一种能耗低的超算/数据中心被动式散热系统技术方案

本发明专利技术公开一种能耗低的超算/数据中心被动式散热系统，各类集装箱式可扩展机箱的顶端均通过管道连接至非能动冷却器的一端，非能动冷却器的另一端通过管道连接分液系统的一端，分液系统的另一端连接各类集装箱式可扩展机箱的底端，从而形成一个密闭的管道系统。此种散热系统采用“绝缘冷却液浸没式冷却”+“分离式热管”+“高效紧凑式冷凝器”的传热传质流程，全程为被动式散热，极大降低超算/数据中心的散热功耗，可实现超低的PUE数值。此外，该系统可实现更高紧凑度的架构组装，减小超算/数据中心的空间占据规模。该系统的散热功率高，散热能力可扩展性强，计算机的并入/断开操作快捷方便，节能环保。节能环保。节能环保。

【技术实现步骤摘要】
一种能耗低的超算/数据中心被动式散热系统


[0001]本专利技术属于电子设备散热降温
，特别涉及一种能耗低的超算/数据中心被动式散热系统。

技术介绍

[0002]随着超算/数据中心和高性能、高功率密度电子芯片的快速发展，超算/数据中心等大中型计算机集群的发热量逐年攀升，据文献报道年增长率达到20%~40%，散热成为重大课题。大量的电能用于计算机系统散热，而不是用于计算，电能的有效利用率低，能源浪费严重。开发新型、低能耗的超算/数据中心散热系统，极大降低PUE，可年节约电能数以百亿千瓦时，对双碳有重大意义。
[0003]传统的风冷散热系统对计算机组的紧凑度有限制，紧凑度过高会导致气流不畅，且风冷无法处理高功率密度高功耗芯片的散热问题；传统水冷散热系统存在泄漏短路的致命风险，可靠度低，且水冷系统结构复杂，水管布局困难；传统浸没式冷却技术需要采用泵、冷水机等组件，系统仍然具有较高的电耗。为了改进以上问题，本案由此产生。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的，在于提供一种能耗低的超算/数据中心被动式散热系统，能够实现超算/数据中心的有效散热，且能耗极低，计算机的并入/断开操作快捷方便，节能环保。
[0005]为了达成上述目的，本专利技术的解决方案是：一种能耗低的超算/数据中心被动式散热系统，包括均热板、机箱快速连接/断开系统、非能动冷却器、分液系统、压力维持系统、液体补/放系统、监测系统和若干类集装箱式可扩展机箱，其中，各类集装箱式可扩展机箱的顶端均通过管道连接至非能动冷却器的一端，非能动冷却器的另一端通过管道连接分液系统的一端，分液系统的另一端连接各类集装箱式可扩展机箱的底端，从而形成一个密闭的管道系统；所述类集装箱式可扩展机箱用于容置热源，即计算机的电源、主板、CPU、GPU、内存等一系列电路组件，类集装箱式可扩展机箱内充有绝缘冷却液；所述机箱快速连接/断开系统设于类集装箱式可扩展机箱顶端与非能动冷却器连接的管道上，以及类集装箱式可扩展机箱底端与分液系统连接的管道上；所述非能动冷却器的入口与类集装箱式可扩展机箱的蒸汽口连通，出口设于底部，与分液系统连通；所述分液系统的入口与非能动冷却器的出口连通，而出口则设置多个，分别与各个类集装箱式可扩展机箱的底端经由机箱快速连接/断开系统连接；所述均热板设于类集装箱式可扩展机箱内，并贴附于热源的表面；所述监测系统用于实时监测系统的运行状态，并控制压力维持系统、液体补/放系统的动作；所述压力维持系统用于在监测系统的控制下，调节管道系统内的气压；
所述液体补/放系统用于在监测系统的控制下，调节管道系统内的绝缘冷却液量。
[0006]上述类集装箱式可扩展机箱为具开口可打开的密封结构，内部中空，用于容置热源，类集装箱式可扩展机箱内设有与容置的热源相连的电源和各类I/O接口。
[0007]上述机箱快速连接/断开系统采用手动阀、电动阀或气动阀。
[0008]上述非能动冷却器采用具烟囱效应的外部包裹结构，通过烟囱效应产生自然风以增强空气与冷却器的换热，或将非能动冷却器直接铺设在空气、河水、海水等自然冷源中进行自然对流散热。
[0009]上述非能动冷却器采用翅片管、翅片板、微通道换热器或高效紧凑式换热器。
[0010]上述均热板为封闭空腔结构，内部充有液态工质，外壳采用铜/铝/不锈钢材质。
[0011]上述监测系统采用液位传感器感测类集装箱式可扩展机箱内绝缘冷却液的液位状态，并根据感测结果控制液体补/放系统的动作；监测系统采用空气传感器、压力传感器分别感测管道系统的空气含量和压力，并根据感测结果控制压力维持系统的动作。
[0012]上述类集装箱式可扩展机箱内充的绝缘冷却液的沸点为30~70摄氏度。
[0013]采用上述方案后，本专利技术采用“绝缘冷却液浸没式冷却”+“分离式热管”+“高效紧凑式冷凝器”的传热传质流程，全程为被动式散热，运行时不需泵、风机、冷水机、水冷塔、换热器等传统散热设备，整个散热系统几乎没有运行能耗，极大降低超算/数据中心的散热功耗，可实现超低的PUE数值，高度符合国家节能减排战略，也对碳中和、碳达峰有显著的促进作用。此外，该系统对计算机组的紧凑度无明显要求，可实现更高紧凑度的架构组装，减小超算/数据中心的空间占据规模。该系统的散热功率高，散热能力可扩展性强，计算机的并入/断开操作快捷方便，节能环保。
附图说明
[0014]图1是本专利技术的整体结构示意图；图2是本专利技术实施例中采用的均热板的结构示意图。
具体实施方式
[0015]以下将结合附图，对本专利技术的技术方案及有益效果进行详细说明。
[0016]如图1所示，本专利技术提供一种能耗低的超算/数据中心被动式散热系统，包括均热板1、机箱快速连接/断开系统2、非能动冷却器3、分液系统4、压力维持系统5、液体补/放系统6、监测系统7和若干类集装箱式可扩展机箱8，其中，各类集装箱式可扩展机箱8的顶端均通过管道连接至非能动冷却器3的一端，非能动冷却器3的另一端通过管道连接分液系统4的一端，分液系统4的另一端连接各类集装箱式可扩展机箱8的底端，从而形成一个密闭的管道系统；下面分别介绍。
[0017]所述类集装箱式可扩展机箱8可按照需求并联设置多个，图1中以3组机箱为例进行说明；所述类集装箱式可扩展机箱8为具开口可打开的密封结构，内部中空，可用于容置市面常用的机架式计算机、塔式计算机，使用时既可以将计算机整个装入，也可以去掉机架式机箱、塔式机箱，只将计算机的电路装入；类集装箱式可扩展机箱8内设有电源和I/O接口，可与装入的计算机进行连接，装入后，类集装箱式可扩展机箱8关闭、密封，使后续充入的绝缘冷却液/蒸汽不致泄漏。
[0018]所述机箱快速连接/断开系统2设于类集装箱式可扩展机箱8顶端与非能动冷却器3连接的管道上，以及类集装箱式可扩展机箱8底端与分液系统4连接的管道上，用于实现类集装箱式可扩展机箱8的冷却液/蒸汽口的快速通断和类集装箱式可扩展机箱8与冷却液/蒸汽管路的快速接入/断开，以方便用户在不影响其它机箱运行的前提下对特定机箱的冷却液进行抽出、对机箱内电子元件进行检修、维护、新增等工作；在本实施例中，为了实现控制冷却液/蒸汽的通断功能，可采用但不限于手动阀、电动阀、气动阀等方式，快速连接/断开功能可采用但不限于KF接头、法兰等方式实现。
[0019]所述非能动冷却器3的入口与类集装箱式可扩展机箱8的蒸汽口连通，出口设于底部，与分液系统4连通，如此，类集装箱式可扩展机箱8内汽化的冷却液进入非能动冷却器3，在非能动冷却器3内蒸汽冷却为液态的绝缘冷却液，再由出口在重力作用下流入分液系统4；本专利技术中的非能动冷却器3采用自然冷却方式，包括但不限于如下实现方式：铺设在具备烟囱效应的包裹空间内，从而在无功耗的前提下获得流动风，以提升其冷却性能、缩小冷却器体积（例如，可直接铺设在烟囱内，利用烟囱顶部和底部空气压差的自然抽吸作用产生流动风，加强非能动冷却器的冷却性能）；或直接铺设在河流、海洋等自然冷源中，依靠水的自然对流换热强于空气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种能耗低的超算/数据中心被动式散热系统，其特征在于：包括均热板、机箱快速连接/断开系统、非能动冷却器、分液系统、压力维持系统、液体补/放系统、监测系统和若干类集装箱式可扩展机箱，其中，各类集装箱式可扩展机箱的顶端均通过管道连接至非能动冷却器的一端，非能动冷却器的另一端通过管道连接分液系统的一端，分液系统的另一端连接各类集装箱式可扩展机箱的底端，从而形成一个密闭的管道系统；所述类集装箱式可扩展机箱用于容置热源，类集装箱式可扩展机箱内充有绝缘冷却液；所述机箱快速连接/断开系统设于类集装箱式可扩展机箱顶端与非能动冷却器连接的管道上，以及类集装箱式可扩展机箱底端与分液系统连接的管道上；所述非能动冷却器的入口与类集装箱式可扩展机箱的蒸汽口连通，出口设于底部，与分液系统连通；所述分液系统的入口与非能动冷却器的出口连通，而出口则设置多个，分别与各个类集装箱式可扩展机箱的底端经由机箱快速连接/断开系统连接；所述均热板设于类集装箱式可扩展机箱内，并贴附于热源的表面；所述监测系统用于实时监测系统的运行状态，并控制压力维持系统、液体补/放系统的动作；所述压力维持系统用于在监测系统的控制下，调节管道系统内的气压；所述液体补/放系统用于在监测系统的控制下，调节管道系统内的绝缘冷却液量。2.如权利要求1所述的能耗低的超算/数据中心被动式散热系统，其特征在于：所述类集装箱式可扩展机箱为具开口可打开的密封结构，内部中空，用...

【专利技术属性】
技术研发人员：周敬之，周国辉，淮秀兰，刘斌，贾潇，陈俊霖，
申请(专利权)人：中科南京未来能源系统研究院，
类型：发明
国别省市：