JP7282098B2 - スーパーコンピュータ用の高効率相変化コンデンサ - Google Patents

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Description

本発明は、コンピュータ技術分野に関し、具体的には、スーパーコンピュータ用の高効率相変化コンデンサに関する。
現在、用いられるコンピュータのほとんどは、冷気によって機械を降温させるが、データセンタでは、空冷だけでは、熱流密度が高いサーバの放熱要求を満たすことができない。従来の空冷モードは、いずれも間接接触による冷却の方式で行われ、熱伝達過程が複雑であり、接触熱抵抗及び対流熱交換熱抵抗が存在し、熱抵抗の総和が大きく、熱交換効率が低く、熱交換過程で高温熱源と低温熱源の温度差が大きく、低い室外低温熱源で熱交換過程をガイドする必要がある。
液冷は、作動流体を中間熱伝達媒体として用い、熱領域から離れた場所に熱量を伝達してから冷却させる。液体は、比熱が空気よりはるかに大きく、放熱速度も空気に比べてはるかに大きく、従って、液冷の冷却効率が空冷の放熱よりはるかに高い。液冷または水冷は、２つの主要な利点を有する。第１に、空冷のように間接冷却することではなく、クーラントを熱源に直接ガイドする。第２に、空冷に比べて、単位体積あたりの熱伝達量すなわち放熱効率が３５００倍と高い。
蒸発冷却は、熱原理上に、冷媒が沸騰する際の気化潜熱によって熱量を逃す。液体の気化潜熱が比熱よりもはるかに大きいので、蒸発冷却の冷却効果がより顕著である。
液冷システムでは、コンデンサが冷媒蒸気を凝縮させ、液体冷媒に戻して循環冷却させる必要がある。現在、市場の多管式熱交換器、チューブフィン熱交換器は、有効空間内にスーパーコンピュータの高い冷却量のニーズを満たすことができない。
従来技術の欠陥に対して、本発明は、限られるコンデンサ空間内で、凝縮コイルを用いて液相及び気相の飽和冷媒を十分に凝縮させ、コンデンサの熱交換効率を向上させることができるスーパーコンピュータ用の高効率相変化コンデンサを提案する。
本発明の目的を達成するために、本発明で用いられる技術案は以下のとおりである。スーパーコンピュータ用の高効率相変化コンデンサであって、コンデンサボックスと、冷媒供給管と、冷媒排出管と、凝縮コイルとを備え、前記コンデンサボックス内には、液体冷媒が収容され、前記液体冷媒の液面と前記冷媒ボックスのトップとの間に気相領域が存在し、前記冷媒供給管の前端の冷媒蒸気排出口が前記液体冷媒の液面下に深く入り、前記凝縮コイルの一部が前記液体冷媒に没入され、前記凝縮コイルの他の一部が前記液体冷媒の液面上の気相領域に位置し、前記気相領域では、冷媒蒸気泡が前記凝縮コイルにより凝縮液化される。
好ましくは、前記冷媒蒸気排出口は、ホーン状である。
好ましくは、前記凝縮コイルは、ヘビ状である。
好ましくは、前記液体冷媒の液面は、前記凝縮コイルの２分の１の高さに位置する。
好ましくは、前記冷媒は、電気絶縁性冷媒を用いる。
好ましくは、前記電気絶縁性冷媒は、沸点３０℃～６０℃の電気絶縁性冷媒である。
好ましくは、前記電気絶縁性冷媒は、フッ化物である。
本発明によれば、コンデンサでは、飽和冷媒蒸気が冷媒液体により小さな気泡に分散され、熱交換面積を増大させ、熱交換効率を向上させ、且つほとんどの蒸気泡が直接液体により冷却され、蒸気と液体との熱交換効率が高く、残りの少ない蒸気泡が気相領域において凝縮コイルにより冷却され、従って、限られるコンデンサ空間で、コンデンサが高い熱交換効率を有する。
本発明の実施例のコンデンサ構造模式図である。
本発明の目的、技術案及び利点をよりはっきりかつ理解しやすくするために、以下、図面を参照しながら本発明の実施例について詳しく説明する。なお、衝突しない限り、本願の実施例及び実施例の特徴は、互いに任意に組み合せることができる。
本発明の実施例によれば、図１に示すように、スーパーコンピュータ用の高効率相変化コンデンサ１０であって、コンデンサボックスと、冷媒供給管１と、冷媒排出管４と、凝縮コイル７とを備え、前記コンデンサボックス内には、液体冷媒が収容され、前記液体冷媒の液面と前記冷媒ボックスのトップとの間に気相領域が存在し、前記冷媒供給管１の前端で、冷媒蒸気排出口３が前記液体冷媒の液面下に深く入り、前記凝縮コイル７の一部が前記液体冷媒に没入され、前記凝縮コイル７の他の一部が前記液体冷媒の液面上の気相領域に位置する。
前記コンデンサ１０は、前記凝縮コイル７をコンデンサボックスの密閉キャビティに密封し、キャビティ内に冷媒液体が貯蔵され、前記凝縮コイル７に冷却液が導入され、サーバにおける発熱素子（ＣＰＵ、サーバマザーボードなどの電子部品）により加熱されて沸騰した後の飽和冷媒２が前記冷媒蒸気排出口３の出口の末端に微小蒸気泡６に分散されて、液体冷媒と混合され、ほとんどの蒸気泡６が冷媒液体により液体に冷却され、残りの少ない微小蒸気泡６がキャビティの上部の気相領域まで上昇し、前記凝縮コイル７と接触し、凝縮コイル７により液体に冷却され、キャビティの底部まで流れ戻る。前記凝縮コイル７の上半部が冷媒蒸気泡６を冷却させ、冷媒液体部分に没入された前記凝縮コイル７が冷媒液体を冷却させる。
前記凝縮コイル７は、冷却液供給口と、冷却液排出口とを備え、低温冷却液８は、前記冷却液供給口から前記凝縮コイル７に流入し、冷媒液体及び蒸気泡６と熱交換した後、冷却液排出口から高温冷却液９が流出する。前記低温冷夜液体８としては、冷水を選択することができる。
前記飽和冷媒２は、前記冷媒供給管１を介して前記コンデンサ１０に入り、前記コンデンサ１０では、前記飽和冷媒２及び前記蒸気泡６が液体に凝縮され、凝縮された後の前記冷媒液体５が前記冷媒排出管４から流出して循環使用される。前記冷媒としては、電気絶縁性冷媒、例えばフッ化物を用い、フッ化物の沸点が３０℃～６０℃であるため、発熱素子から吸収される熱量を冷媒蒸気よりタイムリに逃すことができる。
前記冷媒蒸気排出口３は、ホーン状である。
前記凝縮コイル７は、ヘビ状である。
前記液体冷媒の液面は、前記凝縮コイル７の２分の１の高さに位置する。
以上、本発明に開示される実施形態について説明されたが、前記内容は、本発明を理解しやすくするための実施形態に過ぎず、本発明を限定するためのものではない。当業者であれば、本発明に開示された精神及び範囲から逸脱することなく、実施の形態及び詳細に対して行われるいかなる補正や変更は、いずれも本願の保護範囲に含まれる。
１ 冷媒供給管
２ 飽和冷媒
３ 冷媒蒸気排出口
４ 冷媒排出管
５ 冷媒液体
６ 蒸気泡
７ 凝縮コイル
８ 低温冷却液
９ 高温冷却液
１０ コンデンサ。

Claims (6)

  1. コンデンサボックスと、冷媒供給管と、冷媒排出管と、凝縮コイルと、を備え、前記コンデンサボックス内には、液体冷媒が収容され、前記液体冷媒の液面と前記コンデンサボックスのトップとの間に気相領域が存在し、前記冷媒供給管の前端の冷媒蒸気排出口が前記液体冷媒の液面下に入り、前記凝縮コイルの一部が前記液体冷媒に没入され、前記凝縮コイルの他の一部が前記液体冷媒の液面上の気相領域に位置し、前記気相領域では、前記冷媒蒸気排出口から上昇した微小冷媒蒸気泡が前記凝縮コイルにより凝縮液化され、前記液体冷媒内では、前記冷媒蒸気排出口からの冷媒蒸気泡が前記液体冷媒により凝縮液化され、
    前記凝縮コイルは前記気相領域及び前記液体冷媒に亘って蛇行しており、冷却液が、前記気相領域における前記凝縮コイルに流入し、次いで前記液体冷媒における前記凝縮コイルを通って流出することを特徴とするスーパーコンピュータ用の高効率相変化コンデンサ。
  2. 前記冷媒蒸気排出口は、ホーン状であることを特徴とする請求項１に記載のスーパーコンピュータ用の高効率相変化コンデンサ。
  3. 前記液体冷媒の液面は、前記凝縮コイルの２分の１の高さに位置することをさらに含むことを特徴とする請求項１～２のいずれか１項に記載のスーパーコンピュータ用の高効率相変化コンデンサ。
  4. 前記液体冷媒は、電気絶縁性冷媒を用いることを特徴とする請求項１～２のいずれか１項に記載のスーパーコンピュータ用の高効率相変化コンデンサ。
  5. 前記電気絶縁性冷媒は、沸点３０℃～６０℃の電気絶縁性冷媒であることを特徴とする請求項４に記載のスーパーコンピュータ用の高効率相変化コンデンサ。
  6. 前記電気絶縁性冷媒は、フッ化物であることを特徴とする請求項５に記載のスーパーコンピュータ用の高効率相変化コンデンサ。
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