JP2006140343A - Cooling apparatus for server rack and cooling method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、サーバーラック内に冷気を効率よく送風することでサーバーラック内の機器を均一に冷却するサーバーラック冷却装置及び冷却方法に関するものである。 The present invention relates to a server rack cooling apparatus and a cooling method for uniformly cooling equipment in a server rack by efficiently blowing cool air into the server rack.
従来、この種の冷却手段として、例えば特許文献1に記載された冷却手段が提案されている。この冷却手段によると、電子機器収納用ラックの前面扉と、ラック内に収納した電子機器との間に冷却用空気通路を形成し、換気扇の送風で、この冷却用空気通路からラックの後面方向に冷気を送ることで電子機器を冷却するものである。
Conventionally, as this type of cooling means, for example, the cooling means described in
特許文献1のように、ラックの前面側から後面方向に冷気を送風する手段では、ラック内に収納したサーバー等の機器類を、平均に冷却することが困難になる不都合がある。すなわち、特許文献1では、冷気の吹き出し口をラック前面の下端部に設けていることで、吹き出た冷気が、吹き出し口に近いラック下部よりも上部に集中し、冷却能力が偏る傾向にある。このような傾向は、冷気の吹き出し口をラックの前面上部に設けた場合も同様で、送風される冷気は、冷気の吹き出し口に近いラック上部より下部に集中するので、ラックに収納したサーバーは、ラックの下部に近い程冷却されることになり、また、冷気の吹き出し口に近い程、冷却性能が劣るといった現象が生じていた(図6参照)。このように、ラックの上段と下段とでは、冷気吹き出し口の位置により冷却ムラが極めて生じ易く、十分に冷却されない位置では、機器類に支障が生じるおそれもある。
As in
更に、ラック内に収納したサーバーの数が少ない場合は、ショートサーキット現象と称する不具合も生じている(図9参照)。この現象は、例えば、ラック前面の上部から冷気を送風し、ラック後面の上部から排気するように構成し、ラックの下部にサーバーを収納し、ラックの上部が空いている場合に生じ易い。この場合、通常の冷気は、ラック下部のサーバーを冷やし暖気となってラックの後面に移動するが、このラック上部では、ラック上部は空いているので、冷気が後面に直接移動し、冷気のままで排気されることがある。このときの排気温度は当然低くなるので、排気温度を感知するセンサーは、ラック内が十分に冷却されたと誤って判断し、冷却運転を停止するものである。 Furthermore, when the number of servers stored in the rack is small, there is a problem called a short circuit phenomenon (see FIG. 9). This phenomenon is likely to occur when, for example, cool air is blown from the upper front part of the rack and exhausted from the upper rear part of the rack, the server is stored in the lower part of the rack, and the upper part of the rack is empty. In this case, the normal cool air cools the servers at the bottom of the rack and moves to the rear of the rack, but at the top of this rack, the top of the rack is empty, so the cool air moves directly to the rear and remains cool. May be exhausted. Since the exhaust temperature at this time naturally becomes low, the sensor for detecting the exhaust temperature erroneously determines that the inside of the rack has been sufficiently cooled, and stops the cooling operation.
一方、ラックに収納されるラックマウント型のサーバーは、ラック内のマウントアングルに装着され、上下に積層した状態で収納されるので、上下に隣接するサーバーに妨げられないようにして電源周辺やCPUなどの半導体装置を冷却する必要がある。そのため、現在のラックマウント型のサーバーでは、サーバーの前面に空気取り入れ口を設け、サーバー内部に装着したファンを使用して電源周辺や半導体装置を強制的に冷却し、サーバーの背面に設けた排出口から冷却後の排熱を排出する構造になっている。このように、ラックマウント型のサーバーには、ラック内に装着された状態で冷却する冷却手段が備えられているものである。ところが、サーバーラック側では、これまで、ラック内部全体を冷却し、サーバー全体を冷却する手段が採用されていた。前記特許文献1においても、ラックの前面から後面に至るように、ラックの内部全体を冷却するように冷気を送風している。しかしながら、サーバーの冷却が必要な部分は、サーバー内部の電源周辺や前記半導体装置に限られており、その他の部品は比較的耐熱性に優れている。したがって、ラック内部全体に冷気を送り、サーバー全体を冷却する従来の手法は極めて無駄が多い冷却手段であるといえる。
On the other hand, rack-mounted servers that are stored in racks are mounted at mounting angles in the rack and stored in a stacked state, so that the servers around the power supply and CPU are not obstructed by the servers adjacent to the top and bottom. It is necessary to cool the semiconductor device. For this reason, in current rack mount servers, air intakes are provided on the front of the server, fans around the server are used to forcibly cool the power supply and semiconductor devices, and exhaust installed on the back of the server. The exhaust heat after cooling is discharged from the outlet. As described above, the rack mount type server is provided with a cooling means for cooling in a state where it is mounted in the rack. However, on the server rack side, until now, a means for cooling the entire rack and cooling the entire server has been adopted. Also in the said
しかも、冷却の必要がない部分を冷却する冷気は、全くの無駄になるばかりでなく、暖気に変わった後で、有効な冷気の温度を上げてしまう不都合も生じる。すなわち、特許文献1の冷却手段では、ラックの前面からサーバー全体を冷却した冷気は、暖気となってラックの後面に循環し、その後、ラックの上端部等から排出されるように設けられている。ところが、暖気のラック外への排出が十分でない場合は、この暖気が再びラック前面に循環して冷気を暖めてしまうことになる(図4参照)。また、排気されない暖気の熱は、ラックの上部にこもり、当該位置に設置しているサーバーに悪影響を与えるおそれもある。
Moreover, the cool air that cools the portions that do not need to be cooled is not only completely wasted, but also has the disadvantage of raising the effective cool air temperature after changing to warm air. That is, in the cooling means of
そこで本発明は、上述の観点から従来の欠点を解消すべく創出されたもので、ラック内に収納したサーバーを極めて効率良く、且つ均一に冷却することが可能なサーバーラック冷却装置及び冷却方法の提供を目的とするものである。 Therefore, the present invention was created to eliminate the conventional drawbacks from the above viewpoint, and a server rack cooling device and a cooling method capable of cooling a server stored in a rack extremely efficiently and uniformly. It is for the purpose of provision.
本発明の第1の手段は、ラックP内部の左右両側面にマウントアングルQを立設し、該マウントアングルQにラックマウント型のサーバーSを着脱自在に装着するサーバーラックにおいて、マウントアングルQに装着されたサーバーSの前面に冷気を供給する給気ファン10と、サーバーSが装着されないマウントアングルQの前面に装着された仕切り板20で隔離され、サーバーSの前面とラックPの前面に設けた前面扉P1との間に形成された冷気通路30と、を有し、サーバーSから排出される暖気を仕切り板20で遮断し、該暖気が冷気通路30に逆流しないように設けたことにある。
The first means of the present invention is a server rack in which mount angles Q are erected on both the left and right side surfaces inside the rack P, and a rack mount type server S is detachably attached to the mount angle Q. It is isolated by an
第2の手段は、前記ラックPの前面扉P1の内側に、前記給気ファン10から供給される冷気を受ける送風室50を装着し、該送風室50の後面に、前記冷気通路30に冷気を送風する送風孔51を長手方向に沿って複数開穿すると共に、各送風孔51からの冷気送風量を略均一に調整するフラップ52を送風室50の内部に設けている。
The second means is that a
第3の手段は、前記ラックPに、サーバーSから排出された暖気をラックP外に排出する排気ファン40を装着すると共に、ラックPの後側面内側に、排気ファン40にて吸引される排気室60を設け、該排気室60の前面に、サーバーSから排出された排熱が通過する通気孔61を開穿すると共に、該排気ファン40から遠い通気孔61ほど通気孔61の径が大きくなるように設定し、排気室60内に排熱を均一に吸引するように設けたものである。
The third means attaches the
第4の手段は、ラックP内部の左右両側面にマウントアングルQを立設し、該マウントアングルQにラックマウント型のサーバーSを着脱自在に装着するサーバーラックにおいて、サーバーSが収納されていないマウントアングルQに装着する仕切り板20でマウントアングルQの開口部を閉塞し、ラックPの前面に設けた前面扉P1と仕切り板20との間に冷気を供給する冷気通路30を形成し、該冷気通路30の冷気をサーバーSの前面開口部からサーバーS内部に吸引させると共に、サーバーSから排出される排熱が冷気通路30に逆流しないように仕切り板20で遮断することを課題解消のための手段とする。
The fourth means is a server rack in which mount angles Q are erected on both the left and right side surfaces inside the rack P, and a rack mount type server S is detachably mounted on the mount angle Q. A
本発明の請求項1、4により、サーバーSから排出される暖気を仕切り板20で遮断し、該暖気が冷気通路30に逆流しないように設けたことにより、ラックP内に収納した各サーバーSは、冷気通路30内の冷気を取り込んで、必要な部位を効率良く冷却することができる。また、冷気通路30内の冷気は、サーバーSから排出される排熱や冷却後の暖気で暖められることがなくなった。この結果、ラックPに収納したサーバーSを極めて効率良く冷却することができるものである。
According to the first and fourth aspects of the present invention, the warm air discharged from the server S is blocked by the
また、請求項2に記載の送風室50により、冷気通路30に送風される冷気を均一にすることが可能になり、サーバーSを収納した位置によって冷却能力が偏るといった従来の不都合は解消された。
Further, the
更に請求項3の排気室60により、サーバーSから排出された排熱や暖気を効率良くラックP外に排出するので、この暖気がラックP上部に残ってサーバーSに与える悪影響を防止することができるものである。
Further, the
このように、本発明によると、ラック内に収納したサーバーを極めて効率良く、且つ均一に冷却することが可能になるなどといった優れた効果を奏するものである。 As described above, according to the present invention, it is possible to obtain an excellent effect such that the server stored in the rack can be cooled extremely efficiently and uniformly.
本発明の最良の形態は、マウントアングルQに装着されたサーバーSの前面に冷気を供給する給気ファン10を設ける。サーバーSが装着されないマウントアングルQの前面に装着された仕切り板20で隔離して、サーバーSの前面とラックPの前面扉P1との間に冷気を保つ冷気通路30を設ける。サーバーSから排出される排熱や暖気を仕切り板20で遮断し、該暖気が冷気通路30に逆流しないように設けることで、当初の目的を達成するものである。
In the best mode of the present invention, an
本発明装置は、ラックマウント型のサーバーSを着脱自在に装着するサーバーラックに使用する。このラックPは、ラックP内部の左右両側面にマウントアングルQを立設し、該マウントアングルQの間に、サーバーSを装着するように設けたラックPである。本発明では、特に、EIA(米国電子工業会)によって幅19インチ(482.6mm)に標準化された、所謂19インチラックの使用が好適であるが、JIS規格の「電子機器用ラック」を用いることも可能である。 The apparatus of the present invention is used for a server rack in which a rack mount type server S is detachably mounted. This rack P is a rack P provided with mount angles Q standing on both left and right side surfaces inside the rack P so that the server S is mounted between the mount angles Q. In the present invention, a so-called 19-inch rack standardized to a width of 19 inches (482.6 mm) by the EIA (American Electronic Industry Association) is particularly suitable. However, a JIS standard “electronic equipment rack” should be used. Is also possible.
本発明装置では、この種のラックPに、給気ファン10、仕切り板20、冷気通路30、排気ファン40を備えるものである。
In the apparatus of the present invention, this type of rack P is provided with an
給気ファン10は、マウントアングルQに装着されたサーバーSの前面に冷気を供給する。図示の給気ファン10は、ラックPの上部に装着し、ラックPに連設したクーラーRからの冷気を、ラックPの前面上部から下方に向けて送風する(図2参照)。送風された冷気は、収納したサーバーSの前面の冷気通路30に送られる。図示のクーラーRは、ラックPの側面に一体に設けてあり、冷気を給気ファン10方向に送風する冷気供給ダクトR1と、排気ファン40からの暖気をクーラーRに戻す循環ダクトR2とを備えている。更に、クーラーRの下部には、クーラーRから排出されるドレン水を蒸発せしめる蒸発処理ユニットR3も備えている。また、クーラーRの排熱は、図示しない排気用ダクトで室外に排出される。
The
冷気通路30は、サーバーSの前面とラックPの前面扉P1との間に形成された空間で、この冷気通路30は、ラックPの後側と仕切り板20で隔離されている。この仕切り板20は、サーバーSが装着されないマウントアングルQの前面に装着するもので、ラックP後側の暖気が冷気通路30に逆流しないように設けている。すなわち、冷気通路30は、マウントアングルQに装着されたサーバーSの前面と、この仕切り板20とで、サーバーSの排熱側から送風される暖気が戻らない構造にしている(図3参照)。この仕切り板20は、サーバーSの前面と同様に、マウントアングルQに着脱自在に形成したものである(同図イ参照)。そして、サーバーSが装着されていないマウントアングルQの開口部に、この仕切り板20を装着する(同図ロ参照)。サーバーSは、ラックPのマウントアングルQに着脱自在に装着可能なラックマウント型のサーバーを装着する。この結果、マウントアングルQに開口部が残らないようにしている(同図ハ参照)。仕切り板20と装着したサーバーSとによって仕切られた冷気通路30の冷気は、サーバーSの前面に設けられた空気取り入れ口からサーバーS内部に取り込まれて必要な各部を冷却し、サーバーSの後面等の排気口から暖気が排出されるものである。一般に、サーバーSの稼動に適した環境は、サーバーS前面の吸気温度が17〜26度であると言われている。
The
図4は、仕切り板20を装着しない場合における、サーバーS冷却後の暖気の逆流現象を示している。すなわち、ラックPの上段において、サーバーSが収納されていないマウントアングルQの開口部分から冷気通路30に暖気が逆流して給気ファン10から送風される冷気の温度を高めてしまう現象である。この現象による温度変化を確認するために、図10に示す如く、ラックPの冷気通路30における、上段、中段、下段にセンサーTを配置し、各位置の温度分布を2秒毎に計測したところ、表1に示すデータが得られた。この結果、ラックPの下段では23度程度であるにもかかわらず、ラックP上段の温度は31度にも上昇しており、ラックの上段と下段とで平均8.06度の温度差が生じることが判明している。これは、送風室50の送風孔51から冷気通路30に送られた冷気を、冷気通路30に逆流した暖気が暖めることによる。尚、本発明における風流実験は、ドライアイスとスリオンテープを使用し、テープのなびく方向で風向や強弱を特定したものである。
一方、図5は、本発明の仕切り板20を装着した場合における暖気の流れを示している。この場合、サーバーSから排出される暖気は、仕切り板20によって遮断されるので、冷気通路30側への逆流はなくなっている。この場合の温度変化を測定すると、表2に示すデータが得られた。この結果、上段の温度は下段の温度との温度差は平均0.06度となっており、上下段共、サーバーSの稼動に適した25度弱の冷気であることを示している。このように、仕切り板20によって暖気が遮断されることで、冷気通路30内の冷気は、給気ファン10で送風された温度のまま維持されていることがわかる。
ラックPの前面に設けた前面扉P1の内側に、送風室50を装着している(図1参照)。この送風室50は、前記給気ファン10から供給される冷気を一旦受け止めて、送風室50の後面に設けた送風孔51から冷気通路30に冷気を送るものである。このとき、送風室50の内部にフラップ52を設け、各送風孔51からの冷気送風量を略均一にしている(図8参照)。図示のフラップ52は、側面略L字状を成し、送風室50における給気ファン10に近い送風孔51に対向する内側面に突設している。これは、給気ファン10に近い送風孔51程、冷気が急速に下降するので送風孔51を通過し難いことによる。そこで、給気ファン10に近い部分にフラップ52を設けると、冷気は、略L字状に突出したフラップ52に当たって風向を転換し、送風孔51から冷気通路30へ通過するものである。
A
図7は、送風室50にフラップ52を装着したときの冷気の流れを示している。この実験も、ドライアイスを使用して風流実験を行い、スリオンテープのなびく方向で、風向や強弱を特定したものである。尚、マウントアングルQに装着するサーバーSを次の3パターン、「上半分に装着する」、「下半部に装着する」、「全体に装着する」、の3パターンで実験している。この結果、いずれのパターンでも各送風孔51における風量が均一になっていることが証明された。
FIG. 7 shows the flow of cool air when the
一方、図6は、本発明フラップ52を装着しない状態で冷気を送風した状態を示している。すなわち、給気ファン10から送風室50に送風された冷気は、送風孔51から冷気通路30方向に送られるが、給気ファン10近いラックPの上段では、送風孔51から送られる冷気の量が少なくなっている。これに対し、ラックPの下段では、冷気の量が多くなっており、風量が偏っていることがわかる。
On the other hand, FIG. 6 shows a state in which cool air is blown without wearing the
ラックPの後面上部には、サーバーSから排出された暖気をラックP外に排出する排気ファン40を装着している。このとき、ラックPの後面内側に、排気ファン40にて吸引される排気室60を設け、この排気室60を介して暖気を排出するものである。排気室60の前面には、サーバーSから排出された排熱が通過する通気孔61を開穿している。この通気孔61は、排気ファン40から遠くなるほど通気孔61の径を大きく形成している(図12参照)。これは、排気ファン40による吸引力が、排気ファン40から離れるほど低下するので、排気ファン40から遠くなるほど通気孔61の径を大きくすることで、排気室60内に排熱を均一に吸引するように設けたものである。
An
表3は、ラックPの背面における上段、中段、下段の夫々にセンサーTを設置し(図示せず)、図12に示す通気孔61を有する排気室60を使用したときの各段の温度を計測したデータである。この結果、ラックPの上下段の温度差はほとんど変わらず、平均0.22度となっており、サーバーSから排出された暖気が各段から均一に排出されていることがわかる。
一方、表4は、図11に示す従来の通気孔61を有する排気室60を使用した場合の各段の温度を示している。各通気孔61は、いずれも同じ径で形成されている。この結果、ラックP上段や中段の温度が高くなっており、温度差は、平均2.18度も生じていることがわかる。これは、排気ファン40から離れるほど吸引力が落ちるので、同じ径の通気孔61では、下段の暖気を十分に吸い込むことができないことによる。このため、排出できなかった暖気はラックPの上方に逃げてしまい、ラックP中段や上段の温度を高めているものである。
このように、サーバーSから排出される暖気は、本発明の通気孔61によって効率よく排出できるようになり、排出できない暖気がラックPの上部に残留し、ラックP上部のサーバーSに悪影響を与えるおそれは解消された。
As described above, the warm air discharged from the server S can be efficiently discharged by the
本発明冷却方法は、上述の装置を利用するもので、サーバーSが収納されていないマウントアングルQに装着する仕切り板20でマウントアングルQの開口部を閉塞し、ラックPの前面扉P1と仕切り板20との間に冷気を供給する冷気通路30を形成し、該冷気通路30の冷気をサーバーSの前面開口部からサーバーS内部に吸引させると共に、サーバーSから排出される排熱が冷気通路30に逆流しないように仕切り板20で遮断する冷却方法である。このとき、サーバーSは、自身に装着しているファン等で、サーバーSの前面開口部から冷気を取り入れ、サーバーS内のファン等にて、電源周辺やCPUなどの半導体装置を十分に冷却するものである。冷却後の暖気は、サーバーSの後面や側面等から排出され、冷気通路30に戻ることなくラックPから排出されるものである。この結果、サーバーSの前面に設けた冷気通路30には、常に冷気のみが供給され、サーバーSを冷却するのに好適な温度に保たれるものである。
The cooling method of the present invention uses the above-described apparatus. The opening of the mount angle Q is closed with a
尚、本発明における図示例の各構成は、本発明の一実施例に過ぎず、各構成部材の形状、寸法等の設計変更、形態の変更など、現在知られている技術範囲で自由に変更することができるものである。 In addition, each structure of the example of illustration in this invention is only one Example of this invention, and can change freely in the technical range currently known, such as a design change of the shape of each structural member, a dimension, change of a form, etc. Is something that can be done.
P ラック
P1 前面扉
Q マウントアングル
R クーラー
R1 冷気供給ダクト
R2 循環ダクト
R3 蒸発処理ユニット
S サーバー
10 給気ファン
20 仕切り板
30 冷気通路
40 排気ファン
50 送風室
51 送風孔
60 排気室
61 通気孔
P rack P1 Front door
Q Mount angle R Cooler R1 Cold air supply duct R2 Circulation duct R3 Evaporation processing
60
Claims (4)
In a server rack in which mount angles are erected on both the left and right sides inside the rack, and a rack mount type server is detachably mounted on the mount angle, a partition plate that is mounted on a mount angle that does not store the server The opening is closed, a cool air passage for supplying cool air is formed between the front door provided on the front of the rack and the partition plate, and the cool air in the cool air passage is sucked into the server from the front opening of the server, A server rack cooling method, wherein the exhaust heat exhausted from the server is blocked by a partition plate so as not to flow back into the cool air passage.
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