JP2010205962A - 電子機器冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】商用電源の電力供給が停止した場合でも、電子機器の冷却を行うことが可能な電子機器冷却装置を提供する。
【解決手段】サーバー３を収納したサーバーラック１０に蒸発器２１を配置し、蒸発器２１から延びたメイン冷媒配管３１に熱源ユニット３０を接続し、熱源ユニット３０を冷却運転させて、蒸発器２１によりキャビネット１１内のサーバー３を冷却するサーバーラック冷却装置１００において、熱源ユニット３０の冷却運転により供給される冷熱を蓄熱可能な蓄熱ユニット４０と、蓄熱ユニット４０の冷熱を蒸発器２１に熱搬送するポンプ４５と、商用電源３００とは独立して電力を供給可能なＵＰＳ５０とを備え、商用電源３００から熱源ユニット３０への電力供給の停止が検出された場合に、ＵＰＳ５０によりポンプ４５を駆動して、蓄熱ユニット４０に蓄熱された冷熱を蒸発器２１に熱搬送する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器を冷却する電子機器冷却装置に関する。

一般に、電子機器を収容するためのキャビネットの空気出口側に空気−水熱交換器を配置し、キャビネットに収容された電子機器に付設したファンで送風される空気を上記空気−水熱交換器で冷却して室内に戻す電子機器冷却装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の電子機器冷却装置は例えばサーバールームに設置され、サーバールームに設置されるサーバーやネットワーク機器等の電子機器を冷却する。
米国特許出願公開第２００６／０２３２９４５号明細書

しかし、上述した技術では、例えば、停電等により商用電源からの電力供給が停止した場合に、電子機器の冷却を行うことができないという問題点があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、商用電源の電力供給が停止した場合でも、電子機器の冷却を行うことが可能な電子機器冷却装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、電子機器を収納したキャビネットに蒸発器を配置し、この蒸発器から延びた冷媒配管に、電動機により駆動される圧縮機及び凝縮器を有し商用電源により駆動される熱源ユニットを接続し、前記熱源ユニットを冷却運転させて、前記蒸発器により前記キャビネット内の前記電子機器を冷却する電子機器冷却装置において、前記熱源ユニットの冷却運転により供給される冷熱を蓄熱可能な蓄熱ユニットと、前記蓄熱ユニットの冷熱を前記蒸発器に熱搬送するポンプと、前記商用電源とは独立して電力を供給可能なバックアップ電源と、前記商用電源から前記熱源ユニットへの電力供給の停止を検出する検出手段とを備え、前記検出手段により電力供給の停止が検出された場合に、前記バックアップ電源により前記ポンプを駆動して、前記蓄熱ユニットに蓄熱された冷熱を前記蒸発器に熱搬送すること、を特徴とする電子機器冷却装置を提供する。
上記構成によれば、商用電源によってキャビネットの蒸発器により電子機器を冷却する電子機器冷却装置が、冷却運転により熱源ユニットから供給される冷熱を蓄熱する蓄熱ユニットを備え、商用電源の電力供給が停止した場合には、バックアップ電源によってポンプを駆動し、蓄熱ユニットの冷熱をポンプによってキャビネットの蒸発器に熱搬送することで、キャビネットに収納された電子機器を冷却する。このため、停電等により商用電源の電力供給が停止した場合であっても電子機器を冷却できる。さらに、冷却運転時に蓄熱した冷熱を用いることで、電力供給の停止時に冷熱を生成する必要がないので、バックアップ電源は熱搬送用のポンプを駆動できればよい。つまり、電力供給の停止時の消費電力が小さくて済む。このため、バックアップ電源の電力消費を抑えることができ、長時間の停電にも対応可能となる。また、停電時への対応能力を低下させることなくバックアップ電源の容量を抑えることができ、コスト及び設置スペースを節約できる。

また、上記構成において、前記蓄熱ユニットは、前記熱源ユニット内に設けられてもよい。
この場合、蓄熱ユニットを熱源ユニット内に設けることで、キャビネットや、キャビネットが設置された室内のスペースの大型化を回避できる。
また、上記構成において、前記蓄熱ユニットは、蓄熱体を収容した蓄熱タンクと、蓄熱タンクに設けられ一端が膨張弁を介して前記凝縮器の吐出側に接続され、他端が前記圧縮機の吸込側に接続された冷媒管とを備えてもよい。
この場合、蓄熱タンクが蓄熱体と冷媒配管とを備え、凝縮器から膨張弁を経た冷媒を上記冷媒配管を通して圧縮機の吸込側へ流すので、上記冷媒配管において冷媒と蓄熱体とを熱交換させることで、蓄熱体に冷熱を効率よく速やかに蓄熱できる。
また、上記構成において、前記蓄熱ユニットは、氷蓄熱タンクと、氷蓄熱タンクに設けられ一端が膨張弁を介して前記凝縮器の吐出側に接続され、他端が前記圧縮機の吸込側に接続された冷媒管とを備えてもよい。
この場合、熱容量が大きい水（氷）を蓄熱体として用いることで、多量の冷熱を効率よく速やかに蓄熱し、この大容量の冷熱によって、商用電源の電力供給停止時に電子機器を確実に冷却できる。

上記構成において、前記蓄熱ユニットは、前記熱源ユニットに対して前記キャビネット側の前記蒸発器と並列に接続され、前記蒸発器と前記蓄熱ユニットとの間は熱媒体回路で接続され、前記ポンプは前記熱媒体回路に設けられ、前記検出手段により電力供給の停止が検出された場合には、前記バックアップ電源により前記ポンプを駆動して、前記蓄熱ユニットの冷熱を前記蒸発器に熱搬送してもよい。
この場合、キャビネットの蒸発器と並列に接続された蓄熱ユニットにより、冷却運転時に冷熱を蓄積し、商用電源の電力供給が停止した場合はポンプを駆動することで、熱媒体回路を介して蓄熱ユニットから蒸発器へ冷熱を熱搬送する。これにより、蓄熱ユニットに効率よく冷熱を蓄熱できる上、商用電源の電力供給が停止した場合にはポンプを駆動するだけで電子機器を冷却できる。また、この商用電源の電力供給停止時における熱搬送の経路が、通常の冷却運転時の冷媒配管とは別の熱媒体回路であるため、無駄な経路を熱搬送することがなく、冷熱を搬送する際の損失を抑制し、効率よく冷熱を搬送して電子機器を冷却できる。

本発明によれば、停電等により商用電源の電力供給が停止した場合であっても、電子機器を冷却でき、電力供給の停止時の消費電力が小さくて済む電子機器冷却装置を提供できる。

［第１の実施の形態］
以下、図面を参照して本発明を適用した実施の形態について詳述する。
図１は、第１の実施の形態に係るサーバーラック冷却装置１００（電子機器冷却装置）の構成を示す図である。
図１に示すサーバールーム２は、冷却対象である電子機器としてのサーバー３（図２）が収納されたサーバーラック１０が配置される部屋であり、室内冷却用空気調和機１によって冷却（空調）される。

室内冷却用空気調和機１は、室外ユニット（図示略）と、サーバールーム２の天井空間内に設置された室内ユニット１３０とを備え、室内ユニット１３０は、室内熱交換機１３１及び室内ファン１３２を備えている。
サーバールーム２を冷却する場合、室内冷却用空気調和機１は、室内熱交換機１３１を蒸発器として機能させると共に、室内ファン１３２が発生する負圧により、ダクト１４４を介して天井に設けられた複数（本実施形態では３つ）の吸込口１４２から室内の空気を吸い込み、室内熱交換機１３１を通過させて冷却した後、ダクト１４５を介して床下空間１４６に導く。床下空間１４６に導かれた空気は、床に設けられた吹出口１４７から室内に吹き出し、サーバールーム２を冷却した後、再び、吸込口１４２から吸い込まれる。このようにして、サーバールーム２と室内ユニット１３０間を空気が循環し、サーバールーム２内が冷却される。

図２はサーバーラック１０の構成を示す図である。
サーバーラック１０は、前面及び後面が開口したキャビネット１１を備え、このキャビネット１１の底には、キャスタ１３が設けられ、サーバーラック１０が容易に移動可能となっている。

キャビネット１１の内部には、複数のサーバー３が、その背面をキャビネット１１の後面に向けて上下に段積み配置される。サーバー３は、例えば、ブレードサーバー等によって構成され、冷却用のファン４を備えており、サーバー３内の温度が所定温度を超えるとファン４を駆動し、サーバー３内に外気を導入するとともにサーバー３の背面から排気する強制空冷機能を備えている。このため、サーバー３の背面をキャビネット１１背面に向けて配置することで、ファン４の駆動時に、図２に破線矢印で示すように、ファン４によりサーバールーム２の室内空気がキャビネット前面開口６４から吸い込まれ、サーバー３を冷却した後、リアドア１２を通過してサーバールーム２の室内に排出される。
なお、サーバー３には、ＵＰＳ（Uninterruptible Power supply：無停電電源装置）から電源電力が供給され、落雷等に起因して商用電源３００に停電が発生したり、商用電源３００から熱源ユニット３０までの間に配設されている安全装置（遮断装置）が動作したりして、商用電源３００からの電力供給が停止した場合に、ＵＰＳからの電源の供給を受けてサーバー３及びファン４は動作を継続する。商用電源３００の電力供給の停止は、ごく短時間のもの（いわゆる瞬停）から、長時間にわたる停電まで様々であるが、いずれの場合もＵＰＳによる電源供給が行われる。このＵＰＳは、バッテリー（図示略）を内蔵し、通常時は商用電源からの電力を供給し、商用電源の停止時にはバッテリーからの電源を供給する。より具体的には、ＵＰＳは、商用電源によりバッテリーを充電状態に保つとともに、商用電源の供給時には商用電源に基づいてサーバー３へ電源を供給し、商用電源による電力供給が停止すると即座にバッテリーの電力に基づく直流電源、または、この直流電源からインバーターで生成した交流電源の出力に切り替える。

キャビネット１１の後面には、後面開口６５を閉塞自在に片開きで開閉するリアドア１２が設けられている。このリアドア１２を開けることによって、キャビネット１１内のサーバー３にアクセス可能となる。このリアドア１２は、通気自在に構成されるとともに、その内部に蒸発器２１が配設される。
この蒸発器２１は、図２に示すように、サーバーラック１０のリアドア１２に一体的に構成されており、リアドア１２の略上下に渡って延在し、上下略中間部を境に上側蒸発部２２と下側蒸発部２３とに分割され、キャビネット１１上半分のサーバー３の冷却を上側蒸発部２２が受け持ち、下半分のサーバー３の冷却を下側蒸発部２３が受け持つように構成される。本実施の形態のサーバーラック１０は送風ファンを具備せず、サーバー３に内蔵されたファン４によってサーバー３の排熱で暖められた空気が蒸発器２１を流通する。この構成では送風ファンを内蔵しないためにリアドア１２の奥行き寸法が短くなるので、サーバーラック１０自体の奥行き寸法を短くできるという利点があるが、リアドア１２内に送風ファンを配置して、この送風ファンによって室内空気をキャビネット１１内に導入し、サーバー３を通った空気を蒸発器２１に流通させてもよい。

蒸発器２１は、例えば、銅管とアルミニウム製板フィンとを備えるフィンアンドチューブ型の熱交換器によって構成されている。蒸発器２１の銅管には、図１に示すように、熱源ユニット３０から延びるメイン冷媒配管３１（液管３１Ａ及びガス管３１Ｂ）がフレキシブル配管（フレキシブル液管２５及びフレキシブルガス管２６）を介して接続されており、これにより冷媒回路１８が形成されている。

メイン冷媒配管３１は、サーバールーム２の上床２Ａと下床２Ｂとの間の床下空間内を引き回されており、メイン冷媒配管３１につながるフレキシブル液管２５及びフレキシブルガス管２６は、上床２Ａの開口穴２Ｃ（図２）を通ってリアドア１２内の蒸発器２１につながる。このため、図２に示すように、フレキシブル液管２５及びフレキシブルガス管２６が蒸発器２１から下方に延びた後に床下空間内で緩やかに曲がるように引き回され、これらフレキシブル液管２５及びフレキシブルガス管２６の長さに余裕を持たせておくことによってリアドア１２開閉時にフレキシブル液管２５及びフレキシブルガス管２６だけがリアドア１２の動きに合わせて移動する。従って、リアドア１２開閉時に他の配管に力が作用することがなく、他の配管、例えば、液管３１Ａ及びガス管３１Ｂに鋼管を適用することが可能である。

熱源ユニット３０は、図１に示すように、能力可変型の圧縮機３２、圧縮機モーター３３（電動機）、室外ファン３７を駆動する室外ファンモーター３４、凝縮器３５、電動膨張弁３６及び制御ユニット８０を備えている。圧縮機モーター３３、室外ファンモーター３４、及び他の各部は商用電源３００からの電力供給を受けている。
そして、圧縮機モーター３３によって駆動される圧縮機３２が冷媒回路１８に充填された冷媒を圧縮して吐出することにより、冷媒回路１８内を冷媒が循環し、冷凍サイクル運転（冷却運転）を行う。この冷凍サイクル運転では、圧縮機３２によって圧縮された高温高圧の冷媒が凝縮器３５に送出され、凝縮器３５において室外ファン３７により送風される外気と熱交換して液冷媒となり、膨張弁３６に送られる。膨張弁３６では液冷媒が低圧の液冷媒となって液管３１Ａへ送出され、フレキシブル液管２５から蒸発器２１に入り、蒸発器２１において蒸発する。蒸発器２１で蒸発した低温低圧のガス冷媒はフレキシブルガス管２６からガス管３１Ｂを通って熱源ユニット３０内に達し、圧縮機３２の吸込管３２Ａに吸い込まれ、再び圧縮される。

また、熱源ユニット３０は、蓄熱ユニット４０を備えている。本実施の形態の蓄熱ユニット４０は、蓄熱体としての水を貯留する蓄熱タンク４１と、この蓄熱タンク４１内を通る冷媒管４２とを有し、冷媒管４２を通る冷媒と蓄熱タンク４１の水とを熱交換させることにより、蓄熱タンク４１の氷により冷熱を蓄熱する氷蓄熱ユニットである。蓄熱タンク４１に収容される蓄熱体としては、水（氷）のほか、パラフィンや合成樹脂等を用いることができ、液体と固体との相変化をするもの、蓄熱前後で液体または固体の状態を保つもののどちらであってもよい。また、蓄熱体としては、潜熱蓄熱をするものに限らず、顕熱蓄熱するものを用いても良い。本実施の形態では一例として水を用い、蓄熱容量の大容量化及び低コスト化を図っている。

熱源ユニット３０の冷媒回路１８は、膨張弁３６の吐出側で２つに分岐しており、一方には液管３１Ａが接続され、他方には蓄熱ユニット４０の冷媒管４２の一端が接続されている。また、冷媒管４２の他端は圧縮機３２の吸込管３２Ａに接続されている。そして、熱源ユニット３０の冷却運転時には、膨張弁３６を出た冷媒が冷媒管４２に流れ、冷媒管４２において蒸発することにより蓄熱タンク４１の水と熱交換して水を冷却して、氷を生成する。
ここで、膨張弁３６の吐出側の冷媒配管と冷媒管４２の一端との間には、制御ユニット８０の制御により開閉される電動弁３８が設けられ、この電動弁３８が開弁されている間のみ冷媒管４２に冷媒が流れる。

そして、冷媒管４２の一端には、ポンプ４５が接続されている。ポンプ４５は、冷媒管４２の一端と液管３１Ａとをつなぐ冷媒配管上に設けられ、この冷媒配管内の冷媒を輸送する。ポンプ４５は、制御ユニット８０によって制御され、上述した冷却運転時には停止しており、商用電源３００の電力供給が停止した場合に運転される。ポンプ４５が運転されると、吸込管３２Ａに至るガス管３１Ｂから冷媒管４２へ冷媒が流れ込み、この冷媒管４２において蓄熱タンク４１の氷の冷熱によって冷媒が冷却され、この冷却された冷媒が冷媒管４２からポンプ４５を通って液管３１Ａに供給される。このため、ポンプ４５の運転によって蓄熱タンク４１の冷熱が蒸発器２１へ熱搬送されるので、サーバーラック１０に収納されたサーバー３が冷却される。

また、熱源ユニット３０にはＵＰＳ５０が設けられ、このＵＰＳ５０からポンプ４５へ電力を供給できる。バックアップ電源としてのＵＰＳ５０は、上述したように落雷等に起因する商用電源３００の停電や、商用電源３００から熱源ユニット３０までの間に配設されている安全装置の作動等により、商用電源３００からの電力供給が停止した場合に、ＵＰＳ５０からの各部へ電源供給可能である。商用電源３００の電力供給の停止は、ごく短時間の瞬停や長時間にわたる停電まで様々であるが、いずれの場合もＵＰＳ５０による電源供給が行われる。ＵＰＳ５０は、バッテリー（図示略）を内蔵し、通常時は商用電源からの電力を熱源ユニット３０の各部に供給し、商用電源の停止時にはバッテリーからの電源を供給する。より具体的には、ＵＰＳ５０は、商用電源によりバッテリーを充電状態に保つとともに、商用電源の供給時には商用電源に基づいてサーバー３へ電源を供給し、商用電源による電力供給が停止すると即座にバッテリーの電力に基づく直流電源、または、この直流電源からインバーターで生成した交流電源の出力に切り替える。この熱源ユニット３０が備えるＵＰＳ５０は、上述したように電源供給停止状態においてサーバー３へ電源を供給するＵＰＳを兼ねていてもよいし、上述したＵＰＳを、ＵＰＳ５０とは別に設けてもよい。

図３は、サーバーラック冷却装置１００の制御系の構成例を示すブロック図である。なお、この図において、実線は制御ラインを示し、破線は電力供給ラインを示す。
制御ユニット８０は、サーバーラック冷却装置１００の各部を中枢的に制御するものであり、ＣＰＵや、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えている。
制御ユニット８０には、サーバーラック１０内に設けられ、サーバーラック１０内の温度を検出するサーバー温度センサー２９Ｅ、２９Ｆ（図２）が接続されており、これらサーバー温度センサー２９Ｅ、２９Ｆからサーバーラック１０内の温度を示す検出信号が制御ユニット８０に入力される。サーバー温度センサー２９Ｅは、上側蒸発部２２に対応する位置に設けられており、サーバー温度センサー２９Ｆは、下側蒸発部２３に対応する位置に設けられている。制御ユニット８０は、サーバー温度センサー２９Ｅ、２９Ｆから入力された検出信号をもとに、例えば統計学的手法により、サーバーラック１０内の温度を求める。
制御ユニット８０は、サーバー温度センサー２９Ｅ、２９Ｆから入力された検出信号から求めた蒸発器２１の温度に基づいて、圧縮機モーター３３、膨張弁３６及び室外ファンモーター３４を制御して、冷却運転を行う。また、制御ユニット８０は、蒸発器２１の温度に基づいて、電動弁３８を制御し、冷媒管４２への冷媒の供給／供給停止を切り替える。この制御ユニット８０の制御により、蓄熱タンク４１に冷熱が蓄熱される。
圧縮機モーター３３、膨張弁３６、電動弁３８、室外ファンモーター３４及び制御ユニット８０には、商用電源３００から電力が供給される。さらに、制御ユニット８０、膨張弁３６、電動弁３８、及びポンプ４５に対しては、ＵＰＳ５０により電源供給可能である。

制御ユニット８０は、商用電源３００からの電力供給が正常である場合には、図示せぬスイッチ回路などにより、熱源ユニット３０への電力の供給元として商用電源３００を選択する。一方、商用電源３００から熱源ユニット３０への電力の供給が停止した場合には、熱源ユニット３０への電力の供給元としてＵＰＳ５０を選択し、ＵＰＳ５０から膨張弁３６、電動弁３８、ポンプ４５、及び制御ユニット８０に電力が供給される。なお、制御ユニット８０に対しては、ＵＰＳ５０から常時電力が供給されており、商用電源３００から熱源ユニット３０への電力の供給が停止した場合においても、作動が継続する。

図４は、サーバーラック冷却装置１００の動作を示すフローチャートである。
このフローチャートに示す動作において、制御ユニット８０は、商用電源３００から熱源ユニット３０への電源供給停止状態の発生を検出する検出手段として機能する。

サーバーラック冷却装置１００に商用電源３００から正常に電力の供給がされている状態で、制御ユニット８０は、サーバー３の冷却に係る通常運転を実行し（ステップＳ１１）、圧縮機モーター３３を駆動させるとともに膨張弁３６の開度を調整し、サーバーラック１０の蒸発器２１を冷却する冷却運転を行う（ステップＳ１２）。とともに、制御ユニット８０は、商用電源３００からの電力供給状態を監視する（ステップＳ１３）。
この冷却運転で、制御ユニット８０は、サーバー温度センサー２９Ｅ、２９Ｆから入力された検出信号に基づいて、サーバーラック１０内の温度（蒸発器２１の温度）を検出すると共に、サーバーラック１０内の温度と目標温度との差分に基づいて、圧縮機モーター３３及び室外ファンモーター３４を制御して、サーバーラック１０内が目標温度になるように制御する。この目標温度とは、サーバー３の好適な運転環境温度として予め設定された値である。一般的なサーバーやネットワーク機器等の電子機器の運転環境としては、１７〜２６℃が適温とされ、目標温度としては、例えば２０℃が設定される。

制御ユニット８０は、電力供給の停止（電源供給停止状態）を検出すると（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、熱源ユニット３０の各部を停止状態に移行させる（ステップＳ１４）。このステップＳ１４では、商用電源３００の電力供給停止により止まった圧縮機モーター３３及び室外ファンモーター３４が停止状態に移行するとともに、サーバー温度センサー２９Ｅ、２９Ｆの制御データが初期化される。これにより、商用電源３００の電力供給が回復したときに圧縮機モーター３３や室外ファンモーター３４が突然動作することを防止でき、初期状態から正常に運転を再開できる。

続いて制御ユニット８０は、ＵＰＳ５０の電源をもとに膨張弁３６の開度を全開に設定して、ポンプ４５の運転を開始する（ステップＳ１５）。これにより、ポンプ４５の動作によって室内冷却用空気調和機１の冷媒回路内を冷媒が流れ、蓄熱タンク４１の冷熱が冷媒を介して熱搬送され、蒸発器２１が冷却される。また、膨張弁３６の開度が全開となるため、圧縮機３２と凝縮器３５との間にある、いわゆる高圧冷媒が、この全開状態の膨張弁３６を介して蓄熱ユニット４０の冷媒管やサーバーラック１０の蒸発器２１に流れ込む。これによって、十分な冷媒量でもってポンプ４４を運転させ、冷媒を循環させることができる。このように、ポンプ４４による冷媒の循環（いわゆる熱搬送）によって冷却を行うので、圧縮機３２を用いた冷凍サイクルによる冷却と比較して、少ない電力で事足りる。また、制御ユニット８０は、このポンプ４５の運転中、商用電源３００の電力供給が復旧したか否かを監視し（ステップＳ１６）、電力供給が復旧した場合は、ステップＳ１７に移行して、もとの動作に戻る。

商用電源３００の電力供給が停止していない間（ステップＳ１３；Ｎｏ）、及び、電力供給が復旧した後（ステップＳ１６；Ｙｅｓ）、制御ユニット８０は、サーバー温度センサー２９Ｅ、２９Ｆの検出信号に基づいて求めた蒸発器２１の温度等に基づいて、冷却負荷ａを検出する（ステップＳ１７）。
続いて、制御ユニット８０は、冷却負荷ａと熱源ユニット３０による冷却能力ｂとを比較し（ステップＳ１８）、冷却負荷ａが冷却能力ｂ以上である場合（ステップＳ１８；Ｎｏ）はステップＳ１２に戻って冷却運転を継続し、冷却負荷ａが冷却能力ｂ未満である場合には（ステップＳ１８；Ｙｅｓ）、電動弁３８を開弁して、冷却運転とともに、冷媒管４２に冷媒を流して蓄熱タンク４１に冷熱を蓄える蓄冷運転を行う（ステップＳ１９）。
その後、制御ユニット８０は、予め設定された所定時間が経過するまで蓄冷運転を継続し（ステップＳ２０）、所定時間経過後にステップＳ１２に戻る。

なお、上記動作では制御ユニット８０がステップＳ１３において商用電源３００の電力供給の停止を判定するものとして説明したが、制御ユニット８０によって商用電源３００を常時監視し、商用電源３００の電力供給の停止を検出した場合には割り込み処理によってステップＳ１４以後の動作を開始し、それまで実行中であった処理を停止または中断してもよい。

以上のように、本発明を適用した第１の実施の形態に係るサーバーラック冷却装置１００は、商用電源３００によってキャビネット１１の蒸発器２１によりサーバー３を冷却し、熱源ユニット３０から供給される冷熱を蓄熱する蓄熱ユニット４０を備え、冷却運転時に蓄熱運転を行って蓄熱ユニット４０に蓄熱し、商用電源３００の電力供給が停止した場合には、ＵＰＳ５０によってポンプ４５を駆動して冷媒を蓄熱ユニット４０から蒸発器２１へ循環させて、蓄熱ユニット４０の冷熱をポンプ４５によって蒸発器２１に熱搬送することにより、サーバー３を冷却する。このため、停電等により商用電源３００の電力供給が停止した場合であってもサーバー３を冷却できる。さらに、冷却運転時に蓄熱ユニット４０に蓄熱した冷熱を用いることで、電力供給の停止時に冷熱を生成する必要がないので、ＵＰＳ５０は熱搬送用のポンプ４５を駆動できればよく、電力供給の停止時の消費電力が小さくて済む。このため、ＵＰＳ５０の電力消費を抑えることができ、小型のＵＰＳ５０であっても長時間の停電に対応できる。また、停電時への対応能力を低下させることなくＵＰＳ５０の容量を抑えることができ、ＵＰＳ５０に係るコスト及び設置スペースを節約できる。

また、蓄熱ユニット４０は、熱源ユニット３０内に設けられているので、サーバーラック１０やサーバールーム２の大型化を回避できる。
蓄熱ユニット４０は、蓄熱体を収容した蓄熱タンク４１と、蓄熱タンク４１に設けられ一端が膨張弁３６を介して凝縮器３５の吐出側に接続され、他端が圧縮機３２の吸込側に接続された冷媒管４２とを備え構成され、凝縮器３５から膨張弁３６を経た冷媒を、冷媒管４２を通して圧縮機３２の吸込側へ流すので、冷媒管４２において冷媒と蓄熱体とを熱交換させることで、蓄熱体に冷熱を効率よく速やかに蓄熱できる。
さらに、蓄熱ユニット４０が備える蓄熱タンク４１は蓄熱体として水を貯留した氷蓄熱タンクであるので、熱容量が大きい水（氷）を蓄熱体として用いることにより、多量の冷熱を効率よく速やかに蓄熱し、この大容量の冷熱によって、商用電源３００の電力供給停止時にサーバー３を確実に冷却できる。

なお、上記第１の実施の形態においては、商用電源３００の電力供給の停止時にポンプ４５によって、冷却運転用のメイン冷媒配管３１で冷媒を循環させる構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、冷却運転用の冷媒回路とは別の媒体回路を設けてもよい。この例について、第２の実施の形態として説明する。

［第２の実施の形態］
図５は、本発明を適用した第２の実施の形態に係るサーバーラック冷却装置１００Ａの構成を示す図である。
この図５に示すサーバーラック冷却装置１００Ａは、上記第１の実施の形態で説明したサーバーラック冷却装置１００とほぼ共通する構成を有し、上述した蓄熱ユニット４０に代えて、蓄熱ユニット６０を備えるとともに、蓄熱ユニット６０に付帯する利用側冷媒回路６３を備えたものである。
サーバーラック冷却装置１００Ａは、サーバーラック冷却装置１００と同様の室内ユニット１３０を備えており、これらの共通する各部は上記第１の実施の形態と同符号を付して説明を省略する。

図１に示すサーバーラック冷却装置１００Ａにおいて、熱源ユニット３０Ａは、熱源ユニット３０と同様に圧縮機３２、圧縮機モーター３３（電動機）、室外ファン３７を駆動する室外ファンモーター３４、凝縮器３５、膨張弁３６及び制御ユニット８０を備え、圧縮機モーター３３、室外ファンモーター３４、及び他の各部は商用電源３００からの電力供給を受けている。
熱源ユニット３０Ａは、圧縮機モーター３３によって駆動される圧縮機３２が冷媒回路１８に充填された冷媒を圧縮して吐出することにより、冷媒回路１８内に冷媒を循環させ、冷凍サイクル運転を行う。この冷凍サイクル運転では、圧縮機３２によって圧縮された高温高圧の冷媒が凝縮器３５に送出され、凝縮器３５において室外ファン３７により送風される外気と熱交換して液冷媒となり、膨張弁３６に送られる。膨張弁３６では液冷媒が低圧の液冷媒となって液管３１Ａへ送出され、フレキシブル液管２５から蒸発器２１に入り、蒸発器２１において蒸発する。蒸発器２１で蒸発した低温低圧のガス冷媒はフレキシブルガス管２６からガス管３１Ｂを通って熱源ユニット３０内に達し、圧縮機３２の吸込管３２Ａに吸い込まれ、再び圧縮される。

一方、サーバールーム２には、複数のサーバーラック１０Ａが配置される。各々のサーバーラック１０Ａは、上記第１の実施の形態におけるサーバーラック１０と同様、キャビネット１１に複数のサーバー３を収容して構成される。サーバーラック１０Ａは、サーバーラック１０が備える蒸発器２１に代えて、蒸発器２１Ａを備えている。
蒸発器２１Ａは、サーバーラック１０Ａに一体的に構成され、蒸発器２１と同様に上下略中間部を境に上側蒸発部２２と下側蒸発部２３とに分割されている。蒸発器２１Ａは、蒸発器２１と同様、例えば、銅管とアルミニウム製板フィンとを備えるフィンアンドチューブ型の熱交換器である。蒸発器２１Ａには熱源ユニット３０Ａから延びるメイン冷媒配管３１がフレキシブル配管（フレキシブル液管２５及びフレキシブルガス管２６）を介して接続されており、これにより冷媒回路１８Ａが形成されている。サーバーラック１０Ａは、フレキシブル液管２５から流入する液冷媒を蒸発器２１Ａにおいて蒸発気化させることにより、サーバーラック１０内のサーバー３を冷却し、蒸発器２１Ａで気化したガス冷媒を、フレキシブルガス管２６を通じてガス管３１Ｂに吐出する。

また、冷媒回路１８Ａにおいて、膨張弁３６の吐出側は分岐しており、一方は上述した液管３１Ａに接続され、他方には蓄熱側冷媒配管６１が接続されている。蓄熱側冷媒配管６１は、熱源ユニット３０Ａと、サーバールーム２内に設置された蓄熱ユニット６０との間に配設された冷媒配管であり、膨張弁３６の吐出側に接続されて、熱源ユニット３０Ａから蓄熱ユニット６０へ冷媒が送出される液管６１Ａと、蓄熱ユニット６０から熱源ユニット３０Ａへ冷媒が戻るガス管６１Ｂとによって構成される。

蓄熱ユニット６０は、蓄熱体としての水を収容した蓄熱タンク６２を有し、この蓄熱タンク６２内の水と、液管６１Ａから流入した冷媒とを熱交換させる熱交換器６１Ｃとを備えている。熱交換器６１Ｃは、例えば二重管式或いはプレート式の熱交換器であって、液管６１Ａから流入した液冷媒を蒸発気化させて蓄熱タンク６２内の水を冷却し、冷熱を蓄える。蓄熱タンク６２の蓄熱体としては、水（氷）のほか、パラフィンや合成樹脂等を用いることができ、液体と固体との相変化をするもの、蓄熱前後で液体または固体の状態を保つもののどちらであってもよい。また、蓄熱体としては、潜熱蓄熱をするものに限らず、顕熱蓄熱するものを用いても良い。本実施の形態では一例として水を用い、蓄熱容量の大容量化及び低コスト化を図っている。

蓄熱ユニット６０は、サーバールーム２内に設置されたサーバーラック１０Ａが有する蒸発器２１Ａと、並列に、膨張弁３６の吐出側に接続されている。熱源ユニット３０Ａにおいて、膨張弁３６の吐出側と液管６１Ａとを繋ぐ管には電動弁３９が設けられている。電動弁３９は制御ユニット８０の制御により開閉され、電動弁３９が開弁すると膨張弁３６から液管６１Ａに冷媒が流れる。
従って、熱源ユニット３０Ａが冷凍サイクル運転を行っている間、制御ユニット８０の制御によって電動弁３９が開弁されると、冷媒が蓄熱側冷媒配管６１に供給され、蓄熱ユニット６０に蓄熱する蓄熱運転が行われる。

さらに、蓄熱ユニット６０には、サーバールーム２内の各々のサーバーラック１０が有する蒸発器２１Ａとの間に、利用側冷媒回路６３が敷設されている。
利用側冷媒回路６３は、蓄熱タンク６２の蓄熱体としての水の冷熱を蒸発器２１Ａに熱搬送するための回路であり、内部には熱媒体としてのブラインが充填されている。利用側冷媒回路６３は、蓄熱タンク６２内の水とブラインとを熱交換させる例えば二重管式或いはプレート式の熱交換器６３Ｃと、熱交換器６３Ｃで冷却されたブラインを蒸発器２１Ａに送出する冷熱供給管６３Ａと、蒸発器２１Ａからブラインが蓄熱ユニット６０に戻る戻り管６３Ｂとを備えて構成される。
冷熱供給管６３Ａ及び戻り管６３Ｂは、サーバールーム２の床下空間１４６を通って各々のサーバーラック１０Ａに延びており、この冷熱供給管６３Ａ及び戻り管６３Ｂから分岐したフレキシブル配管が各サーバーラック１０Ａの蒸発器２１Ａに延びている。
また、蓄熱ユニット６０において、利用側冷媒回路６３にはポンプ６６が設けられている。ポンプ６６は、制御ユニット８０の制御に従って駆動されるポンプであり、熱交換器６３Ｃにおいて冷却されたブラインを冷熱供給管６３Ａへ送出する。

蒸発器２１Ａには、液管３１Ａから供給される冷媒が流れる管とともに、冷熱供給管６３Ａを通して蓄熱ユニット６０から供給されるブラインが流れる管が設けられ、このブラインとサーバーラック１０Ａ内の空気とを熱交換させる。このため、利用側冷媒回路６３にブラインを流通させて、蓄熱タンク６２の冷熱を蒸発器２１Ａに熱搬送することで、サーバーラック１０Ａ内のサーバー３が冷却される。
また、熱源ユニット３０Ａには、商用電源３００の電力供給が停止した場合に電源を供給するＵＰＳ５０が設けられている。

図６は、サーバーラック冷却装置１００Ａの制御系の構成例を示すブロック図である。なお、この図において、実線は制御ラインを示し、破線は電力供給ラインを示す。
この図６に示す構成において、制御ユニット８０には、サーバー温度センサー２９Ｅ、２９Ｆ、圧縮機モーター３３、室外ファンモーター３４及び膨張弁３６に加え、電動弁３９およびポンプ６６が接続されている。サーバー温度センサー２９Ｅ、２９Ｆは、上記第１の実施の形態における蒸発器２１に代えて、蒸発器２１Ａに設けられている。
制御ユニット８０は、サーバー温度センサー２９Ｅ、２９Ｆから入力された検出信号から求めた蒸発器２１Ａの温度に基づいて、圧縮機モーター３３、膨張弁３６及び室外ファンモーター３４を制御して、冷却運転を行う。また、制御ユニット８０は、蒸発器２１Ａの温度に基づいて、電動弁３９を制御し、蓄熱側冷媒配管６１への冷媒の供給／供給停止を切り替える。この制御ユニット８０の制御により、蓄熱ユニット６０の蓄熱タンク６２に冷熱が蓄熱される。

図６に示す構成において、圧縮機モーター３３、膨張弁３６、室外ファンモーター３４及び制御ユニット８０には、商用電源３００から電力が供給される。また、制御ユニット８０とともにポンプ６６にはＵＰＳ５０が接続され、商用電源３００の電力供給が停止した場合に、ＵＰＳ５０から電源を供給できるようになっている。

この構成において、制御ユニット８０は、上記第１の実施の形態で図４を参照して説明したように、商用電源３００からの電力供給を受けている間は冷却運転を行い、メイン冷媒配管３１を通して蒸発器２１Ａに冷媒を流してサーバーラック１０Ａを冷却するとともに、冷却負荷ａを算出し、冷却負荷ａが冷却能力ｂ未満である場合には電動弁３９を開弁して、蓄熱ユニット６０に冷熱を蓄える蓄熱運転を行う。この動作は、図４を参照して説明した動作において、電動弁３８に代えて電動弁３９を開閉する動作に相当する。

また、制御ユニット８０は、商用電源３００の電力供給の停止を検出した場合には、熱源ユニット３０Ａの各部を停止状態に移行させ、商用電源３００の電力供給が復旧するまでの間、ＵＰＳ５０の電源をもとにポンプ６６を運転して、蓄熱ユニット６０の冷熱を、ブラインを介して蒸発器２１Ａに熱搬送し、サーバー３を冷却する。この動作は、図４を参照して説明した動作において、ポンプ４５に代えてポンプ６６を開閉する動作に相当する。

このように、第２の実施の形態に係るサーバーラック冷却装置１００Ａによれば、熱源ユニット３０Ａに対して蒸発器２１Ａと並列に接続された蓄熱ユニット６０を有し、蒸発器２１Ａと蓄熱ユニット６０との間は利用側冷媒回路６３で接続され、利用側冷媒回路６３にポンプ６６が設けられ、商用電源３００の電力供給の停止が検出された場合に、ＵＰＳ５０によりポンプ６６を駆動して、蓄熱ユニット６０の冷熱を蒸発器２１Ａに熱搬送する。これにより、蒸発器２１Ａと並列に接続された蓄熱ユニット６０により、冷却運転時に冷熱を蓄積し、商用電源３００の電力供給が停止した場合はポンプ６６を駆動することで、利用側冷媒回路６３内のブラインを介して蓄熱ユニット６０から蒸発器２１Ａへ冷熱を熱搬送する。これにより、蓄熱ユニット６０に効率よく冷熱を蓄熱できる上、商用電源３００の電力供給が停止した場合にはポンプ６６を駆動するだけでサーバー３を冷却できる。また、この商用電源３００の電力供給停止時における熱搬送の経路として、通常の冷却運転時のメイン冷媒配管３１（冷媒回路１８Ａ）とは独立して利用側冷媒回路６３が設けられているので、無駄な経路を熱搬送することがなく、冷熱を搬送する際の損失を抑制し、効率よく冷熱を搬送してサーバー３を冷却できる。

なお、上記第２の実施の形態で、利用側冷媒回路６３内を流れるブラインとしては、水や有機溶媒等の液体、或いは、これら液体に不凍液や防腐剤等を混合した液体が挙げられるが、気体を用いることも可能であり、熱搬送を行う媒体として利用可能なものであれば、その性状及び材料は特に限定されない。

また、上述した各実施の形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形および応用が可能である。
例えば、上記各実施形態では、電子機器としてサーバー３をサーバーラック１０、１０Ａに収容し、サーバー３を冷却する構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ネットワーク機器や電話交換器等の通信機器を含む各種機器の冷却に適用できる。また、制御ユニット８０が商用電源３００の電源供給の停止を検出する手法は従来公知の手法を用いることができる。また、例えば、上記各実施の形態において、サーバールーム２に設置されるサーバーラック１０、１０Ａの数や、熱源ユニット３０における凝縮器３５の容量等は任意に変更可能である。さらに、バックアップ電源としてＵＰＳを用いていたが、バックアップ電源は、ＵＰＳに限らず、商用電源とは独立して電力を供給可能なものであればよく、非常用発電機と組み合わせたＵＰＳ等の各種電源を用いることができる。また、ポンプ４５、６６の具体的な形状や圧送方式、蒸発器２１、２１Ａの具体的形状、蓄熱ユニット４０、６０が有する蓄熱タンク４１、６２の具体的形状等も任意であり、その他の細部構成についても任意に変更可能である。

第１の実施の形態に係るサーバーラック冷却装置の構成を示す図である。 サーバーラックの構成を示す図である。 サーバーラック冷却装置の制御系の構成を示すブロック図である。 サーバーラック冷却装置の動作を示すフローチャートである。 第２の実施の形態に係るサーバーラック冷却装置の構成を示す図である。 第２の実施の形態に係るサーバーラック冷却装置の制御系の構成を示すブロック図である。

３ サーバー（電子機器）
１０、１０Ａ サーバーラック
１１ キャビネット
２１、２１Ａ 蒸発器
３０、３０Ａ 熱源ユニット
３１ メイン冷媒配管（冷媒配管）
３２ 圧縮機
３３ 圧縮機モーター（電動機）
３５ 凝縮器
３６ 電動膨張弁
４０、６０ 蓄熱ユニット
４１、６２ 蓄熱タンク（蓄熱タンク、氷蓄熱タンク）
４２ 冷媒管（冷媒配管）
４５、６６ ポンプ
５０ ＵＰＳ（バックアップ電源）
６３ 利用側冷媒回路（熱媒体回路）
８０ 制御ユニット（検出手段）
１００、１００Ａ サーバーラック冷却装置（電子器冷却装置）
３００ 商用電源

Claims (5)

1. 電子機器を収納したキャビネットに蒸発器を配置し、この蒸発器から延びた冷媒配管に、電動機により駆動される圧縮機及び凝縮器を有し商用電源により駆動される熱源ユニットを接続し、前記熱源ユニットを冷却運転させて、前記蒸発器により前記キャビネット内の前記電子機器を冷却する電子機器冷却装置において、
   前記熱源ユニットの冷却運転により供給される冷熱を蓄熱可能な蓄熱ユニットと、
   前記蓄熱ユニットの冷熱を前記蒸発器に熱搬送するポンプと、
   前記商用電源とは独立して電力を供給可能なバックアップ電源と、
   前記商用電源から前記熱源ユニットへの電力供給の停止を検出する検出手段とを備え、
   前記検出手段により電力供給の停止が検出された場合に、前記バックアップ電源により前記ポンプを駆動して、前記蓄熱ユニットに蓄熱された冷熱を前記蒸発器に熱搬送すること、を特徴とする電子機器冷却装置。
2. 前記蓄熱ユニットは、前記熱源ユニット内に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の電子機器冷却装置。
3. 前記蓄熱ユニットは、蓄熱体を収容した蓄熱タンクと、蓄熱タンクに設けられ一端が膨張弁を介して前記凝縮器の吐出側に接続され、他端が前記圧縮機の吸込側に接続された冷媒管とを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の電子機器冷却装置。
4. 前記蓄熱ユニットは、氷蓄熱タンクと、氷蓄熱タンクに設けられ一端が膨張弁を介して前記凝縮器の吐出側に接続され、他端が前記圧縮機の吸込側に接続された冷媒管とを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の電子機器冷却装置。
5. 前記蓄熱ユニットは、前記熱源ユニットに対して前記キャビネット側の前記蒸発器と並列に接続され、前記蒸発器と前記蓄熱ユニットとの間は熱媒体回路で接続され、前記ポンプは前記熱媒体回路に設けられ、
   前記検出手段により電力供給の停止が検出された場合には、前記バックアップ電源により前記ポンプを駆動して、前記蓄熱ユニットの冷熱を前記蒸発器に熱搬送することを特徴とする請求項１に記載の電子機器冷却装置。

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