JP2006520090A - 流体冷却システム - Google Patents

Abstract

本発明は、ラック（２）またはエンクロージャに収容されかつ冷却すべき各電子コンポーネント（１）に個別に割り当てられる複数の冷却ユニット（４）と、さらに冷却温度を監視する監視および制御ユニット（９）とを有する流体冷却システムに関する。効率的な冷却および温度監視は、上記の冷却ユニット（４）が、流体冷却ユニットとして構成されており、かつラック（２）またはエンクロージャに組み込まれた共通の中央流体管路システム（５）に分岐箇所（５．１）を介して接続されており、また上記監視および制御ユニットが、中央流体管路システム（５）における冷却温度を監視するように構成されており、またあらかじめ設定されたまたはあらかじめ設定可能な流体環流分岐路（５．３）における境界温度を上回った際、または供給分岐路（５．２）における温度と、環流分岐路（５．３）における温度との間のあらかじめ設定されたまたはあらかじめ設定可能な境界温度差を上回った際、または流体の流量があらかじめ設定されたまたはあらかじめ設定可能な境界値を下回った際にエラー信号を出力するように構成されていることによって得られる。

Description

本発明は、ラックまたはエンクロージャ（Schalschrank）に収納されかつ冷却すべき各電子コンポーネントに個別に割り当てられる複数の冷却ユニットと、さらに冷却温度を監視する監視および制御装置とを有する流体冷却システムに関する。

このような流体冷却システムは、エンクロージャクライメートコントロール装置と関連してDE 196 09 651 C1に示されている。ここでこの流体冷却システムは、例えば空気／水熱交換器を有する冷却ユニットまたは冷却装置として構成されており、クライメートコントロール装置全体の１コンポーネントであり、これは上位の監視および制御装置によって監視されて制御ないしは調整される。監視および制御装置が取り付けられた冷却装置を用いれば、使用事例ないしはユーザの望みに応じて、クライメート制御の多様な制御コンセプトを実現することができる。この際には個々の電子コンポーネントを局所的に冷却することも可能であり、このためにこれらの電子コンポーネントに割り当てられたファンユニットを駆動制御する。しかしながらラックまたはエンクロージャに、計算能力の高い電子コンポーネントを多数装備する場合、例えば、コンピュータユニットの領域に極めて大量の熱が発生することがあり、これらは上記のような冷却装置でも除去することは困難である。

WO 97/34345にはエンクロージャ監視および制御システムが示されており、ここには殊に冷却装置およびファンならびに熱交換器を有するクライメート制御装置が組み込まれている。個々のコンポーネントの領域における熱を排出するための冷却コンセプトは、この刊行物には詳しく記載されていない。

本発明の課題は、冒頭に述べた形式の流体冷却システムを提供して、殊にラックまたはエンクロージャが高い密度で詰め込まれている場合にも、大量の熱を発生する電子コンポーネントが確実に冷却され、またこれらの電子コンポーネントの熱による破損が回避されるようにすることである。

この課題は、請求項１に記載された特徴的構成によって解決される。ここでは冷却ユニットは、流体冷却ユニットとして構成されており、かつラックまたはエンクロージャに組み込まれる共通の中央流体管路システムに分岐箇所を介して接続されており、また制御および監視装置は、中央流管路システムにおける冷却温度を監視するように構成されており、またあらかじめ設定されたまたはあらかじめ設定可能な流体環流分岐路における境界温度を上回った際、または供給分岐路（Vorlaufzweig）における温度と、環流分岐路（Ruecklaufzweig）における温度との間のあらかじめ設定されたまたはあらかじめ設定可能な境界温度差を上回った際、または流体の流量があらかじめ設定されたまたはあらかじめ設定可能な境界値を下回った際にエラー信号を出力するように構成されている。

電子コンポーネントに割り当てられている流体冷却ユニットにより、これらの電子コンポーネントは高い効率で確実に冷却される。過剰な加熱は、中央流体管路システムにおける流れおよび／または冷却温度を監視することによって確実に確定され、また場合によっては相応のエラー信号を出力することによって示されるか、ないしはこのシステムにおいて相応の処理によって考慮される。

冷却すべき電子コンポーネントの破損は、上記のエラー信号を利用して警報をトリガするおよび／またはすべての電子コンポーネントに共通の電力供給を遮断することにより、確実かつ極めて簡単な手段で阻止される。

殊に効率的な冷却は、上記の冷却ユニットが冷却素子を有することによって達成され、ここでこの冷却素子は、温度を感知し、熱を発生する電子コンポーネントに熱的に結合され、この冷却素子を冷却流体が貫流する。

簡単に接続できる概略的な構造は、中央流体管路システムが、供給チャネルおよび環流チャネルが設けられた管路ユニットを有することによって得られ、ここでこの管路ユニットは、垂直に配向されてラックまたはエンクロージャに取り付けられており、またその長さにわたって分岐箇所を形成するため、有利には等間隔に配置された結合手段が設けられている。

取り付けが簡単にできる構造に寄与するのはつぎのような手段である。すなわち、中央流体管路システムのラックまたはエンクロージャに延在する区分が、垂直なフレーム脚部（Rahmenschenkel）、少なくとも１つの取り付けレール、または被覆部の内側に取り付けられているようにする手段である。

ここでは有利な配置構成例がつぎのようにして得られる。すなわち上記のフレーム脚部にまたはこのフレーム脚部内に、ラックまたはエンクロージャの内部に向かって、その長さにわたって開いた垂直の受容部が組み込まれていることによって得られるのである。ここでこの受容部に中央流体管路システムの上記の区分がはめ込まれる。

効率的な冷却のための種々異なる変形実施形態の特徴は、上記の中央流体管路システムが、空気／流体熱交換器および／または流体／流体熱交換器に接続されていることであり、またさらにこの流体／流体熱交換器が再冷装置（Rueckkuehlanlage）に接続されていることである。

本発明を以下、実施例に基づき、図面を参照して詳しく説明する。

図１は、ラック２に収容される多数の電子コンポーネント１を冷却する流体冷却システムの構造例を概略的に示している。ここでこれらの電子コンポーネントはそれぞれ、主たる熱発生源として、計算能力の高い少なくとも１つの中央処理演算ユニット（ＣＰＵ）１．１をケーシング内に有する。ここでこのケーシングは電子コンポーネント１を含んでいる。

電子コンポーネント１，例えば集積素子として構成されているプロセッサユニットないしは計算ユニット１．１を冷却するため、流体冷却ユニットのチャネルが設けられた冷却素子４が、熱伝導的に密に接触接続されて素子ボディに被着されており、この冷却素子を通し、できる限り長い距離にわたって冷却流体が導かれる。冷却素子４を有する流体冷却ユニットは、各供給分岐管路および環流分岐管路を介し、また結合素子を有する相応の分岐箇所５．１を介して、ラックに延在する中央流体管路システム５の垂直区分に接続されている。中央流体管路システム５も同様に冷却流体に対する供給分岐路５．２および環流分岐路５．３を有する。ここでラック２ないしはエンクロージャに配置されている垂直区分は、有利には供給分岐路５．２および環流分岐路５．３を有する管路ユニット５．４として構成されている。

管路ユニット５．４の下側の領域においてこの管路ユニットは、供給分岐路５．２および環流分岐路５．３の別の区分を介して、電子装置ケーシング３に収容されている水／水熱交換器６に接続されている。電子装置ケーシング３にはエンクロージャまたはラック２の機能に対する監視および制御装置９が収容されており、これは殊に供給分岐路５．２および環流分岐路５．３にも接続されており、これによって接続箇所の流体ないしは水の温度が検出される。

流体の冷却のためには簡単な再冷装置またはファン装置も考えられ得る。

別の管路を介して水／水熱交換器６は再冷装置７に接続されている。これは流体の確実な冷却を保証し、また例えば冷却すべき電子コンポーネントを有するラック２またはエンクロージャのある部屋の外部に、発生した熱を出して、室温が高くなり過ぎることを回避することも可能である。

また中央流体管路システム５の垂直区分の上側の領域は、別の線路を介して、ラック２またはエンクロージャに配置された空気／水熱交換器８に接続されており、この熱交換器によって流体をさらに冷却し、これに加えて、相応に構成した際には、コンポーネントの領域ないしはエンクロージャの内部における一般的な温度を下げることができる。

さらにラック２には例えば、モニタ−キーボードユニット１０およびサーバスイッチ制御部が配置されているが、これらは熱を余り発生させないため、中央管路システム５に接続する必要はない。

監視および制御装置９により、例えば流体管路システム内または流体管路システムの温度センサまたは流体流量監視器が用いられて、例えば管路分岐路５．３における絶対的な温度または供給分岐路５．２と環流分岐路５．３との間の温度差が、あらかじめ設定したまたはあらかじめ設定可能な閾値を上回ったことが確認された場合、この監視および制御装置により、エラー信号またはエラー通知が出力され、このエラー信号またはエラー通知により、例えば、警報ランプまたは警報音をスイッチオンするか、またはユーザの情報表示器を制御することができる。この際にネットワーク接続を介してリモートの監視所に転送することも可能である。有利な手段の特徴はつぎような点にもある。すなわち、監視および制御装置９を構成して、エラー信号が発生した際に、ラック２ないしはエンクロージャに配置されている電子コンポーネント１の共通の電力供給が、上記の監視および制御装置９によって遮断されて、通例高価なこの設備の熱による破損が生じないように保証される点にもある。エラー信号をさらに計算処理することおよび／または診断または後の評価のためにエラー記憶装置に記憶することも可能である。ここで監視および制御装置９は、上位の監視システムを構成しており、この監視システムによって、さらに別のセンサ信号を記録して監視し、ならびに冷却システムのさまざまなアクチュエータも制御および調整することも可能である。これは冒頭に挙げた刊行物DE 196 09 651およびWO 97/34345に詳しく説明されている通りである。

ラック２またはエンクロージャに配置されている中央流体管路システム５の垂直区分は、有利には供給チャネルおよび環流チャネルを有する管路ユニットとして構成されており、またラック２ないしはエンクロージャ２において垂直のフレーム脚部、取り付けレール、または被覆部の内側に別個に取り付けることができる。また例えば、垂直のフレーム脚部がつぎのような受容部を有する構成も有利である。すなわち、ラック２ないしはエンクロージャの内部に向かって、その長さにわたって開いており、断面が例えばＵ字の受容部を有する構成も有利である。ここでこの受容部には管路ユニットを後付けではめ込んでそこに固定する、例えば係止（verrasten）することができる。管路ユニット５．４の長さにわたって規則的な間隔で結合素子を有する接続箇所が構成されており、これによって電子コンポーネント１に至る分岐管路が接続される。

流体冷却システムの構造例の概略図である。

Claims (8)

1. ラック（２）またはエンクロージャに収容されかつ冷却すべき各電子コンポーネント（１）に個別に割り当てられる複数の冷却ユニット（４）と、さらに冷却温度を監視する監視および制御ユニット（９）とを有する流体冷却システムにおいて、
   前記冷却ユニット（４）は、流体冷却ユニットとして構成されており、かつラック（２）またはエンクロージャに組み込まれる共通の中央流体管路システム（５）に分岐箇所（５．１）を介して接続されており、
   前記監視および制御ユニット（９）が、中央流体管路システム（５）における冷却温度を監視するように構成されており、またあらかじめ設定されたまたはあらかじめ設定可能な流体環流分岐路（５．３）における境界温度を上回った際、供給分岐路（５．２）における温度と、環流分岐路（５．３）における温度との間のあらかじめ設定されたまたはあらかじめ設定可能な境界温度差を上回った際、または流体の流量があらかじめ設定されたまたはあらかじめ設定可能な境界値を下回った際にエラー信号を出力するように構成されていることを特徴とする
   流体冷却システム。
2. 前記エラー信号を利用して、警報をトリガするおよび／またはすべての電子コンポーネント（１）に共通の電力供給を遮断する、
   請求項１に記載の流体冷却システム。
3. 前記冷却ユニット（４）は冷却素子を有し、
   該冷却素子は、温度を感知し、熱を発生する電子コンポーネントに熱的に結合され、当該冷却素子を冷却流体が貫流する、
   請求項１または２に記載の冷却システム。
4. 前記の中央流体管路システム（５）は、供給チャネルおよび環流チャネルが設けられた管路ユニット（５．４）を有しており、
   該管路ユニットは、垂直に配向されてラック（２）またはエンクロージャに取り付けられており、またその長さにわたって分岐箇所（５．１）を形成するため、等間隔に配置された結合手段が設けられている、
   請求項１から３までのいずか１項に記載の冷却システム。
5. 前記のラック（２）またはエンクロージャに延在する中央流体管路システム（５）の区分は、垂直なフレーム脚部、少なくとも１つの取り付けレール、または被覆部の内側に取り付けられている、
   請求項１から４までのいずれか１項に記載の冷却システム。
6. 前記のフレーム脚部にまたは当該フレーム脚部内に、ラック（２）またはエンクロージャの内部に向かって、その長さにわたって開いた垂直の受容部が組み込まれており、
   該受容部に前記の中央流体管路システム（５）の区分がはめ込まれている、
   請求項５に記載の冷却システム。
7. 前記中央流体管路システム（５）は空気／流体熱交換器（８）および／または流体／流体熱交換器（６）に接続されている、
   請求項１から６までのいずれか１項に記載の冷却システム。
8. 前記流体／流体熱交換器（６）は再冷装置（７）に接続されている、
   請求項７に記載の冷却システム。

Images