JP2002374086A - ラックマウント搭載型情報処理装置の冷却方法 - Google Patents

ラックマウント搭載型情報処理装置の冷却方法

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    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20709—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for server racks or cabinets; for data centers, e.g. 19-inch computer racks
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ラックマウント実装方式による情報処理装置の
冷却において、ラックのコンパクト化により冷却ファン
搭載スペースが確保できず、高発熱素子の十分な冷却が
困難となる。また、水冷方式を採用した場合、冷却水、
床下送風等の特別な冷却環境が必要となる。 【解決手段】コンパクトラック内に水冷構成を有し、水
冷装置内蔵のキャビネットを構成する複数の柱内に水冷
用冷却媒体の流路を設け、少なくとも1つの柱からラッ
ク内へ冷却媒体を供給し、ラック内で熱を吸収した冷却
媒体を残る柱のうち少なくとも1つの柱へ流出し各情報
処理装置を冷却する。また、冷却装置をキャビネットに
内蔵することで、特別な冷却環境を必要とせず、閉じた
冷却が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は情報処理装置のラッ
クマウント実装冷却方式に係わる。
【０００２】
【従来の技術】近年のマイクロプロセッサの急速な高速
・高集積化に伴い，情報処理装置は目覚しく進展してい
る。特に中規模以下の情報処理装置分野では、そのプロ
セッサの備える高性能，高信頼性とあいまって、インタ
ーネット時代の代表的基幹システムとして普及しつつあ
る。
【０００３】このコンピュータシステムの高性能化への
対応技術として数十台のマイクロプロセッサを密結合さ
せたSMP (Symmetrical Multi Processor)システムが採
用されており、ラックマウント方式等による装置構成が
なされている。
【０００４】ラックマウント方式とはハードウエアを機
能単位別にラックと呼ばれる板金の箱に分割し、個々の
ラックをキャビネットと呼ばれるユニットシャーシに搭
載していく方式である。このため、ラック単位でのハー
ドウェア開発が可能となり、柔軟性／拡張性に優れたシ
ステムを短期間に開発することができる。特に、サーバ
関連では、IEC(International Electrical Commission)
／EIA(The ElectricalIndustries Association)により
規定された(IEC297) 19インチ幅のキャビネットを標準
使用しており、共通部品が使用できるというメリットが
あげられる。
【０００５】従来のラックマウント方式での情報処理装
置は、図１のごとく、冷却ファン５を装置前後面、ある
いは、前面、後面のどちらか片方に搭載した強制空冷方
式が主であった。また、水冷方式を採用した情報処理装
置の場合、水冷装置が占めるスペースが大きく、情報処
理装置の他に敷地面積を必要としていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】インターネットビジネ
スが進むなか、システムの高性能化、低価格化、省スペ
ース化が益々進展している。特に、ラックのコンパクト
化は著しく、キャビネットに数十台のCPU（Central Pro
cessing Unit）システムラックを搭載可能とする情報処
理装置が開発されている。
【０００７】この時、ラックのコンパクト化（特に、高
さ方向の縮小）により冷却ファンの搭載スペースが制限
される（図２）。このため、必要風量を出す冷却ファン
５のサイズではラック６に搭載できず、逆にラックに搭
載可能な冷却ファンでは十分な風量を得ることができな
い。そのため、高発熱素子の冷却を十分に満足する要因
が限られてくる。更に、ラック内に実装するCPU／LSI
（Large Scale Integrated circuit）等の発熱量が年々
増加しており装置冷却が極めて困難となる。また、水冷
方式を採用した場合、水冷装置のためのスペースを確保
することと、情報処理装置内の冷却媒体を冷却するため
の、低温の空気、あるいは、冷却水等を必要とし、特別
な冷却環境下での限られた使用でしかなかった。
【０００８】本発明の目的は、ラックマウント方式の利
点を損なわず、且つ、省スペースラック内に搭載された
情報処理装置の信頼性向上が可能な十分な冷却手段を兼
ね備えたキャビネット方式を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決する為に、水冷方式を備えたキャビネット構造を採用
する。
【００１０】前記ラック内に水冷構成を有し、前記キャ
ビネットを構成する複数の柱内に水冷用冷却媒体の流路
を設け、少なくとも1つの柱から前記ラック内へ冷却媒
体を供給し、ラック内で熱を吸収した冷却媒体を、残る
柱のうち少なくとも1つの柱へ流し出し各情報処理装置
を冷却する。また、前記ラックと前記キャビネットの取
外し可能な構造とすることで、空冷による冷却機構を備
えたラックの搭載も可能とする。
【００１１】また、水冷装置をキャビネットに内蔵する
ことで、特別な冷却環境を必要とせず装置冷却を行う。
【００１２】
【発明の実施の形態】図３に本発明による水冷機構を備
えたキャビネットの概要を示す。図内の矢印はラック内
に実装された発熱素子の冷却を行う冷却媒体の流れを表
したものである。キャビネット７内には、熱交換器、冷
却媒体貯蔵タンク、循環ポンプ等（図示せず）の水冷装
置８を備える。
【００１３】冷却媒体は水冷装置８内から循環ポンプに
より送り出され、キャビネット７を構成する支柱９内を
経由してラック11内へ流れる。この時、ラック11は水冷
による冷却機構を備えており、ラック11内の発熱素子か
ら熱を吸収した冷却媒体は残る支柱10内へ流れ出る。そ
して、熱を吸収した冷却媒体は水冷装置８内の熱交換器
で低温の空気、あるいは、冷却液により冷却され、再び
循環ポンプにより各ラックへと流れていき、冷却を行
う。ラック14は、水冷方式を採用していないラックであ
り、このラック内へ冷却媒体が流れることはない。
【００１４】このように、熱交換器、冷却媒体貯蔵タン
ク、循環ポンプ等の水冷装置８をコンパクトにまとめ、
キャビネット内に搭載することで、冷却水、床下送風等
の特別な冷却環境を必要とせず、本キャビネットのみで
閉じた装置冷却が可能となる。それにより、従来の外付
けタイプによる大掛かりな水冷装置の床面積を確保する
必要もなく、また、特別な冷却環境を持たないユーザに
対しても本キャビネットによる情報処理装置の使用が可
能となる等の利点があげられる。
【００１５】以下、本発明による水冷機構を備えたキャ
ビネット及びラックの一実施例を図４、図５、図６によ
り詳細に記す。
【００１６】図４は、本発明による冷却媒体用流路パイ
プ分割方式を採用したキャビネット後方からの斜視図で
ある。この方式の特徴は、キャビネット７を構成する支
柱９内部に冷却媒体用流路パイプ13を備え、キャビネッ
ト７に内蔵された水冷装置８から冷却媒体を各ラックへ
枝別れするように循環させることである。このとき、流
路パイプ13の設置は支柱９内部上限までとしており、キ
ャビネット７のどの位置にラックを搭載した場合でも、
水冷による冷却が可能となる。
【００１７】流路パイプ13からは図のごとく複数のラッ
ク接続用チューブ16が出ており、その先端に自動開閉バ
ルブ15を取付けてある。これを、ラック11の冷却媒体流
入側と流出側（冷却媒体の流れはどちらでも可。）の自
動開閉バルブ15にそれぞれ接続させる。このとき、ラッ
ク接続用チューブ16はラック11に接続するインターフェ
ースケーブル等（図示せず）の妨げにならないような構
成とする。
【００１８】冷却媒体は、ラック11が流路パイプ13に接
続している場合のみ流れ、ラック未接続時は外部へ流れ
出ることはない。また、自動開閉バルブ15は取外しが容
易であるため、何時でもラック11の挿抜が可能である。
そのため、ラックの保守作業が可能となる。
【００１９】但し、図４は本発明の一実施例であり、流
路パイプ13がキャビネット７を構成する支柱９の内部に
ある必要はなく、キャビネット７にラック11を搭載した
場合、各ラックに冷却媒体が流れるような構造であれば
良い。また、キャビネット７にラックを搭載した場合、
一部のラックを冷却するように冷却媒体が流れるような
構造であっても良い。更に、水冷装置８の搭載法は、キ
ャビネット７内部であれば、どの部分であっても、どの
ような形であっても良く、キャビネット一台で閉じた水
冷による冷却方式が可能である必要がある（例えば、ラ
ックタイプのような水冷装置を、キャビネットに搭載す
る等の方法）。
【００２０】自動開閉バルブ15、ラック接続用チューブ
16の使用においても同様で、両者を使用する必要はな
く、ラック11の挿抜による保守が可能で、且つ、冷却媒
体の漏れを防止でき、ラック内の発熱素子から吸収した
熱を冷却媒体が循環させることが出来る構造であれば良
い。ここで、チューブを使用した理由は、冷却媒体によ
る腐食の防止、チューブの延長、ラック側のバルブ位置
に自由に合わせることが可能である等、汎用性に長ける
ためである。
【００２１】次に、流路パイプ13の構造について説明す
る。キャビネット７に搭載した冷却装置８から押出され
た冷却媒体は、キャビネット７に搭載した各ラックへ同
等の流量で流れ込まなければならない。しかし、実際に
は、流路パイプ内の負荷は絶えず変動しておりそのバラ
ンスは微妙に異なってくる。そのため、流路パイプ内の
圧力を一定に保持する手段が必要である。高圧力側と低
圧力側の差圧に応じて冷却媒体の流量を自動的に変化さ
せるような圧力制御装置等を用いることが望ましいが、
情報処理装置の低価格化、キャビネットへの内蔵冷却装
置のコンパクト化から、圧力制御装置の使用にもある程
度の制限が出てくる。そこで、流路パイプ13を冷却装置
８との接合部から徐々に絞り、パイプの径を細くしてい
くことで冷却媒体をスムーズに循環させる。これによ
り、キャビネット７の最上段に搭載したラックへも冷却
媒体が流れ込む。
【００２２】キャビネット７には、冷却ファン５を搭載
した強制空冷による冷却方式を採用したラック14、また
は、冷却ファンを搭載しない自然空冷による冷却方式を
採用したラック（図示せず）の搭載も可能である。この
とき、ラック14には、流路パイプ13は接続しておらず、
ラック内部に冷却媒体が流れ込むことはない。よって、
本発明によるキャビネット７は、市販などによる共通ラ
ックを搭載できるというメリットも損なうことなく装置
を構成できる。
【００２３】図５は、本発明による冷却媒体用流路パイ
プ一本化方式を採用したキャビネット後方からの斜視図
である。この方式の特徴は、冷却媒体用流路パイプ13を
一本化し、キャビネット７に内蔵された水冷装置８から
冷却媒体を各ラックへ順番に循環させることである。こ
のとき、ラックを搭載していない部位の自動開閉バルブ
15は図に示すよう、接続可能な構造であることが望まし
い。こううすることで、余分な付属品の必要がなくな
る。
【００２４】また、冷却媒体用流路パイプを、キャビネ
ットに搭載したラックへ個別に接続し、冷却媒体を各ラ
ックへ循環させることを特徴とする方式も考えられる
（図示せず）。この方式の利点は、流路パイプが、各ラ
ックへ個別に接続されているため、ラック毎に冷却媒体
の流量を制御することが可能である。
【００２５】図６は、水冷機構を備えたラックの後方斜
視図である。図中の矢印は冷却媒体の流れを表したもの
である。（冷却媒体の流れは図７の逆も可）ラック11内
に流れ込んだ冷却媒体は、ラック内に実装されたCPU/LS
I等の高発熱素子に取付けられた水冷ジャケット（図示
せず）等を経由してラック内の熱を吸収した後、ラック
外へと流れ出る。
【００２６】キャビネット−ラック間の接合部の自動開
閉バルブ15（自動開閉バルブ15である必要はない。）
は、ラックの挿抜時に接合および切り離しが可能な構造
となっており、ラックの交換作業が容易であることが望
ましい。また、流路パイプ−ラック間の接合部を共通化
することにより、本キャビネットに搭載するラックも共
通化可能となり、柔軟性/拡張性に優れた装置を構成す
ることが可能となる。また、障害対策として、温度セン
サ等により常に発熱素子、冷却媒体温度等を監視してお
り、温度異常が生じた場合は何らかの措置を施すものと
する。
【００２７】
【発明の効果】本発明により、冷却ファンの搭載スペー
スが確保できないコンパクトラック内の実装物の冷却が
可能となり、ラックマウント方式の利点を損なわずラッ
クを実装することが可能となる。更に、本キャビネット
に水冷式冷却装置を一式内蔵しており、特別な冷却環境
内でなくても、キャビネット１台で閉じた装置冷却が可
能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の空冷による冷却機構を備えたラックマウ
ント装置斜視図。
【図２】省スペースラックと冷却ファンサイズを表した
斜視図。
【図３】本発明による水冷機構を備えたキャビネットの
概略図。
【図４】本発明によるキャビネットの一実施例を表した
後方斜視図。
【図５】本発明によるキャビネットの一実施例を表した
後方斜視図。
【図６】本発明による水冷機構を備えたラックの後方斜
視図。
【符号の説明】
４…固定具、５…冷却ファン、６…CPUシステムラッ
ク、７…キャビネット、８…水冷装置、９…支柱（冷却
媒体低温側）、10…支柱（冷却媒体高温側）、11…ラッ
ク（水冷用）、12…支柱、13…流路パイプ、14…ラック
（空冷用）、15…自動開閉バルブ、16…ラック接続用チ
ューブ、17…インターフェースケーブル、18…ガイドレ
ール、19…固定用ねじ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｋ 7/18 Ｈ０５Ｋ 7/18 Ｋ Ｌ Ｇ０６Ｆ 1/00 ３６０Ａ ３６０Ｃ (72)発明者 船津 淳一 神奈川県秦野市堀山下１番地 株式会社日 立インフォメーションテクノロジー内 Ｆターム(参考） 5E322 AA05 AA10 BA03 BB03 DA01 EA05 FA01

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 情報処理装置の機能単位を各ラックに搭
    載してキャビネットに段積みするラックマウント実装方
    式における冷却方法であって、前記ラック内に水冷構成
    を有し、前記キャビネットを構成する複数の柱内に水冷
    用冷却媒体の流路を設け、少なくとも1つの柱から前記
    ラック内へ冷却媒体を供給し、ラック内で熱を吸収した
    冷却媒体を、残る柱のうち少なくとも1つの柱へ流し出
    し各情報処理装置を冷却することを特徴とするラックマ
    ウント搭載型情報処理装置の冷却方式。
  2. 【請求項２】 前記請求項１の情報処理装置の冷却方式
    において、前記流路パイプを一本化し、冷却媒体が、前
    記キャビネットに搭載した各ラック内を循環可能な構造
    を特徴とするラックマウント搭載型情報処理装置の冷却
    方式。
  3. 【請求項３】 前記請求項１の情報処理装置の冷却方式
    において、前記キャビネットに搭載した各ラックへ、前
    記流路パイプが個別に接続するような構造を特徴とする
    ラックマウント搭載型情報処理装置の冷却方式。
  4. 【請求項４】 前記請求項１の情報処理装置冷却方式に
    おいて、前記キャビネット内に冷却媒体循環用ポンプ、
    熱交換器等の水冷方式に必要な装置を具備したことを特
    徴とするラックマウント搭載型情報処理装置の実装方
    式。
  5. 【請求項５】 前記請求項１の情報処理装置冷却方式に
    おいて、前記ラックと前記キャビネットの取外し可能な
    構造を有することを特徴とするラックマウント搭載型情
    報処理装置の実装方式。
  6. 【請求項６】 前記請求項１の情報処理装置冷却方式を
    採用しない空冷による冷却機構を備えたラックの搭載も
    可能としたキャビネット構造を有することを特徴とする
    ラックマウント搭載型情報処理装置の冷却方式。
  7. 【請求項７】 上記請求項を全て満たすラックマウント
    搭載型情報処理装置のキャビネット筐体。
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