JP2015162485A - Transformer-integrated rack - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ＩＣＴ（Information and Communication Technology）装置を搭載するラック本体に、電力変換器が配置される変圧器一体型ラックに関する。 The present invention relates to a transformer-integrated rack in which a power converter is disposed in a rack body on which an ICT (Information and Communication Technology) device is mounted.
データセンタや通信ビルにおいて、ルータやサーバなどのＩＣＴ装置が使用されている。現在、ＩＣＴ装置の入力電圧は、交流１００Ｖ、交流２００Ｖ、直流−４８Ｖなど様々である。 ICT devices such as routers and servers are used in data centers and communication buildings. At present, the input voltage of the ICT device is various such as AC 100V, AC 200V, DC-48V.
図５は、データセンタや通信ビルにおける従来の給電体系の一例を示す概念図である。 FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating an example of a conventional power supply system in a data center or a communication building.
図５を参照すると、入力電圧が交流であるＩＣＴ装置１０５に対しては、交流用通信電源装置（ＵＰＳ：Uninterruptible Power Supply）１０１から交流用分配架１０３を介して電力が供給される。また、入力電圧が直流であるＩＣＴ装置１０６に対しては、直流用通信電源装置（整流装置）１０２から直流用分配架１０４を介して電力が供給される。 Referring to FIG. 5, power is supplied from an AC communication power supply (UPS) 101 to an ICT device 105 whose input voltage is AC via an AC distribution rack 103. In addition, power is supplied to the ICT device 106 whose input voltage is DC from the DC communication power supply device (rectifier device) 102 via the DC distribution rack 104.
近年、ＩＣＴ装置の消費電力量の増大に伴い、直流４００Ｖ程度の電力を供給できる通信電源装置（高電圧直流給電システム）が注目されている。高電圧直流給電システムは、従来の交流用通信電源装置や直流用通信電源装置と比較して、高電圧の電力を供給できることから、電力ケーブルを細径化できるというメリットがある。 2. Description of the Related Art In recent years, communication power supply devices (high voltage DC power supply systems) that can supply power of about 400 V DC have attracted attention as the power consumption of ICT devices increases. The high-voltage DC power supply system has an advantage that the diameter of the power cable can be reduced because it can supply high-voltage power as compared with conventional AC communication power supply devices and DC communication power supply devices.
ただし、高電圧直流給電システムに従来のＩＣＴ装置（入力電圧が交流１００Ｖ、交流２００Ｖ、直流−４８Ｖなど）を接続する場合、電力変換器が必要となる。 However, when a conventional ICT device (input voltage is AC 100V, AC 200V, DC-48V, etc.) is connected to the high voltage DC power supply system, a power converter is required.
図６は、高電圧直流給電システムに従来のＩＣＴ装置を接続する接続形態の一例を示す概念図である。 FIG. 6 is a conceptual diagram showing an example of a connection form in which a conventional ICT device is connected to a high-voltage DC power supply system.
図６を参照すると、高電圧直流給電システム１０７から直流用分配架１０８を介して供給される直流４００Ｖ程度の電力は、電力変換器１０９によって各ＩＣＴ装置１０５，１０６の入力電圧に応じた電力に変換され、その変換後の電力が各ＩＣＴ装置１０５，１０６に供給される。 Referring to FIG. 6, power of about 400 V DC supplied from the high voltage DC power supply system 107 via the DC distribution rack 108 is converted into power corresponding to the input voltage of the ICT devices 105 and 106 by the power converter 109. The converted electric power is supplied to the ICT devices 105 and 106.
ところで、図６の例では、電力変換器１０９は、ＩＣＴ装置１０５，１０６が搭載されているラックとは別の電力変換器専用ラック１１０に設置されている。 In the example of FIG. 6, the power converter 109 is installed in a power converter dedicated rack 110 that is different from the rack in which the ICT devices 105 and 106 are mounted.
しかし、最近の電力変換器は、設置面積削減のために小型化の検討が進められており、ＩＣＴ装置が搭載されているラック内に搭載できる大きさに小型化されたものも存在する。 However, recent power converters are being studied for downsizing in order to reduce the installation area, and some of them have been downsized so that they can be mounted in a rack in which an ICT device is mounted.
図７は、高電圧直流給電システムに従来のＩＣＴ装置を接続する接続形態の他の例を示す概念図である。 FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating another example of a connection form in which a conventional ICT device is connected to a high-voltage DC power supply system.
図７を参照すると、電力変換器１０９は、図６に示した電力変換器専用ラック１１０の立架を不要とするために、ＩＣＴ装置１０５，１０６が搭載されているラック内に搭載できる大きさや、ラックのデッドスペースに搭載できる大きさに小型化されている。 Referring to FIG. 7, the power converter 109 has a size that can be mounted in the rack in which the ICT devices 105 and 106 are mounted in order to eliminate the need for standing the power converter dedicated rack 110 illustrated in FIG. 6. The size is reduced to a size that can be mounted in the dead space of the rack.
なお、本明細書では、ＩＣＴ装置を搭載するラック本体に電力変換器が配置されているラックを、変圧器一体型ラックと称する。変圧器一体型ラックは、ＩＣＴ装置が自身の入力電圧と異なる通信電源装置に接続される際に、電力変換器専用ラックの立架を不要とし、ＩＣＴ装置の入力電圧に応じた電力を供給することを目的とするものである。 In this specification, a rack in which a power converter is arranged in a rack body on which an ICT device is mounted is referred to as a transformer integrated rack. The transformer-integrated rack eliminates the need for a power converter dedicated rack when the ICT device is connected to a communication power supply device different from its own input voltage, and supplies power according to the input voltage of the ICT device. It is for the purpose.
ところで、従来の電力変換器は、動作時に発熱したパワー素子などの発熱体を冷却するために冷却ファンや放熱器が装備されている（特許文献１には、発熱体を有する装置に冷却機構を装備することが記載されている）。 By the way, the conventional power converter is equipped with a cooling fan and a radiator to cool a heating element such as a power element that generates heat during operation (Patent Document 1 discloses a cooling mechanism for a device having a heating element. To be equipped).
しかし、電力変換器が冷却ファンや放熱器を装備する場合、冷却機能を十分に機能させるために装備が大型化し、それに伴い電力変換器が大型化するという問題が生じる。また、冷却のための気流を確保するために電力変換器の設置場所が限定されるという問題や、冷却ファンを動作させることにより電力変換効率が低下するという問題も生じる。 However, when the power converter is equipped with a cooling fan or a radiator, there is a problem that the equipment becomes larger in order to sufficiently function the cooling function, and accordingly, the power converter becomes larger. Moreover, the problem that the installation place of a power converter is limited in order to ensure the airflow for cooling, and the problem that power conversion efficiency falls by operating a cooling fan also arise.
以上の問題に対しては、冷却機能の向上のために、電力変換器からの放熱を効率的に行い、それによって、電力変換器に装備される冷却ファンや放熱器の省略や小型化を実現することが、有効な解決策であると考えられる。 For the above problems, efficient heat dissipation from the power converter is performed to improve the cooling function, thereby eliminating the cooling fan and heatsink installed in the power converter and miniaturization. Doing so is considered an effective solution.
そこで、本発明の目的は、電力変換器からの放熱を効率的に行うことができる変圧器一体型ラックを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a transformer-integrated rack that can efficiently dissipate heat from a power converter.
本発明の変圧器一体型ラックは、
ＩＣＴ装置を搭載するラック本体に、電源装置から供給される電力を前記ＩＣＴ装置の動作に適した電力に変換する電力変換器が配置される変換器一体型ラックであって、
前記電力変換器は、前記ラック本体の、外側の空気と接触するラック壁面の内側に、前記電力変換器で発生した熱がラック壁面に伝熱するように、前記電力変換器とラック壁面の内側とが密着するような構造で、前記ラック本体の内部に配置されることを特徴とする。
The transformer integrated rack of the present invention is
A converter-integrated rack in which a power converter that converts electric power supplied from a power supply device into electric power suitable for the operation of the ICT device is disposed in a rack body on which the ICT device is mounted,
The power converter is arranged inside the rack wall so that heat generated in the power converter is transferred to the rack wall inside the rack wall in contact with the outside air of the rack body. And is arranged inside the rack body.
本発明の変圧器一体型ラックによれば、電力変換器からの放熱を、ラック本体の、外側の冷却された空気との接触面積が広いラック壁面を経由して効率的に行うことが可能となる。 According to the transformer-integrated rack of the present invention, it is possible to efficiently dissipate heat from the power converter via the rack wall surface having a wide contact area with the outside cooled air of the rack body. Become.
したがって、電力変換器に装備される冷却ファンや放熱器の省略や小型化が可能となるため、電力変換器の小型化が可能となるという効果が得られる。 Therefore, it is possible to omit or downsize a cooling fan or a radiator that is provided in the power converter, so that it is possible to reduce the size of the power converter.
また、冷却ファンの省略が可能となれば、冷却のための気流を確保する必要がないため、電力変換器の設置場所が限定されることはなく、また、冷却ファンを動作させる必要がないため、電力変換器の電力変換効率の高効率化が図れるという効果が得られる。 Also, if the cooling fan can be omitted, it is not necessary to secure an air flow for cooling, so there is no limitation on the installation location of the power converter, and it is not necessary to operate the cooling fan. As a result, the power conversion efficiency of the power converter can be increased.
以下に、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, the form for implementing this invention is demonstrated with reference to drawings.
図１は、本発明の一実施形態の変換器一体型ラックを示す全体外観図である。 FIG. 1 is an overall external view showing a converter-integrated rack according to an embodiment of the present invention.
図１を参照すると、本実施形態の変換器一体型ラックは、ラック本体１内に、マウントアングル２と、ケーブル口３と、入力電源部４と、電力変換器５と、放熱器６と、を備えている。 Referring to FIG. 1, a converter integrated rack according to the present embodiment includes a mount angle 2, a cable port 3, an input power supply unit 4, a power converter 5, a radiator 6, and a rack body 1. It has.
マウントアングル２は、４本の柱から構成される。ＩＣＴ装置（不図示）は、ラック本体１に搭載する場合、マウントアングル２に固定される。 The mount angle 2 is composed of four pillars. The ICT device (not shown) is fixed to the mount angle 2 when mounted on the rack body 1.
ケーブル口３は、通信電源装置（不図示）と入力電源部４とを接続する電力ケーブル（不図示）を通すために開口している部分である。なお、図４では、ケーブル口３は、ラック本体１の上部および下部に設けられているが、電力ケーブルを上部から配線する場合は上部に、下部から配線する場合は下部に設けられる。 The cable port 3 is a portion that is opened for passing a power cable (not shown) that connects the communication power supply device (not shown) and the input power supply unit 4. In FIG. 4, the cable ports 3 are provided at the upper and lower parts of the rack body 1, but are provided at the upper part when the power cable is wired from the upper part and at the lower part when the electric power cable is wired from the lower part.
入力電源部４は、ラック本体１の内部の下部に位置する。通信電源装置（不図示）に接続される電力ケーブル（不図示）は、ラック本体１の下部にあるケーブル口３を通って入力電源部４に接続される。通信電源装置（不図示）から入力電源部４に供給される電力は、各電力変換器５へ分配される。なお、図４では、入力電源部４は、ラック本体１の内部の下部に設けられているが、一般的に電力ケーブルを上部から配線する場合は上部に、下部から配線する場合は下部に設けることが多い。 The input power supply unit 4 is located in the lower part inside the rack body 1. A power cable (not shown) connected to a communication power supply device (not shown) is connected to the input power supply unit 4 through the cable port 3 at the bottom of the rack body 1. The power supplied from the communication power supply device (not shown) to the input power supply unit 4 is distributed to each power converter 5. In FIG. 4, the input power supply unit 4 is provided in the lower part inside the rack body 1, but in general, the power cable is provided in the upper part when wiring from the upper part and in the lower part when wiring from the lower part. There are many cases.
電力変換器５は、入力電源部４から供給される電力を、ＩＣＴ装置（不図示）の入力電圧に応じた電力（ＩＣＴ装置の動作に適した電力）に変換する機能を有している。 The power converter 5 has a function of converting the power supplied from the input power supply unit 4 into power corresponding to the input voltage of the ICT device (not shown) (power suitable for the operation of the ICT device).
また、電力変換器５は、ラック本体１の内部のデッドスペース（ラック本体１の、外側の空気と接触するラック壁面の内側とマウントアングル２との間のスペース）に収まる大きさに小型化されており、そのデッドスペースに配置される。 In addition, the power converter 5 is reduced in size to fit in a dead space inside the rack body 1 (a space between the inside of the rack wall surface that contacts the outside air of the rack body 1 and the mount angle 2). And is placed in that dead space.
このとき、電力変換器５は、電力変換器５で発生した熱がラック本体１のラック壁面に伝熱するように、電力変換器５とラック壁面の内側とが密着するような構造で、ラック本体１の内部のデッドスペースに配置される。 At this time, the power converter 5 has a structure in which the power converter 5 and the inside of the rack wall surface are in close contact so that heat generated in the power converter 5 is transferred to the rack wall surface of the rack body 1. It is arranged in a dead space inside the main body 1.
図２は、電力変換器５の内部における発熱体の設置状態の一例を示す図である。 FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an installation state of the heating elements inside the power converter 5.
図２を参照すると、電力変換器５の内部において、パワー素子などの発熱体５１は、電力変換器５の筺体の、ある面（発熱体接触面５２）の内側に接している。そして、電力変換器５の発熱体接触面５２の外側がラック本体１のラック壁面の内側に密着している。 Referring to FIG. 2, in the power converter 5, a heating element 51 such as a power element is in contact with a certain surface (a heating element contact surface 52) of the casing of the power converter 5. The outside of the heating element contact surface 52 of the power converter 5 is in close contact with the inside of the rack wall surface of the rack body 1.
なお、図１および図２では、電力変換器５は、ラック本体１の側面のラック壁面と密着することを想定しているが、ラック本体１の外側の空気と接触するラック壁面であれば、側面に限らず、どの面に密着させても良い。この場合も、そのラック壁面の内側に発熱体接触面５２の外側が密着すれば良い。 1 and 2, it is assumed that the power converter 5 is in close contact with the rack wall surface on the side surface of the rack body 1, but if the rack wall surface is in contact with the air outside the rack body 1, You may make it closely_contact | adhere not only on a side surface but on any surface. In this case as well, the outside of the heating element contact surface 52 may be in close contact with the inside of the rack wall surface.
以上の構成により、電力変換器５からの放熱を、ラック本体１の、外側の冷却された空気との接触面積が広いラック壁面を経由して効率的に行うことが可能となる。 With the above configuration, it is possible to efficiently dissipate heat from the power converter 5 via the rack wall surface having a large contact area with the outside cooled air of the rack body 1.
したがって、電力変換器５に装備される冷却ファンや放熱器の省略や小型化が可能となるため、電力変換器５の小型化が可能となる。 Therefore, it is possible to omit or downsize the cooling fan and the radiator that are provided in the power converter 5, and thus the power converter 5 can be downsized.
また、冷却ファンの省略が可能となれば、冷却のための気流を確保する必要がないため、電力変換器５の設置場所が限定されることはなく、また、冷却ファンを動作させる必要がないため、電力変換器５の電力変換効率の高効率化が図れる。 Further, if the cooling fan can be omitted, it is not necessary to secure an air flow for cooling, so the installation location of the power converter 5 is not limited, and it is not necessary to operate the cooling fan. Therefore, the efficiency of the power conversion efficiency of the power converter 5 can be increased.
また、図６のように従来の電力変換器は、ラックのマウントアングルに搭載する形状であるためラックの壁面に密接することはなく、ラック壁面からの放熱はできなかった。 Further, as shown in FIG. 6, the conventional power converter is mounted on the rack mount angle, and therefore does not come into close contact with the wall surface of the rack, so that heat cannot be radiated from the rack wall surface.
これに対して本実施形態の電力変換器５は、ラック本体１のラック壁面と密着する構成であり、ラック壁面は、表面積を十分に確保でき、ラック本体１の外側の冷却された空気との接触面積が広いことから、電力変換器５からの放熱をより効率的に行うことが可能となる。 On the other hand, the power converter 5 of the present embodiment is configured to be in close contact with the rack wall surface of the rack body 1, and the rack wall surface can secure a sufficient surface area, and the cooled air outside the rack body 1 Since the contact area is wide, the heat dissipation from the power converter 5 can be performed more efficiently.
また、ラック本体１の電力変換器５と密着するラック壁面の外側は、フィンや熱交換器などの放熱器６が取り付け可能な構造である。そのため、電力変換器５の放熱量が大きい場合は、放熱器６を取り付けることによって十分な冷却機能を担保できる。 Further, the outside of the rack wall surface that is in close contact with the power converter 5 of the rack body 1 has a structure to which a radiator 6 such as a fin or a heat exchanger can be attached. Therefore, when the heat dissipation amount of the power converter 5 is large, a sufficient cooling function can be secured by attaching the radiator 6.
また、電力変換器５は、ラック本体１から着脱可能なユニット構造になっており、ラック本体１に搭載されるＩＣＴ装置（不図示）の入力電圧に応じたユニットに変更できる。 The power converter 5 has a unit structure that is detachable from the rack body 1 and can be changed to a unit corresponding to an input voltage of an ICT device (not shown) mounted on the rack body 1.
図３は、電力変換器５の一例を示す外観図である。 FIG. 3 is an external view showing an example of the power converter 5.
図３を参照すると、電力変換器５は、自身が変換した電力をＩＣＴ装置（不図示）へ供給するための出力電源部５３を有している。なお、電力変換器５は、入力電源部４から電力が供給される入力部も有しているが、この入力部は、図３に図示されている角度からは見えない位置に配置されており、図３には図示されていない。 Referring to FIG. 3, the power converter 5 includes an output power supply unit 53 for supplying power converted by itself to an ICT device (not shown). The power converter 5 also has an input unit to which power is supplied from the input power supply unit 4, but this input unit is disposed at a position that cannot be seen from the angle shown in FIG. This is not shown in FIG.
電力変換器５は、入力電源部４から入力部（不図示）に供給された電力を、ＩＣＴ装置（不図示）の入力電圧に応じた電力に変換し、その変換後の電力を出力電源部５３から電力ケーブル（不図示）を介してＩＣＴ装置（不図示）へ供給する。 The power converter 5 converts the power supplied from the input power supply unit 4 to the input unit (not shown) into power corresponding to the input voltage of the ICT device (not shown), and outputs the converted power to the output power supply unit. 53 is supplied to an ICT device (not shown) via a power cable (not shown).
また、電力変換器５のラック壁面と接する面（図２の発熱体接触面５２）は、ラック壁面へ十分に放熱が行えるように熱伝導率が大きい材料とすることが好ましい。より具体的には、動作温度において熱伝導率がアルミニウムと同等程度以上、すなわち２３０［Ｗ／ｍＫ］以上の材料とすることが好ましい。 Further, it is preferable that the surface of the power converter 5 that contacts the rack wall surface (the heating element contact surface 52 in FIG. 2) is made of a material having a high thermal conductivity so that heat can be sufficiently radiated to the rack wall surface. More specifically, it is preferable to use a material having a thermal conductivity equal to or higher than that of aluminum at the operating temperature, that is, 230 [W / mK] or higher.
また、電力変換器５は、出力電圧に関わらず筐体の形は同じだが、ユニット選定の間違いを防ぐために、出力電圧に応じて出力電源部５３の形状が異なっている。 The power converter 5 has the same shape regardless of the output voltage, but the shape of the output power supply unit 53 differs depending on the output voltage in order to prevent unit selection errors.
図４は、本実施形態の変換器一体型ラックにＩＣＴ装置７が搭載された状態の一例を示す外観図である。 FIG. 4 is an external view showing an example of a state in which the ICT device 7 is mounted on the converter integrated rack of the present embodiment.
図４を参照すると、電力変換器５の出力電源部５３（図３参照）とＩＣＴ装置７の電源部７１とは電力ケーブル８によって接続されており、電力変換器５から電力ケーブル８を介してＩＣＴ装置７へ電力が供給される。 Referring to FIG. 4, the output power supply unit 53 (see FIG. 3) of the power converter 5 and the power supply unit 71 of the ICT device 7 are connected by the power cable 8, and the power converter 5 through the power cable 8 are connected. Electric power is supplied to the ICT device 7.
１ ラック本体
２ マウントアングル
３ ケーブル口
４ 入力電源部
５ 電力変換器
５１ 発熱体
５２ 発熱体接触面
５３ 出力電源部
６ 放熱器
７ ＩＣＴ装置
７１ 電源部
８ 電力ケーブル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rack main body 2 Mount angle 3 Cable port 4 Input power supply part 5 Power converter 51 Heating element 52 Heating element contact surface 53 Output power supply part 6 Radiator 7 ICT apparatus 71 Power supply part 8 Power cable
Claims (7)
前記電力変換器は、前記ラック本体の、外側の空気と接触するラック壁面の内側に、前記電力変換器で発生した熱がラック壁面に伝熱するように、前記電力変換器とラック壁面の内側とが密着するような構造で、前記ラック本体の内部に配置されることを特徴とする、変換器一体型ラック。 A converter-integrated rack in which a power converter that converts electric power supplied from a power supply device into electric power suitable for the operation of the ICT device is disposed in a rack body on which the ICT device is mounted,
The power converter is arranged inside the rack wall so that heat generated in the power converter is transferred to the rack wall inside the rack wall in contact with the outside air of the rack body. The converter-integrated rack, wherein the rack is arranged in the rack main body so that the rack is in close contact with the rack.
前記電力変換器は、前記ラック本体から着脱可能なユニット構造であることを特徴とする、変換器一体型ラック。 The converter integrated rack according to claim 1,
The converter integrated rack, wherein the power converter has a unit structure that is detachable from the rack body.
前記電力変換器は、前記変換した電力を前記ＩＣＴ装置へ供給するための出力電源部を有し、
前記出力電源部の形状は、前記電力変換器の出力電圧に応じて異なることを特徴とする、変換器一体型ラック。 The converter integrated rack according to claim 2,
The power converter has an output power supply unit for supplying the converted power to the ICT device,
The converter integrated rack according to claim 1, wherein the shape of the output power supply unit varies depending on the output voltage of the power converter.
前記ラック本体の、前記電力変換器と密着するラック壁面の外側は、放熱器が取り付け可能な構造であることを特徴とする、変換器一体型ラック。 The converter integrated rack according to any one of claims 1 to 3,
A converter-integrated rack characterized in that a heat radiator can be attached to the outside of the rack wall surface of the rack body that is in close contact with the power converter.
前記放熱器は、フィンまたは熱交換器であることを特徴とする、変換器一体型ラック。 The converter integrated rack according to claim 4,
The converter integrated rack, wherein the radiator is a fin or a heat exchanger.
前記電力変換器は、発熱体を有し、
前記発熱体は、前記電力変換器の筐体の、前記ラック本体のラック壁面と密着する面である接触面の内側に接していることを特徴とする、変換器一体型ラック。 The converter integrated rack according to any one of claims 1 to 5,
The power converter has a heating element,
The converter-integrated rack, wherein the heating element is in contact with the inside of a contact surface of the casing of the power converter, which is a surface in close contact with the rack wall surface of the rack body.
前記電力変換器の前記接触面は、熱伝導率が２３０［Ｗ／ｍＫ］以上の材料で構成されていることを特徴とする、変換器一体型ラック。 The converter integrated rack according to claim 6,
The converter-integrated rack, wherein the contact surface of the power converter is made of a material having a thermal conductivity of 230 [W / mK] or more.
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