ラックキャビネットおよび空調制御方法
【課題】 本発明は、電子機器を搭載するラックキャビネットの構造と、ラックキャビネットを用いた空調制御方法に関するものである。
【解決手段】 本発明のラックキャビネットは、複数の電子機器を搭載し、少なくとも外部から冷気の吸い込みが可能な前面を有する筐体と、電子機器の搭載位置に対して筐体の前面の側に配置され、前面から電子機器に向かう第１の方向に吸気された冷気に押されて開放し、第１の方向とは逆の第２の方向に対して閉鎖する逆流防止弁とを備える、よう構成する。
【解決手段】 本発明のラックキャビネットは、複数の電子機器を搭載し、少なくとも外部から冷気の吸い込みが可能な前面を有する筐体と、電子機器の搭載位置に対して筐体の前面の側に配置され、前面から電子機器に向かう第１の方向に吸気された冷気に押されて開放し、第１の方向とは逆の第２の方向に対して閉鎖する逆流防止弁とを備える、よう構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器を搭載するラックキャビネットの構造と、ラックキャビネットを用いた空調制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
データセンター等において消費される電力の内、空調システムで消費される電力は３割を占めると言われており、空調の効率化を図ることが求められている。空調の効率化を図る方法として、例えばデータセンターの建屋を、電子機器搭載のラックを設置した機器設置空間と、空調機から冷気が送出される床下空間とに区画し、さらに機器設置空間を複数のラックで構成するラック列で区画してコールドアイルとホットアイルとを形成することが知られている。
【０００３】
コールドアイルは床下空間と機器設置空間とを連通するグリルを介して床下空間からラック列前面に冷気を吹き出すエリアであり、ホットアイルはラック列によって取り込まれた冷気が電子機器の発熱で暖められ、暖気となってラック列背面から排気されるエリアである。排気される暖気は機器設置空間の上部に配置した排気グリルを経て空調機にリターンするようになっている。即ち、空調機から送出された冷気は床下空間に送出され、グリルを介して機器設置空間のコールドアイルに吹き出し、ラック前面から吸気されてラック内の電子機器を冷却し、暖気となってラック背面からホットアイルに排気され、排気グリルを介して空調機に戻る循環を形成している。
【０００４】
近時では、さらに冷却効率を上げるため、ホットアイルからコールドアイルへ暖気が流れ込むことを防止するためにラック列の上部と天井との間にアイルを隔てるキャッピングを設け、コールドアイルとホットアイルとを確実に分断することが行なわれている。キャッピングを設けることで、冷気と暖気の流れる通路が明確に区分されることになり、それらの混合による熱損失を減少させるものである。
【０００５】
冷却効率を高める関連技術として、複数の電子機器を段状に搭載するラックの前面に羽根の角度を変えられるルーバーを設け、電子機器が排気する温度を計測してルーバーの角度を調整し、冷気の電子機器への流入量を変更することが知られている。この方法を用いることで、ラック内の電子機器の発熱量の違いに応じて適切な冷気流入量とすることができので、無駄な冷却を抑制し冷却効率を高めることができるとするものである。
【０００６】
また、光ファイバをラック内に敷設し、ファイバ内に所定の波長の光パルスを伝播させ、光パルスの伝播に伴って生じる後方散乱光（ラマン散乱光）を時系列的に観測し、後方錯乱光の経時的変化から、光パルス能力伝播方法に沿った温度分布を求めることが知られている。この方法を用いて、ラック内に搭載した電子機器の排気温度を知ることができ、この排気温度を用いて冷却の最適化を図るものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−５０２２０号公報
【特許文献２】特開２００９−２６５０７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記したように、データセンター等においては冷却効率を高めることが求められ、種々の提案がなされている。しかしながら、近年ではサーバの仮想化やクラウド化の技術が進み、複数のシステムを複数のサーバで構成するようになってきた。さらに、それらのサーバも時間帯におけるユーザアクセスの多寡に応じてシステム構成を変えて運用することも行なわれるようになってきている。例えば、昼間のユーザアクセスの多い時間帯ではシステムを運用する全てのサーバを稼動させてユーザビリティを確保し、深夜のアクセス数が減少する時間帯ではシステムの再構成を行いサーバ台数を減らして運用するものである。サーバ台数を減らすことで、サーバおよび空調機の消費電力削減を図ることができる。このため、従来ではサーバの常時稼動が一般的であったが、近年ではサーバのＯＮ／ＯＦＦが頻繁に起こるようになった。
【０００９】
ラック内には複数のサーバを搭載しているが、ラック内でサーバのＯＮ／ＯＦＦが行なわれると冷却効率の観点から問題が生じることになる。ラック内の全てのサーバがＯＮの状態にある場合は各サーバが内蔵するファンによりサーバ前面から冷気を吸気し、サーバの中を通って背面から暖気を排気するが、ラック内にＯＦＦのサーバ（ＯＦＦサーバということにする）が発生した場合、そのＯＦＦサーバの近傍のＯＮのサーバ（ＯＮサーバと言うことにする）の内蔵ファンの影響でＯＦＦサーバの前面は引圧となり、ＯＦＦサーバの背面からＯＮサーバが排気した暖気を吸込み、ＯＦＦサーバ内を通ってサーバ前面に吹き出す現象が生ずる。即ち、ＯＦＦサーバ内では通常とは逆に暖気が背面から前面へと流れることになる。ＯＦＦサーバの前面はコールドアイルであるので、ここに暖気が吹き出して冷気と混合し、熱損失が起こる。
【００１０】
このような状態でＯＮサーバは、ＯＦＦサーバの前面から吹き出した暖気を吸気することになり、これを検知したＯＮサーバは内蔵ファンの回転数を上昇させて冷却しようとする。すると、ＯＦＦサーバの前面はより引圧になるためＯＦＦサーバ内を流れる暖気が増大し、悪循環となる。
【００１１】
また、サーバのＯＮ／ＯＦＦがなされた場合でも、空調機はサーバがフルに稼動している状態に合わせた風量や温度で運転しているので、負荷が変動して軽くなった場合に無駄なエネルギーが使われていることになり、ここにも問題がある。
【００１２】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、ラック内にＯＦＦサーバがあっても暖気の逆流を防止して冷却効率を高めるラックキャビネット、およびそのラックキャビネットを用いてデータセンター等の機器収容ルーム全体の冷却効率を高めた空調制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
発明の一観点によれば、本発明のラックキャビネットは、複数の電子機器を搭載し、少なくとも外部から冷気の吸い込みが可能な前面を有する筐体と、電子機器の搭載位置に対して筐体の前面の側に配置され、前面から電子機器に向かう第１の方向に吸気された冷気に押されて開放し、第１の方向とは逆の第２の方向に対して閉鎖する逆流防止弁と、を備えるラックキャビネットが提供される。
【００１４】
発明の他の一観点によれば、本発明の空調制御方法は、ラックキャビネットが搭載する電子機器の前面に配置され、電子機器が内蔵するファンの吸気量に応じて開閉する逆流防止弁の開き角度を計測し、開き角度から電子機器毎の吸気量を求める電子機器吸気量取得手順と、電子機器の吸気温度と排気温度とを計測し、吸気温度と排気温度と吸気量とに基づいて排熱量を電子機器毎に求め、ラックキャビネットに搭載している電子機器の排熱量を集計してラックキャビネット毎の排熱量を求めるラック排熱量算出手順と、ラックキャビネット毎に算出した排熱量を集計して全排熱量を算出し、算出した全排熱量に基づいて空調機の出力を制御する空調機制御手順と、を有する空調制御方法が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
ラックキャビネットに搭載された電子機器の前面に逆流防止弁を設け、停止している電子機器がある場合に電子機器内を逆流する暖気を遮断でき、暖気が冷気に混ざることがない冷却効率の高いラックキャビネットを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一般的なデータセンターの空調例を示す図である。
【図２】ＯＦＦサーバの暖気還流例を示す図である。
【図３】本発明のサーバラックの構造例を示す図である。
【図４】本発明の逆流防止弁とダクトの構造例を示す図である。
【図５】逆流防止弁の構造例を示す図である。
【図６】逆流防止弁の設置例を示す図である。
【図７】歪ゲージによる逆流防止弁の開き角度センシング例を示す図である。
【図８】角度センサ付き逆流防止弁を備えたサーバラック例を示す図である。
【図９】空調制御装置の構成例を示す図である。
【図１０】記憶部のデータ例を示す図である。
【図１１】サーバラックとグリルの対応例を示す図である。
【図１２】空調制御装置の制御フロー例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施例の説明の前に、前述したデータセンター等における空調の一般的な方法を説明する。図１は、データセンター等に配置したサーバラックに対する冷気と暖気の流れを示した図である。データセンター１０の建屋は、サーバラック５０を配置する機器設置空間２０と空調機（不図示）から冷気が送り込まれる床下空間３０、およびサーバラック５０が排気する暖気を吸込み、空調機に還流する排気空間４０の３つの空間に区画されている。床下空間３０と機器設置空間２０との間はグリル３１で連通し、機器設置空間２０と排気空間４０との間は排気グリル４１で連通している。このため、床下空間３０の冷気は機器設置空間２０に流れ込み、機器設置空間２０の空気は排気空間４０に流れ込む。
【００１８】
１台のサーバラック５０は複数台のサーバを搭載するが、それぞれのサーバは内部にファンを備え、前面から冷気を吸気して背面から暖気を排気する。これらのサーバラック５０は複数台を連結してラック列５１を構成し、機器設置空間２０においては数列のラック列５１が配置される。このとき、例えば２列のラック列を配置する場合は、図１に示すように２列のラック列５１の前面同士が向かい合うように配置する。このように配置することで、床下空間３０からの冷気はグリル３１を通ってラック列５１の前面のエリアに吹き出すので、それぞれのラック列５１はこれらの冷気を前面から吸気することができる。吸気された冷気はラック列５１内部を通り、そこで熱交換が行なわれて暖気となって背面から排気され、さらに排気グリル４１を通って排気空間４０に吸い込まれることになる（図１の白抜きの矢印は冷気の流れを示し、黒の矢印は暖気の流れを示している）。
【００１９】
ラック列５１の上部の空間で冷気と暖気が混じり合うことによる混合損失を防止するため、ラック列５１の上面と機器設置空間２０の天井との間を仕切るキャッピング２３を設けることも行なわれている。ラック列５１の前面が向き合うエリアをコールドアイル２１、背面のエリアをホットアイル２２と称している。
【００２０】
次に、前述したＯＦＦサーバの暖気還流について図２を用いて説明する。図２は、サーバラック５０に搭載しているサーバ６０に対する冷気と暖気の流れを示した図で、図１と同様に冷気は白抜きの矢印、暖気は黒の矢印で示している。また、図に示すサーバラック５０の右側が前面でコールドアイル２１に面しており、サーバラック５０の左側が背面でホットアイル２２に面している。サーバラック５０はサーバ１〜サーバ５まで５台のサーバを搭載しており、サーバ１、２、４、５は稼動状態にある（即ち、ＯＮサーバ）が、サーバ３はＯＦＦの状態（即ち、ＯＦＦサーバ）にある。このような状態で、ＯＮサーバは冷気を前面から吸気し、暖気を背面に排気している。ＯＦＦサーバであるサーバ３の内蔵するファンは停止しており、冷気を吸気することを行なっていない。サーバ３の上下に位置するサーバ２とサーバ４が前面からの冷気の吸込みに伴ってサーバ３の前面は引圧となり、サーバ３は背面から暖気を吸込み前面に暖気を排気する現象が起こる。このため、サーバ３前面から排気された暖気の一部は冷気と共にサーバ２、およびサーバ４に吸い込まれ、サーバ２とサーバ４が吸い込んだ冷気の温度が上昇することになる。サーバは吸気の温度を検出してファンの回転数を変える機構を備えているため、サーバ２とサーバ４はファンの回転数を上げて吸気量をより増大させようとする。これに伴ってサーバ３からの暖気をより多く吸込むことになり、悪循環となる。
【００２１】
次に、本発明の実施例を説明する。実施例では「サーバラック」内に「サーバ」を搭載する例で説明するが、これらはそれぞれ前述した「ラックキャビネット」および「電子機器」に相当する。
【００２２】
（実施例１）
実施例１は、サーバの前面に逆流防止弁を設け、ＯＦＦとなったサーバの前面から暖気が排気されること（即ち、暖気の還流）を抑制するものである。図３は、図２と同様にサーバラック１００内の冷気と暖気の流れを示した図で、冷気は白抜きの矢印、暖気は黒の矢印で示している。サーバラック１００は、図２と同様にサーバ１〜サーバ５まで５台のサーバを搭載し、サーバ１、２、４、５はＯＮサーバで、サーバ３はＯＦＦサーバである。なお、サーバ１〜３の高さは２Ｕ（ユニット）であり、サーバ４、５は１Ｕで、サーバラック１００は更に２ユニット分のサーバを搭載可能であるが、ここでは未搭載（ブランク）である。
【００２３】
サーバラック１００の前面（図３の右側）には逆流防止弁２００を備えている。逆流防止弁２００は左方には開くが右方には開かない構造になっている（詳細は後述する）。また、その逆流防止弁２００とサーバ４００との間はダクト３００で連結している。さらに、ダクト３００と接続するサーバ４００の前面は隙間が生じないようにダクト接続部材３０１をユニットの大きさに合わせて備えている。なお、ここでサーバラックの前面とは、サーバラックに搭載される電子機器の前面に対応する面で、電子機器は内蔵するファンで電子機器の前面から冷気を吸気し背面に排気するので、サーバラックも前面から冷気を吸気し背面に排気することになる。
【００２４】
逆流防止弁２００は、サーバ４００が内蔵するファンによってサーバラック１００外の冷気が逆流防止弁２００を押し開き（左方に開くことになる）、ダクト３００を介してサーバ４００内に冷気が流れ込むようになっている。図３のＯＮサーバの逆流防止弁２００は開いた状態を示している。これに対し、ＯＦＦサーバであるサーバ３の前面の逆流防止弁２００は閉じている。サーバ３の前面にはサーバ２とサーバ４の冷気吸込みに伴う引圧が働き、サーバ３の内部を介して前面に向かう暖気を吸い込もうとするが、逆流防止弁２００は右方向に開かないため閉じた状態となり、サーバ３の背面から暖気を吸い込むことはない。従って、暖気がサーバ３から吹き出すことがないので、従来見られたサーバ２とサーバ４が暖気を吸い込んで冷却効率が下がることはなくなる。
【００２５】
次に、逆流防止弁２００とダクト３００の構造例について図４を用いて説明する。図４（ａ）の左方の図は１Ｕのサイズのサーバ４００の外観を示し、サーバ４００の前面はダクト３００と接続するダクト接続部材３０１を取り付けた状態を示している。図４（ａ）の右方の図は、ダクト３００とそのダクト３００に取り付けた逆流防止弁２００を示している。図に示されるように、逆流防止弁２００はダクト３００前方の開口する側に２段に渡って複数個を取り付けている。図４（ａ）では隠れているが、２段の逆流防止弁２００の配置に対応して、ダクト３００の内部を上下２段に区画する水平な仕切り板を設けている。その仕切り板とダクト３００の下部の板の前面に、逆流防止弁２００が右方に開かないように図４（ａ）に示すストッパー２１０を設けている。
【００２６】
逆流防止弁２００の形状は図５に示され、平板部２０１と湾曲部２０２とからなる形状をしている。湾曲部２０２には、ダクト３００の長手方向に張り渡したビーム２０３が通るようにしている。ビーム２０３に取り付けた逆流防止弁２００は、ビーム２０３に吊るされた状態となり、ビーム２０３を軸として回転自由である。逆流防止弁２００は冷気に押されて回転して開くものであるため、軽量であることが必要である。このため、０．１〜０．５ｍｍ厚のプラスチックやアルミニュウムを用いている。
【００２７】
図４に戻って、サーバ４００に逆流防止弁２００を取り付けた状態を図４（ｂ）と（ｃ）に示す。図４（ｂ）は、サーバ４００がＯＮサーバであるときの例を示し、サーバ４００が内蔵するファンによって冷気が吸気され、逆流防止弁２００はこの冷気に押されてダクト３００の内側に開いている状態を示している。これに対し、図４（ｃ）はサーバ４００がＯＦＦサーバであるときの例を示し、前述したように逆流防止弁２００が閉じた状態にある。
【００２８】
次に、逆流防止弁２００を備えたサーバラック１００の外観を図６に示す。サーバラック１００は前扉１２０を有し、逆流防止弁２００を備えたダクト３００はこの前扉１２０に取り付けられている。前扉１２０は筐体本体１１０とヒンジ１３０を介して連結しており、開くことができる。図６（ａ）は前扉１２０を閉じた状態を正面から見た図で示している。前扉１２０の中央部分は逆流防止弁２００である。図６（ｂ）は、前扉１２０を開いた状態の図であり、右側がダクト３００と逆流防止弁２００とを備えた前扉１２０を、左側がサーバ４００を搭載した筐体本体１１０を示している。サーバ４００が未搭載の部分はブランクパネル５００を取り付けている。
【００２９】
（実施例２）
実施例１は、逆流防止弁を取り付けたサーバラックの例を示したが、実施例２では、このサーバラックの逆流防止弁に角度センサを取付けて、データセンターの空調制御を行なう方法を説明する。
【００３０】
本発明の空調制御は、サーバラック毎の排熱量を逆流防止弁の角度センサに基づいて算出し、サーバラック全体の排熱量に見合った出力に空調機を制御すると共に、グリルの開口量を制御して各サーバラックにサーバラックの排熱量に応じた冷気を供給するものである。
【００３１】
まず、角度センサ６３０を備えた逆流防止弁６００を図７により説明する。角度センサ６３０は逆流防止弁６００の開き角度を計測し、計測した角度を基にサーバの吸気量を求めるためのものである。逆流防止弁６００は実施例１と異なり、逆流防止弁６００自体がビーム６２１を備えたユニットとなっており、図７（ａ）の左の図に示すように平板部６１０とビーム支持部６２０、および角度センサ６３０とを含んで構成される。平板部６１０の上部はビーム６２１を通す湾曲部６１１に連なり、ビーム６２１を介してビーム支持部６２０に支持される。角度センサ６３０は、図７（ａ）の左右の図（なお、右図は左図のＡ−Ａ’断面を示した図である）に示されるように、下方の端部を平板部６１０に係止して平板部６１０に添い、押さえ部材６２２を経て上方に伸びるように配置している。角度センサ６３０の上方の端部は図示しない支持部材に固定されている。
【００３２】
角度センサ６３０は、歪ゲージ６３１と牽引帯６３２とを含んで構成される。歪ゲージ６３１は薄いプラスチック上に形成され、牽引帯６３２と連結している。牽引帯６３２も薄いプラスチックで形成され、帯状を成している。開き角度のセンシングは、図７（ｂ）に示すように逆流防止弁６００が閉じている状態（左図）から冷気に押されて角度θに開いている状態（右図）になったとき、牽引帯６３２は歪ゲージ６３１を引っ張る方向に作用し、歪ゲージ６３１の電気抵抗の変化を測定することで開き角度θを求めることができる。
【００３３】
次に、逆流防止弁６００をサーバラックの前扉１２０に取り付けた例を図８に示す。全ての逆流防止弁６００の角度センサ６３０は角度計測回路７００と接続し、角度計測回路７００は後述する空調制御装置の入出力制御部に接続している。角度センサ６３０と角度計測回路７００と接続する配線の状態を示すために、図８では逆流防止弁６００を小さく描いているが、正面から見たとき配線は逆流防止弁６００に隠れて見えない。
【００３４】
次に、角度センサ６３０から逆流防止弁６００の開き角度のデータを取得し、空調機やグリルを制御する空調制御装置８００の構成例を、図９を用いて説明する。空調制御装置８００は、全体の制御を行なう主制御部８１０、逆流防止弁の開き角度データ等のデータ取得やグリル等に制御情報を送出する入力制御部８２０、空調制御プログラム８４０の実行を行なう主メモリ８３０、サーバラック毎の排熱量を記憶するラック排熱量記憶部８５０、およびグリルの開口量を制御するルーバーの角度を記憶するグリルルーバー角度記憶部８６０を含んで構成する。
【００３５】
空調制御プログラム８４０は、さらにサーバ吸気量取得部８４１、ラック排熱量算出部８４２、空調機制御部８４３およびグリル制御部８４４を含んで構成する。これらの個々の機能概要について次に説明する。
【００３６】
サーバ吸気量取得部８４１は、入出力制御部８２０を介して全ての逆流防止弁６００に設置した角度センサ６３０の角度データを角度計測回路７００から取得する（図８参照）。取得した角度データを吸気量に換算し、サーバ毎の吸気量を求める（開き角度に対する冷気流量を予め求めておき、逆流防止弁の間口面積と１サーバ当たりの逆流防止弁数とから、１サーバの吸気量を求めることができる）。
【００３７】
ラック排熱量算出部８４２は、サーバ毎の吸気温度と排気温度のデータを取得する。サーバの吸気温度はサーバが温度センサを備え、ファンの回転数の制御を行なっているのでそのデータを入出力制御部８２０を介して取得する。また、サーバの排気温度は前述したファイバを用いて後方散乱光を観測する方法で排気温度を求める。即ち、各サーバラックの背面にファイバを敷設し、このファイバに光パルスを伝播させて生じる後方散乱光を時系列的に観測して各サーバの排気温度を求める。排気温度のデータも入出力制御部８２０を介して取得する。このようにして得られた吸気温度と排気温度、および吸気量とに基づいてサーバ毎の排熱量を求める。さらに、サーバラックに搭載しているサーバの排熱量を集計してサーバラック毎の排熱量を求める。
【００３８】
空調機制御部８４３は、ラック排熱量算出部８４２で算出したサーバラック毎の排熱量を集計してサーバラック全体の全排熱量を算出する。空調機に対しこの全排熱量を含む情報を入出力制御８２０を介して送出する。
【００３９】
グリル制御部８４４は、空調機制御部８４３で求めたサーバラック全体の全排熱量に対するサーバラック毎の排熱量比率を算出する。この排熱量比率に基づいてサーバラックに対応するグリルの開口量を制御するルーバーの角度を求め、この角度情報を入出力制御８２０を介してグリルに送出する。
【００４０】
なお、空調機およびグリルは、例えばＢＡＣｎｅｔ（Building Automation and Control Networking protocol ）に対応しており、空調制御装置８００はＢＡＣｎｅｔを介して空調機とグリルに制御情報を送出するものとする。
【００４１】
次に、ラック排熱量記憶部８５０とグリルルーバー角度記憶部８６０のデータ例について説明する。図１０（ａ）は、ラック排熱量記憶部８５０のデータ例を示し、ラック排熱量記憶部８５０は「ラックＮｏ．」、「サーバＮｏ．」、「サーバ排熱量」、「サーバ吸気量」、「サーバ吸気温度」、および「サーバ排気温度」の各フィールドを含んで構成される。「ラックＮｏ．」はサーバラック１００を識別するための番号（符号）であり、「サーバＮｏ．」はそのサーバラック１００に搭載されるサーバ４００を識別する番号である。例えば、“Ｒ０１”のサーバラック１００は、“Ｓ０１０１”、“Ｓ０１０２”・・・のサーバ４００を搭載する。「サーバ排熱量」は、「サーバ吸気量」と「サーバ吸気温度」、「サーバ排気温度」の値に基づいて計算される（計算方法は後述する）。「サーバ吸気量」は、入出力制御部８２０を介して取得した逆流防止弁６００の角度センサ６３０の角度データを吸気量に変換した値である。１台のサーバ４００は複数の逆流防止弁６００を備えるので、それらの角度から求まる吸気量の合計値である。「サーバ吸気温度」および「サーバ排気温度」も前述した方法で入出力制御部８２０を介して取得したデータである。
【００４２】
図１０（ｂ）は、グリルルーバー角度記憶部８６０のデータ例を示し、グリルルーバー角度記憶部８６０は「グリルNo.」、「ラックNo.」、「ルーバー角度」、「ラック排熱量」、および「ラック排熱量比率」の各フィールドを含んで構成される。
【００４３】
「グリルNo.」はグリル３２を識別するための番号であり、「ラックＮｏ．」に対応している。グリル３２とサーバラック１００の対応例を図１１を用いて説明する。図１１において、データセンターに配置されたサーバラック１００は５台のサーバラック１００で１列のラック列を形成し、ここでは２列のラック列を示している。ラック列の前面が向かい合うエリアがコールドアイル２１で、背面のエリアはホットアイル２２である。なお、前述したように、コールドアイル２１とホットアイル２２の間はキャッピング２３で仕切られている。コールドアイル２１にはグリル３２が配置されるが、図に示すようにサーバラック１００に対応している。例えば、“Ｒ０１”のサーバラック１００には“Ｇ０１”のグリル３２が対応し、“Ｒ０２”のサーバラック１００には“Ｇ０２”のグリル３２が対応する。各グリル３２は、開口量を変える角度制御可能なルーバを備え、空調機制御装置８００により制御される。グリル３２の開口量を変えることとは、グリル３２から吹き出す風量を変えることでもある。
【００４４】
図１０（ｂ）に戻って、「ルーバー角度」には制御するグリル３２のルーバー角度のデータを格納し、このデータの値は「ラック排熱量比率」の値によって定まる。即ち、各グリル３２が分担する風量は、空調機から送出される全風量をラック排熱量比率で案分した風量とする。このようにすることで、高い排熱量のサーバラック１００に対しては多くの風量を供給することができる。制御する角度は、最も排熱量比率の大きな値に対してルーバの角度を９０°とし、他の排熱量比率はこれに比例した角度とすればよい（ルーバ角度０°がグリルの開口率０％であり、９０°が１００％としている）。
【００４５】
「ラック排熱量」は、ラック排熱量記憶部８５０で求めたサーバラック１００が搭載する各サーバ４００の排熱量を合計した値が格納される。また、「ラック排熱量比率」は、サーバラック１００の全排熱量に対する個々のサーバラック１００の排熱量の比率である。
【００４６】
次に空調制御装置８００の処理フロー例を図１２を用いて説明する。
【００４７】
図１２において、まず空調制御装置８００は全ての逆流防止弁６００の角度センサ６３０から開き角度のデータを入出力制御部８２０を介して取得する。逆流防止弁６００の吸気量に対する開き角度は、逆流防止弁６００の大きさや重量によって異なるため、予め開き角度と吸気量の関係を求めておくものとする。それに基づいて、取得した角度データから吸気量を換算する。１台のサーバ４００には複数の逆流防止弁６００を有しているので、サーバ４００の吸気量はそれら逆流防止弁６００の角度センサ６００から得られた吸気量を合計することになる（Ｓ１）。
【００４８】
続いて空調制御装置８００は、各サーバ４００が内蔵する温度センサから吸気温度のデータを取得する。また、サーバラック１００背面に敷設したファイバから各サーバ４００の排気温度データを取得する（Ｓ２、Ｓ３）。
【００４９】
Ｓ１で求めた吸気量と、Ｓ２とＳ３で求めた吸気温度と排気温度とに基づいてサーバ４００の排熱量を算出する。サーバ１台当たりの排熱量Ｐ［Ｗ］は、空気の熱容量Ｃ［Ｊ／ｍ３・℃］に吸気量Ｑ［ｍ３／ｓ］と、吸／排気の温度差ΔＴ［℃］を乗じればよい。即ち、次式で求まる。
【００５０】
Ｐ＝Ｃ×Ｑ×ΔＴ
次いで、サーバラック１００に搭載しているサーバ４００の排熱量を合計してサーバラック１００毎の排熱量を求める。なお、空気の熱容量Ｃは空気密度×空気比熱で、空気密度は１，２０５［ｋｇ／ｍ３］（ａｔ２０℃）、空気比熱は１，００６［Ｊ／ｋｇ・℃］（ａｔ３０℃）である（Ｓ４、Ｓ５）。
【００５１】
さらに、サーバラック毎の排熱量の合計（全排熱量）を求める。空調機は最低限この全排熱量を回収する出力で運転すればよいことになる。サーバラック１００からの排熱量以外の排熱量（例えばデータセンターの照明）を考慮してデータセンターの総排熱量をＰｔｏｔａｌとすれば、空調機の送風量Ａａｉｒは次式で求まる。
【００５２】
Ｑａｉｒ＝Ｐｔｏｔａｌ／（Ｃ×（Ｔ２−Ｔ１））
ここで、Ｔ１は空調機の設定温度、Ｔ２は空調機の回収空気温度である。空調制御装置８００はこのＰｔｏｔａｌの情報を制御情報として空調機に送信する。制御情報を受信した空調機は、制御情報で指定された総排熱量を基に上記の送風量で運転することになる（Ｓ６）。
【００５３】
続いて、全排熱量に対するサーバラック１００毎の排熱量比率を求め、サーバラック１００に対応するグリル３２のルーバー角度を排熱量比率に基づいて算出する。この角度の情報を制御情報としてグリル３２に送信する。制御情報を受信したグリル３２は、制御情報で指定された角度でルーバー角度を制御することになる（Ｓ７、Ｓ８）。
【００５４】
これまで説明した角度センサ６３０は歪ゲージを用いたものであったが、角度センサとしてローターエンコーダを用いてもよい。
【００５５】
上記したように、逆流防止弁に開き角度を検知する角度センサを設け、開き角度を計測することは、サーバ毎の吸気量を求めることにある。また、サーバ内とサーバ背面に温度センサを設けて吸気と排気の温度を計測することは、この計測温度と先に求めたサーバの吸気量とに基づいてサーバ毎の排熱量を求めることにある。サーバ毎の排熱量が求まれば、それらを合計してサーバラック毎の排熱量を求め、サーバラック毎の排熱量に比例した冷気をルーバ角度の制御により供給できる。このようにすることで、ＯＦＦサーバからの暖気の逆流を防止しながら、それぞれのサーバラックの排熱量の大きさに見合った冷気の供給ができ、冷却効率を高めた空調制御方法の提供ができる。
【００５６】
以上、本発明のラックキャビネットとこのラックキャビネットを用いた空調制御方法の実施例を説明したが、これらは上記した内容に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得るものである。
【符号の説明】
【００５７】
１０ データセンター
２０ 機器設置空間
２１ コールドアイル
２２ ホットアイル
２３ キャッピング
３０ 床下空間
３１ グリル
３２ グリル
４０ 排気空間
４１ 排気グリル
５０ サーバラック
５１ ラック列
６０ サーバ
１００ サーバラック
１１０ 筐体本体
１２０ 前扉
１３０ ヒンジ
２００ 逆流防止弁
２０１ 平板部
２０２ 湾曲部
２０３ ビーム
２１０ ストッパー
３００ ダクト
３０１ ダクト接続部材
４００ サーバ
５００ ブランクパネル
６００ 逆流防止弁
６１０ 平板部
６１１ 湾曲部
６２０ ビーム支持部
６２１ ビーム
６２２ 押さえ部材
６３０ 角度センサ
６３１ 歪ゲージ
６３２ 牽引帯
７００ 角計測回路
８００ 空調制御装置
８１０ 主制御部
８２０ 入出力制御部
８３０ 主メモリ
８４０ 空調制御プログラム
８４１ サーバ吸気量取得部
８４２ ラック排熱量算出部
８４３ 空調機制御部
８４４ グリル制御部
８５０ ラック排熱量記憶部
８６０ グリルルーバー角度記憶部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器を搭載するラックキャビネットの構造と、ラックキャビネットを用いた空調制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
データセンター等において消費される電力の内、空調システムで消費される電力は３割を占めると言われており、空調の効率化を図ることが求められている。空調の効率化を図る方法として、例えばデータセンターの建屋を、電子機器搭載のラックを設置した機器設置空間と、空調機から冷気が送出される床下空間とに区画し、さらに機器設置空間を複数のラックで構成するラック列で区画してコールドアイルとホットアイルとを形成することが知られている。
【０００３】
コールドアイルは床下空間と機器設置空間とを連通するグリルを介して床下空間からラック列前面に冷気を吹き出すエリアであり、ホットアイルはラック列によって取り込まれた冷気が電子機器の発熱で暖められ、暖気となってラック列背面から排気されるエリアである。排気される暖気は機器設置空間の上部に配置した排気グリルを経て空調機にリターンするようになっている。即ち、空調機から送出された冷気は床下空間に送出され、グリルを介して機器設置空間のコールドアイルに吹き出し、ラック前面から吸気されてラック内の電子機器を冷却し、暖気となってラック背面からホットアイルに排気され、排気グリルを介して空調機に戻る循環を形成している。
【０００４】
近時では、さらに冷却効率を上げるため、ホットアイルからコールドアイルへ暖気が流れ込むことを防止するためにラック列の上部と天井との間にアイルを隔てるキャッピングを設け、コールドアイルとホットアイルとを確実に分断することが行なわれている。キャッピングを設けることで、冷気と暖気の流れる通路が明確に区分されることになり、それらの混合による熱損失を減少させるものである。
【０００５】
冷却効率を高める関連技術として、複数の電子機器を段状に搭載するラックの前面に羽根の角度を変えられるルーバーを設け、電子機器が排気する温度を計測してルーバーの角度を調整し、冷気の電子機器への流入量を変更することが知られている。この方法を用いることで、ラック内の電子機器の発熱量の違いに応じて適切な冷気流入量とすることができので、無駄な冷却を抑制し冷却効率を高めることができるとするものである。
【０００６】
また、光ファイバをラック内に敷設し、ファイバ内に所定の波長の光パルスを伝播させ、光パルスの伝播に伴って生じる後方散乱光（ラマン散乱光）を時系列的に観測し、後方錯乱光の経時的変化から、光パルス能力伝播方法に沿った温度分布を求めることが知られている。この方法を用いて、ラック内に搭載した電子機器の排気温度を知ることができ、この排気温度を用いて冷却の最適化を図るものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−５０２２０号公報
【特許文献２】特開２００９−２６５０７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記したように、データセンター等においては冷却効率を高めることが求められ、種々の提案がなされている。しかしながら、近年ではサーバの仮想化やクラウド化の技術が進み、複数のシステムを複数のサーバで構成するようになってきた。さらに、それらのサーバも時間帯におけるユーザアクセスの多寡に応じてシステム構成を変えて運用することも行なわれるようになってきている。例えば、昼間のユーザアクセスの多い時間帯ではシステムを運用する全てのサーバを稼動させてユーザビリティを確保し、深夜のアクセス数が減少する時間帯ではシステムの再構成を行いサーバ台数を減らして運用するものである。サーバ台数を減らすことで、サーバおよび空調機の消費電力削減を図ることができる。このため、従来ではサーバの常時稼動が一般的であったが、近年ではサーバのＯＮ／ＯＦＦが頻繁に起こるようになった。
【０００９】
ラック内には複数のサーバを搭載しているが、ラック内でサーバのＯＮ／ＯＦＦが行なわれると冷却効率の観点から問題が生じることになる。ラック内の全てのサーバがＯＮの状態にある場合は各サーバが内蔵するファンによりサーバ前面から冷気を吸気し、サーバの中を通って背面から暖気を排気するが、ラック内にＯＦＦのサーバ（ＯＦＦサーバということにする）が発生した場合、そのＯＦＦサーバの近傍のＯＮのサーバ（ＯＮサーバと言うことにする）の内蔵ファンの影響でＯＦＦサーバの前面は引圧となり、ＯＦＦサーバの背面からＯＮサーバが排気した暖気を吸込み、ＯＦＦサーバ内を通ってサーバ前面に吹き出す現象が生ずる。即ち、ＯＦＦサーバ内では通常とは逆に暖気が背面から前面へと流れることになる。ＯＦＦサーバの前面はコールドアイルであるので、ここに暖気が吹き出して冷気と混合し、熱損失が起こる。
【００１０】
このような状態でＯＮサーバは、ＯＦＦサーバの前面から吹き出した暖気を吸気することになり、これを検知したＯＮサーバは内蔵ファンの回転数を上昇させて冷却しようとする。すると、ＯＦＦサーバの前面はより引圧になるためＯＦＦサーバ内を流れる暖気が増大し、悪循環となる。
【００１１】
また、サーバのＯＮ／ＯＦＦがなされた場合でも、空調機はサーバがフルに稼動している状態に合わせた風量や温度で運転しているので、負荷が変動して軽くなった場合に無駄なエネルギーが使われていることになり、ここにも問題がある。
【００１２】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、ラック内にＯＦＦサーバがあっても暖気の逆流を防止して冷却効率を高めるラックキャビネット、およびそのラックキャビネットを用いてデータセンター等の機器収容ルーム全体の冷却効率を高めた空調制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
発明の一観点によれば、本発明のラックキャビネットは、複数の電子機器を搭載し、少なくとも外部から冷気の吸い込みが可能な前面を有する筐体と、電子機器の搭載位置に対して筐体の前面の側に配置され、前面から電子機器に向かう第１の方向に吸気された冷気に押されて開放し、第１の方向とは逆の第２の方向に対して閉鎖する逆流防止弁と、を備えるラックキャビネットが提供される。
【００１４】
発明の他の一観点によれば、本発明の空調制御方法は、ラックキャビネットが搭載する電子機器の前面に配置され、電子機器が内蔵するファンの吸気量に応じて開閉する逆流防止弁の開き角度を計測し、開き角度から電子機器毎の吸気量を求める電子機器吸気量取得手順と、電子機器の吸気温度と排気温度とを計測し、吸気温度と排気温度と吸気量とに基づいて排熱量を電子機器毎に求め、ラックキャビネットに搭載している電子機器の排熱量を集計してラックキャビネット毎の排熱量を求めるラック排熱量算出手順と、ラックキャビネット毎に算出した排熱量を集計して全排熱量を算出し、算出した全排熱量に基づいて空調機の出力を制御する空調機制御手順と、を有する空調制御方法が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
ラックキャビネットに搭載された電子機器の前面に逆流防止弁を設け、停止している電子機器がある場合に電子機器内を逆流する暖気を遮断でき、暖気が冷気に混ざることがない冷却効率の高いラックキャビネットを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一般的なデータセンターの空調例を示す図である。
【図２】ＯＦＦサーバの暖気還流例を示す図である。
【図３】本発明のサーバラックの構造例を示す図である。
【図４】本発明の逆流防止弁とダクトの構造例を示す図である。
【図５】逆流防止弁の構造例を示す図である。
【図６】逆流防止弁の設置例を示す図である。
【図７】歪ゲージによる逆流防止弁の開き角度センシング例を示す図である。
【図８】角度センサ付き逆流防止弁を備えたサーバラック例を示す図である。
【図９】空調制御装置の構成例を示す図である。
【図１０】記憶部のデータ例を示す図である。
【図１１】サーバラックとグリルの対応例を示す図である。
【図１２】空調制御装置の制御フロー例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施例の説明の前に、前述したデータセンター等における空調の一般的な方法を説明する。図１は、データセンター等に配置したサーバラックに対する冷気と暖気の流れを示した図である。データセンター１０の建屋は、サーバラック５０を配置する機器設置空間２０と空調機（不図示）から冷気が送り込まれる床下空間３０、およびサーバラック５０が排気する暖気を吸込み、空調機に還流する排気空間４０の３つの空間に区画されている。床下空間３０と機器設置空間２０との間はグリル３１で連通し、機器設置空間２０と排気空間４０との間は排気グリル４１で連通している。このため、床下空間３０の冷気は機器設置空間２０に流れ込み、機器設置空間２０の空気は排気空間４０に流れ込む。
【００１８】
１台のサーバラック５０は複数台のサーバを搭載するが、それぞれのサーバは内部にファンを備え、前面から冷気を吸気して背面から暖気を排気する。これらのサーバラック５０は複数台を連結してラック列５１を構成し、機器設置空間２０においては数列のラック列５１が配置される。このとき、例えば２列のラック列を配置する場合は、図１に示すように２列のラック列５１の前面同士が向かい合うように配置する。このように配置することで、床下空間３０からの冷気はグリル３１を通ってラック列５１の前面のエリアに吹き出すので、それぞれのラック列５１はこれらの冷気を前面から吸気することができる。吸気された冷気はラック列５１内部を通り、そこで熱交換が行なわれて暖気となって背面から排気され、さらに排気グリル４１を通って排気空間４０に吸い込まれることになる（図１の白抜きの矢印は冷気の流れを示し、黒の矢印は暖気の流れを示している）。
【００１９】
ラック列５１の上部の空間で冷気と暖気が混じり合うことによる混合損失を防止するため、ラック列５１の上面と機器設置空間２０の天井との間を仕切るキャッピング２３を設けることも行なわれている。ラック列５１の前面が向き合うエリアをコールドアイル２１、背面のエリアをホットアイル２２と称している。
【００２０】
次に、前述したＯＦＦサーバの暖気還流について図２を用いて説明する。図２は、サーバラック５０に搭載しているサーバ６０に対する冷気と暖気の流れを示した図で、図１と同様に冷気は白抜きの矢印、暖気は黒の矢印で示している。また、図に示すサーバラック５０の右側が前面でコールドアイル２１に面しており、サーバラック５０の左側が背面でホットアイル２２に面している。サーバラック５０はサーバ１〜サーバ５まで５台のサーバを搭載しており、サーバ１、２、４、５は稼動状態にある（即ち、ＯＮサーバ）が、サーバ３はＯＦＦの状態（即ち、ＯＦＦサーバ）にある。このような状態で、ＯＮサーバは冷気を前面から吸気し、暖気を背面に排気している。ＯＦＦサーバであるサーバ３の内蔵するファンは停止しており、冷気を吸気することを行なっていない。サーバ３の上下に位置するサーバ２とサーバ４が前面からの冷気の吸込みに伴ってサーバ３の前面は引圧となり、サーバ３は背面から暖気を吸込み前面に暖気を排気する現象が起こる。このため、サーバ３前面から排気された暖気の一部は冷気と共にサーバ２、およびサーバ４に吸い込まれ、サーバ２とサーバ４が吸い込んだ冷気の温度が上昇することになる。サーバは吸気の温度を検出してファンの回転数を変える機構を備えているため、サーバ２とサーバ４はファンの回転数を上げて吸気量をより増大させようとする。これに伴ってサーバ３からの暖気をより多く吸込むことになり、悪循環となる。
【００２１】
次に、本発明の実施例を説明する。実施例では「サーバラック」内に「サーバ」を搭載する例で説明するが、これらはそれぞれ前述した「ラックキャビネット」および「電子機器」に相当する。
【００２２】
（実施例１）
実施例１は、サーバの前面に逆流防止弁を設け、ＯＦＦとなったサーバの前面から暖気が排気されること（即ち、暖気の還流）を抑制するものである。図３は、図２と同様にサーバラック１００内の冷気と暖気の流れを示した図で、冷気は白抜きの矢印、暖気は黒の矢印で示している。サーバラック１００は、図２と同様にサーバ１〜サーバ５まで５台のサーバを搭載し、サーバ１、２、４、５はＯＮサーバで、サーバ３はＯＦＦサーバである。なお、サーバ１〜３の高さは２Ｕ（ユニット）であり、サーバ４、５は１Ｕで、サーバラック１００は更に２ユニット分のサーバを搭載可能であるが、ここでは未搭載（ブランク）である。
【００２３】
サーバラック１００の前面（図３の右側）には逆流防止弁２００を備えている。逆流防止弁２００は左方には開くが右方には開かない構造になっている（詳細は後述する）。また、その逆流防止弁２００とサーバ４００との間はダクト３００で連結している。さらに、ダクト３００と接続するサーバ４００の前面は隙間が生じないようにダクト接続部材３０１をユニットの大きさに合わせて備えている。なお、ここでサーバラックの前面とは、サーバラックに搭載される電子機器の前面に対応する面で、電子機器は内蔵するファンで電子機器の前面から冷気を吸気し背面に排気するので、サーバラックも前面から冷気を吸気し背面に排気することになる。
【００２４】
逆流防止弁２００は、サーバ４００が内蔵するファンによってサーバラック１００外の冷気が逆流防止弁２００を押し開き（左方に開くことになる）、ダクト３００を介してサーバ４００内に冷気が流れ込むようになっている。図３のＯＮサーバの逆流防止弁２００は開いた状態を示している。これに対し、ＯＦＦサーバであるサーバ３の前面の逆流防止弁２００は閉じている。サーバ３の前面にはサーバ２とサーバ４の冷気吸込みに伴う引圧が働き、サーバ３の内部を介して前面に向かう暖気を吸い込もうとするが、逆流防止弁２００は右方向に開かないため閉じた状態となり、サーバ３の背面から暖気を吸い込むことはない。従って、暖気がサーバ３から吹き出すことがないので、従来見られたサーバ２とサーバ４が暖気を吸い込んで冷却効率が下がることはなくなる。
【００２５】
次に、逆流防止弁２００とダクト３００の構造例について図４を用いて説明する。図４（ａ）の左方の図は１Ｕのサイズのサーバ４００の外観を示し、サーバ４００の前面はダクト３００と接続するダクト接続部材３０１を取り付けた状態を示している。図４（ａ）の右方の図は、ダクト３００とそのダクト３００に取り付けた逆流防止弁２００を示している。図に示されるように、逆流防止弁２００はダクト３００前方の開口する側に２段に渡って複数個を取り付けている。図４（ａ）では隠れているが、２段の逆流防止弁２００の配置に対応して、ダクト３００の内部を上下２段に区画する水平な仕切り板を設けている。その仕切り板とダクト３００の下部の板の前面に、逆流防止弁２００が右方に開かないように図４（ａ）に示すストッパー２１０を設けている。
【００２６】
逆流防止弁２００の形状は図５に示され、平板部２０１と湾曲部２０２とからなる形状をしている。湾曲部２０２には、ダクト３００の長手方向に張り渡したビーム２０３が通るようにしている。ビーム２０３に取り付けた逆流防止弁２００は、ビーム２０３に吊るされた状態となり、ビーム２０３を軸として回転自由である。逆流防止弁２００は冷気に押されて回転して開くものであるため、軽量であることが必要である。このため、０．１〜０．５ｍｍ厚のプラスチックやアルミニュウムを用いている。
【００２７】
図４に戻って、サーバ４００に逆流防止弁２００を取り付けた状態を図４（ｂ）と（ｃ）に示す。図４（ｂ）は、サーバ４００がＯＮサーバであるときの例を示し、サーバ４００が内蔵するファンによって冷気が吸気され、逆流防止弁２００はこの冷気に押されてダクト３００の内側に開いている状態を示している。これに対し、図４（ｃ）はサーバ４００がＯＦＦサーバであるときの例を示し、前述したように逆流防止弁２００が閉じた状態にある。
【００２８】
次に、逆流防止弁２００を備えたサーバラック１００の外観を図６に示す。サーバラック１００は前扉１２０を有し、逆流防止弁２００を備えたダクト３００はこの前扉１２０に取り付けられている。前扉１２０は筐体本体１１０とヒンジ１３０を介して連結しており、開くことができる。図６（ａ）は前扉１２０を閉じた状態を正面から見た図で示している。前扉１２０の中央部分は逆流防止弁２００である。図６（ｂ）は、前扉１２０を開いた状態の図であり、右側がダクト３００と逆流防止弁２００とを備えた前扉１２０を、左側がサーバ４００を搭載した筐体本体１１０を示している。サーバ４００が未搭載の部分はブランクパネル５００を取り付けている。
【００２９】
（実施例２）
実施例１は、逆流防止弁を取り付けたサーバラックの例を示したが、実施例２では、このサーバラックの逆流防止弁に角度センサを取付けて、データセンターの空調制御を行なう方法を説明する。
【００３０】
本発明の空調制御は、サーバラック毎の排熱量を逆流防止弁の角度センサに基づいて算出し、サーバラック全体の排熱量に見合った出力に空調機を制御すると共に、グリルの開口量を制御して各サーバラックにサーバラックの排熱量に応じた冷気を供給するものである。
【００３１】
まず、角度センサ６３０を備えた逆流防止弁６００を図７により説明する。角度センサ６３０は逆流防止弁６００の開き角度を計測し、計測した角度を基にサーバの吸気量を求めるためのものである。逆流防止弁６００は実施例１と異なり、逆流防止弁６００自体がビーム６２１を備えたユニットとなっており、図７（ａ）の左の図に示すように平板部６１０とビーム支持部６２０、および角度センサ６３０とを含んで構成される。平板部６１０の上部はビーム６２１を通す湾曲部６１１に連なり、ビーム６２１を介してビーム支持部６２０に支持される。角度センサ６３０は、図７（ａ）の左右の図（なお、右図は左図のＡ−Ａ’断面を示した図である）に示されるように、下方の端部を平板部６１０に係止して平板部６１０に添い、押さえ部材６２２を経て上方に伸びるように配置している。角度センサ６３０の上方の端部は図示しない支持部材に固定されている。
【００３２】
角度センサ６３０は、歪ゲージ６３１と牽引帯６３２とを含んで構成される。歪ゲージ６３１は薄いプラスチック上に形成され、牽引帯６３２と連結している。牽引帯６３２も薄いプラスチックで形成され、帯状を成している。開き角度のセンシングは、図７（ｂ）に示すように逆流防止弁６００が閉じている状態（左図）から冷気に押されて角度θに開いている状態（右図）になったとき、牽引帯６３２は歪ゲージ６３１を引っ張る方向に作用し、歪ゲージ６３１の電気抵抗の変化を測定することで開き角度θを求めることができる。
【００３３】
次に、逆流防止弁６００をサーバラックの前扉１２０に取り付けた例を図８に示す。全ての逆流防止弁６００の角度センサ６３０は角度計測回路７００と接続し、角度計測回路７００は後述する空調制御装置の入出力制御部に接続している。角度センサ６３０と角度計測回路７００と接続する配線の状態を示すために、図８では逆流防止弁６００を小さく描いているが、正面から見たとき配線は逆流防止弁６００に隠れて見えない。
【００３４】
次に、角度センサ６３０から逆流防止弁６００の開き角度のデータを取得し、空調機やグリルを制御する空調制御装置８００の構成例を、図９を用いて説明する。空調制御装置８００は、全体の制御を行なう主制御部８１０、逆流防止弁の開き角度データ等のデータ取得やグリル等に制御情報を送出する入力制御部８２０、空調制御プログラム８４０の実行を行なう主メモリ８３０、サーバラック毎の排熱量を記憶するラック排熱量記憶部８５０、およびグリルの開口量を制御するルーバーの角度を記憶するグリルルーバー角度記憶部８６０を含んで構成する。
【００３５】
空調制御プログラム８４０は、さらにサーバ吸気量取得部８４１、ラック排熱量算出部８４２、空調機制御部８４３およびグリル制御部８４４を含んで構成する。これらの個々の機能概要について次に説明する。
【００３６】
サーバ吸気量取得部８４１は、入出力制御部８２０を介して全ての逆流防止弁６００に設置した角度センサ６３０の角度データを角度計測回路７００から取得する（図８参照）。取得した角度データを吸気量に換算し、サーバ毎の吸気量を求める（開き角度に対する冷気流量を予め求めておき、逆流防止弁の間口面積と１サーバ当たりの逆流防止弁数とから、１サーバの吸気量を求めることができる）。
【００３７】
ラック排熱量算出部８４２は、サーバ毎の吸気温度と排気温度のデータを取得する。サーバの吸気温度はサーバが温度センサを備え、ファンの回転数の制御を行なっているのでそのデータを入出力制御部８２０を介して取得する。また、サーバの排気温度は前述したファイバを用いて後方散乱光を観測する方法で排気温度を求める。即ち、各サーバラックの背面にファイバを敷設し、このファイバに光パルスを伝播させて生じる後方散乱光を時系列的に観測して各サーバの排気温度を求める。排気温度のデータも入出力制御部８２０を介して取得する。このようにして得られた吸気温度と排気温度、および吸気量とに基づいてサーバ毎の排熱量を求める。さらに、サーバラックに搭載しているサーバの排熱量を集計してサーバラック毎の排熱量を求める。
【００３８】
空調機制御部８４３は、ラック排熱量算出部８４２で算出したサーバラック毎の排熱量を集計してサーバラック全体の全排熱量を算出する。空調機に対しこの全排熱量を含む情報を入出力制御８２０を介して送出する。
【００３９】
グリル制御部８４４は、空調機制御部８４３で求めたサーバラック全体の全排熱量に対するサーバラック毎の排熱量比率を算出する。この排熱量比率に基づいてサーバラックに対応するグリルの開口量を制御するルーバーの角度を求め、この角度情報を入出力制御８２０を介してグリルに送出する。
【００４０】
なお、空調機およびグリルは、例えばＢＡＣｎｅｔ（Building Automation and Control Networking protocol ）に対応しており、空調制御装置８００はＢＡＣｎｅｔを介して空調機とグリルに制御情報を送出するものとする。
【００４１】
次に、ラック排熱量記憶部８５０とグリルルーバー角度記憶部８６０のデータ例について説明する。図１０（ａ）は、ラック排熱量記憶部８５０のデータ例を示し、ラック排熱量記憶部８５０は「ラックＮｏ．」、「サーバＮｏ．」、「サーバ排熱量」、「サーバ吸気量」、「サーバ吸気温度」、および「サーバ排気温度」の各フィールドを含んで構成される。「ラックＮｏ．」はサーバラック１００を識別するための番号（符号）であり、「サーバＮｏ．」はそのサーバラック１００に搭載されるサーバ４００を識別する番号である。例えば、“Ｒ０１”のサーバラック１００は、“Ｓ０１０１”、“Ｓ０１０２”・・・のサーバ４００を搭載する。「サーバ排熱量」は、「サーバ吸気量」と「サーバ吸気温度」、「サーバ排気温度」の値に基づいて計算される（計算方法は後述する）。「サーバ吸気量」は、入出力制御部８２０を介して取得した逆流防止弁６００の角度センサ６３０の角度データを吸気量に変換した値である。１台のサーバ４００は複数の逆流防止弁６００を備えるので、それらの角度から求まる吸気量の合計値である。「サーバ吸気温度」および「サーバ排気温度」も前述した方法で入出力制御部８２０を介して取得したデータである。
【００４２】
図１０（ｂ）は、グリルルーバー角度記憶部８６０のデータ例を示し、グリルルーバー角度記憶部８６０は「グリルNo.」、「ラックNo.」、「ルーバー角度」、「ラック排熱量」、および「ラック排熱量比率」の各フィールドを含んで構成される。
【００４３】
「グリルNo.」はグリル３２を識別するための番号であり、「ラックＮｏ．」に対応している。グリル３２とサーバラック１００の対応例を図１１を用いて説明する。図１１において、データセンターに配置されたサーバラック１００は５台のサーバラック１００で１列のラック列を形成し、ここでは２列のラック列を示している。ラック列の前面が向かい合うエリアがコールドアイル２１で、背面のエリアはホットアイル２２である。なお、前述したように、コールドアイル２１とホットアイル２２の間はキャッピング２３で仕切られている。コールドアイル２１にはグリル３２が配置されるが、図に示すようにサーバラック１００に対応している。例えば、“Ｒ０１”のサーバラック１００には“Ｇ０１”のグリル３２が対応し、“Ｒ０２”のサーバラック１００には“Ｇ０２”のグリル３２が対応する。各グリル３２は、開口量を変える角度制御可能なルーバを備え、空調機制御装置８００により制御される。グリル３２の開口量を変えることとは、グリル３２から吹き出す風量を変えることでもある。
【００４４】
図１０（ｂ）に戻って、「ルーバー角度」には制御するグリル３２のルーバー角度のデータを格納し、このデータの値は「ラック排熱量比率」の値によって定まる。即ち、各グリル３２が分担する風量は、空調機から送出される全風量をラック排熱量比率で案分した風量とする。このようにすることで、高い排熱量のサーバラック１００に対しては多くの風量を供給することができる。制御する角度は、最も排熱量比率の大きな値に対してルーバの角度を９０°とし、他の排熱量比率はこれに比例した角度とすればよい（ルーバ角度０°がグリルの開口率０％であり、９０°が１００％としている）。
【００４５】
「ラック排熱量」は、ラック排熱量記憶部８５０で求めたサーバラック１００が搭載する各サーバ４００の排熱量を合計した値が格納される。また、「ラック排熱量比率」は、サーバラック１００の全排熱量に対する個々のサーバラック１００の排熱量の比率である。
【００４６】
次に空調制御装置８００の処理フロー例を図１２を用いて説明する。
【００４７】
図１２において、まず空調制御装置８００は全ての逆流防止弁６００の角度センサ６３０から開き角度のデータを入出力制御部８２０を介して取得する。逆流防止弁６００の吸気量に対する開き角度は、逆流防止弁６００の大きさや重量によって異なるため、予め開き角度と吸気量の関係を求めておくものとする。それに基づいて、取得した角度データから吸気量を換算する。１台のサーバ４００には複数の逆流防止弁６００を有しているので、サーバ４００の吸気量はそれら逆流防止弁６００の角度センサ６００から得られた吸気量を合計することになる（Ｓ１）。
【００４８】
続いて空調制御装置８００は、各サーバ４００が内蔵する温度センサから吸気温度のデータを取得する。また、サーバラック１００背面に敷設したファイバから各サーバ４００の排気温度データを取得する（Ｓ２、Ｓ３）。
【００４９】
Ｓ１で求めた吸気量と、Ｓ２とＳ３で求めた吸気温度と排気温度とに基づいてサーバ４００の排熱量を算出する。サーバ１台当たりの排熱量Ｐ［Ｗ］は、空気の熱容量Ｃ［Ｊ／ｍ３・℃］に吸気量Ｑ［ｍ３／ｓ］と、吸／排気の温度差ΔＴ［℃］を乗じればよい。即ち、次式で求まる。
【００５０】
Ｐ＝Ｃ×Ｑ×ΔＴ
次いで、サーバラック１００に搭載しているサーバ４００の排熱量を合計してサーバラック１００毎の排熱量を求める。なお、空気の熱容量Ｃは空気密度×空気比熱で、空気密度は１，２０５［ｋｇ／ｍ３］（ａｔ２０℃）、空気比熱は１，００６［Ｊ／ｋｇ・℃］（ａｔ３０℃）である（Ｓ４、Ｓ５）。
【００５１】
さらに、サーバラック毎の排熱量の合計（全排熱量）を求める。空調機は最低限この全排熱量を回収する出力で運転すればよいことになる。サーバラック１００からの排熱量以外の排熱量（例えばデータセンターの照明）を考慮してデータセンターの総排熱量をＰｔｏｔａｌとすれば、空調機の送風量Ａａｉｒは次式で求まる。
【００５２】
Ｑａｉｒ＝Ｐｔｏｔａｌ／（Ｃ×（Ｔ２−Ｔ１））
ここで、Ｔ１は空調機の設定温度、Ｔ２は空調機の回収空気温度である。空調制御装置８００はこのＰｔｏｔａｌの情報を制御情報として空調機に送信する。制御情報を受信した空調機は、制御情報で指定された総排熱量を基に上記の送風量で運転することになる（Ｓ６）。
【００５３】
続いて、全排熱量に対するサーバラック１００毎の排熱量比率を求め、サーバラック１００に対応するグリル３２のルーバー角度を排熱量比率に基づいて算出する。この角度の情報を制御情報としてグリル３２に送信する。制御情報を受信したグリル３２は、制御情報で指定された角度でルーバー角度を制御することになる（Ｓ７、Ｓ８）。
【００５４】
これまで説明した角度センサ６３０は歪ゲージを用いたものであったが、角度センサとしてローターエンコーダを用いてもよい。
【００５５】
上記したように、逆流防止弁に開き角度を検知する角度センサを設け、開き角度を計測することは、サーバ毎の吸気量を求めることにある。また、サーバ内とサーバ背面に温度センサを設けて吸気と排気の温度を計測することは、この計測温度と先に求めたサーバの吸気量とに基づいてサーバ毎の排熱量を求めることにある。サーバ毎の排熱量が求まれば、それらを合計してサーバラック毎の排熱量を求め、サーバラック毎の排熱量に比例した冷気をルーバ角度の制御により供給できる。このようにすることで、ＯＦＦサーバからの暖気の逆流を防止しながら、それぞれのサーバラックの排熱量の大きさに見合った冷気の供給ができ、冷却効率を高めた空調制御方法の提供ができる。
【００５６】
以上、本発明のラックキャビネットとこのラックキャビネットを用いた空調制御方法の実施例を説明したが、これらは上記した内容に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得るものである。
【符号の説明】
【００５７】
１０ データセンター
２０ 機器設置空間
２１ コールドアイル
２２ ホットアイル
２３ キャッピング
３０ 床下空間
３１ グリル
３２ グリル
４０ 排気空間
４１ 排気グリル
５０ サーバラック
５１ ラック列
６０ サーバ
１００ サーバラック
１１０ 筐体本体
１２０ 前扉
１３０ ヒンジ
２００ 逆流防止弁
２０１ 平板部
２０２ 湾曲部
２０３ ビーム
２１０ ストッパー
３００ ダクト
３０１ ダクト接続部材
４００ サーバ
５００ ブランクパネル
６００ 逆流防止弁
６１０ 平板部
６１１ 湾曲部
６２０ ビーム支持部
６２１ ビーム
６２２ 押さえ部材
６３０ 角度センサ
６３１ 歪ゲージ
６３２ 牽引帯
７００ 角計測回路
８００ 空調制御装置
８１０ 主制御部
８２０ 入出力制御部
８３０ 主メモリ
８４０ 空調制御プログラム
８４１ サーバ吸気量取得部
８４２ ラック排熱量算出部
８４３ 空調機制御部
８４４ グリル制御部
８５０ ラック排熱量記憶部
８６０ グリルルーバー角度記憶部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電子機器を搭載し、少なくとも外部から冷気の吸い込みが可能な前面を有する筐体と、
前記電子機器の搭載位置に対して前記筐体の前面の側に配置され、該前面から該電子機器に向かう第１の方向に吸気された冷気に押されて開放し、該第１の方向とは逆の第２の方向に対して閉鎖する逆流防止弁と、
を備えることを特徴とするラックキャビネット。
【請求項２】
前記ラックキャビネットは、さらに、
前記逆流防止弁と前記電子機器との間を接続するダクト
を備えることを特徴とする請求項１に記載のラックキャビネット。
【請求項３】
ラックキャビネットが搭載する電子機器の前面に配置され、該電子機器が内蔵するファンの吸気量に応じて開閉する逆流防止弁の開き角度を計測し、該開き角度から該電子機器毎の吸気量を求める電子機器吸気量取得手順と、
前記電子機器の吸気温度と排気温度を計測し、該吸気温度と該排気温度と前記吸気量とに基づいて排熱量を該電子機器毎に求め、前記ラックキャビネットに搭載している電子機器の排熱量を集計して該ラックキャビネット毎の排熱量を求めるラック排熱量算出手順と、
前記ラックキャビネット毎に算出した排熱量を集計して全排熱量を算出し、算出した該全排熱量に基づいて空調機の出力を制御する空調機制御手順と
を有することを特徴とする空調制御方法。
【請求項４】
前記空調制御法は、さらに
前記ラックキャビネット毎に、前記全排熱量に対する該ラックキャビネットの排熱量の排熱量比率を算出し、算出した該排熱量比率に基づいて該ラックキャビネットに対応して冷気を供給するグリルの開口角度を制御するグリル制御手順と
を有することを特徴とする請求項３に記載の空調制御方法。
【請求項５】
前記電子機器吸気量取得手順における逆流防止弁の開き角度の計測は、該逆流防止弁に設置した歪ゲージ、またはロータリーエンコーダにより計測する
ことを特徴とする請求項３と請求項４のいずれか１項に記載の空調制御方法。
【請求項１】
複数の電子機器を搭載し、少なくとも外部から冷気の吸い込みが可能な前面を有する筐体と、
前記電子機器の搭載位置に対して前記筐体の前面の側に配置され、該前面から該電子機器に向かう第１の方向に吸気された冷気に押されて開放し、該第１の方向とは逆の第２の方向に対して閉鎖する逆流防止弁と、
を備えることを特徴とするラックキャビネット。
【請求項２】
前記ラックキャビネットは、さらに、
前記逆流防止弁と前記電子機器との間を接続するダクト
を備えることを特徴とする請求項１に記載のラックキャビネット。
【請求項３】
ラックキャビネットが搭載する電子機器の前面に配置され、該電子機器が内蔵するファンの吸気量に応じて開閉する逆流防止弁の開き角度を計測し、該開き角度から該電子機器毎の吸気量を求める電子機器吸気量取得手順と、
前記電子機器の吸気温度と排気温度を計測し、該吸気温度と該排気温度と前記吸気量とに基づいて排熱量を該電子機器毎に求め、前記ラックキャビネットに搭載している電子機器の排熱量を集計して該ラックキャビネット毎の排熱量を求めるラック排熱量算出手順と、
前記ラックキャビネット毎に算出した排熱量を集計して全排熱量を算出し、算出した該全排熱量に基づいて空調機の出力を制御する空調機制御手順と
を有することを特徴とする空調制御方法。
【請求項４】
前記空調制御法は、さらに
前記ラックキャビネット毎に、前記全排熱量に対する該ラックキャビネットの排熱量の排熱量比率を算出し、算出した該排熱量比率に基づいて該ラックキャビネットに対応して冷気を供給するグリルの開口角度を制御するグリル制御手順と
を有することを特徴とする請求項３に記載の空調制御方法。
【請求項５】
前記電子機器吸気量取得手順における逆流防止弁の開き角度の計測は、該逆流防止弁に設置した歪ゲージ、またはロータリーエンコーダにより計測する
ことを特徴とする請求項３と請求項４のいずれか１項に記載の空調制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１９０２２２（Ｐ２０１２−１９０２２２Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５２７０８（Ｐ２０１１−５２７０８）
【出願日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]