JP6659869B2 - 電子機器用の流体冷却システムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、流体コンディショナー、冷却システムおよび流体の冷却法に関する。流体はコンピューターおよび／または他の電子機器を保持するタンクに含まれ、そして流体コンディショナーは流体を冷却するために使用され、そしてこれによりタンク中のコンピューターおよび／または他の電子機器を冷却する。

本明細書に含まれる既知の背景技術に関するいかなる考察、および文書に関する引用、および情報に関する引用も、本発明に対する背景技術を理解し易くする目的のためだけに提供され、そしてその資料はいずれも本明細書が出願された出願日の優先日としてオーストラリアまたは他の国での技術常識の一部分を形成することを確認または認めるものではない。

コンピューターおよび他の電子装置内部の電子部品は熱を発生する。発生した熱はコンピューターおよび他の電子装置の性能および寿命に有害である。その結果、様々な機構およびシステムがコンピューターおよび他の電子装置を冷却するために存在する。

データ処理センターで作動するコンピューターおよびサーバーは、流体を含むタンクに保持され、そしてコンピューターおよびサーバーは流体に浸漬されている。一般に、流体は誘電性流体（例えば鉱物油のポリアルファオレフィン類または数種の他の誘電性流体）である。タンクは、例えば誘電性流体に浸漬された１０〜２０台またはそれ以上のコンピューターまたはサーバーを含む可能性がある。データ処理センターは多くのそのようなタンクを含むことができる。コンピューターまたはサーバーにより発生する熱は、タンク中の流体に移される。冷却システムは熱を流体から抽出するために使用され、そしてそれをタンクから離れた場所に逃がす。このように流体の温度はコンピューターまたはサーバーにより発生する熱を吸収し続けることができるレベルに維持され、これによりコンピューターまたはサーバーが過熱することを防ぐ。

しかし既存の冷却システムはしばしば嵩高である。冷却システムはコンピューターまたはサーバーおよび誘電性流体を含むタンクの外側に配置される。さらに流体を漏出する傾向がある。漏出した誘電性流体の例では、漏出は油で滑りやすい誘電性流体の膜でコートされた周辺環境をもたらす。これは望ましくない作業環境を生じる恐れがある。

発明の要約
本発明の一態様によれば、タンク中の流体に浸漬されたコンピューターまたは他の電子装置を含むタンク中で使用するための流体コンディショナーが提供され、流体コンディショナーは、
少なくとも一つのチャンバーを有するハウジングと、
出口と、
ハウジングのチャンバー内に配置された熱交換器と、
使用時に流体がチャンバー内の熱交換器を通って接触するように配列されたポンプ手段と
を含み、ここで、熱交換器は冷却媒体が熱交換器に入る入口および冷却媒体が熱交換器を出る出口を有し、流体コンディショナーの垂直位の操作方向で、ポンプ手段および熱交換器は互いに縦に間隔が空いており、そして熱交換器は流体コンディショナーの出口上に配置され、そしてここで使用時に、流体が熱交換器を通って接触し、これにより流体を冷却
し、そして冷却された流体が流体コンディショナーの出口を介して流体コンディショナーを出て、そしてタンクを通って循環するためにタンクの下部領域を通過するように、流体がポンプ手段に引き込まれ、そしてそこを通ってポンプ手段から放出される。

第１の態様では、使用時に、流体が熱交換器を通って接触し、これにより流体がポンプ手段を通った後に流体を冷却するように、ポンプ手段が、熱交換器の上に配置されている。

第１の態様では、流体コンディショナーの出口がチャンバーの出口を含む。

第２の態様では、使用時に、流体が熱交換器を通って接触し、これにより流体がポンプ手段を通る前に流体を冷却するように、ポンプ手段が、熱交換器の下に配置されている。

第２の態様では、流体コンディショナーの出口がポンプ手段の出口を含む。

中に熱交換器が配置されているチャンバーは、チャンバー内の熱交換器により冷却された流体を、タンク中の温かい流体と分離する。これは第１の態様では流体がチャンバーを出ることができる出口、そして第２態様では、流体がチャンバーに入ることができる入口から離れて（すなわち除いて）、チャンバーを画定するために実質的に一枚壁（ｓｏｌｉｄ ｗａｌｌｓ）の使用により達成される場合がある（すなわちチャンバーは実質的に一枚壁を含む）。

ハウジングはシート状金属を含む場合があり、これは熱交換器が配置される少なくともチャンバーを形成する。ハウジングの残りの全てまたは一部、すなわち熱交換器が配置されるチャンバーの上または下のハウジングの残り、またはチャンバー以外のハウジングの残りは、流体透過性構造で作るか、または含む場合がある。例えば剛性メッシュまたはカゴ−様構造を使用する場合がある。さらなる選択肢として、フレイム−様構造を使用する場合がある、これはチャンバーの隅から延びる細長い部材を含む場合があり、ここに熱交換器が配置され、そして横材により連結される。これらの別法では、ストラッツのような部材が剛性メッシュ、カゴ−様構造またはフレイム−様構造に備えられ、これにポンプ手段が取り付ける場合がある。

ポンプ手段は、シート状金属、剛性メッシュ、カゴ−様構造、フレイム−様構造またはその他の適切な形態のハウジングにより支持される場合がある。

熱交換器をポンプ手段から分けるチャンバーの壁は、流体に対してわずかに透過性であることが好ましい。したがってこのチャンバーの壁はバッフルと考えることができる。これは例えば壁に開口を提供することにより達成できる。これにより流体コンディショナーをタンク中の流体に没入し易くし、そしてまた流体コンディショナーをタンク中の流体から取り出し易くする。第１態様では、このバッフルはポンプ手段の下に配置され（すなわち熱交換器の上）、そしてまた本明細書では下部バッフルとも称する。第２態様では、このバッフルはポンプ手段の上に配置される（すなわち熱交換器の下）。

バッフルはハウジング内に、そしてポンプ手段と熱交換器との間に位置するように取り付けられる場合がある。

第１態様では、バッフルがポンプ手段の上に備えられる場合がある。

第２態様では、バッフルがポンプ手段の下に備えられる場合がある。

好ましくは第２チャンバーが二つのバッフルの間に形成され、そしてポンプ手段が第２チャンバーに配置される。

ポンプ手段は二つのバッフル間に取り付けられる場合がある。

好ましくは流体コンディショナーは、流体がハウジングに入るための入口が形成され（すなわち備えられ）、そして入口がポンプ手段の上に配置される。

入口チャンバーは、ハウジング内で流体コンディショナーの入口に隣接して形成される場合がある（すなわち備えられる）。

好ましくは、流体コンディショナーはさらに熱交換器の入口および出口にそれぞれ流路でつながる導管を備えている。

好ましくは、汚染物質がポンプ手段および／またはハウジングに入ることを防ぐために、フィルターまたは濾過器手段が備えられる。

好ましくは、流体がポンプ手段に引き込まれる直前に流体の温度を感知するための温度センサー手段が備えられる。

本発明の別の態様に従い、冷却システムが提供され、該冷却システムは、
本明細書で前述した少なくとも１つの流体コンディショナーと
流体コンディショナーを含むためのタンクと、
タンクの外部に配置される熱交換器ユニットと
流体コンディショナーの熱交換器と熱交換ユニットとの間に冷却媒体を輸送するための配管または注水管と
を備え、タンクはまた１もしくは複数のコンピューターまたは他の電子装置、および流体コンディショナーおよび１もしくは複数のコンピューターまたは他の電子装置が浸漬される流体を含む。

本発明の別の態様に従い、流体に浸漬したコンピューターまたは他の電子装置を含むタンク中の流体を冷却する方法が提供され、該方法は：
（ａ） 流体をタンクの上部領域からポンプで引き込むこと
（ｂ） 流体を下に移動させて熱交換器に通して接触させて、流体から熱交換器に熱を放出し、そしてこれにより流体を冷却すること
（ｃ） 熱交換器に通して接触させた後、１もしくは複数のコンピューターまたは他の電子装置から熱を取るために、そしてタンクの上部領域に上げるために、冷却した流体をタンクの下部領域からタンクの上に向かって、かつ少なくともタンク中の１もしくは複数のコンピューターまたは他の電子装置の周りに流動させること
（ｄ） 工程（ａ）から（ｃ）を実質的に連続様式で繰り返すこと、及び
流体をタンクから出さずに工程（ａ）から（ｄ）を行うこと
を含む。

コンピューターのケーシングは、コンピューターの部品が保持されるケーシングの内部へのベントまたは他の開口部を有する場合があり、そして冷却した流体を流動させることはさらに、冷却した流体をコンピューターのケーシングに流動させてケーシングの内部のコンピューターの部品と接触させることを含む。

以下では本発明を添付する図面を参照にして、例としてのみ記載する。
本発明の態様に従う、流体のタンクに配置された本発明の態様の流体コンディショナーの部分概略図である。 本発明の別の態様に従う、明確に表示するためにタンクの外側に配置された図１に示す流体コンディショナーを包む冷却システムの部分概略図である。 図２に示した冷却システムのタンクの上面図であり、タンク中に図１に示すコンピューターおよび流体コンディショナーの配列を示す。 本発明の態様に従う、流体のタンク中に配置された流体コンディショナーの第２態様の部分概略図である。

本明細書を通じて、文脈上、別段の定めを必要としない限り、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」およびその変形、例えば「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「含まれる（ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ）」は、表明された完全体（ｉｎｔｅｇｅｒ）または完全体の群の存在を意味するが、他の完全体または完全体の群を排除しないと理解される。

本明細書を通じて、文脈上、別段の定めを必要としない限り、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」およびその変形、例えば「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「含まれた（ｉｎｃｌｕｄｅｄ）」は、表明された完全体または完全体の群の存在を意味するが、他の完全体または完全体の群を排除しないと理解される。

態様の説明
図１では、流体Ｆ、例えば鉱物油、ポリアルファオレフィンのような誘電性流体または数種の他の誘電性流体に浸漬されて示される本発明の態様による流体コンディショナー１が示される。流体ＦのレベルＬは、流体コンディショナー１が完全に流体Ｆに浸漬されるレベルである。

流体コンディショナー１の使用では、流体Ｆは図２および３に示すタンク１１０に含まれ、タンクは熱を発生する部品を有するコンピューター１３０または他の電子装置を収容する。コンピューターまたはサーバー、１３０または他の電子装置は、コンピューター１３０により生じる熱が流体Ｆに移るようにタンク１１０中の流体Ｆに浸漬される。このように流体Ｆはコンピューター１３０の冷却浴として作用する。しかし、コンピューター１３０から流体Ｆに移った熱は、流体Ｆの外に出されなければならない。さもなければ流体Ｆの温度は、もはや流体Ｆがタンク１１０中の流体Ｆ中のコンピューター１３０に効果的な冷却を提供しないレベルに上がるだろう。タンク１１０に設置される流体コンディショナー１は、流体Ｆの熱がタンク１１０の外に移されるように、タンク１１０中の流体Ｆから熱を奪う。これが流体Ｆを冷やす。これにより流体コンディショナー１はタンク１１０中の流体Ｆ中で流体Ｆおよびコンピューター１３０の冷却装置として作用する。

流体コンディショナー１はハウジング（またはケーシング）１０、入口１２、出口１４および１もしくは複数のポンプ１６およびハウジング１０内に配置される熱交換器１８を含む。第１バッフルまたは上部バッフル２０、および第２バッフル、または下部バッフル２２はハウジング１０内に配置される。

図面で具体的に説明する流体コンディショナー１の態様では、ハウジング１０はシート状金属で作られているように示される。しかし本明細書ですでに説明したように、ハウジング１０は別の様式で作られてもよく、そして代替法をさらに本明細書に記載する。

ポンプ１６は単相で、標準的な１１０Ｖまたは２４０Ｖ、３Ａ最大でよく、標準ＩＥＣ
Ｃ１４プラグ（標準コンピュータープラグ）をランオフ（ｒｕｎ ｏｆｆ）するポンプである。

熱交換器１８は蛇行配列のマルチ−パスコイル２４を含み、羽根２６がそれに結合する。マルチ−パスコイル２４は銅製配管（例えば１３ｍｍの銅製配管）からできており、そして羽根２６はアルミニウムで作られたリップル型の羽根でよい（例えば０．２５ｍｍ厚を有する）。

入口１２は、ハウジング１０をその最上部で完全に開けることにより形成される場合がある。出口１４は最底部で部分的に開いているハウジング１０を有することにより形成される。出口１４を形成するハウジング１０の開放部分は、羽根２６を有する熱交換器１８の区分の下にある。ハウジング１０の底は、下に羽根２６が無い領域で遮蔽版２８により閉じられる。これは流体Ｆが熱交換器１８の外側に回っていくことを防ぎ、すなわち本明細書にさらに記載するように流体Ｆが熱交換器１８を確実に通過するようにする。

熱交換器１８は、冷却媒体を熱交換器１８に入れるための入口３０および冷却媒体が熱交換器１８を出るための出口３２を備える。

バッフル２０および２２は実質的に板状である。第１および第２バッフル２０および２２はハウジング１０の内壁間に延び、そしてハウジング１０の内部をハウジング１０の内壁により結合した三つのチャンバーに分割する。第１チャンバー３４は入口１２に隣接したハウジング１０内にあり、そしてハウジング１０の入口１２と第１バッフル２０との間に延びる。第１チャンバー３４は温かい戻り（誘電性）流体チャンバーまたは流体入口チャンバーを形成する。第２チャンバー３６は、第１バッフル２０と第２バッフル２２との間に延びている。第２チャンバー３６は装置チャンバー、またはポンプチャンバーを形成し、そしてポンプ１６を収容する。第３チャンバー３８は第２バッフル２２とハウジング１０の出口１４との間に延びている。第３チャンバー３８は熱交換器１８を収容し、そして熱交換器チャンバーを形成する。第２バッフル２２は第３チャンバー３８の最上壁を形成する。

熱交換器１８は、チャンバー３８およびハウジング１０の最下部になるように第３チャンバー３８に配置される。図１から最もよく分かるように、熱交換器１８の底はチャンバー３８およびハウジング１０の底の出口１４のちょうど上になる。

ポンプ１６は、第１および２バッフル２０および２２に取り付けられる場合がある。

第１および２バッフル２０および２２は、第２チャンバー３６を第１および第３チャンバー３６および３８から完全には封止しない。代わりに、バッフル２０および２２は第２チャンバー３６中の流体Ｆが比較的静止しているように、流体Ｆの第１，第２および第３チャンバー３４，３６および３８の間での有意な動きを防止する。これは例えばバッフル２０および２２に開口を提供することにより、および／または１もしくは複数の段差を、バッフル２０および２２およびハウジング１０の内壁の縁の間に提供することにより達成することができる。これはタンク１１０中の流体Ｆへの流体コンディショナー１の沈め込み、およびまたタンク１１０中の流体Ｆから流体コンディショナー１の取り出しを容易にする。

熱交換器１８はハウジング１０の出口１４に隣接したハウジング１０のおよび第３チャ
ンバー３８の最下部に配置される。

各ポンプ１６は入口４２を有する吸引ライン４０、および出口４６を有する放出ライン４４を有する。入口４２は、吸引ライン４０が第１チャンバー３４中の流体Ｆと流路でつながるように、第１バッフル２０の上の第１チャンバー３４に対して開いている。出口４６は、放出ライン４４が第３チャンバー３８と流路でつながるように、第２バッフル２２の下の第３チャンバー３８に対して開いている。

熱交換器１８の入口３０は、第１導管４８に接続され、そして熱交換器１８の出口は第２導管５０に接続される。

流体コンディショナー１はさらに、熱交換器１８の入口３０に接続した第１導管４８、および熱交換器１８の出口３２に接続した第２導管５０を備えている。

流体コンディショナー１は場合によりさらに、温度センサー５２を備える場合がある。温度センサー５２は、入口４２付近の第１チャンバー３４中の流体Ｆの温度をモニターするために使用する場合がある。

温度センサー５２は場合により、作動しているポンプ１６または複数のポンプ１６の速度を制御するために、制御システムの一部を形成する場合がある。

しかしタンク１１０内の温度状態のモニタリングは、流体Ｆが十分に冷却されていること、およびタンク１１０に関する冷却配置（ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）が正しく機能していることをチェックするために外部のプロプライエタリシステムにより行われる場合がある。異常な状態が検出される場合に（例えばパワートリップが起こり、ポンプ１６が故障する等）、流体Ｆの温度は上がり、そしてこの異常な状態に取り組むために適切な作業工程を実施する場合がある。

流体コンディショナー２には１もしくは複数の濾過器またはフィルターが具備されて、汚染物質（例えばコンピューターに由来するステッカーやラベル、不注意にタンク１１０に入る物）がポンプ１６および／またはハウジング１０に入ることを防ぐ。例えば濾過器５４は第１チャンバー３４に、ハウジング１０に対する入口１２で、またはその付近に備えられる場合がある。濾過器５４は、ハウジング１０に汚染物質が入ることを防ぎ、その結果、汚染物質がポンプに入ることを防ぐ。あるいはまたは加えて、濾過器５６は第１チャンバー３４に各ポンプ１６の入口４２で提供されてもよい。濾過器５６は汚染物質がポンプ１６に入ることを防ぐ。濾過器５４および５６はメッシュで作成される場合がある。

ハウジング１０は、軟鋼から構築される場合がある。ハウジング１０は標準的なラックマウント型コンピューターの寸法と類似でよい。ハウジング１０は一般に、幅が４ＲＵ（ラックユニット）、深さが６００ｍｍ、そして１９”幅でよい（標準的なコンピューターラックの寸法）。

使用の際、図２に表す流体コンディショナー１はタンク１１０中の流体Ｆを冷却するための冷却システム１００の部分を形成し、流体Ｆに図３に示すコンピューター１３０、または他の電子装置が流体コンディショナー１と一緒に浸漬されている。冷却システム１００はさらに、熱交換ユニット１１２、および熱交換器１８と熱交換ユニット１１２とをそれらが流路でつながるように接続する配管または注水管１１４および１１６を備えている。熱交換ユニット１１２はタンク１１０から離れて配置される。典型的な設置では、タンク１１０は他のタンク１１０と建物の中の部屋に収容され、そして熱交換ユニット１１２は建物の外部の環境条件に配置されることになるだろう。

配管または注水管１１４は、流体容器１に第１導管４８の一端で接続され、そしてもう一端で熱交換ユニット１１２の出口１１８に接続される。配管または注水管１１６は、流体コンディショナー１に第２導管５０の一端で接続され、そしてもう一端で熱交換ユニット１１２の入口１２０に接続される。

冷却媒体は、本明細書でさらに記載するように、熱交換器１８および熱交換ユニット１１２が流路でつながるように熱交換器１８、第１および第２導管４８および５０、配管または注水管１１４および１１６および熱交換ユニット１１２を循環する。

熱交換ユニット１１２は、羽根車１２２および内部配管および羽根の配列（図２では見えない）を備える場合がある。内部配管および羽根の配列は、実質的に熱交換器１８のものと同じ種類でよい。冷却システム１００の使用では、冷却媒体が熱交換ユニット１１２の入口１１８と出口１２０との間の内部配管および羽根の配列を通過する。

タンク１１０中の流体Ｆを所望する温度に冷却することは、冷却システム１００により図２に示されるように、蒸発冷却システムにより達成できる。したがって冷却媒体は水または水溶液（例えば水と不凍剤および／または調整剤（ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）との溶液）、あるいは冷却媒体が接触することになる冷却システム１００の構成要素と非反応性の任意の他の冷却流体でよい。

しかし流体Ｆのより高レベルの冷却が要求される場合に、冷蔵冷却システムを蒸発冷却システムの代わりに使用する場合がある。冷蔵冷却システムの場合、冷却媒体は適切な保冷剤となり、そして冷却システムは冷媒圧縮機も含むだろう。

図３は、タンク１１０で操作位置の流体コンディショナー１を表す。タンク１１０内での操作位置では、流体コンディショナー１は、ポンプ１６および熱交換器１８が互いに縦に間隔をあけて、一つがもう一つの直接上になるように垂直位の様式に向けられている。さらにハウジング１０の入口１２はポンプ１６の上に配置され、ポンプ１６は熱交換器１８の上に配置され、そして熱交換器１８はハウジング１０の出口１４の上に配置される。さらに第１チャンバー３４は第２チャンバー３６の上に配置され、そして第２チャンバー３６は第３チャンバー３８の上に配置される。これは第１、第２および第３チャンバー３４，３６および３８、およびそれぞれが中に含まれる流体コンディショナー１の構成要素の垂直配列を形成する。

流体コンディショナー１は、ポンプ１６を標準単相電力のような電源につなぐためにタンク１１０の外部の接続、および配管または注水管１１４および１１６を含む第１および第２導管４８および５０の接続を有する。流体コンディショナー１は、最初にポンプ１６への、そして導管４８および５０へのこれらの外部接続を外し、次に流体コンディショナー１をタンク１１０から単に持ち上げることによりタンク１１０から容易に取り出すことができる（例えば交換、サービスの享受、再配置等のために）。したがって流体コンディショナー１は自己完結型モジュールである。

外部接続はポンプ１６、および導管４８および５０に対してだけであり、接続されたハードウェアは可撓性があり、すなわちポンプに対して曲げられる電力ケーブル、および導管４８および５０に対して曲げられる注水管１１４および１１６なので、タンク１１０は移動可能の場合があり、例えば容易に動かせるようにキャスターが備えられる。

タンク１１０は、図２および３の符号１２４で示すように、コンピューター１３０および流体コンディショナー１を挿入し、ならびにタンク１１０を流体Ｆで要求されるレベル
Ｌまで満たすために上部が開放されている。流体コンディショナー１はタンク１１０中で流体Ｆに完全に浸漬されている。さらにコンピューター１３０も、コンピューター１３０から流体Ｆへの熱の移動が最大になるように流体Ｆ中に完全に浸漬されている。

コンピューター１３０および流体コンディショナー１は、タンク１１０の内側上部で側面に沿って長手方向に延びる支持レイル１２６から吊り下げられることによりタンク１１０内に支持されている。コンピューター１３０および流体コンディショナー１は、タンク１１０内で垂直位に配置され、そしてタンク１１０内で互いに隣り合って並列に配列されている。

流体コンディショナー１は、ハウジング１０の出口１４がタンク１１０の底１２８からわずかに上になるようにタンク１１０内に配列される。流体コンディショナー１は、タンク１１０中のコンピューター１３０と実質的に同じ寸法である。

流体コンディショナー１および冷却システム１００の使用では、ポンプ１６が作動して流体Ｆを第１チャンバー３４から吸引ライン４０へ、入口４２を介して引き込み、そして流体Ｆを放出ライン４４の出口４６から第３チャンバー３８へと放出する。

ポンプ１６による第１チャンバー３４から流体Ｆの吸引により、第２チャンバー（すなわちポンプチャンバー）３６の上に低圧領域が形成され、すなわち低圧領域がチャンバー３４（これは第２チャンバー３６の上にある）に形成される。ポンプ１６による流体Ｆの放出は、ポンプ１６（および第２チャンバー）の下に高圧領域を形成し、すなわち高圧領域が第３チャンバー３８に形成される（これは第２チャンバー３６の下であり、そしてここに熱交換器１８が配置されている）。

ポンプ１６により作成される圧力差は、熱い流体Ｆ（これは図３の符号１３２により示されるように、タンク１１０中の流体Ｆの上部領域で階層化（ｓｔｒａｔｉｆｙ）する）がタンク１１０の上部領域から、ハウジング１０の入口１２を介して第１チャンバー３４に流れ（「温かい戻りチャンバー」（ｗａｒｍ ｒｅｔｕｅｎ ｃｈａｍｂｅｒ））、そして次いでポンプ１６（図１および３で矢印Ａにより示されるように）に流れ、そしてポンプ１６を通って第２チャンバー３６に流れるようにする。ポンプ１６は流体Ｆを第３チャンバー３８（図１および３で矢印Ｂにより示されるように）に放出するので、これは熱交換器１８を通って接触し（図１で矢印Ｃにより示す）、そして流体コンディショナー１の出口１４を介してハウジング１０から（これはまた、ハウジング１０の第３チャンバー３８からの出口を形成する）、タンク１１０の底または下部領域（図１で矢印Ｄ，そして図３で符号１３４により表すように）に出る。このようにポンプ１６は、流体Ｆを下方に移動させて熱交換器１８を通って接触するように作動（または作用）し、すなわち流体Ｆはポンプ１６の作動（作用）中に下方に動かされて熱交換器１８を通って接触する。流体Ｆは熱交換器１８を通って接触するように向けられる。

流体Ｆが熱交換器１８を通って接触するとき、熱（すなわち熱エネルギー）は、流体Ｆから熱交換器１８に移され、特にマルチ−パスコイル２４中の冷却媒体に移される。冷却媒体はマルチーパスコイル２４を通って流れ、そして出口３２を介して熱交換器１８を出て、そして導管５０および配管または注水管１１６から熱交換ユニット１１２に流れ、ここで熱を環境大気に捨てて、これにより冷却媒体を冷却する。ここで冷却された冷却媒体は配管または注水管１１４を通って導管４８に流れ、次いで熱交換器１８の入口３０を介してマルチパーパスコイル２４に入り、再び流体Ｆから熱を吸収する。

流体コンディショナー１は、符号１３４で表示され、そして図３で最もよく分かるように、冷却した流体Ｆが出口１４からコンピューター１３０の下または実質的にその底の深
さで出るように、タンク１１０中に配置される。図３ではハウジング１０の底（出口１４が提供されている場所）が、タンク１１０中のコンピューター１３０の底と実質的に同じ深さであることが分かる。

出口１４を介してハウジング１０を出て、タンク１１０の底または下部領域に行く冷却された流体Ｆは、実質的にコンピューター１３０の、またはその下の深さでタンク１１０を出て（符号１３４により表示されるように）、そして図３の符号１３６で表示するようにタンク１１０の底に沿って移動する。次いで流体は、図１の矢印Ｅおよび図３の矢印Ｇで示されるように、タンク１１０中で少なくともコンピューター１３０の周り、すなわちコンピューター１３０の間およびコンピューター１３０とタンク１１０の内壁との間を上向きに移動する。加えて、コンピューター１３０のケーシングにはベントまたは他の開口部がケーシングの内部に設けられ、そこにコンピューター１３０の構成要素が保持されている。この場合では冷却された流体Ｆはまた、ベントおよび他の開口部を介してコンピューター１３０のケーシングに流入し、そして通ってケーシングの内側のコンピューター１３０の構成要素と直接接触する。これらの構成要素には、熱を発生する構成要素（例えばＣＰＵ，ヒートシンク等）がある。コンピューター１３０のケーシングに流入または通過する流体Ｆは、コンピューター１３０のケーシングの内側の構成要素と直接接触し、その結果、熱がこれらの構成要素から流体Ｆに移る。

流体Ｆがタンク１１０内を上向きに動くとき（図１の矢印Ｅ，そして図３の矢印Ｇにより表される）、流体Ｆは伝導を介してコンピューター１３０（熱を発生する部品を有する）から熱を得、そしてまた流体Ｆがコンピューター１３０のケーシングに入るか、または通過する場合に、コンピューター１３０のケーシングの内側で直接接触することになる部品（熱を発生する）から熱を得る。図３の符号１３８に示すように、加熱された流体Ｆはコンピューター１３０の上のタンク１１０の上部領域に上る。加熱された流体Ｆは、図３の符号１３２により示すようにタンク１１０の流体Ｆの上部領域で階層化し、そして図１の矢印Ｈで示すように第１チャンバー３４を通り、そして本明細書ですでに説明したようにポンプで流体コンディショナー１に通され、そしてこのサイクルが連続的に繰り返される。

タンク１１０中での流体Ｆの循環は、加熱された流体Ｆがコンピューター１３０間、コンピューター１３０とタンク１１０の内壁との間、およびコンピューター１３０を通過するとき（本明細書ですでに記載したように）、加熱された流体Ｆにより生じた熱の浮揚性（または浮力）により動かされる。またタンク１１０中の流体Ｆの循環は、流体コンディショナー１中のポンプ１６により生じる圧力差によっても駆動される。

バッフル２０および２２は、流体Ｆが流体コンディショナー１のハウジング１０中へ戻ること、またはハウジング１０内を循環することを防ぐ。第２バッフル２２は特に、第３チャンバー３８中の冷却された流体Ｆの実質的にすべてが、ハウジング１０の出口１４を介してのみハウジング１０から出ることができ、そしてタンク１１０の底に入ることを確実にするので、冷却された流体Ｆは次いでタンク１１０を上に向かって移動してコンピューター１３０から熱を吸収することができる。

図４では、流体コンディショナー２の第２態様を示し、流体Ｆ、例えば鉱物油、ポリアルファオレフィンのような誘電性流体または数種の他の誘電性流体に浸漬された態様を示す。流体ＦのレベルＬは、流体コンディショナー１が流体Ｆに完全に浸漬するようなレベルである。

流体コンディショナー２は、第１態様の流体コンディショナー１と実質的に類似しているが、流体コンディショナー２では熱交換器１８が配置されるチャンバー３８がポンプ１
６の上に位置する点が異なる。図１および２では、同じ符号を同じまたは対応する部品に使用して示す。流体コンディショナー１の部品およびそれらの操作および使用の説明は、流体コンディショナー２に対して類似様式で適用するので、ここでは繰り返さない。したがって以下の流体コンディショナー２の記載は、第１態様の流体コンディショナー１と第２態様の流体コンディショナー２との間の差異を説明する。

流体コンディショナー２では、第１チャンバー（すなわち温かい戻り（誘電性）流体チャンバーまたは流体入口チャンバー）３４が熱交換器チャンバー３８の直接上になるので、第１バッフル２０は第１チャンバー３４の底に必要とされず、一方、流体コンディショナー１では第１チャンバー３４の底にバッフル２０が存在する。代わりにバッフル２０は流体コンディショナー２のポンプチャンバー３６の底に備えられ、これはまた流体コンディショナー２のハウジング１０の底を形成する。

遮蔽板２８が第１チャンバー３４と熱交換器チャンバー３８との間に提供される。遮蔽板２８は羽根２６が無い熱交換器１８の上の領域に提供される。これは流体Ｆが熱交換器１８の外側を回って通過することを防ぎ、すなわち流体Ｆが第１チャンバー３４から熱交換器１８を通過して熱交換器１８の羽根２６に接触することを確実にする。

第２バッフル２２は、流体コンディショナー２の熱交換器チャンバー３８とポンプチャンバー３６（これは熱交換器チャンバー３８の下である）との間に備えられる。

流体コンディショナー２のバッフル２０および２２は、それらがポンプチャンバー３６および熱交換器チャンバー３８を互いに完全には封鎖せず、そしてポンプチャンバー３６をタンク１１０の流体Ｆから完全に封鎖しないように、流体コンディショナー１のバッフル２０および２２と類似する場合がある。その代わり、バッフル２０および２２は、ポンプチャンバー３６中の流体Ｆが比較的静止するように、流体Ｆのポンプチャンバー３６と熱交換器チャンバー３８（ポンプ１６を通るもの以外）との間、およびポンプチャンバー３６とタンク１１０の流体Ｆとの間の有意な運動を防ぐことができる。

ポンプ１６の入口４２は、ポンプ１６の吸引ライン４０が熱交換器チャンバー３８中の流体Ｆと流路でつながるように、第２バッフル２２の上の熱交換器チャンバー３８に通じている。ポンプ１６の出口４６は、第１バッフル２０の下でタンク１１０の流体Ｆに通じている。出口４６は流体コンディショナー２の出口１４を形成する。

使用の際、流体コンディショナー２のポンプ１６は（第１態様の流体コンディショナー１のように）、流体Ｆを第１チャンバー３４から吸引ライン４０に入口４２を介して吸引し、そして流体Ｆを放出ライン４４の出口４６から放出するように作動する。しかし流体コンディショナー２では、ポンプ１６は流体Ｆが引き込まれ、すなわち第１チャンバー３４から熱交換器チャンバー３８を通って入口４２に吸引され、そして次にポンプ１６を通ってポンプ１６の出口４６からタンク１１０の流体Ｆに放出されるように作動する。

流体Ｆが熱交換器１８を通って接触するとき、熱（すなわち熱エネルギー）は、流体Ｆから熱交換器１８に移され、特にマルチ−パスコイル２４中の冷却媒体に移される。
この作動および冷却システム１００の作動は、第１態様および図１，２および３の流体コンディショナー１に関して本明細書で前に説明したものと同じである。

バッフル２２は、熱交換器チャンバー３８中の実質的に全ての冷却された流体Ｆが
熱交換器チャンバー３８からポンプ１６の入口４２のみを介して出て、ポンプ１６の出口４６からタンク１１０の底へ押し出される場合があるので、次いで流体Ｆはタンク１１０を上に向かって移動してコンピューター１３０から熱を確実に吸収することができる。

図面で具体的に説明し、そして明細書に記載する態様では、流体コンディショナー１および２のハウジング１０は、入口１２を形成する開放された頂上を含む実質的に一枚壁を、そして流体コンディショナー１内には、底に出口１４を形成する開口部を有する。（ハウジング１０の一枚壁はシート状金属で作られる場合がある。）

しかし本明細書の本発明の要約という章ですでに説明したように、ハウジング１０には実質的に一枚壁を備えて、熱交換器１８を含む熱交換器チャンバー３８のみを形成する場合がある。ハウジング１０の残りの全てまたは一部、すなわち熱交換器が配置されるチャンバー３８の上または下のハウジング１０の残りは、流体透過性構造で作られる場合がある。例えば剛性メッシュまたはカゴ−様構造を使用する場合がある。さらなる選択肢として、フレイム−様構造を使用する場合があり、これはチャンバーの角から延長する細長い部材を備える場合があり、ここに熱交換器が配置され、そして横材により連結される。これらの別法では、ストラッツのような部材が剛性メッシュ、カゴ−様構造またはフレイム−様構造に提供され、これにポンプ手段を取り付ける場合がある。そのような変形は第１態様の流体コンディショナー１および第２態様の流体コンディショナー２の両方に対して作成することができる。

別の代替態様では、ハウジング１０に一枚壁が提供されてポンプ１６および熱交換器１８をそれぞれ含むポンプチャンバー３６および熱交換器チャンバー３８のみを形成する。そのような変形は、第１態様の流体コンディショナー１および第２態様の流体コンディショナー２の両方に対して作成することができる。

さらなる代替態様では、第１チャンバー３４を完全に省略してもよい。そのような態様では、流体コンディショナー１の第１バッフル２０は存在しても省略してもよい。第１バッフル２０が省略される場合では、ポンプ１６は第１バッフル２０の代わりにハウジング１０の幾つかの他の部分に取り付けられることにより支持される場合がある。同様に、温度センサー５２をハウジングに取り付けることができる。同様に、流体コンディショナー２の第２バッフル２０が省略される代替態様では、ポンプ１６はバッフル２０の代わりにハウジング１０の幾つかの他の部分に取り付けられることにより支持される場合がある。

本発明の流体コンディショナーは、図３に示すようにコンピューター１３０が並んで積層された（ｓｔａｃｋｅｄ）タンク１１０内の任意の適切な位置に設置することができる。必要ならばより高レベルの冷却を提供するために、多くの流体コンディショナーをタンク１１０に設置することができ、これは可変的な寸法および容量のタンク１１０を使用することを可能にする。

本発明の流体コンディショナーは、流体Ｆがタンク１１０内で冷却できるようにする。すなわち流体Ｆを冷却するために流体Ｆはタンク１１０を出ない。

本発明の流体コンディショナーは、適切な冷却媒体を備えた既存の施設にすでに設置されている冷却配列に容易に追加導入することができる。

本発明の冷却システム１００は、熱をコンピューター１３０からタンク１１０内の流体Ｆへ、流体Ｆから熱交換器１８へ、熱交換器１８から冷却媒体へ、そして冷却媒体から熱交換ユニット１１２へ移すことを可能とし、そこから熱は周辺環境へと放出される。

出口１４を介してハウジング１０を出てタンク１１０の底または下部領域に行く流体Ｆは、流体コンディショナーに入るタンク１１０の上部領域の流体Ｆよりもかなり低温である。

出口１４を介してハウジング１０を出てタンク１１０の底または下部領域に行く冷却された流体Ｆは、例えば１５℃〜３５℃の範囲の温度を有する可能性があり、一方、タンク１１０の上部領域の温かい流体Ｆは２０℃〜５０℃の範囲の温度を有する可能性がある。

流体Ｆの温度は、コンピューター１３０の熱負荷および冷却システム１００を循環している冷却媒体の温度および流速によりほぼ決定される。

本発明は幾つかの利点を提供する。本発明は嵩高い装置を回避し；タンクの流体Ｆ冷却ユニット、すなわち流体コンディショナーがタンク１１０に配置され、その結果、タンクの流体Ｆは冷却過程でタンクから出ないので、流体コンディショナーからタンク１１０の外部に流体が漏れることはなく；メンテナンスおよび移動は、完全なユニットまたはモジュールとして、単に流体コンディショナーの接続を切り、そしてタンク１１０から取り出す必要があるだけなので容易に行える。

本発明の１もしくは複数の好適態様をこれまで記載してきたが、本発明の範囲はそれらの具体的態様に限定されず、そして当業者には明らかであるように他の方法でも具現化される場合がある。

当業者には明白であるような改良および変形は、本発明の範囲内であると見なされる。

Claims (22)

1. 流体に浸漬されたコンピューターまたは他の電子装置を含むためのタンクと、
   流体コンディショナー、とを含んでなる冷却システムであって、
   前記タンクは周辺環境に開放されている上部を有し、
   前記流体コンディショナーは、
   前記タンク中に配置され使用中に流体中に完全に浸漬されているハウジングであって、第１チャンバーを有するハウジングと、
   前記ハウジングからの出口と
   冷却媒体が該熱交換器に入る入口および前記冷却媒体が前記熱交換器を出る出口を有する熱交換器であって、前記ハウジングの前記第１チャンバー内に配置された熱交換器と、
   使用時に流体が熱交換器を通って接触するように該流体を送液するために配列されたポンプ手段とを含み、
   前記流体コンディショナーの垂直位の操作方向で、前記ポンプ手段および熱交換器は互いに縦に間隔が空いており、そして該熱交換器は前記流体コンディショナーの出口上に配置され、そして
   使用時に、前記流体が前記熱交換器を通って接触し、これにより前記流体を冷却し、そして冷却された前記流体が前記流体コンディショナーの出口を介して該流体コンディショナーを出て、そして前記タンクを通って循環するために前記タンクの下部領域を通過するように、前記流体が前記ポンプ手段に引き込まれ、そして該ポンプ手段を通って、該ポンプ手段から放出される、冷却システム。
2. 使用時に、前記流体が前記熱交換器を通って接触し、これにより該流体が前記ポンプ手段を通過した後に該流体を冷却するように、前記ポンプ手段が前記熱交換器の上に配置されている、請求項１に記載の冷却システム。
3. 前記流体コンディショナーの出口がチャンバーの出口を含む、請求項２に記載の冷却システム。
4. 使用時に、前記流体が前記熱交換器を通って接触し、これにより該流体が前記ポンプ手段を通る前に該流体を冷却するように、前記ポンプ手段が前記熱交換器の下に配置されている、請求項１に記載の冷却システム。
5. 前記流体コンディショナーの出口が前記ポンプ手段の出口を含む、請求項４に記載の冷却システム。
6. 中に前記熱交換器が配置されている第１チャンバーが、前記第１チャンバー内の前記熱交換器により冷却された流体を、タンク中及び前記第１チャンバーの外の温かい流体から分離する、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の冷却システム。
7. 使用時に、前記流体が前記熱交換器を通って接触し、これにより該流体が前記ポンプ手段を通過した後に該流体を冷却するように、前記ポンプ手段が前記熱交換器の上に配置されており、
   中に前記熱交換器が配置されている第１チャンバーが、前記第１チャンバー内の前記熱交換器により冷却された流体を、タンク中及び前記第１チャンバーの外の温かい流体から分離し、
   前記第１チャンバーが、前記流体が前記第１チャンバーを出ることができる出口を除いて実質的に一枚壁を含む、請求項１に記載の冷却システム。
8. 使用時に、前記流体が前記熱交換器を通って接触し、これにより該流体が前記ポンプ手段を通る前に該流体を冷却するように、前記ポンプ手段が前記熱交換器の下に配置されており、
   中に前記熱交換器が配置されている第１チャンバーが、前記第１チャンバー内の前記熱交換器により冷却された流体を、タンク中及び前記第１チャンバーの外の温かい流体から分離し、
   前記第１チャンバーが、前記流体が前記第１チャンバーに入ることができる入口を除いて実質的に一枚壁を含む、請求項１に記載の冷却システム。
9. 前記ハウジングの残りの全てまたは一部が流体透過性構造を備えている、請求項７または８に記載の冷却システム。
10. 前記流体透過性構造が剛性メッシュまたはカゴ−様構造を含む、請求項９に記載の冷却システム。
11. 前記流体透過性構造がフレイム−様構造を含む、請求項９に記載の冷却システム。
12. 前記熱交換器を前記ポンプ手段から分けるチャンバーの壁が第１バッフルを含み、そして前記流体に対して透過性である、請求項７ないし１１のいずれか１項に記載の冷却システム。
13. 第１バッフルが、前記ポンプ手段と前記熱交換器との間に位置するように前記ハウジング内に取り付けられる、請求項１２に記載の冷却システム。
14. 第２チャンバーが第１バッフルと第２バッフルとの間に形成され、かつ、前記ポンプ手段が第２チャンバーに配置されるように、さらに第２バッフルを含む、請求項１２または１３に記載の冷却システム。
15. 前記ポンプ手段が第１バッフルと第２バッフルとの間に取り付けられる、請求項１４に記載の冷却システム。
16. さらに前記流体が前記ハウジングに入るための入口を含み、かつ、該入口が前記ポンプ手段の上に配置される、請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の冷却システム。
17. さらにハウジング内に流体コンディショナーの入口に隣接する入口チャンバーを含む、請求項１６に記載の冷却システム。
18. さらに前記熱交換器の入口および出口にそれぞれ流体連通する導管を含む、請求項１ないし１７のいずれか１項に記載の冷却システム。
19. さらに汚染物質が前記ポンプ手段および／または前記ハウジングの少なくとも１に入ることを防ぐための、フィルターまたは濾過器手段を含む、請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の冷却システム。
20. さらに前記流体が前記ポンプ手段に引き込まれる直前に該流体の温度を感知するための温度センサー手段を含む、請求項１ないし１９のいずれか１項に記載の冷却システム。
21. タンクの外部に配置される熱交換器ユニットと、
    流体コンディショナーの熱交換器と熱交換ユニットとの間に冷却媒体を輸送するための配管または注水管とを含む、
    請求項１ないし２０のいずれか１項に記載の冷却システム。
22. 冷却方法であって、
    （ａ） タンク中の流体に浸漬された１もしくは複数のコンピューターまたは他の電子装置を提供すること、
    （ｂ） 前記流体を前記タンクの上部領域から流体コンディショナーの中にポンプで引き込むこと、
    （ｃ） 前記流体をハウジング内で下に移動させて熱交換器に通して接触させて、前記流体から前記熱交換器に熱を放出し、そしてこれにより前記流体を冷却すること、
    （ｄ） 前記熱交換器に通して接触させた後、前記１もしくは複数のコンピューターまたは他の電子装置から熱を取るために、そして前記タンクの上部領域に上げるために、冷却した前記流体を、前記タンクの下部領域から前記タンクの上に向かって、かつ、該タンク中の前記１もしくは複数のコンピューターまたは他の電子装置の周りに、流動させること、
    （ｅ） 工程（ｂ）から（ｄ）を実質的に連続様式で繰り返し、そして
    前記流体を前記タンクから出さずに工程（ｂ）から（ｅ）を行うこと
    を含んでなり、
    前記タンクは周辺環境に開放されている上部を有し、
    前記タンクは、
    前記タンク中に配置され使用中に流体中に完全に浸漬されているハウジングであって、第１チャンバーを有するハウジングと、
    前記ハウジングからの出口と、
    冷却媒体が熱交換器に入る入口および前記冷却媒体が熱交換器を出る出口を有する熱交換器であって、前記ハウジングの第１チャンバー内に配置された熱交換器と、および、
    流体が熱交換器を通って接触するように前記流体を送液するために配列されたポンプ手段とを含んでなる、流体コンディショナーを備えている、
    冷却方法。

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