DE102007061966A1 - Arrangement for cooling electrical and electronic components and modular units in equipment cabinets - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Kühlen von elektrischen und elektronischen Bauteilen und Moduleinheiten in Geräteschränken, welche in einem Raum, beispielsweise einem Rechenzentrum, insbesondere reihenartig angeordnet sind und wenigstens eine Kühleinheit mit einem Wärmetauscher und in Ventilatormodulen aufgenommene Ventilatoren aufweist. Die Ventilatormodule sind mit einer Einrichtung zur Verhinderung einer Rezirkulation und mit einer Einrichtung zum gerichteten Verteilen der im Wärmetauscher abgekühlten und aus den Ventilatoren austretenden Kaltluft versehen. Zur vorteilhaften Realisierung von Teil-Luftströmungen und Teil-Kühlleistungen sind in einem Warmluftkanal der Kühleinheit Strömungsventile angeordnet, welche die Zuführung von Warmluft aus einem oder zwei Geräteschränken und/oder aus dem Aufstellungsraum der Geräteschränke ermöglichen.The invention relates to an arrangement for cooling electrical and electronic components and modular units in equipment cabinets, which are arranged in a particular space, such as a data center, in particular in rows and having at least one cooling unit with a heat exchanger and fans accommodated in fan modules. The fan modules are provided with a device for preventing recirculation and with a device for the directional distribution of cooled in the heat exchanger and exiting the fans cold air. For the advantageous realization of partial air flows and partial cooling outputs, flow valves are arranged in a hot air duct of the cooling unit, which allow the supply of hot air from one or two equipment cabinets and / or from the installation space of the equipment cabinets.
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Kühlen von elektrischen und elektronischen Bauteilen und Moduleinheiten in Geräteschränken gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to an arrangement for cooling electrical and electronic components and module units in equipment cabinets according to the preamble of claim 1.
Die Erfindung ist insbesondere für Serverschränke und für Geräte- und Netzwerkschränke geeignet, welche in Computerräumen, Rechenzentren und dergleichen in einer relativ großen Anzahl und in einer vorgebbaren Anordnung, insbesondere als Schrankreihen, angeordnet sind.The Invention is particularly for server cabinets and for device and network cabinets suitable in computer rooms, data centers and the like in a relatively large number and in a predefinable Arrangement, in particular as cabinet rows, are arranged.
Um die von den in den Geräteschränken angeordneten Geräten, Bauteilen und Moduleinheiten, insbesondere hochleistungsfähigen Servern, entwickelte Verlustwärme abführen zu können, sind Kühlanordnungen mit einem geschlossenen oder offenen System sowie mit Teilkühlleistungen bekannt.Around those of the arranged in the equipment cabinets Devices, components and modular units, in particular high-performance Servers dissipate developed heat loss too can, are cooling arrangements with a closed or open system and known with partial cooling services.
In
Aus
Die Anordnung einzelner Wärmetauscher-Lüfter-Einheiten in den Teil-Aufnahmeräumen des Kühlgerätes ermöglicht eine Anpassung an unterschiedlich bestückte Geräteschränke und daraus resultierende Kühlanforderungen. Die einzelnen Wärmetauscher der Kühlmodule erfordern jedoch eine Vielzahl von Wasserverteilelementen, und aufgrund der möglichen Leckagen besteht ein Sicherheitsrisiko.The Arrangement of individual heat exchanger fan units in the part-receiving chambers of the refrigerator allows adaptation to differently populated Equipment cabinets and resulting cooling requirements. The individual heat exchangers require the cooling modules however, a variety of water distribution elements, and due to the possible leaks is a security risk.
In dem Katalog „VARiSTAR LHX 20 – Schrankplattform mit wassergekühltem Wärmetauscher bis 20 KW" der Firma Schroff GmbH ist beschrieben, dass zur Abführung der Verlustwärme von in einem Geräteschrank angeordneten AdvancedTCA-Baugruppe, Servern und dergleichen ein Luft-Wasser-Wärmetauscher als Modul seitlich in einen Schrank angeordnet wird und die Kühlluft mittels übereinander angeordneter Ventilatoren in einem geschlossenen Luftkreislauf geführt wird. Dabei sind die Ventilatoren dem Wärmetauscher nachgeschaltet, und die aus dem Wärmetauscher abgesaugte Kaltluft wird frontseitig den im Schrank angeordneten Moduleinheiten wieder zugeführt. Durch die Integration des Wärmetauschers und der Lüfter in den Schrank ist eine variable Entwärmung entsprechend der jeweiligen Bestückung des Schrankes nicht möglich. Bei Leckagen kann das Kondensat in den Bereich der Moduleinheiten gelangen, und bei Ausfall eines Ventilators besteht die Gefahr eines luftseitigen Kurzschlusses.In the catalog "VARiSTAR LHX 20 - Cabinet platform with water cooled heat exchanger up to 20 KW "der Company Schroff GmbH is described that for removal the heat loss of arranged in a equipment cabinet AdvancedTCA assembly, servers and the like an air-water heat exchanger is arranged as a module laterally in a cabinet and the cooling air by means of superimposed fans in one closed air circulation is performed. Here are the fans downstream of the heat exchanger, and from the heat exchanger extracted cold air is arranged on the front of the cabinet Module units fed again. By integrating the Heat exchanger and the fan is in the cabinet a variable heat dissipation according to the respective equipment of the cabinet not possible. In the case of leaks, the condensate can get into the area of the module units, and in case of failure of a fan there is a risk of an air-side short circuit.
Aus
Der Wärmetauscher eines Kühlgerätes besteht aus einer oberen und einer unteren Wärmetauschereinheit und die Anschlusseinrichtungen für die Kühlflüssigkeit können bodenseitig oder in einem oberen Bereich des Kühlgerätes vorgesehen sein. Ein Nachteil des bekannten Kühlsystems ist eine relativ aufwändige Rohrleitungsinstallation auch im Kühlrack aufgrund der Anordnung von zwei Wärmetauschereinheiten. Die im Kühlrack montierten Ventilatoren sorgen für einen relativ hohen Schallpegel. Außerdem besteht die Gefahr eines luftseitigen Kurzschlusses bei Ausfall eines Ventilators. Des Weiteren sind Teilkühlleistungen sowohl für eine Schrankkühlung als auch für eine Raumkühlung nicht möglich.Of the Heat exchanger of a refrigerator consists from an upper and a lower heat exchanger unit and the connection means for the cooling liquid can be on the floor or in an upper area of the refrigerator be provided. A disadvantage of the known cooling system is a relatively expensive piping installation too in the cooling rack due to the arrangement of two heat exchanger units. The fans mounted in the cooling rack provide for a relatively high sound level. There is also the danger an air-side short circuit in the event of a fan failure. Furthermore, partial cooling services are available for both a cabinet cooling as well as for a room cooling not possible.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlungsanordnung zu schaffen, welche eine Kühlung von Geräteschränken, insbesondere Serverschränken, und eine Raumkühlung in einem frei wählbaren offenen oder geschlossenen System ermöglicht, Beschädigungen durch Leckagen vermeidet, und entsprechend den Erfordernissen Teilkühlleistungen sowohl zur Schrankkühlung als auch zur Raumkühlung ermöglicht.Of the Invention is based on the object, a cooling arrangement to provide, which a cooling of equipment cabinets, especially server cabinets, and a room cooling in a freely selectable open or closed system allows damage to leaks avoids, and according to the requirements partial cooling services both for cabinet cooling and for room cooling allows.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen und in der Figurenbeschreibung enthalten.According to the invention the problem solved by the features of claim 1. Appropriate and advantageous embodiments are in the subclaims and in the description of the figures.
Ein Grundgedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, eine Kühleinheit mit einem durchgehenden Wärmetauscher und mit Ventilatormodulen zu versehen, welche unabhängig von dem Wärmetauscher in der Kühleinheit positionierbar sind und jeweils eine Einrichtung zur Verhinderung einer Rezirkulation sowie eine Einrichtung zum gerichteten Verteilen der im Wärmetauscher abgekühlten und aus den Ventilatoren ausströmenden Luft aufweist.One The basic idea of the invention can be seen therein, a cooling unit with a continuous heat exchanger and with fan modules to provide, which is independent of the heat exchanger can be positioned in the cooling unit and one each Device for preventing recirculation and a device for directed distribution of the cooled in the heat exchanger and having air flowing out of the fans.
Indem nur ein Wärmetauscher in der Kühleinheit angeordnet wird, ist die Anzahl von Wasserverteilelementen und damit das Leckagerisiko reduziert. Die Anordnung der Ventilatoren in Ventilatormodulen mit einer bevorzugt integrierten Einrichtung zur Verhinderung der Rezirkulation der im Wärmetauscher abgekühlten und aus den Ventilatoren austretenden Kaltluft und der ebenfalls vorzugsweise integrierten Einrichtung zum gerichteten Verteilen dieser Kaltluft ist eine Einheit Wärmetauscher-Ventilator vermieden und können Trennbleche beziehungsweise Fachböden zwischen den Ventilatormodulen entfallen. Eine schädliche Rezirkulation der Kaltluft bei Ausfall eines Ventilators beziehungsweise eines Ventilatormoduls wird durch die entsprechende Einrichtung, vorzugsweise eine Rückschlagklappe, verhindert.By doing only one heat exchanger is arranged in the cooling unit is the number of water distribution elements and thus the risk of leakage reduced. The arrangement of the fans in fan modules with a preferably integrated device for preventing recirculation the cooled in the heat exchanger and out of the fans exiting cold air and also preferably integrated Device for the directed distribution of this cold air is a unit Heat exchanger fan avoided and can Dividers or shelves between the fan modules omitted. A harmful recirculation of cold air in case of failure a fan or a fan module is through the corresponding device, preferably a non-return valve, prevented.
Die Einrichtung zum gerichteten Verteilen der aus dem Wärmetauscher angesaugten Kaltluft kann bevorzugt als eine Verteilerjalousie, welche insbesondere vertikal ausgerichtete Lamellen aufweist, ausgebildet sein. Durch unterschiedliche Verstellwinkel dieser Lamellen können die gewünschten Strömungsrichtungen und der Teilvolumina der Kaltluft reguliert werden.The Device for directional distribution of the heat exchanger sucked cold air may be preferred as a distributor blind, which has in particular vertically oriented lamellae, formed be. By different adjustment angle of these slats can the desired flow directions and the partial volumes the cold air are regulated.
Es ist vorteilhaft, dass die Ventilatormodule nur einen Montagerahmen für die Befestigung der Ventilatoren, insbesondere Diagonalventilatoren, der Rückschlagklappe und der Verteilerjalousie aufweisen. Mit Hilfe des Montagerahmens ist ein relativ einfacher Ein- und Ausbau der Ventilatormodule in die beziehungsweise aus der Kühleinheit möglich. Bevorzugt sind die Ventilatormodule in die Kühleinheit einschiebbar und lösbar befestigt.It is advantageous that the fan modules only a mounting frame for fixing the fans, in particular diagonal fans, have the non-return valve and the distributor jalousie. With the help of the mounting frame is a relatively simple on and Removal of the fan modules to and from the cooling unit possible. Preferably, the fan modules are inserted into the cooling unit and releasably secured.
Für eine variable Schrank- und Raumkühlung ist es von Vorteil, dass die Anzahl der Ventilatormodule, welche, bezogen auf die Luftströmung, nach dem Wärmetauscher angeordnet sind, entsprechend dem jeweils erforderlichen Kühlluftvolumenstrom variiert werden kann. Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Ventilatormodule in Abhängigkeit von der Bestückung des angrenzenden Geräteschrankes zu positionieren.For a variable cabinet and room cooling, it is advantageous that the number of fan modules, which, based on the air flow, are arranged after the heat exchanger, according to the each required cooling air volume flow can be varied can. Furthermore, there is the possibility of the fan modules depending on the population of the adjacent Position equipment cabinet.
Bevorzugt ist die Kühleinheit schrankartig ausgebildet und bezüglich ihrer Höhe und Tiefe den Geräteschränken angepasst, so dass sie fluchtend mit den Geräteschränken in Schrankreihen angeordnet werden können. Der Wärmetauscher reicht nahezu über die gesamte Höhe der Kühleinheit und damit auch etwa über den Aufnahmeraum eines Geräteschrankes.Prefers the cooling unit is cabinet-like and with respect their height and depth the equipment cabinets adjusted so that they are aligned with the equipment cabinets can be arranged in cabinet rows. The heat exchanger extends almost over the entire height of the cooling unit and thus also about the receiving space of a device cabinet.
Zweckmäßigerweise ist zur Anpassung der Ventilatormodule an unterschiedliche Tiefen der Geräteschränke und damit der Kühleinheit ein Passstück vorgesehen. Das Passstück ist rohrförmig mit einem kreisförmigen oder mit einem rechteckigen Querschnitt ausgebildet und zwischen dem Ventilator und der Rückschlagklappe angeordnet.Conveniently, is for adapting the fan modules to different depths the equipment cabinets and thus the cooling unit provided a fitting. The fitting is tubular with a circular or with a rectangular cross-section trained and between the fan and the non-return valve arranged.
Die Ansaugung der im Wärmetauscher abgekühlten Luft erfolgt über Ansaugdüsen, welche mit einem relativ geringen Abstand vom Wärmetauscher in der Kühleinheit befestigt sind. Zweckmäßigerweise ist an den Ventilatormodulen jeweils ein Verbindungsstutzen angeordnet. Wenn an der Ansaugdüse eine Doppeldichtung vorgesehen ist, kann die Verbindung des Ventilatormoduls mit der Ansaugdüse durch Einschieben hergestellt werden.The Intake of the cooled air in the heat exchanger via suction nozzles, which with a relative small distance from the heat exchanger in the cooling unit are attached. Appropriately, is on the fan modules each arranged a connecting piece. If at the suction nozzle a Double seal is provided, the connection of the fan module be made with the suction nozzle by inserting.
Zweckmäßigerweise werden die Ventilatormodule derart in der Kühleinheit positioniert, dass frontseitig ein Kaltluftkanal für die im Wärmetauscher abgekühlte und mit Hilfe der Ventilatormodule gerichtet austretenden Kaltluft und rückseitig ein Warmluftkanal für die mit der Verlustwärme beaufschlagte Warmluft aus wenigstens einem Geräteschrank gebildet sind. Der vertikale Kaltluftkanal der Kühleinheit ist mit einem Zuluftkanal an der Frontseite der Moduleinheiten wenigstens eines Geräteschrankes verbunden, so dass die Kaltluft aus der Kühleinheit in den Geräteschrank und zu den Moduleinheiten beziehungsweise Bauteilen gelangen kann. Der Warmluftkanal der Kühleinheit erstreckt sich zwischen dem Wärmetauscher und einer rückseitigen Wand oder Tür sowie Seitenwänden der Kühleinheit.Conveniently, the fan modules are positioned in the cooling unit such that front side, a cold air duct for the cooled in the heat exchanger and directed with the help of the fan modules emerging cold air and the back of a hot air duct for the acted upon by the waste heat hot air from at least one equipment cabinet are formed. The vertical cold air duct of the cooling unit is connected to a supply air duct on the front side of the module units of at least one equipment cabinet, so that the cold air can pass from the cooling unit into the equipment cabinet and to the modular units or components. The hot air duct of the cooling unit extends between the heat exchanger and a rear wall or door and side walls of the cooling unit.
Um Teilluftströme zu realisieren und eine Entwärmung des Aufstellungsraums und/oder wenigstens eines Geräteschrankes beziehungsweise ein offenes oder geschlossenes System zu realisieren, sind Strömungsventile im Bereich des Warmluftkanals, insbe sondere in der rückseitigen Wand oder Tür und in den Seitenwänden vorgesehen. Diese Strömungsventile können als Schlitzschieber oder Drosselbleche ausgebildet und im Bereich von Ausnehmungen in den Seitenwänden beziehungsweise der rückseitigen Tür oder Wand der Kühleinheit angeordnet und individuell verstellbar sein. Zur Verstellung können Führungsstifte und Stellschrauben vorgesehen sein.Around To realize partial air flows and a heat dissipation the installation room and / or at least one equipment cabinet or to realize an open or closed system, are flow valves in the area of the hot air duct, in particular special in the back wall or door and in the side walls intended. These flow valves can as Schlitzschieber or throttle plates formed and in the range of Recesses in the side walls or the back Door or wall of the cooling unit arranged and customized be adjustable. For adjustment, guide pins and screws are provided.
Als Wärmetauscher ist in der Kühleinheit ein Luft-Flüssig- oder ein Luft-Fluid/Gasgemisch-Wärmetauscher zweckmäßigerweise eingesetzt. Der Anschluss der Kühlflüssigkeit kann von oben oder auch von unten erfolgen. Wenn dem Wärmetauscher ein Tropfenabscheider nachgeordnet wird, welcher dann zwischen dem Wärmetauscher und den Lüftermodulen angeordnet ist, kann der Wärmetauscher auch unterhalb der Taupunkttemperatur betrieben werden.When Heat exchanger is in the cooling unit an air-liquid or an air-fluid / gas mixture heat exchanger expediently used. The connection of the cooling liquid can be done from above or from below. When the heat exchanger a droplet separator is arranged downstream, which then between the Heat exchanger and the fan modules arranged is, the heat exchanger can also below the dew point temperature operate.
Unterhalb des Wärmetauschers und des Tropfenabscheiders sowie einer Anschlusseinrichtung für die Kühlflüssigkeit ist zweckmäßigerweise eine Kondensatwanne angeordnet.Below the heat exchanger and the demister and a Connection device for the cooling liquid is expediently arranged a condensate tray.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht in der Möglichkeit, Teilkühlleistungen aus der Kühleinheit sowohl zur Schrankkühlung als auch zur Raumkühlung realisieren zu können. Die jeweils benötigten Teilluftvolumenströme können mit Hilfe der Strömungsventile aus dem Luftvolumenstrom der Kühleinheit gebildet werden. Die Verteilerjalousien der Ventilatormodule ermöglichen eine gerichtete Lenkung des Luftvolumenstroms und eine Optimierung der Luftführung bei Verringerung des hydraulischen Widerstandes im Kühlluftstrom. Durch den Wegfall von Fachböden beziehungsweise Unterteilungsblechen für eine Lufttrennung besteht die Möglichkeit, dass eine Kühleinheit für eine unterschiedliche Anzahl von Ventilatormodulen verwendet werden kann.One Advantage of the arrangement according to the invention exists in the possibility of partial cooling from the Cooling unit for cabinet cooling as well to realize the room cooling. The respectively required partial air volume flows can using the flow valves from the air flow the cooling unit are formed. The distributor blinds The fan modules allow directional steering the air volume flow and an optimization of the air flow when reducing the hydraulic resistance in the cooling air flow. By eliminating shelves or partition plates for air separation it is possible to that a cooling unit for a different Number of fan modules can be used.
Ein weiterer Vorteil ist ein relativ geringer Schallpegel, welcher durch eine Schall dämmende Schicht im Bereich der Strömungsventile zusätzlich verringert werden kann. Die Hauptwärmemenge wird am Ort der Entstehung abgeführt. Gleichzeitig kann eine freie Kühlkapazität zur Raumkühlung eingesetzt werden. Es wurde festgestellt, dass zum Erreichen der maximalen Kühlleistung einer Schrankreihe gegebenenfalls eine Kaltgangeinhausung entfallen kann. Vorteilhaft ist des Weiteren die variable Anordnung einer oder mehrerer Kühleinheiten in einer Schrankreihe und die mögliche Nachrüstung eines Rechenzentrums, Computerraums und dergleichen mit einer oder mehreren Kühleinheiten. Bei Anordnung von Kühleinheiten zwischen den einzelnen Gerä teschränken einer Schrankreihe ist eine Redundanz möglich. Des Weiteren werden die Arbeitsbedingungen für das Personal eines Rechenzentrums beziehungsweise Computerraums verbessert.One Another advantage is a relatively low sound level, which by a sound-insulating layer in the area of the flow valves in addition can be reduced. The main amount of heat is removed at the place of origin. At the same time, one can free cooling capacity can be used for room cooling. It was found that to achieve the maximum cooling capacity a cabinet row may be omitted if a cold aisle housing. Furthermore, the variable arrangement of one or more is advantageous Cooling units in a row of cabinets and the possible Retrofitting a data center, computer room and the like with one or more cooling units. When arranging cooling units between the individual units of a cabinet row is a redundancy possible. Furthermore, the working conditions for the staff of a computer center or computer room improved.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Zeichnung weiter erläutert; in dieser zeigen stark schematisiertThe Invention will be further explained below with reference to a drawing; in this show highly schematized
In
In
der Kühleinheit
Räumlich
getrennt vom Wärmetauscher
Zur
Anpassung der Ventilatormodule
Die
von den Ventilatoren
Die
Kühleinheit
Die
Ventilatormodule
In
den
In
den
Der
Warmluftkanal
In
Die
Ausnehmungen
Um
einen Teil-Kaltluftstrom
Die
Kühlungsanordnung der
In
Die
Kühlungsanordnung der
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