CN110366359B - 一种涌泉式双循环的超级计算机冷却*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种涌泉式双循环的超级计算机冷却***,包括过冷器、循环泵、刀片机箱、冷凝器、二次冷却***以及管路和阀门,蒸发冷却介质存放于过冷器、刀片机箱和连接的管路中。冷却***分为两个联通的循环:其中刀片机箱内蒸汽经集气管、集气阀上升到冷凝器冷凝为液体,经回液管流入刀片机箱内部实现蒸汽自循环;刀片机箱内高温介质经溢流管进入过冷器中,冷却后经进液管流入刀片机箱内部,实现蒸发冷却介质的可控循环。本发明以介质相变和强迫对流进行换热,较好地解决设备散热困难的问题;并且节能、环保,对外无电磁辐射、无粉尘污染、噪音小;并且运营成本低、散热效率高,可提高设备放置密度,提高机房使用率。
Description
技术领域
本发明涉及一种超级计算机冷却***,特别是一种涌泉式双循环的超级计算机冷却***。
背景技术
随着电子技术的不断发展,电路集成度越来越高,计算机核心部件CPU已经成为热量高度集中的核心区域,高热量会造成***运行不稳定、集成电路寿命缩短、器件损坏等问题,会严重影响计算机的正常运行。传统的风冷散热方式已无法满足现在高密度超级计算机的要求,散热问题成为制约计算机发展的一大瓶颈。同时,采用传统冷却方式时,用于数据中心冷却的能耗将占数据中心总能耗的30%~40%,能量消耗巨大,噪声超标,是急需解决的一个重大问题。
蒸发冷却技术利用介质的相变过程来吸收和释放热量,冷却效率高,冷却效果均匀;冷却介质的凝固点低于环境温度,无防冻问题,且具有强绝缘性,不燃不爆,安全性高的优点。目前主要有喷淋式蒸发冷却***和浸泡式自循环蒸发冷却***应用于超级计算机***。
喷淋式蒸发冷却***将加压后的介质通过雾化喷嘴均匀喷淋到发热部件上,介质吸热汽化,沿集气管道进入冷凝器。该***管路复杂,造价高,易泄露,喷淋的脉动压力会造成接插件接触不良,喷淋不均匀会造成电路板局部分布电容变化,影响高频电路的工作稳定性,严重时会损坏元器件。
浸泡式自循环蒸发冷却***将元器件浸泡于介质中,因热交换面积小,液体流动慢导致换热效果差,导致高功率多核CPU热量不易传递出来。同时,环境温度也会对***散热造成很大影响。
发明内容
本发明的目的是针对背景技术中存在的缺点和问题加以改进,提出一种涌泉式双循环的超级计算机冷却***,提高冷却效率,降低损耗与噪声。
本发明的涌泉式双循环的超级计算机冷却***由过冷器、循环泵、过滤器、机柜、刀片机箱、冷凝器、二次冷却***、压力传感器、管路和阀门组成。冷却***包含两种循环:①蒸汽自循环;②液体可控循环。
蒸汽自循环由每个刀片机箱及其上部的集汽管、冷凝器和回液管组成。所述的刀片机箱里的发热部件浸没于蒸发冷却介质中,蒸汽经集气管、集气阀上升到冷凝器,经二次冷却冷凝为液体,经回液管、回液阀流入刀片机箱内部,形成蒸汽自循环。
液体可控循环由每个刀片机箱下部的进液管和进液阀、上部的溢流管和溢流阀、泵、过冷器等组成。该循环的工作状态分为两种,一是常开,与主机的开闭同步;二是根据温度的情况间歇开启。一般是间歇开启模式。当检测到芯片或其他热源超过预定温度和压力时,开启泵,增大***流量来降低热源温度和***压力。当热源温度和压力降低到预定值是停止泵。
所述过冷器中存放一定量蒸发冷却介质,下部通过液体管路与循环泵连接,为液体可控循环提供介质。上部与溢流管和排液管连接,接收高温介质,并通过二次冷却***实现介质的冷却。
所述循环泵用于给介质加压,共两台,一台为工作泵,一台为备用泵。泵的两端均设置循环泵阀,通过关断以便于泵的更换。通过压力传感器提供的压力信号和刀片机箱提供的温度信号,可实时控制泵的流量,保证冷却效果和***压力。
所述冷凝器安装于刀片机箱上方,便于蒸汽进入,并通过二次冷却***将蒸汽变为液体。冷凝器上部设置较大的空气压缩空间,可实现***在第一次启动时排气,正常情况下以后不再排气。这样有利于***始终维持在微正压和微负压,降低***耐压强度的需求。冷凝器上部设置安全阀和排气阀。
所述刀片机箱一共有五个管道。进液管位于底部,是介质的流入通道;集气管位于顶部,是蒸汽的流出通道;回液管位于下部,是蒸汽自循环介质的流入通道;溢流管位于稍高于刀片热源的位置,是高温介质的流出通道,保证刀片的热源浸没于介质之中;排液管位于底部,用于维护时排除介质。五个管道中均安装阀门,且可以完全关闭,以方便刀片机箱的抽取。阀门也可以是具有自密封功能的快插接头。
本发明采用的蒸发冷却介质为环保、绝缘的氟碳化合物。
本发明采用物理学和动力学相结合的方式,以介质相变和强迫对流进行换热,较好地解决当前电子信息设备密度高、散热困难的问题;稳定性好,散热效果好,能够延长设备使用寿命;节能效果好,取消了服务器各节点及电源散热风扇,机房内无需加精密空调;绿色环保,冷却***为密闭整体,对外无化学辐射、无电磁辐射、无粉尘污染、噪音小;运营成本低,散热效率高,可提高设备放置密度,提高机房使用率。
附图说明
图1是一种涌泉式双循环的超级计算机冷却***。
图中:1、过冷器;2、循环泵Ⅰ;3、循环泵Ⅱ;4、液体管路;5、过滤器;6、蒸发冷却介质;7、进液阀;8、进液管;9、机柜;10、刀片机箱;11、排液管;12、压力传感器;13、回液管;14、溢流管;15、集气管;16、溢流阀;17、集气阀;18、回液阀;19、排液阀;20、冷凝器;21、二次冷却***;22、循环泵阀。
具体实施方式
如图1所示,本发明的涌泉式双循环的超级计算机冷却***包括过冷器1、循环泵2、过滤器5、机柜9、刀片机箱10、冷凝器20、二次冷却***21、管路和阀门。蒸发冷却介质放置于过冷器1、刀片机箱10和液体管路4等中,刀片的热源浸没于介质中。过冷器1通过液体管路4与循环泵Ⅰ2和循环泵Ⅱ3的入口相连,两台循环泵为并联连接,其中一台循环泵为工作泵,另一台循环泵为备用泵,两台循环泵的两端安装循环泵阀22,通过关断以便于泵的更换;循环泵Ⅰ2和循环泵Ⅱ3的出口与过滤器5相连,流经过滤器5,介质通过进液阀7和进液管8流入刀片机箱10;刀片机箱10一共有五个管道,其中进液管8位于刀片机箱10的底部,通过进液阀7与刀片机箱10相连,是介质的流入通道;集气管15位于刀片机箱10顶部,蒸汽通过集气阀17进入冷凝器20,是蒸汽的流出通道;回液管13位于刀片机箱10下部,通过回液阀18与冷凝器20下部相连,是蒸汽自循环介质的流入通道;溢流管14位于稍高于刀片热源的位置,通过溢流阀16与过冷器1相连,是高温介质的流出通道;排液管11位于刀片机箱10底部,通过排液阀19与过冷器1相连,用于维护时排除刀片机箱10内介质;过冷器1与冷凝器20共用一个二次冷却***21,实现过冷器1内介质冷却以及将冷凝器20内蒸汽变为液体。本发明所有阀门均可实现完全关闭,以方便刀片机箱10的抽取,并且所有的阀门均可用带有自密封功能的快插接头代替。本发明刀片机箱10可设置为一个或多个,当设置为多个时,设有的进液管8、集气管15、回液管13、溢流管14、排液管11的数量与刀片机箱10的数量相对应。本发明设有压力传感器12,安装于刀片机箱10顶部,用于监测刀片机箱10内压力,通过压力传感器12提供的压力信号和刀片机箱10提供的温度信号,可实时控制循环泵的流量,保证冷却效果和***压力。该压力传感器12的另一作用是,当监测的刀片机箱10内蒸汽压力过高时,打开集气阀17和回液阀18,启动蒸汽自循环***,将产生的蒸汽经冷凝器20及二次冷却***21冷却为液体后回流到刀片机箱10内。本发明采用的蒸发冷却介质为环保、绝缘的氟碳化合物,稳定性好,散热效果好。在进入刀片机箱10的液体管路4上设有过滤器5,用于对冷却介质的过滤,进一步保证进入刀片机箱10的冷却介质纯净。
超级计算机工作时,本发明冷却***包含两种循环方式:蒸汽自循环和液体可控循环。其中的蒸汽自循环方式是:刀片的热源浸没于蒸发冷却介质中,刀片产生的热量传递给蒸发冷却介质6,介质被加热后发生蒸发和沸腾产生蒸汽,蒸汽经集气管15、集气阀17上升到冷凝器20,经二次冷却后冷凝为液体,经回液管13、回液阀18流入刀片机箱10内部,完成蒸汽自循环。本发明所述冷凝器20安装于刀片机箱10上方,便于蒸汽进入,并通过二次冷却***21将蒸汽变为液体。冷凝器20上部设置较大的空气压缩空间,可实现***在第一次启动时排气,正常情况下以后不再排气。这样有利于***始终维持在微正压和微负压,降低***耐压强度的需求。冷凝器20上部设置安全阀和排气阀,用于在***压力过大时泄压,保证***的安全。
本发明另一种液体可控循环方式是通过刀片机箱10下部的进液管8和进液阀7、上部的溢流管14和溢流阀16、循环泵、过冷器1等完成。该循环的工作状态分为两种,一是常开,与主机的开闭同步;二是根据温度的情况间歇开启。一般是间歇开启模式。当检测到芯片或其他热源超过预定温度和压力时,开启循环泵,增大***流量来降低热源温度和***压力。当热源温度和***压力降低到预定值时停止循环泵。当刀片机箱10内部液位高于溢流管14时,高温液体将通过溢流管14流入过冷器1中,并通过二次冷却进行热量交换。
Claims (8)
1.一种涌泉式双循环的超级计算机冷却***,其特征在于:包括刀片机箱(10),以及蒸汽自循环***,用于刀片机箱(10)内产生蒸汽的冷凝;以及液体可控循环***,用于刀片机箱(10)的冷却;
其中的蒸汽自循环***由刀片机箱(10)及其上部的集汽管(15)、冷凝器(20)和回液管(13)组成回路,刀片机箱(10)内蒸汽经集气管(15)、集气阀上升到冷凝器(20)冷凝为液体,经回液管(13)流入刀片机箱(10)内部;
其中的液体可控循环***由刀片机箱(10)及其下部的进液管(8)、上部的溢流管(14)、过冷器(1)组成回路,蒸发冷却介质存放于过冷器(1)、刀片机箱(10)和连接的管路中,刀片机箱(10)内高温介质经溢流管(14)进入过冷器(1)中,冷却后经进液管(8)流入刀片机箱(10)内部;
包括二次冷却***(21),分别与过冷器(1)和冷凝器(20)相连接,实现过冷器(1)内介质冷却以及将冷凝器(20)内蒸汽变为液体。
2.根据权利要求1所述的涌泉式双循环的超级计算机冷却***,其特征在于:包括循环泵,用于给冷却介质加压,共两台并列设置在过滤器(1)的出口,一台为工作泵,一台为备用泵;循环泵的两端均设置循环泵阀(22),通过关断以便于泵的更换。
3.根据权利要求1所述的涌泉式双循环的超级计算机冷却***,其特征在于:包括压力传感器(12),设置在刀片机箱(10)的顶部位置,通过压力传感器(12)提供的压力信号和刀片机箱(10)提供的温度信号,可实时控制循环泵的流量,保证冷却效果和***压力。
4.根据权利要求1所述的涌泉式双循环的超级计算机冷却***,其特征在于:包括过滤器(5),设置在刀片机箱(10)入口管路(6)上,用于对冷却介质的过滤。
5.根据权利要求1所述的涌泉式双循环的超级计算机冷却***,其特征在于:所述的冷凝器(20)安装于刀片机箱(10)上方,冷凝器(20)上部设置安全阀和排气阀。
6.根据权利要求1或3或4所述的涌泉式双循环的超级计算机冷却***,其特征在于:刀片机箱(10)底部设有排液管(11),与过冷器(1)连接,用于维护时排除刀片机箱(10)内介质。
7.根据权利要求1所述的涌泉式双循环的超级计算机冷却***,其特征在于:刀片机箱(10)设置为一个或多个,当设置为多个时,设有的进液管(8)、集气管(15)、回液管(13)、溢流管(14)、排液管(11)的数量与刀片机箱(10)的数量相对应。
8.根据权利要求7所述的涌泉式双循环的超级计算机冷却***,其特征在于:进液管(8)、集气管(15)、回液管(13)、溢流管(14)、排液管(11)上均安装阀门,阀门或用自密封的快插接头代替。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20201103 |