(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱部品を有する電子機器を収容するラックと、
前記ラックの背面に鉛直方向に沿って配列され、前記電子機器の熱を受熱する複数の受熱部と、
前記複数の受熱部の各々により受熱された前記電子機器の熱を放熱する放熱部と、前記複数の受熱部の各々とを接続する蒸気管と、
前記放熱部と、前記複数の受熱部の各々とを接続する液管と、
前記蒸気管および前記液管を接続するバイパス管と、
前記バイパス管の管内流路を開閉するバルブと、
前記蒸気管および前記バイパス管を接続する第１の接続部と、
前記液管および前記バイパス管を接続する第２の接続部とを備え、
前記第１の接続部は、前記第２の接続部よりも、高い位置に配置され、
前記蒸気管および前記液管は、鉛直方向に対して略垂直方向に沿って配置された水平区間をそれぞれ有しつつ、前記水平区間の前記受熱部側の端部側および前記ラックの上端部の間と、前記水平区間の前記放熱部側の端部側および前記放熱部の間では略鉛直方向に延在するように設けられ、
前記バイパス管は、前記水平区間内で、前記蒸気管および前記液管を接続する電子機器収容装置。
【請求項２】
前記バイパス管は、前記蒸気管および前記液管の前記水平区間のうち、少なくとも前記放熱部側の端部側で、前記蒸気管および前記液管を接続する請求項１に記載の電子機器収容装置。
【請求項３】
前記蒸気管および前記液管は、前記蒸気管および前記液管の前記水平区間のうち、少なくとも前記放熱部側の端部側に、曲管を有しており、
前記バイパス管は、少なくとも前記蒸気管および前記液管の前記曲管を構成する曲面に接するように、前記蒸気管および前記液管に接続されている請求項２に記載の電子機器収容装置。
【請求項４】
前記蒸気管内であって前記第１の接続部に突出するように設けられ、前記蒸気管内の冷媒が前記複数の受熱部側へ向かって流れることを抑止するガイド部を備えた請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子機器収容装置。
【請求項５】
前記バイパス管内の断面積は、前記第１の接続部から前記第２の接続部へ向かうにつれて、徐々に小さくなるように設定されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子機器収容装置。
【請求項６】
前記蒸気管および前記液管は、少なくとも前記ラックの上端部側より鉛直方向で上方では略鉛直方向に延在するように設けられ、
前記第１の接続部は、鉛直方向にて、前記第２の接続部よりも、高い位置に配置されている請求項１に記載の電子機器収容装置。
【請求項７】
前記第１の接続部および前記第２の接続部は、前記ラック内に収容され、
前記バイパス管および前記バルブは、前記ラックの一主面内に設けられている請求項１または請求項６に記載の電子機器収容装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の電子機器収容装置と、前記放熱部とを備えた電子機器冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器収容装置および電子機器冷却システムに関し、例えば、ラックに収容された電子機器を冷却する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットサービスなどの拡充に伴い、情報処理を行うサーバやネットワーク機器を１箇所に集約したデータセンターの役割が、大きくなってきている。また、このデータセンターで扱う情報処理量が増大することに伴って、データセンターの電力消費量も増大してきている。【０００３】
特に、データセンターには電子機器が収容されており、このデータセンター内では電子機器を冷却するための空調機により消費される電力の割合が大きい。電子機器内には、中央演算処理装置（Central Processing Unit：ＣＰＵ）や集積回路（Multi-chip Module：ＭＣＭ）などの発熱素子を含む複数の電子部品が搭載されている。このような空調機は、データセンターの消費電力の約半分を消費している。【０００４】
このため、データセンターの空調用の電力を削減することが要求されている。そこで、電子機器を収容する電子機器収容装置のラック本体から排出される排出熱を、空調機を介さずに、直接屋外へ輸送してから外気へ放熱する方法が、試みられている。この方法を採用することによって、データセンターの空調用の電力を低減することができる。【０００５】
また、電子機器収容装置のラック本体から排気される排気熱を屋外へ輸送する方法として、外部から供給される冷水をポンプによって循環させる方法の他に、冷媒の相変化現象を利用する方法が、知られている。【０００６】
この冷媒の相変化現象を利用する方法では、冷媒が液相から気相へ相変化する際に生じる蒸発現象や、冷媒が気相から液相へ相変化する際に生じる凝縮現象を、繰り返すことによって（この繰り返し動作は、蒸発凝縮サイクルとも呼ばれる。）、冷媒を循環させている。この冷媒の相変化現象を利用する方法は、ポンプ等の外部駆動力を必要としない自然循環であることと、潜熱を利用することによる熱移動量が大きいことから、データセンターの空調用の電力の低減に寄与することが、期待されている。【０００７】
上述した冷媒の相変化現象を利用する方法（冷媒自然循環の冷却方式とも呼ばれる。）は、例えば、特許文献１に開示されている。【０００８】
特許文献１の冷媒自然循環の冷却方式では、サーバラック２６に搭載された電子機器の排気熱を、ラック背面側に実装された蒸発器３４へ、冷媒を介して輸送する。そして、蒸発器３４に輸送された電子機器の排気熱は、冷媒が液体から気体へ相変化する際に、気化熱として奪われ、屋外の冷却塔３８、７６へ熱輸送される。これにより、サーバールーム内の温度を下げることができる。また、蒸発器３４には、フレキシブルな蒸気管７８および液管８０が接続されている。蒸気管７８は、蒸気を流すために設けられている。液管８０は、液を流すために設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−１６５７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、冷媒自然循環の冷却システムを運搬または輸送した後や、保守管理等のために蒸発器３４の内部を真空抜きする作業を行った後に当該冷却システムを作動させた際の初期段階に、次のような課題が生じた。【００１１】
第１の課題は、冷却システムの動作初期段階において、冷却性能が悪化してしまう点である。【００１２】
すなわち、特許文献１に記載の技術において、サーバラック２６の背面に設けられた蒸発器３４が電子機器の排気熱を受けると、冷媒が液体から気体へ相変化し、蒸気（気相冷媒）となって蒸気管７８を通って冷却塔３８、７６へ流れる。また、冷媒は、冷却塔３８、７６で冷却された後に、冷媒液（液相冷媒）となって液管８０を介して冷却塔３８、７６から再び蒸発器３４内に還流してくる。【００１３】
ここで、蒸発器３４は、サーバラック２６の背面に配列された複数の受熱部（不図示）を有しているものと想定する。この動作状態では、冷媒液は複数の受熱部に均等に分配されている。このとき、複数の受熱部は、サーバラック２６の背面の鉛直上下方向全面から電子機器の排気熱を受けることができる。これにより、電子機器の排気熱を冷却塔３８、７６へ多く輸送できる。【００１４】
しかし、自然循環による冷媒流動を冷媒の相変化により引き起こすには、この冷却システムを真空状態にして、飽和蒸気圧環境下にする必要がある。このため、冷却システムに冷媒を注入した後に、真空ポンプ（不図示）を用いて真空引きを行う。この際、注入した冷媒も、内部空気と一緒に蒸気管７８を通って、吸引方向に流動してしまう。このため、真空引き作業終了後の冷却システムの動作初期状態では、冷媒液が、複数の受熱部のうちで、サーバラック２６の鉛直方向の下部側の受熱部に偏って溜まってしまう。このような状態にあった場合、サーバラック２６の鉛直方向の下部側の受熱部は、冷媒が過多な状態となる。このため、液溜まりも、蒸気と一緒に、蒸気管７８内を上昇流動する。しかし、サーバラック２６から冷却塔３８、７６までの輸送距離が長いと、この液溜まりは、冷却塔３６、７８に到達できず、再び蒸気管７８を通って下降する。このとき、下降する液溜まりは、逆に上昇してくる蒸気の流れと衝突してしまう。このため、蒸気の流動を阻害し、熱輸送能力を悪化してしまっていた。【００１５】
さらに、この冷却システムの動作初期状態の段階では、サーバラック２６の鉛直方向上方に設けられている受熱部は、内部に冷媒を有していないため、冷媒の相変化は生じない。このため、サーバラック２６の上方部は、電子機器の排気熱をそのままサーバラック２６の外部へ放出することになる。この結果、冷却システムの冷却性能が悪化してしまっていた。【００１６】
第２の課題は、冷却システムが最大熱輸送量で動作するまでに時間がかかってしまう点である。【００１７】
すなわち、冷媒液は、冷却塔３８、７６から液管８０を通って、蒸発器３４内に供給される。蒸発器３４内では、冷媒液が、サーバラック２６の鉛直方向上方から順に、複数の受熱部に供給される。このため、冷却システムの動作初期状態の段階では、サーバラック２６の下方側の受熱部に溜まっていた冷媒は、時間が経てば、複数の受熱部に均等に分配されている。このとき、複数の受熱部は、サーバラック２６の背面の鉛直方向上下方向全面から電子機器の排気熱を受けることができる。これにより、電子機器の排気熱を最大限に冷却塔３８、７６へ多く輸送できる。しかし、液溜まりが蒸気管７８内に存在するため、液溜まりが、逆に上昇してくる蒸気の流れを阻害してしまう。この結果、冷媒の循環が遅くなり、全数の受熱部が動作するまでに時間が多くかかってしまう。【００１８】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、短時間で、冷媒を効率よく輸送できる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の電子機器収容装置は、発熱部品を有する電子機器を収容するラックと、前記ラックの背面に鉛直方向に沿って配列され、前記電子機器の熱を受熱する複数の受熱部と、前記複数の受熱部の各々により受熱された前記電子機器の熱を放熱する放熱部と、前記複数の受熱部の各々とを接続する蒸気管と、前記放熱部と、前記複数の受熱部の各々とを接続する液管と、前記蒸気管および前記液管を接続するバイパス管と、前記バイパス管の管内流路を開閉するバルブと、前記蒸気管および前記バイパス管を接続する第１の接続部と、前記液管および前記バイパス管を接続する第２の接続部とを備え、前記第１の接続部は、前記第２の接続部よりも、高い位置に配置されている。【００２０】
本発明の電子機器冷却システムは、発熱部品を有する電子機器を収容するラックと、前記ラックの背面に鉛直方向に沿って配列され、前記電子機器の熱を受熱する複数の受熱部と、前記複数の受熱部の各々により受熱された前記電子機器の熱を放熱する放熱部と、前記放熱部と、前記複数の受熱部の各々とを接続する蒸気管と、前記放熱部と、前記複数の受熱部の各々とを接続する液管と、前記蒸気管および前記液管を接続するバイパス管と、前記バイパス管の管内流路を開閉するバルブと、前記蒸気管および前記バイパス管を接続する第１の接続部と、前記液管および前記バイパス管を接続する第２の接続部とを備え、前記第１の接続部は、前記第２の接続部よりも、高い位置に配置されている。
【発明の効果】
【００２１】
本発明にかかる電子機器収容装置および電子機器冷却システムによれば、短時間で、冷媒を効率よく輸送できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施の形態における電子機器冷却システムの構成を概略的に示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における電子機器冷却システムの構成を概略的に示す側面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における電子機器冷却システムの受熱部周辺の冷媒の流れを説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における電子機器冷却システムの受熱部周辺の冷媒の流れを説明するための図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における電子機器冷却システムの受熱部周辺の冷媒の流れを説明するための図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態における電子機器冷却システムの蒸気管、液管およびバイパス管周辺を概略的に透過して示す拡大斜視図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態における電子機器冷却システムの蒸気管、液管およびバイパス管周辺を概略的に拡大して示す断面図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態における電子機器冷却システムの蒸気管、液管およびバイパス管周辺を概略的に透過して示す拡大斜視図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態における電子機器冷却システムの蒸気管、液管およびバイパス管周辺を概略的に透過して示す拡大斜視図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態における電子機器冷却システムの蒸気管、液管およびバイパス管周辺を概略的に拡大して示す断面図である。
【図１１】本発明の第５の実施の形態における電子機器冷却システムの蒸気管、液管およびバイパス管周辺を概略的に拡大して示す断面図である。
【図１２】本発明の第６の実施の形態における電子機器冷却システムの構成を示す図である。
【図１３】本発明の第７の実施の形態における電子機器冷却システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
＜第１の実施の形態＞
第１の実施の形態における電子機器冷却システム１０００の構成について説明する。図１は、電子機器冷却システム１０００の構成を概略的に示す斜視図である。図２は、電子機器冷却システム１０００の構成を概略的に示す側面図である。なお、図１および図２には、説明の便宜上、鉛直方向Ｇを示す。
【００２４】
図１および図２に示されるように、電子機器冷却システム１０００は、電子機器収容装置１００と、放熱部２００とを備えている。
【００２５】
図１および図２に示されるように、電子機器収容装置１００は、電子機器３００を収容することができる。また、図１および図２に示されるように、電子機器収容装置１００は、サーバラック１０１と、複数の受熱部１０２と、蒸気管１０３と、液管１０４と、バイパス管１０５と、バルブ１０６と、第１の接続部１０７と、第２の接続部１０８とを備えている。サーバラック１０１は、本発明のラックに対応する。サーバラック１０１は、図１および図２に示されるように、サーバラック前面１０１ａと、サーバラック背面１０１ｂと、サーバラック上面１０１ｃと、サーバラック底面１０１ｄと、２枚のサーバラック側面１０１ｅとを備えている。
【００２６】
電子機器３００は、ＣＰＵやＭＣＭなどの発熱部品を有する。電子機器３００は、例えば、サーバやルータなどのネットワーク機器などである。電子機器３００は、電子機器収容装置１００内で、様々なデータ処理を行う。電子機器３００は、データ処理の負荷により、内部の発熱部品が熱を発生する。このため、電子機器３００は、サーバラック前面１０１ａから外部の空気を吸気し、サーバラック背面１０１ｂ側へ排気する。
【００２７】
サーバラック１０１は、箱状に形成されており、発熱部品を有する電子機器３００を収容する。サーバラック１０１の材料には、例えば、アルミニウム合金等が、用いられる。
【００２８】
図１および図２に示されるように、複数の受熱部１０２は、サーバラック背面１０１ｂに鉛直方向Ｇに沿って配列されている。複数の受熱部１０２は、蒸気管１０３および液管１０４を介して、放熱部２００と接続されている。複数の受熱部１０２の各々は、容器を有しており、この容器内に冷媒を封入した状態で蓄溜する。また、複数の受熱部１０２の各々は、放熱部２００の熱を、冷媒を介して受熱する。すなわち、複数の受熱部１０２の各々は、電子機器３００がサーバラック背面１０１ｂ側へ排気する熱を、電子機器３００の熱として、冷媒を介して受熱する。図１および図２では、受熱部１０２が３個の例を示した。しかしながら、本発明では、受熱部１０２は、２個であっても、４個以上であってもよい。
【００２９】
冷媒は、例えば高分子材料などにより構成されており、高温になると気化し、低温になると液化する特性を有している。冷媒には、例えば、ハイドロフルオロカーボンやハイドロフルオロエーテルなどの低沸点の冷媒を用いる。また、冷媒は、複数の受熱部１０２、放熱部２００、蒸気管１０３、液管１０４およびバイパス管１０５で密閉された構造（以下、冷却構造という）内で、複数の受熱部１０２および放熱部２００の間を、蒸気管１０３および液管１０４を介して、循環する。この密閉空間内を真空引きすることにより、複数の受熱部１０２、放熱部２００、蒸気管１０３および液管１０４の内部は、飽和蒸気圧下とする。
【００３０】
冷媒を本実施形態の電子機器冷却システム１０００に搭載するには、まず、前記冷却構造の空間内に冷媒を注入する。次に、真空ポンプ（不図示）などを用いて、前記冷却構造の空間内から空気を排除して、この当該空間内に冷媒を密閉する。これにより、前記冷却構造の空間内の圧力が飽和蒸気圧となり、当該空間内に密閉された冷媒の沸点が常温となる。冷却構造が常温の環境下に置かれたとき、電子機器３００の発熱部品（不図示）が発熱すると同時に冷媒が沸騰し、蒸気が発生する。この結果、前記冷却構造が冷却モジュールとして機能し、電子機器３００の発熱を冷却し始める。
【００３１】
図１および図２に示されるように、蒸気管１０３は、放熱部２００と複数の受熱部１０２の各々とを接続する。また、蒸気管１０３は、受熱部１０２で発熱により気化した冷媒を複数の受熱部１０２の各々から放熱部２００へ流すために設けられている。蒸気管１０３は、例えば、アルミニウム合金等の金属や、ゴム部材等により、形成されている。
【００３２】
図１および図２に示されるように、液管１０４は、放熱部２００と複数の受熱部１０２の各々とを接続する。また、液管１０４は、放熱部２００で液化した冷媒を放熱部２００から複数の受熱部１０２の各々へ流すために設けられている。液管１０４は、例えば、アルミニウム合金等の金属や、ゴム部材等により、形成されている。
【００３３】
なお、蒸気管１０３や液管１０４の接続には、カプラやフランジなどが用いられる。
【００３４】
図１および図２に示されるように、バイパス管１０５は、蒸気管１０３および液管１０４を接続する。バイパス管１０５は、例えば、アルミニウム合金等の金属や、ゴム部材等により、形成されている。
【００３５】
図１および図２に示されるように、バルブ１０６は、バイパス管１０５上に、設けられている。バルブ１０６は、バイパス管１０５の管内流路を開閉する。
【００３６】
図１および図２に示されるように、第１の接続部１０７は、蒸気管１０３およびバイパス管１０５を接続する。第１の接続部１０７は、鉛直方向Ｇにて、第２の接続部１０８よりも、高い位置に配置されている。
【００３７】
図１および図２に示されるように、第２の接続部１０８は、液管１０４およびバイパス管１０５を接続する。第２の接続部１０８は、鉛直方向Ｇにて、第１の接続部１０７よりも、低い位置に配置されている。
【００３８】
図１および図２に示されるように、放熱部２００は、電子機器収容装置１００よりも、鉛直方向Ｇの上方に、設けられている。また、図２に示されるように、放熱部２００は、例えば、データセンター等の居室の天井５００裏に設けられている。このように、放熱部２００を天井５００裏に配置することにより、複数の受熱部１０２を放熱部２００よりも鉛直方向Ｇで下方に簡単に配置することができる。放熱部２００は、蒸気管１０３および液管１０４を介して、複数の受熱部１０２の各々と接続されている。また、放熱部２００は、複数の受熱部１０２により受熱された電子機器３００の熱を放熱する。ここでは、放熱部２００は、例えば、対空冷式のものや水熱交換式のものを用いる。
【００３９】
以上、電子機器冷却システム１０００の構成について説明した。
【００４０】
次に、電子機器冷却システム１０００の動作について説明する。
【００４１】
電子機器３００が作動すると、電子機器３００の発熱部品（不図示）が発熱する。電子機器３００は、発熱部品の発熱を排気熱として、サーバラック１０１内へ排気する。
【００４２】
複数の受熱部１０２の各々は、電子機器３００の排気熱を吸熱することにより、電子機器３００の発熱部品の熱を受熱する。
【００４３】
図３〜図５は、電子機器冷却システム１０００の受熱部１０２周辺の冷媒の流れを説明するための図である。なお、図３〜図５には、説明の便宜上、鉛直方向Ｇを示す。
【００４４】
複数の受熱部１０２の各々が電子機器３００の発熱部品の熱を受熱すると、各受熱部１０２内に蓄溜されている冷媒が液体から気体へ相変化して、気相冷媒となる。そして、図３の矢印Ａで示されるように、気相冷媒は、各受熱部１０２から鉛直方向Ｇの上方へ上昇し、蒸気管１０３内へ流れる。次に、図３の矢印Ｂに示されるように、気相冷媒は、蒸気管１０３内を、鉛直方向Ｇの上方へ向けて上昇し、放熱部２００（図３にて不図示）内へ流れ込む。なお、図３の矢印Ａおよび矢印Ｂの冷媒流れを、蒸気流れと呼ぶことがある。
【００４５】
気相冷媒は、放熱部２００に流れ込むと、放熱部２００により冷却され、液に相変化して、液相冷媒となる。次に、図３の矢印Ｃに示されるように、液相冷媒は、放熱部２００から、液管１０４内へ流れ、さらに液管１０４内を、鉛直方向Ｇの下方へ向けて下降する。そして、図３の矢印Ｄに示されるように、液相冷媒は、液管１０４から再び蒸発部１０２へ流れ込む。なお、図３の矢印Ｃおよび矢印Ｄの冷媒流れを、液戻りと呼ぶことがある。
【００４６】
このように、複数の受熱部１０２の各々および放熱部２００の間に冷媒を相変化（液相←→気相）させながら循環させることにより、電子機器３００の発熱部品の発熱を冷却することができる。
【００４７】
図４は、液相冷媒が液管１０４から再び蒸発部１０２へ流れ込んだ後の状態を示している。図４に示されるように、液相冷媒６００が、液面６００ａを形成して各受熱部１０２内に蓄溜される。
【００４８】
ところが、電子機器冷却システム１０００全体あるいは電子機器収容装置１００を運搬または輸送した後や、保守作業等で冷却構造の内部を真空抜きした後では、液相冷媒６００が鉛直方向Ｇの下方側の受熱部１０２に偏って蓄溜されてしまう場合がある。
【００４９】
図５は、液相冷媒６００が鉛直方向Ｇの下方側の受熱部１０２に偏って蓄溜された状態を示している。図５に示されるように、液相冷媒６００が、鉛直方向Ｇの下方側の受熱部１０２に偏って蓄溜されている。図５の例では、鉛直方向Ｇの一番下方側の受熱部１０２には、液相冷媒６００が充填されている。また、鉛直方向Ｇの中央の受熱部１０２には、適度の量の液相冷媒６００が、液面６００ａを形成して蓄溜される。鉛直方向Ｇの一番上方側の受熱部１０２には、液相冷媒６００が蓄溜されていない。
【００５０】
このため、電子機器冷却システム１０００の動作を開始するときに、鉛直方向Ｇの一番下方側の受熱部１０２を集中的に動作させるか、鉛直方向Ｇの一番下方側の受熱部１０２をヒータや温風機などで温めるなどして、サーバラック１０１の下部（特に鉛直方向Ｇの一番下方側の受熱部１０２）に溜まった液相冷媒を強制的に循環させる必要があった。図４に示されるように、液相冷媒６００が液面６００ａを形成して各受熱部１０２内に蓄溜される状態に戻さなければ、サーバラック１０１の上部に実装された電子機器３００の排気熱が受熱部１０２により受熱されず、空調機の電力削減効果が小さくなってしまっていた。
【００５１】
図６は、本発明の実施の形態における電子機器冷却システム１０００の蒸気管１０３、液管１０４およびバイパス管１０５周辺を概略的に透過して示す拡大斜視図である。図７は、本発明の実施の形態における電子機器冷却システム１０００の蒸気管１０３、液管１０４およびバイパス管１０５周辺を概略的に拡大して示す断面図である。なお、図６および図７には、説明の便宜上、鉛直方向Ｇが示されている。
【００５２】
前述のように、サーバラック１０１の下部（特に鉛直方向Ｇの一番下方側の受熱部１０２）に溜まった液相冷媒を強制的に循環させると、図６および図７に示されるように、サーバラック１０１の下部に溜まっている液相冷媒は蒸気とともに蒸気管１０４を液相冷媒６００の液溜まり６０１となって上昇する。
【００５３】
ここで図６および図７に示されるように、バイパス管１０５が蒸気管１０３および液管１０４の間を接続している。また、蒸気管１０３およびバイパス管１０５を接続する第１の接続部１０７は、鉛直方向Ｇにて、液管１０４およびバイパス管１０５を接続する第２の接続部１０８よりも、高い位置に配置されている。
【００５４】
したがって、図６および図７に示されるように、バイパス管１０５に取り付けられたバルブ１０６（図６および図７にて不図示。図１および図２を参照。）を開くことにより、気相冷媒と比較して重力の大きい液体冷媒の液溜まり６０１は、バイパス管１０５を通って、蒸気管１０３から液管１０４へ環流する。また、図６の矢印ＸＡ１〜ＸＡ４や図７のＸＢ１〜ＸＢ４に示されるように、サーバラック１０１の外部に設置した放熱部２００まで到達せずに逆流した冷媒の液戻りも、バイパス管１０５を通って、蒸気管１０３から液管１０４へ環流する。
【００５５】
そして、液相冷媒が複数の受熱部１０２の各々へ行きわたり、図４に示される状態になったら、バルブ１０６を閉める。これにより、蒸気管１０３と、液管１０４が、分離される。この結果、冷媒（特に、気相冷媒）がバイパス管１０５を通って蒸気管１０３から液管１０４へ流入することを抑止できる。
【００５６】
バルブ１０６の開閉制御方法は、例えば、次の通り行う。蒸気管１０３および液管１０４の温度差をモニターして、温度差が安定した場合に、バルブ１０６を閉じる。あるいは、各受熱部１０２の中央部付近の吸気側と排気側の温度をそれぞれモニターして、各受熱部１０２が動作し始めた後に吸気側と排気側の温度差が生じたらバルブ１０６を閉じる。
【００５７】
以上の通り、本発明の第１の実施の形態における電子機器収容装置１００は、サーバラック１０１と、複数の受熱部１０２と、蒸気管１０３と、液管１０４と、バイパス管１０５と、バルブ１０６と、第１の接続部１０７と、第２の接続部１０８とを備えている。
【００５８】
サーバラック１０１は、発熱部品を有する電子機器３００を収容する。複数の受熱部１０２は、サーバラック１０１の背面に鉛直方向Ｇに沿って配列されている。また、複数の受熱部１０２は、電子機器３００の熱を受熱する。
【００５９】
蒸気管１０３は、放熱部２００と、複数の受熱部１０２の各々とを接続する。なお、放熱部２００は、複数の受熱部１０２の各々により受熱された電子機器３００の熱を放熱する。液管１０４は、放熱部２００と、複数の受熱部１０２の各々とを接続する。なお、蒸気管１０３は、受熱部１０２で発熱により気化した冷媒を複数の受熱部１０２の各々から放熱部２００へ流すために設けられている。液管１０４は、放熱部２００で液化した冷媒を放熱部２００から複数の受熱部１０２の各々へ流すために設けられている。
【００６０】
バイパス管１０５は、蒸気管１０３および液管１０４を接続する。バルブ１０６は、バイパス管１０５の管内流路を開閉する。第１の接続部１０７は、蒸気管１０３およびバイパス管１０５を接続する。第２の接続部１０８は、液管１０４およびバイパス管１０５を接続する。そして、第１の接続部１０７は、第２の接続部１０８よりも、高い位置に配置されている。
【００６１】
このように、本発明の第１の実施の形態における電子機器収容装置１００では、バイパス管１０５は、蒸気管１０３および液管１０４を接続する。また、蒸気管１０３およびバイパス管１０５を接続する第１の接続部１０７は、鉛直方向Ｇにて、液管１０４およびバイパス管１０５を接続する第２の接続部１０８よりも、高い位置に配置されている。
【００６２】
このため、バイパス管１０５に取り付けられたバルブ１０６を開くことにより、気相冷媒と比較して重力の大きい液体冷媒は、バイパス管１０５を通って、蒸気管１０３から液管１０４へ環流することができる。また、放熱部２００まで到達せずに逆流した冷媒の液戻りも、バイパス管１０５を通って、蒸気管１０３から液管１０４へ環流することができる。そして、液相冷媒が複数の受熱部１０２の各々へ行きわたる。これにより、液相冷媒が、液面６００ａを形成して各受熱部１０２内に蓄溜される。
【００６３】
サーバラック１０１の下部側（特に鉛直方向Ｇの一番下方側の受熱部１０２）に溜まった冷媒を、バイパス管１０５を介して、蒸気管１０３から液管１０４へ環流させることができるため、短時間で、装置内へ冷媒を効率よく輸送できる。これにより、例えば、電子機器冷却システム１０００の動作の初期段階における性能悪化を防ぐことができ、最大熱輸送で動作するまでにかかる時間を大幅に短縮することができる。
【００６４】
上述の通り、本発明の第１の実施の形態における電子機器収容装置１００によれば、冷却システムの動作初期段階における冷却性能の悪化を防ぐことができる。その理由は、次の通りである。すなわち、蒸気と一緒に上昇する液溜まりが、放熱部２００に到達せずに液戻りとなって環流した際に、バイパス管１０５を通って環流する。このため、蒸気と液戻りの衝突を避けることができ、蒸気流動が阻害されることが無くなる。
【００６５】
また、バイパス管１０５を通って液管１０４に環流した冷媒は、サーバラック１０１上段の受熱部１０２から順次流入する。そして、受熱部１０２は、電子機器３００の排気熱を受熱し始める。このため、冷媒がサーバラック１０１の上段側の受熱部１０２に全く蓄溜されない状態を回避できる。この結果、電子機器冷却システム１０００の冷却性能が悪化することを防ぐことができる。
【００６６】
また、本発明の第１の実施の形態における電子機器収容装置１００によれば、冷却システムが最大輸送量で動作するまでの時間を大幅に短縮することができる。その理由は、次の通りである。すなわち、複数の受熱部１０２の各々では、サーバラック１０１の下方に溜まった液相冷媒が電子機器３００の排気熱を吸熱する。これにより、液相冷媒が相変化し、気相冷媒が蒸気となって発生する。この蒸気は、蒸気管１０３を通って、放熱部２００まで輸送される。放熱部２００では、気相冷媒が相変化（凝縮）し、再び液相冷媒となる。バイパス管１０５によって蒸気管１０３および液管１０４を接続することにより、放熱部２００で生じた液相冷媒は、サーバラック１０１の上方の受熱部１０２から順次流入するのではなく、サーバラック１０１の直上のバイパス管１０５によって蒸気と一緒に上昇した液相冷媒を、サーバラック１０１の上方の受熱部１０２に環流することができる。このため、短時間で、全ての受熱部１０２に液相冷媒を満たすことができる。この結果、最大熱輸送量で、電子機器冷却システム１０００を動作させることができる。
【００６７】
本発明の第１の実施の形態における電子機器冷却システム１０００は、サーバラック１０１と、複数の受熱部１０２と、放熱部２００と、蒸気管１０３と、液管１０４と、バイパス管１０５と、バルブ１０６と、第１の接続部１０７と、第２の接続部１０８とを備えている。
【００６８】
サーバラック１０１は、発熱部品を有する電子機器３００を収容する。複数の受熱部１０２は、冷媒を蓄溜する。また、複数の受熱部１０２は、サーバラック１０１の背面に鉛直方向Ｇに沿って配列されている。また、複数の受熱部１０２は、電子機器３００の熱を、冷媒を介して受熱する。放熱部２００は、複数の受熱部１０２の各々により受熱された電子機器３００の熱を放熱する。蒸気管１０３は、放熱部２００と、複数の受熱部１０２の各々とを接続する。蒸気管１０３は、受熱部１０２で発熱により気化した冷媒を複数の受熱部１０２の各々から放熱部２００へ流すために設けられている。液管１０４は、放熱部２００と、複数の受熱部１０２の各々とを接続する。液管１０４は、放熱部２００で液化した冷媒を放熱部２００から複数の受熱部１０２の各々へ流すために設けられている。バイパス管１０５は、蒸気管１０３および液管１０４を接続する。バルブ１０６は、バイパス管１０５の管内流路を開閉する。第１の接続部１０７は、蒸気管１０３およびバイパス管１０５を接続する。第２の接続部１０８は、液管１０４およびバイパス管１０５を接続する。そして、第１の接続部１０７は、鉛直方向Ｇにて、第２の接続部１０８よりも、高い位置に配置されている。
【００６９】
電子機器冷却システム１０００でも、前述した電子機器収容装置１００と同様の効果を奏する。
【００７０】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態における電子機器冷却システムの構成を説明する。図８は、本発明の第２の実施の形態における電子機器冷却システムの蒸気管１０３、液管１０４およびバイパス管１０５周辺を概略的に透過して示す拡大斜視図である。なお、図８では、説明の便宜上、鉛直方向Ｇが示されている。
【００７１】
本発明の第２の実施の形態における電子機器冷却システムも、本発明の第１の実施の形態における電子機器冷却システム１０００と同様の構成を有する。
【００７２】
図８に示されるように、本発明の第２の実施の形態における電子機器冷却システムでは、蒸気管１０３および液管１０４は、鉛直方向Ｇに対して略垂直方向に沿って配置された水平区間Ｈ１、Ｈ２をそれぞれ有する。
【００７３】
また、水平区間Ｈ１、Ｈ２の受熱部１０２側の端部Ｍ１、Ｍ２側およびサーバラック１０１の上端部の間では略鉛直方向Ｇに延在するように設けられている。同様に、水平区間Ｈ１、Ｈ２の放熱部２００側の端部Ｎ１、Ｎ２側および放熱部２００の間では略鉛直方向Ｇに延在するように設けられている。すなわち、蒸気管１０３および液管１０４は、サーバラック１０１から天井５００（図２参照）の間に、少なくとも鉛直方向Ｇに対して、略平行方向と略垂直方向に、１回折り曲げられている。そして、バイパス管１０５は、水平区間Ｈ１、Ｈ２内に設けられ、蒸気管１０３および液管１０４を接続する。
【００７４】
なお、より好ましくは、図８に示されるように、バイパス管１０５は、蒸気管１０３および液管１０４の水平区間Ｈ１、Ｈ２のうち、少なくとも放熱部２００側の端部Ｎ１、Ｎ２側で、蒸気管１０３および液管１０４を接続する。すなわち、前述の折り曲げ部の近傍にバイパス管１０５が設けられている。
【００７５】
以上の通り、本発明の第２の実施の形態における電子機器収容装置において、蒸気管１０３および液管１０４は、鉛直方向Ｇに対して略垂直方向に沿って配置された水平区間Ｈ１、Ｈ２をそれぞれ有する。また、蒸気管１０３および液管１０４は、水平区間Ｈ１、Ｈ２の受熱部１０２側の端部Ｍ１、Ｍ２側およびサーバラック１０１の上端部の間では鉛直方向Ｇに対して略水平方向に延在するように設けられている。同様に、蒸気管１０３および液管１０４は、水平区間Ｈ１、Ｈ２の放熱部２００側の端部Ｎ１、Ｎ２側および放熱部２００の間では鉛直方向Ｇに対して略水平方向に延在するように設けられている。そして、バイパス管１０５は、水平区間Ｈ１、Ｈ２内で、蒸気管１０３および液管１０４を接続する。
【００７６】
これにより、サーバラック１０１の下部側に溜まった冷媒（特に鉛直方向Ｇの一番下方側の受熱部１０２）を、図８の矢印ＸＣ１〜ＸＣ４に示されるように、バイパス管１０５を介して、蒸気管１０３から液管１０４へより効率よく環流させることができるため、より、短時間で、装置内へ冷媒を効率よく輸送できる。
【００７７】
また、本発明の第２の実施の形態における電子機器収容装置において、バイパス管１０５は、蒸気管１０３および液管１０４の水平区間Ｈ１、Ｈ２のうち、少なくとも放熱部２００側の端部Ｎ１、Ｎ２側で、蒸気管１０３および液管１０４を接続する。
【００７８】
これにより、鉛直方向Ｇで生じた液戻り６０２が、重力によってバイパス管１０５に環流しやすくなる。この結果、電子機器冷却システムが最大熱輸送量で動作するまでにかかる時間をより短縮することができる。
【００７９】
＜第３の実施の形態＞
次に、本発明の第３の実施の形態における電子機器冷却システムの構成を説明する。図９は、本発明の第３の実施の形態における電子機器冷却システムの蒸気管１０３、液管１０４およびバイパス管１０５周辺を概略的に透過して示す拡大斜視図である。なお、図９では、説明の便宜上、鉛直方向Ｇが示されている。
【００８０】
ここで、図８と図９を対比すると、バイパス管１０５の配置位置が、図８および図９の間で、互いに異なる。
【００８１】
図９に示されるように、本発明の第３の実施の形態における電子機器冷却システムにおいて、蒸気管１０３および液管１０４は、蒸気管１０３および液管１０４の水平区間Ｈ１、Ｈ２のうち、少なくとも放熱部２００側の端部Ｎ１、Ｎ２側に、曲管Ｃ１、Ｃ２を有している。そして、パイパス管１０５は、少なくとも、蒸気管１０３および液管１０４の曲管Ｃ１、Ｃ２を構成する曲面に接するように、蒸気管１０３および液管１０４に接続されている。
【００８２】
これにより、鉛直方向Ｇで生じた液戻り６０２が、図９の矢印ＸＤ１〜ＸＤ４に示されるように、重力によってバイパス管１０５に環流する際の流動圧損を減らすことができる。この結果、電子機器冷却システムが最大熱輸送量で動作するまでにかかる時間をより短縮することができる。
【００８３】
＜第４の実施の形態＞
次に、本発明の第４の実施の形態における電子機器冷却システムの構成を説明する。図１０は、本発明の第４の実施の形態における電子機器冷却システムの蒸気管１０３、液管１０４およびバイパス管１０５周辺を概略的に拡大して示す断面図である。なお、図１０では、説明の便宜上、鉛直方向Ｇが示されている。
【００８４】
ここで、図７と図１０を対比する。図１０は、ガイド部１０９が設けられている点で、図７と相違する。
【００８５】
図１０に示されるように、本発明の第４の実施の形態における電子機器冷却システムにおいて、ガイド部１０９は、蒸気管１０３内であって第１の接続部１０７に突出するように設けられている。また、ガイド部１０９は、蒸気管１０３内の冷媒が複数の受熱部１０２側へ向かって流れることを抑止する。
【００８６】
これにより、液戻り６０２が、図１０の矢印ＸＥ１〜ＸＥ４に示されるように、ガイド部１０９に沿ってバイパス管１０５に環流しやすくなる。この結果、電子機器冷却システムが最大熱輸送量で動作するまでにかかる時間をより短縮することができる。
【００８７】
＜第５の実施の形態＞
次に、本発明の第５の実施の形態における電子機器冷却システムの構成を説明する。図１１は、本発明の第５の実施の形態における電子機器冷却システムの蒸気管１０３、液管１０４およびバイパス管１０５Ａ周辺を概略的に拡大して示す断面図である。なお、図１１では、説明の便宜上、鉛直方向Ｇが示されている。
【００８８】
ここで、図７と図１１を対比する。図７と図１１とでは、バイパス管１０５とバイパス管１０５Ａの形状が互いに異なる。
【００８９】
図１１に示されるように、本発明の第５の実施の形態における電子機器冷却システムにおいて、バイパス管１０５Ａ内の断面積は、第１の接続部１０７から第２の接続部１０８へ向かうにつれて、徐々に小さくなるように設定されている。すなわち、バイパス管１０５Ａは、蒸気管１０３と接続する部分（第１の接続部１０７）の断面積が、液管１０４と接続する部分（第２の接続部１０８）の断面積よりも、大きくなるように形成されている。このようにして、バイパス管１０５Ａには、テーパＴが形成される。
【００９０】
これにより、液戻り６０２が、図１１の矢印ＸＦ１〜ＸＦ４に示されるように、テーパＴに沿って、バイパス管１０５Ａに環流しやすくなる。この結果、電子機器冷却システムが最大熱輸送量で動作するまでにかかる時間をより短縮することができる。
【００９１】
＜第６の実施の形態＞
次に、本発明の第６の実施の形態における電子機器冷却システム１０００Ａの構成を説明する。図１２は、本発明の第６の実施の形態における電子機器冷却システムの構成を示す図である。なお、図１２では、説明の便宜上、鉛直方向Ｇが示されている。
【００９２】
図１２に示されるように、本発明の第６の実施の形態における電子機器冷却システム１０００Ａにおいて、蒸気管１０３および液管１０４は、少なくともサーバラック１０１の上端部側より鉛直方向Ｇの上方では略鉛直方向Ｇに延在するように設けられている。また、第１の接続部１０７は、鉛直方向Ｇにて、第２の接続部１０８よりも、高い位置に配置されている。すなわち、蒸気管１０３および液管１０４は、サーバラック１０１から鉛直方向Ｇに対して略平行方向に延在するように、設けられている。また、蒸気管１０３およびバイパス管１０５が接続される第１の接続部１０７が、液管１０４およびバイパス管１０５が接続される第２の接続部１０８よりも、鉛直方向Ｇで上方に設けられている。これにより、バルブ１０６の開閉の作業性を向上することができる。
【００９３】
＜第７の実施の形態＞
次に、本発明の第７の実施の形態における電子機器冷却システム１０００Ｂの構成を説明する。図１３は、本発明の第７の実施の形態における電子機器冷却システムの構成を示す図である。なお、図１３では、説明の便宜上、鉛直方向Ｇが示されている。
【００９４】
ここで、図１２と図１３を対比する。図１２では、バイパス管１０５およびバルブ１０６は、サーバラック１０１の外に設けられている。これに対して、図１３では、バイパス管１０５およびバルブ１０６は、サーバラック１０１内に設けられている。また、バイパス管１０５およびバルブ１０６は、サーバラック背面１０１ｂ（一主面）内に設けられている。これらの点で、図１２と図１３は互いに相違する。
【００９５】
図１３に示されるように、本発明の第７の実施の形態における電子機器冷却システム１０００Ｂにおいて、第１の接続部１０７および第２の接続部１０８は、サーバラック１０１内に収容されている。また、バイパス管１０５およびバルブ１０６は、サーバラック背面１０１ｂ（一主面）内に設けられている。すなわち、蒸気管１０３および液管１０４は、サーバラック１０１のサーバラック背面１０１ｂ内で、バイパス管１０５と接続する。これにより、バルブ１０６を簡単に設置でき、また、バルブ１０６の開閉作業をより簡単に行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明は、例えば、サーバラック全面で排気熱を受熱して、データセンターの空調電力の削減を行うといった用途に、適用することができる。【００９７】
以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。実施の形態は例示であり、本発明の主旨から逸脱しない限り、上述各実施の形態に対して、さまざまな変更、増減、組合せを加えてもよい。これらの変更、増減、組合せが加えられた変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。【００９８】
以上、上述した実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。【００９９】
この出願は、２０１３年１１月２０日に出願された日本出願特願２０１３−２３９９７５を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【０１００】
１００    電子機器収容装置
１０１    サーバラック
１０１ａ    サーバラック前面
１０１ｂ    サーバラック背面
１０１ｃ    サーバラック上面
１０１ｄ    サーバラック底面
１０１ｅ    サーバラック側面
１０２    受熱部
１０３    蒸気管
１０４    液管
１０５、１０５Ａ    バイパス管
１０６    バルブ
１０７    第１の接続部
１０８    第２の接続部
１０９    ガイド部
２００    放熱部
３００    電子機器
６００    液相冷媒
６００ａ    液面
６０１    液溜まり
６０２    液戻り
【図１】
0006536406.tif 000002
【図２】
0006536406.tif 000003
【図３】
0006536406.tif 000004
【図４】
0006536406.tif 000005
【図５】
0006536406.tif 000006
【図６】
0006536406.tif 000007
【図７】
0006536406.tif 000008
【図８】
0006536406.tif 000009
【図９】
0006536406.tif 000010
【図１０】
0006536406.tif 000011
【図１１】
0006536406.tif 000012
【図１２】
0006536406.tif 000013
【図１３】
0006536406.tif 000014