JP2017138060A - 冷媒自然循環式の排気冷却装置及び排気冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子機器の排気を冷却する冷媒自然循環式の排気冷却装置において、蒸発器の構造を複雑化せず、蒸発器の重量を増大することもなく、全高に亘って均一又は均等な冷却性能を熱交換器に発揮せしめる。
【解決手段】排気冷却装置は、熱交換器(20)、液化冷媒供給管(24,27)、気化冷媒還流管(28)及び制御弁(25)を有する。熱交換器は、冷却コイル(30)を３回路以上、上下方向に並列に配置した構成を有する。冷却コイルの伝熱管は、リバースリターン方式に液化冷媒供給管及び気化冷媒還流管に接続され且つ全長に亘って逆勾配に配管される。制御弁は、最下段の冷却コイルの下方に配置され、制御弁の上流側流路は、全長に亘って順勾配に配管され、制御弁の下流側流路は、全長に亘って逆勾配に配管される。
【選択図】図６

Description

本発明は、冷媒自然循環式の排気冷却装置及び排気冷却方法に関するものであり、より詳細には、筐体背面又は筐体後方に配置された冷媒自然循環式冷却システムの蒸発器によって、筐体内の電子機器の排気（暖気）を冷却する排気冷却装置及びその排気冷却方法に関するものである。

多数のサーバ機器、ルーター、ＩＴ（又はＩＣＴ）機器、通信機器等の高負荷電子機器を収容するデータセンタ、ＩＴ（又はＩＣＴ）機器管理施設又は携帯電話基地局のサーバ室、電算室又は通信機器室等の建設が近年殊に急増している。この種の施設は、多量の顕熱を発熱する多数の電子機器を室内に収容することから、電子機器の顕熱を除熱するための高負荷対応の空調システムを一般に必要としている。

例えば、データセンタ等におけるサーバ機器の高集積化・高密度化が近年殊に進んでおり、サーバ室内に発生する多量の顕熱を除熱する空調システムの熱負荷のために、データセンタ等の電力消費量が増大する傾向が生じている。

このようなサーバ室においては、サーバ機器の多くは、機器前面から冷気の吸込みを行い、機器背面から暖気を排気する構造を有する。一般に、一群のサーバ機器がサーバラック又はキャビネット等の筐体（又は架台）内に収容され、サーバ機器を収容した多数の筐体が、サーバ室内に配列される。筐体配列の方式として、筐体前面の吸気面を対向配置して吸気面間にコールドアイルを形成し、筐体背面の排気面を対向配置して排気面間にホットアイルを形成したホットアイル・コールドアイル方式のレイアウトが、熱効率向上のために一般に採用されている。このようなホットアイル・コールドアイル方式のサーバ室の空調システムは、例えば、特開2012-251745号公報（特許文献１）に記載されている。

一般に、サーバ室の空調システムは、サーバ機器を除熱して昇温したホットアイルの暖気を室内上部空間、天井裏還気チャンバ、或いは、床下還気チャンバ等から空調装置に還流するように構成される。しかし、サーバ機器は、近年殊に高集積化し又は高密度化する傾向があるので、このようなサーバ機器の高集積化し又は高密度化に伴う発熱量の増大に対応するには、空調装置の送風量及び冷房負荷を増大する必要があり、これは、送風動力及び冷熱負荷の増大に伴う消費電力の増大、空調空気搬送路の断面寸法及び断面積の増大、熱負荷制御の応答性又は制御性の低下等の問題を生じさせる。

このような送風動力及び冷熱負荷の増大を抑制し又は回避すべく、サーバ機器の排気（暖気）を冷却する熱交換器を筐体背面又は筐体後方のリアドア又は開閉扉に組込み、室内空間に流出する直前の排気（暖気）を筐体側又は筐体内で冷却するようにした局所冷房装置が知られている。このようなリアドア組込み型の局所冷房装置は、概ね以下の形式に分類される。
(1)水冷式熱交換器を筐体背面のリアドアに組込む水冷式の局所冷房装置(特許文献２:米国特許出願公開2006-232945号明細書)
(2)蒸気圧縮冷凍サイクルの蒸発器を構成する熱交換器を筐体背面のリアドアに組込むヒートポンプ式の局所冷房装置(特許文献３〜６:特開2009-134507号公報、特開2009-105141号公報、特開2009-135287号公報、特開2009-193137号公報)
(3)冷媒自然循環式冷房システムの蒸発器を構成する熱交換器を筐体背面のリアドアに組込む冷媒自然循環式（ヒートパイプ式）の局所冷房装置(特許文献７〜９:特開2009-193245号公報、特開2013-130318号公報、再公表公報WO-2011-122207号）

水冷式の局所冷房装置の場合、冷却水循環配管を屋内空間及びリアドア近傍に設置しなければならず、しかも、冷却水がリアドア内の熱交換器を循環するので、電子機器に対する漏水、湿気漏出等の影響が懸念される。このため、水冷式の局所冷房装置は、サーバ機器等の電子機器の冷却手段としては、容易に採用し難く、従って、水冷式の局所冷房装置については、容易に普及し難い事情がある。

他方、ヒートポンプ式の局所冷房装置の場合、漏水、湿気漏出等を懸念する必要はないが、蒸気圧縮冷凍サイクルを循環する冷媒の搬送動力（圧縮機の電力負荷）を付加的に要するので、消費電力を所望の如く低減し難く、運転条件又は環境条件によっては、却って消費電力が増大する可能性もある。

これに対し、冷媒自然循環式（ヒートパイプ式）の局所冷房装置においては、漏水、湿気漏出等を懸念する必要はなく、しかも、冷媒搬送動力を要しないので、この種の局所冷房装置として極めて有利である。

特開2012-251745号公報 米国特許出願公開2006-232945号明細書 特開2009-134507号公報 特開2009-105141号公報 特開2009-135287号公報 特開2009-193137号公報 特開2009-193245号公報 特開2013-130318号公報 再公表公報WO-2011-122207号

しかしながら、特許文献７（特開2009-193245号公報）及び特許文献８（特開2013-130318号公報）に記載された冷媒自然循環式の局所冷房装置においては、リアドア又は開閉扉に熱交換器として組み込まれた蒸発器は、単一の伝熱管を扉下端部から扉上端部に蛇行状、蛇管状又は反復Ｕ字状に配管したフィンチューブ式熱交換器である。蒸発器は、主として冷媒蒸発時の潜熱吸熱作用によりサーバ機器の排気（暖気）を冷却するので、例えば、冷媒蒸発位置を蒸発器の高さ方向中央部に想定すると、蒸発器の上端部及び下端部では、サーバ機器の排気（暖気）を効率的に冷却し難く、このため、扉の全高に亘って下端部から上端部に延びる単一の伝熱管によって熱交換器を構成した場合、全高に亘って均一又は均等な冷却効果を確保し難いと考えられる。

他方、特許文献９（再公表公報WO-2011-122207号）に記載された冷媒自然循環式の局所冷房装置は、蒸発器を高さ方向に分割し、各々の高さ寸法を縮小した複数の蒸発器を上下方向に配列した構成を有するので、全高に亘って概ね均一又は均等な冷却効果を発揮し得るかもしれない。しかし、蒸発器を分割してなる各蒸発部は、上下方向又は鉛直方向に延びる多数の蒸発管を扉の幅方向に配列するとともに、各蒸発管の上端部及び下端部を水平ヘッダー形態の冷媒蒸気タンク及び冷媒液タンクを連結した構成を有する。このため、特許文献９に記載された蒸発器（熱交換器）は、構造が複雑であり、重量が大きく、価格も高額化する傾向があり、リアドア組込み型の局所冷房装置としては、容易に採用し難い事情がある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、冷媒自然循環式冷房システムの蒸発器を熱交換器として筐体背面又は筐体後方に配置した構成を有する冷媒自然循環式の排気冷却装置において、蒸発器の構造を複雑化せず、蒸発器の重量を増大することもなく、全高に亘って均一又は均等な冷却性能を発揮することができる冷媒自然循環式の排気冷却装置及びその排気冷却方法を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成すべく、筐体内に収容された複数の電子機器から排出された暖気を冷却して室内空間に排気するように前記電子機器の背後又は後方に配置された熱交換器を有し、該熱交換器は、冷媒自然循環式冷却システムの蒸発器を構成するように該冷却システムの冷媒循環配管に接続され、前記冷却システムの冷熱源の液化冷媒が、前記熱交換器に重力下に供給され、該熱交換器で気化した気化冷媒が、圧力差により前記冷熱源に還流する冷媒自然循環式の排気冷却装置において、
前記冷媒循環配管に縦管として接続した液化冷媒供給管及び気化冷媒還流管と、
前記液化冷媒供給管に介装され、その管内流路を開閉制御可能な制御弁とを有し、
前記熱交換器は、前記液化冷媒供給管及び気化冷媒還流管に伝熱管を接続してなる冷却コイルを３回路以上、上下方向に並列に配置した構成を有し、
各々の前記冷却コイルを構成する伝熱管は、リバースリターン方式に前記液化冷媒供給管及び気化冷媒還流管に接続され且つ全長に亘って逆勾配に配管されることを特徴とする排気冷却装置を提供する。

他の観点より、本発明は、筐体内に収容された複数の電子機器から排出された暖気を冷却して室内空間に排気するように前記電子機器の背後又は後方に配置された熱交換器を冷媒自然循環式冷却システムの冷媒循環配管に接続し、該熱交換器を該冷却システムの蒸発器として使用し、前記冷却システムの冷熱源の液化冷媒を前記熱交換器に重力下に供給するとともに、該熱交換器で気化した気化冷媒を圧力差により前記冷熱源に還流せしめる冷媒自然循環式の排気冷却方法において、
液化冷媒供給管及び気化冷媒還流管を縦管として前記冷媒循環配管に接続し、
前記液化冷媒供給管の管内流路を開閉制御可能な制御弁を前記液化冷媒供給管に介装し、
前記液化冷媒供給管及び気化冷媒還流管に伝熱管を接続してなる冷却コイルを３回路以上、上下方向に並列に配置することにより、前記熱交換器を構成するとともに、各々の前記冷却コイルを構成する伝熱管をリバースリターン方式に前記液化冷媒供給管及び気化冷媒還流管に接続し且つ逆勾配に配管することを特徴とする排気冷却方法を提供する。

なお、本明細書において、逆勾配（先上がり勾配）は、流体の流れ方向と流路の重力落下方向とが逆方向の関係にある流路勾配又は管路勾配を意味し、順勾配（先下がり勾配）は、流体の流れ方向と流路の重力落下方向とが同方向の関係を有する流路勾配又は管路勾配を意味する。また、逆勾配及び順勾配は、気体又は液体の滞留部が形成されないようにする趣旨の配管勾配であり、従って、逆勾配及び順勾配は、水平な管路部分を部分的又は局所的に含むものであっても良い。また、本明細書において、筐体の「背面」は、電子機器操作面とは反対側の面を意味し、筐体の「後方」は、電子機器の排気方向下流側を意味する。

本発明の上記構成によれば、熱交換器は、上下方向に並列に配置された複数の冷却コイルから構成され、各冷却コイルの伝熱管は、ヘッダー又は冷媒液タンク等を介さずに液化冷媒供給管及び気化冷媒還流管に直に接続される。このため、本発明は、ヘッダー形態の冷媒蒸気タンク又は冷媒液タンク等を要しない。また、伝熱管をリバースリターン方式に液化冷媒供給管及び気化冷媒還流管に接続し且つ逆勾配に配管することにより、熱交換器全体の吸熱作用が電子機器の稼動状況の変化に順応又は追随し易く、或いは、各冷却コイルが比較的均等又は均一な冷却作用を発揮するようになることが、本発明者の実証実験により、確認された。更に、伝熱管をリバースリターン方式に液化冷媒供給管及び気化冷媒還流管に接続した管路構成によれば、各冷却コイルの冷却作用の開始又は停止を単一の制御弁によって一元的に制御することができる。

本発明は又、筐体内に収容された複数の電子機器から排出された暖気を冷却して室内空間に排気するように前記電子機器の背後又は後方に配置された熱交換器を有し、該熱交換器は、冷媒自然循環式冷却システムの蒸発器を構成するように該冷却システムの冷媒循環配管に接続され、前記冷却システムの冷熱源の液化冷媒が、前記熱交換器に重力下に供給され、該熱交換器で気化した気化冷媒が、圧力差により前記冷熱源に還流する冷媒自然循環式の排気冷却装置において、
前記冷媒循環配管に縦管として接続した液化冷媒供給管及び気化冷媒還流管と、
前記液化冷媒供給管に介装され、その管内流路を開閉制御可能な制御弁とを有し、
前記熱交換器は、前記液化冷媒供給管及び気化冷媒還流管に伝熱管を接続してなる冷却コイルを３回路以上、上下方向に並列に配置した構成を有し、
該制御弁は、最下段の前記冷却コイルの下方に位置する前記液化冷媒供給管の部分に配置され、前記制御弁の上流側流路を構成する前記液化冷媒供給管の部分は、全長に亘って順勾配に配管され、前記制御弁の下流側流路を構成し且つ前記冷却コイルが接続される前記液化冷媒供給管の部分は、全長に亘って逆勾配に配管されることを特徴とする排気冷却装置を提供する。

他の観点より、本発明は、筐体内に収容された複数の電子機器から排出された暖気を冷却して室内空間に排気するように前記電子機器の背後又は後方に配置された熱交換器を冷媒自然循環式冷却システムの冷媒循環配管に接続し、該熱交換器を該冷却システムの蒸発器として使用し、前記冷却システムの冷熱源の液化冷媒を前記熱交換器に重力下に供給するとともに、該熱交換器で気化した気化冷媒を圧力差により前記冷熱源に還流せしめる冷媒自然循環式の排気冷却方法において、
液化冷媒供給管及び気化冷媒還流管を縦管として前記冷媒循環配管に接続し、
前記液化冷媒供給管の管内流路を開閉制御可能な制御弁を前記液化冷媒供給管に介装し、
前記液化冷媒供給管及び気化冷媒還流管に伝熱管を接続してなる冷却コイルを３回路以上、上下方向に並列に配置することにより、前記熱交換器を構成し、
最下段の前記冷却コイルの下方に位置する前記液化冷媒供給管の部分に前記制御弁を配置し、前記制御弁の上流側流路を構成する前記液化冷媒供給管の部分を順勾配に配管し、前記制御弁の下流側流路を構成し且つ前記冷却コイルが接続される前記液化冷媒供給管の部分を逆勾配に配管することを特徴とする排気冷却方法を提供する。

本発明の上記構成によれば、熱交換器は、上下方向に並列に配置された複数の冷却コイルから構成され、各冷却コイルの伝熱管は、ヘッダー又は冷媒液タンク等を介さずに液化冷媒供給管及び気化冷媒還流管に直に接続される。このため、本発明は、ヘッダー形態の冷媒蒸気タンク又は冷媒液タンク等を要しない。また、本発明の上記構成によれば、制御弁は、熱交換器を含む冷媒循環回路の最下部において液化冷媒供給管に配置される。このような構成によれば、電子機器の停止時、無負荷時、或いは、極端な熱負荷軽減時等に制御弁を閉鎖することにより、多量の冷媒液が冷却コイルに流入する現象、或いは、多量の冷媒液が冷媒ガス流路に流入する現象（所謂「液バック現象」）などを確実に防止することができ、従って、冷却装置の円滑な初期動作又は起動が可能となる。しかも、本発明の上記構成によれば、各冷却コイルの冷却作用の開始又は停止を単一の制御弁によって一元的に制御することができる。

好ましくは、熱交換器は、筐体のリアドアに組込まれ、液化冷媒供給管及び気化冷媒還流管は、リアドアに縦管として夫々配管される。変形例として、熱交換器は、筐体の後方に配置され且つ筐体と別体の構造体に支持された開閉扉に組込まれ、液化冷媒供給管及び気化冷媒還流管は、開閉扉に縦管として夫々配管される。

更に好ましくは、電子機器とリアドア又は開閉扉との間には、排気流動領域が形成され、排気流動領域の空気温度又は雰囲気温度を検出する温度検出器が設けられる。温度検出器は、排気流動領域の上半部又は上部の空気温度又は雰囲気温度を検出する。排気流動領域は、電子機器が排出した暖気が流動し又は過渡的に滞留する電子機器及びリアドアの間の空間又は間隙である。上記制御弁は、温度検出器の検出結果に基づいて開閉制御される。

このように排気流動領域の温度を検出して制御弁を制御することにより、電子機器の熱排気の開始や、電子機器の熱負荷の増大又は軽減に迅速に応答して冷却システムの作動を制御し、電子機器の稼動状況に対する即応性を改善することができる。

好適には、各々の上記冷却コイルは、フィンチューブ型冷却コイルからなり、上記伝熱管は、横方向に延び、冷却コイルの端部で下流側且つ上側に折返す蛇行状、蛇管状又は反復Ｕ字状の回路形態に配管される。更に好適には、６回路以上（２４回路以内）の数の冷却コイルが、上下方向に並列に配置され、全冷却コイルの伝熱管は、共通の鉛直面内に位置する。

本発明によれば、冷媒自然循環式冷房システムの蒸発器を熱交換器として筐体背面又は筐体後方に配置した構成を有する冷媒自然循環式の排気冷却装置及びその排気冷却方法において、蒸発器の構造を複雑化せず、蒸発器の重量を増大することもなく、全高に亘って均一又は均等な冷却性能を熱交換器に発揮せしめることが可能となる。

図１は、サーバ室全体の空調システムの構成を概念的且つ模式的に示す縦断面図である。 図２は、サーバラックの配置を示すサーバ室の概略平面図である。 図３は、本発明の実施形態に係る冷媒自然循環式冷却システムの蒸発器をサーバラック背面のリアドアに組込んだ構成を概略的に示すサーバラックの側面図及び部分縦断面図である。 図４は、本発明の実施形態に係る冷媒自然循環式冷却システムの蒸発器をサーバラック背面のリアドアに組込んだ構成を概略的に示すサーバラックの平面図及び横断面図である。 図５は、図３にＩ−Ｉ線、II−II線及びIII−III線で示す端面又は断面におけるサーバラック背面、蒸発器及びリアドア室内側面の概略立面図又は概略姿図である。 図６は、本発明の実施形態に係る冷媒自然循環式冷却システムの全体構成を示すシステム構成図である。 図７は、冷媒としてR-134aを冷媒循環回路に封入した冷媒自然循環式冷却システムに関する実証試験の試験結果を示す線図である。 図８は、サーバ機器の稼動状態等の変化と関連した熱交換器の冷却性能の変化に関する実証試験の試験結果を示す線図である。 図９は、サーバ機器の稼動状態等の変化と関連した熱交換器の冷却性能の変化に関する実証試験の試験結果を示す線図である。 図１０は、サーバ機器の稼動状態等の変化と関連した熱交換器の冷却性能の変化に関する実証試験の試験結果を示す線図である。 図１１は、本発明の他の実施形態に係るサーバラック及び熱交換器の構成を示す側面図及び部分縦断面図である。 図１２は、図１１に示すサーバラック及び熱交換器の平面図及び横断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、サーバ室全体の空調システムの構成を概念的且つ模式的に示す縦断面図であり、図２は、サーバラックの配置を示すサーバ室の概略平面図である。図３及び図４は、冷媒自然循環式冷却システムの蒸発器をサーバラック背面のリアドアに組込んだ構成を概略的に示すサーバラックの側面図、部分縦断面図、平面図及び横断面図である。また、図５は、図３にＩ−Ｉ線、II−II線及びIII−III線で示す端面又は断面におけるサーバラック背面、蒸発器及びリアドア室内側面の概略立面図又は概略姿図である。なお、図１において、空調システムは、サーバ室、プレナムチャンバ、空調機及び熱交換器等の相対的な位置関係によって示されている。また、図１及び図２には、空調空気循環回路を循環する空気流の流れが、矢印によって概念的に示されている。

図１及び図２に示す如く、サーバ室１は、天井構造体２、床構造体３及び壁体４によって区画された建築空間である。床構造体３は、鋼製床組等の床下地材（図示せず）によって支持された床面構成材３ａと、コンクリートスラブ等の床版３ｂとから構成された二重床構造のものであり、給気チャンバＳが、床面構成材３ａと床版３ｂとの間に形成される。天井構造体２は、上階の床版３ｂから懸吊された軽量鉄骨天井下地又はシステム天井部材等によって天井面材を支持した構造のものであり、上階の床版３ｂと天井面材との間には、還気チャンバＲが形成される。壁体４は、屋内間仕切壁４ａ及び外壁４ｂを含み、サーバ室１は、屋内間仕切壁４ａによって空調機械室５（５ａ、５ｂ）から区画され、空調機械室５は、外壁４ｂによって屋外空間から区画されている。なお、このようなサーバ室１の構成は、本実施形態を説明するために単に例示する建築構成の一例である。

図２に示す如く、サーバ室１の床面には、多数のサーバラック１０が複数の列をなして配置される。図３に示す如く、複数のサーバ機器１１が各サーバラック１０に実装される。各サーバラック１０は、内装垂直レール（図示せず）に対する水平ラック部材（図示せず）の高さ設定又は高さ変更等により、任意の高さ寸法のサーバ機器１１を任意の高さ位置に収納可能な構造を有する。従って、サーバラック１０は、任意の段数及び高さ位置にサーバ機器を実装することができる。しかしながら、本書においては、以下の説明を簡略化するため、後述する実証実験の構成の如く、６層の機器収納層Ｌ１〜Ｌ６（図３）を上下方向に整列配置した階層構造に本例のサーバラック１０の内装部材（上記レール及びラック）を予め設定し、機器収納層Ｌ１〜Ｌ６は夫々、単一のサーバ機器１１を実装されているものとして、本実施形態を以下に説明する。

図３（Ｂ）及び図５（Ａ）に示す如く、各サーバ機器１１は、熱排気用の排気ファン１３を内蔵しており、排気ファン１３は、サーバ機器１１の内蔵温度センサが機内温度上昇を検出したときに自動的に作動され、機器操作面を構成するサーバラック前面１２を介して、後述するコールドアイルＣの冷気を機内に吸引し、内蔵ＣＰＵ等の電子デバイスを冷却して昇温した空気（暖気）を機器後方に強制排気する。なお、本実施形態においては、サーバラック前面１２は、図３（Ｂ）に仮想線（一点鎖線）で示す開口面であり、後述するコールドアイルＣに面しており、各サーバ機器１１の操作面（機器前面）は、サーバラック前面１２から僅かに後退した位置においてコールドアイルＣに面し、コールドアイルＣの冷気を吸引する。所望により、フロントドア（図示せず）をサーバラック前面１２の位置に配設しても良い。フロントドアを設置する場合、フロントドアは、以下に説明するリアドア１５と同様、通気用ガラリ又はルーバーからなる通気部を有し、各サーバ機器１１は、フロントドアの通気部を介してコールドアイルＣの冷気を吸引する。

サーバラック１０は、サーバ機器１１の維持・管理、改修、増設、撤去等のためのリアドア（背面開閉扉）１５を有する。リアドア１５は、サーバラック１０内の空間をサーバラック１０の背面側から閉鎖し又は開放する片開き式の開閉扉であり、吊元側のヒンジ又は蝶番は、サーバラック１０の枠体又は支柱（図示せず）に取付けられる。

図３（Ｂ）に示す如く、リアドア１５は、通気用ガラリ又はルーバーからなる通気部１６を有する。図５（Ｃ）に示す如く、通気部１６は、リアドア１５の概ね全高及び全幅に亘って延在し、リアドア１５の通気性排気面を構成する。リアドア１５には、冷媒自然循環式冷却システムの蒸発器を構成する熱交換器２０が取付けられる。図３（Ｂ）及び図５（Ｂ）に示す如く、熱交換器２０は、高い熱伝導性を有する銅、アルミニウム等の金属製のフィンチューブ型冷却コイル３０を多段に並列配置した構成を有し、各冷却コイル３０の伝熱管は、概ねII−II線（図３（Ｂ））で示す垂直構面の面内に位置する。また、リアドア１５の縦枠部分には、熱交換器２０を構成する縦管２４、２７、２８が配置され、リアドア１５の下枠部分には、熱交換器２０の吸熱作用を制御するための制御弁２６が配置される。縦管２４、２７は、液化冷媒供給管を構成し、縦管２８は、気化冷媒還流管を構成する。縦管２４、２８は、比較的容易に変形可能なフレキシブル管、フレキシブル継手又は回転継手等の配管継手又は配管部分２３ａ、２９ａを介して、熱媒体供給管２３及び熱媒体還流管２９に接続される。

図３（Ｂ）及び図４（Ｂ）に示す如く、サーバ機器１１の排熱面を構成する排気ファン１３の背面とリアドア１５との間には、サーバ機器１１の暖気が流入する排気流動領域１７が形成される。排気流動領域１７は、サーバ機器１１が排出した暖気が流動し又は過渡的に滞留する空間又は間隙である。排気流動領域１７の暖気は、熱交換器２０及び通気部１６を介してサーバ室１の室内空間に流出する。リアドア１５は、排気流動領域１７の上部空間の空気温度又は雰囲気温度を検出する温度検出器Ｔを備える。熱交換器２０、制御弁２６、熱媒体供給管２３及び熱媒体還流管２９を含む冷媒自然循環式冷却システム全体の構成については、後述する。

図１及び図２に示す如く、サーバラック１０は、この種のサーバ室において一般に採用されるホットアイル・コールドアイル方式に配置される。ホットアイル・コールドアイル方式のレイアウトにおいては、比較的低温の室内空気を吸引するサーバラック前面１２同士が対向配置され、サーバラック前面１２の間にコールドアイルＣが形成されるとともに、リアドア１５の排気面同士が対向配置され、リアドア１５の間にホットアイルＨが形成される。コールドアイルＣを室内上部空間から遮蔽する遮蔽板（キャッピング）７が、隣り合うサーバラック１０の上部を架橋し且つ閉鎖するように配置される。コールドアイルＣの床面構成材３ａには、給気チャンバＳの空調空気（冷気）を上方に吹出す給気口８が配設される。

サーバ室1の室内空間を空調する空調システムは、図１に示す如く、空調機械室５ａ内に配置された空調機４０を有する。空調機４０は、循環空気冷却用の熱交換器（冷却コイル）４１及び送風機４２を備える。空調機４０は、床下の給気チャンバＳに冷気(空調空気）を送風し、冷気は、コールドアイルＣの給気口８を介してコールドアイルＣに上向きに吹出し、サーバラック１０の吸気面（サーバラック前面１２）からサーバ機器１１に吸引される。サーバラック１０内のサーバ機器１１を除熱して昇温した空気（暖気）は、リアドア１５の排気面からホットアイルＨ及び室内上部空間に排気され、図1に実線矢印で示すように天井裏の還気チャンバＲを介して空調機３に還流する。なお、変形例として、破線矢印で示すように還気流を室内上部空間から空調機械室５ａに還流せしめることも可能である。

空調機３を含む空調システムは、主としてサーバ室１の建築冷房負荷（及び暖房負荷）に適応する建築設備であり、サーバ機器１１の発熱は、主として、熱交換器２０を循環する冷媒自然循環式冷却システムの冷媒によって除熱される。

冷媒自然循環式冷却システムは、図１に示す如く、空調機械室５ｂに配置された冷熱源系５０を有する。冷熱源系５０は、ターボ冷凍機等の冷熱源機器５１と、冷水を循環する冷水循環ポンプ５２と、冷水給送管５３及び冷水還流管５４を含む冷水循環回路と、冷水循環回路の冷水が循環する熱交換器５５とから構成される。なお、冷熱源機器５１は、建築物全体又は地域全体の共用冷熱源より冷水等の冷熱媒体が供給される冷熱媒体循環機器等であっても良い。また、このような共用冷熱源の熱媒体を熱交換器５５に直に循環させることも可能である。

図６は、冷媒自然循環式冷却システムの全体構成を示すシステム構成図である。

冷熱源機器５１の冷水は、冷水循環ポンプ５２の圧力下に冷水給送管５３、熱交換器５５及び冷水還流管５４の循環回路を循環する。熱交換器５５の熱媒体流出ポート５６及び熱媒体流入ポート５７には、各サーバラック１０の熱交換器２０に熱媒体流体を循環するための熱媒体供給主管２１及び熱媒体還流主管２２が接続される。熱媒体流体として、例えば、冷媒ガスR-134aが使用される。熱媒体供給主管２１及び熱媒体還流主管２２は、サーバ室１の室内空間上部域に配管され、これら主管２１、２２から分岐した熱媒体供給管２３及び熱媒体還流管２９が、比較的容易に変形可能な配管継手又は配管部分２３ａ、２９aを介して、各サーバラック１０の熱交換器２０に接続される。

冷媒自然循環式冷却システムは、基本的には、本出願人のＶＣＳ（登録商標）として知られた冷媒循環システムであり、熱交換器５５において凝縮した液化冷媒は、熱媒体供給主管２１及び熱媒体供給管２３の管路内を重力下に流下して熱交換器２０に供給され、熱交換器２０においてサーバ機器１１の排熱を受熱して蒸発した気化冷媒は、熱媒体還流管２９及び熱媒体還流主管２２の管路内を圧力差で上昇し、熱交換器５５に還流する。熱媒体流体は、重力及び圧力差によってシステム内を自然循環するので、冷媒搬送動力を必要としない点で有利である。このような冷媒自然循環システム（ＶＣＳ）の基本構成については、例えば、特開平１１−２３０５７７号公報等に詳細に記載されているので、更なる詳細な説明は、省略する。

熱媒体供給管２３は、前述のとおり、配管継手又は配管部分２３ａによって縦管２４の上端部（上流端）に接続される。縦管２４は、リアドア１０の縦枠に沿って鉛直下方に延びる。縦管２４の下端部（下流端）は、横管２５の基端部（上流端）に接続される。横管２５は、リアドア１０の下枠に沿って水平に延びる。横管２５には、制御弁２６が介装される。制御弁２６の高さ位置は、冷媒循環システムを構成する冷媒循環回路の最下部に設定される。また、熱交換器５５において凝縮した液化冷媒が流動する管路は、熱交換器５５の熱媒体流出ポート５６から縦管２４、横管２５及び制御弁２６に至る全経路において順勾配（先下がり勾配）を維持し、液化冷媒を円滑に自然流下させる。

各リアドア１０の制御弁２６は、制御信号線６１を介して制御ユニット６０に接続された遠隔制御式の流量制御弁又は開閉制御弁からなる。各リアドア１５の温度検出器Ｔが、制御信号線６２を介して制御ユニット６０に接続される。制御ユニット６０は、温度検出器Ｔによって検出された排気流動領域１７の温度検出器Ｔの検出結果に基づいて制御弁２６を開閉制御し、横管２５の流路を選択的に閉鎖し又は開放する。所望により、横管２５の冷媒流量を制御ユニット６０の制御下に可変制御することも可能である。

横管２５の先端部（下流端）は、縦管２７の下端部（上流端）に接続される。縦管２７は、リアドア１０の縦枠に沿って鉛直上方に延びる。各サーバラック１０の熱交換器２０は、上下方向に並列に配置された多数のフィンチューブ型冷却コイル３０に分割されており、各冷却コイル３０の伝熱管上流端（流入端）３０ａが、縦管２７に接続される。図示の熱交換器２０は、１２列（１２段）の冷却コイル３０に分割されており、１２回路の冷媒循環回路が上下方向に並列に配置される。熱交換器２０の列数（段数）は、少なくとも３列（３段）、好ましくは、６〜２４列（６〜２４段）、更に好ましくは、１０〜２０列（１０〜２０段）に設定される。

各冷却コイル３０の管路は、概ね通気部１６（図５（Ｃ））の幅に相応する幅でＵ字形態に上側に折り返して逆勾配（先上がり勾配）で蛇行し、冷却コイル３０の伝熱管下流端（流出端）３０ｂは、縦管２８に接続される。縦管２８は、リアドア１０の縦枠に沿って鉛直上方に延び、縦管２８の上端部（下流端）は、前述のとおり、配管継手又は配管部分２９ａによって熱媒体還流管２９に接続される。縦管２７、２８、冷却コイル３０及び熱媒体還流主管２２から構成される横管２５の下流側の管路は、熱交換器５５の熱媒体流入ポート５７に至る全経路において逆勾配（先上がり勾配）を維持し、気化冷媒を円滑に自然上昇させる。

図５及び図６に示す如く、縦管２７、冷却コイル３０及び縦管２８は、リバースリターン方式に接続される。リバースリターン方式は、一般に、冷暖房ユニット、放熱器等に対する往管及び返り管（還管）の配管方式の一種であって、往管の連結順序と返り管（還管）の連結順序とを逆にして配管抵抗の不均衡を解消する冷温水配管法として知られている（株式会社彰国社発行「建築学大辞典（第２版）」等）。本実施形態では、縦管２７の上流部分（下側部分）に対して最上流側（最下段）の冷却コイル３０の上流端３０ａが接続され、上段（下流側）の冷却コイル３０の上流端３０ａが縦管２７の下流部分（上側部分）に順次接続されるとともに、下流側の縦管２８に対して、最上流側（最下段）の冷却コイル３０の下流端３０ｂが縦管２８の上流部分（下側部分）に接続され、上段（下流側）の冷却コイル３０の下流端３０ｂが縦管２８の下流部分（上側部分）に順次接続される。従って、各冷却コイル３０に関する冷媒循環回路の管路長は実質的に均等又は均一であり、冷媒自然循環の条件は、各冷却コイル３０に対して実質的に均等又は均一である。

次に、上記構成の冷媒自然循環式冷却システムの作動について説明する。

前述のとおり、サーバ室１は、空調機４０を含むサーバ室全体の空調システム（図１及び図２）を有し、図３〜図６に示す本実施形態の冷媒自然循環式冷却システムは、一般に、サーバ室全体の空調システムが作動した環境で作動する。サーバ室全体の空調システムを構成する空調機４０は、還気チャンバＲを介して還流した室内空気を冷却し、床下の給気チャンバＳに冷気(空調空気）を送風し、冷気は、コールドアイルＣの給気口８を介してコールドアイルＣに上向きに吹出す。コールドアイルＣの冷気は、サーバラック１０の吸気面（サーバラック前面１２）からサーバ機器１１に吸引され、サーバ機器１１の電子デバイスを除熱して昇温し、サーバ機器１１の排気面から暖気として排出される。前述のとおり、本実施形態の冷媒自然循環式冷却システムは、サーバ機器１１が排気した暖気をリアドア組込み式の熱交換器２０によって冷却する。冷却後の空気は、ホットアイルＨに流出し、室内空気とともに空調機４０に還流する。なお、冷媒自然循環式冷却システムは、サーバ室全体の空調システムを停止した状態、或いは、このような空調システムを備えないサーバ室においても有効に機能するので、必ずしもサーバ室全体の空調システムの設置及び運転を要するものではない。

図５及び図６に示す如く、冷媒自然循環式冷却システムの冷媒循環回路は、冷熱源系５０の熱交換器５５において凝縮した液化冷媒を重力下に熱交換器２０に流下させ、熱交換器２０で気化した気化冷媒を循環回路内の流体圧力差により熱交換器５５に還流せしめて冷熱源機器５１の冷水により冷却し、液化冷媒として重力下に熱交換器２０に再循環させるように構成されている。サーバ機器１１の非稼動時には、温度検出器Ｔが検出する排気流動領域１７の温度が比較的低温であるので、制御ユニット６０は、制御弁２６を閉鎖しており、従って、冷媒は熱交換器２０の管路を循環せず、縦管２４及び横管２５の管内流路には、液化冷媒が滞留する。他方、サーバ機器１１が稼動し、暖気を排気流動領域１７に排出すると、温度検出器Ｔの温度検出値が上昇する。制御ユニット６０は、所定温度以上の温度が温度検出器Ｔによって検出されると、制御弁２６を開放する。冷却コイル３０の伝熱管及びフィンに伝熱接触する暖気は、伝熱管内の液化冷媒と熱交換して冷却し、液化冷媒は、暖気の熱を受熱して気化する。気化時の冷媒は、暖気が保有する多量の顕熱を蒸発潜熱として吸熱するので、暖気は、効率的に冷却される。冷却コイル３０の気化冷媒は、縦管２８、熱媒体還流管２９及び熱媒体還流主管２２の管内流路を上昇して熱交換器５５に還流し、熱交換器５５を循環する冷水と熱交換して凝縮し、液化冷媒として重力下に熱媒体供給主管２１、熱媒体供給管２３、縦管２４及び横管２５の管内流路を流下し、冷却コイル３０に再循環する。

本発明者等は、多列（多段）の冷却コイル３０に分割し且つ各冷却コイル３０をリバースリターン方式に縦管２７、２８に接続した構造の熱交換器２０に関し、冷媒自然循環に依存した上記冷媒循環回路の成立性（回路成立の可否）や、その作動状態の持続性、更には、負荷変動に対する追随性等を検証すべく、図５及び図６に示す冷媒自然循環式冷却システムの実証試験を実施した。なお、実証試験に用いた熱交換器２０は、１３列（１３段）の冷却コイル３０に分割した構成のものである。

図７は、冷媒としてR-134aを冷媒循環回路に封入した冷媒自然循環式冷却システムに関する実証試験の試験結果を示す線図である。

本発明者等は、上記構成の冷媒自然循環式冷却システムを有するサーバラック１０に６機のサーバ機器１１を図３に示す如く実装し、全サーバ機器１１の停止状態（模擬負荷停止状態）から全サーバ機器１１を運転状態（模擬負荷作動状態）に変化させ、熱交換器２０の入口空気温度及び出口空気温度等を測定し、熱交換器２０の作動について検証した。全サーバ機器１１の熱負荷（合計発熱量）は、約７．５ｋｗである。温度計測点は、図７のサーバラック概略側面図及び概略立面図に黒丸で示されている。なお、図７の概略立面図に示す番号（Ｎｏ１〜６）は、サーバ機器１１の番号である。

図７の線図に示されるとおり、制御弁２６を閉鎖した状態で全サーバ機器１１を起動すると、各サーバ機器１１の背面から排気された暖気が排気流動領域１７に流入し、熱交換器２０の入口側空気温度及び出口側空気温度が上昇した。サーバ起動後、所定時間経過時（約１５分経過時）に出口側空気温度が約２４℃（設定温度）を超え、この時点で制御弁２６を全開状態（開度１００％）に開放すると、熱交換器１０の冷媒蒸発が開始して冷媒自然循環式冷却システムの冷媒循環が開始した。従って、サーバ機器１１の停止及び作動、或いは、熱負荷の有無に相応して制御弁２６を開閉制御することにより、熱交換器２０を含む冷媒自然循環式冷却システムの冷媒循環を一元的に制御することができる。なお、サーバ室１全体の室温は、約１７℃であった。

図８〜図１０は、運転状態のサーバ機器１１の位置や、サーバ機器１１の運転台数の変化と関連した熱交換器２０の冷却性能の変化に関する実験結果を示す線図である。図８には、稼働状態のサーバ機器１１の番号が線図の直下の図に記載されており、図９及び図１０には、稼働状態のサーバ機器１１が線図の直上の図に黒塗り表示で示されている。図８に示す実験において、各サーバ機器１１の発熱量は、約２．５ｋｗであり、図９に示す実験において、各サーバ機器１１の発熱量は、約４ｋｗである。また、図１０に示す実験においては、２機のサーバ機器１１を稼働した状態の発熱量は、２機合計で約５．５ｋｗであり、６機のサーバ機器１１を稼働した状態の発熱量は、６機合計で約７ｋｗである。

図８〜１０に示すとおり、熱交換器２０は、サーバ機器１１の稼動状態の変化に相応して冷却作用を発揮し、冷媒自然循環式冷却システムは、熱交換器２０の熱負荷に相応した冷媒循環を生じさせた。また、図９及び図１０に示される如く、熱交換器２０は、稼動するサーバ機器１１の高さ位置の影響を受け難く、高さ方向に実質的に均等又は均一な冷却作用を発揮した。更に、熱交換器２０を含む冷媒自然循環式冷却システムは、図８〜図１０に示される如く、稼動するサーバ機器１１の高さ位置や台数の変化に対して順応し、冷媒循環の停止又は滞留等を生じさせることなく、冷媒循環及び冷却作用を継続し又は持続した。

図１１及び図１２は、本発明の他の実施形態に係るサーバラック１０及び熱交換器２０の構成を示す側面図、部分縦断面図、平面図及び横断面図である。図１１及び図１２において、前述の実施形態（図１〜図１０）の構成要素又は構成部材と実質的に同一又は同等の構成要素又は構成部材については、同一の参照符号が付されている。

本実施形態においては、図１１及び図１２に示される如く、自立壁式の排気冷却ユニット６０がサーバラック１の背後に配置される。排気冷却ユニット６０は、サーバラック１の後方（室内空気の流動方向下流側）に立設された左右一対の鉛直支柱６１と、支柱６１の間に配置された開閉扉６５と、開閉扉６５の上方域を閉鎖する幕板７０とを有する。支柱１１は、正方形断面の金属管材、例えば、角形鋼管、アルミニウム製又はステンレス製の角形管材等からなる。

支柱６１は、その下端部に固定されたベースプレート６１aをアンカーボルト（図示せず）によって床版３ｂに固定することにより所定位置に立設される。支柱６１は、床面構成材３ａを貫通して鉛直上方に延びる。支柱６１の上端部は、天井構造体２に固定され、或いは、天井構造体２を貫通して上階の床版３ｂ（図１）に固定される。

開閉扉６５は、上下方向に離間した複数の丁番（蝶番）又はヒンジ６２によって片側の支柱６１に枢着され、図１２に破線で示す如く支柱６１廻りに回動可能に支持される。開閉扉６５は、通気用ガラリ又はルーバーからなる通気部６６を有する。熱交換器２０は、通気部６６のサーバラック側において開閉扉６５に組み込まれる。熱交換器２０を含む冷媒自然循環式冷却システムの構成は、前述の実施形態（図５、図６）と実質的に同一である。

リアドア１５と対峙する開閉扉６５の熱交換器３０は、リアドア１５から間隔を隔てて配置されており、排気流動領域６７が熱交換器３０及びリアドア１５の間に形成される。排気流動領域３０を区画するための上部遮風板６３及び側部遮風板６８が設けられる。遮風板６３は、ヒンジ６４によって幕板７０に枢着され、水平軸線を中心に回動する。遮風板６３は、幕板７０とサーバラック１０との間に架設され、排気流動領域６７の空気が上方に流出するのを阻止する。左右一対の遮風板６８は、ヒンジ６９によって左右の支柱６１に夫々枢着され、鉛直軸線を中心に回動する。遮風板６８は、支柱６１とサーバラック１０との間に配置され、排気流動領域６７の空気が側方に流出するのを阻止するとともに、排気流動領域６７に流出した空気流を熱交換器２０に向かって案内する気流制御手段として機能する。

前述の実施形態と同じく、サーバ室１の室内空間上部域に配管された熱媒体供給主管２１及び熱媒体還流主管２２から分岐した熱媒体供給管２３及び熱媒体還流管２９が、配管継手又は配管部分２３ａ、２９aを介して、熱交換器２０の縦管２４、２８（図５、図６）に接続される。熱交換器２０の構造は、図５及び図６に示す構造と実質的に同一であり、熱交換器２０の作動を制御する制御弁２６が、開閉扉６５の下枠に配置される。また、温度検出器Ｔの検知部が排気流動領域６７の上半部又は上部空間に配置される。制御弁２６及び温度検出器Ｔは、図６に示す如く、制御ユニット６０に接続され、制御弁２６は、温度検出器Ｔによって検出された排気流動領域６７の温度検出器Ｔの検出結果に基づいて開閉制御される。

図１１及び図１２に示す構成においては、サーバラック１０のサーバ機器１１を除熱して昇温した空気（暖気）は、リアドア１５の通気部１６から排気流動領域６７に流出し、排気流動領域６７の暖気は、開閉扉６５の熱交換器２０を通過して室内空間１に流出する。熱交換器２０を流通する空気は、熱交換器２０を循環する冷媒と熱交換して冷却される。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内において種々の変更又は変形が可能であり、かかる変更又は変形例も又、本発明の範囲内に含まれるものであることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態では、熱交換器は、フィンチューブ型熱交換器であるが、他の伝熱構造を有する熱交換器を採用しても良い。

また、上記実施形態では、リアドア又は開閉扉の通気部は、通気用ガラリ又はルーバーから構成されているが、パンチングメタル、金属製メッシュ材等によって通気部を構成しても良い。なお、フロントドアの通気部についても、同様である。

更に、上記実施形態では、室内空間を冷房又は暖房する建築空調設備を有する建築物において排気冷却装置を用いているが、空調設備を備えていない建築物において、本発明の排気冷却装置を使用することも可能である。

また、上記実施形態においては、リアドア又は開閉扉に対して熱交換器を組み込んだ構成のものであるが、リアドアに設けられたインナードアに熱交換器を設け、或いは、サーバラックの排熱を適切に冷却する他の部位に熱交換器を配設しても良い。

本発明に係る排気冷却装置及び排気冷却方法は、多数又は大容量の電子機器、ＩＴ（ＩＣＴ）機器、電算機、通信機器等を室内に収容したサーバ室、データセンタ、ＩＴ（ＩＣＴ）機器管理施設、携帯電話基地局等において、各架台又は筐体に収容された電子機器を冷却するのに使用される。殊に、本発明の排気冷却装置及び排気冷却方法は、多数のサーバ機器を実装したサーバラックを収容するデータセンタ等のサーバ室において、サーバ機器を冷却する手段として好適に使用し得る。本発明の排気冷却装置及び排気冷却方法によれば、蒸発器の構造を複雑化せず、蒸発器の重量を増大することもなく、しかも、全高に亘って均一又は均等な冷却性能を発揮することができ、しかも、冷媒搬送動力を要しないので、その実用的価値は、顕著である。

１ サーバ室
１０ サーバラック
１１ サーバ機器
１２ サーバラック前面
１３ 排気ファン
１５ リアドア
１６ 通気部
１７ 排気流動領域
２０ 熱交換器
２４、２７ 縦管（液化冷媒供給管）
２５ 横管
２８ 縦管（気化冷媒還流管）
２６ 制御弁
２３ 熱媒体供給管
２９ 熱媒体還流管
３０ 冷却コイル
３０ａ 伝熱管上流端（流入端）
３０ｂ 伝熱管下流端（流出端）
６０ 排気冷却ユニット
６５ 開閉扉
６６ 通気部
６７ 排気流動領域
Ｃ コールドアイル
Ｈ ホットアイル

Claims (14)

1. 筐体内に収容された複数の電子機器から排出された暖気を冷却して室内空間に排気するように前記電子機器の背後又は後方に配置された熱交換器を有し、該熱交換器は、冷媒自然循環式冷却システムの蒸発器を構成するように該冷却システムの冷媒循環配管に接続され、前記冷却システムの冷熱源の液化冷媒が、前記熱交換器に重力下に供給され、該熱交換器で気化した気化冷媒が、圧力差により前記冷熱源に還流する冷媒自然循環式の排気冷却装置において、
   前記冷媒循環配管に縦管として接続した液化冷媒供給管及び気化冷媒還流管と、
   前記液化冷媒供給管に介装され、その管内流路を開閉制御可能な制御弁とを有し、
   前記熱交換器は、前記液化冷媒供給管及び気化冷媒還流管に伝熱管を接続してなる冷却コイルを３回路以上、上下方向に並列に配置した構成を有し、
   各々の前記冷却コイルを構成する伝熱管は、リバースリターン方式に前記液化冷媒供給管及び気化冷媒還流管に接続され且つ全長に亘って逆勾配に配管されることを特徴とする排気冷却装置。
2. 筐体内に収容された複数の電子機器から排出された暖気を冷却して室内空間に排気するように前記電子機器の背後又は後方に配置された熱交換器を有し、該熱交換器は、冷媒自然循環式冷却システムの蒸発器を構成するように該冷却システムの冷媒循環配管に接続され、前記冷却システムの冷熱源の液化冷媒が、前記熱交換器に重力下に供給され、該熱交換器で気化した気化冷媒が、圧力差により前記冷熱源に還流する冷媒自然循環式の排気冷却装置において、
   前記冷媒循環配管に縦管として接続した液化冷媒供給管及び気化冷媒還流管と、
   前記液化冷媒供給管に介装され、その管内流路を開閉制御可能な制御弁とを有し、
   前記熱交換器は、前記液化冷媒供給管及び気化冷媒還流管に伝熱管を接続してなる冷却コイルを３回路以上、上下方向に並列に配置した構成を有し、
   該制御弁は、最下段の前記冷却コイルの下方に位置する前記液化冷媒供給管の部分に配置され、前記制御弁の上流側流路を構成する前記液化冷媒供給管の部分は、全長に亘って順勾配に配管され、前記制御弁の下流側流路を構成し且つ前記冷却コイルが接続される前記液化冷媒供給管の部分は、全長に亘って逆勾配に配管されることを特徴とする排気冷却装置。
3. 前記制御弁は、最下段の前記冷却コイルの下方に位置する前記液化冷媒供給管の部分に配置され、前記制御弁の上流側流路を構成する前記液化冷媒供給管の部分は、全長に亘って順勾配に配管され、前記制御弁の下流側流路を構成し且つ前記冷却コイルが接続される前記液化冷媒供給管の部分は、全長に亘って逆勾配に配管されることを特徴とする請求項１に記載の排気冷却装置。
4. 前記熱交換器は、前記筐体のリアドアに組込まれ、前記液化冷媒供給管及び気化冷媒還流管は、該リアドアに縦管として夫々配管されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載された排気冷却装置。
5. 前記熱交換器は、前記筐体の後方に配置され且つ前記筐体と別体の構造体に支持された開閉扉に組込まれ、前記液化冷媒供給管及び気化冷媒還流管は、該開閉扉に縦管として夫々配管されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載された排気冷却装置。
6. 前記電子機器と前記リアドア又は開閉扉との間には、該電子機器が排出した暖気が流動し又は過渡的に滞留する排気流動領域が形成され、該排気流動領域の上半部又は上部空間の空気温度又は雰囲気温度を検出する温度検出器が設けられ、前記制御弁は、該温度検出器の検出結果に基づいて開閉制御されることを特徴とする請求項４又は５に記載の排気冷却装置。
7. 各々の前記冷却コイルは、フィンチューブ型冷却コイルからなり、前記伝熱管は、横方向に延び、該冷却コイルの端部で下流側且つ上側に折返す蛇行状、蛇管状又は反復Ｕ字状の回路形態に配管され、６回路以上の前記冷却コイルが、上下方向に並列に配置され、全冷却コイルの伝熱管は、共通の鉛直面内に位置することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の排気冷却装置。
8. 筐体内に収容された複数の電子機器から排出された暖気を冷却して室内空間に排気するように前記電子機器の背後又は後方に配置された熱交換器を冷媒自然循環式冷却システムの冷媒循環配管に接続し、該熱交換器を該冷却システムの蒸発器として使用し、前記冷却システムの冷熱源の液化冷媒を前記熱交換器に重力下に供給するとともに、該熱交換器で気化した気化冷媒を圧力差により前記冷熱源に還流せしめる冷媒自然循環式の排気冷却方法において、
   液化冷媒供給管及び気化冷媒還流管を縦管として前記冷媒循環配管に接続し、
   前記液化冷媒供給管の管内流路を開閉制御可能な制御弁を前記液化冷媒供給管に介装し、
   前記液化冷媒供給管及び気化冷媒還流管に伝熱管を接続してなる冷却コイルを３回路以上、上下方向に並列に配置することにより、前記熱交換器を構成するとともに、各々の前記冷却コイルを構成する伝熱管をリバースリターン方式に前記液化冷媒供給管及び気化冷媒還流管に接続し且つ逆勾配に配管することを特徴とする排気冷却方法。
9. 筐体内に収容された複数の電子機器から排出された暖気を冷却して室内空間に排気するように前記電子機器の背後又は後方に配置された熱交換器を冷媒自然循環式冷却システムの冷媒循環配管に接続し、該熱交換器を該冷却システムの蒸発器として使用し、前記冷却システムの冷熱源の液化冷媒を前記熱交換器に重力下に供給するとともに、該熱交換器で気化した気化冷媒を圧力差により前記冷熱源に還流せしめる冷媒自然循環式の排気冷却方法において、
   液化冷媒供給管及び気化冷媒還流管を縦管として前記冷媒循環配管に接続し、
   前記液化冷媒供給管の管内流路を開閉制御可能な制御弁を前記液化冷媒供給管に介装し、
   前記液化冷媒供給管及び気化冷媒還流管に伝熱管を接続してなる冷却コイルを３回路以上、上下方向に並列に配置することにより、前記熱交換器を構成し、
   最下段の前記冷却コイルの下方に位置する前記液化冷媒供給管の部分に前記制御弁を配置し、前記制御弁の上流側流路を構成する前記液化冷媒供給管の部分を順勾配に配管し、前記制御弁の下流側流路を構成し且つ前記冷却コイルが接続される前記液化冷媒供給管の部分を逆勾配に配管することを特徴とする排気冷却方法。
10. 最下段の前記冷却コイルの下方に位置する前記液化冷媒供給管の部分に前記制御弁を配置し、前記制御弁の上流側流路を構成する前記液化冷媒供給管の部分を順勾配に配管し、前記制御弁の下流側流路を構成し且つ前記冷却コイルが接続される前記液化冷媒供給管の部分を逆勾配に配管することを特徴とする請求項８に記載の排気冷却方法。
11. 前記熱交換器を前記筐体のリアドアに組込み、前記液化冷媒供給管及び気化冷媒還流を該リアドアに縦管として夫々配管することを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載された排気冷却方法。
12. 前記筐体の後方に配置され且つ前記筐体と別体の構造体に支持された開閉扉に前記熱交換器を組込み、前記液化冷媒供給管及び気化冷媒還流管を該開閉扉に縦管として夫々配管することを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載された排気冷却方法。
13. 該電子機器が排出した暖気が流動し又は過渡的に滞留する排気流動領域を前記電子機器と前記リアドア又は開閉扉との間に形成し、該排気流動領域の上半部又は上部空間の空気温度又は雰囲気温度を検出する温度検出器の検出結果に基づいて前記制御弁を開閉制御することを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の排気冷却方法。
14. 各々の前記冷却コイルは、フィンチューブ型冷却コイルからなり、前記伝熱管は、横方向に延び、該冷却コイルの端部で下流側且つ上側に折返す蛇行状、蛇管状又は反復Ｕ字状の回路形態に配管され、６回路以上の前記冷却コイルが、上下方向に並列に配置され、全冷却コイルの伝熱管は、共通の鉛直面内に位置することを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の排気冷却方法。

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