JP5349868B2 - 空調システム - Google Patents

Description

本発明は、サーバ等のＩＴ機器を収容している室のように発熱密度の高い室内を空調する空調システムに関する。

サーバ等のＩＴ機器などを収容している室では、多数の電源ケーブルや信号ケーブルを配線する必要がある。そのため、床下に配線用の空間が形成された二重床構造となっている場合が多い。

一方、ＩＴ機器などを収容している室では、ＩＴ機器などから発生した熱負荷を処理するために、全顕熱処理型のパッケージエアコン等の空調機が多く使用されている。かかる場合、床下に形成された配線用の空間を風道として利用した床吹き出し空調を行うため、空調機は上部吸込み・下部吹き出し方式となっており、空調機で処理された低温空気を配線用の空間を通じて、ＩＴ機器などの設置場所に搬送し、熱負荷の処理を行っている（例えば特許文献１参照）。

特開２００２−１２２３４８号公報

従来のこのような空調システムの構成を図７に示す。図７に示す例では、室１００の両隅にパッケージエアコンからなる空調機１０１が配置されており、これらの空調機１０１から吹き出される低温空気が、床下の空間１０２に両側から供給され、更に、床１０３に形成された複数の床吹き出し口から、室１００の内部に向けて上向きに供給される。

しかしながら、従来の空調システムでは、空調機１０１からの給気速度が大きいため、室内全体に向けて均一に給気することが困難であり、場所によっては、熱負荷の処理に十分な低温空気の供給ができなくなる恐れがあった。例えば図７に示すように、室１００の両隅に配置した空調機１０１から床下の空間１０２に低温空気を供給した場合、室１００の中央部では、低温空気の吹き出し量が多くなるが、空調機１０１に近い室１００の両隅では、低温空気の吹き出し量が少なくなってしまう。

一方、近年では通信、情報ビジネスの増加に伴い、サーバ等のＩＴ機器などの熱負荷に対する処理能力の増強が求められており、数年後には、サーバ等のＩＴ機器を収納するラック一台の熱負荷は１０ＫＷを超えることも予想される。加えて、ＩＴ機器等は室内において頻繁に配置換えされることが考えられ、かかる配置換えに柔軟に対応できる設備（ファシリティー）が求められている。そのためには、室内の全体に向けて均一に低温空気を供給できる空調システムであることが望ましい。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、室内の全体に向けて均一に低温空気を供給できる空調システムを提供することを目的としている。

この目的を達成するために、本発明によれば、床下に配線用の空間が形成され、室内に給気する複数の床吹き出し口が前記床に設けられた空調システムであって、空調機と前記床下の空間との間に給気チャンバが配置されることにより、前記空調機と前記床下の空間とが、前記給気チャンバを介して連通し、前記給気チャンバは、前記室の幅方向全長に渡って連通するように、内部が空洞に形成され、前記給気チャンバは、前記空調機および前記空間との連通部分を除き、閉塞された状態であり、前記空調機で冷却された低温空気が下向きに吹き出され、前記給気チャンバの内部において横向きに流れて幅方向全体に低温空気が拡散されて前記床下の空間に供給され、前記床吹き出し口から前記室内に給気される、空調システムが提供される。

かかる空調システムにあっては、空調機で冷却された低温空気を、一度給気チャンバ内に供給して拡散させた後、床下の空間に供給することで、給気チャンバから床下の空間に供給される低温空気の風速を均一にすることができる。また、前記空調機と前記給気チャンバとの連通箇所に、前記空調機から吹き出された低温空気を前記給気チャンバ内に拡散させる整流板を取り付けることにより、更には、前記給気チャンバと前記床下の空間との連通箇所または前記給気チャンバの内部に、前記給気チャンバ内から前記床下の空間に供給される低温空気に対して抵抗を加える邪魔板を配置することにより、空調機から供給された低温空気を給気チャンバ内において確実に拡散させ、床下の空間に対する給気チャンバからの低温空気の風速をより均一にすることができる。また、前記給気チャンバに複数の空調機が接続されていても良い。

本発明によれば、空調機で冷却された低温空気が、給気チャンバ内において拡散し、給気チャンバ内から床下の空間に対して均一な風速で供給されるため、低温空気が床下の空間全体に広がって供給される。このため、床に設けられた複数の各床吹き出し口から、低温空気が均一な風速で吹き出され、室内の全体に向けて均一に低温空気が供給される。本発明によれば、室内の温度分布を均一にすることにより、部分的な熱溜まりの発生を回避できるので、サーバ等のＩＴ機器などの熱負荷を効率よく処理でき、近年増加傾向にある熱負荷に対する処理能力を増強させることができる。また、室内の温度分布を均一にすることにより、室内におけるＩＴ機器等の配置換えに柔軟に対応できるようになる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照にして説明する。図１は、本発明の実施の形態にかかる空調システムを適用した室１の説明図である。図２は、図１中のＸ−Ｘ断面における室１内の説明図である。図３は、図１中のＹ−Ｙ断面における室１内の説明図である。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

室１は、通信・情報処理機器室などであり、室１の床１０上には、サーバ等のＩＴ機器を収容したラック１１を並べたラック列１２が複数列設けられている。図示の例では、室１内に２列のラック列１２が適当な間隔を空けて配置されている。

各ラック１１は、保守、点検用の開閉自在な扉（図示せず）を備えている。また、各ラック１１の前後側面は、一方の側面が給気面１５となっており、他方の側面が排気面１６となっている。これら給気面１５、排気面１６は、例えばハニカム構造、フィルタ面、メッシュ、パンチングメタルなどの通気性材料で構成されている。各ラック１１の内部には、室１内の低温空気ＣＡを給気面１５からラック１１内に取り込んで、ラック１１内の雰囲気を排気面１６からラック１１外に排気するための送風機（図示せず）が設置されている。

室１は二重床構造（フリーアクセスフロア）を有しており、床１０の下には、配線用の空間２０が形成されている。各ラック１１に収納されているサーバ等のＩＴ機器などに対する電源ケーブルや信号ケーブルの配線は、この空間２０内を通じて行うことができる。また、床１０には、室１内に向けて低温空気ＣＡを上向きに給気する複数の床吹き出し口２１が設けられている。これら床吹き出し口２１は、床１０の全体に分布して設けられており、床１０上に設置されたラック列１２の周囲において、各床吹き出し口２１から、低温空気ＣＡが給気されるようになっている。

室１内の側方には、空調機２５と給気チャンバ２６が上下に重ねて配置されている。給気チャンバ２６は、室１の幅方向全長とほぼ等しい長さを有する直方体形状である。図３に示すように、給気チャンバ２６は、室１の幅方向全長（配線用の空間２０の幅方向全長）に渡って連通するように、内部が空洞に形成されている。また、給気チャンバ２６は、空調機２５および空間２０との連通部分（後述する開口部２６ａおよび開口３１）を除き、閉塞された状態になっている。空調機２５は、給気チャンバ２６の上面に適当な台数設置されている。なお、空調機２５の設置台数は、室１内に設置されるＩＴ機器の台数などといった熱負荷によって決定される。給気チャンバ２６の上面に設置される空調機２５の台数は、１台でも良く、複数台でも良い。

空調機２５は、例えば全顕熱処理型のパッケージエアコンであり、空調機２５の内部には、冷却コイル２７とファン２８が設けられている。空調機２５は上部吸込み・下部吹き出し方式であり、ファン２８の稼動によって上面から空調機２５内に室内空気を取り込み、冷却コイル２７で冷却した低温空気ＣＡを下面から給気チャンバ２６内に供給するようになっている。

給気チャンバ２６の上部は、床１０よりも上方に突出し、室１内に露出している。図３に示すように、給気チャンバ２６の上面に載せられた空調機２５の下面が、空調機２５からの低温空気ＣＡの吹き出し口２５ａになっており、給気チャンバ２６の上面には、各空調機２５の下面（吹き出し口２５ａ）に対応する箇所に、開口部２６ａが設けられている。

このように、空調機２５と給気チャンバ２６は、空調機２５下面の吹き出し口２５ａと給気チャンバ２６上面の開口部２６ａにおいて連通しており、これら空調機２５と給気チャンバ２６との連通箇所（吹き出し口２５ａ、開口部２６ａ）には、空調機２５から吹き出された低温空気ＣＡを給気チャンバ２６内に拡散させる角錐形状の整流板３０が取り付けられている。

この整流板３０には、多数の開口３１が設けられており、空調機２５から下向きに吹き出される低温空気ＣＡに対して、これら開口３１を通過させて横向きの速度成分を加えることにより、給気チャンバ２６の内部において低温空気ＣＡを横方向に流し、給気チャンバ２６内の幅方向に低温空気ＣＡを拡散させるようになっている。

給気チャンバ２６の下部は、床１０の下に形成された配線用の空間２０と同じ高さに埋め込まれている。給気チャンバ２６と空間２０との連通箇所（即ち、配線用の空間２０に露出している給気チャンバ２６の側面の下部）には、給気チャンバ２６内から空間２０に供給される低温空気ＣＡに対して抵抗を加える邪魔板３５が配置されている。

図示の例では、邪魔板３５は、多数の開口３６を有するパンチングメタルで構成されている。このため、空調機２５から給気チャンバ２６内に供給された低温空気ＣＡは、邪魔板３５に設けられた多数の開口３６を通じて、配線用の空間２０内に供給される。このように、給気チャンバ２６内から空間２０内に供給される低温空気ＣＡに対して、これら開口３６を通過させて抵抗を加えることにより、空間２０に露出している給気チャンバ２６の側面の下部全体から低温空気ＣＡを吹き出し、空間２０内全体に均一な速度で低温空気ＣＡを供給するようになっている。

図１に示すように、室１の天井４０には、給気口４１が設けられており、この給気口４１には、給気ダクト４２が接続されている。また、天井４０には、排気口４３が設けられており、この排気口４３には、排気ダクト４４が接続されている。給気ダクト４２を流れる給気ＳＡと排気ダクト４４を流れる排気ＥＡは、熱交換器４５を介して熱的に接触しており、外部から取り込まれた給気ＳＡが、室１内から排出される排気ＥＡと熱交換されて、室１内に供給されている。

以上のように構成された本発明の実施の形態にかかる空調システムにあっては、室内空気が空調機２５内に取り込まれ、空調機２５で冷却された低温空気ＣＡが給気チャンバ２６内から床１下の空間２０に供給され、更に、床１に設けられた複数の床吹き出し口２１から室１内に低温空気ＣＡが給気される。このように、空調機２５と空間２０との間に給気チャンバ２６を配置したことにより、空調機２５で冷却された低温空気ＣＡを、一度給気チャンバ２６内に供給した後、床１下の空間２０に供給することができる。その結果、空調機２５から供給された低温空気ＣＡを給気チャンバ２６内において拡散させることができ、給気チャンバ２６から床１下の空間２０に供給される低温空気ＣＡの風速を均一にすることができる。

加えて、空調機２５と給気チャンバ２６との連通箇所（吹き出し口２５ａ、開口部２６ａ）に整流板３０が取り付けられていることにより、空調機２５から下向きに吹き出される低温空気ＣＡに対して横向きの速度成分を加え、給気チャンバ２６の内部において幅方向全体に低温空気ＣＡを拡散させることができる。また、給気チャンバ２６と空間２０との連通箇所（配線用の空間２０に露出している給気チャンバ２６の側面の下部）に邪魔板３５が配置されていることにより、給気チャンバ２６内から空間２０に供給される低温空気ＣＡに対して抵抗を加え、空間２０内全体に均一な速度でゆっくりと低温空気ＣＡを供給することができる。この場合、例えば空調機２５から吹き出される低温空気ＣＡの流速が１０ｍ／ｓｅｃであるのに対して、空間２０内に３．５ｍ／ｓｅｃ程度の流速で低温空気ＣＡを供給することができる。なお、空間２０内へ供給される低温空気ＣＡの流速は、整流板３０に設けられた開口３１や邪魔板３５に設けられた開口３６の配置密度、大きさ等を調整することによって、任意に設定できる。本発明では、空間２０内へ供給される低温空気ＣＡの流速が１．０〜５．０ｍ／ｓｅｃの範囲になるように、整流板３０に設けられた開口３１や邪魔板３５に設けられた開口３６の配置密度、大きさ等を調整することが好適である。

このように、本発明の実施の形態にかかる空調システムによれば、空調機２５で冷却された低温空気ＣＡが、給気チャンバ２６内から床１下の空間２０に対して均一な風速で供給されるため、低温空気ＣＡが空間２０内全体に広がって供給される。このため、床１０に設けられた複数の各床吹き出し口２１から、低温空気ＣＡが均一な風速で上向きに吹き出され、室１内の全体に向けて均一に低温空気ＣＡが供給される。そして、室１内の低温空気ＣＡが給気面１５からラック１１内に取り込まれ、ラック１１内に収容されたサーバ等のＩＴ機器が冷却される。

その結果、室１内の温度分布を均一にすることができ、部分的な熱溜まりの発生を回避できるので、サーバ等のＩＴ機器などの熱負荷を効率よく処理でき、近年増加傾向にある熱負荷に対する処理能力を増強させることができる。また、低温空気ＣＡが室１内の全体に向けて均一に供給されるので、室１内におけるＩＴ機器等の配置換えにも柔軟に対応できるようになる。

以上、本発明の好ましい実施の形態の一例を説明したが、本発明は図示の形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に相到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、図４に示すように、給気チャンバ２６を床１０の上面に配置しても良い。この場合、給気チャンバ２０は、上面と底面の少なくとも一部が開口し、他は図１と同様の構成で、給気チャンバ２６と配線用の空間２０との連通箇所は、給気チャンバ２６の下面、および、給気チャンバ２６の下面と対向する床１０の上面部分となる。また、邪魔板３５は床１０と同じ面または床１０よりも僅かに低い面の高さ位置に設けられる。

また、空調機２５と給気チャンバ２６との連通箇所に取り付けられる整流板３０は、角錐形状に限らず、盆の側面に孔を設けた形状、短い横板を千鳥に設けた構成等、任意の構成で良く、空調機２５から下向きに吹き出される低温空気ＣＡに対して横向きの速度成分を加えるものであれば足りる。また、給気チャンバ２６と空間２０との連通箇所に取り付けられる邪魔板３５もパンチングメタルに限らず、例えば可動羽付きの格子、グレーチングなどでも良く、給気チャンバ２６内から空間２０に供給される低温空気ＣＡに対して抵抗を加えるものであれば足りる。

また、図５に示すように、給気チャンバ２６の内部において、空調機２５側と空間２０側とを仕切るように邪魔板３５を配置し（即ち、空調機２５側と空間２０側とを、空間２０に近い側から外壁側に斜めに下降する邪魔板３５（開口板）で仕切り）、給気チャンバ２６の内部において、空間２０に向って供給される低温空気ＣＡに抵抗を加えるようにしても良い。図６は、邪魔板３５が、複数の短い横板３５ａによって構成されている例を示している。

更に、例えば、ラック列１２と空調機２５が同じ軸線上に位置していれば、各空調機２５ごとに給気チャンバ２６を設けても良い。また、任意の複数台の空調機２５ごとに給気チャンバ２６を設けても良い。

また、本発明を通信・情報処理機器室などに適用した例について説明したが、通信・情報処理機器とは、サーバをはじめとして各種のコンピュータ装置、通信機器、演算処理器も含まれる。更に、本発明は、熱処理負荷の高い発熱機器が設置されている室にも同様に適用できる。

本発明は、例えばサーバ等のＩＴ機器を収容している室の空調に適用できる。

本発明の実施の形態にかかる空調システムを適用した室の説明図である。 図１中のＸ−Ｘ断面における室内の説明図である。 図１中のＹ−Ｙ断面における室内の説明図である。 本発明の別の実施の形態にかかる空調システムを適用した室の説明図である。 給気チャンバの内部に邪魔板を配置した例の説明図である。 給気チャンバの内部に複数の短い横板によって構成された邪魔板を配置した例の説明図である。 従来の空調システムの説明図である。

符号の説明

１ 室
１０ 床
１１ ラック
１２ ラック列
１５ 給気面
１６ 排気面
２０ （配線用の）空間
２１ 床吹き出し口
２５ 空調機
２６ 給気チャンバ
３０ 整流板
３１ 開口
３５ 邪魔板
３６ 開口
４０ 天井
４１ 給気口
４２ 給気ダクト
４３ 排気口
４４ 排気ダクト
４５ 熱交換器

Claims (5)

1. 床下に配線用の空間が形成され、室内に給気する複数の床吹き出し口が前記床に設けられた空調システムであって、
   空調機と前記床下の空間との間に給気チャンバが配置されることにより、前記空調機と前記床下の空間とが、前記給気チャンバを介して連通し、
   前記給気チャンバは、前記室の幅方向全長に渡って連通するように、内部が空洞に形成され、
   前記給気チャンバは、前記空調機および前記空間との連通部分を除き、閉塞された状態であり、
   前記空調機で冷却された低温空気が下向きに吹き出され、前記給気チャンバの内部において横向きに流れて幅方向全体に低温空気が拡散されて前記床下の空間に供給され、前記床吹き出し口から前記室内に給気される、空調システム。
2. 前記空調機と前記給気チャンバとの連通箇所に、前記空調機から吹き出された低温空気を前記給気チャンバ内に拡散させる整流板が取り付けられ、
   前記整流板は、前記空調機から下向きに吹き出される低温空気に対して横向きの速度成分を加えることにより、前記給気チャンバの内部において低温空気を横方向に流し、給気チャンバ内の幅方向に低温空気を拡散させる、請求項１に記載の空調システム。
3. 前記給気チャンバと前記床下の空間との連通箇所または前記給気チャンバの内部に、前記給気チャンバ内から前記床下の空間に供給される低温空気に対して抵抗を加える邪魔板が配置されている、請求項１または２に記載の空調システム。
4. 前記給気チャンバに複数の空調機が接続されている、請求項１〜３のいずれかに記載の空調システム。
5. 前記室内に、ラックを並べたラック列が、間隔を空けて複数列設けられ、
   前記ラック列の周囲において、各床吹き出し口から低温空気が給気される、請求項１〜４のいずれかに記載の空調システム。

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