JP2012190884A

JP2012190884A - ラック型電子機器の冷却装置

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Publication number: JP2012190884A
Application number: JP2011051220A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Shibata; 洋柴田; Mutsuhiko Matsumoto; 睦彦松本; Masafumi Matsui; 雅史松井; Shigeyuki Hosono; 誉章細野
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-03-09
Filing date: 2011-03-09
Publication date: 2012-10-04
Also published as: CN103430644A; TWI474772B; US9192074B2; TW201242504A; US20130314873A1; WO2012120830A1

Abstract

【課題】各電子機器の発熱量、さらには、複数の電子機器からの発熱量に対し、適切に冷却を行う冷却装置を提供する。
【解決手段】通風可能に開口を設け、内部に凝縮器６ａと外気送風機１９を有し、ラック型電子機器２の天面に備えた箱形の凝縮器部６と、内部に蒸発器５ａを有し、ラック型電子機器２の背面側に設けた蒸発器部５とを備え、凝縮器６ａと蒸発器５ａとを液管１５ａと蒸気管１５ｂとで接続し、ラック型電子機器２からの発熱は、蒸発器５ａ内の液状の冷媒を気化させて冷却し、ラック型電子機器２外へ排出すると共に、凝縮器６ａでは、内部の気化した冷媒を外部から吸い込んだ冷たい空気で冷却して液化する冷凍サイクルを備えたことにより、内部の電子機器３の配置に関係なく、電子機器３から排出される発熱を個別に処理することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ラック型の収納装置に納めた電子計算機などの電子機器を冷却する冷却装置に関する。

近年、電子部品の高性能化と制御基板に対する電子部品の高密度化が進み、制御基板からの発熱量は飛躍的に増加しているとともに、電子部品等の小型化、高集積化、そして、処理する情報量の増加も進み、発熱箇所近傍で効率的に冷却する、すなわち、ラック個別に冷却する方式が考案されている。（例えば、特許文献１）。

以下、従来のラック型電子機器の冷却装置について、図１０を参照しながら説明する。

図１０に示すように、従来のラック型電子機器は、筐体１０１の内部に電子回路を構成する回路基板群１０２とヒートパイプ１０３、熱交換器１０４などで構成される冷却装置を備えている。回路基板群１０２は、筐体１０１内で、ラック型に整然と並べられている。そして、ヒートパイプ１０３は回路基板群１０２の隙間を縫うように設けられている。熱交換器１０４は、筐体１０１の上部に設けられていて、ヒートパイプ１０３が接続されている。筐体１０１の上部には、吸込口１０５、吹出口１０６となる開口が設けられ、吸込口１０５近傍に設けられた送風機１０７を動かすことによって外部の空気を通すようになっている。そして、吸込口１０５から吸い込まれた空気は、熱交換器１０４を通過した後、吹出口１０６から排出されるのである。

回路基板群１０２で発熱した熱は、周りの空気を暖め、この高温の空気はヒートパイプ１０３内の冷媒と熱交換して冷やされる。熱を受けた冷媒は蒸発してヒートパイプ１０３内を上昇し、熱交換器１０４内へと移動する。熱交換器１０４では、送風機１０７によって吸い込まれた冷たい外気と熱交換して再び液体となり、ヒートパイプ１０３内を下降していくのである。

特開昭６２−７１２９９号公報

このような従来の冷却装置では、ヒートパイプ１０３が回路基板群１０２の間を縫うように設けられているため、筐体１０１、回路基板群１０２を含んだ冷却装置全体として設計する必要があり、回路基板群１０２の大きさ、枚数ごとにヒートパイプ１０３の設計が必要になるという課題があった。

そして、図１０に示す冷却装置では、ヒートパイプ１０３は、冷却装置全体で一つの冷却サイクルを構成しているため、回路ごとの発熱量の違いに対応することが困難であった。

本発明はこのような課題を解決するものであり、電子機器と冷却装置を分離して設計することができ、個々の回路の発熱量に対応して適切に冷却できる冷却装置を提供することを目的としている。

そして、この目的を達成するために本発明は、
筐体内に複数の電子回路基板を備えたラック型の電子機器を冷却する冷却装置において、
通風可能に開口を設け、内部に凝縮器と送風機を有し、前記筐体の天面に備えた箱形の凝縮器部と、内部に蒸発器を有し、前記筐体の背面側に設けた蒸発器部とを備え、前記凝縮器と前記蒸発器とを液管と蒸気管とで接続し、前記電子機器からの発熱は、前記蒸発器内の液状の冷媒を気化させて冷却し、前記電子機器外へ排出すると共に、前記凝縮器では、内部の気化した冷媒を外部から吸い込んだ冷たい空気で冷却して液化する冷凍サイクルを備えた冷却装置である。これにより所期の目的を達成するものである。

本発明によれば、筐体内に複数の電子回路基板を備えたラック型の電子機器を冷却する冷却装置において、通風可能に開口を設け、内部に凝縮器と送風機を有し、前記筐体の天面に備えた箱形の凝縮器部と、内部に蒸発器を有し、前記筐体の背面側に設けた蒸発器部とを備え、前記凝縮器と前記蒸発器とを液管と蒸気管とで接続し、前記電子機器からの発熱は、前記蒸発器内の液状の冷媒を気化させて冷却し、前記電子機器外へ排出すると共に、前記凝縮器では、内部の気化した冷媒を外部から吸い込んだ冷たい空気で冷却して液化する冷凍サイクルを備えたことにより、内部の電子機器３の配置に関係なく、電子機器から排出される発熱を個別に処理することができる冷却装置を提供することができる。

ラック型電子機器を納めたデータセンターの概略図本発明の第１の実施の形態の冷却装置の概略断面図同扉部開放状態の斜視図同扉部内部の蒸発器の配管接続図同扉部を観音扉型とした概略斜視図同扉部をフラップ型とした概略斜視図同制御ボックスの配置図同制御ボックスの配置図同制御ボックスの配置図従来の発熱体収納箱冷却装置の説明図

（実施の形態１）
図１に示すのは、ラック型の電子機器（以降、ラック型電子機器２）を複数台納めたデータセンター１の概略図である。データセンター１内には、複数のラック型電子機器２が設置されている。ラック型電子機器２は、前面側と背面側に開口を設けた筐体を有し、その筐体内部にラック状に複数の電子機器３を、前面側に操作パネルや表示部を向けて備えられている。そして、背面側に電子機器３同士、あるいは、外部機器との接続を行う配線類、電源線類が設けられている。なお、全ての電子機器に操作パネルまたは表示部が備わっているとは限らない。このラック型電子機器２は、データセンター１内に複数台設置されて、全体として電子計算機室、サーバールームなどと呼ばれている。

本実施の形態による冷却装置４は、図２に示すとおり、ラック型電子機器２の背面側を覆うように設けられた蒸発器部５と、ラック型電子機器２の上面に設けられた凝縮器部６とで構成されている。蒸発器部５には、平板状の蒸発器５ａが複数枚取り付けられ、凝縮器部６内には、複数の平板状の凝縮器６ａと外気送風機１９が内蔵されている。また、凝縮器部６、蒸発器部５はともに内部を前後に空気が通過するように開口を有している。すなわち、凝縮器部６には外気吸込口７、外気吹出口８、蒸発器部５には排気吸込口９、排気吹出口１０が設けられている。そして、蒸発器部５は、図３に示すように、ラック型電子機器２の筐体背面に、扉状に開閉可能に取り付けられている。

一方、ラック型電子機器２は、前述のように前面と背面に空気の通過する開口を有している。この前面側の開口を空気取入口１１、背面側の開口を空気吐出口１２とする。これらの開口（空気取入口１１、空気吐出口１２）は、実質的に空気が通過する開口であればよく、空気取入口１１は、パンチング、あるいは格子状、網状などの形態をとることが可能である。図３では、背面側の開口（空気吐出口１２）は、扉状の蒸発器部５を開放したときに、背面略全体が一つの開口となっている。そして、筐体の内部には、複数の電子機器３が天井面（あるいは床面）と平行に並んでいる。なお、電子機器３は、側面に平行に並べてもよい。そして、ラック型電子機器２の内部を冷却するときには、空気取入口１１から空気を吸い込んで、天井面（あるいは側面）に平行に並んだ電子機器３を通過するときに、電子機器３から発する熱を奪った後、空気吐出口１２から排出されるのである。

次に蒸発器部５について説明する。

蒸発器部５は、周囲の枠と前面側から背面側へと空気が通り抜けられるように格子状のパネル部で構成された枠体内に、パネル部と平行に板状の蒸発器５ａが設けられた扉部１３と、この扉部１３を軸支する枠部１４とで構成されている。パネル部は、ラック型電子機器２の空気取入口１１と同様、空気が通過する構成であれば、パンチング、あるいは、網状などのものでもよい。蒸発器５ａは、ラック型電子機器２の筐体内を通過した空気が冷却されるよう、蒸発器部５全体に配置されている。本実施の形態では、４枚の蒸発器５ａを上下に並べた構成である。

図４に示すように、蒸発器５ａと凝縮器６ａとを接続する配管１４（液管１５ａ、蒸気管１５ｂ）は、枠部１４の内壁面に沿って縦に配置されている。液管１５ａは、蒸発器５ａの下辺付近に端部を設けている。そして、蒸発器５ａ下辺に設けた液管接続口１６と液管１５ａの端部とを曲げ自在のゴムホース１７ａで接続している。一方、蒸気管１５ｂは、蒸発器５ａの上辺よりも上側に端部を設け、蒸気管１５ｂの端部と蒸発器５ａの上辺に設けた蒸気管接続口１８とをゴムホース１７ｂで接続している。

このゴムホース１７ａ、ゴムホース１７ｂは、内面をＩＩＲ系ゴムとしたものや、内面をナイロン系樹脂にてコーティングした、例えば冷媒用ホースを用いるとよい。そして、ゴムホース１７ａ、ゴムホース１７ｂは、扉部１３の回動軸近傍で略水平方向（回動軸に略直交する方向）になるように配置されている。また、ゴムホース１７ａ、ゴムホース１７ｂのそれぞれの両端における接続部分（液管１５ａ、蒸発器５ａとゴムホース１７ａとの接続部分および蒸気管１５ｂ、蒸発器５ａとゴムホース１７ｂとの接続部分）では、エルボを介してもよいし、ゴムホース１７ａ、ゴムホース１７ｂを曲げてもよい。この実施の形態では、ゴムホース１７ａ、ゴムホース１７ｂとしたが、曲げることができれば、ゴム以外の材質のチューブを用いることが可能である。例えば、金属製のフレキシブルホースなどのフレキシブル配管を適用することができる。

次に凝縮器部６について説明する。

凝縮器部６は、向かい合う面を通風可能に開口（外気吸込口７、外気吹出口８）した箱形の筐体内に、凝縮器６ａと外気送風機１９を納めたものである。外気吸込口７、外気吹出口８は、他の通気口同様、空気が通過する構成であれば、格子状、パンチング、あるいは、網状など様々な形態をとることができる。凝縮器６ａは、外気送風機１９が送り出す空気をあてて通過させるように配置する。図２においては、通風方向に対して斜めに傾けて配置している。また、凝縮器６ａは、蒸発器５ａの枚数と同数備え、一枚の蒸発器５ａと一枚の凝縮器６ａとを液管１５ａ、蒸気管１５ｂとで接続して一つのサーモサイフォン型冷媒サイクルを構成している。

前述したように、データセンター１内には複数のラック型電子機器２が設けられている。冷却装置４は、ラック型電子機器２に垂れかけるような形態で取り付けられている。すなわち、凝縮器部６をラック型電子機器２の天面に乗せ、蒸発器部５をラック型電子機器２の背面に取り付けられている。データセンター１は、ラック型電子機器２の天面を境にして、下部の本体空間５１と上部の外気通風空間５２とに仕切られている。本体空間５１には、その内部の温度調節を行う空調装置５３が設けられている。

上記構成において、ラック型電子機器２からの発熱の処理方法について説明する。

まず、外気通風空間５２において、凝縮器部６では、通過する外気によって凝縮器６ａ内の冷媒を冷却・凝縮させる。液化した冷媒は、蒸発器５ａへと降下していく。一方、ラック型電子機器２内から発生する熱は、ラック型電子機器２内に設けられた排気送風機（図示せず）によって本体空間５１内に排出される。そのとき、高温の排気空気は、蒸発器部５を通過するので、蒸発器５ａ内の冷媒を気化させて熱交換し、冷却される。さらに、本体空間５１全体を空調装置５３によって温度調節しているのである。

従って、冷却装置４によってラック型電子機器２から排出される熱量を小さくするので、空調装置５３の負荷が軽減され、データセンター１全体として、エネルギー消費の少ない温度制御が可能となる。また、ラック型電子機器２ごとに冷却装置４が設けられているので、各冷却装置４ごとに外気送風機１９の送風量制御を行うことによって、ラック型電子機器２ごとの発熱量に対し、適切な冷却を行うことができる。

前述したとおり、ラック型電子機器２の背面側には、内部の電子機器３同士、あるいは、外部機器との接続を行う配線類、電源線類が設けられている。蒸発器５ａと凝縮器６ａとの間の配管には、ゴムホース１７ａ、ゴムホース１７ｂが用いられているので、蒸発器部５は、扉状に開けることができる。従って、設置時の配線作業、あるいは、設置後のメンテナンスが容易に行えるようになっている。そして、ゴムホース１７ａ、ゴムホース１７ｂは、蒸発器部５の回動軸に直交するように設けられているので、ゴムホース１７ａ、ゴムホース１７ｂをねじることがなく、蒸発器部５は、少ない力で開閉動作を行うことができる。

また、ラック型電子機器２内では発熱量の異なる電子機器３が納められている。そこで、冷却装置４内には、複数の冷媒サイクルを配置しているので、発熱量が異なっても冷却が可能なシステム構成となっている。

なお、扉状の蒸発器部５は、図３に示すような片開きだけでなく、図５に示すような観音開き型でもよい。この場合には、ラック型電子機器２の背面側に必要なスペースを小さくすることができる。

さらに、図６に示すような、蒸発器部５は、フラップ型に開閉するタイプでもよい。この場合、回動軸は水平方向になるので、蒸発器５ａを接続するゴムホース１７ａ、ゴムホース１７ｂの回動軸近傍は、ほぼ鉛直方向になるように設ける。また、この場合には、蒸発器５ａごとに開閉できるようにすることによって、背面側に必要なスペースを小さくすることができる。

この冷却装置４においては、外気送風機１９の運転制御を行う電子回路を備えた制御ボックス２０が必要になる。その配置については、図７に記載のとおり、扉部１３の下部に制御ボックス２０ａを備える。あるいは、図８に記載のとおり、制御ボックス２０ｂを枠部１４の内壁面に設けてもよい。さらには、凝縮器部６と蒸発器部５との間に制御ボックス２０ｃを設けてもよい。それぞれの設置位置は、冷却装置４、あるいはラック型電子機器２のデッドスペースとなっているので、スペースの有効な利用が可能となる。さらに、それぞれ冷却装置４側に設けられているので、ラック型電子機器２の形態に影響を与えず、冷却装置４は、後付けが可能になる。

さらには、蒸発器５ａの出口側の温度を検出し、制御ボックス２０内の制御装置で外気送風機１９の送風量制御を行うことにより、適切な温度制御が可能になる。

本発明は、筐体内に複数の電子機器３を備えたラック型の電子機器を冷却する冷却装置において、
通風可能に開口を設け、内部に凝縮器と送風機を有し、前記筐体の天面に備えた箱形の凝縮器部と、
内部に蒸発器を有し、前記筐体の背面側に設けた蒸発器部とを備え、
前記凝縮器と前記蒸発器とを液管と蒸気管とで接続し、
前記電子機器からの発熱は、前記蒸発器内の液状の冷媒を気化させて冷却し、前記電子機器外へ排出すると共に、
前記凝縮器では、内部の気化した冷媒を外部から吸い込んだ冷たい空気で冷却して液化する冷凍サイクルを備えたことにより、内部の電子機器３の配置に関係なく、電子機器から排出される発熱を個別に処理することができるので、内部に電子機器を備えた屋内型の発熱体収納装置の冷却に利用可能である。

１データセンター
２ラック型電子機器
３電子機器
４冷却装置
５蒸発器部
５ａ蒸発器
６凝縮器部
６ａ凝縮器
７外気吸込口
８外気吹出口
９排気吸込口
１０排気吹出口
１１空気取入口
１２空気吐出口
１３扉部
１４枠部
１５ａ液管
１５ｂ蒸気管
１６液管接続口
１７ａゴムホース
１７ｂゴムホース
１８蒸気管接続口
１９外気送風機
２０制御ボックス
２０ａ制御ボックス
２０ｂ制御ボックス
２０ｃ制御ボックス
５１本体空間
５２外気通風空間
５３空調装置
１０１筐体
１０２回路基板群
１０３ヒートパイプ
１０４熱交換器
１０５吸込口
１０６吹出口
１０７送風機

Claims

筐体内に複数の電子機器を備えたラック型の電子機器を冷却する冷却装置において、
通風可能に開口を設け、内部に凝縮器と送風機を有し、前記筐体の天面に備えた箱形の凝縮器部と、
内部に蒸発器を有し、前記筐体の背面側に設けた蒸発器部とを備え、
前記凝縮器と前記蒸発器とを液管と蒸気管とで接続し、
前記電子機器からの発熱は、前記蒸発器内の液状の冷媒を気化させて冷却し、前記電子機器外へ排出すると共に、
前記凝縮器では、内部の気化した冷媒を外部から吸い込んだ冷たい空気で冷却して液化する冷凍サイクルを備えた冷却装置。
前記蒸発器部は、前記電子機器の背面において扉状に開閉可能に設けられた請求項１記載の冷却装置。
前記蒸発器部は、前記電子機器の背面において、片開きに扉状に設けられた請求項２記載の冷却装置。
前記蒸発器部は、前記電子機器の背面において、観音開きに扉状に設けられた請求項２記載の冷却装置。
前記蒸発器部は、前記電子機器の背面において、フラップ型に開閉可能に設けられた請求項２記載の冷却装置。
前記蒸発器と前記蒸気管との接続において、
前記蒸発器の扉状に開閉する回動軸と直交するように曲げ自在のフレキシブル配管で接続した請求項２〜５いずれか一つに記載の冷却装置。
前記蒸発器部の扉部分下部に前記送風機の送風制御を行う制御ボックスを配置した請求項１〜６いずれか一つに記載の冷却装置。
前記蒸発器部の枠部分に前記送風機の送風制御を行う制御ボックスを配置した請求項１〜６いずれか一つに記載の冷却装置。
前記蒸発器部と前記凝縮器部との間に前記送風機の送風制御を行う制御ボックスを配置した請求項１〜６いずれか一つに記載の冷却装置。
前記ラック型の電子機器を複数台配置したデータセンターにおいて、
このデータセンター内を上部の外気通風空間と下部の本体空間に分離し、
前記電子機器は、前記本体空間に配置し、
それぞれの電子機器に請求項１〜９いずれか一つに記載の冷却装置を備え、
前記凝縮器を前記外気通風空間内に備えたデータセンター。