(57)【要約】【課題】冷却液を分配する分配器全体が小型化された情報処理装置を提供する。【解決手段】情報処理装置１ｂは、高さ方向に積層された複数の電子機器４０を冷却液で冷却する装置であって、冷却液を複数階層で分配する分配器１０ａを備え、分配器の各階層は、冷却液を一時的に蓄える分配用配管１１と、分配用配管から分岐された複数の分配用連絡管１２とを有する分配層分配器１３を備え、下流側の階層ほど分配用配管が増し、最終階層の分配用連絡管が電子機器に接続され、分配器が冷却液を分配する総分岐数をＲとして、階層数をＴとした場合、第Ｎ階層の分配用配管それぞれから分岐される分岐数ＢNは、ＢN ≒ Ｒ＾（１／Ｔ）（ＢN、Ｒ、Ｔは２以上の整数）により求められた値に応じた数とした。【選択図】図７
2019067104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高さ方向に積層された複数の電子機器を冷却液で冷却する情報処理装置であって、
前記冷却液を複数階層で分配する分配器を備え、
前記分配器の各階層は、前記冷却液を一時的に蓄える分配用配管と、前記分配用配管から分岐された複数の分配用連絡管とを有する分配層分配器を備え、下流側の階層ほど前記分配用配管が増し、最終階層の前記分配用連絡管が前記電子機器に接続される情報処理装置において、
前記分配器が前記冷却液を分配する総分岐数をＲとして、階層数をＴとした場合、
第Ｎ階層の分配用配管それぞれから分岐される分岐数ＢNは、以下の式、
ＢN ≒ Ｒ＾（１／Ｔ）  ・・・（Ｒの１／Ｔ乗）
ただし、ＢN、Ｒ、Ｔは２以上の整数、
により求められた値に応じた数とした、
情報処理装置。
【請求項２】
各階層の分配用配管から分岐された複数の分配用連絡管のそれぞれは、各階層の分配用配管から最も遠い位置にある次の階層の分配用配管までの距離と、同一の長さで形成された、請求項１に記載の情報処理装置。
【請求項３】
各階層の分配用配管からの分岐数は、下流側に位置する分配用配管ほど大きくなるように、各階層の分岐数が設定された、請求項１又は２に記載の情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、冷却液を分配する分配器を有する情報処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
サーバ装置等の情報処理装置では、内蔵する電子機器等を冷却するために、冷却液が、冷却液供給装置により金属配管又は樹脂製のホースなど用いて情報処理装置内に供給される。サーバ装置ではＣｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ（以下、ＣＰＵ）を有する複数の電子機器が搭載されており、電子機器のそれぞれを冷却するために冷却液が分配される。冷却液の分配は、１本の太い配管に複数のホース等の分配経路が接続された分配器（多岐配管、マニホールドとも呼ばれる）により行われる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３４３１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、サーバ装置に搭載される電子機器の数が増えるに従い、冷却液を電子機器に均等に分配するために分配器の配管長が長くなることから、分配器の実装スペースが大きくなるという課題がある。
【０００５】
１つの側面では、冷却液を分配する分配器全体が小型化された情報処理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】
【０００６】
１つの形態によれば、高さ方向に積層された複数の電子機器を冷却液で冷却する情報処理装置であって、冷却液を複数階層で分配する分配器を備え、分配器の各階層は、冷却液を一時的に蓄える分配用配管と、分配用配管から分岐された複数の分配用連絡管とを有する分配層分配器を備え、下流側の階層ほど分配用配管が増し、最終階層の分配用連絡管が電子機器に接続される情報処理装置において、分配器が冷却液を分配する総分岐数をＲとして、階層数をＴとした場合、
第Ｎ階層の分配用配管それぞれから分岐される分岐数ＢNは、以下の式、
ＢN ≒ Ｒ＾（１／Ｔ）  ・・・（Ｒの１／Ｔ乗）
ただし、ＢN、Ｒ、Ｔは２以上の整数、により求められた値に応じた数とした情報処理装置が提供される。
【０００７】
分配器全体が小型化された情報処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】比較技術である、分配器及び合流器を備える情報処理装置の概略を示す概略図である。
【図２】開示する、分配器及び合流器を備える情報処理装置の概略を示す概略図である。
【図３】分配器及び合流器の一部を示す斜視図である。
【図４】冷却液により冷却する電子機器を示す平面図である。
【図５】冷却液が複数の分配層分配器により分配され、再度、複数の合流層合流器により合流されることを示す概念図である。
【図６】情報処理装置の別例を示す図であり、分配器及び合流器の一部を示す斜視図である。
【図７】情報処理装置の分配器及び合流器の一例を示す概略図である。
【図８】情報処理装置の分配器の別例を示す概略図である。
【図９】情報処理装置の分配器の別例を示す概略図である。
【図１０】情報処理装置の分配器の別例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を用いて本出願の実施の形態を、具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。また、以下の実施の形態において同一又は類似の要素には共通の参照符号を付けて示し、理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。
【００１０】
まず、比較技術の情報処理装置の一例であるサーバ装置について説明する。図１は、比較技術のサーバ装置２の概略を示す概略図である。サーバ装置２は、それぞれがＣＰＵを有する複数の電子機器４０と、熱交換器３３と、冷却液を分配する分配器２１０と、電子機器４０を冷却した冷却液を収集する合流器２２０とを筐体３２内に備える。
【００１１】
分配器２１０は給水管３４によって熱交換器３３と接続しており、冷却液は、熱交換器３３から給水管３４を通って分配器２１０に流入する。熱交換器３３は冷却液供給器でもあり、冷却液を分配器２１０に送付するポンプの機能を有する。
【００１２】
分配器２１０は、熱交換器３３から送付された冷却液を電子機器４０に分配する装置であり、冷却液が流入する分配用配管２１１と、分配用配管２１１と電子機器４０との連絡経路である分配用連絡管２１２とを備える。なお、図１では、分配用連絡管２１２は実線で示され、矢印により冷却液の流れ方法が示されている。分配用配管２１１は、給水管３４と接続する一つの流入口と、電子機器４０の数と同数の排出口とを備える。分配用連絡管２１２は例えば樹脂製のホースである。分配用連絡管２１２は、分配用配管２１１に設けられた排出口と、電子機器４０のそれぞれに設けられた流入口とに接続している。熱交換器３３から給水管３４を経由して分配器２１０に流入した冷却水は、分配用配管２１１に蓄積され、分配用連絡管２１２を通じて電子機器４０のそれぞれに分配される。
【００１３】
合流器２２０は、合流用配管２２１と、電子機器４０と合流用配管２２１との連絡経路である合流用連絡管２２２を備える。図１において合流用連絡管２２２は、点線で示され、冷却液の流れ方向は矢印により示される。電子機器４０から流出した冷却水は、合流用連絡管２２２を経由して合流用配管２２１に収集される。合流用配管２２１に集められた冷却水は、合流用配管２２１から排水管３５を経由して、熱交換器３３に流入する。電子機器４０により加熱された冷却水は熱交換器３３で再度冷却され、熱交換器３３により再度分配器２１０に送られる。このように冷却水は、サーバ装置２において電子機器４０を冷却するために循環するようになっている。
【００１４】
複数の分配用連絡管２１２に分岐する分配用配管２１１を用いて冷却液を電子機器４０に分配する構造は、等温かつ均等流量の冷却液を複数の電子機器４０へ供給する方法として有効である。しかしながら、サーバ装置２の高性能化に伴い、ＣＰＵを有する電子機器４０がより多く搭載されるようになり、以下の要因によりサーバ装置２のサイズが大きくなるという課題がある。
（１）一つの分配用配管２１１から複数の電子機器４０に接続するように分岐するため、分配用配管２１１の長さが、電子機器４０の数が増加するに従い長くなる。一方、分配用配管２１１の流入口から電子機器４０までの距離（以下、分配経路）の違いによる圧力損失を無くすために、分配経路を同一の長さにする必要がある。そのため、全ての分配用連絡管２１２は最も長い分配用連絡管２１２の長さに合わせなくてはならず、より大きな実装スペースを要するようになる。
（２）分配用配管２１１の流入口から、分配用配管２１１の個々の流出口までの距離の増大による圧力損失が流量の低下を招くので、圧力損失の差を小さくするために、分配用配管２１１の径をさらに太くする必要がある。
【００１５】
比較技術の分配器２１０及び合流器２２０の構造では、上記の理由により、冷却する電子機器４０が増加するに従い、それらの実装スペースが大型化する。一方、サーバ装置の設置面積は制限されている場合が多く、分配器２１０及び合流器２２０のために専有面積を増加させることは難しい。そのため、実装スペースがより小さい、小型の分配器及び合流器が求められている。
【００１６】
図２は、本実施形態の情報処理装置の一例であるサーバ装置１の概略を示す概略図である。図３は、分配器及び合流器の一部を示す斜視図である。図２及び図３に示すＺ軸がサーバ装置１の高さ方向を示す。サーバ装置１は、図１に示すサーバ装置２と同様、ＣＰＵを有する複数の電子機器４０と、熱交換器３３とを備える。サーバ装置１は、熱交換器３３から給水管３４を経由して送られる冷却液を電子機器４０のそれぞれに分配する分配器１０と、電子機器４０を冷却した冷却液を収集する合流器２０とを備える。
【００１７】
本実施形態の分配器１０は、図２及び図３に示すように、２段階の階層構造となっていて、２つの分配層分配器１３1及び分配層分配器１３2（以下、複数の分配層分配器をまとめて単に分配層分配器１３と称する場合がある）が接続されている。
【００１８】
具体的には、分配器１０は、給水管３４から冷却液を分配する第１の分配層分配器１３1と、第１の分配層分配器１３1に接続してさらに冷却液を分配する第２の分配層分配器１３2とを備える。第１の分配層分配器１３1は、冷却液を一時的に蓄える分配用配管１１1と、分配用配管１１1から分岐された複数の分配用連絡管１２1とを備える。なお、分配用連絡管１２1は図２において実線の矢印で示され、矢印により冷却液の流れ方向を示している。そして、第２の分配層分配器１３2は、第１の分配層分配器１３1の分配用連絡管１２1に接続する分配用配管１１2と、分配用配管１１2から分岐された複数の分配用連絡管１２2とを備える。第２の分配層分配器１３2の複数の分配用連絡管１２2のそれぞれは対応する電子機器４０に接続される。なお、以下では、複数の分配用配管１１1、１１2を単に、分配用配管１１と、複数の分配用連絡管１２1、１２2をまとめて、分配用連絡管１２と称する場合がある。
【００１９】
熱交換器３３は、給水管３４を経由して第１の分配層分配器１３1にある分配用配管１１1と接続されており、分配用配管１１1から４つの分配用連絡管１２1に分岐している。分配用配管１１1のそれぞれには、一つの流入口に対し複数の排出口が設けられる。上流側の第１の分配層分配器１３1の分配用連絡管１２1は、それぞれ下流側の第２の分配層分配器１３2の分配用配管１１2に接続される。分配用連絡管１２1は、一つの流入口に対し一つの排出口が設けられる。第２の分配層分配器１３2の分配用配管１１2からは、複数の分配用連絡管１２2に分岐していて、分配用連絡管１２2の各個は電子機器４０の流入口４７（図４参照）に接続する。
【００２０】
図３に示すように、第１の分配層分配器１３1の分配用連絡管１２1の径ＴＤ1は、第１の分配層分配器１３1の分配用配管１１1の径ＳＤ1より小さく形成される。また、上流側にある第１の分配層分配器１３1の分配用配管１１1の径ＳＤ1の径よりも、下流側にある第２の分配層分配器１３2の分配用配管１１2の径ＳＤ2の径の方が小さくなるよう形成されている。なお、ここでは、径は内径のことを意味するものとする。
【００２１】
比較技術のサーバ装置２のように単一の分配管を用いる場合、全ての電子機器に冷却液を分配するよう分岐する。一方、本実施形態のサーバ装置１のように、分配器１０を階層構造とすれば、分配用配管１１のそれぞれにおいて分岐する数を減少させることができる。分岐数が減少することから、圧力損失を無くすために全ての分配用連絡管１２を長くしなくてもよい。そのため、分配用連絡管１２の空間占有率を下げることができる。また、分配用配管１１の一本あたりの流量が減少することから、分配用配管１１の径ＳＤをより細くすることができる。よって、分配器１０を全体的により小型化することができ、部品コストの削減につながる。
【００２２】
本実施形態のサーバ装置１の合流器２０について説明する。合流器２０は、分配器１０と同様、図２及び図３に示すように階層構造となっている。図２に示す合流器２０は、２階層の合流層合流器２３1、２３2を有する。合流層合流器２３1では、合流用配管２１1、２１2及び合流用連絡管２２1、２２2（図２では、点線の矢印で示され、冷却液の流れ方向が矢印で示される）有する。図２に示す合流器２０では、電子機器４０から排出された冷却液が、合流用連絡管２２1を経由して合流用配管２１1に蓄積される。一旦蓄積された冷却液は、下流側の第２の合流層合流器２３2である合流用配管２１2に、合流用連絡管２２2を経由して流入する。合流用配管２１2に収集された冷却液は、排水管３５を経由して、熱交換器３３に流入する。
【００２３】
図３に示すように、第１の合流層合流器２３1の合流用配管２１1の径ＣＤ1よりも、第２の合流層合流器２３2の合流用配管２１2の径ＣＤ2の方が大きくなるよう形成されている。また、第１の合流層合流器２３1の合流用連絡管２２1の径ＵＤ1は、第１階層の合流用配管２１1の径ＣＤ1よりも小さく形成される。階層ごとに分けることで、上流側であるは合流用配管２１1に流入する冷却液の量が少なくなり、第１の合流層合流器２３1の合流用配管２１1の径ＣＤ1を、第２の合流層合流器２３2の合流用配管２１2の径ＣＤ2より小さくすることが可能である。
【００２４】
本実施形態のサーバ装置２に搭載される電子機器４０について説明する。図４に示すように、電子機器４０は、プリント基板４１上にＣＰＵ等の集積回路４２が複数搭載されている。また、プリント基板４１の端部には、他の電子機器等と接続するための電気コネクタ４３が設けられている。発熱部品である集積回路４２には、集積回路４２を冷却するためのコールドプレート４４が取付けられている。集積回路４２上のコールドプレート４４を効率的に冷却するよう、冷却液が流動するパイプ４５が配置される。また、電子機器４０には、分配器１０の分配用連絡管１２2及び合流器２０の合流用連絡管２２1に接続するためのカプラ４６が設けられている。カプラ４６には流入口４７と排出口４８があり、冷却液を流動させるためのパイプ４５の端部がそれぞれ接続される。カプラ４６に設けられた流入口４７を分配用連絡管１２2に、排出口４８を合流用連絡管２２1に嵌合させることで、容易に電子機器４０を分配器１０及び合流器２０に取付けることが可能である。冷却液は、パイプ４５内を図４に記載の矢印に従って流れる。
【００２５】
図１に示す比較技術によるサーバ装置２の分配器２１０及び合流器２２０と、図２に示すサーバ装置１の分配器１０及び合流器２０の大きさを、実施例により比較する。実施例では、９６個の電子機器４０を冷却するために必要な分配器及び合流器を大きさ示す。サーバ装置１の分配器１０は、図２に示すよう２階層とする。そして、第１の分配層分配器１３の分配用配管１１1に８本の分配用連絡管１２1を接続して冷却液を８分岐させる。そして、各分配用連絡管１２1に、第２の分配層分配器１３2の分配用配管１１2をそれぞれ接続する。すなわち、第２の分配層分配器１３2では8本の分配用配管１１2を設ける。第２の分配層分配器１３2の分配用配管１１2のそれぞれは１２分岐され、図４に示す電子機器４０を接続する。一つの分配用配管１１2に対し、電子機器４０を図２に示すように１２台並列に並べ、それぞれの流入口４７を一列にすることで、別途ホース等を用いることなく電子機器４０を直接接続させる。
【００２６】
第１の分配層分配器１３1の分配用配管１１1の径ＳＤ1は４５ｍｍとし、長手方向の長さＳＬ1は４００ｍｍとする。そして、第２の分配層分配器１３2の分配用配管１１2の径ＳＤ2を設定するに当たり、以下の式を用いる。
【数１】
2019067104.tif 000003
ただし、ＳＤ2は第２の分配層分配器１３2の分配用配管１１2の径、ＳＤ1は第１の分配層分配器１３1の分配用配管１１1の径、ＳＮ1は第１の分配層分配器１３1の分配用配管１１1から第２の分配層分配器１３2の分配用配管１１2への分岐数である。
【００２７】
実施例では、第１の分配層分配器１３1の分配用配管１１1から第２の分配層分配器１３2に８分岐するため、第２の分配層分配器１３2の分配用配管１１2を通る流量は、第１の分配層分配器１３1の分配用配管１１1を通る流量の１／８である。分配用配管１１2での圧力損失を、分配用配管１１1と同程度に抑えるために、流量と同様、第２の分配層分配器１３2の分配用配管１１2の断面積を、第１の分配層分配器１３1の分配用配管の断面積を１／８程度とする。すなわち、断面積の比が１／８であり、内径の比は√（１／８）となる。以上のことを考慮しつつ、流通及びコスト面を考慮すると、第２階層の分配用配管１１2の径ＳＤ2は２０ｍｍ、配管長ＳＬ2を４００ｍｍとすることができる。また、第１の分配層分配器の分配用配管１１1と第２の分配層分配器の分配用配管１１2を接続する分配用連絡管１２1（ホース）の径は１５ｍｍ、長さは１５００ｍｍとする。また、合流器２０は、分配器１０により各電子機器４０に流入した冷却水を収集することから、同様の寸法で形成する。すなわち、第１の合流層合流器２３1の合流用配管２１1の径ＣＤ1を２０ｍｍ、配管長ＣＬ1を４００ｍｍとし、第２の合流層合流器２３2の合流用配管２１2の径ＣＤ2を４５ｍｍ、配管長ＣＬ2を４００ｍｍとする。また、合流用連絡管２２2の径は１５ｍｍ、長さを１５００ｍｍとする。
【００２８】
上記の寸法で、分配器１０及び合流器２０を作製した場合の体積を表１に示す。
【００２９】
【表１】
2019067104.tif 000004
【００３０】
図１に示す比較技術の分配器２１０により９６個の電子機器４０に冷却液を分配する場合、分配器２１０の断面積を、第１の分配層分配器１３1の分配用配管１１1の断面積の４倍以上にする必要がある。そのため、分配用配管２１１の径は９０ｍｍ、長さは１６００ｍｍとした。また、分配器２１０から電子機器４０まで接続する分配用連絡管２１２（ホース）の径は１０ｍｍ、長さを５００ｍｍとした。また、電子機器４０を冷却した冷却水を収集する合流器２２０も、分配器２１０と同様の寸法で設けられる。すなわち、合流用配管２２１の径は９０ｍｍ、配管長は１６００ｍｍ、合流用連絡管２２２の径は１０ｍｍ、配管長を５００ｍｍとする。
【００３１】
上記の寸法で、分配器及び合流器を作製した場合の体積を表２に示す。
【００３２】
【表２】
2019067104.tif 000005
【００３３】
表１に示す本実施形態のサーバ装置１の分配器１０及び合流器２０の体積と、比較技術のサーバ装置２の分配器２１０及び合流器２２０とに必要な体積の総計を比較すると、約１／３程度に抑えられることが分かる。よって、本実施形態のサーバ装置１を用いれば、多くの電子機器４０に冷却液を分配し、且つ冷却液を収集しつつ、圧力損失も比較技術のサーバ装置２と同程度に抑えることができる。すなわち、本実施形態のサーバ装置１により、冷却性能を維持しながら配管に必要な体積を縮小させることができる。
【００３４】
また、比較技術のサーバ装置２では、分配用配管２１１と合流用配管２２１とが並列して配置される。本実施形態のサーバ装置１では、分配用配管１１1と、合流用配管２１2の長さを、比較技術のサーバ装置２の分配用配管２１１と合流用配管２２１の半分にすることが可能である。そのため、分配用配管１１1と合流用配管２１2とを上下に配置、すなわち、図２及び図３に示すように分配用配管１１1の長軸ＳＳと、合流用配管２１2の長軸ＣＳとが同軸になるよう配置することができる。そのため、分配器１０及び合流器２０の設置スペースを、比較技術のサーバ装置２の分配器２１０及び合流器２２０より小さくすることが可能になる。
【００３５】
図２及び図３に示す分配器及１０及び合流器２０では、２階層の分配層分配器及び合流層合流器で形成されている。しかしながら、分配器１０及び合流器２０は２階層に限定されず、接続される電子機器４０の数に応じて３階層以上で形成されてもよい。
【００３６】
分配層分配器の階層を一般化して、Ｎ階層と称する場合、分配層分配器１３Nでは、冷却液を一時的に蓄える分配用配管１１Nと、下流側にある分配用配管１１N+1又は電子機器４０と接続する複数の分配用連絡管１２Nとを有する。なお、Ｎは階層番号で１以上の整数であり、冷却液が流れる上流側から下流側に向かって増加するものとする。
【００３７】
また、合流器２０も２階層に限定されず、接続される電子機器４０の数に応じて３階層以上で形成されてもよい。冷却液を一時的に蓄える合流用配管２１M（Ｍは階層番号で、冷却液が流れる上流から下流に向かって増加する）と、電子機器４０又は上流側の合流層合流器の合流用配管２１M-1と接続する複数の合流用連絡管２２Mとを有する。合流用配管２１Mのそれぞれには、複数の流入口と一つの排水口が設けられている。
【００３８】
図５は、３階層以上の分配層分配器１３及び合流層合流器２３を備えた情報処理装置の概略を示す図である。左から給水管３４によって第１の分配層分配器１３1に流入した流入層は、分配用配管１１1に分配され、分配用連絡管１２１を通じて、第２の分配層分配器１３2に流入する。冷却液の分配は最終階層１３ｅまで続き、電子機器４０のそれぞれに流れる。電子機器４０を冷却した冷却水は合流器２０により収集される。合流器２０では、冷却水が第１の合流層合流器２３1においてグループ毎に収集される。最終階層２３ｅまで続いたのち、排水管３５を経由して熱交換器３３に送られる。
【００３９】
分配器１０の階層数と合流器２０の階層数とは同一であってもよく、また異なっていてもよい。例えば、分配器１０を３階層で形成し、合流器２０を２階層で形成してもよい。合流器２０のみを１階層としてもよい。
【００４０】
分配器１０が、複数の階層で作製される場合、第Ｎの分配層分配器にある分配用配管１１Nの径ＳＤNより、下流側にある第Ｎ＋１の分配層分配器の分配用配管１１N+1の径ＳＤN+1は小さく形成される。また、第Ｎ＋１の分配層分配器において、分配用配管１１Nの径ＳＤNよりも分配用連絡管１２Nの径ＴＤNの方が小さく形成される。
【００４１】
また、冷却液を分配する際の圧力損失を考慮して、以下の式で、下流側にある第Ｎ＋１の分配層分配器１３N+1の分配用配管１１N+1の径ＳＤN+1を求めるのがよい。
【数２】
2019067104.tif 000006
但し、ＳＤNは第Ｎの分配層分配器における分配用配管１１の径、ＳＮNは第Ｎの分配層分配器での分配数である。
【００４２】
合流器２０が、複数の階層で形成される場合、第Ｍの合流層合流器（Ｍは２以上の整数で、冷却液の上流側から下流側に向けて増加）にある合流用配管２１Mの径ＣＤMより、Ｍ−１階層の合流用配管２１M-1の径ＣＤM-1は小さく形成される。言い換えれば、第Ｍの合流層合流器にある合流用配管２１Mの径ＣＤMより、Ｍ＋１階層（下流側）の合流用配管２１M+1の径ＣＤM+1は大きく形成される。また、第Ｍの合流層合流器において、合流用配管２１Mの径ＣＤMよりも合流用連絡管２２Mの径ＵＤMの方が小さく形成される。
【００４３】
また、以下の式で、Ｍ＋１階層の合流用配管２１M+1の径ＣＤM+1を求めるのがよい。
【数３】
2019067104.tif 000007
但し、ＣＤMは第Ｍの合流層合流器（上流側の層）における配管の径、ＣＮM+1は第Ｍ＋１の合流層合流器（下流側の層）で冷却液が合流する合流数である。
【００４４】
図６に、本実施形態の情報処理装置の別例であるサーバ装置１ａを示す。図２及び図３に示すサーバ装置１では、分配器１０で用いられる第２の分配用配管１１2の径ＳＤ2が、第１の分配用配管１１1の径ＳＤ1よりも小さくなるように形成されていた。一方、図６に示すサーバ装置１ａの分配器１１０では、第１の分配層分配器１３1の第１の分配用配管１１1の径ＳＤ1と、第２の分配層分配器１３2の第２の分配用配管１１2の径ＳＤ2は略同一の大きさで形成されている。第１の分配用連絡管１２1、第２の分配用連絡管１２2及び電子機器４０は、図３に示すサーバ装置１のものと同じであるためそれらの説明は省略する。図６に示す第１の分配用配管１１1の径ＳＤ1と、第２の分配用配管１１2の径ＳＤ2の大きさ（内径）は１ｍｍ〜２００ｍｍとするのが望ましい。
【００４５】
また、図６に示すサーバ装置１ａの合流器１２０についても、分配器１１０と同様、第１の合流層合流器２３1の第１の合流用配管２１1の径ＣＤ1と、第２の合流層合流器２３2の第２の合流用配管２１2の径ＣＤ2とは同一の大きさで形成されている。合流用連絡管２２1及び合流用連絡管２２2は、図３に示すサーバ装置１のものと同じであるためそれらの説明は省略する。第１の合流用配管２１1の径ＣＤ1と、第２の合流用配管２１2の径ＣＤ2の大きさ（内径）は１ｍｍ〜２００ｍｍとするのが望ましい。また、第１の合流用配管２１1の径ＣＤ1と、第２の分配用配管１１2の径ＳＤ2とを同一の大きさとしてもよい。なお、ここで同一の大きさとは、完全に同一のほか実質的に同一とみなせる大きさも含まれる。例えば、配管を流れる冷却液の圧力損失に大きな影響のない例えば１ｍｍ〜５ｍｍの大きさの違いは同一に含まれる。
【００４６】
第１の分配用配管１１1と第２の分配用配管１１2は同一の径の管を使用するが、第１の分配用配管１１１の高さＳＬ1と、第２の分配用配管１１2の高さＳＬ2とは、同一の大きさであっても、異なっていてもよい。すなわち、第１の分配用配管１１1の高さＳＬ1と、第２の分配用配管１１2の高さＳＬ2は、何れか一方が大きくても構わない。
【００４７】
また、第１の合流用配管２１1と第２の合流用配管２１2は同一の径の管を使用するが、第１の合流用配管２１1の高さＣＬ1と、第２の合流用配管２１2の高さＣＬ2とは、同一の大きさであっても、異なっていてもよい。すなわち、第２の合流用配管２１2の高さＣＬ2と、第１の合流用配管２１1の高さＣＬ2は、何れか一方が大きくても構わない。分配器１１０又は合流器１２０中を流れる冷却液の圧力損失は、配管の径（ＣＤ1、ＣＤ2、ＳＤ1、ＳＤ2）によって変化するが、それらの長さの違い、すなわち配管の高さ（ＳＬ1、ＳＬ2、ＣＬ1、ＣＬ2）の違いによる影響は小さいからである。
【００４８】
図６に示すサーバ装置１ａでは、第１の分配用配管１１1の径ＳＤ1と、第２の分配用配管１１2の径ＳＤ2は同一の大きさであるため、圧力損失が殆ど変化しない。そのため、第１の分配用配管１１1と複数の第２の分配用配管１１2とを連絡する複数の第１の分配用連絡管１２1の長さとその径ＴＤ1をそれぞれ同一にすれば、第２の分配用配管１１2のそれぞれに一定の流量で冷却液を供給することができる。また、第１の分配用連絡管１２1の長さが変わった場合でも、第１の分配用連絡管１２1の径ＴＤ1を変更したり圧力損失を調整する機能を設け圧力損失を調整したりすることで、第２の分配用配管１１2への冷却液の供給量をコントロールすることができる。そのため、例えば第１の分配用配管１１1からの分岐数が多くなった場合でもその設計が容易になる。
【００４９】
また、第１の分配用配管１１1の径ＳＤ1と第２の分配用配管１１2の径ＳＤ2とを同一の大きさとすることで、第１の分配用配管１１1と第２の分配用配管１１2を同一の仕様で調達することができる。同一の仕様で調達するため、第１の分配用配管１１1等で使用する管材の購入量が多くなることから、単価が安くなり調達コストを低減させることができる。同様の効果が、サーバ装置１ａの合流器１２０の第１の合流用配管２１1及び第２の合流用配管２１2でもあるといえる。
【００５０】
図７〜図１０を用いて、本実施形態のサーバ装置において、各分配器の分配層分配器１３から分岐される分岐数ＢNの設定方法について説明する。図７に示すサーバ装置１ｂでは、冷却液は冷却する電子機器４０の数量に応じて分岐させられるが、複数の階層Ｎに分けて冷却液を分岐させる場合、各階層でどの程度分岐させるかにより、分配用配管１１から分岐する分配用連絡管１２の長さＴＬが異なってくる。そのため、本実施形態のサーバ装置１ｂでは、各階層の分岐数ＢNを、総分岐数Ｒの（１／階層数Ｔ）乗で求められる値に応じて、その値に最も近い総分岐数Ｒの因数の組合せで分岐数ＢＮが設定されている。すなわち以下の式（式４）を用いて得られる値を使用して第Ｎ階層の分配用連絡管１２Nの分岐数ＢNの組合せを設定した。
ＢN  ≒  Ｒ＾（１／Ｔ）  ・・・（Ｒの１／Ｔ乗）  （式４）
ただし、Ｒは総分岐数、Ｎは階層番号、Ｔは階層数であり、Ｒ、Ｔ、Ｎは２以上の整数とする。
第Ｎ階層の分岐数は、総分岐数Ｒの因数から近い数が選択される。例えば、式４により求められた値αを中心として所定の範囲に含まれる整数が分岐数として選択される。所定の範囲は、例えば式４により求められた値αから、±α／２以内の範囲である。
【００５１】
例えば、図７に示すように冷却すべき電子機器４０が４０個ある場合、総分岐数Ｒは４０となる。そして階層数Ｔが２である場合、各階層の分岐数ＢNを、式４から求められる４０＾（１／２）≒６に近い値となるように設定する。総分岐数Ｒが４０である場合、４０となる因数の組合せは、（第１階層の分岐数Ｂ1）×（第２階層の分岐数Ｂ2）と表記すると、（１）２×２０、（２）４×１０、（３）５×８、（４）８×５、（５）１０×４、（６）２０×２の６種類の組合せがある。
【００５２】
そのうち、各分岐数Ｂ1、Ｂ2のそれぞれが式４により算出した値α≒６に近いものは、５×８の組合せと、８×５の組合せの二種類である。この組合せは、例えば６を中心として±３以内、すなわち３〜９の範囲に分岐数Ｂ1、Ｂ2が含まれることによって選択されてよい。図７及び図８に５×８の組合せにより分岐した分配器１０ａ、１０ｂを示す。図９に２×２０の組合せにより分岐した分配器１０ｃを示す。図１０に８×５の組合せにより分岐した分配器１０ｄを示す。なお、図７には、分配器１０ａと同様の方法により第１階層で８つの合流用連絡管２２1により合流させた合流層合流器２３1と、第２階層で５つの合流用連絡管２２2により合流させた合流層合流器２３2による合流器２０ａが示されている。なお、図８〜図１０に示されるサーバにおいても合流器が設けられているがその表示は省略されている。
【００５３】
各階層において、分配用連絡管１２が下流側にある分配用配管１１までつながるための長さＴＬは異なっている。そのため、例えば図７に示す分配器１０ａでは、第１階層で５つに分岐されることから、分配用連絡管１２1−１〜１２1−５は５種類の長さの管が準備される。また、第２階層では、分配用配管１１2−１と電子機器４０のそれぞれの距離が異なることから、それぞれの分配層分配器１３2−１〜１３2−５において、８種類の異なる長さの管が準備される。すなわち、５×８の組合せでは、１３種類の異なる長さの管が準備される（以下、分配用連絡管１２の分岐種類と呼ぶ）。上述した６種類の組合せのそれぞれについて、分岐種類の数を計算すると以下のようになる。
（１）２×２０：Ｂ1＝２、Ｂ2＝２０  Ｂ1＋Ｂ2＝２＋２０＝２２
（２）４×１０：Ｂ1＝４、Ｂ2＝１０  Ｂ1＋Ｂ2＝４＋１０＝１４
（３）５×８：Ｂ1＝５、Ｂ2＝８  Ｂ1＋Ｂ2＝５＋８＝１３
（４）８×５：Ｂ1＝８、Ｂ2＝５  Ｂ1＋Ｂ2＝８＋５＝１３
（５）１０×４：Ｂ1＝１０、Ｂ2＝４  Ｂ1＋Ｂ2＝１０＋４＝１４
（６）２０×２：Ｂ1＝２０、Ｂ2＝２  Ｂ1＋Ｂ2＝２０＋２＝２２
ただし、Ｂ1は第１階層の分岐数、Ｂ2は第２階層の分岐数である。
【００５４】
分配器を製造する場合、分配用連絡管の分岐種類が少ない方が製造コストを低減させることができる。総分岐数Ｒが４０の場合、（３）及び（４）の分岐数は１３であり、他の組合せ（１）、（２）、（５）、（６）に比べても少ない。そのため、総分岐数Ｒが４０である場合は、（３）及び（４）の組合せが最も望ましいといえる。
【００５５】
図７に示すように、各階層の分配用配管を直線で形成された分配用連絡管で連結してもよい。ただし、第１階層の分配用配管１１1から分岐して第２階層の分配用配管１１2−１〜１１2−５までの直線距離は異なるため、第１階層の分配用連絡管の長さＴＬ1−１〜ＴＬ1−５は異なる。また、例えば第２階層の分配用配管１１2−１から電子機器４０1〜４０8までの直線距離も異なるため、第２階層の分配用連絡管１２2−１〜１２2−８の長さＴＬ2−１〜ＴＬ2−８も異なる。そのため、分配用連絡管を通る冷却液の圧力損失の値が５＋８で１３通り存在することとなる。圧力損失が異なると、末端にある発熱した電子機器を冷やす冷却液の流速が変わってしまう。そのため、全ての電子機器４０を同様に冷却するためには、圧力損失をできるだけ統一することが望ましい。例えば、図８に示すように、第１階層の分配用配管１１1と第２階層の分配用配管１１2−３との位置が近接している場合、直線距離の最も長い分配用連絡管の長さＴＬ1−１に合わせて、他の分配用連絡管の長さが統一される。この場合、長さが長くなった他の分配用連絡管は、直線距離よりも遠回りさせて連結する。
【００５６】
なお、円管内の圧力損失ΔＰについては、ＤａｒｃｙーＷｅｉｓｂａｃｈの式により算出することが可能である。
ΔＰ＝λ＊ＴＬ／ＴＤ＊ρｕ＾２／２＝４ｆ＊ＴＬ／ＴＤ＊ρｕ＾２／２  （式５）
ただし、ＴＬは分配用連絡管の長さ（単位：ｍ）、ＴＤは円管の内径（単位：ｍ）、ρは、流体密度（単位：ｋｇ／ｍ３）、ｕは流速（単位：ｍ／ｓ）、λは、Ｄａｒｃｙの摩擦損失係数、ｆはＦａｎｎｉｎｇの摩擦係数で、λ＝４ｆである。
【００５７】
式５から、圧力損失ΔＰは、分配用連絡管１２の長さＴＬに比例することが分かる。分配用連絡管１２が長い場合は、圧力損失が増加することから、冷却液を供給するＣｏｏｌａｎｔ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  Ｕｎｉｔ（以下ＣＤＵ）のポンプの能力を増やさないと、電子機器４０全体を冷却することができない場合がある。すなわち、総延長が長くなるにつれて、同一の圧力で冷却液を供給するにはＣＤＵの増強をしなくてはならない。そのため、分配用連絡管１２を準備するコストだけでなく、ＣＤＵに関連する設備コストも増加する場合がある。本願発明により、分岐数を最適化すると、分配用連絡管１２を調達するコストを最小化するとともに、ＣＤＵの設備コストも最低限とすることができる。
【００５８】
分岐種類が多い組合せでは、圧力損失を統一するために、分配用連絡管１２の管路長が最長のものに統一されるので、分配用連絡管１２の総延長が長くなる。総配管数Ｒが４０の場合、２×２０の組合せ及び２０×２の組合せでは、分岐種類は２２であり、５×８の組合せ及び８×５の組合せにおける分岐種類である１３と比べると、その種類の数が約７割増加する。
【００５９】
分配用連絡管１２の総延長について、２×２０の組合せの場合（図９参照）と５×８の組合せの場合（図７及び８参照）とを計算すると、表３、４に示す結果となった。ただし、図８に示すように第１階層の分配用配管１１1と第２階層の分配用配管１１2の距離Ｗ１、及び、第２階層の分配用配管１１2から電子機器４０までの距離Ｗ２を１０ｃｍとする。また、第１階層の分配用配管１１１の中心から第二階層の分配用配管１１2の中心までの高さの差をＨ１とする。第２階層の分配用配管１１2−１〜１１2−５のそれぞれと連結する電子機器４０が８個分積み重なって設置される高さＨ２を３０ｃｍとし、電子機器４０が４０個全て積み重なって設けられる高さＨ３を１５０ｃｍとしている。
（１）２×２０の場合
【表３】
2019067104.tif 000008
（３）５×８の場合
【表４】
2019067104.tif 000009
【００６０】
２×２０の組合せにおける分配用連絡管１２の総延長と、５×８の組合せにおける分配用連絡管１２の総延長を比較すると、以下のようになる。
【表５】
2019067104.tif 000010
【００６１】
図７に示す分配器１０ａから、図８に示す分配器１０ｂのように同じ階層の分配用連絡管１２の長さを最も長い分配用連絡管にあわせて調整すると、調整後の分配用連絡管１２の総延長は２５０．７ｃｍ増加する。また、図８に示す分配器１０ｂと図９に示す分配器１０ｃとを比較すると、分配用連絡管１２の総延長は５９６．１ｃｍ増加する。すなわち、２×２０の組合せと５×８の組合せとを比較すると、２×２０の組合せは分配用連絡管１２の総延長の増分も大きく、分配用連絡管１２の占有スペース及び分配用連絡管１２のコストが増加する。
【００６２】
図１０に、総分岐数Rが４０の場合の８×５の組合せで構成された分配器１０ｄを示す。図７に示す５×８の分配器１０ａと、図１０に示す８×５の分配器１０ｄでは、分岐種類の和は同一で１３である。図１０の分配器１０ｄでは、第２階層で分岐した分配用連絡管１２2の数量は、図７〜図９に示す構成と同じく４０本である。しかしながら、第１階層で分岐する分配用連絡管１２1−１〜１２1−８は８本であり、図７に示す分配器１０ａの第１階層で分岐する分配用連絡管１２1−１〜１２1−５の５本より多い。そのため、図１０に示す分配用連絡管１２1−１〜１２1−８の長さを合計した数値は大きくなる。図７に示す分配器１０ａのように、上流側にある分配用連絡管の本数を少なくさせた方が、分配用連絡管１２による占有スペースが減少し、部品を調達するコストを低減させることができる。
【００６３】
図７〜図１０に示す分配器１０ａ〜１０ｄでは、総分岐数Ｒが４０で、階層数Ｔが２である場合を示したが、総分岐数Ｒ及び階層数Ｔはこれらに限定されず、他の数量であってもよい。例えば総分岐数Ｒが９６で、階層数Ｔが２である場合は、式４で示される値αは約１０となる。その値αに近い因数の組合せは（１）第１階層で分岐する分岐数Ｂ1を８、第２階層で分岐する分岐数Ｂ2が１２となるか（２）分岐数Ｂ1を１２、岐数Ｂ2を８とした場合である。上流側の階層でより少なくなるように分岐する組合せは、（１）分岐数Ｂ1を８、分岐数Ｂ2が１２の組合せである。このように分岐数を設定することで、分配用連絡管の総延長を小さくすることができる。
【００６４】
また、上記分岐数を設定する方法は、図７に示す合流器２０ａにおける、各階層Ｍの合流数ＧMを求める際にも利用することができる。例えば図７に示す合流器２０ａでは、総合流数Ｖ、階層数Ｍとすると、以下の式（式６）を用いて得られる値を利用して第Ｍ階層の合流用連絡管２２Mの合流数ＧMの組合せが設定される。
ＧM  ≒  Ｖ＾（１／Ｔ）  ・・・（Ｖの１／Ｔ乗）（式６）
ただし、Ｖは総合流数、Ｍは階層番号、Ｔは階層数である。総合流数Ｖが４０である場合、第１階層の合流数×第２階層の合流数の組合せは、８×５の組合せと５×８組合せとなる。そして、８×５の組合せを適用することで、下流側の階層で合流数が少なくなり、合流用連絡管２２2による占有スペースが減少し、部品を調達するコストが低減される。
【００６５】
以上、本出願を特にその好ましい実施の形態を参照して詳細に説明したが、本出願はこれらの実施の形態に限定されない。
【符号の説明】
【００６６】
１、１ａ、１ｂ、２    サーバ装置
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１１０、２１０    分配器
１１、１１1、１１2    分配用配管
１２、１２1、１２2    分配用連絡管
１３、１３1、１３2    分配層分配器
２０、２０ａ、１２０    合流器
２１、２１1、２１2    合流用配管
２２、２２1、２２2    合流用連絡管
２３、２３1、２３2    合流層合流器
３２    筐体
３３    熱交換器
３４    給水管
３５    排水管
４０    電子機器
４１    プリント基板
４２    集積回路
４３    電気コネクタ
４４    コールドプレート
４５    パイプ
４６    カプラ
４７    流入口
４８    排出口
【図１】
2019067104.tif 000011
【図２】
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【図３】
2019067104.tif 000013
【図４】
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【図５】
2019067104.tif 000015
【図６】
2019067104.tif 000016
【図７】
2019067104.tif 000017
【図８】
2019067104.tif 000018
【図９】
2019067104.tif 000019
【図１０】
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