СИСТЕМА ЖИДКОСТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ КОМПЬЮТЕРА

Полезная модель относится к системам охлаждения радиоэлектронной аппаратуры и может применяться при построении систем жидкостного охлаждения компактных суперЭВМ.
7
Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявляемой полезной модели является система теплоотвода компьютера (патент РФ №2218591 приоритет от 24.03.2000 «Система теплоотвода компьютера» автор ДОНГ Гуангжи (CN), МПК G06F 1/20, H05K 7/20, F25D 1/02 опубл. 10.12.2003 БИ №34), в состав которой входит система циркуляции жидкости и система радиатора блока питания, которые устанавливаются внутри корпуса компьютера. В данной системе применяется несколько устройств поглощения тепла, соединенных между собой параллельно или последовательно трубками. Таким образом, формируется замкнутый герметичный контур, по которому осуществляется циркуляция жидкости. Эти устройства крепятся внутри корпуса компьютера методом наклеивания на поверхность теплообразующих элементов внутри компьютера с формированием системы циркуляции жидкости. В верхней части корпуса компьютера имеются два плоских контейнера. В один контейнер вставляются теплопроводящая трубка радиатора и панель радиатора, а в другой контейнер вставляется система радиатора блока питания и панель радиатора блока питания. На днище, внизу корпуса компьютера с применением амортизатора закрепляется насос, обеспечивающий циркуляцию жидкости. Панель радиатора устанавливается с внешней стороны стенки корпуса компьютера. Система радиатора блока питания характеризуется наличием транзистора большой мощности блока питания компьютера, который находится в поверхностном контакте с панелью радиатора через теплопроводящее устройство.
Недостатками данного устройства являются:
- возможность охлаждения малого количества элементов, нуждающихся в эффективном охлаждении (процессор, видеокарта, блок питания);
- использование пассивной схемы охлаждения. В данном радиаторе не предусмотрена установка вентиляторов, а значит, излучаемое тепло будет отводиться от радиатора менее эффективно. Применение пассивного охлаждения не сможет обеспечить оптимальный температурный режим для работы процессоров в режиме Turbo Boost;
- с увеличением числа элементов, от которых требуется отводить тепло, потребуется значительное увеличение площади радиатора, что накладывает физические ограничения на данное устройство и ограничивает область применения только домашними компьютерами;
- механизм охлаждения блока питания привязан к конкретной конструкции блока питания (габариты и расположение силовых транзисторов) и подразумевает охлаждение не всех элементов блока питания, а только силовых транзисторов;
- система стабилизации давления имеет лишние стыки, что снижает надежность;
- отсутствует механизм контроля тока жидкости в системе;
- система амортизатора насоса занимает дополнительное место.
Техническими результатами, на достижение которых направлена заявляемая полезная модель, заключаются в повышении эффективности охлаждения тепловыделяющих элементов компьютера и надежности системы жидкостного охлаждения (СЖО) без увеличения габаритных размеров компьютера и значительного понижения уровня шумов, образуемых в процессе работы компьютера.
Данные технические результаты достигаются тем, что в системе жидкостного охлаждения компьютера, содержащей соединенные посредством трубок с образованием замкнутого контура радиатор, теплосъемные элементы и контейнер с размещенным в нем, по крайней мере, одним насосом, новым является то, что контейнер выполнен в виде герметичного резервуара с установленным в нем, по крайней мере, одним блоком питания, в резервуаре выполнены отверстия для подвода и отвода жидкого хладагента, в которых закреплены соединительные трубки, отверстие для отвода жидкого хладагента соединено посредством трубки с каждым насосом, а отверстие для подвода жидкого хладагента соединено с одним концом дополнительно введенного распределительного трубопровода, другой конец которого предназначен для подвода жидкого хладагента непосредственно к каждому блоку питания, при этом в верхней стенке контейнера выполнено заливочное отверстие и закреплено приспособление для поддержания атмосферного давления, обращенное внутрь контейнера, а на внутренней поверхности каждого теплосъемного элемента выполнены выступы.
В основу предлагаемой системы охлаждения положено использование блоков питания с полным погружением их в диэлектрическую жидкость и применение этой жидкости для охлаждения процессорных элементов по традиционной схеме жидкостного охлаждения для компьютеров. Использование активной схемы охлаждения существенно влияет на увеличение эффективности охлаждения и позволяет применять данную СЖО для более мощных компьютеров (например, компактных суперЭВМ) с большим количеством элементов, нуждающихся в эффективном охлаждении. Объединение системы охлаждения блоков питания и системы насосов в одном контейнере, выполняющем функцию расширительного бака, позволяет достичь существенного повышения эффективности и надежности работы системы СЖО без увеличения габаритных размеров компьютера.
Подвод жидкого хладагента в первую очередь и непосредственно к каждому блоку питания посредством дополнительного распределительного трубопровода позволяет увеличить эффективность охлаждения и надежность СЖО. Также, применение приспособления для поддержания атмосферного давления увеличивает срок службы и повышает надежность СЖО.
Отсутствие вентиляторов в блоках питания, которые при работе на рабочей частоте с высокой скоростью вращения создают шум, который достигает 55 дБ, и полное их погружение диэлектрическую жидкость, позволит добиться значительного шумопонижения в сочетании с эффективным охлаждением термонагруженных элементов блоков питания, что обеспечит стабильность и повышение ресурса работы блоков питания. Протечка диэлектрической жидкости не наносит электронике никаких повреждений, что также повышает надежность СЖО.
Для увеличения поверхности теплопередачи от тепловыделяющих элементов компьютера на внутренней поверхности каждого теплосъемного элемента выполнены выступы.
На фиг.1 приведена блок схема тракта СЖО компактной суперЭВМ. На фиг.2 приведено конструктивное расположение составных частей контейнера системы жидкостного охлаждения компьютера.
Система жидкостного охлаждения (фиг.1) содержит радиатор 1. теплосъемные элементы 2, контейнер 3 и соединительные трубки 4.
Радиатор 1, теплосъемные элементы 2 и контейнер 3 соединены между собой последовательно посредством трубок 4. Таким образом, формируется единый замкнутый герметичный контур СЖО, в котором циркулирует жидкий хладагент.
Теплосъемные элементы 2 устанавливаются на процессоры и крепятся к материнским платам 5.
На внутренней поверхности каждого теплосъемного элемента 2 выполнены выступы, которые могут быть выполнены в виде штырькового поля или оребрения для более эффективного отвода излучаемого тепла.
Контейнер 3 (фиг.2) выполнен в виде герметичного резервуара, в котором размещены блоки 6, 7 питания, насосы 8, 9, приспособление 10 для поддержания атмосферного давления, распределительный трубопровод 11 для подвода жидкого хладагента непосредственно к каждому блоку питания и выполнены отверстие 12 для подвода жидкого хладагента и отверстие 13 для отвода жидкого хлалагента.
В верхней стенке контейнера выполнены два отверстия 14, 15, в одном 14 из которых закреплено приспособление 10 для поддержания атмосферного давления, а второе 15 предназначено для заливания жидкого хладагента и закрыто крышкой 16.
Один конец распределительного трубопровода 11 соединен с отверстием 12 для подвода жидкого хладагента, а другой предназначен для подвода жидкого хладагента непосредственно к каждому блоку питания 6, 7. Отверстие 13 для отвода жидкого хладагента соединено посредством трубок с насосами 8, 9.
В отверстиях для подвода 12 и отвода 13 жидкого хладагента закреплены соединительные трубки (на фиг.2 не показаны).
Насосы 8, 9 расположенные внутри контейнера, обеспечивают поток жидкости в СЖО.
Приспособление 10 для поддержания атмосферного давления предназначено для поддержания давления в резервуаре 3, вызванного тепловым расширением жидкости и может быть выполнено в виде гофрированного стакана (патент РФ №113626 приоритет от 11.08.2011 «Расширительный бак системы жидкостного охлаждения» авторов Стрюкова В.Н., Логвина Ю.В. и др., МПК9 H05K 7/20, F01P 9/00 опублик. 20.02.2012 БИ №5).
Для построения контура СЖО компьютера используются стандартные материалы:
- шланги, штуцера, фитинги, угловатые адаптеры, трубки;
- в качестве контейнера может быть применен герметичный резервуар;
- в качестве хладагента используется диэлектрическая жидкость;
- теплосъемные элементы представляют собой водоблоки с оребрением;
- погружные насосы или помпы. Система жидкостного охлаждения компьютера работает следующим образом.
Предварительно заполняют систему охлаждения жидким хладагентом через заливочное отверстие 15 (фиг.2). После этого заливочное отверстие 15 закрывают герметично крышкой 16.
Система жидкостного охлаждения начинает работать одновременно с включением компьютера. Жидкий хладагент прокачивается насосами 8 и 9 и через отверстие 13 подается в контур СЖО на теплосъемные элементы 2 (фиг.1). Тепло от процессоров посредством теплосъемных элементов 2 передается циркулирующему жидкому хладагенту, который охлаждается в радиаторе 1. Далее охлажденный жидкий хладагент попадает через отверстие 12 (фиг.2) контейнера в распределительный трубопровод 11 и обтекает блоки питания 6, 7, охлаждая их. Далее вновь посредством насосов 8, 9 через отверстие 13 контейнера жидкий хладагент возвращается в контур СЖО.