JP2011203963A - 計算機冷却システム及び計算機冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】空調機の消費電力をより一層削減できる計算機冷却システム及び計算機冷却方法を提供する。
【解決手段】空調機２１により計算機室２０内を空調する。また、ファン１５により計算機１２の筺体内に空気の流れを生成するとともに、発熱素子１３の温度が高いときには制御部１９により電磁弁１７を制御し、ノズル１６から圧縮空気を噴射して発熱素子１３を冷却する。圧縮空気の噴射により発熱素子１３を所定温度以下に保つことができるので、その分空調機２１の設定温度を高くすることができる。これにより、空調機２１の稼働時間を削減でき、空調機２１で消費される電力が少なくなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、施設における計算機冷却システム及び計算機冷却方法に関する。

近年、高度情報化社会の到来にともなって計算機（コンピュータ装置）で多量のデータが取り扱われるようになり、データセンター等の施設において多数の計算機を同一室内に設置して一括管理することが多くなっている。このような状況下では、計算機から多量の熱が発生して誤動作や故障の原因となるため、計算機を冷却する手段が必要となる。このため、計算機内で発生した熱をファン（送風機）により計算機の外に排出するとともに、空調機（エアコン）を使用して室内の温度が一定になるように制御している。

ところで、計算機の稼働状態によって計算機から発生する熱量は大幅に変動する。熱による計算機の誤動作や故障を確実に防止するためには、計算機から発生する熱の最大量に応じた冷却能力を有する空調機を使用する必要がある。

一方、省エネルギー及び地球温暖化防止の観点から、データセンターで消費する電力の削減が要望されている。データセンターでは、全消費電力の約３割が空調機を含む空調設備で消費されているといわれている。そこで、単に空調機により室内の温度を一定に制御するだけでなく、各計算機の温度や室内の温度分布を測定し、その測定結果に基づいて空調設備を効率的に運転することが提案されている。

特開２０００−２９５７４号公報 特開２００３−２９８８０号公報 特開２００９−２５８８３７号公報

しかし、計算機の温度や室内の温度分布に基づいて空調設備を運転する方法でも、少なくともデータセンター内の全ての計算機で発生する熱量に対応する分の電力が空調機で消費され、それ以上に電力を削減することはできない。

以上から、空調機の消費電力をより一層削減できる計算機冷却システム及び計算機冷却方法を提供することを目的とする。

一観点によれば、計算機が設置された計算機室内を空調する空調機と、前記計算機内の発熱素子又は前記発熱素子に取り付けられたヒートシンクに圧縮ガスを噴射するノズルと、前記発熱素子又は前記ヒートシンクの温度を検出する温度センサと、前記温度センサの出力に応じて前記圧縮ガスの噴射を制御する制御部と、前記計算機内に空気の流れを生成する送風機とを有する計算機冷却システムが提供される。

上記一観点によれば、計算機内に空気の流れを生成する送風機（ファン）とは別に、発熱素子又は発熱素子に取り付けられたヒートシンクに圧縮ガスを噴射するノズルが設けられている。この圧縮ガスの噴射により発熱素子の温度を所定値以下に保つことができるので、空調機の設定温度を上げることができる。これにより、空調機の稼働時間を短縮することができ、消費電力を削減することができる。

図１は、第１の実施形態に係る計算機冷却システムの概要を示すブロック図である。 図２は、発熱素子及びヒートシンクの近傍に配置されたエアーノズルを示す斜視図である。 図３は、実験１の結果を示す図である。 図４は、実験２の結果を示す図である。 図５は、実験３の結果を示す図である。 図６は、実験４の結果を示す図（その１）である。 図７は、実験４の結果を示す図（その２）である。 図８は、圧縮空気の連続的な噴射により発生する吹き溜まりを示す模式図である。 図９は、圧縮空気を間欠的に噴射したときの電磁弁のオン−オフのタイミングと発熱素子の温度の変化とを示す図である。 図１０は、圧縮空気の間欠的な噴射により吹き溜まりが解消されることを示す模式図である。 図１１は、第２の実施形態に係る計算機冷却システムの概要を示すブロック図である。 図１２は、第３の実施形態に係る計算機冷却システムの概要を示すブロック図である。 図１３は、同じくその計算機冷却システムを示す模式図である。 図１４は、気温と水蒸気量及び湿度との関係を示す図である。 図１５は、第４の実施形態に係る計算機冷却システムの概要を示すブロック図である。 図１６は、３次元実装された半導体装置の冷却を示す図である。

以下、実施形態について説明する前に、実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。

後述する各実施形態では、発熱素子の温度を測定し、発熱素子の温度が予め設定された温度以上になると発熱素子又は発熱素子に取り付けられたヒートシンクに圧縮ガス（例えば、圧力が０．１５ＭＰａ以上の圧縮空気）を噴射して発熱素子を冷却する。圧縮ガスの噴射により最も高温の部分の温度を低くすることができれば、その分空調機の設定温度を高くしてもよいことになる。一般的に、空調機の設定温度を１℃高くすれば約１０％の電力を節約できるといわれている。従って、例えば空調機の設定温度を５℃高く設定することができるのならば、データセンターで消費する電力を大幅に削減することができる。

また、圧縮ガスの圧力がある程度以上高い場合、断熱膨張を利用して噴射ガスの温度を下げることができる。例えば圧縮ガスの圧力が０．３ＭＰａ未満の場合は断熱膨張にともなう温度の低下が殆どないが、圧縮ガスの圧力が０．３ＭＰａ以上の場合は断熱膨張を利用して噴射ガスの温度を下げることができる。従って、圧縮ガスの噴射による冷却効果がより一層向上し、空調機で消費する電力を更に削減することができる。

以下、実施形態について、添付の図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る計算機冷却システムの概要を示すブロック図である。

計算機室２０内には複数のラック１１（図１では１基のラックのみ図示）が設置されており、各ラック１１内には複数の計算機１２（図１では１台の計算機のみ図示）が収納されている。計算機室２０内の温度は、空調機２１により一定に維持される。コンプレッサ（圧縮機）２２は計算機室２０の外に設置されており、このコンプレッサ２２から配管を介して各計算機１２内に圧縮空気が供給される。

計算機１２内には、稼働にともなって熱を発生するＣＰＵ、メモリ及びハードディスク等の素子（以下、発熱素子１３という）が設けられている。本実施形態では、発熱素子１３に、温度センサ１８とヒートシンク１４とが取り付けられている。発熱素子１３で発生した熱は、ヒートシンク１４を介して空気中に放散される。なお、温度センサ１８は、ヒートシンク１４に取り付けられていてもよい。

また、計算機１２内にはファン（送風機）１５が設けられている。このファン１５は、例えばＣＰＵの温度が設定値よりも高くなると回転を開始して計算機室２０内の冷気を計算機１２の筺体内に取り込むと同時に、ヒートシンク１４等から放散された熱により高温となった空気をラック１１の外に排出する。

更に、本実施形態では、計算機１２の筺体内にエアーノズル１６が設けられている。エアーノズル１６は、図２に示すようにヒートシンク１４の近傍（但し、ファン１５による空気流れ方向の上流側）に配置され、コンプレッサ２２から供給される圧縮空気をヒートシンク１４に向けて噴射する。

電磁弁１７は、コンプレッサ２２とエアーノズル１６との間に設置され、制御部１９により開閉制御される。すなわち、制御部１９は、温度センサ１８の検出温度が設定値より高いときは電磁弁１７をオン（開）にしてエアーノズル１４から圧縮空気を噴射させ、温度センサ１８の検出温度が設定値より低いときは電磁弁１７をオフ（閉）にして圧縮空気の噴射を停止する。

なお、電磁弁１７の頻繁なオン−オフを防止するために、電磁弁１７をオフにするときの温度は、オンにするときの温度よりも若干低く設定することが好ましい。また、ファン１５が回転を開始する温度は、電磁弁１７がオンになる温度よりも低く設定される。

本実施形態においては、発熱素子１３の温度が設定値よりも高くなると圧縮空気を噴射して発熱素子１３を冷却するので、空調機２１の設定温度を高くしても計算機１２の故障や誤動作を回避できる。そして、空調機２１の設定温度を高くすることにより、空調設備で消費する電力を削減することができる。

また、近年、計算機の小型化が進められており、それにともなって計算機の筺体に設けられる吸気口及び排気口の面積が縮小化される傾向がある。この場合、ファンにより計算機の筺体内に導入される冷気の風量が不足して、発熱素子を十分に冷却できなくなるおそれがある。しかし、本実施形態では、発熱素子１３の近傍に配置されたエアーノズル１６から圧縮空気を噴射して発熱素子１３を冷却するので、小型の計算機であっても発熱素子１３を十分に冷却することができる。

以下、本実施形態に係る計算機冷却システムの冷却効果を調べた実験について説明する。

（実験１）
発熱素子１３に、縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ３０ｍｍのヒートシンク１４を取り付けた。発熱素子１３の発熱量は１００Ｗ〜１１０Ｗである。また、ファン１５を回転させて計算機１１の筺体内に空気の流れを発生させた。ヒートシンク１４の後方５０ｍｍの位置において風速を測定したところ、１．０ｍ／ｓであった。

このとき、図３に比較例１として示すように、実験開始とともに発熱素子１３の温度は上昇し、最終的に発熱素子１３の温度は６９．９℃となった。

次に、比較例１と同一の条件で発熱素子１３を発熱させるとともに、ファン１５を回転させて計算機１１の筺体内に空気の流れを発生させた。そして、圧力が０．３ＭＰａの室温（２５℃）の圧縮空気を５０リットル／minの流量でヒートシンク１４の手前５０ｍｍの位置からヒートシンク１４に向けて噴射した。その結果、図３に実施例１として示すように、実験開始とともに発熱素子１３の温度は上昇し、最終的に発熱素子１３の温度は６１．５℃となった。

次に、比較例１と同一の条件で発熱素子１３を発熱させるとともに、ファン１５を回転させて計算機１１の筺体内に空気の流れを発生させた。そして、圧力が０．８ＭＰａの圧縮空気を４０リットル／minの流量でヒートシンク１４の手前５０ｍｍの位置からヒートシンク１４に向けて噴射した。この場合、断熱膨張を利用して噴射空気の温度を８℃まで下げることができた。その結果、図３に実施例２として示すように、実験開始とともに発熱素子１３の温度は上昇し、最終的に発熱素子１３の温度は５３．３℃となった。

図３からわかるように、実施例１では比較例１に比べて発熱素子１３の温度を８．４℃下げることができ、実施例２では比較例１に比べて発熱素子１３の温度を１６．６℃下げることができた。

（実験２）
実験２では、計算機の高性能化にともない発熱素子１３の発熱量が大きくなった場合を想定して、本実施形態に係る計算機冷却システムの冷却効果を調べた。発熱素子１３の発熱量は１６８Ｗ〜１９４Ｗであり、その他の条件は実験１と同様である。

まず、比較例２として、圧縮空気を噴射しない場合の発熱素子１３の温度を測定した。この場合、図４に示すように、実験開始とともに温度は上昇し、最終的に発熱素子１３の温度は１０２．１℃となった。

次に、比較例２と同一の条件で発熱素子１３を発熱させるとともに、圧力が０．３ＭＰａの室温（２５℃）の圧縮空気を５０リットル／minの流量でヒートシンク１４の手前５０ｍｍの位置からヒートシンク１４に向けて噴射した。その結果、図４に実施例３として示すように、実験開始とともに発熱素子１３の温度は上昇し、最終的に発熱素子１３の温度は９６．２℃となった。

次いで、比較例２と同一の条件で発熱素子１３を発熱させるとともに、圧力が０．８ＭＰａの圧縮空気を４０リットル／minの流量でヒートシンク１４の手前５０ｍｍの位置からヒートシンク１４に向けて噴射した。この場合、断熱膨張を利用して噴射空気の温度を８℃まで下げることができた。その結果、図４に実施例４として示すように、実験開始とともに発熱素子１３の温度は上昇し、最終的に発熱素子１３の温度は７７．８℃となった。

図４からわかるように、実施例３では比較例２に比べて発熱素子１３の温度を１５．８℃下げることができ、実施例４では比較例２に比べて発熱素子１３の温度を２４．３℃下げることができた。

（実験３）
実験３では、ファン１５の風量が少ない場合を想定して、本実施形態に係る計算機冷却システムの冷却効果を調べた。ヒートシンク１４の後方５０ｍｍの位置における風速は０．５ｍ／ｓであり、その他の条件は実験１と同様である。

まず、比較例３として、圧縮空気を噴射しない場合の発熱素子１３の温度を測定した。この場合、図５に示すように、実験開始とともに温度は上昇し、最終的に発熱素子１３の温度は９０．５℃となった。

次に、比較例３と同一の条件で発熱素子１３を発熱させるとともに、圧力が０．３ＭＰａの室温（２５℃）の圧縮空気を５０リットル／minの流量でヒートシンク１４の手前５０ｍｍの位置からヒートシンク１４に向けて噴射した。その結果、図５に実施例５として示すように、実験開始とともに発熱素子１３の温度は上昇し、最終的に発熱素子１３の温度は７４．５℃となった。

次いで、比較例３と同一の条件で発熱素子１３を発熱させるとともに、圧力が０．８ＭＰａの圧縮空気を４０リットル／minの流量でヒートシンク１４の手前５０ｍｍの位置からヒートシンク１４に向けて噴射した。この場合、断熱膨張を利用して噴射空気の温度を８℃まで下げることができた。その結果、図５に実施例６として示すように、実験開始とともに発熱素子１３の温度は上昇し、最終的に発熱素子１３の温度は６４．９℃となった。

図５からわかるように、実施例５では比較例３に比べて発熱素子１３の温度を１６．０℃下げることができ、実施例６では比較例３に比べて発熱素子１３の温度を２５．６℃下げることができた。

（実験４）
発熱素子１３で消費される電力及び計算機１１の筺体内の空気の流速を種々変化させて、圧縮空気による冷却効果を調べた。

図６は、横軸に発熱素子１３で消費される電力（発熱量に対応）をとり、縦軸にファンのみで冷却したときと、ファンと圧縮空気とにより冷却したときとの発熱素子１３の温度差をとって、風速毎に冷却効果を調べた結果を示す図である。但し、圧縮空気の圧力は０．３ＭＰａ、エアーノズル１６から噴射される空気の温度は室温（２５℃）である。

また、図７は横軸に発熱素子１３で消費される電力（発熱量に対応）をとり、縦軸にファンのみで冷却したときと、ファンと圧縮空気とにより冷却したときとの発熱素子１３の温度差をとって、風速毎に冷却効果を調べた結果を示す図である。但し、圧縮空気の圧力は０．８ＭＰａ、エアーノズル１６から噴射される空気の温度は８℃である。

これらの図６，図７からわかるように、発熱素子１３の発熱量が大きいほど、又は筺体内の風速が遅いほど、圧縮空気の噴射による冷却効果が大きい。

（実験５）
複数の計算機が設置された室内において、空調機を設定温度２０℃で運転した。各計算機では稼働状態に応じてＣＰＵで消費される電力が変化したが、それらのＣＰＵの消費電力の最大値は１００Ｗであった。このとき、最も高温のＣＰＵの温度は約６５℃であった。

次に、空調機の設定温度を２５℃に変更し、各計算機のＣＰＵの温度を測定した。その結果、最も高温のＣＰＵの温度は約７０℃であった。

次に、全ての計算機のＣＰＵの手前にエアーノズルを配置し、エアーノズルから噴射される圧縮空気によりＣＰＵを冷却するようにした。そして、ＣＰＵの温度が６０℃以上になると電磁弁がオンになってＣＰＵに圧縮空気を噴射し、ＣＰＵの温度が５５℃以下になると電磁弁がオフになって圧縮空気の噴射を停止するようにした。その結果、全てのＣＰＵの温度が６０℃以下に保たれた。

次いで、空調機の設定温度は２５℃のまま、電磁弁のオン−オフ条件を変更した。すなわち、ＣＰＵの温度が６５℃以上になると電磁弁がオンになってエアーノズルから圧縮空気を噴射し、ＣＰＵの温度が６０℃以下になると電磁弁がオフになって圧縮空気の噴射が停止するようにした。その結果、全てのＣＰＵの温度が６５℃以下に保たれた。

従来の空調機とファンのみで発熱素子を冷却する方法では、空調設定温度を変えると、それにともなってＣＰＵの最も高温のときの温度も変化する。一方、本実施形態によれば、電磁弁１７のオン−オフ条件によりＣＰＵの最も高温のときの温度が決まる。

（第１の実施形態の変形例）
上記実施形態では、発熱素子１３の温度が設定値よりも高くなると電磁弁１７をオンにしてエアーノズル１６から圧縮空気を噴射し、発熱素子１３の温度が設定値よりも低くなると電磁弁１７をオフにして圧縮空気の噴射を停止している。この場合、圧縮空気の噴射を開始してから発熱素子１３の温度が設定値より低くなるまでに長時間かかると、図８に模式的に示すように空気の吹き溜まり（図中Ａで示す）が発生し、発熱素子１３以外の部分で冷却不足が発生することがある。

このような不都合を回避するために、エアーノズル１６からのエアーの噴射を間欠的に行うことが好ましい。例えば発熱素子１３の温度が設定値以上の場合、電磁弁１７を５秒間オンした後に２秒間オフするというように制御部１９による制御を変更する。これにより、図９に示すように発熱素子１３の温度は変動するが、図１０に示すように電磁弁がオンの期間とオフの期間とで空気の流れが変わり、吹き溜まりによる冷却不足を解消することができる。

（第２の実施形態）
図１１は、第２の実施形態に係る計算機冷却システムの概要を示すブロック図である。図１１において、図１と同一物には同一符号を付している。

本実施形態では、第１の実施形態と同様に、空調機２１により計算機室２０内の温度を一定に維持しつつ、発熱素子１３の温度に応じてエアーノズル１６から圧縮ガス（圧縮空気）を噴射して発熱素子１３を冷却する。また、本実施形態においては、温度センサ３１により外気の温度を測定し、外気の温度が空調機２１の設定温度よりも低いときには外気導入部３２が稼働して外気を計算機室２０内に導入する。

圧縮ガスによる冷却機構がない場合、空調機の設定温度は計算機内の発熱素子の温度が設定値を超えないように決定される。例えば発熱素子の温度を設定値以下にするために空調機の設定温度を２０℃にした場合、外気の温度が２０℃以下のときに外気を室内に導入することが考えられる。気象庁発表の２００８年のデータによれば、東京都の場合、外気が２０℃以下となる時間は年間５５２０時間（６２．８％）ある。従って、上記の条件で外気を計算機室内に導入することにより、空調機の年間稼働時間を半分以下にすることができる。

しかし、本実施形態では、圧縮ガスの噴射により発熱素子１３を冷却するので、空調機２１の設定温度を上記の条件よりも高くすることができる。例えば圧縮ガスの噴射により発熱素子１３の温度を８℃低くできるとすると、空調機２１の設定温度を２８℃にすることができる。この場合、外気の温度が２８℃以下のときに、計算機室２０内に外気を導入すればよいことになる。

前述の気象庁の２００８年のデータによれば、東京都の場合、外気が２８℃以下となる時間は年間８１１７時間（９２．４％）となり、空調機２１を停止できる時間が大幅に増加する。

また、圧縮空気の噴射により発熱素子１３の温度を１５℃低くできるとすると、外気を導入できる時間が８７８４時間となり、１年のうちの殆どの時間空調機２１を稼働させなくてもよいことになる。

本実施形態では、第１の実施形態と同様に圧縮空気の噴射により発熱素子１３を冷却するので、空調機２１の設定温度を高くすることができる。また、本実施形態では、外気の温度が空調機２１の設定温度よりも低いときに計算機室２０内に外気を導入するので、空調機２１の稼働時間をより一層短縮することができる。このように、本実施形態に係る計算機冷却システムでは、圧縮空気による発熱素子１３の冷却と計算機室２０内への外気の導入とを併用することにより、第１の実施形態の計算機冷却システムに比べて消費電力がより一層削減される。

以下、本実施形態に係る計算機冷却システムの冷却効果を調べた実験について説明する。

（実験６）
複数の計算機が設置されている室内において、空調機を設定温度２０℃で運転するとともに、外気の温度が２０℃以下のときに室内に外気を導入するようにした。このときの計算機のＣＰＵの消費電力は最大で１００Ｗであった。また、各計算機のＣＰＵの負荷は常時変動していたが、ＣＰＵの最高温度は約６５℃であった。

次に、空調機を設定温度２５℃で運転するとともに、外気の温度が２５℃以下のときに室内に外気を導入するようにした。このときの計算機のＣＰＵの消費電力は、上記と同様に最大で１００Ｗであった。また、各計算機のＣＰＵの負荷は常時変動していたが、ＣＰＵの最高温度は約７０℃であった。

次に、全ての計算機のＣＰＵの手前に圧縮空気の噴射によりＣＰＵを冷却するエアーノズルを配置した。そして、ＣＰＵの温度が６０℃以上のときに電磁弁をオンにして圧縮空気を噴射し、ＣＰＵの温度が６０℃以下になると電磁弁をオフにして圧縮空気の噴射を停止するようにした。また、空調機を設定温度２０℃で運転するとともに、外気の温度が２０℃以下のときに室内に外気を導入するようにした。その結果、全てのＣＰＵの温度を６０℃以下に維持することができた。

次いで、電磁弁のオン−オフ条件を変えて同様に実験を行った。すなわち、ＣＰＵの温度が６５℃以上のときに電磁弁をオンにして圧縮空気を噴射し、ＣＰＵの温度が６０℃以下になると電磁弁をオフにして圧縮空気の噴射を停止するようにした。また、空調機を設定温度２５℃で運転するとともに、外気の温度が２５℃以下のときに室内に外気を導入するようにした。その結果、全てのＣＰＵの温度を６５℃以下に維持することができた。

なお、本実施形態のように空調に外気を使用する場合、湿度調整が問題となる。室内に外気を導入する場合は、室内の空気を外気と入れ替えることになるため、室内の湿度を考慮して外気の導入量を設定することが好ましい。

（第３の実施形態）
図１２は、第３の実施形態に係る計算機冷却システムの概要を示すブロック図である。図１３は同じくその計算機冷却システムを示す模式図である。図１２，図１３において、図１１と同一物には同一符号を付している。

本実施形態においても、外気の温度を検出する温度センサ３１と、温度センサ３１による温度測定値に基づいて計算機室２０内に外気を導入する外気導入部３２とを有している。また、本実施形態においては、計算機室２０内に、計算機室２０内の湿度を調整する湿度調整装置３３が設けられている。

図１４は、横軸に気温をとり、縦軸に空気中の水蒸気量をとって、気温と水蒸気量との関係を示す図である。一般的に、計算機は湿度が２０％〜８０％の間（但し、結露がないこと）で使用することが推奨されている。

計算機室２０内に外気を導入する場合、計算機室２０内の湿度が推奨範囲から外れることが考えられる。このため、本実施形態では、計算機室２０内に湿度調整装置３３を設置して、計算機室２０内の湿度を調整している。なお、空調機２１を運転すると、空調機２１のコンプレッサにより空気中の水分が除去されるため、通常は除湿しなくても計算機室２０内の湿度は徐々に低くなる。このため、湿度調整装置３３として、除湿機能がないもの（加湿装置）を使用してもよい。

本実施形態においても、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第４の実施形態）
図１５は、第４の実施形態に係る計算機冷却システムの概要を示すブロック図である。なお、図１５において、図１１と同一物には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。

本実施形態においては、計算機室２０内に、湿度制御部４１及び湿度調整部４２が設けられている。湿度制御部４１には、外気の湿度を測定する湿度センサ４３と、計算機室２０内の湿度を測定する湿度センサ４４とが接続されており、これらの湿度センサ４３，４４の出力に応じた制御信号を湿度調整部４２に出力する。

湿度調整部４２は加湿器及び除湿器を含んで構成され、湿度制御部４１からの制御信号に応じてコンプレッサ２２から供給される圧縮空気に加湿又は除湿を行う。例えば、湿度センサ４３で測定した外気の湿度が２０％以下の場合、湿度制御部４１は室内に外気を導入する際に湿度調整部４２に加湿を指示する制御信号を出力する。この制御信号により、湿度調整部４２は加湿器を稼働させて圧縮空気を加湿する。逆に、湿度センサ４３で測定した外気の湿度が８０％以上の場合、湿度制御部４１は室内に外気を導入する際に湿度調整部４２に除湿を指示する制御信号を出力する。この制御信号により、湿度調整部４２は除湿器を稼働させて圧縮空気の湿度を低下させる。

例えば、外気の湿度が１００％の場合に、湿度２０％の圧縮空気を外気の２９％の流量でラック１１内に導入すれば、ラック１１内の湿度は約８０％になる。また、外気の湿度が０％の場合に、湿度が８０％の圧縮空気を外気の３４％の流量でラック１１内に導入すれば、ラック１１内の湿度は約２０％になる。このように、外気の湿度に応じて圧縮空気の湿度を調整すれば、ラック１１内の湿度を適正な範囲に維持することができ、湿度調整にともなう電力を削減することができる。

本実施形態においても第２の実施形態と同様の効果を得ることができるのに加えて、湿度が調整された圧縮空気をラック１１内に噴射するので、ラック１１内の湿度を適切に制御することができ、湿度調整にともなう電力を削減ができるという効果が得られる。

以下、本実施形態による湿度調整の効果を調べた実験について説明する。

（実験７）
計算機が設置された室内に外気を導入した。このとき、外気の温度は１０℃であり、相対湿度は１０％であった。この外気により発熱素子を冷却したところ、空気の温度は２５℃となり、相対湿度は４％となった。

次に、水分で湿らせたフィルタに圧縮空気を通して相対湿度を８０％にし、この圧縮空気をエアーノズルを介して計算機の筺体内に噴射した。計算機１台当たりの外気導入量が約５００リットル／min、圧縮空気の流量が約１４０リットル／minのときに、空気中の相対湿度は約２０％になった。

（実施例８）
計算機が設置された室内に外気を導入した。このとき、外気の温度は３０℃であり、相対湿度は９０％であった。

次に、湿度がほぼ０％の圧縮空気をエアーノズルを介して計算機内に噴射した。計算機１台当たりの外気導入量が約５００リットル/min、圧縮空気の流量が約５０リットル/minのときに、外気と圧縮空気が混合された気体の相対湿度が約２５％となった。この気体を用いて計算機内の発熱素子を冷却することができた。

上述した各実施形態では、発熱素子を圧縮空気の噴射により冷却するので、従来に比べて冷却能力が向上する。このため、発熱素子に取り付けるヒートシンクのサイズを小さくすることができる。それにより、ＣＰＵ及びその近傍の部品実装密度を上げることができて、信号伝播距離を短縮することができる。

また、上述した各実施形態では、局所的な部分に圧縮空気を噴射するので、図１６に示すようなＣＰＵ等の半導体装置５１（又は、メモリボード等）が３次元実装されていてヒートシンクを配置できない場合にも、半導体装置５１を十分に冷却することができる。

なお、上記各実施形態では各計算機１２内にそれぞれファン１５が内蔵されているものとしたが、各計算機１２にはファンを内蔵せず、ラック２０に設けられたファンにより各計算機１２の筺体内に空気の流れを生成するようにしてもよい。また、上記実施形態では温度センサ１８で測定した温度により電磁弁１７をオン−オフするものとしているが、温度センサ１８で測定した温度により圧縮空気の噴射流量を連続的又は段階的に変化させるようにしてもよい。

以上の諸実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。

（付記１）計算機が設置された計算機室内を空調する空調機と、
前記計算機内の発熱素子又は前記発熱素子に取り付けられたヒートシンクに圧縮ガスを噴射するノズルと、
前記発熱素子又は前記ヒートシンクの温度を検出する温度センサと、
前記温度センサの出力に応じて前記圧縮ガスの噴射を制御する制御部と、
前記計算機内に空気の流れを生成する送風機と
を有することを特徴とする計算機冷却システム。

（付記２）前記圧縮ガスの圧力が０．３ＭＰａ以上であることを特徴とする付記１に記載の計算機冷却システム。

（付記３）更に、外気の温度を検出する温度センサと、
前記温度センサにより検出された温度が前記空調機の設定温度以下のときに前記計算機室に外気を導入する外気導入部とを有することを特徴とする付記１に記載の計算機冷却システム。

（付記４）前記計算機室には、計算機室内の湿度を調整する湿度調整装置が設けられていることを特徴とする付記３に記載の計算機冷却システム。

（付記５）更に、外気の湿度を検出する第１の湿度センサと、
前記計算機室内の湿度を検出する第２の湿度センサと、
前記第１の湿度センサ及び前記第２の湿度センサの検出結果に応じて前記ノズルから噴射される圧縮空気の湿度を調整する湿度調整機構とを有することを特徴とする付記３に記載の計算機冷却システム。

（付記６）前記制御部は、前記ノズルから前記圧縮ガスを間欠的に噴射するように制御することを特徴とする付記１に記載の計算機冷却システム。

（付記７）計算機室に設置された計算機の冷却方法において、
空調機により前記計算機室内を空調し、
送風機により前記計算機内に空気の流れを生成するとともに、前記計算機内の発熱素子又は発熱素子に取り付けられたヒートシンクの温度を測定して、その温度測定値が設定値以上のときに前記発熱素子又は前記ヒートシンクに圧縮ガスを噴射することを特徴とする計算機冷却方法。

（付記８）前記圧縮ガスの圧力が０．３ＭＰａ以上であることを特徴とする付記７に記載の計算機冷却方法。

（付記９）外気の温度が前記空調機の設定温度以下のときに前記計算機室内に外気を導入することを特徴とする付記７又は８に記載の計算機冷却方法。

１１…ラック、１２…計算機、１３…発熱素子、１４…ヒートシンク、１５…ファン、１６…エアーノズル、１７…電磁弁、１８，３１…温度センサ、２０…計算機室、２１…空調機、２２…コンプレッサ、３２…外気導入部、３３…湿度調整装置、４１…湿度制御部、４２…湿度調整部、４３，４４…湿度センサ。

Claims (6)

1. 計算機が設置された計算機室内を空調する空調機と、
   前記計算機内の発熱素子又は前記発熱素子に取り付けられたヒートシンクに圧縮ガスを噴射するノズルと、
   前記発熱素子又は前記ヒートシンクの温度を検出する温度センサと、
   前記温度センサの出力に応じて前記圧縮ガスの噴射を制御する制御部と、
   前記計算機内に空気の流れを生成する送風機と
   を有することを特徴とする計算機冷却システム。
2. 前記圧縮ガスの圧力が０．３ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１に記載の計算機冷却システム。
3. 更に、外気の温度を検出する温度センサと、
   前記温度センサにより検出された温度が前記空調機の設定温度以下のときに前記計算機室に外気を導入する外気導入部とを有することを特徴とする請求項１に記載の計算機冷却システム。
4. 更に、外気の湿度を検出する第１の湿度センサと、
   前記計算機室内の湿度を検出する第２の湿度センサと、
   前記第１の湿度センサ及び前記第２の湿度センサの検出結果に応じて前記ノズルから噴射される圧縮空気の湿度を調整する湿度調整機構とを有することを特徴とする請求項３に記載の計算機冷却システム。
5. 前記制御部は、前記ノズルから前記圧縮ガスを間欠的に噴射するように制御することを特徴とする請求項１に記載の計算機冷却システム。
6. 計算機室に設置された計算機の冷却方法において、
   空調機により前記計算機室内を空調し、
   送風機により前記計算機内に空気の流れを生成するとともに、前記計算機内の発熱素子又は発熱素子に取り付けられたヒートシンクの温度を測定して、その温度測定値が設定値以上のときに前記発熱素子又は前記ヒートシンクに圧縮ガスを噴射することを特徴とする計算機冷却方法。

Images