СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ПУТЕМ ПОГРУЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ В ЖИДКОСТЬ Российский патент 2018 года по МПК G12B15/04 G06F1/20 H05K7/20 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Настоящая заявка состоит в родстве с нижеследующими предварительными заявками:

1. Предварительная заявка № 61/737.200, поданная 14 декабря 2012 года ("Первая родственная предварительная заявка"); и

2. Предварительная заявка № 61/832.211, поданная 7 июня 2013 года ("Вторая родственная предварительная заявка");

и настоящим документом испрашивается приоритет по их датам подачи. Каждый объект родственных предварительных заявок в полном объеме включен в данный документ посредством ссылки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Область техники, к которой относится изобретение.

[0002] Настоящее изобретение, в целом, относится к системам охлаждения электрических приборов, и, в частности, к усовершенствованной системе охлаждения путем погружения электрических приборов в жидкость и способу ее функционирования.

2. Описание предшествующего уровня техники.

[0003] В целом, в нижеследующем описании мы будем выделять курсивным шрифтом первое упоминание каждого специального термина уровня техники, который должен являться хорошо известным специалистам в соответствующей области техники систем охлаждения путем погружения в жидкость. Кроме того, когда мы впервые вводим термин, который по нашему предположению является новым или который мы будем использовать в контексте, который по нашему предположению является новым, то мы будем выделять термин полужирным шрифтом и обеспечивать определение того, что мы намереваемся использовать этот термин.

[0004] Система, раскрытая в патенте США № 4.590.538, имеющем название "Immersion Cooled High Density Electronic Assembly", автором которого является Cray (заявка на который была подана 18 ноября 1981 года, а сам патент был выдан 20 мая 1986 года) (на имя "Cray"), является начальным примером иммерсионной системы для охлаждения электронных компоненты в штатном режиме работы. Согласно информации и фактам, раскрытая в вышеупомянутом патенте машина является суперкомпьютером Cray-2 ("Cray-2"), изготовленным компанией Cray Research, Inc. ("Cray Research"), город Чиппева-Фолс, штат Висконсин. Особый интерес в настоящей заявке представляет описание значительных преимуществ, возникающих вследствие использования токонепроводящей или диэлектрической жидкости для отвода тепла от блоков электронной схемы в штатном режиме работы (см., например, столбец 1, линия 66 - столбец 2, линия 29).

[0005] Согласно информации и фактам, компания Cray Research выпустила в 1985 году рекламную брошюру под названием "The CRAY-2 Computer System" (копия которой представлена), описывающую Cray-2. Особый интерес в этой брошюре представляет описание значительных преимуществ, возникающих вследствие использования диэлектрической жидкости для отвода тепла от блоков электронной схемы в штатном режиме работы (см. страницы 10 и 13).

[0006] В патенте США № 5.167.511, имеющем название "High Density Interconnect Apparatus", авторами которого являются Krajewski и другие, (выданном 27 ноября 1992 года) (на имя "Krajewski"), раскрывается другой пример иммерсионной системы для охлаждения электронных компонентов в штатном режиме работы (см., например, столбец 2, линии 43-51). Согласно информации и фактам, машина, реализовывающая систему Krajewski, также была выведена на рынок посредством компании Cray Research в качестве усовершенствованного суперкомпьютера Cray-2.

[0007] Одна конкретная проблема в системах типа вертикального стека, раскрытых в вышеупомянутых источниках, заключается в необходимости слива охлаждающей жидкости при каждом осуществлении физического доступа к электронным модулям. В целом, такая работа, помимо ее трудоемкости, требует отключения всей системы, в особенности, если требующий внимания компонент является существенным элементом в системной архитектуре, таким как, например, центральный процессор ("CPU"). Одним возможным решением данной проблемы является вертикальное погружение блоков схемы в емкость, содержащую охлаждающую жидкость таким образом, чтобы каждый из различных блоков мог быть независимо извлечен, заменен, обновлен и т.д. из емкости для обслуживания. Один интересный пример такой системы раскрыт в веб-представлении, имеющем название "Puget Custom Computer`s mineral-oil-cooled PC", автором которого является Nilay Patel ("Puget") (размещенном 12 мая 2007 года в 11 часов 57 минут; копия которого представлена). Как отмечает автор, нехватка вспомогательного устройства в системе Puget для отвода избыточного тепла из масла, по сути, ограничивает ее рабочие характеристики.

[0008] В частности, другая проблема систем Cray Research заключается в типе и стоимости выбранной охлаждающей жидкости: фторуглеродные жидкости. Как известно, другие диэлектрические жидкости, такие как, например, минеральное масло, имеют лучшие характеристики теплопередачи; при этом, разумеется, использование масла представляет большую проблему остатка на модулях, которые могут являться ремонтопригодными. Несмотря на это, система Puget реализована в соответствии с таким проектным решением.

[0009] В публикации заявки на патент США № 2011/0132579 "Liquid Submerged, Horizontal Computer Appliance Rack and Systems and Method of Cooling such a Appliance Rack", авторами которой является Best и другие ("Best"), раскрывается система с емкостью для погружения электрических приборов в жидкость, включающая в себя поддерживающее устройство для отвода избыточного тепла от охлаждающей жидкости емкости и рассеивания отведенного тепла в среде. Несмотря на улучшение, в некотором отношении, рассмотренного выше предшествующего уровня техники, эта система, помимо прочего, имеет следующие проблемы: в большинстве случаев неравномерные структуры потока через некоторое количество интервалов установки электрического устройства в пределах емкости, что потенциально приводит к неравномерному охлаждению через все интервалы установки; узкие порты подачи и возврата диэлектрической жидкости, которые приводят к возникновению нецелесообразно высоких скоростей потока жидкости в соответствующих точках соединения с емкостью; недостаточные возможности масштабирования; и недостаточное внимание к надежности работы при отказе.

[0010] Каждый объект всех рассмотренных выше источников предшествующего уровня техники в полном объеме включен в данный документ посредством ссылки.

[0011] Мы заявляем, что необходимо обеспечить усовершенствованную систему с емкостью для погружения электрического прибора в жидкость и способ ее функционирования. В частности мы заявляем, что такая система должна обеспечивать производительность, в целом, сравнимую с наилучшими техническими средствами предшествующего уровня техники, в том числе, более эффективную по сравнению с известными вариантами реализации таких технических средств предшествующего уровня техники.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0012] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления нашего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0013] Наше изобретение может быть понято в полной мере после прочтения описания конкретных предпочтительных вариантов осуществления, представленного в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых изображено следующее:

[0014] Фиг. 1 изображает, в виде частичного разреза, перспективный вид спереди модуля емкости системы охлаждения путем погружения электрических приборов в жидкость, спроектированного в соответствии с нашим изобретением;

[0015] Фиг. 2 изображает перспективный вид сзади модуля емкости, изображенного на Фиг. 1;

[0016] Фиг. 3 изображает перспективный крупномасштабный вид детали А, изображенной на Фиг. 2;

[0017] Фиг. 4 изображает перспективный крупномасштабный вид детали В, изображенной на Фиг. 2;

[0018] Фиг. 5 изображает перспективный вид некоторого количества деталей емкости, изображенной на Фиг. 1, с особым вниманием к возвратному переливу диэлектрической жидкости, встроенному в длинную заднюю стенку емкости;

[0019] Фиг. 6 изображает вид в разрезе секции C-C, изображенной на Фиг. 5;

[0020] Фиг. 7 изображает перспективный вид нагнетательного средства, изображенного на Фиг. 1;

[0021] Фиг. 8 изображает вид сверху части перфорированной пластины нагнетательного средства, изображенного на Фиг. 7;

[0022] Фиг. 9 изображает перспективный вид части камеры нагнетательного средства, изображенного на Фиг. 7;

[0023] Фиг. 10 изображает вид сверху множества интервалов установки электрических приборов, размещенных по вертикали вдоль, и проходящих перпендикулярно, продольной оси емкости, изображенной на Фиг. 1;

[0024] Фиг. 11 изображает вид в продольном разрезе множества интервалов установки электрических приборов, размещенных по вертикали вдоль, и проходящих перпендикулярно, продольной оси емкости, изображенной на Фиг. 1;

[0025] Фиг. 12 изображает, в виде схемы движения потока, один экземпляр схемы движения потока, пригодный для реализации нашего изобретения; и

[0026] Фиг. 13 изображает, в виде схемы управления, один экземпляр средства управления потоком, пригодный для реализации нашего изобретения.

[0027] На чертежах подобные элементы будут подобным образом пронумерованы во всех возможных случаях. Однако такая практика используется попросту для удобства обозначения и предотвращения нецелесообразного увеличения номеров и не предназначена для указания или внесения предположения о том, что наше изобретение требует идентичности любой функции или структуры в некоторых вариантах осуществления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0028] На Фиг. 1 (вид спереди) и Фиг. 2 (вид сзади) изображен модуль 10 емкости, выполненный с возможностью использования в системе охлаждения путем погружения электрических приборов в жидкость, спроектированной в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления нашего изобретения. Для удобства пользования ссылками на Фиг. 1 мы изобразили средство 12 емкости иммерсионного модуля 10 в частичном разрезе, чтобы выделить несколько важных внутренних средств; а на Фиг. 5 мы отдельно изобразили средство 12 емкости. В целом, средство 12 емкости содержит: емкость 14, выполненную с возможностью погружения в диэлектрическую жидкость множества электрических приборов 16, таких как, например, современные компьютерные серверы (см., например, Фиг. 11), каждый из которых размещается в соответствующем интервале 18a установки электрического прибора, размещенном по вертикали вдоль, и проходящем перпендикулярно, продольной оси емкости 14 (см., в целом, Фиг. 10); средство 20 реечного перемещения электрического прибора обычного типа, выполненное с возможностью подвешивания электрических приборов 16 (см., например, Фиг. 11) в соответствующих интервалах 18 установки электрических приборов (см. Фиг. 10); перелив 22 (наилучшим образом отдельно виден на Фиг. 5 и Фиг. 6), встроенный по горизонтали в одну длинную стенку емкости 14 около всех интервалов 18 размещения электрических приборов и выполненный с возможностью обеспечения практически равномерного возврата диэлектрической жидкости, протекающей через каждый из интервалов 18 установки электрических приборов; средство 24 панели соединений, прикрепленное к верхнему заднему краю емкости 14 и выполненное с возможностью монтажа различного оборудования распределения энергии для электрических приборов, панелей кабельного соединения и т.п. (не изображены); и крышку 26, выполненную с возможностью открытия и закрытия с передней части емкости 14 (и которая может включать в себя прозрачную часть для обеспечения возможности просмотра внутреннего пространства емкости 14, когда она находится в закрытом состоянии). В дополнение к средству 12 емкости, иммерсионный модуль 10 содержит: первичное средство 28 циркуляции (части которого изображены на Фиг. 1 и Фиг. 2); вторичное средство 30 циркуляции жидкости (только резервные теплообменники 32a и 32b которого изображены на Фиг. 2); и отсеки 34a и 34b для управляющего оборудования, каждый из которых является выполненным с возможностью вмещения оборудования управления и информирования модулей, связанного с соответствующим одним из первичных средств 28а и 28b циркуляции (см. Фиг. 13).

[0029] Как наилучшим образом видно на Фиг. 2, первичное средство 28 циркуляции (содержащее резервные дополнительные средства 28a и 28b) содержит пассивные компоненты (трубки, соединительные приспособления и т.д.) и активные компоненты (клапаны, насосы, датчики и т.д.); подмножество пассивных компонентов предназначены для совместного использования, тогда как, в целом, активные компоненты дублируются и являются выполненными с возможностью взаимодействия в процессе работы в качестве отдельных резервных дополнительных средств. За исключением емкости 14, первичным совместно используемым компонентом является нагнетательное средство 36 (см. Фиг. 1 и Фиг. 7), содержащее перфорированную пластину 36a (см. Фиг. 8) и нагнетательную камеру 36b (см. Фиг. 9). Как изображено на Фиг. 1, охлажденная диэлектрическая жидкость накачивается в оба конца нагнетательного средства 36 через совместно используемую распределительную головку 38 (см. Фиг. 2 и Фиг. 3). В целом, нагнетательная пластина 36a содержит, по меньшей мере, один ряд отверстий, выравненный по вертикали по отношению к каждому интервалу 18а установки электрического прибора, причем размеры и скорости потока каждой группы настраиваются для обеспечения практически равномерного потока диэлектрической жидкости в направлении вверх, в каждый интервал 18а установки электрического прибора. Предпочтительно, чтобы каждый интервал 18а установки электрического прибора подавался через несколько рядов отверстий, что в целом способствует сокращению объема диэлектрической жидкости, выходящей из каждого отверстия, и делает поток диэлектрической жидкости более равномерным в направлении вверх, через интервалы 18 установки электрических приборов. Одним дополнительным совместно используемым компонентом является средство 40 возврата диэлектрической жидкости (Фиг. 2), содержащее резервуар 42 возврата диэлектрической жидкости (см. Фиг. 3, Фиг. 4 и Фиг. 13), расположенный по вертикали ниже порога переполнения перелива 22 и выполненный с возможностью плавного приема диэлектрической жидкости по мере ее течения по переливу 22; резервуар 42 возврата диэлектрической жидкости является дополнительно выполненным с возможностью извлечения возвращаемой жидкости из резервуара 42 через резервные порты 44a и 44b возврата (на Фиг. 2 можно видеть только порт 44a, поскольку порт 44b скрыт за теплообменником 32a; см. Фиг. 12). Как изображено на Фиг. 3 и Фиг. 4, мы считаем целесообразным обеспечить стабилизатор потока на входе каждого из портов 44 возврата. Кроме того, мы обеспечиваем съемную крышку 46 резервуара возврата, также выполненную с возможностью покрытия главной части распределительной головки 38; следует отметить, что на Фиг. 2 и Фиг. 3 мы демонстрируем крышку 46 резервуара в частично приподнятом положении для лучшей демонстрации деталей, которые в других случаях были бы не видны. Следует отметить, что мы проектируем резервуар 42 таким образом, чтобы средний уровень диэлектрической жидкости выше портов 44 возврата создавал гидростатическое давление, достаточное для удовлетворения требований насосов 48, наряду с минимизацией вероятности возникновения сухого всасывания в штатном режиме работы.

[0030] На данном этапе в первичном средстве 28 циркуляции мы обеспечиваем полностью резервные дополнительные средства 28a и 28b, каждое из которых содержит первичный насос (48a и 48b) циркуляции и связанные пассивные и активные компоненты, которые совместно обеспечивают движущую энергию для циркуляции диэлектрической жидкости через совместно используемые компоненты и емкость 14. Как изображено на чертежах, каждое из этих дополнительных средств 28a и 28b выполнено с возможностью возврата диэлектрической жидкости, выходящей из емкости 14 через перелив 22, повторного нагнетания возвращенной жидкости, передачи повторно нагнетенной жидкости через соответствующий один из теплообменников 32a и 32b, а затем обратно в нагнетательное средство 36 через головку 38.

[0031] На Фиг. 12 изображена одна схема движения потока, пригодная для интегрирования нашего модуля 10 емкости в полностью резервную систему охлаждения путем погружения электрических приборов в жидкость, содержащую первичное средство 28 циркуляции и вторичное средство 30 циркуляции жидкости. В целом, вторичное средство 30 циркуляции жидкости содержит резервные вторичные дополнительные средства 30a и 30b циркуляции, каждое из которых является выполненным с возможностью циркуляции охлаждающей жидкости, например, обработанной воды, через соответствующий теплообменник 32a и 32b для отвода тепла из диэлектрической жидкости, циркулирующей в обратном направлении через них, и для рассеивания отведенного тепла в среде. В изображенном варианте осуществления каждое из вторичных дополнительных средств 30a и 30b циркуляции жидкости содержит традиционные охлаждающие камеры 50a (включающую в себя средство 52а вентилятора) и 50b (включающую в себя средство 52b вентилятора), и вторичные насосы 54a и 54b циркуляции. Для содействия гибкости работы в установках, включающих в себя множество иммерсионных модулей 10 в сочетании с множеством вторичных дополнительных средств 30 циркуляции, общая схема головки может быть реализована известным способом, изображенным во вторичном контуре циркуляции жидкости, с использованием клапанов управления потоком, расположенных в ключевых точках управления потоком.

[0032] На Фиг. 13 изображено средство 56 управления, выполненное с возможностью отслеживания и управления работой иммерсионного модуля 10 (включающего в себя все активные компоненты первичного средства 28 циркуляции) и вторичного средства 30 циркуляции жидкости. Специалисты в соответствующей области техники должны понимать, что для эффективной работы нашего иммерсионного модуля 10 требуется непрерывное отслеживание и управление некоторыми важными рабочими параметрами, включающими в себя температуры жидкости, давления жидкости, проводимость и значение pH в некоторых точках в первичном и вторичном контурах циркуляции. Несмотря на то, что некоторые сенсорные и управляющие функции могут быть реализованы посредством использования традиционных компонентов специализированного оборудования, мы предпочитаем использовать, по меньшей мере, один программируемый логический контроллер ("PLC"), коммерчески доступный у любого из множества известных производителей, например, контроллеры PLS марки Allen-Bradley от компании Rockwell Automation, Inc. В экземпляре, изображенном на Фиг. 13, мы изображаем: первичный контроллер 58a, выполненный с возможностью отслеживания и управления работой первичного дополнительного средства 28а циркуляции в качестве функции температуры диэлектрической жидкости в емкости 14; вторичный контроллер 60a, выполненный с возможностью отслеживания и управления работой вторичных дополнительных средств 30a циркуляции жидкости в качестве функции температуры диэлектрической жидкости, текущей через теплообменник 32a; и главный контроллер 62, выполненный с возможностью согласования действий первичного контроллера 58a и вторичного контроллера 60a. Как изображено на чертежах, в состав первичного дополнительного средства 28а циркуляции мы включаем: датчики подачи и возврата, включающие в себя температурный датчик T, вставленный в термокарман (не изображен), установленный на дне резервуара 42 рядом с соответствующим портом 44а возврата (следует отметить, что на Фиг. 4 изображено только одно из отверстий, которые принимают термокарманы, а на Фиг. 12 изображены оба отверстия); пару средств датчика S, которые могут измерять температуру, давление и проводимость по мере необходимости); и клапаны управления потоком возврата (и, при желании, подачи) и управление для первичного насоса 48a циркуляции; несомненно, резервная группа этих компонентов существует для первичного дополнительного средства 28b циркуляции. В целом, цель заключается в поддержании температуры диэлектрической жидкости в емкости 14 между предварительно определенной минимальной температурой и предварительно определенной максимальной температурой.

[0033] Как было отмечено выше, мы обеспечили отдельные отсеки 34a и 34b для управляющего оборудования, каждый из которых является выполненным с возможностью вмещения нескольких компонентов, содержащих соответствующий один из первичных контроллеров 58a и 58b. Для удобства доступа мы предпочитаем совмещать с каждой из охлаждающих камер 50 защитный корпус (не изображен) для соответствующего вторичного контроллера 60. Несомненно, средство 56 управления может быть продемонстрировано в качестве отдельного многомодульного средства PLC с аналогичными или другими комбинациями следящих устройств, которые считаются наиболее подходящими для конкретной установки. В качестве альтернативы, один или несколько, и возможно все, функции, выполняемые посредством контроллеров 58, 60 и 62, могут быть реализованы в форме специализированного программного обеспечения, выполняемого на традиционной компьютерной платформе, имеющей надлежащие ресурсы; в действительности возможно в полном объеме реализовать средство 56 управления на сервере 16, установленном в емкости 14.

[0034] Одним предпочтительным улучшением, которое мы рекомендуем, является средство дистанционного управления, реализованное, например, посредством главного контроллера 62 (или посредством прямого интерфейса контроллера), выполненное с возможностью обеспечения удаленного отслеживания состояния системы (например, температур, давлений и т.д.) и управления параметрами управления системой (например, пределами температуры и давления, и т.д.) для первичных контроллеров 58 и вторичных контроллеров 60. Например, посредством использования традиционного аппаратного модуля 64 передачи данных, такого как, например, карта Ethernet, реализовывающая протокол TCP/IP, современный веб-браузер, может быть адаптирован для обеспечения графического пользовательского интерфейса ("GUI") с функциональностью, достаточной для обеспечения отслеживания и управления всей установкой из удаленного местоположения. Такой интерфейс GUI может быть реализован посредством использования любого из множества парадигм программирования, такого как, например, PHP, NET и т.п.

[0035] Широко известен операционный контроль за резервными системами непрерывного потока процесса. Предпочтительно, чтобы каждое из нескольких резервных дополнительных средств активировалось обычным способом для обеспечения текущей функциональности, а также для предоставления возможности производить техническое обслуживание и ремонт неактивного дополнительного средства, согласно установленному графику. Мы уверены в том, что такой непрерывный оборот системных ресурсов является чрезвычайно важным, и мы рекомендуем производить замену дополнительных средств, по меньшей мере, один раз, и, предпочтительно, несколько раз в день; несмотря на то, что это возможно выполнить вручную, мы предпочитаем позволить главному контроллеру 62 управлять упорядочением нескольких операций переключения. Одним дополнительным аспектом этого усовершенствования в управлении является способность выполнения стресс-тестирования нескольких подсистем при условиях, направленных на обеспечение надлежащего ответа на аварии в режиме реального времени.

[0036] В нашей первой родственной предварительной заявке мы раскрыли альтернативный вариант осуществления, содержащий средство емкости для погружения электрических приборов в жидкость, в котором функция нагнетательного средства 36 выполняется при помощи многообразного средства, содержащего лестничную структуру полых распылителей, где каждый распылитель подает диэлектрическую жидкость в соответствующий интервал установки электрического прибора. Как было отмечено, одно конкретное преимущество данной структуры заключается в том, что отдельные распылители могут быть отключены, если соответствующий интервал установки электрического прибора не занят, что в свою очередь сберегает энергию. Для дополнительного увеличения энергоэффективности мы обеспечили необязательные вертикальные барьеры потока, выполненные с возможностью разделения емкости на активную часть, имеющую активные электрические приборы, и неактивную часть, не имеющую никаких активных электрических приборов. Одно дополнительное улучшение, которое мы раскрыли, заключается в обеспечении датчиков температуры для каждого интервала установки электрического прибора, чтобы скорость потока через каждый распылитель могла быть динамически изменена по мере выхода функции температуры диэлектрической жидкости из соответствующего интервала. Другие рабочие конфигурации будут понятны специалистам в соответствующей области техники.

[0037] В способе, аналогичном варианту осуществления, описанному в нашей первой родственной предварительной заявке, с точки зрения энергии, преимущественно обеспечить множество пластин 66 барьера потока (изображенные в качестве примера только на Фиг. 11), каждая из которых является выполненной с возможностью закрепления к верхней части нагнетательного средства 36, чтобы практически блокировать поток диэлектрической жидкости через ряд(ы) отверстий в нагнетательной пластине 36a, соответствующий, по меньшей мере, одному из интервалов 18a установки электрических приборов; на интерфейсной поверхности пластины 66 может быть обеспечен высокоэластичный слой (не изображен) для повышения герметизирующего эффекта. Такая структура обеспечивает возможность регулировки общего потока через нагнетательное средство 36 в области, в качестве функции фактического количества активных электрических приборов 16 в емкости 14. Кроме того, эта структура может включать в себя перемещающуюся вертикальную разделительную перегородку 68 (см. Фиг. 11), выполненную с возможностью практического разделения емкости 14 на активную часть 14a, содержащую активные электрические приборы 16, и неактивную часть 14b, не содержащую никаких электрических приборов (или, по меньшей мере, никаких активных электрических приборов 16); предпочтительно, чтобы разделительная перегородка 68 была выполнена с возможностью монтажа в средство 28 реечного перемещения электрического прибора способом, аналогичным фактическому электрическому прибору 16 (разделительная перегородка 68 не должна полностью блокировать поток диэлектрической жидкости между активной частью 14a и неактивной частью 14b, она должна только в значительной мере препятствовать потоку между этими частями). Следует отметить, что в иллюстративном сценарии, изображенном на Фиг. 11, мы демонстрируем одну возможную структуру, содержащую в общей сложности 8 активных электрических приборов 16, распределенных по 16 интервалам 18a установки электрических приборов, чтобы расширить общую тепловую нагрузку через соседние пустые интервалы 18a установки. Такая оптимальная структура является возможной только в том случае, когда меньшее количество доступных интервалов 18a установки электрических приборов заняты активными электрическими приборами 16. Безусловно, такие необязательные вспомогательные средства увеличивают гибкость в работе, обеспечивая динамическую регулировку скоростей потока в первичных дополнительных средствах 28a и 28b циркуляции под переменными тепловыми нагрузками, а также обеспечивая возможности сбережения энергии, которая в противном случае могла бы быть израсходована, перемещая диэлектрическую жидкость через неактивную часть 14b емкости 14. Другие рабочие конфигурации будут понятны специалистам в соответствующей области техники.

[0038] В нашей второй родственной предварительной заявке мы раскрыли другой вариант осуществления, содержащий более традиционный экземпляр с меньшим количеством модулей с надлежащим потоком и средствами управления. В этом варианте осуществления мы выбрали реализацию кластеров емкостей, содержащих, например, 4 средства емкости для погружения электрических приборов в жидкость с практически всем другим оборудованием, спроектированным из отдельных коммерчески доступных компонентов. Такая структура обеспечивает большие возможности для выбора и установки улучшенных компонентов или для добавления улучшений к установке, по мере необходимости после начальной установки. Другие рабочие конфигурации будут понятны специалистам в соответствующей области техники.

[0039] Как уже было отмечено выше со ссылкой на вариант осуществления, изображенный на Фиг. 12, вторичное средство головки потока является выполненным с возможностью предоставления любому вторичному дополнительному средству 30 циркуляции возможности соединения с любым активным теплообменником 32. Такое средство обеспечивает колоссальную гибкость в случае с необычными состояниями системы, в особенности в установках, в которых каждое из вторичных дополнительных средств 30a и 30b циркуляции имеет размер, чтобы поддерживать кластер модулей 10 емкости. К примеру, предположим, что выполняется техническое обслуживание одного из вторичных дополнительных средств 30 циркуляции, упоминаемого выше в качестве дополнительного средства 30a, при этом активность группы электрических приборов 16 в одной емкости 14 в кластере превышают нормальный уровень, что приводит к тому, что температура в той емкости 14 превышает желаемый максимум. В ответ на это, главный контроллер 62 может заставить первичные контроллеры 58a и 58b, назначенные для емкости 14, работать с первичными дополнительными средствами 28a и 28b циркуляции одновременно, то есть, параллельно. Благодаря использованию вторичного средства головки потока, тепло, отводимое посредством теплообменников 32a и 32b, может быть рассеяно с использованием ресурсов отдельного активного вторичного дополнительного средства 30b циркуляции. Соответственно, одним очевидным преимуществом этого альтернативного варианта осуществления является способность динамического выполнения балансировки нагрузки через все системные ресурсы. Другие рабочие конфигурации для поддержки подсистемы балансировки нагрузки будут понятны специалистам в соответствующей области техники.

[0040] Предпочтительно, чтобы один или более фильтров (не изображены) были включены в траекторию движения потока через каждый из первичных дополнительных средств 28a и 28b циркуляции для удаления всевозможных частиц или другой нежелательной примеси, которую может собрать диэлектрическая жидкость на своем пути прохождения через все первичное средство 28 циркуляции; также могут быть обеспечены химические датчики для обнаружения присутствия неожиданных химикатов, которые могут указывать повреждение субкомпонентов внутри одно из электрических приборов 16. Аналогичные компоненты, такие как, например, pH-датчики, также могут быть включены в состав вторичного средства 30 циркуляции жидкости.

[0041] Как изображено на Фиг. 1, мы обеспечиваем пару датчиков 70a и 70b низкого уровня диэлектрической жидкости, выполненных с возможностью вывода сигнал оповещения в случае, когда по какой-либо причине уровень диэлектрической жидкости в емкости 14 падает ниже предварительно определенного минимального уровня. Кроме того, реагирующий первичный контроллер 58 может инициировать другие действия для решения обнаруженной проблемы, включающие в себя активацию звуковых сигналов оповещения, передачу электронных сигналов тревоги и т.п.

[0042] Для решения встречной проблемы, а именно, утечки из внешней части первичного контура 28 циркуляции, приводящей к тому, что диэлектрическая жидкость в емкости 14 обратно засасывается через нагнетательное средство 36, мы рекомендуем включить в подающий патрубок блокиратор 72 подсоса (см. Фиг. 1) в предварительно определенной позиции, находящейся намного выше нагнетательного средства 36 и немного ниже уровня перелива 24. Такой блокиратор подсоса может являться простым, как отверстие 72 сравнительно малого диаметра, просверленное в подающем патрубке в выбранной позиции; вследствие сравнительно высокой скорости диэлектрической жидкости, даже при нагреве, любая утечка в штатном режиме работы будет являться сравнительно незначительной. Другие рабочие конфигурации для решения этих и других необычных состояний жидкости будут понятны специалистам в соответствующей области техники.

[0043] Как известно (см., например, Best), многие традиционные коммерчески доступные электрические/электронные приборы включают в себя компоненты, которые не будут корректно функционировать при погружении в диэлектрическую жидкость, в особенности в вязкую, как минеральное масло: вентиляторы охлаждения и вращающиеся мультимедийные дисковые накопители. В целом, все вентиляторы охлаждения являются нецелесообразными в системе охлаждения путем погружения в жидкость, и могут быть попросту исключены. Однако, как правило, мультимедийный накопитель является необходимым для нормальной работы электрического прибора. Один способ заключается в извлечении каждого накопителя, полной герметизации накопителя от жидкости, и повторной установке герметичного накопителя (также доступны предварительно герметичные накопители). Другой способ заключается в извлечении накопителя и его установке на средстве панели 24 соединений; как правило, особое кабельное соединение требуется для повторного присоединения накопителя к внутреннему разъему электрического прибора. Еще один способ заключается в замене вращающегося мультимедийного накопителя твердотельным накопителем, не имеющим движущихся компонентов. Другие рабочие конфигурации будут понятны специалистам в соответствующей области техники.

[0044] Следует понимать, что во всех описанных в настоящем документе вариантах осуществления был сделан акцент на минимизацию общего объема диэлектрической жидкости, циркулирующей по всему иммерсионному модулю 10. Мы заявляем, что ключевая концепция здесь заключается в перемещении вторичной жидкости в точку теплообмена с первичной жидкостью, вместо перемещения первичной жидкости в точку теплообмена со вторичной жидкостью. Соответственно, в нашем предпочтительном варианте осуществления все важные компоненты первичного средства 28 циркуляции размещаются вплотную к емкости 14 для формирования модуля с высокой степенью интеграции. Более того, наша схема размещения резервуара 42 за пределами (и непосредственно рядом к) емкости 14 демонстрирует тенденцию к снижению общего объема диэлектрической жидкости (в противоположность альтернативной структуре, которую мы предложили в нашей первой предварительной заявке, в которой лоток возврата располагался внутри емкости 14); кроме того, мы расположили компоненты, содержащие первичные дополнительные средства 28 циркуляции таким образом, чтобы они находились по вертикали ниже площади основания резервуара 42. В дополнение к сохранению общей площади в типичной установке информационного центра, полученные средства модульной конфигурации изначально легко устанавливаются и впоследствии легко обновляются для эффективного удовлетворения увеличению рабочих нагрузок информационного центра. Безусловно, наше изобретение в значительной степени повышает масштабируемость системы, ключевое отношение к операторам информационного центра. В заключение, наше широкое системное резервирование на практике гарантирует надежность работы при отказе в течение периодов необычных условий окружающей среды, неустойчивости инфраструктуры или политических волнений.

[0045] Несмотря на то, что мы описали наше изобретение в отношении конкретных вариантов осуществления, специалистам в соответствующей области техники будет понятно, что в таких вариантах осуществления может быть реализовано множество модификаций для его адаптации к конкретным вариантам реализации. В порядке примера, не потребуется особых усилий для адаптации нашего изобретения для использования с электронными приборами, отличными от современных серверов; и для адаптации размеров интервалов установки электрических приборов, соответственно. Подобным образом, специалистам в соответствующей области техники будет понятно, что могут быть эффективно использованы другие известные вторичные дополнительные средства циркуляции, включающие в себя паровую компрессионную систему со сжатым воздухом, контуры погружения в жесткую воду, системы возврата и рециркуляции отводимого тепла, и т.п. (см., например, несколько альтернативных вариантов, обсужденных в документе Best). Кроме того, эти некоторые вышеописанные элементы могут быть реализованы посредством использования одной из различных известных производственных методологий, и, в целом, являться выполненными с возможностью работы под управлением аппаратных средств или под управлением программных средств или комбинации вышеперечисленного, как известно в соответствующей области техники.

[0046] Соответственно, очевидно, что мы обеспечили усовершенствованную систему и способ работы для охлаждения путем погружения электрических приборов в жидкость и т.п. В частности, мы заявляем, что такой способ и устройство обеспечивают производительность, в целом, сравнимую с наилучшими техническими средствами предшествующего уровня техники, в том числе, более эффективную по сравнению с известными вариантами реализации таких технических средств предшествующего уровня техники.

Изобретение относится к усовершенствованной системе охлаждения путем погружения электрических приборов в жидкость. Технический результат – обеспечение вертикального погружения блоков схемы в емкость, содержащую охлаждающую жидкость таким образом, чтобы каждый из различных блоков мог быть независимо извлечен, заменен, обновлен и т.д. из емкости для обслуживания, предотвращение неравномерного охлаждения через все интервалы установки, возникновения нецелесообразно высоких скоростей потока жидкости в соответствующих точках соединения с емкостью, расширение возможности масштабирования, повышение надежности работы. Достигается тем, что система с емкостью для погружения электрических приборов в жидкость содержит: в целом прямоугольную емкость, выполненную с возможностью погружения в диэлектрическую жидкость множества электрических приборов, размещенных в соответствующих интервалах установки электрического прибора, распределенных по вертикали вдоль и проходящих перпендикулярно продольной оси емкости, первичное средство циркуляции, выполненное с возможностью циркуляции диэлектрической жидкости через емкость, вторичное средство циркуляции жидкости, выполненное с возможностью отвода тепла из диэлектрической жидкости, циркулирующей в первичном средстве циркуляции, и рассеивания отведенного тепла в среде, и средство управления, выполненное с возможностью согласования работы первичного и вторичного средств циркуляции жидкости в качестве функции температуры диэлектрической жидкости в емкости. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Модуль емкости, выполненный с возможностью использования в системе охлаждения путем помещения электрических приборов в жидкость, содержащий:

емкость, выполненную с возможностью погружения в диэлектрическую жидкость множества электрических приборов, каждый из которых размещается в соответствующем интервале установки электрического прибора, распределенном по вертикали вдоль и проходящем перпендикулярно длинной стенки емкости, содержащую:

перелив, встроенный по горизонтали в длинную стенку емкости около всех интервалов установки электрических приборов, выполненный с возможностью обеспечения практически равномерного возврата диэлектрической жидкости, протекающей через каждый интервал установки электрического прибора,

первичное средство циркуляции, выполненное с возможностью циркуляции диэлектрической жидкости через емкость, содержащее:

нагнетатель, расположенный рядом с дном емкости, выполненный с возможностью практически равномерного распределения диэлектрической жидкости в направлении вверх через каждый интервал установки электрического прибора, и

средство управления, выполненное с возможностью управления работой первичного средства циркуляции жидкости в качестве функции температуры диэлектрической жидкости в емкости.

2. Модуль по п. 1, в котором емкость дополнительно содержит:

средство панели соединений, выполненное с возможностью монтажа оборудования поддержки электрического прибора.

3. Модуль по п. 1, в котором первичное средство циркуляции дополнительно содержит:

по меньшей мере, первое и второе первичные дополнительные средства циркуляции, каждое из которых является выполненным с возможностью независимой работы для циркуляции диэлектрической жидкости в емкости,

в которой средство управления является дополнительно выполненным с возможностью согласования работы первого и второго первичных дополнительных средств циркуляции для поддержки температуры диэлектрической жидкости в емкости между предварительно определенной минимальной температурой и предварительно определенной максимальной температурой.

4. Модуль по п. 1, в котором средство управления дополнительно содержит средство связи, выполненное с возможностью обеспечения отслеживания и управления средства управления из удаленного местоположения.

5. Система охлаждения путем погружения приборов в жидкость, содержащая модуль емкости по любому одному из предыдущих пунктов.

6. Система охлаждения путем погружения приборов в жидкость, содержащая модуль емкости по п. 5, дополнительно содержащая:

вторичное средство циркуляции жидкости, выполненное с возможностью отвода тепла из диэлектрической жидкости, циркулирующей в первичном средстве циркуляции, и рассеивания отведенного тепла в среде.