特許 7273207 電子機器の冷却システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-05-01

(45)【発行日】2023-05-12

(54)【発明の名称】電子機器の冷却システム

(51)【国際特許分類】

   G06F 1/20 20060101AFI20230502BHJP

   B63B 35/00 20200101ALI20230502BHJP

   B63B 21/16 20060101ALI20230502BHJP

【ＦＩ】

G06F1/20 C

B63B35/00 Z

B63B21/16

G06F1/20 A

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2022012596

(22)【出願日】2022-01-31

【審査請求日】2023-01-23

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000005119

【氏名又は名称】日立造船株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100131200

【弁理士】

【氏名又は名称】河部 大輔

(72)【発明者】

【氏名】田窪 宏朗

(72)【発明者】

【氏名】福田 直晃

(72)【発明者】

【氏名】福島 龍太郎

【審査官】佐賀野 秀一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－０４４８７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１９４８１３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００３－１１０２７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１７－５２２６５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０７７３５７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０６Ｆ １／２０

Ｈ０５Ｋ ７／２０

Ｂ６３Ｂ ３５／００

Ｂ６３Ｂ ２１／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子機器を冷却する電子機器の冷却システムであって、
水面に浮かぶ浮体と、
前記電子機器が収容される一方、前記浮体から吊られ、水中における水底から距離を置いた深さに配置される容器と、
前記容器に設けられ、前記電子機器の熱を前記容器の周囲の水に放熱させる熱交換部と、
前記浮体に設けられ、前記容器を昇降させることで、前記水中における前記容器の深さを変更する昇降機構とを備えている
ことを特徴とする電子機器の冷却システム。

【請求項2】

請求項１に記載の電子機器の冷却システムにおいて、
前記水中は、湖または池の水中である
ことを特徴とする電子機器の冷却システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の技術は、電子機器の冷却システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、電子機器を冷却する冷却システムとして、例えば特許文献１に開示されているものがある。この特許文献１では、電子機器が収容された容器を水中に設置している。そして、水の冷熱を利用して容器内の空気を冷却することで、電子機器を冷却している。これにより、電子機器の冷却に要する電力が削減される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第６１９４９９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上述した特許文献１では、容器が水底に設置されるため、容器を水底に設置するといった施工が困難となり、多大な労力を要するという問題がある。

【0005】

本開示の技術は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、施工が容易な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】

【0006】

本開示の電子機器の冷却システムは、電子機器を冷却する冷却システムである。前記冷却システムは、浮体と、容器と、熱交換部とを備えている。前記浮体は、水面に浮かぶ。前記容器は、前記電子機器が収容される一方、前記浮体から吊られ、水中における水底から距離を置いた深さに配置される。前記熱交換部は、前記容器に設けられ、前記電子機器の熱を前記容器の周囲の水に放熱させる。

【発明の効果】

【0007】

前述した電子機器の冷却システムによれば、施工を容易化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、冷却システムの概略構成を前後方向に視て示す図である。

【図2】図２は、冷却システムの概略構成を左右方向に視て示す図である。

【図3】図３は、ユニット機器の概略構成を示す図である。

【図4】図４は、制御装置およびその周辺機器を示すブロック図である。

【図5】図５は、ユニット機器の上昇動作時を示す図１相当図である。

【図6】図６は、ユニット機器の下降動作時を示す図１相当図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、冷却システム１の概略構成を前後方向に視て示す図である。図２は、冷却システム１の概略構成を左右方向に視て示す図である。

【0010】

本実施形態の電子機器の冷却システム１（以下、単に冷却システム１とも称する）は、電子機器２２を冷却するものである。具体的には、冷却システム１は、電子機器２２が収容された容器２１を水中に配置し、水の冷熱によって電子機器２２を冷却する。この例では、冷却システム１は、湖、より詳しくは、ダム湖に設けられる。

【0011】

電子機器２２は、例えば、データを記憶する記憶装置や、データを外部の機器と間で送受信する送受信装置、データに所定の処理を施す処理装置、データの送受信等を制御する制御装置等である。

【0012】

具体的に、冷却システム１は、浮体１０と、ユニット機器２０と、昇降機構３０と、係留機構４０とを備えている。

【0013】

浮体１０は、ダム湖の水面ＷＳに浮かぶ物である。つまり、浮体１０は、水面ＷＳに自身の浮力によって浮かぶフロートである。浮体１０は、例えば、中空の矩形体状に形成されている。

【0014】

ユニット機器２０は、前述した電子機器２２が収容された容器２１を有している。この例では、ユニット機器２０は、いわゆるデータセンタであり、複数設けられている。複数のユニット機器２０は、互いに接続されて一体に形成されている。複数のユニット機器２０（容器２１）は、浮体１０から吊られ、水中における湖底ＢＷから距離を置いた深さＤに配置される。つまり、ユニット機器２０（容器２１）は、湖底ＢＷに設置（即ち、固定）されるのではなく、水中において湖底ＢＷから離隔した状態で水中に配置されている。湖底ＢＷは、水底の一例である。ユニット機器２０の詳細については、後述する。

【0015】

昇降機構３０は、ユニット機器２０（容器２１）を昇降させることで、水中におけるユニット機器２０（容器２１）の深さＤを変更する。以下、水中におけるユニット機器２０の深さＤは、単に「容器２１の深さＤ」と称することもある。

【0016】

昇降機構３０は、索状部材３１、巻上げ機３２および滑車３３，３４を有している。この例では、昇降機構３０は、索状部材３１、巻上げ機３２および滑車３３，３４の組を２組有している。

【0017】

索状部材３１は、可撓性を有する長い物を意味し、例えば繊維製または鋼製のロープや、チェーン等である。２つの索状部材３１のそれぞれは、一端側が巻上げ機３２に接続され、他端側がユニット機器２０（容器２１）に接続されている。つまり、複数のユニット機器２０は、２つの索状部材３１で吊られている。

【0018】

索状部材３１の途中部分は、滑車３３，３４に巻き掛けられている。この例では、滑車３３，３４は、２つの定滑車であり、以下、それぞれを第１滑車３３および第２滑車３４と称することもある。索状部材３１は、一端側（即ち、巻上げ機３２側）から、第１滑車３３および第２滑車３４の順に巻き掛けられている。巻上げ機３２からの索状部材３１は、第１滑車３３によって略水平方向に転向された後、第２滑車３４によって鉛直方向に転向される。

【0019】

２つの巻上げ機３２のそれぞれは、索状部材３１の巻き取りおよび繰り出しを行う。昇降機構３０では、巻上げ機３２が索状部材３１の巻き取りおよび繰り出しを行うことで、容器２１の深さＤが変更される。例えば、巻上げ機３２が索状部材３１の巻き取りを行うと、水中においてユニット機器２０が上昇し、容器２１の深さＤが小さくなる。また、巻上げ機３２が索状部材３１の繰り出しを行うと、水中においてユニット機器２０が下降し、容器２１の深さＤが大きくなる。

【0020】

この例では、巻上げ機３２は電動式である。冷却システム１がダム湖に設けられていることからも、巻上げ機３２の電源として、水力や太陽光、風力等の自然エネルギによる発電電力を活用し得る。なお、巻上げ機３２は、手動式であってもよい。

【0021】

係留機構４０は、水面ＷＳにおいて浮体１０を係留させる。係留機構４０は、係留索４１と定着部４２とを有する。係留索４１は、例えば、係留ロープや係留チェーンである。係留索４１の一端は、浮体１０の例えば側部に連結され、係留索４１の他端は、定着部４２に固定されている。定着部４２は、地上部や岸辺、湖底などに、例えば、アンカーによって係留索４１を固定する。この係留機構４０により、水面ＷＳにおける浮体１０の位置が一定範囲に制限される。

【0022】

図３は、ユニット機器２０の概略構成を示す図である。ユニット機器２０は、容器２１と、電子機器２２と、熱交換部２３とを有している。

【0023】

容器２１は、例えば、両端が閉塞された円筒状に形成されている。容器２１の外形形状は、ユニット機器２０の外形形状と略同じである。この例では、容器２１、即ちユニット機器２０は、水平方向に延びる状態で配置されている。電子機器２２は、容器２１の内部空間に配置されている。この例では、電子機器２２は、複数配置されている。熱交換部２３は、容器２１に設けられている。

【0024】

熱交換部２３は、電子機器２２の熱を容器２１の周囲の水に放熱させる。この例では、熱交換部２３は、容器２１の壁２１ａを貫通して設けられている。つまり、熱交換部２３は、容器２１の内外に跨って配置されている。熱交換部２３における容器２１の内側に位置する部分は、容器２１内の空気が流通するように構成されている。つまり、容器２１の内部空間では、空気が電子機器２２と熱交換部２３との間を循環する（図３に示す矢印を参照）。一方、熱交換部２３における容器２１の外部に位置する部分は、容器２１の周囲の水と接する接触面２３ａを有している。熱交換部２３では、熱交換部２３を流通する容器２１内の空気が、接触面２３ａを介して水と熱交換する。つまり、熱交換部２３を流通する空気が、接触面２３ａから放熱することで冷却される。

【0025】

このように、熱交換部２３では、例えば、圧縮機等を用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルを行うものではなく、電子機器２２の熱を容器２１の周囲の水に自然放熱させているため、電子機器２２の冷却に要する電力が削減される。

【0026】

図４は、制御装置５０およびその周辺機器を示すブロック図である。冷却システム１は、制御装置５０と、水位センサ６１とをさらに備えている。

【0027】

制御装置５０は、巻上げ機３２を駆動制御する。具体的に、制御装置５０は、ダム湖の水位ＷＬに応じて、容器２１の深さＤを変更させる。水位センサ６１は、ダム湖の水位ＷＬを検出する。制御装置５０は、取得部５１および制御部５２を機能ブロックとして有している。

【0028】

取得部５１は、水位センサ６１によって検出された水位ＷＬを取得する。つまり、水位センサ６１は、検出した水位ＷＬに応じた信号を制御装置５０へ出力する。取得部５１は、水位センサ６１から出力された水位ＷＬを取得する。制御部５２は、取得部５１が取得した水位ＷＬに応じて、巻上げ機３２を制御する。湖や池等は、水位ＷＬの変動が比較的頻繁に起こる。また、湖や池等は、海等とは異なり、水の流れが殆どないことから、水の温度分布が形成される。つまり、湖や池では、水深が深くなるほど水温が低くなる温度分布が形成される。制御部５２は、ダム湖の水位ＷＬの変動に応じて、ユニット機器２０（容器２１）を適切な温度分布に配置させるために、巻上げ機３２を制御して容器２１の深さＤを変更させる。ここに、適切な温度分布は、電子機器２２を冷却し得るために必要な水温が分布する位置である。

【0029】

図５は、ユニット機器２０の上昇動作時を示す図１相当図である。図５に示すように、ダム湖の水位ＷＬが低下した場合について説明する。水位ＷＬが低下すると、浮体１０が水面ＷＳと共に下降し、それに伴って、ユニット機器２０も下降する。この場合、制御部５２は、巻上げ機３２が索状部材３１の巻き取りを行うように、巻上げ機３２を駆動制御する。

【0030】

これにより、ユニット機器２０（容器２１）は水中において上昇する。制御部５２は、適切な温度分布の位置に相当する深さＤまでユニット機器２０（容器２１）を上昇させる。この制御により、水位ＷＬの低下と共に、ユニット機器２０が湖底ＢＷに着床して泥等に埋まることが回避される。ユニット機器２０が泥等に埋まると、熱交換部２３による放熱作用が低下してしまうが、本実施形態では、それが防止される。

【0031】

図６は、ユニット機器２０の下降動作時を示す図１相当図である。図６に示すように、ダム湖の水位ＷＬが上昇した場合について説明する。水位ＷＬが上昇すると、浮体１０が水面ＷＳと共に上昇し、それに伴って、ユニット機器２０も上昇する。仮に、このまま巻上げ機３２を制御しなかった場合、ユニット機器２０は水温が比較的高い位置に配置されることとなり、電子機器２２の冷却効果が不十分となる。この場合、本実施形態では、制御部５２は、巻上げ機３２が索状部材３１の繰り出しを行うように、巻上げ機３２を駆動制御する。

【0032】

これにより、ユニット機器２０（容器２１）は水中において下降する。制御部５２は、適切な温度分布の位置に相当する深さＤまでユニット機器２０（容器２１）を下降させる。この制御により、ユニット機器２０が水温の比較的高い位置に配置されることが防止される。そのため、電子機器２２の冷却効果を十分に得ることができる。

【0033】

以上のように、前記実施形態の冷却システム１は、電子機器２２を冷却する。前記冷却システム１は、浮体１０と、容器２１と、熱交換部２３とを備えている。浮体１０は、水面ＷＳに浮かぶ。容器２１は、電子機器２２が収容される一方、浮体１０から吊られ、水中における湖底ＢＷから距離を置いた深さＤに配置される。熱交換部２３は、容器２１に設けられ、電子機器２２の熱を容器２１の周囲の水に放熱させる。

【0034】

この構成によれば、容器２１を湖底ＢＷに設置することなく水中に配置させることができるので、容器２１の施工ひいては冷却システム１の施工を容易化することができる。

【0035】

また、容器２１が湖底ＢＷに設置されないことから、例えば、故障や耐久年数経過により容器２１のメンテナンスや撤去を行う際、それらの作業に要する労力を軽減することができる。

【0036】

また、容器２１が湖底ＢＷに固定されないことから、例えば地震等が発生しても、容器２１に地震による揺れは殆ど伝わらない。したがって、地震等の災害に強い冷却システム１を構築することができる。

【0037】

また、容器２１が湖底ＢＷに設置されないため、容器２１が土砂等の堆積によって埋没し故障してしまうことを回避することができる。

【0038】

また、容器２１が湖底ＢＷに設置されないため、容器２１に水中生物等が付着することを抑制することができる。そのため、水による電子機器２２への冷却作用が水中生物等の付着によって阻害されることを低減することができる。

【0039】

また、前記実施形態の冷却システム１において、水中は、湖または池の水中である。

【0040】

この構成によれば、湖や池は、海とは異なり、水の流れや波浪がないため、例えば、浮体１０を係留させるための係留機構４０を設ける場合、その係留機構４０を簡易且つ安価なものにすることができる。なお、冷却システム１は、海であっても、水の流れや波浪の影響が少ない湾内などであれば設けてもよい。

【0041】

特に、冷却システム１がダム湖に設けられる場合、ダム湖ないしその周辺に設けられた水力発電や太陽光発電、風力発電等の再生可能エネルギを用いた発電設備を、冷却システム１ための電源として容易に活用することができる。

【0042】

また、前記実施形態の冷却システム１は、浮体１０に設けられ、容器２１を昇降させることで、水中における容器２１の深さＤを変更する昇降機構３０をさらに備えている。

【0043】

湖や池等は、海等とは異なり、水の流れが殆どないことから、水の温度分布が形成される。前記の構成によれば、ダム湖の水位ＷＬの変動に応じて、容器２１を適切な温度分布に相当する深さＤまで昇降機構３０によって昇降させることができる。そのため、電子機器２２の熱を水に放熱させる機能を十分且つ効果的に得ることができる。よって、電子機器２２を十分に冷却することができ、電子機器２２の冷却に要する電力を一層削減することができる。

【0044】

《その他の実施形態》
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、前記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

【0045】

例えば、制御装置５０は、前述した制御に加えて又は前述した制御に代えて、以下に示す制御を行うようにしてもよい。

【0046】

具体的に、制御装置５０は、容器２１内の温度（例えば、空気温度）に応じて、巻上げ機３２を制御するようにしてもよい。その場合、冷却システム１は、温度センサ６２を備える。温度センサ６２は、容器２１内の温度を検出し、検出した温度を制御装置５０へ出力する。取得部５１は、容器２１内の温度を取得する。つまり、取得部５１は、温度センサ６２から出力された温度を取得する。

【0047】

制御部５２は、容器２１内の温度に応じて、電子機器２２の冷却に必要な水温を導出する。容器２１内の温度は、電子機器２２の熱と相関しているため、その容器２１内の温度に応じて電子機器２２の冷却に必要な水温を求めることができる。例えば、容器２１内の温度が比較的低い場合、電子機器２２をそれ程冷却しなくてもよいことから、制御部５２は、容器２１の深さＤを小さくする。つまり、制御部５２は、水温が比較的高い温度分布に相当する深さＤまで容器２１を上昇させる。具体的に、制御部５２は、巻上げ機３２が索状部材３１の巻き取りを行うように、巻上げ機３２を制御する。逆に、容器２１内の温度が比較的高い場合、電子機器２２をより冷却する必要があることから、制御部５２は、容器２１の深さＤを大きくする。つまり、制御部５２は、水温が比較的低い温度分布に相当する深さＤまで容器２１を下降させる。具体的に、制御部５２は、巻上げ機３２が索状部材３１の繰り出しを行うように、巻上げ機３２を制御する。

【0048】

また、冷却システム１は、ダム湖に代えて、単なる湖に設けるようにしてもよいし、池に設けるようにしてもよい。

【0049】

また、冷却システム１において、昇降機構３０を省略するようにしてもよい。

【0050】

また、ユニット機器２０（容器２１）の数量は、１つでも前述した数量以外の複数であってもよい。

【0051】

また、冷却システム１において、係留機構４０を省略するようにしてもよい。

【0052】

また、ダムの放水が行われる際には、ユニット機器２０（容器２１）をダムの放水口に近づけるようにしてもよい。そうすることで、電子機器２２の熱が放熱された比較的温かい水が放水される。この温かい水は、冷たい水を好まない農水用として利用される。ユニット機器２０を放水口に近づける方法としては、例えば、係留索４１の長さを変更可能に構成し、係留索４１の長さを適宜変更させて浮体１０およびユニット機器２０を移動させる。

【0053】

また、係留索４１の長さを変更可能に構成することにより、容易に浮体１０を水面ＷＳの変動に追従させることができる。

【0054】

また、冷却システム１は、浮体１０や索状部材３１の動揺エネルギによって発電する発電機構を設けるようにしてもよい。その場合、発電機構は、例えば巻上げ機３２の電源として利用される。

【産業上の利用可能性】

【0055】

以上説明したように、本開示の技術は、電子機器の冷却システムについて有用である。

【符号の説明】

【0056】

１ 冷却システム
１０ 浮体
２１ 容器
２２ 電子機器
２３ 熱交換部
３０ 昇降機構
ＷＳ 水面
ＢＷ 湖底
Ｄ 深さ

【要約】

【課題】施工が容易な冷却システムを提供する。
【解決手段】電子機器の冷却システム１は、電子機器２２を冷却するものであって、水面ＷＳに浮かぶ浮体１０と、電子機器２２が収容される一方、浮体１０から吊られ、水中における湖底ＢＷから距離を置いた深さＤに配置される容器２１と、容器２１に設けられ、電子機器２２の熱を容器２１の周囲の水に放熱させる熱交換部２３とを備えている。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】