Система и способ охлаждения текучей среды для электронного оборудования
Изобретение относится к кондиционеру текучей среды, предназначенному для использования в резервуаре, вмещающем в себя компьютеры или другие электронные устройства, погруженные в текучую среду в резервуаре. Технический результат заключается в расширении арсенала средств. Кондиционер (1) текучей среды содержит корпус (10), имеющий камеру (38), выходное отверстие (14), теплообменник (18), расположенный в камере (38) корпуса (10), и один или более насосов (16) для перекачивания текучей среды для обеспечения возможности вхождения текучей среды в контакт с теплообменником (18) в камере (38). Теплообменник (18) имеет входное отверстие (30) для введения охлаждающего агента в теплообменник (18) и выходное отверстие (32) для выпуска охлаждающего агента из теплообменника (18). При вертикальной, рабочей ориентации кондиционера (1) текучей среды, насос (16) и теплообменник (18) отстоят друг от друга по вертикали, при этом теплообменник (18) расположен выше выходного отверстия (14) кондиционера (1) текучей среды. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 4 ил.
[0001] В настоящем описании, если иное не следует из контекста, слово «содержать», а также такие его вариации, как «содержит», «содержащий» и «содержащийся», следует толковать как предполагающее наличие заявленного целого числа или группы целых чисел, а не исключение какого-либо другого целого числа или группы целых чисел.
[0002] Кроме того, в настоящем описании, если иное не следует из контекста, выражение «включать в себя», а также такие его вариации, как «включает в себя», «включающий в себя» и «включенный», следует толковать как предполагающее наличие заявленного целого числа или группы целых чисел, а не исключение какого-либо другого целого числа или группы целых чисел.
Область техники
[0003] Настоящее изобретение относится к кондиционеру текучей среды, системе охлаждения и способу охлаждения текучей среды. Текучая среда находится в резервуаре, в котором размещены компьютеры и/или другое электронное оборудование, причем кондиционер текучей среды используется для охлаждения текучей среды и, в результате, для охлаждения компьютеров и/или другого электронного оборудования в резервуаре.
Уровень техники
[0004] Любое рассмотрение уровня техники, любая отсылка к документу или любая отсылка к известной информации, имеющиеся в настоящем описании, приведены лишь для облегчения понимания уровня техники для настоящего изобретения, и не подтверждают или не допускают, что какой-либо из этих материалов образует часть общедоступных и широко распространенных сведений в Австралии или в любой другой стране по состоянию на дату приоритета заявки, в отношении которой было подано настоящее изобретение.
[0005] Электронные компоненты внутри компьютеров или других электронных устройств вырабатывают тепло. Вырабатываемое тепло может неблагоприятным образом влиять на рабочие характеристики и долговечность компьютеров и других электронных устройств. В связи с этим, имеются различные механизмы и системы для охлаждения компьютеров и других электронных устройств.
[0006] Компьютеры и серверы, работающие в центрах обработки данных, часто устанавливаются в резервуар, вмещающий в себя текучую среду, при этом компьютеры и серверы погружены в текучую среду. Обычно, текучая среда представляет собой диэлектрическую текучую среду (например, минеральное масло, полиоальфаолефины или какую-либо другую диэлектрическую текучую среду). Резервуар, например, может вмещать в себя от 10 до 20, или больше компьютеров или серверов, погруженных в диэлектрическую текучую среду. Центр обработки данных может содержать много таких резервуаров. Тепло, вырабатываемое компьютерами или серверами, передается в текучую среду в резервуаре. Система охлаждения используется для удаления тепла от текучей среды и рассеивания его в месте, удаленном от резервуара. В результате, температура текучей среды сохраняется на уровне, на котором она может продолжать поглощать тепло, вырабатываемое компьютерами или серверами, предотвращая, тем самым, перегревание компьютеров или серверов.
[0007] Однако, существующие системы охлаждения зачастую занимают много места. При этом системы охлаждения расположены за пределами резервуаров, которые вмещают в себя компьютеры или серверы и диэлектрическую текучую среду. Кроме того, они предрасположены к утечке текучей среды. В случае утечки диэлектрической текучей среды, такая утечка приводит к тому, что окружающая среда покрывается пленкой маслянистой, скользкой диэлектрической среды. Это может создать нежелательные рабочие условия.
Сущность изобретения
[0008] Согласно одному из аспектов настоящего изобретения предложен кондиционер текучей среды, предназначенный для использования в резервуаре, вмещающем в себя компьютеры или другие электронные устройства, погруженные в текучую среду в резервуаре, причем кондиционер текучей среды содержит:
[0009] корпус, имеющий по меньшей мере одну камеру,
[0010] выходное отверстие,
[0011] теплообменник, расположенный в камере корпуса, причем теплообменник имеет входное отверстие для введения охлаждающего агента в теплообменник и выходное отверстие для выведения охлаждающего агента из теплообменника,
[0012] насосное средство, выполненное с возможностью, во время эксплуатации, перекачивания текучей среды таким образом, чтобы текучая среда приходила в контакт с теплообменником в камере,
[0013] причем, при вертикальной, рабочей ориентации кондиционера текучей среды, насосное средство и теплообменник отстоят друг от друга по вертикали, при этом теплообменник расположен выше выходного отверстия кондиционера текучей среды, причем во время эксплуатации обеспечена возможность втягивания текучей среды в и через насосное средство с ее выпуском из насосного средства так, чтобы текучая среда приходила в контакт с теплообменником для охлаждения, тем самым, текучей среды, причем охлажденная текучая среды выходит из кондиционера текучей среды через выходное отверстие кондиционера текучей среды и проходит в нижнюю область резервуара для циркуляции через резервуар.
[0014] В первом варианте осуществления насосное средство расположено над теплообменником так, что во время эксплуатации текучая среда приходит в контакт с теплообменником для охлаждения, тем самым, текучей среды после ее прохождения через насосное средство.
[0015] В первом варианте осуществления, выходное отверстие кондиционера текучей среды представляет собой выходное отверстие камеры.
[0016] Во втором варианте осуществления насосное средство расположено под теплообменником так, что во время эксплуатации текучая среда приходит в контакт с теплообменником для охлаждения, тем самым, текучей среды перед прохождением текучей среды через насосное средство.
[0017] Во втором варианте осуществления, выходное отверстие кондиционера текучей среды представляет собой выходное отверстие насосного средства.
[0018] Камера, в которой находится теплообменник, отделяет текучую среду, охлажденную теплообменником в камере, от более теплой текучей среды в резервуаре. Этого можно добиться за счет использования, по существу, сплошных стенок для ограничивания камеры (т.е., камера содержит, по существу, сплошные стенки), за исключением (т.е., помимо), в первом варианте осуществления -выходного отверстия, из которого текучая среда может выйти из камеры, и во втором варианте осуществления - входного отверстия, через которое текучая среда может войти в камеру.
[0019] Корпус может содержать листовой металл, который образует по меньшей мере камеру, в которой находится теплообменник. Вся или только участок оставшейся части корпуса, т.е., оставшейся части корпуса выше и ниже камеры, в которой находится теплообменник, или оставшейся части корпуса, помимо камеры, может быть изготовлен из проницаемой для текучей среды конструкции или содержать ее. Например, возможно использование жесткой сетки или решетчатой конструкции. В качестве еще одной альтернативы, может быть использована рамная конструкция, которая может содержать вытянутые элементы, проходящие от углов камеры, в которой находится теплообменник, и соединенные посредством поперечных элементов. Согласно этим альтернативным вариантам осуществления, в жесткой сетке, решетчатой конструкции или рамной конструкции, на которой может быть установлено насосное средство, могут быть предусмотрены распорки или другие подобные элементы.
[0020] Насосное средство может опираться на корпус, независимо от того, представляет ли он собой листовой металл, жесткую сетку, решетчатую конструкцию, рамную конструкцию или конструкцию любой другой подходящей формы.
[0021] Предпочтительно, стенка камеры, отделяющая теплообменник от насосного средства, является слегка проницаемой для текучей среды. Соответственно, эту стенку камеры можно рассматривать в качестве перегородки. Это можно обеспечить, например, за счет выполнения отверстий в стенке. Такая конструкция способствует погружению кондиционера текучей среды в текучую среду в резервуаре, а также удаления кондиционера текучей среды из текучей среды в резервуаре. В первом варианте осуществления, эта перегородка расположена под насосным средством (т.е., над теплообменником) и именуется в дальнейшем нижней перегородкой. Во втором варианте осуществления, эта перегородка расположена над насосным средством (т.е., под теплообменником).
[0022] Перегородка может быть установлена в корпусе, так что она находится между насосным средством и теплообменником.
[0023] В первом варианте осуществления, верхняя перегородка может быть предусмотрена над насосным средством.
[0024] Во втором варианте осуществления, перегородка может быть предусмотрена под насосным средством.
[0025] Предпочтительно, между двумя перегородками образуется вторая камера, при этом насосное средство находится во второй камере.
[0026] Насосное средство может быть установлено между двумя перегородками.
[0027] Предпочтительно, кондиционер текучей среды имеет (т.е, содержит) входное отверстие для входа текучей среды в корпус, причем входное отверстие расположено над насосным средством.
[0028] В корпусе, рядом с входным отверстием кондиционера текучей среды может быть выполнена (т.е., иметься) входная камера.
[0029] Предпочтительно, кондиционер текучей среды дополнительно содержит каналы, сообщающиеся по текучей среде с входным отверстием и выходным отверстием теплообменника, соответственно.
[0030] Предпочтительно, для предотвращения попадания загрязняющих веществ в насосное средство и/или корпус предусмотрен фильтр или грязеуловитель.
[0031] Предпочтительно, для измерения температуры текучей среды непосредственно перед втягиванием текучей среды в насосное средство предусмотрен датчик температуры.
[0032] В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предложена система охлаждения, содержащая:
[0033] по меньшей мере один кондиционер текучей среды, раскрытый выше,
[0034] резервуар для вмещения кондиционера текучей среды, причем резервуар также вмещает в себя один или более компьютеров или других электронных устройств и текучую среду, в которую погружен кондиционер текучей среды и указанный один или более компьютеров или других электронных устройств,
[0035] теплообменный блок, расположенный снаружи резервуара, и
[0036] сеть трубок или шлангов для транспортировки охлаждающего агента между теплообменником кондиционера текучей среды и теплообменным блоком.
[0037] В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, предложен способ охлаждения текучей среды в резервуаре, вмещающем в себя компьютеры или другие электронные устройства, погруженные в текучую среду, содержащий следующее:
[0038] (а) закачивают текучую среду из верхней области резервуара,
[0039] (b) перемещают текучую среду вниз для обеспечения ее вхождения в контакт с теплообменником, чтобы отводить тепло от текучей среды в теплообменник и таким образом охлаждать текучую среду,
[0040] (с) обеспечивают течение охлажденной текучей среды, после ее контакта с теплообменником, из нижней области резервуара, вверх в резервуар и по меньшей мере вокруг одного или более компьютеров или других электронных устройств в резервуаре, для отбора тепла от одного или более компьютеров или других электронных устройств, и подъема в верхнюю область резервуара,
[0041] (d) повторяют шаги с (а) по (с), по существу, непрерывно, и
[0042] осуществляют шаги с (а) по (d) без выхода текучей среды из резервуара.
[0043] Кожухи компьютеров могут иметь вентиляционные отверстия или другие отверстия, ведущие внутрь кожухов, в которых находятся различные компоненты компьютеров, при этом течение охлажденной текучей среды дополнительно предусматривает течение охлажденной текучей среды в или через кожухи компьютеров для обеспечения контакта с компонентами компьютеров внутри кожухов.
Краткое описание чертежей
[0044] Далее настоящее изобретение будет раскрыто, исключительно в качестве примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
[0045] фиг. 1 - это частичный схематичный вид первого варианта осуществления кондиционера текучей среды согласно одному из аспектов настоящего изобретения, расположенного в резервуаре для текучей среды;
[0046] фиг. 2 - это частичный схематичный вид системы охлаждения согласно другому аспекту настоящего изобретения, имеющей в своем составе кондиционер текучей среды, показанный на фиг. 1, расположенный снаружи резервуара для ясности представления;
[0047] фиг. 3 - это вертикальная проекция резервуара системы охлаждения с фиг. 2, при этом в показанном резервуаре скомпонованы компьютеры и кондиционер текучей среды с фиг. 1;
[0048] фиг. 4 - это частичный схематичный вид второго варианта осуществления кондиционера текучей среды согласно одному из аспектов настоящего изобретения, расположенного в резервуаре для текучей среды.
Раскрытие изобретения
[0049] На фиг. 1 показан кондиционер 1 текучей среды согласно одному из аспектов настоящего изобретения, причем он показан погруженным в текучую среду F, например, диэлектрическую текучую среду, такую как минеральное масло, полиоальфаолефины или какую-либо другую диэлектрическую текучую среду. Уровень L текучей среды F таков, что кондиционер 1 текучей среды полностью погружен в текучую среду F.
[0050] В процессе эксплуатации кондиционера 1 текучей среды, текучая среда F находится в резервуаре 110, показанном на фиг. 2 и 3, который вмещает в себя компьютеры 130 или другие электронные устройства, имеющие компоненты, вырабатывающие тепло. Компьютеры или серверы 130 или другие электронные устройства погружены в текучую среду F в резервуаре 110 так, что тепло, вырабатываемое компьютерами 130, передается в текучую среду F. Таким образом, текучая среда F выступает в качестве ванны для охлаждения компьютеров 130. Однако, тепло, передаваемое в текучую среду F от компьютеров 130, должно быть передано из текучей среды F. В противном случае, температура текучей среды F повысится до уровня, при котором текучая среда F больше не сможет обеспечить эффективное охлаждение компьютеров 130 в текучей среде F в резервуаре 110. Кондиционер 1 текучей среды, установленный в резервуар 110, отбирает тепло от текучей среды F в резервуаре 110 так, что тепло в текучей среде F переносится из резервуара 110. Это способствует охлаждению текучей среды F. Следовательно, кондиционер 1 текучей среды выполняет функцию охлаждающего аппарата для текучей среды F и компьютеров 130 в текучей среде F в резервуаре 110.
[0051] Кондиционер 1 текучей среды содержит корпус (или кожух) 10, причем в корпусе 10 расположено входное отверстие 12, выходное отверстие 14 и один или более насосов 16, а также теплообменник 18. Кроме того, в корпусе 10 предусмотрена первая перегородка, или верхняя перегородка, 20 и вторая перегородка, или нижняя перегородка, 22.
[0052] В варианте осуществления кондиционера 1 текучей среды, представленного на прилагаемых чертежах, корпус 10 изготовлен из листового металла. Однако, как упоминалось ранее, корпус 10 может быть изготовлен альтернативным образом, причем альтернативные варианты также раскрыты в настоящем описании.
[0053] Насосы 16 могут представлять собой однофазовые насосы со стандартным напряжением 110 В или 240 В и с максимальным током 3 А, которые запитываются от стандартных разъемов IEC С14 (стандартных компьютерных разъемов).
[0054] Теплообменник 18 содержит многоходовой змеевик 24, имеющий змеевиковую компоновку, с присоединенными к нему ребрами. Многоходовой змеевик 24 может быть изготовлен из медной трубки (например, медной трубки диаметром 13 мм), а ребра 26 могут представлять собой рифленые ребра, изготовленные из алюминия (например, с толщиной 0,25 мм).
[0055] Входное отверстие 12 может быть образовано за счет того, что корпус 10 полностью открыт в своей самой верхней части. Выходное отверстие 14 образовано за счет того, что корпус 10 частично открыт в своей самой нижней части. Открытая часть корпуса 10, которая образует выходное отверстие 14, лежит под секцией теплообменника 18, имеющей ребра 26. Основание корпуса 10 закрыто посредством запорных пластин 28 в областях, ниже которых ребра 26 отсутствуют. Это препятствует прохождению текучей среды F с внешней стороны теплообменника 18, т.е., благодаря этому текучая среда F может проходить через теплообменник 18, как будет подробно раскрыто далее.
[0056] Теплообменник 18 оснащен входным отверстием 30 для введения охлаждающего агента в теплообменник 18 и выходным отверстием 18 для выведения охлаждающего агента из теплообменника 18.
[0057] Перегородки 20 и 22, по существу, выполнены в форме пластин. Первая и вторая перегородки 20 и 22 проходят между внутренними стенками корпуса 10 и разделяют внутреннее пространство корпуса 10 на три камеры, соединенные внутренними стенками корпуса 10. Первая камера 34 находится в корпусе 10 рядом с входным отверстием 12 и проходит между входным отверстием 12 корпуса 10 и первой перегородкой 20. Первая камера 34 образует камеру для теплой возвратной (диэлектрической) текучей среды или входную камеру для текучей среды. Вторая камера 36 проходит между первой перегородкой 20 и второй перегородкой 22. Вторая камера 26 образует камеру для оборудования, или насосную камеру, и вмещает в себя насосы 16. Третья камера 36 проходит между второй перегородкой 22 и выходным отверстием 14 корпуса 10. Третья камера 38 вмешает в себя теплообменник 18 и образует теплообменную камеру. Вторая перегородка 22 образует самую верхнюю стенку третьей камеры 38.
[0058] Теплообменник 18 размещен в третьей камере 38 так, что он находится в самой нижней части камеры 38 и корпуса 10. Как хорошо видно на фиг. 1, основание теплообменника 18 находится непосредственно над выходным отверстием 14 в основании камеры 38 и корпуса 10.
[0059] Насосы 16 могут быть установлены на первой и второй перегородках 20 и 22.
[0060] Первая и вторая перегородки 20 и 22 полностью не изолируют вторую камеру 36 от первой и третьей камер 36 и 38. На самом деле, перегородки 20 и 22 препятствуют значительному движению текучей среды F между первой, второй и третьей камерами 34, 36 и 38, так что текучая среда F во второй камере 36 является относительно статичной. Этого можно добиться, например, за счет выполнения отверстий в перегородках 20 и 22 и/или наличия одного или более зазоров между кромками перегородок 20 и 22 и внутренними стенками корпуса 10. Это способствует погружению кондиционера 1 текучей среды в текучую среду F в резервуаре 110, а также удалению кондиционера 1 текучей среды из текучей среды F в резервуаре 110.
[0061 Теплообменник 18 расположен в самой нижней части корпуса 10 и третьей камеры 38, рядом с выходным отверстием 14 корпуса 10.
[0062] Каждый насос 16 имеет линию 40 всасывания с входным отверстием 42 и линию 44 сброса с выходным отверстием 46. Входные отверстия 42 открываются в первую камеру 34, над первой заслонкой 20, так что линии 40 всасывания сообщаются по текучей среде с текучей средой F в первой камере 34. Выходные отверстия 46 открываются в третью камеру 38, под второй перегородкой 22, так что линии 44 сброса сообщаются по текучей среде с третьей камерой 38.
[0063] Входное отверстие 30 теплообменника 18 соединено с первым каналом 48, а выходное отверстие теплообменника 18 соединено со вторым каналом 50.
[0064] Кондиционер 1 текучей среды дополнительно содержит первый канал 48, соединенный с входным отверстием 30 теплообменника 18, и второй канал 50, соединенный с выходным отверстием 32 теплообменника 18.
[0065] Опционально, кондиционер 1 текучей среды может дополнительно содержать датчик 52 температуры. Датчик 52 температуры может быть использован для отслеживания температуры текучей среды F в первой камере 34 около входных отверстий 42.
[0066] Датчик 52 температуры может опционально образовывать часть системы управления для управления скоростью насоса 16 или количеством насосов 16, находящихся в рабочем состоянии.
[0067] Однако, отслеживание температурных условий в резервуаре 110 может быть осуществлено внешними собственными системами для проверки того, что текучая среда F надлежащим образом охлаждена и того, что система охлаждения для резервуара 110 работает корректно. В случае обнаружения ненормального условия (например, происходит отключение подачи мощности, не срабатывает насос 16, и т.д.), температура текучей среды F будет повышаться и для преодоления такого ненормального условия может быть реализован надлежащий план действий.
[0068] Кондиционер 2 текучей среды может быть оснащен одним или более грязеуловителями или фильтрами, для предотвращения входа загрязняющих веществ (например, наклеенных этикеток или ярлыков от компьютеров, предметов, которые непроизвольно попадают в резервуар 110) в насосы 16 и/или корпус 10. Например, грязеуловитель 54 может быть предусмотрен в первой камере 34, у или рядом с входным отверстием 12 в корпусе 10. Грязеуловитель 54 препятствует попаданию загрязняющих веществ в корпус 10 и, следовательно, препятствует попаданию загрязняющих веществ в насосы. Альтернативно или дополнительно, грязеуловитель 56 может быть предусмотрен в первой камере 34, у входного отверстия 42 каждого насоса 16. Грязеуловители 56 предотвращают попадание загрязняющих веществ в насосы 16. Грязеуловители 54 и 56 могут быть изготовлены из сетки.
[0069] Корпус 10 может быть образован из мягкой стали. Корпус 10 может иметь аналогичные размеры, что и стандартные монтируемые на стойке компьютеры. В основном, корпус 10 может иметь ширину 4RU (стойко-места), глубину в 600 мм и ширину в 19 дюймов (стандартные размеры компьютерной стойки).
[0070] Во время эксплуатации, кондиционер 1 текучей среды образует часть системы 100 охлаждения, показанной на фиг. 2, для охлаждения текучей среды F в резервуаре 110, в которую совместно погружены компьютеры 130 или другие электронные устройства и кондиционер 1 текучей среды, представленный на фиг. 3. Система 100 охлаждения дополнительно содержит теплообменный блок 112 и трубки или шланги 114 или 116, которые соединяют теплообменник 18 и теплообменный блок 112 так, что они сообщаются по текучей среде. Теплообменный блок 112 расположен удаленно от резервуара 110. В типовом варианте установки, резервуар 110 будет размещен в помещении с другими резервуарами 110 в здании, а теплообменный блок 112 будет расположен снаружи здания в условиях окружающей среды.
[0071] Трубка или шланг 114 соединена (соединен) с первым каналом 48 кондиционера 1 текучей среды, с одного конца, и с выходным отверстием 118 теплообменного блока 112 с другого своего конца. Трубка или шланг 116 соединена (соединен) со вторым каналом 50 кондиционера 1 текучей среды, с одного конца, и с входным отверстием 120 теплообменного блока 112, с другого своего конца.
[0072] Охлаждающий агент циркулирует через теплообменник 18, первый и второй каналы 48 и 50, трубки или шланги 114 и 116 и теплообменный блок 112, как будет подробно раскрыто далее, так что теплообменник 18 и теплообменный блок 112 сообщаются по текучей среде.
[0073] Теплообменный блок 112 может содержать крыльчатку 122 и внутреннюю систему трубок и ребер (не видна на фиг. 2). Внутренняя система трубок и ребер может быть, по существу, такого же типа, что и у теплообменника 18. Во время эксплуатации системы 100 охлаждения, охлаждающий агент проходит через внутреннюю систему трубок и ребер, в теплообменном блоке 112, между входным отверстием 118 и выходным отверстием 120.
[0074] Охлаждение текучей среды F в резервуаре до требуемой температуры может быть обеспечено посредством испарительной системы охлаждения, как показано на фиг. 2 в виде системы 100 охлаждения. Соответственно, охлаждающий агент может представлять собой воду или водный раствор (например, раствор воды с антифризом и/или кондиционирующими химическими веществами) или любую другую охлаждающую текучую среду, которая не вступает в реакцию с компонентами системы 100 охлаждения, с которыми контактирует охлаждающий агент.
[0075] Однако, в случае если требуется более высокий уровень охлаждения текучей среды F, вместо испарительной системы охлаждения может быть использована холодильная система охлаждения. В случае холодильной системы охлаждения, охлаждающим агентом будет являться подходящий хладагент, а система охлаждения будет также содержать компрессор хладагента.
[0076] На фиг. 3 показан кондиционер 1 текучей среды в его рабочем положении в резервуаре 110. В рабочем положении в резервуаре 110, кондиционер 1 текучей среды ориентирован вертикально, так что насосы 16 и теплообменник 18 отстоят друг от друга по вертикали, один непосредственно над другим. Соответственно, насосы 16 и теплообменник 18 расположены на расстоянии друг от друга по вертикали, но при этом они не разнесены в боковом направлении. Кроме того, входное отверстие 12 корпуса 10 находится над насосами 16, причем насосы 16 расположены над теплообменником 18, а теплообменник 18, в свою очередь, находится над выходным отверстием 14 корпуса 10. Более того, первая камера 34 находится над второй камерой 36, а вторая камера 36 расположена над третьей камерой 38. Таким образом, первая, вторая и третья камера 34, 36 и 38 и компоненты кондиционера 1 текучей среды, соответствующим образом размещенные в нем, скомпонованы по вертикали.
[0077] Кондиционер 1 текучей среды имеет соединения, снаружи резервуара 110 для соединения насосов 16 с источником электропитания, например, стандартным однофазовым источником электропитания, и соединения первого и второго каналов 48 и 50 с трубками или шлангами 114 и 116. Кондиционер 1 текучей среды можно легко снять с резервуара 110 (например, для замены, технического обслуживания, переустановки, и т.д.), сначала отсоединив эти наружные соединения с насосами 16 и с каналами 48 и 50, и далее просто подняв кондиционер 1 текучей среды с резервуара 110. Соответственно, кондиционер 1 текучей среды является автономным модулем.
[0078] Поскольку наружными соединениями являются только соединения с насосами 16 и каналами 48 и 50, а соединенные аппаратные средства могут быть гибкими, например, гибкие силовые кабели к насосам и гибкие шланги 114 и 116 к каналам 48 и 50, резервуар может быть подвижным, в частности, для подвижности он может быть оснащен направляющими роликами.
[0079] Резервуар 110 открыт сверху, как показано номером позиции 124 на фиг. 2 и 3, для вставки компьютеров 130 и кондиционера 1 текучей среды, а также наполнения резервуара 110 текучей средой F до требуемого уровня L. Кондиционер 1 текучей среды полностью погружен в текучую среду F в резервуаре 110. Кроме того, компьютеры 130 также полностью погружены в текучую среду F так, чтобы увеличить до максимума перенос тепла от компьютеров 130 к текучей среде F.
[0080] Компьютеры 130 и кондиционер 1 текучей среды закреплены в резервуаре 110 за счет подвешивания к опорным рельсам 126, которые проходят продольно вдоль боковых сторон в верхней части внутреннего пространства резервуара 110. Компьютеры 130 и кондиционер 1 текучей среды расположены вертикально в резервуаре и скомпонованы в ряд, смежно друг другу в резервуаре 110.
[0081] Кондиционер 1 текучей среды расположен в резервуаре 110 так, что выходное отверстие 14 корпуса 10 находится немного над основанием 128 резервуара 110. Кондиционер 1 текучей среды по существу имеет такие же размеры, что и компьютеры 130 в резервуаре 110.
[0082] Во время эксплуатации кондиционера 1 текучей среды и системы 100 охлаждения, насосы 16 функционируют для втягивания текучей среды F из первой камеры 34 в линию 40 всасывания, через входные отверстия, и выпуска текучей среды F из выходных отверстий 46 линий 44 сброса в третью камеру 38.
[0083] Благодаря всасыванию текучей среды F из первой камеры 34 посредством насосов 16, над второй камерой (т.е., насосной камерой) 36 создается область низкого давления, а именно область низкого давления создается в первой камере 34 (которая находится над второй камерой 36). Выпуск текучей среды F посредством насосов 16 создает область высокого давления под насосами 16 (и второй камерой 36), а именно область высокого давления создается в третьей камере 38 (которая находится под второй камерой 36 и в которой расположен теплообменник 18).
[0084] Перепад давления, создаваемый насосами 16, приводит к тому, что горячая текучая среда F (разделение которой происходит в верхней области текучей среды F в резервуаре 110, как показано на фиг. 3 номером позиции 132) протекает из верхней области резервуара 110, в первую камеру 34 («теплая возвратная камера»), через входное отверстие 12 корпуса 10 и далее в насосы 16 (как показано стрелками А на фиг. 1 и 3) и через насосы 16 во вторую камеру 36. Насосы 16 выпускают текучую среду F в третью камеру 38 (как показано стрелками В на фиг. 1 и 3), так что она входит в контакт с теплообменником 18 (как показано стрелками С на фиг. 1) и выходит из корпуса 10 через выходное отверстие 14 кондиционера 1 текучей среды (которое также формирует выходное отверстие из третьей камеры 38 корпуса 10) к основанию, или в нижнюю область, резервуара 110 (как показано стрелками D на фиг. 1 и обозначено номером позиции 134 на фиг. 3). Таким образом, насосы 16 работают (или действуют) для перемещения текучей среды F вниз при функционировании (или под действием) насосов 16 для вхождения в контакт с теплообменником 18. Текучая среда F направленно перемещается так, чтобы войти в контакт с теплообменником 18.
[0085] Поскольку текучая среда F входит в контакт с теплообменником 18, тепло (т.е., тепловая энергия) передается от текучей среды F в теплообменник 18, в частности, в охлаждающий агент в многоходовом змеевике 24. Охлаждающий агент протекает через многоходовой змеевик 24 и выходит из теплообменника 116 через выходное отверстие 32 и протекает в канал 50 и трубку или шланг 116 к теплообменному блоку 112, где тепло отводится в окружающий воздух, обеспечивая, тем самым, охлаждение охлаждающего агента. Охлажденный таким образом охлаждающий агент протекает через трубку или шланг 114 в канал 48 и далее в многоходовой змеевик 24 через входное отверстие 30 теплообменника 18 для поглощения вновь тепла из текучей среды F.
[0086] Кондиционер 1 текучей среды расположен в резервуаре 110 так, что охлажденная текучая среда F выходит из выходного отверстия 14 на глубине ниже или по существу у нижних частей компьютеров, обозначенных номером позиции 134 и хорошо видимых на фиг. 3. На фиг. 3 можно видеть, что основание корпуса 110 (в котором предусмотрено выходное отверстие 14) по существу находится на той же самой глубине, что и нижние части компьютеров 130 в резервуаре 110.
[0087] Охлажденная текучая среда F, выходящая из корпуса 10, через выходное отверстие 14, в основание или нижнюю область резервуара 110, проходит в резервуар 110 на глубине по существу у или ниже компьютеров 130 (как обозначено номером позиции 134) и перемещается вдоль основания резервуара 110, как обозначено номером позиции 136 на фиг. 3. Далее, текучая среда движется вверх в резервуаре 110 по меньшей мере вокруг компьютеров 130, т.е., между компьютерами 130 и между компьютерами 130 и внутренней стенкой резервуара 110, как показано стрелкой Е на фиг. 1 и стрелками G на фиг. 3. Кроме того, кожухи компьютеров 130 часто оснащены вентиляционными отверстиями или другими отверстиями, выходящими во внутренние пространства кожухов, в которых находятся различные компоненты компьютеров 130. В этом случае, охлажденная текучая среда F также протекает в и через кожухи компьютеров 130, через вентиляционные отверстия ил другие отверстия, для непосредственного вхождения в контакт с компонентами компьютеров 130 внутри их кожухов. Эти компоненты включают в себя компоненты, которые вырабатывают тепло (т.е., ЦП, теплопоглощающие конструкции и т.д.). Текучая среда F, проходящая в или через кожухи компьютеров 130, будет непосредственно контактировать с компонентами внутри кожухов компьютеров, и, следовательно, тепло будет передаваться от этих компонентов в текучую среду F.
[0088] Поскольку текучая среда F движется вверх в резервуаре 110 (как показано стрелкой Е на фиг. 1 и стрелками G на фиг. 3), текучая среда F получает тепло, за счет проводимости, от компьютеров 130 (которые содержат компоненты, вырабатывающие тепло), а также в результате непосредственного контакта с компонентами (которые вырабатывают тепло) внутри кожухов компьютеров 130, в случае если текучая среда F проходит в или через кожухи компьютеров 130. Нагретая текучая среда F поднимается в верхнюю область резервуара 110 над компьютерами 130, как показано номером позиции 138 на фиг. 3. Нагретая текучая среда F разделяется в верхней области текучей среды F в резервуаре 110, как показано номером позиции 132 на фиг. 3, и проходит в первую камеру 34, как показано стрелками Н на фиг. 1, и закачивается через кондиционер 1 текучей среды, как было ранее раскрыто, при этом данный цикл повторяется непрерывно.
[0089] Циркуляция текучей среды F в резервуаре 110 обеспечивается за счет термической плавучести (или силы выталкивания), создаваемой нагретой текучей средой F, когда она проходит между компьютерами 130, между компьютерами 130 и внутренней стенкой резервуара 110, и через компьютеры 130 (как было раскрыто ранее). Циркуляция текучей среды F в резервуаре 110 также обеспечивается за счет перепада давления, создаваемого насосами 16 в кондиционере 1 текучей среды.
[0090] Перегородки 20 и 22 препятствуют движению текучей среды F обратно в корпус 10 кондиционера 1 текучей среды или циркуляции внутри корпуса 10. Вторая перегородка 22, в частности, обеспечивает, что по существу вся охлажденная текучая среда F в третьей камере 38 может выйти из корпуса 10 только через выходное отверстие 14 корпуса 10 и в основание резервуара 110, так что она затем может двигаться вверх в резервуаре 110 для поглощения тепла от компьютеров 130.
[0091] На фиг. 4 показан второй вариант осуществления кондиционера 2 текучей среды, который изображен погруженным в текучую среду F, например, диэлектрическую текучую среду, такую как минеральное масло, полиоальфаолефины, или какую-либо другую диэлектрическую текучую среду. Уровень L текучей среды F таков, что кондиционер 1 текучей среды полностью погружен в текучую среду F.
[0092] Кондиционер 2 текучей среды по существу аналогичен кондиционеру 1 текучей среды согласно первому варианту осуществления, за исключением того, что в кондиционере 2 текучей среды камера 38, в которой находится теплообменник 18, расположена над насосами 16. На фиг. 1 и 2, одинаковые номера позиций использованы для обозначения одних и тех же или соответствующих частей. Описание частей и их работа, а также применение кондиционера 1 текучей среды применимы по аналогии к кондиционеру 2 текучей среды, и поэтому не будут здесь повторено приведены. Соответственно, нижеследующее описание кондиционера 2 текучей среды раскрывает различия между кондиционером 1 текучей среды согласно первому варианту осуществления и кондиционером 2 текучей среды согласно второму варианту осуществления.
[0093] В кондиционере 2 текучей среды, первая камера (т.е., камера для теплой возвратной (диэлектрической) текучей среды или входная камера для текучей среды) 34 находится непосредственно над теплообменной камерой 38, вследствие чего отсутствует необходимость в наличии первой перегородки 20 в основании первой камере 34, в отличие от этого в кондиционере 1 текучей среды в основании первой камеры 34 предусмотрена перегородка 20. Вместо этого, в основании насосной камеры 36 кондиционера 2 текучей среды, которое также формирует основание корпуса 10 кондиционера 2 текучей среды, предусмотрена перегородка 20.
[0094] Между первой камерой 34 и теплообменной камерой 38 предусмотрены запорные пластины 28. Запорные пластины 28 предусмотрены в области, над которой нет ребер 26 теплообменника 18. Это препятствует прохождению текучей среды F с наружной стороны теплообменника 18, т.е., это обеспечивает, что текучая среда F проходит из первой камеры 34 через теплообменник 18 для контакта с ребрами 26 теплообменника 18.
[0095] Вторая перегородка 22 предусмотрена между теплообменной камерой 38 и насосной камерой 36 (которая находится под теплообменной камерой 38) кондиционера 2 текучей среды.
[0096] Перегородки 20 и 22 кондиционера 2 текучей среды могут быть аналогичными перегородкам 20 и 22 кондиционера 1 текучей среды так, что они полностью не изолируют насосную камеру 36 и теплообменную камеру 38 друг от друга, а насосную камеру 36 от текучей среды F в резервуаре 110. Вместо этого, перегородки 20 и 22 могут предотвратить значительное движение текучей среды F между насосной камерой 36 и теплообменной камерой 38 (а не через насосы 16) и между насосной камерой 36 и текучей средой F в резервуаре 110, так что текучая среда F в насосной камере 36 является относительно статичной.
[0097] Входные отверстия 42 насосов 16 открываются в теплообменную камеру 38, над второй перегородкой 22, так что линии 40 всасывания насосов 16 сообщаются по текучей среде с текучей средой F в теплообменной камере 38. Выходные отверстия 46 насосов 16 открываются в текучую среду F в резервуаре 110, под первой перегородкой 20. Выходные отверстия 46 образуют выходное отверстие 14 кондиционера 2 текучей среды.
[0098] Во время эксплуатации, насосы 16 кондиционера 2 текучей среды (подобно кондиционеру 1 текучей среды согласно первому варианту осуществления) задействуются для втягивания текучей среды F из первой камеры 34 в линии 40 всасывания, через входные отверстия 42, и выпуска текучей среды F из выходных отверстий 46 линий 44 сброса. Однако, в кондиционере 2 текучей среды, насосы 16 функционируют так, что текучая среда F втягивается, т.е., всасывается, из первой камеры 34, через теплообменную камеру 38 во входные отверстия 42 и далее через насосы 16 для выхода из выходных отверстий 46 насосов 16 в текучую среду F в резервуаре 110.
[0099] Поскольку текучая среда F входит в контакт с теплообменником 18, тепло (т.е., тепловая энергия) передается от текучей среды F к теплообменнику 18, в частности, к охлаждающему агенту в многоходовом змеевике 24. Данная процедура, и функционирование системы 100 охлаждения, такие же что и были раскрыты выше в отношении кондиционера 1 текучей среды согласно первому варианту осуществления, представленного на фиг. 1, 2 и 3.
[0100] Перегородка 22 обеспечивает, что по существу вся охлажденная текучая среда F в теплообменной камере 38 может выйти из теплообменной камеры 38 только через входные отверстия 42 насосов 16 с выкачиванием из выходных отверстий 46 насосов 16 и в основание резервуара 110, так что текучая среда F может далее двигаться вверх в резервуаре 110 для поглощения тепла от компьютеров 130.
[0101] В вариантах осуществления, проиллюстрированных на чертежах и раскрытых в данном описании, корпус 100 кондиционеров 1 и 2 текучей среды имеет по существу сплошные стенки с открытой верхушкой, образующей входное отверстие 12 и в кондиционере 1 текучей среды, отверстие в основании, формирующее выходное отверстие 14. (Сплошные стенки корпуса 10 могут быть изготовлены из листового металла.)
[0102] Однако, как уже отмечалось ранее в разделе описания «Раскрытие изобретения», корпус 10 может быть оснащен по существу сплошными стенками для формирования только теплообменной камеры 38, которая вмещает в себя теплообменник 18. Вся или только участок оставшейся части корпуса 10, т.е., оставшейся части корпуса 10 выше и ниже камеры 38, в которой находится теплообменник, может быть изготовлен из проницаемой для текучей среды конструкции. Например, возможно использование жесткой сетки или решетчатой конструкции. В качестве еще одной альтернативы, может быть использована рамная конструкция, которая может содержать вытянутые элементы, проходящие от углов камеры, в которой находится теплообменник, и соединенные посредством поперечных элементов. Согласно этим альтернативным вариантам, в жесткой сетке, решетчатой конструкции или рамной конструкции, на которой могут быть установлены насосные средства, могут быть предусмотрены распорки или другие подобные элементы. Такие изменения могут быть внесены и в кондиционер 1 текучей среды согласно первому варианту осуществления, и в кондиционер 2 текучей среды согласно второму варианту осуществления.
[0103] В другом альтернативном варианте осуществления, корпус 10 может быть оснащен сплошными стенками для формирования только насосной камеры 36 и теплообменной камеры 38, которые вмещают в себя насосы 16 и теплообменник 18, соответственно. Такие изменения могут быть внесены и в кондиционер 1 текучей среды согласно первому варианту осуществления, и в кондиционер 2 текучей среды согласно второму варианту осуществления.
[0104] В еще одном варианте осуществления, первая камера 34 может быть полностью исключена. В таком варианте, первая перегородка 20 кондиционера 1 текучей среды либо может быть исключена, либо может присутствовать в конструкции. В случае если первая перегородка 20 исключена, насос 16 может быть закреплен за счет его установки на какой-либо другой части корпуса 10, а не на первой перегородке 20. По аналогии, датчик 52 температуры может быть установлен в корпусе. По аналогии, в альтернативном варианте осуществления, в котором перегородка 20 кондиционера 2 текучей среды исключена, насосы 16 могут быть закреплены путем их установки на какой-либо другой части корпуса 10, а не на перегородке 20.
[0105] Кондиционер текучей среды согласно настоящему изобретению может быть установлен в любом подходящем месте внутри резервуара 110, и уложен в линию с компьютерами 130, как показано на фиг. 3. При необходимости, в резервуаре 110 может быть установлено несколько кондиционеров текучей среды, для обеспечения большего количества уровней охлаждения, что позволяет использовать резервуары 110 разных размеров и емкости.
[0106] Кондиционер текучей среды согласно настоящему изобретению обеспечивает возможность охлаждения текучей среды F внутри резервуара 110. Т.е., текучая среда F не покидает резервуар 110 для охлаждения.
[0107] Кондиционер текучей среды согласно настоящему изобретению может быть легко модернизирован для монтажа в охлаждающие установки, которые уже размещены в существующих станциях с подходящей подачей охлаждающего агента.
[0108] Система 100 охлаждения согласно настоящему изобретению обеспечивает возможность переноса тепла от компьютеров 130 к текучей среде F, в резервуаре 110, от текучей среды F в теплообменник 18, от теплообменника 18 к охлаждающему агенту, и от охлаждающего агента к теплообменному блоку 112, из которого оно рассеивается в окружающую среду.
[0109] Текучая среда F, которая выходит из корпуса 10, через выходное отверстие 14, в основание, или нижнюю область резервуара 110, имеет существенно более низкую температуру, чем текучая среда F в верхней области резервуара 110, которая поступает в кондиционер текучей среды.
[0110] Охлажденная текучая среда F, выходящая из корпуса 10, через выходное отверстие 14, в основание, или нижнюю область резервуара 110, например, может иметь температуру в диапазоне от 15°С до 35°С, а теплая текучая среда F в верхней области резервуара 110 может иметь температуру в диапазоне от 20°С до 50°С.
[0111] Температура текучей среды F, главным образом, определяется тепловой нагрузкой компьютеров 130 и температурой и расходом охлаждающего агента, циркулирующего в системе 100 охлаждения.
[0112] Настоящее изобретение обеспечивает несколько преимуществ. Оно не приводит к созданию громоздкого оборудования; блок для охлаждения текучей среды F в резервуаре, а именно, кондиционер текучей среды, расположен в резервуаре 110 - следовательно, текучая среда F резервуара не покидает резервуар 110 в процессе охлаждения, так что она не может вытечь наружу резервуара 110 из кондиционера текучей среды; техническое обслуживание и переустановка осуществляются легко, поскольку для этого необходимо просто отсоединить кондиционер текучей среды и снять его с резервуара 110 в виде цельного блока или модуля.
[0113] Хотя выше раскрыт один или более предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, объем защиты настоящего изобретения не ограничивается этими конкретными вариантами осуществления, и настоящее изобретение может быть реализовано множеством различных способов, которые будут очевидны для специалиста в данной области техники.
[0114] Модификации и изменения, которые будут очевидными для специалиста в данной области техники, считаются подпадающими под объем защиты настоящего изобретения.
1. Кондиционер текучей среды, предназначенный для использования в резервуаре, вмещающем в себя компьютеры или другие электронные устройства, погруженные в текучую среду в резервуаре, причем кондиционер текучей среды содержит:
корпус, имеющий по меньшей мере одну камеру,
выходное отверстие,
теплообменник, расположенный в камере корпуса, причем теплообменник имеет входное отверстие для введения охлаждающего агента в теплообменник и выходное отверстие для выведения охлаждающего агента из теплообменника,
насосное средство, выполненное с возможностью, во время эксплуатации, перекачивания текучей среды таким образом, чтобы текучая среда приходила в контакт с теплообменником,
причем, при вертикальной рабочей ориентации кондиционера текучей среды, насосное средство и теплообменник отстоят друг от друга по вертикали, при этом теплообменник расположен выше выходного отверстия кондиционера текучей среды, причем во время эксплуатации обеспечена возможность втягивания текучей среды в и через насосное средство с ее выпуском из насосного средства так, чтобы текучая среда приходила в контакт с теплообменником, для охлаждения, тем самым, текучей среды, при этом охлажденная текучая среда будет выходить из кондиционера текучей среды через выходное отверстие кондиционера текучей среды и проходить в нижнюю область резервуара для циркуляции через резервуар.
2. Кондиционер текучей среды по п. 1, в котором насосное средство расположено над теплообменником так, чтобы во время эксплуатации текучая среда приходила в контакт с теплообменником для охлаждения, тем самым, текучей среды после ее прохождения через насосное средство.
3. Кондиционер текучей среды по п. 2, в котором выходное отверстие кондиционера текучей среды представляет собой выходное отверстие камеры.
4. Кондиционер текучей среды по п. 1, в котором насосное средство расположено под теплообменником так, чтобы во время эксплуатации текучая среда приходила в контакт с теплообменником, для охлаждения, тем самым, текучей среды перед ее прохождением через насосное средство.
5. Кондиционер текучей среды по п. 4, в котором выходное отверстие кондиционера текучей среды представляет собой выходное отверстие насосного средства.
6. Кондиционер текучей среды по любому из пп. 1-5, в котором камера, в которой находится теплообменник, отделяет текучую среду, охлажденную теплообменником в камере, от более теплой текучей среды в резервуаре.
7. Кондиционер текучей среды по п. 6, в котором камера имеет, по существу, сплошные стенки, за исключением выходного отверстия, из которого обеспечена возможность выхода текучей среды из камеры.
8. Кондиционер текучей среды по п. 6, в котором камера имеет, по существу, сплошные стенки, за исключением входного отверстия, через которое обеспечена возможность поступления текучей среды в камеру.
9. Кондиционер текучей среды по п. 7 или 8, в котором вся или только участок оставшейся части корпуса содержит проницаемую для текучей среды конструкцию.
10. Кондиционер текучей среды по п. 9, в котором проницаемая для текучей среды конструкция содержит жесткую сетку или решетчатую конструкцию.
11. Кондиционер текучей среды по п. 9, в котором проницаемая для текучей среды конструкция содержит рамную конструкцию.
12. Кондиционер текучей среды по любому из пп. 7-11, в котором стенка камеры, отделяющая теплообменник от насосного средства, содержит первую перегородку и является проницаемой для текучей среды.
13. Кондиционер текучей среды по п. 12, в котором первая перегородка установлена в корпусе так, что она находится между насосным средством и теплообменником.
14. Кондиционер текучей среды по п. 12 или 13, дополнительно содержащий вторую перегородку так, что между первой перегородкой и второй перегородкой образована вторая камера, причем насосное средство находится во второй камере.
15. Кондиционер текучей среды по п. 1, в котором насосное средство установлено между первой перегородкой и второй перегородкой.
16. Кондиционер текучей среды по любому из пп. 1-15, дополнительно содержащий входное отверстие для введения текучей среды в корпус, причем входное отверстие расположено над насосным средством.
17. Кондиционер текучей среды по любому из пп. 1-16, дополнительно содержащий в корпусе рядом с входным отверстием кондиционера текучей среды, дополнительно входную камеру.
18. Кондиционер текучей среды по любому из пп. 1-17, дополнительно содержащий каналы, сообщающиеся по текучей среде с входным отверстием и выходным отверстием теплообменника, соответственно.
19. Кондиционер текучей среды по любому из пп. 1-18, дополнительно содержащий фильтр или грязеуловитель для предотвращения попадания загрязняющих веществ в насосное средство и/или в корпус.
20. Кондиционер текучей среды по любому из пп. 1-19, дополнительно содержащий датчик температуры для измерения температуры текучей среды непосредственно перед втягиванием текучей среды в насосное средство.
21. Система охлаждения, содержащая:
по меньшей мере один кондиционер текучей среды по любому из пп. 1-20,
резервуар для вмещения кондиционера текучей среды, причем резервуар также вмещает в себя один или более компьютеров или других электронных устройств и текучую среду, в которую погружен кондиционер текучей среды и указанные один или более компьютеров или других электронных устройств,
теплообменный блок, расположенный снаружи резервуара, и
сеть трубок или шлангов для транспортировки охлаждающего агента между теплообменником кондиционера текучей среды и теплообменным блоком.
22. Способ охлаждения текучей среды в резервуаре, вмещающем в себя компьютеры или другие электронные устройства, погруженные в текучую среду, содержащий следующее:
(a) закачивают текучую среду из верхней области резервуара,
(b) перемещают текучую среду вниз для обеспечения ее вхождения в контакт с теплообменником, чтобы отводить тепло от текучей среды в теплообменник и таким образом охлаждать текучую среду,
(c) обеспечивают течение охлажденной текучей среды, после ее контакта с теплообменником, из нижней области резервуара, вверх в резервуар и вокруг одного или более компьютеров или других электронных устройств в резервуаре, для отбора тепла от одного или более компьютеров или других электронных устройств, и подъема в верхнюю область резервуара,
(d) повторяют шаги с (а) по (с), по существу, непрерывно, и
осуществляют шаги с (а) по (d) без выхода текучей среды из резервуара.
