JPWO2020218059A1 - 局所冷却器及び局所冷却方法 - Google Patents

Abstract

局所冷却器は、箱型に形成された筐体と、筐体の正面側に位置する下部位置から後方部上方に延びる斜面に沿って設けられた熱交換器と、筐体の正面に設けられた第１吸排気口と、筐体の底面に設けられた第２吸排気口と、筐体の側面、上面及び後面のうちの複数個所に設けられた第３吸排気口と、これら吸排気口を選択的に遮蔽可能な塞ぎ板とを具備する。

Description

本発明は、サーバルーム内のホットスポットの出現を解消して効率の良い熱交換を可能とする局所冷却器及び局所冷却方法に関する。

データセンタや通信局舎に設置されているサーバルームでは、収容されている各サーバの負荷にばらつきが生じることがある。このようなサーバルームにおいて、さらにサーバの各所から出される排熱が不均一である場合に、室内にホットスポットと呼ばれる局所的に空気温度の高い場所ができる。
このようなホットスポットに対応した技術として、例えば特許文献１が提案されている。

特許文献１に示される冷却システム５０は、図７に示されるようなサーバルームに設置される。このサーバルームには、各々４台のサーバラック５１により構成される２列のサーバラック列５２が設置される。各サーバラック５１には複数のサーバが収納される。各サーバラック５１の上部には、局所空調機５３が４台ずつ向き合うように配置され、冷却システム５０を構成する。
これら局所空調機５３は、冷媒装置（図示略）から冷媒管５４に供給された液冷媒と、後部に位置する空気吸込口５５から取り込んだ空気ａ１（暖気）とで熱交換を行い、液冷媒によって冷却された空気ａ２（冷気）を前部に位置する空気吹出口５６から送出する。
このような冷却システム５０は、各局所空調機５３の空気吹出口５６から送出された空気ａ２（冷気）により、サーバラック列５２の間の空間に低温空間Ｌを形成する。
空気ａ２（冷気）は、サーバラック５１を通過することによりサーバラック５１内の発熱源と熱交換され、空気ａ１（暖気）となる。この空気ａ１（暖気）は、サーバラック列５２と壁等の遮蔽物との間で高温空間Ｈを形成する。高温空間Ｈにおける空気ａ１（暖気）は、局所空調機５３の後部に位置する空気吸込口５５から吸い込まれる。

ところで、上記特許文献１に示される冷却システムにおいては、暖気と冷気との流れが限定されており、多くの場合は、空気温度が高い場所に合わせて局所空調機５３の冷却温度を設定するため、運転のために余計な電力が必要となり、冷却電力が増大する傾向にある。
冷却電力を削減するひとつの方法として、局所冷却器を配置し、各々の場所に合わせた冷却を実施する試みが進められている。

例えば、特許文献２に示される空気調和器は、吹出切替パネルを切り替えることにより正面吹出または両サイド吹出へと風向を変更することができる。したがって、この空気調和器は、風向きを変更することによって、部屋の温度分布を調整することが可能となる。
これにより、上述したサーバルームでは、時々刻々と変わる各々のサーバの負荷に伴い、ホットスポットの発生位置が変化することに対応して、局所冷却器を柔軟に配置することによってホットスポットの解消を図ることが可能となる。

特開２０１３−２２１６３４号公報 特開２００５−６９６５２号公報

しかしながら、特許文献２は、吹出切替パネルを切り替えることにより、正面吹出または両サイド吹出へと風向を変更するという構成を開示するのみである。すなわち、特許文献２は、ホットスポットを解消するためにどのように風向きを変更するかについて具体的な構成を開示していない。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、ホットスポットを解消するために、熱を含む空気（暖気）又は放熱後の空気（冷気）流路を具体的かつ自在に構築することができる局所冷却器及び局所冷却方法を提供するものである。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の第１態様による局所冷却器は、箱型に形成された筐体と、前記筐体の正面側に位置する下部位置から後方部上方に延びる斜面に沿って設けられた熱交換器と、前記筐体の正面に設けられた第１吸排気口と、前記筐体の底面に設けられた第２吸排気口と、前記筐体の側面、上面及び後面のうちの複数個所に設けられた第３吸排気口と、前記第１〜第３吸排気口を選択的に遮蔽可能な塞ぎ板とを具備する。

本発明の第２態様による局所冷却方法では、筐体の正面側に位置する下部位置から後方部上方に延びる斜面に沿うように熱交換器を配置した上で、前記筐体の正面に第１吸排気口を設け、前記筐体の底面に第２吸排気口を設けるとともに、前記筐体の側面、上面及び後面のうち複数個所に第３吸排気口を設け、前記第１〜第３吸排気口を塞ぎ板により選択的に遮蔽する。

本発明によれば、熱を含む空気（暖気）流路又は放熱後の空気（冷気）流路を自在に変更することができ、室内に局所的に空気温度の高いホットスポットが出現することを未然に防止できる。

本発明の第１実施形態に係る局所冷却器の構成を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る局所冷却器の構成を示す斜視図である。 第２実施形態における塞ぎ板の構成を示す側面図である。 第２実施形態に係る局所冷却器の空気流路を示す斜視図である。 第２実施形態に係る局所冷却器の空気流路を示す斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る局所冷却器の構成を示す斜視図である。 本発明の第４実施形態に係る局所冷却器の構成を示す斜視図である。 特許文献１に示される従来の冷却システムを示す斜視図である。

本発明の第１実施形態に係る局所冷却器１００について図１を参照して説明する。
この局所冷却器１００は、箱型に形成された筐体１と、筐体１内の熱交換器２と、筐体１に形成された第１吸排気口３Ａ、第２吸排気口３Ｂ及び第３吸排気口４〜９と、これら吸排気口を選択的に遮蔽可能な塞ぎ板１０とからなる。

熱交換器２は、筐体１の正面側に位置する下部位置から後方部上方に延びる斜面に沿って設けられる。
第１吸排気口３Ａは筐体１の正面に設けられる開口であって、主にこの開口を通じて冷気が排出される。
第２吸排気口３Ｂは筐体１の底面に設けられる開口であって、主にこの開口を通じて暖気が吸入される。

第３吸排気口４〜９は、筐体１の側面、上面及び後面に設けられる開口である。
なお、第１実施形態では、熱交換器２を挟んで筐体１の上部の３か所に第３吸排気口４〜６、熱交換器２を挟んで筐体１の下部の３か所に第３吸排気口７〜９が設けられており、これら第３吸排気口４〜６を通じて主に冷気が排出され、第３吸排気口７〜９を通じて主に暖気が吸入される。これら吸排気口４〜９の位置及び数は自由に定めることができる。

塞ぎ板１０は、第１吸排気口３Ａ、第２吸排気口３Ｂ及び第３吸排気口４〜９を選択的に遮蔽可能に取り付けられるものであって、その取付により、暖気／冷気を最適な場所から取込み又は排出させることができる。

以上説明した第１実施形態に係る局所冷却器１００は、筐体１の底面に設けられた第２吸排気口３Ｂ及び／又は第３吸排気口７〜９を通じて、熱を含む空気（暖気）を筐体１内に取り込むことができる。
その後、筐体１内に取り込まれた熱を含む空気（暖気）は、筐体１の正面側に位置する下部位置から後方部上方に延びる斜面に沿うように設置された熱交換器２により放熱及び冷却される。
さらに、本実施形態においては、筐体１の正面、側面及び上面のいくつかに設けられた複数の第１吸排気口３Ａ及び／又は第３吸排気口４〜６を通じて、放熱後の空気（冷気）を外部に排出することができる。

このとき、本実施形態においては、第１吸排気口３Ａ、第２吸排気口３Ｂ及び第３吸排気口４〜９を塞ぎ板１０により選択的に遮蔽することで、熱を含む空気（暖気）又は放熱後の空気（冷気）流路を自在に変更することができ、室内に局所的に空気温度の高いホットスポットが出現することを未然に防止できる。

なお、本実施形態に係る局所冷却器１００においては、主に、第２吸排気口３Ｂ及び／又は第３吸排気口７〜９が空気（暖気）を吸入する吸気口に設定され、第１吸排気口３Ａ及び／又は第３吸排気口４〜６が放熱後の空気（冷気）を排出する排気口に設定されている。しかしながら、いずれを吸気口／排気口とするかは自由に設定できる。

（第２実施形態）
第２実施形態に係る局所冷却器１０１について図２、図３、図４Ａおよび図４Ｂを参照して説明する。
この局所冷却器１０１は、直方型に形成された筐体１１と、筐体１１内の熱交換器１２と、筐体１１に形成された第１吸排気口１３Ａ、第２吸排気口１３Ｂ及び第３吸排気口１４〜１８と、これら吸排気口を選択的に遮蔽可能な塞ぎ板２０とからなる。

なお、図２において、矢印Ａ１方向を正面側、矢印Ａ２方向を後方側とし、矢印Ｂ１方向を上方側、矢印Ｂ２方向を下方側とする。
この局所冷却器１０１は、サーバルームなどのホットスポットが出現され易い空間にて使用可能である。

熱交換器１２は、筐体１１の正面側に位置する前端部１２Ａから後端部１２Ｂに延びる斜面に沿って四角形状に設けられ、その内部又は下部面に冷媒が流通する冷却管（図示略）が配置される。
熱交換器１２においては、冷却管に沿って下部から上部に向けて冷媒が流通する。また、この熱交換器１２では、斜面に対して冷却対象となる空気が交差及び貫通するとともに斜面に沿って当該空気が移動することで、冷媒との熱交換がなされる。

第１吸排気口１３Ａは熱交換器１２の上方でありかつ筐体１１の正面に設けられる開口であって、本例ではこの開口を通じて冷気が排出される。
第２吸排気口１３Ｂは熱交換器１２の下方でありかつ筐体１１の底面に設けられる開口であって、本実施形態ではこの開口を通じて暖気が吸入される。

第３吸排気口１４〜１６は、熱交換器１２の上方でありかつ筐体１１の両方の側面及び上面に設けられる開口であって、本実施形態ではこの開口を通じて熱交換器１２で冷却された冷気が排出される。
第３吸排気口１７，１８は、熱交換器１２の下方でありかつ筐体１１の両方の側面に設けられる開口であって、本実施形態ではこの開口を通じて暖気が吸入される。
すなわち、本実施形態では、熱交換器１２を挟んで筐体１１の上部に３か所の吸排気口１４〜１６、熱交換器１２を挟んで筐体１１の下部に２か所の吸排気口１７，１８がそれぞれ設けられる。一方で、筐体１１の後面には開口部が形成されていない。

塞ぎ板２０は、第１吸排気口１３Ａ、第２吸排気口１３Ｂ及び第３吸排気口１４〜１８を選択的に遮蔽可能に取り付けられるものであって、その選択的な取付により、熱を含む空気（暖気）又は放熱後の空気（冷気）流路を自在に変更することができる。
なお、塞ぎ板２０は、第１吸排気口１３Ａ、第２吸排気口１３Ｂ及び第３吸排気口１４〜１８の開口周縁部に形成された溝部に嵌め込み可能な板状体（図２参照）により構成しても良い。
また、この塞ぎ板２０は、図３に示すような、開口周縁部又は開口を横断するように配置した軸体２１を介して、複数の板状体２２を回動自在に支持するルーバー２３のように構成しても良い。
このとき、ルーバー２３は、板状体２２を個別に動作させても良いし、リンクを接続することで、複数の板状体２２を開口単位で一括に開閉操作しても良い。

以上説明した第２実施形態に係る局所冷却器１０１は、筐体１１の底面に設けられた第２吸排気口１３Ｂ及び／又は熱交換器１２下方の第３吸排気口１７，１８を通じて、熱を含む空気（暖気）を筐体１１内に取り込むことができる。
その後、筐体１１内に取り込まれた熱を含む空気（暖気）は、筐体１１の正面側に位置する下部位置から後方部上方に延びる斜面に沿うように設置された熱交換器１２により放熱及び冷却される。
さらに、上記局所冷却器１０１は、筐体１１の正面、側面、上面及び後面のいくつかに設けられた複数の第１吸排気口１３Ａ及び／又は第３吸排気口１４〜１６を通じて、放熱後の空気（冷気）を外部に排出することができる。

このとき、上記局所冷却器１０１は、第１吸排気口１３Ａ、第２吸排気口１３Ｂ及び第３吸排気口１４〜１８を塞ぎ板２０により選択的に遮蔽することができる。したがって、局所冷却器１０１は、吸入する空気（暖気）又は放熱後の空気（冷気）流路を自在に変更可能であり、室内に局所的に空気温度の高いホットスポットが出現することを未然に防止できる。
一例として、上記局所冷却器１０１は、図４（Ａ）に示されるように、熱交換器１２の正面の第１吸排気口１３Ａを塞ぎ板２０で閉鎖することで、熱交換器１２の下方の第２吸排気口１３Ｂを通じて空気（暖気）を筐体１１内に取り込むことができる。その後、第２吸排気口１３Ｂを通じて取り込まれた空気は暖気の上昇流により下部から上部に向けて移動する。その際、空気は、熱交換器１２を通過することで冷却された後、吸排気口１４〜１６から吐き出される（図４Ａにおいては、吸排気口１６から排出される空気流Ｗ１を示している）。

さらに、上記局所冷却器１０１は、図４Ｂに示されるように、第１吸排気口１３Ａを閉鎖することに加えて、筐体１１の上面に位置する吸排気口１６を閉鎖する塞ぎ板２０を追加的に設けることができる。この場合には、局所冷却器１０１は、筐体１１内の熱交換器１２を経て冷やされた空気（冷気）を、熱交換器１２の上方でかつ筐体１１の両側の吸排気口１４，１５から排出することができる（図４Ｂに空気流Ｗ２，Ｗ３として示す）。
なお、このときの空気流Ｗ２，Ｗ３は熱交換器１２を通過後に９０°カーブし、筐体１１の両側の吸排気口１４，１５から排出される。
以上のような局所冷却器１０１においては、様々な空気流を後から決められるようにすることで、局所冷却器の設置自由度を上げ、様々な状況下でホットスポットの解消が可能となる。

さらに、上記局所冷却器１０１は、図４Ａ及び図４Ｂに示される塞ぎ板２０の閉鎖パターンに限定されず、筐体１１の上面に位置する吸排気口１６のみを閉鎖した状態で、第１吸排気口１３Ａを通じて取り込んだ空気を、冷却後、第２吸排気口１３Ｂから排出しても良い。
すなわち、上記局所冷却器１０１においては、筐体１１の下面に位置する第２吸排気口１３Ｂは、排気口として機能させるようにしても良く、状況に応じて様々な空気の流通経路を形成することが可能となる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について図５を参照して説明する。
第３実施形態に示される局所冷却器１０２が、第２実施形態に示される局所冷却器１０１と構成を異にする点は、熱交換器１２’の設置位置である。

第３実施形態に示される熱交換器１２’においては、筐体１１の正面側に位置する前端部１２Ａから後端部１２Ｂに延びる斜面が形成されるとともに、該熱交換器１２’の後端部１２Ｂが、筐体１１の上面から間隔を有するように筐体１１の後面の中間位置に配置されている。
すなわち、第３実施形態に示される熱交換器１２’は、第２実施形態に示される熱交換器１２と比較して斜度が緩やかに設定されている。

上記局所冷却器１０２においては、熱交換器１２’の後端部１２Ｂの上方でかつ筐体１１の後面の上部位置に、後部排気口３０が形成されている。
これにより、上記局所冷却器１０２は、筐体１１の後面上部に設けられた後部排気口３０を通じて、熱交換器１２’の上面を滑るように上昇してきた空気を、符号Ｗ４で流路を横に変更することなくそのまま直進させることができる。
すなわち、上記局所冷却器１０２は、第１吸排気口１３Ａから吸入した空気に抵抗を加えることなく、そのまま前進させて筐体後面の後部排気口３０から排出することができる。

また、上記局所冷却器１０２は、第３吸排気口１４〜１８を閉鎖した場合に、熱交換器１２を通過後の空気を９０°カーブさせることなく、後部排気口３０から排出することもできる。
その結果、上記局所冷却器１０２は、空気流路の曲げ方向による冷却能力の低下を抑え、冷却能力を保ちつつ、空気の流れ方向を柔軟に決めることが可能となる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について図６を参照して説明する。
第４実施形態に示される局所冷却器１０３が、第２及び第３実施形態に示される局所冷却器１０１，１０２と構成を異にする点は、熱交換器１２の傾斜面に、第２吸排気口１３Ｂから吸い込んだ空気を送る送風機４０が設けられている点にある。

この送風機４０は、熱交換器１２の上面側で、真ん中よりも下側(吸排気口１３Ａ側)に位置するものであって、空気の流れ方向が変わっても冷却性能を保つ役割がある。
具体的には、熱交換器１２は、器内で相変化を起こす面積により冷却能力が決定されるが、冷却能力を高めるために、液冷媒が器内の冷却管流入後にけん熱で温められ相変化が起こる状態になるまでの時間を短くすることが重要となる。
このため、本実施形態では、冷媒の相変化を速やかに行わせるための送風機４０を設置して、熱交換器１２の冷却効率を高めるようにしている。
なお、上記送風機４０は、遠心ファンを用いても良いし、軸流ファンでも良く、その形態は限定されない。

また、上記第１〜第４実施形態は互いに組み合わせても良く、ユーザーの使用形態に応じて適宜の組み合わせが可能である。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本願は、２０１９年４月２５日に、日本に出願された特願２０１９−０８４３８５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

本発明は、サーバルーム内のホットスポットの出現を解消して効率の良い熱交換が可能な局所冷却器及び局所冷却方法に適用できる。

１ 筐体
２ 熱交換器
３Ａ 第１吸排気口
３Ｂ 第２吸排気口
４ 吸排気口
５ 吸排気口
６ 吸排気口
７ 吸排気口
８ 吸排気口
９ 吸排気口
１０ 塞ぎ板
１１ 筐体
１２ 熱交換器
１２’ 熱交換器
１３Ａ 第１吸排気口
１３Ｂ 第２吸排気口
１４ 吸排気口
１５ 吸排気口
１６ 吸排気口
１７ 吸排気口
１８ 吸排気口
２０ 塞ぎ板
３０ 後部排気口
４０ 送風機
１００ 局所冷却器
１０１ 局所冷却器
１０２ 局所冷却器
１０３ 局所冷却器

Claims (10)

1. 箱型に形成された筐体と、
   前記筐体の正面側に位置する下部位置から後方部上方に延びる斜面に沿って設けられた熱交換器と、
   前記筐体の正面に設けられた第１吸排気口と、
   前記筐体の底面に設けられた第２吸排気口と、
   前記筐体の側面、上面及び後面のうちの複数個所に設けられた第３吸排気口と、
   前記第１〜第３吸排気口を選択的に遮蔽可能な塞ぎ板と、
   を具備する局所冷却器。
2. 前記第２吸排気口及び前記熱交換器の下側に位置する第３吸排気口は吸気用の開口であり、
   前記第１吸排気口及び前記熱交換器の上側に位置する第３吸排気口は排気用の開口である請求項１に記載の局所冷却器。
3. 前記塞ぎ板は、全体の空気の流れを調整するために前記第１吸排気口及び第２吸排気口のいずれか一方の側に設置される請求項２に記載の局所冷却器。
4. 前記塞ぎ板は、さらに全体の空気の流れを調整するために前記第３吸排気口のいずれかに設置される請求項３に記載の局所冷却器。
5. 前記塞ぎ板として、気流を横断する方向に向く取付軸を中心に回動自在な羽体を有するルーバーが設置される請求項１〜４のいずれか１項に記載の局所冷却器。
6. 前記筐体は直方体形状に形成され、
   前記筐体の側面に位置する前記第３吸排気口は、前記斜面に沿って設けられた前記熱交換器により三角形状に形成される請求項１〜５のいずれか１項に記載の局所冷却器。
7. 前記熱交換器の後端部は、前記筐体の上面から間隔を有するように前記筐体の後面に配置され、
   前記熱交換器の後端部を挟んだ前記筐体の後面の上部位置及び下部位置に、前記第３吸排気口として２つの後部開口が形成される請求項１〜６のいずれか１項に記載の局所冷却器。
8. 前記筐体内の斜面に位置する熱交換器には、前記第１〜第３吸排気口のいずれかから吸い込んだ空気を送る送風機が設けられる請求項１〜７のいずれか１項に記載の局所冷却器。
9. 筐体の正面側に位置する下部位置から後方部上方に延びる斜面に沿うように熱交換器を配置し、
   前記筐体の正面に第１吸排気口、前記筐体の底面に第２吸排気口をそれぞれ設けるとともに、前記筐体の側面、上面及び後面のうち複数個所に第３吸排気口を設け、
   前記第１〜第３吸排気口を塞ぎ板により選択的に遮蔽する局所冷却方法。
10. 前記第２吸排気口及び前記熱交換器の下側に位置する第３吸排気口は吸気用の開口であり、
    前記第１吸排気口及び前記熱交換器の上側に位置する第３吸排気口は排気用の開口である請求項９に記載の局所冷却方法。

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