RU2442209C2

RU2442209C2 - Способы охлаждения и устройства

Info

Publication number: RU2442209C2
Application number: RU2007115069/07A
Authority: RU
Inventors: Майкл Джеймс ХОЛЛАНД (GB); Майкл Джеймс ХОЛЛАНД
Original assignee: ТРОКС ЮКей ЛИМИТЕД
Priority date: 2004-09-23
Filing date: 2005-09-22
Publication date: 2012-02-10
Also published as: CA2581710A1; CN101057205B; GB0421232D0; IL182150A0; RU2007115069A; EP1803050A1; KR20070083763A; WO2006032888A1; GB2419038B; US20080112128A1; AU2005286244A1; GB2419038A; CN101057205A; BRPI0515914A

Abstract

Настоящее изобретение относится к способам и устройству охлаждения. В частности к способам охлаждения и устройству в области информационных технологий, например к охлаждению серверов информационных технологий. Технический результат - обеспечение возможности использования охлаждающей среды, иной, чем воздух, во вторичном контуре охлаждения IT-оборудования с высоким избытком теплоты. Обеспечение использования летучих флюидов, таких как диоксид углерода, являющихся электрически благоприятными, которые могут безопасно использоваться в таких применениях, несмотря на очень высокие давления (для диоксида углерода выше 50 бар), которые необходимы для получения достаточного охлаждения. Достигается тем, что устройство охлаждения для компьютерного оборудования содержит первичный контур переноса тепла; вторичный контур переноса тепла, содержащий вторичный жидкий теплоноситель, вторичный холодильник, охлаждаемый первичным контуром переноса тепла, и вторичный испаритель для охлаждения компьютерного оборудования. Дополнительно характеризуется тем, что вторичный жидкий теплоноситель является летучим флюидом. Вторичный жидкий теплоноситель может быть диоксидом углерода. Система охлаждения особенно полезна в энергоемких применениях, таких как охлаждение компьютерных серверов, в частности ячеечных серверов, так как она может осуществлять рассеяние тепловой нагрузки до 100 кВт в сравнении с 10 кВт или менее при использовании традиционных систем. Также раскрыты теплообменные блоки, системы кондиционирования воздуха и строительные элементы, использующие вторичный жидкий теплоноситель, который является летучим

Description

Область техники

Настоящее изобретение относится к способам и устройству охлаждения. В частности, хотя не исключительно, изобретение относится к способам охлаждения и устройству в области информационных технологий, например к охлаждению серверов информационных технологий.

Традиционно IT-серверы (информационных технологий) охлаждались с использованием комбинации водяных/воздушных систем, воды, являющейся первичным охладителем, и воздуха, являющегося вторичным охладителем. Охлажденный воздух нагнетается вентиляторами в полость настила под оборудованием и выпускается в помещение через решетки, расположенные надлежащим образом по настилу. Вентиляторы в шкафах и на самих стойках прогоняют воздушный поток через нагретое оборудование, и происходит перенос тепла. С использованием этих систем были достигнуты типичные нагрузки от 5 кВт до 8 кВт на шкаф с оборудованием 900 мм × 600 мм × 1800 мм, вообще, нагрузка, создаваемая шкафом, зависит от вычислительной мощности содержащегося в нем оборудования.

Воздух является электрически благоприятным и по сути безопасным, что делает его крайне привлекательным для инженеров строительных систем. Воздух использовался в качестве материала первичного переноса тепла с тех пор, как началось охлаждение IT-оборудования, а промышленность поставлена в зависимость от исключительного использования основанных на воздухе систем.

Однако когда транзисторы стали меньше, а емкость микросхем выросла, возросли требования по рассеянию мощности оборудования информационных технологий или вычислительного оборудования. Это сильно обострено в последнее время развитием ячеечных серверов, которые располагаются в шкафах скорее вертикально, чем горизонтально, а потому могут быть упакованы с гораздо большей плотностью.

Эти серверы могут даже при современных технологиях рассеивать порядка 18 кВт на шкаф. В современном оборудовании ввиду того что нагрузки должны охлаждаться полностью, это требует использования чрезвычайно больших объемов воздуха, что является энергетически неэффективным и ведет к увеличению объема установок, которые являются шумными, и неприятным во время работы вследствие чрезмерных скоростей движения комнатного воздуха, делающих пространство почти непригодным для обитания.

Чтобы охлаждать эти большие нагрузки эффективно, следует увеличить пространство между соседними шкафами, увеличивая объем имеющегося в распоряжении воздуха и воздушный поток вокруг каждого шкафа, и ограничить количество серверов в каждом шкафу. Это, однако, ведет к увеличению объема установок и мешает получению преимуществ в серверной технологии.

Краткое изложение существа изобретения

Согласно настоящему изобретению предложено устройство охлаждения компьютеров, содержащее контур для жидкого теплоносителя, имеющий в своем составе холодильник и испаритель, характеризующееся тем, что жидкий теплоноситель является летучим флюидом.

Это изобретение обеспечивает возможность использования охлаждающей среды, иной, чем воздух, во вторичном контуре охлаждения IT-оборудования с высоким избытком теплоты. Кроме того, оно обеспечивает использование летучих флюидов, таких как диоксид углерода, являющихся электрически благоприятными, которые могут безопасно использоваться в таких применениях, несмотря на очень высокие давления (для диоксида углерода выше 50 бар), которые необходимы для получения достаточного охлаждения.

Летучие флюиды, такие как диоксид углерода, обеспечивают энергетически очень эффективное средство охлаждения, поэтому могут охлаждать шкафы, испытывающие гораздо более высокую тепловую нагрузку. Они также предоставляют возможность экономии энергии, особенно по сравнению с продвижением больших объемов воздуха через оборудование, и они требуют относительно малого диаметра трубопровода.

Преимущественно вторичный контур предназначен для рассеяния нагрузки при переносе теплоты, большей чем 20 кВт, предпочтительно большей чем 30 кВт, и возможно рассеяние нагрузок больших чем 50 кВт, 70 кВт или даже 100 кВт.

Вторичный испаритель может быть установлен на любой из боковых частей, верхней части или нижней части компьютерного шкафа, содержащего в себе компьютерное оборудование. Вторичный испаритель может быть установлен на более чем одной или на всех боковых частях компьютерного шкафа. Возможно даже, что вторичный испаритель устанавливается внутри компьютерного шкафа, содержащего компьютерное оборудование.

Вторичный испаритель может быть размещен в теплообменном блоке. Теплообменный блок может содержать экран, установленный на его воздухоприемнике, чтобы приточный воздух проходил с одной стороны компьютерного шкафа к той, на которой расположен теплообменный блок. Дополнительно или в качестве альтернативы теплообменный блок может содержать экран, установленный на его выпускном отверстии воздуха, чтобы отработанный воздух выбрасывался на ту сторону компьютерного шкафа, на которой расположен теплообменный блок.

Блок может содержать большое количество вентиляторов для протягивания воздуха через блок.

Блок может содержать перфорированную панель между вторичным испарителем и шкафом с оборудованием.

Вторичный контур может выдерживать давление вплоть до 25 бар. Преимущественно вторичный контур работоспособен до 50 бар. Предпочтительно, вторичный контур работоспособен до 75 бар.

Вторичный испаритель может содержать теплообменник, сконструированный из медного и алюминиевого оребренного змеевика. Змеевик может быть испытан под давлением 100 бар или выше. Вторичный испаритель может содержать переплетенные змеевики с двойной системой трубопроводов.

Предпочтительно летучий флюид является диоксидом углерода. Температура диоксида углерода, принимаемого во вторичном испарителе, может находиться в диапазоне от 0°C до 30°C и преимущественно находится в диапазоне от 12°C до 16°C, предпочтительно составляет около 14°C.

Такое устройство охлаждения компьютеров особенно эффективно для компьютерных серверов, особенно ячеечных серверов.

Вторичные контуры, вторичные испарители и теплообменные блоки также предназначены согласно изобретению для использования в системах охлаждения, указанных выше.

Согласно изобретению дополнительно предложена компьютерная установка, содержащая большое количество компьютерного оборудования, размещенного во множестве компьютерных шкафов, и устройство охлаждения компьютеров, описанное выше.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения, предложен способ охлаждения компьютерного оборудования, включающий следующие шаги: осуществление циркуляции флюида по вторичному контуру переноса тепла на теплообменник, который прилегает к компьютерному оборудованию, и характеризующийся тем, что флюид является летучим флюидом. Предпочтительно летучий флюид является диоксидом углерода.

Согласно третьему аспекту настоящего изобретения, предложен корпус для компьютерного оборудования, содержащий наружный слой и внутренний слой, характеризующийся тем, что теплообменник расположен между наружным слоем и внутренним слоем.

Корпус может содержать теплообменник, описанный выше. Корпус может иметь верхнюю часть, боковые части, нижнюю часть, полки и переднюю или заднюю дверь, одна или более из которых содержат наружный слой и внутренний слой. Корпус может иметь охлаждающую способность до 20 кВт на шкаф длиной, шириной и высотой 900 мм × 600 мм × 1800 мм. Преимущественно корпус имеет охлаждающую способность до 50 кВт на шкаф длиной, шириной и высотой 900 мм × 600 мм × 1800 мм. Корпус может содержать встроенную систему распределительных трубопроводов.

Согласно четвертому аспекту изобретения, предложен узел кондиционирования воздуха, содержащий воздухоприемник, теплообменник, который образует часть вторичного контура переноса тепла, и выпускное отверстие для воздуха, содержащее систему приточных сопел, содержащую множество сопел, характеризующийся тем, что жидкий теплоноситель, протекающий по вторичному контуру, является летучим флюидом. Предпочтительно летучий флюид является диоксидом углерода.

Узел кондиционирования воздуха может быть работоспособным до 50 бар. Преимущественно узел воздушного кондиционирования работоспособен до 75 бар.

Температура летучего флюида может быть в диапазоне от 0°C до 30°C, преимущественно в диапазоне от 12°C до 16°C, предпочтительно около 14°C.

Система приточных сопел может работать при статическом давлении в диапазоне от 30 до 200 Па, преимущественно в диапазоне от 50 до 100 Па, предпочтительно около 80 Па.

Теплообменник может содержать систему медных трубопроводов и алюминиевые ребра. Теплообменник может быть работоспособным для работы с или без поверхностной конденсации.

Узел кондиционирования воздуха может обладать охлаждающей способностью до 20 кВт на систему сопел. Предпочтительно узел кондиционирования воздуха обладает охлаждающей способностью до 50 кВт на систему сопел.

Согласно пятому аспекту изобретения, предложен строительный элемент, содержащий воздухоприемник, выпускное отверстие для воздуха, воздуховод и теплообменник, который образует часть вторичного контура переноса тепла, характеризующийся тем, что жидкий теплоноситель, протекающий по контуру переноса тепла, является летучим флюидом. Предпочтительно летучий флюид является диоксидом углерода.

Воздуховыпускное отверстие может содержать систему приточных сопел. Элемент может быть в форме вытянутой балки.

Строительный элемент может быть работоспособным при давлении до 50 бар. Предпочтительно строительный элемент работоспособен при давлении до 75 бар.

Система приточных сопел может работать при статическом давлении в диапазоне от 30 до 200 Па, преимущественно, в диапазоне от 50 до 100 Па, предпочтительно около 80 Па.

Теплообменник может содержать медный трубопровод и алюминиевые ребра.

Строительный элемент может содержать корпус для функций по обслуживанию, таких как освещение, управление освещением, динамики громкой связи/голосовой аварийной сигнализации, пассивные инфракрасные детекторы, спринклеры, плазменные экраны, силовые кабели и т.п.

Строительный элемент может иметь производительность до 600 Вт/м, предпочтительно около 600 Вт/м. В качестве альтернативы если воздуховыпускное отверстие содержит систему приточных сопел, строительный элемент может иметь производительность до 800 Вт/м, предпочтительно около 800 Вт/м.

Согласно шестому аспекту изобретения, предложен узел кондиционирования воздуха, содержащий теплообменник, который образует часть вторичного контура переноса тепла, и множество вентиляторов, характеризующийся тем, что жидкий теплоноситель, протекающий по вторичному контуру, является летучим флюидом. Предпочтительно летучий флюид является диоксидом углерода.

Узел кондиционирования воздуха может содержать нагреватель. Узел кондиционирования воздуха может быть работоспособным при давлении до 50 бар. Предпочтительно узел кондиционирования воздуха работоспособен при давлении до 75 бар.

Теплообменник может содержать медный трубопровод и алюминиевые ребра. Теплообменник может быть работоспособным для работы с или без поверхностной конденсации.

Узел кондиционирования воздуха может иметь охлаждающую способность до 10 кВт.

Краткое описание чертежей

Далее будут описаны варианты осуществления изобретения исключительно в качестве примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 изображает общий вид набора шкафов, содержащих в себе ячеечные серверы, теплообменные блоки между ними, согласно изобретению;

фиг.2 - структурную схему варианта осуществления устройства охлаждения компьютеров согласно изобретению;

фиг.3 - различные виды теплообменного блока, где: фиг.3а - вид спереди; фиг.3b - вид сверху; фиг.3с - вид снизу; фиг.3d - вид сбоку; фиг.3e - вид сзади; фиг.3f - общий вид сверху; фиг.3g - общий вид снизу согласно изобретению;

фиг.4 - общий вид элементного изображения шкафа согласно изобретению;

фиг.5 - общие виды теплообменника, где: фиг.5а - общий вид; фиг.5b - вид сверху; фиг.5с - вид спереди; фиг.5d - вид снизу; фиг.5е - вид сбоку согласно изобретению;

фиг.6 - общие виды компьютерного шкафа, дополнительный вариант осуществления изобретения, где: фиг.6а - общий вид сверху; фиг.6b - общий вид снизу; фиг.6с - детализированный вид фиг.6а согласно изобретению;

фиг.7 - общие виды узла кондиционирования воздуха, дополнительный вариант осуществления, где: фиг.7а - общий вид спереди; фиг.7b - общий вид сверху; фиг.7с - общий вид сбоку согласно изобретению;

фиг.8 - вид спереди узла кондиционирования воздуха согласно изобретению;

фиг.9 - общий вид спереди строительного элемента, дополнительный вариант осуществления изобретения;

фиг.10 - два варианта осуществления строительного элемента,

где: фиг.10а - пассивный строительный элемент;

фиг.10b - активный строительный элемент, согласно изобретению;

фиг.11 - виды охлаждаемого вентиляторами узла кондиционирования воздуха, дополнительный вариант осуществления,

где: фиг.11а - покомпонентный общий вид;

фиг.11b - покомпонентный общий вид, другой ракурс, согласно изобретению;

фиг.12 - дополнительный аспект изобретения.

Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения

Общий вид трех компьютерных шкафов 10, содержащих ячеечные серверы и размещенных в промежутках между тремя теплообменными блоками 12, показан на фиг.1. Впускные трубы 14 и выпускные трубы 16 установлены по нижнему краю каждого теплообменного блока 12. Каждый теплообменный блок 12 установлен вдоль одной боковой стороны двух компьютерных шкафов 10 и занимает, по существу, всю эту сторону.

Так как каждый компьютерный шкаф 10 содержит ячеечные серверы (или другое энергоемкое компьютерное оборудование), они создают значительную тепловую нагрузку - при современных технологиях в диапазоне от 15 кВт до 20 кВт на шкаф 900 мм × 600 мм × 1800 мм. Компьютерные шкафы других размеров имеют соответствующие пропорции. Причина, по которой шкафы, имеющие такую высокую тепловую нагрузку, могут быть размещены так близко друг к другу, состоит в том, что охлаждающий флюид, текущий через теплообменные блоки 12, является высокоэффективным и представляет собой диоксид углерода.

Известно использование диоксида углерода в качестве вторичного охлаждающего флюида, что раскрыто в патенте Великобритании № 2258298. Однако ранее считалось, что он не подходит для IT-применений, где предпочтительно осуществлялось охлаждение воздухом, т.е. с тех пор как потребовалось охлаждение в данной области техники, так как воздух является электрически приемлемым и безопасным по сути. Диоксид углерода электрически приемлем, но не безопасен, поскольку ядовит, смертоносная концентрация составляет от 10% до 30%. Так как диоксид углерода должен использоваться при очень высоких давлениях для эффективного охлаждения (50 бар или выше), утечка становится реальной проблемой. Система среды охлаждения включает в себе меры по обеспечению безопасности жизнедеятельности путем обнаружения и перекрытия утечек наряду с системой подавления для безопасного обращения с протекшим веществом.

На Фиг.2 показана схема течения флюида по первичному контуру 18 переноса тепла и вторичному контуру 20 переноса тепла. Первичный контур 18 переноса тепла содержит компрессор 22, первичный холодильник 24, первичное расширительное устройство 26 и испаритель 28. Жидкий теплоноситель, используемый в первичном контуре, является летучим первичным хладагентом традиционно используемого состава.

Вторичный контур 20 переноса тепла содержит вторичный холодильник 30, который охлаждается испарителем 28, насос 32, который осуществляет циркуляцию жидкости, вторичное расширительное устройство 34, которое доводит жидкий теплоноситель до расчетного давления испарения, и теплообменник 36, размещенный в блоке 12, который обеспечивает охлаждение окружающего воздуха. Циркулирующий флюид отбирает тепло из окружающей среды в теплообменнике и возвращается во вторичный холодильник 30, тем самым замыкая контур. Вентиляторы 38 осуществляют циркуляцию воздуха через теплообменный блок 12 в компьютерный шкаф 10.

Жидкий теплоноситель, циркулирующий во вторичном контуре 20 переноса тепла, является диоксидом углерода под давлением. Преимущества использования диоксида углерода состоят в том, что он является легкодоступным, недорогим, а также относительно нетоксичным и незагрязняющим. Наиболее важно, однако, по сравнению с системами, которые используют нелетучие вторичные жидкие теплоносители, такие как воздух, что массовый расход диоксида углерода, требуемый для создания того же самого эффекта охлаждения, по существу, является более низким вследствие высокой теплоты фазового превращения диоксида углерода по сравнению с относительно низкими удельными теплоемкостями традиционных нелетучих охлаждающих сред, таких как воздух.

Диоксид углерода поступает в теплообменник в летучем состоянии при температурах, подходящих для достаточного охлаждения площади поверхности ниже комнатной температуры, чтобы гарантировать, что происходит теплообмен. Предпочтительно температура находится около 14°C, чтобы избежать конденсации на трубах и змеевике в окружающей среде, имеющей температуру 20°C по шарику сухого термометра с относительной влажностью от 45 до 55%. Важно избегать конденсации вследствие риска, что вода будет попадать в соседнее электрическое серверное оборудование.

Рабочее давление системы обычно составляет около 50 бар, хотя оно может быть выше или ниже.

Некоторые виды теплообменного блока 12 показаны на фиг.3. Блок 12 содержит теплообменник 36, который имеет впуск 40 и выпуск 42, расположенные на нижней кромке блока 12. Пять вентиляторов 38, каждый из которых имеет свой собственный подсвеченный переключатель 44 с индикацией электропитания и плавкий предохранитель 46, размещены на задней панели блока 12, которая обращена в сторону от компьютерного оборудования, находящегося в использовании. Воздушный поток через блок показан стрелкой на фиг.3e, которая показывает, что воздух течет от компьютерного оборудования в теплообменник.

Вентиляторы являются легкосъемными, имеющими внутренний штепсельный разъем для легкости замены. Каждый вентилятор имеет обычное электропитание, входное гнездо 48 электропитания IEC 320 предусмотрено спереди шкафа. В качестве альтернативы или дополнительно вентиляторы могут использовать источник бесперебойного питания или ИБП (не показан), чтобы гарантировать непрерывность работы в случае отказа сетевого электропитания. Типично ИБП включается на время, достаточное для включения генераторов из резервного состояния.

Резьбовые невыпадающие крепежи 50 предусмотрены для монтажа теплообменного блока на двери компьютерного шкафа.

Теплообменник 36 показан более подробно на фиг.5. Он выполнен из медного и алюминиевого оребренного змеевика 52, который испытан под давлением до и выше 100 бар. Он содержит переплетенные змеевики с двойной системой трубопроводов для обеспечения дополнительной устойчивости к внешним воздействиям в случае отказа змеевика. Перфорированная панель 54 размещена между теплообменником и шкафом с оборудованием, чтобы обеспечить защиту от повреждения.

Хотя теплообменные блоки 12 в этом варианте осуществления размещены на боковой стороне компьютерных шкафов 10, они могут быть размещены сверху шкафов, под шкафами или на передней стороне или задней стороне шкафов. Рассеяние больших тепловых нагрузок может быть достигнуто размещением более чем одного теплообменного блока вокруг компьютерных шкафов 10, например могут быть закрыты обе - передняя сторона и задняя сторона шкафа. Возможно даже окружить каждый компьютерный шкаф 10 теплообменными блоками 12. В качестве альтернативы или дополнительно теплообменные блоки 12 могут быть размещены внутри компьютерных шкафов 10, причем их эффективность значительно увеличивается.

Еще один эффективный способ размещения состоит в том, чтобы использовать экранированный шкаф, при этом насадки впуска и выпуска направляют воздух вокруг компьютерного шкафа, тем самым снижая количество воздуха с высоким содержанием диоксида углерода.

Посредством использования таких способов и устройства возможно охлаждать гораздо большие нагрузки, чем обеспечивали предшествующие системы. Нагрузки до 100 кВт или больше могут достигаться комбинациями теплообменников, в то время как один теплообменник может обеспечивать нагрузки до 20 кВт даже на относительно ранней стадии развития этой технологии.

Вариант осуществления второго аспекта изобретения показан на фиг.6. Компьютерный шкаф 60 выполняет функцию теплообменного блока благодаря наличию стенок 62 с двойной обшивкой, передней и задней дверей 64 и полок (не показаны). Серверное оборудование (не показано) может быть размещено в шкафу 60. Используется летучий флюид - диоксид углерода в качестве вторичного хладагента в контуре, аналогичном показанному на фиг.2, теплообменник (не показан) вставлен в стенки шкафа с двойной обшивкой. Впускные 66 и выпускные 68 хвостовики системы трубопроводов принимают и выпускают диоксид углерода. Диоксид углерода находится при давлении около 50 бар и имеет температуру потока около 14°C.

Двери 64 содержат перфорированную панель, чтобы обеспечить поток воздуха через шкаф. Поверхность с двойной обшивкой, содержащая теплообменник, может являться верхней частью, боковыми частями, нижней частью, полками, передней дверью или задней дверью шкафа.

Охлаждающая способность составляет до 20 кВт на шкаф 60 стандартного размера 900 мм × 600 мм × 1800 мм; для других размеров производительность должна быть соответственно пропорционально повышена или понижена. Шкаф 60 может включать в себя встроенную систему распределительных трубопроводов.

На Фиг.7 и 8 показан третий аспект изобретения - узел 70 кондиционирования воздуха, который обеспечивает приточное охлаждение. Узел 70 содержит воздухоприемник 72, теплообменник 74, содержащий впускную трубу 76 и выпускную трубу 78, и множество приточных сопел 80.

Направление воздушного потока через узел показано на фиг.8 стрелками А. Свежий воздух направляется через воздухоприемник 72 и смешивается с рециркуляционным воздухом, который проходит через основание 84 узла 70 через теплообменник 74. Свежий воздух смешивается с охлажденным рециркуляционным воздухом в камере 86 над теплообменником и выпускается через приточные сопла 80.

Узел 70 содержит диоксид углерода в качестве вторичного летучего хладагента. Диоксид углерода находится под давлением около 50 бар, обеспечивая температуру потока около 14°C. Воздушные приточные сопла 80 работают при давлении около 80 Па статического давления. Теплообменник 74 содержит систему медных трубопроводов и алюминиевые ребра и может работать в режиме «влажный», с поверхностной конденсацией, или «сухой», без конденсации. Охлаждающая способность составляет до 20 кВт.

Узел 70 может быть закреплен на полу, потолке или стенах помещения. Установка на полу удобна для перемещения персонала около шкафа с оборудованием.

Согласно четвертому аспекту изобретения строительный элемент 90 (фиг.9 и 10) является балкой, которая обеспечивает многообразие функций по обслуживанию строения и является эстетически оформленной, чтобы ее можно было использовать в отдельных строениях. Балка 90 устанавливается на потолке с использованием подвесного крепления 92. Охлаждение обеспечивается посредством теплообменников 94, которые осуществляют циркуляцию воздуха через первичный воздуховод 96 и приточные сопла 98 (фиг.10).

Теплообменники 94 содержат диоксид углерода в качестве вторичного летучего хладагента, используя систему переноса тепла, подобную показанной на фиг.2. Диоксид углерода находится под давлением около 50 бар, обеспечивая температуру потока около 14°C. Технология охлажденной балки может использовать пассивный (фиг.10а) или активный вариант (фиг.9 и 10b).

Пассивный вариант 100 основан на конвекции. Горячий воздух поднимается к потолку и втягивается в балку через перфорированные панели 102, которые составляют ее боковые стенки. Воздух проходит через теплообменник 104, охлаждается и опускается, обеспечивая непрерывный поток воздуха через балку. Производительность пассивного варианта составляет до 600 Вт/м. Активный вариант 90 (фиг.9 и 10b) включает в себя приточные сопла 98, работающие при давлении до 150 Па. Воздух поднимается через центральный канал 106 в балке 90, проходит через теплообменники 94 и смешивается с воздухом из первичного воздуховода 96, который опускается через приточные сопла 98. Охлажденный воздух опускается, способствуя течению воздуха. Производительность активного варианта составляет до 800 Вт/м.

Балка 90 может быть многофункциональной балкой, включающей в себе другие функции, в том числе, но не в качестве ограничения, освещение 108 и управление освещением, динамики 110 PA/VA (громкой связи/голосовой аварийной сигнализации), (пассивные инфракрасные) PIR-детекторы 112, спринклеры 114, плазменные экраны и силовые кабели.

На Фиг.11 показан пятый аспект изобретения, т.е. охлаждаемый вентиляторами узел 120 кондиционирования воздуха. Узел 120 содержит теплообменник 122, множество вентиляторов 124, фильтр 126 и блок 128 управления, установленные на корпусе 130. Узел 120 содержит диоксид углерода в качестве вторичного летучего хладагента в контуре переноса тепла, подобном показанному на фиг.2. Диоксид углерода находится под давлением около 50 бар, обеспечивая температуру потока около 14°C. Узел 120 может быть использован только для охлаждения или охлаждения и электрического подогрева, поскольку содержит электрический нагреватель (не показан). Производительность составляет до 10 кВт.

Теплообменник 122 выполнен в виде системы медных трубопроводов и алюминиевых ребер и может работать в режиме «влажный», с поверхностной конденсацией, или «сухой», без конденсации. Режим теплообмена достигается тем, что встроенные вентиляторы 124 проталкивают или вытягивают поступающий воздух через теплообменник 122, который затем выпускается из узла 120. Поступающий воздух может быть полностью свежим воздухом и/или рециркуляционным воздухом из пространства снизу. Выпущенный воздух может подаваться через каналы на воздушные диффузоры.

На Фиг.12 показан дополнительный вариант осуществления изобретения, который содержит два пассивных охлажденных элемента 130, 132, как показано на фиг.10а, но формирующих скорее короб, чем вытянутую балку, и содержащих встроенные вентиляторные узлы. Короб 130 нисходящего потока установлен, по существу, на уровне верха компьютерного шкафа 134, вдоль одной из его боковых сторон, а короб 132 восходящего потока установлен, по существу, на уровне верха компьютерного шкафа 134 вдоль противоположной боковой стороны.

Воздух из короба нисходящего потока проталкивается вниз его встроенным вентилятором, проходит через компьютерный шкаф и вытягивается вверх встроенным вентилятором в коробе восходящего потока. Короб восходящего потока также поглощает тепло из естественных конвекционных потоков, которые формируются в зоне компьютерного оборудования. Охлаждающая способность короба восходящего потока, работающего на воздухе температурой 31°C, составляет около 7,5 кВт, охлаждающая способность короба восходящего потока, работающего на воздухе температурой 25°C, составляет около 5 кВт.

Любой из вышеописанных вариантов осуществления, где показаны встроенные вентиляторы, альтернативно или дополнительно может быть присоединен к компьютерному оборудованию через канализированную воздушную систему.

Каждый признак, раскрытый в этом описании изобретения (выражение которого включает в себя формулу изобретения) и/или показанный на чертежах, может быть включен в изобретение, независимо от других раскрытых и/или проиллюстрированных признаков.

Формулировки в этом описании изобретения «целей изобретения» относятся к предпочтительным вариантам осуществления изобретения, но не обязательно ко всем вариантам осуществления изобретения, подпадающим под формулу изобретения.

Описание изобретения со ссылкой на чертежи имеет место только в качестве примера.

Claims

1. Устройство охлаждения компьютера, содержащее первичный контур переноса тепла, вторичный контур переноса тепла, содержащий флюид для переноса тепла, конденсатор, выполненный с возможностью охлаждения первичным контуром переноса тепла, и испаритель для охлаждения компьютерного оборудования, при этом флюид для переноса тепла является летучим флюидом, в качестве которого использован диоксид углерода, так что температура летучего флюида, принимаемого в испарителе, находится в пределах от 12 до 16°С.

2. Устройство по п.1, в котором указанное устройство выполнено с возможностью размещения относительно компьютерного оборудования так, что испаритель прилегает к компьютерному оборудованию, подлежащему охлаждению.

3. Устройство по п.1, которое дополнительно содержит компьютерный шкаф для размещения компьютерного оборудования.

4. Устройство по п.3, в котором испаритель (36) установлен на любой из боковых сторон, верхней стороне или нижней стороне компьютерного шкафа (10) и/или внутри компьютерного шкафа (10).

5. Устройство по п.1, которое дополнительно содержит теплообменный блок, при этом испаритель (36) размещен в теплообменном блоке (12).

6. Устройство по п.5, в котором теплообменный блок (12) содержит направляющую насадку, установленную на его воздухоприемнике, для направления приточного воздуха с прилежащей стороны компьютерного шкафа (10) к той стороне, где расположен теплообменный блок (12), и/или теплообменный блок (12) содержит направляющую насадку, установленную на его выпускном отверстии, для направления выходящего воздуха с прилежащей стороны компьютерного шкафа к той стороне, где расположен теплообменный блок.

7. Устройство по п.5, в котором теплообменный блок (12) содержит множество вентиляторов (38) для направления воздуха через компьютерный шкаф (10).

8. Устройство по п.5, в котором теплообменный блок (12) содержит перфорированную панель (54), размещенную между испарителем (36) и компьютерным шкафом (10).

9. Устройство по п.1, в котором испаритель содержит теплообменник, выполненный из медного и алюминиевого оребренного змеевика.

10. Устройство по п.1, в котором компьютерное оборудование содержит компьютерный сервер и ячеечный сервер (компактный тонкий серверный модуль).

11. Устройство по п.1, в котором вторичный контур переноса тепла работоспособен в пределах от 25 до 75 бар.

12. Устройство по п.11, в котором вторичный контур переноса тепла работоспособен в пределах предпочтительно до 50 бар.

13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что температура диоксида углерода, принимаемого в испарителе, предпочтительно составляет 14°С.

14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит корпус для компьютерного оборудования.

15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что корпус для компьютерного оборудования содержит теплообменник, образующий часть вторичного контура переноса тепла, при этом теплообменник установлен относительно корпуса так, что прилегает к охлаждаемому компьютерному оборудованию.

16. Устройство по п.14, в котором корпус содержит блок для компьютерного оборудования.

17. Устройство по п.14, в котором корпус содержит внешний слой и внутренний слой, при этом теплообменник размещен между внешним слоем и внутренним слоем.

18. Устройство по п.17, в котором корпус содержит верхнюю часть, боковые части, нижнюю часть, полки и переднюю или заднюю дверь, одна или более из которых содержат наружный слой и внутренний слой.

19. Устройство по п.14, в котором корпус имеет охлаждающую способность до 20 кВт для шкафа длиной, шириной и высотой 900 × 600 × 1800 мм.

20. Устройство по п.14, в котором корпус имеет охлаждающую способность предпочтительно до 50 кВт для шкафа длиной, шириной и высотой 900 × 600 × 1800 мм.

21. Способ охлаждения компьютерного оборудования, заключающийся в том, что охлаждают конденсатор вторичного контура переноса посредством первого контура переноса и осуществляют циркуляцию флюида по вторичному контуру переноса тепла к теплообменнику, который прилегает к компьютерному оборудованию, при этом флюид является летучим флюидом, в качестве которого используют диоксид углерода, так что температура летучего флюида, принимаемого в испарителе, находится в пределах от 12 до 16°С.

22. Устройство охлаждения компьютера, используемое совместно с первичным контуром переноса тепла и содержащее вторичный контур переноса тепла, содержащий вторичный флюид для переноса тепла, вторичный конденсатор, выполненный с возможностью охлаждения первичным контуром переноса тепла, и вторичный испаритель для охлаждения компьютерного оборудования, при этом флюид для переноса тепла является летучим флюидом, в качестве которого используется диоксид углерода, так что температура летучего флюида, принимаемого в испарителе, находится в пределах от 12 до 16°С.

23. Устройство по п.22, отличающееся тем, что указанное устройство выполнено с возможностью размещения относительно компьютерного оборудования так, что вторичный испаритель прилегает к компьютерному оборудованию, подлежащему охлаждению.