(57)【要約】【課題】停電時などの電源喪失時にも冷却能力を確保し、電子機器の動作許容時間の延長が可能な冷却装置を提供する。【解決手段】電子機器（３０）を収納する電子機器収容ラック（１４０）と冷却液（１５０）とを収容する冷却槽（１６０）と、冷却液を循環するポンプ（１７０）と、冷却液を冷却する熱交換器（１９０）およびチラー（１８０）とを備えた冷却装置において、冷却槽は、下部に電子機器収容ラックを収容し、上部に前記冷却液の余剰部分を収容する領域（１６５）を備え、電子機器は冷却液の余剰部分以外の部分に浸漬されることを特徴とする。【選択図】図３
2019008406.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子機器を収納する電子機器収容ラックと冷却液とを収容する冷却槽と、
前記冷却液を循環するポンプと、
前記冷却液を冷却する熱交換器およびチラーと
を備えた冷却装置であって、
前記冷却槽は、下部に前記電子機器収容ラックを収容し、上部に前記冷却液の余剰部分を収容する領域を備え、前記電子機器は前記冷却液の前記余剰部分を除く部分に浸漬されることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記電子機器は、電源喪失時に前記電子機器に電力を供給するための蓄電池に接続されており、
電源喪失時に前記ポンプ、前記熱交換器および前記チラーは停止し、
前記冷却液により、前記蓄電池から供給された電力で動作している間の前記電子機器の温度は、前記電子機器の動作保障温度以下に保たれることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記冷却槽に収容される前記冷却液の量は、前記電子機器収容ラックの容積の３倍より多いことを特徴とする請求項１または２に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置に関し、より詳細には、電子機器を冷却する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報処理技術と通信技術の発展により、これらの技術を組み合わせた情報通信技術ＩＣＴ（Information and Communication Technology）サービスが広く利用されている。近年のＩＣＴサービスの急速な発展に伴い、ＩＣＴ装置（情報通信装置）を含む電子機器の発熱量と発熱密度（装置面積あたりの発熱量）が急増している（高発熱密度化）。これら電子機器を収容する情報通信機械室及びデータセンターでは、全体の消費電力の４０％程度を装置の冷却に費やしているとされ、冷却効率の向上が求められている。また、上記高発熱密度の電子機器は停電時に冷却機能が停止すると、室温の上昇に伴いシステムが動作保障温度に達してしまう問題がある。
【０００３】
図１は、空調機器停止時の電子機器の動作許容時間を説明する図である。ここでは電子機器が動作保障温度に達するまでの時間を動作許容時間とする。電子機器の動作保障温度は、準拠する規格等によって、それぞれ異なる。例えば、２５℃に制御維持された機器室内のラックに設置された電子機器の動作保障温度の上限値が５０℃である場合がある。図１に示すように、停電により機器室の空調機が停止すると、電子機器の動作環境（機器室内の温度およびラック温度）の温度上昇が始まり、やがて動作保障温度（許容温度）に到達し、許容温度を超過する。許容温度を超過すると（動作許容時間を経過すると）、電子機器は停止してしまう。
【０００４】
図２は、情報通信機械室における電源構成を説明するための図である。情報通信機械室では一般的に停電時においては、整流器２０を介して直流系統に接続されているＩＣＴ装置３０（電子機器３０ともいう）は、蓄電池４０によりバックアップされているが、空調機５０等の冷却システムは商用電力１０に接続された交流系統であり基本的には蓄電池を保持していない（図２（ａ））。機器室の空調機等の冷却システムを停電時においても動作させる場合においては、交流系統に無停電電源供給（Uninterruptible Power Supply：ＵＰＳ）装置６０や蓄電池６２を設置するか（図２（ｂ））、または直流系統からコンバータを介して空調動力に利用する方法が考えられる。しかしながら、停電時に機器室の空調機等の冷却システムを稼働させるためには、設備投資コストが増大してしまう懸念がある。特にＩＣＴ装置においては上述の通り高発熱密度化が顕著であり、ＩＣＴ装置用の直流系統の蓄電池が枯渇するよりも早く室温が動作保障温度（許容温度）に到達することにより、システムが停止してしまう問題がある。
【０００５】
電子機器の冷却には、従来は空冷式と液冷式が用いられており、これらを組み合わせることで冷却効率の向上が図られてきた。近年においては、水冷または他の絶縁液体（冷却液）を用いた液浸冷却が紹介されている（例えば、非特許文献１参照）。液浸冷却では、冷却液が直接電子機器を冷却するため効率的な局所冷却が可能である。また、通常の空調冷却では電子機器にファンが設置されているが、液浸冷却ではファンが不要なため電子機器自体の消費電力を削減するとともに故障削減による信頼性の向上につながる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】石塚勝署「図解入門よくわかる電子機器の熱設計」、秀和システム、２００９年１１月４日、４２頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来技術では停電時の電源喪失時に冷却を継続し電子機器の動作許容時間を延長するためには高価なＵＰＳの大量設置が必要である。前述のように通信機械室及びデータセンターの使用電力の４０％程度を装置の冷却に使用しているため、その冷却装置のバックアップに必要なコストは甚大なものになってしまう。
【０００８】
また従来技術では収容されている電子機器に対して、データセンターや収容函などの部屋全体を冷却するものであるため、その中に高発熱密度装置が混在した場合には、全体の温度を下げて冷却するか、アイルキャッピング（登録商標）などで高発熱密度装置を囲い込んで運用するか、１ラックあたりの搭載可能発熱量を抑制するかで対応する必要性があり、いずれもコストが増加し、冷却効率の低下を招いてしまう問題がある。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、停電時などの電源喪失時にも冷却能力を確保し、電子機器の動作許容時間の延長が可能な冷却装置を提供することである。また、本発明は、停電時などの電源喪失時に、電子機器の動作許容時間が電子機器の蓄電池保持時間以上となるような、冷却装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような目的を達成するために、本発明の実施形態は、電子機器を収納する電子機器収容ラックと冷却液とを収容する冷却槽と、冷却液を循環するポンプと、冷却液を冷却する熱交換器およびチラーとを備えた冷却装置であって、冷却槽は、下部に電子機器収容ラックを収容し、上部に冷却液の余剰部分を収容する領域を備え、電子機器は冷却液の余剰部分を除く部分に浸漬されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明によれば、停電時において、冷却液の対流により高温になった冷却液は冷却槽上部に移動することにより電子機器が動作保障温度に達するのを蓄電池保持時間より遅らせることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】空調機停止時における電子機器の動作許容時間を説明する図である。
【図２】情報通信機械室における電源構成を説明するための図であり、（ａ）は一般的な機器室の電源構成を示す図、（ｂ）は空調機の電源のためのバックアップを備えた場合の機器室の電源構成図である。
【図３】本発明の実施形態にかかる冷却機器の構成図である。
【図４】本発明の実施形態にかかる冷却機器を説明するための図である。
【図５】発明の実施形態にかかる冷却機器を説明するための図であり、（ａ）は冷却液の物性による効果の違いを説明するための図、（ｂ）は冷却液の量の違いによる温度上昇の違いを示す図であり、（ｃ）は冷却液の物性を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。以下の説明において、同一または類似の符号は同一または類似の要素を示し、繰り返しの説明は省略する。また、以下の説明において、具体的な数値例や材料名等を示すが、本願発明はこれに限定されるものではなく、一般性を失うことなく他の数値や材料を適用して実施することができる。
【００１４】
本発明の実施形態の冷却装置は、冷却槽を有し、冷却槽には電気絶縁性の冷却液が収容されている。冷却槽には電子機器が収容されたラックが収容され、電子機器が冷却液に浸漬されている。冷却液は電気絶縁性をもつフッ素炭化化合物や合成油とすることができる。冷却槽は熱交換器に接続され、通常時（通電時）はポンプなどを用いて冷却液を循環し電子機器の冷却を行う。電子機器の放熱を吸収した冷却液が上方へ移動するように、冷却槽の下部にラックが収容される。
【００１５】
冷却槽は、少なくとも電子機器を浸漬することができる量の冷却液（最小量冷却液）と、電子機器を浸漬することについて余剰となる冷却液の余剰部分（余剰冷却液）とを収容することができる。
【００１６】
最小量冷却液の量は、設置する電子機器の量に応じて決定される。余剰冷却液の量は、停電時に電子機器から発せられる熱を蓄える事が可能な量であり、電子機器の消費電力と停電時に保持が必要な時間から算出される。
【００１７】
ラックに最大収容数の電子機器が収容されているとすると、電子機器を浸漬するための最小量冷却液の量はラックの容積相当となるため、冷却槽は、上部（この場合はラックの上方）に余剰冷却液を収容する領域が設けられる。
【００１８】
冷却液の余剰部分（余剰冷却液）により、停電時に電子機器から発せられる熱を蓄える事が可能となり、電子機器の動作許容時間が電子機器の蓄電池保持時間以上とすることが可能となる。したがって、冷却槽は、必要に応じて冷却液で満たされ、場合によっては、余剰冷却液を収容してもなお空気などで満たされる空間ができる。
【００１９】
図３および４は、本発明の実施形態にかかる冷却機器の構成図である。図３の冷却装置は、冷却槽１６０と、冷却液を循環するポンプ１７０と、冷却液を冷却する熱交換器１９０およびチラー１８０とを備える。冷却槽１６０は、電子機器収容ラック１４０と冷却液１５０とを収容することができる。電子機器収容ラックは、１つ以上の電子機器３０を収納することができる。
【００２０】
冷却槽１６０、ポンプ１７０、熱交換器１９０およびチラー１８０は、それぞれ商用電力１０に接続され交流系統である。他方、電子機器３０は、商用電力１０に接続された整流器２０を介する直流系統であり、整流器２０と電子機器３０との間には、停電時のバックアップ用の蓄電池４０が設けられている。
【００２１】
図４を参照すると、冷却槽１６０は、下部に電子機器収容ラックを収容し、上部に冷却液の余剰部分を収容する領域１６５を備える。電子機器収容ラックの電子機器の最大収容数は３つである。したがって、電子機器収容ラックに収容された３つの電子機器３０（すなわち、電子機器収容ラック１４０）は、冷却液の最小量冷却液（余剰冷却液以外の部分）に浸漬される。３つの電子機器３０の上方（すなわち電子機器収容ラック１４０の上方）の領域１６５に収容される冷却液が、余剰冷却液（最小冷却液以外の部分）である。
【００２２】
３つの電子機器３０による消費電力は１０ｋＷである。動作保障温度は４５℃である。
【００２３】
電子機器収容ラック１４０は、スチール製とすることができ、容積は４２０Ｌ（幅６００ｍｍ×高さ１０００ｍｍ×奥行７００ｍｍ）でとすることができる。
【００２４】
冷却槽１６０は、スチールやアルミなどの金属製またはポリカーボネート等の樹脂製とすることができ、容積は２０００Ｌ（幅１０００ｍｍ×高さ２０００ｍｍ×奥行１０００ｍｍ）である。
【００２５】
チラー１８０は、水を冷却し、熱交換器１９０へ供給する。チラー１８０は、例えば、オリオン社製の冷水チラーとすることができる。
【００２６】
熱交換器１９０は、チラー１８０から供給される冷水により、循環する冷却液１５０冷却する。熱交換器１９０は、例えば、アルファラベル社製のプレート式熱交換機とすることができる。
【００２７】
冷却液１５０は、絶縁液体であり、例えば、３Ｍ社のＰＦ−５０５２、フロリナート（登録商標）ＦＣ−７２、ＦＣ−７７０、ＦＣ−３２８２、ＦＣ−４、ＦＣ−４３などを用いることができる。冷却液１５０は、ポンプ１７０により冷却槽１６０と熱交換器１９０とを循環する。通常時（電量供給時）における冷却槽１６０内の冷却液１５０の温度は、２０℃である。例えば、比熱が１０５０Ｊ／ｋｇＫ、２５℃の密度が１７００ｋｇ／ｍ3であるフロリナートが５００Ｌだけ冷却槽１６０内に収容されているとすると、１０ｋＷの消費電力の電子機器３０からの放熱により、冷却液１５０の温度が動作保障温度（４５℃）を超えるはポンプ１７０の停止（電源喪失）から３６分後であるが、フロリナートが１０００Ｌだけ冷却槽１６０内に収容されているとすると、冷却液１５０の温度が動作保障温度（４５℃）を超えるのは電源喪失から１０８分後となり、余剰冷却液により電子機器の動作許容時間が拡張される。
【００２８】
図５（ａ）は、冷却液の物性による効果の違いを説明するための図である。図５（ｃ）は、冷却液の物性を示す表である。図５（ａ）は、フロリナート４３とフロリナート７２の電源喪失後の温度上昇の様子を示す。電源喪失後の冷却液の温度上昇（Δｔ）の変化は、密度の高いフロリナート４３（実線）が、密度の低いフロリナート７２（一点破線）よりも、緩やかであり、より密度の高い冷却液が、電子機器の動作許容時間を拡張できることがわかる。
【００２９】
図５（ｂ）は、冷却液の量の違いによる温度上昇の違いを示す図である。冷却槽１６０内にフロリナート４３を５００Ｌだけ収容した場合（一点破線）と１５００Ｌだけ収容した場合（実線）の電源喪失後の温度上昇の様子を示す。冷却槽１６０に収容する冷却液の量を５００Ｌ（最小量冷却液（４２０Ｌ）よりもわずかに多い量）とした場合に比べ、１５００Ｌ（最小量冷却液の３倍以上の量）とした場合の方が、電子機器の動作許容時間を拡張できることがわかる。
【符号の説明】
【００３０】
１０  商用電力
２０  整流器
３０  ＩＣＴ装置、電子機器
４０、６２  蓄電池
５０  空調機
６０  無停電電源装置
１４０  電子機器収容ラック
１５０  冷却液
１６０  冷却槽
１７０  ポンプ
１８０  チラー
１９０  熱交換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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