JP2023000067A - コンテナ型データセンタ - Google Patents

Abstract

【課題】冷却液の漏洩を可及的に防止できるコンテナ型データセンタを提供する。【解決手段】コンテナ型データセンタ３０は、コンテナ本体３２と、コンテナ本体３２に収容され、内部に冷却液が貯留された液槽ラック３と、液槽ラック３内で冷却液に浸漬されるように配置され、複数の電子部品が実装された基板と、コンテナ本体３２に収容され、液槽ラック３内から導かれた冷却液を冷却して液槽ラックへ返送する熱交換器と、コンテナ本体３２に収容され、液槽ラック３の下方で液槽ラック３から漏出した冷却液を受けるドレンパン４８と、を備えている。【選択図】図４

Description

本開示は、例えばサーバ等の電子機器を収納したコンテナ型データセンタに関するものである。

特許文献１には、サーバを収納したコンテナ型データセンタが開示されている。コンテナ型データセンタは、定型とされたコンテナ内にサーバを収納するとともにサーバを冷却する冷却装置を設けることで、データセンタをコンパクトに構成することができる。また、コンテナは可搬性に優れるため、設置が容易という利点もある。

特許第６２９３３５５号公報

しかし、サーバを冷却する方式として、サーバを冷却液に浸漬する液浸式を採用する場合、コンテナから冷却液が漏洩するおそれがあるという問題がある。
また、コンテナ内に液浸冷却装置をコンパクトに収納するという要請がある。

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、冷却液の漏洩を可及的に防止できるコンテナ型データセンタを提供することを目的とする。
また、本開示は、液浸冷却装置をコンパクトに収納できるコンテナ型データセンタを提供することを目的とする。

本開示のコンテナ型データセンタは、コンテナ本体と、前記コンテナ本体に収容され、内部に冷却液が貯留された容器と、前記容器内で冷却液に浸漬されるように配置され、複数の電子部品が実装された基板と、前記コンテナ本体に収容され、前記容器内から導かれた冷却液を冷却して該容器へ返送する温調部と、前記コンテナ本体に収容され、前記容器の下方で該容器から漏出した冷却液を受けるドレンパンと、備えている。

ドレンパンを設けることによって、冷却液の漏洩を可及的に防止できる。
電子部品冷却空間と温調空間とを仕切壁部によって分けることで、液浸冷却装置をコンパクトに収納できる

液浸冷却装置の概略構成を示した模式図である。 本開示の一実施形態に係り、図１の液浸冷却装置を備えたコンテナ型データセンタの斜視図である。 図２のコンテナ型データセンタに収容された液槽ラックを示した斜視図である。 図２のコンテナ型データセンタに設けられたドレンパンを示した斜視図である。 ルーバ、フィルタ及び熱交換器の配置を示した模式図である。

以下に、本開示に係る一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１には、コンテナ型データセンタに用いられる液浸冷却装置１の概略構成が示されている。液浸冷却装置１は、液槽ラック（容器）３と、ポンプユニット５とを備えている。

液槽ラック３は、内部に冷却液Ｌｑが貯留される有底の容器とされている。液槽ラック３は、側壁部３ｂを有する本体３ａと、本体３ａの上面に設けられた開閉蓋３ｃとを有している。
冷却液Ｌｑは、電気絶縁性を有する液体が用いられ、例えばシリコーン系オイル等が用いられる。冷却液Ｌｑは、液槽ラック３の本体３ａ内に設置された基板１１の全体が浸かる程度の高さまで満たされる。

開閉蓋３ｃは、その一端を中心に回動して開閉する。

液槽ラック３の本体３ａ内には、複数の基板１１が設置されている。各基板１１は、例えばサーバを構成する基板とされ、長手方向を鉛直方向に向けた状態で所定の間隔を空けて配列されている。基板１１には、サーバを構成するためのＣＰＵ、電源ユニット、メモリ、ハードディスク又はＳＳＤ（Solid State Drive）等のストレージ、及び通信ユニットなどの複数の電子部品が実装されている。これら電子部品は、サーバの動作中に発熱し、冷却液Ｌｑによって冷却される。

液槽ラック３に対して、送液管１３及び返液管１５を介してポンプユニット５が接続されている。
送液管１３の下流端１３ａが液槽ラック３の側壁部３ｂに接続されている。送液管１３の上流端１３ｂは、ポンプユニット５の内部に設置された熱交換器１７に接続されている。
返液管１５の上流端１５ａが液槽ラックの側壁部３ｂに接続されている。返液管１５の下流端１５ｂは、ポンプユニット５の内部に設置された液体ポンプ１９に接続されている。

ポンプユニット５は、上述した熱交換器１７と液体ポンプ１９とを内部に備えている。
熱交換器１７は、外部から取り込まれた空気と、液体ポンプ１９から冷却液吐出管２１を介して供給された冷却液とを熱交換する。冷却液は、熱交換器１７で空気と熱交換することによって冷却される。熱交換器１７に導入される空気は、外部から導かれる。
液体ポンプ１９は、例えば電動モータによって駆動され、図示しない制御部によって吐出量が可変とされていても良い。

図２には、上述した液槽ラック３及びポンプユニット５を収容するコンテナ型データセンタ３０が示されている。コンテナ型データセンタ３０は、可搬性を有する定型のコンテナ形状とされている。

コンテナ型データセンタ３０は、直方体とされた外形状を構成するコンテナ本体３２を備えている。コンテナ本体３２の幅方向（長手方向，ｘ方向）は、１２ｆｔ（３．６６ｍ）以下とされている。コンテナ本体３２の奥行き方向（ｙ方向）は、幅方向の寸法よりも小さい。直方体とされたコンテナ本体３２の各辺は、例えば金属製の角柱とされたフレーム材（フレーム）３４で構成され、各フレーム材３４の端部がそれぞれ固定されている。

コンテナ本体３２の前面ＦＲには、例えば金属製の角柱とされた仕切用縦材３６が設けられている。仕切用縦材３６は、液槽ラック３が収納されるサーバ冷却空間（電子部品冷却空間）Ｒ１とポンプユニット５が収納される温調空間Ｒ２とを仕切るための構造材である。仕切用縦材３６は、上下方向（ｚ方向）に延在し、両端のそれぞれが上下のフレーム材３４に固定されている。図示されていないが、もう１つの仕切用縦材３６が、コンテナ本体３２の背面側の対称位置にも設けられている。これら仕切用縦材３６を用いて、図３に示すように、平板形状の仕切壁部３７が設けられている。仕切壁部３７によって、サーバ冷却空間Ｒ１と温調空間Ｒ２とが左右に仕切られる。サーバ冷却空間Ｒ１の幅方向（ｘ方向）寸法は、コンテナ本体３２の幅方向寸法の１／２以上とされ、温調空間Ｒ２の幅方向寸法は、コンテナ本体３２の幅方向寸法の１／２以下とされる。すなわち、サーバ冷却空間Ｒ１の幅方向寸法は、温調空間Ｒ２の幅方向寸法と同じ又はそれよりも大きい。

図２に示すように、コンテナ本体３２を前面ＦＲ側から正面視した場合に、左側にサーバ冷却空間Ｒ１が位置し、右側に温調空間Ｒ２が位置する。サーバ冷却空間Ｒ１及び温調空間Ｒ２は、それぞれ、閉空間とされ得るようになっている。

コンテナ本体３２の前面ＦＲのサーバ冷却空間Ｒ１側に、両開きとされたサーバ側前扉３８が設けられている。サーバ側前扉３８には、ロック付きのハンドル３８ａが設けられている。サーバ冷却空間Ｒ１の左側面にも、図３に示すように、両開きとされたサーバ側横扉４０が設けられている。サーバ冷却空間Ｒ１の背面にも、同様の両開きとされたサーバ側後扉４１が設けられている。なお、サーバ冷却空間Ｒ１に設けられた各扉３８，４０，４１に代えて、いずれか１つ又は２つを固定壁としても良い。サーバ冷却空間Ｒ１の上方は、サーバ側天井壁部４２によって区画されている。

図３に示されているように、サーバ冷却空間Ｒ１内に、図１を用いて説明した液槽ラック３が設置されている。液槽ラック３には、図３には示されていないが、図１に示した送液管１３及び返液管１５が接続されている。送液管１３及び返液管１５は、仕切壁部３７を介して温調空間Ｒ２から導かれている。

液槽ラック３は、平板状の床材４４上に載置されている。床材４４は、コンテナ本体３２の下辺を構成するフレーム材３４の上面に設置されている。床材４４の一部には、グレーチング４６が設けられている。グレーチング４６は、液槽ラック３の直下の位置に設けられている。グレーチング４６に形成された格子状の開口から、液槽ラック３から漏出した冷却液Ｌｑ（図１参照）が下方へと導かれるようになっている。
グレーチング４６を取り囲むように、所定高さを有する堰部４７が設けられている。堰部４７によって、グレーチング４６側から外側に冷却液Ｌｑが漏洩することを防止する。

グレーチング４６を介して導かれた冷却液Ｌｑは、図４に示したドレンパン４８で受け止められる。ドレンパン４８は、床材４４の下方に設けられ、有底の容器形状とされている。ドレンパン４８は、奥行き方向（ｙ方向）に延在する複数の支持材（フレーム）５０の間に設けられている。支持材５０は、ｘ方向に延在する前後のフレーム材３４の間にわたって設けられ、液槽ラック３等の荷重を支持する構造材である。支持材５０の高さ（ｚ方向の寸法）は、フレーム材３４と同等とされている。ドレンパン４８は、フレーム材３４と支持材５０との間に囲まれた空間に、フレーム材３４及び支持材５０の高さの範囲内で設けられている。

図２に示されているように、コンテナ本体３２の前面ＦＲには、温調空間Ｒ２側に片開きとされた温調側前扉５５が設けられている。温調側前扉５５には、ロック付きのハンドル５５ａが設けられている。温調空間Ｒ２の背面には、図３に示すように、片開きとされた温調側後扉５７が設けられている。なお、図２及び図３には示されていないが、温調空間Ｒ２の側方には両開きとされた扉が設けられている。なお、温調空間Ｒ２に設けられた各扉５５，５７に代えて、いずれか１つ又は２つを固定壁としても良い。

図２に示すように、温調側前扉５５には、空気取入口５８が形成されている。空気取入口５８には、ルーバ５９が設けられている。ルーバ５９は、上下方向に延在する複数の羽板が所定隙間を空けて幅方向（ｘ方向）に並列に配置された構成とされている。ただし、羽板の向きは上下方向に限定されるものではなく、水平方向に向けられていても良い。ルーバ５９によって空気中の粗い不純物を除去する。ルーバ５９は、温調側前扉５５の大部分にわたって設けられている。ただし、ルーバ５９が設けられる面積は、冷却容量等に応じて適宜設定される。

ルーバ５９の背面側には、図５に模式的に示すように、フィルタ６１と熱交換器１７がこの順で設けられている。すなわち、外気は、ルーバ５９、フィルタ６１、熱交換器１７の順に通過する。
フィルタ６１と熱交換器１７は、空気取入口５８に設けられ、ルーバ５９と同等の面積を有する平板形状とされている。フィルタ６１は、ルーバ５９で除去できなかった空気中の細かい不純物と水分を除去する。熱交換器１７は、図１を用いて説明したように、空冷式の熱交換器とされており、例えばフィンチューブ型が用いられる。熱交換器１７によって、液槽ラック３から取り出された冷却液Ｌｑが外気によって冷却される。

図２に示されているように、温調空間Ｒ２の上面は、温調側天井壁部（外壁部）６３によって区画されている。温調側天井壁部６３には、例えば円形とされた排気口６５が形成されている。排気口６５には、排気ファン（排気装置）６７が設けられている。排気ファン６７は、図示しない電動モータによって駆動される。電動モータは、図示しない制御部によって発停及び回転数が制御させる。
排気ファン６７を駆動することによって、空気取入口５８から外気が温調空間Ｒ２内に誘引され、温調空間Ｒ２内を循環した後に排気口６５から外部へ排出される。

図２乃至図４には示されていないが、温調空間Ｒ２には図１に示したポンプユニット５の構成、例えば液体ポンプ１９が配置されている。液体ポンプ１９も、空気取入口５８から導入された空気によって冷却される。

制御部は、コンテナ本体３２内の所定位置に設けられる。ただし、制御部をコンテナ本体３２の外部に設け、有線又は無線でコンテナ本体３２内の機器と接続しても良い。制御部は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、ＳＳＤ、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等である。

次に、上記構成のコンテナ型データセンタ３０の動作について説明する。
図１に示したように、制御部の指令によって液体ポンプ１９が起動されることで、冷却液Ｌｑが流動し、熱交換器１７へと導かれる。熱交換器１７では、排気ファン６７によって空気取入口５８から取り込まれた外気（空気）と熱交換して冷却液Ｌｑが冷却される。熱交換器１７を出た冷却液Ｌｑは、送液管１３を通り液槽ラック３へと導かれる。液槽ラック３へと導かれた冷却液Ｌｑは、液槽ラック３内を流動して基板１１に実装された電子部品を冷却する。電子部品を冷却した冷却液Ｌｑは、返液管１５から抜き出されて液体ポンプ１９を介して熱交換器１７へと導かれて冷却され、送液管１３を介して再び液槽ラック３へと導かれる。

以上説明した本実施形態の作用効果は以下の通りである。
何らかの事情によって液槽ラック３内の冷却液Ｌｑが漏洩した場合でも、ドレンパン４８によって液槽ラック３の下方で漏出した冷却液を受けることができる。これにより、コンテナ本体３２の外部に冷却液が漏出して外部環境に影響を及ぼすことを可及的に防止することができる。

液槽ラック３が設置されるサーバ冷却空間Ｒ１から熱交換器１７が設置される温調空間Ｒ２を隔離する仕切壁部３７を設けることとした。これにより、冷却液を冷却する熱交換器１７を機能させるための必要動力を低減させることができる。例えば、熱交換器１７の冷却のために温調空間Ｒ２内の空気を排気するには、サーバ冷却空間Ｒ１は排気せずに、温調空間Ｒ２のみを排気ファン６７によって排気すれば足りるので設備動力を低減することができる。

温調空間Ｒ２を形成する温調側前扉５５に空気取入口５８を形成し、この空気取入口５８に冷却液を冷却する熱交換器１７を設置することとした。熱交換器１７の設置スペースを温調側前扉５５に限定することで、温調空間Ｒ２を小さくすることができる。

空気取入口５８とは異なる位置の温調側天井壁部６３に排気口６５を形成し、この排気口６５に排気ファン６７を設置することとした。これにより、排気ファン６７の排気によって誘引された空気が空気取入口５８から温調空間Ｒ２内に導入されることになる。これは、空気取入口５８に吸引ファンを設ける場合に比べて、空気取入口５８から均一に空気を取り込むことを可能とする。これにより、空気取入口５８に設けた熱交換器１７の効率が向上する。なお、排気口６５を設ける位置は、温調側天井壁部６３に限定されず、空気取入口５８が設けられた温調側前扉５５とは異なる壁部又は扉としても良い。

熱交換器１７の空気流れ上流側にルーバ５９とフィルタ６１を設けることで、空気取入口５８から流入する空気に随伴する不純物及び水分を除去することができる。これにより、温調空間Ｒ２内に設置された機器及び温調空間Ｒ２を形成する内壁の故障及び腐食が抑制される。

フレーム材３４及び支持材５０の間には所定高さを有する空間が形成される。この空間内にドレンパン４８を設けることで、スペース効率良くドレンパン４８を設置することができる。

以上説明した実施形態に記載のコンテナ型データセンタは、例えば以下のように把握される。

本開示の一態様に係るコンテナ型データセンタ（３０）は、コンテナ本体（３２）と、前記コンテナ本体に収容され、内部に冷却液が貯留された容器（３）と、前記容器内で冷却液に浸漬されるように配置され、複数の電子部品が実装された基板（１１）と、前記コンテナ本体に収容され、前記容器内から導かれた冷却液を冷却して該容器へ返送する温調部（１７）と、前記コンテナ本体に収容され、前記容器の下方で該容器から漏出した冷却液を受けるドレンパン（４８）と、備えている。

容器内に配置された基板に実装された電子部品を冷却液によって冷却する。冷却液は、温調部によって冷却されて容器に返送され、容器内の冷却液温度が所望値に維持される。
冷却液は容器内に保持されているが、何らかの事情によって漏洩した場合でも、容器の下方で漏出した冷却液を受けるドレンパンを設けることとした。これにより、コンテナ本体の外部に冷却液が漏出して外部環境に影響を及ぼすことを可及的に防止することができる。
コンテナの大きさは、例えば最大寸法が１２ｆｔ（３．６６ｍ）以下とされる。

本開示の一態様に係るコンテナ型データセンタでは、前記容器が設置される電子部品冷却空間（Ｒ１）から前記温調部が設置される温調空間（Ｒ２）を隔離する仕切壁部（３７）が設けられている。

容器が設置される電子部品冷却空間から温調部が設置される温調空間を隔離する仕切壁部を設けることとした。これにより、冷却液を冷却する温調部を動作させるための必要動力を低減させることができる。例えば、温調のために温調空間内の空気を排気する排気装置を設ける場合、温調空間のみを排気すれば足りるので設備動力を低減することができる。

本開示の一態様に係るコンテナ型データセンタでは、前記温調空間を形成する扉又は外壁部に空気取入口（５８）が形成され、前記空気取入口に冷却液を冷却する熱交換器（１７）が設置されている。

温調空間を形成する扉又は外壁部に空気取入口を形成し、この空気取入口に冷却液を冷却する熱交換器を設置することとした。熱交換器の設置スペースを扉又は外壁部に限定することで、温調空間を小さくすることができる。

本開示の一態様に係るコンテナ型データセンタでは、前記空気取入口とは異なる位置の前記扉又は前記外壁部に排気口が形成され、前記排気口に前記温調空間内の空気を外部へ排気する排気装置が設置されている。

空気取入口とは異なる位置の扉又は外壁部に排気口を形成し、この排気口に排気装置を設置することとした。これにより、排気装置の排気によって誘引された空気が空気取入口から温調空間内に導入されることになる。これは、空気取入口に吸引ファンを設ける場合に比べて、空気取入口から均一に空気を取り込むことを可能とする。これにより、空気取入口に設けた熱交換器の効率が向上する。

本開示の一態様に係るコンテナ型データセンタでは、前記熱交換器の空気流れ上流側に、ルーバ（５９）及びフィルタ（６１）が設けられている。

熱交換器の空気流れ上流側にルーバとフィルタを設けることで、空気取入口から流入する空気に随伴する不純物及び水分を除去することができる。これにより、温調空間内に設置された機器及び温調空間を形成する内壁の故障及び腐食が抑制される。

本開示の一態様に係るコンテナ型データセンタでは、前記容器の下方に設けられた複数のフレーム（３４，５０）を備え、前記ドレンパンは、各前記フレームの間に形成された空間に設けられている。

フレーム間には所定高さを有する空間が形成される。この空間内にドレンパンを設けることで、スペース効率良くドレンパンを設置することができる。

１ 液浸冷却装置
３ 液槽ラック（容器）
３ａ 本体
３ｂ 側壁部
３ｃ 開閉蓋
５ ポンプユニット
１１ 基板
１３ 送液管
１３ａ 下流端
１３ｂ 上流端
１５ 返液管
１７ 熱交換器
１９ 液体ポンプ
２１ 冷却液吐出管
３０ コンテナ型データセンタ
３２ コンテナ本体
３４ フレーム材（フレーム）
３６ 仕切用縦材
３７ 仕切壁部
３８ サーバ側前扉
３８ａ ハンドル
４０ サーバ側横扉
４１ サーバ側後扉
４２ サーバ側天井壁部
４４ 床材
４６ グレーチング
４８ ドレンパン
５０ 支持材（フレーム）
５５ 温調側前扉
５７ 温調側後扉
５８ 空気取入口
５９ ルーバ
６１ フィルタ
６３ 温調側天井壁部（外壁部）
６５ 排気口
６７ 排気ファン（排気装置）
ＦＲ 前面
Ｌｑ 冷却液
Ｒ１ サーバ冷却空間（電子部品冷却空間）
Ｒ２ 温調空間

Claims (6)

1. コンテナ本体と、
   前記コンテナ本体に収容され、内部に冷却液が貯留された容器と、
   前記容器内で冷却液に浸漬されるように配置され、複数の電子部品が実装された基板と、
   前記コンテナ本体に収容され、前記容器内から導かれた冷却液を冷却して該容器へ返送する温調部と、
   前記コンテナ本体に収容され、前記容器の下方で該容器から漏出した冷却液を受けるドレンパンと、
   を備えているコンテナ型データセンタ。
2. 前記容器が設置される電子部品冷却空間から前記温調部が設置される温調空間を隔離する仕切壁部が設けられている請求項１に記載のコンテナ型データセンタ。
3. 前記温調空間を形成する扉又は外壁部に空気取入口が形成され、
   前記空気取入口に冷却液を冷却する熱交換器が設置されている請求項２に記載のコンテナ型データセンタ。
4. 前記空気取入口とは異なる位置の前記扉又は前記外壁部に排気口が形成され、
   前記排気口に前記温調空間内の空気を外部へ排気する排気装置が設置されている請求項３に記載のコンテナ型データセンタ。
5. 前記熱交換器の空気流れ上流側に、ルーバ及びフィルタが設けられている請求項３又は４に記載のコンテナ型データセンタ。
6. 前記容器の下方に設けられた複数のフレームを備え、
   前記ドレンパンは、各前記フレームの間に形成された空間に設けられている請求項１から５のいずれかに記載のコンテナ型データセンタ。

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