JP2017003219A - 空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】取扱性がよく、且つ、結露が発生しない状態でエネルギーロスの少ない空調ができるようにする。【解決手段】機器収容ラック２と、機器収容ラック２における排気側に隣り合う状態で形成され、内部収容空間Ｖと連通するホットアイル９と、ホットアイル９と区画されると共に、機器収容ラック２における排気側とは反対側の吸気側に隣り合う状態で形成され、内部収容空間Ｖと連通するコールドアイル７と、空調装置６と、を備え、ホットアイル９から空調装置６への空気還気路１０、及び、空調装置６からコールドアイル７への空気供給路８の少なくとも何れか一方は、ホットアイル９又はコールドアイル７において平面視で機器収容ラック２の長手方向に沿って延びると共に、通気性及び可撓性を有する柔軟性シートによって構成されたダクト４で構成してある。【選択図】図１

Description

本発明は、排熱を伴う多数の機器（例えば、サーバー等のデータ通信機器）等が収容された機器収容ラックを、室内に配置してある建築物（例えば、データセンタ）を対象にした空調システムに関する。

従来、この種の空調システムとしては、内部収容空間に排熱を伴う機器を収容可能な機器収容ラックと、前記機器収容ラックにおける排気側に隣り合う状態で形成され、前記内部収容空間と連通するホットアイルと、前記ホットアイルと区画されると共に、前記機器収容ラックにおける前記排気側とは反対側の吸気側に隣り合う状態で形成され、前記内部収容空間と連通するコールドアイルと、前記ホットアイルからの還気を冷却して前記コールドアイルに供給する空調装置と、を備えたものがあった（例えば、特許文献１参照）。
また、空調装置からコールドアイルへの空気供給路は、二重天井内に水平に配置された主ダクトと、主ダクトから分岐して下方に延びる分岐ダクトとからなるダクトを備えて構成してあった。

分岐ダクトは、天井仕上材、及び、コールドアイルの上端部に設けられた横区画壁を、上下方向に貫通する状態に設けられ、分岐ダクトの下端部に形成された開口が、コールドアイルに臨む状態に設けられている。
また、空調に用いられるダクトは、一般的に、板金製によって矩形断面の筒状体として構成されていることが多く、上述の従来技術においても、この種のダクトが用いられている。

特開２０１２−６３０４９号公報（図１〜３）

上述した従来の空調システムによれば、ダクトの延長作業時に、粉塵が発生する虞がある為、前記機器を停止させる必要があったり、ダクトの内圧が長手方向の位置で変化するから、風量調整機構を設ける必要があった。
また、ダクトは、機器冷却用の低温空気を流通させるものであるため、ラック内の機器の熱負荷が大きい場合には、より低温の空気を供給する必要がある。しかしながら、空気の温度が低ければ、ダクトに結露が発生する危険性がある。
従って、そのような状況においては、空気温度を下げることに代えて、送風量を増加させて機器からの排熱除去に対応せざるを得ないが、冷却空気の送風量を大きくし過ぎると、エネルギーロスが生じる虞がある。

よって、本発明の目的は、上記問題点を解消し、取扱性がよく、且つ、結露が発生しない状態でエネルギーロスの少ない空調ができる空調システムを提供するところになる。

本発明の特徴は、内部収容空間に排熱を伴う機器を収容可能な機器収容ラックと、前記機器収容ラックにおける排気側に隣り合う状態で形成され、前記内部収容空間と連通するホットアイルと、前記ホットアイルと区画されると共に、前記機器収容ラックにおける前記排気側とは反対側の吸気側に隣り合う状態で形成され、前記内部収容空間と連通するコールドアイルと、前記ホットアイルからの還気を冷却して前記コールドアイルに供給する空調装置と、を備え、前記ホットアイルから前記空調装置への空気還気路、及び、前記空調装置から前記コールドアイルへの空気供給路の少なくとも何れか一方は、前記ホットアイル又は前記コールドアイルにおいて平面視で前記機器収容ラックの長手方向に沿って延びると共に、通気性及び可撓性を有する柔軟性シートによって形成されたダクトで構成してあるところにある。

本発明によれば、前記空気還気路、及び、前記空気供給路の少なくとも何れか一方は、ホットアイル又はコールドアイルにおいて平面視で機器収容ラックの長手方向に沿って延びると共に、通気性及び可撓性を有する柔軟性シートによって形成されたダクトで構成してあるから、ホットアイル又はコールドアイルにおいて、ダクトを容易に変形させたり、移動させたりできるようになり、従来の金属製のダクトに比べて取扱性が向上し、ダクトの設置、メンテナンス、撤去等の作業を効率よく実施できる。

また、ダクトの繋ぎ合せ目をファスナー等の簡単な連結手段で構成することが可能で、そうすることで工具や火等を使用せずにダクトの連結や分離を極めて簡単に行えるようになる。従って、ダクトの延長やメンテナンス等の際に、空調装置を稼働させながら、即ち、空調装置の冷却を継続させながら作業を進めることが可能となる。その結果、機器収容ラックに収容されている機器も停止させることなく、ダクトの延長やメンテナンス等の作業を実施できるようになり、機器の稼働効率の低下を防止できる。

また、ダクトそのものが通気性を有しているから、ダクトの広い周面を通して万遍なく空気を流通させることができ、従来の金属製のダクトのように複数箇所にダクト開口部を設ける必要が無く、構造の簡単化が可能となる。しかも、ダクトの内空部は、圧力を一定（又はほぼ一定）に保てるから、どの位置でも万遍なくダクト内外に通気させることができる。従って、従来の金属製ダクトのように、各ダクト開口部ごとの風量のバラツキを抑える風量調整機構を設ける必要が無くなる。

また、上述のように、ダクトの広い周面を通して空調空気を周囲に吹出すことができるから、吹出した空気による層がダクトの周りを覆い、ダクトの表面に周辺環境下の空気が直接に接触するのを防止し易くなる。従って、仮に、ダクトの周辺環境が結露し易い状況であるような場合に、低い温度の空調空気を吹出したとしても、ダクト表面には結露が発生し難くなり、空調空気の温度設定範囲を広くできる。尚、ダクトを構成する通気性及び可撓性を有する柔軟性シートの素材として、例えば、布や不織布等の熱伝導率の低いものを使用すれば、尚更、結露防止効果は向上する。
このように、従来の金属製ダクトに比べて空調空気の温度を下げることで風量が過多にならない状態で機器を冷却でき、エネルギーロスの少ない空調が可能となる。

本発明においては、前記ホットアイルと前記コールドアイルとを前記機器収容ラックの上端部で区画する区画部を備え、前記ダクトは、前記区画部の下方に配設されていると好適である。

本発明によれば、機器収容ラックの高さ範囲内に当該空調システムを納めることが可能となり、階高を低くできる。
従って、建築物を新築する場合には、従来に比べて、階高を低減できるから、コストダウンが可能となる。また、既存の建築物を改修する場合には、従来であれば、階高が不足していてデータセンター等への改修の対象とならなかった建築物でも、改修が可能となり、適用範囲が拡がる。
尚、ダクトは、区画部の下方に配設されているから、機器収容ラックの高さ範囲内に位置することになるものの、ダクトの可撓性を利用できるから、ラックの扉の開閉や、メンテナンスの人の通行の障害になり難い。

本発明においては、前記ダクトの上周部は、前記区画部で構成していると好適である。

本発明によれば、ダクトによって前記区画部を兼用できるから、コストダウンを図れると共に、区画部そのものが可撓性を備えることになり、例えば、機器収容ラックの揺れ等によって区画部に伸縮力が作用しても、可撓性を発揮でき、応力集中が生じない状態で区画部としてのキャッピング効果の維持を図れる。
また、この作用は、機器収容ラックの下端部に免震装置等を設置して免震化を図るような場合においても同様に発揮することができる。

本発明においては、前記ダクトは、設置高さ変更自在に吊下げてあると好適である。

本発明によれば、機器収容ラックの熱負荷の大きな高さ位置にダクトが位置するように、ダクトの吊下げ高さを調整することができ、機器収容ラックに収容した各機器の冷却を、より効率よく実施できる。
また、ダクトの点検や設置撤去等の作業を行う時は、作業し易い高さにダクトを上げ下げしたり、機器収容ラックへの機器の出し入れやラックの扉の開閉等の作業でダクトが邪魔になる時は、吊り下げたまま邪魔にならない位置にダクトを寄せることができ、各種作業の障害になり難い。

本発明においては、前記ダクトは、平面視で前記機器収容ラックの長手方向にそって延びるダクト本体と、前記ダクト本体から下方に垂下する状態で分岐する垂下ダクト部とを備えていると好適である。

本発明によれば、機器収容ラックの長手方向に沿って配設されたダクト本体のみならず、垂下ダクト部を通した空調空気の流通も可能となり、熱負荷に対して、より近接した位置にダクトを配設して、迅速に空調空気が供給されるようにでき、効率のよい空調が可能となる。
また、機器収容ラック内の機器収容状況や、熱負荷分布状況に合わせたきめの細かい対応が可能となる。
また、垂下ダクト部は、ダクト本体から垂れ下げてあるので、上下方向や前後左右方向に簡単に位置替えでき、メンテナンス等の作業の邪魔になる時は、簡単に邪魔にならない位置へ寄せることができる。また、ダクト本体と垂下ダクト部とを着脱自在な状態に形成することも可能で、その場合は、垂下ダクト部をダクト本体から取り外すことで、作業スペースを簡単に拡げられるし、元に戻すのも簡単に実施できる。

空調システムの設置状況を示す要部平面図である。 図１に示すII−IIにおける縦断面図である。 図２に示すIII−IIIにおける横断面図である。 別実施形態の空調システムの設置状況を示す横断面図である。 別実施形態の空調システムの設置状況を示す横断面図である。 別実施形態の空調システムの設置状況を示す縦断面図である。 図６に示すVII−VIIにおける横断面図である。 別実施形態の空調システムの設置状況を示す縦断面図である。 図８に示すIX−IXにおける横断面図である。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１〜３は、本発明の空調システムを備えた建築物の一実施形態であるデータセンタＳについて、その要部を示している。尚、本実施形態においては、建物構造として、鉄筋コンクリート造を例に挙げて説明しているが、特に、この建物構造に限られるものではなく、他の建物構造（例えば、Ｓ造やＳＲＣ造等）であってもよい。また、建物内の仕上げ材や建具等の配置に関しては、記載を省略している。

データセンタＳの室内には、サーバー装置等のデータ通信機器（以後、単に「機器」という）１を多数収容できる機器収容ラック２が、列間隔をあけた状態に並設されている。
ここでは、機器収容ラック２の多数列の内、隣接する二列のものが共通するエアフローを構成する為、これら２列の機器収容ラック２を例に挙げて説明する。

機器収容ラック２は、設置下地３の上に設置され、外周部がケーシング２ａによって囲まれており、ケーシング２ａ内の内部収容空間Ｖには、上下に多数段の機器支持部（不図示）が設けられ、それらの機器支持部に、各機器１が支持できるように構成されている。
機器収容ラック２の列の一方の側面が正面２Ａで、他方の側面が背面２Ｂとなり、正面２Ａ、背面２Ｂとも、内部収容空間Ｖと面する空間との間での空気の流通が可能な状態に構成されている。

機器収容ラック２に収容される機器１は、主に、機器正面が機器収容ラック２の正面２Ａ側に向く状態に配置される。
また、各機器１は、内蔵ファン（不図示）を備えており、基本的には、機器正面側から空気を吸い込んで、機器背面側に吐き出すように構成されている（図１、図３参照）。従って、内部収容空間Ｖに収容した機器１の内蔵ファンを作動させると、機器収容ラックの正面２Ａが吸気側となり、背面２Ｂが排気側となって空気は移動する。

ここで説明する二列の機器収容ラック２は、空間を挟んで正面２Ａが対向する状態に設置されている。
また、機器収容ラック２の列端部側においては、両機器収容ラック２にわたって仕切板２ｂが設けてあり、機器収容ラック２に挟まれた空間（後述するコールドアイル７）の密閉を図っている。

また、両機器収容ラック２に挟まれた空間の上には、その空間を塞ぐ状態に上方に凸状のキャッピング（区画部Ｋの一例）５が設置されている。
従って、このキャッピング５と機器収容ラック２と仕切板２ｂとが共働して、室内の空間を、コールドアイル７と、ホットアイル９とに区画している。

また、キャッピング５の下方に開口した凹部空間５ａには、機器収容ラック２の長手方向に沿ってダクト４が吊下げ状態に設置されている。

因みに、当該実施形態においては、キャッピング５と機器収容ラック２と仕切板２ｂとで囲まれた空間がコールドアイル７となり、その外側で、機器収容ラック２の背面２Ｂに隣り合う空間がホットアイル９となる。
そして、ホットアイル９は、当該実施形態においては、室内に設置された空調装置６の還気側に連通しており、空調装置６への空気還気路１０となっている。

ダクト４は、図１、図２に示すように、基端部を空調装置６の給気側に連通接続してあり、先端側は、仕切板２ｂを貫通してコールドアイル７の前記凹部空間５ａに延設されている。従って、当該実施形態においては、ダクト４が、空調装置６からコールドアイル７への空気供給路８となる。

また、ダクト４は、その全長の内、ホットアイル９に配置されている導入部４Ａと、コールドアイル７に配置されている延設部４Ｂとを、互いに異なる素材で構成してある。

導入部４Ａは、密閉素材（例えば、金属や合成樹脂）を使用し、筒状に成形してある。従って、空調装置６から給気される冷却空気が、ホットアイル９に漏れ出ないように構成されている。
延設部４Ｂは、通気性及び可撓性を有する柔軟性シート（例えば、布）を使用し、先端が閉塞された筒状に成形してある。従って、ダクト４に供給された冷却空気は、内圧一定の状態で全周部に備えた無数の布目を通して万遍なく放出され、外周側のコールドアイル７に充満する。

因みに、延設部４Ｂは、柔軟性シートを使用しているから、シート材を縫製して筒状に簡単に成形することができる他に、例えば、小分割されたシート材を、スライドファスナーや面ファスナー等の連結手段（不図示）を使用して連設し、筒状に成形することも可能で、ダクトの太さや長さ等を、ニーズに合わせて簡単に変更することができる。
また、部分的に布目の無いシート材（不図示）を使用すれば、その部分は冷却空気が外部へ流通しないから、冷却空気の放出状況を変更調整することができる。

尚、当該実施形態においては、各機器１に関連した配線の記載は省略しているが、例えば、キャッピング５の側方空間に配線ラックを設けて、そこに配置したり、設置下地３を二重床にして、その内部空間に配置することもできる。

当該実施形態の空調システムによれば、機器１からの発熱で温度上昇した空気は、ホットアイル９に排気されると共に、空調装置６に還気され、空調装置６によって冷却された状態で、ダクト４を通してコールドアイル７に供給され、機器収容ラック２の内部収容空間Ｖに吸い込まれることで機器１の冷却を図れ、好ましいエアフローを形成することができる。

しかも、ダクト４の延設部４Ｂは、通気性及び可撓性を有する柔軟性シートによって形成してあるから、ダクト４を容易に変形させたり移動させたりでき、ダクト４の設置、メンテナンス、撤去等の作業を効率よく実施できる。また、ダクト４の継ぎ目を簡単な連結手段（不図示）で構成できるから、ダクト４の延長やメンテナンス等の作業を、火や特殊な工具を使用せずに短期間で簡単に実施でき、更には、機器収容ラック２に収容されている機器１も停止させることなく作業できるので、機器１の稼働効率の低下を防止できる。
また、ダクト４の周面の布目を通した冷却空気の吐出によって、コールドアイル７内の温度分布の差を減少させ、効率よく機器１の冷却を実施できる。

また、ダクト４は、前記通気性を有する柔軟性シートを素材として形成してあるから、結露が生じ難く、冷却空気の温度設定範囲を広くできる。従って、最良の風量を維持しながら、冷却空気の温度コントロールを自由に実施できるようになり、機器収容ラック２内の機器１内蔵ファンの送風量と、ダクト４から供給される冷却空気の量とのバランスがとり易く、冷却空気の流通を安定化させ、且つ、エネルギーロスの少ない空調が可能となる。

〔別実施形態〕
以下に他の実施の形態を説明する。

〈１〉 ダクト４は、先の実施形態で説明した直線形状のものに限るものではなく、例えば、「Ｌ」字形状の屈曲ダクトパーツを中間部に組み合わせて用い、クランク形状の線形や、ジグザグ形状の線形等のダクト４を構成することも可能である。また、このような線形のダクト４であっても、素材が柔軟性シートであるから、他の作業でダクト４が邪魔になる時は、簡単に邪魔にならない位置にダクト４を寄せることができる。

〈２〉 区画部Ｋは、先の実施形態で説明した上方に凸状のキャッピング５であることに限らず、例えば、図４に示すように、ホットアイル９とコールドアイル７とを機器収容ラック２の上端部で区画するキャッピング５で構成してあってもよい。この実施形態の場合、ダクト４は、キャッピング５の下方に配設されているから、空調システムを、機器収容ラック２の高さ範囲内に納めることができる。尚、ダクト４は、可撓性を有しているから、機器収容ラック２の扉の開閉や、メンテナンスの人の通行の障害になり難い。

以上の結果、階高を低く抑えることができ、新規の建築物においては、建築コストの低減を図ることが可能となる。また、既存の建築物を対象としたデータセンタＳへの改修工事の場合においては、従来であれば階高不足が原因で改修困難とされていた既存の建築物（例えば、事務所等）であっても、改修対象とすることが可能となり、結果的に、経済的な改修工事が可能となる。

〈３〉 区画部Ｋは、先の実施形態で説明したように、ダクト４とは別体のキャッピング５であることに限らず、例えば、図５に示すように、ダクト４の上周部４ａを区画部Ｋとして構成してあってもよい。具体的な構成例としては、例えば、ダクト４の上周部４ａのみを、通気性を有さず、且つ、可撓性を有する柔軟性シートによって構成してあってもよい。または、通気性及び可撓性を有する柔軟性シートによって構成されたダクト４の上周部に、内側（又は外側）から、通気性を有さず、且つ、可撓性を有する柔軟性シートを沿わせて設けることで、区画部Ｋとして構成してもよい。

この実施形態によれば、ダクト４によって区画部Ｋを兼用できるから、コストダウンを図れると共に、区画部Ｋそのものが可撓性を備えることになり、例えば、機器収容ラック２の揺れ等によって区画部Ｋに伸縮力が作用しても、可撓性を発揮でき、応力集中が生じない状態で区画部Ｋとしてのキャッピング効果の維持を図れる。
また、この作用は、機器収容ラック２の下端部に免震装置等を設置して免震化を図るような場合においても同様に発揮することができる。

〈４〉 ダクト４の設置構造に関しては、先の実施形態で説明したように、キャッピング５から一定の高さで吊り下げられている構造に限らず、例えば、図６、図７に示すように、設置高さ変更自在に吊下げてあってもよい。この実施形態の場合、ダクト４を吊り下げる吊下げ体（例えば、紐等）１１に、図には示さない巻取機構をもうけることで、吊下げ体１１を巻き取ったり繰出したりしてダクト設置高さを変更することができる。その結果、ダクト４の線形を、任意の線形に変更することができる。この際、局部的に、線形を変更したダクトパーツを用意して、簡単にダクト４に足したり、また、取り外したりすることが可能である。使用するダクトパーツの線形を吟味すれば、ダクト４を、よりスムーズな線形に変更することができる。

この実施形態によれば、例えば、機器収容ラック２の熱負荷の大きな高さ位置にダクト４が位置するように、ダクト４の吊下げ高さを調整することができ、機器収容ラック２に収容した各機器１の冷却を、より効率よく実施できる。また、ダクト４の点検や設置撤去等の作業を行う時は、作業し易い高さにダクト４を上げ下げしたり、機器収容ラック２への機器１の出し入れやラック４の扉の開閉等の作業でダクト４が邪魔になる時は、吊り下げたまま所望の位置にダクト４を寄せることができ、各種作業の障害になり難い（図７参照）。

〈５〉 ダクト４は、先の実施形態で説明した導入部４Ａと延設部４Ｂとのみを備えた構成に限るものではなく、例えば、図８、図９に示すように、延設部４Ｂは、平面視で機器収容ラック２の長手方向にそって延びるダクト本体４Ｂａと、ダクト本体４Ｂａから下方に垂下する状態で分岐する垂下ダクト部４Ｂｂとを備えたものであってもよい。垂下ダクト部４Ｂｂは、機器収容ラック２の長手方向に間隔をあけて複数設けてある（図８参照）。垂下ダクト部４Ｂｂは、図９に示すように、ダクト本体４Ｂａの長手方向に沿った一列に設けてあったり、図には示さないが、ダクト本体４Ｂａの長手方向に沿った複数列に設けてあってもよい。

この実施形態によれば、機器収容ラック２の長手方向に沿って配設されたダクト本体４Ｂａのみならず、垂下ダクト部４Ｂｂを通した空調空気の流通も可能となり、熱負荷に対して、より近接した位置にダクト４を配設して、迅速に空調空気が供給されるようにでき、効率のよい空調が可能となる。
また、機器収容ラック２内の機器１収容状況や、熱負荷分布状況に合わせたきめの細かい対応が可能となる。
また、垂下ダクト部４Ｂｂは、ダクト本体４Ｂａから垂れ下げてあるので、上下方向や前後左右方向に簡単に動かすことができ、メンテナンス等の作業の邪魔になる時は、簡単に邪魔にならない位置に寄せたり、ダクト本体４Ｂａから取り外して作業スペースを確保することができる。

〈６〉 ダクト４は、先の実施形態で説明したように、空調装置６からコールドアイル７への空気供給路８として構成したものに限るものではなく、例えば、ホットアイル９から空調装置６への空気還気路１０として構成することも可能である。
尚、空気還気路１０としてダクト４を使用する場合は、内空部に、ダクト４の保形用のスパイラル線材を配置しておくことで、外周側から内空側への通気に対してダクト４周部がスパイラル線材によって支持されるから、円筒形状を維持することができる。

尚、上述のように、図面との対照を便利にするために符号を記したが、該記入により本発明は添付図面の構成に限定されるものではない。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

当該空調システムは、データセンタ以外にも、排熱を伴う多数の機器等が収容された機器収容ラックを、室内に配置してある建築物で利用することができる。

１ データ通信機器
２ 機器収容ラック
４ ダクト
４ａ 上周部
４Ｂａ ダクト本体
４Ｂｂ 垂下ダクト部
６ 空調装置
７ コールドアイル
８ 空気供給路
９ ホットアイル
１０ 空気還気路
Ｋ 区画部
Ｖ 内部収容空間

Claims (5)

1. 内部収容空間に排熱を伴う機器を収容可能な機器収容ラックと、
   前記機器収容ラックにおける排気側に隣り合う状態で形成され、前記内部収容空間と連通するホットアイルと、
   前記ホットアイルと区画されると共に、前記機器収容ラックにおける前記排気側とは反対側の吸気側に隣り合う状態で形成され、前記内部収容空間と連通するコールドアイルと、
   前記ホットアイルからの還気を冷却して前記コールドアイルに供給する空調装置と、を備え、
   前記ホットアイルから前記空調装置への空気還気路、及び、前記空調装置から前記コールドアイルへの空気供給路の少なくとも何れか一方は、前記ホットアイル又は前記コールドアイルにおいて平面視で前記機器収容ラックの長手方向に沿って延びると共に、通気性及び可撓性を有する柔軟性シートによって構成されたダクトで構成してある空調システム。
2. 前記ホットアイルと前記コールドアイルとを前記機器収容ラックの上端部で区画する区画部を備え、
   前記ダクトは、前記区画部の下方に配設されている請求項１に記載の空調システム。
3. 前記ダクトの上周部は、前記区画部で構成している請求項１又は２に記載の空調システム。
4. 前記ダクトは、設置高さ変更自在に吊下げてある請求項１〜３の何れか一項に記載の空調システム。
5. 前記ダクトは、平面視で前記機器収容ラックの長手方向にそって延びるダクト本体と、前記ダクト本体から下方に垂下する状態で分岐する垂下ダクト部とを備えている請求項１〜４の何れか一項に記載の空調システム。

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