JP5405287B2 - 発熱機器用のラック空調装置ユニット及びラック空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばサーバー・ルームやデータセンターのように、多数の発熱機器を収容するためのラック空調装置ユニット及びラック空調装置に関する。

サーバールームやデータセンターにおいては、サーバーラック等に実装した多数のサーバーを安定に稼動するために、発熱機器であるサーバーを効率的に確実に冷却することが必要である。

このため、従来のデータセンターのラック空調装置では、サーバーを実装したラックを列設したラック列を、約600mmの高さの二重床上に設置し、空調機からの冷房空気を、二重床の床下空間を介してサーバーラック内に供給してサーバーの冷却を行う床吹出型空調システムが主流となっている。この際、隣接のラック列間には、ラックへの空気吸込側のコールドアイル、ラックからの空気排出側のホットアイルと称される各空間が構成される配置とすることにより、空調効率を高める工夫がなされていた。

そして、このような配置による効果を、より確実なものにするために、コールドアイル側に排出された空気がホットアイル側に回り込んで冷房空気と混合されるのを防止するためにコールドアイル又はホットアイルをパネル、ボード、カーテン等の専用部材で囲い込む等の方策が考えられている。

例えば特許文献１では、コールドアイル側に排出された空気がホットアイル側に回り込んで冷房空気と混合されるのを防止するために、コールドアイル又はホットアイルの上部を屋根状の遮蔽体で覆った構成としている。

また特許文献２では、コールドアイル又はホットアイルの上部を屋根状の遮蔽体で覆う他、ラック列の上部に板材を設けたり、コールドアイル又はホットアイルの端部に通路を遮断する壁体を設けた構成としている。

特開２００５−２６０１４８号公報 特開２００４−１８４０７０号公報

以上に示すような従来のラック空調装置では、次のような問題点があった。
１．コールドアイル又はホットアイルを囲い込むために、パネル、ボード、カーテン等の専用部材が必要となる。
２．床吹出型空調でコールドアイル内に冷房空気を供給する必要があることから、二重床は、例えば約600mmと高さが必要となり、ラック空調装置の設置室の階高が高くなり、建物の建設コストを上げる。
３．空調機や電源・通信盤等の機器は、ラック列から離れた個所に分散配置されているため、スペース効率が悪く、拡張性が低い。

本発明が解決しようとする課題は以上のような問題点を解決することにある。

上述した課題を解決するために、まず本発明では、発熱機器を収容する複数のラックを列設した２列のラック列を、それらの長手方向を対向させて間隔を置いて配置すると共に、２列のラック列間の空間の上部を、下側に空気供給口を設けた空調ダクトにより塞ぎ、この空調ダクトは、２列のラック列の長手方向の夫々の端側を空調機からの冷房空気供給側とした複数系統の構成とし、空調機からの冷房空気を前記空調ダクトにより、２列のラック列間の空間の上部から供給して、各ラックを通過させる構成とした発熱機器用のラック空調装置ユニットを提案する。

また本発明では、上記の構成において、２列のラック列間の空間の長手方向端部を、扉や、空調ダクトに冷房空気を供給する空調機又はラック列の各ラックに電源供給・通信可能な電源・通信盤等の閉塞手段により塞ぐ構成のラック空調装置ユニットを提案する。

また本発明では、上記の構成において、各ラック列の両端側に電源・通信盤を設置すると共に、夫々の電源・通信盤に接続した電源・通信ケーブルラックをラック列の上部に長手方向に沿って並設して、ラック列の各ラックに両側の電源・通信盤から電源・通信供給可能に構成したラック空調装置ユニットを提案する。

また本発明では、上記の構成において、ラック列の少なくとも１つのラックに代えて空調機を設置したラック空調装置ユニットを提案する。

次に本発明では、以上の構成の一つ又は複数のラック空調装置ユニットを設置室内の床上に設置して構成したラック空調装置を提案する。

また本発明では、前記ラック空調装置ユニットの複数を、それらのラック列の長手方向を対向させて間隔をおいて設置室内の床上に設置し、隣接のラック空調装置ユニットの空気供給ダクトを連通ダクトにより連結して構成したラック空調装置を提案する。

また本発明では、以上の構成において、設置室内の床は二重床とし、二重床にはラック空調装置ユニットの２列のラック列間の空間に対応した個所と、ラック空調装置ユニットから離れた個所に通気部を構成したラック空調装置を提案する。

本発明のラック空調装置ユニットは、上述したとおり、２列のラック列間の空間の上部を、下側に空気供給口を設けた空調ダクトにより塞ぎ、空調機からの冷房空気を前記空調ダクトにより、２列のラック列間の空間の上部から供給して、各ラックを通過させる構成としている。

このため、空調ダクトは、いわゆるコールドアイルとしての、２列のラック列間の空間を囲い込む手段としても機能するため、囲い込むための専用部材は不要となる。

また冷房空気は２列のラック列間の空間の上部から供給されるため、空間の下部まで良好に供給され、ラック列全体に渡っての均一な冷房空気の供給を図ることができる。

空調ダクトは、ラック空調装置ユニットの２列のラック列の長手方向の夫々の端側を空調機からの冷房空気供給側とした構成とすることにより、冷房空気の供給の信頼性を高めることができる。

また、２列のラック列間の空間の長手方向端部を閉塞手段により塞ぐことにより、２列のラック列間の空間の囲い込みを更に確実に行うことができる。この場合、閉塞手段としては、扉を用いることができるが、前記空調ダクトに冷房空気を供給する空調機やラック列の各ラックに電源供給・通信可能な電源・通信盤を閉塞手段として用いた場合には、この空調機や電源・通信盤をラック列と一体的に配置することができるため、スペース効率が高くなる。

また、各ラック列の両端側に電源・通信盤を設置すると共に、夫々の電源・通信盤に接続した電源・通信ケーブルラックをラック列の上部に長手方向に沿って並設して、ラック列の各ラックに両側の電源・通信盤から電源・通信供給可能に構成すれば、電源・通信供給の信頼性を高めることができると共に、電源・通信盤をラック列と一体的に配置することができるため、更にスペース効率が高くなる。

また、ラック空調装置ユニットを設置する設置室内の床は、原理的には必ずしも二重床とする必要はない。しかしながら、設置室内の床を必要最小限の高さの二重床とし、二重床にはラック空調装置ユニットの２列のラック列間の空間に対応した個所と、ラック空調装置ユニットから離れた個所に通気部を構成すれば、空調ダクトから２列のラック列間の空間内に供給された冷房空気の余剰分を二重床の床下空間に流して床スラブに蓄熱を行うことができ、こうして蓄熱された冷熱は、空調ダクトからの冷房空気の供給が停止した場合や少ない場合に、ラックに設けられたファンによって吸引されて、ラック空調装置ユニットから離れた通気部を経て床下空間に流入した設置室内の空気を冷却することに利用され、この冷却された空気を二重床内から通気部を経て２列のラック列間の空間内に流入させて利用することができる。

また、ラック空調装置ユニットにおいて、ラック列の少なくとも１つのラックに代えて空調機を設置することにより、ラック空調装置ユニットにおける冷房負荷の増大に対応して容易に空調機を増設することができる。

ラック空調装置ユニットは、適数を組み合わせて設置室内に設置することができ、適宜の規模のラック空調装置を容易に構成することができ、拡張性が高い。

そして、ラック空調装置ユニット自体も、それ毎にラック列の電源負荷、空調負荷の設定が可能であり、従ってラック空調装置ユニット毎の容量設定の柔軟性が向上し、ラックへの発熱機器の部分実装、段階実装等への対応も容易となる。

図１は本発明に係るラック空調装置ユニットの実施の形態を示す模式的斜視図である。 図２は本発明に係るラック空調装置ユニットの実施の形態を示す模式的拡散図である。 図３は本発明に係るラック空調装置ユニットを低い二重床上に設置して構成したラック空調装置の構成及び動作を示す模式的正面図である。 図４は本発明に係るラック空調装置ユニットを低い二重床上に設置して構成したラック空調装置の構成及び動作を示す模式的断面図である。 図５は本発明に係るラック空調装置ユニットを低い二重床上に設置して構成したラック空調装置の構成及び動作を図４とは別の局面において示す模式的断面図である。 図６は本発明に係るラック空調装置を、従来のラック空調装置と比較して示す模式的断面図である。 図７は本発明に係る複数のラック空調装置ユニットにより構成した大規模なラック空調装置の構成及び動作を示す模式的斜視図である。 図８は複数のラック空調装置ユニットを列設し、空気供給ダクトを連結した構成のラック空調装置を示す模式的斜視図である。 図９は複数のラック空調装置ユニットを列設したラック空調装置の構成及び動作を示す模式的断面図である。 図１０は複数のラック空調装置ユニットを列設したラック空調装置の構成及び動作を、図９とは別の局面において示す模式的断面図である。 図１１は本発明に係るラック空調装置を、従来のラック空調装置と比較して示す模式的平面図である。

次に本発明の実施の形態を、添付した図１〜図１１を参照して説明する。尚、夫々の図において対応する構成要素には同一の符号を付している。
符号１はラック空調装置ユニットを概して示すもので、このラック空調装置ユニット１では、図２に拡散図として構成要素を示すように、サーバー等の発熱機器（図示省略）を収容する複数のラック２を列設した２列のラック列３ａ，３ｂを、それらの長手方向を対向させて間隔を置いて配置すると共に、２列のラック列３ａ，３ｂの上部に２つの空調ダクト４ａ，４ｂを並置して、これらの空調ダクト４ａ，４ｂにより２列のラック列３ａ，３ｂ間の空間Ｃの上部を塞いでいる。

空調ダクト４ａ，４ｂは、図４、図５等に示しているように、下側に空気供給口５ａ，５ｂを設けており、ラック空調装置ユニット１の長手方向の夫々の端側を空調機６ａ，６ｂからの冷房空気供給側として構成している。そして、これらの空調機６ａ，６ｂにより２列のラック列３ａ，３ｂ間の空間Ｃの長手方向端部を塞いでいる。また、空調ダクト４ａ，４ｂの冷房空気供給側には、空調機６ａ，６ｂの上部に接続するＳＡチャンバー７ａ，７ｂを設けている。

こうして、２列のラック列３ａ，３ｂ間の空間Ｃは、ラック列３ａ，３ｂ、空調ダクト４ａ，４ｂ及び空調機６ａ，６ｂにより囲まれた、いわゆるコールドアイルとして構成され、この空間Ｃには、空調ダクト４ａ，４ｂの下側の空気供給口５ａ，５ｂを経て、上部から冷房空気が供給される。

そして、囲まれた空間Ｃへの出入りを可能とするために、ラック列３ａ，３ｂの一部には、ラック２に代えて扉を有する出入口８ａ，８ｂを設けている。図示の実施の形態では、ラック列３ａ，３ｂの両方に出入口８ａ，８ｂを設けているが、片側のみとすることもできる。

一方、各ラック列３ａ，３ｂの両端側の夫々には電源・通信盤９ａ，９ｂを設置すると共に、夫々の電源・通信盤９ａ，９ｂに接続した電源・通信ケーブルラック１０ａ，１０ｂをラック列３ａ，３ｂの上部に、長手方向に沿って並設して、ラック列３ａ，３ｂの各ラック２に両側の電源・通信盤９ａ，９ｂから、従って２系統で電源・通信供給可能に構成している。尚、符号１１ａ，１１ｂは各系統の端子部を示すものである。

以上のラック空調装置ユニット１を、設置室１２内の床１３上に設置して発熱機器用のラック空調装置を構成する。上述したように本発明のラック空調装置ユニット１を設置する設置室１２内の床１３は、原理的には必ずしも二重床とする必要はないが、この実施の形態では、床１３は二重床であり、二重床１３には、２列のラック列３ａ，３ｂ間の空間Ｃに対応した個所と、ラック空調装置ユニット１から離れた個所に夫々通気部１４，１５を構成している。

以上に説明したラック空調装置では、一つの、又は複数の夫々のラック空調装置ユニット１において、２系統の空調機６ａ，６ｂからの冷房空気は、図４に示すように夫々の空調ダクト４ａ，４ｂを通り、それらの下側に設けた空気供給口５ａ，５ｂからラック列３ａ，３ｂ間の空間Ｃ内に、その上部から供給される。このように空間Ｃ内に上部から供給された空気は、各ラック２に設けられたファン（図示省略）により吸引されて、ラック２内に実装された発熱機器を冷却した後、ラック空調装置ユニット１の外部に排出される。尚、図４及び後述する図５、図９、図１０中、空気の流れを示す矢印において、斜線を付したものは冷たい空気、斜線を付していないものは発熱機器を冷却して温度が上昇した空気を示すものである。

このように冷房空気はラック列３ａ，３ｂ間の空間Ｃ内に上部から供給されて下降するため、空気供給口５ａ，５ｂから離れたラック２の下部にも良好に供給され、ラック列３ａ，３ｂの全体に渡っての均一な冷房空気の供給を図ることができる。

また、この実施の形態においては、２系統の空調機６ａ，６ｂに連なる空調ダクト４ａ，４ｂによりラック列３ａ，３ｂ間の空間Ｃ内に冷房空気を供給するので、一方の空調機６ａ，６ｂが何らかの理由により運転を停止しても、他方の空調機６ａ，６ｂにより冷房空気の供給を継続することができ、冷房空気の供給の信頼性が高い。尚、空調機６ａ，６ｂは、２系統よりも更に多くして、更に冷房空気の供給の信頼性を高めることもできる。

更に、この実施の形態では、ラック列３ａ，３ｂの各ラック２への電源供給・通信を、２系統の電源・通信盤９ａ，９ｂから電源・通信ケーブルラック１０ａ，１０ｂを経て電源供給・通信可能に構成しているので、電源供給・通信の信頼性も高い。

次に、この実施の形態では、以上の動作において、空気供給口５ａ，５ｂから空間Ｃ内に供給される冷房空気の量が、ラック２を通ってラック空調装置ユニット１の外部に排出される空気の量よりも多い場合には、余剰の冷房空気は図４に示すように、通気部１４を通って床１３と床スラブ１６間の空間、即ち、床下空間１７に流入し、ラック空調装置ユニット１から離れた個所に設けられた通気部１５方向に流れ、この際、床スラブ１６を冷却して蓄冷が行われる。そして床下空間１７を流れて床スラブ１６に冷熱を供給した冷房空気は、ラック空調装置ユニット１から離れた通気部１５から設置室１２内に流出する。

ここで保守点検等の何らかの理由によって、図５に示すように空調機６ａ，６ｂの両方の運転が停止して、空調ダクト４ａ，４ｂの空気供給口５ａ，５ｂから空間Ｃ内への冷房空気の供給が停止した場合には、各ラック２に設けられたファンの吸引力により、床下空間１７内の空気が吸引される。

この吸引により、設置室１２内の空気は、ラック空調装置ユニット１から離れた通気部１５から床下空間１７内に流入して、ラック空調装置ユニット１の空間Ｃに対応する通気部１４方向に流れ、この際、床スラブ１６との熱交換により、冷却される。こうして冷却された空気は、通気部１４を通してラック列３ａ，３ｂ間の空間Ｃ内に流入し、ラック２を通って、実装された発熱機器を冷却した後、ラック空調装置ユニット１の外部に排出される。

このように、この実施の形態においては、何らかの理由によって空調機６ａ，６ｂの両方の運転が停止して、空調ダクト４ａ，４ｂの空気供給口５ａ，５ｂから空間Ｃ内への冷房空気の供給が停止した場合にも、それまでの運転により床スラブ１６に蓄熱された冷熱を利用して、ラック列３ａ，３ｂのラック２に必要最小限又はそれ以上の冷房空気を供給して発熱機器の冷却を図ることができる。

一方、空調機６ａ，６ｂのいずれか一方のみが運転を停止して、ラック列３ａ，３ｂ間の空間Ｃ内に、ラック２に設けられたファンの吸引量に見合った十分な量の冷房空気が供給されない場合においては、その不足分の冷房空気が、上述と同様に、通気部１４を通して床下空間１７から供給される。

即ち、図９、図１０は、３つのラック空調装置ユニット１を組み合わせて設置室１２内の二重床１３上に設置した実施の形態を示すもので、図９は、３つの全てのラック空調装置ユニット１の空調機が正常に運転をしている状態であり、各ラック空調装置ユニット１における余剰の冷房空気が、夫々の通気部１４から床下空間１７内に流入し、そこを流れて、通気部１５から設置室１２内に流出している。

尚、ラック空調装置ユニット１から離れた個所の通気部１５は、図においては便宜上、一個所のみに設けているが、適宜個所に複数設けることもできることは勿論である。

そして図１０は、図中の中央のラック空調装置ユニット１の一方の空調機が運転を停止して、空調ダクト４ａから冷房空気が供給されていない状態を示すもので、この場合には、他の左右側のラック空調装置ユニット１の余剰の冷房空気が床下空間１７を経て通気部１４から中央のラック空調装置ユニット１の空間Ｃ内に供給されて、この空間Ｃに対応する冷房空気の不足分を補うことができる。図示とは異なり、中央のラック空調装置ユニット１の両方の空調機が運転を停止して、空調ダクト４ａ，４ｂの両方から冷房空気が供給されない場合においても、他の左右側のラック空調装置ユニット１の余剰の冷房空気が床下空間１７を経て通気部１４から中央のラック空調装置ユニット１の空間Ｃ内に供給されて、この空間Ｃに必要量の冷房空気を供給することができる。また、仮に、他の左右側のラック空調装置ユニット１の余剰の冷房空気のみでは、中央のラック空調装置ユニット１の空間Ｃ内に必要な冷房空気の量を補えない場合には、上述したように通気部１５から流入して床下空間１７を流れて床スラブ１６の蓄えられた冷熱により冷却された空気により補うことができる。尚、図９及び図１０中、符号Ｈはホットアイルとしての空間を示すものである。

以上に説明したように、本発明においては、冷房空気はラック列３ａ，３ｂ間の空間Ｃの上部から供給するため、ラック空調装置ユニット１を設置する設置室１２内の床１３は、原理的には必ずしも二重床とする必要はないが、この実施の形態のように、二重床とすることにより、余剰の冷房空気による床スラブ１６への蓄冷、そしてその利用を図ることができ、冷房空気を効率的に利用することができると共に、空調機６ａ，６ｂが運転を停止した場合のバックアップとして利用することができる。

これに対して、従来のラック空調装置では、図６の左側に示すように、二重床１８と床スラブ１６間の床下空間２０を冷房空気の供給手段として使用することから、多量の空気を流すために図中に参考的に示した寸法から分かるように、床下空間２０の高さが約600mmと、比較的高くする必要があるが、本発明のこの実施の形態では、床下空間１７は上述した余剰の冷房空気を流したり、空調機６ａ，６ｂの運転が停止した場合の空気を流せば良く、必要最小限の量に設定することができるので、図６の右側に参考的に示した寸法から分かるように、床下空間１７の高さが約200mmと低くすることができ、従って従来よりも設置室１２の階高の削減を図ることができる。

本発明のラック空調装置ユニット１は、一つ又は複数を組み合わせて設置室１２内に設置することにより、適宜の規模のラック空調装置を構成することができ、拡張性が高い。即ち、図７〜図１１は、複数のラック空調装置ユニット１を組み合わせて設置室１２内に設置した実施の形態を示すものである。

まず図７の実施の形態では、４つのラック空調装置ユニット１を、ラック列３ａ，３ｂの長さ方向を対向させて並置し、それらの電源・通信ケーブルラック１０ａ，１０ｂを共通にした構成を並置した構成である。この構成では、各ラック空調装置ユニット１の空調ダクト４ａ，４ｂは夫々独立した構成としている。

一方、図８の実施の形態では、３つのラック空調装置ユニット１を、ラック列３ａ，３ｂの長さ方向を対向させて並置し、それらの空調ダクト４ａ，４ｂを、ＳＡチャンバー７ａ，７ｂにおいて連通ダクト２１ａ，２１ｂで相互に連結した構成としている。

この構成では、全てのラック空調装置ユニット１の空調ダクト４ａ，４ｂを夫々連通ダクト２１ａ，２１ｂにより連通状態とすることができるので、全てのラック空調装置ユニット１の空調機６ａ，６ｂにより、全てのラック空調装置ユニット１の空調ダクト４ａ，４ｂに冷房空気を供給することが可能となり、相互バックアップによる信頼性の向上が図れる。

次に、図１１は、ラック列３ａ，３ｂを、その長さ方向を対向させて並置し、空調機６ａ，６ｂにより２列のラック列３ａ，３ｂ間の空間Ｃの長手方向端部を塞ぐと共に、各ラック列３ａ，３ｂの両端側の夫々には電源・通信盤９ａ，９ｂを設置したラック空調装置の構成（図１１の下側）と、空調機６ａ，６ｂと電源・通信盤９ａ，９ｂをラック列３ａ，３ｂから離して設置した従来の構成（図１１の上側）とのスペース効率を比較するための図であり、この図から示すように、前者の構成は、後者の構成と比較して、設置室内のスペース効率を向上することができることが分かる。

前者の構成によりモジュールとしてのラック空調装置ユニットを構築し、これらの適数を配置することにより、適宜の規模のラック空調装置を容易に構成することができ、拡張性が非常に高い。

また本発明のラック空調装置ユニット及びそれを用いたラック空調装置では、ラック空調装置ユニットにおける発熱負荷が増大した場合には、ラック列の少なくとも１つのラックに代えて空調機を設置することができ、この空調機からも、上記ラック列間の空間に冷房空気を供給可能とすることにより、発熱負荷の増大に対応シテ容易に空調機を増設することが可能である。

１ ラック空調装置ユニット
２ ラック
３ａ，３ｂ ラック列
４ａ，４ｂ 空調ダクト
５ａ，５ｂ 空気供給口
６ａ，６ｂ 空調機
７ａ，７ｂ ＳＡチャンバー
８ａ，８ｂ 出入口
９ａ，９ｂ 電源・通信盤
１０ａ，１０ｂ 電源・通信ケーブルラック
１１ａ，１１ｂ 端子部
１２ 設置室
１３ 床（二重床）
１４，１５ 通気部
１６ 床スラブ
１７，２０ 床下空間
１８ 床（従来の二重床）
１９ 冷房空気供給口
２１ａ，２１ｂ 連通ダクト

Claims (4)

1. 発熱機器を収容する複数のラックを列設した２列のラック列を、それらの長手方向を対向させて間隔を置いて配置すると共に、２列のラック列間の空間の上部を、下側に空気供給口を設けた空調ダクトにより塞ぎ、この空調ダクトは、２列のラック列の長手方向の夫々の端側を空調機からの冷房空気供給側とした複数系統の構成とし、空調機からの冷房空気を前記空調ダクトにより、２列のラック列間の空間の上部から供給して、各ラックを通過させる構成としたことを特徴とする発熱機器用のラック空調装置ユニット。
2. ２列のラック列間の空間の長手方向端部を閉塞手段により塞ぐことを特徴とする請求項１に記載の発熱機器用のラック空調装置ユニット。
3. 各ラック列の両端側に電源・通信盤を設置して、夫々の電源・通信盤に接続した電源・通信ケーブルラックを介して、ラック列の各ラックに両側の電源・通信盤から電源供給・通信可能な２系統の構成を構成したことを特徴とする請求項１に記載の発熱機器用のラック空調装置ユニット。
4. ラック列の少なくとも１つのラックに代えて空調機を設置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のラック空調装置ユニット。

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