(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子機器を収納し、部屋の壁に近接して配置され、一方の面側からエアーを取り入れて他方の面側から排出する筺体と、
前記筺体の前記一方の面側に並列に配置されて前記筺体内に入るエアーを冷却する複数の熱交換器とを有し、
前記複数の熱交換器は、前記熱交換器と前記壁との間の距離に応じて前記筺体からの距離が相互に異なる位置に配置されていることを特徴とする冷却システム。
【請求項２】
前記複数の熱交換器と前記筺体との間の距離が変更可能であることを特徴とする請求項１に記載の冷却システム。
【請求項３】
前記複数の熱交換器と前記筺体との間に、前記複数の熱交換器と前記筺体との間をそれぞれ個別に連絡する連絡部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷却システム。
【請求項４】
前記複数の熱交換器が、前記筺体の一方の面の幅方向に並んでいることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の冷却システム。
【請求項５】
電子機器が収納された筺体の一方の面側に並列に配置される複数の熱交換器と、前記複数の熱交換器と前記筺体との間を個別に連絡する連絡部とを有し、
前記複数の熱交換器は、前記筺体からの距離がそれぞれ個別に設定可能であることを特徴とする冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筺体内に収納された電子機器を冷却する冷却システム及び冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高度情報化社会の到来にともなって計算機で多量のデータが扱われるようになり、多数の計算機を同一室内に設置して一括管理することが多くなっている。例えばデータセンターでは、計算機室内に多数のラック（サーバーラック）を設置し、それぞれのラックに複数の計算機（サーバ）を収納している。そして、それらの計算機にジョブを有機的に配分し、大量のジョブを効率的に処理している。
【０００３】
計算機からは、ジョブの処理にともなって多量の熱が発生する。そのため、熱による計算機の故障や誤動作を防止するために、計算機を冷却する手段が必要となる。
【０００４】
一般的なデータセンターでは、パッケージエアコンなどの空調機によって所定温度に調整されたエアーを大型の送風ファンによりラックの近傍まで送り、そのエアーをラック内に設けられた送風ファンによりラック内に取り込んで計算機を冷却している。
【０００５】
空調機により所定温度に調整されたエアー（冷気）は、例えばラックが設置される機器設置エリアの床下を通ってラックの一方の面（吸気面）側に送られる。そして、このエアーは、ラックの一方の面側からラック内に取り込まれて計算機を冷却した後、ラックの他方の面（排気面）側から排出される。ラックから排出されたエアー（暖気）は、機器設置エリアの天井裏を通って空調機に戻る。
【０００６】
ところで、データセンターでは、計算機を冷却するために多大な電力を消費しており、二酸化炭素排出量の削減及び地球環境保護の観点から、消費電力の削減が要求されている。データセンターで消費する電力を削減するためには、空調機を含む空調設備の省電力化が重要である。しかし、現状では空調設備の省電力化はほぼ限界に達しており、今後大きな電力削減を望めない状況にある。また、データセンターに要求されるニーズも多様化しており、大掛かりな計算機室や空調設備を用意することなく、よりコンパクトな室内に計算機を高密度に設置することも要求されている。
【０００７】
そこで、複数のラックを排気面と吸気面とが対向するように近接して配置し、それらのラックの間に熱交換器を設置して、ラックから排出されたエアーを熱交換器により冷却し、次のラックに供給することが提案されている。これにより、室内に暖気が拡散することが回避され、空調機を効率的に運転することができる。また、計算機室の規模によっては、大型の空調機を使用することなく計算機を稼働させることが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−１２３２１２号公報
【特許文献２】特開２００３−１５２３７７号公報
【特許文献３】特開２００９−９７７７４号公報
【特許文献４】特開２０１０−１７１０７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
電子機器が収納された筺体の吸気面における風量のばらつきを抑制できる冷却システム及び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】
【００１０】
開示の技術の一観点によれば、電子機器を収納し、部屋の壁に近接して配置され、一方の面側からエアーを取り入れて他方の面側から排出する筺体と、前記筺体の前記一方の面側に並列に配置されて前記筺体内に入るエアーを冷却する複数の熱交換器とを有し、前記複数の熱交換器は、前記熱交換器と前記壁との間の距離に応じて前記筺体からの距離が相互に異なる位置に配置されている冷却システムが提供される。
【発明の効果】
【００１１】
上記一観点によれば、熱交換器と筺体との間の距離を調整し、筺体の吸気面における風量のばらつきを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、計算機室内に設置されたラックを例示した模式的側面図である。
【図２】図２は、同じくその模式的上面図である。
【図３】図３は、熱交換器とチラーユニットとの接続を表した模式図である。
【図４】図４は、図１，図２に例示した冷却システムの問題点を説明する図である。
【図５】図５は、第１の実施形態に係る冷却システムを例示する模式的上面図である。
【図６】図６は、図４のように熱交換器、送風機及びラックが配置された場合の風速分布をシミュレーションした結果を表した図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｃ）は、図５のようにラック、熱交換器及び接続部を配置した場合の風速分布をシミュレーションした結果を表した図である。
【図８】図８は、第２の実施形態に係る冷却システムを例示した模式的側面図である。
【図９】図９は、同じくその模式的前面図である。
【図１０】図１０は、第２の実施形態の変形例を表した模式的側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施形態について説明する前に、実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。
【００１４】
図１は計算機室内に設置されたラックを例示した模式的側面図、図２は同じくその模式的上面図である。また、図３は熱交換器とチラーユニットとの接続を表した模式図である。なお、図１，図２において、白抜き矢印はエアーの流れ方向を表している。
【００１５】
計算機室内には複数（図１，図２では２台）のラック１１が、吸気面と排気面とを対向させて配列されている。また、各ラック１１内にはそれぞれ複数の計算機１２が高さ方向に並んで収納されている。
【００１６】
各ラック１１の吸気面側には、熱交換器１５と送風機１６とが配置されている。熱交換器１５は冷媒が通る配管と、その配管に接続されたフィンとを有し、フィン間を通流するエアーを冷却する。図３のように、熱交換器１５は配管を介して屋外に設置されたチラーユニット１９に接続されている。チラーユニット１９は冷媒（例えば水）を一定の温度に冷却して熱交換器１５に供給し、熱交換器１５から熱交換後の冷媒を回収する。
【００１７】
送風機１６には複数の送風ファン１６ａが設けられており、それらの送風ファン１６ａの回転によりエアーの流れを形成して、熱交換器１５により冷却されたエアーをラック１１内に送り込む。
【００１８】
以下、説明の便宜上、ラック１１内を通るエアーの流れ方向上流側（図１，図２では左側）から、１番目の熱交換器１５、１番目の送風機１６、１番目のラック１１、２番目の熱交換器１５、２番目の送風機１６、２番目のラック１１というように呼ぶ。
【００１９】
１番目の熱交換器１５は室内のエアーを冷却し、この１番目の熱交換器１５で冷却されたエアーは１番目の送風機１６により１番目のラック１１に送られる。そして、１番目のラック１１内の計算機１２を冷却して温度が上昇したエアー（暖気）は、ラック１１の排気面から排出される。
【００２０】
２番目の熱交換器１５は１番目のラック１１の排気面に近接して配置されており、１番目のラック１１から排出されたエアーを冷却する。この２番目の熱交換器１５で冷却されたエアーは２番目の送風機１６により２番目のラック１１内に送られ、ラック１１内の計算機１２を冷却した後、排気面から排出される。
【００２１】
３以上のラック１１が配列されている場合も、同様に前のラック１１から排出されたエアーは熱交換器１５により冷却され、送風機１６により次のラック１１に送られる。このような構成とすることにより、ラック１１を設置するスペースが少なくてすみ、且つラック１１から排出された暖気が室内に拡散することを回避できるという利点がある。
【００２２】
しかしながら、上述の計算機の冷却システムには以下に説明する問題点がある。
【００２３】
計算機室が広く、ラック１１と部屋の壁との間を十分広く取れる場合は、図２の上面図に白抜き矢印で表したように、最後のラック１１から排出されたエアーがラック１１の両側を通って１番目のラック１１の吸気面側に戻る。このため、エアーの流量がラック１１の幅方向でほぼ均一となる。
【００２４】
しかし、計算機室が小さく、ラック１１を壁に接するように配置しなければならないことがある。このような場合、例えば図４の上面図に白抜き矢印で表したように、ラック１１の幅方向でエアーの流量に大きなばらつきが発生する。これにより、ラック１１内に配置された計算機１２内の発熱部が十分に冷却されないことがある。
【００２５】
（第１の実施形態）
図５は第１の実施形態に係る冷却システムを例示する模式的上面図である。図５において、図１，図２と同一物には同一符号を付している。なお、本実施形態では、ラック（筺体の一例）内に収納された計算機（電子機器の一例）の冷却に適用した例について説明しているが、他の電子機器の冷却に適用することもできる。
【００２６】
計算機室には、複数のラック１１が、吸気面と排気面とを対向させて配列されている。各ラック１１内にはそれぞれ複数の計算機１２が高さ方向に並んで収納されている。ラック１１の幅は例えば０．７ｍ、奥行きは例えば０．８ｍ、高さは例えば２ｍである。
【００２７】
１番目のラック１１（図５中の左側のラック１１）の前方（吸気面側）には、１番目の送風機１６が配置されており、この１番目の送風機１６の前方には３台の熱交換器（１番目の熱交換器）１５ａ，１５ｂ，１５ｃが配置されている。
【００２８】
熱交換器１５ｃは通路側（壁から最も遠い側）に配置され、送風機１６とほぼ密着している。
【００２９】
熱交換器１５ｂは、ラック１１の幅方向の中央であって１番目の送風機１６から約３０ｃｍ離れた位置に配置されている。この熱交換器１５ｂと１番目の送風機１６との間には、熱交換器１５ｂと送風機１６とを気密的に連絡する筒状の接続部１７ｂが設けられている。
【００３０】
熱交換器１５ａは、壁側であって１番目の送風機１６から約６０ｃｍ離れた位置に配置されている。この熱交換器１５ａと１番目の送風機１６との間には、熱交換器１５ａと送風機１６とを気密的に連絡する筒状の接続部１７ａが設けられている。
【００３１】
１番目のラック１１の排気面側には、２番目の熱交換器１５が１番目のラック１１に近接して配置されている。また、２番目の熱交換器１５と２番目のラック１１との間には、２番目の送風機１６とが配置されている。
【００３２】
熱交換器１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５は、いずれも屋外に設置されたチラーユニットに接続されている（図３参照）。これらの熱交換器１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、いずれも冷媒が通る配管と、その配管に接続されたフィンとを有し、フィン間を通るエアーを冷却する。
【００３３】
１番目及び２番目の送風機１６はいずれも複数の送風ファン１６ａを有し、それらの送風ファン１６ａの回転によりエアーの流れを形成して、熱交換器１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５により冷却されたエアーをラック１１内に送り込む。
【００３４】
本実施形態では、上述したように、１台目の熱交換器として、ラック１１の幅方向に沿って３台に分割された熱交換器１５ａ，１５ｂ，１５ｃを使用している。そして、それらの熱交換器１５ａ，１５ｂ，１５ｃを、１番目のラック１１の吸気面側に、前後方向（送風機１６によるエアーの流れ方向）にずらして配置している。これらの熱交換器１５ａ，１５ｂ，１５ｃで冷却されたエアーは、送風機１６及び接続部１７ａ，１７ｂを介して１番目のラック１１の壁側、中央及び通路側にそれぞれ個別に（並列に）供給される。
【００３５】
図６は、図４のように熱交換器１５、送風機１６及びラック１１が配置された場合（比較例）の風速分布をシミュレーションした結果を表した図である。ここでは、１番目の熱交換器１５の前面を含む平面（図４中のＦの位置における平面）における風速分布を示している。なお、図６中Ａはラック１１の側方の通路部分であり、この通路部分では奥から手前に向かう方向（＋側）にエアーが流れる。また、図６中の熱交換器１５の部分では、ラック１１に向かう方向（−側）にエアーが流れる。
【００３６】
この図６から、熱交換器１５の左側（壁と反対側）の部分では風速が遅く、右側（壁側）の部分では風速が速いことがわかる。より詳細な風速分布シミュレーションでは、熱交換器１５の左側の部分の風速は約０．５ｍ／secであり、右側（壁側）の部分の風速は約２ｍ／secであった。このシミュレーション結果から、図４のように熱交換器１５、送風機１６及びラック１１を配置した場合はラック１１の幅方向の風速のばらつき、換言すれば風量（単位時間に単位面積を通過するエアーの量）のばらつきが大きいことがわかる。
【００３７】
図７（ａ）〜（ｃ）は、図５のようにラック１１、熱交換器１５ａ，１５ｂ，１５ｃ及び接続部１７ａ，１７ｂを配置した場合（実施例）の風速分布をシミュレーションした結果を表した図である。図７（ａ）は、熱交換器１５ａの前面を含む平面（図５中のＦ１の位置における平面）における風速分布である。また、図７（ｂ）は熱交換器１５ｂの前面を含む平面（図５中のＦ２の位置における平面）における風速分布である。更に、図７（ｃ）は熱交換器１５ｃの前面を含む平面（図５中のＦ３の位置における平面）における風速分布である。
【００３８】
これらの図７（ａ）〜（ｃ）から、各熱交換器１５ａ，１５ｂ，１５ｃの前面における風速（風量）はほぼ均一であることがわかる。より詳細な風速分布シミュレーションでは、各熱交換器１５ａ，１５ｂ，１５ｃの前面における風速はいずれも約３ｍ／secであった。
【００３９】
以上のように、本実施形態では、１番目のラック１１の前方に、ラック１１の幅方向に沿って３台に分割された熱交換器１５ａ，１５ｂ，１５ｃを使用している。そして、それらの熱交換器１５ａ，１５ｂ，１５ｃを、壁からの距離に応じて前後方向にずらして配置している。これにより、ラック１１の幅方向の風速を均一化することができる。その結果、ラック１１内の計算機１２の冷却不足が回避され、計算機１２の熱による故障や誤動作を防止することができる。
【００４０】
なお、接続部１７ａ，１７ｂを伸縮自在（例えば蛇腹式）に形成し、且つ熱交換器１５ａ，１５ｂ，１５ｃにキャスター（車輪）等を設けて可動式としてもよい。これにより、設置場所や要求される風速分布に応じて送風機１６と熱交換器１５ａ，１５ｂ，１５ｃとの間の距離を調整することができる。
【００４１】
また、上述の実施形態ではラック１１とは別に送風機１６が設けられている場合について説明したが、ラック１１内に送風ファンが設けられている場合は、送風機１６を省略してもよい。
【００４２】
更に、上述の実施形態では１番目のラック１１の前方に配置する熱交換器の分割数が３の場合について説明したが、ラック１１（電子機器を収納する筺体）の幅等に応じて、熱交換器の分割数を２又は４以上としてもよい。
【００４３】
（第２の実施形態）
図８は第２の実施形態に係る冷却システムを例示する模式的側面図、図９は同じくその模式的前面図である。なお、図８，図９において、図５と同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４４】
本実施形態では、１番目のラック１１の吸気面側に１番目の送風機１６が配置されており、１番目の送風機１６の前方に、１番目の熱交換器として、６台の熱交換器２５ａ〜２５ｆを配置している。
【００４５】
図９のように、熱交換器２５ａ，２５ｃ，２５ｅはこの順に並んで上側に配置され、熱交換器２５ｂ，２５ｄ，２５ｆはこの順に並んで下側に配置されている。これらの熱交換器２５ａ〜２５ｆと１番目の送風機１６との間には、熱交換器２５ａ〜２５ｆと送風機１６との間をそれぞれ個別に且つ気密的に連絡する接続部２７ａ〜２７ｆが設けられている。
【００４６】
第１の実施形態では、最後のラック１１から排出されたエアーがラック１１の側方を通って１番目のラック１１の吸気面側に移動する場合について説明したが、ラック１１の上方を通って１番目のラック１１の吸気面側に移動するエアーが存在する。この場合、ラック１１の高さ方向でエアーの流量のばらつきが発生する。
【００４７】
本実施形態では、ラック１１の幅方向及び高さ方向に分割された熱交換器２５ａ〜２５ｆを有し、幅方向及び高さ方向の位置に応じてそれらの熱交換器２５ａ〜２５ｆを個別に前後方向にずらすことができる。これにより、ラック１１の幅方向及び高さ方向の風速を均一化することができる。その結果、ラック１１内の計算機１２の冷却不足が回避され、計算機１２の熱による故障や誤動作を防止することができる。
【００４８】
なお、１番目の熱交換器の分割数に応じて複数の送風機（１番目の送風機）を並列に設置し、設置場所や要求される風速分布に応じてそれらの送風機の回転数を個別に制御してもよい。例えば図１０の冷却システムでは、第１のラック１１の前方に６つに分割された熱交換器２５ａ〜２５ｆを配置している。そして、それらの熱交換器２５ａ〜２５ｆにそれぞれ個別に対応するように、６台の送風機２６ａ〜２６ｆを配置している。
【００４９】
このように、熱交換器の分割数に応じて複数の第１の送風機を設置し、それらの送風機の回転を個別に制御することにより、ラック１１の吸気面におけるエアーの流量のばらつきをより一層小さくすることができる。
【００５０】
以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【００５１】
（付記１）電子機器を収納し、一方の面側からエアーを取り入れて他方の面側から排出する筺体と、
前記筺体の前記一方の面側に並列に配置されて前記筺体内に入るエアーを冷却する複数の熱交換器とを有し、
前記複数の熱交換器は、前記筺体からの距離が相互に異なる位置に配置されていることを特徴とする冷却システム。
【００５２】
（付記２）前記複数の熱交換器と前記筺体との間の距離が変更可能であることを特徴とする付記１に記載の冷却システム。
【００５３】
（付記３）前記複数の熱交換器と前記筺体との間に、前記複数の熱交換器と前記筺体との間をそれぞれ個別に連絡する連絡部が設けられていることを特徴とする付記１又は２に記載の冷却システム。
【００５４】
（付記４）前記筺体は部屋の壁に近接して配置され、前記熱交換器と前記筺体との間の距離は前記熱交換器と前記壁との間の距離に応じて設定されていることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の冷却システム。
【００５５】
（付記５）前記複数の熱交換器と前記筺体との間に送風機が設けられていることを特徴とする付記１乃至４のいずれか１項に記載の冷却システム。
【００５６】
（付記６）前記複数の熱交換器が、前記筺体の一方の面の幅方向に並んでいることを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載の冷却システム。
【００５７】
（付記７）前記複数の熱交換器が、前記筺体の一方の面の高さ方向に並んでいることを特徴とする付記１乃至６のいずれか１項に記載の冷却システム。
【００５８】
（付記８）前記電子機器が計算機であり、前記筺体が前記計算機を複数収納可能なラックであることを特徴とする付記１乃至７のいずれか１項に記載の冷却システム。
【００５９】
（付記９）電子機器が収納された筺体の一方の面側に並列に配置される複数の熱交換器と、
前記複数の熱交換器と前記筺体との間を個別に連絡する連絡部とを有し、
前記複数の熱交換器は、前記筺体からの距離がそれぞれ個別に設定可能であることを特徴とする冷却装置。
【符号の説明】
【００６０】
１１…ラック、１２…計算機、１５，１５ａ〜１５ｃ，２５ａ〜２５ｆ…熱交換器、１６，２６ａ〜２６ｆ…送風機、１６ａ…送風ファン、１７ａ，１７ｂ，２７ａ〜２７ｆ…接続部、１９…チラーユニット。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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