JP2022046351A - Outdoor machine of air conditioner - Google Patents
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Abstract
Description
特許法第30条第2項適用申請有り 発行日(公開日) 令和2年9月4日 刊行物名 2020年度 日本冷凍空調学会 年次大会 講演論文集 公益社団法人日本冷凍空調学会 発行(Web公開URL:https://www.jsrae-nenji.org/nenji2020/cd-rom/pdf/Paper-1221.pdf ) <資 料>2020年度 日本冷凍空調学会 年次大会 ウェブページ プリントアウト <資 料>掲載研究論文 抜粋Application for application of Article 30,
本発明は電子機器の冷却装置に関する。特に、冷凍サイクルを利用したデータセンタ向け空調機の室外機に関する。 The present invention relates to a cooling device for an electronic device. In particular, it relates to an outdoor unit of an air conditioner for a data center using a refrigeration cycle.
データセンタのサーバルームの冷却には、一般的にパッケージエアコンと呼ばれる冷凍サイクルを利用した空調機が使用されている。
前記空調機の室外機には、交流電動機により駆動される直径600mm程度の大型ファンが使用されており、1~2台のファンが筐体上部へ水平に設置されている。また、熱交換器は放熱面積を確保するために、筐体内部へ斜めに設置されている。筐体下部から吸気を行い、筐体上部から排気を行う構造になっている。
An air conditioner that uses a refrigeration cycle, which is generally called a package air conditioner, is used to cool the server room of the data center.
A large fan with a diameter of about 600 mm, which is driven by an AC motor, is used as the outdoor unit of the air conditioner, and one or two fans are horizontally installed on the upper part of the housing. Further, the heat exchanger is installed diagonally inside the housing in order to secure a heat dissipation area. The structure is such that air is taken in from the lower part of the housing and exhausted from the upper part of the housing.
しかしながら、前記の構造には次のような課題がある。
近年ではデータセンタの省電力化の施策としてデータセンタの直流電源化が進められており、空調機にも直流電源化の要請がある。しかし、従来の室外機に使用されているような大型ファンは、交流電動機で駆動するものしか流通していない。このため、室外機を直流電源化するには直径300mm程度以下の一般的な直流電動機により駆動可能な小型ファンを使用することが求められている。
However, the above structure has the following problems.
In recent years, as a measure to save power in data centers, the use of DC power sources in data centers has been promoted, and there is a demand for air conditioners to use DC power sources. However, only large fans such as those used in conventional outdoor units are distributed that are driven by AC motors. Therefore, in order to convert the outdoor unit into a DC power source, it is required to use a small fan that can be driven by a general DC motor having a diameter of about 300 mm or less.
本発明の目的は、例えば、データセンタ向けの用途で用いられる空調機の室外機において、小型ファン使用時でも、室外機の放熱性能を維持しながら、大型ファン使用時と同等以下のファン電力にすることである。 An object of the present invention is, for example, in an outdoor unit of an air conditioner used in an application for a data center, the fan power is equal to or less than that when a large fan is used while maintaining the heat dissipation performance of the outdoor unit even when a small fan is used. It is to be.
前記の課題を解決するために、本発明にかかる空調機の室外機は、ファンと熱交換器を備え、前記ファンは前記熱交換器の通風面の近傍に複数台並べて設置されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the outdoor unit of the air conditioner according to the present invention includes a fan and a heat exchanger, and a plurality of the fans are installed side by side in the vicinity of the ventilation surface of the heat exchanger. It is a feature.
本発明によれば、例えば、データセンタ向け等の用途で用いられる空調機の室外機において、小型ファン使用時でも、室外機の放熱性能を維持しながら、大型ファン使用時と同等以下の消費電力にすることができる。 According to the present invention, for example, in an outdoor unit of an air conditioner used for applications such as for data centers, power consumption equal to or less than that when a large fan is used while maintaining the heat dissipation performance of the outdoor unit even when a small fan is used. Can be.
本発明の最小構成例にかかる室外機について図1を参照して説明する。
ファン1と熱交換器2を備え、前記ファン1は前記熱交換器2の通風面2aの近傍に複数台並べて設置されている。
The outdoor unit according to the minimum configuration example of the present invention will be described with reference to FIG.
A
上記構成によれば、複数のファン1によって、熱交換器2へ必要な風量を供給することができ、冷媒蒸気は熱交換器2を介して、ファン1により供給された外気へ放熱し、凝縮して冷媒液へ相変化する。この相変化に伴う放熱に必要な風量を複数のファン1によって供給することができ、単一のファンによって必要な風量を供給する場合よりファンの駆動電力を削減することができる。
According to the above configuration, the required air volume can be supplied to the
<第1実施形態>
本発明に係る第1実施形態について説明する。本実施形態に係る室外機の正面から見た断面の概念図を図2に示した。
本実施形態に係る室外機10の構造は、筐体100、熱交換器200、小型ファン300、導翼400を備える。
前記筐体100は、下部に吸気口110、上部に排気口120を備える。熱交換器200は、筐体100の内部へ斜めに設置する。図2にあっては、図中矢印Aで示す吸入空気と図中矢印Bで示す排出空気との流れる方向に対して傾斜して配置されている。
<First Embodiment>
The first embodiment according to the present invention will be described. FIG. 2 shows a conceptual diagram of a cross section of the outdoor unit according to the present embodiment as viewed from the front.
The structure of the
The
小型ファン300は、熱交換器200の通風面(図1の符号2aに対応する面)の近傍に、熱交換器200の通風面と平行になるように設置する。小型ファン300と熱交換器200の通風面積が同等になるように、複数の小型ファン300を並べる。
すなわち、前記小型ファン300は、前記通風面の全部を覆って配置されている。なお小型ファン300の外観(羽根の回転範囲を囲む枠の形状)は、一般に軸方向視で正方形状をなしているから、前記熱交換器200の平面形状に応じて、図2の紙面方向のみならず、図2と紙面と直交する方向へも並べて行列状に複数個配置されている。また実施形態の前記小型ファン300は、データセンター等で各種機器に供給される直流電源により作動する直流モータ(図示略)によって、それぞれ駆動されている。
The
That is, the
導翼400は小型ファン300の吸気側及び排気側に設置する。導翼400は複数の小型ファン300のそれぞれの吸気口110から排気口120までの通風抵抗が同じになるように、設置位置によって設置角度を変えることができる。すなわち前記導翼400は、前記吸気口110と排気口120との間を空気が流れる方向(矢印A、B方向)に対する角度を個々に調整することによって、前記通風抵抗の均一化を図ることができる構成を有する。
The
また、隣り合う一の導翼400(例えば図2の符号400A)と、他の導翼400(例えば図2の符号400B)とは、隣り合う二つのファン300(例えば図2の符号300Aと300B)を単位に配置されていて、これら二つのファン300から空気が供給される範囲で通風抵抗を調整している。なお導翼400の角度の制御に代えて、各ファン300の回転数を個々に、あるいは、各熱交換器200に対応する複数個単位で制御することにより、風量を調整しても良い。
Further, one adjacent blade 400 (for example,
室外機10の熱交換器200や小型ファン300や導翼400は、個数、サイズ、形状等を限定するものではない。熱交換器200と小型ファン300が筐体100の正面から見てV字状に設置しているが、W字状等に設置しても良い。小型ファン300は熱交換器200の排気側に設置しているが、吸気側に設置しても良い。導翼400は小型ファン300の吸気側及び排気側に設置しているが、どちらか片側だけでも良い。
The number, size, shape, and the like of the
なお、図示していないが、複数の前記熱交換器200へ冷媒を供給し、排出する蒸気管や液管等の配管や、冷媒タンクなど、冷媒流路の構成部材を備えている。電源ケーブルや電子基板など、電子系の構成部材を備えている。また複数の熱交換器200は、冷媒を供給する液管、排出する蒸気管の間に並列に接続されて、各々に熱媒体が供給、排出されるよう構成されている。
さらに、冷媒液を循環させるためのポンプや、冷媒蒸気を昇温するための圧縮機等を備えていても良い。
Although not shown, it includes pipes such as steam pipes and liquid pipes that supply and discharge the refrigerant to the plurality of
Further, a pump for circulating the refrigerant liquid, a compressor for raising the temperature of the refrigerant vapor, and the like may be provided.
上記構成の室外機の動作を説明する。
室外機10を動作させると、小型ファン300が回転を始める。これにより、外気が筐体100の下部へ設けられた吸気口110を通って、筐体100の内部に吸入される。次に外気は導翼400で形成された流路及び熱交換器200を通過する。最後に外気は筐体100の上部へ設けられた排気口120を通って、筐体100の外部に排出される。
The operation of the outdoor unit having the above configuration will be described.
When the
室内機で受熱した冷媒液が蒸発し、冷媒蒸気へ相変化する。冷媒蒸気は蒸気管を通って室内機から室外機10へ移動し、筐体100の内部へ設置された熱交換器200に到達する。冷媒蒸気は熱交換器200を介して外気へ放熱し、凝縮して冷媒液へ相変化する。冷媒液は液管を通って、室外機10から室内機へ移動する。この様に冷媒の循環と相変化を利用して熱を移動することで、室内を冷却する。
The refrigerant liquid received by the indoor unit evaporates and undergoes a phase change to refrigerant vapor. The refrigerant vapor moves from the indoor unit to the
上記動作による効果について説明する。
小型ファン300を熱交換器200の通風面の近傍に、熱交換器200の通風面と平行になるように設置することで、筐体100の上部へ水平に設置する時よりもファン台数を増やしている。これにより、ファンの回転数を下げ、合計ファン電力を低減することができる。
The effect of the above operation will be described.
By installing the
前記ファン300の1台あたりの風量Vは、ファン回転数に比例し、合計風量(必要な風量の合計)が決まっている場合はファン台数Nに反比例する。また、ファン1台あたりの電力はファン回転数の約3乗に比例する。よって、式(1)に示すように、合計ファン電力Wはファン台数Nの約2乗に反比例する。
W ∝ V3×N ∝ N-3×N ∝ N-2 (1)
式(1)より、ファン台数Nを増やせば、合計ファン電力Wを低減できることが解る。
The air volume V per
W ∝ V 3 × N ∝ N -3 × N ∝ N -2 (1)
From equation (1), it can be seen that the total fan power W can be reduced by increasing the number of fans N.
上記第1実施形態にあっては、複数の小型のファン300を熱交換器200の通風面近傍に熱交換器200の通風面と平行になるように設置し、小型ファン300と熱交換器200の通風面積が同等になるように並べている。これにより、一般的な室外機に採用されているように、筐体上部(排気口側)へファンを設置する時と比較して、小型ファンの設置台数を1.5倍にできる。
In the first embodiment, a plurality of
また、導翼400の設置角度を設置位置によって変えることで、小型ファン300のそれぞれの吸気口110から排気口120までの通風抵抗をできるだけ均一に(望ましくは同一に)している。これにより、熱交換器200に供給する外気の風速を均一化し、放熱性能を向上させることで、合計ファン電力を低減できる。
Further, by changing the installation angle of the
図3は、室外機によって40kW相当の熱量を放熱するための風量(160m3/min)を得るのに、ファン以外の筐体や熱交換器の寸法や配置、吸排気位置も底面吸気・天面排気とした条件で、必要なファン電力を比較した一例のグラフである。大型ファンを使用する場合、ファン電力は1.2kW(グラフ 横線背景)である。これに対し、小型ファンを筐体上部に並べて使用する場合、ファン電力は2.3kW(グラフに格子背景で示す)であり、従来の約2倍に増加している。
この結果、合計ファン電力Wを半減し、従来と同等の1.1kW(図3グラフに波線背景で示す)にしている。
In Fig. 3, the dimensions and arrangement of the housing other than the fan, the heat exchanger, and the intake / exhaust positions are also bottom intake / ceiling in order to obtain the air volume (160 m 3 / min) for dissipating heat equivalent to 40 kW by the outdoor unit. It is an example graph comparing the required fan power under the condition of surface exhaust. When using a large fan, the fan power is 1.2 kW (horizontal graph background). On the other hand, when the small fans are used side by side on the upper part of the housing, the fan power is 2.3 kW (shown by the grid background in the graph), which is about twice as much as the conventional one.
As a result, the total fan power W is halved to 1.1 kW (shown in the graph in FIG. 3 with a wavy line background), which is the same as the conventional one.
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。 Although the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment and includes design changes and the like within a range not deviating from the gist of the present invention.
本発明は、小型ファン使用時のファン電力を低減できるので、特に、直流電源化した室外機に有効に適用することができる。 Since the present invention can reduce the fan power when using a small fan, it can be effectively applied to an outdoor unit using a DC power supply.
1 (小型)ファン
2 熱交換器
2a 通風面
10 室外機
100 筐体
110 吸気口
120 排気口
200 熱交換器
300、300A、300B (小型)ファン
400、400A、400B 導翼
1 (Small)
Claims (7)
該熱交換器における前記冷却対象空気の通過方向と交差する通風面に沿って配置された複数のファンと
を備えた請求項1~5のいずれか一項に記載の空調機の室外機。 A heat exchanger that exchanges heat between the air to be cooled and the refrigerant,
The outdoor unit of an air conditioner according to any one of claims 1 to 5, further comprising a plurality of fans arranged along a ventilation surface intersecting the passing direction of the air to be cooled in the heat exchanger.
請求項6に記載の空調機の室外機。 A plurality of the fans covered the entire ventilation surface of the heat exchanger.
The outdoor unit of the air conditioner according to claim 6.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020152354A JP2022046351A (en) | 2020-09-10 | 2020-09-10 | Outdoor machine of air conditioner |
US17/464,907 US20220074607A1 (en) | 2020-09-10 | 2021-09-02 | Outdoor unit of air conditioner |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020152354A JP2022046351A (en) | 2020-09-10 | 2020-09-10 | Outdoor machine of air conditioner |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2022046351A true JP2022046351A (en) | 2022-03-23 |
Family
ID=80469624
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020152354A Pending JP2022046351A (en) | 2020-09-10 | 2020-09-10 | Outdoor machine of air conditioner |
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Country | Link |
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US (1) | US20220074607A1 (en) |
JP (1) | JP2022046351A (en) |
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2020
- 2020-09-10 JP JP2020152354A patent/JP2022046351A/en active Pending
-
2021
- 2021-09-02 US US17/464,907 patent/US20220074607A1/en not_active Abandoned
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Publication number | Publication date |
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US20220074607A1 (en) | 2022-03-10 |
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Legal Events
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A80 | Written request to apply exceptions to lack of novelty of invention |
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