JP2010061446A - サーバークーラーシステム - Google Patents

Abstract

【課題】既存のサーバーラックとは独立して設置できるサーバークーラーシステムを提供する。
【解決手段】サーバーラック１０の天井部１９に対し上方に設置される循環ユニット５０を有するサーバークーラーシステム３０を提供する。循環ユニット５０は、吸気を冷却して排気するための冷却ユニット６０と、サーバーラック１０の天井部１９に対し上方で、天井部１９に対し前方１５に配置され、下向きに排気するための吹き出し口５５と、サーバーラック１０の天井部１９に対し後方１６に配置され、下側から吸気するための吸い込み口５６とを備えている。サーバーラック１０の前方１５にエアーカーテン４１を形成でき、サーバーラック１０の後方１６から熱風４９を吸気できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ラック（キャビネット、収納庫）に搭載されたサーバーの動作環境を向上するシステムに関するものである。

特許文献１には、高性能、薄型化が進むサーバーシステムへの構造的な変更を伴わず、ラックキャビネットへ搭載したラックキャビネットシステムとして、冷却効果を高めることが記載されている。そのため、ラックマウントサーバーシステムを搭載した冷却機構付きラックキャビネットであって、ラック本体内部の空間を前面と背面に分離する分離ウォールと、ラック本体に搭載されて分離ウォールにより分離された一方側から吸気し、分離ウォールにより分離された他方側に冷却して排気する冷却装置と、ラック本体内部に騒音収集材とを設けたラックキャビネットが開示されている。

特許文献２には、汎用性のサーバーラックを効率よく冷却することが可能で、部屋の温度を上げずに冷却でき、エコ対策に寄与するサーバーラック用冷却装置を提供することが記載されている。そのため、サーバーラック内の前面上部に着脱自在なダウンフローユニットを設け、サーバーラックの側板の一枚と交換自在に設けられた交換パネルを設け、交換パネルを介してダウンフローユニットに冷気を供給するクーラーユニットを設け、該クーラーユニットを覆い室外排気用ダクトに連結してクーラーユニットの排熱を室外に排気せしめるクーラーカバーを設け、クーラーユニットからの冷気をダウンフローユニットでサーバーラックの下方に向けて強制的に吹き込むことが記載されている。
特開２００８−１７１０７８号公報 特開２００６−０９３３８８号公報

サーバーは、ブレード化や高密度実装化が進み、サーバーより出力される熱対策が追い付かず、サーバールームの熱トラブルが顕著になる傾向にある。サーバールームの新設、サーバールームの空調システムの刷新といった根本的な対策は種々の点で容易ではない。しかしながら、特許文献１のように、ラックキャビネットに冷却機構を取り付けるシステムは、既存のサーバーシステムに適用しようとするとラックキャビネットを交換する必要があり、コストだけの問題ではなく、既存のサーバーシステムを一時的に停止させる必要がある。

特許文献２のシステムは、既存のサーバーラックに装着して使用するものである。しかし、既存のサーバーラックに装着するために、サーバーラックのパネルを交換し、ダウンフローユニットをサーバーラックの内部に新たに装着しなくてはならない。さらに、サーバールームに、クーラーユニットを設置するためのスペースを新たに確保する必要がある。

このため、既存、新設を問わず、サーバーメーカなどが供給する市販の、あるいはスタンダードなサーバーラック（サーバーキャビネット）にほとんど影響を与えず、省スペースでサーバーの熱トラブルに対応できるサーバークーラーシステムが要望されている。

本発明の一態様は、サーバーラックの天井部、典型的には天板に対し上方に設置される循環ユニットを有するサーバークーラーシステムである。この循環ユニットは、吸気を冷却して排気するための冷却ユニットと、サーバーラックの天井部に対し上方で、天井部に対し前方に配置され、下向きに排気するための吹き出し口と、サーバーラックの天井部に対し後方に配置され、下側から吸気するための吸い込み口とを備えている。

この循環ユニットは、サーバーラックの天井部に対して上方、すなわち、サーバーラックの外側上方に設置される。したがって、サーバーラックに循環ユニットを取り付けてもよいが、典型的には、循環ユニットをサーバールームの天井から吊り下げたり、サーバーラックの周囲にスタンド（脚）を立てることにより、サーバーラックに対して独立して支持するためのサポートを設けることができる。このため、既存あるいは新設のサーバーラックに基本的には影響を与えずに設置でき、さらに、サーバーラックの上方のスペースを利用することにより設置スペースも省略できる。

循環ユニットは、サーバーラックの天井部に対して上方に設置されるので、サーバーラックの天井部に対し上方前方に吹き出し口を配置でき、下向きに排気することにより、サーバーラックの前面（外側）前方を中心にエアーカーテン的な流れを形成できる。循環ユニットの排気の温度は、サーバールームの空調システムにより供給される冷気の温度と同程度でも、多少上下してもよい。サーバーラックの前面前方にエアーカーテン的な流れを形成することにより、サーバーラックに収納される機器自らの排熱あるいは他の機器の排熱が、機器前方に回り込んで機器それぞれの冷却能力を阻害して熱トラブルに繋がることを防止できる。

さらに、サーバーラックの内部ではなく、サーバーラックの外側前方にエアーの流れを形成することにより、サーバーラックに収納される個々の機器の前面というよりは、サーバーラック全体の前方にエアーの流れを形成できる。このため、サーバーラックの上方に設置される機器だけではなく、サーバーラックの下方に設置される機器、たとえば、ＵＰＳも含めて排熱の影響を抑制できる。

サーバーラックの前方に形成されるエアーカーテン的な流れをサーバーラックに収納される機器が内部に持つファンの影響を考慮してサーバーラックの下方までより確実に形成するには、循環ユニットは、吹き出し口より、サーバーラックの前面に対して斜め前方に排気することが望ましい。たとえば、鉛直方向に対して、１０−１５度程度前方に排気することは有効である。

循環ユニットは、サーバーラックの天井部に対して上方に設置されるので、サーバーラックの天井部に対し後方に吸い込み口を配置でき、下側から吸気できる。したがって、サーバーラックに収納される機器からの排熱を、サーバーラックの外側後方を中心に回収でき、サーバーラックの内部に排熱が滞留することを抑制できる。

さらに、サーバーラックの後面の後方（外側）に連設された簡易ダクトを設けることが可能となり、この簡易ダクトの上部を循環ユニットの吸い込み口に接続できる。簡単なパーティションなどにより簡易ダクトを設けることにより、サーバーラックに収納される機器の排熱がサーバーラック内に滞留したり、前方に回り込んだりすることをさらに抑制できる。

循環ユニットの冷却ユニットはセパレートタイプであってもよく、その場合、循環ユニットの側には屋内ユニットのみが搭載されることが望ましい。また、吸気を冷却するためのエバポレータと、エバポレータを循環する冷媒を冷却するためのコンデンサとを含む一体型であってもよく、この場合は、コンデンサの排熱を上方（天井側）へ放出することにより、サーバールームの空調システムと協調した空調システムを形成できる。

図１に、サーバールームに設置されたサーバーラックと、サーバークーラーシステムとの一例の概略構成を示している。図２に、サーバーラックと、サーバークーラーシステムの外観を示している。サーバールーム１の床２には、サーバーラック１０が設置されており、その上方および後方を囲うようにサーバークーラーシステム３０が設置されている。それぞれのサーバーラック１０は縦長の収納庫（キャビネット）であり、内部が多段に分かれており、サーバー１１およびサーバー１１に関連する機器を収納するようになっている。

この例では、サーバーラック１０には、上の２段にブレードタイプのサーバー１１とネットワークカード１２が収納され、その下の段にディスクユニット１３が収納され、最下段にＵＰＳ１４が収納されている。サーバーラック１０に収納される機器はこれらに限定されず、ルーターなどのネットワーク制御用の機器、光ディスクなどのディスクユニット以外のタイプのストレージ用の機器などが収納されることもある。

サーバーラック１０の天井部１９は典型的には天板で構成され閉鎖されているが、フレームで構成された開放型であっても、多孔性の部材により構成されていてもよい。サーバーラック１０の前方１５の面（前面１７）は開放されているか、通気性の高い、典型的には網状の扉により覆われている。サーバーラック１０の後方１６の面（後面１８）は開放されているか、開口率の高いパーティションによりカバーされている。サーバーラック１０に収納された機器の後方のスペース１８ａは、サーバー１１、ネットワークカード１２などの機器同士を接続したり、それらの機器をネットワークに接続するための配線を敷設するスペースも兼ねている。サーバー１１、ディスクユニット１３、ＵＰＳ１４などのサーバーラック１０に収納される機器は、それぞれの機器の内部を冷却するためのファン（不図示）を備えており、機器の前方１５、すなわち、サーバーラック１０の前面１７から空気を機器内に導入し機器の後方、すなわち、サーバーラック１０の後ろ側のスペース１８ａへ排気するようになっている。

サーバークーラーシステム３０は、サーバーラック１０の天井部（天板）１９に対し上方、すなわち、天板１９の外側上方に設置される循環ユニット５０を有する。循環ユニット５０は、吸気５２を冷却して排気するための冷却ユニット６０と、排気５１を吹き出すための吹き出し口５５と、吸気５２を吸い込むための吸い込み口５６とを有する。吹き出し口５５は、サーバーラック１０の天板１９に対し上方で、天板１９に対し前方１５に配置され、排気５１を下向きに吹き出すようにアレンジされている。吸い込み口５６は、サーバーラック１０の天板１９に対し後方１６に配置され、下側から吸気５２を吸い込むようにアレンジされている。

冷却ユニット６０は、循環ユニット５０の前側に配置されたエバポレータ６１と、エバポレータ６１に向かい、循環ユニット５０の前方へ空気を供給するためのファン６２とを含む。ファン６２により吸い込み口５６から吸い込まれた空気（吸気）５２は、エバポレータ６１により冷却され、吹き出し口５５から排気（冷気、冷風）５１として吹き出される。冷却ユニット６０は、さらに、エバポレータ６１を循環する冷媒を圧縮するためのコンプレッサ６３と、圧縮された冷媒を冷却するためのコンデンサ６４と、コンデンサ６４をサーバールーム内の空気６８により冷却するためファン６５とを含む。コンデンサ６４の排熱６９は循環ユニット５０の上方、すなわち、サーバールーム１の天井３の側へ放出され、サーバールーム１の天井３に設置された空調システム５の負荷となり冷却される。

サーバークーラーシステム３０は、さらに、サーバーラック１０の後面１８の後方（外側後方）１６に連設された簡易ダクト３５を含む。簡易ダクト３５は、サーバーラック１０の外側後方に、ダクトスペースを確保するように配置された後方パネル３６と、サーバーラック１０の側壁を延長するように配置されたサイドパネル３７とにより構成される。簡易ダクト３５の上部は、循環ユニット５０の吸い込み口５６に繋がっている。後方パネル３６およびサイドパネル３７は、循環ユニット５０をサーバーラック１０に対して独立して床２から支持するためのサポート部材としての機能も備えている。循環ユニット５０をサーバーラック１０と独立して床２から支持するためのフレームを設け、簡易ダクト３５を構成するための後方パネル３６およびサイドパネル３７もその循環ユニット５０のサポートとなるフレームにより支持する構造を採用してもよい。サイドパネル３７は、サーバーラック１０の後方の配線作業が簡単にできるようにドアとしての機能を備えていることが望ましい。

このサーバークーラーシステム３０は、サーバーラック１０の天井部１９に対して上方（外側上方）に設置される循環ユニット５０と、サーバーラック１０の後方１６に設置される簡易ダクト３５とを含み、サーバーラック１０の上方と後方とを覆った構成となっている。循環ユニット５０および簡易ダクト３５は、サーバーラック１０に対して独立して床２から支持されており、既存のサーバーラック１０に対しても、新設のサーバーラック１０に対しても、循環ユニット５０および簡易ダクト３５は設置できる。そして、サーバーラック１０の後方１６からサーバーラック１０に収納された機器の排熱により高温になった空気５２を吸気でき、吸気した空気５２の温度を下げて、サーバールーム１の所定の温度程度まで温度が下がった空気（冷気）５１をサーバーラック１０の前方１５に排気できる。

すなわち、循環ユニット５０は、サーバーラック１０の天井部（天板）１９に対して上方に設置されるので、サーバーラック１０の天井部１９に対し上方前方に吹き出し口５５を配置できる。この循環ユニット５０では、ハウジング５９がサーバーラック１０の前方まで突き出ており、ハウジング５９の下側に、排気５１を下側に向けて吹き出す口５５が設けられる。サーバーラック１０の上方の外側前方に上から下に向けて排気５１が吹き出されることにより、サーバーラック１０の外側前方１５に、サーバーラック１０の前面１７に沿って上から下に流れるエアーカーテン４１が形成される。したがって、サーバーラック１０の前面１７の外側（前方）１５は、循環ユニット５０からの排気５１により形成されるエアーカーテン４１により包まれる。

循環ユニット５０の排気５１の温度は、サーバールーム１の空調システム５により供給される冷気の温度と同程度でも、多少上下してもよい。サーバーラック１０の前方１５にエアーカーテン的な流れ４１を形成することにより、サーバーラック１０に収納される機器、たとえば、サーバー１１、ＵＰＳ１４の排熱が、それら機器の前方に回り込んで機器それぞれの冷却能力を阻害して熱トラブルに繋がることを防止できる。すなわち、サーバー１１、ＵＰＳ１４などのサーバーラック１０に収納される機器は、一般的に、機器前面から空気を吸い込んで内部を冷却し後方へ排出する。このサーバーラック１０に収納された機器は、循環ユニット５０により冷却された排気５１により、サーバーラック１０の前方１５に形成されたエアーカーテン４１から主に空気を吸い込んで内部を冷却する。

さらに、サーバーラック１０の外側前方１５にエアーカーテン４１を形成することにより、サーバーラック１０に収納されるサーバー１１などの個々の機器、サーバーラック１０の内部の棚などの影響を受けずに、サーバーラック１０の前方全体にエアーの流れ４１を形成できる。このため、サーバーラック１０の上方に設置される機器（たとえば、サーバー１１）だけではなく、サーバーラック１０の下方に設置される機器（たとえば、ディスクユニット１３、ＵＰＳ１４）にも、循環ユニット５０において冷却された排気５１を供給でき、自己あるいは他の機器からの排熱の影響を抑制できる。

さらに、サーバーラック１０の外側前方１５に吹き出された空気５１によりエアーカーテン４１を形成するので、吹き出し口５５の角度を変えたり、ダンパー、フィンなどの整流装置を設けることにより、サーバーラック１０の前面１７に対して斜め前方に排気することができる。たとえば、鉛直方向に対して、５−２０度程度、さらに好ましくは１０−１５度程度前方に排気５１を吹き出してエアーカーテン４１を形成することにより、いっそう確実にサーバーラック１０の下側まで届くエアーカーテン４１を形成できる。このため、ＵＰＳ１４などのサーバーラック１０の下側に設置される機器の熱トラブルを防止できる。

また、循環ユニット５０は、サーバーラック１０の天井部（天板）１９に対して上方に設置されるので、サーバーラック１０の天井部１９に対し後方１６に吸い込み口５６を配置できる。この循環ユニット５０では、ハウジング５９がサーバーラック１０の後方１６に突き出ており、ハウジング５９の下側に吸い込み口５６が配置されている。したがって、サーバーラック１０に収納されるサーバー１１などの機器からの排熱により高温になった空気（熱風）４９を、サーバーラック１０の外側後方１６、この例では、簡易ダクト３５を通って回収できる。このため、サーバーラック１０の内部に機器の排熱が滞留したり、機器の前方に回り込んで高温の空気が機器を循環するような熱トラブルを防止できる。簡単なパーティション３６および３７による簡易ダクト３５を設けることにより、熱風４９をサーバーラック１０から積極的に排出でき、熱風４９が前方に回り込んだりすることを抑制できる。

このように、このサーバークーラーシステム３０は、サーバーラック１０の後方外側から機器の発熱により高温になった空気を吸い込み、発熱分の熱量が循環ユニット５０によりほぼ除去された空気５１によりサーバーラック１０の外側前方１５を覆う。したがって、サーバーラック１０に収納されたサーバー１１などの機器のそれぞれが、ラック１０の外から冷風を吸い込み、温風をラック１０の外へ放出することができる。このため、サーバーラック１０の内部の棚やパーティションなどのラック自身の構成に比較的影響を受けずに、サーバーラック１０の上側のみならず下側に収納された機器の冷却を促進できる。

さらに、循環ユニット５０をサーバーラック１０の外側上方に配置するので、既設のサーバーラック１０を加工せずにサーバークーラーシステム３０を構築できる。また、サーバーラック１０を加工する必要はなく、また、基本的にサーバーラック１０との取り合いもないので、サーバーメーカあるいはラックメーカの標準品のラック１０との組み合わせも容易であり、低コストでサーバークーラーシステム３０を提供できる。

また、このサーバークーラーシステム３０の循環ユニット５０は、空気をサーバーラック１０の後方１６から吸って前方１５へ排出し、サーバーラック１０に収納されたサーバー１１などの機器が発生した熱量を除去することに特化できる。このため、循環ユニット５０としては、顕熱除去能力が高く、潜熱除去能力は低くてもよい。したがって、循環ユニット５０は、顕熱除去専用タイプあるいは顕熱比の高い（高顕熱の）冷却ユニット６０を有することが望ましい。

図３は、サーバークーラーシステム３０の異なる例である。このサーバークーラーシステム３０は、吊り下げ型のサポート７１を有し、循環ユニット５０を、サーバーラック１０に対して所定の位置になるように、サーバールーム１の天井３から吊り下げている。このように、循環ユニット５０をサーバールーム１の天井３から吊り下げることにより、サーバールーム１の床２を全く占有しないでサーバークーラーシステム３０を設置することができる。

図４は、サーバークーラーシステム３０のさらに異なる例である。このサーバークーラーシステム３０は、スタンドアロン用のサポート７３および７５を有し、循環ユニット５０を、サーバーラック１０に対して所定の位置になるように、サーバールーム１の床２からサーバーラック１０とは別に、独立して支持している。この例では、循環ユニット５０を支持するために、専用のスタンドまたはフレームといったサポート７３および７５を組み立てて、サポート７３および７５に循環ユニット５０を搭載するだけでサーバークーラーシステム３０を構築できる。したがって、天井３を補強する必要もなく、既存のサーバーラック１０に加工を加えることもなく、サーバークーラーシステム３０を施工できる。なお、サーバーラック１０の側に強度的な余裕があれば、循環ユニット５０を支持する一部のサポート、たとえば、前方のサポート７３をサーバーラック１０に取り付けることも可能である。

図３および図４に示したサーバークーラーシステム３０において、サーバーラック１０の後方１６に図１に示したような簡易ダクト、あるいはさらに簡易にビニールシートなどによりダクトを形成することも可能である。サーバーラック１０に収納されたそれぞれ機器のファンにより、機器毎の熱風４９はサーバーラック１０の後方１６へ排出されることが多い。熱風４９はサーバーラック１０の後方１６を上方へ進み、循環ユニット５０はサーバーラック１０の後方上部に吸い込み口５６を備えている。このため、効率よく各機器からの排熱により熱くなった空気５２を吸い込んで回収できる。簡易ダクトを設けることにより、さらに各機器から排出される熱風４９を回収しやすく、また、熱風４９のまわりこみも防止しやすい。

循環ユニット５０の冷却ユニット６０はセパレートタイプであっても良い。コンプレッサ、コンデンサを屋外ユニットに設置し、循環ユニット５０の冷却ユニット６０としてはエバポレータを中心とする屋内ユニットだけを搭載することにより、循環ユニット５０をいっそう軽量でコンパクトにすることができる。冷却ユニット６０が一体型の場合は、コンデンサ６４の排熱６９をサーバールーム１の天井３へ放出することにより、サーバールーム１の空調システム５の能力を効率よく用い、サーバーラック１０に収納されたサーバー１１などの排熱を除去できる。

サーバークーラーシステムの一例の概略構成を示す図。 サーバークーラーシステムを構築した状態を示す斜視図。 サーバークーラーシステムの異なる例を示す図。 サーバークーラーシステムのさらに異なる例を示す図。

符号の説明

１ サーバールーム
１０ サーバーラック、１１ サーバー
３０ サーバークーラーシステム
５０ 循環ユニット

Claims (5)

1. サーバーラックの天井部に対し上方に設置される循環ユニットを有するサーバークーラーシステムであって、
   前記循環ユニットは、吸気を冷却して排気するための冷却ユニットと、
   前記サーバーラックの前記天井部に対し上方で、前記天井部に対し前方に配置され、下向きに排気するための吹き出し口と、
   前記サーバーラックの前記天井部に対し後方に配置され、下側から吸気するための吸い込み口とを備えた、サーバークーラーシステム。
2. 請求項１において、前記循環ユニットは、前記吹き出し口より、前記サーバーラックの前面に対して斜め前方に排気する、サーバークーラーシステム。
3. 請求項１または２において、前記サーバーラックの後面の後方に連設された簡易ダクトであって、上部が前記循環ユニットの前記吸い込み口に接続された簡易ダクトをさらに有する、サーバークーラーシステム。
4. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記循環ユニットを天井および／または床から前記サーバーラックに対して独立して支持するためのサポートをさらに有する、サーバークーラーシステム。
5. 請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記循環ユニットの冷却ユニットは、前記吸気を冷却するためのエバポレータと、前記エバポレータを循環する冷媒を冷却するためのコンデンサとを含み、前記コンデンサの排熱を上方へ放出する、サーバークーラーシステム。

Images