DE4337692C2 - Kühlsystem für Elektronisches Gerät - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kühlsystem für ein elektronisches Gerät wie einen Computer, und insbe­ sondere auf ein Kühlsystem mit zwei oder mehr Kühleinheiten, bei dem die Drehzahl des Kompressors der Kühleinheit verrin­ gert werden kann, um dessen Lebensdauer zu verlängern.

Aus JP-A-2 192 564 (entspricht US-A-5 201 187) geht ein Kühlsystem für ein Gerät als bekannt hervor, mit einen Kühl­ kreislauf, in dem ein Kühlmedium umläuft, einer im Kühl­ kreislauf angeordneten Wärmequelle, mehreren parallel zuein­ ander im Kühlkreislauf angeordneten Kühleinheiten zum Kühlen des Kühlmediums auf eine vorgegebene Temperatur, die jeweils einen Kompressor 1a, b aufweisen, dessen Drehzahl veränder­ bar ist.

Ferner weist das Kühlsystem eine im Kühlkreislauf angeordne­ te Pumpe zum Versorgen der Wärmequelle mit dem von den Kühl­ einheiten gekühlten Kühlmedium auf.

Auch weist das Kühlsystem nach dem Stand der Technik eine Störungserfassungseinrichtung zum Erfassen von Störungen in den jeweiligen Kühleinheiten auf.

Ferner ist bei dem bekannten Kühlsystem eine Steuereinrich­ tung vorhanden, die auf entsprechende Meldungen der Stö­ rungserfassungseinrichtungen reagiert, wenn eine Störung erfaßt wird.

Bei diesem Kühlsystem ist somit jeweils eine Kühleinheit im Betrieb und eine andere in Reserve vorhanden. Im Störungs­ fall wird von der Steuereinrichtung die Reservekühleinheit eingeschaltet, um eine Kühlung weiterhin sicherzustellen.

Jede Kühleinheit enthält einen Kompressor, dessen Kühllei­ stung regelbar ist. Solche Kompressoren sind auch aus DE-A- 32 06 059 bekannt. Die Geschwindigkeit, mit der ein Lager im Kompressor bei der Umwandlung der Drehbewegung eines Motors in einen Kompressionsvorgang verschleißt, hängt von der Kühlleistung ab. Genauer gesagt wird, wenn die Drehzahl des Motors erhöht wird, um die Kühlleistung zu erhöhen, das Lager in entsprechend kürzerer Zeit verschlissen, so daß seine nutzbare Lebensdauer kürzer wird. Umgekehrt wird, wenn die Drehzahl gesenkt wird, um die Kühlleistung zu verrin­ gern, der Verschleiß des Lagers verlangsamt und folglich wird die nutzbare Lebensdauer des Lagers länger. Daher sollte, um die nutzbare Lebensdauer des Lagers zu verlän­ gern, die Drehzahl gering gehalten werden, um die Kühllei­ stung der Kühleinheit so weit wie möglich zu verringern.

Aus DE-A-41 13 170 ist ein mikroprozessorgesteuertes Kühl­ system für einen Schaltschrank bekannt, bei dem Tempera­ tursensoren zur Funktionsüberwachung eingesetzt werden.

Jedoch berücksichtigen die oben genannten Druckschriften nicht den Fall, daß die einer von einem elektronischen Gerät erzeugten Wärmemenge entsprechende Kühlleistung, sowohl durch n Kühleinheiten als auch durch n+1 Kühleinheiten er­ zeugt werden kann, und sie offenbaren auch nicht, daß in diesem Fall n+1 Kühleinheiten betrieben werden sollten, um eine mehr als ausreichende Kühlleistung zu liefern. Auch eine Verringerung der von jeder Kühleinheit erzeugten Kühl­ leistung zum Zwecke der Verlängerung der nutzbaren Lebens­ dauer des Lagers im Kompressor, wird nicht in Betracht gezo­ gen.

Aus diesem Grund wird bei herkömmlichen Kühlsystemen nur die erforderliche Mindestanzahl von Kühleinheiten betrieben, so daß jede Kühleinheit eine hohe Kühlleistung mit geringer Leistungsreserve erzeugen muß. Es tritt somit das Problem auf, daß der Motor im Kompressor fortgesetzt mit hoher Dreh­ zahl rotiert, so daß das Lager des Kompressors schnell ver­ schlissen wird und die nutzbare Lebensdauer des Lagers ver­ kürzt wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Kühlsystem zu schaffen, das auch bei Ausfall einer von mehreren Kühl­ einheiten weiterarbeiten kann, und bei dem die Lebensdauer der Kompressorlager verlängert ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Kühlsystem nach Anspruch 1.

Wenn eine einer von einem elektronischen Gerät erzeugten Wärmemenge entsprechende Kühlleistung sowohl von n als auch n+1 Kühleinheiten erzeugt werden kann, werden n+1 Kühlein­ heiten betrieben, so daß jede der Kühleinheiten eine aus­ reichende Reserve hat. Deswegen kann auch, wenn eine Störung in einer der Kühleinheiten auftritt, der Betrieb mit den n Kühleinheiten fortgesetzt werden. Da beim Betrieb von n+1 Kühleinheiten die Kompressormotoren der Kühleinheiten lang­ samer rotieren als beim Betrieb von n Kühleinheiten, kann die Verschleißgeschwindigkeit des Lagers verringert werden, so daß die nutzbare Lebensdauer des Lagers verlängert wird.

Die Wirkungen der Erfindung können wie folgt zusammengefaßt werden:
Wenn bei einem Kühlsystem mit einer Mehrzahl von Kühleinhei­ ten, von denen jede einen vorgegebenen Kühlleistungsbereich hat und deren Kühlleistung innerhalb dieses Bereichs einzeln einstellbar ist, einer Steuereinrichtung zum Steuern des Betriebs aller Kühleinheiten, und Einzelsteuereinrichtungen zum Anpassen der Kühlleistung jeweils einer Kühleinheit gemäß Anweisungen von der Steuerung,
ein Kühlleistungsbereich, der durch den Betrieb von n Kühl­ einheiten erzielt wird, mit einem Kühlleistungsbereich über­ lappt, der durch den Betrieb von n+1 Kühleinheiten erzielt wird, so daß die einer von einem elektronischen Gerät er­ zeugten Wärmeleistung entsprechende Kühlleistung sowohl durch n Kühleinheiten als auch durch n+1 Kühleinheiten er­ zeugt werden kann,
dann wählt die Steuerung den Betrieb unter Verwendung von n+1 Kühleinheiten, um die von jeder Kühleinheit erzeugte Kühlleistung gering zu halten, und so eine ausreichende Kühlleistungsreserve für jede Kühleinheit zu schaffen. Auf diese Weise kann auch, wenn eine Störung in einer der n+1 Kühleinheiten auftritt, die zur Beendigung des Betriebs der Kühleinheit führt, der gesamte Kühlbetrieb mit den verblei­ benden n Kühleinheiten aufrechterhalten werden. Da außerdem der Kompressormotor einer jeden Kühleinheit mit einer nie­ drigeren Drehzahl betrieben werden kann, wird dessen Lager weniger stark verschlissen, was zur Verlängerung der nutz­ baren Lebensdauer des Lagers führt.

Außerdem ist der Energieverbrauch geringer, wenn n+1 Kühl­ einheiten mit geringer Leistung betrieben werden, als wenn n Kühleinheiten mit höherer Leistung betrieben werden, um die gleiche Kühlleistung zu erzeugen.

Fig. 1 zeigt in einem Blockschaltbild ein Kühlsystem zur Verwendung bei einem elektronischen Gerät, gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung;

Fig. 2 zeigt in einem Blockschaltbild eine wasserge­ kühlte Kühleinheit vom Kondensatortyp, die das Kühlsystem der in Fig. 1 dargestellten Ausgestaltung bildet;

Fig. 3 zeigt in einem Blockschaltbild eine luftgekühlte Kühleinheit vom Kondensatortyp, die das Kühlsystem der Aus­ gestaltung bildet;

Fig. 4 zeigt in einem Blockdiagramm ein Beispiel für einen Kompressor, der die Kühleinheit der Ausgestaltung bildet;

Fig. 5 zeigt in graphischer Darstellung die Beziehungen zwischen der Betriebsfrequenz und der Kühlleistung und zwi­ schen der Betriebsfrequenz und dem Energieverbrauch des Kühlsystems gemäß der Ausgestaltung;

Fig. 6 ist ein Flußdiagramm, das den Betrieb einer Steuerung zeigt, die Teil des Kühlsystems der Ausgestaltung ist, wenn der Betrieb des Kühlsystems begonnen wird;

Fig. 7 ist ein Flußdiagramm, das den Betrieb der Steuerung zeigt, die Teil des Kühlsystems gemäß der Aus­ gestaltung ist, bei der Temperaturregelung und bei ein­ geschränktem Betrieb; und

Fig. 8 ist ein Flußdiagramm, das den Betrieb einer Einzelsteuereinrichtung zeigt, die Teil des Kühlsystems der Ausgestaltung ist, beim Erfassen einer Störung.

In Fig. 1 umfaßt ein Kühlsystem 1 gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wenigstens zwei Kühleinheiten 4 (in dieser Ausgestaltung drei) zum Kühlen einer Kühlflüssigkeit für ein flüssiggekühltes elektronisches Gerät 2 wie einen Computer auf eine vorgegebene Temperatur; eine Pumpe 3 zum Umpumpen der Kühlflüssigkeit durch das elektronische Gerät 2 und die Kühleinheiten 4; eine Kühlflüssigkeitsrohrleitung 5 zum Verbinden des elektronischen Geräts 2, der Pumpe 3 und der jeweiligen Kühleinheit 4 miteinander; an beiden Enden einer Verbindung zwischen jeder Kühleinheit 4 und der Kühlflüssig­ keitsrohrleitung 5 angeordnete Kupplungen 21, die mit einem Ventilmechanismus zum Verbinden und Abt rennen der Kühlein­ heit 4 versehen sind; einen Temperatursensor 22 zum Erfassen einer Temperatur der dem elektronischen Gerät 2 zugeführten Kühlflüssigkeit; eine zentrale Steuereinrichtung 23 zum Steuern des Betriebs einer jeder Kühleinheit 4 auf Grundlage der Differenz zwischen einer vom Temperatursensor 22 erfaß­ ten Temperatur und einer vorgegebenen eingestellten Tempera­ tur; und eine Mehrzahl von Einzelsteuereinrichtungen 24 zur Steuerung jeder einzelnen Kühleinheit 4 durch die Steuerein­ richtung 23 und zum Ein- und Ausschalten der Stromversor­ gung. Die Kühleinheiten 4 sind bezüglich des elektronischen Geräts 2 zueinander parallel angeordnet, miteinander durch die Kühlflüssigkeitsrohrleitung 5 verbunden, und kühlen die Kühlflüssigkeit durch Wärmeaustausch zwischen der Kühlflüs­ sigkeit und einem Kühlmittel (z. B. ein verdampfbares Kühl­ mittel wie Freon von Dupont).

Die Kühleinheiten 4 können grob in zwei Gruppen klassi­ fiziert werden, die sich voneinander durch das Verfahren zum Kondensieren des Kühlmittels unterscheiden. Eine umfaßt ei­ nen wassergekühlten Kondensator, wie in Fig. 2 gezeigt, und die andere umfaßt einen luftgekühlten Kondensator, wie in Fig. 3 gezeigt.

In Fig. 2 umfaßt die wassergekühlte Kühleinheit 4a einen Kom­ pressor 6 zum Komprimieren des Kühlmittels, einen wasserge­ kühlten Kondensator 8 zum Abführen von Wärme aus dem kompri­ mierten Kühlmittel durch Verwendung von externem Kühlwasser; ein Expansionsventil 9 zum Überführen des kondensierten Kühlmittels in einen Niederdruckzustand; einen Verdampfer 7 zum Kühlen der Kühlflüssigkeit durch das vom Expansionsven­ til 9 zugeführte Kühlmittel mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck; und eine Kühlmittelrohrleitung 10 zum Ver­ binden dieser Komponenten untereinander.

Statt dessen umfaßt die luftgekühlte Kühleinheit 4b, wie in Fig. 3 gezeigt, einen luftgekühlten Kondensator 12, der an­ stelle des wassergekühlten Kondensators 8 vorgesehen ist, um Wärme vom durch den Kompressor 6 komprimierten Kühlmittel an die Kühlluft zu übertragen, um das Kühlmittel zu kondensieren; und einen Ventilator 13, um den luftgekühlten Kondensator 12 mit der Kühlluft zu versorgen. Der Rest des Aufbaus und Be­ triebs der luftgekühlten Kondensatorkühleinheit 4b sind vollständig identisch mit denen der wassergekühlten Konden­ satorkühleinheit 4a.

Diverse Kompressoren können als Kompressor 6 in der Kühlein­ heit 4 eingesetzt werden, z. B. ein Kolbenkompressor, der die Hin- und Herbewegung eines Kolbens nutzt, um ein Kühlmittel zu komprimieren, ein Spiralkompressor, der die Drehbewegung einer Spirale nutzt, um ein Kühlmittel zu komprimieren, usw. Bei dieser Ausgestaltung wird ein Spiralkompressor als Bei­ spiel in Fig. 4 gezeigt. In Fig. 4 umfaßt der Kompressor 6 einen Motor 31, eine am Kompressor 6 befestigte Spirale 33, eine Drehspirale 34, bei der die Richtung der Spiralform der der festen Spirale 33 entgegengesetzt ist, und die in die feste Spirale 33 eingesetzt ist, um eine Drehbewegung durch­ zuführen, und ein Lager 32 zum Übertragen der Drehbewegung des Motors 31 auf die Drehspirale 34, damit diese die Dreh­ bewegung durchführen kann. Der Motor 31 ist mit einer Wech­ selspannungsversorgung über einen Umformer 35, dessen Wech­ selstromausgangsfrequenz veränderbar ist, und einer Schalt­ einrichtung 36 zum Ein- und Ausschalten der Stromversorgung verbunden.

Der Betrieb des Kompressors 6 wird nachfolgend erklärt. Wenn der Motor 31 eine Drehbewegung mit einer Drehzahl gemäß ei­ ner vom Umformer 35 ausgegebenen Frequenz (der Betriebsfre­ quenz) durchführt, wird diese Drehbewegung auf die Drehspi­ rale 34 durch das Lager 32 übertragen, so daß die Drehspi­ rale 34 eine Drehbewegung mit der gleichen Drehzahl wie der Motor 31 durchführt. Ein Kühlmittel mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck, das in den Kompressor 6 durch einen Einlaßanschluß eingesaugt wird, wird durch die Drehbewegung der Drehspirale 34 zu einem Kühlmittel mit hoher Temperatur und hohem Druck komprimiert, das anschließend durch einen Auslaßanschluß abgegeben wird. Die Menge des durch eine Umdrehung der Drehspirale 34 komprimierten und abgegebenen Kühlmittels hängt vom Fassungsvermögen des Kompressors ab. Daher ändert sich, wenn sich die Drehzahl ändert, die Menge des pro Zeiteinheit komprimierten Kühlmittels ebenfalls pro­ portional zur veränderten Drehzahl. Wenn sich die Kompressi­ onsmenge ändert, ändert sich auch die Menge des dem Verdamp­ fer 7 zugeführten Kühlmittels, was zu einer Änderung der Kühlleistung führt. Folglich wird durch den Umformer 35 die Betriebsfrequenz geändert und so die Drehzahl des Motors 31 verändert, so daß die Kühlleistung der Kühleinheit 4 ange­ paßt werden kann. Es ist aber festzuhalten, daß der Motor 31 einen in Abhängigkeit von seinem Typ, seinen Leistungsmerk­ malen und dergleichen definierten Betriebsbereich hat, in­ nerhalb dessen ein normaler Betrieb garantiert ist. Der Betriebsbereich kann durch die Betriebsfrequenz vorgegeben sein, z. B. von α Hz bis ß Hz. Wie durch eine durchgezogene Linie in Fig. 5 dargestellt, hat somit jede der Kühlein­ heiten 4 eine ebenfalls innerhalb der Betriebsfrequenzen von α Hz bis β Hz anpaßbare Kühlleistung Q(f), so daß die Kühl­ leistung Q(f) von Q(α) bis Q(β) reicht.

Die Geschwindigkeit, mit der das Lager 32 im Kompressor 6 verschlissen wird, hängt von der Drehzahl des Motors 31 ab. Genauer gesagt wird, wenn die Betriebsfrequenz erhöht wird, um den Motor 31 schneller zu drehen und so die Kühlleistung zu erhöhen, das Lager 32 in entsprechend kürzerer Zeit ver­ schlissen, so daß dessen nutzbare Lebensdauer kürzer wird. Wenn umgekehrt der Motor 31 mit niedrigerer Drehzahl betrie­ ben wird, um die Kühlleistung zu senken, ist der Verschleiß des Lagers 32 verlangsamt und entsprechend die nutzbare Le­ bensdauer des Lagers 32 verlängert.

Der Betrieb des oben beschriebenen Kühlsystems 1 wird mit Bezug auf Fig. 6, 7 und 8 erläutert.

Betriebsbeginn

Die Steuereinrichtung 23 weist jede der drei Einzelsteuer­ einrichtungen 24 an, festzustellen, ob die Kühleinheit 4 angeschlossen ist oder nicht. Jede Einzelsteuereinrichtung 24 stellt anweisungsgemäß fest, ob eine entsprechende Kühleinheit 4 angeschlossen ist und überträgt das Ergebnis an die Steuereinrichtung 23. Die Steuereinrichtung 23 emp­ fängt die Ergebnisse von den entsprechenden Einzelsteuer­ einrichtungen 24 und erkennt, daß insgesamt drei Kühlein­ heiten 4 an das Kühlsystem 1 angeschlossen sind.

Anschließend stellt die Steuereinrichtung 23 die Zahl n von Kühleinheiten 4 fest, die in der Lage sind, eine Kühllei­ stung entsprechend einer vorher erwarteten und voreinge­ stellten Wärmeleistung Qh des elektronischen Geräts 2 zu erzeugen. Genauer gesagt wird der Wert von n bestimmt, für den ein Punkt, bei dem Q(f) × n = Qh erfüllt ist, in einem Kühlbereich Q(α) × n - Q(β) × n des Kühlsystems 1 existiert, wenn n Kühleinheiten 4 betrieben werden.

Wenn in diesem Fall ein Kühlbereich der einzelnen Kühlein­ heiten 4 so groß ist, daß der Kühlbereich des Kühlsystems 1 mit n Kühleinheiten 4 mit dem Kühlbereich des Kühlsystems 1 mit n+1 Kühleinheiten 4 überlappt, und wenn die der Wärme­ leistung Qh entsprechende Kühlleistung sowohl durch n Kühl­ einheiten als auch durch n+1 Kühleinheiten erzeugt werden kann, dann wählt die Steuereinrichtung 23 n+1 als Anzahl der zu betreibenden Kühleinheiten 4.

Zum Beispiel überlappt bei dieser Ausgestaltung der Kühl­ bereich des Kühlsystems 1 mit zwei betriebenen Kühleinheiten 4 mit dem Kühlbereich des Kühlsystems 1 mit drei betriebenen Kühleinheiten 4 in einem Bereich Q(α)x3 - Q(β)x2, wie in Fig. 5 gezeigt. In diesem Überlappungsbereich ist Q(A)x3 = Q(B)x2 = Qh für Betriebsfrequenzen mit den Werten A bzw. B erfüllt (A<B). Obwohl zwei oder drei Kühleinheiten in diesem Fall betrieben werden können, wählt die Steuereinrichtung 23 drei, wodurch die Betriebsfrequenz der entsprechenden Kühl­ einheiten 4 niedriger wird.

Anschließend weist die Steuereinrichtung 23 die entsprechen­ den Einzelsteuereinrichtungen 24 an, den Betrieb der drei Kühleinheiten 4 mit einer minimalen Kühlleistung Q(α) zu beginnen. Mit anderen Worten weist die Steuereinrichtung 23 die entsprechenden Einzelsteuereinrichtungen 24 an, den Motor 31 des Kompressors 6 mit einer minimalen Frequenz α anzufahren. Jede der Einzelsteuereinrichtungen 24 reagiert auf die Anweisung von der Steuereinrichtung 23, indem sie die Schalteinrichtung 36 einschaltet und den Motor 31 mit der auf die Minimalfrequenz α eingestellten Betriebsfrequenz anfährt. Der Motor 31 beginnt die Drehbewegung mit einer Drehzahl gemäß dieser Frequenz α, und der Kompressor 6 be­ ginnt, das Kühlmittel zu komprimieren, und ermöglicht so, daß jede Kühleinheit 4 den Betrieb aufnimmt. Außerdem star­ tet die Steuereinrichtung 23 die Pumpe 3 gleichzeitig mit der Anweisung an die einzelnen Einzelsteuereinrichtungen 24. So beginnt eine durch die jeweiligen Kühleinheiten 4 gekühl­ te Kühlflüssigkeit, durch das elektronische Gerät zu zirku­ lieren, und das Kühlsystem 1 nimmt den Betrieb auf.

Temperatursteuerung

Wenn das Kühlsystem 1 mit dem Betrieb beginnt, vergleicht die Steuereinrichtung eine vom Temperatursensor 22 erfaßte Temperatur T in konstanten Zeitabständen mit einer vorge­ gebenen eingestellten Temperatur To. Genauer gesagt wird in einem ersten Schritt festgestellt, ob die erfaßte Temperatur T gleich der eingestellten Temperatur To ist oder nicht. Wenn festgestellt wird, daß die zwei Temperaturwerte gleich sind, dann vergleicht die Steuereinrichtung 23 diese Tempe­ raturen in konstanten Zeitabständen weiter und läßt die jeweiligen Kühleinheiten 4 arbeiten. Wenn jedoch festge­ stellt wird, daß sie unterschiedlich sind, wird im zweiten Schritt festgestellt, ob T < To ist oder nicht. Wenn das Meß­ ergebnis zeigt, daß T < To ist, wird die Temperaturdifferenz zwischen T und To berechnet und umgewandelt in eine Fre­ quenzdifferenz (eine Frequenzsteuergröße Δf) zu der Fre­ quenz, mit der der Motor 31 angetrieben wird. Dann wird die­ se Frequenzsteuergröße Δf zur Betriebsfrequenz zu diesem Zeitpunkt hinzuaddiert. Anschließend wird diese Summe f+ Δf mit einer Maximalfrequenz β verglichen. Wenn das Vergleichs­ ergebnis zeigt, daß f+ Δf kleiner als β ist, weist die Steuereinrichtung die entsprechenden Einzelsteuereinrichtun­ gen 24 an, die Betriebsfrequenz auf f+ Δf zu ändern. Wenn jede Einzelsteuereinrichtung 24 den Umformer 35 steuert, um die Betriebsfrequenz entsprechend der Anweisung zu ändern, nimmt die Steuereinrichtung 23 die Temperaturvergleichsver­ arbeitung wieder auf. Die obigen Schritte werden wiederholt, bis T=To wird. Wenn f+ Δf größer ist als β, kann die Be­ triebsfrequenz nicht geändert werden, so daß das elektro­ nische Gerät 2 nicht ohne Veränderungen angemessen gekühlt werden kann. In diesem Fall zeigt die Steuereinrichtung 23 an einer externen Anzeigevorrichtung an, daß die Temperatur der Kühlflüssigkeit anomal ist, und zeigt auch an, daß mehr Kühleinheiten 4 betrieben werden sollten. Wenn die Gesamt­ anzahl der an das Kühlsystem 1 angeschlossenen Kühleinheiten größer ist als die Anzahl der arbeitenden Kühleinheiten 4, weist die Steuereinrichtung 23 eine der Einzelsteuereinrich­ tungen 24, die einer Kühleinheit 4 in Bereitschaft ent­ spricht, an, diese mit der Betriebsfrequenz f zu starten, um so die Kühlung mit den vier Kühleinheiten 4 durchzuführen.

Wenn hingegen festgestellt wird, daß T nicht größer ist als To, d. h., daß T niedriger als To ist, wird die Temperatur­ differenz zwischen T und To berechnet und in eine Frequenz­ steuergröße Δf′ umgewandelt, entsprechend dem Fall, in dem festgestellt wird, daß T größer als To ist. Die Frequenz­ steuergröße Δf′ wird von der Betriebsfrequenz f zu diesem Zeitpunkt abgezogen. Anschließend wird die Differenz f - Δf′ mit der Minimalfrequenz α verglichen. Wenn das Vergleichser­ gebnis zeigt, daß f - Δf′ nicht kleiner als α ist, weist die Steuereinrichtung 23 die entsprechenden Einzelsteuerein­ richtungen 24 an, die Betriebsfrequenz auf f - Δf′ zu än­ dern. Wenn jede Einzelsteuereinrichtung 24 den Umformer 35 steuert, um die Betriebsfrequenz gemäß der Anweisung zu än­ dern, nimmt die Steuereinrichtung 23 die Temperaturver­ gleichsverarbeitung wieder auf. Die obigen Schritte werden wiederholt, bis T gleich To ist. Wenn f - Δf′ kleiner als α ist, weist die Steuereinrichtung 23 die mit einer der drei arbeitenden Kühleinheiten 4 verbundenen Einzelsteuereinrich­ tung 24 an, die eine Kühleinheit 4 anzuhalten, ohne daß die Betriebsfrequenz f geändert wird. Wenn die Einzelsteuerein­ richtung 24 die Kühleinheit 4 gemäß der Anweisung anhält, führt die Steuereinrichtung 23 die Temperaturregelung unter Verwendung der verbleibenden zwei Kühleinheiten 4 durch.

Erfassung von Störungen in Kühleinheiten

Die Einzelsteuereinrichtungen 24 überwachen ständig die Kühleinheiten 4, um Störungen mit Hilfe diverser in den Kühleinheiten 4 angeordneter Sensoren zu erfassen, zusätz­ lich zur oben beschriebenen veränderbaren Steuerung der Kühleinheiten 4 gemäß einer Anweisung von der Steuerein­ richtung 23. Die diversen Sensoren können einen Drucksensor zum Erfassen des Drucks des vom Kompressor ausgegebenen Kühlmittels, einen Temperatursensor zum Erfassen von dessen Temperatur und dergleichen enthalten. Bei dieser Ausgestal­ tung wird mit bezug auf Fig. 8 die Erfassung einer Störung unter Verwendung eines Drucksensors beschrieben.

Jeder der Einzelsteuereinrichtungen 24 holt einen von einem in jeder Kühleinheit 4 angeordneten Drucksensor 14 erfaßten Druckwert P und vergleicht den erfaßten Druck P mit einem vorgegebenen Störungsdruck Ps. Wenn das Vergleichsergebnis zeigt, daß P nicht größer als Ps ist, läßt die Einzel­ steuereinrichtung 24 die Kühleinheit 4 den bisherigen Be­ trieb fortsetzen. Wenn P Ps übersteigt, vergleicht die Ein­ zelsteuereinrichtung 24 P außerdem mit einem Betriebshalt­ druck Pt, der höher als Ps ist. Wenn P kleiner ist als Pt, steuert die Einzelsteuereinrichtung 24 den Umformer 35, so daß dieser eine Frequenz f-γ ausgibt, die um einen vorgege­ benen konstanten Steuerbetrag γ kleiner ist als die Be­ triebsfrequenz f zu dieser Zeit. Anschließend werden die obigen Schritte wiederholt, bis P einen normalen Wert auf­ weist. Wenn P nicht kleiner ist als Pt, schaltet die Ein­ zelsteuereinrichtung 24 die Schalteinrichtung 36 aus, um den Betrieb der Kühleinheit 4 zu beenden. Dann informiert die Einzelsteuereinrichtung 24 die Steuereinrichtung 23 über die Betriebsbeendigung.

Eingeschränkter Betrieb

Wenn die Steuereinrichtung 23 die Information von der Ein­ zelsteuereinrichtung 24 empfängt, daß eine der drei arbei­ tenden Kühleinheiten 4 aufgrund einer wie oben beschrieben erfaßten Störung angehalten worden ist, steuert die Steuer­ einrichtung 23 die Einzelsteuereinrichtungen 24, um einen eingeschränkten Betrieb unter Verwendung der zwei noch ar­ beitenden Kühleinheiten 4 durchzuführen.

Zuerst wird die Gesamtfrequenz 3f, die die Summe der Be­ triebsfrequenzen f der entsprechenden Kühleinheiten 4 vor dem Auftreten der Störung ist, zu gleichen Teilen durch die Zahl der nach dem Auftreten der Störung arbeitenden Kühl­ einheiten, d. h. zwei, geteilt. Dann weist die Steuerein­ richtung 23 die mit den zwei arbeitenden Kühleinheiten 4 verbundenen Einzelsteuereinrichtungen 24 an, die Betriebs­ frequenz auf den gleich aufgeteilten Wert 3f/2 zu ändern. Wenn jede Einzelsteuereinrichtung 24 den Umformer 35 steu­ ert, um die Betriebsfrequenz entsprechend der Anweisung zu ändern, führt die Steuereinrichtung 23 die oben beschriebene Temperaturregelung durch, bis die erfaßte Temperatur gleich der eingestellten Temperatur wird. Die Steuereinrichtung 23 überwacht außerdem ständig die Pumpe 3, um Störungen in die­ ser zu erfassen. Wenn das Auftreten einer Störung in der Pumpe 3 erfaßt wird, zeigt die Steuereinrichtung 23 dies auf der externen Anzeigeeinrichtung an, und führt Schritte wie das Anhalten der Kühleinheiten 4 durch.

Die obige Beschreibung betraf ein Flüssigkühlsystem für ein elektronisches Gerät 2 wie einen Computer. Die Erfindung ist jedoch auch auf andere elektronische Geräte wie luftgekühlte elektronische Geräte anwendbar.

Auch ist die obige Ausgestaltung zwar für den Fall beschrie­ ben worden, daß drei Kühleinheiten 4 an das Kühlsystem 1 angeschlossen sind, doch kann das Kühlsystem 1 mit vier oder mehr Kühleinheiten versehen sein, wobei die Anzahl der Kühl­ einheiten entsprechend einer von einem zu kühlenden elektro­ nischen Gerät erzeugten Wärmemenge angepaßt werden kann, wie oben beschrieben.

Außerdem ist aus Fig. 5 zu sehen, daß bei dem Kühlsystem gemäß der oben beschriebenen Ausgestaltung der zum Betrieb von drei Kühleinheiten bei einer Frequenz A zur Erzeugung einer Kühlleistung Q(A)x3 entsprechend der Wärmeerzeugungs­ leistung Qh eines elektronischen Geräts (Q(A)x3= Qh) erfor­ derliche Energieverbrauch B(A)x3 kleiner ist als der Ener­ gieverbrauch W(B)x2, der zum Betrieb von zwei Kühleinheiten mit einer Frequenz B(B<A) erforderlich ist, um die Qh ent­ sprechende Kühlleistung Q(B)x2 zu erzeugen (Q(B)x2 = Qh). Dadurch ist, wenn n+1 Kühleinheiten mit einer niedrigeren Frequenz betrieben werden, der Energieverbrauch geringer, als wenn n Kühleinheiten mit einer höheren Frequenz betrie­ ben werden. Daher ist zu erwarten, daß wenn sowohl n als auch n+1 Kühleinheiten betrieben werden können, der Energie­ verbrauch verringert werden kann, indem Betrieb mit n+1 Kühleinheiten gewählt wird.

Claims (5)

1. Ein Kühlsystem (1) für ein elektronisches Gerät (2) mit:
einem Kühlkreislauf (5), in dem ein Kühlmedium umläuft und in dem das Gerät (2) angeordnet ist;
n+1 parallel zueinander im Kühlkreislauf angeordneten Kühleinheiten (4) zum Kühlen des Kühlmediums auf eine vorgegebene Temperatur, die jeweils einen Kompressor auf­ weisen, dessen Drehzahl veränderbar ist, und die in einem ersten und einem zweiten Betriebsmodus betrieben werden können, wobei im ersten Betriebsmodus n+1 Kühleinheiten jeweils mit einer ersten Drehzahl betrieben werden und im zweiten Betriebsmodus n der n+1 Kühleinheiten jeweils mit einer zweiten Drehzahl betrieben werden, die höher als die erste Drehzahl ist;
einer im Kühlkreislauf angeordneten Pumpe (3) zum Versor­ gen des Geräts mit dem von den Kühleinheiten gekühlten Kühlmedium;
einer Störungserfassungseinrichtung (24) zum Erfassen von Störungen in den jeweiligen Kühleinheiten; und
einer Steuereinrichtung (23, 24, 35, 36), die auf die Störungserfassungseinrichtung reagiert, wenn eine Störung in einer der im ersten Betriebsmodus arbeitenden Kühlein­ heiten erfaßt wird, zum Abschalten der gestörten Kühlein­ heit und zum Umschalten des Betriebsmodus vom ersten in den zweiten Betriebsmodus.

2. Kühlsystem nach Anspruch 1, zusätzlich mit:
einem Temperatursensor (22) zum Erfassen einer Temperatur des von den Kühleinheiten gekühlten Kühlmediums;
wobei die Steuereinrichtung (23, 24, 35, 36) die Kühllei­ stung einer jeden Kühleinheit auf Grundlage einer von dem Temperatursensor erfaßten Temperatur steuert.

3. Kühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Steuerein­ richtung (23) den Betrieb der Kühleinheiten im ersten Be­ triebsmodus startet.

4. Kühlsystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die Steuer­ einrichtung mit der ersten Drehzahl in einer vorgegebenen Rechnung die zweite Drehzahl berechnet; und
die Drehzahl der den Betrieb fortsetzenden n Kühleinhei­ ten auf die berechnete zweite Drehzahl einstellt, wenn eine Störung auftritt.

5. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 2-4, bei dem die Steuereinrichtung (23, 24, 35, 36) die von dem Tempera­ tursensor (22) erfaßte Temperatur mit einer vorab einge­ stellten Temperatur vergleicht,
die von jeder Kühleinheit zu erzeugende Kühlleistung auf Grundlage des Vergleichsergebnisses berechnet; und
die Kühlleistung der Kühleinheit an die berechnete Kühl­ leistung anpaßt.