(57)【要約】【課題】水を使用することなく電子機器を効果的に冷却する。【解決手段】ファン４付きの複数の電子機器３を収納するための前面及び後面が開口したキャビネット１１を備え、キャビネット１１の後面開口６５には通気可能なリアドア１２を備え、リアドア１２と電子機器３の間に上下に延在したヒートパイプ２１を備え、ヒートパイプに接続した冷熱源であるメイン冷却槽２３およびサブ冷却槽２４をキャビネット１１の天部に備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファン付きの複数の電子機器を収納するための前面及び後面が開口したキャビネットを備え、該キャビネットの後面開口には通気可能なリアドアを備え、
該リアドアと前記電子機器の間に上下に延在したヒートパイプを備え、
該ヒートパイプに接続した冷熱源を前記キャビネットの天部に備えたことを特徴とする電子機器冷却システム。
【請求項２】
前記キャビネットの天部の冷熱源が蓄冷材を充填したタンクであることを特徴とする請求項１に記載の電子機器冷却システム。
【請求項３】
前記ヒートパイプが前記キャビネットの後面に取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載の電子機器冷却システム。
【請求項４】
前記タンクの一部が分割されて前記リアドアの天部に設けられ、該タンクの一部に接続した前記ヒートパイプが前記リアドアに取り付けられていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の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、キャビネットに収容された電子機器に付設したファンで送風される空気を冷却する電子機器冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電子機器が収容されるためのキャビネットの空気出口側に空気−水熱交換器を配置し、キャビネットに収容された電子機器に付設したファンで送風される空気を上記空気−水熱交換器で冷却して室内に戻す電子機器冷却システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の電子機器冷却システムはコンピュータルームに設置され、コンピュータルームに設置されるサーバやネットワーク機器を冷却する。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／０２３２９４５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、電子機器は水に弱いため、コンピュータルームには水を持ち込まないことが望ましい。しかし、従来のものでは、空気−水熱交換器は、電子機器の近傍に配置してあるため、この空気−水熱交換器にチラー水を循環する経路の一部からでも水漏れが生じると、この水によって電子機器が損傷するといったおそれがあった。
そこで、本発明の目的は、水を使用することなく電子機器を効果的に冷却することができる電子機器冷却システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するため、本発明は、ファン付きの複数の電子機器を収納するための前面及び後面が開口したキャビネットを備え、該キャビネットの後面開口には通気可能なリアドアを備え、該リアドアと前記電子機器の間に上下に延在したヒートパイプを備え、該ヒートパイプに接続した冷熱源を前記キャビネットの天部に備えたことを特徴とする。
本構成によれば、ヒートパイプは、リアドアと電子機器の間に上下に延在されて、ファンを介してキャビネット内に放出された電子機器が発生した熱を、キャビネット内からキャビネット外の冷熱源に放熱し、冷熱源は、ヒートパイプにより放出された熱を吸収する。
【０００５】
この構成において、前記キャビネットの天部の冷熱源が蓄冷材を充填したタンクである構成としても良い。
また、前記ヒートパイプが前記キャビネットの後面に取り付けられている構成としても良い。
さらにまた、前記タンクの一部が分割されて前記リアドアの天部に設けられ、該タンクの一部に接続した前記ヒートパイプが前記リアドアに取り付けられている構成としても良い。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、キャビネット内の電子機器により発生した熱は、ヒートパイプにより効率的にキャビネット外に排出することができるため、電子機器を安定して動作させることができる。さらに、ヒートパイプから放出された熱は、冷熱源により冷却されてから室内に戻るため、電子機器が発する熱によって室温が過剰に上昇することや室内に温度分布が発生することが防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳述する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電子機器冷却システムを示す図である。
この電子機器冷却システム１は、コンピュータルーム２に配設される複数の電子機器３（図２参照）を冷却するシステムである。このコンピュータルーム２は、二重床に構成され、この二重床の上にサーバラック１０が床置きされる。
【０００８】
図２は、サーバラックの概要構成図である。
サーバラック１０は、前面及び後面が開口したキャビネット１１を備え、このキャビネット１１内に複数の電子機器３がその背面をキャビネット１１後面に向けて上下に段積み配置される。また、このキャビネット１１後面には、後面開口６５を閉塞自在に片開きの開閉するリアドア１２が設けられている。このリアドア１２は、通気自在に構成されるとともに、その内部に後述の電子機器冷却ユニット２０を構成する複数のヒートパイプ２１が配置されている。
また、サーバラック１０の底にはキャスタ１３が設けられ、サーバラック１０を容易に移動可能にしている。
さらにキャビネット１１の天部に設けられた天板１１Ａには、蓄冷材および蒸発器２２が収納されたメイン冷却槽（メインタンク）２３が載置され、リアドア１２の天部１２Ｕには、サブ冷却槽（サブタンク）２４が載置されている。ここで、メイン冷却槽２３およびサブ冷却槽２４は、冷熱源として機能している。
メイン冷却槽２３内の蒸発器２２には、熱源機３０からの図示しないメイン液管及びメインガス管を有するメイン冷媒配管３１に対して接続されたフレキシブル液管２５及びフレキシブルガス管２６が接続されており、メイン冷却槽２３内の蓄冷材を冷却するようにされている。ここで、フレキシブル液管２５及びフレキシブルガス管２６は、柔軟性及び冷媒不透過性を有するフレキシブルチューブが適用され、フレキシブル液管２５は比較的小径のチューブが適用され、フレキシブルガス管２６は比較的大径のチューブが適用される。
このように、フレキシブル液管２５及びフレキシブルガス管２６を介して電子機器冷却ユニット２０を構成する蒸発器２２を接続したため、メイン冷却槽２３内に設置された蒸発器２２にこれら配管を接続したままでもサーバラック１０の位置の微調整が可能である。
そしてサーバラック１０の位置の微調整時にフレキシブル液管２５、２６だけがサーバラック１０の移動に合わせて移動するので、サーバラック１０の位置の微調整時に、他の配管、例えば、メイン冷媒配管３１に不必要に力が作用することなく、他の配管として鋼管を適用することが可能である。
メイン冷却槽２３内およびサブ冷却槽２４内には、非導電性の蓄冷材が収納されている。従って、万一蓄冷材の漏れが生じたとしても、電子機器３のショートもしくは漏電といった損傷を防止することができるようにされている。そして、この蓄冷材は、循環ポンプ２７及びフレキシブル配管２８Ａ、２８Ｂを介してメイン冷却槽２３とサブ冷却槽２４との間で循環されている。ここで、リアドア１２の開閉動作に際しては、フレキシブル配管２８Ａ、２８Ｂが撓むことにより、リアドア１２の開閉を妨げないようにされている。
また、サブ冷却槽２４には、ヒートパイプ２１により吸収したキャビネット１１内の熱を回収するためにヒートパイプ２１の一端である放熱部（凝縮部）２１Ａが挿入され、熱的に結合されている。
この場合において、メイン冷却槽２３、サブ冷却槽２４、循環ポンプ２７及びフレキシブル配管２８Ａ、２８Ｂは、複数のヒートパイプ２１とともに、後述する電子機器冷却ユニット２０を構成している。
【０００９】
次にサーバラックの詳細構成について説明する。
図３は、サーバラックの外観図である。
図４は、リアドアを開いた状態を示す斜視図である。
サーバラック１０のキャビネット１１は、収納される電子機器３の規格に合致した大きさを有し、板金性の天板１１Ａ、底板１１Ｂ、側板１１Ｃ及び側板１１Ｄを備えて矩形状に形成されている。このキャビネット１１の前面及び後面にはそれぞれ前面開口６４（図１参照）及び後面開口６５が形成され、この開口６４、６５を通じてキャビネット１１内にコンピュータルーム２の室内空気が流通する。
また、キャビネット１１は、天板１１Ａと底板１１Ｂとの間に、これら天板１１Ａ及び底板１１Ｂと略平行に配置された仕切り板（棚部）１１Ｅを備える。この仕切り板１１Ｅは、キャビネット１１内を区分けするものである。そして、底板１１Ｂ及び仕切り板１１Ｅ上にそれぞれ複数の電子機器３が配置される。
仕切り板１１Ｅは、両側板１１Ｃ、１１Ｄに形成された支持部（不図示）によって支持されており、この支持部は上下方向に所定間隔ごとに複数設けられている。これによって、仕切り板１１Ｅを所望の位置の支持部に配置したり、複数の当該仕切り板１１Ｅをキャビネット１１内に配置したりすることができる。
【００１０】
リアドア１２は、金属（例えば、アルミニウム）板を折り曲げて形成されており、このリアドア１２の一端側はヒンジ６６を介してキャビネット１１に連結され、他端側に当該リアドア１２を開閉する際に操作されるハンドル６７が形成されている。このハンドル６７を操作して当該ハンドル６７を手前側に引くと、リアドア１２は、図４に示すように、ヒンジ６６を中心に回動してキャビネット１１の後面開口６５が開放される。
また、リアドア１２の外面の略中央部には、図３に示すように、開口部１２Ａが形成されており、この開口部１２Ａには、所定径の孔６８が略一面に形成された表面材６９が配置されている。この表面材６９は、各孔６８を通じてリアドア１２を通風可能とするとともに、このリアドア１２の内部に配置されるヒートパイプ２１を外部に露出させないように機能し、サーバラック１０の美観の向上を図っている。
ここで、表面材６９の各孔６８は、通風を阻害しないように開口率が例えば６０パーセント以上となるように形成されている。さらに、この孔６８孔の径は、人の手指よりも小さな径に設定されている。
これによれば、通風状態を確保しつつ、手指のけがを未然に防ぎつつ、オペレータがヒートパイプ２１に直接触れたりするのを防止することができる。
【００１１】
リアドア１２の裏面側（内面側）には、図４に示すように、このリアドア１２に沿って複数のヒートパイプ２１が配置、固定されている。
【００１２】
電装ユニット５１は、図４に示すように、リアドアの下部、すなわち、ヒートパイプ２１の下方の吸熱部２１Ｂの近傍に配置されている。これによれば、ヒートパイプ２１により冷却された空気の一部が下降し、電装ユニット５１を冷却するため、この電装ユニット５１自体に冷却機器を設ける必要がない。さらに、電装ユニット５１をリアドア１２の下部に配置したため、この電装ユニット５１と熱源機３０の図示しない電装ユニットとを接続する内外通信線は、フレキシブル液管２５、２６とともに、開口穴２Ｃを通って上床２Ａと下床２Ｂとの間の床下空間内を引き回されるため、当該内外通信線の長さを短縮することができる。このため、この内外通信線６２がノイズを拾うことが防止され、安定して動作を行わせることができる。
【００１３】
本実施形態では、リアドア１２の内面には、図４に示すように、ヒートパイプ２１を覆うように、所定径の孔７３が略一面に形成されたカバー材７４が配置されている。このカバー材７４は、上記表面材６９と同様にパンチング板で形成されており、各孔７３を通じてリアドア１２を通風可能としている。
カバー材７４は、リアドア１２を開放した場合であっても、電子機器冷却ユニット２０のサービスマン以外が誤ってヒートパイプ２１に触れることを防止するとともに、美観を向上させるためのものである。このカバー材７４は、周囲に形成されたねじ孔（不図示）を通じてリアドア１２にねじ止めで固定されている。ここで、ねじ孔の一部をダルマ孔として、カバー材７４をリアドア１２に仮止めしたねじに引掛けられるようにすることが望ましい。これによれば、メンテナンス時にカバー材７４をリアドア１２に仮固定することができるため、このカバー材７４をリアドア１２に容易に着脱することができる。
また、カバー材７４は、このカバー材７４を取り扱うための一対のハンドル７５を備える。このハンドル７５は、カバー材７４の高さ方向の略中央の縁部にそれぞれ取り付けられており、通風を阻害するものではない。
【００１４】
ところで、ヒートパイプ２１の下部には、図４に示すように、ヒートパイプ２１から流下したドレン水を受けるドレンパン７７が設けられている。このドレンパン７７は、電装ユニット５１の上方に位置しており、ドレン水が電装ユニット５１に落ちることを防止している。
本構成では、コンピュータルーム２は別個の空気調和装置（不図示）により所定の温度及び湿度（例えば、２５℃５０％）を維持するようになっており、この温度及び湿度の条件下では、極力結露しないように電装ユニット６１が圧縮機３２の運転を制御している。
従って、通常の運転状態では、ドレンパン７７にドレン水が溜まることは想定されていないが、コンピュータルーム２外から湿気を含んだ外気が大量に導入された場合など、何らかの原因によってヒートパイプ２１に結露が生じたとしても、この結露した水（ドレン水）が電装ユニット５１に落ちないようになっている。
【００１５】
ところで、電子機器３は、サーバやネットワーク機器であり、一般に、この種の電子機器は冷却用のファン４を付設したファン付き電子機器であり、常時、あるいは、機器内の温度が所定温度を超えるとファン４を駆動し、機器内に外気を導入して機器背面から排出する強制空冷機能を備えている。このため、電子機器３をその背面をキャビネット１１背面に向けて配置することで、図２に冷却風の流れを破線矢印で示すように、電子機器３に付設したファン４により室内空気がキャビネット前面開口から吸い込まれ、電子機器３を冷却してリアドア１２を通過して室内に戻る。また、このリアドア１２を開けることによって、キャビネット１１内の電子機器３へのアクセスが容易になる。
【００１６】
また、電子機器冷却ユニット２０は、上述した複数のヒートパイプ２１、メイン冷却槽２３、サブ冷却槽２４、循環ポンプ２７及びフレキシブル配管２８Ａ、２８Ｂを備えており、サーバラック１０と一体に構成されている。
そして、複数（本例では３台）のサーバラック１０にそれぞれ設けられた電子機器冷却ユニット２０が、一台の熱源機３０（図１参照）から延びるメイン冷媒配管３１（図１参照）に並列に接続される。すなわち、この複数（３台）の電子機器冷却ユニット２０と、これら電子機器冷却ユニット２０が配管接続される熱源機３０とによって電子機器冷却装置が構成される。なお、図１に示す例では、コンピュータルーム２に１２台のサーバラック１０を配置し、３台のサーバラック１０内の電子機器冷却ユニット２０を一台の熱源機３０に各々接続した一系統の電子機器冷却装置を４系統配設した場合を示している。
【００１７】
さらに、電子機器冷却ユニット２０には、ヒートパイプ２１の下方に電装ユニット（電装箱）５１と、この電装ユニット５１につながる図示しないリモートコントローラが設けられている。この電装ユニット５１は、サブ冷却槽２４内の蓄冷材の温度あるいはメイン冷却槽２３内の蓄冷材の温度に基づいて循環ポンプ２７の蓄冷材循環量および蒸発器２２の入口冷媒温度及び出口冷媒温度に基づいて適正な過熱度になるように図示しない膨張弁の制御を行うとともに、熱源機３０を制御すべく当該熱源機３０と通信する機能を備えている。
【００１８】
また、図示しないリモートコントローラは、コンピュータルーム２のサーバラック１０の側面或いは背面などに配置され、リアドア１２内の電装ユニット５１に有線或いは無線で接続される。このリモートコントローラには、室内温度センサ、操作ボタン、表示部、ブザー（報音部）などが設けられ、このリモートコントローラの操作に従って、電子機器冷却装置４０の運転開始／停止、設定温度Ｔ０の変更、各種エラーメッセージの報知（表示及びブザー音出力）などを行うようにされている。ここで、設定温度Ｔ０は、電子機器冷却ユニット２０の目標温度であり、通常、コンピュータルーム２の室内目標温度が設定される。そして、電子機器冷却ユニット２０においては、キャビネット１１の前面側開口から入る空気、或いは、ヒートパイプ２１近傍を経由してリアドア１２を通過した空気の温度が、該設定温度Ｔ０になるように各部の制御が実行される。
【００１９】
熱源機３０は、室外に設置され、概略的には、冷媒を圧縮する圧縮機、オイルセパレータ、四方弁、熱源側熱交換器（凝縮器）、膨張弁及びレシーバタンクの順に配管接続されている。
この場合において、圧縮機は、能力固定型の圧縮機と、能力可変型の圧縮機と、により構成されており、これらの圧縮機を並列に接続して、冷却の負荷に応じてオンオフ制御あるいは運転周波数の可変制御により熱源機３０全体の冷却能力を適正とするように構成される。そして、圧縮機から吐出された高温高圧冷媒は、熱源側熱交換器で凝縮されて液化された後、熱源機３０から延びるメイン冷媒配管３１を通ってコンピュータルーム２内の電子機器冷却ユニット２０に供給される。
【００２０】
各電子機器冷却ユニット２０では、メイン冷媒配管３１を構成するメイン液管を流れる液冷媒がフレキシブル液管２５を通り、さらに図示しない膨張弁を通って蒸発器２２に流れ込む。
そして、蒸発器２２で蒸発してガス化された冷媒は、メイン冷却槽２３内の蓄冷材を冷却しつつ、フレキシブルガス管２６を通ってメイン冷媒配管３１を構成するメインガス管に流れ、熱源機３０に戻る。
以上のようにして冷凍サイクルが行われる。
一方、メイン冷却槽２３内において、蒸発器２２により冷却された蓄冷材は、循環ポンプ２７及びフレキシブル配管２８Ａ、２８Ｂを介してサブ冷却槽２４に供給される。
このときサブ冷却槽２４には、ヒートパイプ２１の放熱部（凝縮部）２１Ａが挿入されており、吸熱部（蒸発部）２１Ｂにおいて、内部の作動液が潜熱吸収して蒸発することによりキャビネット１１内の熱を吸収する。この吸収したキャビネット内の熱は、作動液の蒸発に伴って放熱部２１Ａ側へ運ばれることとなる。そして、放熱部２１Ａにおいて、サブ冷却槽２４内の蓄冷材により再び作動液が凝縮することにより潜熱はサブ冷却槽２４内の蓄冷材に吸収されてキャビネット１１外に移動することとなる。
このとき、サブ冷却槽２４内の蓄冷材は、循環ポンプ２７により、メイン冷却槽２３内に回収され、それとともに、吸収した熱もメイン冷却槽２３側に移動することとなる。
これにより、電子機器３の発する熱は、キャビネット１１外、ひいては、熱源機３０を介して、コンピュータルーム２外部に排出されることとなり、コンピュータルーム２内を一定の温度以下に保つことができる。
【００２１】
以上の説明のように、本実施形態によれば、ファン４付きの複数の電子機器３を収納するための前面及び後面が開口したキャビネット１１を備え、このキャビネット１１の後面開口６５には通気可能なリアドア１２を備え、このリアドア１２と電子機器３の間に上下に延在したヒートパイプ２１を備え、このヒートパイプ２１に熱的に接続した冷熱源としてのメイン冷却槽２３およびサブ冷却槽２４をキャビネット１１の天部に備えたため、ファン４を介してキャビネット１１内に放出された電子機器３が発生した熱を、キャビネット１１内からキャビネット外の冷熱源であるメイン冷却槽２３およびサブ冷却槽２４に放熱し、メイン冷却槽２３およびサブ冷却槽２４は、ヒートパイプ２１により放出された熱を吸収するので、電子機器を安定して動作させることができる。さらに、ヒートパイプから放出された熱は、冷熱源により冷却されてから室内に戻るため、電子機器が発する熱によって室温が過剰に上昇することや室内に温度分布が発生することが防止される。
従って、本実施形態によれば、水を使用することなく電子機器３を効果的に冷却することができる。
【００２２】
さらに、本実施形態によれば、ヒートパイプ２１をリアドア１２に配置し、冷熱源としてのメイン冷却槽２３およびサブ冷却槽２４をキャビネット１１の天部に設けたため、リアドア１２を開いた状態では、後面開口６５を塞ぐことがなく、メンテナンス性を低下させることがない。
【００２３】
以上、一実施形態に基づいて、本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本実施形態では、ヒートパイプ２１をリアドア１２において上下に延在させていたが、例えば、Ｌ字型のヒートパイプを用い、一部を水平に配置するようにしてもよい。
また、ヒートパイプ２１を設ける本数については、通風効率を低下させない範囲で、適宜設定すればよい。
【００２４】
また、本実施形態では、空冷式の熱源機３０を使用する場合について説明したが、これに限らず、水冷式の熱源機を使用してもよい。水冷式の熱源機を使用する場合は、図示せぬクーリングタワーから延びる水配管に熱源機を配管接続する構成を採るため、複数の熱源機を重ねて配置でき、熱源機の配置スペースを比較的小さくすることができる。
以上の説明では、コンピュータルーム２内の空調については述べなかったが、空冷式あるいは水冷式の熱源機から延びるメイン冷媒配管に空気調和装置を接続し、この空気調和装置によりコンピュータルーム２内の空調を行う構成としてもよい。
また、上記した熱源機としては、四方弁を有しない冷房（冷却）サイクル専用機の構成としても良い。
また、上記熱源機が備える圧縮機は、電動機で駆動される形式、いわゆるＥＨＰ（電気式ヒートポンプ）形式のものであったが、これに限るものではなく、ガスエンジンの駆動によって圧縮機を駆動させるＧＨＰ（ガスヒートポンプ）形式の熱源機としても良い。
また、本実施形態では、サーバラック１０が備えるリアドア１２は片開きのドアであったが、これに限るものではなく、両開きのドアを用いる構成としても良い。この構成によれば、例えば、電子機器の横幅が大きくなることに伴い、キャビネットの幅が広くなったとしても、片開きに比べてドアの可動範囲を小さくすることができるため、メンテナンス時の作業を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係る電子機器冷却システムを示す図である。
【図２】サーバラックの概要構成図である。
【図３】サーバラックの外観斜視図である。
【図４】リアドアを開いた状態のサーバラックの斜視図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  電子機器冷却システム
２  コンピュータルーム
２Ａ  上床
２Ｂ  下床
２Ｃ  開口穴
３  電子機器
４  ファン
１０  サーバラック
１１  キャビネット
１１Ａ  天板
１１Ｂ  底板
１１Ｃ  側板
１１Ｄ  側板
１２  リアドア
１２Ａ  開口部
１２Ｕ  上面
１３  キャスタ
２０  電子機器冷却ユニット
２１  ヒートパイプ
２１Ａ  放熱部
２１Ｂ  吸熱部
２２  蒸発器
２３  メイン冷却槽
２４  サブ冷却槽
２５  フレキシブル液管
２６  フレキシブルガス管
２７  循環ポンプ
２８Ａ、２８Ｂ  フレキシブル配管
３０  熱源機
３１  メイン冷媒配管
３２  圧縮機
４０  電子機器冷却装置
５１  電装ユニット
６１  電装ユニット
６２  内外通信線
６４  前面開口
６５  後面開口
６６  ヒンジ
６７  ハンドル
７７  ドレンパン
【図１】
2009134531.tif 000003
【図２】
2009134531.tif 000004
【図３】
2009134531.tif 000005
【図４】
2009134531.tif 000006