RU2787641C1

RU2787641C1 - Single-phase immersion cooling system for server cabinets

Info

Publication number: RU2787641C1
Application number: RU2021128516A
Authority: RU
Inventors: Александр Александрович Волосовик; Николай Леонидович Попов; Сергей Олегович Савицкий; Климент Александрович Низовцев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью «Медиа Лэнд»
Filing date: 2021-09-29
Publication date: 2023-01-11

Abstract

FIELD: computer technology.

SUBSTANCE: invention relates to the field of computer technology. The effect is achieved due to the fact that a single-phase immersion cooling system for server cabinets contains at least one main circuit, including at least one cooling cabinet connected hydraulically to each other, a damping tank, a heat exchanger, as well as inlet and outlet pipelines, inlet and outlet circulation pipes. pumps, and the heat exchanger is made in the form of a pipeline located in an open reservoir-cooler filled with water and cooled by outside air, while the cooling system additionally contains a reserve circuit, which includes a reserve damping tank, a heat exchanger, as well as inlet and outlet pipelines, inlet and outlet circulation pumps.

EFFECT: reducing energy consumption for cooling, ensuring the continuity of the cooling system, reducing the number of equipment, increasing the density of placement, increasing efficiency.

6 cl, 7 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs

Изобретение относится к системам жидкостного охлаждения электронных устройств путем полного погружения нагревающихся электронных компонентов в диэлектрическую охлаждающую жидкость.The invention relates to liquid cooling systems for electronic devices by completely immersing heated electronic components in a dielectric coolant.

Уровень техникиState of the art

Из уровня техники известна иммерсионная система охлаждения для электронных устройств (RU 2643173 C1, 31.01.2018), состоящая из герметичного контейнера с диэлектрической охлаждающей жидкостью, содержащего 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 контейнер с помощью вторичной охлаждающей жидкости; модуль удаления - для наполнения и удаления диэлектрической охлаждающей жидкости из контейнера, размещены в одном корпусе, образующем вычислительный блок. Но данная система охлаждения является двухконтурной. Кроме того, заявленное в качестве технического результата, повышение ремонтопригодности, улучшение условий технического обслуживания вычислительного блока, не выполнимо поскольку, как следует из иллюстрации 1 указанного патента, верхняя крышка для обеспечения герметичности крепится за счет винтовых изделий (шурупы или болты). Таким образом, для того чтобы получить доступ к электронным устройствам необходимо предварительно извлечь энное количество резьбовых креплений, это трудоемко и занимает много времени по сравнению с работой со стандартными компьютерными корпусами. В стандартных корпусах доступ к электронным компонентам, решается за счет легкосъемных крышек и заглушек или дверей на петлях с защелкой. Кроме этого, на фиг. 2 данного патента изображено вертикальная стойка, в которую по высоте установлены модули, к которым присоединены модули направления 5, содержащий насос 6 и предназначенный для подвода и отвода охлаждающей жидкости из контейнера. Таким образом, для обеспечения ремонта серверного оборудования необходимо сначала слить охлаждающую жидкость из резервуара, отсоединить трубопровод и только затем появится возможность извлечь модуль для ремонта оборудования.An immersion cooling system for electronic devices is known from the prior art (RU 2643173 C1, 01/31/2018), consisting of a sealed container with a dielectric coolant containing electronic devices with components that generate heat; a distribution module - distributing the dielectric coolant throughout the container; a direction module - for supplying and discharging the dielectric coolant from the container, containing a pump with a filter for filtering the dielectric coolant; a cooling module for cooling the dielectric coolant into the container with the secondary coolant; removal module - for filling and removing the dielectric coolant from the container, placed in one housing forming a computing unit. But this cooling system is dual-circuit. In addition, the increase in maintainability, improvement of maintenance conditions for the computing unit, claimed as a technical result, is not feasible because, as follows from illustration 1 of the said patent, the top cover is fastened with screw products (screws or bolts) to ensure tightness. Thus, in order to gain access to electronic devices, you must first remove a certain number of threaded fasteners, this is laborious and time consuming compared to working with standard computer cases. In standard enclosures, access to electronic components is solved by easily removable covers and plugs or hinged doors with a latch. In addition, in FIG. 2 of this patent shows a vertical rack, in which modules are installed along the height, to which modules of the direction 5 are attached, containing a pump 6 and intended for supplying and discharging coolant from the container. Thus, to ensure repair of server hardware, it is necessary to first drain the coolant from the tank, disconnect the pipeline, and only then it will be possible to remove the module for hardware repair.

По технической сущности наиболее близкой является система охлаждения множества независимо работающих серверов, содержащих генерирующие тепло электронные компоненты (US 2011/0132579 A1, опубл. 09.06.2011), содержащая по меньшей мере, один резервуар, определяющий внутренний объем и имеющий впускное отверстие для охлаждающей жидкости для приема диэлектрической охлаждающей жидкости во внутреннем объеме и имеющее выпускное отверстие для охлаждающей жидкости, позволяющее диэлектрической охлаждающей жидкости вытекать из внутреннего объема, причем впускное отверстие для охлаждающей жидкости и выпускное отверстие для охлаждающей жидкости гидравлически связаны друг с другом; один или несколько монтажных элементов, расположенных во внутреннем объеме и выполненных с возможностью монтирования для приема множества независимо работающих серверов; жидкий диэлектрический теплоноситель; теплообменник, гидравлически связанный с выпускным отверстием для охлаждающей жидкости, по меньшей мере, одного резервуара, причем теплообменник расположен на расстоянии от резервуара; насос, гидравлически связанный с теплообменником и внутренним объемом, по меньшей мере, одного резервуара, причем насос сконфигурирован для перекачивания жидкого теплоносителя через жидкостный контур, содержащий первую часть контура, проходящую от входа охлаждающей жидкости резервуара к каждому серверу, вторая часть контура, проходящая от каждого соответствующего сервера до выхода охлаждающей жидкости, третья часть контура, проходящая от выхода охлаждающей жидкости к теплообменнику, и четвертая часть, проходящая от теплообменника до входа охлаждающей жидкости; контроллер для контроля температуры жидкого теплоносителя по меньшей мере в одном месте в контур жидкости и для регулирования потока жидкого диэлектрического теплоносителя через контур жидкости для того, чтобы жидкий диэлектрический теплоноситель поддерживал повышенную температуру при выходе из части второго контура жидкости; при этом, по меньшей мере, один резервуар сконфигурирован для содержания жидкого диэлектрического теплоносителя во внутреннем объеме таким образом, что, когда в него может быть установлено множество серверов, по меньшей мере, часть каждого сервера погружена в жидкий диэлектрический теплоноситель для достаточного охлаждения каждого соответствующего сервера, когда резервуар достаточно заполнен жидкой охлаждающей жидкостью, в то же время поддерживая выходящую нагретую жидкую охлаждающую жидкость при повышенной температуре, чтобы уменьшить количество энергии, потребляемой для достаточного охлаждения каждого из множества серверов. В данном патенте есть серьёзные недостатки. В качестве охлаждающей системы выбрана двухконтурная система охлаждения, имеющая КПД ниже, чем одноконтурная система охлаждения. В патенте есть упоминание о возможности применения радиатора в качестве охлаждающего прибора в сочетании с чиллером. Такая система, использующая, радиатор не может работать при отрицательных температурах. В качестве способа регулирования температуры авторами указан способ регулирования скорости потока жидкости в охлаждающей системе. То есть при уменьшении температуры наружного воздуха до отрицательных значений произойдёт снижение температуры охлаждающей жидкости до значений при которых вязкость жидкости являющейся либо минеральным или синтетическим маслом либо их комбинацией станет неприемлемой для работы циркуляционного насоса, поток жидкости остановится, а в радиаторе вязкость будет еще выше это приведёт к образованию пробки из загустевшей диэлектрической жидкости. Возможности избежать этого в данном патенте не учтена, так как единственный способ увеличить температуру охлаждающей жидкости означает снизить скорость потока, что приведет к обратному эффекту, так как в таком случае интенсивность охлаждения уменьшенного потока в радиаторе только возрастет. Также недостатком изобретения является использование штатного вентиляторного оборудования для увеличения скорости прохождения диэлектрической жидкости через серверы. Но стандартные вентиляторы, предназначены для работы на воздухе. В вязкой жидкости эффект от их работы будет отрицательным так как вращение будет происходить не от маломощных двигателей, а от скорости потока жидкости. То есть, в результате, вентиляторы будут создавать дополнительное сопротивление потоку охлаждающей жидкости и занимать полезное пространство в стандартном серверном корпусе. In terms of technical essence, the closest is the cooling system of a plurality of independently operating servers containing heat-generating electronic components (US 2011/0132579 A1, publ. 06/09/2011), containing at least one reservoir that determines the internal volume and has an inlet for the coolant for receiving the dielectric coolant in the inner space, and having a coolant outlet for allowing the dielectric coolant to flow out of the inner space, the coolant inlet and the coolant outlet being hydraulically connected to each other; one or more mounting elements located in the internal volume and configured to be mounted to receive a plurality of independently operating servers; liquid dielectric coolant; a heat exchanger in fluid communication with a coolant outlet of the at least one reservoir, the heat exchanger being located at a distance from the reservoir; a pump hydraulically connected to the heat exchanger and the internal volume of at least one tank, and the pump is configured to pump the liquid heat carrier through a liquid circuit containing the first part of the circuit, passing from the coolant inlet of the tank to each server, the second part of the circuit, passing from each of the corresponding server to the outlet of the coolant, the third part of the circuit, passing from the outlet of the coolant to the heat exchanger, and the fourth part, passing from the heat exchanger to the inlet of the coolant; a controller for controlling the temperature of the heat transfer fluid at at least one location in the liquid loop and for controlling the flow of the dielectric heat transfer liquid through the liquid loop so that the dielectric heat transfer liquid maintains an elevated temperature when leaving a portion of the second liquid loop; wherein at least one tank is configured to contain a dielectric coolant liquid in an internal volume such that when a plurality of servers can be installed therein, at least a portion of each server is immersed in the dielectric coolant liquid to sufficiently cool each respective server when the reservoir is sufficiently filled with coolant liquid while maintaining the exiting heated liquid coolant at an elevated temperature to reduce the amount of energy consumed to sufficiently cool each of the plurality of servers. There are serious flaws in this patent. As a cooling system, a dual-circuit cooling system was chosen, which has an efficiency lower than a single-circuit cooling system. The patent mentions the possibility of using a radiator as a cooling device in combination with a chiller. Such a system using a radiator cannot operate at negative temperatures. As a method of temperature control, the authors indicate a method for controlling the flow rate of liquid in the cooling system. That is, when the outside air temperature drops to negative values, the coolant temperature will drop to values at which the viscosity of the liquid, which is either mineral or synthetic oil, or a combination of them, becomes unacceptable for the operation of the circulation pump, the fluid flow will stop, and the viscosity in the radiator will be even higher, this will lead to to the formation of a plug from a thickened dielectric liquid. The possibility of avoiding this is not considered in this patent, since the only way to increase the temperature of the coolant is to reduce the flow rate, which will lead to the opposite effect, since in this case the cooling intensity of the reduced flow in the radiator will only increase. Also, the disadvantage of the invention is the use of standard fan equipment to increase the rate of passage of the dielectric fluid through the servers. But standard fans are designed to work outdoors. In a viscous liquid, the effect of their work will be negative, since the rotation will not come from low-power engines, but from the fluid flow rate. That is, as a result, the fans will create additional resistance to the flow of coolant and take up useful space in a standard server case.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Техническая задача заключается в создании системы, способной эффективно выполнять отвод тепла от серверного оборудования с помощью иммерсионной жидкости, обеспечивая: снижение энергопотребления на охлаждение, бесперебойность и высокую надежность работы системы охлаждения, в том числе, возможность работы системы охлаждения при отрицательных значениях температур наружного воздуха и аномально плюсовых температурах наружного воздуха, повышение отказоустойчивости серверного оборудования, сокращение количества оборудования, увеличение плотности размещения, повышение КПД.The technical task is to create a system capable of effectively removing heat from server equipment using an immersion liquid, providing: reduced energy consumption for cooling, uninterrupted and high reliability of the cooling system, including the ability to operate the cooling system at negative outdoor temperatures and abnormally positive outdoor temperatures, increased fault tolerance of server equipment, reduction in the amount of equipment, increased placement density, increased efficiency.

Технический результат: снижение энергопотребления на охлаждение, обеспечение бесперебойности и повышение надежности работы системы охлаждения, в том числе, при отрицательных значениях температур наружного воздуха и аномально плюсовых температурах наружного воздуха, повышение отказоустойчивости серверного оборудования, сокращение количества оборудования, увеличение плотности размещения, повышение КПД.EFFECT: reducing energy consumption for cooling, ensuring uninterrupted operation and increasing the reliability of the cooling system, including at negative outdoor temperatures and abnormally positive outdoor temperatures, increasing the fault tolerance of server equipment, reducing the amount of equipment, increasing the placement density, increasing efficiency.

Технический результат достигается за счет того, что однофазная система иммерсионного охлаждения серверных шкафов содержит по меньшей мере один основной контур, включающий соединенные гидравлически между собой по меньшей мере один охлаждающий шкаф, демпфирующую емкость, теплообменник, а также подводящий и отводящий трубопроводы, подводящий и отводящий циркуляционные насосы, причем теплообменник выполнен в виде трубопровода, находящегося в открытом водоеме-охладителе, заполненном водой и охлаждаемым наружным воздухом, при этом система охлаждения дополнительно содержит резервный контур, который включает в себя резервные компоненты такие как: демпфирующую емкость, теплообменник, а также подводящий и отводящий трубопроводы, подводящий и отводящий циркуляционные насосы.The technical result is achieved due to the fact that a single-phase immersion cooling system for server cabinets contains at least one main circuit, including at least one cooling cabinet connected hydraulically to each other, a damping tank, a heat exchanger, as well as inlet and outlet pipelines, inlet and outlet circulation pipes. pumps, and the heat exchanger is made in the form of a pipeline located in an open reservoir-cooler filled with water and cooled by outside air, while the cooling system additionally contains a backup circuit, which includes backup components such as: a damping tank, a heat exchanger, as well as a supply and outlet pipelines, inlet and outlet circulation pumps.

Водоем-охладитель снабжен системой орошения, выполненной в виде сети трубопроводов с форсунками, расположенной над открытой частью водоема-охладителя.The reservoir-cooler is equipped with an irrigation system made in the form of a network of pipelines with nozzles located above the open part of the reservoir-cooler.

Система орошения включает в себя гидравлически соединенные между собой всасывающий патрубок забора воды, по меньшей мере один насос, запорную арматуру и распылительные форсунки.The irrigation system includes a water intake suction pipe, at least one pump, shut-off valves and spray nozzles, hydraulically interconnected.

Отводящий трубопровод, проходящий до демпфирующей емкости, выполнен самотечным.The outlet pipeline passing to the damping tank is gravity-flowing.

Охлаждающий шкаф содержит два патрубка забора, один из которых является резервным и два патрубка нагнетания, из которых один является резервным.The cooling cabinet contains two intake pipes, one of which is a reserve one, and two discharge pipes, one of which is a reserve one.

Однофазная система иммерсионного охлаждения серверных шкафов выполнена с возможностью работы в автоматическом режиме.The single-phase immersion cooling system for server cabinets is designed to operate in automatic mode.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Фиг. 1 – структурная схема системы охлаждения;Fig. 1 - block diagram of the cooling system;

Фиг. 2 – принципиальная схема системы охлаждения;Fig. 2 – schematic diagram of the cooling system;

Фиг. 3 – насосная станция и водоем-охладитель;Fig. 3 - pumping station and reservoir-cooler;

Фиг. 4 – система орошения водоема-охладителя;Fig. 4 - irrigation system of the reservoir-cooler;

Фиг. 5 – охлаждающий шкаф;Fig. 5 – cooling cabinet;

Фиг. 6 – структурная схема системы охлаждения;Fig. 6 - block diagram of the cooling system;

Фиг. 7 – структурная схема системы охлаждения.Fig. 7 - block diagram of the cooling system.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

При проектировании и строительстве большинства крупных современных центров обработки данных повсеместно используется воздушное охлаждение, при котором система холодоснабжения выполнена на основе моноблочных холодильных машин (чиллеров) с воздушным охлаждением конденсатора и встроенным теплообменником свободного холода. В летний период времени источником холода являются компрессоры холодильных машин. В холодный период - компрессоры отключаются и используется встроенный теплообменник свободного холода. Чиллеры устанавливаются на специально подготовленной площадке рядом со зданием либо на кровле здания. В последнее время всё большую популярность набирают системы охлаждения машинных залов, работающие по принципу фрикулинга - технологии охлаждения объекта за счёт окружающей среды без применения компрессоров и другого энергоёмкого оборудования. Фактически, речь идёт о подаче прохладного уличного воздуха напрямую в помещение или посредством теплоносителя. Работоспособность фрикулинга возможна только тогда, когда температура воздуха на улице ниже температуры, которую требуется поддерживать в помещении.During the design and construction of most large modern data processing centers, air cooling is widely used, in which the refrigeration system is made on the basis of monoblock refrigerating machines (chillers) with an air-cooled condenser and a built-in free cold heat exchanger. In summer, the source of cold is the compressors of refrigeration machines. During the cold period - compressors are switched off and the built-in free cold heat exchanger is used. Chillers are installed on a specially prepared site next to the building or on the roof of the building. Recently, cooling systems for machine rooms operating on the principle of free-cooling are gaining more and more popularity - a technology for cooling an object at the expense of the environment without the use of compressors and other energy-intensive equipment. In fact, we are talking about the supply of cool outdoor air directly into the room or through a heat carrier. Freecooling can only work when the outdoor temperature is lower than the temperature that needs to be maintained indoors.

Суть заявленного технического решения поясняется чертежами.The essence of the claimed technical solution is illustrated by drawings.

На фигуре 1 показана структурная схема одного из вариантов выполнения системы охлаждения (один основной контур охлаждения, в который входит 110 охлаждающих шкафов), где изображен охлаждающий шкаф 1, узел запорной арматуры 2 на подачу и забор жидкости, отводящий самотечный трубопровод 3, подающий (подводящий) трубопровод 4 под давлением, электронная задвижка 18, электронная задвижка 19, демпфирующая емкость 6, отводящий циркуляционный насос 7, подводящий (подающий) циркуляционный насос 9, трубопровод 8 теплообменника. Дополнительно вынесен резервный контур, в который входит узел запорной арматуры 2 к каждому охлаждающему шкафу 1, отводящий самотечный трубопровод 3.1, подающий трубопровод 4.1, демпфирующая емкость 6.1, отводящий циркуляционный насос 7.1, подводящий циркуляционный насос 9.1, трубопровод 8.1 теплообменника. The figure 1 shows a block diagram of one of the variants of the cooling system (one main cooling circuit, which includes 110 cooling cabinets), which shows a cooling cabinet 1, shut-off valves 2 for the supply and intake of liquid, a discharge gravity pipeline 3, a supply (supply ) pipeline 4 under pressure, electronic valve 18, electronic valve 19, damping tank 6, outlet circulation pump 7, inlet (supply) circulation pump 9, pipeline 8 of the heat exchanger. Additionally, a reserve circuit is taken out, which includes a shut-off valve assembly 2 for each cooling cabinet 1, an outlet gravity pipeline 3.1, a supply pipeline 4.1, a damping tank 6.1, an outlet circulation pump 7.1, an inlet circulation pump 9.1, a pipeline 8.1 of the heat exchanger.

На фигуре 2 показана принципиальная схема системы охлаждения центра обработки данных, где изображен контур охлаждения 5, демпфирующая емкость 6, отводящие циркуляционные насосы 7 системы охлаждения, трубопровод 8 теплообменника системы охлаждения, подводящие циркуляционные насосы 9 системы охлаждения, водоем-охладитель 10, насосная станция 11, центр обработки данных (машинный зал) 12. Дополнительно показана резервная демпфирующая емкость 6.1, резервный отводящий циркуляционный насос 7.1, резервный подводящий циркуляционный насос 9.1, резервный трубопровод 8.1 теплообменника. Все резервные элементы соединены трубопроводом и имеют подключения к основным контурам. The figure 2 shows a schematic diagram of the data center cooling system, which shows the cooling circuit 5, the damping tank 6, the outlet circulation pumps 7 of the cooling system, the pipeline 8 of the cooling system heat exchanger, the inlet circulation pumps 9 of the cooling system, the reservoir-cooler 10, the pumping station 11 , data processing center (computer room) 12. Additionally, a backup damping tank 6.1, a backup outlet circulation pump 7.1, a backup inlet circulation pump 9.1, a backup pipeline 8.1 of the heat exchanger are shown. All reserve elements are connected by a pipeline and have connections to the main circuits.

На фигуре 3 показана насосная станция и водоем-охладитель, где изображены отводящий циркуляционный насос 7 системы охлаждения, подводящий циркуляционный насос 9 системы охлаждения, трубопровод 8 теплообменника системы охлаждения, система орошения 20. The figure 3 shows a pumping station and a cooling pond, which shows the outlet circulation pump 7 of the cooling system, the inlet circulation pump 9 of the cooling system, the pipeline 8 of the cooling system heat exchanger, the irrigation system 20.

На фигуре 4 показана система орошения 20, насосы 13 системы орошения, запорная арматура 14, трубопровод 15 системы орошения, распылительные форсунки 16, всасывающий патрубок забора воды 17 для системы орошения, подводящие циркуляционные насосы 9 системы охлаждения. The figure 4 shows the irrigation system 20, irrigation system pumps 13, valves 14, irrigation system pipeline 15, spray nozzles 16, water intake 17 for the irrigation system, supply circulation pumps 9 of the cooling system.

На фигуре 5 показан охлаждающий шкаф 1, где изображена система перелива 21, патрубок забора 22, один из которых один является резервным, датчики уровня жидкости 23, один из которых один является резервным, датчики температуры 25, из которых один является резервным, серверное оборудование 26, патрубки нагнетания 27, из которых один является резервным, контроллер управления охлаждающим шкафом 28.The figure 5 shows the cooling cabinet 1, which shows the overflow system 21, the intake pipe 22, one of which one is redundant, liquid level sensors 23, one of which one is redundant, temperature sensors 25, of which one is redundant, server equipment 26 , discharge pipes 27, of which one is redundant, cooling cabinet control controller 28.

На фигуре 6 показана структурная схема одного из вариантов системы охлаждения, где показаны два основных контура охлаждения с усреднённым показателем по количеству охлаждающих шкафов 1 и один резервный контур охлаждения. На фигуре изображен охлаждающий шкаф 1, узел запорной арматуры 2 на подачу и забор жидкости, отводящий самотечный трубопровод 3, подающий трубопровод 4 под давлением, электронная задвижка 18, электронная задвижка 19, демпфирующая емкость 6, отводящие циркуляционные насосы 7 системы охлаждения, подводящие циркуляционные насосы 9 системы охлаждения, трубопровод 8 теплообменника. Дополнительно вынесен резервный контур, в который входит узел запорной арматуры 2 к каждому охлаждающему шкафу 1, отводящий самотечный трубопровод 3.1, подающий трубопровод 4.1, демпфирующая емкость 6.1, отводящий циркуляционный насос 7.1, подводящий циркуляционный насос 9.1, трубопровод 8.1 теплообменника. Дополнительно вынесен второй основной контур, в который входит охлаждающий шкаф 1, узел запорной арматуры 2, отводящий самотечный трубопровод 3, подающий трубопровод 4, демпфирующая емкость 6, отводящий циркуляционный насос 7, подводящий циркуляционный насос 9, трубопровод 8 теплообменника.Figure 6 shows a block diagram of one of the options for the cooling system, which shows two main cooling circuits with an average indicator for the number of cooling cabinets 1 and one backup cooling circuit. The figure shows a cooling cabinet 1, shut-off valve assembly 2 for the supply and intake of liquid, a discharge gravity pipeline 3, a supply pipeline 4 under pressure, an electronic valve 18, an electronic valve 19, a damping tank 6, discharge circulation pumps 7 of the cooling system, supply circulation pumps 9 cooling system, pipeline 8 heat exchanger. Additionally, a reserve circuit is taken out, which includes a shut-off valve assembly 2 for each cooling cabinet 1, an outlet gravity pipeline 3.1, a supply pipeline 4.1, a damping tank 6.1, an outlet circulation pump 7.1, an inlet circulation pump 9.1, a pipeline 8.1 of the heat exchanger. Additionally, the second main circuit is taken out, which includes a cooling cabinet 1, a stop valve assembly 2, an outlet gravity pipeline 3, a supply pipeline 4, a damping tank 6, an outlet circulation pump 7, an inlet circulation pump 9, a pipeline 8 of the heat exchanger.

На фигуре 7 показана минимальная по количеству шкафов и контуров структурная схема системы охлаждения, при которой также возможна работа заявленной системы. В нее входит один охлаждающий шкаф 1, узел запорной арматуры 2 на подачу и забор жидкости, отводящий самотечный трубопровод 3, подающий трубопровод 4 под давлением, электронная задвижка 18, электронная задвижка 19, демпфирующая емкость 6, отводящие циркуляционные насосы 7 системы охлаждения, подводящие циркуляционные насосы 9 системы охлаждения, трубопровод теплообменника 8. Дополнительно вынесен резервный контур, в который входит узел запорной арматуры 2 к охлаждающему шкафу 1, отводящий самотечный трубопровод 3.1, подающий трубопровод 4.1, демпфирующая емкость 6.1, отводящий циркуляционный насос 7.1, подводящий циркуляционный насос 9.1, трубопровод теплообменника 8.1.The figure 7 shows the minimum structural diagram of the cooling system in terms of the number of cabinets and circuits, in which the operation of the claimed system is also possible. It includes one cooling cabinet 1, shut-off valves 2 for supply and intake of liquid, discharge gravity pipeline 3, supply pipeline 4 under pressure, electronic valve 18, electronic valve 19, damping tank 6, discharge circulation pumps 7 of the cooling system, supply circulation pumps 9 of the cooling system, heat exchanger pipeline 8. Additionally, a reserve circuit is taken out, which includes a shut-off valve assembly 2 to the cooling cabinet 1, outlet gravity pipeline 3.1, supply pipeline 4.1, damping tank 6.1, outlet circulation pump 7.1, inlet circulation pump 9.1, pipeline heat exchanger 8.1.

Заявленная система охлаждения работает исключительно при наличии как минимум двух контуров охлаждения, где один контур охлаждения является основным, а второй контур охлаждения является резервным. Вся система может резервироваться на каждом этапе и на каждом вводе любых показателей. Основных контуров может быть любое количество, резервный один на всю систему, который резервируется на все элементы, за исключением охлаждающих шкафов. Линии чертежа, которыми указывается резервный контур имеют красный цвет.The claimed cooling system operates exclusively in the presence of at least two cooling circuits, where one cooling circuit is the main one, and the second cooling circuit is a backup one. The whole system can be backed up at each stage and at each input of any indicators. There can be any number of main circuits, one backup for the entire system, which is reserved for all elements, with the exception of cooling cabinets. The drawing lines that indicate the backup contour are red.

Заявленная система иммерсионного охлаждения электронного (серверного) оборудования является однофазной, содержит по меньшей мере один основной контур, включающий соединенные гидравлически между собой по меньшей мере один охлаждающий шкаф 1, отводящий 3 и подводящий 4 трубопроводы, отводящий 7 и подводящий 9 циркулярные насосы, находящиеся в насосной станции 11, демпфирующую емкость 6, через которую заливается вся основная линия трубопроводов, водоем-охладитель 10 в качестве внешнего теплообменника, трубопровод 8 внешнего теплообменника, в котором протекает охлаждающая жидкость, расположенный в водоеме-охладителе 10, систему орошения 20. Охлаждающий шкаф 1, демпфирующая емкость 6 и водоем-охладитель 10 сообщаются между собой посредством трубопроводов. В качестве охлаждающей жидкости используется диэлектрическая жидкость, например, минеральное или синтетическое масло. Циркуляция жидкости осуществляется по трубопроводам из нержавеющей стали и происходит при помощи одноступенчатых циркуляционных насосов. Система трубопроводов герметична (единственное открытое место это охлаждающий шкаф).The claimed immersion cooling system for electronic (server) equipment is single-phase, contains at least one main circuit, including at least one cooling cabinet 1 hydraulically connected to each other, outlet 3 and inlet 4 pipelines, outlet 7 and inlet 9 circular pumps located in pumping station 11, damping tank 6, through which the entire main pipeline line is poured, cooling pond 10 as an external heat exchanger, pipeline 8 of an external heat exchanger, in which coolant flows, located in the cooling pond 10, irrigation system 20. Cooling cabinet 1 , damping capacity 6 and reservoir-cooler 10 are interconnected through pipelines. The coolant used is a dielectric fluid such as mineral oil or synthetic oil. Liquid circulation is carried out through stainless steel pipelines and takes place with the help of single-stage circulation pumps. The piping system is sealed (the only open area is the cooling cabinet).

В системе охлаждения предусмотрен резервный контур, подключенный к основному, который закольцован и имеет свой резервный трубопровод отводящий 3.1 и подводящий 4.1 к каждому из охлаждающих шкафов 1, резервные циркуляционные насосы 7.1 и 9.1, резервную демпфирующую емкость 6.1 и резервный трубопровод теплообменника 8.1. Всего охлаждающий шкаф 1 имеет по два патрубка нагнетания 27 и по два патрубка забора 22, для обеспечения резервирования на случай ремонта или выхода из строя запорной арматуры одного из направлений. К каждому шкафу дополнительно предусмотрена резервная линия тем самым система охлаждения имеет кольцевую систему работы и в случае поломок, можно легко отремонтировать любой шкаф из контура, без остановки линий и других шкафов. При этом по меньшей мере на один основной контур и на один резервный контур может приходиться один водоем-охладитель, в котором находится по меньшей мере один трубопровод 8 и один резервный трубопровод 8.1. Основной контур может быть гидравлически соединен со шкафом через выполненные в шкафу основной патрубок нагнетания и основной отводящий патрубок, а резервный контур с тем же шкафом через резервный патрубок нагнетания и резервный отводящий патрубок шкафа.The cooling system provides a backup circuit connected to the main one, which is looped and has its own backup pipeline outlet 3.1 and inlet 4.1 to each of the cooling cabinets 1, backup circulation pumps 7.1 and 9.1, a backup damping tank 6.1 and a backup pipeline of the heat exchanger 8.1. In total, the cooling cabinet 1 has two discharge pipes 27 and two intake pipes 22 each, to ensure redundancy in case of repair or failure of the shut-off valves in one of the directions. A backup line is additionally provided for each cabinet, thus the cooling system has a ring system of operation and in case of breakdowns, any cabinet from the circuit can be easily repaired without stopping lines and other cabinets. At the same time, at least one main circuit and one reserve circuit may have one cooling reservoir, in which there is at least one pipeline 8 and one backup pipeline 8.1. The main circuit can be hydraulically connected to the cabinet through the main injection pipe and the main outlet pipe made in the cabinet, and the reserve circuit with the same cabinet through the reserve pressure pipe and the backup outlet pipe of the cabinet.

Охлаждающий шкаф 1 заполняется диэлектрической жидкостью, в нем размещается серверное оборудование 26, требующее охлаждения. Шкаф снабжен крышкой, направляющими, с посадочными местами под серверное оборудование, которые позволяют фиксировать положение серверных корпусов в шкафу с точностью в 1 мм, узлом запорной арматуры 2, включающим подводящий патрубок нагнетания 27 с электронной задвижкой 18, расположенный в нижней части охлаждающего шкафа 1, перфорированной трубой для равномерного распределения жидкости, поступающей от патрубка нагнетания 27, по дну шкафа, отводящий патрубок 22, выполненный в виде системы перелива 21 со своей электронной задвижкой 19, расположенный в верхней части охлаждающего шкафа 1, датчиками контроля температуры 25 и уровня жидкости 23. The cooling cabinet 1 is filled with a dielectric liquid, it houses the server equipment 26 requiring cooling. The cabinet is equipped with a lid, guides, with seats for server equipment, which allow you to fix the position of server cases in the cabinet with an accuracy of 1 mm, a stop valve assembly 2, including a supply inlet pipe 27 with an electronic valve 18, located in the lower part of the cooling cabinet 1, a perforated pipe for uniform distribution of the liquid coming from the discharge pipe 27 along the bottom of the cabinet, the outlet pipe 22, made in the form of an overflow system 21 with its electronic valve 19, located in the upper part of the cooling cabinet 1, temperature control sensors 25 and liquid level 23.

Охлаждающие шкафы могут быть установлены в центре обработки данных (машинном зале) на специальную металлическую конструкцию, которая имеет большую точку опоры, имеющая посадочные места для шкафов, для плотности и точности размещения их в машинном зале, а также для распределения нагрузки по всему периметру пола. Вокруг охлаждающих шкафов, в проходах между линиями охлаждающих шкафов, установлен фальшпол, закрывающий все подводящие трубы и оптоволоконные каналы, в случае ремонта можно беспрепятственно поднять плитки фальшпола, спуститься и произвести ремонтные работы, или регламентные работы. Пол имеет разуклонку и приямки для сбора охлаждающей жидкости в случае аварийной протечки.Cooling cabinets can be installed in the data center (computer room) on a special metal structure, which has a large foothold, with seats for cabinets, for tightness and accuracy of their placement in the machine room, as well as for load distribution around the entire perimeter of the floor. A raised floor is installed around the cooling cabinets, in the passages between the lines of the cooling cabinets, covering all supply pipes and fiber optic channels; The floor has a slope and pits for collecting coolant in case of emergency leakage.

За пределами здания, трубопровод может находиться под землей в бетонном канале, разделенном на коридоры, холодной жидкости и теплой. Исключением служит сам водоем- охладитель с водой, в котором трубопровод теплообменника 8 полностью погружен в воду и не имеет защитных кожухов для эффективного теплообмена.Outside the building, the pipeline may be underground in a concrete channel divided into corridors, cold liquid and warm. The only exception is the water-cooling pond itself, in which the heat exchanger pipeline 8 is completely submerged in water and does not have protective casings for efficient heat exchange.

По всей длине трубопровода установлены датчики протечки, все данные со всех датчиков собираются и выводятся на мониторы инжиниринговый службы, тем самым оперативно решаются проблемы, связанные с нештатной ситуацией. Leak sensors are installed along the entire length of the pipeline, all data from all sensors is collected and displayed on the monitors of the engineering service, thereby promptly solving problems associated with an emergency situation.

Патрубок нагнетания 27 и подающий трубопровод 4 имеет давление жидкости от циркуляционных насосов 7 и 9, скорость подачи жидкости в сам охлаждающий шкаф 1 регулируется управляемой электронной задвижкой 18, настраиваемой вручную или программой на определенный угол при определенных температурных нормах, тем самым регулируется индивидуально каждый охлаждающий шкаф 1 из системы, в каждый шкаф подается определенное количество жидкости, зависящее от температуры и уровня жидкости. Мониторинг за температурой и уровнем осуществляется датчиками температуры 25 и датчиками уровня жидкости 23. Исходя из этих параметров электронные заслонки 18 и 19 регулируют количество подаваемой охлаждающей жидкости. Патрубок забора 22 жидкости выполнен с системой перелива 21, весь отводящий трубопровод 3, проходящий до демпфирующей емкости 6 выполнен самотечным, тем самым исключаются лишние насосы на забор жидкости. The discharge pipe 27 and the supply pipeline 4 have fluid pressure from the circulation pumps 7 and 9, the rate of fluid supply to the cooling cabinet 1 itself is controlled by a controlled electronic valve 18, which is adjusted manually or by a program to a certain angle at certain temperature standards, thereby each cooling cabinet is individually regulated 1 from the system, a certain amount of liquid is supplied to each cabinet, depending on the temperature and liquid level. Temperature and level monitoring is carried out by temperature sensors 25 and liquid level sensors 23. Based on these parameters, electronic dampers 18 and 19 regulate the amount of coolant supplied. The liquid intake pipe 22 is made with an overflow system 21, the entire discharge pipeline 3 passing to the damping tank 6 is gravity-flowing, thereby eliminating unnecessary pumps for fluid intake.

Демпфирующие емкости 6 имеются на каждый контур, для обеспечения аварийного запаса жидкости. В случае избытков жидкости, данная емкость принимает на себя большой объем охлаждающей диэлектрической жидкости, далее жидкость подхватывается циркуляционными отводящими насосами 7 и создается давление. Damping tanks 6 are available for each circuit to provide an emergency supply of fluid. In the case of excess liquid, this container takes on a large volume of the cooling dielectric liquid, then the liquid is picked up by the circulating discharge pumps 7 and pressure is created.

В насосной станции 11 стоят циркуляционные насосы на подачу 9 и забор 7 охлаждающей диэлектрической жидкости, также стоят насосы 13 на систему орошения 20 и на систему пожаротушения всего объекта. In the pumping station 11 there are circulation pumps for supply 9 and intake 7 of the cooling dielectric liquid, there are also pumps 13 for the irrigation system 20 and for the fire extinguishing system of the entire facility.

Водоем-охладитель 10 выполнен в виде открытого водоема (бассейна), наполненного обычной водой, внутри которого расположен трубопровод 8 (может быть извилистым, как показано на фиг.3), в котором протекает охлаждающая жидкость. Водоем охлаждается наружным воздухом, вместе с трубопроводом 8, проходящим через него, является внешним теплообменником, расположенным за пределами ограждающих конструкций помещения, непосредственно примыкает к насосной станции 11, имеет датчики контроля температуры и уровня жидкости для мониторинга объема воды и его температуры, имеет систему орошения 20. Водоем-охладитель 10 пополняется водой из сети холодного водоснабжения предприятия. При превышении температурных параметров воды, например, в теплое время суток или при аномальной жаре при сигнале датчиков о перегреве воды в водоеме- охладителе 10, включается система орошения 20 для обеспечения надежной работы однофазной системы охлаждения. Система орошения 20 расположена выше зеркала воды водоема-охладителя 10.The reservoir-cooler 10 is made in the form of an open reservoir (basin) filled with ordinary water, inside which there is a pipeline 8 (may be winding, as shown in figure 3), in which the coolant flows. The reservoir is cooled by outside air, together with the pipeline 8 passing through it, is an external heat exchanger located outside the building envelope, directly adjacent to the pumping station 11, has temperature and liquid level control sensors for monitoring the volume of water and its temperature, has an irrigation system 20. The reservoir-cooler 10 is replenished with water from the cold water supply network of the enterprise. When the temperature parameters of the water are exceeded, for example, in the warm season or during abnormal heat when the sensors signal that the water in the reservoir-cooler 10 is overheated, the irrigation system 20 is turned on to ensure reliable operation of the single-phase cooling system. The irrigation system 20 is located above the water surface of the reservoir-cooler 10.

Работа системы охлаждения может происходить в автоматическом режиме. Для автоматического функционирования системы используются следующие устройства: - запорно-регулирующая арматура с электроприводами; - датчики контроля температурных параметров; - датчики давления; - датчики уровня охлаждающей жидкости и воды в открытом водоеме. Система диспетчеризации инженерного оборудования (далее АСДУ) предназначена для автоматизации и централизации процесса сбора оперативной и статистической информации о работе системы охлаждения оптимизации управления компонентами системы. При этом осуществляется постоянный мониторинг с регистрацией основных параметров системы и обеспечение возможности управления оборудованием инженерной инфраструктуры из единого диспетчерского центра. Основными задачами системы АСДУ является: - Обеспечивать автоматизированный контроль и управление оборудованием системы охлаждения центра обработки данных; - Автоматическое выявление выхода контролируемых параметров процессов за допустимые пределы; - Ведение протокола текущих и аварийных событий, формирование базы данных измерений технологических параметров; - Автоматическое оповещение эксплуатирующего персонала о выходе контролируемых параметров процессов оборудования за допустимые пределы и возникновении аварийных событий; - Обеспечивать визуализацию контролируемых параметров. АСДУ интегрирует в единую информационную среду все подсистемы автоматического управления и обеспечивает визуализацию и архивирование параметров, а также управление и контроль функционирования следующих технологических подсистем объекта: - системы контроля температурных параметров охлаждающей жидкости; - системы контроля уровня охлаждающей жидкости (в каждом шкафе и в системе в целом); - системы электроснабжения; - система технического учета электроэнергии; - система контроля протечек; - системы контроля уровня воды в открытом бассейне. Система АСДУ имеет иерархическую структуру: - Уровень 1. Первичные датчики, исполнительные механизмы (например, приводы клапанов, заслонок), а также устройства согласования сигналов первичных датчиков с входами контроллеров сбора информации. - Уровень 2. Контроллеры сбора информации (удаленные модули ввода-вывода), программируемые логические контроллеры (ПЛК). - Уровень 3. Сервер АСДУ, а также рабочее место диспетчера (АРМ). Датчики преобразуют параметры контролируемых процессов и передают на контроллеры АСДУ, установленные в щитах. Датчики и исполнительные механизмы размещаются непосредственно на инженерном оборудовании. Контроллеры на нижнем уровне обеспечивают прямой (без участия сервера системы диспетчеризации) непрерывный мониторинг технологического оборудования, и передачу информации на сервер АСДУ. Контроллеры и распределенные модули ввода/вывода размещаются в шкафах автоматики.2 Шкафы автоматики и периферийное оборудование размещаются по месту в помещениях соответствующих компонентов системы. От соответствующих аппаратов и устройств до шкафов автоматики прокладываются кабели требуемой емкости и сечений. Сервер АСДУ имеет средства организации обмена информацией с АРМ операторов (на базе локальной вычислительной сети) и контроллерами, а также специализированное программное обеспечение для сбора и архивирования информации, поступающей от оборудования системы. Распределение доступа операторов к различным разделам системы управления можно регулировать, назначая соответствующим диспетчерам определенные права доступа. Сервер обеспечивает: - пользовательский графический интерфейс оператора на русском языке; - создание и ведение архивов всех действий операторов и сообщений от контроллеров; - просмотр этих данных; - передача сообщений об изменении состояния инженерных систем от контроллеров к оператору; - генерация различных отчетов; - разграничение прав доступа пользователей (операторов); - рассылка аварийных сообщений авторизованным лицам по e-mail.The cooling system can operate automatically. The following devices are used for automatic functioning of the system: - shut-off and control valves with electric drives; - temperature parameters control sensors; - Pressure Sensors; - sensors of level of a cooling liquid and water in an open reservoir. The engineering equipment dispatching system (hereinafter ASDU) is designed to automate and centralize the process of collecting operational and statistical information about the operation of the cooling system, optimizing the control of system components. At the same time, constant monitoring is carried out with the registration of the main parameters of the system and the possibility of managing the equipment of the engineering infrastructure from a single dispatch center is provided. The main tasks of the ADCS system are: - To provide automated control and management of equipment of the cooling system of the data processing center; - Automatic detection of output of controlled parameters of processes beyond acceptable limits; - Maintaining a protocol of current and emergency events, formation of a database of measurements of technological parameters; - Automatic notification of the operating personnel about the output of the controlled parameters of the equipment processes beyond the permissible limits and the occurrence of emergency events; - Provide visualization of controlled parameters. ADCS integrates all subsystems of automatic control into a single information environment and provides visualization and archiving of parameters, as well as control and monitoring of the operation of the following technological subsystems of the facility: - control system for temperature parameters of the coolant; - coolant level control systems (in each cabinet and in the system as a whole); - power supply systems; - system of technical accounting of electricity; - leakage control system; - water level control systems in the outdoor pool. The ADCS system has a hierarchical structure: - Level 1. Primary sensors, actuators (for example, actuators of valves, dampers), as well as devices for matching the signals of primary sensors with the inputs of information collection controllers. - Level 2. Information collection controllers (remote I/O modules), programmable logic controllers (PLCs). - Level 3. The ASDU server, as well as the dispatcher's workstation (AWS). The sensors convert the parameters of the controlled processes and transmit them to the ASDU controllers installed in the switchboards. Sensors and actuators are placed directly on engineering equipment. Controllers at the lower level provide direct (without the participation of the dispatch system server) continuous monitoring of process equipment, and transfer of information to the ADCS server. Controllers and distributed I/O modules are located in control cabinets.2 Control cabinets and peripheral equipment are located locally in the respective system component rooms. Cables of the required capacity and cross-sections are laid from the corresponding devices and devices to automation cabinets. The ASDU server has means of organizing information exchange with operators' workstations (based on a local computer network) and controllers, as well as specialized software for collecting and archiving information coming from the system equipment. The distribution of operator access to different sections of the control system can be controlled by assigning specific access rights to the respective dispatchers. The server provides: - user graphical operator interface in Russian; - creation and maintenance of archives of all actions of operators and messages from controllers; - viewing this data; - transmission of messages about changes in the state of engineering systems from controllers to the operator; - generation of various reports; - differentiation of access rights of users (operators); - sending emergency messages to authorized persons by e-mail.

Однофазная система иммерсионного охлаждения серверного оборудования работает следующим образом. В начале работы однофазной системы иммерсионного охлаждения серверов происходит заполнение охлаждающего шкафа 1 диэлектрической жидкостью напрямую сверху, залив происходит с закрытыми задвижками 18 и 19 до верхнего уровня жидкости, контролируемого датчиком уровня жидкости 23. Вся основная линия трубопровода заливается через демпфирующую емкость 6, до верхнего уровня жидкости и прогоняется при помощи циркулярных насосов 7 и 9, избыток воздуха выходит через клапан избытка воздуха в демпфирующей емкости 6. Затем в охлаждающий шкаф 1 по направляющим вертикально вниз устанавливаются сервера, открываются задвижки 18 и 19. Вытесненная жидкость из шкафов перетекает в самотечный трубопровод 3, попадает в демпфирующую емкость 6 расположенную за пределами ограждающих конструкций машинного зала 12, демпфирующая емкость находится в системе трубопроводов 3 и 4, включается отводящий циркуляционный насос 7 и подводящий циркуляционный насос 9, расположенные за пределами ограждающих конструкций машинного зала 12, находящиеся в насосной станции 11, для прокачки всей системы и вытеснения из нее воздуха, за счёт заполнения охлаждающего шкафа 1, демпфирующей емкости 6 и подающего трубопровода 4 диэлектрической жидкостью. После чего производится долив недостающий охлаждающей жидкости в демпфирующую емкость 6. Производится сбор информации со всех датчиков о уровне заполнения жидкости в охлаждающем шкафе 1, подающем трубопроводе 4, отводящем трубопроводе 3, демпфирующей емкости 6, о температуре жидкости на всем протяжении системы охлаждения, производится запуск серверов в тестовом режиме, производится повторный сбор информации на контроллер 28, распределительный щит и выводится информация о готовности системы к полному запуску на мониторы инжиниринговой службы и серверной службы. Производится запуск серверов в рабочий режим. Одноконтурная система иммерсионного охлаждения серверного оборудования находится в рабочем режиме. Охлажденная жидкость поступает по трубопроводу из водоема-охладителя 10, с помощью циркуляционного насоса 9 через подводящий трубопровод 4 и подается в сам охлаждающий шкаф 1 через электронную задвижку 18 и расположенной внутри резервуара стойки перфорированной трубой для равномерного распределения жидкости по дну шкафа. Под напором, диэлектрическая охлаждающая жидкость равномерно распределяется в охлаждающем шкафе 1. В начальной стадии жидкость поднимается вверх под воздействием напора подающего циркуляционного насоса 9, а в последствии нагреваясь жидкость, дополнительно получает импульс движения за счёт естественной конвекции. Диэлектрическая охлаждающая жидкость омывает все элементы серверного оборудования отводя от него тепло. Нагретая диэлектрическая жидкость через систему переливания 21 поступает в узел запорной арматуры 2 с отводящим патрубком и электронной задвижкой 19, жидкость под воздействием самотека из-за разуклонки отводящего трубопровода 3, движется по трубопроводу 3 к демпфирующей емкости 6, где собирается и подхватывается циркуляционным насосом 7, от него подается к трубопроводу 8 теплообменника (входящего в систему трубопроводов), находящегося в водоеме-охладителе 10, расположенном за пределами ограждающих конструкций машинного зала 12, где жидкость охлаждается, проходя по трубопроводу 8 теплообменника. Сам водоем 10 охлаждается наружным воздухом, в теплое время суток или при аномальной жаре при перегреве воды в водоеме 10 включается система орошения 20 для обеспечения надежной работы однофазной системы охлаждения при повышенных температурах. При изменении рабочей температуры диэлектрической жидкости, вследствие изменения тепловой нагрузки от серверного оборудования или параметров наружного воздуха, от датчика температуры 25 выводится сигнал на электронную заслонку 18 для увеличения угла открытия заслонки, что приводит к большей подачи жидкости, также увеличивается скорость на подающих насосах 9 и отводящих насосах 7. A single-phase immersion cooling system for server equipment operates as follows. At the beginning of the operation of a single-phase immersion cooling system for servers, the cooling cabinet 1 is filled with dielectric liquid directly from above, the filling occurs with closed valves 18 and 19 to the upper liquid level, controlled by the liquid level sensor 23. The entire main line of the pipeline is filled through the damping tank 6, to the upper level liquid and is driven by means of circular pumps 7 and 9, excess air exits through the excess air valve in the damping tank 6. Then servers are installed vertically downwards in the cooling cabinet 1 along the guides, valves 18 and 19 open. The displaced liquid from the cabinets flows into the gravity pipeline 3 , enters the damping tank 6 located outside the enclosing structures of the machine room 12, the damping tank is located in the piping system 3 and 4, the outlet circulation pump 7 and the inlet circulation pump 9 are turned on, located outside the enclosing structures of the machine th hall 12, located in the pumping station 11, for pumping the entire system and expelling air from it, by filling the cooling cabinet 1, the damping tank 6 and the supply pipeline 4 with a dielectric liquid. After that, the missing coolant is added to the damping tank 6. Information is collected from all sensors on the filling level of the liquid in the cooling cabinet 1, the supply pipeline 4, the outlet pipeline 3, the damping tank 6, the temperature of the liquid throughout the cooling system, a start is made servers in test mode, information is collected again on the controller 28, switchboard and information about the readiness of the system for full launch is displayed on the monitors of the engineering service and the server service. The servers are starting up. The single-circuit immersion cooling system for server equipment is in operation. The cooled liquid enters through the pipeline from the reservoir-cooler 10, with the help of the circulation pump 9 through the supply pipeline 4 and is fed into the cooling cabinet 1 itself through the electronic valve 18 and the perforated pipe located inside the tank rack for uniform distribution of the liquid along the bottom of the cabinet. Under pressure, the dielectric coolant is evenly distributed in the cooling cabinet 1. In the initial stage, the liquid rises up under the influence of the pressure of the supply circulation pump 9, and subsequently, when the liquid is heated, it additionally receives an impulse of movement due to natural convection. The dielectric coolant washes all elements of the server equipment, removing heat from it. The heated dielectric liquid through the overflow system 21 enters the shut-off valve assembly 2 with an outlet pipe and an electronic valve 19, the liquid, under the influence of gravity due to the deviation of the outlet pipeline 3, moves through the pipeline 3 to the damping tank 6, where it is collected and picked up by the circulation pump 7, from it it is supplied to the pipeline 8 of the heat exchanger (included in the pipeline system) located in the reservoir-cooler 10, located outside the enclosing structures of the machine room 12, where the liquid is cooled, passing through the pipeline 8 of the heat exchanger. The reservoir 10 itself is cooled by outside air, in the warm season or during abnormal heat when the water in the reservoir 10 overheats, the irrigation system 20 is turned on to ensure reliable operation of the single-phase cooling system at elevated temperatures. When the operating temperature of the dielectric fluid changes, due to a change in the thermal load from the server equipment or the parameters of the outside air, a signal is output from the temperature sensor 25 to the electronic damper 18 to increase the opening angle of the damper, which leads to greater fluid supply, the speed on the supply pumps 9 also increases and outlet pumps 7.

Все данные выводятся на пункт мониторинга инженерной службы. Все процессы могут контролироваться инженером или могут быть заведены на автоматику, по принципу работы программного обеспечения на базе искусственного интеллекта (ИИ), с возможностью вмешательства инженера для корректировки работы в случае нештатной ситуации или выхода из строя ИИ. Тем самым система может автоматически контролировать работу системы охлаждения, контролируя снижение или увеличение интенсивность охлаждения (скорости движения иммерсионной жидкости) диэлектрической жидкости и поддерживая ее рабочую температуру в заданном диапазоне. При отрицательных температурах наружного воздуха и падении температуры ниже установленного диапазона, диэлектрическая жидкость становится вязкой, что повлечет снижение потока жидкости по системе охлаждения или его остановку. Во избежание повышения вязкости жидкости, увеличивается скорость на насосах 7 и 9. При превышении допустимого верхнего уровня охлаждающей жидкости в охлаждающем шкафу 1, сигнал от датчика уровня 23 поступает на контроллер 28 охлаждающего шкафа 1, далее контроллер 8 передает информацию на инженерный пункт, который показывает на мониторах возникшую проблему, где именно и что случилось. В охлаждающем шкафу 1, где произошла нештатная ситуация, электронные заслонки 18 и 19 из основной линии отключаются. В этот момент инженер или программа переводит охлаждающий шкаф 1, на резервную линию, которая закольцована и имеет свой трубопровод к каждому из охлаждающий шкафов, в каждом охлаждающем шкафу предусмотрены две подачи и два отвода жидкости, резервная линия со своим теплообменником 8.1, подающим насосом 9.1, демпфирующей емкостью 6.1, отводящим насосом 7.1. В момент нештатной ситуации инженер или автоматика включает в работу резервную систему для бесперебойной работы серверного шкафа. Инженерные службы оперативно смотрят причину переизбытка жидкости, устраняют причину нештатной ситуации. Если эта ситуация произошла по причине электронных задвижек, службы перекрывают шаровые краны перед задвижками в узле с запорной арматурой 2. В это время выполняются ремонтные работы. После устранения причин возникновения нештатной ситуации отключается резервный контур и возвращается система в первоначальный вариант работы. В случае, если уровень жидкости оказывается ниже нижнего уровня жидкости, передается сигнал на пункт инженерной службы, информируя службы о недостатке жидкости, вся система переводится на резервную систему охлаждения, до того момента пока восстанавливается уровень жидкости в основной системе.
All data is output to the monitoring point of the engineering service. All processes can be controlled by an engineer or can be set to automatic, according to the principle of operation of software based on artificial intelligence (AI), with the possibility of an engineer's intervention to correct the work in case of an emergency or failure of the AI. Thus, the system can automatically control the operation of the cooling system by controlling the decrease or increase in the cooling intensity (speed of the immersion liquid) of the dielectric liquid and maintaining its operating temperature in the specified range. At negative outside temperatures and the temperature drops below the set range, the dielectric liquid becomes viscous, which will reduce the flow of liquid through the cooling system or stop it. In order to avoid an increase in the viscosity of the liquid, the speed on pumps 7 and 9 increases. When the permissible upper level of the coolant in the cooling cabinet 1 is exceeded, the signal from the level sensor 23 is sent to the controller 28 of the cooling cabinet 1, then the controller 8 transmits information to the engineering station, which displays on the monitors of the problem, where exactly and what happened. In the cooling cabinet 1, where an abnormal situation has occurred, the electronic dampers 18 and 19 from the main line are turned off. At this moment, the engineer or the program transfers the cooling cabinet 1 to the backup line, which is looped and has its own pipeline to each of the cooling cabinets, each cooling cabinet has two fluid inlets and two outlets, a backup line with its own heat exchanger 8.1, supply pump 9.1, damping tank 6.1, discharge pump 7.1. At the time of an emergency, an engineer or automation switches on a backup system for the uninterrupted operation of the server cabinet. Engineering services quickly look at the cause of the excess fluid, eliminate the cause of the emergency. If this situation occurred due to electronic valves, the services close the ball valves in front of the valves in the block with shutoff valves 2. At this time, repair work is carried out. After eliminating the causes of the emergency situation, the backup circuit is turned off and the system returns to its original mode of operation. If the liquid level is below the lower liquid level, a signal is transmitted to the engineering service point, informing the services about the lack of liquid, the entire system is transferred to the backup cooling system until the liquid level in the main system is restored.

Принцип работы системы орошения, показанный на фигуре 4, следующий.
Водоем-охладитель 10 охлаждается наружным воздухом, в теплое время суток или при аномальной жаре при сигнале датчиков о перегреве воды в водоеме-охладителе 10, включается система орошения 20 для обеспечения надежной работы однофазной системы охлаждения при повышенных температурах. С центра мониторинга инженерных служб поступает сигнал на систему насосов орошения 13, запускается забор воды из водоема 10 всасывающим патрубком 17, открывается запорная арматура 14, подается вода в трубопровод орошения 15 и распыляется над водоемом под давлением форсунками 16, тем самым охлаждается вода в водоеме-охладителе 10. Что служит сбросом лишнего тепла в атмосферу и трубы теплообменника 8 работают в заданных температурных режимах, жидкость поступает в машинный зал 12 в правильных температурных нормах. The principle of operation of the irrigation system shown in Figure 4 is as follows.
The reservoir-cooler 10 is cooled by outside air, in the warm season or during abnormal heat when the sensors signal that the water in the reservoir-cooler 10 is overheated, the irrigation system 20 is turned on to ensure reliable operation of the single-phase cooling system at elevated temperatures. From the monitoring center for engineering services, a signal is sent to the system of irrigation pumps 13, water intake from the reservoir 10 is started by the suction pipe 17, shut-off valves 14 open, water is supplied to the irrigation pipeline 15 and sprayed over the reservoir under pressure by nozzles 16, thereby cooling the water in the reservoir - cooler 10. Which serves as a discharge of excess heat into the atmosphere and the pipes of the heat exchanger 8 operate in specified temperature conditions, the liquid enters the machine room 12 at the correct temperature standards.

Заявленная однофазная система охлаждения, выполненная вышеуказанным образом, обеспечивает снижение энергопотребления на охлаждение, бесперебойность и высокую надежность работы, в том числе, при отрицательных значениях температур наружного воздуха и аномально плюсовых температурах наружного воздуха, позволяет сократить количество оборудования, обеспечивающего циркуляцию и охлаждение диэлектрической жидкости, а за счёт более интенсивного отвода тепла диэлектрической жидкостью можно в различных конфигурациях серверов поднимать частоту работы памяти и частоту работы процессоров, сохраняя при этом рабочую температуру процессоров. Однофазная схема охлаждения при необходимости, позволяет на 90 процентов утилизировать отводимое от серверов тепло с целью его полезного эффективного применения, к примеру через трубопровод сделать систему тёплых полов, в исполнение водоема, данную технологию можно использовать в сельскохозяйственных целях, таким образом, повышается КПД данной системы. The claimed single-phase cooling system, made in the above way, provides a reduction in energy consumption for cooling, uninterrupted and high reliability of operation, including at negative outdoor temperatures and abnormally positive outdoor temperatures, reduces the number of equipment that circulates and cools the dielectric liquid, and due to more intensive heat dissipation by the dielectric liquid, it is possible to increase the frequency of memory operation and the frequency of processor operation in various server configurations, while maintaining the operating temperature of the processors. A single-phase cooling scheme, if necessary, allows 90 percent to utilize the heat removed from the servers for the purpose of its useful efficient use, for example, through a pipeline to make a system of underfloor heating, in the performance of a reservoir, this technology can be used for agricultural purposes, thus increasing the efficiency of this system .

Одним из отличий заявленной системы охлаждения является отсутствие необходимости контроля и охлаждения помещения, в котором располагается информационное оборудование (вычислительные системы и оборудование хранения данных), поскольку само оборудование помещено в специальные охлаждающие шкафы с охлаждающей жидкостью, которая, в свою очередь, охлаждается в закрытом теплообменнике, расположенном в открытом водоеме с водой. Для примера, сравнение эксплуатационных затрат энергетических ресурсов производилось на основании анализа объектов-аналогов, работающих по принципу воздушного охлаждения. Усреднённый расход электроэнергии на охлаждение составляет 170 Вт на 1 стоечный сервер 1 U, соответствующий стандарту EIA-310 при использовании воздушного охлаждения. Таким образом, для охлаждения серверного оборудования, предусмотренного к размещению в проектируемом объекте, потребовалось бы 3740 кВт электроэнергии. При использовании иммерсионного охлаждения для проектируемого ЦОД потребителями электроэнергии в системе охлаждения являются только циркуляционные насосы в количестве 12 штук установленной мощностью 3 кВт каждый. Суммарная потребляемая мощность составляет 36 кВт, что составляет 1,64 Вт. В результате проведённого анализа можно сделать вывод, что применяемая иммерсионная система охлаждения потребляет в 100 раз меньшее количество электроэнергии. One of the differences between the claimed cooling system is the absence of the need to control and cool the room in which the information equipment (computer systems and data storage equipment) is located, since the equipment itself is placed in special cooling cabinets with a cooling liquid, which, in turn, is cooled in a closed heat exchanger located in an open body of water. For example, a comparison of the operating costs of energy resources was made on the basis of an analysis of analogous objects operating on the principle of air cooling. The average cooling power consumption is 170 W per 1 U rack server, compliant with the EIA-310 standard when using air cooling. Thus, 3740 kW of electricity would be required to cool the server equipment provided for placement in the projected facility. When using immersion cooling for the designed data center, the consumers of electricity in the cooling system are only circulation pumps in the amount of 12 pieces with an installed power of 3 kW each. The total power consumption is 36 kW, which is 1.64 W. As a result of the analysis, we can conclude that the immersion cooling system used consumes 100 times less electricity.

Claims

1. A single-phase immersion cooling system for server cabinets, characterized in that it contains at least one main circuit, including at least one cooling cabinet connected hydraulically to each other, a damping tank, a heat exchanger, as well as inlet and outlet pipelines, inlet and outlet circulation pumps , moreover, the heat exchanger is made in the form of a pipeline located in an open reservoir-cooler filled with water and cooled by outside air, while the cooling system additionally contains a reserve circuit, which includes a reserve damping tank, a heat exchanger, as well as inlet and outlet pipelines, inlet and outlet circulation pumps.

2. A single-phase immersion cooling system for server cabinets according to claim 1, characterized in that the cooling pond is equipped with an irrigation system made in the form of a network of pipelines with nozzles located above the open part of the cooling pond.

3. A single-phase immersion cooling system for server cabinets according to claim 2, characterized in that the irrigation system includes a water intake suction pipe, at least one pump, shut-off valves and spray nozzles, hydraulically connected to each other.

4. A single-phase immersion cooling system for server cabinets according to claim 1, characterized in that the outlet pipeline leading to the damping tank is gravity-flowing.

5. Single-phase immersion cooling system for server cabinets according to claim 1, characterized in that the cooling cabinet contains two intake pipes, one of which is a backup, and two discharge pipes, one of which is a backup.

6. A single-phase system for immersion cooling of server cabinets according to claim 1, characterized in that it is configured to operate in automatic mode.