JP2012032107A - コンテナ型データセンタモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】コンテナ型データセンタモジュールにおいて、コンテナの長軸方向と垂直な方向のサイズを縮小すること。
【課題を解決する手段】複数のラックをコンテナの中に設置したコンテナ型データセンタモジュールにおいて、それぞれのラックの正面から奥行き方向に向かう方向がコンテナの長軸方向に垂直な方向から所定の角度だけ傾斜した態様で設置することにより、それぞれのラックの正面から奥行き方向に向かう方向がコンテナの長軸方向と垂直な方向に一致するように設置されている場合よりも前記コンテナの長軸方向と垂直な方向のサイズを縮小する。
【選択図】図２

Description

本発明は、コンテナ型のデータセンタモジュールに関し、更に詳しくは、コンテナ型のデータセンタモジュールにおけるラックの配置態様に関する。

データセンタとは、サーバや通信機器を含む大量のハードウェアを集中的に設置し運用する目的に特化された設備を意味する。データセンタは既存の建物の一部に設置される場合もある。しかし、現在（２０１０年）では、例えばいわゆるクラウドコンピューティングを実現するために、従来のデータセンタと比較してはるかに大きなデータ容量を有する設備が要請されている事情により、一般的なオフィスビルの中など他の設備と共存する都市型のデータセンタに加え、土地や給電などに関して特定の条件を満たす場所にデータセンタだけに用いる設備の新規建設が想定される場合が多い。

特に、この出願では、一般的なデータセンタではなく、所定の台数のラックを内部に設置したコンテナをモジュールとして機能させるコンテナ型のデータセンタを考察する。このようなコンテナ型データセンタモジュールは、例えばトラックに登載すれば、一般の道路を移動させることが可能である。一般道路を経由して移動が可能であることの効果として、製造場所と設置場所とを分離することが可能になる。また、ある場所にいったん設置した後に別の場所に移動することが可能であれば、データセンタの構成や設置場所を柔軟に変更することが容易である。

指摘するまでもなく、ある装置や設備の全体を最初から作成するのではなく、最小限の基本的な機能を備えた基本単位を用意し、そのような基本単位を集合的に用いることにより当初の目的を達成するというアイデアは、様々な技術分野で用いられている。データセンタについても、複数のラックが内部に設置されたコンテナを基本単位（モジュール）として用意した上で、そのようなモジュールを多数集合させることによりデータセンタを構築するというアイデア自体は、例えば次の米国特許に記載があるように、既に知られている。

米国特許第７，２７８，２７３号公報
ここでは、多数のコンテナ型モジュールの集合としてデータセンタを構成することによって得られる効果について、簡単に述べておきたい。第１に、上述したように、コンテナ型モジュールは車両に登載すれば一般道路を介して移動させることができる。従って、コンテナ型モジュールの製造場所と設置場所とを分離することが可能になる。つまり、例えばコンピュータ装置の製造工場においてコンテナ型モジュールを製造し動作試験を行った上でデータセンタの建設場所に輸送すればよい。当然のことながら、製造場所と設置場所との分離は、結果的に大幅なコスト削減を実現する。

第２に、データセンタが実際に建設される場所において、多数のコンテナ型モジュールを最適な態様に設置することが可能になる。例えば、コンテナ型モジュールが集合的に設置される場所の周囲に一般道路からトラックが侵入可能な環状の道路を設け、ある特定のコンテナ型モジュールを、設置すべき場所に隣接する道路まで輸送し、クレーン装置などを用いて設置希望の場所に設置することができる。コンテナ型モジュールを交換する際には、逆の作業によって容易に撤去が可能である。

また、給電装置からそれぞれのコンテナ型モジュールへの送配電に伴う電力損失を最小限にするために給電装置を中心にしてコンテナ型モジュール群が給電装置を包囲するような幾何学的配置を採用することも、データセンタをモジュール群によって構成する場合には、容易である。例えば、給電装置を先に完成させた後で、コンテナ型のモジュール群を周囲に事後的に配置することができるからである。もちろん、電源を装置全体の中心部に配置することによって電力が供給される構成要素までの電源からの配線の長さを最適化ないし最小化すること自体は、様々な技術分野において行われている周知の手法である。

１つのモジュールの内部には複数台のラックが設置される。用いられるラックは、ＥＩＡの規格で定められＪＩＳ規格にもなっている１９インチラックが一般的である。１９インチラックの横幅は約６０センチである。奥行きは機種によって変動はあるが１メートル程度が一般的である。この場合、ラックの奥行き１メートルに前後の保守スペースそれぞれ１ｍを加えると３メートルとなる。しかし、コンテナの奥行きが３メートルでは、道路法（昭和２７年法律第１８０号）の下位法令である車両制限令（昭和３６年７月１７日政令第２６５号）第３条で定められる車両の幅の最高限度である２．５メートルを超えてしまい、通常のトラックによる輸送は許されず、特殊車両が必要となる。

コンテナ型のモジュールは、サーバ製造工場でコンテナ型モジュールにサーバなどを搭載し動作確認を行った上でデータセンタ建設予定地まで運搬され設置される。上述したように、移動可能性を備えることの結果として、製造場所と設置場所とを分離することが可能となり、短期間かつ低コストでデータセンタを建設することが可能になる。しかし、特殊車両を用いての運搬では、運搬のために官公庁への許認可の手続きが必要となり、時間もコストも増加する。場合によっては、先導車などを手配する必要があり、これもコスト増の要因となる。

この問題を解消するには、コンテナ型モジュールの幅を車両制限令で定められた２．５メートル以下にする必要がある。従来技術においては、コンテナの内部に設置される複数のラックはコンテナの長軸方向に対し垂直に配置されるのが一般的である。しかし、本発明では、垂直方向から傾けて設置することにより、コンテナの幅を２．５ｍ以下にすることを実現する。

本発明によると、コンピュータシステムを含むハードウェアを登載した複数のラックをコンテナの中に設置したコンテナ型データセンタモジュールであって、前記複数のラックは、それぞれのラックの正面から奥行き方向に向かう方向がコンテナの長軸方向に垂直な方向から所定の角度だけ傾斜した態様で設置されており、よって、それぞれのラックの正面から奥行き方向に向かう方向がコンテナの長軸方向と垂直な方向に一致するように設置されている場合よりも前記コンテナの長軸方向と垂直な方向のサイズを縮小することができることを特徴とするコンテナ型データセンタモジュールが提供される。

更に、本発明によるコンテナ型データセンタモジュールにおいて、前記コンテナの一端に冷却された空気を供給する冷気供給部を備え、前記複数のラックのそれぞれの側面は複数の開口部を有しており、それぞれのラック１つ当たりにおける開口部の合計面積は前記冷気供給部に最も近接するラックが最小であり前記冷気供給部から最も離れたラックが最大となるように前記冷気供給部からの距離が増大するにつれて開口部の合計面積が増大するように構成することにより、前記開口部からラック内部に侵入する冷気の量が前記複数のラック全体において一定となるように構成することが可能である。

更にまた、本発明によるコンテナ型データセンタモジュールにおいて、前記コンテナの一端に冷却された空気を供給する冷気供給部を備え、前記複数のラックのそれぞれは複数の合計面積が均しい開口部を有しており、それぞれのラックにおいて当該ラックの正面から奥行き方向に向かう方向がコンテナの長軸方向に垂直な方向から所定の角度だけ傾斜している角度は前記冷気供給部に最も近接するラックが最小であり前記冷気供給部から最も離れたラックが最大となるように前記冷気供給部からの距離が増大するにつれて傾斜角度が増大するように構成されており、よって、前記開口部からラック内部に侵入する冷気の量が前記複数のラック全体において一定となるようにも構成することが可能である。

更にまた、本発明によるコンテナ型データセンタにおいて、前記複数のラックを垂直方向から傾けて配置するためにラック側面から冷気を供給することが可能になる。
更にまた、本発明によるコンテナ型データセンタにおいて、前記複数のラックを傾斜させることにより生じたラック側面のスペースに部材を取り付けることが可能となる。

以上のように構成することにより、コンテナ型モジュールの幅を車両制限令で定められた２．５メートル以下にすることが可能になる。また、それぞれのラックの側面に設けられる開口部の大きさを上述したように構成する、又は、それぞれのラックの傾斜角度を上述したように構成することの結果として、冷気供給部からの冷気が１つのコンテナの中にあるすべてのラックにほぼ同量だけ侵入するようになり、ラック内に登載されたコンピュータの動作から生じる熱対策を効率よく行うことが可能になる。

本発明では、通常と異なるラックの配置態様により、結果的にコンテナ型モジュールの奥行き（長軸方向と垂直な方向の長さ）を車両制御令で定められた２．５メートル以下にすることが可能となる。よって、従来技術において問題となっていた特殊車両による移動が不要となる。コンテナ型モジュールの一般的なトラックでの輸送可能性は、本発明の著しい効果である。

従来技術によるコンテナ型データセンタモジュールの図解である。 本発明によるコンテナ型データセンタモジュールの図解である。 本発明によるコンテナ型データセンタモジュールに設置されるラック前面の扉を示す図である。上側に示されているように、冷気供給源からの距離が大きくなるにつれて開口部の数すなわち開口部の合計面積が段階的に増加している。 本発明によるコンテナ型データセンタモジュールにおいて、ラックを傾斜させて設置する際に、冷気を供給するダクトに近いラックの傾斜を、ダクトから遠いラックの傾斜よりも段階的に大きくした構成が示されている。このような構成によりラック内部に侵入する風量が調節され、ダクトに近いラックにおける風量とダクトから遠いラックにおける風量とが均一化される。 本発明によるコンテナ型データセンタモジュールにおいて、ラックを傾斜させて設置することにより、ラック側面の一部から冷気を供給することができる構成が示されている。 本発明によるコンテナ型データセンタモジュールにおいて、ラックを傾斜させることにより生じたラック側面のスペースに部材を取り付けることが可能な構成な構成が示されている。

図２には、本発明によるコンテナ型データセンタモジュールの全体の概要が図解されており、コンテナ内部には、９台のラックが傾斜した態様で設置されている。コンテナの長軸方向が車両を用いて道路上を輸送する際の進行方向である。コンテナの長軸方向に対して垂直な方向のサイズがコンテナの奥行きである。また、この方向は、道路上の輸送を念頭におけば道路の横幅方向であり、コンテナの横幅とも称することができる。

まず、どの程度ラックを傾斜させると結果的にどの程度までコンテナの横幅削減の効果が生じるかを、平面上の矩形の回転に関する簡単な数学を使って確認しておきたい。２次元の座標平面上において、頂点Ａ、Ｂ、Ｃ（原点）、Ｄを右上から反時計回り方向に有する矩形Ｒを考える。矩形Ｒはコンテナ型モジュールの内部に設置されるラックの中の１つを上方から見た様子を示しており、左型の辺ＢＣはｙ軸に重なり、下側の辺ＣＤはｘ軸に重なる。各頂点の座標は、ｐ及びｑを正の値として、Ａが（ｐ，ｑ）、Ｂが（ｑ，０）、Ｃが（０，０）すなわち原点であり、Ｄが（ｐ，０）である。

ここで、この矩形Ｒを原点Ｃを中心にして反時計回りに回転させることを考え、この回転により頂点Ａ（ｐ，ｑ）の座標がどの点に移動するかを計算する。例えば反時計回りに４５度すなわちラジアンで考えるとπ／４だけ回転させた矩形Ｒ’において頂点Ａが移動した結果である頂点をＡ’とする。すると、Ａ’の座標（ｐ’，ｑ’）は２次元平面上での回転を表現する２行２列の行列を用いて次の数式で与えられる。

矩形Ｒの頂点Ａのｙ座標ｑと反時計回りにπ／４回転させた後の矩形Ｒ’の頂点Ａ’のｙ座標ｑ’との関係は、ｓｉｎ（π／４）＝ｃｏｓ（π／４）＝（１／√２）であることに注意すると、ｑ’＝（１／√２）（ｐ＋ｑ）である。従って、ｑ＞ｑ’となるための必要十分条件は、不等式ｑ＞（１／√２）（ｐ＋ｑ）からｐとｑとの関係を求めて、数式２のように表される。

ここで、√２＝２^１／２（ルート２、２の平行根）を１．４として概算すると、ｐの係数である（√２／（２−√２））は約２．３である。従って、頂点Ａ’のｙ座標が頂点Ａのｙ座標よりも小さくなる必要十分条件は、次の通りとなる。

つまり、傾斜角度が４５度であるとすると、現時点で最も一般的に用いられている１９インチラック（横幅は約６０センチ）の場合、奥行きが６０Ｘ２．３＝１３８センチ以上あれば、コンテナ型モジュールの奥行きが減少する。

以上で得られた「１９インチラックの場合には奥行きが約１３８センチ以上あれば４５度の回転でコンピュータ型モジュールの奥行きを狭めることができる」という条件の妥当性を確認するため、ここで図１をもう一度参照してほしい。図１に示されている従来技術におけるコンテナ型モジュールでは、ラックの前方には自由な空間が設けられている。この空間には、まず、管理者が移動するための物理的な通路としての意味がある。また、コンテナ型モジュールに設置されたラックの中のコンピュータを維持管理するためには、ラック内に設けられコンピュータが備えられている複数の棚を、和だんすの棚を引き出すのと同様の態様で前方に引き出すことが必要になる。ラックの中の棚の奥行きがラック自体の奥行き全体に対応するならば、それぞれの棚を引き出す距離の最大値はラックの奥行きに相当する。しかし、実際には、ラックの奥に配線のための空間が設けられているのが通常である。よって、棚自体がラックの奥まで到達するつまり棚自体の奥行きがラックの奥行き全体に相当することは稀ではある。１９インチラックの奥行きが１メートル程度であって、配線のためのスペースが仮に２０センチ程度であるとすれば、棚を最大限度まで引き出したときの棚の奥行きとラック自体の奥行きとを加算した長さは１８０センチ程度ということになる。

この約１８０センチという数値は、上述した「１９インチラックの場合には奥行きが約１３８センチ以上あれば４５度の回転でコンピュータ型モジュールの奥行きを狭めることができる」という条件を満たす。したがって、一般的な１９インチラックを用いた場合であれば、コンテナ型モジュールの内部においてそれぞれのラックを４５度傾斜させて設置することにより、コンテナの横幅を縮小することができる。以上のような簡単な計算の結果として、ラックを４５度以上傾斜させることによってコンテナの横幅を縮小可能であることが確認され、本発明の実現可能性が確認された。

なお、上述した車両制限令では、道路上を通行する車両の横幅の最大値を２．５メートルと定めているだけでなく、車両の長さの最大値を１２メートルと定めている。しかし、コンテナの長さについては、設置するラックの数、ラックの奥ゆき寸法、ラックの傾斜角度を調整することにより所定の範囲に収めることができるために格別な問題は生じない。

次に、本発明によるコンテナ型データセンタモジュールにおけるエアフローの問題について考察する。コンピュータが動作する際に生じる熱に対してどのような対策を講じるかは、非常に多くのコンピュータが設置されるデータセンタにおいて極めて重要な課題である。本発明によるコンテナ型データセンタモジュールでは、次の２つの方法によるエアフローの改善が図られている。

まず、第１の方法について述べる。通常のコンテナ型モジュールの場合と同様に、本発明によるモジュールにおいても、モジュールの片側（例えば、図３の左側端部）で２本のダクトと接続されている。一方（下側）がラックの背後から生じた熱によって温度が上昇した空気を吸い込むダクトであり（いわゆるホットエリア側）、他方（上側）がラックの前面側（いわゆるコールドエリア側）に低温の空気を送るダクトである。コンテナの長軸方向に対し垂直に配置した従来型のラックレイアウトの場合には、ダクトから近いラックへの風量が多く、遠いラックへの風量が少なくなる傾向がある。この場合に、コールドアイル側に、ラックの前面にコンテナ側面（長い側）と水平な扉を設置し、ダクトから遠くなるほど扉の開口部の数を多くする（開口部１つ当たりの面積が同一な図３の場合）。あるいは、開口部は１つであるがダクトから遠くなるほど扉の開口部を大きくする（図示せず）。これらどちらの場合にも、開口部の合計面積をこのように変化させることの結果として、ダクトから近いラックへ供給される冷気の風量を少なくし遠いラックへの風量を大きくすることにより、すべてのラックに供給される風量を均一にすることが実現される。扉を設置することにより、コールドエリアが長方形の形状となり、空気が流れる時の圧力損失が低減され空調ファン動力を低減できる効果もある。

次に第２の方法について説明する。上述した第１の方法のように開口部の合計面積を段階的に変化させるのではなく、ラックの傾斜角度をダクトからの距離に応じて異なるように設置する（図４）。このように、本発明によるコンテナ型モジュールにおいて、ラックを傾斜させて設置する際に、すべてのラックにおいて開口部の合計面積は同一に維持しながら、冷気を供給するダクトから近いラックの傾斜をダクトに遠いラックの傾斜よりも段階的に大きくして風量を調節することにより、すべてのラックにおける風量を均一にすることができる。コンテナ内部の空気はコンテナの長軸方向に対して水平に流れており、ラックを傾斜させずコンテナの長軸方向に対し垂直に配置した場合にラックの前面を流れる単位時間当たりの風量は最大になる。ラックの傾斜角度を大きくするとコンテナの長軸方向に対するラック前面の面積が減少し、ラック前面を流れる風量も減少することから風量の調節が可能になる。

また、コンテナ型モジュールは可動性を有し様々な場所に設置されるのであるから、通信機器が含まれることになるが、現在広く利用される通信機器には側面吸気背面排気を行う機種が多く存在する。しかし、通常のコンテナ型モジュールのようにラックを傾斜させず垂直に配置するレイアウトの場合（図５の上部）には、側面はふさがれており、側面から通信機器に対して冷気を供給することは困難であった。本発明（図５の下部）では、ラックを垂直方向から傾けて配置するためにラック側面の一部から冷気を供給することが可能になり、通信機器をより効率的に冷却することを実現する。加えて、側面から排気する機器に対しても、ラックの側面から排気することが可能になる。

さらに、ラックに収容するコンピュータや通信機器のサイズは、メーカや機種によって異なり、これらの機器の奥行きが長いと、ラック後方のスペースが狭くなり、コンセントバーなどの部材をラック内部に収容することができず（図６の上図）に、部材の設置場所を新たに設けなければならない問題があった。しかし、本発明では、ラックを傾斜させることにより生じたラック側面のスペースに部材を取り付けることにより、ラック内部に収容できない部材の設置場所を新たに設けることなく、部材を設置することが可能（図６の下部）になる。

以上で本発明の実施例について説明した。コンテナ型モジュールにおいてラックを適切な傾斜角度で設置することによって、一般的な１９インチラックが内部に複数個設置されたコンテナをトラックに乗せて輸送する際の横幅を車両制限令で定められた２．５メートル以下にできることが明らかになった。なお、以上では、一般的である特定の幅を有する１９インチラック及び車両制限令における車両の幅の２．５メートルの最大限度という特定の例に即して説明しているが、本発明は、それらの特定の数値に制限されることなく、より一般的な状況においても成立する。

Claims (5)

1. コンピュータシステムを含むハードウェアを登載した複数のラックをコンテナの中に設置したコンテナ型データセンタモジュールであって、
   前記複数のラックは、それぞれのラックの正面から奥行き方向に向かう方向がコンテナの長軸方向に垂直な方向から所定の角度だけ傾斜した態様で設置されており、よって、それぞれのラックの正面から奥行き方向に向かう方向がコンテナの長軸方向と垂直な方向に一致するように設置されている場合よりも前記コンテナの長軸方向と垂直な方向のサイズを縮小することができることを特徴とするコンテナ型データセンタモジュール。
2. 請求項１記載のコンテナ型データセンタモジュールにおいて、前記コンテナの一端に冷却された空気を供給する冷気供給部を備え、前記複数のラックのそれぞれは複数の開口部を有しており、それぞれのラック１つ当たりにおける開口部の合計面積は前記冷気供給部に最も近接するラックが最小であり前記冷気供給部から最も離れたラックが最大となるように前記冷気供給部からの距離が増大するにつれて開口部の合計面積が増大するように構成されており、よって、前記開口部からラック内部に侵入する冷気の量が前記複数のラック全体において一定となることを特徴とするコンテナ型データセンタモジュール。
3. 請求項１記載のコンテナ型データセンタモジュールにおいて、前記コンテナの一端に冷却された空気を供給する冷気供給部を備え、前記複数のラックのそれぞれは複数の合計面積が均しい開口部を有しており、前記複数のラックのそれぞれにおいて当該ラックの正面から奥行き方向に向かう方向がコンテナの長軸方向に垂直な方向から所定の角度だけ傾斜している角度は前記冷気供給部に最も近接するラックが最大であり前記冷気供給部から最も離れたラックが最小となるように前記冷気供給部からの距離が増大するにつれて傾斜角度が縮小するように構成されており、よって、前記開口部からラック内部に侵入する冷気の量が前記複数のラック全体において一定となることを特徴とするコンテナ型データセンタモジュール。
4. 請求項１記載のコンテナ型データセンタにおいて、前記複数のラックを垂直方向から傾けて配置するためにラック側面から冷気を供給することが可能になることを特徴とするコンテナ型データセンタモジュール。
5. 請求項１記載のコンテナ型データセンタにおいて、前記複数のラックを傾斜させることにより生じたラック側面のスペースに部材を取り付けることが可能となることを特徴とするコンテナ型データセンタモジュール。