JP5268855B2 - ラックおよび情報処理機器収容設備 - Google Patents

Description

本発明は、ラックおよび情報処理機器収容設備に関する。

下記の特許文献１には、情報処理機器を高密度に収容したラックに冷却風を導入して、情報処理機器を積極的に冷却する情報処理機器収容設備が記載されている。また、情報処理機器の各々に軸流ファン等が設けられている場合に、当該軸流ファンの過負荷を防止する目的で、供給する冷却風の風圧増加を制限することが提案されている。

特開２００７−３１６９８９号公報

しかしながら、冷却風の一部を、情報処理機器の冷却に用いることなく排出することは、冷却風を発生する段階で消費したエネルギの一部が無駄になる。

そこで、上記課題を解決すべく、本発明の第一態様として、排気ファンを有する情報処理機器を収容するラック本体と、冷却風をラックの前面に導入する導入部と、冷却風がラック本体に導入されて排気ファンにより排出された排気を、ラックの背面から外部に排出する排出部と、導入部に供給された冷却風の一部を排出することにより、ラック本体に導入される冷却風の総圧を調節する圧力調節部と、圧力調節部から排出された冷却風を導入部に環流させる環流部とを備えるラックが提供される。

また、本発明の第二態様として、排気ファンを有する情報処理機器を収容するラック本体と、冷却風を供給する冷却風供給部と、冷却風供給部から供給された冷却風をラック本体の前面に導入する導入部と、冷却風がラック本体に導入されて排気ファンにより排出された冷却風を、ラックの背面から外部に排出する排出部と、導入部に供給された冷却風の一部を導入部から排出することにより、ラック本体に導入される冷却風の総圧の増加を制限する圧力調節部と、圧力調節部から排出された冷却風を導入部に環流させる環流部とを備える情報処理機器収容設備が提供される。

上記発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションも発明となり得る。

収容設備１００全体の斜視図である。 収容設備１００の一部を除いた斜視図である。 収容設備１００の一部を除いた斜視図である。 収容設備１００の断面図である。 収容設備１００の断面図である。 収容設備１００の断面図である。 収容設備１００の断面図である。 アスピレータ１８０の断面図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、収容設備１００全体の斜視図である。収容設備１００は、建築物の内部に配された収容室１１０内に構築され、空気調和装置１２０、ラック本体１３０、冷却風導入部１５０および環流部１７０を含む。

収容室１１０は、躯体のスラブ１１２から間隔をおいて配された浮き床１１４を有する。これにより、スラブ１１２および浮き床１１４の間には、冷却風を流通させる床下ダクト１１３が形成される。空気調和装置１２０、ラック本体１３０、冷却風導入部１５０および環流部１７０は、浮き床１１４の上に載置される。

収容室１１０において、互いに対向する一対の側壁の近傍には、一対の空気調和装置１２０が配される。空気調和装置１２０の各々は、収容室１１０内部の空気を、上面の回収部１２２から吸引して冷却した後に、冷却風として床下ダクト１１３に噴出する。これにより、冷却風は、床下ダクト１１３を通じて、後述するコールドアイル１０２に圧送される。

なお、空気調和装置１２０は、収容室１１０の外部に連通する外気導入部１２４も有する。従って、空気調和装置１２０は、他の部屋の空気あるいは外気の温度が十分に低い場合は、回収部１２２から吸入する空気に加えて外気を導入することもできる。これにより、空気調和装置１２０が冷却風を冷却する場合に消費するエネルギを抑制することができる。

一対の空気調和装置１２０の間には、互いに対向するラック本体１３０が配される。個々のラック本体１３０は縦長で複数のケース１４０を収容できる。図示の状態では、ラック本体１３０のそれぞれに複数のケース１４０が収容される。図中に見えるケース１４０の後端には、それぞれ排気ファン１４２が配される。なお、ラック本体１３０においてケース１４０がマウントされていない場所は、ブランクパネル１４８により封じられている。

このようなラック本体１３０を隣接して形成された列を更に向かい合わせに配することにより、収容室１１０には多数のラックマウント機器を高密度に収容できる。図示のラック本体１３０は、例えば、６Ｕサイズのケース１４０を７基まで収容できる４２Ｕの高さを有する。このようなラック本体１３０を８本ずつ並べた列を向かい合わせに配置することにより、６Ｕサイズのケース１４０を１１２基収容できる。

互いに対向するラック本体１３０の間に形成されたコールドアイル１０２の上面は、トップカバー１５２により封止される。また、コールドアイル１０２の側面は、それぞれ一対のドア１５４により封止される。これにより、トップカバー１５２およびドア１５４は、ラック本体１３０のそれぞれに対して前側の領域にコールドアイル１０２を封じ込めた冷却風導入部１５０を形成して、冷却風をラック本体１３０内部の冷却に効率よく利用させる。環流部１７０は、トップカバー１５２の内側と、床下ダクト１１３とを連通させる複数の環流ダクト１７２を含む。環流部１７０における環流ダクト１７２以外の要素は、この図には現れていない。

図２は、収容設備１００の一部を除いた斜視図である。即ち、図２は、図１に示す収容設備１００から、図中で手前側になる環流ダクト１７２を取り除いた状態を示す。なお、図１と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

図２では、複数のラック本体１３０が、それぞれに異なる数のケース１４０を収容していることが見て取れる。また、図示の状態では、空いているスペースがラック本体１３０の上端に配されているが、途中の段あるいは下端の段に空きスペースが配される場合もある。しかしながら、ラック本体１３０の安定性を配慮した場合、空きスペースを上段に配することが好ましい。

ラック本体１３０に収容されたケース１４０の各々は、ケース１４０の内部の熱気を排出する排気ファン１４２を有する。これにより、ケース１４０から排出された熱気、即ち、情報処理装置の排気は、ラック本体１３０の背面（図中では手前側および奥側）に、熱気が分布するホットアイル１０４を形成する。ホットアイル１０４に排出された熱気は、回収部１２２から空気調和装置１２０に回収されて冷却され、再び冷却風となる。

また、図２では、環流ダクト１７２を除去したことにより、トップカバー１５２の側面に調圧ベント１６０が現れている。また、同様に、環流ダクト１７２を除去したことにより浮き床１１４に複数の通気穴１１８が現れている。

調圧ベント１６０は、トップカバー１５２の内側に連通する。また、通気穴１１８は、床下ダクト１１３に連通する。これにより、調圧ベント１６０および通気穴１１８の間に環流ダクト１７２を装着した場合は、トップカバー１５２内側のコールドアイル１０２と、床下ダクト１１３とが連通する。

図３は、収容設備１００の一部を除いた斜視図である。即ち、図３は、図２に示す収容設備１００から、更に、手前側のラック本体１３０と、トップカバー１５２とを取り除いた状態を示す。なお、図１と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

図３では、浮き床１１４に設置した複数のラック本体１３０の列の間に、グレーチング部１１６が配されていることが判る。グレーチング部１１６は、格子状に組んだ鋼材により形成され、浮き床１１４の上面と床下ダクト１１３とを連通させる。これにより、空気調和装置１２０から床下ダクト１１３に供給された冷却風は、グレーチング部１１６からラック本体１３０の前に圧送され、コールドアイル１０２を形成する。

また、グレーチング部１１６は高い強度を有するので、人あるいは機材が上に載っても差し支えない。これにより、ユーザは、グレーチング部１１６から冷却風１１６を噴出させつつ、グレーチング部１１６の上に載ってラック本体１３０を保守できる。

図４は、収容設備１００の断面図である。図４においても、図１から図３までに示した収容設備１００と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

図示していない空気調和装置１２０からは、収容室１１０の床下ダクト１１３に対して冷却風が圧送される。互いに対向するラック本体１３０の間において、浮き床１１４にはグレーチング部１１６が配される。従って、グレーチング部１１６からは、冷却風導入部１５０に対して冷却風が噴出してコールドアイル１０２を形成する。

図中でコールドアイル１０２の側方に位置するラック本体１３０には、それぞれ複数のケース１４０が収容される。ケース１４０の各々は、そのフロントパネル１４４を、ラック本体１３０のラックレール（図示されていない）に固定することによりラック本体１３０に支持される。ケース１４０の各々は、複数のブレードサーバ１４６を、ケース１４０の底板およびフロントパネル１４４に直交する向きに実装される。

また、ケース１４０のフロントパネル１４４の各々はルーバを有し、ラック本体１３０の間に形成されたコールドアイル１０２からケース１４０内に冷却風を導入する。また、ケース１４０の後端に配された排気ファン１４２は、ケース１４０の内部でブレードサーバ１４６を冷却して熱気となった冷却風を、ラック本体１３０の背面側に排出する。

なお、ラック本体１３０においてケース１４０が収容されていないスペースは、ブランクパネル１４８により封止されている。これにより、ブレードサーバ１４６の冷却に寄与することなく、冷却風導入部１５０から冷却風が排出されることが防止される。

なお、ラック本体１３０が収容する情報処理機器はブレードサーバ１４６に限られるわけではない。例えば、スイッチ、ハブ、ルータ等の通信装置の他、ＵＰＳ（無停電電源装置）、キーボード等の操作装置、表示装置等が併せて収容される場合もある。

冷却風導入部１５０は、１１６からの冷却風を情報処理装置が収容されたラック内部に導入するために、ラック本体１３０の前面に設けられる。冷却導入部１５０は、対向するラックと、開閉扉と、トップカバーにより覆われることで形成された空間である。尚、対向するラックでなくとも、一つのラックと壁や天井で冷却風導入部１５０を形成することとしてもよい。

冷却風導入部１５０の上部は、トップカバー１５２により封止される。これにより、冷却風導入部１５０内に圧送された冷却風は、専らケース１４０を通じて排気ファン１４２により排出される。従って、冷却風を効率よくブレードサーバ１４６の冷却に使用できる。

トップカバー１５２の側面には、複数の調圧ベント１６０が配される。調圧ベント１６０は、開口１６２、ヒンジ１６４およびフラップ１６６を含む。開口１６２は、トップカバー１５２を貫通して設けられ、冷却風導入部１５０の内外を連通させる。ヒンジ１６４は、トップカバー１５２の外面において開口１６２の上側に配され、フラップ１６６を回動自在に吊り下げる。

ヒンジ１６４から吊り下げられたフラップ１６６は、例えば、可撓性を有するシート部材により形成される。フラップ１６６は、外力を受けない場合は開口１６２を封止し、コールドアイル１０２の気圧や風圧が高くなった場合は、受けた圧力に応じて撓む。これにより、トップカバー１５２の内側から冷却風が排出される。

ここで、フラップ部１６６は、コールドアイル１０２の気圧や風圧が所与の範囲となるように設計、調整される。これにより、冷却風導入部１５０における冷却風の総圧力が、フラップ１６６の開放圧を越えることが規制され、コールドアイル１０２の気圧や風圧が著しく上昇することが防止される。

例えば、企業の業務終了時刻にブレードサーバ１４６に対する負荷が大きく低下すると多数の排気ファン１４２が一斉に停止して、冷却風導入部１５０からの冷却風排出量が低下する。このために冷却風導入部１５０内部における冷却風の総圧力が過剰に大きくなると、排気ファン１４２に予期せぬ負荷がかかる場合がある。この点からも冷却風の過剰な流通は制限されることが好ましい。

調圧ベント１６０から排出された冷却風は、環流ダクト１７２を通じて、床下ダクト１１３に導かれる。ここで、環流ダクト１７２を含む環流部１７０は、軸流ファン１７４、チェックバルブ１７６および断熱材１７８を更に含む。

軸流ファン１７４は、環流ダクト１７２内部の冷却風に対して、調圧ベント１６０側から通気穴側に向かって流れる圧力を生じる。これにより、調圧ベント１６０から排出された冷却風は、床下ダクト１１３に戻されて、最終的には再び冷却風導入部１５０に供給される。チェックバルブ１７６は、床下ダクト１１３から冷却風が環流ダクト１７２に逆流することを防止する。

このように、環流部１７０を設けることにより、空気調和装置１２０が生成したにもかかわらず、ブレードサーバ１４６の冷却に寄与することなく冷却風導入部１５０から排出された冷却風を、無駄にすることなく利用できる。なお、断熱材１７８は、環流ダクト１７２を流れる冷却風が、ホットアイル１０４を流れる熱気に加熱されることを防止する。これにより、収容設備１００全体のエネルギ効率を更に向上させることができる。

なお、上記の例では、ラックレールにケース１４０のフロントパネル１４４をマウントする構造のラック本体１３０について記載した。しかしながら、ラック本体１３０の構造が図示の構造に限られるわけではなく、例えば、ラック本体１３０は、個別に筐体を有するサーバを載せる複数の棚板を有する構造を有していてもよい。

また、ラック本体１３０に収容されるサーバも、ケース１４０に収容するブレードサーバ１４６とは限らない。例えば、ブレードサーバ１４６に換えて、個別に筐体を有するサーバをラックレールに直接マウントする構造であってもよい。

図５は、他の構造を有する収容設備１００の断面図である。ただし、図１から図４までに示した収容設備１００と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

この収容設備１００において、環流部１７０は、調圧ベント１６０を備えたブランクパネル１４８を含む。一方、トップカバー１５２には、調圧ベント１６０は配されていない。このため、環流ダクト１７２の上端は、トップカバー１５２ではなく、調圧ベント１６０を備えたブランクパネル１４８の背面に連通する。

このような構造により、トップカバー１５２の構造を単純にできると共に、トップカバー１５２の高さを小さくできる。また、収容設備１００に収容したケース１４０、ブレードサーバ１４６等の数に応じてブランクパネル１４８を交換することにより、調圧ベント１６０の排気容量を適切に設定できる。

なお、収容設備１００は、調圧ベント１６０を有するトップカバー１５２と、調圧ベント１６０を有するブランクパネル１４８とを併用する構造としてもよい。これにより、調圧ベント１６０における冷却風の排気抵抗を低くして、冷却風導入部１５０の圧力調節の応答速度を向上させることができる。

図６は、また他の構造を有する収容設備１００の断面図である。ただし、他の図に示した収容設備１００と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

この収容設備１００において、環流部１７０は、冷却風導入部１５０の内側に配される。環流ダクト１７２は、複数の調圧ベント１６０を上端に有する。環流ダクト１７２の下端は、グレーチング部１１６の一部を介して床下ダクト１１３に連通する。

調圧ベント１６０は、開口１６２、ヒンジ１６４およびフラップ１６６を含む。開口１６２は、冷却風導入部１５０を、環流ダクト１７２の内部に連通させる。ヒンジ１６４は、環流ダクト１７２の内側において、開口１６２の上方に配される。フラップ１６６は、ヒンジ１６４から回動自在に吊り下げられる。

上記のような構造により、冷却風導入部１５０の内部において冷却風の総圧が上昇した場合にフラップ１６６が自重に抗して回動し、冷却風の一部が環流ダクト１７２に排出される。これにより、冷却風導入部１５０における冷却風の総圧力（気圧及び風圧）が、フラップ１６６の開放圧を越えて上昇することが防止される。

なお、このような構造により、環流ダクト１７２を大幅に短くすることができる。また、環流ダクト１７２が、冷却風導入部１５０内のコールドアイル１０２を通るので、断熱材１７８を省くことができる。

また、調圧ベント１６０を含む環流部１７０がひとつにまとまっているので、環流部１７０を備えていない収容設備１００に環流部１７０を簡単に追加できる。更に、要求に応じて、設置する環流部１７０の数を容易に調節できる。

図７は、また他の構造を有する収容設備１００の断面図である。ただし、他の図に示した収容設備１００と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

この収容設備１００においても、複数の調圧ベント１６０を上端に有する環流部１７０は、冷却風導入部１５０の内側に配される。調圧ベント１６０は、図６に示した調圧ベント１６０と共通の構造を有する。

一方、環流ダクト１７２の下端は封止され、軸流ファン１７４およびチェックバルブ１７６に換えて、複数のアスピレータ１８０が配される。アスピレータ１８０の各々は、グレーチング部１１６から噴出される冷却風の流れに沿って配される。

図８は、アスピレータ１８０の断面図である。アスピレータ１８０は、ベンチュリ管１８２および導入管１８４を含む。

ベンチュリ管１８２は、冷却風導入部１５０の内部に両端を開口する。ベンチュリ管１８２は、相対的に内径が大きい流入部１８１および流出部１８５を端部近傍に有する。また、ベンチュリ管１８２は、相対的に内径が小さい細径部１８３を、流入部１８１および流出部１８５の間に有する。流入部１８１、細径部１８３および流出部１８５は、この順に、互いに連通する。導入管１８４は、一端を環流ダクト１７２の内側に、他端をベンチュリ管１８２の細径部１８３の内側に、それぞれ連通する。

冷却風導入部１５０の内部において、グレーチング部１１６の直上には、床下ダクト１１３から冷却風導入部１５０に供給される冷却風が、常に上方に向かって流れる気流を生じている。従って、グレーチング部１１６の近傍にアスピレータ１８０を配した場合、流入部１８１には冷却風が定常的に流れ込む。

流入部１８１に流れ込んだ冷却風は、細径部１８３に至って流速を上昇させる。これにより、細径部１８３の内部は低圧になり、導入管１８４を通じて環流ダクト１７２の内部を吸引する。これにより、環流ダクト１７２内部の冷却風は、ベンチュリ管１８２の内部に吸い出される。

環流ダクト１７２からベンチュリ管１８２に吸い出された冷却風は、ベンチュリ管１８２の流出部１８５から冷却風導入部１５０に排出される。こうして、調圧ベント１６０から環流ダクト１７２に排出された冷却風は、再び冷却風導入部１５０に戻される。また、グレーチング部１１６から冷却風が噴出している限り、ベンチュリ管１８２の細径部１８３が低圧になるので、導入管１８４を通じて冷却風が環流ダクト１７２に逆流することはない。

このように、アスピレータ１８０を備えた環流部１７０は、外部から電力等を供給されることなく、調圧により排出された冷却風を環流させる機能を有する。従って、電力等の供給を配慮することなく、更に容易に設置できる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置における動作の順序は、特段明示していない限り、また、動作順序が動作自体に支障を来さない限り、任意の順序で実現し得る。明細書において便宜上、「まず」、「次に」等と記載していても、当該記載は順序を限定するものではない。

１００ 収容設備、１０２ コールドアイル、１０４ ホットアイル、１１０ 収容室、１１２ スラブ、１１３ 床下ダクト、１１４ 浮き床、１１６ グレーチング部、１１８ 通気穴、１２０ 空気調和装置、１２２ 回収部、１２４ 外気導入部、１３０ ラック本体、１４０ ケース、１４２ 排気ファン、１４４ フロントパネル、１４６ ブレードサーバ、１４８ ブランクパネル、１５０ 冷却風導入部、１５２ トップカバー、１５４ ドア、１６０ 調圧ベント、１６２ 開口、１６４ ヒンジ、１６６ フラップ、１７０ 環流部、１７２ 環流ダクト、１７４ 軸流ファン、１７６ チェックバルブ、１７８ 断熱材、１８０ アスピレータ、１８１ 流入部、１８２ ベンチュリ管、１８３ 細径部、１８４ 導入管、１８５ 流出部

Claims (7)

1. 排気ファンを有する情報処理機器を収容するラック本体と、
   冷却風供給部から供給された冷却風を封止して前記ラック本体の前面に導入する導入部と、
   前記冷却風の一部が前記ラック本体に導入されて前記排気ファンにより排出された排気を、前記ラック本体の背面から外部に排出する排出部と、
   前記導入部に供給された冷却風の前記冷却に使用されていない一部を排出することにより、前記ラック本体に導入される冷却風の総圧を調節する圧力調節部と、
   前記圧力調節部から排出された冷却風を、前記冷却風供給部による冷却後の空気に、前記冷却風供給部を介さずに混合して前記導入部に環流させる環流部と
   を備えるラック。
2. 前記環流部は、前記圧力調節部から排出された冷却風を前記導入部に向かって押し出すポンプを有する請求項１に記載のラック。
3. 前記環流部は、前記導入部の内部を通過して、前記導入部の上流側に前記冷却風を環流させる環流路を有する請求項１または請求項２に記載のラック。
4. 前記圧力調節部は、前記ラック本体に設けられた複数の収容部のうち情報処理機器が収容されていない収容部に収容される請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のラック。
5. 前記環流部は、前記圧力調節部を介して前記導入部に一端が連通し、前記環流部を環流する冷却風を断熱する断熱材を有する環流ダクトを含む請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のラック。
6. 排気ファンを有する情報処理機器を収容するラック本体と、
   冷却風を供給する冷却風供給部と、
   前記冷却風供給部から供給された冷却風を封止して前記ラック本体の前面に導入する導入部と、
   前記冷却風の一部が前記ラック本体に導入されて前記排気ファンにより排出された冷却風を、前記ラック本体の背面から外部に排出する排出部と、
   前記導入部に供給された冷却風の前記冷却に使用されていない一部を前記導入部から排出することにより、前記ラック本体に導入される冷却風の総圧の増加を制限する圧力調節部と、
   前記圧力調節部から排出された冷却風を、前記冷却風供給部による冷却後の空気に、前記冷却風供給部を介さずに混合して前記導入部に環流させる環流部と
   を備える情報処理機器収容設備。
7. 前記冷却風供給部は、大気を含む冷却風を供給する請求項６に記載の情報処理機器収容設備。

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