JP5210256B2 - 発熱機器収容ラックの吸排気構造及びデータセンタ - Google Patents

Description

本発明は、サーバーなどの発熱機器を上下方向に積層して収容する発熱機器収容ラックの吸排気構造及びデータセンタに係り、特に、発熱機器収容ラック内に収容される発熱機器に低発熱機器が含まれる場合であっても、発熱機器収容ラックから排気される空気の温度を下げないようすることができ、効率のよい熱回収が可能な発熱機器収容ラックの吸排気構造及びデータセンタに関するものである。

発熱体である発熱機器、例えば、サーバーなどの電子機器は、サーバーラックなどの発熱機器収容ラック内に多段に収容されて空調室内に配置される。サーバーなどの電子機器では電力消費に伴い熱が発生するので、この熱による悪影響を排除するために、空調機などの冷却システムにより発熱機器収容ラック内に収容された発熱機器に空調空気（冷気）を供給し、発熱機器で発生した熱を除去するのが一般的である。

従来のデータセンタとして、特許文献１および特許文献２では、吸気と排気を行うファンを有するサーバー等を、複数段、積層してサーバーラックに収容し、そのサーバーラックを複数個、直線状に同じ方向に向けて配列することでラック列を構成し、２列のラック列を対向するように配置すると共に、その２列のラック列の間を塞ぐことで、１つのラックモジュールを構成することが提案されている。

特許文献１では、２列のラック列を排気側である後面側を対向させて配置することで、ラック列間に、ホットエリアを形成している点が特徴的である。

また、特許文献２では、２列のラック列を吸気側である前面側を対向させて配置することで、ラック列間に、クールエリアを形成している点が特徴的である。

このように、データセンタでは、空調機からの空調空気（冷気）と、サーバーラックの後面から排出される熱気とを区別している。

特表２００６−５２６２０５号公報 特開２００７−３１６９８９号公報 実開昭６３−１５９８９５号公報 特開２００６−１４０３４３号公報 特表２００７−５０２０２７号公報

近年、熱の再利用といった省エネルギー技術が盛んであるが、そんな中、本発明者らは、サーバーラックの後面から排出される熱気を熱回収し、ボイラー等に利用する技術を開発した。

しかし、例えば、１つのサーバーラックに発熱量が相違するサーバーを収容した場合や、サーバー内のファンの排気能力が高すぎてサーバー内の空気の循環が良い場合など、ある特定のサーバーの排気温度が低い場合がある。このような排気温度の低いサーバーが１つでもサーバーラック内に収容されていると、そのサーバーラック全体での排気温度が低下してしまい、効率的に熱回収を行うことができなくなるという問題が生じる。

そこで、この問題を解決するために、特許文献３に記載されるように、排気温度が低いサーバーを直列状に配置して、上流側に配置されたサーバーの排気を下流側のサーバーに供給することで、上流側に配置されたサーバーからの排気を下流側のサーバーでさらに暖めて排気するようにし、サーバーラック全体での排気温度を高く保つことが考えられる。

しかし、この場合、冷気を吸い込む吸気口から遠い下流側に位置するサーバーに十分な冷気が供給できず、下流側のサーバー自体の放熱が不十分になるおそれがある。また、吸気口から近い上流側に位置するサーバーが故障すると、上流側に位置するサーバーが邪魔になり、吸気口から遠い下流側に位置するサーバーに、十分な冷気が供給できないことも考えられ、問題である。

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、複数の発熱機器を収容することができる発熱機器収容ラックにおいて、複数の発熱機器に適切に冷気を供給でき、かつ、発熱機器収容ラックから排気される空気の温度を下げないようにすることで、効率のよい熱回収が実現可能な発熱機器収容ラックの吸排気構造及びデータセンタを提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、吸気と排気を行うためのファンを有し、前面側から吸気し後面側から排気する複数の発熱機器を、上下方向に積層して収容する発熱機器収容ラックの吸排気構造において、前記複数の発熱機器は、排気温度が所定温度以下の低発熱機器と、排気温度が所定温度より高い通常発熱機器とからなり、前記発熱機器収容ラック内の下方に、前記低発熱機器を積層してなる低発熱機器エリアを形成すると共に、前記低発熱機器の上方に前記通常発熱機器を積層し、かつ、両発熱機器を、前記発熱機器収容ラックの前面側を吸気側、後面側を排気側として、吸気側と排気側が揃うように配置し、前記発熱機器収容ラックは、その前面側が上下方向にわたって前記両発熱機器に対応するように吸気可能とされると共に、その後面側に前記低発熱機器エリアの直上の前記通常発熱機器の下部側と前記発熱機器収容ラックの下部の間に、前記低発熱機器の排気を前記発熱機器収容ラックの後方へ直接排気させることを妨げるための後面仕切部を設けて、後面側が前記後面仕切部の上方のみで排気可能とされる発熱機器収容ラックの吸排気構造である。

前記発熱機器収容ラック内の前記低発熱機器エリアの下方に、前記両発熱機器を配置しない暖気収容空間を形成し、前記低発熱機器からの温度が低い排気を前記暖気収容空間に導入するようにしてもよい。

前記発熱機器収容ラックの前面側の下方において、前記低発熱機器エリアの下部側と前記発熱機器収容ラックの下部の間に、前記暖気収容空間に導入された前記低発熱機器の排気が前記発熱機器収容ラックの前面から前方に流出するのを妨げるための前面仕切部を設けてもよい。

また、本発明は、前記発熱機器収容ラックの吸排気構造を有する発熱機器収容ラックを複数台左右方向に並べてラック列を形成すると共に、該ラック列の後面側同士を間隔をおいて向かい合わせて空調室内の床面上に配置し、その向かい合わせたラック列の左右方向の一方の端部に、ラック列の下縁から前記空調室の天井に延びるパネルを設けると共に、他方の端部を前記空調室の壁で塞ぎ、かつ、両ラック列の前縁上部に天井に延びるパーティションを設けて、前記空調室内に前記ラック列に囲まれたホットエリアを区画し、そのホットエリア内の天井に、該ホットエリア内の熱気を回収する回収口を形成すると共に、前記空調室内の空調空気をラック列の前面から後面に通して前記ホットエリアに導入するようにしたデータセンタである。

さらに、本発明は、前記発熱機器収容ラックの吸排気構造を有する発熱機器収容ラックを複数台左右方向に並べてラック列を形成すると共に、該ラック列の前面側同士を間隔をおいて向かい合わせて空調室内の床面上に配置し、その向かい合わせたラック列の左右方向の一方の端部に、ラック列の下縁から前記空調室の天井に延びるパネルを設けると共に、他方の端部を前記空調室の壁で塞ぎ、かつ、両ラック列の前縁上部に天井に延びるパーティションを設けて、前記空調室内に前記ラック列に囲まれたクールエリアを区画し、そのクールエリア内の天井に、空調機からの空調空気を供給する供給口を形成すると共に、前記クールエリア以外のホットエリアの天井に熱気を回収する回収口を形成し、前記空調空気をラック列の前面から後面に通して前記ホットエリアに導入するようにしたデータセンタである。

本発明によれば、複数の発熱機器に適切に冷気を供給でき、かつ、発熱機器収容ラックから排気される空気の温度を下げないようにすることで、効率のよい熱回収が実現可能な発熱機器収容ラックの吸排気構造及びデータセンタを提供できる。

本発明の一実施の形態に係るデータセンタの平面図である。 図１のデータセンタ内に配置されるラック群の正面図である。 図２のラック群のサーバーラック内の空気の流れ（吸排気の様子）を説明する説明図である。 図２のラック群のサーバーラック内における低発熱機器エリアの空気の流れ（吸排気の様子）を説明する説明図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本実施の形態に係るデータセンタの平面図である。

図１に示すように、データセンタ１は、空調室２内に４つのラック群３を配置して構成されている。空調室２には、空調室２に出入りするための扉が設けられているが、図１では省略している。

ラック群３は、発熱機器収容ラックとしてのサーバーラック４を複数台左右方向に直線状に並べてラック列５を形成し、２列のラック列５の後面側同士を間隔をおいて向かい合わせて（背向列設して）空調室２内の床面上に配置し、かつ、その向かい合わせたラック列５の左右方向の一方の端部にパネル（側壁）６を設けると共に、他方の端部を空調室２の壁Ｗで塞ぐことにより構成されている。

サーバーラック４の高さが空調室２の天井に届かない場合、図２に示すように、パネル６を天井Ｒまで延長すると共に、天井Ｒとサーバーラック４との間を塞ぐ、パーティション（上部閉塞部材）７を設ける。パーティション７は、ラック列５の前縁上部から天井Ｒに延びるように形成されており、適宜分割されていてもよい。

ラック群３を形成することで、空調室２内にラック列５に囲まれたホットエリアＨが区画される。ラック列５の端部に設けられたパネル６には、ホットエリアＨ内に出入りするための扉（図示せず）が形成されている。

ホットエリアＨ内の天井Ｒには、ホットエリアＨ内の熱気を回収する回収口（図示せず）が複数形成され、ホットエリアＨ以外の空調室２であるクールエリアＣの天井Ｒには、図示しない空調機からの空調空気（冷気）が供給される供給口（図示せず）が複数形成されている。これら供給口および回収口には、それぞれに接続されるダクトが天井Ｒに設けられており、空調室２内の空調空気をラック列５の前面から後面に通してホットエリアＨに導入するようにしている。回収口より回収された熱気は、回収口に接続されたダクトを通って、例えば、ボイラ等に供給される。

なお、本明細書では、空調機からの空調空気（冷気）を供給されるエリアをクールエリアＣ、サーバーラック４からの熱気が排気されるエリアをホットエリアＨという。クールエリアＣの温度は約１０〜２５℃であり、ホットエリアＨの温度は約２５〜４０℃である。

次に、本実施の形態に係る発熱機器収容ラックの吸排気構造を説明する。

図２に示すように、発熱機器収容ラックとしてのサーバーラック４は、直方体の箱状に形成され、発熱機器としての複数のサーバーＡ，Ｂを、上下方向に積層して収容する。

サーバーラック４の前面側には、開閉自在な前面板４ａが設けられており、後面側には、図示しないが前面側と同様に後面板が設けられている。前面板と後面板はメッシュ状に形成されている。

図２の中央部に示すように、サーバーラック４の内部には、前面側に２本、後面側に２本という具合に、４本の支柱２０が配置され、かつ、前面側の２本の支柱２０の間、および後面側の２本の支柱２０の間を掛け渡すように複数個の横桁２１がそれぞれ設けられており、この横桁２１にサーバーＡ，Ｂを載置するように構成されている。本実施の形態では、全てのサーバーラック４が同じ内部構造とされるが、全てではなく、一部のサーバーラック４が同じ内部構造であってもよい。

横桁２１は、その両端がボルト２２にて支柱２０に固定されるが、支柱２０には、ボルト２２と螺合する穴（図示せず）が段階的に形成されており、サーバーラック４に載置するサーバーＡ，Ｂの高さに合わせて、上下方向に、取り付け位置を調整できるようになっている。

サーバーラック４内に収容されるサーバーＡ，Ｂは、吸気と排気を行うためのファン（図示せず）を有し、前面側から吸気し後面側から排気するようにされる。サーバーＡ，Ｂは、サーバーラック４の前面側を吸気側、後面側を排気側として、吸気側と排気側が揃うようにそれぞれサーバーラック４内に配置される。

サーバーラック４内には、排気温度が所定温度以下の低発熱機器であるサーバーＡと、排気温度が所定温度より高い通常発熱機器であるサーバーＢが収納される。

サーバーＡは、暖気（約２５〜３２℃の空気）が排気されるサーバーであり、サーバーＢは熱気（約３２〜４０℃の空気）が排気されるサーバーである。ここでは、便宜上２種類のサーバーＡ，Ｂを用いる場合を説明するが、決して、サーバーの型番が２種類あるという意味ではなく、サーバーＡ，Ｂは、複数種類の型番のサーバーを含むものであってもよい。

本実施の形態では、３台のサーバーＡ１〜Ａ３と、４台のサーバーＢ１〜Ｂ４をサーバーラック４内に収容する場合を説明する。

図２および図３に示すように、サーバーラック４内には、下方から上方にかけて、サーバーＡ１、サーバーＡ２、サーバーＡ３、サーバーＢ１、サーバーＢ２、サーバーＢ３、およびサーバーＢ４が順次配置される。サーバーラック４内の下方に配置されたサーバーＡ１〜Ａ３を積層したエリアを、低発熱機器エリア３１と称する。

最も下方に配置されたサーバーＡ１の下方、すなわち低発熱機器エリア３１の下方には、サーバーＡ，Ｂを配置しない暖気収容空間３２が形成される。

本実施の形態に係る発熱機器収容ラックの吸排気構造１００では、サーバーラック４の後面側に低発熱機器エリア３１の直上のサーバーＢ１の下部側とサーバーラック４の下部の間に、低発熱機器であるサーバーＡ１〜Ａ３の排気をサーバーラック４の後方へ直接排気させることを妨げるための後面仕切部３３が設けられる。これにより、サーバーラック４の後面側では、後面仕切部３３の上方のみで排気可能とされる。

後面仕切部３３は、その上端が、サーバーＡ１〜Ａ３のうち最も上方に配置されたサーバーＡ３の上面（図３に破線ａで示す位置）から、サーバーＢ１〜Ｂ４のうち最も下方に設置されたサーバーＢ１の下面（図３に破線ｂで示す位置）の間にくるように形成されることが望ましい。

また、サーバーラック４の前面側の下方において、低発熱機器エリア３１の下部側とサーバーラック４の下部の間に、暖気収容空間３２に導入されたサーバーＡ１〜Ａ３の排気がサーバーラック４の前面から前方に流出するのを妨げるための前面仕切部３４が設けられる。前面仕切部３４は、サーバーラック４下方のサーバーＡ，Ｂが配置されていない部分の前面側を塞ぐように設けられる。これにより、サーバーラック４の前面側では、前面仕切部３４の上方のみで排気可能となるが、サーバーＡ，Ｂは全て暖気収容空間３２の上方に配置されるので、サーバーラック４の前面側では、上下方向にわたってサーバーＡ，Ｂに対応するように吸気可能とされていることとなる。

サーバーラック４内の空気の流れを図３および図４を用いて説明する。

図３および図４に示すように、低発熱機器であるサーバーＡ１〜Ａ３からの排気は、サーバーラック４の後面側で後面側仕切部３３に衝突する。サーバーＡ１〜Ａ３からの排気は、熱気ではなく暖気であり比重が重いため、下方に流れて暖気収容空間３２に導入される。

暖気収容空間３２に導入された暖気は、図４に矢印４１で示すように、押し出されるようにサーバーラック４内の前方に誘導され、さらに、前面仕切部３４に衝突して上方に誘導されて、再びサーバーＡ１〜Ａ３に吸気される。つまり、サーバーＡ１〜Ａ３は、サーバーラック４の前面側から供給される空調空気と、暖気収容空間３２からの暖気（サーバーＡ１〜Ａ３からの排気）を吸気することになる。

なお、サーバーＡ１〜Ａ３から排気された空気の一部は、サーバーＡ１とサーバーＡ２間の空間や、サーバーＡ２とサーバーＡ３間の空間を通ってサーバーＡ１〜Ａ３の前方に誘導される。

サーバーＡ１〜Ａ３を複数回通過すると、たとえ低発熱機器といっても、サーバーＡ１〜Ａ３からの排気は次第に温度が上がって熱気となる。熱気となった排気は比重が軽いため、図４に矢印４２で示すように上方に流れ、後面仕切部３３の上方からサーバーラック４の後方、すなわちホットエリアＨに排出される。

サーバーＢ１〜Ｂ４については、前面側から空調空気を中心に吸気を行い、後面側から熱気を排気する。ただし、サーバーＡ１〜Ａ３からの排気が全く吸気されないわけではなく、サーバーＡ１〜Ａ３からの排気も多少は吸気されることとなる。

本実施の形態の作用を説明する。

本実施の形態に係る発熱機器収容ラックの吸排気構造１００では、サーバーラック４内の下方に、低発熱機器であるサーバーＡ１〜Ａ３を積層してなる低発熱機器エリア３１を形成し、サーバーラック４の前面側を、上下方向にわたってサーバーＡ，Ｂに対応するように吸気可能とすると共に、サーバーラック４の後面側に低発熱機器エリア３１の直上のサーバーＢ１の下部側とサーバーラック４の下部の間に、サーバーＡ１〜Ａ３の排気をサーバーラック４の後方へ直接排気させることを妨げるための後面仕切部３３を設けている。

つまり、本実施の形態に係る発熱機器収容ラックの吸排気構造１００では、低発熱機器であるサーバーＡ１〜Ａ３からの排気温度の低い空気をそのままホットエリアＨに排気するのではなく、再利用し、再びサーバーＡ１〜Ａ３の冷却に利用しており、排気温度が高くなってからホットエリアＨに導入するようにしている。

排気温度の低い空気をそのまま排出しないことにより、排気温度が低い低発熱機器であるサーバーＡ１〜Ａ３がサーバーラック４内に収容される場合であっても、サーバーラック４から排気される空気の温度（排気温度）を下げないようにすることが可能となり、効率のよい熱回収が実現可能となる。

さらに、本実施の形態では、発熱機器であるサーバーＡ，Ｂを上下方向に積層して収容しており、サーバーラック４の前面側が上下方向にわたってサーバーＡ，Ｂに対応するように吸気可能とされているため、サーバーＡ，Ｂに対して適切に空調空気を供給することが可能となり、サーバーＡ，Ｂの放熱が不十分となることがない。

また、本実施の形態では、サーバーラック４内の低発熱機器エリア３１の下方に、サーバーＡ，Ｂを配置しない暖気収容空間３２を形成している。

これにより、サーバーラック４内の下方に形成された暖気収容空間３２に排気温度の低い空気をためることができ、排気温度の低い空気がサーバーラック４内の下方にたまり過ぎて、後面仕切部３３を乗り越えてしまうことを防止できる。

さらに、本実施の形態では、サーバーラック４の前面側の下方において、低発熱機器エリア３１の下部側とサーバーラック４の下部の間に前面仕切部３４を設けているため、暖気収容空間３２に導入されたサーバーＡ１〜Ａ３の排気が、サーバーラック４の前面から前方のクールエリアＣに流出してしまうことを防止できる。

上記実施の形態では、発熱機器としてサーバーＡ，Ｂを挙げたが、別の発熱機器、例えば、スイッチングハブや電源装置などであってもよい。

また、上記実施の形態では、１つのサーバーラック４に複数の低発熱機器（サーバＡ）を設けた場合を説明したが、１つだけ設けた場合であってもよい。

さらに、上記実施の形態では、ラック列５間にホットエリアＨを形成するタイプのデータセンタ１を説明したが、ラック列５間にクールエリアＣを形成するタイプのデータセンタであってもよい。

この場合、ラック列５の前面側同士を間隔をおいて向かい合わせてラック群３を形成して、空調室２内にラック列５に囲まれたクールエリアＣを区画し、そのクールエリアＣ内の天井Ｒに、空調機からの空調空気を供給する供給口を形成すると共に、クールエリアＣ以外のホットエリアＨの天井Ｒに熱気を回収する回収口を形成するようにすればよい。

このように、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加え得ることは勿論である。

１ データセンタ
２ 空調室
３ ラック群
４ サーバーラック（発熱機器収容ラック）
５ ラック列
６ パネル
７ パーティション
２０ 支柱
２１ 横桁
２２ ボルト
３１ 低発熱機器エリア
３２ 暖気収容空間
３３ 後面仕切部
３４ 前面仕切部
Ａ サーバー（低発熱機器）
Ｂ サーバー（通常発熱機器）
１００ 発熱機器収容ラックの吸排気構造

Claims (5)

1. 吸気と排気を行うためのファンを有し、前面側から吸気し後面側から排気する複数の発熱機器を、上下方向に積層して収容する発熱機器収容ラックの吸排気構造において、
   前記複数の発熱機器は、排気温度が所定温度以下の低発熱機器と、排気温度が所定温度より高い通常発熱機器とからなり、
   前記発熱機器収容ラック内の下方に、前記低発熱機器を積層してなる低発熱機器エリアを形成すると共に、前記低発熱機器の上方に前記通常発熱機器を積層し、かつ、両発熱機器を、前記発熱機器収容ラックの前面側を吸気側、後面側を排気側として、吸気側と排気側が揃うように配置し、
   前記発熱機器収容ラックは、その前面側が上下方向にわたって前記両発熱機器に対応するように吸気可能とされると共に、その後面側に前記低発熱機器エリアの直上の前記通常発熱機器の下部側と前記発熱機器収容ラックの下部の間に、前記低発熱機器の排気を前記発熱機器収容ラックの後方へ直接排気させることを妨げるための後面仕切部を設けて、後面側が前記後面仕切部の上方のみで排気可能とされることを特徴とする発熱機器収容ラックの吸排気構造。
2. 前記発熱機器収容ラック内の前記低発熱機器エリアの下方に、前記両発熱機器を配置しない暖気収容空間を形成し、前記低発熱機器からの温度が低い排気を前記暖気収容空間に導入するようにした請求項１記載の発熱機器収容ラックの吸排気構造。
3. 前記発熱機器収容ラックの前面側の下方において、前記低発熱機器エリアの下部側と前記発熱機器収容ラックの下部の間に、前記暖気収容空間に導入された前記低発熱機器の排気が前記発熱機器収容ラックの前面から前方に流出するのを妨げるための前面仕切部を設けた請求項２記載の発熱機器収容ラックの吸排気構造。
4. 請求項１〜３いずれかに記載の発熱機器収容ラックの吸排気構造を有する発熱機器収容ラックを複数台左右方向に並べてラック列を形成すると共に、該ラック列の後面側同士を間隔をおいて向かい合わせて空調室内の床面上に配置し、その向かい合わせたラック列の左右方向の一方の端部に、ラック列の下縁から前記空調室の天井に延びるパネルを設けると共に、他方の端部を前記空調室の壁で塞ぎ、かつ、両ラック列の前縁上部に天井に延びるパーティションを設けて、前記空調室内に前記ラック列に囲まれたホットエリアを区画し、そのホットエリア内の天井に、該ホットエリア内の熱気を回収する回収口を形成すると共に、前記空調室内の空調空気をラック列の前面から後面に通して前記ホットエリアに導入するようにしたことを特徴とするデータセンタ。
5. 請求項１〜３いずれかに記載の発熱機器収容ラックの吸排気構造を有する発熱機器収容ラックを複数台左右方向に並べてラック列を形成すると共に、該ラック列の前面側同士を間隔をおいて向かい合わせて空調室内の床面上に配置し、その向かい合わせたラック列の左右方向の一方の端部に、ラック列の下縁から前記空調室の天井に延びるパネルを設けると共に、他方の端部を前記空調室の壁で塞ぎ、かつ、両ラック列の前縁上部に天井に延びるパーティションを設けて、前記空調室内に前記ラック列に囲まれたクールエリアを区画し、そのクールエリア内の天井に、空調機からの空調空気を供給する供給口を形成すると共に、前記クールエリア以外のホットエリアの天井に熱気を回収する回収口を形成し、前記空調空気をラック列の前面から後面に通して前記ホットエリアに導入するようにしたことを特徴とするデータセンタ。

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