JP2018128154A - 空調システム - Google Patents

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【課題】 サーバ室内の風速を小さくしつつ、必要風量を確保可能な空調システムの一例を提供する。【解決手段】 機械室MRの天井側に設けられた冷風をサーバ室SRに導くための冷風導入路13と、吸入口6Aに対して機械室MR側に配設され、サーバ室SRから機械室MRに向けて流通する空気を冷却する熱交換器7と、第1軸流ファン9により誘起された第1気流を転向させるとともに、第1気流を冷風導入路13に案内する第1導風部材15Aと、第2軸流ファン11により誘起された第2気流を転向させながら当該第2気流を冷風導入路13に案内する第2導風部材15Bとを備え、第2導風部材15Bの入口部側に位置する下端15Dが機械室MRの床面Fから155cm以上の位置にある。これにより、天井側全体を冷風導入路13として利用できるとともに、作業者の作業スペースを確保できる。【選択図】図2

Description

本発明は、情報通信技術用機器が設置されたサーバ室内の空調を行う空調システムに関する。
例えば、特許文献1に記載の空調システムは、サーバ室の天井から室内の空気を吸引し、その吸引した空気を冷却した後、当該空気を壁から吹き出してサーバ室内に供給している。サーバ室内には、複数の情報通信技術用機器(以下、ICT機器という。)が搭載された棚状のラックが設置されている。
特許第5263840号明細書
特許文献1に記載の空調システムでは、壁から吹き出された冷風は、各ICT機器から熱を奪った後、天井から吸引されて空調機に戻る。空調機に戻った空気は、空調機にて冷却された後、再び、壁からサーバ室内に吹き出される。
サーバ室には、複数のICT機器に設置されているため、それらICT機器を冷却するに十分な風量(以下、必要風量という。)の冷風をサーバ室内に供給する必要がある。
したがって、壁からサーバ室内に向けて吹き出される冷風の風速は、必要風量を確保可能な風速であって、壁から吹き出された後、天井を経由して空調機に戻るための機外静圧を確保可能な風速とする必要である。
このため、特許文献1に記載の空調システムでは、ICT機器に冷風を供給するコールドアイル等の供給経路の通路断面積が小さいため、壁から吹き出す冷風の風速が大きくならざるを得ない。壁から吹き出す冷風の風速が大きくなると、メンテナンス作業時の作業性が低下するおそれが高い。
つまり、メンテナンス作業時には、作業シート等に記載された作業項目や検査項目等を作業員が確認しながらメンテナンス作業を行う。このとき、風速が大きい場合には、上記作業シートがばたつくとともに、大きな騒音が発生し易いので、作業性が低下するおそれが高い。
本願は、上記点に鑑み、サーバ室内の風速を小さくしつつ、必要風量を確保可能な空調システムの一例を提供する。
本願では、空間を水平方向に区画する壁部(6)を介してサーバ室(SR)と区画された機械室(MR)であって、当該壁部(6)に設けられた吸入口(6A)を通してサーバ室(SR)と連通する機械室(MR)と、機械室(MR)の天井側に設けられた冷風導入路(13)であって、冷風をサーバ室(SR)に導くための冷風導入路(13)と、吸入口(6A)に対して機械室(MR)側に配設され、サーバ室(SR)から機械室(MR)に向けて流通する空気を冷却する熱交換器(7)と、サーバ室(SR)内の空気を吸引して冷風導入路(13)に向けて流れる気流を発生させる第1軸流ファン(9)であって、熱交換器(7)の上方側を通過する第1気流を発生させる第1軸流ファン(9)と、サーバ室(SR)内の空気を吸引して冷風導入路(13)に向けて流れる気流を発生させる第2軸流ファン(11)であって、熱交換器(7)のうち第1気流が通過する部位より下方側を通過する第2気流を発生させる第2軸流ファン(11)と、第1気流を転向させるとともに、第1気流を冷風導入路(13)に案内する第1導風部材(15A)と、第2気流を転向させながら当該第2気流を冷風導入路(13)に案内する第2導風部材(15B)であって、第2気流の入口部側に位置する下端が機械室(MR)の床面(F)から155cm以上の位置にある第2導風部材(15B)とを備える。
これにより、天井側全体を冷風導入路(13)として利用可能であるため、特許文献1に記載の「壁吹出方式の空調システム」における冷却風通路の通路断面積に比べて、大きな通路断面積を確保することが可能となる。したがって、風速を大きくすることなく必要風量を確保可能となるとともに、サーバ室(SR)内での風速を「壁吹出方式の空調システム」に比べて小さくでき得る。
さらに、第2気流の入口部側に位置する下端が機械室(MR)の床面(F)から155cm以上の位置にあるので、メンテナンス作業時に作業員の頭部等が第2導風部材(15B)に当たってしまう等の不都合の発生を抑制できる。
因みに、上記各括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的構成等との対応関係を示す一例であり、本発明は上記括弧内の符号に示された具体的構成等に限定されるものではない。
本発明の実施形態におけるサーバ室SR及び機械室MRの平面図である。 本発明の第1実施形態におけるサーバ室SR及び機械室MRの立面図である。 本発明の第2実施形態におけるサーバ室SR及び機械室MRの立面図である。 本発明の第2実施形態におけるサーバ室SR及び機械室MRの立面図である。
以下に説明する「発明の実施形態」は、本願発明の技術的範囲に属する実施形態の一例を示すものである。つまり、特許請求の範囲に記載された発明特定事項等は、下記の実施形態に示された具体的構成や構造等に限定されるものではない。
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。なお、各図に付された方向を示す矢印等は、各図相互の関係を理解し易くするために記載したものである。本発明は、各図に付された方向に限定されるものではない。
少なくとも符号を付して説明した部材又は部位は、「1つの」等の断りをした場合を除き、少なくとも1つ設けられている。つまり、「1つの」等の断り等がない場合には当該部材が2以上設けられていてもよい。
(第1実施形態)
本実施形態は、データセンター用の空調システムに本発明を適用したものである。データセンターには、複数の情報通信技術用機器(以下、ICT機器と記す。)が設置されたサーバ室が設けられている。本実施形態に係る空調システムは、当該サーバ室内の空調を行う。
1.空調システムの概略構成
1台又は複数のICT機器(図示せず。)は、図1に示すラック3に搭載された状態でサーバ室SRに設置されている。当該サーバ室SRには、複数のラック3が列状に並んで設置されている。以下、列状に並んだ複数のラック3をラック列Rともいう。
ラック列Rを挟んで一方には、各ICT機器を冷却するための冷風が供給される冷却風通路(コールドアイル)3Aが設けられている。冷風は、サーバ室SRの天井側に設けられた冷風導入路13(図2参照)を経由して冷却風通路3Aに供給される。
このため、少なくとも冷却風通路3Aの天井側(冷風導入路13側)には、図2に示すように、冷風が吹き出す冷風吹出口13Aが設けられている。なお、冷却風通路3Aのうちラック列Rの延び方向両端側は閉塞部材3C閉塞されている。
各ラック列Rの天井側には、冷却風通路3Aと通路3B(図1参照)とを仕切る仕切部材(図示せず。)が設けられている。このため、図1に示すように、冷風導入路13から冷却風通路3Aに供給された冷風は、各ラック列Rを通過して、当該冷却風通路3Aと反対側の通路3Bに流通する。
通路3Bには、冷風吹出口が設けられていない。このため、当該通路3Bには、ICT機器との熱交換を終えて温度が上昇した空気が流通する。つまり、通路3Bは、加熱された空気(温風)が流通する温風通路(ホットアイル)となる。
サーバ室SRに冷風を供給する空調機5は、機械室MRに設置されている。機械室MRはサーバ室SRに隣接して設けられている。当該機械室MRは、空間を水平方向に区画する壁部6を介してサーバ室SRと区画されている。
壁部6には吸入口6Aが設けられている。吸入口6Aは、サーバ室SRと機械室MRとを連通させる連通口であって、ラック列Rの延び方向一端側に設けられている。冷却風通路3Aの延び方向両端側等は閉塞されている。このため、吸入口6Aには、サーバ室SRのうち温風通路(ホットアイル)3Bと連通している。
本実施形態に係る吸入口6Aは、壁部6のほぼ全域、つまり壁部6の水平方向略全域及び上下方向略全域で開口している。当該吸入口6Aのサーバ室SR側には、帯板状に形成された複数の羽板(図示せず。)にて構成された鎧窓状のルーバが設けられている。
なお、図1では、1台の空調機5が機械室MRに設置されている。しかし、本実施形態は、これに限定されるものではなく、空調機5の台数は、サーバ室SRにおいて必要とされる空調能力に応じて決定される値である。
空調機5は、吸入口6Aから所定寸法以上離間した位置に設置されている。当該所定寸法は、例えば、空調システムのメンテナンスを行う作業者が作業可能な程度の空間を確保可能な寸法である。
2.空調機及び冷風導入路等の構成
空調機5は、図2に示すように、少なくとも熱交換器7及び送風機8等を有している。本実施形態に係る空調機5では、熱交換器7及び送風機8は、ケース5A内に収納され、エアーハンドリングユニットを構成している。
熱交換器7は、吸入口6Aに対して機械室MR側に配設され、サーバ室SRから機械室MRに向けて流通する空気を冷却する。本実施形態に係る熱交換器7は、冷水が循環するチューブ(図示せず。)等を有するコア部を備える。
そして、当該コア部を空気が通過する際に冷水と当該空気とが熱交換されて当該空気が冷却される。つまり、コア部とは、冷水と空気とを熱交換させるための部位である。なお、冷水は、蒸気圧縮式冷凍機等のチラーユニットにて生成される。
熱交換器7は、送風機8の吸入側、つまり送風機8より空気流れ上流側に配設されている。送風機8は、サーバ室SR内の空気を吸引して冷風導入路13に向けて空気を吹き出す。冷風導入路13は、熱交換器7にて冷却された空気、つまり冷風をサーバ室SRに導くための空気通路である。
本実施形態に係る冷風導入路13は、機械室MRの天井側とサーバ室SRの天井側とを連通させる。当該冷風導入路13は、サーバ室SRの天井全体に拡がる空間状の空気通路である。そして、冷風導入路13のうち冷却風通路(コールドアイル)3Aに対応する部位には、冷風吹出口13Aが設けられている。
本実施形態に係る送風機8は、第1軸流ファン9及び第2軸流ファン11により構成されている。第1軸流ファン9及び第2軸流ファン11は、空気が羽根車を軸線方向に通り抜ける軸流送風機(JIS B 0132 1010)にて構成されている。
第1軸流ファン9の軸線方向L1と第2軸流ファン11の軸線方向L2とは互いに平行である。そして、第1軸流ファン9及び第2軸流ファン11の軸線方向L1、L2は、サーバ室SRから機械室MRに向かう水平方向と平行である。第1軸流ファン9と第2軸流ファン11とは同一の送風機である。以下、第1軸流ファン9及び第2軸流ファン11を総称する際には送風機8と記す。
第1軸流ファン9と第2軸流ファン11とは上下方向にずれた位置に配設されている。具体的には、コア部の上下方向中央を通る水平方向の仮想線(図示せず。)より上方側に第1軸流ファン9が配設され、当該仮想線より下方側に第2軸流ファン11が配設されている。
つまり、第1軸流ファン9は第1コア部7Aの空気流れ下流に配設され、第2軸流ファン11は第2コア部7Bの空気流れ下流に配設されている。第1コア部7Aとは、コア部のうち上記仮想線を上方側の部位をいう。第2コア部7Bとは、コア部のうち第1コア部7Aより下方側の部位をいう。
そして、第1軸線L1は第1コア部7Aを貫通する。第2軸線L2は第2コア部7Bを貫通する。第1軸線L1は、第1軸流ファン9の軸線方向、つまり第1軸流ファン9の回転中心軸線と一致する仮想線である。第2軸線L2は、第2軸流ファン11の軸線方向、つまり第2軸流ファン11の回転中心軸線と一致する仮想線である。
本実施形態では、第1軸線L1は第1コア部7Aに対して略直交している。このため、第1コア部7Aを通過する空気の主流(以下、第1気流)は、第1軸流ファン9を第1軸線L1と略平行な方向に通り抜けて冷風導入路13側に流通する。
第2軸線L2は第2コア部7Bに対して略直交している。第2コア部7Bを通過する空気の主流(以下、第2気流)は、第2軸流ファン11を第2軸線L2と略平行な方向に通り抜けて冷風導入路13側に流通する。
なお、「第1軸線L1が第1コア部7Aに対して直交している状態」とは、第1軸線L1と直交する仮想平面に第1コア部7Aが投影された場合において、当該仮想平面に投影された第1コア部7Aの面積が最も大きくなる状態をいう。「第2軸線L2が第2コア部7Bに対して直交している状態」も同様である。
「第1コア部7Aを通過する空気の主流」とは、「第1軸線L1が第1コア部7Aに対して直交している状態」における当該第1軸線L1と略平行な方向に流通する気流をいう。同様に、「第2コア部7Bを通過する空気の主流」とは、「第2軸線L2が第2コア部7Bに対して直交している状態」における当該第2軸線L2と略平行な方向に流通する気流をいう。
空調機5から冷風導入路13に至る部位には、第1導風部材15A、第2導風部材15B及び第3導風部材15Cが設けられている。第1導風部材15Aは、第1軸流ファン9から吹き出す空気、つまり第1気流を転向させながら当該第1気流を冷風導入路13に案内する。
第2導風部材15Bは、第2軸流ファン11から吹き出す空気、つまり第2気流を転向させながら当該第2気流を冷風導入路13に案内する。このため、空調機5から上方側に吹き出された第1気流及び第2気流は、第1導風部材15A及び第2導風部材15Bにて、その流通方向が180度転向させられて冷風導入路13に流入する。
第1導風部材15Aは、略180度転向する第1気流の外側に位置する。第2導風部材15Bは、略180度転向する第2気流の外側に位置する。「気流の外側」とは、当該気流の流線を挟んで当該流線の曲率中心と反対側をいう。
このため、「気流の内側」とは、気流の流線に対して当該流線の曲率中心と同一側をいう。つまり、第1導風部材15Aは、略180度転向する第2気流の内側に位置することにより、転向中の第1気流と転向中の第2気流とを分離した状態で当該第1気流を転向させるように送風機8から冷風導入路13に至る領域を仕切る。
第3導風部材15Cは、略180度転向する第1気流の内側に位置する。そして、第3導風部材15Cは、略180度転向する第1気流の内側において、渦の発生等に伴う損失(通風抵抗)の発生を抑制する。
そして、第2導風部材15Bのうち第2気流の入口部側に位置する下端15Dは、機械室MRの床面Fから155cm以上の位置にある。つまり、第2導風部材15Bの下端高さHが155cm以上に設定されている。なお、本実施形態では、第2導風部材15Bの下端15Dは、第1導風部材15Aの下端15Eより高い位置にある。
第2軸流ファン11の吹出口近傍には、第2軸流ファン11から吐出する第2気流を第2導風部材15B側に転向させる転向ガイド16が設けられている。このため、転向ガイド16の気流案内面16Aは、下流側に向かうほど下端15Dに近づくように第2軸線L2に対して傾斜した傾斜面にて構成されている。
なお、気流案内面16Aの下流端16Bにおける仮想の接線が、第2導風部材15Bの下端15D又は当該下端15Dより上方側に第2導風部材15Bと交差するように、転向ガイド16を構成することが望ましい。
3.本実施形態に係る空調システムの特徴
本実施形態では、天井側全体を冷風導入路13として利用できる。このため、「壁吹出方式の空調システム」における冷却風通路の通路断面積に比べて、大きな通路断面積を確保することが可能となる。したがって、風速を大きくすることなく必要風量を確保可能となるとともに、サーバ室SR内での風速を「壁吹出方式の空調システム」に比べて小さくでき得る。
さらに、第2気流の入口部側に位置する下端が機械室MRの床面Fから155cm以上の位置にあるので、メンテナンス作業時に作業員の頭部等が第2導風部材15Bに当たってしまう等の不都合の発生を抑制できる。
第1導風部材15Aは、転向中の第1気流と転向中の第2気流とを分離した状態で当該第1気流を転向させるように熱交換器7から冷風導入路13に至る領域を仕切る。これにより、第1気流と第2気流とが衝突する等して大きな転向時に大きな圧力損失が発生することを抑制できる。
第1軸流ファン9の回転中心軸線と一致する仮想線である第1軸線L1は第1コア部7Aを貫通する。これにより、第1気流の主流方向と第1軸流ファン9により誘起された気流の主流方向とが一致するので、効率よく冷風導入路13に冷風を送風でき得る。
第2軸流ファン11の回転中心軸線と一致する仮想線である第2軸線L2は第2コア部7Bを貫通する。これにより、第2気流の主流方向と第2軸流ファン11により誘起された気流の主流方向とが一致するので、効率よく冷風導入路13に冷風を送風でき得る。
第2軸流ファン11は、熱交換器7の下流側において第2導風部材15Bの下端15Dより熱交換器7に近い位置に配設されており、第2気流を第2導風部材15B側に転向させる転向ガイド16を備える。
これにより、第2導風部材15Bが第2コア部7Bまで延びていなくても第2気流を第2導風部材15Bの入口側まで導風でき得る。したがって、機械室MR内で大きな圧力損失が発生すること抑制しつつ、作業員の作業スペースを確保することができる。
(第2実施形態)
本実施形態は、図3及び図4に示すように、第1コア部7Aと第2コア部7Bとがそれぞれ独立した熱交換器で構成され、かつ、少なくとも第2コア部7Bが鉛直面に対して傾いた空調システムである。なお、本実施形態においても、第1軸線L1は第1コア部7Aに対して略直交し、かつ、第2軸線L2は第2コア部7Bに対して略直交している
第2コア部7Bの傾きは、第2気流の主流と転向ガイド16との衝突角が鋭角となるような傾きである。なお、第2気流の主流とは、上述したように、「第2軸線L2が第2コア部7Bに対して直交している状態」における当該第2軸線L2と略平行な方向に流通する気流をいう。
これにより、本実施形態では、転向ガイド16にて気流方向を転向案内する際に、大きな圧力損失が発生することを抑制できる。なお、上述の実施形態と同一の構成要件等は、上述の実施形態と同一の符号を付したので、重複する説明は省略する。
(その他の実施形態)
上述の実施形態では、第1送風機9と第2送風機11とが同一の送風機であった。しかし、本願明細書に開示された発明はこれに限定されるものではない。すなわち、例えば、第1送風機9と第2送風機11とが異なる送風機であってもよい。
上述の実施形態では、送風機8の上流側に熱交換器7が設置されていた。本願明細書に開示された発明はこれに限定されるものではない。すなわち、例えば、送風機8の下流側に熱交換器7が設置されていてもよい。
上述の実施形態では、第1導風部材15A〜第3導風部材15Cを設けていた。しかし、本願明細書に開示された発明はこれに限定されるものではない。
すなわち、例えば、(a)第1導風部材15A〜第3導風部材15C及び転向ガイド16のうち少なくとも1つを廃止した構成、(b)第1導風部材15Aを廃止し、転向ガイド16を設けた構成、又は(c)機械室MRの壁を利用して第2導風部材15Bに相当する部位を構成してもよい。
上述の実施形態では、吸入口6Aはラック列Rの延び方向一端側に設けられていた。本願明細書に開示された発明はこれに限定されるものではない。すなわち、例えば、延び方向両端側又はその他の部位に設けられていてもよい。
上述の実施形態では、データセンターのサーバ室SRに本発明を適した。しかし、本発明は、その他のサーバ室SRにも適用可能である。
上述の実施形態では蒸気圧縮式冷凍機にて冷水を生成した。しかし、本願明細書に開示された発明はこれに限定されるものではない。すなわち、例えば、例えば、ターボ冷凍機や吸収式(吸着式)冷凍機等であってもよい。
また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。したがって、上述した複数の実施形態のうち少なくとも2つの実施形態を組み合わせてもよい。
3… ラック 5… 空調機 6… 壁部 6A… 吸入口
7… 熱交換器 7A… 第1コア部 7B… 第2コア部
8… 送風機 9… 第1軸流ファン 11… 第2軸流ファン
13… 冷風導入路 13A… 冷風吹出口 15A… 第1導風部材
15B… 第2導風部材 15C… 第3導風部材 16… 転向ガイド

Claims (6)

  1. 情報通信技術用機器が設置されたサーバ室内の空調を行う空調システムにおいて、
    空間を水平方向に区画する壁部を介して前記サーバ室と区画された機械室であって、当該壁部に設けられた吸入口を通して前記サーバ室と連通する機械室と、
    前記機械室の天井側に設けられた冷風導入路であって、冷風を前記サーバ室に導くための冷風導入路と、
    前記吸入口に対して前記機械室側に配設され、前記サーバ室から前記機械室に向けて流通する空気を冷却する熱交換器と、
    前記サーバ室内の空気を吸引して前記冷風導入路に向けて流れる気流を発生させる第1軸流ファンであって、前記熱交換器の上方側を通過する第1気流を発生させる第1軸流ファンと、
    前記サーバ室内の空気を吸引して前記冷風導入路に向けて流れる気流を発生させる第2軸流ファンであって、前記熱交換器のうち前記第1気流が通過する部位より下方側を通過する第2気流を発生させる第2軸流ファンと、
    前記第1気流を転向させるとともに、前記第1気流を前記冷風導入路に案内する第1導風部材と、
    前記第2気流を転向させながら当該第2気流を前記冷風導入路に案内する第2導風部材であって、前記第2気流の入口部側に位置する下端が前記機械室の床面から155cm以上の位置にある第2導風部材と
    を備える空調システム。
  2. 前記第1導風部材は、転向中の前記第1気流と転向中の前記第2気流とを分離した状態で当該第1気流を転向させるように前記熱交換器から前記冷風導入路に至る領域を仕切る請求項1に記載の空調システム。
  3. 前記第1軸流ファン及び前記第2軸流ファンは、前記熱交換器の下流側に配設されており、
    前記熱交換器のうち前記第1気流が通過する部位を第1コア部とし、前記熱交換器のうち前記第2気流が通過する部位を第2コア部とし、前記第1軸流ファンの回転中心軸線と一致する仮想線を第1軸線としたとき、
    前記第1軸線は前記第1コア部を貫通する請求項2に記載の空調システム。
  4. 前記第2軸流ファンの回転中心軸線と一致する仮想線を第2軸線としたとき、
    前記第2軸線は前記第2コア部を貫通する請求項3に記載の空調システム。
  5. 前記第2コア部は、鉛直面に対して傾いている請求項3又は4に記載の空調システム。
  6. 前記第2軸流ファンは、前記熱交換器の下流側において前記第2導風部材の下端より前記熱交換器に近い位置に配設されており、
    前記第2軸流ファンから吐出する気流を前記第2導風部材側に転向させる転向ガイドを備える請求項1ないし5のいずれか1項に記載の空調システム。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015103045A (ja) * 2013-11-26 2015-06-04 高砂熱学工業株式会社 発熱機器を収容した室の空調システム

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