JP2005191554A - 電子ザブシステムを液体冷却するための冷却システムと冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 コンピュータ室の冷却システムにおいて、熱交換器や制御弁の故障、冷水源の損失などによって機能が停止しないようにする。
【解決手段】 少なくとも２つのモジュール化冷却ユニット（ＭＣＵ）を有する冷却システムの各ＭＣＵ３１０は複数の電子サブシステムにシステム冷却剤を供給することができる。各ＭＣＵ３１０は熱交換器３２４と、少なくとも１つの制御弁３１６を備えた第１、第２の冷却ループ３２５、３２７とを備えている。第１の冷却ループ３２５は被冷却施設水を源から受け取り、その一部分を熱交換器３２４を通過させる。第２の冷却ループ３２７は被冷却システム冷却剤を複数の電子サブシステムに供給し、熱交換器３２４において、複数の電子サブシステムから前記第１の冷却ループ３２５中の前記被冷却施設冷却剤に熱を放散する。これらは、少なくとも１つの制御弁３１６によって施設冷却剤の流れおよび温度が規制、制御される。
【選択図】図３

Description

本発明は一般に電子装置、電子モジュール、および電子システムから熱を放散させるために使用する冷却組立体などの装置に関する。特に、本発明は少なくとも２つのモジュール化冷却ユニット（ＭＣＵ）を使用して電子ザブシステム（たとえば電子ラック）を液体冷却（液冷）するための冷却システムと冷却方法に関する。

電子機器（たとえばマイクロプロセッサや電源など）が放散する熱流束はコンポーネントの温度を制御する手段として空冷以外の冷却手段を必要とする程度にまで再度到達しつつある。液冷（たとえば水冷）はこれらの熱流束を制御するのに魅力的な技術である。液体はコンポーネント／モジュールが放散する熱を効率的に、すなわち当該液体から被冷却コンポーネントへの温度上昇を最小限にして吸収する。通常、熱は終極的には液体から外部環境へ伝達される。そうでないと、液体冷却剤の温度が上昇し続けてしまう。

１９７０年代から１９９０年代初頭まで、インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション（International Business Machines Corporation)は冷却剤分配ユニットを介して冷却用液体を循環させることによりこの仕事を行なっていた。この冷却剤分配ユニットは単一かつ大型のコンピュータ室水利用温度調節ユニット（computer room water conditioning unit:ＣＲＷＣＵ）であった。ＣＲＷＣＵは冷却すべきメインフレーム・コンピュータの様々な電子ラックに温度調節済みの冷水を分配していた。従来、メインフレーム・コンピュータの電子ラックとしてはメモリ・フレーム、プロセッサ・フレーム、入出力フレーム、電力フレームなどがあった。動作中、ＣＲＷＣＵは顧客の冷水を受け取った後、それを用いて温度調節済みの冷水からコンピュータ室の個別の電子ラックへ熱を移動させていた。

ＣＲＷＣＵは上りの（building）冷水を供給しモータで駆動された制御弁を通過させる主冷却ループを備えていた。この弁は熱交換器を通過する上りの冷水の量を決めていた。上りの冷水の一部はバイパス開口を経由して直接に帰路に戻った。ＣＲＷＣＵはさらに貯水タンクを備えた第２の冷却ループを備えていた。この貯水タンクから２つのポンプのうちの一方によって熱交換器へ水が汲み上げられ、そこから温度調節済みの水源としてコンピュータ室内の冷却すべき電子ラックへ出力されていた。コンピュータ室の水温調節ユニットは通常、電子フレームから離して設けていたが、その場合でも（通常約２２℃に維持される）システム水をコンピュータ室のすべての電子フレームに供給していた。

冷却剤分配ユニット、特にコンピュータ室水利用温度調節ユニット（ＣＲＷＣＵ）は熱交換器を唯１つ、貯水タンクを唯１つ、制御弁を唯１つ、そして予備のポンプをいくつか備えていた。したがって、ポンプが故障した場合、ＣＲＷＣＵは予備のポンプに自動的に切り換えるが、冷却剤分配ユニットに他の機能不全が生じた場合、コンピュータ室のメインフレーム・システムは全体が停止していた。たとえば、熱交換器または制御弁または上りの冷水源が故障すると、コンピュータ室内のメインフレーム・システム全体も故障していた。このため、停止したメインフレームを修理するまで（機能低下した態様で）処理を継続しうるようにするために、コンピュータ室の床に予備のメインフレーム・コンピュータを備えていた。

今日、１９７０年代および１９８０年代に存在したような複数フレーム型メインフレーム・システムは単一プロセッサ型のフレーム群すなわちラック群によって置換されている。したがって、現在では、ハイエンドからミッドレンジ、ロウエンドにわたる複数のプロセッサ・フレームに単一のコンピュータ室水利用冷却ユニットから冷却水を供給している。しかし、これには問題がある。すなわち、唯１つの熱交換器の故障または唯１つの制御弁の故障または冷水源の損失によって、コンピュータ室の床全体が停止する可能性がある。

これらの弱点は、少なくとも２つのモジュール化冷却ユニット（ＭＣＵ）であって、各ＭＣＵは冷却すべき複数の電子サブシステムにシステム冷却剤を供給することができる、少なくとも２つのモジュール化冷却ユニット（ＭＣＵ）を備えることにより克服できるとともに、さらなる利点が得られる。各ＭＣＵは熱交換器と、少なくとも１つの制御弁を備えた第１の冷却ループと、第２の冷却ループとを備えている。１つのＭＣＵが動作中のとき、前記第１の冷却ループは被冷却施設水を源から受け取り、その少なくとも一部分をして前記熱交換器を通過させ、前記部分は前記少なくとも１つの制御弁によって制御する。前記第２の冷却ループは被冷却システム冷却剤を前記複数の電子サブシステムに供給し、前記熱交換器において、前記複数の電子サブシステムから前記第１の冷却ループ中の前記被冷却施設冷却剤に熱を放散する。前記少なくとも１つの制御弁によって前記熱交換器中を流れる施設冷却剤の流れを規制することが可能になる。それにより、前記複数の電子サブシステムを冷却する前記第２の冷却ループ中のシステム冷却剤の温度を所望の値に制御することが可能になる。

別の側面では、被冷却電子システムを提供する。前記被冷却電子システムは複数の電子サブシステムと、少なくとも２つのモジュール化冷却ユニット（ＭＣＵ）とを備えている。各ＭＣＵは冷却すべき複数の電子サブシステムにシステム冷却剤を供給することができる。各ＭＣＵは熱交換器と、少なくとも１つの制御弁を備えた第１の冷却ループと、第２の冷却ループとを備えている。１つのＭＣＵが動作中のとき、前記第１の冷却ループは被冷却施設水を源から受け取り、その少なくとも一部分をして前記熱交換器を通過させ、前記部分は前記少なくとも１つの制御弁によって制御する。前記第２の冷却ループは被冷却システム冷却剤を前記複数の電子サブシステムに供給し、前記熱交換器において、前記複数の電子サブシステムから前記第１の冷却ループ中の前記被冷却施設冷却剤に熱を放散する。前記少なくとも１つの制御弁によって前記熱交換器中を流れる施設冷却剤の流れを規制することが可能になる。それにより、前記複数の電子サブシステムを冷却する前記第２の冷却ループ中のシステム冷却剤の温度を制御することが可能になる。

さらに別の側面では、複数の電子サブシステムを冷却する方法を提供する。前記方法は、少なくとも２つのモジュール化冷却ユニット（ＭＣＵ）を準備するステップであって、各ＭＣＵは冷却すべき複数の電子サブシステムにシステム冷却剤を供給することができる、ステップを備えている。そして、各ＭＣＵは熱交換器と、少なくとも１つの制御弁を備えた第１の冷却ループと、システム冷却剤を含む第２の冷却ループとを備えている。前記方法は、さらに、前記少なくとも２つのＭＣＵのうちの被選択ＭＣＵ用に、被冷却施設冷却剤を源から第１の冷却ループに供給し、その少なくとも一部分をして前記少なくとも１つの制御弁を介して前記熱交換器中を通過させる、ステップと、前記少なくとも２つのＭＣＵのうちの前記被選択ＭＣＵ用に、被冷却システム冷却剤を前記第２の冷却ループから前記複数の電子サブシステムに供給し、前記熱交換器において前記複数の電子サブシステムから前記第１の冷却ループ中の前記被冷却施設冷却剤に熱を放散するステップとを備え、前記被選択ＭＣＵの前記少なくとも１つの制御弁によって前記熱交換器を通過する施設冷却剤の流れを規制することを可能にし、それにより、前記複数の電子サブシステムを冷却する前記第２の冷却ループ中の前記システム冷却剤の温度を制御することを可能にしている。

本発明の手法によってさらなる特徴および利点が実現される。本発明の他の実例および側面をここに詳述するが、それらは特許請求の範囲に記載した発明の一部であると考えられる。

ここで使用しているように、「電子サブシステム」は冷却を必要とするコンピュータ・システムその他の電子システムの発熱コンポーネントを少なくとも１つ備えた筐体、フレーム、ラック、コンパートメントなどを備えている。用語「電子ラック」にはコンピュータ・システムまたは電子システムの発熱コンポーネントを備えたフレームまたはラックが含まれる。たとえば、電子ラックはハイエンド、ミッドエンド、またはロウエンドの処理能力を備えたスタンドアローン型コンピュータ・プロセッサである。一実施形態では、電子ラックは複数の電子引き出しを備えている。各電子引き出しは冷却を必要とする発熱コンポーネントを少なくとも１つ備えている。

ここで説明する冷却剤分配ユニット、特にモジュール化冷却ユニット（ＭＣＵ）内の冷却剤の一例として水が挙げられる。しかし、ここで開示する概念は施設面およびシステム面の双方から他の種類の冷却剤の使用に容易に適用することができる。たとえば、冷却剤はブライン（冷媒として用いる塩化ナトリウムまたは塩化カルシウム）、フッ化炭化水素液、または他の同様の化学冷却剤すなわち冷媒から成るが、本発明の利点および独自の特徴は保持している。

上で短く述べたように、コンピュータ機器（主としてプロセッサ）内の電力レベルは再度、もはや単純に空冷できないレベルにまで上昇した。コンポーネントは水冷することになると思われる。そうすれば、プロセッサが放散する熱は水冷した冷却板を介して水に伝達させることができる。顧客の場所（すなわちデータ・センタ）において普通に利用しうる水はこれらの冷却板での使用に適していない。第１に、凝縮の形成が問題になる。なぜなら、データ・センタの水の温度（７℃〜１５℃）は室内露点（通常１８〜２３℃）よりもはるかに低いからである。第２に、データ・センタの水はその品質（その化学的性質や清浄度など）が比較的悪いから、システムの信頼性に悪影響を与える。したがって、冷却すべき電子機器に対して高品質の水を循環させ、データ・センタの水が出す熱を拒絶する水冷却／温度調節ユニットを使用するのが望ましい。ここで使用しているように、「施設水」または「施設冷却剤」はこのデータ・センタの水または冷却剤を指す。一方、「システム水」または「システム冷却剤」は冷却剤分配ユニットと冷却すべき電子サブシステムとの間を循環する冷却／温度調節した水または冷却剤をそれぞれ指す。

次に、図面を参照する。様々な図面を通して使用する同じ参照番号は同じまたは類似の構成要素を指している。図１はコンピュータ室用の既存の冷却剤分配ユニットの一実施形態を示す図である。冷却ユニット１１１は比較的大きく、完全な電子フレーム２個分よりも大きな場所を占めていた。冷却ユニット１１１内には、電力／制御要素１１２、貯水／膨張タンク１１３、熱交換器１１４、ポンプ１１５（予備の第２のポンプが付随している場合が多い）、顧客水（すなわち現場（site）または施設に供給される水または冷却剤）の導入パイプ１１６と排出パイプ１１７、継手（つぎて）１２０および管路１２２を介して電子フレーム１３０への水を方向づける供給マニホールド１１８、および管路１２３および継手１２１を介して電子フレーム１３０からの水を方向づける帰路マニホールド１１９があった。

図２は本発明の一側面による規模可変冷却剤温度調節ユニット（scalable coolant conditioning unit: ＳＣＣＵ）２１１の一実施形態を示す図である。ＳＣＣＵ２１１内には、電力調整器とコントローラ（図示せず）が設けられている。電子ラックから戻ったシステム冷却剤は帰路マニホールド１１９において収集された後、統合型熱交換器／膨張タンク２２３の膨張タンク部を通じて方向づけられる。この点については「統合プレート型熱交換器／膨張タンクを備えた規模可変冷却剤温度調節ユニットおよびその使用方法（Scalable Coolant Conditioning Unit with Integral Plate Heat Exchanger/Expansion Tank and Method of Use）」なる名称の米国特許出願第１０／２４３７０８号（２００２年９月１３日出願）に詳細に記載されている。膨張タンク２２３を出ると、システム冷却剤は複数のモジュール化ポンプ駆動ユニット（modular pumping unit: ＭＰＵ）２２７に冷却剤を供給する別のマニホールド２２４に向けられる。ＭＰＵ２２７が出す高圧の放出全流量（discharge)はマニホールド２２５において収集された後、統合型熱交換器／膨張タンク２２３内の熱交換器の「温側（hotside)」に向けられる。ＭＰＵ２２７は自動結合組立体（図示せず）を備えた挿入容易化機構を介してマニホールドに接続されている。自動結合組立体は可撓性ホースを介して、複数のソレノイド駆動分離弁を備えた分離弁機構に接続されている。あるいは、分離弁は局所的にまたは遠隔から手動で駆動してもよい。また、自動結合組立体は手動で迅速に切断するように置換してもよい。分離弁はマニホールド２２４、２２５に接続されており、着脱の間にＭＰＵとマニホールドとを分離する。

システム冷却剤は熱交換器の「冷側（coldside）」を通って流れる（１１６、１１７）施設冷水によって冷却されたら、供給マニホールド１１８に送られる。供給マニホールド１１８は冷却を必要とする少なくとも１つの電子ラックへ冷却剤を分配する。ここには示されていないが、ＳＣＣＵはシステム水をろ過する手段を備えていてもよいし、腐食抑制剤（たとえばベンゾトリアゾール（ＢＴＡ））を自動的に添加するようにしてもよい。統合型熱交換器／膨張タンク２２３内の熱交換器へ流入する施設冷水の流速は２方向制御弁２２８によって規制する。これにより、電子ラックに配送されるシステム冷却剤の温度を制御することが可能になる。システム冷却剤供給マニホールド１１８にサーミスタ型温度検知素子（図示せず）を配置して弁２２８の動作を制御する電力／コントローラに電子信号を供給するようにすることができる。システム冷却剤の温度が所望値よりも高い場合、弁２２８を少し開けて熱交換器を通る施設水の流量を増大させる。この結果、供給マニホールド１１８から電子ラックへ向けたシステム水の温度が低下する。あるいは、システム冷却剤の温度が所望値よりも低い場合、弁２２８を少し閉じて熱交換器を通る施設水の流量を低減させる。この結果、供給マニホールド１１８から電子ラックへ向けたシステム水の温度が上昇する。図２についての留意点を挙げると、冷却剤分配ユニットの機能は規模可変であり、コンピュータ室の電子サブシステムに必要な冷却の程度に応じて、必要な場合にＳＣＣＵにモジュール化ポンプ駆動ユニットを付加することができる。

今日のコンピュータ・システムは連続運転用に設計され構築されている。これは同時並行的に保守されるとともにシステムの運転に影響を与えることなく置換することのできる冗長コンポーネント群を組み合わせることにより実現することができる。例として、複数のファン／送風機や複数の電源モジュールを挙げることができる。図１の元の冷却剤分配ユニットおよび図２の機能強化した規模可変冷却剤温度調節ユニットのどちらも、利用可能な所望のシステムを実現するための冗長度または同時並行的保守能力が必要なレベルにない。したがって、ここでは少なくとも２つのモジュール化冷却ユニット（ＭＣＵ）を用いた冷却システムと方法を提供する。各ＭＣＵはコンピュータ室内の冷却すべき電子サブシステムに必要な冷却能力に合致しているか、あるいはそれを超越している。また、各ＭＣＵはモジュール化させた冗長性と同時並行的保守能力とを結合させて組み合わせることにより、電子サブシステム自体の可用性に合致しているか、あるいはそれを超越している。

図３は本発明の一側面による冷却システムすなわち冷却剤分配ユニット３００の部分実施形態を示す図である。この例では、冷却剤分配ユニット３００は少なくとも２つのモジュール化冷却ユニット（ＭＣＵ）３１０ａ、３１０ｂを備えている。各ＭＣＵ３１０ａ、３１０ｂは冷却すべき複数の電子サブシステムまたは電子ラックにシステム冷却剤を供給することができる。導入管路３１２によって、被供給施設水は源から冷却システムへ結合される。施設水は２方向手動型球形弁３１４ａ、３１４ｂによってＭＣＵへ向けられる。２方向手動型球形弁３１４ａ、３１４ｂはＭＣＵのうちの１つが修理のために置換または取り外されないかぎり、通常は開いている。被供給施設冷却剤導入口にはフェルール（ferrule)継手３１５ａ、３１５ｂも配置されており、必要な場合におけるＭＣＵの取り外しを容易にしている。電気駆動２方向型比例弁３１６ａ、３１６ｂは施設水がＭＣＵ３１０ａまたはＭＣＵ３１０ｂを通じて流れているか否かをシステム・コントローラの制御下で判断する。

施設冷却剤をしてこの実施形態の統合型膨張タンク／熱交換器を迂回させるために、バイパス３１８ａ、３１８ｂが設けられいてる。バイパス３１８ａ、３１８ｂを通る施設冷却剤の量は電気駆動２方向型比例弁３２０ａ、３２０ｂを用いてコントローラが制御する。膨張タンク３２２ａ、３２２ｂ内に入った施設冷却剤は熱交換器（Ｈｘ）３２４ａ、３２４ｂ内の第１の冷却ループ３２５ａ、３２５ｂ中を進む。第１の冷却ループから出ると、施設水はフェルール継手３２１ａ、３２１ｂおよび２方向手動型球形弁３２３ａ、３２３ｂを通過した後、施設水の源に戻る。

システム水側では、システム水は複数の電子サブシステムから戻った後、球形弁３３０ａ、３３０ｂおよびフェルール継手３３２ａ、３３２ｂを通過する。そこでシステム水は膨張タンク３２２ａ、３２２ｂ中のシステム冷却剤に付加される。次いで、膨張タンク３２２ａ、３２２ｂを出たシステム冷却剤はフェルール継手３４０ａ、３４０ｂを通じて引き出された後、ポンプ３４２ａ、３４２ｂによって加圧される。ポンプ３４２ａ、３４２ｂは加圧されたシステム冷却剤をチェック弁３４３ａ、３４３ｂおよびフェルール継手３４４ａ、３４４ｂを経由して熱交換器３２４ａ、３２４ｂの第２の冷却ループ３２７ａ、３２７ｂに戻す。第２の冷却ループを出た被冷却システム水はたとえばフェルール継手３５０ａ、３５０ｂおよび球形弁３５２ａ、３５２ｂを経由して適切な電子ラック・マニホールドに配送される。必要な場合には、被供給施設水導入管路および被供給システム水排出管路の双方に温度検知器「ＴＳ」を設け、被供給システム水排出管路に圧力検知器「ＰＳ」を設けて冷却システム内の動作状態をモニタするようにしてもよい。

ＭＣＵ３１０ａの貯水すなわち膨張タンク３２２ａとＭＣＵ３１０ｂの貯水すなわち膨張タンク３２２ｂとは球形弁３６０を通じ流体によって繋がっている。球形弁３６０はこの場合にもその両側にフェルール継手３６２、３６３を備えている。球形弁３６０およびフェルール継手３６２、３６３によって、モジュール化冷却ユニットの一方の取り外しまたは置換が可能になる。

好都合なことに、図３に示すような各冷却システムには最小限２つのモジュール化冷却ユニットが存在する。これらの冷却ユニットは上述した球形弁とフェルール継手によって相互に連結されているから、各ＭＣＵは所定の時間に動作していることが可能になる。留意点を挙げると、各ＭＣＵは冷却すべき少なくとも１つの電子サブシステム用に冷却システム能力全体を提供するように構成されている。統合型熱交換器／膨張タンクとして図２のものを示したが、各モジュール化冷却ユニットは個別の膨張タンクと熱交換器を備えるように構成してもよい。また、各熱交換器として様々な実施形態（たとえばプレート型熱交換器や円筒多管式熱交換器など）のうちの１つを用いることができる。ＭＣＵ群はマニホールドによって相互に連結されているから、各ＭＣＵは所定の時間に動作していることが可能になる。ＭＣＵの動作およびＭＣＵ間の切り替えは冷却システムの電力／コントローラ・サブシステムによってマイクロコード制御することができる。各ＭＣＵに出入りする管接続部にフェルール継手が存在するから、必要な場合にはＭＣＵを取り外して置換することができる。各フェルール継手には手動型分離弁が付随するから、動作中のＭＣＵと待機中のＭＣＵとを分離すなわち切断することができる。各ＭＣＵ内のポンプ用に追加のフェルール継手が設けられているから、ＭＣＵ全体を取り外す必要なくポンプを置換することができる。図３の設計の更なる特徴は２つの貯水タンクを接続する配管である。通常の動作状態の間、システム水が２つの貯水タンクのうちのどちらに流入するのか保証されていない。しかし、図３に示すようにこれら２つの貯水タンクを相互に連結すれば、問題は回避される。

図４は別の冷却システムすなわち冷却剤分配ユニット４００の実現例の部分実施形態を示す図である。冷却剤分配ユニット４００はこの場合にも少なくとも２つのモジュール化冷却ユニット４１０ａ、４１０ｂを備えている。この別の実現例では、顧客水の経路は分離され隔離されているから、施設水は第１の入力管路４１２ａおよび第２の入力管路４１２ｂを経由して受け取り、それぞれ第１の帰路管路および第２の帰路管路を経由して戻される。付加した能力は２つの施設水供給路が真に冗長であり互いに無関係である場合に実現することができる。これにより、動作中の電子サブシステムを冷却するのに利用しうる被供給施設水が存在することが保証される。

動作中、被供給施設水は２方向手動型球形弁４１４ａ、４１４ｂを通って流れる。２方向手動型球形弁４１４ａ、４１４ｂはこの場合にも通常は開いている。施設水はフェルール継手４１５ａ、４１５ｂを経由して電気駆動３方向型比例弁４１６ａ、４１６ｂに供給される。電気駆動３方向型比例弁４１６ａ、４１６ｂは統合型熱交換器４２４ａ、４２４ｂを備えた膨張タンク４２２ａ、４２２ｂの回りを迂回させる施設水の量を決める。バイパスを通る施設水流は電気駆動型遮断弁４２０ａ、４２０ｂによって制御する。（たとえば、電気駆動型遮断弁４２０ａ、４２０ｂは非動作中のＭＣＵ内のバイパス流を遮断して施設水が非動作中のＭＣＵ内を流れるのを防止することができる。）上述したように、第２の冷却ループ４２７ａ、４２７ｂ中のシステム冷却剤の温度は第１の冷却ループ４２５ａ、４２５ｂ中を流れる被冷却施設水の量を制御することにより制御することができる。これは各バイパスを通過する施設水の量を制御することにより行なうことができる。熱交換器を通過した後、施設水はフェルール継手４２１ａ、４２１ｂおよび球形弁４２３ａ、４２３ｂを通して出力され、独立した各源に戻される。

システム水側では、戻ってきたシステム水は帰路マニホールドで収集された後、２方向型球形弁４３０ａ、４３０ｂおよび付随するフェルール継手４３２ａ、４３２ｂを介して温度調節ユニット４１０ａ、４１０ｂのうちの動作中のものに送られる。この戻ってきたシステム水は膨張タンク４２２ａ、４２２ｂに流入する。同時に、ポンプ４２２ａ、４２２ｂを介し付随するフェルール継手４４０ａ、４４０ｂを通してタンクから水を引き出す。システム水はポンプ４４２ａ、４４２ｂによって加圧された後、チェック弁４４３ａ、４４３ｂおよび付随するフェルール継手４４４ａ、４４４ｂを通過し、第２の冷却ループ４２４ａ、４２４ｂに入力する。第２の冷却ループ４２４ａ、４２４ｂにおいて、システム水は熱交換器４２４ａ、４２４ｂ内で冷却される。被冷却システム冷却剤は熱交換器から出力し、付随するフェルール継手４５０ａ、４５０ｂおよび球形弁４５２ａ、４５２ｂを通過する。そして、被冷却システム冷却剤は冷却すべき少なくとも１つの電子サブシステムに供給される。また、図４に示すように、システム水供給管路に温度検知器「ＴＳ」と圧力検知器「ＰＳ」が設けられている。これらを用いて冷却システムの動作をモニタすることができる。さらに、膨張タンク群はこの場合にも、付随するフェルール継手４６２、４６３を備えた球形弁４６０を介して繋がっている。

以上、ここでは、好適な実施形態を示すとともに詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明の本旨の内で様々な変更、付加、削除などをなすことができる。したがって、それらは特許請求の範囲に規定する本発明の範囲内のものであると考えられる。

コンピュータ室用の既存の冷却剤分配ユニットを示す図である。 本発明の一側面に従って使用しうる規模可変冷却剤温度調節ユニットの模式図である。 本発明の一側面により２つのモジュール化冷却ユニットを使用する冷却システムの部分実施形態を示す図である。 本発明の一側面により少なくとも２つのモジュール化冷却ユニットを使用する冷却システムの別の部分実施形態を示す図である。

符号の説明

１１１ 冷却ユニット
１１２ 電力／制御要素
１１３ 貯水／膨張タンク
１１４ 熱交換器
１１５ ポンプ
１１６ 導入パイプ
１１７ 排出パイプ
１１８ 供給マニホールド
１１９ 帰路マニホールド
１２０ 継手
１２１ 継手
１２２ 管路
１２３ 管路
１３０ 電子フレーム
２１１ 規模可変冷却剤温度調節ユニット（ＳＣＣＵ）
２２３ 統合型熱交換器／膨張タンク
２２４ マニホールド
２２５ マニホールド
２２７ モジュール化ポンプ駆動ユニット（ＭＰＵ）
２２８ 方向制御弁
３００ 冷却剤分配ユニット
３１０ａ、３１０ｂ モジュール化冷却ユニット（ＭＣＵ）
３１２ 導入管路
３１４ａ、３１４ｂ ２方向手動型球形弁
３１５ａ、３１５ｂ フェルール継手
３１６ａ、３１６ｂ 電気駆動２方向型比例弁
３１８ａ、３１８ｂ バイパス
３２０ａ、３２０ｂ 電気駆動２方向型比例弁
３２１ａ、３２１ｂ フェルール継手
３２２ａ、３２２ｂ 膨張タンク
３２３ａ、３２３ｂ ２方向手動型球形弁
３２４ａ、３２４ｂ 熱交換器（Ｈｘ）
３２５ａ、３２５ｂ 第１の冷却ループ
３２７ａ、３２７ｂ 第２の冷却ループ
３３０ａ、３３０ｂ 球形弁
３３２ａ、３３２ｂ フェルール継手
３４０ａ、３４０ｂ フェルール継手
３４２ａ、３４２ｂ ポンプ
３４３ａ、３４３ｂ チェック弁
３４４ａ、３４４ｂ フェルール継手
３５０ａ、３５０ｂ フェルール継手
３５２ａ、３５２ｂ 球形弁
３６０ 球形弁
３６２ フェルール継手
３６３ フェルール継手
４００ 冷却剤分配ユニット
４１０ａ、４１０ｂ モジュール化冷却ユニット（ＭＣＵ）
４１２ａ、４１２ｂ 導入管路
４１４ａ、４１４ｂ ２方向手動型球形弁
４１５ａ、４１５ｂ フェルール継手
４１６ａ、４１６ｂ 電気駆動３方向型比例弁
４１８ａ、４１８ｂ バイパス
４２０ａ、４２０ｂ 電気駆動遮断弁
４２１ａ、４２１ｂ フェルール継手
４２２ａ、４２２ｂ 膨張タンク
４２３ａ、４２３ｂ 球形弁
４２４ａ、４２４ｂ 熱交換器（Ｈｘ）
４２５ａ、４２５ｂ 第１の冷却ループ
４２７ａ、４２７ｂ 第２の冷却ループ
４３０ａ、４３０ｂ 球形弁
４３２ａ、４３２ｂ フェルール継手
４４０ａ、４４０ｂ フェルール継手
４４２ａ、４４２ｂ ポンプ
４４３ａ、４４３ｂ チェック弁
４４４ａ、４４４ｂ フェルール継手
４５０ａ、４５０ｂ フェルール継手
４５２ａ、４５２ｂ 球形弁
４６０ 球形弁
４６２ フェルール継手
４６３ フェルール継手

Claims (29)

1. 少なくとも２つのモジュール化冷却ユニット（ＭＣＵ）であって、各ＭＣＵは冷却すべき複数の電子サブシステムにシステム冷却剤を供給することができる、少なくとも２つのモジュール化冷却ユニット（ＭＣＵ）
   を備え、
   前記少なくとも２つのＭＣＵの各ＭＣＵは熱交換器と、少なくとも１つの制御弁を備えた第１の冷却ループと、第２の冷却ループとを備え、
   前記少なくとも２つのＭＣＵのうちの１つのＭＣＵが動作中のとき、
   前記第１の冷却ループは被冷却施設水を源から受け取り、その少なくとも一部分をして前記熱交換器を通過させ、前記部分は前記少なくとも１つの制御弁によって制御し、
   前記第２の冷却ループは被冷却システム冷却剤を前記複数の電子サブシステムに供給し、前記熱交換器において、前記複数の電子サブシステムから前記第１の冷却ループ中の前記被冷却施設冷却剤に熱を放散し、
   前記少なくとも１つの制御弁によって前記熱交換器中を流れる施設冷却剤の流れを規制することを可能にし、それにより、前記複数の電子サブシステムを冷却する前記第２の冷却ループ中のシステム冷却剤の温度を所望の値に制御することを可能にしている、
   冷却システム。
2. 前記冷却システムが動作中のとき、前記少なくとも２つのＭＣＵのうち唯１つのＭＣＵが前記複数の電子サブシステムにシステム冷却剤を供給するために動作中であり、前記少なくとも２つのＭＣＵのうちの少なくとも１つの他のＭＣＵは待機モードにある、
   請求項１に記載の冷却システム。
3. さらに、
   前記少なくとも２つのＭＣＵに付随する継手
   を備え、
   それにより、前記少なくとも２つのＭＣＵのうちの別のＭＣＵが動作中であり前記複数の電子サブシステムにシステム冷却剤を供給中に、各ＭＣＵを取り外すことを可能にている、
   請求項２に記載の冷却システム。
4. 各ＭＣＵが、
   システム冷却剤をして前記第２の冷却ループ中を移動させるポンプと、
   前記ＭＣＵの取り外しを必要とせずに前記ポンプを取り外しうるように前記ポンプの両側に設けられた継手と
   を備えている、
   請求項３に記載の冷却システム。
5. 被冷却施設冷却剤の前記源が、前記少なくとも２つのＭＣＵに供給する被冷却施設冷却剤の共通源を含んでいる、
   請求項１に記載の冷却システム。
6. 被冷却施設冷却剤の前記源が、
   前記少なくとも２つのＭＣＵのうちの第１のＭＣＵに接続された第１の入力管路および第１の帰路管路を備えた第１の源と、
   前記少なくとも２つのＭＣＵのうちの第２のＭＣＵに接続された第２の入力管路および第２の帰路管路を備えた第２の源と
   を備えている、
   請求項１に記載の冷却システム。
7. 前記複数の電子サブシステムはコンピュータ室のコンピューティング環境を含む複数の電子ラックを備え、
   各ＭＣＵは前記コンピュータ室のコンピューティング環境を冷却するシステム冷却剤を供給することができる、
   請求項１に記載の冷却システム。
8. さらに、
   コントローラ
   を備え、
   前記コントローラは
   前記少なくとも２つのＭＣＵの動作をモニタし、
   前記少なくとも２つのＭＣＵのうちの１つのＭＣＵにおける故障を検出したら、前記少なくとも２つのＭＣＵのうちの別のＭＣＵへ自動的に切り替えて前記複数の電子サブシステムに対する冷却が継続して行なわれるのを保証する、
   請求項１に記載の冷却システム。
9. さらに、
   各ＭＣＵに接続され前記コントローラによって制御可能である電気的に制御可能な遮断弁であって、前記少なくとも２つのＭＣＵのうちの１つの中を流れるように被冷却施設冷却剤を選択的に方向づけるとともに、前記少なくとも２つのＭＣＵのうちの１つから前記複数の電子サブシステムへシステム冷却剤を選択的に方向づける、電気的に制御可能な遮断弁
   を備えた、
   請求項８に記載の冷却システム。
10. 各ＭＣＵが、さらに、
    前記第２の冷却ループに連結されたシステム冷却剤膨張タンク
    を備え、
    前記少なくとも２つのＭＣＵのシステム冷却剤膨張タンク群は相互に流体で連結されており、動作中のＭＣＵのシステム冷却剤膨張タンクに十分なシステム冷却剤が残っていることを保証している、
    請求項１に記載の冷却システム。
11. 各ＭＣＵが、さらに、
    システム冷却剤膨張タンク
    を備え、
    各ＭＣＵの前記熱交換器は前記ＭＣＵのシステム冷却剤膨張タンク内に配置されている、
    請求項１に記載の冷却システム。
12. 各ＭＣＵの前記熱交換器が、
    前記システム冷却剤膨張タンク内に統合的に配置されたプレート型熱交換器
    を含んでいる、
    請求項１１に記載の冷却システム。
13. 複数の電子サブシステムと、
    少なくとも２つのモジュール化冷却ユニット（ＭＣＵ）であって、各ＭＣＵは冷却すべき複数の電子サブシステムにシステム冷却剤を供給することができる、少なくとも２つのモジュール化冷却ユニット（ＭＣＵ）と
    を備え、
    前記少なくとも２つのＭＣＵの各ＭＣＵは熱交換器と、少なくとも１つの制御弁を備えた第１の冷却ループと、第２の冷却ループとを備え、
    前記少なくとも２つのＭＣＵのうちの１つのＭＣＵが動作中のとき、
    前記第１の冷却ループは被冷却施設水を源から受け取り、その少なくとも一部分をして前記熱交換器を通過させ、前記部分は前記少なくとも１つの制御弁によって制御し、
    前記第２の冷却ループは被冷却システム冷却剤を前記複数の電子サブシステムに供給し、前記熱交換器において、前記複数の電子サブシステムから前記第１の冷却ループ中の前記被冷却施設冷却剤に熱を放散し、
    前記少なくとも１つの制御弁によって前記熱交換器中を流れる施設冷却剤の流れを規制することを可能にし、それにより、前記複数の電子サブシステムを冷却する前記第２の冷却ループ中のシステム冷却剤の温度を所望の値に制御することを可能にしている、
    被冷却電子システム。
14. 前記被冷却電子システムが動作中のとき、前記少なくとも２つのＭＣＵのうち唯１つのＭＣＵが前記複数の電子サブシステムにシステム冷却剤を供給するために動作中である、
    請求項１３に記載の被冷却電子システム。
15. さらに、
    前記少なくとも２つのＭＣＵに付随する継手
    を備え、
    それにより、前記少なくとも２つのＭＣＵのうちの別のＭＣＵが動作中であり前記複数の電子サブシステムにシステム冷却剤を供給中に、各ＭＣＵを取り外すことを可能にている、
    請求項１４に記載の被冷却電子システム。
16. 各ＭＣＵが、
    システム冷却剤をして前記第２の冷却ループ中を移動させるポンプと、
    前記ＭＣＵの取り外しを必要とせずに前記ポンプを取り外しうるように前記ポンプの両側に設けられた継手と
    を備えている、
    請求項１５に記載の被冷却電子システム。
17. 被冷却施設冷却剤の前記源が、
    前記少なくとも２つのＭＣＵのうちの第１のＭＣＵに接続された第１の入力管路および第１の帰路管路を備えた第１の源と、
    前記少なくとも２つのＭＣＵのうちの第２のＭＣＵに接続された第２の入力管路および第２の帰路管路を備えた第２の源と
    を備えている、
    請求項１３に記載の被冷却電子システム。
18. 前記複数の電子サブシステムはコンピュータ室のコンピューティング環境を含む複数の電子ラックを備え、
    各ＭＣＵは前記コンピュータ室のコンピューティング環境を冷却するシステム冷却剤を供給することができる、
    請求項１３に記載の被冷却電子システム。
19. さらに、
    コントローラ
    を備え、
    前記コントローラは
    前記少なくとも２つのＭＣＵの動作をモニタし、
    前記少なくとも２つのＭＣＵのうちの１つのＭＣＵにおける故障を検出したら、前記少なくとも２つのＭＣＵのうちの別のＭＣＵへ自動的に切り替えて前記複数の電子サブシステムに対する冷却が継続して行なわれるのを保証する、
    請求項１３に記載の被冷却電子システム。
20. さらに、
    各ＭＣＵに接続され前記コントローラによって制御可能である電気的に制御可能な遮断弁であって、前記少なくとも２つのＭＣＵのうちの１つの中を流れるように被冷却施設冷却剤を選択的に方向づけるとともに、前記少なくとも２つのＭＣＵのうちの１つから前記複数の電子サブシステムへシステム冷却剤を選択的に方向づける、電気的に制御可能な遮断弁
    を備えた、
    請求項１９に記載の被冷却電子システム。
21. 各ＭＣＵが、さらに、
    前記第２の冷却ループに連結されたシステム冷却剤膨張タンク
    を備え、
    前記少なくとも２つのＭＣＵのシステム冷却剤膨張タンク群は相互に流体で連結されており、動作中のＭＣＵのシステム冷却剤膨張タンクに十分なシステム冷却剤が残っていることを保証している、
    請求項１３に記載の被冷却電子システム。
22. 各ＭＣＵが、さらに、
    システム冷却剤膨張タンク
    を備え、
    各ＭＣＵの前記熱交換器は前記ＭＣＵのシステム冷却剤膨張タンク内に配置されている、
    請求項１３に記載の被冷却電子システム。
23. 各ＭＣＵの前記熱交換器が、
    前記システム冷却剤膨張タンク内に統合的に配置されたプレート型熱交換器
    を含んでいる、
    請求項２２に記載の被冷却電子システム。
24. 複数の電子サブシステムを冷却する方法であって、
    少なくとも２つのモジュール化冷却ユニット（ＭＣＵ）を準備するステップであって、各ＭＣＵは冷却すべき複数の電子サブシステムにシステム冷却剤を供給することができ、前記少なくとも２つのＭＣＵの各ＭＣＵは熱交換器と、少なくとも１つの制御弁を備えた第１の冷却ループと、システム冷却剤を含む第２の冷却ループとを備えている、ステップと、
    前記少なくとも２つのＭＣＵのうちの被選択ＭＣＵ用に、被冷却施設冷却剤を源から第１の冷却ループに供給し、その少なくとも一部分をして前記少なくとも１つの制御弁を介して前記熱交換器中を通過させる、ステップと、
    前記少なくとも２つのＭＣＵのうちの前記被選択ＭＣＵ用に、被冷却システム冷却剤を前記第２の冷却ループから前記複数の電子サブシステムに供給し、前記熱交換器において前記複数の電子サブシステムから前記第１の冷却ループ中の前記被冷却施設冷却剤に熱を放散するステップと
    を備え、
    前記被選択ＭＣＵの前記少なくとも１つの制御弁によって前記熱交換器を通過する施設冷却剤の流れを規制することを可能にし、それにより、前記複数の電子サブシステムを冷却する前記第２の冷却ループ中の前記システム冷却剤の温度を制御することを可能にしている
    方法。
25. さらに、
    前記少なくとも２つのＭＣＵのうち唯１つのＭＣＵを用い、前記少なくとも２つのＭＣＵのうち他のＭＣＵを待機モードに置いた状態で前記複数の電子サブシステムを冷却するステップ
    を備えた、
    請求項２４に記載の方法。
26. さらに、
    前記少なくとも２つのＭＣＵに付随する継手を準備するステップ
    を備え、
    それにより、前記少なくとも２つのＭＣＵのうちの別のＭＣＵが動作中であり前記複数の電子サブシステムにシステム冷却剤を供給中に、各ＭＣＵを取り外すことを可能にしている、
    請求項２４に記載の方法。
27. 被冷却施設冷却剤の前記源が、
    前記少なくとも２つのＭＣＵのうちの第１のＭＣＵに接続された第１の入力管路および第１の帰路管路を備えた第１の源と、
    前記少なくとも２つのＭＣＵのうちの第２のＭＣＵに接続された第２の入力管路および第２の帰路管路を備えた第２の源と
    を備え、
    前記方法が、さらに、
    入力管路または帰路管路における漏れを検出したら、前記第１のＭＣＵと前記第２のＭＣＵとの間において自動的に動作を切り替えるステップ
    を備えている、
    請求項２４に記載の方法。
28. 前記複数の電子サブシステムはコンピュータ室のコンピューティング環境を含む複数の電子ラックを備えており、
    前記方法が、さらに、
    前記コンピュータ室のコンピューティング環境を冷却するシステム冷却剤を同時に前記少なくとも２つのＭＣＵのうち唯１つのＭＣＵから供給するステップ
    を備えている、
    請求項２４に記載の方法。
29. さらに、
    前記少なくとも２つのＭＣＵの動作をモニタし、前記少なくとも２つのＭＣＵのうちの１つのＭＣＵにおける故障を検出したら、前記少なくとも２つのＭＣＵのうちの別のＭＣＵへ自動的に切り替えて前記複数の電子サブシステムに対する冷却が継続して行なわれるのを保証するステップ
    を備えた、
    請求項２４に記載の方法。

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