JP5209802B2 - ホットアイル封じ込め型の冷房システム及び方法 - Google Patents

Description

本発明はラック及びエンクロージャに関し，特にデータ処理装置，ネットワーク機材及び通信機材等の収納ラックやエンクロージャを冷房するための機器に関するものである。

データ処理装置，ネットワーク機材及び通信機材等の電子機器を収納するためのエンクロージャやラックは，多年にわたって使用されている。この種のラックは，大きな機材室やデータセンタにおいて機材を収納し，かつ配置するためにしばしば使用されるものである。多年に亘り，異なる製造業者により製造された標準ラックに搭載可能なラック搭載機器を機器製造業者が設計できるように，ラックについて多くの異なる規格が制定されてきた。通常，標準ラックは複数ユニットの電子機器，例えばサーバやＣＰＵを，ラック内で垂直に重ねた状態で搭載するための前側取り付けレールを含んでいる。一例としての業界標準ラックは，高さが約６〜６．５フィート，幅が約２４インチ，深さが約４０インチである。通常，この種のラックは，米国電子産業工業会EIA-310-D規格「１９インチ」ラックと称されている。

ラックが設置されたデータセンタにおける配電／冷房システムを管理するための管理システムが開発されている。この種の管理システムは，例えば，米国ロードアイランド州ウェストキングストン所在のアメリカン・パワー・コンバージョン・コーポレーション（本発明についての承継人）が提供している「インフラストラクシュア」（ＩＳＸ）として既知であり，特に大規模のデータセンタを管制するように設計されている。

ラック搭載機器が発生する熱は，機器部品の性能，信頼性及び耐用寿命に悪影響を及ぼすことがある。特に，エンクロージャに収められたラック搭載機器は，作動中にエンクロージャ内部で熱の蓄積やホットスポット生成の影響を受けやすい。ラック搭載機器が発生する熱量は，ラック内の機器に対して作動中に供給される電力に依存する。さらに，電子機器のユーザは，ニーズの変更や，新たなニーズの発生に際して，機器部品を追加し，取り除き，又は再配置することがあり得る。

従来から，特定の形態の場合にデータセンタは，コンピュータルーム空調（CRAC）ユニットを含むデータセンタ用冷房システムで冷房を行っており，これらのユニットは，硬質配管を備えた不動ユニットであって，データセンタ室内の周辺に配置するのが一般的である。CRACユニットは，空気をユニット前部から取り入れ，より低温の空気をデータセンタ室の天井に向けて上向きに排出するものである。他の実施形態において，CRACユニットは空気をデータセンタ室の天井付近から取り入れ，より低温の空気を上げ床の下側に排出して機器ラック前部まで供給する。一般的に，この種のCRACユニットは室温空気（約72°F）を取り入れ，より低温（約55°F）の空気を排出し，これをデータセンタ室内に吹き込んで機器ラック又はその近傍における室温空気と混合するものである。他の実施形態において，CRACユニットは規模を拡張・収縮できるモジュール構造とされており，データセンタ内における冷房需要に応じてデータセンタ内の任意の箇所に配置可能とされている。このような冷房ユニットは，同時係属中の米国特許出願第11/335874号（発明の名称：冷房システム及び方法，出願日：2006年1月19日）に記載されている。

ラック搭載機器は，空気をラックの前側又は取り入れ側に沿って引き入れ，その部品を通して流し，ラックの後側又はベント側から排出することにより自然空冷するのが普通である。特定の実施形態において空気は，通所は機器ラックの前側に位置する「コールドアイル」から機器ラック内に取り込む。熱せられた空気は機器ラックから，通常は機器ラックの背面側に位置する「ホットアイル」に向けて排出する。CRAC型空調システムの欠点は，低温空気が室温空気と混合されることにより効率を低下させていることである。システム効率を可及的に高めると共に消費エネルギ及び占有床面積を最小化するため，理想的には可能な最高温度の空気をCRACユニットに引き込み，CRACユニットで熱せられた空気は室温よりも数度ほど低温とすべきである。さらに，ラック搭載機器の数や形式，又はラック及びエンクロージャの形態に応じて，気流に課される要件が大幅に変動することがあり得る。

上述したようにデータセンタを流れる気流を制御すると共に気流の最適化をはかるため，空気をホットアイル及びコールドアイル内，特にホットアイル内に封じ込めて冷却するのが望ましい場合がある。このようなホットアイル封じ込め型システムは，米国特許第6859366号及び同第7046514号各明細書に記載されている。ホットアイル封じ込め型システムの他の例は，米国ロードアイランド州ウェストキングストン所在のアメリカン・パワー・コンバージョン・コーポレーション（本発明についての承継人）がACDC1014型，ACDC1015型，ACDC1018型及びACDC1019型として提供されている。

データセンタ室の設計者が直面する他の問題は，データセンタ内における電力及びケーブルの管理である。データセンタ内のエンキロージャの数や，エンクロージャに収められた機器の数によっては，機器の電力需要管理やケーブルの組織化が伝統的に困難であった。

米国特許出願第11/335,874号明細書 米国特許第6859366号明細書 米国特許第7046514号明細書

米国電子産業工業会EIA-310-D規格

本発明の１つの観点は，２列の機器ラック間に空気を封じ込めて冷却する空気封じ込め型冷房装置に向けられている。一実施形態において，空気封じ込め型冷房装置は２列の機器ラックにより区画されるホットアイルを封止する構成とされたキャノピーアセンブリと，キャノピーアセンブリ内に埋設された冷却手段とを備える。この冷却手段は，ホットアイル内に封じ込めた空気を冷却するためのものである。

空気封じ込め型冷房装置の実施形態は，複数の垂直及び水平支持部材を有するフレーム構造体をキャノピーアセンブリに設け，そのフレーム構造体により少なくとも１枚の冷却パネルを支持する構成とすることができる。特定の実施形態において，少なくとも１枚の冷却パネルは空気をホットアイル内に封じ込め，冷房システムが少なくとも１枚の冷却パネルに埋設された熱交換機を含み，複数の垂直及び水平支持部材が，冷媒を熱交換器に供給するための配管を含み，熱交換器がコイルを含む。空気封じ込め型冷房装置は，更に，空気をコイルに向けて移動させるためのファンを備え，このファンはフレーム構造体により支持されるものである。空気封じ込め型冷房装置は，更に，隣接するラック間に配置された垂直フィラーパネル，少なくとも１つのケーブル用トラフ及び／又はホットアイルに沿って延在するバスを備える。１以上の実施形態において，このバスは，配電バス，ケーブル管理バス又は冷却バスであり，キャノピーアセンブリの一側を区画するものである。

本発明の他の観点は，データセンタにおける機器ラックのホットアイルを冷房する方法に向けられている。一実施形態において，該方法は：データセンタにおけるホットアイル上で機器ラックの間にキャノピーアセンブリを配置することにより，空気をホットアイル内に封じ込め；ホットアイル内に封じ込めた空気を冷却手段により冷却するものである。この方法の実施形態では，フィラーパネルを隣接する機器ラックの間に配置して空気をホットアイル内に更に収容し，ホットアイル内の空気をキャノピーアセンブリ内で冷却手段に向けて移動させ，及び／又はＩＴ機器を設けて配電機能及びケーブル管理機能を付与する。

本発明の他の観点は，機器ラック列を有するデータセンタにおけるホットアイル内の空気を冷房するキットに向けられている。一実施形態において，該キットは：２列の機器ラックにより区画されたホットアイルを封止するためのキャノピーアセンブリと；キャノピーアセンブリ内に埋設され，ホットアイル内に封じ込めた空気を冷却するための冷却手段とを備える。

キットの実施形態は，キャノピーアセンブリが，複数の水平及び垂直支持部材を有するフレーム構造体と，該フレーム構造体により支持される少なくとも１つの冷却パネルとを含む。複数の水平及び垂直支持部材が，冷媒をコイルに供給するための配管を含む。少なくとも１つの冷却パネルが，空気をホットアイル内に封じ込める。冷却手段は，少なくとも１つの冷却パネル内に配置された熱交換器を含む。その熱交換器はコイルを含む。キットは，次の構成要素の１つ以上を更に備える構成とすることができる：すなわち：フレーム構造体により支持されて，空気をコイルに向けて移動させるためのファン；フィラーパネル；ケーブル用トラフ；及びホットアイルに沿って延在するバスである。このバスは，配電バス，ケーブル管理バス又は冷却バスであり，キャノピーアセンブリの一側を区画するものである。

本発明の更に他の観点は，２列の機器ラックの間に空気を封じ込めて冷房する空気封じ込め込め型冷房システムに向けられている。一実施形態において，空気封じ込め込め型冷房システムは：２列の機器ラックにより区画されたホットアイルを封止するためのキャノピーアセンブリと；キャノピーアセンブリ内に埋設され，ホットアイル内に封じ込めた空気を冷却するための冷却手段とを備える。

空気封じ込め込め型冷房システムの実施形態は，キャノピーアセンブリが，複数の水平及び垂直支持部材を有するフレーム構造体と，該フレーム構造体により支持される少なくとも１つの冷却パネルとを含む構成とすることができる。特定の実施形態において，冷房システムにおける冷却手段が少なくとも１つの冷却パネルを含み，該冷却パネルにより空気をホットアイル内に封じ込める。冷却手段は，少なくとも１つの冷却パネル内に配置された熱交換器を含む。複数の水平及び垂直支持部材は，冷媒を熱交換器に供給するための配管を含む。熱交換器はコイルを含む。空気封じ込め込め型冷房システムは，空気をコイルに向けて移動させるためのファンを更に備える。空気封じ込め込め型冷房システムは，隣接するラック間に配置されたフィラーパネル，少なくとも１つのケーブル用トラフ，及び／又はホットアイルに沿って延在するバスを更に備える。１以上の実施形態において，このバスは，配電バス，ケーブル管理バス又は冷却バスであり，キャノピーアセンブリの一側を区画するものである。

図面において，各図に示される同一又はほぼ同一の構成要素は対応する参照数字で表わされている。全図において，全ての構成要素がラベル付けされているものではない。本発明の理解に資するために，以下に説明する図面をここに参照として取り込むものとする。
データセンタの一部の線図的な斜視図であり，２列の機器ラックにより限定されたホットアイルと，空気をホットアイル内に封入し，かつ冷房するための，本発明に係る空気封入型冷房システムの一実施形態を示すものである。 図１に示すデータセンタの一部の線図的な端面図である。 図１及び図２に示す空気封入型冷房システムの線図的な断面図である。 図１に示すデータセンタの一部の線図的な側面図である。 データセンタの一部の線図的な斜視図であり，２列の機器ラックにより限定されたホットアイルと，空気をホットアイル内に封入し，かつ冷房するための，本発明に係る空気封入型冷房システムの他の実施形態を示すものである。 図５に示すデータセンタの一部の拡大斜視図であり，キャノピーアセンブリの一部を除去して冷房システムの構成要素を示すものである。 図６に示すキャノピーアセンブリの一部の斜視図である。 本発明の他の実施形態におけるキャノピーアセンブリの一部の斜視図である。 図６及び図７に示すキャノピーアセンブリにおけるマイクロチャネルコイルの説明図である。 マイクロチャネルコイルの一実施例の拡大断面図である。 マイクロチャネルコイルの他の実施例の拡大断面図である。

以下，本発明を図面について更に詳述する。図面は，あくまでも本発明の例示を目的とするに止まり，本発明の一般性を制約するものではない。すなわち，本発明は，以下に記載し，かつ図示した構成要素の特定の構成や配置には限定されない。本発明は，他の形態や態様をもって実施することもできる。本明細書中の用語は記述目的で用いるに止まり，限定的に解すべきものではない。特に，「含む」，「備える」，「有する」，「関与する」，「関連する」等の用語及びその活用変化は，対象となる構成要素やその均等物のみならず，追加的な構成要素も包含するものである。

一般的なデータセンタは，多数の機器ラックを収容するように設計することができる。一実施形態において，各機器ラックは米国特許第7293666号の開示に基づいて構成することができる。この米国特許は，「機器エンクロージャキット及び組立方法」と題されており，本願の承継人の保有に係るものであり，その開示は本願に参照的に取り込まれる。他の実施形態に係る機器ラックは，アメリカン・パワー・コンバージョン・コーポレーションにより「NetShelter」（商標）の商品名で販売されている。さらに，機器ラック間のケーブル類は，米国特許第6967283号に開示されているラックのルーフ上に配置したケーブル分配トラフを使用して敷設することができる。この米国特許も本願の承継人に譲渡されており，その開示は本願に参照的に取り込まれるものである。本発明の原理は，小規模のデータセンタ，機器ルーム及びコンピュータルームに適用可能である。以下では，単なる例示として，データセンタのみについて言及する。

各支持ラックは，データ処理装置，ネットワーク機器及び通信機器等の電子機器を支持するためのフレーム又はハウジングを含む構成とすることができる。ハウジングは，前部，後部，一対の側部，底部及び頂部を含む。各機器ラックの前部には，機器ラック内部へのアクセスを許容するための前部ドアを設けることができる。機器ラックの内部や，ラックに収めた機器に対するアクセスを防止するためのロックを設けることができる。機器ラックの側部には，ラックの内部領域を封止するための少なくとも１枚のパネルを設けることができる。機器ラックの後部にも少なくとも１枚の後部ドアを設けて，ラックの後部からのラック内部へのアクセスを許容することができる。特定の実施形態において，側部及び後部のパネルや，前部及び後部のドアを穿孔金属板で構成し，例えば機器ラックの内部に対する空気の流入・流出を許容することができる。他の実施形態において，前部ドアは取り外し可能なパネルで構成することもできる。

機器ラックはモジュール構造とされており，所定の設置位置，例えばデータセンタのラック列内に対して転入及び転出可能とされている。各機器ラックの底部にキャスタを取り付けて，ラックをデータセンタの床面に沿って転動可能とすることができる。位置決めした後，水準調整脚を伸縮させて機器ラックを，ラック列内の所定部位で確実に接地させることができる。

所定位置に設置した後，機器ラックの内部領域に電子機器を配備することができる。例えば，機器は機器ラックの内部領域に取り付けた棚上に設置することができる。電力供給用及び通信用のケーブルは機器ラックの頂部を通して，例えば機器ラックの頂部におけるカバー（いわゆる「ルーフ」）に形成された開口部や，機器ラックの頂部自体における開口部を通して配置する。この実施形態において，ケーブルは，ラックのルーフに沿って敷設し，又は前述したケーブル分配トラフ内に配置することができる。他の実施形態において，ケーブルは，上げ床内に配置し，機器ラックの底部を通して電子機器に接続する。何れの場合にも，電力ケーブルや通信ケーブルが機器ラックに対して配備されるものである。

上述したとおり，一般的にデータセンタは機器ラック列を備え，冷気がクールアイルからラック内に取り込まれ，温気又は熱気がラックからホットアイルに排出される構成とされている。一実施形態において，機器ラックは２列に配備され，近位側の機器ラックの前部が前向きに，遠位側機器ラックの後部が後向きに配置されている。しかし，前述したとおり，一般的なデータセンタにおいては，複数列の機器ラックを配備するにあたり，複数の機器ラックの前部を互いに対向させてコールドアイルを形成し，複数の機器ラックの後部を互いに対向させてホットアイルを形成することもできる。他の形態において，ホットアイル又はコールドアイルを，壁と機器ラック列との間に形成することができる。例えば，１列の機器ラックを壁から離間させて配置し，その機器ラックの後部を壁に対向させて，ホットアイルを壁と機器ラック列との間に形成することができる。

データセンタ又は機器室内における熱の蓄積及びホットスポットに対処し，一般論としてデータセンタ又は機器室内における気候制御を行うため，少なくとも１つの冷房システムを設けることができる。一形態において，冷房システムはデータセンタにおけるインフラストラクチャの一部として設けることができる。他の形態として，データセンタの冷房システムは，前述した伝統的なCRACユニットの補完手段として設けることができる。更に他の形態として，モジュール型冷房システムを付設することができる。

このようなモジュール型の冷房システムは，同時係属中の米国特許出願第11/335874号（発明の名称：冷房システム及び方法，出願日：2006年1月19日）に記載されており，この出願は本願の承継人の保有に係り，その開示は本願に参照的に取り込まれるものである。この冷房システムは，データセンタ内に複数の冷房ラックを戦略的に配置した構成とすることができる。一実施形態において，データセンタ内に設けられた機器ラックの２列毎に冷房ラックを配備した構成とすることができる。しかしながら，データセンタの環境条件に応じて，データセンタに設ける冷房ラックの数を増減することが可能であることは，本願発明の利点に鑑み，当業者が容易に理解できるところである。さらに，幾つかの実施形態において，冷房ラックの配置密度及び配置場所を，データセンタ内における最も熱いラックの場所に基づいて，又はデータセンタ情報管理システムにより収集・分析された情報と，データセンタ内に収められる機器の種類に基づいて，調整することができる。

モジュール型冷房システムや，その各種構成要素や配置形態の詳細については，同時係属中の米国特許出願第11/335874号を参照されたい。また，他の形態の冷房システム，例えば米国ロードアイランド州ウェストキングストン所在のアメリカン・パワー・コンバージョン・コーポレーション（本発明についての承継人）が提供する冷房システムを使用することもできる。

一実施形態においては，１つ又は複数の冷房ラックの作動条件をモニタし，かつ表示するための管理システムを設けることができる。この管理システムは，冷房ラックの作動を制御するために独立して作動可能とすることができ，より上位のネットワークマネジャと，又は機器収納ラックに関連する管理システムと通信を行うものとすることができる。例えば，特定の実施形態において，冷房ラックの作動を制御するためのコントローラを設けることができる。このコントローラは，データセンタの冷房システムの専用ユニットで構成することができる。他の実施形態において，コントローラは統合的なデータセンタ制御モニタシステムの一部として設けることができる。更に他の実施形態において，各冷房ラックは，冷房ラック内に設けられて他の冷房ラックと通信を行うコントローラにより，独立して作動可能とすることができる。コントローラは，特定の構成形態の何れにおいても，データセンタ内における冷房ラックの個別的な作動を制御するように設計されている。

例えば，コントローラはデータセンタ内で空気を冷却するために配置された特定の冷房ラックの故障又は作動不能を特定し，故障した冷房ラックの近傍に配置されている少なくとも１つの冷房ラックの冷房能力を高めるように構成することができる。他の実施形態において，１つの冷房ラックをメインユニット又はマスタユニットとして作動させ，他の冷房ラックをメインユニットの制御下で作動する従属ユニットとして作動させることができる。この実施形態において，メイン冷房ラックをデータセンタオペレータにより操作して，冷房システム全体を制御することができる。例えば，コントローラは，機器ラックから情報を受信し，その機器ラックに供給された電力エネルギ量を決定するように構成することができる。この場合にコントローラは，機器ラックに供給されたエネルギ量に基づき，冷房システム内における特定の冷房ラックの冷房能力を高めるように構成することができる。

機器ラックと同様に，冷房ラックはモジュール構造とされており，所定の設置位置，例えばデータセンタのラック列内に対して転入及び転出可能とされている。各冷房ラックの底部にキャスタを取り付けて，ラックをデータセンタの床面に沿って転動可能とすることができる。位置決めした後，水準調整脚を伸縮させて冷房ラックを，ラック列内の所定部位で確実に接地させることができる。他の実施形態において，冷房ラックのハウジングにアイボルトを設け，クレーン等の持上げ装置により冷房ラックを持ち上げてデータセンタ内に配置可能とする構成とすることもできる。

一実施形態において，機器ラック及び冷房ラックの前部をコールドアイルに近接させると共に後部をホットアイルに近接させて配置することができる。冷房ラックを可動モジュール構造としたことにより，データセンタ内において気候制御を要する部位，例えばホットアイルに近接する部位における冷房を効果的に達成することが可能である。このような構成により，冷房ラックをデータセンタの冷房及び気候制御のための構造ブロックとして使用することができ，データセンタのオペレータが必要に応じて冷房ラックを追加し，又は取り除くことが可能である。すなわち，冷房ラックは従来のCRACユニットよりもはるかに優れた拡張性をもたらすものである。加えて，操作可能な冷房ラックは，故障した冷房ラックの代用として，容易かつ迅速に設置することができる。

コントローラは，コントローラが収集した環境パラメータに基づいて，冷房システムの作動を制御するように構成することができる。一実施形態において，コントローラは冷房ラックに設けられたコントローラユニットのみで構成し，これらのコントローラユニットを，コントローラエリアネットワーク（CAN）バスで相互に通信させることができる。他の実施形態において，コントローラユニットの作動を制御するためにマスタコントローラを設けることができる。各冷房ラックには，コントローラに作動的に接続されたディスプレイアセンブリを設けることができる。このディスプレイアセンブリは，データ室内における環境条件を表示するよう構成されている。環境条件としては，非限定的であるが，冷房ラックにおけるデータセンタの温度及び湿度，冷房ラックの空気入口温度及び空気出口温度，冷房ラックの冷媒入口温度及び冷媒出口温度，冷房ラックの冷媒流入量，冷房ラックの冷房能力等を例示することができる。このような情報を収集するために，適当なモニタ及び／又は計器を設けることができる。上述した実施形態について代替的又は追加的に，統合データセンタ制御モニタシステムを設けたユニットで環境条件を表示することができる。

特定の状況下では，ホットアイル及びコールドアイル内，特にホットアイル内の気流を制御するのが望ましい場合がある。一般的に，機器ラック内に収めた電子部品から発生された熱気は，機器ラックの背面からホットアイル内に排出されている。冷房ユニット，例えば上述したモジュール型冷房ユニットによる空調において熱気を取り込むのが更に望ましい場合もある。特定形態の機器ラックに対応させて設計したシーリングアセンブリによってホットアイルを封止することは，既知である。このような既知のシーリングアセンブリは，一般的には，機器ラックをデータセンタ内に設置する際に設置され，機器ラックの製造業者によって製造されるものである。

本発明に係る空気封入型冷房システムの実施形態は，空気を２列の機器ラックの間に封入して冷房する空気封入型冷房システムを含む構成とすることができる。一実施形態において，空気封入型冷房システムは，２列の機器ラックにより区画されるホットアイルを封止するように構成されたキャノピーアセンブリを含む。空気封入型冷房システムは，キャノピーアセンブリに埋設された冷却手段を更に含む。特定の実施形態において，冷却手段はホットアイル内の空気を冷却するように構成されている。ホットアイルに沿って水平に延在するバスを設けることができる。バスの実施形態は，キャノピーアセンブリの一側を区画する配置とした配電バス，ケーブル管理バス又は冷却バスを含むことができる。

他の実施形態において，キャノピーアセンブリは複数の垂直及び水平支持部材を有するフレーム構造体を含み，少なくとも１つの冷却パネルがフレーム構造体により支持される構成とすることができる。少なくとも１つの冷却パネルは，空気をホットアイル内に封止する構成とすることができる。

冷房システムの実施形態は，少なくとも１つの冷却パネル内に配置された熱交換器を含む構成とすることができる。複数の垂直及び水平支持部材内には，熱交換器に冷媒を供給するための配管を配置することができる。フレーム構造体により支持されたファンを設けて，空気を熱交換器に向けて供給する構成とすることができる。特定の実施形態において，熱交換器はコイルを含む。

隣接する機器ラックの間に配置される構成としたフィラーパネルを設けることができる。フィラーパネルは，空気をホットアイル内に封止めするように構成されている。これに加えて，キャノピーアセンブリにケーブルトラフを接続することができる。

ここに開示する空気封入型冷房システムの実施形態は，情報機器等の機器を収めた機器ラックのための自立型ドックステーションとして構成することができる。特に，冷房システムは，機器要件，電力需要，ケーブル管理需要及び冷房要件等，必要とされる全てのデータセンタ需要を賄えるように構成されている。一実施形態において，冷房システムは機器ラック毎に平均20 kWの電力需要を賄う構成とすることができる。

本発明に係る冷房システムは，システムに形成されたホットアイル側ドッキングステーションに沿って開放スロット内にドッキングした機器ラックを受け入れるように構成することができ，これにより，用意されたスペースが特定の機器ラックのニーズに適合しているか否かの判断を不要とするものである。上述したとおり，配電，ケーブル管理及び空気の封入・冷却はシステム内において統合されるものである。したがって，データセンタ内における機器ラックの現場設置作業を大幅に簡素化することができる。本発明に係る冷房システムの実施形態は，従来技術において個別的なラック，冷房，配電，ケーブル管理等について別々に対応していた問題に対する一つの統合的な解決手段を提供するものである。

次に図面を参照すると，図１はデータセンタ10を線図的に示すものである。同図は，データセンタ10内のホットアイル12を示している。図示のとおり，そして単なる例示に止まるものではあるが，データセンタ10内には複数の機器ラック14が配列されてホットアイル12を区画している。特に，第１列の機器ラック14はその前部16が外向きに配置されている。同様に，第２列の機器ラック14はその前部が外向きに配置され，その後部18が第１列の機器ラックの後部と対向するように配置されている。その配置を適切に定めることにより，機器ラックの前部を通して冷気を取り入れて，機器ラック内に収めた電子機器を冷却可能とする。熱気は，機器ラックの後部を通してホットアイル12に排出する。

上記のホットアイル12は，「ウォーム」アイルとも称されることがある。なお，図示されていないが，機器ラック14の間には，ホットアイル12を冷房するための冷房ラックが配列される。しかし，作図上の便宜から，各図を通して機器ラック14のみが示されている。また，詳細に後述するとおり，機器ラックは，空気封じ込め型冷房システムの設置後に配置し，又はドッキングさせることができる。前述したとおり，熱気は機器ラックからホットアイル12に向けて排出される。熱気は上昇するため，データセンタ10の天井が温かくなりすぎる状況を引き起こす。このような状況は，データセンタ10内における気候の制御・管理に悪影響を及ぼすことがある。本発明の一実施形態に係る空気封じ込め型冷房システム20は，一般的にはデータセンタ10内における温気の流れを封じ込めて制御するものであり，他方では空気封じ込め型冷房システム内にドッキングさせた機器ラックに対する配電及びケーブル管理を行うものである。

図1に示す実施形態において，図２及び図３も参照すれば，空気封じ込め型冷房システム20は，ホットアイルを封止するように構成されたキャノピーアセンブリ22と，キャノピーアセンブリ内に埋設した冷却手段とを含んでいる。キャノピーアセンブリ22は，複数の垂直支持部材26と，複数の水平支持部材28とを有するフレーム構造体を含んでいる。垂直及び水平支持部材26, 28の数は，ホットアイル12の長さに対応させて定められている。フレーム構造体は，機器ラック14を受け入れるドッキングステーションを画成するように構成されている。

キャノピーアセンブリ22は，冷房システムの頂部を封止する冷却パネル30を更に含んでおり，これにより，機器ラック14により区画されたホットアイル12内の温気を封じ込めるものである。冷却パネル30内には，キャノピーアセンブリ22内に封じ込めた空気を冷却するための熱交換器32を含む冷却手段が配置されている。一実施形態においては，図２及び図３に示すように，冷却パネル30は冷却手段における熱交換器32によって支持される。特定の実施形態において，熱交換器32は冷却コイル，特にマイクロチャネルコイルを含んでいる。熱交換器32の詳細については，図６〜図１１を参照して後述する。他の実施形態において，フレーム構造体は冷却パネル30及び熱交換器32を支持するように構成される。

本発明の実施形態において，垂直及び水平支持部材26, 28は，冷媒をその供給源（例えば，冷凍機）から熱交換器32まで供給し，かつ，供給源に戻すための配管を支持するものである。図３に示すように，これらの配管は１本が熱交換器に液状の冷媒を供給し，別の１本が気化した冷媒を熱交換器から戻すように接続されている。また，フレーム構造体は，中央の支持交差部34を有する構成とすることができる。冷房システムは更にファン36を含み，このファンは，フレーム構造体により支持され，ホットアイル32内に封じ込められた温気をキャノピーアセンブリ22及び熱交換器32に向けて圧送するものである。冷房システム20の全長に応じて，複数のファン36を設けることもできる。

再び図１〜図３を参照すると，空気封じ込め型冷房システム20は，水平支持部材28に沿い，ホットアイル12の全長に亘って延在する１本以上のバスを更に含んでいる。図示のとおり，一実施形態においてキャノピーアセンブリ22の各側は，それぞれ２本のバス，すなわちＡバス38及びＢバス40を有している。各バス38, 40はエンクロージャ14に対する配電用であり，２本のバスを設けるのはシステムの冗長性を高めるためである。特定の実施形態においては，バス38, 40を相互に分離し，各バスが固有の機能を発揮する構成とされている。例えば，配電バス，ケーブル管理バス及び冷却バスを設けることができる。図１及び図３に示すように，バス38, 40はキャノピーアセンブリ22の一側を画成する構成とすることができる。他の実施形態において，キャノピーアセンブリ22の各側には，それぞれ１本のバスのみを設ける。特定の実施形態において，電気的なバスには，各種機器ラックに対して共通ＡＣバスから個別的な電流を供給するための分岐回路保護装置を対象とするモジュール接続機能をもたせることができる。

図２を参照すると，空気封じ込め型冷房システム20は少なくとも１本のケーブルトラフ４２を更に備え，これは１本のバス上に，又はキャノピーアセンブリ22のフレーム構造体上に取り付けられる。ケーブルトラフ４２は，垂直及び水平支持部材26, 28と共に，機器ラック14を電力機器及びネットワーク機器に接続するためのケーブルを収容し，かつ組織化するものである。上述したとおり，ケーブルトラフ４２は米国特許第6967283号に開示された形式のものとすることができる。

図４を参照すると，機器ラック14をそれぞれのステーションから除去することにより，隣接する機器ラック間にスペースが形成される場合がある。機器ラックの除去により形成された開放スペースを塞ぐと共にホットアイル12内に気域を更に封じ込めるため，少なくとも１つのフィらーパネルを設けることができる。図示のとおり，４つのフィらーパネル44を設けて開放スペースを塞ぐことができる。しかし，開放スペースを塞ぐためのフィラーパネル44はその数を任意に決定できることは，言うまでもない。一実施形態において，フィラーパネル44は垂直に向けられ，隣接機器ラック間にギャップが残されるように隣接機器ラック間に配置される。特定の実施形態において，このギャップは追加的なラックを収めるためのスペースとして，後日の使用に備えて留保されている。

空気封じ込め型冷房システムの実施形態は，システムを：キャノピーアセンブリ22；少なくとも１つの熱交換器32を含む冷却手段；少なくとも1本のバス38及び／又は40；ケーブル（図示せず）及び制御配線（図示せず）；並びに，少なくとも１つのフィラーパネル44；以上の構成要素の１つ以上を備えるキットとして具体化することを含む。例えば，キャノピーアセンブリ22は，フレーム構造体を形成するために現場にて組み立て可能な垂直及び水平支持部材26, 28を含む構成とすることができる。キャノピーアセンブリ22は，所要の長さ及び／又は幅に応じて拡張・収縮可能とすることができる。したがって，ホットアイル12の長さ及び／又は幅に応じて，キットに適切な数の垂直及び水平支持部材26, 28を含ませることができる。冷却手段は，１つ以上の熱交換器32を含むことができ，その熱交換器がコイル及び／又はマイクロチャネルコイルで構成できることは上述したとおりである。冷却手段には，コイル及び／又はマイクロチャネルコイルで構成された熱交換器32に冷媒を供給するための配管又は可撓チューブを設けることができる。冷却システムには，1つ以上のファン36を更に設けることができる。

特定の実施形態において，ホットアイル12の各端にパネル及び／又はドアを設けて，空気をホットアイル内に封じ込める構成とすることができる。このようなパネル及び／又はドアは，ホットアイルを封止できるように垂直支持部材に取り付けることができる。ホットアイル12の各端にドアを設けて，ホットアイルに対するアクセスのセキュリアティを高めることができる。

データセンタにおける機器ラックのホットアイルを冷房する方法は，データセンタにおけるホットアイル上で機器ラックの間にキャノピーアセンブリを配置することにより，空気をホットアイル内に封じ込め，ホットアイル内に封じ込めた空気を冷却手段により冷却するものである。この方法は，フィラーパネルを隣接する機器ラックの間に配置して，空気を前記ホットアイル内に更に収容すること，及び／又はＩＴ機器を設けて配電機能及びケーブル管理機能を付与することを更に含むことができる。この方法は，ホットアイル内の空気をキャノピーアセンブリ内で冷却手段に向けて移動させることを更に含むことができる。この場合，空気の移動は，１つ以上のファンで行わせることができる。

図５を参照すると，同図は空気封じ込め型冷房システム100を例示するものである。図示のとおり，システム100はシステム20と類似しており，図１〜図４に示したものと同一又はほぼ同一の構成要素は同様の参照数字で表している。空気封じ込め型冷房システム100は，システム20におけると同様，複数の機器ラック14を収め，機器ラック間にホットアイルを区画する構成とされている。

空気封じ込め型冷房システム100は，垂直支持部材26及び水平支持部材28を設けたフレーム構造体を備えるキャノピーアセンブリ22を含んでいる。図示のとおり，キャノピーアセンブリ22はキャノピーフレーム部材102を含み，これらのフレーム部材はホットアイル12の全幅に亘って延在するよう，水平支持部材28により支持されるものである。一実施形態において，キャノピーフレーム部材102は熱交換器（コイル及び又はマイクロチャネルコイル等）に対する冷媒の給排に供する配管を含み，熱交換器は後述する態様でキャノピーアセンブリ22内に配置されるものである。後述するとおり，より大型の給排に供する配管を設けて，冷却された冷媒を熱交換器に供給し，加熱された冷媒を冷媒供給源まで戻す構成とすることができる。

図６に示すように，少なくとも１つの冷却パネル30が，ホットアイル12を封止できるように各キャノピーフレーム部材102間に設けられている，特に，一実施形態において，２つのキャノピーパネル30を相互に重ねて配置して冷却の冗長性を高め，又は空気封じ込めゾーンにおけるホットスポット対応として追加的な冷却機能を持たせることができる。図示のとおり，各キャノピーパネル30は複数のポート104を有し，これらのポートを介してキャノピーパネル30に対する冷媒の給排を行う。例えば，図６に示すキャノピーパネル30において，左側に配置されたポート104は供給ポートとすることができる。この場合，右側に配置されたポート（図示せず）は排出ポートとすることができる。冷凍機等の適当な冷媒供給源から供給された，冷却された冷媒は，配管106を経て供給ポート104から供給する。冷却された冷媒は，キャノピーパネル30のマイクルチャネルコイル（後述する）を貫流しつつ，ホットアイル12を覆っているキャノピーアセンブリ22内で捕捉された熱を吸収する。加熱された冷媒は，配管108によりキャノピーパネル30から排出され，供給源に戻される。キャノピーパネル30に対する冷媒の給排を行うために複数のポートが設けられていることにより，冷却された冷媒がキャノピーパネルに対して均一に供給され，キャノピーアセンブリ内における均一な熱対策を講じることができる。

図７は，図６のキャノピーアセンブリ22において使用可能なキャノピーパネル30を示すものである。図示のとおり，キャノピーパネル30は，構造的に２つの側部110, 112と頂部114を有する倒立Ｕ字部材である。このような構造は，キャノピーパネル30の表面積を増加させ，キャンピーアセンブリ22全体の冷房面積を増加させるものである。図８は，本発明の他の実施形態におけるキャノピーパネル120としてのＶ字部材を示すものである。

図９〜図１１を参照すれば，同図はマイクロチャネルコイルの実施形態を示すものである。図９に示すように，キャノピーパネル30の一部はラダー構造とされており，一対の大径パイプ130,132が互いに離間して配置され，これら大径パイプの間を小径のマイクロチャネルコイル134が接続している。一実施形態において，冷却された冷媒は供給ポート136により左側のパイプ130に流入する。パイプ130に流入した後，冷却された冷媒はマイクロチャネルコイル134に流入してこれを貫流する。マイクロチャネルコイル134の外面には，キャノピーパネル30に向けて流れる温気からの熱を吸収して，マイクロチャネルコイルを流れる冷媒を加熱するためのフィンが設けられている。加熱された冷媒は右側のパイプ132内に排出され，このパイプを経て排出ポート138から排出される。図１０はマイクロチャネルコイル134の一実施形態を示し，この実施形態によるコイルには，所要方向に配置されたフィンが設けられている。図１１は，マイクロチャネルコイル134の他の実施形態を示すものである。

空気封じ込め型冷房システム100は複数のケーブルトラフ42を更に含み，これらはフレーム構造体における水平支持部材28に結合されている。

垂直支持部材26は，空気封じ込め型冷房システム100の高さを調整するために操作可能であり，これによりデータセンタの各種形態に適合可能としている。そのために伸縮可能な部材を使用することも想定される。

詳述したところから明らかなとおり，本発明の実施形態に係る空気封じ込め型冷房システムは，ホットアイルの上方にドーム状の冷却コイルを配置したことにより，熱交換用の表面積を大幅に増大し，システムの冷房能力を高めるものである。これに加えて，本発明に係るシステムは，冷房，空気封じ込め，配電，通信及びケーブル管理を単一のシステムで可能とする統合的な解決策を提供するものである。特定の実施形態において，複数の空気封じ込め型冷房システムを相互に結合することにより，垂直支持部材を共有する構成とすることもできる。これに加えて，複数の空気封じ込め型冷房システムを相互に結合して長さのより大きい列を構成する場合には，内部ドア（図示せず）を隣接システム間に設けることにより，気流をより良好に分離し，かつ，ホットアイル内における冷房能力を効果的に割り当てることが可能である。

以上において，本発明を好適な実施形態について説明したが，多くの変更，修正及び改善が可能である。このような変更，修正及び改善は，本発明の技術的範囲に包含されるものである。すなわち，前述した事項は本発明の単なる例示に過ぎず，限定的なものでないことは勿論である。そして，本発明の技術的範囲及び均等の範囲は，もっぱら以下の特許請求の範囲に基づいて定められるべきものである。

Claims (26)

1. ２列の機器ラックの間に空気を封じ込めて冷房するための空気封じ込め込め型冷房システムであって，該冷房システムが：
   ２列の機器ラックにより区画されたホットアイルを封止するためのキャノピーアセンブリであって，ドッキングステーションを画成する複数の垂直及び水平支持部材を有する自立型フレーム構造体を含むキャノピーアセンブリと；
   該自立型フレーム構造体によって支持され，該キャノピーアセンブリ内に埋設され，前記ホットアイル内に封じ込めた空気を冷却するための冷却手段であって，該冷却手段は，熱交換器によって規定される少なくとも１枚の冷却パネルを有し，該熱交換器は，少なくとも１枚の冷却パネルである該熱交換器の表面積を増加させるように，構造的に略倒立Ｕ字形状をなして２つの側部と頂部を備えている冷却手段と；
   を備える空気封じ込め込め型冷房システム。
2. 請求項１記載のシステムであって，前記複数の水平及び垂直支持部材が，冷媒を前記熱交換器に供給するための配管を含む空気封じ込め込め型冷房システム。
3. 請求項１記載のシステムであって，前記熱交換器がコイルを含む空気封じ込め込め型冷房システム。
4. 請求項３記載のシステムであって，空気を前記コイルに向けて移動させるために，少なくとも１枚の冷却パネルである熱交換器の頂部の下に配置されるファンを更に備える空気封じ込め込め型冷房システム。
5. 請求項１記載のシステムであって，前記２列の機器ラックの各列において隣接する前記ラックの間に配置され，隣接する前記ラックの間にギャップを有する垂直フィラーパネルを更に備える空気封じ込め込め型冷房システム。
6. 請求項１記載のシステムであって，少なくとも１枚の冷却パネルである熱交換器の２つの側部の一方に隣接するケーブル用トラフを更に備える空気封じ込め込め型冷房システム。
7. 請求項１記載のシステムであって，少なくとも１枚の冷却パネルである熱交換器の２つの側部の一方に沿って延在する第１バスを更に備える空気封じ込め込め型冷房システム。
8. 請求項７記載のシステムであって，少なくとも１枚の冷却パネルである熱交換器の２つの側部の他方に沿って延在する第２バスを更に備える空気封じ込め込め型冷房システム。
9. ２列の機器ラックの間に空気を封じ込めて冷房するための空気封じ込め込め型冷房システムであって，該冷房システムが：
   ２列の機器ラックにより区画されたホットアイルを封止するためのキャノピーアセンブリであって，ドッキングステーションを画成する複数の垂直及び水平支持部材を有する自立型フレーム構造体を含むキャノピーアセンブリと；
   該自立型フレーム構造体によって支持され，該キャノピーアセンブリ内に埋設され，前記ホットアイル内に封じ込めた空気を冷却するための冷却手段であって，該冷却手段は，熱交換器によって規定される少なくとも１枚の冷却パネルを有し，該熱交換器は，少なくとも１枚の冷却パネルである該熱交換器の表面積を増加させるように，構造的に略倒立Ｖ字形状をなして２つの側部を備えている冷却手段と；
   を備える空気封じ込め込め型冷房システム。
10. 請求項９記載のシステムであって，前記複数の水平及び垂直支持部材が，冷媒を前記熱交換器に供給するための配管を含む空気封じ込め込め型冷房システム。
11. 請求項９記載のシステムであって，前記熱交換器がコイルを含む空気封じ込め込め型冷房システム。
12. 請求項１１記載のシステムであって，空気を前記コイルに向けて移動させるために，少なくとも１枚の冷却パネルである熱交換器の２つの側部の間に配置されるファンを更に備える空気封じ込め込め型冷房システム。
13. 請求項９記載のシステムであって，前記２列の機器ラックの各列において隣接する前記ラックの間に配置され，隣接する前記ラックの間にギャップを有する垂直フィラーパネルを更に備える空気封じ込め込め型冷房システム。
14. 請求項９記載のシステムであって，少なくとも１枚の冷却パネルである熱交換器の２つの側部の一方に隣接するケーブル用トラフを更に備える空気封じ込め込め型冷房システム。
15. 請求項９記載のシステムであって，少なくとも１枚の冷却パネルである熱交換器の２つの側部の一方に沿って延在する第１バスを更に備える空気封じ込め込め型冷房システム。
16. 請求項１５記載のシステムであって，少なくとも１枚の冷却パネルである熱交換器の２つの側部の他方に沿って延在する第２バスを更に備える空気封じ込め込め型冷房システム。
17. データセンタにおける機器ラックのホットアイルを冷房する方法であって：
    前記データセンタにおける前記ホットアイル上で２列の機器ラックの間にキャノピーアセンブリを配置することにより，空気を前記ホットアイル内に封じ込め，該キャノピーアセンブリはドッキングステーションを画成する複数の垂直及び水平支持部材を有する自立型フレーム構造体を含むものであり；
    該キャノピーアセンブリ内で熱交換器によって規定される少なくとも１枚の冷却パネルを有する冷房システムを設け，少なくとも１枚の冷却パネルである該熱交換器は，該自立型フレーム構造体に支持され，また少なくとも１枚の冷却パネルである該熱交換器の表面積を増加させるように，構造的に略倒立Ｕ字形状をなして２つの側部と頂部を備えるものであり；
    前記ホットアイル内に封じ込めた空気を該熱交換器により冷却する；
    冷房方法。
18. 請求項１７記載の方法であって，フィラーパネルを，前記２列の機器ラックの各列において隣接する機器ラックの間に配置して，空気を前記ホットアイル内に更に収容する冷房方法。
19. 請求項１７記載の方法であって，前記ホットアイル内の空気を前記キャノピーアセンブリ内に配置される前記熱交換器に向けて移動させる冷房方法。
20. 請求項１７記載の方法であって，少なくとも１枚の冷却パネルである前記熱交換器の側部の一つに沿わせてＩＴ機器、配電機器及びケーブル管理機器を付与する冷房方法。
21. 請求項１７記載の方法であって，少なくとも１枚の冷却パネルである熱交換器の頂部の下に配置されるファンを更に設ける冷房方法。
22. データセンタにおける機器ラックのホットアイルを冷房する方法であって：
    前記データセンタにおける前記ホットアイル上で２列の機器ラックの間にキャノピーアセンブリを配置することにより，空気を前記ホットアイル内に封じ込め，該キャノピーアセンブリはドッキングステーションを画成する複数の垂直及び水平支持部材を有する自立型フレーム構造体を含むものであり；
    該キャノピーアセンブリ内で熱交換器によって規定される少なくとも１枚の冷却パネルを有する冷房システムを設け，少なくとも１枚の冷却パネルである該熱交換器は，該自立型フレーム構造体に支持され，また少なくとも１枚の冷却パネルである該熱交換器の表面積を増加させるように，構造的に略倒立Ｖ字形状をなして２つの側部を備えるものであり；
    前記ホットアイル内に封じ込めた空気を該熱交換器により冷却する；
    冷房方法。
23. 請求項２２記載の方法であって，フィラーパネルを，前記２列の機器ラックの各列において隣接する機器ラックの間に配置して，空気を前記ホットアイル内に更に収容する冷房方法。
24. 請求項２２記載の方法であって，前記ホットアイル内の空気を前記キャノピーアセンブリ内に配置される前記熱交換器に向けて移動させる冷房方法。
25. 請求項２２記載の方法であって，少なくとも１枚の冷却パネルである前記熱交換器の側部の一つに沿わせてＩＴ機器、配電機器及びケーブル管理機器を付与する冷房方法。
26. 請求項２２記載の方法であって，少なくとも１枚の冷却パネルである熱交換器の２つの側部の間に配置されるファンを更に設ける冷房方法。
    

Images