(57)【要約】【課題】  一ラックあたりに搭載する電子機器装置の搭載量とバリエーションに影響を及ぼさず液冷以外の冷却システムを液冷システムに置き換えることを可能にする。【解決手段】  電子機器内の発熱素子に、機器外部に導出される配管が連結された受熱ジャケット１４を取り付けると共に、ラジエータ１６と、タンク１０と、ポンプ１１とこれらを結合する配管とをラック背面扉に設置し、電子機器内に構成されるファン４１３にてラジエータ１６の冷却を行う。そして、前記ポンプにより、前記受熱ジャケット、ラジエータ、タンク内に冷却液を循環させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却すべき発熱素子を含んで構成されるラック搭載方式の電子機器と前記電子機器を収納するラックに対する液冷システムにおいて、
前記電子機器内の発熱素子に、機器外部に導出される配管が連結された受熱ジャケットを取り付けると共に、ラジエータと、冷却液タンクと、ポンプと、これらを結合する配管をラック扉として構成し、前記ポンプにより、前記受熱ジャケット、ラジエータ、タンク内に冷却液を循環させることを特徴とする液冷システム。
【請求項２】
請求項１記載の液冷システムにおいて、
前記ラジエータの冷却は、前記電子機器の内部に備えられるファンにより行われることを特徴とする液冷システム。
【請求項３】
請求項1記載の液冷システムを設けて構成されることを特徴とする電子機器収納ラック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液冷システム及び電子機器収納ラックに関し、特にラジエータの冷却を電子機器内部のファンにより実現する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ等の電子機器に用いられるCPU等の半導体デバイスは、動作時に発熱するが、特に、近年、半導体の高集積化が進んでおり、さらに発熱量が増大している。CPU等を構成する半導体は、ある温度を超えると半導体としての機能が失われるため、発熱量の大きい半導体デバイスはこれを冷却する必要がある。そして、電子機器の半導体デバイスを冷却する方法の一つとして、液冷によるものが知られている。
【０００３】
液冷による具体的な方法は、例えば、ラジエータと、ポンプと、受熱ジャケットとを含み、受熱ジャケットを適切な配管ラインによって、ラジエータとポンプとに接続し、冷却液をポンプにより受熱ジャケットに搬送して発熱体からの熱を冷却液に吸収させ、加熱された冷却液をラジエータに運搬して冷却するというもので、ポンプによって冷却液を循環させることにより連続的に受熱ジャケットで受け取った熱をラジエータに送って放熱することができる。この方法は、冷却液を使用しているために、より効率的な冷却を行うことができ、発熱量の大きい半導体デバイスの冷却に適している。
【０００４】
また、近年では、サーバ等の電子機器装置のシステム構成・収納及び設置において、ラックマウント方式が主流となっている。ラックマウント方式とは、個々の機能を持った装置を特定の規格に基づき形成されたラックキャビネットに段積み搭載するもので、各装置の選択、配置を自由に行え、システム構成の柔軟性・拡張性に優れ、システム全体の占有面積も縮小できるという利点がある。
【０００５】
特にサーバ関連ではＩＥＣ規格（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ）／ＥＩＡ規格（Ｔｈｅ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）に規定された１９インチララックキャビネットが主流となっており、装置を搭載するための支柱の間口寸法を４５１ｍｍ、搭載における高さ寸法を１Ｕ（４４．４５ｍｍ）という単位で規定されている。
【０００６】
前述したラックマウント方式のシステムにおいて、搭載された電子機器装置の冷却に液冷方式を用いる方法は、例えば特許文献１に記載されている。この方法は、搭載される電子機器装置が高性能化、薄型化、高密度実装化しても、ラックマウント方式の利点を損なわず、ラックキャビネット内に搭載された複数の電子機器装置を冷却することができる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３６３３０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１に記載された技術は、電子機器装置内にタンクとポンプを固定するためのスペースが必要となり、それ専用の筐体が必要となる。また、電子機器装置より受け取った熱を冷却するため、ラックキャビネット内に電子機器装置とは異なる冷却専用の装置が必要となり電子機器装置の搭載量が減ずる問題が生じる。
【０００９】
本発明の目的は、一ラックあたりの電子機器装置の搭載量を減ずることなく、液冷以外の従来技術による冷却システムを液冷システムに置き換えることを可能にした液冷システム及びその液冷システムを使用した電子機器搭載ラックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明は、電子機器内の冷却すべき発熱素子に、機器外部に導出される配管が連結された受熱ジャケットを取り付けると共に、ラジエータと、冷却液タンクと、ポンプと、これらを結合する配管とをラックに取り付け前記電子機器外部に導出された配管と、ラックに取り付けられた配管とを柔軟なゴムや樹脂等により構成されるパイプ配管により接続し、前記ポンプにより、前記受熱ジャケット、ラジエータ、タンク内に冷却液を循環させる構成を採用した。また、前記ラジエータは、前記ラック背面扉に設置され、前記ラジエータの冷却は、前記電子機器の内部に備えられるファンにより行われる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、一ラックあたりに搭載する電子機器装置の搭載量とバリエーションに影響を及ぼさず液冷以外の冷却システムを液冷システムに置き換えることができる。
【００１２】
また、本発明によれば、ラックとラックに搭載される電子機器装置に対する液冷システムのポンプ、ラジエータ、タンク等の構成部品の数を大幅に減少させることができ、液冷システムの信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は本発明による液冷システムの概略構成の一例である。液冷システムは、ラック背面扉フレーム２１内に配置された、冷却液用のタンク１０、ポンプ１１、調整弁１２、ラック背面扉フレーム２１に囲まれたラック排気エリア２３に配置されたラジエータ１６、電子機器筐体２２内に配置されたファン４１３、発熱素子に密着固定された受熱ジャケット１４と、電子機器筐体２２とラック背面扉フレーム２１の間に配置された、伸びる柔軟なゴム、樹脂等により構成されるパイプ１５、それぞれの配管を接続する継ぎ手１３により構成される。
【００１４】
液冷システム内部には、グリコール等の不凍液を使用した冷却液が充填されており、冷却液がポンプ１１により循環駆動される。熱の輸送について言えば、冷却液は、受熱ジャケット１４により電子機器筐体２２内部の発熱素子から熱を受け取り、継ぎ手１２、パイプ１５を経てラック背面扉フレーム２１内に配置された配管へ受け渡され、タンク１０により集められた冷却液は再び配管及び継ぎ手１３を経て熱をラジエータ１６へ運ぶ。ラジエータ１６は、電子機器筐体内のファン４１３の排気により冷却される。ラジエータ１６により冷却された冷却液はタンク１０へ集められ、ポンプ１１にて再び受熱ジャケット１４へと送られ発熱素子より熱を受け取る。このサイクルを循環させることにより電子機器内部の発熱素子を効率よく放熱し、冷却することができる。
【００１５】
タンク１０は配管のゴムパイプ等から揮発する冷却液の減少を補填し、さらに、冷却液を満タンに充填することはせず冷却液と空気の層からなるため、冷却液が減少した際の負圧を軽減する効果かを持つ。ラジエータは図１、図２では３個設置しているように描いているが、その個数、大きさは冷却の必要に応じて適切な個数、サイズのラジエータを設置することができる。
【００１６】
また、図２のようにラジエータ１６、ポンプ１１を直列に配置することにより構成を単純化することができる。その際、ラジエータ１６を配置する時としない時と冷却液の流れを調整するための調整弁１２をラジエータ１６の流入口と出流口の配管の間に配置すればよい。
【００１７】
図３は電子機器としてパーソナルコンピュータ（以下、ＰＣサーバという）を電子機器収納ラックとして１９インチラックに搭載した場合の設置例を説明する斜視図であり、図３を参照して、ＰＣサーバ本体２４がどのような形態で設置されるかについて説明する。ＰＣサーバ本体２４にスライドレール３５と取り付けフランジ３２とを締結し、さらに、１９インチラック３３に設けたスライドレール金具３５を介して、ＰＣサーバ本体２４は１９インチラック３３内に設置可能となる。
【００１８】
図４はＰＣサーバの斜視図であり、ＰＣサーバの天板カバーを開けた状態の内部を背面側から見た斜視図である。ＰＣサーバは２４、図４に示すように、ＰＣサーバ本体２４内に、半導体からなるマザーボード４１、ＣＰＵ４２、ＰＣＩカードデバイス４７、メモリ４８、ＨＤＤ４９、電源４１０、ＤＡＴ等のテープデバイスである５インチデバイス４１１、ＦＤ／ＣＤ４１２、ファン４１３等を収納して構成される。そして、図４では、本実施形態による液冷システムを適用して、マザーボード４１上のＣＰＵ４２上に受熱ジャケット１４を取り付けている。
【００１９】
通常、ＣＰＵ４２の上部は、一般的にヒートシンクと称されるアルミ、銅製の熱拡散部品が取り付けられるような構造になっており、ねじ穴等が設置されている。また、通風は、ラックマウントタイプでは、通常前面より吸気し背面から排気するように行われる。
【００２０】
本実施形態による液冷システムを構成する受熱ジャケット１４は、マニホールドを有して構成され、前述のＣＰＵ４２にヒートシンク用のねじ穴を使用して密着固定される。冷却液を内部で循環させる受熱ジャケット１４へ冷却液を流入及び排出する配管４４は、背面パネル４５から外部の継ぎ手１３へ引き出しておく。
【００２１】
なお、図４に示すＰＣサーバは、典型的な例として２つのＣＰＵ４２を備えており、２つの受熱ジャケット１４を直列に接続した構成を示しているが、並列冷却を行うような配管も可能である。また、ＣＰＵ４２がさらに多数設けられている場合にも、ＣＰＵ毎に受熱ジャケットを設けて構築することができる。
【００２２】
図３、図４を参照して、図１、図２のラジエータ１６を冷却する風の流れを説明する。ラジエータ１６を冷却する風は、ＰＣサーバ本体２４の内部に設置されたファン４１３により、ＨＤＤ４９やＦＤ／ＣＤ４１２、５インチデバイス４１１の間を通り前面から吸気され、背面パネル４５のスリットや、ＰＣＩカードデバイス４７の隙間より背面へ排気される。ＰＣサーバ排気３７は１９インチラック３３背面に設置されたラック背面フレーム２１の排気エリア２３へと運ばれ、排気エリア２３に設置されたラジエータ１６を冷却する。ＣＰＵ４２の熱が受熱ジャケット４２と配管４４によりＰＣサーバ本体２４の外部へ運ばれているため、ＰＣサーバ排気３７はＰＣサーバ入気３６からの温度の上昇が抑えられ効率的にラジエータ１６を冷却することが可能である。
【００２３】
図５は１９インチラック３３とラック背面扉２１の斜視図で、図５を参照して、１９インチラック３３とラック背面扉２１と液冷システムの配置関係を説明する。ラック背面扉２１はヒンジ５２を持ち１９インチラック３３にはヒンジ５２がネジ等で固定され、ヒンジ５１、ヒンジ５２とをピン等で固定することにより１９インチラック３３へラック背面扉２１を回転可能に固定することが可能になる。また、ラック背面扉２１へタンク１０やポンプ１１を設置するため従来のラック背面扉２１と比較し重くなるため、キャスタ５３をラック背面扉２１の下面への設置、ヒンジ５１、ヒンジ５２の板厚を厚くするなどして、重量増に備える必要がある。しかし、キャスタ５３の設置やヒンジ５１、ヒンジ５２の強度増は必ず必要なものではなく、重量と強度により必要に応じ設置すれば良い。また、ラジエータ１６はラック背面扉２１へサムスクリュー等の容易に着脱可能な方法で固定され、ラジエータ１６と配管は継ぎ手１３により接続する。こうすることでラジエータ１６のサイズの変更や、個数の追加が容易に実現できる。
【００２４】
また、本実施形態により、１９インチラック３３とラック背面扉２１と液冷システムを構成することにより、１９インチラック３３に変更をほとんど加えずにラック背面扉２１を設計変更するのみで従来の冷却システムを液冷システムに置き換えが可能となり、また、ラック背面扉２１に液冷システムの構成部品を集約したことにより、ラックの搭載量及び搭載のバリエーションを変更することなく液冷システムに置き換えが可能になる。
【００２５】
ポンプ１０の電源は電源ケーブルをラック背面扉２１の回転支点側を通すことにより、１９インチラック３３側より得ることができる。
【００２６】
図６は継ぎ手１３として使用することが可能なバルブつき継ぎ手の構造の例を示す断面図である。図６において、６１は雄ソケット、６２は雌ソケット、６３はロックピン、６４はロックリング、６５はシーリングである。図６に示す例は、バルブ付き継ぎ手１３の一例であり、このような継ぎ手は多種知られているが、概ね図６に示すような構造を有している。
【００２７】
図６に示す継ぎ手は、雌ソケット６２と雄ソケット６１とからなり、双方の内部にロックピン６３が備えられている。そして、２つのソケットが独立している場合、すなわち、接続が行われていない場合には、ばねの力により三角錐状に形成されているロックピン６３が先端側に押し付けられて、冷却液の流路を塞ぎ液が外部に漏れない。雄ソケット６１を雌ソケット６２に挿入すると、双方がロックリング６４によりシーリング６５の位置で固定され、同時に双方のロックピン６３が衝突して移動し、その結果、流路が開くことになる。この雄ソケット６１と雌ソケット６２の外側にチューブ状の配管を接続しておけばよい。
【００２８】
ラジエータ１６と配管、タンク１０と配管、ポンプ１１と配管、パイプ１５と配管との接続に上述のバルブ付き継ぎ手を用いて接続が行われることにより、液冷システムの保守性交換性をよくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態である液冷システムの構成を示す模式図（その１）である。
【図２】本発明の一実施形態である液冷システムの構成を示す模式図（その２）である。
【図３】ＰＣサーバの設置例と風の流れを説明する斜視図である。
【図４】液冷システムを実装する電子機器としてのＰＣサーバの基本的な構造を示す斜視図である。
【図５】液冷システムを実装する電子機器収納ラックとしての１９インチラックの分解斜視図である。
【図６】継ぎ手として使用することが可能なバルブ付き継ぎ手の構造の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０：タンク、１１：ポンプ、１２：調整弁、１３；継ぎ手、１４：受熱ジャケット、１５：パイプ、１６：ラジエータ、２１：ラック背面扉、２２：電子機器筐体、２３：排気エリア、２４：ＰＣサーバ本体、３２：取付フランジ、３３：１９インチラック、３４：スライドレール金具、３５：スライドレール、３６：ＰＣサーバ吸気、３７：ＰＣサーバ排気、４１：マザーボード、４２：ＣＰＵ、４４：配管、４５：背面パネル、４７：ＰＣＩカードデバイス、４８：メモリ、４９：ＨＤＤ、４１０：電源、４１１：５インチデバイス、４１２：ＦＤ／ＣＤ、４１３：ファン、５１：ヒンジ、５２：ヒンジ、５３：キャスター、６１：雄ソケット、６２：雌ソケット、６３：ロックピン、６４：ロックリング、６５：シーリング
【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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