JP2012059919A - 冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】大型の空気調和装置が不要でかつ電算機室の構造を簡単化してイニシャルコストが低減できるとともに、冷却効率を高めてランニングコストも低減することができる冷却システムを提供すること。
【解決手段】電算機ラックＲごとに排気ダクトＤ１、連通ダクトＤ２、冷却パネルＰおよび循環手段Ｆが設けられているので、小型の冷却パネルＰや送風ファンＦ１であっても冷却効率を向上させることができ、大型の空気調和装置や二重床などが不要にできることから、電算機室の構築や冷却システム設置に要するイニシャルコストを低減させることができる。さらに、電算機ラックＲの近傍に冷却パネルＰおよび循環手段Ｆを設けたことで、これらの動力を小さくしてランニングコストを低減させることができるとともに、電算機ラックＲごとの偏熱を防止して冷却効率を向上させ、冷却システムの省エネルギー化を図ることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、データセンター等で利用される電算機ラックに収容される電算機（サーバ装置等）を冷却するための冷却システムに関するものである。

従来、サーバ装置などのコンピュータ機器は、ラックに収容されて電算機室に集約的に設置されることが一般的であり、電算機室としては、列状に配置した複数のラックを支持するとともに通気可能な二重床を備え、壁や天井などによって外部空間と仕切られている。このような電算機室の空調システム（冷却システム）として、大型の空気調和装置を用いたものが一般的である（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の空調システムでは、電算機室の外に空気調和装置を設けておき、空気調和装置からの冷風を二重床と床スラブとの間に流入させるとともに、二重床から電算機室内に吹き出させることによって、機器に冷風を送り込むような方式が採用されている。機器を搭載したラックは、例えば、その前面から冷風を給気して背面などから排気する。このように機器を冷却して排気された空気は、ラックの上方の空間や天井裏を介して空気調和装置に吸引され、再び冷却されてから二重床下を介して電算機室に循環されるようになっている。

特開２００６−６４３０３号公報

しかしながら、従来の空調システムでは、大型の空気調和装置が必要であるとともに、電算機室の構造としても二重床や天井裏空間などを構築する必要があるため、電算機室を構築したり各種装置を設置するためのイニシャルコストが増大するという問題がある。さらに、室外に設置した空気調和装置からの冷風を二重床下の空間を介して電算機室内に送り込むとともに、ラックから排気された空気を電算機室から再び空気調和装置に戻すために、大量の冷風や排気を長距離に渡って搬送するための動力が必要となり、ランニングコストも増大するという問題がある。また、冷風や排気が長距離に渡って搬送されることから、空気調和装置からの距離が近いラック列と遠いラック列とができてしまい、特に距離が遠いラック列において偏熱が生じることで冷却効率が低下するという問題もある。

本発明の目的は、大型の空気調和装置が不要でかつ電算機室の構造を簡単化してイニシャルコストが低減できるとともに、冷却効率を高めてランニングコストも低減することができる冷却システムを提供することにある。

本発明の冷却システムは、電算機ラックに収容された電算機を冷却するための冷却システムであって、前記電算機ラックの一方側に位置して当該電算機ラックに給気する給気空間と、前記電算機ラックの他方側にて当該電算機ラックの側面を覆って設けられるとともに当該電算機ラックからの排気を回収する排気ダクトと、前記排気ダクトに連通されるとともに前記電算機ラックの上方を通って前記一方側に延びる連通ダクトと、前記連通ダクトの前記一方側端部に形成されて前記給気空間に開口する給気開口と、前記排気ダクト内部および前記連通ダクト内部の少なくとも一方に設けられて前記電算機ラックから排気された空気を前記給気空間に循環させる循環手段と、前記排気ダクトおよび前記連通ダクトの少なくとも一方に設けられて前記循環する空気を冷却する冷却手段とを備えることを特徴とする。

以上の本発明によれば、電算機ラックの他方側つまり排気側の側面を排気ダクトで覆い、この排気ダクトに接続した連通ダクトを給気空間側に延設し、循環手段によって循環させた空気を給気開口から給気空間に循環させるとともに、排気ダクトや連通ダクトに冷却手段を設けることで、個別の電算機ラックごとに排気を冷却し、冷却した空気を再度電算機ラックに給気することができる。従って、従来のような二重床や天井裏空間を構築する必要がなくなるとともに、電算機ラックごとに設けた個別の冷却手段を小型化することができ、従来のような大型の空気調和装置も不要にできることから、電算機室の構築や冷却システム設置に要するイニシャルコストを低減させることができる。
また、電算機ラックに対して個別に設けた排気ダクトや連通ダクト内を通し、循環手段によって空気を循環させつつ冷却手段で空気を冷却することで、冷却手段や循環手段に要する動力を小さくすることができ、冷却システム設置のランニングコストを低減させることができる。
さらに、電算機ラックごとに冷却手段で空気を冷却することで、電算機室内において複数の電算機ラックが設置された場合であっても、電算機ラックごとの偏熱を防止して冷却効率を向上させることができるとともに、各電算機ラックの稼働状況に応じて冷却手段や循環手段の運転を個別制御することも可能となり、これらの運転に要する動力を節約して省エネルギー化を図ることができる。

この際、本発明の冷却システムでは、前記冷却手段は、熱電素子を有するかまたは冷媒を循環させるコイルを有するとともに、パネル状に形成された冷却パネルで構成され、この冷却パネルによって前記排気ダクトの前面壁および側面壁の少なくとも一方が構成されていることが好ましい。
さらに、本発明の冷却システムでは、前記冷却パネルによって前記連通ダクトの上面壁、下面壁および側面壁のうちの少なくとも１つが構成されていることが好ましい。
このような構成によれば、冷却パネルによって排気ダクトや連通ダクトの壁を構成することで、各ダクト内部を通過する空気を効率よく冷却することができ、冷却効率を高めてランニングコストをさらに低減させることができる。

また、本発明の冷却システムでは、前記排気ダクトは、下方から上方に向かうにしたがって前記電算機ラックの他方側側面からの距離が大きくなる内部空間を有して形成されていることが好ましい。
このような構成によれば、上方に向かって内部空間が拡大するように排気ダクトを形成することで、電算機ラックからの排気量（風速）が徐々に大きくなる排気ダクト上部における空気の滞留を防止することができ、空気の流れをスムーズにして循環効率を高めることができる。

また、本発明の冷却システムでは、前記排気ダクト内部および前記連通ダクト内部のうち、少なくとも排気ダクト内部には、前記冷却手段に接続された集熱手段が設けられていることが好ましい。
この際、前記集熱手段は、熱伝導性を有した板材からなる集熱板であって、前記排気ダクト内部には、前記電算機ラックの側面に沿って上下かつ他方側に延びる複数の前記集熱板が設けられていることが好ましい。
さらに、前記連通ダクト内部には、前記電算機ラックの上面に沿って上下かつ一方側から他方側に延びる複数の前記集熱板が設けられていることが好ましい。
また、さらに、前記排気ダクト内部の集熱板と前記連通ダクト内部の集熱板とが連続して設けられ、これらの集熱板で仕切られた複数の空間に各々前記循環手段が設けられていることが好ましい。
このような構成によれば、排気ダクトや連通ダクトの内部に集熱手段を設けて冷却手段に接続することで、冷却効率をさらに高めることができる。さらに、熱伝導性を有した板材からなる集熱板（フィン）で集熱手段を構成し、排気ダクトや連通ダクトの内部における空気の流れに沿って集熱板を配置したり、複数の集熱板で仕切られた複数の空間に各々循環手段を設けたりすることで、空気の流れをスムーズにして循環効率を高めることもでき、冷却手段や循環手段の運転に要する動力をさらに節約することができる。

また、本発明の冷却システムでは、前記給気開口は、前記電算機ラックの一方側側面に沿った下方に向かって開口して形成され、この給気開口に隣接するとともに前記電算機ラックの一方側側面の対向した位置には、当該給気開口から供給される空気の気流を制限する可動式の気流制限手段が設けられていることが好ましい。
このような構成によれば、電算機ラックの一方側側面に対向して可動式の気流制限手段を設けることで、給気開口から供給される冷却された空気を電算機ラックの一方側つまり給気側の側面に無駄なく送ることができ、電算機ラック内部の電算機を効果的に冷却することができる。また、可動式の気流制限手段を容易に移動させて電算機ラックのメンテナンスや電算機の設置、交換などを実施することができる。

以上のような本発明の冷却システムによれば、個別の電算機ラックごとに排気ダクトや連通ダクト、冷却手段、循環手段を設けることで、冷却手段を小型化しつつも冷却効率を向上させることができるとともに、従来のような二重床や天井裏空間を構築する必要がなくかつ大型の空気調和装置も不要にできることから、電算機室の構築や冷却システム設置に要するイニシャルコストを低減させることができる。さらに、電算機ラックごとにその近傍に冷却手段や循環手段を設けたことで、それらの動力を小さくしてランニングコストを低減させることができるとともに、電算機ラックごとの偏熱を防止して冷却効率を向上させることができ、冷却システムの省エネルギー化を図ることができる。
また、冷却パネルによって排気ダクトや連通ダクトの壁を構成することで、各ダクト内部を通過する空気を効率よく冷却することができ、冷却効率を高めてランニングコストをさらに低減させることができる。さらに、上方に向かって内部空間が拡大するように排気ダクトを形成することで、排気ダクト上部における空気の滞留を防止して循環効率を高めることができる。
また、集熱板（フィン）等からなる集熱手段を冷却手段に接続することで、冷却効率をさらに高めることができるとともに、循環する空気の流れに沿って集熱板を配置したり、集熱板で仕切った空間の各々に循環手段を設けたりすることで、循環効率を高めることができ、冷却手段や循環手段の運転効率を高めることができる。さらに、気流制限手段によって電算機ラックの給気側に冷気を無駄なく送って効果的に冷却することができるとともに、気流制限手段を可動式とすることで、これを移動させて電算機ラックのメンテナンスを容易に実施することができる。

本発明の一実施形態に係る冷却システムを示す斜視図である。 前記冷却システムを示す縦断面図である。 図２と直交する方向の前記冷却システムの縦断面図である。 前記冷却システムの横断面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図４において、本実施形態の冷却システムは、電算機室などに複数列で並設される電算機ラックＲの各々に設けられ、電算機ラックＲに収容されるサーバ装置などのコンピュータ機器（電算機）を冷却するために利用される。電算機ラックＲは、電算機室の床スラブＳ上に設置され、一方側側面であるラック前面Ｒ１と、他方側側面であるラック背面Ｒ２とを有するとともに、これらの側面の幅寸法（図３の左右方向寸法）が略６００mm程度の箱状に形成されている。この電算機ラックＲの内部には、通気ファンが設けられ、ラック前面Ｒ１に設けられた吸気口から取り込んだ空気を、ラック背面Ｒ２に設けられた排気口から排気することで、電算機ラックＲ内部のコンピュータ機器を空冷によって冷却するようになっている。すなわち、電算機ラックＲのラック前面Ｒ１側の空間は、冷却用の空気を電算機ラックＲに給気する給気空間Ｓ１とされている。

電算機ラックＲには、そのラック背面Ｒ２側を覆って設けられるとともに当該電算機ラックからの排気を回収する排気ダクトＤ１と、排気ダクトＤ１の上方に連通されるとともに電算機ラックＲの上方を通ってラック前面Ｒ１側に延びる連通ダクトＤ２とが設けられている。連通ダクトＤ２におけるラック前面Ｒ１側の端部には、当該ラック前面Ｒ１に沿って下方に向かって開口するとともに、給気空間Ｓ１に冷却空気を吹き出す給気開口Ｏが形成されている。この給気開口Ｏに隣接する位置には、電算機ラックＲのラック前面Ｒ１に対向して吊り下げられた可動式の気流制限手段としてのカーテンＣが設けられている。このカーテンＣは、給気開口Ｏから吹き出した冷却空気が給気空間Ｓ１から逃げないように気流を制限し、冷却空気をラック前面Ｒ１の吸気口から電算機ラックＲ内部に取り込ませるように機能するものである。また、連通ダクトＤ２の内部には、電算機ラックＲから排気された空気を排気ダクトＤ１および連通ダクトＤ２を介して給気空間Ｓ１に循環させる循環手段Ｆが設けられ、この循環手段Ｆは、複数（例えば、５個）の送風ファンＦ１によって構成されている。

排気ダクトＤ１は、電算機ラックＲのラック背面Ｒ２に接続されるとともにラック背面Ｒ２から延びる一対の側面壁１１と、これら一対の側面壁１１の先端に連結されるとともに傾斜して上下に延びる前面壁１２と、前面壁１２に連結されて当該排気ダクトＤ１の内部側（ラック背面Ｒ２側）に延びる複数（例えば、４枚）の集熱板１３とを有して構成されている。すなわち、排気ダクトＤ１は、前面壁１２が下方から上方に向かうにしたがってラック背面Ｒ２からの距離が大きくなるように傾斜することで、上方に向かって徐々に拡大する断面略逆三角形状の内部空間を有して形成されている。この排気ダクトＤ１の内部空間は、複数の集熱板１３によって複数（例えば、５個）の排気空間Ｓ２に仕切られ、これらの排気空間Ｓ２が上下に延びて形成されている。

連通ダクトＤ２は、電算機ラックＲの上面および排気ダクトＤ１の側面壁１１に接続されて上方に延びる一対の側面壁２１と、これら一対の側面壁２１の上端に連結されるとともに略水平に延びる上面壁２２と、一対の側面壁２１に連結されるとともに電算機ラックＲの上面に対向する下面壁２３と、ラック背面Ｒ２側にて一対の側面壁２１の端縁を連結して排気ダクトＤ１の前面壁１２に接続される側面壁２４と、ラック前面Ｒ１側にて一対の側面壁２１の端縁を連結して給気開口Ｏを形成する側面壁２５と、上面壁２２と下面壁２３とに渡って上下に延びる複数（例えば、４枚）の集熱板２６とを有して構成されている。すなわち、連通ダクトＤ２は、電算機ラックＲの上側においてラック前面Ｒ１側からラック背面Ｒ２側に連続する内部空間を有して形成されている。この連通ダクトＤ２の内部空間は、複数の集熱板２６によって複数（例えば、５個）の連通空間Ｓ３に仕切られ、これらの連通空間Ｓ３がそれぞれ排気空間Ｓ２に連通されるとともに、各連通空間Ｓ３の途中位置に各々送風ファンＦ１が設けられている。

以上の排気ダクトＤ１および連通ダクトＤ２において、側面壁１１，２１，２４，２５、前面壁１２、上面壁２２および下面壁２３のうち、少なくとも前面壁１２および上面壁２２が冷却手段としての冷却パネルＰで構成されている。この冷却パネルＰは、熱電素子を有してパネル状に形成されたもので、電力の供給を受けた熱電素子が排気ダクトＤ１および連通ダクトＤ２内部の空気と、その外部の空気との間で熱交換を行うことによって、排気ダクトＤ１および連通ダクトＤ２内部の空気を冷却するように構成されている。なお、冷却パネルＰは、その内部に冷媒を循環させるコイルを有するものであって、冷媒との間で熱交換を行って、排気ダクトＤ１および連通ダクトＤ２内部の空気を冷却するような構成であってもよい。また、前面壁１２および上面壁２２に限らず、側面壁１１，２１，２４，２５や下面壁２３が冷却パネルＰで構成されていてもよいし、さらには集熱板１３，２６が冷却パネルＰで構成されていてもよい。

以上の空調システムでは、先ず、電算機ラックＲのラック背面Ｒ２側の排気口から排気ダクトＤ１内部に排気される空気は、集熱板１３を介して間接的にまたは直接的に前面壁１２の冷却パネルＰで冷却されつつ、送風ファンＦ１で吸引されることで上昇する。この冷却された空気は、連通ダクトＤ２に引き込まれ、集熱板２６を介して間接的にまたは直接的に上面壁２２の冷却パネルＰでさらに冷却され、送風ファンＦ１に送られて給気開口Ｏから給気空間Ｓ１に供給される。このように供給された空気は、カーテンＣで気流が制限されつつラック前面Ｒ１側の吸気口から電算機ラックＲ内部に取り込まれ、その内部の電算機を冷却して加熱された後に再び排気ダクトＤ１に排気され、このように空気が循環することで、電算機ラックＲ内部の電算機が冷却されるようになっている。

以上の本実施形態によれば、電算機ラックＲごとに排気ダクトＤ１、連通ダクトＤ２、冷却パネルＰおよび循環手段Ｆが設けられているので、小型の冷却パネルＰや送風ファンＦ１であっても冷却効率を向上させることができ、大型の空気調和装置や延長距離の長いダクト、二重床や天井裏空間などが不要にできることから、電算機室の構築や冷却システム設置に要するイニシャルコストを低減させることができる。さらに、電算機ラックＲごとにその近傍に冷却パネルＰおよび循環手段Ｆを設けたことで、それらの動力を小さくしてランニングコストを低減させることができるとともに、電算機ラックＲごとの偏熱を防止して冷却効率を向上させることができ、冷却システムの省エネルギー化を図ることができる。

また、冷却パネルＰによって排気ダクトＤ１の前面壁１２および連通ダクトＤ２の上面壁２２を構成することで、各ダクトＤ１，Ｄ２内部を通過する空気を効率よく冷却することができ、冷却効率を高めてランニングコストをさらに低減させることができる。さらに、集熱板１３，２６を冷却パネルＰに接続することで、冷却効率をさらに高めることができるとともに、循環する空気の流れに沿って複数の集熱板１３，２６を配置し、これらの集熱板１３，２６で仕切った排気空間Ｓ２および連通空間Ｓ３を連続させ、各連通空間Ｓ３に送風ファンＦ１を設けることで、各ダクトＤ１，Ｄ２内部における空気の循環効率を高めることができる。
また、給気空間Ｓ１に供給した冷却空気の気流をカーテンＣによって制限することで、電算機ラックＲの内部に冷却空気を無駄なく送って効果的に冷却することができるとともに、このカーテンＣを移動させたり変形させることでラック前面Ｒ１側から電算機ラックＲのメンテナンスを容易に実施することができる。さらに、冷却空気が供給される給気空間Ｓ１の側から電算機ラックＲをメンテナンスできるので、メンテナンス作業を快適に実施することができる。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記実施形態では、１台の電算機ラックＲごとに排気ダクトＤ１および連通ダクトＤ２が設けられていたが、複数台の電算機ラックＲを組み合わせた組ごとに排気ダクトＤ１および連通ダクトＤ２を設けてもよい。
また、前記実施形態では、冷却手段を冷却パネルＰで構成し、この冷却パネルＰで排気ダクトＤ１や連通ダクトＤ２の壁（前面壁１２、上面壁２２）を構成するものとしたが、冷却手段は前記実施形態に限らず、排気ダクトＤ１や連通ダクトＤ２の壁とは別体で構成されたものでもよい。

その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

１１，２１，２４，２５…側面壁、１２…前面壁、１３，２６…集熱板（集熱手段）、２２…上面壁、２３…下面壁、Ｃ…カーテン（気流制限手段）、Ｄ１…排気ダクト、Ｄ２…連通ダクト、Ｆ…循環手段、Ｏ…給気開口、Ｐ…冷却パネル（冷却手段）、Ｒ…電算機ラック、Ｒ１…ラック前面（一方側側面）、Ｒ２…ラック背面（他方側側面）、Ｓ１…給気空間。

Claims (9)

1. 電算機ラックに収容された電算機を冷却するための冷却システムであって、
   前記電算機ラックの一方側に位置して当該電算機ラックに給気する給気空間と、
   前記電算機ラックの他方側にて当該電算機ラックの側面を覆って設けられるとともに当該電算機ラックからの排気を回収する排気ダクトと、
   前記排気ダクトに連通されるとともに前記電算機ラックの上方を通って前記一方側に延びる連通ダクトと、
   前記連通ダクトの前記一方側端部に形成されて前記給気空間に開口する給気開口と、
   前記排気ダクト内部および前記連通ダクト内部の少なくとも一方に設けられて前記電算機ラックから排気された空気を前記給気空間に循環させる循環手段と、
   前記排気ダクトおよび前記連通ダクトの少なくとも一方に設けられて前記循環する空気を冷却する冷却手段とを備えることを特徴とする冷却システム。
2. 請求項１に記載の冷却システムにおいて、
   前記冷却手段は、熱電素子を有するかまたは冷媒を循環させるコイルを有するとともに、パネル状に形成された冷却パネルで構成され、この冷却パネルによって前記排気ダクトの前面壁および側面壁の少なくとも一方が構成されていることを特徴とする冷却システム。
3. 請求項２に記載の冷却システムにおいて、
   前記冷却パネルによって前記連通ダクトの上面壁、下面壁および側面壁のうちの少なくとも１つが構成されていることを特徴とする冷却システム。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の冷却システムにおいて、
   前記排気ダクトは、下方から上方に向かうにしたがって前記電算機ラックの他方側側面からの距離が大きくなる内部空間を有して形成されていることを特徴とする冷却システム。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の冷却システムにおいて、
   前記排気ダクト内部および前記連通ダクト内部のうち、少なくとも排気ダクト内部には、前記冷却手段に接続された集熱手段が設けられていることを特徴とする冷却システム。
6. 請求項５に記載の冷却システムにおいて、
   前記集熱手段は、熱伝導性を有した板材からなる集熱板であって、
   前記排気ダクト内部には、前記電算機ラックの側面に沿って上下かつ他方側に延びる複数の前記集熱板が設けられていることを特徴とする冷却システム。
7. 請求項６に記載の冷却システムにおいて、
   前記連通ダクト内部には、前記電算機ラックの上面に沿って上下かつ一方側から他方側に延びる複数の前記集熱板が設けられていることを特徴とする冷却システム。
8. 請求項７に記載の冷却システムにおいて、
   前記排気ダクト内部の集熱板と前記連通ダクト内部の集熱板とが連続して設けられ、これらの集熱板で仕切られた複数の空間に各々前記循環手段が設けられていることを特徴とする冷却システム。
9. 請求項１から請求項８のいずれかに記載の冷却システムにおいて、
   前記給気開口は、前記電算機ラックの一方側側面に沿った下方に向かって開口して形成され、この給気開口に隣接するとともに前記電算機ラックの一方側側面の対向した位置には、当該給気開口から供給される空気の気流を制限する可動式の気流制限手段が設けられていることを特徴とする冷却システム。

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