JP2010133618A - 室内冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】室内で稼働する空調機器を低減することで、システム消費電力を低減してランニングコストを削減可能な室内空調システムを提供する。
【解決手段】この室内冷却システム１は、熱源装置２が設置された室内３空間と連通する気流通路４、室内の空気を気流通路に導入して室内との間で循環させる送風手段５、気流通路上に設けられた熱交換機６、熱交換機に室内温度よりも低い温度の気体を当てる冷却手段１０を備え、冷却手段が、曲面状に形成された内部に気体１１を導入する取込部１２が形成された旋回流路１３と、一端１５Ａ側が旋回流路内に位置し、他端１５Ｂ側が熱交換機側に位置する排気経路１５と、排気経路内に配置され取込部から旋回流路内に気体を吸引する吸引手段１４と、旋回流路内に導入される気体を加湿する加湿手段４０を有し、排気経路内を流れる気流あるいは排気経路内から排出された気流が熱交換機６に吹き付けられるように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、旋回気流を用いて室内を冷却する室内冷却システムに関する。

熱源装置となるコンピュータなどの電子機器を多数備えたサーバールームや携帯電話の基地局（以下、総称して「室内」と記す）では、コンピュータが発熱するために室温が上昇するが、この室温が上昇し過ぎて電子機器が熱でダウンしないように、空調装置を用いて室内温度を一定に管理している。このように温度管理を行う場合、空調装置が故障すると温度管理に支障を来たすため、複数の空調機器を用いて冷却するのが一般的である。例えば、特許文献１では、サーバー等の機器を搭載した複数のラックの間の各通路空間部の上方に局所冷却装置を設置し、局所冷却装置からの低温の空調空気をラック内に取り入れ可能として、機器からの排熱が局所的に処理するものが提案されている。

特許文献２では、電子装置が格納された多数のラックが配列された間の両端部に、下吹き出し式空調装置をそれぞれ設置し、空調装置の吹出口に床上吹出口と床下吹出口とを有するチャンバーを接続するとともに、ダンパーをこれら吹出口に開閉可能に設け、このダンパーの開閉位置によって、いずれか一方または双方の吹出口から空調空気を吹き出させるようにしたものが提案されている。

特開２００３−１６６７２９号 特開２００３−５６８８２号

特許文献１，２に記載のシステムでは、複数の電子機器の冷却を良好に行うことや、如何に安定して電子機器を冷却するのかと言った点に主眼が置かれていて、そのためには複数の空調装置を使用している。そのため、システム全体としては使用する空調機器が多くなる傾向となり、電力消費量が多くなる傾向にある。
本発明は、室内で稼働する空調機器を低減することで、システム消費電力を低減してランニングコストを削減可能な室内空調システムを提供することを、その目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１にかかる室内空調システムは、熱源装置が設置された室内空間と連通する気流通路と、室内の空気を前記気流通路に導入して前記室内との間で循環させる送風手段と、気流通路上に設けられた熱交換機と、熱交換機に室内温度よりも低い温度の気体を当てる冷却手段を備え、冷却手段が、曲面状に形成された内部に気体を導入する取込部が形成された旋回流路と、一端側が旋回流路内に位置し、他端側が熱交換機側に位置する排気経路と、排気経路内に配置され、取込部から旋回流路内に気体を吸引する吸引手段と、旋回流路内に導入される気体を加湿する加湿手段を有し、排気経路内を流れる気流、あるいは排気経路内から排出された気流が熱交換機に衝突するように構成したことを特徴としている。
本発明の請求項２にかかる室内空調システムは、熱交換機の下方に配置された受水手段と、受水手段と加湿手段とを連通する連結通路を、さらに有することを特徴としている。本発明の請求項３にかかる室内空調システムは、少なくとも旋回流路内に導入される気体の温度を検出する温度検出手段と、加湿手段の作動と停止を制御する制御手段とを更に備え、制御手段が、温度検出手段で検出された温度情報が、室内の温度情報よりも低い場合には加湿手段の作動を停止し、室内の温度情報以上の場合には加湿手段を作動するように制御することを特徴としている。

本発明によれば、熱源装置が設置された室内空間と連通する気流通路に送風手段で導入された空気は、室内温度よりも低い温度の気体が冷却手段によって当てられる熱交換機で熱を奪われてから室内に戻される。このときの冷却手段は、曲面状に形成された内部に気体を導入する取込部が形成された旋回流路と、一端側が旋回流路内に位置し、他端側が熱交換機側に位置する排気経路と、排気経路内に配置され取込部から前記旋回流路内に気体を吸引する吸引手段と、旋回流路内に導入される気体を加湿する加湿手段とを有しているので、吸引手段が作動して加湿された気体が取込部から旋回流路内に導入されると、旋回流路の内面が曲面状であるため、導入された気体は、旋回流路の内面に沿って旋回しながら移動し旋回気流となる。このとき導入された外気に加湿手段から加湿された水分は、自然原理による蒸発が旋回流により長時間作用することで、導入された空気のその時点での露天温度付近まで気化熱を奪われるため、導入された外気はこの気化熱の作用によって冷却される。このため、吸引手段の作動と加湿手段を作動するだけで、冷気を発生させることができ、既存の空調機器の少なくとも１つでも、このシステムに交換することで、システム消費電力を低減してランニングコストを削減することができるようになる。
本発明によれば、熱交換機の下方に受水手段を配置し、この受水手段と加湿手段とを連結通路で連通するので、熱交換機の表面に結露した水を受水手段で回収して連結通路を介して加湿手段に供給できるので、加湿手段に水を補給する回数を低減することができるとともに、回収した水を用いて冷却された外気を熱交換機に吹き付けることができるので、使用する水量も低減されるので、よりシステムのランニングコストを低減することができる。
回収水で気体を加湿できるため、使用する水量も低減されるので、よりシステムのランニングコストを低減することができる。
本発明によれば、温度検出手段で検出された旋回流路内に導入される気体の温度情報が、室内の温度情報よりも低い場合には加湿手段の作動が停止するので、例えば旋回流路に導入される気体が外気の場合で、室温よりも温度が著しく低い季節の場合には、加湿手段で添加される水分の気化熱を用いる必要がなくなるので、加湿手段での消費電力がなくなるので、よりシステムのランニングコストを低減することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて順に説明するが、各実施形態において同一機能をする部材には、同一符号を付し、重複説明は適宜省略する。
（第１の実施形態）
図１において、符号１は本形態にかかる室内冷却システムの一形態を示す。本形態では、この室内冷却システム１を、熱源装置となるパソコンなどの電子機器２が複数ラックに納められて設置された室内となるサーバールーム３に適用している。無論本システム１が適用される室内空間としては、サーバールーム３に限定されるものではなく、例えば熱源装置として通信機器が設置されている通信基地局の内部、多数の空調機器が設置されて稼働する劇場やコンサートホールなどの大規模施設の内部、高気密高断熱住宅の室内などに適用してもよい。無論これ以外であっても複数の空調機器を稼働させて室内の温度管理をしている空間の冷却システムとしても利用可能である。

室内冷却システム１は、サーバールーム３と連通する気流通路４と、サーバールーム３内の空気を気流通路４に導入してサーバールーム３との間で循環させる送風手段となるファン５と、気流通路４上に設けられた熱交換機６と、熱交換機６に室内温度よりも低い温度の気体となる例えば空気を当てる冷却手段１０を備えている。

気流通路４は所謂ダクトであって、その導入口４Ａと排出口４Ｂがサーバールーム３内に開口されている。本形態において、気流通路４はサーバールーム３を有する建物の外部に突出する形態としている。これは気流通路４内にファン５の作動で導入された空気（内気）を外気で冷却するためである。無論、冷却手段１０を設置するスペースが建物内に確保できる場合や、室内に設置されている空調用のダクトを気流通路４として利用する場合には、気体通路４は必ずしも建物の外部に突出させる必要はない。

熱交換機６は、ここでプレート式熱交換器を使用していて、気体通路４内に導入されたサーバールーム３の空気が、熱交換機６の内部を通過できるように、気体通路４と接続されている。符号６Ａ，６Ｂは気体通路４と熱交換機６の接続部を示す。

冷却手段１０は、図２に示すように、曲面状に形成された内部に気体となる外気１１を導入する取込部１２が形成された旋回流路１３と、一端側１５Ａが旋回流路１３内に位置し、他端１５Ｂ側が熱交換機６側に位置する排気経路１５と、排気経路１５内に配置され、取込部１２から旋回流路１３内に気体となる外気１１を吸引する吸引手段１４とを備えている。

旋回流路１３は、外側筒部３１と内側筒部３２が同心円状に配置された二重管構造とされたケーシング３０内に形成されている。外側筒部３１は、その軸線方向に位置する両端３１Ａ，３１Ｂが閉塞されたパイプ部材で構成されている。外側筒部３１の一方（本形態では図中上側）の端部３１Ａには、内側筒部３２と接続される開口部３１Ｄが形成されている。

両端３２Ａ，３２Ｂが開放されている内側筒部３２はパイプ部材であって、一端３２Ａが外側筒部３１の他方（本形態では図中下側）の端部３１Ｂとの間に吸引空間３３が形成されるように、外側筒部３１内に配置され、他端３２Ｂ側が外側筒部３１の開口部３１Ｄを貫通してケーシング３０の外部へと延びている。

本形態において、旋回流路１３は外側筒部３１の内側面３１Ｅと内側筒部３２の外側面３２Ｃとの間に環状空間として形成されている。内側筒部３２の内部空間は、旋回流路１３と吸引手段１４とを連通するようにケーシング３０の中心寄りに形成された排気経路１５を形成している。ケーシング３０は、取込部１２と内側筒部３２の一端３２Ａを除いて密閉空間とされている。取込部１２は、外側筒部３１の外側面３１Ｃの一部に、内部の旋回流路１３と連通するように形成された開口部１２１と、開口部１２１に挿入された吸気導入菅１２２とで構成されている。

吸引手段１４は、内側筒部３２の一端３２Ａ（排気経路１５）と連通するように配置されていて、駆動モータ１４Ａが駆動されることでファン１４Ｂが回転して排気経路１５を介して旋回流路１３内の外気１１を吸引してケーシング３０の外部に排気する周知の負圧ファンとされている。

本形態では、旋回流路１３内に導入される外気１１を加湿する加湿手段４０を備えている。加湿手段４０は、旋回流路１３内に導入される外気にミスト４１を供給するミスト供給装置として構成している。ミスト供給装置としては、図２に示すように、水やお湯を入れた容器４２内に振動体４３を配置し、容器４２内と旋回流路７とをミスト搬送路４４で連通し、振動体４３に超音波を与えて振動させて水やお湯を霧状にしてミスト４１を発生する周知の構成が挙げられる。

この他、加湿手段４０となるミスト供給装置としては、図３に示すように、数ミクロン〜数十ミクロンの超微細な霧状のミスト４１として噴射可能な噴射ノズル４５と、この噴射ノズル４５と配管４７を介して高圧ポンプ４６を接続し、高圧ポンプ４６で容器４２内の水またはお湯を加圧して噴射ノズル４５に搬送してミスト４１を発生する構成が挙げられる。

ミスト供給装置で発生させたミスト４１は、旋回流路１３に対して取込部１２から外気１１と予め混合して供給する形態、図２に示すように取込部１２とは異なるミスト導入口４８を外側筒部３１に旋回流路１３と連通するように形成し、ミスト導入口４８から旋回流路１３内に供給する形態、図３に示すように、噴射ノズル４５の噴射孔を旋回流路１３内に臨むように外側筒部３１の一端３１Ａ側に噴射ノズル４５を配置し、ミスト４１を旋回流路１３内に供給する形態あるいは内側筒部３２の外側面３２Ｃからミスト４１を旋回流路１３内に供給する形態などが挙げられる。

この冷却手段１０は、建物の外部に設置されていて、排気経路１５内から排出される気流１１Ａが熱交換機６に衝突するように、排気経路１５の終端１５Ａを熱交換機６と対向するようにしている。冷却手段１０としては、排気経路１５上に熱交換機６を配置して排気経路１５内を流れる気体１１Ａを熱交換機５に衝突するような構成としたものであってもよい。

このような構成の室内冷却システム１によると、ケーシング３０に形成された取込部６と内側筒部３２の一端３２Ａを除いて密閉された空間とされているので、吸引ファン１４の駆動モータ１４Ａが作動してファン１４Ｂが回転すると、内側筒部３２の内部に形成された排気経路１５が負圧化される。そして、図２に示すように、これと連通する旋回流路１３内に、旋回流路１３の外周側に形成された取込部１２から外気１１が導入される。本形態では、旋回流路１３の内面１３Ｃが曲面状であるため、導入された外気１１は、旋回流路１３の形状に習って、図２に矢印Ｒで示すような旋回気流となって旋回流路１３内を移動し、吸引空間３３の位置するケーシング３の下部に向かって旋回しながら下降する。下降した旋回気流Ｒは、吸引空間３３を介して内側筒部３２の他端３２Ｂから排気経路１５内に吸引され、旋回しながら排気ファン１４によってケーシング３０の外部に排気される。

この排気される気体１１Ａは、もともと外気１１であるが、本形態では加湿手段４０を備えていて、この加湿手段４０を作動することで、旋回流路１３に導入される前の外気１１、あるいは旋回流路１３に導入された外気１１に対して水やお湯から生成された微細なミスト４１が供給される。このため、旋回流路１３内で外気１１が旋回して発生する旋回気流Ｒとの混合時にミスト４１が気化し、気加熱によって旋回気流Ｒの温度が低下する。すなわち、導入された外気１１に加湿手段４０から加湿された水分は、自然原理による蒸発が旋回気流Ｒにより長時間作用することで、導入された外気１１のその時点での露天温度付近まで気化熱を奪われるため、導入された外気１１はこの気化熱の作用によって冷却される。

この温度の低い気体１１Ａ（冷却された外気）は、排気経路１５の他端１５Ｂから排気されて熱交換機６に吹き付けられると、熱交換機６内の空気と熱交換される。この熱交換により、熱交換機６内の空気が冷却されてサーバールーム３内に戻されることで、サーバールーム３の温度を低下、あるいは温度上昇を抑制することができる。

このため、このシステム１をサーバールーム３に適用すると、吸引手段１４と作動と加湿手段４０を作動するだけで発生させた冷気でサーバールーム３の空気を冷却することができるので、既存の空調機器の少なくとも１つでも、本システム１に交換することで、システム消費電力を低減してランニングコストを削減することができるようになる。無論冷却する温度帯や冷却する室内容積によっては、この室内冷却システム１を単独で設置しても室温低下を行うことはできる。
（第２の実施形態）
本形態に係る室内冷却システム１Ａは、図５に示すように、第１の実施形態の室内冷却システム１に、熱交換機６の下方に配置した受水手段５０と、受水手段５０と加湿手段４０とを連通する連結通路５１とを追加したものであり、これ以外の構成は、第１の実施形態の室内冷却システム１と同様である。

受水手段５０は、排気経路１５の他端１５Ｂ側から排気された冷気１１Ａが熱交換機６に吹き付けたときに、熱交換機６の表面に発生した結露した結露水を回収するもので、ここでは上部が開放された容器を用いている。本形態では、熱交換機６の下方から冷気１１Ａを吹き付けているので、熱交換機６の真下に受水手段５０を配置すると、冷気１１Ａの吹き付け進路の妨げになる。このため、熱交換機６を斜めにして、熱交換機６の最下部位と対向するように受水手段５０を配置している。

排気経路１５の他端１５Ｂを熱交換機６の側面側に配置し、側面側から冷気１１Ａを熱交換機６に吹き付けるような配置とした場合には、受水手段５０は熱交換機６の真下に配置することができる。この場合、結露水を効率的に回収するには、熱交換機６の投影面積よりも大きな容器を設置するのが好ましい。連結通路５１は、受水手段５０に一端５１Ａが連結され、加湿手段の容器４２に他端５１Ｂが連結されている。図４では図面が煩雑になるのを避けるため、容器４２のみを示す。

このような構成とすると、熱交換機６の表面に結露した結露水を受水手段５０で回収して連結通路５１を介して加湿手段４０の容器４２に供給できるので、加湿手段４０に水を補給する回数を低減することができるとともに、回収した水を用いたミスト４１の気加熱で外気１１を冷却できるので、使用する水量も低減されるので、より室内冷却システム１に比べてよりランニングコストを低減することができる。
（第３の実施形態）
本形態に係る室内冷却システム１Ｂは、図６に示すように、第１の実施形態の室内冷却システム１に、旋回流路１３内に導入される外気１１の温度を検出する温度検出手段６０と、サーバールーム３内の温度を検出する室内温度検出手段６１と、加湿手段４０の作動と停止を制御する制御手段６２を追加したものである。無論、第２の実施形態の室内冷却システム１Ａに、温度検出手段６０、室内温度検出手段６１、制御手段６２追加してもよい。

温度検出手段６０，６１は、周知の温度センサであって、温度検出手段６０は取込口１２に温度検出手段６１は、サーバールーム３内にそれぞれ配置されていて、信号線を介して制御手段６２に接続している。温度検出手段６０，６１は、制御手段６２に対して温度情報を出力している。

制御手段６１は、周知のコンピュータで構成されていて、信号線を介して振動体４３あるいは高圧ポンプ４６と接続していて、これら加湿手段４０の駆動源の作動と停止を制御する機能を備えている。

本形態において、加湿手段４０の駆動源の制御には、温度検出手段６０，６１で検出された温度情報を用いる。制御手段６２は、温度検出手段６０で検出された外気１１の温度情報が、温度検出手段６１で検出された室内温度情報よりも低い場合には加湿手段４０の駆動源４３，４６の作動を停止し、室内温度情報以上の場合には加湿手段４０の駆動源４３，４６を作動するように制御する機能を備えている。

このような構成とよると、温度検出手段６０で検出された旋回流路１３内に導入される外気１１の温度情報が、室内温度情報よりも低い場合には加湿手段４０の駆動源４３，４６を作動しないので、旋回流路１３に導入される外気１１の温度が、室温よりも著しく低い季節の場合で、加湿手段４０で添加される水分の気化熱を用いる必要がなく場合には、加湿手段４０での消費電力がなくなるので、よりシステムのランニングコストを低減することができる。

本形態では、サーバールーム３内の温度を温度検出手段６１で検出しているが、サーバールーム３に、既存の冷却システムが設置されている場合には、当該システムから室温情報を受けるようにしてもよい。あるいは、サーバールーム３内の温度は一定の温度にすることが多いので、この温度情報を予め所定温度として制御手段６２に記憶しておき、温度検出手段６０からの温度情報と所定温度とを比較するようにしてもよい。このような場合には温度検出手段６１が不要となり、システムの導入コストの低減につながる。

本発明の第１の実施形態にかかる室内冷却システムの構成を示す概略構成図である。 本形態に係る室内冷却システムで用いる冷却手段の構成を示す拡大図である。 図２に示す構成とは加湿手段の構成が異なる冷却手段の構成を示す拡大図である。 本発明の第２の実施形態にかかる室内冷却システムの構成を示す概略構成図である。 本発明の第３の実施形態にかかる室内冷却システムの構成を示す概略構成図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ 室内冷却システム
２ 熱源装置
３ 室内空間
４ 気流通路
８ 室内の空気
５ 送風手段
６ 熱交換機
１０ 冷却手段
１１ 気体
１２ 取込部
１３ 旋回流路
１４ 吸引手段
１５ 排気経路
１５Ａ 一端側
１５Ｂ 他端側
４０ 加湿手段
５０ 受水手段
５１ 連結通路
６０ 温度検出手段
６２ 制御手段

Claims (3)

1. 熱源装置が設置された室内空間と連通する気流通路と、
   前記室内の空気を前記気流通路に導入して前記室内との間で循環させる送風手段と、
   前記気流通路上に設けられた熱交換機と、
   前記熱交換機に前記室内温度よりも低い温度の気体を当てる冷却手段を備え、
   前記冷却手段が、
   曲面状に形成された内部に気体を導入する取込部が形成された旋回流路と、
   一端側が前記旋回流路内に位置し、他端側が前記熱交換機側に位置する排気経路と、
   前記排気経路内に配置され、前記取込部から前記旋回流路内に気体を吸引する吸引手段と、
   前記旋回流路内に導入される気体を加湿する加湿手段を有し、
   前記排気経路内を流れる気流、あるいは前記排気経路内から排出された気流が前記熱交換機に吹き付けられるように構成したことを特徴とする室内冷却システム。
2. 前記熱交換機の下方に配置された受水手段と、
   前記受水手段と前記加湿手段とを連通する連結通路を有することを特徴とする請求項１または１記載の室内冷却システム。
3. 少なくとも前記旋回流路内に導入される気体の温度を検出する温度検出手段と、
   前記加湿手段の作動と停止を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記温度検出手段で検出された温度情報が、前記室内の温度情報よりも低い場合には前記加湿手段の作動を停止し、前記室内の温度情報以上の場合には前記加湿手段を作動するように制御することを特徴とする請求項１または２記載の室内冷却システム。

Images