(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、実施形態について説明する前に、実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。
【0013】
データセンターにおいて、ラック内に収納する計算機の台数は必要に応じて変更される。また、それらの計算機の種類も均一ではない。更に、それらの計算機の稼働状態に応じて発熱量が変動し、冷却に必要なエアーの量も変化する。
【0014】
データセンター内の全ての計算機を常に十分に冷却するためには、例えば冷却能力が大きい空調機を設置し、その空調機を常時最大能力で稼働させることが考えられる。しかし、この方法は、計算機を必要以上に冷却することになり、ランニングコストが高くなるというだけでなく、省エネルギー及びCO
2削減の観点からも好ましくない。このため、データセンター内の計算機を効率的に冷却する方法が要望される。
【0015】
そこで、フリーアクセスフロアから機器設置エリアに供給されるエアーの流量を、ラック内の計算機又はその他の電子機器(以下、単に「計算機」という)の発熱量に応じてグリル毎に調整することが考えられる。
【0016】
そのような方法の一つとして、各グリルの下に送風ファンを配置し、それらの送風ファンの回転数をグリル毎に制御することが考えられる。これにより、各ラック内の計算機の発熱量に応じた量のエアーをフリーアクセスフロアから各ラックの前面(吸気面)側に供給することが可能になり、空調機の稼動状態を計算機の稼動状態に応じて最適化することができる。その結果、空調機で消費する電力を削減できる。
【0017】
しかし、データセンター内には多数のグリルが配置されているので、上述の方法では必要な送風ファンの数が多くなり、データセンターで消費する電力を十分に削減することはできない。
【0018】
別の方法として、グリルにシャッターを設けて開口率を可変とし、グリルを通過するエアーの流量をグリル毎に調整できるようにすることも考えられる。しかし、この方法では、特定のグリルの風量を増やすためには他のグリルの開口率を小さくすることが必要になる。そのため、フリーアクセスフロア内の圧力が高くなり、空調機に過剰な負荷がかかって、消費電力が増大する等の問題が発生する。
【0019】
以下の実施形態では、空調機に過剰な負荷をかけることなくグリルを通過するエアーの風量を調整することができ、データセンター等の施設における空調設備の電力消費量を削減できる風量調整機構付きグリルについて説明する。
【0020】
(第1の実施形態)
図1は、データセンターの一例を示す模式図である。
【0021】
図1に示すデータセンターでは、室内が、機器設置エリア10aと、フリーアクセスフロア10bとに分離されている。機器設置エリア10aには複数のラック(サーバラック)11が配置されており、各ラック11にはそれぞれ複数の計算機が収納されている。また、機器設置エリア10aには、管理者が通行するための通路や計算機の管理に必要な管理スペースが設けられている。
【0022】
フリーアクセスフロア10bは第1の空間の一例であり、機器設置エリア10aは第2の空間の一例である。また、ラック11は筐体の一例である。
【0023】
フリーアクセスフロア10bは、機器設置エリア10aの床下に設けられている。このフリーアクセスフロア10bには、各ラック11に接続される電力ケーブルや通信ケーブル等が配置される。
【0024】
フリーアクセスフロア10bの温度は、空調機19から供給される冷風によりほぼ一定に維持される。機器設置エリア10aの床には後述する風量調整機能付きグリル12が設置されており、この風量調整機能付きグリル12を介してフリーアクセスフロア10bからラック11の前面側(吸気面側)に冷風を送り、ラック11内の計算機を冷却する。
【0025】
図2(a)は本実施形態に係る風量調整機能付きグリル12を示す上面図であり、
図2(b)は同じくその下面図である。また、
図3(a)はグリル12のグリル板の下面図であり、
図3(b)はグリル12の可動板の下面図である。
【0026】
風量調整機能付きグリル12は、エアーが通る複数の通風穴21aが設けられたグリル板21と、グリル板21の下側に配置される可動板22とを有する。グリル板21は、機器設置エリア10aの床に設けられた穴の上に配置される。
【0027】
可動板22は、2枚の分割板23a,23bと、それらの分割板23a,23bを折り畳み可能に連結するヒンジ24と、ヒンジ24を挟んで可動板22の相互に対向する辺に配置されたシャフト25a,25bとを有する。分割板23a,23bには、グリル板21の通風穴21aとほぼ同じ大きさの通風穴22aが設けられている。
【0028】
グリル板21の下面の四隅には、シャフト受け部26a,26bが設けられている。これらのシャフト受け部26a,26bは弾力性を有する湾曲した部材であり、一端側がグリル板21の縁部に固定され、シャフト25a,25bを着脱自在に支持する。
【0029】
シャフト受け部26aによりシャフト25aを支持し、シャフト受け部26bによりシャフト25bを支持すると、
図2(b)のようにグリル板21と可動板22とが重なり、グリル板21の通風穴21aと可動板22の通風穴22aとが重なる。
【0030】
分割板23aの両縁部には、分割板23aの縁部に沿ってスライドするスライド板27が設けられている。このスライド板27を分割板23a,23bに跨って配置すると、分割板23a,23bが一体化して、可動板22は1枚の平板となる。また、スライド板27を分割板23a,23bの連結位置からずらすと、可動板22をヒンジ24の部分で折り畳むことができる。
【0031】
可動板22は、シャフト受け部26aに支持されたシャフト25aを中心に回転する。但し、グリル板21には可動板22の回転を制限するストッパ28が設けられており、このストッパ28により可動板22が90°以上回転できないようになっている。
【0032】
図4(a)〜(e)は、可動板22の状態とフリーアクセスフロア10bから機器設置エリア10aに移動するエアーの量との関係を示す図である。これらの
図4(a)〜(e)において、矢印Aはグリル12の下を通るエアーを示し、矢印Bはグリル12を通過したエアーを示している。
【0033】
図4(a)は、シャフト受け部26aによりシャフト25aを支持し、シャフト受け部26bによりシャフト25bを支持して、可動板22をグリル板21の下にグリル板21と平行に配置した状態を示している。この場合、グリル12の下を流れるエアーの一部が、グリル板21及び可動板22の通風穴21a,22aを介してフリーアクセスフロア10bから機器設置エリア10aに移動する。
【0034】
図4(b)は、シャフト受け部26aによりシャフト25a,25bを支持し、可動板22をヒンジ24の部分で折り畳んでグリル板21の風下側に垂らした状態を示している。この場合、可動板22に当接したエアーがグリル板21の上に移動するので、
図4(a)のときよりもフリーアクセスフロア10bから機器設置エリア10aに移動するエアーの量が増加する。
【0035】
図4(c)は、シャフト受け部26aによりシャフト25a,25bを支持し、可動板22をヒンジ24の部分で折り畳んでグリル板21の風上側に垂らした状態を示している。この場合、可動板22によりグリル板21の下を流れるエアーの量が少なくなるので、
図4(a)のときよりもフリーアクセスフロア10bから機器設置エリア10aに移動するエアーの量が減少する。
【0036】
図4(d)は、シャフト受け部26aによりシャフト25aを支持し、スライド板27により分割板23a,23bを一体化した可動板22を、グリル板21の風下側に垂らした状態を示している。この場合は、可動板22に当接するエアーの量が
図4(b)のときよりも増えるので、
図4(b)のときよりもフリーアクセスフロア10bから機器設置エリア10aに移動するエアーの量が増加する。
【0037】
図4(e)は、シャフト受け部26aによりシャフト25aを支持し、スライド板27により分割板23a,23bを一体化した可動板22を、グリル板21の風上側に垂らした状態を示している。この場合は、グリル板21の下を流れるエアーの量が
図4(c)のときよりも少なくなるので、
図4(c)のときよりもフリーアクセスフロア10bから機器設置エリア10aに移動するエアーの量が減少する。
【0038】
すなわち、本実施形態に係る風量調整機構付きグリル12によれば、可動板22により、グリル12から機器設置エリア10aに供給される冷風の風量を5通りに変化させることができる。従って、データセンター内におけるグリル12の位置や計算機の稼働状態に応じて各グリル12の可動板22の状態を、
図4(a)〜(e)のように変化させることにより、計算機の稼働状態に応じた量の冷風を各ラック11に供給することができる。
【0039】
また、上述したように、本実施形態では、グリル12毎に機器設置エリア10aに供給する冷風の流量を調整できるので、ラック11内の計算機の稼働状態に応じて空調機19の稼働状態を最適化することができる。これにより、空調機19で消費する電力を削減することができる。
【0040】
更に、本実施形態に係る風量調整機構付きグリル12によれば、フリーアクセスフロア10b内の圧力を過剰に高くする必要がないので、空調機19に大きな負荷がかかることが回避される。
【0041】
以下、
図5に示すデータセンターのモデルを使用して、本実施形態の風量調整機能付きグリル12から吹き出すエアーの流量を計算した結果について説明する。
【0042】
図5に示すように空調機19及びラック11が配置されたデータセンターにおいて、12a,12b,12cに示す位置のグリルから機器設置エリア10aに吹き出すエアーの流量を計算により求めた。その結果を、
図6にまとめて示す。
【0043】
図6において、条件1は、
図4(a)のようにグリル板21の下に可動板22をグリル板21に平行に配置したときのグリル12a,12b,12cの吹き出し風量を示している。一般的に、空調機19に近いところではグリル下方を流れるエアーの流速が速い。そのため、グリル12a,12b,12cの可動板22を
図4(a)のように配置した場合は、空調機19aに近い場所のグリル12a,12bよりも、空調機19から遠い場所のグリル12cのほうが、エアーの吹き出し量は多くなる。
【0044】
条件2は、
図4(b)のように可動板22を折り畳んでグリル板21の風下側に垂らしたときのグリル12a,12b,12cの吹き出し風量を示している。この場合、空調機19から遠い場所に配置されたグリル12cの吹き出し風量は条件1のときと殆ど同じであるが、空調機19に近い場所に配置されたグリル12a,12bの吹き出し風量は条件1のときよりも増えている。
【0045】
条件3は、
図4(d)のようにスライド板27により分割板23a,23bを一体化した可動板22をグリル板21の風下側に垂らしたときのグリル12a,12b,12cの吹き出し風量を示している。この場合も、グリル12cの吹き出し風量は条件1のときと殆ど同じであるが、グリル12a,12bの吹き出し風量は条件2のときよりも更に増えている。
【0046】
条件4は、グリル12a,12bについては条件3と同じとし、グリル12cについては
図4(e)のようにスライド板27により分割板23a,23bを一体化した可動板22をグリル板21の風上側に垂らしたときのグリル12a,12b,12cの吹き出し風量を示している。この場合、グリル12a,12bの吹き出し風量は条件3のときよりも若干増えているが、グリル12cの吹き出し風量は条件1,2,3のときに比べて大幅に減少し、各グリル12a,12b,12cの吹き出し風量の差が小さくなっている。
【0047】
この
図6から、グリル12a,12b,12cの可動板22の状態を変化させることにより、グリル12a,12b,12cの吹き出し風量を増減できることがわかる。そして、空調機19からの距離やラック11内の計算機又はその他の電子機器の稼働状態に応じて可動板22の状態を変化させることで、空調機19の稼働状態を最適化することが可能である。
【0048】
(第2の実施形態)
図7(a),(b)は第2の実施形態に係る風量調整機能付きグリルの可動板を示す断面図である。なお、本実施形態が第1の実施形態と異なる点は可動板22にシャッター板31が設けられていることにあり、その他の構成は基本的に第1の実施形態と同様であるので、ここでは重複する部分の説明を省略する。また、本実施形態においても、
図2,
図3を適宜参照して説明する。
【0049】
本実施形態に係る風量調整機能付きグリルの可動板22の分割板23a,23bには、
図7(a),(b)に示すように、通風穴22aの開口率を調整するためのシャッター板31が設けられている。シャッター板31には通風穴31aが設けられており、シャッター板31を分割板23a,23bの面に沿って移動させると、シャッター板31の通風穴31aと分割板23a,23bの通風穴22aとの重なり量が変化して、通風穴22aの開口率が変化する。
【0050】
図7(a)のようにシャッター板31の通風穴31aと可動板22の通風穴22aとが一致するようにシャッター板31を配置すると、可動板22の開口率は最大となる。また、
図7(b)のようにシャッター板31の通風穴31aと可動板22の通風穴22aとが重ならないようにシャッター板31を配置すると、可動板22の開口率は0となる。そして、シャッター板31と可動板22とのずれ量を調整することにより、可動板22の開口率を任意に調整できる。
【0051】
上述したように、本実施形態ではシャッター板31により可動板22の開口率を変化させることができる。そのため、
図4(a)〜(e)にそれぞれ示すように可動板22が配置された状態で可動板22の開口率を変化させることにより、グリル12を通過するエアーの流量を更に細かく調整することができる。
【0052】
(第3の実施形態)
図8は、第3の実施形態に係る風量調整機構付きグリルを示す側面図(模式図)である。なお、
図8において、
図2と同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【0053】
本実施形態に係る風量調整機構付きグリル40は、グリル板21と、グリル板21の下側に配置される可動板22とを有する。可動板22は、第1の実施形態と同様にヒンジ24により連結された2枚の分割板23a,23bを有し、ヒンジ24を挟んで相互に対向する2つ辺の一方にはシャフト25aが配置され、他方の辺にはシャフト25bが配置されている。
【0054】
グリル板21の一方の側(
図8では右側)にはシャフト受け部41aが配置されており、他方の側(
図8では左側)にはシャフト受け部41bが配置されている。また、シャフト受け部41aとシャフト受け部41bとの間には、ガイドレール42が配置されている。
【0055】
シャフト受け部41a,41bはシャフト25a,25bの端部を支持する部材であり、後述する制御装置50からの信号により駆動されて開閉する。なお、本実施形態では、
図8のようにシャフト受け部41a,41bが水平に配置されてガイドレール42との間に隙間が殆どない状態を、シャフト受け部41a,41bが閉の状態と呼ぶ。また、制御装置50からの信号によりシャフト受け部41a,41bが傾斜してガイドレール42との間に大きな隙間が形成された状態を、シャフト受け部41a,41bが開の状態と呼ぶ。
【0056】
グリル板21の一方の側(
図8では右側)には巻き取り装置44a,46aが配置されており、他方の側(
図8では左側)には巻き取り装置44b,46bが配置されている。そして、シャフト25aにはワイヤ45が取り付けられており、このワイヤ45の一方の端部側は巻き取り装置46aに接続され、他方の端部側は巻き取り装置46bに接続されている。
【0057】
これと同様に、シャフト25bにはワイヤ43が取り付けられており、このワイヤ43の一方の端部側は巻き取り装置44aに接続され、他方の端部側は巻き取り装置44bに接続されている。
【0058】
これらの巻き取り装置44a,44b,46a,46bも、後述する制御装置50からの信号により駆動制御される。
【0059】
図9は、本実施形態に係る風量調整機構付きグリル40を使用した風量調整システムを示すブロック図である。この
図9のように、風量調整システムは、風量調整機能付きグリル40に加えて、ラック11の吸気面及び排気面の温度を検出する温度センサ51,52と、グリル40を通過する冷風の風速を検出する風速センサ53とを有する。なお、
図9中の符号11aは、ラック11内に収納された計算機である。
【0060】
制御装置50は、温度センサ51,52及び風速センサ53から信号を入力し、それらの信号に基づいて各グリル40のシャフト受け部41a,41b及び巻き取り装置44a,44b,46a,46bを駆動制御する。
【0061】
図10〜
図11は、本実施形態に係る風量調整機構付きグリルの動作を示す模式図である。
【0062】
図10(a)は、シャフト25aがシャフト受け部41a上に配置され、シャフト25bがシャフト受け部41b上に配置されるように、ワイヤ43,45を巻き取り装置44a,44b,46a,46bに巻き取った状態を示している。このように、シャフト25aをシャフト受け部41a上に配置し、シャフト25bをシャフト受け部41b上に配置することにより、グリル板21の下にグリル板21と平行に可動板22が配置される。
【0063】
図10(a)に示す状態から巻き取り装置44aによりワイヤ43を巻き取ると、
図10(b)のように可動板22はヒンジ24の部分で屈曲し、シャフト25bがガイドレール42上を移動する。そして、
図10(c)のように、シャフト25bをシャフト受け部41aの上まで移動させると、
図4(b)に示した状態になる。
【0064】
可動板22を展開させるときには、
図10(d)のようにシャフト受け部41aを開状態とする。このとき、シャフト25aは、ワイヤ45の張力によりシャフト受け部41aの上に配置されている。
【0065】
その後、巻き取り装置44a,44bからワイヤ43を繰り出すと、シャフト25bはガイドレール42とシャフト受け部41aとの間の隙間を通って下方に移動し、
図11(a)のように可動板22が開いた状態でガイド板21の下方に垂れ下がる。このとき、シャフト受け部41aは閉状態とする。
図11(a)に示す状態は、
図4(d)に示した状態と等価である。
【0066】
図11(a)に示す状態から巻き取り装置44bによりワイヤ43を巻き取っていくと、
図11(b)のようにシャフト25bはシャフト受け部41b側に移動する。そして、シャフト受け部41bを開状態としてシャフト41bをシャフト受け部41bの上に配置した後、シャフト受け部41bを閉状態にすると、
図10(a)に示した状態になる。
【0067】
ここでは巻き取り装置44a,44bにより可動板22をシャフト受け部41a側に移動させる場合の動作について説明したが、巻き取り装置46a,46bを稼動することにより、可動板22をシャフト受け部41b側に移動させることができる。
【0068】
本実施形態では、ラック11の吸気面及び排気面の温度とグリル12を通過する冷風の流速とに応じて制御装置50が可動板22の状態を変化させる。これにより、グリル12から機器設置エリア10aに供給される冷風の流量を、ラック11内の計算機11aの稼働状態に応じてほぼリアルタイムで調整することができる。従って、時間の経過とともにラック11内の計算機11aの発熱量が大きく変化しても、計算機11aの熱による誤動作や故障の発生を回避できる。
【0069】
また、本実施形態においても、ラック11内の計算機11aの稼働状態に応じて空調機の稼働状態を最適化することができるので、空調機で消費する電力を削減することができる。更に、本実施形態においても、フリーアクセスフロア内の圧力を過剰に高くする必要がないので、空調機に大きな負荷がかかることが回避される。
【0070】
なお、上述の第3の実施形態では、ラック11の吸気面及び排気面の温度とグリル12を通過する冷風の流速とに応じて制御装置50がシャフト受け部41a,41b及び巻き取り装置44a44b,46a,46cを制御する場合について説明した。しかし、例えばグリル12を通過する冷風の流量とラック11に取り込まれるエアーの流量との差に応じて、制御装置50がシャフト受け部41a,41b及び巻き取り装置44a,44b,46a,46cを制御するようにしてもよい。計算機11aの稼働状態を検出(又は推定)する方法は、上述した方法に限定されない。
【0071】
(変形例)
図12は第3の実施形態の変形例を示す風量調整機構付きグリルの側面図(模式図)、
図13は同じくその風量調整機構付きグリルの下面図(模式図)である。なお、
図12,
図13において、
図8と同一物には同一符号を付している。また、
図12,
図13には図示していないが、ヒンジ24には可動板22の屈曲角(分割板23aと分割板23bとのなす角度)を180°以下に制限するストッパが設けられている。
【0072】
この変形例に係る風量調整機構付きグリル60は、シャフト25a,25bの端部に、モータ(図示せず)により回転力が与えられる大ギヤ61及び小ギヤ62が配置されている。
【0073】
大ギヤ61とシャフト25a,25bとは緩みなく固定されており、大ギヤ61が回転すると可動板22も回転する。一方、小ギヤ62とシャフト25a,25bとの間には隙間が存在し、小ギヤ62の回転と可動板22の回転とは連動しない。
【0074】
グリル板21の下面の一方の側にはシャフト受け部64aが配置され、他方の側にはシャフト受け部64bが配置されている。これらのシャフト受け部64a,64bには、
図14に示すように、大ギヤ61に歯合する凹凸が設けられている。また、シャフト受け部64a,64b間に配置されたガイドレール63には、小ギヤ61が歯合する凹凸が設けられている。
【0075】
図15は、変形例に係る風量調整機能付きグリル60の動作を示す図である。
【0076】
図15(a)は、シャフト25a側の大ギヤ61がシャフト受け部64aの凹凸に歯合し、シャフト25b側の大ギヤ61がシャフト受け部64bの凹凸に歯合している状態を示す。このようにシャフト25aをシャフト受け部64a側に配置し、シャフト25bをシャフト受け部64b側に配置すると、グリル板21の下にグリル板21と平行に可動板22が配置される。
【0077】
図15(a)の状態で、シャフト25a側の小ギヤ62を回転させると、
図15(b)のようにシャフト25aがガイドレール63に沿ってシャフト受け部64b側に移動し、可動板22がヒンジ24の部分で屈曲する。シャフト25aをシャフト25bの近傍まで移動させると、
図4(c)に示す状態となる。
【0078】
一方、
図15(a)に示す状態で
図15(c)のようにシャフト受け部64aを開状態とし、シャフト25b側の大ギヤ61に回転力を与えると、可動板22はシャフト25bを中心に回転する。可動板22を垂直になるまで回転させると、
図4(d)に示す状態となる。
【0079】
これと同様に、シャフト25b側の小ギヤ62、シャフト受け部64b及びシャフト25a側の大ギヤ61を駆動することにより、可動板22をグリル60の左側に移動させることができる。
【0080】
第3の実施形態ではワイヤ43,45により可動板22の状態を制御しているが、この変形例に例示したように、ワイヤ43,45を使用することなく可動板22の状態を制御することもできる。
【0081】
以上の諸実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【0082】
(付記1)通風穴が設けられたグリル板と、
前記グリル板の一方の面側に配置され、前記グリル板の面に平行な軸を中心に回動可能な可動板と
を有することを特徴とする風量調整機能付きグリル。
【0083】
(付記2)前記可動板には、前記グリル板の通風穴に対応する位置に、通風穴が設けられていることを特徴とする付記1に記載の風量調整機能付きグリル。
【0084】
(付記3)前記可動板が、ヒンジにより屈曲可能に連結された複数の分割板により形成されていることを特徴とする付記1又は2に記載の風量調整機能付きグリル。
【0085】
(付記4)前記可動板には、前記可動板の表面に沿ってスライドして前記可動板の通風穴の開口率を調整するスライド板が設けられていることを特徴とする付記2又は3に記載の風量調整機能付きグリル。
【0086】
(付記5)前記可動板は、前記可動板の相互に対向する2つの辺の一方の側に配置された第1のシャフトを軸に回転可能であるとともに、他方の側に配置された第2のシャフトを軸に回転可能であることを特徴とする付記1乃至3のいずれか1項に記載の風量調整機能付きグリル。
【0087】
(付記6)前記可動板を駆動する駆動機構を有することを特徴とする付記1乃至5のいずれか1項に記載の風量調整機能付きグリル。
【0088】
(付記7)第1の空間と第2の空間との間に配置されて前記第1の空間から前記第2の空間に移動するエアーが通るグリルと、
電子機器を収納し前記第2の空間内に配置された筐体と、
前記電子機器の稼働状態に応じて前記グリルを通るエアーの量を調整する制御装置とを有し、
前記グリルが、
通風穴が設けられたグリル板と、
前記グリル板の一方の面側に配置され、前記グリル板の面に平行な軸を中心に回動可能な可動板と、
前記制御装置により制御されて前記可動板を駆動する駆動機構とを有することを特徴とする風量調整システム。
【0089】
(付記8)前記可動板は、前記可動板の相互に対向する2つの辺の一方の側に配置された第1のシャフトを軸に回転可能であるとともに、他方の側に配置された第2のシャフトを軸に回転可能であることを特徴とする付記9に記載の風量調整システム。
【0090】
(付記9)前記可動板には、前記グリル板の通風穴に対応する位置に、通風穴が設けられていることを特徴とする付記7又は8に記載の風量調整システム。
【0091】
(付記10)前記可動板が、ヒンジにより屈曲可能に連結された複数の分割板により形成されていることを特徴とする付記7乃至9のいずれか1項に記載の風量調整システム。