JP2007234791A - Electronic apparatus cooling device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子機器の冷却装置に関し、特に、大規模集積回路や高性能CPUを備えるサーバシステムのような大きな発熱量を伴う大型電子機器の冷却装置に関する。 The present invention relates to a cooling device for an electronic device, and more particularly to a cooling device for a large electronic device with a large heat generation amount such as a server system including a large scale integrated circuit and a high performance CPU.
電子機器の冷却装置に関しては、その規模や発熱量に応じて種々の構成が提案されている(例えば、特許文献1および2参照)。
Regarding the cooling device for electronic devices, various configurations have been proposed according to the scale and the amount of heat generated (see, for example,
大型電子機器は、通常、電子機器が設置される部屋、例えばコンピュータ室を空調し、この専用の空調環境下で使用される。そして電子機器の発熱は設置環境に放熱され、この放熱量は専用の空調機で除熱するようにしている。 Large electronic devices are usually used in a dedicated air-conditioning environment by air-conditioning a room in which electronic devices are installed, for example, a computer room. The heat generated by the electronic device is dissipated to the installation environment, and this heat is removed by a dedicated air conditioner.
図10は、上記のような従来の電子機器冷却装置を説明する模式的斜視図、図9は図10の電子機器冷却装置の模式的上面図である。図9および10において、部番1は電子機器5が収納される筐体、2は側面カバー、3は前面カバー(通風口付)、4は背面カバー(通風口付)、6はイメージ的に示した電子機器の発熱体、7は冷却用のファン、8は台脚である。図9において冷却風の流通経路を矢印で示すが、この冷却風によって電子機器の発熱は、前面カバー3の通風口から設置環境に放熱される。
FIG. 10 is a schematic perspective view for explaining the conventional electronic device cooling apparatus as described above, and FIG. 9 is a schematic top view of the electronic device cooling apparatus of FIG. 9 and 10,
ところで近年、電子機器の発熱量は年々増大の一途をたどり、冷却用の空調機もそれに伴い大容量化して限界に達し、電子機器の大型化、増設等による発熱量増加に対応できない状況が生じている。これは、新たにコンピュータ室を増設したり、空調能力を上げるためには多額の設備投資が必要となるからである。 By the way, in recent years, the amount of heat generated by electronic devices has been increasing year by year, and the capacity of cooling air conditioners has reached the limit due to the increase in capacity. ing. This is because a large amount of capital investment is required to add a new computer room or increase the air conditioning capacity.
上記のような問題を解消するためには、図8に示すような電子機器の冷却装置の構成が考えられる。図8は、設置環境に放熱せずに、冷却水を介して外部へ排熱するために、筐体の側面に水冷熱交換器を有する横付け冷却装置を設けた電子機器冷却装置の模式的上面図である。図8において図9と同一部材には同一番号を付して、その詳細説明を省略する。 In order to solve the above problems, a configuration of a cooling device for an electronic device as shown in FIG. 8 can be considered. FIG. 8 is a schematic top view of an electronic device cooling device provided with a side-by-side cooling device having a water-cooled heat exchanger on the side surface of the housing in order to exhaust heat to the outside through the cooling water without radiating heat to the installation environment. FIG. 8, the same members as those in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図8において、9は水冷熱交換器10を有する横付け冷却装置、11および12は夫々筐体の前面および背面に設けたエアダクトである。図8において、冷却空気の循環は矢印で示すように、発熱体6→ファン7→エアダクト11→横付け冷却装置9→エアダクト12→電子機器5であり、冷却風の循環流通経路に沿って電子機器5の発熱が横付け冷却装置9に運ばれ、水冷熱交換器10において除熱される。
ところで、前記図8に示した電子機器冷却装置の場合、横付け冷却装置9は、コスト低減の観点から専用の循環ファンを備えず、送風は電子機器用のファン7に依存しているので、電子機器の発熱量増大に対して冷却能力が不足する場合が生ずる。
By the way, in the case of the electronic device cooling apparatus shown in FIG. 8, the horizontal cooling apparatus 9 does not include a dedicated circulation fan from the viewpoint of cost reduction, and the ventilation depends on the
また、前記横付け冷却装置9は、電子機器を収納する筐体1の側面に設けられるので、横付け冷却装置9における冷却風の流通幅方向の寸法は、できる限り小とすることが要請されるばかりでなく、従来装置に比較して、設置に必要な床面積が増大する本来的な問題がある。
In addition, since the horizontal cooling device 9 is provided on the side surface of the
この発明は、上記のような従来の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の課題は、設置床面積を増大することなく、電子機器の発熱量の増大に対応可能な電子機器冷却装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide an electronic device cooling apparatus that can cope with an increase in the amount of heat generated by an electronic device without increasing the installation floor area. Is to provide.
上記課題は、以下により達成される。即ち、空調された室内に設置され筐体内に収納した複数個の電子機器の発熱を、前記筐体内に設けたファンによって筐体の背面カバーに設けた通風口を介して導入した冷却風によって除熱し、筐体の前面カバーに設けた通風口から前記空調された室内に放熱する構成を備えた電子機器冷却装置において、冷却用熱交換器と少なくとも1個の冷却用ファンとを有する冷却モジュールを、前記筐体の上部または下部に設置し、前記両通風口を遮蔽した状態で、筐体の前面および背面に設けたエアダクトを介して電子機器の冷却風を、前記冷却モジュールと電子機器との間を循環させることにより、電子機器の発熱を前記冷却用熱交換器を介して、空調された室内の外部に放熱する構成を備えたことを特徴とする(請求項1の発明)。上記発明によれば、現行装置の無効スペースを有効活用し、専用の冷却ファンを有する比較的冷却能力の高い冷却モジュールを設けるので、設置床面積を増大することなく電子機器の発熱量の増大に対応可能な電子機器冷却装置を提供することができる。 The above-mentioned subject is achieved by the following. That is, heat generated by a plurality of electronic devices installed in an air-conditioned room and housed in a housing is removed by cooling air introduced through a ventilation port provided in the back cover of the housing by a fan provided in the housing. In an electronic device cooling apparatus having a configuration that heats and dissipates heat from an air vent provided in a front cover of a housing into the air-conditioned room, a cooling module having a cooling heat exchanger and at least one cooling fan is provided. The cooling air of the electronic device is installed between the cooling module and the electronic device through the air ducts provided on the front and back surfaces of the housing in the state where the upper and lower portions of the housing are installed and the two ventilation openings are shielded. A configuration is provided in which the heat generated by the electronic device is radiated to the outside of the air-conditioned room through the cooling heat exchanger by circulating between them (invention of claim 1). According to the above invention, the ineffective space of the current device is effectively used, and the cooling module having a relatively high cooling capacity having a dedicated cooling fan is provided. It is possible to provide a compatible electronic device cooling apparatus.
また、前記請求項1の発明の実施態様としては、下記の請求項2ないし8の発明が好ましい。即ち、前記請求項1に記載の電子機器冷却装置において、前記冷却用熱交換器は、水冷熱交換器であって、プレートフィン形のコンパクト熱交換器とする(請求項2の発明)。前記冷却用熱交換器は、プレートフィン&チューブ形熱交換器であってもよいが、コンパクト熱交換器とすることにより約1/5程度に小型化できるので、冷却モジュールを、限られた高さの筐体下部に設置する場合には、特に好適である。
As an embodiment of the invention of
さらに、前記請求項1に記載の電子機器冷却装置において、前記冷却用ファンは、クロスフローファンとする(請求項3の発明)。クロスフローファンは、高さ寸法を比較的短小化できると共に装置の幅寸法の略全域にわたって冷却風を発生させ高静圧を得ることができるので、薄型化が可能であり、限られた高さの筐体下部に設置する場合には、特に好適である。
Furthermore, in the electronic device cooling apparatus according to
また、前記請求項1ないし3のいずれか1項に記載の電子機器冷却装置において、前記筐体の前面カバーおよび背面カバーに設けた通風口は、通風口開閉手段を有し、冷却モジュールの冷却能異常の際に、前記遮蔽した状態の通風口を開口した状態とすることにより、空調された室内の空気により冷却可能な構成とする(請求項4の発明)。さらに、前記請求項4に記載の電子機器冷却装置において、前記通風口開閉手段は、前記筐体の前面カバーまたは背面カバーの主面に沿って可動な遮蔽板を備え、前記遮蔽板に設けた連通孔と前記前面カバーまたは背面カバーの通風口との相対位置の変動により通風口を開閉可能とする(請求項5の発明)。
The electronic device cooling apparatus according to any one of
また、前記請求項5に記載の電子機器冷却装置において、前記冷却モジュールの冷却能は、冷却モジュールにおける冷却風出口部に設けた温度センサの測定値に基づいて、温度上昇値が所定の閾値に到達した場合に異常と判定し、異常と判定した際には、前記遮蔽板を駆動して自動的に通風口を開状態とする構成を備えたものとする(請求項6の発明)。さらに、前記請求項6に記載の電子機器冷却装置において、前記遮蔽板は、遮蔽板駆動軸とソレノイドコイルとを有する電磁的駆動手段を備えたものとする(請求項7の発明)。
Further, in the electronic device cooling apparatus according to
また、前記請求項1に記載の電子機器冷却装置において、前記冷却モジュールにおける冷却ファンを少なくとも2個設け、冷却用熱交換器に対して一方は空気押し込み方式、他方は空気吸い込み方式に配設したものとする(請求項8の発明)。上記請求項4〜8の発明の実施態様の詳細については、後に詳述する。
Further, in the electronic device cooling apparatus according to
この発明によれば、空調設備の能力増大なしに低コストで、かつ設置床面積を増大することなく、電子機器の発熱量の増大に対応可能な電子機器冷却装置が提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide an electronic device cooling apparatus that can cope with an increase in the amount of heat generated by an electronic device at a low cost without increasing the capacity of the air conditioning equipment and without increasing the installation floor area.
次に、この発明の実施形態に関して、図1ないし図7に基いて説明する。まず、本発明の基本的な実施形態に関わる図1ないし図3について述べる。図1は本発明の実施形態に関わる電子機器冷却装置の模式的構成図、図2は図1の電子機器冷却装置における冷却用熱交換器の斜視図、図3は図1の電子機器冷却装置における通風口開閉手段の概念的構成図を示す。なお、図1において、図8ないし図10で示した部材と同一機能部材には同一番号を付して、その詳細説明を省略する。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, FIGS. 1 to 3 related to a basic embodiment of the present invention will be described. 1 is a schematic configuration diagram of an electronic device cooling apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of a heat exchanger for cooling in the electronic device cooling apparatus of FIG. 1, and FIG. 3 is an electronic device cooling apparatus of FIG. The conceptual block diagram of the ventilation opening-and-closing means in is shown. In FIG. 1, members having the same functions as those shown in FIGS. 8 to 10 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図1に示す電子機器冷却装置は、冷却用熱交換器22と冷却用ファン21とを有する冷却モジュール20を、筐体1の下部に設置し、筐体の背面カバー4および前面カバー3に設けた通風口を遮蔽した状態で、筐体の前面および背面のエアダクトを介して電子機器の冷却風を、前記冷却モジュール20と電子機器5との間を循環させることにより、電子機器の発熱を冷却用熱交換器22を介して、空調された室内の外部に放熱する構成を備える。
In the electronic device cooling apparatus shown in FIG. 1, a
図1において、冷却用熱交換器22は、後述する図2に示す水冷熱交換器であってコンパクト熱交換器が好ましく、冷却用ファンは前述のクロスフローファンが好ましい。また、23は冷却水配管であり、この配管を介して冷水を導入し、かつ外部へ放熱する。なお、19は上面カバーであり、Tは冷却モジュール20の冷却能異常監視用の温度センサーである。
In FIG. 1, the
通常の大型電子機器は空調された室内の床面に台脚8で設置され、筐体下部に100〜150mm程度の無効空間が存在する。この無効空間に、図1に示すように冷却モジュール20を実装する。このとき、電子機器の前面カバー3および背面カバー4は冷却モジュール20と空間的に連結されて冷却風の流路を形成し、図1に矢印で示すような冷却風の循環路を形成する。即ち、空気の流れは、発熱体6→ファン7→前面カバー3(通風口閉鎖)→冷却用熱交換器22→冷却用ファン21→背面カバー4(通風口閉鎖)→発熱体6である。このように、空気を循環させることにより、筐体1内における電子機器の発熱を室内設置環境へ放熱することなく冷却水へ放熱し、これによって室内の空調負荷が軽減できると共に、無効空間の有効利用を図ることができる。
A normal large electronic device is installed on a floor surface of an air-conditioned room with a
次に、図2に示すコンパクト熱交換器について述べる。図2において、22Aは水冷熱交換器本体、22Bおよび22Cは冷却水ヘッダー、22Dは空気側冷却フィン、22Eは水側冷却フィン、22Fはスペーサーである。冷却水によって電子機器の発熱体で温度上昇した空気を冷却するが、コンパクト熱交換器は周知のように単位体積当りの伝熱面積が大きいので小型化が可能であり、また、クロスフローファンと組み合わせることにより冷却モジュール20の薄型化が可能である。冷却水としては、例えば外部のチラーなどの冷水を使用し、これによって電子機器の発熱を外部へ除去する。
Next, the compact heat exchanger shown in FIG. 2 will be described. In FIG. 2, 22A is a water-cooled heat exchanger body, 22B and 22C are cooling water headers, 22D is an air-side cooling fin, 22E is a water-side cooling fin, and 22F is a spacer. Cooling water cools the air whose temperature has risen at the heating element of the electronic device, but as is well known, the compact heat exchanger has a large heat transfer area per unit volume, so it can be downsized. By combining them, the
次に、万一、冷却モジュール20に異常が発生、例えば、冷却用ファン21の故障、水冷熱交換器の水漏れ等により冷却が困難になった場合の対応について述べる。この場合には、前述のように、筐体1の前面カバー3および背面カバー4に設けた通風口は、図1には図示しない通風口開閉手段を有し、冷却モジュールの冷却能力異常の際に、遮蔽した状態の通風口を開口した状態とすることにより、空調された室内の空気により冷却可能とする構成を備える。なお、従来は通常、複数セット(例えば10台)の電子機器収納体が空調された室内に設置されるので、その内の1台の冷却モジュールが冷却能力異常になったとしても、その他の冷却モジュールが正常に機能していれば、冷却能力異常が発生した電子機器収納体は、空調された室内の空気により十分冷却可能である。
Next, how to deal with a case where an abnormality occurs in the
図3は図1の電子機器冷却装置における通風口開閉手段の概念的構成図である。図3は背面カバー4における通風口開閉手段を示すが、前面カバー3における通風口開閉手段も同様の構成を備える。図3(a)は通風口4aが開モードの場合を示し、図3(b)は通風口4aが閉モードの場合を示す。図3において、4lは通風口の遮蔽版、41aは通風口との連通口、42は閉鎖用金具であり、20は冷却モジュールであって、その冷却風出口部のみを示す。
FIG. 3 is a conceptual block diagram of the vent opening / closing means in the electronic device cooling apparatus of FIG. Although FIG. 3 shows the vent opening / closing means in the
図3に示す通風口開閉手段は、背面カバー4の主面に沿って可動な遮蔽板41を備え、この遮蔽板41に設けた連通孔41aと背面カバー4の通風口4aとの位置が一致した図3(a)の場合には、冷却風が通風口を通過可能な状態、即ち、通風口開モードとなる。一方、図3(b)のように、連通孔41aと通風口4aとの相対位置がずれて通風口4aが遮蔽板41の連通孔のない面で塞がれた場合には、通風口閉モードとなる。
3 includes a shielding
前記冷却モジュールの冷却能は、冷却モジュール20における冷却風出口部に設けた温度センサ(図1のT)の測定値に基づいて、温度上昇値が所定の閾値に到達した場合に異常と判定し、異常と判定した際には、前記遮蔽板41を手動または、例えば、電磁的駆動手段により駆動して自動的に通風口を開状態とする。手動の場合には、保守要員がアラームに基づいて通風口開状態のための適切な処置を行なう。なお、図3(b)の通風口閉モードにおいて、図3(a)に示す閉鎖用金具42は取り外した状態にあるが、図3(b)の通風口閉モードから図3(a)の通風口開モードにした際には、取り外した状態のままでも、冷却能力において問題はない。
The cooling capacity of the cooling module is determined to be abnormal when the temperature rise value reaches a predetermined threshold based on the measured value of the temperature sensor (T in FIG. 1) provided at the cooling air outlet of the
次に、図1の実施形態とは異なる種々の実施形態について述べる。図4は、冷却モジュール20において、冷却用ファンを2個(21および21a)設けた実施形態を示す。この2個の冷却用ファンは、冷却用熱交換器22に対して一方の21aは空気押し込み方式(所謂プッシュ方式)、他方の21は空気吸い込み方式(所謂プル方式)に配設、即ち、プッシュ&プル方式としている。冷却用ファンを2個用いた場合には、高静圧に対応でき、またフェイルセーフの観点からも優れている。
Next, various embodiments different from the embodiment of FIG. 1 will be described. FIG. 4 shows an embodiment in which two cooling fans (21 and 21a) are provided in the
次に、図5について述べる。図5は冷却モジュールを上部に設置した本発明の異なる実施形態に関わる電子機器冷却装置の模式的構成図を示す。通常の大型電子機器は高さが1500〜2000mmであり、その上部は使用されていない。そこで、図5の場合には、上部の空きスペースに冷却モジュール20を設置する。これにより、上部の空きスペースの有効利用を図ることができる。なお、図1に示す下部設置の場合と図5に示す上部設置の場合とでは、それぞれ下記のような利欠点がある。
Next, FIG. 5 will be described. FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an electronic device cooling apparatus according to a different embodiment of the present invention in which a cooling module is installed on the top. A normal large electronic device has a height of 1500 to 2000 mm, and its upper part is not used. Therefore, in the case of FIG. 5, the
下部設置の場合の利点は、冷却水配管23が短く、断熱処理も簡単である。また、異常時に漏水が発生しても、本体に水が浸入する危険性がない。下部設置の場合の欠点は、下部の有効高さに制限があるので、冷却能力に限度がある。さらに、構造的に本体の脚部を避ける構造となるので、構造が単純でない。
The advantage of the lower installation is that the cooling
一方、上部設置の場合の利点は、上部に高さ制限がなく、ある程度自由に構成できる。また、構造的に自由度が高いので冷却能力も大きくとれる。さらに障害物がないので、設置作業も簡単になる。上部設置の場合の欠点は、冷却水配管が長く、断熱処理も複雑で、場合によっては、本体内部を通過させることも必要となる。また、漏水が発生した場合、ドレーン処理を確実に行なわない場合には本体に水が浸入する可能性がある。 On the other hand, the advantage of the upper installation is that the upper part has no height restriction and can be freely configured to some extent. Moreover, since the degree of freedom is structurally high, the cooling capacity can be increased. Furthermore, since there are no obstacles, installation work is simplified. The disadvantage of the upper installation is that the cooling water piping is long, the heat insulation treatment is complicated, and in some cases, it is necessary to pass through the inside of the main body. In addition, when water leaks, water may enter the main body if the drain treatment is not performed reliably.
図6は、上部設置の場合であって、かつ冷却用ファンを2個用いた場合の実施形態を示し、図7は図5の電子機器冷却装置における通風口開閉手段の概念的構成図を示す。図6および図7の構成および効果は、前述と同様であるので省略する。なお、図7(a)の通風口開モードにおいては、図3(a)の通風口開モードの図と異なり、冷却モジュール20を省略した図としている。上部設置の場合において冷却モジュール20が異常の場合、通常、冷却モジュール20は点検整備のために、筐体1から取り外されるからである。
FIG. 6 shows an embodiment in the case of an upper installation and two cooling fans are used, and FIG. 7 shows a conceptual configuration diagram of the vent opening / closing means in the electronic device cooling apparatus of FIG. . The configurations and effects of FIGS. 6 and 7 are the same as those described above, and will be omitted. In the vent opening mode of FIG. 7A, the
以上、種々の実施形態について述べたが、いずれの実施形態の場合においても、総じて下記のような効果が得られる。既存の電子機器冷却装置を大幅改造することなしに、冷却モジュール20の追加設置により、電子機器の大容量化、発熱量増大に対して、空調設備の能力増大なしに低コストで、かつ床面積の増大なしに対応できる。また、電子機器の発熱量増減に対して、冷却モジュール20の冷却能の増減により簡単に追随して対応できる。特に、冷却モジュールにおいて、コンパクト熱交換器とクロスフローファンを採用した場合には、小型化、薄型化が可能となる利点がある。
While various embodiments have been described above, the following effects are generally obtained in any embodiment. Without significantly remodeling the existing electronic equipment cooling device, the additional installation of the
1:筐体、3:前面カバー(通風口付)、4:背面カバー(通風口付)、4a:通風口、5:電子機器、6:発熱体、7:ファン、8:台脚、19:上面カバー、20:冷却モジュール、21,21a:冷却用ファン、22:冷却用熱交換器、22A:水冷熱交換器本体、22B,22C:冷却水ヘッダー、22D:空気側冷却フィン、22E:水側冷却フィン、22F:スペーサー、23:冷却水配管、4l:通風口の遮蔽版、41a:連通口、42:閉鎖用金具、T:温度センサー。
1: Housing, 3: Front cover (with ventilation port), 4: Back cover (with ventilation port), 4a: Ventilation port, 5: Electronic device, 6: Heating element, 7: Fan, 8: Pedestal, 19 : Top cover, 20: Cooling module, 21, 21a: Cooling fan, 22: Cooling heat exchanger, 22A: Water cooling heat exchanger body, 22B, 22C: Cooling water header, 22D: Air side cooling fin, 22E: Water-side cooling fins, 22F: spacer, 23: cooling water piping, 4l: ventilation plate shielding plate, 41a: communication port, 42: metal fitting for closing, T: temperature sensor.
Claims (8)
冷却用熱交換器と少なくとも1個の冷却用ファンとを有する冷却モジュールを、前記筐体の上部または下部に設置し、前記両通風口を遮蔽した状態で、筐体の前面および背面に設けたエアダクトを介して電子機器の冷却風を、前記冷却モジュールと電子機器との間を循環させることにより、電子機器の発熱を前記冷却用熱交換器を介して、空調された室内の外部に放熱する構成を備えたことを特徴とする電子機器冷却装置。 The heat generated by a plurality of electronic devices installed in an air-conditioned room and housed in a housing is removed by cooling air introduced through a ventilation port provided in the back cover of the housing by a fan provided in the housing, In the electronic device cooling apparatus having a structure for radiating heat from the ventilation opening provided in the front cover of the housing to the air-conditioned room,
A cooling module having a cooling heat exchanger and at least one cooling fan is installed on the top or bottom of the casing, and is provided on the front and back of the casing in a state where the two ventilation openings are shielded. By circulating the cooling air of the electronic device through the air duct between the cooling module and the electronic device, the heat generated from the electronic device is radiated to the outside of the air-conditioned room through the cooling heat exchanger. An electronic device cooling apparatus comprising the configuration.
2. The electronic device cooling apparatus according to claim 1, wherein at least two cooling fans in the cooling module are provided, one of which is arranged in an air pushing method and the other in an air sucking method with respect to the cooling heat exchanger. .
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