WO2009083052A1 - Anordnung zum kühlen von elektrischen und elektronischen bauteilen und moduleinheiten in geräteschränken - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Kühlen von elektrischen und elektronischen Bauteilen und Moduleinheiten in Geräteschränken, welche in einem Raum, beispielsweise einem Rechenzentrum, insbesondere reihenartig angeordnet sind und wenigstens eine Kühleinheit mit einem Wärmetauscher und in Ventilatormodulen aufgenommene Ventilatoren aufweist. Die Ventilatormodule sind mit einer Einrichtung zur Verhinderung einer Rezirkulation und mit einer Einrichtung zum gerichteten Verteilen der im Wärmetauscher abgekühlten und aus den Ventilatoren austretenden Kaltluft versehen. Zur vorteilhaften Realisierung von Teil-Luftströmungen und Teil-Kühlleistungen sind in einem Warmluftkanal der Kühleinheit Strömungsventile angeordnet, welche die Zuführung von Warmluft aus einem oder zwei Geräteschränken und/oder aus dem Aufstellungsraum der Geräteschränke ermöglichen.

Description

Anordnung zum Kühlen von elektrischen und elektronischen Bauteilen und Modulein- heiten in Geräteschränken

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Kühlen von elektrischen und elektronischen Bauteilen und Moduleinheiten in Geräteschränken gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Erfindung ist insbesondere für Serverschränke und für Geräte- und Netzwerkschränke geeignet, welche in Computerräumen, Rechenzentren und dergleichen in einer relativ großen Anzahl und in einer vorgebbaren Anordnung, insbesondere als Schrankreihen, angeordnet sind.

Um die von den in den Gerätesch ranken angeordneten Geräten, Bauteilen und Moduleinheiten, insbesondere hochleistungsfähigen Servern, entwickelte Verlustwärme abführen zu können, sind Kühlanordnungen mit einem geschlossenen oder offenen System sowie mit Teilkühlleistungen bekannt.

In DE 10 2005 005 296 B3 ist eine für ein offenes System ausgebildete Kühlungsanordnung bekannt. An der Rückseite eines Geräte- oder Netzwerkschrankes sind ein Luft- Flüssigkeit-Wärmetauscher und eine Ventilatorentür angeordnet, welche als nachrüst- bare Einheiten ausgebildet sind und eine Hochleistungskühlung ermöglichen. Die übereinander angeordneten Lüfter der Ventilatorentür sind dem Wärmetauscher, welcher fest installiert ist und vorteilhaft an das Kaltwassernetz des Gebäudes angeschlossen werden kann, vorgeschaltet. Die Zuführung von Kühlluft in den Schrank erfolgt frontseitig aus der Umgebung des Schrankes, und die mit der Verlustwärme beaufschlagte Abluft wird von den Lüftern der Ventilatorentür angesaugt und vor Abgabe in die Umgebung des Schrankes zur Entwärmung durch den Luft-Flüssigkeit-Wärmetauscher gelei- tet. Eine Anpassung an veränderte Kühlanforderungen ist mit der bekannten Anordnung nur bedingt möglich.

Aus DE 10 2004 008 460 B4 ist eine Anordnung zum Kühlen von in wenigstens einem Schaltschrank eingebauten elektrischen Einbauten bekannt, welche ein Kühlgerät aufweist. Das Kühlgerät ist an einer Seitenfläche des Schaltschrankes angebaut und erstreckt sich insbesondere über die Höhe des Schaltschrankes, wobei es mit dem Innenraum des Schaltschrankes über wenigstens einen Lufteinlass und wenigstens eine Ausblasöffnung in Verbindung steht. Der Aufnahmeraum des Kühlgerätes ist in übereinander angeordnete Teil-Aufnahmeräume für ein Kühlmodul unterteilt, wobei das Kühlmodul aus einer Wärmetauschereinheit und einer Lüftereinheit zusammengesetzt ist. Die Lüfter sind jeweils lufttechnisch den Wärmetauschern vorgeschaltet und saugen die Warmluft horizontal aus dem Geräteschrank über den Lufteinlass an. Die im Wärmetauscher abgekühlte Kaltluft wird über die Ausblasöffnung im Wesentlichen horizontal dem Innenraum des Schaltschrankes wieder zugeführt, so dass ein geschlossener, horizontaler Kreislauf gebildet ist.

Die Anordnung einzelner Wärmetauscher-Lüfter-Einheiten in den Teil-Aufnahmeräumen des Kühlgerätes ermöglicht eine Anpassung an unterschiedlich bestückte Geräteschränke und daraus resultierende Kühlanforderungen. Die einzelnen Wärmetauscher der Kühlmodule erfordern jedoch eine Vielzahl von Wasserverteilelementen, und aufgrund der möglichen Leckagen besteht ein Sicherheitsrisiko.

In dem Katalog „VARiSTAR LHX 20 - Schrankplattform mit wassergekühltem Wärmetauscher bis 20 KW" der Firma Schroff GmbH ist beschrieben, dass zur Abführung der Verlustwärme von in einem Geräteschrank angeordneten AdvancedTCA-Baugruppe, Servern und dergleichen ein Luft-Wasser-Wärmetauscher als Modul seitlich in einen Schrank angeordnet wird und die Kühlluft mittels übereinander angeordneter Ventilatoren in einem geschlossenen Luftkreislauf geführt wird. Dabei sind die Ventilatoren dem Wärmetauscher nachgeschaltet, und die aus dem Wärmetauscher abgesaugte Kaltluft wird frontseitig den im Schrank angeordneten Moduleinheiten wieder zugeführt. Durch die Integration des Wärmetauschers und der Lüfter in den Schrank ist eine variable Entwärmung entsprechend der jeweiligen Bestückung des Schrankes nicht möglich. Bei Leckagen kann das Kondensat in den Bereich der Moduleinheiten gelangen, und bei Ausfall eines Ventilators besteht die Gefahr eines luftseitigen Kurzschlusses. Aus WO 2007/084489 A2 ist ein System zur Kühlung eines Rechenzentrums mit einer Vielzahl von Geräteschränken und Kühlracks, welche jeweils zwischen zwei Geräteschränken und mit diesen fluchtend angeordnet sind, bekannt. Die Kühlracks weisen einen Luft-Flüssigkeit-Wärmetauscher und, bezogen auf die Luftströmung, nachgeord- nete Ventilatoren, welche für eine Durchzugsströmung ausgelegt sind, auf. Das Kühl- rack ist derart ausgebildet, dass Warmluft aus einem Warmgang mit Hilfe der Ventilatoren angesaugt, in dem Wärmetauscher abgekühlt und in einen Kaltgang ausgeblasen wird. Alternativ kann das Kühlrack über seitliche Öffnungen an der Front- und Rückseite mit dem Geräteschrank in Verbindung stehen, so dass neben einem offenen Luftkreislauf, bei welchem die Umgebung der Geräteschränke, insbesondere ein Warmgang und ein Kaltgang, eingeschlossen sind, auch ein geschlossener Kühlluftkreislauf realisierbar ist, bei welchem die warme Abluft aus dem Geräteschrank dem Kühlrack und dem hier angeordneten Wärmetauscher zugeführt und die abgekühlte Luft mit Hilfe der Ventilatoren frontseitig dem Geräteschrank wieder zugeführt wird. Die Ausbildung beziehungsweise Anordnung von Kalt- oder Warmgängen ist in WO 2006/124240 A2 und US 6,672,955 B2 beschrieben.

Der Wärmetauscher eines Kühlgerätes besteht aus einer oberen und einer unteren Wärmetauschereinheit und die Anschlusseinrichtungen für die Kühlflüssigkeit können bodenseitig oder in einem oberen Bereich des Kühlgerätes vorgesehen sein. Ein Nachteil des bekannten Kühlsystems ist eine relativ aufwändige Rohrleitungsinstallation auch im Kühlrack aufgrund der Anordnung von zwei Wärmetauschereinheiten. Die im Kühlrack montierten Ventilatoren sorgen für einen relativ hohen Schallpegel. Außerdem besteht die Gefahr eines luftseitigen Kurzschlusses bei Ausfall eines Ventilators. Des Weiteren sind Teilkühlleistungen sowohl für eine Schrankkühlung als auch für eine Raumkühlung nicht möglich.

Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, eine Kühlungsanordnung zu schaffen, welche eine Kühlung von Geräteschränken, insbesondere Serverschränken, und eine Raumkühlung in einem frei wählbaren offenen oder geschlossenen System ermöglicht, Beschädigungen durch Leckagen vermeidet, und entsprechend den Erfordernissen Teilkühlleistungen sowohl zur Schrankkühlung als auch zur Raumkühlung ermöglicht. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen und in der Figurenbeschreibung enthalten.

Ein Grundgedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, eine Kühleinheit mit einem durchgehenden Wärmetauscher und mit Ventilatormodulen zu versehen, welche unabhängig von dem Wärmetauscher in der Kühleinheit positionierbar sind und jeweils eine Einrichtung zur Verhinderung einer Rezirkulation sowie eine Einrichtung zum gerichteten Verteilen der im Wärmetauscher abgekühlten und aus den Ventilatoren ausströmenden Luft aufweist.

Indem nur ein Wärmetauscher in der Kühleinheit angeordnet wird, ist die Anzahl von Wasserverteilelementen und damit das Leckagerisiko reduziert. Die Anordnung der Ventilatoren in Ventilatormodulen mit einer bevorzugt integrierten Einrichtung zur Verhinderung der Rezirkulation der im Wärmetauscher abgekühlten und aus den Ventilatoren austretenden Kaltluft und der ebenfalls vorzugsweise integrierten Einrichtung zum gerichteten Verteilen dieser Kaltluft ist eine Einheit Wärmetauscher-Ventilator vermieden und können Trennbleche beziehungsweise Fachböden zwischen den Ventilatormodulen entfallen. Eine schädliche Rezirkulation der Kaltluft bei Ausfall eines Ventilators beziehungsweise eines Ventilatormoduls wird durch die entsprechende Einrichtung, vorzugsweise eine Rückschlagklappe, verhindert.

Die Einrichtung zum gerichteten Verteilen der aus dem Wärmetauscher angesaugten Kaltluft kann bevorzugt als eine Verteilerjalousie, welche insbesondere vertikal ausgerichtete Lamellen aufweist, ausgebildet sein. Durch unterschiedliche Verstellwinkel dieser Lamellen können die gewünschten Strömungsrichtungen und der Teilvolumina der Kaltluft reguliert werden.

Es ist vorteilhaft, dass die Ventilatormodule nur einen Montagerahmen für die Befestigung der Ventilatoren, insbesondere Diagonalventilatoren, der Rückschlagklappe und der Verteilerjalousie aufweisen. Mit Hilfe des Montagerahmens ist ein relativ einfacher Ein- und Ausbau der Ventilatormodule in die beziehungsweise aus der Kühleinheit möglich. Bevorzugt sind die Ventilatormodule in die Kühleinheit einschiebbar und lösbar befestigt.

Für eine variable Schrank- und Raumkühlung ist es von Vorteil, dass die Anzahl der Ventilatormodule, welche, bezogen auf die Luftströmung, nach dem Wärmetauscher angeordnet sind, entsprechend dem jeweils erforderlichen Kühlluftvolumenstrom variiert werden kann. Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Ventilatormodule in Abhängigkeit von der Bestückung des angrenzenden Ge rätesch rankes zu positionieren.

Bevorzugt ist die Kühleinheit schrankartig ausgebildet und bezüglich ihrer Höhe und Tiefe den Geräteschränken angepasst, so dass sie fluchtend mit den Geräteschränken in Schrankreihen angeordnet werden können. Der Wärmetauscher reicht nahezu über die gesamte Höhe der Kühleinheit und damit auch etwa über den Aufnahmeraum eines Geräteschrankes.

Zweckmäßigerweise ist zur Anpassung der Ventilatormodule an unterschiedliche Tiefen der Geräteschränke und damit der Kühleinheit ein Passstück vorgesehen. Das Passstück ist rohrförmig mit einem kreisförmigen oder mit einem rechteckigen Querschnitt ausgebildet und zwischen dem Ventilator und der Rückschlagklappe angeordnet.

Die Ansaugung der im Wärmetauscher abgekühlten Luft erfolgt über Ansaugdüsen, welche mit einem relativ geringen Abstand vom Wärmetauscher in der Kühleinheit befestigt sind. Zweckmäßigerweise ist an den Ventilatormodulen jeweils ein Verbindungsstutzen angeordnet. Wenn an der Ansaugdüse eine Doppeldichtung vorgesehen ist, kann die Verbindung des Ventilatormoduls mit der Ansaugdüse durch Einschieben hergestellt werden.

Zweckmäßigerweise werden die Ventilatormodule derart in der Kühleinheit positioniert, dass frontseitig ein Kaltluftkanal für die im Wärmetauscher abgekühlte und mit Hilfe der Ventilatormodule gerichtet austretenden Kaltluft und rückseitig ein Warmluftkanal für die mit der Verlustwärme beaufschlagte Warmluft aus wenigstens einem Geräteschrank gebildet sind. Der vertikale Kaltluftkanal der Kühleinheit ist mit einem Zuluftkanal an der Frontseite der Moduleinheiten wenigstens eines Geräteschrankes verbunden, so dass die Kaltluft aus der Kühleinheit in den Geräteschrank und zu den Moduleinheiten beziehungsweise Bauteilen gelangen kann. Der Warmluftkanal der Kühleinheit erstreckt sich zwischen dem Wärmetauscher und einer rückseitigen Wand oder Tür sowie Seitenwänden der Kühleinheit.

Um Teilluftströme zu realisieren und eine Entwärmung des Aufstellungsraums und/oder wenigstens eines Geräteschrankes beziehungsweise ein offenes oder geschlossenes System zu realisieren, sind Strömungsventile im Bereich des Warmluftkanals, insbe- sondere in der rückseitigen Wand oder Tür und in den Seitenwänden vorgesehen. Diese Strömungsventile können als Schlitzschieber oder Drosselbleche ausgebildet und im Bereich von Ausnehmungen in den Seitenwänden beziehungsweise der rückseitigen Tür oder Wand der Kühleinheit angeordnet und individuell verstellbar sein. Zur Verstellung können Führungsstifte und Stellschrauben vorgesehen sein.

Als Wärmetauscher ist in der Kühleinheit ein Luft-Flüssig- oder ein Luft-Fluid/ Gasgemisch-Wärmetauscher zweckmäßigerweise eingesetzt. Der Anschluss der Kühlflüssigkeit kann von oben oder auch von unten erfolgen. Wenn dem Wärmetauscher ein Tropfenabscheider nachgeordnet wird, welcher dann zwischen dem Wärmetauscher und den Lüftermodulen angeordnet ist, kann der Wärmetauscher auch unterhalb der Taupunkttemperatur betrieben werden.

Unterhalb des Wärmetauschers und des Tropfenabscheiders sowie einer Anschlusseinrichtung für die Kühlflüssigkeit ist zweckmäßigerweise eine Kondensatwanne angeordnet.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht in der Möglichkeit, Teilkühlleistungen aus der Kühleinheit sowohl zur Schrankkühlung als auch zur Raumkühlung realisieren zu können. Die jeweils benötigten Teilluftvolumenströme können mit Hilfe der Strömungsventile aus dem Luftvolumenstrom der Kühleinheit gebildet werden. Die Verteilerjalousien der Ventilatormodule ermöglichen eine gerichtete Lenkung des Luftvolumenstroms und eine Optimierung der Luftführung bei Verringerung des hydraulischen Widerstandes im Kühlluftstrom. Durch den Wegfall von Fachböden beziehungsweise Unterteilungsblechen für eine Lufttrennung besteht die Möglichkeit, dass eine Kühleinheit für eine unterschiedliche Anzahl von Ventilatormodulen verwendet werden kann.

Ein weiterer Vorteil ist ein relativ geringer Schallpegel, welcher durch eine Schall dämmende Schicht im Bereich der Strömungsventile zusätzlich verringert werden kann. Die Hauptwärmemenge wird am Ort der Entstehung abgeführt. Gleichzeitig kann eine freie Kühlkapazität zur Raumkühlung eingesetzt werden. Es wurde festgestellt, dass zum Erreichen der maximalen Kühlleistung einer Schrankreihe gegebenenfalls eine Kaltgangeinhausung entfallen kann. Vorteilhaft ist des Weiteren die variable Anordnung einer oder mehrerer Kühleinheiten in einer Schrankreihe und die mögliche Nachrüstung eines Rechenzentrums, Computerraums und dergleichen mit einer oder mehreren Kühleinheiten. Bei Anordnung von Kühleinheiten zwischen den einzelnen Geräteschränken einer Schrankreihe ist eine Redundanz möglich. Des Weiteren werden die Arbeitsbedingungen für das Personal eines Rechenzentrums beziehungsweise Computerraums verbessert.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Zeichnung weiter erläutert; in dieser zeigen stark schematisiert

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Kühleinheit der erfindungsgemäßen

Kühlungsanordnung;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Ventilatormoduls;

Fig. 3 eine Seitenansicht des Ventilatormodus;

Fig. 4 eine Ansicht (Fig. 4a) und einen Längsschnitt (Fig. 4b) eines

Strömungsventils;

Fig. 5 eine erfindungsgemäße Kühlungsanordnung mit einem Geräteschrank und einer angrenzenden Kühleinheit (geschlossenes System);

Fig. 6 die erfindungsgemäße Kühlungsanordnung gemäß Fig. 5 (offenes System);

Fig. 7 eine erfindungsgemäße Kühlungsanordnung mit einer Kühleinheit zwischen zwei Geräteschränken (offenes System);

Fig. 8 eine erfindungsgemäße Kühlungsanordnung mit einer Schrankreihe und einer Kühleinheit zwischen den Geräteschränken (geschlossenes System); und

Fig. 9 eine erfindungsgemäße Kühlungsanordnung mit zwei Schrankreihen und Kühleinheiten in einer Schrankreihe (offenes System). In Fig. 1 ist eine Kühleinheit 5 der erfindungsgemäßen Kühlungsanordnung stark schematisiert gezeigt, wobei von der schrankartigen Ausbildung eine rückseitige Wand oder Tür 32, eine fronseitige Tür 35, eine obere Abdeckung 27 und eine boden- seitige Abdeckung 38 sowie Teile eines Rahmengestells 34 gezeigt sind. Die Kühleinheit 5 ist zur seitlichen Anordnung an einen Geräteschrank 2 beziehungsweise zwischen zwei Geräteschränken 2, 4 ausgebildet und weist in etwa die gleiche Höhe und Tiefe, jedoch eine geringere Breite als der oder die Geräteschränke 2, 4 auf (siehe Figuren 5 bis 9).

In der Kühleinheit 5 ist ein Wärmetauscher 6, welcher über nahezu die gesamte Höhe der Kühleinheit 5 reicht, angeordnet. Der Wärmetauscher 6 ist ein Luft-Wasser- Wärmetauscher und über eine bodenseitig angeordnete Anschlusseinrichtung 26 mit dem Kühlwassernetz des Gebäudes verbunden. Dem Wärmetauscher 6 nachgeschaltet ist ein Tropfenabscheider 19, welcher Wasseraerosole aus dem abgekühlten Luftstrom entfernt. Unterhalb des Wärmetauschers 6 sowie des Tropfenabscheiders 19 und einer Anschlusseinrichtung 26 for das Kaltwasser ist eine Kondensatwanne 29 angeordnet, so dass Schäden durch Leckagen weitgehend vermieden werden.

Räumlich getrennt vom Wärmetauscher 6 und diesem nachgeordnet sind Ventilatormodule 10 in der Kühleinheit 5 angeordnet (siehe hierzu Figur 2 und 3). Jedes Ventilatormodul 10 weist einen Ventilator 7, beispielsweise einen Diagonal- oder Radialventilator, eine Einrichtung zum Verhindern einer Rezirkulation der im Wärmetauscher 6 abgekühlten und aus dem Ventilator 7 austretenden Kaltluft 9, insbesondere eine Rückschlagklappe 11 , sowie eine Einrichtung zum gerichteten Verteilen der im Wärmetauscher 6 abgekühlten und aus den Ventilatoren 7 austretenden Kaltluft 9, insbesondere eine Verteilerjalousie 12, auf.

Zur Anpassung der Ventilatormodule 10 an unterschiedliche Tiefen der Kühleinheit 5 beziehungsweise der Geräteschränke 2 ist ein Passstück 14 zwischen dem Ventilator 7 und der Rückschlagklappe 11 vorgesehen.

Die von den Ventilatoren 7 der Ventilatormodule 10 aus dem Wärmetauscher 6 angesaugte Kaltluft 9 gelangt über eine Ansaugdüse 15, welche in der Kühleinheit 5 befestigt wird, in das Ventilatormodul 10. An dem Ventilatormodul 10 ist ein Verbindungsstutzen 16 angeordnet, mit welchem das Ventilatormodul 10 in eine Doppeldichtung 44 der Ansaugdüse 15 eingeschoben werden kann. Die Kühleinheit 5 weist frontseitig einen Warmluftkanal 18 und rückseitig einen Kaltluftkanal 17 auf, welche im Zusammenhang mit den Figuren 4 bis 7 noch weiter erläutert werden.

Die Ventilatormodule 10 weisen einen rechteckigen Montagerahmen 13 auf, mit welchem sie vorteilhaft in die Kühleinheit 5 eingeschoben und in dieser befestigt werden können. Die Anzahl der übereinander angeordneten Ventilatormodule 10 kann entsprechend der erforderlichen Kühlleistung variieren.

In den Figuren 2 und 3 sind die vorgenannten Merkmale der Ventilatormodule 10 perspektivisch (Fig. 2) und vergrößert gezeigt. Fig. 3 verdeutlicht mit dem Pfeil 9 für die Kaltluft, dass die Ventilatormodule 10 unabhängig vom Wärmetauscher 6 und diesem nachgeordnet in der Kühleinheit 5 angeordnet werden.

In den Figuren 5 und 6 ist eine Kühlungsanordnung für einen Geräteschrank 2 mit einer seitlich angrenzenden Kühleinheit 5 gezeigt, welche als geschlossenes System (Fig. 5) und offenes System (Fig. 6) betrieben werden kann. Der Geräteschrank 2 weist einen Innenraum zur Aufnahme von elektronischen Geräten beziehungsweise Moduleinheiten 39 sowie einen Zuluftkanal 37 für Kaltluft 9 und einen Abluftkanal 40 für die mit der Verlustwärme beaufschlagte Warmluft 8 auf. In der Kühleinheit 5 sind der Kaltluftkanal 17 frontseitig und rückseitig der Warmluftkanal 18 ausgebildet, und der Kaltluftkanal 17 steht über eine Öffnung 33 mit dem Zuluftkanal 37 in Verbindung. In den Kaltluftkanal 17 der Kühleinheit 5 gelangt die im Wärmetauscher 6 abgekühlte Luft, welche mit Kaltluft 9 bezeichnet wird, wobei in dem geschlossenen System der Fig. 5 die Verteilerjalousie 12 derart eingestellt ist, dass die Kaltluft 9 in Richtung Zuluftkanal 37 und Innenraum und zu den Moduleinheiten 39 des Gerätesch rankes 2 gelenkt wird.

Der Warmluftkanal 18 der Kühleinheit 5 weist drei Strömungsventile 20 auf, welche im rückseitigen Bereich der Seitenwände 30, 31 und einer rückseitigen Wand 32 der Kühleinheit 5 angeordnet sind.

Fig. 5 zeigt, dass zur Realisierung eines geschlossenen Kühlluftkreislaufes die Strömungsventile 20 in der Seitenwand 30 und in der rückseitigen Wand 32 geschlossen und nur das Strömungsventil 20 in der Seitenwand 31 zu dem Geräteschrank 2 geöffnet ist. Auch eine fronseitige Tür 35 im Bereich des Kaltluftkanals 17 ist geschlossen, so dass die Entwärmung mit einem geschlossenen Kühlluftkreislauf erfolgen kann. In Fig. 6 und den weiteren Figuren sind identische Merkmale mit identischen Bezugszeichen versehen. Die Abführung der Verlustwärme der Moduleinheiten 39 im Geräteschrank 2 der Fig. 6 erfolgt in einem offenen System mit Zuführung von Warmluft 8 aus dem Raum 3, in welchem der Geräteschrank 2 angeordnet ist, und mit Abführung eines Teilstroms der im Wärmetauscher 6 abgekühlten Luft beziehungsweise Kaltluft 9 in den Raum an der Frontseite 35 der Kühleinheit 5. Die Ansaugung der Warmluft 8 aus dem Raum 3 ist in einer definierten Menge durch das entsprechend eingestellte Strömungsventil 20 in der rückseitigen Wand 32 möglich.

Fig. 6 zeigt, dass die Strömungsventile 20 in der Seitenwand 31 einen unterschiedlichen Abstand von Ausnehmungen 28 in der Seitenwand 31 beziehungsweise rückseitigen Wand 32 aufweisen, so dass unterschiedliche Warmluftströme in den Warmluftkanal 18 angesaugt werden.

Die Ausnehmungen 28 gehen aus Fig. 4b hervor. Die Strömungsventile 20 sind hier als Drosselblech mit Luftverteilungsöffnungen 24 für eine gleichmäßige Luftverteilung sowie mit Führungsstiften 23 und Stellschrauben 25 ausgebildet. Die Strömungsventile 20 sind in diesem Ausführungsbeispiel unterteilt in ein oberes und unteres Strömungsventil. Vorteilhaft ist das Aufbringen eines Schall dämmenden Materials auf die Strömungsventile, wodurch zusätzlich eine Schalldämmung der Kühleinheit 5 erreicht wird. Die Einstellung der Teilvolumenströme erfolgt durch die Stellschraube 25. Fig. 4b lässt erkennen, dass die Strömungsventile 20 von einer Schließstellung bis in eine maximale Öffnungsstellung verstellt werden können.

Um einen Teil-Kaltluftstrom 9 in den Raum 3 zu lenken, und gleichzeitig einen zweiten Teil-Kaltluftstrom 9 dem Geräteschrank 2 zuzuführen, sind die Lamellen der Verteilerjalousie 12 an der Austrittseite der Ventilatormodule 10 entsprechend unterschiedlich angestellt.

Die Kühlungsanordnung der Fig. 7 zeigt eine weitere Möglichkeit, mit der Kühleinheit 5, den darin angeordneten Ventilatormodulen 10 und den Strömungsventilen 20 im rückseitigen Warmluftkanal 18 Teilströmungen zu realisieren und sowohl eine Schrankkühlung als auch eine Raumkühlung durchzuführen. Alle drei Strömungsventile 20 befinden sich in geöffneter Stellung, wobei die Strömungsventile 20 für die Teil-Warmluftströme 8 aus den zwei Geräteschränken 2, 4 nahezu gleich eingestellt sind, während der Teil- Warmluftstrom 8 aus dem Raum 3 aufgrund der Stellung des zugeordneten Strömungs- ventils 20 ein geringeres Volumen aufweist. Die Verteilerjalousie 12 des Ventilatormoduls 10 ist derart ausgerichtet, dass die austretende Kaltluft 9 in beide Geräteschränke 2, 4 und außerdem in den Raum 3 an der Frontseite 35 gelangt.

In Fig. 8 ist als weiteres Beispiel einer Kühlungsanordnung ein Ausschnitt aus einer Schrankreihe 41 gezeigt, in welcher zwischen jeweils zwei Geräteschränken 2, 4 eine Kühleinheit 5 angeordnet ist. An der Frontseite 35 der Geräteschränke 2, 4 und der Kühleinheiten 5 ist ein Kaltgang 22 und an der Rückseite 32 ein Warmgang 21 ausgebildet. Die drei Geräteschränke 2, 4 erfordern eine Gesamtkühlleistung von 90 KW, und diese Kühlleistung, welche sich gleichmäßig auf die drei Geräteschränke 2, 4 verteilt, wird durch die drei Kühleinheiten 5 erbracht. Die Abführung der Verlustwärme erfolgt hier im geschlossenen System. Vorteilhaft ermöglicht diese Anordnung der Kühleinheiten 5 eine Redundanz.

Die Kühlungsanordnung der Fig. 9 zeigt zwei Schrankreihen 41 , 42 mit einem dazwischen angeordneten Kaltgang 22. Ein Warmgang 21 ist auf der Rückseite 32 beider Schrankreihen 41 , 42 ausgebildet. In der Schrankreihe 41 ist jeweils zwischen zwei Schränken 2, 4 eine Kühleinheit 5 angeordnet, in welche jeweils Warmluft 8 aus dem Warmgang 21 und aus den Geräteschränken 2, 4 angesaugt und in dem Wärmetauscher 6 abgekühlt wird. Die Kaltluft 9 gelangt über die Ventilatormodule 10 und die hier nicht dargestellten Verteilerjalousien 12 der Ventilatormodule 10 und Öffnungen in der frontseitigen Wand 35 und Öffnungen in den Seitenwänden 30, 31 in den Kaltgang 22 sowie in die Geräteschränke 2, 4 der Schrankreihe 41. Über den Kaltgang 22 und die auf diese Weise erreichte Raumkühlung erfolgt auch die erforderliche Kühlung in den Geräteschränken der Schrankreihe 42, in welche die Kaltluft 9 frontseitig eingeführt wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Anordnung zum Kühlen von elektrischen und elektronischen Bauteilen und Moduleinheiten in Geräteschränken, welche in einem Raum, beispielsweise einem Rechenzentrum insbesondere reihenartig angeordnet sind, mit einer Kühleinheit (5), welche einen Wärmetauscher (6) und Ventilatoren (7) aufweist und seitlich angrenzend an einen Geräteschrank (2) oder zwischen zwei Geräteschränken (2, 4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilatoren (7) in Ventilatormodulen (10) angeordnet sind, welche jeweils eine Einrichtung zur Verhinderung einer Rezirkulation (11) und eine Einrichtung zum gerichteten Verteilen (12) der im Wärmetauscher (6) abgekühlten und aus den Ventilatoren (7) austretenden Kaltluft (9) aufweist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Ventilatormodule (10), welche, bezogen auf die Luftströmung, nach dem Wärmetauscher (6) angeordnet sind, dem erforderlichen Kühlluftvolumenstrom anpassbar ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Einrichtung zur gerichteten Verteilung der Kaltluft (9) eine Verteilerjalousie (12) mit vertikal angeordneten Lamellen angeordnet ist, welche in das Ventilatormodul (10) integrierbar ist.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kühleinheit (5), welche schrankartig ausgebildet ist und eine den Geräteschränken (2, 4) angepasste Höhe und Tiefe aufweist, ein Wärmetauscher (6) angeordnet ist, welcher nahezu über die gesamte Höhe der Kühleinheit (5) beziehungsweise eines Geräteschrankes (2) reicht.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilatormodule (10) einen Montagerahmen (13) aufweisen, mit welchem sie in die Kühleinheit (5) einschiebbar und lösbar in dieser fixierbar sind.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Ventilatoren (7) in den Ventilatormodulen (10) Diagonalventilatoren oder Radialventilatoren angeordnet sind.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Einrichtung zur Verhinderung der Rezirkulation der Kaltluft (9) eine Rückschlagklappe (11) angeordnet ist, welche in das Ventilatormodul (10) integrierbar ist.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Anpassung der Ventilatormodule (10) an unterschiedliche Schranktiefen ein Passstück (14) vorgesehen ist.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Passstück (14) rohrförmig mit einem kreisförmigen oder mit einem rechteckigen Querschnitt ausgebildet und zwischen dem Ventilator (7) und der Verteilerjalousie (12) mit Rückschlagklappe (11) angeordnet ist.

10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kühleinheit (5) für die im Wärmetauscher (6) abgekühlte Luft beziehungsweise Kaltluft (9) Ansaugdüsen (15) angeordnet sind und dass die Ventilatormodule (10), welche mit einem Verbindungsstutzen (16) versehen sind, mit den Ansaugdüsen (15) verbindbar sind.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbindung der Ansaugdüse (15) mit dem Ventilatormodul (10) eine Doppeldichtung (44) angeordnet ist, in welche das Ventilatormodul (10) mit dem Verbindungsstutzen (16) einschiebbar ist.

12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinheit (5) frontseitig einen Kaltluftkanal (17) für die im Wärmetauscher (6) abgekühlte und mittels der Ventilatormodule (10) gerichtet austretenden Kaltluft (9) und rückseitig einen Warmluftkanal (18) für die mit der Verlustwärme beaufschlagte Warmluft (8) aus einem oder zwei Geräteschränken (2, 4) und/oder aus dem Raum (3) aufweist.

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kaltluftkanal (17) der Kühleinheit (5) mit einem Zuluftkanal (37) eines angrenzenden Geräteschrankes (2; 4) über wenigstens eine Öffnung (33) verbunden ist.

14. Anordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Warmluftkanal (18) Strömungsventile (20) zur Regulierung des Luftstromes oder von Teilluftströmen und zur Ausbildung eines geschlossenen Systems oder eines offenen Systems aufweist, wobei die Teilluftströme von Warmluft (8) aus einem Geräteschrank (2) oder aus zwei Geräteschränken (2, 4) und/oder aus dem Raum (3) beziehungsweise einem Warmgang (21) gebildet sind.

15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Strömungsventile (20) Schlitzschieber oder Drosselbleche im Bereich von Ausnehmungen (28) in Seitenwänden (30, 31) oder einer Tür (32) der Kühleinheit (5) angeordnet sind.

16. Anordnung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsventile (20) mit einer Schall dämmenden Schicht und mit Luftverteilungsöffnungen (24) versehen sowie in Führungsstiften (23) geführt und mittels Stellschrauben (25) regulierbar sind.

17. Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Kaltluftkanal (17) der Kühleinheit (5) mit dem Raum (3) beziehungsweise einem Kaltgang (22) in Verbindung steht und wenigstens ein Teil der von den Ventilatormodulen (10) ausgeblasenen Kaltluft (9) dem Raum (3) beziehungsweise Kaltgang (22) zuführbar ist.

18. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmetauscher (6) ein Luft-Fluid-Wärmetauscher oder Luft-Fluid/Gas- gemisch-Wärmetauscher angeordnet und eine Anschlusseinrichtung (26) für das Kühlmedium bodenseitig oder im Bereich einer oberen Abdeckung (27) der Kühleinheit (5) angeordnet ist.

19. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wärmetauscher (6) ein Tropfenabscheider (19) zur Abscheidung von Wasseraerosolen aus dem Luftstrom nachgeordnet ist.

20. Anordnung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kühleinheit (5) eine Kondensatwanne (29) unterhalb des Wärmetauschers (6) und des Tropfenabscheiders (19) sowie unter der Anschlusseinrichtung (26) für das Kühlmedium angeordnet ist.