JP5304071B2 - サーバ装置 - Google Patents

Description

本発明は、サーバ装置に関するものである。

サーバ装置の一般的な構成は、管理室内に、サーバと冷却装置を設けたものとなっている。

すなわち、サーバはその演算スピードが向上すればするほど、また小型化、高密度化が進めばすすむほど、発熱量が増加し高温となるので、その動作保証を図るため、上述のごとく管理室内に、冷却装置も設けている（なお、これに類似する先行文献としては、たとえば下記特許文献１がある）。

特開昭６３−２９８５１３号公報

近年ますますＩＴ化が進展し、これに伴い前記管理室内には、複数のサーバが配置されることとなっている。

しかしこのように管理室内に、複数のサーバが配置されると、それに伴い前記冷却装置の能力を大きくしなければならず、この結果としてこの冷却用の電力消費が増加する状態となっている。

更に昨今、サーバの高密度化が急速に進んでおり、この高密度なサーバからの発熱量が極端に大きいため前記管理室内において温度ムラや局所的な高温化（ホットスポット）が発生し、必要以上に前記冷却装置の能力を大きくしなければならず、これにともない電力消費が急増するという課題が発生している。

以上のことを鑑み、本発明は、電力消費の抑制を図ることを目的とするものである。

本発明のサーバ装置は、上記目的を達成するために、管理室と、この管理室内に配置された複数のサーバ室と、前記各サーバ室内に、サーバと、熱交換器を設け、この熱交換器は前記サーバ室内空気の循環をする第一風路と、この第一風路とは非通気状態となった第二の風路とを有し、これら第一風路、第二の風路を熱交換状態に結合するとともに、前記第二の風路内で液体を気化させる気化手段を備え、この気化手段は、風下側を前記管理室に開放して前記第二の風路の前記熱交換器風下側に位置することを特徴とする。そして、本発明によれば、液体の気化熱を利用して熱交換器の第二の風路内の温度を低下させ、高密度化するサーバ発熱を処理するための電力消費を抑制することができるサーバ装置が得られる。

本発明によれば、管理室内に配置された複数のサーバ室に、各々熱交換器を設けて、この熱交換器のサーバ室空気の循環をする第一風路とは非通気状態である第二の風路内の所定位置で液体を気化させることにより、熱交換器の第二の風路内の温度を低下させて高密度化するサーバ発熱を処理するための電力消費を抑制することができるという効果のあるサーバ装置を提供できる。

さらに、気化手段は、風下側を前記管理室に開放して前記第二の風路の前記熱交換器風下側に位置するものであり、気化手段おいて加湿されることにより温度が低下し高湿となった空気が管理室内に送られることになるので、サーバ室の中で仮に発熱量が極めて大きいサーバが配置された場合でも、管理室内の温度平準化が図られるとともに、ホットスポットのような局部的な温度上昇がなくなり、管理室の冷却効率が高められることになり、これにより、局部的な温度上昇エリアの空調負荷に冷却装置の冷却能力を合わせる必要が無くなるので、空調用電力消費を抑制することができる。

本発明の実施の形態１のサーバ装置の断面図 本発明の実施の形態２のサーバ装置の断面図

本発明の請求項１記載の発明は、管理室と、この管理室内に配置された複数のサーバ室と、前記サーバ室内に、複数のサーバを配置するとともに、このサーバ室には、熱交換器を設け、この熱交換器は前記サーバ室内空気の循環をする第一風路と、この第一風路とは非通気状態となった第二の風路とを有し、これら第一風路、第二の風路を熱交換状態に結合するとともに、前記第二の風路内の所定位置で液体を気化させる気化手段を備え、前記気化手段は、前記第二の風路の前記熱交換器風下側に位置するものであり、液体の気化熱を利用して熱交換器の第二の風路内の温度を低下させて高密度化するサーバ発熱を処理するための電力消費を抑制することができるという作用を有する。

さらに、気化手段は、第二の風路の熱交換器風下側に位置するものであり、これにより熱交換器の第二の風路から流出する空気温度を低下せしめて、管理室内の温度ムラを解消し、管理室内を空調する空調機の運転コストを削減することができるという作用を有する。

また、本発明の請求項２記載の発明は、気化手段において気化しきらなかった余剰液体を回収して前記気化手段に還流させるものであり、余剰液体を再利用して使用液量を削減することができるという作用を有する。

また、本発明の請求項３記載の発明は、気化手段に供給する液体を水道水としたものであり、液体の調達を容易にするとともに液体消費に伴うランニングコストを低減することができるという作用を有する。

また、本発明の請求項４記載の発明は、気化手段に供給する液体を純水または超純水としたものであり、これら純水または超純水の導電率の低さによりサーバの信頼性を損なうことなく冷却効果を高めることができるという作用を有する。

また、本発明の請求項５記載の発明は、熱交換器は、温度とともに湿度も交換する全熱交換器としたものであり、第二の風路において気化した水蒸気を全熱交換作用により第一風路側に移行しサーバ室内の湿度を高めることで静電気の発生を抑制することができるという作用を有する。

また、本発明の請求項６記載の発明は、第二の風路には管理室外の空気を流入させ、前記第二の風路通過後の空気は管理室の外部へと放出するものであり、第二の風路においてサーバ排熱や気化した液体成分を含んだ空気が管理室外部に排出されるので管理室内を空調する空調機の運転コストを削減することができるという作用を有する。

また、本発明の請求項７記載の発明は、管理室内に冷却装置を設け、第二の風路通過後の空気を前記冷却装置に供給し、前記冷却装置において空気中に気化した液体成分を凝縮するものであり、空気中の液体成分の濃度上昇を抑制するという作用を有する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１に示すごとく本実施形態のサーバ装置は、屋根１の下方に設けた管理室２と、この管理室２内に配置された複数のサーバ室３ａ、３ｂ、３ｃと、前記管理室２内に配置された冷却装置４ａ、４ｂとを備えている。

前記各サーバ室３ａ、３ｂ、３ｃは側面の一面が開口した箱状となっており、その内部には、棚上に複数のサーバ１４ａ、１４ｂ、１４ｃが配置されている。

また、各サーバ室３ａ、３ｂ、３ｃ側面の開口部には、熱交換器５ａ、５ｂ、５ｃを設けることで、この開口部を覆い、各サーバ室３ａ、３ｂ、３ｃ内と、管理室２内とは非通気状態となっている。

また各熱交換器５ａ、５ｂ、５ｃは、それが設置された前記サーバ室３ａ、３ｂ、３ｃ内の空気を循環させる第一風路６ａ、６ｂ、６ｃと、この第一風路６ａ、６ｂ、６ｃとは非通気状態となった第二の風路７ａ、７ｂ、７ｃとを有する構成となっている。

また、隣接する第一風路６ａ、６ｂ、６ｃと、第二の風路７ａ、７ｂ、７ｃは壁面を接することにより熱交換状態に結合されている。

また、第二の風路７ａ、７ｂ、７ｃの熱交換器風下側には、気化式加湿器の構成を有する気化手段８ａ、８ｂ、８ｃを各々設けており、この気化手段８ａ、８ｂ、８ｃには、配管９ａ、９ｂ、９ｃを通じて水道水が供給される構成となっている。

この気化手段８ａ、８ｂ、８ｃの風下側は管理室２に開放されており、この気化手段８ａ、８ｂ、８ｃを通過した空気は、管理室２内に広がり冷却装置４ａ、４ｂに吸い込まれて冷却される。冷却された空気は、床下の風路１０に送られ、床下の風路１０と連通している第二の風路７ａ、７ｂ、７ｃへ送られる。

このとき、第一風路６ａ、６ｂ、６ｃにはサーバ室３ａ、３ｂ、３ｃ内のサーバ発熱を含んだ高温空気が上方から下方に送られてくる。

したがって、隣接する第一風路６ａ、６ｂ、６ｃと、第二の風路７ａ、７ｂ、７ｃ間で熱交換が行なわれ、そしてこの熱交換によって冷却された第一風路６ａ、６ｂ、６ｃ内空気がサーバ室３ａ、３ｂ、３ｃ内に供給されることで、サーバ室３ａ、３ｂ、３ｃ内のサーバ１４ａ、１４ｂ、１４ｃが冷却されることになっている。

また、この熱交換で温度上昇した第二の風路７ａ、７ｂ、７ｃ内の空気は、風下にある気化手段８ａ、８ｂ、８ｃへと送られ、この気化手段８ａ、８ｂ、８ｃが気化式加湿器の構造を有しているので、加湿されるとともに気化熱により温度が低下することになる。

このように気化手段８ａ、８ｂ、８ｃにおいて加湿されることにより温度が低下し高湿となった空気が管理室２内に送られることになるので、サーバ室３ａ、３ｂ、３ｃの中で仮に発熱量が極めて大きいサーバが配置された場合でも、管理室２内の温度平準化が図られるとともに、ホットスポットのような局部的な温度上昇がなくなり、管理室２の冷却効率が高められることになる。

すなわち、局部的な温度上昇エリアの空調負荷に冷却装置４ａ、４ｂの冷却能力を合わせる必要が無くなるので、空調用電力消費を抑制することができるのである。

また、第二の風路７ａ、７ｂ、７ｃから気化手段８ａ、８ｂ、８ｃで加湿された高湿空気が管理室２内に放出されることになるが、温度に比べて湿気は拡散しやすいため、局部的に滞留することなく管理室２内に満遍なく拡散し、空気とともに冷却装置４ａ、４ｂに吸い込まれて冷却装置で冷却されて凝縮することになる。

この凝縮水は、ドレン配管１１ａ、１１ｂから管理室２の外部に排水されるため、気化手段８ａ、８ｂ、８ｃで加湿しつづけても管理室２内の湿度が上昇しつづけることは無い。

また、気化手段８ａ、８ｂ、８ｃは管理室２内に開放するように設けられているので、水道水を気化させることにより析出するスケール成分の清掃などのメンテナンスも容易に行うことができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２は、実施の形態１と同一部分については同一番号を付し、詳細な説明は省略する。

図２に示すごとく本実施形態のサーバ装置は、屋根１の下方に設けた管理室２と、この管理室２内に配置された複数のサーバ室３ａ、３ｂ、３ｃとを備えている。

前記各サーバ室３ａ、３ｂ、３ｃは側面の一面が開口した箱状となっており、その内部には、棚上に複数のサーバ１４ａ、１４ｂ、１４ｃが配置されている。

また、各サーバ室３ａ、３ｂ、３ｃ側面の開口部には、熱交換器５ａ、５ｂ、５ｃを設けることで、この開口部を覆い、各サーバ室３ａ、３ｂ、３ｃ内と、管理室２内とは非通気状態となっている。

また各熱交換器５ａ、５ｂ、５ｃは、それが設置された前記サーバ室３ａ、３ｂ、３ｃ内の空気を循環させる第一風路６ａ、６ｂ、６ｃと、この第一風路６ａ、６ｂ、６ｃとは非通気状態となった第二の風路７ａ、７ｂ、７ｃとを有する構成となっている。

また、隣接する第一風路６ａ、６ｂ、６ｃと、第二の風路７ａ、７ｂ、７ｃは壁面を接することにより熱交換状態に結合されている。さらにこの熱交換器５ａ、５ｂ、５ｃはその壁面を透湿性のある材料で形成されており、温度のみならず湿度も交換可能なように構成されている。

また、第二の風路７ａ、７ｂ、７ｃの熱交換器風上側には、噴霧式加湿器の構成を有する気化手段８ａ、８ｂ、８ｃを各々設けており、この気化手段８ａ、８ｂ、８ｃには、純水器１２ａ、１２ｂ、１２ｃを各々介し、純水または超純水が供給される構成となっている。

この気化手段８ａ、８ｂ、８ｃは噴霧した純水の中で大粒の水滴を下方で回収して再び噴霧する構成となっているので、噴霧時の余剰水が再利用されて水使用量が低減されることになる。

また、この噴霧式加湿器から構成される気化手段８ａ、８ｂ、８ｃは、熱交換器風上側の風路内に純水を噴霧するとともに熱交換器の伝熱壁面にも純水を噴霧可能なように配設されている。

そして、第二の風路７ａ、７ｂ、７ｃには、管理室２外の空気（この実施形態では外気）を、床下の風路１０を介して導入するようにしている。

したがって床下の風路１０から導入された外気に対して、第二の風路７ａ、７ｂ、７ｃの熱交換器５ａ、５ｂ、５ｃ風上側に位置する気化手段８ａ、８ｂ、８ｃが純水を噴霧して外気が加湿されるとともに気化熱によって温度が低下することになる。

このとき、第一風路６ａ、６ｂ、６ｃにはサーバ室３ａ、３ｂ、３ｃ内のサーバ発熱を含んだ高温空気が上方から下方に送られてくる。

したがって、隣接する第一風路６ａ、６ｂ、６ｃと、第二の風路７ａ、７ｂ、７ｃ間で熱交換が行なわれ、そしてこの熱交換によって冷却された第一風路６ａ、６ｂ、６ｃ内空気がサーバ室３ａ、３ｂ、３ｃ内に供給されることで、サーバ室３ａ、３ｂ、３ｃ内のサーバ１４ａ、１４ｂ、１４ｃが冷却されることになっている。

特にサーバ室３ａ、３ｂ、３ｃの熱を除去する側の第二の風路７ａ、７ｂ、７ｃ側を流れる外気は、気化熱で冷却された低温の空気であるので熱交換器５ａ、５ｂ、５ｃにおける冷却効果が高められる。

また、外気温度が高い夏期などでも気化熱により温度を下げて熱交換器５ａ、５ｂ、５ｃに導入するので、サーバ室３ａ、３ｂ、３ｃの熱を冷却することできる。

さらに、気化手段８ａ、８ｂ、８ｃにより、熱交換器５ａ、５ｂ、５ｃの伝熱壁面にも純水を噴霧するので、この伝熱面が気化熱で直接冷却されるため、サーバ１４ａ、１４ｂ、１４ｃの発熱量が増加しても十分な冷却効果を得ることができる。

また、熱交換器５ａ、５ｂ、５ｃは湿度交換が可能な全熱交換器で構成されているので、気化手段８ａ、８ｂ、８ｃで加湿された高湿空気が流れる第二の風路から第一風路６ａ、６ｂ、６ｃ側に水蒸気が移行することになる。これにより第一風路６ａ、６ｂ、６ｃと連通しているサーバ室３ａ、３ｂ、３ｃの湿度が上昇するため、静電気の発生が抑制されてサーバ１４ａ、１４ｂ、１４ｃの誤動作や故障等も抑制することができる。

さらに、気化手段８ａ、８ｂ、８ｃには、純水器１２ａ、１２ｂ、１２ｃを各々介して純水または超純水が供給される構成となっているので、純水または超純水の電気抵抗率の高さから絶縁不良によるサーバ１４ａ、１４ｂ、１４ｃの動作不良なども抑制される構成となっている。

そして気化手段８ａ、８ｂ、８ｃで加湿冷却された後、熱交換器で５ａ、５ｂ、５ｃでサーバ１４ａ、１４ｂ、１４ｃの発熱を冷却して温度が上昇した第二の風路７ａ、７ｂ、７ｃの空気は、ダクト１３ａ、１３ｂを介して管理室２の外部（この実施形態では室外）へと放出される。

このような構成とすることにより、サーバ発熱を処理するための冷却装置を管理室２に設置する必要が無くなり、サーバ冷却用の電力消費を抑制することが可能になる。

また例えば、日本の冬のように室外の気温が低いときには、気化手段８ａ、８ｂ、８ｃをほとんど稼動させなくても十分上記サーバ１４ａ、１４ｂ、１４ｃを冷却できる場合もあり、このときには水消費のコストを抑制できる。

また本実施形態では、サーバ１４ａ、１４ｂ、１４ｃをサーバ室３ａ、３ｂ、３ｃ内に設けたので、室外空気を利用して冷却するものであっても、室外からの埃等がサーバ１４ａ、１４ｂ、１４ｃに到達することはなく、動作の信頼性を確保できるものとなる。

さらに、サーバ１４ａ、１４ｂ、１４ｃをサーバ室３ａ、３ｂ、３ｃ内に設けることで、管理室２内の温度上昇や騒音を抑制し、室内環境の向上を図ることもできる。

以上のごとく本発明は、管理室と、この管理室内に配置された複数のサーバ室と、前記サーバ室内に、複数のサーバを配置するとともに、このサーバ室には、熱交換器を設け、この熱交換器は前記サーバ室内空気の循環をする第一風路と、この第一風路とは非通気状態となった第二の風路とを有し、これら第一、第二の風路を熱交換状態に結合するとともに、前記第二の風路内の所定位置で液体を気化させる気化手段を備えたものであるので、サーバ発熱を処理するための電力消費を抑制することができる。

すなわちサーバ室内の空気を循環する第一風路と熱交換状態に結合された第二の風路内の所定位置で液体を気化させる際に発生する液体の気化熱を利用して熱交換器の第二の風路内の温度を低下させ、この低温空気で第一風路内のサーバ発熱を処理するので、管理室に設けられた冷却装置の負荷が大幅に軽減され、その結果として電力消費を抑制することができる。

したがって、環境対応品としても、期待されるものとなる。

１ 屋根
２ 管理室
３ａ サーバ室
３ｂ サーバ室
３ｃ サーバ室
４ａ 冷却装置
４ｂ 冷却装置
５ａ 熱交換器
５ｂ 熱交換器
５ｃ 熱交換器
６ａ 第一風路
６ｂ 第一風路
６ｃ 第一風路
７ａ 第二の風路
７ｂ 第二の風路
７ｃ 第二の風路
８ａ 気化手段
８ｂ 気化手段
８ｃ 気化手段
９ａ 配管
９ｂ 配管
９ｃ 配管
１０ 床下の風路
１１ａ ドレン配管
１１ｂ ドレン配管
１２ａ 純水器
１２ｂ 純水器
１２ｃ 純水器
１３ａ ダクト
１３ｂ ダクト
１４ａ サーバ
１４ｂ サーバ
１４ｃ サーバ

Claims (7)

1. 管理室と、この管理室内に配置された複数のサーバ室と、前記各サーバ室内に、サーバと、熱交換器を設け、この熱交換器は前記サーバ室内空気の循環をする第一風路と、この第一風路とは非通気状態となった第二の風路とを有し、これら第一風路、第二の風路を熱交換状態に結合するとともに、前記第二の風路内で液体を気化させる気化手段を備え、この気化手段は、風下側を前記管理室に開放して前記第二の風路の前記熱交換器風下側に位置するサーバ装置。
2. 気化手段において気化しきらなかった余剰液体を回収して前記気化手段に還流させる請求項１から請求項１に記載のサーバ装置。
3. 気化手段に供給する液体を水道水とした請求項１または請求項２に記載のサーバ装置。
4. 気化手段に供給する液体を純水または超純水とした請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のサーバ装置。
5. 熱交換器は、温度とともに湿度も交換する全熱交換器とした請求項３または請求項４記載のサーバ装置。
6. 第二の風路には管理室外の空気を流入させ、前記第二の風路通過後の空気は管理室の外部へと放出する請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のサーバ装置。
7. 管理室内に冷却装置を設け、第二の風路通過後の空気を前記冷却装置に供給し、前記冷却装置において空気中に気化した液体成分が凝縮される請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のサーバ装置。

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