ES2642774T3 - Sistema de refrigeración por inmersión de aparato - Google Patents

Abstract

Un módulo de tanque (10) adaptado para uso en un sistema de refrigeración por inmersión de aparato, comprendiendo el módulo de tanque: un tanque (12) adaptado para sumergir en un fluido dieléctrico una pluralidad de aparatos eléctricos (16), cada uno en una ranura de aparato respectiva (18) distribuida verticalmente a lo largo, y extendiéndose transversal a, una pared larga del tanque (10), comprendiendo el tanque (10): un rebosadero (22) integrado horizontalmente en la pared larga del tanque (10) adyacente a todas las ranuras de aparato (18), adaptado para facilitar la recuperación sustancialmente uniforme del fluido dieléctrico que fluye a través de cada ranura de aparato (18); una instalación de circulación primaria (28) adaptada para hacer circular el fluido dieléctrico a través del tanque (10), que comprende: un impelente (36), colocado adyacente al fondo del tanque (10), adaptado para distribuir el fluido dieléctrico de manera sustancialmente uniforme hacia arriba a través de cada ranura de aparato (18); y una instalación de control (58) adaptada para controlar el funcionamiento de la instalación de circulación de fluido primaria (28) como una función de la temperatura del fluido dieléctrico en el tanque (10).

Description

DESCRIPCION

Sistema de refrigeracion por inmersion de aparato

5 [0001] Esta solicitud esta relacionada con las siguientes solicitudes provisionales de EE.UU.

1. Numero de serie de EE.UU. 61/737.200, presentada el 14 de diciembre de 2012 (“Primera Principal Provisional”);

y

10 2. Numero de serie de EE.UU. 61/832.211, presentada el 7 de junio de 2013 (“Segunda Principal Provisional”), (conjuntamente, “Provisionales principales”).

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

15 1. Campo de la invencion.

[0002] La presente invencion se refiere en general a sistemas de refrigeracion de aparatos electricos, y, en particular, a un sistema de refrigeracion por inmersion de aparato mejorado y procedimiento de funcionamiento.

20 2. Descripcion de la tecnica relacionada

[0003] En general, en las descripciones que vienen a continuacion, se pone en cursiva la primera aparicion de cada termino especial de la tecnica con la que deberlan estar familiarizados los expertos en la materia de los sistemas de refrigeracion por inmersion. Ademas, cuando se introduce por primera vez un termino que se cree que

25 es nuevo o que se usara en un contexto que se cree que es nuevo, se pondra en negrita el termino y se proporcionara la definition que se pretende aplicar a ese termino.

[0004] El documento US4.590.538, “Immersion Cooled High Density Electronic Assembly”, Cray (presentado el 18 de noviembre de 1982 y concedido el 20 de mayo de 1986) (“Cray”), es un primer ejemplo de un sistema de

30 inmersion para refrigerar componentes electronicos durante un funcionamiento normal. En base a la information y de acuerdo a nuestro leal saber y entender, la maquina descrita en el mismo era el superordenador Cray-2 (“Cray-2”) fabricado por Cray Research, Inc. (“Cray Research”), de Chippewa Falls, Wisconsin. Resulta de interes particular para la presente solicitud la descripcion de las ventajas significativas que resultan de la utilization de un fluido electricamente no conductor o dielectrico para extraer calor de los conjuntos de circuitos electronicos durante el 35 funcionamiento normal (vease, por ejemplo, col. 1, llnea 66 - col. 2, llnea 29).

[0005] On information and belief, Cray Research publico, en 1985, un folleto publicitario titulado “The CRAY-2 Computer System” que describe el Cray-2. Resulta de particular interes en este folleto la descripcion existente en el mismo de las ventajas significativas que resultan de la utilizacion de un fluido dielectrico para extraer calor de

40 conjuntos de circuitos electronicos durante el funcionamiento normal (veanse las paginas 10 y 13).

[0006] El documento US5.167.511, “High Density Interconnect Apparatus”, Krajewski y col. (concedido el 27 de noviembre de 1992) (“Krajewski”), describe otro ejemplo de un sistema de inmersion para refrigerar componentes electronicos durante el funcionamiento normal (vease, por ejemplo, col. 2, llneas 43-51). En base a la informacion y

45 de acuerdo a nuestro leal saber y entender, una maquina que implementa el sistema de Krejewski tambien fue comercializada por Cray Research como un superordenador ulterior al Cray-2.

[0007] Un problema particular en los sistemas de tipo de apilamiento vertical descritos en la bibliografla anterior es la necesidad de drenar el fluido refrigerante siempre que se requerla acceso flsico a los modulos

50 electronicos. En general, tal operation, ademas de llevar mucho tiempo, requiere que se desconecte el sistema entero, especialmente si el componente que requiere atencion es un elemento esencial en la arquitectura del sistema, tal como la unidad de procesamiento central (“CPU”). Una posible solution a este problema es sumergir los conjuntos de circuitos verticalmente dentro de un tanque que contiene el fluido refrigerante de modo que cada uno de los diversos conjuntos pueda extraerse independientemente del tanque para mantenimiento, sustitucion, 55 actualizacion, etc. Un ejemplo interesante de tal sistema se describe en una presentacion web titulada “Puget Custom Computer's mineral-oil-cooled PC”, por Nilay Patel (“Puget”) (publicada el 12 de mayo de 2007 a las 11:57 AM). Tal como indica el autor, la falta de un aparato suplementario en el sistema de Puget para extraer el calor residual del aceite limitaba inherentemente sus capacidades operativas.

[0008] Otro problema con los sistemas de Cray Research en particular es la naturaleza y el coste del fluido refrigerante elegido: liquidos de fluorocarbono. Como se sabe, otros fluidos dielectricos, tales como aceite mineral, tienen mejores caracteristicas de transferencia de calor; por supuesto, siendo un aceite, el uso del mismo representa un mayor problema de residuos en los modulos que pueden ser reparables. No obstante, el sistema de Puget

5 implementaba precisamente esta eleccion de diseno.

[0009] La publication de solicitud de patente de EE.UU. 2011/0132579, “Liquid Submerged, Horizontal Computer Appliance Rack and Systems and Method of Cooling such a Appliance Rack”, Best, y col. (“Best”), describe un sistema de tanque de inmersion de aparato, incluye un aparato de soporte para extraer el calor residual

10 del fluido refrigerante del tanque y disipar al entorno el calor asi extraido. Aunque una mejora en varios sentidos respecto a la tecnica anterior analizada anteriormente, este sistema presenta, entre otras cosas, los siguientes problemas: patrones de flujo generalmente no uniforme a traves de varias ranuras de aparato dentro del tanque, que resultan potencialmente en refrigeration irregular a traves de todos las ranuras; suministro de fluido dielectrico restringido y puertos de retorno que resultan en velocidades de flujo de fluido innecesariamente elevadas en los 15 puntos de conexion respectivos al tanque; escasa escalabilidad; y atencion inadecuada al funcionamiento tolerante al fallo.

[0010] La publicacion de solicitud de patente de EE.UU. 2006/0126292 describe un sistema electronico que utiliza aire para refrigerar una primera y segunda agrupaciones orientadas ortogonalmente de placas de circuitos

20 paralelas. Se introduce aire en la parte delantera del sistema, pasa junto a las placas de circuito de la primera agrupacion, gira 90 grados, continua sobre las placas de circuito de la segunda agrupacion, y gira otros 90 grados para salir a traves de la parte trasera del sistema.

[0011] Se sostiene que lo que se necesita es un sistema de inmersion en tanque de aparato mejorado y un 25 procedimiento de funcionamiento. En particular, se sostiene que tal sistema deberia proporcionar rendimiento

comparable en general a las mejores tecnicas de la tecnica anterior pero de manera mas eficiente y eficaz que las implementaciones conocidas de tales tecnicas de la tecnica anterior.

BREVE RESUMEN DE LA INVENCION

30

[0012] De acuerdo con una realization preferente de nuestra invention, se describe un modulo de tanque y un sistema de refrigeracion por inmersion de aparato tal como se define por las reivindicaciones adjuntas.

35 BREVE DESCRIPCION DE LAS VARIAS VISTAS DE LOS DIBUJOS

[0013] Nuestra invencion puede comprenderse mas plenamente mediante una description de ciertas realizaciones preferentes de la invencion conjuntamente con los dibujos adjuntos, en los cuales:

40 la Fig. 1 ilustra, en forma de section parcial, una perspectiva frontal de un modulo de tanque de un sistema de refrigeracion por inmersion de aparato construido de acuerdo con nuestra invencion;

la Fig. 2 ilustra una perspectiva desde atras del modulo de tanque mostrado en la Fig. 1;

45 la Fig. 3 ilustra una perspectiva en primer plano de un detalle A de la Fig 2;

la Fig. 4 ilustra una perspectiva en primer plano de un detalle B de la Fig. 2;

la Fig. 5 ilustra, en vista en perspectiva, varios detalles del tanque mostrado en la Fig. 1, con especial enfasis en el

50 rebosadero de recuperation de fluido dielectrico integrado en la pared posterior larga del tanque;

la Fig. 6 ilustra, en vista en seccion transversal, la seccion C-C de la Fig. 5;

la Fig. 7 ilustra, en vista en perspectiva, la instalacion impelente mostrada en la Fig. 1;

55

la Fig. 8 ilustra, en vista en planta desde arriba, la portion de placa de orificios de la instalacion impelente mostrada en la Fig. 7;

la Fig. 9 ilustra, en vista en perspectiva, la porcion de camara de la instalacion impelente mostrada en la Fig. 7;

la Fig. 10 ilustra, en vista en planta desde arriba, una pluralidad de ranuras de aparato distribuidas verticalmente a lo largo, y extendiendose transversales a, un eje largo del tanque de la Fig. 1;

5 la Fig. 11 ilustra, en vista en seccion transversal longitudinal, la pluralidad de ranuras de aparato distribuidas verticalmente a lo largo, y extendiendose transversales al eje largo del tanque de la Fig. 1;

la Fig. 12 ilustra, en forma esquematica de flujo, una implementacion de una disposition de flujo para implementar nuestra invencion; y

10

la Fig. 13 ilustra, en forma esquematica de control, una ejemplificacion de una instalacion de control de flujo adecuada para implementar nuestra invention.

15 [0014] En los dibujos, los elementos similares estaran numerados de manera similar siempre que sea

posible. Sin embargo, esta practica es simplemente por comodidad de referencia y para evitar la proliferation innecesaria de numeros, y su intention no es implicar o sugerir que nuestra invencion requiere la identidad, ya sea de funcion o estructura, en las varias realizaciones.

20 DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION

[0015] En la Fig. 1 (vista frontal) y la Fig. 2 (vista desde atras) se muestra un modulo de tanque 10 adaptado

para uso en un sistema de refrigeration por inmersion de aparato construido de acuerdo con una realization

preferente de nuestra invencion. Por comodidad de referencia, en la Fig. 1 se ha ilustrado la instalacion de tanque 12 25 del modulo de inmersion 10 en seccion parcial para poner de relieve varias instalaciones internas importantes; se ha mostrado la instalacion de tanque 12 aislado en la Fig. 5: En general, la instalacion de tanque 12 comprende: un tanque 14 adaptado para sumergir en un fluido dielectrico una pluralidad de aparatos electricos 16, por ejemplo, servidores informaticos contemporaneos (vease, por ejemplo, la Fig. 11), cada uno en una ranura de aparato respectiva 18a distribuida verticalmente a lo largo, y extendiendose transversal a un eje largo del tanque 14 (vease, 30 en general, la Fig. 10); una instalacion de bastidor de aparatos 20 de diseno convencional adaptada para suspender

los aparatos 16 (vease, por ejemplo, la Fig. 11) en ranuras de aparato respectivas 18 (vease la Fig. 10); un

rebosadero 22 (como mejor se ve es aislado en la Fig. 5 y la Fig. 6), integrado horizontalmente en una pared larga del tanque 14 adyacente a todos las ranuras de aparato 18, y adaptado para facilitar la recuperation sustancialmente uniforme del fluido dielectrico que fluye a traves de cada uno de las ranuras de aparato 18; una 35 instalacion de panel de interconexion 24 acoplada al borde posterior superior del tanque 14 y adaptada para montar diversos equipos de distribucion de fuerza, paneles de interconexion de cables y similares (no se muestra ninguno); y una cubierta 26 adaptada para abrirse y cerrarse desde la parte delantera del tanque 14 (y que puede incluir una portion translucida para permitir la vision del interior del tanque 14 cuando esta en la position cerrada). Ademas de la instalacion de tanque 12, el modulo de inmersion 10 comprende: una instalacion de circulation primaria 28 (de la 40 cual se muestran porciones en la Fig. 1 y la Fig. 2); una instalacion de circulacion de fluido secundaria 30 (de la cual se muestran solo los intercambiadores de calor redundantes 32a y 32b en la Fig. 2); y armarios de equipos de control 34a y 34b, cada una adaptada para alojar el equipo de estado y control del modulo asociado con una respectiva de las instalaciones de circulacion primarias 28a y 28b (vease la Fig. 13).

45 [0016] Como puede apreciarse de la mejor manera en la Fig. 2, la instalacion de circulacion primaria 28 (que

comprende subinstalaciones redundantes 28a y 28b) comprende componentes tanto pasivos (conductos, acopladores, etc.) como activos (valvulas, bombas, sensores, etc.); un subconjunto de los componentes pasivos son compartidos, mientras que, en general, los componentes activos estan duplicados y adaptados para cooperar en funcionamiento como subinstalaciones separadas y redundantes. Excluyendo el tanque 14, el componente 50 compartido primario es la instalacion impelente 36 (veanse la Fig. 1 y la Fig. 7) que comprende una placa de orificios 36a (vease la Fig. 8) y una camara impelente 36b (vease la Fig. 9). Como puede apreciarse en la Fig. 1, se bombea fluido dielectrico refrigerado a ambos extremos de la instalacion impelente 36 por un colector de distribucion compartido 38 (vease la Fig. 2 y la Fig. 3). En general, la placa impelente 36a comprende al menos una fila de orificios alineados verticalmente con cada ranura de aparato 18a, con las dimensiones y los caudales de cada 55 conjunto adaptados para proporcionar un flujo sustancialmente igual del fluido dielectrico hacia arriba dentro de cada ranura de aparato 18a. Preferentemente, cada ranura de aparato 18a es alimentada por varias filas de orificios, tendiendo as! en general a reducir el volumen del fluido dielectrico que sale de cada orificio y a hacer el flujo de fluido dielectrico mas uniforme hacia arriba a traves de las ranuras de aparato 18. Un componente compartido adicional es la instalacion de recuperacion de fluido dielectrico 40 (Fig. 2) que comprende un deposito de

recuperacion de fluido dielectrico 42 (veanse la Fig. 3, la Fig. 4 y la Fig. 13) colocado verticalmente bajo el labio de rebose del rebosadero 22 y adaptado suavemente para recibir el fluido dielectrico a medida que fluye sobre el rebosadero 22; el deposito de recuperacion de fluido dielectrico 42 esta adaptado ademas para permitir que el fluido recuperado sea retirado del deposito 42 por aberturas de recuperacion redundantes 44a y 44b (en la Fig. 2 solo 5 puede apreciarse la abertura 44a ya que la abertura 44b esta oculto por el intercambiador de calor 32a; pero vease la Fig. 12). Como puede apreciarse tanto en la Fig. 3 como en la Fig. 4, se considera deseable proporcionar un dispositivo antirremolinos en la entrada de cada una de las aberturas de recuperacion 44. Tambien se proporciona una cubierta de deposito de recuperacion desmontable 46 adaptada para cubrir tambien una porcion significativa del colector de distribucion 38; observese que, tanto en la Fig. 2 como en la Fig. 3, se ha ilustrado la cubierta de 10 deposito 46 en una orientacion parcialmente levantada para representar mejor los detalles que, si no, estarlan ocultos. Observese que se ha construido el deposito 42 de modo que la altura media del fluido dielectrico por encima de las aberturas de recuperacion 44 desarrolla suficiente columna hidrostatica para cumplir los requisitos de las bombas 48, en tanto que tendiendo tambien a minimizar la probabilidad de succion de rotura durante el funcionamiento normal.

15

[0017] En este punto en la instalacion de circulacion primaria 28, se proporcionan subinstalaciones totalmente

redundantes 28a y 28b, que comprenden cada una una bomba de circulacion primaria (48a y 48b) y componentes pasivos y activos asociados que, en conjunto, proporcionan la fuerza motriz para hacer circular el fluido dielectrico a traves de los componentes compartidos y el tanque 14. Como puede observarse en general, cada una de estas 20 subinstalaciones 28a y 28b esta adaptada para recuperar el fluido dielectrico que sale del tanque 14 por el rebosadero 22, volver a presurizar el fluido recuperado, hacer pasar el fluido represurizado a traves de uno respectivo de los intercambiadores de calor 32a y 32b, y despues de vuelta a la instalacion impelente 36 por el colector 38.

25 [0018] En la Fig. 12 se muestra una instalacion de flujo adecuada para integrar nuestro modulo de tanque 10

en un sistema de refrigeracion por inmersion de aparato totalmente redundante, que comprende la instalacion de circulacion primaria 28 y la instalacion de circulacion de fluido secundaria 30. En general, la instalacion de circulacion de fluido secundaria 30 comprende subinstalaciones de circulacion secundarias redundantes 30a y 30b, cada una de las cuales esta adaptada para hacer circular un fluido refrigerante, por ejemplo, agua tratada, a traves 30 del intercambiador de calor respectivo 32a y 32b para extraer calor del fluido dielectrico que circula al reves a traves del mismo y para disipar al entorno el calor as! extraldo. En la realizacion ilustrada, cada una de las subinstalaciones de fluido secundarias 30a y 30b comprende torres de refrigeracion convencionales 50a (incluyendo la instalacion de ventilador 52a) y 50b (incluyendo la instalacion de ventilador 52b), y bombas de circulacion secundarias 54a y 54b. Para facilitar un funcionamiento flexible en instalaciones que incluyen multiples modulos de inmersion 10 en 35 combinacion con una pluralidad de subinstalaciones de circulacion secundarias 30, puede implementarse una instalacion de colector comun tal como se ilustra en el circuito de circulacion de fluido secundario, con valvulas de control de flujo situadas en puntos clave de control de flujo como se sabe.

[0019] En la Fig. 13 se muestra una instalacion de control 56 adaptada para monitorizar y controlar el

40 funcionamiento tanto del modulo de inmersion 10 (incluyendo todos los componentes activos de la instalacion de circulacion primaria 28) como la instalacion de circulacion de fluido secundaria 30. Como resultara evidente para los expertos en esta materia, un funcionamiento eficiente de nuestro modulo de inmersion 10 requiere continua monitorizacion y control de varios parametros de funcionamiento esenciales, incluyendo temperaturas de fluido, presiones, conductividad y pH en varios puntos en los circuitos de circulacion primario y secundario. Aunque las 45 varias funciones sensoriales y de control pueden implementarse utilizando componentes de hardware dedicados tradicionales, se prefiere emplear al menos un controlador logico programable (“PLC"), comercializado por cualquiera de varios vendedores reputados, por ejemplo, la marca Allen-Bradley de PLC de Rockwell Automation, Inc. En la ejemplificacion ilustrada en la Fig. 3, se ha representado: un controlador primario 58a adaptado para monitorizar y controlar el funcionamiento de la subinstalacion de circulacion primaria 28a como una funcion de la temperatura del 50 fluido dielectrico en el tanque 14; un controlador secundario 60a adaptado para monitorizar y controlar el funcionamiento de la subinstalacion de circulacion de fluido secundaria 30a como una funcion de la temperatura del fluido dielectrico que fluye a traves del intercambiador de calor 32a; y un controlador maestro 62 adaptado para coordinar las actividades del controlador primario 58a y el controlador secundario 60a. Como puede apreciarse, se ha incorporado en la subinstalacion de circulacion primaria 28a: sensores de suministro y retorno, incluyendo una 55 sonda de temperatura T, insertada en un pozo termometrico (no mostrado) instalado en el fondo del deposito 42 adyacente a una abertura de retorno respectiva 44a (observese que, en la Fig. 4, solo se ilustra uno de los agujeros que reciben los pozos termometricos, pero en la Fig. 12 se ilustra los dos agujeros); un par de instalaciones de deteccion, S, que pueden detectar la temperatura, la presion y la conductividad, segun se considere deseable); y valvulas de control de flujo de retorno (y, si se desea, de suministro) y controles para la bomba de circulacion

primaria 48a; por supuesto, existe un conjunto redundante de estos componentes para la subinstalacion de circulacion primaria 28b. En general, el objetivo es mantener la temperatura del fluido dielectrico en el deposito 14 entre una temperatura minima predeterminada y una temperatura maxima predeterminada.

5 [0020] Como se indico anteriormente, se proporcionan armarios de equipos de control separadas 34a y 34b,

cada una adaptada para alojar los varios componentes que comprenden uno respectivo de los controladores primarios 58a y 58b. Por comodidad de acceso, se prefiere ubicar en la misma posicion con cada una de las torres de refrigeracion 50 una carcasa protectora (no mostrada) para el controlador secundario respectivo 60. Por supuesto, la instalacion de control 56 puede ejemplificarse como una sola instalacion de PLC de modulos multiples,

10 con combinaciones similares o distintas de dispositivos de monitorizacion segun se considere lo mas apropiado para una instalacion particular. Alternativamente, una o mas, o quiza todas las funciones realizadas por los controladores 58, 60 y 62 pueden implementarse en forma de software de aplicacion especffica dedicado que se ejecuta en una plataforma informatica convencional que tiene los recursos apropiados; en efecto, serla completamente factible implementar la instalacion de control entera 56 en un servidor l6 instalado en un tanque 14.

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[0021] Una mejora deseable que se recomienda es una instalacion de control remoto, implementada, por ejemplo, mediante un controlador maestro 62 (o por medio de una interfaz directa por controlador), adaptado para facilitar la monitorizacion remota del estado del sistema (por ejemplo, temperaturas, presiones, etc.) y el control sobre parametros de control del sistema (por ejemplo, llmites de temperatura y presion, etc.) a los controladores

20 primarios 58 y los controladores secundarios 60. Por ejemplo, utilizando un modulo de hardware de comunicacion de datos convencional 64, por ejemplo, una tarjeta ethernet que implementa el protocolo TCP/IP, un navegador web moderno puede adaptarse para proporcionar una interfaz grafica de usuario (‘‘GUI’) con funcionalidad suficiente para facilitar la monitorizacion y el control de una instalacion entera desde una ubicacion remota. Tal GUI puede implementarse usando cualquiera de varios paradigmas de programacion, por ejemplo, PHP, .NETy similares.

25

[0022] El control operacional de sistemas de flujo redundantes de flujo continuo es bien conocido en general. Preferiblemente, cada una de las varias subinstalaciones redundantes se activan de manera rutinaria para garantizar la funcionalidad actual, y para permitir que se realice el mantenimiento de la subinstalacion inactiva segun un programa establecido. Se cree que esta rotacion continua de recursos del sistema es tan importante que se

30 recomienda conmutar las subinstalaciones al menos una vez, y preferentemente varias veces al dla; aunque esto es posible de implementar manualmente, se prefiere permitir que el controlador maestro 62 controle la secuencia de las varias operaciones de conmutacion. Un aspecto adicional de esta sofisticacion de control es la posibilidad de realizar pruebas de estres de los varios subsistemas bajo condiciones controladas para garantizar una respuesta apropiada a emergencias en tiempo real.

35

[0023] En nuestra Primera Principal Provisional, se describe una realizacion alternativa que comprende una instalacion de tanque de inmersion de aparato en la que la funcion de la instalacion impelente 36 se realiza mediante una instalacion distribuidora que comprende una disposicion de escalera de barras rociadoras tubulares, cada una de las cuales suministra fluido dielectrico a una ranura de aparato respectiva. Como se observa, una ventaja

40 particular de esta disposicion es que las barras rociadoras individuales pueden apagarse si la ranura de aparato respectiva no esta ocupada y, de este modo, ahorrar energla. Para aumentar mas la eficiencia energetica, se han proporcionado barreras de flujo verticales optativas adaptadas para separar el tanque en una porcion activa, que tiene aparatos activos, y una porcion paralizada, que no tiene aparatos activos. Una mejora adicional que se describe es la provision de sensores de temperatura por ranura de aparato, de modo que el caudal a traves de cada

45 barra rociadora pueda variarse dinamicamente como una funcion de la temperatura del fluido dielectrico que sale de la ranura respectiva. Otras configuraciones operativas seran percibidas facilmente por los expertos en la materia.

[0024] De manera analoga a la realizacion descrita en nuestra Primera Principal Provisional, resultarla ventajoso, desde un punto de vista energetico, proporcionar una pluralidad de placas de barrera de flujo 66

50 (mostradas a tltulo de ejemplo solo en la Fig. 1l), cada una adaptada para acoplarse a la parte superior de la instalacion impelente 36 para bloquear sustancialmente el flujo del fluido dielectrico a traves de la fila (o las filas) de orificios en la placa impelente 36a que corresponde a al menos una respectiva de las ranuras de aparato 18a; una capa elastomerica (no mostrada) podrla estar provista en la superficie de interfaz de la placa (o las placas) 66 para mejorar el efecto de sellado. Tal disposicion permitirla que el flujo total a traves de la instalacion impelente 36 se

55 ajustara, in situ, como una funcion del numero real de aparatos activos 16 en el tanque 14. Ademas, esta disposicion puede incorporar una placa deflectora vertical 68 (vease la Fig. 11) adaptada sustancialmente para dividir el tanque 14 en una porcion activa 14a que contiene los aparatos activos 16 y una porcion inactiva 14b que no contiene aparatos (o al menos ningun aparato activo 16); preferentemente, la placa deflectora 68 esta adaptada para montarse en la instalacion de bastidor de aparatos 28 de manera similar a un aparato real 16 (la placa deflectora 68

no necesita bloquear totalmente el flujo de fluido dielectrico entre la porcion activa 14a y la porcion inactiva 14b, sino solo impedir significativamente el flujo entre estas porciones). Observese que, en el escenario de ejemplo ilustrado en la Fig. 11, se ha mostrado una posible disposicion de un total de 8 aparatos activos 16 distribuidos por 16 ranuras de aparato 18a para difundir la carga termica total por las ranuras vaclas adyacentes 18a. Una disposicion tan 5 optima solo es posible si menos que una mayorla de las ranuras de aparato disponibles 18a estan ocupadas por un aparato activo 16. Claramente, tales instalaciones contiguas opcionales aumentan la flexibilidad de funcionamiento, adaptando el ajuste dinamico de los caudales en las subinstalaciones de circulacion primarias 28a y 28b bajo cargas termicas variables, en tanto que proporcionando oportunidades de conservar energla que de otro modo podrla gastarse desplazando el fluido dielectrico a traves de la porcion inactiva 14b del tanque 14. Otras configuraciones

10 operativas se percibiran facilmente por parte de los expertos en la materia.

[0025] En nuestra Segunda Principal Provisional, se ha descrito otra realizacion que comprende una ejemplificacion mas convencional, menos modularizada con instalaciones de flujo y control apropiadas. En esta realizacion, se escoge implementar agrupaciones de tanques, que comprenden, por ejemplo, 4 instalaciones de

15 tanques de inmersion de aparatos, sustancialmente con todos los demas equipos construidos a partir de componentes independientes disponibles comercialmente. Tal disposicion ofrece mayores oportunidades de seleccionar e instalar componentes mejorados, o anadir ampliaciones a la instalacion, segun se considere deseable despues de la instalacion inicial. Otras configuraciones operativas se percibiran facilmente por parte de los expertos en la materia.

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[0026] Como se indico anteriormente con referencia a la realizacion ilustrada en la Fig. 12, la instalacion de colector de flujo secundario esta bien adaptada para permitir que cualquier subinstalacion de circulacion secundaria 30 se conecte a cualquier intercambiador de calor activo 32. Tal instalacion proporciona mayor flexibilidad al ocuparse de condiciones inusuales del sistema, especialmente en instalaciones en las que las subinstalaciones de

25 circulacion secundarias 30a y 30b estan dimensionadas cada una para sostener una agrupacion de modulos de tanque 10. Imaginemos, por ejemplo, que, mientras se esta realizando el mantenimiento de una de las instalaciones de circulacion secundarias 30, digamos la subinstalacion 30a, las actividades del conjunto de aparatos 16 de un tanque 14 de la agrupacion son mas elevadas de lo normal, con el resultado de una subida de temperatura en ese tanque 14 por encima del maximo deseado. En respuesta, el controlador maestro 62 puede ordenar a los

30 Controladores Primarios 58a y 58b asignados al tanque 14 que accionen a las dos subinstalaciones de circulacion primarias 28a y 28b simultaneamente, es decir, en paralelo. Utilizando la instalacion de colector de flujo secundario, el calor que se extrae por los dos intercambiadores de calor 32a y 32b puede disiparse utilizando los recursos de la unica subestacion de circulacion secundaria en llnea 30b. Asl, una ventaja clara de esta realizacion alternativa es la capacidad de realizar dinamicamente equilibrado de carga a traves de todos los recursos del sistema. Otras

35 configuraciones operativas para soportar equilibrado de carga del subsistema se percibiran facilmente por parte de los expertos en la materia.

[0027] Preferentemente, uno o mas filtros (no mostrados) estan incluidos en el recorrido de flujo a traves de cada una de las subinstalaciones de circulacion primarias 28a y 28b para eliminar cualquier partlcula u otra materia

40 extrana no deseable que pueda haber sido recogida por el fluido dielectrico en su paso a traves de toda la instalacion de circulacion primaria 28; tambien pueden estar provistos sensores qulmicos para detectar la presencia de sustancias qulmicas inesperadas que puedan indicar un fallo de los subcomponentes dentro de uno de los aparatos 16. Componentes similares, tales como sensores de pH, tambien pueden estar incluidos en la instalacion de circulacion de fluido secundaria 30.

45

[0028] Como puede apreciase en general en la Fig. 1, se proporciona un par de sensores de nivel bajo de fluido dielectrico 70a y 70b adaptados para disparar una senal de alarma en caso de que, por la razon que sea, el nivel del fluido dielectrico en el tanque 14 caiga por debajo de un nivel mlnimo predeterminado. Ademas, el controlador primario receptivo 58 puede iniciar otras acciones para ocuparse del problema detectado, incluyendo

50 activar alarmas sonoras, transmitir senales de alerta electronicas y similares.

[0029] Para solucionar un problema reclproco, concretamente un escape procedente de una porcion externa del circuito de circulacion primario 28 que tiene como resultado que se produce contrasifonaje del fluido dielectrico del tanque 14 a traves de la instalacion impelente 36, se recomienda incorporar un anulador de sifon 72 (vease la

55 Fig. 1) en la tuberla de suministro en una ubicacion predeterminada bien por encima de la instalacion impelente 36 pero algo por debajo del nivel del rebosadero 24. Tal anulador de sifon puede ser tan simple como un agujero de diametro relativamente pequeno 72 taladrado a traves de la tuberla de suministro en la ubicacion seleccionada; debido a la viscosidad relativamente elevada del fluido dielectrico, incluso cuando se calienta, cualquier escape resultante durante el funcionamiento normal sera relativamente insignificante. Otras respuestas operativas para

ocuparse de estas y otras condiciones de fluido inusuales se percibiran claramente por parte de los expertos en la materia.

[0030] Como se sabe, (vease, por ejemplo, Best), muchos aparatos electricos/electronicos convencionales 5 disponibles comercialmente incluyen componentes que no funcionaran correctamente si se sumergen en un fluido

dielectrico, especialmente uno tan viscoso como el aceite mineral: los ventiladores de refrigeracion y las unidades de disco rotativo de medios. En general, todos los ventiladores de refrigeracion son innecesarios en un sistema de refrigeracion por inmersion y simplemente pueden sacarse. Las unidades de medios, sin embargo, habitualmente son necesarias para el funcionamiento normal del aparato. Una opcion es sacar cada unidad, sellar totalmente la 10 unidad contra la entrada de fluido, y reinstalar la unidad ahora sellada (tambien se dispone de unidades preselladas). Otra opcion es sacar la unidad y montarla en la instalacion de panel de interconexion 24; tlpicamente, sera necesario cableado especial para volver a acoplar la unidad al zocalo de aparato interno. Otra opcion mas es sustituir la unidad de medios rotatoria con una unidad de estado solido que no tiene componentes moviles. Otras configuraciones operativas se percibiran facilmente por parte de los expertos en la materia.

15

[0031] Se reconocera que, en todas las realizaciones descritas en este documento, se puso enfasis en minimizar el volumen total del fluido dielectrico que circula a traves de cada modulo de inmersion 10. Se sostiene que el concepto clave aqul es mover el fluido secundario al punto de intercambio de calor con el fluido primario, en lugar de mover el fluido primario al punto de intercambio de calor con el fluido secundario. Asl, en nuestra realizacion

20 preferente de la invencion, todos los componentes esenciales de la instalacion de circulation primaria 28 estan ubicados estrechamente en la misma position con el tanque 14 para formar un modulo altamente integrado. Ademas, nuestra colocation del deposito 42 fuera del (pero inmediatamente adyacente al) tanque 14 tiende a reducir el volumen total del fluido dielectrico (en contraposition a la disposition alternativa que se propuso en nuestra Primera Provisional, en la que una cubeta de recuperation estaba dispuesta dentro del tanque 14); 25 entonces, se colocaron los componentes que comprenden las subinstalaciones de circulacion primarias 28 para que estuvieran verticalmente bajo la superficie ocupada del deposito 42. Ademas de conservar espacio de suelo valioso en una instalacion de centro de datos tlpica, la configuration modular resultante facilita tanta una facil instalacion inicial como la actualization subsiguiente para satisfacer de manera eficiente las crecientes cargas de trabajo de los centros de datos. En efecto, nuestra invencion aumenta en gran medida la escalabilidad del sistema, un asunto 30 clave para los operadores de centros de datos. Por ultimo, nuestra redundancia en todo el sistema garantiza sustancialmente un funcionamiento tolerante a fallos durante periodos de condiciones medioambientales inusuales, inestabilidad de infraestructuras o inquietud polltica.

[0032] Aunque se ha descrito nuestra invencion en el contexto de realizaciones particulares, un experto en 35 esta materia se dara cuenta facilmente de que pueden realizarse muchas modificaciones en tales realizaciones para

adaptar cualquiera a implementaciones especlficas. A tltulo de ejemplo, no costara mas que poco esfuerzo adaptar nuestra invencion para uso con aparatos electronicos distintos de servidores contemporaneos; y ajustar las dimensiones de las ranuras de alojamiento de aparatos en consecuencia. Igualmente, los profesionales de la materia reconoceran facilmente que pueden emplearse eficazmente otras instalaciones de circulacion secundarias 40 conocidas, incluyendo aire forzado, sistemas de compresion de vapor, circuitos de sumidero de agua terrestre, sistemas de recuperacion y reciclaje de calor residual, y similares (veanse, por ejemplo, las varias alternativas analizadas en Best). Ademas, los varios elementos descritos anteriormente pueden implementarse utilizando cualquiera de las diversas metodologlas de fabrication conocidas, y, en general, adaptarse para que sean utilizables bajo cualquier control de hardware o software o alguna combination de los mismos, como se sabe en esta tecnica.

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[0033] Asl, resulta evidente que se ha proporcionado un sistema y procedimiento mejorado de funcionamiento para refrigeracion por inmersion de aparatos y similares. En particular, se sostiene que tal procedimiento y aparato proporciona un rendimiento comparable en general a las mejores tecnicas de la tecnica anterior pero de manera mas eficiente y eficaz que las implementaciones conocidas de tales tecnicas de la tecnica

50 anterior.

Claims (6)

1. REIVINDICACIONES

   1. Un modulo de tanque (10) adaptado para uso en un sistema de refrigeracion por inmersion de aparato, comprendiendo el modulo de tanque:

   5

   un tanque (12) adaptado para sumergir en un fluido dielectrico una pluralidad de aparatos electricos (16), cada uno en una ranura de aparato respectiva (18) distribuida verticalmente a lo largo, y extendiendose transversal a, una pared larga del tanque (10), comprendiendo el tanque (10):

   10 un rebosadero (22) integrado horizontalmente en la pared larga del tanque (10) adyacente a todas las ranuras de aparato (18), adaptado para facilitar la recuperacion sustancialmente uniforme del fluido dielectrico que fluye a traves de cada ranura de aparato (18);

   una instalacion de circulacion primaria (28) adaptada para hacer circular el fluido dielectrico a traves del tanque (10), 15 que comprende:

   un impelente (36), colocado adyacente al fondo del tanque (10), adaptado para distribuir el fluido dielectrico de manera sustancialmente uniforme hacia arriba a traves de cada ranura de aparato (18); y

   20 una instalacion de control (58) adaptada para controlar el funcionamiento de la instalacion de circulacion de fluido primaria (28) como una funcion de la temperatura del fluido dielectrico en el tanque (10).
2. 2. El modulo de tanque de la reivindicacion 1, en el que el modulo de tanque comprende ademas:

   25 una instalacion de panel de interconexion (24) adaptada para montar un equipo de soporte de aparato.
3. 3. El modulo de tanque de la reivindicacion 1, en el que la instalacion de circulacion primaria comprende ademas:

   30 al menos primeras y segundas subinstalaciones de circulacion primarias (28a, 28b), cada una adaptada para funcionar independientemente para hacer circular el fluido dielectrico a traves del tanque;

   en el que la instalacion de control esta adaptada ademas para coordinar el funcionamiento de la primera y segunda subinstalaciones de circulacion primarias para mantener la temperatura del fluido dielectrico en el tanque 35 sustancialmente entre una temperatura minima predeterminada y una temperatura maxima predeterminada.
4. 4. El modulo de la reivindicacion 1, en el que la instalacion de control comprende ademas una instalacion de comunicacion (62, 64) adaptada para facilitar la monitorizacion y control de la instalacion de control desde una ubicacion remota.

   40
5. 5. Un sistema de refrigeracion por inmersion de aparato que comprende un modulo de tanque segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
6. 6. Un sistema de refrigeracion por inmersion de aparato segun la reivindicacion 5, que comprende 45 ademas:

   una instalacion de circulacion de fluido secundaria adaptada para extraer calor del fluido dielectrico que circula en la instalacion de circulacion primaria, y para disipar al entorno el calor as! extraldo.