(57)【要約】  コンピュータデータセンターや通信網や遠距離通信機器を冷却し、電子部品の熱による故障発生率の低減するための消費電力軽減システム及び方法は、冷却環境の容積を低減するために１以上の間仕切りを配設して空調システムから電子部品を収容するラックに隣接するチャンバへ極力最低温の冷却空気を供給することと、供給された冷却空気流が低減容積環境外部からのより暖かな空気によって希薄化するのを防止することと、冷却環境の低減容積を流れる冷却空気流の給送を制御することと、を含む。
2010501965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの電子部品へ冷却空気を給送する略気密なエンクロージャと、
前記略気密なエンクロージャへ冷却空気を給送する手段と、
前記略気密なエンクロージャ内の少なくとも一つの電子部品への冷却空気流を制御する手段と、を備えることを特徴とする電子機器用冷却システム。
【請求項２】
前記略気密なエンクロージャへ給送する前記冷却空気を生成する冷却装置をさらに備える、請求項１記載の冷却システム。
【請求項３】
前記略気密なエンクロージャが、複数のフレーム部材と、前記フレーム部材に取り付けられる少なくとも１枚のパネルと、を備える、請求項１記載の冷却システム。
【請求項４】
前記フレーム部材が迅速接続突起を備える、請求項３記載の冷却システム。
【請求項５】
前記迅速接続突起が、前記冷却空気の漏洩を防ぐガスケットをさらに備える、請求項４記載の冷却システム。
【請求項６】
前記略気密なエンクロージャへ冷却空気を給送する手段が、冷却空気給送用の空気溜りを備える、請求項１記載の冷却システム。
【請求項７】
前記冷却空気給送用の空気溜りが、下位床面空気溜りと、少なくとも１つの有孔床面パネルと、を含む、請求項６記載の冷却システム。
【請求項８】
前記冷却空気給送用の前記下位床面空気溜りが、下位床面空間全体のうち分離された部分を含む、請求項７記載の冷却システム。
【請求項９】
前記冷却空気給送用の空気溜りが、前記略気密なエンクロージャの下部へ冷却空気を給送する、請求項６記載の冷却システム。
【請求項１０】
前記冷却空気給送用の空気溜りが、前記略気密なエンクロージャの頂部へ前記冷却空気を給送する、請求項６記載の冷却システム。
【請求項１１】
前記冷却空気流を制御する手段が、少なくとも１基のファンを含む、請求項１記載の冷却システム。
【請求項１２】
前記ファンが空調装置の送風機である、請求項１０記載の冷却システム。
【請求項１３】
前記ファンが暖気チャンバからの排気ファンである、請求項１０記載の冷却システム。
【請求項１４】
前記冷却空気流を制御する手段が複数の電子部品を備えており、前記電子部品はアレイに配置されると共に隣接する電子部品間に冷却空気流の流路を画成する、請求項１記載の冷却システム。
【請求項１５】
前記冷却空気流を制御する手段が、少なくとも１枚のブランクパネルを含む、請求項１３記載の冷却システム。
【請求項１６】
前記電子部品のアレイがラック上に装着される、請求項１３記載の冷却システム。
【請求項１７】
前記電子部品のアレイが、ラックを用いずに前記略気密なエンクロージャのフレーム部材に取り付けられる、請求項１３記載の冷却システム。
【請求項１８】
前記冷却空気流を制御する手段が、少なくとも１つの電子部品の一方の側に冷却空気給送チャンバを備える、請求項１記載の冷却システム。
【請求項１９】
前記冷却空気流を制御する手段が、前記少なくとも１つの電子部品のもう一方に暖気チャンバをさらに備えており、前記冷却空気給送チャンバと、前記少なくとも１つの電子部品と、前記暖気チャンバと、が全て前記略気密なエンクロージャ内にある、請求項１８記載の冷却システム。
【請求項２０】
前記冷却空気流を制御する手段が、前記暖気チャンバから排気する少なくとも１つのファンをさらに含む、請求項１７記載の冷却システム。
【請求項２１】
前記略気密なエンクロージャへ人間と機器を進入及び退出させる少なくとも１つのアクセス方法をさらに備える、請求項１記載の冷却システム。
【請求項２２】
低減容積の内部冷却環境を画成すると共に、電子機器へ冷却空気を給送し、前記冷却空気と外部空気との混合をほぼ阻止するエンクロージャと、
前記低減容積の環境を流れる前記冷却空気の給送を制御する手段と、を備えることを特徴とする電子機器用の冷却システム。
【請求項２３】
前記エンクロージャが略気密である、請求項２０記載の冷却システム。
【請求項２４】
前記エンクロージャへ前記冷却空気を給送する手段をさらに備える、請求項２０記載の冷却システム。
【請求項２５】
空気冷却装置をさらに備える、請求項２２記載の冷却システム。
【請求項２６】
前記低減容積冷却環境を流れる前記冷却空気の給送を制御する手段が、少なくとも１基のファンを備える、請求項２０記載の冷却システム。
【請求項２７】
前記ファンが空調装置の送風機である、請求項２４記載の冷却システム。
【請求項２８】
前記ファンが暖気チャンバからの排気ファンである、請求項２４記載の冷却システム。
【請求項２９】
前記低減容積冷却環境を流れる前記冷却空気の給送を制御する手段複数の電子部品を備えており、前記電子部品はアレイに配置されると共に隣接する電子部品間に冷却空気流の流路を画成する、請求項２０記載の冷却システム。
【請求項３０】
前記冷却空気流を制御する手段が、少なくとも１枚のブランクパネルをさらに備える、請求項２７記載の冷却システム。
【請求項３１】
前記低減容積冷却環境を流れる前記冷却空気の給送を制御する手段が、前記電子機器の一方の側に冷却空気給送チャンバを備える、請求項２０記載の冷却システム。
【請求項３２】
前記低減容積冷却環境を流れる前記冷却空気の給送を制御する手段が、前記電子機器のもう一方の側に暖気チャンバを備える、請求項３１記載の冷却システム。
【請求項３３】
低減容積冷却環境を画成するエンクロージャを配設するステップと、
前記低減容積冷却環境へ冷却空気を給送するステップと、
前記電子機器の第１の側から該電子機器の第２の側にかけて差圧を発生させ、前記電子機器の表面を横切る冷却空気流を発生させるステップと、
前記低減容積冷却環境から前記電子機器への冷却空気の給送を制御するステップと、を含むことを特徴とする電子機器の冷却に用いるエネルギーの消費を低減する方法。
【請求項３４】
前記低減容積冷却環境へ給送する前記冷却空気流と外部空気の混合をほぼ阻止するステップをさらに含む、請求項３３記載の方法。
【請求項３５】
冷却される前記電子機器の通常の動作を妨害することなく前記エンクロージャを設置するステップをさらに含む、請求項３３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、冷却する環境の容積を減らし、空気流を制御し、冷却環境の外部からの暖かい空気による冷却空気の希釈を防ぎ、ひいては熱による電子部品の機能不全を防ぐための冷却空気流を増大させることによって、コンピュータデータセンターや遠距離通信機器の冷却に用いる電力を減少させるエネルギー節約システム及び方法に関する。
【０００２】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２００６年６月１５日出願の米国仮特許出願第６０／８０４，９０８号の優先権を主張するものであり、同出願はその全体を本願明細書に参照用に取り込むものとする。
【背景技術】
【０００３】
遠距離通信やコンピュータ機器を稼動させるデータセンターや他の設備に対する効果的冷却は、成長中の分野である。電流により稼動する電子部品は、電流を利用する過程で熱を発生する。最新の電子機器は高速かつ強力であるが、たった数年前のシステムと比較しても通常かなり大量の電力を消費するため、動作時により多くの熱を発生する。電力消費が増大することにより、電子機器を冷却する必要も増大する。電力消費や関連コストは急騰しており、多くの設備において、熱による機器の損傷を防ぐため必要な、最新の電子部品の冷却に十分な電力を供給する際の問題に遭遇している。
【０００４】
通常、冷却システムは、給水塔やコンプレッサタイプのシステムまたは他のシールドシステムを用いて冷気を生み出している。冷気は、グリコールや水を用いる閉ループシステム内の熱交換器により、またコンプレッサからの供給により、電子機器が動作している環境の空気中へと移すことができる。空気処理装置は、通常コンピュータ環境内に直接載置され、戦略的位置と考えられる箇所に配置される。空気処理システムは、空気伝搬される汚染物質を除去するための一次空気濾過装置としても用いられている。一般に、制御された環境内でほとんどの熱を発生する電子機器近傍に、空調機器器を配置することが行われてきた。その目的は、熱出力が最大である機器の冷却に十分な冷却空気を確実に給送することである。このような環境内の空調装置は一般に、「空気処理装置」と呼ばれる。コンピュータと遠距離通信機器の冷却のため、各種のシステムが提案されてきた。例えば、Ｒａｓｍｕｓｓｅｎ等に対する特許文献１や、フィンク（Ｆｉｎｋ）に対する特許文献２や、ヴァンギルダー（ＶａｎＧｉｌｄｅｒ）等に対する特許文献３や、チュウ（Ｃｈｕ）等に対する特許文献４や、フォーゲル（Ｖｏｇｅｌ）等に対する特許文献５は、提案されてきた様々な方法及びシステムに関するものであり、参照用にその全てを本願明細書に取り込むものとする。
【０００５】
現代世界では、医療記録、政府、教育、通信、輸送、銀行業務、その他あらゆる業態の事業が、枢要なデータの通信、処理、記憶に関し、コンピュータ機器にますます依存するようになっている。増大する情報と通信要求に応えるべく、多くの企業は、より高速かつより信頼に足る最新機器へアップグレードする必要がある。合衆国エネルギー省は、現在米国内で消費される総電力のうち、データセンターや通信センターが約２％の割合を占めていると見積もっている。報告書では、コンピュータデータセンターを稼働させるのに、２００５年には合衆国内で４５０億キロワット時の電気エネルギーが使用されたと述べられている。そのエネルギーコストは、データセンターが使用する電気エネルギーに対し２７億ドルを上回るものであった。エネルギーコストは上昇しており、機器がより小型化かつ強力になるにつれ、また電子システムに対する信頼が増大するにつれ、通信及びデータセンターが使用するエネルギーは指数関数的に増大するものと予測されている。建築計画予測は、データ及び通信機器の収容と稼働に必要な設備の総面積が向こう１０年で４倍になることを示している。機器の高速化と小型化が進むにつれ、一定の空間内に、より多量の電力を消費する機器を組み込めるようになる。より最新の電子機器の稼働に必要な電力の所要量は、たった数年前の機器に対するものを上回り、指数関数的に増加してきた。これらの変化の結果、たった５年前にさえ存在しなかったある新たな課題が表面化してきた。現在、多くの設備は、周囲の地域における開発が増大していることと、自身の電力要件のため、設備が既に設備給電システムが処理可能でありかつ／又は商用電源により設備が利用可能な電力の１００％を既に利用している点に気づいている。電力不足に関する問題は、益々一般化している。この状況は、アップタイム・インスティテュート（Ｕｐｔｉｍｅ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）等の多くの工業出版や情報フォーラムの注目を浴びるようになっている。新世代の各機器はより高速であって、それぞれさらに多くの電力を必要としている。部品をますます小型化することにより、所与の領域にますます多くの熱発生機器を設置できるようになっている。これにより、電力消費がより少ない電子機器向けに設計された検討と基盤サポートに基づき建造された設備による電気消費がかなり増加するという結果となった。より最新の電子機器は密度と速度が増大しているため益々大量の熱を発生し、電子機器の熱による機能不全を阻止するように冷却能力を増大させる必要性が生まれている。電子データと遠距離通信機器に必要な電気は、最新機器を動作させる設備が使用する総電力の半分を消費することがある。多くの設備は十分な電気を得る電力配給基盤を有しておらず、また新型電子機器の増大した熱出力に応える適切な冷却効率も有していない。老朽化した設備は、往々にしてその建物内の既存の電気導線システムを介して十分な電気を安全に配給できない。最新の通信及びデータ処理機器が必要とする要求に応えるような改装は、機器をオフラインとする必要なしには絶対に不可能である。設備内での適切な電力及び配給能力は、総合的解決策とはならない。機器に対して、冷却が効果なく無駄に供給された���合、高価な部品が熱により機能不全となって通信と業務の中断を招くことがある。データセンター設備を運営する多くの組織は、その既存の設備を改装（これさえも可能でないことがある）するか、または、最新の電子機器を使用できるようより良く設計されたより新規の設備へ移転して最終的にはデータセンターの全体的処理を外部委託するかの選択をなすよう迫られている。一つの長距離通信またはデータセンターから別のものへの移転作業は、非常に高くつく。この種の設備のオペレータは、より最新かつより高速の機器を利用できる他の選択肢は全くないことを理解するだろう。付随する初期投資が膨大である結果、そのデータ及び遠距離通信システムの収容及び稼働を第三者企業へ外部委託せざるを得ない企業が多い。外部調達企業もまた助力する企業と同じ欠点や不適切さを被ることから、これは多くの場合何の利益もたらさないことが分かっている。
【０００６】
データセンターの設備空間及び基盤システムを他の企業に提供する企業は、「コロケーション（co-location）」と呼ばれ、そこでは、多くの企業が、コロケーション企業が所有する機器や賃借機器を配置することができる。コロケーション企業は、豊富な電力、バックアップ給電システム、清浄な動作環境、保安対策、火災制御、熱生成電気機器を適切に冷却するために必要な冷却を含む必要な基盤システムを確実に利用可能できるようにする責任がある。ニューヨーク市のトレードセンタービルが破壊された２００１年９月１１日の大惨事の後、この状況の経済的衝撃は拡散し、枢要なデータも損失した。その結果、合衆国政府は連邦情報安全保障管理法（ＦＩＳＭＡ）が規定する一連の規制を制定した。これは、経済と国土安全保障に影響を及ぼす枢要な情報を良好に保護し、かつ証券取引所データ、航空管制システム等の輸送データや、銀行業務データ、医療データや他の極めて枢要な情報を常時入手可能とするよう保証するように策定されている。これにより、多くの新規データセンター設備が建設されるようになている。電子機器が結果的に故障してしまうという事実により、１以上のいかなる設備における大惨事においてさえ枢要なデータを確実に利用できるようにするため、他の設備内に配置され、又は国内の他の箇所に配置されるバックアップシステムが強く求められる。主システムと同じ設備内のバックアップシステムでは、洪水や火事等の大惨事が発生した場合に同時に使用不能になるかもしれない。代理機能性（redundancy）が必要であることにより、多くのデータセンターが必要となるものであり、今日、重要な通信とデータの利用可能性が妨害されないことを保証するために業界は複数のデータセンター設備を後援しなければならない。枢要な情報を確実に利用可能にするため、個々の企業が莫大なコストとエネルギー要求の膨大な増加を伴って２箇所，３箇所、４箇所またはそれ以上のデータセンターを稼働させることが、突然要請されるようになっている。工業雑誌は、実際に多くの企業が一貫したシステム信頼性と枢要な通信及びデータに対するアクセスに対する基礎を得るためには、その遠距離通信及びデータセンターの運転を移転させねばならないとの事実を文書で明らかにしている。さらに、データの安全性と利用可能性に関する懸念が増大する結果、国土安全保障の構成要素として制定される法制が、既存の処理手順や設備の費用の改変を要請することがある。新たな設備の建設には、数年を要することもある。使用可能時間やシステム信頼性は、大惨事が発生した場合、または警告なしに枢要な通信とデータが遮断された場合、瞬時にして失われることがある。新たな設備への移転や新たな機器への切り換えは、「移植」と呼ばれるプロセスである。これはそれ自体により枢要なデータを喪失し得るシステムの停止期間を招くことのある遅々とした困難なものである。いかなる理由であっても休止時間は許容できないため、企業は複数の場所のデータセンターを造って稼働させたり、そのデータ及び通信要件を外部委託するよう迫られる。
【０００７】
最新のデータセンターは、開発と建設に１平方フィート当たり１０００ドル以上を費やすことがある。制御された環境領域、特別な品質制御システム、安全確保制御、特化された電力配給、通信網及び遠距離通信ポートへの特製ケーブルレイアウト、及びリンク等を確立する特別な場所の用意が全て必要になる。時としてアクセス用床張りシステムが組み込まれる一方、他の設備では頭上に位置する結線配置を有する構造物床面上に機器を直接配置することができる。これは、データセンター設備の中核をなす。これに、特別な冷却システム、濾過、バックアップ電源、数マイルのケーブル敷設及び／又は光ファイバが付加される。流体漏れ検出センサや制御等の他の災害制御だけでなく火災抑止警告制御システムもまた組み込む必要があり、緊急冷却やさらに地震の揺れ止めが一部領域と高層建築物に要求される。最新の電子システムを作動させる設備は、１，０００平方フィートの各遠距離通信またはデータセンター床面空間ごとに２，０００，０００ドル以上の金額の機器を収容することがある。したがって、最新の特別な設備内に床面空間を配設するコストは各電子機器ラックの組み込みに必要な床面空間ごとに１０，０００ドルを上回ることがある。ラックに機器を全部設置できない場合、ラックごとの床面空間のコストはラックごとに２０，０００ドルを上回ることがある。
【０００８】
大半の企業は、設備を建設して電子機器や補助電源システムを設置する莫大なコストを超え、設備を保守して機器を最新の状態と動作可能に維持するためだけに、その後毎年新事業開設費の約１０％を費やす。この費用は、実際膨大である。そのデータセンター内に収容されている最も価値あるものについて任意の企業に質問するとしたら、彼等は通常、それは建築物でもなく、コンピュータや通信網または遠距離通信機器内でもないと回答するだろう。むしろ、最も価値あるものは、機器が提供する通信能力と、電子機器内で処理、記憶されるデータである。近代社会は、通信、通商、統治、輸送のほぼ各態様において情報依存社会となっている。向こう１０年にわたり構築されるデータセンターは、総面積において４００％増大しそうであることが、データセンター工業雑誌により指摘されている。企業や団体は、通信アクセスを保証すると共にその枢要なデータ情報が常時入手できるように、莫大な投資を行っている。
【０００９】
設備が一旦建築されると、全ての通信システムとネットワークシステム及び全てのデータ機器が有効に動作し、１００％の時間確実に利用可能とする絶対的に有効な方法は、全く存在しない。多くの企業は、１日２４時間、１週７日、１年３６５日、ずっと情報が利用可能である必要がある。データ又は通信の利用可能性を保証する目的のため、１以上の設備でのシステム動作をあるいは中断させることが起きる場合にだけ同一のデータ集合をサポートする同時並行的に動作する複数のデータセンターを確立する以外の選択肢は企業に残されていない。政府機関やマイクロソフト（Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ）やグーグル（Ｇｏｏｇｌｅ）やイーベイ（ＥＢＡＹ）やゼネラルエレクトリック（Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ）や米航空宇宙局（ＮＡＳＡ）やバンクオブアメリカ（Ｂａｎｋ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａ）等の大企業は、重大な使命を担う情報や通信要件を有しており、それぞれ数百億ドルのコストで複数の設備を後援し維持しなければならない。この問題は、他の国でも遠距離通信及びデータセンター設備を稼働させるグローバル企業にとってはさらにコストのかかるものとなる。
【００１０】
停電期間や災害が発生した場合に操業を維持するのに、しばしば重複した遠距離通信、ネットワーク化、データ処理、記憶電子システムが必要になる。一つの設備が、２，３，４基または５基もの自家用電源を有することがある。一部は、当座または緊急用途向けに設計される。他は、長期動作のための第一電源であると見なされている。加湿制御と冷却に必要な水は市から得ることができる一方、その他はバックアップとして地方自治体の公共設備を用い地下水を得ることができる。一部の企業は現在自家発電を行っており、これは公共団体から自立するため、または地方公共団体がピーク動作期間中の負荷要件に対処できるのに十分「清浄な」電力を一貫して供給できないためである。加えて、連邦法は枢要な記録の保持を保証するよう制定されてきた。個人識別と健康情報の保護は、重要な関心事である。銀行業務と輸送情報は、グローバル経済において不可欠である。一例として、乗客積み荷目録、移民及び通関記録は絶えず利用可能で、世界中でかつリアルタイムにアクセス可能でなければならない。新たな政府規制は、事業や輸送や銀行業務や警備や医療等を各州間で接続するのにデータが必要となる場合に、通信サービスの中断やデータ利用可能性の停止期間に対し罰則を規定している。枢要な企業は枢要なデータを有する。
【００１１】
このように、コンピュータデータセンターや通信機器についての方法及びシステムに対する改善の継続が望まれることがわかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第７，１１２，１３１号明細書
【特許文献２】米国特許第６，８５９，３６６号明細書
【特許文献３】米国特許出願第２００６／０２６０３３８号明細書
【特許文献４】米国特許出願第２００５／０２３７７１６号明細書
【特許文献５】米国特許出願第２００５／０１９３７６１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
空調機器からの冷却空気の放出を発熱電子機器近傍で単に行うだけでは、冷却空気の出力により所望の冷却効果を実際に提供して電子機器の熱による機能不全を防ぐことを必ずしも保証するとは限らないことが現在知られている。事実、熱源近傍での冷気の放出とその熱源の所望の仕方での効果的な冷却との間には相当の差異が存在する。例えば、図１（ａ）は典型的な「高温通路−低温通路」構成におけるコンピュータ機器に対する冷却空気の理論的給送を示す。これに対し、図１（ｂ）は給送前の高温空気と冷却空気との混合と、高温空気の再循環と、特に電子機器を冷却する公知のシステムならびに方法を用いる対処法において一般に起きる上側ラック位置での不十分な冷却とを示す。空気処理機からの冷却された空気は、しばしば取り外し可能なタイルを有する高架床面の下側に吹き込まれる。アクセス用床張りタイルを（そこに穿孔するかまたは他の排気構造として）穿孔し、かくして冷気を逃してコンピュータに冷却をもたらせるようにできる。有孔タイルから出てくるより低温でより多湿空気は環境内の一般の空気塊よりも高密度か、あるいはより重いものとなる。熱力学と重力がより低温の空気を直ちに床面へ落下させ、より暖かでより低密度の空気でもって置換させる。しばしば、有孔床張りタイルから排出される空気は床面高さ上方に数フィートを上回って上昇することが決して出来ないプルームとして排気される。この空気により冷却されるはずの電子機器筺体は、最大７フィート以上の高さとなることがある。周囲の空気よりも重いために、空調機器が供給する冷気は最低の高さに素早く沈み込む。大半の制御された環境の空間は、環境の最低部に沿って流れる極端に湿ったずっと低温の空気でもってすぐに階層化される。より低温の空気層は、発熱電子部品を収容したラックの高さの極みには達しない。より暖かな空気で置換され、これが天井近くに集積し始めることがある。異なる温度と湿度の各種層が出現し、環境内の空気塊全体を通じて様々な領域に温度の異なる階層が形成されるだろう。
【００１４】
通常、データセンターには、２，０００平方フィートの床面積当たり、１基以上の空調機器を設けることができる。多少の冷却機器に対する必要性は、システムが任意の領域において動作している電子機器が発生する熱量を適切に冷却できるかどうかにより明確に決定すべきである。発熱機器が消費するキロワット時の電気を算出するとされる算術式が存在し、それを総ＢＴＵ（英国熱量単位）の算出に用い、この計算を総冷却要件の割り出しに用いる。一般的な考えとは対照的に、現実は比較的低い設置密度の電子機器を有するより大きな制御された環境は、大量の空気の貧弱な転向を引き起こす大容積の環境であるため実質より多量の冷却を必要とする。これにより、より多くの空気移送機器が必要になり、より大量の空気を空調システムにより受容可能な状態に維持しなければならない。このことは、本発明の処理システム及び方法が提供する経済とエネルギー節約に対する決定的要素となる。空調機器は、冷却空気供給環境内へ大量の空気を押し込む。典型的な中型の空調機器は、毎分１２，０００立方フィート以上の空気流からなる流れを生成すると資料に記されている。空調機器が正しく動作している場合、その出力空気流はシステム内での濾過により浄化し、続いて冷却すべきである。空気流は、冷却過程の際に凝縮して失われた水分を取り戻すべく再加湿する必要もあろう。
【００１５】
有孔床面タイルは、空調機器からの冷却空気を熱生成機器ラックが位置する箇所の床面の上面へ配給するときに任意の量の出力流量を持たせることができる。流量は正又は負とすることができ、すなわち流出させるかまたは吸引により下位床面環境内へ流入させる。冷却空気が下位床面環境から床上環境へどの程度良好に給送されるかは、各種基盤システムを如何に上手に併せ使用するかにより決まる。一部の設置不良では、アクセス床面システム上方の空気塊からアクセス用床張りシステム下側の冷気供給空気溜り内へ暖気が吸引される。この結果は、下側の空気を上方の床面システムへ排気するはずの有孔床面内の孔を通過するアクセス床張り下側の高速空気流に起因するベンチュリー効果によって引き起こされる。従って、高速空調機器を機器に余りに近接配置することが床上環境全体の冷却効果と冷却性能とに対し極めて逆効果をもたらすことがある。一般に、有孔タイルの出力は貧弱である。大半は毎分２００〜３００フィートの流量しか有しておらず、各タイルは４平方フィートであるが、たった３０％の開放面積であり、従って４平方フィート×３０％＝１．２平方フィートが実際の流通面積となる。毎分２００フィートの流速に対する実際の流通面積１．２平方フィートの乗算＝毎分２４０立方フィートが、平均的な有孔タイルを流れる。最適な流量は、タイルごとに毎分６００立方フィート以上を超えるものとなるだろう。
【００１６】
これらの要因の結果、全ての冷却機器と冷却装置により生成される冷気の大半は一般環境内へ浪費され、実際に発熱機器を流れることはない。冷却空気は室内の暖気塊と混合する際に漫然と分散し、かくして空気塊全体は空調機器が生成する冷却空気温度を上回る温度を得る。大半の電子機器ラックは、機器ラック内の部品を通過する低空気流体積を有する。単一領域内の全ての電子部品を流れる毎分１００立方フィートの空気未満の流量は、一般的である。機器部品と回路基板上の小さなファンは、空気流を生み出すのに使用される小径の軸流ファンであるため合わせても大流量とはならない。新たな設置技術にはラック内の他の構成要素に極めて密接する近傍内への機器の組み込みが含まれ、それは空間と高価な床面空間の効果的な使用法となる。しかしながら、機器の密接近傍はさらに流れを最小化し、潜熱吸収と発熱機器が保留する熱とに加味される。これにより、これらの高密度設置はラックエンクロージャ内の熱の蓄積の結果として極めて熱関連故障しやすくなる。小型ファンにより生み出される空気流以外には、ラックエンクロージャ内部の機器周りの空気流はごく僅かとなるかまたは全く存在しないことがある。しばしば、排気された暖気は小型ファンにより部品内に引き込まれる空気により生み出される吸引が故に部品の前面側冷却空気吸入口へ流れる。これは考えられる限り最悪の環境であり、機器は既に暖められた排気空気を冷却空気吸入口を介して再循環させる。熱関連電子機器故障は、特に旧式の空調方法またはシステムが設置されているかも知れない旧式の設備ではより一般的な問題となる。旧式の設備が新しい電子機器を設置している場合、生成された熱は設備冷却システムの容量を上回ることがある。設計と構成は冷却効率における一つの要因でもあり、遠距離通信またはデータセンター機器の冷却に消費されるエネルギー量に大幅に影響することがある。空間をどのように活用するかは、冷却性能を最適化して使用可能時間確率とシステム信頼性とを最大化する上で決定的である。
【００１７】
本発明が関連する可能性がある例示的応用例として、一般のコンピュータ環境はそれぞれが多くのコンピュータまたは他の構成要素を収容した筺体列を有するであろう。筺体は、列を形成するようしばしば互いに整列させられる。エンクロージャ筺体の列は、二つの列の平行な前部が互いに対向して通路を形成するよう配置することができる。対向する機器が形成する通路からなる床面空間は、しばしば４フィート幅である。標準的な構成は一切存在しないため遠距離通信又はデータセンター内の機器位置によらずあらゆる実現可能な構成に応えるべく有用な冷却対策は融通がきくようにしなければならない。機器は、新たな機器の設置または単純な再構成に向け道をつけるべく移転させることができる。アップグレードと再構成は、安全性やまたは構造的理由についてさえ、もしくは単純に電子システムのアップグレードに向け行うことができる。空調機器の配置には加湿を提供する水源のための配管施工と凝縮水の排水がしばしば必要となるため、空調機器の再配置は大掛かりな構想が必要とされる。時として、機器は位置決めされておらず、このため対向する前面を向く列が存在し、これにより通路を形成している。一部事例では、コンピュータ筺体（ラックまたはエンクロージャとも呼ばれる）は他の任意の機器とは無関係かまたは単純に別個に存在する単一機器とすることができる。拡張と規模拡大の目的に合わせ、企業はしばしば開放空間をもって着手し、その通信及びデータ要件の成長に合わせより多数の機器が設置できるよう空間を残している。センターは、空間に関し完全に使用できるようにするのに数年を要することがある。他の設備を建設し、その設備が機器を設置する態勢が整うまで容量一杯まで充たす。いずれにせよ、日夜、年々、設備の特定容積全体が冷却対象とされ、大量のエネルギー量が冷却の生成に浪費される。新たな機器の設置は、冷却及び空気流環境が枢要な空気流パターンを新たな機器の位置として変化させられるようにする。各機器片は、環境内の空気流パターンを変える障壁となることがある。ケーブルを下位床面環境内に設置して新たな機器へ接続する場合、床面下側の環境内の空気流もまた変化する。構造の変化は、冷却性能と冷却エネルギー要件とに対し破壊的効果を有することがある。そのため、有意義な冷却対策は、冷却設備内のあらゆる有害な変化をしかるべく是正する必要がある。
【００１８】
多くの設備が組み込まれたアクセス用床張りシステムを有しており、ここで電子機器の重量を担う床面システムは台座により構造床面上方に支持される。多くの設備が環境全体を通じて空調装置からの空気流を配給すべく供給空気溜りとしてアクセス用床張りシステム下側の空間を使用する。アクセス用床張りシステムは、撤去可能なパネルを有する。一部のパネルは中実であり、孔を一切持たない。他は、下位床面環境からの空気流を可能にすべく穿孔してある。有孔タイルは通常、電子機器を収容する筺体の前部空気流吸入口側の前部に直接配置される。一部の機器エンクロージャは、空気流が流通できるようにする穿透孔付きの扉を有する。機器ラックの前部に位置する有孔床面タイルから流出する冷却空気は、その中にファンを有する各種発熱部品を介して引き込まれる、と通常考えられている。暖められた冷却空気はそこで、電子部品内の冷却ファンにより筺体の背面から追い出される。機器エンクロージャと個別部品を流れる冷却空気流の速度と体積は、往々にして極めて低いものである。しばしば，機器前部の冷却空気流はほとんど感知出来ず、空気流量計を用いてのみ検出することができる。しばしば、暖められた冷却空気が機器から排気される領域は、有孔床面タイルから配給される冷却空気よりも相当に暖められる。このことは、排気側に対向した状態で多くの筺体が列に整列配置されているときに特に当てはまる。しばしば、筺体の背面もまた平行に配列し、作業者が機器をその領域に移転できるようにする十分幅広の通路が形成されるよう対向させる。この方法は「高温通路」と呼ばれる。データセンター設計者は、この系統的な列様式構成を「高温通路／低温通路」構成（図１（ａ）参照）と呼ぶ。有孔タイルを出て行く冷却空気と床上環境との間の温度差が、最も望ましからざる環境を招くことがある。低温通路内に従えさせて機器を冷却するのではなく、有孔タイルを出て行くより低温でより高密度でより多湿の空気が床上環境空気塊の暖気よりも重いことが、ここで理解されよう。重力によって、有孔床面タイルから流れる冷却空気は床面に落下し、列間の通路の端部を無駄に流れる。有孔タイルを通過する空気が、床上環境に乱流を引き起こす。空気は仕切られていないため、一旦床面上方で放出されると、環境内の総空気体積と空気に漫然と混合させることが可能である。このことは、下降流と上昇流の空調機器を用いる全ての設備と、アクセス用床張りシステム上に位置する機器を有する設備と、機器を構造物床面上に直接配置したものにおいて問題となることが判っている。この問題は、床上空気塊と床下空気塊との間の温度差が増大したときに増大する。動いている物体は、動きを続ける傾向がある。冷却空気は、電子機器を一回でも通過して効率的な冷却を提供することなく空調機器システムに引き戻される床上空気塊へ流れる。電子機器を収容するラック上部の適切な冷却が見込めるような仕方で有孔床面タイルから流れることのない空気流が、空調機器から供給される。ここで、この条件が電子機器の背部から排出された空気がその動きの過程でしばしば機器上方またはその周囲を循環して筺体の前部へ取り戻されるようする環境を招来することが判る（図１（ｂ）参照）。その結果、機器ラックの列の端または頂部に位置する電子機器が熱関連故障を最も受けやすいものとなることは珍しいことではない。是正対策はこの再循環の発生を阻止しなければならず、環境内の位置によらず、また他の機器ラックに対する関係における位置または対向方位によらず、各ラック内の全ての部品に対し極力最低温の空気が大流量で給送されるよう保証しなければならない。有意義で経済的な対策は、再投資なしでかつ同じ列に整列された、異なる高さと深さからなる機器の配列を含む機器の任意の特定の初期構成や機器の銘柄や大きさについての要件なしでの再構成が見込めるよう十分に融通のきくものにもしなければならない。融通のきく解決策により設備の動作を中断することなく設置を見込むことができ、再配置システム部品の使用は不要となるはずである。所望の応用自在の解決策は、設備が設置されたアクセス用床張りシステムを有するか否かによらず、同様に効果的な性能結果をもたらせるようにしなければならない。融通のきく解決策は、任意の個別または組み合わせた空調機器給送方法から可能な最低温度の同様の大流量冷却空気流が供給できるようにしなければならず、下側や上側や側方の電子機器を含む機器ラックに関連する任意の単独のまたは組み合わせた位置から増大した空気流量が提供できるはずである。
【００１９】
技師による作業の大半は冷却空気流が排出される機器の背部と一般に呼ばれるものに対し実際に行われるものとなる。機器が高温の通路構成内に位置する場合、しばしばこの領域内の温度の結果として、作業するのに極めて不快な場所となることがある。サーバ筺体内をゆっくり移動する空気はまたゆっくり出て行く。多くの機器ラックには、ラック内に装着された部品を通って流れる毎分７０立法フィート未満の総流量を持たせることができる。加えて、筺体自体は放射熱が各電子部品シャーシから効果的に放散されないようにすることで、「高温ボックス」として機能させることができる。高温通路内で筺体背後での作業は、放熱ヒータ前部での作業に似ている。機器ラックを流れる低速で小量の空気流は、エンクロージャ内で生成される熱は、仮に機器が筺体内に設置されていないとしたらより低温のままとなる面に、漸次蓄熱されることが判っている。このことが、ラック全体を介して分散される潜熱が、任意の時点で部品が実際に生成する熱負荷を実際に上回る熱負荷を呈する状態を生み出す。筺体内の温度が増大する結果、空調機器はしばしばより低温の温度で動作するよう設定され、部品とエンクロージャ内の蓄熱を相殺する。そうでない場合、この潜熱蓄積はしばしば熱による部品故障に先行する。エネルギー効率の良い解決策はより多量の空気流を供給できねばならず、部品内の小型ファンが生成する冷却空気流の流路内に位置しない電子部品面へ冷却空気流を供給しなければならない。冷却空気流内の全ての面がそこで熱を放散させ得るため、発熱部品の動作温度を下げ、潜熱保留が冷却要件を増大させないようにしてより効率的な冷却が生み出されるはずである。空調機器が生成する出力空気温度をそこで上昇させ、相当のエネルギーを節約し得る。これ等のエネルギー節約冷却対策は発熱部品を介する増大した流量を用い、空調機器システムからのより低温の空気流を生成する汎用方法よりも、むしろ適切な冷却をもたらすだろう。
【００２０】
データセンター空調機器は、具体的設置環境に応じて華氏４０〜６０度の範囲の温度の冷却された空気出力を生成することができる。アクセス用床張りシステム内の設備では、空調機器が生み出す冷却空気流が下位床面空気溜りにより様々な有孔タイルへ管路を流れ、電子機器へ給送されると一般に考えられている。しかしながら、大半のアクセス用床張りシステムには通常何らかの開口が存在し、このことが床面タイルが不正確に配置されるかまたは下位床面から床上環境へ導線を通過させる空間を作るようタイルが切断してある場合に望ましからざる漏洩を生ずる。床面タイル内に刻み込まれた孔を有することは珍しくはなく、かくしてアクセス用床張りシステムの頂部の筺体の電子機器へ導線を送り込むことができる。孔は一般に導線よりも相当に大きく、それ故に冷却空気は下位床面空気溜りから不要に漏洩する。その結果、有孔タイルに供給される空気圧力と流れが極度に減ることがある。これが、今日多くの設備で一般に観察される問題である。冷却空気流が下位床面空気溜りを介して流れる際に、発熱機器が上方の床面に位置する暖かな床面から空気が熱を取り込むことがある。複数階の建物の下側の床面からの伝熱もまた、存在しよう。時として、電子機器を収容した空間の周壁内で漏洩する。しばしば、制御された環境空間は周辺や周囲の領域よりも低い空気圧力を有し、排水路や他の流路を介して扉下側の環境内へ汚染空気流を流すことが判っている。その結果、有孔床面タイルに給送される冷却空気流はしばしば空調機器が生成する空気よりも暖かいものとなる。有孔タイルを流出する時まで空調機器が華氏５２〜５５度の冷却空気流を生成している場合、空気はしばしば華氏５８度以上となるだろう。有孔床面タイルの１フィート上方の空気温度は有孔タイルを流れる冷却空気の温度よりも３〜４度は暖かく、例えば華氏６１度となることがある。有孔床面の３フィート上方の高さにおいては、温度はさらに３〜４度暖かく、例えば華氏６５度となることがある。有孔タイルの６フィート上方では、温度は一般に華氏７０度を上回る。床上環境内の一般の空気塊は、しばしば華氏７２度となる。これは、しばしば電子機器の冷却空気吸入口に流入する冷却空気の温度であることが判っている。熱関連部品の故障が増大することにより、この既知の給送方法は極めて非効率であることが判っており、空調機器が生成する極力最低温の冷却が発熱電子機器を通る流れへ実際に供給されるよう保証はしない。既存の方法では、床上空気塊に共通するより暖かな空気とまず混合することなしに、有孔タイルから流れる冷気で発熱機器を通る冷却空気流を供給することができない。さらに、一般に使用される冷却方法では、空調機器からの流路に沿う冷却空気流体積の相当に望ましくない損失を防ぐことができない。
【００２１】
一般に、遠距離通信とデータセンター設備において一般的な床上空気塊温度は華氏７２度であることになる。空調機器の吸入口は、大半の環境において床上環境内の一般の空気塊と同じ温度の一般の空気塊から空気を受け入れる。データセンター環境は一般に、相対湿度４０％を上回るものの相対湿度５５％を下回る相対湿度を床上環境内に有するよう構成される。床上空気塊内の相対湿度が平均５０％の相対湿度となることを見いだすことは、ごく普通である。空気が空調機器の熱交換冷却部を通過する際に、排水口に排出される滴下パン内に液体を捕捉することで通常処理される凝縮の形で空気は水分を放出することができる。床上空気塊内に一貫した相対湿度を提供すべく、凝縮に起因する冷却空気流から失われる水を取り戻さねばならない。追加の加湿は、しばしば空調機器内の加湿部により提供される。加湿部は、高エネルギーランプや他の加熱方法を水に対し用い、しばしば汎用ユーティリティや時として井戸から水を供給する加湿トレイから蒸発させることができる。除湿と再加湿のこの周期は、広域温度差すなわち空調機器の吸入温度と排出温度との間のΔＴの浪費の結果となる。加湿ステップは大量の電力を必要とし、数ヶ月、数年にわたる消費電力は莫大である。より経済的なシステムは、空調機器の入力と出力の温度差を低減することで必要な加湿量を低減するはずである。加湿の必要性は、空調機器の入力と出力の温度差が低減されるにつれて相応に低減される。このような加湿要件の低減により、相当のエネルギー節約が生み出されるだろう。
【００２２】
有孔タイルから排出される冷却空気流の流路は、大半の設備で不規則である。その結果、冷却空気は結果的に床上環境の空気塊内の暖気と混合する。典型的なデータセンターでは、この環境は華氏７０〜７２度に保たれる。これが平均的温度モデルであると仮定すると、発熱電気部品が冷却用に華氏７２度の空気を取り込んでいるものと見積らねばならない。典型的なデータセンター空間は、下位床面空気溜り内に１２〜２４インチの高さを有する。天井間仕切りすなわち構造物天井までの床上高さは、１０フィート以上である。多くの設備では、これは大立方体積の空気塊に相当する。下位床面と床上の空気塊は、共に機器へ冷却空気流を供給するのに用いられる。大半の通信及びデータセンターにおいて、部屋または設備全体が冷却空気供給空気溜りとして機能する。例えば、長さ２００フィート×幅２００フィートの制御された環境空間は、４０，０００平方フィートの床面積を有する。構造物床面を高さで１３フィート上回る天井間仕切りの場合、設備は５００，０００立方フィートを上回る空気塊容積を有することになる。しばしば、一基の空調機器は１５００〜２０００平方フィートの床面空間ごとに組み込まれ、このことは冷却空気流を供給するのに最低で２０基の空調機器が存在することを意味しよう。文献では、典型的な大型設備の空調機器は、機器が正常に稼働しているときに下位床面空気溜り環境内へ毎分１２，０００立方フィートの平均体積流を生成できることを示している。典型的な２０基の空調機器が同時に稼働して同一環境に冷却空気を供給している場合、これは典型的な総計２４０，０００立方フィートの冷却空気流が全ての空調機器により毎分生成されていることを意味しよう。この大きさの設備は、組み込まれた機器の多数のラックを有し得る。全ての発熱電子機器を流れる空気の実際の体積を計測すると、毎分２０，０００立法フィート未満であって、実際の冷却潜在能力は空調機器が生成する最低温の空気流量の１０％未満であることに気づくことがある。ラックの吸入口の平均温度は、７２度である。発熱機器吸入口内へ流れ込む冷却空気の温度は、しばしば空調機器吸入口に吸入される空気の温度又は同値に極めて近いことが判る。これは、空調機器により生成される冷却温度が冷却空気流へのより暖かな空気の混合に起因して大部分が失われることを意味する。エネルギー節約解決策は、冷却空気流が既存空間の空調機器から流出する空気の温度か又はこれにほぼ近い温度で給送されるよう保証できるようすべきである。現在利用可能な冷却解決策は、どれもこれが果たされる保証をしていない。冷却効率を最大化するため、エネルギー節約解決策は空調機器が生み出す大量の空気流が床張りシステム内の漏洩を介する圧力又は体積の損失を伴うことなく発熱電子機器へ直接流路案内されることを保証するはずであり、電子機器内の冷却ファンが生み出す流路内に位置する面以外の流路中の発熱部品を介するかまたはその周囲に大量の空気流を生成することで冷却成果を最大化するはずである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
一態様では、本発明の代表的実施形態はコンピュータデータセンターや通信機器の冷却に用いる電気の消費を低減する省エネルギー方法を提供し、その方法は被冷却環境の容積の低減と、被冷却環境の低減された容積を通る冷却空気流の制御と、を含む。
【００２４】
別の態様では、本発明の代表的実施形態はコンピュータデータセンターと遠距離通信機器の冷却に用いる電気の消費を低減するシステムである。このシステムは好ましくは、機器を囲繞する低減容積の被冷却環境を画成する少なくとも一つの間仕切りと、容積低減被冷却環境を介する冷却空気流を冷却する手段と、を含む。
【００２５】
別の態様では、本発明は電子機器用の冷却システムであり、このシステムは少なくとも一つの電子部品へ冷却空気を給送する略気密なエンクロージャと、略気密なエンクロージャへ冷却空気を給送する手段と、略気密なエンクロージャ内の少なくとも一つの電子機器への冷却空気の流れを制御する手段と、を含むと好ましい。
【００２６】
別の態様では、本発明は電子機器用の冷却システムである。この冷却システムは好ましくは、電子機器に冷却空気を給送する低減容積内部被冷却環境を画成し、外部空気と冷却空気との混合をほぼ阻止するエンクロージャを含む。この冷却システムは、低減容積被冷却環境を介する冷却空気の給送を制御する手段もまた含むと好ましい。
【００２７】
別の態様では、本発明は電子機器の冷却に使用されるエネルギー消費を低減する方法である。この方法は、低減容積被冷却環境を画成するエンクロージャを配設するステップと、低減容積被冷却環境へ冷却空気を給送するステップと、電子機器の第１の側から電子機器の第２の側にかけて差圧を生成し、電子機器の表面を横切る冷却空気流を生み出すステップと、低減容積被冷却環境から電子機器への冷却空気の給送を制御するステップと、を含むことが好ましい。
【００２８】
代表的実施形態では、本発明のシステムと方法は改善されたエネルギー使用効率をもたらし、電力利用の結果として熱を発生する重大な使命を担うデータコンピュータシステムや遠距離通信及びネットワーク機器に不可欠の冷却を提供するものである。本発明の例示実施形態は、機密情報システムへの物理的近傍アクセスを制限することで保安システムとして機能させることもできる。本発明の例示実施形態は、全ての機器が生み出すノイズレベルと本発明を使用し得る環境に共通する空気流ノイズを大幅に低減することでノイズを抑圧するよう動作させることもできる。
【００２９】
本発明のさらなる代表的実施形態を用い、振動が機器を動かしたり、場合によって倒壊させることのある設備内に配置させ得るコンピュータ室内で使用する背が高く重い機器筺体のための安定した揺れ止めを提供することができる。この目的のために実施形態を用いることができる例としては、地震が潜在的な振動を引き起こし得る地震活動を伴う領域に位置するデータセンターや、軍艦等の航洋船内に配置されるコンピュータや、大暴風雨研究や査察航空機等のコンピュータシステム搭載航空機が含まれるが、これらに限定されない。
【００３０】
本発明の例示実施形態は、吸入による危険を呈さず、放出前に蒸発して気化により冷気を生じさせて、電子機器の冷却に望まれる任意の温度での一貫した大流量の液体が、熱による機能不全を防止するのに一定の冷却を必要とする発熱電子機器の連続動作に対し任意の所望温度を維持するのに十分な量で約束されるようにする窒素やガス等の被圧縮液体ガスを給送することで液体給送をもたらすのに役立たせることもできる。本発明の例示実施形態は、火災の場合に火炎の広がりを制限する間仕切りとして役立たせることで火災制御システムとして機能させることもできる。
【００３１】
本発明の例示実施形態は、火を消すことができるように、吸入による危険を呈さず、放出前に蒸発してもしなくてもよい、火災抑圧流体として役立つ窒素やＦＭ−２００や他の材料等の消火流体の給送を用いることができることが好ましい。本発明の代表的形態はこの目的のために適当なガスを用い、窒素等の消火成分がそれ自体で抑圧法（suppression method）による粒子でもって環境汚染しないよう、また緊急対応する人間や電子システムの技師に対しリスクを課すことのある腐食や電気的短絡により機器を損傷することのあるどんな流体も供給しないことができる。加えて、空気中でのガス混合が既に大半が窒素であるために、空気雰囲気内への気化窒素の吸入濃度による極端な人的健康障害は皆無である。
【００３２】
本発明の例示実施形態はまた、汚染の結果として故障しがちとなる敏感な電子機器への風媒性土壌の堆積を防止する汚染制御もまた提供する。本発明は、未知のまたは望ましからざる源泉から電子機器を介して空気が流れるのを阻止する。本発明の好適な形態は、適切に濾過され所望温度で加湿された大流量の空気を供給するよう設計された空調システムから、適切に制御された温度と湿度の所望の清浄な空気だけを電子機器を介して流せるようにするものである。
【００３３】
加えて、本発明の例示実施形態は冷却調整を必要とする空気量を最小化し、同時に電子機器を冷却する空気流量を増大させる。増大した流れはいかなる源泉からの漂積物も電子機器の内部に積もらないようにすることにより、敏感な機器内部の漂積物の汚染関連短絡または凝集に起因するシステム機能不全の可能性をさらに最小化することが好ましい。凝塊形成は漂積物を凝集させて大きな往々にして導電性の漂積物を形成し、これがコンピュータ冷却ファンに取り込まれ、流動効率を損ない、さらに悪くはファンの動きが停止する時点までファンを妨害することがある。漂積物の凝塊形成の除去は、発熱部品の電気的短絡や絶縁の可能性を低減することできる。
【００３４】
本発明の例示実施形態は、重大な使命を担う機器を稼働用に収容した重要な環境領域を有する特化されたデータセンター及び遠距離通信設備の極めて高額の不動産ならびに設計に関連する建設費の活用を最適化する。最新の電子機器は、旧式のシステムよりもずっと多量の熱を発生する。現在、コンピュータシステムはたった３、４年前の技術水準であったシステムのエネルギーの２０倍、３０倍を用いる。これらシステムは、電力消費の結果として、相当の、より多量の熱を発生する。この新たなシステムは大量の熱を発生し、企業は空気を冷却流体として使用するシステムの熱関連故障の防止が困難であることに気づいている。冷却に費やされる電気が、この種の設備が使用する電気エネルギー全体の大部分である。冷却に必要な電気は本発明のシステムと方法により劇的に低減され、既存の空調システムの冷却性能全体を増大させることになる。
【００３５】
各種レベルに分割されるために一貫した冷却を提供しないコンピュータ環境内の雰囲気の層状構造により、冷却が大きな課題となることが判りつつある。より高密度でより低温の空気による置換のために上昇するより高温の空気を用いることで、機器筺体の最上部はしばしば冷却をもたらす十分低温の空気流を持たず、かくして機器筺体の頂部はしばしば空のままとされる。これにより、設備の動作過程で必要となるかもしれない全てのコンピュータを収容する上で適切な空間を提供するために、より多くの筺体、ひいてはより多くの面積のデータセンターが必要となる。本発明の例示実施形態は、冷却空気の層状構造を取り除くと同時に、非所望の源泉からのより暖かい空気との混合によって最低温の空気源が希薄化してしまうことを防ぐ。混合と成層を排除し、機器エンクロージャ内の全ての高さへの均一温度の極力最低温の空気流を供給することで適切な冷却を提供し、これによってエンクロージャに電子機器を全て設置できることにより、筺体と床面空間の利用と不動産の全体的利用とを最適化することができる。より小さな冷却された環境占有面積の使用を可能にすることで、必要な冷却はより少なくなり、その環境内の空気転向を何倍にも増倍させることができるので、より少ない元手の投資しか空調装置の購入に必要なくなるため、さらに金銭及びエネルギーの節約がもたらされることによって、これらのシステムの作動にエネルギーは一切必要なく、機器の保守に修理費用を背負い込むことはなくなる。
【００３６】
これにより、全体的に良好な室内及び室外環境が規定される。これは、多数の即効的かつ長期の利点を有し、自然環境を損なうことはなく、むしろ自然資源の保存に役立つ環境的に責任のある解決策となる。このシステムは、室内と室外の両方のノイズを低減する。その利用により、空調処理に関連する望ましくない副産物、すなわち付加された有毒化学物質を処理しなければならない目障りな冷却塔を含む副産物を低減する。レジオネラ・ニューモフィラ、バクテリア等の感染性汚染物質、または冷却機器内の湿った領域内で感染し成長して保守点検技師等の人員に健康危害を及ぼす糸状菌等の有害な病原体の発症等の、ありうる健康危害は低減される。本発明の活用により、電動モータの動作により生成されるスモッグの一因となるオゾンの排出が低減されることになる。本発明のシステムと方法は、設備の固有のレイアウトや構成及び環境内の機器配置に従って望ましいものとできるあらゆる構成において用いることができる。他の冷却や空気流改善は、環境内の機器が多くの状況において実用的で安全でないかまたは動作目的にとって望ましくないかもしれない特定の位置に配置されるときにだけ有効にでき、または使用することができる。本発明のシステム及び方法の例示形態を特注様式にて構成することにより、任意の所望の配置に対応させられるようにするとともに、使用によりもたらされる便宜的動作特徴が任意の数の機器エンクロージャをサポートできるようにすることができる。
【００３７】
他の冷却及び流動制御装置は、装置により供給されまたは管理される空気流の具体的場所に合わせ設計する。本発明のシステムと方法は、特に本発明の下側や側方や上方から到来するかどうかに関し、空調された空気流の源流箇所によらず、全て同一の恩恵的特徴を提供することができる。本発明のシステムと方法は、空気吸入口または空気出口又はその両方のいずれかと、筺体の上方又は下方を含む電子機器筺体の他の任意の側に組み込むよう構成することができる。本発明のシステムと方法を利用することで、流れの方向が統御でき、筺体を流れる入力及び出力の両方の空気流を制御して所望の場所または環境との間で再循環させることができる。本発明の例示実施形態は、本発明システムを機器筺体の吸入側に組み込んだ時に、保守点検技術者等の人間が完全にその内部と存在できるようにし、本発明の有益な特性を一切妨げることなく機器を保守点検できるようにする。
【００３８】
本発明の例示実施形態は、筺体上の空気吸入口前部の領域を封じ込めることにより、全てサーバ筺体を介して、床面からの空気を筺体内の機器の各部材内と周囲とへ流し、これによって、より多くの高温面が冷却されるようにしなければならない。
【００３９】
本発明システム及び方法の有効性は、例示応用例を参照することで理解することができる。
・それぞれ華氏約５１度の温度で冷却空気を生成し、それぞれ毎分１２，０００立方フィートの流量（ｃｆｍ）を有する２０基（２０００平方フィートに１基）の空調機器付きのデータセンター環境内の華氏７２度の平均空気温度。
・各列構造内に配置された１０基のコンピュータ筺体。
・４つの「低温通路」と、３つの「高温通路」（背面どうしを対向）と、を形成するよう構成された、各列１０個、８列の筺体。
・低温通路は幅４フィート（二つの床面タイルの幅）であり、低温通路内には１０枚の有孔床面タイルが存在する。
・各有孔床面タイルを流れる毎分３２０立方フィートの平均的気流体積。
・これにより、機器ラックに隣接する各冷気供給チャンバは、下位床面からまたは他の任意の冷気源または流入位置からそこに流入する毎分３２００立法フィートを有するはずである。
・冷気供給チャンバ内へ流れる空気温度は、約５１度である。
【００４０】
これらのパラメータに従う本発明の例示実施形態を用いることで、冷却装置からの空気は床面下側の下位床面空気溜り領域内にごく短時間だけ止まることになる。増大した流動効果があることで、空気が下側床面環境内に留まる時間がより少なくなるので、その領域から熱を奪わないことになる。これにより、華氏５１度の空気流が空調機器により生成されたとすると、その空気は華氏５１度又はそのごく近傍の温度、すなわち空調機器の出口の空気の空気温度で有孔タイルへ素早く給送されるはずである。設備の一部か、そうでなければ本発明の構成要素から構成できる、電子機器エンクロージャからの熱が機器エンクロージャの冷却空気吸入口内に一切導入できないようにする仕方で構成することのできる屋根や天井等の覆いを用いた通路への橋懸けを含め、冷気供給通路を完全に封じ込めることで、空調機器が供給する冷気が差圧を生みだし、ここで低温の空気設備しか持たない領域は封入領域外部の他の領域とは対照的に被冷却空気の流入結果としてより高圧の圧力を有することになる。エンクロージャ外部の領域は空調機器上の戻り空気吸引口が生み出す吸引から生ずるより低圧の圧力を有するはずであり、それによって冷却空気供給通路へ供給された冷気が文字通りコンピュータエンクロージャ内の全ての隙間を介して吸引されるはずである。吸引がなかった場合でさえ、冷却空気はエンクロージャ外部の環境に比してエンクロージャが控えめに加圧された際に逃避するのに一方向しか持たないはずである。下位床面からの流入の結果として圧力は一定であるため、空気は通路の二つの長辺側を作り上げるコンピュータ筺体を流れる毎分３２００立法フィートのレートで押し込まれる。各列に１０個の筺体を用いることで、層状構造を用いることなく華氏５１度又は極めてその近くで空気が各筺体へ給送され、各筺体を通る流れは１５０ｃｆｍを上回るはずである。増大した流量と改善された冷却性能の結果として、機器はより低温で動作するはずである。機器を通過する空気はさほどの熱を奪うことはないので、冷却環境を低減して増大することを相殺することができる。
【００４１】
機器を動作させることで溜まる熱は相当に削減されるはずであることが重要である。事実、より低い温度差により冷却装置を動作させることが可能である。これは、機器の元手コストだけでなく電力と保守管理もまた指数関数的に節約できる。一例として、データセンターは冷却装置を６８度で動作させ、依然として電子機器内へ流入する空気を本発明のシステムと方法を用いることなく筺体吸入口で得られる先の７２度よりも実際にずっと低温とすることを保証するよう選択することができる。空気をさらに１７度冷却するのに必要な追加のエネルギー消費を排除することにより、空気の冷却コストは削減されるはずである。ラック内の温度は、華氏２０度以上低温とすることができる。
【００４２】
本発明の例示実施形態からの潜在的利点には、下記が含まれる。
・冷却システムの稼働が、５０％超削減される。
・圧縮機と冷却塔の使用もまた、低減されるはずである。
・高価な不動産を、最適容量に合わせて活用することができる。
・筺体に高密度設置に通常関連する熱問題を伴うことなく最大容量まで填め込む、すなわち「設置」することができる。
・最新の通信とデータ機器の稼働と冷却が出来ないはずの設備が、ここで熱による部品故障を伴うことなく最新の電子機器を活用できるはずである。
・使用可能時間信頼性に向けた根拠を提供することができ、あるいは不可能なはずの意思決定及び規模拡大案に対する根拠を提供することができる。増大したシステムの利用可能性と稼働性能は、本方法の活用に直接由来する。
【００４３】
典型的なデータセンターは、容量の半分未満が填め込まれた筺体を有する。これは、不動産コストと土地及び基盤コストの外に建築するのに１平方フィートごとに１０００米ドルかかる構造もまた低減し得ることを意味する。典型的な４０，０００平方フィートのデータセンターは、１年で１．５億米国ドル超の電気を使用しよう。しばしば、使用する全エネルギーの約半分すなわち７５０，０００米国ドル相当のエネルギーが非効率的な冷却方法及びシステムの稼働用に用いられる。それは、冷却するだけで毎年１平方フィート当たり１８．７５米ドルに相当する。本発明のシステムと方法の代表的実施例を適切に適用することで、節約を指数関数的とし、かくして同一設備が冷却するのに現在のエネルギー価格で毎年１平方フィート当たり５．００米国ドル未満しか必要なくなる。本発明のシステムと方法は、冷却時に節約される金銭にすぐ寄与させることができる。この種の典型的な設備に対する節約は現在のエネルギーコスト換算で毎年４００，０００ドル超となることがあり、より良好な冷却もまた提供するはずである。
【００４４】
全体的な電力消費がより低いことにより、またバックアップ及び補助電力システム（発電機）投資が最小化できるようになる。電池バックアップシステムは絶えず充電しなければならず、可動部分に潤滑をもたらし、燃料システムと排気システムを洗滌すべく、発電機を定期的に作動させねばならない。発電機は通常、燃料として高価なディーゼル燃料やガソリンや天然ガスを用いる。中断させられない電源電池アレイ内の電池は、その有効寿命が尽きた後交換する必要がある。不適切な処理により、水に有毒な鉛を配給することがある。全ての電池は充電期間中にガスを放出する。電池の有効寿命の終末に近づいている場合には過充電が発生することがあり、電池は過熱されて、設備や電子機器や人間に対し危険な有毒蒸気を放出することになる。本発明の代表的実施形態は、これらシステムの要件を最小化でき、さらに潜在的な金銭及びエネルギーの節約利点をもたらす。
【００４５】
本発明のこれら及び他の態様や特徴や利点は、図面と本願明細書の詳細な説明とを参照することで理解され、特に添付特許請求の範囲に指摘した各種構成要件との組み合わせにより了解されよう。図面の前述の一般的な説明と後記する簡単な説明及び本発明の詳細な説明は、本発明の例示であって好適な実施形態の説明であり、特許請求の範囲記載の発明の限定でないことは、理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】（ａ），（ｂ）は、それぞれ一般に従来公知の冷却システム及び方法から生ずる理論的に理想化した処理と、実用上の実世界の現実の処理とを示す図である。
【図２】本発明に係る冷却システムの一実施例を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る冷却システムの一実施例の断面図と空気流線図である。
【図４】本発明に係る冷却システムの他の実施例の一部断面図と空気流線図である。
【図５】本発明に係る冷却システムの他の実施例の一部断面図と空気流線図である。
【図６】本発明に係る冷却システムの他の実施例の一部断面図と空気流線図である。
【図７】本発明に係る冷却システムの他の実施例の一部断面図と空気流線図である。
【図８】本発明に係る冷却システムの他の実施例の一部断面図と空気流線図である。
【図９】内部電子部品の代表的設置を示す本発明に係る冷却システムの他の実施例の部分断面図における詳細な正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
本発明は、本開示の一部を構成する添付図面に関連させて下記の本発明の詳細な説明を参照することにより、簡単に理解することができる。本発明は本願明細書に記載し、かつ／または図示した特定の装置や方法や条件やパラメータに限定されない。本願明細書に使用した用語は実施例によって特定の実施形態を記述する目的のみに合わせてあり、特許請求の範囲記載の発明を限定する意図はないものであることを理解されたい。また、添付特許請求の範囲を含む明細書に使用されるように、単数形式「一つの（ａ，ａｎ）」や「その（ｔｈｅ）」は複数を含み、特定の数値に対する引用は、文脈がそれ以外を明確に指示していない限り、少なくともその特定の値を含む。範囲は、本願明細書では「略（ほぼ、約）」または「おおよそ」一つの特定値から及び／又は「略（ほぼ、約）」または「おおよそ」別の特定値までと表現することができる。この種範囲を表現すると、別の実施形態は前記一つの特定値から及び／又は前記別の特定値までを含む。同様に、先行する「ほぼ」の使用により値を近似表現した場合、特定値が別の実施形態を形成すると理解されるだろう。
【００４８】
本発明のシステム及び方法の例示形態により、熱を生成する電子機器が設置されたコンピュータデータセンターや遠距離通信環境において、熱に敏感な電子機器を適切に冷却するのに必要なエネルギー量が大幅に低減できるようになる。電子機器は通常、ラックと呼ばれる機器筺体またはエンクロージャに設置される。冷却された空気は、多くの給送手段により空気を供給して機器を冷却するよう特化された空調システムから供給される。冷却空気を供給する一般的な方法は、アクセス用床張りシステムと呼ばれる高架床張りシステムを活用することである。床面は、縦通材を合体させてもさせなくてもよい台座上に持ち上げられている。支柱と縦通材が、構造的に適切な材料から作成される任意の数のタイルを支持している。タイルは肉厚約１インチである一方、幅２フィート、長さ２フィートである。空調システムは、取り外し可能なタイルを有する床張りシステム下側の領域へ冷却空気流を供給する。冷却したい個所には、例えば穿孔またはルーバー付きとした任意数の換気口を持たせることのできる特別な床面パネルを取り付ける。冷気は、下位床面と呼ぶ持ち上げられた床面の下側の領域から流れる。下位床面領域全体は各種場所に冷却空気を供給する給送空気溜りとして機能するため、一般に下位床面空気溜りと呼ばれる。既知のシステムでは、冷却された空気が有孔換気タイルを床上環境へ一旦流出すると、冷却された空気が共通のデータセンター環境内のより暖かい空気とすぐ混合し始めてしまい、床上環境内の一般的にずっと暖かな空気内へ希薄化した冷却空気が分散されてしまうため、この空気は冷却にはより役立たないものとなってしまう。
【００４９】
本発明の例示実施形態は、冷却空気を供給する空気溜り全体の大きさを低減し、熱を生成する電子機器の冷却用に、冷却空気は空気溜りを介して供給される。現在用いられている冷却方法は一般に大半が空調装置を使用しており、繊細な機器が稼働しているデータセンター環境全体を冷却している。通常、機器はこれらの環境内に機器を保持するのに一般に用いられるラックエンクロージャまたは他種の筺体の内部に配置される。ラックエンクロージャは、他のより低温の環境内に高密度の熱源を作り出す。ラックは、放射分配により適切に放熱することが出来ない。エンクロージャ内の中心の温度は、金属を蒸発させるのに十分高い温度に達することがあり、これによりまたシステム部品の機能不全を引き起こすことがある。
【００５０】
データセンターの環境全体を冷却するために一般に用いられる方法は、環境内の利用可能な冷却空気流が妨害されるのを制限しようとするものである。空間全体は同じ空気供給源を共有しているため、一般には冷却空気の利用可能性は環境全体を通じて同じであると考えられている。残念であり意外なことに、これらの以前受け入れられていた冷却に関する考え方には不備があり、非効率的かつ高価であることが判っている。これは、（ｉ）実際の空気流は予め想定された理想的な空気流パターンに従わないためであり、（ｉｉ）冷却対象の空気量全体が極めて大きく、このような量の空気を適切な低温に保つには電気エネルギーの過度の使用が必要となるためである。これまで知られている冷却方法は、濾過され冷却され、あるいは空調されて供給された空気と、発熱する機器から排出された被加熱空気との混合を阻止はしない。これとは対照的に、本発明の例示実施形態は、機器筺体の冷却空気吸入口を完全に仕切るよう構成することにより、空調機械からの被加圧供給冷却空気をいかなる暖気とも混合しないようにしながら、次に冷却する必要がある機械を介して大量に押し込むよう構成することのできる間仕切りを用いる。
【００５１】
適切な冷却なしでは、コンピュータは過剰な熱のため警告なく機能不全に陥ることがある。多くのデータセンターと遠距離通信設備は、熱による機能不全による機器故障を伴う問題に遭遇している。このことは、より最新の高速コンピュータが旧式のシステムよりもずっと高温で動作する設備の場合、特に当てはまる。本発明の例示実施形態は、電子機器の高温面に給送される冷却空気量を指数関数的に増大させる。空調システム吸入口からの吸引により、本発明の冷気空気限定供給チャンバ外部の領域は減圧される。この減圧は、本発明で作成された冷気のみの空気溜りチャンバから冷気空気流を吸引するよう働く。このようにして、空調システム上の強力なモータの双方が仕切られた冷却空気の空気溜りを加圧し、一方で同時に仕切られた暖気戻り空気溜りを減圧する。いかなる既存の方法も、これらの強力なモータをこのように用いることはない。
【００５２】
本発明の例示実施形態では、空調装置の全出力流までのどの部分でも、データセンター内のどこにコンピュータ機器の冷却空気吸入口があるかに関わらず直接供給することができる。データセンターは平均して、エネルギーの収支を消費する熱を発生する機器の冷却に使用されるエネルギー全体のうちの大きな割合を使用する。現在の冷却方法は、データセンター環境全体がコンピュータ機器へ冷気を供給する導管として用いられるために、暖気が冷却空気と混合してしまう。典型的な環境にあっては、空気冷却装置から冷気が上方床面環へ流れた後で確実にコンピュータ機器を流れるようにする方法は存在しない。
【００５３】
本発明は、冷却空気の空気溜りの全体積を最小化するので、冷却空気は冷却装置からコンピュータへ素早く流れる。コンピュータ領域用の空気冷却システムは可能な強力なモータを有する。コンピュータの入力側はエンクロージャへの壁として機能し、エンクロージャは空気溜りにより空調システムの出力と直接連通する。空調装置は、共通空間環境から吸入空気を引き込み、この空間環境は本発明により冷却空間供給システムから仕切られている。このことにより差圧が生ずる。この差圧は、人間にとっては決して不快ではない一方、吸入空気を空調システムへ供給する戻り空気溜りのより低圧が引き起こす真空効果の結果として、コンピュータ筺体を通過する流れを大幅に増大させることになる。
【００５４】
ラックに隣接する冷却空気供給チャンバ内の昇圧された圧力と、電子機器に供給される大流量の冷却空気との組み合わせは、コンピュータ機器の出力側から空気を吸引する空調装置により生み出される吸引によって高められる。本発明では、空調システムが供給する冷却空気と暖気の混合を防止するため、コンピュータへ供給される冷却空気の温度は常に得ることのできる温度と同じく低い。これにより、必要な空調機器の数がより少なくなるので、冷却機器とエネルギーコストが大幅に低減可能となる。冷却空気のスループットが増大するため、コンピュータシステムはあるいは得られるかもしれない温度を上回る冷却空気によって、適切に冷却することができる。
【００５５】
コンピュータを通って流れる空気の体積は倍加させられるため、コンピュータ機器を出るときはさほど暖かくはない。これにより、空調システムへ戻る入力空気を十分な出力温度まで冷却するのに大量のエネルギーを必要としなくなる。大半の電子機器部品は、機器内の幾つかの発熱面を横切って少量の空気を動かす、１以上の直径数インチの小型軸流冷却ファンを有するだろう。本発明において、既存の冷却方法をも用いずには十分に冷却できないかもしれない最新の高密度サーバを稼働できる程の適切な電力を有する設備は、既存の冷却方法を用いることができる。本発明は、空気が温度の異なる複数の層へ分離される空気層状構造により引き起こされる冷却問題をも取り除く。空気が温度層内に蓄積すると、高密度の冷却空気は常に底部にあるが、高温の表面は環境内において冷却空気を給送できるよりもしばしばずっと高いところにある。この問題の結果として、エンクロージャ頂部に近い機器は不十分な冷却が原因で故障することがあるため、データセンターはコンピュータエンクロージャを最大収容能力まで収容することはない。
【００５６】
データセンターは、建造と保守に費用のかかる構造体である。既存の冷却方法と異なり、本発明は空調機器から給送される冷気をデータセンターや被制御環境の任意の領域の任意の電子機器へ、機器エンクロージャ内の高さによらず直接給送できるようにする。本発明は、エンクロージャを完全に充填できるようにし、エンクロージャ内に設置された各サーバに対し同一温度と冷却空気流をもたらすことができる。本発明を組み込んだ例示システムの設置は極めて高速であり、コンピュータの稼働を全く中断することなく一人の人によって達成することができることが好ましい。通常、本発明は既存の設備基盤には何らの変更を必要とはせず、追加の配管工事も一切必要とせず、追加の電源や追加のエネルギー消費を全く必要とせず、耐荷重構造を補強する必要は通常ない。
【００５７】
一部の既存システムと異なり、本発明を用いることにより、異なる種類のエンクロージャ内のサーバを停止または再装着する必要が」通常なくなる。これにより、いかなるデータセンターの処理も、設置の間に一切中断する必要がなくなる。電気に関する必要条件は、本発明を設置してすぐ低減されることになる。空調装置からの冷却空気を必要とする全てのコンピュータ機器に対して本発明を適用することにより、圧力が増大すると同時に流れが全ての機器に供給される結果、冷却性能全体が実際に増大することになる。この結果、たとえ冷却用に供給される冷却空気の温度を増大されるかもしれないとしても、室温全体は低減されることになる。これにより、エネルギー節約は増大する。
【００５８】
本発明の例示実施形態は、他の冷却対策よりもコストを要せず、極めて迅速に展開させることができる。本発明を適用する上での投資費用への見返りは、幾つかの形態で、すなわち故障が低減されるための使用可能時間信頼性や、大幅に低減された冷却エネルギーコストや、より良好なデータセンター空間の使用や、機器をもって環境に設置する低減されたコストや、空調装置と保守点検の低減されたコストによりもたらされる。
【００５９】
本発明の例示実施形態は、好ましくは壁としても機能する隙間ゼロの目隠し扉システムを構成するので、他のシステムが出来ない場合に設置することもできる。この特徴により、任意の機械位置または構成において使用することができる。利用可能な他の冷却システムと異なり、本発明のシステムはコンピュータシステムを通路または列構成に配置することまでを要求はしない。任意の銘柄のコンピュータ機器と任意のコンピュータ機器の混合または様々な高さの異なる製造業者からのエンクロージャと共に用いることができる。本発明の例示実施形態は、単一のコンピュータから任意の大きさの機器混合まで、任意の構成またはレイアウトのコンピュータ機器と共に用いることができる。
【００６０】
本発明の別の特徴は、例示実施形態において物理的アクセス保安対策が提供できる点にある。連邦法は、銀行、保険会社、クレジット機関、その他の多数のデータセンター設備に厳格なアクセス保安対策プロトコルを遵守するよう求めている。本発明の例示実施形態は、冷却の提供のため、または他の目的に合わせ、間仕切り、アクセス保安対策またはこれら両方を提供する場所を環境内に組み込むことができる。
【００６１】
本発明の例示実施形態は、各種の異なる構成で用いることができるので、冷却空気が下位床面空気溜りから供給されるか、天井の供給源や側方から供給されるかによらず、任意の構成のデータセンター内で同じ結果を得ることができる。本発明の例示実施形態による冷却システムは、パネルまたは目隠し壁や扉を支持するフレームとして使用するのに適したアルミニウムや他の金属または構造材料で出来たフレームを有することが好ましい。このフレームには、パネルや扉や所望の使用または設置状況に適した任意の材質の他の間仕切り構成要素を取り付けることが好ましい。扉と目隠し壁には、特化された識別照合装置を含む保安ロックまたは他の所望の保安対策装置を随意選択的に取り付けることができる。
【００６２】
図２は、本発明の方法を実施する冷却システム１０の代表的一例の斜視図を示す。１以上の側壁パネル１２、および１以上の屋根パネル１４が、好ましくは１以上の枠組み要素１６に装着されて１以上の間仕切り１８を形成することにより、封止された空間すなわちチャンバ２２を囲繞する略気密なエンクロージャ２０を画成し、その中に電子コンピュータ及び／又は遠距離通信機器２４が設置される。本願明細書に使用するように、「気密」エンクロージャとは、外部環境から十分に切り離されてエンクロージャ（通常、圧力が高い領域）の内容積と通常動作時の外部環境（通常、圧力が低い領域）との間の差圧を生み出すエンクロージャを指すものであり、ケーブルアクセス、連結具、固締具、火災抑制アクセス、扉又は他の可動部の空隙等のための間隙や開口を有するエンクロージャを排除するものではない。その上にエンクロージャを支持する床面３０は、その下側に冷却空気及び／又はケーブルの空気溜りを随意選択的に画成する高架アクセス床面であってよく、または、コンクリートからなる標準的な構造の床面または他の公知の形態であってもよい。例示実施形態では、枠組み要素１６は前もって作製されたＴ−Ｓｌｏｔ（登録商標）や８０／２０（登録商標）やＯｃｔａｎｏｒｍ（登録商標）や他の部品システム等の、アルミニウムや他の金属からなる迅速接続再構成可能な突起で構成され、随意選択的にはパネルとの気密係合及び振動防止用のガスケットまたはシール面を含む。側壁パネル１２と屋根パネル１４は好ましくは、アクリルやガラスや他の材料からなるほぼ剛体の空気を通さない平面又は湾曲パネルを備え、透明又は半透明、もしくは不透明とすることができ、随意選択的には静電気消散コーティングまたは他の手段を有する。１以上のアクセス扉３２により、開扉時に人間及び／又は機器を囲繞チャンバ２２に進入退出させ、閉扉時には略気密なエンクロージャを提供することができる。例示実施形態では、アクセス扉３２は背の低い「昇降型」摺動式片引戸扉や、引き下げ可撓性閉止体や蛇腹型折り畳み可能パネルや揺動扉や可撓性又は張着材料で構成される。保安とアクセス制御のため、アクセス扉には随意選択的にロックが配設され、キー付きやキーカード及び／又は生体認証（指紋や網膜走査等）によるアクセス制限を含めることができる。図示の実施形態では、エンクロージャ２０はその両端にアクセス扉を有する略矩形の細長いチャンバまたは廊下と、端から端までの長さ方向に延びる第１と第２の対向側壁と、第１と第２の側壁の間を端から端まで延びる屋根とを形成している。
【００６３】
図３は、本発明のさらなる代表的形態になる冷却システム１０’とエンクロージャ２０’の側面図を示す。冷気Ｃは、冷却装置または空調装置４０から高架アクセス床面３０下側の冷却空気の空気溜り（cooling air plenum）４２へ、有孔床面タイル４４を介して冷却空気給送チャンバ４６内に給送される。冷却空気Ｃは、電子機器２４の１以上のアレイまたはラックを介して、冷却空気給送チャンバ４６から１以上の暖気チャンバ４８内へ給送される。冷却空気は電子機器に沿って流れるため、部品から冷却空気へ熱が伝わり、電子部品を効果的に冷却すると共に、空気は加熱される。冷却空気Ｃは、空調装置４０のファンや送風機等の冷気給送側からの正圧の影響を受け、かつ／または暖気チャンバ４８から放出される、これらに限定されないがスクロールファンや籠型ファンシステム等の１以上の大流量ファン５０等の暖気放出側からの負圧の影響を受けて給送される。随意選択的に排気ファン５０を配設して背圧が軽減されると都合よく、システム内の流体キャビテーションを防止し、エンクロージャ全体を流れる能動的に制御された空気流を常時保証する。冷気Ｃは、隣接電子機器部品２４間の所望の冷却空気流路を除き、略気密なエンクロージャ２０’または電子部品が全く設置されていない空き空間を介して空気が漏洩しないようにする填め込み又はブランクパネル５２により、冷却空気給送チャンバ４６からの漏出をほぼ制限される。暖気Ｈは暖気チャンバ４８からエンクロージャ２０’外部の環境へ放出され、略気密なエンクロージャ特性により冷気Ｃとの混合を防止される。代替実施形態では、暖気Ｈは戻り空気溜りに収集され、冷却装置へ循環し戻されるか、または外部に放出され、暖気放出チャンバ４８の配設は随意選択的に省略することができる。エンクロージャ２０’の屋根パネルまたはカバー部１４’には１以上の付属品５４が随意選択的に備えられており、その付属品には照明、救急冷却システム、鎮火システム、火災又は煙検知センサ、またはビデオ査察装置及び／又は他の機器や備品が含まれる。随意選択的に、１以上の下位床面間仕切り４３を例えば矩形アレイを画成する４面に沿って配設し、下位床面全体から低減容積下位床面冷却空気給送空気溜りから切り離し、さらに冷却が必要な空気量を低減することによって冷気供給空気溜りと冷気供給チャンバを流れる冷却空気の流速または流量を増大させて、反転給送される冷却空気のレートを増大させる。
【００６４】
図４〜図８は、本発明のさらなる実施例に係る冷却システムの様々な代替実施形態を示す。各実施例では、冷気Ｃは冷却空気の空気溜りを介して、冷却装置または空調装置４０からエンクロージャ２０”へ給送される。図４〜図６の実施形態では、冷却空気Ｃが下降流冷却装置からエンクロージャ底部へ給送され、一方、図７と図８の実施形態では、冷却空気はエンクロージャ頂部へ給送され、システムは構造的床面上に直接座している。図４の実施形態では、冷却空気給送空気溜りは高架アクセス床面の下位床面空気溜りとしてある。これに対し図５の実施形態では、冷却空気給送高圧密閉空気は高架アクセス床面の上方に配置してあり、図６の実施形態では、冷却空気給送密閉高圧空間がコンクリートの床面上方に配置してある。図７と図８の実施形態では、エンクロージャ２０”から排出された暖気Ｈを暖気還流空気溜り７０内に収集し、冷却装置を介して循環させる。図７の実施形態では、冷却装置はエンクロージャと同じ床面に収容した上昇流冷却装置であり、これに対し、図８の実施形態はエンクロージャ上方の床面に収容した下降流冷却装置である。
【００６５】
図９は、本発明の別の代表的形態になる冷却システムエンクロージャの詳細図を示す。枠組み部材または支持体１６上には側面パネル１２と頂部パネル１４が装着してあり、摺動式片引戸扉３２を設け支持床面３０上に略気密のエンクロージャを形成する。電子部品２４とブランクパネル５２は、装着螺子や組み込み型保持ブラケットや他の固締具により、エンクロージャの垂直フレーム部材１６に取り付けた装着レール８０に固着してある。左側と右側の機器ラックの下側空間は図面内で左方に開いており、装着レールをより明確に示しているが、実際には好ましくは電子部品２４及び／又はブランクパネル５２を填め込み、必要に応じて部品を介して空気流を制御するようにする。二重ラックシステムを図示（左側機器アレイと右側機器アレイ）したが、本発明のシステムと方法は単一ラックシステムやほぼ任意構成又は配置の複数ラックシステム（異なる高さや隙間や形状のラックを含む）と互換性があることが理解されよう。機器ラックは平行な列に配置して交互配列高温／低温通路を形成するよう配置する必要はないが、被制御環境内に任意の位置や形態及び／又は向きに配置することができる。また、本発明の冷却システムのエンクロージャはほぼ任意の製造業者または設計の既存の１以上の機器ラックを囲繞して組み込むことができる。そうでなければ電子部品は装着レールまたは他のエンクロージャ部品へ直接装着し、それによって既存のラックから特定のラックエンクロージャまたは他の任意の第三者への電子機器設置の切り換えの必要性を取り除くことができる。
【００６６】
一部応用例では、機器は露出した構造物天井として室内に配置することができる。代表的応用例にあっては、本発明システムは既存の構造的天井を低温チャンバの屋根として用いることができる（一部設備は床面の高さを押し上げるアクセス用床張りシステムの結果として隙間が極めて低いため、吊り下げ天井システムに対する余裕は全く存在しない）。
【００６７】
本発明の代表的な形態では、予想される保守点検または監視用の部品の前部及び／又は背部の十分な人間のアクセス空間だけでなく部品を装着する任意のラックの一部または全部も合わせ、冷却システムのエンクロージャは冷却対象である電子部品を収容する十分な封入内部空間を含んでいる。随意選択的に、冷却システムのエンクロージャへのアクセスは、人間が入退出する際にエンクロージャから被加圧冷却空気の損失を最小化すべく連続して開閉する第１と第２の扉またはエンクロージャを有する空気閉塞構成を介して提供される。
【００６８】
本発明のエンクロージャは、電気結線用の封止導管や光ファイバネットワークや旧来の結線接続網ケーブルとして機能するよう随意選択的に用いることができ、かくして導線やケーブルを損傷から護り、損傷や偶発的断線や電線の短絡や火災を防止するよう整然と配置することができる。エンクロージャのパネルは随意選択的に保安用間仕切りの作成にも用いたり、または特定の機器の物理的隔離を提供することができ、さらに随意選択的にエンクロージャの内外のいずれかの完全可視観察もまた可能にする防弾部品を構成することができる。システムの枠組みとパネルは構造全体を解体することなく際限なく随意選択的に再構成することができ、拡張または変更して追加機器用の空間を提供したり、より小型に作成して機器の取り外しに対応するようにできる。全ての機器の地震及び／又は位置決め用揺れ止め支持体が、高層建築設備における地震事象や揺れが発生した場合のサポート用にシステムの枠組みやパネルの適切な構成により随意選択的に配設することができる。このエンクロージャは、外部環境を介して鎮火材料を分散させることなくコンピュータ機器に対する直接的な鎮火制御を提供することができる。このエンクロージャは、断線や作業の混乱を伴うことなく既存の機器に組み込んで一体化することができる。
【００６９】
本発明の例示実施形態は、薬剤や医薬品の製造と生産と実験領域を含む他の産業の全体または一部での使用にも適しており、高品位の濾過空気の維持が不可欠の領域に汚染物質が侵入しないようにするのに役立つ。このシステムは、超小型電子機器製造環境や航空宇宙産業や研究又は患者介護用の医用間仕切り環境にも有用となるだろう。
【００７０】
機器の構造物フレームはコンピュータエンクロージャを支持する揺れ止めとして機能するよう構成することができ、これが地震揺れ止め機構として機能する。本発明の各種構成要素は単独または他の構成要素と組み合わせて使用し、コンピュータ機器の隣接する列に橋渡しをするため、極めて強固な橋を用いケーブルや他の基盤ハードウェアが配置できるユーティリティトレイをサポートすることができる。
【００７１】
データセンター設備は、ノイズ過多の環境である。本発明の例示実施形態は、防音処理エンクロージャとして機能させることでデータセンター環境内のノイズ全体を大幅に低減することになる。火災は、データセンター設備内の深刻な関心事でもある。設備内の枢要なコンピュータシステムや他の機器を保護するための火災鎮火を提供する上で、多くの投資が必要となる。本発明の例示実施形態は、システムを使用する様々な領域を仕切ることで火事が起きた場合に火炎の拡大を阻止するよう機能させることもできる。本発明の例示実施形態は、光の完全透過や半透明や不透明を可能にするよう構成することができる。
【００７２】
本発明のシステム及び方法により熱生成機器を通過させられる流量が著しく増加するため、排気された空気は先に知られたシステムよりも低い温度で機器を退出する結果、機器を退出する空気流を冷却するのに空調システムが大量のエネルギーを必要としない。このことで、空調装置の稼働に必要な電気エネルギーが大幅に低減される。本発明の他のエネルギー節約特徴は、冷却空気が提供されていた程の低温で供給する必要がないとの事実にある。これがここでもエネルギーとコストの節約に加味される。昇温された冷却空気温度や増大した流量や高温の排気温度が全て、エネルギー消費と冷却コストの最小化に役立つ。他システムと異なり、本発明は分離チャンバの人的業務を見込んでおり、熱発生機器周りまたはその上の冷却空気の漏洩を防止することになる。他の冷却方法は、機器を列や通路状に構成する必要がある。本発明は、このシステムのモジュラー構成要素が任意の態様に構成して間仕切りを作成できるため、この種の要件を一切有していない。
【００７３】
本発明は好適な実施形態を参照して説明してきたが、特許請求の範囲に規定するように、本発明範囲内において様々に改変、追加、削除ができることを当業者は理解されたい。
【図１】
2010501965.tif 000003
【図２】
2010501965.tif 000004
【図３】
2010501965.tif 000005
【図４】
2010501965.tif 000006
【図５】
2010501965.tif 000007
【図６】
2010501965.tif 000008
【図７】
2010501965.tif 000009
【図８】
2010501965.tif 000010
【図９】
2010501965.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成20年10月7日(2008.10.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの電子部品へ冷却空気を給送する略気密なエンクロージャと、
前記略気密なエンクロージャへ冷却空気を給送する手段と、
前記略気密なエンクロージャ内の少なくとも一つの電子部品への冷却空気流を制御する手段と、を備える電子機器用冷却システムであって、
前記冷却空気流を制御する手段が、前記少なくとも１つの電子部品の一方の側に冷却空気給送チャンバと、前記少なくとも１つの電子部品のもう一方の側に暖気チャンバと、を備え、前記冷却空気給送チャンバと、前記少なくとも一つの電子部品と、前記暖気チャンバと、が全て前記略気密なエンクロージャ内にあることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記略気密なエンクロージャへ給送する前記冷却空気を生成する冷却装置をさらに備える、請求項１記載の冷却システム。
【請求項３】
前記略気密なエンクロージャが、複数のフレーム部材と、前記フレーム部材に取り付けられる少なくとも１枚のパネルと、を備える、請求項１記載の冷却システム。
【請求項４】
前記フレーム部材が迅速接続突起を備える、請求項３記載の冷却システム。
【請求項５】
前記迅速接続突起が、前記冷却空気の漏洩を防ぐガスケットをさらに備える、請求項４記載の冷却システム。
【請求項６】
前記略気密なエンクロージャへ冷却空気を給送する手段が、冷却空気給送用の空気溜りを備える、請求項１記載の冷却システム。
【請求項７】
前記冷却空気給送用の空気溜りが、下位床面空気溜りと、少なくとも１つの有孔床面パネルと、を含む、請求項６記載の冷却システム。
【請求項８】
前記冷却空気給送用の前記下位床面空気溜りが、下位床面空間全体のうち分離された部分を含む、請求項７記載の冷却システム。
【請求項９】
前記冷却空気給送用の空気溜りが、前記略気密なエンクロージャの下部へ冷却空気を給送する、請求項６記載の冷却システム。
【請求項１０】
前記冷却空気給送用の空気溜りが、前記略気密なエンクロージャの頂部へ前記冷却空気を給送する、請求項６記載の冷却システム。
【請求項１１】
前記冷却空気流を制御する手段が、少なくとも１基のファンを含む、請求項１記載の冷却システム。
【請求項１２】
前記ファンが空調装置の送風機である、請求項１１記載の冷却システム。
【請求項１３】
前記ファンが暖気チャンバからの排気ファンである、請求項１１記載の冷却システム。
【請求項１４】
前記冷却空気流を制御する手段が複数の電子部品を備えており、前記電子部品はアレイに配置されると共に隣接する電子部品間に冷却空気流の流路を画成する、請求項１記載の冷却システム。
【請求項１５】
前記冷却空気流を制御する手段が、少なくとも１枚のブランクパネルを含む、請求項１４記載の冷却システム。
【請求項１６】
前記電子部品のアレイがラック上に装着される、請求項１４記載の冷却システム。
【請求項１７】
前記電子部品のアレイが、ラックを用いずに前記略気密なエンクロージャのフレーム部材に取り付けられる、請求項１４記載の冷却システム。
【請求項１８】
前記冷却空気流を制御する手段が、前記暖気チャンバから排気する少なくとも１つのファンをさらに含む、請求項１記載の冷却システム。
【請求項１９】
前記略気密なエンクロージャへ人間と機器を進入及び退出させる少なくとも１つのアクセス方法をさらに備える、請求項１記載の冷却システム。
【請求項２０】
低減容積の内部冷却環境を画成すると共に、電子機器へ冷却空気を給送し、前記冷却空気と外部空気との混合をほぼ阻止する略気密なエンクロージャと、
前記電子機器における正差圧を維持するために、前記低減容積の環境を流れる前記冷却空気の給送を制御する手段と、を備えることを特徴とする電子機器用の冷却システム。
【請求項２１】
前記エンクロージャへ前記冷却空気を給送する手段をさらに備える、請求項２０記載の冷却システム。
【請求項２２】
空気冷却装置をさらに備える、請求項２０記載の冷却システム。
【請求項２３】
前記低減容積冷却環境を流れる前記冷却空気の給送を制御する手段が、少なくとも１基のファンを備える、請求項２０記載の冷却システム。
【請求項２４】
前記ファンが空調装置の送風機である、請求項２３記載の冷却システム。
【請求項２５】
前記ファンが暖気チャンバからの排気ファンである、請求項２３記載の冷却システム。
【請求項２６】
前記低減容積冷却環境を流れる前記冷却空気の給送を制御する手段複数の電子部品を備えており、前記電子部品はアレイに配置されると共に隣接する電子部品間に冷却空気流の流路を画成する、請求項２０記載の冷却システム。
【請求項２７】
前記冷却空気流を制御する手段が、少なくとも１枚のブランクパネルをさらに備える、請求項２６記載の冷却システム。
【請求項２８】
前記低減容積冷却環境を流れる前記冷却空気の給送を制御する手段が、前記電子機器の一方の側に冷却空気給送チャンバを備える、請求項２０記載の冷却システム。
【請求項２９】
前記低減容積冷却環境を流れる前記冷却空気の給送を制御する手段が、前記電子機器のもう一方の側に暖気チャンバを備える、請求項２８記載の冷却システム。
【請求項３０】
低減容積冷却環境を画成するエンクロージャを配設するステップと、
前記低減容積冷却環境へ冷却空気を給送するステップと、
前記電子機器の第１の側から該電子機器の第２の側にかけて正差圧を発生させ、前記電子機器の表面を横切る冷却空気流を発生させるステップと、
前記冷却空気が希釈するのを防ぐために、前記低減容積冷却環境から前記電子機器への冷却空気の給送を制御するステップと、を含むことを特徴とする電子機器の冷却に用いるエネルギーの消費を低減する方法。
【請求項３１】
前記低減容積冷却環境へ給送する前記冷却空気流と外部空気の混合をほぼ阻止するステップをさらに含む、請求項３０記載の方法。
【請求項３２】
冷却される前記電子機器の通常の動作を妨害することなく前記エンクロージャを設置するステップをさらに含む、請求項３０記載の方法。
【請求項３３】
少なくとも１つの電子部品へ冷却空気を給送するための略気密なエンクロージャと、
前記略気密なエンクロージャへ冷却空気を給送するための冷却空気給送空気溜りと、
前記略気密なエンクロージャ内の前記少なくとも１つの電子部品への前記冷却空気流を制御するための、暖気チャンバから排気する少なくとも１つのファンと、を備えることを特徴とする電子機器用冷却システム。
【国際調査報告】
2010501965.tif 000012