JP5691649B2

JP5691649B2 - 冷却システム及び情報処理装置

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Publication number: JP5691649B2
Application number: JP2011044660A
Authority: JP
Inventors: ▲高▼須　庸一; 庸一 ▲高▼須
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2011-03-02
Filing date: 2011-03-02
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2031-03-02
Also published as: JP2012181714A

Description

本発明は、冷却システム及び情報処理装置に関するものである。

大量のデータを取り扱うブレードサーバ或いはストレージサーバを多数設置したサーバルーム又はデータセンタでは、電子機器で消費したエネルギーが大量の熱として排出されるため、これらの電子機器を効率的に冷却することが必要になる。

特に、サーバにおいては、１ラック当たりの消費電力は数ｋＷ以上と大電力化しているため、消費電力密度の増大に伴い、発熱体となる中央演算処理装置（ＣＰＵ）等の冷却にも、高い冷却能力を有する冷却システムが必要となる。水冷コンピュータでは、温度調整した冷却水をシステムボード上に設置されたクーリングプレートに流し、ＣＰＵを冷却している。

図１０は、従来の冷却システムの概念的構成図であり、システムボード５２はラック５１に複数台多段に配置され、このようなラック５１が多数設置されている。クーリングプレートユニット５３はラック配管５４_１，５４_２とホース５５_１，５５_２を介してカプラ５３_１，５３_２，５５_３，５５_４により接続され、冷却水が供給される。また、一方のラック配管５４_１には冷却水供給用配管５６_１が接続され、他方のラック配管５４_２には冷却水排出用配管５６_２が接続される。なお、ここでは構造が分かりやすいように、カプラ５３_１，５３_２，５５_３，５５_４は非接続の状態で示しているが、実際には雄型のカプラ５３_１，５５_３と雌型のカプラ５３_２，５５_４とが互いに対向して接続している。

このとき温度調整された冷却水が各クーリングプレートユニット５３に供給されるようにホース５５_１，５５_２とラック配管５４_１，５４_２は並列に接続されている。なお、直列接続した場合には、冷却水は上流では低温となり下流では高温となり、冷却の状態がラック配管５４_１，５４_２の上流か下流かで異なる。

このような冷却システムに用いられるクーリングプレートユニットやラック配管には金属が使用されることが多く、腐食防止のため長期保管の際には冷却水を排水する必要がある。冷却水の排水には圧気を使用するのが簡便ではあるが、クーリングプレートユニットとラック配管は並列に接続されているため、一括して排水しようとすると非常に高圧の圧気が必要となり、ラック配管の耐圧以上となってしまう。

また、並列に接続された状態で、一括して排水しようとすると、次の問題も生じる。すなわち、圧気により、一部のホース５５_１，５５_２が先に排水されてしまうと、それら一部のホースから圧気が冷却水排出用配管５６_２へ逃げてしまう。その結果、その他のホース５５_１，５５_２の排水に対して、圧気は寄与しなくなる。

したがって、クーリングプレートユニット毎、ラック配管のホース毎に圧気を接続して、即ち、あるシステムボードのクーリングプレートユニットとホースのみを接続し、他のユニットは外した状態で排水している。

特開２００８−１９３８０５号公報

しかし、従来の排水方法では、ラックが数十台となると、非常に多くの時間と手間が必要という問題がある。例えば、従来の構造ではクーリングプレートユニット毎に排水する必要があり、非常に多くの時間と手間を要しており、システムボードが３０段の場合、各システムボードで３０分間の排水時間を必要とすると合計９００分かかることとなる。

したがって、ラック配管を一括排水することが望まれるが、このような多数の並列に接続されたシステムボード上のクーリングプレートを一括して排水できる構造のラック配管はこれまでなかった。

したがって、本発明は、冷却時には並列に接続されているシステムボード上のクーリングプレートから一括して排水することを目的とする。

開示する一観点からは、複数の電子機器を冷却する複数の冷却部と、前記冷却部の一端に接続された第１の配管と、前記冷却部の他端に接続された第２の配管と、前記第１の配管同士の間および前記第２の配管同士の間に、前記複数の冷却部に対する冷却媒体流路を並列または直列に切替えるように備えられた流路切替手段と、前記第１の配管及び前記第２の配管に対して圧気を導入する圧気導入口と、前記圧気導入口から導入した圧気により、前記冷却媒体流路内から冷却媒体を抜取る冷却媒体抜取口とを有することを特徴とする冷却システムが提供される。

また、開示する別の観点からは、複数の電子機器を冷却する複数の冷却部と、前記冷却部に接続された第１の配管と、前記冷却部に接続された第２の配管と、前記第１の配管同士の間および前記第２の配管同士の間に、前記複数の冷却部に対する冷却媒体流路を並列または直列に切替えるように備えられた流路切替手段と、前記第１の配管及び前記第２の配管に対して圧気を導入する圧気導入口と、前記圧気導入口から導入した圧気により、前記冷却媒体流路内から冷却媒体を抜取る冷却媒体抜取口とを有する冷却システムを備えたことを特徴とする情報処理装置が提供される。

開示の冷却システム及び情報処理装置によれば、冷却時には並列に接続されている冷却部から一括して排水することが可能になる。

本発明の実施の形態の冷却システムの冷却時の概念的構成図である。本発明の実施の形態の冷却システムの一括排出時の概念的構成図である。本発明の実施例１の情報処理装置用冷却システムの冷却時の概念的構成図である。本発明の実施例１の情報処理装置用冷却システムの一括排水時の概念的構成図である。クーリングプレートユニットの構成説明図である。本発明の実施例２の情報処理装置用冷却システムの冷却時の概念的構成図である。本発明の実施例２の情報処理装置用冷却システムの一括排水時の概念的構成図である。本発明の実施例３の情報処理装置用冷却システムの冷却時の概念的構成図である。本発明の実施例３の情報処理装置用冷却システムの一括排水時の概念的構成図である。従来の冷却システムの概念的構成図である。

ここで、図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態の冷却システムを説明する。図１は本発明の実施の形態の冷却システムの冷却時の概念的構成図であり、図２は本発明の実施の形態の冷却システムの一括排出時の概念的構成図である。

図１に示すように、本発明の実施の形態の冷却システムは、電子機器を搭載したシステムボード１２はラック１１に複数台多段に配置され、このようなラック１１が多数設置されている。冷却部１３となるクーリングプレートユニットはラック配管１４_１，１４_２と第１の配管１５_１及び第２の配管１５_２となるホースを介して接続部材１３_１，１３_２，１５_３，１５_４により接続され、冷却水が供給される。なお、システムボードは例えば３０段程度積層される。

また、一方のラック配管１４_１には冷却媒体供給用配管１６_１が接続され、他方のラック配管１４_２には冷却媒体排出用配管１６_２が接続される。なお、ここでも構造が分かりやすいように、接続部材１３_１，１３_２，１５_３，１５_４は非接続の状態で示しているが、実際には雄型の接続部材１３_１，１５_３と雌型の接続部材１３_２，１５_４とが互いに対向して接続している。

ラック配管１４_１，１４_２には、冷却時には冷却部１３に冷却媒体が並列に供給され、且つ、一括排出時には冷却媒体の冷却媒体流路が直列になる位置に流路切替手段１７が設けられている。この流路切替手段１７としては、バルブ、圧力弁或いは逆止弁が典型的なものである。なお、逆止弁を用いる場合には、冷却媒体供給用配管１６_１及び冷却媒体排出用配管１６_２として、分岐配管を用いる必要があり、冷却水供給用配管１６_１及び冷却水排出用配管１６_２の一方には逆止弁を設け、他方には配管封止部を設ける必要がある。

また、ラック配管１４_１，１４_２の一方の最上部に設けた第１の配管１５_１或いは第２の配管１５_２の位置より上部に圧気導入口１８を設ける。また、ラック配管１４_１，１４_２のどちらかの最下部に設けた第１の配管１５_１或いは第２の配管１５_２の位置より下部に冷却媒体抜取口１９を設ける。

冷却時には、温度調整された冷却媒体、典型的には冷却水が各冷却部１３に一斉に供給されるように第１の配管１５_１及び第２の配管１５_２はラック配管１４_１，１４_２に並列に接続されている。

図２に示すように、一括排水時には、流路切替手段１７により冷却媒体流路が直列になるようにするとともに、冷却媒体供給用配管１６_１及び冷却媒体排出用配管１６_２に設けた接続部材１６_３、１６_４を利用して一括排出用配管２０と接続する。なお、２０_１，２０_２は接続部材である。なお、逆止弁を用いる場合には、圧気導入口１８及び冷却媒体抜取口１９は同じラック配管１４_１，１４_２に設けるので、一括排水用配管２０は不要となる。

ここで、圧気導入口１８から圧縮気体、例えば、３気圧乃至５気圧の圧縮空気を送り込むと、圧縮気体は冷却媒体流路を直列に流れて冷却媒体流路の途中に残留している冷却媒体を順次押し出して、最終的には、冷却媒体抜取口１９から排出する。なお、送風量は例えば毎分４５リットル程度とし、３０段の各クーリングプレートユニットには１個当たり毎分４５リットルの圧縮気体が送り込まれる。

このように、本発明の実施の形態においては、流路切替手段１７を用いて一括排出を可能にしているので、従来のように、クーリングプレートユニット毎、ラック配管のホース毎に圧気を接続する必要がない。したがって、作業時間を大幅に短縮することができ、例えば、３０分乃至４０分程度で排出が可能になる。

以上を前提として、次に、図３乃至図５を参照して、本発明の実施例１の情報処理装置用冷却システムを説明する。図３は本発明の実施例１の情報処理装置用冷却システムの冷却時の概念的構成図であり、図４は発明の実施例１の情報処理装置用冷却システムの一括排水時の概念的構成図である。また、図５はクーリングプレートユニットの構成説明図であり、図５（ａ）はクーリングプレートユニットの概念的構成図であり、図５（ｂ）はシステムボードとの接触状態の説明図である。

図３に示すように、本発明の実施例１の情報処理装置用冷却システムは、電子機器を搭載したシステムボード２２がラック２１に複数台多段に配置され、このようなラック２１が多数設置されている。

冷却部となるクーリングプレートユニット２３は供給側ラック配管２４_１とホース２５_１を介してカプラ２３_２，２５_３により接続され、冷却水が供給される。クーリングプレートユニット２３は排水側ラック配管２４_２とホース２５_２を介してカプラ２３_１，２５_４により接続され、冷却水が排出される。

また、供給側ラック配管２４_１には冷却水供給用配管２６_１が接続され、排水側ラック配管２４_２には冷却水排出用配管２６_２が接続される。なお、ここでも構造が分かりやすいように、カプラ２３_１，２３_２，２５_３，２５_４は非接続の状態で示しているが、実際には雄型のカプラ２３_１，２５_３と雌型のカプラ２３_２，２５_４とが互いに対向して接続している。

供給側ラック配管２４_１及び排水側ラック配管２４_２には、冷却時にはクーリングプレートユニット２３に冷却水が並列に供給され、且つ、一括排水時には排水流路が直列になる位置にバルブ２７_１が設けられている。

また、排水側ラック配管２４_２の最上部に設けたホース２５_２の位置より上部に圧気用カプラ２８を設けるとともに、供給側ラック配管２４_１の最下部に設けたホース２５_１の位置より下部に排水用カプラ２９を設ける。

図５（ａ）に示すように、クーリングプレートユニット２３は、冷却水が蛇行循環する複数のクーリングプレート２３_３が設けられており、互いに隣接するクーリングプレート２３_３は直列或いは並列に接続されている。カプラ２３_２から注入された冷却水は各クーリングプレート２３_３を循環して流れて最終的にはカプラ２３_１から排出される。

図５（ｂ）に示すように、各クーリングプレート２３_３は、システムボード２２に搭載されたＣＰＵ等の電子機器２２_１に対応した位置に設けられており、電子機器２２_１を効率的に冷却する。

図３に示すように、冷却時には、例えば、２０℃に温度調整された冷却水が各クーリングボードユニット２３に一斉に供給されるようにホース２５_１，２５_２は供給側ラック配管２４_１及び排水側ラック配管２４_２に並列に接続されている。バルブ２７_１を開けた状態で、供給側ラック配管２４_１から冷却水を供給すると、冷却水は各ホース２５_１に一斉に供給される。

図４に示すように、一括排水時には、バルブ２７_１を閉じて冷却液流路が直列になるようにするとともに、冷却水供給用配管２６_１及び冷却水排出用配管２６_２に設けたカプラ２６_３、２６_４を利用して一括排水用配管３０のカプラ３０_１，３０_２と接続する。

ここで、圧気用カプラ２８から３気圧乃至５気圧の圧縮空気を送り込むと、圧縮空気は冷却水流路を図において破線の矢印で示すように直列に流れて冷却水流路の途中に残留している冷却水を順次押し出して、最終的には、排水用カプラ２９から排出する。

このように、本発明の実施例１においては、バルブを利用して冷却水流路を並列から直列に切り替えて一括排水しているので、作業時間を大幅に短縮することが可能になる。なお、圧気用カプラは供給側ラック配管に設けても良く、その場合には、排水用カプラは排水側ラック配管に設ける。

次に、図６及び図７を参照して、本発明の実施例２の情報処理装置用冷却システムを説明するが、流路切替手段をバルブから圧力弁に変更しただけで、他の構成は上記の実施例１と同様であるので、変更点を主に説明する。図６は本発明の実施例２の情報処理装置用冷却システムの冷却時の概念的構成図であり、図７は本発明の実施例２の情報処理装置用冷却システムの一括排水時の概念的構成図である。

この実施例２においては、供給側ラック配管２４_１及び排水側ラック配管２４_２に、冷却時にはクーリングプレートユニット２３に冷却水が並列に供給され、且つ、一括排水時には排水流路が直列になる位置に圧力弁２７_２が設けられている。この圧力弁２７_２はバネ式のものであり、冷却水を循環させるときの水圧では開、排水する際の圧気の圧力では閉となるように、
冷却水の水圧＞圧気の圧力
となるように設定しておく。

図６に示すように、コンピュータ稼動時は、水圧がかかっており圧力弁２７_２が全て開いているため、従来と同様に冷却水が一斉に並列にクーリングプレートユニット２３に供給される。

図７に示すように、圧気用カプラ２８から圧縮空気を送風すると、圧縮空気の力では圧力弁２７_２は閉じたままになるように設定している。したがって、クーリングプレートユニット２３、供給側ラック配管２４_１及び排水側ラック配管２４_２からなる排水流路は直列となり、一括して排水することが可能となる。

このように、本発明の実施例２においては、圧力弁を利用して冷却水流路を並列から直列に切り替えて一括排水しているので、切り替えの際にバルブのような開閉操作が不要であるので、作業時間をより短縮することが可能になる。なお、この場合も、圧気用カプラは供給側ラック配管に設けても良く、その場合には、排水用カプラは排水側ラック配管に設ける。

次に、図８及び図９を参照して、本発明の実施例３の情報処理装置用冷却システムを説明するが、流路切替手段をバルブから逆止弁に変更したものである。また、それに伴って、冷却水供給用配管及び冷却水排出用配管を冷却水供給用分岐配管２６_５及び冷却水排出用分岐配管２６_６に変更し、それによって、一括排水用配管が不要となる。なお、他の構成は上記の実施例１と同様であるので、変更点を主に説明する。

図８は本発明の実施例３の情報処理装置用冷却システムの冷却時の概念的構成図であり、図９は本発明の実施例３の情報処理装置用冷却システムの一括排水時の概念的構成図である。この実施例３においては、供給側ラック配管２４_１に、冷却時にはクーリングプレートユニット２３に冷却水が並列に供給され、且つ、一括排水時には排水流路が直列になる位置に逆止弁２７_３が設けられている。また、排水側ラック配管２４_２には、冷却時にはクーリングプレートユニット２３に冷却水が並列に供給され、且つ、一括排水時には排水流路が直列になる位置に封止部材２７_４が設けられている。この逆止弁２７_３は矢印の方向に圧力がかかったときのみに開くものとする。

また、供給側ラック配管２４_１には逆止弁２７_３を設けた位置に応じて複数のカプラ２４_４が設けられており、冷却水供給用分岐配管２６_５に設けられたカプラ２６_７と結合する。一方、排水側ラック配管２４_２には封止部材２７_４を設けた位置に応じて複数のカプラ２４_３が設けられており、冷却水排出用分岐配管２６_６に設けられたカプラ２６_８と結合する。

また、供給側ラック配管２４_１の最上部に設けたホース２５_１の位置より上部に圧気用カプラ２８を設けるとともに、最下部に設けたホース２５_１の位置より下部に排水用カプラ２９を設ける。

図８に示すように、冷却時には、供給側ラック配管２４_１に設けたカプラ２４_４と冷却水供給用分岐配管２６_５に設けられたカプラ２６_７と結合させ、排水側ラック配管２４_２に設けたカプラ２４_３と冷却水排出用分岐配管２６_６に設けたカプラ２６_８と結合する。冷却水が供給されると逆止弁２７_３は水圧によって開き、クーリングプレートユニット２３に一斉に並列に供給され、冷却水排出用分岐配管２６_６を通じて排水される。

図９に示すように、冷却水供給用分岐配管２６_５及び冷却水排出用分岐配管２６_６を夫々供給側ラック配管２４_１及び排水側ラック配管２４_２から外した状態で、圧気用カプラ２８から圧縮空気を送風する。この時、逆止弁２７_３は開かないので、クーリングプレートユニット２３、供給側ラック配管２４_１及び排水側ラック配管２４_２からなる排水流路は直列となり、一括して排水することが可能となる。なお、圧気の圧力はラック配管の耐圧以下であるならば、特に問題はない。

このように、本発明の実施例３においては、逆止弁を利用して冷却水流路を並列から直列に切り替えて一括排水しているので、切り替えの際にバルブのような開閉操作が不要であるので、作業時間をより短縮することが可能になる。また、実施例１及び実施例２においては必要であった一括排水用配管が不要になる。

１１ラック
１２システムボード
１３冷却部
１３_１，１３_２接続部材
１４_１，１４_２ラック配管
１５_１第１の配管
１５_２第２の配管
１５_３，１５_４接続部材
１６_１冷却媒体供給用配管
１６_２冷却媒体排出用配管
１６_３，１６_４接続部材
１７流路切替手段
１８圧気導入口
１９冷却媒体抜取口
２０一括排出用配管
２０_１，２０_２接続部材
２１ラック
２２システムボード
２２_１電子機器
２３クーリングプレートユニット
２３_１，２３_２カプラ
２３_３クーリングプレート
２４_１供給側ラック配管
２４_２排水側ラック配管
２４_３，２４_４カプラ
２５_１，２５_２ホース
２５_３，２５_４カプラ
２６_１冷却水供給用配管
２６_２冷却水排出用配管
２６_３，２６_４カプラ
２６_５冷却水供給用分岐配管
２６_６冷却水排出用分岐配管
２６_７，２６_８カプラ
２７_１バルブ
２７_２圧力弁
２７_３逆止弁
２７_４封止部材
２８圧気用カプラ
２９排水用カプラ
３０一括排水用配管
３０_１，３０_２カプラ
５１ラック
５２システムボード
５３クーリングプレートユニット
５３_１，５３_２カプラ
５４_１，５４_２ラック配管
５５_１，５５_２ホース
５５_３，５５_４カプラ
５６_１冷却水供給用配管
５６_２冷却水排出用配管

Claims

複数の電子機器を冷却する複数の冷却部と、
前記冷却部の一端に接続された第１の配管と、
前記冷却部の他端に接続された第２の配管と、
前記第１の配管同士の間および前記第２の配管同士の間に、前記複数の冷却部に対する冷却媒体流路を並列または直列に切替えるように備えられた流路切替手段と、
前記第１の配管及び前記第２の配管に対して圧気を導入する圧気導入口と、
前記圧気導入口から導入した圧気により、前記冷却媒体流路内から冷却媒体を抜取る冷却媒体抜取口と
を有する
ことを特徴とする冷却システム。
前記流路切替手段は、前記複数の冷却部に対する前記冷却媒体流路を並列とし、
前記冷却媒体を前記複数の冷却部に並列に供給して冷却する
ことを特徴とする請求項１に記載の冷却システム。
前記流路切替手段は、前記複数の冷却部に対する前記媒体流路を直列とし、
前記圧気導入口から圧気を導入し、
前記冷却媒体流路内の前記冷却媒体を、前記冷却媒体抜取口から直列に抜取る
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷却システム。
前記流路切替手段は、
バルブ、圧力弁或いは逆止弁のいずれかである
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の冷却システム。
前記流路切替手段は逆止弁であり、
隣接する一対の前記逆止弁同士は、互いに逆向きに設置されている
ことを特徴とする請求項４に記載の冷却システム。
複数の電子機器を冷却する複数の冷却部と、
前記冷却部に接続された第１の配管と、
前記冷却部に接続された第２の配管と、
前記第１の配管同士の間および前記第２の配管同士の間に、前記複数の冷却部に対する冷却媒体流路を並列または直列に切替えるように備えられた流路切替手段と、
前記第１の配管及び前記第２の配管に対して圧気を導入する圧気導入口と、
前記圧気導入口から導入した圧気により、前記冷却媒体流路内から冷却媒体を抜取る冷却媒体抜取口と
を有する冷却システム
を備えたことを特徴とする情報処理装置。
前記電子機器を搭載したボードと、
前記ボードを多段に収容するラックと、
前記複数の第１の配管に対して冷却時に並列に冷却媒体を供給する第１のラック配管と、
前記複数の第２の配管から冷却時に並列に冷却媒体を排出する第２のラック配管と、
を有することを特徴とする請求項６に記載の情報処理装置。