JP7418311B2 - データセンターの冷却システム及びその冷却方法 - Google Patents

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Description

本発明は、低レイテンシを達成するのに好適なデータセンターの冷却システム及びその冷却方法に関するものである。
従来、ＩＣＴ（情報通信技術）社会における基幹システムの１つに、完全な可用性によって稼働し続けるデータセンターがある。同社会の形成において取り扱われる情報量は、幾何級数的に増加し、それらを処理するデータセンター数も同様に増加すると考えられている。また、データセンターはその稼働において発生した大量の熱の常時冷却を必要としている。
大量の熱の常時冷却を行う方法として、従来、冷却設備（ポンプや冷凍機）を用いる方法や、ファンによって空冷を行う方法などがあるが、これらの方法は何れも大量の電力を消費し、コストが高くなるばかりか、ＰＵＥ（Power Usage Effectiveness、〔データセンターの総消費エネルギー〕／〔ＩＴ機器の総消費エネルギー〕）の数値が高くなり、環境負荷も大きいものであった。一方上記問題を解決する方法として、データサーバを封入した筐体を海底に浸漬して海水によって冷却させる冷却方法（例えば特許文献１など参照）や、寒冷地へ設置して外気によって冷却させる方法など、冷却設備を用いないでデータセンターを冷却する方法が考えられていた。
また、ＩＣＴ形成の進展や展開が早いＩＴＳ（高度道路交通システム）では、レイテンシ（転送要求を出してから実際にデータが送られてくるまでに生じる通信の遅延時間）の更なる短縮化が求められている。即ち、ＩＴＳでは、自動車などの移動体やその周辺の交通網に設置した各種センサなどのデバイスからのデータをデータセンターに集めてこれらデータを高速で処理した後、再び前記移動体などのデバイスに送信する必要があるが、これらデータの送受信に時間を要してしまうと、効果的な対応が行えなくなる虞があった。現在、光通信網などが完備されたことで、レイテンシは大幅に短縮されつつあるが、依然としてデバイスとデータセンター間の物理的距離から生じるレイテンシは、残る課題とされている。よって、これらの物理的距離を可能な限り短縮させたエッジコンピューティングシステムやフォグコンピューティングシステムがこの課題の解決策の１つになると考えられている。なお、ＩＣＴ形成の黎明期を支えた都市近郊に位置する旧型データセンターは、ＩＴＳの要求するレイテンシ対策の１つとなる可能性があるが、ＰＵＥが高いことが課題として残る。
一方、エッジコンピューティングシステムやフォグコンピューティングシステムを構築した場合、多数のデータセンターを各地に分散配置する必要があるが、上述の環境負荷を考慮したデータセンターの場合は海底や寒冷地に設置場所が限定され、任意の設置場所を選択することができないという問題があった。このため、結局、各データセンターにおいて冷却設備などを利用した従来の冷却システムを利用することになり、コストが増大し、また環境負荷が増大する虞があった。また、各地に分散配置したデータセンターを常時監視する人材が必要になり、人材の確保が困難になったり、人件費が増大したりする虞もあった。
米国特許公開第２０１６／０３７８９８１号
本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、データセンターを分散配置してもそれらの冷却を低コスト且つ低環境負荷で行うことができるデータセンターの冷却システム及びその冷却方法を提供することにある。
本発明は、ネットワーク上にある複数台のデータセンターを、各データセンターが各種デバイスとのデータ処理を所定の短時間に行える範囲の地域である対応地域毎に設置し、且つ前記各データセンターは、それぞれを設置した前記各対応地域内に存在する下水処理施設または上水処理施設に配置され、各データセンターは、当該データセンターが配置された前記下水処理施設または上水処理施設内の処理水を用いて冷却されることを特徴とするデータセンターの冷却システムにある。
処理水には、取水（処理前の水）や処理過程の水や処理後の水の何れも含まれる。
本願発明者は、日本国内に数千か所の下水処理施設（下水処理場）や上水処理施設（上水処理場）が点在していることに着目し、さらにこれら下水処理施設や上水処理施設がデータセンターの冷却に適しているか否かを各種検討し、その結果、これら下水処理施設または上水処理施設を用いた上記発明を創作するに至った。即ち、これら下水処理施設または上水処理施設にデータセンターを配置することで、容易に低レイテンシを達成することができると同時に、下水処理施設または上水処理施設内で生じる処理水（処理前後の水を含む）を用いてデータセンターの冷却（フリークーリング）が行えるので、電力を使用することなく常時冷却を達成でき、環境負荷の低減化を図ることができる。
さらに言えば、日本国内の数千か所に点在する下水処理施設や上水処理施設の内の、前記対応地域毎の所望の下水処理施設や上水処理施設をデータセンターの設置場所とすることができ、容易に低レイテンシを達成することができると同時に各データセンターを電力を使用することなく冷却できる。これによって、容易に、低レイテンシのエッジコンピューティングシステム（例えばＩＴＳ）を構築することができる。
また下水処理施設や上水処理施設には、一般に作業員が常駐している。このためデータセンターのメンテナンスのために人材を新規に確保する必要もなく、人件費コストの低減化を図ることができる。
下水処理施設や上水処理施設に導入される水は、季節による変動はあるものの、ほぼ一定の水温を有し、このためデータセンターの安定した冷却を行うことができる。
さらに、処理水は、上流側の水槽から下流側の水槽に向かって、各種水槽の中及び各種水槽をつなぐ配管の中を、ほぼ一定のゆっくりした速度で常に流れている。このため、別途処理水を流すための新たな動力は不要または小さくて済み、この点からも低コスト且つ低環境負荷でのデータセンターの冷却を実現できる。
また本発明は、ネットワーク上にある複数台のデータセンターを、各データセンターが各種デバイスとのデータ処理を所定の短時間に行える範囲の地域である対応地域毎に設置すると共に、前記各データセンターを、それぞれを設置した前記各対応地域内に存在する下水処理施設または上水処理施設に配置し、さらに各データセンターを、当該データセンターが配置された前記下水処理施設または上水処理施設内の処理水を用いて冷却させることを特徴とするデータセンターの冷却方法にある。
また本発明は、ネットワーク上にある複数台のデータセンターの内の少なくとも何れかのデータセンターを冷却水によって冷却するデータセンターの冷却システムにおいて、前記データセンターを、下水処理施設に設置し、前記下水処理施設の最初沈殿池から最終沈殿池までの間の各種水槽内の処理水、または前記各種水槽間をつなぐ配管内の処理水を用いて、前記データセンターを冷却することを特徴とするデータセンターの冷却システムにある。
また本発明は、ネットワーク上にある複数台のデータセンターの内の少なくとも何れかのデータセンターを冷却水によって冷却するデータセンターの冷却システムにおいて、前記データセンターを、下水処理施設に設置し、前記下水処理施設から発生するバイオガスを用いたバイオガス発電機の電力を、前記データセンターに供給することを特徴とするデータセンターの冷却システムにある。
下水処理施設では、例えばその消化槽から発生するメタンガスを用いて発電に利用している。そこでこの電力をデータセンターの電力として用いることで、データセンターの省電力化を図ることができ、ＲＥＦ（Renewable Energy Factor，[再生可能エネルギー利用量]／[データセンターの総消費エネルギー]）が高まることから、低環境負荷に繋がる。
また本発明は、ネットワーク上にある複数台のデータセンターの内の少なくとも何れかのデータセンターを冷却水によって冷却するデータセンターの冷却システムにおいて、前記データセンターを、生物処理槽を有する下水処理施設に設置し、当該下水処理施設で処理途中の処理水と前記データセンターとの間で熱交換を行うことで、前記データセンターを冷却すると共に、前記生物処理槽を加熱する構成であることを特徴とするデータセンターの冷却システムにある。
また本発明は、ネットワーク上にある複数台のデータセンターの内の少なくとも何れかのデータセンターを冷却水によって冷却するデータセンターの冷却システムにおいて、前記データセンターを、下水処理施設に設置し、前記下水処理施設に設置された散気管を有する生物処理槽内に、前記データセンターを水没することで、前記データセンターを冷却すると共に、前記生物処理槽を加熱して熱交換する構成であることを特徴とするデータセンターの冷却システムにある。
生物処理槽は、これを加熱した方が微生物（好気性、嫌気性の何れも含む）をより活性化することができる。本発明によれば、データセンターで発生した熱を、そのまま生物処理槽の加熱に利用でき、微生物をより活性化させることができ、同時にデータセンターを冷却することができるので、効率的な熱の利用を行うことができる。
また、生物処理槽には、散気管が設置されており、必ずメンテナンスを行う必要があるが、このメンテナンスに合わせてデータセンターのメンテナンスも同時に行うことができるので、効率的且つ確実なメンテナンスを行うことができる。
本発明によれば、データセンターを分散配置しても、それらの冷却を低コスト且つ低環境負荷で容易に行うことが可能となる。
データセンターの冷却システムをＩＴＳに用いて構成されたコンピューティングシステム１の概略構成図である。 都道府県毎のＩＴＳによるデータサーバ発熱量を示す図である。 都道府県毎の〔各下水処理施設の処理水による冷却能力〕／〔各都道府県のＩＴＳ発熱量〕を下水処理施設毎にプロットして示す図である。 データセンターＤの各種冷却方式を示す概略図である。 下水処理施設におけるデータセンターＤの設置構成例を示す概略構成図である。 下水処理施設におけるデータセンターＤの設置構成例を示す概略構成図である。 下水処理施設へ流入する下水の水温及び下水処理施設から放流される処理水の水温の季節変化を示す図である。 上水処理施設におけるデータセンターＤの設置構成例を示す概略構成図である。 上水処理施設におけるデータセンターＤの設置構成例を示す概略構成図である。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかるデータセンターの冷却システムを、ＩＴＳ（高度道路交通システム）に用いて構成されたコンピューティングシステム１の概略構成図である。同図に示すように、コンピューティングシステム１は、エッジコンピューティングシステム（またはフォグコンピューティングシステム）であり、インターネットなどのネットワークＮに、各対応地域Ａ毎に設置したデータセンターＤを接続し、さらに各データセンターＤを、それぞれ当該対応地域Ａ内に存在する下水処理施設または上水処理施設Ｘに設置して構成されている。
各対応地域Ａとは、自動車Ｃや交通網Ｔに設置した各種デバイスとの送受信が、データセンターＤによって短時間（この例では１ｍｓｅｃ以下）にデータの処理（送受信を含む）が行える範囲の地域をいう。ＩＴＳにおけるレイテンシは、１ｍｓｅｃ以下の低レイテンシが要求されており、これを満足するため、本実施形態では、各都道府県を１つの対応地域Ａとしている。これは以下の理由による。
２０１８年時点での日本国内の自動車数は約８２００万台であり、２０２５年には運転支援（レベル３未満）を搭載した自動車は約１０００万台普及するといわれており、その場合、５０ＭＢ／台／月のデータが発生すると推算されている。よって、同時期に日本国内で発生するＩＴＳ由来のデータ量は５００ＴＢ／月と推算される。さらに２０３５年頃には、車間通信以外のデータ（ＡＲ、ＭＲ）も採用され、自動運転レベルも３以上になると考えられており、同時期に国内で発生するＩＴＳ由来のデータ量は５０ＰＢ／月と推算され、これらのデータ処理において新たな環境負荷（冷却に係る新たな電力需要）が生じる。
光ファイバの伝送速度は、２×１０８（ｍ／ｓｅｃ）であり、往復レイテンシが１（ｍｓｅｃ）以下になる物理的距離は、約１００ｋｍであるといわれている。日本国内に１００ｋｍ圏内に下水処理施設（または上水処理施設）が存在しない箇所はかなり限定的であり、このため下水処理施設（または上水処理施設）にデータセンターを設置することで、ＩＴＳの要求する低レイテンシは達成可能であることを発明者は見出した。
近年のサーバ１台（約４０ＴＢ ＳＳＤ搭載）当たりの消費電力は、約２５００ｋＷｈ／年であると報告されており、サーバが１ＴＢのデータ量を取り扱うのに約７Ｗの電力を消費すると算出される。上記の予測に従えば、２０２５年時点のＩＴＳ由来のデータ発生量は５００ＴＢ／月であることから、これを処理するのに必要な電力量（発熱量）は約２５００ｋＷｈ／月（２１５０ＭＣａｌ／月）になると推算される。この発熱は、各都道府県に賦存している車両の割合に応じて全国的に発生するものと仮定し、２０１８年時点の各都道府県の車両台数の賦存割合を乗じることで、各都道府県で発生する発熱量を求め、図２に示した。図２において、横軸は各都道府県、縦軸はＩＴＳによるデータサーバ発熱量を示しており、各都道府県に存在する車両台数に比例してその発熱量は大きくなる。
図２に示した都道府県別の発熱量を、各都道府県に点在している下水処理施設の処理水を用いてフリークーリングするとした場合、冷却可能な水量を保有している下水処理施設の数を算出し、その結果を図３に示した。なお、同算出では、処理水の昇温を１℃、熱交換効率を１とした。図３において、横軸は各都道府県（Ｎｏ．０１～４７）、縦軸は〔各下水処理施設の処理水による冷却能力〕／〔各都道府県のＩＴＳ発熱量〕を示しており、各下水処理施設毎にプロットしている。また縦軸は対数として表示している。即ち、各都道府県毎の縦軸には、当該都道府県に存在する下水処理施設の数のプロットがあり、プロットされた１つの下水処理施設の処理水のみでその都道府県で発生する全ＩＴＳ発熱量をフリークーリングしたとした場合の処理能力比率を示しており、縦軸「１」以上は当該１つの下水処理施設単独で処理水の昇温１℃以下で処理可能であり、縦軸「１」以下は当該１つの下水処理施設単独では処理水の昇温１℃以上になることを表している。
図３において、全国２６８６ヶ所の下水処理施設の内、各都道府県で発生するＩＴＳ由来の発熱量を冷却する水量を保有している縦軸「１」以上の下水処理施設数は１６８５ヶ所であり、各都道府県で発生するＩＴＳ由来の発熱量を冷却するのに十分な数の下水処理施設が各都道府県毎に存在することが分かった。なお、冷却における熱交換効率が０．１とした場合でも、その数は７７５ヶ所あり、各都道府県で発生するＩＴＳ由来の発熱量を冷却するのに十分な数の下水処理施設が各都道府県毎に存在することが分かった。
上記下水処理施設または上水処理施設Ｘに設置するデータセンターＤとしては、可搬型のコンテナ型データセンターなどが用いられるが、他の各種構造のデータセンターであっても良い。図４はデータセンターＤの各種冷却方式を示す概略図である。データセンターＤを冷却する方法としては、図４（ａ）に示すように、密閉されたデータセンターＤをそのまま水槽Ｓ内の処理液中に水没させる方法（浸漬冷却方法）がある。この方法の場合、データセンターＤの筐体内外表面での熱交換を行う。当該外表面は、防汚構造（例えば抗菌釉薬層を設ける等）とするのが好ましい。この例では、コンテナ型データセンターＤを水没させたが、コンテナ型データセンターＤの代わりに、データセンターを構成するマザーボード自体（これもデータセンターＤという）を水没させて冷却しても良い。この場合、マザーボードの表面全体を防水用の樹脂層で覆う構成などとするのが好ましい。
次にデータセンターＤを冷却する他の方法としては、図４（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すように、水槽から引き出した配管（または水槽に導入される配管）１１，２１，２９の途中において、当該配管１１，２１，２９中を流れる処理水を冷却水としてデータセンターＤを冷却する方法（インライン冷却方法）がある。
図４（ｂ）の場合は、密閉容器１３内に密封した例えば沸点３５℃の溶媒（例えばフッ素系不活性液体であるフロリナート（登録商標））１５中にデータセンターＤ（そのマザーボードなど）を浸漬し、当該データセンターＤの熱によって沸騰する蒸気を、配管１１内を通過する処理水（例えば３０℃以下）によって冷却して凝縮させる構成である。また図４（ｃ）の場合は、容器１７内に充填した溶媒１９中にデータセンターＤ（そのマザーボードなど）を浸漬し、当該データセンターＤの熱によって加熱される溶媒１９を、配管２１内を通過する処理水によって冷却させる構成である。また図４（ｄ）の場合は、容器２３内に充填した溶媒２５中にデータセンターＤ（そのマザーボードなど）を浸漬し、当該データセンターＤの熱によって加熱される溶媒２５の一部を配管２７によって容器２３から引き出して送液ポンプ等の循環手段で循環させ、当該配管２７と熱交換機３０によって熱交換を行うように設置された配管２９内を通過する処理水によって、前記配管２７中を通過する溶媒２５を冷却させる構成である。
さらにデータセンターＤを冷却する他の方法としては、図４（ｅ）に示すように、水槽から引き出した配管（または水槽に導入される配管）３１にデータセンターＤを接触させ、当該配管３１中を流れる処理水を冷却水としてデータセンターＤを冷却する方法（オンライン冷却方法）がある。この方法の場合、データセンターＤ（そのマザーボードなど）を直接その外側から配管３１内の冷却水によって冷却する。
上記何れの冷却方法も、凝縮器、圧縮機、蒸発器等からなる冷凍機やファンなどを使用しないで、処理水（冷却水）によってデータセンターＤをフリークーリングする構成となっている。
下水処理施設または上水処理施設Ｘとしては、上述のように、各都道府県に１台設置されるデータセンターＤに合わせて、各都道府県に１ヶ所の下水処理施設または上水処理施設Ｘが選択される。国内の下水処理施設や上水処理施設Ｘの特徴は、“完全な可用性により稼働している施設である”ことである。またこれら施設が持つその他の特長としては、“人口や産業が比較的集中している地域に分散配置されていること”と“年間を通してほぼ一定の水温と水量の水を貯えていること”などがある。
図５（ａ）～（ｃ）と図６（ａ）～（ｃ）は、下水処理施設におけるデータセンターＤの冷却システムを示す概略構成図である。これらの図に示すように、下水処理施設は少なくとも、その上流側に設置される沈砂池で沈まなかった小さなごみや砂を沈殿させて取り除く最初沈殿池３０と、ごみや砂を取り除いた処理水に微生物を混合して空気を吹き込み、処理水を浄化する生物処理槽４０と、生物処理槽４０で増殖した活性汚泥を沈殿して取り除く最終沈殿池５０等を有して構成されている。また下水処理施設によっては、さらに、最終沈殿池５０からの余剰汚泥や、最初沈殿池３０からの初沈汚泥などを導入して汚泥の消化処理を行う消化槽７０において発生するバイオガス（消化ガス）を燃焼して発電するバイオガス発電機（発電機）６０を設置している下水処理施設もある。
そしてデータセンターＤは、図５（ａ）に示すように、最初沈殿池３０を構成する水槽内の処理水中に水没して熱交換を行わせても良いし（図４（ａ）に示す浸漬冷却方法）、図５（ｂ）に示すように、最初沈殿池３０と生物処理槽４０をつなぐ配管４５の途中において配管４５内を流れる処理水を冷却水としてデータセンターＤを冷却しても良いし（図４（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）に示すインライン冷却方法またはオンライン冷却方法）、図５（ｃ）に示すように、生物処理槽４０を構成する水槽内の処理水中に水没して熱交換を行わせても良いし（浸漬冷却方法）、図６（ａ）に示すように、生物処理槽４０と最終沈殿池５０をつなぐ配管５５の途中において配管５５内を流れる処理水を冷却水としてデータセンターＤを冷却しても良いし（インライン冷却方法またはオンライン冷却方法）、図６（ｂ）に示すように、最終沈殿池５０を構成する水槽内の処理水中に水没して熱交換を行わせても良いし（浸漬冷却方法）、図６（ｃ）に示すように、最終沈殿池５０の下流側の配管６５の途中において配管６５内を流れる処理水を冷却水としてデータセンターＤを冷却しても良い（インライン冷却方法またはオンライン冷却方法）。また図示はしていないが、最初沈殿池３０の前段階の、取水した直後の処理水を用いてデータセンターＤの冷却を行っても良い。またデータセンターＤの冷却を上記した複数個所において行っても良い。また、バイオガス発電機６０を有する下水処理施設においては、当該バイオガス発電機６０で得られた電力を、前記データセンターＤに供給することで、当該データセンターＤの電力として用い、これによってデータセンターＤの省電力化を図ることができる。これによって、ＲＥＦが高まり、低環境負荷に繋がる。
図７は、下水処理施設へ流入する下水の水温（受水温度）及び下水処理施設から放流される処理水の水温（放流水温度）の季節変化を示す図である。このデータには、東京都内の１３ヶ所の下水処理施設の流量重み付け平均値を用いている。同図に示すように、下水処理施設での処理水の温度は、夏でも３０℃を上回らない温度を維持していることがわかる。一方で、データセンターＤの温度は、６０～８０℃に達し、これを冷却温度範囲である７０℃以下、より好ましくは４５℃以下、さらに好ましくは３５℃以下に冷却するためには、その冷却に用いる冷却水の温度としては３５℃以下、より好ましくは３０℃以下であることが好ましい。本実施形態に用いる下水処理施設の温度は、上述のように、夏でも３０℃以下なので、データセンターＤの冷却のための条件を十分満たしている。
また、データセンターＤを冷却するためには、できるだけ大量の冷却水を用いることが望ましく、例えば３００ｍ３／日以上、好ましくは５００ｍ３／日以上、より好ましくは１０００ｍ３／日以上を処理する下水処理施設または上水処理施設が望ましい。上記処理水量は、データセンターＤの発熱量との兼ね合いとなるため、最低発熱量（１２ＭＣａｌ／月）の鳥取県（図２参照）におけるデータセンターＤの全熱量であっても、冷却が難しい下水処理施設または上水処理施設（１か所）の平均流量がおおよそ３００ｍ３／日であることを根拠としている。
そして、図５（ａ）～図６（ｃ）に示す何れの下水処理施設においても、下水が順次処理されていく過程で、各種水槽内またはこれら水槽をつなぐ配管内の処理水によってデータセンターＤは、効果的に冷却（フリークーリング）される。
また下水処理施設内で生じる処理水（取水や処理過程の水や処理後の水を含む）を用いてデータセンターＤの冷却（フリークーリング）が行えるので、新たな電力を不要または小さくでき且つ常時冷却を達成でき、環境負荷の低減化を図ることができる。
また下水処理施設には、一般に作業員が常駐している。このためデータセンターＤのメンテナンスのために人材を新たに確保する必要はなく、人件費コストの低減化を図ることもできる。
また上述のように、下水処理施設に導入される水は、季節による変動はあるものの、ほぼ一定の水温を有し、このためデータセンターＤの安定した冷却を行うことができる。
さらに、処理水は、上流側の水槽から下流側の水槽に向かって、各種水槽の中でも、各種水槽をつなぐ配管の中でも、ほぼ一定のゆっくりした速度で常に大量に流れている。このため、データセンターＤの熱を吸収する十分の容量を有しており、且つ別途処理水を流すための新たな動力は不要または小さくて済み、この点からも低コスト且つ低環境負荷でのデータセンターＤの冷却を実現できる。
また、下水処理施設における処理水は、後段に移行するほど浄化される。このため、データセンターＤ（その冷却設備）の設置場所として、当該データセンターＤへの汚れ付着防止などの観点からは、できるだけ後段側、例えば生物処理槽４０以降の水槽または配管に設置した方が好適である。
図５（ｃ）に示す実施形態においては、データセンターＤを生物処理槽４０に水没しているので、データセンターＤで発生した熱を、そのまま生物処理槽４０の加熱に利用でき、微生物（好気性、嫌気性の何れも含む）をより活性化させることができる。同時にデータセンターＤを冷却することができるので、効率的な熱の利用を行うことができる。また、生物処理槽４０には、一般に散気管が設置されており、必ずメンテナンスを行う必要があるが、このメンテナンスに合わせてデータセンターＤのメンテナンスも同時に行うことができるので、データセンターＤの効率的且つ確実なメンテナンスを行うことができる。
図８（ａ）～（ｃ）と図９（ａ）～（ｂ）は、上水処理施設におけるデータセンターＤの冷却システムを示す概略構成図である。これらの図に示すように、上水処理施設は少なくとも、砂や土を沈めて除去する沈砂池１００と、着水井１１０と、処理水に凝集剤を混合する混和地１２０と、処理水に含まれる細かい土や砂をフロックにするフロック形成池１３０と、大きくなったフロックを沈殿させる沈殿池１４０と、沈殿池１４０で排除できなかったよごれを砂の層でこし取るろ過池１５０と、ろ過池１５０を通過することで得られた水道水を貯めておく配水池１６０等を有して構成されている。
そしてデータセンターＤは、図８（ａ）に示すように、沈砂池１００を構成する水槽内の処理水中に水没して熱交換を行わせても良いし（浸漬冷却方法）、図８（ａ）に点線で示すように、沈砂池１００と着水井１１０をつなぐ配管１０５の途中において配管１０５内を流れる処理水を冷却水としてデータセンターＤを冷却しても良いし（インライン冷却方法またはオンライン冷却方法）、図８（ｂ）に示すように、着水井１１０を構成する水槽内の処理水中に水没して熱交換を行わせても良いし（浸漬冷却方法）、図８（ｂ）に点線で示すように、着水井１１０と混和地１２０をつなぐ配管１１５の途中において配管１１５内を流れる処理水を冷却水としてデータセンターＤを冷却しても良いし（インライン冷却方法またはオンライン冷却方法）、図８（ｃ）に示すように、混和地１２０を構成する水槽内の処理水中に水没して熱交換を行わせても良いし（浸漬冷却方法）、図８（ｃ）に点線で示すように、混和地１２０とフロック形成池１３０をつなぐ配管１２５の途中において配管１２５内を流れる処理水を冷却水としてデータセンターＤを冷却しても良い（インライン冷却方法またはオンライン冷却方法）し、図９（ａ）に示すように、フロック形成池１３０を構成する水槽内の処理水中に水没して熱交換を行わせても良いし（浸漬冷却方法）、図９（ａ）に点線で示すように、フロック形成池１３０と沈殿池１４０をつなぐ配管１３５の途中において配管１３５内を流れる処理水を冷却水としてデータセンターＤを冷却しても良い（インライン冷却方法またはオンライン冷却方法）し、図９（ｂ）に示すように、沈殿池１４０を構成する水槽内の処理水中に水没して熱交換を行わせても良いし（浸漬冷却方法）、図９（ｂ）に点線で示すように、沈殿池１４０とろ過池１５０をつなぐ配管１４５の途中において配管１４５内を流れる処理水を冷却水としてデータセンターＤを冷却しても良い（インライン冷却方法またはオンライン冷却方法）。また図示はしていないが、沈砂池１００の前段階の、取水した直後の環境水を用いてデータセンターＤの冷却を行っても良い。またデータセンターＤの冷却を上記した複数個所において行っても良い。
そして、図８（ａ）～図９（ｂ）に示す何れの上水処理施設においても、上記下水処理施設の場合と同様に、環境水が順次処理されていく過程で、各種水槽内またはこれら水槽をつなぐ配管内の処理水によってデータセンターＤは、効果的に冷却（フリークーリング）される。
また上水処理施設内で生じる処理水（取水や処理過程の水や処理後の水を含む）を用いてデータセンターＤの冷却（フリークーリング）が行えるので、新たな電力を不要または小さくでき且つ常時冷却を達成でき、環境負荷の低減化を図ることができる。
また上水処理施設には、一般に作業員が常駐している。このためデータセンターＤのメンテナンスのために人材を新たに確保する必要はなく、人件費コストの低減化を図ることもできる。
また、上水処理施設に導入される水は、季節による変動はあるものの、ほぼ一定の水温を有し、夏でも３０℃を上回らない温度を維持していることから、データセンターＤの安定した冷却を行うことができる。
さらに、処理水は、上流側の水槽から下流側の水槽に向かって、各種水槽の中でも、各種水槽をつなぐ配管の中でも、ほぼ一定のゆっくりした速度で常に大量に流れている。このため、データセンターＤの熱を吸収する十分の容量を有しており、且つ別途処理水を流すための新たな動力は不要または小さくて済み、この点からも低コスト且つ低環境負荷でのデータセンターＤの冷却を実現できる。
また本発明によれば、今後の人口減少に伴って下水処理施設または上水処理施設内に増加する空きの躯体を有効活用することもできる。即ち、データセンターは、定常的に処理水が流れている稼働中の水槽、配管を利用して冷却しても良いが、休止中の水槽、配管を利用して冷却しても良い。この場合、処理水の一部を、休止中の設備に還流させたり、最終処理水をこれらの設備を経由してから放流させたりすることができる。
以上説明したように、上記各実施形態によれば、日本国内に多数点在している下水処理施設や上水処理施設にデータセンターＤを配置したので、データセンターＤ用の施設を別途新たに設ける必要は無く、低コストで容易に低レイテンシを達成することができ、同時にそれら施設内で生じる著量の処理水や取水によってデータセンターＤをフリークーリングすることで常時冷却を達成でき、これによって容易に、低レイテンシのエッジコンピューティングシステム（例えばＩＴＳ）を構築することができる。なお、ＩＣＴ形成の黎明期を支えた都市近郊に位置する旧型データセンターは、ＩＴＳの要求するレイテンシ対策の１つとなる可能性があるが、ＰＵＥが高いことが課題として残る。
以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載がない何れの構成であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。例えば、上記各実施形態では、本発明をＩＴＳに用いた例を説明したが、本発明にかかるデータセンターの冷却システムは、他の各種用途に用いるモバイルエッジ／エッジコンピューティングシステム／フォグコンピューティングシステムなどにも同様に適用可能である。要は、ネットワーク上に複数台のデータセンターを接続したコンピューティングシステムであれば、どのような構成のコンピューティングシステムであっても適用することができる。また本発明にかかるデータセンターＤの冷却システムは、ネットワークＮにつながる全てのデータセンターＤに適用しても良いし、その一部のデータセンターＤに適用しても良い。また上記各実施形態では、各対応地域Ａに１台のデータセンターＤを１か所の下水処理施設または上水処理施設Ｘに設置した例を示したが、各対応地域Ａに複数台のデータセンターＤをそれぞれ別の（又は同一の）下水処理施設または上水処理施設Ｘに設置しても良いことは言うまでもない。
また、上記記載及び各図で示した実施形態は、その目的及び構成等に矛盾がない限り、互いの記載内容を組み合わせることが可能である。また、上記記載及び各図の記載内容は、その一部であっても、それぞれ独立した実施形態になり得るものであり、本発明の実施形態は上記記載及び各図を組み合わせた一つの実施形態に限定されるものではない。
１ コンピューティングシステム
Ｎ ネットワーク
Ａ 対応地域
Ｄ データセンター
Ｘ 下水処理施設または上水処理施設
Ｃ 自動車
Ｔ 交通網
Ｓ 水槽
１１，２１，２３ 配管
１３ 密閉容器
１５ 溶媒
１７ 容器
１９ 溶媒
３０ 最初沈殿池（水槽）
４０ 生物処理槽（水槽）
５０ 最終沈殿池（水槽）
６０ バイオガス発電機
４５，５５ 配管
１００ 沈砂池（水槽）
１１０ 着水井（水槽）
１２０ 混和地（水槽）
１３０ フロック形成池（水槽）
１４０ 沈殿池（水槽）
１５０ ろ過池（水槽）
１６０ 配水池（水槽）
１０５，１１５，１２５，１３５，１４５ 配管

Claims (6)

  1. ネットワーク上にある複数台のデータセンターを、各データセンターが各種デバイスとのデータ処理を所定の短時間に行える範囲の地域である対応地域毎に設置し、
    且つ前記各データセンターは、それぞれを設置した前記各対応地域内に存在する下水処理施設または上水処理施設に配置され、
    各データセンターは、当該データセンターが配置された前記下水処理施設または上水処理施設内の処理水を用いて冷却されることを特徴とするデータセンターの冷却システム。
  2. ネットワーク上にある複数台のデータセンターを、各データセンターが各種デバイスとのデータ処理を所定の短時間に行える範囲の地域である対応地域毎に設置すると共に、
    前記各データセンターを、それぞれを設置した前記各対応地域内に存在する下水処理施設または上水処理施設に配置し、
    さらに各データセンターを、当該データセンターが配置された前記下水処理施設または上水処理施設内の処理水を用いて冷却させることを特徴とするデータセンターの冷却方法。
  3. ネットワーク上にある複数台のデータセンターの内の少なくとも何れかのデータセンターを冷却水によって冷却するデータセンターの冷却システムにおいて、
    前記データセンターを、下水処理施設に設置し、
    前記下水処理施設の最初沈殿池から最終沈殿池までの間の各種水槽内の処理水、または前記各種水槽間をつなぐ配管内の処理水を用いて、前記データセンターを冷却することを特徴とするデータセンターの冷却システム。
  4. ネットワーク上にある複数台のデータセンターの内の少なくとも何れかのデータセンターを冷却水によって冷却するデータセンターの冷却システムにおいて、
    前記データセンターを、生物処理槽を有する下水処理施設に設置し、
    当該下水処理施設で処理途中の処理水と前記データセンターとの間で熱交換を行うことで、前記データセンターを冷却すると共に、前記生物処理槽を加熱する構成であることを特徴とするデータセンターの冷却システム。
  5. ネットワーク上にある複数台のデータセンターの内の少なくとも何れかのデータセンターを冷却水によって冷却するデータセンターの冷却システムにおいて、
    前記データセンターを、下水処理施設に設置し、
    前記下水処理施設に設置された散気管を有する生物処理槽内に、前記データセンターを水没することで、前記データセンターを冷却すると共に、前記生物処理槽を加熱して熱交換する構成であることを特徴とするデータセンターの冷却システム。
  6. ネットワーク上にある複数台のデータセンターの内の少なくとも何れかのデータセンターを冷却水によって冷却するデータセンターの冷却システムにおいて、
    前記データセンターを、下水処理施設に設置し、
    前記下水処理施設から発生するバイオガスを用いたバイオガス発電機の電力を、前記データセンターに供給することを特徴とするデータセンターの冷却システム。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP7273207B1 (ja) * 2022-01-31 2023-05-12 日立造船株式会社 電子機器の冷却システム

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102711417A (zh) 2012-06-07 2012-10-03 华为技术有限公司 数据中心和数据中心冷却系统
JP2014234938A (ja) 2013-05-31 2014-12-15 富士通株式会社 データセンター
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Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102711417A (zh) 2012-06-07 2012-10-03 华为技术有限公司 数据中心和数据中心冷却系统
JP2014234938A (ja) 2013-05-31 2014-12-15 富士通株式会社 データセンター
JP2017215831A (ja) 2016-06-01 2017-12-07 富士通株式会社 液浸冷却装置、液浸冷却システム、及び液浸冷却装置の制御方法
JP2018028750A (ja) 2016-08-16 2018-02-22 富士通株式会社 水中データセンタ

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