JP2010164218A - サーバーマシン室の空調方式 - Google Patents

Abstract

【課題】供給される冷気と熱排気との混合損失を減少させサーバーマシン室の効果的な温度分布を実現する。サーバーマシンからの熱排気の拡散を防止して冷却効率の高い空調方式を提供する。
【解決手段】サーバーマシン室の天井面上に空調給気通路を形成し、床面下に空調還気通路を形成する。サーバーラック列間の空間を１つおきに、空調給気される列から成るコールドアイルと熱排気される列から成るホットアイルとに設定する。コールドアイルの天井面に空調吹出口を設けて空調給気通路とサーバーマシン室とを連通させ、さらにホットアイルの床面に排気吸込口を設けてサーバーマシン室と空調還気通路とを連通させる。空調機からの冷気を空調給気通路へと送り込み、空調吹出口を通じてコールドアイルに冷気を送り込み、サーバーラックとの熱交換後の暖気をホットアイルから排気吸込口を通じて床下の空調還気通路へと送り出す。
【選択図】図１

Description

本発明は電算機室に設置されたサーバーマシン収容用ラックの列に効率的に冷気を供給するための空調方式（システム）に関する。

データーセンター等の電算機室に設置されている高度に集積化されたサーバーマシンは、その発熱量が大きくなると機器の運用温度を超えてシステム停止などのトラブルを引き起こす可能性がある。一般に、多数のサーバーマシンは垂直方向に延伸するサーバーラック（棚）に収容され、さらに複数のサーバーラックが側部を接しながら列状に配置されてサーバーラック列を形成している。大量のサーバーマシンを冷却するために、複数のサーバーラック列の間の隙間に冷気を供給して、サーバーマシンの温度上昇を抑制するような空調システムが採用されている。

かかる空調システムにおいては、サーバーラック列で区切られたサーバー室内の空間のうちサーバーマシンの排熱だけを集めた空間は「ホットアイル」と呼ばれて常時３０〜４０℃に達するといわれ、一方空調機が送り出す冷気が供給される空間は「コールドアイル」と呼ばれている。これまでの空調システムでは、サーバーラックはその前面から空気を吸い込んでプロセッサ等の内部部品を冷却し、背面から排熱を排出する構造になっていた。このためラック前面が接する空間をコールドアイル、背面側をホットアイルとするのが一般的であった。しかしながら、サーバーラック列の数が増大してくると、このような単純な構造では温度上昇を抑制するには不充分であり、冷却効率を改良するための空調システムとして次のような技術が提案されてきた。

特開平２００４−１８４０７０「機器収容用ラック、電算機室用空気調和装置および電算機室用空調システム」では、空気調和装置から吹き出された冷却用空気を、通路の床下の内部空間を流動させ、床面に設けた孔から床上へと吹き出させ、この冷却用空気がラックに収容された機器を冷却した後、ラックの上方の空間を流動させて空気調和装置へと戻すようになっている。また、上面または背面から排出された空気が前面へと回り込むのを阻止する板材、前面下方から上面側へと空気が回り込むのを阻止する板材、あるいはラック群の上面間に渡された遮蔽体などを設けることも提案されている。

特開平２００４−２３２９２７「電子機器収容用ラック、電算機室用空気調和装置および電算機室用空調システム」では、室外から採り入れられた冷却用空気を床下内部空間に流動させ、電子機器収納用ラックの背面又は上方の空間を流動させ、換気装置を介して室外へ排出するようになっている。

本発明の主たる目的は、供給される冷気と熱排気との混合損失を減少させ、サーバーマシン室の効果的な温度分布を実現することが可能な空調方式を提供することにある。
本発明の他の目的は、サーバーマシンからの熱排気の拡散を防止して、冷却効率の高い空調方式を提供することにある。

前述した課題を解決するため、本発明は、鉛直方向に延伸する複数のサーバーラックがそれぞれ側部を接しながら列状に配置されてなるサーバーラック列の複数の列が、相互に離間した状態で内部に配列されているサーバーマシン室における新規な空調方式を提供する。

かかる空調方式において、本発明の第１の態様では、サーバーマシン室の天井面の上側に空調給気通路を形成し、サーバーマシン室の床面の下側に空調還気通路を形成し、離間した状態で隣接配置されたサーバーラック列間の空間を１つおきに、空調給気される列から成るコールドアイルと熱排気される列から成るホットアイルとに設定する。前記コールドアイルの天井面に空調吹出口を包含する空調吹出エリアを設けて前記空調給気通路と前記サーバーマシン室とを連通させ、さらに前記ホットアイルの床面に排気吸込口を包含する排気吸込エリアを設けて前記サーバーマシン室と前記空調還気通路とを連通させ、空調機からの冷気を前記空調給気通路へと送り込み、前記空調吹出エリアの空調吹出口を通じてコールドアイルに冷気を送り込み、サーバーラックとの熱交換後の暖気をホットアイルから前記排気吸込エリアの排気吸込口を通じて床面下側の前記空調還気通路へと送り出すようになっている。

かかる構成に基づき、本発明による空調方式によれば、サーバーラック列の間の空間が１つおきにコールドアイルとホットアイルとに明確に区分されることになり、供給される冷気と熱排気との混合損失を大幅に減少させることができて、サーバーマシン室の効果的な温度分布を実現することが可能になる。
また、サーバーラック列の間の空間がコールドアイルとホットアイルとに明確に区分される結果、サーバーマシンからの熱排気がランダムな方向に拡散するのを防止することができ、冷却効率の高い空調方式が実現できることになる。コンピュータシミュレーションの結果によれば、空調利用温度差を、一般的な６℃から８℃〜１０℃へと拡大することが可能になり、空調風量も従来の６０〜８０％程度へと大幅な削減が可能となることが判明した。

本発明の第２の態様では、サーバーマシン室の天井面の上側に空調給気ダクトを配置し、サーバーマシン室の床面の下側に空調還気通路を形成し、離間した状態で隣接配置されたサーバーラック列間の空間を１つおきに、空調給気される列から成るコールドアイルと熱排気される列から成るホットアイルとに設定する。前記コールドアイルの天井面に空調吹出口を設けて前記空調給気ダクトと前記サーバーマシン室とを連通させ、さらに前記ホットアイルの床面に排気吸込口を包含する排気吸込エリアを設けて前記サーバーマシン室と前記空調還気通路とを連通させ、空調機からの冷気を前記空調給気ダクトへと送り込み、前記空調吹出エリアの空調吹出口を通じてコールドアイルに冷気を送り込み、サーバーラックとの熱交換後の暖気をホットアイルから前記排気吸込エリアの排気吸込口を通じて床面下側の前記空調還気通路へと送り出すようになっている。

本発明の第２の態様は、基本的に第１の態様における空調給気通路を空調給気ダクトに置き換えたものであるから、第１の態様と同様の作用効果を達成することができる。

本発明はその第３の態様として、ホットアイルの上部に、隣接するサーバーラック列間の頂部を架け渡す可動式又は固定式の板状体又は遮蔽体などを配置し、熱排気がホットアイルの上部からサーバーマシン室内に拡散するのを防ぐようになっている。

本発明による空調方式の第１実施態様の縦断面図。 本発明による空調方式の第２実施態様の縦断面図。 図１の空調方式の中央部分の水平断面図。 本発明による空調方式の第３実施態様の縦断面図。 本発明による空調方式の第４実施態様の縦断面図。 図４の空調方式の中央部分の水平断面図。

図１及び図３は、本発明による第１の実施態様であるサーバーマシン室１０用の空調方式（システム）を表しており、鉛直方向に延伸する複数のサーバーラック１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａがそれぞれ側部を接しながら列状に配置されてなるサーバーラック列の複数の列１１，１２，１３，１４が、相互に離間した状態で、サーバーマシン室１０の内部に配列されている。

サーバーマシン室の天井面２０の上側には空調給気通路２２が形成され、サーバーマシン室の床面３０の下側には空調還気通路３２が形成され、いわゆる二重床方式が採用されている。
離間した状態で隣接配置されているサーバーラック列１１，１２，１３，１４間の空間は１つおきに、空調給気される列から成るコールドアイル４１，４２，４３と熱排気される列から成るホットアイル５１，５２とに設定され、コールドアイルの天井面に空調吹出エリア２４，２５，２６が設けられて空調給気通路２２とサーバーマシン室１０とが連通させられ、さらにホットアイルの床面に排気吸込エリア３４，３５が設けられてサーバーマシン室１０と空調還気通路３２とが連通させられている。各空調吹出エリア２４，２５，２６にはそれぞれ複数個の空気吹出口（空調吹出口）、例えばＶＨＳ型ユニバーサルグリル等の制気口が設置され、各排気吸込エリア３４，３５にはそれぞれ複数個の排気吸込口、例えば開口付き床パネル等が設置されている。

サーバーマシン室１０に隣接する空調機械室６０の内部には、周知のドライコイルユニット６２やクーラーユニット等の空調機が設けられ、冷気を上向きに吹き出して空調給気通路２２へと送り出すようになっている。
かくして、空調機６２からの冷気が空調給気通路２２へと送り込まれ、空調吹出エリア２４，２５，２６の空気吹出口を通じてコールドアイル４１，４２，４３に冷気が送り込まれ、サーバーラック１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａとの熱交換後の暖気がホットアイル５１，５２から排気吸込エリア３４，３５の排気吸込口を通じて床面下側の空調還気通路３２へと送り出されるようになっている。

図２は本発明による第２の実施態様を表しており、第１の態様における空調給気通路２２の代わりに空調給気ダクト２２’を配置し、さらに空調吹出エリア２４，２５，２６を複数の空気吹出口２４’，２５’，２６’に置き換えたものである。この空調方式も第１の態様と同様の作用効果を達成することができる。

図４及び図６は、本発明による第３の実施態様を表しており、ホットアイル５１，５２の上部に、隣接するサーバーラック列１１と１２，１３と１４の間の頂部を架け渡す可動式又は固定式の板状体又は遮蔽体７１，７２などが配置され、熱排気が上昇してホットアイルの上部からサーバーマシン室内に拡散するのを防ぐような構造になっている。

図５は本発明による第４の実施態様を表しており、第３の態様における空調給気通路２２の代わりに空調給気ダクト２２’を配置し、さらに空調吹出エリア２４，２５，２６を複数の空気吹出口２４’，２５’，２６’に置き換えたものである。この空調方式も第３の態様と同様の作用効果を達成することができる。

本発明による空調方式の冷却効率を確認するために、サーバーマシン室のモデルについて温度環境を調べるコンピュータシミュレーションを実施した。解析エリアはサーバーマシン室とその天井内及び床下とした。シミュレーション条件として、サーバーラック列を４列とし、吹出エリア、吸込エリア共、大中小の３種類を配置した。これらのシミュレーション結果から、空調利用温度差を、一般的な６℃から８℃〜１０℃へと拡大することが可能になり、空調風量も従来の６０〜８０％程度へと大幅な削減が可能となることが判明した。

かくして、本発明による空調方式によれば、サーバーラック列の間の空間が１つおきにコールドアイルとホットアイルとに明確に区分されることになり、供給される冷気と熱排気との混合損失を大幅に減少させることができて、サーバーマシン室の効果的な温度分布を実現することが可能になる。また、サーバーラック列の間の空間がコールドアイルとホットアイルとに明確に区分される結果、サーバーマシンからの熱排気がランダムな方向に拡散するのを防止することができ、冷却効率の高い空調方式が実現できることになる等、その技術的効果には極めて顕著なものがある。

１０ サーバーマシン室
１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ サーバーラック
１１，１２，１３，１４ サーバーラック列
２０ 天井面
２２ 空調給気通路
２４，２５，２６ 空調吹出エリア
３０ 床面
３２ 空調還気通路
３４，３５ 排気吸込エリア
４１，４２，４３ コールドアイル
５１，５２ ホットアイル
６２ 空調機
７１，７２ 板状体

Claims (3)

1. 鉛直方向に延伸する複数のサーバーラック（１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ）がそれぞれ側部を接しながら列状に配置されてなるサーバーラック列の複数の列（１１，１２，１３，１４）が、相互に離間した状態で内部に配列されているサーバーマシン室（１０）における空調方式であって、
   サーバーマシン室の天井面（２０）の上側に空調給気通路（２２）を形成し、サーバーマシン室の床面（３０）の下側に空調還気通路（３２）を形成し、
   離間した状態で隣接配置されたサーバーラック列間の空間を１つおきに、空調給気される列から成るコールドアイル（４１，４２，４３）と熱排気される列から成るホットアイル（５１，５２）とに設定し、
   前記コールドアイルの天井面に空調吹出口を包含する空調吹出エリア（２４，２５，２６）を設けて前記空調給気通路と前記サーバーマシン室とを連通させ、さらに前記ホットアイルの床面に排気吸込口を包含する排気吸込エリア（３４，３５）を設けて前記サーバーマシン室と前記空調還気通路とを連通させ、
   空調機（６２）からの冷気を前記空調給気通路へと送り込み、前記空調吹出エリアの空調吹出口を通じてコールドアイルに冷気を送り込み、サーバーラックとの熱交換後の暖気をホットアイルから前記排気吸込エリアの排気吸込口を通じて床面下側の前記空調還気通路へと送り出すことを特徴とするサーバーマシン室の空調方式。
2. 鉛直方向に延伸する複数のサーバーラック（１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ）がそれぞれ側部を接しながら列状に配置されてなるサーバーラック列の複数の列（１１，１２，１３，１４）が、相互に離間した状態で内部に配列されているサーバーマシン室（１０）における空調方式であって、
   サーバーマシン室の天井面（２０）の上側に空調給気ダクト（２２’）を配置し、サーバーマシン室の床面（３０）の下側に空調還気通路（３２）を形成し、
   離間した状態で隣接配置されたサーバーラック列間の空間を１つおきに、空調給気される列から成るコールドアイル（４１，４２，４３）と熱排気される列から成るホットアイル（５１，５２）とに設定し、
   前記コールドアイルの天井面に空調吹出口（２４’，２５’，２６’）を設けて前記空調給気ダクトと前記サーバーマシン室とを連通させ、さらに前記ホットアイルの床面に排気吸込口を包含する排気吸込エリア（３４，３５）を設けて前記サーバーマシン室と前記空調還気通路とを連通させ、
   空調機（６２）からの冷気を前記空調給気ダクトへと送り込み、前記空調吹出口を通じてコールドアイルに冷気を送り込み、サーバーラックとの熱交換後の暖気をホットアイルから前記排気吸込エリアの排気吸込口を通じて床面下側の前記空調還気通路へと送り出すことを特徴とするサーバーマシン室の空調方式。
3. 前記ホットアイルの上部に、隣接するサーバーラック列間の頂部を架け渡す可動式又は固定式の板状体又は遮蔽体（７１，７２）などを配置し、熱排気がホットアイルの上部からサーバーマシン室内に拡散するのを防ぐようになっている請求項１又は２記載の空調方式。

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