JP5670529B1 - サーバーラック室内システム - Google Patents

Abstract

【課題】外気冷房方式を適用しながら、空調機内での処理風量を可及的に少なくすることにより、エネルギー低減効果の高いサーバーラック室内システムを提供すること。【解決手段】サーバーラック列１ａが吹き出し口を備えた床２Ａの上に配設され、床２Ａの下方には床下空間ＶＣが設けられ、空調機３から床下空間ＶＣに提供された冷気がサーバーラック列１ａに提供されるサーバーラック室内システム１０において、床下空間ＶＣには外気を導入する外気取り入れ装置４と除湿体５が配設され、サーバーラック列１ａから排出された排気の一部がレタン空気として空調機３に戻されて冷気が生成され、この冷気と外気が混合されてなる混合空気が除湿体５を通過する際に除湿され、除湿後の混合空気がサーバーラック列１ａに提供されるようになっており、外気取り入れ装置４は空調機３から提供される冷気の流れによって形成される負圧にて外気導入をおこなう。【選択図】図１

Description

本発明は、外気を導入して冷気として適用するサーバーラック室内システムに関するものである。

インターネットやLANなどのネットワーク上で複数のパソコンに多様な機能やサービスを提供したり、データを一元化するサーバーがラックに集積されてサーバーラックを構成し、複数のサーバーラックが隣接するように配設されてサーバーラック列を構成し、複数のサーバーラック列が通路を挟んで配設されてサーバーラック室内システムが構成される。各サーバーラック列間の通路は、サーバーラックの背面から排気が排出されるホットアイル空間と、冷気が提供されるコールドアイル空間のいずれか一方を形成しており、サーバーラック室内システムにおいては、このホットアイル空間とコールドアイル空間が交互に形成されているのが一般的である。なお、このサーバーラック室内システムはデータセンターなどと称されることもある。

上記通路はたとえば二重床構造となっており、かつ、この二重床を構成する上床には冷気が流通する多数の吹き出し口が開設されており、空調機から提供された冷気は二重床の間に形成されている床下空間を流通するようになっている。

そして、吹き出し口を介してコールドアイル空間に提供された冷気は、それぞれのサーバーラック列の該コールドアイル空間に臨む前面を介してサーバーラック列を構成する各サーバーラックに提供され、サーバーラックに収納されたサーバーを通過する過程で冷気は熱を奪って昇温して暖気となってサーバーラックの背面からホットアイル空間に排出される。サーバーラックの背面から排出された排気は空調機や空気制御装置等に戻され、ここで再び冷気に戻されるようになっており、このような冷気の循環がサーバーラック室内で繰り返されることにより、各サーバーが所定温度状態に制御されるのが一般的である。

このように、空調機からの冷気を二重床の床下空間に流し、床からコールドアイル空間に冷気を吹き出して各サーバーラックに提供する空調方式は、床吹き出し空調と称されることもあり、空調機から横方向に冷気を流して各サーバーラックに冷気を提供する空調方式と区別される。

この床吹き出し空調においては、各コールドアイル空間の前方位置に空調機が配設され、空調機から吹き出された冷気は床下空間を流通しながら吹き出し口を介して上方のサーバーラックに提供される。

ところで、空調機に投入されるエネルギー低減の観点から、サーバーラック室に外気を導入し、これを冷気として有効活用する冷房方式が注目されており、このように外気冷房方式が適用されたサーバーラックにおける空調機に関する技術が特許文献１に開示されている。

特許文献１で開示されるデータセンターでは、空調機内に配設されたパイプを流通する冷水を使用し、室内に取り込まれた外気とホットアイル空間から排出されて戻されたレタン空気の双方を空調機に取り込み、これら外気とレタン空気からなる大量の混合気体を空調機内で冷気とし、この冷気を空調機のファンを適用して床下空間に提供するものである。

このように、外気とレタン空気からなる大量の混合気体を空調機内で冷気とすることから、この大量の冷気を空調機から床下空間に提供するに当たっては、空調機のファンに投入されるエネルギーも自ずと多くなってしまう。そのため、外気冷房方式を適用しているにもかかわらず、十分なエネルギー低減効果が期待できないという問題を内在している。

特開２０１０−２６１６９６号公報

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、外気冷房方式を適用しながら、空調機内での処理風量を可及的に少なくすることにより、エネルギー低減効果の高いサーバーラック室内システムを提供することを目的としている。

前記目的を達成すべく、本発明によるサーバーラック室内システムは、２以上のサーバーラックから構成されるサーバーラック列が吹き出し口を備えた床の上に配設され、該床の下方には床下空間が設けられており、床下空間に空調機が流体連通しており、空調機から床下空間に提供された冷気が吹き出し口を介してサーバーラック列に提供されるようになっているサーバーラック室内システムにおいて、前記床下空間には、外気を床下空間に導入する外気取り入れ装置と、除湿体が配設されており、サーバーラック列から排出された排気の一部がレタン空気として空調機に戻されて冷気が生成され、この冷気と導入された外気が混合されてなる混合空気が除湿体を通過し、除湿体にて除湿された除湿後の混合空気がサーバーラック列に提供されるようになっており、外気取り入れ装置は、空調機から提供される冷気の流れによって形成される負圧にて外気の導入をおこなうようになっているものである。

本発明のサーバーラック室内システムは、空調機内での処理風量を可及的に少なくするべく、レタン空気のみを空調機に導入して冷気を生成し、室内に取り込まれた外気と空調機で生成された冷気を床下空間で混合して混合空気を生成し、床下空間に配設された除湿体に混合空気を通過させて除湿後の冷気をさらに生成し、除湿後の冷気をサーバーラック列に提供するものである。

さらに、外気導入の際のエネルギー投入を解消するべく、空調機から提供される冷気の流れによって形成される負圧にて外気の導入をおこなう外気取り入れ装置を備えているものであり、空調機内での処理風量の低減と稼働エネルギーを必要としない外気取り入れ装置の適用により、エネルギー低減効果の高いサーバーラック室内システムとなっている。

ここで、除湿体は、静止ブロック型のデシカント（シリカゲルやゼオライト等の乾燥剤を角形もしくは円筒形に成形したもの）などから構成される。

また、外気取り入れ装置は、床下空間の適所に設けられた外気取り入れ孔と、負圧を形成する機構と、から構成される。

ここで、外気取り入れ装置の実施の形態として以下の二種の形態を挙げることができる。

外気取り入れ装置の第一の実施の形態は、空調機よりもサーバーラック列側の床下空間に配設されている外気取り入れ孔と、該外気取り入れ孔に流体連通する負圧形成機構と、から構成されており、前記負圧形成機構は複数の外気取り入れ口を備え、それぞれの外気取り入れ口が高さ方向でずれた位置に設けられており、外気取り入れ孔を介して、空調機から提供される冷気の流れ方向とは異なる流入方向で外気を負圧形成機構に流入させ、それぞれの外気取り入れ口から床下空間に提供された外気が前記冷気の流れによって負圧を形成するものである。

高さ方向でずれた位置に設けられているそれぞれの外気取り入れ口の前方を空調機から流れ出した冷気が通過する過程でこの前方の領域が負圧領域となり、この負圧領域の形成によって外気取り入れ口に流体連通して外部に臨む外気取り入れ孔を介して外気を導入することができ、これはいわゆるエジェクター効果を利用した外気導入方式である。

一方、外気取り入れ装置の第二の実施の形態は、空調機のサーバーラック列側と反対側の床下空間に設けられた外気取り入れ孔と、空調機の下方から床下空間に配設された整流板と、から構成されており、整流板と床下空間の下面との間には隙間があり、空調機から提供される冷気が整流板を滑って床下空間に提供される過程で前記隙間の周辺に負圧を形成するものである。

本形態の外気取り入れ装置においては、整流板の端部の前方領域に負圧領域が形成され、エジェクター効果を利用して外気が導入される。

上記する二種類の外気取り入れ装置はいずれも、装置構成がシンプルであり、装置の製作（構築）コストも廉価であり、外気導入の際にエネルギーを一切必要としない。

以上の説明から理解できるように、本発明のサーバーラック室内システムによれば、レタン空気のみを空調機に提供して冷気とし、室内に取り込まれた外気と空調機で生成された冷気を床下空間で混合して混合空気を生成し、床下空間に配設された除湿体に混合空気を通過させて除湿後の冷気を生成し、除湿後の冷気をサーバーラック列に提供することに加えて、空調機から提供される冷気の流れによって形成される負圧にて外気の導入をおこなう外気取り入れ装置を備えていることにより、空調機内での処理風量を低減して空調機に投入されるエネルギーを低減でき、外気の取り入れに際してエネルギーを不要とすることにより、エネルギー低減効果の高いサーバーラック室内システムとなる。

本発明のサーバーラック室内システムの実施の形態１を示す模式図である。 外気取り入れ装置の実施の形態１を示す模式図である。 本発明のサーバーラック室内システムの実施の形態２を示す模式図である。 外気取り入れ装置の実施の形態２を示す模式図である。

以下、図面を参照して本発明のサーバーラック室内システムの実施の形態を説明する。

（サーバーラック室内システムと外気取り入れ装置の実施の形態１）
図１は本発明のサーバーラック室内システムの実施の形態１を示す模式図であり、図２は、外気取り入れ装置の実施の形態１を示す模式図である。

図示するサーバーラック室内システム１０は、床吹き出し空調形式のシステムである。二重床２の上床２Ａには複数のサーバーラック１が側方に並べられてサーバーラック列１ａを構成し、複数のサーバーラック列１ａが通路を介して並べられてその全体が構成されている。対向するサーバーラック列１ａの間の通路は、サーバーラックの前面であって冷気をサーバーラック１内に取り込む側となるコールドアイル空間ＣＡと、サーバーラック１の背面側に位置するホットアイル空間のいずれかを形成しており、併設する複数のサーバーラック列１ａ間に形成されるそれぞれの通路には、コールドアイル空間ＣＡとホットアイル空間が交互に形成されている。なお、図示例は、コールドアイル空間ＣＡを通る縦断面である。

サーバーラック室において、各コールドアイル空間ＣＡの前方位置にはそれぞれに固有の空調機３が配設されている。なお、空調機の配設態様はコールドアイル空間の前方位置のみに限定されるものではなく、必要に応じて他の部位（たとえば図示例では紙面の奥側にある最後尾のサーバーラック列の奥の各所）にさらに空調機が配設される形態であってもよい。

二重床２は、上床２Ａと下床２Ｂから構成され、これら２つの床２Ａ，２Ｂ間に床下空間ＶＣが形成されており、この床下空間ＶＣを冷気が流通する床下空調方式が採用されている。

床下空間ＶＣには、外気を床下空間に導入する外気取り入れ装置４と、除湿体５が配設されており、より詳細には、外気取り入れ装置４は、空調機３よりもサーバーラック列側の床下空間に配設されている。

外気取り入れ装置４は、空調機３よりもサーバーラック列側の床下空間の壁に開設されている外気取り入れ孔４ａと、この外気取り入れ孔４ａに流体連通する負圧形成機構４ｂとから構成されている。

図示例の負圧形成機構４ｂは、３つの長さの異なる筒部４ｂ１，４ｂ２，４ｂ３を積層させて一体とされたものであり、それぞれの筒部４ｂ１，４ｂ２，４ｂ３の先端にある外気取り入れ口４ｂ１’，４ｂ２’，４ｂ３’は高さ方向でずれた位置に設けられている。

外気取り入れ孔４ａと外気取り入れ口４ｂ１’，４ｂ２’，４ｂ３’は流体連通しており、外気取り入れ孔４ａを介して各筒部４ｂ１，４ｂ２，４ｂ３に流れ込んだ外気は外気取り入れ口４ｂ１’，４ｂ２’，４ｂ３’を介して床下空間ＶＣに流れ込むようになっている。

空調機３から床下空間ＶＣに冷気が提供され、床下空間ＶＣ内を流下する過程で冷気は各外気取り入れ口４ｂ１’，４ｂ２’，４ｂ３’の前方を通過する（Ｘ２方向）。そして、この冷気の通過により、各外気取り入れ口４ｂ１’，４ｂ２’，４ｂ３’の前方領域には負圧領域ＶＡが生成される。

各外気取り入れ口４ｂ１’，４ｂ２’，４ｂ３’の前方に負圧領域ＶＡが形成されることにより、エジェクター効果にて外気取り入れ孔４ａを介して外気が取り込まれ、床下空間ＶＣに提供される（Ｘ１方向）。

このように、外気取り入れ装置４は、外気の導入に当たってエネルギーの投入が一切不要である。

なお、負圧形成機構４ｂは図示例に何等限定されるものでなく、筒部の積層数も２つや４つ以上であってもよく、筒部の形状も扇状でなくて三角形状、直線と曲線からなる略三角形状など、多様な形状形態が存在する。

外気取り入れ装置４の下流側に配設された除湿体５は、静止ブロック型のデシカント（シリカゲルやゼオライト等の乾燥剤を角形もしくは円筒形に成形したもの）から構成されている。

空調機３から床下空間ＶＣに流れ込む（Ｘ２方向）冷気は、ホットアイル空間から空調機３に戻されたレタン空気のみが空調機３内で冷気とされたものである。この冷気と外気取り入れ装置４によって床下空間ＶＣに取り込まれた（Ｘ１方向）外気が混合され、混合空気が除湿体５を通過する（Ｘ３方向）過程で除湿され、除湿後の冷気が上床２Ａに設けられている不図示の吹き出し口を介して床上のコールドアイル空間ＣＡに提供され（Ｘ４方向）、各サーバーラック１の前面から各サーバーラック１に提供される。

なお、このような冷気の上昇は、サーバーラック１の背面に排気排出用のファンが一般に取り付けられており、このファンの駆動によって二重床２の上方空間は床下空間ＶＣに比して一般に減圧雰囲気となっており、これら２つの空間の差圧によって齎されるものである。

冷気はサーバーラック１内を流通する過程でサーバーから熱を奪い、冷気が昇温して生成された排気はサーバーラック１の背面からホットアイル空間に排出され、ホットアイル空間の上方で空調機３側に流れる（Ｘ５方向）。空調機３のうち、サーバーラック列１ａと反対側には排気の一部をサーバーラック室外に排気する（Ｘ７方向）ための排気ファン７が設けてあり、排気ファン７を駆動するとホットアイル空間にある排気が吸引され、この排気ファン７に向かう排気の流れ（Ｘ６方向、Ｘ７方向）が形成される。

空調機３の前方であって排気が空調機３に入る直前の位置には冷却板６が設けてあり、排気が冷却板６に接触する過程で予冷され、予冷後の排気が空調機３に送られるようになっている（Ｘ８方向）。なお、図示する冷却板６は、外気が導入等されているサーバーラック室天井の空間まで延びている冷却パイプを備えていてもよい。

図示するサーバーラック室内システム１０によれば、レタン空気のみを空調機３に提供して冷気とし、室内に取り込まれた外気と空調機３で生成された冷気を床下空間ＶＣで混合してなる混合空気を床下空間ＶＣに配設された除湿体５に通過させることで除湿後の冷気を生成し、除湿後の冷気をサーバーラック列１ａに提供することから、空調機３内での処理風量を可及的に少なくすることができ、レタン空気と外気の混合気体を空調機内で冷気として送り出す形態に比して冷気を送り出す空調機３のファンに投入するエネルギーを格段に低減することができる。

さらに、空調機３から提供される冷気の流れによって形成される負圧にて外気の導入をおこなう外気取り入れ装置４を備えていることにより、外気導入の際のエネルギー投入を不要とできる。このように、空調機３内での処理風量の低減と稼働エネルギーを必要としない外気取り入れ装置４の適用により、エネルギー低減効果の高いサーバーラック室内システム１０となっている。

（サーバーラック室内システムと外気取り入れ装置の実施の形態２）
図３は本発明のサーバーラック室内システムの実施の形態２を示す模式図であり、図４は、外気取り入れ装置の実施の形態２を示す模式図である。

図示するサーバーラック室内システム１０Ａは、空調機３のサーバーラック列側と反対側〜空調機３の下方に亘る床下空間ＶＣに外気取り入れ装置４Ａを備えたものである。

外気取り入れ装置４Ａは、空調機３のサーバーラック列側と反対側の床下空間ＶＣの壁に開設されている外気取り入れ孔４ａと、空調機３の下方から床下空間ＶＣに配設された整流板４ｃとから構成されている。

整流板４ｃと床下空間ＶＣの下面２Ｂとの間には隙間Ｇがあり、空調機３から提供される冷気が整流板４ｃを滑って床下空間ＶＣに提供される過程で隙間Ｇの周辺に負圧領域ＶＡが形成される。

整流板４ｃの前方に負圧領域ＶＡが形成されことにより、エジェクター効果にて外気取り入れ孔４ａを介して外気が取り込まれ、床下空間ＶＣに提供される（Ｘ１方向）。

このように、外気取り入れ装置４と同様に外気取り入れ装置４Ａにおいても、外気の導入に当たってエネルギーの投入が一切不要である。

空調機３から床下空間ＶＣに流れ込んだ（Ｘ２方向）冷気と外気取り入れ装置４Ａによって床下空間ＶＣに取り込まれた（Ｘ１方向）外気が混合され、混合空気が除湿体５を通過する（Ｘ３方向）過程で除湿され、除湿後の冷気が上床２Ａに設けられている不図示の吹き出し口を介して床上のコールドアイル空間ＣＡに提供され（Ｘ４方向）、各サーバーラック１の前面から各サーバーラック１に提供される。

図示するサーバーラック室内システム１０Ａによっても、レタン空気のみを空調機３に提供して冷気とし、室内に取り込まれた外気と空調機３で生成された冷気を床下空間ＶＣで混合してなる混合空気を床下空間ＶＣに配設された除湿体５に通過させることで除湿後の冷気を生成し、除湿後の冷気をサーバーラック列１ａに提供することから、空調機３内での処理風量を可及的に少なくすることができ、レタン空気と外気の混合気体を空調機内で冷気として送り出す形態に比して冷気を送り出す空調機３のファンに投入するエネルギーを格段に低減することができる。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１…サーバーラック、１ａ…サーバーラック列、２…二重床、２Ａ…床（上床）、２Ｂ…下床、３…空調機、４，４Ａ…外気取り入れ装置、４ａ…外気取り入れ孔、４ｂ…負圧形成機構、４ｂ１，４ｂ２，４ｂ３…筒部、４ｂ１’，４ｂ２’，４ｂ３’… 外気取り入れ口、４ｃ…整流板、５…除湿体、６…冷却板、７…排気ファン、１０，１０Ａ…サーバーラック室内システム、ＶＣ…床下空間、ＶＡ…真空領域、Ｇ…隙間（整流板と下床の間の隙間）

Claims (3)

1. ２以上のサーバーラックから構成されるサーバーラック列が吹き出し口を備えた床の上に配設され、該床の下方には床下空間が設けられており、
   床下空間に空調機が流体連通しており、空調機から床下空間に提供された冷気が吹き出し口を介してサーバーラック列に提供されるようになっているサーバーラック室内システムにおいて、
   前記床下空間には、外気を床下空間に導入する外気取り入れ装置と、除湿体が配設されており、
   サーバーラック列から排出された排気の一部がレタン空気として空調機に戻されて冷気が生成され、この冷気と導入された外気が混合されてなる混合空気が除湿体を通過し、除湿体にて除湿された除湿後の混合空気がサーバーラック列に提供されるようになっており、
   外気取り入れ装置は、空調機から提供される冷気の流れによって形成される負圧にて外気の導入をおこなうようになっているサーバーラック室内システム。
2. 外気取り入れ装置は、空調機よりもサーバーラック列側の床下空間に配設されている外気取り入れ孔と、該外気取り入れ孔に流体連通する負圧形成機構と、から構成されており、
   前記負圧形成機構は複数の外気取り入れ口を備え、それぞれの外気取り入れ口が高さ方向でずれた位置に設けられており、
   外気取り入れ孔を介して、空調機から提供される冷気の流れ方向とは異なる流入方向で外気を負圧形成機構に流入させ、それぞれの外気取り入れ口から床下空間に提供された外気が前記冷気の流れによって負圧を形成する請求項１に記載のサーバーラック室内システム。
3. 外気取り入れ装置は、空調機のサーバーラック列側と反対側の床下空間に設けられた外気取り入れ孔と、空調機の下方から床下空間に配設された整流板と、から構成されており、
   整流板と床下空間の下面との間には隙間があり、
   空調機から提供される冷気が整流板を滑って床下空間に提供される過程で前記隙間の周辺に負圧を形成する請求項１に記載のサーバーラック室内システム。

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