JP2004293947A - 空気調和装置 - Google Patents

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Yoshinori Nakagawa
祥道 中川
Tomohiko Kasai
智彦 河西
Hiroyuki Morimoto
裕之 森本
Shinichi Iwamoto
慎一 岩本
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    • F24F1/0007Indoor units, e.g. fan coil units
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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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