DE69013527T2

DE69013527T2 - Konzentriertes Regelungsverfahren für die Kühlung einer Vielzahl thermischer Belastungen.

Info

Publication number: DE69013527T2
Application number: DE1990613527
Authority: DE
Inventors: Hisashi Kawashima; Tadashi Ohashi; Tsuguo Okada; Motohiro Takemae
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1989-02-03
Filing date: 1990-02-02
Publication date: 1995-03-02
Anticipated expiration: 2010-02-03
Also published as: ES2062429T3; CA2009197C; JPH02204809A; CA2009197A1; DE69013527D1; EP0381592B1; EP0381592A3; EP0381592A2; JP2509322B2

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein konzentratives Steuerverfahren zum Kühlen einer Vielzahl von thermischen Belastungen durch ein Flüssigkeitskühlverfahren in einem elektronischen Computersystem mit einer derartigen Vielzahl von thermischen Belastungen.

2. Beschreibung der verwandten Technik

In einem allgemeinen Flüssigkeitskühlsystem für eine thermische Belastung zirkulieren Pumpen eine gekühlte Flüssigkeit, z.B. Wasser, zur thermischen Belastung durch einen Wärmetauscher, kühlt das Wasser die thermische Belastung, und wird so erwärmtes Wasser zu einem Tank zurückgeführt. Eine Kühlsteuereinheit empfängt Daten einer Temperatur der thermischen Belastung, einer Temperatur des Wassers im Tank und dgl., und steuert den Wärmetauscher, um die Temperatur der thermischen Belastung im wesentlichen bei einer Umgebungstemperatur zu halten. Die Pumpen, der Tank und dgl. sind allgemein als Kühlmittel-Verteilungsmodul bekannt. Dieses Flüssigkeitskühlsystem muß jedoch für jede einzelne thermische Belastung vorgesehen werden. Wenn der Maßstab des Rechensystems vergrößert wird, besteht demgemäß eine Vielzahl von thermischen Belastungen darin, beispielsweise werden eine Vielzahl von Prozessoren, eine Vielzahl von Eingangs- und Ausgangskanaleinheiten, Magnetspeicheranordnungen und dgl. jeweils als einzelne thermische Belastungen behandelt, und so wird daher der Maßstab des Kühlsystems äußerst groß, und das Preis-Leistungs-Verhältnis ist sehr schlecht.
Gemäß einem bekannten Kühlsystem (US-A-3 774 677) ist auf Basis eines gesteuerten Sprühstrahls von Kühlmittelflüssigkeit aus Sprühdüsen eine Steueranordnung vorgesehen, bei welcher das Eingangssignal zum Kontroller zum Regulieren der Menge an Kühlmittelflüssigkeit, die den Sprühkondensationsdüsen zugeführt wird, mit einem Temperatursensor ausgestattet ist, der die Temperatur des Flüssigkeitsrücklaufs vom Kondensator, d.h. von einem Flüssigkeitssammeltank, mißt.
In einem anderen verwandten Beispiel, das in der FR-A- 2 580 060 geoffenbart ist, wird eine Steuerung auf Basis einer Differenz zwischen der Temperatur eines in das System zugeführten Kühlmittels und der Temperatur dieses Kühlmittels, nachdem es erhitzt wurde, bewirkt. Die Temperaturdifferenz dient als Basis zum Bestimmen der Anzahl von in Betrieb zu setzenden Wärmetauschern.
Anderer, mit dieser Erfindung verwandter Stand der Technik sind die Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung (Kokai) Nr.54-43478 und EP-A-0 313 473 (wobei letztere unter Art.54(3) EPC fällt).

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein konzentratives Steuerverfahren zum Kühlen einer Vielzahl von thermischen Belastungen, wie in Anspruch 1 definiert, vorzusehen.
Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor, die mit Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen erfolgt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig.1 ist ein Blockbild eines herkömmlichen Kühlsteuersystems;
Fig.2 ist ein Blockbild eines Kühlsteuersystems, das ein konzentratives Steuerverfahren zum Kühlen einer Vielzahl von thermischen Belastungen gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung ausführt;
Fig.3 ist eine erläuternde Darstellung von Wärmetauschermodulen im System in Fig.2;
Fig.4 ist ein Blockbild einer Kühlsteuereinheit im System in Fig.2;
Fig.5 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen thermischen Belastungstemperaturen, einer Temperatur des Flüssigkeitssammeltanks und einer Zieltemperatur erläutert;
Fig.6 ist eine Darstellung, welche die Beziehung zwischen einer Umgebungstemperatur und einer Zieltemperatur erläutert;
Fig.7 ist eine Darstellung, die eine mit den thermischen Belastungen in Zusammenhang stehende Tabelle erläutert.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Zuerst wird eine Zusammensetzung eines herkömmlichen Kühlsteuersystems zum Vergleich mit dieser Erfindung mit Bezugnahme auf Fig.1 erläutert.
Im in Fig.1 gezeigten System pumpt eine Pumpe (P) 73 oder eine Pumpe (P) 74 gekühlte Flüssigkeit (oder Kühlmittel), beispielsweise Wasser, zu einer thermischen Belastung (TM) 76 durch ein Wärmetauschermodul (HEM) 72. Das Wasser kühlt die thermische Belastung 76, und das so erwärmte Wasser wird zu einem Tank 75 zurückgeführt. Eine Kühlsteuereinheit (CCU) 71 empfängt Daten einer Temperatur der thermischen Belastung 76, einer Temperatur des Wassers im Tank 75 und dgl., und steuert das Wärmetauschermodul 72, um die Temperatur der thermischen Belastung innerhalb eines Wertes, der im wesentlichen einer Umgebungstemperatur entspricht, zu halten. Es ist zu beachten, daß die von der strichlierten Linie eingeschlossenen Elemente kollektiv als Kühlmittelverteilungsmodul (CDM) bekannt sind.
Fig.2 zeigt ein Blockbild eines Kühlsteuersystems zum Ausführen eines Verfahrens gemäß dieser Erfindung.
Das in Fig.2 gezeigte System umfaßt eine Anzahl (n + 1) von Wärmetauschermodulen (HEM0 bis HEMn) 10 bis 1n, eine Anzahl (n + 1) von Pumpen (P1 bis Pn) 20 bis 2n als Kühlmittel-Verteilungsmodul, eine Anzahl (n + 1) von thermischen Belastungen (TM0 bis TMn) 30 bis 3n, einen Flüssigkeitssammeltank (TANK) 40, eine Kühlsteuereinheit (CCU) 50 und einen Service-Prozessor (S.PROC.) 60. Rohre verbinden das Kühlmittel-Verteilungsmodul, das Wärmetauschermodul und die thermische Belastung, durch welche das Kühlmittel zirkuliert wird. Nachdem das Kühlmittel durch die thermische Belastung geströmt ist, tritt das Kühlmittel in den Flüssigkeitssammeltank 40 ein und fließt dann zur Pumpe, und danach wird das Kühlmittel vom Flüssigkeitssammeltank 40 von der Pumpe dem Wärmetauschermodul zugeführt. Durchflußsensoren S0 bis Sn sind in den Rohren zwischen dem Wärmetauschermodul und der thermischen Belastung entsprechend jeder thermischen Belastung vorgesehen.
Die Wärmetauschermodule 10 bis 1 n und die Pumpen 20 bis 2n werden von der Kühlsteuereinheit 50 gesteuert. Die Kühlsteuereinheit 50 empfängt nämlich Signale von den Durchflußsensoren S0 bis Sn, die anzeigen, ob die Durchflußmenge normal oder abnormal ist, die Temperaturdaten an den thermischen Belastungen 30 bis 3n, die Flüssigkeitstemperatur (TANK TEMP.) des Flüssigkeitssammeltanks 40, eine vorherbestimmte Zieltemperatur und Instruktionen von der Kühlsteuereinheit 50.
Nachstehend wird der Betrieb des Systems erläutert. Die Pumpe führt den thermischen Belastungen durch das Wärmetauschermodul das Kühlmittel zu, zirkuliert das Kühlmittel für die thermischen Belastungen, die beispielsweise Leiterplatten von Prozessoren, Speichern oder dgl. sind, und das so erwärmte Kühlmittel wird vorübergehend im Flüssigkeitssammeltank 40 gespeichert. Dann wird die Temperatur der gespeicherten Flüssigkeit gemessen, in ein elektrisches Signal umgewandelt und der Kühlsteuereinheit 50 zugeführt. Das Kühlmittel vom Flüssigkeitssammeltank 40 wird von der Pumpe zu den entsprechenden Wärmetauschermodulen gepumpt, und das gekühlte Wasser wird zu den thermischen Belastungen geführt. Die Wärmetauschermodule werden von der Kühlsteuereinheit 50 gesteuert, so daß die Kühlmitteltemperatur in Flüssigkeitssammeltank 40 gleich der Zieltemperatur ist.
Beispielsweise wird die Zieltemperatur wie in Fig.6 gezeigt bestimmt und entspricht der Umgebungstemperatur. Die Kühlsteuereinheit 50 bildet beispielsweise eine Tabelle für die thermischen Belastungen, wie in Fig.7 dargestellt, unter Verwendung eines Service-Prozessors 60. Steuervariablen für die Wärmetauschermodule entsprechend jeder in Fig.6 gezeigten Zieltemperatur werden aus den obigen Daten in Fig.7 durch ein Computersimulationsverfahren erhalten, usw. In Fig.7 werden die physischen Adressen und logischen Adressen der Kühlsteuereinheit in hexadezimaler Schreibweise angegeben, beispielsweise bedeutet A 10. In der Spalte BELASTUNG in Fig.7 sind PU0 bis PU6 Prozessoren, ist NG nicht definiert, und ist PU7 eine Speicheranordnung. In der Spalte WÄRMEWERT zeigen Q1, Q2 und Q3 von der Belastung erzeugte Wärmeenergie (Kilowatt).
Fig.3 zeigt das Detail des Wärmetauschermoduls in Fig.2 als Beispiel. Die Wärmetauschermodule werden durch ein Dreiwegventil 53 gesteuert.
Fig.4 zeigt das Detail der Kühlsteuereinheit 50. Das Temperatursignal (TANK TEMP.) vom Flüssigkeitssammeltank 40 wird nämlich von einem Komparator 51 mit dem vorherbestimmten Zieltemperatursignal verglichen, das Ergebnis des Vergleichs wird einem Kontroller 52 zugeführt, der Kontroller 52 betreibt das Dreiwegventil 53 in Übereinstimmung mit dem Vergleichsergebnis und dem Inhalt der Tabelle in Fig.7, und steuert die Wärmetauschermodule durch das Dreiwegventil 53. Die Tabelle 54 wird durch eine Instruktion vom Service-Prozessor 60 gebildet, und die Daten der Tabelle werden dem Kontroller 52 und einem Abnormitätsdetektor 56 zugeführt. Eine Sensorausgang-Empfangseinheit 55 empfängt Temperatursignale von jeder thermischen Belastung 30 bis 3n und gibt diese Signale an den Abnormitätsdetektor 56 aus. Wenn ein Temperatursignal einen abnormalen Wert zeigt, wird ein Alarmsignal vom Abnormitätsdetektor an den Service-Prozessor 60 ausgegeben. Und Ausgänge von den Durchflußsensoren S0 bis Sn werden der Sensorausgang-Empfangseinheit 55 zugeführt, und, wenn der Ausgang normal ist, detektiert der Abnormitätsdetektor 56 das abnormale Signal und bestimmt, wo im System die Abnormität lokalisiert ist.
Der Ausgang vom Kontroller 52 wird auch an den Abnormitätsdetektor 56 geliefert. Wenn der Ausgang des Kontrollers 52 nicht innerhalb vorherbestimmter Parameter liegt, wird vom Abnormitätsdetektor 56 ein abnormaler Steuerzustand detektiert.
Fig.5 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen den Temperaturen der entsprechenden thermischen Belastungen (TMa0 bis TMan), der Temperatur des Kühlmittels im Flüssigkeitssammeltank (TANK TEMP.) und der Zieltemperatur erläutert. Die Abszisse repräsentiert eine Zeit (t) und die Ordinate die Temperatur.
Unter Verwendung des obigen Verfahrens wird die mittlere Temperatur des Kühlmittels im Flüssigkeitssammeltank, welche Temperatur von der Mischung der Kühlflüssigkeit der entsprechenden thermischen Belastungen erhalten wird, detektiert, und werden die Wärmetauschermodule gesteuert, so daß die detektierte Temperatur gleich der vorherbestimmten Zieltemperatur ist, anstatt jeweils die Kühlmitteltemperatur jeder thermischen Belastung zu steuern. Demgemäß ist keine Steuerung unter Verwendung einer Anzahl von n Regelkreisen notwendig, sondern eine Einregelkreis-Rückkopplungssteuerung erforderlich. Es ist zu beachten, daß n eine Anzahl von thermischen Belastungen ist. Da die Bestimmung des abnormalen Zustands durch den Betrieb jedes Durchflußsensors, der jeder thermischen Belastung entsprechend vorgesehen ist, erhalten wird, wird das Kühlsystem auch vereinfacht.

Claims

1. Konzentratives Steuerverfahren zum Kühlen von thermischen Belastungen (30 bis 3n) in einem Kühlsteuersystem mit einer Vielzahl von thermischen Belastungen, einer Vielzahl von Wärmetauschermodulen (10 bis 1n) und einer Vielzahl von Kühlmittel-Verteilungsmodulen (P1 bis Pn), die für die Vielzahl von thermischen Belastungen entsprechend vorgesehen sind, einem Flüssigkeitssammeltank (40) und einer Kühlsteuereinheit (50) für die Vielzahl von thermischen Belastungen, welches Verfahren die Schritte umfaßt:

Zirkulieren von Kühlflüssigkeit von jedem der Kühlmittel-Verteilungsmodule zum Flüssigkeitssammeltank durch jedes der Wärmetauschermodule und jede der thermischen Belastungen über jedes Kühlmittel-Verteilungsmodul,

Vergleichen der Temperatur der Kühlmittelflüssigkeit im Tank mit einer Zieltemperatur, die durch die Anzahl und Typen der thermischen Belastungen vorherbestimmt ist, und der Umgebungstemperatur, und

Steuern jedes der Wärmetauschermodule durch die Kühlsteuereinheit auf Basis des genannten Vergleichsschritts, um die Temperatur der Kühlflüssigkeit im Tank an die genannte Zieltemperatur anzugleichen.

2. Konzentratives Steuerverfahren nach Anspruch 1, wobei das genannte Kühlsteuersystem ferner Durchflußsensoren (20 bis 2n), die am Eingang jeder thermischen Belastung (30 bis 3n) entsprechend vorgesehen sind, und mit der genannten Kühlsteuereinheit (50) verbunden sind, umfaßt, welches Verfahren ferner den Schritt des Detektierens des Flußzustands der Kühlflüssigkeit an jeder thermischen Belastung (30 bis 3n) und des Bestimmens eines abnormalen Zustands des Kühlsteuersystems umfaßt, wenn ein Ausgang einer der Durchflußsensoren abnormal ist.

3. Konzentratives Steuerverfahren nach Anspruch 1, bei welchem die genannte Zieltemperatur durch eine Computersimulation unter Verwendung von Daten von einer Anzahl von thermischen Belastungen, Typen von thermischen Belastungen und der Umgebungstemperatur bestimmt wird.

4. Konzentratives Steuerverfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Wärmetauscher mittels eines Dreiwegventils (53) ansprechend auf die verglichenen Daten und den Inhalt einer Tabelle (Fig.6), die beim Empfang einer Instruktion von einem Service-Prozessor (60) gebildet wird, gesteuert werden.