JP4317740B2 - 冷却システムおよび冷却構造 - Google Patents

Description

本発明は、ラック状の筐体内に複数段にわたって配置された電子機器を冷却するための冷却システムに関するものである。

一般に、たとえば、ネットサーバやメモリサーバを始めとする多数の電子機器を必要とする企業では、ラック状の筐体内に前記電子機器を収容している。
前記筐体としては、１９インチラックと呼ばれる筐体が一般に使用されている。図７に示すように、かかるラック４０内には、サーバ類などの電子機器５０が複数段にわたって積層されて収納される。

ここで、ラック内に複数のサーバを収納すると、各サーバの発熱により、ラック内の温度が上昇し、サーバが熱暴走するおそれが生じる。そのため、ラック内の電子機器を冷却するため、ファンを用いた空冷による冷却システムが提案されている（たとえば、特許文献１および２参照）。
特開平７−２０２４６４公報 （図５） 特開２００１−２７２０９１公報 （図１）

一般に、多くの企業では、前記サーバが収納されたラックを設置するためのサーバ室を設けると共に、大規模な空調装置を設置して前記サーバ室内全体を冷却している。そのため、前述の空冷による冷却システムであってもラック内の電気機器の冷却を行うことが可能である。
しかし、大規模な空調装置を必要とするため、莫大な設置コストおよびランニングコストが生じる。近年、サーバ類を大量に必要とする企業は、ベンチャー企業などの小資本の企業が多く、そのため、安価な冷却システムが切望されている。

そこで、前記ラック状の筐体に空調機を取り付けることが考えられる。しかし、近年、市販の１９インチラックは軽量化が進み、筐体が脆弱である。特に、最近の機種では、図７に示すラック４０の前面４１および背面４２にパンチングメタルを用いたものが増加しており、ラック４０の筐体に空調機本体を直接取り付けるための十分な強度が不足している。一方、頑丈な筐体に空調機を取り付けるとなれば、筐体の切断や孔あけなどの加工が煩雑である。

そこで、ダクトを介して空調機とラックとを接続し、該ラック内に冷気を導入することが考えられる。しかし、冷気の導入口から遠いラック内のエリアは十分な冷却がなされない。一方、ラック内に十分に冷気が行き渡るように空調機の出力を上げると、冷気の導入口付近のサーバ内が冷えすぎ、結露が生じて、サーバが暴走したり破壊されるおそれが生じる。

したがって、本発明の目的は、設置コストやランニングコストが安価であると共に、必要かつ十分に筐体内の電子機器を冷却することのできる冷却システムおよび冷却構造を提供することである。

前記目的を達成するために、本発明は、ラック状の筐体内に複数段にわたって配置された電子機器を冷却する冷却システムであって、蒸発器から導管を介して圧縮機により冷媒を凝縮器に圧送することで冷媒を循環させ、前記蒸発器で冷却した冷気を排出する空調機と、前記空調機に接続され、前記冷気を導出し、可撓性を有する主ダクトと、１つの主ダクトに接続される第１接続孔を有し前記主ダクトの先端部に接続される第１フランジ、ならびに、複数の第２接続孔を有する第２フランジが形成された継手部と、前記第２フランジの前記各第２接続孔に接続される複数本の可撓性を有する分岐ダクトと、前記各分岐ダクトの先端部に取り付けられ、冷気の吹き出し口を有し、冷気の流れ出る部位および方向を定めるキャップと、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、空調機からの冷気を導出する複数本の分岐ダクトと、前記分岐ダクトの先端部に固定され、冷気の流れ出る方向を定めるキャップとを備えているので、筐体内の複数箇所にわたって冷気を導くことができる。そのため、部屋全体を冷却する必要がないから導入コストやランニングコストが著しく安価になる。また、筐体内の複数のエリアに冷気を導くことができるから、冷却の必要な箇所を必要かつ十分に冷却し得ると共に、過冷却による結露を防止することができる。

また、前記第１フランジと第２フランジとを互いに別体に形成し、前記第１フランジと前記第２フランジとの間に前記筐体の壁面を挟み付けた状態で、前記両フランジを前記筐体に取り付け可能とすれば、本冷却システムの筐体への取り付けが容易になる。

さらに、前記各キャップは断面カップ状で、かつ、円筒形の外周面の一部に前記吹き出し口が形成され、前記各キャップには、前記吹き出し口に冷気を案内するために該キャップの先端において前記吹き出し口に向って湾曲した案内壁を設けるようにしてもよい。このようにすれば、冷気を効率良く吹き出すことができる。

また、前記各ダクトを断熱材で形成し、前記各キャップを２重壁に形成して、該キャップの外壁と内壁との間に断熱空間を設けてもよい。このようにすれば、キャップにおける断熱効果が高まり、より一層冷却効率が向上すると共に、キャップの表面における結露を防止できる。

また、前記筐体内において、前記吹き出し口を上下に位置ズレさせた状態で、かつ、前記吹き出し口から吹き出す冷気が前記筐体の壁面に沿う水平方向よりも若干内側に向って吹き出すように前記キャップを配置するのが好ましい。このようにすれば、電子機器に効率良く冷気を吹き付けることができる。

以下、本発明の一実施例にかかる冷却システムを図１〜図５に従って説明する。
なお、以下の説明では、ラック状の筐体内に収納される電子機器の一例として、図１に示すように、サーバ５０およびＵＰＳ（無停電電源装置）６０を例示しているが、他の電子機器であってもよい。

空調機１：
まず、本冷却システムに用いる一般的な空調機について簡単に説明する。
図２は、一般的な空調機１の概略構成図を示す。
図２に示すように、圧縮機３は、蒸発器４において気体となった冷媒を、導管５を介して凝縮器６に圧送し、さらに、凝縮器６から膨張弁７に圧送して、循環させる。この際、冷媒は凝縮器６および膨張弁７において、徐々に液化する。前記膨張弁７は、破線で示す極めて細い管からなる。冷媒は、膨張弁７から出て、蒸発器４内の比較的太い管内で低圧となって、再び気化することにより、蒸発器４の周囲の熱を奪い、周囲温度を低下させる。

空調機１の本体は区画壁２によって、第１チャンバ９と第２チャンバ１０とに区画されている。前記第１チャンバ９には、前記蒸発器４および第１ファン１１が収容されている。一方、第２チャンバ１０には、前記圧縮機３、凝縮器６および第２ファン１２が収容されている。

したがって、第１ファン１１により、外気が、取込孔から第１チャンバ９内に取り込まれ、蒸発器４を通ると、前記外気が蒸発器４で冷却されて、冷気が筐体１外に送出される。一方、第２チャンバ１０内に設けた凝縮器６においては、冷媒が圧縮されて高温になるのに対し、第２ファン１２により、凝縮器６に外気を通すことで、冷媒の温度を低下させている。

なお、図２は、あくまでも一般的な空調機の概略構成図であり、各機器の配置等を限定するものではない。たとえば、第１チャンバ９は、第２チャンパ１０の上部に位置していてもよいし、下部に位置していてもよい。また、必ずしも区画壁２を有している必要はなく、かかる場合には、外気を取り込むためのファンは１個であってもよい。

全体構成：
図１に示すように、二点鎖線で示す１９インチラック４０の筐体内には、サーバ５０やＵＰＳ６０からなる電子機器が複数段にわたって配置されている。サーバ５０やＵＰＳ６０は、ラック４０内に設けられたラック柱４５に固定されている。なお、ラック柱４５には、所定の間隔で取り付け孔４５ｈが穿孔されている。

前記空調機１は、ラック４０とは別体に形成されており、ラック４０の背面４２側に設置されている。空調機１は、たとえば、一般的な、いわゆるスポットクーラーに近似した形状に構成されている。空調機１の下部には、キャスター１５が設けられている。なお、空調機１内には、結露等によって生じたドレン水を集め、蒸気化させて処理するオートドレン機能を有するドレンユニットが設けられている。

前記空調機１には、前記冷気を導出するための主ダクト２０が接続されている。主ダクト２０は、可撓性を有する蛇腹状のホースで形成されている。
空調機１の冷気は、主ダクト２０を介してラック４０内に導入され、複数本の分岐ダクト３０によって分岐された後、サーバ５０およびＵＰＳ６０の前面に向って吹き出される。
なお、主ダクト２０および分岐ダクト３０は、断熱性が高い素材で形成されている。主ダクト２０は蛇腹状に形成されており所望する位置で主ダクト２０を曲げることが可能である。一方、分岐ダクト３０は、自由に曲げられる素材で形成されている。

つぎに、本発明の要部について説明する。
継手部２３：
図１に示すように、前記主ダクト２０は、継手部２３を介して前記ラック４０に接続されている。該継手部２３は、図３（ａ），（ｂ）に示す第１および第２フランジ２１，２２を備えている。
図３（ａ）に示すように、第１および第２フランジ２１，２２は互いに対向するように別体に形成されており、第１フランジ２１と第２フランジ２２との間にラック４０の筐体の背面４２の壁面を挟み付けた状態でラック４０の筐体に取り付けられる。なお、第１および第２フランジ２１，２２の取り付けの際には、ラック４０の背面４２の壁面に、前記第１接続孔２１ｈに対応する所定の大きさの孔４２ｈを予め穿孔する。

前記主ダクト２０は、その先端部が第１フランジ２１に接続されている。第１フランジ２１には、主ダクト２０に接続される第１接続孔２１ｈが設けられている。
一方、前記複数の分岐ダクト３０は、その先端部が第２フランジ２２にそれぞれ接続されている。第２フランジ２２には、各分岐ダクト３０が接続される第２接続孔２２ｈが設けられている。

図３（ｂ）に示すように、空調機１（図１）から主ダクト２０内に導入された冷気は、第１および第２フランジ２１，２２の第１接続孔２１ｈを通り、第２フランジ２２の各第２接続孔２２ｈに接続された分岐ダクト３０内にそれぞれ導入される。

キャップ３１：
図４（ａ），（ｂ）は、分岐ダクト３０の他方の先端に取り付けられたキャップ３１を示す。
図４（ａ）に示すように、キャップ３１は、その断面がカップ状に形成されており、円筒形の外周面の一部に吹き出し口３２が形成されている。前記キャップ３１は、前記吹き出し口３２の周方向の位置を自在に変更できるように、前記分岐ダクト３０の軸線のまわりに回転自在に取り付けられている。

図４（ｂ）に示すように、キャップ３１は、外壁３１ａおよび内壁３１ｂにより二重壁に形成され、外壁３１ａと内壁３１ｂとの間には、中空の断熱空間Ｓが設けられている。一方、内壁３１ｂの下方部分は吹き出し口３２に向って湾曲して形成されており、キャップ３１内の冷気を、前記吹き出し口３２に向ってスムースに案内する案内壁３３を構成している。

図１に示すように、前記各キャップ３１は、前記ラック４０内において、それぞれ、上下方向に位置ズレさせた状態で配置されている。前述のように、ラック柱４５には、所定のピッチで取り付け孔４５ｈが穿孔されているので、かかる取り付け孔４５ｈにヒモ状の取り付け具３５を通して分岐ダクト３０をラック柱４５に固定している。この分岐ダクト３０を、ラック４０内のサーバ５０やＵＰＳ６０の配置に応じて適当な長さに切断し、各分岐ダクト３０の先端に前記キャップ３１を取り付けることで前記配置が可能となる。

キャップ３１の吹き出し口３２から吹き出す冷気は、図５の平面断面図に示すように、ラック４０の前面４１の壁面に沿う水平方向Ｈよりも若干内側に向って吹き出すように設定されている。すなわち、サーバ５０（ＵＰＳ６０）の前面Ｆに沿うように、キャップ３１の吹き出し口３２から吹き出す冷気Ａの方向が設定されている。ここで、各サーバ５０は、その内部にファンを内蔵しており、前面Ｆから背面Ｂに向ってサーバ内の空気が流れるように設定されている。したがって、キャップ３１の吹き出し口３２から吹き出した冷気Ａは、サーバ５０の前面Ｆからサーバ５０内部に取り込まれ、サーバ５０の背面Ｂから吹き出される。
なお、ユーザーは、キャップ３１を回転させることで、冷気Ａの吹き出す方向を自由に変えることができ、必要に応じて冷気Ａの吹き出し方向を微調整可能とされている。

このように、空調機１からの冷気が各分岐ダクト３０の先端のキャップ３１から、それぞれ冷却の必要な箇所に導入されるので、冷却の必要な箇所を必要かつ十分に冷却し得る。また、部屋全体を冷却する大規模な冷却装置を導入する必要がないから、設置コストやランニングコストが著しく安価になる。

ところで、前記各分岐ダクト３０の先端には、図６（ａ）に示すように、送風補助用として小型のファンモータを設けてもよい。
また、前記キャップ３１は、図６（ｂ）に示すように、Ｌ字管としてもよいし、また、図６（ｃ）のように、吹き出し口３２を有する複数のキャップ３１を連結して、多数の吹き出し口３２から冷気を吹き出すようにしてもよい。
さらに、図６（ｄ）に示すように、主ダクト２０と継手部２３を一体化して、継手部２３に接続された分岐ダクト３０の他に、継手部２３自体からも冷気が吹き出されるようにしてもよい。

以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施例を説明したが、当業者であれば、本明細書を見て、自明な範囲で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。
たとえば、前述の説明においては、分岐ダクト３０を３本としたが、２本以上であればよい。
また、継手部２３の第１および第２フランジ２１，２２は、互いに別体とする方が取付性が向上するので好ましいが、継手部２３の第１および第２フランジ２１，２２を一体としても本発明に含まれる。
また、継手部２３をラック４０の背面４２の壁面に取り付けたが、他の壁面であってもよいし、天井や底面に取り付けてもよい。
したがって、そのような変更および修正は、請求の範囲から定まる本発明の範囲内のものと解釈される。

本発明は、複数段にわたって配置された電子機器を収納したラック状の筐体に適用することができる。

本発明の一実施例にかかる冷却システムを示す概略斜視図である。 同システムの空調機を示す概略側面図である。 フランジ部分を示す斜視図および断面図である。 分岐ダクトおよびキャップを示す斜視図および断面図である。 ラックおよびキャップの平面断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、分岐ダクト、キャップおよび継手部の変形例を示す斜視図である。 ラックの一例を示す斜視図である。

符号の説明

１：空調機
４０：ラック
５０：サーバ（電子機器）
６０：ＵＰＳ（電子機器）
４：蒸発器
５：導管
６：凝縮器
３：圧縮機
１：空調機
２０：主ダクト
２１：第１フランジ
２１ｈ：第１接続孔
２２ｈ：第２接続孔
２２：第２フランジ
２３：継手部
３０：分岐ダクト
３２：吹き出し口
３１：キャップ
３３：案内壁

Claims (5)

1. ラック状の筐体内に複数段にわたって配置された電子機器を冷却する冷却システムであって、
   蒸発器から導管を介して圧縮機により冷媒を凝縮器に圧送することで冷媒を循環させ、前記蒸発器で冷却した冷気を排出する空調機と、
   前記空調機に接続され、前記冷気を導出し、可撓性を有する主ダクトと、
   １つの主ダクトに接続される第１接続孔を有し前記主ダクトの先端部に接続される第１フランジ、ならびに、複数の第２接続孔を有する第２フランジが形成された継手部と、
   前記第２フランジの前記各第２接続孔に接続される複数本の可撓性を有する分岐ダクトと、
   前記各分岐ダクトの先端部に取り付けられ、冷気の吹き出し口を有し、冷気の流れ出る部位および方向を定めるキャップと、を備えた冷却システム。
2. 請求項１において、前記第１フランジと第２フランジとは互いに別体に形成され、前記第１フランジと前記第２フランジとの間に前記筐体の壁面を挟み付けた状態で、前記両フランジを前記筐体に取り付け可能とした冷却システム。
3. 請求項１もしくは２において、
   前記各キャップは断面カップ状で、かつ、円筒形の外周面の一部に前記吹き出し口が形成され、
   前記各キャップには、前記吹き出し口に冷気を案内するために該キャップの先端において前記吹き出し口に向って湾曲した案内壁が設けられている冷却システム。
4. 請求項３において、前記各ダクトは断熱材で形成され、
   前記各キャップは２重壁に形成されて、該キャップの外壁と内壁との間に断熱空間が設けられている冷却システム。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の冷却システムを用いた冷却構造であって、
   前記筐体内において、前記吹き出し口を上下に位置ズレさせた状態で、かつ、前記吹き出し口から吹き出す冷気が前記筐体の壁面に沿う水平方向よりも若干内側に向って吹き出すように前記キャップが配置された冷却構造。

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