JP2019072709A - 電子装置のフィルタ部材及びフィルタ方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】従来のサーバーの改修装置(retrofit device)又はサーバーを有する下請け生産(Original Engineering Manufacturing;OEM)設備として使用される、サーバーや他の電子設備に用いられる冷却ガス及びマルチストレーナーフィルタユニットを開示する。【解決手段】一連の静的遠心力フィルタユニットは、交換可能な表面ストレーナーの上流に位置決めされる。表面ストレーナーは、高効率微粒子アキュムレータストレーナー、或いはその代わりに揮発性有機化合物(Volatile Organic Compounds;VOC)を取り除くための吸収層を含む又は単独の第3の炭ストレーナーであってもよい。【選択図】図2

Description

本開示は、空気を冷却媒体とするサーバーや他の電子設備の保護装置に関し、特に、粉塵、花粉及び他の粒子物質のサーバーや他の電子素子内及び上への積み重ねを減らすための装置に関する。
従来から、サーバーに粒子ヒープが積み重なり、これは周囲の流体(例えば、空気)がサーバーに引き付けられたり、また静電気力によってサーバー周囲の環境における粒子が引き付けられて積み重なることによる。従来の技術によれば、サーバーをクリーンルームに置き、周りの環境を制御することでサーバー周囲の環境における粒子数量を減らすことを既に試みられていた。
クリーンルームにおいて、直近の周囲空気がクリーンルームに入る前にフィルタされる。サーバーに積み上げられた粒子には、ウィルス、細菌、煙、及びアレルゲン等の様々な形態の「粉塵」が含まれている。アレルゲンの例としては、植物由来の花粉又は胞子、動物由来の毛髪又は死んだ皮膚細胞、及び他の細かく分割された粒子の形で同伴される無機物質からなり、ブラウン運動をするように孤立した空気空間に存在するナノ粒子、流れる空気中で運ばれ又は固体表面に吸着されたナノ粒子を含む。クリーンルームで粒子フリーの無菌状態を作り出しこれを維持することは、人がクリーンルームに出入りしてその中のサーバーを維持、修繕や監視する必要があるため、かなり高価である。更に、サーバーの使用が多くの企業で主流になるので、多くの企業(特に小企業)は、サーバーを置くためのクリーンルームの製造及び維持コストを負担できなくなる。
今のサーバーの使用環境、及び今の使用条件を超えてサーバーの使用が拡張すると予測されることから、粒子が積み上がらないようにサーバーを保護する必要がある。従って、本開示は、上記の問題を解決する多くの実施形態を提供する。
第1の実施形態は、下請け生産(OEM)されても、サーバーに取り付けられる改修ユニット(retrofit unit)であってもよい、サーバーを組み合わせた装置を開示する。正常な状況では、空気が冷却媒体として熱対流法によって熱を取り除きサーバー温度を減らすように、サーバーは、ファンによって周囲の空気をサーバーケース内に吸入する導入孔を少なくとも1つ(一般的に、複数)有する。この実施形態において、改修ユニットは、サーバーケースの導入孔の上にあってもよいグリッドサポート又はフレームを含み、少なくとも1つの弾性ストリップによって改修ユニットとサーバーとの間の何れの隙間を充填する。グリッドサポートは、交換可能な表面ストレーナーを挿入するための少なくとも1つのスリットを含み、且つサーバーケース内の導入孔を効果的に覆うところに位置決めされる。
交換可能な表面ストレーナーは、その中を流れる粒子を機械的に捕捉し、且つ選択的に静電気力によってその中に粒子を引き留めることができる。この表面ストレーナーは、高効率微粒子アキュムレータ(High Efficiency Particulate Accumulator;HEPA)ストレーナーであってもよい。高効率微粒子アキュムレータストレーナーは、周囲の空気中に見られるナノ粒子を含む多くの細菌、ウイルス、アレルゲン(例えば、花粉、胞子、煙等)及び他の関連する小型有機体又は粒子をキャッチすることができる。
また、この装置は、例えば、特定の化学物質、ガス等及び周囲空気からの匂いのような揮発性有機化合物(volatile organic compounds;VOC)を取り除くための別のストレーナーを含むことがある。この第3のストレーナーは、交換可能な表面ストレーナーと一体的に組み合わせてもよく、又はある例において、単独且つ独立のストレーナーとして、交換可能な表面ストレーナーの下流に位置決めされる。この第3のストレーナーは、炭ストレーナーであってもよい。
また、グリッドサポート又はフレームは、複数の遠心力フィルタユニット(交換可能な表面ストレーナーの上流に位置決めされる)を取り付けてもよく、遠心力フィルタユニットは遠心力によって、導入された粒子を各遠心力フィルタユニットに結合する個別の繊維ストレーナーに通らせる。遠心力フィルタユニットは、遠心力によってエネルギーを提供されて、交換可能な表面ストレーナーが早期に粒子物質で満たされないように、遠心力フィルタユニットを流れる周囲空気の粒子含有量を効果的に減らすことで、交換可能な表面ストレーナーの使用寿命を延ばす。
第2の実施形態において、各遠心力フィルタユニットの遠心力は、静的遠心装置によって発生され、比較的に大きな導入口から流体の吸気気流をガイドし、比較的に小さい排出口から流体を排出する。遠心力は、静的遠心装置の物理形状やディメンションによって圧力が低下することにより、導入された粒子を、静的遠心装置の出口の直ぐ下流にある粒子をキャッチするフィルタユニット(例えば、繊維ストレーナー)に送る。このようなフィルタユニットは、複数の繊維で充填されるフィルタ溝からなる繊維ストレーナーであってもよい。
代わりに、フィルタ溝は、例えば、織布、不織布、綿、テープ、ブランケット及び類似的なフィルタ媒体のような他の種類のフィルタ媒体を収納することができる。遠心力フィルタユニットの下流に位置するフィルタユニットの出口の形状としては、フィルタ溝の後壁に複数の孔が設けられていることが好ましい。少なくとも一部の粒子が取り除かれた排出空気は、交換可能な表面ストレーナーにガイドされる。
更なる実施形態において、弾性ストリップは、サーバーケースへの連通を許容するように利用され、例えば、サーバーから周辺機器へのワイヤの導出を許容する。
上記及び他の実施形態は、以下の好ましい実施形態の詳しい説明及び添付図面によって更に理解される。
本開示に係るサーバーとフィルタ部材の組み合わせを示す概略斜視図である。 図1によるフィルタ部材部位を示す分解模式図である。 吸気部位とフィルタ溝部位を示す上、前及び側面図を示す、単一遠心力ユニットの概略斜視図である。 図3に示す遠心力ユニットを示す概略斜視図であり、フィルタ溝の後壁及びその中に位置する複数の孔を示し、少なくとも一部の清浄にされた空気が遠心力フィルタユニットから排出される。 図3の下面、前面及び側面図を示す、単一遠心力ユニットの概略斜視図である。
以下、図面で本発明の複数の実施形態を開示し、明らかに説明するために、多くの実務上の細部は、以下の説明において併せて説明する。しかしながら、当業者は理解すべきなのは、本発明の一部の実施形態において、これらの実務上の細部は、必要なものではないので、本発明を制限するためのものではない。又、図面を簡略化するために、いくつかの従来の慣用の構造と素子は、図面において簡単に模式的に示される。又、特に断りのない限り、異なる図面における同じ要素符号は、対応する要素と見なすことができる。これらの図面は、実施形態における各素子間の接続関係を明確に示すために提供されており、各素子の実際の寸法を示していない。
図1を参照すると、電子装置10は、サーバー12及びその添付のフィルタ部材14の組み合わせである。図2は、図1のフィルタ部材14の分解図である。サーバー12は、ラックマウント型サーバーであってもよく、ラックマウントのスロットの中に収納されるように配置される(未図示)。しかしながら、異なる実施形態は、この形態に限定されない。より詳しく言えば、フィルタ部材14は、他の種類のコンピューター設備に使用されてもよい。サーバー12は、フィルタ部材14と組み合わせて適用してもよい電子素子の例示的な種類であるが、理解すべきなのは、サーバー以外の電子素子は依然としてフィルタ部材14と組み合わせるように適用することができる。上記の他の電子素子は、記憶装置、コンバータ及び類似的な電子システムを含んでもよい。第1の実施形態によると、図1と図2に示すように、フィルタ部材14は、交換可能な表面ストレーナー15を含む。サーバー12(その内部素子が未図示)は、ケース13を含み、且つフィルタ部材14がケース13に取り付けられる。1対の弾性ストリップ16、17(最も好ましくは図2の分解図に示される)は、フィルタ部材14とサーバー12との間に位置決めされサーバー12内の入力/出力ワイヤのソケット(未図示)に連通されることを許容する。代わりの実施形態において、下(又は上)へ向かって弾性ストリップ16、17に占められる両側表面に延伸される1つの弾性ストリップだけを使用できる。弾性ストリップは、ワイヤがサーバー12を通って周辺機器(未図示)又はサーバー12と結合する電気的コネクタ(インターネットアクセスを含む)に達することを許容するように提供される。従って、ワイヤ(未図示)は、サーバー12に接続され弾性ストリップ16、17の下から出ることができる。ワイヤは、糸通し装置によって結ばれ、糸通し装置の内部のゴム部によってワイヤ間の空気間隙を最小限に抑え又は取り除き、これによって弾性ストリップ16、17を通過する/下方から貫通する如何なるワイヤによる空気間隙を最小限に抑え又は取り除く。
図2は、図1のフィルタ部材14を示す分解図である。フィルタ部材14は、グリッドサポート18又はフレームを含む。グリッドサポート18又はフレームは、金属、プラスチック又は金属とプラスチックとの混合物により形成されてもよい。上記のプラスチックとしては、如何なる成形可能なポリマー、コポリマー、ターポリマー、又はポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリアクリレート及びエポキシ樹脂の混合物、ゴムポリマー及びアクリロニトリルを、グリッドサポート18を形成するために適用してもよい。ポリアクリレートは、エチルメタクリレート及びメチルメタクリレート等を含む。アクリロニトリルは、例えばアクリロニトリル‐ブタジエン‐スチレン共重合体(ABS)のようなターポリマーを含む。上記のプラスチックは、蓄積した静電荷が粉塵粒子を引き付けないように、カーボンブラックを含むフィラーで強化されることが好ましく、且つ繊維、特にカーボン又はグラファイト繊維を含むことがより好ましい。代わりに、グリッドサポート18への粉塵の積み上げを低減するように、プラスチックは、例えばテフロン(登録商標)のような防塵コーティングによってコーティングされてもよい。これらのポリマーは、射出成形及び3D(三次元)印刷によって製造しやすい。耐衝撃性が強化されたエンジニアリングポリマーは繊維補強なしで利用可能であり依然として優れた強度が得られるが、ポリマーと金属の混合物、及び繊維が充填され又は繊維で強化されるポリマーは依然として大部分の強度を提供する。
グリッドサポート18は、その内部にスリット19を有し、且つ表面ストレーナー20を挿入し延伸させることができる。ストレーナー20は、空気又は他の冷却ガスがサーバー12の(複数の)導入孔(未図示)に流れることを許容する。ストレーナー20は、冷却ガスにおける粒子を機械的に濾過してもよく、又は静電気力原理によって粒子を引き付け保持するように処理されてもよい。ストレーナー20は、ストレーナー媒体21を含む。
ストレーナー媒体21は、多孔性構造、例えば織布又は不織布の織物或いは繊維層、発泡ポリマー、又はセラミック又は冷却ガスを通過させることを許容するが冷却ガス内の粒子をフィルタする通路を有する他の多孔質構造を含んでもよい。織布又は不織布の織物又は繊維層の材料は特に限定されなく、且つポリオレフィン(ポリエチレン、ポリプロピレン又は類似的なもの)、ポリアミド、ポリエステル(例えばポリエチレンテレフタレート(PET))、芳香族ポリアミド、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール(Polyvinylacetate;PVA)、ポリウレタン又は前記材料の混合物材料は、ストレーナー媒体21として適用されてもよい。また、テフロン(登録商標)(polytetrafluroethylene;PTFE)のフィブリル化フィルムの場合、単一のポリマー又は変性共重合体の何れかを、如何なる前記の繊維と混合しストレーナー媒体21の一部として、ファイバ21の何れかと混合してもよい。
網状フレームワーク22及び外枠23は、ストレーナー媒体21を支持する。交換可能な表面ストレーナー20は、高効率微粒子アキュムレータ(High Efficiency Particulate Accumulator;HEPA)ストレーナーであってもよい。高効率微粒子アキュムレータストレーナーは、周囲の空気中に見られるナノ粒子を含む多くの細菌、ウイルス、アレルゲン(例えば、花粉、胞子、煙等)及び他の関連する小型有機体又は粒子をキャッチすることができる。また、例えば、特定の化学物及びガス等、及び周囲空気の匂いのような揮発性有機化合物を取り除くことができる部材も交換可能な表面ストレーナー20の一部として含ませることがある。揮発性有機化合物を取り除くためのストレーナーは、交換可能な表面ストレーナー20と一体的に組み合わせてもよく、又はある例において、単独且つ独立の第3のストレーナーとして、交換可能な表面ストレーナー20の下流に位置決めされてもよい。また、この追加層又は単独の第3のストレーナーは、炭ストレーナーであってもよい。
サーバーストレーナー媒体21の使用寿命を延ばすために、交換可能な表面ストレーナー20上に達する粒子数をできる限り最小に減らすべきである。従って、本開示は、プレフィルタ部材の提供を重点にする。プレフィルタ部材は、複数の遠心力フィルタ部材で形成されてもよい。例としては、図1に示すように、プレフィルタユニットは、複数の行部材内に配列し、且つ各行部材が複数のプレフィルタ部材を有する。しかし、想到されるべきなのは、空気入口全体に単一のプレフィルタ部材を適用してしまうと、このプレフィルタ部材だけ使用すると空気入口全体に対して大きすぎることとなり、複数のプレフィルタ部材ユニットでは、そのフィルタ部材の体積を最小化にすることができる。
図2に対応する実施形態において、プレフィルタ部材は、行部材31に配列される複数の遠心力フィルタユニット24、25、26、27、28、29及び30を含んでもよい。本開示の一実施形態によると、他の遠心力フィルタユニットを、行部材32、33、34及び35において配列できる。しかしながら、理解すべきなのは、各行部材に少数のフィルタユニットを有してもよい。また、理解すべきなのは、本開示の精神及び範囲から逸脱せずに、図面に示された行部材数よりも少ない行部材を設けてもよい。図2に対応する実施形態を参照すると、行部材31をグリッドスペース41に嵌め込み、行部材32をグリッドスペース42に嵌め込み、このように繰り返して、フィルタ部材14の空気入口の表面46全体が遠心力フィルタユニットに占められるまで、行部材35をグリッドスペース45に嵌め込む。スクリーン又はグリッドフレーム47は、空気入口の前方又は個々の遠心力ユニット24−30の入口ポートに位置決めされてもよい。
例えば遠心力フィルタユニット24のような個々の遠心力ユニットの構造は、その拡大の細部が図3、図4及び図5に示される。各遠心力フィルタユニットは、粒子含有冷却ガス52の気流が入る空気入口50を含む。冷却ガス52は、遠心力フィルタユニット24の最表面53に衝突し、且つ冷却ガス52の気流が瞬間に方向を変え入口ポート54を経由して渦に導かれ、且つ接線方向に沿って遠心力フィルタユニット24の内壁55に衝突する。内壁55により冷却ガス52がサイクロン流を発生し、冷却ガス52に混入した粒子を伴って遠心力フィルタユニット24の出口ポート64を通る。混入粒子は、一般的に、冷却ガスよりも比重が高いため、内壁55に沿って流れるようにガイドされる。出口ポート64の面積は、入口ポート54の面積(最も好ましくは図4に示される)より小さいので、ある冷却ガスが持続的に内壁55に当たって流れ、新たに遠心力フィルタユニット24に入ったガスのサイクロン流を増強し、殆どの混入粒子が出口ポート64を通るように強制される。遠心力フィルタユニット24の中の入口ポート54から出口ポート64及びその先までの圧力の低減は、サーバー12の(複数の)ファン(未図示)によって発生され、一般的に冷却ガスを導入しサーバー12の温度を下げることに用いられる。この圧力低減は、遠心力フィルタユニット24における冷却ガスの流れを加速する。この実施形態において、遠心力フィルタユニット24は、移動可能部材を有しないため、「静的」遠心力フィルタユニットと称される。遠心力フィルタユニット24の出口ポート64からサイクロン流を排出する場合、粒子を含有するガスは、フィルタ溝57にガイドされる。
例えば複数の細長い繊維又は他の多孔質材料(例えば、織布、不織布層、ポリマー又は発泡セラミック)のような第2のフィルタ媒体は、フィルタ溝57内に置かれてもよい。第2のフィルタ媒体の目的は、遠心力フィルタユニット24の入口ポート54に入る冷却ガスの中の少なくとも幾つかの粒子、好ましくは大部分及びより多くの粒子をキャッチすることにある。フィルタ溝57に適用できる繊維は、以上に説明されるフィルタ媒体21に用いられるものを含んでもよい。粒子が減少した排出ガス62は、フィルタ溝57から複数の孔を介して排出し、孔58がフィルタ溝57の壁面59内(最も好ましくは図4に示される)に模式的に示される。壁面59は、遠心力フィルタユニット24の後壁であり、且つ粒子が減少した排出ガス62に依然として存在する如何なる粒子を直接交換可能な表面ストレーナー20のフィルタ媒体21に衝突させるように、交換可能な表面ストレーナー20に向かわせることが好ましい。遠心力フィルタユニット24以外の如何なる遠心力フィルタユニット(例えば、いずれの遠心力フィルタユニット25〜30)は、遠心力フィルタユニット24についての細部を参照して同じ方法で操作されてもよい。ある冷却ガスは、遠心力フィルタユニット24の中心開口に導入されて遠心力フィルタユニット24の下方から排出(図5の下面図に示すように)されてよい。冷却ガスは、一般的に、空気を含むと説明されるが、ここで説明される実施形態では、酸素を豊富に含むかほとんど含まないガスや大気にも適用可能である。理解すべきなのは、ここで説明される静的遠心力フィルタユニットは、サーバー12の(複数の)冷却ファンによる圧力低減によって十分に作動できなければ、追加の(複数の)ファン(未図示)をフィルタ部材14の内に設けてもよく、その位置は交換可能な表面ストレーナー20の下流、又は交換可能な表面ストレーナー20の上流に位置してもよいが、入口ポート54の下流に設置しない。その代わりに、静的遠心力フィルタユニットは、静的遠心装置にタービンを設けてサイクロン流を発生させることで、遠心力を動的遠心力に変換することができる。
遠心濾過ユニット用のプレフィルターアレイ及び交換可能な表面ストレーナーは、サイズに応じて工場で新しいサーバーに下請け生産用設備として取り付けてもよく、従来のサーバー付属品として後付けしてもよい。この組み合わされた装置は、遠心力によって操作され、冷却ガスがサーバーに入る前に移動中の冷却空気から混入粒子を除去する流通ストレーナー及びプレフィルターを提供する。
本発明の実施形態を前述の通りに開示したが、これは本発明を限定するものではなく、当業者であれば、本発明の精神や範囲から逸脱しない限り、多様の変更や修飾を加えてもよく、従って、本発明の保護範囲は、後の特許請求の範囲で指定した内容を基準とするものである。
本発明は、1つ又は複数の実施形態に対して図示及び説明されているが、当業者は、本明細書を読み図面を理解することによって同等の修正及び改良を行うことができる。更に、本発明は、複数の実施形態のうちの1つのみに対して特定な特徴を開示するが、この特徴を依然として所望又は特定の適用に望ましい又は有利な他の実施形態の1つ又は複数の特徴と組み合わせてもよい。
本文において、正文で冠詞に対して特別に限定されない限り、「一」と「前記」は、単一又は複数を総括して指してもよい。更に理解すべきなのは、本明細書に用いる「備える(including)」、「含む(includes)」、「具備する(having)」、「有する(has)」、及び「を含有する(with)」については、「含む(comprising)」と同様に他のものを含み得ることを意図しており、それらが示す特徴、整数、工程、操作、素子及び/又は部材を明らかにするが、その記述された又は別の1つ又は複数の他の特徴、整数、工程、操作、素子、部材、及び/又はそれらの群は排除されない。
別に定義されない限り、本明細書で使用される全ての用語(技術用語及び科学用語を含む)は、当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。更に、一般的な辞書に使用されている用語の上記の定義は、本明細書の内容において、関連技術と同じ意味で読み込まれるべきである。他に明確に定義されていない限り、これらの用語は、理想化された、又は過度に形態的な意味で解釈されるものではない。
10 電子装置
12 サーバー
13 ケース
14 フィルタ部材
15 交換可能な表面ストレーナー
16、17 弾性ストリップ
18 グリッドサポート
19 スリット
20 ストレーナー
21 ストレーナー媒体
22 網状フレームワーク
23 外枠
24、25、26、27、28、29、30 遠心力フィルタユニット
31、32、33、34、35 行部材
41、42、45 グリッドスペース
46 空気入口の表面
47 グリッドフレーム
50 空気入口
52 冷却ガス
53 最表面
54 入口ポート
55 内壁
57 フィルタ溝
58 孔
59 壁面
62 粒子が減少した排出ガス
64 出口ポート

Claims (10)

  1. サーバーケースに用いられるフィルタ部材であって、
    遠心力発生ユニットを嵌入可能な複数の行部材を有し、またスリットを有するグリッドサポートと、
    前記スリットに収納される交換可能な表面ストレーナーと、
    前記グリッドサポートに結びつき、且つ前記交換可能な表面ストレーナーの上流に位置決めされる複数の遠心力フィルタユニットと、
    前記フィルタ部材とサーバーとの間に位置決めされるための少なくとも1つの弾性ストリップと、
    を含むフィルタ部材。
  2. 前記各遠心力フィルタユニットは、
    空気入口と、
    前記空気入口に入る粒子含有冷却ガスの気流方向を変える最表面と、
    入口ポートと、
    出口ポートを有するアーク面と、
    を含み、
    前記最表面は、前記入口ポート内で終わり、前記入口ポートは、前記粒子含有冷却ガスが前記アーク面に衝突するように構成し位置決められる請求項1に記載のフィルタ部材。
  3. 前記出口ポートの合計面積は、前記入口ポートの合計面積より小さい請求項2に記載のフィルタ部材。
  4. 前記出口ポートに隣接するフィルタ溝を更に含む請求項2又は3に記載のフィルタ部材。
  5. 前記各遠心力フィルタユニットに結合するフィルタユニットとするように、前記フィルタ溝内に繊維を更に含む請求項4に記載のフィルタ部材。
  6. 前記少なくとも1つの弾性ストリップは、ワイヤが前記サーバーと周辺機器との間を通過できるようなサイズと形に形成される請求項1〜5の何れか1項に記載のフィルタ部材。
  7. サーバーと、
    請求項1〜6の何れか1項に記載のフィルタ部材と、
    を備える電子装置。
  8. 粒子含有冷却ガスからサーバーに入る粒子量を減少するためのフィルタ方法であって、
    前記冷却ガスに含まれる少なくとも幾つかの粒子を取り除くように前記粒子含有冷却ガスを遠心力フィルタユニットに通らせて、粒子が減少した冷却ガスを得る工程と、
    その後、粒子が減少した前記冷却ガスを前記サーバーに導入する前に、交換可能な表面ストレーナーによって粒子が減少した前記冷却ガスをフィルタする工程と、
    を含むフィルタ方法。
  9. 前記粒子含有冷却ガスを前記遠心力フィルタユニットに通す前記工程は、
    前記粒子含有冷却ガスを最表面に衝突させて前記粒子含有冷却ガスの気流方向を変える工程と、
    前記粒子含有冷却ガスを入口ポートに通らせ且つサイクロン流を前記粒子含有冷却ガスに与える工程と、
    前記遠心力フィルタユニット内の出口ポートを介して前記粒子含有冷却ガスから前記粒子の少なくとも幾つかを取り除く工程と、
    前記遠心力フィルタユニットのフィルタ溝内に前記粒子の幾つかをキャッチする工程と、
    を含む請求項8に記載のフィルタ方法。
  10. 前記交換可能な表面ストレーナーは、高効率微粒子アキュムレータストレーナーであり、且つ粒子が減少した前記冷却ガスを前記交換可能な表面ストレーナーに通らせる前記工程は、粒子が減少した前記冷却ガスから細菌、ウイルス及びアレルゲンを取り除く工程を含む請求項8又は9に記載のフィルタ方法。
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