サーバラック冷却装置
【課題】発熱機器を格納するサーバラックの冷却に好適なサーバラック装置に関する。
【解決手段】空冷部2は、両端に垂直方向に配置される往き側ヘッダー2a及び戻り側ヘッダー2bと、両ヘッダー間に水平方向に並列配置される複数の熱交換パイプ2c群と、両ヘッダーの所定の位置に複数設けられ、先端に接続用カップリングを備えた液冷部接続口2d、2eと、を主要構成として備えている。液冷部3は、往き側ヘッダー2aから分岐して戻り側ヘッダー2bに合流する分岐配管3aを主要構成とする冷媒循環部3cと、分岐配管3aの経路中に高発熱部7aと接触してこれを直接冷却する熱交換部3bと、を備えている。分岐配管3aの端部3c、3dと、両ヘッダーの液冷部接続口2d、2eには接続用カップリング機構2f、2g(例えばフレア接続等)が設けられており、着脱可能に構成されている。往き側ヘッダー2a及び戻り側ヘッダー2bは、後述するようにそれぞれ集合配管9b、9cに接続されている。
【解決手段】空冷部2は、両端に垂直方向に配置される往き側ヘッダー2a及び戻り側ヘッダー2bと、両ヘッダー間に水平方向に並列配置される複数の熱交換パイプ2c群と、両ヘッダーの所定の位置に複数設けられ、先端に接続用カップリングを備えた液冷部接続口2d、2eと、を主要構成として備えている。液冷部3は、往き側ヘッダー2aから分岐して戻り側ヘッダー2bに合流する分岐配管3aを主要構成とする冷媒循環部3cと、分岐配管3aの経路中に高発熱部7aと接触してこれを直接冷却する熱交換部3bと、を備えている。分岐配管3aの端部3c、3dと、両ヘッダーの液冷部接続口2d、2eには接続用カップリング機構2f、2g(例えばフレア接続等)が設けられており、着脱可能に構成されている。往き側ヘッダー2a及び戻り側ヘッダー2bは、後述するようにそれぞれ集合配管9b、9cに接続されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、サーバラック冷却装置に係り、特に空冷装置部と液冷装置部を兼備する省エネ性に優れたサーバラック冷却装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、情報通信機械室(データセンタ)において、ICT装置はサーバラックに格納されるのが一般的である。サーバラックは前面から冷気を吸込み、上面又は背面から排気するタイプが多く、各ラックは同方向を向けて横一列に配置される。機械室内にはこのようなラック列が複数列配置される。ICT装置内の冷却は、ベース空調機によりラック近傍まで冷気を供給し、これを各ICT装置が備える冷却ファンにより装置内に導入することにより行われる。
近年、社会のICT化の進展に伴い、情報通信機器(ICT装置)の高速化、大容量化、高密度化が急速に進んでおり、発熱量の増加及び発熱の偏在等によるICT装置内の温度環境が悪化している。これを改善するために導入冷気風量を増加させる必要があるが、空気を介しての放熱量は、その物性上(熱伝達率等)限界がある。また、高発熱量を放熱するため、放熱フィン等の伝熱面積を大きくする必要があり、放熱フィン等の設置スペースも課題となっている。さらに送風量を増加させる必要があるため、送風機の動力増も課題となる。このため、室全体を均一に空調するベース空調方式のみでは足りず、ラック列内の高発熱箇所に空調機(タスク空調機)を設置する例もあるが、これを以ってしても適切に対応できないケースも多い。
【0003】
このような問題を解消するため、各サーバラックについて冷媒を用いて熱回収、冷却装置を組み込む、液冷方式による技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。図11は、この方式によるサーバラック100を示すものであり、本体101内に冷凍サイクルを形成する冷却装置102を収容し、その気化部である蒸発器102aを本体上下方向に配置している。サーバモジュール103では、発熱部103aで発生する熱を、ポンプ103bにより循環させる冷却液を介して放熱部103cに搬送し、ここで蒸発器102aと密着させて冷媒に放熱している。この方式によれば局所的な排熱処理が可能となり、サーバラック内部においては効率的な熱処理と言い得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2004−363308号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、液冷方式には以下のような問題がある。
ICT装置内の構成機器の中には、電気部品という性質上、空気による冷却が必要かつ適当な機器もあり、これを考慮すると液冷設備と空冷設備の2方式の空調設備を備える必要がある。
また、構成部品に接触して直接冷却するため、故障時又は内封液漏洩時の影響が甚大である。
また、液冷設備の高温排気が隣接ラックに悪影響を及ぼす恐れがあるという問題もある。
さらに、構成部品の位置に熱交換部を配置するため、ICT装置の入れ替え毎に設備の更新が必要という問題もある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、このような問題を解決するためのものであって、
ICT装置の冷却について、
(a)構成部品・装置ごとに適切な冷却方式を選択でき、
(b)ICT装置の入れ替え(設置または撤去)にも柔軟に対応可能、かつ、
(c)液冷系統故障時のリスクを軽減することができる、
サーバラック冷却装置を提供するものである。
【0007】
本発明は以下の内容をその要旨とする。すなわち、本発明に係るサーバラック冷却装置は、
(1)冷却対象空間に収容され、室内に供給される冷気を吸気して高温空気を排気するサーバラックを冷却するためのサーバラック冷却装置であって、
サーバラックの外面に近接、又は、内部に配置され、吸気又は排気を冷却する空冷部と、サーバラック内に配置され、ラック内に格納されるICT機器の高温発熱体を直接冷却するための液冷部と、を含んで構成され、
該空冷部は、配管内を冷媒が通過するように構成した往き側ヘッダーと、戻り側ヘッダーと、両ヘッダー間に並列に配置される熱交換用パイプ群と、を備え、該液冷部は、往き側ヘッダーから分岐して戻り側ヘッダーに合流する冷媒循環部と、該高温発熱体から吸熱して該冷媒循環部内を流れる冷媒に放熱する熱交換部と、を備え、て成ることを特徴とする。
【0008】
(2)上記発明において、前記冷媒循環部の分岐端部及び合流端部は、それぞれ前記往き側ヘッダー及び前記戻り側ヘッダーと、着脱可能に接続するように構成したことを特徴とする。
【0009】
(3)上記各発明において、前記液冷部の前記熱交換部を、内部を作動流体が流れるヒートパイプにより構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
上記各発明によれば、1つの装置内に空冷設備と液冷設備を備えているため、2種類の冷却設備を別個に構築する必要がなく、コスト削減および設置スペース削減が実現できるという効果がある。
また、ICT装置の各構成要素に応じて適切な冷却方式が選択可能となり、冷却に要するエネルギーを最小化することができるという効果がある。
【0011】
また、液冷部はICT装置の装置を直接冷却するため、冷媒温度を高く設定可能である。これにより、冷熱源である冷媒の運用温度を上げることができるため、冷凍機の運転効率向上が可能という効果がある。
さらに、冷媒の運用温度を高めに設定できることにより、フリークーリング等の外気冷熱を利用するシステムにあっては、その運転時間を長く取ることが可能となり、年間を通じたランニングコストを低減できるという効果がある。
さらに、空冷部と比較して冷媒の運用温度を高めに設定できるため、冷媒流路を空冷部通過後とする(空冷部分と液冷部分の冷媒をカスケードに流す)こともできる。これにより、パラレルに流す場合と比較して必要な冷媒循環量を減らすことができ、冷媒循環に必要な動力削減が可能となり、省エネルギー化に資する。
【0012】
また、液冷部と空冷部の接続をカップリング接続機構により着脱可能に構成した発明にあっては、従来、短周期で行われているICT装置の入れ替え(設置または撤去)に際して、対応が容易になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】第一の実施形態に係るサーバラック冷却装置1の全体構成(正面)を示す図である。
【図2】同側断面の構成を示す図である。
【図3】液冷部3の詳細構成を示す図である。
【図4】サーバラック冷却装置1を用いた機械室空調システム1Aを示す図である。
【図5】第二の実施形態に係るサーバラック冷却装置30を示す図である。
【図6】サーバラック冷却装置30の液冷部31の詳細構成を示す図である。
【図7】第三の実施形態に係る機械室空調システム40Aを示す図である。
【図8】第四の実施形態に係る機械室空調システム50Aを示す図である。
【図9】第五の実施形態に係るサーバラック冷却装置60の全体構成(側断面)を示す図である。
【図10】同平断面を示す図である。
【図11】従来のサーバラック冷却装置100を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明に係るサーバラック冷却装置の実施形態について、図1乃至10を参照してさらに詳細に説明する。重複を避けるため、各図において同一構成には同一符号を用いて示している。なお、本発明の範囲は特許請求の範囲記載のものであって、以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。
【0015】
(第一の実施形態)
図1乃至4を参照して、本実施形態に係るサーバラック冷却装置(以下、ラック冷却装置と略記する場合がある)1は、情報通信機械室(データセンター)5内に収容される複数のサーバラック6の背面側に取り付けられ、サーバラック6から排出される高温排気を冷却する装置である。ラック冷却装置1は、後述するようにベース空調機8とともに機械室空調システム1Aを構成する。
サーバラック冷却装置1は、サーバラック6の排気面に配置される空冷部2と、ラック内ICT機器7(以下、サーバと略記する場合がある)内部の高発熱部7a(例えばCPU、トランス等)を直接冷却する液冷部3と、を主要構成として備えている。
空冷部2は、両端に垂直方向に配置される往き側ヘッダー2a及び戻り側ヘッダー2bと、両ヘッダー間に水平方向に並列配置される複数の熱交換パイプ2c群と、両ヘッダーの所定の位置に複数設けられ、先端に接続用カップリングを備えた液冷部接続口2d、2eと、を主要構成として備えている。ヘッダー2a、2b及び熱交換パイプ2c内部を冷媒が流れるように構成されている。各熱交換パイプ2cは熱交換促進のためのフィン付パイプにより構成され、また冷媒通過量を均一化するため配管抵抗を合わせるための不図示の調整手段(例えばコイル構造)が講じられている。
【0016】
図3を参照して、液冷部3は、往き側ヘッダー2aから分岐して戻り側ヘッダー2bに合流する分岐配管3aを主要構成とする冷媒循環部3cと、分岐配管3aの経路中に高発熱部7aと接触してこれを直接冷却する熱交換部3bと、を備えている。分岐配管3aの端部3c、3dと、両ヘッダーの液冷部接続口2d、2eには接続用カップリング機構2f、2g(例えばフレア接続等)が設けられており、着脱可能に構成されている。なお、液冷を必要としないサーバ(図2の最下段サーバ参照)については分岐配管3aを接続せず、液冷部接続口2hを閉止可能に構成されている。往き側ヘッダー2a及び戻り側ヘッダー2bは、後述するようにそれぞれ集合配管9b、9cに接続されている。
【0017】
次に図4を参照して、ラック冷却装置1が収容されている機械室5の空調システムについて説明する。本実施形態に係る機械室空調システム1Aは、アンビエント空調としてのベース空調機8と、局所空調としての複数のサーバラック冷却装置1と、を冷気供給源として備えている。機械室5内部は、床パネル5d及び天井パネル5eにより、室内空間5a、天井空間5b、二重床空間5cの3つの空間に区画されている。
室内空間5aには、複数のサーバラック6がラック列6bを構成して収容されている。サーバラック6内部は複数段に分割されており、各段にサーバ7が格納されている。各サーバ7はそれぞれ冷却ファン(図示せず)を備えており、ラック全体として前面から冷気を吸込み、装置内部を冷却したのち高温空気を背面から排気するように構成されている。かかる構成により、ラック列6bの前面側にはコールドアイル5gが、背面側にはホットアイル5hが構成される。
【0018】
空調機8は、蒸発器8a及び送風機8bを備えた室内機と、蒸発器8aと冷媒配管で接続される圧縮機、凝縮器等を主要構成とする室外機(いずれも不図示)を備えている。空調機8は、機内に導入される室内空気を蒸発器8aにおいて発生させた冷熱により冷却し、送風機8bにより機械室5内に供給する。
一方、ラック冷却装置1については、往き側ヘッダー2a及び戻り側ヘッダー2bは、それぞれ冷媒配管9b、9cを介して室外機9aに接続されている。これにより、空冷部2、液冷部3及び室外機9aの間に冷媒循環回路9が構築されている。
【0019】
以上の構成により、機械室5における空調は以下のように行われる。空調機8に導入される室内空気は蒸発器8aにおいて冷気となって二重床空間5cに送出され、さらに床パネル5dに複数設けられた吹出し口5fを介してコールドアイル5gに供給される。冷気は各サーバラック6に導入され、ラック内のサーバ7を冷却した後に高温排気となって背面からホットアイル5hに排出される。
排気は、ラック冷却装置1の空冷部2の熱交換用パイプ2c群表面を通過する際に、熱交換により冷却される。一方、往き側ヘッダー2aから分岐して熱交換用パイプ2c内を流れる液冷媒は、高温排気との熱交換により蒸発して冷媒蒸気となって戻り側ヘッダー2bに流入する。
また、往き側ヘッダー2aから分岐配管3aを介して直接冷却部に導かれた冷媒は、高発熱部7aと接触する熱交換部3bに導かれ、高発熱部7aを冷却する際に蒸発して戻り側ヘッダー2bに合流する。このように、ラック冷却装置1をサーバラック6の排気面に設置することにより排気温度を低下することができるため、ベース空調機8の負荷軽減に繋がり、ベース空調設備の小型化が可能となる。
【0020】
なお、本実施形態では(ベース空調機+ラック冷却装置)の組み合わせにより空調する例を示したが、ラック列内にタスク空調機を配設して、(タスク空調機+ラック冷却装置)の組み合わせにより空調する態様とすることもできる。さらに、(ベース空調機+タスク空調機+ラック冷却装置)の組み合わせの態様とすることもできる。さらに、ラック冷却装置単体による空調態様とすることもできる。
【0021】
また、本実施形態ではラック冷却装置をサーバラックの背面側に設置する例を示したが、これに限らず例えば上面排気タイプのサーバラックに対してはラック上部設置等、排気面の外側にラック冷却装置を取り付ける態様とすることができる。
【0022】
(第二の実施形態)
次に、図5、6を参照して本発明の他の実施形態について説明する。
本実施形態に係るサーバラック冷却装置30が上述のサーバラック冷却装置1と異なる点は、液冷部31の熱交換材料としてヒートパイプ32を用いていることである。空冷部2の構成はラック冷却装置1と同様である。液冷部31は、往き側ヘッダー2aから分岐して戻り側ヘッダー2bに合流する分岐配管33と、蒸発部32aにおいて高発熱部7aから吸熱して凝縮部32bにおいて分岐配管33内の冷媒に放熱するヒートパイプ32と、を備えている。分岐配管33の端部33a、33bは、両ヘッダーの液冷部接続口2d、2eとカップリング機構2f、2dにより着脱可能に接続している。
ヒートパイプ32内部には蒸発部32aで吸熱して気相状態になり、凝縮部32bで放熱して液相状態となるような特性を有する作動流体が封入されている。作動流体としては、水、フロン、CO2、炭化水素などの低沸点媒体を用いることができる。
このような構成により凝縮部32b内部の気相状態の作動流体は、分岐配管33を介して凝縮部32bに導かれた冷媒と熱交換して凝縮する。凝縮した作動流体液は管内を流下して蒸発部32aに至り、ここで高発熱部7aと熱交換してこれを冷却し、蒸発部32a内部の作動流体自身は蒸発し、パイプ内を上昇して凝縮部32bに戻る。以上の挙動を繰り返すことによりサーバ内の高発熱部を冷却する。
なお、サーバ内の他の構成部品は上述の実施形態と同じく、ベース空調機8及びラック冷却装置30の空冷部2により冷却される。
【0023】
(第三の実施形態)
次に、図7を参照して本発明の他の実施形態について説明する。
本実施形態に係る機械室空調システム40Aの構成が上述の第一の実施形態に係る空調システム1Aと異なる点は、ベース空調機8を備えていないことである。従って、各サーバラック6の冷却はサーバラック冷却装置1のみにより行なわれる。また、室内空気循環を送風機71により行っていることである。ラック冷却装置1の構成自体は第一の実施形態と同一である。
また、空調システム40Aにおけるサーバラック6の冷却形態についても、液冷部3による高発熱部の冷却を含め第一の実施形態と同様であるので、重複説明を省略する。
【0024】
(第四の実施形態)
次に、図8を参照して、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態に係るサーバラック冷却装置50の構成が、第一の実施形態に係るサーバラック冷却装置1と異なる点は、空冷部51がサーバラック6の背面(排気面)側ではなく、前面(吸気面)側に配置されていることである。また、液冷部52は前面側から分岐して、ラック内部に配置されていることである。その他の構成については、ラック前面側に配置するための構造上の相違を除いて、接続用カップリングの構成を含めて、サーバラック冷却装置1と同様である。その他、冷媒循環系統の構成等についても同様であるので、図示及び重複説明を省略する。
かかる構成により、サーバラック冷却装置1は、ラック前面からラック内部に導入される吸気をより冷却することが可能となり、ベース空調機8の負荷軽減に寄与する。
【0025】
本実施形態では(ベース空調機+ラック冷却装置)の組み合わせによる空調システムの例を示したが、ラック列内にタスク空調機を配設して、(タスク空調機+ラック冷却装置)の組み合わせ、又は、(ベース空調機+タスク空調機+ラック冷却装置)の組み合わせの態様とすることもできる。さらに、ラック冷却装置単体による態様とすることもできる。
【0026】
本実施形態に係るサーバラック冷却装置にあっては、前面設置であるため、ラック内部に所望温度の空気を供給することが可能となる。
また、ラック内にサーバを設置する際に、サーバと本冷却装置の接続作業を前面から行うことができ、ラックのメンテナンススペースを前面に集約できるという特長を有する。
【0027】
(第五の実施形態)
さらに、図9、10を参照して、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態に係るサーバラック冷却装置60は、装置全体がラック内部に収容されている点において、空冷部がラック外部に配置されているサーバラック冷却装置1等と異なる。また、サーバラック6は前面扉部6c、背面部6dに開口がなく、コールドアイル5gからの吸気が行われない点も異なる。
サーバラック冷却装置60の構成は、基本的にサーバラック冷却装置1と同一であり、空冷部61と、ラック内ICT機器内部の高発熱部7aを直接冷却する液冷部62と、を主要構成として備えている。
空冷部61は、内部を冷媒が通過する往き側ヘッダー61a、戻り側ヘッダー61b、両ヘッダー間に並列配置される複数のフィン付熱交換パイプ61c群を備えている。熱交換パイプ61c群は、ラック内を循環する空気流の方向と直角方向に配置されている。
液冷部62は、空冷部61の両ヘッダーから分岐、合流する分岐配管62aと、分岐配管3aの経路中に高発熱部7aと接触してこれを直接冷却する熱交換部62bと、を備えている。空冷部61と液冷部62とは、サーバラック冷却装置1と同様の接続用カップリング機構61f、61gにより、着脱可能に構成されている。
その他の構成及び冷媒循環系統については、サーバラック冷却装置1と同様であるので、図示及び重複説明を省略する。
【0028】
次に、サーバラック冷却装置60におけるサーバ7の冷却態様について説明する。サーバ7が備えるファン7bにより、ラック内を循環する空気は空冷部61において冷却され、冷気となってサーバ7内に吸い込まれる。この場合、空冷部61は循環空気と直角方向に配置されているため、熱交換パイプ61cによる熱交換効率の向上が図られる。
液冷部62による高発熱部7aの直接冷却の態様については、上述の各実施形態と同様である。
本実施形態に係るサーバラック冷却装置にあっては、ラック内で冷却空気を循環させるため、他のラックの稼働率の変動に伴う吸込み面空気温度変化の影響を受けることなく、ラック毎の温度管理が極めて容易になるという特長を有する。
【産業上の利用可能性】
【0029】
本発明は、熱源方式、冷媒種類、空調方式、建築構造等を問わずサーバラック内のICT装置の冷却装置として広く適用可能である。
【符号の説明】
【0030】
1,30、40・・・・サーバラック冷却装置
1A,30A、40A、50A・・・・機械室空調システム
2、51、61・・・・空冷部
2a、61a ・・・往き側ヘッダー
2b、61b・・・戻り側ヘッダー
2c、61c・・・熱交換パイプ
2d・・・液冷部接続口
2f、2g・・・カップリング機構
3、31・・・液冷部
3a・・・分岐配管
5・・・・機械室
6・・・・サーバラック
7・・・・ICT装置(サーバ)
7a・・・高発熱部
8・・・・ベース空調機
9・・・・冷媒循環回路
32・・・ヒートパイプ
71・・・送風機
【技術分野】
【0001】
本発明は、サーバラック冷却装置に係り、特に空冷装置部と液冷装置部を兼備する省エネ性に優れたサーバラック冷却装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、情報通信機械室(データセンタ)において、ICT装置はサーバラックに格納されるのが一般的である。サーバラックは前面から冷気を吸込み、上面又は背面から排気するタイプが多く、各ラックは同方向を向けて横一列に配置される。機械室内にはこのようなラック列が複数列配置される。ICT装置内の冷却は、ベース空調機によりラック近傍まで冷気を供給し、これを各ICT装置が備える冷却ファンにより装置内に導入することにより行われる。
近年、社会のICT化の進展に伴い、情報通信機器(ICT装置)の高速化、大容量化、高密度化が急速に進んでおり、発熱量の増加及び発熱の偏在等によるICT装置内の温度環境が悪化している。これを改善するために導入冷気風量を増加させる必要があるが、空気を介しての放熱量は、その物性上(熱伝達率等)限界がある。また、高発熱量を放熱するため、放熱フィン等の伝熱面積を大きくする必要があり、放熱フィン等の設置スペースも課題となっている。さらに送風量を増加させる必要があるため、送風機の動力増も課題となる。このため、室全体を均一に空調するベース空調方式のみでは足りず、ラック列内の高発熱箇所に空調機(タスク空調機)を設置する例もあるが、これを以ってしても適切に対応できないケースも多い。
【0003】
このような問題を解消するため、各サーバラックについて冷媒を用いて熱回収、冷却装置を組み込む、液冷方式による技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。図11は、この方式によるサーバラック100を示すものであり、本体101内に冷凍サイクルを形成する冷却装置102を収容し、その気化部である蒸発器102aを本体上下方向に配置している。サーバモジュール103では、発熱部103aで発生する熱を、ポンプ103bにより循環させる冷却液を介して放熱部103cに搬送し、ここで蒸発器102aと密着させて冷媒に放熱している。この方式によれば局所的な排熱処理が可能となり、サーバラック内部においては効率的な熱処理と言い得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2004−363308号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、液冷方式には以下のような問題がある。
ICT装置内の構成機器の中には、電気部品という性質上、空気による冷却が必要かつ適当な機器もあり、これを考慮すると液冷設備と空冷設備の2方式の空調設備を備える必要がある。
また、構成部品に接触して直接冷却するため、故障時又は内封液漏洩時の影響が甚大である。
また、液冷設備の高温排気が隣接ラックに悪影響を及ぼす恐れがあるという問題もある。
さらに、構成部品の位置に熱交換部を配置するため、ICT装置の入れ替え毎に設備の更新が必要という問題もある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、このような問題を解決するためのものであって、
ICT装置の冷却について、
(a)構成部品・装置ごとに適切な冷却方式を選択でき、
(b)ICT装置の入れ替え(設置または撤去)にも柔軟に対応可能、かつ、
(c)液冷系統故障時のリスクを軽減することができる、
サーバラック冷却装置を提供するものである。
【0007】
本発明は以下の内容をその要旨とする。すなわち、本発明に係るサーバラック冷却装置は、
(1)冷却対象空間に収容され、室内に供給される冷気を吸気して高温空気を排気するサーバラックを冷却するためのサーバラック冷却装置であって、
サーバラックの外面に近接、又は、内部に配置され、吸気又は排気を冷却する空冷部と、サーバラック内に配置され、ラック内に格納されるICT機器の高温発熱体を直接冷却するための液冷部と、を含んで構成され、
該空冷部は、配管内を冷媒が通過するように構成した往き側ヘッダーと、戻り側ヘッダーと、両ヘッダー間に並列に配置される熱交換用パイプ群と、を備え、該液冷部は、往き側ヘッダーから分岐して戻り側ヘッダーに合流する冷媒循環部と、該高温発熱体から吸熱して該冷媒循環部内を流れる冷媒に放熱する熱交換部と、を備え、て成ることを特徴とする。
【0008】
(2)上記発明において、前記冷媒循環部の分岐端部及び合流端部は、それぞれ前記往き側ヘッダー及び前記戻り側ヘッダーと、着脱可能に接続するように構成したことを特徴とする。
【0009】
(3)上記各発明において、前記液冷部の前記熱交換部を、内部を作動流体が流れるヒートパイプにより構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
上記各発明によれば、1つの装置内に空冷設備と液冷設備を備えているため、2種類の冷却設備を別個に構築する必要がなく、コスト削減および設置スペース削減が実現できるという効果がある。
また、ICT装置の各構成要素に応じて適切な冷却方式が選択可能となり、冷却に要するエネルギーを最小化することができるという効果がある。
【0011】
また、液冷部はICT装置の装置を直接冷却するため、冷媒温度を高く設定可能である。これにより、冷熱源である冷媒の運用温度を上げることができるため、冷凍機の運転効率向上が可能という効果がある。
さらに、冷媒の運用温度を高めに設定できることにより、フリークーリング等の外気冷熱を利用するシステムにあっては、その運転時間を長く取ることが可能となり、年間を通じたランニングコストを低減できるという効果がある。
さらに、空冷部と比較して冷媒の運用温度を高めに設定できるため、冷媒流路を空冷部通過後とする(空冷部分と液冷部分の冷媒をカスケードに流す)こともできる。これにより、パラレルに流す場合と比較して必要な冷媒循環量を減らすことができ、冷媒循環に必要な動力削減が可能となり、省エネルギー化に資する。
【0012】
また、液冷部と空冷部の接続をカップリング接続機構により着脱可能に構成した発明にあっては、従来、短周期で行われているICT装置の入れ替え(設置または撤去)に際して、対応が容易になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】第一の実施形態に係るサーバラック冷却装置1の全体構成(正面)を示す図である。
【図2】同側断面の構成を示す図である。
【図3】液冷部3の詳細構成を示す図である。
【図4】サーバラック冷却装置1を用いた機械室空調システム1Aを示す図である。
【図5】第二の実施形態に係るサーバラック冷却装置30を示す図である。
【図6】サーバラック冷却装置30の液冷部31の詳細構成を示す図である。
【図7】第三の実施形態に係る機械室空調システム40Aを示す図である。
【図8】第四の実施形態に係る機械室空調システム50Aを示す図である。
【図9】第五の実施形態に係るサーバラック冷却装置60の全体構成(側断面)を示す図である。
【図10】同平断面を示す図である。
【図11】従来のサーバラック冷却装置100を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明に係るサーバラック冷却装置の実施形態について、図1乃至10を参照してさらに詳細に説明する。重複を避けるため、各図において同一構成には同一符号を用いて示している。なお、本発明の範囲は特許請求の範囲記載のものであって、以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。
【0015】
(第一の実施形態)
図1乃至4を参照して、本実施形態に係るサーバラック冷却装置(以下、ラック冷却装置と略記する場合がある)1は、情報通信機械室(データセンター)5内に収容される複数のサーバラック6の背面側に取り付けられ、サーバラック6から排出される高温排気を冷却する装置である。ラック冷却装置1は、後述するようにベース空調機8とともに機械室空調システム1Aを構成する。
サーバラック冷却装置1は、サーバラック6の排気面に配置される空冷部2と、ラック内ICT機器7(以下、サーバと略記する場合がある)内部の高発熱部7a(例えばCPU、トランス等)を直接冷却する液冷部3と、を主要構成として備えている。
空冷部2は、両端に垂直方向に配置される往き側ヘッダー2a及び戻り側ヘッダー2bと、両ヘッダー間に水平方向に並列配置される複数の熱交換パイプ2c群と、両ヘッダーの所定の位置に複数設けられ、先端に接続用カップリングを備えた液冷部接続口2d、2eと、を主要構成として備えている。ヘッダー2a、2b及び熱交換パイプ2c内部を冷媒が流れるように構成されている。各熱交換パイプ2cは熱交換促進のためのフィン付パイプにより構成され、また冷媒通過量を均一化するため配管抵抗を合わせるための不図示の調整手段(例えばコイル構造)が講じられている。
【0016】
図3を参照して、液冷部3は、往き側ヘッダー2aから分岐して戻り側ヘッダー2bに合流する分岐配管3aを主要構成とする冷媒循環部3cと、分岐配管3aの経路中に高発熱部7aと接触してこれを直接冷却する熱交換部3bと、を備えている。分岐配管3aの端部3c、3dと、両ヘッダーの液冷部接続口2d、2eには接続用カップリング機構2f、2g(例えばフレア接続等)が設けられており、着脱可能に構成されている。なお、液冷を必要としないサーバ(図2の最下段サーバ参照)については分岐配管3aを接続せず、液冷部接続口2hを閉止可能に構成されている。往き側ヘッダー2a及び戻り側ヘッダー2bは、後述するようにそれぞれ集合配管9b、9cに接続されている。
【0017】
次に図4を参照して、ラック冷却装置1が収容されている機械室5の空調システムについて説明する。本実施形態に係る機械室空調システム1Aは、アンビエント空調としてのベース空調機8と、局所空調としての複数のサーバラック冷却装置1と、を冷気供給源として備えている。機械室5内部は、床パネル5d及び天井パネル5eにより、室内空間5a、天井空間5b、二重床空間5cの3つの空間に区画されている。
室内空間5aには、複数のサーバラック6がラック列6bを構成して収容されている。サーバラック6内部は複数段に分割されており、各段にサーバ7が格納されている。各サーバ7はそれぞれ冷却ファン(図示せず)を備えており、ラック全体として前面から冷気を吸込み、装置内部を冷却したのち高温空気を背面から排気するように構成されている。かかる構成により、ラック列6bの前面側にはコールドアイル5gが、背面側にはホットアイル5hが構成される。
【0018】
空調機8は、蒸発器8a及び送風機8bを備えた室内機と、蒸発器8aと冷媒配管で接続される圧縮機、凝縮器等を主要構成とする室外機(いずれも不図示)を備えている。空調機8は、機内に導入される室内空気を蒸発器8aにおいて発生させた冷熱により冷却し、送風機8bにより機械室5内に供給する。
一方、ラック冷却装置1については、往き側ヘッダー2a及び戻り側ヘッダー2bは、それぞれ冷媒配管9b、9cを介して室外機9aに接続されている。これにより、空冷部2、液冷部3及び室外機9aの間に冷媒循環回路9が構築されている。
【0019】
以上の構成により、機械室5における空調は以下のように行われる。空調機8に導入される室内空気は蒸発器8aにおいて冷気となって二重床空間5cに送出され、さらに床パネル5dに複数設けられた吹出し口5fを介してコールドアイル5gに供給される。冷気は各サーバラック6に導入され、ラック内のサーバ7を冷却した後に高温排気となって背面からホットアイル5hに排出される。
排気は、ラック冷却装置1の空冷部2の熱交換用パイプ2c群表面を通過する際に、熱交換により冷却される。一方、往き側ヘッダー2aから分岐して熱交換用パイプ2c内を流れる液冷媒は、高温排気との熱交換により蒸発して冷媒蒸気となって戻り側ヘッダー2bに流入する。
また、往き側ヘッダー2aから分岐配管3aを介して直接冷却部に導かれた冷媒は、高発熱部7aと接触する熱交換部3bに導かれ、高発熱部7aを冷却する際に蒸発して戻り側ヘッダー2bに合流する。このように、ラック冷却装置1をサーバラック6の排気面に設置することにより排気温度を低下することができるため、ベース空調機8の負荷軽減に繋がり、ベース空調設備の小型化が可能となる。
【0020】
なお、本実施形態では(ベース空調機+ラック冷却装置)の組み合わせにより空調する例を示したが、ラック列内にタスク空調機を配設して、(タスク空調機+ラック冷却装置)の組み合わせにより空調する態様とすることもできる。さらに、(ベース空調機+タスク空調機+ラック冷却装置)の組み合わせの態様とすることもできる。さらに、ラック冷却装置単体による空調態様とすることもできる。
【0021】
また、本実施形態ではラック冷却装置をサーバラックの背面側に設置する例を示したが、これに限らず例えば上面排気タイプのサーバラックに対してはラック上部設置等、排気面の外側にラック冷却装置を取り付ける態様とすることができる。
【0022】
(第二の実施形態)
次に、図5、6を参照して本発明の他の実施形態について説明する。
本実施形態に係るサーバラック冷却装置30が上述のサーバラック冷却装置1と異なる点は、液冷部31の熱交換材料としてヒートパイプ32を用いていることである。空冷部2の構成はラック冷却装置1と同様である。液冷部31は、往き側ヘッダー2aから分岐して戻り側ヘッダー2bに合流する分岐配管33と、蒸発部32aにおいて高発熱部7aから吸熱して凝縮部32bにおいて分岐配管33内の冷媒に放熱するヒートパイプ32と、を備えている。分岐配管33の端部33a、33bは、両ヘッダーの液冷部接続口2d、2eとカップリング機構2f、2dにより着脱可能に接続している。
ヒートパイプ32内部には蒸発部32aで吸熱して気相状態になり、凝縮部32bで放熱して液相状態となるような特性を有する作動流体が封入されている。作動流体としては、水、フロン、CO2、炭化水素などの低沸点媒体を用いることができる。
このような構成により凝縮部32b内部の気相状態の作動流体は、分岐配管33を介して凝縮部32bに導かれた冷媒と熱交換して凝縮する。凝縮した作動流体液は管内を流下して蒸発部32aに至り、ここで高発熱部7aと熱交換してこれを冷却し、蒸発部32a内部の作動流体自身は蒸発し、パイプ内を上昇して凝縮部32bに戻る。以上の挙動を繰り返すことによりサーバ内の高発熱部を冷却する。
なお、サーバ内の他の構成部品は上述の実施形態と同じく、ベース空調機8及びラック冷却装置30の空冷部2により冷却される。
【0023】
(第三の実施形態)
次に、図7を参照して本発明の他の実施形態について説明する。
本実施形態に係る機械室空調システム40Aの構成が上述の第一の実施形態に係る空調システム1Aと異なる点は、ベース空調機8を備えていないことである。従って、各サーバラック6の冷却はサーバラック冷却装置1のみにより行なわれる。また、室内空気循環を送風機71により行っていることである。ラック冷却装置1の構成自体は第一の実施形態と同一である。
また、空調システム40Aにおけるサーバラック6の冷却形態についても、液冷部3による高発熱部の冷却を含め第一の実施形態と同様であるので、重複説明を省略する。
【0024】
(第四の実施形態)
次に、図8を参照して、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態に係るサーバラック冷却装置50の構成が、第一の実施形態に係るサーバラック冷却装置1と異なる点は、空冷部51がサーバラック6の背面(排気面)側ではなく、前面(吸気面)側に配置されていることである。また、液冷部52は前面側から分岐して、ラック内部に配置されていることである。その他の構成については、ラック前面側に配置するための構造上の相違を除いて、接続用カップリングの構成を含めて、サーバラック冷却装置1と同様である。その他、冷媒循環系統の構成等についても同様であるので、図示及び重複説明を省略する。
かかる構成により、サーバラック冷却装置1は、ラック前面からラック内部に導入される吸気をより冷却することが可能となり、ベース空調機8の負荷軽減に寄与する。
【0025】
本実施形態では(ベース空調機+ラック冷却装置)の組み合わせによる空調システムの例を示したが、ラック列内にタスク空調機を配設して、(タスク空調機+ラック冷却装置)の組み合わせ、又は、(ベース空調機+タスク空調機+ラック冷却装置)の組み合わせの態様とすることもできる。さらに、ラック冷却装置単体による態様とすることもできる。
【0026】
本実施形態に係るサーバラック冷却装置にあっては、前面設置であるため、ラック内部に所望温度の空気を供給することが可能となる。
また、ラック内にサーバを設置する際に、サーバと本冷却装置の接続作業を前面から行うことができ、ラックのメンテナンススペースを前面に集約できるという特長を有する。
【0027】
(第五の実施形態)
さらに、図9、10を参照して、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態に係るサーバラック冷却装置60は、装置全体がラック内部に収容されている点において、空冷部がラック外部に配置されているサーバラック冷却装置1等と異なる。また、サーバラック6は前面扉部6c、背面部6dに開口がなく、コールドアイル5gからの吸気が行われない点も異なる。
サーバラック冷却装置60の構成は、基本的にサーバラック冷却装置1と同一であり、空冷部61と、ラック内ICT機器内部の高発熱部7aを直接冷却する液冷部62と、を主要構成として備えている。
空冷部61は、内部を冷媒が通過する往き側ヘッダー61a、戻り側ヘッダー61b、両ヘッダー間に並列配置される複数のフィン付熱交換パイプ61c群を備えている。熱交換パイプ61c群は、ラック内を循環する空気流の方向と直角方向に配置されている。
液冷部62は、空冷部61の両ヘッダーから分岐、合流する分岐配管62aと、分岐配管3aの経路中に高発熱部7aと接触してこれを直接冷却する熱交換部62bと、を備えている。空冷部61と液冷部62とは、サーバラック冷却装置1と同様の接続用カップリング機構61f、61gにより、着脱可能に構成されている。
その他の構成及び冷媒循環系統については、サーバラック冷却装置1と同様であるので、図示及び重複説明を省略する。
【0028】
次に、サーバラック冷却装置60におけるサーバ7の冷却態様について説明する。サーバ7が備えるファン7bにより、ラック内を循環する空気は空冷部61において冷却され、冷気となってサーバ7内に吸い込まれる。この場合、空冷部61は循環空気と直角方向に配置されているため、熱交換パイプ61cによる熱交換効率の向上が図られる。
液冷部62による高発熱部7aの直接冷却の態様については、上述の各実施形態と同様である。
本実施形態に係るサーバラック冷却装置にあっては、ラック内で冷却空気を循環させるため、他のラックの稼働率の変動に伴う吸込み面空気温度変化の影響を受けることなく、ラック毎の温度管理が極めて容易になるという特長を有する。
【産業上の利用可能性】
【0029】
本発明は、熱源方式、冷媒種類、空調方式、建築構造等を問わずサーバラック内のICT装置の冷却装置として広く適用可能である。
【符号の説明】
【0030】
1,30、40・・・・サーバラック冷却装置
1A,30A、40A、50A・・・・機械室空調システム
2、51、61・・・・空冷部
2a、61a ・・・往き側ヘッダー
2b、61b・・・戻り側ヘッダー
2c、61c・・・熱交換パイプ
2d・・・液冷部接続口
2f、2g・・・カップリング機構
3、31・・・液冷部
3a・・・分岐配管
5・・・・機械室
6・・・・サーバラック
7・・・・ICT装置(サーバ)
7a・・・高発熱部
8・・・・ベース空調機
9・・・・冷媒循環回路
32・・・ヒートパイプ
71・・・送風機
【特許請求の範囲】
【請求項1】
冷却対象空間に収容され、室内に供給される冷気を吸気して高温空気を排気するサーバラックを冷却するためのサーバラック冷却装置であって、
サーバラックの外面に近接、又は、内部に配置され、吸気又は排気を冷却する空冷部と、サーバラック内に配置され、ラック内に格納されるICT機器の高温発熱体を直接冷却するための液冷部と、を含んで構成され、
該空冷部は、配管内を冷媒が通過するように構成した往き側ヘッダーと、戻り側ヘッダーと、両ヘッダー間に並列に配置される熱交換用パイプ群と、を備え、
該液冷部は、往き側ヘッダーから分岐して戻り側ヘッダーに合流する冷媒循環部と、該高温発熱体から吸熱して該冷媒循環部内を流れる冷媒に放熱する熱交換部と、を備え、
て成ることを特徴とするサーバラック冷却装置。
【請求項2】
前記冷媒循環部の分岐端部及び合流端部は、それぞれ前記往き側ヘッダー及び前記戻り側ヘッダーと、着脱可能に接続するように構成したことを特徴とする請求項1に記載のサーバラック冷却装置。
【請求項3】
前記液冷部の前記熱交換部を、内部を作動流体が流れるヒートパイプにより構成したことを特徴とする請求項1又は2に記載のサーバラック冷却装置。
【請求項1】
冷却対象空間に収容され、室内に供給される冷気を吸気して高温空気を排気するサーバラックを冷却するためのサーバラック冷却装置であって、
サーバラックの外面に近接、又は、内部に配置され、吸気又は排気を冷却する空冷部と、サーバラック内に配置され、ラック内に格納されるICT機器の高温発熱体を直接冷却するための液冷部と、を含んで構成され、
該空冷部は、配管内を冷媒が通過するように構成した往き側ヘッダーと、戻り側ヘッダーと、両ヘッダー間に並列に配置される熱交換用パイプ群と、を備え、
該液冷部は、往き側ヘッダーから分岐して戻り側ヘッダーに合流する冷媒循環部と、該高温発熱体から吸熱して該冷媒循環部内を流れる冷媒に放熱する熱交換部と、を備え、
て成ることを特徴とするサーバラック冷却装置。
【請求項2】
前記冷媒循環部の分岐端部及び合流端部は、それぞれ前記往き側ヘッダー及び前記戻り側ヘッダーと、着脱可能に接続するように構成したことを特徴とする請求項1に記載のサーバラック冷却装置。
【請求項3】
前記液冷部の前記熱交換部を、内部を作動流体が流れるヒートパイプにより構成したことを特徴とする請求項1又は2に記載のサーバラック冷却装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2013−3636(P2013−3636A)
【公開日】平成25年1月7日(2013.1.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−131021(P2011−131021)
【出願日】平成23年6月13日(2011.6.13)
【出願人】(593063161)株式会社NTTファシリティーズ (475)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成25年1月7日(2013.1.7)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年6月13日(2011.6.13)
【出願人】(593063161)株式会社NTTファシリティーズ (475)
【Fターム(参考)】
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