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WO2014132592A1 - 電子機器冷却システム及び電子機器冷却システムの製造方法 - Google Patents

電子機器冷却システム及び電子機器冷却システムの製造方法 Download PDF

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Publication number
WO2014132592A1
WO2014132592A1 PCT/JP2014/000842 JP2014000842W WO2014132592A1 WO 2014132592 A1 WO2014132592 A1 WO 2014132592A1 JP 2014000842 W JP2014000842 W JP 2014000842W WO 2014132592 A1 WO2014132592 A1 WO 2014132592A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
phase refrigerant
container
gas
pipe
tube
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/000842
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
有仁 松永
吉川 実
坂本 仁
正樹 千葉
暁 小路口
賢一 稲葉
Original Assignee
日本電気株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本電気株式会社 filed Critical 日本電気株式会社
Priority to CN201480010595.7A priority Critical patent/CN105009022A/zh
Priority to US14/769,935 priority patent/US20160014933A1/en
Priority to JP2015502752A priority patent/JP6237761B2/ja
Publication of WO2014132592A1 publication Critical patent/WO2014132592A1/ja

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    • H05K7/208Liquid cooling with phase change
    • H05K7/20818Liquid cooling with phase change within cabinets for removing heat from server blades
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • G06F2200/20Indexing scheme relating to G06F1/20
    • G06F2200/201Cooling arrangements using cooling fluid

Definitions

  • the present invention relates to an electronic device cooling system and an electronic device cooling system manufacturing method.
  • a modular data center that incorporates a rack equipped with a large number of servers and network equipment and equipment that prepares an operating environment such as an air conditioner.
  • a container data center using a container as an outer wall of the data center has been proposed.
  • ISO International Organization for Standardization
  • existing container transportation facilities can be used. Therefore, it is very advantageous from the viewpoint of speeding up the installation of the data center.
  • Such a container-type data center can be easily transported after being assembled in a factory, so that the production capacity can be increased.
  • it can be installed in a short time, and in order to enhance the information processing capability, the adoption is expected in the future.
  • Patent Document 2 As a technique for absorbing the exhaust heat of the server, a method is considered in which water is allowed to flow through a heat exchanger provided in the rear door of the rack, the heat exhausted from the server is absorbed, and cooling power is reduced (Patent Literature). 1).
  • the rear door is equipped with a heat exchanger, the exhaust heat of the server is received by the refrigerant in the rear door, the refrigerant is boiled, the steam generated by the boiling is transported to an external heat exchanger, and the exhaust heat is removed It has been proposed (Patent Document 2).
  • Patent Document 3 a structure has been proposed in which the heat of the CPU of the server is transported to a heat exchanger at the top of the rack and a cooling radiator is reduced by using a large radiator.
  • a cooling device has been proposed that cools an electric device in a pressure-proof explosion-proof container by naturally circulating a refrigerant and releasing heat into the atmosphere (Patent Document 4).
  • Patent Document 2 uses a boiling refrigerant, and the heat generated by boiling the refrigerant that has received heat circulates naturally, thereby transporting heat without using a pump.
  • cold water supplied from a chiller or the like is necessary, so that the equipment becomes large. Therefore, when this technology is applied to a container type data center, transportation becomes difficult.
  • Patent Document 3 reduces the cooling power by providing a heat exchanger in each blade server CPU (Central Processing ⁇ ⁇ Unit) of the rack and cooling using a large heat exchanger on the rack. be able to.
  • the heat exchanger is provided on the CPU, the blade server cannot be easily replaced.
  • a heat exchanger is provided outside a container in a container-type data center, a pipe through which a refrigerant vaporized by heat from a CPU or the like comes into contact with the outside air. For this reason, the refrigerant is likely to condense, and the condensed liquid phase descends in the pipe, thereby obstructing the flow of the gaseous refrigerant and reducing the cooling performance.
  • the problem that the condensed liquid phase descends in the pipe to obstruct the flow of the gaseous refrigerant and the cooling performance deteriorates is the same in Patent Document 4.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an electronic device cooling system having excellent cooling characteristics and portability.
  • An electronic device cooling system includes a portable container having a space in which an article can be stored, a storage container on which an electronic device installed inside the portable container is mounted, A heat receiver that is provided on a side surface and receives heat generated inside the storage container when the liquid-phase refrigerant is vaporized to become a gas-phase refrigerant, and a gas-phase refrigerant that extends in the vertical direction and is received from the heat receiver.
  • the heat receiver is received by cooling the gas phase refrigerant transporting means for transporting the gas and the gas phase refrigerant flowing from the gas phase refrigerant transporting means to form a liquid phase refrigerant.
  • a liquid-phase refrigerant transporting means for transporting the liquid-phase refrigerant from the heatsink to the heat receiver, wherein the gas-phase refrigerant transporting means is provided outside the portable container.
  • a method for manufacturing an electronic device cooling system in which a storage container in which an electronic device is mounted is installed inside a portable container having a space in which articles can be stored.
  • the heat receiver that receives the heat generated inside the storage container by being converted into a gas-phase refrigerant is installed on the side surface of the storage container, and the gas-phase refrigerant transport means for transporting the gas-phase refrigerant from the heat receiver is installed in the vertical direction.
  • a radiator that dissipates heat received by the heat receiver by cooling the gas-phase refrigerant flowing from the gas-phase refrigerant transporting means into a liquid-phase refrigerant is provided in the storage container outside the portable container.
  • a liquid-phase refrigerant transporting means for transporting the liquid-phase refrigerant from the radiator to the heat receiver is provided above, and the gas-phase refrigerant transport means is exposed to the atmosphere outside the portable container to condense the gas-phase refrigerant.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing the structure of an electronic device cooling system 100 according to a first embodiment.
  • 1 is a lateral view schematically showing a structure of an electronic device cooling system 100 according to a first embodiment.
  • 1 is a front view of an essential part of an electronic device cooling system 100 according to a first embodiment. It is a perspective view which shows the aspect of the refrigerant
  • FIG. It is a side view which shows typically the structure of the electronic device cooling system 200 at the time of accommodating the heat radiator 4.
  • FIG. is a side view which shows typically the structure of the electronic device cooling system 300 concerning Embodiment 3.
  • the electronic device cooling system 100 is configured to be applied to, for example, a container type data center, but the application target is not limited to the container type data center.
  • the container size of the container type data center is assumed to be an ISO standard container of 20 feet ⁇ 8 feet ⁇ 8 feet 6 inches, or a container having a half capacity of 10 feet ⁇ 8 feet ⁇ 8 feet 6 inches.
  • the size of the container is not limited to this.
  • a container is used is demonstrated below, not only a container but the various containers which have the portability which can accommodate articles
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing the structure of the electronic device cooling system 100 according to the first embodiment.
  • the wall surface on the front side of FIG. FIG. 2 is a lateral view schematically showing the structure of the electronic device cooling system 100 according to the first embodiment.
  • the wall surface on the side surface side of the container 1 is excluded for the description of the inside of the container 1.
  • the electronic device cooling system 100 includes a container 1 and a rack 2.
  • FIG. 1 shows an example in which four racks 2 are arranged side by side as an example. From one surface side of the rack 2, cooling air 10 a for servers and network devices in the container 1 is sucked. The space on the intake side sandwiched between the container 1 and the rack 2 is referred to as an intake side space 2a. Warm air 10 b that cools the servers and network devices in the container 1 is exhausted out of the container 1 from the side of the rack 2 that faces the other intake side. The space on the exhaust side sandwiched between the container 1 and the rack 2 is referred to as an exhaust side space 2b.
  • a rear door (not shown) is provided on the surface of the rack 2 on the exhaust side space 2b side.
  • the rear door is provided with a heat receiver 3 that is a heat exchanger.
  • the heat receiver 3 is preferably made of aluminum or copper having excellent thermal conductivity, but the material is not limited to this.
  • a radiator 4 On the top of the container 1 outside the container 1, a radiator 4 that is a heat exchanger is provided.
  • the heat radiator 4 is desirably made of aluminum or copper having excellent thermal conductivity like the heat receiver 3, the material is not limited thereto.
  • the heat receiver 3 and the radiator 4 are connected by a gas phase tube 6 and a liquid phase tube 7.
  • FIG. 3 is a front view of an essential part of the electronic device cooling system 100 according to the first embodiment.
  • the wall surface on the front side of the container 1 is excluded for the description of the inside of the container 1.
  • the heat receiver 3 has a plurality of heat receiving units 30.
  • the plurality of heat receiving units 30 are arranged in the vertical direction on the surface of the rear door.
  • the heat receiving unit 30 includes a header 3a, a header 3b, and a tube 3c.
  • a pair of header 3a and header 3b is provided.
  • the header 3a is a member extending in the horizontal direction.
  • the header 3b is a member extending in the horizontal direction, and is provided below the header 3a in the vertical direction.
  • the tubes 3c are tubes through which the refrigerant passes, and a plurality of tubes 3c are provided so as to connect between the header 3a and the header 3b.
  • coolant in the some tube 3c you may install the radiation fin (not shown) comprised with a thin plate-shaped member in the tube 3c.
  • the gas phase pipe 6 is a pipe through which the gas phase refrigerant passes, and sends the gas phase refrigerant to the radiator 4 described later. That is, the gas phase tube 6 has a function of transporting the gas phase refrigerant.
  • a pipe line through which the gas-phase refrigerant passes is provided in the header 3a. The gas phase refrigerant flows into the gas phase tube 6 from the tube 3c through a pipe line provided in the header 3a.
  • the header 3b is connected to a liquid phase pipe 7 extending in the vertical direction.
  • the liquid phase pipe 7 is a pipe through which the liquid phase refrigerant passes, and the liquid phase refrigerant flows in from the radiator 4 described later.
  • a pipe line through which the liquid refrigerant passes is provided in the header 3b.
  • the liquid phase refrigerant flows into the tube 3c from the liquid phase pipe 7 through a pipe line provided in the header 3b.
  • the heat receiver 3 serves as a heat exchanger that cools the rack 2 by the liquid-phase refrigerant flowing into the tube 3c being vaporized while the refrigerant flows along the path from the header 3b to the header 3a via the tube 3c. It is configured.
  • the heat receiver 3 receives heat evenly by the respective heat receiving units 30 and absorbs exhaust heat of the server and the network device by an internal refrigerant. Thereby, the cooling performance as the whole rack 2 can be improved.
  • the heat radiator 4 includes a header 4a, a header 4b, and a tube 4c.
  • a pair of header 4a and header 4b is provided.
  • the header 4a is a member extending in the horizontal direction.
  • the header 4b is a member extending in the horizontal direction, and is provided below the header 4a in the vertical direction.
  • the tubes 4c are tubes through which the refrigerant passes, and a plurality of tubes 4c are provided so as to connect between the header 4a and the header 4b.
  • coolant in the some tube 4c you may install the radiation fin (not shown) comprised with a thin plate-shaped member in the tube 4c.
  • One end of the header 4a is connected to a gas phase pipe 6 extending in the vertical direction.
  • the gas phase refrigerant flows from the heat receiver 3 into the gas phase pipe 6.
  • a pipe line through which the gas-phase refrigerant passes is provided in the header 4a.
  • the liquid phase refrigerant flows from the gas phase pipe 6 into the tube 4c through a pipe line provided in the header 4a.
  • One end of the header 4b is connected to a liquid phase tube 7 extending in the vertical direction.
  • the liquid phase tube 7 sends the liquid phase refrigerant to the heat receiver 3. That is, the liquid phase tube 7 has a function of transporting the liquid phase refrigerant.
  • a pipe line through which the liquid refrigerant passes is provided in the header 4b.
  • the gas phase refrigerant flows into the liquid phase pipe 7 from the tube 4c through a pipe line provided in the header 4b.
  • the radiator 4 is configured as a heat exchanger that is cooled and liquefied in the tube 4c while the gas-phase refrigerant flows through the path from the header 4a to the header 4b via the tube 4c.
  • the heat receiver 3, the radiator 4, the gas phase pipe 6 and the liquid phase pipe 7 are configured such that, for example, an insulating refrigerant flows in the sealed pipe line.
  • refrigerant for example, HFC (Hydro Fluoro Carbon) or HFE (Hydro Fluoro Ether) is used, but the refrigerant is not limited to this.
  • a cooler 5 for sending cooling air to the radiator 4 is provided on the top of the container 1 outside the container 1.
  • a blower such as a fan can be used.
  • the cooler 5 is omitted for simplification of the drawing.
  • the above-mentioned gas phase tube 6 and liquid phase tube 7 are desirably metal tubes in order to minimize leakage of refrigerant to the outside, but are not limited thereto.
  • the gas phase pipe 6 preferably uses a pipe having a larger diameter than the liquid phase pipe 7 in order to flow a gas phase refrigerant having a volume several hundred times that of the liquid phase refrigerant.
  • the vapor phase pipe 6 connects the heat receiver 3 inside the container 1 and the radiator 4 outside the container 1.
  • the gas phase pipe extending in the vertical direction connected to the heat receiver 3 inside the container 1 is referred to as a gas phase pipe 6a (also referred to as a second pipe).
  • a gas phase pipe extending in the vertical direction connected to the radiator 4 outside the container 1 is referred to as a gas phase pipe 6b (also referred to as a first pipe).
  • a gas phase tube bending portion 6c is provided between the gas phase tube 6a and the gas phase tube 6b.
  • the gas phase tube bending portion 6c has a pipeline that is bent in the horizontal direction with respect to the gas phase tube 6a and the gas phase tube 6b extending in the vertical direction.
  • the gas phase tube bending portion 6 c is provided outside the container 1.
  • the liquid phase tube 7 connects the heat receiver 3 inside the container 1 and the heat radiator 4 outside the container 1 as described above.
  • tube extended in the perpendicular direction connected with the heat receiver 3 inside the container 1 be the liquid phase pipe
  • a liquid phase tube bending portion 7c is provided between the liquid phase tube 7a and the header 4b.
  • the liquid phase pipe bending portion 7c has a pipe line bent in the horizontal direction with respect to the liquid phase pipe 7a extending in the vertical direction.
  • the liquid phase tube bending portion 7 c is provided outside the container 1.
  • Servers and network devices housed in a rack 2 in the container 1 draw in cool air from the intake side space 2a and cool electronic components such as an internal CPU.
  • the warm air after cooling passes through the heat receiver 3 provided in the rear door and is discharged to the exhaust side space 2b.
  • the heat receiver 3 when the warm air passes, the liquid-phase refrigerant in the tube 3 c quickly vaporizes, and the heat of the warm air is removed by the heat receiver 3.
  • the air cooled by the heat receiver 3 circulates inside the container 1 and is supplied to the intake side space 2a. That is, it can be understood that by providing the heat receiver 3 at the rear door, the heat of the server or the network device is removed without diffusing into the container 1.
  • the gas-phase refrigerant that has flowed into the radiator 4 passes through the tube 4 c of the radiator 4. Since the tube 4c is exposed to the cold air outside the container 1, the gas-phase refrigerant in the tube 4c is cooled and liquefied (liquid phase refrigerant). Since the liquid phase refrigerant has a higher density than the gas phase refrigerant, the liquid phase refrigerant descends in the liquid phase pipe 7 due to gravity and is returned to the heat receiver 3.
  • the refluxed liquid-phase refrigerant is used for transporting heat to the radiator 4 by removing the exhaust heat of the server and the network equipment and evaporating again.
  • the heat generated in the server or network device is removed by the heat receiver 3 without diffusing into the container 1 and is radiated outside the container 1 having the cooler outside air than the inside of the container 1, so that high heat radiation efficiency can be realized.
  • the refrigerant naturally circulates between the heat receiver 3 and the radiator 4 using the density difference between gas and liquid. Therefore, power such as a pump is unnecessary, which leads to space saving of the electronic device cooling system 100, which is advantageous from the viewpoint of transportation and installation. Furthermore, since the electric power consumed for the refrigerant circulation is unnecessary, the electric power necessary for cooling the rack 2 can be reduced.
  • the gas phase pipe 6b connected to the radiator 4 is also exposed to the outside air. Since the outside air temperature is lower than the temperature of the gas phase pipe 6b, condensation of the gas phase refrigerant is likely to occur in the gas phase pipe 6b, and droplets of the refrigerant are likely to be generated. Since the refrigerant droplets generated in the gas phase tube 6b have a density higher than that of the gas phase refrigerant, the droplets are attracted by gravity and descend in the gas phase tube 6b. That is, since the liquid droplets descend against the flow of the gas-phase refrigerant, the flow of the gas-phase refrigerant may be hindered and the cooling performance may be deteriorated.
  • FIG. 4 is a perspective view showing an aspect of the refrigerant inside the gas phase tube bent portion 6c.
  • the refrigerant droplet 11 descending the gas phase pipe 6 b is received by the lower inner wall of the pipe 61 (also referred to as a third pipe) and adheres as the liquid phase refrigerant 12.
  • the liquid refrigerant 12 adhering to the lower inner wall of the pipe 61 flows along the lower inner wall of the pipe 61 extending in the horizontal direction of the gas-phase pipe bending portion 6c and flows into the gas-phase pipe 6a.
  • the gas-phase refrigerant that has flowed into the gas-phase pipe 6a descends along the inner wall of the gas-phase pipe 6a. Since the gas phase tube 6a is disposed in the container 1 having a temperature higher than that of the outside air, refrigerant droplets are less likely to be generated than the gas phase tube 6b. From the above, in the gas phase pipe 6a, the liquid phase refrigerant only descends along the inner wall, and the flow of the gas phase refrigerant (reference numeral 13 in FIG. 4) is not inhibited by the refrigerant droplets.
  • the gas phase tube bending portion 6c can be understood as having a function of collecting refrigerant droplets generated inside the gas phase tube 6b exposed to the outside air outside the container 1.
  • the gas-phase tube bent portion 6c may be provided between the heat receiver 3 and the radiator 4, but is preferably placed near the boundary between the container 1 and the outside air outside the container 1.
  • the refrigerant is likely to condense in the gas phase pipe 6 in contact with the outside air, and the refrigerant is difficult to condense in the gas phase pipe 6 in contact with the air warmer than the outside air in the container 1. Therefore, the condensation of the refrigerant is less likely to occur when the condensed liquid-phase refrigerant is attached to the wall surface of the gas phase pipe 6 immediately before dropping to the gas phase pipe 6 in the container 1. Thereby, it can prevent preventing the flow of the gaseous-phase refrigerant
  • Embodiment 2 Next, an electronic device cooling system 200 according to the second embodiment will be described.
  • the electronic device cooling system 200 is a modification of the electronic device cooling system 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a front view of an essential part of the electronic device cooling system 200 according to the second embodiment.
  • the electronic device cooling system 200 has a configuration in which a movable connecting portion 6d and a movable connecting portion 7d are added to the electronic device cooling system 100.
  • the movable connecting portion 6d is inserted into a conduit 61 extending in the horizontal direction of the gas phase tube bent portion 6c.
  • 6 d of movable connection parts are comprised rotatably by making the extending direction of the horizontal pipe line 61 of the gas-phase pipe bending part 6c into an axial direction.
  • the movable connecting portion 6d can use a joint having a mechanism that can be rotated while being sealed using an O-ring or the like, or a flexible pipe such as a bellows, but is not limited thereto.
  • the movable connecting part 7d is inserted into a pipe line 71 (also referred to as a fifth pipe) extending in the horizontal direction of the liquid phase pipe bending part 7c.
  • the movable connecting portion 7d is configured to be rotatable with the extending direction of the horizontal pipe line 71 of the liquid phase pipe bending portion 7c as the axial direction and coaxial with the rotational axis of the movable connecting portion 6d.
  • the movable connecting portion 7d can use a joint having a mechanism that can be rotated while being sealed using an O-ring or the like, or a flexible pipe such as a bellows, but is not limited thereto.
  • FIG. 6 is a lateral view schematically showing the structure of the electronic device cooling system 200 when the radiator 4 is housed. Since the radiator 4 can be laid down and stored, the same portability as that of a normal container can be ensured. In addition, in FIG. 6, when providing the cooler 5, what is necessary is just to provide so that accommodation similarly to the heat radiator 4 is possible.
  • Patent Document 4 Compared with this configuration, for example, in Patent Document 4, a condenser for cooling the refrigerant is provided outside the explosion-proof container. Therefore, when the technique described in Patent Document 4 is applied to a container type data center, a condenser is installed outside the container. Thus, the condenser can be an obstacle when storing a plurality of containers in close proximity or transporting the containers. Therefore, the portability, which is an advantage of the container type data center, is lost. On the other hand, in this structure, since the heat radiator 4 can be folded and accommodated, the above-described problems of the technique described in Patent Document 4 can be solved.
  • the radiator 4 When considering the cooling performance, it is desirable that the radiator 4 be upright with respect to the upper surface of the container 1 so that the center of the header 4a and the center of the header 4b are aligned in the vertical direction. However, when the outside air temperature is significantly low such as in winter, it is possible to adjust the cooling capacity by tilting the radiator 4 with respect to the upper surface of the container 1 using the movable connecting portions 6d and 7d. .
  • the electronic device cooling system 300 is a modification of the electronic device cooling system 200 according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a lateral view schematically showing the structure of the electronic device cooling system 300 according to the third embodiment.
  • the electronic device cooling system 300 has a configuration in which an intake port 8 and an exhaust port 9 are added to the wall surface of the container 1 of the electronic device cooling system 200.
  • an intake port 8 and the exhaust port 9 for example, an openable / closable louver can be used.
  • the intake port 8 is provided on the wall surface of the container 1 on the intake side space 2a side.
  • the outside air of the container 1 is introduced into the container 1 through the intake port 8.
  • the exhaust port 9 is provided on the wall surface of the container 1 on the exhaust side space 2b side. The air in the container 1 is exhausted outside the container 1 through the exhaust port 9.
  • the intake port 8 is preferably provided below the wall surface of the container 1 on the intake side space 2a side.
  • the exhaust port 9 is preferably provided above the wall surface of the container 1 on the exhaust side space 2b side.
  • the air inlet 8 may be provided with an air filter that prevents intrusion of dust and the like from the outside of the container 1.
  • the exhaust port 9 may be provided with an insect repellent filter that prevents invasion of insects or the like who prefer warm air.
  • louver When the louver is used as the intake port 8 and the exhaust port 9, it can be freely opened and closed by remote control using an electric motor or the like. For example, by closing the louver during rainfall, rainwater can be prevented from flowing into the electronic device cooling system 300.
  • the server and the network device housed in the rack 2 in the container 1 sucks cold air from the intake side space 2a and cools electronic components such as an internal CPU.
  • the warm air after cooling passes through the heat receiver 3 provided in the rear door and is discharged to the exhaust side space 2b.
  • the heat receiver 3 when the warm air passes, the liquid-phase refrigerant in the tube 3 c quickly vaporizes, and the heat of the warm air is removed by the heat receiver 3.
  • the air cooled by the heat receiver 3 circulates inside the container 1 and is supplied to the intake side space 2a. That is, by providing the heat receiver 3 at the rear door, the heat of the server and the network device is removed without diffusing into the container 1.
  • the outer wall of the container 1 is generally made of a metal plate that is thinner than the outer wall of the building, and the intake port 8 and the exhaust port 9 can be provided more easily than the outer wall of the building. Furthermore, since the intake port 8 and the exhaust port 9 can be provided on the outer wall of the container, it is not necessary to prepare a dedicated installation space separately, and the excellent portability of the electronic device cooling system can be maintained.
  • the intake port 8 and the exhaust port 9 can be added to the electronic device cooling system 100.
  • the gas phase tube 6 is provided with one gas phase tube bending portion 6c has been described, but this is merely an example. Therefore, the gas phase tube 6 may be provided with a plurality of gas phase tube bent portions 6c. Although the case where one liquid phase tube bending portion 7c is provided in the liquid phase tube 7 has been described, this is merely an example. Therefore, the liquid phase tube 7 may be provided with a plurality of liquid phase tube bent portions 7c.
  • the electronic device cooling system described above can be applied not only to the data center but also to cooling other systems in which electronic devices are mounted.
  • a portable container having a space in which an article can be stored, a storage container on which an electronic device installed in the portable container is mounted, a side surface of the storage container, and a liquid phase
  • a heat receiver that receives heat generated inside the storage container by evaporating the refrigerant to become a gas phase refrigerant, and a gas phase that extends in the vertical direction and transports the gas phase refrigerant from the heat receiver
  • the refrigerant receiver is provided above the storage container outside the portable container and cools the gas-phase refrigerant flowing from the gas-phase refrigerant transport means to form a liquid-phase refrigerant.
  • a liquid-phase refrigerant transporting means for transporting the liquid-phase refrigerant from the radiator to the heat receiver, wherein the gas-phase refrigerant transporting means includes the gas-phase refrigerant transporting means Vapor phase cooling by exposure to the atmosphere outside the portable container.
  • the gas-phase refrigerant transporting means includes the gas-phase refrigerant transporting means Vapor phase cooling by exposure to the atmosphere outside the portable container.
  • a droplet collecting means but for collecting refrigerant droplets produced by condensation, the electronic device cooling system.
  • the gas-phase refrigerant transport means extends in the vertical direction outside the portable container, and extends in the vertical direction inside the portable container, the first pipe connected to the radiator. And the second pipe connected to the heat receiver, wherein the droplet collecting means is inserted between the first pipe and the second pipe.
  • the droplet collecting means is provided so as to extend in a direction perpendicular to the vertical direction, one end is connected to the lower end of the first tube, and the other end is connected to the second tube.
  • the electronic device cooling system according to appendix 2 further comprising a third tube, wherein the refrigerant droplet descending the first tube is received by an inner wall on a lower side of the third tube.
  • Appendix 4 The electronic device cooling system according to Appendix 3, wherein the third pipe is provided outside the portable container.
  • the liquid-phase refrigerant transport means extends in the vertical direction inside the portable container, and is connected to the heat receiver, and is connected to the outside of the portable container.
  • the fifth pipe is connected to the upper end of the fourth pipe and the other end is connected to the heat radiator, and the third pipe and the fifth pipe are arranged at coaxial positions. 4.
  • the electronic device cooling system according to 4.
  • coolant transport means is further provided with the 1st movable part comprised so that it may insert in the said 3rd pipe
  • the liquid-phase refrigerant transport means further includes a second movable part that is inserted into the fifth pipe and configured to rotate the fifth pipe on the radiator side about an axis.
  • the intake port is provided on the wall surface of the portable container on the side where the storage container sucks air
  • the exhaust port is provided on the wall surface of the portable container on the side where the storage container exhausts air.
  • Appendix 10 The electronic device cooling system according to appendix 8 or 9, wherein the intake port is provided below the exhaust port in the vertical direction.
  • the said storage container by which the storage container in which the electronic device was mounted is installed in the inside of the portable container which has the space which can accommodate articles
  • a heat receiver that receives the heat generated inside is disposed on a side surface of the storage container, and a gas-phase refrigerant transport means that transports the gas-phase refrigerant from the heat receiver extends in the vertical direction, and the air
  • a radiator that dissipates heat received by the heat receiver by cooling the gas-phase refrigerant flowing from the phase refrigerant transport means to form a liquid phase refrigerant is provided above the storage container outside the portable container, Liquid phase refrigerant transporting means for transporting the liquid phase refrigerant from the radiator to the heat receiver is provided, and the gas phase refrigerant transporting means is exposed to an atmosphere outside the portable container to cause a gas phase refrigerant.

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Abstract

[課題]優れた冷却特性及び可搬性を有する電子機器冷却システムを提供すること。 [解決手段]ラック2は、コンテナ1の内部に設置される。受熱器3は、ラック2の側面に設けられ、液相冷媒が気化して気相冷媒となることによりラック2の内部で発生する熱を受ける。気相管6は、鉛直方向に延在して設けられ、受熱器3からの気相冷媒を輸送する。放熱器4は、コンテナ1の外部のラック2の上方に設けられ、気相管6から流れ込む気相冷媒を冷却して液相冷媒とすることにより、受熱器3が受けた熱を放熱する。液相管7は、放熱器4からの液相冷媒を受熱器3に輸送する。気相管6は、気相管6がコンテナ1の外部の雰囲気に暴露して気相冷媒が凝集することで生じる冷媒液滴を捕集する気相管屈曲部6c有する。

Description

電子機器冷却システム及び電子機器冷却システムの製造方法
 本発明は、電子機器冷却システム及び電子機器冷却システムの製造方法に関する。
 近年、情報社会の進展に伴い、情報量の大幅な増加が見込まれている。増加情報のため、情報を処理するサーバなどの電子機器を、多数設置することが必要となっている。しかし、急増する情報量に対し、設置スペースの問題や、設置するための環境、たとえば空調機や供給電源の問題で、急激に電子機器の設置数を増加させることは難しい。
 そこで、多数のサーバやネットワーク機器が搭載されたラックとともに空調機等の運用環境を整える機器を組み込んだモジュラー型データセンタが提案されている。モジュラー型データセンタとして、例えば、コンテナをデータセンタの外壁として用いたコンテナ型データセンタが提案されている。ISO(International Organization for Standardization)規格のコンテナをコンテナ型データセンタに適用すると、既存のコンテナ輸送設備が使用できる。そのため、データセンタ設置の迅速化の観点からは、たいへん有利である。こうしたコンテナ型データセンタは、工場で組み立てた後に容易に輸送できるので、生産能力を高めることも可能である。このように、コンテナ型データセンタでは、短時間で設置することが可能であり、情報処理能力を増強するため、今後採用の増加が見込まれている。
 しかし、ISO規格コンテナの狭い空間に多数のサーバを搭載したラック設置すると、空調機からの冷却風を各ラックに送風する十分な空間が確保し難い。そのため、サーバの排気を吸気してしまうショートリターンが起こり、各サーバが十分に冷却できない。また、ショートリターン対策のために冷却電力が増加する問題も生じる。そのため、サーバやネットワーク機器の排熱を効率よく冷却する技術が求められている。
 サーバの排熱を吸熱する技術として、ラックのリアドアに設けられた熱交換器内に水を流し、サーバから排出された熱を吸熱し、冷却電力を削減する方法が考えられている(特許文献1)。また、リアドアに熱交換器を設け、サーバの排熱をリアドア内の冷媒で受けることで冷媒を沸騰させ、沸騰で発生した蒸気を外部の熱交換器まで輸送し、排熱を除去する構造が提案されている(特許文献2)。更に、サーバのCPUの熱をラック上部の熱交換器に輸送し、大きな放熱器を使用することで冷却電力の削減を行う構造が提案されている(特許文献3)。他にも、冷媒を自然循環させ、大気中に熱を放出することで耐圧防爆容器中に電気装置を冷却する冷却装置が提案されている(特許文献4)。
特開2010-72993号公報 特開2012-118781号公報 特開2012-177959号公報 特開2003-28549号公報
 しかし、発明者は、上述の技術には、以下に示す問題点があることを見出した。特許文献1で開示された技術は、液体を循環させることで熱を吸熱するため、大きな循環用のポンプが必要となる。また、輸送された熱を冷却するチラーなども必要であり、大掛かりな装置が必要となる。設置スペースが制限され、かつ、輸送の便を考慮すると、コンテナ型データセンタとしては不利である。
 特許文献2に開示された技術は、沸騰する冷媒を使用し、熱を受けた冷媒が沸騰して生じた蒸気が自然循環することで、ポンプを使用することなく熱を輸送することになる。しかし、この場合もチラー等から供給される冷水が必要であるので、設備が大型化してしまう。よって、この技術をコンテナ型データセンタに適用した場合、輸送が困難となる。
 特許文献3に開示された技術は、ラックの各ブレードサーバCPU(Central Processing Unit)などに熱交換器を設け、ラック上の大きな熱交換器を利用して冷却することで、冷却電力を削減することができる。しかし、CPU上に熱交換器を設けているため、簡単にブレードサーバを交換することができない。また、コンテナ型データセンタにおいて、コンテナ外に熱交換器を設けると、CPU等の熱により気化した冷媒が通る配管が外気に触れる。そのため、冷媒の凝縮が起こりやすく、凝縮した液相が配管内を降下することで、気体した冷媒の流れを阻害し、冷却性能が低下してしまう。この、凝縮した液相が配管内を降下することで、気体した冷媒の流れを阻害し、冷却性能が低下してしまうという問題は、特許文献4でも同様である。
 本発明は上記の事情に鑑みて成されたものであり、本発明の目的は、優れた冷却特性及び可搬性を有する電子機器冷却システムを提供することである。
 本発明の一形態である電子機器冷却システムは、内部に物品を収納可能な空間を有する可搬性容器と、可搬性容器の内部に設置された電子機器が搭載された収納容器と、収納容器の側面に設けられ、液相冷媒が気化して気相冷媒となることにより収納容器の内部で発生する熱を受ける受熱器と、鉛直方向に延在して設けられ、受熱器からの気相冷媒を輸送する気相冷媒輸送手段と、可搬性容器の外部の収納容器の上方に設けられ、気相冷媒輸送手段から流れ込む気相冷媒を冷却して液相冷媒とすることにより、受熱器が受けた熱を放熱する放熱器と、放熱器からの液相冷媒を受熱器に輸送する液相冷媒輸送手段と、を備え、気相冷媒輸送手段は、気相冷媒輸送手段が可搬性容器の外部の雰囲気に暴露して気相冷媒が凝縮することで生じる冷媒液滴を捕集する液滴捕集手段を備えるものである。
 本発明の一形態である電子機器冷却システムの製造方法は、電子機器が搭載された収納容器を、内部に物品を収納可能な空間を有する可搬性容器の内部に設置し、液相冷媒が気化して気相冷媒となることにより収納容器の内部で発生する熱を受ける受熱器は、収納容器の側面に設置し、受熱器からの気相冷媒を輸送する気相冷媒輸送手段を、鉛直方向に延在して設け、気相冷媒輸送手段から流れ込む気相冷媒を冷却して液相冷媒とすることにより受熱器が受けた熱を放熱する放熱器を、可搬性容器の外部の収納容器の上方に設け、放熱器からの液相冷媒を放熱器から受熱器に輸送する液相冷媒輸送手段を設け、気相冷媒輸送手段が可搬性容器の外部の雰囲気に暴露して気相冷媒が凝縮することで生じる冷媒液滴を捕集する液滴捕集手段を、気相冷媒輸送手段に設けるものである。
 本発明によれば、優れた冷却特性及び可搬性を有する電子機器冷却システムを提供することができる。
実施の形態1にかかる電子機器冷却システム100の構造を模式的に示す斜視図である。 実施の形態1にかかる電子機器冷却システム100の構造を模式的に示す横面図である。 実施の形態1にかかる電子機器冷却システム100の要部正面図である。 気相管屈曲部6cの内部の冷媒の態様を示す透視図である。 実施の形態2にかかる電子機器冷却システム200の要部正面図である。 放熱器4を収納した場合の電子機器冷却システム200の構造を模式的に示す横面図である。 実施の形態3にかかる電子機器冷却システム300の構造を模式的に示す横面図である。
 以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面においては、同一要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。
 実施の形態1
 まず、実施の形態1にかかる電子機器冷却システム100について説明する。以下では、電子機器冷却システムは、例えばコンテナ型データセンタに適用されるものとして構成されるが、適用対象はコンテナ型データセンタには限られない。また、コンテナ型データセンタのコンテナサイズとして、ISO規格の20フィート×8フィート×8フィート6インチのコンテナ、もしくはその半分の容積の10フィート×8フィート×8フィート6インチのコンテナを想定している。しかし、コンテナの大きさはこれに限定されるものではない。更に、以下ではコンテナを用いる場合について説明するが、コンテナに限らず、内部に物品が収納可能な可搬性を有する各種の容器を適用することができる。
 図1は、実施の形態1にかかる電子機器冷却システム100の構造を模式的に示す斜視図である。図1では、コンテナ1内部の説明のため、図1の正面側の壁面を除いている。また、図2は、実施の形態1にかかる電子機器冷却システム100の構造を模式的に示す横面図である。図2では、コンテナ1内部の説明のため、コンテナ1の側面側の壁面を除いている。電子機器冷却システム100は、コンテナ1及びラック2を有する。
 電子機器の収納容器であるラック2には、サーバやネットワーク機器が搭載され、コンテナ1の内部の概略中央に設置される。図1では、一例として、ラック2が4台並んで配置されている例を示している。ラック2の一方の面側からは、コンテナ1内のサーバやネットワーク機器の冷却用空気10aを吸気する。コンテナ1とラック2とに挟まれた吸気側の空間を吸気側空間2aと称する。ラック2の他方の吸気側と対向する面側からは、コンテナ1内のサーバやネットワーク機器を冷却した暖気10bがコンテナ1外へ排気される。コンテナ1とラック2とに挟まれた排気側の空間を排気側空間2bと称する。
 ラック2の排気側空間2b側の面には、リアドア(不図示)が設けられる。リアドアには、熱交換器である受熱器3が設けられる。受熱器3は、熱伝導性が優れたアルミニウムや銅で構成されていることが望ましいが、材質はこれに限らない。コンテナ1外のコンテナ1上部には、熱交換器である放熱器4が設けられている。放熱器4は、受熱器3と同様に熱伝導率が優れたアルミニウムや銅で構成されることが望ましいが、材質はそれに限らない。受熱器3と放熱器4とは、気相管6及び液相管7で接続されている。
 続いて、受熱器3及び放熱器4の構造を詳細に説明する。図3は、実施の形態1にかかる電子機器冷却システム100の要部正面図である。図3では、コンテナ1内部の説明のため、コンテナ1の正面側の壁面を除いている。受熱器3は、複数の受熱ユニット30を有する。複数の受熱ユニット30は、リアドアの面上に、鉛直方向に並んで配置されている。
 受熱ユニット30は、ヘッダ3a、ヘッダ3b及びチューブ3cにより構成される。ヘッダ3a及びヘッダ3bは1対設けられる。ヘッダ3aは、水平方向に延在する部材である。ヘッダ3bは、水平方向に延在する部材であり、ヘッダ3aの鉛直方向下方に設けられる。チューブ3cは、冷媒が通るチューブであり、ヘッダ3aとヘッダ3bとの間を接続するように複数設けられる。なお、複数のチューブ3c内の冷媒を冷却するため、チューブ3cに、薄板状の部材で構成される放熱フィン(不図示)を設置してもよい。
 ヘッダ3aの一端は鉛直方向に延在する気相管6と接続される。気相管6は、気相冷媒が通る配管であり、後述する放熱器4に気相冷媒を送る。つまり、気相管6は、気相冷媒を輸送する機能を有する。ヘッダ3a内には、気相冷媒が通る管路が設けられる。気相冷媒は、チューブ3cからヘッダ3aに設けられた管路を通じて、気相管6に流れ込む。
 ヘッダ3bの一端は鉛直方向に延在する液相管7と接続される。液相管7は、液相冷媒が通る配管であり、後述する放熱器4から液相冷媒が流れ込む。ヘッダ3b内には、液相冷媒が通る管路が設けられる。液相冷媒は、液相管7からヘッダ3bに設けられた管路を通じて、チューブ3cに流れ込む。
 すなわち、受熱器3は、ヘッダ3bからチューブ3cを経由してヘッダ3aに至る経路で冷媒が流れる間に、チューブ3cに流れ込んだ液相冷媒が気化することでラック2を冷却する熱交換器として構成されている。受熱器3は、各受熱ユニット30により均等に受熱を行い、内部の冷媒によりサーバやネットワーク機器の排熱を吸熱する。これにより、ラック2全体としての冷却性能を向上させることができる。
 放熱器4は、ヘッダ4a、ヘッダ4b及びチューブ4cにより構成される。ヘッダ4a及びヘッダ4bは1対設けられる。ヘッダ4aは、水平方向に延在する部材である。ヘッダ4bは、水平方向に延在する部材であり、ヘッダ4aの鉛直方向下方に設けられる。チューブ4cは、冷媒が通るチューブであり、ヘッダ4aとヘッダ4bとの間を接続するように複数設けられる。なお、複数のチューブ4c内の冷媒を冷却するため、チューブ4cに、薄板状の部材で構成される放熱フィン(不図示)を設置してもよい。
 ヘッダ4aの一端は鉛直方向に延在する気相管6と接続される。気相管6には、受熱器3から気相冷媒が流れ込む。ヘッダ4a内には、気相冷媒が通る管路が設けられる。液相冷媒は、気相管6からヘッダ4aに設けられた管路を通じて、チューブ4cに流れ込む。
 ヘッダ4bの一端は鉛直方向に延在する液相管7と接続される。液相管7は、受熱器3へ液相冷媒を送る。つまり、液相管7は、液相冷媒を輸送する機能を有する。ヘッダ4b内には、液相冷媒が通る管路が設けられる。気相冷媒は、チューブ4cからヘッダ4bに設けられた管路を通じて、液相管7に流れ込む。すなわち、放熱器4は、気相冷媒がヘッダ4aからチューブ4cを経由してヘッダ4bに至る経路で流れる間に冷却されてチューブ4c内で液化する、熱交換器として構成されている。
 受熱器3、放熱器4、気相管6及び液相管7は、密閉された管路内を、例えば絶縁性の冷媒が流れるように構成される。冷媒としては、例えばHFC(Hydro Fluoro Carbon:ハイドロフルオロカーボン)やHFE(Hydro Fluoro Ether:ハイドロフルオロエーテル)を用いているが、冷媒はこれに限定されない。密閉された管路へ冷媒を注入し、真空排気などにより減圧した後、管路は封止される。
 また、コンテナ1外のコンテナ1上部には、放熱器4に冷却風を送る冷却器5などが設けられている。冷却器5は、例えばファンなどの送風機を用いることができる。なお、図1では、図面の簡略化のため、冷却器5を省略している。
 なお、上述の気相管6及び液相管7は、外部への冷媒の漏れを最小限にするため、金属管であることが望ましいが、これに限らない。また、気相管6は、液相冷媒より数百倍の体積を有する気相冷媒を流すため、液相管7より大きな径を有する配管を用いることが望ましい。
 気相管6は、上述の通り、コンテナ1内部の受熱器3とコンテナ1外部の放熱器4とを連結している。ここで、コンテナ1内部の受熱器3と連結される鉛直方向に延在する気相管を、気相管6a(第2の管とも称する)とする。コンテナ1外部の放熱器4と連結される鉛直方向に延在する気相管を、気相管6b(第1の管とも称する)とする。また、気相管6aと気相管6bとの間には、気相管屈曲部6cが設けられる。気相管屈曲部6cは、鉛直方向に延在する気相管6a及び気相管6bに対し、水平方向に屈曲した管路を有する。この例では、気相管屈曲部6cは、コンテナ1の外部に設けられる。
 液相管7は、上述の通り、コンテナ1内部の受熱器3とコンテナ1外部の放熱器4とを連結している。ここで、コンテナ1内部の受熱器3と連結される鉛直方向に延在する液相管を、液相管7a(第4の管とも称する)とする。液相管7aとヘッダ4bとの間には、液相管屈曲部7cが設けられる。液相管屈曲部7cは、鉛直方向に延在する液相管7aに対し、水平方向に屈曲した管路を有する。この例では、液相管屈曲部7cは、コンテナ1の外部に設けられる。
 続いて、電子機器冷却システム100の冷却動作について説明する。コンテナ1内のラック2に収められたサーバやネットワーク機器は、吸気側空間2aから冷気を吸い込み、内部のCPUなどの電子部品を冷却する。冷却後の暖気は、リアドアに設けられた受熱器3を通過して、排気側空間2bに排出される。その際、受熱器3では、暖気が通過する際にチューブ3c内の液相冷媒が迅速に気化し、暖気が有する熱が受熱器3により除去される。受熱器3により冷却された空気は、コンテナ1の内部を循環し、吸気側空間2aに供給される。つまり、リアドアに受熱器3を設けることで、サーバやネットワーク機器の熱がコンテナ1内に拡散することなく除去されることが理解できる。
 受熱器3のチューブ3cで気化した冷媒(気相冷媒)は、気相管6を通じて放熱器4に流入する。放熱器4に流入した気相冷媒は、放熱器4のチューブ4cを通る。チューブ4cは、コンテナ1の外部の冷気に暴露しているため、チューブ4c内の気相冷媒は冷却され、液化する(液相冷媒)。液相冷媒は、気相冷媒より密度が大きいため、重力により液相管7内を降下し、受熱器3に還流される。還流した液相冷媒は、再びサーバやネットワーク機器の排熱を除去して気化することで、放熱器4への熱の輸送に使用される。サーバやネットワーク機器で発生した熱は、コンテナ1内に拡散することなく受熱器3で除去され、コンテナ1内より冷たい外気のあるコンテナ1外で放熱されるので、高い放熱効率を実現できる。
 また、冷媒は、気体と液体の密度差を利用して受熱器3と放熱器4との間を自然循環する。そのため、ポンプなどの動力は不要であり、電子機器冷却システム100の省スペース化につながり、輸送・設置の観点から有利である。更に、冷媒循環のために消費される電力が不要であるので、ラック2の冷却に必要な電力を削減することができる。
 本構成では、放熱器4がコンテナ1外の外気中に暴露されるため、放熱器4に連結された気相管6bも外気に暴露される。外気温は気相管6bの温度よりも低いので、気相管6b内では、気相冷媒の凝縮が起こりやすく、冷媒の液滴が生じやすい。気相管6bで生じた冷媒の液滴は密度が気相冷媒より大きいので、液滴は重力に引かれて気相管6b内を降下する。つまり、液滴は、気相冷媒の流れに逆行して降下するため、気相冷媒の流れを阻害し、冷却性能が低下する事態が生じうる。
 ところが、本構成では、コンテナ1外の気相管6aと気相管6とを連結する部分に、気相管屈曲部6cが設けられている。図4は、気相管屈曲部6cの内部の冷媒の態様を示す透視図である。気相管6bを降下した冷媒液滴11は、管路61(第3の管とも称する)の下部内壁により受け止められ、液相冷媒12として付着する。管路61の下部内壁に付着した液相冷媒12は、気相管屈曲部6cの水平方向に延在する管路61の下部内壁を伝って、気相管6aに流れ込む。
 気相管6aに流れ込んだ気相冷媒は、気相管6aの内壁を伝って、下方に降下してゆく。気相管6aは、外気よりも温度が高いコンテナ1内に配置されているので、気相管6bに比べて、冷媒液滴は生じにくい。以上より、気相管6aでは、液相冷媒は内壁を伝って降下するのみであり、気相冷媒の流れ(図4の符号13)が冷媒液滴により阻害されない。これにより、外気に暴露した気相管で生じた冷媒液滴で気相冷媒の流れが阻害されることによる冷却性能の低下を防止することができる。換言すれば、気相管屈曲部6cはコンテナ1外の外気に暴露する気相管6b内部で生じる冷媒液滴を捕集する機能を有するものとして理解できる。
 気相管屈曲部6cは、受熱器3と放熱器4との間に有ればよいが、コンテナ1とコンテナ1外の外気との境界付近に置くことが望ましい。一般に、外気に触れる気相管6内は冷媒が凝縮しやすく、コンテナ1内の外気より暖かい空気に触れる気相管6内は冷媒が凝縮しにくい。そのため、凝縮した液相冷媒がコンテナ1内の気相管6に降下する直前に気相管6壁面に付着させた方が、冷媒の凝縮が起こりにくい。これにより、コンテナ1内の気相管6内を上昇する気相冷媒の流れを妨げることを防止でき、冷却性能の維持に効果的である。
 実施の形態2
 次に、実施の形態2にかかる電子機器冷却システム200について説明する。電子機器冷却システム200は、実施の形態1にかかる電子機器冷却システム100の変形例である。図5は、実施の形態2にかかる電子機器冷却システム200の要部正面図である。電子機器冷却システム200は、電子機器冷却システム100に可動連結部6d及び可動連結部7dを追加した構成を有する。
 可動連結部6dは、気相管屈曲部6cの水平方向に延在する管路61に挿入されている。可動連結部6dは、気相管屈曲部6cの水平方向の管路61の延在方向を軸方向として、回転可能に構成される。なお、可動連結部6dはOリング等を利用して密閉しながら回転できる機構を持った継手や、ベローズなどの柔軟性のある配管を利用することができるが、これには限られない。
 可動連結部7dは、液相管屈曲部7cの水平方向に延在する管路71(第5の管とも称する)に挿入されている。可動連結部7dは、液相管屈曲部7cの水平方向の管路71の延在方向を軸方向とし、かつ、可動連結部6dの回転軸と同軸で、回転可能に構成される。なお、可動連結部7dはOリング等を利用して密閉しながら回転できる機構を持った継手や、ベローズなどの柔軟性のある配管を利用することができるが、これには限られない。
 また、気相管屈曲部6cに設けられた可動連結部6dと、液相管屈曲部7cに設けられた可動連結部7dとは、同軸で回転可能に構成されている。これにより、放熱器4を、コンテナ1の上面に平行な状態に寝かせることで、折りたたんで収納することができる。図6は、放熱器4を収納した場合の電子機器冷却システム200の構造を模式的に示す横面図である。放熱器4を寝かせて収納することができるので、通常のコンテナと同等の可搬性を確保することができる。なお、図6において、冷却器5を設ける場合には、放熱器4と同様に収納可能に設ければよい。
 本構成と比較して、例えば特許文献4では、冷媒を冷却する凝縮器が防爆容器外に露出して設けられる。そのため、特許文献4に記載の技術をコンテナ型データセンタに適用すると、コンテナ外に凝縮器が設置されることとなる。よって、凝縮器は、複数のコンテナを近接して保管する、又はコンテナを輸送する際に障害物となり得る。そのため、コンテナ型データセンタの利点である可搬性を損なってしまう。これに対し、本構成では、放熱器4を折りたたんで収納可能であるので、特許文献4に記載の技術が有する上述の問題点を解決することができる。
 冷却性能を考慮した場合、ヘッダ4aの中心とヘッダ4bの中心とがの鉛直方向に並ぶように、コンテナ1の上面に対して放熱器4を直立させることが望ましい。しかし、冬場などの外気温が大幅に低いなどの場合には、可動連結部6d及び7dを利用して放熱器4をコンテナ1の上面に対して傾け、冷却能力を調整することも可能である。
 なお、上述のように、放熱器4を折りたたんで収納するには、コンテナ1の上面に平行な回転軸にて放熱器4を回転運動させる必要がある。そのためには、コンテナ1の上面に平行な方向を軸とする回転機構が必要である。ところが、本構成では、コンテナ1の上面に平行な方向(水平方向)を軸とする管路を有する気相管屈曲部6c及び液相管屈曲部7cが、コンテナ1の上面に設けられている。そして、この水平方向の管路に、可動連結部6d及び液相管屈曲部7cが設けられている。よって、本構成では、気相管屈曲部と回転機構とを別々に設ける場合と比べて、屈曲する箇所及び部品点数の削減、製造性の向上が実現でき、コストを低減することができる。
 実施の形態3
 次に、実施の形態3にかかる電子機器冷却システム300について説明する。電子機器冷却システム300は、実施の形態1にかかる電子機器冷却システム200の変形例である。図7は、実施の形態3にかかる電子機器冷却システム300の構造を模式的に示す横面図である。電子機器冷却システム300は、電子機器冷却システム200のコンテナ1の壁面に、吸気口8及び排気口9を追加した構成を有する。吸気口8及び排気口9としては、例えば開閉可能なルーバなどを用いることができる。
 吸気口8は、コンテナ1の吸気側空間2a側の壁面に設けられる。コンテナ1の外気は、吸気口8を通ってコンテナ1内に導入される。排気口9は、コンテナ1の排気側空間2b側の壁面に設けられる。コンテナ1内の空気は、排気口9を通ってコンテナ1外に排気される。
 なお、吸気口8は、コンテナ1の吸気側空間2a側の壁面の下方に設けられることが望ましい。排気口9は、コンテナ1の排気側空間2b側の壁面の上方に設けられることが望ましい。また、吸気口8には、コンテナ1の外部からのごみ等の侵入を防止するエアフィルタを設けてもよい。排気口9には、暖気を好む虫等の侵入を防ぐ防虫フィルタを設けてもよい。吸気口8及び排気口9にフィルタを設ける場合には、フィルタにより圧力損失が大きくなるため、吸気口8に吸気用ファンを設けてもよい。
 吸気口8及び排気口9としてルーバを用いる場合には、電動式モータなどを利用して遠隔操作により自由に開閉することもできる。例えば、降雨の際にルーバを閉めることで、雨水が電子機器冷却システム300内部に流入することを防止することができる。
 続いて、吸気口8及び排気口9の機能について説明する。実施の形態1で説明したように、コンテナ1内のラック2に収められたサーバやネットワーク機器は、吸気側空間2aから冷気を吸い込み、内部のCPUなどの電子部品を冷却する。冷却後の暖気は、リアドアに設けられた受熱器3を通過して、排気側空間2bに排出される。その際、受熱器3では、暖気が通過する際にチューブ3c内の液相冷媒が迅速に気化し、暖気が有する熱が受熱器3により除去される。受熱器3により冷却された空気は、コンテナ1の内部を循環し、吸気側空間2aに供給される。つまり、リアドアに受熱器3を設けることで、サーバやネットワーク機器の熱がコンテナ1内に拡散することなく除去される。
 しかし、リアドアから排出される暖気の熱を受熱器3で除去しきることは難しく、吸気側空間2aに比べて高温の暖気が排気側空間2bに排出されてしまう。受熱器3で熱を除去しきれなかった暖気は、密度差により上昇し、排気口9から自然に排出される。排気口9から暖気が排出された分だけ、コンテナ1内よりも低温の外気が吸気口8から吸入される。これにより、コンテナ1の内部で吸気口8及び排気口9を用いた自然循環による空気の流れを確保することができる。これにより、ラック2の内部だけでなく、コンテナ1内部を冷却することが可能となり、より冷却性能を高めることが可能となる。
 また、コンテナ1の外壁は、一般に建物の外壁よりも薄い金属板等で製作されており、建物の外壁よりも容易に吸気口8及び排気口9を設けることができる。更に、吸気口8及び排気口9はコンテナ外壁に設けることができるので、専用の設置スペースを別途用意する必要もなく、電子機器冷却システムの優れた可搬性を維持することが可能である。
 なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、吸気口8及び排気口9を、電子機器冷却システム100に追加することも可能である。
 上述の実施の形態では、気相管6に気相管屈曲部6cが1つ設けられる場合について説明したが、これは例示に過ぎない。よって、気相管6に、複数の気相管屈曲部6cを設けてもよい。液相管7に液相管屈曲部7cが1つ設けられる場合について説明したが、これは例示に過ぎない。よって、液相管7に、複数の液相管屈曲部7cを設けてもよい。
 上述の実施の形態では、コンテナ1内にラック2が4つ設置される場合について説明したが、これは例示に過ぎない。コンテナ1内には、コンテナの容積の範囲内で任意の個数のラック2を設置してもよい。
 また、上述の電子機器冷却システムは、データセンタのみならず、電子機器が搭載される他のシステムの冷却に適用できる。
 この出願は、2013年2月26日に出願された日本国出願特願2013-035455を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
 上記の実施の形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
 (付記1)内部に物品を収納可能な空間を有する可搬性容器と、前記可搬性容器の内部に設置された電子機器が搭載された収納容器と、前記収納容器の側面に設けられ、液相冷媒が気化して気相冷媒となることにより前記収納容器の内部で発生する熱を受ける受熱器と、鉛直方向に延在して設けられ、前記受熱器からの気相冷媒を輸送する気相冷媒輸送手段と、前記可搬性容器の外部の前記収納容器の上方に設けられ、前記気相冷媒輸送手段から流れ込む前記気相冷媒を冷却して液相冷媒とすることにより、前記受熱器が受けた熱を放熱する放熱器と、前記放熱器からの前記液相冷媒を前記受熱器に輸送する液相冷媒輸送手段と、を備え、前記気相冷媒輸送手段は、前記気相冷媒輸送手段が前記可搬性容器の外部の雰囲気に暴露して気相冷媒が凝縮することで生じる冷媒液滴を捕集する液滴捕集手段を備える、電子機器冷却システム。
 (付記2)前記気相冷媒輸送手段は、前記可搬性容器の外部で鉛直方向に延在し、前記放熱器と接続される第1の管と、前記可搬性容器の内部で鉛直方向に延在し、前記受熱器と接続される第2の管と、を更に備え、前記液滴捕集手段は、前記第1の管と前記第2の管との間に挿入される、付記1に記載の電子機器冷却システム。
 (付記3)前記液滴捕集手段は、鉛直方向と直交する方向に延在して設けられ、一端が前記第1の管の下端と接続され、他端が前記第2の管と接続される第3の管を更に備え、前記第1の管を降下してくる前記冷媒液滴が、前記第3の管の下方側の内壁で受け止められる、付記2に記載の電子機器冷却システム。
 (付記4)前記第3の管は、前記可搬性容器の外部に設けられる、付記3に記載の電子機器冷却システム。
 (付記5)前記液相冷媒輸送手段は、前記可搬性容器の内部で鉛直方向に延在し、前記受熱器と接続される第4の管と、前記可搬性容器の外部で、一端が前記第4の管の上端と接続され、他端が前記放熱器と接続される第5の管を備え、前記第3の管と前記第5の管とは、同軸の位置に配置される、付記4に記載の電子機器冷却システム。
 (付記6)前記放熱器は、前記第3の管及び前記第5の管の中心軸を回転軸として回転可能に構成される、付記5に記載の電子機器冷却システム。
 (付記7)前記気相冷媒輸送手段は、前記第3の管に挿入され、前記放熱器側の前記第3の管を軸周りに回転させるように構成される第1の可動部を更に備え、前記液相冷媒輸送手段は、前記第5の管に挿入され、前記放熱器側の前記第5の管を軸周りに回転させるように構成される第2の可動部を更に備える、付記6に記載の電子機器冷却システム。
 (付記8)前記可搬性容器の側面に設けられ、前記可搬性容器の外部から空気を取り入れる吸気口と、前記可搬性容器の側面に設けられ、前記可搬性容器の外部へ空気を排出する排気口と、を更に備える、付記1乃至7のいずれか一に記載の電子機器冷却システム。
 (付記9)前記吸気口は、前記収納容器が吸気する側の前記可搬性容器の壁面に設けられ、前記排気口は、前記収納容器が排気する側の前記可搬性容器の壁面に設けられる、付記8に記載の電子機器冷却システム。
 (付記10)前記吸気口は、前記排気口よりも鉛直方向の下方に設けられる、付記8又は9に記載の電子機器冷却システム。
 (付記11)電子機器が搭載された収納容器を、内部に物品を収納可能な空間を有する可搬性容器の内部に設置し、液相冷媒が気化して気相冷媒となることにより前記収納容器の内部で発生する熱を受ける受熱器は、前記収納容器の側面に設置し、前記受熱器からの気相冷媒を輸送する気相冷媒輸送手段を、鉛直方向に延在して設け、前記気相冷媒輸送手段から流れ込む前記気相冷媒を冷却して液相冷媒とすることにより前記受熱器が受けた熱を放熱する放熱器を、前記可搬性容器の外部の前記収納容器の上方に設け、前記放熱器からの前記液相冷媒を前記放熱器から前記受熱器に輸送する液相冷媒輸送手段を設け、前記気相冷媒輸送手段が前記可搬性容器の外部の雰囲気に暴露して気相冷媒が凝縮することで生じる冷媒液滴を捕集する液滴捕集手段を、前記気相冷媒輸送手段に設ける、電子機器冷却システムの製造方法。
 1 コンテナ
 2 ラック
 2a 吸気側空間
 2b 排気側空間
 3 受熱器
 3a、3b、4a、4b ヘッダ
 3c、4c チューブ
 4 放熱器
 5 冷却器
 6、6a、6b 気相管
 6c 気相管屈曲部
 6d 可動連結部
 7、7a 液相管
 7c 液相管屈曲部
 7d 可動連結部
 8 吸気口
 9 排気口
 11 冷媒液滴
 12 液相冷媒
 13 気相冷媒の流れ
 30 受熱ユニット
 61、71 管路
 100、200、300 電子機器冷却システム

Claims (11)

  1.  内部に物品を収納可能な空間を有する可搬性容器と、
     前記可搬性容器の内部に設置された電子機器が搭載された収納容器と、
     前記収納容器の側面に設けられ、液相冷媒が気化して気相冷媒となることにより前記収納容器の内部で発生する熱を受ける受熱器と、
     鉛直方向に延在して設けられ、前記受熱器からの気相冷媒を輸送する気相冷媒輸送手段と、
     前記可搬性容器の外部の前記収納容器の上方に設けられ、前記気相冷媒輸送手段から流れ込む前記気相冷媒を冷却して液相冷媒とすることにより、前記受熱器が受けた熱を放熱する放熱器と、
     前記放熱器からの前記液相冷媒を前記受熱器に輸送する液相冷媒輸送手段と、を備え、
     前記気相冷媒輸送手段は、前記気相冷媒輸送手段が前記可搬性容器の外部の雰囲気に暴露して気相冷媒が凝集することで生じる冷媒液滴を捕集する液滴捕集手段を備える、
     電子機器冷却システム。
  2.  前記気相冷媒輸送手段は、
     前記可搬性容器の外部で鉛直方向に延在し、前記放熱器と接続される第1の管と、
     前記可搬性容器の内部で鉛直方向に延在し、前記受熱器と接続される第2の管と、を更に備え、
     前記液滴捕集手段は、前記第1の管と前記第2の管との間に挿入される、
     請求項1に記載の電子機器冷却システム。
  3.  前記液滴捕集手段は、
     鉛直方向と直交する方向に延在して設けられ、一端が前記第1の管の下端と接続され、他端が前記第2の管と接続される第3の管を更に備え、
     前記第1の管を降下してくる前記冷媒液滴が、前記第3の管の下方側の内壁で受け止められる、
     請求項2に記載の電子機器冷却システム。
  4.  前記第3の管は、前記可搬性容器の外部に設けられる、
     請求項3に記載の電子機器冷却システム。
  5.  前記液相冷媒輸送手段は、
     前記可搬性容器の内部で鉛直方向に延在し、前記受熱器と接続される第4の管と、
     前記可搬性容器の外部で、一端が前記第4の管の上端と接続され、他端が前記放熱器と接続される第5の管を備え、
     前記第3の管と前記第5の管とは、同軸の位置に配置される、
     請求項4に記載の電子機器冷却システム。
  6.  前記放熱器は、前記第3の管及び前記第5の管の中心軸を回転軸として回転可能に構成される、
     請求項5に記載の電子機器冷却システム。
  7.  前記気相冷媒輸送手段は、前記第3の管に挿入され、前記放熱器側の前記第3の管を中心軸周りに回転させるように構成される第1の可動部を更に備え、
     前記液相冷媒輸送手段は、前記第5の管に挿入され、前記放熱器側の前記第5の管を中心軸周りに回転させるように構成される第2の可動部を更に備える、
     請求項6に記載の電子機器冷却システム。
  8.  前記可搬性容器の側面に設けられ、前記可搬性容器の外部から空気を取り入れる吸気口と、
     前記可搬性容器の側面に設けられ、前記可搬性容器の外部へ空気を排出する排気口と、を更に備える、
     請求項1乃至7のいずれか一項に記載の電子機器冷却システム。
  9.  前記吸気口は、前記収納容器が吸気する側の前記可搬性容器の壁面に設けられ、
     前記排気口は、前記収納容器が排気する側の前記可搬性容器の壁面に設けられる、
     請求項8に記載の電子機器冷却システム。
  10.  前記吸気口は、前記排気口よりも鉛直方向の下方に設けられる、
     請求項8又は9に記載の電子機器冷却システム。
  11.  電子機器が搭載された収納容器を、内部空間が密閉可能な可搬性容器の内部に設置し、
     液相冷媒が気化して気相冷媒となることにより前記収納容器の内部で発生する熱を受ける受熱器は、前記収納容器の側面に設置し、
     前記受熱器からの気相冷媒を輸送する気相冷媒輸送手段を、鉛直方向に延在して設け、
     前記気相冷媒輸送手段から流れ込む前記気相冷媒を冷却して液相冷媒とすることにより前記受熱器が受けた熱を放熱する放熱器を、前記可搬性容器の外部の前記収納容器の上方に設け、
     前記放熱器からの前記液相冷媒を前記放熱器から前記受熱器に輸送する液相冷媒輸送手段を設け、
     前記気相冷媒輸送手段が前記可搬性容器の外部の雰囲気に暴露して気相冷媒が凝集することで生じる冷媒液滴を捕集する液滴捕集手段を、前記気相冷媒輸送手段に設ける、
     電子機器冷却システムの製造方法。
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