(57)【要約】  熱交換器組立体、熱交換器を含む間接蒸発熱交換器、及びそれを動作させる方法。熱交換器組立体は少なくとも１つの管と複数のセクションと複数のノズルとを含む。少なくとも１つの管は（１）処理流体がその中を第１方向に流れ、（２）除熱冷却媒体が前記管の外面を横切って前記第１方向と交差する第２方向に流れるように構成される。前記複数のセクションは前記第１方向に整列している。前記複数のノズルは前記少なくとも１つの管の上方に位置する。前記複数のノズルのうち少なくとも１つのノズルが（１）前記複数のセクションのそれぞれ内に位置し（２）当該各セクション内の前記管の部分上に冷却液を選択的に放出するように構成される。
2022501568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間接蒸発熱交換器であって、
第１端、第２端、及び外面を有する少なくとも１つの管であって、（１）処理流体がその中を第１方向に前記第１端から前記第２端へ流れ、（２）除熱冷却媒体が前記外面を横切って前記第１方向と交差する第２方向に流れるように構成された少なくとも１つの管と、
前記第１方向に整列した複数のセクションであって、各セクションは前記少なくとも１つの管の一部を含む、複数のセクションと
を含む熱交換器組立体と、
前記少なくとも１つの管の上方に位置する複数のノズルであって、それらのうち少なくとも１つのノズルが（１）前記複数のセクションのそれぞれ内に位置し（２）当該各セクション内の前記管の部分上に冷却液を選択的に放出するように構成された、複数のノズルと、
前記少なくとも１つの管の下方に位置する水溜めであって、前記複数のノズルから放出され前記管を横切って流れた前記冷却液を集めるように構成された水溜めと、
前記水溜めから該熱交換器の少なくとも１つのセクション内に位置するノズルへ水を循環させるように構成された少なくとも１つのポンプと、
制御温度を検出するように構成された温度センサーと、
前記温度センサーに通信可能に結合された制御器であって、前記温度センサーにより検出された温度を示す信号を前記温度センサーから受信し、前記温度センサーにより検出された前記温度が所定のしきい値未満である時、前記ポンプを動作させて前記水溜めから該熱交換器の１つのセクション内に位置するノズルへ冷却液を循環させ前記水溜め内の冷却液の凍結を防ぐように構成された制御器と
を備える間接蒸発熱交換器。
【請求項２】
前記制御温度は外気の温度と前記水溜め内の水の温度のうち少なくとも１つである、請求項１記載の間接蒸発熱交換器。
【請求項３】
前記複数のセクションは３つのセクションを含み、第１セクションは前記管の前記第１端に最も近く、第３セクションは前記管の前記第２端に最も近く、第２セクションは前記第１及び第３セクションの間である、請求項１記載の間接蒸発熱交換器。
【請求項４】
前記複数のセクションは前記管の前記第２端に最も近い終端セクションを含み、
前記ポンプは前記終端セクション内のノズルに流体接続され、前記水溜めから前記終端セクションに位置する前記ノズルへ冷却液を循環させるように構成される、請求項１記載の間接蒸発熱交換器。
【請求項５】
請求項１記載の蒸発熱交換器の水溜めでの凍結を防ぐ方法であって、
前記制御器により前記制御温度が所定のしきい値未満であると判断するステップと、
前記制御器により前記ポンプを動作させて前記水溜めから前記熱交換器の１つのセクション内に位置するノズルへ冷却液を循環させるステップと、
前記循環させる冷却液を前記少なくとも１つのノズルから前記熱交換器の前記ノズルが位置する前記セクション内の前記管の部分上へ放出するステップと、
前記少なくとも１つのノズルから放出され前記管を横切って流れた前記冷却液を前記水溜めに集めるステップと
を含む方法。
【請求項６】
処理流体を冷却するように構成された間接蒸発熱交換器であって、
第１端、第２端、及び外面を有する少なくとも１つの管であって、（１）前記処理流体がその中を第１方向に前記第１端から前記第２端へ流れ、（２）除熱冷却媒体が前記外面を横切って前記第１方向と交差する第２方向に流れるように構成された少なくとも１つの管と、
前記第１方向に整列した複数のセクションであって、各セクションは前記少なくとも１つの管の一部を含む、複数のセクションと、
前記少なくとも１つの管の上方に位置する複数のノズルであって、それらのうち少なくとも１つのノズルが（１）前記複数のセクションのそれぞれ内に位置し（２）当該各セクション内の前記管の部分に水を選択的に放出するように構成された、複数のノズルと
を含む間接蒸発熱交換器と、
（１）前記処理流体がその中を流れ（２）前記処理流体を冷却するように構成された蒸発コイルを含む機械式冷却システムと、
水供給損失事故に対応する水損失モードを有する制御器であって、前記水損失モードでは前記間接蒸発熱交換器の１つのセクション内に位置するノズルから水を選択的に放出して前記処理流体を冷却し、前記機械式冷却システムを動作させて前記処理流体を冷却するように構成された制御器と
を備える冷却システム。
【請求項７】
通常動作モード時、前記間接蒸発熱交換器に水を供給するように構成された通常の水供給管を更に備え、
前記制御器は前記通常の水供給管からの水供給が中断されたことを示す信号を受信し、前記受信した信号に応答して前記冷却システムを前記水損失モードで動作させるように更に構成されている、請求項６記載の冷却システム。
【請求項８】
前記水損失モード時、前記間接蒸発熱交換器に水を供給するように構成されたバックアップ水供給管を更に備える請求項６記載の冷却システム。
【請求項９】
前記間接蒸発熱交換器に水を供給するために前記バックアップ水供給管に流体結合されたバックアップ水供給タンクを更に備える請求項８記載の冷却システム。
【請求項１０】
前記複数のセクションは３つのセクションを含み、第１セクションは前記管の前記第１端に最も近く、第３セクションは前記管の前記第２端に最も近く、第２セクションは前記第１及び第３セクションの間である、請求項６記載の冷却システム。
【請求項１１】
前記複数のセクションは前記管の前記第２端に最も近い終端セクションを含み、
前記水損失モード時、前記制御器は前記終端セクション内に位置するノズルから水を選択的に放出するように構成される、請求項６記載の冷却システム。
【請求項１２】
水供給損失事故時に請求項６記載の冷却システムを動作させる方法であって、
通常の水供給管から前記冷却システムへの水供給が中断されたと判断するステップと、
前記間接蒸発熱交換器の１つのセクション内に位置するノズルから水を選択的に放出し、機械式冷却システムを動作させて処理流体を冷却することで、前記水損失モードで動作する前記間接蒸発熱交換器で前記処理流体を冷却するステップと
を含む方法。
【請求項１３】
間接蒸発熱交換器であって、
それぞれ第１端、第２端、及び外面を有する複数の直線状管であって、前記各管は（１）処理流体がその中を第１方向に前記第１端から前記第２端へ流れ、（２）除熱冷却媒体が前記外面を横切って前記第１方向と交差する第２方向に流れるように構成された、複数の直線状管と、
前記第１方向に整列した複数のセクションであって、各セクションは前記複数の管のそれぞれの一部を含む、複数のセクションと
を含む熱交換器組立体と、
前記複数の直線状管の上方に位置する複数のノズルであって、それらのうち少なくとも１つのノズルが（１）前記複数のセクションのそれぞれ内に位置し（２）当該各セクション内の前記複数の管のそれぞれの部分上に冷却液を選択的に放出するように構成された、複数のノズルと
を備える間接蒸発熱交換器。
【請求項１４】
前記複数のセクションは３つのセクションを含み、第１セクションは前記複数の管の前記第１端に最も近く、第３セクションは前記複数の管の前記第２端に最も近く、第２セクションは前記第１及び第３セクションの間である、請求項１３記載の間接蒸発熱交換器。
【請求項１５】
該熱交換器の少なくとも１つのセクション内に位置するノズルに流体接続されたバルブであって、開いた時に該熱交換器の当該セクション内の前記複数の管のそれぞれの部分上に冷却液を選択的に放出するように構成されたバルブを更に備える請求項１３記載の間接蒸発熱交換器。
【請求項１６】
該熱交換器の少なくとも１つのセクション内に位置するノズルに冷却液を選択的に供給するように構成された少なくとも１つのポンプを更に備える請求項１３記載の間接蒸発熱交換器。
【請求項１７】
前記複数の直線状管の下方に位置する水溜めであって、前記複数のノズルから放出され前記複数の管を横切って流れた冷却液を集めるように構成された水溜めを更に備え、前記ポンプは前記水溜めから前記複数のノズルへ冷却液を循環させるように構成される、請求項１６記載の間接蒸発熱交換器。
【請求項１８】
前記熱交換器組立体の少なくとも１つのセクション内のノズルから冷却液を放出するように構成された制御器を更に備え、前記制御器が冷却液を放出する前記少なくとも１つのセクションは、冷却液がノズルから放出されない前記熱交換器の少なくとも１つのセクションの前記第１方向に関して下流にある、請求項１３記載の間接蒸発熱交換器。
【請求項１９】
前記除熱冷却媒体は外気である、請求項１３記載の間接蒸発熱交換器。
【請求項２０】
前記処理流体が空気である、請求項１３記載の間接蒸発熱交換器。
【請求項２１】
前記冷却液は水である、請求項１３記載の間接蒸発熱交換器。
【請求項２２】
請求項１３記載の間接蒸発熱交換器内の処理流体を冷却する方法であって、
処理流体を前記複数の直線状管を通って前記第１方向に流すステップと、
除熱冷却媒体を各管の外面を横切って前記第２方向に流し前記処理流体を冷却するステップと、
前記除熱冷却媒体の流れだけでは前記処理流体を目標温度まで冷却するのに十分でない時に前記複数のノズルのうち少なくとも１つのノズルを選択するステップと、
前記選択するステップで選択されたノズルから冷却液を前記間接熱交換器組立体の対応するセクション内の前記複数の管の部分上に放出し前記処理流体を更に冷却するステップと
を含む方法。
【請求項２３】
前記複数のセクションは第１セクションと第２セクションを含み、前記第２セクションは前記第１セクションの前記第１方向に関して下流にある、請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
前記選択されたノズルは前記第２セクションに対応し、前記第１セクションに対応するノズルは選択されない、請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
前記第１セクションは前記複数の管のそれぞれの前記第１端に最も近く、前記複数のセクションは前記複数の管のそれぞれの前記第２端に最も近い第３セクションを更に含み、前記第２セクションは前記第１及び第３セクションの間である、請求項２３記載の方法。
【請求項２６】
前記選択されたノズルは前記第３セクションに対応し、前記第１及び第２セクションに対応するノズルは選択されない、請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
前記選択されたノズルは前記第２及び第３セクションに対応し、前記第１セクションに対応するノズルは選択されない、請求項２５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却システムとそれを制御するシステム及び方法に関する。特に本発明は、間接蒸発冷却を使用する気流冷却システムに関する。特に適切な用途は、例えばデータセンター冷却システムにある。
【背景技術】
【０００２】
データセンター内のサーバーは多量の熱を生成し、冷却を必要とする。データセンターのために使用される１つの冷却システムは間接蒸発冷却システム、例えば米国Ｍｕｎｔｅｒｓ社により製造されるＯａｓｉｓ（商標）間接蒸発冷却システムである。「Ｏａｓｉｓ」システムはポリマー空気対空気交差流管熱交換器を含む。このシステムでは、処理空気は管の内側を通って流れ、除熱空気は管の外面を横切って流れる。処理空気はその熱を除熱空気に移すことで冷却される。寒い日と涼しい日は、ポリマー管熱交換器は空気対空気熱交換器として乾燥運転する。除熱空気はデータセンターの空気を、水を全く使わずに通常の熱交換により間接的に冷却する。周囲温度がある点まで上昇すると、水が水溜めから噴霧ノズルへ送り込まれ、ノズルがポリマー管の外面を濡らし、水の薄膜で管を覆う。除熱空気は管の外面上の水を蒸発させ、管内を流れる再循環するデータセンターの空気から熱を取り出させる。このシステムの複数のノズルは、ノズルから水が噴霧された時、ポリマー熱交換器の管の全長を濡らすように配置・構成される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
「Ｏａｓｉｓ」システムは他の冷却システムに比べて少ない水消費を含む複数の利点を提供するが、水消費のなお一層の削減が望まれる。本書に記載された発明はそのような水消費の削減を提供し、寒い気象条件における追加の利点と緊急バックアップシステムとを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
１つの態様では、本発明は間接蒸発熱交換器に関する。この間接蒸発熱交換器は熱交換器組立体、複数のノズル、水溜め、少なくとも１つのポンプ、温度センサー、及び制御器を含む。熱交換器組立体は  第１端、第２端、及び外面を有する少なくとも１つの管を含む。少なくとも１つの管は（１）処理流体がその中を第１方向に前記第１端から前記第２端へ流れ、（２）除熱冷却媒体が前記外面を横切って前記第１方向と交差する第２方向に流れるように構成される。熱交換器組立体は前記第１方向に整列した複数のセクションも含む。各セクションは前記少なくとも１つの管の一部を含む。前記複数のノズルは前記少なくとも１つの管の上方に位置する。前記複数のノズルのうち少なくとも１つのノズルが（１）前記複数のセクションのそれぞれ内に位置し（２）当該各セクション内の前記管の部分上に冷却液を選択的に放出するように構成される。前記水溜めは前記少なくとも１つの管の下方に位置する。前記水溜めは前記複数のノズルから放出され前記管を横切って流れた前記冷却液を集めるように構成される。前記少なくとも１つのポンプは前記水溜めから該熱交換器の少なくとも１つのセクション内に位置するノズルへ水を循環させるように構成される。前記温度センサーは制御温度を検出するように構成される。前記制御器は前記温度センサーに通信可能に結合され、前記温度センサーにより検出された温度を示す信号を前記温度センサーから受信し、前記温度センサーにより検出された前記温度が所定のしきい値未満である時、前記ポンプを動作させて前記水溜めから該熱交換器の１つのセクション内に位置するノズルへ冷却液を循環させ前記水溜め内の冷却液の凍結を防ぐように構成される。
【０００５】
別の態様では、本発明は蒸発熱交換器の水溜めでの凍結を防ぐ方法に関する。この蒸発熱交換器は熱交換器組立体を含む。熱交換器組立体は  第１端、第２端、及び外面を有する少なくとも１つの管を含む。少なくとも１つの管は（１）処理流体がその中を第１方向に前記第１端から前記第２端へ流れ、（２）除熱冷却媒体が前記外面を横切って前記第１方向と交差する第２方向に流れるように構成される。熱交換器組立体は前記第１方向に整列した複数のセクションも含む。各セクションは前記少なくとも１つの管の一部を含む。この方法は制御温度が所定のしきい値未満であると判断するステップと、前記水溜めから前記熱交換器の１つのセクション内に位置する少なくとも１つのノズルへ冷却液を循環させるステップと、前記循環させる冷却液を前記少なくとも１つのノズルから前記熱交換器の前記ノズルが位置する前記セクション内の前記管の部分上へ放出するステップと、前記少なくとも１つのノズルから放出され前記管を横切って流れた前記冷却液を前記水溜めに集めるステップとを含む。
【０００６】
別の態様では、本発明は冷却システムに関する。この冷却システムは処理流体を冷却するように構成された間接蒸発熱交換器と機械式冷却システムと制御器とを含む。間接蒸発熱交換器は少なくとも１つの管と複数のセクションと複数のノズルとを含む。少なくとも１つの管は第１端、第２端、及び外面を有する。少なくとも１つの管は（１）前記処理流体がその中を第１方向に前記第１端から前記第２端へ流れ、（２）除熱冷却媒体が前記外面を横切って前記第１方向と交差する第２方向に流れるように構成される。前記複数のセクションは前記第１方向に整列している。前記複数のセクションの各セクションは前記少なくとも１つの管の一部を含む。前記複数のノズルは前記少なくとも１つの管の上方に位置する。前記複数のノズルのうち少なくとも１つのノズルが（１）前記複数のセクションのそれぞれ内に位置し（２）当該各セクション内の前記管の部分上に水を選択的に放出するように構成される。前記機械式冷却システムは（１）前記処理流体がその中を流れ（２）前記処理流体を冷却するように構成された蒸発コイルを含む。前記制御器は水供給損失事故に対応する水損失モードを有する。制御器は前記水損失モードでは前記間接蒸発熱交換器の１つのセクション内に位置するノズルから水を選択的に放出して前記処理流体を冷却し、前記機械式冷却システムを動作させて前記処理流体を冷却するように構成される。
【０００７】
更に別の態様では、本発明は水供給損失事故時に冷却システムを動作させる方法に関する。この方法は通常の水供給管から前記冷却システムへの水供給が中断されたと判断するステップと、前記間接蒸発熱交換器で処理流体を冷却するステップとを含む。この間接蒸発熱交換器は少なくとも１つの管と複数のセクションと複数のノズルとを含む。少なくとも１つの管は第１端、第２端、及び外面を有する。少なくとも１つの管は（１）処理流体がその中を第１方向に前記第１端から前記第２端へ流れ、（２）除熱冷却媒体が前記外面を横切って前記第１方向と交差する第２方向に流れるように構成される。前記複数のセクションは前記第１方向に整列している。前記複数のセクションの各セクションは前記少なくとも１つの管の一部を含む。前記複数のノズルは前記少なくとも１つの管の上方に位置する。前記複数のノズルのうち少なくとも１つのノズルが前記複数のセクションのそれぞれ内に位置する。前記間接蒸発熱交換器の１つのセクション内に位置するノズルから水を選択的に放出することで前記処理流体は冷却される。この方法は機械式冷却システムを動作させて処理流体を冷却するステップを更に含む。機械式冷却システムは前記処理流体がその中を流れるように構成された蒸発コイルを含む。
【０００８】
更に別の態様では、本発明は間接蒸発熱交換器に関する。この間接蒸発熱交換器は熱交換器組立体と複数のノズルとを含む。熱交換器組立体は複数の直線状管を含む。各管は第１端、第２端、及び外面を有する。各管は（１）処理流体がその中を第１方向に前記第１端から前記第２端へ流れ、（２）除熱冷却媒体が前記外面を横切って前記第１方向と交差する第２方向に流れるように構成される。熱交換器組立体は前記第１方向に整列した複数のセクションも含む。各セクションは前記複数の管のそれぞれの一部を含む。前記複数のノズルは前記複数の直線状管の上方に位置する。複数のノズルのうち少なくとも１つのノズルが（１）前記複数のセクションのそれぞれ内に位置し（２）当該各セクション内の前記複数の管のそれぞれの部分上に冷却液を選択的に放出するように構成される。
【０００９】
更に別の態様では、本発明は間接蒸発熱交換器内の処理流体を冷却する方法に関する。この方法は処理流体を熱交換器組立体の前記複数の直線状管を通って前記第１方向に各管の第１端から第２端へ流すステップを含む。熱交換器組立体は複数のセクションを有し、前記複数の管のそれぞれの一部が該熱交換器組立体の各セクション内に含まれる。この方法は除熱冷却媒体を各管の外面を横切って前記第１方向と交差する第２方向に流し前記処理流体を冷却するステップも含む。この方法は前記除熱冷却媒体の流れだけでは前記処理流体を目標温度まで冷却するのに十分でない時に複数のノズルのうち少なくとも１つのノズルを選択するステップを更に含む。前記複数のノズルのうち少なくとも１つのノズルは該熱交換器組立体の各セクション内に位置する。この方法は前記選択するステップで選択されたノズルから冷却液を前記間接熱交換器組立体の対応するセクション内の前記複数の管の部分上に放出し前記処理流体を更に冷却するステップを更に含む。
【００１０】
本発明のこれら及び他の態様、目的、特徴、及び利点が、添付図面と共に読まれるべき例示の実施形態の下記の詳細な説明から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の好適な実施形態に係る冷却システムを使用するデータセンターの立面図である。
【図２】図１に示した冷却システムの間接熱交換器の斜視図である。
【図３】図２の細部３を示す図２に示した間接熱交換器の詳細図である。
【図４】図２に示した間接熱交換器の１つの管を示す。
【図５】図１に示した冷却システムの間接熱交換器の概略図である。
【図６】ノズルの別の配置を示す図１に示した冷却システムの間接熱交換器の概略図である。
【図７】第１段階動作を示す図３に示した間接熱交換器の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は本発明の好適な実施形態に係る冷却システム１１０を有するデータセンター１００を示す。冷却システム１１０はデータセンター１００に関連して示され説明されるが、冷却システム１１０はこの用途に限定されず、他の適切な空気冷却用途で使用されてもよい。サーバーなどの電子装置は複数のラック１０２に搭載され、データセンター１００でこれらのラック１０２は複数の列に配列され、列間に通路１０４、１０６を形成する。一方の通路１０４は冷たい通路で、他方の通路１０６は熱い通路である。冷却システム１１０からの冷たい供給空気１１２は、例えばダクト１０８を使って冷たい通路１０４に導かれる。次に供給空気１１２は冷たい通路１０４からラックを通って熱い通路１０６に入る。空気がラック１０２を通過する時、電子装置から熱を引き出し、熱い空気が熱い通路１０６に入る。この空気は次に熱い還気１１４として冷却システム１１０に戻される。供給空気ファン１１６はデータセンター１００から還気１１４を引き込み、還気１１４を冷却システム１１０を通し（そこで冷却される）、冷却された還気１１４を供給空気１１２としてデータセンター１００に戻すために使用される。
【００１３】
冷却システム１１０は還気１１４を冷却するために間接熱交換器２００を使用する。図２は間接熱交換器２００の斜視図であり、図３は図２の細部３を示す詳細図である。間接熱交換器２００は複数の管２１２を有する熱交換器組立体２１０を含む。任意の適切な形状を使用してよいが、この実施形態では、各管２１２は通常端が丸い矩形である（図３参照）。管２１２は垂直方向に向けられ、概ね矩形管２１２の長い寸法が垂直である。複数の管２１２が水平に列を成して配列され、隣接する管２１２同士の間に隙間２１４がある。これらの管２１２は垂直にも配列されている。垂直方向に各横列は上の横列又は下の横列と千鳥配列されている。この実施形態では、１つの横列の管２１２の中心線は上及び下の横列の管２１２間の隙間２１４の中心線と一直線になる。しかし、千鳥配列に代えて、例えば管２１２を垂直方向に整列させることを含む任意の適切な配列が使用されてよい。管２１２は各端でヘッダー板２１８により支持される。
【００１４】
還気１１４は供給空気ファン１１６により管２１２を通るよう方向付けられる。この実施形態の管２１２は直線状で第１方向Ａ（この実施形態では水平方向）に延び、従って、還気１１４は管２１２を通って第１方向Ａに処理流体として進行する。還気１１４は管２１２を通って進行する時、除熱空気１２２により間接的に冷却される（図４参照）。除熱空気１２２は除熱空気ファン１２４（図１も参照）により各管２１２（図４参照）の外面２１６を横切って引き込まれる。この実施形態では、除熱空気１２２は冷却システム１１０を囲む屋外環境から引き込まれた外気である。また、この実施形態では、間接熱交換器２００は交差流熱交換器である。除熱空気１２２は各管２１２の外面２１６を横切って第１方向Ａと交差する第２方向Ｂに引き込まれる。この実施形態では、第２方向Ｂは第１方向Ａに垂直である。外界温度が十分涼しければ、間接熱交換器は空気対空気熱交換器として乾燥運転する。しかし、外界温度が上昇すると、熱交換器組立体２１０の上方に位置する複数のノズル２２０から水が放出されうる。図４に示すように、水は各管２１２の外側（外面２１６）の周りを流れ落ちる。除熱空気１２２が各管２１２の外面２１６を横切って流れながら、蒸発熱伝達が管２１２の内側を通って流れる還気１１４を効率的に冷却する。ヘッダー板２１８は除熱空気１２２を還気１１４及び供給空気１１２から分離する。
【００１５】
図５に示すように、この実施形態の間接熱交換器２００は第１方向Ａに沿って複数のセクション２３０に分割される。任意の適切な数のセクション２３０が使用されてよいが、この実施形態の間接熱交換器２００は３つのセクション２３０を有する。また、この実施形態ではセクション２３０は管２１２の長さに亘って等しく配分され、各セクションは各管２１２の１／３を含むが、他の適切な配分を使用してもよい。第１セクション２３２は還気１１４が管２１２に入る管２１２の端に最も近い管２１２の１番目の１／３である。第３セクション２３６は終端セクションとも呼ばれ、管２１２の出口に最も近い管２１２の最後の１／３である。第２セクション２３４は第１セクション２３２と第３セクション２３６の間の中央の１／３である。
【００１６】
この実施形態では、間接熱交換器２００は３つのセクションに２つの仕切り２３８とヘッダー板２１８により物理的に分離される。仕切り２３８はヘッダー板２１８に類似する。ヘッダー板２１８と同様に仕切り２３８は、管２１２がそれを通って延びる板であり、この実施形態では、仕切り２３８は熱交換器組立体２１０の全高さ及び幅に亘って延びる。仕切り２３８は管２１２に、特に管２１２が長い実施形態において、構造支持を提供する。また、一部のセクションで水が放出される時（下記で更に説明するように）、仕切り２３８は、放出された水を放水中の熱交換器組立体２１０の特定のセクション２３０に封じ込めるのを助ける障壁として働く。
【００１７】
この実施形態では、各管２１２の長さに亘って水を分散するのに使用される３つのノズル２２０が存在する。第１ノズル２２２は第１セクション２３２内に位置し、第１セクション２３２内の管２１２の部分に亘って水を分散するのに使用される。第２ノズル２２４は第２セクション２３４内に位置し、第２セクション２３４内の管２１２の部分に亘って水を分散するのに使用される。第３ノズル２２６は第３セクション２３６内に位置し、第３セクション２３６内の管２１２の部分に亘って水を分散するのに使用される。単一のノズルの代わりに複数のノズル２２０が各セクションで使用されてもよく、従って、第１、第２、第３ノズル２２２、２２４、２２６は第１、第２、第３ノズル組みであってもよい。例えば、水が間接熱交換器２００の１つのセクション２３０内のノズル２２０から放出される時、熱交換器組立体２１０内の横列群の全幅が濡らされるのを保証するために、図２で分かるように複数のノズルが各セクション２３０で使用されてもよい。また、複数のノズルが各セクション２３０で、例えば、水が１つのセクション２３０内のノズル２２０から放出される時、熱交換器組立体２１０のそのセクション内の各管２１２の部分全体が濡らされるのを保証するために使用されてもよい。図６は各セクション２３０に複数のノズル２２０を有する間接熱交換器２００の概略図を示す。
【００１８】
間接熱交換器２００が複数のセクション２３０に分割されるので、間接熱交換器２００は、各管２１２の全長が乾燥又は濡らされて動作する代わりに、段階的に濡らされうる。段階的にすることは、還気１１４が先ず１つ以上の乾燥セクション２３０で冷却され、次に水が乾燥セクションの下流の残りのセクション２３０で使用されて供給空気１１２の目標温度を達成するのを可能にする。上述したように、外界温度が十分涼しい場合、間接熱交換器２００は空気対空気熱交換器として乾燥運転する。除熱空気１２２だけでは還気１１４を供給空気１１２の目標温度まで冷却するのに十分でない場合、水が間接熱交換器２００の少なくとも１つのセクション２３０内のノズル２２０から放出されてよい。
【００１９】
図７に示すように、例えば間接熱交換器２００の第３セクション２３６内のノズル２２６から水が放出される。従って、第３セクション２３６で間接蒸発冷却（ＩＥＣ）により提供される向上した熱交換を達成するのに水が使用される前に、還気１１４は、先ず第１セクション２３２及び第２セクション２３４において除熱空気１２２だけで冷却される。間接熱交換器２００の１つだけのセクション２３０内のノズル２２０からの水の放出が還気１１４を供給空気１１２の目標温度まで冷却するのに十分でない場合、追加のセクション２３０内のノズル２２０から水が放出されてよい。例えば、第２及び第３セクション２３４、２３６内のノズル２２４、２２６から水が放出され、第１セクション２３２が乾燥運転してもよい。従って、間接熱交換器２００の全てのセクション２３０内のノズル２２０から水が放出されるまで、追加のセクション２３０が作動されてよい。間接熱交換器２００の段階的運転は、段階的でない間接熱交換器と比べて１００％乾燥熱交換モードからＩＥＣモードへの遷移時により良い温度制御と削減された水消費の利点を有する。
【００２０】
冷却システム１１０は図５に示すように間接熱交換器２００を含む冷却システム１１０を動作させるための制御器１３０を含む。この実施形態では、制御器１３０は下記に更に説明する様々な機能を実行するためのプロセッサ１３２と様々なデータを記憶するためのメモリ１３４を含むマイクロプロセッサベース制御器である。制御器１３０はまた、ＣＰＵとも呼ばれることがある。１つの実施形態では、冷却システム１１０の制御はメモリ１３４に記憶された一連の命令の形態で実現され、プロセッサ１３２により実行される。従って、制御器１３０はシステム内の様々なポンプ及びバルブに通信可能に結合され、それらは下記で更に説明するように動作させられうる。加えて、制御器１３０はまた、適宜入力装置及び表示装置に通信可能に結合されてよい。
【００２１】
図５は間接熱交換器２００の概略図である。水がノズル２２０から放出される時、水は熱交換器組立体２１０の管２１２を横切って流れ、冷却プロセスの間に蒸発しなかった水は水溜め２４２に集められる。少なくとも１つのポンプ２４４、２４６が水を水溜め２４２からノズル２２０に循環させるために使用される。図５に示す間接熱交換器２００では、第１ポンプ２４４は第３セクション２３６内のノズル２２６に流体接続される。第２ポンプ２４６は第１及び第２セクション２３２、２３４内のノズル２２２、２２４に流体接続される。段階バルブ２４８は第２ポンプ２４６と第１セクション２３２のノズル２２２の間に位置する。ＩＥＣモードの第１段階で動作する時、制御器１３０は第１ポンプ２４４を動作させ、水を水溜め２４２から循環させ、第３セクション２３６内のノズル２２６から水を放出しうる。第１段階では、制御器１３０は第２ポンプ２４６を動作させない。第２段階では、段階バルブ２４８は閉じられ第１セクション２３２のノズル２２２を第２ポンプ２４６から切り離し、第１及び第２ポンプ２４４、２４６両方が第２及び第３セクション２３４、２３６内のノズル２２４、２２６から水を放出するように動作する。第３段階は第２段階に類似するが、段階バルブ２４８が開き第１セクション２３２のノズル２２２からも水を放出する。２つのポンプ２４４、２４６と単一の段階バルブ２４８を用いて説明したが、間接熱交換器２００の所望の段階分けを実現するために、任意の適切な数のポンプ及び段階バルブが様々な組み合わせで使用されてもよい。
【００２２】
段階噴霧手法を取り入れることで得られうる幾つかの追加の利点がある。冷却用途において、間接熱交換器２００は通常要求される冷却負荷を全ての動作条件では満たすことが出来ないので、補助的な機械式冷却システム３００も冷却システム１１０に含まれてもよい（図１参照）。この機械式冷却システム３００は還気１１４の流路内に位置する冷却コイル３０２を含む。図１に示した実施形態では、冷却コイル３０２は間接熱交換器２００の下流に位置し、間接熱交換器２００により冷却された後に還気１１４を冷却するように構成されている。冷却コイル３０２を冷却するために直接膨張冷媒又は冷水を使用するシステムを含む任意の適切な機械式冷却システムが使用されてよい。
【００２３】
この実施形態では、機械式冷却システム３００は通常の冷却サイクルを使用する直接膨張（ＤＸ）冷却システム３００である。直接膨張冷却システム３００は冷却コイル３０２後で凝縮器３０４において冷却される前の冷媒の圧力及び温度を上げる圧縮機（不図示）を含む。この実施形態では、直接膨張冷却システム３００の凝縮器３０４は間接熱交換器２００の上方に配置され、除熱空気１２２により冷却されてもよい。例えば、間接熱交換器２００と別個に除熱空気１２２以外の気流内に配置されることを含む凝縮器３０４の他の適切な構成を使用してもよい。冷媒は膨張バルブ（不図示）を通り、冷却コイル３０２に戻る前にその圧力及び温度を下げる。
【００２４】
機械式冷却システム３００は、通常、間接熱交換器の間接蒸発冷却プロセス後に要求される冷却のバランスを提供するためだけの大きさであるので、トリム冷却システムと通常呼ばれる。データセンター冷却などの重要な冷却用途において、性能が保証されなければならない。もしトリム冷却システム（機械式冷却システム３００）が完全でない大きさならば、水損失事故時、全冷却能力を維持するために水貯蔵器が施設により提供されなければならない。このような貯蔵器は水貯蔵タンク３２０（図５参照）により提供されてよい。貯蔵タンク３２０は通常継続する時間間隔、例えば２４又は４８時間の間のピーク水蒸発要求に基づいた大きさである。例年（ＴＭＹ）時間毎天候データを評価しピーク水使用期間を特定する。本書で説明する間接熱交換器２００はこのバックアップ水貯蔵タンク３２０の大きさの大幅な削減を可能にする。
【００２５】
図５に示すように、水が供給管３１２を介して間接熱交換器に供給される。この実施形態では、熱交換器組立体２１０の上方に位置する供給ノズル３１４から水を放出することで水が間接熱交換器２００に供給されてよい。供給ノズル３１４から放出された水は、再循環に使用されるノズル２２０と同様に管２１２を横切って流れ水溜め２４２に入る。供給バルブ３１６は水の供給管３１２から間接熱交換器２００への供給を制御するために開閉されてよい。水は他の適切な構成を使って間接熱交換器２００に供給されてもよい。例えば、供給ノズル３１４を使用することで水溜め２４２を満たす代わりに、供給管３１２が水溜め２４２に直接注いでもよい。
【００２６】
供給管３１２は様々な水供給元に接続されてよい。１つの水供給元は通常の動作条件下で使用される水供給元であってよい。通常の水供給元は、冷却システム１１０が中に位置する施設が使用する任意の適切な水供給元であってもよい。このような通常の水供給元は市営水道本管、井戸などからの水を含んでよい。図５に示すように、この通常の水供給元は供給管３１２に通常の水供給管３２２によって接続される。通常の水供給バルブ３２４は通常の水供給管３２２を供給管３１２から切り離すのに使用される。上述したように、水はまた、バックアップ水供給元により冷却システム１１０に供給されてもよい。バックアップ供給水は水貯蔵タンク３２０内に貯蔵されてもよい。水貯蔵タンク３２０は供給管３１２にバックアップ水供給管３２６により流体接続され、バックアップ水供給バルブ３２８はバックアップ水供給管３２６（及び水貯蔵タンク３２０）を供給管３１２から切り離すために使用される。
【００２７】
通常の水供給管３２２を介して通常の水供給が提供されるのが中断される水供給損失事故時、冷却システム１１０は水損失モードで動作してもよい。この実施形態では、水損失モードは冷却負担を間接熱交換器２００から機械式冷却システム３００に移すことを含む。外界温度が還気１１４を除熱空気１２２だけで冷却するのに十分低くない場合、除熱空気ファン１２４が除熱空気１２２の最大空気流を提供するように動作しながらも、間接熱交換器２００のノズル２２０から水を放出する代わりに機械式冷却システム３００は最大能力まで動作する。そして、必要なら、熱交換器組立体２１０の一部のセクション２３０だけで間接蒸発冷却しながら間接熱交換器２００が動作してもよい。例えば、機械式冷却システム３００は、機械式冷却システム３００及び第１段階で動作する間接熱交換器２００がピーク設計条件に基づく必要な冷却能力を提供するのに十分であるような大きさであってよい。上述したように、第１段階で間接熱交換器２００の第３セクション２３６内のノズル２２６から水が放出される。このように冷却システム１１０を動作させることは、冷却システム１１０を全水噴霧で動作させるのに比べて、水損失事故時かなりの量の水を節約し、それにより貯蔵される水の必要量と水貯蔵タンク３２０のサイズを低減する。
【００２８】
通常の水供給が中断されたと分かると水損失モードが作動してよい。操作者が通常の水供給が中断されたと判断すると水損失モードを手動で作動させるが、水損失モードは自動で作動してもよい。図５に示すように、水供給センサー１３６は通常の水供給管３２２内に位置する。水供給センサー１３６は制御器１３０に通信可能に結合され、水供給センサー１３６が通常の水供給が中断されたことを検知すると信号を制御器１３０に送信する。水供給センサー１３６からその信号を受信すると、制御器１３０は水損失モードを作動させる。水損失モードでは、通常の水供給バルブ３２４は閉じられ、バックアップ水供給バルブ３２８が開き水供給を通常の水供給から水貯蔵タンク３２０に貯蔵されたバックアップ水供給に切り替える。制御器１３０は次に上述したように冷却システム１１０を水損失モードで動作させる。データセンター１００は、データセンター１００の冷却システム１１０への水供給を含む様々な面を制御する建物管理システム（ＢＭＳ）を含んでもよい。データセンター１００がＢＭＳを含む場合、ＢＭＳは信号を送信し、制御器１３０はその信号を受信し冷却システム１１０を水損失モードで動作させる。制御器１３０はＢＭＳから受信した信号に応答して水供給バルブ３２４、３２８を動作させてよいが、水供給バルブ３２４、３２８はＢＭＳにより動作させられて水損失モードを作動（又は停止）させてもよい。
【００２９】
間接熱交換器２００が氷点近い外界温度で動作する時、段階噴霧手法を取り入れることは水節約の利点も提供する。間接熱交換器２００は氷点を大きく超える温度の除熱空気１２２だけを使用して全力冷却を通常提供できるので、水システム（水溜め２４２を含む）は、外界温度が氷点に近づくにつれ通常水抜きされ、凍結の心配は全くない。このことは、夜に氷点に向かう温度低下を頻繁に経験するが昼間は熱くなり間接蒸発冷却を必要とする地域では、水溜め２４２の頻繁な充填放出の繰り返しを生じ、水溜め２４２が水抜きされる毎に水を浪費しうる。可変冷却負荷を持つ用途では、水溜め器ヒーターが水溜めの水が低温を乗り切れるようにしばしば使用される。この手法は許容されるが、ヒーターを働かせるのにエネルギーを必要とする。しかし、データセンター１００などのより一貫した熱負荷を有する施設では、段階水噴霧はより効率的な手法を提供することがある。
【００３０】
外界温度が所定のしきい値に達すると、間接熱交換器２００は第１段階で動作する。第１段階では、水は第１ポンプ２４４により水溜め２４２から第１セクション２３２のノズル２２２へ循環させられる。ノズル２２２から放出された水は還気から十分な熱を取り出して水溜め２４２全体を凍結を防ぐのに十分暖かく保つ。或いは、外界温度を測定し、外界温度に基づく所定のしきい値を使用する代わりに、水溜め２４２内の水の温度を測定し、所定のしきい値は水溜め２４２内の水の温度に基づいてもよい。
【００３１】
操作者が温度が所定のしきい値未満に下がったと判断した時、間接熱交換器２００を第１段階で動作させ凍結を防いでもよいが、間接熱交換器２００は自動的にこの動作を開始してもよい。図５に示すように、温度検出器１３８は外気の温度、又は水溜め２４２内の水の温度を測定するように構成される。温度検出器１３８は制御器１３０に通信可能に結合され、外気（又は水溜め２４２内の水）の温度を制御器１３０に送信する。制御器１３０は温度検出器１３８から外気（又は水溜め２４２内の水）の温度を受信し、制御器１３０が温度が所定のしきい値未満に下がったと判断すると、制御器１３０は上述したように間接熱交換器２００の第１段階を動作させ、水溜め２４２内の水の凍結を防ぐ。
【００３２】
本発明を特定の代表的な実施形態で説明したが、多くの追加の部分変更及び変形は、本開示から当業者には明らかであろう。従って、具体的に記載した以外のやり方で本発明が実施されてもよいことは理解されるべきである。従って、本発明の代表的な実施形態は全ての点で例示であり限定でないと考えられるべきであり、本発明の範囲は上述した記載ではなく本出願の請求項及びそれらの等価物により決定されるべきである。
【符号の説明】
【００３３】
１００    データセンター
１０２    ラック
１０４、１０６    通路
１０８    ダクト
１１０    冷却システム
１１２    供給空気
１１４    還気
１１６    供給空気ファン
１２２    除熱空気
１２４    除熱空気ファン
１３０    制御器
２００    間接熱交換器
２１０    熱交換器組立体
２１２    管
２１４    隙間
２１６    外面
２１８    ヘッダー板
２２０、２２２、２２４、２２６    ノズル
２３０、２３２、２３４、２３６    セクション
２４２    水溜め
２４４、２４６    ポンプ
３００    機械式冷却システム
３０２    冷却コイル
３０４    凝縮器
３２０    水貯蔵タンク
【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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【国際調査報告】
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