JP5723492B2 - 空調設備を備えたコンテナ型データセンター - Google Patents

Description

本発明は、空調設備を備えたコンテナ型データセンターに関し、特に、既存のコンテナに適用することで容易にＩＴ機器等の冷却効率を向上させることを可能とする空調設備を備えたコンテナ型データセンターに関する。

コンテナ型データセンターは、非特許文献１にも記載されているように、トレーラ等による貨物輸送手段として使用されるコンテナ型のボックスに、データセンターを構成する上で必要な設備を収容したものである。具体的に、コンテナ型データセンターには、サーバやストレージ、制御機器、空調用設備及び電源設備などが収容されることにより、このコンテナ自体がデータセンターとして稼働可能である。そのため、野外設置または運搬が可能な新たなデータセンターの形態といえるものである。

日本では建築基準法による規制の関係からコンテナ型データセンターの利用が難しいとされてきたが、平成２３年３月２５日付けで、国土交通省より「コンテナ型データセンタに係る建築基準法の取扱いについて」として通知が出されている。それによると「土地に自立して設置するコンテナ型データセンタのうち、サーバ機器本体その他のデータサーバとしての機能を果たすため必要となる設備及び空調の風道その他のデータサーバとしての機能を果たすため必要となる最小限の空間のみを内部に有し、稼働時は無人で、機器の重大な障害発生時等を除いて内部に人が立ち入らないものについては、法第２条第１号に規定する貯蔵槽その他これらに類する施設として、建築物に該当しないものとする。ただし、複数積み重ねる場合にあっては、貯蔵槽その他これらに類する施設ではなく、建築物に該当するものとして取り扱うこととする。」とされている。

また、コンテナにあってはＩＳＯ規格を基に外形のサイズが規定されているところ、コンテナ型データセンターについては、４０フィートタイプのコンテナを充当させているケースが多い。従来のコンテナ型データセンターにおいては、空調設備の室外機をコンテナ外部に設置するもので、コンテナ型データセンターを所定の場所に設置した後に、空調用の室外機をコンテナ近傍に設置し室内機との空調配管工事を行う必要があった。

特許文献１（特開２０１２−９８７９９号公報）は、合理的な形態のユニット型データセンターと、その構成要素として有効適切なサーバ室ユニットを提供することを課題としている。サーバ室ユニットは、互いに隣接配置可能なケーシング内に複数台のサーバラックと冷却設備を備えてそれ自体がサーバ室として機能する。ケーシング内にコールドエリアとホットエリアとを区画形成し、サーバラックを通風可能としてコールドエリアとホットエリアの境界部に一列に並べて配列する。冷却設備を、外気をコールドエリアに給気しホットエリアから外部に排気する構成の排気ファンと、冷気を調製してケーシング内を循環させる構成の空調装置とにより構成するものが開示されている。

特許文献２（特開２０１２−２５２６３９号公報）は、電子機器を収容する建造物において、密閉性を高めて電子機器を保護しながら室内の熱を効率的に外部に放出し、さらに、建造物の増設や移設を容易とすることは課題としている。建造物の４隅に配置した柱状部材の上部及び下部に、緊締具の係合可能な締結金具を固着し、建造物の屋根を締結金具よりも低い位置に設定するとともに、屋根の下方には中間天井板を設ける。電子機器を収納したラックを中間天井板の下側室内に収め、中間天井板を挟むように、下側室に空気を冷却する熱交換器と空気循環用ファンとを設置し、上側に排熱用の室外熱交換器を設置する。電子機器の増加に対処するときは、建造物自体を直接積み重ね、締結金具に緊締具の係合して建造物を増設することが可能である。電子機器から発生する熱は、下側室内の熱交換器と室外熱交換器とにより外気へ放熱される。建造物の内部は、サーバ、ストレージ等のコンピュータを室内に収めたコンピュータ室ＣＲと、コンピュータ等に電力を供給する電源ユニットＥＵや予備空調用室外機ＣＤなどを据え付けた機械室ＭＲとに分割され、その間には仕切り壁が設置される。

特開２０１２−９８７９９号公報 特開２０１２−２５２６３９号公報

https://www.hitachi-systems.com/solution/s006/fmitsm/cdc.html

しかしながら特許文献２の構成はコンテナ内部を２つの区画に分けて形成する必要があり、更に区画の境界にサーバーラックを設けなければならず、一般に流通しているＩＳＯ規格に準拠したドライコンテナや事務所向けコンテナなどの既存のコンテナを改修するなどして実現するには、非常に多くの改装コストが生じてしまう。

そこで、本発明では、既存のコンテナに適用するのみで容易にコンテナ内部を冷却エリアと排熱エリアとに分割し、ラックに収納したＩＴ機器の冷却効果を高めることを可能とするコンテナ型データセンター用空調設備を提供することを目的とする。

本発明の空調設備を備えたコンテナ型データセンターは、複数のＩＴ機器を収納するラックを複数台設置すると共に、ＩＴ機器の冷却を行うための空調設備としての室内機及び室外機とを具備する輸送用のコンテナ規格に基づくコンテナ型データセンターであって、前記コンテナ型データセンターは、仕切り板により、前記ＩＴ機器及び前記空調設備の室内機が配置される室内エリアと、前記空調設備の室外機が配置される室外エリアに仕切られており、前記ＩＴ機器が配置された前記室内エリアに設置された室内機は、その頂部に上方に冷却風を送出する送風口と、下部から暖気を吸入する吸入口とを備え、前記室内エリアに前記ＩＴ機器が配置された複数台のラックを並べることによって、複数台並べたラックを境界として一方に冷却エリアを、他方に排熱エリアを形成し、前記室内エリアに設置された室内機上方の送風口から吹き出す冷気を、前記冷却エリアに導くために、前記室内エリアに設置された室内機上方の送風口の高さに合わせてシステム天井を配置し、前記システム天井は断面を台形に形成し、その室内機側の幅方向の寸法を送風口の幅方向の寸法よりも広く形成し、冷却エリア側の幅をコンテナ中央部からコンテナ側壁までの距離に相当する幅寸法とし、斜辺にダウンウォールを設けたことを特徴とする。

更に、空調設備を備えたコンテナ型データセンターは、前記ＩＴ機器を搭載したラック内部を冷却風が通過することなく冷却エリアから排熱エリアへと流出しないよう、前記ラックの頂部と前記コンテナの天井面との間隙に冷却風流出防止部材を形成したことを特徴とする。

更に、空調設備を備えたコンテナ型データセンターは、前記ＩＴ機器を搭載したラック内部を冷却風が通過することなく冷却エリアから排熱エリアへと流出しないよう、前記冷却エリアへの人員の通路となる箇所に暖簾状の冷却風流出防止部材を設置することを特徴とする。

本発明によれば、コンテナ内をラックによって冷却エリアと排熱エリアとに分け、システム天井・ダウンウォール及びコンテナ天井面によって形成した送風路によって、ラックを通過する前に排熱エリアに冷却風が流出することがないため、冷却エリアがダクトの機能を備えることとなり、ダクトを設けずとも確実にＩＴ機器を収納したラックに冷却風を送出することができ、冷却効率向上のための構造を低コストにて実現することができる。

図１は本発明の空調設備を備えたコンテナ型データセンターを示す、コンテナ内の各装置の配置関係を示す平面図である。 図２は図１に示すＡ−Ａ線におけるコンテナ型データセンターの断面図である。 図３は図１に示すＢ−Ｂ線におけるコンテナ型データセンターの断面図である。 図４は図１に示すＣ−Ｃ線におけるコンテナ型データセンターの断面図である。 図５は本発明の空調設備を備えたコンテナ型データセンターに用いるシステム天井の詳細図である。 図６は本発明の空調設備を備えたコンテナ型データセンターに用いるシステム天井の別の例を示す詳細図である。

本発明を実施するための形態を以下に説明する。もちろん、本発明は、その発明の趣旨に反しない範囲で、本実施形態において説明した以外の構成のものに対しても容易に適用可能なことは説明を要するまでもない。なお、本明細書中では、コンテナの長手方向を「長さ方向」と表現し、それに対して垂直な方向を「幅方向」と表現する。また、「内側」及び「外方」との表現は、コンテナの内方に向かう方向を「内方」と言い、その外側に向かう方向を「外方」又は「外側」と言う。

本出願人も、非特許文献１に記載されているように、コンテナ型データセンターを開発している。それは、導入から運用監視までをワンストップで提供するために、サーバなどのＩＴ機器や電源・空調設備をコンテナに収容し、データセンターに必要な設備を凝縮している。外部は輸送を考慮したサイズになっているため、各地への輸送が可能である。また、内部は、充分なメンテナンススペースを確保したレイアウトとなっている。

本出願人の開発したコンテナ型データセンターは、遠隔運用監視サービスを実施することで、運用を自動化できる。また、空調、電力、電源の状況を確認でき、監視カメラにより遠隔からコンテナ内のサーバを目視確認できるように構成されている。そのため、障害発生をいち早く検出し、対策することが可能である。さらに、監視カメラによる外部の監視やレーザによる周辺の警備、生体認証による入退室管理などにより、コンテナへの不正侵入などの異常を検出できる構成とされている。

１は、ＩＳＯ規格に準じた構造を具備するコンテナである。コンテナサイズや上下取合いインタフェースは、ＩＳＯコンテナ規格（ＩＳＯ規格６３４６）に準拠した構造とされている。コンテナ１は、鉄製のＨ鋼によって略長方形状に形成したものを２組、各々を図示しない上側フレーム、下側フレームとして形成し、それらの四隅を同じく鉄製のＨ鋼である柱部１０によって連結して軸組が成され、略直方体の形状をなすよう形成される。尚、上側フレームには鉄製のプレートが装着されて天井面２５を形成し、同様に下側フレームには鉄製のプレートが装着されて床面２６が形成される。

軸組をＨ鋼によって形成することでコンテナ１を複数個積み上げるための強度を十分に備えることができ、振動等によって変形することを防止することができる。また、コンテナ１の上側フレーム及び下側フレームの四隅には、図示しないツイストロック機構が形成されており、コンテナ１を複数個積み上げる際の位置決めガイドの役割と、積み上げたコンテナのズレを防止する役割とを兼ねている。

本発明のコンテナ型データセンターは、密閉型のスチール製コンテナとし、ドアはエアタイト仕様とする。ＩＴ機器から発生する内部発熱は内部に設置した空調機で冷却し、空気循環方式とする。これにより、運用時には無人で運転して高い防水・防塵性能を確保することができる。但し、コンテナ内での作業時の換気については考慮する必要がある。

外形はＩＴ機器を設置するラックの数によって自由に設計することができるが、実施例のものは４０ｆｔコンテナのサイズと同一とし、船やトレーラによる輸送での固定用のインタフェース部を持つように構成する。これにより、船での輸送では固定が容易であり、トレーラ輸送では標準トレーラで運搬できるメリットがある。但し、船での出荷時は製品としての納入品のため、コンテナ本体を傷付けない輸送の配慮を行う構成とする必要がある。

本発明のコンテナ型データセンターは、ＩＴ機器を搭載したままでのトレーラ輸送が可能となるよう、コンテナ底部に防振機構の付いた防振台ユニットを設置する。この機構により、輸送時の縦方向の振動加速度を大幅に軽減することができる。

本発明のコンテナ型データセンターは、移動の容易性向上のため、コンテナ空調用の室外機は、ＩＴ機器を配置したコンテナ外ではあるが、コンテナと同一フロアに設置するように構成することができる。これにより冷媒配管を固定でき、移動の度に室外機の再設置と冷媒配管敷設の手間が必要なくなる。空調設備としては、空冷方式のユニットを４台設置し、１台は予備とする。

コンテナ１の室内エリアの長手方向の両端部には空調設備の１つである室内機３１が２台ずつ設置されている。この室内機３１は、下方の吸気口３１ｂ（図２）から室内の空気を吸入し、室外機３２内で熱交換を行って吸入した空気を冷却し、室内機３１の上方の送風口３１ａから冷却された空気を送出する。

コンテナ１は、仕切り板２４によってＩＴ機器が格納されたラック４０を収納するＩＴ機器収納室と空調設備の室外機設置室に区分けされている。仕切り板２４の幅方向端部には、柱部１０と同様のＨ鋼によって仕切用柱部１０が設けられている。コンテナ１の室外機設置室と対向する壁面には鉄扉１３が設けられている。これにより、コンテナ１のＩＴ機器収納室は、上側フレーム、下側フレーム及び柱部、仕切用柱部によって囲まれた部分には、天井面、床面、側面には鉄製のプレートが装着され、端面に配置された仕切り板２４及び鉄扉１３によって閉じられた空間を形成している。本発明のコンテナ型データセンターは、運転時にはＩＴ機器収納室は空調され閉じられた空間を形成しているが、保守時等には操作員がＩＴ機器収納室に入出する必要があり、側壁には適宜入退室口８０が形成される。コンテナ１の室外機設置室と対向する壁面の鉄扉１３は、コンテナ内に空調設備の室内機３１、ラック４０及びラック内に収納するＩＴ機器が搬入する際の入り口となり、搬入が完了した際には閉じておく。

コンテナ１の内部にはコンテナ１の長手方向の中央部にＩＴ機器を収納するラック４０を所定の数並べる。ラック４０に載置される図示しないＩＴ機器の冷却効率を高めるため、ラック４０は複数段の網棚からなるスチールラックのような間隙の多いものが好ましい。コンテナ１は、ＩＴ機器を載置したラック４０の列を境界として、空調設備によって冷却された冷却風が排出される冷却エリア２と、冷却風がラック４０を通過しＩＴ機器を冷却することで排熱を含んだ空気が流入する排熱エリア３とに分割される。尚、ラック４０の頂部とコンテナ１の天井面２５との間に形成される間隙には、長手方向に沿ってビニールカーテン６０を取り付ける（図２）。これにより、ラック４０上部において、冷却エリア２と排熱エリア３との間で空気が対流することを防止する。

コンテナ１内部には、室内機３１から送出される冷却風を確実に冷却エリア２へ送り出す必要がある。そのためには、ダクトを配設してラック近傍にダクトの排出口位置決めし、ラック４０に収納したＩＴ機器へ向けて冷却風を送出する構成を採用するのが一般的であるが、ラック４０に向けてダクトを配設すると、その分メンテナンス作業のスペースが狭くなるという欠点がある。

そこで、本発明の空調設備を備えたコンテナ型データセンターの実施例では、ダクトの代わりに、室内機３１の上方の送風口３１ａから創出される冷気を冷却エリア２へ確実に送り出すために、システム天井５０を用いている。システム天井５０は、板状の部材から形成されており、それを図示しないハンガー等によってコンテナ１の天井面２５から吊り下げたものである。システム天井５０は、その高さを室内機３１の冷却風の送風口３１ａと略同じ高さとなるように位置決めされる。このシステム天井５０は、平面形状が台形を呈しており、その室内機３１側の幅方向の寸法は、少なくとも送風口３１ａの幅方向の寸法よりも広く形成されることが求められ、他方の冷却エリア２側端部の幅は、ラック４０上部に長手方向に設けられたビニールカーテン６０の位置からコンテナ１の側壁２２までの距離に相当する幅寸法とすることが好ましい。それにより、幅広の室内機３１側で送風口３１ａからの冷気を確実に導き入れ、冷却エリア２に向かって送出される。システム天井５０とコンテナ１の天井面２５との間は、図５に詳細に示す通り、ダウンウォール５１が設けられ、これによって、室内機３１上部の送風口３１ａからの冷気が排熱エリア３側に流れ込まずに、システム天井５０を用いて、室内機３１上部の送風口３１ａから冷却エリア２に向けて筒状の送風路が形成されることとなり、冷却エリア２そのものがダクトと同等の機能を持つこととなる。これにより室内機３１の送風口３１ａから送出される冷却風がラック４０に搭載されたＩＴ機器を介すことなく排熱エリア３に漏れ出すことを防止し、確実に冷却エリア２、ひいてはラック４０内のＩＴ機器へ冷却風を送出することができる。尚、システム天井５０の形状を図６に示すように、ダウンウォール５１を側面視略コ字状となるように形成することで、システム天井５０の水平部分とコンテナの側壁２２の内側とに間隙が生じることなく、より確実に冷却エリア２へ冷却風を送出することができる。

上記したシステム天井５０によって冷却エリア２にダクトの機能を持たせることができるが、システム天井５０下方で排熱エリア３と冷却エリア２との間を人員の移動が可能なスペースを設けると、そのスペースによって冷却エリア２と排熱エリア３との間で空気の往来が可能となってしまう。システム天井５０の下方には室内機３１の空気の吸入口３１ｂがあり、ここから暖気を吸い込む際、冷却風がこのスペースを介してそのまま室内機３１の吸入口３１ｂに向かって流れてしまう虞がある。このスペースに冷却風が漏れだすことを防止するため、システム天井５０の冷却エリア２側の端部に、コンテナ１の床面２６からシステム天井５０の高さまでの長さと略同寸のビニールカーテン７０を取り付けて閉塞する。この時、ビニールカーテン７０の下端及び左右端を自由端とすることで暖簾状となり、人の往来を阻害せず、且つ空気の対流を防止することができる。

以上のような構成の空調設備を備えたコンテナ型データセンターによれば、室内機３１の送風口３１ａから送出される冷却風を矢印Ｆｃ（実線表示）で示す経路に沿って冷却エリア２をダクトとして誘導することができ、これによって確実に冷却風をラックに載置したＩＴ機器に向けて送り出すことができ、更に、排熱を含んだ空気を矢印Ｆｈ（点線表示）に示す経路に沿って室内機３１の吸入口３１ｂに誘導することが可能となる。また、この構成によって冷却エリア２に排熱を含んだ空気が流入することも防止することができるので、冷却効率の向上を図ることができる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えばラック４０上部にビニールカーテンを吊り下げるとしたが、これに限定せずに板状部材によってラック４０上部の間隙を閉塞しても良く、ラック４０上部において排熱エリア３から冷却エリア２への空気の流入を防止できる構成であれば如何なる形態のものでも何ら問題ない。

１ コンテナ
２ 冷却エリア
３ 排熱エリア
１０ 柱部
２１ 鉄扉
２２、２３ 側壁
２４ 仕切り板
２５ 天井面
２６ 床面
３１ 室内機
３１ａ 送風口
３１ｂ 吸入口
３２ 室外機
４０ ラック
５０ システム天井
５１ ダウンウォール
６０ ビニールカーテン（冷却風流出防止部材）
７０ ビニールカーテン（暖簾状の冷却風流出防止部材）
Ｆｃ 冷却風経路
Ｆｈ 暖気経路

Claims (3)

1. 複数のＩＴ機器を収納するラックを複数台設置すると共に、ＩＴ機器の冷却を行うための空調設備としての室内機及び室外機とを具備する輸送用のコンテナ規格に基づくコンテナ型データセンターであって、
   前記コンテナ型データセンターは、仕切り板により、前記ＩＴ機器及び前記空調設備の室内機が配置される室内エリアと、前記空調設備の室外機が配置される室外エリアに仕切られており、
   前記ＩＴ機器が配置された前記室内エリアに設置された室内機は、その頂部に上方に冷却風を送出する送風口と、下部から暖気を吸入する吸入口とを備え、
   前記室内エリアに前記ＩＴ機器が配置された複数台のラックを並べることによって、複数台並べたラックを境界として一方に冷却エリアを、他方に排熱エリアを形成し、
   前記室内エリアに設置された室内機上方の送風口から吹き出す冷気を、前記冷却エリアに導くために、前記室内エリアに設置された室内機上方の送風口の高さに合わせてシステム天井を配置し、
   前記システム天井は断面を台形に形成し、その室内機側の幅方向の寸法を送風口の幅方向の寸法よりも広く形成し、冷却エリア側の幅をコンテナ中央部からコンテナ側壁までの距離に相当する幅寸法とし、斜辺にダウンウォールを設けたことを特徴とする空調設備を備えたコンテナ型データセンター。
2. 前記ＩＴ機器を搭載したラック内部を冷却風が通過することなく冷却エリアから排熱エリアへと流出しないよう、前記ラックの頂部と前記コンテナの天井面との間隙に冷却風流出防止部材を形成したことを特徴とする請求項１記載の空調設備を備えたコンテナ型データセンター。
3. 前記ＩＴ機器を搭載したラック内部を冷却風が通過することなく冷却エリアから排熱エリアへと流出しないよう、前記冷却エリアへの人員の通路となる箇所に暖簾状の冷却風流出防止部材を設置することを特徴とする請求項１又は２に記載の空調設備を備えたコンテナ型データセンター。
   

Images