ОХЛАДИТЕЛЬ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МОДУЛЕЙ КОМПЬЮТЕРА

Охладитель вычислительных модулей компьютера
Предлагаемое решение относится к электротехнике, в частности к устройствам для охлаждения силовых блоков питания вычислительных модулей компьютера
Известно охлаждающее устройство (патент США №6457514, кл. H05K 7/20, от 01.10.2002), использующее жидкий хладноситель с направляющими для выборочного охлаждения электронных компонентов, включающее каналы, образованные параллельно расположенными направляющими элементами, обеспечивающими параллельный подвод охлаждающей жидкости к охлаждаемым электронным компонентам, рассеивающие тепло ребра, установленные в потоке хладагента непосредственно под охлаждающими модулями.
Недостатком описанного устройства является увеличение локальной теплоотдачи в местах установки охлаждаемых модулей за счет внесения в поток хладагента дополнительных элементов (ребер, профильных вставок), что приводит к увеличению гидравлического сопротивления каналов охладителя и стоимости конструкции.
Известен охладитель силовых электронных модулей (патент России №2273970, кл. H05K 7/20, от 10.04.2006), содержащий теплоотводящее основание с установленными на нем рядами тепловыделяющих электронных модулей, крышку и включающий каналы для прохождения хладагента, при этом каналы для прохождения жидкого хладагента выполнены с использованием формы меандра, теплоотводящее основание включает выполненные под местами установки электронных модулей полости с установленными в них, сопряженными с крышкой вкладышами, формирующими форму каналов, указанные каналы для прохождения хладагента выполнены в виде расположенных в разных плоскостях, связанных между собой прямолинейных участков и меандрических секций, каждая из которых расположена в указанной полости, при этом указанные каналы соединены в параллельно-последовательную схему движения жидкого хладагента; для крепления электронных модулей в основании выполнены приливы, проходящие сквозь меандрические секции каналов для прохождения жидкого хладагента, при этом участки приливов, расположенные внутри канала, выполнены в виде удобообтекаемых лопаток, а в местах поворота потока жидкого хладагента указанные каналы снабжены поворотными лопатками, и площади поперечных сечений каналов для прохождения жидкого хладагента пропорциональны мощности соответствующих им силовых электронных модулей, при этом для снижения гидравлических потерь в каждом из каналов площадь поперечного сечения прямолинейных участков превышает площадь поперечного сечения участков, выполненных в виде меандрических секций, а, по меньшей мере, один из каналов для прохождения хладагента снабжен дросселем для выравнивания расходов охлаждающей жидкости.
Недостатком предложенного охладителя является сложность конструкции и отсутствие элементов конструкции, позволяющих регулировать объем подачи хладносителя индивидуально к каждому электронному компоненту и скорость движения хладносителя по каналу, что снижает эффективность теплопереноса.
Наиболее близким техническим решением является охладитель вычислительных модулей компьютера (патент России №125757, кл. G12B 15/00, G06F 1/20, H05K 7/20, от 10.03.2013), включающий две скрепленные вместе плоские пластины с пазами, вместе образующие, по меньшей мере, один канал для прохождения хладагента, герметизированный вкладышами, и являющиеся теплоотводящим основанием для контактирующих с ними тепловыделяющих электронных компонентов вычислительных модулей компьютера, при этом канал для прохождения хладагента имеет впускное и выпускное отверстия, соответственно для подачи и слива хладагента.
Недостатком данного решения является недостаточная эффективность охлаждения сильно греющихся электронных компонентов.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение эффективности и экономичности конструкции системы охлаждения вычислительных модулей компьютера и улучшение надежностных характеристик.
Указанный технический результат достигается тем, что охладитель вычислительных модулей компьютера включает две скрепленные вместе плоские пластины с пазами, вместе образующие, по меньшей мере, один канал для прохождения хладагента, герметизированный вкладышами, и являющиеся теплоотводящим основанием для контактирующих с ними тепловыделяющих электронных компонентов вычислительных модулей компьютера. При этом канал для прохождения хладагента имеет впускное и выпускное отверстия, соответственно для подачи и слива хладагента. А канал для прохождения хладагента в местах контакта тепловыделяющих электронных компонентов разделяется на множество каналов меньшего сечения, и занимает всю площадь контакта тепловыделяющих электронных компонентов.
При этом электронные компоненты вычислительных модулей компьютера контактируют с плоскими пластинами непосредственно через контактные площадки и/или через различные термоинтерфейсы.
Соответственно канал для прохождения хладагента в сечении может иметь форму квадрата, или прямоугольника, или круга, или овала.
Предпочтительно чтобы плоские пластины с пазами скреплялись посредством крепежных элементов или сваривались между собой. При этом каждая плоская пластина имеет изолированную замкнутую канавку для установки в нее герметезирующих вкладышей. Также две скрепленные вместе плоские пластины в своей конструкции могут иметь средства крепления для крепления охладителя в монтажный шкаф. Канал для прохождения хладагента предпочтительно имеет последовательную схему для прохождения хладагента.
Кроме того впускное и выпускное отверстия предпочтительно должны иметь средства для быстрого подключения шлангов или трубопроводов, фитинги типа john guest.
Принцип работы системы охлаждения вычислительных модулей компьютера заключается в полном снятии теплопритоков, образующихся в электронных компонентах, с помощью жидкого хладагента. Жидкий хладагент движется в канале, предварительно сформированном таким образом, что бы сократить гидравлические потери и выровнять температуру на поверхности тепловыделяющих компонент компьютера. Благодаря тому, что в местах присоединения электронных компонентов канал разветвляется на множество узких параллельных каналов (может быть два и более канала проходящих параллельно по всей площади электронных компонентов) увеличивается площадь контакта хладагента с охлаждаемым электронным компонентом. Кроме того в каждом из узких каналов увеличивается скорость движения потока хладагента и тем самым улучшается охлаждение тепловыделяющих электронных компонент компьютера. Стабильная температура компонент компьютера увеличивает надежность работы компьютера в целом. Экономия электроэнергии достигается следующим:
температура отепленного жидкого хладагента позволяет использовать свободное охлаждение в атмосфере и полностью отказаться от фреоновых и подобных систем охлаждения, так же тепловую энергию отепленного хладагента допустимо преиспользовать (рекуперировать).
Для снятия одинакового теплопритока потребный объем жидкого хладагента в 4000 раз меньше, чем эквивалентный по теплоемкости объем воздуха. Это связано с отличием теплоемкости разных сред и приводит к уменьшению мощности на перемещение хладагента. В случае жидкого хладагента энергию отепленного хладагента допустимо переиспользовать (рекуперировать).
Предложенная система охлаждения включает в себя одну или более охлаждающих пластин, которые сформированы таким образом, чтобы быть соединенными с тепловыделяющими электронными компонентами вычислительных модулей компьютера непосредственно или через различные термоинтерфейсы. Среди прочих электронных компонент система охлаждения используется для охлаждения дисков типоразмеров 2.5ʺ, 3.5ʺ, mSATA, М2. Пластина охлаждения также используется в качестве основного элемента шасси и придает жесткость и конструктивную целостность вычислительных модулей компьютера. Внутри у охлаждающей пластины циркулирует охлаждающаяся жидкость в одном канале, при этом в местах присоединения тепловыделяющих электронных компонент канал разветвляется на несколько узких каналов (меньшее сечение канала) для развития скорости хладагента и формирования турбулентного потока, и которые затем снова переходят в один канал. Допускается формирование нескольких вышеуказанных параллельных каналов. Таким образом, охлаждающая жидкость удаляет теплопритоки с поверхностей сильно греющихся электронных компонент, прежде всего за счет контактной теплопередачи. Вход и выход охладителя вычислительных модулей компьютера (вычислителя) присоединены к внешней системе жидкостного охлаждения фитингами типа john guest или кранами с фитингами john guest с образованием раздельных каналов подачи и слива хладагента.
Краткое описание конструкции.
Охладитель системы охлаждения вычислительных модулей состоит из 2-х половин, включающих каналы для прохождения хладагента, герметизирующие вкладыши, теплоотводящие основания с контактирующих с тепловыделяющими электронными компонентами вычислительных модулей компьютера непосредственно или через различные термоинтерфейсы. Для охлаждения стандартных модулей памяти используется теплообменник, в пазы которого устанавливаются модули памяти и фиксируются внутри с помощью термоинтерфейсов. Сам теплообменник крепится к охладителю вычислительных модулей компьютера, теплоперенос от модулей памяти через теплообменник к охладителю осуществляется контактным способом.
Канал для прохождения хладагента выполнен в теле охладителя вычислительных модулей компьютера (вычислителя) в виде прямоугольного паза; половины охладителя (одна или обе) имеют два изолированных замкнутых канала для установки герметизирующих вкладышей, содержат крепежные элементы для установки охладителя в структуру монтажного шкафа.
Охладитель системы охлаждения может также крепиться различными известными средствами к охлаждаемым модулям компьютера. Указанный охладитель модулей компьютера совместно со стандартными модулями памяти и дисками, содержит две половины, включающие канал для прохождения хладносителя, герметизирующие вкладыши, теплоотводящие основания с установленными на них термоинтерфейсами, непосредственно контактирующими с тепловыделяющими электронными компонентами вычислительных модулей компьютера. Канал для прохождения хладносителя выполнен в теле половин (одной или двух) в виде прямоугольного (паз может быть и иного сечения) паза. Половины имеют два изолированных замкнутых канала для установки герметизирующих вкладышей, содержат крепежные элементы для установки охладителя в структуру монтажного шкафа. Для охлаждения стандартных модулей памяти используется теплообменник, в пазы которого устанавливаются модули памяти и фиксируются внутри с помощью термоинтерфейсов. Сам теплообменник крепится к охладителю вычислительных модулей компьютера, теплоперенос от модулей памяти через теплообменник к охладителю осуществляется контактным способом. Среди прочих электронных компонент система охлаждения используется для охлаждения дисков типоразмеров 2,5ʺ, 3,5ʺ, mSATA, М2.
Предлагаемая полезная модель поясняется следующими фигурами.
Фиг. 1 - общий вид охладителя вычислительных модулей компьютера;
Фиг. 2 - вид первой половины охладителя;
Фиг. 3 - вид второй половины охладителя.
Охладитель модулей компьютера изготавливается методом фрезерования двух половин 1 и 2 (Фиг. 1-3), включающих канал для прохождения хладагента 3, при этом в местах установки сильно тепловыделяющих электронных компонентов канал 3 разделяется на несколько параллельных каналов 10, которые затем снова собирается в единый канал 3. Для обеспечения герметичности канала используются герметизирующие вкладыши, укладываемые в пазы 4 Фиг. 2, вкладыши изготовленные в виде колец из упругого материала. На половине 1 с наружной стороны расположены приливы - теплообменники для контакта с тепловыделяющими электронными компонентами вычислительных модулей компьютера Фиг. 2 позиция 5. В боковых стенках половины 1 для подачи и вывода охлаждающей жидкости выполнены впускное 6 и выпускное 7 отверстия, связанные с каналом 3 для прохождения хладагента, закрытые половиной 2 с герметизирующими вкладышами 4. Половина 1 (Фиг. 2) содержит направляющие элементы для установки охладителя в монтажный шкаф 8. Среди прочих электронных компонент пластина используется для охлаждения дисков типоразмеров 2,5ʺ, 3,5ʺ, mSATA, М2, которые устанавливает на место, обозначенное поз.9 половины 1 (Фиг. 2).
Охладитель вычислительных модулей компьютера работает следующим образом.
Хладагент через впускное отверстие 6 в половине 1 поступает в канал для прохождения хладагента 3, образованный соединенными между собой половиной 1 (фиг. 2) и половиной 2 (фиг. 3). Хладагент движется в направлении стрелки по каналу для прохождения хладагента; канал для прохождения хладагента выполнен в теле половин виде прямоугольного паза для прохождения хладагента, при этом канал в местах установки особо сильно греющихся электронных компонентов разделяется на несколько параллельных каналов 10 фиг. 1, что позволяет оптимизировать расход хладагента и повысить экономичность и эффективность охладителя. Исполнение канала между двумя половинами позволяет создать оптимальную форму поперечного сечения, обеспечивающую высокую скорость прохождения жидкости, повысить эффективность и упростить конструкцию охладителя, в том числе за счет исключения лишних герметизирующих прокладок. Удаление теплопритоков от стандартных модулей памяти выполняет теплообменник (на фиг. 2 поз. 5), в пазы которого устанавливаются модули памяти и фиксируются внутри с помощью термоинтерфейсов. Сам теплообменник крепится к охладителю вычислительных модулей компьютера, теплоперенос от модулей памяти через теплообменник к охладителю осуществляется контактным способом.
Выше были раскрыты основные особенности охладителя вычислительных модулей компьютера, но любому специалисту в данной области техники, очевидно, что на основе раскрытых данных можно создать вариации охлаждающих устройств, например, с различным расположением пластин относительно модулей компьютера и т.д.