JP2008234428A - 情報機器の冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】空調の効いた電算室内の発熱体であるブレード型サーバーを、効率よく冷却してホットスポットの発生を抑える。
【解決手段】電算室内に、通風路を備えたシェル１３を少なくとも１つ配置し、このシェルの通風路内に、シャーシ１内に薄型基板を複数枚収納してなるブレード型サーバーが積み上げられたラック２を複数個と、冷媒通路と冷却フィンを備えて通過風を冷却する冷却コイル１０を複数個、及び複数個の軸流ファン２２が設置されて同一方向に気流を生じさせるファンユニット１２を少なくとも１つ配置し、ファンユニット１２によって通風路内を冷却風が一方向に流れるようにしてラック２内のサーバーを冷却するものである。冷却コイル１０とラック２は、ラック２を通過して温められた冷却風が冷却コイル１０で冷却されて次のラック２を冷却するように交互に配置する。
【選択図】図４

Description

本発明は情報機器の冷却システムに関し、特に、データセンターやサーバールームで使用される情報機器が発生する熱で情報機器が熱暴走するのを防止するための冷却システムに関する。

従来、コンピュータのような情報機器を使用してデータ計算、データの集計等を行うデータセンターや企業のコンピュータを集めたサーバールーム等には、情報機器として数多くのサーバーが設置されており、サーバーから発生する熱でサーバーが熱暴走しないように、サーバーが設置された部屋は空調装置によって一定温度に保持されている。これまでの、サーバーの冷却システムは、部屋全体を冷却することにより、その部屋の中に設置されたサーバーの冷却を行うものであった。

近年、ブレード（刀身）型と呼ばれる省スペースの小型サーバーが普及しつつある。ブレード型サーバーは、パーソナルコンピュータのサーバーと同等の機能を持つ薄型の基板（ブレード）を１０枚程箱型のシャーシに装着したものである。このようなブレード型サーバーは、図１（ａ）に示すように、シャーシ１が２ｍ程度の高さを有する棚であるラック２に積み重ねられて使用される。そして、データセンター等ではこのラック２が、空調室に何台も並べて設置されている。

図１（ｂ）に示すように、空調室３における従来のラック２の冷却は、横方向に複数台並べて設置されたラック列をいくつも作り、ラック列４とラック列４の間に形成された冷却通路Ｃに、部屋の壁際に設置されたエアコン６から床下に導かれた冷却風を、メッシュ状の孔が開いた孔開きタイル７から吹き出し、この冷却風を冷却通路Ｃに導いて各ラック列４を冷却するというものであった。冷却を終えた冷却風は、温風となって暖気通路Ｈからエアコン６に戻る。

ところが、ブレード型サーバーは、処理能力が大きいので消費電力が大きく、且つ発熱量も大きい。サーバーからの発熱密度が大きくない場合には、従来の部屋全体を冷却する冷却システムによって冷却風を冷却通路に導いて各サーバーを冷却することが可能であった。しかしながら、サーバーからの発熱密度が大きくなると、部屋の壁際に設置されたエアコン６からの冷却風を床下から冷却通路Ｃに導くだけでは、サーバー温度が下がらず、予想できない場所に熱溜まり（ホットスポット）が生じ、サーバーが熱暴走する虞があった。よって、部屋全体を冷却する従来の冷却システムは、高発熱密度機器の冷却に適用することは出来なかった。

そこで、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、ラック２全体をハウジング８で覆い、ハウジング８の中に送風ファン９と冷却コイル１０を設けて、冷却風をハウジング８の中に循環させてラック２に搭載された被冷却部であるシャーシ１を冷却するようにした冷却システムが実用化されている。（非特許文献１参照）

株式会社エーピーシー・ジャパンのカタログ（９９８−０１８２ ２００６．０４版の第７頁下の断面図）

ところが、冷却風をハウジング８の内部で循環させる方式にした場合、冷却風を循環させるためのダクトエリア等が個々のラックに必要になり、高密度熱源を冷却するためには高速の気流を用いる必要があるため、このダクトエリアのサイズが大きなものとなり、空調室に収容できるラックの数が少なくなってしまうという問題点があった。

そこで本発明は、前記従来の空調室における高発熱ラックの冷却を改善し、少ないスペースで、数多くのラックを、効率よく冷却することができるサーバーの冷却システムを提供することを目的としている。

前記目的を達成する本発明のサーバーの冷却システムは、シャーシ内に薄型基板を複数枚収納してなるブレード型サーバーを、空調室内において冷却するサーバー冷却システムであって、シャーシが複数個、少なくとも１列に積み上げられたラックと、冷媒通路と冷却フィンを備え、通過風を冷却する冷却コイルと、複数個の軸流ファンが設置されて同一方向に気流を生じさせるファンユニットと、通風路を備え、通風路内に複数個のラック、複数個の冷却コイル、及び少なくとも1個のファンユニットを収容可能なシェルを備え、シェルを空調室内に設置し、通風路内には風の流れに沿って冷却コイルとラックを交互に配置し、ファンユニットによって通風路内を冷却風が一方向に流れるようにしたことを特徴とするサーバーの冷却システムである。

この場合、ファンユニットをラック毎に通風路内に設置することができる。また、冷媒通路に供給する冷媒の温度を制御して、冷却コイルを冷媒通路及びフィンが結露しないドライコイルとすることができる。

更に、シェルの途中に、ラック、冷却コイル、及びファンユニットの何れも設置しない空隙部を設け、シェルのこの空隙部を挟んで対向する壁面にはそれぞれ扉を設けてシェルを人が横断できるように構成したり、空調室内にシェルを複数個設置し、１つのシェルの風の排出口を連絡路を用いて他のシェルの風の入口部に順次接続し、１つのシェルから排出される風を漏れなく他のシェルの風の入口部に供給するようにすることも可能である。

本発明によれば、ラックをシェル内に並べ、シェル内に一方向の冷却風を流すことにより、搬送動力の削減が可能となる。また、ラック単体の冷却を行う場合、ファンユニットの冗長構成を構築するためにはラック毎に予備のファンユニットを重ねて設ける必要があるが、ラックを連結させることにより、ラック間でファンユニットの冗長構成を構築することができ、予備のファンユニットを減らして全体として少ないファンユニット数で冗長構成を構築できる。更に、ラックをシェル内で連結し、ラックの風の出口側に冷却コイルを設置したことにより、冷却コイルによる室内負荷処理も同時に行うことができる。更にまた、ラックをシェル内で連結し、シェルからの風の出口部分にも冷却コイルを設置することにより、シェルから排出される風によって室内空気の温度に影響を与えることのないサーバー冷却システムを構築することができる。

以下、添付図面を用いて本発明の実施の形態を、具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。なお、説明を簡単にするために、図１、図２で説明した従来構成の冷却システムにおいて使用された部材と同じ部材については、同じ符号を付して説明する。

図３（ａ）は本発明のサーバー冷却システムの最小ユニットＵの一実施例の構成を示すものであり、図３（ｂ）は図３（ａ）に示した最小ユニットＵを平面視したものである。この実施例の最小ユニットＵは、冷却風の通風路を備えたシェル１３の内部に、エアフィルタ１１、冷却コイル１０、ラック２、及びファンユニット（図にはファンと略記）１２が風の流れに沿ってこの順に配置されて構成される。この実施例では、エアフィルタ１１、冷却コイル１０、ラック２、及びファンユニット１２とシェル１３の間にはシール部材１４が設けられている。なお、エアフィルタ１１は、全ての最小ユニットＵに設ける必要はなく、環境風の取入口のみに取り付ければ良い。

ファンユニット１２は、小型の軸流ファン２２が縦方向に複数個並べて構成されたものであり、この実施例では、縦方向に６個並べられた軸流ファン２２が、横方向に２列設けられている。また、シェル１３は、この実施例では、エアフィルタ１１、冷却コイル１０、ラック２、及びファンユニット１２の全体を収容するように構成されているが、ラック２に通風路となる外壁がある場合には、この外壁をシェルとして利用しても良い。この場合には、エアフィルタ１１と冷却コイル１０とを収容したシェル１３をラック２の外壁に、冷却風が漏れないように接続し、ファンユニット１２はラック２のフレームに取り付けることが可能である。

本発明の冷却システムでは、図３のように構成された最小ユニットＵを、図４（ａ）、（ｂ）に示すように複数台連結する。この実施例では４組の最小ユニットＵが連結されている。この実施例ではシェル１３が連結型であるが、シェル１３は４組の最小ユニットＵを全て収容できる一体型であっても良い。この実施例では、エアフィルタ１１は、環境風の取入口に設置される最小ユニットＵのみに設けられている。このような４組の最小ユニット４が連結されたこの実施例の冷却システムＣＳが、データセンター等の空調室に設置される。この構成により、最小ユニットＵの１台分の送風量で複数台のラックの熱処理が可能である。

従って、冷却システムＣＳの最も前段側に設置された最小ユニットＵのエアフィルタ１１に入る環境風は、空調室に設置されているエアコンによって冷却された冷却風である。そして、冷却システムＣＳに流入した冷却風は、冷却コイル１０で冷却された後にラック２を冷却して温度上昇し、ファンユニット１２で次段の冷却コイル１０に送られる。そして、再び冷却コイル１０で冷却された後にラック２を冷却して温度上昇し、ファンユニット１２で次段の冷却コイル１０に送られる。以後はこの動作を繰り返し、最終段の最小ユニットＵのファンユニット１２から空調室内に排出される。このように、本発明の冷却システムＣＳでは、シェル１３の中を一方向に冷却風が流れてラック２を冷却する。なお、通風路内を流れる冷却風（気流）は、冷却コイル１０で冷却され、ラック２を冷却して温度上昇するので、温度が上下動するが、以後は通風路を流れる風を全て冷却風と呼ぶ。

図５（ａ）は図４（ａ）、（ｂ）に示した冷却コイル１０、ラック２、ファンユニット１２を組み合わせた冷却システムＣＳの構成をブロックで表わしたものである。この構成では、最後のファンユニット１２から排出される冷却風がラック２で暖められたものである。そこで、図５（ｂ）に示すように、最終段のファンユニット１２の後段に冷却コイル１０を更に追加しても良い。また、図５（ｃ）に示すように、図５（ｂ）に示した追加冷却コイル１０の後段に、更にファンユニット１２を追加して、冷却風がスムーズに空調室内に排出されるようにしても良い。更にまた、図５（ｂ）に示した冷却コイル１０、ラック２、ファンユニット１２の順に配置した組み合わせを、図５（ｄ）に示すように、冷却コイル１０、ファンユニット１２、冷却コイル１０の順に並び換え、最終段に冷却コイル１０とファンユニット１２を追加するようにしても良い。

図６は本発明のサーバー冷却システムＣＳに使用する冷却コイル１０の構成を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。冷却コイル１０には、冷媒が流れる冷媒通路１５、冷媒通路１５に接続して冷却風と熱交換を行う冷却フィン１６がある。この実施例の冷却コイル１０は３つの冷却コイル１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに分かれており、冷媒として冷却水が使用されている。冷媒通路１５は銅チューブで構成される。３つの冷却コイル１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにはそれぞれに冷却水入口１７と冷却水出口１８が設けられたヘッダ１９がある。尚、この実施例では冷却コイル１０が３つに分割されているが、冷却コイル１０の分割数は特に限定されるものではない。

本発明の冷却システムＣＳには冷媒供給管２１と冷媒回収管２３があり、冷媒供給管２１は分岐管２４で冷却水入口１７に接続され、冷媒回収管２３は分岐管２５で冷却水出口１８に接続されている。冷媒回収管２３によって回収された、暖められた冷却水は冷媒冷却装置２０に戻され、冷却されて再び冷媒供給管２１に送られる。

図７（ａ）は冷却コイル１０を流れる冷却水の温度を調節する装置の一実施例の構成を示すものである。本発明の冷却システムＣＳでは、各ラック２の前段に配置される冷却コイル１０はドライコイルとする。ドライコイルは、供給する冷却水を空調室内の空気条件の結露点温度を上回る温度とすることによって、熱処理空気の冷却除湿を防止し、ラック２内の相対湿度を一定範囲に保ち、結露飛散防止・静電気防止を図るものである。

このため、図７（ａ）に示すように、各ラック２の冷却風の温度と湿度を、コイル入口空気温度センサ２６、コイル入口空気湿度センサ２７、コイル出口空気温度センサ２８、及び排気温度センサ２９で測定し、冷却コイル１０に流入する冷媒温度を、コイル入口水温センサ３１とコイル出口水温センサ３２で検出する。そして、これらセンサの検出温度を監視して、冷却コイル１０に結露が発生する結露点温度となる前に、冷却コイル１０の冷却水入口１７に供給される冷却水の量を、分岐管２４に電磁弁３０を設けて制御し、結露点温度と現在の冷却水温度との温度差を十分に確保する制御を行う。

図７（ｂ）は、図７（ａ）に示した装置の動作の一例を示すフローチャートである。この処理は所定時間毎に実行される。ステップ７０１では、コイル入口空気温度とコイル入口湿度から、絶対湿度を算出する。続くステップ７０２では、絶対湿度とコイル入口水温から相対湿度を算出する。そして、ステップ７０３で、（Ａ）相対湿度が８５ＲＨ％未満か否か、（Ｂ）相対湿度が８５ＲＨ％以上か否か、（Ｃ）相対湿度が９０ＲＨ％以上か否かの判定を行う。（Ａ）と判定された場合はこのままこのルーチンを終了し、（Ｂ）と判定された場合はステップ７０４に進んで警告処理を行ってこのルーチンを終了し、（Ｃ）と判定された場合はステップ７０５に進んで異常処理を行ってこのルーチンを終了する。

警告処理としては、例えば、高湿度の警告通知のみを行うようにすれば良い。異常処理としては、例えば、高湿度の異常通知を行うと共に、電磁弁３０を閉じる処理を行うか、或いは、高湿度の異常通知を行うと共に、電磁弁３０を閉じる処理を行い、更にラック内の計算ノード（ブレード型サーバー）のシステム停止や電源を切断する処理を行うことが考えられる。

図８（ａ）は冷却コイル１０を流れる冷却水の温度を調節する装置の別の実施例の構成を示すものであり、図７（ａ）の破線で囲んだ部分に設ける構成の一実施例を示すものである。この実施例では、分岐管２４のコイル入口水温センサ３１の上流側に、外気と断熱した熱交換器３５を設けると共に、熱交換器３５の上流側に熱交換器入口水温センサ３３を設ける。そして、分岐管２５の熱交換器３５に並列に配置されている部分に２つの三方弁３６，３７を設け、この三方弁３６，３７の切り換えにより、分岐管２５を流れる暖められた冷却水が熱交換器３５を流れるようにする。

この構成では、各ラック２の冷却風の温度と湿度、及び各ラック２の前段に配置した冷却コイル１０に流入する冷却水温度を監視して、冷却コイル１０に結露が発生する結露点温度となる前に、冷却コイル１０の冷却水出口からの暖められた冷却水を、三方弁３６，３７の切り換えにより熱交換器３５に流す。この結果、熱交換器３５を通じて分岐管２４を流れる冷却水の温度を上昇させることができ、結露点温度と現在の冷却水温度との温度差を十分に確保する制御を行うことができる。

図８（ｂ）は冷却コイル１０を流れる冷却水の温度を調節する装置の更に別の実施例の構成を示すものである。この実施例では、分岐管２４のコイル入口水温センサ３１の上流側にヒータ３８を設けると共に、ヒータ３８の上流側にヒータ入口水温センサ３４を設ける。そして、ヒータ３８の周囲は、外気と断熱したエリアとする。

この構成では、各ラック２の冷却風の温度と湿度、及び各ラック２の前段に配置した冷却コイル１０に流入する冷却水温度を監視して、冷却コイル１０に結露が発生する結露点温度となる前に、冷却コイル１０の冷却水入口に供給される冷却水をヒータ３８で加熱して、結露点温度と現在の冷媒温度との温度差を十分に確保する制御を行う。

以上のように、冷却コイル１０を流れる冷却水温度を上昇させた場合は、冷却コイル１０のドライコイルを通過させる風量を少なく抑えることにより、空気温度を下げて調節することができる。この場合、ラック２内を流れる冷却風の風速および気流抵抗が低減され、ファンユニットの省エネルギー化を図ることができる。

図９（ａ）は図３に示した本発明のサーバー冷却システムＣＳの最小ユニットＵの一実施例の構成において、冷却コイル１０の横幅がラック２を収容するシャーシ１の横幅と同程度の場合は冷却風が均一にラック２に当たる。ところが、図９（ｂ）に示すように、冷却コイル１０の横幅がラック２を収容するシャーシ１の横幅より狭い場合は、冷却風が均一にラック２に当たらない。このような場合は、冷却コイル１０とシャーシ１との間に、図９（ｃ）に示すように、冷却風を満遍なくシャーシに当てるための目が細かい部分４１Ａと目が粗い部分４１Ｂを備えたパンチングメタル４１を設けるか、図９（ｄ）に示すように、冷却風を満遍なくシャーシに当てるためのエアフィルタ４２を設けるか、図９（ｅ）に示すように、冷却コイル１０のフィン１６に、冷却風を満遍なくシャーシに当てるための傾斜を設けた突出部４３を設けるか、或いは図９（ｆ）に示すように、冷却風を満遍なくシャーシに当てるためのルーバー４４を設ければ良い。

図１０（ａ）は本発明のサーバー冷却システムに使用するファンユニット１２から、軸流ファン２２が、保守、交換のために、個々に独立して側方に引き出し可能になっている構成を説明するものである。図９（ｂ）は図９（ａ）に示した軸流ファン２２の取り出し機構を説明するものである。各軸流ファン２２の外側の側面には取手４６が設けられており、ファンユニット１２には各軸流ファン２２をスライドさせるためのレール４７が複数本（この実施例では４本）設けられている。軸流ファン２２の頂面には、各レール４７に対応する位置に電極４５が設けられており、各軸流ファン２２はこの電極４５を各レール４７に接触させることにより、駆動、制御されるようになっている。図９（ｃ）は（ｂ）の矢印Ａで示す部分を拡大して示すものである。この構成により、軸流ファン２２は、工具を使用することなく、ファンユニット１２から着脱することができる。

なお、ファンユニット１２を構成する軸流ファン２２は、ファンユニット１２の各段毎に２個ずつ配置されているが、各段毎の２個の軸流ファン２２を、軸流ファンペア２２Ｐとすることができる。このように構成すると、図１１（ａ）に示すように、軸流ファンペア２２Ｐはペア単位でファンユニット１２の一方に引き出すことができる。また、図１１（ｂ）に示すように、ペア単位で他方に引き出すことも可能である。図１１（ｃ）は、ファンユニット１２の軸流ファンペア２２Ｐをペア単位で両側に引き出している状態を示すものである。

図１２は、本発明のサーバ冷却システムＣＳの変形例を示すものであり、シェル１３の途中に空隙部であるパスルーム４０を設けた構成を示すものである。本発明のサーバ冷却システムＣＳでは、最小ユニットＵがシェル１３によって複数個連結されるので、最小ユニットＵの連結個数が多くなると、シェル１３の全長が長くなり、サーバ冷却システムＣＳの反対側に行くためには大きく回り道をしなければならない。

そこでこの実施例では、シェル１３の途中に、ラック２、冷却コイル１０、及びファンユニット１２が設けられていない空隙空間であるパスルーム４０を設け、このパスルーム４０を挟むシェル１３の両側の壁に、気密型のドアを設け、このドア３９を開けて通ることにより、サーバ冷却システムＣＳの反対側に行くことができるようにしている。なお、パスルーム４０の後段の最小ユニットＵの冷却風の入口部には、ドア３９から侵入する空調室内の塵埃を除去するためにエアフィルタ１１が設置されている。

図１３は、図１２に示したサーバー冷却システムＣＳを、３列のシェル１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃを空調室内に並列に並べて設けた実施例を示すものである。３列のシェル１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃには、個々に冷却風の入口部と出口部を設けても良いが、この実施例では、シェル１３Ａの冷却風の出口部とシェル１３Ｂの冷却風の入口部を密封すると共に、シェル１３Ａの冷却風の出口部とシェル１３Ｂの冷却風の入口部を外気と断熱されたダクト４８で接続し、更に、シェル１３Ｂの冷却風の出口部とシェル１３Ｃの冷却風の入口部を密封すると共に、シェル１３Ｂの冷却風の出口部とシェル１３Ｃの冷却風の入口部をダクト４８で接続している。この実施例のサーバー冷却システムＣＳでは、シェル１３Ａの冷却風の入口部からシェル１３Ａ内に入った冷却風が、全てのラックを冷却してシェル１３Ｃの冷却風の出口部から排出される。

図１４は、図１２に示したサーバー冷却システムＣＳを、２列のシェル１３Ａ，１３Ｂを空調室内に並列に並べて設けた実施例を示すものである。２列のシェル１３Ａ，１３Ｂには、個々に冷却風の入口部と出口部を設けても良いが、この実施例では、シェル１３Ａの冷却風の入口部と出口部及びシェル１３Ｂの冷却風の入口部と出口部を全て密封すると共に、シェル１３Ａの冷却風の出口部とシェル１３Ｂの冷却風の入口部をダクト４８で接続すると共に、シェル１３Ｂの冷却風の出口部とシェル１３Ａの冷却風の入口部をダクト４８で接続している。この結果、冷却風はシェル１３Ａと１３Ｂで構成される閉鎖空間内を循環する。

図１５は、図１４に示したサーバー冷却システムＣＳの変形例を示すものであり、ダクト４８の代わりに外気と断熱された蛇腹構造の通路４９を設けて閉流路を形成した実施例である。この実施例では、シェル１３の配置に自由度がある。１つのシェルの冷却風の出口部と他のシェルの冷却風の入口部を連結する連絡通路は、ダクト４８や蛇腹構造の通路４９に限定されるものではない。

このように、空調室内に複数設置したシェルをダクトや蛇腹構造の連絡通路で結んで閉空間を作ると、空調室内の空気と連結シェル内を循環する空気を隔離することができ、パスルームの下流側を除いて冷却システム内に混入する塵埃に対してエアフィルタを設ける必要がなくなる。また、空調室内に開放される給排気が無いため低騒音化が可能となる。

図１６（ａ）はファンユニット１２をタンデムに設けた本発明のサーバー冷却システムの最小ユニットＵの構成を示すものであり、この実施例では、ファンユニット１２には軸流ファン２２と予備の軸流ファン２２がタンデムかつ一列に取り付けられている。図１９（ａ）は個々の軸流ファン２２を一方に引き出す状態を示すものであり、図１１（ｂ）は個々の軸流ファン２２を他方に引き出す状態を示すものである。スライド機構は、図１０で説明したのでここではその説明を省略する。このようにスライド機構により軸流ファン２２を左右に引出可能とすれば、図１９（ｃ）に示すように、軸流ファン２２を密集させて配置することが可能になる。

図１６（ｂ）は図１６（ａ）に示した最小ユニットＵをデータルーム３内に並列に４台設置してそれぞれに冷却風量Ｑを与える従来の冷却システムを示しており、図１６（ｃ）は図１６（ａ）に示した最小ユニットＵをデータルーム３内に直列に４台設置して一端から冷却風量Ｑを与える本発明の冷却システムを示すものである。従来の冷却システムと本発明の冷却システムとを比較すると、図１６（ｄ）に示すように、本発明の冷却システムの方が、騒音、排気量、設置面積、計算機室（データルーム）空調の負荷の全てにおいて、従来の冷却システムより優れていることが分かる。

図１７（ａ）は図１６（ａ）に示した本発明のサーバー冷却システムＣＳの最小ユニットＵを４台直列に接続したサーバー冷却システムにおいて、最終段の一方のファンユニット１２が故障した状態を示すものであり、（ｂ）は（ａ）に示した構成のファンユニット１２の数を各場所において１台ずつ削減した実施例において、最終段のファンユニット１２が故障した状態を示すものであり、（ｃ）は図１６（ａ）に示した構成の最小ユニットＵを４台並列に接続した従来方式のサーバー冷却システムにおいて、各ユニットの最終段の一方のファンユニット１２が故障した状態を示すものである。

図１８（ａ）は図１７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示した冷却システムの各部における温度を示す温度分布図であり、（ｂ）は冷却ファンの性能の違いによる冷却コイル通過後の冷却風の温度変化を示す特性図であり、（ｃ）は冷却ファン性能、圧力損失、及び風量との関係を示す特性図である。

図１７（ｄ）は（ａ）〜（ｃ）の各構成における、ファン搭載数、ファン故障可能性、排気量、ファン電力、冷水コイル熱処理温度差を、図１８（ａ）〜（ｃ）の特性に基づいて比較した結果を示すテーブルである。このテーブルから分かるように、最終段のファンユニット１２が故障した状態においては、図１７（ａ）の構成の冷却システムが最も判定結果が良く、次いで図１７（ｂ）の構成の冷却システムの判定結果が良い。このように、本発明の冷却システムは、従来構成の冷却システムに比べて優れたものである。

なお、図示はしていないが、シェル１３の外壁に、ラック２の１台毎に着脱可能なメンテナンス用パネルを設置し、連結した最小ユニットＵの内の何れか１つにメンテナンスが必要な場合、このメンテナンス用パネルを開放してメンテナンスを行うことができる。この場合、他のラック２の冷却運転に影響は無い。

また、冷却コイルの冷却風上流側のラック側面もしくは上下面に空気が通過できる窓を設置し、通常動作時はこの窓は閉じて空気の通過を阻止し密閉構造とするが、故障もしくは保守作業でファンが停止する際には窓を開放することにより、空調室内の空気を窓から吸入し、冷却コイルを通過する気流風速を維持することができる。

更に、従来の冷却システムでは、図１７（ｃ）に示すように、冷却ファンの一方が故障しても他方で冷却を行うことができる冗長構成とするために、冷却ファンは１つのラック（計算ノード）に対してタンデムに設置する構成が必要であったが、本発明の冷却システムでは、冷却風がシェル内を一方向に流れるために、１台の冷却ファンが故障しても冷却風は流れるので、図１７（ｂ）に示すように、１つのラック（計算ノード）に対して冷却ファンをタンデムに設置する構成は、必ずしも必要ではない。この結果、本発明の冷却システムでは、冷却ファンの台数の削減が可能である。

以上、本発明を特にその好ましい実施の形態を参照して詳細に説明した。本発明の容易な理解のために、本発明の具体的な形態を以下に付記する。

（付記１） シャーシ内に薄型基板を複数枚収納してなるブレード型サーバーを、空調室内において冷却するサーバー冷却システムであって、
前記シャーシが複数個、少なくとも１列に積み上げられたラックと、
冷媒通路と冷却フィンを備え、通過風を冷却する冷却コイルと、
複数個の軸流ファンが設置されて同一方向に気流を生じさせるファンユニットと、
通風路を備え、通風路内に複数個のラック、複数個の冷却コイル、及び少なくとも1個のファンユニットを収容可能なシェルを備え、
前記シェルを前記空調室内に設置し、前記通風路内には冷却風の流れに沿って前記冷却コイルと前記ラックを交互に配置し、前記ファンユニットによって前記通風路内を冷却風が一方向に流れるようにしたことを特徴とするサーバーの冷却システム。（１）
（付記２） 前記ファンユニットを前記ラック毎に前記通風路内に設置したことを特徴とする付記１に記載のサーバーの冷却システム。（２）
（付記３） 前記冷媒通路に供給する冷媒の温度を制御して、前記冷却コイルを前記冷媒通路及び前記フィンが結露しないドライコイルとしたことを特徴とする付記１または２に記載のサーバーの冷却システム。（３）
（付記４） 前記シェルの途中に、前記ラック、冷却コイル、及びファンユニットの何れも設置しない空隙部を設け、前記シェルのこの空隙部を挟んで対向する壁面にはそれぞれ扉を設けて前記シェルを人が横断できるように構成したことを特徴とする付記１から３の何れか１項に記載のサーバーの冷却システム。（４）
（付記５） 前記空調室内に前記シェルを複数個設置し、１つのシェルから排出される冷却風を、連絡路を用いて他のシェルの冷却風の入口部に漏れなく供給するようにしたことを特徴とする付記１から４の何れか１項に記載のサーバーの冷却システム。

（付記６） 前記シェルの冷却風の取り入れ口にエアフィルタを設置したことを特徴とする付記１または２記載のサーバーの冷却システム。
（付記７） 前記シェルの通風路内に、前記冷却コイル、前記ラック、及び前記ファンユニットを、冷却風の流れに沿ってこの順に配置した冷却ユニットを複数個配置したことを特徴とする付記６に記載のサーバーの冷却システム。
（付記８） 前記シェルの通風路の終端部に、前記冷却ユニットを追加設置したことを特徴とする付記６に記載のサーバーの冷却システム。
（付記９） 前記追加設置した冷却ユニットの後段に更に前記ファンユニットを追加設置したことを特徴とする付記８に記載のサーバーの冷却システム。
（付記１０） 前記シェルの通風路内に、前記冷却コイル、前記ファンユニット、及び前記ラックを、冷却風の流れに沿ってこの順に配置した冷却ユニットを複数個配置したことを特徴とする付記６に記載のサーバーの冷却システム。

（付記１１） 前記各ラックに流入する冷却風の温度と湿度、及び前記各ラック直前に配置された前記各冷却コイルに流入する冷媒温度を監視し、前記冷媒温度が前記冷却コイルに結露が発生する結露点温度に近づいた場合は、前記冷却コイルの冷媒通路入口部に設けた電磁弁の開度を絞る制御を行うことを特徴とする付記３に記載のサーバーの冷却システム。
（付記１２） 前記各ラックに流入する冷却風の温度と湿度、及び前記各ラック直前に配置された前記各冷却コイルに流入する冷媒温度を監視し、前記冷媒温度が前記冷却コイルに結露が発生する結露点温度に近づいた場合は、前記冷却コイルの冷媒通路入口部の前段に設けた加熱手段により、前記冷媒の温度を上昇させる制御を行うことを特徴とする付記３に記載のサーバーの冷却システム。
（付記１３） 前記ラック内の被冷却部の温度を監視し、前記冷媒温度の上昇制御により前記被冷却部の温度が規定の温度を超えた場合には、当該被冷却部を有するサーバーのシステム停止、及び電源切断処理等を行うことを特徴とする付記１１または１２に記載のサーバーの冷却システム。
（付記１４） 前記ラック内の被冷却部の温度を監視し、前記被冷却部の温度上昇が規定の温度に近づいた場合には、前記ファンユニットの回転数を低減させて前記冷却コイルを通過させる風量を少なく抑え、空気温度を下げるようにしたことを特徴とする付記３に記載のサーバーの冷却システム。
（付記１５） 前記冷却コイルと前記ラックとの間に、前記冷却コイルを通過した冷却風が、むら無く前記ラックに当たるように冷却風を整流する整流装置を設けたことを特徴とする付記１から１４の何れか１項に記載のサーバーの冷却システム。

（付記１６） 前記整流装置が、前記冷却コイルに設けられた冷却フィンであることを特徴とする付記１５に記載のサーバーの冷却システム。
（付記１７） 前記ファンユニットは、前記複数個の軸流ファンをそれぞれ抜き差し可能に保持するファンフレームを備えており、前記ファンフレームには前記各軸流ファンを独立にスライドさせることができるレールがあり、前記各軸流ファンには、前記レールに接続する電極が設けられていて、前記軸流ファンはこの電極を通じてファン電源、ファン制御信号を受け取ることを特徴とする付記１に記載のサーバーの冷却システム。
（付記１８） 前記シェルの側面には、前記ラック１台毎に着脱可能なメンテナンス用パネルが設置されていることを特徴とするサーバーの冷却システム。
（付記１９） 最終段のシェルの冷却風の排出口をダクトを用いて最初のシェルの冷却風の入口部に接続し、前記冷却風を前記通風路内で循環させるようにしたことを特徴とする付記５に記載のサーバーの冷却システム。
（付記２０） 前記ファンユニットを前記冷却風が流れる方向に２つタンデムに接続したことを特徴とする付記１から１９の何れかに記載の制御装置を備えたサーバーの冷却システム。

（ａ）は複数枚のブレードサーバーを収容するシャーシが、２列に複数台積み上げられたラックの外観を示す斜視図、（ｂ）は従来のデータセンターに配置された複数台のラックを、空調機で冷却する部屋冷却システムの構成を示す平面図である。 （ａ）はラックを個々に冷却する従来のラック冷却システムの一例を示す斜視図、（ｂ）はラックを個々に冷却する従来のラック冷却システムの別の例を示す斜視図である。 （ａ）は本発明のサーバー冷却システムの最小ユニットの一実施例の構成を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）に示した構成を平面的にブロックで示すブロック構成図である。 （ａ）は図３（ａ）に示したサーバー冷却システムを複数台連結した本発明のサーバー冷却システムの基本構成を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）に示した構成を平面視した平面図である。 （ａ）は図４（ａ）、（ｂ）に示した冷却コイル、ラック、ファンユニットを組み合わせた構成をブロックで表現したブロック図、（ｂ）は（ａ）に示した構成の最終段に冷却コイルを更に追加した構成を示すブロック図、（ｃ）は（ｂ）に示した構成の最終段にファンユニットを更に追加した構成を示すブロック図、（ｄ）は図４（ａ）、（ｂ）に示した冷却コイル、ラック、ファンユニットを組み合わせた構成とは異なる構成をブロックで表現したブロック図である。 （ａ）は本発明のサーバー冷却システムに使用する冷却コイルの平面図、（ｂ）は（ａ）に示した冷却コイルの正面図、（ｃ）は（ａ）に示した冷却コイルの側面図である。 （ａ）は冷却コイルを流れる冷却水の温度を調節する装置の一実施例の構成を示すブロック構成図、（ｂ）は（ａ）に示した装置の動作の一例を示すフローチャートである。 （ａ）は冷却コイルを流れる冷却水の温度を調節する装置の別の実施例の構成を示すブロック構成図、（ｂ）は冷却コイルを流れる冷却水の温度を調節する装置の更に別の実施例の構成を示すブロック構成図である。 （ａ）は図３に示した本発明のサーバー冷却システムの最小ユニットの一実施例の構成において、冷却コイルの横幅がシャーシの横幅と同程度の場合の冷却風の流れを示す平面図、（ｂ）は図３に示した本発明のサーバー冷却システムの最小ユニットの一実施例の構成において、冷却コイルの横幅がシャーシの横幅より狭い場合の冷却風の流れを示す平面図、（ｃ）は（ｂ）に示した構成のサーバー冷却システムの最小ユニットの冷却コイルとシャーシとの間に、冷却風を満遍なくシャーシに当てるためのパンチングメタルを設けた構成を示す平面図、（ｄ）は（ｂ）に示した構成のサーバー冷却システムの最小ユニットの冷却コイルとシャーシとの間に、冷却風を満遍なくシャーシに当てるためのエアフィルタを設けた構成を示す平面図、（ｅ）は（ｂ）に示した構成のサーバー冷却システムの最小ユニットの冷却コイルのフィンに、冷却風を満遍なくシャーシに当てるための傾斜を設けた構成を示す平面図、（ｆ）は（ｂ）に示した構成のサーバー冷却システムの最小ユニットの冷却コイルとシャーシとの間に、冷却風を満遍なくシャーシに当てるためのルーバーを設けた構成を示す平面図である。 （ａ）は本発明のサーバー冷却システムに使用する軸流ファンが、保守、交換のために側方に引き出し可能になっている様子を説明する説明図、（ｂ）は（ａ）に示した軸流ファンの取り出し機構を説明する斜視図、（c）は（b）の符号Ａで示す部分の部分拡大平面図である。 （ａ）はファンユニットの軸流ファンが各段毎にペア構成され、ペア単位で一方に引き出す状態を示す斜視図、（ｂ）はファンユニットの軸流ファンが各段毎にペア構成され、ペア単位で他方に引き出す状態を示す斜視図、（ｃ）はファンユニットの軸流ファンが各段毎にペア構成され、ペア単位で両側に引き出し可能である状態を示す斜視図である。 本発明のサーバ冷却システムの変形例を示すものであり、途中にパスルームを設けたサーバー冷却システムの構成を示す平面図である。 図１２に示したサーバー冷却システムを３列並列に設けてダクトで接続した実施例を示す斜視図である。 図１２に示したサーバー冷却システムを２列並列に設けてダクトで接続して閉流路を形成した実施例を示す斜視図である。 図１４に示したサーバー冷却システムのダクトの代わりに蛇腹構造の通路を設けて閉流路を形成した実施例を示す斜視図である。 （ａ）は軸流ファンをタンデムに設けた本発明のサーバー冷却システムの最小ユニットの構成を示すブロック図、（ｂ）は（ａ）に示した最小ユニットをデータルーム内に並列に４台設置してそれぞれに冷却風量Ｑを与える状態を示す説明図、（ｃ）は（ａ）に示した最小ユニットをデータルーム内に直列に４台設置して一端から冷却風量Ｑを与える状態を示す説明図、（ｄ）は（ｂ）に示した構成と（ｃ）に示した構成の間の、騒音、排気量、設置面積、空調機の負荷を比較するテーブルである。 （ａ）は図１６（ａ）に示した本発明のサーバー冷却システムの最小ユニットを４台直列に接続したサーバー冷却システムにおいて、最終段のファンユニットが故障した状態を示す図、（ｂ）は（ａ）に示した構成の軸流ファンの数を各場所において１台ずつ削減した実施例を示す図、（ｃ）は図１６（ａ）に示した本発明のサーバー冷却システムの最小ユニットを４台並列に接続したサーバー冷却システムにおいて、各ユニットの最終段のファンユニットが故障した状態を示す図、（ｄ）は（ａ）〜（ｃ）の各構成における、ファン搭載数、ファン故障可能性、排気量、ファン電力、冷水コイル熱処理温度差を比較して示すテーブルである。 （ａ）は図１７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示した冷却システムの各部における温度を示す温度分布図、（ｂ）は冷却ファンの性能の違いによる冷却コイル通過後の冷却風の温度変化を示す特性図、（ｃ）は冷却ファン性能、圧力損失、及び風量との関係を示す特性図である。 （ａ）はタンデム配置の軸流ファンが縦方向に一列に設置された場合に、各軸流ファンを一方に引き出す交換機構を示す斜視図、（ｂ）はタンデム配置の軸流ファンが縦方向に一列に設置された場合に、各軸流ファンを他方に引き出す交換機構を示す斜視図、（ｃ）は引き出し機構を備えた軸流ファンの全体図である。

符号の説明

１ シャーシ
２ ラック
３ 空調室
１０ 冷却コイル
１１ エアフィルタ
１２ ファンユニット
１３ シェル
１５ 冷媒通路
１６ フィン
１７ 冷却水入口
１８ 冷却水出口
２２ 軸流ファン
３０ 電磁弁
３５ 熱交換器
３８ ヒータ
３９ ドア
４０ パスルーム
４８ ダクト
４９ 蛇腹構造の通路
Ｕ 最小ユニット
ＣＳ 冷却システム

Claims (5)

1. シャーシ内に薄型基板を複数枚収納してなるブレード型サーバーを、空調室内において冷却するサーバー冷却システムであって、
   前記シャーシが複数個、少なくとも１列に積み上げられたラックと、
   冷媒通路と冷却フィンを備え、通過風を冷却する冷却コイルと、
   複数個の軸流ファンが設置されて同一方向に気流を生じさせるファンユニットと、
   通風路を備え、通風路内に複数個のラック、複数個の冷却コイル、及び少なくとも１個のファンユニットを収容可能なシェルを備え、
   前記シェルを前記空調室内に設置し、前記通風路内には風の流れに沿って前記冷却コイルと前記ラックを交互に配置し、前記ファンユニットによって前記通風路内を気流が一方向に流れるようにしたことを特徴とするサーバーの冷却システム。
2. 前記ファンユニットを前記ラック毎に前記通風路内に設置したことを特徴とする請求項１に記載のサーバーの冷却システム。
3. 前記冷媒通路に供給する冷媒の温度を制御して、前記冷却コイルを前記冷媒通路及び前記フィンが結露しないドライコイルとしたことを特徴とする請求項１または２に記載のサーバーの冷却システム。
4. 前記シェルの途中に、前記ラック、冷却コイル、及びファンユニットの何れも設置しない空隙部を設け、前記シェルのこの空隙部を挟んで対向する壁面にはそれぞれ扉を設けて前記シェルを人が横断できるように構成したことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のサーバーの冷却システム。
5. 前記空調室内に前記シェルを複数個設置し、１つのシェルの風の排出口を連絡路を用いて他のシェルの風の入口部に順次接続し、１つのシェルから排出される風を漏れなく他のシェルの風の入口部に供給するようにしたことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のサーバーの冷却システム。