SISTEMA INTERCAMBIADOR DE CALOR.

Sistema intercambiador de calor para equipos electrónicos, preferentemente equipos de tratamiento de datos con procesadores de alto rendimiento con una elevada densidad de procesado,

con por lo menos un circuito de refrigeración primario (1), y por lo menos un circuito de refrigeración secundario (2), que están acoplados térmicamente entre sí de tal modo que el calor recibido por el circuito de refrigeración secundario (2), preferentemente calor residual del procesador, se entrega al menos en su mayor parte por vía de intercambio de calor en cada caso por lo menos a través de una superficie de contacto (10), al circuito o los circuitos de refrigeración primarios, y se evacua y/o se enfría mediante el o los circuito(s) de refrigeración primario(s), caracterizado porque el fluido refrigerante (6) del por lo menos un circuito de refrigeración primario (1) se impulsa por el circuito de refrigeración primario (1) mediante un sistema de impulsión de flujo, estando este sistema de impulsión de flujo acoplado de modo mecánico y/o inductivo - ferromagnético o electromagnético - con el o los circuito(s) secundario(s) (2), de tal modo que así se obtiene un sistema de impulsión de flujo pasivo para el fluido refrigerante (6') a transportar por el circuito secundario (2), siendo los fluidos refrigerantes (6 y 6') de los dos circuitos de refrigeración (1 y 2), diferenciables y separados entre sí en cuanto a técnica de fluido

La invención se refiere a un sistema intercambiador de calor para equipos electrónicos, preferentemente equipos de tratamiento de datos con procesadores de alto rendimiento con una elevada densidad de procesado, con por lo menos un circuito de refrigeración primario, y por lo menos un circuito de refrigeración secundario, que están 5 acoplados térmicamente entre sí de tal modo que el calor recibido por el circuito de refrigeración secundario, preferentemente calor residual del procesador, se entrega al menos en su mayor parte por vía de intercambio de calor a través de una superficie de contacto, al circuito o los circuitos de refrigeración primarios, y se evacua y/o se enfría mediante el o los circuito(s) de refrigeración primario(s).

Un sistema de refrigeración por liquido de esta clase para los denominados “racks” se obtiene desde hace 10 poco en el mercado de la Firma Rittal bajo la designación “PCS – Power Cooling System” (PCS – Sistema de Refrigeración de Potencia). Se trata de un sistema refrigerado por líquido con un circuito de refrigeración primario y un circuito de refrigeración secundario, donde una mini-instalación de refrigeración de retorno se acopla a través de una acometida de agua utilizando la correspondiente técnica de conexión, es decir en particular por medio de un acoplamiento de cierre rápido a prueba de goteo y el correspondiente distribuidor del circuito de refrigeración que 15 permite conectar varios circuitos de refrigeración a una única instalación de refrigeración. También aquí se puede hablar de un circuito de refrigeración primario o por lo menos de una ida y un retorno.

Por la patente US US 6.600.649 B1 se conoce además un sistema de refrigeración por líquido en el que el líquido es impulsado mediante una bomba de cámaras múltiples, y con un circuito de refrigeración por aire con un elemento refrigerador al que le corresponde un ventilador, conectados térmicamente uno detrás del otro. En este 20 caso, el accionamiento de la bomba y el accionamiento del ventilador están dispuestos sobre un árbol común. Los rotores de las bombas de la cámara están acoplados inductivamente de tal modo que basta con accionar mecánicamente una de las dos cámaras de la bomba. Para el accionamiento está previsto un motor eléctrico.

Debido a la tendencia actual de disponer unas potencias de procesador cada vez mayores en un espacio cada vez más pequeño, tal como por ejemplo en relación con los antes mencionados ““rack”-Servers”, la necesidad 25 de refrigeración en este campo ha aumentado tan drásticamente que la refrigeración por flujo de aire que venía siendo utilizada principalmente en este sector hasta ahora, ha llegado a sus límites. En los modernos procesadores hay que enfriar hoy hasta 70 W/cm2. Se trata de una potencia de calefacción que equivale a varias placas de cocina, de modo que la refrigeración por convección que venía siendo usual resulta insuficiente, aunque sea sólo por la limitada capacidad de absorción de calor que tiene el aire. Para ello es preciso emplear unos ventiladores cada vez 30 más rápidos y de mayor potencia, donde debido a la mayor velocidad del flujo del aire pero también de la velocidad de los mismos ventiladores resulta inevitable una formación considerable de ruido. Además, esta clase de elementos ventiladores se consideran propensos a las averías.

Por este motivo se están imponiendo cada vez más, al menos en el campo profesional de los ordenadores de alta potencia, los sistemas de refrigeración por líquido, cuya principal ventaja se encuentra ante todo en una 35 mayor capacidad de absorción de calor en potencias de 10, de los medios de refrigeración empleados en comparación con el aire.

Los sistemas que en la actualidad se encuentran en el mercado trabajan principalmente con un circuito de refrigeración primario y un circuito de refrigeración secundario, en los que el circuito de refrigeración secundario está asignado al “rack” propiamente dicho, y absorbe allí el calor que se ha de evacuar a través del circuito de 40 refrigeración primario. En el circuito de refrigeración primario o ida está situado por lo general el sistema de impulsión para el fluido refrigerante dispuesto en los circuitos de refrigeración. Este sistema de impulsión está situado además generalmente en un lugar centralizado fuera del “rack”, por lo que existe por principio el problema de conducir el líquido de refrigeración a un “rack” o a un chasis. Esto se consigue en primer lugar con acoplamientos de manguera estancos a los líquidos, que tienen un tendido más o menos a prueba de goteo. Se sobreentiende que el 45 manejo de esta clase de sistemas entraña cierta complejidad, y que en particular esto dificulta la sustitución rápida de los módulos enchufables del procesador. Además hay que partir de que los fluidos de refrigeración son en su mayor parte tóxicos o por lo menos nocivos para el medio ambiente, por lo que la aceptación de estos sistemas se ha de considerar hasta ahora todavía como relativamente reducida.

Partiendo de este estado de la técnica, la invención se plantea el objetivo de crear un sistema 50 intercambiador de calor muy simplificado y más cómodo para el cliente, para equipos electrónicos, en particular para equipos de tratamiento de datos, con procesadores de alta potencia o con alta densidad de procesado.

Este objetivo se resuelve mediante un sistema intercambiador de calor conforme a la reivindicación principal. Unas realizaciones ventajosas se pueden deducir de las reivindicaciones 2 a 16.

Según la reivindicación principal, el circuito de refrigeración primario y el circuito de refrigeración secundario 55

están acoplados térmicamente entre sí, pero el sistema de impulsión del fluido refrigerante en el circuito de refrigeración secundario se realiza exclusivamente mediante un acoplamiento magnético o mecánico. Esto presenta la decisiva ventaja que el circuito de refrigeración secundario se puede realizar como un sistema totalmente cerrado e independiente del circuito de refrigeración primario. Los dos circuitos de refrigeración están por lo tanto totalmente separados entre sí en cuanto a téncica de fluido, y por lo tanto se pueden sellar ambos por separado. En el caso del 5 acoplamiento inductivo, los dos sistemas incluso están realizados totalmente cerrados. En el caso de que se trate de un acoplamiento mecánico hay que sellar únicamente el punto de acoplamiento mecánico de energía para el sistema de impulsión del flujo del circuito de refrigeración secundario, por ejemplo mediante un retén de árbol. En ambos casos se tiene la ventaja de que el sistema de impulsión del flujo para los dos circuitos de refrigeración con sus partes móviles, y que por lo tanto eventualmente están sujetas a mantenimiento o a reparación, no se 10 encuentran en el circuito de refrigeración secundario y por lo tanto generalmente fuera del equipo de tratamiento de datos propiamente dicho. Esto es especialmente importante porque el empleo de líquidos de refrigeración en las unidades de tratamiento de datos extremadamente sensibles a los líquidos todavía se considera como un riesgo considerable. El desplazamiento de las partes sujetas a mantenimiento, con el requisito de que el sistema de refrigeración se tenga que abrir hacia el exterior en la zona de estas partes, representa por lo tanto una ventaja de 15 seguridad respecto a las instalaciones ya conocidas, que no se debe subestimar.

La renuncia a un sistema de impulsión activo del flujo en el circuito de refrigeración secundario supone además un ahorro de costes importante. De este modo se pueden unir además de este modo los circuitos de refrigeración secundarios de modo fijo con las unidades del procesador que se han de refrigerar, y enchufar junto con éstos en caso de necesidad en forma de módulos enchufables, y eventualmente volver a sacarlos fuera del 20 “rack”.

De acuerdo con la reivindicación 2, el circuito de refrigeración secundario está diseñado como sistema totalmente cerrado, sin sistema de impulsión de flujo propio. Por este motivo el circuito de refrigeración secundario no requiere ni conexiones para el fluido refrigerante que circula por el circuito de refrigeración secundario ni una alimentación de corriente propia, por ejemplo para el sistema de impulsión de los fluidos refrigerantes que hay que 25 transportar por el circuito de refrigeración.

De acuerdo con la reivindicación 3, el circuito de refrigeración secundario...

1. Sistema intercambiador de calor para equipos electrónicos, preferentemente equipos de tratamiento de datos con procesadores de alto rendimiento con una elevada densidad de procesado, con por lo menos un circuito de refrigeración primario (1), y por lo menos un circuito de refrigeración secundario (2), que están acoplados 5 térmicamente entre sí de tal modo que el calor recibido por el circuito de refrigeración secundario (2), preferentemente calor residual del procesador, se entrega al menos en su mayor parte por vía de intercambio de calor en cada caso por lo menos a través de una superficie de contacto (10), al circuito o los circuitos de refrigeración primarios, y se evacua y/o se enfría mediante el o los circuito(s) de refrigeración primario(s), caracterizado porque el fluido refrigerante (6) del por lo menos un circuito de refrigeración primario (1) se impulsa 10 por el circuito de refrigeración primario (1) mediante un sistema de impulsión de flujo, estando este sistema de impulsión de flujo acoplado de modo mecánico y/o inductivo – ferromagnético o electromagnético – con el o los circuito(s) secundario(s) (2), de tal modo que así se obtiene un sistema de impulsión de flujo pasivo para el fluido refrigerante (6') a transportar por el circuito secundario (2), siendo los fluidos refrigerantes (6 y 6') de los dos circuitos de refrigeración (1 y 2), diferenciables y separados entre sí en cuanto a técnica de fluido. 15

2. Sistema intercambiador de calor según la reivindicación 1, caracterizado porque el o los circuito(s) secundario(s) de refrigeración (2) está o están diseñados como sistema cerrado sin un sistema de impulsión de flujo activo propio.

3. Sistema intercambiador de calor según la reivindicación 2, caracterizado porque el o los circuito(s) secundario(s) 20 de refrigeración (2) está o están realizados cada uno como elementos de módulo enchufable independiente para un “rack” o como componente integral de un módulo enchufable para un “rack” dotado de una unidad procesadora (17), correspondiéndole a cada circuito de refrigeración secundario (2) una o varias unidades procesadoras.

4. Sistema intercambiador de calor según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el sistema 25 de impulsión de flujo del circuito de refrigeración primario (1) acciona una turbina primaria (5) que tiene conectado un elemento de acoplamiento, sirviendo este elemento de acoplamiento para el acoplamiento ferromagnético de la energía de flujo requerida para la impulsión del fluido refrigerante (6') en el circuito secundario (2).

5. Sistema intercambiador de calor según la reivindicación 4, caracterizado porque el elemento de acoplamiento 30 situado en el circuito de refrigeración primario (1) es un imán (7) accionado mecánicamente por la turbina primaria (5), que arrastra otro imán (13), preferentemente de igual construcción, dispuesto o dispuestos respectivamente en cada uno de estos circuitos de refrigeración secundarios (2) correspondientes a este circuito de refrigeración primario (1), donde el o los otros imanes (13) accionan cada uno una turbina secundaria (14) dispuesta en el circuito de refrigeración secundario (2) para la impulsión del fluido refrigerante (6') que se ha de transportar a través del 35 circuito de refrigeración secundario (2).

6. Sistema intercambiador de calor según una de las anteriores reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la turbina primaria (5) del circuito de refrigeración primario (1) está realizada como rueda de paletas magnética rotativa, que acciona una turbina secundaria (14) realizada también como rueda de paletas magnética, preferentemente de 40 igual construcción, situada en el respectivo circuito de refrigeración secundario (2).

7. Sistema intercambiador de calor según una de las reivindicaciones anteriores 1 a 3, caracterizado porque el sistema de impulsión de flujo del circuito de refrigeración primario (1) está acoplado mecánicamente con el sistema de impulsión de flujo del circuito de refrigeración secundario (2) de tal modo que la turbina primaria (5) situada en el 45 circuito de refrigeración primario (1) está engranada y/o multiplicada con un árbol de salida, correspondiente al circuito de refrigeración secundario (2), por medio de un árbol de accionamiento romo, preferentemente sellado, donde por medio de este árbol de salida se acciona la turbina secundaria (14) dispuesta respectivamente en el circuito de refrigeración secundario (2).

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8. Sistema intercambiador de calor según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en el circuito de refrigeración primario y/o en el circuito de refrigeración secundario (1, 2) está dispuesto por lo menos un regulador de por lo menos y/o por lo menos un reductor de presión (4, 20), preferentemente en el sentido de flujo, antes de la turbina primaria o de la turbina secundaria (5, 14).

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9. Sistema intercambiador de calor según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en el circuito de refrigeración primario y/o en el circuito de refrigeración secundaria (1, 2) hay por lo menos un regulador de revoluciones y/o un reductor de velocidad asignado a la turbina primaria y/o a la turbina secundaria (5, 14).

10. Sistema intercambiador de calor según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque por lo 60 menos una de las dos superficies de contacto (10, 12) está realizada de modo elástico para realizar la transmisión de calor del circuito de refrigeración secundario (2) al circuito de refrigeración primario (1).

10. Sistema intercambiador de calor según la reivindicación 10, caracterizado porque por lo menos una de las superficies de contacto (10, 12) está fabricada como pieza de fundición inyectada de aluminio.

11. Sistema intercambiador de calor según la reivindicación 10 u 11, caracterizado porque la transmisión de calor 5 en la zona de las superficies de contacto (10, 12) está mejorada al intercalar una pasta conductora del calor introducida entre las superficies de contacto (10, 12).

12. Sistema intercambiador de calor según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en el circuito de refrigeración primario y/o en el circuito de refrigeración secundario (1, 2) están dispuestos en cada uno un 10 depósito de compensación (15).

13. Sistema intercambiador de calor según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque a la unidad procesadora (17) le corresponde por lo menos un cuerpo de refrigeración (19), estando para ello el cuerpo de refrigeración (19) dotado de orificios a través de los cuales pasa el fluido refrigerante (6') del circuito secundario (2). 15

14. Sistema intercambiador de calor según la reivindicación 14, caracterizado porque el cuerpo de refrigeración (19) está dotado por la cara orientada hacia la unidad del procesador (16) de una superficie de intercambio de calor (16) térmicamente conductora, que en cualquier caso está dotada de algunos orificios de cierto tamaño, y porque el cuerpo de refrigeración (19) está dotado por la superficie alejada de la superficie de intercambio de calor (16) de una 20 pluralidad de orificios de menor diámetro.

15. Sistema intercambiador de calor según la reivindicación 14 ó 15, caracterizado porque el cuerpo de refrigeración (19) está fabricado en cobre sinterizado.

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