JP2013258166A - 電子機器装置およびその筺体 - Google Patents

Abstract

【課題】電子機器装置のラックキャビネットのドアを開いた際の外気の劣悪な環境条件の空気（高温、多湿、塵挨、塩害、腐食ガス）と内気の遮断について十分な配慮がされていないという課題がある。また、ラックキャビネット内において結露した水の再循環防止に関して、何ら配慮されていないという課題がある。
【解決手段】電子機器装置のラックキャビネットのドアの開閉と連動する送風機により、ラックキャビネットの循環風を制御し、ラックキャビネットのドアを開いた際、強力なエアカーテンを省エネルギーに作ることにより、ラックキャビネットのドア近傍の内気を外気に比べ高圧にすることを特徴とする。また、電子機器装置のラックキャビネットのドアに設けた熱交換器で結露させた結露水を、吸湿剤を介して、より高温な室外機側に送り、室外機側で結露水を蒸発させる構成である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子機器装置およびその筺体に関し、例えば、ラックキャビネットと高温、多湿、塵挨、塩害、腐食等の環境条件に耐えることのできる冷却システムとを有する電子機器装置の筺体、更に該ラックキャビネットにサーバ、記憶装置、ネットワーク機器などのＩＴ機器を搭載する電子機器装置に関するものである。

本技術分野の背景技術として、特開平０８−３１６６７６号公報（特許文献１）がある。この公報には、ドアの開放時においても筐体内の冷却空気と周囲空気が混合するのを抑制するために、ドアの開口部を小さくすること又は冷却空気の一部を用いた薄く広い空気流のエアカーテンを適用することが開示される。また、加湿手段を具備して、筺体内の冷却空気の温度及び湿度を制御することが開示されている。

また、特開平０９−１３８０４４号公報（特許文献２）がある。この公報には、内部に発熱体を有する密閉筐体に、冷却手段に加えて加湿手段（吸・放湿材料）を具備するものが、開示されている。

また、特開平０７−３１２４９５号公報（特許文献３）がある。この公報には、半導体装置筐体を実質的に密閉筐体とし、冷却装置、或いは、第二の冷却器への結露を防止するための除湿装置を筐体内部に設けたものが、開示されている。

特開平０８−３１６６７６号公報 特開平０９−１３８０４４号公報 特開平０７−３１２４９５号公報

中小規模の企業では、自社で新たに計算機室、データセンタ等の部屋を設けずに、倉庫、空き部屋、事務所等に、サーバ、記憶装置、ネットワーク機器等のＩＴ機器を１筺体のラックキャビネットに搭載しているところが主流である。このため、空調設備のない場合や人が居なくなった夜間等の空調を停止する場合は、高温、多湿となり、外気環境と同等な状態にさらされ、砂埃等の塵挨、海岸近傍では海水による塩害、工業地帯や自動車等からの腐食性ガス等により、サーバ、記憶装置、ネットワーク機器等の寿命が低下している。そこで、劣悪な環境条件下でも、サーバ、記憶装置、ネットワーク機器等を設置することができる、高信頼な電子機器用冷却装置が必要である。

そのため、劣悪な環境条件下でも、サーバ、記憶装置、ネットワーク機器等を安心して設置することができる、高信頼な電子機器用冷却装置として、密閉型ラックキャビネットがある。

しかし、密閉型ラックキャビネットにおいて、サーバ、記憶装置、ネットワーク機器等のＩＴ機器のメンテナンスを行う場合や、新たにＩＴ機器を新設する場合、必ずラックキャビネットのドアを開いて作業する必要がある。このドアを開いた際に、ラックキャビネット内の空気（適温、適湿等）に対して、外気の劣悪な環境条件の空気（高温、多湿、塵挨、塩害、腐食ガス）がラックキャビネット内に侵入し、サーバ、記憶装置、ネットワーク機器等のＩＴ機器の信頼性を低下させる可能性がある。特に、高温、多湿の空気と適温、適湿の空気が混ざることで、ラックキャビネット、ＩＴ機器に結露が生じ、ＩＴ機器の信頼性を低下させる可能性がある。

従来技術では、対策としてドアの開口部を小さくする場合があるが、メンテナンスを行う場合や新たにＩＴ機器を新設する場合に支障をきたすことになる。又、冷却空気の一部を用いた薄く広い空気流のエアカーテンを適用する場合は、通常の冷却風の一部を、空気分離板または別のファンを用いて、分流してドアとプリント基板との間の狭い流路に流して薄く広いエアカーテンが形成されるが、ドアを開放すると、狭い流路で高速な空気を生成しているため、空気流が、筺体から外へ出てしまい、外気が筺体に入りこむことになり、エアカーテンの役目を行わなくなる可能性がある。即ち、劣悪な環境条件の空気（高温、多湿、塵挨、塩害、腐食ガス）である外気と内気との遮断やメンテナンスについて十分な配慮がされていないという課題がある。

また、従来技術では、ラックキャビネット内において結露した水の再循環防止に関して、何ら配慮されていないという課題がある。

そこで、本発明の目的は、密閉型ラックキャビネットを用いた電子機器装置において、ドア開放時においても外気と内気との遮断について十分な配慮がされている電子機器装置およびその筺体を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、密閉型ラックキャビネット内において結露した水の再循環防止に関して十分な配慮がされている電子機器装置およびその筺体を提供することにある。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、サーバ、記憶装置及び／又はネットワーク機器と、該サーバ、記憶装置及び／又はネットワーク機器を搭載するラックキャビネットとを有する電子機器装置において、上記ラックキャビネットは、少なくとも正面及び背面のいずれかに開閉ドアを有し、該開閉ドアには熱交換器と第１のファンとを具備し、上記ラックキャビネットの底部には、ラジエータユニットを有し、該ラジエータユニットには圧縮機、ラジエータ、膨張弁、及びラジエータ用ファンを具備し、上記開閉ドアの上記熱交換器と上記ラジエータユニットとは、閉ループを形成する配管で繋がれ、上記配管には冷媒が充填され、上記ラックキャビネットの上記開閉ドア近傍の側面に第２のファンを有し、上記開閉ドアの開閉を検知する検知部と、上記検知部の出力に基づいて上記第２のファンを駆動する制御部とを有することを特徴とする。

また、開閉ドアに設けた上記熱交換器の下方に吸着剤を有することを特徴とする。

本発明によれば、強力なエアカーテンを省エネルギーに作ることができるので、ラックキャビネットのドアを開いた際、劣悪な環境条件の空気の外気と内気との十分な遮断が可能となる。

また、本発明によれば、ラックキャビネット内において結露した水の再循環防止が可能となり、サーバ、記憶装置、ネットワーク機器等のＩＴ機器自体の結露を防止できる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の説明により明らかにされる。

本発明の実施例におけるラックキャビネットの側面図である。 本発明の実施例におけるラックキャビネットの上面図である。 本発明の実施例におけるラックキャビネットの正面ドアを開いた場合のラック上面から見た図である。 本発明の実施例におけるラックキャビネットの背面ドアを開いた場合のラック上面から見た図である。 本発明の実施例におけるラックキャビネットのラジエータユニットでの風速分布の計算結果である。

従来技術では、通常の冷却風の一部を、空気分離板または別のファンを用いて、分流してドアとプリント基板との間の狭い流路に流す薄く広いエアカーテンが用いられているが、この場合、ドアを開放すると、狭い流路で高速な空気を生成しているため、空気流が、筺体から外へ出てしまい、外気が筺体に入りこむことになり、エアカーテンの役目を果たさなくなる可能性がある。

本発明では、流路を狭めるのでなく、熱交換器へ送風する送風機（ファン）とは別の送風機（ファン）として、例えば、斜流ファンを設けることで高速な空気流を供給できるため、強力なエアカーテンを実現できる。

即ち、通常の冷却風とは風向及び風量において独立して、十分な厚みの高速なエアカーテンをドア開閉に応じて作れるので、薄く広いエアカーテンを常に流す場合に対して、省エネルギーで強力なエアカーテンを必要な方向に作成できる。

また、従来技術では、ドア壁側の狭い隙間をエアカーテンが流れるので、エアカーテンの風量や風向きがドア近傍の装置構成に影響を受ける可能性があるが、本発明では、ドア側に熱交換器があり熱交換器の内側に空気が流れる構成であっても、ドア近傍の装置構成に関係せず最適なエアカーテンを発生できる。

本発明では、密閉型ラックキャビネットの循環風である通常の冷却風を作るファンに加えて、ドア開閉に応じてより強力な送風機（例えば、斜流ファン）により、密閉型ラックキャビネット内の循環風を制御し、少なくともドア近傍において外気に比べ高圧になるようなエアカーテンを作ることを特徴とする。また、ドアに設けた熱交換器のフィン部で結露した結露水は、熱交換器から落水し、熱交換器の下に置かれた吸着剤（粒子状の除湿剤）に吸着させることにより、高温な室外機側に結露した水を送り、室外機を構成するラジエータユニットのための外気の流れにより吸着された水分（結露水）を蒸発させる構成を特徴とする。

上記構成によって、ラックキャビネットのドア開口に強力なエアカーテンを作り、ラックキャビネットの内部を高圧にすることで、外気の流入を防ぐことができ、ドア開時だけにエアカーテンを作れるので、強力なエアカーテンを省エネルギーに作ることができる。

また、ラックキャビネット内の特に熱交換器において結露した水を、再循環防止するために、吸着剤を介して高温な室外機側に該結露した水を送り、室外機側で水を蒸発させることで、サーバ、記憶装置、ネットワーク機器等のＩＴ機器に結露を生じさせず、ＩＴ機器の故障を防止することができる。

以下、本発明における実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
図１は、サーバ２、記憶装置３、ネットワーク機器４を搭載したラックキャビネット１の側面図である。ラックキャビネットは本体と正面６側のドア８、背面７側のドア８で構成される。ドア８を開くことで、サーバ２、記憶装置３、ネットワーク機器４などのＩＴ機器の保守や入れ替えなどのメンテナンスや新規導入時の設定作業が容易となる。ドア８を閉めることで、密閉され、密閉型ラックキャビネットとなり、ラックキャビネット外の外気とラックキャビネット内の内気とを遮断できる。正面６側のドア８、背面７側のドア８にはそれぞれ熱交換器９、複数のファン１０が内蔵される。また、本体には底部にラジエータユニット２５と上部にはサーバ２、記憶装置３、ネットワーク機器４を搭載する空間がある。ラジエータユニット２５には、外気の流れ１６で示す外気と熱交換するためのラジエータ１４、冷媒を高圧にするための圧縮機１１、冷媒を膨張させる膨張弁１３、それらを繋ぐ配管１２で構成され、該配管は正面６側のドア８、背面７側のドア８に内蔵した熱交換器９に繋がっている。

また、本体底部のラジエータユニット２５の上流側、下流側には水を吸着する吸着剤１７が熱交換器９の下方に設けられている。この吸着剤１７は例えば粒子形状、ハニカム形状のものが挙げられる。粒子形状の吸着剤と比較してハニカム形状の吸着剤は、通気抵抗を低くできるので、ファン１０の小型化、または低回転化が可能なため、より低消費エネルギーとなる。また、ハニカム形状の吸着剤を多段構造とする場合は、吸着性能を上げるために貫通孔を各段毎にずらして構成することが望ましい。

まず、空気の流れを説明する。本体の底部のラジエータユニット２５では上下２段のラジエータ用ファン２０により、正面６から外気の流れ１６で示す外気が流入し、吸着剤１７、膨張弁１３の外壁、ラジエータ１４のフィン部、圧縮機１１の外壁、さらに吸着剤１７を通り、背面７から空気は放出される。本体の上部のサーバ２、記憶装置３、ネットワーク機器４を搭載する空間での空気の流れを説明する。正面６側のドア８、背面７側のドア８に内蔵したファン１０とサーバ２、記憶装置３、ネットワーク機器４にそれぞれ搭載されているファンにより、この空間では循環空気１５となる。サーバ２、記憶装置３、ネットワーク機器４から出た温度の高い排気は、背面７に設けた熱交換器を通り、背面７のドア８の外壁に沿って流れ、本体最上部の空間と本体底部のラジエータユニット２５との境界領域の空間を通り、正面６のドア８の外壁に流れ、正面６のドア８の熱交換器９を通過し、再度サーバ２、記憶装置３、ネットワーク機器４に流入する循環空気１５となる。

次に、熱交換について説明する。室外機として機能する本体の底部のラジエータユニット２５では外気の流れ１６で示す外気との熱交換をラジエータ１４で行う。また、冷媒の圧縮、膨張作用により、本体のサーバ２、記憶装置３、ネットワーク機器４で生じた熱の交換は、ドア８に設けた熱交換器９で行う。熱交換器９からの熱は、冷媒を介して、ラジエータ１４へ送られ、外気と熱交換を行うことにより、サーバ２、記憶装置３、ネットワーク機器４等のＩＴ機器の熱は、本体の底部のラジエータユニット２５から、外気の流れ１６によって外気へ放出される。本明細書において、室外機とは、例えば、密閉型ラックキャビネットの内気側でなく、外気が流入する部分に置かれたラジエータユニット２５を意味する。

さらに、結露について説明する。結露は空気中に含まれる水蒸気が飽和（相対湿度１００％）して、生じる現象である。一般に温度が高いと飽和水蒸気量は多くなる。ラックキャビネット１の本体は一定温度（例えば３５℃）に保たれている。一方、外気は部屋の条件、季節等で変化し、一定ではない。特に高温、多湿の外気の飽和水蒸気量は多く、この高温、多湿の外気が、ドア開閉時などに外気より温度が低いラックキャビネット１の空気と交わった場合に、結露が生じ、水滴をつけてしまう。特に、ドア８の熱交換器９は一般に外気より温度が低いので、熱交換器９のフィン表面に結露が生じ、この生じた結露はその重力で下部に落下する。したがって、熱交換器９の底部に水滴が生じるため、熱交換器９の下方に吸着剤１７を設け、落下した水滴を吸着剤１７の表面全体で薄膜化し、蒸発しやすくする。この吸着剤１７は例えば粒子形状、ハニカム形状のものである。また、図５を用いて後述するが、この吸着剤１７にはラジエータ用ファン２０により、高温の外気が流れ、特にラジエータ１４上方に空間を設けることで、そこに高速な流れが生じ、吸着剤１７に付着した薄膜の水分を効果的に放出できる。

以上により、ラックキャビネット１のドア８の熱交換器９に生じた結露を本体外へ効果的に放出することができ、サーバ２、記憶装置３、ネットワーク機器４等のＩＴ機器の信頼性を十分に確保できる。

なお、正面６、背面７の両方のドア８に熱交換器９を設けたが、どちらか片方の場合でも一定の効果が得られるが、筺体内部のＩＴ機器の発熱量が大きい場合は、熱交換器９を両方に設置することが望ましい。本実施形態では熱交換器９を正面６、背面７の両方のドア８に設置した場合について説明する。

図２は、サーバ２、記憶装置３、ネットワーク機器４等のＩＴ機器が稼働している場合の、ラックキャビネット１の上面図（図１のＡＡ′断面）である。正面６、背面７のドア８は閉じられている。ラックキャビネット１の側面５に斜流ファン１８が設けられている。正面６、背面７のドア８が閉じている場合はこの斜流ファン１８は駆動しておらず、ドア８に設けたファン１０、及びサーバ２、記憶装置３、ネットワーク機器４等のＩＴ機器内部のファンで循環空気１５が発生している。

さらに、開閉ドアの開閉を検知する検知部２６と、検知部２６の出力に基づいて第２のファン（斜流ファン１８）を駆動する制御部２７とを有している。検知部２６は、光センサー等を有する既存の検知装置を用いて構成されてよい。制御部２７は、マイコン等を有する既存の制御装置を用いて構成されてよい。検知部２６と制御部２７とは制御線（情報線）で接続してもよいし、ワイヤレス方式でもよい。また、検知部２６と制御部２７との位置は、必ずしも図示した場所でなくともよい。他の機器の邪魔をせず、コンパクトに収まる場所が望ましい。なお、検知部２６及び制御部２７は、図２以外の図面では、図示していない。

第１のファンの一例であるドア８に設けたファン１０は、通常の軸流ファンを用いている。一方、第２のファンの一例である斜流ファン１８は、通常の軸流ファン１０よりも、気流の圧力を高められるので、外気の流入を防止するエアカーテン２１を生成する第２のファンとして、好適である。

図３に、サーバ２、記憶装置３、ネットワーク機器４等のＩＴ機器のメンテナンス、新規導入時に、ラックキャビネット１の正面６のドア８を開いた場合のラック上面から見た図（正面ドアＯＰＥＮ時の図１のＡＡ′断面に相当する図）である。正面６のドア８を開けることで、ラックキャビネット１の側面５に設けた斜流ファン１８が駆動し、斜流ファン１８からの風でエアカーテン２１が生成される。このエアカーテン２１により、外気が本体に入ることを防ぐことができ、サーバ２、記憶装置３、ネットワーク機器４等のＩＴ機器の信頼性を確保できる。

開閉ドア開放時でも強力なエアカーテン２１を作ることができるので、外気の劣悪な環境条件の空気（高温、多湿、塵挨、塩害、腐食ガス）がラックキャビネット内に侵入することを防止できる。

斜流ファン１８は、正面６のドア８と背面７のドア８それぞれに対応して、設けられる。そして、開放された正面６のドア８側の斜流ファン１８が、機能してエアカーテン２１を生成する。外気の流入を防止するために、循環空気１５を作るファン１０よりも強力な気流を作る。従来技術と異なり、循環空気１５とエアカーテン２１が独立して生成されるので、それぞれの役割に好適な気流を生成できる。

図４は、サーバ２、記憶装置３、ネットワーク機器４等の通信ケーブル、電源ケーブル等を結線する際に、ラックキャビネット１の背面７のドア８を開いた場合のラック上面から見た図（背面ドアＯＰＥＮ時の図１のＡＡ′断面）である。背面７のドア８を開けることで、ラックキャビネット１の側面５に設けた背面７側の斜流ファン１８が駆動し、斜流ファン１８からの風でエアカーテン２１が生成される。このエアカーテン２１により、外気が本体に入ることを防ぐことができ、サーバ２、記憶装置３、ネットワーク機器４等のＩＴ機器の信頼性を確保できる。なお、正面６のドア８および背面７のドア８両方が開いた場合は、両方の斜流ファン１８が機能してエアカーテン２１を生成できる。

図５は、ラックキャビネットのラジエータユニット２５での風速分布の解析計算結果である。図５中に矢印で示すベクトルの長さが長いものが、速い風速の表示である。図１で説明したように、ラジエータ１４の上部の空間を通過する風速が速いことがわかる。したがって、ラジエータユニット２５でラジエータ１４の上部の空間の投影方向で冷却風の流れ方向に、図１で説明した結露した水を蒸発させる吸着剤１７を設けることで、効果的に蒸発させることができる。すなわち、吸着剤１７は、ラジエータユニット２５上部に空間を設け、該空間の投影方向（前面または／及び背面）で冷却風の流れ方向に設置することが望ましい。図５では、前面及び背面の２箇所に吸着剤１７を設置している。メンテナンスのため交換可能にする必要があるが、ラジエータユニット２５内部の風速の早い箇所に吸着剤１７を設置しても良い。

本明細書において、ＩＴ機器とは、サーバ、記憶装置、又はネットワーク機器などの電子情報機器、又はこれらの組合せたものを意味する。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１ ラックキャビネット
２ サーバ
３ 記憶装置
４ ネットワーク機器
５ 側面
６ 正面
７ 背面
８ ドア
９ 熱交換器
１０ ファン
１１ 圧縮機
１２ 配管
１３ 膨張弁
１４ ラジエータ
１５ 循環空気
１６ 外気の流れ
１７ 吸着剤
１８ 斜流ファン
１９ 上面
２０ ラジエータ用ファン
２１ エアカーテン
２５ ラジエータユニット
２６ 検知部
２７ 制御部

Claims (11)

1. ＩＴ機器と、上記ＩＴ機器を搭載するラックキャビネットと、を有する電子機器装置において、
   上記ラックキャビネットは、少なくとも正面及び背面のいずれかに開閉ドアを有し、該開閉ドアには熱交換器と第１のファンとを具備し、
   上記ラックキャビネットの底部には、ラジエータユニットを有し、該ラジエータユニットには圧縮機、ラジエータ、膨張弁、及びラジエータ用ファンを具備し、
   上記開閉ドアの上記熱交換器と上記ラジエータユニットとは、閉ループを形成する配管で繋がれ、上記配管には冷媒が充填され、
   上記ラックキャビネットの上記開閉ドア近傍の側面に第２のファンを有し、
   上記開閉ドアの開閉を検知する検知部と、上記検知部の出力に基づいて上記第２のファンを駆動する制御部とを有することを特徴とする電子機器装置。
2. 請求項１において、
   上記開閉ドアの開閉を検知して、上記開閉ドア側の開口に第２のファンによるエアカーテンを生成することを特徴とする電子機器装置。
3. 請求項１において、
   上記第２のファンは、斜流ファンであることを特徴とする電子機器装置。
4. 請求項１において、
   上記開閉ドアに設けた上記熱交換器の下方に吸着剤を有することを特徴とする電子機器装置。
5. 請求項４において、
   上記吸着剤が粒子形状、ハニカム形状であることを特徴とする電子機器装置。
6. 請求項４において、
   上記吸着剤は、上記ラジエータユニットで上部の空間の投影方向で冷却風の流れ方向に、設置されることを特徴とする電子機器装置。
7. 請求項１において、
   上記熱交換器は、前面と背面の上記開閉ドアの両方に備えられることを特徴とする電子機器装置。
8. 請求項４において、
   前面と背面の上記熱交換器の下方に吸着剤を有することを特徴とする電子機器装置。
9. ＩＴ機器を搭載するためのラックキャビネットを有する電子機器装置の筺体において、
   上記ラックキャビネットは、少なくとも正面及び背面のいずれかに開閉ドアを有し、該開閉ドアには熱交換器と第１のファンとを具備し、
   上記ラックキャビネットの底部には、ラジエータユニットを有し、該ラジエータユニットには圧縮機、ラジエータ、膨張弁、及びラジエータ用ファンを具備し、
   上記開閉ドアの上記熱交換器と上記ラジエータユニットとは、閉ループを形成する配管で繋がれ、上記配管には冷媒が充填され、
   上記ラックキャビネットの側面の内部に第２のファンを有し、
   上記開閉ドアの開閉を検知する検知部と、上記検知部の出力に基づいて第２のファンを駆動する制御部とを有し、
   上記開閉ドアの開閉を検知して、上記開閉ドア側の開口に第２のファンによるエアカーテンを生成することを特徴とする電子機器装置の筺体。
10. 請求項９において、
    上記第２のファンは、斜流ファンであることを特徴とする電子機器装置の筺体。
11. 請求項９において、
    上記開閉ドアに設けた上記熱交換器の下方に吸着剤を有することを特徴とする電子機器装置の筺体。