JP5551481B2 - 電算機室専用空調室内機 - Google Patents

Description

本発明は、空調室内機に関し、特に、例えば、サーバー機械室など、内部に複数台のサーバーがサーバーラックに格納されている計算機室内の空調に好適な電算機室専用空調室内機に関する。

例えば、コンピュータネットワークを構築するには、ネットワークを構成する各コンピュータから要求を受けて処理するために、コミュニケーション用、データベース用、ファイル管理用など、各種のサーバー（以下、「電算機」とも言う）を必要とする。これらのサーバーは、その運営や管理の利便性から、一般に、サーバー機械室（以下、「電算機室」とも言う）と呼ばれる部屋に一括して設置されており、また、この電算機室内では、通常、上述した複数台のサーバーがサーバーラックに格納され、そして、当該サーバーラックが、室内の床面に複数台、並べられて設置される。

これらのサーバー、又は、電算機を、その内部に多数配置した電算機室内では、その内部に設置される電算機（サーバー）を安定動作させるため、以下の特許文献１〜３にも示すように、電算機室に空調装置が設置される。即ち、これらの特許文献では、電算機（サーバー）を効率よく冷却するため、局所空調機であるラック型空調機と共に、電算機室の二重床空間に冷気を供給するための電算機室専用空調室内機（なお、当該明細書では「アンビエント空調機」と言う）を設けた空調方法と空調システムが開示されている。

しかしながら、上述した従来技術では、特に、電算機室の二重床空間に冷気を供給するための電算機室専用空調室内機については、室内機筐体の内部に板状の熱交換器を配置すると共に、その下方に送風機を取り付ける構成のものである。そして、筐体上部から吸い込んだ室内空気を、熱交換器を通して冷却し、当該冷却した空気（冷気）を、上記送風機によって、筐体の下部から電算機室の二重床空間に供給する。

特開２００２−１６８４７９号公報 特開２００９−２５７７２１号公報 特開２００９−２５７７３０号公報

ところで、近年においては、上述した電算機室内のラック内に複数台が配置される電算機（サーバー）は、その更なる性能の向上や小型化（容量の増大）に伴って、その動作時の発熱量が大幅に増加している。そのため、電算機室内に配置されてその二重床空間に冷気を供給するための電算機室専用空調室内機についても、更なる、省エネや高効率化が求められており、加えて、機器の設置密度を向上させるためにも、当該室内機自体の小型化（省スペース化）も求められている。

しかしながら、上述した従来技術、即ち、特許文献１〜３により開示される、電算機室内に配置されて二重床空間に冷気を供給するための電算機室専用空調室内機では、上述した要求である冷却性能の向上に対応するためには、その大型化が必要となり、これでは、求められる省エネ・高効率化を達成することは不可能であった。また、小型化（省スペース化。特に、設置面積の改善）の要求にも反してしまうという問題点があった。

更に、上述した従来技術では、空調装置に加え、冷凍機からの冷却水を通過させて空気を冷却する冷却コイルを直列に併設することで、空調装置と冷却コイルを通過する空気の温度差を大きくし、これにより、システムの小型化や省エネに対応するために構造が開示されている。しかしながら、それでは、システムが煩雑化してしまい、導入コストがアップすると共に、冷凍機からの冷却水と電算機室内の間の大きな温度差により、結露が発生しやすいといった問題点も指摘されていた。

本発明は、上述した従来技術における問題点に鑑みて達成されたものであり、より具体的には、特に、電算機室内に配置されて二重床空間に冷気を供給するための電算機室専用空調室内機であって、求められる省エネや高効率化を可能とすると共に、当該装置の小型化（省スペース化）にも有効な、改良された構造の電算機室専用空調室内機を提供することをその目的とする。

本発明によれば、上述した目的を達成するため、まず、筐体内に室内熱交換器を配置し、当該筐体の上面に開口した空気吸込み口から吸入した室内の空気を、当該筐体の底面に開口した空気吐出し口を介して、計算機室の二重の床面内に吹き出す電算機室専用空調室内機であって、前記筐体の下部において、前記室内熱交換器の下流側には、当該外熱交換器により冷却されて空気を前記計算機室の二重の床面内に吹き出すための送風機を配置すると共に、当該送風機を、ターボファンと共に、当該ターボファンの円周方向の外周に沿って形成したファンケーシングにより構成し、かつ、当該ファンケーシングの空気吹出し口を、前記筐体の底面に設けた電算機室専用空調室内機が提供されている。

また、本発明では、前記の電算機室専用空調室内機において、前記筐体内に配置された室内熱交換器は、その断面形状が略「Ｖ」字状に形成され、その折曲げ部が前記空気吸込み口に向かうように配置されていることが好ましく、更には、前記断面形状が略「Ｖ」字状に形成された室内熱交換器は、その熱交換器同士の成す挟角が２０度〜６０度の範囲に設定されていることが好ましい。また、前記筐体の下部に、前記の送風機を、複数個並べて設けてもよく、更には、前記ターボファンの円周方向の外周に沿って形成した前記送風機を構成する前記ファンケーシングを、片面吸込み構造とし、又は、両面吸込み構造としてもよい。

加えて、本発明では、前記の電算機室専用空調室内機において、前記ターボファンの円周方向の外周に沿って形成した前記送風機を構成する前記ファンケーシングを、渦巻き型形状、馬蹄形状、又は、多角形状とすることが好ましく、その場合、前記ターボファンの回転中心軸が、前記ファンケーシングの中心軸に対してオフセットされていることが好ましい。

即ち、本発明は、圧縮機、室外熱交換器(凝縮器)、膨張弁、室内熱交換器（蒸発器）を順次冷媒配管で接続して冷凍サイクルを構成する電算機室専用空調室内機において、送風機に効率の高いターボファンを用い、さらにターボファン周囲にファンケーシングを設けターボファンの吹き出し風を集めて１ヶ所の吹き出し口から排出する構造とすることで、送風機流れを効果的に吹出口に導き効率の改善を図るものである。

上述した本発明によれば、電算機室内に配置されて二重床空間に冷気を供給するための電算機室専用空調室内室であって、求められる省エネや高効率化を可能とすると共に、当該装置の小型化（省スペース化）にも有効な、改良された構造の電算機室専用空調室内機を提供することを可能とする優れた効果を発揮する。

本発明になる電算機室専用空調室内機と、それが配置される計算機室内の空調構造を説明するための図である。 本発明になる電算機室専用空調室内機の内部構造を示すための縦断面図である。 上記電算機室専用空調室内機の筐体内部に設けられる送風装置の一実施例（実施例１）の詳細構造を示す側面図、斜視図、正面図である。 上記電算機室専用空調室内機の筐体内部に設けられる送風装置の他の実施例（実施例２）の詳細構造を示す側面図、斜視図、正面図である。 上記電算機室専用空調室内機の筐体内部に設けられる送風装置の更に他の実施例（実施例３）の詳細構造を示す側面図、斜視図、正面図である。

以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照しながら、詳細に説明する。

まず、添付の図１には、本発明になる電算機室専用空調室内機と、当該室内機が配置される計算機室内の空調構造示しており、図からも明らかなように、当該計算機室（サーバー機械室）１０は、内部に多数のケーブルやハーネスを配線する必要から、その部屋の床面を、所謂、二重の床面１１、１２からなる二重床としている。そして、その内部に複数のサーバー（図示せず）を格納したサーバーラック１５、１５…が、床面１１上に整列して配置されている。そして、本発明に係わる電算機室専用空調室内機２０、２０は、図にも明らかなように、当該計算機室（サーバー機械室）１０の床面１１上で、かつ、当該部屋を区画する壁面１３等に沿って、例えば、複数台、配置される。なお、全体の空調は、ここでは図示しない、圧縮機、室外熱交換器(凝縮器)、膨張弁、室内熱交換器（蒸発器）を、順次、冷媒配管で接続して、冷凍サイクルを構成する空調装置によって行われている。また、図中の符号３０は、複数台が整列した配置されたサーバーラック１５の間に挿入して配置された室内ユニットを示している。

上述した構成になる計算機室１０内の空調構造によれば、図に矢印で示すように、室内の空気は、電算機室専用空調室内機２０の上方の開口から吸入され、上述した冷凍サイクルから供給された冷媒により、以下にも詳細に説明する室内熱交換器（蒸発器）を通して冷却された後、冷気として、その下部（底面開口）から、二重の床面１１、１２からなる二重床の内部に供給される（吹き込まれる）。

その後、この冷気は、二重床面の上床面１１を通して、当該床面１１上に整列して配置されているサーバーラック１５、１５…に供給される。なお、ここに一例として示した空調方法では、図にも示すように、複数列に整列配置したサーバーラック１５、１５…の間に、交互に、コールドアイルとホットアイルを形成し、これらコールドアイルとホットアイルの間に配置されたラック内部のサーバーを冷却し、計算機室（サーバー機械室）１０内に戻る。即ち、この場合、空調室内機２０の下部（開口）から二重床１１、１２の内部に吹き込まれた冷気は、二重床の上床面１１を介して、コールドアイルに供給される。また、図には、やはり矢印により、これらコールドアイルとホットアイルの間に配置されたサーバーラック１５、１５…内を流れる空気（冷気）の流れが示されている。また、上記室内ユニット３０により、コールドアイル側の比較的低温の空気が、ホットアイル側に導かれる。

続いて、上述したように、計算機室１０内において、二重床の上床面１１に配置され、その上部から室内の空気を吸い込み、これを冷却した冷気を、当該二重床の間に吹き込むための室内機である、電算機室専用空調室内機の詳細について、以下に、添付の図２を参照しながら、詳細に説明する。なお、この図２は、電算機室専用空調室内機の内部構成を示す縦方向の断面図である。

図２において、電算機室専用空調室内機は、その外形状を略箱型に形成した筐体２１の上部（上面）に、空気吸込み用の開口２２を形成し、そして、その下部（底面）にも、同様に、空気吐出し用の開口部２３が設けられている。なお、空気吸込み口２２には、メッシュ状の覆やフィルタなどが設けられてもよい。また、この電算機室専用空調室内機は、その空気吐出し用の開口部２３が、上記二重床の上床面１１に予め設けられた開口部の位置になるように設置される。

次に、上述した筐体２１の内部、特に、その下部（下流側）には、送風機２４が配置されており、当該送風機２４の空気吹出し口２４１は、下部に向けて設置されており、もって、二重床１１、１２内に冷風を吹き出す構造となっている。そして、当該送風機２４の上部には、その断面形状が略「Ｖ」字状になるように形成された、所謂、Ｖ型構造の熱交換器２５は、上下逆向きに、即ち、その折曲げ部が吸込み口に向かうように配置されている。更に、筐体２１の内部の内面の一つ（上記壁面１５側の面）に沿って、端子台２６、機械室２７、そして、電気室２８が形成されている。なお、機械室２７には電動式の圧縮機等が設置されており、また、端子台２６では、装置外部の電源配線等との電気的接続を行う。そして、電気室２８には、電動式の圧縮機や送風機の回転を駆動・制御するためのコントローラや駆動回路などが配置されている。

そして、本発明では、上述した筐体２１内部に設けられた送風機２４は、添付の図３に示すように、ターボファン２４２と、その周囲（円周方向の外周）に設けられたファンケーシング２４３とから構成されている。なお、ここで、図３（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ、送風機全体の側面図、その斜視図、そして、その正面図を示しており、なお、ここでは、上記ターボファン２４２を回転駆動するための電動機は、図示されていない。

このように、電算機室専用空調室内機２０の筐体２１内の空気（冷気）を、その下部（底面）の開口（吹出口２４１）から二重床１１、１２の内部に吹き込むための送風機２４として、ターボファン２４２を用い、そして、その周囲（ターボファンの円周方向の外周）にファンケーシング２４３を設けることによれば、同一の風量（例えば、熱交換器では２．５ｍ／ｓ、筐体内部では５〜６ｍ／ｓ程度）を得るために、例えば、シロッコファンを採用した場合に比較して、その送風機効率を、４５％〜６０％程度（シロッコファン、９．３ｋＷ）から、６５％〜８０％（３．８ｋＷ）程度に、大幅に、向上させることができる。なお、ここで、上述したターボファンは、単一、又は、複数構成のものでも良い。なお、ターボファン２４２の外周（円周方向の外周）に沿って設けられたケーシング２４３は、ターボファンが側面より吸い込んで円周に吹き出した風を集め、下面に吹き出す働きを増大することにより、送風機の効率を大幅に向上させることとなる。

また、上記の図３には、特に、その好適な一例として、渦巻き型のケーシング２４３を示しており、そして、図からも明らかなように、ターボファン２４２の回転中心（軸）は、ケーシングを形成する渦巻きの中心付近に配置されている。

更に、添付の図４及び図５には、上述したケーシングの他の変形例が示されている。まず、図４に示すケーシング２４３'は、図示のように、上記渦巻き型のケーシングの吹出部のカットオフ（即ち、ケーシングの出張り部）を省略し、所謂、馬蹄形状にしたものである。この馬蹄形状のケーシングは、上記の渦巻き型のケーシングに比較して製造し易く、そのため、電算機室専用空調室内機をより安価に製造する場合に有利である。但し、かかるケーシングを利用する場合には、図にも示すように、渦巻き型のケーシングではカットオフがあった側（即ち、図の左側）ケーシング２４３'とターボファン２４２との間のクリアランスを狭くなるよう、空気の吹き出し側に、ケーシングのセンターをファンに対してオフセットして配置することによれば、より多くの空気の流量が得られることから、好ましい。

次に、図５には、上記の馬蹄形状ケーシングの曲線部を直線部で置き換えた、即ち、多角形型の形状のケーシング２４３”の例を示している。この場合には、上述した渦巻き型や馬蹄形状とほぼ同様の効果を得つつも、その外周形状が曲面のケーシングに比較して製作が容易であることから、製作コストを更に抑えることが出来ることから、電算機室専用空調室内機をより安価に製造する場合に有利である。なお、この場合においても、ケーシング２４３”とターボファン２４２との間のクリアランスを狭くなるよう、空気の吹き出し側に、ケーシングのセンターをファンに対してオフセットして配置することが好ましい。

なお、これら渦巻き型のケーシング２４３、馬蹄形状のケーシング２４３’、多角形型の形状のケーシング２４３”は、その両側面（即ち、円周方向の外周に垂直な両側の面）は、その一方だけを開放し、他方を閉止した構造（即ち、片面吸込み構造）、又は、両側面を開放した構造（即ち、両面吸込み構造）のものでもよい。

そして、上述したように、ターボファン２４２とその円周方向の外周に設けられたファンケーシング２４３、２４３’、２４３”とから構成される送風機２４は、電算機室専用空調室内機２０の筐体２１の幅方向の寸法に応じ、単数、又は、複数個、並べて設けてもよい。その際、特に、複数個送風機２４を並べて設ける場合には、上述したように、送風機はそのケーシングの構造により、片面吸込み構造と、両面吸込み構造とに分けられるが、その一方の構造のものだけを用いても良く、或いは、これらを併用しても良い。

更には、上述したように、上記送風機２４の上部に上下逆向きに配置されたＶ型構造の熱交換器２５は、上記図２にも明らかなように、それぞれ板状の２枚の熱交換器をＶ字状に組み合わせて構成されており、それらの熱交換器同士の成す角度を、２０度〜６０度の範囲に設定されている。なお、これら２枚の熱交換器は、それぞれ別体で構成してもよく、又は、例えば、１枚の熱交換器にＶ字状の溝を形成し、又は、予め折曲げ部を形成しておき、これを折り曲げることによって形成してもよい。

このように、熱交換器同士の距離が、上部で狭く、下部で広い構造（換言すれば、吸い込み面と直交する側から見て逆Ｖ型構造）とすることによれば、比較的、その奥行きの小さな筐体２１内でも、十分に大きな面積の熱交換器を配置することが可能となる。即ち、これにより、熱交換器面積を拡大することにより、省エネや高効率化を可能とすると共に、通風抵抗増加を抑えつつ、空間利用率を高め、もって、当該装置の小型化（化特に、奥行き寸法の省スペース）に有効な構成とすることが出来る。

１０…計算機室（サーバー機械室）、１１、１２…二重の床面、２０…電算機室専用空調室内機、２１…筐体、２２…空気吸込み口、２３…空気吐出し用の開口部、２４…送風機、２４１…空気吹出し口、２５…熱交換器、２４２…ターボファン、２４３、２４３’、２４３”…ファンケーシング。

Claims (10)

1. 筐体内に室内熱交換器を配置し、当該筐体の上面に開口した空気吸込み口から吸入した室内の空気を、当該筐体の底面に開口した空気吐出し口を介して、計算機室の二重の床面内に吹き出す電算機室専用空調室内機であって、
   前記筐体の下部において、前記室内熱交換器の下流側には、当該外熱交換器により冷却された空気を前記計算機室の二重の床面内に吹き出すための送風機を配置し、当該送風機を、ターボファンと共に、当該ターボファンの円周方向の外周に沿って形成したファンケーシングとにより構成し、かつ、当該ファンケーシングの空気吹出し口を、前記筐体の底面に設けると共に、前記筺体の内面の一つに沿って端子台、機械室、及び電気室を積み上げて配置し、更に前記筐体内に配置された前記室内熱交換器は、その断面形状が略「Ｖ」字状に形成され、その折曲げ部が前記空気吸込み口に向かうように配置され、且つ前記室内熱交換器の略「Ｖ」字状の一方の辺は、前記端子台、前記機械室、及び前記電気室に向かって延びると共に前記室内熱交換器の略「Ｖ」字状の他方の辺よりは短く形成され、更に前記室内熱交換器の短く形成された前記一方の辺は前記機械室の上側まで延びていることを特徴とする電算機室専用空調室内機。
2. 前記請求項１記載した電算機室専用空調室内機において、前記端子台には外部の電源配線が配置され、前記機械室には電動式の圧縮機が配置され、前記電気室には前記電動式の圧縮機や前記送風機の回転を駆動・制御するコントローラや駆動回路が配置されていることを特徴とする電算機室専用空調室内機。
3. 前記請求項２記載した電算機室専用空調室内機において、前記断面形状が略「Ｖ」字状に形成された室内熱交換器は、その熱交換器同士の成す挟角が２０度〜６０度の範囲に設定されていることを特徴とする電算機室専用空調室内機。
4. 前記請求項１記載した電算機室専用空調室内機において、前記筐体の下部に、前記の送風機を、複数個並べて設けたことを特徴とする電算機室専用空調室内機。
5. 前記請求項１記載した電算機室専用空調室内機において、前記ターボファンの円周方向の外周に沿って形成した前記送風機を構成する前記ファンケーシングを、片面吸込み構造としたことを特徴とする電算機室専用空調室内機。
6. 前記請求項１記載した電算機室専用空調室内機において、前記ターボファンの円周方向の外周に沿って形成した前記送風機を構成する前記ファンケーシングを、両面吸込み構造としたことを特徴とする電算機室専用空調室内機。
7. 前記請求項１記載した電算機室専用空調室内機において、前記ターボファンの円周方向の外周に沿って形成した前記送風機を構成する前記ファンケーシングを、渦巻き型形状としたことを特徴とする電算機室専用空調室内機。
8. 前記請求項１記載した電算機室専用空調室内機において、前記ターボファンの円周方向の外周に沿って形成した前記送風機を構成する前記ファンケーシングを、馬蹄形状としたことを特徴とする電算機室専用空調室内機。
9. 前記請求項１記載した電算機室専用空調室内機において、前記ターボファンの円周方向の外周に沿って形成した前記送風機を構成する前記ファンケーシングを、多角形状としたことを特徴とする電算機室専用空調室内機。
10. 前記請求項８又は９に記載した電算機室専用空調室内機において、前記ターボファンの回転中心軸が、前記ファンケーシングの中心軸に対してオフセットされていることを特徴とする電算機室専用空調室内機。

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