RU2643173C1

RU2643173C1 - Иммерсионная система охлаждения для электронных устройств

Info

Publication number: RU2643173C1
Application number: RU2016152777A
Authority: RU
Inventors: Илья Израилевич Левин; Александр Михайлович Федоров; Дмитрий Леонидович Удовенко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "НИЦ супер-ЭВМ и нейрокомпьютеров"
Priority date: 2016-12-30
Filing date: 2016-12-30
Publication date: 2018-01-31

Abstract

Изобретение относится к системам жидкостного охлаждения электронных устройств путем полного погружения нагревающихся электронных компонентов в диэлектрическую охлаждающую жидкость. Технический результат - повышение плотности компоновки электронных устройств, упрощение системы охлаждения электронных устройств в вычислительном блоке, повышение ремонтопригодности, улучшение условий технического обслуживания вычислительного блока. Достигается за счет того, что в иммерсионной системе охлаждения для электронных устройств герметичный контейнер с диэлектрической охлаждающей жидкостью, содержащей электронные устройства с компонентами, выделяющими тепло; модуль распределения - распределяющий диэлектрическую охлаждающую жидкость по контейнеру; модуль направления - для подвода и отвода диэлектрической охлаждающей жидкости из контейнера, содержащий насос с фильтром для фильтрации диэлектрической охлаждающей жидкости; модуль охлаждения - для охлаждения диэлектрической охлаждающей жидкости в контейнере с помощью вторичной охлаждающей жидкости; модуль удаления - для наполнения и удаления диэлектрической охлаждающей жидкости из контейнера размещены в одном корпусе, образующем вычислительный блок. В качестве модуля распределения используется пластина со штуцерами, образующая с дном контейнера герметичную полость, сообщающуюся с модулем направления диэлектрической охлаждающей жидкости. Электронные устройства полностью погружены в диэлектрическую охлаждающую жидкость и подключены к системам питания и коммутации через электрические соединители, расположенные на пластине со штуцерами, направляющими диэлектрическую охлаждающую жидкость к наиболее нагретым электронным компонентам электронных устройств. Вычислительный блок подключен к источнику вторичной охлаждающей жидкости через модуль охлаждения, подключенный к контейнеру, к источнику энергоснабжения и к сетевому концентратору. 2 ил.

Description

Изобретение относится к области вычислительной техники, в частности к системам жидкостного охлаждения электронных устройств путем полного погружения нагревающихся электронных компонентов в диэлектрическую охлаждающую жидкость.

За аналог заявляемого изобретения принято техническое решение того же назначения - серверная ферма с иммерсионной системой охлаждения, общими признаками которого с заявляемым изобретением являются наличие нагревающихся электронных компонентов, помещенных в диэлектрическую охлаждающую жидкость, герметичного контейнера, модуля охлаждения (теплообменника), модуля направления (насоса); контейнеров может быть несколько и располагаются они в стойке параллельно друг другу. В качестве модуля распределения используется распределительная труба, установленная параллельно днищу контейнера, и образована двумя параллельными друг другу перфорированными трубами, соединенными U-образным соединителем. Причем один конец распределительной трубы заглушен, а второй соединен с впускным патрубком, установленным в нижней части контейнера. Такая конструкция модуля распределения отводит тепло от размещенных в контейнере электронных устройств в целом и не обеспечивает достаточно эффективного отвода тепла от наиболее нагретых компонентов электронных устройств (описание изобретения к патенту РФ №2500012, МПК7 G06F 1/20, 02.07.2012 г.).

Известна также система жидкостного охлаждения компьютера, содержащая соединенные посредством трубок с образованием замкнутого контура теплообменник, теплосъемные элементы, герметичный контейнер с насосами, блоками питания, заливочным отверстием и приспособлением для поддержания атмосферного давления. Недостатком данной системы жидкостного охлаждения компьютера является последовательное охлаждение нагретых электронных устройств, когда охлаждающая жидкость, охладив первое устройство, охлаждает затем второе, следующее и так далее. Это не позволяет одним контуром теплообмена охладить большое количество электронных компонентов. Для охлаждения большого количества электронных компонентов потребуется создание нескольких контуров охлаждения. Плотность компоновки электронных компонентов в данной системе охлаждения компьютера даже для одного контура охлаждения невелика (описание к патенту РФ на полезную модель №137444, МПК7 H05K 7/20, G06F 1/20, 02.07.2013 г.).

Прототипом изобретения является техническое решение того же назначения - система жидкостного охлаждения для электронных устройств, общими признаками которого являются герметичный контейнер с диэлектрической охлаждающей жидкостью, содержащий электронные устройства с компонентами, которые выделяют тепло в процессе работы; систему распределения потока диэлектрической охлаждающей жидкости внутри контейнера к нагретым электронным компонентам; модуль удаления, предназначенный для наполнения и удаления диэлектрической охлаждающей жидкости из контейнера; контейнеры размещены в стойку параллельно друг другу. Недостатком данной системы жидкостного охлаждения для электронных устройств является наличие для всех систем охлаждения общих системы распределения диэлектрической охлаждающей жидкости, системы теплообмена и системы перекачивания диэлектрической охлаждающей жидкости, что значительно усложняет конструкцию изделия и его обслуживание. Особенно это актуально при наличии большого количества контейнеров с диэлектрической охлаждающей жидкостью - потребуется мощное теплообменное и насосное оборудование, создание сложной системы трубопроводов и гидравлической балансировки потоков диэлектрической охлаждающей жидкости при выводе в ремонт или на обслуживание одного из контейнеров. Кроме того, затруднительна оперативная замена вышедших из строя электронных устройств системы без слива диэлектрической охлаждающей жидкости и остановки работы вычислительного комплекса (описание изобретения к патенту РФ №2500013, МПК7 G06F 1/20, 19.03.2012 г.).

К недостаткам известных технических решений, как аналогов, так и прототипа относится невысокая плотность установки охлаждаемых электронных устройств.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение потребительских и эксплуатационных свойств иммерсионной системы охлаждения для электронных устройств.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении плотности компоновки электронных устройств; упрощении системы охлаждения электронных устройств в вычислительном блоке. Кроме того повышается ремонтопригодность, улучшаются условия технического обслуживания вычислительного блока.

Сущность изобретения - иммерсионная система охлаждения для электронных устройств, включающая герметичный контейнер с диэлектрической охлаждающей жидкостью, содержащий электронные устройства с компонентами, которые выделяют тепло в процессе работы; модуль распределения, который распределяет диэлектрическую охлаждающую жидкость по контейнеру; модуль направления, содержащий насос и предназначенный для подвода и отвода диэлектрической охлаждающей жидкости из контейнера; модуль охлаждения, подключенный к контейнеру и предназначенный для охлаждения диэлектрической охлаждающей жидкости с помощью вторичной охлаждающей жидкости; модуль удаления, предназначенный для наполнения и удаления диэлектрической охлаждающей жидкости из контейнера, состоит в том, что герметичный контейнер с диэлектрической охлаждающей жидкостью, содержащий электронные устройства с компонентами, которые выделяют тепло в процессе работы; модуль распределения, который распределяет охлаждающую жидкость по контейнеру; модуль направления, содержащий насос и предназначенный для подвода и отвода диэлектрической охлаждающей жидкости из контейнера; модуль охлаждения, подключенный к контейнеру и предназначенный для охлаждения диэлектрической охлаждающей жидкости с помощью вторичной охлаждающей жидкости; модуль удаления, предназначенный для наполнения и удаления диэлектрической охлаждающей жидкости из контейнера, размещен в одном корпусе, образующем вычислительный блок.

Контейнер содержит оптический датчик уровня диэлектрической охлаждающей жидкости.

Корпус содержит датчик протока и температуры диэлектрической охлаждающей жидкости, компенсатор объемного расширения диэлектрической охлаждающей жидкости, фильтр для фильтрации диэлектрической охлаждающей жидкости, встроенный в насос, в качестве модуля распределения используется пластина со штуцерами, расположенная внизу контейнера и образующая с дном контейнера герметичную полость, сообщающуюся с модулем направления диэлектрической охлаждающей жидкости, электронные устройства полностью погружены в диэлектрическую охлаждающую жидкость и подключены к системе питания и системе коммутации через электрические соединители, расположенные на пластине со штуцерами, направляющими диэлектрическую охлаждающую жидкость к наиболее нагретым электронным компонентам электронных устройств.

Вычислительный блок подключен: к источнику вторичной охлаждающей жидкости через модуль охлаждения, подключенный к контейнеру, к источнику энергоснабжения и к сетевому концентратору.

Из уровня техники неизвестно техническое решение с заявляемой совокупностью существенных признаков формулы изобретения, что подтверждает его соответствие условию патентоспособности - новизна.

Существенные отличительные признаки формулы заявляемого изобретения для специалиста явным образом не следуют из уровня техники, что подтверждает соответствие изобретения условию патентоспособности - изобретательский уровень.

Сущность изобретения подтверждается чертежом, где на фиг. 1 - вычислительный блок.

В корпусе 1 (фиг. 1), образующем основу вычислительного блока, размещены герметичный контейнер 10 с диэлектрической охлаждающей жидкостью, содержащий электронные устройства 2 с компонентами 3, которые выделяют тепло в процессе работы, модуль распределения, который распределяет диэлектрическую охлаждающую жидкость по контейнеру, модуль направления 5, содержащий насос 6 и предназначенный для подвода и отвода охлаждающей жидкости из контейнера, модуль охлаждения (пластинчатый теплообменник 7), подключенный к контейнеру и предназначенный для охлаждения диэлектрической охлаждающей жидкости с помощью вторичной охлаждающей жидкости, модуль удаления, предназначенный для наполнения и удаления диэлектрической охлаждающей жидкости из контейнера (представляет собой кран 8 с трубопроводом 9). Сверху контейнер герметично закрыт крышкой 21 с заглушкой 25 отверстия для удаления воздуха и прокладкой 12. Контейнер 10 содержит оптический датчик уровня 11 диэлектрической охлаждающей жидкости. Корпус 1 содержит датчик протока и температуры 13, компенсатор объемного расширения 14 диэлектрической охлаждающей жидкости с краном 24, фильтр 15 для фильтрации диэлектрической охлаждающей жидкости, встроенный в насос 6. В качестве модуля распределения используется пластина 16 со штуцерами 17, расположенная внизу контейнера 10 и образующая с дном контейнера 10 герметичную полость 18, сообщающуюся с модулем направления 5 диэлектрической охлаждающей жидкости. Электронные устройства 2 полностью погружены в диэлектрическую охлаждающую жидкость и подключены к системе питания и системе коммутации через электрические соединители (на фиг.1 не показаны), расположенные на пластине 16. Штуцера 17 направляют диэлектрическую охлаждающую жидкость к наиболее нагретым электронным компонентам 3, с установленными на них радиаторами охлаждения 22, закрытых крышкой 4 для формирования направленного потока диэлектрической охлаждающей жидкости при отводе тепла от электронных компонентов 3.

Вычислительный блок подключен к источнику вторичной охлаждающей жидкости через краны 20 модуля охлаждения (пластинчатый теплообменник 7), к источнику энергоснабжения и к сетевому концентратору через электрические разъемы 19.

Иммерсионная система охлаждения для электронных устройств работает следующим образом. В герметичный контейнер 10 с электронными устройствами 2, смонтированный в корпусе 1, через кран 8 и трубопровод 9 заливают диэлектрическую охлаждающую жидкость (например, трансформаторное масло, полиметилсилоксановые жидкости) таким образом, чтобы электронные устройства 2 были полностью погружены в нее. Кран 8 перекрывают. Производят пробный пуск иммерсионной системы охлаждения для электронных устройств, включив насос 6. Начинается циркуляция диэлектрической охлаждающей жидкости из насоса 6 через модуль направления 5 в герметичную полость 18. Далее диэлектрическая охлаждающая жидкость через штуцера 17 поступает к радиаторам охлаждения 22, установленными на наиболее нагретых электронных компонентах 3, охлаждает их и через выходное отверстие 23 контейнера, модуль направления 5, датчик протока и температуры 13 поступает в пластинчатый теплообменник 7 (модуль охлаждения). Так как электронные устройства 2 полностью погружены в диэлектрическую охлаждающую жидкость, происходит охлаждение не только наиболее нагретых, но и всех остальных нагреваемых компонентов электронных устройств за счет наличия циркуляции диэлектрической охлаждающей жидкости и естественной конвекции. В пластинчатом теплообменнике 7 происходит охлаждение диэлектрической охлаждающей жидкости вторичной жидкостью (например, водой, антифризом). Источником вторичной охлаждающей жидкости могут быть любые охладители (например, чиллеры, градирни и так далее). Подвод и отвод вторичной охлаждающей жидкости к пластинчатому теплообменнику 7 осуществляется через краны 20. Охлажденная диэлектрическая охлаждающая жидкость из пластинчатого теплообменника 7 через модуль направления 5 поступает в насос 6 с встроенным фильтром 15. Затем насос 6 через модуль направления 5 направляет охлажденную диэлектрическую охлаждающую жидкость вновь в герметичную полость 18 и так далее. Таким образом, происходит циркуляция по замкнутому контуру диэлектрической охлаждающей жидкости в корпусе 1 вычислительного блока. После пробного пуска иммерсионной системы охлаждения для электронных устройств и непродолжительной работы насоса 6 происходит удаление воздуха из всех коммуникаций системы, долив диэлектрической охлаждающей жидкости до требуемого уровня. Контейнер 10 закрывается крышкой 21 с уплотнительной прокладкой 12. Через кран 8 и трубопровод 9 доливается диэлектрическая охлаждающая жидкость до максимально возможного уровня. Производится повторный пробный пуск иммерсионной системы охлаждения для электронных устройств, непродолжительная работа насоса 6, окончательное удаление воздуха из всех коммуникаций системы, через отверстие для удаления воздуха с заглушкой 25, долив диэлектрической охлаждающей жидкости до максимально возможного уровня. Заглушкой 25 закрывают отверстие для удаления воздуха и открывают кран 24 компенсатора объемного расширения 14. Компенсатор объемного расширения имеет съемную крышку для долива диэлектрической охлаждающей жидкости с отверстием для сообщения с атмосферой. Объем емкости компенсатора объемного расширения и необходимый уровень диэлектрической охлаждающей жидкости в нем рассчитывают исходя из предельных температур диэлектрической охлаждающей жидкости во время ее эксплуатации, ее коэффициента объемного расширения и ее объема в иммерсионной системе охлаждения для электронных устройств. Такая конструкция компенсатора объемного расширения обеспечивает минимальный контакт диэлектрической охлаждающей жидкости с воздухом, что способствует длительному сохранению ее потребительских свойств (минимальны загрязнения пылью, окисление воздухом и так далее).

Вторичная охлаждающая жидкость циркулирует по одному контуру пластинчатого теплообменника 7, диэлектрическая охлаждающая жидкость по второму. Таким образом, происходит постоянный процесс теплопередачи от нагретой диэлектрической охлаждающей жидкости к охлажденной вторичной охлаждающей жидкости. Электропитание и коммутация вычислительного блока производится через электрические разъемы 19.

Описанные средства и методы, с помощью которых возможно осуществление изобретения, с реализацией указанного их назначения, подтверждают соответствие изобретения условию патентоспособности - промышленная применимость.

Claims

Иммерсионная система охлаждения для электронных устройств, включающая:
- герметичный контейнер с диэлектрической охлаждающей жидкостью, содержащий электронные устройства с компонентами, которые выделяют тепло в процессе работы,
- модуль распределения, который распределяет диэлектрическую охлаждающую жидкость по контейнеру,
- модуль направления, содержащий насос и предназначенный для подвода и отвода диэлектрической охлаждающей жидкости из контейнера,
- модуль охлаждения, подключенный к контейнеру и предназначенный для охлаждения диэлектрической охлаждающей жидкости с помощью вторичной охлаждающей жидкости,
- модуль удаления, предназначенный для наполнения и удаления диэлектрической охлаждающей жидкости из контейнера,
отличающаяся тем, что
- герметичный контейнер с диэлектрической охлаждающей жидкостью, содержащий электронные устройства с компонентами, которые выделяют тепло в процессе работы,
- модуль распределения, который распределяет диэлектрическую охлаждающую жидкость по контейнеру,
- модуль направления, содержащий насос и предназначенный для подвода и отвода диэлектрической охлаждающей жидкости из контейнера,
- модуль охлаждения, подключенный к контейнеру и предназначенный для охлаждения диэлектрической охлаждающей жидкости с помощью вторичной охлаждающей жидкости,
- модуль удаления, предназначенный для наполнения и удаления диэлектрической охлаждающей жидкости из контейнера,
размещены в одном корпусе, образующем вычислительный блок,
- контейнер содержит оптический датчик уровня диэлектрической охлаждающей жидкости,
- корпус содержит датчик протока и температуры диэлектрической охлаждающей жидкости, компенсатор объемного расширения диэлектрической охлаждающей жидкости, фильтр для фильтрации диэлектрической охлаждающей жидкости, встроенный в насос, в качестве модуля распределения используется пластина со штуцерами, расположенная внизу контейнера и образующая с дном контейнера герметичную полость, сообщающуюся с модулем направления диэлектрической охлаждающей жидкости, электронные устройства полностью погружены в диэлектрическую охлаждающую жидкость и подключены к системе питания и системе коммутации через электрические соединители, расположенные на пластине со штуцерами, направляющими диэлектрическую охлаждающую жидкость к наиболее нагретым электронным компонентам электронных устройств,
- вычислительный блок подключен к источнику вторичной охлаждающей жидкости через модуль охлаждения, подключенный к контейнеру, к источнику энергоснабжения и к сетевому концентратору.