RU2803780C1 - Hybrid rack cooling system - Google Patents
Hybrid rack cooling system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2803780C1 RU2803780C1 RU2023104403A RU2023104403A RU2803780C1 RU 2803780 C1 RU2803780 C1 RU 2803780C1 RU 2023104403 A RU2023104403 A RU 2023104403A RU 2023104403 A RU2023104403 A RU 2023104403A RU 2803780 C1 RU2803780 C1 RU 2803780C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cabinet
- air
- heat exchanger
- rack
- coolant
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к инженерным системам для обеспечения бесперебойной и длительной работы серверного оборудования центров обработки данных.The invention relates to computer technology, namely to engineering systems for ensuring uninterrupted and long-term operation of server equipment in data processing centers.
В настоящее время в области вычислительной техники наблюдается тенденция устойчивого роста плотности вычислительных мощностей серверного оборудования, связанная с тем, что современное вычислительное оборудование становится все более высокопроизводительным и занимает гораздо меньшие габариты. Данный факт ежегодно ужесточает требования к инженерным системам для серверного оборудования, становится все более затруднительным применение доступных на сегодняшний день решений по обеспечению параметров работы вычислительного оборудования с заданной точностью и высокой степенью универсальности инженерного оборудования. Разработанное техническое решение позволяет решить указанные технические проблемы.Currently, in the field of computing there is a trend towards a steady increase in the density of computing power of server equipment, due to the fact that modern computing equipment is becoming increasingly high-performance and takes up much smaller dimensions. This fact annually tightens the requirements for engineering systems for server equipment; it becomes increasingly difficult to use currently available solutions to ensure the operating parameters of computing equipment with a given accuracy and a high degree of versatility of engineering equipment. The developed technical solution allows us to solve these technical problems.
Известно гибридное устройство для охлаждения акселераторной (ускоряющей) аппаратуры [п. ЕПВ №3934402, МПК Н05К 7/20, приоритет 22.09.2021 г., опубликовано 05.01.2022 г.], содержащее серверную стойку для размещения оборудования и шкаф с блоком охлаждения, состоящим из воздушного и жидкостного охлаждающих контуров, соединенных с внешним источником холода, при этом воздушный охлаждающий контур содержит вентиляторы и воздушный теплообменник, установленный вдоль вентиляторов и соединенный с внешним источником холода, а жидкостный охлаждающий контур содержит по меньшей мере один закрепленный на оборудовании в стойке микроканальный теплообменник, соединяемый с коллекторами распределения хладоносителя, установленными вдоль серверной стойки. Гибридное устройство оснащено датчиком давления.A hybrid device is known for cooling accelerator (accelerating) equipment [p. EPO No. 3934402, IPC N05K 7/20, priority 09/22/2021, published 01/05/2022], containing a server rack for placing equipment and a cabinet with a cooling unit consisting of air and liquid cooling circuits connected to an external cold source , wherein the air cooling circuit contains fans and an air heat exchanger installed along the fans and connected to an external cold source, and the liquid cooling circuit contains at least one microchannel heat exchanger mounted on the equipment in the rack, connected to coolant distribution manifolds installed along the server rack. The hybrid device is equipped with a pressure sensor.
Недостатками известного изобретения являются сложность в процессе масштабирования систем охлаждения на базе данного изобретения, за счет чего отсутствует универсальность устройства, а соответственно существенно сокращает область его применения, также невозможность точного поддержания определенной температуры вычислительного оборудования.The disadvantages of the known invention are the difficulty in scaling cooling systems based on this invention, due to which there is no universality of the device, and accordingly significantly reduces the scope of its application, as well as the inability to accurately maintain a certain temperature of computing equipment.
Известно охлаждающее устройство [п. Китая №113365477, МПК Н05К 7/20, приоритет 22.06.2021 г., опубликовано 07.09.2021 г.], содержащее серверную стойку для размещения оборудования и шкаф с блоком охлаждения, состоящим из воздушного и жидкостного охлаждающих контуров, соединенных с внешним источником холода, при этом воздушный охлаждающий контур содержит вентиляторы и воздушный теплообменник, установленный вдоль вентиляторов и соединенный с внешним источником холода, а жидкостный охлаждающий контур содержит по меньшей мере один закрепленный на оборудовании в стойке микроканальный теплообменник, соединяемый с коллекторами распределения хладоносителя, установленными вдоль серверной стойки. Серверная стойка установлена в шкафу.A known cooling device [item China No. 113365477, IPC N05K 7/20, priority 06/22/2021, published 09/07/2021], containing a server rack for placing equipment and a cabinet with a cooling unit consisting of air and liquid cooling circuits connected to an external cold source , wherein the air cooling circuit contains fans and an air heat exchanger installed along the fans and connected to an external cold source, and the liquid cooling circuit contains at least one microchannel heat exchanger mounted on the equipment in the rack, connected to coolant distribution manifolds installed along the server rack. The server rack is installed in a cabinet.
Недостатками известного изобретения являются невозможность точного поддержания оптимальной температуры охлаждающих сред, необходимость установки фильтров подаваемого воздуха в случаях предъявления к нему особых требований по чистоте, ограничения по мощности охлаждения воздуха и воды, подаваемых на серверное оборудование ввиду особенностей циркуляции воздушных масс в изобретении.The disadvantages of the known invention are the impossibility of accurately maintaining the optimal temperature of the cooling media, the need to install filters for the supplied air in cases where special requirements for cleanliness are imposed on it, and limitations on the cooling power of air and water supplied to the server equipment due to the peculiarities of the circulation of air masses in the invention.
Данное устройство принимается за прототип, как наиболее близкое по технической сущности к заявляемому изобретению.This device is accepted as a prototype, as the closest in technical essence to the claimed invention.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в увеличении точности поддерживаемой температуры и универсальности системы охлаждения.The technical result to be achieved by the claimed invention is to increase the accuracy of the maintained temperature and the versatility of the cooling system.
Указанный технический результат достигается тем, что система гибридного охлаждения стойки содержит серверную стойку для размещения оборудования и шкаф с блоком охлаждения, состоящим из воздушного и жидкостного охлаждающих контуров, соединенных с внешним источником холода, при этом воздушный охлаждающий контур содержит вентиляторы и воздушный теплообменник, установленный вдоль вентиляторов и соединенный с внешним источником холода, а жидкостный охлаждающий контур содержит, по меньшей мере, один закрепленный на оборудовании в стойке микроканальный теплообменник, соединяемый с коллекторами распределения хладоносителя, установленными вдоль серверной стойки, согласно изобретению она снабжена по меньшей мере одним дополнительным шкафом, датчиками температуры воздуха, системой удаления конденсата и системой автоматизации, причем дополнительный шкаф герметично соединен со шкафом, образуя единую внутреннюю герметичную полость, при этом система удаления конденсата и система автоматизации расположены в нижней и боковой частях шкафа, соответственно, а серверная стойка с оборудованием и датчики температуры воздуха установлены в дополнительном шкафу, так что датчики температуры воздуха расположены между стойкой и боковыми стенками дополнительного шкафа, кроме того жидкостный охлаждающий контур снабжен пластинчатым теплообменником, подключенным к внешнему источнику холода, циркуляционными насосами, обратными клапанами и фильтром, все элементы жидкостного охлаждающего контура соединены в замкнутый контур, причем в замкнутом контуре на входе и выходе пластинчатого теплообменника установлены датчики температуры жидкости, на входах хладоносителя от внешнего источника холода к воздушному и жидкостному охлаждающим контурам установлены трехходовые клапаны, два порта каждого из которых подключены на вход хладоносителя в контуры, а третий порт подключен к выходу отепленного хладоносителя из контуров.The specified technical result is achieved in that the rack hybrid cooling system contains a server rack for housing equipment and a cabinet with a cooling unit consisting of air and liquid cooling circuits connected to an external cold source, while the air cooling circuit contains fans and an air heat exchanger installed along fans and connected to an external cold source, and the liquid cooling circuit contains at least one microchannel heat exchanger mounted on the equipment in the rack, connected to coolant distribution manifolds installed along the server rack, according to the invention it is equipped with at least one additional cabinet, sensors air temperature, a condensate removal system and an automation system, wherein the additional cabinet is hermetically connected to the cabinet, forming a single internal sealed cavity, while the condensate removal system and the automation system are located in the lower and side parts of the cabinet, respectively, and the server rack with equipment and temperature sensors air are installed in the additional cabinet, so that the air temperature sensors are located between the rack and the side walls of the additional cabinet, in addition, the liquid cooling circuit is equipped with a plate heat exchanger connected to an external cold source, circulation pumps, check valves and a filter, all elements of the liquid cooling circuit are connected in a closed loop, and in a closed loop, liquid temperature sensors are installed at the inlet and outlet of the plate heat exchanger, three-way valves are installed at the coolant inlets from an external cold source to the air and liquid cooling circuits, two ports of each of which are connected to the coolant inlet into the circuits, and the third port connected to the outlet of the heated coolant from the circuits.
Таким образом, снабжение системы, по меньшей мере, одним дополнительным шкафом, датчиками температуры воздуха, системой удаления конденсата и системой автоматизации, герметичное соединение дополнительного шкафа со шкафом, образующее единую внутреннюю герметичную полость, расположение системы удаления конденсата и системы автоматизации в нижней и боковой частях шкафа, соответственно, а серверной стойки с оборудованием и датчиков температуры воздуха в дополнительном шкафу, так что датчики температуры воздуха расположены между стойкой и боковыми стенками дополнительного шкафа, снабжение жидкостного охлаждающего контура пластинчатым теплообменником, подключенным к внешнему источнику холода, циркуляционными насосами, обратными клапанами и фильтрами, образующими замкнутый контур, установка в замкнутом контуре на входе и выходе пластинчатого теплообменника датчиков температуры жидкости, установка на входах хладоносителя от внешнего источника холода к воздушному и жидкостному охлаждающим контурам трехходовых клапанов, два порта каждого из которых подключены на вход хладоносителя в контуры, а третий порт подключен к выходу отепленного хладоносителя из контуров, позволяет увеличить точность поддерживаемой температуры, за счет применения датчиков температуры высокой точности и алгоритма работы системы автоматизации, обеспечивающего точное регулирование параметров работы трехходовых клапанов, насосов и вентиляторов, и обеспечить универсальность системы охлаждения, за счет использования воздушного и жидкостного контуров охлаждения, позволяющих обеспечить охлаждение оборудования широкой номенклатуры.Thus, supplying the system with at least one additional cabinet, air temperature sensors, a condensate removal system and an automation system, a hermetically sealed connection of the additional cabinet with the cabinet, forming a single internal sealed cavity, the location of the condensate removal system and the automation system in the lower and side parts cabinet, respectively, and a server rack with equipment and air temperature sensors in an additional cabinet, so that the air temperature sensors are located between the rack and the side walls of the additional cabinet, supplying the liquid cooling circuit with a plate heat exchanger connected to an external cold source, circulation pumps, check valves and filters forming a closed loop, installation of liquid temperature sensors in a closed loop at the inlet and outlet of the plate heat exchanger, installation of three-way valves at the coolant inlets from an external cold source to the air and liquid cooling circuits, two ports of each of which are connected to the coolant inlet to the circuits, and the third port is connected to the outlet of the heated coolant from the circuits, allows you to increase the accuracy of the maintained temperature, through the use of high-precision temperature sensors and an automation system operating algorithm, which ensures precise control of the operating parameters of three-way valves, pumps and fans, and ensures the versatility of the cooling system, through the use air and liquid cooling circuits, allowing for cooling of a wide range of equipment.
Кроме того, с целью обеспечения требуемого уровня безопасности и стабильности работы системы, жидкостный охлаждающий контур снабжен расширительным баком, установленным в верхней части шкафа и подключенный к линии всасывания циркуляционных насосов.In addition, in order to ensure the required level of safety and stability of the system, the liquid cooling circuit is equipped with an expansion tank installed at the top of the cabinet and connected to the suction line of the circulation pumps.
Кроме того, с целью предотвращения скопления конденсата, система удаления конденсата состоит из поддона, реле уровня и дренажного насоса, причем поддон расположен под воздушным теплообменником, в поддоне установлено реле уровня, взаимодействующее с системой автоматизации, управляющей работой дренажного насоса, установленного над поддоном.In addition, in order to prevent the accumulation of condensate, the condensate removal system consists of a pan, a level switch and a drain pump, and the pan is located under the air heat exchanger; a level switch is installed in the pan, interacting with an automation system that controls the operation of the drain pump installed above the pan.
Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».The presence in the claimed invention of features that distinguish it from the prototype allows us to consider it to meet the “novelty” condition.
Новые признаки, которые содержит отличительная часть формулы изобретения, не выявлены в технических решениях аналогичного назначения, на этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».New features contained in the distinctive part of the claims have not been identified in technical solutions for a similar purpose; on this basis, we can conclude that the claimed invention complies with the “inventive step” condition.
Изобретение иллюстрируется чертежами:The invention is illustrated by drawings:
на фиг. 1 представлен общий вид системы гибридного охлаждения;in fig. Figure 1 shows a general view of the hybrid cooling system;
на фиг. 2 - общий вид блока охлаждения.in fig. 2 - general view of the cooling unit.
Система гибридного охлаждения стойки содержит серверную стойку 1 для размещения оборудования и шкаф 2 с блоком охлаждения.The rack hybrid cooling system contains a server rack 1 for placing equipment and a cabinet 2 with a cooling unit.
Серверная стойка 1 (фиг. 1) установлена в дополнительном шкафу 3. В стойке 1 размещено оборудование с объектами, такими как процессор, чип, модуль и другие тепловыделяющие компоненты, нуждающимися в охлаждении. Между дверцами дополнительного шкафа 3 и торцевыми частями серверной стойки 1 установлены датчики температуры (не показано) подаваемого на оборудование и выходящего из него воздуха.The server rack 1 (Fig. 1) is installed in an additional cabinet 3. The rack 1 houses equipment with objects such as a processor, chip, module and other heat-producing components that require cooling. Between the doors of the additional cabinet 3 and the end parts of the server rack 1 there are temperature sensors (not shown) for the air supplied to the equipment and the air leaving it.
Шкаф 2 герметичен и герметично соединен с дополнительным шкафом 3 таким образом, что их внутренние полости создают единую герметичную полость.Cabinet 2 is sealed and hermetically connected to additional cabinet 3 in such a way that their internal cavities create a single sealed cavity.
Блок охлаждения (фиг. 2) состоит из воздушного и жидкостного охлаждающих контуров, системы удаления конденсата и системы автоматизации (не показано). Воздушный и жидкостный охлаждающие контуры соединены трубопроводом с внешним источником холода (не показано), в качестве которого могут служить чиллер, драйкулер и водопровод. В качестве хладоносителя из внешнего источника холода может быть использована вода и водные растворы этилен- и пропиленгликоля, а также другие жидкости, обладающие необходимыми термодинамическими показателями.The cooling unit (Fig. 2) consists of air and liquid cooling circuits, a condensate removal system and an automation system (not shown). The air and liquid cooling circuits are connected by a pipeline to an external cold source (not shown), which can be a chiller, dry cooler and water supply. Water and aqueous solutions of ethylene and propylene glycol, as well as other liquids that have the necessary thermodynamic properties, can be used as a coolant from an external cold source.
Воздушный охлаждающий контур включает воздушный теплообменник 4 и вентиляторы 5. Количество вентиляторов 5 может быть разным в зависимости от необходимой мощности системы. Вентиляторы 5 установлены вертикально вдоль одной стенки шкафа 2, по меньшей мере, в один ряд с отсутствием щелей и зазоров между ними. Вдоль ряда вентиляторов 5 установлен воздушный теплообменник 4, соединенный трубопроводом с внешним источником холода. На трубопроводе, соединяющем воздушный теплообменник 4 с внешним источником холода, внутри шкафа 2 установлен трехходовой клапан 6, имеющий три порта подключения. Два порта подключения задействованы на подаче хладоносителя в воздушный теплообменник 4 от внешнего источника холода, а третий порт соединен с трубопроводом выхода отепленного хладоносителя из воздушного теплообменника 4. Трехходовой клапан 6 предназначен для поддержания точно заданной температуры воздуха, за счет изменения расхода хладоносителя через воздушный теплообменник 4 путем перепуска части хладоносителя с его входа на выход, минуя сам воздушный теплообменник 4.The air cooling circuit includes an air heat exchanger 4 and fans 5. The number of fans 5 may vary depending on the required power of the system. The fans 5 are installed vertically along one wall of the cabinet 2, at least in one row with no cracks or gaps between them. An air heat exchanger 4 is installed along the row of fans 5, connected by a pipeline to an external cold source. On the pipeline connecting the air heat exchanger 4 with an external cold source, a three-way valve 6 is installed inside the cabinet 2, which has three connection ports. Two connection ports are used to supply coolant to the air heat exchanger 4 from an external cold source, and the third port is connected to the heated coolant outlet pipeline from the air heat exchanger 4. The three-way valve 6 is designed to maintain a precisely specified air temperature by changing the coolant flow through the air heat exchanger 4 by bypassing part of the coolant from its inlet to the outlet, bypassing the air heat exchanger 4 itself.
Жидкостный охлаждающий контур содержит последовательно соединенные трубопроводом в замкнутый контур элементы: пластинчатый теплообменник 7, циркуляционные насосы 8, обратные клапаны 9, коллектор 10 распределения хладоносителя, медные микроканальные теплообменники 11, коллектор 10 распределения хладоносителя, фильтры 12 и пластинчатый теплообменник 7. Пластинчатый теплообменник 7 трубопроводом соединен с внешним источником холода. К трубопроводу подачи хладоносителя от внешнего источника холода к пластинчатому теплообменнику 7 присоединены два порта подключения трехходового клапана 13, третий порт которого подключен к трубопроводу отепленного хладоносителя на выходе из пластинчатого теплообменника 7. На трубопроводах замкнутого контура жидкостного охлаждающего контура у входа и выхода хладоносителя в пластинчатый теплообменник 7 установлены накладные датчики температуры жидкости (не показано). Датчики температуры жидкости позволяют обеспечить точность регулировки контролируемой температуры и мониторинг параметров работы системы, за счет передачи сигнала на систему автоматизации в течение всего времени работы системы. К линии всасывания циркуляционных насосов 8 отдельным трубопроводом подключен расширительный бак 14, установленный в верхней части шкафа 2. Расширительный бак 14 представляет собой стальную емкость с расположенной внутри деформируемой мембраной, делящей емкость на две части (не показано). Одна часть емкости наполнена жидкой рабочей средой - хладоносителем, а вторая заполнена газом (например, техническим азотом). Расширительный бак 14 компенсирует температурные расширения хладоносителя в жидкостном охлаждающем контуре, обеспечивая требуемый уровень безопасности и стабильности работы системы. Каждый обратный клапан 9 содержит корпус, внутри которого расположен подпружиненный золотник с тарелками расположенными в латунном седле (конструктивные элементы клапанов не показаны). При условии использования в системе гибридного охлаждения нескольких насосов 8 с резервированием как минимум N+1 (N циркуляционных насосов 8 находится в работе, один остановлен и задействуется как резервный при выходе из строя работающего циркуляционного насоса 8) обратные клапаны 9 предотвращают явление перетока рабочей жидкости через резервный насос. Явление перетока может приводить к циркуляции хладоносителя в работающих насосах 8 из их коллектора нагнетания в коллектор всасывания. Фактически насосы 8 будут пропускать основную массу рабочей жидкости сами на себя, без обеспечения требуемого расхода в системе. Данный режим работы опасен для оборудования системы жидкостного охлаждения, обратные клапаны 9 помогают его избежать. Коллекторы 10 распределения хладоносителя установлены в дополнительном шкафу 3 по бокам вдоль всей серверной стойки 1 (фиг. 1). Медные микроканальные теплообменники 11 установлены непосредственно на объектах охлаждения в серверной стойке 1. Количество циркуляционных насосов 8, обратных клапанов 9, фильтров 12 может быть разным в зависимости от необходимой мощности системы и степени резервирования отдельных компонентов. В качестве хладоносителя в жидкостном охлаждающем контуре может применяться вода и водные растворы этилен- и пропиленгликоля, а также другие жидкости, обладающие необходимыми термодинамическими показателями.The liquid cooling circuit contains elements connected in series by a pipeline in a closed loop: plate heat exchanger 7, circulation pumps 8, check valves 9, coolant distribution manifold 10, copper microchannel heat exchangers 11, coolant distribution manifold 10, filters 12 and plate heat exchanger 7. Plate heat exchanger 7 by pipeline connected to an external cold source. Two connection ports of a three-way valve 13 are connected to the coolant supply pipeline from an external cold source to the plate heat exchanger 7, the third port of which is connected to the heated coolant pipeline at the outlet of the plate heat exchanger 7. On the pipelines of the closed circuit of the liquid cooling circuit at the coolant inlet and outlet to the plate heat exchanger 7, overhead liquid temperature sensors are installed (not shown). Liquid temperature sensors make it possible to ensure accurate control of controlled temperature and monitoring of system operating parameters by transmitting a signal to the automation system during the entire operating time of the system. An expansion tank 14, installed in the upper part of the cabinet 2, is connected to the suction line of the circulation pumps 8 by a separate pipeline. The expansion tank 14 is a steel container with a deformable membrane located inside, dividing the container into two parts (not shown). One part of the container is filled with a liquid working medium - coolant, and the second is filled with gas (for example, technical nitrogen). Expansion tank 14 compensates for thermal expansion of the coolant in the liquid cooling circuit, providing the required level of safety and stability of the system. Each check valve 9 contains a housing, inside of which there is a spring-loaded spool with plates located in a brass seat (the structural elements of the valves are not shown). Provided that several pumps 8 are used in the hybrid cooling system with redundancy of at least N+1 (N circulation pumps 8 are in operation, one is stopped and is used as a backup if the operating circulation pump 8 fails), check valves 9 prevent the phenomenon of the flow of working fluid through backup pump. The phenomenon of overflow can lead to the circulation of coolant in operating pumps 8 from their discharge manifold to the suction manifold. In fact, pumps 8 will pass the bulk of the working fluid onto themselves, without ensuring the required flow rate in the system. This operating mode is dangerous for the equipment of the liquid cooling system; check valves 9 help to avoid it. Coolant distribution manifolds 10 are installed in an additional cabinet 3 on the sides along the entire server rack 1 (Fig. 1). Copper microchannel heat exchangers 11 are installed directly on the cooling objects in the server rack 1. The number of circulation pumps 8, check valves 9, filters 12 may vary depending on the required power of the system and the degree of redundancy of individual components. Water and aqueous solutions of ethylene and propylene glycol, as well as other liquids that have the necessary thermodynamic properties, can be used as a coolant in a liquid cooling circuit.
Система удаления конденсата (фиг. 2) состоит из поддона 15, реле уровня конденсата (не показано) и дренажного насоса 16. Поддон 15 установлен в нижней части шкафа 2 под блоком охлаждения для отведения конденсата, образование которого возможно в некоторых режимах работы воздушного теплообменника 4. В поддоне 15 установлено реле уровня конденсата, которое передает сигнал на систему автоматизации. Дренажный насос 16 установлен в поддоне 15, подключен к внешней сети канализации (не показано) и управляется системой автоматизации.The condensate removal system (Fig. 2) consists of a pan 15, a condensate level switch (not shown) and a drain pump 16. The pan 15 is installed in the lower part of the cabinet 2 under the cooling unit to remove condensate, the formation of which is possible in some operating modes of the air heat exchanger 4 A condensate level relay is installed in tray 15, which transmits a signal to the automation system. The drainage pump 16 is installed in the pan 15, connected to an external sewerage network (not shown) and controlled by an automation system.
Система автоматизации выполнена в виде корпуса, закрепленного на внутренней стороне задней части шкафа 2. На передней панели корпуса расположен рубильник для отключения питания блока охлаждения. Система автоматизации обеспечивает контроль и управление вентиляторами 5, циркуляционными насосами 7 и трехходовыми клапанами 6 и 13; поддержание заданных параметров микроклимата; реализацию алгоритма работы оборудования при пожаре; сбор и передачу телеметрической информации о состоянии оборудования на верхний уровень; организацию работы интерфейса «человек-машина»; питание и управление электромагнитными замками дверей стойки. Система автоматизации взаимодействует с реле уровня конденсата, датчиками температуры воздуха и жидкости. Питание системы автоматизации может осуществляться от внешней сети электроснабжения и/или источника бесперебойного питания. Внешним источником питания может являться одно- или трехфазная сеть с напряжением переменного или постоянного тока. При использовании источника бесперебойного питания осуществляется дополнительная защита оборудования системы гибридного охлаждения от скачков, изменений, отключений во внешней сети электроснабжения.The automation system is made in the form of a housing mounted on the inside of the rear part of cabinet 2. On the front panel of the housing there is a switch to turn off the power to the cooling unit. The automation system provides monitoring and control of fans 5, circulation pumps 7 and three-way valves 6 and 13; maintaining specified microclimate parameters; implementation of an algorithm for equipment operation in case of fire; collection and transmission of telemetric information about the state of equipment to the upper level; organization of the human-machine interface; power supply and control of electromagnetic locks of rack doors. The automation system interacts with condensate level relays, air and liquid temperature sensors. The automation system can be powered from an external power supply network and/or an uninterruptible power supply. The external power source can be a single or three-phase network with AC or DC voltage. When using an uninterruptible power supply, additional protection of the hybrid cooling system equipment is provided from surges, changes, and outages in the external power supply network.
Работает устройство следующим образомThe device works as follows
Подключают систему автоматизации к источнику питания. Включают внешний источник холода. Включают систему автоматизации, запускающую блок охлаждения в тестовом режиме. Запуск блока охлаждения начинается с запуска циркуляционных насосов 8, вентиляторов 5 и перевода в пусковое положение трехходовых клапанов 6 и 13. Если в тестовом режиме работы блок охлаждения работает стабильно без аварийных и предупредительных сигналов, то система автоматизации переходит к управлению параметрами микроклимата внутри серверной стойки, переводя блок охлаждения в рабочий режим. Если во время работы в тестовом режиме от блока охлаждения на систему автоматизации поступает аварийный или предупредительный сигнал, то система автоматизации передает сигнал оператору и блокирует работу системы для устранения неисправностей.Connect the automation system to the power source. Turn on an external cold source. Turn on the automation system, which starts the cooling unit in test mode. The startup of the cooling unit begins with the start of circulation pumps 8, fans 5 and the transfer of three-way valves 6 and 13 to the start position. If in the test operating mode the cooling unit operates stably without emergency or warning signals, then the automation system proceeds to control the microclimate parameters inside the server rack, transferring the cooling unit to operating mode. If, during operation in test mode, an alarm or warning signal is received from the cooling unit to the automation system, the automation system transmits a signal to the operator and blocks the operation of the system to eliminate faults.
В рабочем режиме блока охлаждения хладоноситель от внешнего источника холода поступает в пластинчатый теплообменник 7 и воздушный теплообменник 4. Пластинчатый теплообменник 7 охлаждает хладоноситель жидкостного охлаждающего контура. Циркуляционные насосы 8 перекачивают хладоноситель из пластинчатого теплообменника 7 через обратные клапаны 9 в коллектор 10 распределения хладоносителя. В обратных клапанах 9 хладоноситель, за счет своего избыточного давления преодолевает сопротивление подпружиненного золотника, поднимая тарелки из седла, и проходит через обратный клапан 9, теряя часть давления. При выравнивании избыточного давления хладоносителя до и после обратного клапана 9, а также в случае, когда давление хладоносителя после клапана 9 становится больше, чем до него, пружина возвращает тарелки золотника в седло, препятствуя обратному движению потока хладоносителя. Тем самым поток хладоносителя направляется в коллектор 10. Коллектор 10 распределяет хладоноситель по медным микроканальным теплообменникам 11, расположенным непосредственно на охлаждаемом оборудовании. Медные микроканальные теплообменники 11 передают тепло от оборудования хладоносителю, затем направляют отепленный хладоноситель в коллектор 10, который направляет хладоноситель в фильтр 12. Фильтр 12 очищает отепленный хладоноситель от примесей и возвращает его в пластинчатый теплообменник 7. Цикл охлаждения серверного оборудования повторяется. Трехходовой клапан 13 и циркуляционные насосы 8, получив сигнал от датчика температуры, регулируют расход хладоносителя в жидкостном охлаждающем контуре для регулировки температуры подаваемого на оборудование хладоносителя. Регулировка расхода хладоносителя трехходовым клапаном 13 осуществляется перепуском части хладоносителя с входа в пластинчатый теплообменник 7 на его выход, за счет чего часть хладоносителя не проходит через пластинчатый теплообменник 7, а циркуляционными насосами 8 осуществляется изменением числа оборотов валов электродвигателей. В зависимости от давления и температуры хладоносителя, в расширетельном баке 14 газ через деформируемую мембрану воздействует на хладоноситель, за счет чего давление в системе сохраняется постоянным, без резких колебаний. Воздушный теплообменник 4, за счет циркуляции в нем хладоносителя от внешнего источника холода, охлаждает проходящий через него воздух, нагреваемый тепловыделяющим оборудованием, на котором не установлены медные микроканальные теплообменники 11. Для прохождения воздуха через воздушный теплообменник 4 вентиляторы 5 осуществляют циркуляцию воздуха во внутренней полости шкафа 2 и дополнительного шкафа 3, направляя охлажденный воздух к оборудованию, а теплый воздух к воздушному теплообменнику 4. Трехходовой клапан 6 и вентиляторы 5, получив сигнал от датчиков температуры, регулируют количество хладоносителя от внешнего источника холода, проходящего через воздушный теплообменник 4, и расход воздуха во внутренней полости шкафа 2 и дополнительного шкафа 3, соответственно, для точного поддержания температуры и количества подаваемого на охлаждаемое оборудование воздуха. Регулировка количества хладоносителя от внешнего источника холода, проходящего через воздушный теплообменник 4, осуществляется за счет изменения степени открытия трехходового клапана 6. Регулировка расхода воздуха во внутренней полости шкафа 2 и дополнительно шкафа 3 осуществляется вентиляторами 5, за счет изменения числа оборотов их лопастей.In the operating mode of the cooling unit, the coolant from an external cold source enters the plate heat exchanger 7 and the air heat exchanger 4. The plate heat exchanger 7 cools the coolant of the liquid cooling circuit. Circulation pumps 8 pump coolant from the plate heat exchanger 7 through check valves 9 to the coolant distribution manifold 10. In check valves 9, the coolant, due to its excess pressure, overcomes the resistance of the spring-loaded spool, lifting the plates from the seat, and passes through check valve 9, losing part of the pressure. When the excess coolant pressure before and after the check valve 9 is equalized, as well as in the case when the coolant pressure after the valve 9 becomes greater than before it, the spring returns the spool plates to the seat, preventing the reverse movement of the coolant flow. Thus, the coolant flow is directed to the collector 10. The collector 10 distributes the coolant through copper microchannel heat exchangers 11 located directly on the cooled equipment. Copper microchannel heat exchangers 11 transfer heat from the equipment to the coolant, then direct the heated coolant to the collector 10, which directs the coolant to the filter 12. Filter 12 cleans the warmed coolant from impurities and returns it to the plate heat exchanger 7. The cooling cycle of the server equipment is repeated. Three-way valve 13 and circulation pumps 8, having received a signal from the temperature sensor, regulate the coolant flow in the liquid cooling circuit to regulate the temperature of the coolant supplied to the equipment. Adjustment of the coolant flow rate by the three-way valve 13 is carried out by bypassing part of the coolant from the entrance to the plate heat exchanger 7 to its output, due to which part of the coolant does not pass through the plate heat exchanger 7, and by the circulation pumps 8 by changing the speed of the electric motor shafts. Depending on the pressure and temperature of the coolant, in the expansion tank 14 the gas acts on the coolant through a deformable membrane, due to which the pressure in the system remains constant, without sudden fluctuations. Air heat exchanger 4, due to the circulation of coolant in it from an external cold source, cools the air passing through it, heated by heat-generating equipment on which copper microchannel heat exchangers 11 are not installed. To pass air through the air heat exchanger 4, fans 5 circulate air in the internal cavity of the cabinet 2 and additional cabinet 3, directing cooled air to the equipment, and warm air to the air heat exchanger 4. Three-way valve 6 and fans 5, having received a signal from temperature sensors, regulate the amount of coolant from an external cold source passing through the air heat exchanger 4, and the air flow in the internal cavity of cabinet 2 and additional cabinet 3, respectively, to accurately maintain the temperature and amount of air supplied to the cooled equipment. Adjustment of the amount of coolant from an external source of cold passing through the air heat exchanger 4 is carried out by changing the degree of opening of the three-way valve 6. Adjustment of the air flow in the internal cavity of cabinet 2 and additionally cabinet 3 is carried out by fans 5 by changing the speed of their blades.
В рабочем режиме блока охлаждения в поддоне 15 системы удаления конденсата скапливается конденсат от воздушного теплообменника 4. Реле уровня конденсата отслеживает уровень скопившегося во время работы блока охлаждения конденсата в поддоне 15. По достижению определенного уровня конденсата в поддоне 15, реле подает сигнал системе автоматизации, которая включает дренажный насос 16.In the operating mode of the cooling unit, condensate from the air heat exchanger 4 accumulates in pan 15 of the condensate removal system. The condensate level relay monitors the level of condensate accumulated in pan 15 during operation of the cooling unit. Upon reaching a certain level of condensate in pan 15, the relay sends a signal to the automation system, which includes drain pump 16.
Дренажный насос 16 откачивает скопившийся конденсат во внешнюю сеть канализации. После снижения уровня конденсата в поддоне 15 реле перестает подавать сигнал на систему автоматизации, и она отключает дренажный насос 16. Если по истечению установленного времени уровень конденсата в поддоне 15 не падает и реле не перестает подавать сигнал на систему автоматизации, то система автоматизации выдает аварийный сигнал и останавливает работу блока охлаждения.Drainage pump 16 pumps accumulated condensate into the external sewer network. After the level of condensate in pan 15 decreases, the relay stops sending a signal to the automation system, and it turns off the drain pump 16. If, after a set time, the level of condensate in pan 15 does not fall and the relay does not stop sending a signal to the automation system, then the automation system issues an alarm and stops the cooling unit.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:Thus, the above information indicates that the following set of conditions are met when using the claimed invention:
• Средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для вычислительной техники, а именно для инженерных систем для обеспечения бесперебойной и длительной работы серверного оборудования центров обработки данных;• The tool that embodies the claimed invention during its implementation is intended for computer technology, namely for engineering systems to ensure uninterrupted and long-term operation of server equipment in data processing centers;
• Для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления;• For the claimed device in the form as it is characterized in the claim, the possibility of its implementation has been confirmed;
• Средство, воплощающее заявленное изобретение при осуществлении, способно обеспечить увеличение точности поддерживаемой температуры и универсальность системы.• The means that embody the claimed invention when implemented can provide increased accuracy of the maintained temperature and versatility of the system.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «Промышленная применимость».Therefore, the claimed invention meets the “Industrial applicability” condition.
Claims (3)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2803780C1 true RU2803780C1 (en) | 2023-09-19 |
Family
ID=
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2561099Y (en) * | 2002-08-05 | 2003-07-16 | 广州市高澜水技术有限公司 | Closed circulating water cooling apparatus |
| RU2444868C1 (en) * | 2010-07-13 | 2012-03-10 | Эндал Инвестментс Лимитед | Modular processing centre and functioning thereof |
| RU2663213C2 (en) * | 2017-01-27 | 2018-08-02 | Сергей Михайлович Абрамов | Device for cooling electronic products |
| EP3177125B1 (en) * | 2015-12-01 | 2019-12-11 | Aselsan Elektronik Sanayi ve Ticaret Anonim Sirketi | A hybrid cooling device |
| CN113365477A (en) * | 2021-06-22 | 2021-09-07 | 北京百度网讯科技有限公司 | Cooling device, cabinet and data processing equipment |
| RU2757175C2 (en) * | 2016-05-16 | 2021-10-11 | ВАЙ-ТРОНИКС, ЭлЭлСи | Method and system for processing, storing and transmitting data from at least one mobile object |
| EP3934402A2 (en) * | 2021-03-25 | 2022-01-05 | Baidu USA LLC | A hybrid cooling device for acceleration hardware |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2561099Y (en) * | 2002-08-05 | 2003-07-16 | 广州市高澜水技术有限公司 | Closed circulating water cooling apparatus |
| RU2444868C1 (en) * | 2010-07-13 | 2012-03-10 | Эндал Инвестментс Лимитед | Modular processing centre and functioning thereof |
| EP3177125B1 (en) * | 2015-12-01 | 2019-12-11 | Aselsan Elektronik Sanayi ve Ticaret Anonim Sirketi | A hybrid cooling device |
| RU2757175C2 (en) * | 2016-05-16 | 2021-10-11 | ВАЙ-ТРОНИКС, ЭлЭлСи | Method and system for processing, storing and transmitting data from at least one mobile object |
| RU2663213C2 (en) * | 2017-01-27 | 2018-08-02 | Сергей Михайлович Абрамов | Device for cooling electronic products |
| EP3934402A2 (en) * | 2021-03-25 | 2022-01-05 | Baidu USA LLC | A hybrid cooling device for acceleration hardware |
| CN113365477A (en) * | 2021-06-22 | 2021-09-07 | 北京百度网讯科技有限公司 | Cooling device, cabinet and data processing equipment |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2007333781B2 (en) | Modular ice storage for uninterruptible chilled water | |
| KR20190060659A (en) | Modular liquid-cooled server case | |
| US20110313576A1 (en) | System and method for flowing fluids through electronic chassis modules | |
| CN112911905B (en) | Cabinet type server indirect cold plate type liquid cooling leakage-proof system and control method | |
| WO2022057744A1 (en) | Node and electronic device | |
| EP2790480B1 (en) | Liquid cooling arrangement | |
| CN114138084A (en) | Immersed negative-pressure liquid cooling system applied to server | |
| CN114967885B (en) | Cold volume distribution system of server liquid cooling system | |
| RU2803780C1 (en) | Hybrid rack cooling system | |
| CN113710057B (en) | Airborne single-phase immersed comprehensive circulation heat management system and airborne integrated comprehensive rack | |
| WO2024045966A1 (en) | Server cooling system | |
| CN116780034B (en) | Full-immersion non-circulating flow liquid-cooled battery energy storage thermal management system | |
| CN101615503B (en) | Vacuum extractor of transformer | |
| RU2692569C1 (en) | Immersion cooling system of server equipment | |
| US20230363117A1 (en) | System and Method for Sidecar Cooling System | |
| AU2023316922A1 (en) | Immersion-type thermal management system for power batteries | |
| CN114449857B (en) | liquid cooling system | |
| CN217211277U (en) | Liquid leakage detection device and liquid distribution unit | |
| CN112235995A (en) | Cold water system for data center refrigeration | |
| WO2020186859A1 (en) | Drawer-type cdu | |
| RU2787641C1 (en) | Single-phase immersion cooling system for server cabinets | |
| CN219179765U (en) | Temperature control heat dissipation system of spatial light modulator | |
| CN219679080U (en) | Constant pressure heat exchange device of ship-borne special equipment | |
| CN219437435U (en) | Cooling device | |
| CN215991728U (en) | Heat exchanger |