JP4641171B2 - ラックマウント式冷却装置 - Google Patents

Description

この発明は、ラックマウント式冷却装置、特に複数の情報処理装置を収容したラック内に冷却機を配設したラックマウント式冷却装置に関するものである。

従来のラックマウント式冷却装置は、複数の情報処理装置を収容したラックを多数設置したサーバルーム等の情報処理室の天井に熱源機を設置すると共に、マウント内の情報処理装置を冷却するためにマウント内の所定位置に冷却機を設け、上記熱源機と冷却機とを情報処理室の壁を貫通して配設された冷媒配管を介して接続していた。（例えば特許文献１参照）。

特開２００２−３７３０３３号公報

従来のラックマウント式冷却装置は上記のように構成され、熱源機と冷却機とを接続する配管が情報処理室の壁を貫通して配設されていたため、配管作業に時間と手間がかかるという問題点があった。

また、ラック内に設けられる冷却機は予め設定した位置に設けられるため、例えば図４（ａ）に示すように、ラック１内に複数の情報処理装置２を収容し、それらの間の所定位置に冷却機３を配設し、最下部に熱源機４を配設したような冷却装置において、例えば図に黒丸で示すように情報処理装置内のａ、ｂ、ｄ、ｅ、ｆの各点と冷却機３のｃ点の温度を測定し、ラック内の温度分布を求めた場合に、同図（ｂ）に示すように、ａ、ｂ点で許容温度の上限である例えば35℃を大きく越え、その他の点ではそれ以下になるような温度分布、即ち、ａ点を中心にホットスポットが形成されるような温度分布となった場合には、冷却機３の配設位置が不適当と判断されるが、冷却機３をａ点寄りに移動させてａ点を冷却するためには、冷却機３と熱源機４との間の冷媒配管を取り外し、別の冷媒配管で接続する必要が生ずる。

この場合、冷媒配管の作業にはロー付けなど火を使用する必要があるため、作業が困難になるという問題点もあった。なお、図４（ｂ）において、横軸は温度、縦軸は位置を示す。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、ラックによって異なる位置にホットスポットが発生するような場合でも、的確な冷却ができるラックマウント式冷却装置を提供することを目的とする。

この発明に係るラックマウント式冷却装置は、複数の情報処理装置を収容したラック、圧縮機と凝縮器と絞り装置と蒸発器とからなる冷媒回路を形成する熱源機及び上記熱源機の蒸発器と熱交換するようにされ、上記ラック内に収容されて上記情報処理装置を冷却する冷却機を備えたラックマウント式冷却装置において、上記情報処理装置の稼動中における温度分布から求められた上記ラック内のホットスポットの近傍に上記冷却機を配設し、上記冷却機をカバーするカバー本体と、このカバー本体に着脱自在に装着されると共に装着時の向きが選択可能となるように形成され、装着時の向きに応じて風の吹き出し方向を変更することが可能な吹き出し部とを有するカバーを備えたものである。

この発明に係るラックマウント式冷却装置は上記のように構成されているのに加えて、熱源機と冷却機とを接続する冷媒配管に後述のように、逆止弁付きで着脱が容易なジョイント付きのものを使用することにより、ホットスポットの近くへの冷却機の移動あるいはホットスポット近傍での冷却機の設置がラック内の情報処理装置の稼動中においても容易に実施することができ、メンテナンスが容易となる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図にもとづいて説明する。図１（ａ）は、実施の形態１の構成を示す概略図で、サーバルーム等の情報処理室（図示せず）に設置された多数のラックのうちの３個を示すものである。

図１に示すように、３個のラック１Ａ、１Ｂ、１Ｃのそれぞれには複数の情報処理装置２Ａ、２Ｂ、２Ｃが収容され、各ラックには適宜の位置に冷却機３Ａ、３Ｂ、３Ｃが配設されている。各冷却機は、それぞれのラックに収容されている情報処理装置の稼動中における温度分布から求められた、それぞれのホットスポットの近傍に位置するように配設されている。

図１（ｂ）はラック１Ｃの温度分布を一例として示すもので、ラック１Ｃに黒丸で示すａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆの各位置における温度を示したものである。
いずれの位置においても許容温度の上限である例えば35℃を越えていないが、ａ点とｄ点にホットスポットが形成され、ｄ点に隣接した位置に冷却機３Ｃが配設されている。

この位置に冷却機３Ｃが配設されていなければ、ｄ点の温度は図４（ｂ）に示すように、許容温度の上限を越えていたもので、実施の形態１により冷却機３Ｃがｄ点に隣接した位置に配設された結果、35℃以下となったものである。同様にａ点においても、許容温度の上限を越えるホットスポットが形成される場合には、その近傍に別の冷却機が配設されることは言うまでもない。

また、ラック２Ｂには、その下端部に比較的スペースの余裕があったため、熱源機４をこのスペースに設置した例を示している。ラック内に十分な設置スペースが存在しない場合には、二重床が形成されている情報処理室（図示せず）の床下に設置する場合もある。

熱源機４は、図示していないが、圧縮機と凝縮器と絞り装置と蒸発器とからなる周知の冷媒回路を形成しており、各冷却機３Ａ、３Ｂ、３Ｃとは冷媒配管５Ａ、５Ｂ、５Ｃによって接続され、熱源機４の蒸発器で熱交換された水、ブラインあるいはフッ素系不活性液体が各冷却機に供給されるようになっている。

また、熱源機４と各冷却機とを接続する冷媒配管５Ａ、５Ｂ、５Ｃは両端部にそれぞれ逆止弁付きで、かつワンタッチで着脱が容易にできるジョイント構造の接続部が形成されているため、熱源機４あるいは冷却機３Ａ、３Ｂ、３Ｃとの接続をロー付けなしで容易に切り離し、あるいは接続することができる。

従って、各ラックのホットスポットに対応して冷却機の設置個所を変更したり、新規に設置することが容易で、各ラックに収容された情報処理装置の稼動中においても容易に実施することが可能である。なお、着脱が容易にできるジョイントは周知のものであり、市販されているものを利用するため、図示及び詳細な説明は省略する。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図にもとづいて説明する。図２は、実施の形態２の概略構成を示す側面図で、（ａ）は下方に冷風を吹き出す場合、（ｂ）は上方に冷風を吹き出す場合を示している。実施の形態２は上述した冷却機３Ａ、３Ｂ、３Ｃに装着するカバーに関するもので、冷却機からの冷風の吹き出し方向を調整可能にした構成を提供するものである。熱源機及び冷却機の構成並びにラックと、そこに収容される情報処理装置については実施の形態１と同様であるため説明を省略する。

実施の形態２における冷却機のカバー１０は吸込部１１を有するカバー本体１２と、このカバー本体１２に着脱自在に装着され、冷風の吹き出し方向を調整し得るようにされた吹出部１３とから構成されている。カバー本体１２は、冷却機３Ａ、３Ｂ、３Ｃがその正面からの概略構成を図１（ａ）に示すように、横長で高さが低い構成であるため、カバー本体１２も図２（ａ）（ｂ）に示すように、おおむね平板状に形成されている。

吹出部１３は所定の位置に吹出口１４が形成され、側面部にカバー本体１２に対する差し込み構造の装着部（図示せず）と、カバー本体内に連通する風路形成用の孔（図示せず）が設けられており、装着部は吹出口１４の向きが上下、左右、斜め方向のいずれにも向く状態で差し込み、取り外し可能とされている。

図２（ａ）は吹出部１３の吹出口１４が下方に向いた状態でカバー本体１２に装着された状態を示し、図２（ｂ）は吹出部１３の吹出口１４が上方に向いた状態でカバー本体１２に装着された状態を示しているが、これは一例であって、吹出口１４は上述のように、その他のいずれの方向に向けることも可能である。

実施の形態２は上記のように構成されているため、ラック１Ａ、１Ｂ、１Ｃに配設する場合には、上述のように、ホットスポットの近傍に配設するが、ホットスポットが冷却機の上方になる場合には、吹出部１３の吹出口１４を上方に向けて配設し、ホットスポットが冷却機の下方になる場合には、吹出口１４を下方に向けて配設するものである。
このような吹出部１３を備えたカバー１０を冷却機に装着しておくことにより、ホットスポットの冷却を効果的に行なうことができる。

なお、冷却機３Ａ、３Ｂ、３Ｃの周辺温度は全周にわたって均一ではなく、位置によって温度の高い部分と低い部分とがある。従ってカバー本体１２の吸込部１１の位置をカバー本体１２の上下、左右あるいは吹出部１３の後方位置などへ適宜変更することにより、冷却機への吸込み温度を変えるようにすれば、それに応じて冷却機の吹出し温度を容易に高くしたり、低くしたりすることができる。このため、吸込部１１をカバー本体１２の適宜の個所に設け、それぞれを開口、閉塞可能な構成とすることにより選択的に使用できるようにしている。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３を図にもとづいて説明する。図３は、実施の形態３における熱源機４及び冷却機３の構成を示す冷媒回路図である。
実施の形態１及び２においては、熱源機４の圧縮機４１、凝縮器４２、絞り装置４３及び蒸発器４４によって形成される冷媒回路５１は１回路のみであるが、実施の形態３においては、上記の冷媒回路５１（第１の冷媒回路）に加えて、圧縮機４１Ｂ、凝縮器４２Ｂ、絞り装置４３Ｂ及び蒸発器４４Ｂによって形成される第２の冷媒回路５１Ｂを設け、第１の冷媒回路５１の凝縮器４２と第２の冷媒回路５１Ｂの凝縮器４２Ｂとを図３に示すようにファン４２Ｃを共通にして一体化している。

また、第１の冷媒回路５１の蒸発器４４と第２の冷媒回路５１Ｂの蒸発器４４Ｂとを共通プレートフィンとして一体化すると共に、冷却機３の熱交換部４４Ｃを上記共通プレートフィンに一体的に形成して両蒸発器４４、４４Ｂとの熱交換が可能な構成としている。

また、冷却機３の冷媒としては水、ブラインあるいはフッ素系不活性液体が使用されると共に、図示のように熱源機４側のタンク４５に貯留され、ポンプ４６によって冷媒配管４７に送出され、着脱容易なジョイント３１によって接続された冷却機側の冷媒配管３２を経て複数の冷却部３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃに供給される。図３では冷却部が３個接続される場合を示しており、これらの冷却部は図１における冷却機３Ａ、３Ｂ、３Ｃに相当する。
３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃはそれぞれの冷却部に設けられた吹き出し用のファンである。

この実施の形態では、２つの冷媒回路５１、５１Ｂを形成しているため、いずれか１つの冷媒回路が故障しても他の冷媒回路によって冷却機能を維持することができ、また、その間に故障した冷媒回路の修理やメンテナンスができるため、情報処理装置などのように冷却機能を停止させることができない機器への故障によるダメージを軽減することができる。

また、図３に示すように、一方の冷媒回路５１Ｂの圧縮機４１Ｂの出口部と蒸発器４４Ｂの入口部または出口部との間に電磁弁４８Ｂと絞り装置４９Ｂとからなる容量制御手段を凝縮器４２Ｂをバイパスする形で設ければ、ラックの情報処理装置の負荷の変化時、例えば冷え過ぎの際に電磁弁４８Ｂを開放することによって第２の冷媒回路をバイパスさせ冷却能力を低下させることによって結露の発生を防止することができる。

更に、ポンプ４６の出口配管部（出口温度）、冷却機３からの戻り冷媒配管４７の温度（入口温度）のうち少なくとも１つを検出する検出手段、例えばサーミスタ３６または３７を配管表面に設け、例えば出口温度を一定に制御すれば、入口温度に応じて圧縮機の台数制御または容量制御を行なうことができる。
また、出口温度が変化する場合は、出入口の温度差にもとづいて上記制御を実行することにより、負荷に応じた能力を発揮することができると共に、消費電力の削減や圧縮機の長寿命化を図ることができる。

また、冷却機３内の冷却部３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃの下部に結露センサ３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃを設け、結露の検出時に熱源機４を停止させることもできる。
結露センサの代わりに冷却機に温度センサ及び湿度センサを設け、これらのデータから露点温度を計算し、冷媒の温度を露点温度以上に制御するようにしてもよい。

また、熱源機４がラック内に設置され、湿度条件が同じである場合には、熱源機４の凝縮器吸込口に温度センサ、湿度センサを設け、それらのデータにもとづいて露点温度を計算し、冷媒の温度をその露点温度以上に制御するようにしてもよい。この場合には各冷却機に結露センサもしくは温度センサ、湿度センサを設ける必要がない。

なお、タンク４５に貯留する冷媒としてはフッ素系不活性液体を使用するのが望ましい。何となればこのフッ素系不活性液体は絶縁性であるため、万一、冷媒配管４７から漏れた場合でも情報処理装置２Ａ、２Ｂ、２Ｃをショートさせ高価な情報処理装置を破壊することがなく、高い信頼性を保持できるためである。

また、情報処理装置２Ａ、２Ｂ、２Ｃが稼動中に冷却機３Ａ、３Ｂ、３Ｃをラック１Ａ、１Ｂ、１Ｃ内に設置する場合にも、冷媒が水の場合のように細心の注意を払う必要がないため、作業が容易となるものである。
更に、フッ素系不活性液体は揮発性が高いため、漏れても蒸発する点も作業が容易にできる一因である。

ただし、フッ素系不活性液体は絶縁性が高いため、循環している時に接触する部材との摩擦により静電気を発生する場合があり、この静電気によって接液部材にピンホールができるなどの問題があるため、ポンプ４６の内壁の材料やプロペラには絶縁性の高くない樹脂または金属を使用して、上記の問題点を回避する必要がある。

この発明の実施の形態１の構成を示す概略図で、（ａ）は構成図、（ｂ）は温度分布図である。 この発明の実施の形態２の概略構成を示す側面図である。 この発明の実施の形態３における熱源機及び冷却機の構成を示す冷媒回路図である。 従来のラックマウント式冷却装置におけるホットスポット発生状況を示す説明図である。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ ラック、 ２Ａ、２Ｂ、２Ｃ 情報処理装置、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ 冷却機、 ４ 熱源機、 ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ 冷媒配管、 １０ カバー、 １１ 吸込部、 １２ カバー本体、 １３ 吹出部、 １４ 吹出口、 ３１ ジョイント、 ３２ 冷媒配管、 ３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ冷却部、 ３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ ファン、 ３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃ 結露センサ、 ３６、３７ サーミスタ、 ４１、４１Ｂ 圧縮機、 ４２、４２Ｂ 凝縮器、 ４２Ｃ ファン、 ４３、４３Ｂ、４９Ｂ 絞り装置、 ４４、４４Ｂ 蒸発器、 ４４Ｃ 熱交換部、 ５１ 第１の冷媒回路、 ５２ 第２の冷媒回路。

Claims (9)

1. 複数の情報処理装置を収容したラック、圧縮機と凝縮器と絞り装置と蒸発器とからなる冷媒回路を形成する熱源機及び上記熱源機の蒸発器と熱交換するようにされ、上記ラック内に収容されて上記情報処理装置を冷却する冷却機を備えたラックマウント式冷却装置において、上記情報処理装置の稼動中における温度分布から求められた上記ラック内のホットスポットの近傍に上記冷却機を配設し、
   上記冷却機をカバーするカバー本体と、このカバー本体に着脱自在に装着されると共に装着時の向きが選択可能となるように形成され、装着時の向きに応じて風の吹き出し方向を変更することが可能な吹き出し部とを有するカバーを備えたことを特徴とするラックマウント式冷却装置。
2. 上記熱源機を上記ラック内または上記ラックを設置した情報処理室の床下に設置したことを特徴とする請求項１記載のラックマウント式冷却装置。
3. 上記カバー本体の上下、左右および上記吹き出し部の後方のうち少なくとも２箇所には、それぞれ開口、閉塞可能に構成された吸込部を形成し、これらの吸込部を選択的に使用する構成としたことを特徴とする請求項１記載のラックマウント式冷却装置。
4. 上記冷却機内の冷媒として水、ブラインまたはフッ素系不活性液体を使用したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項記載のラックマウント式冷却装置。
5. 上記冷却機内の冷媒としてフッ素系不活性液体を使用すると共に、循環用ポンプの内壁またはプロペラを絶縁性の高くない樹脂または金属で形成したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項記載のラックマウント式冷却装置。
6. 上記熱源機の冷媒回路を、それぞれ独立した２つ以上の冷媒回路で構成したことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項記載のラックマウント式冷却装置。
7. 上記圧縮機の出口部と上記蒸発器の入口部との間には、上記凝縮器をバイパスして冷媒を流通させることが可能な容量制御手段を設け、上記容量制御手段により容量制御を行なうことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項記載のラックマウント式冷却装置。
8. 上記２つ以上の冷媒回路の蒸発器の入口側及び出口側のうち少なくとも一方における被冷却媒体の温度を検出する検出手段を設け、上記検出手段の検出温度にもとづいて上記各冷媒回路の圧縮機の運転台数制御または容量制御を行なうことを特徴とする請求項６記載のラックマウント式冷却装置。
9. 上記熱源機と冷却機は、両端部にそれぞれ逆止弁付きで、ワンタッチで着脱可能なジョイント構造の接続部を有する冷媒配管によって接続されることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項記載のラックマウント式冷却装置。

Images