Установка для иммерсионного жидкостного охлаждения электронных устройств Российский патент 2020 года по МПК G06F1/20 

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

В заявке на патент США №2011/0132579 "Liquid Submerged, Horizontal Computer Appliance Rack and Systems and Method of Cooling such a Appliance Rack", 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. Эта система 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.

Также известно техническое решение (RU 2500012 С1, 02.07.2012), ферма с иммерсионной системой охлаждения, содержащая нагревающиеся электронные компоненты, помещенные в диэлектрическую охлаждающую жидкость, герметичный контейнер, модуль охлаждения (теплообменник), модуля направления (насос), причем контейнеров может быть несколько и располагаются они в стойке параллельно друг другу. В качестве модуля распределения используется распределительная труба, установленная параллельно днищу контейнера, и образована двумя параллельными друг другу перфорированными трубами, соединенными U-образным соединителем. Причем один конец распределительной трубы заглушен, а второй соединен с впускным патрубком, установленным в нижней части контейнера. Такая конструкция модуля распределения отводит тепло от размещенных в контейнере электронных устройств в целом и не обеспечивает достаточно эффективного отвода тепла от наиболее нагретых компонентов электронных устройств.

К недостаткам известных технических решений, относится невысокая плотность установки охлаждаемых электронных устройств, неравномерный отвод тепла, что приводит к ненадежности работы системы.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание надежной иммерсионной системы охлаждения для электронных устройств с улучшенными эксплуатационными характеристиками, обеспечение высокой плотности размещения вычислительных ресурсов (электронных устройств), а также высокая степень надежности и защищенности системы от перегрева.

Техническим результатом является повышение надежности работы иммерсионной системы охлаждения для электронных устройств, за счет конструктивного выполнения емкости (резервуара) для охлаждения, а также подачи охлажденного потока снизу емкости и равномерного распределения потока охлаждающей жидкости за счет конструкции стенок емкости (внутренних камер) и использования физического эффекта «конвекция» (усиление потока за счет естественной циркуляции «направление потока снизу вверх, т.е. поток, нагреваясь, поднимается вверх за счет естественной конвекции для последующего отвода тепла из емкости»).

Сущность изобретения достигается тем, что установка для иммерсионного жидкостного охлаждения электронных устройств содержит емкость с охлаждающей жидкостью и установленными в ней электронными устройствами, причем емкость установлена на раму и содержит впускной и выпускной патрубки/отверстия, сообщающиеся посредством трубопровода с насосом, фильтром грубой очистки и теплообменником. Впускной патрубок или впускное отверстие расположен(о) на дне емкости, а поток охлаждающей жидкости через впускной патрубок или впускное отверстие направлен вверх в нагнетательную камеру емкости, после которой поток охлаждающей жидкости распределяется на два, и через, промежуточные камеры, распределяется по боковым камерам, далее потоки сходятся в обратной центральной камере, в которой расположен выпускной патрубок или выпускное отверстие. Нагнетательная камера образована частями торцевых стенок емкости, верхней стенкой, расположенной вдоль дна емкости и двумя боковыми перфорированными продольными стенками, через которые поток охлаждающей жидкости распределяется на два потока. Каждая из промежуточных камер образована одной из двух боковых перфорированных продольных стенок нагнетательной камеры, части продольной стенки и/или дна емкости, частями торцевых стенок емкости, а также перфорированной верхней стенкой, которая приблизительно параллельна, в пределах допусков, верхней стенки нагнетательной камеры. Каждая из боковых камер образована стенками обратной центральной камеры, а также частью боковых и торцевых стенок емкости и перфорированной верхней стенкой промежуточной камеры. Обратная центральная камера в поперечном сечении имеет перевернутую П-образную форму и расположена между боковых камер, а основанием установлена на низ верхней стенки нагнетательной камеры, причем по меньшей мере на одной из торцевых стенок емкости в обратной центральной камере расположен выпускной патрубок или выпускное отверстие. Дополнительно емкость может выполняться из серого полипропилена толщиной от 7 до 12 мм. Емкость может быть наполнена диэлектрической охлаждающей жидкостью (минеральное масло, синтетическое масло, масло «оптиколл», трансформаторное масло, полиметилсилоксановые жидкости). Насос и теплообменник, а также фильтр установлены на раме. Охлаждаемые электронные устройства установлены в боковых камерах. Впускной патрубок или впускное отверстие расположен(о) по центру дна емкости. Выпускной патрубок или выпускное отверстие расположен(о) в самой низкой части в одной из торцевых стенок центральной обратной камеры.

Сущность изобретения подтверждается чертежами:

фиг. 1 - иммерсионная емкость общий вид.

фиг. 2, 3, 4 - иммерсионная емкость вид сверху, сбоку, с торца.

фиг. 5, 6 - взрыв схема иммерсионной емкости с разных ракурсов.

фиг. 7, 8 - сечение с торца иммерсионной емкости.

фиг. 9 - общий вид иммерсионной емкости, установленной на раму с оборудованием

фиг. 10 - общий вид иммерсионной емкости, установленной на раму

Краткое пояснение к фиг. 5.

Корпус иммерсионной емкости образован деталью 11 - U или V или как показано на фиг 11 формой (боковые стенки и дно), а также торцевыми стенками 1 и 13.

1, 13 - торцевые стенки иммерсионной емкости.

2 - продольные вертикальные опоры с перфорацией (две боковые перфорированные продольные стенки для камер А1 или А2 или A3).

3 - перевернутый П-образный элемент с перфорацией в верхней части, а нижней - короткой стороной, опирающийся на элемент 5, образующий обратную центральную камеру А6, которая в поперечном сечении имеет перевернутую П-образную форму и расположена между боковых камер.

4 - продольные горизонтальные элементы с перфорацией (перфорированные верхние стенки для камеры для промежуточной камеры А2 или A3).

5 - опора для элемента 3 и опирающаяся на элементы 2 (верхняя стенка, расположенная вдоль дна емкости) с образованием камеры А1.

6 - продольные элементы являющиеся опорой для элементов 4.

7 - опоры для элементов 4.

8 - верхняя поперечная планка - ребро жесткости (соединяется с элементами 3 и 11).

9 - впускной и выпускной патрубки.

10 - ребра жесткости (показаны - треугольные, могут быть и квадратные и прямоугольные в зависимости от формы емкости).

11 - элемент являющийся основой корпуса - боковые стенки и дно -может иметь в сечении U или V или как показано на фиг. 5, 6, 7, 8 форму.

12 - элементы с прорезями, например, для крепления проводов.

Краткое пояснение к фиг. 7, 8: иммерсионное масло под давлением 3 атм. поступает в пластиковую емкость через патрубок, например, диаметром 83 мм элемент 9 и поступает в камеру А1 (нагнетательная) и далее через отверстия в элементе 2 поступает в камеры А2 и A3 (промежуточные). Далее через перфорацию (отверстия), например, диаметром 6 мм, в элементах 4 масло поступает в камеры А4 и А5 (боковые), где размещены электронные устройства, и охлаждает их. Далее нагретое масло через прямоугольные отверстия в детали 3 поступает в обратную центральную камеру А6 (сборный коллектор), и через выходной патрубок элемент 9, например, диаметром 83 мм и поступает через фильтр грубой очистки в насос, далее охлаждается в теплообменнике и снова подается в емкость.

Установка для иммерсионного жидкостного охлаждения электронных устройств работает следующим образом. В емкость с электронными устройствами (асиками) заливают диэлектрическую охлаждающую жидкость (например, трансформаторное масло, полиметилсилоксановые жидкости). Электронное оборудование полностью или частично погружают в емкость, содержащую диэлектрическую теплоотводящую жидкость, причем циркуляцию обеспечивают насосом, а охлаждение обеспечивают внешним теплообменником, кроме этого фильтрацию обеспечивают фильтром грубой очистки. Поток жидкости, образованный насосом, через впускной патрубок или впускное отверстие попадает в нагнетательную камеру емкости, а именно направлен вверх в верхнюю стенку нагнетательной камеры. Далее поток через перфорированные боковые перегородки нагнетательной камеры распределяется на два потока, которые через боковые камеры охлаждают электронные устройства, установленные в боковых камерах, далее потоки, поднимаясь вверх из-за постоянного напора жидкости и за счет нагрева, попадают в общую центральную обратную камеру, и через соединенные трубопроводом по крайней мере один выпускной патрубок или выпускное отверстие, посредством, фильтра грубой очистки и/или дополнительного фильтра, насоса и теплообменника, поступают обратно в емкость. Тепло из контура охлаждения теплообменника может быть либо использовано, либо рассеяно. Возможна установка в систему обогревателя для работы в отрицательных температурах. Температура окружающей среды, при которой возможна работа заявленного устройства охлаждения, колеблется от -50°С до +45°С.

Установка охлаждения с электронными устройствами (например асиками) предназначена для выполнения операций криптомайнинга. В качестве асиков, например, могут быть использованы чипы 7д-Т7. Для поддержания регламентируемой температуры чипов, требуется поддержание соответствующего теплоотвода. В качестве теплоотводящего элемента может быть выбрано масло «оптиколл», которое обладает электроизоляционными характеристиками. Емкость и все детали внутри емкости, из которых образуются внутренние камеры, могут быть сделаны из полипропилена. В обвязку установки (элементы трубопровода) могут входить муфты, соединители, переходники, американки, уголки, краны, тройники и т.д. В качестве измерительных устройств могут применяться манометры и термометры перед впуском в емкость, так и после выхода из нее.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет достичь повышения надежности работы иммерсионной системы охлаждения для электронных устройств, за счет конструктивного выполнения емкости (резервуара) для охлаждения электронных устройств, а также обеспечивает повышение плотности компоновки электронных устройств, кроме того повышается ремонтопригодность и улучшаются условия технического обслуживания вычислительного блока в иммерсионной емкости.

Несмотря на то, что изобретение раскрыто 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 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.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, а также удаленных систем связи и управления, как известно в соответствующей области техники.

Изобретение относится к системам охлаждения. Технический результат заключается в расширении арсенала средств. Установка для иммерсионного жидкостного охлаждения электронных устройств содержит емкость с охлаждающей жидкостью и установленными в ней электронными устройствами, причем емкость установлена на раму и содержит впускной и выпускной патрубки/отверстия, сообщающиеся посредством трубопровода с насосом, фильтром грубой очистки и теплообменником. Впускной патрубок или впускное отверстие расположен(о) на дне емкости, а поток охлаждающей жидкости через впускной патрубок направлен вверх в нагнетательную камеру емкости, после которой поток охлаждающей жидкости распределяется на два, и через, промежуточные камеры, распределяется по боковым камерам, далее потоки сходятся в обратной центральной камере, в которой расположен выпускной патрубок/отверстие. 10 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Установка для иммерсионного жидкостного охлаждения электронных устройств, содержащая емкость с охлаждающей жидкостью и установленными в ней электронными устройствами, причем емкость установлена на раму и содержит впускной и выпускной патрубки, сообщающиеся посредством трубопровода с насосом, фильтром грубой очистки и теплообменником, причем впускной патрубок или отверстие расположен(о) на дне емкости, отличающаяся тем, что поток охлаждающей жидкости через впускной патрубок или впускное отверстие направлен вверх в нагнетательную камеру емкости, после которой поток охлаждающей жидкости распределяется на два, и через промежуточные камеры распределяется по боковым камерам, далее потоки сходятся в обратной центральной камере, в которой расположен выпускной патрубок или выпускное отверстие.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что нагнетательная камера образована частями торцевых стенок емкости, верхней стенкой, расположенной вдоль дна емкости и двумя боковыми перфорированными продольными стенками, через которые поток охлаждающей жидкости распределяется на два потока.

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что каждая из промежуточных камер образована одной из двух боковых перфорированных продольных стенок нагнетательной камеры, части продольной стенки и/или дна емкости, частями торцевых стенок емкости, а также перфорированной верхней стенкой, которая приблизительно параллельна, в пределах допусков, верхней стенки нагнетательной камеры.

4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что каждая из боковых камер образована стенками обратной центральной камеры, а также частью боковых и торцевых стенок емкости и перфорированной верхней стенкой промежуточной камеры, причем обратная центральная камера в поперечном сечении имеет перевернутую П-образную форму и расположена между боковыми камерами, а основанием установлена на низ верхней стенки нагнетательной камеры, причем по меньшей мере на одной из торцевых стенок емкости в обратной центральной камере расположен выпускной патрубок или выпускное отверстие.

5. Установка по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что емкость и все стенки выполняются из серого полипропилена.

6. Установка по п. 5, отличающаяся тем, что емкость выполняется из серого полипропилена толщиной от 7 до 12 мм.

7. Установка по любому из пп. 1-6, отличающаяся тем, что емкость наполнена диэлектрической жидкостью.

8. Установка по любому из пп. 1-7, отличающаяся тем, что насос и теплообменник, а также фильтр установлены на раме.

9. Установка по пп. 1-8, отличающаяся тем, что в боковых камерах установлены электронные устройства.

10. Установка по пп. 1-9, отличающаяся тем, что впускной патрубок или отверстие расположен(о) по центру дна емкости.

11. Установка по пп. 1-10, отличающаяся тем, что выпускной патрубок или выпускное отверстие расположен(о) в самой низкой части в одной из торцевых стенок центральной обратной камеры.