DE102009058055B4 - System and method for cooling a computer system - Google Patents

System and method for cooling a computer system Download PDF

Info

Publication number
DE102009058055B4
DE102009058055B4 DE102009058055A DE102009058055A DE102009058055B4 DE 102009058055 B4 DE102009058055 B4 DE 102009058055B4 DE 102009058055 A DE102009058055 A DE 102009058055A DE 102009058055 A DE102009058055 A DE 102009058055A DE 102009058055 B4 DE102009058055 B4 DE 102009058055B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
cooling
computer system
chiller
heat
sorption
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102009058055A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102009058055A1 (en
Inventor
Peter Heiland
Andreas Birkner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SAM TECHNOLOGIES GmbH
Original Assignee
SAM TECHNOLOGIES GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SAM TECHNOLOGIES GmbH filed Critical SAM TECHNOLOGIES GmbH
Priority to DE102009058055A priority Critical patent/DE102009058055B4/en
Priority to PCT/EP2010/007685 priority patent/WO2011082790A1/en
Priority to US13/516,036 priority patent/US20130050931A1/en
Priority to EP10795950A priority patent/EP2514290A1/en
Publication of DE102009058055A1 publication Critical patent/DE102009058055A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102009058055B4 publication Critical patent/DE102009058055B4/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B27/00Machines, plants or systems, using particular sources of energy
    • F25B27/02Machines, plants or systems, using particular sources of energy using waste heat, e.g. from internal-combustion engines
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20709Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for server racks or cabinets; for data centers, e.g. 19-inch computer racks
    • H05K7/208Liquid cooling with phase change
    • H05K7/20827Liquid cooling with phase change within rooms for removing heat from cabinets, e.g. air conditioning devices
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B15/00Sorption machines, plants or systems, operating continuously, e.g. absorption type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B17/00Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A30/00Adapting or protecting infrastructure or their operation
    • Y02A30/27Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies
    • Y02A30/274Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies using waste energy, e.g. from internal combustion engine

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

System (1) zur Kühlung einer Rechenanlage (2), umfassend eine Kältemaschine (3), mit welcher ein Fluid kühlbar ist, welches der Rechenanlage (2) zuführbar ist, wobei Abwärme der Rechenanlage (2) der Kältemaschine (3) zuführbar ist, um die Kältemaschine (3) zumindest teilweise mit Antriebsenergie zu versorgen, dadurch gekennzeichnet dass zwischen der Rechenanlage (2) und der Kältemaschine (3) eine Wärmepumpe (10) zur Erhöhung der Vorlauftemperatur der Kältemaschine (3) vorgesehen ist, wobei der Rücklauf (5) der Rechenanlage (2) zunächst über den Kälteteil der Wärmepumpe (10) und sodann über den Kälteteil der Kältemaschine (3) geführt ist.System (1) for cooling a computing system (2), comprising a refrigeration machine (3) with which a fluid can be cooled, which fluid can be supplied to the computing system (2), waste heat from the computing system (2) being deliverable to the refrigeration machine (3), in order to supply the chiller (3) with drive energy at least partially, characterized in that a heat pump (10) is provided between the computer system (2) and the chiller (3) to increase the flow temperature of the chiller (3), the return (5 ) of the computing system (2) is first led over the refrigeration part of the heat pump (10) and then over the refrigeration part of the refrigeration machine (3).

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft ein System und Verfahren zur Kühlung einer Rechenanlage, insbesondere zur Kühlung einer Server-, Farm.The invention relates to a system and method for cooling a computer system, in particular for cooling a server farm.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Rechenanlagen, insbesondere eine Vielzahl von Racks umfassende Server-Farmen, erzeugen im Betrieb große Wärmemengen. So kommt eine Server-Farm in der Regel auf eine reine Heizleistung von mehreren Kilowatt.Computer systems, in particular server farms comprising a large number of racks, generate large amounts of heat during operation. Thus, a server farm usually comes to a pure heating power of several kilowatts.

Um diese großen Wärmemengen abzuführen, werden in der Regel Klimaanlagen verwendet, deren Betrieb sehr energieintensiv ist.To dissipate these large amounts of heat, air conditioners are usually used, the operation of which is very energy-intensive.

Es sind in der Praxis zwar Ansätze bekannt, mit denen versucht wird, die Abwärme einer Rechenanlage zur Beheizung eines Gebäudes zu nutzen. Vielfach ist ein derartiger Ansatz aber mangels beheizbarer Gebäudeflächen in der Nähe nicht möglich und auch, je nach Klimazone und Jahreszeit, nicht geeignet für eine hinreichende Kühlung einer in einem Gebäude vorhandenen Rechenanlage zu sorgen.Although approaches are known in practice, with which attempts are made to use the waste heat of a computer system for heating a building. In many cases, however, such an approach is not possible in the vicinity because of the lack of heatable building surfaces and also, depending on the climatic zone and the season, not suitable for ensuring adequate cooling of a computer system present in a building.

Es wird geschätzt, dass die für Server-Farmen benötigte Energie in den nächsten Jahren auf 100 GWh oder mehr anwachsen wird, wobei fasst 40% dieser Energie allein der Kühlung zugerechnet wird.It is estimated that the energy needed for server farms will grow to 100 GWh or more over the next few years, with 40% of that energy being added to refrigeration alone.

Herkömmliche Rechenanlagen werden in der Regel über die Klimatisierung des Raumes gekühlt, wobei die einzelnen Rechner über einen Lüfter Wärme an die Umgebungsluft abgeben.Conventional computer systems are usually cooled by the air conditioning of the room, the individual computers via a fan heat to the ambient air.

Es gibt aber auch neuere Ansätze, bei denen die Racks einer Rechenanlage über eine Flüssigkeit gekühlt werden, wobei über einen in dem Rack integrierten oder adaptierten Wärmetauscher die Kühlluft der Racks ihre Wärmeenergie an eine außerhalb des Rack zu kühlende Flüssigkeit abgeben.However, there are also newer approaches in which the racks of a computer system are cooled by a liquid, wherein the cooling air of the racks emit their heat energy to a liquid to be cooled outside the rack via a rack integrated or adapted in the rack.

Ein weiterer Ansatz ist es, die Wärmeenergie über eine Flüssigkeitskühlung direkt von den Prozessoren abzuführen. Diese Technik hat zwar den Vorteil, dass auf einem kleinen lokalen Volumen ein Großteil der entstehenden Hitze abgeführt werden kann, ist aber in der Praxis zumindest nicht großtechnisch umgesetzt, was möglicherweise darauf zurückzuführen ist, dass die mit der Flüssigkeitskühlung von Prozessoren verbundenen technischen Schwierigkeiten, wie hinreichende Sicherung der Dichtheit, noch in keinem sinnvollen Verhältnis zu deren Nutzen stehen.Another approach is to dissipate the heat energy directly from the processors via liquid cooling. Although this technique has the advantage that a large portion of the resulting heat can be dissipated on a small local volume, in practice it is at least not implemented on an industrial scale, possibly due to the fact that the technical difficulties associated with the liquid cooling of processors, such as Sufficient assurance of tightness, still not in any meaningful relationship to their use.

Im Zuge weiter steigender Rechenleistungen auf immer kleinerem Raum ist davon auszugehen, dass auch die Kühlleistung und der damit verbundene Energieverbrauch ansteigen wird.In the course of further increasing computing power in ever smaller space, it can be assumed that the cooling capacity and the associated energy consumption will rise as well.

Das Dokument US 2005/132 724 A1 zeigt eine zweistufige Kühlung. Dabei soll über eine Absorptionskältemaschine eine höhere Effizienz erreicht werden.The document US 2005/132 724 A1 shows a two-stage cooling. It should be achieved via an absorption chiller, a higher efficiency.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, den Energiebedarf einer herkömmlichen Kühlung für Rechenanlagen zu senken.The invention is based on the object to reduce the energy requirements of conventional cooling for computer systems.

Dabei soll nicht zwingenderweise auf standortbedingte externe Quellen zurückgegriffen werden müssen.It is not necessary to rely on location-based external sources.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Die Aufgabe der Erfindung wird bereits durch ein System zur Kühlung einer Rechenanlage sowie durch ein Verfahren zur Kühlung einer Rechenanlage nach einem der unabhängigen Ansprüche gelöst.The object of the invention is already achieved by a system for cooling a computer system and by a method for cooling a computer system according to one of the independent claims.

Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.Preferred embodiments and further developments of the invention are to be taken from the respective subclaims.

Die Erfindung betrifft zum Einen ein System zur Kühlung einer Rechenanlage. Unter einer Rechenanlage wird eine Anordnung mit einer Mehrzahl von Rechnern verstanden, insbesondere ein Datenzentrum oder eine Server-Farm. In der Regel verfügt eine solche Rechenanlage über eine modulare Struktur, in welcher Racks vorgesehen sind, in welchen die einzelnen Platinen und/oder Baugruppen angeordnet, insbesondere eingeschoben, sind.The invention relates to a system for cooling a computer system. A computing system is understood to mean an arrangement having a plurality of computers, in particular a data center or a server farm. As a rule, such a computing system has a modular structure in which racks are provided, in which the individual boards and / or assemblies are arranged, in particular inserted.

Das System ist insbesondere zur Kühlung von Rechenanlagen vorgesehen, deren Wärmeabgabe mehr als 5 kW, vorzugsweise mehr als 50 kW beträgt.The system is intended in particular for cooling computer systems whose heat output is more than 5 kW, preferably more than 50 kW.

Das System umfasst eine Kältemaschine, mit welcher ein Fluid kühlbar ist, das der Rechenanlage zuführbar ist. Vorzugsweise wird zur Kühlung der Rechenanlage Luft oder eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser zugeführt. Es ist aber auch denkbar, ein Kühlmittel, welches in der Kältemaschine Verwendung findet, direkt der Rechenanlage zuzuführen.The system comprises a refrigeration machine, with which a fluid can be cooled, which can be supplied to the computer system. Preferably, air or a liquid, in particular water, is supplied for cooling the computer system. However, it is also conceivable to feed a coolant, which is used in the chiller, directly to the computer system.

Eine Kühlung mit Luft erfolgt in der Regel dadurch, dass der Raum, in welchem die einzelnen Rechner stehen, selbst gekühlt wird und/oder die Rechner über eine eigene interne Luftkühlung verfügen, Abwärme an die Umgebungsluft abgeben und so die Abwärme über die Umgebungsluft, welche innerhalb eines vorgegebenen Soll-Temperatur-Bereiches gehalten wird, abgeführt wird.Cooling with air generally takes place in that the room in which the individual computers are located, is itself cooled and / or the computers have their own internal air cooling, give off waste heat to the ambient air and thus the waste heat via the ambient air is kept within a predetermined target temperature range, is dissipated.

Bei Systemen mit höherer Rechenleistung ist bei Verwendung von Luftkühlung zumeist eine Luftkühlung für die einzelnen Racks vorgesehen, das heißt die Abwärme wird nicht alleine über die Umgebungsluft des Raumes angeführt, sondern es wird Luft direkt durchgeführt beziehungsweise in die Racks geblasen, so dass eine lokalere Wärmeabfuhr möglich ist. Bei derartiger Rack-Kühlung notwendige Vorlauftemperaturen der Kühlluft variieren je nach Leistung und technischer Ausführung der Rechenanlage, beispielsweise kann die Vorlauftemperatur der Kühlluft im Bereich 20°C bis 25°C liegen.In systems with higher computing power is usually provided using air cooling air cooling for the individual racks, that is, the waste heat is not alone on the ambient air of the room, but it is carried out directly air or blown into the racks, so that a more localized heat dissipation is possible. With such rack cooling necessary flow temperatures of the cooling air vary depending on the performance and technical design of the computer, for example, the flow temperature of the cooling air in the range 20 ° C to 25 ° C are.

Eine andere Ausführungsform ist die Flüssigkeitskühlung von Racks. Bei der Flüssigkeitskühlung von Racks wird in der Regel mit einer geringeren Vorlauftemperatur gearbeitet, insbesondere liegt die Vorlauftemperatur der Kühlflüssigkeit bei der Rack-Kühlung, wiederum variierend je nach Leistung und technischer Ausführung zwischen 10°C und 15°C, damit die Gehäusewände der Racks die von den einzelnen Baugruppen verursachte Wärme aufnehmen können. Dies resultiert in der Regel auch in einer geringeren Rücklauftemperatur, welche zumeist nicht wesentlich über 20°C liegt.Another embodiment is the liquid cooling of racks. The liquid cooling of racks is usually worked with a lower flow temperature, in particular, the flow temperature of the cooling liquid in the rack cooling, again varying depending on performance and technical design between 10 ° C and 15 ° C, so that the housing walls of the rack can absorb heat caused by the individual modules. This usually results in a lower return temperature, which is usually not much above 20 ° C.

Bei der technisch aufwendigeren Prozessorkühlung kann die Kühlung dagegen bei höheren Temperaturen erfolgen. Im Allgemeinen sind Prozessoren für eine Betriebstemperatur bis 100°C ausgelegt, so dass Vorlauftemperaturen bis 60°C ausreichend sind, um für eine hinreichende Prozessrückkühlung zu sorgen. Die Rücklauftemperatur ist bei Prozessrückkühlungen zumeist recht hoch und kann über 80°C erreichen.In the case of the technically more complex processor cooling, however, the cooling can take place at higher temperatures. In general, processors are designed for an operating temperature of up to 100 ° C, so that flow temperatures up to 60 ° C are sufficient to ensure sufficient process re-cooling. The return temperature for process recooling is usually quite high and can reach over 80 ° C.

Gemäß der Erfindung wird Abwärme der Rechenanlage der Kältemaschine zugeführt, um die Kältemaschine mit Antriebsenergie zu versorgen.According to the invention, waste heat is supplied to the computer system of the refrigerator in order to supply the refrigerator with drive energy.

Es wird somit keine Kältemaschine verwendet, welche über einen mechanischen Kompressor antreibbar sind, sondern eine Kältemaschine, die mit Wärme betrieben wird. Derartige Kältemaschinen werden auch als „thermischer Verdichter” bezeichnet. Durch die Erfindung wird ermöglicht, dass die in der Rechenanlage entstehende Abwärme zumindest teilweise zur Kühlung derselben verwendet wird. Es lassen sich so erhebliche energetische Einsparungen erreichen.There is thus no chiller used, which are driven by a mechanical compressor, but a chiller, which is operated with heat. Such chillers are also referred to as "thermal compressor". The invention makes it possible that the waste heat generated in the computer system is at least partially used for cooling the same. It can be achieved as significant energy savings.

Bekannte Kältemaschinen, welche mit thermischer Energie betrieben werden können, sind Sorptionskältemaschinen.Known refrigerators which can be operated with thermal energy are sorption refrigerators.

Zum Einen gibt es Absorptions-Kältemaschinen, von denen insbesondere die Wasser-Lithium-Bromid-Absorptions-Kältemaschine mit Vorlauftemperaturen ab 80°C betrieben werden kann. Diese Kältemaschinen sind bereits im großindustriellen Einsatz mit Leistungen von mehreren Tausend kW verfügbar.On the one hand, there are absorption chillers, of which in particular the water-lithium-bromide absorption chiller can be operated with flow temperatures from 80 ° C. These chillers are already available in large-scale industrial use with capacities of several thousand kW.

Die Verwendung einer Absorptions-Kältemaschine bietet sich insbesondere bei der oben beschriebenen Prozessorkühlung an, da die Rücklauftemperatur des Kühlkreislaufes Temperaturen erreicht, mit denen eine Absorptions-Kältemaschine betrieben werden kann. Es muss somit keine oder zumindest wenig zusätzliche Heizleistung aufgebracht werden, um die Absorptions-Kältemaschine zu betreiben.The use of an absorption chiller is particularly suitable for the processor cooling described above, since the return temperature of the cooling circuit reaches temperatures at which an absorption chiller can be operated. It must therefore be applied no or at least little additional heating power to operate the absorption chiller.

Weiter gibt es Adsorptions-Kältemaschinen, die beispielsweise mit Zeolithen oder Silikagel als Sorptionsmedium betrieben werden. Derartige Kältemaschinen haben den Vorteil, dass sie mit deutlich niedrigeren Temperaturen betrieben werden können. So genügt in der Regel eine Vorlauftemperatur von 50°C.There are also adsorption chillers that are operated, for example, with zeolites or silica gel as the sorption medium. Such chillers have the advantage that they can be operated at significantly lower temperatures. As a rule, a flow temperature of 50 ° C is sufficient.

Nachteilig an der Adsorptions-Kältemaschine ist der diskontinuierliche Betrieb, bei welchem das Adsorptionsmedium be- und entladen wird. Eine Adsorptions-Kältemaschine kann aber bereits beispielsweise mit der Temperatur der Abluft einer Rack-Kühlung betrieben werden.A disadvantage of the adsorption chiller is the discontinuous operation in which the adsorption medium is loaded and unloaded. An adsorption chiller can already be operated, for example, with the temperature of the exhaust air of a rack cooling.

Der Nachteil der notwendigen Überbrückung von Regenerationsphasen einer Adsorptions-Kältemaschine kann durch Verwendung mehrerer Sorptions-Kältemaschinen, vorzugsweise Adsorptions-Kältemaschinen und/oder eines Zwischenspeichers derart verringert werden, dass eine hinreichende kontinuierliche Kühlung sichergestellt werden kann.The disadvantage of the necessary bridging of regeneration phases of an adsorption refrigerating machine can be reduced by using a plurality of sorption refrigerating machines, preferably adsorption refrigerating machines and / or an intermediate store, such that adequate continuous cooling can be ensured.

Insbesondere bei Verwendung einer Luftkühlung bietet sich auch die Verwendung einer auf dem Prinzip der Kühlung durch absorptive Trocknung arbeitenden Kältemaschine an, allgemein bekannt auch unter der Bezeichnung Desiccant Cooling System (DCS). Dabei wird warme feuchte Luft durch Sorbentien getrocknet und anschließend zur adiabatischen Kühlung befeuchtet. Die mit Wasserdampf gesättigten Sorbentien werden durch Erwärmen regeneriert. Zuluft kann damit gekühlt werden, wobei gleichzeitig die Abluft erwärmt wird. Der Vorteil einer derartigen absorptiven Trocknung ist der relativ geringe Aufwand und die niedrige Regenerationstemperatur, welche zumeist bei unter 70°C liegt.In particular, when using an air cooling, the use of operating on the principle of cooling by absorptive drying chiller, also known under the name Desiccant Cooling System (DCS) offers. Warm moist air is dried through sorbents and then moistened for adiabatic cooling. The water vapor saturated sorbents are regenerated by heating. Supply air can be cooled with it, at the same time the exhaust air is heated. The advantage of such absorptive drying is the relatively low cost and the low regeneration temperature, which is usually below 70 ° C.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung werden die Racks und/oder Prozessoren der Rechenanlage mit einer Flüssigkeit gekühlt, welche direkt der Kältemaschine zu deren Antrieb zugeführt wird. Diese Ausführungsform der Erfindung bietet sich vor allem an, wenn auf weitere Bauteile zur Erhöhung der Vorlauftemperatur zum Bereitstellen der Antriebsenergie der Kältemaschine verzichtet wird. Insbesondere ist es bei Prozessorkühlung denkbar, keine weiteren Wärmetauscher zwischenzuschalten, sondern das Kühlmedium direkt dem Wärmetauscher der Kältemaschine zuzuführen.In one embodiment of the invention, the racks and / or processors of the computer system are cooled with a liquid which is fed directly to the chiller to drive it. This embodiment of the invention is especially useful when looking at other components to increase the flow temperature for providing the Drive energy of the chiller is dispensed with. In particular, it is conceivable in processor cooling to interpose no further heat exchanger, but to supply the cooling medium directly to the heat exchanger of the chiller.

Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist, die Kältemaschine über einen Wärmetauscher mit einem Kühlkreislauf der Rechenanlage verbunden. Dieses Prinzip erleichtert insbesondere die nachträgliche Integration des Systems in ein bestehendes Kühlsystem.In an alternative embodiment of the invention, the chiller is connected via a heat exchanger with a cooling circuit of the computer system. This principle facilitates in particular the subsequent integration of the system in an existing cooling system.

Gemäß der Erfindung ist zwischen der Rechenanlage und der Kältemaschine eine Wärmepumpe zur Erhöhung der Vorlauftemperatur der Kältemaschine vorgesehen.According to the invention, a heat pump for increasing the flow temperature of the refrigerator is provided between the computer system and the refrigerator.

Es versteht sich, dass es sich bei der Wärmepumpe ebenfalls um eine Kältemaschine handelt. Im Sinne der Erfindung wird als Wärmepumpe eine Kompressions-Kältemaschine vorgeschaltet, welche nicht mit Wärme als Antriebsenergie versorgt wird, sondern von einer externen Energiequelle wie beispielsweise dem Stromnetz oder einer Solaranlage abhängig ist. Es sind jedoch auch andere physikalische Prinzipien für Wärmepumpen anwendbar, z. B. auf dem magnetokalorischen Prinzip arbeitende Wärmepumpen.It is understood that the heat pump is also a chiller. For the purposes of the invention, a compression chiller is connected upstream as a heat pump, which is not supplied with heat as drive energy, but is dependent on an external energy source such as the power grid or a solar system. However, other physical principles for heat pumps are applicable, for. B. on the magnetocaloric principle working heat pumps.

Über eine Wärmepumpe kann die Temperatur des Rücklaufs der Rechenanlage auf einen Wert gebracht werden, in welchem eine nachgeschaltete Sorptions-Kältemaschine einen guten Wirkungsgrad erreicht.Via a heat pump, the temperature of the return of the computer system can be brought to a value in which a downstream sorption refrigerator achieves good efficiency.

Dabei ist der Kälteteil, also der Verdampfer der Wärmepumpe mit dem Vorlauf des Kälteteils der Kältemaschine verbunden. Über den Wärmeteil, den Verflüssiger der Wärmepumpe, wird das Antriebsmedium für die Sorptions-Kältemaschine vorgewärmt und gleichzeitig über den Kälteteil der Wärmepumpe der Vorlauf des Kälteteils der Sorptions-Kältemaschine vorgekühlt. Mithin kann somit gleichzeitig auch eine Sorptions-Kältemaschine mit geringerer Leistung verwendet werden.In this case, the cooling part, ie the evaporator of the heat pump is connected to the flow of the cooling part of the refrigerator. About the heating part, the condenser of the heat pump, the drive medium for the sorption chiller is preheated and simultaneously pre-cooled via the cooling part of the heat pump, the flow of the cooling part of the sorption chiller. Consequently, it is therefore also possible to use a sorption chiller with lower power at the same time.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung wird extern, insbesondere von einem Solarkollektor, erzeugte Wärme, der Kältemaschine als zusätzlicher Antriebsenergie zugeführt. Über eine Solaranlage ist es somit denkbar, dass, je nach Klimazone, auch ohne Verwendung von Photovoltaik ein rein thermischer Betrieb der Kühlanlage möglich ist. Es ist aber auch denkbar, die über einen thermischen Solarkollektor erzeugte Wärme zunächst einer Wärmepumpe zusammen mit dem Rücklauf der Rechenanlage zur weiteren Temperaturerhöhung zuzuführen.In a further development of the invention, heat generated externally, in particular by a solar collector, is supplied to the chiller as additional drive energy. A solar system makes it conceivable that, depending on the climatic zone, a purely thermal operation of the cooling system is possible even without the use of photovoltaics. However, it is also conceivable to first supply the heat generated via a thermal solar collector to a heat pump together with the return of the computer system for further temperature increase.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das System zumindest einen, vorzugsweise zwei, Pufferspeicher. Neben der zuvor beschriebenen Verwendung von Pufferspeichern in Verbindung mit einer Adsorptions-Kältemaschine kann über Pufferspeicher auch eine hinreichende Notkühlung im Falle des Ausfalls einzelner Komponenten sichergestellt werden.In a development of the invention, the system comprises at least one, preferably two, buffer memories. In addition to the previously described use of buffer storage in conjunction with an adsorption chiller can be ensured by buffer memory and a sufficient emergency cooling in the event of failure of individual components.

Weiter kann beispielsweise über einen Pufferspeicher im Zulauf der Kältemaschine eine hinreichende Menge von Antriebsfluid mit der nötigen Temperatur bereitgestellt werden, da sich je nach Konfiguration der Rechenanlage die Rücklauftemperatur beziehungsweise die Wärmeabgabe der Rechenanlage mit schwankender Auslastung stark variieren kann.Further, for example, a sufficient amount of drive fluid with the necessary temperature can be provided via a buffer memory in the inlet of the chiller, since depending on the configuration of the computer system, the return temperature or the heat output of the computer system can vary widely with fluctuating load.

Vorzugsweise ist ein Pufferspeicher zur Speicherung kalten Fluids zur Kühlung der Rechenanlage und ein weiterer Pufferspeicher zur Speicherung eines Fluids vorgesehen, dass der Kältemaschine als Antriebsfluid dient.Preferably, a buffer memory for storing cold fluid for cooling the computer system and a further buffer memory for storing a fluid is provided, that the chiller serves as a drive fluid.

Im Falle der Verwendung einer weiteren Kältemaschine zur Erhöhung der Temperatur des Antriebsfluids einer Sorptionskältemaschine kann ein Pufferspeicher auch zwischen der Sorptionskältemaschine und der weiteren Kältemaschine angeordnet sein.In the case of using a further chiller to increase the temperature of the drive fluid of a sorption chiller, a buffer memory may also be arranged between the sorption chiller and the further chiller.

Weiter kann das System, wie es bei einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen ist, Mittel zur variablen Verteilung des Kühlfluids innerhalb der Rechenanlage aufweisen.Next, the system, as provided in a development of the invention, have means for variable distribution of the cooling fluid within the computer system.

Es ist insbesondere vorgesehen, die Kühlleistung je nach Bedarf auslastungsabhängig innerhalb der Rechenanlage zu verteilen. Zur Optimierung der Kühlmittelverteilung kann, wie es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist, dass System zur Kühlung der Rechenanlage mit der Rechenanlage selbst vernetzt sein. So ist beispielsweise denkbar, dass zumindest einzelne Server der Rechenanlage über eine Schnittstelle die jeweilige Auslastung und/oder die jeweilige Temperatur an einer Regelungselektronik des Kühlsystems weitergeben, so dass das Kühlsystem nicht allein über Vorlauf- und Rücklauftemperatur sondern auslastungsspezifisch geregelt wird. Der Vorteil einer derartigen Regelungstechnik liegt unter anderem darin begründet, dass bereits in einem sehr frühen Stadium, nämlich unmittelbar mit Anstieg der Auslastung der Rechenanlage, zusätzliche Kühlleistung angefordert wird.It is provided in particular to distribute the cooling capacity as needed depending on utilization within the computer system. To optimize the coolant distribution, as is provided in one embodiment of the invention, the system for cooling the computer system can be networked with the computer system itself. Thus, for example, it is conceivable that at least individual servers of the computer system pass on the respective utilization and / or the respective temperature to a control electronics of the cooling system via an interface, so that the cooling system is controlled not only flow and return temperature but load-specific. The advantage of such a control technique is due, inter alia, to the fact that additional cooling power is required even at a very early stage, namely immediately as the utilization of the computer system increases.

Gegenüber einfacheren Regelungssystemen, die beispielsweise auf Basis der Rücklauftemperatur gesteuert werden, kann so das Kühlsystem bei geringerer Auslastung der Rechenanlage mit einer erheblich reduzierten Leistung betrieben werden, ohne zu riskieren, dass im Falle plötzlich steigender Auslastung aufgrund der geringen zugeführten Kühlleistung es zu Überhitzungen einzelner Komponenten kommt.Compared with simpler control systems, which are controlled for example on the basis of the return temperature, so the cooling system can be operated at a lower utilization of the computing system with a significantly reduced power, without risking overheating of individual components in the event of a sudden increase in capacity due to the low cooling capacity supplied.

Auf den einzelnen Rechnern kann zur Steuerung der Rechenanlage ein im Hintergrund laufendes Programm zur Temperaturüberwachung installiert sein, welches bei steigendem Kühlbedarf dies an die Regelung des Kühlsystems weitergibt. Als Schnittstelle im Sinne der Erfindung kann beispielsweise auch ein ohnehin vorhandener LAN-Anschluss genutzt werden.On the individual computers can be installed to control the computer system running in the background program for temperature monitoring, which passes this to the regulation of the cooling system with increasing cooling demand. As an interface in the context of the invention, for example, an already existing LAN connection can be used.

Denkbar ist auch eine Fernüberwachung und/oder Steuerung des Kühlsystems über ein Netzwerk, insbesondere Internetbasiert.It is also conceivable remote monitoring and / or control of the cooling system via a network, in particular Internet-based.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das System zumindest redundant ausgebildete Pumpen zur Verteilung des Kühlfluids und/oder eine redundant ausgebildete Kältemaschine. Zumindest bei größeren Server-Farmen muss auch beim Ausfall einzelner Komponenten des Kühlsytems eine dauerhafte Weiterversorgung mit dem Kühlfluid über einen längeren Zeitraum sichergestellt werden, wofür Pufferspeicher in der Regel nicht ausreichend sind.In a preferred embodiment of the invention, the system comprises at least redundantly designed pumps for distributing the cooling fluid and / or a redundant cooling machine. At least for larger server farms, even if individual components of the cooling system fail, it is necessary to ensure a long-term supply of the cooling fluid over a longer period of time, for which buffer storages are generally insufficient.

Zur Notkühlung kann beispielsweise auch ein zusätzlicher herkömmlicher Kältekompressor oder eine Einspeisung von kaltem Leitungswasser in das System vorgesehen sein.For emergency cooling, for example, an additional conventional refrigeration compressor or a feed of cold tap water can be provided in the system.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung kann das System auch in eine bestehende Gebäudeklimatisierung und/oder Warmwasserversorgung integriert sein. So ist beispielsweise denkbar, die an einer Sorptions-Kältemaschine anfallende Prozesswärme zumindest teilweise zur Beheizung des Gebäudes und/oder zur Warmwasserversorgung zu verwenden.In a further development of the invention, the system can also be integrated into an existing building air conditioning and / or hot water supply. Thus, for example, it is conceivable to use the process heat arising on a sorption cooling machine at least partially for heating the building and / or for supplying hot water.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das System modular ausgebildet und umfasst zumindest ein Kühlmodul, in welchem zumindest die Kältemaschine und eine elektronische Steuerung angeordnet ist. Insbesondere ist vorgesehen, ein Modul bereitzustellen, welches aus einem Gehäuse mit Anschlüssen besteht und an welchem neben einer Stromversorgung, gegebenenfalls der Anbindung der Rechenanlage über eine Schnittstelle, Zu- und Rücklaufleitungen der Kühlung der Rechenanlage anschließbar sind. Weiter umfasst das Modul vorzugsweise Anschlüsse für einen externen Wärmetauscher, über den Prozesswärme der Kältemaschine abgeführt wird.In a preferred embodiment of the invention, the system is modular and comprises at least one cooling module, in which at least the chiller and an electronic control is arranged. In particular, it is provided to provide a module which consists of a housing with connections and to which in addition to a power supply, optionally the connection of the computer system via an interface, supply and return lines of the cooling of the computer system can be connected. Furthermore, the module preferably comprises connections for an external heat exchanger, is discharged via the process heat of the refrigerator.

Auch die Steuerung des Systems zur Kühlung einer Rechenanlage ist in dem Modul integriert.The control of the system for cooling a computer system is also integrated in the module.

Weiter verfügt das Modul bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zumindest über eine autarke Notstromversorgung, über die zumindest der Antrieb der Pumpen, mit denen das Kühlfluid der Rechenanlage zugeführt wird, auch im Falle eines Stromausfalls gewährleistet wird. Es ist denkbar, dass zumindest auch eine Regelungselektronik des Kühlsystems mit der Notstromversorgung verbunden ist. Zur einfacheren Regelung ist auch denkbar, dass die Pumpen derart angesteuert sind, dass sie bei ausgeschalteter Regelungselektronik weiter laufen.Furthermore, in a preferred embodiment of the invention, the module has at least one self-sufficient emergency power supply via which at least the drive of the pumps with which the cooling fluid is supplied to the computer system is ensured even in the event of a power failure. It is conceivable that at least also a control electronics of the cooling system is connected to the emergency power supply. For easier control is also conceivable that the pumps are controlled so that they continue to run with the control electronics off.

Alternativ kann die Notstromversorgung des Kühlsystems auch über eine Notstromversorgung der Rechenanlage sichergestellt werden, insbesondere über eine unterbrechungsfreie Stromversorgung.Alternatively, the emergency power supply of the cooling system can be ensured via an emergency power supply of the computer system, in particular via an uninterruptible power supply.

Rechenanlagen weisen in der Regel eine unterbrechungsfreie Stromversorgung auf. Derartige unterbrechungsfreie Stromversorgungen von Rechenanlagen werden in der Regel ebenfalls gekühlt. Es ist daher vorgesehen, das System zur Kühlung auch für die unterbrechungsfreie Stromversorgung zu verwenden. Eine unterbrechungsfreie Stromversorgung umfasst in der Regel zumindest Akkumulatoren, mit denen sich kurzzeitige Unterbrechungen der Netzspannung überbrücken lassen. Die unterbrechungsfreie Stromversorgung springt in der Regel innerhalb weniger Millisekunden an, so dass auch nur kurzeitig auftretende Störungen der Spannung kompensiert werden.Computer systems usually have an uninterruptible power supply. Such uninterruptible power supplies of computer systems are usually cooled as well. It is therefore intended to use the cooling system for the uninterruptible power supply. An uninterruptible power supply usually comprises at least accumulators with which short-term interruptions of the mains voltage can be bridged. The uninterruptible power supply usually starts within a few milliseconds, so that only short-term disturbances of the voltage are compensated.

Eine Rechenanlage verfügt in der Regel auch über Telekommunikationseinrichtungen wie Anschlussmodule an ein Telekommunikationsnetz. Es versteht sich, dass das erfindungsgemäße Kühlsystem, soweit erforderlich, auch die Kühlung dieser Telekommunikationsmodule sicherstellt.A computer usually also has telecommunications facilities such as connection modules to a telecommunications network. It is understood that the cooling system according to the invention, if necessary, also ensures the cooling of these telecommunication modules.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung sind, insbesondere zur Erhöhung der Kühlleistung und/oder zur redundanten Ausgestaltung, auch kaskadierte Kühlanlagen vorgesehen. Dabei wird eine Mehrzahl von Kühlanlagen hintereinander geschaltet, derart dass die Temperatur des Kühlfluids in einzelnen Kühlstufen herabgesetzt wird. Dabei können unterschiedliche Kältemaschinen verwendet werden, die auf die jeweilige Kühlstufe abgestimmt sind.In a development of the invention, cascaded cooling systems are also provided, in particular for increasing the cooling capacity and / or for redundant design. In this case, a plurality of cooling systems is connected in series, such that the temperature of the cooling fluid is reduced in individual cooling stages. In this case, different chillers can be used, which are tuned to the respective cooling stage.

Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Kühlung einer Rechenanlage, insbesondere mittels eines zuvor beschriebenen Systems zur Kühlung einer Rechenanlage. Die Rechenanlage wird mit einer Sorptionskältemaschine gekühlt und es wird gemäß der Erfindung der Sorptionskältemaschine Abwärme der Rechenanlage als Antriebsenergie zugeführt.Furthermore, the invention relates to a method for cooling a computer system, in particular by means of a previously described system for cooling a computer system. The computer system is cooled with a sorption and it is supplied according to the invention of the sorption of waste heat of the computer as drive energy.

Beschreibung der Zeichnungen Description of the drawings

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die Erfindung soll im Folgenden bezugnehmend auf die Zeichnungen 1 bis 3, welche schematisch dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen, näher erläutert werden.The invention will be described below with reference to the drawings 1 to 3 which show schematically illustrated embodiments of the invention will be explained in more detail.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem die in ein Rack eingeschobenen Bauelemente mittels Prozessorkühlung und einer Sorptionskältemschine gekühlt werden. 1 shows an embodiment of the invention in which the components inserted into a rack are cooled by means of processor cooling and a sorption refrigerator.

2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem zwischen einem flüssigkeitsgekühlten Rack und einer Sorptionskältemaschine eine Wärmepumpe vorgesehen ist. 2 shows an embodiment of the invention in which a heat pump is provided between a liquid-cooled rack and a sorption.

3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher das Rack luftgekühlt ist und eine Wärmepumpe sich zwischen Rechenanlage und Sorptionskältemaschine befindet. 3 shows an embodiment of the invention, in which the rack is air-cooled and a heat pump is located between the computer and sorption.

Detaillierte Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

1 zeigt, schematisch dargestellt, eine erste Ausführungsform der Erfindung, bei welcher das System 1 zur Kühlung einer Rechenanlage 2 eine Prozessorkühlung umfasst. 1 schematically shows a first embodiment of the invention, in which the system 1 for cooling a computer system 2 includes a processor cooling.

Die Rechenanlage 2 ist hier schematisch nur als einzelnes Rack dargestellt, welches einzelne übereinander gestapelte Module 8, die beispielsweise als Server ausgebildet sind, umfasst.The computer system 2 is shown schematically here only as a single rack, which individual stacked modules 8th , which are formed, for example, as a server includes.

In dieser Ausführungsform der Erfindung sind die Prozessoren (nicht dargestellt) der Rechenanlage mit einer Flüssigkeit gekühlt. Ein Vorteil der Prozessorkühlung direkt mit Flüssigkeiten ist die im Vergleich zu luft- oder flüssigkeitsgekühlten Racks höhere Effizienz der Kühlung, was eine höhere abführbare Wärmemenge ergibt.In this embodiment of the invention, the processors (not shown) of the computer system are cooled with a liquid. An advantage of processor cooling directly with liquids is the higher cooling efficiency compared to air- or liquid-cooled racks, resulting in a higher amount of heat that can be removed.

Dazu wird über einen Vorlauf 4 Kühlwasser mit einer Temperatur von weniger als 60°C den Prozessoren zugeführt.This is done via a flow 4 Cooling water at a temperature of less than 60 ° C supplied to the processors.

Es versteht sich, dass in der Praxis eine Mehrzahl von Racks vorgesehen ist und dass das System noch weitere verzweigte Leitungen, Ventile, Pumpen etc. umfasst, welche in dieser schematisch dargestellten Ausführungsform nicht gezeigt sind.It is understood that in practice a plurality of racks is provided and that the system also comprises further branched lines, valves, pumps, etc., which are not shown in this schematically illustrated embodiment.

Die Kühlflüssigkeit erwärmt sich auf eine Temperatur von bis zu 85°C und verlässt die Rechenanlage 2 über den Rücklauf 5. Der Rücklauf der Rechenanlage 5 bildet zugleich den Vorlauf des Wärmeteils einer Sorptionskältemaschine 3. Die Sorptionskältemaschine 3 kann insbesondere als Adsorptions- oder Absorptions-Kältemaschine ausgebildet sein.The coolant heats up to a temperature of up to 85 ° C and leaves the computer 2 over the return 5 , The return of the computer system 5 at the same time forms the flow of the heat of a sorption chiller 3 , The sorption chiller 3 can be designed in particular as an adsorption or absorption chiller.

Eine Sorptionskältemaschine verfügt über einen Warmteil 20, einen Kaltteil 21 und in der Regel einen Abwärmeteil 22 (Prozesswärme). Dem Kälteteil 21 wird Energie entzogen und diese dem Abwärmeteil 22 zugeführt. Entsprechend kühlt sich über den Kaltteil 21 geführtes Fluid ab, wohingegen sich über den Abwärmeteil 22 geführtes Fluid erwärmt. Im Warmteil 21 wird die diesen Prozess treibende thermische Energie über ein Antriebsfluid eingespeist, wobei sich dieses über diesen Warmteil 21 geführtes Fluid abkühlt, wohingegen sich das über den Abwärmeteil 22 geführtes Fluid erwärmt.A sorption chiller has a hot part 20 , a cold part 21 and usually a waste heat part 22 (Process heat). The refrigeration part 21 Energy is withdrawn and this the waste heat part 22 fed. Accordingly, it cools over the cold part 21 guided fluid, whereas on the waste heat 22 heated fluid heated. In the warm part 21 the thermal energy driving this process is fed via a drive fluid, this being via this hot part 21 cooled fluid, whereas that on the waste heat 22 heated fluid heated.

Die über den Rücklauf 5 der Rechenanlage 2 zugeführte Wärme dient als Antriebsenergie der Sorptionskältemaschine und wird nach Wärmeabgabe dem Kälteteil der Sorptionskältemaschine 3 zugeführt und verlässt über einen Rücklauf, welcher zugleich den Vorlauf 4 der Rechenanlage 2 bildet, die Sorptionskältemaschine. Zum Abführen der Prozesswärme aus dem Abwärmeteil 22 der Sorptionskältemaschine wird die Prozesswärme einem externen Wärmetauscher 6 zugeführt, dessen Kühlleistung über einen Ventilator 7 erhöht wird.The over the return 5 the computer system 2 supplied heat serves as drive energy of the sorption and after heat dissipation the cooling part of the sorption 3 fed and leaves via a return, which at the same time the flow 4 the computer system 2 forms, the sorption chiller. For removing the process heat from the waste heat part 22 The sorption chiller is the process heat an external heat exchanger 6 supplied, the cooling capacity of a fan 7 is increased.

So wird eine hinreichende Wärmeabgabe des Systems an die Außenluft sichergestellt. Die Kühlung der Prozesswärme kann auch anders ausgeführt sein, dargestellt ist nur das Prinzip, dass eine Rückkühlung erfolgt.This ensures adequate heat dissipation of the system to the outside air. The cooling of the process heat can also be designed differently, shown is only the principle that a re-cooling takes place.

Bei einer alternativen Ausführungsform, die hier nicht dargestellt ist, ist zusätzlich zwischen Rechenanlage 2 und Sorptionskältemaschine 3 eine Wärmepumpe vorgesehen, mit der die Temperatur des Vorlaufs der Sorptionskältemaschine 3 erhöht.In an alternative embodiment, which is not shown here, is additionally between computer system 2 and sorption chiller 3 a heat pump is provided, with which the temperature of the flow of the sorption chiller 3 elevated.

Durch die Verwendung des Kühlfluids zur Bereitstellung der Antriebsenergie der Sorptionskältemaschine wird bereits eine Vorkühlung des Kühlfluids der Rechenanlage erreicht, bevor dieses im Kaltteil der Sorptionskältemaschine weiter abgekühlt wird.By using the cooling fluid to provide the drive energy of the sorption chiller, a pre-cooling of the cooling fluid of the computer system is already achieved before it is further cooled in the cold part of the sorption chiller.

2 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei der die Rechenanlage 2 ein Rack mit einem Wärmetauscher 9 umfasst. Das Rack ist dadurch flüssigkeitsgekühlt. Die Kühlung des Racks kann bei alternativen Ausführungsformen der Erfindung (nicht dargestellt) auch über andere Methoden erfolgen, beispielsweise durch an den Gehäusewänden adaptierte Wärmetauscher. Für ein flüssigkeitsgekühltes Rack sind in der Regel niedrigere Vorlauftemperaturen erforderlich, als dies bei einer Prozessorkühlung der Fall ist. Der Vorteil der Rack-Kühlung ist die höhere Effizienz der Kühlung, die eine höhere abführbare Wärmemenge im Vergleich zu rein luftgekühlten Racks erlaubt. Ein Vorteil im Vergleich zur Prozessorkühlung liegt in der besseren Handhabbarkeit. So ist die Rechenanlage weniger gefährdet, durch Austreten des Kühlfluids beschädigt zu werden. Auch kann es bei Prozessorkühlungen bei kurzzeitigem Ausfall der Kühlung bereits nach äußerst kurzer Zeit zu Überhitzung und Beschädigung des Systems kommen. 2 shows an alternative embodiment in which the computer 2 a rack with a heat exchanger 9 includes. The rack is thereby liquid-cooled. The cooling of the rack can be done in alternative embodiments of the invention (not shown) via other methods, for example by adapted to the housing walls heat exchanger. For a liquid-cooled rack, lower flow temperatures are typically required than with processor cooling. The advantage of rack cooling is the higher efficiency of the cooling, which allows a higher amount of heat to be removed compared to air-cooled racks. An advantage compared to Processor cooling is better handling. Thus, the computer system is less at risk of being damaged by leakage of the cooling fluid. It can also come in processor cooling in case of short-term failure of the cooling after a very short time to overheat and damage to the system.

Es versteht sich, dass auch weitere Energie aus externen Quellen, beispielsweise über einen thermischen Solarkollektor dem System zugeführt werden kann.It is understood that other energy from external sources, for example via a thermal solar collector can be supplied to the system.

Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist für den Vorlauf 4 der Rechenanlage 2 gegenüber einer Prozessorkühlung eine wesentlich niedrige Temperatur, in der Regel eine Temperatur von 5°C bis 15°C nötig, um eine hinreichende Kühlung der in dem Rack angeordneten Module bereitstellen zu können.At the in 2 illustrated embodiment of the invention is for the flow 4 the computer system 2 compared to a processor cooling a substantially low temperature, usually a temperature of 5 ° C to 15 ° C necessary to provide sufficient cooling of the arranged in the rack modules can.

In der Regel erwärmt sich die Kühlflüssigkeit im Wärmetauscher 9 auf eine Temperatur, welche 25°C nicht wesentlich übersteigt.As a rule, the coolant heats up in the heat exchanger 9 to a temperature which does not significantly exceed 25 ° C.

Der Rücklauf 5 der Rechenanlage 2 ist daher mit einer Wärmepumpe 10 verbunden, welche in der dargestellten Ausführungsform als Kompressionskältemaschine ausgebildet ist.The return 5 the computer system 2 is therefore with a heat pump 10 connected, which is formed in the illustrated embodiment as a compression refrigeration machine.

Die Wärmepumpe 10 umfasst einen Verflüssiger 11, welcher den Wärmeteil bildet und einen Verdampfer 12, welcher den Kälteteil bildet. Über die Wärmepumpe 10 und die aus dem Rücklauf 5 der Rechenanlage 2 abgeführte Kühlflüssigkeit wird das Antriebsfluid für die Sorptionskältemaschine auf eine für die Sorptionskältemaschine 3 hinreichend hohe Temperatur gebracht und über den Vorlauf 14 der Sorptionskältemaschine 3, welcher gleichzeitig als Rücklauf des Warmteils der Wärmepumpe 10 ausgebildet ist, der Sorptionskältemaschine 3 als Antriebsenergie zugeführt.The heat pump 10 includes a liquefier 11 , which forms the heating part and an evaporator 12 , which forms the refrigeration part. About the heat pump 10 and those from the return 5 the computer system 2 discharged coolant becomes the drive fluid for the sorption chiller to one for the sorption chiller 3 sufficiently high temperature and over the flow 14 the sorption chiller 3 , which at the same time as the return of the hot part of the heat pump 10 is formed, the sorption refrigerator 3 fed as drive energy.

Über den Rücklauf 13 des Warmteils der Sorptionskältemaschine 3 wird das abgekühlte Antriebsfluid dem Wärmeteil der Wärmepumpe 10 zurückgeführt und wieder aufgeheizt. Die dazu notwendige Energie wird der Kühlflüssigkeit der Rechenanlage im Verdampfer 12 entzogen, bevor diese über den Rücklauf des Verdampfers, welcher zugleich Vorlauf 15 des Kälteteils der Sorptionskältemaschine 3 ist, dem Kälteteil der Kältemaschine 3 zugeführt.About the return 13 the hot part of the sorption chiller 3 The cooled drive fluid is the heat part of the heat pump 10 returned and heated again. The necessary energy is the cooling liquid of the computer in the evaporator 12 withdrawn before this over the return of the evaporator, which at the same time flow 15 the cooling part of the sorption chiller 3 is, the refrigeration part of the refrigerator 3 fed.

Der Kühlkreislauf der Rechenanlage 2 ist also mit dem Kälteteil der Wärmepumpe 10 verbunden und der Kreislauf des Antriebsfluids der Sorptionskältemaschine 3 ist mit dem Warmteil der Wärmepumpe verbunden. So wird über die Wärmepumpe das Antriebsfluid der Sorptionskältemaschine 3 auf eine hinreichend hohe Temperatur gebracht, um im Warmteil der Sorptionskältemaschine als Antriebsenergie verwendet zu werden, und gleichzeitig das Kühlfluid der Rechenanlage 2 im Kaltteil der Wärmepumpe 10 vorgekühlt, bevor es in der Sorptionskältemaschine 3 noch weiter abgekühlt wird.The cooling circuit of the computer system 2 So it is with the cooling part of the heat pump 10 connected and the circulation of the drive fluid sorption chiller 3 is connected to the hot part of the heat pump. So the drive fluid of the sorption chiller becomes via the heat pump 3 brought to a sufficiently high temperature to be used in the hot part of the sorption as the drive energy, and at the same time the cooling fluid of the computer 2 in the cold part of the heat pump 10 Pre-cooled before putting it in the sorption chiller 3 is cooled even further.

Die auf beispielsweise unter 10°C abgekühlte Kühlflüssigkeit gelangt über den Rücklauf des Kälteteils der Sorptionskältemaschine 3 zur Rechenanlage 2.The cooled to, for example, below 10 ° C coolant passes through the return of the refrigerant of the sorption 3 to the computer system 2 ,

Es versteht sich, dass auch in diesem Ausführungsbeispiel weitere Energie aus externen Quellen, beispielsweise über einen thermischen Solarkollektor dem System zugeführt werden kann.It is understood that in this embodiment, further energy from external sources, for example via a thermal solar collector can be supplied to the system.

3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Rechenanlage 2 luftgekühlt ist. 3 shows a further embodiment of the invention, in which the computer 2 is air cooled.

Dazu wird über die Ventilatoren 18 und 19 Luft in Bewegung gesetzt und über den Vorlauf 4 der Rechenanlage 2 zugeführt.This is done via the fans 18 and 19 Air set in motion and over the flow 4 the computer system 2 fed.

Über den Rücklauf 5 wird die erwärmte Luft zunächst über einen ersten Wärmetauscher 16 geführt, welcher mit dem Kälteteil, dem Verdampfer 12, einer Wärmepumpe 10 verbunden ist. Über den Wärmetauscher 16 wird der Luft Wärme entzogen und im Warmteil, dem Verflüssiger 11, der Wärmepumpe 10 das Antriebsfluid der Sorptionskältemaschine auf eine hinreichend hohe Temperatur gebracht, um im Warmteil der Sorptionskältemaschine als Antriebsenergie verwendet zu werden.About the return 5 The heated air is first through a first heat exchanger 16 led, which with the cooling part, the evaporator 12 , a heat pump 10 connected is. About the heat exchanger 16 Heat is removed from the air and in the hot part, the condenser 11 , the heat pump 10 the sorption refrigerating machine driving fluid is brought to a sufficiently high temperature to be used as the driving energy in the hot part of the sorption refrigerating machine.

Sodann wird die bereits vorgekühlte Luft über einen zweiten Wärmetauscher 17 geführt, welcher mit dem Kälteteil der Sorptionskältemaschine 3 verbunden ist. Über den Wärmetauscher 17 wird die bereits vorgekühlte Luft auf eine hinreichend niedrige Temperatur gebracht, um wieder über den Vorlauf 4 der Rechenanlage zugeführt zu werden und diese zu kühlen.Then the already pre-cooled air via a second heat exchanger 17 guided, which with the cooling part of the sorption 3 connected is. About the heat exchanger 17 The already pre-cooled air is brought to a sufficiently low temperature to return to the flow 4 the computing system to be supplied and to cool them.

Es versteht sich, dass auch in diesem Ausführungsbeispiel weitere Energie aus externen Quellen dem System zugeführt werden kann.It is understood that in this embodiment, further energy from external sources can be supplied to the system.

Durch die Erfindung kann der zur Kühlung einer Rechenanlage erforderliche Energieverbrauch erheblich herabgesetzt werden.By means of the invention, the energy consumption required for cooling a computer system can be considerably reduced.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Systemsystem
22
Rechenanlagecomputer system
33
Sorptionskältemaschine, KältemaschineSorption chiller, chiller
44
Vorlauf der RechenmaschineAdvance of the calculating machine
55
Rücklauf der RechenmaschineRewind of the calculating machine
66
Wärmetauscherheat exchangers
77
Ventilatorfan
88th
Modul der RechenanlageModule of the computer system
99
Wärmetauscherheat exchangers
1010
Wärmepumpeheat pump
1111
Verflüssigercondenser
1212
VerdampferEvaporator
1313
Rücklauf des Warmteils der KältemaschineReturn of the hot part of the chiller
1414
Vorlauf des Warmteils der KältemaschineFlow of the hot part of the chiller
1515
Vorlauf des Kälteteils der KältemaschineFlow of the cooling part of the chiller
1616
Wärmetauscherheat exchangers
1717
Wärmetauscherheat exchangers
1818
Ventilatorfan
1919
Ventilatorfan
2020
Warmteilwarm part
2121
Kaltteilcold part
2222
Abwärmeteilwaste heat part

Claims (12)

System (1) zur Kühlung einer Rechenanlage (2), umfassend eine Kältemaschine (3), mit welcher ein Fluid kühlbar ist, welches der Rechenanlage (2) zuführbar ist, wobei Abwärme der Rechenanlage (2) der Kältemaschine (3) zuführbar ist, um die Kältemaschine (3) zumindest teilweise mit Antriebsenergie zu versorgen, dadurch gekennzeichnet dass zwischen der Rechenanlage (2) und der Kältemaschine (3) eine Wärmepumpe (10) zur Erhöhung der Vorlauftemperatur der Kältemaschine (3) vorgesehen ist, wobei der Rücklauf (5) der Rechenanlage (2) zunächst über den Kälteteil der Wärmepumpe (10) und sodann über den Kälteteil der Kältemaschine (3) geführt ist.System ( 1 ) for cooling a computer system ( 2 ), comprising a refrigerating machine ( 3 ), with which a fluid can be cooled, which the computer system ( 2 ) can be supplied, wherein waste heat of the computer system ( 2 ) of the chiller ( 3 ) is fed to the chiller ( 3 ) at least partially supplied with drive energy, characterized in that between the computer system ( 2 ) and the chiller ( 3 ) a heat pump ( 10 ) for increasing the flow temperature of the chiller ( 3 ), the return ( 5 ) of the computer system ( 2 ) first via the cooling part of the heat pump ( 10 ) and then via the cooling section of the refrigerator ( 3 ) is guided. System (1) zur Kühlung einer Rechenanlage (2) nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Kältemaschine (3) um eine Sorptionskältemaschine und/oder eine auf dem Prinzip der absoptiven Trocknung (DCS) arbeitende Kältemaschine, handelt.System ( 1 ) for cooling a computer system ( 2 ) according to the preceding claim, characterized in that it is in the refrigerator ( 3 ) to a sorption and / or working on the principle of absoptive drying (DCS) chiller is. System (1) zur Kühlung einer Rechenanlage (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Racks und/oder Prozessoren der Rechenanlage (2) mit einer Flüssigkeit kühlbar sind, wobei die Flüssigkeit der Kältemaschine (3) zu deren Antrieb zuführbar ist.System ( 1 ) for cooling a computer system ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that racks and / or processors of the computer system ( 2 ) are coolable with a liquid, wherein the liquid of the refrigerator ( 3 ) can be fed to the drive. System (1) zur Kühlung einer Rechenanlage (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemaschine (3) über einen Wärmetauscher (16) mit einem Kühlkreislauf, der Rechenanlage verbunden ist.System ( 1 ) for cooling a computer system ( 2 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the chiller ( 3 ) via a heat exchanger ( 16 ) with a cooling circuit, the computer system is connected. System (1) zur Kühlung einer Rechenanlage (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass extern erzeugte Wärme der Kältemaschine (3) als Antriebsenergie zuführbar ist.System ( 1 ) for cooling a computer system ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that externally generated heat of the chiller ( 3 ) can be supplied as drive energy. System (1) zur Kühlung einer Rechenanlage (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System (1) zumindest einen Pufferspeicher umfasst.System ( 1 ) for cooling a computer system ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the system ( 1 ) comprises at least one buffer memory. System (1) zur Kühlung einer Rechenanlage (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System (1) Mittel zur variablen Verteilung des Kühlfluids innerhalb der Rechenanlage (2) aufweist.System ( 1 ) for cooling a computer system ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the system ( 1 ) Means for the variable distribution of the cooling fluid within the computing system ( 2 ) having. System (1) zur Kühlung einer Rechenanlage (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System (1) redundant ausgebildete Pumpen zur Verteilung des Kühlfluids und/oder eine redundant ausgebildete Kältemaschine (3) aufweist.System ( 1 ) for cooling a computer system ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the system ( 1 ) redundant pumps for distribution of the cooling fluid and / or a redundant refrigeration machine ( 3 ) having. System (1) zur Kühlung einer Rechenanlage (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System (1) eine Regelungselektronik mit einer Schnittstelle zur Anbindung der Rechenanlage umfasst.System ( 1 ) for cooling a computer system ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the system ( 1 ) comprises a control electronics with an interface for connecting the computer system. System (1) zur Kühlung einer Rechenanlage (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System (1) ein Kühlmodul umfasst, in welchem zumindest die Kältemaschine (3) und eine elektronische Steuerung angeordnet sind.System ( 1 ) for cooling a computer system ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the system ( 1 ) comprises a cooling module, in which at least the chiller ( 3 ) and an electronic control are arranged. System (1) zur Kühlung einer Rechenanlage (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System (1) über eine separate Stromversorgung zum Antrieb der Pumpen zur Verteilung des Kühlfluids verfügt.System ( 1 ) for cooling a computer system ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the system ( 1 ) has a separate power supply for driving the pumps to distribute the cooling fluid. Verfahren zur Kühlung einer Rechenanlage (2), insbesondere mit einem System (1) zur Kühlung einer Rechenanlage (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Rechenanlage (2) mit einer Sorptionskältemaschine (3) gekühlt wird, wobei der Sorptionskältemaschine (3) Abwärme der Rechenanlage (2) als Antriebsenergie zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet dass die Vorlauftemperatur der Kältemaschine (3) über eine zwischen der Rechenanlage (2) und der Kältemaschine (3) angeordnete Wärmepumpe (10) erhöht wird, wobei der Rücklauf der Rechenanlage (5) zunächst über den Kälteteil der Wärmepumpe (10) und sodann über den Kälteteil der Kältemaschine (3) geführt wird.Method for cooling a computer system ( 2 ), in particular with a system ( 1 ) for cooling a computer system ( 2 ) according to one of the preceding claims, wherein the computer system ( 2 ) with a sorption chiller ( 3 ), wherein the sorption chiller ( 3 ) Waste heat of the computer system ( 2 ) is supplied as drive energy, characterized in that the flow temperature of the chiller ( 3 ) via one between the computer system ( 2 ) and the chiller ( 3 ) arranged heat pump ( 10 ), wherein the return of the computer system ( 5 ) first via the cooling part of the heat pump ( 10 ) and then via the cooling section of the refrigerator ( 3 ) to be led.
DE102009058055A 2009-12-14 2009-12-14 System and method for cooling a computer system Active DE102009058055B4 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009058055A DE102009058055B4 (en) 2009-12-14 2009-12-14 System and method for cooling a computer system
PCT/EP2010/007685 WO2011082790A1 (en) 2009-12-14 2010-12-14 System and method for cooling a processing system
US13/516,036 US20130050931A1 (en) 2009-12-14 2010-12-14 System and method for cooling a processing system
EP10795950A EP2514290A1 (en) 2009-12-14 2010-12-14 System and method for cooling a processing system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009058055A DE102009058055B4 (en) 2009-12-14 2009-12-14 System and method for cooling a computer system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102009058055A1 DE102009058055A1 (en) 2011-06-16
DE102009058055B4 true DE102009058055B4 (en) 2012-08-02

Family

ID=43992853

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102009058055A Active DE102009058055B4 (en) 2009-12-14 2009-12-14 System and method for cooling a computer system

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102009058055B4 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030000231A1 (en) * 2001-06-27 2003-01-02 Himanshu Pokharna Computer system having a refrigeration cycle utilizing an adsorber/desorber for purposes of compression
DE10133905A1 (en) * 2001-07-12 2003-01-23 Inst Luft Kaeltetech Gem Gmbh Method for acheiving very low refrigeration temperatures has a combination of compression and absorption processes using limited energy
US20050132724A1 (en) * 2003-12-19 2005-06-23 Sharma Ratnesh K. Energy consumption reduction in a multi-effect absorption system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030000231A1 (en) * 2001-06-27 2003-01-02 Himanshu Pokharna Computer system having a refrigeration cycle utilizing an adsorber/desorber for purposes of compression
DE10133905A1 (en) * 2001-07-12 2003-01-23 Inst Luft Kaeltetech Gem Gmbh Method for acheiving very low refrigeration temperatures has a combination of compression and absorption processes using limited energy
US20050132724A1 (en) * 2003-12-19 2005-06-23 Sharma Ratnesh K. Energy consumption reduction in a multi-effect absorption system

Also Published As

Publication number Publication date
DE102009058055A1 (en) 2011-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2591646B1 (en) System and method for cooling a computer system
EP2514290A1 (en) System and method for cooling a processing system
DE602004006674T2 (en) Cryogenic refrigeration system and method with cold storage
DE102005061599A1 (en) Modular cooling system and refrigeration device for such a cooling system
EP2331880B1 (en) Method and device for providing usable heat energy
DE102010042122A1 (en) Cooling device of a vehicle
EP2199706B1 (en) A switching device air conditioner and operation method thereof
DE102009043737A1 (en) Cooling air dryer
DE60022251T2 (en) Refrigeration system with a cooling circuit offering optimized consumption
DE112010005865T5 (en) Resource management for data centers
EP2681979B1 (en) Cooling device, in particular air-conditioning unit for a computer system
DE102013111053A1 (en) Method for conditioning an IT environment or environment that contains heat generators
EP3673215A1 (en) Operating method for a cooling and/or heating system, and cooling and/or heating system
EP2692416B1 (en) Refrigerant type dryer
DE102012112646A1 (en) Cooling arrangement for use as switch cabinet-cooling device or as free cooler for cooling computer centers or office buildings, has heat exchanger that stays in heat conductive contact with phase change material held in heat accumulator
DE102016204153B4 (en) Heat pump system with pumps, method for operating a heat pump system and method for producing a heat pump system
DE102009058055B4 (en) System and method for cooling a computer system
DE102008043807A1 (en) refrigeration plant
WO2001017665A1 (en) Refrigerated air dryer for compressed air
DE102011054257A1 (en) air conditioning
DE102008057110B4 (en) cooler
EP1983276A1 (en) Refrigeration system
EP2474797A1 (en) Method and device for air conditioning a building
WO2013152749A2 (en) Cooling device for a switch cabinet and a corresponding method
EP2369280A2 (en) Method and device for producing cold gaseous or liquid air

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final

Effective date: 20121103