ОДНОФАЗНАЯ СИСТЕМА ИММЕРСИОННОГО ОХЛАЖДЕНИЯ СЕРВЕРНЫХ ШКАФОВ Российский патент 2023 года по МПК G06F1/20 H05K7/20 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к системам жидкостного охлаждения электронных устройств путем полного погружения нагревающихся электронных компонентов в диэлектрическую охлаждающую жидкость.

Уровень техники

Из уровня техники известна иммерсионная система охлаждения для электронных устройств (RU 2643173 C1, 31.01.2018), состоящая из герметичного контейнера с диэлектрической охлаждающей жидкостью, содержащего электронные устройства с компонентами, выделяющими тепло; модуль распределения - распределяющий диэлектрическую охлаждающую жидкость по контейнеру; модуль направления - для подвода и отвода диэлектрической охлаждающей жидкости из контейнера, содержащий насос с фильтром для фильтрации диэлектрической охлаждающей жидкости; модуль охлаждения - для охлаждения диэлектрической охлаждающей жидкости в контейнер с помощью вторичной охлаждающей жидкости; модуль удаления - для наполнения и удаления диэлектрической охлаждающей жидкости из контейнера, размещены в одном корпусе, образующем вычислительный блок. Но данная система охлаждения является двухконтурной. Кроме того, заявленное в качестве технического результата, повышение ремонтопригодности, улучшение условий технического обслуживания вычислительного блока, не выполнимо поскольку, как следует из иллюстрации 1 указанного патента, верхняя крышка для обеспечения герметичности крепится за счет винтовых изделий (шурупы или болты). Таким образом, для того чтобы получить доступ к электронным устройствам необходимо предварительно извлечь энное количество резьбовых креплений, это трудоемко и занимает много времени по сравнению с работой со стандартными компьютерными корпусами. В стандартных корпусах доступ к электронным компонентам, решается за счет легкосъемных крышек и заглушек или дверей на петлях с защелкой. Кроме этого, на фиг. 2 данного патента изображено вертикальная стойка, в которую по высоте установлены модули, к которым присоединены модули направления 5, содержащий насос 6 и предназначенный для подвода и отвода охлаждающей жидкости из контейнера. Таким образом, для обеспечения ремонта серверного оборудования необходимо сначала слить охлаждающую жидкость из резервуара, отсоединить трубопровод и только затем появится возможность извлечь модуль для ремонта оборудования.

По технической сущности наиболее близкой является система охлаждения множества независимо работающих серверов, содержащих генерирующие тепло электронные компоненты (US 2011/0132579 A1, опубл. 09.06.2011), содержащая по меньшей мере, один резервуар, определяющий внутренний объем и имеющий впускное отверстие для охлаждающей жидкости для приема диэлектрической охлаждающей жидкости во внутреннем объеме и имеющее выпускное отверстие для охлаждающей жидкости, позволяющее диэлектрической охлаждающей жидкости вытекать из внутреннего объема, причем впускное отверстие для охлаждающей жидкости и выпускное отверстие для охлаждающей жидкости гидравлически связаны друг с другом; один или несколько монтажных элементов, расположенных во внутреннем объеме и выполненных с возможностью монтирования для приема множества независимо работающих серверов; жидкий диэлектрический теплоноситель; теплообменник, гидравлически связанный с выпускным отверстием для охлаждающей жидкости, по меньшей мере, одного резервуара, причем теплообменник расположен на расстоянии от резервуара; насос, гидравлически связанный с теплообменником и внутренним объемом, по меньшей мере, одного резервуара, причем насос сконфигурирован для перекачивания жидкого теплоносителя через жидкостный контур, содержащий первую часть контура, проходящую от входа охлаждающей жидкости резервуара к каждому серверу, вторая часть контура, проходящая от каждого соответствующего сервера до выхода охлаждающей жидкости, третья часть контура, проходящая от выхода охлаждающей жидкости к теплообменнику, и четвертая часть, проходящая от теплообменника до входа охлаждающей жидкости; контроллер для контроля температуры жидкого теплоносителя по меньшей мере в одном месте в контур жидкости и для регулирования потока жидкого диэлектрического теплоносителя через контур жидкости для того, чтобы жидкий диэлектрический теплоноситель поддерживал повышенную температуру при выходе из части второго контура жидкости; при этом, по меньшей мере, один резервуар сконфигурирован для содержания жидкого диэлектрического теплоносителя во внутреннем объеме таким образом, что, когда в него может быть установлено множество серверов, по меньшей мере, часть каждого сервера погружена в жидкий диэлектрический теплоноситель для достаточного охлаждения каждого соответствующего сервера, когда резервуар достаточно заполнен жидкой охлаждающей жидкостью, в то же время поддерживая выходящую нагретую жидкую охлаждающую жидкость при повышенной температуре, чтобы уменьшить количество энергии, потребляемой для достаточного охлаждения каждого из множества серверов. В данном патенте есть серьёзные недостатки. В качестве охлаждающей системы выбрана двухконтурная система охлаждения, имеющая КПД ниже, чем одноконтурная система охлаждения. В патенте есть упоминание о возможности применения радиатора в качестве охлаждающего прибора в сочетании с чиллером. Такая система, использующая, радиатор не может работать при отрицательных температурах. В качестве способа регулирования температуры авторами указан способ регулирования скорости потока жидкости в охлаждающей системе. То есть при уменьшении температуры наружного воздуха до отрицательных значений произойдёт снижение температуры охлаждающей жидкости до значений при которых вязкость жидкости являющейся либо минеральным или синтетическим маслом либо их комбинацией станет неприемлемой для работы циркуляционного насоса, поток жидкости остановится, а в радиаторе вязкость будет еще выше это приведёт к образованию пробки из загустевшей диэлектрической жидкости. Возможности избежать этого в данном патенте не учтена, так как единственный способ увеличить температуру охлаждающей жидкости означает снизить скорость потока, что приведет к обратному эффекту, так как в таком случае интенсивность охлаждения уменьшенного потока в радиаторе только возрастет. Также недостатком изобретения является использование штатного вентиляторного оборудования для увеличения скорости прохождения диэлектрической жидкости через серверы. Но стандартные вентиляторы, предназначены для работы на воздухе. В вязкой жидкости эффект от их работы будет отрицательным так как вращение будет происходить не от маломощных двигателей, а от скорости потока жидкости. То есть, в результате, вентиляторы будут создавать дополнительное сопротивление потоку охлаждающей жидкости и занимать полезное пространство в стандартном серверном корпусе.

Раскрытие изобретения

Техническая задача заключается в создании системы, способной эффективно выполнять отвод тепла от серверного оборудования с помощью иммерсионной жидкости, обеспечивая: снижение энергопотребления на охлаждение, бесперебойность и высокую надежность работы системы охлаждения, в том числе, возможность работы системы охлаждения при отрицательных значениях температур наружного воздуха и аномально плюсовых температурах наружного воздуха, повышение отказоустойчивости серверного оборудования, сокращение количества оборудования, увеличение плотности размещения, повышение КПД.

Технический результат: снижение энергопотребления на охлаждение, обеспечение бесперебойности и повышение надежности работы системы охлаждения, в том числе, при отрицательных значениях температур наружного воздуха и аномально плюсовых температурах наружного воздуха, повышение отказоустойчивости серверного оборудования, сокращение количества оборудования, увеличение плотности размещения, повышение КПД.

Технический результат достигается за счет того, что однофазная система иммерсионного охлаждения серверных шкафов содержит по меньшей мере один основной контур, включающий соединенные гидравлически между собой по меньшей мере один охлаждающий шкаф, демпфирующую емкость, теплообменник, а также подводящий и отводящий трубопроводы, подводящий и отводящий циркуляционные насосы, причем теплообменник выполнен в виде трубопровода, находящегося в открытом водоеме-охладителе, заполненном водой и охлаждаемым наружным воздухом, при этом система охлаждения дополнительно содержит резервный контур, который включает в себя резервные компоненты такие как: демпфирующую емкость, теплообменник, а также подводящий и отводящий трубопроводы, подводящий и отводящий циркуляционные насосы.

Водоем-охладитель снабжен системой орошения, выполненной в виде сети трубопроводов с форсунками, расположенной над открытой частью водоема-охладителя.

Система орошения включает в себя гидравлически соединенные между собой всасывающий патрубок забора воды, по меньшей мере один насос, запорную арматуру и распылительные форсунки.

Отводящий трубопровод, проходящий до демпфирующей емкости, выполнен самотечным.

Охлаждающий шкаф содержит два патрубка забора, один из которых является резервным и два патрубка нагнетания, из которых один является резервным.

Однофазная система иммерсионного охлаждения серверных шкафов выполнена с возможностью работы в автоматическом режиме.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 – структурная схема системы охлаждения;

Фиг. 2 – принципиальная схема системы охлаждения;

Фиг. 3 – насосная станция и водоем-охладитель;

Фиг. 4 – система орошения водоема-охладителя;

Фиг. 5 – охлаждающий шкаф;

Фиг. 6 – структурная схема системы охлаждения;

Фиг. 7 – структурная схема системы охлаждения.

Осуществление изобретения

При проектировании и строительстве большинства крупных современных центров обработки данных повсеместно используется воздушное охлаждение, при котором система холодоснабжения выполнена на основе моноблочных холодильных машин (чиллеров) с воздушным охлаждением конденсатора и встроенным теплообменником свободного холода. В летний период времени источником холода являются компрессоры холодильных машин. В холодный период - компрессоры отключаются и используется встроенный теплообменник свободного холода. Чиллеры устанавливаются на специально подготовленной площадке рядом со зданием либо на кровле здания. В последнее время всё большую популярность набирают системы охлаждения машинных залов, работающие по принципу фрикулинга - технологии охлаждения объекта за счёт окружающей среды без применения компрессоров и другого энергоёмкого оборудования. Фактически, речь идёт о подаче прохладного уличного воздуха напрямую в помещение или посредством теплоносителя. Работоспособность фрикулинга возможна только тогда, когда температура воздуха на улице ниже температуры, которую требуется поддерживать в помещении.

Суть заявленного технического решения поясняется чертежами.

На фигуре 1 показана структурная схема одного из вариантов выполнения системы охлаждения (один основной контур охлаждения, в который входит 110 охлаждающих шкафов), где изображен охлаждающий шкаф 1, узел запорной арматуры 2 на подачу и забор жидкости, отводящий самотечный трубопровод 3, подающий (подводящий) трубопровод 4 под давлением, электронная задвижка 18, электронная задвижка 19, демпфирующая емкость 6, отводящий циркуляционный насос 7, подводящий (подающий) циркуляционный насос 9, трубопровод 8 теплообменника. Дополнительно вынесен резервный контур, в который входит узел запорной арматуры 2 к каждому охлаждающему шкафу 1, отводящий самотечный трубопровод 3.1, подающий трубопровод 4.1, демпфирующая емкость 6.1, отводящий циркуляционный насос 7.1, подводящий циркуляционный насос 9.1, трубопровод 8.1 теплообменника.

На фигуре 2 показана принципиальная схема системы охлаждения центра обработки данных, где изображен контур охлаждения 5, демпфирующая емкость 6, отводящие циркуляционные насосы 7 системы охлаждения, трубопровод 8 теплообменника системы охлаждения, подводящие циркуляционные насосы 9 системы охлаждения, водоем-охладитель 10, насосная станция 11, центр обработки данных (машинный зал) 12. Дополнительно показана резервная демпфирующая емкость 6.1, резервный отводящий циркуляционный насос 7.1, резервный подводящий циркуляционный насос 9.1, резервный трубопровод 8.1 теплообменника. Все резервные элементы соединены трубопроводом и имеют подключения к основным контурам.

На фигуре 3 показана насосная станция и водоем-охладитель, где изображены отводящий циркуляционный насос 7 системы охлаждения, подводящий циркуляционный насос 9 системы охлаждения, трубопровод 8 теплообменника системы охлаждения, система орошения 20.

На фигуре 4 показана система орошения 20, насосы 13 системы орошения, запорная арматура 14, трубопровод 15 системы орошения, распылительные форсунки 16, всасывающий патрубок забора воды 17 для системы орошения, подводящие циркуляционные насосы 9 системы охлаждения.

На фигуре 5 показан охлаждающий шкаф 1, где изображена система перелива 21, патрубок забора 22, один из которых один является резервным, датчики уровня жидкости 23, один из которых один является резервным, датчики температуры 25, из которых один является резервным, серверное оборудование 26, патрубки нагнетания 27, из которых один является резервным, контроллер управления охлаждающим шкафом 28.

На фигуре 6 показана структурная схема одного из вариантов системы охлаждения, где показаны два основных контура охлаждения с усреднённым показателем по количеству охлаждающих шкафов 1 и один резервный контур охлаждения. На фигуре изображен охлаждающий шкаф 1, узел запорной арматуры 2 на подачу и забор жидкости, отводящий самотечный трубопровод 3, подающий трубопровод 4 под давлением, электронная задвижка 18, электронная задвижка 19, демпфирующая емкость 6, отводящие циркуляционные насосы 7 системы охлаждения, подводящие циркуляционные насосы 9 системы охлаждения, трубопровод 8 теплообменника. Дополнительно вынесен резервный контур, в который входит узел запорной арматуры 2 к каждому охлаждающему шкафу 1, отводящий самотечный трубопровод 3.1, подающий трубопровод 4.1, демпфирующая емкость 6.1, отводящий циркуляционный насос 7.1, подводящий циркуляционный насос 9.1, трубопровод 8.1 теплообменника. Дополнительно вынесен второй основной контур, в который входит охлаждающий шкаф 1, узел запорной арматуры 2, отводящий самотечный трубопровод 3, подающий трубопровод 4, демпфирующая емкость 6, отводящий циркуляционный насос 7, подводящий циркуляционный насос 9, трубопровод 8 теплообменника.

На фигуре 7 показана минимальная по количеству шкафов и контуров структурная схема системы охлаждения, при которой также возможна работа заявленной системы. В нее входит один охлаждающий шкаф 1, узел запорной арматуры 2 на подачу и забор жидкости, отводящий самотечный трубопровод 3, подающий трубопровод 4 под давлением, электронная задвижка 18, электронная задвижка 19, демпфирующая емкость 6, отводящие циркуляционные насосы 7 системы охлаждения, подводящие циркуляционные насосы 9 системы охлаждения, трубопровод теплообменника 8. Дополнительно вынесен резервный контур, в который входит узел запорной арматуры 2 к охлаждающему шкафу 1, отводящий самотечный трубопровод 3.1, подающий трубопровод 4.1, демпфирующая емкость 6.1, отводящий циркуляционный насос 7.1, подводящий циркуляционный насос 9.1, трубопровод теплообменника 8.1.

Заявленная система охлаждения работает исключительно при наличии как минимум двух контуров охлаждения, где один контур охлаждения является основным, а второй контур охлаждения является резервным. Вся система может резервироваться на каждом этапе и на каждом вводе любых показателей. Основных контуров может быть любое количество, резервный один на всю систему, который резервируется на все элементы, за исключением охлаждающих шкафов. Линии чертежа, которыми указывается резервный контур имеют красный цвет.

Заявленная система иммерсионного охлаждения электронного (серверного) оборудования является однофазной, содержит по меньшей мере один основной контур, включающий соединенные гидравлически между собой по меньшей мере один охлаждающий шкаф 1, отводящий 3 и подводящий 4 трубопроводы, отводящий 7 и подводящий 9 циркулярные насосы, находящиеся в насосной станции 11, демпфирующую емкость 6, через которую заливается вся основная линия трубопроводов, водоем-охладитель 10 в качестве внешнего теплообменника, трубопровод 8 внешнего теплообменника, в котором протекает охлаждающая жидкость, расположенный в водоеме-охладителе 10, систему орошения 20. Охлаждающий шкаф 1, демпфирующая емкость 6 и водоем-охладитель 10 сообщаются между собой посредством трубопроводов. В качестве охлаждающей жидкости используется диэлектрическая жидкость, например, минеральное или синтетическое масло. Циркуляция жидкости осуществляется по трубопроводам из нержавеющей стали и происходит при помощи одноступенчатых циркуляционных насосов. Система трубопроводов герметична (единственное открытое место это охлаждающий шкаф).

В системе охлаждения предусмотрен резервный контур, подключенный к основному, который закольцован и имеет свой резервный трубопровод отводящий 3.1 и подводящий 4.1 к каждому из охлаждающих шкафов 1, резервные циркуляционные насосы 7.1 и 9.1, резервную демпфирующую емкость 6.1 и резервный трубопровод теплообменника 8.1. Всего охлаждающий шкаф 1 имеет по два патрубка нагнетания 27 и по два патрубка забора 22, для обеспечения резервирования на случай ремонта или выхода из строя запорной арматуры одного из направлений. К каждому шкафу дополнительно предусмотрена резервная линия тем самым система охлаждения имеет кольцевую систему работы и в случае поломок, можно легко отремонтировать любой шкаф из контура, без остановки линий и других шкафов. При этом по меньшей мере на один основной контур и на один резервный контур может приходиться один водоем-охладитель, в котором находится по меньшей мере один трубопровод 8 и один резервный трубопровод 8.1. Основной контур может быть гидравлически соединен со шкафом через выполненные в шкафу основной патрубок нагнетания и основной отводящий патрубок, а резервный контур с тем же шкафом через резервный патрубок нагнетания и резервный отводящий патрубок шкафа.

Охлаждающий шкаф 1 заполняется диэлектрической жидкостью, в нем размещается серверное оборудование 26, требующее охлаждения. Шкаф снабжен крышкой, направляющими, с посадочными местами под серверное оборудование, которые позволяют фиксировать положение серверных корпусов в шкафу с точностью в 1 мм, узлом запорной арматуры 2, включающим подводящий патрубок нагнетания 27 с электронной задвижкой 18, расположенный в нижней части охлаждающего шкафа 1, перфорированной трубой для равномерного распределения жидкости, поступающей от патрубка нагнетания 27, по дну шкафа, отводящий патрубок 22, выполненный в виде системы перелива 21 со своей электронной задвижкой 19, расположенный в верхней части охлаждающего шкафа 1, датчиками контроля температуры 25 и уровня жидкости 23.

Охлаждающие шкафы могут быть установлены в центре обработки данных (машинном зале) на специальную металлическую конструкцию, которая имеет большую точку опоры, имеющая посадочные места для шкафов, для плотности и точности размещения их в машинном зале, а также для распределения нагрузки по всему периметру пола. Вокруг охлаждающих шкафов, в проходах между линиями охлаждающих шкафов, установлен фальшпол, закрывающий все подводящие трубы и оптоволоконные каналы, в случае ремонта можно беспрепятственно поднять плитки фальшпола, спуститься и произвести ремонтные работы, или регламентные работы. Пол имеет разуклонку и приямки для сбора охлаждающей жидкости в случае аварийной протечки.

За пределами здания, трубопровод может находиться под землей в бетонном канале, разделенном на коридоры, холодной жидкости и теплой. Исключением служит сам водоем- охладитель с водой, в котором трубопровод теплообменника 8 полностью погружен в воду и не имеет защитных кожухов для эффективного теплообмена.

По всей длине трубопровода установлены датчики протечки, все данные со всех датчиков собираются и выводятся на мониторы инжиниринговый службы, тем самым оперативно решаются проблемы, связанные с нештатной ситуацией.

Патрубок нагнетания 27 и подающий трубопровод 4 имеет давление жидкости от циркуляционных насосов 7 и 9, скорость подачи жидкости в сам охлаждающий шкаф 1 регулируется управляемой электронной задвижкой 18, настраиваемой вручную или программой на определенный угол при определенных температурных нормах, тем самым регулируется индивидуально каждый охлаждающий шкаф 1 из системы, в каждый шкаф подается определенное количество жидкости, зависящее от температуры и уровня жидкости. Мониторинг за температурой и уровнем осуществляется датчиками температуры 25 и датчиками уровня жидкости 23. Исходя из этих параметров электронные заслонки 18 и 19 регулируют количество подаваемой охлаждающей жидкости. Патрубок забора 22 жидкости выполнен с системой перелива 21, весь отводящий трубопровод 3, проходящий до демпфирующей емкости 6 выполнен самотечным, тем самым исключаются лишние насосы на забор жидкости.

Демпфирующие емкости 6 имеются на каждый контур, для обеспечения аварийного запаса жидкости. В случае избытков жидкости, данная емкость принимает на себя большой объем охлаждающей диэлектрической жидкости, далее жидкость подхватывается циркуляционными отводящими насосами 7 и создается давление.

В насосной станции 11 стоят циркуляционные насосы на подачу 9 и забор 7 охлаждающей диэлектрической жидкости, также стоят насосы 13 на систему орошения 20 и на систему пожаротушения всего объекта.

Водоем-охладитель 10 выполнен в виде открытого водоема (бассейна), наполненного обычной водой, внутри которого расположен трубопровод 8 (может быть извилистым, как показано на фиг.3), в котором протекает охлаждающая жидкость. Водоем охлаждается наружным воздухом, вместе с трубопроводом 8, проходящим через него, является внешним теплообменником, расположенным за пределами ограждающих конструкций помещения, непосредственно примыкает к насосной станции 11, имеет датчики контроля температуры и уровня жидкости для мониторинга объема воды и его температуры, имеет систему орошения 20. Водоем-охладитель 10 пополняется водой из сети холодного водоснабжения предприятия. При превышении температурных параметров воды, например, в теплое время суток или при аномальной жаре при сигнале датчиков о перегреве воды в водоеме- охладителе 10, включается система орошения 20 для обеспечения надежной работы однофазной системы охлаждения. Система орошения 20 расположена выше зеркала воды водоема-охладителя 10.

Система орошения включает в себя гидравлически соединенные между собой всасывающий патрубок забора воды, по меньшей мере один насос, запорную арматуру и распылительные форсунки.

Работа системы охлаждения может происходить в автоматическом режиме. Для автоматического функционирования системы используются следующие устройства: - запорно-регулирующая арматура с электроприводами; - датчики контроля температурных параметров; - датчики давления; - датчики уровня охлаждающей жидкости и воды в открытом водоеме. Система диспетчеризации инженерного оборудования (далее АСДУ) предназначена для автоматизации и централизации процесса сбора оперативной и статистической информации о работе системы охлаждения оптимизации управления компонентами системы. При этом осуществляется постоянный мониторинг с регистрацией основных параметров системы и обеспечение возможности управления оборудованием инженерной инфраструктуры из единого диспетчерского центра. Основными задачами системы АСДУ является: - Обеспечивать автоматизированный контроль и управление оборудованием системы охлаждения центра обработки данных; - Автоматическое выявление выхода контролируемых параметров процессов за допустимые пределы; - Ведение протокола текущих и аварийных событий, формирование базы данных измерений технологических параметров; - Автоматическое оповещение эксплуатирующего персонала о выходе контролируемых параметров процессов оборудования за допустимые пределы и возникновении аварийных событий; - Обеспечивать визуализацию контролируемых параметров. АСДУ интегрирует в единую информационную среду все подсистемы автоматического управления и обеспечивает визуализацию и архивирование параметров, а также управление и контроль функционирования следующих технологических подсистем объекта: - системы контроля температурных параметров охлаждающей жидкости; - системы контроля уровня охлаждающей жидкости (в каждом шкафе и в системе в целом); - системы электроснабжения; - система технического учета электроэнергии; - система контроля протечек; - системы контроля уровня воды в открытом бассейне. Система АСДУ имеет иерархическую структуру: - Уровень 1. Первичные датчики, исполнительные механизмы (например, приводы клапанов, заслонок), а также устройства согласования сигналов первичных датчиков с входами контроллеров сбора информации. - Уровень 2. Контроллеры сбора информации (удаленные модули ввода-вывода), программируемые логические контроллеры (ПЛК). - Уровень 3. Сервер АСДУ, а также рабочее место диспетчера (АРМ). Датчики преобразуют параметры контролируемых процессов и передают на контроллеры АСДУ, установленные в щитах. Датчики и исполнительные механизмы размещаются непосредственно на инженерном оборудовании. Контроллеры на нижнем уровне обеспечивают прямой (без участия сервера системы диспетчеризации) непрерывный мониторинг технологического оборудования, и передачу информации на сервер АСДУ. Контроллеры и распределенные модули ввода/вывода размещаются в шкафах автоматики.2 Шкафы автоматики и периферийное оборудование размещаются по месту в помещениях соответствующих компонентов системы. От соответствующих аппаратов и устройств до шкафов автоматики прокладываются кабели требуемой емкости и сечений. Сервер АСДУ имеет средства организации обмена информацией с АРМ операторов (на базе локальной вычислительной сети) и контроллерами, а также специализированное программное обеспечение для сбора и архивирования информации, поступающей от оборудования системы. Распределение доступа операторов к различным разделам системы управления можно регулировать, назначая соответствующим диспетчерам определенные права доступа. Сервер обеспечивает: - пользовательский графический интерфейс оператора на русском языке; - создание и ведение архивов всех действий операторов и сообщений от контроллеров; - просмотр этих данных; - передача сообщений об изменении состояния инженерных систем от контроллеров к оператору; - генерация различных отчетов; - разграничение прав доступа пользователей (операторов); - рассылка аварийных сообщений авторизованным лицам по e-mail.

Однофазная система иммерсионного охлаждения серверного оборудования работает следующим образом. В начале работы однофазной системы иммерсионного охлаждения серверов происходит заполнение охлаждающего шкафа 1 диэлектрической жидкостью напрямую сверху, залив происходит с закрытыми задвижками 18 и 19 до верхнего уровня жидкости, контролируемого датчиком уровня жидкости 23. Вся основная линия трубопровода заливается через демпфирующую емкость 6, до верхнего уровня жидкости и прогоняется при помощи циркулярных насосов 7 и 9, избыток воздуха выходит через клапан избытка воздуха в демпфирующей емкости 6. Затем в охлаждающий шкаф 1 по направляющим вертикально вниз устанавливаются сервера, открываются задвижки 18 и 19. Вытесненная жидкость из шкафов перетекает в самотечный трубопровод 3, попадает в демпфирующую емкость 6 расположенную за пределами ограждающих конструкций машинного зала 12, демпфирующая емкость находится в системе трубопроводов 3 и 4, включается отводящий циркуляционный насос 7 и подводящий циркуляционный насос 9, расположенные за пределами ограждающих конструкций машинного зала 12, находящиеся в насосной станции 11, для прокачки всей системы и вытеснения из нее воздуха, за счёт заполнения охлаждающего шкафа 1, демпфирующей емкости 6 и подающего трубопровода 4 диэлектрической жидкостью. После чего производится долив недостающий охлаждающей жидкости в демпфирующую емкость 6. Производится сбор информации со всех датчиков о уровне заполнения жидкости в охлаждающем шкафе 1, подающем трубопроводе 4, отводящем трубопроводе 3, демпфирующей емкости 6, о температуре жидкости на всем протяжении системы охлаждения, производится запуск серверов в тестовом режиме, производится повторный сбор информации на контроллер 28, распределительный щит и выводится информация о готовности системы к полному запуску на мониторы инжиниринговой службы и серверной службы. Производится запуск серверов в рабочий режим. Одноконтурная система иммерсионного охлаждения серверного оборудования находится в рабочем режиме. Охлажденная жидкость поступает по трубопроводу из водоема-охладителя 10, с помощью циркуляционного насоса 9 через подводящий трубопровод 4 и подается в сам охлаждающий шкаф 1 через электронную задвижку 18 и расположенной внутри резервуара стойки перфорированной трубой для равномерного распределения жидкости по дну шкафа. Под напором, диэлектрическая охлаждающая жидкость равномерно распределяется в охлаждающем шкафе 1. В начальной стадии жидкость поднимается вверх под воздействием напора подающего циркуляционного насоса 9, а в последствии нагреваясь жидкость, дополнительно получает импульс движения за счёт естественной конвекции. Диэлектрическая охлаждающая жидкость омывает все элементы серверного оборудования отводя от него тепло. Нагретая диэлектрическая жидкость через систему переливания 21 поступает в узел запорной арматуры 2 с отводящим патрубком и электронной задвижкой 19, жидкость под воздействием самотека из-за разуклонки отводящего трубопровода 3, движется по трубопроводу 3 к демпфирующей емкости 6, где собирается и подхватывается циркуляционным насосом 7, от него подается к трубопроводу 8 теплообменника (входящего в систему трубопроводов), находящегося в водоеме-охладителе 10, расположенном за пределами ограждающих конструкций машинного зала 12, где жидкость охлаждается, проходя по трубопроводу 8 теплообменника. Сам водоем 10 охлаждается наружным воздухом, в теплое время суток или при аномальной жаре при перегреве воды в водоеме 10 включается система орошения 20 для обеспечения надежной работы однофазной системы охлаждения при повышенных температурах. При изменении рабочей температуры диэлектрической жидкости, вследствие изменения тепловой нагрузки от серверного оборудования или параметров наружного воздуха, от датчика температуры 25 выводится сигнал на электронную заслонку 18 для увеличения угла открытия заслонки, что приводит к большей подачи жидкости, также увеличивается скорость на подающих насосах 9 и отводящих насосах 7.

Все данные выводятся на пункт мониторинга инженерной службы. Все процессы могут контролироваться инженером или могут быть заведены на автоматику, по принципу работы программного обеспечения на базе искусственного интеллекта (ИИ), с возможностью вмешательства инженера для корректировки работы в случае нештатной ситуации или выхода из строя ИИ. Тем самым система может автоматически контролировать работу системы охлаждения, контролируя снижение или увеличение интенсивность охлаждения (скорости движения иммерсионной жидкости) диэлектрической жидкости и поддерживая ее рабочую температуру в заданном диапазоне. При отрицательных температурах наружного воздуха и падении температуры ниже установленного диапазона, диэлектрическая жидкость становится вязкой, что повлечет снижение потока жидкости по системе охлаждения или его остановку. Во избежание повышения вязкости жидкости, увеличивается скорость на насосах 7 и 9. При превышении допустимого верхнего уровня охлаждающей жидкости в охлаждающем шкафу 1, сигнал от датчика уровня 23 поступает на контроллер 28 охлаждающего шкафа 1, далее контроллер 8 передает информацию на инженерный пункт, который показывает на мониторах возникшую проблему, где именно и что случилось. В охлаждающем шкафу 1, где произошла нештатная ситуация, электронные заслонки 18 и 19 из основной линии отключаются. В этот момент инженер или программа переводит охлаждающий шкаф 1, на резервную линию, которая закольцована и имеет свой трубопровод к каждому из охлаждающий шкафов, в каждом охлаждающем шкафу предусмотрены две подачи и два отвода жидкости, резервная линия со своим теплообменником 8.1, подающим насосом 9.1, демпфирующей емкостью 6.1, отводящим насосом 7.1. В момент нештатной ситуации инженер или автоматика включает в работу резервную систему для бесперебойной работы серверного шкафа. Инженерные службы оперативно смотрят причину переизбытка жидкости, устраняют причину нештатной ситуации. Если эта ситуация произошла по причине электронных задвижек, службы перекрывают шаровые краны перед задвижками в узле с запорной арматурой 2. В это время выполняются ремонтные работы. После устранения причин возникновения нештатной ситуации отключается резервный контур и возвращается система в первоначальный вариант работы. В случае, если уровень жидкости оказывается ниже нижнего уровня жидкости, передается сигнал на пункт инженерной службы, информируя службы о недостатке жидкости, вся система переводится на резервную систему охлаждения, до того момента пока восстанавливается уровень жидкости в основной системе.

Принцип работы системы орошения, показанный на фигуре 4, следующий.
Водоем-охладитель 10 охлаждается наружным воздухом, в теплое время суток или при аномальной жаре при сигнале датчиков о перегреве воды в водоеме-охладителе 10, включается система орошения 20 для обеспечения надежной работы однофазной системы охлаждения при повышенных температурах. С центра мониторинга инженерных служб поступает сигнал на систему насосов орошения 13, запускается забор воды из водоема 10 всасывающим патрубком 17, открывается запорная арматура 14, подается вода в трубопровод орошения 15 и распыляется над водоемом под давлением форсунками 16, тем самым охлаждается вода в водоеме-охладителе 10. Что служит сбросом лишнего тепла в атмосферу и трубы теплообменника 8 работают в заданных температурных режимах, жидкость поступает в машинный зал 12 в правильных температурных нормах.

Заявленная однофазная система охлаждения, выполненная вышеуказанным образом, обеспечивает снижение энергопотребления на охлаждение, бесперебойность и высокую надежность работы, в том числе, при отрицательных значениях температур наружного воздуха и аномально плюсовых температурах наружного воздуха, позволяет сократить количество оборудования, обеспечивающего циркуляцию и охлаждение диэлектрической жидкости, а за счёт более интенсивного отвода тепла диэлектрической жидкостью можно в различных конфигурациях серверов поднимать частоту работы памяти и частоту работы процессоров, сохраняя при этом рабочую температуру процессоров. Однофазная схема охлаждения при необходимости, позволяет на 90 процентов утилизировать отводимое от серверов тепло с целью его полезного эффективного применения, к примеру через трубопровод сделать систему тёплых полов, в исполнение водоема, данную технологию можно использовать в сельскохозяйственных целях, таким образом, повышается КПД данной системы.

Одним из отличий заявленной системы охлаждения является отсутствие необходимости контроля и охлаждения помещения, в котором располагается информационное оборудование (вычислительные системы и оборудование хранения данных), поскольку само оборудование помещено в специальные охлаждающие шкафы с охлаждающей жидкостью, которая, в свою очередь, охлаждается в закрытом теплообменнике, расположенном в открытом водоеме с водой. Для примера, сравнение эксплуатационных затрат энергетических ресурсов производилось на основании анализа объектов-аналогов, работающих по принципу воздушного охлаждения. Усреднённый расход электроэнергии на охлаждение составляет 170 Вт на 1 стоечный сервер 1 U, соответствующий стандарту EIA-310 при использовании воздушного охлаждения. Таким образом, для охлаждения серверного оборудования, предусмотренного к размещению в проектируемом объекте, потребовалось бы 3740 кВт электроэнергии. При использовании иммерсионного охлаждения для проектируемого ЦОД потребителями электроэнергии в системе охлаждения являются только циркуляционные насосы в количестве 12 штук установленной мощностью 3 кВт каждый. Суммарная потребляемая мощность составляет 36 кВт, что составляет 1,64 Вт. В результате проведённого анализа можно сделать вывод, что применяемая иммерсионная система охлаждения потребляет в 100 раз меньшее количество электроэнергии.

Настоящее техническое решение относится к области вычислительной техники. Технический результат заключается в снижении энергопотребления на охлаждение, обеспечении бесперебойности системы охлаждения, сокращении количества оборудования, увеличении плотности размещения, повышении КПД. Технический результат достигается за счёт того, что однофазная система иммерсионного охлаждения серверных шкафов содержит по меньшей мере один основной контур, включающий соединенные гидравлически между собой по меньшей мере один охлаждающий шкаф, демпфирующую емкость, теплообменник, а также подводящий и отводящий трубопроводы, подводящий и отводящий циркуляционные насосы, причем теплообменник выполнен в виде трубопровода, находящегося в открытом водоеме-охладителе, заполненном водой и охлаждаемом наружным воздухом, при этом система охлаждения дополнительно содержит резервный контур, который включает в себя резервные демпфирующую емкость, теплообменник, а также подводящий и отводящий трубопроводы, подводящий и отводящий циркуляционные насосы. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Однофазная система иммерсионного охлаждения серверных шкафов, характеризующаяся тем, что содержит по меньшей мере один основной контур, включающий соединенные гидравлически между собой по меньшей мере один охлаждающий шкаф, демпфирующую емкость, теплообменник, а также подводящий и отводящий трубопроводы, подводящий и отводящий циркуляционные насосы, причем теплообменник выполнен в виде трубопровода, находящегося в открытом водоеме-охладителе, заполненном водой и охлаждаемом наружным воздухом, при этом система охлаждения дополнительно содержит резервный контур, который включает в себя резервные демпфирующую емкость, теплообменник, а также подводящий и отводящий трубопроводы, подводящий и отводящий циркуляционные насосы.

2. Однофазная система иммерсионного охлаждения серверных шкафов по п.1, характеризующаяся тем, что водоем-охладитель снабжен системой орошения, выполненной в виде сети трубопроводов с форсунками, расположенной над открытой частью водоема-охладителя.

3. Однофазная система иммерсионного охлаждения серверных шкафов по п.2, характеризующаяся тем, что система орошения включает в себя гидравлически соединенные между собой всасывающий патрубок забора воды, по меньшей мере один насос, запорную арматуру и распылительные форсунки.

4. Однофазная система иммерсионного охлаждения серверных шкафов по п.1, характеризующаяся тем, что отводящий трубопровод, проходящий до демпфирующей емкости, выполнен самотечным.

5. Однофазная система иммерсионного охлаждения серверных шкафов по п.1, характеризующаяся тем, что охлаждающий шкаф содержит два патрубка забора, один из которых является резервным, и два патрубка нагнетания, один из которых является резервным.

6. Однофазная система иммерсионного охлаждения серверных шкафов по п.1, характеризующаяся тем, что выполнена с возможностью работы в автоматическом режиме.