JP2009194094A - 電子機器の冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】コンピュータ及びサーバ等の精密動作が要求され且つそれ自体からの発熱量が大きな電子機器を、小さなランニングコストで効率的に冷却することができ、しかもトラブル時発生時にも被害を小さくすることができる。
【解決手段】複数のサーバ２８が配設されたサーバルーム１４Ａ，１４Ｂと、サーバ２８に近接してそれぞれ設けられ、サーバ２８から発生する熱で冷媒を気化させることにより該電子機器を冷却する蒸発器３４と、蒸発器３４よりも高所に設けられ、外気と散水とにより冷媒を冷却して気化した冷媒を凝縮する冷却塔３８と、蒸発器３４と冷却塔３８との間で前記冷媒が自然循環する循環ライン４０と、を備え、複数のサーバ２８を複数のグループにグループ分けすると共に、循環ライン４０を冷却塔３８からのメイン配管４９と、該メイン配管４９から分岐してグループ分けしたグループごとに冷媒を分流させるグループ配管５１とで構成し、グループ配管５１には開閉バルブ５３を設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は電子機器の冷却システムに係り、特に、コンピュータ及びサーバ等の精密動作が要求され且つそれ自体からの発熱量が大きな電子機器を効率的に冷却するための電子機器の冷却システムに関する。

近年、情報処理技術の向上やインタネット環境の発達に伴って、必要とされる情報処理量が増大しており、各種の情報を大量に処理するためのデータ処理センターがビジネスとして脚光をあびている。このデータ処理センターの例えばサーバルームには、コンピュータやサーバ等の電子機器が集約された状態で多数設置され、昼夜にわたって連続稼働されている。一般的に、サーバルームにおける電子機器の設置は、ラックマウント方式が主流になっている。ラックマウント方式は、電子機器を機能単位別に分割して収納するラック（筐体）を、キャビネットに段積みする方式であり、かかるキャビネットがサーバルームの床上に多数整列配置されている。これら情報を処理する電子機器は、処理速度や処理能力が急速に向上してきており電子機器からの発熱量も上昇の一途をたどっている。

一方、これらの電子機器は、動作に一定の温度環境が必要とされ、正常に動作するための温度環境が比較的低く設定されているため、電子機器が高温状態に置かれるとシステム停止等のトラブルを引き起こす。このため、サーバルーム内を冷房するための空調機を運転する空調動力も大幅に増加しているのが実情であり、企業経営におけるコスト削減の観点のみならず地球環境の保全の観点からも、空調動力の削減が急務となっている。

このような背景から、特許文献１や特許文献２にみられるように、電子機器を効率的に冷却するための技術が提案されている。特許文献１には、後部カバーと前部カバーと側面取付け式の冷却空気サブフレームとを電子機器に取り付けると共に、冷却空気サブフレーム内にファンと熱交換器を設けることにより、電子機器を介して冷風が閉ループで流れる流路を形成することが提案されている。

また、特許文献２には、内部に蒸発器とファンを搭載した電子機器収納用ラック群を備えた電算機室用空調システムにおいて、室外から取り入れられた冷却用空気を床下の内部空間に流動させ、蒸発器を通じて電子機器収納用ラックに収納された電子機器を冷却すると共に、電子機器収納用ラックの背面に搭載される凝縮器を冷却して電子機器収納用ラックの背面又は上方の空間を流動し、換気装置を介して室外に排出することが提案されている。また、特許文献３は、電子機器の冷却の発明ではないが、蒸発器と凝縮器との間で冷媒を自然循環させる技術が紹介されている。
特表２００６−５０７６７６号公報 特開２００４−２３２９２７号公報 特開２００７−１２７３１５号公報

ところで、従来の電子機器の冷却システムは、電子機器の冷却を空調機による冷却のみならず、電子機器に直接取り付けた冷却器を併用することで、空調機の空調動力を削減する効果を期待できる。

しかしながら、空調動力は削減される反面、電子機器に直接取り付けた冷却器の運転動力が加算されるため、トータル的な省エネの観点からみると未だ十分とは言えない。したがって、更なる省エネによるランニングコストの低減が要望されている。特には、電子機器に直接取り付けて冷却する点での省エネが要望されている。

また、電子機器に直接取り付けた冷却器に冷媒を流す場合、複数ある冷却器の１つが故障したり、冷媒配管の一部に穴が開いたりしたり等のトラブル発生時には、電子機器の冷却システムの全てが停止してしまうとの問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、コンピュータ及びサーバ等の精密動作が要求され且つそれ自体からの発熱量が大きな電子機器を、小さなランニングコストで効率的に冷却することができ、しかもトラブル発生時にも被害を小さくすることができる電子機器の冷却システムを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、前記目的を達成するために、複数の電子機器が配設された機器ルームと、前記電子機器に近接してそれぞれ設けられ、前記電子機器から発生する熱で冷媒を気化させることにより該電子機器を冷却する蒸発器と、前記蒸発器よりも高所に設けられ、外気と散水とにより前記冷媒を冷却して前記気化した冷媒を凝縮する冷却塔と、前記蒸発器と前記冷却塔との間で前記冷媒が自然循環する循環ラインと、を備え、前記複数の電子機器を複数のグループにグループ分けすると共に、前記循環ラインを前記冷却塔からのメイン配管と、該メイン配管から分岐して前記グループ分けしたグループごとに冷媒を分流させるグループ配管とで構成し、前記グループ配管には開閉バルブを設けたことを特徴とする電子機器の冷却システムを提供する。

本発明者は、近年、機器ルームに複数配設された電子機器からの発熱量が急激に上昇して、高温の熱（高温空気）が電子機器から発生することに着目した。そして、電子機器に近接してそれぞれ設けた蒸発器と、該蒸発器よりも高所に設けられ外気や散水で冷媒を冷却する冷却塔との間で、年間を通して長い期間、凝縮器（冷凍機から冷水を供給）や圧縮器を必要とせずに冷媒を自然循環させる循環ラインを構築できるとの知見を得た。

即ち、請求項１によれば、電子機器（通常は、機器ルームの空気を取り入れて排気するファンを有する）から発生（排出）される高温の熱を高温状態のままで蒸発器を流れる冷媒と直接熱交換して、冷媒の蒸発を促進することにより、蒸発器よりも高所に設置された冷却塔へ蒸発した冷媒ガスを輸送する輸送動力を得ることができる。更には、蒸発器で蒸発した冷媒ガスが高温化することで、蒸発した冷媒ガスを凝縮して冷媒液体とするための冷却温度を高く設定できる。したがって、凝縮器（冷凍機から冷水を供給）の代わりに外気や散水で冷媒を冷却する冷却塔を使用することが可能となる。冷却されて凝縮した冷媒液体は冷却塔よりも下方に位置する蒸発器に流下し、これにより蒸発器と冷却塔との間で冷媒が自然循環する循環ラインが構築される。

このように自然循環ラインを構築することで冷媒の輸送動力コストを必要としないと共に、循環ラインの冷却側を外気や散水で冷媒を冷却する冷却塔を使用することで、冷却のための熱源負荷を顕著に下げることができ、冷媒を冷却するためのランニングコストを大幅に削減することができる。

また、蒸発器を備えた複数の電子機器を複数のグループにグループ分けすると共に、循環ラインを冷却塔からのメイン配管と、該メイン配管から分岐してグループ分けしたグループごとに冷媒を分流させるグループ配管とで構成し、グループ配管には開閉バルブを設けたので、互いのグループの運転を縁切りすることができる。これにより、例えば複数ある蒸発器の１つが故障したり、グループ配管の１つに穴が開いたりした等のトラブル時には、トラブルが発生したグループ配管だけ冷媒の流れを停止できるので、他のブループの蒸発器、即ち電子機器にはトラブルが影響されない。したがって、トラブル発生時の被害を小さくすることができる。

請求項２は請求項１において、前記グループ配管ごとに、該グループ配管を流れる冷媒と熱交換して冷媒を冷却する熱交換器を設けると共に、該熱交換器の使用をＯＮ−ＯＦＦするＯＮ−ＯＦＦ手段を設けたことを特徴とする。

請求項２によれば、グループ配管ごとに熱交換器を設けてグループ配管を流れる冷媒を熱交換器で冷却できるようにすると共に、熱交換器の使用をＯＮ−ＯＦＦするＯＮ−ＯＦＦ手段を設けたので、蒸発器で蒸発した冷媒ガスを凝縮するために必要な冷熱負荷に応じてランニングコストが最も小さくなるように、各種の冷却態様を取ることが可能となる。例えば、通常は冷却塔のみで冷媒を冷却し、冷媒の冷却負荷が冷却塔の冷却能力をオーバーしたときのみ、冷却塔での冷却に加えて熱交換器での冷却を併用することができる。これにより、冷却負荷や冷却塔能力の変動（夏場、冬場等における変動等）に、ランニングコストをそれほど増大させることなく対応できると共に、冷却負荷や冷却塔能力の変動を担保しつつ、グループごとの運転を縁切りするための構成をシンプル化することができる。

請求項３は請求項１又は２において、前記機器ルーム内から吸い込んだ高温空気を冷却して前記機器ルーム内に戻す空調機を設けると共に、前記グループ配管は前記空調機まで延設されていることを特徴とする。

請求項３によれば、グループ配管を空調機まで延設することにより、ランニングコストが小さな冷媒を、電子機器ルーム内を冷風で冷却するための空調機の冷熱源としても使用するようにした。これにより、空調機を運転するためのランニングコストをも低減することができる。また、空調機と、電子機器を冷却する蒸発器とを併用することにより、従来の空調システム（特開２００４−２３２９２７号公報に示される床吹き出し空調で電子機器ルーム全体の空気を循環して空調する方式）に比べ、電子機器ルームでの熱溜まり（局所的高温部位）の発生を抑制でき、全体を空調する空調機からの給気温度を高温化することができる。よって、本発明では従来に比べて冷媒の気化（蒸発）温度が高くてよくなり、冷却塔の能力を十分に活用することができる。

したがって、グループ配管の冷媒を空調機の冷却部に供給することは、空調機の省エネと、冷却塔の能力発揮の両方に寄与する。

また、グループごとに空調機もグループ化することで、上記したトラブル時にも適切に対応できる。

請求項４は請求項１〜３の何れか１において、前記電子機器はサーバであると共に、前記機器ルームはサーバルームであることを特徴とする。

本発明は、精密動作が要求され且つそれ自体からの発熱量が大きな電子機器の全てに適用することができるが、電子機器がサーバで、機器ルームがサーバルームである場合に一層の効果を期待できるからである。

以上説明したように、本発明に係る電子機器の冷却システムによれば、コンピュータ及びサーバ等の精密動作が要求され且つそれ自体からの発熱量が大きな電子機器を、小さなランニングコストで効率的に冷却することができ、しかもトラブル時発生時にも被害を小さくすることができる。

以下、添付図面に従って本発明に係る電子機器の冷却システムの好ましい実施の形態について詳説する。尚、電子機器の一例として、サーバルームに配設されたサーバの例で説明する。

図１は、本発明の電子機器の冷却システム１０を示した概念図である。

図１に示すように、２階建ての建屋１２内には、サーバルーム１４Ａ、１４Ｂが１階と２階のそれぞれに形成される。そして、１階及び２階の床面２０Ａ，２０Ｂの裏側には、それぞれ床下チャンバ２２Ａ，２２Ｂが形成される。床面２０Ａ，２０Ｂには、複数の吹出口（不図示）が配置され、後記する空調機７８（図３参照）からの冷風は、床下チャンバ２２Ａ，２２Ｂを通って床面２０Ａ，２０Ｂからサーバルーム１４Ａ、１４Ｂに吹き出される。吹出口は、各サーバ２８の前面側近傍に配置されることが好ましく、これにより吹き出された冷風がサーバ２８に供給されることで、サーバ２８を効率良く冷却することができる。

図２に示すように、サーバルーム１４Ａ、１４Ｂにはサーバラック２６が配設され、サーバラック２６に複数のサーバ２８が段積み状態で収納される。サーバラック２６には、移動用キャスタ２４を設けて、移動可能に配置することが好ましい。サーバ２８は、ファン３０を備えており、矢印３２に示すようにサーバルーム１４Ａ、１４Ｂの空気を吸い込んで排気することにより、サーバ２８で発生した熱がサーバ２８から排出される。尚、図１で示した２階建ての建屋１２、サーバルーム１４Ａ、１４Ｂの数、サーバルーム１４Ａ、１４Ｂに配設されるサーバラック２６の数、サーバラック２６に段積みされるサーバ２８の数等は一例であり、図１及び図２には限定されない。

また、図１に示すように、サーバラック２６に収納されたそれぞれのサーバ２８には、蒸発器３４が設けられる。尚、図１では、サーバ２８と蒸発器３４との関係が分かり易いように、サーバラック２６ではなくサーバ２８で図示してある。

蒸発器３４の内部には冷却コイル３６が設けられ、冷却コイル３６内を流れる冷媒液体がサーバ２８から発生する高温空気で蒸発することにより周囲から気化熱を奪いガス化する。これにより、サーバ２８自体やサーバ２８から排出される高温空気を冷却する。また、蒸発器３４を備えた複数のサーバ２８は、複数のグループにグループ分けされる。図１の場合には、１階のサーバルーム１４Ａに設置されたサーバ２８を一つのグループ（第１グループ）とし、２階のサーバルーム１４Ｂに設置されたサーバ２８を別のグループ（第２グループ）としてグループ化した。尚、グループ分けの仕方は、上記に限定されず、更に細かくグループ分けすることもできる。

一方、建屋１２の屋上には冷却塔３８が設けられる。冷却塔３８内には、冷媒が流れる螺旋状配管４１が収納されると共に螺旋状配管４１の上方には、水を螺旋状配管４１に散水する散水管４２が設けられる。また、散水管４２の上方にはファン４４が設けられ、外気を冷却塔３８側面開口から取り込んで上面開口から排出することで、散水される水と取り込まれた外気とのカウンタカレントを形成し、これにより外気を取り込み温度よりも低くなるように冷却する。

そして、冷却塔３８と前述したそれぞれの蒸発器３４との間には、冷媒が自然循環する循環ライン４０が、グループ分けされたグループごとに運転が縁切り可能なように形成される。即ち、蒸発器３４に設けられた冷却コイル３６と冷却塔３８に設けられた螺旋状配管４１との間は、蒸発器３４でガス化した冷媒ガスを冷却塔３８に戻すための戻し配管４６（冷媒ガス流路）と、冷媒ガスを冷却塔３８で冷却して凝縮することにより液化した冷媒液体を蒸発器３４に供給する供給配管４８（冷媒液体流路）とで連結される。戻し配管４６及び供給配管４８は途中で分岐することにより、第１グループである１階のサーバルーム１４Ａに配設されたサーバ２８の蒸発器３４と、第２グループである２階のサーバルーム１４Ｂに配設されたサーバ２８の蒸発器３４とに接続される。ここで、冷却塔３８から分岐されるまでの間における戻し配管４６及び供給配管４８をメイン配管４９と呼び、グループごとに分岐された後における戻し配管４６及び供給配管４８をグループ配管５１と呼ぶことにする。そして、第１及び第２のグループのグループ配管５１には、開閉バルブ５３が戻し配管４６及び供給配管４８の両方に設けられる。

かかる構成において、近年のサーバ２８からの発熱量の急速な上昇により、サーバ２８から発生（排出）される高温の熱を高温状態のままで蒸発器３４を流れる冷媒と直熱熱交換して冷媒の蒸発を促進することにより、蒸発器３４よりも高所に設置された冷却塔３８へ蒸発した冷媒ガスを輸送する輸送動力を得ることができる。使用される冷媒としては、フロン、あるいは代替フロンとしてのＨＦＣ（ハイドロフロロカーボン）等を使用することができる。また、大気圧よりも低い圧力で使用するならば、水を使用することも可能である。ここで、冷媒と表現する場合には、ガス状態の冷媒ガスと、液体状態の冷媒液体の両方を含むものであり、図１には、戻り配管４６を流れる冷媒ガスの流れ方向を白矢印で示し、供給配管４８を流れる冷媒液体の流れ方向を黒矢印で示した。

これにより、蒸発器３４と冷却塔３８との間には、冷媒が自然循環するための循環ライン４０が形成される。即ち、蒸発器３４と冷却塔３８と循環ライン４０とにより、内部に冷媒を封入した無動力のヒートパイプが構築される。また、サーバ２８からの発熱量が大きくなり高温の冷媒ガスを形成できることで、冷媒ガスを凝縮する冷却温度を高めに設定することができ、冷却塔３８による冷却能力でも冷媒ガスを凝縮できる。凝縮した冷媒液体は、冷却塔３８よりも下方に位置する蒸発器３４に流下する。

また、複数の蒸発器をグループ分けすることにより、互いのグループごとに運転を縁切りすることが可能となり、１つのグループで故障があっても他のグループに故障が拡大しないようにできる。もし、１つのグループの例えば第１のグループの蒸発器３４に異常を生じたり、冷媒の流れが停止したりしても、第２のグループに異常が波及することがない。したがって、サーバルーム１４Ａ，１４Ｂに配設された全てのサーバ２８の冷却に異常が発生することを防ぐことができるので、トラブル発生時の被害を小さくすることができる。

また、それぞれの蒸発器３４には、サーバ２８から排出された高温空気が蒸発器３４で冷却された後の風の温度を測定する温度センサ５０が設けられると共に、冷却コイル３６の出口には、冷却コイル３６に供給する冷媒の供給流量（冷媒流量）を調整するための蒸発器用バルブ５２（流量調整手段）が設けられる。そして、温度センサ５０による測定温度に基づいて蒸発器用バルブ５２の開度が自動調整される。これにより、蒸発器３４で冷却された後の風の温度が設定温度よりも低くなり過ぎた場合には、蒸発器用バルブ５２の開度が絞られて冷媒の供給流量が減少される。このように、冷媒の供給流量を必要以上に多くしないことで、冷媒を冷却するための冷却負荷を小さくすることができるので、冷却塔３８での冷却だけでも十分な冷却能力を発揮できる。

このことをもう少し詳しく述べると、サーバ２８は、ファン３０により、サーバルーム１４Ａ，１４Ｂの空気をサーバ内に取り込んで加熱され、加熱された高温空気と蒸発器３４での冷媒との間で熱交換され、冷却された風が温度センサ５０で測定される。

一方、冷媒自然循環システムでは、従来の圧縮式空調システムとは異なり、気化（蒸発）温度より低い凝縮温度が必要になるため、蒸発温度を高く設定することができれば、凝縮温度、即ち冷却塔で使用する外気の温度も高くすることができ、より高温の外気条件でも冷却塔での冷却能力を利用できることになる。即ち、外気温度が高い中間期においても冷却塔単独での冷却が可能となり、冷凍機の運転を抑制してランニングコストの削減が可能となる。

また、それぞれのグループ配管５１には、該グループ配管５１を流れる冷媒を必要に応じて更に冷却するための熱交換器５４が設けられる。ここで、必要に応じてとは、冷媒を冷却塔３８で冷却して凝縮するための冷却負荷の増大や、冷却塔３８能力の季節変動等に応じて冷却塔３８のみでは冷却能力が足りない場合に熱交換器５４を使用することを意味する。即ち、熱交換器の冷媒コイル５６と、グループ配管５１とが接続され、熱交換器５４の冷水コイル５８と、冷凍機６０と、が冷水循環ライン６２（点線で示す）を介して連結される。冷水循環ライン６２は、冷凍機６０から熱交換器５４に冷水を供給する冷水供給配管６４と、熱交換器５４から冷凍機６０に熱交換後の冷水を戻す冷水戻し配管６６とで構成され、冷水供給配管６４には、冷水ポンプ６８が設けられる。これにより、冷水ポンプ６８を運転（ＯＮ）することにより、熱交換器５４への冷水が熱交換器５４に供給され、グループ配管５１を流れる冷媒と熱交換され、冷却塔３８で冷却された冷媒が更に冷却される。また、冷水ポンプ６８を運転停止（ＯＦＦ）することにより、熱交換器５４への冷水供給が停止される。これにより、グループ配管５１を流れる冷媒は単に熱交換器５４を通過するだけであり、熱交換器の使用は実質的に停止される。尚、本実施の形態では、冷水ポンプ６８が熱交換器５４を使用するためのＯＮ−ＯＦＦ手段であるように構成したが、冷水供給配管６４にバルブ（図示せず）を設けるようにしてもよい。また、冷凍機６０と上記した冷却塔３８とは別の冷却塔６１とを接続して、冷凍機６０の冷熱源とすることで、冷凍機６０の使用電力を削減できる。冷却塔６１の構造は、上記した冷却塔３８と同様である。

したがって、上記の如く熱交換器５４を設けることにより、蒸発器３４で蒸発した冷媒ガスを凝縮するために必要な冷熱負荷に応じてランニングコストが最も小さくなるように、各種の冷却態様を取ることが可能となる。例えば冬場等のように、外気温や水温が低く冷却塔３８の冷却能力が高いときには、冷媒を冷却塔３８のみに流すことで対応できる。また、夏場等のように外気温や水温が高く冷却塔３８のみでは冷媒の冷却能力が不足し易い場合には、冷媒を冷却塔３８と熱交換器５４との両方で冷却することができる。このように、冷却塔３８と熱交換器５４との２つの冷却手段を持ち、それぞれの役割を分担することで、冷却システムの安定運転を担保することができると共に、冷媒を冷却するためのランニングコストを低減できる。

また、図１に示すように、サーバルーム１４Ａ，１４Ｂに隣接して機械室８０Ａ，８０Ｂがそれぞれ設けられ、機械室８０Ａ，８０Ｂに空調機７８がそれぞれ設置される。サーバルーム１４Ａ，１４Ｂと機械室８０Ａ，８０Ｂとを仕切る隔壁８２には、サーバルーム１４Ａ，１４Ｂの空気を空調機７８に吸い込む吸込ダクト７９が貫通して配設され、吸込ダクト７９の一端が空調機７８の冷却部８４に接続される。また、空調機の送風機８６には、吹出ダクト８１の一端が接続されると共に、他端が隔壁８２を貫通して床下チャンバ２２Ａ，２２Ｂに延設される。これにより、吸込ダクト７９を介して空調機７８に取り込まれた空気は、空調機７８の冷却部８４によって冷却され、送風機８６によって吹出ダクト８１を介して床下チャンバ２２Ａ，２２Ｂに吹き出され、床面２０Ａ，２０Ｂからサーバルーム１４Ａ，１４Ｂに吹き出される。この場合、床面２０Ａ，２０Ｂの吹出口（図示せず）は、サーバ２８の前面近傍に冷風が吹き出されるように形成することが好ましい。尚、サーバ２８の前面とは図１の蒸発器３４の反対側の位置である。

かかる空調機７８の冷熱源として、グループ配管５１を流れる冷媒が使用される。即ち、グループ配管５１は空調機７８の冷却部８４まで延設される。これにより、空調機７８を運転するためのランニングコストをも低減することができる。また、循環ライン４０を流れる冷媒を空調機７８の冷却部８４に供給することで、空調機７８からサーバルーム１４Ａ，１４Ｂに供給する冷風の温度が必要以上に低くならないようにできる。空調機７８からの冷風温度を必要以上に低くすると、上述したように、冷却塔３８の冷却負荷が大きくなるので良くない。したがって、グループ配管５１の冷媒を空調機７８の冷却部８４に供給することは、空調機７８の省エネと、冷却塔３８の能力発揮の両方に寄与する。

また、空調機７８についてもグループ分けすることで、もし１つのグループにおいて冷媒の流れが停止する等の異常が発生しても、他のグループの空調機７８の冷却部８４に異常が波及することがない。

上記の如く冷却システム１０を構成することにより、コンピュータ及びサーバ等の精密動作が要求され且つそれ自体からの発熱量が大きな電子機器を、小さなランニングコストで効率的に冷却することができ、しかもトラブル発生時にも被害を小さくすることができる。

また、グループ配管５１ごとに、該グループ配管５１を流れる冷媒と熱交換して冷媒を冷却する熱交換器５４を設けると共に、該熱交換器５４の使用をＯＮ−ＯＦＦするＯＮ−ＯＦＦ手段を設ける構成を採用した。これにより、冷媒の熱負荷変動や冷却塔３８の能力変動（夏、冬等の季節変動）等に対する冷却システムの運転を担保しつつ、トラブル発生時に対応するための構成をシンプル化することができる。

以下に、本発明の電子機器の冷却システムによりランニングコストを低減できる理由を、具体的な数値を挙げて説明する。

（Ａ）冷媒自然循環方式を採用し、蒸発器３４と冷却塔３８との配置位置の高低差及び処理温度差を利用することで、冷媒（熱）の搬送動力がいらなくなる。冷媒自然循環方式では、蒸発器３４から排出され、温度センサ５０で測定される空気温度と、冷却塔３８で冷媒を冷却する空気温度との差ΔＴが５℃以上あれば作動し、無動力で冷媒を搬送できる。従来のセントラル空調方式の冷却システムでは、システムに要する全体動力の１０％程度は冷媒を搬送するポンプ動力で占められており、この冷媒搬送（熱搬送ともいう）に要するポンプ動力を削減できる。

また、近年におけるサーバ２８からの発熱量が急激に上昇して、高温の熱（高温空気）がサーバ２８から発生することにより、従来にも増して上記のΔＴが増加する。そして、このΔＴの増加に従い熱搬送量（システムの熱処理量）が増加する。熱交換器５４の仕様により熱搬送量は変化するが、ΔＴ＝１５℃でサーバ発熱量の半分程度（ΔＴ＝３０℃でサーバ全発熱量）の冷却が可能（サーバ発熱が１５ｋＷであれば、ΔＴ＝１５℃で７．５ｋＷ，ΔＴ＝３０℃で１５ｋＷ全ての熱処理が可能）。サーバラック排気（蒸発器側の空気温度）は、通常４０℃程度であり、外気温度が２５℃（ΔＴ＝１５℃に相当）以下であれば、サーバ発熱の半分を外気のみで冷却、外気温度１０℃（ΔＴ＝３０℃に相当）以下であればサーバ発熱の全量を外気で処理できる。例えば、東京では外気温度１０℃以下の時間が約２６００時間（全時間数の約３０％）あり、外気温度１０℃以下でのみ外気冷熱を利用した運転を行えば、熱源の熱負荷を従来よりも３０％削減できる。また、外気温度１０℃〜２５℃の時間数は全時間数の約４０％であり、この期間（中間期）も外気を利用してサーバ発熱全体の５０％を外気処理で行えば、熱源の熱負荷を従来よりも５０％削減できる。

（Ｂ）冷媒ガスの冷却に冷却塔３８を採用し、冬期及び中間期（春、秋）の低温外気のもつ冷熱を有効利用することにより、熱源設備（従来であれば、パッケージエアコンの圧縮機）で製造する冷却熱量を低減できる。事実、従来のパッケージエアコンの効率：ＣＯＰ［製造する冷熱量（ｋＷ）／投入電力量（ｋＷ）］は、２〜２．５であるが、本発明の外気利用の冷却ではＣＯＰが３０以上になる。

（Ｃ）サーバ２８に近接した蒸発器３４を用いて、サーバ２８ごとに局所冷却を行うことにより、局所的な熱溜まりを防止できる。

例えば、データ処理センター設備において、サーバラックに搭載されるサーバは正常に動作する空気温度条件が指定されており、サーバによって若干異なるが、吸い込み空気条件は２５℃以下が一般的である。

一方、従来の床吹き出し方式の空調では、パッケージ空調機からの給気温度は１８℃程度、空調機への戻り空気温度は２６℃程度で運転されている。これは実際の運転では、サーバラック排気（通常４０℃程度）と給気とが部分的に混合してサーバラックに吸い込まれるため、サーバラック吸い込み空気温度２５℃を満足するには、給気温度が低温（実際の空気温度は１８℃程度）でなければならないからである。

これに対して、局所熱処理ユニット方式でサーバラックを冷却した場合には、出口空気温度２５℃を満足するため、給気温度が低温でなくても、即ち１８℃よりも高くてもサーバ吸い込み空気温度２５℃を満足できるようになり、例えば給気温度２３℃と従来の１８℃と比べて５℃も高くすることが可能となる。通常、パッケージ空調方式の冷却システムでは給気温度を１℃高くすることで、上記した効率（ＣＯＰ）を３％程度向上させることができ、給気温度５℃の上昇により、ＣＯＰを１５％程度向上できる。

かかる局所冷却による熱溜まりの防止に対して従来では、空調機７８からサーバルーム１４Ａ，１４Ｂに給気する空調エアを低温化することで、サーバ２８等の電子機器への熱溜まりの影響を防止していた。しかし、このように給気温度を低温化すると、蒸発器３４で気化される冷媒ガス温度が低くなり過ぎる。この結果、冷媒ガスを冷却して凝縮する冷媒手段の設定温度も低くしなくてはならず、冷却塔３８のような冷却能力のそれほど大きくない冷却手段は使用できなくなる。

これに対して、本発明では、冷却塔３８で冷却された冷媒を、空調機７８の冷却部８４に供給することで、給気温度が低くなり過ぎないようにできるので、冷却塔３８のような冷却能力のそれほど大きくない冷却手段の使用が可能となる。また、給気温度を上昇させることができることにより、冷却システム全体のＣＯＰを向上できる。この場合、冷却塔３８で冷却された冷媒を、空調機７８の冷却部８４に供給する構成でも、熱溜まりの防止を十分行うことができ、全く問題ない。

また、本発明では、蒸発器３４の上方に冷却塔３８を配置して冷媒を自然循環するようにしたが、例えば循環ライン４０の供給配管４８及び分岐供給配管６０に不図示の冷媒ポンプを設けることで、冷媒を自然循環せずに冷媒ポンプで搬送するように構成することも可能である。これにより、蒸発器３４と冷却塔３８との位置関係において、蒸発器３４の上方に冷却塔３８が配置されなくてもよくなり、蒸発器３４と冷却塔３８の配置に制約を受けずに自由に配置することができる。

尚、上記した実施の形態における冷却システム１０は、電子機器としてサーバ２８の例で説明したが、本発明は、それ自体からの発熱量が大きな電子機器の全てに適用することができる。

本発明の電子機器の冷却システムの実施の形態を説明する概念図 サーバ及びサーバラックを説明する説明図

符号の説明

１０…冷却システム、１２…建屋、１４Ａ…１階のサーバルーム、１４Ｂ…２階のサーバルーム、１６Ａ… １階の天井面、１６Ｂ… ２階の天井面、２０Ａ…１階の床面、２０Ｂ…２階の床面、２２Ａ…１階の床下チャンバ、２２Ｂ…２階の床下チャンバ、２４…キャスタ、２６…サーバラック、２８…サーバ、３０…サーバのファン、３２…高温空気、３４…蒸発器、３６…冷却コイル、３８…冷却塔、４０…循環ライン、４１…螺旋状配管、４２…散水管、４４…冷却塔のファン、４６…戻り配管、４８…供給配管、４９…メイン配管、５０…温度センサ、５１…グループ配管、５２…蒸発器用バルブ、５３…開閉バルブ、５４…熱交換器、５６…冷媒コイル、５８…冷水コイル、６０…冷凍機、６１…冷却塔、６２…冷水循環ライン、６４…冷水供給配管、６６…冷水戻り配管、６８…冷水ポンプ、７８…空調機、７９…吸込ダクト、８０Ａ…１階の機械室、８０Ｂ…２階の機械室、８１…吹出ダクト、８２…隔壁、８４…空調機の冷却部、８６…空調
機のファン

Claims (4)

1. 複数の電子機器が配設された機器ルームと、
   前記電子機器に近接してそれぞれ設けられ、前記電子機器から発生する熱で冷媒を気化させることにより該電子機器を冷却する蒸発器と、
   前記蒸発器よりも高所に設けられ、外気と散水とにより前記冷媒を冷却して前記気化した冷媒を凝縮する冷却塔と、
   前記蒸発器と前記冷却塔との間で前記冷媒が自然循環する循環ラインと、を備え、
   前記複数の電子機器を複数のグループにグループ分けすると共に、前記循環ラインを前記冷却塔からのメイン配管と、該メイン配管から分岐して前記グループ分けしたグループごとに冷媒を分流させるグループ配管とで構成し、前記グループ配管には開閉バルブを設けたことを特徴とする電子機器の冷却システム。
2. 前記グループ配管ごとに、該グループ配管を流れる冷媒と熱交換して冷媒を冷却する熱交換器を設けると共に、該熱交換器の使用をＯＮ−ＯＦＦするＯＮ−ＯＦＦ手段を設けたことを特徴とする請求項１の電子機器の冷却システム。
3. 前記機器ルーム内から吸い込んだ高温空気を冷却して前記機器ルーム内に戻す空調機を設けると共に、前記グループ配管は前記空調機まで延設されていることを特徴とする請求項１又は２の電子機器の冷却システム。
4. 前記電子機器はサーバであると共に、前記機器ルームはサーバルームであることを特徴とする請求項１〜３の何れか１の電子機器の冷却システム。

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