JP4919512B2 - コンピュータ室の空気調和システム及びその送風ラック - Google Patents

Description

本発明は、空気を調和する空気調和システムに係り、特に、データセンターのコンピュータ室のようなサーバーやルータなどのＩＣＴ装置のような高発熱装置が設置された施設の空気調和システムに関する。

従来よりデータセンター等のコンピュータシステムの大型化に伴い、作業量も多くコンピュータシステムの発熱量も多く、コンピュータ装置への冷却が十分ではなく、コンピュータシステムがダウンする事故が多く発生している。
このため、特許文献１に開示されるように、本出願人らによって、コンピュータシステムで、空気調和システムの送風機に異常が生じた場合の対策として、空気調和機を配備した空調制御する施設において、空気調和機は少なくとも独立駆動する二台以上のファンモータ及びファン並びに二台以上のコイルを備え、該ファンモータは回転制御のためのインバータを備え、通常運転時は全てのファンモータを駆動するとともに全てのコイルを稼働し、どれか１台ファンが停止した異常運転時には駆動しているファンモータの回転数をインバータにより高めるとともにコイルへの熱媒体の供給量を調整し、又は、どれか１台のコイルの稼働が停止した異常運転時には稼働しているコイルへの熱媒体の供給量を調整して、通常運転時の空気調和状態とほぼ同等の状態に維持する空気調和システムが提案されている。
特開2007-232312号公報

ところで、従来のデータセンターでは均一的に床下から空気調和機からの冷気をラックに送風し、天井からラックからの排気を空気調和機に還気しているが、近時、ＣＰＵの処理能力の向上、ブレードサーバーの普及に伴い、これらサーバーやルターなどのＩＣＴ(Information and Communication Technology)装置のような高発熱を伴う装置も急激に高性能・大容量化し、コンピュータシステムが必要とする冷却空気量が急激に増加している。
そのため、発熱量が大きくなると、冷却する風量も多くなるため、風速が強くなり、床の送風口から上方に一気に吹き上がってしまい、ラックのサーバに吸い込まれず、従来の空気調和システムでは、大部分の冷気がそのまま天井の還気口に吸収されてしまうという不都合があった。
また、部屋の低位置のサーバーからの温度上昇した排気が、コンピュータ室内に拡散し、床からの冷気と混合してしまい折角の冷気温度を上昇させてしまうという不都合があった。
更に、冷気が効率よくサーバーラックを通過しないので、サーバーラックの発熱負荷に対して、排気風量運転と床下からの吹き出し風量の設定や運転整合の設定を図ることが難しい等の不都合があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、高発熱の電子装置を収納した複数のラック列が配置された施設において、空気調和機の冷気でラック内の電子装置を効率よく冷却し、電子装置を冷却した排気も効率よく還気して空気調和機に戻す空気調和システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、電子装置を収納した複数のラック列が並列に配置された施設において、対向するラック列間の空間が冷却空間領域と排熱空間領域とに交互に配置され、該ラック列の所定の箇所には送風ラックを配置し、該送風ラックの一方の面に水平又は下向き方向に送風する給気ファンを設けて空気調和機からの冷却空気を冷却空間領域に供給し、該冷却空間領域の冷却空気は電子装置を通過させて排熱空間領域に排気し、前記送風ラックの反対側の面に該排熱空間領域の空気を吸い込む排気ファンを設け、該排熱空間領域の排気を空気調和機に還気することを特徴とするコンピュータ室の空気調和システムである。

請求項２の発明は、電子装置を収納した複数のラック列が並列に配置された施設において、対向するラック列間の空間が冷却空間領域と排熱空間領域とに交互に配置され、該ラック列の所定の箇所には送風ラックを配置し、該送風ラックは一方の面に水平又は下向き方向に送風する給気ファンを設けて空気調和機からの冷却空気を冷却空間領域に供給し、該冷却空間領域の冷却空気は電子装置を通過させて排熱空間領域に排気し、前記送風ラックは反対側の面に前記排熱空間領域の空気を吸い込む排気ファンを設け、前記ラックの内側には、給気ファンを有する空間と排気ファンを有する空間との間に空気の流れを遮蔽する遮蔽板を設け、該排熱空間領域の排気を空気調和機に還気することを特徴とするコンピュータ室の空気調和システムにおける送風ラックである。
請求項３の発明は、 前記供給ファンは上下方向に複数設け、少なくとも床からの高さが異なるように配列したことを特徴とする請求項２に記載のコンピュータ室の空気調和システムにおける送風ラックである。
請求項４の発明は、前記送風ラックの高さは、隣り合う電子装置を収納したラックの高さと同じにすることを特徴とする請求項２又は３に記載のコンピュータ室の空気調和システムにおける送風ラックである。

本発明によれば、コンピュータ室において、電子装置を収納した複数のラック列の空間が冷却空間領域と排熱空間領域とに交互に配置するようにしたので、冷却空間領域に排熱が混ざって、せっかくの冷気の温度の上昇を防ぎ、送風ラックでは水平又は下向き方向に送風する給気ファンを設けて空気調和機からの冷却空気の方向を変えて冷却空間領域に供給するので、冷却する風速が強くても、従来のように床の送風口から一気に上方に吹き上がってしまうようなことがなく、高さ方向に複数の送風ファンを設けることにより、高さ方向での送風の強さの分布を任意に設定でき、また、冷却空気が冷却空間領域に留まるようにでき、ラック内の電子装置を通過する風量を多くして、これら電子装置を効率よく冷却することができる。更に、ラック列中で発熱量が偏在しても、送風ラックの密度や配置を変えることで温度分布を平均化でき、その結果、排気風量運転と床下からの吹き出し風量の設定や運転整合の設定が容易となる。

本発明の好適なサーバーやルターなどのＩＣＴ(Information and Communication Technology)装置をラック列に収納したデータセンターのコンピュータ室における空気調和システムの実施例を図面に沿って説明する。
図１はデータセンター施設のコンピュータ室１の１部を示す平面図で、部屋１にはサーバーやルータ等の電子装置を収納したラック２を直線上に並べたラック列３(31,32,33,34)が、平行に４列並列されている(図１は、例として、ラック列は４列であるが何列であっても同じである)。
コンピュータ室１であって、ラック列３の末端部近傍には、空気調和機４が設置され、図１の(2)−断面図である図２に示すように、コンピュータ室１も床１１下には冷気通路111が設けられ、この冷気通路111に空気調和機４の送風機４１から冷気ＳＡを供給し、吹出グリル又は開口１２から上方に吹き出し、他方、コンピュータ室１の天井１３に設けられた吸気グリル１４で電子装置を冷却した排気を吸気して、還気ダクト１５を介して還気ＲＡとして空気調和機４の吸入口４２に戻り、冷房能力を有するコイル４３によって冷却されて、再び送風機４１から冷気ＳＡを供給する。

ラック列３、例えばラック列３２では、多数の電子装置を収納したラック２が直線状に密着して配置(ラック数が２０)されているが、送風ラック５がラック列３２の中に配置されており、ラック列３２中の各ラック２の発熱量に応じて、その位置や数が設定される。例えば、ラック列３２では、送風ラック５は、図１の左から図で黒く塗られた矩形２,５,９,１３,１８番目に位置し、その他は通常のサーバー等を収納したラック２である。
送風ラック５の構造の詳細は後述するが、ラック２のラック列３２の１３番目の送風ラック５の位置での図１(3)−(3)の側断面図を図３に示して、図１について更に説明する、
先ず、前提として通常のデータセンター施設のコンピュータ室１の構成として、電子装置を収納した複数のラック列３(31,32,33,34)が並列に配置されているが、図１において、ラック列３が対向する空間を冷却空間領域と排熱空間領域とに交互に配置するように設定する。この実施例では、ラック列３１と３２とに挟まれた空間を冷却空間領域Ｃ１、ラック列３２と３３とに挟ませた空間を排熱空間領域Ｈ１、ラック列３３と３４との挟まれた空間を冷却空間領域Ｃ２と設定している。

図３において、ラック列３１の送風ラック５ａでは、床１１下からの吹出グリル又は開口１２の冷気ＳＡを送風ラック５a内に吸い込み、送風ラック５aの斜めに設けた遮蔽板５１aによって風向きを右側(図３)水平方向に変え、ラック前面(図3、右側面)に設けた複数の給気ファン５２によって冷却空間領域Ｃ１に水平又は下向き方向に送風する。空気調和機４からの冷気ＳＡは、冷却空間領域Ｃ１の左右方向を含めた水平方向に供給される。
同様に、ラック列３２の送風ラック５ｂでは、床１１の吹出グリル又は開口１２から冷気ＳＡを送風ラック５ｂ内に吸い込み、送風ラック５ｂの斜めに設けた遮蔽板５１によって風向きを左側(図３)水平方向に変え、ラック前面(図3、左側面)に設けた複数の給気ファン５２によって冷却空間領域Ｃ１に水平又は下向き方向に送風する。

このような構成により、空気調和機４からの冷気ＳＡは、この給気ファン５２により一気に天井へ向かうことなく、冷却空間領域Ｃ１の左右方向を含めた水平方向に供給され、冷却空間領域Ｃ１を形成する。
この冷却空間領域Ｃ１の冷却空気は、送風ラック５a,５bの左右に位置する発熱する電子装置が収納されたラック列３２のラック２に吸い込まれ、通過しながら電子装置の発熱部分を冷却して、冷却空気は排熱され排気となってラック列３２(31)の反対側の温度が上昇した排熱空間領域Ｈ,Ｈ１に排出される。
この排熱空間領域Ｈ１には、同様に、ラック列３３により形成される次の冷却空間領域Ｃ２から、ラック列３３のラック２の電子装置の発熱部分を冷却した排気が排出され、排熱空間領域Ｈ１が形成される。
排熱空間領域Ｈ１(Ｈ)の温度が上昇した排気は、送風ラック５b,５cの給気ファン５２の空間と遮蔽板を隔てて反対側の排気ファン５３によって吸い込まれ、送風ラック５b,５c及び排気ファン５３のほぼ真上に位置する天井１３に設けられた吸気グリル１４で吸気され、還気ダクト１５を介して還気ＲＡとして空気調和機４の吸入口４２に戻る。
したがって、ラック列３が対向する空間を冷却空間領域Ｃ１,Ｃ２と排熱空間領域Ｈ,Ｈ１とが交互に配置され、ラック列３で各冷却空間領域Ｃ１,Ｃ２と排熱空間領域Ｈ,Ｈ１とが比較的明確に隔てられ、排熱空間領域Ｈ,Ｈ１の温度が上昇した空気が、冷却空間領域Ｃ１，Ｃ２に流れ込む量が少なくなる。

[送風ラック]
次に、送風ラック５の構造の詳細を説明する。
図４は、送風ラック５の実施例１で、図４(a)は全体の前面図、図４(b)は上方から平面図、図４(c)は側面図である。
本実施例での送風ラック５の外枠５４は、発熱部分を有する電子装置を収納する隣り合うラック２とほぼ同じ高さ、及び同じ奥行寸法にしてあり、前面には前面パネル541にはパネルの全面に亘って、小型の供給ファン５２を上下方向に複数(６台)設け、この複数台の配列は、床からの高さが異なるように設置し 、床から天井に近い上面パネル544に亘って、ほぼ均等距離を置いて整然と上下方向に２列６台の合計１２台が配置されている。この送風ラック５の外枠５４の高さを、他の電子装置を収納するラック２と同じ高さ奥行きにしたことは、コンピュータ室内でのラック列３の高さを送風ラック５を含めてほぼ同じにして、各冷却空間領域Ｃ１,Ｃ２と排熱空間領域Ｈ,Ｈ１とを比較的明確に隔てて形成するためである。勿論、送風ラックを後から増設する場合や、互いの規格が異なる場合等もあるので、ラックの高さは、必ずしも、統一する必要はない。
また、送風ラック５の左右側面には空気の通過がないような板状の側面パネル542,543が設けられている。排気空間側で排気空間に連なる天井側の上面には大型の排気ファン５３を１台を取り付けた上面パネル544が設けられる。更に、底面545には吹出グリル又は全面開口１２に対応して冷気ＳＡを取り込む開口が設けられ、背面546には排気を吸い込む面であるので全面開口である。小型の給気ファン５２の数が多いほど１台当たりの風速は弱くなり、高さ方向の風速分布も細かく設定でき、冷却空間領域を形成し易く、８台から１６台でその効果が顕著で本実施例１の１２台が最適であった。

図４(ｃ)に示すように、遮蔽板５１を設けることが必要であるが、この遮蔽板５１は、送風ラック５の給気ファン５２を有する空間Ａと排気ファン５３を有する空間Ｂとの間に空気の流れを遮蔽するように設けられ、給気ファン５２を有する空間Ａでは吹出グリル又は開口１２側が広く、天井に向かうに従い狭くなるように、また、遮蔽板５１背面の排気ファン５３の近傍では広くなるように、側面から見て斜めに設けられている。
この遮蔽板５１の適所には、給気ファン５２及び排気ファン５３を制御する制御ボックス５６が設けられ、制御ボックス５５は操作パネル５６での設定により操作され、電源プラグより電源が供給される。
この実施例１では、早い風速の大量の冷気ＳＡが吹出グリル又は開口１２から送り込まれても、遮蔽板５１にぶつかり減速して主に水平方向に風向きが変更され、更に、６台の給気ファン５２によって広範囲に分散して水平方向に送風されるので、風速も弱く、一気に天井１３の吸気グリル１４に向かうことがなく、冷気空間領域に漂い、送風ラック５の周囲の電子装置を収納したラック２に吸い込まれ、十分に電子装置を冷却してラック２の反対側に送風されて排熱空間領域Ｈ,Ｈ1に排出され、温度が上昇した排気は、再び送風ラック５の排気ファン５３に吸い込まれて、吸気グリル１４で吸気され、還気ダクト１５を介して還気ＲＡとして空気調和機４の吸入口４２に戻る。本実施例１では、排気ファン５３については、大型のファンを１台にしたので、コストが軽減され保守も容易である。
また、遮蔽板５１の裏表では、冷気と排気が存在することから、温度差が生じるので冷気を暖めないように、遮蔽板５１面に断熱材を貼り付けてもよい。

図５は、送風ラック５の他の実施例２で、図５(a)は全体の前面図、図５(b)は上方から平面図、図５(c)は側面図である。基本的には図４の実施例１と同じであり、同じ構成についての説明は省略するが、実施例１と異なるのは、天井側の上面には上面パネル544(図４)は無くして排気開口544Aとし、また、背面546には背面パネル546Aを設けて、背面パネル546Aの全面に亘って、複数の排気ファン53A、２列６段の合計１２台の排気ファン５３(前面も背面も同じように複数の小型ファンを設置)を設けて、満遍なく広い範囲から排気を吸込んで、排気開口544Aから天井１３の吸気グリル１４に送り込む点である。
この実施例２でも、早い風速の大量の冷気ＳＡは、遮蔽板５１にぶつかり減速して主に水平方向に風向きが変更され、更に、複数の給気ファン５２によって広範囲に分散して水平方向に送風されるので、風速も弱く冷気が漂う冷気空間領域を形成し、自然に周囲の電子装置を収納したラック２に吸い込まれ、十分に電子装置を冷却してラック２の反対側に送風されて排熱空間領域Ｈ,Ｈ1に排出され、温度が上昇した排気は、再び送風ラック５の排気ファン５３に吸い込まれて、吸気グリル１４で吸気され、還気ダクト１５を介して還気ＲＡとして空気調和機４の吸入口４２に戻る。本実施例２では、複数の小型の排気ファン53Aを設けたので、満遍なく広い範囲から排気を吸込むので、排熱空間領域Ｈ,Ｈ１での温度の偏在が少なくなる。

この送風ラック５の複数の給気ファン５２が存在する前面において、冷気空間領域Ｃ１，Ｃ２を形成する状態を図６に示して説明する。
送風ラック５の左右両側及び正面側(図示せず)には電子装置を内蔵したラック２が配置され、そのパネル２１は風通しが良いように、パンチング等による細孔211が施されたパネル２１であり、電子装置の送風ファン２２が設けられている。送風ラック５の複数の給気ファン５２からの冷気ＳＡは、左右や正面側の水平方向或いは若干下向きに送風されているので、水平移動してラック２のパネル２１の細孔211や電子装置の送風ファン２２に吸い込まれ、電子装置の発熱部材を冷却して、排熱空間領域Ｈ,Ｈ１に排気する。
続いて、実施例１の送風ラック５の背面での排熱空間領域Ｈ,Ｈ１から排気する状態を図７に示して説明する。
ラック２内で電子装置の発熱部材を冷却し、温度が上昇した冷気は排気となって、図６でのラック２の反対側のラック２のパネルの細孔(２１１)や電子装置等の排気ファン２３から、排熱空間領域Ｈ,Ｈ１に排気される。この排熱空間領域Ｈ,Ｈ１に漂う排気は、実施例１の送風ラック５の上面パネル５４４に設けられた大型の排気ファン５３によって集められ、吸気グリル１４で吸気され、還気ダクト１５を介して還気ＲＡとして空気調和機４に戻る。

以上のように、本実施例では、送風ラック５の高さ方向に６台２列の送風ファン５２を設けて、各送風ファン５２の送風量を制御することにより、送風ラック５の高さ方向での風量の分布を任意に設定でき、また、冷却空気が冷却空間領域により留まるようにできる。この結果、ラック２内の電子装置を通過する風量を多くすることができ、ラック２内の電子装置を効率よく冷却することができる。
更に、ラック列３中で発熱量が偏在することがあっても、送風ラック５の密度や配置を適宜変えることで全体として温度分布を平均化できる。また、ラック２自体で発熱量が偏在することがあっても、送風ラック５自体に供給ファン５２が上下方向に床からの高さが異なるように配列されているので、この複数の各送風ファン５２の送風量を制御することにより、局部的なラック２においても温度分布を平均化できる。送風ファン５２は小型で多ければ多いほど、冷気の分布を細かく設定できるが、余り多くなると送風ファン５２の制御やメンテナンスが面倒になる。

このように、コンピュータ室において、電子装置を収納した複数のラック列３の空間が冷却空間領域Ｃ１，Ｃ２と排熱空間領域Ｈ，Ｈ１とに交互に配置するようにしたので、冷却空間領域Ｃ１，Ｃ２に排熱が混ざって冷気の温度が上昇することを少なくし、送風ラック５では水平(又は下向き)方向に送風する給気ファンを設けて空気調和機からの冷却空気の方向を変えて冷却空間領域に供給するので、床からの冷却した上方向への風速が強くても、従来のように床の送風口から一気に上方に吹き上がってしまうようなことがなく、送風ラック５の高さ方向に複数の送風ファンを設けているので高さ方向での送風の強さの分布を任意に設定でき、冷却空気を冷却空間領域Ｃ１，Ｃ２に留まるようにでき、ラック２内の電子装置を通過する量が多くなり、これら電子装置を効率よく冷却することができ、その結果、排気風量運転と床下からの吹き出し風量の設定や運転整合の設定が容易となる。

なお、本発明の特徴を損うものでなければ、上記の実施例に限定されるものでないことは勿論である。
例えば、実施例では、送風ラック５の給気ファン５２の吹出方向を水平方向にしているが、冷気が一気に天井の吸気グリル１４に向かう方向でなければ、下向方向、及び、左右水平方向は勿論のこと、正面側や多少斜め上向きでもよく、要は、冷気が冷却空間領域Ｃに漂うような吹出方向であればよい。また、送風ラック５の各送風ファンの制御は、所定箇所に設けた温度センサーに連動して、自動制御するようにしてもよい。

本発明の実施例のコンピュータ室のラック列の配列図、 図１の(2)−線での空気調和機４とラック列の配置関係を示した側断面図、 図１の(3)−(3)線での側断面図である。 本発明の実施例１の送風ラックの図で、図４(a)は全体の前面図、図４(b)は上方から平面図、図４(c)は側面図である。 本発明の実施例２の送風ラックの図で、図５(a)は全体の前面図、図５(b)は上方から平面図、図５(c)は側面図である。 送風ラック５が冷気空間領域Ｃ１，Ｃ２を形成する状態の説明図である。 図６の背面側の送風ラック５が排熱空間領域Ｈ,Ｈ１から排気を吸い込む状態の説明図である。

符号の説明

Ｃ１，Ｃ２…冷気空間領域、Ｈ，Ｈ１…排熱空間領域
１…コンピュータ室、１１…床、111…冷気通路、
１２…開口(吹出グリル）、１３…天井、１４…吸気グリル、１５…還気ダクト、
２…ラック、21…パネル、211…細孔、22…送風ファン、23…排気ファン
３,31,32,33,34…ラック列
４…空気調和機、４１…ファン、４２…吸入口、４３…コイル、
５,5a,5b,5c,5d…送風ラック、５１…遮蔽板、５２…給気ファン、
53、53A…排気ファン、５４…外枠、541…前面パネル、542,543…側面パネル、
544,544A…上面パネル、545…底面、546,546A…背面、
５５…制御ボックス、５６…操作パネル

Claims (4)

1. 電子装置を収納した複数のラック列が並列に配置された施設において、
   対向するラック列間の空間が冷却空間領域と排熱空間領域とに交互に配置され、
   該ラック列の所定の箇所には送風ラックを配置し、
   該送風ラックの一方の面に水平又は下向き方向に送風する給気ファンを設けて空気調和機からの冷却空気を冷却空間領域に供給し、
   該冷却空間領域の冷却空気は電子装置を通過させて排熱空間領域に排気し、前記送風ラックの反対側の面に該排熱空間領域の空気を吸い込む排気ファンを設け、
   該排熱空間領域の排気を空気調和機に還気することを特徴とするコンピュータ室の空気調和システム。
2. 電子装置を収納した複数のラック列が並列に配置された施設において、
   対向するラック列間の空間が冷却空間領域と排熱空間領域とに交互に配置され、
   該ラック列の所定の箇所には送風ラックを配置し、
   該送風ラックは一方の面に水平又は下向き方向に送風する給気ファンを設けて空気調和機からの冷却空気を冷却空間領域に供給し、
   該冷却空間領域の冷却空気は電子装置を通過させて排熱空間領域に排気し、前記送風ラックは反対側の面に前記排熱空間領域の空気を吸い込む排気ファンを設け、
   前記ラックの内側には、給気ファンを有する空間と排気ファンを有する空間との間に空気の流れを遮蔽する遮蔽板を設け、
   該排熱空間領域の排気を空気調和機に還気することを特徴とするコンピュータ室の空気調和システムにおける送風ラック。
3. 前記供給ファンは上下方向に複数設け、少なくとも床からの高さが異なるように配列したことを特徴とする請求項２に記載のコンピュータ室の空気調和システムにおける送風ラック。
4. 前記送風ラックの高さは、電子装置を収納した隣り合うラックの高さと同じにすることを特徴とする請求項２又は３に記載のコンピュータ室の空気調和システムにおける送風ラック。

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