JP5928205B2 - モジュール型データセンター - Google Patents

Description

本発明は、モジュール型データセンターに関する。

近年、高度情報化社会の到来にともなって計算機で多量のデータが取り扱われるようになり、多数の計算機を一括して管理するデータセンターの必要性がますます重要になってきている。

一般的なデータセンターは、広大な土地に建設された建屋と、大規模な空調設備と、大規模な電気設備とを有する。このため、完成までに長期間を要し、需要の増減に迅速に対応することは困難である。

そこで、コンテナと呼ばれる所定の大きさの構造物内にサーバ等を収納したラックと空調設備及び電気設備とを配置したモジュール型データセンターが開発され、実用化されている。モジュール型データセンターでは、コンテナ内に外気を取り入れ、サーバから発生する熱を外気で冷却するものが多い。これにより、サーバの冷却に使用する電力の削減を図っている。

特開２００７−２５０５９６号公報 特開２０１１−１９１０５４号公報

ラックから排出される暖気の利用効率を向上でき、設備コストやメンテナンスコストが低く、且つ電力消費量が少ないモジュール型データセンターを提供することを目的とする。

開示の技術の一観点によれば、一方の面側に吸気口を備え、他方の面側に排気口を備えた筐体と、電子機器を収納して前記筐体内に配置されるラックと、前記吸気口を介して前記筐体内に外気を導入し、前記ラックの一方の面側から他方の面側にエアーを通流させる送風機と、温度に応じて変形する感温部材と該感温部材により駆動される風向制御板とを備え、前記ラックの他方の面側に配置されて前記ラックから排出されたエアーの向かう方向を温度に応じて変化させる風向制御ユニットとを有するモジュール型データセンターが提供される。

上述の一観点に係るモジュール型データセンター及び他の一観点に係るモジュール型データセンターによれば、ラックから排出される暖気の利用効率を向上できる。また、上述の一観点に係るモジュール型データセンター及び他の一観点に係るモジュール型データセンターは、設備コストやメンテナンスコストが低く、電力消費量が少ない。

図１は、モジュール型データセンターの一例を示す模式的斜視図である。 図２は、同じくその模式的側面図である。 図３は、第１の実施形態に係るモジュール型データセンターを示す模式的側面図である。 図４（ａ），（ｂ）は、風向制御ユニットを示す模式図である。 図５（ａ）は風向制御板が上向きのときのエアーの流れを示す図、図５（ｂ）は風向制御板が水平のときのエアーの流れを示す図である。 図６（ａ），（ｂ）は、変形例に係るモジュール型データセンターを示す模式図である。 図７は、第２の実施形態に係るモジュール型データセンターを示す模式図である。 図８（ａ），（ｂ）は、開口率制御ユニットを示す模式図である。 図９は、風向制御ユニットと開口率制御ユニットとを有するモジュール型データセンタを示す模式図である。

以下、実施形態について説明する前に、実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。

図１はモジュール型データセンターの一例を示す模式的斜視図、図２は同じくその模式的側面図である。図１，図２に例示したモジュール型データセンターでは、直方体形状のコンテナ１０と、コンテナ１０内に配置されたファンユニット１２と、複数のラック１３とを有する。コンテナ１０の相互に対向する２つの面のうちの一方には吸気口１１ａが設けられており、他方には排気口１１ｂが設けられている。また、ファンユニット１２とラック１３との間の空間の上には仕切り板１５が配置されている。

各ラック１３内には、サーバ、ストレージ又は電源等の電子機器１３ａが収納されている。また、ファンユニット１２には複数のファン１２ａが設けられている。更に、吸気口１１ａ及び排気口１１ｂには、雨水の侵入を防ぐ雨水侵入防止板や虫等の侵入を防ぐ防虫網が設けられている。

コンテナ１０内の空間は、ファンユニット１２、ラック１３及び仕切り板１５により、外気導入部２１、コールドアイル２２、ホットアイル２３及び暖気循環路２４に分割されている。外気導入部２１は吸気口１１ａとファンユニット１２との間の空間であり、コールドアイル２２はファンユニット１２とラック１３との間の空間であり、ホットアイル２３はラック１３と排気口１１ｂとの間の空間である。

暖気循環路２４はラック１３及び仕切り板１５の上方の空間であり、ホットアイル２３と外気導入部２１との間を連絡している。暖気循環路２４には、暖気の循環量を調整するためのダンパー１６が設けられている。

このようなモジュール型データセンターにおいて、ファンユニット１２のファン１２ａの回転により吸気口１１ａを介して外気導入部２１にエアー（外気）が導入される。そして、外気導入部２１内に導入されたエアーは、ファンユニット１２を介してコールドアイル２２に移動し、更にラック１３の前面側からラック１３内に入って各電子機器１３ａを冷却する。電子機器１３ａを冷却することにより温度が上昇したエアー（暖気）は、ラック１３の背面からホットアイル２３に排出され、排気口１１ｂから屋外に排出される。

外気温が高いときにはダンパー１６を閉状態とし、ホットアイル２３から外気導入部２１に暖気が移動しないようにする。一方、外気温が低く、ラック１３内に導入されるエアーの温度が設置下限温度よりも低くなるおそれがあるときにはダンパー１６を開状態とし、ホットアイル２３から暖気循環路２４を介して外気導入部２１に暖気の一部を戻している。

しかし、上述したモジュール型データセンターでは、ダンパー１６を開状態としてもラック１３から排出される暖気の大部分は排気口１１ｂから屋外に排出され、ホットアイル２３から外気導入部２１に流入する暖気の量が少ない。このため、ラック１３から排出される暖気の利用効率が低く、外気温が更に低い場合はラック１３内に導入されるエアーの温度が設置下限温度よりも低くなって、誤動作や故障が発生することがある。

このような問題を回避するために、排気口１１ｂにダンパーを設置し、温度センサにより外気の温度を検出して、外気の温度に応じて排気口１１ｂの開口率を変化させることが考えられる。しかし、その場合は、温度センサから出力される信号に応じてダンパーを駆動制御する制御機構が必要となり、設備コストやメンテナンスコストが上昇する。また、ダンパーを駆動制御するために電力が必要であり、データセンターで消費する電力が増大するという問題もある。

以下の実施形態では、ラックから排出される暖気の利用効率を向上でき、設備コストやメンテナンスコストが低く、且つ電力消費量が少ないモジュール型データセンターについて説明する。

（第１の実施形態）
図３は、第１の実施形態に係るモジュール型データセンターを示す模式的側面図である。

本実施形態に係るモジュール型データセンターは、直方体形状のコンテナ３０と、コンテナ３０内に配置されたファンユニット３２と、複数のラック３３と、風向制御ユニット３４とを有する。コンテナ３０の相互に対向する２つの面のうちの一方には吸気口３１ａが設けられており、他方には排気口３１ｂが設けられている。また、ファンユニット３２とラック３３との間の空間上には仕切り板３５が配置されている。コンテナ３０は筐体の一例であり、ファンユニット３２は送風機の一例である。

吸気口３１ａ及び排気口３１ｂには、雨水の侵入を防ぐ雨水侵入防止板や虫等の侵入を防ぐ防虫網が設けられている。また、ファンユニット３２には複数のファン３２ａが設けられている。更に、各ラック３３内には、サーバ、ストレージ又は電源等の電子機器３３ａが収納されている。

風向制御ユニット３４はラック３３の背面に配置されており、ラック３３から排出されるエアーが向かう方向を制御する。風向制御ユニット３４の詳細については後述する。

コンテナ３０内の空間は、ファンユニット３２、ラック３３及び仕切り板３５により、外気導入部４１、コールドアイル４２、ホットアイル４３及び暖気循環路４４に分割されている。外気導入部４１は吸気口３１ａとファンユニット３２との間の空間であり、コールドアイル４２はファンユニット３２とラック３３との間の空間であり、ホットアイル４３はラック３３と排気口３１ｂとの間の空間である。

暖気循環路４４はラック３３及びコールドアイル４２の上方に設けられており、仕切り板３５によりコールドアイル４２と分離されている。暖気循環路４４は、ラック３３からホットアイル４３に排出された暖気を外気導入部４１に戻すための空間である。暖気循環路４４内には、暖気の循環量を調整するためのダンパー３７が設けられている。

なお、図３には図示していないが、外気導入部４１には外気温が高いときに水の気化熱を利用して外部導入部４１に導入するエアーの温度を下げる気化式冷却装置が配置されている。

図４（ａ），（ｂ）は、風向制御ユニット３４を示す模式図である。この図４（ａ），（ｂ）のように、風向制御ユニット３４は、水平に配置されて高さ方向に並んだ複数の桟５１と、それらの桟５１を支持する支柱５２と、桟５１毎に設けられたフィン状の風向制御板５３と、桟５１と風向制御板５３との間を接続するバイメタル５４とを有する。バイメタル５４は、例えばＮｉＦｅ合金と純銅とのように熱膨張係数が相互に異なる２種類の金属板を貼り合せて形成されており、温度に応じて湾曲することにより風向制御板５３の角度を変化させる。

ラック３３から排出されるエアーの温度が低いとき（例えば３５℃以下のときには、図４（ａ）のようにバイメタル５４の曲率が小さく、風向制御板５３は上向きになる。これにより、ラック３３から排出されたエアーは斜め上方に移動する。

図５（ａ）は、風向制御板５３が上向きのときのエアーの流れを示す図である。ラック３３から排出されるエアーの温度が低いときは、図５（ａ）のように、ラック３３から排出された暖気が風向制御ユニット３４により上方に向かうため、暖気循環路４４を介して外気導入部４１に戻るエアーの量が増大する。これにより、外気導入部４１及びコールドアイル４２のエアーの温度が高くなり、ラック３３内の電子機器３３ａの温度が設定下限温度よりも低くなることが回避される。

一方、ラック３３から排出されるエアーの温度が高くなると（例えば３５℃を超えると、図４（ｂ）のようにバイメタル５４の曲率が大きくなり、風向制御板５３の角度が水平に近くなる。

図５（ｂ）は、風向制御板５３が水平のときのエアーの流れを示す図である。ラック３３から排出されるエアーの温度が高いときには、図５（ｂ）のように、ラック３３から排出されたエアーはホットアイル４３を水平方向に進み、排気口３１ｂから屋外に排出される。

このように、本実施形態では、バイメタル５４を使用してラック３３から排出されるエアーの進む向きを温度に応じて制御する。これにより、温度が低いときにラック３３から排出される暖気を効率的に外気導入部４１及びコールドアイル４２に戻すことができ、電子機器３３ａの温度を常に設置下限温度以上に維持できる。

また、風向制御ユニット３４はバイメタル５４と風向制御板５３とにより形成されているので、構造が簡単であり、設備コストやメンテナンスコストが低い。

更に、風向制御ユニット３４は、バイメタル５４を使用して風向制御板５２の角度を制御しているので、電気が不要である。これにより、データセンターの消費電力の増加が回避される。

なお、バイメタル５４は、市販のバイメタルのうちから所望の温度特性のものを選択して使用すればよい。

また、本実施形態では感温部材としてバイメタルを使用しているが、感温部材は温度に応じて変形する部材であればよく、バイメタルに限定されない。例えば、感温部材として、温度により液体と固体とに変化する温感コンパウンドを封入したアクチュエータを使用してもよい。

（変形例）
図６（ａ），（ｂ）は、変形例に係るモジュール型データセンターを示す模式図である。図６（ａ），（ｂ）において、図５（ａ），（ｂ）と同一物には同一符号を付して、重複する部分の説明は省略する。

前述の第１の実施形態では、風向制御ユニット３４に設けられたバイメタル５４の温度特性がいずれも同一である。これに対し、変形例に係るモジュール型データセンターでは、桟５１毎にバイメタル５４の温度特性と取り付け角度とが異なる。

すなわち、図６（ａ）に示すように、風向制御ユニット３４の各風向制御板５３は、ラック３３から排出されるエアーの温度が高いときには各電子機器３３から排出されたエアーがいずれも排気口１１ｂに向かうように、傾斜角度が個別に設定されている。

そして、ラック３３から排出されるエアーの温度が低くなると、各バイメタル５４はそれぞれの温度特性に応じて湾曲状態が変化し、図６（ｂ）に示すように、ラック３３から排出されたエアーが暖気循環路４４の入り口に向かうようになる。

図１，図２に示すように、一般的なモジュール型データセンターでは、床面から排気口３１ｂまである程度の高さがある。このため、ラック３３の下側に配置された電子機器３３ａから排出されるエアーは、床面近傍に滞留しやすい。

これに対し、変形例のモジュール型データセンターでは、上述のように桟５１毎にバイメタル５４の温度特性と取り付け角度とが調整されているので、ラック３３の下側に配置された電子機器３３ａから排出されるエアーが床面近傍に滞留することが回避される。

なお、上述の変形例では桟５１毎にバイメタル５４の温度特性が異なるものとしたが、上下方向に隣接する複数の桟５１を１つのグループとし、グループ毎にバイメタル５４の温度特性を変化させてもよい。

（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態に係るモジュール型データセンターを示す模式図である。図７において、図３と同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

第１の実施形態では、図３のようにラック３３の背面に風向制御ユニット３４を配置している。これに対し、本実施形態に係るモジュール型データセンターでは、図７のように、排気口３１ｂの内側又は外側（図７の例では内側）に開口率制御ユニット３８を配置している。

開口率制御ユニット３８は、図８（ａ），（ｂ）に示すように、水平方向に配置されて高さ方向に並んだ複数の桟６１と、それらの桟６１を支持する支柱６２と、桟６１毎に設けられたフィン状の開口率制御板６３と、桟６１と開口率制御板６３との間を接続するバイメタル６４とを有する。

ラック３３から排出されるエアーの温度が低いとき（例えば３５℃以下のとき）には、図８（ａ）のようにバイメタル６４の曲率が小さく、開口率制御板６３はほぼ垂直になる。これにより、排気口３１ｂの開口率が小さくなり、ラック３３から排出されたエアーは暖気循環路４４を介して外気導入部４１に戻る。その結果、外気導入部４１及びコールドアイル４２のエアーの温度が高くなり、ラック３３内の電子機器３３ａの温度が設定下限温度よりも低くなることが回避される。

一方、ラック３３から排出されるエアーの温度が高くなると（例えば３５℃を超えると、図８（ｂ）のようにバイメタル６４の曲率が大きくなり、開口率制御板６３の角度が水平に近くなる。これにより、排気口３１ｂの開口率が大きくなり、ラック３３から排出されたエアーが排気口３１ｂを介して屋外に排出される。

このように、本実施形態では、バイメタル６４を使用して排気口３１ｂの開口率を温度に応じて制御する。これにより、温度が低いときにラック３３から排出される暖気を効率的に外部導入部４１及びコールドアイル４２に戻すことができ、電子機器３３ａの温度を常に設置下限温度以上に維持できる。

また、開口率制御ユニット３８はバイメタル６４と開口率制御板６３とにより形成されているので、構造が簡単であり、設備コストやメンテナンスコストが低い。

更に、開口率制御ユニット３８は、バイメタル６４を使用して開口率制御板６３の角度を制御しているので、電気が不要である。これにより、データセンターの消費電力の増加が回避される。

なお、本実施形態では感温部材としてバイメタルを使用しているが、感温部材として、例えば温度により液体と固体とに変化する温感コンパウンドを封入したアクチュエータを使用してもよい。また、図９に示すように、ラック３３の背面に、第１の実施形態で説明した風向制御ユニット３４を配置してもよい。

以上の諸実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。

（付記１）一方の面側に吸気口を備え、他方の面側に排気口を備えた筐体と、
電子機器を収納して前記筐体内に配置されるラックと、
前記吸気口を介して前記筐体内に外気を導入し、前記ラックの一方の面側から他方の面側にエアーを通流させる送風機と、
温度に応じて変形する感温部材と該感温部材により駆動される風向制御板とを備え、前記ラックの他方の面側に配置されて前記ラックから排出されたエアーの向かう方向を温度に応じて変化させる風向制御ユニットと
を有することを特徴とするモジュール型データセンター。

（付記２）前記筐体内の空間が、前記ラックの前記一方の面と前記吸気口との間の第１の空間と、前記ラックの前記他方の面と前記排気口との間の第２の空間と、前記ラックの上方に配置されて前記第２の空間と前記第１の空間との間を連絡する第３の空間とに分離されていることを特徴とする付記１に記載のモジュール型データセンター。

（付記３）前記感温部材が、バイメタル、又は温度に応じて液体と固体とに変化する温感コンパウンドを封入したアクチュエータであることを特徴とする付記１又は２に記載のモジュール型データセンター。

（付記４）前記感温部材及び前記風向制御板をそれぞれ複数有し、前記感温部材の温度特性が相互に異なることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載のモジュール型データセンター。

（付記５）一方の面側に吸気口を備え、他方の面側に排気口を備えた筐体と、
電子機器を収納して前記筐体内に配置されるラックと、
前記吸気口を介して前記筐体内に外気を導入し、前記ラックの一方の面側から他方の面側にエアーを通流させる送風機と、
温度に応じて変形する感温部材と該感温部材により駆動される開口率制御板とを備え、前記排気口の内側又は外側に配置されて前記排気口の開口率を温度に応じて変化させる開口率制御ユニットと
を有することを特徴とするモジュール型データセンター。

（付記６）前記筐体内の空間が、前記ラックの前記一方の面と前記吸気口との間の第１の空間と、前記ラックの前記他方の面と前記排気口との間の第２の空間と、前記ラックの上方に配置されて前記第２の空間と前記第１の空間との間を連絡する第３の空間とに分離されていることを特徴とする付記５に記載のモジュール型データセンター。

（付記７）前記感温部材が、バイメタル、又は温度に応じて液体と固体とに変化する温感コンパウンドを封入したアクチュエータであることを特徴とする付記５又は６に記載のモジュール型データセンター。

（付記８）更に、温度に応じて変形する感温部材と該感温部材により駆動される風向制御板とを備え、前記ラックの他方の面側に配置されて前記ラックから排出されたエアーの向かう方向を温度に応じて変化させる風向制御ユニットを有することを特徴とする付記５乃至７のいずれか１項に記載のデータセンター。

１０，３０…コンテナ、１１ａ，３１ａ…吸気口、１１ｂ，３１ｂ…排気口、１２，３２…ファンユニット、１３，３３…ラック、１３ａ，３３ａ…電子機器、１５，３５…仕切り板、１６，３７…ダンパー２１，４１…外気導入部、２２，４２…コールドアイル、２３，４３…ホットアイル、２４，４４…暖気循環路、３４…風向制御ユニット、３８…開口率制御ユニット、５１，６１…桟、５２，６２…支柱、５３…風向制御板、５４，６４…バイメタル、６３…開口率制御板。

Claims (4)

1. 一方の面側に吸気口を備え、他方の面側に排気口を備えた筐体と、
   電子機器を収納して前記筐体内に配置されるラックと、
   前記吸気口を介して前記筐体内に外気を導入し、前記ラックの一方の面側から他方の面側にエアーを通流させる送風機と、
   温度に応じて変形する感温部材と該感温部材により駆動される風向制御板とを備え、前記ラックの他方の面側に配置されて前記ラックから排出されたエアーの向かう方向を温度に応じて変化させる風向制御ユニットと
   を有することを特徴とするモジュール型データセンター。
2. 前記筐体内の空間が、前記ラックの前記一方の面と前記吸気口との間の第１の空間と、前記ラックの前記他方の面と前記排気口との間の第２の空間と、前記ラックの上方に配置されて前記第２の空間と前記第１の空間との間を連絡する第３の空間とに分離されていることを特徴とする請求項１に記載のモジュール型データセンター。
3. 前記感温部材が、バイメタル、又は温度に応じて液体と固体とに変化する温感コンパウンドを封入したアクチュエータであることを特徴とする請求項１又は２に記載のモジュール型データセンター。
4. 前記感温部材及び前記風向制御板をそれぞれ複数有し、前記感温部材の温度特性が相互に異なることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のモジュール型データセンター。

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