DE2258258A1

DE2258258A1 - Verfahren und vorrichtung zur kuehlung elektronischer datenverarbeitungsanlagen

Info

Publication number: DE2258258A1
Application number: DE19722258258
Authority: DE
Inventors: Roger Willis Cree; Michael Alan Doyle; Richard Chris Keller
Original assignee: Control Data Corp
Current assignee: Control Data Corp
Priority date: 1972-04-12
Filing date: 1972-11-28
Publication date: 1973-10-31
Also published as: CA972175A; NL161964C; NL7215164A; GB1364816A; JPS5741725B2; JPS4919721A; DE2258258C2; FR2179711B1; AU5437673A; FR2179711A1; US3757530A; NL161964B

Description

Patentanwalt Patentanwälte

Dr. phil. Gerhard Henkel Dr. rer. nat. Wolf-Dieter Henkel

D-757 Baden-Baden Balg ^____rn Dip I.-Ing. Ralf M. Kern

iJÄ-Si/" ^2258258 Dr. rer. nat. Lothar Feiler

Teleor.-Adr.:Elllp»old Baden-Baden D-8 München 90

Eduard-SchmictStr. 2 Γ 1 Tel.: (0811) 663197

ΤβΙβΒΓ.-Adr.i Htfpsoid München

Control Data Corporation ^Τθ!βκ:

Minneapolis, Minn., V.St.A.

L J

28. KOV. 1972

Unter Zeichen:

Verfahren und Vorrichtung zur Kühlung elektronischer Datenverarbeitungsanlagen

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Kühlanlagen und betrifft insbesondere eine Kühlanlage zur Kühlung der elektronischen Schaltkreise von Datenverarbeitungsanlagen.

Auf dem Gebiet der elektronischen Rechner hat es sich als zweckmässig erwiesen, die elektronischen Bauteile durch Wärme-Ableitung über eine kalte Platte zu kühlen, anstatt die Kühlung mittels eines Zwangsstroms gekühlter Luft zu bewirken. Damit lässt sich die Temperatur im ganzen System besser auf ungefähr der gleichen gewünschten Temperatur halten. Es ist nämlich bekannt, dass eine Luftkühlung infolge von abgeschirmten Stellen und geringer Wärmekapazität nicht den gleichen Kühlungsgrad für alle Bauteile im gesamten Rechnersystem gewährleistet»

Bei bekannten Anordnungen, beispielsweise derjenigen gemäss der US-PS 5 3J54 684, sind die einzelnen logischen Bausteine des Rechners mit einer oder mehreren stark wärmeleitenden Flächen versehen, die in das Rechnergehäuse bis zu Schaltungsplatten ragen, auf denen elektronische Bauteile montiert sind. Der Wärmefluss erfolgt dabei von den Bauteilen und Zuleitungen zu den

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wärmeleitenden Schaltungsplatten und von da zur Aussenseite des logischen Bausteins. Der Rahmen des Rechners ist dabei mit einer Anzahl von Fächern z.B. in Form von sogenannten Kalttafeln versehen, die eine grosse Kontaktfläche mit der Aussenfläche des logischen Bausteins besitzen und somit die Wärme von letzterem ableiten. Hierdurch ergibt sich eine gleichmässigere und leichter regelbare Umgebungstemperatur für die elektrischen Bauteile des Systems, als sie durch einen Luftstrom erreicht werden kann.

Aufgrund der Weiterentwicklungen auf dem Rechnergebiet seit dem genannten Patent werden bei Rechnern derzeit Pakete integrierter Schaltkreise verwendet, wobei Gruppen solcher Pakete auf getrennten Schaltungsplatten montiert sind. Diese integrierten Schaltkreispakete nehmen im Vergleich zu den getrennten Bauteilen ein vergleichsweise kleines Volumen ein, so dass in einem vorgegebenen Raumvolumen eine grössere Zahl von Transistoren und anderen Schaltungsbauteilen als früher untergebracht werden kann. Diese Raumausnutzung führt bei vorgegebenem Volumen zu erhöhtem Leistungsverbrauch im Rechner, während die Bauteile gleichzeitig ein grösseres Mass an Temperaturregelung und Schutz vor Überhitzung als früher erfordern.

Beispielsweise ist es bei einem einzelnen Einschubfach in einem modernen Rechner nicht ungewöhnlich, dass eine Leistung von mehreren kVA für die logischen Bauteile benötigt wird. Diese Gesamtleistung wird im wesentlichen in Form von Wärme abgegeben und kann mindestens das Äquivalent von 2 - J5 Tonnen Kühlleistung pro Einschubfach erfordern, um eine einwandfreie Kühlung zu gewährleisten. Dieser Kühlungsbedarf erfordert ein vergleichsweise grosses Volumen an umlaufendem Kühlmittel, das nicht durch ein einziges, zweckmässig bemessenes Rohrstück ausreichend zur Verfügung gestellt werden kann, welches, wie in der genannten Patentschrift gezeigt, aufeinanderfolgend von oben nach unten

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alle Kalttafeln des Systems bedient. Ausserdem sollte die Kühlung im Baustein selbst vorgenommen werden, um eine bessere Regelung der Temperatur in den einzelnen Bausteinen zu erreichen, anstatt einen Wärmefluss im wesentlichen vom Inneren des Bausteins zur äusserein Kontaktfläche mit der Kälteplatte zu bewirken,wobei unvermeidbarerweise gewisse Temperaturunterschiede im Baustein selbst zugelassen werden müssen.

Aus diesem Grund wurde die Kälteplatte entwickelt, über welcher der logische Baustein in der Weise montiert werden konnte, dass die verschiedenen elektrischen Bauteile -im Gegensatz zur oben erwähnten Anordnung- in einem direkteren Wärmeableitpfad liegen. Die wärmeleitfähigen Flächen des logischen Bausteins stehen in Berührung mit einer bzw. beiden Seiten der Kälteplatte, so dass die verschiedenen integrierten Schaltungselemente im wesentlichen auf individuell geregelter Temperatur gehalten werden. Um einen logischen Baustein geringer Grosse mit den für moderne Hochgeschwindigkeits-Rechner erförderlichen, vergleichsweise kurzen elektrischen Anschlüssen herzustellen, darf die Kälteplatte nicht übermässig gross sein, muss aber dennoch solche Grosse besitzen, dass ein ausreichender Wärmestrom abführbar ist, um die verschiedenen integrierten Schaltungselemente auf individueller Basis auf einer geregelten Temperatur zu halten. Dies trägt zusätzlich zu der Einschränkung bei, dass wegen des zur Förderung des Kühlmittels erforderlichen Rohrleitungsquerschnitts nicht das Kühlmittel für die gesamte Anlage der Reihe nach durch alle vorgesehenen Kälteplatten geleitet werden kann. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Zahl der in einer Kühlanlage für eine einzelne logische Schaltungs-Tafel in einem Rechner vorgesehenen Kalttafeln oder Kälteplatten wesentlich höher sein muss als bei der bekannten Anordnung, bei welcher die Kühlung lediglich für eine vergleichsweise geringe Zahl von einzelnen Fächern, in denen logische Bausteine angeordnet sind, vorgesehen ist.

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Es sind nun sogenannte Parallelkühlanlagen bekannt, bei denen der Kühlmittelfluss an einem zentralen Verteiler in mehrere parallele Kühlkanäle verzweigt, d.h. aufgeteilt wird. Diese bekannten Systeme müssen aber genau abgestimmt sein, um das Kühlmittel an eine Vielzahl von Kapillarrohren so zu verteilen, dass der Ausgang jedes parallelen Kanals einen Strom an leicht überhitztem Kühlmittel (d.h. vollständig verdampft und keine Flüssigkeit enthaltend) ergibt, der zur Kompressor-Kühlereinheit zurückgeführt wird. Die angegebene Bedingung ist erforderlich, um einen optimalen Wirkungsgrad der Anlage zu erhalten und die Rückführung jeglichen flüssigen Kühlmittels zum Kompressor zu verhindern. Die genaue Abstimmung dieser bekannten Parallelkühlanlagen ist jedoch schwierig, weil entweder die Wärmebelastung in jeder Bahn im wesentlichen gleich sein musste,oder es mussten die Kapillarrohre für jede Bahn einzeln bemessen werden. Es ist ziemlich schwierig, ein Parallelstromsystem genau abzustimmen, wenn die Wärmebelastung von Bahn zu Bahn weiten Schwankungen unterliegt. Ersichtlicherweise wäre es daher schwierig, eine Parallelstrom-KUhlanlage für elektronische Rechner zu entwerfen, da weder alle logischen Bausteine oder Bauteile die gleiche Wärmemenge abgeben noch die einzelnen Ausrüstungsfächer einander genügend gleich sind, um eine leicht zuordenbare Gruppierung von Parallelkanälen mit gleicher Wärmeverteilung zu erreichen, was eine zweckmässige Abstimmung einer Kühlanlage ermöglichen würde. Es ist also wünschenswert, eine standardisierte Rechner-Kühlanlage zur Verfügung zu haben, die keine individuellen, speziellen Installationsmassnahmen für jede Systemeinheit erfordert, um einen einwandfreien Betriebsausgleich zu erzielen.

Ersichtlicherweise besteht mithin ein Bedarf für eine verbesserte Kühlanlage für moderne elektronische Rechner. Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine Kühlanlage für elektronische Rechner zu schaffen, die eine einwandfreie Kühlung auch bei vergleichsweise hoher Packungsdichte an elektronischen Logik-

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bausteinen mit insgesamt hoher Leistungsaufnahme pro Volumeneinheit innerhalb des eigentlichen Gehäuses des Rechners gewährleistet.

Anhand der vorstehenden Ausführungen lässt sich bereits erkennen, dass ein möglicher Weg zur Lösung der gestellten Aufgabe in einer neuartigen Kühlmittelsteuerung für die erwähnten Parallelstrom-Kühlanlagen zu suchen sein könnte. Dazu kommen jedoch wesentliche konstruktive Änderungen und besondere Anordnungsgruppierungen im Rechner selbst, die insgesamt zum Umfang der erfindungsgemässen Lösung gehören, die im folgenden kurz umschrieben zusammengefasst ist:

Die einzelnen Anordnungen oder Bausteine der logischen Bauteile werden in Einheiten mit einem Innenhohlraum zusammengefasst, so dass eine jeweilige gesamte Einheit über eine Kühlanlagen» Kälteplatte aufgesetzt werden kann., die einen Teil des Rechnerchassis bildet. Jede dieser Platten stellt einen Verdampfer in der Kühlanlage dar. Die einzelnen Kälteplatten sind von einer Kühlmittelschlange durchzogen und im Inneren mit wärmeleitfähigem Material versehen, so dass die Kälteplatte im wesentlichen auf gleichmässiger Temperatur bleibt, die durch die Verdampfung des umgewälzten Kühlmittels bestimmt wird. Bei der weiter unten in Einzelheiten dargestellten Ausführungsform sind die einzelnen Kälteplatten in einer Gruppe von Säulen angeordnet, von denen jede eine Reihe von Kälteplatten aufweist, die jeweils mit den anderen Kälteplatten der gleichen Säule in Reihe geschaltet sind. Die einzelnen Säulen sind über eine Verteileranlage pa ^aIIeI an eine Lieferquelle für unter Druck stehendes, flüssiges Kühlmittel angeschlossen.

Die von den Logikbaustein-Kälteplatten abgehenden Ausgänge der parallelen Kühlmittelleitungen sind in teilweise grösserer Flächenüberdeckung zu einem Sammler vereinigt, in welchem sowohl

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gasförmiges als auch flüssiges Kühlmittel vorhanden ist, und sind dann weiter über zusätzliche Wärmeverteilerelemente geführt, die einem bestimmten Rechnerchassis zugeordnet sind. Im allgemeinen handelt es sich bei diesen Einheiten um Stromversorgungen, Wärmesenken für Gleichrichter, Transformatoren und Drosselspulen. Das aus dem letzten zu kühlenden Element im Rechnerchassis austretende Kühlmittel wird mittels eines Fühlelements, etwa eines Thermistors, welches ein Kühlmittel-Expansionsventil in der Kühlmittel-Speiseleitung zur Ausrüstung steuert, auf einen "überhitzten" Zustand geregelt. Auf diese Weise braucht das aus den einzelnen parallelen Kanälen stammende, durch die Logikbausteine fliessende bereits überhitzte Kühlmittel nicht genau auf einen abgeglichenen Überdruck-Zustand einreguliert zu werden, da in Wärmeverteilerelementen der Stromversorgung ein geeigneter Rückfluss zur Kühlanlage gewährleistet ist.

Wenn einer der parallelen Kühlmittelkanäle eine unzureichende Durchsatzmenge an Kühlmittel erhält und dazu neigt,an seinem Auslass ausschliesslich überhitztes Gas abzugeben, oder nur eine unzureichende Reserve an Kühlmittel aufweist, so lässt sich der Kühlmitteldurchsatz dadurch grob regeln, dass eine zusätzliche Wärmequelle in einer der anderen, parallelen Kühlmittelsäulen vorgesehen wird, die einen ausreichenden Kühlmitteldurchsatz aufweist. Dabei kann es sich um einen Kanal handeln, bei dem eine oder mehrere Kälteplatten für logische Bausteine nicht durch logische Rechnerbausteine besetzt sind. Die Regulierung erfolgt dadurch, dass ein wärmeerzeugender Scheinbaustein über eine Kälteplatte aufgesetzt wird und eine zusätzliche Verdampfung des Kühlmittels in der Anlage bewirkt, so dass die Kühlmittel-Regelanlage einen grösseren Kühlmitteldurchsatz durch die Kühlanlage erzwingt. Da das Kühlmittel in mehrere parallele Kanäle aufgeteilt ist, ist somit ein zusätzlicher Kühlmitteldurchsatz durch den Kühlkanal mit mangelnder Kühlleistung gewährleistet.

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Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematisierte Darstellung einer Kühlanlage mit Merkmalen nach der Erfindung und

Fig. 2 einen in vergrö'ssertem Maßstab gehaltenen Schnitt längs der Linie 2-2 in Pig. I.

Bei der in Fig. 1 schematisch dargestellten Kühlanlage für einen elektronischen Rechner wird kondensiertes, d_oh₀ verdichtetes_s verflüssigtes Kühlmittel über ein Rohr β und ein Regelventil 8 in die Kühlanlage eingespeist» Diese.s Kühlmittel kommt von einem herkömmlichen. Kühlkompressor oder dergleichen Einrichtung;, und strömt zu einem steuerbaren Expansionsventil 1O₅ das vorzugsweise sehr schnell auf Regelsignale zur Regulierung des Kühlmittelflusses durch die Anlage anspricht» Regelfunktion und Arbeitsweise des Expansionsventils 10 werden durch Steuersignale bestimmt, die von einem am Ausgang der Kühlanlage angeordneten Fühlelement 12.erzeugt werden. Das Fühlelement.12 ist vorzugsweise ein empfindliches Element, das Schnell auf Temperaturänderungen des in eine Rückleitung Ij5 zum Kühlgerät einströmenden Kühlmittels anspricht. Ein für diesen Zweck geeigneter Bauteil ist ein Thermistor.

Der Auslass des Expansionsventils 10 ist an einen Verteiler 14 angeschlossen, der seinerseits mit einer Gruppe von allgemein ^ bei 16 angedeuteten, parallelen Kapillarrohren verbunden ist. Der Verteiler 14 ist von herkömmlicher Bauart und weist in seinem Inneren eine Venturidüse auf, wobei alle von ihm abgehenden Kapillarrohre im wesentlichen die gleiche mögliche Durchsatzmenge aufweisen. Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung gehen vom Verteiler 14 zwanzig Kapillarrohre zu zwanzig Säulen von für logische Bausteine vorgesehenen Kälteplatten ab. Diese Kapillarrohre besitzen im wesentlichen jeweils glei-

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ehe Länge, so dass die Strömungswiderstände in ihnen jeweils gleich sind, wodurch ein Ausgleich der Durchsatzmenge in der Anlage erreicht wird.

Erforderlichenfalls ist es möglich , das Kapillarrohr-Verteilersystem durch Einstellung der Länge eines vorgegebenen Kapillarrohrs in der Weise abzustimmen bzw. auszugleichen, dass der gesamte Druckabfall in der Säule aus den Verdampfer- bzw. Kühlplatten und dem Kapillarrohr dem Druckabfall einer anderen Säule mit unterschiedlicher Wärmelast gleich ist. Dies stellt jedoch nicht das wünschenwerteste Ausgleichverfahren dar, da es eine spezielle Anpassung der Einheit erfordert und die Vorteile der Standardisierung nicht gewährleistet. Dieses Verfahren wird daher im allgemeinen nur angewandt, um allgemeine UngleichmässIgkeiten in der Anlage zu berichtigen. Ein vorteilhafteres Verfahren zur Berichtigung von Ungleichmässigkeit in der Kühlanlage wird nachstehend näher erläutert.

Jedes Kapillarrohr 16 ist an eine lotrechte Säule 18 von Kälteplatten 19 angeschlossen, die jeweils als Verdampfer in der Kühlanlage dienen. Die Säulen der Kälteplatten sind an einer tragenden Rahmenplatte 21 montiert. Jede Kälteplatte I9 ist für die Anbringung eines logischen Bausteins an ihr ausgelegt. Es brauchen nicht notwendigerweise alle Kälteplatten mit logischen Bausteinen bestückt sein und auch nicht jede Art der logischen Bausteine braucht unbedingt die gleiche Wärmemenge zu erzeugen. Bei den zwanzig Kälteplatten-Säulen variiert daher die Wärmeverteilung im allgemeinen von Säule zu Säule. Das Kühlmittel wird sowohl in gasförmiger als auch in flüssiger Phase von jeder der lotrechten Säulen l8 von Kälteplatten I9 in Sammlern 20 zusammengeführt. Wie noch näher erläutert werden wird, ist die Anlage so ausgelegt, dass in keiner der Säulen l8 das gesamte Kühlmittel, sondern vielmehr nur ein bestimmter Prozentsatz verdampft wird, wobei noch dazu zwischen den einzelnen Säulen bzw. Spalten oder

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lotrechten Reihen Unterschiede im Verdampfungsprozentsätz bestehen. Infolgedessen wird von jeder Säule etwas unverdampftes Kühlmittel gesammelt, so dass jede Säule eine Reserve»Kühlkapazität besitzt, die eine erhebliche Sicherheitsspanne für die logischen Bauteile der Rechneranlage gegen Überhitzungserscheinungen bietet, die z.B. durch einen fehlerhaften oder sich rasch überhitzenden Baustein hervorgerufen werden können. Der Verdampfungsprozentsatz kann auf einen grösseren oder kleineren Wert geändert werden; der genaue Wert ist nicht erfindungswesentlich. Beispielsweise könnte ein Verdampfungsgrad von 75$ aufrechterhalten werden, so dass ein Verdampfungsgrad von 25$ als Sicherheitsspanne für die Kühlung von Stromversorgurigselementen in den einzelnen Säulen und insgesamt verbleibt.

Das in flüssiger Form verbliebene, in den Sammlern 20 aufgefangene Kühlmittel wird durch zusätzliche Wärmesenken im Rechnerchassis geleitet. Typiseherweise enthält ein Fach oder Gestell der Rechnerausrüstung eine Stromversorgung für das betreffende Fach, wie dies bei Rechneranlagen nötig ist, die mehrere hundert Ampere Gleichstrom sehr niedriger Spannung benötigen. Die diesen Stromversorgungen mit niedriger Spannung und hoher Stromstärke zugeordneten Gleichrichter, Transformatoren und Drosselspulen müssen zwar gekühlt werden, sind jedoch etwas weniger anspruchsvoll bezüglich des Kühlbedarfs als die einzelnen logischen Bausteine, welche die Rechnerfunktionen im Rechner durchführen. Das von den Sammlern aufgefangene, restliche Kühlmittel wird daher durch die verschiedenen, dieser Stromversorgung zugeordneten Wärmesenken geleitet und wird dabei vollständig verdampft, während gleichzeitig das gasförmige Kühlmittel etwas überhitzt werden kann. Der leicht überhitzte Zustand ist notwendig, um zu gewährleisten, dass das gesamte Kühlmittel verdampft ist und die Temperatur-Mess- und -Regeleinheit den Kühlmittelstrom durch die Anlage zu regeln vermag. Der Temperaturfühler kann den Kühlraittelstrom erhöhen, wenn die Temperatur des

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gasförmigen, ausströmenden Kühlmittels über einen vorbestimmten Wert hinaus ansteigt, der etwas höher liegt als die Verdampfungstemperatur des Kühlmittels. Falls in einem bestimmten Ausrüstungsfach keine Stromversorgung vorhanden ist, kann selbstverständlich jede beliebige Wärmequelle verwendet werden, um das in den Sammlern 20 angesammelte Kühlmittel zu verdampfen.

Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird das in den Sammlern 20 angesammelte Kühlmittel durch eine Hauptstromversorgung-Wärmesenke 26 geleitet, in welcher eine Gegenstromkühlung für die Gleichrichterdioden 28 der Stromversorgung bewirkt wird. Sodann wird das Kühlmittel durch Wärmesenken JO geleitet, die den Drosselspulen der Hauptstromversorgung zugeordnet sind. Schliesslich strömt das Kühlmittel durch eine einer anderen Stromversorgung zugeordnete Wärmesenke 32, wird dadurch überhitzt und strömt über ein Rohr 15 ab, das durch ein Temperaturmesselement 12 überwacht wird.

Andere Elemente im gleichen Chassis können vom gleichen Kühlmittelvorrat her gekühlt werden, indem, wie dargestellt, ein zusätzliches Expansionsventil 33 verwendet oder der Kühlmittelstrom vom Expansionsventil 10 abgezweigt wird. Gemäss Fig. 1 strömt das Kühlmittel zu und von einem Speichermodul 35 über zwei lotrechte Wärmesenken 34, die gemäss Fig. 1 von dem zwischen ihnen angeordneten Rahmen 21 getrennt sind. Die Wärmesenken 34 gewährleisten eine Kühlung z.B. für an ihnen montierte Spannungsregelelemente. Neben ihrer Funktion als Wärmeverteilerund Tragelemente für den Rahmen sind die Wärmesenken 34 aus einem guten elektrischen Leiter, etwa Aluminium, hergestellt und dienen gleichzeitig als Rückleitung für die Stromversorgung. Jede Stromversorgung-Rückleitung für die logischen Bausteine ist mit dem Rahmen 21 verbunden, so dass ein vollständiger RUckführungspfad von den logischen Elementen in den logischen Bau-

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steinen zu der an die unteren Enden der Wärmesenken y\ angeschlossenen Stromversorgung gebildet wird.

Fig. 2 veranschaulicht die Bildung einer Gruppe von Kälteplatten 19 unter Verwendung eines einzigen Kühlmittel-Rohrleitungsstücks 36, das zu entsprechenden/ innerhalb der einzelnen Kälteplatten liegenden Schlangen 38 geformt ist. Die Kälteplatten können aus Formguss-Halbschalen aus wärmeleitfähigem Material bestehen, die durch Nieten oder Kerbsicherung miteinander verbunden und mit einem wärmeleitfähigen Thermo-Epoxyharz gefüllt sind, um eine gleichmässige Temperaturverteilung über die Platte hinweg zu gewährleisten.

Im Betrieb wird die Anlage in der Weise aufgebaut, dass die gewünschten logischen Bausteine an den verschiedenen Kälteplatten des Logikchassis des Rechners angebracht sind. Der Kühlmittelauslass jeder lotrechten Säule wird mittels Temperaturmessung getrennt untersucht, um festzustellen, ob ein ungefährer Ausgleich in den verschiedenen parallelen Leitungen der Anlage besteht. Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die pa rallelen Kühlpfade nicht unbedingt genau ausgeglichen sein müssen. Falls es sich aber zeigt, dass das Kühlmittel in einer Säule vollständig verdampft ist und somit überhitztes Kühlmittel erzeugt wird, kann eine gewisse Unordnung der logischen Bausteine vorgenommen werden, um die Wärmebelastung an den verschiedenen Säulen einzustellen. Ein besonderes Verfahren zum Ausgleichen der Anlage innerhalb" der vorbestimmten, willkürlich gewählten Grenzen des Stroms an unverdampftem Kühlmittel vom Auslass jeder Säule ermöglicht die Anordnung eines Heizelements, beispielsweise von ähnlicher Form wie ein logischer Baustein 22, über einer der Kälteplatten in einer der lotrechten Säulen, wo keine Temperatur- oder Wärmelastprobleme bestehen. Wahlweise kann ein herkömmlicher logischer Baustein mit zusätzlichen, ausschliesslich zusätzliche Wärme erzeugenden Elementen versehen sein, fallein einer Säule kein Freiraum vorhanden ist. Durch

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Einschaltung einer zusätzlichen Wärmezerstreuung in einer der lotrechten Säulen, in welcher ausreichendes Reserve-Kühlvermögen vorhanden ist, erhöht sich der Kühlmittelstrom durch die Anlage insgesamt, indem in der einen Säule mehr Kühlmittel verdampft wird, so dass das Temperatur-Pühlelement 12 an weiter stromab gelegener Stelle einen erhöhten Kühlmitteldurchsatz verlangt. Da das Kühlmittel durch die zwanzig Parallelkanäle der Anlage ungefähr gleichmässig aufgeteilt wird, erhält die lotrechte Säule mit gemäss Messung z.B. am logischen Baustein 24 unzureichendem Reserve-Kühlvermögen einen erhöhten Kühlmitteldurchsatz infolge des Heizelements, das beispielsweise an der unbesetzten Logikbaustein-Kälteplatte 22 in der Säule mit ausreichendem Reserve-Kühlvermögen angebracht ist. Ersichtlicherweise wird durch dieses Verfahren der Erhöhung des Gesamt-Kühlmittelstroms der Kühlmitteldurchsatz in der sich überhitzenden bzw. zu geringes Reserve-Kühlvermögen besitzenden Säule erhöht, wodurch eine einwandfreie Kühlung in allen Säulen der Kälteplatten erreicht wird.

Zur weiteren Erläuterung ist nachstehend ein spezielles Beispiel aufgeführt, ohne die Erfindung jedoch darauf beschränken zu wollen. Bei diesem Beispiel weist die Kühlanlage zwanzig Säulen bzw. Spalten oder lotrechte Reihen mit je acht Kälteplatten auf. In den Kälteplatten wird eine elektrische Energie von ungefähr 8100 W verteilt und abgeführt. Das Ventil 10 ist ein thermoelektrisches Expansionsventil, das beispielsweise von der Firma Controls Company of America, einer Zweigfirma der Singer Corporation, geliefert wird. In der Anlage wird das Kühlmittel Nr. 12 verwendet. Die Kapillarrohre sind im allgemeinen etwa 122 cm lang und besitzen einen Innendurchmesser von etwa 2,2 mm. Das Rohrmaterial J56 in den Kälteplatten, welche die einzelnen Säulen bilden, besitzt einen Innendurchmesser von etwa 4,8 mm. Die Kühlmittelzufuhr über das Rohr 6 erfolgt mit einem Druck von etwa 11,0 kg/cm (absolut). Der Auslassdruck des Expansionsven-

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tils 10 beträgt etwa 5,15 kg/cm² (absolut), während der Auslassdruck der Kapillarrohre im allgemeinen etwa 4,5 kg/cm² (absolut) beträgt.

Die Kälteplatten werden auf etwa l8,j5°C gehalten. In den Säulen wird ein Teil des Kühlmittels vom flüssigen in den gasförmigen Aggregat-Zustand überführt. Die Güte als Mass für das Verhältnis von Gas zur Gesamtmasse an Kühlmittel ändert sich in der Säule von etwa 10$ auf 75$, so dass der Druck des in den Sammlern 20 aufgefangenen Kühlmittels etwa 4,15 kg/cm (absolut) bei im wesentlichen konstant bleibender Temperatur beträgt. Das Kühlmittel in der Rückleitung 15 weist einen Druck von etwa 5,94 kg/

cm (absolut) auf.

Mit der Erfindung wird mithin eine Kühlanlage für elektronische Rechner angeboten, bei welcher mehrere parallele Kühlmittelleitungen von einem einzigen Zufuhrvorrat für verflüssigtes Kühlmittel abgehen und jede der parallelen Leitungen durch mehrere Kälteplatten verläuft, über denen die logischen Bausteine des Rechners anbringbar sind«, Das teilweise gasförmige und teilweise flüssige Kühlmittel wird von den parallelen Kühlmittelleitungen in einen Sammler überführt und durch weitere Elemente der Rechneranordnung geleitet, z.B. durch Stromversorgungseinrichtungen, an denen es überhitzt und dann zum Kühlmittelvorrat zurückgeführt wird. Der Kühlmittelstrom bzw. -durchsatz in den einzelnen parallelen Kanälen braucht nicht genau ausgeglichen zu sein. Ein grober Ausgleich des Kühlmittelstroms kann ; durch Zufuhr zusätzlicher Wärme zu einem der parallelen Kanäle erreicht werden, der gemäss Messung des flüssigen Kühlmittelstroms in seinem Auslass ausreichendes Reserve-Kühlvermögen besitzt, wodurch die Kühlbelastung des gesamten Systems erhöht und hierdurch ein erhöhter Kühlmittelstrom durch einen Kanal mit unzureichendem Kühlvermögen, was sich an einem niedrigen oder gar keinem Anteil an verflüssigtem Kühlmittel in seinem Auslass feststellen lässt, erreicht wird.

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Claims

Control Data Corporation
Minneapolis, Minn., V.St.A.

Patentansprüche

Kühlvorrichtung für elektronische Datenverarbeitungsanlagen, gekennzeichnet durch einen Kühlmittelspeicher mit zugeordneter Speiseleitung (6) für kondensiertes Kühlmittel und einer Rückleitung (IJ) für verdampftes Kühlmittel, ein an die Kühlmittel-Speiseleitung (6) angeschlossenes, auf variablen Durchsatz steuerbares Expansionsventil (10), mehrere an den Kühlmittelauslass des Expansionsventils (10) angeschlossene Kapillarrohre (16), mehrere mit letzteren verbundene, parallele Kühlkanäle (z.B. 36, 58) mit jeweils mehreren Kälteplatten (I9) zur Kühlung der zugeordneten, Wärme erzeugenden Rechner-Einheiten, Einrichtungen (20) zum Sammeln des Kühlmittels aus den verschiedenen parallelen Kanälen der Kühlanlage, an die Sammlereinrichtungen (20) angeschlossene,zusätzliche Wärme erzeugende Einrichtungen (26, JO, J2), die mindestens eine sie durchsetzende Kühlmittel-Strömungsbahn und eine einzige Kühlmittel-Auslassleitung aufweisen, und ein an der Kühlmittel-Aus lass leitung (15) der zusätzliche Wärme erzeugenden Einrichtungen angeordnetes Fühlelement (12) zur Erzeugung eines Regel-Signals für das Expansionsventil (10).
2. Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen das Expansionsventil (10) und die Kapillarrohre (16) ein Verteiler (H) eingeschaltet ist.

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Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fühlelement (12) eine Temperaturmeßvorrichtung ist.

Verfahren zum Ausgleichen des Kühlmittelstroms in einer Kühlanlage, insbesondere für elektronische Rechneranlagen, mit mehreren parallelen Kühlleitungen, die an ein gemeinsames auf variablen Durchsatz steuerbares Expansionsventil angeschlossen sind und jeweils getrennte Wärmelasten aufweisen, wobei der Kühlmittelauslaß an den parallelen KUhI-leitungen zusammengeführt, durch eine zusätzliche Wärmelast geleitet und schließlich durch ein Fühlelement zur Regelung des Expansionsventils analysiert wird, wobei das in den betreffenden parallelen Leitungen der Kühlanlage strömende Kühlmittel teilweise verdampft und die Verdampfung in der zusätzlichen Wärmelast vervollständigt wird und wobei das Fühlelement und das Expansionsventil das austretende Kühlmittel auf einen leicht überhitzten Zustand regeln, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst der in jeder der parallelen Kühlleitungen verdampfte Prozentsatz an Kühlmittel bestimmt wird, um die Reserve des in jeder dieser Kühlleitungen vorhandenen unverdampften Kühlmittels festzustellen, und sodann an eine beliebige oder mehrere der parallelen Kühlleitungen, die gemäß der Bestimmung der Reserve an unverdampftem Kühlmittel ausreichendes Kühlvermögen besitzen, zusätzliche Wärme angelegt wird, um den Gesamtkühlmittelstrom in der Kühlanlage zu erhöhen, so daß in einer beliebigen oder mehreren dieser Leitungen, die gemäß Bestimmung unzureichenden Durchsatz aufweisen, eine ausreichende Reserve an unverdampftem Kühlmittel gewährleistet wird.

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