JP5857964B2 - 電子機器冷却システム - Google Patents
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Description
特許文献3には、第2の熱輸送部材及び放熱部材が冷凍サイクルを構成しても良いことが開示されている。
さらに、本発明によれば、凝縮器が蒸発器より上方に配置されるため、凝縮器の内部の液面の高さが蒸発器の内部の液面の高さより高くなる。これにより、凝縮器の内部に貯留する液体溶媒は、重力によって液体流路を伝い、蒸発器へ流入する。他方、蒸発器の内部に貯留する気体溶媒は、重力によって気体流路を伝い、凝縮器へ流入する。そのため、本発明による電子機器冷却システムは、圧縮機を備えなくても、凝縮器と蒸発器との間で冷媒を循環させることができる。
《第1の実施形態》
図1は、本発明の第1の実施形態による電子機器冷却システム(電子機器冷却装置)の斜視図である。
電子機器冷却システムは、電子機器の排熱によって温められた空気を冷却するシステムである。
図1に示すように、電子機器冷却システムは、複数の蒸発器1と複数の凝縮器2とを備える。蒸発器1は、内部に貯留する冷媒と電子機器が送出する空気との熱交換によって冷媒を気化させる。凝縮器2は、内部に貯留する冷媒を液化させる。
蒸発器1は、電子機器を収納する収納ラック5内に設けられ、冷媒の気化潜熱によって電子機器から送出された空気を冷却する。
凝縮器2は、収納ラック5を格納するデータセンタやサーバルームに設けられた空調機用の冷水配管6(冷却管)の表面において、蒸発器1より高い位置に取り付けられる。凝縮器2は、内部に貯留する冷媒を冷却することで気体冷媒を液体に相変化させる。このとき、冷水配管6を流れる冷水の温度は、凝縮器2の内部に貯留する冷媒の沸点より低い。
凝縮器2が取り付けられる冷水配管6は、収納ラック5を格納するデータセンタやサーバルームとそのデータセンタまたはサーバルームの外側とに跨って配設される。即ち、冷水配管6は、少なくともその一部がデータセンタまたはサーバルームの外側に露呈している。
蒸発器1は、電子機器7を収納する収納ラック5内に設けられる。収納ラック5は、外郭を形成する筐体51と、筐体51の前側に設けられて電子機器7を載置するための複数の載置棚52と、筐体51の後側に設けられ開閉自在なリアドア53とを備える。蒸発器1は収納ラック5の載置棚52とリアドア53との間に積載される。
載置棚52に載置される電子機器7には、電子機器7の排熱を電子機器7外へ送出するための送風機が搭載されている。この電子機器7は、電子機器7から送出された空気が蒸発器1を介して筐体51の外に排出されるように載置棚52に載置される。
蒸発器1には、気体冷媒Gと液体冷媒Lとが貯留されている。蒸発器1は、チューブ3に接続された下部容器11と、チューブ4に接続された上部容器12と、下部容器11と上部容器12とを繋ぐ蒸発管13とを備える。図1に示すように、下部容器11と上部容器12とは複数の蒸発管13によって接続されている。蒸発管13同士の間には、受熱フィン14が設けられている。受熱フィン14は、コルゲーテッドフィン等であり、電子機器7が送出する空気と蒸発管13内に貯留された冷媒との熱交換を促進する。蒸発器1の各部品は、銅やアルミニウムなどの熱伝導率の高い金属で形成される。
受熱フィン14は、ロウ付けや半田付けにより、蒸発管13と接合される。受熱フィン14のフィンピッチを小さくする(すなわち、フィン同士の隙間を狭くする)ことで、冷媒が蒸発する際に空気から吸収する潜熱の熱輸送量を増やすことが出来る。一方、受熱フィン14のフィンピッチを小さくすると、電子機器7から送出される空気の通風抵抗が増加し、風速が低下する。そのため、電子機器7のLSIやIC等の部品の動作温度が、許容温度を超えない程度の通風抵抗となるようにフィンを形成しておく必要がある。
凝縮器2には、気体冷媒Gと液体冷媒Lとが貯留されている。凝縮器2は、銅やアルミニウムなどの熱伝導率が高い金属で形成されている。凝縮器2は、チューブ4から冷媒が流入する流入孔21と、チューブ3に冷媒を流出させる流出孔22とが形成される。凝縮器2の内壁のうち、冷水配管6に面する箇所には、放熱フィン23が螺子止めされる。放熱フィン23は、冷水配管6を流れる冷水と凝縮器2の内部に貯留する冷媒との熱交換を促進する。
放熱フィン23は、銅やアルミニウムなどの熱伝導率が高い金属で形成されたプレート型フィンやピンフィン構造など冷媒との接触面積を増大させる構造を有する。
凝縮器2は、放熱フィン23と冷水配管6との熱交換の効率を上げるため、TIM(Thermal interface material)24を介して冷水配管6に取り付けられる。すなわち、TIM24は、凝縮器2と冷水配管6との間に設けられている。TIM24には、グリースタイプ、シートタイプなど、熱伝導率が高ければどのようなタイプのTIMを用いても良い。
収納ラック5に収納された電子機器7が排熱によって温められた空気を送出すると、その空気は、蒸発器1及びリアドア53を介して収納ラック5外に排出される。
この空気が蒸発器1を通過する際、空気の熱は、蒸発器1の受熱フィン14を介して蒸発管13に伝達される。蒸発管13に伝達された熱は、蒸発管13内部に貯留された冷媒の温度を上昇させる。上述したように、蒸発器1と凝縮器2と1対のチューブ3、4とから構成される気密系の内圧は、大気圧より低くなっている。このため、受熱フィン14からの熱により冷媒の温度が沸点を超え、液体冷媒は蒸発する。
このとき、液体冷媒は、気体に相変化するために電子機器7が送出する空気から潜熱を吸収する。これにより、電子機器7が送出した空気の温度を下げることができ、電子機器7が載置された部屋の空気温度の上昇を抑えることができる。
凝縮器2に流入した気体冷媒は、凝縮器2の内部に設けられた放熱フィン23及びTIM24を介して、冷水配管6を流れる冷水に熱を放出する。放熱フィン23に熱を放出することで、気体冷媒の温度は沸点を下回り、気体冷媒は凝縮する。このとき、気体冷媒は、液体に相変化するために冷水配管6に潜熱を与える。冷水配管6に与えられた熱は、冷水配管6を流れる冷水に伝達され、冷水の流れによってデータセンタやサーバルームの外へ排出される。
蒸発器1と凝縮器2とを接続する1対のチューブ3、4は、図5Aに示すように、水平線に対して下に凸に撓んだ箇所を有しないことが望ましい。即ち、チューブ3、4は、凝縮器2から蒸発器1に向かうに従って漸次下方に延在することが望ましい。
図5Bに示すように、チューブ3が水平線に対して下に凸に撓んでいる場合、点線Aで囲った部分を液体冷媒が重力に逆らって流動することとなる。そのため、気密系を流れる冷媒の速度が低下し、循環が滞ってしまう恐れがある。また、図5Bに示すように、チューブ4が水平線に対して下に凸に撓んでいる場合、気体冷媒がチューブ4の壁面にぶつかることで圧力損失が発生して気体冷媒が液化したときに、点線Bで囲った部分に液体冷媒が滞留してしまう恐れがある。
これらの理由から、チューブ3及びチューブ4は、水平線に対して下に凸に撓んだ箇所を有しないことが望ましい。
本実施形態による電子機器冷却システムを用いることで、電子機器7が発生した熱量の4割〜6割を受熱することができた。また、本実施形態による電子機器冷却システムを用いることで、収納ラック5からの排出空気温度を最大15℃程度下げることができた。
また、本実施形態によれば、凝縮器2は、冷水配管6を流れる冷水と気体冷媒との熱交換を促進する放熱フィン23を備える。これにより、凝縮器2は、気体冷媒を効率よく凝縮させることができる。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。第2の実施形態において、第1の実施形態と同様の構成要素については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
図6は、本発明の第2の実施形態による電子機器冷却システムの斜視図である。
第2の実施形態による電子機器冷却システムの収納ラック5は、第1の実施形態と異なり、リアドア53に貫通孔54を備えず、筐体51の側面に貫通孔54を備える。また、蒸発器1の流入孔及び流出孔も、蒸発器1のリアドア53に面する部分に設けられず、蒸発器1の側面に設けられる1対のチューブ3、4は、筐体51の側面の貫通孔54を介して蒸発器1と凝縮器2とを接続する。
本実施形態によれば、リアドア53の前面にチューブ3、4を配するスペースを確保できない場合にも、電子機器冷却システムを適用することができる。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。第3の実施形態において、第1の実施形態と同様の構成要素については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
図7は、本発明の第3の実施形態による電子機器冷却システムの斜視図である。
第3の実施形態による電子機器冷却システムは、第1、第2の実施形態と異なり、収納ラック5のリアドア53に蒸発器1が固定される。図7は、リアドア53が開いた状態を示している。実際に使用する際は、リアドア53を閉じた状態にすることで、蒸発器1が電子機器7の送風機に面するようにする。
本実施形態によれば、蒸発器1がリアドア53に固定されている。このため、図7に示すように、リアドア53を開いたときに、載置棚52に載置された電子機器7を取り出すことができる。つまり、本実施形態によれば、収納ラック5の前方後方のいずれからも電子機器7を交換することができる。
例えば、第1、第2の実施形態では、蒸発器1、凝縮器2、及び1対のチューブ3、4からなる気密系を複数備える場合を説明したが、これに限られない。例えば筐体51の高さと同程度の高さの蒸発器1を有する気密系を1つだけ備えても良い。同様に、第3の実施形態では、蒸発器1、凝縮器2、及び1対のチューブ3、4からなる気密系を1つだけ備える場合を説明したが、これに限られない。第1、第2の実施形態のように気密系を複数備えていても良い。
2 凝縮器
3、4 チューブ
5 収納ラック
6 冷水配管(冷却管)
7 電子機器
11 下部容器
12 上部容器
13 蒸発管
14 受熱フィン
15 流入孔
16 流出孔
21 流入孔
22 流出孔
23 放熱フィン
24 TIM
51 筐体
52 載置棚
53 リアドア
54 貫通孔
55 排気孔
Claims (11)
- 電子機器の排熱によって温められた空気を冷却する電子機器冷却システムであって、
前記電子機器による空気の送出方向に設けられ、前記電子機器から送出された空気の熱を吸収して液体冷媒を気体冷媒に相転移させる蒸発器と、
気体冷媒の熱を放出して前記気体冷媒を液体冷媒に相転移させる凝縮器と、
前記蒸発器が相転移させた気体冷媒を前記凝縮器に流入させる気体流路と、
前記凝縮器が相転移させた液体冷媒を前記蒸発器に流入させる液体流路と
を備え、
前記凝縮器は、前記蒸発器より上方に配置され、
前記気体流路と前記液体流路の少なくとも一方は、前記凝縮器から前記蒸発器に向かうに従って漸次下方に延在する
電子機器冷却システム。 - 前記気体流路は、前記蒸発器の上部と前記凝縮器の上部とを接続し、
前記液体流路は、前記蒸発器の下部と前記凝縮器の下部とを接続する
請求項1に記載の電子機器冷却システム。 - 前記蒸発器は、
前記液体流路に接続された下部容器と、
前記下部容器の上方に配置されるとともに前記気体流路に接続された上部容器と、
前記上部容器と前記下部容器との間に配置され、前記上部容器と前記下部容器とをつなぐ複数の蒸発管と、
前記複数の蒸発管に含まれる互いに隣接する2つの蒸発管の間に設けられ、前記電子機器が送出する空気と前記液体冷媒との熱交換を促進する受熱フィンと
を備える請求項1または請求項2に記載の電子機器冷却システム。 - 前記凝縮器は、前記凝縮器の内部に貯留された気体冷媒の沸点より温度の低い流体が循環する冷却管の表面に設けられる請求項1から請求項3の何れか1項に記載の電子機器冷却システム。
- 前記冷却管は、少なくともその一部が前記電子機器が載置された部屋の外側に露呈している請求項4に記載の電子機器冷却システム。
- 前記電子機器を載置する載置棚を備える収納ラックをさらに備え、
前記蒸発器は、前記収納ラック内部における、前記載置棚に載置された電子機器による空気の送出方向に設けられ、
前記凝縮器は、前記収納ラック外部に設けられる
請求項1から請求項5の何れか1項に記載の電子機器冷却システム。 - 前記蒸発器は、前記電子機器が送出する空気と前記液体冷媒との熱交換を促進する受熱フィンを備える請求項1から請求項6の何れか1項に記載の電子機器冷却システム。
- 前記凝縮器は、前記流体と前記気体冷媒との熱交換を促進する放熱フィンを備える請求項4または請求項5に記載の電子機器冷却システム。
- 前記気体流路及び前記液体流路は、可撓性を有するチューブである請求項1から請求項8の何れか1項に記載の電子機器冷却システム。
- 前記気体流路及び前記液体流路は、前記収納ラックの側方に設けられた貫通孔を介して前記蒸発器と前記凝縮器とを接続する請求項6に記載の電子機器冷却システム。
- 前記収納ラックは、前記電子機器による空気の送出方向側に開閉自在に取り付けられた扉を備え、
前記蒸発器は、前記扉に固定されている請求項6に記載の電子機器冷却システム。
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