WO2012003895A1 - System und verfahren zur kühlung einer rechenanlage - Google Patents

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WO2012003895A1
WO2012003895A1 PCT/EP2011/000617 EP2011000617W WO2012003895A1 WO 2012003895 A1 WO2012003895 A1 WO 2012003895A1 EP 2011000617 W EP2011000617 W EP 2011000617W WO 2012003895 A1 WO2012003895 A1 WO 2012003895A1
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WO
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cooling
computer system
cooling circuit
module
circuit
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PCT/EP2011/000617
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Heiland
Andreas Birkner
Original Assignee
Sam Technologies Gmbh
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Priority to US13/808,310 priority patent/US20130205822A1/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D31/00—Other cooling or freezing apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20709—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for server racks or cabinets; for data centers, e.g. 19-inch computer racks
    • H05K7/20763—Liquid cooling without phase change
    • H05K7/2079—Liquid cooling without phase change within rooms for removing heat from cabinets
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/04—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20709—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for server racks or cabinets; for data centers, e.g. 19-inch computer racks
    • H05K7/208—Liquid cooling with phase change
    • H05K7/20827—Liquid cooling with phase change within rooms for removing heat from cabinets, e.g. air conditioning devices
    • H—ELECTRICITY
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    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20709—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for server racks or cabinets; for data centers, e.g. 19-inch computer racks
    • H05K7/20836—Thermal management, e.g. server temperature control

Definitions

  • the invention relates to a system and method for cooling a computer system, in particular for cooling a server farm.
  • a server farm usually comes to a pure heating power of several kilowatts.
  • air conditioners are usually used, the operation of which is very energy-intensive.
  • volume of much of the heat generated can be dissipated, but in practice at least not
  • the object of the invention is to reduce the energy requirement of conventional cooling for computer systems.
  • the object of the invention is already achieved by a system for cooling a computer system, a computer system, and by a method for cooling a computer system according to one of the independent claims.
  • the invention relates to a system for cooling a
  • Computer system comprising a chiller. Under a chiller is commonly a device
  • the invention particularly relates to
  • Compression refrigerators ie refrigerators with a mechanical compressor through which the refrigerant
  • Chiller can evaporate, where it cools and generates the cooling power.
  • the invention also relates to all other types of chillers, in particular
  • Sorption chillers such as adsorption or
  • Absorption refrigerating machines in particular refrigerating machines operating in principle of absorptive drying (DCS), working on the magnetocaloric effect
  • Chillers steam jet chillers, Joule-Thomson effect chillers, and / or chillers operating on the evaporative cooling principle.
  • the computer system comprises at least a first and a second cooling circuit, wherein the first cooling circuit is operable via a liquid and / or via heat conduction.
  • the first cooling circuit is thus not an air-based one
  • Cooling circuit Rather, the cooling by means of a liquid, such as water, or by means of
  • Heat conduction wherein the heat is dissipated at the heat-generating components directly through components with good heat conduction.
  • Heat conduction is also understood to mean the use of heat pipes, which heat the heat faster due to a condensation and evaporation process
  • At least the second cooling circuit which as a rule is one
  • the air-based cooling circuit is connected to a cold section of the refrigerator.
  • the invention provides, in particular, components which are operated at high temperature, in particular the
  • Processor cooling with a liquid-based or heat-conduction based cooling circuit to cool.
  • high temperatures in particular a temperature of about 50 ° C, with which these components can be operated, it is often possible to dissipate the heat produced without the use of a chiller to the outside or as useful heat for heating and hot water
  • the processor cooling according to the invention can not only contain the main processors of the computing system, but the processor cooling can also other processors or electronic components such as memory circuits,
  • Power supply which in turn can be found in various components of the computer system such as the server racks,
  • Data storage and other components of the computer system are included.
  • the computing system according to the invention therefore includes not only the servers, but other components for power supply, especially power supplies and
  • Cooling circuit which is operated at a much higher temperature, can not be dissipated (or is not discharged).
  • the second cooling circuit usually works with a flow temperature which does not significantly exceed 20 ° C, in particular a maximum of 20 ° C.
  • this cooling circuit may be formed as a closed system to which the components of the computer system are connected. Since the amount of heat to be dissipated via the relatively inefficient refrigerating machine is relatively small, it is possible for the
  • the invention thus relates to a system for cooling a computer system with a plurality of cooling circuits, in particular at least two cooling circuits, wherein by the
  • a return of the first cooling circuit is connectable both with a heat exchanger and with the cold part of the refrigerator.
  • the heat exchanger may for example be mounted externally on a building. Under a heat exchanger according to the invention but also the further use of
  • Cooling fluid understood, for example, to generate useful heat. Because the first cooling circuit,
  • Cold part of the chiller is connected, it is possible, in particular via a directional control valve, variably to distribute the amount of heat, which via the chiller and which above the heat exchanger should be removed. So must to
  • Cooling of the first cooling circuit to the chiller can only be used if, for example, due to high outside temperature cooling via an externally arranged heat exchanger is no longer possible.
  • the energy-intensive use of the chiller is thus reduced to a minimum, at the same time, the system can be provided for safe cooling even at very high outside temperatures.
  • the cooling fluid may be passed through nearby heat exchangers connected to the circuit boards, thus cooling the circuit boards and / or components thermally connected to the circuit board.
  • the circuit boards themselves can be flowed through by cooling fluid.
  • An embodiment of the invention comprises at least three cooling circuits, of which a cooling circuit is operated by means of air and the two other cooling circuits are operated by means of a liquid or heat conduction, wherein of the two further, so the
  • liquid-based cooling circuits at least one
  • Cooling circuit with both an external heat exchanger and a cold section of the refrigerator is connectable.
  • the system defined in this way works in three steps. It is especially intended to use three cooling circuits
  • This cooling circuit usually does not need the support of a Chiller, but it is possible, at least in the temperate climates, the heat through an external
  • Cooling circuit can be supplied to the cold section of the chiller to provide safe cooling even at extremely high outdoor temperatures.
  • Another liquid-based cooling circuit is operated with a flow temperature, which between the flow temperature of the first-mentioned cooling circuit and the flow temperature of another, in particular
  • Cooling circuit may be connected to another group of heat generating components, which with a lower flow temperature than the components of the first
  • Cooling circuit to be cooled It can be
  • this second cooling circuit will rely on an external heat exchanger
  • Chiller can be dispensed with.
  • this further cooling circuit at least during the winter months without the use of a refrigerating machine.
  • At higher outdoor temperatures however, by a variable distribution of
  • Coolant used on the chiller Another cooling circuit is usually air-based and operates with lower flow temperature than the two previously mentioned cooling circuits. About this cooling circuit, for example, the air in the racks or the air in the room in which the computer is installed, cooled. Since temperatures of typically 20 ° C or less are required for this, the use of a chiller is usually required. Due to the heat dissipation via the two other cooling circuits, it is possible to significantly reduce the use of the chiller. It goes without saying that, depending on the size and design of the system, there are also other cooling circuits
  • Intermediate temperatures may be present to optimize the system so that as much heat as possible can be dissipated without the use of chillers.
  • the system as provided in a development of the invention, have means for variable distribution of the cooling fluid within the computer system.
  • Computer system itself be networked.
  • at least individual servers of the computer system pass on the respective utilization and / or the respective temperature via an interface to a control electronics of the cooling system, so that the cooling system
  • One advantage of such a control technique is due, inter alia, to the fact that additional cooling power is required already at a very early stage, namely immediately as the utilization of the computer system increases. This can, for example, in cooling systems with cold storage the necessary capacity of thermal storage for
  • Refrigeration usually takes a few seconds or minutes after the connection to the cooling energy
  • Computer system e.g. Racks integrated, or may be beneficial for associated with the racks cooling modules.
  • the system comprises at least redundant pumps for distributing the cooling fluid and / or a redundant design
  • Chiller At least for larger ones
  • Server farms must be ensured even in the event of failure of individual components of themésytems a long-term supply of the cooling fluid over a longer period of time, for which buffer memory are usually not sufficient.
  • an additional conventional refrigeration compressor or a feed of cold tap water can be provided in the system.
  • cooling circuits themselves can be designed to be redundant, so that the heat can be dissipated by a redundant cooling circuit, for example, in case of loss of coolant in a cooling circuit.
  • system can also in an existing building air conditioning and / or
  • Hot water supply and / or electrical energy supply to be integrated can be integrated.
  • the process heat arising on a refrigerating machine is at least partially used for heating the building and / or for heating
  • both the first cooling circuit and the hot part of the refrigerator each comprise a heat exchanger, which are thermally connected via a further heat exchanger, so that the waste heat of both cooling circuits is jointly discharged.
  • the second cooling circuit can then be connected to the cold part of the chiller so that it cools the air in the servers, for example.
  • the system is modular and comprises at least one
  • Cooling module in which at least the refrigerator and an electronic control are arranged.
  • a module which consists of a housing with connections and on which in addition to a power supply, possibly the connection of
  • the module preferably comprises connections for an external heat exchanger, is discharged via the process heat of the chiller.
  • Computer system is integrated in the module.
  • the modules are preferably formed in the system dimensions of components of the data center, e.g. as 19 "system for components in racks.
  • Connections to the electrical connection, to the communication and / or cooling lines are preferably such
  • the module has a preferred
  • Embodiment of the invention at least over a self-sufficient emergency power supply, via which at least the drive of the pumps, with which the cooling fluid is supplied to the computer system, even in the event of a power failure is ensured. It is conceivable that at least one
  • the emergency power supply of the cooling system via an emergency power supply of the computer system
  • Uninterruptible power supply Computer systems usually have an uninterruptible power supply. Such uninterruptible
  • An uninterruptible power supply usually comprises at least accumulators with which short-term interruptions of the mains voltage can be bridged.
  • the uninterruptible power supply usually starts within a few milliseconds, so that only briefly occurring disturbances of the voltage
  • a computer usually also has
  • Telecommunications equipment such as connection modules to a telecommunications network. It is understood that that
  • Cooling system according to the invention, if necessary, also ensures the cooling of these telecommunication modules.
  • a liquid of the second cooling circuit after passing through a cold section of the refrigerator via a heat exchanger for cooling the air present in the computer system can be performed.
  • the second cooling circuit is thus, as already described above, air-based, wherein the air is cooled by a heat exchanger, which is integrated, for example, in a rack of the computer system.
  • the chiller is integrated in a rack or in a server.
  • chillers can also be accommodated decentrally in the system.
  • a server can cool itself.
  • Each cooling circuit can be optimized for the respective device. Under a connection for a cooling circuit in the context of the invention, all possible types of interfaces over which heat energy can be transmitted, understood.
  • a server chillers are provided, which are designed as a module.
  • the respective module comprises heat exchangers, controllers, pumps, interfaces and the chiller itself.
  • the chiller itself is conceivable.
  • chiller preferably designed as a module
  • the chiller as in a further embodiment of the
  • the chiller may be above or below a server or rack. So no additional footprint is needed.
  • the cooling module can be arranged laterally, and a cooling module can also supply a plurality of components, for example racks, with cooling energy. It is known that heat exchangers and fans for generating an internal air circuit for cooling, for example, a rack, for example, a rack cooling can be arranged both inside and adjacent to, for example, a rack.
  • Chiller is designed as an insertable in the server, in particular plug-in module.
  • This embodiment of the invention can be used, for example, for conventional blade servers.
  • the integration in the server or the computer system, or the immediately adjacent arrangement allows short line lengths and transmission paths for the coolant (liquid, heat conduction, air), whereby thermal
  • cooling modules enables a modular structure of the data center with respect to the cooling system; the components (e.g., racks) each comprise their own, on the component
  • the data center expandable, without having to expand a central cooling system or to increase its cooling capacity (with the exception of the removal of process heat). Furthermore, a
  • the external connection is Abi 27.1. Typo: "for example,” just one
  • a system for cooling a computer system can do so
  • the system for cooling a computer system comprises, for example, a system designed to detect a module
  • the emergency shutdown includes a pump, in the event of detection of a
  • Fluid loss a negative pressure in the coolant system is generated.
  • the pump the liquid in a designated reservoir or in the
  • each rack may have means for detecting loss of coolant, in particular a moisture sensor.
  • a moisture sensor In the event of a spill, the power supply to the rack is disconnected.
  • the rack it is also conceivable to equip the rack with automatically closing valves, so that it is separated from the coolant circuit.
  • the advantage of this Embodiment of the invention is that so not the entire computer system fails and at the same time prevents larger amounts of liquid can escape from a rack.
  • Coolant loss be part of a cooling module.
  • the invention enables in one embodiment a system for cooling a computer system, which comprises a plurality of cooling circuits, wherein a cooling circuit can be cooled without using the cooling machine and a further cooling circuit using the cooling machine can be cooled. It is particularly intended to dissipate the waste heat of a first cooling circuit with higher flow temperature and higher return temperature without the use of a refrigerator by using the outside air for recooling or by the heat as
  • Hot water supply is used.
  • Cooling circuits thermally coupled and so to a
  • Flow temperature are connected in series.
  • the return of a rack cooling system can be used to cool power components and processors.
  • process heat can be dissipated via the combined cooling cycle.
  • the return of the last cooling circuit, in which the highest temperature is applied fed to a re-cooling.
  • the system for cooling a computing position comprises a plurality of cooling circuits, wherein at least in a cooling circuit, a bypass is provided, can be increased by the partial return of the coolant volume flow in the cooling circuit connected to the cooling module, without the entire
  • volume flow of the coolant in the cooling circuit to increase. It can therefore be provided to keep the total volume flow substantially constant, wherein a part of the
  • volume flow is bypassed by a component to be cooled components. If additional cooling is required, the bypass flow rate can be reduced, reducing the flow rate along the cooling flow
  • the coolant used is a liquid having an electrical conductivity of less than ⁇ ⁇ ⁇ -6 S / m.
  • pure water or a water-glycol mixture can be used.
  • Components of the refrigerating machine in particular a compressor, Coolable via at least one of the cooling circuits.
  • Chiller is thus involved in the cooling of the system in a simple manner and is cooled in particular via a liquid.
  • the invention uses a refrigerating machine with a compressor comprising a soft start circuit.
  • a soft-start circuit reduces the inrush current and thus the torque of the motor in the
  • the invention enables a substantially thermally neutral computer system, in which only one Heating power of less than 20%, preferably less than 10% of the power consumption of the computer system as thermal energy in a room in which the computer system
  • the computer system can also be installed in office areas, if necessary.
  • a housing of the computer system can be isolated, in particular
  • the housing walls of a heat-insulating material such as rigid foam, exist. It is also conceivable to apply insulating material to the inside and / or outside of the housing walls.
  • Fluid lines that are connected to a cooling circuit be cooled to about the ambient temperature.
  • the walls may be double-walled or comprise cooling coils. By cooling the walls can also at a temperature in the housing above the
  • the invention further relates to a computer system, in particular embedded in a system described above for cooling a computer system.
  • a computer system in particular embedded in a system described above for cooling a computer system.
  • the computer system and its cooling system can on the appropriate the computer system
  • the computer system comprises a housing in which the
  • the computer system comprises at least a first and a second cooling circuit, wherein processors and power components of the computer system can be cooled via the first cooling circuit via a liquid and / or via heat conduction and wherein the second
  • Cooling circuit arranged in the housing
  • the heat exchanger Via the heat exchanger, which can be cooled, in particular via a liquid, the interior of the housing is cooled by a cooling circuit and thus thermal energy, which is not dissipated via the first cooling circuit, dissipated.
  • the heat exchanger may comprise, for example, a rack disposed in the cooling coil or channels in the
  • the computer system includes fluid connections for both the first and the second
  • Cooling circuit While the predominant part of the thermal energy can be dissipated via the first cooling circuit due to the high temperature via free cooling, it is, deviating from the above-described system for cooling a Computer system, also conceivable, for the over the second
  • Cooling circuit dissipated remaining thermal energy to dispense with the use of a chiller and operate this cooling circuit via free cooling.
  • the computer system can be designed to be thermally neutral.
  • the housing is preferably designed as a rack.
  • the invention further relates to a cooling module
  • the cooling module comprises a connection for a first cooling circuit, in particular a cooling circuit with which processors and power components of a computer system can be cooled with a liquid. Furthermore, the cooling module comprises a further connection for another
  • Cooling circuit For example, the housing or server of a computer system can be cooled at a lower temperature via this further cooling circuit. Furthermore, the cooling module comprises a connection for discharging
  • the cooling module comprises a chiller.
  • the chiller is particularly intended to provide a sufficiently low temperature for the second cooling circuit, which is operated at a lower flow temperature.
  • the cooling module is formed in a development of the invention as plug-in module for a server, in particular a blade server.
  • the cooling module comprises mechanical means for inserting it in a slot.
  • the cooling module is designed in a standard size, that it one or more
  • the invention further relates to a housing of a server.
  • the housing comprises a housing arranged in the heat exchanger and a fluid connection with the
  • Heat exchanger is connected.
  • the housing walls may be formed as a heat exchanger.
  • the interior of the housing can be cooled via the heat exchanger.
  • the housing comprises a further fluid connection to which modules, in particular plug-in modules or
  • Power components can be connected.
  • a computing module which is designed as a plug-in module for a rack.
  • a computing module can, for example, processors as well as hard disks,
  • Telecommunications electronics etc. include.
  • the rack comprises a fluid connection via which processors and power components of the
  • Computing module can be supplied with a cooling fluid.
  • the computing module may have a further fluid connection for guiding cooling fluid, via which in particular the housing of the computing module, for example via a
  • the invention further relates to a module for detecting a leak, in particular for a system described above for cooling a computer system.
  • the module includes means for detecting a leak in the cooling system, a
  • Controller and means to at least partially disable a computer system.
  • the module for detecting a leak is designed such that it recognizes the location or size of the leak on the basis of measured parameters such as pressure in the fluid system, water sensors, etc. and then selectively shuts down the computer system depending on the location or severity or an emergency shutdown by interruption performs the power supply.
  • the module for detecting a leak may be integrated in another component, such as the
  • the invention further relates to a method for
  • Cooling of a computer system in particular by means of a previously described system for cooling a
  • the computer system comprises at least a first and a second cooling circuit, wherein the first cooling circuit is operated at a higher temperature than the second cooling circuit and by means of a liquid and / or by means of heat conduction.
  • Flow temperatures of the two cooling circuits by at least 20 ° C, preferably at least 30 ° C.
  • At least the second cooling circuit is operated via a cold part of a refrigerating machine.
  • Processor cooling is operated with such a high flow temperature, that at least for a major part of the time, the heat can be dissipated without the use of a refrigerator.
  • the return of the first cooling circuit is temporarily both with a
  • Heat exchanger and connected to the cold part of the refrigerator, in particular by means of a directional control valve.
  • Waste heat of the first cooling circuit is thus supplied to the chiller only if, for example, due to high outside temperatures, the external discharge, for example via a heat exchanger, is not possible.
  • About the first cooling circuit are preferably
  • the racks of the computer system and / or the room in which they are located to be cooled.
  • the heat of the hot part of the refrigerator and / or the heat of the first cooling circuit are provided for useful heat, in particular for heating buildings and / or water.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of a system for cooling a computer system 1 in a schematic view.
  • the first refrigeration cycle is a liquid-based refrigeration cycle and includes a flow 2 and a
  • liquid-cooled components such as processors and other power components
  • the system for cooling a computer system 1 comprises a second cooling circuit in the form of air cooling, comprising a fluid inlet 4 and an outlet 5.
  • This second cooling circuit is coupled to a refrigerating machine (not shown).
  • the first cooling circuit is coupled via the flow 2 and the return 3 with a heat exchanger, while the resulting heat can also be used as useful heat for the building.
  • the first cooling circuit can be operated at a higher temperature, for example, the setpoint temperature at the flow 50 ° C and at the return 60 ° C. Due to the high possible flow temperature for cooling does not necessarily have to
  • Chiller be resorted to.
  • the second cooling circuit comprising the air cooling, in contrast, with a refrigerator (not shown)
  • Cooling circuit can be removed, resulting in a significant energy savings in the system for cooling a computer equipment.
  • the energy saved is calculated from the amount of energy dissipated via the first cooling circuit divided by the efficiency (COP) of the chiller.
  • FIG. 2 the principle of a refrigerating machine will be explained schematically. It is in this embodiment, a compression refrigeration machine.
  • the refrigerating machine 8 comprises a refrigerant circuit 13 which is the one of the internal refrigerating machine
  • Refrigerant circuit can be considered.
  • the refrigerant expands, becomes gaseous and ensures a temperature reduction.
  • the evaporator 9 forms the cold part of the refrigerator.
  • Compressor 10 the refrigerant is supplied via the cooling circuit 13 to a condenser. Under pressure increase
  • the refrigerant liquefies and can give off heat at the condenser to drain energy from the system.
  • the condenser 11 forms the hot part of the chiller 8.
  • the refrigerant is in turn fed to the evaporator and it is thus a
  • FIG. 2 a schematically illustrates a refrigerating machine in which the internal refrigerant circuit 13 is connected via an internal heat exchanger 59 to coolant connections that are outside the refrigerating machine.
  • FIG. 2 and FIG. 2 a thus illustrate the possibility that a cooling circuit according to the invention can also be designed such that it uses a cooling liquid instead of a cooling liquid
  • Reduce chiller which is especially at For example, in servers integrated chillers may be of importance.
  • the chiller 8 comprises a cold part 16 with an inlet 14 and an outlet 15.
  • the cold part 16 for example, the second cooling circuit of a system for cooling a
  • the hot part 19 includes an inlet 17 and an outlet 18.
  • the hot part for example, a
  • Flow temperature of 50 ° C may be present, whereas the cold part, the return temperature, for example, 15 ° C.
  • Fig. 4 shows a schematically illustrated
  • the system for cooling a computer system 1 comprises a first cooling circuit 21.
  • the first refrigeration cycle is a liquid-based refrigeration cycle that cools processors and power components in the rack 20.
  • Heat exchanger 23 supplied to the environment. It is understood that this heat can also be used as useful heat, or to generate electrical energy.
  • the system for cooling a computer system 1 comprises a second cooling circuit 22.
  • the second cooling circuit 22 comprises a heat exchanger 24 integrated in the rack 20 or connected to the rack 20, with which the air in the rack 20 can be stored in a rack-internal air system. Circulation is cooled.
  • the cooling circuit 22 is provided with a
  • Chiller 8 connected.
  • the cooling circuit 22 has a much lower
  • Fig. 5 shows another embodiment of a
  • the system comprises a first cooling circuit 21, which
  • Cooling circuit 22 connected heat exchanger 24 after
  • FIG. 6 shows a further embodiment in which, in contrast to the above
  • Computer system is attached. About a fan 27, the air can be set in motion and the second
  • FIG. 7 shows a further exemplary embodiment of a system for cooling a computer system 1, which in principle is based on the exemplary embodiment shown in FIG. 4
  • both the chiller with a port 28 and the first cooling circuit is provided with a port 29 through which the heat dissipated and available as useful heat
  • Fig. 8 shows an embodiment of a system for cooling a computer system 1, in which a
  • Chiller can be dispensed with.
  • Liquid cooling provided with the processors and power components of the computer system 30 are cooled.
  • the heat can be made available as useful heat (for example for
  • the second cooling circuit 22 comprises a preferably arranged in the rack of the computer system 30 heat exchanger 24, via which the air is cooled in the rack.
  • Cooling medium can due to the small amount of
  • tap water can be used. It is understood that, for example, it is also conceivable to preheat the tap water for the hot water supply (for example via heat exchangers - not shown), so that the second cooling circuit
  • Fig. 9 shows another embodiment of the
  • Chiller 8 cooled cooling fluid first the
  • Heat exchanger 24 is supplied via which the air is cooled in the rack.
  • the thus already heated cooling fluid is then forwarded to the first cooling circuit 21 and cools the processors and power components.
  • the cooling circuits are connected in this way one behind the other, the example of a
  • Refrigeration provided coolant first the cooling circuit with the lower temperature level
  • the first cooling circuit 21 for cooling the processors In the embodiment of a system for cooling a computer system 1 shown in FIG. 10, the first cooling circuit 21 for cooling the processors and
  • FIG. 11 shows a further embodiment in which the hot part of the chiller 8 is connected to the first cooling circuit 21. This is possible because for the processors, the provision of a cooling fluid having a temperature of for example 50 ° C is sufficient.
  • the fluid removed from the return of the first cooling circuit 21 is first supplied via a heat exchanger 25 and then fed to the return of the cold part of the chiller 8.
  • Cooling circuit can be called.
  • Fig. 12 shows another embodiment of a
  • an intermediate heat exchanger 31 is provided. With the heat exchanger 31, both the first cooling circuit 21 for processor cooling and a cooling circuit 32, which forms the cooling circuit of the hot part of the refrigerator, connected. About the heat exchanger 31, these cooling circuits are thermally combined and arranged on the externally
  • This embodiment of the invention has the advantage that consequently only two connections are required for the connection of an externally arranged heat exchanger 25. Due to a maximum temperature difference of 20 ° C,
  • Cooling circuit of the chiller 32 this is possible in a particularly simple manner.
  • FIG. 13 to FIG. 15 a system for cooling a computer system 1 with three cooling circuits will be explained in greater detail on the basis of a schematically illustrated embodiment.
  • the system for cooling a computer system 1 comprises a first group of heat-generating components 34, which are connected to a first cooling circuit 21, which is liquid-based.
  • a second group of heat-generating components 35 which is also present in the server 37, is also provided with equipped with a liquid cooling.
  • This additional cooling circuit is referred to below as the third cooling circuit 38.
  • a third group of heat generating components 36 is formed by heat generating components which are not associated with liquid cooling.
  • arranged heat exchanger comprises, cooled.
  • a chiller 8 is provided with a cold part 16, via which at least the second cooling circuit 22 is cooled.
  • the hot part of the refrigerator 8 is connected to an external heat exchanger.
  • Cooling circuits are present, which work with different flow temperature. The lowest
  • Flow temperature require the air-cooled components of the third group of heat-generating components 36.
  • the first group of heat-generating components 34 associated processors and power components are cooled with the highest flow temperature, in particular with a flow temperature of about 50 ° C.
  • FIG. 13 shows a configuration in which the aid of a refrigerating machine is completely dispensed with in the case of the first group of heat-generating components.
  • the second group of heat-generating components 35 is cooled with a flow temperature, which lies between the first cooling circuit 21 and the second cooling circuit 22.
  • the cooling fluid of the third cooling circuit 38 can now be distributed variably to the heat exchanger 23 and the cold part 16 of the chiller 8.
  • existing outside temperature can be variably distributed to the heat exchanger 23 and the cold part of the refrigerator 8 (not shown).
  • FIG. 13 thus further clarifies that at least two cooling circuits can be distributed variably to the heat exchanger 23 and the cold part of the refrigerating machine 8 via valves and pumps (not shown).
  • Fig. 14 shows the system shown in Fig. 13 for
  • both the first cooling circuit 21 and the third cooling circuit 38 are connected via the valves such that these cooling circuits with the
  • Heat exchanger 23 are connected.
  • FIG. 15 shows an operating state of the system for cooling a computer system 1, at an outside temperature of about 30 ° C, for example, above 30 ° C and below 50 ° C. In this operating state is now only the first
  • Cooling circuit 21 connected to the heat exchanger 23. Since the outside temperature is no longer sufficient to bring the fluid of the third cooling circuit 38 to a sufficiently low temperature, now the cooling circuit 38 is connected to the cold part of the refrigerator. The chiller thus cools the third cooling circuit 38 and the second cooling circuit 22.
  • a curve is plotted above, which shows the temperature as a function of time.
  • the Time is shown on the X-axis and the temperature on the Y-axis.
  • the first cooling circuit can be operated the entire time without using the chiller.
  • the second cooling circuit so the cooling circuit, which of the three cooling circuits with the lowest
  • Flow temperature is operated, however, must be operated over a considerable period of time using the chiller, it can be dispensed, for example, only at night and / or only in winter on the use of the chiller.
  • Cooling circuit needs to be operated only at a temperature of about 30 ° C with the chiller.
  • Fig. 13a shows an example of a system for cooling a computer system.
  • FIG. 13 a shows a configuration which includes free cooling, ie
  • Cooling without the use of a chiller here by way of example and schematically with reference to the specified
  • the three cooling circuits of the server are connected in series in this example, first the cooling circuit 22, with an inlet temperature of 15 ° C and a
  • This cooling circuit 22 is connected to the cooling circuit 38, with a
  • Inlet temperature of 15 ° C inlet circuit 22
  • outlet temperature of 60 ° C outlet circuit 21
  • the recooler 25 provides in this example
  • Cooling 56 passes, and cools the outlet temperature of the cooling circuit 21 from 60 ° C to 60 ° C - ⁇ before it is passed to the inlet of the cooling part 16 of the refrigerator 8. It thus reduces the cooling power to be provided by the chiller 8.
  • Fig. 17 shows an embodiment of the invention, in which a chiller 8, in particular a
  • Compression chiller is integrated in a rack 20, or immediately adjacent to the rack 20 is arranged (not shown).
  • the chiller 8 is connected to a heat exchanger 24 through which the second
  • Cooling circuit is formed for cooling the air in the rack. Process heat is dissipated via the hot part of the chiller 8 and via the heat exchanger 25.
  • Processors and power components are connected to a first cooling circuit 21, wherein the heat over the
  • Heat exchanger 23 is discharged to the outside.
  • Fig. 18 shows a further embodiment, in which also the chiller 8 is arranged in or on the rack.
  • Hot part of the chiller 8 is coupled to the first cooling circuit 21.
  • the cooling fluid is thus first of the return of the hot part of the refrigerator 8 via the processors and
  • the cooling system is modularly designed in order to achieve a simple adaptation to the racks or other components of the computing center.
  • a cooling module may also detect a subset of the illustrated components.
  • the components can be designed as a cooling module, or not modular.
  • the chiller is not necessarily part of the cooling module, it can also outside the
  • Cooling modules may be arranged, or only in a cooling module for a plurality of racks, which in turn comprise one or each a further cooling module with the other components.
  • the cooling system is modularly designed in order to achieve a simple adaptation to the racks or other components of the computing center.
  • a cooling module may also detect a subset of the illustrated components.
  • the components can be designed as a cooling module, or not modular. It is therefore understood that the system, as far as technically feasible, from any
  • Chiller Includes a compression chiller, or a sorption chiller, or a chiller based on the magnetocaloric effect or Peltier elements. To achieve high number of switching cycles (a high number of
  • Compression chilling a soft start circuit can be used. Furthermore, an electronic speed adjustment can be used, which instead of a digital on-off control of the
  • Compressor motor wherein the amount of cooling energy provided is determined by the ratio of on-off cycles, an analog control of the speed of the compressor motor and thus the amount of
  • Controller Includes hardware and software. The controller controls all components of the cooling module. Continue via the controller (or can be done via the controller)
  • Compressor provided amount of cooling energy, or the regulation of the transferred in the individual cooling circuits amount of cold energy.
  • the amount of cooling energy provided in the individual cooling circuits can be controlled, for example, by the temperature of the cooling fluid (at the same volume flow
  • Outlet temperatures of the cold part of the refrigerator is transferred by increasing the volume flow of the cooling fluid more cold energy).
  • Cold storage, expansion tank The cold storage is depending on the embodiment necessary to the
  • the cold spoke affects the number of startup operations during operation in a control of the amount of refrigerant by on-off cycles of the compressor, and thus the life of the chiller.
  • the cold storage is only necessary once per chiller.
  • the cold storage can also be used as sorption cold storage or as a
  • Expansion tanks are necessary for filling the cooling circuits with liquid.
  • the cooling module or components of the cooling module have separable or pluggable interfaces for the communication interfaces, the interfaces for the connection of the
  • Cooling circuits (cooling liquids), as well as for the electrical interfaces.
  • the cooling module or components thereof can be designed as a pluggable 19 "component, wherein the lines for communication, the cooling liquid or the electrical connections are connected automatically when plugging.
  • Ethernet or LAN connects the cooling module with the management of the data center, for example, to transmit the operating state of the
  • Cooling modules or to coordinate measures in case of failure, e.g. Loss of coolant.
  • Cooling module can still be connected to the cooling circuits (for example, with the control of the rack cooling), as well as the components
  • a user interface for example, visually or acoustically the staff of
  • Interfaces for cooling circuits This includes the connections between the cooling module or components thereof to the cooling circuits according to the invention.
  • the interfaces can be designed as self-closing connections, which prevent or at least reduce the leakage or dripping open lines for the coolant fluid.
  • the cooling module or components thereof may be 19 "in design, so that it can be mounted in a rack similar to server or blade server
  • Cooling module or components thereof can be mounted adjacent to one or more racks, while keeping the system dimensions of the racks.
  • Control of the pumps, valves, sensors and actuators for example, power electronics for controlling the pumps and valves, the electronics for reading in temperature sensors), both for the cooling circuits of the computer system, and for the internal
  • Cooling circuit of the cooling module as in Fig. 20
  • Coolant Detection Module This
  • Heat Exchanger These components include the
  • the cladding prevents (or may prevent), possibly by an additional thermal
  • Power electronics is discharged to the outside, but that the cooling module is thermally neutral to the outside.
  • an emergency power supply In the event of a power failure, an emergency power supply, for example based on an accumulator, can maintain the operation of the cooling module for a while, thus reducing the risk of overheating of the computer due to power failure.
  • a cooling module with a means for
  • Heat exchanger of the computer accumulating condensate are discharged. Depending on the quantity, this may be the
  • Condensate include.
  • the cooling module comprises at least one heating element in order to
  • Using energy of a cooling circuit to heat another cooling circuit can be connected via a system of valves and / or pumps, the first cooling circuit for processor cooling with the second circuit of the rack cooling so that the first cooling circuit at least part of its thermal energy at least temporarily emits in the second cooling circuit.
  • the first cooling circuit for processor cooling with the second circuit of the rack cooling so that the first cooling circuit at least part of its thermal energy at least temporarily emits in the second cooling circuit.
  • Fig. 20 shows an exemplary embodiment of a cooling module 39, which may be attached to or in a server or rack (not shown), for example.
  • the cooling module 39 comprises a housing 45 with a
  • Cooling module is controlled.
  • the cooling module 39 comprises a connection for the processor cooling 43 or the supply of a first
  • connection 44 is provided on which the
  • Rack cooling can be connected to provide a second cooling circuit.
  • an intermediate heat exchanger 31 is provided, via which both process heat can be combined via the chiller 8 and heat of the first cooling circuit and removed via the connection 41.
  • the cooling module 39 itself includes an internal
  • Heat exchanger 46 to cool the cooling module.
  • the air flow 47 is indicated by arrows.
  • the waste heat of the cooling module itself is cooled. This waste heat is generated by the components of the cooling module (for example, by the engine of the compression refrigerator or the controller). Due to the internal cooling of the cooling module
  • Cooling modules the cooling module is thermally neutral to the outside.
  • the cooling module can also be cooled via an existing rack cooling, for example by existing in the rack air circulation.
  • the cooling module comprises a leak detection (a module for detecting coolant losses) 42, as described in Fig. 37, for example in the form of a
  • Pressure monitoring device and / or moisture probe are provided.
  • Components such as electronic interfaces and other cooling connections, mechanical connections, for example, to be pushed into a 19 "rack system, etc. may include.
  • Fig. 20a shows an exemplary embodiment of a cooling module 39, which for example on or in one Server or rack (not shown) can be attached.
  • a cooling module 39 for example on or in one Server or rack (not shown) can be attached.
  • the additional subassembly for free cooling is shown here and will be described here by way of example with reference to the FIG.
  • Cooling system according to the invention is applicable.
  • the cooling module 39 is connected to a rack 20.
  • the cooling module 39 is arranged directly in the vicinity of the rack 20 or integrated in the rack 20.
  • a first connection (43 in FIG. 20) supplies a first cooling circuit 21, which is the processor cooling serves. This cooling circuit is not connected to the refrigeration part of the refrigerator integrated in the cooling module 39.
  • a further cooling circuit 22 is provided, which is connected to the second connection of the cooling module (44 in Fig. 20).
  • the refrigeration cycle 22 is connected to the refrigeration portion of the refrigerator (8 in FIG. 20) integrated in the refrigeration module 39.
  • the internal cooling of the rack allows the rack to be thermally neutral to the outside. As well as that
  • Cooling module is thermally neutral to the outside, as described in Figure 20, the overall system consisting of rack and cooling module to the outside thermally neutral. Thus, this system can do without additional cooling of the surrounding space.
  • Fig. 21a shows a rack with a cooling module 39 according to Fig. 20, but with the difference that the heat exchanger and the fans (not shown) is designed to cool the rack by means of heat exchanger 22 as rack cooling module 61 adjacent to the rack, and the air flow for cooling through openings of the rack 20 and the
  • Rack cooling module 61 is performed.
  • the rack 20 the
  • Rackkühlungsmodul 61 and the cooling module 39 as shown here, be designed to be adjacent to each other, as well as laterally adjacent (not shown) or in
  • cooling module 39 component the rack cooling module 61, or the rack cooling module 61 may be part of the cooling module 39.
  • FIG. 22 shows a module which is a subset of the modules shown in FIG. 19
  • the cooling module has a controller, in particular for the control of the pumps and valves and the
  • Controller for example, connected via a network connection with all components that are supplied via the cooling module.
  • controller with a leak controller
  • the cooling module 39 is mounted above the server 20 in this embodiment and thermally connected to the server 20 as shown in FIG. 21.
  • the cooling module 39 includes the refrigerator, a
  • Cooling circuit and the process heat of a chiller can be merged and discharged via the terminal 41.
  • the cooling module comprises a leak control and an internal cooling. It is particularly advantageous that only the process heat must be dissipated via the terminal 41 to the outside in this modular design.
  • the system comprises a chiller 8 integrated in the housing of the server 48, in particular one
  • Heat exchanger 24 is supplied via fan 50, an air flow is generated in the server 48 and cooled in the heat exchanger 24.
  • the temperature can be kept at about room temperature.
  • the fan instead of the fan also another form for generating a fluid movement be used, for example, based on the principle of electro-hydrodynamics (not shown).
  • Process heat of the chiller 8 is discharged to the outside via the connection 41 (supply and return).
  • a first group of heat generating components 34 via the terminal 49 is coupled to a processor cooling.
  • a processor cooling is a large part of the energy without using the
  • Chiller 8 discharged.
  • Another group of heat generating components 36 is not coupled to processor cooling and is cooled by the cold air in the housing of the server 48.
  • Fig. 25 shows a blade server 51.
  • Blade servers are also known as Blade System or Blade Center.
  • the housing of the blade server has a plurality of slots for modules 52, so-called blades. It may continue to be, for example, hard disks, memory modules, etc.
  • the cooling module 39 is according to the modularity of
  • Blade servers and is also plugged. It occupies two slots of the blade server in this embodiment.
  • Fig. 26 shows the back side of the blade server.
  • the cooling machine 8 provides cold cooling fluid, which is supplied to an internal heat exchanger 24 to cool the housing interior of the blade server 51.
  • Process heat of the chiller can be dissipated via the hot part and the connection 41. Further, the modules 52 are provided with a processor cooling.
  • the fluid of the processor cooling need not be conducted via the chiller 8, but can be removed via the connection 44. It is also conceivable to guide the fluid in the form of the above-described sequential cooling over the hot part of the chiller 8 or to thermally couple the processor cooling via an intermediate heat exchanger with the discharge of the process heat.
  • FIG. 27 shows such a system with multiple blade servers 51.
  • the blade servers 51 only include one port for dissipating process heat.
  • the blade servers include, for example, a
  • a cooling circuit 53 is provided via the heat (process heat) on the
  • Heat exchanger 54 is discharged to the outside.
  • Fig. 27a a second air-based cooling circuit for blade server is shown, in which the air flow 62 is guided over the heat exchanger 24.
  • the blade server is designed so that this airflow 62 within the
  • Blade server forms a closed air circuit, so that the blade server is or can be thermally neutral to the outside (with the exception of the liquid-based removal of process heat).
  • FIG. 28 shows an embodiment in which a respective cooling module is arranged on top of a rack.
  • Fig. 29 shows an embodiment in which a
  • Cooling module is located above two racks, thus responsible for the cooling of both racks.
  • Fig. 30 shows the arrangement of a respective cooling module below a rack.
  • Fig. 31 shows the arrangement of a cooling module on the side of a rack. It is conceivable, in particular, that this
  • Cooling module one or two racks supplied with cold.
  • Fig. 32 shows an embodiment in which a cooling module is integrated, for example as a drawer in the rack.
  • Fig. 33 shows a variant embodiment in which the
  • Cooling module is arranged.
  • a controller is responsible for several cooling modules.
  • This embodiment of the invention has the advantage that the electronic
  • Fig. 33a shows a variant similar to that described in Fig. 33, but in which the components of
  • Cooling modules are distributed over several cooling modules. For example, it is possible that, for example, each rack of the data center is assigned a respective first cooling module which, for example, the refrigerator and more
  • Components of the cooling module for cooling the cooling circuits of the rack contains, while a second cooling module contains the
  • Heat exchanger of the recooling of the process heat contains, and summarizes in this heat exchanger cooling circuits of multiple racks.
  • FIG. 34 shows a configuration in which a complete cooling module with controller is integrated in a server or another module of the rack.
  • a rack is also understood to mean another similar component of the computing system, for example a Telecommunication device or a
  • a server can also be understood as another module, such as a hard disk module, etc.
  • components of the computer system and components of the system for cooling a computer system according to the invention can also be accommodated in a container (not shown).
  • a fluid-carrying line 54 Shown is a fluid-carrying line 54.
  • the fluid-carrying line is surrounded by two electrodes 55, 56. If water now penetrates into the region between the electrodes 55 and 56, both the capacitance and the conductivity between the electrodes change.
  • a similar system can, as shown in Fig. 36, also be formed as a sheet, in which the electrodes 55, 56, for example via a
  • water-permeable material are spaced from each other.
  • the electrodes can be used as part of
  • Housing cover can be used or placed on the bottom of a rack or server. Over conductivity and / or capacity can be closed also on a leak. Referring to Fig. 37, an embodiment of a module for detecting coolant loss (leak detection) will be illustrated.
  • This module comprises means for detecting a
  • the system can, as shown here, also include its own controller, which interfaces with the
  • the detection of a loss of coolant can be done via a pressure monitoring of the coolant (for example in a working with pressure cooling system), also via sensors that can detect liquids
  • Components such as processors
  • Coolant with lower conductivity for example, ⁇ 2 * 10 "8 S / m
  • a system of several means Preferably, a system of several means and
  • the means for initiating an emergency shutdown may comprise a communication interface via which
  • the emergency shutdown means may include, in particular, an interruption to the power supply of the relevant component (or components) of the data center (e.g., the rack) and interfaces to control or shut down pumps and valves, with the emergency shutdown as described below
  • the leak controller is equipped with a main power switch for a server or rack
  • the controller has a
  • Communication interface for example, on the Computer system or on a higher-level control and monitoring system of the data center optically and acoustically generate a leak message and / or to control other modules, or to coordinate a controlled shutdown.
  • controller includes a direct interface for the control of pumps and valves. For example, depending on the size, location, and severity of the leak, a system may shut down in a controlled manner, or abruptly shut down in the event of an emergency
  • the computer system can be shut down in a controlled manner and switched off, so that the running applications are closed and the data is backed up.
  • the applications and / or data may be shared with others, not by the
  • Refrigerant loss affected computing systems or their components are relocated. This controlled shutdown can also ensure that an interruption of the coolant flow is not too local
  • Coolant losses are given through the communication interface of the emergency shutdown command.
  • the entire computer system or sections of the computer system can be disconnected from the power and / or the pumps are switched off to circulate the coolant. So will eventual
  • the emergency shutdown includes a pump, in the event of detection of a
  • Fluid loss a negative pressure in the coolant system is generated.
  • the pump the liquid in a designated reservoir or in the
  • coolant lines can be closed via valves, it also being possible to prevent further liquid from escaping from the system.
  • Emergency shutdown device integrated or adapted in a rack or other component of the computer system.
  • Fig. 38 shows a controlled shutdown.
  • the data center becomes an electronic interface
  • Fig. 40 shows a schematically illustrated
  • Embodiment of a data center 55 Embodiment of a data center 55.
  • the data center 55 comprises a plurality of racks 20, which in turn comprise individual modules 52, such as servers,
  • Hard disk units etc. include.
  • the modules 52 are connected via a liquid cooling with a first cooling circuit 21, via which heat is removed via the heat exchanger 23 to the outside.
  • a second cooling circuit 22 with less
  • Flow temperature, over which the components of the rack are cooled in an internal Heilnikla, is supplied via a chiller 8.
  • a heat exchanger is provided within the racks 20.
  • Cooling circuit 21 and the second cooling circuit 22 merged. This can be done via the connection of the
  • Heat exchangers 24 on the cooling circuit 22 by being connected in parallel to the cooling circuit 22. It is also conceivable that the heat exchangers 24 are connected in series, the cooling fluid thus flows from one heat exchange to the next (not shown).
  • the first cooling circuit 21 for the processor cooling via a heat exchanger 31 is thermally connected to the cooling circuit of the hot part of
  • Chiller 8 connected.
  • This embodiment of the invention has the advantage that thus only one connection for discharging waste heat over the heat exchanger 25 must be present.
  • Fig. 42 shows another embodiment of the
  • a refrigeration machine is provided in each case for a rack 20.
  • the waste heat of the chiller are merged.
  • Fig. 43 shows another embodiment of a
  • FIG. 44 shows an embodiment of the invention in which a plurality of servers 37 are contained in a rack 20, and in which a cooling circuit of the server 37, which is, for example, a processor cooling, is combined via several servers to a first cooling circuit 21, wherein the volume flow the cooling liquid for each server separately via a pump 57 and optionally on
  • additional valve 33 can be controlled. The heat is released via the recooler 23 to the environment.
  • the pumps 57 and optionally the valves 33 can be controlled as the respective
  • Fig. 45 shows a configuration in which a plurality of racks 20 are provided, and in which a refrigeration cycle of the
  • Server 37 which is, for example, a processor cooling, via several servers to a first cooling circuit 21st is summarized, wherein the volume flow of the cooling liquid for each server can be controlled separately via a valve 33, and wherein the volume flow for each rack is controlled by a pump.
  • the volume flow for each rack 20 and for each server 37 can be adjusted and regulated separately.
  • Fig. 46 shows a further embodiment of the invention, in which a rack 20 with individual modules, shown as a server 37 is equipped, and in which a
  • Cooling circuit for example, a processor cooling.
  • a bypass 58 is provided for each server, via which a valve 33 or a T-shaped branch
  • Coolant can be routed past the server.
  • a portion of the coolant flowing through the modules can be recycled in a circuit from the coolant outlet of the server 37 to the coolant inlet of the server 37, without over the
  • Heat exchanger of the recooling 23 to be performed. As a result, the amount of coolant flowing through the server can be increased and thus the temperature difference between
  • the bypass may, for example, depend on the individual server load and / or on the
  • individual server temperature can be controlled, so that the individual server can influence its temperatures at the coolant outlet and coolant inlet depending on the load. This may be in connection with optimal design of the cooling system of an individual data center (for
  • Processor cooling connected components can be achieved.
  • Coolant in the individual server overheating of the component can be prevented without affecting the flow of the coolant of the entire system.
  • the bypass and the amount of coolant flowing through the bypass can be controlled by valves and
  • controllable pumps can be adjusted.
  • the controller (not shown) may be via the server or outside the server Servers take place, whereby temperature sensors (not shown) can be included.
  • a bypass can also be placed over an entire rack, for example via the heat exchanger 24 of the second cooling circuit 22, or another facility of the data center (for example, a power supply) instead of individual servers (not shown).
  • the mode of operation corresponds to that of the bypass via a server.
  • Cooling circuits is applicable, for example, the cooling circuits 21, 22 and 38 described in Fig. 13.
  • Fig. 47 shows another embodiment of the cooling system with a bypass similar to that described in Fig. 46, except that the cooling liquid is not returned from the processor cooling outlet of the server 37 to the processor cooling server 37 inlet Coolant is passed by the server. This allows the volume flow in the
  • a cooling system may consist of a number of cooling circuits in the context of the invention, which can also be interconnected in various ways. For example, as shown in Fig. 9 and Fig. 13a, these cooling circuits can be connected to a circuit in which the various cooling circuits in rows cascaded, wherein the individual of the series-connected cooling circuits have a different temperature level (if each of the individual
  • Cooling circuits is identical. Each cooling circuit is affected by a pressure loss, which is at
  • a bypass usually has a significantly lower pressure loss than the cooling circuit in a module (justified by the fact that the bypass is routed over short cable lengths for the coolant, while in a module, for example in a server, the cooling circuit over longer line lengths over, for example several
  • a bypass can also be placed over an entire rack, for example via the heat exchanger 24 of the second cooling circuit 22, or another facility of the data center (for example, a power supply) instead of individual servers (not shown).
  • the mode of operation corresponds to that of the bypass via a server.
  • Fig. 48 shows another embodiment of the
  • Cooling circuit 22 is first passed through the heat exchanger for free cooling 56 before it is passed to the inlet 14 of the refrigerating part 16 of the refrigerator 8.
  • the cooling fluid depending among other things of the
  • Heat exchanger 56 cooled by an amount .DELTA. ⁇ , whereby the cooling power to be provided by the chiller 8 and thus their energy consumption is reduced.
  • the heat exchanger 56 may possibly also the full cooling capacity for the second
  • Cooling circuit 22 are provided by the free cooling, for example, at low ambient temperatures, for example, less than 10 ° C.
  • Fig. 49 shows another embodiment of the
  • Cold water supply can be supplied with refrigeration energy, for example by means of a refrigeration unit not located in the data center, or by an ordinary connection of the water supply or by a geothermal
  • Fig. 50 shows a schematically illustrated another
  • Embodiment of a data center 55 which includes a recovery of electrical energy from thermal energy.
  • the data center 55 comprises a plurality of racks 20, which in turn comprise individual modules 52, such as servers,
  • Hard disk units etc. include.
  • the modules 52 are connected via a liquid cooling to a first cooling circuit 21.
  • a second cooling circuit 22 with less
  • Flow temperature, over which the components of the rack are cooled in an internal air circuit, is supplied via a chiller 8.
  • a heat exchanger is provided within the racks 20. This cooling circuit is only hinted at here, the cooling itself is not
  • Cooling circuit 21 merged.
  • the embodiment includes a thermoelectric generator, or a Peltier element 66.
  • the first thermoelectric generator or a Peltier element 66.
  • Cooling circuit with a flow temperature Tl is first performed with a heat exchanger (hot side) for an element for electrical energy recovery 67, which is thermally connected to one side of the thermoelectric generator 66.
  • a heat exchanger (cold side) for an electric power recovery element 68 is thermal with the other side of the thermoelectric generator 66
  • the return temperature at this heat exchanger (cold side) 68 is T2.
  • the heat exchanger (cold side) 68 is thermally via a cooling circuit with the
  • Heat exchanger 25 of the recooling connected.
  • electrical energy is generated, which in this
  • Embodiment via an inverter 69 is fed as recirculated energy 70 in the power supply, so that the required electrical energy for
  • Energy 70 is reduced, with approximately constant amount of energy provided to supply the
  • thermal energy can be converted into electrical energy which is fed to the data center, thus reducing the amount of electrical energy required to power a data center.
  • thermoelectric generator 66 based on the Carnot process
  • thermomagnetic generator for example, an ORC (organic rankine cycle) machine can be used, which drives an electric generator for energy production.
  • ORC organic rankine cycle
  • a Stirling engine can be used.
  • thermomagnetic generator can be used.
  • Cooling of a computer system which a first
  • Cooling circuit with high temperature provides that

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zur Kühlung einer Rechenanlage, bei welcher die Rechenanlage über zumindest zwei Kühlkreisläufe gekühlt wird.

Description

System und Verfahren zur Kühlung einer Rechenanlage
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein System und Verfahren zur Kühlung einer Rechenanlage, insbesondere zur Kühlung einer Server- Farm.
Hintergrund der Erfindung Rechenanlagen, insbesondere eine Vielzahl von Racks
umfassende Server-Farmen, erzeugen im Betrieb große
Wärmemengen. So kommt eine Server-Farm in der Regel auf eine reine Heizleistung von mehreren Kilowatt.
Um diese großen Wärmemengen abzuführen, werden in der Regel Klimaanlagen verwendet, deren Betrieb sehr energieintensiv ist .
Es sind in der Praxis zwar Ansätze bekannt, mit denen versucht wird, die Abwärme einer Rechenanlage zur Beheizung eines Gebäudes zu nutzen. Vielfach ist ein derartiger
Ansatz aber mangels beheizbarer Gebäudeflächen in der Nähe nicht möglich und auch, je nach Klimazone und Jahreszeit, nicht geeignet für eine hinreichende Kühlung einer in einem Gebäude vorhandenen Rechenanlage zu sorgen. Weiterhin wird
BESTÄTIGUNGSKOPIE im Sommer vielfach keine Heizenergie zur Gebäudeheizung benötigt .
Es wird geschätzt, dass die für Server-Farmen benötigte Energie in den nächsten Jahren auf 100 GWh oder mehr anwachsen wird, wobei bis zu 40% dieser Energie allein der Kühlung zugerechnet wird.
Herkömmliche Rechenanlagen werden in der Regel über die Klimatisierung des Raumes gekühlt, wobei die einzelnen Rechner über einen Lüfter Wärme an die Umgebungsluft abgeben .
Es gibt aber auch neuere Ansätze, bei denen die Racks einer Rechenanlage über eine Flüssigkeit gekühlt werden, wobei über einen in dem Rack integrierten oder einen an das Rack angrenzenden Wärmetauscher die Kühlluft der Racks ihre Wärmeenergie an eine außerhalb des Racks zu kühlende
Flüssigkeit abgeben.
Ein weiterer Ansatz ist es, die Wärmeenergie über eine Flüssigkeitskühlung direkt von den Prozessoren abzuführen. Unter einer direkten Abführung der Wärmeenergie wird verstanden, dass flüssigkeitsgekühlte Kühlkörper in
direktem Kontakt mit den Prozessoren stehen. Diese Technik hat zwar den Vorteil, dass auf einem kleinen lokalen
Volumen ein Großteil der entstehenden Hitze abgeführt werden kann, ist aber in der Praxis zumindest nicht
großtechnisch umgesetzt, was möglicherweise darauf
zurückzuführen ist, dass die mit der Flüssigkeitskühlung von Prozessoren verbundenen technischen Schwierigkeiten, wie hinreichende Sicherung der Dichtheit, noch in keinem sinnvollen Verhältnis zu deren Nutzen stehen. Im Zuge weiter steigender Rechenleistungen auf immer kleinerem Raum ist davon auszugehen, dass auch die
Kühlleistung und der damit verbundene Energieverbrauch ansteigen wird.
Aufgabe der Erfindung Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, den Energiebedarf einer herkömmlichen Kühlung für Rechenanlagen zu senken.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird bereits durch ein System zur Kühlung einer Rechenanlage, eine Rechenanlage, sowie durch ein Verfahren zur Kühlung einer Rechenanlage nach einem der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Die Erfindung betrifft ein System zur Kühlung einer
Rechenanlage, welches eine Kältemaschine umfasst. Unter einer Kältemaschine wird gemeinhin eine Vorrichtung
verstanden, die der Erzeugung von Kälte dient, also einer Temperatur, die geringer ist als die Umgebungstemperatur.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf
Kompressionskältemaschinen, also Kältemaschinen mit einem mechanischen Verdichter über den das Kältemittel
verflüssigt wird, welches sodann im Kaltteil der
Kältemaschine verdampfen kann, wobei es sich abkühlt und die Kühlleistung erzeugt. Die Erfindung bezieht sich aber auch auf sämtliche anderen Arten von Kältemaschinen, insbesondere
Sorptionskältemaschinen, wie Adsorptions- oder
Absorptionskältemaschinen, insbesondere auf die im Prinzip der absorptiven Trocknung (DCS) arbeitende Kältemaschinen, auf dem magnetokalorischen Effekt arbeitende
Kältemaschinenen, mit Peltier-Elementen arbeitende
Kältemaschinen, geothermisch arbeitende
Kältemaschinen, DampfStrahl-Kältemaschinen, nach dem Joule- Thomson-Effekt arbeitende Kältemaschinen und/oder auf dem Prinzip der Verdunstungskühlung arbeitende Kältemaschinen.
Gemäß der Erfindung umfasst die Rechenanlage zumindest einen ersten und einen zweiten Kühlkreislauf, wobei der erste Kühlkreislauf über eine Flüssigkeit und/oder über Wärmeleitung betreibbar ist. Beim ersten Kühlkreislauf handelt es sich somit nicht um einen luftbasierten
Kühlkreislauf. Vielmehr erfolgt die Kühlung mittels einer Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, oder mittels
Wärmeleitung, wobei die Wärme an den Wärme erzeugenden Komponenten direkt über Bauteile mit guter Wärmeleitung abgeführt wird. Unter Wärmeleitung wird auch die Verwendung von Heat-Pipes verstanden, welche die Wärme aufgrund eines Kondensations- und Verdampfungsprozesses schneller
abführen. Weiter ist gemäß der Erfindung zumindest der zweite Kühlkreislauf, welcher in der Regel ein
luftbasierter Kühlkreislauf ist, mit einem Kaltteil der Kältemaschine verbunden. Die Erfindung sieht insbesondere vor, Komponenten, die mit hoher Temperatur betrieben werden, insbesondere die
Prozessorkühlung, mit einem flüssigkeitsbasierten oder auf Wärmeleitung basierten Kühlkreislauf zu kühlen. Aufgrund der hohen Temperaturen, insbesondere einer Temperatur von über 50 °C, mit welcher diese Komponenten betrieben werden können, ist es vielfach möglich, die entstehende Wärme ohne die Verwendung einer Kältemaschine nach außen abzuführen oder als Nutzwärme für Heizung und Warmwasser
weiterzuverwenden .
Die Prozessorkühlung im Sinne der Erfindung kann nicht nur die Hauptprozessoren des Rechensystems enthalten, sondern die Prozessorkühlung kann auch weitere Prozessoren oder elektronische Bauteile wie Speicherschaltkreise,
Festplatten, Chipsets, Leistungsbauteile der
Stromversorgung umfassen, welche wiederum in verschiedenen Komponenten des Rechenanlage wie den Server-Racks,
Telekommunikationseinrichtungen, Stromversorgungen,
Datenspeichern und weiteren Komponenten der Rechenanlage enthalten sind.
Die Rechenanlage im Sinne der Erfindung umfasst mithin nicht nur die die Server, sondern weitere Komponenten zur Stromversorgung, insbesondere Netzteile und
NotStromversorgungen, Kommunikationsmodule, Datenspeicher etc . .
Über den zweiten, in der Regel als Luftkühlkreislauf ausgebildeten Kühlkreislauf, welcher mit dem Kaltteil einer Kältemaschine verbunden ist, braucht nunmehr nur noch die Energie abgeführt zu werden, welche über den ersten
Kühlkreislauf, der mit einer wesentlich höheren Temperatur betrieben wird, nicht abgeführt werden kann (oder nicht abgeführt wird) . Der zweite Kühlkreislauf arbeitet in der Regel mit einer Vorlauftemperatur, welche 20 °C nicht wesentlich übersteigt, insbesondere maximal 20 °C. Insbesondere kann dieser Kühlkreislauf als geschlossenes System ausgebildet sein, an welchem die Komponenten der Rechenanlage angeschlossen sind. Da die nunmehr über die relativ ineffizient arbeitende Kältemaschine abzuführende Wärmemenge im Verhältnis gering ist, kann die für das
System benötigte Kühlenergie erheblich reduziert werden.
Die Erfindung betrifft also ein System zur Kühlung einer Rechenanlage mit mehreren Kühlkreisläufen, insbesondere mindestens zwei Kühlkreisläufen, wobei durch die
Unterteilung der insgesamt abzuführenden thermischen
Energie durch mehrere Kühlkreisläufe eine Aufteilung in verschiedenen Temperaturen dieser einzelnen Kühlkreisläufe erfolgt, was es ermöglicht, aus der insgesamt abzuführenden thermischen Energie eine Teilmenge oder mehrere Teilmengen dieser thermischen Energie auf Grund der jeweiligen
Temperatur besonders effizient zu kühlen oder einer
weiteren Nutzung zuzuführen.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Rücklauf des ersten Kühlkreislaufs sowohl mit einem Wärmetauscher als auch mit dem Kaltteil der Kältemaschine verbindbar. Der Wärmetauscher kann beispielsweise extern an einem Gebäude angebracht sein. Unter einem Wärmetauscher im Sinne der Erfindung wird aber auch die Weiterverwendung des
Kühlfluids beispielsweise zur Erzeugung von Nutzwärme verstanden. Dadurch, dass der erste Kühlkreislauf,
insbesondere die Prozessorkühlung, sowohl mit einem
insbesondere externen Wärmetauscher als auch mit dem
Kaltteil der Kältemaschine verbindbar ist, ist es möglich, insbesondere über ein Wegeventil, variabel die Wärmemenge zu verteilen, welche über die Kältemaschine und welche über den Wärmetauscher abgeführt werden soll. So muss zur
Kühlung des ersten Kühlkreislaufs auf die Kältemaschine nur dann zurückgegriffen werden, wenn beispielsweise aufgrund hoher Außentemperatur eine Kühlung über einen extern angeordneten Wärmetauscher nicht mehr möglich ist. Der energieintensive Einsatz der Kältemaschine wird so auf ein Minimum reduziert, gleichzeitig kann durch das System auch bei sehr hohen Außentemperaturen eine sichere Kühlung bereitgestellt werden.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann das Kühlfluid durch in der Nähe angeordnete Wärmetauscher geleitet werden, welche mit den Leiterplatten verbunden sind, und somit die Leiterplatten und/oder die mit der Leiterplatte thermisch verbundenen Bauteile kühlen. Ebenso können auch die Leiterplatten selber von Kühlfluid durchströmt werden.
Eine Ausführungsform der Erfindung umfasst zumindest drei Kühlkreisläufe, von denen ein Kühlkreislauf mittels Luft betrieben wird und die beiden weiteren Kühlkreisläufe mittels einer Flüssigkeit oder Wärmeleitung betrieben werden, wobei von den beiden weiteren, also den
flüssigkeitsbasierten Kühlkreisläufen, zumindest ein
Kühlkreislauf sowohl mit einem externen Wärmetauscher als auch mit einem Kaltteil der Kältemaschine verbindbar ist. Das so definierte System arbeitet guasi dreistufig. Es ist insbesondere vorgesehen, drei Kühlkreisläufe mit
unterschiedlich hoher Vorlauftemperatur bereitzustellen.
Beispielsweise können die Prozessoren der Rechenanlage mit einem ersten Kühlkreislauf mit der höchsten
Vorlauftemperatur gekühlt werden. Dieser Kühlkreislauf benötigt zumeist nicht die Unterstützung einer Kältemaschine, sondern es ist zumindest in den gemäßigten Klimazonen möglich, die Wärme über einen externen
Wärmetauscher nach außen abzuführen. Alternativ ist es auch möglich, das hohe Temperaturniveau für andere Zwecke zu nutzen, beispielweise für die Gebäudeheizung,
Warmwassererzeugung oder Energieerzeugung. Es versteht sich, dass es dennoch sinnvoll sein kann, das System derart auszugestalten, dass auch die Flüssigkeit dieses
Kühlkreislaufs dem Kaltteil der Kältemaschine zugeführt werden kann, um auch bei extrem hohen Außentemperaturen eine sichere Kühlung bereitzustellen.
Ein weiterer flüssigkeitsbasierter Kühlkreislauf wird mit einer Vorlauftemperatur betrieben, welche zwischen der Vorlauftemperatur des erstgenannten Kühlkreislaufs und der Vorlauftemperatur eines weiteren, insbesondere
luftbasierten, Kühlkreislaufs liegt. An diesen
Kühlkreislauf kann eine weitere Gruppe Wärme erzeugender Bauelemente angeschlossen sein, welche mit einer geringeren Vorlauftemperatur als die Komponenten des ersten
Kühlkreislaufs gekühlt werden. Dabei kann es sich
beispielsweise um Festplatten und Speicherbauteile handeln.
Bei diesem zweiten Kühlkreislauf wird, wann immer es möglich ist, auf einen externen Wärmetauscher
zurückgegriffen, so dass auf die Verwendung der
Kältemaschine verzichtet werden kann. So ist es je nach Klimazone möglich, auch diesen weiteren Kühlkreislauf zumindest in den Wintermonaten ohne die Verwendung einer Kältemaschine zu betreiben. Bei höheren Außentemperaturen wird dagegen durch eine variable Verteilung der
Kühlflüssigkeit auf die Kältemaschine zurückgegriffen. Ein weiterer Kühlkreislauf ist in der Regel luftbasiert und arbeitet mit geringerer Vorlauftemperatur als die beiden vorher genannten Kühlkreisläufe. Über diesen Kühlkreislauf wird beispielsweise die Luft in den Racks oder auch die Luft im Raum, in welchem die Rechenanlage aufgestellt ist, gekühlt. Da hierzu Temperaturen in der Regel von 20°C oder weniger erforderlich sind, ist in der Regel die Verwendung einer Kältemaschine erforderlich. Aufgrund der Wärmeabfuhr über die beiden anderen Kühlkreisläufe ist es aber möglich, die Verwendung der Kältemaschine erheblich zu reduzieren. Es versteht sich, dass je nach Größe und Auslegung der Anlage auch noch weitere Kühlkreisläufe mit
Zwischentemperaturen vorhanden sein können, um das System derart zu optimieren, dass möglichst viel Wärme ohne die Verwendung von Kältemaschinen abgeführt werden kann.
Weiter kann das System, wie es bei einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen ist, Mittel zur variablen Verteilung des Kühlfluids innerhalb der Rechenanlage aufweisen.
Es ist insbesondere vorgesehen, die Kühlleistung je nach Bedarf auslastungsabhängig innerhalb der Rechenanlage zu verteilen. Zur Optimierung der Kühlmittelverteilung kann, wie es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist, dass System zur Kühlung der Rechenanlage mit der
Rechenanlage selbst vernetzt sein. So ist beispielsweise denkbar, dass zumindest einzelne Server der Rechenanlage über eine Schnittstelle die jeweilige Auslastung und/oder die jeweilige Temperatur an eine Regelungselektronik des Kühlsystems weitergeben, so dass das Kühlsystem
auslastungsspezifisch geregelt wird, insbesondere in Bezug auf die lokale Verteilung unterschiedlicher
Rechenleistungen oder Abwärmeerzeugung innerhalb von Servern, Racks, Komponenten des Rechenzentrums, sowie innerhalb des Rechenzentrums selber.
Ein Vorteil einer derartigen Regelungstechnik liegt unter anderem darin begründet, dass bereits in einem sehr frühen Stadium, nämlich unmittelbar mit Anstieg der Auslastung der Rechenanlage, zusätzliche Kühlleistung angefordert wird. Das kann zum Beispiel bei Kühlanlagen mit Kältespeicher die notwendige Kapazität von thermischen Speichern zur
Kältespeicherung reduzieren, indem die Kältemaschine bereits zugeschaltet wird, sobald ein zusätzlicher Bedarf an Kälteenergie auf Grund der Auslastung der Rechenanlage abzusehen ist (und nicht erst wenn die Temperatur in der Rechenanlage bereits angestiegen ist) , und somit die durch einen Kältespeicher zu überbrückende Zeit zwischen Bedarf der Kälteenergie und Bereitstellung durch die Kältemaschine erforderliche Kälteenergie reduziert wird (die
Kältemaschine benötigt in der Regel einige Sekunden oder Minuten nach der Zuschaltung, um die Kälteenergie
bereitzustellen) . Kleinere thermische Buffer ermöglichen kompaktere Bauformen, was insbesondere bei in die
Rechenanlage, z.B. Racks integrierten, oder bei mit den Racks verbundenen Kühlmodulen von Vorteil sein kann.
Weiter ist denkbar, bei steigender Rechenleistung die Menge des zugeführten Kühlmittels zu erhöhen und/oder dessen Temperatur herab zu setzen. Insbesondere ist auch denkbar, zumindest einen Kühlkreislauf bei ansteigender
Rechenleistung mit niedrigerer Temperatur zu betreiben.
Gegenüber einfacheren Regelungssystemen, die beispielsweise auf Basis der Rücklauftemperatur gesteuert werden, kann weiterhin auf diese Weise das Kühlsystem bei geringerer Besonders von Vorteil ist dies in Verbindung mit der ebenfalls beschriebenen modularen Ausgestaltung oder der Ausgestaltung, bei der die Kältemaschine im Server
integriert oder direkt mit dem Server verbunden ist.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das System zumindest redundant ausgebildete Pumpen zur Verteilung des Kühlfluids und/oder eine redundant ausgebildete
Kältemaschine. Zumindest bei größeren
Server-Farmen muss auch beim Ausfall einzelner Komponenten des Kühlsytems eine dauerhafte Weiterversorgung mit dem Kühlfluid über einen längeren Zeitraum sichergestellt werden, wofür Pufferspeicher in der Regel nicht ausreichend sind .
Zur Notkühlung kann beispielsweise auch ein zusätzlicher herkömmlicher Kältekompressor oder eine Einspeisung von kaltem Leitungswasser in das System vorgesehen sein.
Weiterhin können auch die Kühlkreisläufe selber redundant ausgeführt sein, so dass beispielsweise bei Verlust von Kühlflüssigkeit in einem Kühlkreislauf die Wärme durch einen dazu redundanten Kühlkreislauf abgeführt werden kann.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung kann das System auch in eine bestehende Gebäudeklimatisierung und/oder
Warmwasserversorgung und/oder Elektroenergieversorgung integriert sein. So ist beispielsweise denkbar, die an einer Kältemaschine anfallende Prozesswärme zumindest teilweise zur Beheizung des Gebäudes und/oder zur
Warmwasserversorgung zu verwenden. Es ist auch denkbar, die Prozesswärme zur Stromerzeugung zu verwenden,
beispielsweise durch Peltierelemente . Unter Prozesswärme Auslastung der Rechenanlage mit einer erheblich reduzierten Leistung betrieben werden, ohne zu riskieren, dass im Falle plötzlich steigender Auslastung aufgrund der geringen zugeführten Kühlleistung es zu Überhitzungen einzelner Komponenten kommt.
Auf den einzelnen Rechnern kann zur Steuerung der
Rechenanlage ein im Hintergrund laufendes Programm zur Temperaturüberwachung installiert sein, welches bei
steigendem Kühlbedarf dies an die Regelung des Kühlsystems weitergibt. Als Schnittstelle im Sinne der Erfindung kann beispielsweise auch ein ohnehin vorhandener LAN-Anschluss genutzt werden. Denkbar ist auch eine Fernüberwachung und/oder Steuerung des Kühlsystems über ein Netzwerk, insbesondere Internetbasiert .
Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfassen sowohl der erste Kühlkreislauf als auch der Warmteil der Kältemaschine jeweils einen Wärmetauscher, welche über einen weiteren Wärmetauscher thermisch verbunden sind, so dass die Abwärme beider Kühlkreisläufe gemeinsam abführbar ist. Dieser
Ausführungsform der Erfindung liegt die Erkenntnis
zugrunde, dass der Warmteil einer Kältemaschine,
insbesondere einer Kompressionskältemaschine, über den in der Regel die dem System entzogene Wärme nach außen
abgeführt wird, und eine Prozessorkühlung mit ähnlichen Vorlauftemperaturen betrieben werden können. Koppelt man nun die beiden Kühlkreisläufe über Wärmetauscher, ist es möglich, die entstehende Wärme über einen einzigen
Wärmetauscher nach außen abzuführen. Dies hat den Vorteil, dass lediglich ein externer Anschluss vorhanden sein muss. wird jegliche Energieentnahme aus dem Kühlsystem
verstanden, was auch unter dem Begriff Rückkühlung bekannt ist . Es ist aber auch, wie es bei einer Weiterbildung der
Erfindung vorgesehen ist, denkbar, eine Kältemaschine zu verwenden, welche als Antriebsenergie mit Wärme betrieben wird. Dies ist insbesondere bei Sorptionskältemaschinen der Fall. Bei einer derartigen Ausführungsform der Erfindung ist es denkbar, den ersten Kühlkreislauf, welcher mit höherer Vorlauftemperatur arbeitet, mit dem Warmteil der Kältemaschine zu verbinden und so Antriebsenergie zur
Verfügung zu stellen. Der zweite Kühlkreislauf kann sodann mit dem Kaltteil der Kältemaschine verbunden werden, so dass diese beispielsweise die Luft in den Servern kühlt.
Besonders von Vorteil ist dabei, wenn das aus dem Warmteil der Kältemaschine ausströmende Fluid über einen externen Wärmetauscher geführt wird. Dieses hat nämlich in der Regel immer noch eine hinreichend hohe Temperatur, dass Wärme ohne die Verwendung von Kältemaschinen extern nach außen abgeführt werden kann (abhängig von den jeweiligen
beispielsweise klimatisch bedingten Außentemperaturen) .
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das System modular ausgebildet und umfasst zumindest ein
Kühlmodul, in welchem zumindest die Kältemaschine und eine elektronische Steuerung angeordnet sind. Insbesondere ist vorgesehen, ein Modul bereitzustellen, welches aus einem Gehäuse mit Anschlüssen besteht und an welchem neben einer Stromversorgung, gegebenenfalls der Anbindung der
Rechenanlage über eine Schnittstelle, Zu- und
Rücklaufleitungen der Kühlung der Rechenanlage anschließbar sind. Weiter umfasst das Modul vorzugsweise Anschlüsse für einen externen Wärmetauscher, über den Prozesswärme der Kältemaschine abgeführt wird.
Auch die Steuerung des Systems zur Kühlung einer
Rechenanlage ist in dem Modul integriert.
Die Module sind vorzugsweise in den Systemabmessungen von Komponenten des Rechenzentrums ausgebildet, z.B. als 19"- System für Komponenten in Racks .
Anschlüsse zum elektrischen Anschluss, zur Kommunikation und/oder Kühlleitungen sind vorzugsweise derart
ausgebildet, dass sich diese bei Einsetzen des Moduls automatisch verbinden. So wird eine schnellere Installation beim Service und Austausch verwirklicht.
Weiter verfügt das Modul bei einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung zumindest über eine autarke Notstromversorgung, über die zumindest der Antrieb der Pumpen, mit denen das Kühlfluid der Rechenanlage zugeführt wird, auch im Falle eines Stromausfalls gewährleistet wird. Es ist denkbar, dass zumindest auch eine
Regelungselektronik des Kühlsystems mit der
Notstromversorgung verbunden ist. Zur einfacheren Regelung ist auch denkbar, dass die Pumpen derart angesteuert sind, dass sie bei ausgeschalteter Regelungselektronik weiter laufen .
Alternativ kann die Notstromversorgung des Kühlsystems auch über eine Notstromversorgung der Rechenanlage
sichergestellt werden, insbesondere über eine
unterbrechungsfreie Stromversorgung . Rechenanlagen weisen in der Regel eine unterbrechungsfreie Stromversorgung auf. Derartige unterbrechungsfreie
Stromversorgungen von Rechenanlagen werden in der Regel ebenfalls gekühlt. Es ist daher vorgesehen, das System zur Kühlung auch für die unterbrechungsfreie Stromversorgung zu verwenden. Eine unterbrechungsfreie Stromversorgung umfasst in der Regel zumindest Akkumulatoren, mit denen sich kurzzeitige Unterbrechungen der Netzspannung überbrücken lassen. Die unterbrechungsfreie Stromversorgung springt in der Regel innerhalb weniger Millisekunden an, so dass auch nur kurzeitig auftretende Störungen der Spannung
kompensiert werden.
Eine Rechenanlage verfügt in der Regel auch über
Telekommunikationseinrichtungen wie Anschlussmodule an ein Telekommunikationsnetz . Es versteht sich, dass das
erfindungsgemäße Kühlsystem, soweit erforderlich, auch die Kühlung dieser Telekommunikationsmodule sicherstellt.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Flüssigkeit des zweiten Kühlkreislaufs nach Durchlaufen eines Kaltteils der Kältemaschine über einen Wärmetauscher zur Kühlung der in der Rechenanlage vorhandenen Luft führbar. Der zweite Kühlkreislauf ist also, wie bereits vorstehend beschrieben, luftbasiert, wobei die Luft über einen Wärmetauscher abgekühlt wird, welcher beispielsweise in einem Rack der Rechenanlage integriert ist.
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird die
Flüssigkeit nach Durchlaufen des Wärmetauschers dem ersten Kühlkreislauf zugeführt. Es handelt sich hierbei also um eine Ausführungsform, bei der die beiden Kühlkreisläufe hintereinander geschaltet sind, so dass die Kühlflüssigkeit zunächst den zweiten Kühlkreislauf, welcher mit niedriger Vorlauftemperatur betrieben wird, mit Kälte versorgt und sodann mit höherer Temperatur dem ersten Kühlkreislauf, insbesondere der Prozessorkühlung zugeführt wird.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist die Kältemaschine in einem Rack oder in einen Server integriert. So lassen sich insbesondere Kältemaschinen auch dezentral im System unterbringen. Auch kann sich so beispielsweise ein Server selbst kühlen. Dabei kann jeder Kühlkreislauf auf das jeweilige Gerät optimiert sein. Unter einem Anschluss für einen Kühlkreislauf im Sinne der Erfindung werden alle möglichen Arten von Schnittstellen, über die Wärmeenergie übertragen werden kann, verstanden.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind integrierte oder unmittelbar an einen Server angrenzende Kältemaschinen vorgesehen, die als Modul ausgebildet sind.
Vorzugsweise umfasst das jeweilige Modul Wärmetauscher, Controller, Pumpen, Schnittstellen und die Kältemaschine selbst. Aber auch die Bereitstellung nur der Kältemaschine selbst als Modul ist denkbar.
Auch kann die Kältemaschine (vorzugsweise ausgeführt als Modul), wie es bei einer weiteren Ausführungsform der
Erfindung vorgesehen ist, unmittelbar an den Server oder das Rack angrenzen. Beispielsweise kann die Kältemaschine oberhalb oder unterhalb eines Servers oder Racks vorhanden sein. So ist keine zusätzliche Grundfläche nötig. Weiterhin kann das Kältemodul seitlich angeordnet sein, auch kann ein Kältemodul mehrere Komponenten, z.B. Racks mit Kälteenergie versorgen . Es ist bekannt, dass Wärmetauscher und Ventilatoren zur Erzeugung eines internen Luftkreislaufes zur Kühlung beispielsweise eines Racks beispielsweise einer Rackkühlung sowohl innerhalb als auch angrenzend an beispielsweise einem Rack angeordnet sein kann. So ist als eine weitere Ausführungsform des Kühlmoduls eine Anordnung des
Kühlmoduls innerhalb einer solchen Einheit zur internen Kühlung beispielsweise eines Racks möglich.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die
Kältemaschine in einem Server, insbesondere in einem Blade- Server, integriert. So ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass die
Kältemaschine als ein im Server einsetzbares, insbesondere einsteckbares Modul ausgebildet ist. Diese Ausführungsform der Erfindung kann beispielsweise für herkömmliche Blade- Server verwendet werden.
Die Integration in dem Server oder die Rechenanlage, oder die unmittelbar benachbarte Anordnung ermöglicht kurze Leitungslängen und Übertragungswege für das Kühlmittel (Flüssigkeit, Wärmeleitung, Luft), wodurch thermische
Verluste des Kältetransportes verringert werden, weiterhin die für den Kältetransport benötigte Energie zur
Übertragung verringert werden kann (z.B. die
Pumpenleistung) , und somit die Effizienz gesteigert wird. Weiterhin ermöglicht Integration oder benachbarte Anordnung der Kühlmodule einen modularen Aufbau des Rechenzentrums im Bezug auf das Kühlsystem; die Komponenten (z.B. Racks) umfassen jeweils ein eigenes, auf die Komponente
zugeschnittenes Kühlsystem. Somit ist das Rechenzentrum erweiterbar, ohne eine zentrale Kühlanlage erweitern oder in ihrer Kühlkapazität erweitern zu müssen (mit Ausnahme der Abführung der Prozesswärme) . Weiterhin ist ein
Rechenzentrum denkbar, welches keine zentrale Kühlanlage benötigt (mit Ausnahme der Abführung der Prozesswärme) . Ein weiterer Vorteil integrierter oder angrenzender Kühlmodule ist, je nach Ausführungsform, eine Reduzierung der externen Anschlüsse für die Kühlkreisläufe, wenn innerhalb der
Kühlmodule bereits mehrere Kühlkreisläufe zusammengeführt werden. So ist als externer Anschluss beispielswiese Abi 27.1. Schreibfehler: „beispielsweise" lediglich ein
Fluidanschluss zur Abführung von Prozesswärme nötig.
Ansonsten können alle Komponenten in dem Server bzw. Rack integriert sein.
Ein System zur Kühlung einer Rechenanlage kann so
ausgeführt sein, dass nicht angrenzende und nicht
integrierte Kühlmodule oder Kältemaschinen, und angrenzende oder integrierte Kältemaschinen oder Kühlmodule in einer hinsichtlich Investitionskosten und Betriebskosten
optimalen Kombination angewendet werden.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das System zur Kühlung einer Rechenanlage ein beispielsweise auch als Modul ausgeführtes System zur Erkennung eines
Kühlmittelverlustes und zur und Einleitung einer
Notabschaltung im Falle eines Kühlmittelverlustes.
Insbesondere sind die Mittel zur Notabschaltung als
Unterbrecher für die Spannungsversorgung ausgebildet.
Es ist beispielsweise denkbar, zentral über den Druck in einem flüssigkeitsbasierten Kühlsystem, welches zur Druckerkennung vorzugsweise mit einem Überdruck betrieben wird, zu erkennen, ob ein Flüssigkeitsleck vorliegt.
Im Falle eines Druckabfalls kann sodann beispielsweise die gesamte Rechenanlage oder Abschnitte der Rechenanlage und/oder die Pumpen zum Umwälzen des Kühlmittels
abgeschaltet werden, so dass die Komponenten spannungsfrei sind. So ist sichergestellt, dass allenfalls Komponenten beschädigt werden, welche unmittelbar mit dem Kühlwasser in Kontakt kommen, und weitere Beschädigung der Komponenten infolge elektrischer Stromleitung des Kühlwassers durch Abschaltung der Stromversorgung der Komponenten vermieden werden .
Weiter ist denkbar, dass die Notabschaltung eine Pumpe umfasst, über die im Falle der Erkennung eines
Flüssigkeitsverlustes ein Unterdruck im Kühlmittelsystem erzeugt wird. Beispielsweise kann die Pumpe die Flüssigkeit in ein dafür vorgesehenes Reservoir oder auch in die
Kanalisation abpumpen. Aufgrund des entstehenden
Unterdruckes tritt kein oder nur wenig weiteres Wasser aus, so dass der Schaden in der Anlage lokal begrenzt bleibt.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind
Mittel zur Notabschaltung in einem Rack der Rechenanlage integriert.
Beispielsweise kann jedes Rack Mittel zur Erkennung eines Kühlflüssigkeitsverlustes aufweisen, insbesondere einen Feuchtigkeitssensor. Im Falle eines Flüssigkeitsaustritts wird die Spannungsversorgung des Racks getrennt. Es ist dabei gleichzeitig auch denkbar, das Rack mit automatisch schließenden Ventilen auszustatten, so dass dieses von dem Kühlmittelkreislauf abgetrennt wird. Der Vorteil dieser Ausführungsform der Erfindung ist, dass so nicht die gesamte Rechenanlage ausfällt und gleichzeitig verhindert wird, dass größere Mengen von Flüssigkeit aus einem Rack austreten können.
Weiterhin kann das Modul zur Erkennung eines
Kühlmittelverlustes Bestandteil eines Kühlmodules sein.
Die Erfindung ermöglicht in einer Ausführungsform ein System zur Kühlung einer Rechenanlage, welches mehrere Kühlkreisläufe umfasst, wobei ein Kühlkreislauf ohne Verwendung der Kältemaschine kühlbar ist und ein weiterer Kühlkreislauf unter Verwendung der Kältemaschine kühlbar ist. Es ist insbesondere vorgesehen, die Abwärme eines ersten Kühlkreislaufs mit höherer Vorlauftemperatur und höherer Rücklauftemperatur ohne die Verwendung einer Kühlmaschine abzuführen, indem hierfür die Außenluft zur Rückkühlung verwendet wird oder indem die Wärme als
Nutzwärme beispielsweise für Heizung und
Warmwasserversorgung verwendet wird.
Alternativ oder in Kombination sind zumindest zwei
Kühlkreisläufe thermisch gekoppelt und so zu einem
Kühlkreislauf zusammengefasst .
Es ist insbesondere vorgesehen, dass zumindest zwei
Kühlkreisläufe mit niedrigerer und höherer
Vorlauftemperatur hintereinandergeschaltet sind. So kann beispielsweise der Rücklauf einer Rackkühlung zur Kühlung von Leistungsbauteilen und Prozessoren genutzt werden.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist über den zusammengeführten Kühlkreislauf Prozesswärme abführbar. Insbesondere wird der Rücklauf des letzten Kühlkreislaufes, in dem die höchste Temperatur anliegt, einer Rückkühlung zugeführt . Bei einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das System zur Kühlung einer Rechenlage mehrere Kühlkreisläufe, wobei zumindest in einem Kühlkreislauf ein Bypass vorgesehen ist, über den durch teilweise Rückführung des Kühlmittels der Volumenstrom in dem am Kühlkreislauf angeschlossenen zu kühlenden Modul erhöht werden kann, ohne den gesamten
Volumenstrom des Kühlmittels im Kühlkreislauf zu erhöhen. Es kann also vorgesehen sein, den gesamten Volumenstrom im Wesentlichen konstant zu halten, wobei ein Teil des
Volumenstroms über einen Bypass an zu kühlenden Bauteilen vorbeigeführt wird. Wird nun zusätzliche Kühlung benötigt, kann die Durchflussmenge im Bypass reduziert werden, wodurch die Durchflussmenge entlang der zu kühlenden
Bauteile steigt. Es ist aber umgekehrt auch denkbar, den Volumenstrom im am Kühlkreislauf angeschlossenen Modul zu verringern, ohne den gesamten Volumenstrom im Kühlkreislauf zu verringern.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird als Kühlmittel eine Flüssigkeit mit einer elektrischen Leitfähigkeit mit weniger als ΙΟχΙΟ-6 S/m verwendet. Insbesondere kann reines Wasser oder ein Wasser-Glykol-Gemisch verwendet werden.
Elektrische Beschädigungen der Komponenten der
Rechneranlage und die Gefahr eines Stromschlages für
Bedienpersonal werden so reduziert.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind auch
Komponenten der Kältemaschine, insbesondere ein Kompressor, über zumindest einen der Kühlkreisläufe kühlbar. Die
Kältemaschine wird somit in die Kühlung des Systems auf einfache Weise eingebunden und wird insbesondere über eine Flüssigkeit gekühlt.
Insbesondere kann durch Anschluss des Kompressors
beziehungsweise des Motors des Kompressors an einen der flüssigkeitsbasierten Kühlkreisläufe beispielsweise die Abwärme des Kompressors beziehungsweise Motors des
Kompressors (Motorwärme) als thermische Energie
weiterverwendet werden (beispielsweise zur Gebäudeheizung oder Erzeugung von Elektroenergie) . Weiterhin kann
ebenfalls dadurch verhindert werden, dass die Kühlenergie zum Kühlen des Kompressors der Kältemaschine durch die Kältemaschine selbst (oder eine andere Kältemaschine) erzeugt werden muss, indem die Motorwärme in einem anderen Kühlkreislauf abgeführt wird, der beispielsweise auf Grund seiner hohen Temperatur direkt ohne weitere Kühlmaschine in der Rückkühlung gekühlt werden kann. Damit verringert sich der Energieaufwand zur Kühlung des Rechenzentrums.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung wird eine Kältemaschine mit einem Kompressor verwendet, welcher eine SanftanlaufSchaltung umfasst.
Durch eine SanftanlaufSchaltung wird der Einschaltstrom reduziert und somit das Drehmoment des Motors in der
Anlaufphase herabgesetzt. Neben einem sanfteren Anlaufen kann so die Lebensdauer des Motors signifikant erhöht werden.
Die Erfindung ermöglicht eine im Wesentlichen thermisch neutrale Rechenanlage, bei welcher lediglich eine Heizleistung von weniger als 20 %, vorzugsweise weniger als 10 % der Leistungsaufnahme der Rechenanlage als thermische Energie in einen Raum, in welchem die Rechenanlage
angeordnet ist, abgegeben wird. Somit kann in vielen Fällen auf eine Kühlung des Raumes durch eine energieaufwändige Kältemaschine verzichtet werden.
Die Rechenanlage kann so ggf. auch in Bürobereichen etc. aufgestellt werden.
Zur Reduzierung von Wärmeeintrag in die Umgebung kann ein Gehäuse der Rechenanlage isoliert sein, insbesondere
Gehäusewände mit einem Wärmedurchgangskoeffizienten k < 3 W/m2K, vorzugsweise k < 1 W/m2K aufweisen.
Hierzu können die Gehäusewände aus einem wärmeisolierenden Material, wie beispielsweise Hartschaum, bestehen. Auch ist denkbar, isolierendes Material auf die Innen- und/oder Außenseite der Gehäusewände aufzubringen.
Weiter können die Gehäusewände der Rechenanlage über
Fluidleitungen, die an einem Kühlkreislauf angeschlossen sind, in etwa auf die Umgebungstemperatur kühlbar sein.
Hierzu können die Wände doppelwandig ausgebildet sein oder Kühlschlangen umfassen. Durch eine Kühlung der Wände kann auch bei einer Temperatur im Gehäuse oberhalb der
Raumtemperatur ein unerwünschter Wärmeeintrag in die
Umgebung verhindert werden.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Rechenanlage, insbesondere eingebettet in ein vorstehend beschriebenes System zur Kühlung einer Rechenanlage. Insofern vorstehend Details der Rechenanlage und deren Kühlsystem beschrieben sind, kann auf die entsprechenden die Rechenanlage
betreffenden Merkmale verwiesen werden, ohne dass die
Rechenanlage zwingend Teil des vorstehend beschriebenen Systems ist.
Die Rechenanlage umfasst ein Gehäuse, in welchem die
Komponenten der Rechenanlage, insbesondere Prozessoren, Speicher, Festplatten etc. angeordnet sind. Gemäß der Erfindung umfasst die Rechenanlage zumindest einen ersten und einen zweiten Kühlkreislauf, wobei über den ersten Kühlkreislauf über eine Flüssigkeit und/oder über Wärmeleitung Prozessoren und Leistungsbauteile der Rechenanlage kühlbar sind und wobei der zweite
Kühlkreislauf einen in dem Gehäuse angeordneten
Wärmetauscher umfasst.
Über den Wärmetauscher, welcher insbesondere über eine Flüssigkeit kühlbar ist, wird das Innere des Gehäuses über einen Kühlkreislauf gekühlt und so thermische Energie, welche nicht über den ersten Kühlkreislauf abgeführt wird, abgeführt. Der Wärmetauscher kann beispielsweise eine im Rack angeordnete Kühlschlange umfassen oder Kanäle im
Gehäuse .
Vorzugsweise umfasst die Rechenanlage Fluidanschlüsse sowohl für den ersten als auch für den zweiten
Kühlkreislauf . Während über den ersten Kühlkreislauf der überwiegende Teil der thermischen Energie aufgrund der hohen Temperatur über freie Kühlung abgeführt werden kann, ist es, abweichend von vorstehend beschriebenem System zur Kühlung einer Rechenanlage, auch denkbar, für die über den zweiten
Kühlkreislauf abgeführte verbleibende thermische Energie auf die Verwendung einer Kältemaschine zu verzichten und auch diesen Kühlkreislauf über freie Kühlung zu betreiben.
Die Rechenanlage kann so thermisch neutral ausgebildet sein .
Das Gehäuse ist vorzugsweise als Rack ausgebildet.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kühlmodul,
insbesondere für ein vorstehend beschriebenes System zur Kühlung einer Rechenanlage.
Das Kühlmodul umfasst einen Anschluss für einen ersten Kühlkreislauf, insbesondere einen Kühlkreislauf mit welchem Prozessoren und Leistungsbauteile einer Rechenanlage mit einer Flüssigkeit gekühlt werden können. Weiter umfasst das Kühlmodul einen weiteren Anschluss für einen weiteren
Kühlkreislauf. Über diesen weiteren Kühlkreislauf können beispielsweise Gehäuse oder Server einer Rechenanlage mit einer niedrigeren Temperatur gekühlt werden. Weiter umfasst das Kühlmodul einen Anschluss zum Abführen von
Prozesswärme. Über diesen Anschluss erfolgt die Rückkühlung derart, dass dem Kühlsystem Wärmeenergie entnommen wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Kühlmodul eine Kältemaschine. Die Kältemaschine ist insbesondere dafür vorgesehen, eine hinreichend niedrige Temperatur für den zweiten Kühlkreislauf bereit zu stellen, welcher mit geringerer Vorlauftemperatur betrieben wird. Das Kühlmodul ist bei einer Weiterbildung der Erfindung als Einsteckmodul für einen Server, insbesondere einen Blade Server, ausgebildet. Hierzu umfasst das Kühlmodul mechanische Mittel, um es in einem Steckplatz einzusetzen. Das Kühlmodul ist in einer Normgröße ausgebildet, dass es einen oder mehrere
Einsteckplätze eines Servers belegt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Gehäuse einer
Rechenanlage, welches insbesondere als Rack ausgebildet ist. Das Gehäuse umfasst einen im Gehäuse angeordneten Wärmetauscher und einen Fluidanschluss der mit dem
Wärmetauscher verbunden ist. Auch die Gehäusewände können als Wärmetauscher ausgebildet sein.
Über den Wärmetauscher kann das Innere des Gehäuses gekühlt werden . Weiter umfasst das Gehäuse einen weiteren Fluidanschluss an welchem Module, insbesondere Einschubmodule oder
Leistungsbauteile, anschließbar sind.
Weiter betrifft die Erfindung ein Rechenmodul, welches als Einschubmodul für ein Rack ausgebildet ist. Ein Rechenmodul kann zum Beispiel Prozessoren aber auch Festplatten,
Telekommunikationselektronik etc. umfassen.
Gemäß der Erfindung umfasst das Rack einen Fluidanschluss, über welchen Prozessoren und Leistungsbauteile des
Rechenmoduls mit einem Kühlfluid versorgbar sind. Das Rechenmodul kann einen weiteren Fluidanschluss zum Führen von Kühlfluid aufweisen, über den insbesondere das Gehäuse des Rechenmoduls, beispielsweise über einen
integrierten Wärmetauscher, gekühlt wird. Es ist aber auch denkbar, die Gehäusekühlung rein luftbasiert auszuführen derart, dass das Gehäuse, in welchem sich das Rechenmodul befindet, über einen im Gehäuse angeordneten Wärmetauscher heruntergekühlt wird. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Modul zur Erkennung eines Lecks, insbesondere für ein vorstehend beschriebenes System zur Kühlung einer Rechenanlage. Das Modul umfasst Mittel zur Erkennung eines Lecks im Kühlsystem, einen
Controller sowie Mittel um eine Rechenanlage zumindest teilweise abzuschalten.
Vorzugsweise ist das Modul zur Erkennung eines Lecks derart ausgebildet, dass dieses anhand von gemessenen Parametern wie Druck im Fluidsystem, Nässesensoren etc., den Ort oder die Größe des Lecks erkennt und sodann je nach Ort oder Schwere die Rechenanlage gezielt herunterfährt oder eine Notabschaltung durch Unterbrechung der Stromversorgung durchführt . Das Modul zur Erkennung eines Lecks kann in einer anderen Komponente integriert sein, wie beispielsweise dem
vorstehend beschriebenen Kühlmodul. Ebenso ist es auch denkbar, das Modul selbst als Einsteckmodul für einen
Server auszubilden.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur
Kühlung einer Rechenanlage, insbesondere mittels eines vorstehend beschriebenen Systems zur Kühlung einer
Rechenanlage .
Die Rechenanlage umfasst zumindest einen ersten und einen zweiten Kühlkreislauf, wobei der erste Kühlkreislauf mit höherer Temperatur als der zweite Kühlkreislauf und mittels einer Flüssigkeit und/oder mittels Wärmeleitung betrieben wird. Insbesondere unterscheiden sich die
Vorlauftemperaturen der beiden Kühlkreisläufe um zumindest 20°C, vorzugsweise zumindest 30°C.
Weiter wird zumindest der zweite Kühlkreislauf über einen Kaltteil einer Kältemaschine betrieben.
Durch die Erfindung kann die über die Kältemaschine
erzeugte Kühlleistung auf ein Minimum reduziert werden, da der erste Kühlkreislauf, welcher beispielsweise als
Prozessorkühlung, wie vorstehend definiert, ausgeführt ist, mit einer derart hohen Vorlauftemperatur betrieben wird, dass zumindest zu einem überwiegenden Teil der Zeit die Wärme ohne die Verwendung einer Kältemaschine abgeführt werden kann.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung wird der Rücklauf des ersten Kühlkreislaufs zeitweise sowohl mit einem
Wärmetauscher als auch mit dem Kaltteil der Kältemaschine verbunden, insbesondere mittels eines Wegeventils.
Abwärme des ersten Kühlkreislaufs wird somit nur dann der Kältemaschine zugeführt, wenn beispielsweise aufgrund hoher Außentemperaturen die externe Abfuhr, beispielsweise über einen Wärmetauscher, nicht möglich ist. Über den ersten Kühlkreislauf werden vorzugsweise
Prozessoren und/oder Leistungsbauteile der Rechenanlage gekühlt, wohingegen über den zweiten Kühlkreislauf
vorzugsweise die Racks der Rechenanlage und/oder der Raum, in welchem sich diese befinden, gekühlt werden.
Unter einem Wärmetauscher wird auch verstanden, dass die Wärme des Warmteils der Kältemaschine und/oder die Wärme des ersten Kühlkreislaufs für Nutzwärme zur Verfügung gestellt werden, insbesondere zur Gebäudeheizung und/oder Wasserbereitung .
Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Systems zur Kühlung einer Rechenanlage 1 in einer schematischen Ansicht .
Gezeigt ist ein Server mit zwei Kühlkreisläufen.
Der erste Kühlkreislauf ist ein flüssigkeitsbasierter Kühlkreislauf und umfasst einen Vorlauf 2 und einen
Rücklauf 3, über den flüssigkeitsgekühlte Komponenten, wie beispielsweise Prozessoren und weitere Leistungsbauteile, gekühlt werden können.
Weiter umfasst das System zur Kühlung einer Rechenanlage 1 einen zweiten Kühlkreislauf in Form einer Luftkühlung, umfassend einen Fluideinlass 4 und einen Auslass 5. Dieser zweite Kühlkreislauf ist mit einer Kältemaschine (nicht dargestellt) gekoppelt. Über den zweiten Kühlkreislauf werden Komponenten 7, welche nicht an den Flüssigkeitskühlkreislauf angeschlossen sind, gekühlt . Der erste Kühlkreislauf ist über den Vorlauf 2 und den Rücklauf 3 mit einem Wärmetauscher gekoppelt, dabei kann die entstehende Wärme auch als Nutzwärme für das Gebäude verwendet werden. Der erste Kühlkreislauf kann mit einer höheren Temperatur betrieben werden, beispielsweise kann die Soll-Temperatur am Vorlauf 50°C und am Rücklauf 60°C betragen. Aufgrund der hohen möglichen Vorlauftemperatur muss für die Kühlung nicht zwangsläufig auf eine
Kältemaschine zurückgegriffen werden. Der zweite Kühlkreislauf, umfassend die Luftkühlung, ist dagegen mit einer Kältemaschine (nicht dargestellt)
verbunden, da dieser mit niedrigerer Temperatur betrieben werden muss, beispielsweise beträgt die Temperatur am
Einlass maximal 20°C und am Auslass 35°C.
Da aber ein großer Teil der in Form von Wärme abzuführenden Energie über den ersten, flüssigkeitsbasierten
Kühlkreislauf abgeführt werden kann, ergibt sich eine erhebliche Energieeinsparung bei dem System zur Kühlung einer Rechenanlagen.
Die eingesparte Energie errechnet sich aus der über den ersten Kühlkreislauf abgeführten Energiemenge geteilt durch den Wirkungsgrad (COP) der Kältemaschine.
Da Kältemaschinen in der Regel mit einem schlechten
Wirkungsgrad arbeiten, ist die eingesparte Energie
erheblich . Bezugnehmen auf Fig. 2 soll schematisch das Prinzip einer Kältemaschine erläutert werden. Es handelt sich in diesem Ausführungsbeispiel um eine Kompressionskältemaschine.
Die Kältemaschine 8 umfasst einen Kältemittelkreislauf 13, welcher als der der kühlmaschineninterne
Kältemittelkreislauf angesehen werden kann. Im Verdampfer 9 entspannt sich das Kältemittel, wird dabei gasförmig und sorgt für eine Temperaturherabsetzung. Der Verdampfer 9 bildet den Kaltteil der Kältemaschine. Über einen
Kompressor 10 wird das Kältemittel über den Kühlkreislauf 13 einem Kondensator zugeführt. Unter Druckerhöhung
verflüssigt sich das Kältemittel und kann am Kondensator Abwärme abgeben, um dem System Energie zu entziehen. Der Kondensator 11 bildet den Warmteil der Kältemaschine 8. Über das Expansionsventil 12 wird das Kältemittel wiederum dem Verdampfer zugeführt und es wird somit ein
geschlossener Kreislauf gebildet.
Fig. 2a stellt schematisch eine Kühlmaschine dar, bei welcher der interne Kältemittelkreislauf 13 über einen internen Wärmetauscher 59 mit außerhalb der Kühlmaschine liegenden Kühlmittelanschlüssen verbunden ist.
Fig. 2 und Fig. 2a verdeutlichen somit die Möglichkeit , dass ein erfindungsgemäßer Kühlkreislauf auch so ausgeführt sein kann, dass er anstelle einer Kühlflüssigkeit
(beispielsweise Wasser) das Kältemittel der Kältemaschine enthält, wobei die Kühlung direkt über den Verdampfer der Kältemaschine erfolgt. Das kann die Baugröße der
Kältemaschine reduzieren, was insbesondere bei beispielsweise in Servern integrierten Kältemaschinen von Bedeutung sein kann .
Bezug nehmend auf Fig. 3 sollen die thermischen Anschlüsse einer Kältemaschine erläutert werden. Die Kältemaschine 8 umfasst einen Kaltteil 16 mit einem Einlass 14 und einem Auslass 15. Über den Kaltteil 16 wird beispielsweise der zweite Kühlkreislauf eines Systems zur Kühlung einer
Rechenanlage gekühlt.
Auch der Warmteil 19 umfasst einen Einlass 17 und einen Auslass 18. Am Warmteil kann beispielsweise eine
Vorlauftemperatur von 50 °C vorhanden sein, wohingegen beim Kaltteil die Rücklauftemperatur beispielsweise 15°C
beträgt .
Fig. 4 zeigt ein schematisch dargestelltes
Ausführungsbeispiel eines Systems zur Kühlung einer
Rechenanlage 1.
Das System zur Kühlung einer Rechenanlage 1 umfasst einen ersten Kühlkreislauf 21.
Bei dem ersten Kühlkreislauf handelt es sich um einen flüssigkeitsbasierten Kühlkreislauf, mit dem in dem Rack 20 befindliche Prozessoren und Leistungsbauteile gekühlt werden .
Über den ersten Kühlkreislauf 21 wird Wärme über den
Wärmetauscher 23 der Umgebung zugeführt. Es versteht sich, dass diese Wärme auch als Nutzwärme, oder zur Erzeugung von elektrischer Energie verwendet werden kann. Weiter umfasst das System zur Kühlung einer Rechenanlage 1 einen zweiten Kühlkreislauf 22. Der zweite Kühlkreislauf 22 umfasst einen in dem Rack 20 integrierten bzw. an das Rack 20 angeschlossenen Wärmetauscher 24, mit welchem die Luft in dem Rack 20 in einem Rack-internen Luft-Kreislauf gekühlt wird. Der Kühlkreislauf 22 ist mit einer
Kältemaschine 8 verbunden.
Der Kühlkreislauf 22 hat eine wesentlich geringere
Vorlauftemperatur als der Kühlkreislauf 21. Es ist daher die Verwendung der Kältemaschine 8, welche insbesondere als Kompressionskältemaschine ausgebildet ist, notwendig, sofern nicht, wie bereits dargestellt, eine freie Kühlung verwendet werden kann.
Über den Warmteil der Kältemaschine 8 wird Abwärme, auch Prozesswärme genannt, über den Wärmetauscher 25 nach außen abgeführt .
Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiels eines
Systems zur Kühlung einer Rechenanlage 1. Auch hier umfasst das System einen ersten Kühlkreislauf 21, welcher
wasserbasiert ist.
Im Unterschied zu dem in Fig. 4 dargestellten
Ausführungsbeispiel wird die durch die Module 26 des
Servers geführte Luft über einen mit dem zweiten
Kühlkreislauf 22 verbundenen Wärmetauscher 24 nach
Verlassen der Rechenanlage gekühlt. Es ist jedoch ebenso möglich, dass die Luft, anstelle vor Verlassen der
Rechenanlage, vor Eintritt in die Rechenanlage gekühlt wird (nicht dargestellt) . Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei welchem, im Unterschied zu den vorstehend genannten
Ausführungsbeispielen, der mit dem zweiten Kühlkreislauf verbundene Wärmetauscher 24 außerhalb des Racks der
Rechenanlage angebracht ist. Über einen Lüfter 27 kann die Luft in Bewegung gesetzt werden und der zweite
Kühlkreislauf mit niedrigerer Vorlauftemperatur,
beispielsweise über die Klimatisierung des Raumes, in welchem die Server stehen, realisiert werden.
Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Systems zur Kühlung einer Rechenanlage 1, welches vom Prinzip her auf dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel
basiert. Statt externer Wärmetauscher ist hier sowohl die Kältemaschine mit einem Anschluss 28 als auch der erste Kühlkreislauf mit einem Anschluss 29 versehen, über welche die Wärme abgeführt und als Nutzwärme zur Verfügung
gestellt werden kann, beispielsweise zur Gebäudeheizung, Warmwasserversorgung oder zur Erzeugung von elektrischer Energie .
Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Systems zur Kühlung einer Rechenanlage 1, bei welchem auf eine
Kältemaschine verzichtet werden kann.
Über einen ersten Kühlkreislauf 21 wird eine
Flüssigkeitskühlung bereitgestellt, mit der die Prozessoren und Leistungsbauteile der Rechenanlage 30 gekühlt werden.
Über den Anschluss 29 kann die Wärme als Nutzwärme zur Verfügung gestellt werden (beispielsweise zur
Gebäudeheizung, Warmwasserversorgung oder zur Erzeugung von elektrischer Energie) oder nach außen abgeführt werden. Der zweite Kühlkreislauf 22 umfasst einen vorzugsweise im Rack der Rechenanlage 30 angeordneten Wärmetauscher 24, über welchen die Luft in dem Rack gekühlt wird. Als
Kühlmedium kann aufgrund der geringen Menge an
abzuführender Wärme beispielsweise Leitungswasser verwendet werden. Es versteht sich, dass beispielsweise auch denkbar ist, das Leitungswasser für die Warmwasserversorgung vorzuwärmen (zum Beispiel über Wärmetauscher - nicht dargestellt) , so dass die dem zweiten Kühlkreislauf
entnommene Energie, welche lediglich in einer
Rücklauftemperatur von beispielsweise unter 30°C
resultiert, genutzt werden kann.
Fig. 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung, bei welcher der zweite Kühlkreislauf 22 mit dem ersten Kühlkreislauf 21 verbunden ist.
In diesem Ausführungsbeispiel wird das von der
Kältemaschine 8 gekühlte Kühlfluid zunächst dem
Wärmetauscher 24 zugeführt, über den die Luft im Rack gekühlt wird.
Das so bereits erwärmte Kühlfluid wird sodann in den ersten Kühlkreislauf 21 weitergeleitet und kühlt die Prozessoren und Leistungsbauteile.
Die Kühlkreisläufe sind auf diese Weise hintereinander geschaltet, wobei die beispielsweise von einer
Kältemaschine bereitgestellte Kühlflüssigkeit zuerst den Kühlkreislauf mit dem geringeren Temperaturniveau
durchläuft, und danach den Kühlkreislauf mit dem höheren Temperaturniveau. Es versteht sich, dass auf diese Weise auch mehr als zwei Kühlkreisläufe hintereinandergeschaltet werden können, beispielsweise die in Fig. 13 dargestellten Kühlkreisläufe 21, 22 und 38 des Servers 37. Bezug nehmend auf die Zeichnungen Fig. 10 bis Fig. 12 sollen verschiedene Möglichkeiten erläutert werden, die Abwärme abzuführen.
In dem in Fig. 10 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Systems zur Kühlung einer Rechenanlage 1 ist der erste Kühlkreislauf 21 zur Kühlung der Prozessoren und
Leistungsbauteile mit einem externen Wärmetauscher 23 verbunden. Der Warmteil der Kältemaschine 8 ist mit einem weiteren separaten Wärmetauscher 25 verbunden, über den Prozesswärme abgeführt wird.
Fig. 11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem der Warmteil der Kältemaschine 8 mit dem ersten Kühlkreislauf 21 verbunden ist. Dies ist möglich, da für die Prozessoren die Bereitstellung eines Kühlfluids mit einer Temperatur von beispielsweise 50°C ausreicht.
Das dem Rücklauf des ersten Kühlkreislaufs 21 entnommene Fluid wird zunächst über einen Wärmetauscher 25 zugeführt und sodann dem Rücklauf des Kaltteils der Kältemaschine 8 zugeführt .
Diese Ausführungsform kann auch als sequentieller
Kühlkreislauf bezeichnet werden.
Fig. 12 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
Systems zur Kühlung einer Rechenanlage. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein zwischengeschalteter Wärmetauscher 31 vorgesehen. Mit dem Wärmetauscher 31 ist sowohl der erste Kühlkreislauf 21 zur Prozessorkühlung als auch ein Kühlkreislauf 32, welcher den Kühlkreislauf des Warmteils der Kältemaschine bildet, verbunden. Über den Wärmetauscher 31 werden diese Kühlkreisläufe thermisch zusammengeführt und an den extern angeordneten
Wärmetauscher 25 angekoppelt. Diese Ausführungsform der Erfindung hat den Vorteil, dass mithin nur noch zwei Anschlüsse zum Anschluss eines extern angeordneten Wärmetauschers 25 erforderlich sind. Aufgrund eines maximalen Temperaturunterschiedes von 20°C,
vorzugsweise 10°C im ersten Kühlkreislauf 21 und im
Kühlkreislauf der Kältemaschine 32, ist dies auf besonders einfache Weise möglich.
Bezug nehmend auf Fig. 13 bis Fig. 15 soll anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels ein System zur Kühlung einer Rechenanlage 1 mit drei Kühlkreisläufen näher erläutert werden.
Bezug nehmend auf Fig. 13 sollen die wesentlichen
Komponenten des Systems zur Kühlung einer Rechenanlage 1 erläutert werden.
Das System zur Kühlung einer Rechenanlage 1 umfasst eine erste Gruppe wärmeerzeugender Komponenten 34, welche mit einem ersten Kühlkreislauf 21, der flüssigkeitsbasiert ist, verbunden sind.
Eine zweite Gruppe wärmeerzeugender Komponenten 35, welche ebenfalls in dem Server 37 vorhanden ist, ist ebenfalls mit einer Flüssigkeitskühlung ausgestattet. Dieser zusätzliche Kühlkreislauf wird im Folgenden als dritter Kühlkreislauf 38 bezeichnet. Eine dritte Gruppe wärmeerzeugender Komponenten 36 wird von wärmeerzeugenden Bauteilen gebildet, welche nicht mit einer Flüssigkeitskühlung verbunden sind.
Diese Komponenten 36 werden durch Luftkühlung über einen zweiten Kühlkreislauf 22, welcher einen in dem Rack
angeordneten Wärmetauscher umfasst, gekühlt.
Weiter ist eine Kältemaschine 8 mit einem Kaltteil 16 vorgesehen, über welches zumindest der zweite Kühlkreislauf 22 gekühlt wird. Der Warmteil der Kältemaschine 8 ist mit einem externen Wärmetauscher verbunden.
Weiter ist noch ein weiterer externer Wärmetauscher 32 vorhanden, über den Abwärme nach außen abgeführt werden kann.
Sinn dieses Systems ist es nunmehr, dass drei
Kühlkreisläufe vorhanden sind, welche mit unterschiedlicher Vorlauftemperatur arbeiten. Die niedrigste
Vorlauftemperatur benötigen die luftgekühlten Bauteile der dritten Gruppe wärmeerzeugender Komponenten 36. Die der ersten Gruppe wärmeerzeugender Komponenten 34 zugeordneten Prozessoren und Leistungsbauteile werden mit der höchsten Vorlauftemperatur, insbesondere mit einer Vorlauftemperatur von über 50°C gekühlt.
Es ist daher in der Regel möglich, zumindest bei der ersten Gruppe wärmeerzeugender Komponenten 34 auf die Zuhilfenahme einer Kältemaschine weitgehend oder ganz zu verzichten und diese über den externen Wärmetauscher 23 zu kühlen.
In Fig. 13 ist eine Konfiguration dargestellt, in der bei der ersten Gruppe wärmeerzeugender Komponenten 34 auf die Zuhilfenahme einer Kältemaschine ganz verzichtet ist.
Die zweite Gruppe wärmeerzeugender Komponenten 35 wird mit einer Vorlauftemperatur gekühlt, welche zwischen dem ersten Kühlkreislauf 21 und dem zweiten Kühlkreislauf 22 liegt.
Über Ventile 33 kann nunmehr das Kühlfluid des dritten Kühlkreislaufs 38 variabel auf den Wärmetauscher 23 und den Kaltteil 16 der Kältemaschine 8 verteilt werden.
Je nach benötigter Kühlleistung und vorhandener
Außentemperatur ist es nunmehr möglich, zur Kühlung des dritten Kühlkreislaufs 38 nur dann auf die Kältemaschine 8 zurückzugreifen, wenn dies beispielsweise aufgrund hoher Außentemperaturen erforderlich ist.
Es versteht sich, dass auf ähnliche Weise auch der erste Kühlkreislauf je nach benötigter Kühlleistung und
vorhandener Außentemperatur variabel auf den Wärmetauscher 23 und den Kaltteil der Kältemaschine 8 verteilt werden kann (nicht dargestellt) .
Fig.13 verdeutlicht somit weiterhin, dass über Ventile und (nicht dargestellte Pumpen) zumindest zwei Kühlkreisläufe variabel auf den Wärmetauscher 23 und den Kaltteil der Kältemaschine 8 verteilt werden können. Fig. 14 zeigt das in Fig. 13 dargestellte System zur
Kühlung einer Rechenanlage 1 in einem Betriebszustand bei einer Außentemperatur von unter 30°C, beispielsweise unter 30°C und über 10°C. Die jeweiligen Temperaturen der
Vorläufe und Rückläufe sind beispielhaft eingezeichnet.
Zu erkennen ist, dass sowohl der erste Kühlkreislauf 21 als auch der dritte Kühlkreislauf 38 über die Ventile derart geschaltet sind, dass diese Kühlkreisläufe mit dem
Wärmetauscher 23 verbunden sind.
Mithin muss lediglich der zweite Kühlkreislauf 22 über die Kältemaschine 8 versorgt werden. Fig. 15 zeigt einen Betriebszustand des Systems zur Kühlung einer Rechenanlage 1, bei einer Außentemperatur von über 30°C, beispielsweise über 30°C und unter 50°C. In diesem Betriebszustand ist nunmehr nur noch der erste
Kühlkreislauf 21 mit dem Wärmetauscher 23 verbunden. Da die Außentemperatur nicht mehr genügt, um das Fluid des dritten Kühlkreislaufs 38 auf eine hinreichend niedrige Temperatur zu bringen, ist nunmehr auch der Kühlkreislauf 38 mit dem Kaltteil der Kältemaschine verbunden. Die Kältemaschine kühlt somit den dritten Kühlkreislauf 38 sowie den zweiten Kühlkreislauf 22.
Bezug nehmend auf Fig. 16 soll der Effekt des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels zur Kühlung einer
Rechenanlage näher erläutert werden.
In Fig. 16 ist oben eine Kurve aufgetragen, welche die Temperatur in Abhängigkeit von der Zeit wiedergibt. Die Zeit ist dabei auf der X-Achse und die Temperatur auf der Y-Achse wiedergegeben.
Es kann sich dabei sowohl um ein Temperaturprofil eines Tages als auch um das Temperaturprofil der mittleren
Temperatur in einem Jahr handeln.
Unter der Temperaturkurve ist aufgetragen, wann auf die Kältemaschine zurückgegriffen werden muss. Zeiten in denen auf die Kältemaschine zurückgegriffen werden muss, sind mit senkrechten Strichen gekennzeichnet, während die Phase in welcher über einen externen Wärmetauscher gekühlt werden kann, mit schrägen Linien gekennzeichnet ist.
Zu erkennen ist, dass der erste Kühlkreislauf die gesamte Zeit über ohne Verwendung der Kältemaschine betrieben werden kann.
Der zweite Kühlkreislauf, also der Kühlkreislauf, welcher von den drei Kühlkreisläufen mit geringster
Vorlauftemperatur betrieben wird, muss dagegen über eine erhebliche Zeitspanne mithilfe der Kältemaschine betrieben werden, es kann beispielsweise nur nachts und/oder nur im Winter auf die Verwendung der Kältemaschine verzichtet werden .
Durch den zusätzlichen dritten Kühlkreislauf mit einer zwischen den Vorlauftemperaturen des ersten und zweiten Kühlkreislaufs liegenden Vorlauftemperatur w^rd die
Effizienz des Systems weiter verbessert. Dieser
Kühlkreislauf braucht nur bei einer Temperatur von über 30°C mit der Kältemaschine betrieben zu werden. Fig. 13a zeigt beispielhaft ein System zur Kühlung einer Rechenanlage. Der Server 37 und dessen drei Kühlkreisläufe 21, 22 und 38, für die Komponenten 34, 36 und 35 des
Servers 37, sind in Fig. 13 beschrieben.
Im Unterschied zu Fig. 13 zeigt die Fig. 13a jedoch eine Konfiguration welche freie Kühlung einschließt, also
Kühlung ohne die Verwendung einer Kältemaschine, die hier beispielhaft und schematisch anhand der angegebenen
Temperaturen erläutert werden soll.
Die drei Kühlkreisläufe des Servers sind in diesem Beispiel hintereinandergeschaltet, zunächst der Kühlkreislauf 22, mit einer Einlasstemperatur von 15°C und einer
Auslasstemperatur von 20°C. Dieser Kühlkreislauf 22 ist verbunden mit dem Kühlkreislauf 38, mit einer
Einlasstemperatur von 20°C und einer Auslasstemperatur von 40°C. Dieser Kühlkreislauf 38 wiederum ist verbunden mit dem Kühlkreislauf 21, mit einer Einlasstemperatur von 40°C und einer Auslasstemperatur von 60°C. In Reihenschaltung dieser 3 Kreisläufe ergibt sich somit insgesamt eine
Einlasstemperatur von 15°C (Einlass Kreislauf 22), und eine Auslasstemperatur von 60°C (Auslass Kreislauf 21) .
Der Rückkühler 25 stellt in diesem Beispiel eine
Auslasstemperatur der Kühlflüssigkeit von 20°C bereit.
Diese wird zunächst zu einem Wärmetauscher für freie
Kühlung 56 geleitet, und kühlt die Auslasstemperatur des Kühlkreises 21 von 60°C auf 60°C - ΔΤ, bevor diese zum Einlass des Kälteteils 16 der Kühlmaschine 8 geleitet wird. Es verringert sich somit die durch die Kältemaschine 8 zu erbringende Kühlleistung. Fig. 17 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der eine Kältemaschine 8, insbesondere eine
Kompressionskältemaschine, in einem Rack 20 integriert ist, bzw. unmittelbar benachbart zum Rack 20 angeordnet ist (nicht dargestellt) . Die Kältemaschine 8 ist mit einem Wärmetauscher 24 verbunden, durch den der zweite
Kühlkreislauf zur Kühlung der in dem Rack befindlichen Luft gebildet wird. Prozesswärme wird über den Warmteil der Kältemaschine 8 und über den Wärmetauscher 25 abgeführt.
Prozessoren und Leistungsbauteile sind mit einem ersten Kühlkreislauf 21 verbunden, wobei die Wärme über den
Wärmetauscher 23 nach außen abgeführt wird.
Fig. 18 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem ebenfalls die Kältemaschine 8 im oder am Rack angeordnet ist .
Hier wird auf die vorstehend bezeichnete sequentielle
Kühlung zurückgegriffen, bei welcher der Rücklauf des
Warmteils der Kältemaschine 8 mit dem ersten Kühlkreislauf 21 gekoppelt ist.
Das Kühlfluid wird also zunächst vom Rücklauf des Warmteils der Kältemaschine 8 über die Prozessoren und
Leistungsbauteile geführt. Sodann wird über einen externen Wärmetauscher 25 dem System Energie entzogen und das Kühlfluid wiederum dem Warmteil der Kältemaschine 8 zurückgeführt. Fig. 19 zeigt eine Übersicht der Komponenten eines
Kühlmodules .
Das Kühlsystem ist insbesondere modular ausgebaut, um eine einfache Adaption an die Racks oder andere Komponenten des Rechencenters zu erreichen.
Die möglichen Komponenten eines Kühlmoduls sind in dem in Fig. 19 dargestellten Organigramm gezeigt. Ein Kühlmodul kann auch eine Untermenge der dargestellten Komponenten erfassen. Die Komponenten können als Kühlmodul ausgeführt sein, oder auch nicht modular.
Insbesondere die Kältemaschine ist dabei nicht zwangsweise Bestandteil des Kühlmodules, sie kann auch außerhalb der
Kühlmodule angeordnet sein, oder nur in einem Kühlmodul für mehrere Racks, welche wiederum ein oder je ein weiters Kühlmodul mit den anderen Komponenten umfassen. Das Kühlsystem ist insbesondere modular ausgebaut, um eine einfache Adaption an die Racks oder andere Komponenten des Rechencenters zu erreichen.
Ein Kühlmodul kann auch eine Untermenge der dargestellten Komponenten erfassen. Die Komponenten können als Kühlmodul ausgeführt sein, oder auch nicht modular. Es versteht sich somit, dass das System, soweit technisch sinnvoll, aus einer beliebigen
Kombination folgender Komponenten bestehen kann.
Die einzelnen Komponenten sind insbesondere wie folgt definiert : Kältemaschine: Umfasst eine Kompressions- Kältemaschine, oder eine Sorptions-Kältemaschine, oder eine auf dem magnetokalorischen Effekt oder Peltier- Elementen basierende Kältemaschine. Um hohe Anzahl von Schaltzyklen zu erreichen (eine hohe Anzahl von
Schaltzyklen reduziert die Größe eines je nach
Ausführung des Kühlmodules eingesetzten
Kältespeichers) , ohne die Lebensdauer der je nach Typ der der eingesetzten Kältemaschinen verwendeten
Motoren zu reduzieren, kann für die
Kompressionskältemaschine eine SanftanlaufSchaltung eingesetzt werden. Weiterhin kann eine elektronische Drehzahleinstellung verwendet werden, was anstelle einer digitalen Ein-Aus-Steuerung des
Kompressormotors, wobei die Menge der bereitgestellten Kühlenergie durch das Verhältnis von Ein-Aus-Zyklen bestimmt wird, eine analoge Steuerung der Drehzahl des Kompressormotors und damit der Menge der
bereitgestellten Kühlenergie über diese elektronische Drehzahleinstellung ermöglicht.
Controller: Umfasst Hardware und Software. Über den Controller erfolgt die Steuerung aller Komponenten des Kühlmodules. Weiterhin erfolgt über den Controller (oder kann über den Controller erfolgen)
beispielsweise die Regelung der Temperaturen der
Kühlkreisläufe, oder die Regelung der durch den
Kompressor bereitgestellten Kälteenergiemenge, oder die Regelung der in den einzelnen Kühlkreisläufen übertragenen Kälteenergiemenge. Die in den einzelnen Kühlkreisläufen bereitgestellte Kälteenergiemenge kann beispielsweise gesteuert werden durch die Temperatur des Kühlfluids (bei gleichem Volumenstrom wird
beispielsweise durch eine Absenkung der Austrittstemperatur des Kaltteiles der Kühlmaschine mehr Kälteenergie übertragen) , oder durch den
Volumenstrom (bei gleichen Eintritts- und
Austrittstemperaturen des Kaltteiles der Kühlmaschine wird durch Erhöhung des Volumenstromes des Kühlfluids mehr Kälteenergie übertragen) .
Kältespeicher, Ausgleichsbehälter: Der Kältespeicher ist je nach Ausführungsform notwendig, um die
Zeitkonstante zwischen Anschalten des Kompressors und Bereitstellung von Kälteenergie zu überbrücken, und u insbesondere Temperaturschwankungen im Kühlkreislauf zu reduzieren. Weiterhin beeinflusst der Kältespeiche die Zahl der Anschaltvorgänge während des Betriebes bei einer Steuerung der Kältemenge durch Ein-Aus- Zyklen des Kompressors, und damit die Lebensdauer der Kältemaschine. Der Kältespeicher ist nur einmal pro Kältemaschine notwendig. Der Kältespeicher kann auch als Sorptionskältespeicher oder als ein auf
Phasenwechselmaterialien basierender
Latentkältespeicher ausgeführt sein, der über (nicht dargestellte Wärmetauscher) mit dem Kühlfluid
verbunden ist.
Ausgleichsbehälter sind notwendig zur Befüllung der Kühlkreisläufe mit Flüssigkeit.
Schnittstellen: Das Kühlmodul oder Komponenten des Kühlmodules verfügen über trennbare oder steckbare Schnittstellen für die Kommunikationsschnittstellen, die Schnittstellen für die Verbindung der
Kühlkreisläufe (Kühlflüssigkeiten) , sowie für die elektrischen Schnittstellen. So kann beispielsweise das Kühlmodul oder Komponenten desselben als steckbar 19"-Komponente ausgeführt sein, wobei die Leitungen für die Kommunikation, die Kühlflüssigkeit oder die elektrischen Anschlüsse beim Stecken automatisch verbunden werden. Alternativ ist es möglich, diese Leitungen über schnell trennbare Verbindungen
auszuführen. Somit wird ein modularer und
servicefreundlicher Aufbau unterstützt.
o Kommunikationsschnittstellen: Eine
Kommunikationsschnittstelle, beispielsweise
Ethernet oder LAN, verbindet das Kühlmodul mit dem Management des Datencenters, beispielsweise zur Übermittlung des Betriebszustandes des
Kühlmodules oder zur Koordination von Maßnahmen im Fehlerfall, z.B. Kühlmittelverlust. Das
Kühlmodul kann weiterhin mit den Kühlkreisläufen verbunden sein (beispielsweise mit der Steuerung der Rack-Kühlung) , sowie den Komponenten
(beispielsweise den Servern, zur Koordination und Optimierung der Bereitstellung von Kühlenergie. Eine Benutzerschnittstelle kann beispielsweise optisch oder akustisch dem Personal des
Rechenzentrums den Betriebszustand den
Betriebszustand anzeigen,
o Schnittstellen für Kühlkreisläufe: Das beinhaltet die Verbindungen zwischen dem Kühlmodul oder Komponenten desselben zu den Kühlkreisläufen gemäß der Erfindung. Die Schnittstellen können als selbstschließende Verbindungen ausgeführt sein, welche ein Auslaufen oder Austropfen geöffneter Leitungen für das Kühlmittel-Fluid verhindern oder zumindest verringern.
o Elektrische Schnittstellen: Diese Schnittstellen beinhalten alle Schnittstellen der
Stromversorgung sowie zu den Pumpen, Ventilen, Sensoren und anderen zum Kühlsystemen gehörenden Komponenten, die außerhalb des Kühlmodules liegen .
o Mechanische Schnittstellen: Diese Schnittstellen beinhalten Form, Abmessungen und
Befestigungselemente des Kühlmodules, welche einen modularen Einsatz des Kühlmodules oder Komponenten desselben im System zur Kühlung einer Rechenanlage ermöglichen. Beispielsweise kann das Kühlmodul oder Komponenten desselben in 19"- Bauweise ausgeführt sein, so dass es ähnlich wie Server oder Blade Server in einem Rack angebracht werden kann. Weiterhin kann die mechanische
Schnittstelle so ausgeführt sein, dass das
Kühlmodul oder Komponenten desselben angrenzend zu einen oder mehreren Racks angebracht werden können, und dabei die Systemabmessungen der Racks einhalten .
Ansteuerung der Pumpen / Ventile / Sensoren / Aktoren: Diese Komponenten beinhalten alle Bauteile zur
Ansteuerung der Pumpen, Ventile, Sensoren und Aktoren (beispielsweise Leistungselektronik zur Ansteuerung der Pumpen und Ventilen, die Elektronik zum einlesen von Temperatursensoren) , sowohl für die Kühlkreisläufe der Rechenanlage, als auch für den internen
Kühlkreislauf des Kühlmoduls, wie in Fig. 20
erläutert .
Modul zur Erkennung von Kühlmittelverlust: Diese
Komponente ist in Fig. 37 erläutert.
Wärmetauscher: Diese Komponenten beinhalten die
Wärmetauscher für die Rückkühlung, die freie Kühlung sowie die interne Kühlung. Verkleidung: Die Verkleidung gewährleistet die
Einhaltung der je nach Ausführung des Kühlmoduls zutreffenden Sicherheitsbestimmungen. Weiterhin verhindert die Verkleidung (oder kann verhindern) , gegebenenfalls durch eine zusätzliche thermische
Isolierung, dass keine Abwärme des Kühlmoduls,
beispielsweise vom Kompressormotor oder der
Leistungselektronik, nach außen abgegeben wird, sondern dass das Kühlmodul nach außen thermisch neutral ist.
Notstromversorgung: Im Fall eines Stromausfalles kann eine beispielsweise auf einem Akkumulator basierende Notstromversorgung den Betrieb des Kühlmoduls eine Zeitlang aufrecht erhalten, und damit die Gefahr einer überhitzung der Rechenanlage durch Stromausfall reduzieren .
Weiter kann ein Kühlmodul mit einem Mittel zur
Kondensatabführung versehen sein. So kann das einer kalten Stelle des Kühlmoduls und/oder eines
Wärmetauschers der Rechenanlage anfallende Kondensat abgeführt werden. Je nach Menge kann dies die
Verdunstung des Kondensats, beispielsweise am Warmteil der Kältemaschine oder die Abfuhr des flüssigen
Kondensats umfassen.
Beheizung: Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst das Kühlmodul zumindest ein Heizelement, um
beispielsweise über eine Rackkühlung die Rechenanlage zu erwärmen. Dies kann beispielsweise sinnvoll sein, um nach einer Abschaltung von Komponenten oder bei sehr geringer Auslastung eine unerwünscht niedrige Temperatur zu vermeiden. So kann die Gefahr von
Kondensation in den Racks oder derartig niedrigen Temperaturen, für die die Komponenten der Rechenanlage nicht ausgelegt sind, reduziert werden. Zur Beheizung können alle Kühlkreisläufe verwendet werden. Als weitere Variante ist es möglich, die thermische
Energie eines Kühlkreislaufes zu nutzen, um einen anderen Kühlkreislauf zu beheizen, beispielsweise kann über ein System von Ventilen und/oder Pumpen der erste Kühlkreislauf zur Prozessorkühlung mit dem zweiten Kreislauf der Rackkühlung so verbunden werden, dass der erste Kühlkreis zumindest einen Teil seiner thermischen Energie zumindest zeitweise in den zweiten Kühlkreislauf abgibt. Dadurch wird weniger Energie zur Beheizung benötigt, weiterhin kann ggf. auf ein weiteres, in der Regel elektrisches, Heizelement verzichtet werden.
Fig. 20 zeigt ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel eines Kühlmoduls 39, welches beispielsweise an oder in einem Server oder Rack (nicht dargestellt) angebracht werden kann .
Das Kühlmodul 39 umfasst ein Gehäuse 45 mit einer
Kältemaschine 8 und einem Controller 40, über den das
Kühlmodul gesteuert wird.
Weiter umfasst das Kühlmodul 39 einen Anschluss für die Prozessorkühlung 43 bzw. die Versorgung eines ersten
Kühlkreislaufs .
Weiter ist ein Anschluss 44 vorgesehen, an dem die
Rackkühlung zur Bereitstellung eines zweiten Kühlkreislaufs angeschlossen werden kann. Wie in einem vorherigen Ausführungsbeispielen beschrieben, ist ein zwischengeschalteter Wärmetauscher 31 vorgesehen, über den sowohl Prozesswärme über die Kältemaschine 8 als auch Wärme des ersten Kühlkreislaufs zusammengeführt und über den Anschluss 41 abgeführt werden kann.
Das Kühlmodul 39 umfasst selbst einen internen
Wärmetauscher 46, um das Kühlmodul zu kühlen. Der Luftstrom 47 ist mit Pfeilen angedeutet. In diesem Kühlkreislauf wird die Abwärme des Kühlmodules selber gekühlt. Diese Abwärme wird durch die Komponenten des Kühlmodules erzeugt (zum Beispiel die durch den Motor der Kompressions-Kältemaschine oder den Controller) . Durch die interne Kühlung des
Kühlmodules ist das Kühlmodul nach außen thermisch neutral.
Das Kühlmodul kann ebenso über eine vorhandene Rackkühlung gekühlt werden, beispielsweise durch im Rack vorhandene LuftZirkulation .
Weiter umfasst das Kühlmodul eine Leck-Detektion (ein Modul zur Erkennung von Kühlmittelverlusten) 42, wie in Fig. 37 beschrieben, beispielsweise in Form einer
Drucküberwachungsvorrichtung und/oder Feuchtigkeitssonde.
Es versteht sich, dass das Kühlmodul 39 noch weitere
Komponenten, wie elektronische Schnittstellen und weitere Kühlanschlüsse, mechanische Anschlüsse, beispielsweise um in ein 19" Racksystem geschoben zu werden etc., umfassen kann.
Fig. 20a zeigt ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel eines Kühlmoduls 39, welches beispielsweise an oder in einem Server oder Rack (nicht dargestellt) angebracht werden kann. Im Unterschied zu Fig. 20 ist hier die zusätzliche Baugruppe für freies Kühlen dargestellt und soll hier beispielhaft anhand der in der Figur angegebenen
Temperaturen erläutert werden.
Im Fall, dass die Einlasstemperatur am Anschluss 41
(Rückkühlung) wie dargestellt beispielsweise <20°C beträgt, und die Einlasstemperatur am Anschluss 44 (Rackkühlung) beispielsweise 20°C beträgt, kann das Kühlmittel am Einlass von Anschluss 44, bevor es zur Kältemaschine 8 geführt wird, bereits über den Wärmetauscher 56 vorgekühlt werden. Dadurch muss das Kühlmittel durch die Kühlmaschine nicht mehr von 20°C auf 15°, also um 5 K gekühlt werden, sondern um 5K - ΔΤ. Es verringert sich somit die zu erbringende
Kühlleistung der Kühlmaschine, und damit der Energieaufwand zur Kühlung.
Es versteht sich, dass das Prinzip der freien Kühlung nicht nur wie dargestellt im Kühlmodul, sondern im gesamten
Kühlsystem entsprechend der Erfindung anwendbar ist.
Weiterhin kann das Prinzip der freien Kühlung auch in
Kombination mit mindestens 2, vorzugsweise mindestens 3 Kühlkreisläufen, wie in Fig. 13a, angewendet werden.
Bezug nehmend auf Fig. 21 soll erläutert werden, wie das Kühlmodul 39 mit einem Rack 20 verbunden ist. Das Kühlmodul 39 ist unmittelbar in Nähe des Racks 20 angeordnet oder in das Rack 20 integriert.
Über einen ersten Anschluss (43 in Fig. 20) wird ein erster Kühlkreislauf 21 versorgt, welcher der Prozessorkühlung dient. Dieser Kühlkreislauf ist nicht mit dem Kälteteil der in dem Kühlmodul 39 integrierten Kältemaschine verbunden.
Um die Luft innerhalb des Racks 20 zu kühlen, ist ein weiterer Kühlkreislauf 22 vorgesehen, welcher mit dem zweiten Anschluss des Kühlmoduls (44 in Fig. 20) verbunden ist.
Über diesen Wärmetauscher 24 wird die Luft innerhalb des Racks gekühlt. Der Kühlkreislauf 22 ist mit dem Kälteteil der in dem Kühlmodul 39 integrierten Kältemaschine (8 in Fig. 20) verbunden.
Durch die interne Kühlung des Racks kann das Rack nach außen thermisch neutral ausgeführt werden. Da auch das
Kühlmodul thermisch nach außen neutral ist, wie in Fig.20 beschrieben, ist das Gesamtsystem, bestehend aus Rack und Kühlmodul nach außen thermisch neutral. Somit kann dieses System ohne zusätzliche Kühlung des umgebenden Raumes auskommen.
Fig. 21a zeigt ein Rack mit einem Kühlmodul 39 entsprechend Fig. 20, jedoch mit dem Unterschied, dass der Wärmetauscher und die Ventilatoren (nicht dargestellt) zur Kühlung des Racks mittels Wärmetauscher 22 als Rackkühlungsmodul 61 an das Rack angrenzend ausgebildet ist, und der Luftstrom zur Kühlung über Öffnungen des Racks 20 und des
Rackkühlungsmodules 61 geführt wird. Das Rack 20, das
Rackkühlungsmodul 61 und das Kühlmodul 39 können, wie hier dargestellt, angrenzend übereinander ausgeführt sein, als auch seitlich angrenzend (nicht dargestellt) oder in
Kombination. Weiterhin kann das Kühlmodul 39 Bestandteil des Rackkühlmodules 61 sein, oder das Rackkühlungsmodul 61 kann Bestandteil des Kühlmodules 39 sein.
Bezugnehmend auf Fig. 22 soll die Steuerung eines
Kühlmoduls näher erläutert werden. In Fig. 22 ist ein Modul dargestellt, welches eine Teilmenge der in Fig. 19
aufgeführten Komponenten beinhaltet.
Das Kühlmodul weist einen Controller auf, der insbesondere für die Steuerung der Pumpen und Ventile sowie die
Steuerung von Temperatur und Feuchtigkeitssensoren
zuständig ist. Über diesen Controller und die
entsprechenden Pumpen und Ventile wird beispielsweise das Kühlmittel, welches zu einem Wärmetauscher oder zu einer Kältemaschine etc. läuft, gesteuert. Mithin ist der
Controller beispielsweise über eine Netzwerkverbindung mit sämtlichen Komponenten, die über das Kühlmodul versorgt werden, verbunden. Weiter ist der Controller mit einem Leck-Controller
inklusive einem Feuchtigkeits- oder Drucksensor verbunden, über den ggf. die Pumpen und/oder die Spannung abgeschaltet werden kann. Weiter ist das Kühlmodul über eine Netzwerkverbindung mit dem Rechensystem sowie mit den einzelnen Untersystemen, wie einzelnen Racks, Einrichtungen zur Spannungsversorgung und Telekommunikation verbunden. Bezugnehmend auf Fig. 23 soll weiterhin die Integration eines Kühlmoduls 39 in eine Rechenanlage näher erläutert werden . Das Kühlmodul 39 ist in diesem Ausführungsbeispiel oberhalb des Servers 20 angebracht und entsprechend Fig. 21 mit dem Server 20 thermisch verbunden. Das Kühlmodul 39 umfasst die Kältemaschine, einen
Controller, Ventile, Pumpen und Sensoren, einen
Wärmetauscher, über den die Wärme eines ersten
Kühlkreislaufs und die Prozesswärme einer Kältemaschine zusammengeführt und über den Anschluss 41 abgeführt werden können.
Weiter umfasst das Kühlmodul eine Leck-Kontrolle und eine interne Kühlung. Besonders von Vorteil ist, dass bei diesem modularen Aufbau lediglich die Prozesswärme über den Anschluss 41 nach außen abgeführt werden muss.
Bezugnehmen auf Fig. 24 soll ein in einem Server 48
integriertes System zur Kühlung einer Rechenanlage näher erläutert werden.
Das System umfasst eine in dem Gehäuse des Servers 48 integrierte Kältemaschine 8, insbesondere eine
Kompressionskältemaschine.
Über den Kaltteil der Kompressionskältemaschine 8 wird kalte Flüssigkeit einem in dem Server angeordneten
Wärmetauscher 24 zugeführt, über Lüfter 50 wird in dem Server 48 eine Luftströmung erzeugt und im Wärmetauscher 24 gekühlt. Die Temperatur kann in etwa auf Raumtemperatur gehalten werden. Weiterhin kann anstelle der Lüfter auch eine andere Form zur Erzeugung einer Fluidbewegung eingesetzt werden, beispielsweise basierend auf dem Prinzip der Elektro-Hydrodynamik (nicht dargestellt) .
Über den Anschluss 41 (Vor- und Rücklauf) wird Prozesswärme der Kältemaschine 8 nach außen abgeführt.
Weiter ist eine erste Gruppe wärmeerzeugender Komponenten 34 über den Anschluss 49 (Vor- und Rücklauf) mit einer Prozessorkühlung gekoppelt. Über diese Prozessorkühlung wird ein großer Teil der Energie ohne Verwendung der
Kältemaschine 8 abgeführt.
Eine weitere Gruppe wärmeerzeugender Komponenten 36 ist nicht mit einer Prozessorkühlung gekoppelt und wird über die kalte Luft im Gehäuse des Servers 48 gekühlt.
Bezug nehmend auf die Figuren Fig. 25 und Fig. 26 soll ein Ausführungsbeispiel erläutert werden, bei dem ein Kühlmodul in einem Blade-Server integriert ist.
Fig. 25 zeigt einen Blade-Server 51. Blade-Server sind auch unter der Bezeichnung Blade System oder Blade Center bekannt. Das Gehäuse des Blade-Servers weist eine Mehrzahl von Einschubplätzen für Module 52, sogenannte Blades, auf. Es kann sich dabei weiterhin beispielsweise um Festplatten, Speicherbausteine etc. handeln.
Das Kühlmodul 39 ist entsprechend der Modularität des
Blade-Servers aufgebaut und wird ebenfalls eingesteckt. Es belegt in diesem Ausführungsbeispiel zwei Steckplätze des Blade-Servers .
Fig. 26 zeigt die Rückseite des Blade-Servers. Über die Kühlmaschine 8 wird kaltes Kühlfluid bereitgestellt, welches einem internen Wärmetauscher 24 zugeführt wird, um das Gehäuseinnere des Blade-Servers 51 zu kühlen.
Prozesswärme der Kältemaschine kann über den Warmteil und den Anschluss 41 abgeführt werden. Weiter sind die Module 52 mit einer Prozessorkühlung versehen .
Das Fluid der Prozessorkühlung braucht nicht über die Kältemaschine 8 geführt zu werden, sondern kann über den Anschluss 44 abgeführt werden. Es ist auch denkbar, das Fluid in Form der vorstehend beschriebenen sequentiellen Kühlung über den Warmteil der Kältemaschine 8 zu führen oder die Prozessorkühlung über einen zwischengeschalteten Wärmetauscher thermisch mit der Abführung der Prozesswärme zu koppeln.
So ist nur ein Anschluss zum Abführen von Prozesswärme nötig . In Fig. 27 ist ein solches System mit mehreren Blade- Servern 51 dargestellt.
Die Blade-Server 51 umfassen lediglich einen Anschluss zum Abführen von Prozesswärme.
Ansonsten verfügen die Blade-Server, wie hier beispielhaft dargestellt, unter anderem beispielsweise über ein
eingestecktes Kühlmodul, wie in Fig. 25 und Fig. 26 beschrieben, sowie über einen internen zweiten
luftbasierten Kühlkreislauf, wie in Fig. 27a dargestellt. Es ist außerhalb des Servers lediglich ein Kühlkreislauf 53 vorgesehen, über den Wärme (Prozesswärme) über den
Wärmetauscher 54 nach außen abgeführt wird. In Fig. 27a ist ein zweiter luftbasierter Kühlkreislauf für Blade-Server dargestellt, bei welchem der Luftstrom 62 über den Wärmetauscher 24 geführt ist. Der Blade-Server ist so ausgeführt, dass dieser Luftstrom 62 innerhalb des
Blade-Servers einen geschlossenen Luftkreislauf bildet, so dass der Blade-Server nach außen thermisch neutral ist oder sein kann (mit Ausnahme der flüssigkeitsbasierten Abführung der Prozesswärme) .
Bezugnehmend auf Fig. 28 bis Fig. 34 sollen die
verschiedenen Möglichkeiten zur Integration bzw. Anordnung von Kühlmodul, Rechenanlage und Controller dargestellt werden .
Fig. 28 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der jeweils ein Kühlmodul oben auf einem Rack angeordnet ist.
Fig. 29 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der ein
Kühlmodul oberhalb zweier Racks angeordnet ist, mithin für die Kühlung beider Racks verantwortlich ist.
Es versteht sich, dass statt zwei auch eine Mehrzahl weiterer Racks hinzutreten kann.
Fig. 30 zeigt die Anordnung jeweils eines Kühlmoduls unterhalb eines Racks. Fig. 31 zeigt die Anordnung eines Kühlmoduls an der Seite eines Racks. Denkbar ist insbesondere, dass dieses
Kühlmodul ein oder zwei Racks mit Kälte versorgt. Fig. 32 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein Kühlmodul beispielsweise als Einschub im Rack integriert ist.
Fig. 33 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der der
Controller des Kühlmoduls separat vom eigentlichen
Kühlmodul angeordnet ist. Hierbei ist ein Controller für mehrere Kühlmodule zuständig. Diese Ausführungsform der Erfindung hat den Vorteil, dass die elektronische
Kontrolleinrichtung nur einmal vorhanden sein muss. Fig. 33a zeigt eine Ausführungsvariante ähnlich wie in Fig. 33 beschrieben, bei der aber die Komponenten von
Kühlmodulen auf mehrere Kühlmodule verteilt sind. So ist es beispielsweise möglich, dass beispielsweise jedem Rack des Rechenzentrums je ein erstes Kühlmodul zugeordnet ist, welches beispielsweise je die Kältemaschine und weitere
Komponenten des Kühlmodules zur Kühlung der Kühlkreisläufe des Racks enthält, während ein zweites Kühlmodul den
Wärmetauscher der Rückkühlung der Prozesswärme enthält, und in diesem Wärmetauscher Kühlkreisläufe mehrerer Racks zusammenfasst .
Fig. 34 zeigt eine Konfiguration, bei der jeweils ein komplettes Kühlmodul mit Controller in einem Server oder einem anderen Modul des Racks integriert ist.
Wie der Legende zu entnehmen ist, wird unter einem Rack auch eine andere ähnliche Komponente des Rechensystems verstanden, beispielsweise eine Telekommunikationseinrichtung oder eine
SpannungsVersorgungseinrichtung .
Unter einem Server kann ebenfalls ein anderes Modul, wie ein Festplattenmodul etc., verstanden werden.
Weiterhin können auch Komponenten der Rechenanlage sowie Komponenten des Systems zur Kühlung einer Rechenanlage gemäß der Erfindung auch in einem Container untergebracht sein (nicht dargestellt) .
Bezugnehmend auf Fig. 35 soll eine weitere Möglichkeit der Leck-Detektion erläutert werden. Gezeigt ist eine fluidführende Leitung 54.
Die fluidführende Leitung ist von zwei Elektroden 55, 56 umgeben. Dringt nun Wasser in den Bereich zwischen den Elektroden 55 und 56, ändert sich sowohl die Kapazität als auch die Leitfähigkeit zwischen den Elektroden.
Über einen entsprechenden Controller kann anhand der
Leitfähigkeit und/oder anhand der Kapazität zwischen den Elektroden auf ein Leck geschlossen werden.
Ein ähnliches System kann, wie in Fig. 36 dargestellt ist, auch als Flächengebilde ausgebildet sein, bei welchem die Elektroden 55, 56 beispielsweise über ein
wasserdurchlässiges Material von einander beabstandet sind.
So können die Elektroden beispielsweise als Teil der
Gehäuseverkleidung verwendet werden oder am Boden eines Racks oder Servers platziert werden. Über Leitfähigkeit und/oder Kapazität kann ebenfalls auf ein Leck geschlossen werden. Bezug nehmend auf Fig. 37 soll eine Ausführungsform eines Modules zur Erkennung von Kühlmittelverlust (Leck- Erkennung) dargestellt werden.
Dieses Modul umfasst Mittel zur Erkennung eines
Kühlmittelverlustes sowie Mittel zur Einleitung einer Notabschaltung .
Das System kann, wie hier dargestellt, auch einen eigenen Controller umfassen, der über Schnittstellen zur
Kommunikation, zum Einlesen von Sensoren und zum Auslösen von unten beschriebenen Aktionen verfügt.
Die Erkennung eines Kühlmittelverlustes kann über eine Drücküberwachung des Kühlmittels erfolgen (beispielsweise in einem mit Überdruck arbeitenden Kühlsystem) , weiterhin über Sensoren, welche Flüssigkeiten erkennen können
(kapazitiv oder resistiv, siehe Fig. 35 und Fig. 36) , oder über einen unerwarteten Temperaturanstieg in den zu
kühlenden Komponenten der Rechenanlage
(Temperaturüberwachung in oder an den zu kühlenden
Bauteilen, beispielsweise Prozessoren) , oder über infolge fehlenden zu pumpenden Mediums mit höherer Drehzahl
laufender Kühlmittelpumpen, sowie mit Durchflussmessern, welche die Menge des durchströmenden Kühlmittels
überwachen.
Ein Vorteil der Anwendung von Sensoren, welche unabhängig von der elektrischen Leitfähigkeit des Kühlmittels arbeiten (beispielsweise Drucksensoren) , ist es, dass auch
Kühlmittel mit geringerer Leitfähigkeit (beispielsweise < 2 * 10"8 S/m) eingesetzt werden können. Vorzugsweise ist ein System aus mehreren Mitteln und
Sensoren wie oben beschrieben in und nahe des Kühlmodules, der Server, Racks, anderer Komponenten des Rechenzentrums wie Stromversorgungen, und Verbindungsleitungen für die Kühlmittel verteilt. Im Falle eines Lecks kann so der Ort der Leckage bestimmt werden.
Die Mittel zur Einleitung einer Notabschaltung können eine Kommunikationsschnittstelle umfassen, über welche
Komponenten des Rechenzentrums und/oder zuständiges
Personal über einen Kühlmittelverlust informiert werden.
Weiterhin können die Mittel zur Notabschaltung insbesondere eine Unterbrechung für die Stromversorgung der betreffenden Komponente (oder mehrerer Komponenten) des Rechenzentrums (z.B. für das Rack) sowie Schnittstellen zur Steuerung oder Abschaltung von Pumpen und Ventilen umfassen, mit der auf weiter unten beschriebene Weise die Notabschaltung
durchgeführt werden kann.
Weiter kann über einen Leck-Controller und ein zugeordnetes Regelsystem bestimmt werden, welche Eingriffe (Abschaltung, teilweise Abschaltung, kontrollierte oder unmittelbare Abschaltung) ergriffen werden müssen, um das System zu schützen . Hierzu ist der Leck-Controller mit einem Schalter für die Hauptstromversorgung für einen Server oder ein Rack
verbunden. Weiter verfügt der Controller über eine
Kommunikationsschnittstelle, um beispielsweise auf dem Rechensystem oder auf einem übergeordneten Steuerungs- und Überwachungssystem des Datencenters optisch und akustisch eine Leck-Meldung zu generieren und/oder um andere Module zu steuern, oder um eine kontrollierte Abschaltung zu koordinieren.
Weiter umfasst der Controller eine direkte Schnittstelle für die Steuerung von Pumpen und Ventilen. Abhängig von der Größe, Ort und Schwere des Lecks kann beispielsweise ein System kontrolliert heruntergefahren werden oder im Falle eines Notfalls abrupt von der
Stromversorgung getrennt und abgeschaltet werden. Beispielsweise kann eine Situation entstehen, bei der zwar Kühlmittel austritt, aber noch keine unmittelbare Gefahr einer Beschädigung der Rechenanlage oder deren Komponenten besteht. In diesem Fall kann die Rechenanlage kontrolliert heruntergefahren und abgeschaltet werden, so dass die laufenden Anwendungen geschlossen werden und die Daten gesichert werden. Gegebenenfalls können die Anwendungen und/oder Daten auch auf andere, nicht von dem
Kühlmittelverlust betroffene Rechenanlagen oder deren Komponenten verlagert werden. Bei dieser kontrollierten Abschaltung kann auch sichergestellt werden, dass eine Unterbrechung des Kühlmittelflusses nicht zu lokalen
Überhitzungen in den am Kühlkreislauf angeschlossenen Komponenten führt. Danach kann dem System zur Erkennung von
Kühlmittelverlusten über die Kommunikationsschnittstelle der Befehl zur Notabschaltung gegeben werden. Bei dieser Notabschaltung können beispielsweise die gesamte Rechenanlage oder Abschnitte der Rechenanlage spannungsfrei geschaltet werden und/oder die Pumpen zum Umwälzen des Kühlmittels abgeschaltet werden. So werden eventuelle
Beschädigungen von Komponenten der Rechenanlage oder des Rechenzentrums durch Kühlwasser vermieden oder reduziert. Weiter ist denkbar, dass die Notabschaltung eine Pumpe umfasst, über die im Falle der Erkennung eines
Flüssigkeitsverlustes ein Unterdruck im Kühlmittelsystem erzeugt wird. Beispielsweise kann die Pumpe die Flüssigkeit in ein dafür vorgesehenes Reservoir oder auch in die
Kanalisation abpumpen. Aufgrund des entstehenden
Unterdruckes tritt kein oder nur wenig weiteres Wasser aus, so dass der Schaden in der Anlage lokal begrenzt bleibt. Weiterhin können über Ventile die Kühlflüssigkeitsleitungen geschlossen werden, wobei auch verhindert werden kann, dass weitere Flüssigkeit aus der Anlage austreten kann.
Es kann auch eine Situation entstehen, in der eine
unmittelbare Gefahr für Beschädigungen der Rechenanlage nicht auszuschließen ist. In diesem Fall kann unmittelbar die Abschaltung der Spannungsversorgung und der Pumpen erfolgen, ohne die Rechenanlage zuvor kontrolliert
herunterzufahren, und ohne die laufenden Anwendungen zu Schließen und die Daten zu sichern.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind
Mittel zur Notabschaltung in einem Rack oder einer anderen Komponente der Rechenanlage integriert oder adaptiert.
Insbesondere im Fall dass die Kühlanlage als integriertes oder adaptiertes Modul ausgeführt ist, kann gegebenenfalls die Abschaltung des Kühlmodules und der Komponente des Rechenanlage oder des Rechenzentrums lokal erfolgen, ohne andere Komponenten der Rechenanlage oder des Rechenzentrums davon beeinflusst werden.
Das Prozedere des Herunterfahrens und der Abschaltung ist in dem Flussdiagrammen in Fig. 38 und Fig.39 wiedergegeben. Fig.38 zeigt eine kontrollierte Abschaltung.
Sobald ein Leck in einem Rack detektiert wird, wird das Rechenzentrum über eine elektronische Schnittstelle
informiert .
Innerhalb des Rechenzentrums werden dann Anwendungen, welche auf dem vom Leck betroffenen Bereich laufen, auf andere, nicht von der Leckage betroffene Teile des Systems verteilt. Weiterhin werden die Daten gesichert.
Sodann wird das betroffene System heruntergefahren und anschließend von der Stromversorgung getrennt.
Im Falle einer Notfallabschaltung, beispielsweise aufgrund eines größeren Wassereintritts, wird, wie in Fig. 39 dargestellt, die Stromversorgung für ein Rack sofort getrennt (unmittelbare Abschaltung) . Da in diesem Beispiel auch das Kühlmodul, welches auch den Leck-Controller enthält, sofort mit abgeschaltet wird, erfolgt keine
Benachrichtigung des Rechenzentrums über eine elektronische Schnittstelle . Fig. 40 zeigt ein schematisch dargestelltes
Ausführungsbeispiel eines Rechenzentrums 55.
Das Rechenzentrum 55 umfasst eine Mehrzahl an Racks 20, welche ihrerseits einzelne Module 52, wie Server,
Festplatteneinheiten etc. umfassen.
In dieser Ausführungsform sind die Module 52 über eine Flüssigkeitskühlung mit einem ersten Kühlkreislauf 21 verbunden, über den über den Wärmetauscher 23 Wärme nach außen abgeführt wird.
Ein zweiter Kühlkreislauf 22 mit geringerer
Vorlauftemperatur, über den in einem internen Luftkreisla die Komponenten des Racks gekühlt werden, wird über eine Kältemaschine 8 versorgt. Hierfür ist innerhalb der Racks 20 ein Wärmetauscher vorgesehen.
Bezüglich der einzelnen Racks ist sowohl der erste
Kühlkreislauf 21 als auch der zweite Kühlkreislauf 22 zusammengeführt. Dies kann über den Anschluss der
Wärmetauscher 24 am Kühlkreislauf 22 erfolgen, indem dies parallel am Kühlkreislauf 22 angeschlossen sind. Denkbar ist auch, dass die Wärmetauscher 24 hintereinander geschaltet sind, das Kühlfluid also von einem Wärmetausch zum nächsten fließt (nicht dargestellt) .
Über einen weiteren externen Wärmetauscher 25 wird vom Warmteil der Kältemaschine ausgehend Prozesswärme
abgeführt .
Fig. 41 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiels eines Rechenzentrums 55. Soweit nicht anders beschrieben, entspricht das
Rechenzentrum 55 dem in Fig. 40 dargestellten
Ausführungsbeispiel .
Im Unterschied zu Fig. 40 ist der erste Kühlkreislauf 21 für die Prozessorkühlung über einen Wärmetauscher 31 thermisch mit dem Kühlkreislauf des Warmteils der
Kältemaschine 8 verbunden.
Dies ist möglich, da die Kühlkreisläufe eine ähnliche Temperatur haben.
Diese Ausführungsform der Erfindung hat den Vorteil, dass somit nur noch ein Anschluss zum Abführen von Abwärme über den Wärmetauscher 25 vorhanden sein muss.
Fig. 42 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung, welches auf Fig. 41 beruht.
Im Unterschied zu Fig. 41 ist jeweils für ein Rack 20 eine Kältemaschine vorgesehen.
Die Abwärmeteile der Kältemaschine sind zusammengeführt.
Fig. 43 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
Rechenzentrums 55, bei welchem die Server 20 mit einem Kühlmodul 39 (wie zuvor dargestellt) verbunden sind. Der Vorteil dieser Ausführungsvariante ist, dass, um dem System Energie zu entziehen, nur die Kühlmodule über den Kühlkreislauf 53 verbunden sein müssen, über den über den Wärmetauscher 25 Wärme nach außen abgeführt wird. Es versteht sich, dass diese Wärme auch als Nutzwärme
verwendet werden kann.
Fig. 44 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher mehrere Server 37 in einem Rack 20 enthalten sind, und bei welcher ein Kühlkreislauf der Server 37, welcher beispielsweise eine Prozessorkühlung ist, über mehrere Server zu einem ersten Kühlkreislauf 21 zusammengefasst ist, wobei der Volumenstrom der Kühlflüssigkeit für jeden Server getrennt über eine Pumpe 57 und optional ein
zusätzliches Ventil 33 gesteuert werden kann. Die Wärme wird über den Rückkühler 23 an die Umgebung abgegeben.
Beispielsweise über Auswertung von Temperatursensoren
(nicht dargestellt) können die Pumpen 57 und optional die Ventile 33 so angesteuert werden, wie der jeweilige
Prozessorkühlkreislauf in den Servern benötigt. Damit kann der Volumenstrom des Kühlmittels in den jeweiligen Servern auf den jeweils erforderlichen Wert geregelt werden, es kann weiterhin die Pumpenleistung optimal an den
erforderlichen Wert angepasst werden, und es kann die
Temperaturdifferenz zwischen Einlass und Auslass der
Prozessorkühlkreisläufe über den regelbaren oder
einstellbaren Volumenstrom bei gegebener abzuführender Wärme geregelt werden.
Es versteht sich, dass diese Einstellung des Volumenstromes auch für mehrere Kühlkreisläufe anwendbar ist,
beispielsweise, beispielsweise die in Fig. 13 beschriebenen Kühlkreisläufe 21,22 und 38.
Fig. 45 zeigt eine Konfiguration, bei der mehrere Racks 20 vorhanden sind, und bei welchen ein Kühlkreislauf der
Server 37, welcher beispielsweise eine Prozessorkühlung ist, über mehrere Server zu einem ersten Kühlkreislauf 21 zusammengefasst ist, wobei der Volumenstrom der Kühlflüssigkeit für jeden Server getrennt über ein Ventil 33 gesteuert werden kann, und wobei der Volumenstrom für jedes Rack über eine Pumpe gesteuert ist. Somit kann der Volumenstrom für jedes Rack 20 und für jeden Server 37 getrennt eingestellt und geregelt werden.
Es versteht sich, dass diese Einstellung des Volumenstromes auch für mehrere Kühlkreisläufe anwendbar ist,
beispielsweise die in Fig. 13 beschriebenen Kühlkreisläufe 21,22 und 38.
Fig. 46 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher ein Rack 20 mit einzelnen Modulen, dargestellt als Server 37 ausgestattet ist, und bei welcher ein
Kühlkreislauf beispielsweise eine Prozessorkühlung ist.
Abweichend von den bisher dargestellten Ausführungsformen ist für jeden Server ein Bypass 58 vorgesehen, über welchen über ein Ventil 33 oder eine T-förmige Verzweigung
Kühlflüssigkeit am Server vorbei geleitet werden kann.
Über einen regelbaren Bypass kann ein Teil des Kühlmittels, welches die Module durchströmt, in einem Kreislauf vom Kühlmittelausgang der Server 37 zum Kühlmitteleingang der Server 37 zurückgeführt werden, ohne über den
Prozessorkühlungsanschluss 21 des Racks und den
Wärmetauscher der Rückkühlung 23 geführt zu werden. Dadurch kann die den Server durchströmende Kühlmittelmenge erhöht werden und damit die Temperaturdifferenz zwischen
Kühlmittelauslass und Kühlmitteleilass der Server
verringert werden, ohne dass eine Erhöhung der
Durchflussmenge des Wärmetauschers der Rückkühlung 23 notwendig ist. Der Bypass kann beispielsweise abhängig von der individuellen Serverbelastung und/oder von der
individuellen Servertemperatur gesteuert werden, so dass der individuelle Server lastabhängig seine Temperaturen am Kühlmittelauslass und Kühlmitteleinlass beeinflussen kann. Dies kann im Zusammenhang mit optimaler Auslegung des Kühlsystemes eines individuellen Rechenzentrums (zum
Beispiel Dimensionierung der Kühlmitteltemperaturen, Vermeidung geringer Temperaturen infolge großer
Temperaturdifferenzen und damit Vermeidung von
Kondensation, Dimensionierung von Volumenströmen) von Bedeutung sein.
Weiterhin kann durch den Bypass und der damit möglichen Erhöhung der die hier dargestellte Prozessorkühlung der Server durchströmende Kühlmittelmenge eine homogenere Temperaturverteilung über allen am Kreislauf der
Prozessorkühlung angeschlossenen Bauteile erreicht werden.
In einem Betriebszustand, in welchem bei mehreren an die Prozessorkühlung eines Servers angeschlossenen Bauteilen beispielsweise nur ein Bauteil sehr viel abzuführende Wärmeenergie erzeugt, die anderen Bauteile jedoch sehr wenig, kann durch Erhöhung der Durchflussmenge des
Kühlmittels im individuellen Server eine Überhitzung des Bauteiles verhindert werden, ohne den Volumenstrom des Kühlmittels des Gesamtsystems zu beeinflussen.
So kann sich das System wechselnden Rechenbelastungen oder Betriebsbedingungen auch über die Steuerung der
Kühlflüssigkeit im Bypass anpassen. Der Bypass und die Menge der den Bypass durchströmenden Kühlflüssigkeit kann über regelbare Ventile und
ansteuerbare Pumpen, eingestellt werden. Die Steuerung (nicht dargestellt) kann über den Server oder außerhalb des Servers erfolgen, wobei auch Temperatursensoren (nicht dargestellt) mit einbezogen werden können.
Ein Bypass kann auch über ein gesamtes Rack, beispielsweise über die Wärmetauscher 24 des zweiten Kühlkreislaufes 22, oder eine andere Anlage des Rechenzentrums (beispielsweise eine Stromversorgung) gelegt werden anstelle über einzelne Server (nicht dargestellt) . Die Wirkungsweise entspricht der des Bypasses über einen Server.
Es versteht sich, dass der Bypass auch für mehrere
Kühlkreisläufe anwendbar ist, beispielsweise die in Fig. 13 beschriebenen Kühlkreisläufe 21, 22 und 38.
Fig. 47 zeigt eine weitere Ausführungsform des Kühlsystems mit einem Bypass, ähnlich wie beschrieben in Fig. 46, jedoch mit dem Unterschied, dass die Kühlflüssigkeit nicht vom Auslass der Prozessorkühlung des Servers 37 in den Einlass der Prozessorkühlung des Servers 37 zurückgeführt wird, sondern dass Kühlflüssigkeit am Server vorbeigeführt wird. Damit lässt sich der Volumenstrom im
Kühlmittelkreislauf der Prozessorkühlung verringern, ohne den Volumenstrom im Wärmetauscher der Rückkühlung 23 zu beeinflussen. Ein weiterer Vorteil dieses Bypasses liegt in der möglichen Reduzierung des Druckverlustes bei Servern mit geringer Last.
Ein Kühlsystem kann im Sinne der Erfindung aus einer Anzahl von Kühlkreisläufen bestehen, die auch in verschiedener Weise zusammengeschaltet werden können. Wie beispielsweise in Fig. 9 und in Fig. 13a dargestellt ist, können diese Kühlkreisläufe zu einem Kreislauf verbunden werden, in dem die verschiedenen Kühlkreisläufe reihenweise hintereinandergeschaltet werden, wobei die einzelnen der hintereinander geschalteten Kühlkreisläufe ein anderes Temperaturniveau haben (sofern jeder der einzelnen
Kreisläufe eine thermische Energie aufnimmt), aber der Volumenstrom in allen hintereinander geschalteten
Kühlkreisläufen identisch ist. Jeder Kühlkreislauf ist von einem Druckverlust betroffen, welcher sich bei
hintereinandergeschalteten Kühlkreisläufen addiert, und welcher durch die Pumpen des Kühlkreislaufes kompensiert werden muss. Wenn ein Modul (beispielsweise ein Server) des Kühlkreislaufes, oder auch mehrere Module (beispielsweise Server) weniger belastet werden, und weniger thermische Energie abgeführt werden muss, ist es durch den
beschriebenen Bypass möglich, den Volumenstrom des
Kühlmittels individuell im weniger belasteten Server zu reduzieren, ohne damit den Volumenstrom in anderen
hintereinandergeschalteten Servern zu reduzieren. Weil ein Bypass in der Regel einen deutlich geringeren Druckverlust aufweist als der Kühlkreislauf in einem Modul (damit begründet, dass der Bypass über kurze Leitungslängen für das Kühlmittel geführt wird, während in einem Modul, beispielsweise in einem Server, der Kühlkreislauf über längere Leitungslängen über beispielsweise mehrere
Prozessoren oder andere Leistungsbauteile geführt wird) , sinkt damit auch der durch die Pumpen zu kompensierende Druckverlust, und damit die benötigte Pumpenleistung.
Somit kann durch den beschriebenen Bypass je nach Auslegung und Konfiguration des Kühlsystemes die benötigte
Pumpenleistung an die individuelle zu kühlende thermische Last in den einzelnen durch Kühlkreisläufe gekühlten
Modulen, beispielsweise Servern, angepasst werden. Ein Bypass kann auch über ein gesamtes Rack, beispielsweise über die Wärmetauscher 24 des zweiten Kühlkreislaufes 22, oder eine andere Anlage des Rechenzentrums (beispielsweise eine Stromversorgung) gelegt werden anstelle über einzelne Server (nicht dargestellt) . Die Wirkungsweise entspricht der des Bypasses über einen Server.
Fig. 48 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung, welches auf Fig. 40 beruht. Im Unterschied zu Fig. 40 ist zum einen beispielhaft dargestellt, dass die Kältemaschine nicht im Rechenzentrum angeordnet ist, sondern außerhalb, hier dargestellt angrenzend an die
Wärmetauscher 23, 25 und 56. Als weiterer Unterschied zu Fig. 40 ist eine freie Kühlung dargestellt, wobei das Kühlfluid des zweiten
Kühlkreislaufes 22 zunächst durch den Wärmetauscher für freie Kühlung 56 geleitet wird, bevor es zum Einlass 14 des Kälteteiles 16 der Kältemaschine 8 geleitet wird. Dabei wird das Kühlfluid, abhängig unter anderem von den
Umgebungsbedingungen (z.B. Temperatur) an dem
Wärmetauscher 56, um einen Betrag ΔΤ abgekühlt, womit die von der Kältemaschine 8 zu erbringende Kälteleistung und folglich deren Energieverbrauch reduziert wird. Je nach Umgebungsbedingungen für den Wärmetauscher 56 kann ggf. auch die vollständige Kühlleistung für den zweiten
Kühlkreislauf 22 durch die freie Kühlung bereitgestellt werden, beispielsweise bei geringen Umgebungstemperaturen von beispielsweise kleiner 10 °C.
Fig. 49 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung, welches auf Fig. 40 beruht. Im Unterschied zu Fig. 40 wird hier der zweite Kühlkreislauf an einen Kaltwasseranschluss 63 angeschlossen, welcher dem
Rechenzentrum zur Verfügung gestellt ist. Dieser
Kaltwasseranschluss kann beispielsweise durch eine nicht im Rechenzentrum befindliche Kältemaschine mit Kälteenergie versorgt werden, oder durch einen gewöhnlichen Anschluss der Wasserversorgung oder durch eine geothermale
Kühlanlage .
Fig. 50 zeigt ein schematisch dargestelltes weiteres
Ausführungsbeispiel eines Rechenzentrums 55, welches eine Rückgewinnung von Elektroenergie aus thermischer Energie umfasst .
Das Rechenzentrum 55 umfasst eine Mehrzahl an Racks 20, welche ihrerseits einzelne Module 52, wie Server,
Festplatteneinheiten etc. umfassen .
In dieser Ausführungsform sind die Module 52 über eine Flüssigkeitskühlung mit einem ersten Kühlkreislauf 21 verbunden .
Ein zweiter Kühlkreislauf 22 mit geringerer
Vorlauftemperatur, über den in einem internen Luftkreislauf die Komponenten des Racks gekühlt werden, wird über eine Kältemaschine 8 versorgt. Hierfür ist innerhalb der Racks 20 ein Wärmetauscher vorgesehen. Dieser Kühlkreislauf ist hier nur angedeutet, die Kühlung selbst ist nicht
dargestellt .
Bezüglich der einzelnen Racks ist zumindest der erste
Kühlkreislauf 21 zusammengeführt. Das Ausführungsbeispiel beinhaltet einen thermoelektrischen Generator, oder ein Peltierelement 66. Der erste
Kühlkreislauf mit einer Vorlauftemperatur Tl ist zunächst mit einem Wärmetauscher (Warmseite) für ein Element zur Elektroenergie-Gewinnung 67 geführt, welcher thermisch mit einer Seite des thermoelektrischen Generators 66 verbunden ist. Ein weiterer Wärmetauscher (Kaltseite) für ein Element zur Elektroenergie-Gewinnung 68 ist thermisch mit der anderen Seite des thermoelektrischen Generators 66
verbunden, die Rücklauftemperatur an diesem Wärmetauscher (Kaltseite) 68 beträgt T2. Der Wärmetauscher (Kaltseite) 68 ist thermisch über einen Kühlkreislauf mit dem
Wärmetauscher 25 der Rückkühlung verbunden.
Somit liegt an dem thermoelektrischen Generator 66 eine Temperaturdifferenz von ΔΤ = Tl - T2 an. Dadurch wird elektrische Energie erzeugt, welche in diesem
Ausführungsbeispiel über einen Wechselrichter 69 als rückgeführte Energie 70 in die Stromversorgung eingespeist wird, so dass sich die benötigte Elektroenergie zur
Versorgung des Rechenzentrums 65 um die rückgeführte
Energie 70 vermindert, bei annährend gleichbleibender bereitgestellter Energiemenge zur Versorgung der
Komponenten des Rechenzentrums 64.
Es kann somit thermische Energie in elektrische Energie umgewandelt werden, welche dem Rechenzentrum zugeführt wird, womit die Menge an Elektroenergie zur Versorgung eines Rechenzentrums vermindert wird.
Weiterhin wird die durch den Wärmetauscher 25 des
Rückkühlers abzuführende thermische Energiemenge verringert, was zu verringerten Betriebskosten des
Rückkühlers führt.
Es versteht sich, dass auch weitere physikalische Effekte zur Erzeugung von Elektroenergie aus thermischer Energie beziehungsweise einer Temperaturdifferenz ΔΤ genutzt werden können, beispielsweise kann anstelle des thermoelektrischen Generators 66 ein auf dem Carnot-Prozess beruhender
mechanischer Generator, beispielsweise eine ORC (organic rankine cycle) Maschine, verwendet werden, welcher einen elektrischen Generator zur Energiegewinnung antreibt. Auch kann ein Stirling-Motor verwendet werden. Weiterhin kann ein thermomagnetischer Generator eingesetzt werden.
Weil bei einigen physikalische Prozessen zur Umwandlung thermischer Energie in eine andere Energieform der
Wirkungsgrad proportional ist zur bereitgestellten
Temperaturdifferenz ΔΤ (beispielsweise beim Carnot- Prozess) , wird durch das erfindungsgemäße System zur
Kühlung einer Rechenanlage, welches einen ersten
Kühlkreislauf mit hoher Temperatur bereitstellt, die
Umwandlung von thermischer Energie eines Rechenzentrums in elektrische Energie ermöglicht oder zumindest besser unterstützt .
Durch die Erfindung kann der zur Kühlung einer
Rechenanlage erforderliche Energieverbrauch erheblich herabgesetzt werden. Bezugszeichenliste
1 System zur Kühlung einer Rechenanlage
2 Vorlauf erster Kühlkreislauf
3 Rücklauf erster Kühlkreislauf
4 Einlass zweiter Kühlkreislauf
5 Auslass zweiter Kühlkreislauf
6 Flüssigkeitsgekühlte Komponenten
7 Luftgekühlte Komponenten
8 Kältemaschine
9 Verdampfer
10 Kompressor
11 Kondensator
12 Expansionsventil
13 Kühlmittelkreislauf der Kompressormaschine
14 Einlass
15 Auslass
16 Kaltteil
17 Einlass
18 Auslass
19 Warmteil
20 Rack
21 Erster Kühlkreislauf
22 Zweiter Kühlkreislauf
23 Wärmetauscher (Rückkühlung)
24 Wärmetauscher ( Rackkühlung)
25 Wärmetauscher (Rückkühlung)
26 Modul
27 Lüfter
28 Anschluss
29 Anschluss
30 Rechenanlage 31 Wärmetauscher
32 Kühlkreislauf Warmteil
33 Ventil
34 Erste Gruppe wärmeerzeugender Komponenten 35 Zweite Gruppe wärmeerzeugender Komponenten
36 Dritte Gruppe wärmeerzeugender Komponenten
37 Server
38 Dritter Kühlkreislauf
39 Kühlmodul
40 Controller
41 Anschluss (Rückkühlung)
42 Leckage Detektion
43 Anschluss Prozessorkühlung
44 Anschluss Rackkühlung
45 Gehäuse
46 Wärmetauscher
47 LuftZirkulation
48 Server
49 Anschluss
50 Lüfter
51 Blade-Server
52 Modul
53 Kühlkreislauf
54 Leitung
55 Rechenzentrum
56 Wärmetauscher (für freie Kühlung)
57 Pumpe
58 Bypass
59 Wärmetauscher der Kältemaschine
60 Kühlmittelanschlüsse
61 Rackkühlungsmodul
62 Luftstrom des Blade-Servers
63 Kaltwasseranschluss 64 Elektroenergie zur Versorgung von Komponenten des
Rechenzentrums
65 Elektroenergie zur Versorgung des Rechenzentrums
66 Thermoelektrischer Generator, Peltierelement 67 Wärmetauscher für ein Element zur Elektroenergie-
Gewinnung, Warmseite
68 Wärmetauscher für ein Element zur Elektroenergie-
Gewinnung, Kaltseite
69 Wechselrichter
70 Rückgeführte Elektroenergie

Claims

Ansprüche :
1. System zur Kühlung einer Rechenanlage, umfassend eine Kältemaschine, wobei die Rechenanlage zumindest einen ersten und einen zweiten Kühlkreislauf umfasst und wobei der erste Kühlkreislauf über eine Flüssigkeit und/oder über Wärmeleitung betreibbar ist und wobei zumindest der zweite Kühlkreislauf mit einem Kaltteil der Kältemaschine verbunden ist.
2. System zur Kühlung einer Rechenanlage nach dem
vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rücklauf des ersten Kühlkreislaufs sowohl mit einem Wärmetauscher als auch mit dem Kaltteil der Kältemaschine verbindbar ist.
3. System zur Kühlung einer Rechenanlage nach dem
vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rücklauf des zweiten Kühlkreislaufs sowohl mit einem Wärmetauscher als auch mit dem Kaltteil der Kältemaschine verbindbar ist
4. System zur Kühlung einer Rechenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System zumindest drei Kühlkreisläufe umfasst, von denen ein Kühlkreislauf mittels Luft betrieben wird und die beiden weiteren Kühlkreisläufe mittels einer Flüssigkeit betrieben werden, wobei von den weiteren Kühlkreisläufen zumindest ein Kühlkreislauf sowohl mit einem externen Wärmetauscher als auch mit einem Kaltteil der Kältemaschine verbindbar ist. System zur Kühlung einer Kältemaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlkreislauf sowie der Warmteil der
Kältemaschine jeweils einen Wärmetauscher umfassen welche über einen weiteren Wärmetauscher thermisch verbunden sind und Abwärme beider Kühlkreisläufe gemeinsam abführbar ist.
System zur Kühlung einer Rechenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Kältemaschine um eine
Kompressionskältemaschine oder eine
Sorptionskältemaschine, insbesondere eine
Adsorpt ions- , Absorptions- und/oder eine auf dem Prinzip der absorptiven Trocknung (DCS) , eine auf dem thermoelektrischen Effekt arbeitende Kältemaschine und/oder eine auf dem magnetokalorischen Prinzip arbeitende Kältemaschine und/oder eine geothermische Kältemaschine und/oder eine mit Peltier-Elementen arbeitende Kältemaschine und/oder eine Dampfstrahl- Kältemaschine und/oder eine nach dem Joule-Thomson- Effekt arbeitende Kältemaschine und/oder eine auf dem Prinzip der Verdunstungskühlung arbeitende
Kältemaschine handelt.
System zur Kühlung einer Rechenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Racks und/oder Prozessoren und/oder Leistungsbauteile der Rechenanlage mit einer Flüssigkeit kühlbar sind.
System zur Kühlung einer Rechenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System Mittel zur variablen Verteilung des Kühlfluids innerhalb der Rechenanlage aufweist.
9. System zur Kühlung einer Rechenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System redundant ausgebildete Pumpen, Ventile,
Sensoren und Ansteuerungselektronik zur Verteilung des Kühlfluids und/oder eine redundant ausgebildete Kältemaschine aufweist. 10. System zur Kühlung einer Rechenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System eine Regelungselektronik mit einer
Schnittstelle zur Anbindung der Rechenanlage umfasst. 11. System zur Kühlung einer Rechenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System ein Kühlmodul umfasst, in welchem
zumindest die Kältemaschine und eine elektronische Steuerung angeordnet ist.
12. System zur Kühlung einer Rechenanlage nach dem
vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorlauftemperatur des ersten Kühlkreislaufs sich um mindestens 20 °C, vorzugsweise zumindest 30 °C von der Vorlauftemperatur des zweiten Kühlkreislaufs unterscheidet .
13. System zur Kühlung einer Rechenanlage nach einem der vorstehenden beiden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der erste Kühlkreislauf mit
Prozessoren und/oder Leistungsbauteilen der
Rechenanlage verbunden ist.
4. System zur Kühlung einer Rechenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmetauscher des ersten Kühlkreislaufs und/oder ein mit einem Warmteil der Kältemaschine verbundener Wärmetauscher mit dem Heizsystem eines Gebäudes, einer Warmwasserversorgung und/oder einem
Stromerzeuger verbunden ist.
5. System zur Kühlung einer Rechenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemaschine in ein Rack und/oder in einen
Server, insbesondere einen Blade-Server und/oder andere Komponenten (Stromversorgungen,
Telekommunikation) integriert ist oder unmittelbar an einen Server oder an ein Rack angrenzt.
6. System zur Kühlung einer Rechenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Flüssigkeit des zweiten Kühlkreislaufs nach Durchlaufen eines
Kaltteils der Kältemaschine über einen Wärmetauscher zur Kühlung der in der Rechenanlage vorhandenen Luft führbar ist, und wobei die Flüssigkeit nach
Durchlaufen des Wärmetauschers dem ersten
Kühlkreislauf zuführbar ist.
7. System zu Kühlung einer Rechenanlage nach dem
vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemaschine als ein in einem Server,
insbesondere Blade-Server einsetz-, insbesondere einsteckbares, Modul ausgebildet ist.
18. System zur Kühlung einer Rechenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System eine Prozessorkühlung umfasst und
Prozessoren, RAM's, Chipsets, Speicherbauteile, Grafikbauteile, Leistungsbauteile von
Stromversorgungen, Leistungsbauteile von
unterbrechungsfreien Stromversorgungen,
Stromversorgungen, Telekommunikationseinrichtungen und/oder Festplatten an einem Prozessorkühlkreislauf angeschlossen sind.
9. System zur Kühlung einer Rechenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechenanlage und die Kältemaschine in einem Raum anordnet ist, insbesondere die Kältemaschine in einer Komponente der Rechenanlage integriert ist oder an eine Komponente der Rechenanlage angrenzt, und wobei keine Klimaanlage zum Abkühlen der Raumluft vorhanden ist .
O.System zu Kühlung einer Rechenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System Mittel zur Notabschaltung im Falle eines Kühlmittelverlusts aufweist.
1. System zur Kühlung einer Rechenanlage nach dem
vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Notabschaltung Mittel zur Bestimmung der Schwere und/oder des Ortes der möglichen
Gefährdung des Kühlmittelverlustes umfassen, und basierend darauf die Massnahmen der Notabschaltung bestimmbar sind, insbesondere dass die Notabschaltung auf einen betroffenen Bereich der Rechenanlage begrenzbar ist.
2. System zu Kühlung einer Rechenanlage nach dem
vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Notabschaltung einen Unterbrecher für die Spannungsversorgung umfassen.
3. System zur Kühlung einer Rechenanlage nach einem der beiden vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Mittel zur Notabschaltung in einem Rack der Rechenanlage integriert sind.
4. System zur Kühlung einer Rechenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System mehrere Kühlkreisläufe umfasst, wobei ein Kühlkreislauf ohne Verwendung der Kältemaschine kühlbar ist und ein weiterer Kühlkreislauf unter Verwendung einer Kältemaschine kühlbar ist.
5. System zur Kühlung einer Rechenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System mehrere Kühlkreisläufe umfasst, wobei zumindest zwei Kühlkreisläufe thermisch gekoppelt und so zu einem Kreislauf zusammengefasst sind.
6. System zur Kühlung einer Rechenanlage nach dem
vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass über den zusammengefassten Kühlkreislauf Prozesswärme abführbar ist.
7. System zur Kühlung einer Rechenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System mehrere Kühlkreisläufe umfasst, wobei zumindest in einem Kühlkreislauf ein Bypass
vorgesehen ist, über den durch teilweise Rückführung des Kühlmittels der Volumenstrom im am Kühlkreislauf angeschlossenen zu kühlenden Modul erhöht werden kann, ohne den gesamten Volumenstrom des Kühlmittels im Kühlkreislauf zu erhöhen.
8. System zur Kühlung einer Rechenanlage nach einem de vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in zumindest einem Kühlkreislauf ein Bypass vorgesehen ist, über den durch teilweise
Vorbeiführung am zu kühlenden Modul der Volumenstrom im am Kühlkreislauf angeschlossenen Modul verringert werden kann, ohne den gesamten Volumenstrom des Kühlmittels im Kühlkreislauf zu verringern.
9. System zur Kühlung einer Rechenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmittel eine Flüssigkeit mit einer
elektrischen Leitfähigkeit von weniger als 10 * 10"6 S/m , vorzugsweise von weniger als 2 * 10-8 S/m verwendet wird.
O.System zur Kühlung einer Rechenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Komponenten der Kältemaschine, insbesondere ein Kompressor, über zumindest einen der Kühlkreisläufe kühlbar sind.
1. System zur Kühlung einer Rechenanlage nach dem
vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten der Kältemaschine über eine
Flüssigkeit kühlbar sind.
32. System zur Kühlung einer Rechenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemaschine einen Kompressor mit einer
SanftanlaufSchaltung und/oder einer Drehzahlregelung umfasst.
33. System zur Kühlung einer Rechenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System einen Kältespeicher umfasst, wobei der Kältespeicher ein auf Sorption basierender
thermischer Speicher oder ein
Phasenwechselmaterialien umfassender
Latentkältespeicher ist oder ein wasserbasierter Kältespeicher .
34. System und Verfahren zur Kühlung einer Rechenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Modul zur Kühlung der
Kühlkreisläufe und Komponenten zur Erzeugung eines Rack-internen Kühlluftstromes in einer an das Rack angrenzenden Einheit, insbesondere einem Modul, zusammengefasst sind.
35. System zur Kühlung einer Rechenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Heizleistung von weniger als 20 %, vorzugsweise weniger als 10 % der Leistungsaufnahme der
Rechenanlage als thermische Energie in einen Raum, in welchem die Rechenanlage angeordnet ist, abgegeben wird.
36. System zur Kühlung einer Rechenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse der Rechenanlage wärmegedämmt ist, insbesondere Gehäusewände mit einem
Wärmedurchgangskoeffizienten k < 3 W/m2K,
vorzugsweise k < 1 W/m2K, aufweist.
37. System zur Kühlung einer Rechenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gehäusewand der Rechenanlage über
Fluidleitungen, die an einem Kühlkreislauf
angeschlossen sind, in etwa auf die
Umgebungstemperatur kühlbar ist.
System zur Kühlung einer Rechenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System zumindest ein Mittel zur Beheizung, insbesondere ein Heizelement, zur Erwärmung der Rechenanlage oder deren Komponenten umfasst.
System zur Kühlung einer Rechenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beheizung der Rechenanlage oder deren
Komponenten zeitweise über thermische Energie des ersten Kühlkreislaufs erfolgt, oder durch die thermische Energie eines anderen Kühlkreislaufes, dessen Einlass- und Auslasstemperaturen größer sind als die Temperatur der Rechenanlage.
40. System zur Kühlung einer Rechenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System Mittel zur Abfuhr von Kondensat umfasst.
41. System zur Kühlung einer Rechenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme zumindest des ersten Kühlkreislaufs zur Erzeugung elektrischer Energie verwendbar ist.
2. System zur Kühlung einer Rechenanlage nach dem
vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugte elektrische Energie zur Stromversorgung der Rechenanlage und/oder einer Kältemaschine zuführbar ist.
3. System zur Kühlung einer Rechenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Steuerung der Kältemaschine und die Steuerung des Kühlfluids über Pumpen und Ventile über eine Steuerung oder Regelung erfolgt, und wobei die Temperaturen der Rechenanlage die momentane Auslastung der Rechenanlage und/oder die zu erwartende Auslastung der Rechenanlage als Eingangswerte in die Steuerung oder Regelung
einbeziehbar ist.
4. Container, umfassend ein System zur Kühlung einer Rechenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche.
5. Rechenanlage , insbesondere eingebettet in ein System zur Kühlung nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend ein Gehäuse, in welchem Komponenten der Rechenanlage angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet dass die Rechenanlage zumindest einen ersten und einen zweiten Kühlkreislauf umfasst, wobei über den ersten Kühlkreislauf über eine Flüssigkeit und/oder über Wärmeleitung Prozessoren und Leistungsbauteile der Rechenanlage kühlbar sind und wobei der zweite Kühlkreislauf einen in dem Gehäuse angeordneten Wärmetauscher umfasst.
Rechenanlage nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse als Rack ausgebildet ist .
Rechenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der im Gehäuse
angeordnete Wärmetauscher über eine Flüssigkeit kühlbar ist.
Kühlmodul, insbesondere für ein System zur Kühlung einer Rechenanlage nach einem der vorstehenden
Ansprüche, umfassend einen Anschluss für einen ersten Kühlkreislauf, zumindest einen weiteren Anschluss für einen weiteren Kühlkreislauf und zumindest einen Anschluss zum Abführen von Prozesswärme.
Kühlmodul nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmodul eine Kältemaschine umfasst .
Kühlmodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmodul als
Einsteckmodul für einen Server, insbesondere einen Blade-Server, ausgebildet ist.
Gehäuse einer Rechenanlage, insbesondere ausgebildet als Rack, umfassend einen im Gehäuse angeordneten Wärmetauscher und einen Fluidanschluss, der mit dem Wärmetauscher verbunden ist sowie einen weiteren Fluidanschluss, an welchem Module oder Leistungsbauteile anschließbar sind.
Rechenmodul, ausgebildet als Einschubmodul für ein Rack, umfassend einen Fluidanschluss, über welchen Prozessoren und Leistungsbauteile des Rechenmoduls mit einem Kühlfluid versorgbar sind.
Rechenmodul nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Rechenmodul einen weiteren Fluidanschluss zum Zuführen von Kühlfluid aufweist.
Modul zur Erkennung eines Lecks, insbesondere für ein System zur Kühlung einer Rechenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend Mittel zur
Erkennung eines Lecks im Kühlsystem, einen Controller sowie Mittel um eine Rechenanlage zumindest teilweise abzuschalten .
Modul zur Erkennung eines Lecks nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Modul
ausgebildet ist, zumindest einen Teil einer
Rechenanlage notabzuschalten oder herunter zu fahren zu veranlassen.
Kühler, insbesondere für ein System zur Kühlung einer Rechenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend einen Anschluss für einen Kühlkreislauf und zumindest einen weiteren Anschluss für einen
Kühlkreislauf, wobei die beiden Kühlkreisläufe thermisch gekoppelt sind.
57. Kühler nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch
gekennzeichnet, dass der Kühler einen Anschluss für einen vorzugsweise außerhalb eines Gebäudes
angeordneten Rückkühler umfasst, wobei über den Rückkühler beide Kühlkreisläufe kühlbar sind.
Verfahren zur Kühlung einer Rechenanlage,
insbesondere mit einem System zur Kühlung einer Rechenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Rechenanlage zumindest einen ersten und einen zweiten Kühlkreislauf umfasst,
wobei der erste Kühlkreislauf mit höherer Temperatur als der zweite Kühlkreislauf und mittels einer
Flüssigkeit und/oder mittels Wärmeleitung betrieben wird, und wobei zumindest der zweite Kühlkreislauf über ein Kaltteil einer Kältemaschine betrieben wird
Verfahren zur Kühlung einer Rechenanlage nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rücklauf des ersten Kühlkreislaufs zeitweise sowohl mit einem Wärmetauscher als auch mit dem Kaltteil der Kältemaschine verbunden wird,
insbesondere mittels eines Wegeventils.
Verfahren zur Kühlung einer Rechenanlage nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem ersten Kühlkreislauf Prozessoren und/oder Leistungsbauteile der Rechenanlage gekühlt werden.
Verfahren zur Kühlung einer Rechenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest abschnittsweise die Temperatur einzelner Komponenten der Rechenanlage gemessen wird und ein Kühlfluid, insbesondere eine Flüssigkeit im ersten Kühlkreislauf basierend auf den gemessenen Temperaturen variabel verteilt wird.
62. Verfahren zur Kühlung einer Rechenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Wärme des Warmteils der Kältemaschine und/oder
Wärme des ersten Kühlkreislaufs für Nutzwärme zur Verfügung gestellt wird, insbesondere zur
Gebäudeheizung und/oder Warmwasserbereitung und/oder zur Erzeugung von elektrischer Energie.
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