JP2011052879A - 空調システム及びその制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】冷却を必要とする演算装置に対して、効率的に冷気の供給を行うことができる空調システム及びその制御方法を提供すること。
【解決手段】本発明にかかる空調システム1は、空調機11と、ダクト12と、開口率調整手段13と、を備える。空調機11は、演算装置20を冷却する冷気を送風する。ダクト12は、空調機11に接続され、空調機11から送風された冷気を演算装置20に送る。開口率調整手段13は、ダクト12内に設けられ、開口率を調整することでダクト12から演算装置20に供給される冷気の流量を調整する。
【選択図】図1

Description

本発明は空調システム及びその制御方法に関し、特にサーバルーム等のマシン室の空調システム及びその制御方法に関する。
大型CPU(Central Processing Unit)等の演算装置を複数台設置してあるサーバルーム等のマシン室において、演算装置は常に稼働している。そのため、演算装置の発熱により演算装置内部の温度も上昇してしまう。このような演算装置内部の温度上昇を抑えるために、マシン室には空調機が設置されており、当該空調機から送風される冷気によって演算装置を冷却している。
一般的に、複数の演算装置の発熱量は各々異なっており、その温度も不均一である。よって、マシン室の全ての演算装置について、発熱による故障等のトラブルが起きないようにするために、マシン室内の演算装置のうち、最も温度が高い演算装置に合わせて空調機による冷却が行われている。
複数の演算装置の冷却技術として、フリーアクセスフロアを利用した床下空調システムが使用されている。この床下空調システムについての技術が、特許文献1〜3に開示されている。特許文献1には、床下全体を冷却して、床下の任意の方向に送風可能な送風ユニットを設けて、冷却が必要な部分へ冷気を送風する技術が開示されている。
しかし、特許文献1に記載の技術では、床下全体を冷却する必要が生じる。そのため、特許文献2には、フリーアクセスフロアの床下に、空調機から演算装置に冷気を送るダクトを設け、演算装置を冷却する技術が開示されている。
だが、上記の特許文献2の技術では、空調機からの冷気の送風量を演算装置ごとに調整することができない。そこで、各演算装置に送る冷気の風量を調整するため、特許文献3には、床下のダクト内にファンを設置し、各演算装置に送る冷気の風量をファンで制御して冷却する技術が開示されている。
特開平7−4734号公報 特開昭62−237243号公報 特開2008−111588号公報
特許文献3に開示された技術を用いれば、設置されたファンにより演算装置ごとに冷気の風量を調整することはできる。しかし、ファンの回転を止めたとしても、ファンの隙間から冷気が漏れ、冷気の供給を止めることができなかった。
つまり、各演算装置の吸気口に対応してファンを設置すると、冷却の必要のない演算装置に対しても、ファンから漏れた冷気が供給されることとなる。この場合には、漏れた冷気は無駄なものとなってしまうので、冷気を有効活用することができず、冷却効率が悪いという問題があった。
本発明は、このような問題点を解消するためになされたものであり、冷却を必要とする演算装置に対して、効率的に冷気の供給を行うことができる空調システム及びその制御方法を提供することを目的とする。
本発明にかかる空調システムは、冷気を送風する空調機と、前記空調機から送風された前記冷気を、演算処理を行う演算装置に送る流路と、前記流路内に設けられ、開口率が調整可能な開口率調整手段と、を備えるものである。
本発明にかかる空調システムの制御方法は、冷気を送風する空調機と、前記空調機から送風された前記冷気を、演算処理を行う演算装置に送る流路と、を備える空調システムの制御方法であって、前記演算装置の温度を検出するステップと、検出された前記演算装置の温度に基づいて、前記流路内に設けられた開口率調整手段の開口率を調整するステップと、を備えるものである。
本発明により、冷却を必要とする演算装置に対して、効率的に冷気の供給を行うことができる空調システム及びその制御方法を提供することができる。
実施の形態1にかかる空調システムの構成例の側面図である。 実施の形態1にかかる空調システムの構成例の斜投影図である。 開口率調整手段の構成例の断面図である。 開口率調整手段の構成例の正面図である。 実施の形態2にかかる空調システムにおける、開口率調整手段が閉じている場合の断面図である。 実施の形態2にかかる空調システムにおける、開口率調整手段が開いている場合の断面図である。 実施の形態3にかかる空調システムの構成例の側面図である。 実施の形態3にかかる空調システムの構成例の斜投影図である。 実施の形態4にかかる空調システムの構成例の側面図である。 実施の形態4にかかる空調システムの構成例の斜投影図である。 実施の形態5にかかる空調システムの構成例の側面図である。 実施の形態5にかかる空調システムの構成例の側面図である。 実施の形態6にかかる空調システムの構成例の側面図である。 実施の形態6にかかる空調システムの構成例の側面図である。 実施の形態6にかかる空調システムの構成例の側面図である。 実施の形態6にかかる空調システムの構成例の側面図である。 実施の形態6にかかる空調システムの構成例の斜投影図である。
実施の形態1
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。本実施の形態の空調システム1は、図1に示すように、フリーアクセスフロアを用いた床下空調システムとして実施されている。すなわち、空調システム1は、空調機11と、ダクト12と、開口率調整手段13(13a〜13d)と、を備えている。
空調機11は、サーバ等に用いられる演算処理を行う演算装置20を冷却するために、フリーアクセスフロアの床下に冷気を送風する。
ダクト12は、フリーアクセスフロアの床下において、空調機11から演算装置20に冷気を供給するべく、配設されている。すなわち、一般的なフリーアスセスフロアは、第1の床31上に一定の高さの空間を設けて第2の床32が設置され、当該空間部分に配線等が行われるが、この空間部分にダクト12が配設されている。このダクト12が、空調機11から送風された冷気を演算装置20へ送る流路として機能する。なお、冷気の流路として機能するものであれば、中空のフレーム体等の部材をつなぎ合わせたものであってもよい。
本実施の形態では、図2に示すように、第2の床32上に演算装置20a〜20dが配置されており、各々の演算装置20a〜20dに対応するように、ダクト12が分岐している。すなわち、各々の演算装置20a〜20dに冷気が供給できるように、蛸足状にダクト12が配置されている。そして、ダクト12の一方の端部は、例えば空調機11の送風口(図示省略)に接続されている。ダクト12の他方の端部は、第2の床32に形成された送風口321に接続されている。つまり、ダクト12は上面に送風口321を有する。送風口321は、各々の演算装置20a〜20dの下部近傍に配置されている。その結果、空調機11の送風口から送風された冷気111は、図1に示すように、ダクト12を介して送風口321から吹き出し、演算装置20の吸気口(図示省略)から当該演算装置20に供給される。そして、演算装置20を冷却した冷気111は、演算装置20の排出口(図示省略)から排出される。
このように各々の演算装置20a〜20dに冷気を供給するべく、配設された各々のダクト12内に開口率調整手段13a〜13dが設けられている。開口率調整手段13は、開口率を調整することで、当該開口率調整手段13を通過する冷気の流量を調整することができる。
開口率調整手段13は、図3及び図4に示すように、固定部131と、可動部132と、駆動手段133と、を備えている。
固定部131及び可動部132は、それぞれ冷気を通過させるための開口部134を有する。すなわち、固定部131及び可動部132は、開口部134と閉鎖部135とが市松模様状に配置されている。固定部131の外周縁は、ダクト12の内周縁と概略等しい大きさであり、固定部131の外周縁がダクト12の内周縁に接するように配置されている。可動部132は、固定部131に対してスライドする。駆動手段133は、例えばモータ等の駆動力を歯車やベルトを用いて可動部132に伝達し、上述のように可動部132をスライドさせる。
開口率調整手段13の開口率の調整動作について説明する。開口率を上げる場合は、固定部131の開口部134と、可動部132の開口部134とが連通するように、駆動手段133が可動部132をスライドさせる。これによって、冷気の通り道が作られ、開口部134を冷気が通過する。一方、開口率を下げる場合は、固定部131の開口部134と、可動部132の閉鎖部135とが重なるように、駆動手段133が可動部132をスライドさせる。これによって、冷気の通り道が狭くなり、開口部134を通過する冷気の量を抑えることができる。さらに、開口率を略0とする場合は、固定部131の開口部134と、可動部132の閉鎖部135とが重なるように、駆動手段133が可動部132をスライドさせる。これによって、冷気の通過を遮断することができる。
具体的に云うと、演算装置20a〜20dの稼働による発熱量が同等であれば、演算装置20a〜20dに送る冷気の流量も同じで構わない。しかし、演算装置20a〜20dの発熱量が異なる場合、例えば演算装置20aが、演算装置20b〜20dと比べて発熱量が多い場合を考えると、演算装置20aは、演算装置20b〜20dよりも多くの冷気の供給を必要とすることになる。
このような場合には、演算装置20aに冷気を供給するダクト12の開口率調整手段13aの開口率を、演算装置20b〜20dに冷気を供給するダクト12の開口率調整手段13b〜13dの開口率よりも高くする。それによって、開口率調整手段13aを通過する冷気の流量は、開口率調整手段13b〜13dを通過する冷気の流量よりも多くなるので、演算装置20aは重点的に冷却されることになる。
一方、演算装置20dが、稼働による発熱を抑える必要が少ない場合を考える。このような場合には、空調機11から演算装置20dに対して多くの冷気を供給する必要はない。そのため、演算装置20dに冷気を供給するダクト12の開口率調整手段13dの固定部131と可動部132の開口部134の重なりを減らすことにより、当該開口率調整手段13dが冷気の通過を少なくすることができる。さらに、演算装置20dが、冷却を全く必要としないならば、開口率調整手段13dの開口部分を無くすことで、演算装置20dへの冷気の供給量を略0とすることができる。
このように、発熱を抑える必要がない演算装置への冷気の供給を遮断することができる。言い換えると、供給が遮断された分の冷気を、他の発熱を抑える必要のある演算装置へ供給することができる。そのため、無駄が無く、効率的に演算装置を冷却することができる。勿論、開口率調整手段の開口率を調整することで、各々の演算装置が必要とする冷気を供給することができる。なお、開口率調整手段13の開口率の調整は、温度センサ等により演算装置20の温度を監視しておき、その温度に基づいて制御装置が調整してもよいし、手動で開口率を制御してもよい。
実施の形態2
本発明にかかる実施の形態2について説明する。実施の形態1の開口率調整手段13は、固定部131と可動部132とを備えた構成としたが、開口率調整手段を通る冷気の流量を調整できるものであれば良い。
例えば、図5及び図6に示したような構成であってもよい。図5及び図6に示す開口率調整手段130は、枠体136と、羽根137と、を備えている。枠体136は、例えば中空のフレーム体である。枠体136の外周縁は、ダクト12の内周縁と略等しい大きさであり、枠体136の外周縁がダクト12の内周縁に接するように配置されている。枠体136の中空部分には、閉じた状態において当該中空部分を略覆うことができる複数の羽根137が配置されている。羽根137は、回転軸1371によって枠体136の側辺にピン連結されている。この回転軸1371に例えばモータ等の駆動手段の回転駆動力を伝達し、羽根137を回転させる。このように、本実施の形態の開口率調整手段130は、羽根137を回転させることで、ダクト12の開口率を調整し、冷気の流量を調整する。
ここで、図5は、開口率調整手段130の羽根137が閉じている場合であり、冷気の供給を遮断している状態を示している。図6は、開口率調整手段130の羽根137が開いている場合を示している。なお、図5及び図6においては、羽根137が3枚の場合を示しているが、この枚数に限られたものではない。
実施の形態3
本発明にかかる実施の形態3について説明する。図7及び図8に本実施の形態にかかる空調システム2の構成例を示す。当該空調システム2は、演算装置20の台数がさらに増えた場合の空調システムとして好適に用いることができる。この空調システム2は、実施の形態1の空調システム1と同様に、空調機11と、ダクト12と、開口率調整手段13と、を備えている。
ただし、空調システム2においては、2つの空調機11を備えている。また、開口率調整手段13は、演算装置20の近傍に形成された送風口321に設けられている。このとき、図示はしていないが、ダクト12による抵抗を少なくするために、演算装置20に接続されている配線を、床下ではなく天井等に配置してもよい。配線を床下に配置しないことで、床下の空間を確保し、ダクト12の断面積を大きくすることができる。つまり、ダクト12の抵抗が少なくなり、空調機11から離れた場所であっても、冷気の風量の減少を抑えることができる。
図8を用いて、空調システム2の構成例について説明する。空調機11と11は、演算装置20が配置されているマシン室の壁に沿って、向かい合って配置されている。ダクト12は、空調機11が配置されている壁に沿って配設されており、さらに、それらを結ぶように、演算装置20の列の間に複数のダクト12が配設されている。当該複数のダクト12には、第2の床32における演算装置20の近傍に形成された複数の送風口321を有する。開口率調整手段13は、当該送風口321に設けられている。ダクト12を流れる冷気は、開口率調整手段13を介して第2の床32から放出されるようになっている。
続いて、空調システム2の動作例を説明する。空調機11は演算装置20を冷却するための冷気を送風する。空調機11と11が送風する冷気の風量及び温度は、同一であってもよいし、異なる風量及び温度であってもよい。送風された冷気は、ダクト12を流れていき、開口率調整手段13を介して送風口321から吹き出す。吹き出した冷気は、演算装置20の吸気口から当該演算装置20に供給される。このとき、実施の形態1と同様に、各開口率調整手段13は、対応する演算装置20の発熱量に応じた開口率に制御される。これにより、本実施の形態の空調システム2も、発熱を抑える必要がない演算装置への冷気の供給を遮断することができる。言い換えると、供給が遮断された分の冷気を、他の発熱を抑える必要のある演算装置へ供給することができる。そのため、無駄が無く、効率的に演算装置を冷却することができる。勿論、開口率調整手段の開口率を調整することで、各々の演算装置が必要とする冷気を供給することができる。
ちなみに、開口率調整手段13を挟む2つの演算装置20の発熱量が異なる場合には、発熱量の多い方に合わせて開口率を調整してもよい。また、図8においては、1本のダクト12が、一列に配置された複数の送風口321を有し、各々の送風口321に開口率調整手段13を設けているが、この限りでない。すなわち、1本のダクト12が、二列に配置された複数の送風口321を有し、各々の送風口321に開口率調整手段13を設けてもよい。これにより、各々の演算装置20に対して1つずつ開口率調整手段13を有する構成とすることができる。
このように、本実施の形態によれば、1つのダクト12が有する複数の送風口321にそれぞれ開口率調整手段13が設けられているので、ダクト12を演算装置20の台数と同じ数だけ分岐させなくてもよい。さらに、開口率調整手段13をダクト12の上面に配置された送風口321に設けることで、ダクト12内部において、開口率調整手段13自体による抵抗を減少させることができるので、効率的な冷却をすることができる。
なお、図示はしていないが、演算装置20の吸気口が演算装置20の底面に配置されている場合には、ダクト12は、演算装置20の真下に配設されていても良い。また、図8に示しているように、開口率調整手段13を備えていないダクト12を設けても良い。開口率調整手段13が設けられたダクト12aを挟むダクト12bは、図8において図示はしていないが、ダクト12aと同様に送風口を有する。当該送風口は使用しない場合には蓋等により塞いでおく。そして、演算装置20の吸気口の向きが変わり、吸気口がダクト12b側となった場合には、ダクト12bの当該送風口に新たに開口率調整手段13を設けることで演算装置20の冷却を行うことができる。したがって、図8のダクト12bを設けておくことで、演算装置20のレイアウト変更にも対応することができる。
実施の形態4
本発明にかかる実施の形態4について説明する。図9に実施の形態4にかかる空調システム3の構成例を示す。空調システム3は、図7及び図8に示す空調システム2の構成に加えて、開口率調整手段13がダクト12の分岐点にも設けられている。
空調システム3の動作例について説明する。空調機11から送風される冷気が、ダクト12を通り、開口率調整手段13によって、各々の演算装置20の必要とする流量に制限されて送風口に送られる。このとき、マシン室における演算装置20の配置によっては、冷却を必要としない演算装置20の列が存在する場合もある。そのような場合に、当該冷却を必要としない演算装置20の列に沿って配置されているダクト12には冷気を供給する必要はない。したがって、当該ダクト12が分岐する箇所に開口率調整手段13を設けることで、当該ダクト12に無駄な冷気が流れ込むことを遮ることができる。これにより、冷気を流す必要があるダクト12のみに、冷気を効率良く流すことができる。
ここで、図10に空調システム3の変形例を示すように、ダクト12の分岐点に加えて、ダクト12の長手方向の中央部にも開口率調整手段13が設けられていることが好ましい。例えば、図10において、点線で囲った演算装置20の一群を演算装置群21とし、演算装置群21に含まれる演算装置20は全て冷却を必要としない装置であるとする。この場合には、予め、開口率調整手段13a、13bを遮断することで、開口率調整手段13aと13bに挟まれた部分のダクト12に冷気が流れ込むのを防ぐことができる。つまり、演算装置20の配置が変更され、冷気を流す必要があるダクト(コールドアイル)と冷気を流す必要がないダクト(ホットアイル)が変更した場合であっても、開口率調整手段13によりホットアイルへの冷気の流れを遮断することができる。
実施の形態5
本発明にかかる実施の形態5について説明する。図11に本実施の形態にかかる空調システム4の構成例を示す。図11に示す空調システム4は、空調機11、ダクト12、開口率調整手段13に加えて、さらに温度検出手段14及び制御手段15を備えている。
温度検出手段14は、温度を検出する温度センサである。温度検出手段14は、図11に例示するように、演算装置20の吸気口近傍に配置されている。また、制御手段15は、温度検出手段14によって検出された吸気温度に基づいて、開口率調整手段13の開口率を制御する。温度に基づいてとは、例えば、演算装置20が、所定の温度(例えば、演算装置20が稼働可能な温度等)を超えないように、制御手段15が開口率調整手段13の開口率を制御する。なお、排気温度を検出して同様の動作を行ってもよい。図11において、制御手段15は、温度データ収集装置151と、制御装置152と、を備えている。なお、その他の構成については、実施の形態3と同様であるため説明を省略する。
空調システム4の動作例について説明する。演算装置20の吸気口近傍に配置された温度検出手段14は、吸気温度を検出し、検出した温度のデータを温度データ収集装置151に出力する。温度データ収集装置151は、入力された当該温度のデータを制御装置152に出力する。制御装置152は、当該演算装置20の吸気温度が所定の温度を超えないように、例えば開口率調整手段13の駆動手段133を制御し、開口率調整手段13の開口率を制御する。
すなわち、温度データ収集装置151に入力された演算装置20の温度が、当該演算装置20の稼働状況等によって、所定の温度に近づいている場合には、制御装置152は、当該演算装置20に対応する開口率調整手段13の開口率を高くして、ダクト12から多くの冷気を当該演算装置20に供給できるようにする。一方、演算装置20の温度が、所定の温度よりも低い場合には、制御装置152は、開口率調整手段13の開口率を低くして、当該演算装置20には、冷気をあまり供給しないようにする。
ここで、図12に空調システム4の変形例を示すように、ダクト12の分岐点にも開口率調整手段13が設けられていることが好ましい。これにより、演算装置20の近傍に設けられた開口率調整手段13の開口率だけでなく、ダクト12の分岐点に設けられた開口率調整手段13の開口率も制御手段15で制御することができ、さらに効率的に演算装置20の冷却を行うことができる。なお、ダクト12の長手方向の中央部に開口率調整手段13を設けると、さらに良い。
本実施の形態にかかる空調システム4を用いることで、演算装置20の稼働状況等により発熱量が時間的に変動するような場合であっても、演算装置20の温度を検出し、その温度に応じた冷却制御を行うことができる。そのため、効率的な冷却を実現することができる。
実施の形態6
本発明にかかる実施の形態6について説明する。図13及び図14に本実施の形態にかかる空調システム5の構成例を示す。当該空調システム5は、空調機11、ダクト12、開口率調整手段13に加えて、ファン16を備えている。
ファン16は、風の強さを調整可能なものである。図13において、ファン16は、ダクト12内に設けられており、ダクト12内の任意の区間を流れる冷気の風量を調整する。一方、図14に示したファン16は、ダクト12の送風口321に設けられた開口率調整手段13に供給される冷気の風量を調整することができるように、ダクト12において開口率調整手段13より空調機11側に配置されている。
図13に示したファン16は、回転によりダクト12内の風量を上げることで、空調機11から遠い位置に配置されている演算装置20b、20cに対しても多くの冷気を供給することができる。ダクト12が分岐している場合には、その分岐点にファン16を設置することで、分岐したダクト12にも任意の風量で冷気を流すことができる。
図14に示したファン16は、ダクト12単位ではなく、演算装置20単位で、演算装置20に供給する冷気の風量を調整することができる。このとき、冷却が必要ない演算装置20に対しては、ファン16の動作を停止させるだけでは、ファン16の隙間から冷気が漏れてしまうが、送風口321にファン16を開口率調整手段13と共に設け、当該開口率調整手段13の開口率を制御することで、冷気の漏れを遮断することができ、不要な冷却を防止することができる。
ここで、図15及び図16に空調システム5の変形例を示すように、実施の形態5において説明した温度検出手段14及び制御手段15をさらに備えることが好ましい。制御手段15は、開口率調整手段13に加えて、ファン16の風量を制御する。
また、図17に空調システム5の更なる変形例を示すように、ダクト12の分岐点及び中央部に開口率調整手段13を備えることが好ましい。なお、図17においては、制御手段15は図示していない。
但し、本実施の形態では、開口率調整手段13の開口率を制御する制御手段15で、ファン16の制御を行っているが、ファン16を異なる制御手段で制御してもよい。
このように、本実施の形態によれば、空調機11と演算装置20との距離や、ダクト12の構造に関わらず、ダクト12内を流れる冷気の風量及び演算装置20に供給される冷気の流量を調整することができるので、マシン室における演算装置20の配置に影響されずに、効率的な冷却をすることができる。
以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は、上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明の範囲内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。
1〜5 空調システム
11 空調機
12 ダクト
13 開口率調整手段
14 温度検出手段
15 制御手段
16 ファン
20 演算装置
21 演算装置群
31 第1の床
32 第2の床
130 開口率調整手段
131 固定部
132 可動部
133 駆動手段
134 開口部
135 閉鎖部
136 枠体
137 羽根
151 温度データ収集装置
152 制御装置
321 送風口
1371 回転軸

Claims (9)

  1. 冷気を送風する空調機と、
    前記空調機から送風された前記冷気を、演算処理を行う演算装置に送る流路と、
    前記流路内に設けられ、開口率が調整可能な開口率調整手段と、
    を備える空調システム。
  2. 前記流路には、前記演算装置の近傍に送風口が形成されており、
    前記開口率調整手段は、前記送風口に設けられている請求項1に記載の空調システム。
  3. 前記流路は、前記演算装置の配置に対応するように分岐しており、
    前記開口率調整手段は、前記流路の分岐点に設けられている請求項1または2に記載の空調システム。
  4. 前記演算装置の温度を検出する温度検出手段と、
    前記温度検出手段の検出結果に基づいて、前記開口率調整手段を制御する第1の制御手段と、をさらに備える請求項1〜3のいずれか1項に記載の空調システム。
  5. 前記流路内にファンをさらに備えており、
    前記ファンは、前記流路において前記開口率調整手段より前記空調機側に配置されている請求項1〜4のいずれか1項に記載の空調システム。
  6. 前記制御手段は、前記演算装置の温度が所定の温度以下になるように制御を行う請求項4に記載の空調システム。
  7. 前記流路は、前記演算装置が配置された床の下に設けられ、前記演算装置に接続された配線は、前記床の上方に設けられている請求項1〜6のいずれか1項に記載の空調システム。
  8. 冷気を送風する空調機と、
    前記空調機から送風された前記冷気を、演算処理を行う演算装置に送る流路と、を備える空調システムの制御方法であって、
    前記演算装置の温度を検出するステップと、
    検出された前記演算装置の温度に基づいて、前記流路内に設けられた開口率調整手段の開口率を調整するステップと、
    を備える空調システムの制御方法。
  9. 前記空調システムは、前記流路内にファンをさらに備え、
    前記ファンは、前記検出された前記演算装置の温度に基づいて、前記流路に流れる前記冷気の風量を調整するステップをさらに備える請求項8に記載の空調システムの制御方法。
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