DE102012218873B4

DE102012218873B4 - Mehrfach-Schaltschrank-Baueinheit mit gemeinsam genutzter Kühlvorrichtung, Verfahren zum Kühlen einer solchen und Datenzentrum damit

Info

Publication number: DE102012218873B4
Application number: DE102012218873.8A
Authority: DE
Inventors: Levi. A. Campbell; Richard C.-F. Chu; Milnes P. DAVID; Michael Joseph Ellsworth; Madhusudan K. Iyengar; Robert E. Simons
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2012-10-17
Publication date: 2014-07-31
Anticipated expiration: 2032-10-18
Also published as: US8760863B2; US20130107447A1; GB201216992D0; GB2496251A; US8817465B2; US20130104399A1; DE102012218873A1; GB2496251B

Abstract

Kühlanordnung für in Gehäusen (110, 901) angeordnete elektronische Komponenten (210), mit: einem ersten (901) und einem zweiten Schaltschrank (110), in deren Innenräumen jeweils zu kühlende elektronische Komponenten (210) angeordnet sind, wobei jeder der Schaltschränke (110, 901) jeweils eine Lufteinlassseite (120) und eine Luftauslassseite (130) aufweist, die jeweils von einem Luftstrom (205) durchströmt ist, wobei die Schaltschränke (110, 901) aneinander angrenzend angeordnet sind, und wobei die Lufteinlassseiten (120) jeweils in eine erste Richtung und/oder die Luftauslassseiten (130) jeweils in eine zweite Richtung weisen; einem Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher (340), der angrenzend entweder an der Lufteinlassseite (120) oder der Luftauslassseite (130) des ersten Gehäuses (901) angeordnet ist, um den durch den Innenraum des ersten Schaltschranks (901) strömenden Luftstrom zu kühlen, wobei der Luft/Flüssigkeits-Wärmetauscher (340) von einer Kühlflüssigkeit durchströmt ist; wenigstens einer Kühleinheit (350), die mit dem Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher (340) über einen Kühlmittelkreislauf (360) strömungsmäßig verbunden ist, um Wärme von dem Kühlmittel abzuführen; einer in dem zweiten Schaltschrank (110) angeordnete Luftstrom-Leiteinrichtung (1710) mittels der wenigstens ein Teil des durch den zweiten Schaltschrank (110) strömenden Luftstromes dem Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher (340) derart zugeführt wird, dass er den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher (340) durchströmt.

Description

Die Wärmeableitung von Chips mit integrierten Schaltungen und den Modulen, die die Chips enthalten, wächst ständig, um Steigerungen der Leistungsfähigkeit von Prozessoren zu erreichen. Dieser Trend stellt eine Herausforderung in Bezug auf Kühlung sowohl auf Modulebene als auch auf Systemebene dar, Größere Luftströmungsraten werden benötigt, um Hochleistungsmodule wirksam zu kühlen und um die Temperatur der Luft, die in das Rechenzentrum ausgeblasen wird, zu begrenzen.
Bei vielen großen Serveranwendungen werden Prozessoren gemeinsam mit ihrer zugehörigen Elektronik (z. B. Speicher, Plattenlaufwerke, Stromversorgungen usw.) in entnehmbare Einschubkonfigurationen gepackt, die in einen Schaltschrank oder ein Gestell eingesetzt werden. In einigen Fällen kann sich die Elektronik an festen Stellen in dem Schaltschrank oder im Gestell befinden. Die Komponenten werden üblicherweise durch Luft gekühlt, die sich auf parallelen Luftströmungswegen gewöhnlich von der Vorderseite zur Rückseite bewegt und durch eine oder mehrere Luftbewegungseinheiten (z. B. Kühlerlüfter oder Gebläse) befördert wird. In einigen Fällen kann es möglich sein, eine größere Wärmeableitung in einem einzelnen Einschub zu bewältigen, indem ein stärkerer Luftstrom durch die Verwendung einer stärkeren Luftbewegungseinheit oder durch Vergrößerung der Rotationsgeschwindigkeit (d. h. der Drehzahl) einer vorhandenen Luftbewegungseinheit bereitgestellt wird. Dieser Ansatz wird jedoch auf Schaltschrank-Ebene im Kontext einer Computerinstallation (d. h. Datenzentrum) problematisch.
Die sensible Wärmelast, die durch die aus dem Schaltschrank austretende Luft befördert wird, belastet die Fähigkeit der Raumklimatisierung, die Last wirksam zu bewältigen. Das gilt insbesondere für grolle Installationen mit ”Server-Anlagen” oder großen Bänken von Computer-Schaltschränken, die in enger Nähe zueinander angeordnet sind. Bei derartigen Installationen stellt eine Flüssigkeitskühlung (z. B. Wasserkühlung) eine attraktive Technologie dar, um den höheren Wärmefluss zu bewältigen. Die Flüssigkeit absorbiert die Wärme wirksam, die durch die Komponenten/Module abgegeben wird. Üblicherweise wird die Wärme schließlich von der Flüssigkeit in der Außenumgebung entweder an Luft oder eine andere Flüssigkeit übertragen.
Die nach dem Stand der Technik vorhandenen Nachteile werden überwunden und zusätzliche Vorteile werden gewährleistet, indem eine Mehrfach-Schaltschrank-Baueinheit bereitgestellt wird. Die Mehrfach-Schaltschrank-Baueinheit enthält ein erster Schaltschrank, ein zweiter Schaltschrank, einen Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher, wenigstens eine Kühleinheit und eine Luftstrom-Leiteinrichtung. Jeder Schaltschrank ist wenigstens teilweise luftgekühlt und weist eine Lufteinlassseite und eine Luftauslassseite auf. Der erste Schaltschrank und der zweite Schaltschrank sind nebeneinander angeordnet, wobei die Lufteinlassseiten in eine erste Richtung weisen und/oder die Luftauslassseiten in eine zweite Richtung weisen. Der Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher ist dem ersten Schaltschrank zugehörig, um wenigstens einen Teil der Luft zu kühlen, die sich durch den ersten Schaltschrank hindurch bewegt, und ist an einer der Einlass- oder Auslassseite des ersten Schaltschranks angeordnet. Der Wärmetauscher, der mit einer Kühlmittelschleife in Fluidverbindung steht, um von dieser Kühlmittel zu empfangen und Kühlmittel an diese abzugeben, überträgt Wärme von Luft, die sich über ihn hinweg bewegt, an das Kühlmittel, das sich durch ihn hindurch bewegt. Die wenigstens eine Kühleinheit ist dem ersten Schaltschrank zugehörig und kühlt Kühlmittel in der Kühlmittelschleife, um wenigstens teilweise den Abzug von Wärme durch den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher aus der Luft zu ermöglichen, die sich darüber hinweg bewegt. Die Luftstrom-Lenkeinrichtung ist dem zweiten Schaltschrank zugehörig und ermöglicht, dass sich wenigstens ein Teil der Luft, die sich durch den zweiten Schaltschrank hindurch bewegt, außerdem über den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher, der dem ersten Schaltschrank zugehörig ist, hinweg bewegt.
In einem weiteren Aspekt wird ein Datenzentrum bereitgestellt, das einen ersten Schaltschrank, einen zweiten Schaltschrank, eine Kühlvorrichtung, die dem ersten Schaltschrank zugehörig ist, eine Luftstrom-Lenkeinrichtung, die dem zweiten Schaltschrank zugehörig ist, und wenigstens eine Anlagenkühlmittelschleife enthält. Der erste Schaltschrank und der zweite Schaltschrank beinhalten jeweils eine Lufteinlassseite und eine Luftauslassseite, die den Einlass bzw. den Auslass von Außenluft ermöglichen, und der zweite Schaltschrank ist neben dem ersten Schaltschrank angeordnet. Die Kühlvorrichtung ermöglicht den Entzug von Wärme aus dem Luftstrom, der sich durch den ersten Schaltschrank hindurch bewegt, und enthält einen Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher und wenigstens eine Kühleinheit. Der Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher ist dem ersten Schaltschrank zugehörig zum Kühlen wenigstens eines Teils der Luft, die sich durch den ersten Schaltschrank hindurch bewegt, und ist an der Lufteinlassseite oder der Luftauslassseite des ersten Schaltschranks angeordnet. Der Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher steht mit einer Kühlmittelschleife in Fluidverbindung, um von dieser Kühlmittel zu empfangen und Kühlmittel an diese abzugeben, und überträgt Wärme von Luft, die sich über den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher hinweg bewegt, an ein Kühlmittel, das sich durch den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher hindurch bewegt. Die wenigstens eine Kühleinheit ist dem ersten Schaltschrank zugehörig und kühlt Kühlmittel in der Kühlmittelschleife, um wenigstens teilweise den Entzug von Wärme durch den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher aus Luft, die sich darüber hinweg bewegt, zu ermöglichen. Die Luftstrom-Leiteinrichtung ist so konfiguriert, dass sie es möglich macht, dass wenigstens ein Teil der Luft, die sich durch den zweiten Schaltschrank hindurch bewegt, so geleitet wird, dass sie sich außerdem über den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher, der dem ersten Schaltschrank zugehörig ist, hinweg bewegt. Die wenigstens eine Anlagenkühlmittelschleife ist mit der wenigstens einen Kühleinheit, die dem ersten Schaltschrank zugehörig ist, verbunden und ermöglicht das Abführen von Wärme aus dem Kühlmittel in der Kühlmittelschleife, um den Entzug von Wärme durch den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher aus der Luft, die sich über den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher hinweg bewegt, zu ermöglichen.
In einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren bereitgestellt, das enthält: Bereitstellen einer Mehrfach-Schaltschrank-Baueinheit, wobei das Bereitstellen beinhaltet: Anordnen eines ersten Schaltschranks und eines zweiten Schaltschranks nebeneinander, wobei jeder Schaltschrank, der erste Schaltschrank oder der zweite Schaltschrank, wenigstens teilweise luftgekühlt ist und jeweils eine Lufteinlassseite und eine Luftauslassseite aufweist, wobei der erste Schaltschrank und der zweite Schaltschrank nebeneinander angeordnet sind, wobei die Lufteinlassseiten in eine erste Richtung weisen und/oder die Luftauslassseiten in eine zweite Richtung weisen; Bereitstellen eines Luft/Flüssigkeit-Wärmetauschers, der dem ersten Schaltschrank zugehörig ist, zum Kühlen wenigstens eines Teils der Luft, die sich durch den ersten Schaltschrank hindurch bewegt, wobei der Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher an der Lufteinlassseite oder der Luftauslassseite des ersten Schaltschranks angeordnet ist und mit einer Kühlmittelschleife in Fluidverbindung steht, um von dieser Kühlmittel zu empfangen und an diese Kühlmittel abzugeben, wobei der Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher Wärme von der Luft, die sich über ihn hinweg bewegt, an Kühlmittel, das sich durch ihn hindurch bewegt, überträgt; Bereitstellen wenigstens einer Kühleinheit, die dem ersten Schaltschrank zugehörig ist und Kühlmittel in der Kühlmittelschleife kühlt, um wenigstens teilweise den Entzug von Wärme durch den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher aus Luft, die sich über ihn hinweg bewegt, zu ermöglichen; und Bereitstellen einer Luftstrom-Leiteinrichtung, die dem zweiten Schaltschrank zugehörig ist, das Letten wenigstens eines Teils der Luft, die sich durch den zweiten Schaltschrank hindurch bewegt, so zu ermöglichen, dass sie sich außerdem über den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher, der dem ersten Schaltschrank zugehörig ist, hinweg bewegt.
In einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Datenzentrum, das aufweist:
einen ersten Schaltschrank, der eine Lufteinlassseite und eine Luftauslassseite aufweist, die den Einlass bzw. den Auslass von Außenluft ermöglichen;
einen zweiten Schaltschrank, der eine Lufteinlassseite und eine Luftauslassseite aufweist, die den Einlass bzw. den Auslass von Außenluft ermöglichen, wobei der zweite Schaltschrank neben dem ersten Schaltschrank angeordnet ist;
eine Kühlvorrichtung, die dem ersten Schaltschrank zugehörig ist, wobei die Kühlvorrichtung den Entzug von Wärme aus dem Luftstrom ermöglicht, der sich durch den ersten Schaltschrank hindurch bewegt, wobei die Kühlvorrichtung aufweist:
einen Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher, der dem ersten Schaltschrank zugehörig ist, zum Mühlen wenigstens eines Teils der Luft, die sich durch den ersten Schaltschrank hindurch bewegt, wobei der Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher an der Lufteinlassseite oder der Luftauslassseite des ersten Schaltschranks angeordnet ist und mit einer Kühlmittelschleife in Fluidverbindung steht, um von dieser Kühlmittel zu empfangen und Kühlmittel an diese abzugeben, wobei der Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher Wärme von der Luft, die sich über ihn hinweg bewegt, an Kühlmittel, das sich durch ihn hindurch bewegt, überträgt; und
wenigstens eine Kühleinheit, die dem ersten Schaltschrank zugehörig ist und Kühlmittel in der Kühlmittelschleife kühlt, um wenigstens teilweise den Entzug von Wärme durch den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher aus Luft zu ermöglichen, die sich über ihn hinweg bewegt;
eine Luftstrom-Leiteinrichtung, die dem zweiten Schaltschrank zugehörig ist und so konfiguriert ist, dass sie ermöglicht, dass wenigstens ein Teil der Luft, die sich durch den zweiten Schaltschrank hindurch bewegt, so gelenkt wird, dass sie sich außerdem über den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher, der dem ersten Schaltschrank zugehörig ist, hinweg bewegt; und
wenigstens eine Anlagenkühlmittelschleife, die mit der wenigstens einen Kühleinheit verbunden ist, die dem ersten Schaltschrank zugehörig ist, wobei die wenigstens eine Anlagenkühlmittelschleife die Entnahme von Wärme aus dem Kühlmittel in der Kühlmittelschleife ermöglicht, um wenigstens teilweise den Entzug von Wärme durch den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher aus der Luft, die sich über ihn hinweg bewegt, zu ermöglichen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der zweite Schaltschrank einen prinzipiell luftgekühlten Schaltschrank auf, und wobei die Luftstrom-Leiteinrichtung ermöglicht, dass im Wesentlichen die gesamte Luft, die sich durch den zweiten Schaltschrank hindurch bewegt, so gelenkt wird, dass sie sich außerdem über den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher, der dem ersten Schaltschrank zugehörig ist, hinweg bewegt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung beinhaltet das Datenzentrum ferner eine Schaltschrank-Tür, die so bemessen und konfiguriert ist, dass sie sich über die Lufteinlassseite oder die Luftauslassseite des ersten Schaltschranks erstreckt, wobei die Schaltschrank-Tür aufweist:
einen Türrahmen mit einer Luftstromöffnung, wobei die Luftstromöffnung den Einlass oder Auslass eines Luftstroms durch den ersten Schaltschrank und den zweiten Schaltschrank ermöglicht, und wobei der Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher so angeordnet ist, dass sich der Luftstrom durch die Luftstromöffnung in dem Türrahmen über den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher hinweg bewegt, wobei der Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher Wärme aus dem Luftstrom, der sich über ihn hinweg bewegt, entzieht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Schaltschrank-Tür an der Luftauslassseite des ersten Schaltschranks angebracht, und wobei der erste Schaltschrank oder die Schaltschrank-Tür ferner eine Lufteinlassöffnung in seiner bzw. ihrer Seitenwand aufweist, die neben dem zweiten Schaltschrank angeordnet ist, wobei die Lufteinlassöffnung und die Luftstrom-Leiteinrichtung gemeinsam ermöglichen, dass Luft, die sich durch den zweiten Schaltschrank hindurch bewegt, so gelenkt wird, dass sie sich außerdem über den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher hinweg bewegt, der dem ersten Schaltschrank zugehörig ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ermöglicht die Luftstrom-Leiteinrichtung das Definieren einer Luftstrom-Abluftanschlusskammer an der Luftauslassseite des zweiten Schaltschranks, wobei die Luftstrom-Abluftanschlusskammer eine Luftstrom-Abluftöffnung aufweist, die auf die Lufteinlassöffnung in der Seitenwand des ersten Schaltschranks oder der Schaltschrank Tür ausgerichtet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Datenzentrum ferner wenigstens eine Luftbewegungseinheit auf, die so angeordnet ist, dass sie einen wirksamen Luftstrom von der Luftstrom-Abluftanschlusskammer an der Luftauslassseite des zweiten Schaltschranks durch die Lufteinlassöffnung in der Seitenwand des ersten Schaltschranks oder der Schaltschrank-Tür ermöglicht, und wobei die Mehrfach-Schaltschrank-Baueinheit ferner einen ersten Luftdrucksensor, einen zweiten Luftdrucksensor und eine Steuereinheit aufweist, wobei sich der erste Luftdrucksensor an einer ersten Seite der wenigstens einen Luftbewegungseinheit befindet und sich der zweite Luftdrucksensor an einer zweiten Seite der wenigstens einen Luftbewegungseinheit befindet, wobei der erste Luftdrucksensor und der zweite Luftdrucksensor dazu dienen, die Drehzahl der wenigstens einen Luftbewegungseinheit automatisch zu steuern und einen wirksamen Luftstrom von der Luftstrom-Abluftanschlusskammer an der Luftauslassseite des zweiten Schaltschranks durch die Lufteinlassöffnung in der Seitenwand des ersten Schaltschranks oder der Schaltschrank-Tür sicherzustellen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Datenzentrum ferner eine Dichtung auf, die die Luftstrom-Abluftöffnung der Luftstrom-Abluftanschlusskammer an der der Luftauslassseite des zweiten Schaltschranks und der Lufteinlassöffnung in der Seitenwand des ersten Schaltschranks oder der Schaltschrank-Tür umgibt, wobei die Dichtung ermöglicht, dass Luft, die sich durch den zweiten Schaltschrank hindurch bewegt, so geleitet wird, dass sie sich außerdem über den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher, der dem ersten Schaltschrank zugehörig ist, hinweg bewegt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen der erste Schaltschrank einen flüssigkeitsgekühlten Schaltschrank und der zweite Schaltschrank einen luftgekühlten Schaltschrank auf, und wobei die wenigstens eine Kühleinheit, die dem ersten Schaltschrank zugehörig ist, so konfiguriert ist, dass sie Kühlmittel über die Kühlmittelschleife an wenigstens eine flüssigkeitsgekühlte Struktur, die mit wenigstens einer elektronischen Komponente des ersten Schaltschranks in thermischem Kontakt ist, bereitstellt, wobei jede Kühleinheit der wenigstens einen Kühleinheit einen Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher mit einem ersten Kühlmittelweg und einem zweiten Kühlmittelweg aufweist, die durch diesen verlaufen, wobei der erste Kühlmittelweg gekühltes Anlagenkühlmittel von einer Quelle empfängt und wenigstens einen Teil hiervon durch den Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher leitet und der zweite Kühlmittelweg mit der Kühlmittelschleife in einer Fluidverbindung steht, wobei der Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher Wärme aus dem Kühlmittel in der Kühlmittelschleife an das gekühlte Anlagenkühlmittel in dem ersten Kühlmittelweg abgibt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Datenzentrum ferner Folgendes auf: wenigstens eine Luftbewegungseinheit, die dem Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher zugehörig ist, einen ersten Luftdrucksensor an einer ersten Seite der wenigstens einen Luftbewegungseinheit, einen zweiten Luftdrucksensor an einer zweiten Seite der wenigstens einen Luftbewegungseinheit und eine Steuereinheit, die mit der wenigstens einen Luftbewegungseinheit, dem ersten Luftdrucksensor und dem zweiten Luftdrucksensor verbunden ist, um die Funktion der wenigstens einen Luftbewegungseinheit und somit den Luftstrom über den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher automatisch zu steuern.
In einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren, das aufweist:
Bereitstellen einer Mehrfach-Schaltschrank-Baueinheit wobei das Bereitstellen beinhaltet:
Anordnen eines ersten Schaltschranks und eines zweiten Schaltschranks nebeneinander, wobei jeder Schaltschrank, der erste Schaltschrank und der zweite Schaltschrank, wenigstens teilweise luftgekühlt ist und eine Lufteinlassseite und eine Luftauslassseite aufweist, wobei der erste Schaltschrank und der zweite Schaltschrank nebeneinander angeordnet sind, wobei die Lufteinlassseiten in eine erste Richtung weisen und/oder die Luftauslassseiten in eine zweite Richtung weisen;
Bereitstellen eines Luft/Flüssigkeit-Wärmetauschers, der dem ersten Schaltschrank zugehörig ist, zum Kühlen von wenigstens einem Teil der Luft, die sich durch den ersten Schaltschrank hindurch bewegt, wobei der Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher an der Lufteinlassseite oder der Luftauslassseite des ersten Schaltschranks angeordnet ist und mit einer Kühlmittelschleife in Fluidverbindung steht, um von dieser Kühlmittel zu empfangen und an diese Kühlmittel abzugeben, wobei der Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher Wärme von der Luft, die sich über ihn hinweg bewegt, an das Kühlmittel überträgt, das sich durch ihn hindurch bewegt;
Bereitstellen wenigstens einer Kühleinheit, die dem ersten Schaltschrank zugehörig ist und Kühlmittel in der Kühlmittelschleife kühlt, um wenigstens teilweise den Entzug von Wärme durch den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher aus der Luft, die sich über ihn hinweg bewegt, zu ermöglichen; und
Bereitstellen einer Luftstrom-Leiteinrichtung, die dem zweiten Schaltschrank zugehörig ist, um zu ermöglichen, dass wenigstens ein Teil der Luft, die sich durch den zweiten Schaltschrank hindurch bewegt, so geleitet wird, dass sie sich außerdem über den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher, der dem ersten Schaltschrank zugehörig ist, hinweg bewegt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der zweite Schaltschrank einen prinzipiell luftgekühlten Schaltschrank auf, und wobei die Luftstrom-Leiteinrichtung ermöglicht, dass im Wesentlichen die gesamte Luft, die sich durch den zweiten Schaltschrank hindurch bewegt, so geleitet wird, dass sie sich außerdem über den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher, der dem ersten Schaltschrank zugehörig ist, hinweg bewegt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Bereitstellen der Mehrfach-Schaltschrank-Baueinheit das Bereitstellen des ersten Luft/Flüssigkeit-Wärmetauschers mit einer Schaltschrank-Tür auf, die so dimensioniert und konfiguriert ist, dass sie sich über die Lufteinlassseite oder die Luftauslassseite des ersten Schaltschranks erstreckt, wobei die Schaltschrank-Tür aufweist:
einen Türrahmen mit einer Luftstromöffnung, wobei die Luftstromöffnung den Einlass und den Auslass eines Luftstroms durch den ersten Schaltschrank und den zweiten Schaltschrank ermöglicht, und wobei der Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher so angeordnet ist, dass sich ein Luftstrom durch die Luftstromöffnung in dem Türrahmen über den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher hinweg bewegt, wobei der Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher Wärme aus dem Luftstrom entnimmt, der sich über ihn hinweg bewegt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Schaltschrank-Tür an der Luftauslassseite des ersten Schaltschranks angebracht, und wobei der erste Schaltschrank oder die Schaltschrank-Tür ferner eine Lufteinlassöffnung in seiner bzw. ihrer Seitenwand aufweist, die neben dem zweiten Schaltschrank angeordnet ist, wobei die Lufteinlassöffnung und die Luftstrom-Leiteinrichtung gemeinsam ermöglichen, dass sich Luft, die sich durch den zweiten Schaltschrank hindurch bewegt, außerdem über den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher, der dem ersten Schaltschrank zugehörig ist, hinweg bewegt, und wobei die Luftstrom-Leiteinrichtung eine Luftstrom-Abluftkammer an der Luftauslassseite des zweiten Schaltschranks definiert, wobei die Luftstrom-Abluftkammer eine Luftstrom-Abluftöffnung aufweist, die auf die Lufteinlassöffnung in der Seitenwand des ersten Schaltschranks oder der Schaltschrank-Tür ausgerichtet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren ferner das Anordnen wenigstens einer Luftbewegungseinheit auf, um einen wirksamen Luftstrom von der Luftstrom-Abluftkammer an der Luftauslassseite des zweiten Schaltschranks durch die Lufteinlassöffnung in der Seitenwand des ersten Schaltschranks oder der Schaltschrank-Tür zu ermöglichen. Die Mehrfach-Schaltschrank-Baueinheit weist ferner einen ersten Luftdrucksensor, einen zweiten Luftdrucksensor und eine Steuereinheit auf, wobei sich der erste Luftdrucksensor an einer ersten Seite der wenigstens einen Luftbewegungseinheit befindet und sich der zweite Luftdrucksensor an einer zweiten Seite der wenigstens einen Luftbewegungseinheit befindet und die Steuereinheit mit der wenigstens einen Luftbewegungseinheit verbunden ist. Der erste Luftdrucksensor und der zweite Luftdrucksensor sind so ausgelegt, dass sie die Drehzahl der wenigstens einen Luftbewegungseinheit automatisch steuern und einen wirksamen Luftstrom von der Luftstrom-Abluftkammer an der Luftauslassseite des zweiten Schaltschranks durch die Lufteinlassöffnung in der Seitenwand des ersten Schaltschranks oder der Schaltschrank-Tür sicherstellen können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der erste Schaltschrank einen flüssigkeitsgekühlten Schaltschrank und der zweite Schaltschrank einen luftgekühlten Schaltschrank auf, und wobei die wenigstens eine Kühleinheit, die dem ersten Schaltschrank zugehörig ist, so konfiguriert ist, dass sie Kühlmittel über die Kühlmittelschleife an wenigstens eine flüssigkeitsgekühlte Struktur bereitstellt, die mit wenigstens einer elektronischen Komponente in thermischem Kontakt ist, wobei jede Kühleinheit der wenigstens einen Kühleinheit einen Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher mit einem ersten Kühlmittelweg und einem zweiten Kühlmittelweg aufweist, die sich durch ihn erstrecken, wobei der erste Kühlmittelweg jeder Kühleinheit gekühltes Anlagenkühlmittel von einer Quelle empfängt und wenigstens einen Teil hiervon durch den Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher leitet, und der zweite Kühlmittelweg mit der Kühlmittelschleife in Fluidverbindung steht, wobei der Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher Wärme von dem Kühlmittel in der Kühlmittelschleife an das gekühlte Anlagenkühlmittel in dem ersten Kühlmittelweg abgibt.
Nachfolgend wird der Gegenstand der Erfindung anhand der angefügten Zeichnungen näher beschrieben, worin:
1 eine Ausführungsform eines herkömmlichen Aufbaus eines luftgekühlten Datenzentrums mit Doppelboden darstellt;
2 eine Draufsicht einer Ausführungsform eines Aufbaus eines elektronischen Teilsystems eines luftgekühlten Schaltschranks ist, bei dem eine Luftkühlung von elektronischen Komponenten des elektronischen Teilsystems verwendet wird, gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung;
3 eine Draufsicht einer Ausführungsform eines Schaltschranks mit einem an seiner Luftauslassseitentür angebrachten Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher ist, wobei entzogene Wärme über eine Kühlmittelverteilungseinheit an ein Anlagenkühlmittel zurückgegeben wird, gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung;
4 eine Ausführungsform eines Datenzentrum-Aufbaus darstellt, der mehrere Kühlmittelverteilungseinheiten aufweist, die flüssiges Kühlmittel an eine Vielzahl von Luft/Flüssigkeit-Wärmetauschern bereitstellen, die einer Vielzahl von Schaltschränken zugehörig sind, die in dem Datenzentrum in Reihen angeordnet sind und die so zu modifizieren sind, dass sie eine oder mehrere Mehrfach-Schaltschrank-Baueinheiten enthalten, gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung;
5 eine teilweise geschnittene Seitenansicht längs einer Linie 5-5 in 6 einer Ausführungsform einer Schaltschrank-Tür mit einem daran angebrachten Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung ist;
6 eine geschnittene Draufsicht längs der 6-6 von 5 der Schaltschrank-Tür und des Luft/Flüssigkeit-Wärmetauschers von 5 gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung ist;
die 7A und 7B Innen- bzw. Außenansichten einer Ausführungsform einer Schaltschrank-Tür, die einen daran angeordneten Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher aufweist, gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung darstellen;
8 eine teilweise isometrische Ansicht einer Ausführungsform eines einzelnen Schaltschranks mit einer Schaltschrank-Tür und einem Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher ist und eine Ausführungsform von Kühlmittel-Zufuhr- und Rückleitungen eines Datenzentrums gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung darstellt;
9A eine alternative Ausführungsform eines Datenzentrums, das eine Vielzahl von flüssigkeitsgekühlten Schaltschränken verwendet, gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung darstellt;
9B eine vordere Seitenansicht einer Ausführungsform eines flüssigkeitsgekühlten Schaltschranks, das mehrere durch eine Kühlvorrichtung gekühlte elektronische Teilsysteme aufweist, gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung ist;
10 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer elektronischen Teilsystems eines flüssigkeitsgekühlten Schaltschranks ist, wobei ein elektronisches Modul durch ein Systemkühlmittel, das durch ein oder mehrere modulare Kühleinheiten, die in dem Schaltschrank angeordnet sind, flüssigkeitsgekühlt wird, gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung;
11 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer modularen Kühleinheit für einen flüssigkeitsgekühlten Schaltschrank gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung ist;
12 eine Draufsicht einer Ausführungsform eines Aufbaus eine elektronischen Teilsystems ist, die ein Luft- und Flüssigkeitskühlungs-Teilsystem zum Kühlen Von Komponenten eines elektronischen Teilsystems eines flüssigkeitsgekühlten Schaltschranks gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
13 eine genaue Ausführungsform eines Aufbaus eines teilweise montierten elektronischen Teilsystems darstellt, wobei das elektronische Teilsystem acht zu kühlende elektronische Komponenten mit hoher Wärmeentwicklung enthält, wobei jede eine entsprechende flüssigkeitsgekühlte Struktur eines damit verbundenen flüssigkeitsgestützten Kühlsystems aufweist, gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung;
14 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines gekühlten elektronischen Systems ist, das einen flüssigkeitsgekühlten Schaltschrank und eine ihm zugehörige Kühlvorrichtung aufweist, wobei die Kühlvorrichtung zwei modulare Kühleinheiten (MCUs) enthält zum Bereitstellen von Systemkühlmittel an die elektronischen Teilsysteme des Schaltschranks und an einen Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher, der (z. B.) an einer Luftauslassseite des Schaltschranks angeordnet ist, um Luft zu kühlen, die von dort eintritt, gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung;
15 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Wärmeübertragung von einer oder mehreren modularen Kühleinheiten, die in einem oder mehreren Schaltschränken eines Datenzentrums angeordnet sind, an einen außerhalb des Datenzentrums angeordneten Kühlturm gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung ist;
16 eine alternative Ausführungsform eines heterogenen Datenzentrums darstellt, das eine Vielzahl von flüssigkeitsgekühlten Schaltschränken und eine Vielzahl von luftgekühlten Schaltschränken gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung aufweist;
17 eine weitere Ausführungsform eines heterogenen Datenzentrums darstellt, das eine Vielzahl von Mehrfach-Schaltschrank-Baueinheiten gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung aufweist;
18A eine Ausführungsform eines flüssigkeitsgekühlten Schaltschranks einer Mehrfach-Schaltschrank-Baueinheit gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung darstellt,
18B eine Ausführungsform eines Luftgekühlten Schaltschranks einer Mehrfach-Schaltschrank-Baueinheit gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung darstellt;
18C eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Mehrfach-Schaltschrank-Baueinheit darstellt, die einen flüssigkeitsgekühlten Schaltschrank (wie in 18A dargestellt) und einen luftgekühlten Schaltschrank (wie in 18B dargestellt) gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung aufweist, gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung;
19A eine teilweise schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform einer Mehrfach-Schaltschrank-Baueinheit von 18C gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung ist;
19B eine Ausführungsform eines Prozesses zum Steuern der Drehzahl von einer oder mehreren Luftbewegungseinheiten darstellt, die in der Mehrfach-Schaltschrank-Baueinheit von 19A gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
19C eine teilweise schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Mehrfach-Schaltschrank-Baueinheit ist, die eine oder mehrere steuerbare Luftbewegungseinheiten aufweist, die einen Luftstrom über den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher unterstützen, gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung; und
19 eine Ausführungsform eines Prozesses zum Steuern der Drehzahl einer oder mehrerer Luftbewegungseinheiten darstellt, die in der Mehrfach-Schaltschrank-Baueinheit von 19C verwendet werden, gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung.
Die hier verwendeten Ausdrücke ”Schaltschrank”, ”am Schaltschrank angebrachte elektronische Ausrüstung” und ”Schaltschrank-Einheit” werden untereinander austauschbar verwendet und schließen, falls nicht anders angegeben, ein beliebiges Gehäuse, ein Gestell, einen Schaltschrank, ein Fach, ein Blade-Server-System usw. ein, das/der eine oder mehrere wärmeerzeugende Komponenten eines Computersystems oder Elektroniksystems aufweist, und es kann sich z. B. um einen selbstständigen Computerprozessor handeln, der eine hohe, mittlere oder geringe Verarbeitungskapazität aufweist. In einer Ausführungsform kann ein Schaltschrank einen Teil eines elektronischen Systems, ein einzelnes elektronisches System oder mehrere elektronische Systeme z. B. in einem oder mehreren Teilgehäusen, Blades, Books, Einschüben, Knoten, Anteilen usw. enthalten, die eine oder mehrere wärmeerzeugende elektronische Komponenten aufweisen, die darin angeordnet sind. Ein elektronisches System (bzw. elektronische Systeme) in einem Schaltschrank kann in Bezug auf den Schaltschrank beweglich oder feststehend sein, wobei ein am Schaltschrank angebrachter elektronischer Einschub einer Mehrfach-Einschub-Schaltschrank-Einheit und Blades eines Blade-Zentrum-Systems zwei Beispiele von Systemen (oder Teilsystemen) eines Schaltschranks sind, die zu kühlen sind.
”Elektronische Komponente” bezeichnet jede wärmeerzeugende elektronische Komponente z. B. eines Computersystems oder einer anderen Elektronik-Einheit, die eine Kühlung erfordert. Eine elektronische Komponente kann beispielhaft einen oder mehrere Chips integrierter Schaltungen und/oder elektronische Einheiten aufweisen, die gekühlt werden müssen, wozu ein oder mehrere Prozessorchips, Speicherchips oder Speicherträgerchips gehören. Bei einem weiteren Beispiel kann die elektronische Komponente einen oder mehrere einzelne Chips oder mehrere gepackte Chips aufweisen, die auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sind. Der hier verwendete ”Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher” bedeutet jeden Mechanismus zum Wärmeaustausch, der wie hier beschrieben dadurch gekennzeichnet ist, dass ein flüssiges Kühlmittel zirkulieren kann; und er enthält einen oder mehrere diskrete Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher, die entweder in Serie oder parallel geschaltet sind. Ein Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher kann z. B. einen oder mehrere Kühlmittelströmungswege aufweisen, die aus wärmeleitfähigen Rohren gebildet sind (wie etwa Kupfer oder andere Rohre), die mit einer Vielzahl von luftgekühlten Kühlrippen in thermischem oder mechanischem Kontakt sind. Größe, Konfiguration und Aufbau des Luft/Flüssigkeit-Wärmetauschers können variieren, ohne von dem hier beschriebenen Umfang der Erfindung abzuweichen. Ein „Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher” kann z. B. zwei oder mehr Kühlmittelströmungswege aufweisen, die aus thermisch leitfähigen Rohren (wie etwa Kupfer oder andere Rohre) gebildet sind, die untereinander in thermischem oder mechanischem Kontakt sind, um eine Wärmeleitung zwischen ihnen zu ermöglichen, Größe, Konfiguration und Aufbau des Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauschers können variieren, ohne von dem hier beschriebenen Umfang der Erfindung abzuweichen. Des Weiteren bezeichnet das hier verwendete ”Datenzentrum” eine Computerinstallation, die einen oder mehrere Schaltschränke enthält, die zu kühlen sind. Bei einem spezifischen Beispiel kann ein Datenzentrum eine oder mehrere Reihen von in Schaltschränken angebrachten Datenverarbeitungseinheiten wie etwa Servereinheiten enthalten.
Ein Beispiel des Anlagenkühlmittels oder Systemkühlmittels ist Wasser. Die hier beschriebenen Konzepte werden in einfacher Weise angepasst an eine Verwendung mit anderen Typen von Kühlmittel auf der Anlagenseite und/oder auf der Systemseite. Zum Beispiel können ein oder mehrere der Kühlmittel eine Sole, eine Fluorkohlenstoff-Flüssigkeit, ein flüssiges Metall oder ein anderes ähnliches Kühlmittel oder ein Kältemittel beinhalten, wobei trotzdem die Vorteile und eindeutigen Merkmale der vorliegenden Erfindung beibehalten werden.
Es erfolgt nachstehend eine Bezugnahme auf die Zeichnungen (die nicht maßstabsgerecht sind, um ein Verständnis der Erfindung zu erleichtern), wobei in den unterschiedlichen Figuren gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche oder ähnliche Komponenten zu bezeichnen.
Wie in 1 gezeigt sind in einem Aufbau mit einem Doppelboden einer luftgekühlten Computerinstallation oder eines Datenzentrums 100 gemäß dem Stand der Technik mehrere luftgekühlte Schaltschränke 110 in einer oder mehreren Reihen angeordnet. Eine Computerinstallation wie in 1 dargestellt kann mehrere Hundert oder sogar mehrere Tausend Mikroprozessoren aufnehmen. In der Anordnung von 1 tritt gekühlte Luft in den Computerraum über Bodenluftdurchlässe von einer Zufuhrluftkammer 145 ein, die zwischen einem Doppelboden 140 und einer Basis oder einem Unterboden 165 des Raums definiert ist. Gekühlte Luft wird durch geschlitzte Abdeckungen an Lufteinlassseiten 120 der Schaltschränke eingelassen und durch Luftauslassseiten 130 der Schaltschränke abgegeben. Jeder luftgekühlte Schaltschrank 110 kann eine oder mehrere Luftbewegungseinheiten (z. B. Lüfter oder Gebläse) aufweisen, um einen erzwungenen Einlass-Auslass-Luftstrom zum Kühlen der elektronischen Komponenten in dem Schaltschrank bereitzustellen. Die Zufuhrluftkammer 145 stellt aufbereitete und gekühlte Luft an den Lufteinlassseiten der Schaltschränke über perforierte Bodenfliesen 160 bereit, die in einer ”Kalt”-Luftgasse des Datenzentrums angeordnet sind. Die aufbereitete und gekühlte Luft wird durch eine oder mehrere Luftkonditionierungseinheiten 150, die außerdem in dem Datenzentrum 100 angeordnet sind, an die Kammer 145 geliefert. Raumluft wird in jede Luftkonditionierungseinheit 150 in der Nähe ihres oberen Abschnitts aufgenommen. Diese Raumluft enthält teilweise abgegebene Luft von den ”Warm”-Luftgassen des Datenzentrums, die durch gegenüberliegende Luftauslassseiten 130 der Schaltschränke 110 definiert sind.
2 stellt eine Ausführungsform eines Aufbaus eines elektronischen Teilsystems 200 für einen luftgekühlten Schaltschrank wie die luftgekühlten Schaltschränke 110 von 1 dar. Das elektronische Teilsystem 200 enthält eine Vielzahl von wärmeerzeugenden elektronischen Komponenten 210, die durch einen Luftstrom 205 gekühlt werden, der durch eine Lufteinlassseite 210 eintritt und über eine Luftauslassseite 202 des elektronischen Teilsystems 200 austritt. Eine oder mehrere Luftbewegungseinheiten 220 ermöglichen einen Luftstrom 205 durch das elektronische Teilsystem 200. Im Betrieb tritt kühle Luft über die Lufteinlassseite 201 ein, wird durch die wärmeerzeugenden elektronischen Komponenten 210 des elektronischen Teilsystems 200 erwärmt und aus der Luftauslassseite 202 des elektronischen Systems 200 als erwärmte Abluft ausgelassen.
Infolge der ständig steigenden Luftstromanforderungen durch die Schaltschränke und Beschränkungen der Luftverteilung in der typischen Computer-Rauminstallation können in dem Raum Umwälzungsprobleme auftreten. Diese Umwälzung kann auftreten, da die konditionierte Luft, die durch die Bodenfliesen zugeführt wird, lediglich ein Bruchteil der Luftstromrate sein kann, die durch die in den Schaltschränken angeordneten Luftbewegungseinheiten durch die Schaltschränke gedrückt wird. Das kann z. B. eine Folge von Begrenzungen der Fliesenabmessungen (oder Strömungsraten des Luftverteilers) sein. Der verbleibende Anteil der Zufuhr von Luft der Einlassseite kann durch Umgebungsraumluft durch Umwälzung von einer Luftauslassseite einer Schaltschrank-Einheit zu einer Lufteinlassseite ergänzt werden. Diese Umwälzungsströmung hat häufig ein sehr komplexes Wesen und kann zu bedeutend höheren Schaltschrank-Einlasstemperaturen als erwartet führen.
Die Umwälzung von warmer Austrittsluft von der Warmgasse der Computerrauminstallation zu der Kaltgasse kann für die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit des Computersystems (der Computersysteme) oder des elektronischen Systems (der elektronischen Systeme) in den Schaltschränken nachteilig sein. Die Datenzentrum-Ausrüstung wurde typischerweise für einen Betrieb bei Schaltschrank-Lufteinlasstemperaturen im Bereich von 15 bis 32°C vorgesehen. Bei einem Doppelbodenaufbau wie in 1 dargestellt können die Temperaturen im Bereich von 15 bis 20°C am unteren Abschnitt des Schaltschranks in der Nähe der Kaltluftbodendurchlässe liegen, am oberen Abschnitt des Schaltschranks, wo warme Luft eine in sich geschlossene Umwälzungsschleife bilden kann, sind jedoch immerhin 32 bis 42°C möglich. Da die zulässige Wärmebelastung des Schaltschranks durch die Schaltschrank-Einlasslufttemperatur an dem ”warmen” Teil beschränkt ist, korreliert die Temperaturverteilung mit einer ineffizienten Nutzung der verfügbaren Luftkonditionierungskapazität. Computerinstallationsausrüstungen repräsentieren für den Kunden fast immer eine hohe Kapitalinvestition. Deswegen ist es vom Standpunkt der Produktzuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit und aus der Perspektive der Kundenzufriedenheit und des Geschäfts von bedeutender Wichtigkeit, eine im Wesentlichen gleichförmige Temperatur über der Lufteinlassseite der Schaltschrank-Einheit zu erreichen.
3 stellt eine Ausführungsform eines gekühlten elektronischen Systems dar, das allgemein mit 300 bezeichnet ist. In dieser Ausführungsform enthält das elektronische System 300 ein Schaltschrank 310 mit einer Einlasstür 320 und einer Auslasstür 330, die Öffnungen aufweisen, um den Einlass und Auslass von Außenluft durch die Lufteinlassseite bzw. die Luftauslassseite des Schaltschranks 310 zu ermöglichen. Das System enthält ferner wenigstens eine Luftbewegungseinheit 312 zum Bewegen von Außenluft über wenigstens ein elektronisches System oder Komponenten 314 hinweg, die in dem Schaltschrank positioniert sind. In der Auslasstür 330 ist ein Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher 340 angeordnet, über den sich der Einlass-Auslass-Luftstrom durch den Schaltschrank hinweg bewegt. Eine Kühlmittel-Verteilungseinheit 350 wird verwendet, um den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher von Anlagenkühlmittel in einer Anlagenkühlmittelschleife zu puffern. Der Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher 340 entnimmt Wärme aus dem abgegebenen Einlass-Auslass-Luftstrom durch den Schaltschrank über umlaufendes Systemkühlmittel in einer Systemkühlmittelschleife 345 für eine Rückgabe in der Kühlmittel-Verteilungseinheit 350 an Anlagenkühlmittel in einer Anlagenkühlmittelschleife 360, d. h. über einen Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher 352, der darin angeordnet ist. Diese Kühlvorrichtung vermindert vorteilhaft die Wärmebelastung bei vorhandenen Luftkonditionierungseinheiten in dem Datenzentrum und ermöglicht das Kühlen von Schaltschränken durch Kühlung der Luft, die von dem Schaltschrank eintritt und somit Kühlung von Luft, die zu seiner Lufteinlassseite umgewälzt wird.
Wie in 3 gezeigt verbindet eine Systemkühlmittelschleife 345 einen Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher 340 mit einer Kühlmittel-Verteilungseinheit 350. In einer Ausführungsform ist das verwendete Systemkühlmittel Wasser. Ein derartiges System ist beispielhaft in dem US-Patent Nr. 7 385 810 B2 mit dem Titel ”Apparatus and Method for Facilitating Cooling of an Electronics Rack Employing a Heat Exchange Assembly Mounted to an Outlet Door Cover of the Electronics Rack”, erteilt am 10. Juni 2008, beschrieben.
In einer Umsetzung sind die Einlass- und Auslasskammern des Luft/Flüssigkeit-Wärmetauschers in der Tür angebracht und mit Kühlmittel-Zufuhr- und Rückleitungsverteilern verbunden, die unter einem Doppelboden angeordnet sind. Alternativ können Zufuhr- und Rückleitungsverteiler des Systemkühlmittels oder Leitungen für die Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher über den Schaltschränken in dem Datenzentrum angebracht sein. Bei einer derartigen Ausführungsform tritt Systemkühlmittel in die entsprechenden Kühlmittel-Einlass- und Auslasskammern an der Oberseite der Schaltschrank-Tür ein und verlässt diese unter Verwendung von flexiblen Kühlmittel-Zufuhr- und Rückleitungsschläuchen, für die wenigstens teilweise Schlaufen vorgesehen sind und die so bemessen sind, dass sie das Öffnen und Schliefen der Schaltschrank-Tür (die den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher enthält) ermöglichen. Zusätzlich können Strukturen an den Enden der Schläuche vorgesehen sein, um Beanspruchungen an den Schlauchenden abzubauen, die sich aus dem Öffnen und Schließen der Tür ergeben.
4 ist eine Draufsicht einer Ausführungsform des Datenzentrums, die allgemein mit 400 bezeichnet ist. Das Datenzentrum 400 enthält eine Vielzahl von Reihen von Schaltschränken 310, von denen jedes eine Einlasstür 320 an der Lufteinlassseite und eine schwenkbare Auslasstür 330 an der Luftauslassseite enthält wie oben in Verbindung mit der Ausführungsform von 3 beschrieben. In dieser Ausführungsform trägt jede Auslasstür 330 einen Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher und Einlass- und Auslasskammern des Systemkühlmittels. Mehrere KühlmittelAufbereitungseinheiten 350, die im Folgenden als Pumpeinheiten bezeichnet werden, sind in dem Datenzentrum angeordnet (gemeinsam mit möglicherweise einer oder mehreren Luftaufbereitungseinheiten (nicht gezeigt)). Wie gezeigt bildet in einer Ausführungsform jede Pumpeinheit ein Verteilungsteilsystem des Systemkühlmittels mit einer Reihe von einer Vielzahl von Schaltschränken. Jede Pumpeinheit enthält einen Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher, in dem Wärme von einer Systemkühlmittelschleife an eine Anlagenkühlmittelschleife übertragen wird. Gekühltes Anlagenkühlmittel wie etwa Wasser wird die Anlagenkühlmittel-Zufuhrleitung 401 empfangen und über die Anlagenkühlmittel-Rückführungsleitung 402 zurückgeführt. Systemkühlmittel wie etwa Wasser wird über eine Systemkühlmittel-Zufuhrleitungsverteiler 410 bereitgestellt, der sich über die entsprechenden Reihe von Schaltschränken erstreckt, und wird über einen Kühlmittel-Rückleitungsverteiler 420, der sich ebenfalls über die entsprechenden Reihe von Schaltschränken erstreckt, zurückgeführt. In einer Ausführungsform sind die Kühlmittel-Zufuhr- und Rückleitungsverteiler 410, 420 mit dem Datenzentrum hart verlötet und so vorkonfiguriert, dass sie auf Abzweigleitungen, die sich zu entsprechenden Schaltschränken in einer entsprechenden Reihe von Schaltschränken erstrecken, ausgerichtet sind und diese enthalten.
Die 5 und 6 stellen eine Ausführungsform der Auslasstür 330, die den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher 340 trägt, und Einlass- und Auslasskammern 501, 601 des Systemkühlmittels dar. Unter gemeinsamer Bezugnahme auf diese beiden Figuren trägt der Auslasstürrahmen 331 eine starre Klappe 500, die z. B. durch Hartlöten oder Weichlöten an einer Platte 610 angebracht ist, die zwischen der Systemkühlmittel-Einlasskammer 501 und der Systemkühlmittel-Auslasskammer 601 befestigt ist.
In 5 ist eine rechtwinklige Biegung 510 gezeigt, die an der Oberseite der Systemkühlmittel-Einlasskammer 501 angeordnet ist. Die rechtwinklige Biegung definiert einen horizontalen Einlasskammerabschnitt, der sich über die Oberseite der Tür 330 erstreckt. Der Kühlmitteleinlass in die Systemkühlmittel-Einlasskammer 501 ist mit einer Verbindungskupplung 511 verbunden, um ihre Verbindung mit dem entsprechenden Zufuhrschlauch wie oben beschrieben zu ermöglichen. In dieser Ausführungsform weist der Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher eine Vielzahl von horizontal ausgerichteten Wärmetauschrohrabschnitten 520 auf. Diese Wärmetauschrohrabschnitte 520 weisen jeweils einen Kühlmittelkanal mit einem Einlass und einem Auslass auf, wobei jeder Kühlmittelkanal mit der Systemkühlmittel-Auslasskammer 601 verbunden ist. Eine Vielzahl von Rippen 530 sind an horizontal ausgerichteten Wärmetauschrohrabschnitten 520 angebracht, um eine Übertragung von Wärme von Luft, die sich über den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher hinweg bewegt, an Kühlmittel, das durch die Vielzahl von Wärmetauschrohrabschnitten 520 fließt, zu ermöglichen. In einer Ausführungsform ist die Vielzahl von Rippen vertikal ausgerichtet, wobei rechtwinklige Rippen an horizontal ausgerichteten Wärmetauschrohrabschnitten 520 angebracht sind.
Die 7A und 7B stellen beispielhaft eine Ausführungsform einer Schaltschrank-Tür 700 mit einer daran angebrachten Kühlvorrichtung dar, die wie im Folgenden erläutert gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung für eine Mehrfach-Schaltschrank-Baueinheit konfiguriert und bemessen sein kann. Diese Kühlvorrichtung enthält einen Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher 715, über den austretende Luft aus der Luftauslassseite des bzw. der (nicht gezeigten) Schaltschränke hinweg strömt. Wie dargestellt ist der Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher 715 in einer Luftstromöffnung in einem Türrahmen 710 angeordnet, der Längs einer ersten Kante 711 an dem (den) Schaltschränken vertikal angebracht ist. Die Kühlvorrichtung enthält eine Systemkühlmittel-Einlasskammer 720 und eine Systemkühlmittel-Auslasskammer 725, die sich (in einer Ausführungsform) vertikal in eine zweite Kante 712 der Wärmetauschertür 700 hinein und längs zu ihr erstrecken, Wie dargestellt befindet sich die zweite Kante 712 der Wärmetauschertür 700 gegenüberliegend zur ersten Kante 711, die am Schaltschrank schwenkbar befestigt ist. Somit sind in dieser Ausführungsform die Systemkühlmittel-Einlass- und Auslasskammern 720, 725 entfernt von der Kante der Wärmetauschertür 700 angeordnet, die an dem (den) Schaltschränken angebracht ist Das verringert vorteilhaft (bei einer oben liegenden Umsetzung von Zufuhr- und Rückleitungen) die Zugbelastung an den Systemkühlmittel-Zufuhr- und Rückführungsschläuchen während des Öffnens und Schließens der Tür, insbesondere dann, wenn die ersten Enden der Zufuhr- und Rückleitungsschläuche an der Oberseite der Schaltschrank-Tür parallel befestigt sind und sich zu der ersten Kante der Schaltschrank-Tür hin erstrecken. Wie dargestellt enthält die Systemkühlmittel-Einlasskammer 720 einen Kühlmitteleinlass 721, der eine Verbindungskupplung 722 aufweist, um eine fluiddichte Verbindung mit dem Systemkühlmittel-Zufuhrschlauch (nicht gezeigt) zu ermöglichen. In ähnlicher Weise enthält die Systemkühlmittel-Auslasskammer 725 einen Kühlmittelauslass 726 mit einer Verbindungskupplung 727, um eine fluiddichte Verbindung mit einem Systemkühlmittel-Rückführungsschlauch zu ermöglichen. In einer Ausführungsform sind diese Verbindungskupplungen Schnellverbindungskupplungen wie etwa die handelsüblich verfügbare Schnellverbindungskupplung, die durch Colder Products Company in St. Paul, Minnesota, U.S.A. oder Parker Hannifin, Cleveland, Ohio, U.S.A. angeboten wird, Die 7A und 7B veranschaulichen außerdem eine Ausführungsform einer Zugentlastungsstruktur 730, die an einer oberen Oberfläche 713 der Tür 700 angebracht ist. Die Zugentlastungsstruktur 730 enthält eine erste Öffnung 731 und eine zweite Öffnung 732, die jeweils so konfiguriert sind, dass sie den Systemkühlmittel-Zufuhrschlauch bzw. den Systemkühlmittel-Rückführungsschlauch aufnehmen.
8 stellt eine Ausführungsform des Schaltschranks 310 dar, das eine schwenkbare Auslasstür 700 mit einem daran angeordneten Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher 715 aufweist bzw. veranschaulicht oben liegende Systemkühlmittel-Zufuhr- und Rückleitungsverteilungen 800, 801. Wie gezeigt verbinden die Systemkühlmittel-Zufuhr- und Rückleitungsschläuche 810, 811 den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher 715 durch eine Fluidverbindung mit den Systemkühlmittel-Zufuhr- bzw. Rückleitungsverteilungen 800, 801. In einer Ausführungsform sind die Systemkühlmittel-Zufuhr- und Rückleitungsschläuche 810, 811 ausreichend bemessen, um eine translatorische und rotatorische Bewegung der Schläuche beim Öffnen und Schließen der Wärmetauschertür 700 zu ermöglichen. Auf Wunsch könnten Rückhalteschleifen vorgesehen sein, um eine Bewegung der Schläuche an mehreren Stellen auf der Oberseite des Schaltschranks zu begrenzen.
Dem Fachmann wird auffallen, dass die Ausführungsformen von Tür, Türrahmen und Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher, die in den 3 bis 8 gezeigt sind, lediglich beispielhaft dargestellt sind. Zum Beispiel kann eine Mehrfach-Schaltschrank-Baueinheit mit einem an einer Tür angebrachten Wärmetauscher wie im Folgenden beschrieben mit ähnlichen Kühlstrukturen wie jene, die oben in Verbindung mit den 3 bis 8 beschrieben wurden, oder in verschiedenen alternativen Ausführungsformen hiervon umgesetzt sein. Zum Beispiel könnte in einer alternativen Ausführungsform die Systemkühlmittel-Zufuhr- und Rückleitungsverteiler unter den Schaltschränken in einem Doppelboden des Datenzentrums angeordnet sein. Des Weiteren kann der bestimmte Aufbau des Luft/Flüssigkeit-Wärmetauschers variieren, ohne von dem einen oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung, die hier beschrieben sind, abzuweichen.
9A stellt eine alternative Ausführungsform, die allgemein mit dem Bezugszeichen 900 bezeichnet ist, eines Datenzentrums dar, das mehrere flüssigkeitsgekühlte Schaltschränke 901 aufweist, die in dem Datenzentrum in einer oder mehreren Reihen angeordnet sind. Wie bei der Ausführungsform des Datenzentrums von 1 können die flüssigkeitsgekühlten Schaltschränke in dem Datenzentrum 900 von 9A mehrere Hundert oder sogar mehrere Tausend Mikroprozessoren beherbergen. Die Schaltschränke sind in dieser Ausführungsform auf einem Doppelboden 140 angeordnet, der über der Basis oder dem Unterboden 165 des Raums beabstandet ist und der (in dieser Ausführungsform) eine oder mehrere Anlagenkühlmittelschleifen 904 beherbergt, die gekühltes Anlagenkühlmittel an Kühleinheiten bereitstellen, die in den flüssigkeitsgekühlten Schaltschränken 901 angeordnet sind, wie im Folgenden unter Bezugnahme auf die 9B bis 14 erläutert wird. Wie ebenfalls im Folgenden erläutert weisen in einer Ausführungsform flüssigkeitsgekühlte Schaltschränke 901 eine Lufteinlassseite 902 und eine Luftauslassseite 903 auf, die geschlitzte Türen aufweisen können, die das Einlassen bzw. Auslassen von Außenluft durch den Schaltschrank ermöglichen.
9B stellt eine Ausführungsform eines flüssigkeitsgekühlten Schaltschranks 901 dar, das eine Kühlvorrichtung verwendet, die in der hier beschriebenen Weise überwacht und betrieben wird. In einer Ausführungsform weist einen flüssigkeitsgekühlten Schaltschrank 901 eine Vielzahl von elektronischen Teilsystemen 910 auf, die (in einer Ausführungsform) Prozessor- oder Serverknoten aufweisen. Ein Hochleistungsregler 920 ist so gezeigt, dass er an einem oberen Abschnitt des flüssigkeitsgekühlten Schaltschranks 901 angeordnet ist, und zwei modulare Kühleinheiten (MCUs) 930 sind in einem unteren Abschnitt des flüssigkeitsgekühlten Schaltschranks angeordnet. In den hier beschriebenen Ausführungsformen wird wiederum lediglich als Beispiel angenommen, dass das Kühlmittel Wasser oder eine Lösung auf der Grundlage von Wasser ist.
Zusätzlich zu den MCUs 930 enthält die Kühlvorrichtung einen Systemwasser-Zufuhrverteiler 931, einen Systemwasser-Rückführungsverteiler 932 und Verteiler-Knoten-Fluidverbindungsschläuche 933, die den Systemwasser-Zufuhrverteiler 931 mit elektronischen Teilsystemen 910 verbinden, sowie Knoten Verteiler-Fluidverbindungsschläuche 934, die die einzelnen elektronischen Teilsysteme 910 mit dem Systemwasser-Rückführungsverteiler 932 verbinden. Jede MCU 930 steht über einen entsprechenden Systemwasser-Zufuhrschlauch 935 mit dem Systemwasser-Zufuhrverteiler 931 in einer Fluidverbindung, und jede MCU 930 steht über einen entsprechenden Systemwasser-Rückführungsschlauch 936 mit dem Systemwasser-Rückführungsverteiler 932 in einer Fluidverbindung.
Wie dargestellt wird eine Wärmelast der elektronischen Teilsysteme von dem Systemwasser an kühleres Anlagenwasser übertragen, das durch eine Anlagenwasser-Zufuhrleitung 940 und eine Anlagenwasser-Rückführungsleitung 941 geliefert wird, die in der dargestellten Ausführungsform in dem Raum zwischen einem angehobenen Boden 140 und einem Fundamentboden 165 angeordnet sind.
10 veranschaulicht schematisch den Betrieb der Kühlvorrichtung von 9B, wobei eine flüssigkeitsgekühlte Kaltplatte 1000 gezeigt ist, die mit einem elektronischen Modul 1001 eines elektronischen Teilsystems 910 in dem flüssigkeitsgekühlten Schaltschrank 901 verbunden ist. Wärme wird vom elektronischen Modul 1001 über das Systemkühlmittel abgeführt, das durch eine Pumpe 1020 durch die Kaltplatte 1000 in der Systemkühlmittelschleife umläuft, die durch einen Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher 1021 der modularen Kühleinheit 930, die Leitungen 1022, 1023 und die Kaltplatte 1000 definiert ist. Die Systemkühlmittelschleife und die modulare Kühleinheit 930 sind so gestaltet, dass sie Kühlmittel mit gesteuerter Temperatur und gesteuertem Druck sowie gesteuerter Zusammensetzung und Reinheit zum Kühlen des elektronischen Moduls (der elektronischen Module) bereitstellen. Das Systemkühlmittel ist darüber hinaus von dem in geringerem Umfang gesteuerten Anlagenkühlmittel in den Leitungen 940, 941, an die die Wärme schließlich übertragen wird, physisch getrennt.
11 stellt eine genauere Ausführungsform einer modularen Kühleinheit 930 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung dar. Wie in 11 gezeigt enthält die modulare Kühleinheit 930 eine erste Kühlschleife, in der gekühltes Anlagenkühlmittel des Gebäudes zugeführt wird 1110 und sich durch ein Steuerventil 1120, das durch einen Motor 1125 angetrieben wird, hindurch bewegt. Das Ventil 1120 bestimmt eine Menge des Anlagenkühlmittels, die durch den Wärmetauscher 1021 hindurch geleitet wird, wobei ein Teil des Anlagenkühlmittels möglicherweise direkt durch eine Bypass-Öffnung 1135 zurückgeleitet wird. Die modulare Wasserkühleinheit enthält ferner eine zweite Kühlschleife mit einem Vorratsbehälter 1140, von dem Systemkühlmittel entweder durch die Pumpe 1150 oder die Pumpe 1151 in den Wärmetauscher 1021 gepumpt wird, um es aufzubereiten und als gekühltes Systemkühlmittel an den zu kühlenden Schaltschrank auszugeben. Das gekühlte Systemkühlmittel wird über den Systemwasser-Zufuhrschlauch 935 bzw. den Systemwasser-Rückleitungsschlauch 936 dem Systemwasser-Zufuhrverteiler und dem Systemwasser-Rückleitungsverteiler des flüssigkeitsgekühlten Schaltschranks zugeführt.
12 stellt eine Ausführungsform einer Anordnung von Komponenten eines elektronischen Teilsystems 1213 dar, wobei eine oder mehrere Luftbewegungseinheiten 1211 einen erzwungenen Luftstrom 1215 zum Kühlen mehrerer Komponenten 1212 in dem elektronischen Teilsystem 1213 bereitstellen. Kalte Luft wird durch eine Vorderseite 1231 aufgenommen und aus einer Rückseite 1233 des Einschubs abgegeben. Zu den mehreren zu kühlenden Komponenten gehören mehrere Prozessormodule, mit denen flüssigkeitsgekühlte Kaltplatten 1220 (eines flüssigkeitsbasierten Kühlsystems) verbunden sind, sowie mehrere Arrays von Speichermodulen 1230 (z. B. Dual-Inline-Speichermodule (DIMMs)) und mehrere Reihen von Speicherunterstützungsmodulen 1232 (z. B. DIMM-Steuermodule), mit denen luftgekühlte Kühlkörper verbunden sind. In der dargestellten Ausführungsform sind die Speichermodule 1230 und die Speicherträgermodule 1232 teilweise nahe der Vorderseite 1231 des elektronischen Teilsystems 910 als Array angeordnet und teilweise nahe der Rückseite 1233 des elektronischen Teilsystems 910 als Array angeordnet. In der Ausführungsform von 12 werden die Speichermodule 1230 und die Speicherträgermodule 1232 außerdem durch einen Luftstrom 1215 über das elektronische Teilsystem hinweg gekühlt.
Das dargestellte flüssigkeitsbasierte Kühlsystem enthält ferner mehrere Kühlmittel führende Rohre, die mit flüssigkeitsgekühlten Kaltplatten 1220 verbunden sind und in einer Fluidverbindung stehen. Die Kühlmittel führenden Rohre weisen Gruppen von Kühlmittel führenden Rohren auf, wobei jede Gruppe (z. B.) ein Kühlmittelzufuhrrohr 1240, ein Brückenrohr 1241 und ein Kühlmittelrückleitungsrohr 1242 enthält. In diesem Beispiel stellt jede Gruppe von Rohren flüssiges Kühlmittel an ein in Reihe geschaltetes Paar von Kaltplatten 1220 (die mit einem Paar Prozessormodulen verbunden sind) bereit. Kühlmittel fließt in eine erste Kaltplatte jedes Paars über das Kühlmittelzufuhrrohr 1240 und von der ersten Kaltplatte zu einer zweiten Kaltplatte des Paars über das Brockenrohr oder die Leitung 1241, die möglicherweise thermisch leitfähig ist. Von der zweiten Kaltplatte des Paars wird das Kühlmittel durch das entsprechende Kühlmittelrückleitungsrohr 1242 zurückgeleitet.
13 stellt einen alternativen Aufbau eines Elektronik-Einschubs genauer dar, der acht Prozessormodule aufweist, die jeweils eine entsprechende flüssigkeitsgekühlte Kaltplatte eines damit verbundenen flüssigkeitsbasierten Kühlsystems aufweisen. Das flüssigkeitsbasierte Kühlsystem ist so gezeigt, dass es ferner zugehörige Kühlmittel führende Rohre enthält, um den Durchgang von flüssigem Kühlmittel durch die flüssigkeitsgekühlten Kaltplatten und eine Verteiler-Unterbaueinheit zu ermöglichen, um die Verteilung von flüssigem Kühlmittel zu und die Rückleitung von flüssigem Kühlmittel von den flüssigkeitsgekühlten Kaltplatten zu ermöglichen. Als spezifisches Beispiel ist das flüssige Kühlmittel, das durch das flüssigkeitsbasierte Kühlteilsystem geleitet wird, gekühltes Wasser.
Wie angemerkt wird Luft bei der Aufgabe zum Abführen von Wärme von wärmeerzeugenden elektronischen Komponenten eines elektronischen Systems durch verschiedene flüssige Kühlmittel erheblich übertroffen, und deswegen halten sie die Komponenten für eine verbesserte Zuverlässigkeit und eine Spitzen-Leistungsfähigkeit wirksamer auf einer gewünschten Temperatur. Wenn flüssigkeitsbasierte Kühlsysteme entwickelt und eingesetzt werden, ist es vorteilhaft, Systeme für ein Maximum an Zuverlässigkeit und möglichst für ein Minimum von Leckstellen zu gestalten, während alle anderen mechanischen, elektrischen und chemischen Anforderung einer vorgegebenen Umsetzung eines elektronischen Systems eingehalten werden. Diese robusteren Kühlsysteme weisen bei ihrer Montage und Umsetzung einmalige Probleme auf. Eine Montagelösung besteht z. B. darin, mehrere Fittings in dem elektronischen System zu nutzen und flexible Kunststoff- oder Gummirohre zu verwenden, um Verteiler, Kaltplatten, Pumpen und andere Komponenten zu verbinden. Eine derartige Lösung erfüllt gegebenenfalls jedoch nicht die vorgegebenen Kundenspezifikationen und die notwendige Zuverlässigkeit.
Deswegen wird hier in einem Aspekt (und lediglich beispielhaft) ein robustes und zuverlässiges flüssigkeitsbasiertes Kühlsystem präsentiert, das als eine monolithische Struktur zum Positionieren in einem bestimmten Elektronik-Einschub vorkonfiguriert und vorgefertigt ist.
13 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines elektronischen Einschubs und eines monolithischen Kühlsystems gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Die dargestellte ebene Server-Baueinheit enthält eine gedruckte Mehrlagen-Leiterplatte, mit der Speicher-DIMM-Sockel und verschiedene elektronische Komponenten, die gekühlt werden sollen, sowohl physisch als auch elektrisch verbunden sind. In dem dargestellten Kühlsystem ist ein Zufuhrverteiler vorgesehen, um flüssiges Kühlmittel von einem einzigen Einlass zu mehreren parallelen Kühlmittelströmungswegen zu verteilen, und ein Rückleitungsverteiler sammelt abgegebenes Kühlmittel von den mehreren parallelen Kühlmittelströmungswegen in einen einzigen Auslass. Jeder parallele Kühlmittelströmungsweg enthält eine oder mehrere Kaltplatten in einer seriellen Flussanordnung, um eine oder mehrere elektronische Komponenten zu kühlen, mit denen die Kaltplatten mechanisch und elektrisch verbunden sind. Die Anzahl von parallelen Wegen und die Anzahl von in Reihe verbundenen flüssigkeitsgekühlten Kaltplatten hängen z. B. von der gewünschten Temperatur der Einheit, der Temperatur des verfügbaren Kühlmittels und der Kühlmittel-Strömungsrate sowie von der Gesamtwärmelast ab, die von jeder elektronischen Komponente abgeführt wird.
13 stellt insbesondere ein teilweise montiertes elektronisches System 1313 und ein montiertes flüssigkeitsbasiertes Kühlsystem 1315 dar, das mit zu kühlenden primären wärmeerzeugenden Komponenten (zu denen z. B. Prozessorchips gehören) verbunden ist. In dieser Ausführungsform ist das elektronische System für einen (oder als ein) elektronischen Einschub oder ein Teilsystem eines Schaltschranks konfiguriert und enthält beispielhaft ein Trägersubstrat oder eine ebene Platte 1305, eine Vielzahl von Speichermodulsockeln 1310 (wobei die Speichermodule (z. B. Dual-Inline-Speichermodule) nicht gezeigt sind), mehrere Reihen von Speicherträgermodulen 1332 (wobei jedes mit einem luftgekühlten Kühlkörper 1334 verbunden ist) und mehrere Prozessormodule (nicht gezeigt), die unter den flüssigkeitsgekühlten Kaltplatten 1320 des flüssigkeitsbasierten Kühlsystems 1315 angeordnet sind.
Zusätzlich zu flüssigkeitsgekühlten Kaltplatten 1320 enthält das flüssigkeitsbasierte Kühlsystem 1315 mehrere Kühlmittel führende Rohre mit Kühlmittelzufuhrrohren 1340 und Kühlmittelrückleitungsrohren 1342 in einer Fluidverbindung mit entsprechenden flüssigkeitsgekühlten Kaltplatten 1320. Die Kühlmittel führenden Rohre 1340, 1342 sind außerdem mit einer Verteiler-(oder Sammelrohr-)Unterbaueinheit 1350 verbunden, die eine Verteilung von flüssigem Kühlmittel zu den Kühlmittelzufuhrrohren und eine Rückleitung von flüssigem Kühlmittel von den Kühlmittelrückleitungsrohren ermöglicht. In dieser Ausführungsform weisen die luftgekühlten Kühlkörper 1334, die näher an der Vorderseite 1331 des elektronischen Einschubs 1313 mit den Speicherträgermodulen 1332 verbunden sind, eine geringere Höhe auf als die luftgekühlten Kühlkörper 1334', die näher an der Rückseite 1333 des elektronischen Einschubs 1313 mit den Speicherträgermodulen 1332 verbunden sind. Dieser Größenunterschied dient zum Aufnehmen der Kühlmittel führenden Rohre 1340, 1342, da sich in dieser Ausführungsform die Verteiler-Unterbaueinheit 1350 an der Vorderseite 1331 des elektronischen Einschubs befindet und die mehreren flüssigkeitsgekühlten Kaltplatten 1320 sich in der Mitte des Einschubs befinden.
Das flüssigkeitsbasierte Kühlsystem 1315 weist (in dieser Ausführungsform) eine vorkonfigurierte monolithische Struktur auf, die mehrere (vormontierte) flüssigkeitsgekühlte Kaltplatten 1320 enthält, die in einer beabstandeten Beziehung konfiguriert und angeordnet sind, um an entsprechenden wärmeerzeugenden elektronischen Komponenten in Eingriff zu gelangen. Jede flüssigkeitsgekühlte Kaltplatte 1320 enthält in dieser Ausführungsform einen Einlass für flüssiges Kühlmittel und einen Auslass für flüssiges Kühlmittel sowie eine Befestigungs-Unterbaueinheit (d. h. eine Kaltplatten/Lastarm-Baueinheit). Jede Befestigungs-Unterbaueinheit wird verwendet, um ihre entsprechenden flüssigkeitsgekühlte Kaltplatte 1320 mit der zugehörigen elektronischen Komponente zu verbinden, um die Baueinheiten aus Kaltplatte und elektronischer Komponente zu bilden. Ausrichtungsöffnungen (d. h. Durchgangslöcher) sind an den Seiten der Kaltplatte vorgesehen, um Führungsdorne oder Positionierungsstifte während des Montagevorgangs aufzunehmen. Außerdem sind Verbinder (oder Führungsstifte) in der Befestigungs-Unterbaueinheit enthalten, die eine Verwendung der Befestigungs-Baueinheit zu ermöglichen.
Wie in 13 gezeigt enthält die Verteiler-Unterbaueinheit 1350 zwei Flüssigkeits-Sammelrohre, d. h. einen Kühlmittelzufuhrverteiler 1352 und einen Kühlmittelrückleitungsverteiler 1354, die in einer Ausführungsform über Halteklammern miteinander verbunden sind. In der monolithischen Kühlstruktur von 13 ist der Kühlmittelzufuhrverteiler 1352 mit dem jeweiligen Kühlmittelzufuhrrohr 1340 metallurgisch verbunden und steht mit ihm in einer Fluidverbindung, während der Kühlmittelrückleitungsverteiler 1354 mit dem jeweiligen Kühlmittelrückleitungsrohr 1342 metallurgisch verbunden ist und mit ihm in einer Fluidverbindung steht. Ein einziger Kühlmitteleinlass 1351 und ein einziger Kühlmittelauslass 1353 erstrecken sich von der Verteiler-Unterbaueinheit zum Verbinden mit den (nicht gezeigten) Kühlmittelzufuhr- und Rückleitungsverteilern des Schaltschranks.
13 stellt außerdem eine Ausführungsform der vorkonfigurierten Kühlmittel führenden Rohre dar. Zusätzlich zu den Kühlmittelzufuhrrohren 1340 und Kühlmittelrückleitungsrohren 1342 sind Brückenrohre oder Leitungen 1341 vorgesehen, um z. B. einen Auslass für flüssiges Kühlmittel einer flüssigkeitsgekühlten Kaltplatte mit dem Einlass für flüssiges Kühlmittel einer anderen flüssigkeitsgekühlten Kaltplatte zu verbinden, um die Fluidströmung von Kaltplatten in Reihe zu schalten, wobei das Paar von Kaltplatten flüssiges Kühlmittel über entsprechende Gruppen von Kühlmittelzufuhr- und Rückleitungsrohren empfangen und zurückleiten kann. In einer Ausführungsform sind die Kühlmittelzufuhrrohre 1340, die Brückenrohre 1341 und die Kühlmittelrückleitungsrohre 1342 jeweils vorkonfigurierte halbstarre Rohre, die aus einem wärmeleitenden Werkstoff wie etwa Kupfer oder Aluminium gebildet sind, und die Rohre werden jeweils fluiddicht mit der Verteiler-Unterbaueinheit und/oder den flüssigkeitsgekühlten Kaltplatten durch Hartlöten, Weichlöten oder Schweißen verbunden. Die Rohre sind für ein bestimmtes elektronisches System vorkonfiguriert, um die Installation der monolithischen Struktur an dem elektronischen System eingreifend zu ermöglichen.
Eine Flüssigkeitskühlung von wärmeerzeugenden elektronischen Komponenten in einem Schaltschrank kann das Abführen von Wärme, die durch diese Komponenten erzeugt wird, stark vereinfachen. In bestimmten Hochleistungssystemen kann jedoch die Wärme, die durch bestimmte flüssigkeitsgekühlte Komponenten wie z. B. Prozessoren erzeugt wird, die Fähigkeit des Flüssigkeits-Kühlsystems Wärme abzuführen, übersteigen. Ein vollständig konfigurierter flüssigkeitsgekühlter Schaltschrank kann wie hier beschrieben z. B. näherungsweise 72 kW Wärme erzeugen. Die Hälfte dieser Wärme kann durch flüssige Kühlmittel unter Verwendung von flüssigkeitsgekühlter Kaltplatten wie oben beschrieben abgeführt werden. Die andere Hälfte der Wärme kann durch Speicher, Stromversorgungen usw. erzeugt werden, die luftgekühlt sind. Bei der Dichte, mit der Schaltschränke auf dem Boden von Datenzentren platziert werden, werden vorhandene Klimatisierungsgeräte mit einer derartig hohen Luft-Wärmelast von den Schaltschränken belastet. Deswegen besteht eine hier präsentierte Lösung darin, einen Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher z. B. an der Luftauslassseite des Schaltschranks zu installieren, um Wärme aus der Luft, die aus dem Schaltschrank austritt, abzuführen. Diese Lösung wird in Kombination mit der flüssigkeitsgekühlten Kaltplatte präsentiert, die bestimmte primäre wärmeerzeugende Komponenten in dem Schaltschrank kühlt. Um die erforderliche Menge von Kühlmittel bereitzustellen, werden (in einer Ausführungsform) zwei MCUs dem Schaltschrank zugeordnet und Systemkühlmittel wird von jeder MCU zu dem Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher parallel zu dem Strom von Systemkühlmittel zu den flüssigkeitsgekühlten Kaltplatten geleitet, die in dem einen oder den mehreren elektronischen Teilsystemen des Schaltschranks angeordnet sind.
Außerdem können für ein System mit hoher Verfügbarkeit Techniken bereitgestellt werden, um den Betrieb einer modularen Kühleinheit trotz des Ausfalls der anderen modularen Kühleinheit eines Schaltschranks aufrechtzuerhalten. Das ermöglicht eine ständige Bereitstellung von Systemkühlmittel an das eine oder die mehreren elektronischen Teilsysteme des Schaltschranks, das flüssigkeitsgekühlt ist. Um eine Flüssigkeitskühlung der primären wärmeerzeugenden elektronischen Komponenten in dem Schaltschrank zu ermöglichen, können in einer Ausführungsform ein oder mehrere Trennventile beim Erkennen des Ausfalls einer MCU oder der beiden MCUs verwendet werden, um den Kühlmittelstrom zu dem Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher abzuschalten und dadurch Kühlmittel für die Direktkühlung der elektronischen Teilsysteme zu sparen.
14 veranschaulicht eine Ausführungsform eines flüssigkeitsgekühlten Schaltschranks 1400, das eine Vielzahl von wärmeerzeugenden elektronischen Teilsystemen 1410 enthält, die unter Verwendung einer Kühlvorrichtung, die wenigstens zwei mit MCU1 bzw. MCU2 bezeichnete modulare Kühleinheiten (MCUs) 1420, 1430 aufweist, flüssigkeitsgekühlt werden. Die MCUs sind so konfiguriert und geschaltet, dass sie Systemkühlmittel parallel an die Vielzahl von wärmeerzeugenden elektronischen Teilsystemen bereitstellen, um ihre Flüssigkeitskühlung zu ermöglichen. Jede MCU 1420, 1430 enthält einen Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher 1421, 1431, der mit einer ersten Kühlmittelschleife 1422, 1432 bzw. einer zweiten Kühlmittelschleife 1423, 1433 verbunden ist. Die ersten Kühlmittelschleifen 1422, 1432 sind so verbunden, dass sie gekühltes Kühlmittel wie etwa Anlagenkühlmittel (z. B.) über eine Anlagenkühlmittel-Zufuhrleitung und eine Anlagenkühlmittel-Rückführungsleitung der Anlagenkühlmittelschleife 1404 empfangen. Jede erste Kühlmittelschleife 1422, 1432 leitet wenigstens einen Teil des darin strömenden gekühlten Kühlmittels durch den entsprechenden Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher 1421, 1431. Jede zweite Kühlmittelschleife 1423, 1433 stellt gekühltes Systemkühlmittel an die Vielzahl von wärmeerzeugenden elektronischen Teilsystemen 1410 des Schaltschranks 1400 bereit und gibt Wärme von der Vielzahl von wärmeerzeugenden elektronischen Teilsystemen 1410 über den entsprechenden Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher 1421, 1431 an das gekühlte Kühlmittel in der ersten Kühlmittelschleife 1422, 1432 ab.
Die zweiten Kühlmittelschleifen 1423, 1433 enthalten entsprechende Kühlmittelzufuhrleitungen 1424, 1434, die gekühltes Systemkühlmittel von den Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauschern 1421, 1431 einem Systemkühlmittel-Zufuhrverteiler 1440 zuführen. Der Systemkühlmittel-Zufuhrverteiler 1440 ist über flexible Zufuhrschläuche 1441 mit der Vielzahl von wärmeerzeugenden elektronischen Teilsystemen 1410 des Schaltschranks 1400 (z. B. unter Verwendung von Schnellverbindungskupplungen, die mit entsprechenden Anschlüssen des Systemkühlmittel-Zufuhrverteilers verbunden sind) verbunden. In ähnlicher Weise enthalten zweite Kühlmittelschleifen 1423, 1433 Systemkühlmittel-Rückführungsleitungen 1425, 1435, die einen Systemkühlmittel-Rückführungsverteiler 1450 mit entsprechenden Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauschern 1421, 1431 verbinden. Systemkühlmittel wird von der Vielzahl von wärmeerzeugenden elektronischen Teilsystemen 1410 über flexible Rückleitungsschläuche 1451, die die wärmeerzeugenden elektronischen Teilsysteme mit einem Systemkühlmittel-Rückführungsverteiler 1450 verbinden, abgegeben. In einer Ausführungsform können die Rückführungsschläuche mit entsprechenden Anschlüssen des Systemkühlmittel-Rückführungsverteilers über Schnellkupplungen verbinden. Ferner enthält in einer Ausführungsform die Vielzahl von wärmeerzeugenden elektronischen Teilsystemen jeweils ein entsprechendes flüssigkeitsbasiertes Kühlteilsystem wie oben in Verbindung mit den 9B bis 13 beschrieben, das mit flexiblen Zufuhrschläuchen 1441 und flexiblen Rückleitungsschläuchen 1451 verbunden ist, um eine Flüssigkeitskühlung von einem oder mehreren wärmeerzeugenden elektronischen Komponenten, die in dem elektronischen Teilsystem angeordnet sind, zu ermöglichen.
Zusätzlich zum parallelen Zuführen und Abführen von Systemkühlmittel zu bzw. von der Vielzahl von wärmeerzeugenden elektronischen Teilsystemen des Schaltschranks stellen die MCUs 1420, 1430 außerdem Systemkühlmittel an einen Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher 1460 bereit, der z. B. zum Kühlen von Luft, die sich durch den Schaltschrank von seiner Lufteinlassseite zu seiner Luftauslassseite hindurch bewegt, angeordnet ist. Der Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher 1460 ist beispielsweise ein Wärmetauscher der hinteren Tür, der an der Luftauslassseite des Schaltschranks 1400 angeordnet ist. In einem Beispiel ist der Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher 1460 ferner so dimensioniert, dass er im Wesentlichen die gesamte Luft, die vom Schaltschrank 1400 austritt, kühlt und dadurch Klimatisierungsanforderung für ein Datenzentrum, das den Schaltschrank enthält, vermindert. In einem Beispiel kann eine Vielzahl von Schaltschränken in dem Datenzentrum von 9A jeweils mit einer Kühlvorrichtung wie hier beschrieben und in 14 dargestellt versehen sein.
In der Ausführungsform von 14 fließt Systemkühlmittel über eine Kühlmittelzufuhrleitung 1461, die den Systemkühlmittel-Zufuhrverteiler 1440 mit dem Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher 1460 verbindet, und eine Kühlmittelrückführungsleitung 1462, die den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher mit dem Systemkühlmittel-Rückführungsverteiler 1450 verbindet, zu und von einem Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher 1460. Schnellverbindungskupplungen können am Einlass und Auslass des Luft/Flüssigkeit-Wärmetauschers 1460 und/oder an entsprechenden Anschlüssen an den Systemkühlmittel-Zufuhr- und Rückführungsverteilern verwendet werden, um die Verbindung von Kühlmittelzufuhr- und Rückführungsleitungen 15462, 1462 zu vereinfachen. In einer Ausführungsform wird angenommen, dass eine MCU der beiden dargestellten MCUs nicht so dimensioniert werden kann, dass sie innerhalb geforderter Entwurfsparameter als eine primäre MCU (wobei die andere MCU eine Backup-MCU ist) funktioniert, um die gesamte Wärmelast sowohl aus der Vielzahl von wärmeerzeugenden elektronischen Teilsystemen als auch von dem Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher abzuführen.
Deswegen wird angenommen, dass im normalen Betrieb die beiden MCUs 1420, 1430 parallel arbeiten. Das sichert außerdem eine Maßnahme zur Redundanz für das Kühlungssystem.
Wie gezeigt enthält das Kühlsystem ferner eine System-Steuereinheit 1470 und eine MCU-Steuerung 1 1480 und eine MCU-Steuerung 2 1480, die zusammenwirken, um die Systemkühlmitteltemperatur jeder MCU zu überwachen und um den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher 1460 beim Erkennen des Ausfalls einer MCU automatisch zu trennen (sowie ein Abschalten einer ausgefallenen MCU sicherzustellen), um die Kühlkapazität des Systemkühlmittels, die durch die verbleibende betriebsfähige MCU für die elektronischen Teilsysteme des Schaltschranks gewährleistet wird, nicht zu verschlechtern. In einer Ausführungsform sind die MCU-Steuerung 1 und die MCU-Steuerung 2 Steuerkarten, die jeweils einer entsprechenden MCU zugehörig sind.
Wie gezeigt ist die System-Steuereinheit 1470 sowohl mit der MCU-Steuerung 1 als auch mit der MCU-Steuerung 2 verbunden. Die MCU-Steuerung 1 1480 ist mit einem Temperatursensor T1 1481 verbunden, der so angeordnet ist, dass er die Systemkühlmitteltemperatur in der System kühlmittelzufuhrleitung 1424 z. B. nahe am Kühlmittelauslass des Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauschers 1421 in der MCU 1 1420 erfasst. Außerdem ist die MCU-Steuerung 1 1480 mit einem magnetbetätigten Trennventil S1 1482 verbunden, das in der dargestellten Ausführungsform in der Kühlmittelzufuhrleitung 1461 angeordnet ist, die durch eine Fluidverbindung den Systemkühlmittelverteiler 1440 mit dem Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher 1460 verbindet. Die MCU-Steuerung 2 1490 ist in ähnlicher Weise mit der MCU 2 sowie mit einem zweiten Temperatursensor T2 1491 verbunden, der so angeordnet ist, dass er die Systemkühlmitteltemperatur in der Systemkühlmittelzufuhrleitung 1434 erfasst, sowie mit einem zweiten Trennventil S2 1492 verbunden, das in dem dargestellten Beispiel mit der Kühlmittelrückführungsleitung 1462 verbunden ist, die den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher 1460 mit dem Systemkühlmittelrückführungsverteiler 1450 verbindet.
Es wird außerdem angemerkt, dass die MCUs in dem Beispiel von 14 betrieben werden, um Wärme, die durch das umlaufende Systemkühlmittel abgeführt wird, an das gekühlte Anlagenkühlmittel zu übertragen. Es wird außerdem angemerkt, dass die Systemkühlmittelströmung zu den elektronischen Teilsystemen und dem Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher parallel erfolgt. Diese Strömungsanordnung stellt vorteilhaft Kühlmittel mit der niedrigsten Temperatur an alle Kühlkomponenten in dem System bereit. Das wiederum ergibt die niedrigsten möglichen Temperaturen der elektronischen Komponenten in den elektronischen Teilsystemen sowie eine maximale Wärmemenge, die aus der Luft, die durch den Schaltschrank strömt, durch den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher abgeführt wird, um z. B. zu ermöglichen, dass eine wesentliche Wärmemenge abgeführt wird, bevor die Luft an die Computerraumumgebung zurückgeführt wird.
15 ist eine Übersichts-Darstellung einer Ausführungsform der Wärmeübertragung durch ein Datenzentrum-Kühlsystem, das in der hier beschriebenen Weise flüssigkeitsgekühlte Schaltschränke aufweist. In dieser Ausführungsform wird Wärme von einem oder mehreren Schaltschränken in einem Datenzentrum 1500 an einen Anlagenbereich 1510 und schließlich an einen Bereich 1520 in der Umgebung des Anlagenbereichs und des Datenzentrums übertragen. Insbesondere sind eine oder mehrere Kühleinheiten wie etwa modulare Kühleinheiten (MCUs) 1501, wobei jede einen Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher aufweist, der eine Übertragung von Wärme vom Systemkühlmittel, das durch die zugehörigen flüssigkeitsgekühlten Schaltschränke fließt, an eine Anlagenkühlmittelschleife 1511 ermöglicht, (in dieser Ausführungsform) angeordnet, um Wärme zwischen der MCU 1501 und einer Kühleinrichtung 1512 zu übertragen. Eine Kühlmittelpumpe 1513 pumpt Anlagenkühlmittel durch eine Anlagenkühlmittelschleife 1511, um eine Übertragung von Wärme von dem Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher in der MCU 1501 an einen Verdampfer 1514 in der Kühleinrichtung 1512 zu ermöglichen. Der Verdampfer 1514 entnimmt Wärme aus dem Anlagenkühlmittel, das durch die Anlagenkühlmittelschleife 1511 fließt, und überträgt die Wärme an ein Kältemittel, das durch eine Kältemittelschleife 1515 fließt. Die Kältemittelschleife 1515 steht in Fluidverbindung mit dem Verdampfer 1514, einem Kompressor 1516, einem Verflüssiger 1517 und einem Expansionsventil 1518.
Die Kühleinrichtung 1512 setzt in einer Ausführungsform einen herkömmlichen Dampf-Kompressions-Kältezyklus um. Der Verdampfer 1517 führt z. B. Wärme an eine Verdampfer-Wasserschleife 1521 ab, die zwischen dem Kältekühler 1512 und einem Kühlturm 1522, der z. B. in der Umgebung 1520 des Anlagenbereichs 1510 und des Datenzentrums 1500 positioniert ist, angeordnet ist. Erwärmtes Wasser wird in dem Kühlturm 1522 durch Verdampfen gekühlt und das gekühlte Wasser wird über eine Wasserpumpe 1523 durch den Verdampfer 1517 des Kältekühlers 1512 zirkuliert.
Somit überträgt das Gesamtkühlsystem Wärme von der IT-Ausrüstung, d. h. von dem Schaltschrank an die Außenumgebungsluft. Durch Verlagerung in der Richtung des Wärmestroms wird Wärme, die in dem Schaltschrank erzeugt wird, über die eine oder mehreren modularen Kühleinheiten an die Anlagenkühlmittelschleife übertragen. Die Anlagenkühlmittelschleife befördert die Wärme zu einem Kältekühler, wobei die Wärme in den Kältekühler an seinem Verdampfer übernommen wird und an seinem Verflüssiger an eine Verflüssigerwasserschleife zurückgegeben wird. Das Verflüssigerwasser läuft zur Umgebung der Anlage zu beispielsweise einem oder mehreren Kühltürmen, die die Wärme an die Außenumgebungsluft übertragen.
16 stellt eine weitere Ausführungsform eines Datenzentrums dar, das allgemein mit 1600 bezeichnet ist, gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung. Das Datenzentrum 1600 weist beispielhaft eine Ausführungsform eines heterogenen Datenzentrums mit einer Vielzahl von flüssigkeitsgekühlten Schaltschränken 901 und einer Vielzahl von luftgekühlten Schaltschränken 110 auf, die so gezeigt sind, dass sie in Reihen des Datenzentrums 1600 unregelmäßig verteilt sind. Flüssigkeitsgekühlte Schaltschränke 901 weisen Lufteinlassseiten 902 und Luftauslassseiten 903 auf, und luftgekühlte Schaltschränke 110 enthalten Lufteinlassseiten 120 und Luftauslassseiten 130, wobei die entsprechenden Lufteinlassseiten 902, 120 der flüssigkeitsgekühlten Schaltschränke 901 und der luftgekühlten Schaltschränke 110 in einer Reihe angeordnet sind, die so ausgerichtet ist, dass sie eine Kaltluftgasse des Datenzentrums 1600 bildet. Die Zufuhrluftkammer 145 stellt aufbereitete und gekühlte Luft an die Lufteinlassseiten der Schaltschränke durch perforierte Bodenfliesen 160 bereit, die in der Kaltluftgasse des Datenzentrums angeordnet sind. Die Zufuhrluftkammer 145 ist zwischen dem angehobenen Boden 140 und dem Fundamentboden (oder Unterboden) 165 des Raums definiert, und die aufbereitete und gekühlte Luft wird durch eine oder mehrere Luftaufbereitungseinheiten 150, die ebenfalls in dem Datenzentrum 1600 angeordnet sind, der Kammer 145 zugeführt. Raumluft wird in jede Luftaufbereitungseinheit 150 in der Nähe ihres oberen Abschnitts aufgenommen. Diese Raumluft enthält (teilweise) abgegebene Luft aus den ”Warm”-Luftgassen des Datenzentrums, die wenigstens teilweise z. B. durch die Luftauslassseiten 903, 130 der flüssigkeitsgekühlten Schaltschränke 901 und der luftgekühlten Schaltschränke 110 definiert sind. Wie oben erläutert enthalten flüssigkeitsgekühlte Schaltschränke jeweils eine Kühlvorrichtung, die eine oder mehrere Kühleinheiten aufweisen, wobei jede einen Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher aufweist, der in Fluidverbindung steht, um über eine entsprechende Anlagenkühlmittelschleife 904 gekühltes Anlagenkühlmittel zu empfangen. Die eine oder die mehreren Anlagenkühlmittelschleifen können mit einer Anlagenkühleinheit (nicht gezeigt) des Datenzentrums 1600 verbunden sein.
Ein Nachteil der in 16 dargestellten Konfiguration des Datenzentrums besteht in den Kapitalkosten und dem Energieverbrauch, die anfallen, um Luftaufbereitungseinheiten 150 in das Datenzentrum aufzunehmen, um die Luftkühlungsanforderungen der luftgekühlten Schaltschränke 110 zu bewältigen. Die 17 bis 19C stellen eine alternative Ausführungsform des Datenzentrums dar, die sich diesem Nachteil widmet, indem Mehrfach-Schaltschrank-Baueinheiten bereitgestellt werden, die gemischte oder heterogene Schaltschrank-Konfigurationen zulassen, d. h. flüssigkeitsgekühlte Schaltschränke und luftgekühlte Schaltschränke, die in einem gemeinsamen Datenzentrum aufgenommen und ohne die Verwendung einer separaten zweckbestimmten Computerraum-Luftaufbereitungseinheit gekühlt werden.
17 stellt eine Ausführungsform eines Datenzentrums 1700 dar, das eine Vielzahl von Mehrfach-Schaltschrank-Baueinheiten 1701, 1702 gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung aufweist. In dieser Ausführungsform weist die Mehrfach-Schaltschrank-Baueinheit 1701 einen flüssigkeitsgekühlten Schaltschrank 901 auf, der zwei benachbarte luftgekühlte Schaltschränke 110' versorgt, und die Mehrfach-Schaltschrank-Baueinheit 1702 weist einen flüssigkeitsgekühlten Schaltschrank 901 auf, der einen einzelnen luftgekühlten Schaltschrank 110' versorgt, das angrenzend an einer Seite hiervon angeordnet ist. Wie ferner im Folgenden erläutert enthalten luftgekühlte Schaltschränke 110', die ansonsten den oben beschriebenen luftgekühlten Schaltschränken 110 ähnlich sein können, jeweils (in einer Ausführungsform) an ihrer Luftauslassseite eine Luftstrom-Leiteinrichtung 1710, Jede Luftstrom-Leiteinrichtung 1710 ist so konfiguriert, dass sie ermöglicht, dass (wenigstens ein Teil der) Luft, die sich durch die luftgekühlten Schaltschränke 110' hindurch bewegt, sich außerdem über einen Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher, der dem flüssigkeitsgekühlten Schaltschrank 901 zugehörig ist, hinweg bewegt wie im Folgenden erläutert.
Unter gemeinsamer Bezugnahme auf die 18A bis 18C ist eine Ausführungsform einer Mehrfach-Schaltschrank-Baueinheit 1702 (18C) gezeigt. Diese Mehrfach-Schaltschrank-Baueinheit enthält einen flüssigkeitsgekühlten Schaltschrank 901, das eine Lufteinlassseite 902 und eine Luftauslassseite 903 aufweist, wovon jede (in einem Beispiel) eine perforierte oder geschlitzte Schaltschrank-Tür 906, 907 enthalten kann, die wie dargestellt an einer entsprechenden Seite 902, 903 des Schaltschranks 901 (schwenkbar) angebracht ist. Der flüssigkeitsgekühlte Schaltschrank 901 weist beispielhaft einen Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher 1800 (18C) auf, der an seiner Luftauslassseite 903 (z. B. in der Schaltschrank-Tür 907) angeordnet ist, um ein Kühlen Von Luft zu ermöglichen, die vom flüssigkeitsgekühlten Schaltschrank 901 in das Datenzentrum austritt. Eine Lufteinlassöffnung 1801 ist in einer Seitenwand 1802 des flüssigkeitsgekühlten Schaltschranks 901 vorgesehen, um dessen Lufteinlass- und Luftauslassseiten 902, 903 zu verbinden, und ist angrenzend an den luftgekühlten Schaltschrank 110' der Mehrfach-Schaltschrank-Baueinheit 1702 angeordnet.
Es wird angemerkt, dass eine einzige Lufteinlassöffnung 1801 in einer Seitenwand 1802 des flüssigkeitsgekühlten Schaltschranks 901 für eine Mehrfach-Schaltschrank-Baueinheit 1702 vorgesehen sein kann, und zwei Lufteinlassöffnungen 1801 können in gegenüberliegenden Seitenwänden 1802 eines flüssigkeitsgekühlten Schaltschranks 901 (nahe an seiner Luftauslassseite 903) für eine Mehrfach-Schaltschrank-Baueinheit 1701, die einen einzelnen flüssigkeitsgekühlten Schaltschrank und zwei luftgekühlte Schaltschränke 110' (wie in 17 dargestellt) aufweist, vorgesehen sein, Es wird außerdem angemerkt, dass sich die Lufteinlassöffnung 1801, obwohl sie in der Seitenwand 1802 gezeigt ist, alternativ in der Schaltschrank-Tür 907, die an der Luftauslassseite 903 des flüssigkeitsgekühlten Schaltschranks 901 angebracht ist, befinden kann. In einer derartigen Ausführungsform kann die Schaltschrank-Tür 907 andersartig als in den 18A und 18C dargestellt konfiguriert sein, um z. B. eine Oberfläche parallel zu dem luftgekühlten Schaltschrank 110' oder eine Luftstrom-Austrittsöffnung 1811 in einer Luftstrom-Austrittskammer 1810, die durch die mit dem luftgekühlten Schaltschrank 110' verbundene Luftstrom-Leiteinrichtung definiert ist, bereitzustellen.
Die Lufteinlassöffnung 1801 in der Seitenwand 1802 des flüssigkeitsgekühlten Schaltschranks 901 ist so dimensioniert und konfiguriert, dass die Luftstrom-Austrittsöffnung 1811 in dem angrenzend angeordneten luftgekühlten Schaltschrank 110' (siehe 18C) auf die Lufteinlassöffnung 1801 ausgerichtet ist, Ferner ist die Lufteinlassöffnung 1801 (in einer Ausführungsform) so dimensioniert, dass im Wesentlichen die gesamte Luft, die sich durch den benachbarten luftgekühlten Schaltschrank 110 hindurch bewegt, sich durch die Einlassöffnung 1801 bewegt und aus dem flüssigkeitsgekühlten Schaltschrank 901 über den zugehörigen Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher 1800 hinweg an dessen Luftauslassseite 903 austritt. Es wird angemerkt, dass der Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher 1800, obwohl er so beschrieben und dargestellt wurde, dass er sich an der Luftauslassseite befindet, alternativ der Lufteinlassseite 902 des flüssigkeitsgekühlten Schaltschranks 901 zugehörig sein könnte, wobei die Luftstrom-Leiteinrichtung 1710 in diesem Fall an der Lufteinlassseite 120 des luftgekühlten Schaltschranks 110' angeordnet wäre.
Die Luftstrom-Leiteinrichtung 1710, die in den 18B und 18C dargestellt ist, enthält eine im Wesentlichen feste, einer Luftauslassseite 130 des luftgekühlten Schaltschranks 110' gegenüberliegende Oberfläche 1813. Die Luftstrom-Leiteinrichtung 1710 und die Luftauslassseite 130 des Schaltschranks 110' definieren gemeinsam die Luftstromaustrittskammer 1810, wobei die Luftstromaustrittsöffnung 1811 so dimensioniert und konfiguriert ist, dass sie über oder auf die Lufteinlassöffnung 1801 in der Seitenwand 1802 des flüssigkeitsgekühlten Schaltschranks 901 ausgerichtet ist, wenn der luftgekühlte Schaltschrank 110' angrenzend an den flüssigkeitsgekühlten Schaltschrank 901 wie in den 17 und 18C dargestellt positioniert ist. Eine Dichtung 1814 kann außerdem um die Luftstromaustrittsöffnung 1811 herum vorgesehen sein, um zu ermöglichen, dass Luft, die sich durch den luftgekühlten Schaltschrank 110' hindurch bewegt, durch die ausgerichteten Öffnungen in eine Austrittskammer 1805 des flüssigkeitsgekühlten Schaltschranks 901 wie in 18C dargestellt geleitet wird.
Wie in 18C gezeigt weisen die Lufteinlassseiten 120, 902 des luftgekühlten Schaltschranks 110' und des flüssigkeitsgekühlten Schaltschranks 901 in eine erste Richtung und die Luftauslassseiten 130, 903 weisen in eine zweite, gegenüberliegende Richtung. Außerdem ist der luftgekühlte Schaltschrank 110' angrenzend an die Seitenwand 1802 des flüssigkeitsgekühlten Schaltschranks 901 angeordnet, so dass die Luftstromaustrittsöffnung 1811 der Luftstromaustrittskammer 1810, die zwischen der Luftstrom-Leiteinrichtung 1710 und der Luftauslassseite 130 des luftgekühlten Schaltschranks 110' definiert ist, auf die Lufteinlassöffnung 1801 in der Seitenwand 1802 (oder in Abhängigkeit von der Größe und Konfiguration des flüssigkeitsgekühlten Schaltschranks und des luftgekühlten Schaltschranks auf eine angrenzende Seitenwandöffnung in der Schaltschrank-Tür an der Luftauslassseite (oder Lufteinlassseite) des flüssigkeitsgekühlten Schaltschranks (nicht gezeigt)) ausgerichtet ist.
Im Betrieb tritt Außenluft 1808 durch Öffnungen z. B. in perforierten Lufteinlassöffnungen in den Schaltschrank-Türen an den Lufteinlassseiten 902, 120 des flüssigkeitsgekühlten Schaltschranks 901 bzw. des luftgekühlten Schaltschranks 110' ein zur Luftkühlung einer oder mehrerer elektronischer Komponenten in einem oder mehreren elektronischen Teilsystemen 1820, 1821 der Schaltschränke 901, 110'. Der Luftstrom 1808, der von der Luftauslassseite 130 des luftgekühlten Schaltschranks 110' austritt, bewegt sich über die Luftstromaustrittskammer 1810 durch die ausgerichteten Öffnungen in der Austrittskammer und dem flüssigkeitsgekühlten Schaltschrank 901 in die Austrittskammer 1805 des flüssigkeitsgekühlten Schaltschranks 901, um über den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher 1800 hinweg, der (z. B.) in einer Luftstromöffnung in der Schaltschrank-Tür 907 angeordnet ist, die an der Luftauslassseite 903 des flüssigkeitsgekühlten Schaltschranks 901 angeordnet ist, auszutreten.
Die in den 17 bis 18C dargestellte Mehrfach-Schaltschrank-Baueinheit ermöglicht vorteilhaft die Einrichtung eines Datenzentrums, das zu 100% flüssigkeitsgekühlt (z. B. wassergekühlt) ist trotz des Vorhandenseins von einem oder mehreren luftgekühlten Schaltschränken in dem Datenzentrum. In einem derartigen Datenzentrum besteht keine Notwendigkeit für eine oder mehrere Computerraum-Luftaufbereitungseinheiten, da die Wärmelast, die durch Luft abgeführt wird, die durch die luftgekühlten Schaltschränke strömt, an die Flüssigkeit zurückgegeben wird, die durch den (die) Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher strömt, wenn sich die Luft über den (die) Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher des (der) benachbarten flüssigkeitsgekühlten Schaltschränke hinweg bewegt.
19A ist eine Teildarstellung der Mehrfach-Schaltschrank-Baueinheit 1702' der 17 bis 18C, die so modifiziert ist, dass sie eine oder mehrere Luftbewegungseinheiten (z. B. steuerbare Gebläse) 1900, einen oder mehrere Luftdrucksensoren 1901 an einer ersten Seite der Luftbewegungseinheit(en), einen oder mehrere Luftdrucksensoren 1902 an einer zweiten Seite der Luftbewegungseinheit(en) und eine Steuereinheit 1910 enthält, die mit der einen oder den mehreren Luftbewegungseinheiten 1900, dem einem oder den mehreren Luftdrucksensoren 1901 und einem oder mehreren Luftdrucksensoren 1902 verbunden ist zum Steuern eines Zustands der Luftbewegungseinheit(en) 1900 sowie ihrer Drehzahl, um (z. B.) einen wirksamen Luftstrom von der Luftstromaustrittskammer 1810 an der Luftauslassseite 130 des luftgekühlten Schaltschranks 110' zu der Austrittskammer 1805 des flüssigkeitsgekühlten Schaltschranks 901 und somit über den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher 1800 in der Schaltschrank-Tür 907 hinweg, die an der Luftauslassseite 1910 des flüssigkeitsgekühlten Schaltschranks 901 angebracht ist, sicherzustellen. In einer Ausführungsform kann sich die Steuereinheit 1910 in der Mehrfach-Schaltschrank-Baueinheit z. B. in dem flüssigkeitsgekühlten Schaltschrank 901 oder in dem luftgekühlten Schaltschrank 110' befinden. Die Steuereinheit 1910 kann sich alternativ entfernt von der Mehrfach-Schaltschrank-Baueinheit befinden. Im Betrieb ermöglichen eine oder mehrere Luftbewegungseinheiten 1900 einen Luftstrom durch den luftgekühlten Schaltschrank 110' zum Austreten über den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher 1800 des flüssigkeitsgekühlten Schaltschranks 901. Es wird angemerkt, dass in einer weiteren Ausführungsform der flüssigkeitsgekühlte Schaltschrank 901 und/oder der luftgekühlte Schaltschrank 110' andere Luftbewegungseinheiten, die ihren elektronischen Teilsystemen zugehörig sind, wie oben beschrieben aufweisen können.
19B stellt eine Ausführungsform eines Steuervorgangs dar, der durch die Steuereinheit 1910 umgesetzt ist (siehe 19A). Die Verarbeitung 1918 zur Luftdrucksteuerung beginnt mit dem Erfassen des Luftdrucks P₁ an der Austrittkammer 1805 des flüssigkeitsgekühlten Schaltschranks 901 (wie in 19A gezeigt) und des Luftdrucks P₂ an der Austrittskammer 1018 des luftgekühlten Schaltschranks 110' 19A) und setzt eine Variable Zählwert auf null 1920 (19B). Die Steuereinheit ermittelt, ob der Luftdruck P₁ größer als der Luftdruck P₂ ist 1922, und wenn das nicht der Fall ist, wartet die Verarbeitung eine Zeitspanne t₁ ab 1924, bevor der Luftdruck P₁ und der Luftdruck P₂ erneut erfasst werden. Wenn der Luftdruck P₁ größer als der Luftdruck P₂ ist 1922, ermittelt die Verarbeitung, ob eine oder mehreren Luftbewegungseinheiten eingeschaltet sind 1926, und wenn das nicht der Fall ist, werden die eine oder die mehreren Luftbewegungseinheiten eingeschaltet 1928, und die Verarbeitung wartet die Zeitintervall t₁ ab 1924, bevor der Luftdruck P₁ und der Luftdruck P₂ erneut erfasst werden 1920.
Unter der Annahme, dass die eine oder die mehreren Luftbewegungseinheiten bereits eingeschaltet sind 1926, ermittelt die Verarbeitung, ob die Variable Zählwert größer ist als eine Zählwert-Schwelle (C_TH) 1930. Wenn das nicht der Fall ist, ermittelt die Verarbeitung, ob der Druckunterschied zwischen P₁ und P₂ (P₁ – P₂) kleiner oder gleich einem Schwellenwert des geringen Druckunterschieds (ΔP_THL) ist 1934. Wenn das der Fall ist, erhöht die Steuereinheit die Drehzahl der Luftbewegungseinheit(en) (z. B. um einen eingestellten Betrag) 1936, bevor die Variable Zählwert um eins erhöht wird, ein Zeitintervall t₂ abgewartet wird 1938 und anschließend der Luftdruck P₁ und der Luftdruck P₂ neu erfasst werden 1939 und ermittelt wird, ob der Luftdruck P₁ größer als der Luftdruck P₂ ist 1922. Wenn der Druckunterschied (P₁ – P₂) größer als der Schwellenwert des geringen Druckunterschieds (ΔP_THL) ist 1934, ermittelt die Steuereinheit, ob der Druckunterschied (P₁ – P₂) größer als ein Schwellenwert des hohen Druckunterschieds (ΔP_THH) ist, und wenn das der Fall ist, vermindert die Steuereinheit die Drehzahl der Luftbewegungseinheit(en) 1938, bevor die Variable Zählwert um eins erhöht wird und das Zeitintervall t₂ abgewartet wird 1938. Wenn alternativ der Druckunterschied (P₁ – P₂) kleiner als der Schwellenwert des hohen Druckunterschieds (ΔP_THH) ist 1940, erhöht die Steuereinheit die Variable Zählwert um eins und wartet das Zeitintervall t₂ ab 1938, bevor der Luftdruck P₁ und der Luftdruck P₂ neu erfasst werden 1939 und ermittelt wird, ob der Luftdruck P₁ größer als der Luftdruck P₂ ist 1922.
Wenn der Luftdruck P₁ größer als der Luftdruck P₂ ist 1922, die eine oder die mehreren Luftbewegungseinheiten eingeschaltet sind 1926 und die Variable Zählwert größer als die Zählwert-Schwelle (C_TH) ist 1930, schaltet die Steuereinheit die eine oder die mehreren Luftbewegungseinheiten aus 1932, bevor das Zeitintervall t₁ abgewartet wird 1924 und der Luftdruck P₁ und der Luftdruck P₂ erneut erfasst werden und die Variable Zählwert auf null zurückgesetzt wird 1920. In diesem Zusammenhang wirr angemerkt, dass der Zweck der Variable Zählwert darin besteht zu ermöglichen, dass die Luftbewegungseinheiten für eine eingestellte Anzahl von Zählvorgängen z. B. für die Zeitdauer, die erforderlich ist, dass die Variable Zählwert die Zählwert-Schwelle (C_TH) übersteigt, eingeschaltet bleiben, woraufhin die Luftbewegungseinheiten ausgeschaltet werden und der Luftdruck P₁ und der Luftdruck P₂ erneut bewertet werden, wobei die Luftbewegungseinheiten im ausgeschalteten Zustand sind. Auf diese Weise bleiben die Luftbewegungseinheiten lediglich dann eingeschaltet, wenn das erforderlich ist.
19C stellt eine weitere Ausführungsform einer Mehrfach-Schaltschrank-Baueinheit 1702” gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung dar. Diese Mehrfach-Schaltschrank-Baueinheit ist jener ähnlich, die oben in Verbindung mit den 17 bis 18C beschrieben wurde, enthält jedoch eine oder mehrere Luftbewegungseinheiten (z. B. steuerbare Gebläse) 1960 an der Luftauslassseite 903 des flüssigkeitsgekühlten Schaltschranks 901 z. B. in der Schaltschrank-Tür 907, die an seiner Luftauslassseite angebracht ist. Ein oder mehrere Luftdrucksensoren (P₁) 1961 und ein oder mehrere Luftdrucksensoren (P₂) 1962 sind an den Schaltschrank-Auslasskanälen 1805 bzw. 1810 vorgesehen, um eine Steuerung des Zustands der Luftbewegungseinheiten 1960 sowie ihrer Drehzahl zu ermöglichen, um (z. B.) einen wirksamen Luftstrom von der Luftstrom-Austrittskammer 1810 an der Luftauslassseite 130 des luftgekühlten Schaltschranks 110' zur Austrittskammer 1810 des flüssigkeitsgekühlten Schaltschranks 901 sicherzustellen. Die Steuereinheit 1910 ist mit den Luftbewegungseinheiten 1960 sowie mit dem einen oder den mehreren Luftdrucksensoren 1961 und dem einen oder den mehreren Luftdrucksensoren 1962 verbunden, um die Aktivierung und Deaktivierung der einen oder mehreren Luftbewegungseinheiten sowie die Drehzahl von einer oder mehreren Luftbewegungseinheiten z. B. anhand der erfassten Druckwerte zu steuern. Die Steuereinheit könnte beispielhaft den Betrieb der Luftbewegungseinheiten 1960 in der Ausführungsform der Mehrfach-Schaltschrank-Baueinheit von 19C in einer ähnlichen Weise wie jene steuern, die im Folgenden in Verbindung mit dem Steuervorgang von 19D beschrieben wird. Es wird angemerkt, dass die eine oder die mehreren Luftbewegungseinheiten 1960 in einer alternativen Ausführungsform nachgeschaltet in dem Wärmetauscher 1800 der hinteren Tür angeordnet sein könnten.
19D stellt eine Ausführungsform eines Steuervorgangs dar, der durch die Steuereinheit 1910 in der Ausführungsform der Mehrfach-Schaltschrank-Baueinheit von 19C umgesetzt ist. In dieser Ausführungsform ist der Luftdruck P₁ wiederum der Luftdruck an der Austrittskammer 1805 (19C) des flüssigkeitsgekühlten Schaltschranks 901 und der Luftdruck P₂ ist der Luftdruck an der Austrittskammer 1810 des luftgekühlten Schaltschranks 110'. Die Verarbeitung zur Luftdrucksteuerung beginnt 1968 (19D) mit dem Erfassen des Luftdrucks P₁ und des Luftdrucks P₂ und dem Setzen der Variablen Zählwert auf null 1970. Die Steuereinheit ermittelt, ob der Luftdruck P₁ größer als der Luftdruck P₂ ist 1972, und wenn das der Fall ist, ermittelt sie, ob die eine oder mehreren Luftbewegungseinheiten eingeschaltet sind 1974. Wenn das nicht der Fall ist, werden die eine oder die mehreren Luftbewegungseinheiten eingeschaltet 1976 und die Verarbeitung wartet ein Zeitintervall t₁ ab 1978, bevor der Luftdruck P₁ und der Luftdruck P₂ erneut erfasst werden 1970.
Unter der Annahme, dass der Luftdruck P₁ kleiner ist oder gleich dem Luftdruck P₂ ist 1972 oder wenn er größer als der Luftdruck P₂ ist und die eine oder die mehreren Luftbewegungseinheiten eingeschaltet sind 1974, ermittelt die Verarbeitung, ob die Variable Zählwert größer ist als eine Zählwert-Schwelle (C_TH) 1980. Wenn das nicht der Fall ist, ermittelt die Steuereinheit, ob der Druckunterschied zwischen P₂ und P₁ (P₂ – P₁) kleiner oder gleich einem Schwellenwert des geringen Druckunterschieds (ΔP_THL) ist 1984, und wenn das der Fall ist, schaltet die Steuereinheit die Luftbewegungseinheit(en) ein oder erhöht die Drehzahl der Luftbewegungseinheit(en) (z. B. um einen eingestellten Betrag) 1986, bevor die Variable Zählwert um eins erhöht wird, ein Zeitintervall t₂ abgewartet wird und der Luftdruck P₁ und der Luftdruck P₂ neu erfasst werden 1989 und ermittelt wird, ob der Luftdruck P₁ größer als der Luftdruck P₂ ist 1972. Wenn der Druckunterschied (P₂ – P₁) größer als der Schwellenwert des geringen Druckunterschieds (ΔP_THL) ist 1984, ermittelt die Steuereinheit, ob der Druckunterschied (P₂ – P₁) größer als der Schwellenwert des hohen Druckunterschieds (ΔP_THH) ist 1990, und wenn das der Fall ist, schaltet die Steuereinheit die Luftbewegungseinheiten aus oder vermindert die Drehzahl der Luftbewegungseinheiten 1992, bevor die Variable Zählwert um eins erhöht wird und ein Zeitintervall t₂ abgewartet wird 1988. Wenn der Druckunterschied (P₂ – P₁) alternativ kleiner als der Schwellenwert des hohen Druckunterschieds (ΔP_THH) ist 1990, erhöht die Steuereinheit die Variable Zählwert um eins und wartet des Zeitintervall t₂ ab 1988, bevor der Luftdruck P₁ und der Luftdruck P₂ erneut erfasst werden und ermittelt wird, ob der Luftdruck P₁ größer als der Luftdruck P₂ ist.
Wenn der Luftdruck P₁ größer als der Luftdruck P₂ ist 1972, die eine oder die mehreren Luftbewegungseinheiten eingeschaltet sind 1974 und die Variable Zählwert größer als die Zählwert-Schwelle ist 1980, schaltet die Steuereinheit die eine oder die mehreren Luftbewegungseinheiten ab 1982, bevor das Zeitintervall t₁ abgewartet wird und der Luftdruck P₁ und der Luftdruck P₂ erneut erfasst werden 1970. In diesem Zusammenhang wird angemerkt, dass die Variable Zählwert in einer Weise verwendet wird, die jener ähnlich ist, die oben in Verbindung mit der Vorgangssteuerung von 19B beschrieben wurde.
Einem Fachmann ist klar, dass Steuerungsaspekte der vorliegenden Erfindung als ein System, Verfahren oder Computerprogrammprodukt umgesetzt werden können. Dementsprechend können Steuerungsaspekte der vorliegenden Erfindung die Form einer reinen Hardware-Ausführungsform, einer reinen Software-Ausführungsform (darunter Firmware, residente Software, Mikrocode usw.) oder einer Ausführungsform, die Software- und Hardware-Aspekte kombiniert, annehmen, die hier alle allgemein als ”Schaltung” ”Modul” oder ”System” bezeichnet werden können. Des Weiteren können Steuerungsaspekte der vorliegenden Erfindung die Form eines Computerprogrammprodukts annehmen, das in einem oder mehreren computerlesbaren Medien verkörpert ist, die computerlesbaren Programmcode, der darauf verkörpert ist, aufweisen.
Jede Kombination aus einem oder mehreren computerlesbaren Medien kann verwendet werden. Das computerlesbare Medium kann ein computerlesbares Signalmedium oder ein computerlesbares Speichermedium sein. Ein computerlesbares Speichermedium kann z. B. ein elektronisches, magnetisches, optisches, elektromagnetisches, Infrarot- oder Halbleitersystem, -vorrichtung oder -einheit oder jede geeignete Kombination des Vorhergehenden sein, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Zu spezifischeren Beispielen (eine nicht erschöpfende Liste) des computerlesbaren Speichermediums gehören: eine elektrische Verbindung mit einer oder mehreren Leitungen, eine tragbare Computerdiskette, eine Festplatte, ein Direktzugriffsspeicher (RAM), ein Festwertspeicher (ROM), ein löschbarer programmierbarer Festwertspeicher (EPROM oder Flash-Speicher), ein Lichtwellenleiter, ein tragbarer Compactdisk-Festwertspeicher (CD-ROM), eine optische Speichereinheit, eine magnetische Speichereinheit oder jede geeignete Kombination des Vorhergehenden. Im Kontext dieses Dokuments kann ein computerlesbares Speichermedium jedes materielle Medium sein, das ein Programm zur Verwendung durch oder in Verbindung mit einem System, einer Vorrichtung oder einer Einheit zur Befehlsausführung enthalten oder speichern kann.
In einem Beispiel enthält ein Domputerprogrammprodukt beispielsweise ein oder mehrere computerlesbare Speichermedien, um darauf Mittel oder Logik des computerlesbaren Programmcodes zu speichern, um einen oder mehrere Aspekte der vorliegenden Erfindung bereitzustellen oder zu ermöglichen.
Programmcode, der auf einem computerlesbaren Medium verkörpert ist, kann unter Verwendung jedes geeigneten Mediums übertragen werden, darunter drahtlose, leitungsgestützte, Lichtwellenleiterkabel-, HF-Medien oder jede geeignete Kombination aus dem Vorhergehenden, ohne darauf beschränkt zu sein.
Computerprogrammcode zum Ausführen von Operationen für Aspekte der vorliegenden Erfindung kann in jeder Kombination aus einer oder mehreren Programmiersprachen geschrieben sein, darunter eine objektorientierte Programmiersprache wie Java, Smalltalk, C++ oder dergleichen und herkömmliche prozedurale Programmiersprachen wie etwa die Programmiersprache ”C” oder ähnliche Programmiersprachen.
Aspekte der vorliegenden Erfindung werden hier unter Bezugnahme auf Ablaufplan-Darstellungen und/oder Blockschaubilder von Verfahren, Vorrichtungen (Systemen) und Computerprogrammprodukten gemäß Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Es ist klar, dass jeder Block der Ablaufplan-Darstellungen und/oder Blockschaubilder und Kombinationen von Blöcken in den Ablaufplan-Darstellungen und/oder Blockschaubildern durch Computerprogrammbefehle umgesetzt werden können. Diese Computerprogrammbefehle können an einen Prozessor eines Universal-Computers, eines speziellen Computers oder eine andere programmierbare Datenverarbeitungseinrichtung bereitgestellt werden, um eine Maschine zu bilden, so dass Befehle, die über den Prozessor des Computers oder der anderen programmierbaren Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt werden, Mittel zum Umsetzen der Funktionen/Wirkungen erzeugen, die in dem Block oder den Blöcken des Ablaufplans und/oder Blockschaubilds spezifiziert sind.
Diese Computerprogrammbefehle können außerdem in einem computerlesbaren Medium gespeichert sein, das einen Computer, eine andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung oder andere Einheiten anweisen kann, in einer bestimmten Weise zu funktionieren, so dass die in dem computerlesbaren Medium gespeicherten Befehle einen Herstellungsgegenstand produzieren, wozu Befehle gehören, die die Funktion/Wirkung umsetzen, die in dem Block/den Blöcken des Ablaufplans und/oder Blockschaubilds spezifiziert sind.
Computerprogrammbefehle können außerdem in einen Computer, andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtungen oder andere Einheiten geladen werden, um eine Reihe von Operationsschritten zu bewirken, die auf dem Computer, anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtungen oder anderen Einheiten ausgeführt werden sollen, um einen auf einem Computer implementierten Prozess zu erzeugen, so dass die Befehle, die auf dem Computer oder anderen programmierbaren Vorrichtungen ausgeführt werden, Prozesse zum Umsetzen der Funktionen/Wirkungen, die in dem Block oder Blöcken des Ablaufplans und/oder Blockschaubilds spezifiziert sind, bereitstellen.

Claims

Kühlanordnung für in Gehäusen (110, 901) angeordnete elektronische Komponenten (210), mit: einem ersten (901) und einem zweiten Schaltschrank (110), in deren Innenräumen jeweils zu kühlende elektronische Komponenten (210) angeordnet sind, wobei jeder der Schaltschränke (110, 901) jeweils eine Lufteinlassseite (120) und eine Luftauslassseite (130) aufweist, die jeweils von einem Luftstrom (205) durchströmt ist, wobei die Schaltschränke (110, 901) aneinander angrenzend angeordnet sind, und wobei die Lufteinlassseiten (120) jeweils in eine erste Richtung und/oder die Luftauslassseiten (130) jeweils in eine zweite Richtung weisen; einem Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher (340), der angrenzend entweder an der Lufteinlassseite (120) oder der Luftauslassseite (130) des ersten Gehäuses (901) angeordnet ist, um den durch den Innenraum des ersten Schaltschranks (901) strömenden Luftstrom zu kühlen, wobei der Luft/Flüssigkeits-Wärmetauscher (340) von einer Kühlflüssigkeit durchströmt ist; wenigstens einer Kühleinheit (350), die mit dem Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher (340) über einen Kühlmittelkreislauf (360) strömungsmäßig verbunden ist, um Wärme von dem Kühlmittel abzuführen; einer in dem zweiten Schaltschrank (110) angeordnete Luftstrom-Leiteinrichtung (1710) mittels der wenigstens ein Teil des durch den zweiten Schaltschrank (110) strömenden Luftstromes dem Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher (340) derart zugeführt wird, dass er den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher (340) durchströmt.
Kühlanordnung nach Anspruch 1, bei der der zweite Schaltschrank (110) luftgekühlte elektronische Komponenten (210) aufweist und wobei der gesamte durch den zweiten Schaltschrank (110) strömende Luftstrom mittels der Luftstrom-Leiteinrichtung (1710) dem Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher (340) zugeführt wird.
Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der der erste Schaltschrank (901) eine Schaltschranktür (320, 330) aufweist, die sich über die Lufteinlassseite (120) oder die Luftauslassseite (130) erstreckt, wobei die Schaltschranktür (320, 330) einen Türrahmen (331) mit einer Öffnung für den Luftstrom aufweist, und wobei der Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher (340) so angeordnet ist, dass der Luftstrom durch die Öffnung dem Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher (340) zugeführt wird und diesen durchströmt.
Kühlanordnung nach Anspruch 3, bei der die Schaltschranktür (330) an der Luftauslassseite (130) des ersten Schaltschrankes (901) angebracht ist, wobei angrenzend an den zweiten Schaltschrank (110) eine Seitenwand (1802), entweder des ersten Schaltschrankes (901) oder der Schaltschranktür (320), eine Lufteinlassöffnung (1801) aufweist, mittels der und der Luftstrom-Leiteinrichtung (1710) der durch den zweiten Schaltschrank (110) strömende Luftstrom dem Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher (340) derart zugeführt wird, dass er den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher (340) durchströmt.
Kühlanordnung nach Anspruch 4, bei der die Luftstrom-Leiteinrichtung (1710) an der Luftauslassseite (130) des zweiten Schaltschranks (110) eine Luftstrom-Auslasskammer (601) ausbildet, die auf die Lufteinlassöffnung (1801) in der Seitenwand (1802) des ersten Gehäuses (901) bzw. in der Gehäusetür (320) ausgerichtet ist.
Kühlanordnung nach Anspruch 5, die wenigstens eine Luftbewegungseinheit (1211), zum ermöglichen eines Luftstroms von der Luftstrom-Austrittskammer (1810) an der Luftauslassseite (130) des zweiten Schaltschrankes (110) durch die Lufteinlassöffnung (1801) in der Seitenwand (1802) des ersten Schaltschrankes (901) bzw. in der Schaltschranktür (320), sowie einen ersten Luftdrucksensor (1901), einen zweiten Luftdrucksensor (1902) und eine Steuereinheit (1910) aufweist, wobei der erste Luftdrucksensor (1901) an einer ersten Seite der wenigstens einen Luftbewegungseinheit (1211), der zweite Luftdrucksensor (1902) an einer zweiten Seite der wenigstens einen Luftbewegungseinheit (1211) angeordnet ist, und wobei die Steuereinheit (1910) die Drehzahl der wenigstens einen Luftbewegungseinheit (1211) abhängig von den vom ersten (1901) und dem vom zweiten (1902) Luftdrucksensor gemessenen Werten steuert, um einen Luftstrom von der Luftstrom-Austrittskammer (1810) an der Luftauslassseite (130) des zweiten Schaltschranks (110) durch die Lufteinlassöffnung (1801) in dem erstem Schaltschrank (901) bzw. in der Schaltschranktür (320) sicherzustellen.
Kühlanordnung nach Anspruch 5 oder 6, bei der eine Dichtung (1814) die Luftstrom-Austrittsöffnung der Luftstrom-Austrittskammer (1810) an der Luftauslassseite (130) des zweiten Schaltschranks (110) und die Lufteinlassöffnung (1801) in der Seitenwand des ersten Schaltschranks (901) bzw. in der Schaltschranktür (320) umgibt.
Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die von dem ersten Schaltschrank (901) angeordneten elektronischen Komponenten (210) erzeugte Wärme mittels eines Luft/Flüssigkeits-Wärmetauschers (340) aus dem ersten Schaltschrank (901) und die von den im zweiten Schaltschrank (110) angeordneten elektronischen Komponenten (210) erzeugte Wärme mittels eines Luftstromes aus dem zweiten Schaltschrank (110) abgeführt wird, wobei die wenigstens eine Kühleinheit (350) über den Kühlmittelkreislauf (360) Kühlmittel an wenigstens eine flüssigkeitsgekühlte Struktur bereitstellt, die mit wenigstens einer in dem ersten Schaltschrank (901) angeordneten elektronischen Komponente (210) in thermischem Kontakt steht, wobei jede der wenigstens einen Kühleinheit (350) einen Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher (1021) mit einem ersten Kühlmittelweg (401) und einem zweiten Kühlmittelweg (402) aufweist, wobei dem erstere Kühlmittelweg (401) jeder Kühleinheit (350) gekühltes Anlagenkühlmittel zugeleitet wird, und wobei der zweite Kühlmittelweg (302) mit dem Kühlmittelkreislauf strömungsmäßig verbunden ist, wobei der Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher (1021) Wärme von dem Kühlmittel in dem Kühlmittelkreislauf an das Anlagenkühlmittel abgibt.
Kühlanordnung nach Anspruch 8, die wenigstens eine dem Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher (340) zugehörige Luftbewegungseinheit (1211), einen ersten Luftdrucksensor (1901) an einer ersten Seite der wenigstens einen Luftbewegungseinheit (1211), einen zweiten Luftdrucksensor (1902) an einer zweiten Seite der wenigstens einen Luftbewegungseinheit (1211) und eine Steuereinheit (1910) aufweist, die mit der wenigstens einen Luftbewegungseinheit (1211), dem ersten Luftdrucksensor (1901) und dem zweiten Luftdrucksensor (1902) verbunden ist, wobei die Steuereinheit (1910) den Luftstrom durch den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher (340) steuert.
Datenzentrum mit einer Kühlanordnung nach Anspruch 1, bei dem mit der wenigstens einen Kühleinheit (350) wenigstens ein Anlagenkühlmittelkreislauf (904) strömungsmäßig verbunden ist, mittels dem von dem Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher (340) auf das Kühlmittel in dem Kühlmittelkreislauf (904) übertragene Wärme abgeführt wird.
Datenzentrum nach Anspruch 10, bei dem die von den im zweiten Schaltschrank (110) angeordneten elektronischen Komponenten (210) erzeugte Wärme mittels eines Luftstromes aus dem zweiten Schaltschrank (110) abgeführt wird, wobei mittels der Luftstrom-Leiteinrichtung (1710) der gesamte durch den zweiten Schaltschrank (110) strömende Luftstrom den Luft/Flüssigkeits-Wärmetauscher (340) durchströmt.
Datenzentrum nach Anspruch 10 bis 11, bei dem der ersten Schaltschrank (901) eine Schaltschranktür (320, 330) aufweist, die sich über die Lufteinlassseite (120) oder die Luftauslassseite (130) erstreckt, wobei die Schaltschranktür (320, 330) einen Türrahmen (331) mit einer Öffnung für den Luftstrom aufweist, und wobei der Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher (340) angeordnet ist derart, dass der Luftstrom durch die Öffnung dem Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher (340) zugeführt wird und diesen durchströmt.
Datenzentrum nach Anspruch 12, bei dem die Schaltschranktür (330) an der Luftauslassseite (130) des ersten Schaltschranks (901) angebracht ist, wobei angrenzend an den zweiten Schaltschrank (110) die Seitenwand (1802), entweder des ersten Schaltschranks (901) bzw. der Schaltschranktür (330), eine Lufteinlassöffnung (1801) aufweist, mittels der und der Luftstrom-Leiteinrichtung (1710) der durch den zweiten Schaltschrank (110) strömende Luftstrom dem Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher (340) zugeführt wird.
Datenzentrum nach Anspruch 13, bei dem die Luftstrom-Leiteinrichtung (1710) an der Luftauslassseite (130) des zweiten Schaltschranks (110) eine Luftstrom-Auslasskammer (601) ausbildet, die eine Luftstrom-Austrittsöffnung aufweist, die auf die Lufteinlassöffnung (1801) in der Seitenwand (1802) des ersten Schaltschranks (901) bzw. in der Gehäusetür (330) ausgerichtet ist.
Kühlverfahren für eine Kühlanordnung nach dem Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von den im ersten Schaltschrank (901) angeordneten elektronischen Komponenten (210) erzeugte Wärme mittels eines Luft/Flüssigkeit-Wärmetauschers (340) aus dem ersten Schaltschrank (901) und die von den im zweiten Schaltschrank (110) angeordneten elektronischen Komponenten (210) erzeugte Wärme mittels eines Luftstroms aus dem zweiten Schaltschrank (110) abgeführt wird, wobei mittels der Luftstrom-Leiteinrichtung (1710) wenigstens ein Teil des durch den zweiten Schaltschrank (110) strömenden Luftstromes den Luft/Flüssigkeits-Wärmetauscher (340) durchströmt, der dem ersten Schaltschrank (901) zugeordnet ist.