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一种涌泉式双循环的超级计算机冷却系统

阅读：897发布：2024-01-05

专利汇可以提供一种涌泉式双循环的超级计算机冷却系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种涌泉式双循环的超级计算机冷却系统，包括过冷器、循环泵、刀片机箱、冷凝器、二次冷却系统以及管路和阀门，蒸发冷却介质存放于过冷器、刀片机箱和连接的管路中。冷却系统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。，下面是一种涌泉式双循环的超级计算机冷却系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种涌泉式双循环的超级计算机冷却系统，其特征在于：包括刀片机箱(10)，以及蒸汽自循环系统，用于刀片机箱(10)内产生蒸汽的冷凝；以及液体可控循环系统，用于刀片机箱(10)的冷却；
其中的蒸汽自循环系统由刀片机箱(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系统由刀片机箱(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。
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系统，其特征在于：包括二次冷却系统(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。
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系统，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。
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系统，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，保证冷却效果和系统压力。
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系统，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。
6.根据权利要求1或2所述的涌泉式双循环的超级计算机冷却系统，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。
7.根据权利要求1或4或5所述的涌泉式双循环的超级计算机冷却系统，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。
8.根据权利要求1所述的涌泉式双循环的超级计算机冷却系统，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。
9.根据权利要求8所述的涌泉式双循环的超级计算机冷却系统，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。

说明书全文

一种涌泉式双循环的超级计算机冷却系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种超级计算机冷却系统，特别是一种涌泉式双循环的超级计算机冷却系统。

背景技术

[0002] 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，高热量会造成系统运行不稳定、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。

[0003] 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系统和浸泡式自循环蒸发冷却系统应用于超级计算机系统。

[0004] 喷淋式蒸发冷却系统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。该系统管路复杂，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。

[0005] 浸泡式自循环蒸发冷却系统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，环境温度也会对系统散热造成很大影响。

发明内容

[0006] 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系统，提高冷却效率，降低损耗与噪声。

[0007] 本发明的涌泉式双循环的超级计算机冷却系统由过冷器、循环泵、过滤器、机柜、刀片机箱、冷凝器、二次冷却系统、压力传感器、管路和阀门组成。冷却系统包含两种循环：① 蒸汽自循环；②液体可控循环。

[0008] 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。

[0009] 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，增大系统流量来降低热源温度和系统压力。当热源温度和压力降低到预定值是停止泵。

[0010] 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，并通过二次冷却系统实现介质的冷却。

[0011] 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，保证冷却效果和系统压力。

[0012] 所述冷凝器安装于刀片机箱上方，便于蒸汽进入，并通过二次冷却系统将蒸汽变为液体。冷凝器上部设置较大的空气压缩空间，可实现系统在第一次启动时排气，正常情况下以后不再排气。这样有利于系统始终维持在微正压和微负压，降低系统耐压强度的需求。冷凝器上部设置安全阀和排气阀。

[0013] 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。

[0014] 本发明采用的蒸发冷却介质为环保、绝缘的氟碳化合物。

[0015] 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，冷却系统为密闭整体，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

[0016] 图1是一种涌泉式双循环的超级计算机冷却系统。

[0017] 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、二次冷却系统；22、循环泵阀。

具体实施方式

[0018] 如图1所示，本发明的涌泉式双循环的超级计算机冷却系统包括过冷器1、循环泵2、过滤器5、机柜9、刀片机箱10、冷凝器20、二次冷却系统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共用一个二次冷却系统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，保证冷却效果和系统压力。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，启动蒸汽自循环系统，将产生的蒸汽经冷凝器20及二次冷却系统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。

[0019] 超级计算机工作时，本发明冷却系统包含两种循环方式：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，并通过二次冷却系统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，可实现系统在第一次启动时排气，正常情况下以后不再排气。这样有利于系统始终维持在微正压和微负压，降低系统耐压强度的需求。冷凝器20上部设置安全阀和排气阀，用于在系统压力过大时泄压，保证系统的安全。

[0020] 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，增大系统流量来降低热源温度和系统压力。当热源温度和系统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。

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