JP2008191996A - ディスクアレイ装置および電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱部材の良好な冷却と、装置の低騒音化の両立が可能なディスクアレイ装置及び電子装置を提供することにある。
【解決手段】ディスクアレイ装置は、複数のディスクドライブ２を収納し、ディスクドライブ２を制御するコントローラ６を有する。圧縮機１０と、ラジエタ１２と、膨張弁９と、コールドプレート７とにより、冷凍システムを構成する。コントローラ６は、冷凍システムにより、冷却される。ここで、膨張弁９から出る二相冷媒は、コールドプレート７の受熱面に衝突する。
【選択図】図３

Description

本発明は、磁気式や光式のディスクドライブが複数台搭載されるディスクアレイ装置、及び、ＣＰＵ等の発熱素子を有する電子装置に係り、特に、その冷却構造に関する。

ディスクアレイ装置は、データ保存の信頼性を向上させるために、多数の磁気式あるいは光式のディスクドライブを筐体内に搭載して構成されている。これらディスクアレイ装置は、光などの高速な専用ネットワーク回線で接続されて、管理ソフトウェアにより運用され、ＳＡＮ（ストレージエリアネットワーク）や、ＮＡＳ（ネットワークアタッチドストレージ）、あるいは単独のＲＡＩＤ（Redundant Array of Inexpensive Disks）ディスク装置として利用される。これらディスクアレイ装置に搭載されるディスクドライブは、内部に磁気ディスク，駆動モータ，磁気ヘッド，アクチュエータなどを搭載したディスク本体と、制御用の電子部品接続コネクタなどを搭載したパッケージ基板と、ディスク本体とパッケージ基板をアッセンブリし、保守時に容易にディスク装置を脱着できるようにハンドル等を付けたキャニスタから構成される。

ディスクドライブの主要な発熱源は、駆動モータ，アクチュエータ，ＬＳＩなどの制御用電子部品である。これらの熱は、ディスクアレイ筐体に設置された冷却ファンによって供給される冷却風により冷却される。冷却能力が悪い場合、ディスクドライブの温度が上昇し、その結果、誤動作や長期信頼性の恐れがある。

また、外部制御機器とディスクドライブ間のデータのやり取りを制御するコントローラでは大きな発熱が発生する。中でも、ＮＡＳに用いられるコントローラの発熱は特に大きい。冷却能力が悪い場合、これらのコントローラの温度が上昇し、その結果、誤動作や素子破壊の恐れがある。

従来のディスクアレイ装置としては、発熱部材の冷却性を良好とするために、吸熱部がユニットボックスの壁面を構成し内部に冷媒が封入された、コールドプレートを設けた、冷凍サイクル組み込みのシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−７３０９９号公報

しかしながら、特許文献１に記載のように、コールドプレートを用いるものでは、通常、コントローラ冷却用のコールドプレートには実装上大きな容積が取れないので、十分な熱交換面積が確保できないという問題があった。

一方では、ディスクアレイ装置内で空気流を駆動させるためのファンから出る騒音の低減も問題となり、ファン回転数を低下させる等により低騒音化すると、冷却に必要な風量が十分に確保できない場合もある。

このように、ディスクアレイ装置では、発熱部材の良好な冷却と、装置の低騒音化という二つの課題がある。

また、ＣＰＵ等の発熱素子を有する電子装置にあっても、発熱部材の良好な冷却と、装置の低騒音化という二つの課題がある。

本発明の目的は、発熱部材の良好な冷却と、装置の低騒音化の両立が可能なディスクアレイ装置及び電子装置を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、複数のディスクドライブを収納し、前記ディスクドライブを制御するコントローラを有するディスクアレイ装置であって、圧縮機と、前記圧縮機の吐出側に配管を介して接続されたラジエタと、前記ラジエタに配管を介して接続された膨張弁と、前記膨張弁の下流に接続されるともに、前記圧縮機の吸入側に接続されたコールドプレートとを備え、前記圧縮機，前記ラジエタ，前記膨張弁，前記コールドプレートにより、冷凍システムを構成し、この冷凍システムにより、前記コントローラを冷却するとともに、前記膨張弁から出る二相冷媒を前記コールドプレートの受熱面に衝突させるようにしたものである。
かかる構成により、発熱部材の良好な冷却と、装置の低騒音化の両立が可能となる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記コールドプレートは、その受熱面に設けられた微細構造体を備えるようにしたものである。

（３）上記（１）において、好ましくは、前記コントローラは、前記コントローラによって検出したコントローラの温度に基づいて、前記膨張弁の弁開度を制御するようにしたものである。

（４）上記（１）において、好ましくは、前記コールドプレートは、前記膨張弁と一体構造である。

（５）上記（１）において、好ましくは、前記コールドプレートと、前記圧縮機の間に設けられ、前記コールドプレートから出る液冷媒を蒸発する蒸発手段を備えるようにしたものである。

（６）上記（５）において、好ましくは、
前記蒸発手段は、前記コールドプレートと前記圧縮機を接続する配管を、前記圧縮機の周囲に熱交換可能に巻回した構成であることを特徴とするディスクアレイ装置。

（７）上記（５）において、好ましくは、前記蒸発手段は、前記コールドプレートと前記圧縮機の間に配置された蒸発器としたものである。

（８）上記（１）において、好ましくは、前記コールドプレートに接触した配置された蓄熱部材を備えるようにしたものである。

（９）上記（１）において、好ましくは、前記ディスグドライブを冷却する第２のコールドプレートを備えるようにしたものである。

（１０）上記目的を達成のするために、本発明は、複数のディスクドライブを収納し、前記ディスクドライブを制御するコントローラを有するディスクアレイ装置であって、圧縮機と、前記圧縮機の吐出側に配管を介して接続されたラジエタと、前記ラジエタに配管を介して接続された膨張弁と、前記膨張弁の下流に接続されるともに、前記圧縮機の吸入側に接続されたコールドプレートとを備え、前記圧縮機，前記ラジエタ，前記膨張弁，前記コールドプレートにより、冷凍システムを構成し、この冷凍システムにより、前記コントローラを冷却するとともに、前記コールドプレートは、前記膨張弁と一体構造となっているものである。
かかる構成により、発熱部材の良好な冷却と、装置の低騒音化の両立が可能となる。

（１１）上記目的を達成するために、本発明は、複数のディスクドライブを収納し、前記ディスクドライブを制御するコントローラを有するディスクアレイ装置であって、圧縮機と、前記圧縮機の吐出側に配管を介して接続されたラジエタと、前記ラジエタに配管を介して接続された膨張弁と、前記膨張弁の下流に接続されるともに、前記圧縮機の吸入側に接続されたコールドプレートとを備え、前記圧縮機，前記ラジエタ，前記膨張弁，前記コールドプレートにより、冷凍システムを構成し、この冷凍システムにより、前記コントローラを冷却するとともに、前記コールドプレートと前記圧縮機を結ぶ配管は、前記圧縮機との間で熱交換するようにしたものである。
かかる構成により、発熱部材の良好な冷却と、装置の低騒音化の両立が可能となる。

（１２）上記目的を達成するために、本発明は、複数のディスクドライブを収納し、前記ディスクドライブを制御するコントローラを有するディスクアレイ装置であって、圧縮機と、前記圧縮機の吐出側に配管を介して接続されたラジエタと、前記ラジエタに配管を介して接続された第１の膨張弁と、前記第１の膨張弁の下流に配管を介して接続された第２の膨張弁と、前記第２の膨張弁の下流に接続されるともに、前記圧縮機の吸入側に接続されたコールドプレートと、前記第１の膨張弁の下流と、前記圧縮機の吸入側との間に、前記コールドプレートに対して並列に接続された蒸発器とを備え、前記圧縮機，前記ラジエタ，前記第１及び第２の膨張弁，前記コールドプレート，前記膨張器により、冷凍システムを構成し、この冷凍システムの前記コールドプレートにより、前記コントローラを冷却し、前記冷凍システムの前記蒸発器により、前記コールドプレートの温度より高い温度で前記コントローラ以外の発熱源を冷却するようにしたものである。
かかる構成により、発熱部材の良好な冷却と、装置の低騒音化の両立が可能となる。

（１３）上記目的を達成するために、本発明は、発熱源であるＣＰＵを有する電子装置であって、圧縮機と、前記圧縮機の吐出側に配管を介して接続されたラジエタと、前記ラジエタに配管を介して接続された膨張弁と、前記膨張弁の下流に接続されるともに、前記圧縮機の吸入側に接続されたコールドプレートとを備え、前記圧縮機，前記ラジエタ，前記膨張弁，前記コールドプレートにより、冷凍システムを構成し、この冷凍システムにより、前記ＣＰＵを冷却するとともに、前記膨張弁から出る二相冷媒を前記コールドプレートの受熱面に衝突させるようにしたものである。
かかる構成により、発熱部材の良好な冷却と、装置の低騒音化の両立が可能となる。

本発明によれば、発熱部材の良好な冷却と、装置の低騒音化の両立が可能となる。

以下、図１〜図３を用いて、本発明の第１の実施形態によるディスクアレイ装置の構成について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態によるディスクアレイ装置の全体構成について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態によるディスクアレイ装置の全体構成を示す斜視図である。

ユニット筐体１００のケーシング１１の内部には、複数のディスクドラィブ２を収納したボックス１が前方に、電源装置３や回路基板４、コントローラ６などの電気系統が後方に配置されている。また、両者の中間に複数のファン５が並列に設置されている。

ファン５により生成される冷却風は、外部からボックス１に入り、各ディスクドライブ２を冷却した後、電源装置３、回路基板４、ないし後述するラジエタ１２を通り、ユニット筐体１００の後ろ側に排気される。これは、ラックへ実装した場合、通常ラックの配線スペースがラック全体の排気エリアとして使用されるためである。

ユニット筐体１００の後方左側の部分には、コントローラ６を冷却するために、圧縮機１０，ラジエタ１２，膨張弁９，コールドプレート７等により構成される冷凍サイクルが設置されている。膨張弁９とラジエタ１２は、配管１３により接続されている。ラジエタ１２と圧縮機１０は、配管１３’により接続されている。圧縮機１０とコールドプレート７は、配管１４により接続されている。冷凍サイクルは閉ループであり、内部には、例えば、Ｒ１３４ａのような代替フロンや炭化水素，２酸化炭素のような自然系の冷媒が封入されている。コールドプレート７は、下方がコントローラ６に、上方が蓄熱部材８に、熱的に接触している。また、膨張弁９とコールドプレート７は、図３を用いて後述するように、一体構造となっている。

次に、図２を用いて、本実施形態によるディスクアレイ装置の冷凍サイクルの構成について説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態によるディスクアレイ装置の冷凍サイクルの構成を示すブロック図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

圧縮機１０の吐出側は、高圧側配管１３を介して、ラジエタ１２につながっている。ラジエタ１２は、高圧側配管１３’を介して、膨張弁９につながっている。膨張弁９の下方にはコールドプレート７があり、さらに低圧側配管１４を介して圧縮機１０の吸入側に接続ざれている。圧縮機１０の近傍の低圧側配管１４は、圧縮機１０の周囲に巻回され、圧縮機１０と熱的に接続されており、両者の間で熱交換可能な構造となっている。

次に、図３を用いて、本実施形態によるディスクアレイ装置に用いる膨張弁９とコールドプレート７の構成について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態によるディスクアレイ装置に用いる膨張弁とコールドプレートの構成を示す断面図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

膨張弁９は、コールドプレート７と一体化されている。膨張弁９の主要部材は、モータ１７と、ボール弁１８である。コールドプレート７の内部下側には、微細構造体体１６が形成されている。微細構造体体１６は、例えば、コールドプレート７の内部の底面に形成されている四角錐状、三角錐状、台形状の突起である。また、微細構造体体１６としては、例えば、コールドプレート７の内部の底面に形成されており、縦横に交差する溝とすることもできる。微細構造体体１６が四角錐状である場合、その高さは、例えば、０．２〜０．５ｍｍで、底辺の一辺の長さが０．２〜０．５ｍｍ程度である。

コントローラ６は、温度モニター機能を有している。コントローラ６は、モニターされた温度の値により、膨張弁９の弁開度を制御する。コントローラ６は、弁開度制御のための信号を、膨張弁９のモータ１７に向かって出力し、膨張弁９の弁開度を制御する。

次に、図１〜図３にて説明した構成を有するディスクアレイ装置の動作及びその効果について説明する。

第１に、膨張弁９とコールドプレート７とは一体化されている。そのため、膨張弁９を通る冷媒は断熱膨張により流速が急増するとともに、温度も急減した状態の高速ミスト噴流として、コールドプレート７の下面の受熱面側に衝突する。したがって、膨張弁９とコールドプレート７とが離れており、両者が配管等で接続された場合に比べて、冷却効率を向上することができる。

このため、コールドプレート７の受熱面で高い熱伝達率が得られる。これにより、コールドプレート７に実装上大きな容積が取れない状態においても、十分な熱交換を行うことができる。このため、コントローラ６の冷却性は極めて良好となり、大きな負荷の処理を賄うことが可能となるため、大容量化に対応した高速処理を実現したディスクアレイシステムを提供することができる。

そして、発熱の特に大きなコントローラ６の冷却性が良好となるため、ファン５の回転数を低くすることができ、ユニット筺体１００の騒音を低減できる。

第２に、コールドプレート７の下面に形成された微細構造体１６により、冷媒の濡れ性が大変良好となるとともに、微細構造体１６が核となり、蒸発伝熱が平滑面に比べて大幅に促進される。したがって、冷却効率をさらに向上することができる。

第３に、通常、コントローラ６の発熱量は時々刻々大きく変動し、それに伴いコントローラ６自身の温度も大きく変動する。このため、冷凍機組み込みシステムでは、冷媒流量を適切に制御する必要がある。従来は、冷凍サイクルの時定数がコントローラの時定数よりも格段に大きいため、サイクル制御がコントローラ６の温度変動に追従できなかった。

それに対して、本実施形態では、膨張弁９がコールドプレート７の直前にあり、かつコントローラ６の温度により弁開度が直接制御されるため、冷凍サイクルの応答時定数を大幅に短縮することができる。これにより、コントローラ６の負荷変動に追従した適切な冷凍サイクル制御を行うことができる。

第４に、本実施形態では、コールドプレート７に蓄熱部材８が接続されているため、コントローラ６の時定数を見かけ上大きくすることができる。これにより、さらに、コントローラ６の負荷変動に追従した適切な冷凍サイクル制御を行うことができる。このため、最大発熱量を前提とした冷凍サイクル運転を行う必要がなくなり、省エネを図ることができる。

第５に、本実施形態では、コールドプレート７に流入する冷媒量は、コントローラ６の負荷と連動して制御されているが、仮にコールドプレート７において未蒸発の余剰液冷媒が発生したとしても、低圧側配管１４の下流側で、圧縮機１０と熱交換されるため、冷媒は低圧側配管１４の中で全て蒸発する。このため、補助蒸発器を設けることなしに、圧縮機における液冷媒の圧縮を回避することができ、冷凍システムの省スペース化を図ることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、発熱部材の良好な冷却と、装置の低騒音化の両立が可能となる。したがって、高密度実装時におけるコントローラの冷却性能を向上させることができ、大容量化・高速化したディスクアレイシステムを実現できる。

次に、図４及び図５を用いて、本発明の第２の実施形態によるディスクアレイ装置の構成について説明する。
最初に、図４を用いて、本実施形態によるディスクアレイ装置の全体構成について説明する。
図４は、本発明の第２の実施形態によるディスクアレイ装置の全体構成を示す斜視図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

ユニット筐体１００Ａのケーシング１１の内部には、複数のディスクドラィブ２を収納したボックス１が前方に、電源装置３や回路基板４、コントローラ６などの電気系統が後方に配置されている。また、両者の中間に複数のファン５が並列に設置されている。

ファン５により生成される冷却風は、外部からボックス１に入り、各ディスクドラィブ２を冷却した後、後述する補助蒸発器１５，電源装置３，回路基板４，ないし同じく後述するラジエタ１２を通り、ユニット筐体１００Ａの後ろ側に排気される。これは、ラックへ実装した場合、通常ラックの配線スペースがラック全体の排気エリアとして使用されるためである。

ユニット筐体１００Ａの後方左側の部分には、コントローラ６を冷却するために、圧縮機１０，ラジエタ１２，膨張弁９，コールドプレート７等により構成される冷凍サイクルが設置されている。膨張弁９とラジエタ１２は、配管１３により接続されている。ラジエタ１２と圧縮機１０は、配管１３’により接続されている。圧縮機１０と補助蒸発器１５とコールドプレート７は、配管１４により接続されている。冷凍サイクルは閉ループであり、内部には、例えば、Ｒ１３４ａのような代替フロンや炭化水素，２酸化炭素のような自然系の冷媒が封入されている。コールドプレート７は、下方がコントローラ６に、熱的に接触している。また、膨張弁９とコールドプレート７は、図３にて示したように、一体構造となっている。また、コールドプレート７の内部底面には、図３に示したような微細構造体１６が形成されている。ただし、本実施形態では、図３における蓄熱部材８は用いてないものである。

次に、図５を用いて、本実施形態によるディスクアレイ装置の冷凍サイクルの構成について説明する。
図５は、本発明の第２の実施形態によるディスクアレイ装置の冷凍サイクルの構成を示すブロック図である。なお、図１，図２，図５と同一符号は、同一部分を示している。

圧縮機１０の吐出側は、高圧側配管１３を介して、ラジエタ１２につながっている。ラジエタ１２は、高圧側配管１３’を介して、膨張弁９につながっている。膨張弁９の下方にはコールドプレート７があり、さらに低圧側配管１４を介して圧縮機１０の吸入側に接続ざれている。膨張弁９の下方にはコールドプレート７があり、さらに低圧側配管１４を介して、補助蒸発器１５および圧縮機１０の吸入側に接続されている。

次に、図４及び図５にて説明した構成を有するディスクアレイ装置の動作及びその効果について説明する。

第１に、膨張弁９とコールドプレート７とは一体化されている。そのため、膨張弁９を通る冷媒は断熱膨張により流速が急増するとともに、温度も急減した状態の高速ミスト噴流として、コールドプレート７の下面の受熱面側に衝突する。したがって、膨張弁９とコールドプレート７とが離れており、両者が配管等で接続された場合に比べて、冷却効率を向上することができる。

このため、コールドプレート７の受熱面で高い熱伝達率が得られる。これにより、コールドプレート７に実装上大きな容積が取れない状態においても、十分な熱交換を行うことができる。このため、コントローラ６の冷却性は極めて良好となり、大きな負荷の処理を賄うことが可能となるため、大容量化に対応した高速処理を実現したディスクアレイシステムを提供することができる。

そして、発熱の特に大きなコントローラ６の冷却性が良好となるため、ファン５の回転数を低くすることができ、ユニット筺体１００Ａの騒音を低減できる。

第２に、コールドプレート７の下面に形成された微細構造体１６により、冷媒の濡れ性が大変良好となるとともに、微細構造体１６が核となり、蒸発伝熱が平滑面に比べて大幅に促進される。したがって、冷却効率をさらに向上することができる。

第３に、通常、コントローラ６の発熱量は時々刻々大きく変動し、それに伴いコントローラ６自身の温度も大きく変動する。このため、冷凍機組み込みシステムでは、冷媒流量を適切に制御する必要がある。従来は、冷凍サイクルの時定数がコントローラの時定数よりも格段に大きいため、サイクル制御がコントローラ６の温度変動に追従できなかった。

それに対して、本実施形態では、膨張弁９がコールドプレート７の直前にあり、かつコントローラ６の温度により弁開度が直接制御されるため、冷凍サイクルの応答時定数を大幅に短縮することができる。これにより、コントローラ６の負荷変動に追従した適切な冷凍サイクル制御を行うことができる。

第４に、本実施形態では、コールドプレート７に流入する冷媒量は、コントローラ６の負荷と連動して制御されているが、仮にコールドプレート７において発生した余剰な液冷媒は、補助蒸発器１５で冷却空気との間で熱交換され、全て蒸発する。このため、圧縮機における液冷媒の圧縮を回避することができる。また、補助蒸発器１５において冷やされた冷却空気は、ケーシング１１内の補助蒸発器１５下流側にある電源装置３、回路基板４の冷却に有効に寄与する。このため、最大発熱量を前提とした冷凍サイクル運転を行う必要がなくなり、省エネを図ることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、発熱部材の良好な冷却と、装置の低騒音化の両立が可能となる。したがって、高密度実装時におけるコントローラの冷却性能を向上させることができ、大容量化・高速化したディスクアレイシステムを実現できる。

次に、図６及び図７を用いて、本発明の第３の実施形態によるディスクアレイ装置の構成について説明する。
最初に、図６を用いて、本実施形態によるディスクアレイ装置の全体構成について説明する。
図６は、本発明の第３の実施形態によるディスクアレイ装置の全体構成を示す斜視図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

ユニット筐体１００Ｂのケーシング１１の内部には、複数のディスクドラィブ２を収納したボックス１が前方に、電源装置３や回路基板４、コントローラ６などの電気系統が後方に配置されている。また、両者の中間に複数のファン５が並列に設置されている。

ファン５により生成される冷却風は、外部からボックス１に入り、各ディスクドラィブ２を冷却した後、後述する補助蒸発器１５，電源装置３，回路基板４，ないし同じく後述するラジエタ１２を通り、ユニット筐体１００Ｂの後ろ側に排気される。これは、ラックへ実装した場合、通常ラックの配線スペースがラック全体の排気エリアとして使用されるためである。

ユニット筐体１００Ｂの後方左側の部分には、コントローラ６を冷却するために、圧縮機１０，ラジエタ１２，膨張弁９，コールドプレート７，７’等により構成される冷凍サイクルが設置されている。膨張弁９とラジエタ１２は、配管１３により接続されている。ラジエタ１２と圧縮機１０は、配管１３’により接続されている。圧縮機１０と補助蒸発器１５とコールドプレート７は、配管１４により接続されている。冷凍サイクルは閉ループであり、内部には、例えば、Ｒ１３４ａのような代替フロンや炭化水素，２酸化炭素のような自然系の冷媒が封入されている。コールドプレート７は、下方がコントローラ６に、上方が蓄熱部材８に熱的に接触している。

コールドプレート７’は、ゴムや樹脂系の熱伝導部材を介して、ディスクドライブ２の上面と接触している。コールドプレート７’は、上流側に膨張弁９’を有している。また、膨張弁９とコールドプレート７，７’は、図３にて示したように、一体構造となっている。また、コールドプレート７，７’の内部底面には、図３に示したような微細構造体１６が形成されている。

次に、図７を用いて、本実施形態によるディスクアレイ装置の冷凍サイクルの構成について説明する。
図７は、本発明の第３の実施形態によるディスクアレイ装置の冷凍サイクルの構成を示すブロック図である。なお、図１〜図６と同一符号は、同一部分を示している。

圧縮機１０の吐出側は、高圧側配管１３を介して、ラジエタ１２につながっている。ラジエタ１２は、高圧側配管１３’を介して、膨張弁９につながっている。膨張弁９の下方にはコールドプレート７があり、さらに低圧側配管１４を介して圧縮機１０の吸入側に接続ざれている。膨張弁９の下方にはコールドプレート７があり、さらに低圧側配管１４を介して、圧縮機１０の吸入側に接続されている。

また、コールドプレート７’は、ディスクドライブ２と接触している。コールドプレート７’は、上流側に膨張弁９’を有しており、さらに高圧側配管１３’を通してラジエタ１２に接続されている。したがって、本実施形態では、発熱部である各ディスクドライブ２の冷却をより効率的かつ均等に行うことができる。

次に、図６及び図７にて説明した構成を有するディスクアレイ装置の動作及びその効果について説明する。

第１に、膨張弁９とコールドプレート７とは一体化されている。そのため、膨張弁９を通る冷媒は断熱膨張により流速が急増するとともに、温度も急減した状態の高速ミスト噴流として、コールドプレート７の下面の受熱面側に衝突する。したがって、膨張弁９とコールドプレート７とが離れており、両者が配管等で接続された場合に比べて、冷却効率を向上することができる。

このため、コールドプレート７の受熱面で高い熱伝達率が得られる。これにより、コールドプレート７に実装上大きな容積が取れない状態においても、十分な熱交換を行うことができる。このため、コントローラ６の冷却性は極めて良好となり、大きな負荷の処理を賄うことが可能となるため、大容量化に対応した高速処理を実現したディスクアレイシステムを提供することができる。

そして、発熱の特に大きなコントローラ６の冷却性が良好となるため、ファン５の回転数を低くすることができ、ユニット筺体１００Ｂの騒音を低減できる。

第２に、コールドプレート７，７’の下面に形成された微細構造体１６により、冷媒の濡れ性が大変良好となるとともに、微細構造体１６が核となり、蒸発伝熱が平滑面に比べて大幅に促進される。したがって、冷却効率をさらに向上することができる。

第３に、通常、コントローラ６の発熱量は時々刻々大きく変動し、それに伴いコントローラ６自身の温度も大きく変動する。このため、冷凍機組み込みシステムでは、冷媒流量を適切に制御する必要がある。従来は、冷凍サイクルの時定数がコントローラの時定数よりも格段に大きいため、サイクル制御がコントローラ６の温度変動に追従できなかった。

それに対して、本実施形態では、膨張弁９がコールドプレート７の直前にあり、かつコントローラ６の温度により弁開度が直接制御されるため、冷凍サイクルの応答時定数を大幅に短縮することができる。これにより、コントローラ６の負荷変動に追従した適切な冷凍サイクル制御を行うことができる。

第４に、本実施形態では、コールドプレート７に蓄熱部材８が接続されているため、コントローラ６の時定数を見かけ上大きくすることができる。これにより、さらに、コントローラ６の負荷変動に追従した適切な冷凍サイクル制御を行うことができる。このため、最大発熱量を前提とした冷凍サイクル運転を行う必要がなくなり、省エネを図ることができる。

第５に、本実施形態では、コールドプレート７に流入する冷媒量は、コントローラ６の負荷と連動して制御されているが、仮にコールドプレート７において未蒸発の余剰液冷媒が発生したとしても、低圧側配管１４の下流側で、圧縮機１０と熱交換されるため、冷媒は低圧側配管１４の中で全て蒸発する。このため、補助蒸発器を設けることなしに、圧縮機における液冷媒の圧縮を回避することができ、冷凍システムの省スペース化を図ることができる。

第６に、コールドプレート７’は、ディスクドライブ２と接触しているので、発熱部である各ディスクドライブ２の冷却をより効率的かつ均等に行うことができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、発熱部材の良好な冷却と、装置の低騒音化の両立が可能となる。したがって、高密度実装時におけるコントローラの冷却性能を向上させることができ、大容量化・高速化したディスクアレイシステムを実現できる。

次に、図８を用いて、本発明の第４の実施形態によるディスクアレイ装置の構成について説明する。
図８は、本発明の第４の実施形態によるディスクアレイ装置の全体構成を示す斜視図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

本実施形態では、１９インチ標準ラック１１０の内部に、複数のユニット筐体１００が実装されている。なお、ユニット筐体１００に替えて、図４のユニット筐体１００Ａや、図６のユニット筐体１００Ｂを実装してもよいものである。

標準ラック１１０の後ろ側のスペースは、配線領域である。冷却風はユニット筐体１００の後ろ側に排気している。これは、標準ラック１１０に実装した場合、通常標準ラック１１０の配線スペースがラック全体の排気エリアとして使用されるためである。

標準ラック１１０には、通常、正面（入気側）と背面（排気側）に、メッシュないしパンチングプレート構造を有する側壁が設けられている。このため、排気側の温まった空気がラック内に留まることがあり、冷却性は筐体が単独である場合に比べて低下する。

本実施形態では、ユニット筐体１００の内部のコントローラやディスクドライブ２冷凍サイクルにより冷却し、またさらに、下流側の電源装置や回路基板を冷却するための空気温度を低減できるため、このようなラックに実装された場合に対しても、ディスクアレイ装置を安定に冷却できる効果がある。このことは、ラック全体のファン騒音を低減することに対しても効果的である。

次に、図９及び図１０を用いて、本発明の第５の実施形態によるディスクアレイ装置の構成について説明する。
図９は、本発明の第５の実施形態によるディスクアレイ装置の全体構成を示す斜視図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

本実施形態では、筐体３０の内部にデイスクドライブを多数収納したボックス１が多段に搭載されている。この例では、ボックス１が上下方向に６段積み、さらに筐体３０の表裏に２列ずつ、計１２個のボックス１が搭載されている。筐体３０の下部には、ディスクアレイ装置全体に電力を供給する筐体電源装置３２や、顧客からの商用電源に接続される電力インプット部などが配置されている。筐体３０の全体を冷却するために、筐体３０の上部には多数の筐体ファン３３からなる筐体ファンユニット３４が搭載される。筐体を冷却する冷却空気は、矢印のように筐体３０の表と裏から筐体３０の内部に導入され、ボックス１の内部に搭載されたディスクドライブを冷却し、筐体３０の内側に排出される。排気された冷却風は、表側と裏側のボックス１に挟まれた排気ダクト空間を、各段のボックス１からの排気流が合流しながら上方に流れて行き、筐体ファンユニット３４に吸い込まれ、最終的に筐体３０の外部に排気される。

本例では、扉３１に開口部が設けられており、この開口部の部分に蒸発器１９が設けられている。また、図示はされていないが、各ボックス１の裏面にはコントローラ６が設置されており、各コントローラ６の冷却にはコールドプレート７付きの冷凍サイクルが用いられる。なお、いずれのコントローラ６およびコールドプレート７は断熱材で全体がくるまれている。

次に、図１０を用いて、本実施形態によるディスクアレイ装置の冷凍サイクルの構成について説明する。
図１０は、本発明の第５の実施形態によるディスクアレイ装置の冷凍サイクルの構成を示すブロック図である。なお、図９と同一符号は、同一部分を示している。

圧縮機１０の吐出側は、高圧側配管１３を介して高圧側膨張弁９１につながっており、さらに中圧配管２０を介して蒸発器１９と複数のコールドプレート７につながっている。各コールドプレート７には膨張弁９が設けられている。このコールドプレート７と膨張弁９の機能はこれまでの実施例と同様である。また、蒸発器１９の下流側には減圧弁９２が設けられており、低圧側配管内１４の圧力が均等になるように調整される。

次に、図９及び図１０にて説明した構成を有するディスクアレイ装置の動作及びその効果について説明する。

第１に、各コントローラ６の冷却性は極めて良好となり、大きな負荷の処理を賄うことが可能となるため、大容量化に対応した高速処理を実現したディスクアレイシステムを提供することができる。また、各コントローラ６の負荷変動に追従した適切な冷凍サイクル制御がなされるため、負荷状態によらず各コントローラ６の温度を常に均一に保つことができる。このため、コントローラ６の最大発熱量を前提とした冷凍サイクル運転を行う必要がなくなり、省エネを図ることができる。さらに、仮にゴールドプレート７において未蒸発の余剰冷媒が発生したとしても、低圧側配管１４の下流側で、圧縮機１０と熱交換されるため、冷媒は低圧側配管１４中で全て蒸発する。このため、補助蒸発器を設けることなしに、圧縮機における冷媒圧縮を回避することができ、冷凍シスデムの省スペース化を図ることができる。

第２に、扉３１に設けられた蒸発器１９により流入空気が冷却され筐体３０への入気温度が下げられる。これにより、発熱部である各ディスクドライブ２の冷却をより効率的かつ均等に行うことができるるこのため、筐体３０の上方にある筐体ファンユニット３４に用いる筐体ファン３３は定格回転数が低く、騒音値の大きくないファンで十分であり、筐体３０全体の低騒音化が図れる。

第３に、一般に、コントローラ６やＣＰＵのような中央演算素子は、冷やせば冷やすほど処理速度が向上することが知られている。コールドプレート７で冷やされるコントローラ６を、冷凍サイクルを用いて冷却する場合、それ以外の部品は空気で冷やす必要があり、冷凍能力をフルに利用しようとして、例えばコールドプレート７の設定温度と同様なレベルで空気を冷やすと結露の問題が生じる。しかし、本例では、膨張弁９１により、第１段の断熱膨張を行い、膨張弁９２により、第２段目の断熱膨張を行うという２段階の断熱膨張を行っているため、蒸発器１９の温度は、コールドプレートの温度よりも高くなる。このため、蒸発器１９の蒸発温度を露点温度よりも高く設定することで、空気側で結露が発生することはないものである。なお、前述のごとく、コントローラ６およびコールドプレート７は断熱材でくるまれているため、コールドプレート７を露点以下の温度に冷却したとしても結露は発生しないものである。

以上説明したように、本実施形態では、上述のような筐体実装方式を採用することにより、ディスクドライブ２の冷却性能を向上し、温度バラツキを押さえることができ、ひいてはディスクドライブ２の信頼性向上、長寿命化、高密度実装化が図れる。また、高密度実装時におけるコントローラの冷却性能を向上させることができ、大容量化・高速化したディスクアレイシステムを実現できる。特に、ディスクアレイ筐体内に実装されるコントローラ６のような高発熱素子やディスクドライブ２の信頼性の高い冷却が可能である。また、低騒音なディスクアレイ装置を実現できる。

次に、図１１を用いて、本発明の第６の実施形態による電子装置の構成について説明する。
図１１は、本発明の第６の実施形態による電子装置の全体構成を示す斜視図である。

ユニット筐体１００Ｃのケーシング１１の内部には、電源装置３や回路基板４、高発熱素子であるＣＰＵ２０などの電気系統が配置されている。また、前方には、複数のファン５が並列に設置されている。

ファン５により生成される冷却風は、外部からボックス１に入り、電源装置３、回路基板４、ないし後述するラジエタ１２を通り、ユニット筐体１００Ｃの後ろ側に排気される。これは、ラックへ実装した場合、通常ラックの配線スペースがラック全体の排気エリアとして使用されるためである。

ユニット筐体１００Ｃの後方左側の部分には、ＣＰＵ２０を冷却するために、圧縮機１０，ラジエタ１２，膨張弁９，コールドプレート７等により構成される冷凍サイクルが設置されている。膨張弁９とラジエタ１２は、配管１３により接続されている。ラジエタ１２と圧縮機１０は、配管１３’により接続されている。圧縮機１０とコールドプレート７は、配管１４により接続されている。冷凍サイクルは閉ループであり、内部には、例えば、Ｒ１３４ａのような代替フロンや炭化水素，２酸化炭素のような自然系の冷媒が封入されている。コールドプレート７は、下方がＣＰＵ２０に、上方が蓄熱部材８に、熱的に接触している。また、膨張弁９とコールドプレート７は、図３を用いて後述するように、一体構造となっている。

本実施形態による電子装置の冷凍サイクルの構成は、図２に示したものと同様である。すなわち、図２のコントローラ６に替えて、ＣＰＵ２０は配置される。

また、本実施形態による電子装置に用いる膨張弁９とコールドプレート７の構成は、図３に示したものと同様である。図３に示したように、膨張弁９は、コールドプレート７と一体化されている。コールドプレート７の内部下側には、微細構造体１６が形成されている。ＣＰＵ２０は、温度モニター機能を有している。ＣＰＵ２０は、モニターされた温度の値により、膨張弁９の弁開度を制御する。ＣＰＵ２０は、弁開度制御のための信号を、膨張弁９のモータ１７に向かって出力し、膨張弁９の弁開度を制御する。

本実施形態の電子装置は、以下の動作及びその効果がある。

第１に、膨張弁９とコールドプレート７とは一体化されている。そのため、膨張弁９を通る冷媒は断熱膨張により流速が急増するとともに、温度も急減した状態の高速ミスト噴流として、コールドプレート７の下面の受熱面側に衝突する。したがって、膨張弁９とコールドプレート７とが離れており、両者が配管等で接続された場合に比べて、冷却効率を向上することができる。

このため、コールドプレート７の受熱面で高い熱伝達率が得られる。これにより、コールドプレート７に実装上大きな容積が取れない状態においても、十分な熱交換を行うことができる。このため、ＣＰＵ２０の冷却性は極めて良好となり、大きな負荷の処理を賄うことが可能となるため、大容量化に対応した高速処理を実現したディスクアレイシステムを提供することができる。

そして、発熱の特に大きなＣＰＵ２０の冷却性が良好となるため、ファン５の回転数を低くすることができ、ユニット筺体１００Ｃの騒音を低減できる。

第２に、コールドプレート７の下面に形成された微細構造体１６により、冷媒の濡れ性が大変良好となるとともに、微細構造体１６が核となり、蒸発伝熱が平滑面に比べて大幅に促進される。したがって、冷却効率をさらに向上することができる。

第３に、通常、ＣＰＵ２０の発熱量は時々刻々大きく変動し、それに伴いＣＰＵ２０自身の温度も大きく変動する。このため、冷凍機組み込みシステムでは、冷媒流量を適切に制御する必要がある。従来は、冷凍サイクルの時定数がコントローラの時定数よりも格段に大きいため、サイクル制御がコントローラ６の温度変動に追従できなかった。

それに対して、本実施形態では、膨張弁９がコールドプレート７の直前にあり、かつＣＰＵ２０の温度により弁開度が直接制御されるため、冷凍サイクルの応答時定数を大幅に短縮することができる。これにより、ＣＰＵ２０の負荷変動に追従した適切な冷凍サイクル制御を行うことができる。

第４に、本実施形態では、コールドプレート７に蓄熱部材８が接続されているため、ＣＰＵ２０の時定数を見かけ上大きくすることができる。これにより、さらに、ＣＰＵ２０の負荷変動に追従した適切な冷凍サイクル制御を行うことができる。このため、最大発熱量を前提とした冷凍サイクル運転を行う必要がなくなり、省エネを図ることができる。

第５に、本実施形態では、コールドプレート７に流入する冷媒量は、ＣＰＵ２０の負荷と連動して制御されているが、仮にコールドプレート７において未蒸発の余剰液冷媒が発生したとしても、低圧側配管１４の下流側で、圧縮機１０と熱交換されるため、冷媒は低圧側配管１４の中で全て蒸発する。このため、補助蒸発器を設けることなしに、圧縮機における液冷媒の圧縮を回避することができ、冷凍システムの省スペース化を図ることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、発熱部材の良好な冷却と、装置の低騒音化の両立が可能となる。したがって、高密度実装時におけるＣＰＵの冷却性能を向上させることができる電子装置を実現できる。

本発明の第１の実施形態によるディスクアレイ装置の全体構成を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態によるディスクアレイ装置の冷凍サイクルの構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態によるディスクアレイ装置に用いる膨張弁とコールドプレートの構成を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態によるディスクアレイ装置の全体構成を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態によるディスクアレイ装置の冷凍サイクルの構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態によるディスクアレイ装置の全体構成を示す斜視図である。 本発明の第３の実施形態によるディスクアレイ装置の冷凍サイクルの構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施形態によるディスクアレイ装置の全体構成を示す斜視図である。 本発明の第５の実施形態によるディスクアレイ装置の全体構成を示す斜視図である。 本発明の第５の実施形態によるディスクアレイ装置の冷凍サイクルの構成を示すブロック図である。 本発明の第６の実施形態による電子装置の全体構成を示す斜視図である。

符号の説明

１…ボックス
２…ディスクドライブ
３…電源装置
４…回路基板
５…ファン
６…コントローラ
７…コールドプレート
８…蓄熱部材
９…膨張弁
１０…圧縮機
１１…ケーシング
１２…ラジエタ
１３…高圧側配管
１４…低圧側酋己管
１５…補助蒸発器
１６…微細構造体
１７…モータ
１８…ボール弁
１９…蒸発器
２０…中圧配管
３０…筐体
３１…扉
３２…筐体電源装置
３３…筐体ファン
３４…筐体ファンユニット
９１…高圧側膨張弁
９２…減圧弁
１００…ユニット筐体
１１０…ラック

Claims (13)

1. 複数のディスクドライブを収納し、前記ディスクドライブを制御するコントローラを有するディスクアレイ装置であって、
   圧縮機と、
   前記圧縮機の吐出側に配管を介して接続されたラジエタと、
   前記ラジエタに配管を介して接続された膨張弁と、
   前記膨張弁の下流に接続されるともに、前記圧縮機の吸入側に接続されたコールドプレートとを備え、
   前記圧縮機，前記ラジエタ，前記膨張弁，前記コールドプレートにより、冷凍システムを構成し、
   この冷凍システムにより、前記コントローラを冷却するとともに、
   前記膨張弁から出る二相冷媒を前記コールドプレートの受熱面に衝突させることを特徴とするディスクアレイ装置。
2. 請求項１記載のディスクアレイ装置において、
   前記コールドプレートは、その受熱面に設けられた微細構造体を備えることを特徴とするディスクアレイ装置。
3. 請求項１記載のディスクアレイ装置において、
   前記コントローラは、前記コントローラによって検出したコントローラの温度に基づいて、前記膨張弁の弁開度を制御することを特徴とするディスクアレイ装置。
4. 請求項１記載のディスクアレイ装置において、
   前記コールドプレートは、前記膨張弁と一体構造となっていることを特徴とするディスクアレイ装置。
5. 請求項１記載のディスクアレイ装置において、
   前記コールドプレートと、前記圧縮機の間に設けられ、前記コールドプレートから出る液冷媒を蒸発する蒸発手段を備えることを特徴とするディスクアレイ装置。
6. 請求項５記載のディスクアレイ装置において、
   前記蒸発手段は、前記コールドプレートと前記圧縮機を接続する配管を、前記圧縮機の周囲に熱交換可能に巻回した構成であることを特徴とするディスクアレイ装置。
7. 請求項５記載のディスクアレイ装置において、
   前記蒸発手段は、前記コールドプレートと前記圧縮機の間に配置された蒸発器であることを特徴とするディスクアレイ装置。
8. 請求項１記載のディスクアレイ装置において、
   前記コールドプレートに接触した配置された蓄熱部材を備えることを特徴とするディスクアレイ装置。
9. 請求項１記載のディスクアレイ装置において、
   前記ディスグドライブを冷却する第２のコールドプレートを備えることを特徴とするディスクアレイ装置。
10. 複数のディスクドライブを収納し、前記ディスクドライブを制御するコントローラを有するディスクアレイ装置であって、
    圧縮機と、
    前記圧縮機の吐出側に配管を介して接続されたラジエタと、
    前記ラジエタに配管を介して接続された膨張弁と、
    前記膨張弁の下流に接続されるともに、前記圧縮機の吸入側に接続されたコールドプレートとを備え、
    前記圧縮機，前記ラジエタ，前記膨張弁，前記コールドプレートにより、冷凍システムを構成し、
    この冷凍システムにより、前記コントローラを冷却するとともに、
    前記コールドプレートは、前記膨張弁と一体構造となっていることを特徴とするディスクアレイ装置。
11. 複数のディスクドライブを収納し、前記ディスクドライブを制御するコントローラを有するディスクアレイ装置であって、
    圧縮機と、
    前記圧縮機の吐出側に配管を介して接続されたラジエタと、
    前記ラジエタに配管を介して接続された膨張弁と、
    前記膨張弁の下流に接続されるともに、前記圧縮機の吸入側に接続されたコールドプレートとを備え、
    前記圧縮機，前記ラジエタ，前記膨張弁，前記コールドプレートにより、冷凍システムを構成し、
    この冷凍システムにより、前記コントローラを冷却するとともに、
    前記コールドプレートと前記圧縮機を結ぶ配管は、前記圧縮機との間で熱交換することを特徴とするディスクアレイ装置。
12. 複数のディスクドライブを収納し、前記ディスクドライブを制御するコントローラを有するディスクアレイ装置であって、
    圧縮機と、
    前記圧縮機の吐出側に配管を介して接続されたラジエタと、
    前記ラジエタに配管を介して接続された第１の膨張弁と、
    前記第１の膨張弁の下流に配管を介して接続された第２の膨張弁と、
    前記第２の膨張弁の下流に接続されるともに、前記圧縮機の吸入側に接続されたコールドプレートと、
    前記第１の膨張弁の下流と、前記圧縮機の吸入側との間に、前記コールドプレートに対して並列に接続された蒸発器とを備え、
    前記圧縮機，前記ラジエタ，前記第１及び第２の膨張弁，前記コールドプレート，前記膨張器により、冷凍システムを構成し、
    この冷凍システムの前記コールドプレートにより、前記コントローラを冷却し、
    前記冷凍システムの前記蒸発器により、前記コールドプレートの温度より高い温度で前記コントローラ以外の発熱源を冷却することを特徴とするディスクアレイ装置。
13. 発熱源であるＣＰＵを有する電子装置であって、
    圧縮機と、
    前記圧縮機の吐出側に配管を介して接続されたラジエタと、
    前記ラジエタに配管を介して接続された膨張弁と、
    前記膨張弁の下流に接続されるともに、前記圧縮機の吸入側に接続されたコールドプレートとを備え、
    前記圧縮機，前記ラジエタ，前記膨張弁，前記コールドプレートにより、冷凍システムを構成し、
    この冷凍システムにより、前記ＣＰＵを冷却するとともに、
    前記膨張弁から出る二相冷媒を前記コールドプレートの受熱面に衝突させることを特徴とするディスクアレイ装置。

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