JP6603358B1 - 冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】故障器が発生した場合であっても、情報通信技術用機器を冷却することが可能な冷却システムを提供する。【解決手段】サーバ室において、各排気口３Ｂから流出した空気の一部に水平方向成分を有する流れを発生させて空気の撹拌を促進する撹拌機構６を備える。このため、故障が発生していない冷却器３Ｃを通過した空気と故障した冷却器（以下、故障器）を通過した空気とは、混合した状態で各吸気口３Ａ側の空間に流入する。したがって、故障器が装着されたラック３及びその周辺ラックの吸気口に、冷却されていない空気の多くが吸引されてしまうことが抑制される。延いては、冷却システムは、故障器が発生した場合であっても、情報通信技術用機器を冷却することでき得る。【選択図】図２

Description

本開示は、情報通信技術用機器が搭載されたラックが複数設置されたサーバ室に適用可能な冷却システムに関する。

例えば、特許文献１に記載の冷却システムは、筐体（以下、ラックという。）の背面に設けられた背面扉（以下、リアドアという。）に蒸発器が配置されている。ラックは、電子機器等の情報通信技術用機器が搭載される棚である。蒸発器は、冷媒の相変化を利用して冷凍能力を発揮する冷却器の一例である。リアドアは、ラックに設けられた排気口を開閉する扉である。

つまり、当該冷却システムでは、ラックに設けられた吸気口から空気がラック内の情報通信技術用機器に供給される。当該情報通信技術用機器を冷却して昇温した空気が蒸発器にて冷却された後、ラックから排出される。ラックから排出された空気は、ラックの吸気口に導かれた後、再び、ラック内の情報通信技術用機器に供給される。

特開２０１７−７５７３７号公報

蒸発器等の冷却器は、１つ又は複数のラックを一単位として設置される。つまり、１つのラックを一単位とした構成では、ラック毎に冷却器が装着される。
複数の冷却器のうちいずれかの冷却器が故障した場合、当該故障した冷却器（以下、故障器という。）が装着されたラックから排出される空気は、冷却されていない昇温された空気となる。

このため、故障器が装着されたラック及び周辺ラックの吸気口には、冷却されていない空気が多く吸引される可能性が高い。つまり、故障器が装着されたラック及び周辺ラックの情報通信技術用機器の冷却が不十分になる。

本開示は、上記点に鑑み、故障器が発生した場合であっても、情報通信技術用機器を冷却することが可能な冷却システムの一例を開示する。

情報通信技術用機器（２）が搭載されたラック（３）が複数設置されたサーバ室に適用可能な冷却システムは、例えば、ラック（３）に設けられた排気口（３Ｂ）に設けられ、当該ラック（３）内を流通する空気を冷却する複数の冷却器（３Ｃ）と、排気口（３Ｂ）から流出した空気を吸気口（３Ａ）に導く通風路（４）のうち主流方向が上下方向となる部位に設けられた撹拌機構（６）であって、排気口（３Ｂ）から流出した空気の一部に水平方向成分を有する流れを発生させて空気の撹拌を促進する撹拌機構（６）とを備えることが望ましい。

これにより、故障が発生していない冷却器（以下、正常器という。）を通過した空気と故障器を通過した空気とは、混合した状態で各吸気口（３Ａ）に吸引される。つまり、故障器を通過した空気の温度は、正常器を通過した空気と混合することにより低下する。

したがって、故障器が装着されたラック（３）及び周辺ラック（３）の吸気口（３Ａ）に、冷却されていない空気が多く吸引されてしまうことが抑制される。延いては、当該冷却システムは、故障器が発生した場合であっても、情報通信技術用機器を冷却することができ得る。

因みに、上記各括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的構成等との対応関係を示す一例であり、本開示は上記括弧内の符号に示された具体的構成等に限定されるものではない。

第１実施形態に係るサーバ室を示す平面図である。 第１実施形態に係るサーバ室を示す平面図である。 第１実施形態に係る絞り機構を示す平面図である。 第１実施形態に係る絞り機構の作用を示す図である。 第１実施形態に係るサーバ室を示す図である。 第２実施形態に係るサーバ室を示す図である。

以下の「発明の実施形態」は、本開示の技術的範囲に属する実施形態の一例を示すものである。つまり、特許請求の範囲に記載された発明特定事項等は、下記の実施形態に示された具体的構成や構造等に限定されるものではない。

なお、各図に付された方向を示す矢印等は、各図相互の関係を理解し易くするために記載されたものである。本開示に示された発明は、各図に付された方向に限定されるものではない。

少なくとも符号が付されて説明された部材又は部位は、「１つの」等の断りがされた場合を除き、少なくとも１つ設けられている。つまり、「１つの」等の断りがない場合には、当該部材は２以上設けられていてもよい。

（第１実施形態）
本実施形態は、データセンターに本開示に係る冷却システムを適用したものである。データセンター、つまりサーバ室には、複数の情報通信技術用機器（以下、ＩＣＴ機器と記す。）が設置されている。ＩＣＴ機器とは、情報を処理する機器であって、例えばＣＰＵやＧＰＵ等の演算装置を有する電子機器である。

１．サーバ室構造の概略構成
１台又は複数のＩＣＴ機器２は、図１に示されたラック３に搭載された状態でサーバ室ＳＲに設置されている。当該サーバ室ＳＲには、複数のラック３が列状に並んで設置されている。以下、列状に並んだ複数のラック３をラック列Ｒともいう。

各ラック３には、吸気口３Ａ及び排気口３Ｂが設けられている。同一のラック列Ｒに配置された各ラック３の吸気口３Ａ及び排気口３Ｂは、当該ラック３に対して同一側に設けられている。

具体的には、図１の紙面右側のラック列Ｒにおいては、各吸気口３Ａは当該ラック列Ｒの右側に設けられ、かつ、各排気口３Ｂは当該ラック列Ｒの左側に設けられている。図１の紙面左側のラック列Ｒにおいては、各吸気口３Ａは当該ラック列Ｒの左側に設けられ、かつ、各排気口３Ｂは当該ラック列Ｒの右側に設けられている。

つまり、複数のラック列Ｒが存在する場合には、（ａ）隣り合う２つのラック列Ｒのうち一方のラック列Ｒの吸気口３Ａと他方のラック列Ｒの吸気口３Ａとが対向した構成、又は（ｂ）隣り合う２つのラック列Ｒのうち一方のラック列Ｒの排気口３Ｂと他方のラック列Ｒの排気口３Ｂとが対向した構成となる。

各排気口３Ｂには、冷却器３Ｃが設けられている。本実施形態に係る各冷却器３Ｃは、ラック３内を流通して昇温した空気を冷却する。なお、各冷却器３Ｃは、排気口３Ｂを開閉するリアドア（図示せず。）に設けられている。

本実施形態では、１つのラック３を一単位として冷却器３Ｃが設けられている。換言すれば、排気口３Ｂ毎、つまりリアドア毎に冷却器３Ｃが設けられている。各冷却器３Ｃには、冷却用の冷水が供給されている。このため、各ラック３が載置された床部Ｆ（図２参照）の下には、冷却配管（図示せず。）が設置されている。

各排気口３Ｂから流出した空気は、図２に示されるように、第１通風路４Ａ及び第２通風路４Ｂのうち少なくとも一方の通風路を経由して各吸気口３Ａに導かれる。第１通風路４Ａは、ラック３の上部（以下、天井部という。）を経由して排気口３Ｂと吸気口３Ａとを結ぶ通風路である。

第２通風路４Ｂは、ラック３の下部（以下、床部Ｆという。）を経由して排気口３Ｂと吸気口３Ａとを結ぶ通風路である。なお、以下の説明における「通風路４」とは、第１通風路４Ａ及び第２通風路４Ｂを意味する。

つまり、各吸気口３Ａが面する空間Ｒ１（図１参照）と各排気口３Ｂが面する空間Ｒ２（図１参照）とは、通風路４を介して連通している。このため、空間Ｒ２の列方向一端側及び他端側は、図１に示されるように、閉塞部材５Ｂにより閉塞されている。列方向とは、複数のラック３の並び方向と平行な方向をいう。

そして、ラック３から排出された空気は、図２に示されるように、第１通風路４Ａ及び第２通風路４Ｂを経由してラック３の吸気口３Ａに吸引される。
なお、通風路４を流通する空気は、各ＩＣＴ機器２に搭載された冷却ファン（図示せず。）又は各冷却器3Ｃに設置された送風機（図示せず。）により流通させられる。本実施形態では、各ＩＣＴ機器２に搭載された冷却ファンを利用して空気を流通させている。

２．撹拌機構
撹拌機構６は、図２に示されるように、通風路４のうち主流方向が上下方向となる部位に設けられている。主流方向とは、主流の流通方向をいう。主流とは、観測者が気流を巨視的に観測したときの流れをいう。

例えば、各ラック３から排出される空気は、概ね各排気口３Ｂから水平方向に吹き出す。このため、第１通風路４Ａ又は第２通風路４Ｂに流入する空気の多くは、水平方向から上下方向に流通方向が転向する。当該上下方向に流通する空気が主流である。

撹拌機構６とは、複数の排気口３Ｂのうち少なくとも１つの排気口３Ｂから流出した空気の一部又は全部に水平方向成分を有する流れを発生させて空気の撹拌を促進する機構である。

通風路４のうち主流方向が上下方向となる部位（以下、上下流通部という。）とは、例えば、第１通風路４Ａでは、主流が下から上に流れる部位４Ｃ、及び主流が上から下に流れる部位４Ｄが上下流通部に相当する。

第２通風路４Ｂでは、主流が上から下に流れる部位４Ｅ、及び主流が下から上に流れる部位４Ｆが上下流通部に相当する。本実施形態では、複数の上下流通部４Ｃ〜４Ｆのうち排気口３Ｂに近い上下流通部４Ｃ、４Ｅに撹拌機構６が設けられている。

具体的には、第１通風路４Ａでは、上下流通部４Ｃに第１撹拌機構６Ａが設けられている。第２通風路４Ｂでは、上下流通部４Ｅに第２撹拌機構６Ｂが設けられている。なお、以下の説明における「撹拌機構６」とは、第１撹拌機構６Ａ及び第２撹拌機構６Ｂを意味する。

＜第１撹拌機構＞
撹拌機構６は、通路断面積を部分的に縮小させる絞り機構７を有して構成されている。具体的には、第１撹拌機構６Ａを構成する絞り機構７Ａは、図３に示されるように、上下流通部４Ｃのうち列方向の一端側及び他端側を閉塞する閉塞部材８Ａ、８Ｂにより構成されている。

すなわち、上下流通部４Ｃの通路断面は、列方向略中央部が開口し、列方向の一端側及び他端側が閉塞された構成となっている。つまり、本実施形態では、上下流通部４Ｃの通路断面積は、列方向中央部部分のみが開口するように縮小した構成となっている。

これにより、列方向の一端側及び他端側に位置する排気口３Ｂ（ラック３）であって上方側から空間Ｒ２に排出された空気は、図４に示されるように、攪拌機構６Ａによって、上下流通部４Ｃの列方向略中央部に集合しながら第１通風路４Ａ内を流通して吸気口３Ａ側の空間Ｒ１に流れ込む。なお、図４に記載された矢印は、気流を示す。

したがって、列方向の一端側に位置する排気口３Ｂであって上方側から空間Ｒ２に排出された空気には、列方向の一端側から列方向中央部に向かう水平方向成分が発生する。列方向の他端側に位置する排気口３Ｂから空間Ｒ２に排出された空気には、列方向の他端側から列方向中央部に向かう水平方向成分が発生する。

なお、本実施形態では、９つのラック３を一単位とした列方向において、当該列方向が、一端側、中央部及び他端側の３つに区分けされていた（図３参照）。しかし、本開示に係る列方向は、９つのラック３を一単位とした列方向に限定されない。

＜第２撹拌機構＞
床部Ｆは、図２に示されるように、多数個の貫通穴９Ａを有する床材９により構成されている。第２撹拌機構６Ｂを構成する絞り機構７Ｂは、上記床材９により構成されている。絞り機構７Ｂの絞り程度は、開口率によって調整されている。

開口率は、貫通穴９Ａの大きさ又は密度等によって決まる。開口率が小さい場合には、絞り程度が大きくなる。開口率が大きい場合には、絞り程度が小さくなる。
そして、床材９のうち上下流通部４Ｅを構成する部位においては、列方向略中央部の開口率が列方向の一端側及び他端側の開口率より大きな開口率になっている（図５参照）。これにより、第２撹拌機構６Ｂにおいても、第１撹拌機構６Ａと同様に、水平方向成分を有する気流が発生する。

具体的には、列方向の一端側に位置する排気口３Ｂであって下方側から空間Ｒ２に排出された空気には、列方向の一端側から列方向中央部に向かう水平方向成分が発生する。列方向の他端側に位置する排気口３Ｂから空間Ｒ２に排出された空気には、列方向の他端側から列方向中央部に向かう水平方向成分が発生する。

なお、開口率は、必要冷却能力及び必要風量等に基づいて適宜決定される。したがって、図５に示された開口率を示す数字は一例であって、本開示に係る開口率は、図５に示された数字に限定されるものではない。

３．風量調整機構
＜風量調整機構の構成＞
風量調整機構１０は、図２に示されるように、通風路４のうち絞り機構７より下流側であって主流方向が上下方向となる部位（本実施形態では、上下流通部４Ｆ）に設けられている。

当該風量調整機構１０は、通風路４の入口側に設けられた絞り機構７により発生した空気流れの偏りを矯正して、通風路４からラック３に供給される空気の風量又は風速の均一化を促す機構である。

具体的には、風量調整機構１０は、上下流通部４Ｆのうち絞り機構７Ｂよって通路断面積が縮小された部位に対応する箇所の通路断面積が、当該縮小された部位に比べて大きくなるように構成されている。

つまり、床材９は、図５に示されるように、上下流通部４Ｆのうち「開口率が小さい部位Ａ」に対応する箇所Ｃの開口率が、当該「開口率が小さい部位Ａ」に比べて大きくなるように構成されている。

さらに、床材９は、上下流通部４Ｆのうち「開口率が大きい部位Ｂ」に対応する箇所Ｄの開口率が、当該「開口率が大きい部位Ｂ」に比べて小さくなるように構成されている。なお、本明細書に係る「開口率」には、開口率＝０、つまり閉塞された状態も含む意味である。

＜通路断面積が縮小された部位に対応する箇所とは＞
「通路断面積が縮小された部位に対応する箇所」、つまり「開口率が小さい部位に対応する箇所」とは、例えば、ラック列Ｒを挟んで「通路断面積が縮小された部位」と略対称の部位に位置する箇所である。

具体的には、例えば、図５において、上下流通部４Ｅのうち部位Ａは、部位Ｂに比べて開口率が小さく、通路断面積が絞られた部位に相当する。上下流通部４Ｆのうち部位Ｃは、ラック列Ｒを挟んで部位Ａと略対称の位置にある。つまり、部位Ｃは、「通路断面積が縮小された部位に対応する箇所」に相当する。

なお、上下流通部４Ｅのうち部位Ｂは、部位Ａに比べて開口率が大きく、通路断面積が大きい部位に相当する。ラック列Ｒを挟んで部位Ｂと略対称の位置にある部位Ｄは、当該通路断面積が大きい部位Ｂに比べて開口率が小さくなるように構成されている。

「略対称の位置」とは、風量調整機構１０の機能、つまり「通風路４からラック３に供給される空気の風量又は風速の均一化を促す機能」を発揮可能な程度の対称性を有する位置である。

つまり、通路断面積が絞られた部位と略対称の位置にある箇所の通路断面積が、当該絞られた部位より拡大されることにより、風量又は風速が均一化され得る。同様に、通路断面積が大きい部位と略対称の位置にある箇所の通路断面積が、当該大きい部位より絞られることにより、風量又は風速が均一化され得る。

４．第２通風路の吹出口
本実施形態では、図５に示されるように、上下流通部４Ｆには、部位Ｃ、Ｄに加えて他の吹出口１１が少なくとも１つ（本実施形態では、複数）設けられている。当該吹出口１１は、風量調整機構１０よりラック列Ｒから離間した位置に設けられている。

５．本実施形態に係る冷却システムの特徴
各排気口３Ｂから流出した空気の一部に水平方向成分を有する流れを発生させて空気の撹拌を促進する撹拌機構６を備える。

これにより、上下流通部４Ｃ、４Ｅ及び上下流通部４Ｃ、４Ｅ近傍において、水平方向成分を有する流れと上下方向に流通する主流とが衝突するので、複数の排気口３Ｂから排出された空気の混合が促進される。

このため、故障が発生していない冷却器（正常器）を通過した空気と故障した冷却器３Ｃ（故障器）を通過した空気とは、混合した状態で空間Ｒ１に流入する。つまり、故障器を通過した空気の温度は、正常器を通過した空気と混合することにより低下する。

したがって、故障器が装着されたラック３の吸気口３Ａに、冷却されていない空気が多く吸引されてしまうことが抑制される。延いては、本実施系に係る冷却システムは、故障器が発生した場合であっても、情報通信技術用機器を冷却することができ得る。

撹拌機構６は、上下流通部４Ｃ、４Ｅの通路断面を部分的に縮小させる絞り機構７を有して構成されている。これにより、撹拌用ファン等を設ける構成に比べて、撹拌機構６の構成が簡素になり得る。延いては、冷却システムの施工費用の増大が抑制され得る。

絞り機構７により発生した空気流れの偏りを矯正する機能を発揮可能な風量調整機構１０を備える。これにより、通風路４からラック３、つまり各吸気口３Ａに供給される空気の風量又は風速の均一化が促され得る。

（第２実施形態）
本実施形態に係る絞り機構７は、例えば、図６に示されるように、上下流通部４Ｃのうち列方向の中央部を閉塞する閉塞部材８Ｃにより構成されている。このため、上下流通部４Ｃのうち列方向の一端側及び他端側は、開放されている。

上下流通部４Ｅ、４Ｆの構成（図示せず。）は、列方向中央部の開口率が列方向一端側及び他端側の開口率に比べて小さくなるように構成されている。各吹出口１１の構成は、第１実施形態と同じである。

なお、上述の実施形態と同一の構成要件等は、上述の実施形態と同一の符号が付されている。このため、本実施形態では、重複する説明は省略されている。
（その他の実施形態）
上述の実施形態に係る冷却器３Ｃは、排気口３Ｂ（リアドア）に設けられていた。しかし、本明細書に開示された発明はこれに限定されるものではない。すなわち、当該発明に係る冷却器３Ｃは、例えば、吸気口３Ａに設けられていてもよい。

上述の実施形態に係る冷却器３Ｃは、冷水により冷凍能力を発揮するものであった。しかし、本明細書に開示された発明はこれに限定されるものではない。すなわち、当該発明に係る冷却器３Ｃは、例えば、蒸発器に構成されたものであってもよい。

上述の実施形態に係る絞り機構７Ａは、閉塞部材８Ａ、８Ｂ、８Ｃにて構成されていた。しかし、本明細書に開示された発明はこれに限定されるものではない。すなわち、当該発明に係る絞り機構７Ａは、例えば、絞り機構７Ｂと同様に、多数個の貫通穴９Ａを有する天材により構成されていてもよい。

上述の実施形態に係る通風路４は、第１通風路４Ａ及び第２通風路４Ｂを有していた。しかし、本明細書に開示された発明はこれに限定されるものではない。すなわち、当該発明に係る通風路４は、例えば、第１通風路４Ａ及び第２通風路４Ｂのうちいずれか一方の通風路のみで構成されていてもよい。

上述の実施形態では、９つのラック３を一単位とした列方向において、当該列方向が、一端側、中央部及び他端側の３つに区分けされていた。しかし、本明細書に開示された発明はこれに限定されるものではない。

すなわち、当該発明は、例えば、１列のラック列Ｒに９つのラック３が配置されている場合において、３つのラック３を一単位とした列方向において、当該列方向が、一端側、中央部及び他端側の３つに区分けされた構成であってもよい。

因みに、当該構成が適用された第１実施形態では、上下流通部４Ｃの列方向において、閉塞部材にて閉塞されていない部位が３箇所発生する。当該構成が適用された第２実施形態では、上下流通部４Ｃの列方向において、閉塞部材にて閉塞された部位が３箇所発生する。

上述の実施形態では、排気口３Ｂ毎、つまりリアドア毎に冷却器３Ｃが設けられていた。しかし、本明細書に開示された発明はこれに限定されるものではない。当該発明は、例えば、リアドアが廃止され、かつ、複数の排気口３Ｂに跨るように配置された冷却器３Ｃを備える構成であってもよい。

上述の実施形態では風量調整機構１０を備えていた。しかし、本明細書に開示された発明はこれに限定されるものではない。すなわち、当該発明は、例えば、風量調整機構１０が廃止された構成であってもよい。

上述の実施形態では、閉塞部材等にて閉塞されていない部位及び貫通穴９Ａは、単純な開放部位であった。しかし、本明細書に開示された発明はこれに限定されるものではない。すなわち、当該発明は、例えば、空気の流通方向を規制する鎧窓のルーバ、又は空気の流通を阻害する抵抗部材が当該開放部位又はその他部位に設けられた構成であってもよい。

上述の実施形態に係る絞り機構７は、撹拌機構６を構成するものであった。しかし、本明細書に開示された発明はこれに限定されるものではない。すなわち、当該発明に係る絞り機構７は、例えば、気流の流速を調整する機能又は上記抵抗部材としての機能のみを有するものであってもよい。

上述の実施形態に係る撹拌機構６は、絞り機構７により構成されていた。しかし、本明細書に開示された発明はこれに限定されるものではない。すなわち、当該発明に係る撹拌機構６は、例えば、邪魔板、ディフューザ又はファン等にて構成されていてもよい。

上述の実施形態に係る冷却システムは、複数のラック列Ｒが存在するサーバ室ＳＲに適用されたものであった。しかし、本明細書に開示された発明はこれに限定されるものではない。すなわち、当該発明に係る冷却システムは、１つのラック列Ｒが存在するサーバ室ＳＲにも適用可能である。

上述の実施形態に係る閉塞部材８Ａ〜８Ｃの位置、及び開口率の大小関係は、絞り機構７及び撹拌機構６の一例である。つまり、本明細書に開示された発明はこれに限定されるものではない。

さらに、本開示は、上述の実施形態に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。したがって、上述した複数の実施形態のうち少なくとも２つの実施形態が組み合わせられた構成、又は上述の実施形態に示された発明の構成要件のうちいずれかが廃止された構成でもよい。

２… ＩＣＴ機器
３… ラック
３Ａ… 吸気口
３Ｂ… 排気口
３Ｃ… 冷却器
４… 通風路
６… 撹拌機構
７… 絞り機構

Claims (5)

1. 情報通信技術用機器が搭載されたラックが複数設置されたサーバ室に適用可能な冷却システムにおいて、
   前記ラックに設けられた排気口に設けられ、当該ラック内を流通する空気を冷却する複数の冷却器と、
   前記排気口から流出した空気を前記ラックに設けられた吸気口に導く通風路のうち主流方向が上下方向となる部位に設けられた撹拌機構であって、前記排気口から流出した空気の一部に水平方向成分を有する流れを発生させて空気の撹拌を促進する撹拌機構とを備え、
   前記撹拌機構は、前記通風路の通路断面を部分的に縮小させる絞り機構を有して構成されている冷却システム。
2. 前記複数のラックの並び方向と平行な方向を列方向としたとき、
   前記絞り機構は、前記通路断面のうち前記列方向の一端側及び他端側を閉塞する閉塞部材により構成されている請求項１に記載の冷却システム。
3. 前記複数のラックの並び方向と平行な方向を列方向としたとき、
   前記絞り機構は、前記通路断面のうち前記列方向の中央部を閉塞する閉塞部材により構成されている請求項１に記載の冷却システム。
4. 前記通風路のうち前記絞り機構より下流側であって主流方向が上下方向となる上下流通部には、風量調整機構が設けられており、
   前記風量調整機構は、前記絞り機構により発生した空気流れの偏りを矯正する機能を発揮可能な機構である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の冷却システム。
5. 前記風量調整機構は、前記上下流通部のうち前記絞り機構よって通路断面積が縮小された部位に対応する箇所の通路断面積を、当該縮小された部位に比べて大きくする部材により構成されている請求項４に記載の冷却システム。

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