電子機器冷却装置
【課題】電力供給停止状態において、バックアップ電源から供給される電力を減少した電子機器冷却装置を提供する。
【解決手段】サーバー３を収納したサーバーラック１０に蒸発器２１を配置し、蒸発器２１によりサーバーラック１０内のサーバー３を冷却するサーバーラック冷却装置１００において、ＵＰＳ５０と、商用電源からの電力供給停止状態の発生を検出する制御ユニット８０とを備え、電力供給停止状態時には、ＵＰＳ５０により熱源ユニット３０の電動膨張弁３６を全開し、圧縮機３２を熱搬送ポンプとして駆動することにより、蒸発器２１に冷媒熱搬送する。
【解決手段】サーバー３を収納したサーバーラック１０に蒸発器２１を配置し、蒸発器２１によりサーバーラック１０内のサーバー３を冷却するサーバーラック冷却装置１００において、ＵＰＳ５０と、商用電源からの電力供給停止状態の発生を検出する制御ユニット８０とを備え、電力供給停止状態時には、ＵＰＳ５０により熱源ユニット３０の電動膨張弁３６を全開し、圧縮機３２を熱搬送ポンプとして駆動することにより、蒸発器２１に冷媒熱搬送する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器を冷却する電子機器冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子機器が収容されるキャビネットの空気出口側に空気−水熱交換器を配置し、キャビネットに収容された電子機器に付設したファンで送風される空気を上記空気−水熱交換器で冷却して室内に戻す電子機器冷却装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／０２３２９４５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、この種の電子機器冷却装置では、停電等に起因する電力供給停止状態が発生したときは、バックアップ電源から電子機器冷却装置に電力を供給するようにすることが考えられる。この場合、バックアップ電源から電子機器冷却装置に供給される電力をできるだけ減らし、バックアップ電源から電力の供給を受けた状態の電子機器冷却装置によってできるだけ長くサーバーを冷却し、これにより、電力供給停止状態が解消するまでの間サーバーの冷却を継続して行いたい、とするニーズがある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、電力供給停止状態において、バックアップ電源から供給される電力を減少した電子機器冷却装置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】
【０００４】
上記目的を達成するために、本発明は、電子機器を収納したキャビネットに蒸発器を配置し、この蒸発器から延びた冷媒配管に、商用電源を用いた電動機で駆動する圧縮機、凝縮器を有した熱源ユニットを接続し、前記蒸発器により前記キャビネット内の前記電子機器を冷却する電子機器冷却装置において、前記商用電源とは独立して電力を供給可能なバックアップ電源と、前記商用電源から前記熱源ユニットへの電力供給停止状態の発生を検出する検出手段とを備え、電力供給停止状態時には、前記バックアップ電源により前記熱源ユニットの電動膨張弁を全開し、前記圧縮機を熱搬送ポンプとして駆動することにより、前記蒸発器に冷媒熱搬送することを特徴とする。
この構成によれば、電力供給停止状態が発生した場合、圧縮機が熱搬送ポンプとして機能するように、圧縮機の駆動レベルが下げられる。さらに、電動膨張弁が全開されて、圧縮機を熱搬送ポンプとして駆動することにより、蒸発器に冷媒熱搬送がなされ、電子機器の冷却が行われる。これにより、電力供給停止状態が発生した場合であっても、電子機器の冷却を継続したまま、バックアップ電源から圧縮機を含む電子機器冷却装置に供給される電力を減少することができる。
【０００５】
ここで、上記発明の電子機器冷却装置において、通常運転時は、前記キャビネット内の温度が第１目標温度となるよう前記圧縮機を制御すると共に、電力供給停止状態時には、前記キャビネット内の温度が前記第１目標温度よりも高い第２目標温度となるよう前記圧縮機を制御するようにしてもよい。
ここで、第２目標温度とは、第１目標温度より高く設定された温度であって、キャビネット内の温度が当該第２目標温度である場合に、電子機器に対し確実に悪影響を及ぼさない温度のことである。
そして、上記構成によれば、電子機器に対して悪影響が及ばないような温度にキャビネット内の温度を維持しつつ、圧縮機の駆動レベルを下げ、バックアップ電源から圧縮機を含む電子機器冷却装置へ供給される電力を減少することができる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、電力供給停止状態において、バックアップ電源から供給される電力を減少することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本実施形態に係るサーバーラック冷却装置１００（電子機器冷却装置）を示す図である。
図１に示すサーバールーム２は、冷却対象である電子機器としてのサーバー３（図２）が収納されたサーバーラック１０（キャビネット）が配置される部屋であり、室内冷却用空気調和機１によって冷却される。
この室内冷却用空気調和機１は、室外ユニット（不図示）と、天井空間内に設置された室内ユニット１３０とを備え、この室内ユニット１３０は、室内熱交換機１３１と、室内ファン１３２とを備えている。サーバールーム２を冷却する際、室内冷却用空気調和機１は、室内熱交換機１３１を蒸発器として機能させると共に、室内ファン１３２が発生する負圧により、ダクト１４４を介して天井に設けられた複数（本実施形態では３つ）の吸込口１４２から室内の空気を吸い込み、室内熱交換機１３１を通過させて冷却した後、ダクト１４５を介して床下空間１４６に導く。床下空間１４６に導かれた空気は、床に設けられた吹出口１４７から室内に吹き出し、サーバールーム２を冷却した後、再び、吸込口１４２から吸い込まれる。このようにして、サーバールーム２と室内ユニット１３０間を空気が循環し、サーバールーム２内が冷却される。
【０００８】
図２はサーバーラック１０を示す図である。
サーバーラック１０は、前面及び後面が開口したキャビネット本体１１を備え、このキャビネット本体１１の底には、キャスタ１３が設けられ、サーバーラック１０が容易に移動可能となっている。
【０００９】
キャビネット本体１１内には、複数のサーバー３がその背面をキャビネット本体１１後面に向けて上下に段積み配置される。このサーバー３は、例えば、ブレードサーバー等によって構成され、冷却用のファン４を備えており、サーバー３内の温度が所定温度を超えるとファン４を駆動し、サーバー３内に外気を導入して機器背面から排出する強制空冷機能を備えている。このため、サーバー３の背面をキャビネット本体１１背面に向けて配置することで、ファン４の駆動時には、図２の破線矢印で示すように、ファン４により室内空気がキャビネット前面開口６４から吸い込まれ、サーバー３を冷却した後、リアドア１２を通過して室内に排出される。なお、サーバー３には、ＵＰＳ５０（Uninterruptible Power supply：無停電電源装置）（バックアップ電源）から電源電力が供給されており、商用電源３００（図３）からの電力供給停止状態が発生した場合であっても、サーバー３及びファン４は動作を継続する。ＵＰＳ５０は、バッテリー（図示略）を内蔵し、通常時は商用電源からの電力をサーバー３等の各部に供給し、商用電源の停止時にはバッテリーからの電源を供給する。
【００１０】
キャビネット本体１１後面には、後面開口６５を閉塞自在に片開きで開閉するリアドア１２が設けられている。このリアドア１２を開けることによって、キャビネット本体１１内のサーバー３にアクセス可能となる。このリアドア１２は、通気自在に構成されるとともに、その内部に蒸発器２１が配設される。
この蒸発器２１は、図２に示すように、サーバーラック１０のリアドア１２に一体的に構成されており、リアドア１２の略上下に渡って延在し、上下略中間部を境に上側蒸発部２２と下側蒸発部２３とに分割され、キャビネット本体１１上半分のサーバー３の冷却を上側蒸発部２２が受け持ち、下半分のサーバー３の冷却を下側蒸発部２３が受け持つように構成される。本構成のサーバーラック１０は送風ファンを具備しない構成とされ、サーバー３に内蔵されたファン４によってサーバー３の排熱で暖められた空気が蒸発器２１を流通する。このため、例えばリアドア１２内に送風ファンを内蔵した構成に比して、リアドア１２の奥行き寸法が短くなり、サーバーラック１０自体の奥行き寸法を短くすることができる。なお、リアドア１２内に送風ファンを配置し、この送風ファンによって室内空気をキャビネット本体１１内に導入し、サーバー３を通った空気を蒸発器２１に流通させるようにしてもよい。
【００１１】
蒸発器２１は、銅管とアルミニウム製板フィンとを備えるプレートフィンチューブ式熱交換器によって構成されている。蒸発器２１の銅管には、図１に示すように、熱源ユニット３０から延びるメイン冷媒配管３１（液管３１Ａ及びガス管３１Ｂ）がフレキシブル配管（フレキシブル液管２５及びフレキシブルガス管２６）を介して接続されており、これにより冷媒回路１８が形成されている。
【００１２】
メイン冷媒配管３１は、サーバールーム２の上床２Ａと下床２Ｂとの間の床下空間内を引き回されており、メイン冷媒配管３１につながるフレキシブル液管２５及びフレキシブルガス管２６は、上床２Ａの開口穴２Ｃ（図２）を通ってリアドア１２内の蒸発器２１につながる。このため、図２に示すように、フレキシブル液管２５及びフレキシブルガス管２６が蒸発器２１から下方に延びた後に床下空間内で緩やかに曲がるように引き回され、これらフレキシブル液管２５及びフレキシブルガス管２６の長さに余裕を持たせておくことによってリアドア１２開閉時にフレキシブル液管２５及びフレキシブルガス管２６だけがリアドア１２の動きに合わせて移動する。従って、リアドア１２開閉時に他の配管に力が作用することがなく、他の配管、例えば、液管３１Ａ及びガス管３１Ｂに鋼管を適用することが可能である。
【００１３】
熱源ユニット３０は、図１に示すように、能力可変型の圧縮機３２、圧縮機モータ３３（電動機）、室外ファン３７を駆動する室外ファンモータ３４、凝縮器３５、電動膨張弁３６及び制御ユニット８０を備えている。そして、圧縮機モータ３３によって駆動される圧縮機３２が冷媒回路１８に充填された冷媒を圧縮して吐出することにより、冷媒回路１８内を冷媒が循環し、冷凍サイクル運転を行う。この冷凍サイクル運転中、蒸発器２１によってサーバー３から排出された空気が冷却されて室内に排出される。
【００１４】
ここで、従来のサーバー冷却装置は空気−水熱交換器を備えるため、この空気−水熱交換器にチラー水を循環する経路の一部からでも水漏れが生じると、この水によってサーバーが損傷するおそれがある。本構成では、上述したように、蒸発器２１には、冷凍サイクルを循環する冷媒が供給されるため、万一冷媒が循環する経路から冷媒の漏れが生じたとしても、この冷媒は即座に蒸発し、サーバー３のショートもしくは漏電が生じることはない。
【００１５】
図３は、サーバーラック冷却装置１００の制御系の構成例を示すブロック図である。なお、この図において、破線は電力供給線を示す。
制御ユニット８０は、サーバーラック冷却装置１００の各部を中枢的に制御するものであり、ＣＰＵや、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えている。
この制御ユニット８０には、サーバーラック１０内に設けられ、サーバーラック１０内の温度を検出するサーバー温度センサ２９Ｅ、２９Ｆ（図２）が接続されており、これらサーバー温度センサ２９Ｅ、２９Ｆからサーバーラック１０内の温度を示す信号が入力される。サーバー温度センサ２９Ｅは、上側蒸発部２２に対応する位置に設けられており、サーバー温度センサ２９Ｆは、下側蒸発部２３に対応する位置に設けられている。制御ユニット８０は、サーバー温度センサ２９Ｅ、２９Ｆから入力された温度信号に基づいて、例えば統計学的手法により、サーバーラック１０内の温度を検出する。
制御ユニット８０は、検出した温度に基づいて、圧縮機モータ３３、電動膨張弁３６及び室外ファンモータ３４を制御する。圧縮機モータ３３、電動膨張弁３６、室外ファンモータ３４及び制御ユニット８０には、商用電源３００から電力が供給される。
【００１６】
また、図３に示すように、本実施形態に係るサーバーラック冷却装置１００は、ＵＰＳ５０を備えている。このＵＰＳ５０は、落雷等に起因して商用電源３００に停電が発生したり、商用電源３００から熱源ユニット３０までの間に配設されている安全装置（遮断装置）が動作したりして、商用電源３００から熱源ユニット３０への電力の供給が停止した場合に、熱源ユニット３０の各部へ電力を供給する電源装置である。
制御ユニット８０は、商用電源３００からの電力供給が正常である場合には、図示せぬスイッチ回路などにより、熱源ユニット３０への電力の供給元として商用電源３００を選択する。一方、商用電源３００から熱源ユニット３０への電力の供給が停止した場合には、熱源ユニット３０への電力の供給元としてＵＰＳ５０を選択し、ＵＰＳ５０から圧縮機モータ３３、電動膨張弁３６、室外ファンモータ３４及び制御ユニット８０に電力が供給される。なお、制御ユニット８０に対しては、ＵＰＳ５０から常時電力が供給されており、商用電源３００から熱源ユニット３０への電力の供給が停止した場合においても、作動が継続する。
【００１７】
ところで、ＵＰＳ５０から熱源ユニット３０への電力の供給は、商用電源３００から正常に電力が供給されるようになるまでの、あくまでも一時的な措置である。従って、ＵＰＳ５０から熱源ユニット３０を含むサーバーラック冷却装置１００に供給される電力をできるだけ減らし、ＵＰＳ５０から電力の供給を受けた状態のサーバーラック冷却装置１００によってできるだけ長くサーバー３を冷却し、これにより、商用電源３００の電力供給停止状態が解消するまでの間、サーバー３の冷却を継続して行いたい、とするニーズがある。
以上を踏まえ、本実施形態では、以下説明する動作を実行することにより、ＵＰＳ５０から熱源ユニット３０を含むサーバーラック冷却装置１００に供給される電力を減少している。
【００１８】
図４は、サーバーラック冷却装置１００の動作を示すフローチャートである。
なお、フローチャートが示す動作の開始時点では、サーバーラック冷却装置１００に商用電源３００から正常に電力の供給がされているものとする。
また、フローチャートが示す動作中、制御ユニット８０は、商用電源３００から熱源ユニット３０への電力供給停止状態の発生を検出する検出手段として機能する。
【００１９】
まず、制御ユニット８０は、サーバー３の冷却に係る通常運転を実行しつつ、商用電源３００から熱源ユニット３０への電力供給停止状態が発生したか否かを監視する（ステップＳＡ１、ステップＳＡ２）。
ここで、サーバー３の冷却に係る通常運転について説明する。通常運転時、制御ユニット８０は、サーバー温度センサ２９Ｅ、２９Ｆから入力された信号に基づいて、サーバーラック１０内の温度を検出すると共に、当該サーバーラック１０内の温度と第１目標温度との差分に基づいて、圧縮機モータ３３を制御し、サーバールーム２内が第１目標温度になるように制御する。この第１目標温度とは、サーバー３を冷却するためのサーバーラック１０内の最適な温度である。なお、サーバー３の周囲温度の適温範囲は、一般的には１７〜２６℃とされている。これ以上温度が上昇すると、サーバー３を構成する半導体や電子部品の寿命が短縮するとともに、故障率が増加する。例えば、半導体の場合、４０℃における故障率を１とすると、６０℃で１０倍、８０℃で１００倍となる。また、電解コンデンサの場合には、温度が１０℃上昇すると寿命が半分になってしまう。そこで、通常時には、空調の目標温度として前述した１７〜２６℃の範囲に属する、例えば、２０℃が設定される。これにより、温度上昇によるサーバー３の熱暴走を防ぐだけでなく、サーバー３を構成する電子部品の故障率を下げるとともに、寿命を延ばすことができる。
【００２０】
ステップＳＡ２において、商用電源３００から熱源ユニット３０への電力供給停止状態が発生した場合（ステップＳＡ２：ＹＥＳ）、制御ユニット８０は、熱源ユニット３０への電力の供給元をＵＰＳ５０に切替える（ステップＳＡ３）。これにより、商用電源３００から熱源ユニット３０への電力供給停止状態が発生した状態であっても、熱源ユニット３０にＵＰＳ５０から電力が供給された状態となる。
【００２１】
次いで、制御ユニット８０は、電動膨張弁３６を全開の状態とすると共に（ステップＳＡ４）、圧縮機の駆動レベルを下げる（ステップＳＡ５）。
このように、本実施形態では、ＵＰＳ５０から熱源ユニット３０へ電力を供給している状態の場合は、強制的に電動膨張弁３６を全開とし、かつ、圧縮機３２の駆動レベルを下げるが、これにより以下の効果を奏することができる。
すなわち、電動膨張弁３６を全開とした場合、電動膨張弁３６が全開ではない場合と比較して、電動膨張弁３６が冷媒回路１８における冷媒の循環の抵抗とならず、電動膨張弁３６によって冷媒回路１８における冷媒の循環が妨げられない。
【００２２】
そして、本実施形態では、ＵＰＳ５０から熱源ユニット３０へ電力を供給している状態の場合は、圧縮機３２の駆動レベルを下げることにより、ＵＰＳ５０から圧縮機３２へ供給される電力を減少させた上で、電動膨張弁３６を全開とすることにより、冷媒回路１８における冷媒の循環を維持する。
このような動作を実行した場合であっても、サーバー３の冷却は継続して実行される。具体的には、上述した動作中、圧縮機３２は、冷媒回路１８において冷媒を循環させて、蒸発器２１に冷媒熱搬送する熱搬送ポンプとして機能する。そして、圧縮機３２の駆動によって、圧縮機３２がポンプとして機能し、冷媒回路１８内を冷媒が循環する。この冷媒回路１８における冷媒の循環に伴って、蒸発器２１においてサーバー３から排出される空気と冷媒との間で熱交換が行われ、冷媒が当該空気の熱を吸収することにより当該空気を冷却した後、凝縮器３５において冷媒と外気との間で熱交換が行われ、冷媒が冷却される。
【００２３】
なお、ステップＳＡ５の圧縮機３２の駆動レベルを下げる場合、制御ユニット８０は、サーバーラック１０内の温度が、第２目標温度に至るように、圧縮機３２の駆動レベルを下げるようにしてもよい。ここで、第２目標温度とは、通常運転時における目標温度より高く設定された温度であって、サーバーラック１０内の温度が当該第２目標温度である場合に、サーバー３に対し確実に悪影響を及ぼさない温度のことである。これにより、サーバー３に対して悪影響が及ばないような温度にサーバーラック１０内の温度を維持しつつ、圧縮機３２の駆動レベルを下げ、ＵＰＳ５０から圧縮機３２へ供給される電力を減少することができる。
【００２４】
ステップＳＡ６において、制御ユニット８０は、電力供給停止状態が解消したか否かを判別する。電力供給停止状態が解消している場合（ステップＳＡ６：ＹＥＳ）、制御ユニット８０は、熱源ユニット３０への電力の供給元をＵＰＳ５０から商用電源３００に切替える（ステップＳＡ７）。次いで、制御ユニット８０は、処理手順をステップＳＡ１へ戻し、再び通常運転を実行する。
【００２５】
以上説明したように、本実施形態に係るサーバーラック冷却装置１００は、サーバー３を収納したサーバーラック１０に蒸発器２１を配置し、この蒸発器２１から延びた冷媒配管に、商用電源３００を用いた電動機で駆動する圧縮機モータ３３、凝縮器３５を有した熱源ユニット３０を接続し、蒸発器２１によりサーバーラック１０内のサーバー３を冷却する。そして、サーバーラック冷却装置１００は、ＵＰＳ５０と、商用電源３００から熱源ユニット３０への電力供給停止状態の発生を検出する制御ユニット８０とを備え、電力供給停止状態時には、ＵＰＳ５０により熱源ユニット３０の電動膨張弁３６を全開し、圧縮機３２を熱搬送ポンプとして駆動することにより、蒸発器２１に冷媒熱搬送する。
これによれば、電力供給停止状態が発生した場合、圧縮機３２が熱搬送ポンプとして機能するように、圧縮機３２の駆動レベルが下げられる。さらに、電動膨張弁３６が全開されて、圧縮機３２を熱搬送ポンプとして駆動することにより、蒸発器２１に冷媒熱搬送がなされ、サーバー３の冷却が行われる。これにより、電力供給停止状態が発生した場合であっても、サーバー３の冷却を継続したまま、ＵＰＳ５０から圧縮機３２を含むサーバーラック冷却装置１００に供給される電力を減少することができる。
【００２６】
なお、電力供給停止状態は、そのインフラ整備の状況にもよるが、日本においては一般的に数分から多くても２０〜３０分程度と比較的短時間であると考えられる。このように短時間の場合、もしくは、寒冷地や冬期（外気が低温）の場合であれば、上述したように、圧縮機３２を熱搬送ポンプとした冷媒運転でも十分にサーバー３の冷却は可能と考える。万一電力供給停止時間が長くなると考えられるような場合は、事前に、冷媒回路１８中に冷媒を蓄える蓄熱槽（図示しないが、例えば通常運転時の低圧側配管に設置）を設けておいて、電力供給停止時には、この蓄熱槽にも冷媒を流すようにすれば良い。
【００２７】
また、本実施形態では、サーバーラック冷却装置１００において、通常運転時は、サーバーラック１０内の温度が第１目標温度となるよう圧縮機３２を制御すると共に、電力供給停止状態時には、サーバーラック１０内の温度が第１目標温度よりも高い第２目標温度となるよう圧縮機３２を制御する。
ここで、第２目標温度とは、第１目標温度より高く設定された温度であって、サーバーラック１０内の温度が当該第２目標温度である場合に、サーバー３に対し確実に悪影響を及ぼさない温度のことである。
そして、これによれば、サーバー３に対して悪影響が及ばないような温度にサーバーラック１０内の温度を維持しつつ、圧縮機３２の駆動レベルを下げ、ＵＰＳ５０から圧縮機３２を含むサーバーラック冷却装置１００へ供給される電力を減少することができる。
【００２８】
なお、上述した実施の形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形および応用が可能である。
例えば、本実施形態では、バックアップ電源としてＵＰＳ５０を用いていたが、バックアップ電源は、ＵＰＳ５０に限らず、商用電源とは独立して電力を供給可能なものであればよく、非常用発電機と組み合わせたＵＰＳ等、各種電源を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本実施形態に係るサーバーラック冷却装置を示す図である。
【図２】サーバーラックを示す図である。
【図３】サーバーラック冷却装置の制御系を示すブロック図である。
【図４】サーバーラック冷却装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３０】
３ サーバー（電子機器）
１０ サーバーラック（キャビネット）
２１ 蒸発器
３０ 熱源ユニット
３２ 圧縮機
３３ 圧縮機モータ（電動機）
３５ 凝縮器
３６ 電動膨張弁
５０ ＵＰＳ（バックアップ電源）
８０ 制御ユニット（検出手段）
１００ サーバーラック冷却装置（電子機器冷却装置）
３００ 商用電源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器を冷却する電子機器冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子機器が収容されるキャビネットの空気出口側に空気−水熱交換器を配置し、キャビネットに収容された電子機器に付設したファンで送風される空気を上記空気−水熱交換器で冷却して室内に戻す電子機器冷却装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／０２３２９４５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、この種の電子機器冷却装置では、停電等に起因する電力供給停止状態が発生したときは、バックアップ電源から電子機器冷却装置に電力を供給するようにすることが考えられる。この場合、バックアップ電源から電子機器冷却装置に供給される電力をできるだけ減らし、バックアップ電源から電力の供給を受けた状態の電子機器冷却装置によってできるだけ長くサーバーを冷却し、これにより、電力供給停止状態が解消するまでの間サーバーの冷却を継続して行いたい、とするニーズがある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、電力供給停止状態において、バックアップ電源から供給される電力を減少した電子機器冷却装置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】
【０００４】
上記目的を達成するために、本発明は、電子機器を収納したキャビネットに蒸発器を配置し、この蒸発器から延びた冷媒配管に、商用電源を用いた電動機で駆動する圧縮機、凝縮器を有した熱源ユニットを接続し、前記蒸発器により前記キャビネット内の前記電子機器を冷却する電子機器冷却装置において、前記商用電源とは独立して電力を供給可能なバックアップ電源と、前記商用電源から前記熱源ユニットへの電力供給停止状態の発生を検出する検出手段とを備え、電力供給停止状態時には、前記バックアップ電源により前記熱源ユニットの電動膨張弁を全開し、前記圧縮機を熱搬送ポンプとして駆動することにより、前記蒸発器に冷媒熱搬送することを特徴とする。
この構成によれば、電力供給停止状態が発生した場合、圧縮機が熱搬送ポンプとして機能するように、圧縮機の駆動レベルが下げられる。さらに、電動膨張弁が全開されて、圧縮機を熱搬送ポンプとして駆動することにより、蒸発器に冷媒熱搬送がなされ、電子機器の冷却が行われる。これにより、電力供給停止状態が発生した場合であっても、電子機器の冷却を継続したまま、バックアップ電源から圧縮機を含む電子機器冷却装置に供給される電力を減少することができる。
【０００５】
ここで、上記発明の電子機器冷却装置において、通常運転時は、前記キャビネット内の温度が第１目標温度となるよう前記圧縮機を制御すると共に、電力供給停止状態時には、前記キャビネット内の温度が前記第１目標温度よりも高い第２目標温度となるよう前記圧縮機を制御するようにしてもよい。
ここで、第２目標温度とは、第１目標温度より高く設定された温度であって、キャビネット内の温度が当該第２目標温度である場合に、電子機器に対し確実に悪影響を及ぼさない温度のことである。
そして、上記構成によれば、電子機器に対して悪影響が及ばないような温度にキャビネット内の温度を維持しつつ、圧縮機の駆動レベルを下げ、バックアップ電源から圧縮機を含む電子機器冷却装置へ供給される電力を減少することができる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、電力供給停止状態において、バックアップ電源から供給される電力を減少することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本実施形態に係るサーバーラック冷却装置１００（電子機器冷却装置）を示す図である。
図１に示すサーバールーム２は、冷却対象である電子機器としてのサーバー３（図２）が収納されたサーバーラック１０（キャビネット）が配置される部屋であり、室内冷却用空気調和機１によって冷却される。
この室内冷却用空気調和機１は、室外ユニット（不図示）と、天井空間内に設置された室内ユニット１３０とを備え、この室内ユニット１３０は、室内熱交換機１３１と、室内ファン１３２とを備えている。サーバールーム２を冷却する際、室内冷却用空気調和機１は、室内熱交換機１３１を蒸発器として機能させると共に、室内ファン１３２が発生する負圧により、ダクト１４４を介して天井に設けられた複数（本実施形態では３つ）の吸込口１４２から室内の空気を吸い込み、室内熱交換機１３１を通過させて冷却した後、ダクト１４５を介して床下空間１４６に導く。床下空間１４６に導かれた空気は、床に設けられた吹出口１４７から室内に吹き出し、サーバールーム２を冷却した後、再び、吸込口１４２から吸い込まれる。このようにして、サーバールーム２と室内ユニット１３０間を空気が循環し、サーバールーム２内が冷却される。
【０００８】
図２はサーバーラック１０を示す図である。
サーバーラック１０は、前面及び後面が開口したキャビネット本体１１を備え、このキャビネット本体１１の底には、キャスタ１３が設けられ、サーバーラック１０が容易に移動可能となっている。
【０００９】
キャビネット本体１１内には、複数のサーバー３がその背面をキャビネット本体１１後面に向けて上下に段積み配置される。このサーバー３は、例えば、ブレードサーバー等によって構成され、冷却用のファン４を備えており、サーバー３内の温度が所定温度を超えるとファン４を駆動し、サーバー３内に外気を導入して機器背面から排出する強制空冷機能を備えている。このため、サーバー３の背面をキャビネット本体１１背面に向けて配置することで、ファン４の駆動時には、図２の破線矢印で示すように、ファン４により室内空気がキャビネット前面開口６４から吸い込まれ、サーバー３を冷却した後、リアドア１２を通過して室内に排出される。なお、サーバー３には、ＵＰＳ５０（Uninterruptible Power supply：無停電電源装置）（バックアップ電源）から電源電力が供給されており、商用電源３００（図３）からの電力供給停止状態が発生した場合であっても、サーバー３及びファン４は動作を継続する。ＵＰＳ５０は、バッテリー（図示略）を内蔵し、通常時は商用電源からの電力をサーバー３等の各部に供給し、商用電源の停止時にはバッテリーからの電源を供給する。
【００１０】
キャビネット本体１１後面には、後面開口６５を閉塞自在に片開きで開閉するリアドア１２が設けられている。このリアドア１２を開けることによって、キャビネット本体１１内のサーバー３にアクセス可能となる。このリアドア１２は、通気自在に構成されるとともに、その内部に蒸発器２１が配設される。
この蒸発器２１は、図２に示すように、サーバーラック１０のリアドア１２に一体的に構成されており、リアドア１２の略上下に渡って延在し、上下略中間部を境に上側蒸発部２２と下側蒸発部２３とに分割され、キャビネット本体１１上半分のサーバー３の冷却を上側蒸発部２２が受け持ち、下半分のサーバー３の冷却を下側蒸発部２３が受け持つように構成される。本構成のサーバーラック１０は送風ファンを具備しない構成とされ、サーバー３に内蔵されたファン４によってサーバー３の排熱で暖められた空気が蒸発器２１を流通する。このため、例えばリアドア１２内に送風ファンを内蔵した構成に比して、リアドア１２の奥行き寸法が短くなり、サーバーラック１０自体の奥行き寸法を短くすることができる。なお、リアドア１２内に送風ファンを配置し、この送風ファンによって室内空気をキャビネット本体１１内に導入し、サーバー３を通った空気を蒸発器２１に流通させるようにしてもよい。
【００１１】
蒸発器２１は、銅管とアルミニウム製板フィンとを備えるプレートフィンチューブ式熱交換器によって構成されている。蒸発器２１の銅管には、図１に示すように、熱源ユニット３０から延びるメイン冷媒配管３１（液管３１Ａ及びガス管３１Ｂ）がフレキシブル配管（フレキシブル液管２５及びフレキシブルガス管２６）を介して接続されており、これにより冷媒回路１８が形成されている。
【００１２】
メイン冷媒配管３１は、サーバールーム２の上床２Ａと下床２Ｂとの間の床下空間内を引き回されており、メイン冷媒配管３１につながるフレキシブル液管２５及びフレキシブルガス管２６は、上床２Ａの開口穴２Ｃ（図２）を通ってリアドア１２内の蒸発器２１につながる。このため、図２に示すように、フレキシブル液管２５及びフレキシブルガス管２６が蒸発器２１から下方に延びた後に床下空間内で緩やかに曲がるように引き回され、これらフレキシブル液管２５及びフレキシブルガス管２６の長さに余裕を持たせておくことによってリアドア１２開閉時にフレキシブル液管２５及びフレキシブルガス管２６だけがリアドア１２の動きに合わせて移動する。従って、リアドア１２開閉時に他の配管に力が作用することがなく、他の配管、例えば、液管３１Ａ及びガス管３１Ｂに鋼管を適用することが可能である。
【００１３】
熱源ユニット３０は、図１に示すように、能力可変型の圧縮機３２、圧縮機モータ３３（電動機）、室外ファン３７を駆動する室外ファンモータ３４、凝縮器３５、電動膨張弁３６及び制御ユニット８０を備えている。そして、圧縮機モータ３３によって駆動される圧縮機３２が冷媒回路１８に充填された冷媒を圧縮して吐出することにより、冷媒回路１８内を冷媒が循環し、冷凍サイクル運転を行う。この冷凍サイクル運転中、蒸発器２１によってサーバー３から排出された空気が冷却されて室内に排出される。
【００１４】
ここで、従来のサーバー冷却装置は空気−水熱交換器を備えるため、この空気−水熱交換器にチラー水を循環する経路の一部からでも水漏れが生じると、この水によってサーバーが損傷するおそれがある。本構成では、上述したように、蒸発器２１には、冷凍サイクルを循環する冷媒が供給されるため、万一冷媒が循環する経路から冷媒の漏れが生じたとしても、この冷媒は即座に蒸発し、サーバー３のショートもしくは漏電が生じることはない。
【００１５】
図３は、サーバーラック冷却装置１００の制御系の構成例を示すブロック図である。なお、この図において、破線は電力供給線を示す。
制御ユニット８０は、サーバーラック冷却装置１００の各部を中枢的に制御するものであり、ＣＰＵや、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えている。
この制御ユニット８０には、サーバーラック１０内に設けられ、サーバーラック１０内の温度を検出するサーバー温度センサ２９Ｅ、２９Ｆ（図２）が接続されており、これらサーバー温度センサ２９Ｅ、２９Ｆからサーバーラック１０内の温度を示す信号が入力される。サーバー温度センサ２９Ｅは、上側蒸発部２２に対応する位置に設けられており、サーバー温度センサ２９Ｆは、下側蒸発部２３に対応する位置に設けられている。制御ユニット８０は、サーバー温度センサ２９Ｅ、２９Ｆから入力された温度信号に基づいて、例えば統計学的手法により、サーバーラック１０内の温度を検出する。
制御ユニット８０は、検出した温度に基づいて、圧縮機モータ３３、電動膨張弁３６及び室外ファンモータ３４を制御する。圧縮機モータ３３、電動膨張弁３６、室外ファンモータ３４及び制御ユニット８０には、商用電源３００から電力が供給される。
【００１６】
また、図３に示すように、本実施形態に係るサーバーラック冷却装置１００は、ＵＰＳ５０を備えている。このＵＰＳ５０は、落雷等に起因して商用電源３００に停電が発生したり、商用電源３００から熱源ユニット３０までの間に配設されている安全装置（遮断装置）が動作したりして、商用電源３００から熱源ユニット３０への電力の供給が停止した場合に、熱源ユニット３０の各部へ電力を供給する電源装置である。
制御ユニット８０は、商用電源３００からの電力供給が正常である場合には、図示せぬスイッチ回路などにより、熱源ユニット３０への電力の供給元として商用電源３００を選択する。一方、商用電源３００から熱源ユニット３０への電力の供給が停止した場合には、熱源ユニット３０への電力の供給元としてＵＰＳ５０を選択し、ＵＰＳ５０から圧縮機モータ３３、電動膨張弁３６、室外ファンモータ３４及び制御ユニット８０に電力が供給される。なお、制御ユニット８０に対しては、ＵＰＳ５０から常時電力が供給されており、商用電源３００から熱源ユニット３０への電力の供給が停止した場合においても、作動が継続する。
【００１７】
ところで、ＵＰＳ５０から熱源ユニット３０への電力の供給は、商用電源３００から正常に電力が供給されるようになるまでの、あくまでも一時的な措置である。従って、ＵＰＳ５０から熱源ユニット３０を含むサーバーラック冷却装置１００に供給される電力をできるだけ減らし、ＵＰＳ５０から電力の供給を受けた状態のサーバーラック冷却装置１００によってできるだけ長くサーバー３を冷却し、これにより、商用電源３００の電力供給停止状態が解消するまでの間、サーバー３の冷却を継続して行いたい、とするニーズがある。
以上を踏まえ、本実施形態では、以下説明する動作を実行することにより、ＵＰＳ５０から熱源ユニット３０を含むサーバーラック冷却装置１００に供給される電力を減少している。
【００１８】
図４は、サーバーラック冷却装置１００の動作を示すフローチャートである。
なお、フローチャートが示す動作の開始時点では、サーバーラック冷却装置１００に商用電源３００から正常に電力の供給がされているものとする。
また、フローチャートが示す動作中、制御ユニット８０は、商用電源３００から熱源ユニット３０への電力供給停止状態の発生を検出する検出手段として機能する。
【００１９】
まず、制御ユニット８０は、サーバー３の冷却に係る通常運転を実行しつつ、商用電源３００から熱源ユニット３０への電力供給停止状態が発生したか否かを監視する（ステップＳＡ１、ステップＳＡ２）。
ここで、サーバー３の冷却に係る通常運転について説明する。通常運転時、制御ユニット８０は、サーバー温度センサ２９Ｅ、２９Ｆから入力された信号に基づいて、サーバーラック１０内の温度を検出すると共に、当該サーバーラック１０内の温度と第１目標温度との差分に基づいて、圧縮機モータ３３を制御し、サーバールーム２内が第１目標温度になるように制御する。この第１目標温度とは、サーバー３を冷却するためのサーバーラック１０内の最適な温度である。なお、サーバー３の周囲温度の適温範囲は、一般的には１７〜２６℃とされている。これ以上温度が上昇すると、サーバー３を構成する半導体や電子部品の寿命が短縮するとともに、故障率が増加する。例えば、半導体の場合、４０℃における故障率を１とすると、６０℃で１０倍、８０℃で１００倍となる。また、電解コンデンサの場合には、温度が１０℃上昇すると寿命が半分になってしまう。そこで、通常時には、空調の目標温度として前述した１７〜２６℃の範囲に属する、例えば、２０℃が設定される。これにより、温度上昇によるサーバー３の熱暴走を防ぐだけでなく、サーバー３を構成する電子部品の故障率を下げるとともに、寿命を延ばすことができる。
【００２０】
ステップＳＡ２において、商用電源３００から熱源ユニット３０への電力供給停止状態が発生した場合（ステップＳＡ２：ＹＥＳ）、制御ユニット８０は、熱源ユニット３０への電力の供給元をＵＰＳ５０に切替える（ステップＳＡ３）。これにより、商用電源３００から熱源ユニット３０への電力供給停止状態が発生した状態であっても、熱源ユニット３０にＵＰＳ５０から電力が供給された状態となる。
【００２１】
次いで、制御ユニット８０は、電動膨張弁３６を全開の状態とすると共に（ステップＳＡ４）、圧縮機の駆動レベルを下げる（ステップＳＡ５）。
このように、本実施形態では、ＵＰＳ５０から熱源ユニット３０へ電力を供給している状態の場合は、強制的に電動膨張弁３６を全開とし、かつ、圧縮機３２の駆動レベルを下げるが、これにより以下の効果を奏することができる。
すなわち、電動膨張弁３６を全開とした場合、電動膨張弁３６が全開ではない場合と比較して、電動膨張弁３６が冷媒回路１８における冷媒の循環の抵抗とならず、電動膨張弁３６によって冷媒回路１８における冷媒の循環が妨げられない。
【００２２】
そして、本実施形態では、ＵＰＳ５０から熱源ユニット３０へ電力を供給している状態の場合は、圧縮機３２の駆動レベルを下げることにより、ＵＰＳ５０から圧縮機３２へ供給される電力を減少させた上で、電動膨張弁３６を全開とすることにより、冷媒回路１８における冷媒の循環を維持する。
このような動作を実行した場合であっても、サーバー３の冷却は継続して実行される。具体的には、上述した動作中、圧縮機３２は、冷媒回路１８において冷媒を循環させて、蒸発器２１に冷媒熱搬送する熱搬送ポンプとして機能する。そして、圧縮機３２の駆動によって、圧縮機３２がポンプとして機能し、冷媒回路１８内を冷媒が循環する。この冷媒回路１８における冷媒の循環に伴って、蒸発器２１においてサーバー３から排出される空気と冷媒との間で熱交換が行われ、冷媒が当該空気の熱を吸収することにより当該空気を冷却した後、凝縮器３５において冷媒と外気との間で熱交換が行われ、冷媒が冷却される。
【００２３】
なお、ステップＳＡ５の圧縮機３２の駆動レベルを下げる場合、制御ユニット８０は、サーバーラック１０内の温度が、第２目標温度に至るように、圧縮機３２の駆動レベルを下げるようにしてもよい。ここで、第２目標温度とは、通常運転時における目標温度より高く設定された温度であって、サーバーラック１０内の温度が当該第２目標温度である場合に、サーバー３に対し確実に悪影響を及ぼさない温度のことである。これにより、サーバー３に対して悪影響が及ばないような温度にサーバーラック１０内の温度を維持しつつ、圧縮機３２の駆動レベルを下げ、ＵＰＳ５０から圧縮機３２へ供給される電力を減少することができる。
【００２４】
ステップＳＡ６において、制御ユニット８０は、電力供給停止状態が解消したか否かを判別する。電力供給停止状態が解消している場合（ステップＳＡ６：ＹＥＳ）、制御ユニット８０は、熱源ユニット３０への電力の供給元をＵＰＳ５０から商用電源３００に切替える（ステップＳＡ７）。次いで、制御ユニット８０は、処理手順をステップＳＡ１へ戻し、再び通常運転を実行する。
【００２５】
以上説明したように、本実施形態に係るサーバーラック冷却装置１００は、サーバー３を収納したサーバーラック１０に蒸発器２１を配置し、この蒸発器２１から延びた冷媒配管に、商用電源３００を用いた電動機で駆動する圧縮機モータ３３、凝縮器３５を有した熱源ユニット３０を接続し、蒸発器２１によりサーバーラック１０内のサーバー３を冷却する。そして、サーバーラック冷却装置１００は、ＵＰＳ５０と、商用電源３００から熱源ユニット３０への電力供給停止状態の発生を検出する制御ユニット８０とを備え、電力供給停止状態時には、ＵＰＳ５０により熱源ユニット３０の電動膨張弁３６を全開し、圧縮機３２を熱搬送ポンプとして駆動することにより、蒸発器２１に冷媒熱搬送する。
これによれば、電力供給停止状態が発生した場合、圧縮機３２が熱搬送ポンプとして機能するように、圧縮機３２の駆動レベルが下げられる。さらに、電動膨張弁３６が全開されて、圧縮機３２を熱搬送ポンプとして駆動することにより、蒸発器２１に冷媒熱搬送がなされ、サーバー３の冷却が行われる。これにより、電力供給停止状態が発生した場合であっても、サーバー３の冷却を継続したまま、ＵＰＳ５０から圧縮機３２を含むサーバーラック冷却装置１００に供給される電力を減少することができる。
【００２６】
なお、電力供給停止状態は、そのインフラ整備の状況にもよるが、日本においては一般的に数分から多くても２０〜３０分程度と比較的短時間であると考えられる。このように短時間の場合、もしくは、寒冷地や冬期（外気が低温）の場合であれば、上述したように、圧縮機３２を熱搬送ポンプとした冷媒運転でも十分にサーバー３の冷却は可能と考える。万一電力供給停止時間が長くなると考えられるような場合は、事前に、冷媒回路１８中に冷媒を蓄える蓄熱槽（図示しないが、例えば通常運転時の低圧側配管に設置）を設けておいて、電力供給停止時には、この蓄熱槽にも冷媒を流すようにすれば良い。
【００２７】
また、本実施形態では、サーバーラック冷却装置１００において、通常運転時は、サーバーラック１０内の温度が第１目標温度となるよう圧縮機３２を制御すると共に、電力供給停止状態時には、サーバーラック１０内の温度が第１目標温度よりも高い第２目標温度となるよう圧縮機３２を制御する。
ここで、第２目標温度とは、第１目標温度より高く設定された温度であって、サーバーラック１０内の温度が当該第２目標温度である場合に、サーバー３に対し確実に悪影響を及ぼさない温度のことである。
そして、これによれば、サーバー３に対して悪影響が及ばないような温度にサーバーラック１０内の温度を維持しつつ、圧縮機３２の駆動レベルを下げ、ＵＰＳ５０から圧縮機３２を含むサーバーラック冷却装置１００へ供給される電力を減少することができる。
【００２８】
なお、上述した実施の形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形および応用が可能である。
例えば、本実施形態では、バックアップ電源としてＵＰＳ５０を用いていたが、バックアップ電源は、ＵＰＳ５０に限らず、商用電源とは独立して電力を供給可能なものであればよく、非常用発電機と組み合わせたＵＰＳ等、各種電源を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本実施形態に係るサーバーラック冷却装置を示す図である。
【図２】サーバーラックを示す図である。
【図３】サーバーラック冷却装置の制御系を示すブロック図である。
【図４】サーバーラック冷却装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３０】
３ サーバー（電子機器）
１０ サーバーラック（キャビネット）
２１ 蒸発器
３０ 熱源ユニット
３２ 圧縮機
３３ 圧縮機モータ（電動機）
３５ 凝縮器
３６ 電動膨張弁
５０ ＵＰＳ（バックアップ電源）
８０ 制御ユニット（検出手段）
１００ サーバーラック冷却装置（電子機器冷却装置）
３００ 商用電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子機器を収納したキャビネットに蒸発器を配置し、この蒸発器から延びた冷媒配管に、商用電源を用いた電動機で駆動する圧縮機、凝縮器を有した熱源ユニットを接続し、前記蒸発器により前記キャビネット内の前記電子機器を冷却する電子機器冷却装置において、
前記商用電源とは独立して電力を供給可能なバックアップ電源と、前記商用電源から前記熱源ユニットへの電力供給停止状態の発生を検出する検出手段とを備え、
電力供給停止状態時には、前記バックアップ電源により前記熱源ユニットの電動膨張弁を全開し、前記圧縮機を熱搬送ポンプとして駆動することにより、前記蒸発器に冷媒熱搬送することを特徴とする電子機器冷却装置。
【請求項２】
通常運転時は、前記キャビネット内の温度が第１目標温度となるよう前記圧縮機を制御すると共に、
電力供給停止状態時には、前記キャビネット内の温度が前記第１目標温度よりも高い第２目標温度となるよう前記圧縮機を制御することを特徴とする電子機器冷却装置。
【請求項１】
電子機器を収納したキャビネットに蒸発器を配置し、この蒸発器から延びた冷媒配管に、商用電源を用いた電動機で駆動する圧縮機、凝縮器を有した熱源ユニットを接続し、前記蒸発器により前記キャビネット内の前記電子機器を冷却する電子機器冷却装置において、
前記商用電源とは独立して電力を供給可能なバックアップ電源と、前記商用電源から前記熱源ユニットへの電力供給停止状態の発生を検出する検出手段とを備え、
電力供給停止状態時には、前記バックアップ電源により前記熱源ユニットの電動膨張弁を全開し、前記圧縮機を熱搬送ポンプとして駆動することにより、前記蒸発器に冷媒熱搬送することを特徴とする電子機器冷却装置。
【請求項２】
通常運転時は、前記キャビネット内の温度が第１目標温度となるよう前記圧縮機を制御すると共に、
電力供給停止状態時には、前記キャビネット内の温度が前記第１目標温度よりも高い第２目標温度となるよう前記圧縮機を制御することを特徴とする電子機器冷却装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−２３１４８１（Ｐ２０１０−２３１４８１Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７８１１６（Ｐ２００９−７８１１６）
【出願日】平成２１年３月２７日（２００９．３．２７）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２７日（２００９．３．２７）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]