JP2008516316A - 機器キャビネットおよびネットワークキャビネットの冷却システムおよび冷却方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、機器キャビネットおよびネットワークキャビネット、特にサーバキャビネットの冷却システムと、機器キャビネットおよびネットワークキャビネットの冷却方法に関する。これらのキャビネットは気密式に実施され、結露や絶対大気湿度の低下による破損を防止するための湿度安定化が提供される。本発明によれば、計画的に、特に制御可能に外気（６）を供給し、閉じた冷却空気回路から空気（９）を任意に排気することで湿度が安定する。

Description

本発明は、請求項１の前提部（プリアンブル）に記載の機器キャビネットおよびネットワークキャビネットの冷却システムと、請求項１１の前提部に記載の機器キャビネットおよびネットワークキャビネットの冷却方法に関する。

本発明は、複数の多重（superimposed）サーバや並列（juxtaposed）サーバを電子モジュールユニットとして有するサーバキャビネットに特に好適である。

周囲空気と空気を交換しないサーバキャビネットの構成は、従来から知られている。通常、このサーバキャビネットやネットワークキャビネットは、周囲環境に対してほぼ完全に密閉され、例えば保護等級ＩＰ５５を満たす、すなわち防塵および防水または防噴流構造である。噴流水やホース水に対する密閉は必ずしも不可欠ではないが、キャビネット内と設置空間との間の空気の交換を防止する気密構造が求められる。これを実現するために、例えばケーブルの入口および出口の領域に相応に効果的なシールを設け、キャビネット製造者は、キャビネットの運用やキャビネットの空調を実行する前に、この領域を完全に密閉するよう注意を促している。

気密キャビネットの内部または設置空間における電子モジュールユニットからの熱除去は、閉じた空気流や熱交換器を用いて行い、これにより電子モジュールユニットの散逸電力（dissipated power）が除去される。

高出力プロセッサを有するキャビネット、特に高性能のサーバキャビネットに対しては、空気−水熱交換器（air-water heat exchanger）を使用してかなりの散逸電力を除去することができ、またこの熱交換器を設置建物の給冷水設備に接続することができる。キャビネットの全散逸電力の熱は設置建物の給冷水設備によって除去され、設置空間とキャビネット間の伝熱が防止される。この結果、設置空間の空調要件を抑えることによってコストが削減でき、かつ設置空間における占有率を高めることができる。

熱交換器内では局所的に温度が露点を下回ることがある。水温が１２℃未満および／または設置空間内の大気湿度が高い状況で冷却水を使用すると、熱交換器内で結露が発生する場合がある。この結果、機器キャビネット内の絶対大気湿度が下がり、設置したモジュールユニットやシステムが破損する可能性がある。

独国実用新案第２００１６３９７号明細書 米国特許出願公開２００１／００５２４１２号明細書 欧州特許出願公開第１３１１１４７号明細書

本発明の目的は、機器キャビネットおよびネットワークキャビネット、特にサーバキャビネットに対する冷却システムおよび冷却方法を提供し、結露の形成という問題を回避しながら特に高性能で効率的な冷却能力を提供することである。

この目的は、冷却システムについては請求項１に記載の特徴により、また冷却方法については請求項１１に記載の特徴により、それぞれ創意的に達成される。適切かつ効果的な開発については従属する請求項に開示され、図を参照した詳細な説明に記載される。

本発明の冷却システムは、閉じた冷却空気回路を有する気密キャビネットに基づいており、所定の、特に制御可能な外気供給によりキャビネット内の大気湿度の安定化を行う。

本発明の方法の観点から、ハウジング内の大気湿度は所定の限度内に維持される。結露過程で低下した絶対大気湿度を再び上昇させることで、設置された機器や構成部品、システムの破損を防止することができる。

大気湿度の安定化は、設置された電子機器の動作を保証するのに必要な程度にだけ行うのが効果的である。空気の除湿が継続しないよう、キャビネット内において計画的に外気を供給する。

外気供給を行うために、キャビネット内、例えば底部、カバー、前扉、後扉などの被覆部材に、干渉部（interruption）やリーク部（leak）を計画的に系統立てて設けることができる。このリーク部または開口部により、外気を誘導してキャビネット内の大気湿度を調節することができる。

本発明の方法の観点から、キャビネット内や冷却空気流内の大気湿度を測定し、所要量の外気がキャビネット内に送り込まれるよう、キャビネットの周囲条件と目標値との関数としてリーク部や干渉部を設計するのが適切である。

計画的に外気供給を行うために、キャビネット内または閉じた冷却空気回路とキャビネットの周囲環境との間の差圧を用いると特に効果的である。例えば、リーク部や干渉部をファン付近に形成することができる。ファンの吸気側は、キャビネットの周囲環境に比べて圧力が低いので、外気供給用の開口部やリーク部を形成することができる。周囲環境に対して圧力が高い領域には、キャビネットの排気口を設けることができる。キャビネット内の大気湿度が安定するように異なる局部圧力の比を決められた方法で用いることで、ファンを増やす必要がなくなる。

ケーブルの入口および／または出口付近に干渉部やリーク部を形成し、例えばこの場所にシールを設け、外気を吸気したり空気をキャビネットから排気したりすることができるようにシールを構成すると効果的である。

別の可能性として、ＩＰ５５を満たさないシールを形成して所定量の水蒸気が出入りできるように、シールプロファイル（sealing profile）を構成することができる。

本発明の大気湿度の安定化によって、結露や所定の値または範囲を下回る除湿の問題を回避し、結果的に機器やシステムの破損を防止することができる。

以下に、電子モジュールユニット４用の内部領域３を有する機器およびネットワークキャビネット２を示す図１を参照しながら、本発明を詳細に説明する。

本実施形態では、サーバが電子モジュールユニット４として多重式に積み重ねられ、吸気口と排気口を有する図示されていないハウジングに収容されている。本実施形態では、モジュールユニット４のハウジングにそれぞれファン１３が設けられている。長さの等しい空気流路で空気が循環するので、各電子モジュールユニット４の空気抵抗がそれぞれ同じになり、冷却された供給空気１２と加熱された排気空気９とが空力的に分離され、均一な供給空気温度の空気１２、つまり偏差が±２°Ｋとして理解される温度の空気１２が電子ユニット４に供給される。

底部には空気−水熱交換器が熱交換器５として設けられ、閉じた回路で循環する空気が、熱除去を行うためにこの熱交換器に供給される。熱交換器５で冷却された供給空気１２は、給気ダクト１１を経由して各電子モジュールユニット４に達し、電子モジュールユニット４で生じる熱を吸収し、加熱された排気空気として第１の排気ダクト１４に達する。各電子モジュールユニット４の排気空気は第１の排気ダクト１４で集気され、上昇する排気流１５として、少なくとも１つの換気装置２１によって第２の排気ダクト１６に送られる。排気空気は、下降する排気流１７によって熱交換器５に達し、設置建物の給冷水設備からの冷却水によって冷却される。

基部１８の領域およびその付近、または底部、特に熱交換器５の側部領域での絶対大気湿度を安定化させるため、リーク部や干渉部７が形成される。これにより、閉じた冷却空気回路への外気供給６を生じさせることができる。図には、外気供給６が低圧力領域８、つまり排気流１５における換気装置２１の吸気側で行われ、換気装置２１の排気側、例えば冷却された供給空気１２における熱交換器５の後段に高圧力領域１０が形成され、この領域からリーク部や干渉部７、開口部などによって排気が行われることが示されている。

機器キャビネット２の下部１８、例えば熱交換器５の側部に沿った領域に、図示されていないシャフトを形成し、ワイヤ敷設やケーブルの入口および／または出口（図示せず）のためにこのシャフトを設ける場合、ケーブルの入口および／または出口の密閉を緩く構成したりシャフトの壁（図示せず）に開口部を設けたりすることで、外気供給６を行うこともできる。

これに代わり、あるいは加えて、前扉２３および／または後扉２０の領域またはその付近に、さらなるリーク部、例えば決められた開口部を設けることもできる。

決められたフィルタを有する開口部によって、所定の、または制御可能な外気供給を行うこともできる。

本発明は、本実施形態で説明した、同じ長さの空気流路で空気循環が行われ、供給空気と排気空気とが空力的に分離されているサーバキャビネットに限定されるものではなく、閉じた冷却空気回路を有するあらゆる機器キャビネットおよびネットワークキャビネットに適用することができる。

電子モジュールユニット４用の内部領域３を有する機器およびネットワークキャビネット２を示す図である。

Claims (19)

1. 機器キャビネットおよびネットワークキャビネット、特にサーバキャビネットの冷却システムであって、
   電子モジュールユニット（４）が配置された内部領域（３）と、キャビネット（２）から電子モジュールユニット（４）の放熱を散逸するための熱交換器（５）を有する閉じた冷却空気回路とを備え、
   キャビネット（２）が気密構造であり、キャビネット（２）内の大気湿度を安定化させるための計画的な外気供給（６）が行われることを特徴とする冷却システム。
2. 請求項１に記載の冷却システムであって、
   キャビネット（２）の気密構造が、決められた干渉部またはリーク部（７）を有し、これにより外気（６）を供給してキャビネット（２）内の大気湿度を制御可能に調節できることを特徴とする冷却システム。
3. 請求項１または２に記載の冷却システムであって、
   キャビネット（２）のリーク部（７）が、キャビネットの内側と外側との間で差圧が生じる領域に形成されることを特徴とする冷却システム。
4. 請求項２または３に記載の冷却システムであって、
   外気供給（６）を行うためのリーク部（７）が低圧力領域（８）に形成され、キャビネット（２）からの制御された排気（９）を行うためのリーク部（７）が高圧力領域（９）に形成されることを特徴とする冷却システム。
5. 請求項２ないし４のいずれか１つに記載の冷却システムであって、
   外気供給（６）を行うためのリーク部（７）が、閉じた冷却空気回路の換気装置（２１）の吸気側の領域、例えば熱交換器（５）に沿った領域に形成され、熱交換器（５）として空気−水熱交換器が底部に設けられることを特徴とする冷却システム。
6. 請求項２ないし５のいずれか１項に記載の冷却システムであって、
   制御された排気（９）を行うためのリーク部（７）が、換気装置（２１）の排気側の領域、例えば熱交換器（５）の下流側に設けられていることを特徴とする冷却システム。
7. 請求項１ないし６のいずれか１つに記載の冷却システムであって、
   制御された外気供給（６）を、キャビネット（２）の冷却空気回路における大気湿度測定と、キャビネット（２）の周囲条件と、キャビネット（２）の内部領域（３）の目標値との関数として行うことを特徴とする冷却システム。
8. 請求項１ないし７のいずれか１つに記載の冷却システムであって、
   外気供給（６）のために、干渉部（７）が、基部（１８）の領域またはキャビネット（２）の下部領域におけるケーブルの入口および／または出口のシールに設けられていることを特徴とする冷却システム。
9. 請求項１ないし８のいずれか１つに記載の冷却システムであって、
   外気供給（６）用の干渉部（７）が、熱交換器（５）に沿って設けられたシャフトに形成されていることを特徴とする冷却システム。
10. 請求項１ないし９のいずれか１つに記載の冷却システムであって、
    キャビネット（２）のシールが、保護等級ＩＰ５５を満たさない領域として形成され、かつ水蒸気透過性を有し、外気供給（６）を行うことを特徴とする冷却システム。
11. 機器キャビネットおよびネットワークキャビネット、特にサーバキャビネットと、キャビネット内に配置された電子モジュールユニット（４）との冷却方法であって、
    冷却空気流が閉じた回路で循環し、冷却された供給空気（１２）が電子モジュールユニット（４）に供給され、加熱された排気（１５，１７）が熱交換器（５）で冷却される方法において、
    空気流の湿度が、所定の外気供給（６）によって安定化されることを特徴とする方法。
12. 請求項１１に記載の方法であって、
    閉じた回路で循環する冷却空気流の絶対湿度が測定され、該絶対湿度が所定の値または範囲から逸脱する場合に、外気（６）が、キャビネット（２）の周囲条件とキャビネット（２）内での目標値との関数として供給されることを特徴とする方法。
13. 請求項１１または１２に記載の方法であって、
    所定の、特に制御可能な外気量が、キャビネット（２）に計画的に形成されたリーク部または干渉部（７）を経由して、閉じた冷却空気回路に供給されることを特徴とする方法。
14. 請求項１１ないし１３のいずれか１項に記載の方法であって、
    所定の外気（６）が、リーク部（７）を経由して、キャビネット内部（３）とキャビネット（２）の周囲環境との間で差圧が発生する領域に供給されることを特徴とする方法。
15. 請求項１１ないし１４のいずれか１項に記載の方法であって、
    外気（６）が、ケーブルの入口および／または出口の領域、例えば基部（１８）で供給されることを特徴とする方法。
16. 請求項１５に記載の方法であって、
    所定の外気（６）が、キャビネットのシールの決められたリーク部、特に電子モジュールユニット（４）下方の底部に空気−水熱交換器として設けられた熱交換器（５）に沿った領域のリーク部、によって供給されることを特徴とする方法。
17. 請求項１１ないし１６のいずれか１項に記載の方法であって、
    所定の外気が被覆部材（２０，２２，２３）の開口部を経由して供給されることを特徴とする方法。
18. 請求項１１ないし１７のいずれか１項に記載の方法であって、
    キャビネット（２）内の大気湿度を安定化させるために、空気（９）が前記キャビネット（２）から計画的に排気されることを特徴とする方法。
19. 請求項１８に記載の方法であって、
    空気（９）が、キャビネット（２）の高圧力領域（１０）における決められた開口部またはリーク部によって排気されることを特徴とする方法。

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