サーバラック冷却装置
【課題】装置内に空冷部と液冷部を兼備する省エネ性に優れたサーバラック冷却装置を提供する。
【解決手段】ラック排気は、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、冷媒Ａとの熱交換により冷却される。一方、熱交換器４において冷媒Ｂにより液化した冷媒Ａは往き側ヘッダー２ａを重力降下して、各熱交換用パイプ２ｃに分岐する。さらに熱交換用パイプ２ｃ内を流下していく間に、高温排気との熱交換によりこれを冷却し、自らは蒸発して冷媒蒸気となって戻り側ヘッダー２ｂに合流する。さらに戻り側ヘッダー２ｂを上昇して熱交換器４に戻り、ここで冷媒Ｂに放熱する。また、往き側ヘッダー２ａから分岐配管３ａを介して液冷部３に流入する冷媒Ａの一部は、高発熱部７ａと接触する吸熱部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。
【解決手段】ラック排気は、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、冷媒Ａとの熱交換により冷却される。一方、熱交換器４において冷媒Ｂにより液化した冷媒Ａは往き側ヘッダー２ａを重力降下して、各熱交換用パイプ２ｃに分岐する。さらに熱交換用パイプ２ｃ内を流下していく間に、高温排気との熱交換によりこれを冷却し、自らは蒸発して冷媒蒸気となって戻り側ヘッダー２ｂに合流する。さらに戻り側ヘッダー２ｂを上昇して熱交換器４に戻り、ここで冷媒Ｂに放熱する。また、往き側ヘッダー２ａから分岐配管３ａを介して液冷部３に流入する冷媒Ａの一部は、高発熱部７ａと接触する吸熱部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。
【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、特に装置内に空冷部と液冷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８によりラック近傍まで冷気を供給し、各ＩＣＴ装置が備える冷却ファンにより冷気を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、構成部品の位置に吸熱部を配置するため、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装置を収容するサーバラックの冷却において、省エネ性向上に資するとともに、ＩＣＴ装置を構成する要素・部品ごとに適切な冷却方式を選択でき、ＩＣＴ装置の入れ替え（設置または撤去）にも柔軟に対応可能であり、かつ、冷媒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、該空冷部の上方に配置される熱交換器と、を含んで構成され、
該空冷部は、配管内を第一の冷媒が通過するように構成した往き側配管と、戻り側配管と、往き側配管と戻り側配管の間に配置される１以上の熱交換用パイプと、を備え、
該液冷部は、往き側配管から分岐して戻り側配管に合流する冷媒循環部と、該冷媒循環部内を流れる第一の冷媒との熱交換により該高温発熱体から吸熱する吸熱部と、を備え、
該空冷部、該液冷部及び該熱交換器の間を、第一の冷媒が自然循環方式により流れるように構成し、かつ、該熱交換器において、第一の冷媒を介して回収した排熱を、第二の冷媒を介して系外に放熱するように構成した、ことを特徴とする。
【０００８】
本発明において、「自然循環方式」とは、凝縮器を蒸発器より高い位置に設置して冷媒の液と蒸気との比重差を用いて動力なしに熱を搬送する手段をいう。冷媒としてフロン、ＣＯ２、炭化水素、水などの低沸点媒体を用いることができる。また、熱交換器部において第二の冷媒を介して外部に放熱する手段として、冷却水の循環や、ヒートポンプシステムの蒸発器として冷媒を蒸発させることができる。
【０００９】
（２）上記発明において、前記液冷部の前記冷媒循環部と前記吸熱部とを結ぶ熱搬送手段をさらに備え、該熱搬送手段が、冷媒自然循環方式によるものであることを特徴とする。
【００１０】
（３）上記発明において、前記熱搬送手段が、ヒートパイプであることを特徴とする。
【００１１】
（４）上記各発明において、前記空冷部と前記熱交換器とを一体に備え、かつ、前記空冷部と前記冷媒循環部の接続部において着脱可能に構成した、ことを特徴とする。
【００１２】
（５）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、該空冷部の上方に配置される熱交換器と、を含んで構成され、
該空冷部は、配管内を第一の冷媒が通過するように構成した往き側配管と、戻り側配管と、往き側配管と戻り側配管の間に配置される１以上の熱交換用パイプと、を備え、
該空冷部及び該熱交換器の間を、第一の冷媒が自然循環方式により流れるように構成し、かつ、該熱交換器において、第一の冷媒を介して回収した排熱を、第二の冷媒を介して系外に放熱するように構成した、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
上記各発明によれば、自然循環方式（含むヒートパイプ方式）の採用により、冷媒循環のための動力を必要としないため消費電力削減の効果がある。さらに、ＩＣＴ装置内に高圧の液を流すことがないため、万一の漏洩時にも被害を最小限に抑えることができるという効果がある。
また、ＩＣＴ装置の構成要素・部品ごとに最適な冷却方式が追加・選択可能となり、冷却に要するエネルギーを最小化できるという効果がある。
【００１４】
また、1つの装置内に空冷部と液冷部を兼備しているため、２種類の冷却システム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、液冷部においてＩＣＴ装置の要素・部品を直接冷却するため、冷媒温度を高く設定できる。このため、冷熱源である冷媒の運用温度を上げることができ、冷凍機の運転効率向上を図ることができるという効果がある。
【００１５】
さらに、冷媒の運用温度を高めに設定できることから、冷熱源として例えばフリークーリングのような外気冷熱を利用するシステムにあっては、外気利用運転時間を長く取ることができ、通年ランニングコストを低減できるという効果がある。
【００１６】
さらに、液冷部の冷媒運用温度を空冷部と比較して高めに設定できることから、冷媒流路を空冷部通過後とする（空冷部と液冷部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。
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、通常、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）への対応が容易になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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】
【００１８】
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。重複説明を避けるため、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。
【００１９】
（第一の実施形態）
図１、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媒自然循環方式により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内に設置される。
【００２０】
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、ラック内ＩＣＴ機器（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、空冷部２の上部に熱交換器４と、を主要構成として備えている。
【００２１】
サーバラック冷却装置１の冷媒系統は、冷媒自然循環方式を採用する低圧冷媒Ａ系統（請求項における第一の冷媒）と、系外の冷熱源９から冷熱を供給して排熱を回収する冷媒Ｂ系統（請求項における第二の冷媒）の２系統により構成されている。冷媒Ａ系統は、空冷部２、液冷部３及び冷媒Ｂ系統から冷気の供給を受ける熱交換器４により構成されている。また、冷媒Ｂ系統は、室外機９、冷媒Ａ系統からの排熱を回収する熱交換器４及び循環回路９ａ、９ｂにより構成されている。なお、本実施形態では冷媒Ｂ系統として直膨空冷方式を想定しているが、これに限らず水冷方式を採用することもできる。
【００２２】
図２、３を参照して、空冷部２は、両端に垂直方向に配置される往き側配管（ヘッダー部）２ａ及び戻り側配管（ヘッダー部）２ｂと、両配管間に水平あるいは垂直方向に１本ないしは複数本配置される熱交換用パイプ２ｃ群と、必要に応じ両配管の所定の位置に設けられ、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。配管２ａ、２ｂ及び熱交換用パイプ２ｃ内部を冷媒Ａが流れるように構成されている。各熱交換用パイプ２ｃは熱交換促進の際には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。なお、熱交換用パイプ２ｃには、冷媒の流れを促すための緩やかな傾斜を設けたり、垂直に設置したりすることもできる。
【００２３】
液冷部３は、必要に応じ往き側配管２ａから分岐して戻り側配管２ｂに合流する分岐配管３ａを主要構成とする冷媒循環部３ｅ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吸熱部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（例えば図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。往き側配管２ａ及び戻り側配管２ｂは、後述するようにそれぞれ配管９ａ、９ｂに接続されている。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
以上の構成により、機械室５における室内及びサーバ７の冷却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前面側から導入され、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側からホットアイル５ｈに排出される。ラック排気は、ラック冷却装置１の空冷部２の熱交換用パイプ２ｃ表面を通過する際に、冷媒Ａとの熱交換により冷却されるとともに、冷媒Ａは蒸気となる。
一方、熱交換器４において冷媒Ｂにより蒸発した冷媒Ａは液化し往き側配管２ａを重力降下して、再び熱交換用パイプ２ｃに戻っていく。熱交換用パイプ２ｃ内を流下していく間に、高温排気との熱交換によりこれを冷却し、自らは蒸発して再び冷媒蒸気となって戻り側配管２ｂを通り上昇して熱交換器４に戻り、ここで冷媒Ｂに放熱する。また、必要に応じ往き側配管２ａから分岐配管３ａを介して液冷部３に流入する冷媒Ａの一部は、高発熱部７ａと接触する吸熱部３ｂに導かれ、高発熱部７ａを冷却する際に蒸発して戻り側配管２ｂに戻っていく。
【００２７】
以上述べたように、ラック冷却装置１をサーバラック６の排気面近傍に設置することにより排気温度を低下させることができ、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。
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。
【００２８】
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、排気面の外側近傍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。
【００２９】
また、本実施形態では空冷部と液冷部とを組み合わせてラックを冷却する例を示したが、液冷部を用いることなく空冷部のみでラックを冷却する態様とすることもできる。
【００３０】
（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の冷媒循環部３ｅと吸熱部３ｂとの間に、熱交換材料として冷媒が流れる自然循環方式（１例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、往き側配管２ａからと戻り側配管２ｂに接続する配管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において接続配管３３内の冷媒に放熱するヒートパイプ３２と、を備えている。接続配管３３の端部３３ａ、３３ｂは、両配管の液冷部接続口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。あらかじめ、接続が決まっている場合には、固定式であってもよい。
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。
【００３１】
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、接続配管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。接続配管３３には、凝縮部３２ｂとの接続を容易に、かつ確実に行なうため接続部材を使用する（不示図）。
なお、サーバ内の他の構成部品については、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。
【００３２】
（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４１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、必要に応じて実施される液冷部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。
【００３３】
（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。本実施形態に係る機械室空調システム５０Ａの構成が第一の実施形態と異なる点は、サーバラック冷却装置５０の配置である。すなわち、サーバラック冷却装置５０の空冷部５１はサーバラック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。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。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。
【００３４】
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容易に可能となる。
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。
【００３５】
なお、本実施形態では（ベース空調機＋ラック冷却装置）の組み合わせによる空調システムの例を示したが、第一の実施形態と同様に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。
【００３６】
（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、熱交換器４を除く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、必要に応じてラック内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。
【００３７】
空冷部６１は、内部を冷媒Ａが通過する往き側配管６１ａ、戻り側配管６１ｂ、両配管間に１本ないし複数本配置され、高性能化のためフィン付熱交換用パイプ６１ｃを備えている。熱交換用パイプ６１ｃ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の両配管から延長され、合流する配管６２ａと、配管６２の経路中に高発熱部７ａと接触してこれを直接冷却する吸熱部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、必要に応じ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。
【００３８】
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、熱交換用パイプ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という特長を有する。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
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】
【００４０】
１，２０、３０、４０・・・・サーバラック冷却装置
１Ａ，２０Ａ、３０Ａ、４０Ａ、５０Ａ・・・・機械室空調システム
２、２０ａ、５１、６１・・・・空冷部
２ａ、２１、６１ａ ・・・往き側配管
２ｂ、２２、６１ｂ・・・戻り側配管
２ｃ、６１ｃ・・・熱交換用パイプ
２ｄ・・・液冷部接続口
２ｆ、２ｇ・・・カップリング機構
３、２０ｂ、３１・・・液冷部
３ａ・・・分岐配管
３ｂ・・・吸熱部
３ｅ・・・冷媒循環部
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、特に装置内に空冷部と液冷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８によりラック近傍まで冷気を供給し、各ＩＣＴ装置が備える冷却ファンにより冷気を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、構成部品の位置に吸熱部を配置するため、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装置を収容するサーバラックの冷却において、省エネ性向上に資するとともに、ＩＣＴ装置を構成する要素・部品ごとに適切な冷却方式を選択でき、ＩＣＴ装置の入れ替え（設置または撤去）にも柔軟に対応可能であり、かつ、冷媒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、該空冷部の上方に配置される熱交換器と、を含んで構成され、
該空冷部は、配管内を第一の冷媒が通過するように構成した往き側配管と、戻り側配管と、往き側配管と戻り側配管の間に配置される１以上の熱交換用パイプと、を備え、
該液冷部は、往き側配管から分岐して戻り側配管に合流する冷媒循環部と、該冷媒循環部内を流れる第一の冷媒との熱交換により該高温発熱体から吸熱する吸熱部と、を備え、
該空冷部、該液冷部及び該熱交換器の間を、第一の冷媒が自然循環方式により流れるように構成し、かつ、該熱交換器において、第一の冷媒を介して回収した排熱を、第二の冷媒を介して系外に放熱するように構成した、ことを特徴とする。
【０００８】
本発明において、「自然循環方式」とは、凝縮器を蒸発器より高い位置に設置して冷媒の液と蒸気との比重差を用いて動力なしに熱を搬送する手段をいう。冷媒としてフロン、ＣＯ２、炭化水素、水などの低沸点媒体を用いることができる。また、熱交換器部において第二の冷媒を介して外部に放熱する手段として、冷却水の循環や、ヒートポンプシステムの蒸発器として冷媒を蒸発させることができる。
【０００９】
（２）上記発明において、前記液冷部の前記冷媒循環部と前記吸熱部とを結ぶ熱搬送手段をさらに備え、該熱搬送手段が、冷媒自然循環方式によるものであることを特徴とする。
【００１０】
（３）上記発明において、前記熱搬送手段が、ヒートパイプであることを特徴とする。
【００１１】
（４）上記各発明において、前記空冷部と前記熱交換器とを一体に備え、かつ、前記空冷部と前記冷媒循環部の接続部において着脱可能に構成した、ことを特徴とする。
【００１２】
（５）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、該空冷部の上方に配置される熱交換器と、を含んで構成され、
該空冷部は、配管内を第一の冷媒が通過するように構成した往き側配管と、戻り側配管と、往き側配管と戻り側配管の間に配置される１以上の熱交換用パイプと、を備え、
該空冷部及び該熱交換器の間を、第一の冷媒が自然循環方式により流れるように構成し、かつ、該熱交換器において、第一の冷媒を介して回収した排熱を、第二の冷媒を介して系外に放熱するように構成した、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
上記各発明によれば、自然循環方式（含むヒートパイプ方式）の採用により、冷媒循環のための動力を必要としないため消費電力削減の効果がある。さらに、ＩＣＴ装置内に高圧の液を流すことがないため、万一の漏洩時にも被害を最小限に抑えることができるという効果がある。
また、ＩＣＴ装置の構成要素・部品ごとに最適な冷却方式が追加・選択可能となり、冷却に要するエネルギーを最小化できるという効果がある。
【００１４】
また、1つの装置内に空冷部と液冷部を兼備しているため、２種類の冷却システム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、液冷部においてＩＣＴ装置の要素・部品を直接冷却するため、冷媒温度を高く設定できる。このため、冷熱源である冷媒の運用温度を上げることができ、冷凍機の運転効率向上を図ることができるという効果がある。
【００１５】
さらに、冷媒の運用温度を高めに設定できることから、冷熱源として例えばフリークーリングのような外気冷熱を利用するシステムにあっては、外気利用運転時間を長く取ることができ、通年ランニングコストを低減できるという効果がある。
【００１６】
さらに、液冷部の冷媒運用温度を空冷部と比較して高めに設定できることから、冷媒流路を空冷部通過後とする（空冷部と液冷部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。
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、通常、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）への対応が容易になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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】
【００１８】
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。重複説明を避けるため、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。
【００１９】
（第一の実施形態）
図１、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媒自然循環方式により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内に設置される。
【００２０】
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、ラック内ＩＣＴ機器（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、空冷部２の上部に熱交換器４と、を主要構成として備えている。
【００２１】
サーバラック冷却装置１の冷媒系統は、冷媒自然循環方式を採用する低圧冷媒Ａ系統（請求項における第一の冷媒）と、系外の冷熱源９から冷熱を供給して排熱を回収する冷媒Ｂ系統（請求項における第二の冷媒）の２系統により構成されている。冷媒Ａ系統は、空冷部２、液冷部３及び冷媒Ｂ系統から冷気の供給を受ける熱交換器４により構成されている。また、冷媒Ｂ系統は、室外機９、冷媒Ａ系統からの排熱を回収する熱交換器４及び循環回路９ａ、９ｂにより構成されている。なお、本実施形態では冷媒Ｂ系統として直膨空冷方式を想定しているが、これに限らず水冷方式を採用することもできる。
【００２２】
図２、３を参照して、空冷部２は、両端に垂直方向に配置される往き側配管（ヘッダー部）２ａ及び戻り側配管（ヘッダー部）２ｂと、両配管間に水平あるいは垂直方向に１本ないしは複数本配置される熱交換用パイプ２ｃ群と、必要に応じ両配管の所定の位置に設けられ、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。配管２ａ、２ｂ及び熱交換用パイプ２ｃ内部を冷媒Ａが流れるように構成されている。各熱交換用パイプ２ｃは熱交換促進の際には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。なお、熱交換用パイプ２ｃには、冷媒の流れを促すための緩やかな傾斜を設けたり、垂直に設置したりすることもできる。
【００２３】
液冷部３は、必要に応じ往き側配管２ａから分岐して戻り側配管２ｂに合流する分岐配管３ａを主要構成とする冷媒循環部３ｅ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吸熱部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（例えば図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。往き側配管２ａ及び戻り側配管２ｂは、後述するようにそれぞれ配管９ａ、９ｂに接続されている。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
以上の構成により、機械室５における室内及びサーバ７の冷却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前面側から導入され、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側からホットアイル５ｈに排出される。ラック排気は、ラック冷却装置１の空冷部２の熱交換用パイプ２ｃ表面を通過する際に、冷媒Ａとの熱交換により冷却されるとともに、冷媒Ａは蒸気となる。
一方、熱交換器４において冷媒Ｂにより蒸発した冷媒Ａは液化し往き側配管２ａを重力降下して、再び熱交換用パイプ２ｃに戻っていく。熱交換用パイプ２ｃ内を流下していく間に、高温排気との熱交換によりこれを冷却し、自らは蒸発して再び冷媒蒸気となって戻り側配管２ｂを通り上昇して熱交換器４に戻り、ここで冷媒Ｂに放熱する。また、必要に応じ往き側配管２ａから分岐配管３ａを介して液冷部３に流入する冷媒Ａの一部は、高発熱部７ａと接触する吸熱部３ｂに導かれ、高発熱部７ａを冷却する際に蒸発して戻り側配管２ｂに戻っていく。
【００２７】
以上述べたように、ラック冷却装置１をサーバラック６の排気面近傍に設置することにより排気温度を低下させることができ、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。
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。
【００２８】
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、排気面の外側近傍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。
【００２９】
また、本実施形態では空冷部と液冷部とを組み合わせてラックを冷却する例を示したが、液冷部を用いることなく空冷部のみでラックを冷却する態様とすることもできる。
【００３０】
（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の冷媒循環部３ｅと吸熱部３ｂとの間に、熱交換材料として冷媒が流れる自然循環方式（１例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、往き側配管２ａからと戻り側配管２ｂに接続する配管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において接続配管３３内の冷媒に放熱するヒートパイプ３２と、を備えている。接続配管３３の端部３３ａ、３３ｂは、両配管の液冷部接続口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。あらかじめ、接続が決まっている場合には、固定式であってもよい。
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。
【００３１】
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、接続配管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。接続配管３３には、凝縮部３２ｂとの接続を容易に、かつ確実に行なうため接続部材を使用する（不示図）。
なお、サーバ内の他の構成部品については、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。
【００３２】
（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４１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、必要に応じて実施される液冷部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。
【００３３】
（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。本実施形態に係る機械室空調システム５０Ａの構成が第一の実施形態と異なる点は、サーバラック冷却装置５０の配置である。すなわち、サーバラック冷却装置５０の空冷部５１はサーバラック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。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。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。
【００３４】
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容易に可能となる。
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。
【００３５】
なお、本実施形態では（ベース空調機＋ラック冷却装置）の組み合わせによる空調システムの例を示したが、第一の実施形態と同様に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。
【００３６】
（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、熱交換器４を除く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、必要に応じてラック内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。
【００３７】
空冷部６１は、内部を冷媒Ａが通過する往き側配管６１ａ、戻り側配管６１ｂ、両配管間に１本ないし複数本配置され、高性能化のためフィン付熱交換用パイプ６１ｃを備えている。熱交換用パイプ６１ｃ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の両配管から延長され、合流する配管６２ａと、配管６２の経路中に高発熱部７ａと接触してこれを直接冷却する吸熱部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、必要に応じ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。
【００３８】
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、熱交換用パイプ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という特長を有する。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
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】
【００４０】
１，２０、３０、４０・・・・サーバラック冷却装置
１Ａ，２０Ａ、３０Ａ、４０Ａ、５０Ａ・・・・機械室空調システム
２、２０ａ、５１、６１・・・・空冷部
２ａ、２１、６１ａ ・・・往き側配管
２ｂ、２２、６１ｂ・・・戻り側配管
２ｃ、６１ｃ・・・熱交換用パイプ
２ｄ・・・液冷部接続口
２ｆ、２ｇ・・・カップリング機構
３、２０ｂ、３１・・・液冷部
３ａ・・・分岐配管
３ｂ・・・吸熱部
３ｅ・・・冷媒循環部
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、
該空冷部の上方に配置される熱交換器と、を含んで構成され、
該空冷部は、配管内を第一の冷媒が通過するように構成した往き側配管と、戻り側配管と、往き側配管と戻り側配管の間に配置される１以上の熱交換用パイプと、を備え、
該液冷部は、往き側配管から分岐して戻り側配管に合流する冷媒循環部と、該冷媒循環部内を流れる第一の冷媒との熱交換により該高温発熱体から吸熱する吸熱部と、を備え、
該空冷部、該液冷部及び該熱交換器の間を、第一の冷媒が自然循環方式により流れるように構成し、かつ、
該熱交換器において、第一の冷媒を介して回収した排熱を、第二の冷媒を介して系外に放熱するように構成した、
ことを特徴とするサーバラック冷却装置。
【請求項２】
前記液冷部の前記冷媒循環部と前記吸熱部とを結ぶ熱搬送手段をさらに備え、
該熱搬送手段が、冷媒自然循環方式によるものである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】
前記熱搬送手段が、ヒートパイプであることを特徴とする請求項２に記載のサーバラック冷却装置。
【請求項４】
前記空冷部と前記熱交換器とを一体に備え、かつ、前記空冷部と前記冷媒循環部の接続部において着脱可能に構成した、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のサーバラック冷却装置。
【請求項５】
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、該空冷部の上方に配置される熱交換器と、を含んで構成され、
該空冷部は、配管内を第一の冷媒が通過するように構成した往き側配管と、戻り側配管と、往き側配管と戻り側配管の間に配置される１以上の熱交換用パイプと、を備え、
該空冷部及び該熱交換器の間を、第一の冷媒が自然循環方式により流れるように構成し、かつ、
該熱交換器において、第一の冷媒を介して回収した排熱を、第二の冷媒を介して系外に放熱するように構成した、
ことを特徴とする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、
該空冷部の上方に配置される熱交換器と、を含んで構成され、
該空冷部は、配管内を第一の冷媒が通過するように構成した往き側配管と、戻り側配管と、往き側配管と戻り側配管の間に配置される１以上の熱交換用パイプと、を備え、
該液冷部は、往き側配管から分岐して戻り側配管に合流する冷媒循環部と、該冷媒循環部内を流れる第一の冷媒との熱交換により該高温発熱体から吸熱する吸熱部と、を備え、
該空冷部、該液冷部及び該熱交換器の間を、第一の冷媒が自然循環方式により流れるように構成し、かつ、
該熱交換器において、第一の冷媒を介して回収した排熱を、第二の冷媒を介して系外に放熱するように構成した、
ことを特徴とするサーバラック冷却装置。
【請求項２】
前記液冷部の前記冷媒循環部と前記吸熱部とを結ぶ熱搬送手段をさらに備え、
該熱搬送手段が、冷媒自然循環方式によるものである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】
前記熱搬送手段が、ヒートパイプであることを特徴とする請求項２に記載のサーバラック冷却装置。
【請求項４】
前記空冷部と前記熱交換器とを一体に備え、かつ、前記空冷部と前記冷媒循環部の接続部において着脱可能に構成した、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のサーバラック冷却装置。
【請求項５】
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、該空冷部の上方に配置される熱交換器と、を含んで構成され、
該空冷部は、配管内を第一の冷媒が通過するように構成した往き側配管と、戻り側配管と、往き側配管と戻り側配管の間に配置される１以上の熱交換用パイプと、を備え、
該空冷部及び該熱交換器の間を、第一の冷媒が自然循環方式により流れるように構成し、かつ、
該熱交換器において、第一の冷媒を介して回収した排熱を、第二の冷媒を介して系外に放熱するように構成した、
ことを特徴とする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２０１３−８８８８（Ｐ２０１３−８８８８Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４１４１１（Ｐ２０１１−１４１４１１）
【出願日】平成２３年６月２７日（２０１１．６．２７）
【出願人】（５９３０６３１６１）株式会社ＮＴＴファシリティーズ (475)
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２７日（２０１１．６．２７）
【出願人】（５９３０６３１６１）株式会社ＮＴＴファシリティーズ (475)
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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