JP2009111300A - 冷却補助ユニット及び冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】高い冷却効率を有する冷却補助ユニット及び冷却システムを提供する。
【解決手段】電子機器６を収納する収納室１０に使用される冷却補助ユニット２０は、床４に設けられた通気穴５の上に直立し、通気穴５に接続された通気路３１と通気路３１に接続された開口３２とを有するダクト部３０と、通気路３１に沿って空気を移動させるファン５０と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般には、冷却補助ユニット及びそれを利用した冷却システムに関する。本発明は、複数の電子機器を収納する計算機室、データセンターその他電子機器を収納する部屋（以下、「収納室」という。）の冷却に好適である。

近年、サーバーなどの大型コンピュータの処理速度が向上するにつれて発熱量が大きくなってきており、収納室では、冷却の効率化が益々要求されている。図８は、従来の収納室１の冷却システムを示す概略斜視図である。水冷管２ａを有する水冷式の空調機２から床４の下を通って供給される冷気Ｃは床４の通気穴５から収納室１内に導入される。床４は、支持部３から一定間隔離れている。図８に示す収納室１には、複数のラックマウント型サーバーユニット６が横方向に４行、奥行き方向に２列配置されている。各サーバーユニット６は、外気を吸い込む図示しないファンが内蔵されており、これにより、冷気Ｃを内部に吸い込んで、吸い込み面とは反対面から暖気Ｗとして排気する。暖気Ｗは天井側から空調機２に取り込まれて冷却及び循環する。なお、ラックマウント型サーバーユニット６は、内部に複数段のサーバーと電源ユニットを高さ方向に格納している。

その他の従来技術としては特許文献１乃至４がある。
特開昭６０−２２３９２９号公報 特開平９−９７９８９号公報 特開平８−２１９６３３号公報 特開昭５５−０３８０７４号公報

しかし、図８に示す冷却システムは、図９に示すように、暖気Ｗが冷気Ｃの供給側に回り込む回流を招く虞がある。また、各サーバーユニット６の高さ方向に冷気Ｃが均一に供給されない虞がある。具体的には、最下部のサーバーには多くの冷気Ｃが供給されるが最上部のサーバーには冷気Ｃの量が少なくなるおそれがある。この結果、各サーバーユニット６内で高い位置に配置されたサーバーが冷却されにくくなり、冷却効果が不均一になる。

本発明は、高い冷却効率を有する冷却補助ユニット及び冷却システムを提供することを例示的目的とする。

本発明の一側面としての冷却補助ユニットは、電子機器を収納する収納室に使用される冷却補助ユニットであって、床に設けられた通気穴の上に直立し、前記通気穴に接続された通気路と当該通気路に接続された開口とを有するダクト部と、前記通気路に沿って空気を移動させるファンと、を有することを特徴とする。かかる冷却補助ユニットは、ファンが空気を移動するので冷気を上昇させたり暖気を下降させたりする。この結果、冷気を上昇させる場合には電子機器の高い位置まで冷気を供給することができ、暖気を下降させる場合には暖気の上昇とそれによる回流を防止することができる。床式の場合には、前記収納室は、床下から冷気が前記通気穴を介して供給され、前記冷気が前記通気路を通過可能で前記開口は前記冷気を前記電子機器に放出し、前記ファンは前記通気路に沿って前記冷気を上昇させる。

前記ダクト部は鉛直上向きに垂直な断面が矩形、円形又は多角形であってもよい。矩形形状や多角形形状はダクト部の各辺の少なくとも一つの辺に対向して電子機器が配置される場合に便宜であり、円形はダクト部の周囲に複数の電子機器が配置される場合に便宜である。前記冷却補助ユニットは一対の電子機器の間に配置され、前記一対の電子機器の間隔をＤとすると、前記ダクト部は３Ｐｘ≦Ｄ≦１０Ｐｘを満足する幅Ｐｘを前記間隔と平行な方向に有してもよい。Ｄが３Ｐｘよりも小さくなると電子機器と冷却補助ユニットとの間に作業員が入って作業し辛くなる。Ｄが１０Ｐｘよりも大きくなると電子機器と冷却補助ユニットとの間隔が大きすぎて冷気が鉛直下向きに落下して電子機器を高さ方向に均一に冷却したり、暖気の回流を防止したりすることが困難になる。前記ダクト部は、樹脂製であってもよい。ダクト部を樹脂を利用した成形によって形成すれば通気路や開口を高精度かつ簡単に形成することができる。前記ファンは前記ダクト部の内部に設けられてもよい。これにより、通気路内の空気の移動（冷気の上昇や暖気の下降）を効率よく行うことができる。

冷却補助ユニットは、前記ダクト部に固定されて前記通気路を遮蔽し、前記電子機器よりも高い位置に配置された天板を更に有してもよい。天板は、暖気の回流を防止することができ、冷却の効率化を図ることができる。前記天板の底面は、例えば、前記電子機器よりも鉛直方向に２０ｃｍ乃至４０ｃｍ高い位置に配置されてもよい。２０ｃｍよりも小さくなると天板が電子機器に接近しすぎるために火災やその他の安全性を担保する上で好ましくない。また、４０ｃｍよりも大きくなると開口から噴出される冷気によるエアカーテンの効果や暖気の回流を防止する効果が低減する。

前記ダクト部は、前記電子機器と同じ高さの位置から前記天板が固定されている位置に向かって鉛直上向きに垂直な断面の大きさが大きくなってもよい。これにより、開口を設ける面積が増加するので開口の数が増加し、風量が増加する。大きな風量は暖気の回流を効果的に防止することができるので好ましい。前記天板は、矩形、円形又は多角形の形状の面を有してもよい。矩形形状や多角形形状は天板の各辺の少なくとも一つの辺に対向して電子機器が配置される場合に便宜であり、円形は天板の周囲に複数の電子機器が配置される場合に便宜である。

前記冷却補助ユニットは一対の電子機器の間に配置され、前記一対の電子機器の距離をＤとすると、前記天板は０．７Ｄ≦Ｄｃ≦１．３Ｄを満足する幅Ｄｃを有してもよい。Ｄｃが０．７Ｄよりも小さくなると天板と電気機器との距離が大きくなるために暖気の回流の防止が不十分となる。Ｄｃが１．３Ｄよりも大きくなると電子機器の上部付近がダクト部と近接するので作業者による電子機器の保守や操作が困難になる。また、複数の天板を設ける場合に天板同士が干渉するおそれがある。

本発明の冷却システムは、電子機器を収納する収納室に使用される冷却システムであって、冷気を供給する冷却機と、上述のいずれかの冷却補助ユニットと、を有することを特徴とする。かかる冷却システムは、冷却補助ユニットを有するため上述の作用を奏する。冷却機は、冷気を排気すると共に暖気を吸気する空調機として構成されてもよい。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、高い冷却効率を有する冷却補助ユニット及び冷却システムを提供することができる。

図１は、収納室１０の概略部分拡大断面図である。図１において、鉛直方向をＺ方向とし、水平方向をＸ方向とする。鉛直上向きをＺ_１とし、鉛直下向きをＺ_２方向とする。収納室１０と図８に示す収納室１とは、収納室１０が複数の冷却補助ユニット２０を有する点で相違し、その他の点では収納室１０は、収納室１と同様の構造を有する。即ち、収納室１０は、床４の下から冷気Ｃが床４に設けられた通気穴５を介して供給され、ラックマウント型サーバーユニット６（電子機器）又はそれに搭載されている図示しないサーバー（電子機器）を収納する。このため、図１において図８と同一部材には同一の参照符号を付して説明を省略する。

冷却補助ユニット２０は、収納室１０に使用され、冷気Ｃを少なくとも一面から外部に放出する。冷却補助ユニット２０は、図１においては、一対のラックマウント型サーバーユニット６の間に配置されている。図２は、図１の紙面に垂直な方向に配置される一対の冷却補助ユニット２０の斜視図である。冷却補助ユニット２０は、各サーバーユニット６の吸気面６ａ側に配置されている。各吸気面６ａは扉状になっており、サーバーユニット６側に引くことによって開口し、サーバーを着脱することができる。もっとも、本発明は必ずしも各冷却補助ユニット２０の両側にサーバーユニット６が配置されることは要求しない。

冷却補助ユニット２０は、図２に示すように、ダクト部３０及び４０と、ファン５０と、天板６０とを有する柱形状を有する。

ダクト部３０は、図２においては、鉛直上向きＶ_１に垂直な断面が矩形形状である。矩形は、正方形及び長方形を含むが、本発明は図４乃至図８を参照して後述するようにかかる形状に限定されない。ダクト部３０は、通気穴５の上に直立し、通気路３１と複数の開口３２とを有する。通気路３１は、通気穴５に接続されて冷気Ｃが通過可能な通路であり、通気路３１はＺ方向に延びている。

ダクト部３０は、一対の排気面３０ａを有する。各排気面３０ａはサーバーユニット６の吸気面６ａに平行に配置されている。各排気面３０ａには複数の開口３２が形成されている。各開口３２は通気路３１に接続されて冷気Ｃを放出する。なお、冷却方式が天井式の場合には、３０ａは吸気面として機能し、各開口３２は通気路３１に接続されて暖気Ｗを吸気することになる。

本実施例では、各開口３２は同じ円形形状を有し、排気面３０ａの開口率は３０乃至４０％であり、開口率は排気面３０ａにおいて一定である。なお、図２では、作図の便宜上、一部の開口３２のみを示している。本実施例では、冷却補助ユニット２０を一対のサーバーユニット６の中央に配置して各排気面３０ａの開口率を同一に設定しているが、冷却補助ユニット２０をどちらかのサーバーユニット６に近づけて、開口率も両排気面３０ａの間で異ならせてもよい。例えば、図１の右側のサーバーユニット６の発熱量が大きければ右側の排気面３０ａの開口率を大きくしたり、右側のサーバーユニット６の吸気面６ａの扉を開口するのに必要なスペースが左側のサーバーユニット６のそれよりも小さい場合には冷却補助ユニット２０を右側のサーバーユニット６に近づけるなどである。

ＸＹ平面に垂直な方向をＹ方向とする。図２に示すように、ダクト部３０のＸ、Ｙ及びＺ方向のそれぞれの長さをＰｘ、Ｐｙ及びＰｚとする。また、図１において、一対のサーバーユニット６のＸ方向の間隔をＤとする。また、各サーバーユニット６のＺ方向の高さをＵ_Ｚとする。すると、Ｐｘは、次式を満足することが好ましい。

Ｄが３Ｐｘよりも小さくなるとサーバーユニット６の吸気面６ａの扉を開けにくくなる。Ｄが１０Ｐｘよりも大きくなるとダクト部３０から離れすぎて冷気ＣがＺ_２方向に落下してサーバーをＺ方向に均一に冷却することが困難になる。本実施例ではＰｘは２０乃至３０ｃｍであり、Ｄは約１．２乃至２．０ｍである。

本実施例において、Ｐｙは、サーバーユニット６の図１の紙面に垂直なＹ方向の長さに略等しい。これにより、サーバーユニット６のＹ方向に亘って冷気Ｃを供給することができ、図示しない各サーバーをＹ方向に均一に冷却することができる。但し、Ｐｙは、後述するように、サーバーユニット６のＹ方向の長さの２以上の整数倍であってもよい。また、ＰｚはＵｚと略等しい。これにより、Ｚ方向に亘ってサーバーユニット６に冷気Ｃを均一に供給することができ、図示しない各サーバーをＺ方向に均一に冷却することができる。

ダクト部４０は、図２に示すＸＺ平面を見ると、サーバーユニット６の上面６ｂと同じ高さにあるダクト部３０と４０との間の境界からＺ_１方向にＸ方向の長さが増加している。ダクト部４０のＹＺ面にも開口３２と同一形状の開口４４が形成されている。ＹＺ面は本実施例では曲面であるが斜面であってもよい。開口４４は、開口３２と同様に冷気Ｃを放出する。しかし、開口３２から放出される冷気Ｃは主としてサーバーユニット６に取り込まれて内部のサーバーを冷却するのに使用されるのに対して、開口４４から放出される冷気Ｃは暖気Ｗの回流（即ち、暖気Ｗが一対のサーバーユニット６の間に戻ること）を防止するためのエアカーテンを形成するのに主として使用される。

図３は、ダクト部４０近傍のＸＺ方向から見た側面図である。ダクト部４０をダクト部３０と同じ幅Ｐｘで作成すると点線のようになる。ダクト部４０とダクト部３０との境界のＸ方向の端部を４１とし、天板６０と接続するダクト部４０のＸ方向の端部を４２とする。一方、ダクト部４０をダクト部３０と同じ幅Ｐｘで作成した場合のダクト部と天板６０とのＸ方向の端部を４３とする。すると、ＹＺ面を臨むＴ方向からダクト部４０を見ると、端部４１と４３で構成される点線で示すＹＺ平面よりも端部４１と４２で構成される実線で示すＹＺ曲面の方が面積が大きい。このため、開口率が同じであれば、端部４１と４２で構成される実線で示すＹＺ曲面の開口３２の面積は大きくなるから風量が大きくなる。大きな風量は暖気Ｗの回流を効果的に防止することができるので好ましい。

ダクト部３０及び４０は、樹脂により成形によって形成されてもよい。これにより、開口３２及び４２を高精度に形成することができる。

ファン５０は、ダクト部３０の途中又は内部に設けられ、通気穴５から導入された冷気Ｃを通気路３１に沿って上昇させる。従来は、ファン５０が設けられていなかったので、貫通孔５から導入された冷気Ｃは床４付近に溜まり易く、Ｚ方向に亘ってサーバーユニット６に冷気Ｃを均一に供給することができなかった。このため、サーバーユニット６にＺ方向に多段式に収納されている図示しないサーバーをＺ方向に均一に冷却することができなかった。これに対して、本実施例では、ファン５０が冷気ＣをＺ_１方向に上昇させることによって冷気Ｃをより高い位置のサーバーに供給することができ、従来の問題を解決している。本実施例においては、ファン５０により、冷気Ｃは通気路３１に沿って３ｍ／ｓで上昇する。

なお、ファン５０は、必ずしもダクト部３０の内部に設けられなくてもよい。例えば、冷気Ｃをサーバーユニット６の上面６ｂ以上に上昇させられる限り、床４の通気穴５に設けたり、ダクト部４０に設けたりしてもよい。

天板６０は、ダクト部４０の上端に固定され、通気路３１を遮蔽し、サーバーユニット６の上面６ｂよりも高い位置に配置されている。従って、通気路３１に沿って上昇する冷気Ｃは天板６０にぶつかる。本実施例では、天板６０の底面６１は、サーバーユニット６の上面６ｂよりも２０ｃｍ乃至４０ｃｍ高い。即ち、図１において、天板６０の底面６１をＸ方向に延長した位置とサーバーユニット６の上面６ｂとの距離Ｆは２０ｃｍ乃至４０ｃｍである。距離Ｆが２０ｃｍよりも小さくなると一対の電子機器の間の空間を閉鎖してしまう虞があるため火災やその他の安全性を担保する上で好ましくない。また、距離Ｆが４０ｃｍよりも大きくなると開口４４から噴出される冷気によるエアカーテンの効果が低減する。

天板６０のＸ方向の幅をＤｃとすると、次式を満足することが好ましい。

Ｄｃが０．７Ｄよりも小さくなると天板６０の端部とサーバーユニット６の上面６ｂの端部との距離が大きくなるために暖気Ｗの遮断が不十分となる。Ｄｃが１．３Ｄよりも大きくなるとサーバーユニット６の上面６ｂ付近で吸気面６ａの扉がダクト部４０と干渉して開口しづらくなる。また、Ｘ方向に配置される別の天板とも干渉するおそれがある。

本実施例の天板６０は、矩形形状の平板であり、Ｘ方向に平行に配置されているが、その形状は後述するように限定されない。

図２に示す天板６０は、図４（ａ）に示すような正方形形状であるが、図４（ｂ）に示すような長方形形状を有する天板６０Ａを使用してもよい。図４（ａ）及び図４（ｂ）における点線は天板６０及び６０Ａを上から見た場合にダクト部３０を透過した輪郭である。図５は、図４（ｂ）に示す天板６０Ａを有する冷却補助ユニット２０Ａとサーバーユニット６との配置の例を示す上面図である。一つの冷却補助ユニット２０Ａを片側２つのサーバーユニット６のために使用している。

また、天板６０は、図６（ｂ）に示す円形形状を有する天板６０Ｂや図６（ｃ）に示す長円形状を有する天板６０Ｃに置換されてもよい。その他、天板６０は、多角形形状でもよい。図６（ｂ）及び図６（ｃ）における点線は天板６０Ｂ及び６０Ｃを上から見た場合にダクト部３０を透過した輪郭である。同様に、ダクト部３０のＺ_１方向に垂直な断面は矩形ではなく円形や多角形であってもよい。図６（ａ）はダクト部３０のＺ_１方向に垂直な断面が円形である場合の冷却補助ユニット２０Ｂの斜視図である。なお、円形は、円、長円、楕円のいずれも含む趣旨である。図７は、図６（ｃ）に示す天板６０Ｃを有する冷却補助ユニット２０Ｃとサーバーユニット６との配置の例を示す上面図である。一つの冷却補助ユニット２０Ｃを周囲に配置された８つのサーバーユニット６のために使用している。この場合には、開口３２はダクト部３０の周囲に設けられる。

収納室１０の動作において、空調機２から供給される冷気Ｃは床下を通って通気穴５から通気路３１に導入されてファン５０によってＺ_１方向に上昇する。冷気Ｃの一部はサーバーユニット６に設けられた図示しないファンによって吸気面６ａからサーバーユニット６の内部に導入されてサーバーユニット６内の図示しない複数のサーバーを冷却する。ファン５０によって冷気Ｃは上部のサーバーにも供給されるので上部のサーバーも十分に冷却される。冷気Ｃはサーバーユニット６内を通過することによって暖気Ｗとなる。暖気Ｗの一部Ｗ_１は一対のサーバーユニット６の間に回流しようとするが、ダクト部４０の開口４４から排出される冷気Ｃがエアカーテンを形成して暖気Ｗ_１を外側に押し出す。これによって、暖気の回流を防止して冷却効率を高めることができる。また、天板６０も天井側からの暖気Ｗ_１の回流を防止する。暖気Ｗは収納室１０内にある空調機２に取り込まれて冷気Ｃとして循環する。

以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で様々な変形及び変更が可能である。

本発明は更に以下の事項を開示する。

（付記１） 電子機器を収納する収納室に使用される冷却補助ユニットであって、
床に設けられた通気穴の上に直立し、前記通気穴に接続された通気路と当該通気路に接続された開口とを有するダクト部と、
前記通気路に沿って空気を移動させるファンと、
を有することを特徴とする冷却補助ユニット。（１）
（付記２） 前記収納室は、床下から冷気が前記通気穴を介して供給され、前記冷気が前記通気路を通過可能で前記開口は前記冷気を前記電子機器に放出し、前記ファンは前記通気路に沿って前記冷気を上昇させることを特徴とする付記１に記載の冷却補助ユニット。（２）
（付記３） 前記ダクト部は鉛直上向きに垂直な断面が矩形、円形又は多角形であることを特徴とする付記１に記載の冷却補助ユニット。（３）
（付記４） 前記冷却補助ユニットは一対の電子機器の間に配置され、前記一対の電子機器の間隔をＤとすると、前記ダクト部は３Ｐｘ≦Ｄ≦１０Ｐｘを満足する幅Ｐｘを前記間隔と平行な方向に有することを特徴とする付記１に記載の冷却補助ユニット。（４）
（付記５） 前記ダクト部は、樹脂製であることを特徴とする付記１に記載の冷却補助ユニット。

（付記６） 前記ファンは前記ダクト部の内部に設けられることを特徴とする付記１に記載の冷却補助ユニット。

（付記７） 前記ダクト部に固定されて前記通気路を遮蔽し、前記電子機器よりも高い位置に配置された天板を更に有することを特徴とする付記１に記載の冷却補助ユニット。（５）
（付記８） 前記天板の底面は、前記電子機器よりも鉛直方向に２０ｃｍ乃至４０ｃｍだけ高いことを特徴とする付記７に記載の冷却補助ユニット。（６）
（付記９） 前記ダクト部は、前記電子機器と同じ高さの位置から前記天板が固定されている位置に向かって鉛直上向きに垂直な断面の大きさが大きくなっていることを特徴とする付記７に記載の冷却補助ユニット。（７）
（付記１０） 前記天板は、矩形、円形又は多角形の形状の面を有することを特徴とする付記７に記載の冷却補助ユニット。（８）
（付記１１） 前記冷却補助ユニットは一対の電子機器の間に配置され、前記一対の電子機器の距離をＤとすると、前記天板は０．７Ｄ≦Ｄｃ≦１．３Ｄを満足する幅Ｄｃを有することを特徴とする付記７に記載の冷却補助ユニット。（９）
（付記１２） 電子機器を収納する収納室に使用される冷却システムであって、
冷気を供給する冷却機と、
付記１乃至１１のうちいずれか一項に記載の冷却補助ユニットと、
を有することを特徴とする冷却システム。（１０）

本発明の一実施例の収納室の概略部分拡大断面図である。 図１に示す冷却補助ユニットの概略斜視図である。 図２に示す冷却補助ユニットの概略断面図である。 図４（ａ）及び図４（ｂ）は図２に示す冷却補助ユニットに適用可能な天板の平面図である。 図４（ｂ）に示す天板を有する冷却補助ユニットを使用した場合の配置を示す平面図である。 図６（ａ）は図２に示す冷却補助ユニットの変形例の斜視図である。図６（ｂ）及び図６（ｃ）は図６（ａ）に示す冷却補助ユニットに適用可能な天板の平面図である。 図６（ｃ）に示す天板を有する冷却補助ユニットを使用した場合の配置を示す平面図である。 従来の収納室の概略斜視図である。 図８に示す収納室の問題点を説明する斜視図である。

符号の説明

４ 床
５ 通気穴
６ サーバーユニット（電子機器）
１０ 収納室
２０ 冷却補助ユニット
３０、４０ ダクト部
３１ 通気路
３２、４４ 開口
５０ ファン
６０ 天板

Claims (10)

1. 電子機器を収納する収納室に使用される冷却補助ユニットであって、
   床に設けられた通気穴の上に直立し、前記通気穴に接続された通気路と当該通気路に接続された開口とを有するダクト部と、
   前記通気路に沿って空気を移動させるファンと、
   を有することを特徴とする冷却補助ユニット。
2. 前記収納室は、床下から冷気が前記通気穴を介して供給され、前記冷気が前記通気路を通過可能で前記開口は前記冷気を前記電子機器に放出し、前記ファンは前記通気路に沿って前記冷気を上昇させることを特徴とする請求項１に記載の冷却補助ユニット。
3. 前記ダクト部は鉛直上向きに垂直な断面が矩形、円形又は多角形であることを特徴とする請求項１に記載の冷却補助ユニット。
4. 前記冷却補助ユニットは一対の電子機器の間に配置され、前記一対の電子機器の間隔をＤとすると、前記ダクト部は３Ｐｘ≦Ｄ≦１０Ｐｘを満足する幅Ｐｘを前記間隔と平行な方向に有することを特徴とする請求項１に記載の冷却補助ユニット。
5. 前記ダクト部に固定されて前記通気路を遮蔽し、前記電子機器よりも高い位置に配置された天板を更に有することを特徴とする請求項１に記載の冷却補助ユニット。
6. 前記天板の底面は、前記電子機器よりも鉛直方向に２０ｃｍ乃至４０ｃｍだけ高いことを特徴とする請求項５に記載の冷却補助ユニット。
7. 前記ダクト部は、前記電子機器と同じ高さの位置から前記天板が固定されている位置に向かって鉛直上向きに垂直な断面の大きさが大きくなっていることを特徴とする請求項５に記載の冷却補助ユニット。
8. 前記天板は、矩形、円形又は多角形の形状の面を有することを特徴とする請求項５に記載の冷却補助ユニット。
9. 前記冷却補助ユニットは一対の電子機器の間に配置され、前記一対の電子機器の距離をＤとすると、前記天板は０．７Ｄ≦Ｄｃ≦１．３Ｄを満足する幅Ｄｃを有することを特徴とする請求項５に記載の冷却補助ユニット。
10. 電子機器を収納する収納室に使用される冷却システムであって、
    冷気を供給する冷却機と、
    請求項１乃至９のうちいずれか一項に記載の冷却補助ユニットと、
    を有することを特徴とする冷却システム。