JP4199018B2 - ラックマウントサーバシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラックマウントサーバシステムの冷却技術に係わり、特に冷却液を循環させる液冷方式に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、サーバ等の情報処理装置のシステム構成・収納および設置において、ラックマウント方式が主流となっている。ラックマウント方式とは、各々の機能を持った装置を特定の規格に基づき形成されたラックキャビネットに段積み搭載するもので、各装置の選択・配置を自由に行え、システム構成の柔軟性・拡張性に優れ、システム全体の占有面積も縮小できるという利点がある。
【０００３】
特に、サーバ関連ではＩＥＣ規格（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ）／ＥＩＡ規格（Ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）に規定された１９インチラックキャビネットが主流となっており、装置を搭載するための支柱の左右間口寸法を４５１ｍｍ、搭載における高さ寸法を１Ｕ（１ＥＩＡ）＝４４．４５ｍｍという単位で規定されている。
【０００４】
ここで、本発明者が本発明の前提として検討した、従来のラックマウントサーバシステムの冷却方法において、ラックキャビネットへのサーバモジュールの実装状態を図１５に示す。従来のラックマウントサーバシステムは、複数のサーバモジュールをラックキャビネット１０に搭載して構成される。ラックキャビネット１０は、外郭をなす４方の柱と、サーバモジュールを搭載する為の柱である４方のマウントアングル１１からなる。
【０００５】
サーバモジュールの装置筐体１は、搭載金具８によって、マウントアングル１１に取り付けられる。装置筐体１の内部には主基板２が実装され、この主基板２の上にＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）等の発熱部３が実装されている。発熱部３の上には放熱フィン４が密着されており、その放熱フィン４の上流あるいは下流に冷却ファン５が実装され、放熱フィン４に風を当てる構造となっている。
【０００６】
さらに、通常、サーバモジュールの装置前面には、磁気記憶装置等のデバイス６が実装されている。また、装置後面には、外部との接続コネクタ７等が実装されている。
【０００７】
上記の実装により、風の流れは、装置筐体１の内部に実装された冷却ファン５によって、デバイス６の隙間をぬって装置正面から外気を吸気し、放熱フィン４にて発熱部３を冷却したのち接続コネクタ７等の隙間をぬって、装置後面あるいは側面に排気される。
【０００８】
以上のように、従来のラックマウントサーバシステムにおいては、サーバモジュールの装置筐体１の内部に冷却ファン５を実装した装置前面より吸気し、装置後面または側面に排気して発熱部３を冷却する強制空冷方式が主であった。なお、このようなラックマウント方式の強制空冷方式に関しては、例えば特許文献１等に記載されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−２６１１７２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記のようなラックマウント方式では、サーバモジュールの各装置の上下にも同様にその他の装置が搭載されるケースがあり、吸排気を装置の天面・底面で行っても吸排気口が塞がれ、効果が期待できない。さらに、装置側面に吸気口を設けた場合、装置の排気により暖められたラックキャビネット内の空気を吸気することとなり、冷却効率を低下させる要因となる。よって、ラックマウント方式の強制空冷方式では、装置前面から吸気し、装置後面および側面から排気する必要がある。
【００１１】
また、近年、ラックマウント方式では、ラックキャビネットにおけるサーバモジュールの高密度搭載や省スペース化のため、装置の薄型化が進み、装置内部に実装できる冷却ファンも小型で風量の少ないものしか実装できなくなっており、加えて、装置前面には磁気記憶装置等のデバイスが実装され、装置後面には外部との接続コネクタ等が配置されるため、吸排気面積が著しく小さくなってきている。
【００１２】
さらに、ラックマウント方式では、サーバモジュールの高性能化に伴い、ＣＰＵやＬＳＩ等の高速化、ＣＰＵのマルチ構成化、磁気記憶装置等のデバイスの高回転化やアレイ化などが進み、発熱量も増加している。このため、強制空冷のための必要風量を確保することが困難になってきている。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、サーバモジュールが高性能化、薄型化、高密度実装化しても、ラックマウント方式の利点を損なわず、ラックキャビネット内に搭載された複数のサーバモジュールの信頼性確保に十分な冷却を可能にし、特に液冷方式を採用してサーバモジュールに搭載された高発熱部品の放熱を円滑に行う冷却技術を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、発熱部を有するラックマウント方式の複数のサーバモジュールと、外部に排熱する冷却装置と、複数のサーバモジュールと冷却装置とを接続し、冷却液が循環する冷却液循環路とを有し、複数のサーバモジュールが冷却液循環路に並列に接続されている構成において、サーバモジュールの冷却方法を液冷とし、その冷却液を冷却液循環路を通じてサーバモジュールの各装置に給水し、各装置から排水された冷却液を装置外部に輸送し、ラックキャビネットに設けられた冷却装置にて冷却液を冷却したのち再びサーバモジュールの各装置に送り込む液冷方式としたものである。
【００１５】
前記液冷方式は、ラックキャビネットに冷却液を循環させる冷却液循環路である配管をラックキャビネットの柱に沿って上下方向に循環するように設け、少なくともその上下どちらか一方に冷却装置として、冷却液を循環させる循環手段であるポンプと熱交換器を用いて冷却液を冷却する冷却部を設け、前記冷却部を境に下流側を下流側配管、上流側を上流側配管として上下方向に平行に形成し、下流側配管には常に冷却された冷却液が供給できるようにして、ラックキャビネット内で閉じた循環経路を形成している。
【００１６】
前記サーバモジュールは、冷却液を外部から供給するための給水口を設け、装置内部冷却液循環路である内部配管にて、ＣＰＵやＬＳＩ等の発熱部まで配管し、さらに熱を受熱する受熱部、この受熱した冷却液を外部に排水するための排水口を設け、装置に内蔵した装置内部循環手段であるポンプにて冷却液を輸送している。
【００１７】
また、前記サーバモジュールは、前記下流側配管と前記給水口が接続され、前記上流側配管と前記排水口が接続され、冷却液を循環させることで、常に低温の冷却液が供給され、かつ大量の熱量を装置外部に排出することで、サーバモジュールの各装置内の比較的高温の発熱部を冷却するものである。
【００１８】
さらに、前記サーバモジュールは、高温の発熱部は液冷方式を用いて冷却し、比較的低温の発熱部の冷却には空冷方式を併用して、液冷と空冷のハイブリッド構成としたり、複数の高温の発熱部には冷却液を循環する配管を並列に接続したものである。
【００１９】
また、前記サーバモジュールのラックキャビネットへの搭載・取外し時の冷却液の接続・遮断を容易にするために、ラックキャビネット側の配管と、サーバモジュールの各装置側の給排水口との接続に自動開閉バルブ付き継手を用いて接続する構造としたものである。
【００２０】
さらに、複数のサーバモジュールを自由な位置に接続できるように、下流側配管と上流側配管にそれぞれ給水口・排水口として接続継手を設け、これを１対として上下方向に複数設けた構造としたものである。
【００２１】
また、複数のサーバモジュールがラックキャビネット側に設けた配管に接続しても、流量の変化を抑え、安定した冷却性能を確保するために、サーバモジュールの各装置毎にポンプを内蔵し、ラックキャビネット側に設けた配管から給排水を自力で出来る構造としたものである。
【００２２】
さらに、安定した冷却性能を提供するために、熱交換器を用いた冷却部において、循環している冷却液の温度を検知し、熱交換器の能力を制御可能な機能を備え、冷却部を経由した冷却液の温度を一定温度に保つことが可能な冷却方式としたものである。
【００２３】
また、本発明のラックマウントサーバシステムの冷却方法の導入性を向上させるため、液冷方式を構成しているポンプ・熱交換器・冷却部・配管等を内蔵したラックキャビネットとして提供するものである。
【００２４】
また、前記ラックマウントサーバシステムの冷却方式を冗長構成とするために、冷却装置を互いに独立して動作する複数の装置から構成し、ある装置が故障した際に他の装置を動作させる構成としたものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２６】
まず、図１〜図４により、本発明の一実施の形態であるラックマウントサーバシステムの冷却方法の概略構成の一例を説明する。それぞれ、図１はバイパスルートを持たない場合、図２はバイパスルートを設け、サーバモジュールの各装置にポンプを搭載しない場合、図３はバイパスルートを設け、サーバモジュールの各装置に流量調整バルブを設けた場合、図４はバイパスルートを設け、サーバモジュールの各装置にポンプを搭載した場合の概略構成図を示す。
【００２７】
図１に示す、ラックマウントサーバシステムの冷却方法の概略構成は、バイパスルートを持たない場合の構成であり、ラックキャビネット１０と、受熱部２１および装置内部配管２２等からなる複数（１〜ｎまでのｎ台）のサーバモジュール６２と、下流側配管３０および上流側配管３１等からなる主循環配管３４と、主循環用ポンプ４１、タンク４２、冷却部４３および熱交換器５０等からなる冷却装置５２などを有して構成されている。
【００２８】
このように、バイパスルートを持たない場合は、主循環用ポンプ４１によってサーバモジュール６２の各装置に冷却液を給水する。この場合、各装置に流れる冷却液の流量は、それぞれの装置の流路抵抗が同じ場合、均等に分配される。よって、装置が１台の場合は、主循環用ポンプ４１の流量Ｑ（ｌ／ｍｉｎ）が供給され、２台の場合はＱ／２（ｌ／ｍｉｎ）、ｎ台の場合はＱ／ｎ（ｌ／ｍｉｎ）となり、装置の搭載台数によって装置内に流れる流量が変化してしまう。流量の変化によって、運ばれる熱量の変化が生じ、冷却能力が変化することになる。
【００２９】
また、通常は、サーバモジュール６２の各装置によって流路抵抗が異なる。この場合、複数台搭載すると、それぞれのサーバモジュール６２には各装置の流路抵抗に反比例した量の冷却液が流れることになり、それぞれの装置が期待した流量を確保することが困難である。
【００３０】
さらに、流量の変化に伴い、管内の圧力も変化する。通常、主循環配管３４の管径に対し、サーバモジュール６２の装置内部配管２２の管径は細いため、少数搭載時には過大な圧力が加わり、継手部分からの液漏れ等の危険がある。そこで、管内に過剰な圧力が加わらないようにするためには、装置内部配管２２の管径を太くする必要があるが、大きな容積を必要とするため、高密度実装の装置には適さない。そこで、図２の構成が考えられる。
【００３１】
図２に示す、ラックマウントサーバシステムの冷却方法の概略構成は、バイパスルートを設け、サーバモジュールの各装置にポンプを搭載しない場合の構成であり、前記図１と異なる点は、主循環配管３４にバイパスルートが設けられ、このバイパスルートにバイパス流量調整バルブ５４が接続されていることである。
【００３２】
このように、バイパスルートを設け、サーバモジュール６２の各装置にポンプを搭載しない場合は、サーバモジュール６２の装置搭載台数の変化による各装置の流量の変化、管内圧力の変化を制御することができる。通常、主循環配管３４は太く、装置内部配管２２は細いので、バイパスルートを設けただけでは、主に流路抵抗の少ないバイパスルートに流れ、各装置には少量しか流れない。
【００３３】
このため、バイパスルートにバイパス流量調整バルブ５４を設ける必要がある。バイパスルートの流量を絞ることで、各装置に流れる流量は増加し、バイパスルートの流量を開くと、各装置の流量は減少する。これによって、流量や管内圧力の調整は可能であるが、前記図１の構成と同様に、流路抵抗に反比例した流量分配となり、それぞれの装置が期待した流量を得ることが困難である。そこで、図３の構成が考えられる。
【００３４】
図３に示す、ラックマウントサーバシステムの冷却方法の概略構成は、バイパスルートを設け、サーバモジュールの各装置に流量調整バルブを設けた場合の構成であり、前記図１および図２と異なる点は、サーバモジュール６２の各装置内部配管２２に装置流量調整バルブ２８が接続されていることである。
【００３５】
このように、バイパスルートを設け、サーバモジュール６２の各装置に流量調整バルブ２８を設けた場合は、サーバモジュール６２の各装置において、各装置の流量を絞ることで、各装置に流れる流量は減少し、各装置の流量を開くと、各装置の流量は増加する。これによって、バイパス流量調整バルブ５４による流量や管内圧力の調整と共に、各装置の装置流量調整バルブ２８を調整することで、各装置毎に期待した流量を得ることができる。ただし、流量の異なる装置を複数台搭載した場合には、各装置が期待した流量に調整することが難しい面がある。そこで、図４の構成が考えられる。
【００３６】
図４に示す、ラックマウントサーバシステムの冷却方法の概略構成は、バイパスルートを設け、サーバモジュールの各装置にポンプを搭載した場合の構成であり、前記図１〜図３と異なる点は、サーバモジュール６２の各装置内部配管２２に装置内部ポンプ２３が接続されていることである。
【００３７】
このように、バイパスルートを設け、サーバモジュール６２の各装置にポンプを搭載した場合は、主循環配管３４に流れる流量（主循環用ポンプ４１の流量）Ｑと、搭載されるサーバモジュール６２の各装置の流量（各装置の装置内部ポンプ２３の流量）ｑの関係が、
Ｑ＞ｑ１＋ｑ２＋・・・＋ｑｎ （式１）
の関係にあるようにする。
【００３８】
これによって、装置が搭載されていない場合は、主循環配管３４のバイパスルートを流れており、装置を接続することによって、装置内に冷却液が流れるが、そのほとんどは、流路抵抗の少ないバイパスルートに流れてしまう。そこで、装置内部ポンプ２３を稼動することによって、主循環配管３４から自力で給排水することになり、必要以上の流量はバイパスルートに流れる。
【００３９】
この構成は、自力による給排水であるので、サーバモジュール６２の装置内を流れる流量は装置内部ポンプ２３の性能に伴った期待した流量が確保できる。また、上記式が成り立っていれば、流量の異なる装置を複数台搭載しても、それぞれに期待した流量を流すことができ、安定した冷却性能を確保できる。
【００４０】
以下においては、主に図４の構成を例に、その具体的な構造を詳細に説明する。すなわち、前記図４に示すラックマウントサーバシステムは、ラックキャビネット１０と、受熱部２１、装置内部配管２２および装置内部ポンプ２３等からなる複数のサーバモジュール６２と、下流側配管３０および上流側配管３１等からなる主循環配管３４と、主循環用ポンプ４１、タンク４２、冷却部４３および熱交換器５０等からなる冷却装置５２などを有する構成において、以下のような構造となっている。
【００４１】
ラックキャビネット１０には、主循環配管３４による循環系がサーバモジュール６２の搭載方向に形成され、主循環用ポンプ４１により冷却液を循環させる。さらに、冷却液の熱は外部に排熱したり、熱交換器５０により、循環している冷却液を冷却する。本実施の形態では、主循環系のバッファとしてタンク４２を設け、冷却部４３を内蔵して熱交換器５０により冷却する方法を示している。また、これらの主循環用ポンプ４１、タンク４２、冷却部４３、熱交換器５０を１つの装置にまとめ、冷却装置５２を形成している。
【００４２】
サーバモジュール６２は、内部に装置内部ポンプ２３を内蔵し、装置内部配管２２により、発熱部３に冷却液を供給し、受熱部２１により発熱部３を冷却したのち装置外部に排出する液冷方式の情報処理装置である。
【００４３】
主循環配管３４は、冷却部４３を境に、冷却液を排出する側を下流側配管３０、吸入する側を上流側配管３１に区別される。サーバモジュール６２は、下流側配管３０から給水し、上流側配管３１に排水する。サーバモジュール６２は同様に、主循環配管３４に複数台接続されている。このとき、主循環配管３４を流れる冷却液の流量Ｑは、それぞれのサーバモジュール６２に流れる流量ｑの和以上の流量を有する必要がある。
【００４４】
次に、図５〜図７により、ラックマウントサーバシステムの冷却方法における具体的な実装形態の一例について説明する。それぞれ、図５はラックキャビネットへのサーバモジュールの実装状態の斜視図、図６はサーバモジュールの流体接続構造の斜視図、図７はラックキャビネットに液冷方式のサーバモジュールと空冷方式の装置を混載させた状態の斜視図を示す。
【００４５】
ラックキャビネット１０は、箱型をなし、内部にサーバモジュールを搭載する際に取り付けるための柱であるマウントアングル１１を４方に設けている。このラックキャビネット１０を形成する柱に沿って上下方向に主循環配管３４を設け、主循環用ポンプ４１により冷却液を循環し、主循環用ポンプ４１の上流には冷却液のバッファとしてタンク４２が配置されている。また、主循環配管３４はマウントアングル１１よりも外側に配置されている。
【００４６】
熱交換器５０は、冷媒を用いた方式であり、コンプレッサ４５にて気化した冷媒を圧縮により高圧にしたのち冷媒用ラジエータ４８に送られ、冷媒冷却ファン４７にて冷却される。この冷却された冷媒は液化し、エキスパンションバルブ４４に送られ、ここで再び気化され、冷却部４３を低温にし、再びコンプレッサ４５に戻される。
【００４７】
冷却部４３は、タンク４２の内部に内蔵されており、このタンク４２内の冷却液を冷却する。また、循環している冷却液の温度を検知し、冷却制御回路４６により冷却能力を調整する機能を備えている。
【００４８】
これらの主循環用ポンプ４１、タンク４２、冷却部４３、熱交換器５０は、冷却装置筐体４０の内部に実装され、独立した冷却装置５２を形成している。
【００４９】
主循環配管３４は、冷却部４３を境に冷却液の排出される側を下流側配管３０、吸入される側を上流側配管３１として、２本が平行になるように配置されている。下流側配管３０には下流側接続継手３２、上流側配管３１には上流側接続継手３３が設けられ、それぞれがほぼ同じ高さになるように配置されている。さらに、それぞれを１対として上下方向に複数設けられている。
【００５０】
これらの下流側接続継手３２、上流側接続継手３３は、自動開閉バルブ付きであり、流体継手が接続されていない場合は、バルブが自動で閉じており、液体が漏れない仕組みになっている。すなわち、この自動開閉バルブ付き継手は、接続継手内にバルブを内蔵しており、継手のオス側、メス側にそれぞれバルブがあり、接続すると互いにバルブを押し合うことによってバルブが開き、離脱するとばねの力でバルブを閉じる機能を持つものである。
【００５１】
本実施の形態のサーバモジュール６２は、装置筐体１の内部に主基板２が実装されており、この主基板２の上にはＣＰＵやＬＳＩといった発熱部３が実装されている。装置筐体１の背面側には、冷却液を外部から供給するための給水口として給水側接続継手２４が設けられ、装置内部配管２２にて、ＣＰＵやＬＳＩ等の発熱部３まで配管し、さらに熱を受熱する受熱部２１を設け、受熱した冷却液を外部に排水するための排水口へと配管され、その排水口には排水側接続継手２５が設けられている。
【００５２】
これらの給水側接続継手２４、排水側接続継手２５は、主循環配管３４と同様、自動開閉バルブ付き継手である。受熱部２１は、熱伝達率の高い材料を用い、冷却液が極力広い面積で接するように内部に蛇行した流路を形成し、発熱部３に密着されている。さらに、装置内部配管２２の途中には、装置内の冷却液を輸送するための装置内部ポンプ２３が設けられている。
【００５３】
サーバモジュール６２の内部の複数の発熱部３を冷却する場合の装置内部配管２２の接続方法は、直列接続と並列接続が挙げられるが、直列接続は、上流側の発熱部３により冷却液が上昇し、下流側の発熱部３の冷却に悪影響を及ぼすため、本実施の形態では並列接続によって複数の発熱部３に接続されている。
【００５４】
また、本実施の形態では、装置内部配管２２の途中に設けられた装置内部ポンプ２３の配置は、発熱部３の下流側に配置すると高温になった冷却液を吸水することになり、ポンプ寿命や性能に悪影響を及ぼすため、発熱部３の上流側に配置している。
【００５５】
サーバモジュール６２は、一般のラックマウント方式の装置と同様、ラックキャビネット１０のマウントアングル１１に搭載金具８を介して搭載され、下流側配管３０の下流側接続継手３２と装置の給水側接続継手２４が給水側チューブ２６にて接続され、上流側配管３１の上流側接続継手３３と装置の排水側接続継手２５が排水側チューブ２７にて接続されている。また、複数のサーバモジュール６２を同様に接続することができる。
【００５６】
また、ラックキャビネット１０には、図７に示すように、液冷方式のサーバモジュール６２と同様に、一般の空冷方式の装置６３も、マウントアングル１１に搭載金具８を介して搭載することができるので、液冷方式のサーバモジュール６２と空冷方式の装置６３の混載が可能である。
【００５７】
続いて、前記図４および図５などにより、ラックマウントサーバシステムの冷却方法における液冷方式の一例について説明する。
【００５８】
主循環用ポンプ４１によって、主循環配管３４には、サーバモジュール６２の接続に関わらず、冷却液が循環している。また、主循環用ポンプ４１の上流側に配置した冷却部４３によって、下流側配管３０には常に冷却された冷却液が供給される。冷却液の温度を検知し、冷却制御回路４６にて熱交換器５０の能力を調整することで、下流側配管３０に一定温度の冷却液を供給することができる。
【００５９】
サーバモジュール６２を、主循環配管３４の下流側配管３０と上流側配管３１に接続することで、サーバモジュール６２の内部に冷却液が流れる。この際に、サーバモジュール６２には冷却液を充填したのちに接続する。このとき、サーバモジュール６２には装置内部ポンプ２３を内蔵しているので、主循環用ポンプ４１の動作によってサーバモジュール６２内に冷却液を流すのではなく、装置内部ポンプ２３の動作によってサーバモジュール６２内に冷却液が流される。
【００６０】
よって、複数台のサーバモジュール６２を接続しても、装置内部ポンプ２３によって発熱部３の温度が一定になるように流量が制御され、この装置内部ポンプ２３の性能による一定の流量を流すことができる。但し、主循環配管３４を流れる流量は、複数搭載されたサーバモジュール６２内を流れる流量の総和より大きくなるように設定される必要がある。
【００６１】
主循環配管３４の下流側配管３０に流れる冷却液は、サーバモジュール６２に内蔵の装置内部ポンプ２３によって装置内に吸引され、発熱部３に至り受熱部２１にて熱を受熱し、発熱部３を冷却すると共に、冷却液は高温となり、この高温となった冷却液は主循環配管３４の上流側配管３１に排出される。
【００６２】
サーバモジュール６２を複数台接続した場合でも、給水側はすべて下流側配管３０に接続され、排水側は上流側配管３１に接続されるので、すべての装置が冷却部４３によって一定温度となった冷却液を吸引することとなる。また、高温になった冷却液はすべて上流側配管３１に集約され、冷却部４３に戻り、再び一定温度まで冷却される。
【００６３】
次に、図８により、本実施の形態における冷却液の冷却装置において、冷却効率を向上させるための構成の一例を説明する。図８は別の冷却装置の斜視図を示す。
【００６４】
この構成の冷却装置５２には、冷媒を冷却するための冷媒冷却ファン４７が設けられており、冷却装置筐体４０の前面から吸気して、冷媒用ラジエータ４８に吹き付け、外部に排気している。上流側配管３１は、冷却装置筐体４０内に引き込まれたのち、装置前面側に配管され、装置前面の吸気部に設けられた冷却液用ラジエータ４９に引き込まれている。その後、冷却部４３が内蔵されたタンク４２に引き込まれ、主循環用ポンプ４１によって下流側配管３０へと配管されている。
【００６５】
これによって、上流側配管３１より流れてくる温まった冷却液は、タンク４２に流れ込む前に、冷却液用ラジエータ４９で冷媒冷却ファン４７の吸気風により液温を下げることができ、冷却部４３による冷却温度差を小さくし、熱交換器５０の負担を低減でき、効率よく冷却液を冷却できる。
【００６６】
さらに、図９により、本実施の形態における冷却液の冷却装置において、別の方式による構成の一例を説明する。図９は別の方式によるさらに別の冷却装置の斜視図を示す。
【００６７】
この方式の冷却装置５２は、冷却装置筐体４０の内部に冷却液用ラジエータ４９に風を当てるように冷却液冷却ファン５１を配置し、上流側配管３１が冷却液用ラジエータ４９に引き込まれ、主循環用ポンプ４１を経由して下流側配管３０へと配管されている。
【００６８】
これによって、上流側配管３１より流れてくる温まった冷却液は、冷却液用ラジエータ４９で冷却液冷却ファン５１の送風により液温を下げることができる。本実施の形態における冷却液の冷却装置５２として、図９のような簡易的な方式を採用してもよい。
【００６９】
次に、図１０により、本実施の形態におけるサーバモジュールにおいて、別の流体接続構造の一例を説明する。図１０はサーバモジュールの別の流体接続構造の斜視図を示す。
【００７０】
この流体接続構造のサーバモジュール６２は、マウントアングル１１に搭載金具８およびスライドレール６１によって、前方に引き出し可能なように搭載されている。搭載金具８またはスライドレール６１には、給排水チューブ保持部６０が装置の給排水面に平行に設けられ、サーバモジュール６２がラックキャビネット１０に収納された状態で、給水側／排水側チューブ２６，２７がサーバモジュール６２の給水側／排水側接続継手２４，２５に接続されるように、その一端が給排水チューブ保持部６０に取付られている。もう一方の端は、上流側／下流側配管３０，３１に接続されている。これらの給水側／排水側接続継手２４，２５は自動開閉バルブを内蔵している。
【００７１】
これによって、サーバモジュール６２をラックキャビネット１０に収納すると、サーバモジュール６２の給水側／排水側接続継手２４，２５は上流側／下流側配管３０，３１に自動的に接続され、また引き出すと自動的に切断される。
【００７２】
次に、図１１により、本実施の形態におけるサーバモジュールにおいて、ハイブリッド構成の一例を説明する。図１１はサーバモジュールのハイブリッド構成の斜視図を示す。
【００７３】
このハイブリッド構成のサーバモジュール６２は、主基板２の上にＣＰＵやＬＳＩといった比較的発熱量が多い高温の発熱部３と、その他の比較的発熱量が少ない低温の発熱体９が実装されている。高温の発熱部３には受熱部２１にて受熱する液冷方式を採用し、低温の発熱体９には、サーバモジュール６２の装置前面に実装された冷却ファン５で風を当てる空冷方式が用いられている。
【００７４】
これによって、高温の発熱部３と、低温の発熱体９が実装されるハイブリッド構成のサーバモジュール６２においては、液冷方式と空冷方式とを併用し、高温の発熱部３は液冷方式で冷やし、低温の発熱体９は空冷方式によって冷却することができる。
【００７５】
さらに、図１２により、本実施の形態におけるサーバモジュールにおいて、複数の発熱部位を液冷する場合の構成の一例を説明する。図１２はサーバモジュールの複数の発熱部位を液冷する場合の構成の斜視図を示す。
【００７６】
この構成のサーバモジュール６２は、主基板２の上に比較的発熱量が多い高温の発熱部３と、その他の比較的発熱量が少ない低温の発熱体９が実装されている。また、サーバモジュール６２の装置前面には、比較的発熱量が多い磁気記憶装置等のデバイス６の発熱体が実装されている。これによって、デバイス６の発熱体も、受熱部２１ａで受熱する発熱部３と同様に、並列に接続された装置内部配管２２によって冷却液を循環させ、受熱部２１ｂで受熱することで、複数の発熱部位を液冷方式で冷却することが可能である。
【００７７】
この装置内部配管２２の配管方法は、発熱部３、デバイス６の発熱体に並列に配管することで、それぞれの発熱部位に同じ温度の冷却液を供給できる。また、比較的発熱量が少ない部分では、直列による配管も可能である。さらに、その他の発熱体９が自然空冷で冷却可能な発熱量であれば、図１２のように冷却ファンを実装する必要がない。
【００７８】
次に、図１３により、本実施の形態における冷却装置において、熱交換器を冗長化した場合の構成の一例を説明する。図１３は冷却装置の熱交換器を冗長化した場合の概略構成図を示す。
【００７９】
この構成の冷却装置５２は、タンク４２の内部に２台の冷却部４３を内蔵し、各冷却部４３を低温にするために２台の熱交換器５０ａ，５０ｂが互いに独立して動作するように並列に設けられている。これによって、２台の熱交換器５０ａ，５０ｂで冷却液を冷却し、どちらかが故障しても冷却液を冷却することが可能である。また、どちらか一方を稼動させ、故障した場合にはもう一方の熱交換器を稼動させてもよい。
【００８０】
さらに、図１４により、本実施の形態における冷却装置において、主循環用ポンプを冗長化した場合の構成の一例を説明する。図１４は冷却装置の主循環用ポンプを冗長化した場合の概略構成図を示す。
【００８１】
この構成の冷却装置５２は、タンク４２の出口から内部配管を並列に接続し、各内部配管に冷却液を循環するための２台の主循環用ポンプ４１ａ，４１ｂが互いに独立して動作するように並列に設けられている。また、各主循環用ポンプ４１ａ，４１ｂには、逆止弁５５が付けられている。これによって、２台の主循環用ポンプ４１ａ，４１ｂで冷却液を循環させ、どちらかが故障しても冷却液を循環させることが可能である。また、主循環用ポンプ４１ａ，４１ｂを並列に接続しても、それぞれの主循環用ポンプ４１ａ，４１ｂに逆止弁５５を付けることで、一方が故障した場合のポンプ部での冷却液の循環を防止できる。
【００８２】
従って、本実施の形態のラックマウントサーバシステムの冷却方法によれば、以下のような効果を得ることができる。
【００８３】
（１）強制空冷方式のラックマウント方式の装置において、薄型化による吸排気面積の縮小や、高密度実装化による流体の圧力損失の増加により、冷却ファンによる冷却が十分出来なくなるような条件下でも、液冷方式を採用することで、高温の発熱部３の熱を冷却液により受熱し、サーバモジュール６２の装置外部へ排出でき、ラックキャビネット１０に搭載した冷却装置５２で一括して円滑に冷却することが可能になる。
【００８４】
（２）主循環配管３４に設けた主循環用ポンプ４１により冷却液を循環し、搭載されるサーバモジュール６２にも装置内を循環させるための装置内部ポンプ２３を内蔵しているので、主循環配管３４を流れる流量が、搭載される装置に流れる流量の総和より大きい限り、何台搭載（接続）しても各装置に流れる冷却液の流量を一定に保つことができ、安定した冷却が可能となる。
【００８５】
（３）冷却液の冷却を制御回路を持った熱交換器５０にて冷却性能を制御することで、各サーバモジュール６２に対して一定温度の冷却液を供給することができ、信頼性の高い冷却性能を提供できる。
【００８６】
（４）液冷方式によるサーバモジュール６２の搭載時のみ、ラックキャビネット１０に搭載した冷却装置５２の主循環配管３４に接続すればよいので、液冷方式以外の空冷方式の装置６３の搭載も可能である。また、流体接続部に自動開閉バルブ付きの継手を使用することで、サーバモジュール６２の各装置の搭載、取り外しを容易に行うことできる。さらに、継手を主循環配管３４に複数設けることにより、自由な位置にサーバモジュール６２を搭載できるなど、ラックマウント方式の利点を損なうことなく、液冷以外の様々な装置を搭載したシステム構成が可能となる。
【００８７】
（５）それぞれのサーバモジュール６２には、受熱部２１と装置内部ポンプ２３および装置内部配管２２等の構成を有すればよいので、個々の装置の冷却構造を簡素化できる。さらに、冷却構造の簡素化はサーバモジュール６２の小型化にもつながる。
【００８８】
（６）ラックキャビネット１０内で閉じた冷却装置５２を構成できるので、室内の温度を極端に低温にするなどの特別な環境下でなくても、サーバモジュール６２の各装置の高温の発熱部３の冷却が可能である。
【００８９】
（７）冷却液の冷却装置５２をラックマウント方式の装置としてまとめ、広く流通しているラックキャビネット１０に搭載できる構造にすることによって、特定のラックキャビネット１０を用意することなく、本発明の冷却方法を容易に導入することが可能となる。
【００９０】
（８）複数の熱交換器５０、あるいは複数の主循環用ポンプ４１を並列に設けることで、冷却装置５２を互いに独立して動作させることができるので、ある熱交換器あるいは主循環用ポンプが故障した際に、他の熱交換器あるいは主循環用ポンプを動作させることによって冗長構成を実現することが可能となる。
【００９１】
【発明の効果】
本発明によれば、サーバモジュールが高性能化、薄型化、高密度実装化しても、ラックマウント方式の利点を損なわず、ラックキャビネット内に搭載された複数のサーバモジュールの信頼性確保に十分な冷却を可能にし、特に液冷方式を採用してサーバモジュールに搭載された高発熱部品の放熱を円滑に行うことが可能となる。
【００９２】
また、本発明によれば、ラックマウント方式の利点を損なうことがないので、従来の液冷以外の様々な装置の取り付け容易性、操作性を阻害することがないラックマウントサーバシステムを構成することが可能となる。
【００９３】
さらに、本発明によれば、ラックキャビネット内で閉じた冷却装置を構成し、各サーバモジュールの冷却構造を簡素化することができるので、サーバモジュールの小型化、さらにはラックマウントサーバシステムの小型化を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるラックマウントサーバシステムの冷却方法において、バイパスルートを持たない場合を示す概略構成図である。
【図２】本発明の一実施の形態であるラックマウントサーバシステムの冷却方法において、バイパスルートを設け、サーバモジュールの各装置にポンプを搭載しない場合を示す概略構成図である。
【図３】本発明の一実施の形態であるラックマウントサーバシステムの冷却方法において、バイパスルートを設け、サーバモジュールの各装置に流量調整バルブを設けた場合を示す概略構成図である。
【図４】本発明の一実施の形態であるラックマウントサーバシステムの冷却方法において、バイパスルートを設け、サーバモジュールの各装置にポンプを搭載した場合を示す概略構成図である。
【図５】本発明の一実施の形態において、ラックキャビネットへのサーバモジュールの実装状態を示す斜視図である。
【図６】本発明の一実施の形態において、サーバモジュールの流体接続構造を示す斜視図である。
【図７】本発明の一実施の形態において、ラックキャビネットに液冷方式のサーバモジュールと空冷方式の装置を混載させた状態を示す斜視図である。
【図８】本発明の一実施の形態において、別の冷却装置を示す斜視図である。
【図９】本発明の一実施の形態において、別の方式によるさらに別の冷却装置を示す斜視図である。
【図１０】本発明の一実施の形態において、サーバモジュールの別の流体接続構造を示す斜視図である。
【図１１】本発明の一実施の形態において、サーバモジュールのハイブリッド構成を示す斜視図である。
【図１２】本発明の一実施の形態において、サーバモジュールの複数の発熱部位を液冷する場合の構成を示す斜視図である。
【図１３】本発明の一実施の形態において、冷却装置の熱交換器を冗長化した場合を示す概略構成図である。
【図１４】本発明の一実施の形態において、冷却装置の主循環用ポンプを冗長化した場合を示す概略構成図である。
【図１５】従来の強制空冷方式によるラックマウントサーバシステムの冷却方法において、ラックキャビネットへのサーバモジュールの実装状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…装置筐体、２…主基板、３…発熱部、４…放熱フィン、５…冷却ファン、６…デバイス、７…接続コネクタ、８…搭載金具、９…発熱体、１０…ラックキャビネット、１１…マウントアングル、２１，２１ａ，２１ｂ…受熱部、２２…装置内部配管、２３…装置内部ポンプ、２４…給水側接続継手、２５…排水側接続継手、２６…給水側チューブ、２７…排水側チューブ、２８…装置流量調整バルブ、３０…下流側配管、３１…上流側配管、３２…下流側接続継手、３３…上流側接続継手、３４…主循環配管、４０…冷却装置筐体、４１，４１ａ，４１ｂ…主循環用ポンプ、４２…タンク、４３…冷却部、４４…エキスパンションバルブ、４５…コンプレッサ、４６…冷却制御回路、４７…冷媒冷却ファン、４８…冷媒用ラジエータ、４９…冷却液用ラジエータ、５０，５０ａ，５０ｂ…熱交換器、５１…冷却液冷却ファン、５２…冷却装置、５３…搭載装置、５４…バイパス流量調整バルブ、５５…逆止弁、６０…給排水チューブ保持部、６１…スライドレール、６２…サーバモジュール、６３…空冷方式の装置。

Claims (5)

1. 発熱部を有するラックマウント方式の複数のサーバモジュールと、冷却液により前記発熱部の発生熱を外部に排熱する冷却装置と、前記複数のサーバモジュールと前記冷却装置とを接続し、前記冷却装置により駆動される前記冷却液が循環する冷却液循環路とを有するラックマウントサーバシステムにおいて、
   前記複数のサーバモジュールは、それぞれ、自動開閉バルブ付き継手により前記冷却液循環路に取り外し可能に接続され、
   前記冷却液循環路は、前記複数のサーバモジュールを当該冷却液循環路に並列に接続するとともに、前記複数のサーバモジュールに並列に接続され、前記複数のサーバモジュールに流れる流量を調整する流量調整バルブを有するバイパスルートを備えることを特徴とするラックマウントサーバシステム。
2. 発熱部を有するラックマウント方式の複数のサーバモジュールと、冷却液により前記発熱部の発生熱を外部に排熱する冷却装置と、前記複数のサーバモジュールと前記冷却装置とを接続し、前記冷却装置により駆動される前記冷却液が循環する冷却液循環路とを有するラックマウントサーバシステムにおいて、
   前記複数のサーバモジュールは、それぞれ、当該サーバモジュールに流れる流量を調整する第１の流量調整バルブを有するとともに、自動開閉バルブ付き継手により前記冷却液循環路に取り外し可能に接続され、
   前記冷却液循環路は、前記複数のサーバモジュールを当該冷却液循環路に並列に接続するとともに、前記複数のサーバモジュールに並列に接続され、前記複数のサーバモジュールに流れる流量を調整する第２の流量調整バルブを有するバイパスルートを備えることを特徴とするラックマウントサーバシステム。
3. ラックキャビネットに複数のサーバモジュールを挿抜自在とするラックマウントサーバシステムにおいて、
   前記複数のサーバモジュールは発熱体を有し、前記発熱体は冷媒液を介して熱変換される冷却装置によって冷却される構成とし、
   前記冷却装置は、前記ラックキャビネットに付設された主循環配管を有し、前記主循環配管内で前記冷媒液を循環するように主循環ポンプと、タンクと、冷却部と、熱交換器とを接続して構成された冷媒液による潜熱変換方式として、
   前記複数のサーバモジュールは、前記発熱体に熱的に接続した受熱部と、前記受熱部に前記冷媒液を駆動する前記サーバモジュールの装置内ポンプと装置内の従循環配管とを搭載し、
   前記複数のサーバモジュールが、前記ラックキャビネットに装着される際に前記主循環配管と前記複数のサーバモジュールの従循環配管とを接続継手によって前記主循環配管に対し前記従循環配管とが並列な冷媒液の流路を構成するように接続され、
   前記複数のサーバモジュールに搭載された前記サーバモジュールの装置内ポンプは、前記複数のサーバモジュールの発熱部温度を一定となすように、前記複数のサーバモジュールにおける各々の発熱量に応じて、異なる流量の冷媒液を通流するように、制御され、
   前記主循環ポンプは、前記複数のサーバモジュールを流れる冷媒液の流量の総和より大きな流量が前記主循環配管を流れるように、前記主循環ポンプの流量を制御されることを特徴とするラックマウントサーバシステム。
4. 請求項１に記載のラックマウントサーバシステムにおいて、
   前記サーバモジュールの搭載台数に応じて前記流量調整バルブを調整して、前記サーバモジュールの冷却液の流量を調整することを特徴とするラックマウントサーバシステム。
5. 請求項２に記載のラックマウントサーバシステムにおいて、
   前記サーバモジュールの搭載台数に応じて前記第１の流量調整バルブと前記第２の流量調整バルブを調整して、前記サーバモジュールの冷却液の流量を調整することを特徴とするラックマウントサーバシステム。

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