione.

Dette linee di fluido 13, 14 di detto semi-scambiatore secondario 120 prevedono, ciascuna, una coppia di rispettive valvole di intercetto 70, 71 al fine di permettere eventuali manutenzioni/sostituzioni del semi-scambiatore secondario 120.

Tutti i semi-scambiatori primari 12 previsti nel presente sistema operano preferibilmente con lo stesso intervallo di temperature che è tuttavia differente dall’intervallo di temperature in cui opera detto scambiatore secondario 120, come verrà spiegato qui di seguito in dettaglio.

In una realizzazione preferita illustrata nella figura 2b, ogni cassetto 11 è vincolato ad un semi-scambiatore primario 12.

Inoltre è preferito che ogni semi-scambiatore primario 12 includa almeno un circuito formato da una linea di liquido 13 e da una linea di vapore 14 per raffreddare almeno un rispettivo semiconduttore o elemento elettronico 15 (e.g. processore, chipset e simili) di una scheda elettronica 16 contenuta in detto cassetto 11.

Nel caso in cui detta scheda elettronica 16 contenga più di un elemento elettronico 15, si dovrà prevedere, per ogni semi-scambiatore primario 12, tante coppie di linee di fluido 13, 14, quanti sono gli elementi elettronici 15 da raffreddare in maniera tale che ogni elemento elettronico 15 sia raffreddato da un rispettivo circuito formato da una linea di liquido 13 e una linea di vapore 14 che si staccano dal semi-scambiatore primario 12 o che si staccano da una linea principale di liquido 13 (distribuzione di liquido) e una linea principale di vapore 14 (raccolta vapore) come illustrato in fig. 2b.

Come è noto, i componenti elettronici di una scheda sono generalmente accoppiati ad un dissipatore di calore formato da una sottile piastra in rame o alluminio (non illustrata nelle figure), anche se altri accorgimenti di dissipazione sono ugualmente utilizzati: pertanto la posizione e il tipo di montaggio delle linee di fluido 13, 14 di un semi-scambiatore primario 12 in accordo all’invenzione verrà determinato a seconda del tipo di rack, e comunque sempre in modo da avere un collegamento termico tra la fonte di calore e il presente sistema di raffreddamento.

Come già detto, la linea di liquido 13 assorbe il calore dissipato daH’elemento elettronico 15, trasformandosi in vapore che fluisce lungo la linea di vapore 14. Detta linea di vapore 14 confluisce nella camera di plenum di detto semi-scambiatore primario 12, trasformandosi nuovamente in liquido mediante condensazione.

Ciascun semi-scambiatore 12 adibito al relativo cassetto 11 comprende inoltre una particolare piastra o superficie di scambio 20 (figg. 3a-3b), che funge da elemento dissipatore di calore, essendo realizzata in rame o altro materiale ad alta conducibilità termica.

Ciascun semi-scambiatore primario 12 è inoltre fissato sul retro del proprio cassetto 11, mediante sistemi meccanici o magnetici noti, quali ad esempi viti e bulloni 21, come illustrato nelle figure 3a e 3b, e in maniera tale che la piastra di scambio 20, che chiude la camera di plenum, sia all’esterno del relativo cassetto 11 in modo da poter trasmettere efficientemente al semi-scambiatore secondario 120 tutto il calore che il semi-scambiatore primario 12 ha sottratto al relativo cassetto 11.

Inoltre, ciascun semi-scambiatore primario 12 viene anche fissato al semiscambiatore secondario 120 adibito al rack 10 tramite sistemi meccanici o magnetici noti quali, ad esempio, viti e bulloni 22 così da assicurare il completo contatto tra le superfici della piastra dissipante 20 dei semi-scambiatori primari 12 e la piastra dissipante 20 del semi-scambiatore secondario 120.

Poiché il liquido di raffreddamento è tutto contenuto nel circuito chiuso formato da dette linee di fluido 13, 14 solidali al semi-scambiatore 12 a sua volta solidale con il retro della struttura del rack è possibile estrarre facilmente ogni cassetto 11 senza perdite di liquido di raffreddamento.

Con il presente sistema di raffreddamento è quindi possibile separare senza danno o difficoltà ogni cassetto 11 dal proprio rack 10 per i necessari interventi di sostituzione o manutenzione e controllo.

Inoltre con l’impiego del presente sistema di raffreddamento è possibile avere una riduzione dei consumi, degli spazi impegnati e della manutenzione.

In pratica, ogni cassetto 11 è assolutamente indipendente dagli altri e dal resto dell'impianto di dissipazione generale del calore verso l'esterno (fig. 6).

La piastra di scambio termico 20 degli scambiatori primari 12 e quella del semi-scambiatore secondario 120, può avere una superficie piana oppure, preferibilmente, una superficie con profilo sagomato per aumentare la superficie di scambio termico per conduzione.

In una realizzazione preferita, detta superfìcie di scambio di detta piastra 20 di detti scambiatori primari 12 e secondario 120, è sagomata a mo’ di denti di sega, con elementi prismatici sporgenti, come illustrato in fìgg. 5a-d, anche se tale forma di realizzazione non è vincolante ai fini della presente invenzione.

Inoltre in corrispondenza di detti elementi prismatici sporgenti di detta piastra di scambio 20 sono previste, preferibilmente, scanalature interne 30 al fine di aumentare lo scambio tra detta piastra e il fluido di raffreddamento circolante alfiintemo della camera di plenum di detto semi-scambiatore 12.

Resta inteso che tale piastra di dissipazione 20 può essere realizzata in altro modo senza per questo allontanarsi dallo spirito della presente invenzione.

Il semi-scambiatore secondario 120 è anch’esso preferibilmente una unità di scambio termico funzionante come un tubo di calore, anche se ciò non è vincolante ai fini della presente invenzione.

Resta infatti inteso che detto semi-scambiatore secondario 120 può essere, in alternativa al tubo di calore, un normale circuito a circolazione d'acqua o acqua/glicole, senza cambio di stato fisico. In quest’ultimo caso occorre anche prevedere l’impiego di una pompa di circolazione.

Detto semi-scambiatore secondario 120 è dotato anch’esso di una piastra di scambio 20 con una superficie di scambio sagomata in maniera analoga e complementare a quella della piastra di dissipazione 20 del semi-scambiatore primario 12 a cui dovrà accoppiarsi fontalmente.

Inoltre detto semi-scambiatore secondario 120 è opportunamente dimensionato, a seconda del numero di semi-scambiatori primari 12 a cui deve essere associato.

Le piastre 20 del semi-scambiatore secondario 120 e del semi-scambiatore primario 12 devono comunque essere complanari, e possono essere anche coperte di pasta conduttiva.

Con riferimento alla figura 4, verrà ora illustrato il funzionamento del sistema di raffreddamento in accordo all’invenzione, riferendosi ad un sistema contenente un solo semi-scambiatore primario 12 associato al semi-scambiatore secondario 120 di un solo rack 10, anche se possono essere previste altre configurazioni senza per questo allontanarsi dallo spirito della presente invenzione.

Il semi-scambiatore primario 12 fissato al cassetto 11 è dimensionato in maniera tale da alimentare, attraverso la linea di liquido 13, un liquido di raffreddamento avente una temperatura intorno ai 50°C ad un circuito elettronico 15, e tale da asportare la quantità di calore dissipato necessaria a mantenere detto circuito elettronico 15 ad una temperatura di lavoro di 60°C o inferiore.

Il calore generato dal circuito elettronico 15 fa evaporare il liquido circolante nella linea 13 e il vapore generato, avente una temperatura di circa 60°C, ritorna verso la zona fredda del semi-scambiatore primario 12 tramite la tubazione di vapore 14, condensando nella camera di plenum 5.

In questo semi-scambiatore primario 12 possono essere previste prese di pressione 60 e/o indicatori di liquido/livello 61 e/o un sensore di temperatura 62 della piastra di scambio 20, al fine di gestire in maniera più efficiente le temperature di scambio di ciascun semi-scambiatore primario 12, in particolare per trasmettere uno o più segnali ad un sistema di controllo 63, quale ad esempio CPU, PLC, data logger o simili.

Il calore derivante dalla condensazione del vapore circolante nella linea di vapore 14 viene ceduto alla piastra di dissipazione 20 di detto semi-scambiatore primario 12, la quale è a contatto con la piastra di scambio termico 20 del semiscambiatore secondario 120.

Il semi-scambiatore 120 secondario è progettato in modo tale che il calore che esso riceve attraverso la piastra di dissipazione 20 di detto semi-scambiatore primario 12 faccia evaporare il liquido di raffreddamento secondario ad una temperatura di circa 50°C. Tale vapore verrà poi condensato ad una temperatura di circa 40°C, che è quella considerata nel dimensionamento come temperatura massima esterna dell’aria.

E’ da notare che l'aumentata temperatura superficiale dei componenti elettronici (60-70°C), rende di fatto possibile applicare il funzionamento di tubi di calore al sistema della presente invenzione al fine di smaltire direttamente all’esterno, e senza altre mediazioni, il calore prodotto dai componenti escludendo del tutto le macchine frigorifere.

Considerando infatti una temperatura massima dell’aria esterna di 40°C, si può utilizzare un gradiente variabile da 20 a 30°C, sufficiente per attivare con efficienza un tubo di calore con trasformazione di fase.

Come indicato nelle figure allegate, i semi-scambiatori 12, 120 che uniti compongono lo scambiatore vero e proprio del presente sistema di raffreddamento, possono essere realizzati nei modi più diversi allo scopo di ottenere la massima efficienza nella trasmissione del calore.

In pratica, il presente sistema di raffreddamento prevede che ogni cassetto 11 del rack 10 abbia il proprio semi-scambiatore primario 12, dimensionato in base alla quantità di calore da asportare (e quindi in base al numero di elementi elettronici 15), e che il semi-scambiatore secondario 120 sia dimensionato per asportare il calore trasmesso da tutti i semi-scambiatori primari 12 adibiti ai cassetti 11 di un rack 10: grazie al fatto che uno o più semi-scambiatori secondari 120 di rack 10 è collegato ad un Dry Cooler 100 posto all'esterno del locale 50 (o ad altro tipo di sistema di dissipazione del calore di condensazione del fluido secondario del semi-scambiatore secondario 120), è possibile sottrarre al locale server 50 tutto il calore generato dai rack 10 presenti nella stanza.

In questo modo, impiegando il presente sistema di raffreddamento è possibile utilizzare condizionatori di taglia notevolmente inferiore rispetto a quanto ad oggi necessario per tenere raffreddato un locale 50 contente lo stesso numero di rack 10.

Il suddetto dry cooler 100 può essere: a) un dry cooler statico o ventilato meccanicamente, anche con eventuale preraffreddamento adiabatico dell’aria tramite acqua finemente spruzzata.

In alternativa, come già accennato sopra, detto semi-scambiatore secondario 120 può essere associato ad un altro tipo di sistema di dissipazione del calore di condensazione, differente dal dry cooler 100, quale ad esempio:

b) un condensatore con raffreddamento adiabatico diretto (condensatore evaporativo);

c) un condensatore raffreddato da acqua proveniente da torre evaporativa; d) un condensatore raffreddato direttamente ad acqua disposto all’ esterno del locale 50 (o anche all’interno del locale nei casi c) e d)) per raffreddare detto fluido di raffreddamento secondario.

Un ulteriore oggetto della presente invenzione è un impianto di dissipazione comprendente un sistema di raffreddamento come sopra descritto dove ogni semiscambiatore secondario 120, associato ad un rispettivo rack 10, è collegato ad un dry cooler esterno 100 o ad una macchina simile attraverso una serie di tubazioni.

in particolare, impianto di dissipazione comprendente un sistema di raffreddamento come sopra descritto prevede che le linee di fluido 13, 14 di ogni semi-scambiatore secondario 120 confluiscano in rispettivi collettori di fluido 130, 140 che escono dal locale 50, dove detto collettore di liquido e detto collettore di vapore sono collegati al dry cooler 100.

La presente invenzione non è limitata alle particolari forme di realizzazione precedentemente descritte e illustrate nei disegni annessi, ma ad essa possono essere apportare numerose modifiche di dettaglio, alla portata del tecnico del ramo, senza per questo fuoriuscire dall’ambito dell’invenzione stessa, come definito nelle rivendicazioni annesse.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Sistema di raffreddamento di elementi produttori di calore, in particolare di componenti elettronici contenuti in armadi metallici o rack, comprendente almeno un semi-scambiatore primario (12) includente un primo fluido a transizione di fase, adibito a raffreddare uno o più elementi produttori di calore (16) alloggiati in almeno un contenitore (11) disposto in un locale (50), preferibilmente componenti elettronici alloggiati un cassetto di almeno un rack disposto in detto locale (50), detto semi-scambiatore primario (12) essendo adibito ad asportare il calore generato da detto contenitore (11) per mantenerlo ad una temperatura prefissata; un semi-scambiatore secondario (120) in contatto conduttivo termicamente con uno o più di detti semi-scambiatori primari (12) di detti contenitori (11) e separabile da detti semi-scambiatori primari (12), detto semi-scambiatore secondario (120) che include un fluido di raffreddamento secondario essendo adibito a trasferire all’esterno di detto locale (50) il calore trasmesso da uno o più di detti semi-scambiatori primari (12), opzionalmente per mezzo di un sistema di dissipazione del calore associato a detto semi-scambiatore secondario (120), così da sottrarre a detto locale (50) il calore generato da detti elementi produttori di calore (16) contenuti in detto almeno un contenitore (11), preferibilmente componenti elettronici alloggiati in almeno un cassetto di almeno un rack disposto in detto locale (50), detto almeno uno semi-scambiatore primario (12) e detto semi-scambiatore secondario (120) operando in un intervallo di temperature differenti.
2. Sistema di raffreddamento secondo la rivendicazione 1, in cui detto sistema di dissipazione del calore associato a detto almeno uno semi-scambiatore secondario (120) è scelto tra: a) un dry cooler (100), statico o ventilato meccanicamente, anche con eventuale preraffreddamento adiabatico dell’aria tramite acqua finemente spruzzata; b) un condensatore con raffreddamento adiabatico diretto (condensatore evaporativo); c) un condensatore raffreddato da acqua proveniente da torre evaporativa; d) un condensatore raffreddato direttamente ad acqua, disposto all’ esterno del locale (50) (o anche all’ interno del locale nei casi c) e d)) per raffreddare detto fluido di raffreddamento secondario.
3. Sistema di raffreddamento secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto semi-scambiatore primario (12) e detto semi-scambiatore secondario (120) sono a contatto per mezzo di due rispettive piastre di dissipazione di calore (20), opposte e fissate meccanicamente tra di loro, la superficie di dette piastre di dissipazione (20) potendo essere superficie piana oppure sagomata per aumentare la superfìcie di scambio termico per conduzione.
4. Sistema di raffreddamento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto semi-scambiatore primario (12) include una linea di liquido (13) e una linea di vapore (14) in comunicazione di fluido tra di loro a formare un circuito chiuso di raffreddamento, detto circuito essendo disposto in contatto termico con un semiconduttore (15) di un componente elettronico (16) contenuto in detto contenitore (11), preferibilmente contenuto in almeno un cassetto di almeno un rack.
5. Sistema di raffreddamento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto semi-scambiatore secondario (120) include una linea di liquido (13) e una linea di vapore (14) in comunicazione di fluido tra di loro a formare un circuito chiuso di raffreddamento, detto circuito essendo disposto in contatto termico con detto Dry Coole<'>r (100), o con un altro sistema come definito nella rivendicazione 2, disposto all’esterno del locale (50) o anche aH’interno, nei casi c) e d) definiti nella rivendicazione 2.
6. Sistema di raffreddamento secondo la rivendicazione 4 o 5, in cui detto semi-scambiatore primario (12) e detto semi-scambiatore secondario (120) includono inoltre una camera di plenum (5) per la condensazione del vapore della linea di vapore (14), detta camera di plenum essendo in comunicazione di fluido con detta piastra di dissipazione (20).
7. Sistema di raffreddamento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto semi-scambiatore primario (12) è fissato sul retro di un rispettivo contenitore (11), preferibilmente di un cassetto di almeno un rack, e in maniera tale che detta piastra di dissipazione (20) sia all’ esterno di detto contenitore (11), preferibilmente di detto cassetto.
8. Sistema di raffreddamento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto semi-scambiatore primario (12) ha un delta di temperatura da 50°C a 60°C, e detto semi-scambiatore secondario (120) ha un delta di temperatura da 40°C a 50°C.
9. Impianto di dissipazione di calore di un locale server (50) comprendente un sistema di raffreddamento come definito in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui le linee di liquido (13) e le linee di vapore (14) di ogni semi-scambiatore secondario (120) confluiscono rispettivamente in un collettore di liquido (130) e in un collettore di vapore (140) disposti in detto locale (50), detti collettori 8130, 140) essendo associati a detto dry cooler (100) o altro sistema di dissipazione del calore come definito nella rivendicazione 2.