JP2015146189A - 冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】冷却システムにおいて、サーバラック等に搭載できる計算機の個数を増やすと共に、計算機を効率的に冷却すること。【解決手段】電子機器２３と、電子機器２３内の発熱部品５７と熱的に接続された伝熱部材２５と、伝熱部材２５の先端部を水で冷却する水の循環系７１と、循環系７１の途中に設けられ、水を噴射するシャワーヘッド７３と、シャワーヘッド７３により噴射された水に風をあてる送風機７４とを有する冷却システムによる。【選択図】図１７

Description

本発明は冷却システムに関する。

近年の情報技術の発達に伴い、データセンタ内で多量のデータが扱われるようになりつつある。そのようなデータ量の増大に対応すべく、データセンタ内に設置されるサーバラックにおいてはなるべく多くの計算機を搭載するのが好ましい。

但し、各計算機の外形によっては、一つのサーバラックに搭載できる計算機の数が制限されてしまう。更に、サーバラックに多数の計算機を搭載した場合であっても、各計算機を効率的に冷却できるようにするのが好ましい。

実開２０１０−９８０６３号公報 特開平０２−００７４５６号公報 特開平０４−３６９２５５号公報

冷却システムにおいて、サーバラック等に搭載できる計算機の個数を増やすと共に、計算機を効率的に冷却することを目的とする。

以下の開示の一観点によれば、電子機器と、前記電子機器内の発熱部品と熱的に接続された伝熱部材と、前記伝熱部材の先端部を水で冷却する水の循環系と、前記循環系の途中に設けられ、前記水を噴射するシャワーヘッドと、前記シャワーヘッドにより噴射された前記水に風をあてる送風機とを有する冷却システムが提供される。

以下の開示の一観点によれば、伝熱部材の先端部を水で冷却する水の循環系により当該先端部を効率的に冷却することができるので、伝熱部材にフィンを設ける必要がなく、サーバラック等に電子機器を高密度に搭載することができる。

図１は、予備的事項に係るサーバラックの断面図である。 図２は、第１実施形態に係る冷却システムの模式図である。 図３は、外気の上流側から見た第１実施形態に係る熱交換器の平面図である。 図４は、第１実施形態に係るサーバラックとその周囲の拡大断面図である。 図５は、第１実施形態において、サーバラックに計算機を高密度に搭載することができることを説明するための断面図である。 図６は、第２実施形態に係るサーバラックとその周囲の拡大断面図である。 図７は、第２実施形態の第１変形例に係る計算機とその周囲の拡大断面図である。 図８は、第２実施形態の第２変形例に係る計算機を上から見た図である。 図９は、第３実施形態に係る冷却システムの運転条件を例示した図である。 図１０は、第３実施形態のパターン１におけるエアーの流れを表した模式図である。 図１１は、第３実施形態のパターン２におけるエアーの流れを表した模式図である。 図１２は、第３実施形態のパターン３におけるエアーの流れを表した模式図である。 図１３は、第３実施形態のパターン４におけるエアーの流れを表した模式図である。 図１４は、第３実施形態のパターン５におけるエアーの流れを表した模式図である。 図１５は、第３実施形態のパターン６におけるエアーの流れを表した模式図である。 図１６は、第４実施形態に係るサーバラックとその周囲の側面断面図である。 図１７は、第４実施形態に係るサーバラックとその周囲の正面断面図である。 図１８は、第５実施形態に係るサーバラックとその周囲の側面断面図である。 図１９は、第５実施形態に係るサーバラックとその周囲の正面断面図である。 図２０は、第５実施形態の第１例に係る水冷ジャケットの側面断面図である。 図２１（ａ）は、第５実施形態の第２例に係る水冷ジャケットの側面断面図であり、図２１（ｂ）はその正面断面図である。 図２２（ａ）は、第５実施形態の第３例に係る水冷ジャケットの側面断面図であり、図２２（ｂ）はその正面断面図である。

本実施形態の説明に先立ち、本実施形態の基礎となる予備的事項について説明する。

データセンタにおいてはサーバラック内の個々の計算機を冷却する空調設備が設けられるが、その空調設備の消費電力はデータセンタ内の全サーバラックにおける消費電力にも匹敵するといわれる。そのため、空調設備での消費電力を削減するには、サーバラックの個々の計算機の冷却効率を高めるのが好ましい。

以下に、計算機の冷却方法の一例について説明する。

図１は、サーバラック２２の断面図である。

サーバラック２２には、複数の計算機２３が高さ方向に並べて搭載される。計算機２３は、例えばラックマウント型サーバであって、EIA（米国電子工業会）によってその高さUが約４４mmに標準化されている。

各々の計算機２３はシステムボード５５を収容し、そのシステムボード５５にはCPU等の発熱部品５７が実装される。

その発熱部品５７を冷却するため、発熱部品５７には伝熱部材２５として棒状のヒートパイプが熱的に接続される。ヒートパイプは、減圧されたパイプ内に水を封入してなり、その水がパイプ内で蒸発と凝縮とを繰り返すことにより、パイプの一端の熱を他端に移動させることができる。

その伝熱部材２５の先端には複数枚のフィン２５ａが設けられる。各フィン２５ａは外気等の気流Eに曝されており、これにより伝熱部材２５と気流Eとの熱交換が促進される。

この方法によれば、伝熱部材２５によって発熱部品５７を選択的に冷却することができ、計算機２３の冷却効率を高めることができる。

但し、上記のようにフィン２５ａを設けると発熱部品５７の冷却効率は高められるものの、上下に隣接する計算機２３のフィン２５ａ同士が機械的に干渉してしまうため、計算機２３同士の間隔を狭めることができない。

例えば、伝熱部材２５の長さLが４００mm、直径Dが１６mm、フィン２５ａの高さHが１００mmの場合、一つの伝熱部材２５の冷却能力は約２００Wであり、これは二つのCPUを冷却できる能力に相当する。しかし、上下のフィン２５ａ同士が干渉しないためには、２台の計算機２３のトータルの高さを３U（１３２mm）以上にしなければならない。

これでは、高さが４２Uで４２台の計算機２３を収容可能なサーバラック２２の場合でも１４台（＝４２U／３U）の計算機２３しか収容できず、サーバラック２２に高密度に計算機２３を収容することができなくなってしまう。

以下、実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図２は、第１実施形態に係る冷却システムの模式図である。なお、図２において、図１で説明したのと同じ要素には図１におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。

計算機室は、分離壁１１により、計算機２３を収納したサーバラック２２が配置されるラック設置エリア（機器設置エリアの一例）１２と、低温のエアーが通る冷却エリア１３とに分離されている。

なお、図２ではサーバラック２２を１台しか図示していないが、ラック設置エリア１２には多数のラック２２が設置されている。また、各サーバラック２２にはそれぞれ複数の計算機２３が収納されている。各計算機２３には、ラック２２の前面側（図２では左側）からエアーを導入し、背面側（図１では右側）から排出するファン（図示せず）が設けられている。計算機２３は、電子機器の一例である。

本実施形態では、図２に例示するように、各計算機２３から水平方向に伝熱部材２５が突出している。そして、分離壁１１にはゴム製の膜１１ａで覆われた開口が形成されており、上記の伝熱部材２５の先端部はその膜１１ａを貫通して冷却エリア１３内に導出している。

後述のように、伝熱部材２５としてはヒートパイプを使用し得る。

また、伝熱部材２５の先端部には、予備的事項で説明したようなフィンに代えて、後述の吸水材６５が設けられる。

ラック設置エリア１２の床下には冷風流路１４が設けられている。また、ラック設置エリア１２の床にはグリル（通風口）１２ａが設置されており、このグリル１２ａを介して冷風流路１４からラック２２の前面側に低温のエアーが供給される。

一方、ラック設置エリア１２の天井裏には温風流路１５が設けられており、ラック２２の背面側の天井にはラック設置エリア１２と温風流路１５との間を連絡する開口部１２ｂが設けられている。

なお、本実施形態では、グリル１２ａを介して低温のエアーが供給されるエリア（コールドアイル）と、ラック２２から温風が排出されるエリア（ホットアイル）とが、仕切り２４ａ、２４ｂにより分離されている。但し、これらの仕切り２４ａ、２４ｂは必須ではなく、必要に応じて設置すればよい。

冷風流路１４は、空調機２１のエアー吹き出し口に接続されているとともに、ダンパー４４及びダクト３１を介して給気ダクト（第１の給気ダクト）３２に接続されている。この給気ダクト３２は屋外に連絡しており、給気ダクト３２内にはファン５１が配置されている。このファン５１の回転により、給気ダクト３２内に外気Bが導入される。なお、空調機２１の第１のエアー取り入れ口も、ダンパー４３及びダクト３５を介して給気ダクト３２に接続されている。また、空調機２１のエアー吹き出し口の下には、空調機２１と連動して回転するファン５２が配置されている。

温風流路１５は、ダンパー４２及びダクト３３を介して空調機２１の第２のエアー取り入れ口に接続されているとともに、ダンパー４１を介して排気ダクト（第１の排気ダクト）３４に接続されている。この排気ダクト３４は、屋外に連絡している。

冷却エリア１３の床下には冷風流路１６が設けられており、天井裏には温風流路１７が設けられている。冷却エリア１３の床にはグリル（通風口）１３ａが配設されており、このグリル１３ａを介して冷風流路１６から冷却エリア１３に冷風が供給され、その冷風の気流Aに上記の吸水材６５が曝される。

また、冷却エリア１３の天井には、冷却エリア１３と温風流路１７との間を連絡する開口部１３ｂが設けられている。

冷風流路１４と冷風流路１６と間にはダンパー４５が配置されている。このダンパー４５が開のときには冷風流路１４と冷風流路１６とが連絡し、閉のときには冷風流路１４と冷風流路１６との間が遮断される。また、温風流路１５と温風流路１７との間にはダンパー４７が配置されている。このダンパー４７が開のときには温風流路１５と温風流路１７とが連絡し、閉のときには温風流路１５と温風流路１７との間が遮断される。

冷風流路１６は、ダンパー４６を介して給気ダクト（第２の給気ダクト）３６に接続されている。この給気ダクト３６は屋外に連絡しており、ダンパー４６の内側にはファン５３が配置されている。このファン５３の回転により、給気ダクト３６、ダンパー４６及びグリル１２ａを介して冷却エリア１２に外気Bが導入される。また、温風流路１７は、ダンパー４８を介して排気ダクト（第２の排気ダクト）３７に接続されている。この排気ダクト３７は屋外に連絡している。

更に、ダンパー４８の手前の温風流路１７には熱交換器６０が設けられる。冷却エリア１３から温風流路１７に流入した気流Aは、その熱交換器６０において外気Bと熱交換されて冷却された後、屋外に排出される。

制御部２８は、外気Bの温度及び湿度を検出するセンサ部２９ａと計算機室内の温度及び湿度を検出するセンサ部２９ｂとに接続されている。制御部２８は、これらのセンサ部２９ａ、２９ｂの出力に応じてダンパー４１〜４８の開閉状態、ファン５１〜５３のオン／オフ及び空調機２１を制御する。

なお、本実施形態において空調機２１は、エアー吹き出し口から供給するエアーの温度と湿度とを調整する機能を備えているものとする。但し、エアーの温度調整のみを行う空調機を使用し、この空調機とは別に加湿器及び除湿器を設けてもよい。また、屋外に連絡している給気ダクト３２、３６及び排気ダクト３４、３７には、室内への塵埃の侵入を防止するために、フィルタを配置しておくことが好ましい。

図３は、外気Bの上流側から見た熱交換器６０の平面図である。

図３に示すように、熱交換器６０は、外気Bが通る複数本の配管６０ｂを有する。更に、各配管６０ｂには、気流Aと外気Bとの熱交換を促進する金属性のフィン６０ａが設けられる。

図４は、サーバラック２２とその周囲の拡大断面図である。

図４に示すように、伝熱部材２５の先端部２５ｘには、水を保持した吸水材６５が設けられる。その吸水材６５としてはフェルト等の不織布を使用し得る。また、軽石や活性炭等の多孔質材を吸水材６５として使用してもよい。

また、熱交換器６０の下部には防水パン６６が設けられる。吸水材６５に含まれていた水は、気化して気流Aに取り込まれた後、熱交換器６０で冷却されて液化し、防水パン６６で回収される。

そして、防水パン６６と吸収材６５には、それぞれドレインホース６３の両端が接続される。防水パン６６で回収された水は、ドレインホース６３を伝って吸水材６５に戻される。

このように、本実施形態では、吸水材６５と熱交換器６０との間を水が自立的に循環する。そして、吸水材６５に含まれていた水の気化熱によって伝熱部材２５が冷却され、それによりCPU等の発熱部品５７を選択的に冷却することができる。

吸水材６５に含ませる水の量は、伝熱部材２５に求められる冷却能力に応じて設定される。水の蒸発潜熱は約２５００J／gであるため、予備的事項のように２００Wの冷却能力を必要とする場合には、１秒あたり約０．０８（＝２００／２５００）gの水が気化すればよく、気化を５分間継続させるには２４gの水を吸水材６５に含有させればよい。

しかも、本実施形態に係る吸水材６５は、フィン２５ａ（図１参照）のように高さ方向のスペースを要しない。そのため、図５に示すように、上下に隣接する計算機２３の吸収材６５同士が干渉することがなく、サーバラック２２に計算機２３を高密度に搭載することができる。

例えば、各計算機２３の高さが２U（８８mm）の場合、高さが４２Uのサーバラック２２に計算機２３を２１台搭載することができ、予備的事項におけるよりも搭載台数を１．５倍にすることができる。

なお、吸水材６５から気化した水の全てを熱交換器６０で回収するのが困難な場合や、吸水材６５における水の気化の継続時間が５分以上の場合は、吸水材６５に含有される水の量が徐々に低下すると考えられる。

この場合は、図４に示すように、ドレインホース６３の中途部に給水部６２を設けると共に、パーソナルコンピュータ等の判断部６９を設けるのが好ましい。

判断部６９は、給水材６５に水を補充すべきか否かを判断し、補充すべきと判断した場合に、給水部６２に設けられた弁６２ａを制御して開状態にして、吸水材６５に水を補充する機能を有する。その判断は、吸水材６５の水分値を測定する水分計６１か、伝熱部材２５よりも下流側の気流Aの湿度を測定する湿度計６７を利用して行うのが好ましい。

水分計６１を利用する場合は、判断部６９が当該水分計６１で測定された水分値W_mを監視して、該水分値W_mが所定水分値W_０以下になったときに、吸水材６５に水を補充すべきと判断する。

湿度計６７を利用する場合は、判断部６９が当該湿度計６７で測定された湿度H_mを監視して、該湿度H_mが所定湿度H_０以下になったときに、吸水材６５に水を補充すべきと判断する。

このように給水部６２から吸水材６５に水を補給することにより、給水材６５の水分含有量が低下するのを防止して、伝熱部材２５の冷却効率を高い状態に維持できる。

（第２実施形態）
図６は、本実施形態に係るサーバラック２２とその周囲の拡大断面図である。なお、図６において、第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。

図６に示すように、本実施形態では、伝熱部材２５の先端に金属製の複数のフィン２５ａを設ける。フィン２５ａの材料としては、他の金属と比較して熱伝導係数が高い銅やアルミニウムを使用し得る。

なお、各フィン２５ａの高さhは、計算機２３の高さHよりも低く設定される。

更に、第１実施形態で説明した吸水材６５を、伝熱部材２５の先端部だけでなく、各フィン２５ａの表面にも設ける。これ以外は第１実施形態と同様である。

本実施形態では、このようにフィン２５ａの表面にも吸水材６５を設けるので、吸水材６５で保持できる水の量を第１実施形態よりも増やすことができ、その水によって長時間にわたって安定的に伝熱部材２５を冷却することができる。

例えば、フィン２５ａを設けない場合は、伝熱部材２５の先端部の長さL１が５０mm、伝熱部材２５の直径Dが１６mm、吸水材６５の厚さTが５mmのとき、吸水材６５の体積は約１２．６cm³（＝５０mm×１６mm×３．１４×５mm）程度の値となる。

一方、本実施形態のようにフィン２５ａを設ける場合、各フィン２５ａの平面形状を一辺が５０mmの正方形にしたとき、吸水材６５の体積を約６９．０cm³程度にまで増大させることができる。なお、この吸水材６５の体積の計算にあたっては、６枚のフィン２５ａ同士の間隔を１０mmとして、各フィン２５ａの片面のみに吸水材６５を設けた場合を想定している。この場合、吸水材６５において伝熱部材２５が挿通されている部分の体積（０．５cm×（０．８cm）²×３．１４）を差し引くと、吸水材６５の体積は０．５cm×（５cm×５cm−（０．８cm）²×３．１４）×６で上記のように約６９．０cm³程度となる。

次に、本実施形態の変形例について説明する。

（第１変形例）
図７は、本変形例に係る計算機２３とその周囲の拡大断面図である。

図７に示すように、本例では、気流Aの上流側にある計算機２３のフィン２５ａ同士の間隔P１を、気流Aの下流側にある計算機２３のフィン２５ａ同士の間隔P２よりも狭くする。

このようにすると、気流Aの流れが上流側の各フィンによって阻害され難くなるため、下流側の各フィン２５ａが気流Aに良好に曝され、下流側の伝熱部材２５の冷却効率が低下するのを抑制できる。

（第２変形例）
図８は、本変形例に係る各計算機２３を上から見た図である。

図８に示すように、本例では、各計算機２３を上から見たときに、一の計算機２３におけるフィン２５ａが、他の計算機２３におけるフィン２５ａと重ならないようにする。

このようにすると、一つの計算機２３におけるフィン２５ａによって気流Aの流れが阻害されるのを抑制できるので、他の計算機２３の伝熱部材２５を気流Aによって冷却し易くなり、各伝熱部材２５の冷却効率を高めることができる。

（第３実施形態）
本実施形態では、図９〜図１５を参照して、第１〜第２実施形態で説明した冷却システムの動作について説明する。

ここでは、計算機２３内の発熱部品５７は３５℃以上の温度になるものとする。また、ラック設置エリア１２に導入するエアーの温度が２０℃程度のときに計算機２３から排出されるエアーの温度が３０℃程度となるように、循環風量を設定するものとする。

ラック設置エリア１２への外気Bの導入は、外気Bの温度と湿度とにより決定する。ラック設置エリア１２に外気Bを導入する場合、外気Bの温度は３０℃まで許容するものとする。また、温度が２０℃、相対湿度が５０％のときの絶対湿度（0.0099kg/kg.D.A.）を標準湿度とし、ラック設置エリア１２に外気Bを導入した場合に標準湿度になるように加湿又は除湿するのに要する電力が所定値以下となる湿度の範囲を基準範囲とした。

制御部２８は、外気Bの温度と湿度とに応じて空調機２１、ダンパー４１〜４８及びファン５１〜５３を制御し、以下のパターン１〜６のいずれかの動作状態とする。図９は、パターン１〜６における運転条件を例示した図である。

（パターン１）
パターン１は外気Bの温度が２０℃未満であり、湿度が基準範囲から外れている場合である。この場合、制御部２８は、ダンパー４２、４６、４８を開、ダンパー４１、４３、４４、４５、４７を閉とし、ファン５２、５３をオン、ファン５１をオフとする。図１０は、パターン１におけるエアーの流れを表した模式図である。

外気Bの湿度が基準範囲から外れている場合、ラック設置エリア１２に外気Bを導入すると、加湿又は除湿に要する電力が大きくなり、空調設備の消費電力を削減する効果を十分に得ることができなくなる。そのため、パターン１ではラック設置エリア１２には外気Bを導入せず、空調機２１によりラック設置エリア１２内のエアーを冷却する。一方、外気Bの温度は十分に低いので、冷却エリア１３には外気Bを導入し、伝熱部材２５を介して計算機２３の発熱部品５７を冷却する。

（パターン２）
パターン２は外気Bの温度が２０℃未満であり、湿度が基準範囲内の場合である。この場合、制御部２８は、ダンパー４１、４２、４３、４６、４８を開、ダンパー４４、４５、４７を閉とし、ファン５１、５２、５３をオンとする。図１１は、パターン２におけるエアーの流れを表した模式図である。

パターン２では、外気Bの温度が低く、湿度が基準範囲内であるので、ラック設置エリア１２内に外気Bを導入する。但し、外気Bをそのままラック設置エリア１２に導入すると、温度上昇にともなって湿度が低下し、基準範囲から外れることが考えられる。そのため、パターン２では外気Bを空調機２１を介して導入するとともに、温風流路１５を通るエアーの一部を空調機２１に取り入れ、空調機２１により温度と湿度とを調整した後にラック設置エリア１２に導入する。排気ダクト３４からは、室内に導入したエアーの量に相当する量のエアーが排出される。

一方、冷却エリア１３には外気Bをそのまま導入し、伝熱部材２５を介して計算機２３内の発熱部品５７を冷却する。

（パターン３）
パターン３は、外気Bの温度が２０℃〜３０℃であり、湿度が基準範囲から外れる場合である。この場合、制御部２８は、ダンパー４２、４６、４８を開、ダンパー４１、４３、４４、４５、４７を閉とし、ファン５２、５３をオン、ファン５１をオフとする。図１２は、パターン３におけるエアーの流れを表した模式図である。

パターン３では、外気Bの湿度が基準範囲から外れているので、ラック設置エリア１２に外気Bを導入すると湿度の調整に要する電力が多くなり、空調設備の消費電力を削減する効果を十分に得ることができなくなる。そのため、パターン３ではラック設置エリア１２への外気Bの導入は行わない。

一方、外気Bの温度は計算機２３内の発熱部品５７を冷却するのに十分であるので、冷却エリア１３には外気Bを導入し、伝熱部材２５を介して計算機２３内の発熱部品５７を冷却する。

（パターン４）
パターン４は、外気Bの温度が２０℃〜３０℃であり、湿度が基準範囲内の場合である。この場合、制御部２８は、ダンパー４１、４４、４６、４８を開、ダンパー４２、４３、４５、４７を閉とし、ファン５１、５３をオン、ファン５２をオフとする。図１３は、パターン４におけるエアーの流れを表した模式図である。

パターン４では、外気Bの温度及び湿度が適正範囲内であるので、空調機２１を介さずにラック設置エリア１２に外気Bを導入し、その分のエアーを排気ダクト３４から排出する。また、冷却エリア１３にも外気Bを導入し、伝熱部材２５を介して計算機２３内の発熱部品５７を冷却する。

（パターン５）
パターン５は、外気Bの温度が３０℃〜３５℃の場合である。この場合、制御部２８は、ダンパー４２、４６、４８を開、ダンパー４１、４３、４４、４５、４７を閉とし、ファン５２、５３をオン、ファン５１をオフとする。図１４は、パターン５におけるエアーの流れを表した模式図である。

パターン５では外気Bの温度が高いので、ラック設置エリア１２に外気Bを導入しても空調設備の消費電力を削減する効果を十分に得ることができない。そのため、パターン５ではラック設置エリア１２への外気Bの導入は行わない。しかし、外気Bの温度は発熱部品５７の温度よりも低いので、冷却エリア１３には外気Bを導入し、伝熱部材２５を介して計算機２３内の発熱部品５７を冷却する。

（パターン６）
パターン６は、外気Bの温度が３５℃以上の場合である。この場合、制御部２８は、ダンパー４２、４５、４７を開、ダンパー４１、４３、４４、４６、４８を閉とし、ファン５２をオン、ファン５１、５３をオフとする。図１５は、パターン６におけるエアーの流れを表した模式図である。

パターン６では外気Bの温度が高いので、ラック設置エリア１２及び冷却エリア１３のいずれにも外気Bを導入しない。この場合、空調機２１により温度及び湿度が調整されたエアーがラック設置エリア１２及び冷却エリア１３に供給される。

以上のように、本実施形態に係る冷却システムでは、外気Bの温度と湿度とに応じて外気Bをラック設置エリア１２及び冷却エリア１３に適宜導入する。これにより、計算機室内の空調に要する電力を大幅に削減できる。本願発明者がシミュレーションしたところ、本実施形態に係る冷却システムでは、１年のうちラック設置エリア１２内に８０日程度外気Bを導入することができ、冷却エリア１３には１２０日程度外気Bを導入することができる。

また、本実施形態に係る冷却システムでは、ラック設置エリア１２内に温度及び湿度が調整されたエアーが供給されるため、静電気や結露等による計算機２３の誤動作及び故障が回避される。

なお、風が強い日など外気Bを導入すると計算機室内に塵埃等が侵入して計算機２３の故障の原因となることがある。このため、計算機室内に塵埃等が侵入するおそれがあるときは、外気Bの温度及び湿度に拘わらず、パターン６で運転を行うことが好ましい。また、上述した動作パターンは一例であり、制御部２８がダンパー４１〜４８及びファン５１〜５３を制御するときの温度及び湿度は適宜変更することができる。

（第４実施形態）
第１〜第３実施形態では、吸水材６５に含ませた水の気化熱により伝熱部材２５の先端部を冷却した。

これに対し、本実施形態では、以下のように液体の水を循環させることで伝熱部材の先端部を冷却する。

図１６は、本実施形態に係るサーバラック２２とその周囲の側面断面図である。なお、図１６において、第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。

図１６に示すように、本実施形態では、第１実施形態で説明した膜１１ａ（図２参照）で塞がれた開口を分離壁１１に設けない。

図１７は、このサーバラック２２とその周囲の正面断面図である。

図１７に示すように、サーバラック２２の周囲には水の循環系７０が設けられる。循環系７０は、配管７１と、ポンプ７２と、シャワーヘッド７３とを有する。

このうち、ポンプ７２は、循環系７０において冷却用の水Wを循環させるのに使用される。

また、配管７１は、例えばステンレス管であって、その内側を水Wが循環する。その配管７１の中途部には開口７１ａが設けられており、ヒートパイプ等の伝熱部材２５の先端がその開口７１ａ内に挿入され、当該先端部が水Wによって直接冷却される。

一方、シャワーヘッド７３は、伝熱部材２５との接触によって温められた水Wを噴射する。このようにシャワーヘッド７３から噴射された水Wの一部は、送風機７４で生成された風によって蒸発し、その蒸発潜熱によって冷却される。

以上説明した本実施形態によれば、ヒートパイプ等の伝熱部材２５の熱が水Wによって直接奪われるので、第１〜第３実施形態のように伝熱部材２５の先端部を空冷する場合と比較して、伝熱部材２５の先端部を効率的に冷却することができる。

そのため、伝熱部材２５の先端部に予備的事項のフィン２５ａ（図１参照）を設ける必要がなくなり、上下に隣接する計算機２３同士の間隔がフィン２５ａによって制限されず、サーバラック２２に高密度に計算機２３を搭載できる。

本実施形態のように伝熱部材２５を水冷する場合、伝熱部材２５の冷却能力は１kW以上となる。この値は、CPU等の発熱部品５７を冷却するには十分である。

なお、一つのサーバラック２２に、発熱量が２００Wの計算機２３を２１台搭載すると、その発熱量の総量は４２kWとなる。この発熱量によって温度が上昇した水Wを元の温度に冷やすには、シャワーヘッド７３から出た水Wを１秒あたり約１．６（＝４２００／２５００）gだけ蒸発させればよい。

また、このように水Wを蒸発させることで循環系７０を流れる水Wの総量が次第に少なくなるため、循環系７０に適宜水を補給するのが好ましい。

更に、本実施形態では、送風機７４で発生した風で水Wを冷却するので、チラーや冷凍機等のように消費電力の高い装置で水Wを冷却する場合と比較して、システム全体の省エネルギ化を実現することができる。

（第５実施形態）
第４実施形態と同様に、本実施形態でも伝熱部材２５の先端部を水冷する。

図１８は、本実施形態に係るサーバラック２２とその周囲の側面断面図であり、図１９はその正面断面図である。

なお、図１８及び図１９において、第４実施形態で説明したのと同じ要素には第４実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。

図１８に示すように、本実施形態では、伝熱部材２５に金属性の水冷ジャケット８０を設ける。

その水冷ジャケット８０は、図１９に示すように、伝熱部材２５の先端部に被せられる。また、水冷ジャケット８０にはチューブ８１が接続されており、配管７１の途中からチューブ８１に水Wが供給される。

本実施形態に係るチューブ８１は、水冷ジャケット８０の各々に専用に設けられ、複数の水冷ジャケット８０同士がチューブ８１で接続されることはない。このように各伝熱部材２５を並列的に水Wで冷却することで、一の水冷ジャケット８０で温められた水Wがチューブ８１を経由して他の水冷ジャケット８０に供給されることがなく、複数の伝熱部材２５の各々を冷たい水Wで効率的に冷却することができる。

本実施形態で使用し得る水冷ジャケット８０には様々なタイプがある。それらの一例を以下に説明する。

（第１例）
図２０は、第１例に係る水冷ジャケット８０の側面断面図である。

本例に係る水冷ジャケット８０は、水Wの供給口８０ａと排水口８０ｂとを有する。また、その水冷ジャケット８０には、伝熱部材２５の先端部が挿入される開口８０ｅが形成されており、その開口８０ｅと伝熱部材２５の外周側面との間には水漏れを防止するためのOリング８５が設けられる。

このような水冷ジャケット８０によれば、供給口８０ａから供給された水Wによって伝熱部材２５の先端が直接曝され、その水Wによって伝熱部材２５が冷却される。このように水Wに伝熱部材２５を曝すことで、伝熱部材２５の熱を水Wによって効率的に奪うことができる。

（第２例）
図２１（ａ）は、第２例に係る水冷ジャケット８０の側面断面図であり、図２１（ｂ）はその正面断面図である。なお、図２１（ａ）、（ｂ）において、第１例と同じ要素には同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。

本例では、水冷ジャケット８０に、伝熱部材２５の先端部を挿入可能な凹部８０ｙを設ける。

また、図２１（ｂ）に示すように、水冷ジャケット８０には、上記の凹部８０ｙに繋がるスリット８０ｓが形成される。スリット８０ｓの間隔はネジ８８によって調節することができ、凹部８０ｙに伝熱部材２５が挿入された状態でネジ８８を締め付けることで、伝熱部材２５に水冷ジャケット８０を機械的に強固に固定することができる。

本例では、伝熱部材２５から水冷ジャケット８０を外してもこれらの間から水漏れが発生することがないので、第１例と比較してメンテナンスが容易となる。

更に、伝熱部材２５が直接水に曝されないので、伝熱部材２５の表面が水で腐食するおそれがなく、腐食防止加工を伝熱部材２５に施す必要がない。

（第３例）
図２２（ａ）は、第３例に係る水冷ジャケット８０の側面断面図であり、図２２（ｂ）はその正面断面図である。

本例では、水冷ジャケット８０を上下二つに分割する。そして、上下の水冷ジャケット８０の間にできる隙間８０ｓの間隔を二つのネジ８８によって狭める。

本例でも、第２例と同様に、伝熱部材２５と水冷ジャケット８０との間で水漏れが発生しないためメンテナンスが容易であると共に、伝熱部材２５が水に曝されないため腐食防止加工を伝熱部材２５に施す必要がない。

以上、各実施形態について詳細に説明したが、各実施形態は上記に限定されない。例えば、第４実施形態や第５実施形態のように伝熱部材２５を水冷する場合でも、第３実施形態のパターン１〜６（図９参照）の運転条件で冷却システムを動作させてもよい。

以上説明した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。

（付記１）電子機器が設置される機器設置エリアと、
前記機器設置エリア内の空調を行う空調機と、
前記電子機器内の発熱部品と熱的に接続した伝熱部材の先端部が配置される冷却エリアと、
前記機器設置エリアと前記冷却エリアとを分離する分離壁と、
一端が前記先端部に接続され、他端が前記冷却エリアから出た気流を外気と熱交換する熱交換器に接続されたドレインホースとを有し、
前記先端部に不織布又は多孔質材が配置されることを特徴とする冷却システム。

（付記２）前記ドレインホースに接続され、前記不織布又は前記多孔質材に水を補充する給水部と、
前記水を補充すべきか否かを判断し、補充すべきと判断した場合に、前記給水部を制御することにより前記不織布又は前記多孔質材に前記水を補充する判断部とを更に有することを特徴とする付記１に記載の冷却システム。

（付記３）前記不織布又は前記多孔質材の水分値を測定する水分計を更に有し、
前記判断部は、前記水分計で測定された水分値を監視して、該水分値が所定水分値以下になったときに、前記水を補充すべきと判断することを特徴とする付記２に記載の冷却システム。

（付記４）前記先端部よりも下流の前記気流の湿度を測定する湿度計を更に有し、
前記判断部は、前記湿度計で測定された湿度を監視して、該湿度が所定湿度以下になったときに、前記水を補充すべきと判断することを特徴とする付記２に記載の冷却システム。

（付記５）前記伝熱部材の前記先端部に設けられ、前記電子機器の高さよりも低い高さの複数の放熱フィンを更に有し、
前記放熱フィンの表面にも前記不織布又は前記多孔質材が設けられたことを特徴とする付記１〜付記４のいずれかに記載の冷却システム。

（付記６）前記電子機器が高さ方向に複数設けられ、
複数の前記フィン同士の間隔が、前記気流の下流側にある前記電子機器におけるよりも、前記気流の上流側にある前記電子機器における方が広いことを特徴とする付記５に記載の冷却システム。

（付記７）前記電子機器が高さ方向に複数設けられ、
複数の前記電子機器を上から見たときに、一の前記電子機器における前記フィンが、他の前記電子機器における前記フィンと重ならないことを特徴とする付記５に記載の冷却システム。

（付記８）外気の温度及び湿度を検出するセンサ部と、
前記空調機を制御するとともに、前記センサ部で検出した前記外気の温度及び湿度に応じて前記機器設置エリア及び前記冷却エリアに外気を導入するか否かを個別に判定する制御部とを更に有することを特徴とする付記１〜７のいずれかに記載の冷却システム。

（付記９）前記機器設置エリアの床下に設けられ、前記空調機の吹き出し口に連絡する第１の冷風流路と、
前記機器設置エリアの床に設けられて前記機器設置エリアと前記第１の冷風流路との間を連絡する第１の通風口と、
屋外に連絡する第１の給気ダクトと、
前記第１の冷風流路と前記第１の給気ダクトとの間に配置されて前記制御部により開閉状態が制御される第１のダンパーと、
前記機器設置エリアの天井裏に設けられ、前記空調機のエアー取り入れ口に連絡する第１の温風流路と、
前記機器設置エリアの天井に設けられて前記機器設置エリアと前記第１の温風流路との間を連絡する第１の開口部と、
屋外に連絡する第１の排気ダクトと、
前記第１の温風流路と前記第１の排気ダクトとの間に配置されて前記制御部により開閉状態が制御される第２のダンパーと、
前記冷却エリアの床下に設けられた第２の冷風流路と、
前記冷却エリアの床に設けられて前記冷却エリアと前記第２の冷風流路との間を連絡する第２の通風口と、
屋外に連絡する第２の給気ダクトと、
前記第２の給気ダクトと前記第２の冷風流路との間に配置されて前記制御部により開閉状態が制御される第３のダンパーと、
前記冷却エリアの天井裏に設けられた第２の温風流路と、
前記冷却エリアの天井に設けられて前記冷却エリアと前記第２の温風流路との間を連絡する第２の開口部と、
屋外に連絡する第２の排気ダクトと、
前記第２の温風流路と前記第２の排気ダクトとの間に配置されて前記制御部により開閉状態が制御される第４のダンパーと、
を有することを特徴とする付記８に記載の冷却システム。

（付記１０）電子機器と、
前記電子機器内の発熱部品と熱的に接続された伝熱部材と、
前記伝熱部材の先端部を水で冷却する水の循環系と、
前記循環系の途中に設けられ、前記水を噴射するシャワーヘッドと、
前記シャワーヘッドにより噴射された前記水に風をあてる送風機と、
を有することを特徴とする冷却システム。

（付記１１）前記伝熱部材が複数設けられ、
前記循環系は、複数の前記伝熱部材の各々の前記先端部を前記水で並列的に冷却することを特徴とする付記１０に記載の冷却システム。

（付記１２）前記先端部は、前記水に直接曝されないことを特徴とする付記１１に記載の冷却システム。

１２…ラック設置エリア、１２ａ…グリル、１２ｂ…開口部、１３…冷却エリア、１４、１６…冷風流路、１５、１７…温風流路、２１…空調機、２２…サーバラック、２３…計算機、２４ａ、２４ｂ…仕切り、２５…伝熱部材、２５ａ…フィン、２８…制御部、２９ａ、２９ｂ…センサ部、３１〜３７…ダクト、４１〜４８…ダンパー、５１〜５３…ファン、５５…システムボード、５７…発熱部品、６０…熱交換器、６０ａ…フィン、６０ｂ…配管、６１…水分計、６２…給水部、６２ａ…弁、６３…ドレインホース、６５…給水材、６６…防水パン、６７…湿度計、６９…判断部、７０…循環系、７１…配管、７１ａ…開口、７２…ポンプ、７３…シャワーヘッド、７４…送風機、８０…水冷ジャケット、８０ａ…給水口、８０ｂ…排水口、８０ｅ…開口、８０ｓ…スリット、８０ｙ…凹部、８５…Oリング、８８…ネジ。

Claims (3)

1. 電子機器と、
   前記電子機器内の発熱部品と熱的に接続された伝熱部材と、
   前記伝熱部材の先端部を水で冷却する水の循環系と、
   前記循環系の途中に設けられ、前記水を噴射するシャワーヘッドと、
   前記シャワーヘッドにより噴射された前記水に風をあてる送風機と、
   を有することを特徴とする冷却システム。
2. 前記伝熱部材が複数設けられ、
   前記循環系は、複数の前記伝熱部材の各々の前記先端部を前記水で並列的に冷却することを特徴とする請求項１に記載の冷却システム。
3. 前記先端部は、前記水に直接曝されないことを特徴とする請求項２に記載の冷却システム。

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