(57)【要約】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、５２０）および方法（３００、６００）。複数の蒸発器ユニット（２２２、５２２）は、並列に配置され、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。空気を、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。
2006509181.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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、６００）であって、
並列に配置され、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、５２２）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、６２５）ことと、
前記１つまたは複数の場所の温度を検知することに応答して、前記空気の温度を制御する（３４５〜４１４、６３５〜７１０）ことと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項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、前記冷媒の温度を制御するように、前記冷却システムの出力を変える（３８５〜４１４）ことを含み、前記冷却システムは、可変速度圧縮機（２５０）を有し、前記複数の蒸発器ユニットの少なくとも１つを通して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（２７８）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、前記可変速度圧縮機の動作を制御する（４１２、４１４）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、前記冷媒および前記空気の温度のうちの少なくとも一方を制御することは、前記部屋への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（１５０、１６０）ことを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記方法は、
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の温度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の温度であることに応答して、前記部屋への前記空気の送出を減少させる（３５０）ことと、
前記検知された温度が、前記最小設定点温度より高く、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つを含み、
前記方法は、
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２に記載の方法。
【請求項４】
前記冷媒の飽和温度を検知する（４０６）ことと、
前記飽和温度が飽和温度設定点を超えることに応答して、前記可変速度圧縮機の速度を増加させる（４１４）ことと、
前記飽和温度が前記所定の飽和温度設定点以下であることに応答して、前記可変速度圧縮機の速度を減少させる（４１２）ことと、
前記複数の蒸発器ユニットの少なくとも１つから出る前記冷媒の過熱温度を検知する（３１０）ことと、
前記冷媒の前記過熱温度が、所定の過熱温度範囲外であり、かつ、前記冷媒の前記過熱温度が、前記複数の蒸発器ユニットの前記少なくとも１つについての蒸発器過熱温度設定点より小さいような、前記複数の蒸発器ユニットの前記少なくとも１つを通る冷媒の流量を減少させるように、前記少なくとも１つの弁を操作する（３２５）ことと、
前記冷媒の前記過熱温度が、前記所定の過熱温度範囲外であり、かつ、前記冷媒の前記過熱温度が、前記複数の蒸発器ユニットの前記少なくとも１つについての前記蒸発器過熱温度設定点以上であるような、前記複数の蒸発器ユニットの前記少なくとも１つを通る冷媒の流量を増加させるように、前記少なくとも１つの弁を操作する（３３０）ことと、
をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記制御することが前記冷媒の温度を制御するように前記冷却システムの出力を変える（６７５〜７１０）ことを含む、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（５２０）を設けることと、
前記冷却システムが定速度圧縮機（５５０）、および、前記複数の蒸発器ユニットをそれぞれ通る前記冷媒の流れを調節する複数の弁（５７８）を有する、前記冷却システムを通る前記冷媒の流量を制御する（７０６〜７１０）ことと、
前記複数の蒸発器ユニットを通って流れる前記冷媒の過熱温度をチェックする（６１０）ことと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
それぞれの過熱温度が蒸発器過熱温度設定点より低いような前記複数の蒸発器ユニットについて、前記複数の蒸発器ユニットをそれぞれ通る前記冷媒の流量を減少させるように、前記複数の弁を操作する（６２０）ことと、
前記過熱温度が、前記過熱温度設定点以上であるような、前記蒸発器ユニットに関連する温度を検知する（７０２）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。
【請求項７】
前記温度が所定の温度範囲内にあるかどうかを判断する（７０４）ことと、
前記温度が前記所定のラック温度範囲外であるような前記蒸発器ユニットについて、前記温度が所定の温度を超えるかどうかを判断する（７０６）ことと、
前記温度が前記所定の温度範囲を下回るような前記蒸発ユニットのそれぞれについて、前記複数の蒸発器ユニットを通る前記冷媒の流量をそれぞれ減少させるように、前記複数の弁を操作する（７１０）ことと、
前記温度が前記所定の温度範囲を超えるような前記蒸発器ユニットについて、前記複数の蒸発器ユニットを通る前記冷媒の流量をそれぞれ増加させるように、前記複数の弁を操作する（７０８）ことと、
をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
並列に配置され、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（２２２、５２２）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、２２０、５２０）と、
前記冷媒の温度を変えるよう前記冷却システムを動作させ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。
【請求項９】
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（２７８）であって、前記蒸発器コントローラは、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、少なくとも１つの弁と、
前記冷媒ラインを通る前記冷媒の流れを制御する可変速度圧縮機（２５０）と、
前記可変速度圧縮機を制御するように構成される冷却システムコントローラ（２９２）と、
をさらに備え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。
【請求項１０】
前記冷却システム内の定速度圧縮機（５５０）と、
前記蒸発器コントローラと接続し、前記複数の蒸発器ユニットの下流にそれぞれ配置される複数の冷媒温度センサ（５８０）と、
前記蒸発器コントローラと接続する、複数の分散した温度センサ（２４８）と、
前記蒸発器コントローラを、前記複数の冷媒温度センサおよび前記複数の分散した温度センサに接続する複数の温度信号ライン（５７２、５７５）と、
前記複数の蒸発器ユニットの概ね上流で、かつ、前記複数の蒸発器ユニットとインラインで配置される複数の弁（５７８）と、
前記蒸発器コントローラを前記複数の弁に接続する複数の制御信号ライン（５７４）と、
をさらに備え、
前記蒸発器コントローラは、前記複数の冷媒温度センサと前記複数の分散した温度センサの少なくとも１つによって測定される温度データに応答して、前記弁のそれぞれに信号を送信するように構成され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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は包括的にクーリングシステムに関する。
【０００２】
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 SERIES」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３月９日に出願された、Bash他による「MULTI-LOAD REFRIGERATION SYSTEM WITH MULTIPLE PARALLEL EVAPORATORS という名称の係属中の米国出願第０９／８０１，９０９号である。
【背景技術】
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【発明の開示】
【０００８】
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、並列に配置され、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、部屋から受け取った空気を冷却するように動作可能である。さらに、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の検知した温度に応答して、空気温度が制御される。
【０００９】
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含む部屋を冷却するシステムに関する。本システムは、並列に配置され、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つのファンを有する。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。
【００１０】
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、冷却用流体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、コンピュータシステムに冷却用空気を送出する手段、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、測定する手段に応答して冷却された空気の送出を制御する手段、および、冷却用流体の温度を制御する手段を含む。
【００１１】
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、並列に配置され、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、部屋から受け取った空気を冷却するように動作可能である。さらに温度は、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、空気温度が制御される。
【００１２】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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することができる。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を受け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、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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
例を挙げると、ラック、たとえば、ラック１２、ラック１２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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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（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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
ここで、図６を参照すると、複数のコンピュータシステムまたはラック２１２、および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。
【００６７】
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、冷却用空気を冷却し、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。
【００６８】
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ＨＥＵまたは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ユニット（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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
以下の図７に関してさらに詳細に説明されるように、弁（図示せず）を、流体ライン２２８に沿ってそれぞれの蒸発器２２２の上流に配置することができる。弁は、流体ライン２２８を通る冷媒の流量を変えること、ならびに、冷媒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よい。結果として、蒸発器２２２から流れる空気の温度がほぼ最適化されるように、蒸発器２２２を通して延びる流体ライン２２８を通る冷媒の質量流量が所定のレベルに操作されることができる。
【００７９】
この態様では、そのため、冷媒の温度をさらに制御することができる。例を挙げると、冷媒の温度は、複数蒸発器システム（たとえば、図７を参照されたい）の所与の蒸発器２２２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２１２が別のラック２１２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２１２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１蒸発器２２２から空気流を受け取ることができる。その結果、第１蒸発器に導入される冷媒の温度は、第２蒸発器に導入される冷媒より低温である。
【００８０】
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。換言すれば、温度センサ２４８は分散された温度センサである。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、冷却システム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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。付加的に、各弁２７８は、一般に蒸発器２２２の上流に位置し、その弁は、熱電気弁、熱膨張弁などを含むことができる。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。付加的に、弁２７８は一般に、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。
【００８４】
この態様では、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る空気の温度を、ほぼ独立に制御することができる。一態様では、或る蒸発器２２２を通る冷媒の流れは、たとえば、蒸発器２２２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７に示す、蒸発器２２２、流体ライン２２８、および弁２７８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、クーリングシステム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内に流れる前、または、後に十分に冷却されるようにファン２３０の上、または、下に配置されることができる。
【００８５】
本発明の原理によれば、データセンタ内のラック間の温度変化を、冷却システム２２４の使用によって減らすことができる。この態様では、部屋２１０の或る部分の空気温度は、ラック２１２間の熱負荷の多様な変動を可能にしながら、部屋２１０の他の部分に対して比較的一定（約５℃以内）のままであるように制御することができる。すなわち、本発明の原理によれば、それぞれの蒸発器２２２内に流れる冷媒の質量流量は、それぞれの蒸発器２２２に入る冷媒の温度をほぼ同じにしながら、それぞれの各ラック２１２について、熱負荷の量を補償するように独立に調量される。
【００８６】
図７において、クーリングシステム２２０は、並列方式で接続される複数の蒸発器２２２を含むものとして示される。クーリングシステム２２０は、多負荷冷却システムであり、本開示全体を通して参照される、複数の熱負荷を冷却する複数の蒸発器を有するクーリングシステムのことを一般に言う。本発明で使用される特定のタイプの蒸発器が、個々のニーズに従って変わるので、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、本発明の一定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、オハイオ州コロンバスのLIEBERT Corporation、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。
【００８７】
さらに、図７は、２つの並んだ蒸発器２２２を示すが、本発明は、隣り合った並列配置の２つの蒸発器に限定されず、むしろ、本発明は、任意の配置の任意のほどよい数の蒸発器を含んでもよいことが理解されるはずである。一態様では、蒸発器の数は、図６のラック２１２の数に対応する場合がある。そのため、図７に示す２つの蒸発器は、説明のためだけのものであり、したがって、本発明をいかなる態様でも制限することを意図しない。さらに、当業者によく知られているように、「並列方式」という用語は、導管のそれぞれを通る冷媒の流れを独立に制御するように、単一導管が複数の導管に分離される方法を述べる。
【００８８】
さらに図７を参照すると、多負荷熱クーリングシステム２２０は、冷媒が、蒸発器２２２に対して出入りするように流れる閉ループを持つ。クーリングシステム２２０は、複数の蒸発器２２２、圧縮機２５０、凝縮器２５２、および弁２５４を含む。本発明の凝縮器２５２および弁２５４は、任意の数の、知られている、すなわち既知の凝縮器および弁を含み、そのため、クーリングシステム内で、それぞれの機能をほぼ適切に実施する、任意のタイプの凝縮器および弁を含むことができる。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。
【００８９】
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、純粋冷媒の任意の混合）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、任意の市販用冷媒製造業者（たとえば、中華民国の台湾にあるTONG TAI INTERNATIONAL）から得ることができる。
【００９０】
図７に示す実施形態によれば、圧縮機２５０は可変速度圧縮機である。換言すれば、圧縮機２５０は、圧縮機を通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。したがって、この実施形態は、可変速度圧縮機２５０の可変性のために、エネルギー効率のよい熱管理を提供する。本発明の原理によれば、多数の異なるタイプの可変速度圧縮機を、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、他のタイプの蒸気−圧縮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、冷媒がクーリングシステム２２０の閉ループを循環する時に、種々の位置において気体と液体の間で変化する。
【００９１】
動作時、蒸発器２２２のそれぞれの中に流れる冷媒は個々に調節される。一態様では、蒸発器２２２のそれぞれの中に流れる冷媒の質量流量は一般に、それぞれの蒸発器２２２に近接する各ラックによって生成される熱量に依存する。すなわち、ラック（または、ラックに非常に近いところの空気）の冷却レベルが蒸発器２２２内に流れる冷媒の量に依存するため、冷媒の質量流量は、制御された量の冷媒がそれぞれの蒸発器２２２に入るように調節される。さらに、本発明の一実施形態によれば、任意の大量の液体冷媒が圧縮機２５０内に流れることがないようにして、蒸発器２２２は、それぞれの各ラックを適切に冷却するための、相応に必要な量の冷媒を受け取るだけである。この態様では、他のラックに比べて比較的少ない熱を生成している各ラックに近接する蒸発器２２２は、比較的少ない冷媒を受け取ってもよい。そのため、データセンタ内のラックの温度は、比較的一定温度に維持され、それによって、ラック間の任意の温度変化を低減することができる。
【００９２】
図７を再び参照すると、冷媒は、圧縮機入口２５６を通って可変速度圧縮機２５０に入る。可変速度圧縮機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３０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。コントローラ２６０はまた、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）などを備えることもできる。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。
【００９３】
したがって、冷媒は、圧縮機２５０から出て、冷媒ライン２２８を通り、凝縮器入口２６２を通って凝縮器２５２内に流れる。凝縮器２５２において、冷媒が飽和点に達するまで一定圧力のままであり、その間に、冷媒は温度が下がり始める。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、膨張弁入口２６６を通って膨張弁２５４内に流れる。冷媒の圧力は、膨張弁２５４内で減少する。
【００９４】
膨張弁出口２６８を通って膨張弁２５４を出た後、冷媒は、冷媒の蒸発器飽和温度（「Ｔsat」）を測定するセンサ２７０を通って流れる。任意の適したタイプの温度センサを本発明で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、冷媒が共沸する（すなわち、蒸発器飽和温度が相変化にわたって一定である）場合には圧力感知デバイスなどを含む。センサ２７０は入力ライン２７２を介してＰＩＤ２６０に接続される。ＰＩＤ２６０はまた、出力ライン２７４を介して可変速度圧縮機２５０に接続される。ＰＩＤ２６０は、測定されたＴsatに基づいて、圧縮機２５０の速度、したがって、可変速度圧縮機２５０が冷媒に加える圧縮レベルを制御するように構成され、それによって、冷却システム２２４全体にわたる冷媒の質量流量が制御される。任意の適したＰＩＤを、本発明に関して利用することができるが、適したＰＩＤ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。冷媒は、その後、冷媒ライン２２８を通って流れ、冷媒ライン２２８は４つの蒸発器冷媒ライン２７６に分岐する。蒸発器冷媒ライン２７６は、冷媒を蒸発器２２２に導き、還流して冷媒ライン２２８に集まる。
【００９５】
図７に示すように、蒸発器弁２７８が、それぞれの蒸発器２２２の上流に設けられて、冷媒の流れが、蒸発器２２２のそれぞれの中に個々に調量される。本発明と共に利用されるための特定のタイプの蒸発器弁２７８を必要としないが、むしろ、任意の適したタイプの制御可能な調量弁、たとえば、熱電気弁を利用することができることが理解されるはずである。本発明で使用可能な適した蒸発器弁の例は、オハイオ州クリーブランドのPARKER−HANNIFIN CORP.で製造される６２５シリーズ弁を含む。１つまたは複数の蒸発器弁２７８は、膨張弁２５４の代わりにか、または、膨張弁２５４と共に使用される膨張弁であることも考えられる。
【００９６】
図７にさらに示すように、センサ２８０（たとえば、熱電対、サーミスタ、圧力感知デバイスなど）は、それぞれの蒸発器２２２の下流に配置される。センサ２８０は、冷媒がそれぞれの蒸発器２２２を出る時の冷媒の温度（「Ｔevap,out」または「ΔＴsup」）を測定するように構成される。蒸発器弁２７８は、Ｔevap,outの変化に応答して、冷媒の蒸発器２２２のそれぞれの中への流れを調節する。一態様では、Ｔevap,outの変化によって、それぞれの蒸発器弁２７８内部のバイメタル板が作動し、それによって、蒸発器弁がそれぞれの蒸発器２２２内への冷媒の流量を変えるように操作される。温度変化は、それぞれの温度信号ライン２８２を介して蒸発器弁２７８に中継される。冷媒が蒸発器２２２を出た後、冷却プロセス全体を繰り返すように、冷媒は冷媒ライン２２８に再度還流される。さらに、吸込み温度（「Ｔsuction」）を測定するように、センサ２８４（たとえば、熱電対、サーミスタ、圧力感知デバイスなど）が、蒸発器２２２と可変速度圧縮機２５０の間に設けられる。
【００９７】
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。
【００９８】
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、および弁２７８の動作を制御することができる。コントローラ２８６と、蒸発器２２２、ファン２３０、および弁２７８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２７０、２８０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。
【００９９】
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および弁２７８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、上述した部品の動作方法は、センサ（複数可）２７０、２８０および２８４のいずれか、または、全ての温度測定値に基づいてもよい。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。冷却システムコントローラ２９２およびコントローラ２８６は、２つの個別のコントローラではなくただ１つのコントローラに一体化されることができることが考えられる。
【０１０２】
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を動作させる部品、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。
【０１０３】
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、冷媒および／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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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、蒸発器２２２のそれぞれについて、蒸発器過熱温度（「ΔＴsup」）がそれぞれのセンサ２８０によって検知される。ステップ３１５にて、蒸発器２２２のそれぞれについて、ΔＴsupが所定で所望の範囲内にあるかどうかが判断される。蒸発器２２２の１つについて、ΔＴsupが所望の範囲内である場合、その蒸発器の蒸発器弁２７８には変更が行われず、プロセスはステップ３３５に進む。しかしながら、ΔＴsupが、蒸発器２２２の任意のものについて所望の範囲内にない場合、ステップ３２０にて、その蒸発器２２２についてのΔＴsupが蒸発器過熱設定点（「ΔＴsup,set」）と比較される。蒸発器２２２のそれぞれについてのΔＴsup,setは、ほぼ０〜５℃の間であり、蒸発器２２２のそれぞれについてほぼ同じであるように設定することができる。
【０１１２】
そのため、たとえば、１つの蒸発器２２２についてのΔＴsupが、その蒸発器２２２についてのΔＴsup,setより小さい場合、ステップ３２５にて、その蒸発器２２２についての蒸発器弁２７８は、蒸発器２２２内に流れる冷媒の質量流量を減少させるように、制御された量だけ操作される。さらに、蒸発器２２２を通る冷媒の質量流量を減少させるように蒸発器弁２７８を操作することによって、Ｔsupを増加させ、Ｔsatを減少させることができる。
【０１１３】
一方、１つの蒸発器２２２についてのΔＴsupが、その蒸発器２２２についてのΔＴsup,setより小さくない場合、ステップ３３０に示すように、その蒸発器２２２についての蒸発器弁２７８は、蒸発器２２２を通る冷媒の質量流量を増加させるように、制御された量だけ操作される。蒸発器２２２を通る冷媒の質量流量を増加させることによって、Ｔsupを減少させ、Ｔsatを増加させることができる。蒸発器弁２７８が、弁２７８を通る冷媒の流量を増加、または、減少させるように操作された後、プロセスはステップ３１０に戻る。
【０１１４】
本発明の原理によれば、蒸発器２２２のそれぞれを独立に調節することができることが理解されるはずである。より具体的には、任意の１つまたは全ての蒸発器弁２７８を操作して弁を通る冷媒の流量を減少させ、一方、別の１つの蒸発器弁を操作して弁を通る冷媒の流量を増加させることができる。
【０１１５】
そのため、１つの蒸発器２２２および１つの蒸発器弁２７８を制御する方法が特に参照されるが、ステップ３１０〜３３０は、蒸発器２２２のそれぞれについて互いに独立に実行されてもよいし、同時に行われてもよいことが理解されるはずである。
【０１１６】
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、熱放散部品、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、本発明の実施形態の説明を単純化するためである。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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の外側に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。
【０１２０】
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。付加的にかつ／または代替として、蒸発器コントローラ２８６は、弁（複数可）２７８の動作を介して蒸発器２２２を通る冷媒の流量を増加させることができる。
【０１２１】
ステップ３５５にて、ラック２１２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。
【０１２２】
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、空気流量を増加することができる。この態様では、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。付加的にかつ／または代替として、蒸発器コントローラ２８６は、弁（複数可）２７８の動作を介して蒸発器２２２を通る冷媒の流量を増加させることができる。
【０１２３】
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る効果が評価される。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に進む。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。
【０１２４】
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３５０およびステップ３６５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、冷媒の温度を、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、冷媒の温度を、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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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、次に同じか、または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。
【０１２７】
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、たとえば、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。
【０１２８】
ステップ３８５にて、コントローラ（複数可）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、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、ステップ３８５から図１０の動作モード４００に進む。
【０１２９】
図１０は、図６〜８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。それに応じて、図１０の以下の説明は、図６〜８に示す特徴を特に参照して行われるであろう。図１０を見て分かるように、図９のステップ３８５での肯定的な決定後、ステップ４０６にて、Ｔsatが測定される。Ｔsatの測定値は、その後、入力ライン２７２を介してＰＩＤ２６０へ中継され、その後、ステップ４０８にて、所定の範囲と比較される。ステップ４０８の所定の範囲は、システム設計およびラック間で予測される負荷量の可変性に基づいて決められる。一般に、所定の範囲は、電気的なタイミング要求、熱膨張による許容可能な機械的応力、露点への近接度などによって決まる場合がある。Ｔsatが実際に所定範囲内であると判断される場合、プロセスはマークＡで示すステップ３１０に戻るように進む。しかしながら、Ｔsatが所定範囲内にないと判断される場合、ステップ４１０にて、Ｔsatが蒸発器飽和温度設定点（「Ｔsat,set」）より大きいかどうかが判断される。Ｔsat,setは、それぞれのラックの最適動作温度を求めることによって決まり、ラック設計、ラックパッケージング、蒸発器とラック間の熱接続の効率、蒸発器の設計、冷媒の流量、冷媒特性などの関数である。
【０１３０】
ＴsatがＴsat,set以下である場合、ステップ４１２にて、可変速度圧縮機２５０の速度は、制御された量だけ減少する。可変速度圧縮機２５０の速度を減少させることによって、蒸発器２２２内に入る冷媒の質量流量が減り、Ｔsatが増加するであろう。一方、ＴsatがＴsat,setより大きい場合、ステップ４１４にて、可変速度圧縮機２５０の速度は、制御された量だけ増加する。可変速度圧縮機２５０の速度を増加させることは、Ｔsatを減少させながら、蒸発器内に入る冷媒の質量流量を増加させる効果を有する。ステップ４１２およびステップ４１４のそれぞれの後に、Ｔsatが再度測定され、プロセスはステップ４０６で繰り返す。
【０１３１】
図１１は、本発明の原理を組み込むさらに別の実施形態を示す。この実施形態のクーリングシステム５２０は、図６に関して先に述べたクーリングシステム２２０と同様であり、したがって、図１１の実施形態の完全な理解に適度に必要な特徴のみが以下で述べられる。２つの差は、クーリングシステム５２０が、定速度圧縮機５５０およびプログラム可能なロジックコントローラ（「ＰＬＣ」）５６０を含むことである。この実施形態は、効率の低い冷却源を適切に装備することによる熱管理を提供する。定速度圧縮機５５０は、比較的効率の低い冷却源であるが、比較的安価で、信頼性が高い。この実施形態は、蒸発器過熱の制御により空気温度を独立に制御することによって、冷却源のよりよい配置を可能にする。
【０１３２】
クーリングシステム５２０は、凝縮器５５２、膨張弁５５４、および、蒸発器過熱温度の読みをセンサ５８０からＰＬＣ５６０へ中継するための、それぞれのセンサ５８０に接続された複数の蒸気温度信号ライン５７２を含む。さらに、複数の制御信号ライン５７４は、ＰＬＣ５６０から各蒸発器５２２の上流の各蒸発器弁５７８に接続される。
【０１３３】
さらに、図１１は、冷却されるラック２１２を示し、温度センサ２４８がそれぞれ、複数のラック温度ライン５７５を介してＰＬＣ５６０に接続されることを示す。この態様では、図１１に示す実施形態の原理によれば、ラック２１２の温度を、ＰＬＣ５６０に直接中継することができる。しかしながら、ラック２１２の温度を、任意のほどよい手段で測定することができることは本開示の範囲内である。本発明の範囲および精神から逸脱することなく、温度測定位置に対する変更を達成することができる。
【０１３４】
図１２は、その説明が参照により本明細書に援用される、図９に説明した実施形態と同様の、本発明の別の実施形態による動作モード６００のフロー図を示す。動作モード６００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６００の以下の説明は、図１１を参照して行われ、そのため、図１１で引用した要素を参照する。
【０１３５】
動作モード６００において、ステップ６０５にて、クーリングシステム５２０が作動する。ステップ６１０にて、蒸発器５２２のそれぞれについて、蒸発器過熱温度（「ΔＴsup」）がそれぞれのセンサ５８０によって検知される。ステップ６１５にて、蒸発器５２２のそれぞれについて設定されるΔＴsupがΔＴsup,setと比較される。蒸発器５２２のそれぞれについてのΔＴsupは、ほぼ０〜５℃の間であり、蒸発器５２２間で変わるように設定されることができる。例示の目的としてだけ、以下の例は、１つの蒸発器５２２およびその関連する部品を特に参照する。以下のステップはそれぞれ、他の蒸発器５２２およびその関連する部品にも同様に適用可能であり、ステップは、任意の１つの蒸発器５２２に関して以下で述べられるステップと同時に、他の蒸発器５２２に対して実行されてもよいことが理解されるはずである。そのため、たとえば、蒸発器５２２についてのΔＴsupが、その蒸発器についてのΔＴsup,setより小さい場合、ステップ６２０にて、各蒸発器弁５７８は、蒸発器弁５７８を通る冷媒の質量流量を減少させるように、制御された量だけ操作される。蒸発器弁５７８を通る冷媒の質量流量を減少させることによって、ΔＴsupおよびラック温度Ｔｒを増加させながら、Ｔsatを減少させることができる。蒸発器弁５７８を通る冷媒の質量流量が減少した後、ステップ６１０およびステップ６１５にて、蒸発器のそれぞれについてのΔＴsupが再び検知され、チェックされる。
【０１３６】
先に述べた実施形態の原理によれば、蒸発器５２２のそれぞれの中へ流れる冷媒の量を、蒸発器弁５７８によって独立に調節することができる。そのため、ラック５１２の温度を、蒸発器５２２から流れる冷媒の過熱温度に従って制御することができる。
【０１３７】
ステップ６２５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５４８によって検知される。温度センサ５４８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５１２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、本発明の実施形態は、温度センサ５４８を、ラック５１２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、本発明の実施形態の説明を単純化するためである。
【０１３８】
温度センサ５４８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。
【０１３９】
ステップ６３０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。
【０１４０】
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６１０および６１５に戻った後、ステップ６２５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６３５にて、コントローラ５８６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。
【０１４１】
ステップ６３５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５２２、より詳細には、ファン５３０によって供給される空気流量は、ステップ６４０にて減少させることができる。ステップ６４５にて、ラック５１２の温度はその後再び検知される（Ｔｒｎ）。ステップ６５０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６１０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６７０に進む。
【０１４２】
ステップ６３５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６５５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５８６は、ラック５１２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５３０への電力を増加させることができる。ステップ６６０にて、ラックの温度はその後再び検知される（Ｔｒｎ）。ステップ６６５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６１０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６７０に進む。
【０１４３】
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５２２を備えるシステムでは、特定の蒸発器５２２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５２２によって、Ｔｒが比較的低いラック５１２に空気流が供給されることができ、ラック５１２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５２２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５２２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６４０およびステップ６５５を、種々の蒸発器５２２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６２５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、冷媒の温度を、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）５２２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、冷媒の温度を、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。
【０１４４】
本発明の一実施形態によれば、ステップ６４０における空気流の質量流量および／または速度の減少、ならびに、ステップ６５５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５２２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５２２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６２５〜６５５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。
【０１４５】
ステップ６７０にて、コントローラ５８６または５９２、および、メモリ５９０または５９６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６４０およびステップ６５５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、次に同じか、または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６５５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６７０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。
【０１４６】
ステップ６７５にて、コントローラ５９２は、たとえば、測定された蒸発器過熱温度に基づいて蒸発器５２２を通る質量流量を減少させることによって、冷媒温度を変えるかどうかを判断することができる。さらに、冷媒温度を、たとえば、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。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。
【０１４７】
ステップ６７５にて、コントローラ（複数可）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６１０に戻る。さらに、ステップ６１０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、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、ステップ６７５から図１３の動作モード７００に進む。
【０１４８】
図１３は、図１１に示す実施形態を実施することができる方法を示すフロー図７００である。従って、図１３の以下の説明は、図１１に示す特徴を特に参照して行われるであろう。図１３を見て分かるように、図１２のステップ６７５での肯定的な決定後、ステップ７０２にて、（たとえば、熱電対によって）Ｔｒが検知される。ラックの温度は、温度ライン５７５を介してＰＬＣ５６０へ中継される。その後、ステップ７０４にて、Ｔｒが所定の範囲にあるかどうかが判断される。ステップ７０４の所定の範囲は、システム設計およびラック間で予測される負荷の可変性に基づいて決められる。一般に、所定の範囲は、電気的なタイミング要求、熱膨張による許容可能な機械的応力、露点への近接度などによって決まる場合がある。Ｔｒが所定の範囲内にある場合、蒸発器弁５７８を通って流れる冷媒の量は変更されず、プロセスは、マークＡで示す図１２の動作モード６００に戻る。
【０１４９】
しかしながら、Ｔｒが所定範囲外である場合、ステップ７０６にて、Ｔｒが設定点温度と比較されて、Ｔｒが熱過ぎるかどうかが判断される。設定点温度は、部品の好ましい動作温度であり、一般に、部品製造業者から提供される。好ましい動作温度は通常、多数の異なる因子に基づくコンピュータ機器製造業者推奨の入口空気温度に基づいて決められる。Ｔｒが熱過ぎる場合、ステップ７０８にて、ＰＬＣ５６０は、弁が、弁を通る冷媒の質量流量を制御された量だけ増加させることを指示する信号を、制御信号ライン５７４を介してそれぞれの蒸発器弁５７８へ送出する。蒸発器５２２内に流れる冷媒の質量流量を増加させることによって、ＴｒおよびΔＴsupを減少させながら、Ｔsatを増加させることができる。
【０１５０】
Ｔｒが熱過ぎない場合、ステップ７１０にて、ＰＬＣ５６０は、弁が、弁を通る冷媒の質量流量を制御された量だけ減少させることを指示する信号を、制御信号ライン５７４を介して蒸発器弁５７８へ送出する。蒸発器５２２内に流れる冷媒の質量流量を減少させることによって、ＴｒおよびΔＴsupを増加させながら、Ｔsatを減少させることができる。これらの測定が行われた後、ステップ７０２にて、Ｔｒが再びチェックされ、プロセスが繰り返される。
【０１５１】
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、６−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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
部屋内での冷却用空気の配分要求を決定する時に、ラックはそれぞれ、熱負荷を割り当てられ、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、５０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。
【０１５５】
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、部品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。
【０１５６】
この点で、ＣＦＤツールは、部屋の数値モデルを作成し、よって、部屋内の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。
【０１５７】
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、ラックを所定範囲内の温度とほぼ同じに保つために、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より効率的な方法で動作させることができる。
【０１５８】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１５９】
【図１】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２】図１の部分Ａの拡大部分断面図である。
【図３】図１のラインＩＩＩ−ＩＩＩに沿って切り取った略図である。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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７】図６のクーリングシステムの一部の略図である。
【図８】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。
【図９】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１０】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。
【図１１】本発明の別の実施形態によるクーリングシステムの略図である。
【図１２】図１１の実施形態によるさらに別の動作モードのフロー図である。
【図１３】図１２の実施形態による動作モードと関連する動作モードのフロー図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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