JP2018148122A

JP2018148122A - 情報処理装置

Info

Publication number: JP2018148122A
Application number: JP2017043925A
Authority: JP
Inventors: 芳美前河; Yoshimi Maekawa; 幸司中川; Koji Nakagawa; 幸大平野; Yukihiro Hirano; 慶太平井; Keita Hirai
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2017-03-08
Filing date: 2017-03-08
Publication date: 2018-09-20
Also published as: US10412862B2; US20180263141A1

Abstract

【課題】冷却効率が高く且つ設置面積を小さくできる情報処理装置を提供する。
【解決手段】情報処理装置２０は、電力供給装置２３と、電力供給装置２３内にエアーを通流させるファン２７と、ファン２７によるエアーの流れ方向に対し電力供給装置２３の前又は後に配置された電源分配器２４とを有する。電源分配器２４は、電力供給装置２３と電気的に接続される。また、電源分配器２４の電力供給装置２３側の面には、エアーが通る通風穴３１が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、情報処理装置に関する。

近年、高度情報化社会の到来にともなって、多量の情報を高速で処理する情報処理装置
の重要性がますます増加している。そのような情報処理装置ではラック内に、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びメモリ等の電子部品を搭載した基板や、基板に電力を供給するＰＳＵ（Power Supply Unit：電力供給装置）をそれぞれ複数収納している。

また、そのような情報処理装置のラック内には、各ＰＳＵに電力を分配する電源分配器（Power Distribution Unit）が設けられている。電源分配器には、ＰＳＵの電源ケーブルの先端に設けられた差込プラグを差し込むための複数のコンセント（差込プラグ受け）と、各コンセントに過剰な電流が流れないようにする過電流保護装置（ブレーカー）とが設けられている。

情報処理装置の高性能化に伴い、情報処理装置の発熱量が多くなっている。情報処理装置内の温度が予め設定された許容上限温度を超えてしまうと、故障、誤動作、又は処理能力の低下等の問題が発生する。そのため、一般的な情報処理装置では、ラック内に冷却水を通流させたり、ファンによりラック内にエアー（冷風）を導入したりして、電子部品を冷却している。

一方、省エネルギーの観点から、情報処理装置の消費電力の削減が要求されている。そのため、情報処理装置をより一層効率的に冷却できる冷却方法が求められている。

例えば、ラックの側方にダクトを配置し、ダクトの側面に設けられた多数の穴からラックにエアーを供給することで冷却効率を向上させることが提案されている（例えば、特許文献１等参照）。

特開２００９−１１１３００号公報

情報処理装置のサイズを大きくすれば、冷却効率を比較的容易に向上させることができる。しかし、その場合は設置面積が大きくなるという問題がある。

開示の技術は、冷却効率が高く且つ設置面積を小さくできる情報処理装置を提供することを目的とする。

開示の技術の一観点によれば、電力供給装置と、前記電力供給装置内にエアーを通流させるファンと、前記ファンによる前記エアーの流れ方向に対し前記電力供給装置の前又は後に配置されて前記電力供給装置と電気的に接続される電源分配器とを有し、前記電源分配器の前記電力供給装置側の面には前記エアーが通る通風穴が設けられている情報処理装置が提供される。

上記の情報処理装置は、冷却効率が高く、且つ設置面積が小さい。

図１（ａ）は情報処理装置の一例を示す横断面図（模式図）、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩ−Ｉ線の位置における縦断面図（模式図）である。図２（ａ）は実施形態に係る情報処理装置の横断面図（模式図）、図２（ｂ）は図２（ａ）のII−II線の位置における縦断面図（模式図）である。図３は、情報処理装置の内部構造を示す斜視図（模式図）である。図４（ａ）は電源分配器を前面側から見たときの平面図、図４（ｂ）は同じくその電源分配器を後面側から見たときの平面図である。図５は、電源分配器の内部構造を示す模式図である。図６は、電源分配器の斜視図である。図７（ａ）は図１（ａ）,（ｂ）に示す情報処理装置の大きさを示す図、図７（ｂ）は図２（ａ）,（ｂ）に示す情報処理装置の大きさを示す図である。図８は、開口率とＰＳＵから排出されるエアーの温度との関係をシミュレーションした結果を示す図である。図９（ａ）は変形例１の情報処理装置の横断面図（模式図）、図９（ｂ）は図９（ａ）のIII−III線の位置における縦断面図（模式図）である。図１０（ａ）は変形例２の情報処理装置の横断面図（模式図）、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のIV−IV線の位置における縦断面図（模式図）である。

以下、実施形態について説明する前に、実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。

図１（ａ）は情報処理装置の一例を示す横断面図（模式図）、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩ−Ｉ線の位置における縦断面図（模式図）である。

図１（ａ），（ｂ）に示す情報処理装置１０では、ラック１１内に複数の基板１２が収納されている。それらの基板１２は、高さ方向に沿って一定の間隔で配置されている。各基板１２には、ＣＰＵ、メモリ、及び通信ユニット等の電子部品（図示せず）が搭載されており、各基板１２は通信ユニットを介して信号の送受信を行う。ラック１１は筐体の一例である。

基板１２の幅方向の両側には、それぞれＰＳＵ１３と電源分配器１４とが配置されている。電源分配器１４には複数のコンセント（図示せず）が高さ方向に並んで配置されており、外部の電源から供給される電力は各コンセントに分配される。各コンセントには、ＰＳＵ１３の電源ケーブル１３ａの先端に設けられた差込プラグが接続される。ＰＳＵ１３は、電源ケーブル１３ｂ及びコネクタ１５を介して基板１２に電力を供給する。

電源分配器１４にはコンセント毎に過電流保護装置（ブレーカー）が設けられており、コンセントに過剰な電流が流れたときには電力供給を停止するようになっている。図１（ａ）中の符号１６は過電流保護装置に設けられたボタンであり、過電流により電力供給が停止されたときにはボタン１６が軸方向に飛び出す。過電流が流れた原因を排除した後にボタン１６を押し込むと、過電流保護装置が復帰して電力供給が再開される。

ところで、ＰＳＵ１３は、基板１２に供給する電力に応じた熱を発生する。ＰＳＵ１３内の温度が予め設定された許容上限温度を超えると、故障の原因となる。そのため、図１（ａ），（ｂ）に示す情報処理装置１０では、ＰＳＵ１３毎にファン１７を設けてＰＳＵ１３内にエアー（冷風）を導入し、ＰＳＵ１３内の温度が許容上限温度を超えないようにしている。図１（ａ）,（ｂ）に示す情報処理装置１０では、エアーは右から左へ移動する。

図１（ａ），（ｂ）に示す情報処理装置１０では、ＰＳＵ１３と電源分配器１４とがエアーの流れ方向に対し並列に（すなわち、幅方向に並んで）配置されている。これは、ＰＳＵ１３と電源分配器１４とをエアーの流れ方向に対し直列に配置すると、ＰＳＵ１３を通るエアーの流れが電源分配器１４により邪魔されて、ＰＳＵ１３を十分に冷却できなくなるためである。

しかし、図１（ａ），（ｂ）に示す情報処理装置１０では、ラック１１の幅が大きくなり、大きな設置面積が必要となる。

以下の実施形態では、電力供給装置を効率的に冷却でき、且つ設置面積が小さい情報処理装置について説明する。

（実施形態）
図２（ａ）は実施形態に係る情報処理装置の横断面図（模式図）、図２（ｂ）は図２（ａ）のII−II線の位置における縦断面図（模式図）である。また、図３は情報処理装置の内部構造を示す斜視図（模式図）である。

図２（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態の情報処理装置２０は、ラック２１と、ラック２１内に収納された複数の基板２２と、各基板２２の幅方向の両側に配置された複数のＰＳＵ（電力供給装置）２３と、基板２２の幅方向の両側に配置された電源分配器２４とを有する。

以下、説明の便宜上、図２（ａ），（ｂ）におけるラック２１の右側を前側とし、左側を後側とする。

基板２２は高さ方向に沿って一定の間隔で配置されている。各基板２２には、ＣＰＵ、メモリ、及び通信ユニット等の電子部品（図示せず）が搭載されており、各基板２２は通信ユニットを介して信号の送受信を行う。

ＰＳＵ２３はラック２１の前面側に配置されており、電源ケーブル２３ｂ及びコネクタ２５を介して基板２２に電力を供給する。各ＰＳＵ２３にはそれぞれ、ＰＳＵ２３内にエアーを通流させるためのファン２７が設けられている。本実施形態では、ファン２７により、ラック２１の前面側（図１（ａ）の右側）から後面側（図１（ａ）の左側）にエアーが移動する。なお、ＰＳＵ２３は、図３に示すようにラック２１内に設けられたケース２９内に挿入される。

電源分配器２４は、ＰＳＵ２３の後に配置されている。図４（ａ）は電源分配器２４を前面側から見たときの平面図、図４（ｂ）は同じくその電源分配器２４を後面側から見たときの平面図である。また、図５は電源分配器２４の内部構造を示す模式図である。更に、図６は電源分配器２４の斜視図である。

図４（ａ）及び図６に示すように、電源分配器２４の前面パネル２４ａには複数のコンセント２６が高さ方向に並んで配置されている。各コンセント２６には、ＰＳＵ２３の電源ケーブル２３ａ（図２（ａ）参照）の先端に設けられた差込プラグ（図示せず）が挿抜自在に接続される。また、図４（ｂ）に示すように、電源分配器２４の後面パネル２４ｂにはコネクタ３２が設けられている。コネクタ３２には、外部の電源（図示せず）に接続された電力ケーブルが接続される。

図４（ａ），（ｂ）に示すように、電源分配器２４の前面パネル２４ａ及び後面パネル２４ｂには、それぞれ多数の通風穴３１が設けられている。そのため、ＰＳＵ２３から排出されたエアーは、電源分配器２４の前面パネル２４ａの通風穴３１から電源分配器２４内に入り、電源分配器２４内を通って後面パネル２４ｂの通風穴３１から排出される。なお、図６では通風穴３１の図示を省略している。

図５に示すように、電源分配器２４内には、各コンセント２６に対応する複数の過電流保護装置２８が設けられている。それらの過電流保護装置２８は、ケーブル３３を介してコネクタ３２に接続されている。また、各コンセント２６はそれぞれケーブル３４を介して対応する過電流保護装置２８と接続されており、過電流保護装置２８から電力が供給される。

図２（ａ），図４（ａ）及び図６中の符号２８ａは過電流保護装置２８に設けられたボタンである。過電流により過電流保護装置２８が作動してコンセント２６への電力供給が停止されたときには、ボタン２８ａが軸方向に飛び出す。過電流が流れた原因を排除した後にボタン２８ａを押し込むと、過電流保護装置２８が復帰して電力供給が開始される。

本実施形態に係る情報処理装置２０では、図２（ａ）,（ｂ）に示すように、エアーの流れ方向に対し電源分配器２４がＰＳＵ２３の後に（すなわち、エアーの流れ方向に対し直列に）配置されている。また、本実施形態に係る情報処理装置２０では、図４（ａ）,（ｂ）に示すように、電源分配器２４の前面パネル２４ａ及び後面パネル２４ｂにそれぞれ多数の通風穴３１が設けられている。

そのため、ＰＳＵ２３から排出されたエアーは、前面パネル２４ａの通風穴３１を通って電源分配器２４内に入り、後面パネル２４ｂの通風穴３１から排出される。従って、ＰＳＵ２３内を通るエアーの流れが電源分配器２４により邪魔されることはなく、ＰＳＵ２３を十分に冷却することができる。

また、本実施形態に係る情報処理装置２０は、ＰＳＵ２３と電源分配器２４とをエアーの流れ方向に対し直列に配置しているので、図１（ａ）,（ｂ）に示す情報処理装置１０に比べてラックの幅を小さくできる。その結果、情報処理装置２０の設置面積を縮小できる。

図７（ａ）は図１（ａ）,（ｂ）に示す情報処理装置１０の大きさを示す図、図７（ｂ）は図２（ａ）,（ｂ）に示す情報処理装置２０の大きさを示す図である。ここでは、図７（ａ）に示す基板１２、ＰＳＵ１３及び電源分配器１４の大きさは、図７（ｂ）に示す基板２２、ＰＳＵ２３及び電源分配器２４の大きさと同じであるとしている。

図１（ａ）,（ｂ）に示す情報処理装置１０の場合、ＰＳＵ１３と電源分配器１４とがエアーの流れ方向に対し並列に配置されているので、例えば図７（ａ）に示すように、ラック１１の幅は９７０ｍｍ、長さは９００ｍｍとなる。

一方、本実施形態に係る情報処理装置２０では、ＰＳＵ２３と電源分配器２４とがエアーの流れ方向に対し直列に配置されているので、例えば図７（ｂ）に示すように、ラック２１の幅は７００ｍｍ、長さは９００ｍｍとなる。そのため、本実施形態に係る情報処理装置２０は、図１（ａ）,（ｂ）に示す情報処理装置１０に比べて、設置面積を小さくできる。

なお、何らかの原因によりＰＳＵ２３に過電流が流れた場合は、過電流保護装置２８が作動して電力供給が停止される。電力供給を再開するためには、過電流保護装置２８のボタン２８ａを押す必要がある。そのような場合、ケース２９（図３参照）からＰＳＵ２３を引き出して電源分配器２４の前面パネル２４ａを露出させ、棒状の工具を用いてボタン２８ａを押すことで、電力供給を再開できる。

以下、電源分配器２４の前面パネル２４ａ及び後面パネル２４ｂの開口率について説明する。ここで、開口率とは、前面パネル２４ａ又は後面パネル２４ｂの面積Ｓａと、前面パネル２４ａ又は後面パネル２４ｂの通風穴３１の総面積Ｓｈとの比率（（Ｓｈ／Ｓａ）×１００％）である。

電源分配器２４内をエアーが通流しやすくするためには、前面パネル２４ａ及び後面パネル２４ｂに設ける通風穴３１のサイズは大きいほど好ましく、通風穴３１の数も多いほど好ましい。つまり、冷却効率を考慮した場合、前面パネル２４ａ及び後面パネル２４ｂの開口率は大きいほどよい。

しかし、前面パネル２４ａ及び後面パネル２４ｂの開口率を大きくすると、パネル２４ａ，２４ｂの強度が低下する。一般的に、この種の電源分配器のパネルとして用いられる金属板の厚さは０．８ｍｍ〜１ｍｍ程度であるので、開口率が５０％を超えると十分な強度を確保することが困難になる。例えば、前面パネル２４ａの開口率が５０％を超えた場合、コネクタ２６に差込プラグを接続するときに前面パネル２４ａが撓むことが考えられる。このため、前面パネル２４ａ及び後面パネル２４ｂの開口率は５０％以下とすることが好ましい。

一方、前面パネル２４ａ及び後面パネル２４ｂの開口率が小さすぎると、ＰＳＵ２３内を通るエアーの量が電源分配器２４により制限されてしまい、ＰＳＵ２３の温度が許容上限温度を超えてしまう。

図８は、横軸に開口率をとり、縦軸にＰＳＵ２３から排出されるエアーの温度をとって、両者の関係をシミュレーションした結果を示す図である。ここでは、ＰＳＵ２３の出力を１６００Ｗとし、図２（ａ）のようにＰＳＵ２３と電源分配器２４とをエアーの流れ方向に対し直列に配置した場合の温度を調べている。

なお、ＰＳＵ２３のサイズは、幅が７３．５ｍｍ、高さが４０ｍｍ、長さ（奥行き）が２７２．５ｍｍである。このＰＳＵ２３の仕様上の許容上限温度は４５℃である。また、電源分配器２４の幅は、ＰＳＵ２３の幅と同じとしている。

図８から、電源分配器２４の前面パネル２４ａ及び後面パネル２４ｂの開口率が２０％の場合、ＰＳＵ２３から排出されるエアーの温度は許容上限温度の４５℃となり、それよりも開口率が小さくなると許容上限温度を超えてしまうことがわかる。また、図８から、電源分配器２４の前面パネル２４ａ及び後面パネル２４ｂの開口率が２５％以上であれば、ＰＳＵ２３から排出されるエアーの温度はほぼ一定（約４２℃）になることがわかる。

従って、電源分配器２４の前面パネル２４ａ及び後面パネル２４ｂの開口率は２０％以上（より好ましくは２５％以上）、且つ５０％以下とすることが好ましい。

（変形例１）
図９（ａ）は変形例１の情報処理装置の横断面図（模式図）、図９（ｂ）は図９（ａ）のIII−III線の位置における縦断面図（模式図）である。図９（ａ）,（ｂ）において、図２（ａ），（ｂ）と同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

図２（ａ）,（ｂ）に示す情報処理装置２０では、ＰＳＵ２３と電源分配器２４とがケーブル２３ａにより接続されている。これに対し、変形例１の情報処理装置４０では、ＰＳＵ２３と電源分配器２４とがコネクタ４１ａ，４１ｂにより電気的に接続されている。

コネクタ４１ａは例えばＰＳＵ２３側に設けたメスコネクタであり、コネクタ４１ｂは例えば電源分配器２４側に設けたオスコネクタである。ＰＳＵ２３をラック２１のケース２９（図３参照）に挿入すると、コネクタ４１ａとコネクタ４１ｂとが嵌合して、ＰＳＵ２３と電源分配器２４とが電気的に接続される。また、ＰＳＵ２３をケース２９（図３参照）から引き出すと、コネクタ４１ａとコネクタ４１ｂとが機械的に分離され、ＰＳＵ２３と電源分配器２４とが電気的に分離される。

図９（ａ）,（ｂ）に示す情報処理装置４０においても、電源分配器２４の前面パネル２４ａ及び後面パネル２４ｂに多数の通風穴３１が設けられている（図４（ａ）,（ｂ）参照）。また、ＰＳＵ２３と電源分配器２４とはエアーの流れ方向に対し直列に配置されている。そのため、図２（ａ）,（ｂ）に示す情報処理装置２０と同様に、ＰＳＵ２３を十分に冷却でき、且つ設置面積を小さくできるという効果を奏する。

（変形例２）
図１０（ａ）は変形例２の情報処理装置の横断面図（模式図）、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のIV−IV線の位置における縦断面図（模式図）である。図１０（ａ）,（ｂ）において、図２（ａ）,（ｂ）と同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

変形例２の情報処理装置５０では、図１０（ａ）に示すように、ラック５１の長さ方向の中心線（図１０（ａ）中の一点鎖線）を対称軸とする線対称の位置に、それぞれ複数の基板２１が高さ方向に沿って一定の間隔で配置されている。各基板２１の幅方向の両側には、それぞれＰＳＵ２３と電源分配器２４とが配置されている。

以下、説明の便宜上、図１０（ａ），（ｂ）におけるラック５１の右側の面を第１の面５１ａと呼び、左側の面を第２の面５１ｂと呼ぶ。第１の面５１ａ側の基板２１は第１の面５１ａ側から引き出して保守管理が可能であり、第２の面５１ｂ側の基板２１は第２の面５１ｂ側から引き出して保守管理が可能である。

また、ここでは、ラック５１の中心線よりも右側に配置されたＰＳＵ２３及び電源分配器２４において、第１の面５１ａ側の面（右側の面）を前面と呼び、その反対側の面（左側の面）を後面と呼ぶ。更に、ラック５１の中心よりも左側に配置されたＰＳＵ２３及び電源分配器２４において、第２の面５１ｂ側の面（左側の面）を前面と呼び、その反対側の面（右側の面）を後面と呼ぶ。

変形例２においても、電源分配器２４の前面パネル２４ａ及び後面パネル２４ｂには、それぞれ多数の通風穴３１が設けられている（図４（ａ）,（ｂ）参照）。また、ラック５１の底面中央には吸気口５２が設けられている。

更に、ＰＳＵ２３には、それぞれファン２７が設けられている。これらのファン２７により、吸気口５２からラック５１内に入り、ラック５１内を下から上に移動して、更に電源分配器２４内を後面パネル２４ｂ側から前面パネル２４ａ側に通り抜け、ＰＳＵ２３内を通ってラック５１の外に排出されるエアーの流れが形成される。

上述したように、変形例２の情報処理装置５０においても、電源分配器２４の前面パネル２４ａ及び後面パネル２４ｂに多数の通風穴３１が設けられている。また、ＰＳＵ２３と電源分配器２４とはエアーの流れ方向に対し直列に配置されている。

そのため、変形例２の情報処理装置５０においても、図２（ａ）,（ｂ）に示す情報処理装置２０と同様に、ＰＳＵ２３を十分に冷却でき、且つ設置面積を小さくできるという効果を奏する。

１０、２０、４０…情報処理装置、１１、２１、５１…ラック、１２、２２…基板、１３、２３…ＰＳＵ（電力供給装置）、１４、２４…電源分配器、１５，２５、４１ａ、４１ｂ…コネクタ、１７、２７…ファン、２４ａ…前面パネル、２４ｂ…後面パネル、２６…コンセント、２８…過電流保護装置、３１…通風穴、５２…通気口。

Claims

電力供給装置と、
前記電力供給装置内にエアーを通流させるファンと、
前記ファンによる前記エアーの流れ方向に対し前記電力供給装置の前又は後に配置されて前記電力供給装置と電気的に接続される電源分配器とを有し、
前記電源分配器の前記電力供給装置側の面には前記エアーが通る通風穴が設けられていることを特徴とする情報処理装置。
前記電力供給装置及び前記電源分配器を収納する筐体と、
電子部品を搭載し、前記筐体内に高さ方向に沿って一定の間隔で配置されて前記電力供給装置から電力が供給される基板と
を有することを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
前記基板及び前記電力供給装置をそれぞれ複数有し、前記電源分配器は複数の前記電力供給装置に電力を分配することを特徴とする請求項２に記載の情報処理装置。
前記電力供給装置と前記電源分配器とがコネクタを介して電気的に接続されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の情報処理装置。
前記電源分配器には過電流保護装置が内蔵されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の情報処理装置。
前記電源分配器の前記電力供給装置側の面の開口率が２０％以上、且つ５０％以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の情報処理装置。