МОДУЛЬНАЯ ПОГРУЖНАЯ СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ
MODULAR SUBMERSIBLE COOLING SYSTEM

Изобретение относится к области вычислительной техники, а именно к инженерным системам отвода тепла от электронных компонентов высокопроизводительных вычислительных комплексов путем полного их погружения в охлаждающую жидкость.
Из уровня техники известна СИСТЕМА ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ КОМПЬЮТЕРА [патент США №7609518], которая включает серверную стойку с вычислительными узлами, расположенными в индивидуальных корпусах, которые состоят из жестких дисков, дисплея, материнских плат с памятью и испарительного змеевика. Материнская плата и испарительный змеевик помещены в индивидуальный герметичный контейнер, в который подается охлажденная до температуры -30°C охлаждающая жидкость. Каждый контейнер соединен снаружи с охлаждающим модулем, который включает теплоотводящую плату, прилегающую к контейнеру, теплоизоляционный слой, окружающий контейнер, два высушивающих картриджа, расположенных по обе стороны теплоотводящей платы, и два вентилятора, расположенных по обе стороны высушивающих картриджей.
Недостатком аналога является низкая ремонтопригодность и надежность функционирования, а также невозможность эксплуатации в условиях отрицательных температур окружающего воздуха.
Наиболее близкой по технической сущности является СЕРВЕРНАЯ ФЕРМА С ИММЕРСИОННОЙ СИСТЕМОЙ ОХЛАЖДЕНИЯ [патент РФ №2500012], содержащая резервуар с крышкой и вычислительными узлами, который оборудован впускным и выпускным патрубками, сообщающимися посредством трубопровода с насосом, фильтром и теплообменником, а также запорный трехходовой электромагнитный клапан и нагревательный элемент, при этом нагревательный элемент выполнен на печатной плате, которая расположена в резервуаре.
Недостатком прототипа является низкая ремонтопригодность, обусловленная тем, что нагревательный элемент расположен на печатной плате внутри резервуара, что затрудняет проведение его технического обслуживания и оперативной замены, также к недостатку аналога можно отнести невысокий КПД, обусловленный тем, что при эксплуатации в условиях высоких температур окружающего воздуха жидкости систем отвода тепла будут нагреваться от него и оказывать дополнительную нагрузку на систему теплоотвода, при эксплуатации в условиях отрицательных температур через стенки резервуара, его крышку и трубопроводы жидкости системы теплоотвода будут значительно охлаждаться, что повлечет дополнительную нагрузку на нагревательный элемент.
Техническим результатом изобретения является повышение ремонтопригодности и надежности функционирования, повышение КПД системы теплоотвода, обеспечение возможности эксплуатации в условиях высоких температур окружающего воздуха, а также в условиях отрицательных температур окружающего воздуха.
Технический результат изобретения достигается за счет того, что модульная погружная система охлаждения, содержащая резервуар с крышкой и вычислительными узлами, который оборудован впускным и выпускным патрубками, сообщающимися посредством трубопровода с насосом, фильтром и теплообменником, а также запорный трехходовой электромагнитный клапан и нагревательный элемент, отличается тем, что резервуар впускным и выпускным патрубками сообщается с первым теплоотводящим жидкостным контуром, который включает насос, фильтр и теплообменник, который также сообщается со вторым теплоотводящим контуром, который включает циркуляционный насос и радиатор, в первом теплоотводящем контуре расположен нагревательный элемент, а стенки резервуара и крышка, а также трубопроводы облицованы теплоизоляционным материалом.
В частности, между циркуляционным насосом первого контура и теплообменником установлен запорный трехходовой клапан, который через патрубок и нагревательный элемент сообщается с первым жидкостным контуром на участке между теплообменником и впускным патрубком резервуара.
В частности, нагревательный элемент выполнен в виде нагревательной муфты.
В частности, нагревательный элемент выполнен в виде бака или емкости с электрическими тэнами.
В частности, патрубки первого и (или) второго контура охлаждения облицованы теплоизоляционным материалом.
В частности, нагревательный элемент облицован теплоизоляционным материалом.
В частности, резервуар и трубопроводы первого теплоотводящего контура заполнены теплоотводящей диэлектрической жидкостью.
В частности, трубопроводы второго теплоотводящего контура заполнены жидкостью с большой теплоемкостью и низкой температурой замерзания.
В частности, радиатор выполнен в виде драйкулера.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлен первый вариант реализации модульной погружной системы охлаждения.
На фиг. 2 представлен второй вариант реализации модульной погружной системы охлаждения.
На фиг. 3 представлен общий вид резервуара с вычислительными узлами.
На фиг. 4 представлен общий вид наполненного теплоотводящей жидкостью резервуара с вычислительными узлами.
На фиг. 5 представлена в разрезе теплоизоляция резервуара и крышки.
На чертежах обозначены: 1 - резервуар, 2 - крышка, 3 - теплоизоляция резервуара, 4 - теплоизоляция крышки, 5 - выпускной патрубок, 6 - впускной патрубок, 7 - вычислительные узлы, 8 - теплоотводящая жидкость первого контура, 9 - циркуляционный насос первого контура, 10 - фильтр, 11 - нагревательный элемент, 12 - теплообменник, 13 - циркуляционный насос второго контура, 14 - радиатор, 15 - запорный трехходовой клапан, 16 - запорный клапан.
Осуществление изобретения
По первому варианту реализации модульная погружная система охлаждения содержит резервуар 1, наполненный охлаждающей жидкостью 8, при этом в резервуаре размещены вычислительные узлы 7. Резервуар 1 облицован теплоизоляционным покрытием 3, а крышка 2 покрыта теплоизоляционным слоем 4. Выпускным 5 и впускным 6 патрубками резервуар 1 сообщается с первым теплоотводящим контуром, который содержит циркуляционный насос 9, фильтр 10, нагревательный элемент 11 и теплообменник 12, который также сообщается со вторым теплоотводящим контуром, который включает циркуляционный насос 14 и радиатор 14.
По второму вариант реализации модульная погружная система охлаждения содержит резервуар 1, наполненный охлаждающей жидкостью 8, при этом в резервуаре 1 размещены вычислительные узлы 7 и он облицован теплоизоляционным покрытием 3, а крышка 2 покрыта теплоизоляционным слоем 4. Выпускным 5 и впускным 6 патрубками резервуар 1 сообщается с первым теплоотводящим контуром, который содержит циркуляционный насос 9, фильтр 10, запорный трехходовой клапан 15 и теплообменник 12, который также сообщается со вторым теплоотводящим контуром, который включает циркуляционный насос 14 и радиатор 14. Третий патрубок клапана 15 через трубопровод сообщается с нагревательным элементом 11, который через клапан 16 подключен к первому теплоотводящему контуру на участке между теплообменником 12 и впускным патрубком 6.
Для любого варианта реализации модульная погружная система охлаждения включает первый теплоотводящий контур, второй теплоотводящий контур, а также нагревательный контур.
Первый теплоотводящий контур предназначен для отвода тепла от электронных компонентов вычислительных узлов 7 к теплоносителю второго контура теплоотвода.
Второй теплоотводящий контур предназначен для отвода тепла от жидкости 8 первого контура теплоотвода и рассеивания его в окружающую среду.
Нагревательный контур включает нагревательный элемент 11 и предназначен для поддержания заданного температурного режима жидкости 8.
Для первого варианта реализации первый теплоотводящий контур и нагревательный контур совмещены. Для второго варианта реализации нагревательный контур включает часть элементов первого теплоотводящего контура, а именно циркуляционный насос 9, и фильтр 10.
В качестве нагревательного элемента 11 можно использовать стандартные электрические водонагреватели, выполненные в виде муфты или бака с электрическими тэнами.
Технический результат изобретения - повышение ремонтопригодности и надежности функционирования - достигается за счет размещения нагревательного элемента 11 в первом контуре теплоотвода, обеспечивается простота доступа обслуживающего персонала к нагревательному элементу 11 для проведения технического обслуживания или его оперативной замены, при этом снижается время восстановления после отказа или неисправности нагревательного элемента, а также повышается коэффициент оперативной готовности.
Модульная погружная система охлаждения используется следующим образом.
Первоначально в резервуарах 1 устанавливают вычислительные узлы 7, а также другие необходимые для работы системы электронные компоненты. После этого резервуары 1 и первый теплоотводящий контур заполняют диэлектрической теплоотводящей жидкостью 8, одновременно второй теплоотводящий контур заполняют другой теплоотводящей жидкостью, например антифризом с низкой температурой кристаллизации.
Затем включают вычислительные узлы 7, при этом электронные компоненты вычислительных устройств, например процессоры и графические ускорители, начинают выделять тепло, которое воспринимает теплоотводящая жидкость 8 первого контура теплоотвода, при этом ее температура начинает расти и при достижении температуры жидкости заданного предела включают циркуляционные насосы 9 и 13.
После этого циркуляционный насос 9 начинает прокачивать жидкость 8 через первый теплоотводящий контур, при этом жидкость 8 проходит через фильтр 10, в которых осаждаются находящиеся в ней примеси и взвеси, которые могли попасть в жидкость при открывании крышки 2 соответствующего резервуара 1. После этого поток жидкости 8 проходят через теплообменник 12. Внутри теплообменника 12 тепло от жидкости 8 первого контура теплоотвода через установленные внутри радиаторы передается жидкости системы второго контура теплоотвода. При этом циркуляционный насос 13 прокачивает теплоноситель второго контура через радиатор 14, который рассеивает полученное от теплоносителя тепло в окружающую среду.
При эксплуатации модульной погружной системы охлаждения в условиях высоких температур окружающего резервуары 1 воздуха теплоизоляция 3 резервуара 1 и теплоизоляция 4 крышки 1 препятствуют теплопередачи от окружающего воздуха к жидкости 8 и дополнительному ее нагреву, что снижает нагрузку на системы теплоотвода.
Технический результат изобретения - повышение КПД теплоотвода и обеспечение возможности эксплуатации в условиях высоких температур окружающего воздуха, когда температура окружающего воздуха превышает предельно допустимое значение температуры жидкости 8, достигается за счет использования резервуара 1 с теплоизоляцией 3 и крышки 2 с теплоизоляцией 4, а также за счет применения теплоизоляции первого и второго контура теплоотвода, которые препятствуют дополнительному нагреву жидкости 8.
При эксплуатации модульной погружной системы охлаждения в неотапливаемых помещениях в условиях отрицательных температур воздуха окружающего воздуха для первого варианта реализации отключают насос 13, при этом теплоизоляция 3 резервуара 1, теплоизоляция 4 крышки 1, а также теплоизоляция первого контура охлаждения препятствует быстрому охлаждению жидкости 8, если же температура жидкости 8 опустится ниже предельно допустимого предела, тогда включают нагревательный элемент 11, который компенсирует тепловые потери и поддерживает требуемую для эксплуатации вычислительных узлов 7 температуру жидкости 8.
При эксплуатации модульной погружной системы охлаждения в неотапливаемых помещениях в условиях отрицательных температур воздуха окружающего воздуха для второго варианта реализации отключают насос 13, переводят клапан 15 на нагревательный элемент 11, а также открывают клапан 16, при этом теплоизоляция 3 резервуара 1, теплоизоляция 4 крышки 1, а также теплоизоляция первого контура охлаждения и теплоизоляция нагревательного элемента препятствуют быстрому охлаждению жидкости 8, если же температура жидкости 8 опустится ниже предельно допустимого предела, тогда включают нагревательный элемент 11, который компенсирует тепловые потери и поддерживает требуемую для эксплуатации вычислительных узлов 7 температуру жидкости 8.
Технический результат изобретения - повышение КПД и обеспечение возможности размещения в неотапливаемых помещениях в условиях отрицательных температур окружающего воздуха, достигается за счет использования резервуара 1 с теплоизоляцией 3 и крышки 2 с теплоизоляцией 4, а также за счет применения теплоизоляции первого контура теплоотвода, которые замедляют охлаждение жидкости 8 и снижают тепловую нагрузку на нагревательный элемент 11.