JP2012177530A - データセンタの補助用冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外気の冷熱を使用して蓄冷するとともに、冷却装置によってデータセンタを冷却できない事態が生じた場合に、蓄冷熱によってデータセンタを冷却する補助用冷却装置を提供する。
【解決手段】熱媒体を貯蔵するタンク１７と、熱媒体の温度が外部の温度よりも高くかつ外部の温度が所定温度以下の場合に、熱媒体の熱を受動的に熱輸送して外気に放熱することにより熱媒体の凝固させて蓄冷する熱輸送方向が一方向のヒートパイプ１８と、タンク１７の周囲に形成された水分を含む土層２０と、土層２０の温度が外部の温度よりも高くかつ外部の温度が所定温度以下の場合に、土層２０の熱を受動的に熱輸送して外気に放熱することにより土層２０を凍結させる熱輸送方向が一方向の他のヒートパイプ２７とを備えた氷蓄熱装置。
【選択図】図１

Description

この発明は、データセンタを冷却する冷却装置が故障したり、冷却装置に対する電力の供給が遮断されたりした場合に、その冷却装置に換わってデータセンタを冷却する補助用冷却装置に関するものである。

データセンタは、複数のコンピュータサーバを備え、各コンピュータサーバは、例えばプリント配線基板上に配設され、通電されることにより発熱する複数の電子部品を備えている。したがってデータセンタの室内の温度は、電子部品の熱によって上昇するため、例えばエアコン等によって室温を低下させることにより各電子部品を冷却することが従来行われている。また、各電子機器をチラーユニットで冷却した水やブラインなどの冷却用媒体によって直接的にあるいは間接的に冷却することが検討されている。電子機器によるデータ処理は継続的おこなわれるので、冷却用媒体を冷却するチラーユニットは常時運転させる必要がある。したがって、電子機器の発熱量が増大すると、それにともなってエアコンの電力消費量やランニングコストが増大したりする。また、チラーユニットの冷却負荷が増大する。そのため、データセンタを冷却する装置のランニングコストの低減が望まれる。

上記のエアコンやチラーユニットなどの冷却装置が故障したり、停電したりしてこれらの冷却装置の運転が停止するような不具合が生じてデータセンタを十分に冷却できない場合に、これらの冷却装置に換わってデータセンタを冷却するために使用される、チラーユニットを主要な構成要素とした補助用冷却装置が知られている。この種の補助用冷却装置は、上記の冷却装置に不具合が生じた場合に備えて、平常時においてチラーユニットを運転してデータセンタを冷却するための冷却用媒体を冷却し、かつ、非常時であってもデータセンタを十分に冷却できる量の冷却用媒体を確保するように構成されている。具体的には、上記の補助用冷却装置は冷却用媒体の温度を５〜８℃の間に維持し、約６時間データセンタを冷却することができる量の冷却用媒体を貯蔵するように構成されている。そのため、補助用冷却装置としては大型のものが必要になり、冷却システム全体としての構成を大型化してしまうという不都合があった。加えて、このような大型の補助用冷却装置に必要な量の冷却用媒体を冷却するためには、大型のチラーユニットを常時運転させる必要があり、その電力消費量および二酸化炭素の排出量も増大する。

そこで、冷水に換えて氷を製造して蓄えるようにすれば、冷水を貯蔵する場合に比較して装置の小型化を図ることができる。特許文献１には、氷蓄熱装置の一例として、地下に製氷ピットを設け、製氷ピットに貯蔵された水にサーモサイフォン式のヒートパイプの一端を浸漬し、他端を外気に曝すように配置した装置が記載されている。そして、冬季においてサーモサイフォン式ヒートパイプを作動させて製氷ピットに氷を作り、その氷の冷熱によって製氷ピットの上側に設けられた倉庫内を冷却するように構成されている。

特開昭６０−２０７８７７号公報

特許文献１に記載された構成では、製氷ピット内の氷に対して製氷ピットの周囲の土を介して外気の熱が伝達され、その熱によって氷が溶ける虞がある。したがって、このような装置を、データセンタを冷却するための補助用冷却装置として機能させるためには、未だ改善の余地があった。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、外気の冷熱を使用して蓄冷するとともに、冷却装置によってデータセンタを冷却できない事態が生じた場合に、上記の蓄冷熱によってデータセンタを冷却する補助用冷却装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、データ処理に伴って発熱する電子部品を冷却する冷却器の運転が停止したり、その冷却に不足が生じたりする場合に、予め蓄えた冷熱によって前記電子部品を冷却するように構成されたデータセンタの補助用冷却装置において、熱媒体を貯蔵するタンクと、前記熱媒体に少なくとも一部が浸漬され、他の一部が大気中に露出されるとともに、前記熱媒体の温度が前記外部の温度よりも高く、かつ前記外部の温度が所定温度以下の場合に、前記熱媒体の熱を受動的に熱輸送して外気に放熱することにより前記熱媒体を凝固させて蓄冷する熱輸送方向が一方向のヒートパイプと、前記タンクの周囲に形成された水分を含む土層と、前記土層に少なくとも一部が埋設されていて前記土層の温度が前記外部の温度よりも高く、かつ前記外部の温度が所定温度以下の場合に、前記土層の熱を受動的に熱輸送して外気に放熱することにより前記土層を凍結させる熱輸送方向が一方向の他のヒートパイプとを備えた氷蓄熱装置を備えることを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ヒートパイプおよび前記他のヒートパイプは、密閉容器の内部に蒸発および凝縮を伴って流動する作動流体が封入され、かつ液相の前記作動流体が重力によって還流されることにより、熱輸送方向が一方向に制限されたサーモサイフォン式ヒートパイプを含むことを特徴とするデータセンタの補助用冷却装置である。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記土層の厚みは、１ｍであり、前記土層の含水量は、前記土層が砂を主成分として形成される場合には、２．５〜１０％であり、前記土層がロームを主成分として形成される場合には、約１０〜１７．５％であり、前記土層が粘土を主成分として形成される場合には、約１７．５〜２５％であり、前記タンクおよび前記土層は、凍結指数が４００℃・ｄａｙ以上の寒冷地の地中に設けられることを特徴とするデータセンタの補助用冷却装置である。

請求項１の発明によれば、熱媒体を凝固させて蓄えるタンクの周囲に形成された土層の温度に比較して外気温が低くなり、かつ外気温が例えば所定温度以下になると、ヒートパイプは、タンク内に貯蔵される熱媒体の熱を受動的に熱輸送して気中放熱することにより熱媒体を冷却し、また凝固させる。他のヒートパイプは、土層の熱を気中放熱して土層を凍結させる。氷蓄熱装置は、受動的に冷熱を蓄えるので、蓄冷に伴うランニングコストを低減あるいはなくすことができる。氷蓄熱装置のタンク内に、蓄えた冷熱は、凍結された土層によって断熱あるいは保冷されるので、外部の温度上昇に伴うタンク内の冷熱の損失を防止もしくは抑制できる。

請求項２の発明によれば、請求項１の発明による効果と同様の効果に加えて、ヒートパイプおよび他のヒートパイプは、熱輸送方向が一方向のサーモサイフォン式ヒートパイプによって構成されている。そのため、タンクに設けられるサーモサイフォン式ヒートパイプは、タンク内の熱媒体の温度に比較して外気温が高い場合には、受動的に熱輸送を停止するので、熱の逆流による冷熱の損失を防止もしくは抑制できる。また、土層に設けられるサーモサイフォン式ヒートパイプは、土層の温度に比較して外気温が高い場合には、受動的に熱輸送を停止するので、熱の逆流によって土層に蓄えた冷熱の損失を防止もしくは抑制できる。

請求項３の発明によれば、請求項１の発明による効果と同様の効果に加えて、タンクおよび土層は、すなわち氷蓄熱装置は凍結指数が４００℃・ｄａｙ以上の寒冷地に設けられるので、サーモサイフォン式ヒートパイプによる熱媒体および土層の冷却効率を向上できるとともに、外気の冷熱によって熱媒体を凝固させたり、土層を凍土化することができる。また、土層の厚みは１ｍであるから、例えば夏季のような温暖な季節においても、土層が凍結された状態を維持できる。言い換えれば、土層を永久凍土層とすることができ、これにより一年を通してタンクを外部に対して断熱したり、保冷したりすることができる。

この発明に係るデータセンタの補助用冷却装置の一例を模式的に示す図である。 図１に示す氷蓄熱装置の外観図である。 図１に示す氷蓄熱装置の断面図である。 図１に示す氷蓄熱装置の上視図である。 図１に示す土層に設けるサーモサイフォン式ヒートパイプの形状の例を模式的に示す図である。 この発明に係る氷蓄熱装置の他の例を模式的に示す図である。 この発明に係る氷蓄熱装置の更に他の例を模式的に示す図である。 図７に示す氷蓄熱装置の断面図を模式的に示す図である。

（実施例１）
次にこの発明に係る第１の実施例を具体的に説明する。図１に、この発明に係るデータセンタの補助用冷却装置の一例を模式的に示してある。データセンタ１は、所定のハウジング２の内部に、複数のコンピュータサーバを収容するラック３を設けることにより構成されている。ハウジング２としては、例えば、建設建物あるいは輸送用コンテナなど適宜のものを使用することができる。サーバラック３に収容されている各コンピュータサーバは、複数の基板を備えており、発熱する多数の電子部品４が配設されている。電子部品４には、一例としてＣＰＵ（中央演算処理装置）、メモリやストレージなどの記憶装置、電源ユニットなどが含まれる。各電子部品４にはコールドプレート５が接触されており、電子部品４がデータを処理することにともない生じた熱をコールドプレート５に伝達することにより電子部品４が直接的に冷却されるように構成されている。

具体的には、コールドプレート５は中空のプレート状に形成されていて、その中空の内部を冷却用媒体が流通するようになっている。コールドプレート５は、その外部の熱を内部を流動する冷却用媒体に伝達する必要があるため、熱伝導性を有する材料で構成されていることが好ましい。一例として、コールドプレート５は、銅あるいは銅合金などによって形成されることが好ましい。コールドプレート５は、供給管路を介してチラーユニット６に接続されており、前記供給管路上においてコールドプレート５とチラーユニット６との間に供給用切替弁７が設けられている。そのため、チラーユニット６により冷却された冷却用媒体が供給用切替弁７を介してコールドプレート５に供給される。加えて、コールドプレート５は、戻り管路を介してもチラーユニット６に接続されており、前記戻り管路上においてコールドプレート５とチラーユニット６との間に還流用切替弁８が設けられている。そのため、電子部品４からコールドプレート５に伝達された熱は、前記冷却用媒体によってチラーユニット６に還流することができる。冷却用媒体としては、例えば水を使用することができる。また、前記管路やコールドプレート５の酸化を防止するために、冷却用媒体に所定量かつ任意の防錆剤を添加してもよい。さらに、冷却用媒体の凝固点を低下させるため、エチレングリコールあるいは塩化カルシウムなどを主成分とし、凝固点が０℃以下になるように調整されたブライン（不凍液と呼ばれることがある）あるいはＲ−１３４ａなどの代替フロンなどを使用してもよい。

チラーユニット６は、代替フロンなどの冷媒を加圧して圧縮する圧縮器９と、その圧縮された冷媒の熱を外部に対して放熱させることにより前記冷媒を凝縮させる凝縮器１０と、放熱されて低温にされるとともに凝縮された冷媒を膨張させる膨張弁１１と、膨張することにより低温になった冷媒に周囲の熱を吸熱させる蒸発器１２とを備えているヒートポンプである。

チラーユニット６の凝縮器１０は、循環回路を形成する管路により外部に設けられた冷却塔１１に接続されており、前記循環回路内を冷却水が循環するようになっている。そのため、凝縮器１０において、チラーユニット６の内部を循環する冷媒が有する熱、すなわち電子部品４から伝達された熱が冷却水に伝達され、このように冷却水に伝達された熱は冷却塔１３においてファン１４などによって大気中に放熱される。

また、氷蓄熱装置１５からもコールドプレート５に対して供給管路が延伸しており、氷蓄熱装置１５からの供給管路は供給用切替弁７においてチラーユニット６から延びる供給管路と合流する。一方、コールドプレート５から延伸する前記戻り管路は、還流用切替弁８において、氷蓄熱装置１５とも接続されるように分岐している。そのため、これらの切替弁７，８を切り換えることにより、コールドプレート５とチラーユニット６との間、およびコールドプレート５と氷蓄熱装置１５との間に、循環管路がそれぞれ形成される。

切替弁７，８としては、例えば電磁制御式の三方向バルブなどの任意の切替弁を使用することができる。また、詳細は図示しないが、例えばデータセンタ１が設けられる室内あるいは電子部品４の温度、あるいはチラーユニット６の運転停止や冷却不良などの不具合を検出する検出手段と、前記検出手段からの信号に基づいて切替弁７，８を制御する制御手段とが設けられている。そのため、上述の循環回路は、データセンタ１内の室温およびチラーユニット６の運転状況等に関する検出手段からの検出信号に基づいて制御手段により切替弁７，８を操作することにより切り換えられる。

上述の各循環回路内、すなわち、コールドプレート５、チラーユニット６および氷蓄熱装置１５にそれぞれ冷却用媒体を循環させるために、切替弁７とコールドプレート５との間に、ポンプ１６が介装されている。なお、ポンプ１６は、従来一般的に使用されるものであってよい。

したがって、図１に示す例では、上記の制御手段によって切替弁７，８を操作して流路を切り換えることにより、コールドプレート５とチラーユニット６との間で冷却用媒体を循環したり、あるいはコールドプレート５と氷蓄熱装置１５との間で冷却用媒体を循環したりするようになっている。そのため、コールドプレートにおいて電子部品の熱を奪って温度が上昇した冷却用媒体は、チラーユニット６あるいは氷蓄熱装置１５に還流されて冷却され、このように冷却された冷却用媒体は、上述のように、データセンタ１内の室温およびチラーユニット６の運転状況等に応じてコールドプレート５に選択的に供給されるようになっている。

図２に、図１に示すデータセンタの補助用冷却装置の設置例を模式的に示してある。氷蓄熱装置１５は、内部に貯蔵した熱媒体を外気を利用して凍結させることにより冷熱を蓄えるように構成されている。氷蓄熱装置１５内の熱媒体を効率的に凍結させるため、データセンタ１は凍結指数が４００℃・ｄａｙ以上の寒冷地に設けることが好ましい。加えて、図２に示すように、氷蓄熱装置１５は断熱効率を向上させるために地表に比較して温度変化が小さい土中に埋設することが望ましい。

図３に、図１に示す氷蓄熱装置の断面図を模式的に示してある。ここに示す氷蓄熱装置１５は、消費電力量が２００ｋＷｈ程度のデータセンタを対象として構成されている。具体的には、氷蓄熱装置１５は、熱媒体を貯蔵するタンク１７と、タンク１７に貯蔵される熱媒体の熱を外気に対して放熱するための複数のサーモサイフォン式ヒートパイプ１８と、タンク１７の保守点検のための作業室１９と、タンク１７を外部の熱に対して断熱するための土層２０と、土層２０から水や土が流出することを防止するための防水シート２１と、土層２０を支持するための木製の支持構造体２２と、タンク１７を外部の熱に対して断熱するための断熱層２３とを備えている。

タンク１７の形状は特定の形状に限定されるものではなく、その外形を円柱形に形成した場合には、同体積になるようにタンク１７を直方体に形成した場合と比較してその表面積を小さくすることができ、それにより断熱性を向上させることができる。そのため、本願の実施例では、タンク１７は図２に示すように円柱形に形成されている。

氷蓄熱装置１５のタンク１７の内部には水等の熱媒体が貯蔵され、加えて、複数のサーモサイフォン式ヒートパイプ１８がほぼ垂直に立設されている。ヒートパイプ１８は、具体的には熱ダイオード特性を有するサーモサイフォンであり、そのため、ヒートパイプ１８の熱輸送方向は一方向に限定される。なお、ヒートパイプ１８の内部には、沸点が１０℃以下のアンモニアあるいはＲ−１３４ａなどの代替フロンなどの作動流体が気密に封入されており、その量は、ヒートパイプ１８の内容積の約２０〜３０ｖｏｌ％にすることが好ましい。ヒートパイプ１８の一方の端部は熱媒体に浸漬されており、作動流体が蒸発する蒸発部１８ａとして機能する。また、ヒートパイプ１８の他方の端部は外気と接触するようにタンク１７の外部の地表に露出されており、作動流体が凝縮する凝縮部１８ｂとして機能する。加えて、熱媒体の熱を効率的に気中に放熱するために、凝縮部１８ｂには複数のフィン２４が設けられている。

更に、ヒートパイプ１８の蒸発部１８ａの周囲には、例えば中空管により形成されるコイル型熱交換器２５が巻き付けられており、その内部を液相の冷却用媒体が流通するようになっている。具体的には、熱交換器２５は、熱伝導性を有する銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金などによって形成されていて、タンク１７内に貯蔵されている熱媒体と、液相の冷却用媒体との間で熱交換が生じるようになっている。熱交換器２５の長さは、データセンタ１を所望の温度に冷却するために必要な冷熱量、言い換えれば、熱交換器２５を介した冷却用媒体と熱媒体との間で交換する熱量に応じて調整することができ、その長さは予め実験やシミュレーションなどによって求めることができる。また、材料コストを抑制するため、熱交換器２５を合成樹脂製のチューブによって形成することもできる。その場合、合成樹脂製のチューブの熱伝導率は上記の金属製材料の熱伝導率より低いため、合成樹脂製のチューブを使用する場合には、その長さを金属製材料により熱交換器２５を形成する場合よりも長くすればよい。

図４に、図１に示す氷蓄熱装置の上視図を模式的に示してある。タンク１７は、例えば鉄やコンクリートによって上述のように円柱形に形成されている。タンク１７の周囲には、氷蓄熱装置１５の保守点検のための作業室１９が形成されている。なお、作業室１９には出入り口２６を介して作業員が出入できるようになっている。

更に、作業室１９の周囲、およびタンク１７を含む作業室１９の下部を覆うように土層２０が設けられている。例えば、土層２０には５〜２５％の水分が含まれ、その厚みは１ｍである。なお、土層２０は、有底円筒形状に形成された木製の支持構造体２２によって保持されている。土層２０と支持構造体２２との間には、水とともに土が流出することを防止もしくは抑制するように、例えば合成樹脂素材によって形成されたメッシュ構造体等の防水シート２１が設けられている。加えて、支持構造体２２の外側には、断熱材２６が設けられている。断熱材２６は、例えば、中空プレートの内部圧力が大気圧に比較して低下された真空パネルや、多孔状組織を有する発泡ポリウレタンや発泡ポリスチレンあるいはグラスウールなどによって構成される断熱材であってよい。タンク１７の上部は、上記の真空パネルや多発泡ポリウレタンなどの断熱材２６によって覆われていて、外気の温度変化を受けにくいようになっている。

土層２０の熱を外気に対して放熱するため、土層２０には、複数のサーモサイフォン式ヒートパイプ２７が所定間隔を隔ててほぼ垂直に埋設されている。図３に示すように、サーモサイフォン式ヒートパイプ２７の土層２０に埋設されている部分は蒸発部２７ａとして機能し、大気中に露出されている部分は凝縮部２７ｂとして機能する。また、凝縮部２７ｂの放熱効率を向上させるため、凝縮部２７ｂには複数の放熱用のフィン２８が設けられている。サーモサイフォン式ヒートパイプ２７のその他の構造および機能は、上述したサーモサイフォン式ヒートパイプ１８と同様であるため、その詳細な説明は省略する。しかしながら、サーモサイフォン式ヒートパイプ２７は、その腐食を防止するために耐腐食性を有するステンレス等によって形成されることが好ましい。また、タンク１７および作業室１９の下部に形成されている土層２０の熱をも大気に放熱させるため、サーモサイフォン式ヒートパイプ２７は、図３に示すように、作業室１９の底部近傍において、タンク１７の中心に向けて屈曲させられている。なお、このように屈曲された部分においても作動流体の重力による還流を可能にするため、図５に示すように、その曲げ角度は、一例として５°程度が好ましい。

次に、土層２０に含まれる水分量について説明する。土層２０の材料として使用される砂およびロームならびに粘土の水分の含有量（水分保持量と呼ばれることがある）は、それぞれ約２．５〜１０％、約１０〜１７．５％、約１７．５〜２５％の範囲である。したがって、上述した土層２０を、砂を主成分として形成する場合には、水分量は２．５〜１０．０％の範囲にすることが好ましい。この場合、土層２０の熱をサーモサイフォン式ヒートパイプ２７で大気中に放熱することにより土層２０を凍土化することができる。同様の理由により、ロームを主成分とする場合には、水分量は１０〜１７％にすることが好ましく、粘土を主成分とする場合には、水分量は１７．５〜２５％にすることが好ましい。

次に上記の氷蓄熱装置１５の作用について説明する。タンク１７の内部に貯蔵される熱媒体の温度が外気温より高くなり、かつ、外気温が所定温度以下になると、タンク１７内に貯蔵される熱媒体の熱により、サーモサイフォン式ヒートパイプ１８の蒸発部１８ａ内の作動流体が加熱されて蒸発し、気相の作動流体により熱媒体の熱が潜熱の形で凝縮部１８ｂに輸送される。凝縮部１８ｂに輸送された熱媒体の熱はフィン２３を介して大気中に放熱され、それにより気相の作動流体が凝縮されて重力により蒸発部１８ａに還流する。その結果、タンク１７内の熱媒体が冷却される。また、外気温が０℃以下に低下すると、タンク１７内の熱媒体は更に冷却されて凍結する。熱媒体は、先ず蒸発部１８ａの表面付近から凍結され、次第に凍結の範囲が広がって熱交換器２５の周囲の熱媒体も次第に凍結され、最終的にはタンク１７に貯蔵される熱媒体が全て凍結する。このように、外気の冷熱がタンク１７に氷の形として貯蔵される。これとは反対に、タンク１７の内部に貯蔵される熱媒体の温度が外気温より低く、外気温が所定温度以上になると、サーモサイフォン式ヒートパイプ１８による熱輸送は停止される。

土層２０においては、土層２０の温度が外気温より高くなり、かつ、外気温が所定温度以下になると、土層２０の熱によりサーモサイフォン式ヒートパイプ２７の蒸発部２７ａ内の作動流体が加熱されて蒸発し、気相の作動流体により土層２０の熱が潜熱の形で凝縮部２７ｂに輸送される。凝縮部２７ｂに輸送された土層２０の熱はフィン２８を介して大気中に放熱され、それにより気相の作動流体が凝縮されて重力により蒸発部２７ａに還流する。このようにして土層２０が冷却される。また、外気温が０℃以下に低下すると、土層２０に含まれる水分が更に冷却されて凍結し、凍土層２０が形成される。これとは反対に、土層２０の温度が外気温より低く、外気温が所定温度以上になると、サーモサイフォン式ヒートパイプ２７による熱輸送は停止される。

本願発明に係る第１の実施例では、氷蓄熱装置１５はサーモサイフォン式ヒートパイプ１８を使用して寒冷期の冷熱を蓄えるように構成されているので、蓄冷時において電力を消費したり、二酸化炭素等の温室効果ガスを排出したりしない。したがって、補助用冷却装置である氷蓄熱装置１５にかかるランニングコストが不要になり、加えて、環境に対する負荷を抑えることができる。熱媒体を凝固させて蓄えた冷熱は、コイル型熱交換器２５を介して液相の冷却用媒体に伝達させて取り出すので、熱媒体が全て凝固した場合であっても冷却用媒体により冷熱を取り出すことができる。また、氷蓄熱装置１５は地中に設けられるとともに、土層２０によって覆われている。その土層の厚みは上述したように１ｍであり、データセンタ１は凍結指数が４００℃・ｄａｙ以上の寒冷地に設けられる。加えて、土層２０はサーモサイフォン式ヒートパイプ２７を使用して凍結されるので、凍結された状態を一年を通して維持することができる。そのため、氷蓄熱装置１５はタンク１７内に熱媒体を凝固させることにより蓄えた冷熱を一年を通して維持でき、その冷熱により、一年を通してデータセンタ１の非常時に備えることができる。また、上記に加えて、サーモサイフォン式ヒートパイプ１８，２７を使用して外気の冷熱を蓄えるので、温暖な季節において氷蓄熱装置１５に蓄えた冷熱が外部の温度によって温められて損失した場合に、その損失した冷熱を補うために電力を消費しない。したがって、ランニングコストが不要になり、二酸化炭素等の温室効果ガスを排出しない。このように氷蓄熱装置１５は、熱媒体を凝固させて蓄冷するように構成されているので、液相の熱媒体を冷却して蓄冷する場合に比較して、熱媒体の単位体積当たりの冷熱量を大きくできる。その結果、氷蓄熱装置１５の大きさや設置面積を抑えることができる。

上述のように、本願のデータセンタの冷却システムは、外部の冷熱のみによりその内部に貯蔵した熱媒体を凝固させることにより冷熱を蓄えるように構成された氷蓄熱装置１５により非常時にデータセンタ１を冷却するため、電力により水等の熱媒体を冷却するように構成された既存のチラーユニット等により非常時にデータセンタを冷却する従来のデータセンターの冷却システムと比較して設計変更が容易である。具体的には、例えばデータセンタ１のデータ処理量の増大に伴ってその冷却のために要求される冷熱量を増大する必要がある場合に、上述のような既存の装置に比較して容易に氷蓄熱装置１５の大きさを変更したり、他の氷蓄熱装置１５を追加して冷却システムの出力を増加したりすることができる。また、既設のデータセンターの冷却システムにおいて、補助冷却装置として使用されている既存のチラーユニットを、本願発明の氷蓄熱装置１５と置き換えることも可能である。

（実施例２）
次にこの発明に係る第２の実施例を具体的に説明する。図６に、この発明に係る氷蓄熱装置の他の例を模式的に示してある。本願発明に係る第２の実施例では、氷蓄熱装置１５は、消費電力量が２００ｋＷｈ未満のデータセンタ１を対象として構成されている。具体的には、上述した第１の実施例と比較して、氷蓄熱装置１５は、隔壁２９を更に備えている。また、氷蓄熱装置１５のタンク１７は、上述した第１の実施例と比較して、小さく形成されており、コイル型熱交換器２５に替えてＵ字形状の熱交換器３０が使用されている。なお、図６において、図２および図３に示す構成と同様の構成については、図２および図３と同じ符号を付してその説明を省略する。

氷蓄熱装置１５は、図６に示すように、隔壁２９によって囲われて、地中に設けられている。土層２０と隔壁２９との間には、例えば土が詰められている。地表に露出する氷蓄熱装置１５の上部は、蓋部材３１によって覆われている。蓋部材３１は、例えば、断熱材やコンクリートなどによって形成することができる。サーモサイフォン式ヒートパイプ１８の蒸発部１８ａの近傍に、例えば中空管が屈曲されてることにより形成されるＵ字型熱交換器３０が設けられており、その内部を液相の冷却用媒体が流通するようになっている。熱交換器３０は、上述した熱交換器２５と同様に、熱伝導性を有する銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金などによって形成されていて、タンク１７内に貯蔵されている熱媒体と、液相の冷却用媒体との間で熱交換が生じるようになっている。

（実施例３）
次にこの発明に係る第３の実施例を具体的に説明する。本願発明に係る第３の実施例は、消費電力量が２００ｋＷｈを超える大規模データセンタを対象とし、複数の氷蓄熱装置を使用して補助用冷却装置が構成されている。図７に、その上視図を模式的に示してある。図８に、図７に示す氷蓄熱装置の断面図を模式的に示してある。なお、図７および図８において、図２および図３ならびに図６に示す構成と同様の構成については、図２および図３ならびに図６と同じ符号を付してその説明を省略する。また、図８では、凝固された熱媒体と液相の冷却用媒体との間で熱交換する熱交換器を図示していないが、第１の実施例のコイル型熱交換器２５や第２の実施例のＵ字型熱交換器３０を使用することができ、各タンク１７内に熱媒体を凝固させて蓄えた冷熱は、熱交換器を介して液相の冷却用媒体に伝達させて取り出すことができるように構成されている。図７および図８に示したように、三つの氷蓄熱装置１５が隔壁２９によって囲われて、地中に設けられている。各氷蓄熱装置１５は、直方形に形成されている。隔壁２９と氷蓄熱装置１５との間には上述した土層２０が設けられている。土層２０の厚みは上述したように１ｍとされ、土層２０の高さは氷蓄熱装置１５よりも高く形成されている。土層２０には、上述しように複数のサーモサイフォン式ヒートパイプ２７が設けられている。この土層２０と隔壁２９との間には、例えば土が詰められている。

また、隣接する氷蓄熱装置１５の間には、上記の土層２０よりも厚みが薄い土層２０ｓが設けられている。土層２０ｓの厚みは１ｍ未満とされ、高さは氷蓄熱装置１５の高さと同じになっている。土層２０ｓには、土層２０と同様に、複数のサーモサイフォン式ヒートパイプ２７が設けられていて、土層２０ｓの熱は、サーモサイフォン式ヒートパイプ２７によって大気中に放熱されることにより外気の冷熱によって冷却されて凍結され、凍土層２０ｓを形成するようになっている。また、図８に示すように、各氷蓄熱装置１５および土層２０ｓの上面は、断熱材２６によって覆われており、更に各氷蓄熱装置１５および土層２０，２０ｓが外気と接触しないように蓋部材３１によって覆われている。

このように本願発明に係る第２の実施例および第３の実施例においても、上述した第１の実施例と同様の効果を得ることができる。加えて、凍結されて凍土化された土層２０，２０ｓに熱交換器を設ければ、凍土化された土層２０，２０ｓの冷熱を使用してデータセンタ１を冷却することもできる。

１…データセンタ、 ４…電子部品、 ６…チラーユニット、 １５…氷蓄熱装置、 １７…タンク、 １８，２７…サーモサイフォン式ヒートパイプ、 ２０，２０ｓ…土層（凍土層）。

Claims (3)

1. データ処理に伴って発熱する電子部品を冷却する冷却器の運転が停止したり、その冷却に不足が生じたりする場合に、予め蓄えた冷熱によって前記電子部品を冷却するように構成されたデータセンタの補助用冷却装置において、
   熱媒体を貯蔵するタンクと、
   前記熱媒体に少なくとも一部が浸漬され、他の一部が大気中に露出されるとともに、前記熱媒体の温度が前記外部の温度よりも高く、かつ前記外部の温度が所定温度以下の場合に、前記熱媒体の熱を受動的に熱輸送して外気に放熱することにより前記熱媒体を凝固させて蓄冷する熱輸送方向が一方向のヒートパイプと、
   前記タンクの周囲に形成された水分を含む土層と、
   前記土層に少なくとも一部が埋設されていて前記土層の温度が前記外部の温度よりも高く、かつ前記外部の温度が所定温度以下の場合に、前記土層の熱を受動的に熱輸送して外気に放熱することにより前記土層を凍結させる熱輸送方向が一方向の他のヒートパイプとを備えた氷蓄熱装置を備える
   ことを特徴とするデータセンタの補助用冷却装置。
2. 前記ヒートパイプおよび前記他のヒートパイプは、密閉容器の内部に蒸発および凝縮を伴って流動する作動流体が封入され、かつ液相の前記作動流体が重力によって還流されることにより、熱輸送方向が一方向に制限されたサーモサイフォン式ヒートパイプを含む
   ことを特徴とする請求項１に記載のデータセンタの補助用冷却装置。
3. 前記土層の厚みは、１ｍであり、
   前記土層の含水量は、前記土層が砂を主成分として形成される場合には、２．５〜１０％であり、前記土層がロームを主成分として形成される場合には、約１０〜１７．５％であり、前記土層が粘土を主成分として形成される場合には、約１７．５〜２５％であり、
   前記タンクおよび前記土層は、凍結指数が４００℃・ｄａｙ以上の寒冷地の地中に設けられる
   ことを特徴とする請求項１に記載のデータセンタの補助用冷却装置。

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