JP2006509294A - 蒸発器を直列に配置したクーリングシステム - Google Patents

Abstract

複数のコンピュータシステム（２１２）を収容するように構成される部屋（２１０）を冷却するシステム（２２０）および方法（３００）。複数の蒸発器ユニット（２２２）は、直列に配置され、部屋からの空気を受け取り、空気を部屋へ送出するように構成される。蒸発器ユニットは、受け取った空気を蒸発器ユニット内で冷却するように動作可能な冷媒を供給される。蒸発器ユニットに供給される冷媒の温度、および、部屋への空気送出のうちの少なくとも一方を、部屋内の１つまたは複数の場所で検知された温度に応じて制御することができる。

Description

本発明は包括的にクーリングシステムに関する。

本発明は、２００２年８月２日に出願された、Patel他による「COOLING SYSTEM」という名称の同時係属中の米国出願第１０／２１０，０４０号の一部継続出願であり、その全てが本発明の譲受人に譲渡されており、その全体を参照により本明細書に援用する以下の出願に関連する。出願は、２００２年１２月ＹＹ日に出願された、Bash他による「COOLING SYSTEM WITH EVAPORATORS DISTRIBUTED IN PARALLEL」という名称の同時係属中の米国出願第ＸＸ／ＸＸＸ，ＸＸＸ号、２００１年１０月５日に出願された、Patel他による「SMART COOLING OF DATA CENTERS」という名称の同時係属中の米国出願第０９／９７０，７０７号、２００２年５月３１日に出願された、Patel他による「CONTROLLED COOLING OF A DATA CENTER」という名称の米国出願第１０／１５７，８９２号（HP整理番号１００２００７８２−１）、２００２年４月２４日に出願された、Friedrich他による「DATA CENTER ENERGY MANAGEMENT SYSTEM」という名称の米国出願第１０／１２２，０１０号、および、２００１年４月３０日に出願された、Beitelmal他による「MULTI-LOAD THERMAL REGULATING SYSTEM WITH MULTIPLE SERIAL EVAPORATORS」という名称の係属中の米国出願第０９／８４３，９３３号である。

データセンタを、多数のラックに配置されたコンピュータシステムを収容する場所、たとえば、部屋として定義することができる。標準的なラックは、米国電子工業会(Electronics Industry Association)（ＥＩＡ）エンクロージャ、７８インチ（２メートル）幅、２４インチ（０．６１メートル）幅および３０インチ（０．７６メートル）奥行きとして規定することができる。標準的なラックは、多数のコンピュータシステム、たとえば、約四十（４０）のシステムを収容するように構成することができ、ラックの将来の構成は、八十（８０）システムまで対応するように設計される。コンピュータシステムは通常、多数の部品、たとえば、プリント回路板（ＰＣＢ）、大容量記憶デバイス、電源、プロセッサ、マイクロコントローラ、半導体デバイスなどのうちの１つまたは複数を含み、これらの部品は、各部品の動作中に比較的大きな熱量を放散する場合がある。たとえば、複数のマイクロプロセッサを備える典型的なコンピュータシステムは、約２５０Ｗの電力を消費する場合がある。そのため、このタイプの四十（４０）のコンピュータシステムを含むラックは、約１０ＫＷの電力を消費する場合がある。

ラック内の部品によって放散される熱を、データセンタに含まれる低温空気に伝達するのに必要とされる電力は一般に、部品を動作させるのに必要とされる電力の約１０％に等しい。しかしながら、データセンタにおいて複数のラックによって放散される熱を取り除くのに必要とされる電力は一般に、ラック内の部品を動作させるのに必要とされる電力の約５０％に等しい。ラックとデータセンタの間の、種々の熱負荷を放散するのに必要とされる電力量の相違は、たとえば、空気を冷却するために、データセンタで追加の熱力学的仕事が必要とされることから生じる。或る点では、ラックは通常、冷却用流体、たとえば、空気、冷却用流体などを、熱放散部品を横切って移動させるように動作するファンを使用して冷却され、一方、データセンタは、加熱された還流空気を冷却するための逆の電力サイクルを実施することが多い。データセンタおよび凝縮器において、冷却流体を移動させることに関連する仕事に加えて、温度低減を達成するのに必要とされる追加の仕事は、合計して、５０％電力要求になることが多い。したがって、データセンタの冷却は、ラックの冷却に直面する問題以外に問題を提示する。

従来のデータセンタは通常、１つまたは複数の空調ユニットの動作によって冷却される。たとえば、空調ユニットの圧縮機は通常、データセンタを十分に冷却するために、最低、必要とされる動作エネルギーの約三十（３０）％を必要とする。他の部品、たとえば、凝縮器、空気ムーバ（ファン）などは通常、必要とされる冷却能力のさらに二十（２０）％を必要とする。例として、それぞれのラックが１０ＫＷの最大電力消費を有する、１００のラックを有する高密度データセンタは一般に、１ＭＷの冷却能力を必要とする。１ＭＷの熱除去能力を有する空調ユニットは一般に、空気移動デバイス、たとえば、ファン、ブロワなどを駆動するのに必要とされる電力に加えて、最低、３００ＫＷの圧縮機入力電力を必要とする。従来のデータセンタの空調ユニットは、データセンタの様々なニーズに基づいて、その冷却用流体の出力を変えることはない。代わりに、これらの空調ユニットは一般に、データセンタ内部で熱負荷が減少した時でさえも、圧縮機の最大電力で、または、最大電力の近くで動作する。

空調ユニットのほぼ連続した動作は一般に、最悪の場合のシナリオに従って動作するように設計される。たとえば、空調システムは通常、最大能力付近で設計され、データセンタが、ほぼ連続してオンラインのままであることができるように、冗長性が利用される。しかしながら、データセンタ内のコンピュータシステムは、最大冷却能力の約３０〜５０％を利用するだけである場合がある。この点では、従来のクーリングシステムは、部品の温度が所定の温度範囲を超えるレベルで動作しないように部品を冷却することを試みることが多い。その結果、従来のクーリングシステムは、データセンタのラック内に含まれる熱発生部品を十分に冷却するのに必要であるよりも多額の動作費用を招くことが多い。

さらに、データセンタ冷却の将来は、可搬型の建物または出荷コンテナに似ている、多くの、小さくて（１，０００〜２，０００平方フィート）、容易に展開可能なデータセンタを必要とするであろう。冷水ユニットなどの現在のクーリングシステムは、設置するのに比較的時間がかかり、こうした小規模データセンタで使用するのが難しい。

一実施形態によれば、本発明は、複数のコンピュータシステムを収容するように構成された部屋を冷却する方法に関する。本方法では、直列に配置され、かつ、部屋から空気を受け取り、部屋へ空気を送出するように構成された複数の蒸発器ユニットが設けられる。複数の蒸発器ユニットは、冷媒を供給され、冷媒は、複数の蒸発器ユニット内において、受け取った空気を冷却するように動作可能である。温度は、部屋内の１つまたは複数の場所で検知され、１つまたは複数の場所で検知した温度に応答して、冷媒の温度および部屋への空気送出のうちの少なくとも１つが制御される。

別の実施形態によれば、本発明は、１つまたは複数のコンピュータシステムを含む部屋を冷却するシステムに関する。本システムは、直列に配置され、かつ、冷媒ラインを通して冷媒を受け取り、空気を受け取るように構成された複数の蒸発器ユニットを含む。空気は、冷媒を使用した熱伝達を通して冷却されてもよく、複数の蒸発器ユニットは、空気が、複数の蒸発器ユニットから流出するように構成された少なくとも１つのファン有する。蒸発器コントローラは、複数の蒸発器ユニットへの冷媒の供給量を制御するように動作可能であり、少なくとも１つのファンの速度を制御するように動作可能である。冷媒を冷却する冷却システムが設けられ、冷却システムコントローラは、冷媒の温度を変えるように冷却システムを動作させるべく構成される。

さらに別の実施形態によれば、本発明は、部屋内に保持される１つまたは複数のラック内に収容されるコンピュータシステムを冷却するシステムに関する。システムは、直列に配置した複数の蒸発器と、さらに、冷媒を受け取る手段を含む、空気を冷却する手段を含む。システムはまた、冷却された空気をコンピュータシステムに送出する手段、および、部屋内の１つまたは複数の場所の温度を測定する手段を含む。さらに、システムは、温度測定に応答して、冷却された空気の送出を制御する手段を含み、送出を制御する手段は、複数の蒸発器の少なくとも１つを通る冷媒の流量を独立に調整する手段を含む。最後に、システムは、冷媒の温度を制御する手段を含む。

さらに別の実施形態によれば、本発明は、複数のコンピュータシステムを収容するように構成された部屋を冷却する方法を実施する１つまたは複数のコンピュータプログラムが埋め込まれたコンピュータ読み取り可能記憶媒体に関する。１つまたは複数のコンピュータプログラムは、直列に配置され、かつ、部屋からの空気を受け取り、部屋へ空気を送出するように構成された複数の蒸発器ユニットを設けるための、一連の命令を含む。複数の蒸発器ユニットは、冷媒を供給され、冷媒は、複数の蒸発器ユニット内で受け取った空気を冷却するように動作可能である。温度は、部屋内の１つまたは複数の場所で検知され、１つまたは複数の場所で検知した温度に応答して、冷媒の温度および部屋への空気送出のうちの少なくとも１つが制御される。

本発明の特徴は、図を参照する以下の説明から、当業者には明らかになるであろう。

単純化および説明のために、本発明は、本発明の例示的な実施形態を主に参照することによって述べられる。以下の説明では、本発明を完全に理解することを可能にするために、多くの特定の詳細が記載される。しかしながら、本発明を、これらの特定の詳細に限定されることなく実施することができることが、当業者には明らかになるであろう。他の例では、本発明を不必要に曖昧にしないように、よく知られている方法および構造は詳細には述べられなかった。

本発明の一実施形態によれば、クーリングシステムは、冷却用流体（たとえば、冷水、Ｒ１３４ａ、エチレン・グリコール混合物など）を受け取るように構成された熱交換器ユニット（ＨＥＵ）を含んでもよい。ＨＥＵは、空気が冷却用流体と熱を交換し、それによって、空気を冷却するように設計されてもよい。ＨＥＵはまた、冷却された空気を１つまたは複数のコンピュータシステムに送出するように設計されてもよい。クーリングシステムはまた、冷却用流体を冷却するように動作可能な冷却デバイスを含んでもよい。冷却デバイスは、１つまたは複数の知られているクーリングシステム（たとえば、冷却用流体を使用して熱を伝達するように構成された閉ループ冷却サイクル）を備えてもよい。したがって、冷却デバイスは、冷媒ラインを通って流れる冷媒を有し、冷却用流体からの熱を受け取るように配置される、第２の、一般に閉ループのシステムを含んでもよい。

１つまたは複数のコントローラを、クーリングシステム部品を動作させるために設けてもよい。１つまたは複数のコントローラは、部屋内、特に、所定のコンピュータシステムの周囲のエリア内の環境条件を監視し、監視された環境条件に従ってＨＥＵおよび冷却デバイスの動作を操作するように構成されてもよい。たとえば、１つまたは複数のコントローラは、冷却用流体の温度および／またはＨＥＵの出力を制御してもよい。

或る点では、ＨＥＵの出力および冷却用流体の温度を操作することによって、コンピュータシステムを冷却するのに必要とされるエネルギー量が比較的小さくなる場合がある。このようにして、上述した実施形態によれば、冷却デバイスの部品、たとえば、圧縮機、熱交換器、ファンなどを、コンピュータシステムからの予測される熱放散のほぼ１００％で動作させる代わりに、これらの部品を、実際の冷却要求に従って動作させることができる。さらに、コンピュータシステムおよびコンピュータシステムが収容されるラックは、クーリングシステムによって要求されるエネルギーに対する制御をさらに増加させるために、それらの予測される熱負荷に従って、部屋全体に配置されてもよい。さらに、２００２年４月２４日に出願された米国出願第１０／１２２，０１０号に記載されるように、空調資源のエネルギー効率をさらに増加させるために、負荷を、種々のコンピュータシステム間で分散させてもよい。

別の点では、ラックの配置は、データセンタ全体での冷却用流体の流れについての数値モデル化および計量を実施することによって決められてもよい。さらに、数値モデル化は、ＨＥＵのそれぞれを通る、冷却用流体の流れの体積流量および速度を決めるために実施されてもよい。

上述した実施形態のより詳細な説明を、本発明の譲受人に譲渡されており、その全体を参照により本明細書に援用する、２００１年１０月５日に出願された同時係属中の米国出願第０９／９７０，７０７号に見出すことができる。

図１を参照すると、複数のラック１２を収容する部屋１０、たとえば、データセンタ、および、クーリングシステム２０が示される。ラック１２に対して出し入れするための、ワイヤ、管などの設置を可能にするために設けることができる上げ床１４もまた示される。

ラック１２は一般に、複数の部品（図示せず）、たとえば、プロセッサ、マイクロコントローラ、メモリ、半導体デバイスなどを収容することができる。部品は、複数のサブシステムの要素（図示せず）、たとえば、コンピュータ、サーバなどであってよい。サブシステムおよび部品は、種々の電子的機能、たとえば、計算機能、切換え機能、経路制御機能、表示機能などを実施するために実装されてもよい。これらの電子的機能を実施する時に、部品、したがって、サブシステムは、比較的大量の熱を放散する場合がある。ラック１２は、ほぼ四十（４０）またはそれ以上のサブシステムを含むことが一般に知られているため、サブシステムおよび部品を、全体として所定の動作温度範囲内に維持するためには、十分に多くの量の冷却用流体を必要とする場合がある。本発明の一実施形態によれば、ラック１２内に位置する部品およびサブシステムに送出される冷却用空気量を、それぞれの熱負荷に基づいて実質的に制御することによって、冷却用流体を冷却し、供給するクーリングシステム２０によって消費される電力も制御することができる。

クーリングシステム２０は、複数のＨＥＵ２２および冷却デバイス２４を含むものとして示される。ＨＥＵ２２を、１つまたは複数の支持器２６によって部屋１０の天井１６から支持することができる。ＨＥＵ２２は、空気を受け取り、受け取った空気を送出するように設計された、任意のほどよく適した空調ユニット、たとえば、カルフォルニア州アーバイン市のLiebertによって製造され、配置されるＤＡＴＡＣＯＯＬ環境制御システムを含んでもよい。図１を見るとわかるように、ＨＥＵ２２は、たとえば、ラック１２内に位置するコンピュータシステムによって放散された熱によって加熱される可能性がある空気を受け取るように配置される。ＨＥＵ２２はラック１２の上に配置されて示されるが、ＨＥＵ２２は、種々の他の場所に配置されてもよいことが理解されるべきである。たとえば、複数のＨＥＵ２２が、単一のラックを冷却するように配置されてもよい。部屋１０内でのＨＥＵ２２の設置の判断は、冷却性能および／またはエネルギー効率を最適化するように設計された技法に基づいて行ってもよい。

ＨＥＵ２２は、一般に、ラック１２に冷却用空気を供給するように配置される。より詳細には、ＨＥＵ２２を、ラック１２の熱放散に従ってラック１２に冷却用空気を供給するように配置することができる。例を挙げると、高い負荷を受けるコンピュータシステムは、低負荷または無負荷のコンピュータシステムと比べて、大量の熱を生成することが知られている。そのため、ＨＥＵ２２は、大量の熱を生成するコンピュータシステム（およびラック１２）に大きな質量流量の冷却用空気および／または比較的低温の空気を供給するように配置され、動作することができる。さらに、ほとんど、または、全く熱を生成しないコンピュータシステム（およびラック１２）は、同様に、冷却用空気および／または比較的高温の空気をほとんど、または、全く受け取らないことができる。この点で、具体的にＨＥＵ２２を動作させ、全体としてクーリングシステム２０を動作させるのに必要とされるエネルギー量を、コンピュータシステムの要求に従ってほぼ最適化することができる。

上記に対して、別法として、または、付加的に、ラック１２に含まれるコンピュータシステムの使用は１日の異なる時刻で変わる場合があるため、ＨＥＵ２２の位置を変える代わりに、コンピュータシステムにかかる負荷を変えてもよい。たとえば、同時係属中の米国出願第１０／１２２，０１０号に記載するように、クーリングシステムのエネルギー効率をほぼ最大にするために、コンピュータシステムの一部に対する作業負荷は、他のコンピュータシステムによって実施されてもよい。この点で、負荷の移行が、通常動作条件下に比べてエネルギー効率がよいと判断される場合、負荷が、たとえば、部屋１０内の１つの場所へ移されてもよい。さらに、負荷の移行は、１日の異なる時刻で、また、負荷要求が変わるにつれて行われてもよい。

冷却デバイス２４は、冷却用流体を適切に冷却するように設計された任意のほどよく適したタイプの冷却デバイスを備えることができる。さらに、冷却デバイス２４は、冷却用流体の温度を変える能力を含むことができる。一部の適した冷却デバイスは、空調器、熱交換器、熱ポンプ、可変容量冷水循環装置、蒸発クーリングシステム、などを実装する冷却デバイスを含むことができる。たとえば、冷却デバイス２４は、熱伝達部を有する閉ループ冷却サイクル装置を備えてもよく、流体ライン２８内の冷却用流体からの熱を、閉ループ冷却サイクル装置内に含まれる冷媒に伝達することができる。

冷却デバイス２４は、部屋１０の外に位置するものとして示されるが、本発明の範囲から逸脱することなく、冷却デバイス２４を、部屋１０内に配置してもよいことが理解されるべきである。

冷却用流体は、ＨＥＵ２２を通って流れ、流体ライン２８を介して冷却デバイス２４へ還流するように構成されることができる。図１を見るとわかるように、流体ライン２８は一般に、閉ループシステムを形成し、閉ループシステムにおいて、冷却用流体が、ＨＥＵ２２内で加熱され、冷却デバイス２４内で冷却されることができる。

１つの部屋１０が図１に示されるが、部屋１０は、２つ以上の部屋を備えてもよいこと、および、クーリングシステム２０が、複数の部屋を冷却するように構成されてもよいことが理解されるべきである。

ここで、図２を参照すると、図１の部分Ａの拡大部分断面図が示される。図２を見るとわかるように、ＨＥＵ２２は一般に、とりわけ、複数のファン３０および開口３２を備える。ファン３０は、矢印３４で示すように、部屋１０からの空気が開口３２内に流れ込むように設計される。ファン３０はまた、矢印３６で示すように、空気が還流して部屋１０内に流れ出るように構成される。ＨＥＵ２２は、付加的な部品を含んでもよいこと、および、述べる部品の一部が、本発明の範囲から逸脱することなく取り除かれ、かつ／または、変更されてもよいことが理解されるべきである。

流体ライン２８は、ＨＥＵ２２のファン３０の下であって、ＨＥＵ２２から部屋１０への空気の流れの側に延びるように位置する。この点で、空気が流体ライン２８のそばを流れるとき、熱を、空気から流体ライン２８内に含まれる冷却用流体に伝達することができる。その結果、ＨＥＵ２２から流れ出る空気は、ＨＥＵ２２に入る空気に比べて低温であることができる。

ポンプ３８を、流体ライン２８に沿って、ＨＥＵ２２の一般に上流の場所に設けることができる。ポンプ３８は、冷却用流体が、ＨＥＵ２２を通って所定の流量で流れることを可能にするための十分な圧力を、ＨＥＵ２２に入る冷却用流体に加えるように設計されることができる。この点で、ポンプ３８は、ほどよく適した方法で、上述した動作を実施することが可能な任意のポンプを備えることができる。ポンプ３８は、冷却用流体を複数のＨＥＵ２２に供給し、１つまたは複数のＨＥＵ２２を通って流れる冷却用流体の圧力を制御するように構成されることができる。弁４０が、流体ライン２８に沿ってポンプ３８とＨＥＵ２２の間に示される。弁４０は、流体ライン２８を通る冷却用流体の流量を変えること、ならびに、冷却用流体の流れをほぼ止めることが可能な電子制御可能な弁であってもよい。結果として、ＨＥＵ２２から流れ出る空気の温度がほぼ最適化されるように、ＨＥＵ２２を通して延びる流体ライン２８を通る冷却用流体の体積流量が所定のレベルで操作されることができる。

ポンプ３８および弁４０は個別の部品として示されるが、それぞれの機能は、単一の部品、たとえば、ポンプ３８によって実施されてもよいことが理解されるべきである。この例では、ポンプ３８は、ＨＥＵ２２を通る冷却用流体の流量を変えるように構成される可変速度ポンプとして構成されてもよい。

パイプ４２が、流体ライン２８に沿ってＨＥＵ２２の下流の場所に位置してもよい。パイプ４２は、ＨＥＵ２２を通過した冷却用流体が、ＨＥＵ２２に入る冷却用流体内に導入されることを可能にすることができる。パイプ弁４４が、パイプ４２に沿って配置されて、ＨＥＵ２２に入る冷却用流体内に導入されるこの冷却用流体の量を十分に制御することができる。パイプ弁４４は、パイプ４２を通る冷却用流体流量を制御することが可能な任意のほどよく適した弁（たとえば、３方向弁）であってよい。

よってこの点で、冷却用流体の温度をさらに制御することができる。例を挙げると、多ＨＥＵシステム（たとえば、図３を参照されたい）では、冷却用流体の温度が、ＨＥＵ２２内に導入される前に上昇する場合がある。このタイプの構成では、１つのラック１２が別のラック１２に比べて大量の熱を放散している時、これらのラックのそれぞれに供給される冷却用空気流の温度は、互いに異なる場合がある。すなわち、大量の熱を放散するラック１２は、少量の熱を放散しているラックに比べて低温である第１ＨＥＵ２２から空気流を受け取ることができる。その結果、第１ＨＥＵに導入される冷却用流体の温度は、第２ＨＥＵに導入される冷却用流体より低温であることができる。

温度センサ４６が、ＨＥＵ２２を通って流れる前および後で、冷却用流体の温度が変わったかどうかについて判断を行うことができるように、流体ライン２８の供給部分および還流部分に位置することができる。この情報を、流体ライン２８の供給部分内に導入される還流冷却用流体の量を決めるために使用することができる。

温度センサ４８、たとえば、熱電対などが、ラック１２上に示される。単純化のために、図２には単一の温度センサ４８を示す。しかしながら、複数の温度センサ４８が、ラック１２の種々の場所ならびに部屋１２の他のエリアに配置されてもよいことが理解されるべきである。温度センサ４８は、ＨＥＵ２２、ポンプ３８、弁４０、およびパイプ弁４４を動作させるように構成されたコントローラ（図示せず）に読み込まれた温度データを供給することができる。さらに、読み込まれた温度データは、冷却デバイス２４を動作させるように構成されたコントローラ（図示せず）にも供給することができる。温度センサ４８とコントローラの間で情報を伝達する方法は、任意のほどよく適した機構、たとえば、有線または無線接続を含むことができる。

温度センサ４８に代わって、または、温度センサ４８に加えて、部屋１０内の少なくとも１つの局所的環境条件（たとえば、温度、空気流量、湿度など）を収集する、または、測定するように設計された移動デバイス（図示せず）を実装してもよい。例を挙げると、適した移動デバイスは、本発明の譲受人に譲渡されており、その全体を参照により本明細書に援用する、Patel他による「CONTROLLED COOLING OF A DATA CENTER」という名称の、２００２年５月３１日に出願された同時係属中の米国出願第１０／１５７，８９２号（HP整理番号１００２００７８２−１）に記載される、環境条件検出デバイスを含むことができる。移動デバイスによって収集された情報を、コントローラに送信することができ、コントローラは、情報に応じてクーリングシステム２０の動作を変えるこができる。

上述した環境条件検知デバイスに対して、別法として、または、付加的に、ラック１２内に含まれるコンピュータシステムによって生成される熱量、および、結果として生じる必要な冷却要求を、コンピュータシステムにかかる負荷量に従って予測することができる。予測式の検知を実施するための適した方法は、本発明の譲受人に譲渡されており、その全体を参照により本明細書に援用する、同時係属中の米国出願第０９／９７０，７０７号に記載される。

ここで、図３を参照すると、図１のラインＩＩＩ−ＩＩＩに沿って切り取った略図が示される。図３は、複数のＨＥＵ２２、および一対のポンプ３８から出る複数の流体ライン２８を示す。図はまた、ＨＥＵ２２が、開口３２に隣接して位置するファン３０の列を含むことを示す。ファン３０のそれぞれの下には、流体ライン２８がある。さらに、ＨＥＵ２２の上流には、一般に、それぞれの弁４０が位置し、弁４０は３方向弁を含むことができる。図３を見てわかるように、ポンプ３８は、複数のＨＥＵ２２を通る冷却用流体の供給を制御することができる。さらに、弁４０は一般に、それぞれの流体ライン２８を通る冷却用流体の流量を制御することが可能であることがわかる。

この点で、ＨＥＵ２２から、より具体的には、ＨＥＵ２２のそれぞれの側から流れ出る空気の温度を、ほぼ独立に制御することができる（たとえば、３方向弁（図示せず）を動作させることによって）。或る点では、或るＨＥＵ２２を通る冷却用流体の流れは、たとえば、ＨＥＵ２２が冷却するように構成されているコンピュータシステムがアイドル状態にある状況では、制限されるか、または、ほぼ停止されることができる。図３に示す、ＨＥＵ２２、ポンプ３８、流体ライン２８、および弁４０の構成は、いろいろな、得られる異なる構成のうちの一方式に過ぎないことが理解されるべきである。任意所与の部屋についての特定の構成は、多数の因子、たとえば、冷却ニーズ、部屋構成、冷却デバイスタイプなどに依存する場合があることも理解されるべきである。さらに、本発明の範囲から逸脱することなく、流体ライン２８は、空気が、ファン３０内に流れ込む前に十分に冷却されるようにファン３０の上に配置されることができる。

図４は、本発明の一実施形態によるクーリングシステム５２の例示的なブロック図５０である。ブロック図５０の以下の説明は、こうしたクーリングシステム５２が動作することができる、いろいろな異なる方法の一方法に過ぎないことが理解されるべきである。さらに、クーリングシステム５２が、付加的な部品を含んでもよいこと、および、述べる部品の一部が、本発明の範囲から逸脱することなく取り除かれ、かつ／または、変更されてもよいことが理解されるべきである。

クーリングシステム５２は、ＨＥＵ５６の動作を制御するように構成されたＨＥＵコントローラ５４を含む。ＨＥＵコントローラ５４は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などを含むことができる。ＨＥＵコントローラ５４は、たとえば、ファン５８の速度、ポンプ６０、弁６２、およびパイプ弁７８の動作を制御することができる。ＨＥＵコントローラ５４と、ＨＥＵ５６、ポンプ６０、および弁６２との間のコントロールインタフェースの役目を果たすために、インタフェース電子部品６４を設けてもよい。別法として、ＨＥＵコントローラ５４と、たとえば、パイプ弁７８との間の接続について見られるように、ＨＥＵコントローラ５４と上述した部品との間でコントロールインタフェースが省略されてもよい。ＨＥＵコントローラ５４は、温度センサ６８、たとえば、図２について先に述べた１つまたは複数の温度センサとも接続することができる。

ＨＥＵコントローラ５４は、ＨＥＵコント−ラ５４の機能、たとえば、ファンの速度、ポンプ動作などを提供するコンピュータソフトウェアの記憶域を提供するように構成されたＨＥＵメモリ６６と接続することができる。ＨＥＵメモリ６６は、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、および同様なものなどの揮発性および不揮発性メモリの組み合わせとして実装されてもよい。ＨＥＵメモリ６６はまた、ＨＥＵコントローラ５４がファン５８、ポンプ６０、弁６２、およびパイプ弁７８を動作させる方法に関するデータおよび／または情報を含む記憶域を提供するように構成されてもよい。或る点では、上述した部品の動作方法は、温度センサ６８の温度測定値に基づいてもよい。

ＨＥＵコントローラ５４はさらに、冷却デバイスコントローラ７０と接続することができる。インタフェースを、ＩＥＥＥ ８０２．３などの有線プロトコル、ＩＥＥＥ ８０１．１１ｂ、無線シリアル接続、ブルートゥースなどの無線プロトコル、または、それらの組み合わせによって実施することができる。

冷却デバイスコントローラ７０を、冷却デバイス７２の動作を制御するように構成することができる。冷却デバイスコントローラ７０は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などを含むことができる。冷却デバイスコントローラ７０は一般に、冷却デバイス７２の動作を制御することによって、冷却用流体の温度を操作するように構成される。この点で、冷却デバイス７２は、可変速度圧縮機、熱交換器、冷水熱交換器、遠心冷水循環装置などを含むことができる。より詳細には、冷却デバイスコントローラ７０は、冷却デバイス７２の冷却ループに含まれる冷媒に関する熱伝達量を変え、それによって、冷却用流体の温度を変えるために、１つまたは複数の上述した部品の動作を変えるように設計されてもよい。

インタフェース電子部品（Ｉ／Ｆ）７４が、冷却デバイスコントローラ７０と、冷却デバイス７２を動作させる部品、たとえば、圧縮機の速度を変えるための電圧供給源、熱交換器（遠心冷水循環装置）容量の制御部などとの間のインタフェースの役目を果たすために設けられてもよい。

冷却デバイスコントローラ７０は、冷却デバイス７２、たとえば、圧縮機、熱交換器などの機能を提供し、冷却デバイスコントローラ７０が実行することができるコンピュータソフトウェアの記憶域を提供するように構成された冷却デバイス（ＣＤ）メモリ７６とも接続することができる。ＣＤメモリ７６は、ＤＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、および同様なものなどの揮発性および不揮発性メモリの組み合わせとして実装されてもよい。ＣＤメモリ７６はまた、たとえば、冷却用流体および／または部屋内の空気の温度変化に応答して、圧縮機（熱交換器、冷水循環装置）を操作することができる方法に関するデータ／情報を含む記憶域を提供するように構成されてもよい。

或る点では、圧縮機（熱交換器、冷水循環装置など）の容量(たとえば、冷却用流体に加えられる仕事量)を変更し、それによって、冷却用流体の温度が制御されてもよい。そのため、圧縮機（熱交換器、冷水循環装置など）は、圧縮機を通って流れる冷媒の質量流量を増加させるか、または、減少させるように制御されることができる。その結果、部屋１０内の温度が、所定の範囲より低い時、冷媒に加えられる仕事量、したがって、エネルギー量を大幅に減らすように、圧縮機（熱交換器、冷水循環装置など）の容量を減らしてもよい。これは、従来のクーリングシステムと比べて、クーリングシステム５２を動作させることに関するコストの大幅な低減につながる場合がある。

本発明の実施形態に関して使用される、圧縮機（熱交換器、冷水循環装置など）の特定のタイプは、個々のニーズに応じて変わる場合があるため、本発明は、任意の特定のタイプの圧縮機（熱交換器、冷水循環装置など）に限定されない。代わりに、本発明の特定の態様を達成することが可能な、任意のほどよく適したタイプの圧縮機（熱交換器、冷水循環装置など）が、本発明の実施形態に関して使用されてもよい。したがって、圧縮機（熱交換器、冷水循環装置など）の選択は、複数の因子、たとえば、冷却要求、コスト、動作費用などに依存する場合がある。

例を挙げると、ラック、たとえば、ラック１２、ラックの周辺エリアなどの温度変化が検出されるか、または、予測される場合、ＨＥＵコントローラ５４は、温度変化を補償するために、たとえば、空気流の体積流量、速度、および他の特性を変えるために、対応するＨＥＵ５６および／またはファン（複数可）５８を操作するように動作することができる。上記に対して、付加的に、または、代替として、冷却デバイスコントローラ７０は、冷却デバイス７２に冷媒温度を下げさせるように動作させてもよい。この点で、ラック１２のそれぞれ、および／または、その一部は一般に、ラック１２の温度を所定の温度範囲内に維持するのに必要な量の冷却用空気のみを実質的に受け取ることができる。さらに、ラック１２の冷却をほぼ最適にするため、冷媒、したがって、冷却用流体の温度も同様に必要に応じて制御してもよい。上述した方法で冷却用空気流量を制御することによって、クーリングシステム５２は、ほぼ最適化されたレベルで動作することができ、それによって、ラック１２内のコンピュータシステムを冷却するのに必要とされるエネルギー量、したがって、動作コストが低減される。

さらに、冷却デバイスコントローラ７０は、ＨＥＵ５６の動作における検出された種々の増加度合い／減少度合いに応答して冷却用流体温度を変える方法で、圧縮機（熱交換器、冷水循環装置など）を動作させることができる。より詳細には、ルックアップテーブル（図示せず）を、ＣＤメモリ７６に記憶することができる。ルックアップテーブルは、ＨＥＵ５６の動作における検出された増加量に対して必要な圧縮機速度（熱交換器容量など）の増加レベルに関する情報を含むことができる。この点で、圧縮機速度（熱交換器容量など）を、ＨＥＵ５６の動作における検出された変化に応答して、ほぼ漸進的に変えることができる。

図５は、本発明の一実施形態による動作モード１００のフロー図を示す。動作モード１００が付加的な動作を含んでもよいこと、および、本発明の範囲から逸脱することなく、動作の一部が取り除かれる、かつ／または、変更されてもよいことが理解されるべきである。動作モード１００の以下の説明は、図４に示すブロック図５０を参照して行われるため、ブロック図５０で引用した要素を参照する。

動作モード１００に示す動作は、ユーティリティ、プログラム、またはサブプログラムとして任意所望のコンピュータアクセス可能な媒体に含まれてもよい。さらに、動作モード１００は、アクティブ及び非アクティブの両方の、種々の形態で存在する可能性があるコンピュータプログラムによって具体化されてもよい。たとえば、コンピュータプログラムは、ソースコード、オブジェクトコード、実行可能コード、または他のフォーマットのプログラム命令からなるソフトウェアプログラム（複数可）として存在する可能性がある。上記の任意のものは、記憶デバイスおよび圧縮または非圧縮形態の信号を含むコンピュータ読み取り可能媒体上で具体化される可能性がある。

例示的なコンピュータ読み取り可能記憶デバイスは、従来のコンピュータシステムのＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、および、磁気または光のディスクまたはテープを含む。例示的なコンピュータ読み取り可能信号は、搬送波を使用して変調されるか変調されないかにかかわらず、インターネットまたは他のネットワークを通してダウンロードされる信号を含む、コンピュータプログラムをホスティングするか、または、実行するコンピュータシステムがアクセスするように構成されることができる信号である。上記の具体的な例は、ＣＤ ＲＯＭでの、または、インターネットのダウンロードによるプログラムの配布を含む。或る意味では、抽象的実体としてのインターネットそれ自体が、コンピュータ読み取り可能媒体である。同じことが、コンピュータネットワーク全般に当てはまる。したがって、上述した機能を実行することが可能な任意の電子デバイスによって、以下に挙げる機能を実施することができることが理解されるはずである。

動作モード１００において、ステップ１１０にて、クーリングシステム５２が作動する。ステップ１２０にて、１つまたは複数のラックの温度（Ｔｒ）が、温度センサ、たとえば、１つまたは複数の温度センサ６８によって検知される。温度センサは、上述した温度センサのうちの１つまたは複数、たとえば、熱電対、移動式環境条件検知デバイスなどを含むことができる。Ｔｒは一般に、熱放散部品、したがって、ラック、たとえば、ラック１２に含まれるコンピュータシステムの熱負荷に対応する。したがって、Ｔｒは、特定の熱放散部品およびサブシステムの温度に基づくことができる。さらに、Ｔｒは、ラックの近傍全体および／またはラックのセクションの温度に基づくことができる。そのため、本発明の特定の実施形態は、温度センサを、部屋、たとえば、部屋１０全体にわたる種々の位置に置いた状態で使用することができることを、当業者は理解するであろう。さらに、本明細書において「ラック」という用語を使用することは一般に、コンピュータシステムを支持するラック、さらに、ラックのセクションならびにラックの周辺エリアのことを言う。したがって、本開示を通して「ラック」という用語を使用することは、本開示の特定の態様をラック全体に限定することを意図するのではなく、本発明の特定の実施形態の説明を単純化するためである。

温度センサ６８の代替として、Ｔｒを、上記および同時係属中の米国出願第０９／９７０，７０７号に記載される方法で予測することができる。

ステップ１３０にて、Ｔｒのそれぞれが、所定の動作温度範囲内、たとえば、最大設定点温度（Ｔｍａｘ，ｓｅｔ）と最小設定点温度（Ｔｍｉｎ，ｓｅｔ）の間にあるかどうかが判断される。一般に、Ｔｍｉｎ，ｓｅｔとＴｍａｘ，ｓｅｔの温度範囲は、ラックに送出される冷却用空気の流量を増加させるか、減少させるかを判断するための閾値温度に関係する。この動作温度の範囲を、複数の因子に従って設定することができる。これらの因子は、たとえば、最適動作温度を決めるための試験などによって、ラック内に位置するサブシステムおよび部品の製造業者によって規定された動作温度などを含むことができる。さらに、所定の動作温度範囲は、サブシステムごとに変わる場合がある。

所定の範囲内にＴｒがあるラックの場合、ステップ１２０にて、その温度が再び検知される。所定の温度範囲内に入らない、すなわち、Ｔｍｉｎ，ｓｅｔとＴｍａｘ，ｓｅｔの外側になる熱負荷を有すると判断されたラックの場合、ステップ１４０にて、ＨＥＵコントローラ５４は、ラックがＴｍｉｎ，ｓｅｔより低い温度を有するかどうかを判断することができる。

Ｔｍｉｎ，ｓｅｔ以下のＴｒを有するラックに冷却用空気流を供給するように構成されたＨＥＵ５６、より詳細には、ファン５８によって供給される空気流量は、ステップ１５０にて減少させることができる。付加的に、かつ／または、別法として、ＨＥＵ５６を通して供給される冷却用流体の温度を、上昇させることによって、ラックに供給される空気の温度を上昇させることができる。上述したように、これは、冷却デバイス７２が冷媒にかける仕事を減らすことによって、かつ／または、バイパス弁６２を開けることによって達成することができる。さらに、ＨＥＵ５６から流れる空気の温度は、弁７８によって、低い体積流量の冷却用流体が弁７８を通って流れることを可能にすることによっても上昇させることができる。

Ｔｍｉｎ，ｓｅｔより大きく、そのため、Ｔｍａｘ，ｓｅｔより大きいＴｒを有するラックに冷却用空気流を供給するように構成されたＨＥＵ５６によって供給される空気流量は、ステップ１６０にて増加させることができる。この点で、ＨＥＵコントローラ５４は、ラックに対してより多くの空気流量を可能にするために、ファン５８への電力を増加させることができる。付加的に、かつ／または、別法として、ＨＥＵコントローラ５４は、ポンプ６０および／または弁７８の動作によって、ＨＥＵ５６を通る冷却用流体の流量を増加させることができる。

本発明の特定の実施形態によれば、種々のＴｒを有するラックは、種々の特性、たとえば、温度、速度、方向などを有する空気流を供給されることができる。すなわち、たとえば、複数のＨＥＵ５６を備えるシステムでは、特定のＨＥＵ５６によって、Ｔｒがより高いラックに空気流が供給され、ほぼ同時に、他のＨＥＵ５６によって、Ｔｒが比較的低いラックに空気流が供給されることができ、ラックはそれぞれ、異なるレベルの空気流を受け取る。さらに、Ｔｒがより高いラックに空気流を送出するＨＥＵ５６を通して供給される冷却用流体の温度は、Ｔｒがより低いラックに空気流を送出するＨＥＵ５６を通して供給される冷却用流体の温度より比較的低い場合がある。そのため、ステップ１５０およびステップ１６０を、種々のＨＥＵ５６が、それぞれ実施してもよいし、ほぼ同時に実施してもよいことが理解されるべきである。

本発明の一実施形態によれば、ステップ１５０における空気流の体積流量および／または速度の減少、ならびに、ステップ１６０における空気流の体積および／または速度の増加を、ＨＥＵ５６からの空気流量を漸進的に変えることによって達成してもよい。たとえば、ＨＥＵ５６からの空気流の体積流量および／または速度を、１回目の繰り返し中に所定量だけ変えることができる。変えた後の所定の時刻に、Ｔｒを測定することができ、ステップ１３０〜１６０を繰り返すことができる。このプロセスを多数回繰り返すことによって、ラックの温度を、ほぼ所定の範囲内にすることができる。

ステップ１７０にて、冷却デバイスコントローラ７０は、冷却用流体温度を変える、たとえば、圧縮機速度（または、熱交換器容量など）を増加させるかどうかを判断することができる。冷却用流体温度は、たとえば、実際の、かつ／または、検出されたＴｒの増加に応答して下げることができる。代替法において、冷却用流体温度の減少を、ＨＥＵ５６によって実施される仕事量に基づいて行うことができる。より詳細には、ＨＥＵ５６によって実施される仕事が増加し、それによって、Ｔｒの増加が信号送信されると、冷却デバイスコントローラ７０は、冷却デバイス７２が冷媒温度を下げるようにすることができる。さらに、複数のＨＥＵ５６が、１つまたは複数のラックを冷却するように実装されると、冷却デバイスコントローラ７０は、冷却用空気の体積流量の総減少量が、冷却用空気の体積流量の総増加量を超えるかどうかを判断することができる。ステップ１８０にて、冷却デバイスコントローラ７０は、冷却用流体温度を下げるかどうかを判断することができる。

ステップ１９０にて、冷却デバイスコントローラ７０は、ステップ１８０における下げるようにとの判断に応答して冷却用流体温度を下げるようにさせることができる。別法として、冷却デバイスコントローラ７０は、ステップ１８０における上げるようにとの判断に応答してステップ２００にて冷却用流体温度を上げるようにさせることができる。先に述べたように、冷却デバイスコントローラ７０は、圧縮機の速度、熱交換器の容量などを変えることによって、冷却用流体温度を変えるように動作することができる。

ステップ１５０、１６０、および、１９０または２００は、ほぼ同時に実施されてもよいことが理解されるべきである。より詳細には、区域的なレベルでは、種々のラックについて、ステップ１２０で求められる温度の読みを、種々のラックへの冷却用空気の送出を変える際に組み込むことができる。さらに、大域的なレベルでは、冷却用流体の温度を、ラックの冷却要求の変化に従って変えることができる。たとえば、ラックの温度が所定の閾値範囲を超えると、そのラックに冷却用空気流を供給するＨＥＵ（複数可）５６は、そのラックへの空気流量を増加させることができる。ほぼ同時に、冷却用流体の温度を、上昇したラック温度に対して或る量だけ下げることができる。

ステップ１９０またはステップ２００に続いて、ステップ１２０にて、Ｔｒが再び検知される。さらに、ステップ１２０に続くステップは、無期限に繰り返され、閉ループパターンを形成することができる。

ここで、図６を参照すると、複数のラック２１２、および、多負荷熱調整システムまたはクーリングシステム２２０を収容する部屋２１０、たとえば、データセンタが示される。ラック２１２に対して出し入れするための、ワイヤ、管などの設置を可能にするために設けることができる上げ床２１４もまた示される。

ラック２１２は一般に、複数の部品（図示せず）、たとえば、プロセッサ、マイクロコントローラ、メモリ、半導体デバイスなどを収容することができる。部品は、複数のサブシステム（図示せず）、たとえば、コンピュータ、サーバなどの要素であってよい。サブシステムおよび部品は、種々の電子的機能、たとえば、計算機能、切換え機能、経路制御機能、表示機能などを実施するために実装されてもよい。これらの電子的機能を実施する時に、部品、したがって、サブシステムは、比較的大量の熱を放散する場合がある。ラック２１２は、ほぼ四十（４０）またはそれ以上のサブシステムを含むことが一般に知られているため、サブシステムおよび部品を、全体として所定の動作温度範囲内に維持するために、十分に多くの量の冷却用流体（たとえば、空気）を必要とする場合がある。本発明の一実施形態によれば、ラック２１２内に位置する部品およびサブシステムに送出される冷却用空気量を、それぞれの熱負荷に基づいて実質的に制御することによって、冷却用流体を冷却し、供給するクーリングシステム２２０によって消費される電力を制御することもできる。

クーリングシステム２２０は、冷却装置すなわち冷却システム２２４の一部である複数の蒸発器ユニットすなわち蒸発器２２２を含むものとして示される。蒸発器２２２を、１つまたは複数の支持器２２６によって部屋２１０の天井２１６から支持することができる。蒸発器２２２は、任意のほどよく適した組み合わせ式ファン−蒸発器ユニットを備えることができるか、または、個別のファンユニット（図示せず）および個別の蒸発器（図示せず）を備える可能性がある。最後に、「蒸発器」および「蒸発器ユニット」という用語は、本明細書では同義で使用され、上述の変形を包含する。

図６を見てわかるように、蒸発器２２２は、空気を受け取るように配置され、空気は、たとえば、ラック２１２内に位置するコンピュータシステムによって放散される熱によって加熱されることができる。蒸発器２２２は、ラック２１２の上に配置されるものとして示されるが、蒸発器２２２を種々の他の場所に配置してもよいことが理解されるべきである。たとえば、複数の蒸発器２２２が、単一ラックを冷却するように配置されることができる。部屋２１０内での蒸発器２２２の設置についての判断を、冷却性能および／またはエネルギー効率を最適化するように設計された技法に基づいて行うことができる。

蒸発器２２２は、ラック２１２に冷却用空気をあまねく供給するように配置される。より詳細には、蒸発器２２２を、ラック２１２の熱放散に従ってラック２１２に冷却用空気を供給するように配置することができる。例を挙げると、高い負荷を受けるコンピュータシステムは、低負荷または無負荷であるコンピュータシステムと比べて、大量の熱を生成することが知られている。そのため、蒸発器２２２は、大量の熱を生成するコンピュータシステム（およびラック２１２）に大きな質量流量の冷却用空気および／または比較的低温の空気を供給するように配置され、動作することができる。さらに、ほとんど、または、全く熱を生成しないコンピュータシステム（およびラック２１２）は、同様に、冷却用空気および／または比較的高温の空気をほとんど、または、全く受け取らないことができる。この点で、具体的に蒸発器２２２を動作させ、全体としてクーリングシステム２２０を動作させるのに必要とされるエネルギー量を、コンピュータシステムの要求に従ってほぼ最適化することができる。

上記に対して、別法として、または、付加的に、ラック２１２に含まれるコンピュータシステムの使用は１日の異なる時刻で変わる場合があるため、蒸発器２２２の位置を変える代わりに、コンピュータシステムにかかる負荷を変えてもよい。たとえば、同時係属中の米国出願第１０／１２２，０１０号に記載されるように、クーリングシステムのエネルギー効率をほぼ最大にするために、コンピュータシステムの一部に対する作業負荷は、他のコンピュータシステムによって実施されてもよい。この点で、負荷の移行が、通常動作条件下に比べてエネルギー効率がよいと判断される場合、負荷が、たとえば、部屋２１０内の１つの場所へ移されてもよい。さらに、負荷の移行は、１日の異なる時刻で、また、負荷要求が変わるにつれて行われてもよい。

冷却システム２２４は、多相作動媒体を使用する蒸気−圧縮サイクルを含む、任意のほどよく適したタイプの冷却サイクルを備えることができる。

冷却システム２２４は、部屋２１０の外に位置するものとして示されるが、本発明の範囲から逸脱することなく、冷却システム２２４を、部屋２１０内に配置してもよいことが理解されるべきである。

冷媒などの冷却用流体は、蒸発器２２２を通って流れ、流体ライン２２８を介して冷却システム２２４へ還流するように構成されることができる。図６を見るとわかるように、流体ライン２２８は一般に、閉ループシステムを形成し、閉ループシステムにおいて、冷媒が、蒸発器２２２内で加熱され、冷却システム２２４内で冷却されることができる。

１つの部屋２１０が図６に示されるが、部屋２１０は、２つ以上の部屋を備えてもよいこと、および、クーリングシステム２２０が、複数の部屋を冷却するように構成されてもよいことが理解されるべきである。

蒸発器２２２は一般に、とりわけ、複数のファン２３０および開口（図示せず）を備える。ファン２３０は、点線矢印２３４で示すように、部屋２１０からの空気を開口内に流れ込ませるように設計される。ファン２３０はまた、矢印２３６で示すように、空気が部屋２１０内に還流するように構成される。そのため、ファン２３０の動作および速度は、空気温度および空気流量を制御するように調整される。蒸発器２２２は、付加的な部品を含んでもよいこと、および、述べる部品の一部が、本発明の範囲から逸脱することなく取り除かれ、かつ／または、変更されてもよいことが理解されるべきである。

流体ライン２２８は、蒸発器２２２に接続するように位置する。この点で、液体冷媒が流体ライン２２８を通り、蒸発器２２２内に流れ込む際、冷媒は膨張する。膨張時、冷媒は、高温空気２３４から熱を吸収して、冷却する。そのため、空気から、流体ライン２２８に含まれる冷媒へ熱を伝達することができる。その結果、蒸発器２２２から流れ出る空気２３６は、蒸発器２２２に入る空気２３４に比べて低温である。

温度センサ２４８、たとえば、熱電対などが、ラック２１２上に示される。単純化のために、図６には単一の温度センサ２４８を示す。しかしながら、複数の温度センサ２４８が、ラック２１２の種々の場所ならびに部屋２１２の他のエリアに配置されてもよいことが理解されるべきである。温度センサ２４８は、蒸発器２２２および弁（図示せず）を動作させるように構成されたコントローラ（図示せず）に読み込んだ温度データを供給することができる。さらに、読み込んだ温度データは、システム２２４を動作させるように構成されたコントローラ（図示せず）にも供給することができる。温度センサ２４８とコントローラの間で情報を伝達する方法は、任意のほどよく適した機構、たとえば、有線または無線接続を含むことができる。

温度センサ２４８に代わって、または、温度センサ２４８に加えて、部屋２１０内の少なくとも１つの局所的環境条件（たとえば、温度、空気流量、湿度など）を収集するか、または、測定するように設計された移動デバイス（図示せず）を実装してもよい。例を挙げると、適した移動デバイスは、本発明の譲受人に譲渡されており、その全体を参照により本明細書に援用する、Patel他による「CONTROLLED COOLING OF A DATA CENTER」という名称の、２００２年５月３１日に出願された同時係属中の米国出願第１０／１５７，８９２号（HP整理番号１００２００７８２−１）に記載される、環境条件検出デバイスを含むことができる。移動デバイスによって収集された情報を、コントローラに送信することができ、コントローラは、情報に応じてクーリングシステム２２０の動作を変えることができる。

上述した環境条件検知デバイスに対して、別法として、または、付加的に、ラック２１２内に含まれるコンピュータシステムによって生成される熱量、および、結果として生じる必要な冷却要求を、コンピュータシステムにかかる負荷量に従って予測することができる。予測式の検知を実施するための適した方法は、本発明の譲受人に譲渡されており、その全体を参照により本明細書に援用する、同時係属中の米国出願第０９／９７０，７０７号に記載される。

ここで、図７を参照すると、複数の蒸発器２２２、および冷却システム２２４から出る流体ライン２２８を示す略図が示される。図はまた、蒸発器２２２が、開口２３２に隣接して位置するファン２３０の列を含むことを示す。蒸発器２２２はそれぞれ、ファン２３０の個別の列に対応する、２つの個別の蒸発器ユニットを含むことができることが考えられる。別法として、蒸発器２２２はそれぞれ、ファン２３０の両方の列に対応する、たった１つの蒸発器ユニットを含むことができることが考えられる。冷却システム２２４は、複数の蒸発器２２２を通る冷媒の供給を制御することができる。弁２５４は一般に、蒸発器の過熱を制御するために、蒸発器２２２への、それぞれの流体ライン２２８を通る冷媒流量の制御を可能にすることが見てわかる。本発明に関して使用するのに適した弁の例は、毛細管膨張弁、定圧膨張弁、および同様なものなどの膨張弁を含むが、弁２５４は、熱膨張弁であることが考えられる。

この点で、蒸発器２２２から、より具体的には、蒸発器２２２のそれぞれの側から流れ出る空気の温度を、ほぼ独立に制御することができる。図７に示す、蒸発器２２２および流体ライン２２８の構成は、いろいろな、得られる異なる構成のうちの一方式に過ぎないことが理解されるべきである。任意所与の部屋についての特定の構成は、複数の因子、たとえば、冷却ニーズ、部屋構成、冷却デバイスタイプなどに依存する場合があることも理解されるべきである。さらに、本発明の範囲から逸脱することなく、流体ライン２２８および／または蒸発器２２２は、空気が、ファン２３０内に流れ込む前か、後に十分に冷却されるようにファン２３０の上か、下に配置されることができる。

本発明の原理によれば、データセンタ内の複数のラックの温度を、ラック間の温度変化を減らしながら、指定された温度範囲内に維持することができる。この点で、それぞれのラックの温度は、ラック間の熱負荷の多様な変動を可能にしながら、他のラックに対して比較的一定（約５℃以内）に維持される。過剰の熱は、それぞれの蒸発器によってそれぞれのラックから取り除かれる。すなわち、本発明は、それぞれの蒸発器（または蒸発器の群）が各ラック（またはラックの群）に近接する一連の蒸発器を通って流れる冷媒の質量流量を制御することによって、それぞれのラック（またはラックの群）の温度を実質的に独立に維持するように構成される。

この点で、本発明の原理によれば、また、図７に示すように、多負荷熱調整システムまたはクーリングシステム２２０では、データセンタ内の複数のラック２１２を冷却するために、複数の蒸発器２２２が互いに直列方式で接続される。本開示全体を通して参照される、多負荷熱調整システム２２０は一般に、複数の熱負荷（たとえば、ラック）を所定の範囲内に冷却するクーリングシステムのことを言う。本発明で使用される蒸発器の特定のタイプは、個々のニーズに従って変わる場合があるため、本発明は、任意の特定のタイプの蒸発器に限定されず、そのため、本発明の目標をかなりよく達成することができる任意のタイプの蒸発器を利用することができる。本発明で使用可能な適した蒸発器の例は、マサチューセッツ州ウバーンのLYTRON, Inc.、オハイオ州コロンバスのLIEBERT Corporation、およびウィスコンシン州ラシーンのMODINE製造会社から入手できる。しかしながら、当業者には容易に明らかなように、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、自動車および民生用の蒸発器を含む、任意の他の適した蒸発器を本発明で使用することができる。

図７は、２つの蒸発器ユニットのみを示すが、本発明は、２つの蒸発器ユニットだけに限定されず、むしろ、本発明は、任意のほどよい数の蒸発器ユニットを含んでもよいことが理解されるはずである。或る点では、蒸発器ユニットの数は、熱生成ラックの数に対応する場合がある。したがって、図７に示す２つの蒸発器ユニットは、説明のためだけのものであり、よって、本発明をいかなる点でも制限することを意図しない。さらに、当業者にはよく知られているように、「直列方式で」という用語は、制限であることを意図せず、むしろ、本開示に関して、単一の導管を単一のユニットとして制御することができる方法を述べる。

さらに、任意の適したタイプの冷媒を本発明で利用することができる。実際、冷媒の選択は、複数の因子、たとえば、冷却要求、環境的影響、コストなどに依存するであろう。一般的に言うと、適した冷媒は、一組の蒸気−圧縮炭化水素冷媒（ＣＦＣ、ＨＣＦＳ、ＨＦＣ、または、単一冷媒の任意の混合）を含む。適した冷媒の具体例は、Ｒ１３４ａ、Ｒ２９０、Ｒ６００などを含む。さらに、適した冷媒を、中華民国の台湾にあるTONG TAI INTERNATIONALから得ることができる。

再び、図７を参照すると、多負荷熱調整システム２２０は、冷媒が、多負荷熱調整システム２２０の部品（たとえば、流体ライン２２８、蒸発器２２２、過熱センサ２８４、圧縮機２５０、凝縮器２５２、および自動温度調節器付き膨張弁２５４）に対して出入りするように流れるための閉ループを持つ。本発明で使用可能な、適した自動温度調節器付き膨張弁の具体例は、オハイオ州クリーブランドのPARKER HANNIFIN CO.から入手できる。

図７に示す実施形態によれば、圧縮機２５０は可変容量圧縮機である。換言すれば、圧縮機２５０の容量または速度を、冷媒温度を制御するように、また、多負荷熱調整システム２２０内で冷媒の質量流量を増加させるか、減少させるように調整することができる。本発明の原理によれば、多数の異なるタイプの可変容量圧縮機を、本発明の適切な動作のために利用することができる。そのため、他のタイプのクーリングシステムと同様な方法で、冷媒ライン２２８を通って流れる冷媒は、多負荷熱調整システム２２０の閉ループを循環する際に、種々の位置で気体と液体の間で変化する。さらに、当業者にはよく知られているように、「可変容量圧縮機」という用語は、制限であることを意図せず、むしろ、本開示に関して、圧縮機が動作する方法を操作することによって容量を制御することができる圧縮機を述べる。そのため、可変容量圧縮機の動作を変更すると、冷媒質量流量を、同様に変更することができる。たとえば、圧縮機速度が上がるにつれて、質量流量が増加し、したがって、ラック２１２を冷却するための冷媒容量が増加する。さらに、圧縮機２５０の速度は、約０〜約１００％まで、その間のほぼあらゆる速度に変わることができる。しかしながら、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、制御された方法で冷媒容量を適切に変えることが可能な任意の知られている圧縮機を、可変容量圧縮機の代わりに用いてもよいことは、本発明の範囲内にある。

図７に例示するように、蒸発器２２２は、ラックから蒸発器２２２への適切な熱伝達を可能にする任意の知られている手段によって各熱生成ラック２１２の近くへ設置されるように構成される。換言すれば、蒸発器は、ラック２１２に対して丁度良い位置に設置されて、両者の間の熱伝達を最適にすることができる。そのため、それぞれの蒸発器２２２は、各ラック２１２からの熱負荷を吸収することができる。本明細書で使用されるラックという用語は、１つのラック、複数のラック、および、１つまたは複数のラックを囲む空気容積を包含する。ラック２１２および蒸発器２２２の任意の適した構成を本発明で利用することができる。実際に、構成の選択は、複数の因子、たとえば、冷却要求、設計制約、凝縮制御、空間要求、システム最適化、コストなどに依存するであろう。一般的に言えば、適した構成は、熱が、１つのラック２１２から各蒸発器２２２へほぼ自由に移動することを可能にする構成を含む。

動作時、多相形態（すなわち、液体と気体、および、それらを組み合わせたもの）の冷媒は、制御された質量流量で一連の蒸発器２２２を通って流れる。この文脈における、「制御された質量流量」という用語は、冷媒の流量がラック２１２の熱負荷に依存するように一連の蒸発器２２２を通る冷媒流量を調整することを言う。

図７を再び参照すると、冷媒は、圧縮機入口２５６を通って圧縮機２５０に入る。圧縮機２５０は、冷媒が圧縮機出口２５８を通って出る前に、冷媒の圧力および温度を上昇させる。圧縮機２５０は、冷媒が圧縮される時に、或る付加的な熱（「ＷＩＮ」）を冷媒に与えることができる。圧縮機２５０の速度、したがって、冷媒の圧縮レベルを、リレー（「ＰＩＤ」）２６０を有する、比例型、積分型、微分型コントローラによって制御することができる。別法として、コントローラ２６０は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラム可能ロジックコントローラ（ＰＬＣ）などを備えることができる。圧縮レベルを圧縮機の速度を変えることによって制御する方法は、以下でさらに詳細に説明されるであろう。

その後、冷媒は、冷媒ライン２２８を通り、凝縮器入口２６２を通って凝縮器２５２内に流れ込む。凝縮器２５２は、ラック２１２の熱負荷にＷＩＮを加えた熱を冷媒から放散させることが可能である。凝縮器２５２では、当業者に知られているプロセスで、冷媒は一般に温度が下がる。冷媒は、通常、（やはり比較的高い圧力と温度の）液体として凝縮器出口２６４を通って凝縮器２５２から出る。その後、冷媒は、冷媒ライン２２８を通り、自動温度調節器付き膨張弁入口２６６を通って自動温度調節器付き膨張弁２５４内に流れ込む。自動温度調節器付き膨張弁２５４は、自動温度調節器付き膨張弁２５４と過熱センサ２８４の間の冷媒ライン２２８内で、規定の冷媒過熱状態が生成されることを可能にする調整ニードル弁であってよい。この点で、過熱センサ２８４は、自動温度調節器付き膨張弁２５４が冷媒ライン２２８内の冷媒の質量流量を調整できるように、検知された冷媒温度に応答して、自動温度調節器付き制御ライン２８５内の流体の圧力を調整することができ、それによって、冷媒が確実に気体として圧縮機２５０に入るように、適切な過熱状態を冷媒に与えることが可能になる。しかしながら、適切に冷媒流体の質量流量を減らし、それによって、冷媒が入口２５６で圧縮機に入る時に確実に気体状態であるようにするのに十分な熱を冷却用流体が吸収することを可能にする、任意の知られている膨張弁を、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、自動温度調節器付き膨張弁２５４の代わりに使用できることは、本発明の範囲内にある。圧縮できない流体を圧縮しようと試みることによって生じる過剰の圧力により、圧縮できない液体が圧縮機２５０を損傷する場合があるため、冷媒が、気体として圧縮機２５０に入ることが重要である。

自動温度調節器付き膨張弁出口２６８を通って自動温度調節器付き膨張弁２５４を出た後、冷媒は、冷媒ライン２２８を通って流れ、直列方式の蒸発器２２２に入る。最初の蒸発器２２２内で、冷媒は、各ラック２１２から熱負荷を受け取る（すなわち、吸収する）。その後、冷媒は、直列方式の最初の蒸発器２２２を出て、冷媒ライン２２８の分岐２７６を通って流れ、プロセスは、直列方式の後続の蒸発器（複数可）２２２について繰り返され、その後、冷媒は、直列方式の最後の蒸発器２２２を出て、ラック２１２の温度を所定の温度範囲内に維持するのに十分な熱負荷を吸収している。そのため、或る点では、多負荷熱調整システム２２０の熱負荷を、圧縮機速度、したがって、冷媒の質量流量を制御するために監視することができる。

一実施形態によれば、ラック２１２の温度（「Ｔｒ」）は、温度センサ２４８によって測定される。本発明では、任意の適したタイプの温度センサを利用することができるが、適した温度センサの例は、熱電対、サーミスタ、ダイオード、温度感知抵抗などを含む。温度センサ２４８は入力ライン２７２を介してＰＩＤ２６０に接続される。ＰＩＤ２６０はさらに、出力ライン２７４を介して圧縮機２５０に接続される。ＰＩＤ２６０は、ラックの測定されたＴｒに基づいて圧縮機２５０が冷媒に加える圧縮量を制御し、それによって、多負荷熱調整システム２２０全体にわたる冷媒の質量流量を制御するように構成される。任意の適したＰＩＤ２６０を、本発明に関して利用することができるが、適したＰＩＤ２６０の例は、コネチカット州スタンフォードのOMEGA Inc.、および、ミズーリ州セントルイスのWATLOW ELECTRIC MANUFACTURING CO.によって製造されるものを含む。一実施形態によれば、温度センサ２４８は、ラック２１２内に一体化されるか、または、温度センサ２４８は、ラックから温度センサ２４８への熱伝達を可能にする任意の知られている手段によって各ラック２１２に取り付けられることができる。しかしながら、温度センサ２４８は、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、蒸発器２２２の温度を測定するように配置されることができる。

図８は、本発明の一実施形態によるクーリングシステム２２０用の例示的なブロック図である。ブロック図の以下の説明は、こうしたクーリングシステム２２０が動作することができる、いろいろな異なる方法のうちの１つの方法に過ぎないことが理解されるべきである。さらに、クーリングシステム２２０が、付加的な部品を含んでもよいこと、および、述べる部品の一部が、本発明の範囲から逸脱することなく取り除かれ、かつ／または、変更されてもよいことが理解されるべきである。

クーリングシステム２２０は、蒸発器２２２の動作を制御するように構成されたコントローラ２８６を含む。コントローラ２８６は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などを含むことができる。コントローラ２８６は、たとえば、ファン２３０の電力および速度を制御することができる。コントローラ２８６と、蒸発器２２２、およびファン２３０との間のコントロールインタフェースの役目を果たすために、インタフェース電子部品２８８を設けてもよい。別法として、コントローラ２８６と上述した部品との間でコントロールインタフェースが省略されてもよい。コントローラ２８６は、センサ２４８および／または２８４、たとえば、図７について先に述べた１つまたは複数のセンサとも接続することができる。

コントローラ２８６は、コント−ラ２８６の機能、たとえば、ファンの速度、ポンプ動作などを提供するコンピュータソフトウェアの記憶域を提供するように構成されたメモリ２９０と接続することができる。蒸発器メモリ２９０は、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、および同様なものなどの揮発性および不揮発性メモリの組み合わせとして実装されてもよい。メモリ２９０はまた、コントローラ２８６がファン２３０を動作させることができる方法に関するデータおよび／または情報を含む記憶域を提供するように構成されてもよい。或る点では、上述したラックの動作方法は、センサ（複数可）２４８および２８４のいずれか、または、両方の温度測定値に基づいてもよい。

コントローラ２８６はさらに、冷却システムコントローラ２９２と接続することができる。インタフェースを、ＩＥＥＥ ８０２．３などの有線プロトコル、ＩＥＥＥ ８０１．１１ｂ、無線シリアル接続、ブルートゥースなどの無線プロトコル、または、それらの組み合わせによって実施することができる。

冷却システムコントローラ２９２を、冷却システム２２４の動作を制御するように構成することができる。冷却システムコントローラ２９２は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などを含むことができる。冷却システムコントローラ２９２は一般に、冷却システム２２４の動作を制御することによって、冷媒の温度を操作するように構成される。より詳細には、冷却システムコントローラ２９２は、冷却システム２２４の冷却ループに含まれる冷媒に関する熱伝達量を変えるために、冷却システム２２４の動作を変えるように設計されてもよい。別法として、冷却システムコントローラ２９２および冷却システムコントローラは、２つの個別のコントローラではなく一体化された１つのコントローラとすることができることが考えられる。

インタフェース電子部品（Ｉ／Ｆ）２９４が、冷却システムコントローラ２９２と、冷却システム２２４を動作させるラック、たとえば、圧縮機の速度を変えるための電圧供給源などとの間のインタフェースの役目を果たすために設けられてもよい。

冷却システムコントローラ２９２は、冷却システム２２４の機能を提供し、冷却システムコントローラ２９２が実行することができるコンピュータソフトウェアの記憶域を提供するように構成されたメモリ２９６とも接続することができる。メモリ２９６は、ＤＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、および同様なものなどの揮発性および不揮発性メモリの組み合わせとして実装されてもよい。メモリ２９６はまた、たとえば、冷却用流体および／または部屋内の空気の温度変化に応答して、圧縮機（熱交換器、冷水循環装置）を操作することができる方法に関するデータ／情報を含む記憶域を提供するように構成されてもよい。

或る点では、圧縮機の容量(たとえば、冷媒に加えられる仕事量)を変更し、それによって、冷媒の温度が制御されてもよい。そのため、圧縮機は、圧縮機を通って流れる冷媒の質量流量を増加させるか、または、減少させるように制御されることができる。その結果、部屋内の温度が、所定の範囲より低い時、冷媒に加えられる仕事量、したがって、エネルギー量を大幅に減らすように、圧縮機の速度を減らしてもよい。これは、従来のクーリングシステムと比べて、クーリングシステムを動作させることに関するコストの大幅な低減につながる場合がある。

本発明の実施形態に関して使用される、圧縮機の特定のタイプは、個々のニーズに応じて変わる場合があるため、本発明は、任意の特定のタイプの圧縮機に限定されない。代わりに、本発明の一定の態様を達成することが可能な、任意のほどよく適したタイプの圧縮機が、本発明の実施形態に関して使用されてもよい。したがって、圧縮機の選択は、複数の因子、たとえば、冷却要求、コスト、動作費用などに依存する場合がある。

例を挙げると、ラック２１２、ラック２１２の周辺エリアなどの温度変化が検出されるか、または、予測される場合、コントローラ２８６は、温度変化を補償するために、たとえば、空気流の体積流量、速度、および他の特性を変えるために、対応する蒸発器２２２および／またはファン（複数可）２３０を操作するように動作することができる。上記に対して、付加的に、または、代替として、コントローラ２８６は、冷却システム２２４に冷媒温度を下げさせるように動作してもよい。この点で、ラック２１２のそれぞれ、および／または、その一部は一般に、ラック２１２の温度を所定の温度範囲内に維持するのに必要な量の冷却用空気のみを実質的に受け取ることができる。さらに、ラック２１２の冷却をほぼ最適にするため、冷媒温度、したがって、空気温度も同様に必要に応じて制御してもよい。上述した方法で冷却用空気流量を制御することによって、クーリングシステム２２０は、ほぼ最適化されたレベルで動作することができ、それによって、ラック２１２内のコンピュータシステムを冷却するのに必要とされるエネルギー量、したがって、動作コストが低減される。

さらに、コントローラ２８６は、蒸発器２２２の動作時に検出された増加／減少の種々の程度に応答して冷媒温度を変える方法で、圧縮機を動作させることができる。より詳細には、ルックアップテーブル（図示せず）を、メモリ２９６に記憶することができる。ルックアップテーブルは、蒸発器２２２の動作時に検出された増加に対して必要な圧縮機速度の増加レベルに関する情報を含むことができる。この点で、圧縮機速度を、蒸発器２２２の動作時に検出された変化に応答して、ほぼ漸進的に変えることができる。

図９は、本発明の一実施形態による動作モード３００のフロー図を示す。動作モード３００が付加的な動作を含んでもよいこと、および、本発明の範囲から逸脱することなく、動作の一部が取り除かれる、かつ／または、変更されてもよいことが理解されるべきである。動作モード３００の以下の説明は、図６〜図８を参照して行われるため、図６〜図８で引用した要素を参照する。

動作モード３００に示す動作は、ユーティリティ、プログラム、またはサブプログラムとして任意所望のコンピュータアクセス可能な媒体に含まれてもよい。さらに、動作モード３００は、アクティブ及び非アクティブの両方の、種々の形態で存在する可能性があるコンピュータプログラムによって具体化されてもよい。たとえば、コンピュータプログラムは、ソースコード、オブジェクトコード、実行可能コード、または他のフォーマットのプログラム命令からなるソフトウェアプログラム（複数可）として存在する可能性がある。上記の任意のものは、記憶デバイスおよび圧縮または非圧縮形態の信号を含むコンピュータ読み取り可能媒体上で具体化される可能性がある。

例示的なコンピュータ読み取り可能記憶デバイスは、従来のコンピュータシステムのＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、および、磁気または光のディスクまたはテープを含む。例示的なコンピュータ読み取り可能信号は、搬送波を使用して変調されるか否かにかかわらず、インターネットまたは他のネットワークを通してダウンロードされる信号を含む、コンピュータプログラムをホスティングするか、または、実行するコンピュータシステムが、アクセスするように構成されることができる信号である。上記の具体的な例は、ＣＤ ＲＯＭでの、または、インターネットのダウンロードによるプログラムの配布を含む。或る意味では、抽象的実体としてのインターネットそれ自体が、コンピュータ読み取り可能媒体である。同じことが、コンピュータネットワーク全般に当てはまる。したがって、上述した機能を実行することが可能な任意の電子デバイスによって、以下に挙げる機能を実施することができることが理解されるはずである。

動作モード３００において、ステップ３０５にて、クーリングシステム２２０が作動する。ステップ３１０にて、冷媒温度（「ΔＴ_SUP」）が過熱センサ２８４によって測定される。ステップ３１５にて、ΔＴ_SUPが、所定の温度範囲内にあるかどうかが判断される。所定の温度範囲は、システム設計およびラック２１２間で予想される負荷変動量に基づいて決められる。一般に、所定の温度範囲は、以下の因子、すなわち、システム用途、圧縮機サイズ、蒸発器の熱応答時間、システムの最適化、冷媒流量などに依存する場合がある。所定の温度範囲は、約０℃〜１０℃の間である場合がある。所定の温度範囲は、約０℃〜５℃の間、０℃〜２０℃の間、または、任意の他のほどよく適した温度範囲であり得ることが考えられる。ΔＴ_SUPが所定の範囲内である場合、コントローラはステップ３３５に進む。しかしながら、ΔＴ_SUPが所定の範囲外であると判断されると、ステップ３２０にて、ΔＴ_SUPは所定の設定温度（「ΔＴ_SUP,SET」）と比較される。ステップ３２０にて、ΔＴ_SUPがΔＴ_SUP,SETより小さいと判断されると、ステップ３２５にて、自動温度調節器付き膨張弁２５４は、自動温度調節器付き膨張弁２５４を通る冷媒流量を変えるように操作される。しかしながら、ステップ３２０にて、ΔＴ_SUPがΔＴ_SUP,SET以上であると判断されると、ステップ３３０にて、自動温度調節器付き膨張弁２５４は、自動温度調節器付き膨張弁２５４を通る冷媒流量を変えるように操作される。それぞれのステップ３２５および３３０の後に、ステップ３１０にて、ΔＴ_SUPが再び測定される。

ステップ３３５にて、任意所与の時刻における１つまたは複数のラックの温度（Ｔｒ）が、温度センサ、たとえば、１つまたは複数の温度センサ２４８によって検知される。温度センサ２４８は、上述した温度センサのうちの１つまたは複数、たとえば、熱電対、移動式環境条件検知デバイスなどを含むことができる。Ｔｒは一般に、熱放散ラック、したがって、ラック、たとえば、ラック２１２に含まれるコンピュータシステムの熱負荷に対応する。したがって、Ｔｒは、特定の熱放散ラックおよびサブシステムの温度に基づくことができる。さらに、Ｔｒは、ラックの近傍全体および／またはラックのセクションの温度に基づくことができる。そのため、本発明の実施形態は、温度センサ２４８を、ラック２１２上またはその近くのみだけでなく、部屋全体にわたる種々の位置に置いた状態で、Ｔｒを監視するために使用することができることを、当業者は理解するであろう。さらに、本明細書において「ラック」という用語を使用することは一般に、コンピュータシステムを支持するラック、さらに、ラックのセクションならびにラックの周辺エリアのことを言う。したがって、本開示を通して「ラック」という用語を使用することは、本開示の特定の態様をラック全体に限定することを意図するのではなく、本発明の特定の実施形態の説明を単純化するためである。

温度センサ２４８の代替として、Ｔｒを、上記および同時係属中の米国特許出願第０９／９７０，７０７号に記載される方法で予測することができる。

ステップ３４０にて、Ｔｒのそれぞれが、所定の動作温度範囲内、たとえば、最大設定点温度（Ｔｍａｘ，ｓｅｔ）と最小設定点温度（Ｔｍｉｎ，ｓｅｔ）の間にあるかどうかが判断される。一般に、Ｔｍｉｎ，ｓｅｔとＴｍａｘ，ｓｅｔの温度範囲は、ラックに送出される冷却用空気の流量を増加させるか、減少させるかを判断するための閾値温度に関係する。この動作温度の範囲を、複数の因子に従って設定することができる。これらの因子は、たとえば、最適動作温度を決めるための試験などによって、ラック内に位置するサブシステムおよび部品の製造業者によって規定された動作温度などを含むことができる。さらに、所定の動作温度範囲は、サブシステムごとに変わる場合がある。

所定の範囲内にＴｒがあるラックの場合、プロセスがステップ３１０および３１５に戻った後、ステップ３３５にて、その温度が再び検知される。所定の温度範囲内に入らない、すなわち、Ｔｍｉｎ，ｓｅｔとＴｍａｘ，ｓｅｔの外側である熱負荷を有すると判断されたラックの場合、ステップ３４５にて、コントローラ２８６は、ラックがＴｍｉｎ，ｓｅｔより低い温度を有するかどうかを判断することができる。

ステップ３４５にて、１つまたは複数のＴｒが、Ｔｍｉｎ，ｓｅｔ以下であると判断されると、Ｔｍｉｎ，ｓｅｔ以下のＴｒを有するラックに冷却用空気流を供給するように構成された蒸発器２２２、より詳細には、ファン２３０によって供給される空気流量は、ステップ３５０にて減少させることができる。ステップ３５５にて、ラックの温度はその後再び検知される（Ｔｒｎ）。ステップ３６０にて、空気流量を減少させた効果が評価される。ここで、ＴｒｎはＴｒと比較され、ＴｒｎがＴｒより大きく、空気流量を減少させたことで意図した効果があった場合、プロセスはステップ３１０に戻る。しかしながら、ＴｒｎがＴｒより大きくなく、空気流量を減少させたことで意図した効果がなかった場合、プロセスはステップ３８０に進む。

ステップ３４５にて、１つまたは複数のＴｒが、Ｔｍｉｎ，ｓｅｔより大きいと判断されると、ステップ３６５にて、空気流量を増加させることができる。この点で、コントローラ２８６は、ラック２１２に対してより多くの空気流量を可能にするために、ファン２３０への電力を増加させることができる。ステップ３７０にて、ラックの温度はその後再び検知される（Ｔｒｎ）。ステップ３７５にて、空気流量を増加させた効果が評価される。ここで、ＴｒｎはＴｒと比較され、ＴｒｎがＴｒより小さく、空気流量を増加させたことで意図した効果があった場合、プロセスはステップ３１０に戻る。しかしながら、ＴｒｎがＴｒより小さくなく、空気流量を増加させたことで意図した効果がなかった場合、プロセスはステップ３８０に進む。

本発明の特定の実施形態によれば、種々のＴｒを有するラックは、種々の特性、たとえば、温度、速度、方向などを有する空気流を供給されることができる。すなわち、たとえば、複数の蒸発器２２２を備えるシステムでは、特定の蒸発器２２２によって、Ｔｒが高いラックに空気流が供給され、ほぼ同時に、他の蒸発器２２２によって、Ｔｒが比較的低いラック２１２に空気流が供給されることができ、ラック２１２はそれぞれ、異なるレベルの空気流を受け取る。さらに、Ｔｒが高いラックに空気流を送出する蒸発器２２２を通して供給される冷媒の温度は、Ｔｒが低いラックに空気流を送出する蒸発器２２２を通して供給される冷媒の温度より比較的低い場合がある。そのため、ステップ３３５およびステップ３４０を、種々の蒸発器２２２が、それぞれ実施してもよいし、ほぼ同時に実施してもよいことが理解されるべきである。より詳細には、区域的なレベルでは、種々のラックについて、ステップ３３５で求められる温度の読みを、種々のラックへの冷却用空気の送出を変える際に組み込むことができる。さらに、大域的なレベルでは、冷却用流体の温度を、ラックの冷却要求の変化に従って変えることができる。たとえば、ラックの温度が所定の閾値範囲を超えると、そのラックに冷却用空気流を供給する蒸発器（複数可）２２２は、そのラックへの空気流量を増加させることができる。ほぼ同時に、冷却用流体の温度を、上昇したラック温度に対して或る量だけ下げることができる。

本発明の一実施形態によれば、ステップ３５０における空気流の体積流量および／または速度の減少、ならびに、ステップ３６５における空気流の体積および／または速度の増加を、蒸発器２２２からの空気流量を漸進的に変えることによって達成してもよい。たとえば、蒸発器２２２からの空気流の体積流量および／または速度を、１回目の繰り返し中に所定量だけ変えることができる。変えた後の所定の時刻に、Ｔｒを測定することができ、ステップ３３５〜３６５を繰り返すことができる。このプロセスを多数回繰り返すことによって、ラックの温度を、冷媒温度を調整する必要なしでほぼ所定の範囲内にすることができる。

ステップ３８０にて、コントローラ２８６または２９２、および、メモリ２９０または２９６のうちの１つまたは複数は、規定の動作過程における誤差に適応する、または、誤差から学習する、すなわち、ステップ３５０およびステップ３６５での空気流量の変化によってＴｒを正しく調整するという意図した効果が得られなかった時を記録するように構成される。それに応じて、コントローラ（複数可）は、同じか、または、次に同様な条件が生じた場合には、逆の動作過程をとるように試みることができる。たとえば、ステップ３６５での空気流量の増加によって、所与の場所でＴｒｎがＴｒより大きくなった場合、コントローラ（複数可）は、この意図しない効果から学び、次に所与の場所でこうした条件が生じた場合には、代わりに空気流量を減少させることができる。さらに、ステップ３８０は、以下でさらに詳細に述べることになる数値流体力学ツールへの入力として使用することができる。

ステップ３８５にて、コントローラ２９２は、冷媒温度を変える、たとえば、圧縮機速度を増加させるかどうかを判断することができる。たとえば、冷媒温度を、ファン速度の増加、ならびに、実際の、かつ／または、検出されたＴｒの増加に応答して下げることができる。換言すれば、任意の蒸発器に関連する任意のファンが最大速度であり、各Ｔｒ（または、複数のＴｒ）が所定の温度範囲を超える場合、圧縮機速度を増加させることができる（逆の場合も同様である）。そのため、本例の目標は、ラックを冷却するのに適した温度および流量で冷却用空気を送出するファンを主に使用して、冷媒が、考えられる最も高い温度を維持することを可能にすることによって、最適エネルギー効率を達成することである。したがって、最小の空気の質量流量が、蒸発器から部屋へ送出されるように、ファン速度に対して下限が必ず設けられる。

ステップ３８５にて、コントローラが、冷媒温度を変えないと判断すると、プロセスは、ステップ３１０に戻り、過熱が再び検知される。さらに、ステップ３１０に続くステップは、無期限に繰り返され、閉ループパターンを形成することができる。別法として、ステップ３８５にて、コントローラが、冷媒温度を変えると判断すると、プロセスは、図１０の動作モード４００に進む。

図１０は、図６〜図８に示す実施形態を実施することができる動作モード４００を示すフロー図である。したがって、図１０の以下の説明は、図６〜図８に示す特徴を特に参照して行われるであろう。

ステップ４０２にて、温度Ｔｒは、各温度センサ２４８によって検知される。Ｔｒ測定値は、その後、入力ライン２７２を介してクーリングシステムのＰＩＤ２６０に取り付けられたロジックコントローラ２９２に中継され、ステップ４０４にて、ロジックコントローラ２９２は、Ｔｒがそれぞれ所定の範囲内にあるかどうかを判断し、それに応じて、ＰＩＤ２６０にコントロールを中継する。所定の範囲は、システム設計およびラック２１２間で予想される負荷変動量に基づいて決められる。一般に、所定の範囲は、以下の因子、すなわち、システム用途、圧縮機サイズ、蒸発器の熱応答時間、システムの最適化、冷媒流量などに依存する場合がある。Ｔｒがそれぞれ、所定の範囲内にある場合、ロジックコントローラ２９２は、プロセスが動作モード３００のマーカＡに戻るように指示する。Ｔｒのうちの任意のＴｒが所定の範囲以外であると判断される場合、ステップ４０６にて、測定された温度Ｔｒのうちの最大ラック温度（「Ｔ_MAX」）が、所定の最大温度設定点（「Ｔ_MAX,SET」）と比較される。Ｔ_MAX,SETは、システム設計およびラック２１２間で予想される負荷変動量に基づいて決められる。一般に、Ｔ_MAX,SETは、以下の因子、すなわち、部品の製造業者仕様、システム用途、露点への近接度、圧縮機サイズ、蒸発器の熱応答時間、システムの最適化、冷媒流量、などに依存する場合がある。

ステップ４０６にて、Ｔ_MAXが、Ｔ_MAX,SETより大きいと判断される場合、ステップ４０８にて、ＰＩＤ２６０は、出力ライン２７４を介して圧縮機２５０を制御して、圧縮機２５０の速度を上げることができる。ステップ４０６にて、Ｔ_MAXが、Ｔ_MAX,SET以下であると判断される場合、ステップ４１０にて、測定された温度Ｔｒのうちの最小ラック温度（「Ｔ_MIN」）が、圧縮機２５０の制御に使用される所定の最小温度（「ＴＣ_MIN,SET」）と比較される。ＴＣ_MIN,SETは、ＴＨ_MIN,SETと連携して動作するように構成される。ＴＣ_MIN,SETは、システム設計およびラック２１２間で予想される負荷変動量に基づいて決められる。一般に、ＴＣ_MIN,SETは、以下の因子、すなわち、システム用途、露点への近接度、圧縮機サイズ、蒸発器の熱応答時間、システムの最適化、冷媒流量などに依存する場合がある。

ステップ４１０にて、Ｔ_MINが、ＴＣ_MIN,SETより小さいと判断される場合、ステップ４１２にて、ＰＩＤ２６０は、出力ライン２７４を介して圧縮機２５０を制御して、圧縮機２５０の速度を下げることができる。ステップ４１０にて、Ｔ_MINが、ＴＣ_MIN,SET以上であると判断される場合、ステップ４０２にて、Ｔｒが再び測定される。さらに、各ステップ４０８および４１２の後、ステップ４０２にて、Ｔｒが再び測定される。

本発明の実施形態によれば、コンピュータシステムを収容するように構成された部屋の冷却要求が解析されて、部屋内のラックのレイアウトをほぼ最適にすることができる。或る点では、部屋におけるラックレイアウトの実質的な最適化は、クーリングシステムの部品、たとえば、圧縮機、蒸発器などにかかる作業負荷を減らすことによって、データセンタのクーリングシステムが全体として、エネルギーが低く、効率が高いレベルで動作することを可能にする場合がある。さらに、冷却要求を解析して、上述のようにコンピュータシステムの作業負荷を最適化することができる。この点で、実際の、または、予測される温度を、ルックアップテーブルに記憶して、部屋のレイアウトおよび／または作業負荷の分布の最適化を行う時の基準として使用することができる。流体の流れ解析に基づいて温度変動を予測することが可能な、任意のほどよく適した市販の数値流体力学（ＣＦＤ）ツール、たとえば、ＦＬＯＶＥＮＴ、３−Ｄモデル化ソフトウェアを動作させることによって、部屋内の冷却要求を解析することができる。

数値モデル化によって、先に述べた、種々の冷却デバイスならびに蒸発器を、部屋全体にわたって配置して、ラックによる冷却用流体の受取り方法を実質的に制御することができる。

さらに、冷却デバイスはまた、冷却デバイスの性能を実質的に最大、かつ、最適にするように、たとえば、１つまたは複数の冷却デバイスが実質的に過剰なレベルで動作するのを防止するように、配置されてもよい。

部屋内での冷却用空気分布の要求を求める時に、ラックはそれぞれ、熱負荷を割り当てられることができ、その熱負荷は、たとえば、電力の取り込みを予想することによって、そのラックに対して予想される最大熱負荷に対応する場合がある。たとえば、４０個のサブシステム（たとえば、コンピュータ）を含むラックは、１０ＫＷの最大熱負荷を有し、２０個のサブシステムを含むラックは、５ＫＷの最大熱負荷を有する場合がある。たとえば、１００個のラック、４個の冷却デバイス、および複数の蒸発器を含む部屋において、こうした方法でＣＦＤを実施することによって、熱負荷が比較的大きくなる可能性を有するラックは、データセンタ全体にわたって比較的離して位置させることができる。したがって、或る点では、部屋内の冷却デバイスおよび蒸発器は、ラックが十分な量の冷却用流体を受け取りながら、実質的に最大電力レベル未満で動作することができる。より具体的には、ラックを公称動作温度内に維持するのに必要な量の冷却用流体のみを実質的に供給することによって、冷却デバイスおよび蒸発器を動作させるのに必要とされる電力を、ラックに冷却用流体を効率的に供給するように調整することができる。

さらに、ＣＦＤツールは、クーリングシステムとほぼ同時に実施することができる。より具体的には、ＣＦＤツールを利用して、ラックで生成される熱負荷に従って動作するように、クーリングシステムの動作をほぼ連続して変えることができる。この点で、ラックに対する、予測されるか、または、実際の熱負荷（たとえば、ラックの電力の取り込みに基づく）を、１つまたは複数の以下の特性、すなわち、部屋の種々のセクションを通って流れる冷却用流体の速度、および、データセンタ内での冷却用流体の温度および圧力の分布と共に、ＣＦＤツールに入力して、たとえば、蒸発器が動作することができる最適な方法を求めることができる。部屋内の種々の場所における、空気流の速度、ならびに、他の大気条件を、温度センサによって検知することができる。検知された条件は、送信されるか、または、その他の方法で、ＣＦＤツールに中継されて、ツールが、必要な計算を実施することを可能にすることができる。

この点で、ＣＦＤツールは、部屋の数値モデルを作成し、よって、部屋における最適化された冷却分布を求めるように実装されることができる。１つまたは複数の以下の特性、すなわち、部屋の種々のセクションを通って流れる冷却用流体の速度、部屋の冷却用流体の温度および圧力の分布、および、ラック内への電力の取込みについての相関を、数値モデル化に基づいて生成することができる。相関を使用して、クーリングシステムの動作中に最小数のセンサのみが利用可能である時に、部屋全体にわたる熱条件を推測することができる。さらに、相関によって、ＣＦＤツールが計算動作を実施するのに必要とされる時間量を大幅に減らすことができる。

本発明の特定の実施形態によれば、部屋内に位置するラックを冷却することに伴うエネルギー量、したがって、コストを大幅に削減できることを、当業者は容易に認識するであろう。或る点では、実質的にラックが必要とする時だけに冷却用流体を供給するように、クーリングシステムを動作させることによって、クーリングシステムを、従来のクーリングシステムと比較して比較的効率的な方法で動作させることができる。

本明細書で述べ、示されたものは、本発明の好ましい実施形態ならびにその変形の一部である。本明細書で使用される用語、説明、および図は、例示のためにのみ記載され、制限であることを意味しない。添付する特許請求の範囲、およびその等価物によって規定され、全ての用語が、別途指示がない限り、その最も広く妥当な意味で意図される、本発明の精神および範囲内で、多くの変形が可能であることを、当業者は認識するであろう。

本発明の一実施形態によるクーリングシステムを含む部屋の簡略図である。 図１の部分Ａの拡大部分断面図である。 図１のラインＩＩＩ−ＩＩＩに沿って切り取った略図である。 本発明の一実施形態によるクーリングシステムの例示的なブロック図である。 本発明の一実施形態による動作モードのフロー図である。 本発明の別の実施形態によるクーリングシステムを含む部屋の簡略図である。 図６のクーリングシステムの一部の略図である。 本発明の別の実施形態によるクーリングシステムの例示的なブロック図である。 本発明の別の実施形態による動作モードのフロー図である。 図９の実施形態による別の動作モードのフロー図である。

Claims (10)

1. 複数のコンピュータシステム（２１２）を収容するように構成された部屋（２１０）を冷却する方法（３００）であって、
   直列に配置され、かつ、前記部屋から空気を受け取り、前記部屋へ空気を送出するように構成された複数の蒸発器ユニット（２２２）を設けることと、
   前記複数の蒸発器ユニット内で前記空気を冷却するように動作可能である冷媒を、前記複数の蒸発器ユニットに供給することと、
   前記部屋内の１つまたは複数の場所の温度を検知する（３３５）ことと、
   前記１つまたは複数の場所で前記検知した温度に応じて前記空気の温度を制御する（３４５〜４１２）ことと、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記冷媒の温度を操作するように構成された冷却システム（２２４）を設けることをさらに含み、前記制御することは、前記冷却システムの出力を変える（３８５〜４１２）ことで前記冷媒の温度を制御し、それによって、前記空気の温度を制御することであり、前記冷却システムは、圧縮機（２５０）、および、前記複数の蒸発器ユニットを通る前記冷媒の流れを調節するように構成された少なくとも１つの弁（２５４）を有する冷却ループを備え、前記冷媒の温度を制御することは、前記圧縮機の動作を制御する（４０６〜４１２）ことを含み、前記複数の蒸発器ユニットは、前記空気の送出を行うように構成された少なくとも１つのファン（２３０）を備え、前記制御することは、前記部屋への前記空気の送出を制御するように前記ファンの出力を変える（３５０、３６５）ことであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記部屋内の１つまたは複数の場所の前記温度が、所定の範囲内にあるかどうかを判断する（３４０）ことと、
   前記部屋内の１つまたは複数の場所の前記温度が、前記所定の範囲外にあることに応答して、前記温度が、最小設定点温度以下であるかどうかを判断する（３４５）こととをさらに含み、
   前記制御することは、
   前記１つまたは複数の場所の前記温度が、前記最小設定点温度以下であることに応答して、前記空気の送出を減少させる（３５０）ことと、
   前記温度が、前記最小設定点温度を超え、かつ、前記所定の範囲外であることに応答して、前記部屋への前記空気の送出を増加させる（３６５）ことと、
   のうちの少なくとも１つを含む、
   ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記部屋内の１つまたは複数の場所において再び温度を検知する（３５５、３７０）ことと、
   前記減少させることおよび増加させることがそれらの所望の効果を生じたかどうかを記録する（３８０）ことと、
   をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記部屋内の１つまたは複数の場所の前記温度が、前記所定の範囲外にあることに応答して、前記冷媒の温度を変える（４０６〜４１２）ことをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記複数の蒸発器ユニットの概ね下流の位置において、前記冷媒の下流温度を検知する（３１０）ことと、
   前記下流温度が、所定の過熱温度範囲外であることに応答して、前記複数の蒸発器ユニットを通る前記冷媒の流量を変更する（３２５、３３０）ことと、
   をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記部屋内の前記１つまたは複数の場所の前記温度が、所定の温度範囲外にあることに応答して、前記圧縮機の速度を変更する（４０８、４１２）ことをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 直列に配置され、かつ、冷媒ライン（２２８）を通して冷媒を受け取り、空気を受け取るように構成された複数の蒸発器ユニット（２２２）であって、前記空気は、前記冷媒を使用した熱伝達を通して冷却され、前記複数の蒸発器ユニットは、前記空気を前記複数の蒸発器ユニットから流出させるように構成された少なくとも１つのファン（２３０）を有する、複数の蒸発器ユニットと、
   前記複数の蒸発器ユニットへの前記冷媒の供給量を制御するように動作可能で、前記少なくとも１つのファンの速度を制御するように動作可能な蒸発器コントローラ（２８６）と、
   前記冷媒を冷却する冷却システム（２２４）と、
   前記冷却システムを動作させることで前記冷媒の温度を変えるように構成された冷却システムコントローラ（２９２）と、
   を備えることを特徴とする、複数のコンピュータシステムを収容する部屋を冷却するシステム。
9. 前記冷媒ラインを通る前記冷媒の質量流量を変える可変速度圧縮機（２５０）をさらに備え、
   前記冷却システムコントローラは、前記可変速度圧縮機を制御するように構成され、
   前記複数の蒸発器ユニットの、概ね上流の前記冷媒ラインに沿って配置された、前記複数の蒸発器ユニットを通る前記冷媒の流れを調節するように構成された少なくとも１つの弁（２５４）をさらに備え、
   前記冷却システムコントローラは、前記少なくとも１つの弁を通る前記冷媒の質量流量を制御するように動作可能である、
   ことを特徴とする請求項８に記載の複数のコンピュータシステムを収容する部屋を冷却するシステム。
10. 前記少なくとも１つの弁は、前記複数の蒸発器ユニットの上流の弁（２５４）によって構成され、前記弁は、前記複数の蒸発器ユニットを出る前記冷媒の過熱を検出するセンサに接続され、前記弁は、前記検出された過熱に基づいて前記複数の蒸発器ユニットを通る前記冷媒の質量流量を変えるように動作可能であり、それによって、前記複数の蒸発器ユニットで生じる冷媒過熱量を制御することを特徴とする請求項９に記載の複数のコンピュータシステムを収容する部屋を冷却するシステム。

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