(57)【要約】【課題】設置床面積を増大することなく、電子機器の発熱量の増大に対応可能な電子機器冷却装置を提供する。【解決手段】冷却用熱交換器２２（例えば、水冷のコンパクト熱交換器）と少なくとも１個の冷却用ファン２１（例えば、クロスフローファン）とを有する冷却モジュール２０を、電子機器５を収納する筐体１の上部または下部に設置し、筐体の背面カバー４および前面カバー３に設けた通風口を遮蔽した状態で、筐体の前面および背面に設けたエアダクトを介して電子機器の冷却風を、前記冷却モジュール２０と電子機器５との間を循環させることにより、電子機器の発熱を前記冷却用熱交換器２２を介して、空調された室内の外部に放熱する構成を備えたものとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空調された室内に設置され筐体内に収納した複数個の電子機器の発熱を、前記筐体内に設けたファンによって筐体の背面カバーに設けた通風口を介して導入した冷却風によって除熱し、筐体の前面カバーに設けた通風口から前記空調された室内に放熱する構成を備えた電子機器冷却装置において、
冷却用熱交換器と少なくとも１個の冷却用ファンとを有する冷却モジュールを、前記筐体の上部または下部に設置し、前記両通風口を遮蔽した状態で、筐体の前面および背面に設けたエアダクトを介して電子機器の冷却風を、前記冷却モジュールと電子機器との間を循環させることにより、電子機器の発熱を前記冷却用熱交換器を介して、空調された室内の外部に放熱する構成を備えたことを特徴とする電子機器冷却装置。
【請求項２】
前記冷却用熱交換器は、水冷熱交換器であって、プレートフィン形のコンパクト熱交換器としたことを特徴とする請求項１に記載の電子機器冷却装置。
【請求項３】
前記冷却用ファンは、クロスフローファンとしたことを特徴とする請求項１または２に記載の電子機器冷却装置。
【請求項４】
前記筐体の前面カバーおよび背面カバーに設けた通風口は、通風口開閉手段を有し、冷却モジュールの冷却能異常の際に、前記遮蔽した状態の通風口を開口した状態とすることにより、空調された室内の空気により冷却可能な構成としたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電子機器冷却装置。
【請求項５】
前記通風口開閉手段は、前記筐体の前面カバーまたは背面カバーの主面に沿って可動な遮蔽板を備え、前記遮蔽板に設けた連通孔と前記前面カバーまたは背面カバーの通風口との相対位置の変動により通風口を開閉可能としたことを特徴とする請求項４に記載の電子機器冷却装置。
【請求項６】
前記冷却モジュールの冷却能は、冷却モジュールにおける冷却風出口部に設けた温度センサの測定値に基づいて、温度上昇値が所定の閾値に到達した場合に異常と判定し、異常と判定した際には、前記遮蔽板を駆動して自動的に通風口を開状態とする構成を備えたことを特徴とする請求項５に記載の電子機器冷却装置。
【請求項７】
前記遮蔽板は、遮蔽板駆動軸とソレノイドコイルとを有する電磁的駆動手段を備えたことを特徴とする請求項６に記載の電子機器冷却装置。
【請求項８】
前記冷却モジュールにおける冷却ファンを少なくとも２個設け、冷却用熱交換器に対して一方は空気押し込み方式、他方は空気吸い込み方式に配設したことを特徴とする請求項１に記載の電子機器冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器の冷却装置に関し、特に、大規模集積回路や高性能ＣＰＵを備えるサーバシステムのような大きな発熱量を伴う大型電子機器の冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の冷却装置に関しては、その規模や発熱量に応じて種々の構成が提案されている（例えば、特許文献１および２参照）。
【０００３】
大型電子機器は、通常、電子機器が設置される部屋、例えばコンピュータ室を空調し、この専用の空調環境下で使用される。そして電子機器の発熱は設置環境に放熱され、この放熱量は専用の空調機で除熱するようにしている。
【０００４】
図１０は、上記のような従来の電子機器冷却装置を説明する模式的斜視図、図９は図１０の電子機器冷却装置の模式的上面図である。図９および１０において、部番１は電子機器５が収納される筐体、２は側面カバー、３は前面カバー（通風口付）、４は背面カバー（通風口付）、６はイメージ的に示した電子機器の発熱体、７は冷却用のファン、８は台脚である。図９において冷却風の流通経路を矢印で示すが、この冷却風によって電子機器の発熱は、前面カバー３の通風口から設置環境に放熱される。
【０００５】
ところで近年、電子機器の発熱量は年々増大の一途をたどり、冷却用の空調機もそれに伴い大容量化して限界に達し、電子機器の大型化、増設等による発熱量増加に対応できない状況が生じている。これは、新たにコンピュータ室を増設したり、空調能力を上げるためには多額の設備投資が必要となるからである。
【０００６】
上記のような問題を解消するためには、図８に示すような電子機器の冷却装置の構成が考えられる。図８は、設置環境に放熱せずに、冷却水を介して外部へ排熱するために、筐体の側面に水冷熱交換器を有する横付け冷却装置を設けた電子機器冷却装置の模式的上面図である。図８において図９と同一部材には同一番号を付して、その詳細説明を省略する。
【０００７】
図８において、９は水冷熱交換器１０を有する横付け冷却装置、１１および１２は夫々筐体の前面および背面に設けたエアダクトである。図８において、冷却空気の循環は矢印で示すように、発熱体６→ファン７→エアダクト１１→横付け冷却装置９→エアダクト１２→電子機器５であり、冷却風の循環流通経路に沿って電子機器５の発熱が横付け冷却装置９に運ばれ、水冷熱交換器１０において除熱される。
【特許文献１】特開平５−２３５５７０号公報
【特許文献２】特開２００２−３６６２５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、前記図８に示した電子機器冷却装置の場合、横付け冷却装置９は、コスト低減の観点から専用の循環ファンを備えず、送風は電子機器用のファン７に依存しているので、電子機器の発熱量増大に対して冷却能力が不足する場合が生ずる。
【０００９】
また、前記横付け冷却装置９は、電子機器を収納する筐体１の側面に設けられるので、横付け冷却装置９における冷却風の流通幅方向の寸法は、できる限り小とすることが要請されるばかりでなく、従来装置に比較して、設置に必要な床面積が増大する本来的な問題がある。
【００１０】
この発明は、上記のような従来の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の課題は、設置床面積を増大することなく、電子機器の発熱量の増大に対応可能な電子機器冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題は、以下により達成される。即ち、空調された室内に設置され筐体内に収納した複数個の電子機器の発熱を、前記筐体内に設けたファンによって筐体の背面カバーに設けた通風口を介して導入した冷却風によって除熱し、筐体の前面カバーに設けた通風口から前記空調された室内に放熱する構成を備えた電子機器冷却装置において、冷却用熱交換器と少なくとも１個の冷却用ファンとを有する冷却モジュールを、前記筐体の上部または下部に設置し、前記両通風口を遮蔽した状態で、筐体の前面および背面に設けたエアダクトを介して電子機器の冷却風を、前記冷却モジュールと電子機器との間を循環させることにより、電子機器の発熱を前記冷却用熱交換器を介して、空調された室内の外部に放熱する構成を備えたことを特徴とする（請求項１の発明）。上記発明によれば、現行装置の無効スペースを有効活用し、専用の冷却ファンを有する比較的冷却能力の高い冷却モジュールを設けるので、設置床面積を増大することなく電子機器の発熱量の増大に対応可能な電子機器冷却装置を提供することができる。
【００１２】
また、前記請求項１の発明の実施態様としては、下記の請求項２ないし８の発明が好ましい。即ち、前記請求項１に記載の電子機器冷却装置において、前記冷却用熱交換器は、水冷熱交換器であって、プレートフィン形のコンパクト熱交換器とする（請求項２の発明）。前記冷却用熱交換器は、プレートフィン＆チューブ形熱交換器であってもよいが、コンパクト熱交換器とすることにより約１／５程度に小型化できるので、冷却モジュールを、限られた高さの筐体下部に設置する場合には、特に好適である。
【００１３】
さらに、前記請求項１に記載の電子機器冷却装置において、前記冷却用ファンは、クロスフローファンとする（請求項３の発明）。クロスフローファンは、高さ寸法を比較的短小化できると共に装置の幅寸法の略全域にわたって冷却風を発生させ高静圧を得ることができるので、薄型化が可能であり、限られた高さの筐体下部に設置する場合には、特に好適である。
【００１４】
また、前記請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電子機器冷却装置において、前記筐体の前面カバーおよび背面カバーに設けた通風口は、通風口開閉手段を有し、冷却モジュールの冷却能異常の際に、前記遮蔽した状態の通風口を開口した状態とすることにより、空調された室内の空気により冷却可能な構成とする（請求項４の発明）。さらに、前記請求項４に記載の電子機器冷却装置において、前記通風口開閉手段は、前記筐体の前面カバーまたは背面カバーの主面に沿って可動な遮蔽板を備え、前記遮蔽板に設けた連通孔と前記前面カバーまたは背面カバーの通風口との相対位置の変動により通風口を開閉可能とする（請求項５の発明）。
【００１５】
また、前記請求項５に記載の電子機器冷却装置において、前記冷却モジュールの冷却能は、冷却モジュールにおける冷却風出口部に設けた温度センサの測定値に基づいて、温度上昇値が所定の閾値に到達した場合に異常と判定し、異常と判定した際には、前記遮蔽板を駆動して自動的に通風口を開状態とする構成を備えたものとする（請求項６の発明）。さらに、前記請求項６に記載の電子機器冷却装置において、前記遮蔽板は、遮蔽板駆動軸とソレノイドコイルとを有する電磁的駆動手段を備えたものとする（請求項７の発明）。
【００１６】
また、前記請求項１に記載の電子機器冷却装置において、前記冷却モジュールにおける冷却ファンを少なくとも２個設け、冷却用熱交換器に対して一方は空気押し込み方式、他方は空気吸い込み方式に配設したものとする（請求項８の発明）。上記請求項４〜８の発明の実施態様の詳細については、後に詳述する。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、空調設備の能力増大なしに低コストで、かつ設置床面積を増大することなく、電子機器の発熱量の増大に対応可能な電子機器冷却装置が提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、この発明の実施形態に関して、図１ないし図７に基いて説明する。まず、本発明の基本的な実施形態に関わる図１ないし図３について述べる。図１は本発明の実施形態に関わる電子機器冷却装置の模式的構成図、図２は図１の電子機器冷却装置における冷却用熱交換器の斜視図、図３は図１の電子機器冷却装置における通風口開閉手段の概念的構成図を示す。なお、図１において、図８ないし図１０で示した部材と同一機能部材には同一番号を付して、その詳細説明を省略する。
【００１９】
図１に示す電子機器冷却装置は、冷却用熱交換器２２と冷却用ファン２１とを有する冷却モジュール２０を、筐体１の下部に設置し、筐体の背面カバー４および前面カバー３に設けた通風口を遮蔽した状態で、筐体の前面および背面のエアダクトを介して電子機器の冷却風を、前記冷却モジュール２０と電子機器５との間を循環させることにより、電子機器の発熱を冷却用熱交換器２２を介して、空調された室内の外部に放熱する構成を備える。
【００２０】
図１において、冷却用熱交換器２２は、後述する図２に示す水冷熱交換器であってコンパクト熱交換器が好ましく、冷却用ファンは前述のクロスフローファンが好ましい。また、２３は冷却水配管であり、この配管を介して冷水を導入し、かつ外部へ放熱する。なお、１９は上面カバーであり、Ｔは冷却モジュール２０の冷却能異常監視用の温度センサーである。
【００２１】
通常の大型電子機器は空調された室内の床面に台脚８で設置され、筐体下部に１００〜１５０ｍｍ程度の無効空間が存在する。この無効空間に、図１に示すように冷却モジュール２０を実装する。このとき、電子機器の前面カバー３および背面カバー４は冷却モジュール２０と空間的に連結されて冷却風の流路を形成し、図１に矢印で示すような冷却風の循環路を形成する。即ち、空気の流れは、発熱体６→ファン７→前面カバー３（通風口閉鎖）→冷却用熱交換器２２→冷却用ファン２１→背面カバー４（通風口閉鎖）→発熱体６である。このように、空気を循環させることにより、筐体１内における電子機器の発熱を室内設置環境へ放熱することなく冷却水へ放熱し、これによって室内の空調負荷が軽減できると共に、無効空間の有効利用を図ることができる。
【００２２】
次に、図２に示すコンパクト熱交換器について述べる。図２において、２２Ａは水冷熱交換器本体、２２Ｂおよび２２Ｃは冷却水ヘッダー、２２Ｄは空気側冷却フィン、２２Ｅは水側冷却フィン、２２Ｆはスペーサーである。冷却水によって電子機器の発熱体で温度上昇した空気を冷却するが、コンパクト熱交換器は周知のように単位体積当りの伝熱面積が大きいので小型化が可能であり、また、クロスフローファンと組み合わせることにより冷却モジュール２０の薄型化が可能である。冷却水としては、例えば外部のチラーなどの冷水を使用し、これによって電子機器の発熱を外部へ除去する。
【００２３】
次に、万一、冷却モジュール２０に異常が発生、例えば、冷却用ファン２１の故障、水冷熱交換器の水漏れ等により冷却が困難になった場合の対応について述べる。この場合には、前述のように、筐体１の前面カバー３および背面カバー４に設けた通風口は、図１には図示しない通風口開閉手段を有し、冷却モジュールの冷却能力異常の際に、遮蔽した状態の通風口を開口した状態とすることにより、空調された室内の空気により冷却可能とする構成を備える。なお、従来は通常、複数セット（例えば１０台）の電子機器収納体が空調された室内に設置されるので、その内の１台の冷却モジュールが冷却能力異常になったとしても、その他の冷却モジュールが正常に機能していれば、冷却能力異常が発生した電子機器収納体は、空調された室内の空気により十分冷却可能である。
【００２４】
図３は図１の電子機器冷却装置における通風口開閉手段の概念的構成図である。図３は背面カバー４における通風口開閉手段を示すが、前面カバー３における通風口開閉手段も同様の構成を備える。図３（ａ）は通風口４ａが開モードの場合を示し、図３（ｂ）は通風口４ａが閉モードの場合を示す。図３において、４ｌは通風口の遮蔽版、４１ａは通風口との連通口、４２は閉鎖用金具であり、２０は冷却モジュールであって、その冷却風出口部のみを示す。
【００２５】
図３に示す通風口開閉手段は、背面カバー４の主面に沿って可動な遮蔽板４１を備え、この遮蔽板４１に設けた連通孔４１ａと背面カバー４の通風口４ａとの位置が一致した図３（ａ）の場合には、冷却風が通風口を通過可能な状態、即ち、通風口開モードとなる。一方、図３（ｂ）のように、連通孔４１ａと通風口４ａとの相対位置がずれて通風口４ａが遮蔽板４１の連通孔のない面で塞がれた場合には、通風口閉モードとなる。
【００２６】
前記冷却モジュールの冷却能は、冷却モジュール２０における冷却風出口部に設けた温度センサ（図１のＴ）の測定値に基づいて、温度上昇値が所定の閾値に到達した場合に異常と判定し、異常と判定した際には、前記遮蔽板４１を手動または、例えば、電磁的駆動手段により駆動して自動的に通風口を開状態とする。手動の場合には、保守要員がアラームに基づいて通風口開状態のための適切な処置を行なう。なお、図３（ｂ）の通風口閉モードにおいて、図３（ａ）に示す閉鎖用金具４２は取り外した状態にあるが、図３（ｂ）の通風口閉モードから図３（ａ）の通風口開モードにした際には、取り外した状態のままでも、冷却能力において問題はない。
【００２７】
次に、図１の実施形態とは異なる種々の実施形態について述べる。図４は、冷却モジュール２０において、冷却用ファンを２個（２１および２１ａ）設けた実施形態を示す。この２個の冷却用ファンは、冷却用熱交換器２２に対して一方の２１ａは空気押し込み方式（所謂プッシュ方式）、他方の２１は空気吸い込み方式（所謂プル方式）に配設、即ち、プッシュ＆プル方式としている。冷却用ファンを２個用いた場合には、高静圧に対応でき、またフェイルセーフの観点からも優れている。
【００２８】
次に、図５について述べる。図５は冷却モジュールを上部に設置した本発明の異なる実施形態に関わる電子機器冷却装置の模式的構成図を示す。通常の大型電子機器は高さが１５００〜２０００ｍｍであり、その上部は使用されていない。そこで、図５の場合には、上部の空きスペースに冷却モジュール２０を設置する。これにより、上部の空きスペースの有効利用を図ることができる。なお、図１に示す下部設置の場合と図５に示す上部設置の場合とでは、それぞれ下記のような利欠点がある。
【００２９】
下部設置の場合の利点は、冷却水配管２３が短く、断熱処理も簡単である。また、異常時に漏水が発生しても、本体に水が浸入する危険性がない。下部設置の場合の欠点は、下部の有効高さに制限があるので、冷却能力に限度がある。さらに、構造的に本体の脚部を避ける構造となるので、構造が単純でない。
【００３０】
一方、上部設置の場合の利点は、上部に高さ制限がなく、ある程度自由に構成できる。また、構造的に自由度が高いので冷却能力も大きくとれる。さらに障害物がないので、設置作業も簡単になる。上部設置の場合の欠点は、冷却水配管が長く、断熱処理も複雑で、場合によっては、本体内部を通過させることも必要となる。また、漏水が発生した場合、ドレーン処理を確実に行なわない場合には本体に水が浸入する可能性がある。
【００３１】
図６は、上部設置の場合であって、かつ冷却用ファンを２個用いた場合の実施形態を示し、図７は図５の電子機器冷却装置における通風口開閉手段の概念的構成図を示す。図６および図７の構成および効果は、前述と同様であるので省略する。なお、図７（ａ）の通風口開モードにおいては、図３（ａ）の通風口開モードの図と異なり、冷却モジュール２０を省略した図としている。上部設置の場合において冷却モジュール２０が異常の場合、通常、冷却モジュール２０は点検整備のために、筐体１から取り外されるからである。
【００３２】
以上、種々の実施形態について述べたが、いずれの実施形態の場合においても、総じて下記のような効果が得られる。既存の電子機器冷却装置を大幅改造することなしに、冷却モジュール２０の追加設置により、電子機器の大容量化、発熱量増大に対して、空調設備の能力増大なしに低コストで、かつ床面積の増大なしに対応できる。また、電子機器の発熱量増減に対して、冷却モジュール２０の冷却能の増減により簡単に追随して対応できる。特に、冷却モジュールにおいて、コンパクト熱交換器とクロスフローファンを採用した場合には、小型化、薄型化が可能となる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態に関わる電子機器冷却装置の模式的構成図。
【図２】図１の電子機器冷却装置における冷却用熱交換器の斜視図。
【図３】図１の電子機器冷却装置における通風口開閉手段の概念的構成図。
【図４】複数個のブロワを備えた本発明の異なる実施形態に関わる電子機器冷却装置の模式的構成図。
【図５】冷却モジュールを上部に設置した本発明の異なる実施形態に関わる電子機器冷却装置の模式的構成図。
【図６】冷却モジュールを上部に設置し複数個のブロワを備えた本発明の異なる実施形態に関わる電子機器冷却装置の模式的構成図。
【図７】図５の電子機器冷却装置における通風口開閉手段の概念的構成図。
【図８】従来の横付け冷却装置を設けた電子機器冷却装置の模式的上面図。
【図９】従来の電子機器冷却装置の模式的上面図。
【図１０】従来の電子機器冷却装置の模式的斜視図。
【符号の説明】
【００３４】
１：筐体、３：前面カバー（通風口付）、４：背面カバー（通風口付）、４ａ：通風口、５：電子機器、６：発熱体、７：ファン、８：台脚、１９：上面カバー、２０：冷却モジュール、２１，２１ａ：冷却用ファン、２２：冷却用熱交換器、２２Ａ：水冷熱交換器本体、２２Ｂ，２２Ｃ：冷却水ヘッダー、２２Ｄ：空気側冷却フィン、２２Ｅ：水側冷却フィン、２２Ｆ：スペーサー、２３：冷却水配管、４ｌ：通風口の遮蔽版、４１ａ：連通口、４２：閉鎖用金具、Ｔ：温度センサー。
【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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