JP4947558B2

JP4947558B2 - Rack cooling system

Info

Publication number: JP4947558B2
Application number: JP2008127436A
Authority: JP
Inventors: ▲鉄▼雄北迫; 光宏西田
Original assignee: Nippon Pmac Co Ltd
Current assignee: Nippon Pmac Co Ltd
Priority date: 2008-05-14
Filing date: 2008-05-14
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2028-05-14
Also published as: JP2009277875A

Description

この発明は、サーバやコンピュータなどの発熱体が収容されるラック内を冷却空調するラック冷却システムに関する。 The present invention relates to a rack cooling system that cools and air-conditions a rack in which a heating element such as a server or a computer is accommodated.

ラックに収容されているサーバなどから発生した熱がラック内に蓄積され、ラック内の温度が上昇し続けると、サーバなどが適正に機能しなくなるおそれがある。このため、従来、ラックが設置されている室内全体を冷却空調することで、サーバなどの温度上昇を抑える方法が採られていた。しかしながら、室内全体を空調することは大きな冷却負担を伴い、エネルギー効率が低い。このため、ラック内のみを冷却することで、効率的にサーバなどの温度上昇を抑えるようにした冷却装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この冷却装置は、圧縮機と凝縮器と絞り装置と蒸発器とから構成される熱源機と、ラックのホットスポットの近傍に配設された冷却機とを備え、このような冷却装置をラックごとに設ける。そして、常時熱源機を稼動し、熱源機から冷却機に冷媒を供給することでラック内を冷却する、というものである。
特開２００６−１１４６６９号公報 If heat generated from a server or the like housed in the rack is accumulated in the rack and the temperature in the rack continues to rise, the server or the like may not function properly. For this reason, conventionally, a method has been adopted in which the entire room in which the rack is installed is cooled and air-conditioned to suppress the temperature rise of the server or the like. However, air-conditioning the entire room involves a large cooling burden and is low in energy efficiency. For this reason, a cooling device is known in which only the inside of a rack is cooled to efficiently suppress a temperature rise of a server or the like (see, for example, Patent Document 1). The cooling device includes a heat source device including a compressor, a condenser, a throttling device, and an evaporator, and a cooler disposed in the vicinity of a rack hot spot. Provided. And a heat source machine is always operate | moved and the inside of a rack is cooled by supplying a refrigerant | coolant from a heat source machine to a cooler.
JP 2006-114669 A

ところで、上記特許文献１に記載されたような冷却装置では、ラック内を冷却するには、熱源機を常時稼動する必要があり、エネルギー負荷が大きい。また、冷却装置をラックごとに設けるため、つまりラックごとに熱源機を備えるため、設備費がかさむとともに大きな設置スペースを要する。 By the way, in the cooling device as described in the above-mentioned patent document 1, in order to cool the inside of the rack, it is necessary to always operate the heat source unit, and the energy load is large. Moreover, since a cooling device is provided for each rack, that is, a heat source device is provided for each rack, equipment costs increase and a large installation space is required.

そこでこの発明は、ラック内の冷却に要するエネルギーを軽減すること（省エネルギー化）が可能で、さらには省スペース化が可能なラック冷却システムを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a rack cooling system that can reduce energy required for cooling in the rack (energy saving) and further can save space.

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、発熱体を収容するラックの吸込み口から流入した空気が、前記発熱体を通過して吐出口から流出するように流路を形成し、前記吸込み口側に、冷熱源機からの冷媒によって前記流入した空気を冷却する第１の冷却手段を設け、前記吐出口側に、冷却塔からの冷却水によって前記流出する空気を冷却する第２の冷却手段を設け、前記第２の冷却手段を通過した冷却水を前記冷熱源機に供給する、ことを特徴とするラック冷却システムである。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is characterized in that a flow path is formed so that air flowing in from a suction port of a rack housing a heating element passes through the heating element and flows out from a discharge port. A first cooling means for cooling the inflowing air by a refrigerant from a cooling source unit is provided on the suction port side, and the outflowing air is cooled by cooling water from a cooling tower on the discharge port side. The rack cooling system is characterized in that two cooling means are provided and the cooling water that has passed through the second cooling means is supplied to the cold heat source unit.

この発明によれば、吸込み口から流入した空気が、第１の冷却手段によって冷却されて降温（温度降下）し、発熱体を通過することで、発熱体が冷却される。さらに、発熱体を通過して昇温（温度上昇）した空気が、第２の冷却手段によって冷却されて降温し、吐出口からラック外に流出される。一方、第２の冷却手段を通過した冷却水が、冷熱源機のコンデンサ（凝縮器）の冷却水として供給される。 According to the present invention, the air flowing in from the suction port is cooled by the first cooling means, drops in temperature (temperature drop), and passes through the heating element, whereby the heating element is cooled. Further, the air that has been heated (increased in temperature) after passing through the heating element is cooled by the second cooling means and lowered in temperature, and flows out of the rack from the discharge port. On the other hand, the cooling water that has passed through the second cooling means is supplied as cooling water for the condenser (condenser) of the cold heat source machine.

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のラック冷却システムにおいて、前記吐出口を前記発熱体の背面側に形成し、前記吸込み口から流入した空気が前記発熱体の前面側から背面側に向かうように前記流路を形成した、ことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the rack cooling system according to the first aspect, the discharge port is formed on the back side of the heating element, and the air flowing in from the suction port is from the front side to the rear side of the heating element. The flow path is formed so as to go to the side.

請求項３に記載の発明は、請求項１または２のいずれか１項に記載のラック冷却システムにおいて、前記吸込み口側に、冷却塔からの冷却水によって前記流入した空気を冷却する第３の冷却手段を設け、この第３の冷却手段を通過した冷却水を前記冷熱源機に供給する、ことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the rack cooling system according to any one of the first or second aspect, wherein the inflowing air is cooled to the suction port side by cooling water from a cooling tower. A cooling means is provided, and the cooling water that has passed through the third cooling means is supplied to the cold heat source unit.

この発明によれば、吸込み口から流入した空気が、第３の冷却手段によって冷却されて降温し、発熱体を通過することで、発熱体が冷却される。一方、第３の冷却手段を通過した冷却水が、冷熱源機のコンデンサの冷却水として供給される。 According to this invention, the air flowing in from the suction port is cooled by the third cooling means to cool down, and passes through the heating element, whereby the heating element is cooled. On the other hand, the cooling water that has passed through the third cooling means is supplied as cooling water for the condenser of the cold heat source machine.

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のラック冷却システムにおいて、前記第１の冷却手段および第３の冷却手段の少なくとも一方による冷却が選択自在となっている、ことを特徴とする。 The invention according to claim 4 is the rack cooling system according to claim 3, wherein cooling by at least one of the first cooling means and the third cooling means is selectable. .

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載のラック冷却システムにおいて、ひとつの冷熱源機から複数の前記ラックの第１の冷却手段に前記冷媒が供給されるように冷媒路を配設した、ことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the rack cooling system according to any one of the first to fourth aspects, the refrigerant is supplied from a single heat source unit to the first cooling means of the plurality of racks. The refrigerant path is arranged as described above.

請求項１に記載の発明によれば、吐出口から流出する空気を冷却塔からの冷却水によって降温させている。つまり、冷熱源機からの冷媒を使用しないフリークーリングによって冷却するため、冷却に要するエネルギーを軽減することが可能となる。しかも、第２の冷却手段によって降温された空気が吐出口から流出されるため、ラック外に高温空気が排出されず、冷却処理がラック内のみで行われる。また、冷却塔からの冷却水が、フリークーリングに使用されるとともに、冷熱源機のコンデンサの冷却水としても使用されるため、冷却水設備の省スペース化、省エネルギー化が図れる。 According to the first aspect of the present invention, the temperature of the air flowing out from the discharge port is lowered by the cooling water from the cooling tower. That is, since it cools by the free cooling which does not use the refrigerant | coolant from a cold-heat source machine, it becomes possible to reduce the energy which cooling requires. In addition, since the air cooled by the second cooling means flows out from the discharge port, the high-temperature air is not discharged outside the rack, and the cooling process is performed only within the rack. In addition, the cooling water from the cooling tower is used for free cooling and also used as cooling water for the condenser of the cold heat source machine, so that space saving and energy saving of the cooling water equipment can be achieved.

請求項２に記載の発明によれば、発熱体から発生した熱（昇温空気）を背面側に集めて第２の冷却手段で冷却するため、サーバやコンピュータなど背面側がより発熱する発熱体が収容されるラックにおいて、より効率的に冷却することが可能となる。 According to the second aspect of the present invention, the heat (temperature rising air) generated from the heating element is collected on the back side and cooled by the second cooling means. In the accommodated rack, it becomes possible to cool more efficiently.

請求項３に記載の発明によれば、流入した空気を冷却塔からの冷却水によって降温させて発熱体を冷却している。つまり、冷熱源機からの冷媒を使用しないフリークーリングによってラック内を冷却するため、冷却に要するエネルギーを軽減することが可能となる。 According to the invention described in claim 3, the temperature of the air that has flowed in is lowered by the cooling water from the cooling tower to cool the heating element. That is, since the inside of the rack is cooled by free cooling that does not use the refrigerant from the cold heat source machine, it is possible to reduce energy required for cooling.

請求項４に記載の発明によれば、流入した空気の冷却を第１の冷却手段によるか、第３の冷却手段によるか、あるいは双方によるかを選択自在となっている。このため、外気温度や冷却水温度、ラック内温度などに応じて、どの冷却手段で冷却するかを選択することで、冷却に要するエネルギーを軽減しながら、適性にラック内を冷却することが可能となる。 According to the fourth aspect of the present invention, it is possible to freely select whether the inflowing air is cooled by the first cooling means, the third cooling means, or both. Therefore, by selecting which cooling means to cool according to the outside air temperature, cooling water temperature, rack internal temperature, etc., it is possible to cool the inside of the rack appropriately while reducing the energy required for cooling. It becomes.

請求項５に記載の発明によれば、ひとつの冷熱源機から複数のラックの第１の冷却手段に冷媒が供給されるよう冷媒路が配設されているため、ラックごとに冷熱源機を設ける必要がなく、設備費や設置スペースを低減することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, since the refrigerant path is arranged so that the refrigerant is supplied from one cold heat source machine to the first cooling means of the plurality of racks, the cold heat source machine is provided for each rack. There is no need to provide it, and the equipment cost and installation space can be reduced.

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。 The present invention will be described below based on the illustrated embodiments.

図１は、この発明の実施の形態に係るラック冷却システム１を示す概略構成ブロック図である。このラック冷却システム１は、サーバやコンピュータなどの発熱体が収容されるラック４内を冷却空調するシステムであり、ひとつの冷却塔２に対して複数の冷熱源機（冷凍機）３が接続され、さらに、各冷熱源機３に対して複数のラック４が接続されている。 FIG. 1 is a schematic block diagram showing a rack cooling system 1 according to an embodiment of the present invention. The rack cooling system 1 is a system that cools and air-conditions a rack 4 in which heating elements such as servers and computers are accommodated, and a plurality of cooling heat source units (refrigerators) 3 are connected to one cooling tower 2. Furthermore, a plurality of racks 4 are connected to each of the cold heat source machines 3.

冷却塔２は、図２に示すように、ファン２１を備えたクーリングタワーであり、後述するようにして、冷却水を各冷熱源機３側に供給し、各冷熱源機３側から戻された水（戻り水）を冷却するものである。このような冷却塔２は、開放式あるいは密閉式のどちらであってもよく、また、冷却水として使用できる水としては、上水やブラインなどが挙げられる。 As shown in FIG. 2, the cooling tower 2 is a cooling tower provided with a fan 21. As described later, the cooling water is supplied to each cold heat source device 3 side and returned from each cold heat source device 3 side. Water (return water) is cooled. Such a cooling tower 2 may be either an open type or a closed type, and examples of water that can be used as cooling water include clean water and brine.

冷熱源機３は、圧縮機３１と、コンデンサ（凝縮器）３２と、循環ポンプ３３とを備えている。圧縮機３１の流入口側（上流側）は、第１の冷媒管（冷媒路）３４を介して、各ラック４の後述する冷媒コイル５の流出口側（下流側）と接続され、圧縮機３１の流出口側は、コンデンサ３２の冷媒の流入口側と接続されている。また、コンデンサ３２の冷媒の流出口側は、第２の冷媒管（冷媒路）３５を介して、各ラック４の冷媒コイル５の流入口側と接続されている。さらに、コンデンサ３２の冷却水の流入口側は、第１の配水管３６を介して、各ラック４の流出配水管７１の流出口側と接続され、コンデンサ３２の冷却水の流出口側は、第２の冷却塔管２２を介して冷却塔２の流入口側と接続されている。また、循環ポンプ３３はインバータ付きで、その吸込み口側は、第１の冷却塔管２１を介して冷却塔２の流出口側と接続され、吐出口側は、第２の配水管３７を介して、各ラック４の流入配水管６１の流入口側と接続されている。 The cold heat source unit 3 includes a compressor 31, a condenser (condenser) 32, and a circulation pump 33. An inlet side (upstream side) of the compressor 31 is connected to an outlet side (downstream side) of a later-described refrigerant coil 5 of each rack 4 via a first refrigerant pipe (refrigerant path) 34. The outlet side of 31 is connected to the refrigerant inlet side of the condenser 32. In addition, the refrigerant outlet side of the condenser 32 is connected to the inlet side of the refrigerant coil 5 of each rack 4 via a second refrigerant pipe (refrigerant path) 35. Furthermore, the cooling water inflow side of the condenser 32 is connected to the outflow side of the outflow water distribution pipe 71 of each rack 4 via the first distribution pipe 36, and the cooling water outflow side of the condenser 32 is The second cooling tower pipe 22 is connected to the inlet side of the cooling tower 2. The circulation pump 33 is equipped with an inverter, the suction port side is connected to the outlet side of the cooling tower 2 via the first cooling tower tube 21, and the discharge port side is connected to the second water distribution pipe 37. Thus, each rack 4 is connected to the inflow side of the inflow water distribution pipe 61.

そして、第１の冷媒管３４を介して各ラック４の冷媒コイル５から送られた冷媒が、圧縮機３１によって圧縮され高温となり、この高温高圧の冷媒がコンデンサ３２に送られる。一方、第１の配水管３６を介して各ラック４から送られた冷却水がコンデンサ３２に供給され、コンデンサ３２によって高温高圧の冷媒が凝縮され、第２の冷媒管３５を介して各ラック４の冷媒コイル５に送られる。また、循環ポンプ３３によって冷却塔２内の冷却水が、第１の冷却塔管２１および第２の配水管３７を介して各ラック４に供給され、さらに、コンデンサ３２で使用された冷却水が、第２の冷却塔管２２を介して冷却塔２に送られるものである。 Then, the refrigerant sent from the refrigerant coil 5 of each rack 4 via the first refrigerant pipe 34 is compressed by the compressor 31 and becomes high temperature, and this high-temperature and high-pressure refrigerant is sent to the condenser 32. On the other hand, the cooling water sent from each rack 4 via the first water distribution pipe 36 is supplied to the condenser 32, and the high-temperature and high-pressure refrigerant is condensed by the condenser 32, and each rack 4 via the second refrigerant pipe 35. To the refrigerant coil 5. Further, the cooling water in the cooling tower 2 is supplied to each rack 4 by the circulation pump 33 via the first cooling tower pipe 21 and the second water distribution pipe 37, and the cooling water used in the condenser 32 is further supplied. These are sent to the cooling tower 2 via the second cooling tower pipe 22.

このように、冷却塔管２１、２２を介して、ひとつの冷却塔２と複数の冷熱源機３との間で冷却水が循環され、さらに、配水管３６、３７を介して、ひとつの冷熱源機３と複数のラック４との間で冷却水が循環されるようになっている。また、冷媒管３４、３５を介して、ひとつの冷熱源機３と複数のラック４（冷媒コイル５）との間で、冷媒が循環されるようになっている。 In this way, the cooling water is circulated between the cooling tower 2 and the plurality of cooling heat source devices 3 via the cooling tower tubes 21 and 22, and further, one cooling heat is supplied via the water distribution pipes 36 and 37. Cooling water is circulated between the source unit 3 and the plurality of racks 4. Further, the refrigerant is circulated between one cold heat source machine 3 and the plurality of racks 4 (refrigerant coils 5) via the refrigerant pipes 34 and 35.

ラック４は、図３〜５に示すように箱状で、内部に、背面から前面近傍まで延びる仕切り板４１が配設され、この仕切り板４１によって、ラック４内の中央部に位置する収納スペース４Ａと、ラック４内の側面部に位置する吸込みスペース４Ｂとが形成されている。収納スペース４Ａの前面側には、アクリル製などの透明または半透明の第１の前面扉４２が開閉自在に配設され、吸込みスペース４Ｂの前面側には、第２の前面扉４３が開閉自在に配設されている。収納スペース４Ａおよび吸込みスペース４Ｂの背面側にはそれぞれ、通気孔が複数形成された第１の背面扉４４および第２の背面扉４５が開閉自在に配設されている。また、吸込みスペース４Ｂの前面側で第２の前面扉４３の内側には、送気ファン４６が上下方向に複数配設されている。 The rack 4 is box-shaped as shown in FIGS. 3 to 5, and a partition plate 41 extending from the back surface to the vicinity of the front surface is disposed inside the rack 4, and the storage space located at the center in the rack 4 by the partition plate 41. 4A and the suction space 4B located in the side part in the rack 4 are formed. A transparent or translucent first front door 42 made of acrylic or the like is disposed on the front side of the storage space 4A so that it can be opened and closed. On the front side of the suction space 4B, the second front door 43 can be opened and closed. It is arranged. On the back side of the storage space 4A and the suction space 4B, a first back door 44 and a second back door 45 each having a plurality of vent holes are disposed so as to be freely opened and closed. A plurality of air supply fans 46 are arranged in the vertical direction inside the second front door 43 on the front side of the suction space 4B.

そして、すべての扉４２〜４５を閉じた状態では、第２の背面扉４５の通気孔が吸込み口４Ｃとなり、第１の背面扉４４の通気孔が吐出口４Ｄとなる。また、収納スペース４Ａには、サーバやコンピュータなどの発熱体が、その背面がラック４内の背面側に位置するように収容される。つまり、吐出口４Ｄが発熱体の背面側に位置する。これにより、送気ファン４６を稼動することで、吸込み口４Ｃから流入した空気（ラック４が設置されている室内の空気）が、吸込みスペース４Ｂを通って、発熱体（収納スペース４Ａ）の前面側から背面側に向かって発熱体を通過して、吐出口４Ｄから流出するように流路が形成されている。 And in the state which closed all the doors 42-45, the vent hole of the 2nd back door 45 becomes the suction inlet 4C, and the vent hole of the 1st back door 44 becomes the discharge port 4D. Further, in the storage space 4 </ b> A, a heating element such as a server or a computer is stored such that the back surface thereof is located on the back side in the rack 4. That is, the discharge port 4D is located on the back side of the heating element. Thereby, by operating the air supply fan 46, the air flowing in from the suction port 4C (the air in the room where the rack 4 is installed) passes through the suction space 4B and the front surface of the heating element (the storage space 4A). A flow path is formed so as to pass through the heating element from the side toward the back side and to flow out from the discharge port 4D.

吸込みスペース４Ｂには、つまり吸込み口４Ｃ側には、図２、３に示すように、冷媒コイル（第１の冷却手段）５と、フリークーリングコイル（第３の冷却手段）６とが配設されている。冷媒コイル５は、流入した空気を冷熱源機３からの冷媒によって冷却するコイル（直膨コイル）であり、その流入口側は、膨張弁（減圧器）５１を介してコンデンサ３２の冷媒の流出口側に接続され、流出口側は、冷熱源機３の圧縮機３１の流入口側に接続されている。そして、コンデンサ３２からの冷媒が、膨張弁５１を経て膨張（減圧）されて冷媒コイル５に供給されている状態で、吸込み口４Ｃから流入した空気が冷媒コイル５を通過することで、空気中の熱が奪われて、空気の温度が降下するものである。 In the suction space 4B, that is, on the suction port 4C side, as shown in FIGS. 2 and 3, a refrigerant coil (first cooling means) 5 and a free cooling coil (third cooling means) 6 are arranged. Has been. The refrigerant coil 5 is a coil (direct expansion coil) that cools the inflowed air with the refrigerant from the cold heat source unit 3, and the inlet side of the refrigerant coil 5 flows through the expansion valve (decompressor) 51. The outlet side is connected to the outlet side, and the outlet side is connected to the inlet side of the compressor 31 of the cold heat source unit 3. Then, in a state where the refrigerant from the condenser 32 is expanded (depressurized) through the expansion valve 51 and supplied to the refrigerant coil 5, the air flowing in from the suction port 4 </ b> C passes through the refrigerant coil 5, thereby The heat is taken away and the temperature of the air drops.

フリークーリングコイル６は、流入した空気を冷却塔２からの冷却水によって冷却するコイルであり、その流入口側は、流入配水管６１の流出口側に接続され、流出口側は、中間配水管６３を介して後述する流出配水管７１の流入側に接続されている。また、流入配水管６１とフリークーリングコイル６とは、三方弁６２を介して接続されている。そして、冷熱源機３（循環ポンプ３３）を介して送られた冷却塔２からの冷却水がフリークーリングコイル６に供給されている状態で、吸込み口４Ｃから流入した空気（流入空気）がフリークーリングコイル６を通過することで、流入空気と冷却水との間で熱交換が行われて、空気の温度が降下するものである。 The free cooling coil 6 is a coil that cools the inflow air with the cooling water from the cooling tower 2, the inflow side is connected to the outflow side of the inflow distribution pipe 61, and the outflow side is the intermediate distribution pipe It is connected to the inflow side of an outflow water distribution pipe 71 described later via 63. The inflow water distribution pipe 61 and the free cooling coil 6 are connected via a three-way valve 62. And in the state in which the cooling water from the cooling tower 2 sent via the cold heat source unit 3 (circulation pump 33) is supplied to the free cooling coil 6, the air (inflowing air) flowing in from the suction port 4C is free. By passing through the cooling coil 6, heat exchange is performed between the inflowing air and the cooling water, and the temperature of the air drops.

このような冷媒コイル５およびフリークーリングコイル６が、図３に示すように、重なるようにして、かつ空気の流れ方向に沿って延びるように配設され、これにより、空気の冷却が良好（十分）に行われるようになっている。また、フリークーリングコイル６の第２の背面扉４５側には、フィルタ４７が配設され、空気に含まれる粉塵などが除去されるようになっている。 As shown in FIG. 3, the refrigerant coil 5 and the free cooling coil 6 are disposed so as to overlap and extend along the air flow direction. ). Further, a filter 47 is disposed on the second cooling door 6 on the second rear door 45 side so as to remove dust contained in the air.

収納スペース４Ａの第１の背面扉４４側には、つまり発熱体の背面側には、流出する空気（収納スペース４Ａからの空気）を冷却塔２からの冷却水によって冷却する背面コイル７（第２の冷却手段）が配設されている。この背面コイル７の流入口側は、三方弁６２を介して流入配水管６１の流出口側に接続され、流出口側は、流出配水管７１の流入口側に接続されている。そして、流入配水管６１からの冷却水が、三方弁６２を介して背面コイル７に供給されるようになっている。このようにして冷却水が背面コイル７に供給されている状態で、発熱体を通過した空気（流出空気）が背面コイル７を通過することで、流出空気と冷却水との間で熱交換が行われて、流出空気の温度が降下するものである。ここで、図２中符号６４および７２は、逆流を防止するための逆止弁である。 On the first back door 44 side of the storage space 4A, that is, on the back side of the heating element, the back coil 7 (the first coil) that cools outflowing air (air from the storage space 4A) with cooling water from the cooling tower 2. 2 cooling means) is provided. The inlet side of the back coil 7 is connected to the outlet side of the inflow water pipe 61 via the three-way valve 62, and the outlet side is connected to the inlet side of the outlet water pipe 71. Then, the cooling water from the inflow water distribution pipe 61 is supplied to the back coil 7 via the three-way valve 62. With the cooling water being supplied to the back coil 7 in this way, the air (outflow air) that has passed through the heating element passes through the back coil 7, so that heat exchange is performed between the outflow air and the cooling water. This is what causes the temperature of the outflow air to drop. Here, reference numerals 64 and 72 in FIG. 2 are check valves for preventing backflow.

また、三方弁６２の開閉状態に応じて、フリークーリングコイル６に冷却水が流れる場合には、フリークーリングコイル６および背面コイル７を通過した冷却水が、第１の配水管３６を介して冷熱源機３のコンデンサ３２に供給される。フリークーリングコイル６に冷却水が流れない場合には、背面コイル７のみを通過した冷却水が、第１の配水管３６を介してコンデンサ３２に供給される。 When the cooling water flows through the free cooling coil 6 according to the open / closed state of the three-way valve 62, the cooling water that has passed through the free cooling coil 6 and the back coil 7 is cooled by the first water distribution pipe 36. It is supplied to the capacitor 32 of the source unit 3. When the cooling water does not flow through the free cooling coil 6, the cooling water that has passed only through the back coil 7 is supplied to the condenser 32 via the first water distribution pipe 36.

ここで、冷媒コイル５およびフリークーリングコイル６の少なくとも一方による冷却が選択自在で、吸込み口４Ｃから流入した空気を冷媒コイル５のみによって冷却するか、フリークーリングコイル６のみによって冷却するか、あるいは双方によって冷却するかを選択できるようになっている。すなわち、冷媒コイル５のみによって冷却する場合には、冷熱源機３の圧縮機３１やコンデンサ３２を稼動して、冷媒を冷媒コイル５に供給するとともに、フリークーリングコイル６に冷却水が供給されないように三方弁６２の開閉状態を設定する。また、フリークーリングコイル６のみによって冷却する場合には、圧縮機３１やコンデンサ３２を停止して、冷媒を冷媒コイル５に供給しないとともに、フリークーリングコイル６に冷却水が供給されるように三方弁６２の開閉状態を設定する。さらに、双方によって冷却する場合には、圧縮機３１やコンデンサ３２を稼動して、冷媒を冷媒コイル５に供給するとともに、フリークーリングコイル６に冷却水が供給されるように三方弁６２の開閉状態を設定する。 Here, cooling by at least one of the refrigerant coil 5 and the free cooling coil 6 is selectable, and the air flowing in from the suction port 4C is cooled only by the refrigerant coil 5, or only by the free cooling coil 6, or both. You can choose whether to cool by. That is, when cooling only by the refrigerant coil 5, the compressor 31 and the condenser 32 of the cold heat source unit 3 are operated to supply the refrigerant to the refrigerant coil 5 and not to supply cooling water to the free cooling coil 6. The open / close state of the three-way valve 62 is set. When cooling only by the free cooling coil 6, the compressor 31 and the condenser 32 are stopped, the refrigerant is not supplied to the refrigerant coil 5, and the three-way valve is supplied so that the cooling water is supplied to the free cooling coil 6. 62 is set to open / close. Furthermore, when cooling by both, the compressor 31 and the condenser 32 are operated, the refrigerant is supplied to the refrigerant coil 5, and the open / close state of the three-way valve 62 so that the cooling water is supplied to the free cooling coil 6. Set.

ところで、冷媒コイル５およびフリークーリングコイル６のどちらかで、あるいは双方で冷却するかは、空気温度や冷却水温度、ラック４内の温度などに応じて決定する。すなわち、できるだけ圧縮機３１やコンデンサ３２を稼動しないで、つまり消費エネルギーを削減しながら、適性にラック４内を冷却できるように決定する。例えば、夏季など外気温度が高い場合には、冷媒コイル５のみで冷却し、冬季など外気温度が低い場合には、フリークーリングコイル６のみで冷却する。また、フリークーリングコイル６のみではラック４内を十分には冷却できない場合には、双方によって冷却する。さらには、外気温度やラック４内の温度などに応じて、冷却塔２のファン２１を稼動させたり、停止させたりし、また、冷媒コイル５に供給する冷媒量や、フリークーリングコイル６および背面コイル７に供給する冷却水量（循環ポンプ３３の吐出量）を調整することで、消費エネルギーを削減することが可能となる。そして、このような選択や調整は、手動によってもよいし、予め記憶したプログラムに基づいて自動制御するようにしてもよい。 By the way, it is determined according to the air temperature, the cooling water temperature, the temperature in the rack 4 or the like whether the refrigerant coil 5 or the free cooling coil 6 or both are cooled. That is, it is determined so that the inside of the rack 4 can be appropriately cooled without operating the compressor 31 and the condenser 32 as much as possible, that is, while reducing energy consumption. For example, when the outside air temperature is high such as summer, cooling is performed only with the refrigerant coil 5, and when the outside air temperature is low such as winter, cooling is performed only with the free cooling coil 6. Further, when the inside of the rack 4 cannot be sufficiently cooled only by the free cooling coil 6, cooling is performed by both. Furthermore, the fan 21 of the cooling tower 2 is operated or stopped according to the outside air temperature or the temperature in the rack 4, and the amount of refrigerant supplied to the refrigerant coil 5, the free cooling coil 6, and the rear surface By adjusting the amount of cooling water supplied to the coil 7 (discharge amount of the circulation pump 33), energy consumption can be reduced. Such selection and adjustment may be performed manually, or may be automatically controlled based on a program stored in advance.

次に、このような構成のラック冷却システム１の作用などについて説明する。 Next, the operation of the rack cooling system 1 having such a configuration will be described.

例えば外気温度が低く、フリークーリングコイル６のみの冷却で十分な場合には、フリークーリングコイル６に冷却水が供給されるように各ラック４の三方弁６２を設定し、各冷熱源機３の圧縮機３１やコンデンサ３２を稼動しないで、循環ポンプ３３を稼動する。これにより、冷却塔２内の冷却水が、各冷熱源機３（循環ポンプ３３）を介して各ラック４のフリークーリングコイル６に供給され、上記のようにして、吸込み口４Ｃから流入した空気がフリークーリングコイル６を通過して、冷却される（降温する）。続いて、この空気が、発熱体の前面側から背面側に向かって発熱体を通過し、発熱体が冷却される。 For example, when the outside air temperature is low and only cooling of the free cooling coil 6 is sufficient, the three-way valve 62 of each rack 4 is set so that the cooling water is supplied to the free cooling coil 6, and The circulation pump 33 is operated without operating the compressor 31 and the condenser 32. Thereby, the cooling water in the cooling tower 2 is supplied to the free cooling coil 6 of each rack 4 via each cold-heat source machine 3 (circulation pump 33), and the air which flowed in from the suction inlet 4C as mentioned above. Passes through the free cooling coil 6 and is cooled (cooled down). Subsequently, the air passes through the heating element from the front side to the back side of the heating element, and the heating element is cooled.

一方、冷却塔２内の冷却水が三方弁６２を介して背面コイル７に供給され、発熱体を通過して昇温した空気が、背面コイル７を通過して冷却され、吐出口４Ｄからラック４外に流出される。また、それぞれフリークーリングコイル６および背面コイル７を通過した冷却水が、冷熱源機３のコンデンサ３２を通って冷却塔２に送られ、冷却塔２内で冷却される。 On the other hand, the cooling water in the cooling tower 2 is supplied to the back coil 7 through the three-way valve 62, and the air that has been heated through the heating element passes through the back coil 7 and is cooled, and is discharged from the discharge port 4D to the rack. 4 It flows out. Further, the cooling water that has passed through the free cooling coil 6 and the back coil 7 is sent to the cooling tower 2 through the condenser 32 of the cold heat source machine 3 and cooled in the cooling tower 2.

また、例えば外気温度が高く、冷媒コイル５による冷却が必要な場合には、各冷熱源機３の圧縮機３１やコンデンサ３２を稼動する。これにより、上記のようにして、各ラック４の冷媒コイル５に冷媒が供給され、吸込み口４Ｃから流入した空気が冷媒コイル５を通過して冷却され、上記と同様にして発熱体側に送られる。ここで、冷却水温度と空気温度との差が低く、フリークーリングコイル６に冷却水を供給しても高い冷却効果を得られない場合などには、三方弁６２を調整してフリークーリングコイル６に冷却水を供給しないようにする。 Further, for example, when the outside air temperature is high and cooling by the refrigerant coil 5 is necessary, the compressor 31 and the condenser 32 of each cold heat source unit 3 are operated. Thereby, as described above, the refrigerant is supplied to the refrigerant coil 5 of each rack 4, and the air flowing in from the suction port 4C is cooled through the refrigerant coil 5, and is sent to the heating element side in the same manner as described above. . Here, when the difference between the cooling water temperature and the air temperature is low and a high cooling effect cannot be obtained even if the cooling water is supplied to the free cooling coil 6, the three-way valve 62 is adjusted to adjust the free cooling coil 6. Do not supply cooling water.

以上のように、このラック冷却システム１によれば、フリークーリングコイル６および背面コイル７に冷却塔２からの冷却水を供給することで、流入する空気および流出する空気を冷却している。つまり、冷熱源機３からの冷媒を使用しないフリークーリングによってラック４内を冷却するため、冷却に要するエネルギーを軽減することが可能となる。しかも、背面コイル７で降温された空気が吐出口４Ｄから流出されるため、ラック４外に高温空気が排出されず、冷却処理がラック４内のみで行われる。さらに、上記のようにして冷媒コイル５およびフリークーリングコイル６による冷却を選択することで、消費エネルギーを削減しながら、適性にラック４内を冷却することが可能となる。 As described above, according to the rack cooling system 1, the inflowing air and the outflowing air are cooled by supplying the cooling water from the cooling tower 2 to the free cooling coil 6 and the back coil 7. That is, since the inside of the rack 4 is cooled by free cooling that does not use the refrigerant from the cold heat source unit 3, it is possible to reduce energy required for cooling. In addition, since the air cooled by the back coil 7 flows out from the discharge port 4D, the high-temperature air is not discharged outside the rack 4, and the cooling process is performed only within the rack 4. Furthermore, by selecting the cooling by the refrigerant coil 5 and the free cooling coil 6 as described above, the inside of the rack 4 can be appropriately cooled while reducing energy consumption.

また、ラック４の背面側に吐出口４Ｄが設けられているため、背面側がより発熱するサーバやコンピュータなどを収容した場合に、より効率的にラック４内を冷却することが可能となる。さらに、冷却塔２からの冷却水を、冷熱源機３のコンデンサ３２の冷却水として使用するとともに、フリークーリングコイル６および背面コイル７への冷却水としても使用するため、冷却水設備の省スペース化、省エネルギー化が図れる。また、ひとつの冷熱源機３から複数のラック４に冷媒が供給されるように冷媒管３４、３５が配設され、ひとつの冷却塔２から複数の冷熱源機３、さらには複数のラック４に、冷却水が供給されるように配水管３６、３７、６１、７１が配設されている。このため、ラック４ごとに冷熱源機３を設けたり、冷熱源機３ごとに冷却塔２を設けたりする必要がなく、設備費や設置スペースを低減することができる。 In addition, since the discharge port 4D is provided on the back side of the rack 4, the inside of the rack 4 can be cooled more efficiently when a server or a computer that generates more heat on the back side is accommodated. Further, since the cooling water from the cooling tower 2 is used as cooling water for the condenser 32 of the cooling heat source unit 3 and also as cooling water for the free cooling coil 6 and the back coil 7, space-saving of the cooling water equipment is achieved. And energy saving. In addition, refrigerant pipes 34 and 35 are arranged so that refrigerant is supplied from one cold heat source unit 3 to a plurality of racks 4, and a plurality of cold heat source units 3 and further a plurality of racks 4 are arranged from one cooling tower 2. In addition, water distribution pipes 36, 37, 61, 71 are arranged so that cooling water is supplied. For this reason, it is not necessary to provide the cooling heat source unit 3 for each rack 4 or to provide the cooling tower 2 for each cooling source unit 3, and the equipment cost and installation space can be reduced.

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、フリークーリングコイル６と背面コイル７とに並列に冷却水を供給できるようになっているが、例えば、フリークーリングコイル６を通過した冷却水を背面コイル７に供給するようにしてもよい。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the specific configuration is not limited to the above embodiment, and even if there is a design change or the like without departing from the gist of the present invention, Included in the invention. For example, in the above embodiment, the cooling water can be supplied in parallel to the free cooling coil 6 and the back coil 7. For example, the cooling water that has passed through the free cooling coil 6 is supplied to the back coil 7. You may make it do.

以上のように、この発明に係るラック冷却システムは、省エネルギー化が可能で、さらには省スペース化が可能なものとして極めて有用である。 As described above, the rack cooling system according to the present invention is extremely useful as it can save energy and can further save space.

この発明の実施の形態に係るラック冷却システムを示す概略構成ブロック図である。1 is a schematic block diagram showing a rack cooling system according to an embodiment of the present invention. 図１のラック冷却システムの冷却塔と冷熱源機とラックとの接続状態を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the connection state of the cooling tower of the rack cooling system of FIG. 1, a cooling-heat source machine, and a rack. 図１のラック冷却システムのラック内を示す平面図である。It is a top view which shows the inside of the rack of the rack cooling system of FIG. 図１のラック冷却システムのラック内を示す正面図である。It is a front view which shows the inside of the rack of the rack cooling system of FIG. 図４のラックの左側面図である。It is a left view of the rack of FIG.

Explanation of symbols

１ラック冷却システム
２冷却塔
３冷熱源機
３１圧縮機
３２コンデンサ
３３循環ポンプ
３４、３５冷媒管（冷媒路）
３６、３７配水管
４ラック
４Ａ収納スペース
４Ｂ吸込みスペース
４Ｃ吸込み口
４Ｄ吐出口
４１仕切り板
４２〜４５扉
４６送気ファン
４７フィルタ
５冷媒コイル（第１の冷却手段）
５１膨張弁
６フリークーリングコイル（第３の冷却手段）
６２三方弁
７背面コイル（第２の冷却手段） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rack cooling system 2 Cooling tower 3 Cooling heat source machine 31 Compressor 32 Condenser 33 Circulation pump 34, 35 Refrigerant pipe (refrigerant path)
36, 37 Water distribution pipe 4 Rack 4A Storage space 4B Suction space 4C Suction port 4D Discharge port 41 Partition plate 42-45 Door 46 Air supply fan 47 Filter 5 Refrigerant coil (first cooling means)
51 Expansion valve 6 Free cooling coil (third cooling means)
62 Three-way valve 7 Back coil (second cooling means)

Claims

A flow path is formed so that the air flowing in from the suction port of the rack that houses the heating element passes through the heating element and flows out from the discharge port,
Provided on the suction port side is a first cooling means for cooling the inflowing air with a refrigerant from a cold heat source unit,
Provided on the discharge port side is a second cooling means for cooling the outflowing air with cooling water from a cooling tower,
Supplying cooling water that has passed through the second cooling means to the cold heat source machine;
A rack cooling system characterized by that.

The discharge port is formed on the back side of the heating element, and the flow path is formed so that air flowing from the suction port is directed from the front side to the back side of the heating element.
The rack cooling system according to claim 1.

Provided on the suction port side is a third cooling means for cooling the air that has flowed in with cooling water from a cooling tower, and supplies the cooling water that has passed through the third cooling means to the cold heat source unit.
The rack cooling system according to any one of claims 1 and 2.

Cooling by at least one of the first cooling means and the third cooling means is selectable,
The rack cooling system according to claim 3.

A refrigerant path is arranged so that the refrigerant is supplied from one cold heat source machine to the first cooling means of the plurality of racks.
The rack cooling system according to any one of claims 1 to 4, wherein the rack cooling system is provided.