JP2012522958A - 冷却ユニット - Google Patents

Abstract

冷却ユニット（１０）であって、該ユニットの使用時には冷媒流体がそこを通って汲み上げられる第一通路（２６）と、該ユニットの使用時には冷媒流体がそこを通って汲み上げられる第二通路（４３）とを有する冷却ユニット。該第一および第二通路の一部分は、熱交換器（２４）を構成するように互いに熱的に連結されている。該ユニットの使用時には、前記第二通路（４３）を通る冷媒流体は、冷却すべき熱を発生する電子機器または他の機器に関連する少なくとも一つの熱交換器（１４２）へ送られる。該ユニット（１０）には、一つ又は複数の温度／湿度センサー（２６０、２６２）が設けられており、該温度／湿度センサーは、ユニットの制御プロセッサ（５２）に接続され、ユニットの使用時に機器が占有する空間（１００）内に配置され、該空間（１００）の周囲の露点を判別する。該制御プロセッサ（５２）は、その周囲の露点に応じて該ユニット（１０）の作動を制御するように接続されている。該ユニット（１０）は、前記第一通路（２６）内に可変制御弁（３６）または可変ポンプを更に有し、該第一通路は、前記制御プロセッサ（５２）に接続されて、前記周囲の露点に応じて該制御プロセッサが該ユニットの作動を制御することができる。この制御は、前記第一通路（２６）内の可変制御弁（３６）又は可変ポンプを調節して、その中の冷媒の流量を変え、該ユニットの使用時に電子機器若しくは他の機器で、又はその近くで起こる凝縮の可能性を低減するように行われる。また、そのような冷却ユニット（１０）を使用して、データセンター（１００）又は他のセンター、ルーム若しくは空間内の空気を冷却する方法。

Description

本発明は、冷却ユニットであって、該ユニットの使用時には冷媒流体がそこを通って汲み上げられる第一の通路と、該ユニットの使用時には冷媒流体がそこを通って汲み上げられる第二の通路とを有し、該第一および第二の通路の一部分は、熱交換器を構成するように互いに熱的に連結されており、該ユニットの使用時には、前記第二の通路を通る冷媒流体は、冷却すべき空間内の少なくとも一つの熱交換器を通される冷却ユニットに関する。

これまでに提案されてきたこの種の装置に関連する一つの問題は、周囲の露点の変化を処理できる適応性をもつように構成されていないことである。

周囲の露点が変化すると、凝縮が起きて、電子機器その他の機器の作動が危険に曝されることになる。

本発明は、この問題への改善策を求めるものである。

したがって、本発明は、本明細書の冒頭の段落に記載されているような構成を有する冷却ユニットであって、該ユニットには、一以上の温度／湿度センサーが設けられており、該温度／湿度センサーは、該ユニットの制御プロセッサに接続され、また、ユニットの使用時に冷却される空間内に配置され、該制御プロセッサがその空間の周囲の露点を判別できるようにすることができ、該制御プロセッサは、その周囲の露点に応じて該ユニットの作動を制御するように接続されており、該ユニットは、前記第一の通路内で該制御プロセッサに接続されたパラメーター調節器を更に有しており、前記第一の通路内のパラメーター調節器を調節することによって、前記周囲の露点に応じてユニットの作動を該制御プロセッサが制御することができて、前記第一の通路内の冷媒のパラメーターを変え該ユニットの使用時にその空間内で凝縮が生じる可能性を低減する、冷却ユニットに関する。該パラメーター調節器は、可変制御弁または可変ポンプとすることができる。

これによって、前記少なくとも一つの熱交換器への冷媒の通過を混乱させることなしに凝縮の危険を避ける効果が得られる。

このようなユニットを用いるにあたって、該ユニットの使用時に前記第二通路を通る冷媒は、該空間内の冷却すべき熱を発生する電子機器に関連する少なくとも一つの熱交換器に通される。

該機器が用いられる空間としては、データセンター、テレコム（電気通信）センター若しくはルーム、又はＩＴセンター若しくはルーム、さらにはデータ保存機器若しくはルーム、又は他のルームまたは空間とすることができる。

本明細書において、以下、「ｄｅｃｅｅｄｓ（デシード−下回る）」という語は、「ｅｘｃｅｅｄｓ（エクシード−上回る）」の反対を意味する。したがって、例えば、あるパラメーターがあたえられた閾値より小さい場合あるいはあたえられた閾値より下に低下する場合には、そのパラメーターは、その閾値を「デシードする（下回る）」と考えられる。この語には、通常の文法および構文の原理が適用される。

少なくとも一つの温度センサーを設けて、前記第二の通路内の冷媒の温度を示しても良く、該温度センサーは、制御プロセッサに接続され、該制御プロセッサが、第一の通路内のパラメーター調節器を調節し、前記第二の通路内の冷媒の温度が周囲の露点を上回る量が、確実にあらかじめ定められた閾値を下回らないようにしても良い。

該ユニットは、さらに、前記第二の通路内に、少なくとも一つの選択的に調節可能な可変制御弁または可変ポンプを有してもよく、その通路を通る冷媒の量を選択的に調節できる。

該機器は、多数のサーバーラック若しくはブレードサーバーラック、又は他の機器、例えばデータセンター内のＩＴ機器または他の機器を搭載するためのシャーシまたは囲いを有するものとすることができ、該冷却ユニットは、冷却分配ユニットとすることができ、該ユニットの使用時に前記第二の通路を通る冷媒流体は、多数のサーバー若しくはブレードサーバーラック、又は他の機器、例えばＩＴ機器または他の機器を搭載するためのシャーシまたは囲いにそれぞれ関連する多数の熱交換器に分配される。

本発明の好ましい一実施形態にあっては、前記第二の通路は、冷媒回路の一部分であり、該冷媒回路は、共通上流ヘッダーと共通下流ヘッダーとよりなり、該共通上流ヘッダーは、該ユニットの使用時、多数のラック又は他の機器に隣接するそれぞれの場所まで伸び、該共通上流ヘッダーには、該ユニットの使用時、多数の熱交換器の入口にそれぞれ接続される多数の出口が設けられている。前記共通下流ヘッダーには、該ユニットの使用時、多数の熱交換器の出口にそれぞれ接続される多数の入口が設けられている。

冷却分配ユニットのこのような構成は、一または各熱交換器への冷媒の供給に信頼性をあたえるものであり、また、データセンターの建設時に設置する場合にとくに好適なものである。

共通上流ヘッダーからの各出口には、選択的に調節可能な可変制御弁が設けられ、ラック若しくは他の機器へ、又はそこからの流体の流れをそのラック若しくは他の機器に好適なように調節できることが有利である。

本発明の他の好ましい一実施形態にあっては、該ユニットには、前記第一および第二の通路を支えるフレームと、前記第二の通路からの出口マニホルド（多岐管）と、前記第二の通路への入口マニホルドとが設けられる。冷却分配ユニットのこのような構成は、データセンター又は他の機器ルーム若しくは空間の構築時に設置するように使用することができるが、現存するセンター、ルーム、または空間に取り付ける場合に特に有用である。

好ましくは、入口及び出口への接続は、迅速開放式コネクタ、例えば差込式コネクタを介して行われる。好ましくは、一つの入口または出口と、ラックまたは他の機器に関連するそれぞれの熱交換器との間の各接続は、その両端にそれぞれの迅速開放式コネクタを有する可撓性ホースを介して行われる。これによって、設置が容易となる。

本発明は、本発明にもとづきまた先行する一以上の段落に記載された冷却ユニットを使用するデータセンターまたは他のセンター、ルーム、または空間内の空気の冷却方法を含むものである。

以下、本発明にもとづいてつくられた冷却分配ユニットの一例を、図面を参照して詳細に説明する。

本発明を用いた冷却分配ユニットの前面および片側から見た斜視図である。 図１に示すユニットの後面および他の側から見た斜視図であり、図２ａは、図１および図２に示すユニットの第一の変形例の分解図、図２ｂは、図１および図２に示すユニットの第二の変形例の分解図である。 図１および図２に示す冷却分配ユニットを組み込んだデータセンターの片側を上方から見た斜視図である。 図１、図２および図３に示す冷却分配ユニットの流体回路および電気回路の双方を示す図である。

図１および図２に示す冷却分配ユニット１０は、金属フレーム１２を有し、該金属フレーム１２は、板金パネル１４（図３には示すがユニットの構成部品を示すために図１および図２には示されていない）に囲まれている。

該フレーム１２は、一次回路入口１６および一次回路出口１８を支え、該一次回路入口１６および一次回路出口１８は、それぞれの絶縁弁２０、２２を介し、また一次回路通路２６（図３により明確にしめされている）を介して、プレート熱交換器２４に接続されており、該一時回路通路２６は、プレート熱交換器２４の部分を含む。一次回路入口１６は、フィルター２８を介してプレート熱交換器２４に接続されている。バイパス回路３０は、遮断弁３４を有しており、また、各々絶縁弁２０、２２の下流及び上流で、一次回路入口１６と一時回路出口１８とを相互接続し、熱交換器２４をバイパスする。一次回路出口１８は、互いに並列に接続された一次回路可変制御弁３６を介し、また一次回路流量計３８を介して、プレート熱交換器２４に接続されている。これらの一次回路可変制御弁の一方は、他のスタンバイ弁として機能する。

該ユニット１０には、二次回路入口４０および二次回路出口４２が設けられており、これら入口及び出口は、熱交換器２４の部分を含む二次回路通路４３を介して、プレート熱交換器２４に接続されている。該入口４０は、オプションの二次回路フィルター４４を介してプレート熱交換器２４に接続されている。該二次回路出口４２は、実行用およびスタンバイ用可変制御ポンプ４６と、二次回路貯蔵タンク４８とを介して熱交換器２４に接続されており、該可変制御ポンプ４６は、互いに並列とされており、該二次回路貯蔵タンク４８には、レベルスイッチ５０が設けられている。

制御弁３６、流量計３８、二次回路ポンプ４６及びレベルスイッチ５０は、すべて、制御および表示ユニット５２に電気的に接続されている。

二次回路入口４０および二次回路出口４２は、それぞれ、それぞれの可撓性テールパイプ５４（図２ａに示す）に接続されているものとすることができる。この可撓性テールパイプは、それぞれの床下のマニホルド（図２ａに示す）に接続されている。代わりに、二次回路入口４０および二次回路出口４２は、図２ｂに示すように直接それぞれのマニホルド５６、５８に接続されたものとすることができる。これらのマニホルドは、それぞれ共通チャンバ６０、６２と、それぞれの迅速開放式カプリング６４、６６とを有する。該二次回路出口または供給マニホルド５８の迅速開放カプリング６６には、それぞれ制御弁６８が設けられている。

図３は、周辺冷却１２０と冷却分配ユニット１０の一次回路とに冷却した水を供給するように接続された冷化ユニット１１０が配設されたデータセンター１００を示す。該冷却分配ユニット１０には、データセンター１００の高床１３０の下にある図２ａに示すような可撓性のテールパイプ５４（ただし、図３では見えない）が設けられている。冷却分配ユニット１０には、マニホルドが設けられており、該マニホルドは、図２ｂに示すようなものであるが、冷却分配ユニット１０からさらに離れたところにある可撓性のテールパイプ５４の端部に接続されている。データセンター１００には、サーバーあるいはブレードサーバーラック１４０の列が設けられている。該ブレードラック１４０には、それぞれ背部ドア熱交換器１４２が設けられている。それぞれのサーバーまたはブレードサーバーラック１４０の最大６基の背部ドア熱交換器１４２の各々には、それぞれの出口６６および入口６４を介して冷却分配ユニット１０の二次回路に接続されている（やはり、図３では見えない）。

図４は、図１ないし図３に示す冷却分配ユニット１０の流体および電気回路をより明確に示す図である。同図中、図１および図２に示す部分に対応する部分には、図１および図２と同じ符号が付されている。

冷却分配ユニット１０の他の構成部分は、図４により分かりやすく示されているが、制御及び表示ユニット５２とポンプ４６との間に電気的に接続された速度コントローラー２００と、圧力計２０２、２０４、２０６、２０８とを含む。これらの圧力計は、すべて、制御及び表示ユニット５２に接続され、それぞれ、ポンプ４６のすぐ上流および下流、フィルター２８のすぐ上流および下流を流れる冷媒の圧力を測定するように配置されている。温度計２１０、２１２、２１４も、制御及び表示ユニット５２に電気的に接続され、フィルター２８のすぐ上流を流れる冷媒の温度と、二次回路貯蔵タンク４８の下流でしかもポンプ４６の上流の二つの互いに離れた場所を流れる冷媒の温度とを測定するように配置されている。

二次回路入口４０の下流、及び貯蔵タンク４８内のそれぞれの場所には、空気エリミネーター２１６、２１８が設けられている。

冷却用流体源２５２から貯蔵タンク４８の中に冷却用流体を汲み上げるために、充填ポンプ２５０が接続されている。

ユニット１０の使用時にデータセンター１００内に配置される温度計または他の温度センサー２６０は、制御及び表示ユニット５２に接続されている。また、温度および湿度センサー２６０および２６２も同様である。

図３および図４に示すように接続された冷却分配ユニット１０および他の装置を備えた場合、該機器は、下記のように作動する。

冷化器１１０は、冷却分配ユニット１０の一次回路のため、および周囲冷却１２０のため、冷水を供給する。同時に、ポンプ４６の一基が、メインポンプとして、しばらくの間、貯蔵タンク４８からユニット１０の出力部４２へまたマニホルド５８のそれぞれの出口を介してブレードラック１４０のそれぞれの背部ドア熱交換器１４２へ水を供給する。背部ドア熱交換器１４２からの水は、マニホルド６０のそれぞれの入口への配管（図示せず）を介して冷却分配ユニット１０へ戻され、冷却分配ユニット１０では、フィルター４４を介してプレート熱交換器２４へ進み、貯蔵タンク４８に戻る。レベルセンサー７０で検出された貯蔵タンク４８内の液体のレベルが、制御および表示ユニット５２に記憶されたあらかじめ定められた閾値レベルを下回った場合、タンクは、供給源２５２からポンプ２５０を介して水で満杯にされる。

ポンプ４６の速度及び流れ制御弁６８は、二次回路内の水で冷却されるそれぞれの背部ドア熱交換器にとって適切なように調節される。

制御および表示ユニット５２は、温度および湿度センサー２６０および２６２によってデータセンターの温度および湿度を連続的にモニターする。制御および表示ユニット５２は、さらに、湿度センサー２６２の測定値に基づき、またデータセンター内の空気がほぼ一気圧であると想定して、データセンター内の露点を判別する。データセンター内の温度、より詳しくはその天井近くの温度が、適宜配置されている温度計および温度センサー２６０を用いて制御および表示ユニット５２によってモニターされる。二次回路貯蔵タンクのすぐ下流の水の温度は、温度計２１２、２１４と制御および表示ユニット５２とのいずれか一方によってモニターされる。温度計２１２又は２１４での温度と周囲の露点との間の温度差が、あらかじめ定められた安全閾値を下回る場合には、制御および表示ユニット５２によって制御弁３６が部分的に閉じられ、二次回路内の水の温度を上げ、温度差を高め、背部ドア熱交換器１４２内での凝縮の可能性を低減して、適切な冷却効果を維持する。

当業者にとって、図示の冷却分配ユニットには、本発明の構成を逸脱することなく、多くの変更および修正が可能であろう。例えば、制御および表示ユニット５２には、同じくデータセンター内に配置される圧力センサー（図示せず）からの入力も供給されるようにすることもでき、また、制御および表示ユニット５２は、湿度センサーと圧力センサーとの両方からの入力に基づいて、より正確に露点を計算するようにプログラムすることもできる。制御弁３６を、制御ポンプに置き換えるか、またはそれによって補強してもよく、制御ポンプ４６を、制御弁で補強するか、または、例えば通路４３の非分岐部分に単一のポンプのみが配設されている場合には、制御弁に置き換えることもできる。可変制御弁３６を、可変制御ポンプに置き換えるか、またはそれによって補強してもよく、可変制御ポンプ４６を、可変制御弁に置き換えるか、またはそれによって補強してもよい。

オプションとして、データセンターの閉じられた環境内の圧力を直接測定するために大気圧センサー（例えば、気圧計）を付加することもできる。圧力センサーおよび湿度センサー２６２からの測定値は、制御および表示ユニット５２に供給して、該制御および表示ユニット５２が、閉じられた環境内の湿度および圧力にもとづいて露点を計算するようにすることもできる。

１０：冷却分配ユニット、
２４：プレート熱交換器、
２６：一次回路通路、
３６：一次回路可変制御弁、
４３：二次回路通路、
４６：実行用およびスタンバイ用可変制御ポンプ、
５２：制御および表示ユニット、
５６：マニホルド、
５８：マニホルド、
６０：共通のチャンバ、
６２：共通のチャンバ、
６４：迅速開放式カプリング、
６６：迅速開放式カプリング、
６８：制御弁、
１００：データセンター、
１４０：サーバーあるいはブレードサーバーラック、
１４２：背部ドア熱交換器、
２１２、２１４：温度計、
２６０、２６２：温度および湿度センサー、

Claims (15)

1. 冷却ユニット（１０）であって、該ユニットの使用時には冷媒流体がそこを通って汲み上げられる第一の通路（２６）と、該ユニットの使用時には冷媒流体がそこを通って汲み上げられる第二の通路（４３）とを有し、該第一および第二の通路の一部分は、熱交換器（２４）を構成するように互いに熱的に連結されており、該ユニットの使用時には、前記第二の通路（４３）を通る冷媒流体は、冷却すべき空間（１００）内の少なくとも一つの熱交換器を通される冷却ユニットにおいて、
   該ユニット（１０）には、一以上の温度／湿度センサー（２６０および２６２）が設けられており、該温度／湿度センサーは、該ユニット（１０）の制御プロセッサ（５２）に接続され、また、ユニット（１０）の使用時に冷却される空間（１００）内に配置され、該制御プロセッサ（５２）がその空間（１００）の周囲の露点を判別できるようにすることができ、該制御プロセッサ（５２）は、その周囲の露点に応じて該ユニット（１０）の作動を制御するように接続されており、
   該ユニット（１０）は、前記第一の通路（２６）内で該制御プロセッサ（５２）に接続されたパラメーター調節器（３６）を更に有しており、前記第一の通路（２６）内のパラメーター調節器を調節することによって、前記周囲の露点に応じてユニットの作動を該制御プロセッサ（５２）が制御することができて、前記第一の通路内の冷媒のパラメーターを変え該ユニットの使用時にその空間内で凝縮が生じる可能性を低減する、ことを特徴とする冷却ユニット。
2. 該ユニットの使用時に前記第二の通路（４３）を通る冷媒は、冷却すべき熱を発生する電子機器（１４０）に関連する少なくとも一つの熱交換器（１４２）へ送られる、請求の範囲第１項に記載の冷却ユニット。
3. 前記第二の通路（４３）内の冷媒の温度を示すために少なくとも一つの温度センサー（２１２又は２１４）が配設され、該温度センサー（２１２又は２１４）は、制御プロセッサ（５２）に接続され、該制御プロセッサが、第一の通路（２６）内のパラメーター調節器を調節し、前記第二の通路（４３）内の冷媒の温度が周囲の露点を上回る量が、確実にあらかじめ定められた閾値を下回らないようにする、請求の範囲第１または２項のいずれか１項に記載の冷却ユニット。
4. 該ユニットが、前記第二の通路（４３）内に、少なくとも一つの選択的に調節可能な可変制御弁または可変ポンプ（４６）を更に有し、その通路を通る冷媒の量を選択的に調節できる、先行する請求の範囲のいずれか１項に記載の冷却ユニット。
5. 前記少なくとも一つの熱交換器（１４２）に関連する機器が、データセンター内の多数のサーバーラック若しくはブレードサーバーラック又は空間内の他の機器を有し、該冷却ユニット（１０）が、冷却分配ユニットであり、該ユニットの使用時に前記第二の通路（４３）を通る冷媒流体は、多数のラック又は他の機器にそれぞれ関連する多数の熱交換器（１４２）に分配される、請求の範囲第２、３、または４項のいずれか１項に記載の冷却ユニット。
6. 前記第二の通路（４３）が、冷媒回路の一部分であり、該冷媒回路が、共通上流ヘッダー（６２）と共通下流ヘッダー（６０）とよりなり、該共通上流ヘッダーは、該ユニット（１０）の使用時に多数のラック（１４０）又は他の機器に隣接するそれぞれの場所まで伸び、該共通上流ヘッダーには、該ユニット（１０）の使用時に多数の熱交換器（１４２）の入口にそれぞれ接続される多数の出口（６６）が設けられており、前記共通下流ヘッダーには、該ユニット（１０）の使用時に多数の熱交換器（１４２）の出口にそれぞれ接続される多数の入口（６４）が設けられている、請求の範囲第５項に記載の冷却ユニット。
7. 前記共通上流ヘッダー（６２）からの出口（６６）の各々には、選択的に調節可能な可変制御弁（６８）が設けられ、ラック（１４０）若しくは他の機器への流体の流れ、及びこれらからの流体の流れを、そのラックまたは他の機器に好適なように調節できる、請求の範囲第６項に記載の冷却ユニット。
8. 入口（６４）および出口（６６）への接続が、迅速開放式コネクタよりなる、請求の範囲第６または７項のいずれか１項に記載の冷却ユニット。
9. 前記迅速開放式コネクタが、差込式コネクタ（６４、６６）である、請求の範囲第８項に記載の冷却ユニット。
10. 一つの入口（６４）又は出口（６６）と、ラック（１４０）又は他の機器に関連するそれぞれの熱交換器（１４２）との間の各接続が、その両端にそれぞれの迅速開放式コネクタを有する可撓性ホースを介して行われる、請求の範囲第６ないし１０項のいずれか１項に記載の冷却ユニット。
11. 該ユニット（１０）には、前記第一通路（２６）及び第二通路（４３）を支持するフレーム（１２）と、前記第二通路（４３）からの出口マニホルド（５８）および前記第二の通路（４３）への入口マニホルド（５６）とが設けられている、請求の範囲第１〜１０項のいずれか１項に記載の請求項に記載の冷却ユニット。
12. 前記パラメーター調節器（３６）が、可変制御弁（３６）又は可変ポンプからなり、該パラメーターは、前記第一通路内の冷媒の流量である、請求の範囲第１〜１１項のいずれか１項に記載の冷却ユニット。
13. 空間（１００）内の空気の冷却方法であって、熱交換器（２４）を通って互いに熱的に連結されたそれぞれの部分を有する第一および第二通路（２６，４３）を通って冷媒を汲み上げ、そして、少なくとも一つの熱交換器（１４２）への第二通路（４３）内に冷媒流体を分配して、該空間（１００）内の空気を冷却することからなる方法において、
    該空間（１００）の周囲の露点を、制御プロセッサ（５２）へ信号を送るように接続され、そして該空間（１００）内に配置された一以上の温度および湿度センサー（２６０および２６２）によってモニターし、
    第一通路（２６）内の冷媒の流量を、パラメーター調節器（３６）によって制御して、該空間（１００）内で生じる凝縮の可能性を低減し、ここで、該パラメーター調節器が、一以上の温度及び湿度センサー（２６０、２６２）から受け取る信号に応じて制御プロセッサ（５２）によって作動するよう第一通路内で接続されていることを特徴とする、空間内の空気の冷却方法。
14. 該方法が、更に、制御プロセッサ（５２）へ信号を送るように接続された温度センサー（２１２又は２１４）によって、前記第二通路（４３）内の冷媒の温度をモニターし、そして、
    温度センサー（２１２又は２１４）から受け取る信号に応じて該制御プロセッサ（５２）によってパラメーター調節器を調節して、周囲の露点を上回る前記第二の通路（４３）内の冷媒の温度が、予め定められた閾値を下確実に回らないこととする、請求の範囲第１３項に記載の方法。
15. 請求の範囲第１ないし１２項のいずれか１項に記載の冷却ユニット（１０）を用いて空間（１００）内の空気を冷却する方法。

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