PL229619B1 - Urządzenie do chłodzenia zanurzeniowego serwerów - Google Patents

Abstract

Urządzenie ma obudowę (1) w rodzaju akwarium, wykonanego z nieprzewodzącego materiału o dużej sztywności, korzystnie ze szkła lub poliwęglanu, w której umieszczone są przegrody (7) z materiału podobnego jak obudowa (1), tworzące silosy (10) wypełnione cieczą, stanowiącą dielektryk (8) typu A, zamknięte od góry pokrywami (6) unoszonymi do góry za pomocą zawiasów. Wewnątrz silosów (10) są serwery (9) zamocowane na dwóch perforowanych płaskownikach (12), zamontowanych przy ścianach obudowy, poprzecznie do silosów (10). Serwery (9) zanurzone są w dielektryku (8), korzystnie w 90% swojej powierzchni, natomiast na zewnątrz obudowy (1) jest umieszczona pompa cyrkulacyjna (3) oraz wymiennik ciepła (2), połączone z przegrodami (7) i pokrywami (6) za pomocą systemu rur (4, 5). Każda przegroda (7) posiada wewnętrzne kanaliki zalane cieczą chłodzącą w postaci dielektryka typu B o temperaturze parowania wyższej, niż temperatura parowania cieczy stanowiącej dielektryk (8) typu A, a ponadto każda pokrywa (6) posiada wewnętrzne kanaliki zalane cieczą chłodzącą w postaci dielektryka typu B.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do chłodzenia zanurzeniowego serwerów, w szczególności w centrach danych lub centrach obliczeniowych.

Problem chłodzenia serwerów w centrach danych lub centrach obliczeniowych jest jednym z krytycznych problemów technicznych. Wpływa on na dwa istotne czynniki funkcjonowania centrów czyli koszt energii elektrycznej oraz ciągłość działania. Tradycyjne stosowane chłodzenie powietrzem wymaga dostarczenia podwójnej ilości energii, wymaganej do zasilenia układów elektronicznych.

Połowa energii zostaje zużyta na zasilenie serwerów, a druga połowa na ich schłodzenie. W przypadku awarii podstawowego systemu zasilania (i przejścia na zasilanie awaryjne) lub awarii systemu chłodzenia (najczęściej klimatyzacji) ciągłość funkcjonowania centrum danych staje się zagrożona z powodu podwyższonego ryzyka przegrzania systemów elektronicznych.

W amerykańskim opisie zgłoszenia wynalazku z nr 20150109728 ujawniono metodę chłodzenia elementów elektronicznych za pomocą zanurzenia w cieczy chłodzącej.

Urządzenie do chłodzenia zanurzeniowego serwerów według wynalazku ma obudowę, w której znajduje się ciecz chłodząca. Obudowa stanowi rodzaj akwarium wykonanego z nieprzewodzącego materiału o dużej sztywności, korzystnie ze szkła lub poliwęglanu, w której umieszczone są przegrody z materiału podobnego jak obudowa tworzące silosy wypełnione cieczą stanowiącą dielektryk typu A. silosy zamknięte są od góry pokrywami unoszonymi do góry za pomocą zawiasów. Wewnątrz silosów są serwery zamocowane na dwóch perforowanych płaskownikach zamontowanych przy ścianach obudowy, poprzecznie do silosów. Serwery zanurzone są w dielektryku korzystnie w 90% swojej powierzchni. Na zewnątrz obudowy jest umieszczona pompa cyrkulacyjna oraz wymiennik ciepła połączone z przegrodami i pokrywami za pomocą systemu rur. Każda przegroda posiada wewnętrzne kanaliki zalane cieczą chłodzącą w postaci dielektryka typu B o temperaturze parowania wyższej, niż temperatura parowania cieczy stanowiącej dielektryk typu A. Każda pokrywa posiada wewnętrzne kanaliki zalane cieczą chłodzącą w postaci dielektryka typu B.

Temperatura parowania dielektryka typu A wynosi korzystnie od 45 do 55°C.

Urządzenie posiada system kontrolny składający się z komputera głównego, do którego podłączone są za pomocą magistrali komunikacyjnej czujniki temperatury, ciśnienia par cieczy stanowiącej dielektryk typu A oraz wysokości słupa cieczy dielektryka typu A.

Urządzenie według wynalazku zapewnia efektywne chłodzenie sprzętu serwerowego zainstalowanego w centrum danych. Przyczynia się także do zmniejszenia ogólnego zużycia energii elektrycznej, upakowania większej mocy obliczeniowej w jednostce kubaturowej, zapewnienia korzystnych warunków pracy dla sprzętu elektronicznego (środowisko wolne od kurzu) i zwiększenie jego trwałości.

Urządzenie do chłodzenia zanurzeniowego serwerów zostało przedstawione w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat urządzenia, fig. 2 - schematyczny przekrój przez przegrodę, a fig. 3 - schemat układu kontrolnego urządzenia.

Urządzenie składa się z obudowy 1, przegród 7, pokryw 6, systemu rur 4 i 5, pompy cyrkulacyjnej 3, wymiennika ciepła 2, systemu kontrolno-pomiarowego.

Konstrukcja obudowy 1 stanowi rodzaj akwarium wykonanego z przezroczystego, nieprzewodzącego materiału o dużej sztywności, korzystnie szkła lub poliwęglanu. Przestrzeń wewnątrz obudowy 1 jest podzielona na silosy 10 poprzez wstawienie przegród 7. Każdy silos 10 jest przykryty od góry autonomiczną pokrywą 6 unoszoną na zawiasach. Wewnątrz silosów 10 są umieszczane serwery 9. Silos jest wypełniony dielektrykiem typu A 8, do takiego poziomu, aby umieszczony w silosie 10 serwer 9 był zanurzony w dielektryku 8 w 90% swojej powierzchni. Temperatura parowania dielektryka typu wynosi ok. 50°C.

W górnej części silosu 10 zamontowane dwa perforowane płaskowniki 12. Płaskowniki 12 są zamontowane przy ścianach obudowy, poprzecznie do silosów 10 i służą do montażu serwerów 9 na standardowych uchwytach przeznaczonych do montażu w szafach 19 (tzw. rack) lub w uchwytach nowego typu dla nowego standardu urządzeń o zwiększonej gęstości upakowania, dostosowanych wyłącznie do technologii chłodzenia zanurzeniowego.

Przegrody 7 są wykonane z podobnego materiału jak ściany obudowy 1, czyli szkła lub poliwęglanu.

Przegroda 7 posiada wewnętrzne kanaliki 13, które są zalane cieczą chłodzącą w postaci dielektryka typu B. Każda przegroda 7 jest podłączona do globalnego obiegu chłodzącego zalanego chłodziwem w postaci dielektryka typu B za pomocą systemu rur 4 i 5. Dielektryk typu B umieszczony wewnątrz

PL 229 619 B1 przegrody 7 i tłoczony przewodami 4 i 5 różni się od dielektryka 8 typu A zawartego w silosie 10 wyższą temperaturą parowania.

Pokrywa 6 posiada wewnętrzne kanaliki wypełnione dielektrykiem typu B, przyłączone do obiegu chłodzącego, tłoczącego chłodziwo do wymiennika ciepła 2, tego samego co przegrody 7, za pomocą systemu rur 4 i 5. Pokrywa 6 ma możliwość otwarcia przynajmniej pod kątem 90° lub większym. Pomiędzy płaszczyzną pokrywy 6 oraz grzbietami przegród 7 jest umieszczona uszczelka silikonowa zapewniająca szczelność silosu pa zamknięciu pokrywy. Po zamknięciu, docisk pokrywy jest zabezpieczony zatrzaskami.

Całość układu jest w trybie ciągłym monitorowana i sterowana poprzez system kontrolny. System ten składa się z komputera głównego 14, do którego podłączone są czujniki 15 temperatury, ciśnienia par chłodziwa typu A oraz wysokości słupa cieczy chłodzącej typu A. Te dane są przekazywane za pośrednictwem magistrali komunikacyjnej 16.

Działanie urządzenia polega na tym, że bezpośrednim czynnikiem chłodzącym jest ciecz stanowiąca dielektryk typu A, który bezpośrednio styka się z układami elektronicznymi (serwer jest zanurzony w cieczy chłodzącej). Dielektryk typu A posiada niską temperaturę parowania ok. 50°C, która jest zbliżona do warunków pracy układów scalonych i powoduje gwałtowne parowanie w miejscu styku cieczy z układem elektronicznym. Powstała para unosi się do górnej części silosu 10, gdzie w kontakcie z chłodniejszą pokrywą 6 ulega skropleniu. Zjawisko parowania oraz skraplania wywołuje grawitacyjną cyrkulację dielektryka typu A wewnątrz silosu. Efekt skraplania wewnątrz silosu jest dodatkowo wspomagany przez chłodzenie poprzez przegrody 7 silosu.

Aby pokrywa 6 oraz przegrody 7 spełniały rolę skraplacza, wymagana jest stabilizacja temperatury dielektryka typu B na poziomie przynajmniej o 1/3 niższym niż temperatura parowania dielektryka typu A. W tym celu konieczna jest cyrkulacja cieczy w przegrodach i pokrywkach.

Może zachodzić potrzeba, przynajmniej okresowego, wspomagania cyrkulacji czynnika typu B, przy pomocy pompy cyrkulacyjnej 3 i wymiennika ciepła 2. Dodatkowo wymiennik ciepła 2, normalnie działający na zasadzie konwekcyjnej, posiada układ awaryjny w postaci elektrycznego agregatu chłodzącego.

Warunki pracy urządzenia są monitorowane przez system kontrolny, który mierzy parametry pracy, takie jak ciśnienie, poziom dielektryka typu A oraz temperaturę w silosach 10 w trybie ciągłym.

Po przekroczeniu zadanego progu ciśnienia par cieczy dielektryka typu A, czemu towarzyszy wyraźny spadek wysokości słupa cieczy dielektryka typu A w silosie 10, przy jednoczesnym osiągnięciu przez dielektryk typu A zadanej temperatury przemiany fazowej (wrzenia), system uruchamia alarm, czym powoduje reakcję operatora, który powinien usunąć przyczynę zagrożenia. W skrajnym przypadku, kiedy zostanie przekroczony pierwszy próg graniczny zostaje automatycznie podwyższony bieg pompy cyrkulacyjnej. Przy przekroczeniu kolejnego progu granicznego, zostanie załączony agregat chłodniczy wbudowany w wymiennik ciepła 2. Po przekroczeniu najwyższego progu alarmowego, oznaczającego brak możliwości odprowadzania ciepła z układów elektronicznych, system monitorujący całkowicie wyłączy (odetnie zasilanie) serwerów w silosie 10 w celu ochrony serwera przed uszkodzeniem.

Claims (3)

1. Urządzenie do chłodzenia zanurzeniowego serwerów mające obudowę, w której znajduje się ciecz chłodząca, znamienne tym, że obudowa (1) stanowi rodzaj akwarium wykonanego z nieprzewodzącego materiału o dużej sztywności, korzystnie ze szkła lub poliwęglanu, w której umieszczone są przegrody (7) z materiału podobnego jak obudowa (1) tworzące silosy (10) wypełnione cieczą stanowiącą dielektryk (8) typu A zamknięte od góry pokrywami (6) unoszonymi do góry za pomocą zawiasów, przy czym wewnątrz silosów (10) są serwery (9) zamocowane na dwóch perforowanych płaskownikach (12) zamontowanych przy ścianach obudowy, poprzecznie do silosów (10), a serwery (9) zanurzone są w dielektryku (8) korzystnie w 90% swojej powierzchni, natomiast na zewnątrz obudowy (1) jest umieszczona pompa cyrkulacyjna (3) oraz wymiennik ciepła (2) połączone z przegrodami (7) i pokrywami (6) za pomocą systemu rur (4, 5), przy czym każda przegroda (7) posiada wewnętrzne kanaliki (13) zalane cieczą chłodzącą w postaci dielektryka typu B o temperaturze parowania wyższej, niż temperatura parowania cieczy stanowiącej dielektryk (8) typu A, a ponadto każda pokrywa (6) posiada wewnętrzne kanaliki zalane cieczą chłodzącą w postaci dielektryka typu B.

PL 229 619 Β1

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że temperatura parowania dielektryka typu A wynosi korzystnie od 45 do 55°C.

3. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że posiada system kontrolny składający się z komputera głównego (14), do którego podłączone są za pomocą magistrali komunikacyjnej (16) czujniki (15) temperatury, ciśnienia par cieczy stanowiącej dielektryk (8) typu A oraz wysokości słupa cieczy dielektryka (8) typu A.