DE102007061966B4 - Arrangement for cooling electrical and electronic components and modular units in equipment cabinets - Google Patents
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Abstract
Anordnung zum Kühlen von elektrischen und elektronischen Bauteilen und Moduleinheiten in Geräteschränken, welche in einem Raum, beispielsweise einem Rechenzentrum, insbesondere reihenartig angeordnet sind,
mit einer Kühleinheit (5), welche einen Wärmetauscher (6) und Ventilatoren (7) aufweist und seitlich angrenzend an einen Geräteschrank (2) oder zwischen zwei Geräteschränken (2, 4) angeordnet ist,
wobei in der Kühleinheit (5), welche schrankartig ausgebildet ist und eine den Geräteschränken (2, 4) angepasste Höhe und Tiefe aufweist, ein Wärmetauscher (6) angeordnet ist, welcher nahezu über die gesamte Höhe der Kühleinheit (5) reicht, und
die Kühleinheit (5) Ventilatormodule (10) aufweist, in denen jeweils ein Ventilator (7), eine Einrichtung zur Verhinderung einer Rezirkulation (11) und eine Einrichtung (12) zum Einstellen der Strömungsrichtung und der Teilvolumina der im Wärmetauscher (6) abgekühlten und aus den Ventilatoren (7) austretenden Kaltluft (9) angeordnet sind.Arrangement for cooling electrical and electronic components and module units in equipment cabinets, which are arranged in a space, for example a data center, in particular in rows,
with a cooling unit (5) which has a heat exchanger (6) and fans (7) and is arranged laterally adjacent to an equipment cabinet (2) or between two equipment cabinets (2, 4),
wherein in the cooling unit (5), which is cabinet-shaped and has a height and depth adapted to the equipment cabinets (2, 4), a heat exchanger (6) is arranged which extends almost over the entire height of the cooling unit (5), and
the cooling unit (5) has fan modules (10) in each of which a fan (7), a device for preventing recirculation (11) and a device (12) for adjusting the flow direction and the partial volumes of the cooled in the heat exchanger (6) and from the fans (7) exiting cold air (9) are arranged.
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Kühlen von elektrischen und elektronischen Bauteilen und Moduleinheiten in Geräteschränken gemäß dem Anspruch 1.The The invention relates to an arrangement for cooling electrical and electronic Components and modular units in equipment cabinets according to 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 Equipment- and network cabinets suitable in computer rooms, Data centers and the like in a relatively large number and in a predeterminable 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, developed heat loss lead away to be able to are cooling arrangements with a closed or open system as well as partial cooling capacities known.
In
Aus
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-reception rooms of the Cooling unit allows one Adaptation to differently equipped equipment cabinets and the resulting Cooling requirements. The individual heat exchangers the cooling modules however, require a variety of water distribution elements, and due the possible Leakage 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 exchangers to 20 KW "the Company Schroff GmbH is described that to dissipate the heat loss of in a device cabinet arranged 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 one above the other arranged fans is guided in a closed air circuit. The fans are connected 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 in the closet is a variable heat dissipation according to the respective assembly of the cabinet not possible. at Leaks, the condensate can reach the area of the module units, and in case of failure of a fan there is a risk of 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 Wei teren sind Teilkühlleistungen sowohl für eine Schrankkühlung als auch für eine Raumkühlung nicht möglich.Of the heat exchangers a cooling device consists from an upper and a lower heat exchanger unit and the Connection devices for the cooling liquid can be provided on the bottom side or in an upper region of the refrigerator. A disadvantage the known cooling system is a relatively expensive Pipe installation also in the cooling rack due to the arrangement of two heat exchanger units. The in the cooling rack mounted fans provide for a relatively high sound level. There is also a risk of Short circuit in case of fan failure. The others are Part cooling capacities as well as a cupboard 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 has for its object to provide a cooling arrangement, which a cooling of equipment cabinets, in particular Server cabinets, and a room cooling in a freely selectable open or closed system allows damage due to leaks, and according to the requirements partial cooling capacities both for cabinet cooling as well as 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 Problem solved by the features of claim 1. Advantageous and advantageous embodiments are in the subclaims and included in the figure description.
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 einen Ventilator und eine Einrichtung zur Verhinderung einer Rezirkulation sowie eine Einrichtung zum Einstellen der Strömungsrichtung und der Teilvolumina der im Wärmetauscher abgekühlten und aus dem Ventilator ausströmenden Luft aufweist.One The basic idea of the invention can be seen therein, a cooling unit with a continuous heat exchanger and to be provided with fan modules which are independent of the heat exchanger in the cooling unit are positionable and each with a fan and a device for preventing recirculation and a device for Adjusting the flow direction and the partial volumes of the heat exchanger cooled and out of the fan Air has.
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 Einstellen der Strömungsrichtung und der Teilvolumina 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 in the cooling unit is arranged, is the number of water distribution elements and thus reduces the risk of leakage. The arrangement of the fans in fan modules with a preferably integrated device for preventing the Recirculation in the heat exchanger cooled and from the fans exiting cold air and also preferably integrated device for adjusting the flow direction and the partial volumes of this cold air is a unit heat exchanger fan avoided and can Dividers or shelves between the fan modules omitted. A harmful one Recirculation of cold air in case of failure of a fan or a fan module is controlled by the appropriate device, preferably a non-return valve, prevented.
Die Einrichtung zum Einstellen der Strömungsrichtung und der Teilvolumina, das heißt, 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 kön nen die gewünschten Strömungsrichtungen und der Teilvolumina der Kaltluft reguliert werden.The Device for adjusting the flow direction and the partial volumes, this means, for directionally distributing the sucked from the heat exchanger cold air may be preferred as a distributor blind, which in particular vertically aligned slats, be formed. By different Adjustment of these lamella Kings nen the desired flow directions and the partial volumes of 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 the Mounting of fans, in particular diagonal fans, the non-return valve and the distributor blind. With the help of the mounting frame is a relatively simple on and off Removal of the fan modules to and from the cooling unit possible. Preferably, the fan modules are inserted into the cooling unit and solvable attached.
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, after the heat exchanger are arranged, according to the respective required cooling air volume flow can be varied. Furthermore, there is the possibility of the fan modules dependent on from the assembly of the adjacent equipment cabinet to position.
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.Preferably, the cooling unit is designed like a cabinet and adapted to the height and depth of the equipment cabinets, so that they can be arranged in alignment with the equipment cabinets 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 sideboard.
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 so that the cooling unit a fitting piece intended. The fitting piece is tubular with a circular or formed with a rectangular cross-section and between the fan and the check 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 in the heat exchanger cooled Air is over suction nozzles, which with a relatively small distance from the heat exchanger in the cooling unit are attached. Appropriately, is arranged on the fan modules in each case a connection piece. If at the suction nozzle a Double seal is provided, the connection of the fan module with the suction nozzle through Insertion can be made.
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 in such a way that front a cold air duct for the cooled in the heat exchanger and with the help of the fan modules directed emerging cold air and on the back a hot air duct for with the heat loss acted hot air from at least one equipment cabinet are formed. Of the vertical cold air duct of the cooling unit is with a supply air duct at the front of the module units at least a device cabinet connected, so that the cold air from the cooling unit in the equipment cabinet and can get to the module units or components. The hot air duct of the cooling unit extends between the heat exchanger and a back Wall or door as well as side walls 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, insbesondere 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 Partial airflows to realize 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, especially in the back Wall or door and in the side walls intended. These flow valves can designed as slit slide or throttle plates and in the area recesses in the side walls or the back Door or Wall of the cooling unit be arranged and individually 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 exchangers 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 exchangers and the fan modules is arranged, the heat exchanger can be operated below the dew point temperature.
Unterhalb des Wärmetauschers und des Tropfenabscheiders sowie einer Anschlusseinrichtung für die Kühlflüssigkeit ist zweckmäßigerweise eine Kondensatwanne angeordnet.Below of the heat exchanger and the droplet and a connection means for the cooling liquid is suitably one Condensate tray arranged.
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 Part cooling services off the cooling unit both for cabinet cooling as well as for room cooling to be able to realize. The respectively required Part airflows can with the help of flow valves from the airflow of the cooling unit be formed. The distributor louvers of the fan modules enable a directed steering of the air flow and an optimization the air duct when reducing the hydraulic resistance in the cooling air flow. By eliminating shelves or subdivision plates for air separation exists the possibility, that a cooling unit for one 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 Geräteschränken 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 field of flow valves additionally reduced can be. The main amount of heat is removed at the place of origin. At the same time, a 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 cabinet row and the possible retrofitting a data center, computer room and the like with one or several cooling units. When arranging cooling units between the individual equipment cabinets one Cabinet row is a redundancy possible. Furthermore, will be 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 these show a highly schematic
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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