JP6034465B1 - 冷却装置及び冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】設置スペースの増大を抑制する。【解決手段】本発明に係る冷却装置１２０は、筐体１２１に開閉可能に設けられる背面扉に配置される蒸発器１２７と、筐体１２１の上方に設けられ、凝縮器と接続される冷媒中継器１１２と、一端が蒸発器１２７に接続され、他端が冷媒中継器１１２における蒸発器１２７の配置される側とは異なる側に接続される屈曲自在なフレキシブル管１２３と、を備え、フレキシブル管１２３の少なくとも一部は、冷媒中継器１１２と立体交差するよう、冷媒中継器１１２の下方に配設される。【選択図】 図１

Description

本発明は、冷却装置及び冷却システムに関し、特に、冷媒の相変化現象を利用して電子機器を冷却する冷却装置及び冷却システムに関する。

近年、インターネットサービス等の拡大に伴い、情報量が大幅に増加している。このため、情報を扱うデータセンタでは、情報処理を行うサーバ、ネットワーク機器等の電子機器を多数設置する必要がある。このように、電子機器を多数設置すると、これら電子機器を冷却するために空調電力が増大してしまう。

そこで、空調電力を抑えた冷却方式の一例として、冷媒の相変化現象を利用する相変化冷却方式に関する技術が知られており、例えば、特許文献１には、電子機器冷却システムに関する技術が開示されている。この特許文献１記載の技術は、リアドアと冷却槽をフレキシブル配管で接続し、リアドアと冷却槽との間で、冷媒を相変化させ、筐体内の電子機器の冷却を可能にしている。

ここで、情報量が大幅に増加すると、電子機器から発生する熱量が増大するため、この熱量にあわせて、冷媒の流路となるフレキシブル管の径を太くする必要がある。そして、フレキシブル管の径を太くする場合、このフレキシブル管の曲げ半径も大きくなるため、リアドアと冷却槽とを離す必要がある。しかしながら、上記特許文献１記載の技術は、リアドアの近傍に冷却槽を配置しており、フレキシブル管の径を太くできない構成となっている。これにより、上記特許文献１記載の技術は、電子機器を多数設置する場合において、電子機器から発生する熱を放熱し切れない可能性がある。

そこで、フレキシブル管の径を太くすることが可能な構成として、図１１及び図１２に例示するような冷却システム９００が知られている。図１１及び図１２を用いて、関連する冷却システム９００について説明する。図１１及び図１２は、関連する冷却システム９００の平面図及び側面図である。

冷却システム９００の冷却装置９２０は、蒸発部９２７、フレキシブル管９２３、冷媒中継器９１２を具備している。この冷媒中継器９１２は、蒸発部９２７から離した位置に設けられている。そして、冷媒中継器９１２と蒸発器９２７とをフレキシブル管９２３にて接続し、このフレキシブル管９２３を冷媒中継器９１２と蒸発器９２７との直線距離よりも長くし、余長を持たせて配設している。これにより、冷却装置９２０は、フレキシブル管９２３の径を太くした場合であっても、背面扉の開閉を可能としている。

特開２００９−１３４５３１号公報

しかしながら、上述の冷却装置９２０では、冷媒中継器９１２を蒸発器９２７から離しているため、設置スペースを増大させてしまう。このため、冷却装置９２０では、データセンタに多数の筐体を設置するための十分なスペースがあれば問題ないが、スペースがない場合、データセンタに多数の冷却装置を設置することができない。そして、冷却装置９２０では、仮に冷媒中継器９１２を蒸発器９２７側に近づけると、フレキシブル管９２３が設置スペースからはみ出てしまい、結局、設置スペースを増大させてしまう。このため、冷却装置９００は、筐体９１２と他の筐体との間の距離を、所定の距離以上、確保しなければならず、設置スペースを増大させてしまっていた。

本発明の目的は、設置スペースの増大を抑制することが可能な冷却装置及び冷却システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る冷却装置は、筐体に開閉可能に設けられる背面扉に配置される蒸発器と、前記筐体の上方に設けられ、凝縮器と接続される冷媒中継器と、一端が前記蒸発器に接続され、他端が前記冷媒中継器における前記蒸発器の配置される側とは異なる側に接続される屈曲自在なフレキシブル管と、を備え、前記フレキシブル管の少なくとも一部は、前記冷媒中継器と立体交差するよう、前記冷媒中継器の下方に配設される、ことを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る冷却システムは、上記蒸発器を複数有し、これら複数の蒸発器の夫々は、上記冷媒中継器に接続される、ことを特徴とする。

本発明によれば、設置スペースの増大を抑制することができる。

本発明の一実施形態（第１の実施形態）に係る冷却システムの平面図である。 本発明の他の実施形態（第２の実施形態）に係る冷却システムの平面図である。 本発明の他の実施形態（第２の実施形態）に係る冷却システムの側面図である。 本発明の他の実施形態（第２の実施形態）に係る冷却システムの平面図であり、筐体の背面扉を開いた状態を示す図である。 本発明の他の実施形態（第２の実施形態）に係る冷却システムの側面図であり、筐体の背面扉を開いた状態を示す図である。 本発明の他の実施形態（第３の実施形態）に係る冷却システムの平面図である。 本発明の他の実施形態（第３の実施形態）に係る冷却システムの側面図である。 本発明の他の実施形態（第３の実施形態）に係る冷却システムの背面図である。 本発明の他の実施形態（第３の実施形態）に係る冷却システムの平面図であり、筐体の背面扉を開いた状態を示す図である。 本発明の他の実施形態（第３の実施形態）に係る冷却システムの側面図であり、筐体の背面扉を開いた状態を示す図である。 関連する冷却システムの平面図である。 関連する冷却システムの側面図である。

以下、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１を用いて、本発明の一実施形態（第１の実施形態）について説明する。図１は、本実施形態（第１の実施形態）に係る冷却システム１００の平面図である。冷却システム１００は、複数の冷却装置１１０，１２０，１３０，１４０と、これら複数の冷却装置１１０，１２０，１３０，１４０の夫々に接続される冷媒中継器１１２と、を備えて構成されている。なお、複数の冷却装置１１０，１２０，１３０，１４０は、同一の構成であるため、冷却装置１２０について説明し、他の冷却装置１１０，１３０，１４０についてはその説明を省略する。

冷却装置１２０は、蒸発器１２７と、冷媒中継器１１２と、フレキシブル管１２３とを備えて構成されている。蒸発器１２７は、筐体１２１に開閉可能に設けられる背面扉に配置される。冷媒中継器１１２は、筐体１２１の上方に設けられ、図示しない凝縮器と接続される。フレキシブル管１２３は、一端が蒸発器１２７に接続され、他端が冷媒中継器１１２における蒸発器１２７の配置される側とは異なる側に接続される。そして、フレキシブル管１２３は、屈曲自在となるよう構成されている。また、フレキシブル管１２３の少なくとも一部は、冷媒中継器１１２と立体交差するよう、冷媒中継器１１２の下方に配設される。ここで、冷媒中継器１１２における蒸発器１２７の配置される側とは、筐体１２１の背面側をいい、異なる側とは、筐体１２１の正面側をいう。すなわち、フレキシブル管１２３の他端は、冷媒中継器１１２における筐体１２１の正面側に接続される。また、立体交差とは、フレキシブル管１２３を蒸発器１２７側から冷媒中継器１１２の下方を通した後に折り返して冷媒中継器１１２と接続させ、筐体１２１の上方で冷媒中継器１１２とフレキシブル管１２３とを交差させることをいう。

このように、冷却装置１２０は、冷媒中継器１１２を筐体１２１の上方に設け、フレキシブル管１２３を蒸発器１２７と、冷媒中継器１１２における蒸発器１２７の配置される側とは異なる側と、に接続させている。そして、冷却装置１２０は、冷媒中継器１１２とフレキシブル管１２３とを立体交差させることで、これら冷媒中継器１１２及びフレキシブル管１２３を筐体１２１の設置スペースの上方領域内に収めることが可能となる。よって、本実施形態では、設置スペースの増大を抑制することができる。

（第２の実施形態）
図２乃至図５を用いて、本発明の他の実施形態（第２の実施形態）について説明する。図２及び図３は、本実施形態（第２の実施形態）に係る冷却システム２００の平面図及び側面図である。また、図４及び図５は、本実施形態（第２の実施形態）に係る冷却システム２００の平面図及び側面図であり、筐体２２１の背面扉を開いた状態を示す図である。

冷却システム２００は、複数の冷却装置２１０，２２０，２３０，２４０を備えて構成されている。なお、これら複数の冷却装置２１０，２２０，２３０，２４０は、同一の構成であるため、冷却装置２２０について説明し、他の冷却装置２１０，２３０，２４０についてはその説明を省略する。冷却装置２２０は、蒸発部２２７、図示しない凝縮部、冷媒中継器２１２、冷媒蒸気配管２２３、冷媒液配管２２４と、を備えて構成されている。

冷却装置２２０の蒸発部２２７は、筐体２２１の背面側を覆うように配設されている。ここで、筐体２２１は、平面、底面、正面、背面、側面、からなり、矩形状をなして形成されている。なお、以下では、図２に示す面を平面といい、図２の上方側を正面、下方側を背面、左右側を側面という。また、これに基づいて、図２の上下方向を正面−背面方向、左右方向を側面方向、奥行き方向を平面−底面方向という。

蒸発部２２７は、筐体２２１の背面扉として機能し、図示しない回転軸を有する取り付け金具にて、筐体２２１に開閉自在に取り付けられている。また、蒸発部２２７は、筐体２２１の内部に収容されている図示しない電子機器と熱的に接続されており、内部に貯蔵した冷媒液が気化することにより、電子機器の熱を奪う。なお、これら電子機器は、既知の技術であるため、その説明を省略する。蒸発部２２７は、発熱体の熱を奪う際に、貯蔵した冷媒液を蒸気（以下、この蒸気を冷媒蒸気という）に相変化させ、発熱体を冷却する。このとき、発熱体の排気熱は、冷媒蒸気に吸熱される。冷媒蒸気は、冷媒蒸気配管を介して冷媒中継器２１２に流入する。さらに、冷媒蒸気は、冷媒中継器２１２から図示しない熱交換器に流入する。

凝縮部は、蒸発部２２７よりも高所に設置されている。この凝縮部は、冷媒蒸気を液体（以下、この液体を冷媒液という）に相変化させ、熱を放熱する。このとき、凝縮部は、空気等の冷温媒体と熱交換を行うことで冷媒蒸気を凝縮し、液化させる。

冷媒蒸気配管２２３は、蒸発部２２７で相変化にて生成された冷媒蒸気を、この蒸気冷媒の浮力を利用して蒸発部２２７から冷媒中継器２１２に流す流路となる。本実施形態において、冷媒蒸気配管２２３は、屈曲自在である金属製のフレキシブル管を用いて構成されている。なお、本実施形態では、冷媒蒸気配管２２３の材質を金属製としているが、例えば、ゴム、テフロン（登録商標）等の樹脂製では、空気が外部から内部に浸透し管内の真空度を低下させてしまうからであり、上述の真空度を満足するものであれば、金属に限定されない。そして、冷媒蒸気配管２２３は、その一端が冷媒中継器２１２に接続され、他方の一端が筐体２２１の蒸発部２２７に接続されている。なお、冷媒蒸気配管２２３の太さは、特に限定されないが、一例としては、例えば、１５ｋＷの熱量を移送する場合、内径５０ｍｍ程度の太さとすると良い。また、他例として、例えば、３０ｋＷの熱量を移送する場合、内径６５ｍｍ程度の太さとする良い。

冷媒液配管２２４は、熱交換器で相変化にて生成された冷媒液を、この冷媒液の重力を利用して、上流側の冷媒中継器２１２から下流側の蒸発部２２７に流す流路となる。冷媒液配管２２４も、冷媒蒸気配管２２３と同様に、屈曲自在であるフレキシブル管を用いて構成されている。冷媒液配管２２４も、冷媒蒸気配管２２３と同様に、その一端が冷媒中継器２１２に接続され、他方の一端が蒸発部２２７に接続されている。

ここで、蒸発部２２７は、上述したように、回転軸を中心に回転することで、開閉する背面扉として機能している。このため、背面扉の開閉に従い、冷媒蒸気配管２２３及び冷媒液配管２２４の他方の一端の位置が筐体２２１の背面方向に引っ張られる。このため、本実施形態では、冷媒蒸気配管２２３及び冷媒液配管２２４を、自身が有する余長及び柔軟性によって曲げ伸ばしさせることにより、背面扉の開閉を可能にしている。これにより、冷媒中継器２１２と蒸発部２２７との接続を維持したまま、蒸発部２２７を背面扉として開閉することが可能となる。

冷媒中継器２１２は、円筒形状をなし、筐体２２１の側面方向に沿って延設されている。なお、本実施形態では、冷媒中継器２１２は、円筒形状をなして形成されているが、円形状に限定されず、例えば、角形状をなして形成しても良い。そして、冷媒中継器２１２は、上述したように、筐体２２１の平面の上方領域に配設されている。ここで、上述の関連する冷却システム９００では、上述したように、フレキシブル管９２３の余長を確保するために、冷媒中継器９１２が、筐体９２１の設置スペースの領域ではなく、筐体９２１の設置スペースから外れた位置に配設されている。このため、関連する冷却システム９００では、筐体９２１の正面側のスペースに他の筐体を設置することができず、設置スペースが十分に確保できない場合において、多数の筐体を設置することができない。これに対して、本実施形態では、冷媒中継器２１２を筐体９２１の設置スペース内に配設している。これにより、本実施形態では、設置スペースの省スペース化を図ることが可能となる。

また、本実施形態において、冷媒中継器２１２を筐体２２１の正面−背面方向における略中央から背面側の間に位置させている。また、冷媒中継器２１２を筐体２２１の平面から所定の高さ離した位置に設けている。これにより、冷媒蒸気配管２２３及び冷媒液配管２２４を屈曲させて、筐体２２１の設置スペースの領域内に配設させることが可能となる。なお、冷媒中継器２１２を筐体２２１の正面−背面方向における略中央から背面側の間に位置であれば特に限定されないが、好ましくは、略中央に位置させると良い。これにより、冷媒中継器２１２による使用者への圧迫感を抑制することが可能となる。

また、筐体２２１には、キャッピング２１８が配設されている。なお、キャッピング２１８とは、空調の気流を制御するものであり、各筐体の通路を壁、屋根等で区画し、電子機器への吸気（低温）と排気（高温）を物理的に分離させ、効率的な空調環境を実現する製品である。このキャッピング２１８は、筐体２２１の正面側の縁に立設されている。これにより、キャッピング２１８は、筐体２２１の平面の上方と、筐体２２１の正面側とを区画し、冷媒中継器２１２、冷媒蒸気配管２２３及び冷媒液配管２２４を流れる冷媒への影響を軽減している。

ここで、関連する冷却システム９００では、冷媒中継器９１２が筐体２２１の設置スペースの領域からはみ出て配設されている。このため、冷却システム９００にキャッピングを設ける場合、このキャッピングに冷媒蒸気配管９２３を挿通させるための孔を開ける必要が生じる。これに対して、本実施形態の冷却システム２００は、冷媒蒸気配管２２３を筐体２２１の設置スペース内で配設しているため、キャッピング２１８に冷媒蒸気配管２２３を通過させるための孔を開ける必要がないため、より確実に空気の流れを遮蔽することが可能となる。

このように、本実施形態では、金属製の冷媒蒸気配管２２３のような捩じることが出来ない冷媒蒸気配管２２３であっても、接続を維持したまま、背面扉の開閉を可能にしている。そして、背面扉の開閉を可能とするために、冷媒蒸気配管２２３の余長を確保した場合であっても、冷媒蒸気配管２２３を筐体２２１の設置スペースに収めておくことが可能となる。よって、本実施形態によれば、設置スペースの増大を抑えることが可能となり、データセンタに、より多くの筐体を設置することができる。

（第３の実施形態）
図６乃至図１０を用いて、本発明の他の実施形態（第３の実施形態）について説明する。図６乃至図８は、本実施形態（第３の実施形態）に係る冷却装置３００の平面図、側面図及び背面図である。また、図９及び図１０は、本実施形態（第３の実施形態）に係る冷却システム３００の平面図及び側面図であり、筐体３２１の背面扉を開いた状態を示す図である。なお、本実施形態の冷却システム３００の冷却装置３２０は、上述の第２の実施形態の冷却装置２２０に対し、冷媒蒸気配管３２３及び冷媒液配管３２４が複数の屈曲部を有する点が異なるが、他の点は同様である。したがって、上述の第２の実施形態の冷却装置２２０と同様の点は、相当する符号を付してその説明を省略する。

本実施形態において、冷媒蒸気配管３２３及び冷媒液配管３２４が、複数の屈曲部を有して配設される。ここで、冷媒蒸気配管３２３を流れる冷媒は、蒸気と液体との混合二相流となる。そして、液体は、蒸気の勢いに引っ張られ、冷媒中継器３１２に向かって上がっている。このとき、上述の第２の実施形態では、液体は、途中までは、冷媒蒸気配管２２３の最も低い箇所を流れるが、途中から逆勾配となり液流れの乗り移りが発生する。このため、上述の第２の実施形態では、液体の乗り移り現象により冷媒蒸気配管２２３の振動が発生し、冷媒蒸気配管２２３の寿命を短くしてしまう可能性がある。また、上述の第２の実施形態では、液体の乗り移り箇所で液体と蒸気とが交わるため、蒸気の流れを阻害し、性能低下を招く可能性もある。これに対し、本実施形態の冷媒蒸気配管３２３は、上述したように、複数の屈曲部を有し、冷媒中継器３１２に向かって上がる箇所を斜めにしているため、逆勾配はなく、液体は、冷媒蒸気配管３２３の断面で最も低い場所を上がっていく。このため、本実施形態では、蒸気の流れを妨げず、冷媒蒸気配管３２３に振動を発生させないため、冷媒蒸気配管３２３の寿命の低下を予防することが可能となる。

このように、本実施形態でも、冷媒蒸気配管３２３の接続を維持したまま、背面扉の開閉を可能にしている。そして、背面扉の開閉を可能にするために、冷媒蒸気配管３２３の余長を確保した場合であっても、冷媒蒸気配管３２３を筐体３２１の設置スペースの領域に収めておくことが可能となる。よって、本実施形態によれば、設置スペースの増大を抑えることが可能となり、データセンタに、より多くの筐体を設置することができる。

さらに、本実施形態では、上述したように、冷媒蒸気配管３２３を冷媒中継器３１２に向かって上がる箇所を斜めにしているため、蒸気の流れを妨げず、冷媒蒸気配管３２３に振動を発生させないため、冷媒蒸気配管３２３の寿命の低下を予防することができる。

１００ 冷却システム
１１２ 冷媒中継器
１２０ 冷却装置
１２１ 筐体
１２３ フレキシブル管
１２７ 蒸発器

Claims (6)

1. 筐体に開閉可能に設けられる背面扉に配置される蒸発器と、
   前記筐体の上方に設けられ、凝縮器と接続される冷媒中継器と、
   一端が前記蒸発器に接続され、他端が前記冷媒中継器における前記蒸発器の配置される側とは異なる側に接続される屈曲自在なフレキシブル管と、を備え、
   前記フレキシブル管の少なくとも一部は、前記冷媒中継器と立体交差するよう、前記冷媒中継器の下方に配設される、
   ことを特徴とする冷却装置。
2. 前記冷媒中継器は、前記筐体の上方における略中央に位置する、
   ことを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
3. 前記フレキシブル管は、複数の屈曲部を有して配設される、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の冷却装置。
4. 前記フレキシブル管の少なくとも一部は、このフレキシブル管における前記冷媒中継器の下方に位置する部位から前記冷媒中継器に向かって斜め上方に延設されてなる、
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の冷却装置。
5. 前記冷媒中継器における前記蒸発器の配置される側とは異なる側は、前記筐体の正面側に位置する、
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の冷却装置。
6. 各々が、複数の筐体の各々に開閉可能に設けられる複数の背面扉の各々に配置される複数の蒸発器と、
   前記複数の筐体の上方に設けられ、凝縮器と接続される冷媒中継器と、
   一端が複数の前記蒸発器のそれぞれに接続され、他端が前記冷媒中継器における前記蒸発器の配置される側とは異なる側に接続される屈曲自在な複数のフレキシブル管と、を備え、
   前記フレキシブル管の少なくとも一部は、前記冷媒中継器と立体交差するよう、前記冷
   媒中継器の下方に配設される、
   ことを特徴とする冷却システム。
   
   
   

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