Server sowie Verfahren zum Kühlen eines Servers

Die Erfindung betrifft einen Server mit einem quaderförmigen Gehäuse und mit an der Frontseite angeordneten ersten

wärmeerzeugenden Komponenten, wie zum Beispiel Festplatten und bedienbaren Laufwerken. Dahinter befinden sich

Systemlüfter, die einen Luftstrom von der Frontseite des Servers zur Rückseite erzeugen. In Strömungsrichtung des

Luftstroms, nach den Systemlüftern sind weitere

wärmeerzeugende Komponenten, wie zum Beispiel DC/DC- Wandlerbausteinen der CPU oder Steckkarten angeordnet.

Die meisten Serversysteme sind vom klimatischen Aufbau gleich ausgebildet. Es gibt an der Frontseite die Festplatten und die bedienbaren Laufwerke, danach folgt eine Lüfterbank mit den Systemlüftern und dahinter das Systemboard und eventuell auch die Stromversorgung.

Lokal sind einzelne Komponenten mit Kühlkörpern ausgerüstet, die CPU hat einen Heatpipe-Kühler und das Chipset auf dem Systemboard in der Regel einen Alukühler. Weitere

Schaltkreise oder wärmeerzeugende Komponenten haben

eventuelle weitere Kühlanbauten.

Die Kühlung erfolgt üblicherweise durch strömende Luft, die die Systemlüfter erzeugen. Die minimale erforderliche

Drehzahl der Lüfter ist durch jene Komponenten bestimmt, die ungünstig zum Luftstrom angeordnet sind oder thermisch kritisch sind. Dazu gehören insbesondere Kondensatoren,

DC/DC-Wandlerbausteine, PCI-Steckkarten und Backup-Batterien. Aufgrund dieser thermisch kritischen Komponenten oder

Bauteile ist es notwendig, die Systemlüfter mit einer

gewissen Drehzahl zu betreiben. Je höher die Lüfterdrehzahl sein muss, desto größer ist die Lärmemission des Lüfters und der durch die Lüfter benötigte Stromverbrauch.

Gewünscht ist jedoch, dass die Server leiser werden sollen und weniger Strom verbrauchen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine

Reduktion der minimal notwendigen Lüfterdrehzahl zu erreichen oder im besten Fall, dass der Lüfter ganz abgeschaltet werden kann .

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass vor den weiteren wärmeerzeugenden Komponenten ein Wärmetauscher angeordnet ist.

Durch den Wärmetauscher wird der erwärmten Luft, die durch die ersten wärmeerzeugenden Komponenten, wie zum Beispiel die Festplatten oder bedienbaren Laufwerke, bereits erwärmt wurde, ein möglichst großer Teil an Wärme zu entziehen, bevor sie in den rückwärtig gelegenen Elektronikteil des Servers eingeblasen wird.

Der Vorteil dieser Vorkühlung besteht darin, dass alle elektronischen Komponenten im Bereich nach dem Wärmetauscher durch diese vorgekühlte Luft angeströmt werden. Dies

verbessert die allgemeine Lebensdauer dieser Komponenten, reduziert die Kühlkörperanforderungen, wie zum Beispiel für die Kühlkörper der CPU und des Chipsatzes. Dies kann die Anzahl der Kühlkörper, die Größe der Kühlkörper oder auch das Material der Kühlkörper betreffen. Des Weiteren wird durch die Vorkühlung die Drehzahl der Systemlüfter deutlich

reduziert, wodurch die Geräuschemission verringert wird und das gesamte System leiser wird, was besonders wichtig beim Betrieb eines Servers in der Büroumgebung ist.

Bei reduzierter Lüfterdrehzahl sinkt auch der Stromverbrauch, sodass auch dieser Teil der Aufgabe gelöst ist.

Des Weiteren können Luftführungen entfallen oder vereinfacht werden, womit weitere Kosten gespart werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist der Wärmetauscher flächig und über die größtmögliche Breite und Höhe des

Gehäuses ausgeführt. Durch diese Ausbildung wird eine ho Effizienz der Vorkühlung und somit des Wärmetauschers

erreicht .

Der Wärmetauscher ist hierzu vorzugsweise als gitterförmiger Rost mit Kühllamellen ausgeführt. Die Kühllamellen erlauben ähnlich den Lamellen der Kühlkörper ein Durchströmen der Luft durch den Wärmetauscher und bieten eine große Oberfläche, um die Wärme aufzunehmen.

Der Wärmetauscher ist vorzugsweise wärmeleitend mit dem

Gehäuse des Servers gekoppelt und gibt die Wärme über das Gehäuse nach außen ab.

Das Gehäuse des Servers ist in der Regel aus Metall und es existieren große Flächen in den Seitenwänden und in der

Bodenplatte, welche für eine Wärmeabgabe an die Umgebungslu zur Verfügung stehen. Durch die großflächige Kopplung wird eine optimale Wärmeabgabe vom Servergehäuse an die Umgebung erzielt, wodurch ein guter Wirkungsgrad des Wärmetauschers gewährleistet ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Wärmetauscher durch ein Wärmetransportmedium mit einem

Kühlelement verbunden. Das Wärmetransportmedium ist

vorzugsweise ein Gas, eine Flüssigkeit oder eine Heatpipe oder ein wärmeleitendes Metall oder eine Folie, vorzugsweise aus Graphit.

Das Kühlelement ist vorzugsweise vor, hinter oder beidseitig des Systemlüfters wärmeleitend mit dem Gehäuse verbunden, wobei die Verbindung fest oder auch lösbar ausgebildet sein kann .

Das Kühlelement ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass die Verbindung mit dem Gehäuse großflächig ausgebildet ist, sodass eine optimale Wärmeabgabe an das Gehäuse erfolgen kann. Das Kühlelement kann aus Kupfer, Alu oder Graphit gebildet sein.

Ist das Kühlelement lösbar mit dem Gehäuse verbunden, ist es günstig, wenn die Verbindung formschlüssig, wie zum Beispiel durch eine Schwalbenschwanzverbindung gewährleistet ist, sodass eine einfache Montage erfolgen kann. Zu einer

Steigerung des Wärmeübergangs können vorzugsweise eine

Wärmeleitpaste oder Wärmeleitöle in der formschlüssigen

Verbindung verwendet werden.

Eine weitere Steigerung der Kühlung wird vorzugsweise dadurch erreicht , dass das Gehäuse derart geformt ist, dass eine verbesserte Wärmeabgabe erfolgt. Hierzu können in dem Gehäuse Rippen eingeprägt sein, welche eine größere Oberfläche als ein glattes Gehäuse aufweisen.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe ebenso gelöst durch ein Verfahren zum Kühlen eines Servers mit im Server angeordneten Systemlüftern, die einen

Kühlluftstrom durch den Server erzeugen, wobei der durch den Server strömenden Kühlluft nach Erwärmung durch erste wärmeerzeugende Komponenten Wärme durch einen Wärmetauscher entzogen wird, bevor die Kühlluft weitere wärmeerzeugende Komponenten im Server kühlt.

Durch die Kühlung der Luft, welche durch die ersten

wärmeerzeugenden Komponenten erwärmt wurde, wird eine effizientere Kühlung der weiteren wärmeerzeugenden

Komponenten erzielt, wodurch die Lüfterdrehzahl und damit auch der Stromverbrauch deutlieh reduziert werden können.

Weitere Vorteile der Vorrichtung und des Verfahrens sind in der nachfolgenden Figurenbeschreibung offenbart. Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen

dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Figur 1 eine schematische Ansicht eines Servers von oben ohne Gehäusedeckel und

Figur 2 in Schrägansicht schematisch der Wärmetauscher mit den Kühlelementen.

Figur 1 zeigt schematisch einen Server 1 von oben, wobei der Deckel des Servers abgenommen ist, sodass man schematisch da Innenleben erkennen kann. Der Server weist ein im Wesentlichen quaderförmiges Gehäuse 2 auf, das in der Regel über Teleskopschienen in ein Serverrack eingebaut wird. Der Server kann jedoch ebenso als Floorstand-Server ausgebildet sein, der ähnlich einem Tower-PC im Raum aufgestellt wird.

Das Gehäuse 2 weist eine Frontseite 3 sowie eine Rückseite 4 auf. An der Frontseite 3 sind im Gehäuse erste

wärmeerzeugende Komponenten 5, wie zum Beispiel die

Festplatten und bedienbaren Laufwerke angeordnet.

Nach diesen ersten wärmeerzeugenden Komponenten 5 ist ein Block mit Systemlüftern 6 angeordnet, welche einen Luftstrom 7 von der Vorderseite zur Rückseite des Servers 1 erzeugen. Nach den Systemlüftern 6 ist ein Wärmetauscher 8 vorgesehen, welcher den bereits durch die ersten wärmeerzeugenden

Komponenten 5 vorgewärmten Luftstrom 7 wieder Wärme entzieht. Nach dem Wärmetauscher 8 ist im rückwärtigen Teil des Servers 1 ein Systemboard 9 vorgesehen, wobei auf dem Systemboard 9 weitere wärmeerzeugende Komponenten 10, wie zum Beispiel CPU, Chipsatz, Memory Module, Kondensatoren, DC/DC- Wandlerbausteine, Steckkarten 10 vorgesehen sind.

Diese weiteren wärmeerzeugenden Komponenten 10 stellen so genannte "Hotspots" dar und bestimmen die minimale Drehzahl der Systemlüfter 6. Um die Lüfterdrehzahl zu verringern oder den Betrieb komplett abzuschalten, wird der vorgewärmten Luft durch den Wärmetauscher 8 Wärme entzogen, sodass diese weiteren wärmeerzeugenden Komponenten 10 sowie auch das

Systemboard 9 von einer vorgekühlten Luft umströmt werden, wodurch eine effizientere Kühlung erreicht wird.

Figur 2 zeigt in schematischer Ansicht ein Beispiel für einen Wärmetauscher 8. Der Wärmetauscher 8 ist als gitterförmiger Rost, wie bei einem Kühler für einen Automotor, mit einer Wärmesammei- und -transportmöglichkeit ausgebildet. Die Luft wird durch Lamellen 11 (so genannte Fins) entzogen und an ein Transportmedium 12 abgegeben und weitergeleitet.

Transportmedien 12 können zum Beispiel geeignete Gase, geeignete Flüssigkeiten, eine Heatpipe-Technologie,

wärmeleitende Metalle, Folien, vorzugsweise aus Graphit, sein. Das Transportmedium 12 ist mit einem Kühlelement 13 verbunden, welches großflächig ausgebildet ist und

wärmeleitend mit dem Gehäuse 2 des Servers verbunden ist, sodass über das Kühlelement 13 Wärme auf das Gehäuse 2 des Servers 1 abgegeben werden kann. Die Kühlelemente 13 können, wie in der Figur 2 dargstellt, an den Seitenwandungen vor und hinter des Wärmetauschers 8 sowie auch an den Bodenwandungen ausgebildet sein. Die Anbringung des Kühlelements 13 an der Deckenwandung des Gehäuses 2 des Servers 1 ist ebenso

möglich, jedoch aufwändiger, da der Deckel des Servers in der Regel abnehmbar ausgestaltet ist.

Die Kopplung des Kühlelementes mit dem Gehäuse 2 kann lösbar oder starr ausgebildet sein, wichtig ist, dass die Verbindung zwischen Kühlelement 13 und Gehäuse 2 großflächig ausgebildet ist, um einen idealen Wärmeübergang zu erzielen und das Gehäuse 2 des Servers 1 großflächig die Wärme an die

Umgebungsluft abgegeben werden kann. Üblicherweise bestehen die Gehäuse 2 der Server aus Blech, wodurch sich als

Wärmeüberträger in das Blech für das Kühlelement 13 Metalle wie Kupfer und Alu oder auch Graphit besonders eignen. Das Gehäuse 2 ist günstigerweise so geformt, dass die Oberflächen möglichst günstig die Wärme an die Umgebung abgeben können.

Bei der lösbaren Kopplung des Kühlelements 13 an das Gehäuse 2 kann diese zum Beispiel aus zwei metallischen Teilen bestehen, die nach dem Prinzip Nut oder Feder oder m Form einer gleitenden Schwalbenschwanzverbindung geformt sind. Jedoch sind auch andere formschlüssige Verbindungen denkbar. Zur Steigerung der Wärmeübertragung können Gleitmittel, wie zum Beispiel Wärmeleitpasten oder spezielle Wärmeleitöle verwendet werden. Ist die formschlüssige Verbindung optimal, können diese zusätzlichen Mittel, wie Wärmeleitpasten oder spezielle Öle, auch entfallen.

Durch die Erfindung wird erzielt, dass auch der hintere Bereich des Lüfters nicht mit vorgewärmter Luft, sondern mit durch den Wärmetauscher vorgekühlter Luft gekühlt wird, was zu einer wesentlich effizienteren Kühlung der weiteren wärmeerzeugenden Komponenten 10 führt. Die weiteren

wärmeerzeugenden Komponenten 10 sind oft sehr kritische Komponenten, welche zu einer hohen Drehzahl der Systemlüfter führen oder teure Kühlmaßnahmen, wie zusätzliche Kühlkörper, Lüfter oder Luftleithauben erfordern.

Bezugs zeichenliste

1 Server

2 Gehäuse

3 Frontseite

4 Rückseite

5 erste wärmeerzeugende Komponenten

6 Systemlüfter

7 Luftstrom

8 Wärmetauscher

9 Systemboard

10 weitere wärmeerzeugende Komponenten

11 Lamellen

12 Transportmedium

13 Kühlelement