JP2009193244A - 電子機器の冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】コンピュータ及びサーバ等の精密動作が要求され且つそれ自体からの発熱量が大きな電子機器を、小さなランニングコストで効率的に冷却することができ、且つ、電子機器の安全管理の面で適した電子機器の冷却システムを提供する。
【解決手段】冷却システム１０は、複数のサーバ２８が配設されたサーバルーム１２Ａ、１２Ｂと、サーバ２８に近接してそれぞれ設けられ、サーバ２８から発生する熱で冷媒を気化させることによりサーバ２８を冷却する蒸発器３４Ａ、３４Ｂと、蒸発器３４Ａ、３４Ｂよりも高所に設けられ、外気により冷却して気化した冷媒を凝縮する冷却装置３８Ａ、３８Ｂと、蒸発器３４Ａ、３４Ｂと冷却装置３８Ａ、３８Ｂとの間で冷媒が自然循環する循環ライン４０Ａ、４０Ｂと、を備える。複数のサーバ２８はグループ分けされ、グループ毎に冷却装置３８Ａ、３８Ｂと循環ライン４０Ａ、４０Ｂが設けられる。
【選択図】 図１

Description

本発明は電子機器の冷却システムに係り、特に、コンピュータ及びサーバ等の精密動作が要求され且つそれ自体からの発熱量が大きな電子機器を効率的に冷却するための電子機器の冷却システムに関する。

近年、情報処理技術の向上やインタネット環境の発達に伴って、必要とされる情報処理量が増大しており、各種の情報を大量に処理するためのデータ処理センターがビジネスとして脚光をあびている。このデータ処理センターの例えばサーバルームには、コンピュータやサーバ等の電子機器が集約された状態で多数設置され、昼夜にわたって連続稼働されている。一般的に、サーバルームにおける電子機器の設置は、ラックマウント方式が主流になっている。ラックマウント方式は、電子機器を機能単位別に分割して収納するラック（筐体）を、キャビネットに段積みする方式であり、かかるキャビネットがサーバルームの床上に多数整列配置されている。これら情報を処理する電子機器は、処理速度や処理能力が急速に向上してきており電子機器からの発熱量も上昇の一途をたどっている。

一方、これらの電子機器は、動作に一定の温度環境が必要とされ、正常に動作するための温度環境が比較的低く設定されているため、電子機器が高温状態に置かれるとシステム停止等のトラブルを引き起こす。このため、サーバルーム内を冷房するための空調機を運転する空調動力も大幅に増加しているのが実情であり、企業経営におけるコスト削減の観点のみならず地球環境の保全の観点からも、空調動力の削減が急務となっている。

このような背景から、特許文献１や特許文献２にみられるように、電子機器を効率的に冷却するための技術が提案されている。特許文献１には、後部カバーと前部カバーと側面取付け式の冷却空気サブフレームとを電子機器に取り付けると共に、冷却空気サブフレーム内にファンと熱交換器を設けることにより、電子機器を介して冷風が閉ループで流れる流路を形成することが提案されている。

また、特許文献２には、内部に蒸発器とファンを搭載した電子機器収納用ラック群を備えた電算機室用空調システムにおいて、室外から取り入れられた冷却用空気を床下の内部空間に流動させ、蒸発器を通じて電子機器収納用ラックに収納された電子機器を冷却すると共に、電子機器収納用ラックの背面に搭載される凝縮器を冷却して電子機器収納用ラックの背面又は上方の空間を流動し、換気装置を介して室外に排出することが提案されている。また、特許文献３は、電子機器の冷却の発明ではないが、蒸発器と凝縮器との間で冷媒を自然循環させる技術が紹介されている。
特表２００６−５０７６７６号公報 特開２００４−２３２９２７号公報 特開２００７−１２７３１５号公報

ところで、従来の電子機器の冷却システムは、電子機器の冷却を空調機による冷却のみならず、電子機器に直接取り付けた冷却器を併用することで、空調機の空調動力を削減する効果を期待できる。

しかしながら、空調動力は削減される反面、電子機器に直接取り付けた冷却器の運転動力が加算されるため、トータル的な省エネの観点からみると未だ十分とは言えない。したがって、更なる省エネによるランニングコストの低減が要望されている。また、電子機器を安全に管理する上で、全ての電子機器が同時にダウンすることのない冷却システムが要望されている。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、コンピュータ及びサーバ等の精密動作が要求され且つそれ自体からの発熱量が大きな電子機器を、小さなランニングコストで効率的に冷却することができ、且つ、電子機器の安全管理の面で適した電子機器の冷却システムを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は前記目的を達成するために、複数の電子機器が配設された機器ルームと、前記電子機器に近接してそれぞれ設けられ、前記電子機器から発生する熱で冷媒を気化させることにより該電子機器を冷却する蒸発器と、前記蒸発器よりも高所に設けられ、外気により前記冷媒を冷却して前記気化した冷媒を凝縮する冷却装置と、前記蒸発器と前記冷却装置との間で前記冷媒が自然循環する循環ラインと、を備え、前記複数の電子機器がグループ分けされ、該グループ毎に前記冷却装置と前記循環ラインが設けられることを特徴とする電子機器の冷却システムを提供する。

本発明者は、近年、機器ルームに複数配設された電子機器からの発熱量が急激に上昇して、高温の熱（熱風）が電子機器から発生することに着目した。そして、電子機器に近接してそれぞれ設けた蒸発器と、該蒸発器よりも高所に設けられ外気や散水で冷媒を冷却する冷却装置との間で、年間を通して長い期間、凝縮器（冷凍機から冷水を供給）や圧縮器を必要とせずに冷媒を自然循環させる循環ラインを構築できるとの知見を得た。

即ち、請求項１によれば、電子機器（通常は、機器ルームの空気を取り入れて排気するファンを有する）から発生（排出）される高温の熱を高温状態のままで蒸発器を流れる冷媒と直熱熱交換して、冷媒の蒸発を促進することにより、蒸発器よりも高所に設置された冷却装置へ蒸発した冷媒ガスを輸送する輸送動力を得ることができる。更には、蒸発器で蒸発した冷媒ガスが高温化することで、蒸発した冷媒ガスを凝縮して冷媒液体とするための冷却能力も小さくできる。したがって、凝縮器（冷凍機から冷水を供給）の代わりに外気や散水で冷媒を冷却する冷却装置を使用することが可能となる。冷却されて凝縮した冷媒液体は冷却装置よりも下方に位置する蒸発器に流下し、これにより蒸発器と冷却装置との間で冷媒が自然循環する循環ラインが構築される。

このように自然循環ラインを構築することで冷媒の輸送動力コストを必要としないと共に、循環ラインの冷却側を外気や散水で冷媒を冷却する冷却装置を使用することで、冷却のための熱源負荷を顕著に下げることができ、冷媒を冷却するためのランニングコストを大幅に削減することができる。

また、請求項１によれば、グループ分けした電子機器のグループ毎に、冷却装置と循環ラインとを設けるシステムを構築したので、電子機器のグループ毎に独立して空調することができる。したがって、全てのグループの電子機器が同時に高温状態になることを防止でき、電子機器を安全に管理することができる。

請求項２は請求項１において、前記グループ毎に、前記循環ラインから分岐されて前記冷媒が循環する分岐循環ラインと、前記分岐ラインを流れる冷媒を冷却すると共に前記冷却装置よりも冷却能力が大きい熱交換器と、が設けられることを特徴とする。

請求項２によれば、冷媒の冷却を行う手段として、冷却装置の他に冷却装置よりも冷却能力の大きな熱交換器を設け、冷媒が冷却装置と熱交換器の少なくとも一方において冷却されるように構成した。これにより、蒸発器で蒸発した冷媒ガスを凝縮するために必要な冷熱負荷に応じてランニングコストが最も小さくなるように、各種の冷却態様を取ることが可能となる。

請求項３は請求項１又は２において、前記グループ毎に、前記機器ルーム内に吸い込んだ高温空気を冷却して前記機器ルーム内に戻す空調機と、前記循環ラインから分岐され、前記冷媒を前記空調機の冷却部との間で循環させる空調用循環ラインと、が設けられることを特徴とする。

請求項３によれば、冷媒を冷却するためのランニングコストが小さな循環ラインの冷媒を、電子機器ルーム内を冷風で冷却するための空調機の冷熱源としても使用するようにした。これにより、空調機を運転するためのランニングコストをも低減することができる。また、電子機器を冷却する蒸発器と併用することにより、従来方式（特開2004-232927に示される、床吹き出し空調で全体の空気を循環して空調する方式）の空調システムに比べ、室内での熱溜まり（局所的高温部位）の発生を抑制でき、全体を空調する空調機からの給気温度を高温化することが可能となる。よって、本発明では従来に比べ、蒸発温度が高くてよく、冷却塔の能力を十分に活用することができる。したがって、循環ラインの冷媒を空調機の冷却部に供給することは、空調機の省エネと、冷却装置の能力発揮の両方に寄与する。

請求項４は請求項１〜３のいずれか１において、前記複数の電子機器は複数階の機器ルームにわたって設けられ、階毎にグループ分けされることを特徴とする。

請求項４によれば、複数の電子機器が階毎にグループ分けされて、空調の管理が行われるので、安定した冷媒の自然循環ラインを構築することができる。すなわち、複数階にわたって冷媒の自然循環ラインを構築すると、蒸発器の高さ位置が異なるために自然循環ラインが不安定になるが、本発明では、階毎に自然循環ラインを構築するので、冷媒の自然循環ラインを安定して運転することができる。

請求項５は請求項１〜４の何れか１において、前記電子機器はサーバであると共に、前記機器ルームは、サーバルームであることを特徴とする。

本発明は、精密動作が要求され且つそれ自体からの発熱量が大きな電子機器の全てに適用することができるが、電子機器がサーバで、機器ルームがサーバルームである場合に一層の効果を期待できるからである。

以上説明したように、本発明に係る電子機器の冷却システムによれば、コンピュータ及びサーバ等の精密動作が要求され且つそれ自体からの発熱量が大きな電子機器を、小さなランニングコストで効率的に冷却することができる。

以下、添付図面に従って本発明に係る電子機器の冷却システムの好ましい実施の形態について詳説する。尚、電子機器の一例として、サーバルームに配設されたサーバの例で説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態の電子機器の冷却システム１０を示した概念図である。

図１に示すように、２階建ての建屋１２内には、サーバルーム１４Ａ、１４Ｂが１階と２階のそれぞれに形成される。そして、１階及び２階の床面の裏側には、それぞれ床下チャン２２Ａ、２２Ｂが形成される。サーバルーム１４Ａ、１４Ｂの床面は、複数の吹出口（不図示）が配置され、後記する空調機７８からの冷風は、床下チャンバ２２Ａ、２２Ｂを通って床面からサーバルーム１４Ａ、１４Ｂに吹き出される。吹出口は、好ましくはサーバ２８の前面側近傍に配置され、吹き出された冷風がサーバ２８に供給されることによって、サーバ２８が効率よく冷却される。なお、以下の説明において、１階の空調に寄与するものは符号にＡを加え、２階の空調に寄与するものは符号にＢを加えて説明する。

図２に示すように、サーバルーム１４Ａ、１４Ｂにはサーバラック２６が配設され、サーバラック２６に複数のサーバ２８が段積み状態で収納される。サーバラック２６には、移動用キャスタ２４を設けて、移動可能に配置することが好ましい。サーバ２８は、ファン３０を備えており、矢印３２に示すようにサーバルーム１４Ａ、１４Ｂの空気を吸い込んで排気することにより、サーバ２８で発生した熱がサーバ２８から排出される。尚、図１で示した２階建ての建屋１２、サーバルーム１４Ａ、１４Ｂの数、サーバルーム１４Ａ、１４Ｂに配設されるサーバラック２６の数、サーバラック２６に段積みされるサーバ２８の数等は一例であり、図１及び図２には限定されない。また、図１に示すように、サーバラック２６に収納されたそれぞれのサーバ２８には、蒸発器３４が設けられる。尚、図１では、サーバ２８と蒸発器３４Ａ、３４Ｂとの関係が分かり易いように、サーバラック２６ではなくサーバ２８で図示してある。

図１に示すように、蒸発器３４Ａ、３４Ｂの内部には冷却コイル３６Ａ、３６Ｂが設けられ、冷却コイル３６Ａ、３６Ｂ内を流れる冷媒液体がサーバ２８から発生する熱風で蒸発することにより周囲から気化熱を奪いガス化する。これにより、サーバ２８自体やサーバ２８から排出される熱風を冷却する。

一方、サーバルーム１４Ａ、１４Ｂの上部には、冷却装置３８Ａ、３８Ｂが設けられ、冷却装置３８Ａ、３８Ｂと前述したそれぞれの蒸発器３４Ａ、３４Ｂとの間には、冷媒が自然循環する循環ライン４０Ａ、４０Ｂが形成される。即ち、冷却装置３８Ａ、３８Ｂ内には、冷媒が流れる螺旋状配管４２Ａ、４２Ｂが収納されると共に、この螺旋状配管４２Ａ、４２Ｂを通過するようにエアの流れを形成するファン４４Ａ、４４Ｂが設けられる。冷却装置３８Ａ、３８Ｂは、ファン４４Ａ、４４Ｂを駆動することによって、サーバルーム１４Ａ、１４Ｂ内のエアや外気を取り入れて、螺旋状配管４２Ａ、４２Ｂに通過させ、外部に排気するように構成されている。

蒸発器３４Ａ、３４Ｂに設けられた冷却コイル３６Ａ、３６Ｂと冷却装置３８Ａ、３８Ｂに設けられた螺旋状配管４２Ａ、４２Ｂとの間は、蒸発器３４Ａ、３４Ｂでガス化した冷媒ガスを冷却装置３８Ａ、３８Ｂに戻すための戻し配管４６Ａ、４６Ｂと、冷媒ガスを冷却装置３８Ａ、３８Ｂで冷却して凝縮することにより液化した冷媒液体を蒸発器３４Ａ、３４Ｂに供給する供給配管４８Ａ、４８Ｂとで連結される。かかる構成において、近年のサーバ２８からの発熱量の急速な上昇により、サーバ２８から発生（排出）される高温の熱を高温状態のままで蒸発器３４Ａ、３４Ｂを流れる冷媒と直熱熱交換して冷媒の蒸発を促進することにより、蒸発器３４Ａ、３４Ｂよりも高所に設置された冷却装置３８Ａ、３８Ｂへ蒸発した冷媒ガスを輸送する輸送動力を得ることができる。使用される冷媒としては、フロン、あるいは代替えフロンとしてのＨＦＣ（ハイドロフロロカーボン）等を使用することができる。また、大気圧よりも低い圧力で使用するならば、水を使用することも可能である。ここで、冷媒と表現する場合には、ガス状態の冷媒ガスと、液体状態の冷媒液体の両方を含むものであり、図１には、冷媒ガスの流れ方向を白矢印で示し、冷媒液体の流れ方向を黒矢印で示した。

これにより、蒸発器３４Ａ、３４Ｂと冷却装置３８Ａ、３８Ｂとの間には、冷媒が自然循環するための循環ライン４０Ａ、４０Ｂが形成される。即ち、蒸発器３４Ａ、３４Ｂと冷却装置３８Ａ、３８Ｂと循環ライン４０Ａ、４０Ｂとにより、内部に冷媒を封入した無動力のヒートパイプが構築される。また、サーバ２８からの発熱量が大きくなり高温の冷媒ガスを形成できることで、冷媒ガスを凝縮する冷却温度を高めに設定することができ、冷却装置３８Ａ、３８Ｂによる冷却能力でも冷媒ガスを凝縮できる。凝縮した冷媒液体は、冷却装置３８Ａ、３８Ｂよりも下方に位置する蒸発器３４Ａ、３４Ｂに流下する。

また、それぞれの蒸発器３４Ａ、３４Ｂには、サーバ２８から排出された熱風が蒸発器３４Ａ、３４Ｂで冷却された後の風の温度を測定する温度センサ５０Ａ、５０Ｂが設けられると共に、冷却コイル３６Ａ、３６Ｂの出口には、冷却コイル３６Ａ、３６Ｂに供給する冷媒の供給流量を調整するためのバルブ５２Ａ、５２Ｂが設けられる。そして、温度センサ５０Ａ、５０Ｂによる測定温度に基づいてバルブ５２Ａ、５２Ｂの開度が自動調整される。これにより、蒸発器３４Ａ、３４Ｂで冷却された後の風の温度が設定温度よりも低くなり過ぎた場合には、バルブ５２の開度が絞られて冷媒の供給流量が減少される。このように、冷媒の供給流量を必要以上に多くしないことで、冷媒を冷却するための冷却負荷を小さくすることができるので、冷却装置３８Ａ、３８Ｂでの冷却だけでも十分な冷却能力を発揮できる。

このことをもう少し詳しく述べると、サーバ２８は、ファン３０により、サーバルーム１４Ａ、１４Ｂの空気をサーバ内に取り込んで加熱され、加熱された熱風と蒸発器３４Ａ、３４Ｂでの冷媒との間で熱交換され、冷却された風が測定センサ５０Ａ、５０Ｂで測定される。一方、冷媒自然循環システムでは従来の圧縮式空調システムとは異なり、蒸発温度よりも低い凝縮温度が必要となるため、蒸発温度を高く設定することができれば凝縮温度（すなわち、冷却塔で利用する外気の温度）も高くすることができ、より高温の外気条件でも冷却塔での冷却能力を利用できることになる。すなわち、外気温度が高い中間期においても冷却塔単独での冷却が可能となり、冷凍機の運転を抑制してランニングコストの削減が可能となる。

また、サーバルーム１２Ａ、１２Ｂには、冷却装置３８Ａ、３８Ｂの他に、該冷却装置３８Ａ、３８Ｂよりも冷却能力の大きな熱交換器５４Ａ、５４Ｂを設置し、循環ライン４０Ａ、４０Ｂを流れる冷媒を、切換手段５６Ａ、５６Ｂで冷却装置３８Ａ、３８Ｂと熱交換器５４Ａ、５４Ｂとの少なくとも一方に流せるように構成することが好ましい。即ち、図１に示すように、戻り配管４６Ａ、４６Ｂと供給配管４８Ａ、４８Ｂのそれぞれから分岐された分岐戻り配管５８Ａ、５８Ｂと分岐供給配管６０Ａ、６０Ｂとが熱交換器５４Ａ、５４Ｂの２次側コイル６２Ａ、６２Ｂに接続される。これにより、循環ライン４０Ａ、４０Ｂから分岐した分岐循環ラインが形成される。そして、分岐戻り配管５８Ａ、５８Ｂが分岐する分岐位置、及び分岐供給配管６０Ａ、６０Ｂが分岐する分岐位置には、それぞれ切換手段５６Ａ、５６Ｂ（例えば、三方バルブ）が設けられる。かかる切換手段５６Ａ、５６Ｂを切り換えることにより、循環ライン４０Ａ、４０Ｂを流れる冷媒を冷却装置３８Ａ、３８Ｂ又は熱交換器５４Ａ、５４Ｂの少なくとも一方に流すことができる。

これにより、蒸発器３４Ａ、３４Ｂで蒸発した冷媒ガスを凝縮するために必要な冷熱負荷に応じてランニングコストが最も小さくなるように、各種の冷却態様を取ることが可能となる。例えば冬場等のように、外気温や水温が低く冷却装置３８Ａ、３８Ｂの冷却能力が高いときには、冷媒を冷却装置３８Ａ、３８Ｂのみに流すことで対応でき、夏場等のように外気温や水温が高く冷却装置３８Ａ、３８Ｂのみでは冷媒の冷却能力が不足し易い場合には、冷媒を熱交換器５４Ａ、５４Ｂ、あるいは冷却装置３８Ａ、３８Ｂと熱交換器５４Ａ、５４Ｂとの両方に流すことができる。このように、冷却装置３８Ａ、３８Ｂと熱交換器５４Ａ、５４Ｂとの２つの冷却手段を持ち、それぞれの役割を分担することで、冷却システムの安定運転を保証することができると共に、冷媒を冷却するためのランニングコストを低減できる。

熱交換器５４Ａ、５４Ｂの１次側コイル６６Ａ、６６Ｂは、冷凍機６８からの冷水供給配管７０と冷水戻り配管７２に接続されると共に、冷水供給配管７０には送液ポンプ７４が設けられる。これにより、冷凍機６８で製造された冷水（１次冷媒）が熱交換器５４Ａ、５４Ｂにおいて冷媒（２次冷媒）と熱交換し、冷媒を冷却する。なお、冷凍機６８には冷却塔７６を接続し、この冷却塔７６を冷凍機６８の冷熱源とすることにより、冷凍機６８の使用電力を削減できる。冷却塔７６内には、冷媒が流れる螺旋状配管７５が収納されると共に螺旋状配管７５の上方には、水を螺旋状配管７５に散水する散水管７７が設けられる。また、散水管７７の上方にはファン７９が設けられ、外気を冷却塔７６側面開口から取り込んで上面開口から排出することで、散水される水と取り込まれた外気とのカウンタカレントを形成し、これにより外気を取り込み温度よりも低くなるように冷却する。

上記の如く冷却システム１０を構成することにより、精密動作が要求され且つそれ自体からの発熱量が大きなサーバ２６を、小さなランニングコストで効率的に冷却することができる。

また、上記の如く構成された冷却システム１０は、サーバ２８が一階と二階でグループ分けされ、そのグループごとに（すなわち各階毎に）冷媒が自然循環する循環ライン４０Ａ、４０Ｂが設けられるので、一方のグループで異常が発生しても、他方のグループに悪影響が及ぶことがない。例えば、１つのグループの蒸発器３４Ａまたは３４Ｂに異常を生じたり、冷媒の流れが停止したりしても、他のグループに異常が波及することがない。したがって、サーバルーム１４Ａ、１４Ｂに配設された全てのサーバ２８の冷却に異常が発生することを防ぐことができ、サーバ２８の管理の安全性を高めることができる。

特に本実施の形態の冷却システム１０は、サーバ２８を一階と二階とでグループ分けしたので、冷媒の自然循環を安定して行うことができる。すなわち、冷媒の自然循環ラインが複数階に分かれている場合には、階毎に冷媒が受ける圧力が変化するため、冷媒の自然循環が不安定になるおそれがあるが、本実施形態では、階毎にグループ分けしたので、冷媒の自然循環を安定させることができる。

（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態の電子機器の冷却システム１００を示した概念図である。尚、第１の実施の形態と同じ部材及び構成について省略する。
第２の実施の形態の冷却システム１００は、第１の実施の形態の冷却システム１０の構成に、サーバルーム１４Ａ、１４Ｂを冷却するための空調機７８Ａ、７８Ｂを設け、空調機７８Ａ、７８Ｂの冷熱源として循環ライン４０の冷媒を使用するようにしたものである。

即ち、図３に示すように、サーバルーム１４Ａ、１４Ｂに隣接して機械室８０Ａ、８０Ｂがそれぞれ設けられ、機械室８０Ａ、８０Ｂに空調機７８Ａ、７８Ｂがそれぞれ設置される。空調機７８Ａ、７８Ｂの吸込口には吸込ダクト８１Ａ、８１Ｂが接続されており、この吸込ダクト８１Ａ、８１Ｂは、サーバルーム１４Ａ、１４Ｂと機械室８０Ａ、８０Ｂとを仕切る隔壁８２Ａ、８２Ｂを貫通してサーバルーム１４Ａ、１４Ｂまで延設されている。また、空調機７８Ａ、７８Ｂの吹出口には、吹出ダクト８３Ａ、８３Ｂが接続されており、この吹出ダクト８３Ａ、８３Ｂは隔壁８２Ａ、８２Ｂを貫通して床下チャンバ２２Ａ、２２Ｂまで延設されている。したがって、空調機７８Ａ、７８Ｂの送風機８６Ａ、８６Ｂを駆動することによって、サーバルーム１４Ａ、１４Ｂの空気が吸込ダクト８１Ａ、８１Ｂを介して空調機７８Ａ、７８Ｂに取り込まれ、冷却部８４Ａ、８４Ｂによって冷却された後、吹出ダクト８３Ａ、８３Ｂを介して床下チャンバ２２Ａ、２２Ｂに吹き出され、床面からサーバルーム１４Ａ、１４Ｂに吹き出される。その際、床面の吹出口をサーバ２６の前面（蒸発器３４Ａ、３４Ｂの反対側）の近傍に形成することによって、床面から吹き出したエアがサーバ２６に吸い込まれるように構成することが好ましい。

また、空調機７８Ａ、７８Ｂの冷却部８４Ａ、８４Ｂは、循環ライン４０Ａ、４０Ｂから分岐された空調用供給配管８８Ａ、８８Ｂと空調用戻り配管９０Ａ、９０Ｂとが空調機７８Ａ、７８Ｂの冷却部８４Ａ、８４Ｂに接続される。この空調用供給配管８８Ａ、８８Ｂと空調用戻り配管９０Ａ、９０Ｂによって、空調用循環ラインが構築される。

上記の如く構成された第２の実施の形態の冷却システムによれば、上記した第１の実施の形態の効果に加えて以下の効果を発揮することができる。即ち、冷媒を冷却するためのランニングコストが小さな循環ライン４０Ａ、４０Ｂの冷媒を、サーバルーム１４Ａ、１４Ｂを冷風で冷却するための空調機７８Ａ、７８Ｂの冷熱源として使用するようにした。これにより、空調機７８Ａ、７８Ｂを運転するためのランニングコストをも低減することができる。また、サーバ２８を冷却する蒸発器３４Ａ、３４Ｂと併用することにより、従来方式（すなわち床吹き出し空調で全体の空気を循環して空調する方式）の空調システムに比べ、サーバルーム１４Ａ、１４Ｂ内での熱溜まり（局所的高温部位）の発生を抑制でき、全体を空調する空調機７８Ａ、７８Ｂからの給気温度を高温化することが可能となる。よって、本実施の形態では従来方式に比べて、蒸発温度が高くてよく、冷却装置３８Ａ、３８Ｂの能力を十分に活用することができる。したがって、循環ライン４０Ａ、４０Ｂの冷媒を空調機７８Ａ、７８Ｂの冷却部８４Ａ、８４Ｂに供給することは、空調機７８Ａ、７８Ｂの省エネと、冷却装置３８Ａ、３８Ｂの能力発揮の両方に寄与する。

以上、本発明の電子機器の冷却システムによれば、コンピュータ及びサーバ等の精密動作が要求され且つそれ自体からの発熱量が大きな電子機器を、以下の理由（Ａ）〜（Ｃ）により、小さなランニングコストで効率的に冷却することができる。

（Ａ）冷媒自然循環方式を採用し、蒸発器３４Ａ、３４Ｂと冷却装置３８Ａ、３８Ｂとの配置位置の高低差及び処理温度差を利用することで、冷媒（熱）の搬送動力がいらなくなる。冷媒自然循環方式では、蒸発器３４Ａ、３４Ｂから排出され、温度センサ５０Ａ、５０Ｂで測定される空気温度と、冷却装置３８Ａ、３８Ｂで冷媒を冷却する空気温度との差ΔＴが５℃以上あれば作動し、無動力で冷媒を搬送できる。従来のセントラル空調方式の冷却システムでは、システムに要する全体動力の１０％程度は冷媒を搬送するポンプ動力で占められており、この冷媒搬送（熱搬送ともいう）に要するポンプ動力を削減できる。

また、近年におけるサーバ２８からの発熱量が急激に上昇して、高温の熱（熱風）がサーバ２８から発生することにより、従来にも増して上記のΔＴが増加する。そして、このΔＴの増加に従い熱搬送量（システムの熱処理量）が増加する。熱交換器５４Ａ、５４Ｂの仕様により熱搬送量は変化するが、ΔＴ＝１５℃でサーバ発熱量の半分程度（ΔＴ＝３０℃でサーバ全発熱量）の冷却が可能（サーバ発熱が１５ｋＷであれば、ΔＴ＝１５℃で７．５ｋＷ、ΔＴ＝３０℃で１５ｋＷ全ての熱処理が可能）。サーバラック排気（蒸発器３４Ａ、３４Ｂ側の空気温度）は、通常４０℃程度であり、外気温度が２５℃（ΔＴ＝１５℃に相当）以下であれば、サーバ発熱の半分を外気のみで冷却、外気温度１０℃（ΔＴ＝３０℃に相当）以下であればサーバ発熱の全量を外気で処理できる。例えば、東京では外気温度１０℃以下の時間が約２６００時間（全時間数の約３０％）あり、外気温度１０℃以下でのみ外気冷熱を利用した運転を行えば、熱源の熱負荷を従来よりも３０％削減できる。また、外気温度１０℃〜２５℃の時間数は全時間数の約４０％であり、この期間（中間期）も外気を利用してサーバ発熱全体の５０％を外気処理で行えば、熱源の熱負荷を従来よりも５０％削減できる。

（Ｂ）冷媒ガスの冷却に冷却装置３８Ａ、３８Ｂを採用し、冬期及び中間期（春、秋）の低温外気のもつ冷熱を有効利用することにより、熱源設備（従来であれば、パッケージエアコンの圧縮機）で製造する冷却熱量を低減できる。事実、従来のパッケージエアコンの効率：ＣＯＰ［製造する冷熱量（ｋＷ）／投入電力量（ｋＷ）］は、２〜２．５であるが、本発明の外気利用の冷却ではＣＯＰが３０以上になる。

（Ｃ）サーバ２８に近接した蒸発器３４Ａ、３４Ｂを用いて、サーバ２８ごとに局所冷却を行うことにより、局所的な熱溜まりを防止できる。

例えば、データ処理センター設備において、サーバラックに搭載されるサーバは正常に動作する空気温度条件が指定されており、サーバによって若干異なるが、吸い込み空気条件は２５℃以下が一般的である。

一方、従来の床吹き出し方式の空調では、パッケージ空調機からの給気温度は１８℃程度、空調機への戻り空気温度は２６℃程度で運転されている。これは実際の運転では、サーバラック排気（通常４０℃程度）と給気とが部分的に混合してサーバラックに吸い込まれるため、サーバラック吸い込み空気温度２５℃を満足するには、給気温度が低温（実際の空気温度は１８℃程度）でなければならないからである。

これに対して、局所熱処理ユニット方式でサーバラックを冷却した場合には、出口空気温度２５℃を満足するため、給気温度が低温でなくても、即ち１８℃よりも高くてもサーバ吸い込み空気温度２５℃を満足できるようになり、例えば給気温度２３℃と従来の１８℃と比べて５℃も高くすることが可能となる。通常、パッケージ空調方式の冷却システムでは給気温度を１℃高くすることで、上記した効率（ＣＯＰ）を３％程度向上させることができ、給気温度５℃の上昇により、ＣＯＰを１５％程度向上できる。

かかる局所冷却による熱溜まりの防止に対して従来では、空調機７８Ａ、７８Ｂからサーバルーム１４Ａ、１４Ｂに給気する空調エアを低温化することで、サーバ２８等の電子機器への熱溜まりの影響を防止していた。しかし、このように給気温度を低温化すると、蒸発器３４Ａ、３４Ｂで気化される冷媒ガス温度が低くなり過ぎる。この結果、冷媒ガスを冷却して凝縮する冷媒手段の設定温度も低くしなくてはならず、冷却装置３８Ａ、３８Ｂのような冷却能力のそれほど大きくない冷却手段は使用できなくなる。

これに対して、本発明では、冷却装置３８Ａ、３８Ｂで冷却された冷媒を、空調機７８Ａ、７８Ｂの冷却部８４Ａ、８４Ｂに供給することで、給気温度が低くなり過ぎないようにできるので、冷却装置３８Ａ、３８Ｂのような冷却能力のそれほど大きくない冷却手段の使用が可能となる。また、給気温度を上昇させることができることにより、冷却システム全体のＣＯＰを向上できる。この場合、冷却装置３８Ａ、３８Ｂで冷却された冷媒を、空調機７８Ａ、７８Ｂの冷却部８４Ａ、８４Ｂに供給する構成でも、熱溜まりの防止を十分行うことができ、全く問題ない。

尚、冷媒液流路の供給配管４８Ａ、４８Ｂ及び分岐供給配管６０Ａ、６０Ｂに不図示の冷媒ポンプを設けることによって、凝縮器（冷却装置３８Ａ、３８Ｂ）で生成した冷媒液を自然循環せずに液ポンプで搬送することができ、蒸発器と凝縮器の位置関係（凝縮器を蒸発器の上に設置）を解消して、蒸発器と凝縮器の配置に制約を設けずに自由に配置することができる。

尚、上記した第１、第２の実施の形態における冷却システム１０、１００は、電子機器としてサーバ２６の例で説明したが、本発明は、精密動作が要求され且つそれ自体からの発熱量が大きな電子機器の全てに適用することができる。

また、上述した第１、第２の実施形態では、冷却装置３８Ａ、３８Ｂが外気のみで冷媒を冷却するように構成されたが、これに限定するものではなく、散水等を併用して冷媒を冷却するとよい。

本発明の電子機器の冷却システムの第１の実施の形態を説明する概念図 サーバ及びサーバラックを説明する説明図 本発明の電子機器の冷却システムの第２の実施の形態を説明する概念図

符号の説明

１０、１００…冷却システム、１２…建屋、１４Ａ、１４Ｂ…サーバルーム、２２Ａ、２２Ｂ…床下チャンバ、２４…キャスタ、２６…サーバラック、２８…サーバ、３０…サーバのファン、３２…熱風、３４Ａ、３４Ｂ…蒸発器、３６Ａ、３６Ｂ…冷却コイル、３８Ａ、３８Ｂ…冷却装置、４０Ａ、４０Ｂ…循環ライン、４２Ａ、４２Ｂ…螺旋状配管、４４Ａ、４４Ｂ…冷水装置のファン、４６Ａ、４６Ｂ…戻り配管、４８Ａ、４８Ｂ…供給配管、５０Ａ、５０Ｂ…温度センサ、５２Ａ、５２Ｂ…バルブ、５４Ａ、５４Ｂ…熱交換器、５６Ａ、５６Ｂ…切換手段（三方バルブ）、５８Ａ、５８Ｂ…分岐戻り配管、６０Ａ、６０Ｂ…分岐供給配管、６２Ａ、６２Ｂ…２次側コイル、６４Ａ、６４Ｂ…分岐循環ライン、６６Ａ、６６Ｂ…１次側コイル、６８…冷凍機、７０…冷水供給配管、７２…冷水戻り配管、７４…送液ポンプ、７５…螺旋状配管、７６…冷却塔、７７…散水管、７８…空調機、７９…ファン、８０Ａ、８０Ｂ…機械室、８２Ａ、８２Ｂ…隔壁、８４Ａ、８４Ｂ…空調機の冷却部、８６Ａ、８６Ｂ…空調機のファン、８８Ａ、８８Ｂ…空調用供給配管、９０Ａ、９０Ｂ…空調用戻り配管

Claims (5)

1. 複数の電子機器が配設された機器ルームと、
   前記電子機器に近接してそれぞれ設けられ、前記電子機器から発生する熱で冷媒を気化させることにより該電子機器を冷却する蒸発器と、
   前記蒸発器よりも高所に設けられ、外気により前記冷媒を冷却して前記気化した冷媒を凝縮する冷却装置と、
   前記蒸発器と前記冷却装置との間で前記冷媒が自然循環する循環ラインと、
   を備え、
   前記複数の電子機器がグループ分けされ、該グループ毎に前記冷却装置と前記循環ラインが設けられることを特徴とする電子機器の冷却システム。
2. 前記グループ毎に、
   前記循環ラインから分岐されて前記冷媒が循環する分岐循環ラインと、
   前記分岐ラインを流れる冷媒を冷却すると共に前記冷却装置よりも冷却能力が大きい熱交換器と、
   が設けられることを特徴とする請求項１に記載の電子機器の冷却システム。
3. 前記グループ毎に、
   前記機器ルーム内に吸い込んだ高温空気を冷却して前記機器ルーム内に戻す空調機と、
   前記循環ラインから分岐され、前記冷媒を前記空調機の冷却部との間で循環させる空調用循環ラインと、
   が設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子機器の冷却システム。
4. 前記複数の電子機器は複数階の機器ルームにわたって設けられ、階毎にグループ分けされることを特徴とする請求項１〜３の何れか１に記載の電子機器の冷却システム。
5. 前記電子機器はサーバであると共に、前記機器ルームは、サーバルームであることを特徴とする請求項１〜４の何れか１に記載の電子機器の冷却システム。

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