特許 5965787 冷却システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5965787

(24)【登録日】2016年7月8日

(45)【発行日】2016年8月10日

(54)【発明の名称】冷却システム

(51)【国際特許分類】

   G06F 1/20 20060101AFI20160728BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20160728BHJP

   F24F 3/044 20060101ALN20160728BHJP

【ＦＩ】

   G06F1/20 C

   H05K7/20 U

   G06F1/20 B

   !F24F3/044

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2012-190246(P2012-190246)

(22)【出願日】2012年8月30日

(65)【公開番号】特開2014-48814(P2014-48814A)

(43)【公開日】2014年3月17日

【審査請求日】2015年3月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000102728

【氏名又は名称】株式会社エヌ・ティ・ティ・データ

(73)【特許権者】

【識別番号】501470544

【氏名又は名称】エヌ・ティ・ティ・データ先端技術株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000227618

【氏名又は名称】日比谷総合設備株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】特許業務法人 志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 勝

(72)【発明者】

【氏名】堀口 茂美

(72)【発明者】

【氏名】赤岩 大司

(72)【発明者】

【氏名】大倉 聖一

(72)【発明者】

【氏名】中山 文宏

(72)【発明者】

【氏名】高橋 慎一

(72)【発明者】

【氏名】萬代 敏夫

(72)【発明者】

【氏名】内園 修二

【審査官】 田川 泰宏

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０２７８０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５０１９６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０９８７９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０６Ｆ １／２０

Ｈ０５Ｋ ７／２０

Ｆ２４Ｆ ３／０４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

１又は複数の空調機と、
前記空調機が出力する冷気を送風する１又は複数の冷気送風部と、を備える冷却システムにおいて、
前記冷気を取り込む１又は複数の機器収容用ラックを含んで構成された区画列に沿って冷気風路が区画されており、
前記冷気送風部は前記冷気が前記冷気風路に導入されるように前記冷気を送風し、
前記冷気風路における前記冷気送風部と反対の位置に前記冷気の流れを遮蔽する遮蔽部材が設けられ、
前記冷気風路の上部の少なくとも一部に、前記冷気の鉛直方向への流れを遮蔽する水平遮蔽板が設けられ、
前記水平遮蔽板は、前記区画列の一部に設けられ、かつ、前記遮蔽部材に接続されていることを特徴とする冷却システム。

【請求項2】

前記区画列の前記冷気風路とは反対の側には、前記機器収容用ラックから暖気が排出される暖気風路が区画され、
前記暖気風路における前記冷気送風部の側に前記冷気の流れを遮断する暖気遮蔽部材が設けられてい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１又は複数の空調機が出力する前記冷気を前記１又は複数の冷気送風部へ送風する冷気共有風路を有する架台を備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の冷却システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冷却システムに係り、特に空調機を用いてサーバなどの機器収容用ラックを冷却する冷却システムに関する。

【背景技術】

【0002】

ＩＴ機器や通信装置等の電算機が収容されたサーバラックなどの機器収容用ラックが設置されるデータセンタにおいては、空調機を用いた冷却システムを用いてデータセンタ内の空調を管理することが一般的である。

【0003】

データセンタは、一般的な居室とは異なるため、二重床・天井といった建築二次部材は必須要素ではないが、空調機が出力する冷気の流路としてこれらを設置している。例えば、図６に示すデータセンタ１０２においては、冷気は空調機４下部より供給され、二重床５１の床下空間を流路として、機器収容用ラック３付近に設置された床吹出口５２より吹き出される。また、機器収容用ラック３を冷却した後の暖気は、天井５３に設置された吸込口５４から天井裏空間に流入し、空調機４まで還気される（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９−２５７７１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来の冷却システムにおいて空調空気の流路を形成するための二重床５１や天井５３を構築することは、冷却システム導入のためのコストの増大に直結するという問題がある。また、空調空気の流路となる二重床５１の下の空間や天井裏空間には、建築構造上の梁や配管・配線類が存在しているため、これらが空調空気の空気抵抗になる。これにより、大容量の空調機が必要となるため、消費電力（ランニングコスト）が増大するという問題もある。

【0006】

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、データセンタに設置されている機器収容用ラックを冷却する冷却システムにおいて、システム導入のためのコストを低減することができる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】

【0007】

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提供している。
上述した課題を解決するために、本発明は、１又は複数の空調機と、前記空調機が出力する冷気を送風する１又は複数の冷気送風部と、を備える冷却システムにおいて、前記冷気を取り込む１又は複数の機器収容用ラックを含んで構成された区画列に沿って冷気風路が区画されており、前記冷気送風部は前記冷気が前記冷気風路に導入されるように前記冷気を送風し、前記冷気風路における前記冷気送風部と反対の位置に前記冷気の流れを遮蔽する遮蔽部材が設けられ、前記冷気風路の上部の少なくとも一部に、前記冷気の鉛直方向への流れを遮蔽する水平遮蔽板が設けられ、前記水平遮蔽板は、前記区画列の一部に設けられ、かつ、前記遮蔽部材に接続されていることを特徴とする冷却システムである。

【0010】

また、本発明は、前記区画列の前記冷気風路とは反対の側には、前記機器収容用ラックから暖気が排出される暖気風路が区画され、前記暖気風路における前記冷気送風部の側に前記冷気の流れを遮断する暖気遮蔽部材が設けられていることを特徴とする。

【0011】

また、本発明は、前記１又は複数の空調機が出力する前記冷気を前記１又は複数の冷気送風部へ送風する風路を有する架台を備えていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、冷気が冷気風路に導入されるように冷気送風部を設けるとともに、冷気風路における冷気送風部と反対の位置に冷気の流れを遮蔽する遮蔽部材が設けることによって、冷気風路に導入された冷気が機器収容用ラックの配置箇所に留まり、二重床を構築することなしに機器収容用ラックを冷却することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施形態に係る冷却システムの斜視図である。

【図2】本発明の実施形態に係る冷却システムの平面図である。

【図3】図２のＡ−Ａ断面図である。

【図4】本発明の別の実施形態に係る冷却システムの平面図である。

【図5】図４のＢ−Ｂ断面図である。

【図6】従来の冷却システムの一例を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１、図２、及び図３に示すように、本実施形態の冷却システム１は、サーバラックなどの機器収容用ラック３（以下、ラックと呼ぶ）が設置されたデータセンタ２（情報通信機械室）の空調を管理するシステムであって、ラック３より排出される暖気（高温排気）を空調機４まで還気した後、空調機４により冷却して再度室内に循環させるシステムである。

【0015】

データセンタ２は、床、天井、及び壁からなる、平面視が矩形の空間である。
冷却システム１は、２つの空調機４と、床上に設置されるとともに２つの空調機４を支持するように配置された架台５と、複数のラック３（本実施形態では５台）を接続することによって形成された区画列６と、空調機４が出力する冷気の流れの拡散を妨げる遮蔽部材１６と、を有している。なお、以下の説明においては、区画列６の延在方向をＸ方向と呼び、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向と呼ぶ。

【0016】

ラック３は、箱形状の筐体を有し、その内部に通信装置等のＩＴ機器類を収容するものである。ラック３は、前面３ａに設けられた吸気口から空気を吸気し、背面３ｂの排気口から後方に向けて空気を排気するようになっている。詳しくは、ラック３に収容された機器より発生する熱は、各機器が備える冷却ファン（図示せず）により、前面３ａから吸気した空気とともに背面３ｂに排気される。ラック３の高さは、例えば２，０００ｍｍである。

【0017】

区画列６は、ラック３の側面同士を、ラック３の前面３ａ（吸気口）が一の側に揃うように接続することによってなされている。即ち、区画列６の一の側から吸気された空気は、区画列６の他の側から排出される。これにより、背面３ｂ側には暖気風路であるホットアイル８が、前面３ａ側には冷気風路であるコールドアイル９が区画される。
なお、区画列６は、全てが機器収容用ラック３で構成される必要はなく、機器収容用ラック３を含んで構成されていればよい。例えば、区画列６には所定の位置に物品を収容する同形状の棚を配置してもよい。
また、区画列６を構成するラック３の背面３ｂとデータセンタ２の壁との間にホットアイル８が区画される構成としてもよい。

【0018】

架台５は、四角筒形状の部材であり、空調機４の形状に応じた大きさに形成されている。具体的には、複数の形鋼からなる空調機４の重量に耐えうる剛性を有する骨組みに、四角筒を形成するようにパネル（側板）を取り付けることによって形成されている。架台５は、その内部の冷気共有風路７に空調機４から吹き出される冷気が導入されるとともに、冷気が架台５の長手方向に充満し、導入された冷気を後述する冷気送風部１０から送風するように形成されている。
また、架台５は、複数の空調機４（本実施形態は２台）を接続することが可能となっている。即ち、複数の空調機４に対して架台５は、共通化されており、複数の空調機４から出力される冷気が同一の冷気共有風路７に導入されるようになっている。

【0019】

なお、架台５の形状は四角筒形状に限ることはなく、空調機４を支持するとともに冷気を流せる形状であれば、どのような形状としてもよい。例えば、冷気の漏出を防止することができれば、床に面するパネルを省略し、コ字状とすることもできる。

【0020】

冷気送風部１０は、架台５の側面に形成されている。冷気送風部１０は複数の送風孔によって構成されており、架台５に導入された冷気を送風するように構成されている。

【0021】

空調機４は、下面の吹出口１２から冷気（冷却用空気）を吹き出し、ラック３を冷却した後の暖気を上面の吸引口１３から吸引し、冷却した後、再び下面から冷気を吹き出すように構成されている。空調機４は、架台５の上面に載置されており、下面の吹出口１２は、架台５の冷気取込口１４と接続されている。即ち、架台５の上面であって、空調機４が載置される箇所には、冷気取込口１４が形成されている。

【0022】

複数のラック３にて構成されている区画列６は、Ｘ方向に沿って２列に配列されている。本実施形態に係る冷却システム１においては、２列の区画列６を配置した例を示したが、区画列６は３列以上としてもよいし、１列としてもよい。
架台５は、Ｙ方向に沿うとともに、区画列６の一端よりやや離間して配置されている。即ち、架台５の区画列６に面する側面５ａ（図３参照）と、区画列６の最も架台５側に配置されたラック３の側面とは、所定の距離を隔てて配置されている。

【0023】

冷気送風部１０は、Ｘ方向に沿うコールドアイル９の長手方向の延長線上に配置されている。即ち、冷気送風部１０は、冷気送風部１０から送風される冷気がコールドアイル９に導入されるような位置に配置されている。

【0024】

また、遮蔽部材１６は、ラック３の高さと略同一の高さを有する板状の部材であって、コールドアイル９において架台５とは反対側の端部に設置されている。具体的には、区画列６の最も架台５とは遠い側に配置されたラック３の側面同士を接続するように配置されている。
なお、遮蔽部材１６は、気体の流れを遮蔽することができれば板状の部材とする必要はない。例えば、布によって形成されたカーテン状の部材を配置してもよい。

【0025】

遮蔽部材１６の上端には、冷気の鉛直方向への流れを遮蔽する水平遮蔽板１７が接続されている。具体的には水平遮蔽板１７は、床面と平行となるように配置されている板状の部材であって、Ｙ方向の幅が遮蔽部材１６と略同一とされている。

【0026】

また、水平遮蔽板１７のＸ方向の幅、即ち、コールドアイル９の長手方向に沿う長さは、１台のラック３のＸ方向の幅と略同一とされている。即ち、水平遮蔽板１７は、コールドアイル９の長手方向全幅に亘って設けられておらず、コールドアイル９の上部の少なくとも一部に設けられている。
なお、水平遮蔽板１７のＸ方向の幅は、１台のラック３の幅と略同一に限ることはなく、ラック３よって構成される区画列６の長さに応じて適宜調節することができる。例えば、区画列６が１０台のラックによって構成されている場合は、Ｘ方向の幅をより長くすることが好ましい。

【0027】

さらに、ホットアイル８における冷気送風部１０の側の端部には、冷気の流れを遮断する暖気遮蔽部材１８が設けられている。暖気遮蔽部材１８は、ラック３の高さと略同一の高さを有する板状の部材であって、区画列６の最も架台５に近い側に配置されたラック３の側面同士を接続するように配置されている。
なお、暖気遮蔽部材１８も遮蔽部材１６と同様に、気体を遮蔽することができればどのような部材を採用しても構わない。

【0028】

次に、本実施形態の冷却システム１の作用について説明する。
まず、２台の空調機４から出力された冷気は、共通の架台５に導入されて架台５内に充満する。次いで、架台５内に充満した冷気は、冷気送風部１０から送風される。ここで、冷気送風部１０は、コールドアイル９の延長線上に設けられていることから、冷気はコールドアイル９に導入される。また、暖気遮蔽部材１８が設けられていることによって、コールドアイル９に導入されなかった冷気がホットアイル８に漏出することがない。

【0029】

コールドアイル９に導入された冷気は、遮蔽部材１６によって周囲への拡散が妨げられる。さらに、遮蔽部材１６の上部に取り付けられている水平遮蔽板１７によってラック３の高さ以上への拡散が妨げられる。
また、冷気送風部１０の開口率が適切に設定され、冷気の吹出し風速が最適化されていることから、ラック３の高さ以下に冷気が充満する。換言すれば、ラック３の高さ以上の空間には、暖気Ｈ（図３参照）が充満し、ラック３の高さで温度境界層が形成され、冷暖の混合が防止される。

【0030】

ラック３の高さで温度境界層が形成され、冷暖の混合が防止される点については、シミュレーションを実施することによって、その効果が確認された。

【0031】

次いで、冷気はラック３の前面３ａより吸気され、ラック３に収容されている機器を冷却したのち、ラック３の背面３ｂ、即ちホットアイル８に排気される。
ホットアイル８に排気された暖気は、ラック３の高さより上方へ上昇し、空調機４へ還気される。

【0032】

上記実施形態によれば、冷気がコールドアイル９に導入されるように冷気送風部１０を設けるとともに、コールドアイル９における冷気送風部１０と反対の位置に冷気の流れを遮蔽する遮蔽部材１６が設けることによって、コールドアイル９に導入された冷気がラック３の配置箇所に留まり、二重床を構築することなしにラック３を冷却することができる。

【0033】

また、水平遮蔽板１７を設けることによって、冷気のラック３の高さ以上への拡散を防ぐことができる。さらに、水平遮蔽板１７がコールドアイル９の上部の一部にしか設けられていないことによって、コールドアイル９の全体を覆う場合と比較して、より低コストで冷却システム１を構築することができる。

【0034】

また、複数の空調機４に対して架台５を共通化することで、一部の空調機４に障害が発生した場合においても、システム全体の冗長性を確保することができる。

【0035】

なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
上記実施形態においては、ラック３は、前面に設けられた吸気口から空気を吸気し、背面の排気口から後方に向けて空気を排気する構造としたが、これに限ることはない。例えば、図４及び図５に示す冷却システム１Ｂのように、前面及び背面から空気を導入し、上面から排気するラック３Ｂを採用してもよい。即ち、区画列６Ｂの両側にコールドアイル９が形成されるような構成としてもよい。

【0036】

また、空調機４の数は、２台に限ることはなく、３台以上としてもよい。また冗長性を考慮する必要がなければ、空調機４を１台としてもよい。
また、冷気送風部１０は、必ずしもコールドアイル９の正面に設置する必要はなく、冷気のコールドアイル９への導入に差し支えなければ、コールドアイル９の正面からずらして設置することもできる。一方、冷気送風部１０をコールドアイル９の正面に設ける場合においては、暖気遮蔽部材１８を省略することもできる。
また、データセンタ２の形状は平面視が矩形であるとしたが、これに限ることはなく、例えば矩形以外の多角形状、円形、これらを組み合わせた形状としてもよい。

【符号の説明】

【0037】

１ 冷却システム
２ データセンタ
３ 機器収容用ラック
４ 空調機
５ 架台
６ 区画列
７ 冷気共有風路
８ ホットアイル（暖気風路）
９ コールドアイル（冷気風路）
１０ 冷気送風部
１６ 遮蔽部材
１７ 水平遮蔽板
１８ 暖気遮蔽部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】