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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Kühlen von in Schaltschränken angeordneten elektrischen Bauteilen, die in mit Schaltschränken und wenigstens einem Kühlgerät die eine Reihe bildend, nebeneinander angeordnet sind, und mit einem Abluftkanal, der mit dem Innenraum zumindest eines Schaltschrankes strömungstechnisch in Verbindung steht, wobei das Kühlgerät einen Luftstrom aus dem Abluftkanal kühlt und diesen gekühlten Luftstrom abgibt.
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Solche Anordnungen werden im Stand der Technik üblicherweise in Rechenzentren eingesetzt. Dort ist eine Vielzahl von Schaltschränken, insbesondere Serverracks, in Reihen aneinandergestellt. Die Reihen verlaufen zueinander parallel beabstandet, so dass zwischen ihnen Gänge gebildet werden, die je nach Temperaturniveau als Kaltgang oder Warmgang bezeichnet werden.
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Aus der
US 7,447,022 B2 ist eine Anordnung zum Kühlen von elektrischen Bauteilen in einer Reihe von Schaltschränken bekannt, wobei in diese Reihe ein Kühlgerät integriert ist. Zur Kühlung der elektrischen Bauelemente in den Schaltschränken weilen Luftkanäle verwendet. Diese sind an die Schaltschränke und das Kühlgerät angebaut. Sie stehen mit den Innenräumen der Schaltschränke und dem Kühlgerät über Lufteintritts- bzw. Luftaustrittsöffnungen in Verbindung. Somit sind die Lufteintrittsöffnungen über einen Zuluftkanal und die Luftaustrittsöffnungen über einen Abluftkanal miteinander verbunden, die aus Kanalelementen aufgebaut sind, welche durch Lüfter voneinander beabstandet sind. Diese fördern die Luft aus den Schaltschränken heraus in den Abluftkanal und führen sie dem Kühlgerät zu.
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Im Kühlgerät ist ein Wärmetauscher angeordnet, um die Luft dort abzukühlen. Nach dem Durchtritt durch den Wärmetauscher verlässt die Luft gekühlt das Kühlgerät und strömt in den Zuluftkanal ein. Von dort wird die Zuluft wieder in die Innenräume der einzelnen angeschlossenen Schaltschränke verteilt. Der bauliche Aufwand für eine solche Anordnung zum Kühlen von Schaltschränken ist relativ hoch, und der Abluft und der Zuluftkanal müssen jeweils individuell auf die baulichen Gegebenheiten angepasst werden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zum Kühlen von in Schaltschränken angeordneten elektrischen Bauteilen zu schaffen, die mit geringem Teile- und Montageaufwand eine energiesparende Auslegung des Kühlsystems ermöglicht. Es soll auch ein entsprechendes Verfahren angegeben werden.
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Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren nach Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweils rückbezogenen Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß verbindet der Abluftkanal den Innenraum des zumindest einen Schaltschranks unmittelbar mit dem Innenraum wenigstens eines der Kühlgeräte, wobei die Reihe aus Schaltschranken und Kühlgerät beziehungsweise Kühlgeräten einen Kaltgang begrenzt, in den der gekühlte Luftstrom aus dem Kühlgerät beziehungsweise den Kühlgeräten austritt. So wird die Umgebung der Schaltschranke, insbesondere der Warmgang, nicht mit der Abwärme der elektrischen Bauteile belastet, so dass ein Arbeiten im Warmgang auf einem niedrigeren Temperaturniveau als bei Mitnutzung des Warmganges zur Luftführung möglich wird. Durch die Rückführung einer höheren Ablufttemperatur führt dies zu einer höheren Energieeffizienz des Kühlgerätes bei identischer Kühlleistung.
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Vorteilhaft ist der Abluftkanal aus Kanalelementen gebildet, die miteinander verbunden sind. Damit kann, abhängig von der Anzahl der angeschlossenen Schaltschränke und somit der Längserstreckung der Anordnung in Reihenrichtung, der Abluftkanal individuell aus den Kanalelementen zusammengesetzt werden Dadurch lässt sich mit geringem Teile- und Montageaufwand auch bei beengtem Montageverhältnis eine flexible Installation des Abluftkanales durchführen.
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Gemäß einer bevorzugten Erfindungsausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass zumindest die Schaltschränke im Wesentlichen gleiche Abmessungen haben und dass die Erstreckung der Kanalelemente in Strömungsrichtung des gekühlten Luftstromes kleiner als die Breite des Schaltschrankes in dieser Richtung ist, oder dass die Erstreckung der Kanalelemente in Strömungsrichtung einem ganzzahligen Vielfachen der Breite des Schaltschrankes in dieser Richtung entspricht. Sind die Kanalelemente kleiner als die Schaltschrankbreite, so lassen sie sich flexibel aneinanderreihen und sie stehen dann nicht über den angeschlossenen Schaltschrank vor. Insbesondere dann, wenn die Breite der Kanalelemente einem ganzzahligen Vielfachen der Breite des Schaltschrankes entspricht, kann bausatzartig eine Auslegung des Kanalsystems auf die angeschlossenen Schaltschränke vorgenommen werden, was zu einer weiteren Montagevereinfachung führt.
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Besonders bevorzugt sind die Kanalelemente als Aufsatzelemente ausgebildet, die auf das Dach des Schaltschrankes und des Kühlgerätes aufgesetzt sind, und im Übergangsbereich der benachbarten Schaltschränke und/oder im Übergangsbereich eines Schaltschrankes und eines Kühlgerätes miteinander verbunden sind.
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Über die dachseitige Anordnung bleiben die vertikalen Seitenwände der Schaltschränke und des Kühlgerätes freigestellt, sodass eine Beeinflussung des Bauraumes in dieser Richtung unterbleibt. Dies hat insbesondere bei beengten Platzverhältnissen in Rechenzentren Vorteile
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Die Kanalelemente lassen sich insbesondere dann einfach gestalten, wenn sie im Querschnitt U-förmig einen Verbindungsabschnitt und zwei daran angeschlossene, zueinander beabstandete Wandungen aufweisen. Die Wandungen sind dann mittelbar oder unmittelbar mit den Schaltschränken oder dem Kühlgerät verbindbar. Der Luftdurchtritt zu den angeschlossenen Kühlgeräten oder den Schaltschränken findet zwischen den Wandungen statt, sodass hier keine besonderen Vorkehrungen getroffen werden müssen.
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Wenn vorgesehen ist, dass der Abluftkanal im Bereich seiner längsseitigen Enden mit lösbar befestigten Seitenwänden verschlossen ist, dann lassen sich die Kanalelemente in der vorgeschriebenen Weise einfach herstellen und der Abluftkanal stirnseitig einfach komplettieren. Weiterhin bilden die lösbaren Seitenwände stirnseitig eine Inspektionsmöglichkeit.
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Gemäß einer denkbaren Alternative der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das Kühlgerät einen Wärmetauscher und in Strömungsrichtung vor dem Wärmetauscher einen Filter aufweist. Hierdurch wird eine Verschmutzung des Wärmetauschers verhindert, was insbesondere bei der Anwendung im offenen Luftkreislauf und zur verbesserten Wartung vorteilhaft ist.
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Erfindungsgemäß kann es auch weiterhin vorgesehen sein, dass das Kühlgerät einen dachseitigen Lufteinlass und im Bereich der vorderseitigen Frontwand einen Luftauslass aufweist. Bei dieser Luftführungsanordnung kann das Kühlgerät mit seiner Frontseite einen Kaltgang zwischen zwei Schaltschrankreihen begrenzen.
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Eine bevorzugte Erfindungsausgestaltung sieht vor, dass das Kanalelement ein aus Rahmenprofilen zusammengesetztes Rahmengestell aufweist, das zu dem Schaltschrank hin geöffnet ist oder eine Öffnung aufweist, und dass das Rahmengestell seitlich mit Verkleidungselementen verkleidet ist. Mit dem Rahmengestell wird eine stabile Konstruktion geboten, die an ihren Seiten mit geeigneten Verkleidungselementen zur Bildung eines Luftführungsraumes verschlossen werden kann.
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Wenn hierbei vorgesehen ist, dass das Rahmengestell einen Boden- und einen Deckrahmen aufweist, die aus jeweils vier Rahmenprofilen zusammengesetzt sind, und dass der Boden- und der Deckrahmen mittels als Verbindungsprofilen ausgebildeten Rahmenprofilen zueinander beabstandet gehalten sind, dann kann jede Seite des Rahmengestells nach Anwenderwunsch entweder für einen Luftdurchtritt geöffnet oder geschlossen werden. Im Bereich der Anreihseiten lassen sich dann einfach die benachbarten Kanalelemente luftleitend verbinden.
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Eine einfache Konstruktion mit geringem Teileaufwand ergibt sich insbesondere dann, wenn vorgesehen ist, dass die Rahmenprofile des Rahmengestells querschnittsgleich ausgebildet sind.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst mit einem Verfahren zum Kühlen einer Recheneinheit, die mindestens eine Reihe von Schaltschränken aufweist, wobei in der Reihe außerdem ein Kühlgerät betrieben wird, dem über einen Abluftkanal erwärmte Luft aus zumindest einem Schaltschrank der Reihe zugeleitet wird, und wobei die Abluft in dem Kühlgerät gekühlt wird. Hierbei ist es dann erfindungsgemäß vorgesehen, dass die gekühlte Luft in einen durch die Reihe begrenzten Kaltgang eingefördert und durch Luftdurchtrittsöffnungen in zumindest einen Teil der dem Kaltgang zugekehrten Frontwände der Schaltschränke in die Schaltschränke eingefördert wird.
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Hierbei wird ein offenes Kühlsystem geschaffen, bei dem der Kaltgang als Luftzirkulationsraum einbezogen wird. Dem Kühlgerät wird die erwärmte Luft direkt über den Abluftkanal zugeleitet. Der Warmgang wird, wie schon oben angesprochen, nicht mit dieser Luft belastet, sodass ein Arbeiten im Warmgang mit einem niedrigeren Temperaturniveau möglich wird. Energetisch wird mit der Rückrührung der Abluft direkt von den Schaltschränken eine höhere Wärmeleistung des Kühlgerätes bzw. eine höhere Energieeffizienz bei identischer Kühlleistung erreicht.
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Besonders bevorzugt kann es hierbei vorgesehen sein, dass die Luft mittels Ventilatoren, die in den Schaltschränken angeordnet sind, durch die Schaltschränke gefördert wird. Dann wird von den Schaltschränken die jeweils benötigte Kühlleistung direkt aus dem Kaltgang abgerufen, was zu einer weiteren Energieeffizienz des Kühlsystems beiträgt.
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Besonders bevorzugt sind die Ventilatoren direkt in den elektrischen Einbauten in den Schaltschränken eingebaut oder diesen zugeordnet. Beispielsweise können Server oder Switches in den Schaltschränken beziehungsweise Serverschränken eingebaut sein, die mit im Gehäuse sitzenden Ventilatoren ausgerüstet sind.
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Gemäß einer weiteren Verfahrensalternative der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Abluft durch einen dachseitigen Lufteinlass in das Kühlgerät eingeführt wird, und durch einen Luftauslass in der Frontwand in den Kaltgang gefördert wird. Bei dieser Anordnung wird eine platzsparende Bauweise erreicht, und der Abluftkanal beeinflusst die seitliche Baubreite im Bereich des Warmganges nicht.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Anordnung zum Kühlen von elektrischen Bauteilen in einer Reihe von Schaltschränken in Draufsicht;
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2 die Darstellung gemäß 1 in Frontansicht; und
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3 im Vertikalschnitt und in schematischer Darstellung ein Kühlgerät.
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1 zeigt eine Reihe von nebeneinander aufgestellten Schaltschränken 10, die üblicherweise ein Rahmengestell aufweisen, das an der Oberseite mit einem Dach 10.1 und an der Vorderseite mit einer Frontwand 10.2 verschlossen ist. Rückseitig ist parallel zur Frontwand 10.2 eine Rückwand 10.4 montiert. Am rechtsseitigen Ende der Reihe der Schaltschränke 10 ist ein Kühlgerät 20 angereiht. Das Kühlgerät 20 weist ebenfalls ein Rahmengestell auf, das mit einem Dach 20.1 und frontseitig mit einer Frontwand 20.2 verkleidet ist. Rückseitig ist eine Rückwand 20.4 verwendet. Die Schaltschränke 10 und das Kühlgerät 20 bilden eine geschlossene Reihe, die einen Kaltgang K begrenzen.
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In Rechenzentren werden üblicherweise zwei Reihen von Schaltschränken zueinander parallel beabstandet angeordnet, wobei im Abstandsraum der Kaltgang K gebildet ist. Dieser Kaltgang K ist gegenüber der Umgebung an den stirnseitigen Enden der Schaltschrankreihen mittels Türen abgeschottet und deckseitig mittels Plattenelementen überbaut. Damit ist ein unmittelbarer Luftaustausch zwischen dem Kaltgang K und dem umgebenden Warmgang W behindert. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in der 1 nur eine Reihe von Schaltschränken 10 des Kaltganges K gezeigt.
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Wie die 1 weiter erkennen lässt, sind in den Dächern 10.1 der Schaltschränke 10 Luftdurchtritte 10.3 in Form von Ausbrüchen der Dächer 10.1 vorgesehen. Weiterhin ist ein Ausbruch in dem Dach 20.1 des Kühlgerätes 20 vorgesehen, der als Lufteinlass 20.3 dient.
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2 lässt erkennen, dass im Bereich der Oberseite 0 der Anordnung gemäß 1 ein Abluftkanal 30 aufgesetzt ist. Der Abluftkanal 30 besteht aus einzelnen Kanalelementen 30.1, 30.2. Dabei ist jedem Schaltschrank 10 ein Kanalelement 30.1 und dem Kühlgerät 20 ein Kanalelement 30.2 zugeordnet. Bevorzugterweise sind die Kanalelemente 30.1, 30.2 identisch ausgebildet. Jedes Kanalelement 30.1, 30.2 hat eine Baubreite in der Bildebene gemäß 2, die der Breite des Schaltschrankes 10 bzw. der Breite des Kühlgerätes 20 entspricht. Dementsprechend schließen, wie dies die 2 erkennen lässt, die Kanalelemente 30.1, 30.2 bündig mit den in Tiefenrichtung verlaufenden Schaltschrankseiten ab. Die Kanalelemente 30.1, 30.2 können unmittelbar miteinander verbunden werden. Die Kanalelemente 30.1, 30.2 sind im Querschnitt im Wesentlichen U-förmig aus einem Verbindungsabschnitt 30.5 und zwei daran anschließenden, zueinander parallel beabstandeten Wandungen 30.4 gebildet. Mittels der Wandungen 30.4 werden die Kanalelemente 30.1, 30.2 unmittelbar auf die Dächer 10.1, 20.1 der Schaltschränke 10 bzw. des Kühlgerätes 20 aufgesetzt und dort befestigt. Dabei erfolgt die Befestigung so, dass ein zwischen den Wandungen 30.4 gebildeter Luftdurchtritt in Luft leitender Verbindung mit den Luftdurchtritten 10.3 der Schaltschränke 10 bzw. dem Lufteinlass 20.3 des Kühlgerätes 20 steht. Auf diese Weise wird eine Luft leitende Verbindung zwischen dem Innenraum der Schaltschränke 10 und dem Innenraum des Kühlgeräts 20 über den Abluftkanal 30 hergestellt. An den stirnseitigen Enden des Abluftkanales 30 können Seitenwände 30.3 montiert werden, die hier einen Abschluss des Abluftkanales 30 bewirken
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Die Schaltschränke 10 weisen in ihrer Frontwand 10.2 Perforierungen oder Durchbrüche auf, die eine Luft leitende Verbindung zwischen dem Kaltgang und dem Innenraum der Schaltschränke 10 bilden. Das Kühlgerät 20 weist in seiner Frontwand 20.2 einen Luftauslass 20.6 auf, der mittels eines Gitters abgedeckt sein kann. Weiterhin ist in die Frontwand 20.2 eine Schalteinheit 20.5 integriert, die eine Steuerung des Kühlgerätes 20 ermöglicht. Der Schalteinheit 20.5 kann eine Displayeinheit zugeordnet sein, über die die Funktionen des Kühlgerätes 20 abgelesen werden können.
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In 3 ist in schematischer Darstellung das Kühlgerät 20 in Seitenansicht und im Schnitt dargestellt. Wie diese Zeichnung erkennen lässt, ist unterhalb des dachseitigen Lufteinlasses 20.3 ein Wärmetauscher 20.8 im Innenraum des Kühlgerätes 20 montiert. Der Wärmetauscher 20.8 ist üblicherweise ein Lamellenwärmetauscher, der über eine Verteilerleitung 20.10 und eine Sammelleitung 20.12 an ein externes Kühlsystem angeschlossen ist. In dem Innenraum des Kühlgerätes 20 kann eine Steuerung 20.11 integriert sein, die von der Schalteinheit 20.5 ansteuerbar ist.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 die Funktionsweise näher erläutert.
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Während des Betriebseinsatzes geben die elektrischen Einheiten in den Schaltschränken 10 Ihre Verlustleistung in Form von Wärme ab. Zur Kühlung der elektrischen Baueinheiten sind Ventilatoren in die Schaltschränke 10 integriert. Diese fördern einen Luftstrom durch die Frontwand 10.2 hindurch. Dementsprechend wird aus dem Kaltgang K Kühlluft durch die Frontwände 10.2 eingesaugt und an den zu kühlenden elektrischen Baueinheiten vorbei transportiert. Dabei erwärmt sich die Luft und wird im Anschluss an die elektrischen Baueinheiten über den Luftdurchtritt 10.3 dachseitig in den Abluftkanal 30 eingefördert. Die Abluftströme der einzelnen Schaltschränke 10 sammeln sich in dem Abluftkanal 30 und werden dem Kühlgerät 20 durch den Lufteinlass 20.3 zugeleitet. Wie 3 erkennen lässt, gelangt der erwärmte Luftstrom aus dem Abluftkanal 30 zu dem Wärmetauscher 20.8 und wird hier gekühlt. Nach dem Durchtritt durch den Wärmetauscher 20.8 verlässt die gekühlte Luft das Kühlgerät 20 wieder durch den Luftauslass 20.6 in der Frontwand 20.2, und gelangt so in den Bereich des Kaltganges K zurück. Die gekühlte Luft steht den Schaltschränken 10 nun frontseitig wieder zur Verfügung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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