JP6007802B2 - 冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷却装置に関する。

筐体内にある冷却対象物をファンにより冷却する冷却装置が知られている。ファンが回転することにより外から筐体内に空気を吸入して冷却対象物に送風し、外に空気が排出される。特許文献１、２にはこのような装置に関連する装置が開示されている。

特開２００８‐２４４１３１号公報 特開２００３−２４９７８６号公報

このような装置が例えば屋外に配置されて外風に晒され、又は屋内であっても空調設備などの影響により外風に晒される場合、外風の方向によっては筐体内に空気を十分に吸入できず、筐体内で高温となった空気を十分に排出できないおそれがある。例えば、筐体内の温度や冷却対象物の温度に比例してファンの回転数が増大するように制御される場合、筐体内への空気を吸入、排出が十分に行われないと筐体内の温度が上昇してファンの回転数が増大する恐れがある。これにより、消費電力が増大するおそれがある。

本発明は、外風の方向を考慮して空気を吸入、排出する冷却装置を提供することを目的とする。

本明細書に開示の冷却装置は、互いに対向する第１及び第２壁部を含む筐体と、前記筐体内に設けられた冷却の対象物と、前記筐体内で風が循環するように前記対象物に風を送るファンと、前記筐体内で順方向に流れる前記風の上流側及び前記順方向とは逆の逆方向に流れる前記風の下流側でそれぞれ前記第１壁部に設けられた順方向入口及び逆方向出口と、前記順方向の下流側及び前記逆方向の上流側でそれぞれ前記第２壁部に設けられた順方向出口及び逆方向入口と、前記第１壁部側の前記筐体内外の圧力の大小、前記第２壁部側の前記筐体内外の圧力の大小、の少なくとも一方を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に応じて前記順方向入口及び順方向出口を開き前記逆方向入口及び逆方向出口を閉じ、又は前記順方向入口及び順方向出口を閉じ前記逆方向入口及び逆方向出口を開く開閉部と、を備えている。

外風の方向を考慮して空気を吸入、排出する冷却装置を提供できる。

図１は、図１は、本実施例のデータセンタ１の説明図である。 図２は、コントローラＣが実行する制御の一例を示したフローチャートである。 図３は、筐体内に外風を導入する場合の説明図である。 図４は、筐体内に外風を導入する場合の説明図である。 図５Ａ、５Ｂは、変形例にデータセンタの説明図である。

冷却装置の一例としてデータセンタ１を例に説明する。図１は、本実施例のデータセンタ１の説明図である。データセンタ１は、例えば屋外に設置される。データセンタ１は、筐体１０を有している。筐体１０は、低壁１１、上壁１２、側壁１３、１４、１５、１６を含む。側壁１３、１４は互いに対向している。側壁１３には、互いに隣接した開口１３Ｉ、１３Ｅが設けられ、側壁１４には、互いに隣接した開口１４Ｉ、１４Ｅが設けられている。開口１３Ｉは開口１３Ｅよりも下側に設けられている。開口１４Ｅは開口１４Ｉよりも下側に設けられている。筐体１０には、開口１３Ｉ、１３Ｅ、１４Ｉ、１４Ｅをそれぞれ開閉するシャッタ２３Ｉ、２３Ｅ、２４Ｉ、２４Ｅが設けられている。シャッタ２３Ｉ、２３Ｅ、２４Ｉ、２４Ｅは開閉部の一例である。

シャッタ２３Ｉ等は、例えばアコーディオンのように開閉する部材であってもよいし、ロールスクリーンのように開閉するものであってもよし、縦型又は横型のブラインドであってもよいし、パネルのようにスライドするものであってもよいし、両開き又は片開きの扉であってもよい。

筐体１０内には、ファンユニットＦ、ファンユニットＦと対向配置された複数のサーバラックＳＶ、が設けられている。ファンユニットＦが回転することにより、風がサーバラックＳＶに向けて送風される。ファンユニットＦはファンの一例であり、サーバラックＳＶは冷却の対象物の一例である。詳細には、低壁１１とファンユニットＦとサーバラックＳＶの上部との間に設けられた仕切板Ｗとの間を風が通過する。ファンユニットＦを通過する風の方向を順方向Ｄ１と称する。サーバラックＳＶを通過する風は、側壁１４とサーバラックＳＶとの間で旋回して、サーバラックＳＶの上部及び仕切板Ｗと上壁１２との間を流れる。サーバラックＳＶの上部と上壁１２との間を流れる風の方向を逆方向Ｄ２と称する。逆方向Ｄ２と順方向Ｄ１とは逆方向である。仕切板Ｗは、順方向Ｄ１、逆方向Ｄ２に流れる風の合流を防止する。

ファンユニットＦの上部には、開閉可能なダンパＤＰが設けられている。ダンパＤＰは、詳しくは後述するが所定条件に応じてダンパＤＰに設けられた開口部を開閉する。ダンパＤＰは遮断部の一例である。ダンパＤＰが開いている場合には、サーバラックＳＶ上部と上壁１２との間を風が逆方向Ｄ２に流れ、側壁１３側で旋回する。側壁１３側で旋回した風はファンユニットＦの上流側に流れる。以上のように、ファンユニットＦによって送風される風が筐体１０内で循環する。

従って、側壁１３は順方向Ｄ１での上流側であり逆方向Ｄ２での下流側に位置し、第１壁部の一例である。側壁１４は、順方向Ｄ１での下流側であり逆方向Ｄ２での上流側に位置し、第２壁部の一例である。また、シャッタ２３Ｉ、２３Ｅは第１開閉部の一例であり、シャッタ２４Ｉ、２４Ｅは第２開閉部の一例である。

また、開口１３Ｉ、１４Ｅは、ファンユニットＦからサーバラックＳＶに向かう風の順方向Ｄ１の延長線上に位置している。同様に、開口１３Ｅ、１４Ｉは、サーバラックＳＶ上部と上壁１２との間を流れる風の逆方向Ｄ２の延長線上に位置している。このため、開口１３Ｉは順方向Ｄ１の上流側に位置し、順方向入口の一例である。開口１３Ｅは、逆方向Ｄ２の下流側に位置し、逆方向出口の一例である。開口１４Ｅは、順方向Ｄ１の下流側に位置し、順方向出口の一例である。開口１４Ｉは、逆方向Ｄ２の上流側に位置し、逆方向入口の一例である。

側壁１３の外側には圧力センサ３３Ａが設けられている。側壁１３とファンユニットＦとの間又は側壁１３の内側には圧力センサ３３Ｉが設けられている。同様に、側壁１４の外側には圧力センサ３４Ａが設けられている。側壁１４とサーバラックＳＶとの間には圧力センサ３４Ｉが設けられている。圧力センサ３３Ａ、３４Ａはそれぞれ外気の風によって出力値が変化する。圧力センサ３３Ｉ、３４Ｉは、それぞれ筐体１０内を流れる風によって出力が変化する。コントローラＣは、圧力センサ３３Ａ、３３Ｉにより側壁１３側の筐体１０内外の圧力の大小を把握し、圧力センサ３３Ａ、３３Ｉは、第１検出部の一例である。同様に、コントローラＣは、圧力センサ３４Ａ、３４Ｉにより側壁１４側の筐体１０内外の圧力の大小を把握し、圧力センサ３４Ａ、３４Ｉは、第２検出部の一例である。また、圧力センサ３３Ａ、３３Ｉ、３４Ａ、３４Ｉは、検出部の一例である。

ファンユニットＦとサーバラックＳＶとの間、即ちサーバラックＳＶの上流側には温度センサＴＰ、湿度センサＭＰが設けられている。温度センサＴＰ、湿度センサＭＰはそれぞれサーバラックＳＶに吹付けられる空気の温度及び湿度を検出する。コントローラＣは、温度センサＴＰ、湿度センサＭＰにより筐体１０内の空気の温度及び湿度を把握できる。

筐体１０内にはコントローラＣが設けられている。コントローラＣは、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵを含み、ファンユニットＦの回転を制御する。また、コントローラＣは、圧力センサ３３Ａ、３３Ｉの出力に応じてシャッタ２３Ｉ、２３Ｅの開閉を制御し、圧力センサ３４Ａ、３４Ｉの出力に応じてシャッタ２４Ｉ、２４Ｅの開閉を制御する。シャッタ２３Ｉ等は、それぞれモータを内蔵し、コントローラＣからの指令に応じて開口１３Ｉ等を開閉する。また、コントローラＣは、温度センサＴＰ、湿度センサＭＰの出力に応じてダンパＤＰの開閉を制御する。コントローラＣは制御部の一例である。

次に、コントローラＣが実行する制御の一例を説明する。図２は、コントローラＣが実行する制御の一例を示したフローチャートである。コントローラＣは、ダンパＤＰが開いているか否かを判定する（ステップＳ１）。否定判定の場合は本制御を終了する。肯定判定の場合には、コントローラＣは、圧力センサ３３Ａ、３３Ｉにより側壁１３側での筐体１０内外の差圧を検出し、圧力センサ３４Ａ、３４Ｉにより側壁１４側での筐体１０内外の差圧を検出する（ステップＳ２）。

次に、コントローラＣは、これらの差圧に基づいて筐体１０の外圧が筐体１０の差圧よりも大きいか否かについて、それぞれ側壁１３側と側壁１４側とについて判定する（ステップＳ３）。例えば、圧力センサ３３Ａの出力値が圧力センサ３３Ｉの出力値よりも大きく圧力センサ３４Ａの出力値が圧力センサ３４Ｉの出力値よりも小さい場合、側壁１３側が風上にあり側壁１４側が風下にあるとして風の方向を判断できる。この場合、図３に示すように、コントローラＣは開口１３Ｉを開き開口１３Ｅを閉じるようにシャッタ２３Ｉ、２３Ｅを制御し（ステップＳ４）、開口１４Ｉを閉じ開口１４Ｅを開くようにシャッタ２４Ｉ、２４Ｅを制御する（ステップＳ５）。これにより、外気が開口１３Ｉを介してファンユニットＦの上流側に流れ込み、サーバラックＳＶを通過した空気の一部は開口１４Ｅを介して外部に排出される。尚、図３においては、開口１３Ｉ、１４Ｅをそれぞれ開くシャッタ２３Ｉ、２４Ｅについては図示を省略している。

圧力センサ３３Ａの出力値が圧力センサ３３Ｉの出力値よりも小さく圧力センサ３４Ａの出力値が圧力センサ３４Ｉの出力値よりも大きい場合、側壁１３側が風下にあり側壁１４側が風上にあるとして風の方向を判断できる。この場合、図４に示すように、コントローラＣは開口１３Ｉを開じ開口１３Ｅを開くようにシャッタ２３Ｉ、２３Ｅを制御し（ステップＳ５）、開口１４Ｉを開き開口１４Ｅを閉じるようにシャッタ２４Ｉ、２４Ｅを制御する（ステップＳ４）。これにより、外気が開口１４Ｉを介して逆方向Ｄ２方向の上流側に流れ込み、ダンパＤＰを通過して空気の一部は開口１３Ｅを介して外部に排出される。尚、図４においては、開口１３Ｅ、１４Ｉをそれぞれ開くシャッタ２３Ｅ、２４Ｉについては図示を省略している。

例えば、図３のように側壁１３が風上側であり側壁１４が風下側である場合に、開口１４Ｉ、１３Ｅを開き開口１４Ｅ、開口１３Ｉを閉じると、開口１３Ｅから筐体１０内に導入される風と筐体１０内で逆方向Ｄ２に流れる風とが干渉して、筐体１０内に空気を十分に取り込めない恐れがある。また、図４のように側壁１３が風下側であり側壁１４が風上側である場合に、開口１３Ｉ、１４Ｅを開き開口１４Ｉ、１３Ｅを閉じると、開口１４Ｅから筐体１０内に導入される風と筐体１０内で順方向Ｄ１に流れる風とが干渉して、筐体１０内に空気が十分に取り込めない恐れがある。本実施例のように、外気の風の方向を考慮して筐体１０内に外気を適切に吸入、排出できるように、開くべき開口が選択される。これにより、適切に筐体１０内に外気を導入して、サーバラックＳＶを通過して高温になった空気を外部に排出でき、外気の風の方向によらずにサーバラックＳＶの冷却効率も維持できる。

次にコントローラＣは、温度センサＴＰ、湿度センサＭＰにより筐体１０内の温度及び湿度を検出する（ステップＳ６）。次に、検出された温度が予め設定された下限値未満であるか否か、検出された湿度が予め設定された上限値以上であるか否かを判定する（ステップＳ７）。ここで予め設定された温度の下限値とは、サーバラックＳＶの適切な作動を保障できる温度範囲の下限値である。予め設定された湿度の上限値とは、サーバラックＳＶの適切な作動を保障できる湿度範囲の上限値である。

ステップＳ７で否定判定の場合には、ステップＳ４、Ｓ５で設定された状態に維持される。ステップＳ７で肯定判定の場合、上述したステップＳ４、Ｓ５の処理に関わらずに、コントローラＣは開口１３Ｉ、１３Ｅ、１４Ｉ、１４Ｅのすべてを閉じるようにシャッタ２３Ｉ、２３Ｅ、２４Ｉ、２４Ｅを制御する（ステップＳ８）。尚、この際にはダンパＤＰは開いた状態が維持されている。これにより、例えば筐体１０内の温度が下限値未満の場合、外気温度が低い場合が想定される。この場合、全ての開口１３Ｉ、１３Ｅ、１４Ｉ、１４Ｅを閉じて外気を遮断して筐体１０内でサーバラックＳＶを通過した空気を循環させることにより、筐体１０内の温度を上昇させる。また、例えば筐体１０内の湿度が上限値以上の場合、筐体１０内でサーバラックＳＶを通過した空気を循環させて筐体１０内の温度を上昇させて湿度を低下させる。これにより、筐体１０内の温度、湿度をサーバラックＳＶの動作が保障される範囲内に制御することができる。

尚、筐体内に外風が導入されている場合でも、ダンパＤＰの開度は、温度センサＴＰ、湿度センサＭＰの出力値に基づいてコントローラＣにより制御されている。具体的には、コントローラＣは、ダンパＤＰの開度を調整することにより、筐体１０内の温度、湿度がサーバラックＳＶの使用範囲内になるように筐体１０内で循環する風の流量を調整している。

上記実施例において、開口１３Ｉ、１３Ｅ、１４Ｉ、１４Ｅをそれぞれ開閉するシャッタ２３Ｉ、２３Ｅ、２４Ｉ、２４Ｅが設けられているがこれに限定されない。例えば、開口１３Ｉ、１３Ｅを択一的に開閉する開閉部であってもよいし、開口１４Ｅ、１４Ｉを択一的に開閉する開閉部であってもよい。例えば、開口１３Ｉ、１３Ｅの一方のみを閉鎖できるだけの大きさを有した板がスライドすることにより、開口１３Ｉ、１３Ｅを択一的に閉鎖するもことができる。

上記実施例においてはダンパＤＰは設けられていなくてもよい。即ち、常に筐体１０内を循環する場合であってもよい。

上記実施例では、側壁１３側の筐体１０内外の差圧を検出するがこれに限定されず、側壁１３側の筐体１０内外の圧力の大小関係を判定できればよい。側壁１４側の筐体１０内外の圧力についても同様である。

上記実施例においては、側壁１３側の筐体１０内外の圧力の大小に応じて開口１３Ｅ、１３Ｉのどちらを開くかを決定し、側壁１４側の筐体１０内外の圧力の大小に応じて開口１４Ｅ、１４Ｉのどちらを開くかを決定したがこれに限定されない。例えば、側壁１３側の筐体１０内外の圧力の大小のみに基づいて、開口１３Ｅ、開口１３Ｉのどちらを開くかのみならず開口１４Ｅ、１４Ｉのどちらを開くかを決定してもよい。例えば、側壁１３側の筐体１０の外圧が側壁１３側の筐体１０の内圧よりも高い場合、開口１３Ｉを開き開口１３Ｅを閉じると共に開口１４Ｅを開き開口１４Ｉを閉じてもよい。側壁１３側の筐体１０の外圧が側壁１３側の筐体１０の内圧よりも低い場合、開口１３Ｉを閉じ開口１３Ｅを開くと共に開口１４Ｅを閉じ開口１４Ｉを開いてもよい。同様に、側壁１４側の筐体１０内外の圧力の大小のみに基づいて、開口１４Ｅ、１４Ｉのどちらを開くかのみならず開口１３Ｅ、１３Ｉのどちらを開くかを決定してもよい。

尚、コントローラＣは、定常状態の圧力センサ３３Ａ、３３Ｉ、３４Ａ、３４Ｉの出力値を参照してステップＳＳ２、Ｓ３の処理を実行する。これらの出力値は過渡的に変化する場合があるからである。

次に、変形例のデータセンタ１ａについて説明する。図５Ａ、５Ｂは変形例のデータセンタ１ａの説明図である。尚、変形例については上記の実施例と同一又は類似する符号を付することにより重複説明を省略する。図５Ａ、５Ｂは、データセンタ１ａを筐体１０の上壁１２ａから見た図である。ファンユニットＦ、サーバラックＳＶは、側壁１５ａ側に設けられている。サーバラックＳＶを通過した風は、側壁１４ａ側で旋回して、側壁１６ａとサーバラックＳＶ及びファンユニットＦの側部との間を流れ、側壁１３ａ側で旋回して再びファンユニットＦに流れる。尚、サーバラックＳＶとファンユニットＦとの間にはサーバラックＳＶを通過する風とサーバラックＳＶを通過せずに逆方向に流れる風とを仕切る仕切板Ｗａが固定されている。このように、上述したデータセンタ１では上下に風が循環するのに対し、データセンタ１ａでは左右に風が循環する。ここで、サーバラックＳＶを通過した後に旋回する風の側壁１４ａに沿った方向を順方向Ｄ１ａと称する。側壁１３ａで旋回する風の順方向Ｄ１ａとは逆向きに流れる風の方向を逆方向Ｄ２ａと称する。

側壁１５ａには開口１５Ｉ、１５Ｅが設けられ、側壁１６ａには開口１６Ｉ、１６Ｅが設けられている。側壁１５ａ、１６ａは、それぞれ第１及び第２壁部の一例である。開口１５Ｉ、１６Ｅは、それぞれ順方向Ｄ１ａの延長線上の上流側及び下流側に位置している。開口１６Ｉ、１５Ｅは、それぞれ逆方向Ｄ２ａの延長線上の上流側及び下流側に位置している。従って、開口１５Ｉは、順方向入口の一例である。開口１６Ｅは、順方句出口の一例である。開口１５Ｅは、逆方向出口の一例である。開口１６Ｉは、順方向入口の一例である。

圧力センサ３５Ａ、３５Ｉは、開口１５Ｉ、１５Ｅが設けられた側壁１５ａに設けられている。同様に、圧力センサ３６Ａ、３６Ｉは、開口１６Ｉ、１６Ｅが設けられた側壁１６ａに設けられている。圧力センサ３５Ａ、３５Ｉに基づく側壁１５ａ側の筐体１０ａ内外の圧力差の検出結果、圧力センサ３６Ａ、３６Ｉに基づく側壁１６ａ側の筐体１０内外の圧力差に基づいて、外風の方向が判定される。側壁１５ａ側が風上側であり側壁１６ａ側が風下側の場合には、図５Ａに示すように開口１５Ｉ、１６Ｅが開かれる。側壁１５ａ側が風下側であり側壁１６ａ側が風上側の場合には、図５Ｂに示すように開口１６Ｉ、１５Ｅが開かれる。尚、図５Ａにおいては、シャッタ２６Ｅ、２５Ｉは省略し、図５Ｂにおいては、シャッタ２６Ｉ、２５Ｅを省略してある。このような開口１５Ｉ、１５Ｅ、１６Ｉ、１６ＥとファンユニットＦとの位置関係であっても、データセンタ１ａは外風の方向を考慮して空気を吸入、排出できる。

上記実施例においては、冷却装置の一例としてデータセンタ１を例に説明したがこれに限定されない。冷却装置は、例えばサーバ本体、複数のサーバを格納している基地局自体であってもよい。また、冷却装置の設置場所は屋外、屋内を問わない。例えば屋内であっても、空調設備などにより風が吹く場合が考えられるからである。また、常に一定の方向に風が吹く環境で本装置を使用する場合には、風の向きを考慮せずに本装置を所望の姿勢で配置できる。例えば、ビル、工場、施設、住宅等の空調設備の近傍に本装置を配置することもできる。

上記実施例では、冷却対象物自体がコンピュータであるが、冷却対象物はこれに限定されない。冷却装置は、例えば、冷却対象物として電子部品を冷却するファンを内蔵したコンピュータ自体であってもよい。コンピュータとしては、例えば、例えば据え置き型のコンピュータ、携帯型のコンピュータであってもよい。また、冷却装置は、オーディオやプロジェクタなど内部に発熱する電子部品を備えた装置であってもよい。

以上本発明の好ましい一実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１ データセンタ（冷却装置）
１０ 筐体
１３ 側壁（第１側壁）
１４ 側壁（第２側壁）
１３Ｉ 開口（順方向入口）
１４Ｅ 開口（順方向出口）
１３Ｅ 開口（逆方向出口）
１４Ｉ 開口（逆方向入口）
２３Ｉ、２３Ｅ、２４Ｉ、２４Ｅ シャッタ（開閉部）
Ｃ コントローラ
Ｆ ファンユニット（ファン）
ＳＶ サーバラック（対象物）
ＤＰ ダンパ（遮断部）
ＴＰ 温度センサ
ＭＰ 湿度センサ

Claims (7)

1. 互いに対向する第１及び第２壁部を含む筐体と、
   前記筐体内に設けられた冷却の対象物と、
   前記筐体内で風が循環するように前記対象物に風を送るファンと、
   前記筐体内で順方向に流れる前記風の上流側及び前記順方向とは逆の逆方向に流れる前記風の下流側でそれぞれ前記第１壁部に設けられた順方向入口及び逆方向出口と、
   前記順方向の下流側及び前記逆方向の上流側でそれぞれ前記第２壁部に設けられた順方向出口及び逆方向入口と、
   前記第１壁部側の前記筐体内外の圧力の大小、前記第２壁部側の前記筐体内外の圧力の大小、の少なくとも一方を検出する検出部と、
   前記検出部の検出結果に応じて前記順方向入口及び順方向出口を開き前記逆方向入口及び逆方向出口を閉じ、又は前記順方向入口及び順方向出口を閉じ前記逆方向入口及び逆方向出口を開く開閉部と、を備えた冷却装置。
2. 前記第１壁部側で前記筐体外の圧力が前記筐体内の圧力よりも大きい場合、又は前記第２壁部側で前記筐体外の圧力が前記筐体内の圧力よりも小さい場合、前記開閉部は、前記順方向入口及び順方向出口を開き前記逆方向入口及び逆方向出口を閉じる、請求項１の冷却装置。
3. 前記第１壁部側で前記筐体外の圧力が前記筐体内の圧力よりも小さい場合、又は前記第２壁部側で前記筐体外の圧力が前記筐体内の圧力よりも大きい場合、前記開閉部は、前記順方向入口及び順方向出口を閉じ前記逆方向入口及び逆方向出口を開く、請求項１又は２の冷却装置。
4. 前記開閉部は、前記順方向入口及び逆方向出口の一方を開き他方を閉じる第１開閉部、前記順方向出口及び逆方向入口の一方を開き他方を閉じる第２開閉部、を含む、請求項１乃至３の何れかの冷却装置。
5. 前記検出部は、前記第１壁部側の前記筐体内外の圧力の大小を検出する第１検出部、前記第２壁部側の前記筐体内外の圧力の大小を検出する第２検出部、を含む、請求項１乃至４の何れかの冷却装置。
6. 前記筐体内の温度又は湿度の少なくとも一方に応じて前記風の逆方向の流れを許容又は禁止する遮断部と、を備えた請求項１乃至５の何れかの冷却装置。
7. 前記筐体内の温度が所定値未満の場合又は前記筐体内の湿度が所定値以上の場合、前記遮断部は前記風の逆方向の流れを許容し、前記開閉部は前記検出部の検出結果によらずに前記順方向入口、順方向出口、逆方向入口、及び逆方向出口を閉じる、請求項６の冷却装置。

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