DE-102024126422-B4 - Direkte Flüssigkeitskühlung mit einem Kühlmittelverteilerkanal

Abstract

Die Erfindung betrifft eine direkte Flüssigkeitskühlung (DLC) für eine IT-Infrastruktur mit mindestens einer kühlbedürftigen Komponente (2), wobei die direkte Flüssigkeitskühlung eine Kühlmittelverteilungseinheit (CDU) und einen Kühlmittelverteilerkanal (7) aufweist, der von der Kühlmittelverteilungseinheit (CDU) mit gekühlter Flüssigkeit beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelverteilerkanal (7) einen Kühlmitteleinlass (7.5) aufweist, der beabstandet von gegenüberliegenden Enden des Kühlmittelverteilerkanals (7) angeordnet ist.

Inventors

• Juan Carlos Cacho Alonso

Assignees

• RITTAL GMBH & CO. KG

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20240913

Claims (15)

1. Direkte Flüssigkeitskühlung (DLC) für eine IT-Infrastruktur mit mindestens einer kühlbedürftigen Komponente (2), wobei die direkte Flüssigkeitskühlung eine Kühlmittelverteilungseinheit (CDU) und einen Kühlmittelverteilerkanal (7) aufweist, der von der Kühlmittelverteilungseinheit (CDU) mit gekühlter Flüssigkeit beaufschlagt ist, wobei der Kühlmittelverteilerkanal (7) dazu eingerichtet ist, in einem IT-Rack (1) befestigt zu werden, wobei sich der Kühlmittelverteilerkanal (7) mit seiner Längsrichtung in Vertikalrichtung erstreckt, und wobei der Kühlmittelverteilerkanal (7) einen Kühlmitteleinlass (7.5) aufweist, der beabstandet von gegenüberliegenden Enden des Kühlmittelverteilerkanals (7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet , dass der Kühlmitteleinlass (7.5) insoweit mittig zwischen den gegenüberliegenden Enden des Kühlmittelverteilerkanals (7) angeordnet ist, als dass er in einem mittleren Drittel in Bezug auf die Länge des Kühlmittelverteilerkanals (7) zwischen den gegenüberliegenden Enden angeordnet ist.
2. Direkte Flüssigkeitskühlung (DLC) nach Anspruch 1 , bei der der Kühlmittelverteilerkanal (7) eine Vorlaufleitung (7.1) mit einer Vielzahl Auslässen (7.3) für gekühlte Kühlflüssigkeit und eine Rücklaufleitung (7.2) mit einer Vielzahl Einlässen (7.4) für erwärmte Kühlflüssigkeit aufweist, von denen die Vorlaufleitung (7.1) den Kühlmitteleinlass (7.5) aufweist.
3. Direkte Flüssigkeitskühlung (DLC) nach Anspruch 2 , bei der die Rücklaufleitung (7.2) einen Kühlmittelauslass (7.6) aufweist, der beabstandet von den gegenüberliegenden Enden des Kühlmittelverteilerkanals (7) oder an genau einem der gegenüberliegenden Enden des Kühlmittelverteilerkanals (7) angeordnet ist.
4. Direkte Flüssigkeitskühlung (DLC) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der der Kühlmittelauslass (7.6) einen Abstand zu den gegenüberliegenden Enden des Kühlmittelverteilerkanals (7) aufweist, der wenigstens 10 %, vorzugsweise wenigstens 20 % besonders bevorzugt wenigstens 30 % der Gesamtlänge des Kühlmittelverteilerkanals (7) zwischen den gegenüberliegenden Enden beträgt.
5. Direkte Flüssigkeitskühlung (DLC) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der der Kühlmittelauslass (7.6) einen Abstand zu den gegenüberliegenden Enden des Kühlmittelverteilerkanals (7) von jeweils 50 % der Gesamtlänge des Kühlmittelverteilerkanals (7) zwischen den gegenüberliegenden Enden aufweist.
6. Direkte Flüssigkeitskühlung (DLC) nach einem der vorangegangenen Ansprüche bei der die Kühlmittelverteilungseinheit (CDU) an einem unteren Ende des Kühlmittelverteilerkanals (7) angeordnet ist.
7. Direkte Flüssigkeitskühlung (DLC) nach einem der vorangegangenen Ansprüche bei der eine Kühlmittelanschlussleitung (7.7), über die die Kühlmittelverteilungseinheit (CDU) mit dem Kühlmitteleinlass (7.5) des Kühlmittelverteilerkanals (7) fluidisch verbunden ist, eine flexible Leitung ist.
8. Direkte Flüssigkeitskühlung (DLC) nach Anspruch 7 , bei der die flexible Leitung über einen ersten 90°-Rohrbogen, der sich in einer ersten Ebene erstreckt, an den Kühlmittelverteilerkanal (7) und über einen zweiten 90°-Rohrbogen, der sich in einer zweiten Ebene, die vorzugsweise senkrecht zu der ersten Ebene verläuft, erstreckt, an die Kühlmittelverteilungseinheit (CDU) angeschlossen ist.
9. Direkte Flüssigkeitskühlung (DLC) nach Anspruch 8 , bei der die flexible Leitung mit Ausnahme der beiden 90°-Rohrbögen über ihre gesamte Länge durchgängig als eine flexible Kältemittelleitung ausgebildet ist.
10. Direkte Flüssigkeitskühlung (DLC) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der der Kühlmittelverteilerkanal (7) mindestens einen Sensor (300) aufweist, der dazu eingerichtet ist, mindestens eine physikalische Messgröße in Bezug auf die Flüssigkeit in dem Kühlmittelverteilerkanal (7) zu bestimmten, wobei der Sensor (300) vorzugsweise ein Temperatursensor, ein Drucksensor, ein Durchflusssensor und/oder ein Sensor für die Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit der Flüssigkeit ist.
11. Direkte Flüssigkeitskühlung (DLC) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der der Kühlmittelverteilerkanal (7) eine Vorlaufleitung (7.1) mit einer Vielzahl Auslässen (7.3) für gekühlte Kühlflüssigkeit und eine Rücklaufleitung (7.2) mit einer Vielzahl Einlässen (7.4) für erwärmte Kühlflüssigkeit aufweist, von denen zumindest eine von Vorlaufleitung (7.1) und Rücklaufleitung (7.2) mindestens einen Sensor (300) aufweist.
12. Direkte Flüssigkeitskühlung (DLC) nach einem der vorangegangenen Ansprüche , bei der eine Vorlaufleitung (7.1) des Kühlmittelverteilerkanals (7) einen ersten Temperatursensor aufweist, der dazu eingerichtet ist, die Temperatur der in der Vorlaufleitung (7.1) geführten Kühlflüssigkeit zu bestimmen, und wobei eine Rücklaufleitung (7.2) des Kühlmittelverteilerkanals (7) einen zweiten Temperatursensor aufweist, der dazu eingerichtet ist, die Temperatur der in der Rücklaufleitung (7.2) geführten Kühlflüssigkeit zu bestimmen.
13. Direkte Flüssigkeitskühlung (DLC) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der der Kühlmittelverteilerkanal (7) eine Vorlaufleitung (7.1) mit einer Vielzahl Auslässen für gekühlte Kühlflüssigkeit und eine Rücklaufleitung (7.2) mit einer Vielzahl Einlässen für erwärmte Kühlflüssigkeit aufweist.
14. Direkte Flüssigkeitskühlung (DLC) nach Anspruch 13 , bei der zumindest eine von Vorlaufleitung (7.1) und Rücklaufleitung (7.2) eine Armatur aufweist, über die die jeweilige Leitung mit der Kühlmittelverteilungseinheit (CDU) fluidisch verbunden ist, wobei die Armatur vorzugsweise mindestens einen Sensor (300) aufweist.
15. Direkte Flüssigkeitskühlung (DLC) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der der Kühlmittelverteilerkanal (7) eine Kabelführung, vorzugsweise einen Kabelkanal, aufweist, mit dem ein Sensorkabel des mindestens einen Sensors (300) entlang des Kühlmittelverteilerkanals (7) geführt ist, vorzugsweise an einer Außenseite des Kühlmittelverteilerkanals (7).

Description

Die Erfindung geht aus von einer direkten Flüssigkeitskühlung (Direct Liquid Cooling - DLC) für eine IT-Infrastruktur mit mindestens einer kühlbedürftigen Komponente, wobei die direkte Flüssigkeitskühlung eine Kühlmittelverteilungseinheit (Coolant Distribution Unit - CDU) und einen Kühlmittelverteilerkanal aufweist, der von der Kühlmittelverteilungseinheit (CDU) mit gekühlter Flüssigkeit beaufschlagt ist. Eine derartige Anordnung beschreibt die US 2007 / 0274043 A1. Weitere Anordnungen sind aus der, der DE 11 2021 002 221 T5, der US 2018 / 0 084 676 A1, der US 2016 / 0 113 150 A1, der US 2014 / 0 002 993 A1, der US 2023 / 0060854 A1, der US 2023 / 0060854 A1, der US 2022 / 0039291 A1 und der US 2023 / 0240053 A1 bekannt. Eine Flüssigkeitskühlung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 st aus der US 2022 / 0 322 578 A1 bekannt. Die US 9 668 382 B2, die US 11 310 939 B2 und die US 11 395 443 B2 beschreiben bekannte Kühlmittelverteilungseinheiten (CDU), bei denen die für die Bereitstellung und Beaufschlagung des Kühlmittelverteilerkanals mit gekühlter Flüssigkeit erforderlichen Komponenten in einem als Einschubgerät ausgebildeten Gehäuse untergebracht sind, z.B. einschließlich, jedoch weder zwingend noch beschränkt auf: mindestens eine Pumpe, vorzugsweise mehrere redundante Pumpen, ein Wärmetauscher, ein Ausdehnungsgefäß, Druck-, Durchfluss- und/oder Temperatursensoren, ein Dreiwegeventil mit Bypass-Ventil, eine AC-Stromversorgung, ein Steuergerät, ein Serviceventil, ein Filter, ein automatischer Entlüfter, ein Druckbegrenzungsventil oder ein Durchflussmengenregelventil. Für die Rückkühlung kann die Kühlmittelverteilungseinheit einen Flüssigkeit-Flüssigkeit-Wärmetauscher sowie Anschlüsse für den Vorlauf und den Rücklauf einer Kühlflüssigkeit, z.B. Wasser, aufweisen. Die Kühlflüssigkeit kann von einem Kaltwassersatz, einem Chiller oder dergleichen bereitgestellt werden. Anstelle eines Flüssigkeit-Flüssigkeit-Wärmetauscher kann ein Luft-Flüssigkeit-Wärmetauscher vorgesehen sein, der mit einem Lüfter, vorzugsweise einem Filterlüfter, mit Luft aus der Umgebung der Kühlmittelverteilungseinheit für die Rückkühlung der Kühlflüssigkeit der direkten Flüssigkeitskühlung beaufschlagt wird. Die von den kühlungsbedürftigen Komponenten, insbesondere Server-Einbauten, erforderliche Kühlleistung kann von Komponente zu Komponente und abhängig vom Betriebsstatus der jeweiligen Komponente stark variieren. Es ist daher wesentlich, dass im Bedarfsfall sämtlichen Komponenten eine erforderliche Kühlleistung zugeführt werden kann, wozu es wiederum notwendig ist, dass ein ausreichender Vorlaufdruck der Kühlflüssigkeit über den Kühlmittelverteilerkanal für sämtliche Komponenten bereitgestellt wird. Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine direkte Flüssigkeitskühlung vorzuschlagen, die eine möglichst effiziente Verteilung der Kühlflüssigkeit bereitstellt. Diese Aufgabe wird von einer direkten Flüssigkeitskühlung (DLC) mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen jeweils vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung. Demgemäß ist vorgesehen, dass die direkte Flüssigkeitskühlung (DLC) eine Kühlmittelverteilungseinheit (CDU) und einen Kühlmittelverteilerkanal, auch Manifold genannt, aufweist, der von der Kühlmittelverteilungseinheit (CDU) mit gekühlter Flüssigkeit beaufschlagt ist, wobei der Kühlmittelverteilerkanal einen Kühlmitteleinlass aufweist, der beabstandet von gegenüberliegenden Enden des Kühlmittelverteilerkanals angeordnet ist. Der Kühlmitteleinlass ist mittig zwischen den gegenüberliegenden Enden des Kühlmittelverteilerkanals angeordnet. Dazu kann der Kühlmitteleinlass denselben Abstand oder unterschiedliche Abstände zu beiden gegenüberliegenden Enden des Kühlmittelverteilerkanals aufweisen. Der Kühlmitteleinlass ist insoweit mittig zwischen den gegenüberliegenden Enden des Kühlmittelverteilerkanals angeordnet, als dass er in einem mittleren Drittel, vorzugsweise in einem mittleren Viertel, in Bezug auf die Länge des Kühlmittelverteilerkanals zwischen den gegenüberliegenden Enden angeordnet ist. Besonders bevorzugt weist der Kühlmitteleinlass jedoch denselben Abstand zu den beiden gegenüberliegenden Enden des Kühlmittelverteilerkanals auf. Die DLC kann somit einen vorzugsweise im Wesentlichen mittig, d. h. auf halber Länge des Kühlmittelverteilerkanals zwischen seinen gegenüberliegenden Enden, angeordneten Kühlmitteleinlass des Kühlmittelverteilerkanals umfassen, der so gestaltet ist, dass der Kühlmittelfluss in zwei im Wesentlichen gleichgroße Ströme aufgeteilt wird, einen aufsteigenden und einen absteigenden, um eine gleichmäßige Strömungsverteilung zu ermöglichen. Wenn der Kühlmitteleinlass im Wesentlichen mittig angeordnet ist, d. h. auf halber Länge des Kühlmittelverteilerkanals zwischen seinen gegenüberliegenden Enden, kann eine Verringerung, vorzugsweise eine Halbierung der Strömungsgeschwindigkeit erreicht werden, wodurch der Druckverlust innerhalb des Kühlmittelverteilerkan