[發(fā)明專利]一種超級(jí)計(jì)算機(jī)冷卻系統(tǒng)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010117532.5
• 申請(qǐng)日: 2010-03-03
• 公開（公告）號(hào): CN101794165A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉斐輝;阮琳;顧國(guó)彪;李振國(guó);熊斌;袁佳毅;宋福川;余順周
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院電工研究所
• 主分類號(hào): G06F1/20
• 分類號(hào): G06F1/20
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 關(guān)玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超級(jí)計(jì)算機(jī)的冷卻系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近年來，超級(jí)計(jì)算機(jī)的研發(fā)飛速發(fā)展，并已在各領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。然而超級(jí)計(jì)算機(jī)在集成度、數(shù)據(jù)處理能力和計(jì)算速度不斷提高的同時(shí)，其能耗也不斷增加，芯片及整機(jī)的發(fā)熱愈來愈嚴(yán)重，超級(jí)計(jì)算機(jī)的冷卻成為迫在眉睫并亟需解決的瓶頸問題。

為了解決日益嚴(yán)重的計(jì)算機(jī)散熱問題，一些大型計(jì)算機(jī)制造商通過自主研發(fā)，或是以委托開發(fā)和制造的方式，力圖在解決散熱方面保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。從全球來看，專用冷卻技術(shù)研發(fā)和制造業(yè)正在發(fā)展成為一個(gè)龐大的產(chǎn)業(yè)。目前采用的冷卻方式包括風(fēng)冷、水冷和蒸發(fā)冷卻等，但這些冷卻技術(shù)都存在著種種影響其廣泛應(yīng)用的局限性。

風(fēng)冷的最大問題就是噪音污染和自身功耗問題。同時(shí)空冷是導(dǎo)致PC可靠性下降的一個(gè)主要原因，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)灰塵隨氣流進(jìn)入計(jì)算機(jī)，沉積在計(jì)算機(jī)板卡上，如不定期進(jìn)行清掃和維護(hù)，可能造成死機(jī)、板卡燒毀等災(zāi)難。

水冷從一次性投資和運(yùn)行費(fèi)用兩個(gè)方面進(jìn)行核算，整體運(yùn)營(yíng)成本均高于風(fēng)冷，另外復(fù)雜的安裝方式和水泄漏問題也帶來建設(shè)和運(yùn)行過程中的困難。

蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)特別適合熱耗體積密度非常高的設(shè)備及內(nèi)部沒有散熱器的超級(jí)計(jì)算機(jī)裝置。包括直接相變冷卻、間接相變冷卻等。但在技術(shù)實(shí)施上存在一定的難度。間接相變液冷方式將制冷設(shè)備蒸發(fā)器和發(fā)熱器件接觸，通過選擇合適的冷卻劑設(shè)計(jì)各種蒸發(fā)冷卻溫度的冷卻系統(tǒng)，但使得控制蒸發(fā)溫度的制冷回路結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有的超級(jí)計(jì)算機(jī)冷卻技術(shù)存在的缺點(diǎn)，提供一種有效的、可靠的超級(jí)計(jì)算機(jī)冷卻系統(tǒng)。

本發(fā)明采用風(fēng)冷和制冷循環(huán)相結(jié)合的方式。封閉機(jī)柜內(nèi)的空氣吸收超級(jí)計(jì)算機(jī)發(fā)熱器件的熱量后與置于機(jī)柜底部的蒸發(fā)器接觸，通過制冷循環(huán)將此熱量散到室外大氣中去。本發(fā)明既能保證超級(jí)計(jì)算機(jī)發(fā)熱部件產(chǎn)生的熱量傳出去，又能保證超級(jí)計(jì)算機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不受影響，且整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易實(shí)施。

本發(fā)明中冷卻系統(tǒng)包括風(fēng)冷系統(tǒng)和制冷循環(huán)系統(tǒng)，風(fēng)冷系統(tǒng)由風(fēng)機(jī)組成，風(fēng)機(jī)置于封閉的超級(jí)計(jì)算機(jī)機(jī)柜的后面板上，被冷卻的超級(jí)計(jì)算機(jī)置于封閉的機(jī)柜內(nèi)。制冷循環(huán)系統(tǒng)由蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥等部件組成。蒸發(fā)器置于封閉的計(jì)算機(jī)機(jī)柜的底部，膨脹閥置于機(jī)柜的外部，壓縮機(jī)、冷凝器封裝成一個(gè)整體置于機(jī)房外。蒸發(fā)器與壓縮機(jī)、壓縮機(jī)與冷凝器、冷凝器與膨脹閥、膨脹閥與蒸發(fā)器均通過銅管相連，構(gòu)成一個(gè)封閉的制冷循環(huán)回路，制冷循環(huán)回路中各連接管路外包保溫層以防止制冷系統(tǒng)與周圍環(huán)境的熱交換。制冷循環(huán)回路中充入冷卻介質(zhì)。

風(fēng)冷系統(tǒng)主要用于冷卻封閉機(jī)柜內(nèi)的超級(jí)計(jì)算機(jī)工作時(shí)的發(fā)熱元件，制冷循環(huán)系統(tǒng)應(yīng)用于機(jī)柜與室外大氣的熱量傳遞。機(jī)柜內(nèi)的空氣因吸收計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的熱量而升溫，布置于封閉機(jī)柜的后面板上的風(fēng)機(jī)將升溫后的空氣送到機(jī)柜的底部，空氣與蒸發(fā)器冷卻管內(nèi)的冷卻介質(zhì)進(jìn)行熱交換而降溫，參與下一輪循環(huán)，因此達(dá)到保證計(jì)算單元正常運(yùn)行的目的。冷卻介質(zhì)在蒸發(fā)器吸收機(jī)柜內(nèi)空氣的熱量而蒸發(fā)，蒸發(fā)后的高溫低壓氣體被壓縮機(jī)吸入后進(jìn)行壓縮，經(jīng)過壓縮形成高溫高壓氣體進(jìn)入冷凝器，在冷凝器中被室外大氣冷凝成液體，經(jīng)膨脹閥節(jié)流降壓后形成濕蒸氣進(jìn)入蒸發(fā)器。依次循環(huán)、周而復(fù)始。本制冷循環(huán)系統(tǒng)的制冷量及制冷溫度范圍均比較寬廣，結(jié)構(gòu)緊湊、循環(huán)效率高。

本發(fā)明中，機(jī)柜內(nèi)的空氣吸收超級(jí)計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的熱量，經(jīng)風(fēng)機(jī)將空氣送到機(jī)柜的底部，升溫后空氣的熱量傳遞予蒸發(fā)器內(nèi)的冷卻介質(zhì)，冷卻介質(zhì)通過制冷循環(huán)將熱量傳遞到室外大氣中去，經(jīng)周而復(fù)始地循環(huán)，使超級(jí)計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行。風(fēng)冷和制冷循環(huán)兩者結(jié)合使用有效可靠地保證了超級(jí)計(jì)算機(jī)運(yùn)行。與單獨(dú)的空冷方式比較，可以將超級(jí)計(jì)算機(jī)封閉于機(jī)柜內(nèi)，保證了工作環(huán)境的清潔性從而避免了因不定期進(jìn)行清掃和維護(hù)，隨風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)灰塵沉積在計(jì)算機(jī)板卡上，造成死機(jī)、板卡燒毀等可能性。同時(shí)又提高了冷卻效果；與單獨(dú)的常溫蒸發(fā)冷卻技術(shù)相比，在結(jié)構(gòu)上更容易實(shí)施。

附圖說明

圖1本發(fā)明超級(jí)計(jì)算機(jī)冷卻系統(tǒng)熱量傳遞示意圖；

圖2本發(fā)明超級(jí)計(jì)算機(jī)冷卻系統(tǒng)組成示意圖；

圖3本發(fā)明制冷循環(huán)系統(tǒng)工作過程示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

圖1所示為本發(fā)明超級(jí)計(jì)算機(jī)冷卻系統(tǒng)熱量傳遞示意圖。如圖1所示，超級(jí)計(jì)算機(jī)工作時(shí)，其部件產(chǎn)生熱量，封閉于機(jī)柜內(nèi)的空氣吸收超級(jí)計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的熱量后升溫，升溫的空氣被置于機(jī)柜后面板上的風(fēng)機(jī)導(dǎo)入到機(jī)柜底部，將熱量傳遞給蒸發(fā)器內(nèi)的冷卻介質(zhì)后參與下一輪循環(huán)。冷卻介質(zhì)通過制冷循環(huán)將熱量傳遞到室外大氣中去。