JP5247132B2

JP5247132B2 - 空調システム

Info

Publication number: JP5247132B2
Application number: JP2007310824A
Authority: JP
Inventors: 博之栗山; 卓関根; 一豊鏡
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2007-11-30
Filing date: 2007-11-30
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2027-11-30
Also published as: JP2009133561A

Description

本発明は、電子機器を収納するキャビネットを配置した被調和室の空調システムに関する。

一般に、電子機器が収容されるためのキャビネットの空気出口側に空気−水熱交換器を配置し、キャビネットに収容された電子機器に付設したファンで送風される空気を上記空気−水熱交換器で冷却して室内に戻す電子機器冷却装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の電子機器冷却装置はコンピュータルームに設置され、コンピュータルームに設置されるサーバやネットワーク機器を冷却する。また、一般に、コンピュータルームには空調装置が配設されており、このため、空調装置と電子機器冷却装置との双方によってコンピュータルーム（被調和室）が空調される。
米国特許出願公開第２００６／０２３２９４５号明細書

しかし、従来の構成は、電子機器冷却装置の運転と空調装置の運転とをそれぞれ独立して行っているため、これらをまとめて被調和室の空調システムとして考えると、この空調システム全体のエネルギー消費効率を十分に向上するものではなかった。
そこで、本発明の目的は、エネルギー消費効率を向上することができる電子機器を収納するキャビネットを配置した被調和室の空調システムを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、電子機器を収納するキャビネットを配置した被調和室の空調システムであって、第一圧縮機及び凝縮器を有する第一の熱源機と、前記第一の熱源機から延びる冷媒配管に接続されると共に、ファン付きの電子機器を収容したキャビネットの開口を閉塞するリアドアに配設された蒸発器と、により第一の冷凍サイクルを構成し、前記電子機器に付設したファンで送風される空気を前記リアドアの蒸発器で冷却して被調和室に戻すと共に、第二圧縮機、室外熱交換器、膨張弁及び室内熱交換器を有し、前記被調和室を空調する第二の冷凍サイクルを備え、前記電子機器に付設したファンで送風される空気の温度と前記第一の冷凍サイクルでの目標温度との差に基づく負荷と、室内温度と前記第二の冷凍サイクルでの目標温度との差に基づく負荷との加算値を冷凍負荷とし、前記冷凍負荷が、前記第一の冷凍サイクルのエネルギー消費効率比が１００％近傍になるまでの低負荷範囲では前記第一の冷凍サイクルだけを運転し、前記低負荷範囲を超えている場合には、前記第一の冷凍サイクルの運転を継続しつつ、トータル効率が良くなる能力比で、前記第一及び第二の冷凍サイクルをそれぞれ運転する運転制御手段を備えたので、空調システム全体のエネルギー消費効率を向上することができる。

この構成において、第一及び第二の冷凍サイクルの全負荷時における能力を略等しく設定することが好ましい。また、前記運転制御手段が、第一の冷凍サイクルを優先して、トータル効率が良くなる範囲で、第一及び第二の冷凍サイクルを運転することが好ましい。

また、この構成において、前記トータル効率が良くなる範囲が、第一及び第二の冷凍サイクルの各効率特性を基にして予め設定されていることが好ましい。この場合、前記運転制御手段が、第一及び第二の冷凍サイクルの各効率特性を基にして前記第一圧縮機及び第二圧縮機の運転周波数を制御した後、室内温度と目標温度との差温が小さくならない場合には、該差温が小さくなるように前記第一圧縮機及び第二圧縮機の運転周波数を補正することが好ましい。

本発明によれば、電子機器を収納するキャビネットを配置した被調和室の空調システム全体のエネルギー消費効率を向上することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳述する。
図１は本発明の一実施形態に係るコンピュータルーム（被調和室）２の空調システム１００を示す図である。このコンピュータルーム２は、第一の空気調和装置（以下、「空気調和装置」を「空調装置」という）１と第二の空調装置１１０とを備え、これらによって室内が空調される。第二の空調装置１１０は、室外に設置される室外ユニット（第二の熱源機）１２０と、コンピュータルーム２に設置される室内ユニット１３０とを備え、これらがユニット配管１４０で接続されることによって冷凍サイクルを行う冷凍回路を構成している。

各ユニット１２０、１３０を説明すると、室外ユニット１２０には、能力可変型の圧縮機（第二圧縮機）１２１、電磁式の四方弁１２２、室外熱交換器１２３、膨張弁１２４及び室外ファン１２５等が収容され、室内ユニット１３０には、室内熱交換器１３１及び室内ファン１３２等が収容される。そして、圧縮機１２１が冷凍回路に充填された冷媒を圧縮して吐出することにより、室外熱交換器１２３と室内熱交換器１３１との間で冷媒を循環して冷凍サイクル運転（第二の冷凍サイクル）を行う。
四方弁１２２は、冷房運転と暖房運転とを切り換えるための切換弁であり、図２では冷房運転の状態を示している。この場合、圧縮機１２１から吐出された冷媒は、四方弁１２２を経由して室外熱交換器１２３へ流れた後に室内熱交換器１３１へと流れ、室外熱交換器１２３が凝縮器、室内熱交換器１３１が蒸発器として機能して冷房運転状態となり、室内ファン１３２により室内空気が室内熱交換器１３１で熱交換されて室内を冷房する。
また、四方弁１２２を暖房側に切り換えたときには、図示は省略するが、圧縮機１２１から吐出された冷媒が四方弁１２２を経由して室内熱交換器１３１へ流れた後に室外熱交換器１２３へと流れ、室内熱交換器１３１が凝縮器、室外熱交換器１２３が蒸発器として機能して暖房運転状態となり、室内を暖房する。

図１では室内ユニット１３０をビルトイン型に構成した場合を示している。すなわち、室内ユニット１３０は、天井空間内に設置され、天井を貫通する吸込口１４１を備えると共に、天井に設けられた複数（本例では２つ）の吹出口１４２と室内ユニット１３０とを連結するダクト１４４を備え、室内ファン１３２により吸込口１４１から室内空気を吸い込んで室内熱交換器１３１を通過させ、室内熱交換器１３１で熱交換された調和空気をダクト１４４を介して吹出口１４２から室内に吹き出す。
なお、本実施形態では、第二の空調装置１１０をビルトイン型に構成する場合を示したが、これに限らず、天井埋込型、天井吊り型、壁掛け型、床置き型などの公知の空気調和装置を広く適用することが可能である。

第一の空調装置１は、図２に示すように、コンピュータルーム２の二重床の上に設置されるサーバラック（以下、サーバラックという）１０と、室外に設置される熱源機（第一の熱源機）３０とによって構成される。本実施形態では、図２に示すように、コンピュータルーム２に１２台のサーバラック１０を配置し、３台のサーバラック１０内の電子機器冷却ユニット２０を一台の熱源機３０に各々配管接続した構成を４系統配設した場合を例示している。

図３はサーバラック１０を示す図である。サーバラック１０は、前面及び後面が開口したキャビネット１１を備え、このキャビネット１１内に複数の電子機器３がその背面をキャビネット１１後面に向けて上下に段積み配置される。このキャビネット１１後面には、後面開口６５を閉塞自在に片開きで開閉するリアドア１２が設けられ、このリアドア１２は、通気自在に構成されると共に、その内部に電子機器冷却ユニット２０が配設される。また、サーバラック１０の底にはキャスタ１３が設けられ、サーバラック１０を容易に移動可能にしている。

上記電子機器３は、サーバやネットワーク機器であり、一般に、この種の電子機器３は冷却用のファン（内蔵ファン）４を付設したファン付き電子機器であり、機器内の温度が所定温度を超えるとファン４を駆動し、機器内に外気を導入して機器背面から排出する強制空冷機能を備えている。このため、電子機器３をその背面をキャビネット１１背面に向けて配置することで、図３に冷却風の流れを破線矢印で示すように、電子機器３に付設したファン４により室内空気がキャビネット前面開口から吸い込まれ、電子機器３を冷却してリアドア１２を通過して室内に戻る。また、このリアドア１２を開けることによって、キャビネット１１内の電子機器３へのアクセスが容易になる。

電子機器冷却ユニット２０は、サーバラック１０のリアドア１２に一体的に構成され、図１に示すように、熱源機３０から延びるメイン冷媒配管３１（メイン液管３１Ａ及びメインガス管３１Ｂ）にフレキシブル配管（フレキシブル液管２５及びフレキシブルガス管２６）を介して並列に接続され、熱源機３０と配管接続されることによって冷凍サイクルを行う冷凍回路を構成する。
この電子機器冷却ユニット２０は、図３に示すように、蒸発器２１、膨張弁（不図示）等を収容し、熱源機３０は、図１に示すように、能力可変型の圧縮機（第一圧縮機）３２、凝縮器（室外熱交換器）３５、膨張弁３６、室外ファン３７等を収容する。そして、圧縮機１２１が冷凍回路に充填された冷媒を圧縮して吐出することにより、凝縮器３５と蒸発器２１との間で冷媒を循環して冷凍サイクル運転（第一の冷凍サイクル）を行う。この冷凍サイクル運転は、冷房運転を行う冷凍サイクルであり、本構成では、電子機器３から排出された空気がリアドア１２内の蒸発器２１を流通するよう構成されるため、この際に蒸発器２１によって排出空気が冷却されて室内に排出される。

図３に示すように、蒸発器２１は、リアドア１２の略上下に渡って延在し、上下略中間部を境に上側蒸発部２２と下側蒸発部２３とに分割され、キャビネット１１上半分の電子機器３の冷却を上側蒸発部２２が受け持ち、下半分の電子機器３の冷却を下側蒸発部２３が受け持つように構成される。本構成の電子機器冷却ユニット２０は送風ファンを具備しない構成とされ、電子機器３の内蔵ファン４によって電子機器３の排熱で暖められた空気が蒸発器２１を流通する。このため、リアドア１２内に仮に送風ファンを内蔵した構成に比して、リアドア１２の奥行き寸法が短くなり、サーバラック１０の奥行き寸法を短くすることができる。なお、リアドア１２内に送風ファンを配置し、この送風ファンによって室内空気をキャビネット１１内に導入し、電子機器３を通った空気を蒸発器２１に流通させるようにしてもよい。

ここで、従来の電子機器冷却装置は空気−水熱交換器を備えるため、この空気−水熱交換器にチラー水を循環する経路の一部からでも水漏れが生じると、この水によって電子機器が損傷するといったおそれがある。本構成では、上述したように、電子機器冷却ユニット２０の蒸発器２１には、冷凍サイクルを循環する冷媒が供給されるため、万一冷媒が循環する経路から冷媒の漏れが生じたとしても、この冷媒は即座に蒸発し、電子機器３のショートもしくは漏電を防止することができる。

図２に示すように、メイン冷媒配管３１は、コンピュータルーム２の上床２Ａと下床２Ｂとの間の床下空間内を引き回され、このメイン冷媒配管３１につながるフレキシブル液管２５及びフレキシブルガス管２６は、上床２Ａの開口穴２Ｃ（図２及び図３参照）を通ってリアドア１２内の蒸発器２１につながる。このため、図３に示すように、フレキシブル液管２５及びフレキシブルガス管２６が蒸発器２１から下方に延びた後に床下空間内で緩やかに曲がるように引き回され、これらフレキシブル配管２５、２６の長さに余裕を持たせておくことによってリアドア１２開閉時にフレキシブル配管２５、２６だけがリアドア１２の動きに合わせて移動する。従って、リアドア１２開閉時に他の配管に力が作用することがなく、他の配管、例えば、メイン液管３１Ａ及びメインガス管３１Ｂに鋼管を適用することが可能である。

図４はサーバラック１０の外観図であり、図５はリアドア１２を開いた状態を示す斜視図である。サーバラック１０は、電子機器３（図３参照）を収納するためのキャビネット１１と、このキャビネット１１の後面開口６５を閉塞自在に開閉するリアドア１２とを備える。
キャビネット１１は、収納される電子機器３の規格に合致した大きさを有し、板金性の天板１１Ａ、底板１１Ｂ及び側板１１Ｃ、１１Ｄを備えて矩形状に形成されている。このキャビネット１１の前面及び後面にはそれぞれ前面開口６４（図１参照）及び後面開口６５が形成され、この開口６４、６５を通じてキャビネット１１内にコンピュータルーム２の室内空気が流通する。また、キャビネット１１は、天板１１Ａと底板１１Ｂとの間に、これら天板１１Ａ及び底板１１Ｂと略平行に配置された仕切り板（棚部）１１Ｅを備える。この仕切り板１１Ｅは、キャビネット１１内を区分けするものであり、仕切り板１１Ｅ上に電子機器３が配置される。この仕切り板１１Ｅは、両側板１１Ｃ、１１Ｄに形成された支持部（不図示）によって支持されており、この支持部は上下方向に所定間隔ごとに複数設けられている。これによって、仕切り板１１Ｅを所望の位置の支持部に配置したり、複数の当該仕切り板１１Ｅをキャビネット１１内に配置することができる。

リアドア１２は、金属（例えば、アルミニウム合金）板を折り曲げて形成されており、このリアドア１２の一端側はヒンジ６６を介してキャビネット１１に連結され、他端側に当該リアドア１２を開閉する際に操作されるハンドル６７が形成されている。このハンドル６７を操作して当該ハンドル６７を手前側に引くと、リアドア１２は、図５に示すように、ヒンジ６６を中心に回動してキャビネット１１の後面開口６５が開放される。
また、リアドア１２の外面の略中央部には、図４に示すように、開口部１２Ａが形成されており、この開口部１２Ａには、所定径の孔６８が略一面に形成された表面材６９が配置されている。この表面材６９は、各孔６８を通じてリアドア１２を通風可能とすると共に、このリアドア１２の内部に配置される蒸発器２１を外部に露出させないように機能し、サーバラック１０の美観の向上を図っている。
ここで、表面材６９の各孔６８は、通風を阻害しないように開口率が例えば６０パーセント以上となるように形成されている。さらに、この孔６８孔の径は、人の手指よりも小さな径に設定されている。これによれば、例えば、サーバラック１０に配置される電子機器３のオペレータ）がこの孔６８を通じて蒸発器２１に触れることが防止され、この蒸発器２１のフィンで手指をけがするといった事故を未然に防ぐことができる。

リアドア１２の内面には、図６に示すように、このリアドア１２の略全域に配置される蒸発器２１と、この蒸発器２１に繋がる液分岐管２７Ａ、２７Ｂに設けられる各膨張弁２８Ａ、２８Ｂと、これら膨張弁２８Ａ、２８Ｂの開度を制御するための電装ユニット５１とを一体的に備えている。このように、蒸発器２１、膨張弁２８Ａ、２８Ｂ及び電装ユニット５１をリアドア１２の内面に一体的に配置することにより、これらを一体の電子機器冷却ユニット２０として取り扱うことができ、この電子機器冷却ユニット２０を熱源機３０に接続することにより、簡単に電子機器３の発する熱を冷却することができる。
蒸発器２１の上側蒸発部２２及び下側蒸発部２３は、それぞれ各蒸発部２２、２３に繋がる細径の液分岐管２７Ａ、２７Ｂと、太径のガス管２９とを備え、これら液分岐管２７Ａ、２７Ｂ及びガス管２９は、リアドア１２のヒンジ６６側にまとめて配置されている。本構成では、図６に示すように、ガス管２９を液管２７（液分岐管２７Ａ、２７Ｂ）よりもリアドア１２のヒンジ６６側に配置されている。このため、ガス管２９のガス管接続部ＰＯＵＴに繋がる太径のフレキシブルガス管２６は、ヒンジ６６のより近い位置に配置されるため、リアドア１２を開閉する際に、フレキシブルガス管２６の撓み量を小さく抑えることができ、このリアドア１２を小さな力で開閉することができる。
蒸発器２１は、図７に示すように、冷媒が流れる冷媒管７０と、この冷媒管７０に積層配置される複数の放熱用のフィン７１とを備えて構成されるフィンチューブ型の熱交換器であり、この蒸発器２１の両端には、フィン７１を押さえる管板７２が配置されている。この管板７２は、蒸発器２１をリアドア１２（図６参照）に配置する場合に、このリアドア１２側に当該リアドア１２と略平行に延びる取付部７２Ａを備えて略Ｌ字状に形成されている。本実施形態では、この取付部７２Ａを用いてリアドア１２にねじ止めされることにより、蒸発器２１がリアドア１２内に固定されている。

図６に示すように、蒸発器２１の下方領域には電装ユニット５１が配置されている。これによれば、蒸発器２１で冷却された空気の一部が下降することにより、電装ユニット５１を冷却するため、この電装ユニット５１自体に冷却機器を設ける必要がない。さらに、電装ユニット５１を蒸発器２１の下方に配置したため、この電装ユニット５１と熱源機３０の電装ユニット（以下、第一制御ユニット（図１参照））８０とを接続する内外通信線は、フレキシブル配管２５、２６と共に、開口穴２Ｃを通って上床２Ａと下床２Ｂとの間の床下空間内を引き回されるため、当該内外通信線の長さを短縮することができる。このため、この内外通信線がノイズを拾うことが防止され、電子機器冷却ユニット２０、すなわち蒸発器２１に繋がる各膨張弁２８Ａ、２８Ｂを安定して動作させることができる。

リアドア１２の内面には、図５及び図６に示すように、蒸発器２１を覆うように、所定径の孔７３が略一面に形成されたカバー材７４が配置されている。このカバー材７４は、上記表面材６９と同様にパンチング板で形成されており、各孔７３を通じてリアドア１２を通風可能としている。
カバー材７４は、リアドア１２を開放した場合であっても、電子機器冷却ユニット２０のサービスマン以外が誤って蒸発器２１のフィンに触れることを防止するものである。このカバー材７４は、周囲に形成されたねじ孔（不図示）を通じてリアドア１２にねじ止めで固定されている。ここで。ねじ孔の一部をダルマ孔として、カバー材７４をリアドア１２に仮止めしたねじに引掛けられるようにすることが望ましい。これによれば、メンテナンス時にカバー材７４をリアドア１２に仮固定することができるため、このカバー材７４をリアドア１２に容易に着脱することができる。
また、カバー材７４は、このカバー材７４を取り扱うための一対のハンドル７５を備える。このハンドル７５は、カバー材７４の高さ方向の略中央の縁部にそれぞれ取り付けられており、通風を阻害するものではない。
また、カバー材７４には、図５に示すように、このカバー材７４をリアドア１２に取り付けた際に、膨張弁２８Ａ、２８Ｂに相当する位置に開口７６が形成されている。この開口７６は、カバー材７４を取り外すことなく、膨張弁２８Ａ、２８Ｂをメンテナンスするためのものであり、例えば、膨張弁２８Ａ、２８Ｂの動作を確認したり、当該膨張弁２８Ａ、２８Ｂのコイル部が不良の場合には、この開口７６を通じてコイル部の交換が可能である。

第一の空調装置１は、この空調装置１全体を制御する第一制御ユニット８０の他に、室内配置のリモートコントローラ（不図示）を備えると共に、上側及び下側に収容される電子機器３から排出される空気の温度（排熱温度）を検出する排熱温度センサ（排熱温度検出手段）２９Ｅ、２９Ｆ（図３参照）と、室内温度を検出する室内温度センサ（例えば、リモートコントローラに内蔵される）とを備えており、第一制御ユニット８０は、リモートコントローラに設定された目標温度と、排熱温度センサ２９Ｅ、２９Ｆが検出した排熱温度と、室内温度とを入力して当該空調装置１の各部（圧縮機３２や各種制御弁等）を制御する。
また、第二の空調装置１１０についても、この空調装置１１０を制御する電装ユニット（以下、第二制御ユニットという（図１参照））８５と、室内配置のリモートコントローラ（不図示）とを備えると共に、室内温度を検出する室内温度センサを備え、第二制御ユニット８５は、リモートコントローラに設定された目標温度と室内温度センサが検出した室内温度を入力し、空調装置１１０の各部（圧縮機１２１や各種制御弁等）を制御する。

ところで、上記第一の空調装置１と第二の空調装置１１０とをそれぞれの負荷（冷凍負荷）に応じて独立運転した場合、これらを収容する空調システム１００全体のエネルギー消費効率が低くなってしまうおそれがある。また、第二の空調装置１１０によるサーバラック１０から離れたエリアの局所冷房が生じた場合に、第一の空調装置１を運転していなければ、サーバラック１０内の電子機器３を適切に冷却できなくなってしまうおそれが生じる。
そこで、本実施形態では、空調システム１００全体のエネルギー消費効率（トータル効率）が最適になるように、各空調装置１、１１０の運転を中枢的に制御する集中コントローラ（運転制御手段）２００（図１参照）を備えている。

集中コントローラ２００は、第一の空調装置１及び第二の空調装置１１０の各々に通信線２０１を介して接続され、各空調装置１、１１０と通信する機能を具備している。本構成では、集中コントローラ２００が各空調装置１、１１０の各制御ユニット８０、８５に通信接続され、各制御ユニット８０、８５を介して各種情報（温度情報等）を取得すると共に各圧縮機３２、１２１の運転を制御する。また、集中コントローラ２００は、トータル効率を最適制御するための制御プログラムを記録する記録部（不図示）と、その制御プログラムを実行して各空調装置１、１１０に各種指示を送る制御部（不図示）とを備えたコンピュータ構成を採っている。

以下、説明の便宜上、第一の空調装置１が備える複数台の圧縮機３２を一台の圧縮機３２とし、集中コントローラ２００が、この圧縮機３２の運転制御と、第二の空調装置１１０の圧縮機１２１の運転制御とを行うものとして説明する。また、本構成では、第一の空調装置１及び第二の空調装置１１０を、全負荷時の能力が等しいものとし、かつ、このコンピュータルーム２で想定される最大冷凍負荷（空調負荷及び電子機器３の冷却負荷を含む）の略半分を、いずれの空調装置でも補うことができるように、各空調装置１、１１０の能力が最大冷凍負荷の略５０％に対応する能力に設定される。このため、いずれか一方の空調装置１又は１１０が故障などで運転停止した場合でも、他方の空調装置１１０又は１で、電子機器３の稼働を継続できる程度に冷凍サイクル運転を継続してバックアップ運転を行うことが可能である。

図８は、各空調装置１、１１０の効率特性曲線（効率カーブ）を示す図である。この図では、第一の空調装置１の効率特性曲線ｆ１を一点鎖線で示し、第二の空調装置１１０の効率特性曲線ｆ２を実線で示している。また、横軸が各空調装置１、１１０の圧縮機３２、１２１の能力比を示し、縦軸がエネルギー消費効率比を示している。なお、図示の例では、第一の空調装置１と第二の空調装置１１０とが能力比５５％で効率比が略１００％となる略同等の効率特性曲線の場合を示しているが、この効率特性曲線ｆ１、ｆ２は一例である。
本構成では、上記効率特性曲線ｆ１、ｆ２を事前測定或いはシミュレーションなどによって予め取得しておき、これら効率特性曲線に基づいて空調システム１００のトータル効率が最適になるように、空調システム１００全体の冷凍負荷毎に、各空調装置１、１１０の圧縮機３２、１２１の運転周波数（能力）を決定するテーブルデータを、集中コントローラの記録部に記録している。ここで、図９は、このテーブルデータに基づいて各圧縮機３２、１２１の運転周波数を制御した場合の空調システム１００の効率特性曲線ｆ３を模式的に示す図である。なお、図９の横軸は、各空調装置１、１１０の各々の最大能力を１００％とした場合の空調システム１００全体の能力を０〜２００％で示している。
また、上述の効率特性曲線ｆ１、ｆ２は各空調装置１，１１０の設置環境（外気温度等）によっても若干変化するため、本構成では、以下の制御フローに示すように、上記テーブルデータに基づいて各圧縮機３２、１２１の運転周波数を決めて運転した後、各圧縮機３２、１２１の運転周波数を補正する補正処理を行うようにしている。

図１０は集中コントローラ２００の動作を示すフローチャートである。
まず、集中コントローラ２００は、第一の空調装置１の負荷（電子機器３の冷却負荷）を特定する情報（負荷特定情報）を取得し、つまり、排熱温度センサ２９Ｅ、２９Ｆが検出した排熱温度及び設定された目標温度を取得すると共に、第二の空調装置１１０から負荷（空調負荷）を特定する情報（負荷特定情報）として、室内温度と目標温度とを取得する（ステップＳ１）。
続いて、集中コントローラ２００は、第一の空調装置１の目標温度と排熱温度との差温に基づいて第一の空調装置１の負荷を算出すると共に、第二の空調装置１１０の目標温度と室内温度との差温に基づいて第二の空調装置１の負荷を算出し、これらの算出結果を加算することにより、空調システム１００全体の負荷（以下、冷凍負荷という）を取得する（ステップＳ２）。なお、この負荷の算出処理は各空調装置１、１１０の制御ユニット８０、８５が行い、集中コントローラ２００が各制御ユニット８０、８５が算出した負荷を取得し、空調システム１００全体の冷凍負荷を取得するようにしてもよい。

次に、集中コントローラ２００は、上述したテーブルデータを参照し、空調システム１００全体の冷凍負荷に対応する各空調装置１、１１０の圧縮機３２、１２１の運転周波数を取得することにより、各圧縮機３２、１２１の運転周波数（能力）を決定し（ステップＳ３）、この決定した運転周波数で各圧縮機３２、１２１を運転する（ステップＳ４）。これにより、この空調システム１００は、図９に示す効率特性曲線ｆ３に沿って各空調装置１、１１０を運転させる。
この場合、集中コントローラ２００は、空調システム１００全体の冷凍負荷が低い領域、より具体的には、第一の空調装置１の効率（エネルギー消費効率）が１００％近傍になるまでの低負荷範囲（能力比５５％以下の範囲（図８参照））では、第一の空調装置１だけを運転し、電子機器３の排出空気の冷却を確実に行うようにしている。また、この低負荷範囲を超えている場合には、第一の空調装置１の運転を継続しつつ、空調システム１００のトータル効率が良くなる能力比で、各空調装置１、１１０の圧縮機３２、１２１を運転制御する。
このため、図９に示すように、冷凍負荷（＝能力比）が５５％のときは第一の空調装置１だけを図８に示す能力比５５％の状態で運転して効率比を略１００％の状態にすることができる。また、冷凍負荷が１１０％のときは各空調装置１、１１０を図８に示す能力比５５％の状態（各空調装置１、１１０の効率が略１００％の状態）で各々運転することにより、空調システム１００全体の効率比を略１００％の状態で運転することができる。また、上述した冷凍負荷５５％、１１０％以外の範囲でも、各空調装置１、１１０を各々の負荷で独立運転する場合よりも高いエネルギー消費効率になるように運転することができる。
このように、空調システム１００全体の冷凍負荷に基づいて各空調装置１、１１０の運転能力を決定することにより、各空調装置１、１１０の運転能力を適切に配分して空調システム１００全体のエネルギー消費効率を高くすることができる。

但し、上記空調装置１、１００の運転能力は事前に得た効率特性曲線ｆ１、ｆ２に基づくものであり、実際の設置環境などに起因して効率特性曲線が若干変更した場合、若干の能力不足が生じるおそれがある。このため、本実施形態では、各空調装置１、１１０の運転制御を行った後、集中コントローラ２００が、各圧縮機３２、１２１の運転周波数を補正する運転周波数補正処理も行っている（ステップＳ５）。
具体的には、集中コントローラ２００は、所定の時間間隔で各空調装置１、１１０から取得した室内温度と目標温度との差温を求め、この差温が徐々に小さくなっているか否かを判定する。そして、集中コントローラ２００は、差温が小さくなっていない場合（例えば、差温が以前より大きくなった場合等）には、いずれか一方の空調装置１、１１０（例えば、第一の空調装置１）の能力（圧縮機の運転周波数）を所定量だけ増大する処理、或いは、両方の空調装置１、１１０の能力（圧縮機３２、１２１の運転周波数）を所定量だけ増大する処理を行うと共に、上記差温に基づいて過冷却が生じていた場合には、いずれか一方或いは両方の空調装置１、１１０の能力を減少する、といった能力の増減を行う。
これによって、実際の設置環境などに起因して効率特性曲線が若干変更した場合でも、空調システム１００全体の能力を、冷凍負荷に合った能力に適切に制御することができる。

なお、運転周波数補正処理は上記方法に限らない。例えば、上記テーブルデータに加えて、設置環境等に起因して効率特性が変化した場合の各々に対応する複数パターンのテーブルデータ（各空調装置１、１１０の圧縮機３２、１２１の運転周波数を決定するテーブルデータ）を用意しておき、室内温度が目標温度になるように、使用するテーブルデータを切り換える処理を行うようにしてもよい。上記ステップＳ１〜Ｓ５の処理は、この空調システム１００の運転時に繰り返し実行され、空調システム１００全体の冷凍負荷に応じて各空調装置１、１１０の能力がリアルタイムに可変制御されるようになっている。以上が集中コントローラ２００の動作である。

以上説明したように、本実施形態によれば、サーバラック１０内の電子機器３で暖められた空気を冷却する第一の空調装置１と、室内空調専用の第二の空調装置１１０とを備え、各空調装置１の負荷から空調システム１００全体の負荷を取得し、この空調システム１００のトータル効率が良くなるように各空調装置１、１１０の能力を制御するようにしたので、空調システム１００全体のエネルギー消費効率を向上することができる。この場合、各空調装置１、１１０の能力を、各空調装置１、１１０の各効率特性を基にして設定しているので、エネルギー消費効率を精度良く向上することができる。
また、本実施形態では、各空調装置１、１１０の全負荷時における能力を略等しくしたので、一方の空調装置１又は１１０の運転停止等の不具合が生じた場合でも、他方の空調装置１１０又は１で空調システム１００全体の能力の大幅な落ち込み（本例では能力５０％以下となる事態）を回避できる。しかも、各空調装置１、１１０の能力が最大冷凍負荷の略５０％に対応する能力に設定されるので、冷凍負荷が５０％を大きく超えるような例外ケースが生じない限りは、電子機器３の稼働を継続できる程度の冷凍サイクル運転を継続でき、サービスマンが故障対応をするまで、電子機器３を適切に稼働させることができる。

さらに、本実施形態では、冷凍負荷が低い場合、及び、それ以外の場合でも常に第一の空調装置１の運転を優先して行うようにしたので、第二の空調装置１１０のみを運転する状況が回避され、電子機器３からの排出空気が冷却されなくなってしまう事態を確実に回避できる。
また、本実施形態では、各空調装置１、１１０の効率特性を基にして各圧縮機３２、１２１の運転周波数を制御した後、室内温度と目標温度との差温が小さくならない場合には、該差温が小さくなるように各圧縮機３２、１２１の運転周波数を補正するようにしたので、設置環境等に起因して効率特性が変化した場合でも、コンピュータルーム（被調和室）２の冷凍負荷を満足するように空調システム１００の運転能力を制御することができる。

以上、一実施形態に基づいて、本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、各空調装置１、１１０の制御ユニット８０、８５とは別に集中コントローラ２００を配設し、この集中コントローラ２００が各空調装置１、１１０の運転能力を決定する場合について説明したが、これに限らず、制御ユニット８０、８５のいずれか一方が各空調装置１、１１０の運転能力を決定する処理を行ってもよい。この場合、集中コントローラ２００を省略することができる。

また、上記実施形態では、第一の空調装置１が備える複数台の圧縮機３２を一台の圧縮機３２とし、この圧縮機３２と、第二の空調装置１１０の圧縮機１２１との運転周波数を各々制御するものとして説明したが、要は各空調装置１、１１０が備える複数台の圧縮機３２、１２１を、被調和室の冷凍負荷を満足し、かつ、トータル効率が良くなる範囲で運転するようにすればよい。
また、本実施形態では、電子機器冷却ユニット２０は、冷凍サイクルを構成する蒸発器２１を備える構成について説明したが、これに限るものではなく、例えば、熱源機としてのチラーユニットと冷水配管を介して接続される空気−水熱交換器を備える構成としてもよい。

本発明の一実施形態に係る空調システムを示す図である。第一の空調装置を示す図である。サーバラックを示す図である。サーバラックの外観図である。リアドアを開いた状態のサーバラックの斜視図である。図５のカバー材を外した状態を示す斜視図である。蒸発器の構成を示す斜視図である。第一及び第二の空調装置の効率特性曲線を示す図である。空調システム全体の効率特性曲線を模式的に示す図である。集中コントローラの動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１第一の空調装置（第一の冷凍サイクル）
２コンピュータルーム（被調和室）
３電子機器
４ファン
１０サーバラック
１１キャビネット
１２リアドア
２０電子機器冷却ユニット
２１蒸発器
３０熱源機（第一の熱源機）
３２圧縮機（第一圧縮機）
８０第一制御ユニット
８５第二制御ユニット
１００空調システム
１１０第二の空調装置（第二の冷凍サイクル）
１２０室外ユニット（第二の熱源機）
１２１圧縮機（第二圧縮機）
１３０室内ユニット
２００集中コントローラ
ｆ１、ｆ２、ｆ３効率特性曲線

Claims

電子機器を収納するキャビネットを配置した被調和室の空調システムであって、
第一圧縮機及び凝縮器を有する第一の熱源機と、
前記第一の熱源機から延びる冷媒配管に接続されると共に、ファン付きの電子機器を収容したキャビネットの開口を閉塞するリアドアに配設された蒸発器と、
により第一の冷凍サイクルを構成し、
前記電子機器に付設したファンで送風される空気を前記リアドアの蒸発器で冷却して被調和室に戻すと共に、
第二圧縮機、室外熱交換器、膨張弁及び室内熱交換器を有し、前記被調和室を空調する第二の冷凍サイクルを備え、
前記電子機器に付設したファンで送風される空気の温度と前記第一の冷凍サイクルでの目標温度との差に基づく負荷と、室内温度と前記第二の冷凍サイクルでの目標温度との差に基づく負荷との加算値を冷凍負荷とし、
前記冷凍負荷が、前記第一の冷凍サイクルのエネルギー消費効率比が１００％近傍になるまでの低負荷範囲では前記第一の冷凍サイクルだけを運転し、前記低負荷範囲を超えている場合には、前記第一の冷凍サイクルの運転を継続しつつ、トータル効率が良くなる能力比で、前記第一及び第二の冷凍サイクルをそれぞれ運転する運転制御手段を備えたことを特徴とする空調システム。
第一及び第二の冷凍サイクルの全負荷時における能力を略等しく設定したことを特徴とする請求項１に記載の空調システム。
前記運転制御手段が、第一の冷凍サイクルを優先して、トータル効率が良くなる範囲で、第一及び第二の冷凍サイクルを運転することを特徴とする請求項１または２に記載の空調システム。
前記トータル効率が良くなる範囲が、第一及び第二の冷凍サイクルの各効率特性を基にして予め設定されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の空調システム。
前記運転制御手段が、第一及び第二の冷凍サイクルの各効率特性を基にして前記第一圧縮機及び第二圧縮機の運転周波数を制御した後、室内温度と目標温度との差温が小さくならない場合には、該差温が小さくなるように前記第一圧縮機及び第二圧縮機の運転周波数を補正することを特徴とする請求項４に記載の空調システム。