Система непосредственного жидкостного охлаждения электронных компонентов Российский патент 2019 года по МПК G12B15/04 H05K7/20 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

1. Заявленное изобретение относится к оборудованию для охлаждения электронных компонентов, в частности, к системе непосредственного жидкостного охлаждения электронных компонентов и может быть использовано для создания заданной термостабильной среды для различных электронных компонентов.

ОПИСАНИЕ УРОВНЯ ТЕХНИКИ

2. Известно, что нагрев является серьезной проблемой в области компьютерной и электронной техники. Все электронные компоненты при работе рассеивают большое количество тепла, и, как правило, чем быстрее они обрабатывают информацию, тем больше тепла они выделяют.

3. Кроме того, что чем выше температура работы электронных компонентов, тем меньше их ожидаемый срок службы. Работа при высоких температурах может привести к колебаниям мощности и сбоям, которые являются причиной различных ошибок в компьютерных и электронных системах. Без контролируемого охлаждения, целостность данных вычислительной и электронной системы неизбежно будет повреждена.

4. Существует также тенденция отрасли в постоянном увеличении числа электронных компонентов в составе систем. Учитывая ограниченные линейные размеры многих вычислительных и электронных систем и непрерывное увеличение количества тепловыделяющих компонентов в этом ограниченном объеме возникают проблемы, связанные с теплоотводом и перегревом.

5. Для охлаждения электронного оборудования, размещенного в закрытом корпусе, используются различные методы для поддержания заданного температурного диапазона для компонентов, входящих в вычислительную и электронную систему. Эти методы включают в себя наличие вентиляции в корпусе для обеспечения отвода тепла, улучшение теплоизлучающих свойств поверхностей для увеличения отведения тепла от оборудования, добавление вентиляторов для принудительного нагнетания холодного воздуха извне, с использованием потока жидкого хладагента, например, «холодных пластин», которые размещаются на горячих компонентах в корпусе, чтобы обеспечить отвод тепла от этих компонентов.

6. В настоящее время для поддержания заданного температурного диапазона используются два различных подхода к охлаждению электронных компонентов, а именно: системы чисто воздушного охлаждении либо системы с гибридным охлаждением. В системах чисто воздушного охлаждения все компоненты охлаждаются традиционными радиаторами воздушного охлаждения. Для достаточного охлаждения нескольких компонентов большой мощности необходимы очень высокие скорости воздушного потока и/или большие и/или дорогие радиаторы. Высокая скорость воздушного потока обычно достигается за счет использования мощных высокоскоростных вентиляторов.

7. Таким образом, вследствие дороговизны высокоскоростных вентиляторов и большого уровня шума при их работе, системы непосредственно воздушного охлаждения обладают высокой стоимостью и высоким уровнем шума

8. По мере увеличения плотности компонентов решения, в которых используется непосредственно воздушное охлаждение, становятся все более дорогостоящими и неэффективными. Воздушное охлаждение имеет недостатки в виде сильного акустического шума и высокого энергопотребления. При использовании данного подхода возрастает уровень накопления пыли в корпусе, что приводит к проблеме статического электричества и деградации теплоизлучающих способностей поверхностей. В крупных «центрах обработки данных» с высокой плотностью вычислительных и электронных систем проблема рассеивания тепла стоит еще более остро. В таких центрах затраты на охлаждение и возможность обеспечения воздушного охлаждения становятся особенно обременительными.

9. Под понятием «центр обработки данных» (дата центр), как правило, понимают физическое местоположение одного или нескольких «серверов». Термин «сервер» относится к вычислительному устройству, подключенному к вычислительной сети, и к запущенному программному обеспечению, сконфигурированному для приема клиентских запросов. Серверы могут также включать в себя специализированные вычислительные компоненты, такие как сетевые маршрутизаторы, оборудование для сбора данных, массивы дисковых накопителей и другие компоненты, обычно связанные с центрами обработки данных.

10. Типовые коммерчески доступные серверы были разработаны под воздушное охлаждение. Такие серверы обычно содержат одну или несколько печатных плат, со множеством смонтированных на них электронных компонентов. Как упомянуто ранее, эти печатные платы размещаются в корпусе, имеющем в целях охлаждения вентиляционные отверстия, позволяющие внешнему воздуху проходить, а также выходить из корпуса после прохождения через него. Зачастую один или несколько вентиляторов расположены внутри корпуса для обеспечения подобного воздушного потока.

11. «Стойки» используются для организации нескольких серверов. Например, несколько серверов могут быть установлены в стойке, а стойка находится в центре обработки данных. Любой из различных вычислительных компонентов, таких как, например, сетевые маршрутизаторы, массивы жестких дисков, оборудование для сбора данных и источники питания, уже монтируется внутри стойки.

12. Центры обработки данных, содержащие такие серверы и/или стойки серверов, как правило, имеют централизованную систему охлаждения, распределяющую воздух между серверами. Соответственно, воздух внутри центра обработки данных перед подачей его на сервер проходит через теплообменник для охлаждения. В некоторых случаях теплообменник монтируется на стойку, чтобы обеспечить охлаждение воздуха «на стоечном уровне» перед подачей воздуха на сервер. В отдельных случаях воздух предварительно охлаждают перед тем как подать его в центр обработки данных.

13. Электронные компоненты более высокопроизводительных серверов рассеивают соответственно большие мощности. Однако величина рассеиваемой мощности каждого из конкретных аппаратных компонентов (например, чипов, жестких дисков, карт) в составе сервера лимитируется как мощностью, рассеиваемой соседними нагревающимися компонентами, так и скоростью и траекторией воздушного потока, проходящего через сервер, а также местом расположения каждого соответствующего компонента, максимально допустимой рабочей температурой соответствующего компонента и температурой охлаждающего воздушного потока, поступающего на сервер из центра обработки данных. На температуру воздушного потока, поступающего на сервер из центра обработки данных, в свою очередь, может влиять рассеиваемая мощность и близость соседних серверов, скорость и траектория воздушного потока вблизи данного сервера, а также температура воздуха, поступающего в сам центр обработки данных (или, наоборот, скорость охлаждения воздуха в центре обработки данных).

14. В общем, за счет более низкой температуры воздуха в центре обработки данных каждый компонент сервера может рассеивать более высокую мощность, что, таким образом, обеспечивает каждому серверу рассеивание большей мощности и выход в паспортный режим работы оборудования. В соответствии с этим, в центрах обработки данных традиционно используют сложные системы кондиционирования воздуха для его охлаждения в целях достижения необходимого рабочего режима. По некоторым оценкам, может потребоваться потребление до одного ватта, чтобы обеспечить отвод одного ватта тепла, рассеиваемого электронным компонентом. Таким образом, по мере того как затраты энергии и рассеиваемая мощность продолжают расти, общая величина затрат на охлаждение центра обработки данных также увеличивается.

15. Кроме того, крупные центры обработки данных имеют несколько ступеней охлаждения для рассеивающих тепло компонентов. Например, поток охлаждающей жидкости, такой как вода, претерпевает цикл охлаждения в испарителе системы охлаждения со сжатием пара, охлаждается и далее распределяется внутри центра обработки данных для охлаждения воздуха.

16. По ряду оценок, некоторые современные центры обработки данных способны обеспечивать удовлетворительное охлаждение при рассеиваемой мощности не более 150 Вт на квадратный фут, в то время как необходимо охлаждение при рассеиваемой мощности свыше 1200 Вт на квадратный фут, что диктуется более плотным размещением серверов с целью более полного использования имеющегося объема в центрах обработки данных (например, близко расположенных серверов и стоек для более полного использования высоты от пола до потолка и площади). Указанная низкая холодопроизводительность может значительно увеличить стоимость создания центра обработки данных, таким образом, стоимость создания центра обработки данных может достигать 250 долларов США за квадратный фут.

17. Из вышесказанного о воздушном охлаждении очевидно, что коммерчески доступные способы охлаждения не соотносятся с трендом увеличения потребностей в высоко производительных серверах и вычислительных центрах и соответствующей тенденцией роста потребности рассеиваемой мощности. Как следствие, увеличение количества новых серверов в существующих центрах обработки данных становится затруднительным с учетом усилий, направленных на увеличение рассеивания мощности, например, путем увеличения производительности систем кондиционирования воздуха существующих центров обработки данных.

18. Различные подходы к охлаждению центров обработки данных и серверов, например, используя жидкостные системы охлаждения, не получили широкую популярность. Например, отвод тепла от микропроцессора с целью дистанционного охлаждения чипа оказался дорогостоящим и неэффективным. В этих системах теплообменник или другое охлаждающее устройство приводится в непосредственный физический контакт (или опосредованный термоинтерфейсом физический контакт) с элементом конструкции, содержащим чип. Подобные теплообменники с жидкостным охлаждением обычно требуют наличие внутренних проточных каналов для циркуляции жидкости внутри корпуса теплообменника. Однако расположение компонентов на серверах может варьироваться. Соответственно, эти системы с жидкостным охлаждением были разработаны для конкретных вариантов компоновки компонентов и не смогли достичь достаточно большой экономии за счет масштаба, чтобы стать коммерчески жизнеспособными.

19. В высокопроизводительных приложениях было испробовано иммерсионное охлаждение электронных компонентов, однако оно не получило широкого коммерческого успеха. Ранее разработанные решения иммерсионного охлаждения базировались на погружении отдельных, а в некоторых случаях и всех компонентов, установленных на печатной плате, в диэлектрическую охлаждающую жидкость, находящуюся в герметичном резервуаре для ее хранения. Такие системы были дорогими и предлагались ограниченным числом поставщиков.

20. Патент США №4590538, Cray, иллюстрирует одно из ранних решений, касающегося иммерсионной системы для охлаждения электронных компонентов, обеспечивающего их нормальную работу. Cray демонстрирует значительные преимущества в результате использования диэлектрического хладагента для теплооотвода электронных схем в режиме их нормальной работы.

21. В патенте США №5,167,511, Krajewski и др. раскрыто еще одно решение относительно иммерсионной системы для охлаждения электронных компонентов, обеспечивающее их нормальную работу.

22. Одной из основных проблем в системах, описанных в приведенных выше ссылках, является необходимость слива охлаждающей жидкости всякий раз для физического доступа к электронным модулям. Обычно такая операция, помимо того, что занимает продолжительное время, невозможна без отключения всей системы, особенно если интересующий компонент является важным элементом в архитектуре системы, например, центральным процессором («CPU»).

23. Таким образом, известные способы охлаждения серверов или компьютеров, используемые в настоящее время или использовавшиеся ранее, являются чрезмерно дорогими и/или не отвечающие возрастающим требованиям к охлаждению вычислительных компонентов.

24. Поэтому существует потребность в эффективной и недорогой альтернативе известным системам охлаждения для электронных компонентов, таких как, например, серверы в стойке.

25. Кроме того, помимо экономичности и энергоэффективности при решении задачи рассеивания тепла, от системы охлаждения требуется также ее применимость в серверных платформах будущего поколения.

26. Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание системы непосредственного жидкостного охлаждения электронных компонентов, предназначенной для поддержания заданной термостабильной среды для различных электронных компонентов, таких как серверы в стойке или тому подобное.

27. Дополнительной задачей заявляемого изобретения является снижение эксплуатационных расходов и повышение надежности системы, ее эффективности. Решение этих задач достигается посредством раскрытой здесь системы непосредственного охлаждения и, в частности, системы, включающей резервуар, выполненный для размещения извлекаемой стойки, которая содержит электронные компоненты, подлежащие охлаждению. Также система скомпонована для обеспечения параллельных потоков диэлектрической охлаждающей жидкости между электронными компонентами, тем самым облегчая охлаждение компонентов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

28. В связи с вышеизложенным и с другими существующими характерными проблемами и недостатками традиционных способов и систем, техническим результатом настоящего изобретения является усовершенствование системы непосредственного жидкостного охлаждения, предназначенной для охлаждения электронных компонентов и обеспечивающей заданную термостабильную среду систем электронных компонентов экономичным и энергоэффективным способом.

29. Общими признаками, но не исчерпывающими всего перечня, настоящего изобретения - системы непосредственного жидкостного охлаждения для охлаждения электронных компонентов, обеспечивающей поддержание заданной термостабильной среды для электронных компонентов - являются резервуар и стойка с верхней и нижней секциями, между которыми горизонтально расположена панель. Панель включает в себя массив направляющих отверстий или клапанов.

30. Стойка помещена в резервуар с возможностью ее извлечения. Стойка спроектирована с возможностью надежного размещения электронных компонентов для охлаждения.

31. Стойка может быть снабжена Т-образными продольными пазами на боковых поверхностях для облегчения закрепления электронных компонентов и другого оборудования в стойке.

32. Кроме того, система включает диэлектрический хладагент. Между электронными компонентами посредством по крайней мере одной форсунки, расположенной в нижней части резервуара, формируются восходящие параллельные потоки охлаждающей жидкости. Форсунка или форсунки ориентированы относительно направляющих отверстий горизонтальной панели, разделяющей верхнюю и нижнюю секции стойки.

33. Система снабжена насосом, соединенным с, по крайней мере, одной форсункой посредством впускного трубопровода, который служит для непрерывной прокачки диэлектрического хладагента вверх с целью охлаждения электронных компонентов.

34. В системе предусмотрен теплообменник, который соединен с резервуаром через выпускной трубопровод. Выпускной трубопровод соединен с выходным отверстием для вывода диэлектрического хладагента.

35. Система может быть снабжена контроллером. Контроллер реализует мониторинг температуры диэлектрического хладагента с целью определения разности температур в системе и регуляции потока диэлектрического хладагента через электронные компоненты для поддержания заданной термостабильной среды.

36. Кроме того, система может включать диэлектрические перегородки, вставляемые в Т-образные продольные пазы на боковых поверхностях стойки. Перегородки дополнительно обеспечивают разделение параллельных потоков охлаждающей жидкости и функциональных зон внутри резервуара.

37. Термины: «содержащий», «имеющий», «включающий» и «состоящий», используемые здесь, означают, что различные дополнительные компоненты могут включаться и использоваться в составе настоящего изобретения.

38. Другие возможности и преимущества изобретения будут представлены в нижеследующем описании, в котором предпочтительные варианты воплощения подробно изложены в сочетании с прилагаемыми чертежами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ РИСУНКОВ

39. Объем притязаний заявляемого изобретения, детально отражен в формуле изобретения. Решение вышеприведенных, а также и других задач, на которые направлено изобретение, а также его преимущества очевидны из следующего подробного описания вместе с прилагаемыми чертежами, на которых:

40. На фиг. 1 схематически представлена система непосредственного жидкостного охлаждения для охлаждения электронных компонентов с установленными в стойку электронными компонентами;

41. На фиг. 2 изображена стойка системы непосредственного жидкостного охлаждения для охлаждения электронных компонентов;

42. На фиг. 3 показана система непосредственного жидкостного охлаждения для охлаждения электронных компонентов в другом варианте реализации настоящего изобретения;

43. На фиг. 4 представлены форсунки и входной трубопровод системы непосредственного жидкостного охлаждения для охлаждения электронных компонентов;

44. На фиг. 5 изображен выпуск и выпускной порт системы непосредственного жидкостного охлаждения для охлаждения электронных компонентов;

45. На фиг. 6 показаны потоки хладагента системы непосредственного жидкостного охлаждения для охлаждения электронных компонентов;

46. На фиг. 7 представлен контроллер управления системы непосредственного жидкостного охлаждения для охлаждения электронных компонентов;

47. На фиг. 8 представлен теплообменник системы непосредственного жидкостного охлаждения для охлаждения электронных компонентов.

ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ

48. Особенности изобретения раскрыты в следующем описании и прилагаемых изображениях, поясняющих изобретение. В рамках данного изобретения могут быть разработаны альтернативные варианты его реализации. Кроме того, хорошо известные элементы изобретения не будут описаны подробно или будут опущены, чтобы не перегружать подробностями описание настоящего изобретения.

49. Слово «примерный» используется здесь для обозначения «выступающий в качестве примера, экземпляра или иллюстрации». Любой вариант осуществления, описанный здесь как «примерный», необязательно должен толковаться как предпочтительный или предоставляющий больше выгоды по сравнению с другими вариантами осуществления. Аналогично, термин «варианты осуществления изобретения» не требует, чтобы все варианты реализации изобретения включали рассматриваемый признак, преимущество или режим работы.

50. Используемая здесь терминология не предназначена для ограничения вариантов реализации изобретения, а только служит цели описания конкретного варианта реализации. Использование формы единственного числа также подразумевает и выполнение в формулировке множественного числа, если не противоречит контексту. Использованные здесь термины «состоящий», «содержащий», «включает» и/или «в том числе» указывают наличие заявленных признаков, этапов, операций, элементов и/или компонентов, но не исключают наличия или добавления одного или нескольких других признаков, этапов, операций, элементов, компонентов и/или их групп.

51. Под используемым здесь понятием «Электронные компоненты» может подразумеваться один компьютерный процессор, имеющий высокую, среднюю или низкую вычислительную способность. В одном из вариантов осуществления под «электронными компонентами» может подразумеваться множество электронных системных шасси, каждое из которых имеет несколько теплогенерирующих компонентов или блейд-серверов, расположенных в них и требующих охлаждения. В качестве примера, электронное системное шасси может содержать мульти блейд-серверную систему. Блейд-сервера или подсистемы каждой многокомпонентной серверной системы могут быть съемными и содержать несколько различных типов компонентов, подвергающихся непосредственному жидкостному охлаждению.

52. В соответствии с заявляемым изобретением любой электронный компонент, такой как блейд-сервер, шасси, узел или тому подобное, имеющий несколько различных типов компонентов, охлаждается путем непосредственного общего погружения в хладагент, циркулирующего сквозь компоненты. В такой реализации одна или несколько поверхностей каждого компонента, из множества различных типов компонентов, находятся в непосредственном физическом контакте с хладагентом, с целью облегчения переноса тепла от компонента к хладагенту.

53. Исходя из фиг. 1-3, система непосредственного жидкостного охлаждения для охлаждения электронных компонентов (2), предназначенная для поддержания заданной термостабильной среды для электронных компонентов, содержит в себе резервуар (1) и стойку (5).

54. В резервуаре (1) размещается стойка (5), которая содержит электронные компоненты, требующие охлаждения. Резервуар также может иметь съемную крышку (не показана). Крышка может быть установлена с использованием шарнирного крепления на одной из сторон стенки резервуара.

55. В реализации настоящего изобретения, течение диэлектрического хладагента направлено вверх с образованием параллельных потоков (3). Диэлектрический хладагент осуществляет передачу тепла от электронных компонентов, размещенных в стойке (5) внутри резервуара (1).

56. В число диэлектрических хладагентов, которые могут быть использованы для системы непосредственного охлаждения подобного типа, могут включаться, не исчерпывая всего перечня, инженерные жидкости, такие как 3М™ Novec™, минеральное масло, силиконовое масло, натуральные полиэфирные масла, в том числе масла на основе сои, и синтетические полиэфирные масла.

57. Стойка (5) в большинстве случаев имеет Т-образные продольные пазы на боковых поверхностях стойки (5) для обеспечения установки электронных компонентов (2) и другого оборудования, требующего охлаждения. Известно, что Т-образные продольные пазы облегчают надежную установку электронных компонентов (2), а также другого оборудования.

58. Кроме того, для крепления электронных компонентов (2) может быть также предусмотрен фиксирующий механизм (не показан) или подходящие монтажные элементы (не показаны) в сочетании с Т-образными продольными пазами. Следует понимать, что любое другое известное конструктивное решение, обеспечивающее безопасную установку компонентов, также может быть использовано применительно к настоящему изобретению.

59. Стойка (5) выполнена с возможностью извлечения из резервуара (1). Это облегчает доступ к электронному оборудованию в случае технического обслуживания и/или ремонта. Кроме того, возможна замена отдельных компонентов без извлечения из резервуара всей стойки.

60. Могут использоваться различные способы крепления извлекаемой стойки (5) в резервуаре (1). Например, известные способы включают крепление стойки (5) болтами к предварительно приваренным в определенных местах резервуара (1) гнездам, с использованием распорного крепления стойки (5) и стенок резервуара (1) или с использованием механизмов с автоматической блокировкой.

61. В реализации настоящего изобретения стойка (5) также содержит диэлектрические перегородки (4). Диэлектрические перегородки (4) обеспечивают разделение потоков охлаждающей жидкости и функциональных зон внутри резервуара (1). Т-образные продольные пазы используются для закрепления диэлектрических перегородок (4), как показано на фиг. 2. Диэлектрические перегородки (4) способствуют формированию параллельных и однотипных потоков (3), тем самым усиливая однородность и согласованность охлаждения электронных компонентов (2).

62. Для повышения эффективности параллельных потоков (3) через электронные компоненты (2), предпочтительно использовать заполняющий элемент (6) или массив заполняющих элементов (6) для того, чтобы перекрыть не используемое для монтажа электронного оборудования (2) пространство, как показано на фиг. 3.

63. В предпочтительном варианте заполняющий элемент (6) выполнен в виде пластины, перекрывающей поток, или, в другом варианте выполнения, в виде элемента с возможностью смещения, что позволяет уменьшить количество диэлектрического хладагента в резервуаре (1), когда стойка (5) не полностью заполнена электронным оборудованием (2), при этом оставляя электронные компоненты (2) в погруженном состоянии для охлаждения.

64. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения заполняющие элементы (6) могут занимать до 50% внутреннего объема резервуара, тем самым уменьшая максимальное количество диэлектрического хладагента, находящегося внутри емкости. Дополнительный выигрыш заключается в том, что заполняющий элемент (6) уменьшает количество диэлектрического хладагента, необходимого в резервуаре (1), при этом по-прежнему осуществляется охлаждение хладагентом нескольких типов электронных компонентов (2).

65. В некоторых реализациях настоящего изобретения заполняющему элементу (6) придана форма для возможности направления потока диэлектрического хладагента через резервуар (1), например, с целью формирования одного или нескольких параллельных потоков (3) диэлектрического хладагента.

66. Как показано на фиг. 2, стойка (5) имеет верхнюю секцию (25) и нижнюю секцию (35). Верхняя секция (25) и нижняя секция (35) разделены горизонтально расположенной диэлектрической панелью (12).

67. Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения диэлектрическая панель (12) включает в себя массив диэлектрических панелей (12'). Диэлектрическая панель (12) или массив диэлектрических панелей (12') содержат, по крайней мере, одно направляющее отверстие (22) или, предпочтительно, несколько направляющих отверстий (22), как показано на фиг. 3. Направляющее отверстие (22) может быть также снабжено регулирующим клапаном, направляющим и регулирующим поток охлаждающей жидкости.

68. Исходя из фиг. 4, диэлектрический хладагент пребывает в состоянии восходящего движения в параллельных потоках (3) между электронными компонентами (2) через, по крайней мере, одну форсунку (9), расположенную в нижней секции (35) на дне резервуара (1). Форсунка (9) согласована с направляющим отверстием (22) диэлектрической панели (12).

69. Форсунка (9) соединена с впускным трубопроводом (8), как показано на фиг. 4. Ориентация форсунки (9) может быть согласована с направляющим отверстием (22) при помощи, например, гофрированной втулки (11) для обеспечения надлежащего выравнивания. Очевидно, что предпочтительно использовать несколько форсунок (9).

70. Диэлектрический хладагент подается вверх с помощью насоса (7), соединенного, по крайней мере, с одной форсункой (9) через впускной трубопровод (8).

71. На фиг. 4 изображен насос (7), который обеспечивает непрерывную подачу диэлектрического хладагента, тем самым направляя потоки хладагента вверх через электронные компоненты (2). Подача диэлектрического хладагента, как описано, приводит к его переливу, что представлено на фиг. 5. При переливе хладагент движется в обратном направлении через зону перелива (13), которая образована стенкой резервуара (1) и диэлектрической перегородкой (4).

72. Как показано на фиг. 5, зона перелива (13) включает в себя выпускное отверстие (14), которое соединено с выпускным трубопроводом (15). Выпускное отверстие (14) выполнено с возможностью пропускания потока всего переливающегося диэлектрического хладагента. Другими словами, размеры выходного отверстия (14) совпадают с размерами зоны перелива (13).

73. Как показано на фиг. 6, в системе, представляющей заявленное изобретение, реализована схема, в которой холодный и нагретый хладагенты разделены и не происходит их смешивания. Охлаждающая жидкость в ее исходном состоянии находится при более низкой температуре, перемещается вверх и нагревается в результате передачи тепла от электронных компонентов (2). При достижении верхней части стойки (5) хладагентом в уже «нагретом» состоянии, он переливается и попадает в зону перелива (13), в которой «нагретый» хладагент отделен от исходного диэлектрической перегородкой (4). Другими словами, «охлажденный» хладагент течет со дна резервуара (1) вверх, а «нагретый» хладагент течет вниз от верхней части резервуара (1).

74. Как показано на фиг. 7, согласно варианту реализации заявленного изобретения, в системе имеется контроллер (17), который предназначен для управления работой системы и мониторинга параметров, таких как температура и поток диэлектрического хладагента. Эффективная работа системы требует непрерывного мониторинга и контроля нескольких важных рабочих параметров, включая текущие температуры, давления, проводимость в нескольких точках во время рассмотренной циркуляции диэлектрического хладагента.

75. Сенсорные и контрольные функции могут быть реализованы с использованием традиционно предназначенных в этих целях аппаратных и программных компонентов. Одной из целей настоящего изобретения является обеспечение заданной термостабильной среды для электронных компонентов (2).

76. Соответственно, в данной реализации настоящего изобретения ряд технических решений реализован в контроллере (17). Например, обнаружение и анализ температуры в горячих точках охлаждаемого оборудования с помощью предназначенных для этого датчиков (не показаны), определение разности температур и управление насосом (7) для увеличения или уменьшения скорости потоков охлаждающей жидкости (3) на основе полученных данных о температуре.

77. Кроме того, например, регистрируется температура возвратных потоков нагретого хладагента с помощью предназначенных для этого датчиков (не показаны) в теплообменнике (18) и/или выходном трубопроводе (15), определение разности температур и управление насосом (7) для увеличения или уменьшения скорости потоков охлаждающей жидкости (3) на основе данных о температуре.

78. А также, например, функцией контроллера (17) является определение градиента температуры в зоне переполнения (13) с помощью датчиков температуры, для управления и/или регулировки объема хладагента и мощности потока через форсунку (9) с помощью механических или электронно-механических средств, которая ориентирована с направляющим отверстием (22) диэлектрической панели (12).

79. Таким образом, системный контроллер (17) используется для управления различными компонентами системы охлаждения с целью поддержания температуры выходящего диэлектрического хладагента на заданном уровне. Для поддержания имеющейся охлаждающей жидкости на допустимом температурном уровне в системе охлаждения могут быть применены различные способы использования или рассеивания тепла (например, отбор тепла, рассеивание тепла низкой мощности или охлаждение).

80. Как показано на фиг. 8, теплообменник (18) соединен с резервуаром (1) с помощью герметичного быстроразъемного соединения, подключенного к трубопроводам прямого и обратного потоков жидкого хладагента (19).

81. Теплообменник (18) также включает в себя комбинированное электрическое быстроразъемное соединение (20) для линий передачи сигналов и линий электропитания. Поток хладагента через насос (7) проходит через первичный контур теплообменника (18), передавая тепло во вторичный контур. Вторичный контур, в свою очередь, соединен посредством герметичного быстроразъемного соединения с трубопроводами системы рекуперации тепла (21). Каждый из контуров может быть снабжен индивидуально насосами для передачи охлаждающей жидкости, как предусмотрено в настоящем описании.

82. В данном варианте реализации теплообменник (18) расположен отдельно от резервуара (1) и содержит, по крайней мере, один насос (7). Резервуар (1) может включать в себя трубопровод или линию из описанной здесь системы трубопроводов, соединенной с теплообменником (18) для протекания исходно холодного или охлажденного хладагента в резервуар (1), а другой трубопровод или линия соединены с выпускным трубопроводом (15) для протекания или откачки нагретого хладагента из резервуара (1) в отдельно расположенный теплообменник (18), как показано на фиг. 8

83. Любая из известных систем рекуперации тепла подходит для целей настоящего изобретения. Некоторыми из известных технологий являются градирни, внешние радиаторы и чиллерные системы.

84. Кроме того, устройство для рекуперации тепла может находиться там, где выделяемое тепло используется для отопления. Например, устройство для рекуперации тепла может быть частью системы отопления здания или помещения, где выделяемое тепло используется для обогрева здания. Примерами устройств для рекуперации тепла являются, не исчерпывая все многообразие, подогреватели пола и генераторы электроэнергии по геотермальному принципу.

85. Очевидно, что представленное здесь изобретение является по существу одним и тем же, несмотря на различные варианты его реализации. Представленные варианты изобретния не следует квалифицировать как отклонение от сущности и идеи изобретения, и все такие варианты реализации, очевидные для специалиста в данной области, должны быть включены в следующие пункты формулы изобретения.

Изобретение относится к оборудованию для охлаждения электронных компонентов, в частности к системе непосредственного жидкостного охлаждения электронных компонентов. Техническим результатом является поддержание заданной термостабильной среды для различных электронных компонентов, а также повышение надежности и эффективности системы. Предложенная система включает в себя резервуар и извлекаемую стойку, размещенную в резервуаре и обеспечивающую надежное крепление электронных компонентов для охлаждения. Система также включает в себя диэлектрический хладагент, совершающий восходящее движение в параллельных потоках между электронными компонентами и насос, обеспечивающий непрерывную подачу диэлектрического хладагента, заставляя тем самым диэлектрический хладагент подниматься вверх через электронные компоненты и вызывая перелив диэлектрического хладагента внутри резервуара. Также предусмотрен теплообменник, соединенный с резервуаром через выпускной трубопровод. Кроме того, предусмотрен контроллер для мониторинга температуры и регулировки потока диэлектрического хладагента. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Система непосредственного жидкостного охлаждения электронных компонентов, сконфигурированная для поддержания заданной термостабильной среды электронных компонентов, содержащая:

- резервуар;

- извлекаемую стойку, помещенную в резервуар с надежно установленными электронными компонентами для охлаждения, причем стойка имеет верхнюю секцию и нижнюю секцию, разделенные горизонтально расположенной диэлектрической панелью, снабженной массивом направляющих отверстий;

- диэлектрический хладагент, совершающий движение вверх в параллельных потоках между электронными компонентами через, по крайней мере, одну форсунку, расположенную в нижней части стойки на дне резервуара, причем по крайней мере одна форсунка ориентирована с направляющим отверстием из массива направляющих отверстий;

- насос, соединенный с, по крайней мере, одной форсункой посредством впускного трубопровода, обеспечивающего непрерывную накачку диэлектрического хладагента, тем самым заставляя диэлектрический хладагент подниматься вверх через электронные компоненты и обеспечивая перелив диэлектрического хладагента;

- теплообменник, соединенный с резервуаром через выпускной трубопровод, причем выпускной трубопровод соединен с выпускным отверстием, выполненным с возможностью приема потока переливающегося диэлектрического хладагента;

- а также контроллер, предназначенный для контроля температуры и регулировки потока диэлектрического хладагента.

2. Система непосредственного жидкостного охлаждения по п. 1, в которой стойка дополнительно содержит диэлектрические перегородки, предназначенные для обеспечения

разделения на параллельные потоки диэлектрического хладагента и функциональных зон внутри резервуара.

3. Система непосредственного жидкостного охлаждения по п. 1, в которой в стойке сформированы Т-образные продольные пазы на боковых поверхностях стойки для облегчения закрепления электронных компонентов на стойке и диэлектрических перегородок.

4. Система непосредственного жидкостного охлаждения по п. 1, в которой стойка дополнительно снабжена, по крайне мере, одним заполняющим элементом для обеспечения максимального потока диэлектрического хладагента и уменьшения требуемого объема диэлектрического хладагента при неполном заполнении стойки электронными компонентами.

5. Система непосредственного жидкостного охлаждения по п. 1, в которой диэлектрическая панель сформирована в виде массива меньших диэлектрических панелей.

6. Система непосредственного жидкостного охлаждения по п. 1, в которой контроллер вычисляет разность температур внутри системы через температурные датчики и регулирует поток диэлектрического хладагента через электронные компоненты, чтобы поддерживать заданную термостабильную среду электронных компонентов.

7. Система непосредственного жидкостного охлаждения для охлаждения электронных компонентов, содержащая:

- резервуар;

- извлекаемую стойку, помещенную в резервуар с электронными компонентами для охлаждения, выполненную с интегрированными в нее диэлектрическими перегородками, установленными для обеспечения разделения параллельных потоков диэлектрического хладагента и функциональных зон внутри резервуара;

- диэлектрический хладагент, совершающий движение вверх в параллельных потоках;

- насос, выполненный непосредственно в составе модуля теплообмена, соединенный с, по крайней мере, одной форсункой через впускной трубопровод, обеспечивающий непрерывную накачку диэлектрического хладагента, тем самым заставляя диэлектрический хладагент подниматься вверх через электронные компоненты и обеспечивая перелив диэлектрического хладагента;

- теплообменник, соединенный с резервуаром через выпускной трубопровод, причем выпускной трубопровод соединен с выходным отверстием, выполненным с возможностью приема потока переливающегося диэлектрического хладагента;

- а также контроллер, предназначенный для контроля температуры и регулировки потока диэлектрического хладагента.

8. Система непосредственного жидкостного охлаждения по п. 7, в которой стойка содержит Т-образные продольные пазы на боковых поверхностях стойки для облегчения закрепления электронных компонентов на стойке и диэлектрических перегородок.

9. Система непосредственного жидкостного охлаждения по п. 7, в которой стойка дополнительно содержит, по крайней мере, один заполняющий элемент, для обеспечения максимального потока диэлектрического хладагента и уменьшения требуемого объема диэлектрического хладагента, при неполном заполнении стойки электронными компонентами.

10. Система непосредственного жидкостного охлаждения по п. 7, в которой стойка содержит верхнюю секцию и нижнюю секцию, разделенные горизонтально расположенной диэлектрической панелью, имеющей массив направляющих отверстий.

11. Система непосредственного жидкостного охлаждения по п. 10, в которой диэлектрическая панель сформирована в виде массива меньших диэлектрических панелей.