JP5386735B2

JP5386735B2 - 冷却装置

Info

Publication number: JP5386735B2
Application number: JP2009063790A
Authority: JP
Inventors: 克彦望月
Original assignee: 株式会社アピステ
Priority date: 2009-03-17
Filing date: 2009-03-17
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2029-03-17
Also published as: JP2010216714A

Description

本発明は、サーバラック内に複数段にわたって収容されたサーバ等の冷却装置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コンピュータを必要とする企業では、該コンピュータを内蔵したケース（以下、ケースおよびコンピュータを含めて“サーバ”という）をサーバラック内に収容している。
前記サーバラックとしては、１９インチラックと呼ばれるラックが一般に使用されている。図３に示すように、かかるサーバラック５０内には、多数の前記サーバＳが、上下に離間された状態で収容されている。

ここで、前記サーバラック５０内に複数のサーバＳを収納すると、各サーバＳの発熱により、サーバラック５０内の温度が上昇し、サーバＳが熱暴走するおそれが生じる。そのため、サーバラック５０内を冷却するための冷却装置が提案されている（特許文献１〜３参照）。

特開２００４−１３１９２（要約書）特開昭６２−５１２９８（第１図）特表２００２−５０３０７１（図１）

しかし、従来の冷却装置では、サーバラック内のサーバを効率良く冷却することができなかった。

したがって、本発明の目的は、サーバラック内のサーバを効率良く冷却することのできる冷却装置を提供することである。

前記目的を達成するために、本発明の冷却装置は、コンピュータを内蔵した方形状の複数のサーバがサーバラック内に収容され、前記サーバが上下に互いに離間された状態でサーバラックに配列されたサーバの冷却装置において、筐体内の空間を第１チャンバおよび第２チャンバに区画し、第１チャンバに蒸発器を収容し、第２チャンバに凝縮器を収容し、前記蒸発器から導管を介して圧縮機により冷媒を前記凝縮器に圧送することで冷媒を循環させ、前記第２チャンバに空気を導入して前記凝縮器の冷媒を冷却し、一方、前記第１チャンバに冷却対象となる空気を導入して前記蒸発器で冷却した冷風を送風する冷却装置であって、前記筐体は直方体形状でサーバラックの概ね前端から後端まで延び、前記筐体内の空間を前部の前記第１チャンバと中間部および後部の前記第２チャンバとに仕切って区画する仕切壁が前記筐体内の前半部分に設けられ、前記筐体の前記仕切壁の前方に空気の第１取込口が設けられ、前記筐体の前記仕切壁の後方に空気の第２取込口が設けられ、前記仕切壁の前方に前記蒸発器が配置され、前記蒸発器の更に前方に第１ファンが設けられ、前記蒸発器で冷却された冷風を前記各サーバの前面に沿って鉛直方向に吹き出す冷風吹出口が前記筐体の前部に設けられ、前記仕切壁の後方の前記中間部に前記凝縮器、第２ファンおよび圧縮機が配置され、前記蒸発器で発生したドレン水をドレン水蒸発部に導くドレン水路を前記筐体の長手方向に沿って設け、前記筐体内の後端の空間に前記ドレン水蒸発部が設けられて、前記ドレン水路により導かれたドレン水が前記ドレン水蒸発部で蒸発され、前記凝縮器を冷却した暖気を前記第２ファンにより前記ドレン水蒸発部に導くと共に前記ドレン水蒸発部の後方に設けた排気口から前記暖気を排出する。

本発明によれば、ラックの扉とサーバの前面との間に沿って鉛直方向に冷風が流れる。この冷風はサーバの前面からサーバ自体に設けられたファンによりサーバの筐体内に取り込まれてサーバが効率良く冷却される。
ここで本発明においては、冷却装置自体がサーバと同様にサーバラック内に収容される。そのため、冷却装置の設置場所や設置方法の詳細について、個々のユーザごとに打ち合わせをする必要はない。
特に蒸発部で発生したドレン水を蒸発させるドレン水蒸発部を冷却装置に設け、これを後端に配置したことにより、サーバラック外にドレン水蒸発部を設置する必要がなくなり、サーバラック内に本冷却装置がコンパクトに収容される。

本発明の冷却装置の一実施例を示す概略斜視図である。蓋部を取り外した状態の冷却装置本体を示す概略斜視図である。冷却装置をサーバラックに取り付けた状態を示す概略断面図である。図４Ａは冷却装置本体の概略断面図、図４Ｂは蒸発器およびドレン水蒸発部を示す概念図である。変形例を示す冷却装置本体の部分断面図である。

本発明において、前記サーバラックの上下に延びる前端の２本の柱に取り付けられる鍔状の取付部が前記筐体の前部に設けられ、前記取付部よりも前方の部位において前記冷風を吹き出す冷風吹出口が前記筐体に形成されているのが好ましい。
一般的に、前面からサーバ内に空気を取り込み冷却を行うので、前記冷風吹出口をサーバの前端面が位置するサーバの取り付け位置よりも前方に配置することで、効率良くサーバ内に冷風を取り込むことができる。

本発明において、前記圧縮機は液化した冷媒を一時的に貯溜する円筒状の圧力容器を有し、前記圧力容器の軸線方向が概ね水平でかつ、前記直方体状の筐体の前後方向および幅方向の双方に対し斜めとなるように配置されていてもよい。
かかる態様によれば、前記筐体内に可及的に大きな圧縮機を収容することが可能となる。

本発明において、前記仕切壁の前方に直方体形状の前記蒸発器が設けられ、前記仕切壁の後方に直方体形状の凝縮器が設けられ、前記凝縮器の後端に前記第２ファンが隣接して配置され、前記第２ファンと前記ドレン水蒸発部との間の空間に前記圧縮機が配置されているのが好ましい。
このような凝縮器および圧縮機の配置は空気の流れの効率が良い上、圧縮機を配置する空間を大きく取ることができる。

本発明において、前記筐体内には前記ファンおよび圧縮機の駆動電力をＯＮ・ＯＦＦする電装品が配置され、前記電装品のＯＮ・ＯＦＦを制御する制御装置、表示器および操作部を備えたコントロールボックスが前記筐体とは別に設けられているのが好ましい。
かかる態様によれば、コントロールボックスを別体とすることにより冷却装置自体のコンパクト化を図り得る。

以下、本発明の一実施例を図面にしたがって説明する。
図３に示すように、サーバラック５０内には、コンピュータを内蔵した方形状の複数のサーバＳが収容されている。前記サーバＳは、各サーバＳ同士が上下方向Ｚに互いに離間された状態でサーバラック５０内に配列されている。
本冷却装置１は、サーバラック５０内に取り付けられるものであり、図１に示すように、冷却システムを内蔵した筐体２と、前記冷却システムを制御するためのコントロールボックス６０とを備えている。

冷却システム：
まず、本冷却装置１の冷却システムについて、図２に基づき簡単に説明する。なお、説明の理解を容易にするために、図２において冷媒の流れは二点鎖線で模式化して図示している。
図２に示すように、前記筐体２内は、仕切壁８によって第１チャンバ９および第２チャンバ１０に区画されている。第１チャンバ９内には蒸発器４が収容されており、第２チャンバ１０内には圧縮機３および凝縮器６が収容されている。前記蒸発器４において気体となった冷媒は、圧縮機３により導管５を介して凝縮器６に圧送され、さらに、凝縮器６からキャピラリチューブ７に圧送されて循環される。

この際、冷媒は凝縮器６およびキャピラリチューブ７において、徐々に液化する。前記キャピラリチューブ７は、極めて細い管からなる膨張弁（図示せず）を有している。冷媒は該膨張弁から出て、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。

したがって、第１ファン１１によりサーバラック５０（図３）内の空気Ａｏが蒸発器４を通して第１チャンバ９内に吸い込まれると、空気Ａｏが該蒸発器４によって冷却され、該冷却された冷風Ａｃが筐体２外に排出される。
一方、前記凝縮器６の後方Ｂに設けられた第２ファン１２により、凝縮器６に空気Ａｏを通すことで、圧縮されて高温になった冷媒の温度を低下させる。凝縮器６を通って温められた暖気Ａｗは、前記第２ファン１２によりドレン水蒸発部７０内を通り筐体２の背面に設けられた排気口２５から排出される。
なお、前記導管５およびキャピラリチューブ７は筐体２内に収容されている。

つぎに、本発明の要部について説明する。
図３に示すように、前記冷却装置１は、前記サーバラック５０内において、前記サーバＳの最上部に取り付けられる。前記筐体２およびコントロールボックス６０は、サーバラック５０内に収容可能なように、サーバラック５０の所定の規格に沿った大きさに形成されている。

筐体２：
前記筐体２は直方体形状で、サーバラック５０の概ね前端５０ｆから後端５０ｂまで延びている。
図１に示すように、前記筐体２は、方形の筐体本体２４（図２）および該筐体本体２４の上面を覆う蓋部２３を備えている。
前記蓋部２３には、第１および第２第１取込口２１，２２が形成されている。図１および図２に示すように、前記第１取込口２１から取り込まれた空気Ａｏは第１チャンバ９内に導入される。一方、第２取込口２２から取り込まれた空気Ａｏは第２チャンバ１０内に導入される。第１取込口２１および第２取込口２２は、それぞれ蒸発器４および凝縮器６に対応する位置に形成されている。

第１チャンバ９：
図２および図４Ａに示すように、前記仕切壁８は筐体２内の前半部分に設けられている。
前記第１チャンバ９内において、前記仕切壁８の前方Ｆには直方体形状の蒸発器４が設けられていると共に、蒸発器４の更に前方Ｆには、第１ファン１１が斜め方向に設けられている。

第２チャンバ１０：
前記第２チャンバ１０内において、仕切壁８の後方Ｂの中間部２ｂには、仕切壁８から後方Ｂに向って、直方体形状の凝縮器６、第２ファン１２、圧縮器３が配置されている。圧縮機３は、液化した冷媒を一時的に貯留する円筒状の圧力容器３ａを有している。前記凝縮器６の後端には前記第２ファン１２が隣接して配置されている。
筐体２の後部２ｃにはドレン水蒸発部７０が配置されている。前記第２ファン１２とドレン水蒸発部７０との間の空間には、圧縮機３が配置されている。

圧縮機３の配置：
図２に示すように、前記圧力容器３ａを備えた圧縮機３は、圧力容器３ａの円筒の軸線方向Ｄが概ね水平で、かつ、前記直方体状の筐体２の前後方向Ｘおよび幅方向Ｗの双方に対し斜めとなるように配置されている。したがって、軸線方向Ｄの長さが筐体２の幅方向Ｗよりも長く、より大きな圧力容器３ａを備えた圧縮機３を筐体２内に内蔵することができる。

冷風吹出口２０：
図４Ａに示すように、筐体２の前端２ｅの下部には冷風吹出口２０が形成されている。前記第１ファン１１によって第１取込口２１から導入された空気Ａｏは蒸発器４によって冷却される。前記冷却された冷風Ａｃは、ガイド板２ｆおよび斜めに取り付けられた第１ファン１１によって下方向に導かれ、冷風吹出口２０を通して筐体２の下方に向って排出される。

取付部２６：
図１に示すように、筐体２の前部２ａの両側面２ｓには鍔状の取付部２６が固定されている。前記取付部２６は、筐体２の幅方向Ｗの両側面２Ｓにそれぞれ設けられている。
一方、図３に示すサーバラック５０の内側の前端には該サーバラック５０の上下Ｚに延びる複数本の柱５１が設けられている。図１に示すように、前記一対の取付部２６をサーバラック５０（図３）の幅方向Ｗの前端の２本の柱５１に取り付けることにより筐体２がサーバラック５０に固定される。

ここで、図４Ａに示す冷風吹出口２０が形成された前記冷風吹出口２０は、図１に示す前記取付部２６よりも前方に突出して形成されている。一方、図３に示すように、各サーバＳは柱５１よりも前方Ｆに突出しないように取り付けられる。すなわち、筐体２の前部２ａは、サーバＳの前端部よりも前方Ｆに突出して取り付けられる。したがって、筐体２の冷風吹出口２０から下方に向って吹き出された冷風Ａｃは、サーバラック５０の扉５２とサーバＳの前面との間に沿って鉛直方向Ｚに冷風Ａｃが流れる。
前記サーバＳは、前面から内部に冷却用の空気を取り込む仕様になっているので、該サーバＳの前面を流れる冷風Ａｃが各サーバＳ内に効率良く取り込まれ、サーバＳの冷却が行われる。

第１および第２ドレンパン４１，４２：
図４Ｂに示すように、筐体２内には第１および第２ドレンパン４１，４２が設けられている。第１ドレンパン４１上には蒸発器４が載置されていると共に、第２ドレンパン４２上にはドレン水蒸発部７０が載置されている。前記ドレン水蒸発部７０は筐体２内の後端２ｄの空間に設けられている。

前記第１ドレンパン４１と第２ドレンパン４２との間には、筐体２の長手方向Ｘに沿ってドレン水路４３が設けられている。前記第１ドレンパン４１は第２ドレンパン４２よりも若干上方に設けられている。そのため、ドレン水路４３は第１ドレンパン４１から第２ドレンパン４２に向って下方に傾斜するように設定されている。したがって、前記蒸発器４で発生したドレン水はドレン水路４３を介して第２ドレンパン４２に導かれる。

ドレン水蒸発部７０：
前記ドレン水蒸発部７０は、たとえば、複数枚の吸水性の樹脂パネルなどで形成されており、第２ドレンパン４２からドレン水を吸い上げると共に、蒸発させるものである。
ここで、前述したように、凝縮器６内を通って温められた暖気Ａｗは、ドレン水蒸発部７０内を通り筐体２の背面の排気口２５から筐体２の外に排出される。そのため、ドレン水蒸発部７０内を前記暖気Ａｗが通ることによって、ドレン水蒸発部７０が吸い上げたドレン水の蒸発が助長される。

電装品３０：
図２に示すように、前記筐体２内には、前記第１および第２ファン１１，１２および圧縮機３の駆動電力をＯＮ・ＯＦＦするための電装品３０が設けられている。図示していないが、筐体２の他方の両側面２ｓには、前記駆動電力をＯＮ・ＯＦＦするためのスイッチが露出されて設けられている。

コントロールボックス６０：
図１に示すコントロールボックス６０は前記筐体２と図示しないケーブルで互いに接合されており、互いに通信を行うことが可能であると共に、筐体２から電力が供給されている。
前記コントロールボックス６０には、前記電装品３０のＯＮ・ＯＦＦ等を制御する制御装置が設けられている。コントロールボックス６０の前面６０ｆには、表示器６１および操作部６２が設けられている。前記表示器６１には冷却装置１の運転状況などが表示される。前記操作部６２は、冷却装置１の各種設定を行うための複数のスイッチからなる。
なお、筐体２とコントロールボックス６０とを離間した状態でサーバラック５０内に配置してもよい。

また、図５Ａに示すように、排気口２５を筐体２の上方に形成すると共に、冷風Ａｃが上方に向って排出されるように第１ファン１１を配置してもよい。かかる場合には、筐体２をサーバＳの下方に配置するのが好ましい。
さらに、図５Ｂに示すように、排気口２５を筐体２の上下に形成すると共に、冷風Ａｃが上下方向に向って排出されるように、上方向用と下方向用の第１ファン１１を設けてもよい。かかる場合には、筐体２の上下にサーバＳをそれぞれ配置するのが好ましい。

また、前述した実施例１では、図１に示すように、第１および第２取込口２１，２２を筐体２の上面を構成する蓋部２３に形成することとしたが、筐体２の側面２ｓに形成してもよいし、筐体２の下面に形成してもよい。

本発明はサーバラック内に収容されたサーバの冷却に用いることができる。

１：冷却装置
２：筐体
３：圧縮機
３ａ：圧力容器
４：蒸発器
５：導管
６：凝縮器
８：仕切壁
９：第１チャンバ
１０：第２チャンバ
１１：第１ファン
１２：第２ファン
２０：冷風吹出口
２１：第１取込口
２２：第２取込口
２５：排気口
２６：取付部
３０：電装品
４３：ドレン水路
５０：サーバラック
５１：柱
６０：コントロールボックス
６１：表示器
６２：操作部
７０：ドレン水蒸発部
Ａｃ：冷風
Ａｏ：空気
Ａｗ：暖気
Ｓ：サーバ

Claims

コンピュータを内蔵した方形状の複数のサーバがサーバラック内に収容され、前記サーバが上下に互いに離間された状態でサーバラックに配列されたサーバの冷却装置において、
筐体内の空間を第１チャンバおよび第２チャンバに区画し、第１チャンバに蒸発器を収容し、第２チャンバに凝縮器を収容し、前記蒸発器から導管を介して圧縮機により冷媒を前記凝縮器に圧送することで冷媒を循環させ、前記第２チャンバに空気を導入して前記凝縮器の冷媒を冷却し、一方、前記第１チャンバに冷却対象となる空気を導入して前記蒸発器で冷却した冷風を送風する冷却装置であって、
前記筐体は直方体形状でサーバラックの概ね前端から後端まで延び、前記筐体内の空間を前部の前記第１チャンバと中間部および後部の前記第２チャンバとに仕切って区画する仕切壁が前記筐体内の前半部分に設けられ、
前記筐体の前記仕切壁の前方に空気の第１取込口が設けられ、
前記筐体の前記仕切壁の後方に空気の第２取込口が設けられ、
前記仕切壁の前方に前記蒸発器が配置され、前記蒸発器の更に前方に第１ファンが設けられ、前記蒸発器で冷却された冷風を前記各サーバの前面に沿って鉛直方向に吹き出す冷風吹出口が前記筐体の前部に設けられ、
前記仕切壁の後方の前記中間部に前記凝縮器、第２ファンおよび圧縮機が配置され、前記蒸発器で発生したドレン水をドレン水蒸発部に導くドレン水路を前記筐体の長手方向に沿って設け、
前記筐体内の後端の空間に前記ドレン水蒸発部が設けられて、前記ドレン水路により導かれたドレン水が前記ドレン水蒸発部で蒸発され、
前記凝縮器を冷却した暖気を前記第２ファンにより前記ドレン水蒸発部に導くと共に前記ドレン水蒸発部の後方に設けた排気口から前記暖気を排出する冷却装置であって、
ここにおいて、前記サーバラックの上下に延びる前端の２本の柱に取り付けられる鍔状の取付部が前記筐体の前部に設けられ、
前記取付部よりも前方の部位において前記冷風を吹き出す冷風吹出口が前記筐体に形成されている冷却装置。
請求項１において、前記圧縮機は液化した冷媒を一時的に貯溜する円筒状の圧力容器を有し、
前記圧力容器の軸線方向が概ね水平でかつ、前記直方体状の筐体の前後方向および幅方向の双方に対し斜めとなるように配置されている冷却装置。
請求項２において、前記仕切壁の前方に直方体形状の前記蒸発器が設けられ、前記仕切壁の後方に直方体形状の凝縮器が設けられ、前記凝縮器の後端に前記第２ファンが隣接して配置され、
前記第２ファンと前記ドレン水蒸発部との間の空間に前記圧縮機が配置されている冷却装置。
請求項３において、前記筐体内には前記ファンおよび圧縮機の駆動電力をＯＮ・ＯＦＦする電装品が配置され、
前記電装品のＯＮ・ＯＦＦを制御する制御装置、表示器および操作部を備えたコントロールボックスが前記筐体とは別に設けられている冷却装置。