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公開番号2025013340
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-24
出願番号2024170100,2021538173
出願日2024-09-30,2019-09-10
発明の名称段階的噴霧間接蒸発冷却システム
出願人マンターズコーポレイション,MUNTERS CORPORATION
代理人個人
主分類F28D 5/02 20060101AFI20250117BHJP(熱交換一般)
要約【課題】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を提供する。
【解決手段】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つのノズルが前記複数のセクションのそれぞれ内に位置し、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。
【選択図】図4
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。
続きを表示（約 1,700 文字）【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】以降は省略されています）
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。
続きを表示（約 4,000 文字）【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】以降は省略されています）

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