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技術 サーバ冷却装置、サーバシステム及びサーバの冷却方法

出願人 日本電気株式会社
発明者 中里聡
出願日 2019年3月18日 (1年9ヶ月経過) 出願番号 2019-049402
公開日 2020年9月24日 (3ヶ月経過) 公開番号 2020-154360
状態 未査定
技術分野 計算機・ガイダンスオペレータ 電気装置の冷却等
主要キーワード ブロアーファン ゴム製ホース コンピュータボード 冷却液供給配管 密閉筐体 冷却タワー ラックマウントサーバ 空冷機構
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (9)

課題

省スペースで設置可能な液冷式サーバ冷却装置等の提供を目的とする。

解決手段

サーバ冷却装置は、第1のサーバを搭載可能な第1のラックの側面と第2のサーバを搭載可能な第2のラックの側面との間の領域に配置され、冷却液を給排液する、冷却液配管と、前記冷却液配管と前記第1のサーバ又は前記第2のサーバの発熱部に付加された受熱部とに接続され、前記冷却液を前記受熱部に対して給排液する給排手段と、を備える。

概要

背景

特許文献1には、熱交換器を挟んで2つのサーバ間で冷気循環させる冷却技術が開示されている。

特許文献2には、サーバのリア側後端)に水冷のための配管が設けられる冷却システムが開示されている。

特許文献3には、2つの計算ラックの前面側に冷却タワーを配し、全体を閉鎖構造としている閉鎖ループ冷却システムが開示されている。冷却タワーから各計算ラックのコンピュータ装置の前面から空気が供給され、コンピュータ装置の排気は、計算ラックの側面又は背面から冷却タワーに流入する。排気の熱は、冷却タワー内で水冷式の熱交換器で回収される。冷却された空気は、2つの計算ラックの前面へと循環して、コンピュータ装置の吸気として利用され、コンピュータ装置の各サーバを空冷する。特許文献3のシステムは、閉鎖構造であるため、コンピュータ装置で発生した熱は外部に伝わらない。

さらに特許文献3のシステムは、高温となる部品に対して冷却プレートを取り付けて、直接液冷(Direct Liquid Cooling)することが開示されている。空冷と直接液冷のシステムを組み合わせると冷却能力を高めることができる。このとき直接液冷のための配管は、一般的に行われているように、計算ラックのリア側に配置される。

概要

省スペースで設置可能な液冷式のサーバ冷却装置等の提供を目的とする。サーバ冷却装置は、第1のサーバを搭載可能な第1のラックの側面と第2のサーバを搭載可能な第2のラックの側面との間の領域に配置され、冷却液を給排液する、冷却液配管と、前記冷却液配管と前記第1のサーバ又は前記第2のサーバの発熱部に付加された受熱部とに接続され、前記冷却液を前記受熱部に対して給排液する給排手段と、を備える。

目的

本開示は、省スペースで設置可能な液冷式のサーバ冷却装置等の提供を目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

第1のサーバを搭載可能な第1のラックの側面と第2のサーバを搭載可能な第2のラックの側面との間の領域に配置され、冷却液を給排液する、冷却液配管と、前記冷却液配管と前記第1のサーバ又は前記第2のサーバの発熱部に付加された受熱部とに接続され、前記冷却液を前記受熱部に対して給排液する給排手段と、を備えるサーバ冷却装置

請求項2

前記領域に配置され、前記第1のサーバと前記第2のサーバから排気される空気を冷却する熱交換器を備える、請求項1のサーバ冷却装置。

請求項3

前記熱交換器は、前記第1のサーバから排気される空気を冷却し前記第2のサーバに供給する第1の熱交換器と、前記第2のサーバから排気される空気を冷却し前記第1のサーバに供給する第2の熱交換器とを含む、請求項2のサーバ冷却装置。

請求項4

前記冷却液配管は、前記第1の熱交換器及び前記第2の熱交換器の内側に配置される、請求項3のサーバ冷却装置。

請求項5

前記第1の熱交換器および前記第2の熱交換器の排気側又は吸気側送風機を有する、請求項3又は4のサーバ冷却装置。

請求項6

前記第1のラックと前記第2のラックを取り囲む筐体を備え、前記第1のラック及び前記第2のラックは、互いの側面が対向し、一方のラックに搭載されるサーバの吸気口が他のラックに搭載されるサーバの排気口と同じ方向を向くよう配置され、前記筐体内で空気の流路は前記第1のサーバと前記第2のサーバと前記第1の熱交換器及び前記第2の熱交換器との間で形成される請求項3乃至5のいずれかのサーバ冷却装置。

請求項7

前記領域は隔壁仕切られ、前記隔壁は一部において空気を流入及び流出させる請求項1乃至6のいずれかのサーバ冷却装置。

請求項8

前記受熱部は第1の受熱部と第2の受熱部を含み、前記第1の受熱部から前記第2の受熱部に冷却液を中継する中継手段を備える、請求項1乃至7のいずれかのサーバ冷却装置。

請求項9

前記第1のサーバと、前記第2のサーバと、前記第1のラックと、前記第2のラックと、請求項1乃至8のいずれかのサーバの冷却装置と、を備えるサーバシステム

請求項10

第1のサーバを搭載可能な第1のラックの側面と第2のサーバを搭載可能な第2のラックの側面との間の領域に、配置された冷却液配管を通して冷却液を給排し、前記冷却液配管と前記第1のサーバ又は前記第2のサーバの発熱部に付加された受熱部とに接続される給排手段により、前記冷却液を前記受熱部に給排する、サーバの冷却方法

技術分野

0001

本開示は、サーバを冷却するサーバ冷却装置等に関する。

背景技術

0002

特許文献1には、熱交換器を挟んで2つのサーバ間で冷気循環させる冷却技術が開示されている。

0003

特許文献2には、サーバのリア側後端)に水冷のための配管が設けられる冷却システムが開示されている。

0004

特許文献3には、2つの計算ラックの前面側に冷却タワーを配し、全体を閉鎖構造としている閉鎖ループ冷却システムが開示されている。冷却タワーから各計算ラックのコンピュータ装置の前面から空気が供給され、コンピュータ装置の排気は、計算ラックの側面又は背面から冷却タワーに流入する。排気の熱は、冷却タワー内で水冷式の熱交換器で回収される。冷却された空気は、2つの計算ラックの前面へと循環して、コンピュータ装置の吸気として利用され、コンピュータ装置の各サーバを空冷する。特許文献3のシステムは、閉鎖構造であるため、コンピュータ装置で発生した熱は外部に伝わらない。

0005

さらに特許文献3のシステムは、高温となる部品に対して冷却プレートを取り付けて、直接液冷(Direct Liquid Cooling)することが開示されている。空冷と直接液冷のシステムを組み合わせると冷却能力を高めることができる。このとき直接液冷のための配管は、一般的に行われているように、計算ラックのリア側に配置される。

先行技術

0006

特開2011−191974号公報
特開2016−042350号公報
特表2016−505917号公報

発明が解決しようとする課題

0007

特許文献2、3のように、水冷配管がラックのリア側に配置されると、サーバシステム全体の設置面積が大きくなってしまう。本開示は、省スペースで設置可能な液冷式のサーバ冷却装置等の提供を目的とする。

課題を解決するための手段

0008

本開示に係るサーバ冷却装置は、第1のサーバを搭載可能な第1のラックの側面と第2のサーバを搭載可能な第2のラックの側面との間の領域に配置され、冷却液を給排液する、冷却液配管と、前記冷却液配管と前記第1のサーバ又は前記第2のサーバの発熱部に付加された受熱部とに接続され、前記冷却液を前記受熱部に対して給排液する給排手段と、を備える。

0009

本開示に係るサーバシステムは、前記第1のサーバと、前記第2のサーバと、前記第1のラックと、前記第2のラックと、第1のサーバを搭載可能な第1のラックの側面と第2のサーバを搭載可能な第2のラックの側面との間の領域に配置され、冷却液を給排液する、冷却液配管と、前記冷却液配管と前記第1のサーバ又は前記第2のサーバの発熱部に付加された受熱部とに接続され、前記冷却液を前記受熱部に対して給排液する給排手段と、を備える。

0010

本開示に係るサーバの冷却方法は、第1のサーバを搭載可能な第1のラックの側面と第2のサーバを搭載可能な第2のラックの側面との間の領域に、配置された冷却液配管を通して冷却液を給排し、前記冷却液配管と前記第1のサーバ又は前記第2のサーバの発熱部に付加された受熱部とに接続される給排手段により、前記冷却液を前記受熱部に給排する。

発明の効果

0011

本開示によれば、省スペースで設置可能な液冷式のサーバ冷却装置等を提供できる。

図面の簡単な説明

0012

図1は、第1実施形態の適用されたサーバシステムの水平断面図である。
図2は、第1実施形態の適用されたサーバシステムの垂直断面図である。
図3は、第1実施形態において送風機を用いた場合を示す図である。
図4は、第1実施形態において中継手段を用いた場合を示す図である。
図5は、第1実施形態における給排手段の他の態様を示す図である。
図6は、第2実施形態の構成の一例を示す図である。
図7Aは、第2実施形態の構成の第1の変形例を示す図である。
図7Bは、第2実施形態の構成の第2の変形例を示す図である。

実施例

0013

[第1実施形態]
本実施形態に係るサーバシステムと、そのサーバシステムに備えられ、サーバを冷却するサーバ冷却装置について説明する。

0014

<<構成>>
図1は、第1実施形態のサーバシステムの水平断面図である。図2は、図1におけるA−A断面の鉛直方向断面図である。本実施形態に係るサーバ冷却装置が適用されるサーバシステムは、少なくとも2つのサーバラックを有する。図1及び図2において、サーバシステムは、サーバラック90a、90bを備える。サーバラック90aは、第1のラックの一例であり、サーバラック90bは、第2のラックの一例である。サーバラック90a、90bのそれぞれの数は、1つに限らず2つ以上でも良い。

0015

サーバ冷却装置は少なくとも直接液冷機構を有する。直接液冷機構は、冷却液が流れる配管からの冷却液をサーバ内に供給して、電子部品を冷却液で冷却する機構である。サーバ冷却装置は直接液冷機構に加えて、空冷機構を備えてもよい。液冷式の熱交換器を介する空冷機構は、間接液冷機構とも呼ぶ。第1実施形態に対応する図面では、直接液冷機構及び空冷機構の両方が示されている。

0016

各図において、サーバラック90aの側の構成にはaの符号を付し、サーバラック90bの側の構成にはbの符号を付している。

0017

<サーバラック90a、90b>
サーバシステムのサーバラック90aには複数のサーバ20aが鉛直方向に搭載され、サーバラック90bには複数のサーバ20bが鉛直方向に搭載される。サーバ20a、20bは、第1のサーバ、第2のサーバの一例である。

0018

本実施形態において、サーバラック90a、90bは、互いに間隔を空けて、床の上に、あるいは筐体の内部に横に並べて配置される。サーバラック90a、90bは、互いのサーバ20a、20bの一方の側面が向かい合い、さらに、サーバ20aのフロント側とサーバ20bのリア側が同じ方向を向くよう、配置される。このように、図1においてサーバラック90a、90bは、サーバシステムの中心点を中心に互いに点対称に配置されているといえる。

0019

サーバラック90a、90bはラックマウント機構を有する。一般的にサーバラック90a、90bは米国電子工業会EIA:Electronic Industries Alliance)規格(EIA−310規格)に準じた寸法に従って設計される。EIA−310規格に従うサーバラックは19インチラックと呼ばれる。ただし本実施形態を適用できるサーバラック90の規格は限定されない。

0020

<サーバ20a、20b>
サーバ20a、20bは、フロント側(前面)の開口部(吸気口)から空気を吸引し、リア側(背面)の開口部(排気口)から空気を排出する。ただし、サーバ20a、20bのフロント及びリアの向きは、互いに逆方向となっている。サーバ20a、20bはCPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphics Processing Unit)などの高消費電力部品を備える。高消費電力部品は発熱し、高温になるため、特に冷却する必要がある。サーバ内を空気が通過することで、サーバ上の高消費電力部品を空冷することができる。また高消費電力部品はコールドプレート等を用いて直接液冷することができる。高消費電力部品は、サーバ20a、20bの開口部の近くに配置される。サーバ20a、20bは、図2に示すように、サーバラック90a、90bに多段積み重ねられて搭載される。各サーバ20a、20bは、ラックマウントサーバであっても、ブレードサーバであってもよい。

0021

サーバ冷却装置の空冷機構と直接液冷機構の詳細については、後述するが、本実施形態では空冷機構と直接液冷機構を組み合わせている。これにより、サーバ冷却装置の冷却能力を高めることができる。高発熱部品を直接液冷することにより、例えばサーバ全体の消費電力量の70%から80%に起因して発生した熱を除去することができる。残りの20%から30%の消費電力量により発生した熱は、空冷される。空冷の対象となる20%から30%の熱は、主に電源ユニット(AC−DC変換)、各部の電源回路(DC−DC変換)、並びに直接液冷を行わないLSI(Large-scale IntegratedCircuit)及び各種電子部品での電力消費により発生した熱である。

0022

<ラックマウント機構>
サーバラック90aのラックマウント機構は、サーバ20aを固定するための4本の柱(柱11a、柱12a、柱13a、柱14a)を含む。同様に、サーバラック90bのラックマウント機構は、サーバ20bを固定するための4本の柱(柱11b、柱12b、柱13b、柱14b)を含む。EIA−310規格において、ラックの横幅は、柱の中心同士の間隔が465 mmとなるよう定められている。4本の柱には、EIA−310規格で設定されたEIAユニバーサルピッチで、サーバ20a、20bを取り付けるための取り付け穴が設けられる。サーバ20a、20bは、ラックマウントレールを介して4本の柱に対して取り付けられる。ラックマウントレールは、固定されるサーバ毎固有の形状を有している。搭載するサーバ20a、20bの奥行寸法に合わせて、サーバラック90a、90bの奥行は設定される。サーバラック90の奥行は、一般的には柱の間隔が700 mmから800 mmの間となるよう設定される。本実施形態において、ラックマウント機構は、以上に限定されない。

0023

本実施形態において、サーバ20a、20bは、水平に、ラックマウント機構に対して固定されるが、垂直に固定されてもよい。サーバ20a、20bの天井側の面を上面、床側を下面とし、上面と下面以外であって吸気口側の面である全面及び排気口側の面である背面を除いた面を側面とする。

0024

本実施形態におけるサーバ冷却装置のサーバ冷却装置における空冷機構の構成について説明する。

0025

本開示においてサーバラック90a、90bの間の領域を冷却機構の主な配置領域と呼ぶ。冷却機構の主な配置領域は、サーバラック90a、90bの側面に挟まれた空間だけでなく、その空間をサーバラック90a、90bの側面に平行な方向に延長した空間、すなわち側面に挟まれた空間からサーバラック90a、90bの前後にはみ出た空間を含んでもよい。

0026

隔壁30>
サーバ冷却装置における冷却機構の主な配置領域は、隔壁30a、30bによって他の領域と分離されてもよい。隔壁30の形状は図1の形態に限られない。隔壁30は1つであっても、2つ以上であってもよい。

0027

隔壁30a、30bのうち、サーバラック90aのフロント側の部分31a、サーバラック90bのフロント側の部分31b、サーバラック90aのリア側の部分32a、及びサーバラック90bのリア側の部分32bは、空気の流入及び流出を可能にするために、例えばメッシュ構造とされてもよい。隔壁の一部分31a、31b、32a、32bは壁がない構造であってもよい。

0028

隔壁30が設けられると、例えばサーバラック90aの熱い排気が、サーバラック90bに吸気として引き込まれることを防ぐことができる。よってサーバ20a、20bの冷却効率を上げることができる。

0029

密閉筐体100>
サーバ冷却装置はさらに密閉筐体100を備えてもよい。密閉筐体100は、サーバラック90aとサーバラック90bと冷却機構の主な配置領域との全体の、例えば上下前後左右密閉する。サーバラック90a、90bを囲い込むことにより、サーバ20の吸気及び排気は密閉筐体に閉じ込められる。サーバ20a、20bの開口部と、開口部の前後の密閉筐体100の壁の間には、空気の通路となる空間が設けられてもよい。密閉筐体100の密閉の程度は可能な限り高いことが好ましいが、密閉筐体100の内側に空気を留める程度であってもよい。

0030

密閉筐体100により、サーバ20aのフロント側とサーバ20bのリア側が同じ方向を向くよう、配置される場合、空気が密閉筐体100内で循環可能になる。

0031

密閉筐体100が設けられると、サーバ20a、20bが置かれるマシン室の空気と、密閉筐体100内の空気を遮断することができる。空気が遮断されると、後述する冷却に使用する水の温度を、高くすることが可能になる。また、空気が遮断されることにより、サーバ20a、20bの吸気温度をマシン室の環境温度よりも高くすることが可能になる。よって水冷設備に関する消費電力を小さくすることができる。さらに、マシン室の空調設備をサーバ20の空冷に利用しないことが可能になる。よってマシン室の空調設備の消費電力を小さくすることができる。

0032

<熱交換器40>
本実施形態において空冷機構の主な配置領域の空気の流入及び流出が可能な部分に、液冷式の熱交換器40a、40bが収められる。熱交換器40a、40bは、第1の熱交換器、第2の熱交換器の一例である。例えば、熱交換器40は各サーバラックのリア側にそれぞれ設けられる。図1において、サーバシステムは、熱交換器40a、40bを備える。熱交換器40a、40bはサーバ20a、20bのリア側からの排気を吸気し、冷却する。熱交換器40a、40bは冷却した空気を、サーバ20a、20bのフロント側に吸気として供給する。熱交換器40a、40bは、熱交換器40a、40bの高さが、サーバラックの下部から上部までの高さと同じになるよう設計される。サーバシステムの外部から水冷式熱交換器40a、40bへの給液、及び外部への排液のための配管(図示せず)は、密閉筐体100の床下(図1紙面奥側)、又は天井(図1の紙面手前側)から接続される。

0033

本実施形態に係るサーバ冷却装置の空冷機構は、水冷式の熱交換器40a、40bを用いるので、サーバ20a、20bは間接水冷されているともいえる。

0034

本実施形態におけるサーバ冷却装置の直接液冷機構の構成について説明する。直接液冷機構は、冷却液配管及び冷却液給排手段を有する。

0035

<冷却液配管>
図1に示すように、冷却機構の主な配置領域に冷却液供給用配管50a、50bと冷却液排出用配管60a、60bが配置される。冷却液供給用配管50a、50b及び冷却液排出用配管60a、60bは、冷却液配管の一例である。冷却液供給用配管50a、50bは、冷却液を外部から供給し、冷却液排出用配管60a、60bは冷却液を外部へ運び出す。冷却液供給用配管50a、50b及び冷却液排出用配管60a、60bは、サーバシステムの外部に、密閉筐体100の床下(紙面下側)、及び天井(紙面上側)から接続される。

0036

冷却液はサーバシステムの外部の冷却装置で冷却されてもよい。冷却液の冷却には、空冷方式の他、地下水海水土壌等の熱容量の大きな排熱先を用いる方式やヒートポンプ等、様々な冷却方式が採用されてよい。

0037

本実施形態において冷却液供給用配管50a、50b及び冷却液排出用配管60a、60bは、図1に示すように熱交換器40a、40bの内側に配置される。図1において、冷却液供給用配管50a、50b及び冷却液排出用配管60a、60bの配置は、冷却機構の主な配置領域の奥行方向に並ぶ配置であるが、配置はこれに限定されない。例えば、冷却液配管は、図1の紙面左右方向に並ぶ配置であってもよい。

0038

冷却液供給用配管50a、50b及び冷却液排出用配管60a、60bの材質及び形状は問わない。本実施形態において、冷却液供給用配管50a、50b及び冷却液排出用配管60a、60bがそれぞれ2本ずつ配置されているが、これに限られない。供給用と排液用の配管はそれぞれ1本ずつであってもよいし、2本より多くてもよい。本実施形態では、冷却液として水が用いられるが、その他冷媒となり得る液体が用いられてもよい。

0039

冷却液供給用配管50a、50bは、給液用マニホールドを備える。冷却液排出用配管60a、60bは排液用マニホールドを備える。図1には、給液用マニホールドと排液用マニホールドが示されている。給液用マニホールドは、冷却液供給用配管50a、50bの冷却液の流れを分岐させ、後述する給排手段からサーバ内に分配する。排液用マニホールドは、給排手段を通ってきた冷却液を一つにまとめ、冷却液排出用配管60a、60bに排水する。本実施形態において給液用マニホールドと排液用マニホールドは、冷却液供給用配管50a、50b及び冷却液排出用配管60a、60bに直結、または一体に形成された金属製の分岐配管であり、直径は1インチ程度の物が用いられる。ただし給液用マニホールドと排液用マニホールドのサイズや材質は問わない。

0040

冷却機構の主な配置領域内に冷却液配管を設けることで、省スペースでサーバの冷却機構を設けることができる。冷却液配管がサーバラックの側面側に配置されることにより、密閉筐体100内の空気の循環を妨げないようにすることができる。加えて、2つのサーバラックで冷却液配管を共有することで、部品を少なくすることができる。また2つのサーバラック90の間かつサーバ20の開口部の近くに冷却液配管を設けることで、後述の冷却液の給排手段の長さを短くすることができる。

0041

<給排手段>
給排手段は、給液用マニホールドと排液用マニホールドと連通して接続され、冷却液配管(冷却液供給用配管50a、50b)の冷却液をサーバ20a、20bに付加された受熱部に分配する。本実施形態において、給排手段は直径10 mm程度のゴム製ホースである。ただし給排手段の冷却液の分配方法、材質やサイズは問わない。材質は金属、ガラス樹脂であってもよい。給液用マニホールド及び排液用マニホールドと給排手段との接続及び、サーバ20a、20bと給排手段の接続には、例えばカプリングなどの流体継手を使用してもよい。

0042

給排手段は供給手段51a、51b、52a、52bと、排出手段61a、61b、62a、62bとを含む。供給手段51a、51b、52a、52bは、給液用マニホールドから、サーバ20a、20bのフロント側又はリア側の給液口を介して、受熱部に冷却液を分配する。分配された冷却液によりサーバの受熱部は高発熱部品を冷却する。排出手段61a、61b、62a、62bは、受熱部を通って熱くなった冷却液をフロント側又はリア側の排液口から排液用マニホールドに排出する。

0043

<受熱部>
サーバ20a、20bの高発熱部品(図示せず)の上には、図1破線で示すように、液冷式の受熱部が取り付けられる。受熱部として、一般的なサーバに取り付けられているヒートシンクを取り外して、コールドプレートが付加されてもよい。高発熱部品とコールドプレートの間には放熱グリースなど熱界面材料TIM:Thermal interface material)が塗布される。コールドプレート内に水を流すことで、サーバ20a、20bの高発熱部品の熱を冷却水に移動させることができる。熱くなった冷却水は排出手段によりサーバの外に運び出される。空気を水冷する前述の間接水冷に対して、高発熱部品を水で直接冷却するこの冷却機構を直接水冷と呼ぶ。

0044

<<動作>>
<間接液冷(空冷)機構の動作>
サーバ20a、20bの放熱により、空気の対流が発生し、サーバ20a、20bの開口部から空気が排出される。サーバ20bのリア側から排気された空気は液冷式の熱交換器40aに吸気され、冷却される。熱交換器40aで冷却され、排気された空気は、サーバ20aのフロント側から吸気され、サーバ20aの冷却に利用される。サーバ20aのフロント側とサーバ20bのリア側が同じ方向を向くよう、配置されており、さらに2つのサーバラックは密閉筐体100により密閉されているため、空気は密閉筐体100内で循環する。よってサーバ20aの排気は熱交換器40bで冷却され、排気された空気は、サーバ20bのフロント側から吸気され、サーバ20bの冷却に利用される。本実施形態において密閉筐体100内の空気の流路は天井側から見て1つの閉曲線を描いている。

0045

<直接液冷機構の動作>
サーバシステムの外部から冷却水が冷却液配管に供給される。冷却水は冷却液供給用配管50aの給水用マニホールドを通り、第1の給水手段51aを用いて、サーバ20aのフロント側に分配される。分配された冷却水は、サーバ20a内のフロント側に位置する高発熱部品に付加されたコールドプレート内を流れ、高発熱部品を直接水冷する。コールドプレート内で吸熱し、温度が上がった冷却水は、第1の排水手段61aを用いて、サーバ20aから排水用マニホールドに移動する。温度が上がった冷却水は排水用マニホールドを通って冷却液排出用配管60aに排出される。サーバの熱は冷却液排出用配管を通ってサーバシステム外部に運ばれる。

0046

サーバ20aのリア側においても同様に、給液用マニホールドから、第2の給水手段52aを用いて、冷却水が分配される。分配された冷却水はリア側に位置する高発熱部品を冷却し、第2の排水手段62aを用いて、サーバ20aから排液用マニホールドに移動する。温度が上がった冷却水は排水用マニホールドから排出用配管60bへ排出され、サーバの熱はサーバシステム外部に運ばれる。

0047

サーバ20bのフロント側及びリア側の直接水冷の動作も、サーバ20aの直接水冷の動作と同様である。

0048

本実施形態において、フロント側の給水口から給水された冷却水は、フロント側の排水口から排出されている。ただし冷却水の給排手段の態様はこれに限られない。フロント側の給水口から給水された冷却水は、コールドプレートを通って、リア側の排水口から排出される構成であってもよい。

0049

<第1実施形態による効果>
特許文献2、3のように、水冷配管がラックのリア側に配置されると、サーバシステム全体の設置面積が大きくなってしまう。本実施形態によれば、冷却液配管が2つのサーバラックの間の領域に設けられているため、サーバシステムが省スペースで設置可能となる。

0050

特許文献3の冷却システムにおいて、排気はラックの側面から中央の冷却タワーに引き込まれる。よって専用のブレード構造コンピュータボードが必要となり、コストが上昇する。また通常のラックマウントサーバに特許文献3の方式を適用すると、排気をラックの背面から中央の冷却タワーまで回り込ませるように引き込む必要が生じるので、ラックの奥行が長くなる。本実施形態によれば、サーバのリア側から熱交換器に空気を引き込む構成であるため、サーバの種類を問わない、省スペースで設置可能なサーバラックの冷却システムを提供することができる。

0051

また本実施形態によれば、冷却液配管の配置が空気の流路の内側に設けられているため、サーバの排気を効率よく循環させるサーバシステムを提供することができる。

0052

さらに本実施形態によれば、サーバの排気は水冷式熱交換器により間接水冷され、高発熱部品は直接水冷されることから、水冷式サーバシステムを提供することが可能になる。加えて本実施形態によれば、サーバラックを密閉筐体で取り囲んでいるため、マシン室の空調に頼らずにサーバシステムを冷却することができる。したがってマシン室の空調設備を増強する場合に比べて、消費電力を抑えることができ、データセンター等の運営費を抑えることが可能になる。

0053

[第1実施形態の変形例]
ファン70>
本実施形態に係るサーバシステムのサーバ冷却装置は、空気を強制的に循環させる送風機としてブロアーファン70を備えてもよい。ファン70は、熱交換器40の吸気側又は排気側の冷却機構の主な配置領域内に設けられる。図3は、熱交換器40a、40bの排気側にファン70a、70bを備える場合を示す図である。

0054

ファン70a、70bを熱交換器40a、40bの吸気側に配置するか、排気側に配置するかは使用する部品や冷却対象の消費電力量などに応じて選択することができる。なお、吸気側と排気側の両方にファンを配置することも可能であるが、ファンの消費電力が増える割に、冷却性能は片側にファンを配置する場合と比較して大幅には改善しないなどデメリットが多い。よってファンは一般的に、熱交換器の両側には配置されない。

0055

直接液冷の対象でない部分での消費電力が大きい場合、熱交換器の冷却性能が不足することがある。ファン70a、70bを備えることにより、熱交換器のすぐ近くに、空気を強制循環させる機構を設けることで、空冷による冷却性能を高めることができる。

0056

<中継手段>
本実施形態に係るサーバシステムのサーバ冷却装置は、さらに冷却液の中継手段を備えてもよい。図4は、給排手段がさらに中継手段56a、56b、57a、57bを備える場合を示す図である。図4においてサーバ20a、20bはフロント側及びリア側にそれぞれ、2つの給水口と2つの排水口と第1の受熱部と第2の受熱部とを備える。給水口及び排水口はそれぞれ、中継手段56a、56b、57a、57b、供給手段51a、51b、52a、52b、又は排出手段61a、61b、62a、62bを介して、サーバ内で受熱部に連通して接続されている。なお、給水口及び排水口の位置はフロント側及びリア側に限られず、サーバ20a、20bの側面、上面、下面に設けられてもよい。

0057

供給手段51aが、サーバ20aのフロント側に給液口を介して、受熱部に水を分配した後、第1の中継手段56aは、フロント側の排液口から別の給水口に水を供給する。その後、水は別の受熱部の中を通り、排出手段61aへ排出される。

0058

近年、CPUだけではなく複数のGPUを搭載可能とした薄型ラックマウントサーバなど、高性能かつ高密度なサーバが利用されている。高密度なサーバでは、直接水冷の対象となる高消費電力部品が多くなる。例えば1つのサーバ内に2個のCPUと8個のGPUが設けられる場合がある。この場合、CPUとGPUの水冷のための給排水部も、例えばサーバのフロント側とリア側にそれぞれに2か所ずつ設けたほうが有利となりうる。よって中継手段を設けることで高密度なサーバも効果的に冷却することができる。

0059

<給排手段の変形例>
給排手段の態様は図1の態様に限られない。図5は、図1に示した給排手段の他の態様を示す図である。図5に示す供給手段51a、51b、52a、52bは、それぞれ分岐し、2つの受熱部に冷却液を供給する。図5に示す排出手段61a、61b、62a、62bは2つの受熱部からの冷却液を回収する。

0060

図1図5において、給排手段はサーバ20a、20bの両方の、フロント側及びリア側に接続されているが、給排手段の配置はこれに限られない。給排手段はサーバのリア側に接続され、フロント側に接続されない構成であってもよいし、フロント側に接続され、リア側に接続されない構成であってもよい。

0061

サーバラック90に複数のサーバ20が搭載される場合、それぞれのサーバに対して給排手段が設けられてもよい。

0062

[第2実施形態]
図6は、第2実施形態によるサーバシステムの一例を示す図である。本実施形態において、第1実施形態と同様の構成には同じ符号を付した。

0063

第2実施形態によるサーバシステムのサーバ冷却装置は、少なくとも冷却液配管50、60と給排手段52a、52b、62a、62bとを備える。図6において、サーバ20aの排気口とサーバ20bの排気口は同じ方向を向いて、床の上に配置されている。サーバラック90aは、第1のラックの一例であり、サーバラック90bは、第2のラックの一例である。サーバラック90a、90bのそれぞれの数は、1つに限らず2つ以上でも良い。

0064

冷却液配管は、サーバ20aを搭載可能なサーバラック90aの側面とサーバ20bを搭載可能なサーバラック90bの側面との間の領域に配置され、冷却液を給排液する。冷却液配管は、給液用マニホールドを有する冷却液供給用配管50と、排液用マニホールドを有する冷却液排出用配管60とを備える。給液用マニホールドと排液用マニホールドは給排手段に連通して接続される。給排手段は、冷却液配管とサーバ20a、20bの発熱部に付加された受熱部とに接続され、冷却液を受熱部に対して給排液する。

0065

<第2実施形態の変形例>
第2実施形態において、冷却液供給用配管50と冷却液排出用配管60は1組に限られない。図7A図7Bは、第2実施形態によるサーバシステムの第1の変形例と第2の変形例を示す図である。第1の変形例において、図1に示すサーバシステムのサーバラックと同様にサーバラック90a、90bは横に並べて、フロント側が異なる方向を向くように配置されている。冷却液供給配管50bは、供給手段52aを介してサーバラック90aのリア側に付された受熱部に冷却液を供給する。冷却液供給配管50aは、供給手段52bを介してサーバラック90bのリア側に付された受熱部に冷却液を供給する。第2の変形例において、サーバラック90a、90bは横に並べて、フロント側が同じ方向を向くように配置されている。冷却液供給配管50aは、供給手段51bを介してサーバラック90bのフロント側に付された受熱部に冷却液を供給する。

0066

サーバラック90a、90bを第1の変形例、第2の変形例のように配置するときも、図6と同様に、サーバラック90a、90bは1組の冷却液配管50、60を共有してもよい。

0067

<第2実施形態による効果>
本実施形態によれば、冷却液配管が第1のサーバを搭載可能な第1のラックの側面と第2のサーバを搭載可能な第2のラックの側面との間の領域に配置され、給排手段は、第1のサーバ又は前記第2のサーバの発熱部に対して冷却液配管の冷却液を給排液するので、サーバシステムが省スペースで設置可能となる。

0068

上述した各実施形態は本発明を具体化した一例に過ぎず、請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内であれば、種々変更することができるものである。

0069

100密閉筐体
20サーバ
30隔壁
40熱交換器
50冷却液供給用配管
60 冷却液排出用配管
70 ファン

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