JP2020029979A - 冷水製造装置及び空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】 サーバー室等の空調用の冷水を製造する際に、再生可能エネルギーを利用することにより、省エネルギー効率の向上を図る冷水製造装置を提供する。【解決手段】 チルドタワー２とAHU３とを冷水管４と戻り冷水管５で接続し、戻り冷水管５に再生可能エネルギー利用して冷水を生成するエジャクター式冷凍機６や井水７の冷水供給管6a、7aと戻し管6b、7bを接続する。短絡管12、13を接続させ、三方弁10a、10b、11a、11b、12a、12b、13a、13bの動作により、管路を切り替えて、AHU３からの戻り冷水を前記チルドタワー２に戻す場合と戻さない場合、前記短絡管12を通す場合、前記短絡管13を通す場合とを選択することにより、AHU３に供給する冷水を、エジェクター式冷凍機６により生成した場合、井水７を利用する場合、チルドタワー２により製造する場合とを切り替えられるようにする。【選択図】 図１

Description

この発明は、データセンターや各種生産設備、ビルディングの空調用の冷却システムに関し、再生可能エネルギーを利用して冷水を製造する冷水製造装置と製造された冷水を使用するのに適した空調システムに関する。

地球環境の保全対策として省エネルギーを図ることが推進されており、その一方策として再生可能エネルギーの利用の促進が推奨されている。再生可能エネルギーは発電に利用されることを筆頭として、種々の態様で利用されているが、その一態様として、冷水の製造に利用されることも可能である。この製造された冷水を、各種の生産設備や室内空調等の冷水や冷媒として用いることが考えられる。

例えば、空調システムの場合、サーバー室等の室内にAHU(エアハンドリングユニット)が配され、室外にチラーユニットが設置され、室内の空気を該チラーユニットから供給された冷水や冷媒によりAHUで冷却して室内を冷却し、冷却に供されて昇温した空気は回収されてAHUに供給されて冷却される（特許文献１参照）。

特開２０１２−７８０５６号公報

前記水冷チラーユニットでは、冷却水ポンプや冷水ポンプ、循環ポンプ等の駆動機構を備えているため、電力消費量が大きく、環境保全の面からは好ましいとは言えない。このため、チラーユニットに替えてチルドタワーを用いることが行われている。チルドタワーは、循環水冷却用の密閉式冷却塔や圧縮機、水冷却器、冷媒用蒸発式凝縮器、制御部などから構成され、負荷側からの戻り冷水は前記密閉式冷却塔で冷却され、設定温度に対して冷却が不十分である場合は蒸発凝縮式チラーを稼働させて追加冷却する装置である。このチルドタワーによれば、外気温が高い夏期等には前記蒸発凝縮式チラーを稼働させ設定温度の冷水を得るようにしている。すなわち、チルドタワーでは、前述したチラーユニットが備えている前記冷却水ポンプや冷水ポンプを要することがなく、高温期にのみチラーユニットを稼働させるもので、冬期には冷却塔のみを稼働させるいわゆるフリークーリングにより、中間期にはフリークーリングとチラーユニットとを稼働させるハイブリッドによるため、チラーユニットに比べて電力消費量が小さくなる。この高温期のチラーユニットの稼働率を下げれば、省エネルギー効果がより改善されることになる。

ところで、多数のサーバーやネットワーク機器等の情報処理機器が収容されたラックが配列されているデータセンターのサーバー室には、これらの各種の情報処理機器からの発熱を冷却するため、冷却風が供給される。図９〜図１１は、このサーバー室100の空調を説明する図で、図９は平面図、図１０は図９におけるＥ−Ｅ断面図であり、図１１は図９におけるＦ−Ｆ断面図である。サーバー室100の一面側に設置された空調機110から吹き出される冷却風は白抜きの矢標で示してあり、図１０に示すように、二重床構造とされた床下空間101に供給される。供給された冷却風は、床面に形成された吹出口からサーバー室100に吹き出される。吹き出された冷却風はラック111に収容された各種の情報処理機器の前面側から供給され、冷却に供されて昇温した温風が背面側から排出される。この温風を斜線を施した矢標で示している。図１０に示すように、前記温風は上昇してサーバー室の天井面102に沿って流れて、前記空調機110に回収され、冷却された後サーバー室100に吹き出される。

この空調システムでは、二重床構造の床下空間101に冷却風を供給して送るようにしてあるが、この床下空間101には図１０と図１１に示すように、情報処理機器のための電源ケーブルや接続ケーブル等のケーブル112が配されており、これらケーブル112が床下空間101の開口面積を小さくしてしまい冷却風の通路を狭めてしまっていて、前記空調機110から床下空間101に供給される冷却風の流れにとって抵抗となっている。このため、サーバー室100の全体に冷却風を供給するためには、大風量で低温の冷却風が必要となっている。

一方、空調機110から吹き出されてサーバー室へ供給される冷却風の流れを円滑に行うことができれば、空調機110から吹き出される冷却風を減少させることができると共に、情報処理機器に到達する時間を短縮できるから冷却風の温度を過剰に低くする必要がなくなる。

そこで、この発明は、再生可能エネルギーを利用することができて、電力消費量を極力抑制できる冷水製造装置を提供することを目的とし、さらに、この製造装置により製造した冷水により空調する空調システムを提供することを目的としている。

前記目的を達成するための技術的手段として、この発明に係る冷水製造装置は対象となる空調空間の空調に利用される冷水を製造する冷水製造装置において、前記空調機に冷媒を供給する水−冷媒熱交換器に接続されて、冷水を供給する冷水管と、前記冷媒の冷却に供された戻り冷水を回収する戻り冷水管とを備え、前記水−冷媒熱交換器と冷水管、戻り冷水管との間で冷水を循環させる循環ポンプを備え、前記戻り冷水管の途中に、再生可能エネルギーを利用して生成された冷水を供給する冷水供給管と該冷水供給管よりも前記水−冷媒熱交換器の側に戻し管とを接続させ、前記戻り冷水管の一部であって前記冷水供給管よりも下流側の部分を前記冷水管に連通させ、前記冷水供給管と前記戻り冷水管との接続を断続する供給管切替手段を設け、前記戻り冷水管と前記戻し管との接続を断続する戻し管切替手段を設け、再生可能エネルギーを利用して生成した冷水を前記水−冷媒熱交換器に供給することで冷媒を冷却可能な場合には、前記冷水供給管を戻り冷水管に連通させ、前記戻し管を戻り冷水管に連通させて、該冷水供給管から供給される冷水が前記冷水管を通って前記水−冷媒熱交換器に供給されると共に、熱交換に供されて昇温した冷水が前記戻り冷水管から前記戻し管を通って回収され、外気温度で前記冷媒の冷却を行える場合には、冷媒を外気により冷却する屋外機を備えていることを特徴としている。

空調機に供給される冷媒を再生可能エネルギーにより生成した冷水によって冷却するようにしたものである。空調の対象となる空調空間に設置された機器装置の冷却に供される空調空気を冷水ではなく冷媒により冷却する場合に適した冷水製造装置である。夏期には再生可能エネルギーを利用して生成した冷水により冷媒を冷却する。冷却された冷媒を空調機に供して空調空気を冷却して空調空間に供給する。冷却に供され昇温した冷媒は前記水−冷媒熱交換器に戻されて冷水により冷却される。

また、冬期や中間期のように外気温度が低い場合には、冷媒を外気によって直接冷却する。この場合には、前記冷水を利用することがないから、前記循環ポンプや再生可能エネルギーを利用する冷水の生成装置等を停止できる。

また、この発明に係る冷水製造装置は、対象となる空調空間の空調を行う空調機に供給する冷水を製造する冷水製造装置において、前記空調機とチルドタワーとを、空調機に冷水を供給する冷水管と空調機から排出される戻り冷水管とで接続させ、前記空調機とチルドタワー、冷水管、戻り冷水管との間で冷水を循環させる循環ポンプを備え、前記戻り冷水管の途中に、再生可能エネルギーを利用して生成された冷水を供給する冷水供給管と該冷水供給管よりも前記空調機側に戻し管とを接続させ、前記戻り冷水管の一部であって前記冷水供給管よりも前記チルドタワー側の部分と前記冷水管とを連通させる短絡管を設け、前記冷水供給管と前記戻り冷水管との接続を断続する供給管切替手段を設け、前記戻り冷水管と前記戻し管との接続を断続する戻し管切替手段を設け、前記短絡管と戻り冷水管との接続を断続する戻り冷水管切替手段を設け、前記短絡管と冷水管との接続を断続する冷水管切替手段を設け、前記冷水供給管を戻り冷水管に連通させた状態では、前記短絡管を介して戻り冷水管と冷水管とを連通させるようにしてあることを特徴としている。

前記空調機に供給する冷水を、チルドタワーにより冷却された水と、再生可能エネルギーにより生成された水とを切り替えて利用できるようにしたものである。例えば、夏期のような外気が高温となる場合には、再生可能エネルギーにより生成された冷水を前記戻り冷水管に供給し、前記短絡管を通して前記冷水管を介して空調機に供給する。空調機で昇温した水は、前記戻し管より再生可能エネルギーを利用する機器等に戻されて回収される。

また、中間期や冬期のような外気が低温となる場合には、前記チルドタワーを利用して冷水を製造する。

また、上述の冷水製造装置においては、前記供給管切替手段と、前記戻し管切替手段と、前記戻り冷水管切替手段と、前記冷水管切替手段とのそれぞれに、三方弁を用いることが好ましい。

すなわち、前記各切替手段に三方弁を用いたものである。切替手段としては、二方弁を組み合わせて管路を切り替えることも可能であるが、三方弁を用いることで、後述する制御を容易に行えるようにしたものである。

また、上述の冷水製造装置においては、前記三方弁のいずれも制御手段により流路の切替を行わせて、再生可能エネルギーを利用して生成された冷水を、前記戻り冷水管に供給する状態と供給しない状態とを切り替えることが好ましい。

前記冷水供給管と戻り冷水管との断続、戻り冷水管と戻し管との断続、前記短絡管と戻り冷水管および冷水管との断続のそれぞれを制御手段によって行わせるようにしたものである。

また、上述の冷水製造装置においては、前記制御手段では、前記空調機から吹き出される空調空気による前記空調空間の温度を監視していることが好ましい。

前記切替手段の動作を行う制御は、空調空間の温度を監視し、所望の温度との差を基に、チルドタワーにより製造した冷水と再生可能エネルギーを利用して生成された冷水とのいずれか一方により製造した冷水のいずれを空調機に供給するかを判断するようにしたものである。

また、上述の冷水製造装置においては、太陽熱利用システムを利用したエジェクター式冷凍機と井水とのいずれか一方を用いて前記再生可能エネルギーを利用して冷水を生成することが好ましい。

太陽熱を再生可能エネルギーとして利用して発生させた蒸気を、エジェクター式冷凍機を駆動して生成した冷水や井水を利用するようにしたものである。これらは、ほぼ一定温度の冷水を供給できるので、空調機を安定して運転できる。

また、上述の冷水製造装置においては、前記制御手段では、前記空調機から吹き出される空調空気の温度と、該空調空気による前記空調空間の温度と、外気温度と、井水温度と、太陽日射量と、空調機に供給される冷水温度とを監視していることが好ましい。

前記切替手段のそれぞれの動作を制御するための監視対象となるデータとして、空調空気の温度と空調空間の温度、外気温度、井水温度、太陽日射量、冷水温度とするものである。なお、空調空間の空調をより良好にするために必要となるデータを監視対象として適宜追加することができる。

また、この発明に係る空調システムは、前記冷水製造装置により生成された冷水を利用した空調機により空調を行う空調空間であって、空調空間に隣接してチャンバー室を設け、これら空調空間とチャンバー室とを複数個の送気孔で連通させ、前記空調空間とチャンバー室とに二重天井を設けて、該二重天井内を前記空調機が設置された機械室に連通させてなり、前記空調機から吹き出させた空調空気を前記チャンバー室に供給して、該チャンバー室から前記空調空間に前記送気孔を介して空調空気を供給し、空調に供されて昇温した空気を前記二重天井内に導き、前記機械室へ戻すことを特徴としている。

前述したように、床下空間に空調機から空調空気を供給する場合には、十分かつ円滑に空調空間に供給できないおそれがある。このため、空調機から吹き出させる空調空気の温度を過剰に低く設定する必要があった。しかし、空調空気を前記チャンバー室に吹き出させ、チャンバー室から空調空間に供給することにより空調空間に円滑に供給できる。このため、空調機から吹き出させる空調空気の温度を過剰に低く設定することなく、十分に空調を果たすことができるから、チラーユニットによらずに、再生可能エネルギーを利用して生成した冷水を利用して空調空気を調製できる。このため、前記冷水製造装置により製造した冷水を利用して空調空間の空調を行うようにしたものである。なお、外気温度が低い場合には、チルドタワーにより製造した冷水を利用するものである。

この発明に係る冷水製造装置によれば、再生可能エネルギーを利用するので、従来のチラー冷却システムと比べて電力量を低減できる。また、季節に応じて簡便に対応できるので、通年を通して省エネルギー効果が高い運転を行うことができる。

また、この発明に係る空調システムによれば、空調空間の床を二重構造として床下に空調空気を供給することを要しないから、床下に空調空気を供給する構造と比べて、空調空気の温度を高くでき、吹き出す風量を少なくできるので、再生可能エネルギーを利用して生成した冷水を用いた空調機により効率よく空調を行うことができる。なお、既設の二重床構造を備えた空調空間であっても、前記チャンバー室を設けることにより床下空間に空調空気を供給することを要しなくすることができる。

この発明に係る冷水製造装置の第一実施形態を示す図である。 この発明に係る冷水製造装置の第二実施形態を示す図である。 この発明に係る空調システムを説明する図であり、空調空間を有するサーバー室の平面図であり、第一の実施形態に係るサーバー室を示している。 図３におけるＡ−Ａ矢視図である。 図３におけるＢ−Ｂ矢視図である。 この発明に係る空調システムを説明する図であり、空調空間を有するサーバー室の平面図であり、第二の実施形態に係るサーバー室を示している。 図６におけるＣ−Ｃ矢視図である。 図６におけるＤ−Ｄ矢視図である。 従来の空調システムを備えたサーバー室を説明する図であり、サーバー室の平面図である。 図９におけるＥ−Ｅ矢視図である。 図９におけるＦ−Ｆ矢視図である。

以下、図示した好ましい一実施形態に基づいて、この発明に係る冷水製造装置を具体的に説明する。

図１に冷水製造装置１を示してあり、チルドタワー２と空調機としてのAHU（Air Handling Unit）３とが、AHU３に冷水を供給する冷水管４とAHU３で冷却に供されて昇温した戻り冷水を導通させる戻り冷水管５で接続されている。

前記戻り冷水管５には、再生可能エネルギーを利用して冷水を生成するシステムとして、太陽熱を利用する太陽熱温水器6cによる温水を利用して発生させた温水をエジェクターに導入するエジェクター式冷凍機６で生成された冷水や、井水７による冷水を、該戻り冷水管５に供給するための冷水供給管6a、7aがそれぞれ蒸発器８、９を通して接続されており、戻り冷水管５には供給管切替手段としての三方弁10a、11aを介して接続されている。

前記冷水供給管6aの前記チルドタワー２の側の戻り冷水管５には戻り冷水管切替手段としての三方弁12aを介して短絡管12の一端側が接続されており、該短絡管12の他端側は冷水管切替手段としての三方弁12bを介して前記冷水管４に接続されている。また、前記冷水供給管7aのチルドタワー２の側の戻り冷水管５には戻り冷水管切替手段としての三方弁13aを介して短絡管13の一端側が接続されており、該短絡管13の他端側は冷水管切替手段としての三方弁13bを介して前記冷水管４に接続されている。

前記戻り冷水管５の前記冷水供給管6aとの接続部よりも前記AHU３側には、戻し管6bが戻し管切替手段としての三方弁10bを介して接続されており、この戻し管6bは前記蒸発器８を通ってエジェクター式冷凍機６に接続されている。また、前記戻り冷水管５の前記冷水供給管7aとの接続部よりも前記AHU３側には、戻し管7bが戻し管切替手段としての三方弁11bを介して接続されており、この戻し管7bは前記蒸発器９を通って井水７に戻されている。

前記戻り冷水管５の短絡管12よりもチルドタワー２の側にある部分には温度計14aが配されており、チルドタワー３に戻される戻り冷水温度が計測されている。また、冷水管４の短絡管12よりもチルドタワー２の側にある部分には温度計14bが配されており、チルドタワー３から供給される冷水温度が計測されている。

戻り冷水管５の前記冷水供給管6aと短絡管12との間の部分には温度計15aが配されており、エジェクター式冷凍機６により生成された冷水の温度が計測されている。また、戻り冷水管５の前記冷水供給管7aと短絡管13との間の部分には温度計15bが配されており、井水７の温度が計測されている。さらに、冷水管４の前記短絡管13とAHU３との間の部分には温度計16aが配されており、AHU３へ供給される冷水温度が計測されている。さらに、AHU３に供給されて空調空間Ｓの空調に供されて昇温した戻り冷水温度を計測する温度計17が該AHU３の出口の戻り冷水管５に配されている。

前記三方弁10a、10b、11a、11b、12a、12b、13a、13bのそれぞれは、アクチュエータ10c、10d、11c、11d、12c、12d、13c、13dにより動作が行われるようにしている。

そして、前記AHU３に接続された戻り冷水管５には循環ポンプ10が配されており、この循環ポンプ10の作動によって冷水が戻り冷水管５とチルドタワー２、冷水管４、AHU３との間を循環するようにしている。なお、必要に応じて、複数系統の冷水冷蔵装置１を設置することもできる。

そして、前記温度計14a、14b、15a、15b、16、17の計測データとAHU３の吹き出し温度や空調空間Ｓの室温閾値温度、室温等、空調空間Ｓの空調を最良に保つために必要となるデータとが、制御手段としてのPLC（Programmable Logic Controller）18により取得されている。また、前記アクチュエータ10c、10d、11c、11d、12c、12d、13c、13dに対して動作指令がこのPLC18から送出され、この指令に基づいてアクチュエータ10c、10d、11c、11d、12c、12d、13c、13dが動作を行うようにしている。

以上により構成されたこの発明に係る冷水製造装置の作用を、以下に説明する。

前記空調空間Ｓを所望の状態に空調するためには、AHU３に供給する冷水の温度として20℃を要するものとする。中間期や冬期の外気が例えば15℃以下の場合には、前記チルドタワー２を運転することで20℃の冷水を得ることができるので、中間期や冬期のような外気温が低い場合にはチルドタワー２を運転する。この場合には、三方弁10a、11aは冷水管6a、7aを遮断し、三方弁10b、11bは戻し管6b、7bを遮断する。また、三方弁12a、12b、13a、13bは戻り冷水管５および冷水管４を遮断する。これにより、AHU３とチルドタワー２とは、冷水管４と戻り冷水管５とで連通することになり、循環ポンプ10の作動によりチルドタワー２で製造された冷水が冷水管４からAHU３に供給される。AHU３で昇温した戻り冷水は、戻り冷水管５を通ってチルドタワー２に戻り、外気を利用して冷却されて冷水が製造される。

夏期には、太陽熱を利用してエジェクター式冷凍機６により20℃以下の冷水を得ることができる場合、あるいは、井水７が20℃以下の場合には、これら再生可能エネルギーを利用して生成された冷水をAHU３に供給することになり、前記チルドタワー２の運転を停止できる。

再生可能エネルギーを利用しようとする場合であって、前記エジェクター式冷凍機６により生成された冷水を利用しようとする場合には、前記冷水供給管6aが戻り冷水管５に連通するよう前記三方弁10aを動作させ、前記三方弁12aと三方弁12bとを動作させて短絡管12を介して冷水管４と戻り冷水管５とを連通させる。また、前記戻し管6bを戻り冷水管５に連通させるよう前記三方弁10bを動作させる。これにより、冷水供給管6aから戻り冷水管５、短絡管12、冷水管４を通って冷水がAHU３に供給されるよう管路が形成され、該AHU３により空調空間Ｓの冷却に供される。空調空間Ｓの冷却に供されて昇温した戻り冷水は、戻り冷水管５から前記戻し管6bを通って、エジェクター式冷凍機６に回収される。なお、井水７を供給する冷水供給管7aと戻し管7bとは戻り冷水管５から遮断し、短絡管13は戻り冷水管５と冷水管４との間を遮断する。

他方、井水７を冷水として利用しようとする場合には、前記冷水供給管7aを戻り冷水管５に連通させるよう前記三方弁11aを動作させ、前記三方弁13aと三方弁13bとを動作させて、短絡管13を介して冷水管４と戻り冷水管５とを連通させる。また、戻し管7bを戻り冷水管５に連通させるよう前記三方弁11bを動作させる。これにより、冷水供給管7aから戻り冷水管５、短絡管13、冷水管４を通って冷水がAHU３に供給されるよう管路が形成され、該AHU３により空調空間Ｓの冷却に供される。空調空間の冷却に供されて昇温した戻り冷水は、戻り冷水管５から前記戻し管7bを通って、井水７の溜まりに回収される。なお、エジェクター式冷凍機６により生成される冷水を供給する前記冷水供給管6a側には、三方弁13a、13bの動作によって、戻り冷水管５は該冷水供給管6aと遮断されている。

さらに、前記PLC18はネットワークコンピュータ19との間で情報の交換が行われ、このネットワークコンピュータ19はネットワーク20を介して、多機能携帯端末や遠隔操作用のコンピュータ等の所望の端末装置21に連携されている。

図２には、年間冷房が必要となる空調空間に水を利用することが不都合となる機器装置が設置されている場合に適した設備を示しており、図１に示す冷水製造装置と同一の部分については同一の符号を付している。

この図２に示す実施形態では、チルドタワーを用いずに、年間を通して再生可能エネルギーを利用して生成された冷水を戻り冷水管５に供給するようにしている。また、製造された冷水は水−冷媒熱交換器23に冷水管４から供給されるようにしてあり、この水−冷媒熱交換器23で冷媒との間で熱交換されて昇温した戻り冷水は戻り冷水管５に回収される。

前記エジェクター式冷凍機６で生成された冷水や井水７による冷水が前記戻り冷水管５に蒸発器８、９を介して供給されるように冷水供給管6a、7aが戻り冷水管５に接続されている。なお、接続部には、三方弁10a、11aが設けられて、冷水供給管6a、7aのそれぞれと戻り冷水管５との間の断続が行われる。また、この実施形態では、前記戻り冷水管５内を戻り冷水が前記井水７の冷水供給管7aの側からエジェクター式冷凍機６の冷水供給管6aの側へ流れるように、エジェクター式冷凍機６が井水７に対して下流側に配されている。エジェクター式冷凍機６の下流側で戻り冷水管５は冷水管４に変更される。前記冷水供給管7aの前記エジェクター式冷凍機６側の戻り冷水管５には三方弁13aを介して短絡管13の一端側が接続されており、該短絡管13の他端側は三方弁13bを介して前記冷水管４に接続されている。

前記水−冷媒熱交換器23の冷水側には前記冷水管４が接続されて冷水が供給されており、冷媒との間で熱交換が行われる。冷媒の冷却に供された冷水は昇温して戻り冷水となり戻り冷水管５から回収される。

また、水−冷媒熱交換器23の冷媒側には冷媒戻し管24が接続されて冷媒が供給されており、前記冷水との間で熱交換が行われる。冷水によって冷却された冷媒は冷媒供給管27から排出される。

前記冷媒戻し管24は空調機であるPAC（Packaged Air Conditioner）25の排出側に接続されている。この冷媒戻し管24の水−冷媒熱交換器23の供給側の手前には、三方弁26aを介して迂回管26の一端側が接続されており、この迂回管26の他端側は水−冷媒熱交換器23の前記冷媒供給管27に接続されている。すなわち、迂回管26は前記PAC25から排出された冷媒を、水−冷媒熱交換器23を経由させずに迂回させて供給する際の経路を形成する。

前記冷媒供給管27は屋外機28に接続されており、外気温度に応じて該屋外機28で冷媒が冷却された後、前記PAC25に供給されるようにしている。そして、このPAC25により空調空間の冷却を行って空調が果たされる。

この図２に示す実施形態によれば、PAC25に供給される冷媒を室外機28で冷却するため、この冷媒を冷却する冷水の製造装置として、太陽熱を利用して冷水を生成したり、井水を利用したものを用いることで、中間期や冬期には室外機28により冷媒を冷却し、夏期には再生可能エネルギーを利用した冷水製造装置により製造された冷水を利用して冷媒を冷却することになる。

次に、図１または図２に示す冷水製造装置１により製造された冷水を用いて空調を行うのに適した空調空間Ｓとして、データセンターのサーバー室の構造について図３〜図８に基づいて説明する。なお、図３〜図５は電源ケーブル等のケーブル112が専用のケーシングに収容されて、ケーブル112を通すための床下空間を備えていないサーバー室についての第一の実施形態を、図６〜図８は二重床構造を有する既設のサーバー室を改良するのに適した場合についての第二の実施形態をそれぞれ示している。

図３〜図５に示すサーバー室30はサーバーやネットワーク機器等の情報処理機器が収容されたラック111が配列されている空調空間31と、AHU３から吹き出された空調空気を滞留させるチャンバー室32とに仕切り壁33によって仕切られている。この仕切り壁33には空調空間31とチャンバー室32とを連通させる送気孔（図示せず）が設けられており、チャンバー室32に滞留した空調空気は、図３において矢標Ｐ₀で示すように、前記送気孔を通って空調空間31に流入する。なお、この送気孔には例えば、送気ボリュームダンパーを設けて、空調空間31の流入量を調整できるようにすることが好ましい。

前記ラック111は矢標Ｐ₁で示す空調空気の流入側面同士が適宜な間隔を設けて配される共に、斜線を施した矢標で示すように、情報処理機器の冷却に供された空調空気の排出側面同士が適宜な間隔を設けて配されている。そして、排出側面が臨んだ部分にはアイルキャップ34が配されており、冷却に供されて昇温した空気はこのアイルキャップ34に流入するようにしてあり、アイルキャップ34内にホットゾーンができるようになされている。

前記空調空間31の天井は二重天井とされて天井空間35が形成されており、前記アイルキャップ34は上端部でこの天井空間35に連通している。また、天井空間35は、前記AHU３が配された機械室36の上部で連通している。このため、アイルキャップ34に流入した空気は天井空間35を通って、機械室36に流入してAHU３に回収されるようにしてある。このとき、天井空間35へ空気を効率よく送気できるように、アイルキャップ34の上部に排気ファンを設けることが好ましい。これにより、アイルキャップ34の内部がサクションされて負圧となるから、前記空気は確実にアイルキャップ34内に導かれる。あるいは、天井空間35と機械室36との境界部分に排気ファンを設けることで、天井空間35内をサクションして負圧とすれば、天井空間35内の負圧によって空気はアイルキャップ34から天井空間35へ吸い込まれて、前記機械室36へ円滑に送気されることになる。

また、情報処理機器のための電源ケーブルや接続ケーブルは、空調空間31内で、前記ラック111や床面、壁面、前記アイルキャップ34等に沿って配したケーシング37に収容されている。このため、サーバー室30を二重床構造とすることを要しない。

このサーバー室30では、前記チャンバー室32から確実に空調空間31へ空調空気を供給でき、また、供給された空調空気の流れの障害となるものが存しないから、ラック111に収容されている情報処理機器へ円滑に空調空気を供給できて、該情報処理機器の冷却を円滑に行うことができる。

このサーバー室30の構造によれば、従来のサーバー室のように二重床構造の内部に空調空気を行う場合に比べて、空調空間への空調空気の供給をはるかに円滑に行うことができるから、床下に供給する従来の構造に比べて、空調空気の温度を高く設定でき、また風量を小さくすることができる。このため、AHU３に供給する冷水の温度を高くできる。これにより、冷水の温度を下げるためにチラーユニットによらず、図１に示すような、チルドタワー２や再生可能エネルギーを利用した冷水製造装置１により製造された冷水をAHU３に供給することで、空調空間31の空調を円滑に行える空調空気を得ることができる。

また、二重床構造を備えた既存のサーバー室40では、図６〜図８に示すように、床下空間41に電源ケーブルや接続ケーブル等のケーブル42を配した状態として、ラック111が配列された空調空間43を仕切り壁44で仕切ると共に、機械室45を仕切り壁46で仕切る。これにより、仕切り壁44と仕切り壁46とによってチャンバー室47が形成され、仕切り壁44にチャンバー室47と空調空間43とを連通させる送気孔を設ける。なお、この送気孔に送気ボリュームダンパーを設けることも好ましい。

また、ラック111の空調空気の排出側面同士を臨む部分にアイルキャップ48を設けて、天井空間49に連通させる。このアイルキャップ48の上部に排気ファンを設けると、アイルキャップ48内が負圧となり、空調空間に供給されて、情報処理機器の冷却に供されて昇温した空気がアイルキャップ48内に流入することになる。また、天井空間49と機械室45との境界部分に排気ファンを設けることで、機械室45が負圧となるので、天井空間49に流入した空気が円滑にAHU３に供給されて回収され、空調空気が製造される。

この図６〜図８に示す床下空間41を有する既存のサーバー室40であっても、空調空間への空調空気の供給を円滑に行うことができるから、AHU３から供給される空調空気の温度を低くする必要がなく、大量に供給することを要しないから、該AHU３で空調空気を製造するための冷水に低温のものを要しない。このため、この冷水の製造にチラーユニットによらず、図１または図２に示すような、チルドタワー２や再生可能エネルギーを利用した冷水製造装置１により製造された冷水をAHU３に供給することで、空調空間43の空調を円滑に行える空調空気を得ることができる。

前記空調空間31または空調空間43に供給される空調空気の温度や風量には、ラック111に収容された情報処理機器の冷却にとって十分な状態にあることが要求される。このため、この空調空気に要求される空調空気を前記AHU３から供給できるようにすることが必要となる。前述したように、前記冷水製造装置１は、PLC18により動作が制御されているから、適切な動作のためにの作動情報を該PLC18に提供することを必要とする。このための情報として、空調空間31、43の温度やAHU３からの空調空気の吹き出し温度、外気温度、井水温度、太陽日射量、冷水温度等を取得して、PLC18はこれらの情報を基に、AHU３が適切な動作を行うことができるように、冷水製造装置１により製造される冷水の状態を制御して、適切な冷水をAHU３に供給できるようにしてある。

また、前述したように、ネットワークコンピュータ19からネットワーク20を介して端末装置21にPLC18に提供された情報を送信し、また端末装置21からPLC18に対して情報を提供することにより、冷水製造装置１を遠隔地にいて管理することができる。

以上の説明では、太陽熱利用システムによる再生可能エネルギーを利用して冷水を生成する装置として、エジェクター式冷凍機を例示した。一方、太陽熱利用システムを用いる温水投入型の冷凍機を利用することができ、収式冷凍機、吸着式冷凍機を用いることもできる。

また、この発明に係る冷水製造装置では、外気熱、井水熱（地中熱）、太陽熱、チラー等の複合的な熱利用を行うことで、所望の冷水を製造できるので、たとえば、データセンター等のように高い信頼性が要求される空調システムについて、従来の熱源利用の場合に較べて信頼性が向上し、省エネ効果のさらなる向上を期待できる。

この発明に係る冷水製造装置によれば、再生可能エネルギーを利用すると共に、再生可能エネルギーを利用しては冷水を生成できない場合には、チルドタワーや屋外機により外気を利用することにより、効率のよい省エネルギーに寄与して冷水の製造を行うことができる。また、この発明に係る空調システムによれば、空調空気を効率よく空調空間に供給して空調に供されて昇温した空気を効率よく回収できるから、空調空間に供給する空調空気の温度を過剰に低くすることがなく、効率のよい省エネルギーに寄与する空調システムを提供できる。そして、この空調システムと前記冷水製造装置との双方を用いることにより、より省エネルギー効率の向上に寄与できる。

１ 冷水製造装置
２ チルドタワー
３ AHU（Air Handling Unit）（空調機）
４ 冷水管
５ 戻り冷水管
６ エジェクター式冷凍機
6a 冷水供給管
6b 戻し管
７ 井水
7a 冷水供給管
7b 戻し管
８ 蒸発器
９ 蒸発器
10 循環ポンプ
10a 三方弁（供給管切替手段）
10b 三方弁（戻し管切替手段）
10c アクチュエータ
10d アクチュエータ
11a 三方弁（供給管切替手段）
11b 三方弁（戻し管切替手段）
11c アクチュエータ
11d アクチュエータ
12 短絡管
12a 三方弁（戻り冷水管切替手段）
12b 三方弁（冷水管切替手段）
12c アクチュエータ
12d アクチュエータ
13 短絡管
13a 三方弁（戻り冷水管切替手段）
13b 三方弁（冷水管切替手段）
13c アクチュエータ
13d アクチュエータ
14a 温度計
14b 温度計
15a 温度計
15b 温度計
16 温度計
17；温度計
18 PLC
19 ネットワークコンピュータ
20 ネットワーク
21 端末装置
23 水−冷媒熱交換器
24 冷媒戻し管
25 PAC（パッケージエアコン）
26 迂回管
26a 三方弁
27 冷媒供給管
28 屋外機
Ｓ 空調空間
30 サーバー室
31 空調空間
32 チャンバー室
33 仕切り壁
34 アイルキャップ
35 天井空間
36 機械室
37 ケーシング
40 サーバー室
41 床下空間
42 ケーブル
43 空調空間
44 仕切り壁
45 機械室
46 仕切り壁
47 チャンバー室
48 アイルキャップ
49 天井空間

Claims (8)

1. 対象となる空調空間の空調に利用される冷水を製造する冷水製造装置において、
   前記空調機に冷媒を供給する水−冷媒熱交換器に接続されて、冷水を供給する冷水管と、前記冷媒の冷却に供された戻り冷水を回収する戻り冷水管とを備え、
   前記水−冷媒熱交換器と冷水管、戻り冷水管との間で冷水を循環させる循環ポンプを備え、
   前記戻り冷水管の途中に、再生可能エネルギーを利用して生成された冷水を供給する冷水供給管と該冷水供給管よりも前記水−冷媒熱交換器の側に戻し管とを接続させ、
   前記戻り冷水管の一部であって前記冷水供給管よりも下流側の部分を前記冷水管に連通させ、
   前記冷水供給管と前記戻り冷水管との接続を断続する供給管切替手段を設け、
   前記戻り冷水管と前記戻し管との接続を断続する戻し管切替手段を設け、
   再生可能エネルギーを利用して生成した冷水を前記水−冷媒熱交換器に供給することで冷媒を冷却可能な場合には、前記冷水供給管を戻り冷水管に連通させ、前記戻し管を戻り冷水管に連通させて、該冷水供給管から供給される冷水が前記冷水管を通って前記水−冷媒熱交換器に供給されると共に、熱交換に供されて昇温した冷水が前記戻り冷水管から前記戻し管を通って回収され、
   外気温度で前記冷媒の冷却を行える場合には、冷媒を外気により冷却する屋外機を備えていることを特徴とする冷水製造装置。
2. 対象となる空調空間の空調を行う空調機に供給する冷水を製造する冷水製造装置において、
   前記空調機とチルドタワーとを、空調機に冷水を供給する冷水管と空調機から排出される戻り冷水管とで接続させ、
   前記空調機とチルドタワー、冷水管、戻り冷水管との間で冷水を循環させる循環ポンプを備え、
   前記戻り冷水管の途中に、再生可能エネルギーを利用して生成された冷水を供給する冷水供給管と該冷水供給管よりも前記空調機側に戻し管とを接続させ、
   前記戻り冷水管の一部であって前記冷水供給管よりも前記チルドタワー側の部分と前記冷水管とを連通させる短絡管を設け、
   前記冷水供給管と前記戻り冷水管との接続を断続する供給管切替手段を設け、
   前記戻り冷水管と前記戻し管との接続を断続する戻し管切替手段を設け、
   前記短絡管と戻り冷水管との接続を断続する戻り冷水管切替手段を設け、
   前記短絡管と冷水管との接続を断続する冷水管切替手段を設け、
   前記冷水供給管を戻り冷水管に連通させた状態では、前記短絡管を介して戻り冷水管と冷水管とを連通させるようにしてあることを特徴とする冷水製造装置。
3. 前記供給管切替手段と、前記戻し管切替手段と、前記戻り冷水管切替手段と、前記冷水管切替手段とのそれぞれに、三方弁を用いたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷水製造装置。
4. 前記三方弁のいずれも制御手段により流路の切替を行わせて、再生可能エネルギーを利用して生成された冷水を、前記戻り冷水管に供給する状態と供給しない状態とを切り替えることを特徴とする請求項３に記載の冷水製造装置。
5. 前記制御手段では、前記空調機から吹き出される空調空気による前記空調空間の温度を監視していることを特徴とする請求項４に記載の冷水製造装置。
6. 太陽熱利用システムを利用したエジェクター式冷凍機と井水とのいずれか一方を用いて前記再生可能エネルギーを利用して冷水を生成することを特徴とする請求項３に記載の冷水製造装置。
7. 前記制御手段では、前記空調機から吹き出される空調空気の温度と、該空調空気による前記空調空間の温度と、外気温度と、井水温度と、太陽日射量と、空調機に供給される冷水温度とを監視していることを特徴とする請求項５に記載の冷水製造装置。
8. 請求項１から請求項７までに記載の冷水製造装置により生成された冷水を利用した空調機により空調空間の空調を行う空調システムにおいて、
   前記空調空間に隣接してチャンバー室を設け、これら空調空間とチャンバー室とを複数個の送気孔で連通させ、
   前記空調空間とチャンバー室とに二重天井を設けて、該二重天井内を前記空調機が設置された機械室に連通させてなり、
   前記空調機から吹き出させた空調空気を前記チャンバー室に供給して、該チャンバー室から前記空調空間に前記送気孔を介して空調空気を供給し、
   空調に供されて昇温した空気を前記二重天井内に導き、前記機械室へ戻すことを特徴とする空調システム。

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