JP2004293947A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却器から床下空間を経由して発熱機器へ冷却空気を搬送する場合、多くの搬送動力を必要とした。また、冷却器が異常停止した時、発熱機器の冷却が不能となり該発熱機器の停止を生ずるおそれがあった。
【解決手段】発熱機器３０の近辺の床下空間１４に複数の冷却器２０を配置して個別運転する。冷却器２０は冷媒配管５０によって熱搬送された冷熱を床下空間１４に吹き出して発熱機器３０を冷却する。また、複数の冷却器２０と凝縮機６０とを連結して冷却系統を形成し、該冷却系統が複数のとき、それぞれ相違する冷却系統を形成する冷却器同士を隣接して配置する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、発熱負荷を生ずる発熱機器の冷却を行う空気調和装置、特に、冷却器を、発熱機器が設置された発熱機器室の床下空間内に配置した空気調和装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の発熱機器を冷却する空気調和装置には、発熱機器室の床の上面に配置された複数の発熱機器（たとえば、情報機器）より排出された高温空気を、床の上面に設置された空調機（冷却器および送風機を具備している）が吸い込み、そこで冷却された空気を床下空間に吹き出し、これを発熱機器が吸い込むものがある（例えば、特許文献１および非特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２７７００１（第４頁、図３）
【非特許文献１】
（株）日立空調システム発行 ２０００・２００１テクニカルハンドブック パッケージエアコン 設計・施行偏（第３９６頁、図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の空気調和装置には以下のような問題点があった。
▲１▼発熱機器室内の空気を、床の上面に設置された空調機の送風機が吸い込み、これを床下空間に吹き出すため、空気の循環中において空調機の冷却器の吹き出し流れが床下空間へ到達するまでに圧力損失が生じる。このため、定格の風量を吹き出すためには、大きな搬送動力の送風機を必要とする。
▲２▼また、床下空間において冷却器の近辺と遠方とで吹き出された冷却空気の到達する量に偏りが生じ易く、到達量の少ない遠方の発熱機器が昇温して運転停止せざるを得ない事態に陥るおそれがある。
▲３▼また、複数配置された各発熱機器の中で発熱量が多いものについては比較的多量の冷却空気を必要とすることから、供給される冷却空気量が不足する場合は、発熱機器が昇温して運転停止せざるを得ない事態に陥るおそれが一層高まる。
▲４▼さらに冷却器を複数台設置した場合でも、そのうちの１台の冷却器が停止すると、多くの発熱機器が冷却不足となり停止を余儀なくされることがある。
【０００５】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたものであって、以下を目的とする。
第１の目的は、冷却器の搬送動力を低減できることである。
第２の目的は、冷却空気を比較的均一に発熱機器に供給し、発熱機器の異常な温度上昇を抑制することである。
第３の目的は、複数配置された発熱機器のうち熱負荷が高い場合に発熱機器の温度上昇を抑制できることである。
第４の目的は、１台程度の冷却器あるいは凝縮機が異常停止した場合でも、周囲に配置した複数の冷却器で冷却空気を供給することによって発熱機器の温度上昇や異常停止を抑制することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る空気調和装置は、発熱機器室の床面に設置された発熱負荷を生ずる発熱機器の冷却を行う空気調和装置であって、
前記発熱機器室の床下空間に配置された冷却器と、
前記発熱機器室の外に配置された凝縮機と、
該凝縮機と前記熱交換機とを連結する冷媒配管とを有し、
前記冷却器が送風機および熱交換機を具備し、該送風機が前記床面の上方の空気を吸い込み、且つ該熱交換機が該空気を冷却することを特徴としたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
図１は本発明に係る空気調和装置の実施の形態１の構造を示す側断面図である。図１において、複数の発熱機器３０が発熱機器室１０の床面１１に設置され、床面１１の下方の空間１４（以下、床下空間と称す）に冷却器２０が配置されている。
冷却器２０は遠心ファン２０１および熱交換器２０３等を具備している。したがって、床面１１の上方の空気１（以下、高温空気と称す）は床面１１に穿設された吸い込み孔１２を経由して遠心ファン２０１に吸い込まれ、熱交換器２０３によって冷却され（以下、冷却された高温空気１を冷却空気２と称す）、床下空間１４に吹き出しされた後、床面１１に穿設された吹き出し孔１３を経由して発熱機器３０に供給される。
【０００８】
図２は本発明に係る空気調和装置の実施の形態１における冷却器であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側断面図である。
図２において、冷却器２０の遠心ファン２０１が吸い込み孔１２の直下に配置され、その上縁に吸い込みベルマウス２０２が設置されている。
さらに、遠心ファン２０１を囲むように熱交換器２０３および筐体部２０４が設置されている。ベルマウス２０２には吸い込み空気の温度を検知する温度センサ２０５が設置され、該検知された吸い込み空気温度に基づいて絞り装置（図示せず）等を制御する制御機器２０６が設置されている。
【０００９】
よって、発熱機器３０から床面１１の上方に排気された高温空気１は、冷却器２０の遠心ファン２０１が回転することより発生する駆動力によって吸い込みベルマウス２０２を通り冷却器２０に吸い込まれる。その際、温度センサ２０５が検知した吸い込み温度が制御機器２０６に送信され、該検知信号に基づいて冷却性能が制御される。そして、熱交換器２０３によって冷却された一定温度の冷却空気２が床下空間１４の冷却器２０の四方に吹き出される。
このときの流れの偏向、周囲への拡大は遠心ファン２０１内でスムーズに行われること、冷却器２０が発熱機器３０の近辺に配置されている（冷却器２０の近辺に吹き出し孔１３が穿設され、吹き出し孔１３の直上に発熱機器３０が設置されている）こと、冷却器２０が複数台設置され一台あたりの吹き出し風速が小さいことにより圧力損失は非常に小さくなる。
【００１０】
図３は本発明に係る空気調和装置の実施の形態１における各機器の配置を模式的に示す機器配置図である。床面１１に方眼状に複数の発熱機器３０が設置され、発熱機器３０よって囲まれた範囲の床下空間１４に冷却器２０が配置されている。また、発熱機器室１０の屋外に凝縮機６０が配置され、冷却器２０と凝縮機６０とが冷媒配管５０によって連結されている。
【００１１】
以下、説明のため、図中、最も上の行を形成する発熱機器３０を発熱機器３１として、左から右に向かって３１Ａ、３１Ｂ、・・・３１Ｇと付番する。また、上から２行目を形成する発熱機器３０を発熱機器３２として、左から右に向かって３２Ａ、３２Ｂ、・・・３２Ｇと付番する。以下同様に付番する。
さらに、図中、最も上の行を形成する冷却器２０を冷却器２１として、左から右に向かって２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃと付番する。また、上から２行目を形成する冷却器２０を冷却器２２として、左から右に向かって２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃと付番する。以下同様に付番する。
また、図中、最も上の凝縮機６０を凝縮機６１として、上から２基目の凝縮機６０を凝縮機６２として、上から３基目の凝縮機６０を凝縮機６３と付番する。
【００１２】
図３において、凝縮機６１には１行目の冷却器２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃが冷媒配管５１によって連結されて第１の冷却系統が形成され、凝縮機６２には２行目の冷却器２２Ａ、２２Ｂ、２１Ｃ２が冷媒配管５２によって連結されて第２の冷却系統が形成され、凝縮機６３には３行目の冷却器２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃが冷媒配管５３によって連結されて第３の冷却系統が形成されている。
【００１３】
また、１行目の発熱機器３１Ａ、３１Ｂ・・・と２行目の発熱機器３２Ａ、３２Ｂ・・・とに挟まれた範囲に第１の冷却系統の冷却器２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ（それぞれの吸い込み口に同じ）が配置され、２行目の発熱機器３２Ａ、３２Ｂ・・・と３行目の発熱機器３３Ａ、３３Ｂ・・・とに挟まれた範囲に第２の冷却系統の冷却器２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄが配置され、さらに、第３の冷却系統の冷却器２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃも同様に配置されている。
【００１４】
したがって、それぞれの冷却器２０（たとえば、冷却器２１Ａ）はその周囲を限られた台数の発熱機器３０（たとえば、発熱機器３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ）によって包囲されているから、該冷却器２０は主にその近辺の発熱機器３０を冷却すればよく、遠方の発熱機器３０にまで送風する必要がない。
一方、見方を変えると、発熱機器３０（たとえば、発熱機器３２Ｃ）は、その周囲を限られた台数の冷却器２０（たとえば、冷却器２１Ａ、２１Ｂ、２２Ａ、２２Ｂ）によって包囲されているから、該発熱機器３０には、特定の冷却器２０からの冷却空気１のみが供給されるものではなく、これを包囲する複数の冷却器２０からの冷却空気２が供給されることになる。
よって、前記のように一台あたりの冷却器２０が吹き出す風速は小さいことより圧力損失を非常に小さくおさえることができる。
【００１５】
なお、発熱機器室１０の隅部に設置された発熱機器３１Ａ、３１Ｇ、３４Ａ、３４Ｇは、その周囲が複数の冷却器２０によって包囲されていないため、近接する冷却器２１Ａ、２１Ｃ、２３Ａ、２３Ｃの能力をその他の冷却器よりも増大して、当該発熱機器にも十分な冷却空気が供給されるようになっている。よって、正常な運転が確保される。
【００１６】
さらに、一部の冷却器が停止した場合においても、他の冷却器がこれを補完して冷却空気を供給するから、発熱機器が高温になることがない。
たとえば、冷却器２１Ａが停止した場合でも、これに近接している発熱機器３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ等には、冷却器２１Ａと同一の冷却系統を形成する冷却器２１Ｂ、異なる冷却系統を形成する冷却器２２Ａ、２２Ｂから吹き出しされた冷却空気が主に供給されるから、該停止が発生した場合でも、これらの発熱機器が異常に高温になることがない。このとき、冷却器２１Ｂ、２２Ａ、２２Ｂは、吸い込まれる高温空気１の温度が上昇するため、これに基づいて高負荷運転状態になっている。
なお、本発明は、冷却器２０を３行×（３列および４列）、発熱機器３０を４行×７列、および凝縮機を３基だけ配置するものに限定するものではなく、何れの行列配置であっても、また千鳥配置であってもよい。また、冷却系統は３系統に限定するものではなく、何れの数量であってもよい。
【００１７】
図４、５は本発明に係る空気調和装置の実施の形態１における温度センサの配置の別態様を模式的に示す機器配置図である。なお、図１、２と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図４において、温度センサ２１５が発冷却器２０の熱交換器２０３の下流側に設置されている。すなわち、冷却空気２を検知して、該検知信号に基づいて制御機器２０６によって冷却性能を制御している。よって、前記と同様の作用・効果を奏することができる。
【００１８】
図５において、温度センサ２２５が発熱機器３０の上部に設置され、発熱機器３０から吹き出される高温空気１の吹き出し温度を検知して、該検知信号に基づいて制御機器２０６によって冷却性能を制御している。よって、前記と同様の作用・効果を奏することができる。
よって、実施の形態１において、発熱負荷を生ずる発熱機器３０を床面１１に設置し、これを冷却する冷却空気２を供給する冷却器２０を床下空間１４に配置したから、冷却空気２の搬送動力を低減できる。また、空気調和装置が、複数の冷却器２０に対して複数の凝縮機６０からなる個別分散配置冷却器を具備し、個別運転による発熱機器３０の冷却を行う様にしたため、一台程度の冷却器２０が異常停止した場合でも発熱機器３０の冷却が継続される。
【００１９】
［実施の形態２］
図６は本発明に係る空気調和装置の実施の形態２における各機器の配置を模式的に示す機器配置図であって、各発熱機器が発する発熱量の大小に応じて、冷却器の負荷を調整したり、処理能力（機器容量）を決定する様子を示している。なお、実施の形態１（図３）と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図６において、発熱機器３２Ｄは他の発熱機器３０より発熱量が大きく、供給されるべき冷却空気２の流量が多いものである。このとき、発熱機器３２Ｄの近辺に配置され冷却器２１Ｂ、２２Ｂ、２２Ｃのそれぞれの温度センサ２０５により検知される高温空気１の温度は比較的高くなるから、該検知結果により、冷却器２１Ｂ、２２Ｂ、２２Ｃは高負荷にて運転を行うことになる。
一方、発熱機器３３Ｆは他の発熱機器３０より発熱量が小さく、供給されるべき冷却空気２の流量も少ないものである。このとき、発熱機器３３Ｆの近辺に配置された冷却器２２Ｃ、２２Ｄ、２３Ｃのそれぞれの温度センサ２０５により検知される高温空気１の温度は比較的低くなるから、該検知結果により、冷却器２２Ｃ、２２Ｄ、２３Ｃは低負荷にて運転を行うことになる。
【００２０】
よって、発熱機器３０の発熱量に差がある場合でも、各発熱機器３０の温度のばらつきは小さく保たれ正常な運転が確保される。
さらに、上記は、発熱機器３０の発熱量にあわせて冷却器２０の負荷を調整したものであるが、本発明はこれに限定するものではなく、発熱機器３０の発熱量にあわせて冷却器２０の処理能力（機器容量）を決定しても同様の作用・効果が得られる。
なお、実施の形態１に記載したように、発熱機器室１０の隅部や壁に近い位置に配置された発熱機器３０は、その周囲を冷却器２０によって包囲されていないから、当該発熱機器３０に近接した冷却器２０は、これに対応した負荷調整や処理能力（機器容量）の設定がなされているものである。
【００２１】
［実施の形態３］
図７は本発明に係る空気調和装置の実施の形態３における各機器の配置を模式的に示す機器配置図である。なお、実施の形態１（図３）と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図７における冷媒系統は、これを形成する冷却器２０と凝縮機６０とが略直線状に配置されていないものである。すなわち、ある発熱装置３０には複数の異なる冷却系統に属する冷却器から吹き出された冷却空気が供給されるものである。図中、冷却系統４が凝縮機６１と冷却器２１Ａ、２２Ｂ、２３Ｃとを連結する冷媒配管５４によって形成され、冷却系統５が凝縮機６２と冷却器２１Ｂ、２２Ａ、２２Ｄ、２３Ｂとを連結する冷媒配管５５によって形成され、冷却系統６が凝縮機６３と冷却器２１Ｃ、２２Ｃ、２３Ａとを連結する冷媒配管５６によって形成され、それらが入り組んだ形で配置されている。
【００２２】
たとえば、冷却系統４の冷却器２２Ｂは、冷却系統５の冷却器２１Ｂ、２２Ａ、２３Ｂと冷却系統６の冷却器２２Ｃとに隣接するように配置されている。
冷却系統６の冷却器２２Ｃは、冷却系統４の冷却器２２Ｂ、２３Ｃと冷却系統５の冷却器２２Ｄに隣接するように配置されている。
したがって、何れかの冷媒系統がなんらかの原因で停止した場合においても、周囲に配置された稼動中の別の冷媒系統の冷却器２０によって発熱機器３０の冷却が行われ、冷却器３０の急峻な温度上昇を抑制することができる。
たとえば、冷却系統４が停止した場合、冷却器２１Ａの機能を冷却系統５の冷却器２１Ｂと２２Ａとが補完し、冷却器２２Ｂの機能を冷却系統５の冷却器２１Ｂ、２２Ａ、２３Ｂと冷却系統６の２２Ｃとが補完し、冷却器２３Ｃの機能を冷却系統５の冷却器２２Ｄ、２３Ｂと冷却系統６の２２Ｃとが補完することになる。
【００２３】
よって、実施の形態３において、発熱負荷を生ずる機器の冷却を行う複数の冷却器２０と凝縮機６０からなる個別分散配置冷却器を持つ空気調和装置を複数系統設置し、同一床下空間１４内に異なる冷媒系統の冷却器２０を配置したことにより、ある冷媒系統の冷却器２０が停止した場合においても周囲に配置された稼動中の別の冷媒系統の冷却器２０によって発熱機器３０の冷却が行われ、発熱機器３０の急峻な温度上昇を抑制することができる。
【００２４】
［実施の形態４］
図８、９は本発明に係る空気調和装置の実施の形態４における冷却器であって、それぞれ（ａ）は平面図、（ｂ）は側断面図である。なお、実施の形態１（図２）と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
すなわち、上記実施の形態１〜３（たとえば、図２）において、送風機２０１として遠心ファン２０１を使用したのに対し、図８では斜流化した軸流ファン２１１を、図９では多翼ファン２２１を使用している。何れにおいても実施の形態１〜３と同様の作用・効果が得られるものである。
【００２５】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、発熱負荷を生ずる発熱機器を床面に設置し、これを冷却する冷却空気を供給する冷却器を床下空間に配置したから、冷却空気の搬送動力を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る空気調和装置の実施の形態１の構造を示す側断面図。
【図２】図１における冷却器であって（ａ）は平面図、（ｂ）は側断面図。
【図３】図１における各機器の配置を模式的に示す機器配置図。
【図４】図１における温度センサの配置の別態様を示す機器配置図。
【図５】図１における温度センサの配置の別態様を示す機器配置図。
【図６】本発明に係る空気調和装置の実施の形態２における機器配置図。
【図７】本発明に係る空気調和装置の実施の形態３における機器配置図。
【図８】本発明に係る空気調和装置の実施の形態４における冷却器。
【図９】本発明に係る空気調和装置の実施の形態４における冷却器。
【符号の説明】
１ 高温空気、２ 冷却空気、１１ 床面、１４ 床下空間、２０ 冷却器、３０ 発熱機器、５０ 冷媒配管、６０ 凝縮機、２０１ 遠心ファン、２０２ベルマウス、２０３ 熱交換器、２０４ 筐体、２０５ 温度センサ、２０６制御機器。

Claims (9)

1. 発熱機器室の床面に設置された発熱負荷を生ずる発熱機器の冷却を行う空気調和装置であって、
   前記発熱機器室の床下空間に配置された冷却器と、
   前記発熱機器室の外に配置された凝縮機と、
   該凝縮機と前記熱交換機とを連結する冷媒配管とを有し、
   前記冷却器が送風機および熱交換機を具備し、該送風機が前記床面の上方の空気を吸い込み、且つ該熱交換機が該空気を冷却することを特徴とした空気調和装置。
2. 前記発熱機器が複数配置され、
   前記冷却器が該発熱機器によって囲まれた範囲の床下空間に配置されてなることを特徴とした請求項１記載の空気調和装置。
3. 前記発熱機器が複数であって、
   該複数の冷却器が凝縮機に連結されて冷却系統が形成されてなることを特徴とした請求項１または２記載の空気調和装置。
4. 前記冷却器が吸い込む空気の温度を検知する温度センサと、該温度センサの検知結果に基づいて吸い込む空気量または熱交換する熱量の一方または両方を制御する制御機器とを具備してなることを特徴とした請求項１乃至３の何れかに記載の空気調和装置。
5. 前記発熱機器が複数基配置され、
   該発熱機器の発熱量が相違する場合、高発熱量の発熱機器の近辺には大処理能力の冷却器が、低発熱量の発熱機器の近辺には小処理能力の冷却器がそれぞれ配置されてなることを特徴とした請求項１乃至４何れかに記載の空気調和装置。
6. 前記冷却系統が複数であって、
   それぞれ相違する冷却系統を形成する冷却器同士が、隣接してなることを特徴とした請求項３乃至５の何れかに記載の空気調和装置。
7. 前記冷却器において、前記熱交換機が前記送風機を囲むように配置されてなることを特徴とした請求項１乃至６の何れかに記載の記載の空気調和装置。
8. 前記送風機が遠心ファン、斜流化した軸流ファン、あるいは多翼ファンの何れかであることを特徴とした請求項１乃至７の何れかに記載の記載の空気調和装置。
9. 前記送風機が床面の上方の空気を吸い込む吸い込み口にベルマウスを具備することを特徴とした請求項１乃至８の何れかに記載の記載の空気調和装置。

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