JP2011190987A - 空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】発熱機器を損傷するのを抑制でき、かつ、セキュリティ性能を向上できる空調システムを提供すること。
【解決手段】空調システム１は、設置室１０内の発熱機器を空調する。この空調システム１は、発熱機器を収容する機器収容ラック２１と送風機能を有する送風ラック２２とを有する２列のラック列２０と、２列のラック列２０間の空間の長手方向両端部および上部を塞ぐ扉３０およびキャップ部材４０と、ラック列２０から離れて設けられた空調機５０と、を備え、設置室１０の床１１は、床下空間１２を有する二重床であり、この床１１には、床下空間１２とラック列２０間の空間とを連通する第１通気口１３が設けられ、空調機５０は、床下空間１２に冷却空気を供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、空調システムに関する。詳しくは、サーバルームやデータセンタなど、発熱機器であるラックを多数収容する部屋を空調する空調システムに関する。

従来より、サーバルームやデータセンタにおいては、多数のサーバがラックに実装されて稼働している。これらサーバは発熱機器であるため、サーバが収容されたサーバラックを効率的かつ確実に冷却する必要がある。

そこで、例えば、以下のような空調システムが提案されている（特許文献１参照）。すなわち、ラックを収容する部屋を二重床とし、この二重床上に、サーバラック、ラック型空調機、配電盤ユニットを１列に配置してラック列とする。ラック列の背面側の空間をコールドアイルとし、正面側の空間をホットアイルとして、コールドアイルを二重床の床下空間に連通させる。
この空調システムによれば、ラック型空調機により床下空間に冷房空気を供給する。すると、この冷房空気は床下空間からコールドアイルに流入して、その後、ラック内を通ってホットアイルに抜ける。

特開２００９−２５７７３０号公報

しかしながら、以上の空調システムでは、以下のような問題があった。
すなわち、ラック列内に空調機を配置するため、冷房を行うための冷水管、冷媒管、ドレン管などをラック列の周囲に設ける必要がある。したがって、メンテナンス時に冷媒や冷水がサーバにかかってしまい、サーバを損傷するおそれがあった。
ラック列内に空調機を設けたので、空調機をメンテナンスするために、メンテナンス要員がラック列に接近することになる。よって、セキュリティ性能が低下するおそれがあった。

本発明は、発熱機器を損傷するのを抑制でき、かつ、セキュリティ性能を向上できる空調システムを提供することを目的とする。

請求項１に記載の空調システムは、設置室内の発熱機器を空調する空調システムであって、前記発熱機器を収容する第１ラックと、送風機能を有する第２ラックと、を有する２列のラック列と、当該２列のラック列間の空間の長手方向両端部および上部を塞ぐ閉塞手段と、前記ラック列から離れて設けられた空調手段と、を備え、前記設置室の床は、床下空間を有する二重床であり、当該床には、前記床下空間と前記ラック列間の空間とを連通する第１通気口が設けられ、前記空調手段は、前記床下空間に冷却空気を供給することを特徴とする。

この発明によれば、空調手段により床下空間に冷却空気を供給する。すると、この供給された冷却空気は、第１通気口を通ってラック列間の空間に至り、第１ラックの内部を通って外部に排出される。この排出された空気は、空調手段に回収されて、再度、床下空間に冷却空気として供給される。
ここで、第２ラックを駆動すると、冷却空気の流量が増大し、冷却能力が向上する。よって、この第２ラックを適切なタイミングで駆動することにより、補助空調として機能させて、第１ラック内の発熱機器を迅速に冷却できる。

また、第２ラックは送風機能のみを有しているので、第２ラックに冷水管、冷媒管、ドレン管などを設ける必要がないため、メンテナンス時に冷媒や冷水が発熱機器にかかることはなく、発熱機器が損傷するのを防止できる。また、第２ラックが複雑な構造とならないため、メンテナンス回数を大幅に低減できるから、セキュリティ性能を向上できる。

請求項２に記載の空調システムは、前記第２ラックは、筐体と、当該筐体の内部に設けられたファンと、を備え、前記筐体には、当該筐体の内部空間と前記床下空間とを連通する第２通気口、および、前記筐体の内部空間と前記ラック列間の空間とを連通する第３通気口が設けられることを特徴とする。

この発明によれば、第２ラックにファンを設けたので、ファンを駆動することにより、床下空間の冷却空気が第２通気口から筐体内に導入されて、第３通気口を通ってラック列間の空間に排出される。したがって、簡易な構成で、冷却空気の流量を増大できる。
また、ファンは外部側からメンテナンス可能であるため、セキュリティ性能をさらに向上できる。

請求項３に記載の空調システムは、前記第２ラックは、前記ラック列に所定間隔おきに複数配置され、当該複数の第２ラックのファンを選択的に駆動する制御手段をさらに備えることを特徴とする。

この発明によれば、第２ラックをラック列に所定間隔おきに配置し、制御手段により、複数の第２ラックの中から少なくとも１つを選択し、この選択した第２ラックのファンを駆動した。よって、ラック列の一部のみを強く冷却したり弱く冷却したりすることができ、エネルギ効率が高くなる。

請求項４に記載の空調システムは、前記ラック列には、複数の温度センサが設けられ、
前記制御手段は、当該複数の温度センサで検出した温度に基づいて前記複数の第２ラックの中から少なくとも１つを選択し、当該選択した第２ラックのファンの回転数を変更することを特徴とする。

ここで、この回転数の変更には、回転数の上昇、回転数の低下だけでなく、回転の停止が含まれる。
この発明によれば、ラック列に複数の温度センサを設け、制御手段により、これら温度センサで検出した温度に基づいて、第２ラックのファンの回転数を変更した。よって、ラック列の各部分を、温度状況に応じて確実に冷却できるので、エネルギ効率が確実に高くなる。

請求項５に記載の空調システムは、前記床下空間には、熱容量の高い部材が面しており、前記ファンの電源は、無停電電源であることを特徴とする。

熱容量の高い部材としては、例えば、コンクリートが挙げられる。
この発明によれば、熱容量の高い部材が床下空間に面しているので、床下空間を通る冷却空気により、この部材に蓄冷される。
ここで、ファンの電源を無停電電源としたので、停電により空調手段の稼働が停止しても、ファンを駆動できるから、床下空間を通して設置室内の空気を引き続き循環することができる。このとき、床下空間を通る空気は、蓄冷された部材によって冷却されて、冷却空気となるので、停電時でもコールドアイルの室内の温度上昇を抑制でき、空調システムの信頼性を向上できる。

本発明によれば、空調手段により床下空間に冷却空気を供給する。すると、この供給された冷却空気は、第１通気口を通ってラック列間の空間に至り、第１ラックの内部を通って外部に排出される。この排出された空気は、空調手段に回収されて、再度、床下空間に冷却空気として供給される。ここで、第２ラックを駆動すると、冷却空気の流量が増大し、冷却能力が向上する。よって、この第２ラックを適切なタイミングで駆動することにより、補助空調として機能させて、第１ラック内の発熱機器を迅速に冷却できる。また、第２ラックは送風機能のみを有しているので、第２ラックに冷水管、冷媒管、ドレン管などを設ける必要がないため、メンテナンス時に冷媒や冷水が発熱機器にかかることはなく、発熱機器が損傷するのを防止できる。また、第２ラックが複雑な構造とならないため、メンテナンス回数を大幅に低減できるから、セキュリティ性能を向上できる。

本発明の一実施形態に係る空調システムの斜視図である。 前記実施形態に係る空調システムの平面図である。 前記実施形態に係る空調システムの動作を説明するための縦断面図（その１）である。 前記実施形態に係る空調システムの動作を説明するための縦断面図（その２）である。

図１は、本発明の一実施形態に係る空調システム１の斜視図である。図２は、空調システム１の平面図である。

空調システム１は、設置室１０内の発熱機器を空調するものである。この空調システム１は、設置室１０、２列のラック列２０、閉塞手段としての扉３０、閉塞手段としてのキャップ部材４０、空調手段としての空調機５０、および、空調機５０およびラック列２０を制御する制御手段としての制御装置６０を備える。

設置室１０の床１１は、床下空間１２を有する二重床である。この床１１には、床下空間１２とラック列２０間の空間とを連通する第１通気口１３が設けられている。また、床下空間１２には、熱容量の高い鉄筋コンクリート製の床スラブ１６が面している。

扉３０は、ラック列２０間の空間の長手方向両端部を塞ぐように配置される。
キャップ部材４０は、ラック列２０間の空間の上部を塞いでいる。

ラック列２０間の空間は、ラック列２０、扉３０、およびキャップ部材４０に囲まれている。以下、ラック列２０間の空間をコールドアイル１４と呼び、このコールドアイル１４の外側の空間をホットアイル１５と呼ぶ。
作業員は、上述の扉３０を通って、コールドアイル１４に出入りすることが可能となっている。

空調機５０は、ラック列２０から離れた位置に設けられている。具体的には、空調機５０は、ラック列２０を長手方向に挟んで設けられた一対のベース空調機５１と、ラック列２０を長手方向に挟んで設けられた一対の増強空調機５２と、からなる。これら空調機５１、５２は、熱交換器、冷媒管、排水管などで構成され、設置室１０のホットアイル１５の空気を回収して冷却し、冷却空気として床下空間１２に供給する。

２列のラック列２０は、例えば、計３４台のラックで構成されている。すなわち、２列のラック列２０は、図示しない発熱機器を収容する２９台の第１ラックとしての機器収容ラック２１と、所定間隔おきに千鳥に配置された送風機能を有する５台の第２ラックとしての送風ラック２２と、で構成される。

２列のラック列２０は、例えば、５つのゾーンＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅに分割されている。
両端の２つのゾーンＡ、Ｅは、４台のラックからなるラック列２０が互いに対向して形成される。具体的には、ゾーンＡ、Ｅは、１台の送風ラック２２と、この送風ラック２２を囲むように配置された７台の機器収容ラック２１と、で構成される。
中央の３つのゾーンＢ〜Ｄは、３台のラックからなるラック列２０が互いに対向して形成される。具体的には、ゾーンＢ〜Ｄは、１台の送風ラック２２と、この送風ラック２２を囲むように配置された５台の機器収容ラック２１と、で構成される。

機器収容ラック２１は、箱状の筐体２１１と、この筐体２１１に収容された図示しない発熱機器と、筐体２１１のコールドアイル１４およびホットアイル１５側に開閉可能に設けられたメッシュ状の扉２１２と、を備える。
また、各機器収容ラック２１の筐体２１１のコールドアイル１４およびホットアイル１５側には、温度センサ２１３が設けられている。この温度センサ２１３は、周囲の温度を検出して、検出した値を制御装置６０に出力する。

送風ラック２２は、床下空間１２内の冷却空気を吸入して、コールドアイル１４に供給するものである。送風ラック２２は、箱状の筐体２２１と、この筐体２２１の内部に設けられたファン２２２と、を備える（図４参照）。
ファン２２２の電源は、無停電電源であり、電力が常に供給されている。
筐体２２１の下面には、筐体２２１の内部空間と床下空間１２とを連通する第２通気口２２３が設けられる。また、筐体２２１のコールドアイル１４側には、筐体２２１の内部空間とコールドアイル１４とを連通する第３通気口２２４が設けられている。

制御装置６０は、各温度センサ２１３で検出した温度に基づいて、空調機５０および各送風ラック２２を制御する。

以上の空調システム１の動作は、以下のようになる。
すなわち、制御装置６０により、ベース空調機５１を常時駆動するとともに、このベース空調機５１に加えて、温度センサ２１３の検出温度に基づいて増強空調機５２を補助的に駆動して、２列のラック列２０の全体を冷却する。
ベース空調機５１あるいは増強空調機５２を駆動すると、床下空間１２内に冷却空気が供給される。すると、図３に示すように、この冷却空気は、第１通気口１３からコールドアイル１４内に導入されて、機器収容ラック２１内に至り、発熱機器を冷却して、ホットアイル１５に排出される。

さらに、制御装置６０により、ラック列２０の温度を監視し、ラック列２０の一部が高温になった場合には、特定の送風ラック２２の送風能力を上昇させて、このラック列２０一部を部分的に強く冷却する。
具体的には、制御装置６０は、各温度センサ２１３の検出温度が所定範囲内であるか否かを監視する。そして、特定の温度センサ２１３の検出温度が所定範囲を超えて高くなった場合には、この特定の温度センサ２１３の属するゾーンの送風ラック２２を選択して、この送風ラック２２のファン２２２の回転数を上昇させる。これにより、図４に示すように、このゾーンでは、コールドアイル１４に供給される冷却空気の流量が増大するので、他のゾーンに比べて発熱機器が迅速に冷却されることになる。

また、制御装置６０により、ラック列２０の温度を監視し、ラック列２０の一部が低温になった場合には、特定の送風ラック２２の送風能力を低下させて、このラック列２０の一部を部分的に弱く冷却する。
具体的には、制御装置６０は、各温度センサ２１３の検出温度が所定範囲内であるか否かを監視する。そして、特定の温度センサ２１３の検出温度が所定範囲を下回って低くなった場合には、この特定の温度センサ２１３の属するゾーンの送風ラック２２を選択して、この送風ラック２２のファン２２２の回転数を低下させる、あるいは、ファン２２２を停止する。
これにより、このゾーンでは、コールドアイル１４に供給される冷却空気の流量が低下するので、他のゾーンに比べて発熱機器がそれほど冷却されない。

また、送風ラック２２のファン２２２の電源は無停電電源であり、電力が常に供給されている。よって、設置室１０が停電状態になってベース空調機５１あるいは増強空調機５２の駆動が停止しても、送風ラック２２は、停電前と同じように駆動することが可能である。つまり、停電前と同様に、制御装置６０により、送風ラック２２のファン２２２の回転数を上昇させたり、ファン２２２の回転数を低下させたり、ファン２２２の回転を停止したりできる。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）空調機５０により床下空間１２に冷却空気を供給する。すると、この供給された冷却空気は、第１通気口１３を通ってラック列２０間のコールドアイル１４に至り、ラックの内部を通って設置室１０のホットアイル１５に排出される。この排出された空気は、空調機５０に回収されて、再度、床下空間１２に冷却空気として供給される。
ここで、送風ラック２２を駆動すると、冷却空気の流量が増大し、冷却能力が向上する。よって、この送風ラック２２を適切なタイミングで駆動することにより、補助空調として機能させて、機器収容ラック２１内の発熱機器を迅速に冷却できる。

また、送風ラック２２は送風機能のみを有しているので、送風ラック２２に冷水管、冷媒管、ドレン管などを設ける必要がないため、メンテナンス時に冷媒や冷水が発熱機器にかかることはなく、発熱機器が損傷するのを防止できる。また、送風ラック２２が複雑な構造とならないため、メンテナンス回数を大幅に低減できるから、セキュリティ性能を向上できる。

（２）送風ラック２２にファン２２２を設けたので、ファン２２２を駆動することにより、床下空間１２の冷却空気が第２通気口２２３から筐体２２１内に導入されて、第３通気口２２４を通ってラック列２０間のコールドアイル１４に供給される。したがって、簡易な構成で、冷却空気の流量を増大できる。
また、ファン２２２はホットアイル１５側からメンテナンス可能であるため、セキュリティ性能をさらに向上できる。

（３）送風ラック２２をラック列２０に所定間隔おきに配置し、制御装置６０により複数の送風ラック２２の中から少なくとも１つを選択し、この選択した送風ラック２２のファン２２２を駆動する。よって、ラック列２０の一部のみを強く冷却したり弱く冷却したりすることができ、エネルギ効率が高くなる。

（４）ラック列２０に複数の温度センサ２１３を設け、制御手段により、これら温度センサ２１３で検出した温度に基づいて、送風ラック２２のファン２２２の回転数を変更した。よって、ラック列２０の各ゾーンＡ〜Ｅを、温度状況に応じて確実に冷却できるので、エネルギ効率が確実に高くなる。

（５）熱容量の高い鉄筋コンクリート製の床スラブ１６が床下空間１２に面しているので、床下空間１２を通る冷却空気により、この床スラブ１６に蓄冷される。
ここで、ファン２２２の電源を無停電電源としたので、停電により空調機５０の稼働が停止しても、ファン２２２を駆動できるから、床下空間１２を通して設置室１０内の空気を循環できる。このとき、床下空間１２を通る空気は、蓄冷された床スラブ１６によって冷却されて、冷却空気となるので、停電時でも設置室１０の室内の温度上昇を抑制でき、空調システム１の信頼性を向上できる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、本実施形態では、ラック列２０間の空間の長手方向両端部を、扉３０により塞いだが、これに限らず、ラック列に電力を供給する電源盤（ＰＤＵ）などで塞いでもよい。

Ａ〜Ｅ…ゾーン
１…空調システム
１０…設置室
１１…床
１２…床下空間
１３…第１通気口
１４…コールドアイル
１５…ホットアイル
１６…床スラブ（部材）
２０…ラック列
２１…機器収容ラック（第１ラック）
２２…送風ラック（第２ラック）
３０…扉（閉塞手段）
４０…キャップ部材（閉塞手段）
５０…空調機（空調手段）
５１…ベース空調機
５２…増強空調機
６０…制御装置（制御手段）
２１１、２２１、２３１…筐体
２１２、２３２…扉
２１３…温度センサ
２２２…ファン
２２３…第２通気口
２２４…第３通気口

Claims (5)

1. 設置室内の発熱機器を空調する空調システムであって、
   発熱機器を収容する第１ラックと、送風機能を有する第２ラックと、を有する２列のラック列と、
   当該２列のラック列間の空間の長手方向両端部および上部を塞ぐ閉塞手段と、
   前記ラック列から離れて設けられた空調手段と、を備え、
   前記設置室の床は、床下空間を有する二重床であり、
   当該床には、前記床下空間と前記ラック列間の空間とを連通する第１通気口が設けられ、
   前記空調手段は、前記床下空間に冷却空気を供給することを特徴とする空調システム。
2. 前記第２ラックは、筐体と、当該筐体の内部に設けられたファンと、を備え、
   前記筐体には、当該筐体の内部空間と前記床下空間とを連通する第２通気口、および、前記筐体の内部空間と前記ラック列間の空間とを連通する第３通気口が設けられることを特徴とする請求項１に記載の空調システム。
3. 前記第２ラックは、前記ラック列に所定間隔おきに複数配置され、
   当該複数の第２ラックのファンを選択的に駆動する制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の空調システム。
4. 前記ラック列には、複数の温度センサが設けられ、
   前記制御手段は、当該複数の温度センサで検出した温度に基づいて前記複数の第２ラックの中から少なくとも１つを選択し、当該選択した第２ラックのファンの回転数を変更することを特徴とする請求項３に記載の空調システム。
5. 前記床下空間には、熱容量の高い部材が面しており、
   前記ファンの電源は、無停電電源であることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の空調システム。

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