DE2258258C2 - Kühlsystem für elektronische Bauelemente - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Kühlsystem für elektronische Bauelemente, mit einer Versorgungsleitung für kondensiertes Kältemittel, wobei in der Versorgungsleitung ein Expansionsventil vorgesehen ist, dessen Durchsatz durch ein Signal steuerbar ist, mit einer Rückleitung für verdampftes Kältemittel, mit einer zwischen der Versorgungsleitung und der Rückleitung angeordneten Vielzahl von parallelen Kühlleitungen zum Kühlen der elektronischen Bauelemente, mit einem Fühler zur Erzeugung des Signals zur Steuerung des Expansionsventils in Abhängigkeit von der Temperatur des verdampften Kältemittels, und mit einer Vielzahl von Kälteplatten an jeder Kühlleitung, welche die daran angebrachten elektronischen Bauelemente durch Wärmeleitung kühlen.

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 geringerer Wärmekapazität nicht den gleichen Kühlungsgrad für alle Bauteile im gesamten Rechnersystem gewährleistet.

Ein Kühlsystem der anfangs genannten Art ist aus der US-PS 33 34 684 bekannt Bei diesem 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 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 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 ar. 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 24—36 kW Kühlleistung pro Einschubfach erfordern, um eine einwandfreie Kühlung zu gewährleisten. Dieser Kühlungsbedarf erfordert ein vergleichsweise großes Volumen an umlaufendem Kältemittel, 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 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 äußeren 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 Größe mit den für moderne Hochgeschwindigkeits-Rechner erforderlichen, vergleichsweise kurzen elektrischen Anschlüssen herzustellen, darf die Kälteplatte nicht übermäßig groß sein, muß aber dennoch solche Größe 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 Kältemittels erforderlichen Rohrleitungsquerschnitts nicht das Kältemittel 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 Kältsplatten 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

Bei den bekannten Parallelkühlanlagen wird der KaI-temittelfluß an einem zentralen Verteiler in mehrere parallele Kühlkanäle verzweigt. Diese bekannten Systeme müssen aber genau abgestimmt sein, um das Kältemittel an eine Vielzahl von Kapillarrohren so zu verteilen, daß der Ausgang jedes parallelen Kanals einen Strom an leicht überhitztem Kältemittel (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 Kältemittels 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 rchwierig, eine Parallelstrom-Kühlanlage für elektronische Rechner zu entwerfen, da weder alle logischen Bausteine oder Bauteile die gleiche Wärmemenge abgeben noch die einzelnen Ausrüstungsfächer aneinander gsnügend gleich sind, um eine leicht zuordenbare Gruppierung von Parallelkanälen mit gleicher Wärmeverteih'ng 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 Systemeineit erfordert, um einen einwandfreien 3etriebsausgleich zu erzielen.

Aus der US-PS 26 69 099 ist eine Kühlanlage bekannt, bei der ein Verdampfer mit einer Mehrzahl von parallelen Kühlleitungen vorgesehen ist, die an ein gemeinsames Expansionsventil angeschlossen sind. Den Kühlleitungen ist eine Sammeleinrichtung für das Kältemittel nachgeschaltet. Dieser folgt ein Nachverdampfer mit nur einer Kühlleitung, die anschließend zu einem Kompressor und einem Kondensator zurückgeführt wird. Diese bekannte Anlage dient jedoch nicht zur Kühlung von elektronischen Bauelementen, sondern zur Kühlung eines durch einen Ventilator bewegten Luftstroms. Die parallel geschalteten Küh'leitungen des Verdampfers, die in Strömungsrichtung der Luft nacheinander angeblasen werden, sind über Kreuz miteinander verbunden, damit die zuerst angeblasenen Kühlleitungen nicht zu warm werden, und alle Kühlleitungen in gleichem Maße zur Kühlung beitragen. Es soll somit erreicht werden, daß alle Kühlleitungen eine möglichst gleiche Kühllast aufweisen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Kühlsystem für elektronische Bauelemente anzugeben, mit dem es möglich ist, eine Vielzahl von elektronischen Bauelementen, die unterschiedliche Wärmemengen erzeugen, auf einer konstanten Temperatur zu halten.

Diese Aufgabe wird bei dem anfangs genannten Kühlsystem erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Expansionsventil über eine Vielzahl von Kapillarrohren mit sämtlichen parallelen Kühlleitungen verbunden ist, daß die Kühileitungen ungleiche, durch die Bauelemente bedingte Wärmelasten aufweisen, ^aB eine Sammeleinrichtung zum Sammeln des Kältemi.tels aus den Kühüeitunger. mit einem zusätzlichen Verdampfer verbunden ist, der wenigstens einen ihn durchsetzenden Kältemittel-Strömungsweg aufweist und mit der einzigen RücUeitung verbunden ist, an welcher der Fühler angeordnet ist, und daß eine Einrichtung zur Erzeugung einer zusätzlichen Wärmelast an einer Kühlleitung vorgesehen ist, die eine zusätzliche Kühlkapazität aufweist, so daß der Fühler ein den Durchsatz des Expansionsventils erhöhendes Signal erzeugt und eine Kühlleitung

jo mit einer ungenügenden KUhlkapazität einen verhältnismäßig größeren Anteil an Kapazität erhält.

Die einzelnen Anordnungen oder Bausteine der logischen Bauteile, die z. B. die Form gedruckter Schaltungen aufweisen, werden so zusammengefaßt bzw. zusammengekiammert, daß zwischen ihnen ein Raum zur Aufnahme der Kälteplatte entsteht, die einen Teil des Rechnerchassis bildet. Jede dieser Platten stellt einen Verdampfer in der Kühlanlage dar. Die einzelnen Kälteplatten sind von einer Kältemittelschlange durchzogen und im Inneren mit wärmeleitfähigem Material versehen, so daß die Käiteplatte im wesentlichen auf gleichmäßiger Temperatur bleibt, die durch die Verdampfung des umgewälzten Kältemittels 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 parallel an eine Lieferquelle für unter Druck stehendes, flüssiges Kältemittel angeschlossen.

Die vor« den Logikbaustein-Käiteplatten abgehenden Ausgänge der parallelen Kältemittelleitungen mit unterschiedlichen Kältemittelmengen werden in einem Sammler vereinigt, in welchem sowohl gasförmiges als auch flüssiges Kältemittel vorhanden ist, und sind dann weiter über zusatzteile 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 Kältemittel win 3 mittels eines Fühlelements, etwa eines Thermistors, welches ein Kältemittel-Expansionsventil in der Kältemittel-Speiseleitung zur Ausrüstung steuert, auf einen »überhitzten« Zustand geregelt. Auf diese Weise braucht das aus den einzelnen parallelen Kanälen stammende, durch die Logikbausteine fließen-

de Kältemittel 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 Kältemittelkanäle eine unzureichende Durchsatzmenge an Kältemittel erhält und dazu neigt, an seinem Auslaß ausschließlich überhitztes Gas abzugeben, oder nur eine unzureichende Reserve an Kältemittel aufweist, so wird der Kältemitteldurchsatz dadurch grob geregelt, daß eine zusätzliche Wärmequelle in einer der anderen, parallelen Kältemittelsäulen vorgesehen ist. die einen ausreichenden Kältemitteldurchsatz 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 Käseplatte aufgesetzt wird und eine zusätzliche Verdampfung des Kältemittels in der Anlage bewirkt, so daß die Kältemittel-Regelanlage einen größeren Kältemitteldurchsatz durch die Kühlanlage erzwingt. Da das Kältemittel in mehrere parallele Kanäle aufgeteilt ist, ist somit ein zusätzlicher Käkemitteldurchsatz durch den Kühlkanal mit mangelnder Kühlleistung gewährleistet.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. I eine schematische Darstellung einer Kühlanlage mit Merkmalen nach der Erfindung und

F i g. 2 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. I.

Bei der in F i g. 1 schematisch dargestellten Kühlanlage für einen elektronischen Rechner wird kondensiertes, d. h. verdichtetes, verflüssigtes Kältemittel über ein Rohr 6 und ein Regelventil 8 in die Kühlanlage eingespeist. Dieses Kältemittel kommt von einem herkömmlichen Kühlkompressor oder dergleichen Einrichtung, und strömt zu einem steuerbaren Expansionsventil 10, das vorzugsweise sehr schnell auf Regelsignale zur Regulierung des Kältemittelflusses 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 aul'Temperaturänderungen des in eine Rückleitung 13 zum Kühlgerät einströmenden Kältemittels anspricht. Ei;n für diesen Zweck geeigneter Bauteil ist ein Thermistor.

Der Auiilaß des Expansionsventil 10 ist an einen Verieiler 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 vorgesehene Kälteplatten ab. Diese Kapillarrohre besiizen im wesentlichen jeweils gleiche 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 vorgegebenem 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 wünschenswerteste Ausgleichsverfahren dar, dii 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 Berichtung von Ungleiehmäßigkeiten 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 18 der

i) Kälteplatten 19 sind an einer tragenden Rahmenplatte 21 montiert. Jede Kälteplatte 19 ist für die Anbringung eines logischen Bausteins an ihr ausgelegt. Es brauchen nicht notwendigerweise alle Kälteplatten 19 mit logischen Bausteinen bestückt zu sein und auch nicht jede Art der logischen Bausteine braucht unbedingt die gleiche Wärmemenge zu erzeugen. Bei den zwanzig Kälteplatten-Säulen 18 variiert daher die Wärmeverteilung im allgemeinen von Säule zu Säule. Das Kältemittel wird sowohl in gasförmiger als auch in flüssiger Phase von jeder der lotrechten Säulen 18 von Kälteplatten 19 in Sammlern 20 zusammengeführt. Wie noch näher erläutert wp-den wird, ist die Anlage so ausgelegt, daß in keiner der Säulen 18 das gesamte Kältemittel, sondern vielmehr nur fin bestimmter Prozentsatz verdampft

jo wird, wobei noch dazu zwischen den einzelnen Säulen bzw. Spalten oder lotrechten Reihen Unterschiede im Verdampfungsprozentsatz bestehen. Infolgedessen wird von jeder Säule 18 etwas unverdampftes Kältemittel gesammelt, so daß jede Säule 18 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 Verdanipfungsprozentsatz 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 Stromversorgungselementen in den einzelnen Säulen 18 und insgesamt verbleibt.

Das in flüssiger Form verbliebene, in den Sammlern 20 aufgefangene Kältemittel wird durch zusätzliches Wärmesenken im Rechnerchassis geleitet. Typischerweise enthält ein Fach oder Gestell der Rechnera^rrüstung 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 20 aufgefangene, restliche Kältemittel wird daher durch die verschiedenen, dieser Stromversorgung zugeordneten Wärmesenken geleitet und wird dabei vollständig verdampft, während gleichzeitig das gasförmige Kältemittel etwas überhitzt werden kann. Der leicht überhitzte Zustand ist notwendig, um zu gewährleisten, daß das gesamte Kältemittel verdampft ist und die Temperatur-Meß- und -Regeleinheit den Kältemittelstrom durch die

Anlage zu regeln vermag. Der Temperaturfühler 12 kann den Kältemittelstrom erhöhen, wenn die Temperatur des gasförmigen, ausströmenden Kältemittels über einen vorbestimmten Wert hinaus ansteigt, der etwas höher liegt als die Verdampfungstemperatur des Kältemittels. Falls in einem bestimmten Ausrüstungsfach keine Stromversorgung vorhanden ist. kann selbstverständlich jede beliebige Wärmequelle verwendet werden, um das in den Sammlern 20 angesammelte Kältemittel zu verdampfen.

Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird das in den Sammlern 20 angesammelte Kältemittel durch eine Hauptstromversorgungs-Wäi mesenkc 26 geleitet, in welcher eine Gegenstromkühlung für die Gleichrichterdioden 28 der Stromversorgung bewirkt wird. Sodann wird das Kältemittel durch Wärmesenken 30 geleitet, die den Drosselspulen der Hauptstromvcrsorgung zugeordnet sind. Schließlich strömt das Kältemittel durch eine einer anderen Stromversorgung zugeordnete Wärmesenke 32, wird dadurch überhitzt und strömt über ein Rohr 13 ab. das durch ein Temperaturmeßelement 12 überwacht wird.

Andere Elemente im gleichen Chassis können vom gleichen Kältemittelvorrat her gekühlt werden, indem, wie dargestellt, ein zusätzliches Expansionsventil 33 verwendet oder der Kältemittelstrom vom Expansionsventil 10 abgezweigt wird. Gemäß Fig. 1 strömt das Kältemittel zu und von einem Speichermodul 35 über zwei lotrechte Wärmesenken 34, die gemäß F i g. I von dem zwi :hen ihnen angeordneten Rahmen 21 getrennt sind. Die Wärmesenken 34 gewährleisten eine Kühlung, z. B. für an ihnen montierte Spannungsregelelemente. Neben ihrer Funktion als Wärmeverteiler- und 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 Stromversorgungs-Riickleitung für die logischen Bausteine ist mit dem Rahmen 21 verbunden, so daß ein vollständiger Rückführungspfad von den logischen Elementen in den logischen Bausteinen zu der an die unteren Enden der Wärmesenken 34 angeschlossenen Stromversorgung gebildet wird.

F i g. 2 veranschaulicht die Bildung einer Gruppe von Kälteplatten 19 unter Verwendung eines einzigen Kältemittel-Rohrleitungstücks 36, dps 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 Kältemittelauslaß 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 parallelen Kühlpfade nicht unbedingt genau ausgeglichen sein müssen. Falls es sich aber zeigt, daß das Kältemittel in einer Säule vollständig verdampft ist und somit überhitztes Kältemittel erzeugt wird, kann eine gewisse Umordnung 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 unvcrdampftem Kältemittel vom Auslaß jeder Säule ermöglicht die Anordnung eines Heizelements, beispielsweise von ähnlicher Form wie ein logischer Baustein 22, über einer der Kältcplatten 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, falls in einer Säule

to kein Freiraum vorhanden ist. Durch Einschaltung einer zusätzlichen Wärniczerstreuung in einer der lotrechten Säulen, in weicher ausreichendes Reserve-Kühlvermögen vorhanden ist, erhöht sich der Kältemittelstrom durch die Anlage insgesamt, indem in der einen Säule mehr Kältemittel verdampft wird, so daß das Tcmpcratur-Fühlelemcnt 12 an weiter stromab gelegener Stelle einen erhöhten Kältemitteldurchsatz verlangt. Da das Kältemittel durch die zwanzig P:inillelknnäle der Anlüge ungefähr gleichmäßig aufgeteilt wird, erhält die lotrechte Säule mit gemäß Messung, z. B. am logischen Baustein 24, unzureichendem Reserve-Kühlvermögen einen erhöhten Kältemitteldurchsatz 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-Kältemittelstroms der Kältemitteldurchsatz 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 8 100 W verteilt und abgeführt. Das Ventil 10 ist ein thermoelektrisches Expansionsventil. In der Anlage wird das Kältemittel CCb F2 verwendet. Die Kapillarrohre sind im allgemeinen etwa 122 cm lang und besitzen einen Innenduchmesser von etwa 2,2 mm. Das Rohrmaterial 36 in den Kälteplatten, welche die einzelnen Säulen bilden, besitzt einen Innendurchmesser von etwa 4,8 mm. Die Kältemittelzufuhr über das Rohr 6 erfolgt mit einem Druck von etwa 11.0 kg/cm² (absolut). Der Auslaßdruck des Expansionsventils 10 beträgt etwa 5,13 kg/cm² (absolut), während der Auslaßdruck der Kapillarrohre im allgemeinen etwa4,5 kg/cm² (absolut) beträgt.

Die Kälteplatten werden auf etwa 183°C gehalten. In den Säulen wird ein Teil des Kältemittels vom flüssigen in den gasförmigen Aggregat-Zustand überführt. Die Güte als Maß für das Verhältnis von Gas zur Gesamtmasse an Kältemittel ändert sich in der Säule von etwa 10% auf 75%, so daß der Druck des in den Sammlern 20 aufgefangenen Kältemittels etwa. 4,15 kg/cm² (absolut) bei im wesentlichen konstant bleibender Temperatur beträgt Das Kältemittel in der Rückleitung 13 weist einen Druck von etwa 3,94 kg/cm² (absolut) auf.

Mit der Erfindung wird mithin eine Kühlanlage für elektronische Rechner angeboten, bei welcher mehrere parallele Kältemittelleitungen von einem einzigen Zufuhrvorrat für verflüssigtes Kältemittel 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 Kältemittel wird von den parallelen Kältemittelleitungen in einen Sammler überführt und durch

weitere Elemente der Rechneranordnung geleitet, z. B. durch Stromversorgungseinrichtungen, an denen es überhitzt und dann zum Kältemittelvorrat zurückgeführt wird. Der Kältemittelstrom bzw. -durchsatz in den einzelnen parallelen Kanälen braucht nicht genau ausgeglichen zu sein. Ein grober Ausgleich des Kältemittelstroms kann durch Zufuhr zusätzlicher Wärme zu einem der parallelen Kanäle erreicht werden, der gemäß Messung des flüssigen Kältemittelstroms in seinem Auslaß ausreichendes Reserve-Kühlvermögen besitzt, wodurch die Kühlbelastung des gesamten Systems erhöht und hierdurch ein erhöhter Kältemittelstrom durch einen Kanal mit unzureichendem Kühlvermögen, was sich an einem niedrigen oder gar keinem Anteii an verflüssigtem Kältemittel in seinem Auslaß feststellen läßt, erreicht wird.

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Claims (3)

Patentansprüche:

1. Kühlsystem für elektronische Bauelemente, mit einer Versorgungsleitung für kondensiertes Kältemittel, wobei in der Versorgungsleitung ein Expansionsventil vorgesehen ist, dessen Durchsatz durch ein Signal steuerbar ist, mit einer Rückleitung für verdampftes Kältemittel, mit einer zwischen der Versorgungsleitung und der Rückleitung angeordneten Vielzahl von paraHelen Kühlleitungen zum Kühlen der elektronischen Bauelemente, mit einem Fühler zur Erzeugung des Signals zur Steuerung des Expansionsventils in Abhängigkeit von der Temperatur des verdampften Kältemittels, und mit einer Vielzahl von Kälteplatten an jeder Kühüeitung, welche die daran angebrachten elektronischen Bauelemente durch Wärmeleitung kühlen, dadurch gekennzeichnet,

daß das Expansionsventil (10) über eine Vielzahl von Kapillarrohren (16) mit sämtlichen parallelen Kühlleitungen (18) verbunden ist,

daß die Kühlleitungen (18) ungleiche, durch die Bauelemente bedingte Wärmelasten aufweisen,
daß eine Sammeleinrichtung (20) zum Sammeln des Kältemittels aus den Kühlleiomgen (18) mit einem zusätzlichen Verdampfer (28, 30, 32) verbunden ist, der wenigstens einen ihn durchsetzenden Kältemittel-Strömungsweg aufweist und mit der einzigen Rückleitung (13) verbunden ist, an welcher der Fühler (20) angeordnet ist, und

daß eine Einrichtung (22) zur Erzeugung einer zusätzlichen Wärmelast an einer Kühlleitung (18) vorgesehen ist, die eine zusätzlich.- Kühlkapazität aufweist, so daß der Fühler (20) ein den Durchsatz des Expansionsveniüs (iO) erhöhendes Signa! erzeugt und eine Kühlleitung (18) mit einer ungenügenden Kühlkapazilät einen verhältnismäßig größeren Anteil an Kältemittel erhält.

2. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen das Expansionsventil (10) und die Kapillarrohre (16) ein Verteiler (14) geschaltet ist.

3. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (12) ein Temperaturmeßfühler, z. B. ein Thermistor, ist.