JP6862777B2 - マニホールド及び情報処理装置 - Google Patents

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本願の開示する技術はマニホールド及び情報処理装置に関する。
複数の偏平管が接続された第1ヘッダ集合管の内部を、縦仕切壁によって連通室と混合室に仕切り、連通室を横仕切板によって仕切った熱交換器がある。
また、冷媒を流すための複数の枝管が接続された外管と、複数の冷媒流出孔を有し外管内に収容された内管の間に、円筒状の金網若しくは発泡金属を挿入した冷媒分配器がある。
国際公開WO2013/067993号公報 特開2012−2475号公報
流体が複数の流出口から分けて流出されるマニホールドでは、流出口での流体の流量を均一化することが望まれる。たとえば、分岐管の容積を大きくすることで流出口での流体の流量の均一化を図ろうとすると、マニホールドの大型化を招く。
本願の開示技術は、1つの側面として、小型のマニホールドで、流出口での流体の流量の均一化を図ることが目的である。
本願の開示する技術では、分岐管の内部を流入口側と流出口側とに隔壁で仕切る。隔壁は、流入口の開口面積よりも大きい総開口面積の複数の貫通孔と、流出口のそれぞれと対向する複数の対向部とを備える。
本願の開示する技術では、小型のマニホールドで、流出口での流体の流量の均一化を図ることができる。
図1は第一実施形態の情報処理装置を示す平面図である。 図2は第一実施形態の情報処理装置を示す側面図である。 図3は第一実施形態のマニホールドを示す斜視図である。 図4は第一実施形態のマニホールドを示す部分的に拡大して示す斜視図である。 図5は第一実施形態のマニホールドを示す平面図である。 図6は第一実施形態の隔壁、流入口及び流出口を示す正面図である。 図7は第一実施形態のマニホールドの図5とは異なる例を示す平面図である。 図8は第二実施形態の情報処理装置を示す正面図である。 図9は第一変形例の隔壁を示す正面図である。 図10は第二変形例の隔壁、流入口及び流出口を示す正面図である。 図11は第三変形例の隔壁、流入口及び流出口を示す正面図である。
第一実施形態のマニホールド及び情報処理装置について、図面に基づいて詳細に説明する。図面において、鉛直下方を矢印Gで示す。
図1及び図2に示すように、情報処理装置12は、ラック14を有する。ラック14内には、複数のサーバユニット16が収容されており、情報処理装置12は、サーバ装置である。情報処理装置12としては、サーバ装置に限らず、たとえば、スーパーコンピュータ等であってもよい。本実施形態では、サーバユニット16はそれぞれ横置きされており、複数のサーバユニット16が鉛直方向に重ね合わせて配置されている。さらに、ラック14の幅方向(矢印W方向)にも複数列で並べて配置されている。図1及び図2に示す例では、サーバユニット16は1列あたり鉛直方向に32台並べて配置され、このサーバユニット16がラック14の幅方向に2列で配置されているので、合計で72台のサーバユニット16がラック14内に収容されている。
サーバユニット16はそれぞれ、基板18と、この基板18に搭載された1つ又は複数の電子部品20を有する。電子部品20の例としては、たとえばプロセッサ等の集積回路を挙げることができる。情報処理装置12では、複数のサーバユニット16(基板18)を有し、さらに、基板18のそれぞれに1つ又は複数の電子部品20が搭載されているので、電子部品20も複数である。複数の電子部品20のそれぞれには、後述するように、電子部品20の熱を冷却液に伝える伝熱部材22が配置されている。
情報処理装置12は、さらに、液分流部材24、液合流部材26及び液循環部材28を有する。液分流部材24は、マニホールドの一例である。
図3〜図5にも示すように、液分流部材24は、分配管30を有する。分配管30は、分岐管の一例である。本実施形態では、分配管30は軸方向の両端が上底30A及び下底30Bによりそれぞれ閉塞された、長さ(内寸)L、内径bの円筒状に形成されている。
分配管30の外周面には、内径a(図6参照)を有する流入口32が形成されている。本実施形態では、流入口32は、1つの分配管30につき1つである。図2に示す例では、分配管30の軸方向の中央に流入口32が形成されているが、流入口32は、上底30A、あるいは下底30Bに近い位置でもよい。
分配管30の外周面にはさらに、内径c(図6参照)を有する複数の流出口34が形成されている。本実施形態では流出口34の数nは、サーバユニット16の数と同じである。
図3〜図5に示す例では、流出口34は、分配管30の軸方向に一定間隔を開けて列状に複数(32個)並べて形成され、さらに、分配管30の周方向にも複数列(2列)形成されている。本実施形態では、複数の流出口34は、同一の開口面積を有する円形である。
図5に示すように、分配管30の軸方向(長手方向)に見て、複数の流出口34のそれぞれは、流入口32と対向する位置に設けられている。流入口32の中心線CL−1と流出口34のそれぞれの中心線CL−2とは平行である。
流入口32には、循環配管36の一端36Aが接続されている。流出口34には、流出口34のそれぞれと一対一で対応する複数の供給管38の一端38Aが接続されている。図1に示すように、供給管38から伝熱部材22に供給されて電子部品20の熱を受けた冷却液は、排出管40から、合流管42へ排出される。合流管42では、複数の排出管40から送られた冷却液が合流される。分配管30の太さは、循環配管36の一端36Aとの接続の容易さや製造製から、循環配管36と同じ太さとすることができるが、異なる太さでもよい。
合流管42には、循環配管36の他端36Bが接続されている。そして、循環配管36には、タンク44、ポンプ46及び放熱部材48が設けられている。タンク44には、冷却液が貯留されており、この冷却液をポンプ46によって、液分流部材24に向かって流す。放熱部材48は、循環配管36を流れる途中の冷却液の熱を外部に放出し、冷却液を冷却する。なお、循環配管36において、タンク44、ポンプ46及び放熱部材48の位置は、図1に示す位置に限定されず、たとえば、放熱部材48がタンク44よりも冷却液の循環方向の上流側でもよい。
図4〜図6に示すように、分配管30の内部には、仕切板50が配置されている。仕切板50は、分配管30を軸方向に見て、分配管30の内部を、流入口32の第一領域60Aと、流出口34側の第二領域60Bとに仕切っている。仕切板50は、隔壁の一例である。図4〜図6に示す例では、仕切板50は平坦な板状であるが、たとえば、分配管30の軸方向に見て、一部あるいは全体が湾曲していたり、中央で屈曲していたりする形状でもよい。
図5に示すように、分配管30の軸方向に見て、分配管30の中心線CL−3は、流入口32と流出口34の中間位置である。仕切板50は、分配管30の中心線CL−3の位置、又は流入口32に近い位置に配置されている。中心線CL−3に対し流入口32側へ変位した量をオフセット量Sとする。仕切板50が流入口32に近い位置にオフセットされていると、分配管30の内部では、第一領域60Aの容積よりも第二領域60Bの容積の方が大きい。
図6に示すように、仕切板50には、内径dを有する複数の貫通孔52が形成されている。本実施形態では、複数の貫通孔52は円形であり、それぞれの貫通孔52の開口面積は、流出口34の開口面積より小さい。また、複数の貫通孔52の総開口面積(開口面積の総和)は、流入口32の開口面積より大きい。貫通孔52は、隣り合う貫通孔52どうしが所定のピッチpでずれる位置に形成されており、いわゆる千鳥配置である。
仕切板50には、対向部56及び第二対向部58が形成されている。対向部56及び第二対向部58は、仕切板50において、貫通孔52が形成されていない部分である。対向部56は複数であり、流出口34のそれぞれの中心線CL−2の線上で流出口34と対向している。図6に示す例では、流出口34のそれぞれと対向する複数の対向部56を有し、これら複数の対向部56が、仕切板50の高さ方向に連続する形状である。第二対向部58は、流入口32の中心線CL−1の線上で流入口32と対向している。
図5に示すように、仕切板50は、流入口32の中心線CL−1及び流出口34の中心線CL−2と垂直に交差している。したがって、対向部56は流出口34の中心線CL−2と垂直に交差し、第二対向部58は流入口32の中心線CL−1と垂直に交差している。一部の流出口34は、中心線CL−2方向に見て流入口32と重なっており、この重なり部分では、第二対向部58が対向部56を兼ねている。
図4及び図6に示すように、仕切板50において、対向部56又は第二対向部58が形成されていない部分は、貫通孔52が形成されている部分である。図2及び図4では、貫通孔52は図示せず、図6においても、一部の貫通孔52の図示を省略し、貫通孔52が形成されている部分を貫通孔形成部54として示している。
仕切板50の長手方向の一端50A及び他端50Bはそれぞれ、分配管30の軸方向の一端の上底30A及び他端の下底30Bに接している。すなわち、仕切板50は、分配管30の一端の上底30Aから他端の下底30Bまで連続する形状である。
次に、本実施形態の作用を説明する。
本実施形態の情報処理装置12では、ポンプ46を駆動することにより、冷却液を液循環部材28の循環配管36から液分流部材24に流すことができる。液分流部材24では冷却液が分流され、供給管38から伝熱部材22に冷却液を流すことができる。伝熱部材22が電子部品20の熱を受けることで、電子部品20を冷却できる。冷却液は、伝熱部材22から液合流部材26へ流れて合流され、循環配管36に戻る。
液分流部材24の分配管30には仕切板50が設けられている。流入口32から分配管30内に流入した冷却液の流れが仕切板50で一時的にせき止められ、冷却液の流れの方向が仕切板50に沿った方向に変換される。流入口32から分配管30内に流入した冷却液は、第一領域60Aから貫通孔52(流出口34と対向していない部分にある)を経て第二領域60Bに移動する。仕切板50の対向部56は、流出口34のそれぞれと対向しており、貫通孔52を通った冷却液が、直接的に流出口34に流れ込むことが抑制される。すなわち、冷却液の流れにおける圧力損失が、流入口32からそれぞれの流出口34までで均一化される。このため、流出口34ごとに冷却液が不均一な流量で流出することが抑制される。しかも、貫通孔52の総開口面積は、流入口32の開口面積よりも大きい。したがって、貫通孔52の総開口面積が流入口32の開口面積よりも小さい構造と比較して、分配管30内における流入口32から流出口34までの圧力損失が小さい。すなわち、分配管30の大径化を行うことなく、電子部品20の冷却のための冷却液の流量を確保できるので、液分流部材24として小型にできる。また、冷却液の流量を確保するためにポンプ46の大型化(高出力化)を図る必要がないので、情報処理装置12の小型化や消費電力の低減に寄与できる。
複数の貫通孔52のそれぞれの開口面積は、複数の流出口34の開口面積よりも小さい。したがって、貫通孔52のそれぞれの開口面積が、流出口34の開口面積よりも大きい構造と比較して、貫通孔52のそれぞれを通過する冷却液の流れを減衰させることができる。
そして、仕切板50には、このように開口面積が小さい貫通孔52が多数形成されているので、冷却液は、これら多数の貫通孔52に分散して流れる。このため、流入口32とそれぞれの流出口34との間における圧力損失のバランスをとることが可能であり、複数の流出口34に冷却液の圧力の均一化を図ることができる。
対向部56のそれぞれは、流出口34の中心線CL−2に対し垂直に交差している。したがって、対向部56が流出口34の中心線CL−2に対し傾斜している構造と比較して、流出口34ごとの流量を効果的に均一化できる。
仕切板50は、第二対向部58を有している。第二対向部58は、流入口32と対向しているので、流入口32から分配管30内に流入した冷却液が第二対向部58に当たることで、冷却液の流れの向きを、流入口32の中心線CL−1と異なる方向へ効果的に変えることができる。
第二対向部58は、流入口32の中心線CL−1に対し垂直に交差している。したがって、第二対向部58が流入口32の中心線CL−1に対し傾斜している構造と比較して、流入口32から分配管30内に流入する冷却液の向きを変える効果が高い。
仕切板50は、分配管30において、分配管30の中心線CL−3の位置、又は流入口32に近い位置に配置されている。仕切板50が分配管30の中心線CL−3よりも流出口34に近い位置に配置されている構造と比較して、流入口32から分配管30内に流入した冷却液が直接的に仕切板50(第二対向部58)に当たるので、冷却液の向きを変える効果が高い。
しかも、仕切板50を分配管30の中心線CL−3よりも流入口32に近い位置に配置することで、流入口32側の第一領域60Aの容積よりも流出口34側の第二領域60Bの容積の方が大きい構造である。これにより、第二領域60Bにおいて、冷却液が分配管30の軸方向に移動する際の抵抗が小さくなるので、複数の流出口34に冷却液が行き渡りやすくなる。
仕切板50は、分配管30を軸方向に見て、内径aの1/3よりも流入口32に近い位置に配置すれば、流入口32から分配管30内に流入した冷却液の流速を低下させる効果が高い。
本実施形態では、分配管30は円筒状の部材である。分配管30として、円筒状に限らず、たとえば角柱状であってもよい。円筒状の分配管30では、軸方向(長手方向)に見た形状が円形であり、内部の水圧が周囲に均等に作用するので、耐久性が高い。
流入口32及び流出口34は、分配管30の外周面に配置されている。流入口32や流出口34を分配管30の上底30A、下底30Bに配置した構造と比較して、循環配管36や供給管38が分配管30の軸方向に出っ張らないので、液分流部材24の長さを短くできる。また、循環配管36や供給管38が上底30A、下底30Bに存在しないので、複数の分配管30を軸方向に接続することも容易である。
また、流入口32及び流出口34を1つの分配管30の外周面に配置する構造であるので、流入口32を配置する管(たとえば外筒)と、流出口34を配置する管(たとえば内筒)のように、複数の管を設ける必要がなく、構造の簡素化や軽量化に寄与できる。
図5に示すように、分配管30の軸方向(図4に示す矢印A1方向)に見て、流入口32と複数の流出口34とは、対向する位置に形成されている。これに代えて図7に示すように、流入口32の中心線CL−1と複数の流出口34の中心線CL−2とが、直角に、あるいは斜めに交差する構造でもよい。流入口32と複数の流出口34とが対向していると、流入口32の中心線CL−1と垂直に交差する部分(第二対向部58)と、複数の流出口34の中心線CL−2と対向する部分(対向部56)とを、1枚の仕切板50で容易に実現できる。
仕切板50は、分配管30の内部において、軸方向の一端の上底30Aから他端の下底30Bまで連続している。仕切板50と上底30A及び下底30Bとの間に隙間がないので、このような隙間を通じて、冷却液が第一領域60Aから第二領域60Bへ不用意に流れてしまうことがない。
上記第一実施形態の具体的構造の一例として、分配管30の長さL=1700mm、内径b=42mm、流入口32の内径a=42mm、流出口34の数n=72、内径c=7mmに設定できる。そして、仕切板50のオフセット量s=7mm、貫通孔52の内径d=4mm、ピッチp=5mmに設定できる。この構造では、たとえば、120リットル/分の流量で冷却液を循環させた場合に、流出口34における流量のばらつきを抑制し、流量の均一化を図ることができる。
特に、情報処理装置12の性能向上等に伴い、多くの電子部品20を高密度に並列して配置した構造では、供給管38の数が多くなり、分配管30の流出口34の数も多くなる。多くの流出口34が形成された分配管30を備える情報処理装置であっても、流出口34すなわち供給管38に流れる冷却液の流量を均一化できるので、多くの電子部品20を効率的に冷却できる。
次に、第二実施形態について説明する。第二実施形態において、第一実施形態と同様の要素、部材等については同一符号を付して、詳細な説明を省略する。
図8に示すように、第二実施形態の情報処理装置72は、複数のラック74を有する。ラック74のそれぞれには、サーバユニット16が縦置きされた状態で、幅方向(矢印W方向)に複数並べて収容されている。図8に示す例では、ラック74は上下に2つであるが、3つ以上でもよい。
情報処理装置72は、第一分配管130及び第二分配管230を有する。
第一分配管130には、第一流入口132及び複数(ラック74と同数、図7に示す例では2つ)の第一流出口134が形成されると共に、第一分配管130の内部に、第一仕切板150が配置されている。
第一流入口132には循環配管36(全体構造は図1参照)の一端36Aが接続され、第一流出口134には中間配管76の一端76Aが接続されている。
第一仕切板150には、第一実施形態の仕切板50(図6参照)と同様に、総開口面積が第一流入口132の開口面積より大きく、それぞれの開口面積が第一流出口134のそれぞれの開口面積より小さい複数の貫通孔52が形成されている。さらに、第一仕切板150には、第一流出口134と対向する対向部56と、第一流入口132と対向する第二対向部58が形成されている。
第二分配管230には、第二流入口232及び複数(1つのラック74に収容されるサーバユニット16と同数)の第二流出口234が形成されると共に、第二分配管230の内部に、第二仕切板250が配置されている。第二流入口232には中間配管76の他端76Bが接続され、第二流出口234には供給管38の一端が接続されている。
第二仕切板250には、第一実施形態の仕切板50(図6参照)と同様に、総開口面積が第二流入口232の開口面積より大きく、それぞれの開口面積が第二流出口234のそれぞれの開口面積より小さい複数の貫通孔52が形成されている。さらに、第二仕切板250には、第二流出口234と対向する対向部56と、第二流入口232と対向する第二対向部58とが形成されている。
第二実施形態においても、第一実施形態と同様に(図1参照)、サーバユニット16の電子部品の熱を冷却液に伝える伝熱部材が設けられている。供給管38から伝熱部材に供給されて電子部品の熱を受けた冷却液は、排出管40から、排出管42へ排出される。そして、合流管42で合流された冷却液が循環配管36の他端36Bに流れる。第二実施形態においても、液循環部材28を有する構造であり、循環配管36には、タンク44、ポンプ46及び放熱部材48(いずれも図1参照)が設けられている。
第二実施形態では、第一分配管130の内部が第一仕切板150によって仕切られている。この第一仕切板150により、第一流出口134から流出する冷却液の流量の均一化を図ることができる。すなわち、第一分配管130が「分岐管」の一例であり、第一仕切板150が「隔壁」の一例である液分流部材124の構造が実現されている。
また、第二実施形態では、第二分配管230の内部が第二仕切板250によって仕切られている。この第二仕切板250により、第二流出口234から流出する冷却液の流量の均一化を図ることができる。すなわち、第二分配管230が「分岐管」の一例であり、第二仕切板250が「隔壁」の一例である液分流部材224の構造が実現されている。
上記各実施形態において、流出口34(第一流出口134及び第二流出口234を含む)の配置や、仕切板50(第一仕切板150及び第二仕切板250を含む)の形状は、たとえば、図9〜図11に示す形状を採り得る。
図9に示す第一変形例では、流出口34の高さが、列ごとに上下にずれており、いわゆる千鳥配置である。仕切板50の対向部56は高さ方向に連続しているので、高さ方向での流出口34の位置の自由度が高い。
図10に示す第二変形例では、仕切板50の高さ方向で、対向部56と貫通孔形成部54とが交互に位置する形状である。対向部56が仕切板50の幅方向に連続しているので、仕切板50の幅方向にたとえば3つ以上の貫通孔52を形成することが可能である。
図11に示す第三変形例では、対向部56と貫通孔形成部54とが仕切板50の高さ方向で交互に位置し、さらに、貫通孔52が1列で形成される構造である。
上記した各例において、3つ以上の流出口34を有する構造では、分配管30の軸方向及び周方向で、流出口34は均等な間隔で配置されていてもよいし、不均等な間隔で配置されていてもよい。
以上、本願の開示する技術の実施形態について説明したが、本願の開示する技術は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。
本明細書は、以上の実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
(付記1)
流入口と複数の流出口とを備える分岐管と、
前記分岐管の内部を前記流入口側と前記流出口側に仕切り、前記流入口の開口面積よりも大きい総開口面積の複数の貫通孔と、前記流出口のそれぞれと対向する複数の対向部と、を備える隔壁と、
を有するマニホールド。
(付記2)
前記隔壁が、前記流入口と前記流出口の中間位置又は前記流出口よりも前記流入口に近い位置にある付記1に記載のマニホールド。
(付記3)
前記対向部が、前記流出口の中心線と垂直に交差している付記1又は付記2に記載のマニホールド。
(付記4)
前記隔壁が、前記流入口と対向する第二対向部を有する付記1〜付記3のいずれか1つに記載のマニホールド。
(付記5)
前記第二対向部が、前記流入口の中心線と垂直に交差している付記4に記載のマニホールド。
(付記6)
複数の前記貫通孔のそれぞれの開口面積が、前記流出口の開口面積よりも小さい付記1〜付記5のいずれか1つに記載のマニホールド。
(付記7)
前記分岐管が円筒状に形成され、
前記流入口及び複数の前記流出口が前記分岐管の外周面に配置されている付記1〜付記6のいずれか1つに記載のマニホールド。
(付記8)
前記分岐管の軸方向に見て前記流入口と複数の前記流出口のうちの一部の流出口とが対向している付記7に記載のマニホールド。
(付記9)
前記隔壁が、前記分岐管の軸方向の一端の底面から他端の底面まで連続している付記7又は付記8に記載のマニホールド。
(付記10)
流入口と複数の流出口とを備える分岐管と、
前記分岐管の内部を前記流入口側と前記流出口側に仕切り、前記流入口の開口面積よりも大きい総開口面積の複数の貫通孔と、前記流出口のそれぞれと対向する複数の対向部と、を備える隔壁と、
を有するマニホールドと、
複数の前記流出口から流出した冷却液を合流させて前記流入口へ送ることで前記冷却液を循環させる循環部材と、
複数の前記流出口から流出した前記冷却液により冷却される複数の電子部品と、
を有する情報処理装置。
12 情報処理装置
20 電子部品
24 液分流部材(マニホールドの一例)
28 液循環部材
30 分配管(分岐管の一例)
32 流入口
34 流出口
50 仕切板(隔壁の一例)
52 貫通孔
54 貫通孔形成部
56 対向部
58 第二対向部
72 情報処理装置
124 液分流部材(マニホールドの一例)
130 第一分配管(分岐管の一例)
132 第一流入口(流入口の一例)
134 第一流出口(流出口の一例)
150 第一仕切板(隔壁の一例)
224 液分流部材(マニホールドの一例)
230 第二分配管(分岐管の一例)
232 第二流入口(流入口の一例)
234 第二流出口(流出口の一例)
250 第二仕切板(隔壁の一例)

Claims (7)

  1. 流入口と複数の流出口とを備える分岐管と、
    前記分岐管の内部を前記流入口側と前記流出口側に仕切り、前記流入口の開口面積よりも大きい総開口面積の複数の貫通孔と、前記流出口のそれぞれと対向する複数の対向部と、を備える隔壁と、
    を有し、
    複数の前記対向部が、前記隔壁の高さ方向又は幅方向に連続している、マニホールド。
  2. 前記隔壁が、前記流入口と前記流出口の中間位置又は前記流出口よりも前記流入口に近い位置にある請求項1に記載のマニホールド。
  3. 前記対向部が、前記流出口の中心線と垂直に交差している請求項1又は請求項2に記載のマニホールド。
  4. 前記隔壁が、前記流入口と対向する第二対向部を有する請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のマニホールド。
  5. 前記第二対向部が、前記流入口の中心線と垂直に交差している請求項4に記載のマニホールド。
  6. 複数の前記貫通孔のそれぞれの開口面積が、前記流出口の開口面積よりも小さい請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のマニホールド。
  7. 流入口と複数の流出口とを備える分岐管と、
    前記分岐管の内部を前記流入口側と前記流出口側に仕切り、前記流入口の開口面積よりも大きい総開口面積の複数の貫通孔と、前記流出口のそれぞれと対向する複数の対向部と、を備える隔壁と、
    を有し、
    複数の前記対向部が、前記隔壁の高さ方向又は幅方向に連続している、マニホールドと、
    複数の前記流出口から流出した冷却液を合流させて前記流入口へ送ることで前記冷却液を循環させる循環部材と、
    複数の前記流出口から流出した前記冷却液により冷却される複数の電子部品と、
    を有する情報処理装置。
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