JP6049981B2 - 空調機及び空調システム - Google Patents

Description

本発明は、サーバのような情報処理電子機器本体を収容するラックが集合的に配置された部屋を冷却するのに好適な空調機及び空調システムに関し、特に、冗長システムを構成するのに好適な空調機及び空調システムに関する。

大型コンピュータが設置されたコンピュータ室や多数のサーバを収容するラックが整列して配置されたサーバ室には、これら電子機器の動作環境を維持するための空調機が不可欠である。前記したサーバが設置された大空間のコンピュータ室に適用される空調システムには、必要な冷却能力を安定して得るために一般的に予備機を含む複数の空調機で冗長システムが組まれている（例えば特許文献１及び２）。このような冗長構成の空調システムでは、例えば１台の空調機が故障しても、予備機を含む前記複数の空調機の適正な作動の制御によって、電子機器に適正な動作環境を維持することができる。

ところで、このような冗長構成を採用するためには、空調対象となる部屋の最大熱負荷から求められた必要最小限の台数の空調機に加えて、前記した予備機として機能する空調機をさらに設置する必要が生じる。

しかしながら、ラック列単位で区画された小型モジュールサーバ室のような比較的小空間では、冗長システムを構成するための予備の空調機の設置に充分な空間の確保が困難な場合がある。なお、ラック列単位で区画する理由は、ラックの配置換えや改修がラック列単位で行え、運用上有利なためである。

特公平７−６６５９号公報 特開平７−９５７３５号公報

そこで、本発明の目的は、大きな設置容積の増大を招くことなく冗長システムの構成が可能な空調機及び該空調機を含む空調システムを提供することにある。

本発明に係る空調機は、複数の吹出口が設けられ、各吹出口に対応する流路がそれぞれ独立して形成されたハウジングと、該ハウジング内に設けられ、熱源との間で熱媒体が循環し、前記各流路にそれぞれ対応して各流路を横切って設置されたコイルと、該コイルを介して前記熱源からの前記熱媒体と熱交換した風を前記吹出口から吹き出すべく前記各吹出口に対応して前記吹出口が設けられたハウジングにそれぞれ備えられた各ファンと、前記各吹出口に対応して設けられた空気流の逆流を阻止するための逆流防止機構と、前記ファンを駆動すべく各ファンに対応して設けられた駆動源と、該各駆動源を個別に制御可能な制御装置とを含む。

前記ハウジング、コイル、ファン及び該ファンを駆動する駆動源は一般的なファンコイルユニットを構成する要素である。前記流路を共通するハウジングを用い、該ハウジング内に、コイル、ファン及び駆動源のようなハウジングを除く複数のファンコイルユニットセットの構成要素を組み込むだけでは、ファンが停止した吹出口からの室内空気の逆流を招くので、システムを実現することはできない。

しかしながら、本発明に係る前記空調機では、前記流路がそれぞれ独立したハウジングの各吹出口に対応して設けられるファンを駆動する各駆動源が個別に制御であることから、各吹出口から吹き出る空気量を個別に制御することができる。そのため、前記吹出口の数に対応した個数の、吹出量が個別に調整可能な単位モジュールとして作動させることができ、この単位モジュールの集中配置により、大きな設置容積の増大を招くことはない。

しかも、前記吹出口には、各吹出口に対応して吹出口空気流の逆流を阻止するための逆流防止機構が設けられおり、この逆流防止機構により、例えば１つの吹出口に対応した単位モジュールに不具合が生じても、該不具合が生じた単位モジュールの吹出口を閉鎖することができるので、該吹出口を経る空気の逆流を確実に阻止することができ、この逆流による空気流の変化を確実に防止できる。これにより、比較的小空間単位での冗長システムの構成が可能となる。

単一のハウジングを用いることなく、複数のハウジングの結合によっても本願発明を実現できる。すなわち、本発明に係る空調機のハウジングとして、複数のハウジングであってそれぞれに１つの吹出口が設けられ該吹出口に対応する流路が形成され、該吹出口が整列するように相互に結合された複数のハウジングを用いることができる。前記各ハウジング内には、前記したと同様なコイル、ファン、逆流防止機構、駆動源が配置され、該各駆動源が制御装置により個別に制御される。これにより、前記したと同様に、比較的小空間単位での運転が可能となる。

前記逆流防止機構をチャッキダンパーとすることにより、制御装置の作動によることなく、前記吹出口の送風停止に伴って自動的に該吹出口を閉鎖することができる。

複数のハウジングを用いる場合、前記ハウジング毎でモジュール化された構成を採用することができるので、運搬が容易に行え、狭いエレベータにも載せ易い。

前記コイルは、相互に上下となるように設けることもできる。この場合、熱媒体の流路が上下に構成され、前記熱源からの熱媒体が上段コイルに案内された後、下段コイルに案内される。この構成により、熱媒体の熱を有効に利用することができる。

前記ハウジングには、前記流路に沿って前記コイルの前後のいずれか一方に該コイルと並列又は直列に接続される追加コイルを収容するに充分な奥行きを有する空間を設けることができる。これにより、空調対象の熱量の増大に応じて空調機の冷却能力を高めることができる。

前記空間には前記追加コイルを設置するための支持具を配置し、さらに該支持具に前記コイルの点検を許すための点検用扉を設けることができる。

本発明に係る空調機は、最大熱負荷が定められた空間の熱負荷を処理する空調機において、その空調機の容量をｎ分割して各単位モジュールとし、該単位モジュールの台数をｎ＋１とし、該各単位モジュールの空気側流路を独立して形成し、該各単位モジュールに逆流防止機構を設けることができる。

前記各単位モジュールのファンのための電動機に能力制御機能、すなわち回転速度可変機能を付与することができる。

前記最大熱負荷が定められた空間の熱負荷を処理する台数Ｎからなる空調機を用いる空調システムにおいて、各空調機の容量をｎ分割して単位モジュールとし、
（単位モジュールの熱負荷処理能力）×（Ｎ×ｎ−１）＞最大熱負荷…（１）
又は
（単位モジュールの熱負荷処理能力）×（Ｎ×ｎ−２）＞最大熱負荷…（２）
となるように各単位モジュールの熱負荷処理能力を設定することができる。

式（１）は１台の単位モジュールを冗長機として使用し、式（２）は２台の単位モジュールを冗長機として使用する場合のそれぞれの設定条件を示す。

本発明によれば、前記したように、大きな設置容積の増大を招くことなく、比較的小空間単位での冗長構成が可能となる。したがって、少数のラック列単位に区画された、いわゆる小型モジュール型サーバ室にも、適切な設置スペースで、ファンの故障時に空調能力を低下させることなく対応することができる空調システムを提供できる。

本発明に係る空調機を示す断面図であり、 図１に示す線II-IIに沿って得られた断面図であり、 図１及び２に示した空調機の熱媒体の配管系を示す配管図であり、 本発明に係る空調機を用いた空調システムが適用された小型モジュールサーバ室の一例を示す側面図であり、 図４に示した小型モジュールサーバ室を概略的に示す平面図であり、 本発明に係る空調装置の他の例を用いた空調システムを示す図４と同様な側面図であり、 図６に示した空調システムを示す図５と同様な平面図である。 本発明に係る空調システムの他の例を示す図３と同様な図面であり、 図６に示した空調システムの熱媒体の配管例を示す配管図であり、

本発明に係る空調機は、各単位モジュールのハウジング（ハウジング部）のそれぞれに単一の吹出口及び各吹出口に連通する流路を独立して形成し、ハウジングを連結することができる。これに代えて、共通のハウジングを用いることができ、この場合、該ハウジングに複数の吹出口が設けられ、各吹出口に連通する流路が独立して形成される。先に、前者の例について説明する。

本発明に係る空調機１０は、図１及び図２に示されているように、台座となるフレーム１２上に組み込まれた複数の単位モジュール１６（１６ａ〜１６ｄ）と、各単位モジュール１６の作動を制御する制御回路１８とを含む。

各単位モジュール１６（１６ａ〜１６ｄ）は、矩形のハウジング部２０（２０ａ〜２０ｄ）を備え、各ハウジング部２０は、図１に示すように、その前部に空気吹出口２２−１を有し、またその後部に空気吸込口２２−２を有する。各ハウジング２０には、図示の例では、空気吹出口２２−１の前方に突出する矩形のフード部２４（図１参照）が形成されており、各フード部２４には、空気吹出口２２−１からの風向を調整可能に変えるための従来よく知られたルーバ２６が設けられている。

図示の例では、２列２段に配列された４つの各単位モジュール１６（１６ａ〜１６ｄ）が用いられている。各ハウジング部２０は、図２に明確に示されているように、各単位モジュール１６がフレーム１２上で整列するように相互に結合されている。フレーム１２は、棚状に形成された架台で構成することが望ましい。各矩形のハウジング部２０は、その内部に対応する空気吹出口２２−１及び空気吸込口２２−２を連通する空気流路２８（２８ａ〜２８ｄ）を有する。

各単位モジュール１６（１６ａ〜１６ｄ）は、図１に示すように、対応するハウジング部２０（２０ａ〜２０ｄ）内で空気吸込口２２−２に近接して設けられたコイル３０（３０ａ〜３０ｄ）と、ハウジング部２０（２０ａ〜２０ｄ）内で空気吹出口２２−１に近接して配置され、空気吹出口２２−１へ向けて配置されたファン３２（３２ａ〜３２ｄ）と、ハウジング部２０（２０ａ〜２０ｄ）内でコイル３０（３０ａ〜３０ｄ）及びファン３２（３２ａ〜３２ｄ）間に設けられ、該ファンを駆動するための駆動源となる電動モータ３４（３４ａ〜３４ｄ）とを備える。

各単位モジュール１６（１６ａ〜１６ｄ）の電動モータ３４（３４ａ〜３４ｄ）は、制御回路１８により、個別に回転速度及び作動のオン、オフが制御可能であり、対応するファン３２（３２ａ〜３２ｄ）を作動する。各ファン３２は、その作動により、対応する空気吸込口２２−１からコイル３０（３０ａ〜３０ｄ）を経て空気を吸入する。この吸入空気は、対応する空気流路２８（２８ａ〜２８ｄ）を経て対応する空気吹出口２２−１からルーバ２６が設けられたフード部２４に案内され、該フード部から空調機１０の外へ放出される。したがって、制御回路１８は、各駆動源３４（３４ａ〜３４ｄ）の作動制御により、各空気吹出口２２−１からルーバ２６を経て放出される空気流量を個別に制御可能である。

また、図１に示すように、各空気吹出口２２−１には、例えば駆動源３４（３４ａ〜３４ｄ）の停止によって空気吹出口２２−１に作用する風圧が所定値以下になったとき、空気吹出口２２−１を閉鎖する逆流防止機構３６（３６ａ〜３６ｄ）が設けられている。この逆流防止機構３６として、ばね力を利用して開放位置に保持され、自重により閉鎖位置に復帰する従来よく知られたチャッキダンパーを用いることができる。

各コイル３０（３０ａ〜３０ｄ）には、該コイルに熱媒体を循環するための入口及び出口が設けられている。一般的に、前記入口は、コイル３０（３０ａ〜３０ｄ）の下部に設けられ、前記出口は入口の上方に位置するようにコイル３０（３０ａ〜３０ｄ）の上部に設けられている。図３には、各コイル３０（３０ａ〜３０ｄ）と、熱源３８との間で熱媒体を循環させるための不図示のポンプと熱媒体の流通する配管系４０の一例が示されている。熱源３８は例えば冷凍機からなり、該冷凍機から熱媒体としての冷水を供給するための冷水供給管４０−１及び冷水を熱源３８に戻すための冷水帰還管４０−２が伸びる。

冷水供給管４０−１は冷水を各コイル３０（３０ａ〜３０ｄ）に分流するための４つの分岐支管４２−１を有し、冷水供給管４０−１は、各コイル３０の前記入口に伸びる４つの分岐支管４２−１にゲートバルブ４４−１を介して接続されている。また冷水帰還管４０−２は各コイル３０（３０ａ〜３０ｄ）からの冷水を集合するための４つの分岐支管４２−２を有し、冷水帰還管４０−２は、コイル３０の前記出口に伸びる４つの分岐支管４２−２にゲートバルブ４４−２を介して接続されている。

したがって、ゲートバルブ４４−１、４４−２を開放することにより、熱源３８からの熱媒体は、冷水供給管４０−１、各分岐支管４２−１を経て前記入口から各コイル３０（３０ａ〜３０ｄ）に案内される。さらに、前記熱媒体は、各コイル３０（３０ａ〜３０ｄ）をその前記出口に向けて巡り、該出口から各分岐支管４２−２、冷水帰還管４０−２を経て熱源３８に戻る。

このように、前記熱媒体は、熱源３８とコイル３０（３０ａ〜３０ｄ）との間を循環する。各コイル３０（３０ａ〜３０ｄ）の下方には、必要に応じて従来よく知られたドレンパン（図示せず）を配置することができる。また、後述する弁４６の開度制御で、各コイルでのドレインの発生を防止することができ、この場合、前記ドレンパンを不要とすることができる。

前記弁４６の開度制御は、空気吹出口２２の温度（給気温度）に基づいて行われ、これにより各コイル３０（３０ａ〜３０ｄ）を巡る前記熱媒体の流量は、各空気吹出口２２−１から吹き出される空気温度によって決められる。また、各駆動源３４（３４ａ〜３４ｄ）の作動によるファン３２（３２ａ〜３２ｄ）の運転速度に応じて空気吹出口２２−１から放出される空気流量が変化し、場合によってはホットアイル及びコールドアイル間に設けた差圧計によってホットアイルからコールドアイルへの逆流が検出されたとき、ファン３２（３２ａ〜３２ｄ）の回転数は増大される。このように、各単位モジュール１６の冷房能力は、基本的に、コイル３０（３０ａ〜３０ｄ）を巡る前記熱媒体の温度、その流量及びファン３２（３２ａ〜３２ｄ）の運転速度によって決まる。湿度制御は別途外調器により行われる。

各分岐支管４２−１、４２−２には、各コイル３０に流入する熱媒体の流量を調整するための制御バルブとして例えば電子式の２方弁４６が設けられている。各２方弁４６は、制御回路１８により、個別に開閉動作が可能である。この場合、制御回路１８は、各弁４６の開閉動作に加えて、個別にその開度調整をする。

この運用は、次の方法により可能となる。すなわち、４つ（ｎ＋１）の各単位モジュール１６（１６ａ〜１６ｄ）を用いた例では、その１台を予備機として機能させるいわゆるコールドスタンバイ及び４つの各単位モジュール１６（１６ａ〜１６ｄ）の運転能力を最大運転能力よりも低い通常運転状態で機能させるいわゆるホットスタンバイで使用することができる。

例えば、コールドスタンバイで使用する場合、図示の例では、空調対象となる室の最大熱負荷を３（ｎ）台で分担するために、最大熱負荷を３（ｎ）等分することにより、各単位モジュール１６（１６ａ〜１６ｄ）の熱容量が決定される。ここでｎは、単位モジュール１６の数である。

たとえば、各単位モジュール１６（１６ａ〜１６ｄ）の横断面で見た縦横寸法は１ｍ×１ｍであり、各単位モジュール１６（１６ａ〜１６ｄ）の冷却能力は３０〜４０ｋＷとすることができる。この決定された等しい能力の４台（ｎ＋１）の単位モジュール１６（１６ａ〜１６ｄ）のうち、１台の単位モジュール、例えば単位モジュール１６ｄの２方弁４６が閉鎖状態に置かれ、電動モータ３４ｄの作動が停止された状態に置かれることにより、１台の単位モジュール１６ｄが休止状態に置かれる。この状態で、残りの３台の単位モジュール１６ａ〜１６ｃが相等しい通常運転状態（例えば出力３５ｋＷ）に置かれる。これにより、空調機１０の総冷却能力は１０５ｋＷとなり、空調対象となる前記室は、適正な空調が維持される。

制御回路１８は、図示しないが各空気吹出口２２−１に設けられた吹出口温度センサからの信号を受け、該信号の値に応じて各単位モジュール１６の駆動源３４（３４ａ〜３４ｄ）の作動を制御する。したがって、例えば単位モジュール１６ａ〜１６ｃに対応する空気吹出口２２−１の前記温度センサから適正な温度信号を受信している限り、前記したように、適正な空調を維持すべく単位モジュール１６ａ〜１６ｃが適正な運転状態に維持される。

このとき、制御回路１８が各空気吹出口２２−１に設けられた前記温度センサからの温度信号によって例えば単位モジュール１６ａの不具合を検出すると、制御回路１８は、休止状態に置かれていた単位モジュール１６ｄを作動させるべく、その２方弁４６を開放しまたその駆動源３４ｄを作動させる。これと同時に、制御回路１８は、不具合を生じた単位モジュール１６ａの２方弁４６を閉鎖し、またその駆動源３４ａの作動を停止させる。なお、２方弁４６は入口側でなくコイルの出口側に設けて開度制御に供しても良い。

単位モジュール１６ｄの作動によって、適正に冷却された冷風が該単位モジュールの空気吹出口２２−１に向けられると、該空気吹出口に設けられたチャッキダンパー３６ｄがその風圧により押し開けられ、単位モジュール１６ｄのフード部２４からはそのルーバ２６を経て、他の正常動作の単位モジュール１６ｂ、１６ｃと同等の機能で同様に適正な冷風を前記室に供給する。また、不具合を生じた単位モジュール１６ａの駆動源３４ｄの作動が停止されると、該単位モジュールファン１６ａのチャッキダンパー３６ａに作用する風圧の低下により、該チャッキダンパーは、その空気吹出口２２−１を閉鎖する。この不具合を生じた単位モジュール１６ａの空気吹出口２２−１の閉鎖により、該空気吹出口を経る空気の逆流が防止される。

したがって、複数の単位モジュール１６の集中配置により、この複数の単位モジュール１６をコンパクトに配置することができ、これにより、大きな容積増大を招くことなく空調機１０に冗長性を与えることができる。このように、空調機１０によれば、いずれか１台の単位モジュール１６の不具合に拘わらず、風量の減少を生じることなく、前記室の空調を適正に維持することができる。

空調機１０をホットスタンバイで使用する場合、４（ｎ＋１）台のすべての単位モジュール１６が運転状態に置かれる。これら各単位モジュール１６（１６ａ〜１６ｄ）は、前記したコールドスタンバイにおけると同様に、空調対象となる室の最大熱負荷を３（ｎ）台で分担し得るように、その熱容量が決定される。

このようにして設定されたすべての単位モジュール１６（１６ａ〜１６ｄ）は、同時にほぼ等しい運転状態に置かれるが、４台の合計で必要な冷房能力を達成できるように、例えば送風能力を適正に調整すべく制御回路１８により駆動源３４の運転速度が調整される。これにより各単位モジュール１６（１６ａ〜１６ｄ）の冷房能力が、その最大能力よりも小さな割合（例えば８５％）に維持されて運転される。例えば各モジュールが２５ｋＷの冷却能力で運転されるとき空調機１０の総冷却能力が１００ｋＷとなる。

このとき、前記吹出口温度センサによる検知値が所定温度範囲を外れるなどして制御回路１８が例えば単位モジュール１６ａの不具合を検出すると、制御回路１８によって、該単位モジュール１６ａの作動を停止させるべくその駆動源３４ａが停止されまたコイル３０ａの２方弁４６が閉鎖される。これと同時に、制御回路１８は、単位モジュール１６ａの停止に伴う冷房能力の不足を補うべく、他の単位モジュール１６ｂ〜１６ｄの駆動源３４ｂ〜３４ｄの作動速度を均等に高め、あるいはそのコイル３０ｂ〜３０ｄへの冷媒供給量を均等に増大すべく流量が調整可能な弁４６を作動させる。その結果、他の単位モジュール１６ｂ〜１６ｄの冷房能力が高められる。このように、いずれか１台の単位モジュール１６（１６ａ〜１６ｄ）の不具合に拘わらず、前記したコールドスタンバイにおけると同様に、冷房能力に変動を生じることなく、前記室の空調を適正に維持することができる。

ハウジング部２０（２０ａ〜２０ｄ）を用いる例に代えて、前記した共通のハウジングを用いる例では、該共通のハウジングには、複数の空気吹出口（２２−１）が設けられ、さらに前記ハウジング内には、各空気吹出口に連通する空気流路（２８ａ〜２８ｄ）を独立して形成するための区画壁が形成される。

また、各単位モジュール１６の各コイル３０（３０ａ〜３０ｄ）に設けられる各弁４６として、手動操作弁を採用することができる。

図４及び５には、図１ないし３に示した空調機１０を用いた空調システムの具体的な使用例が示されている。冷気の供給は床からは行わず側壁のみから行い、仕切られた天井裏から高温排熱を含む還気を空調機１０に戻す方式である。室５０内は、サンドイッチパネルなどの建材からなる隔壁５２により、その床５０ａ上がサーバ室５４−１と機械室５４−２とに区画されている。また、図４に示すように、室５０の天井には、サーバ室５４−１の天井部に配置された吸込口５６ａ及び該吸込口からの吸入された空気の熱だまりを解消するために必要に応じて設けられる撹拌ファン５６−１を有する通気路５６が形成されている。通気路５６は、ここでは天井チャンバーが採用されている。

サーバ室５４−１には、図５に示されているように、それぞれに図示しない電子機器を多段に収納する従来よく知られた多数のラック５８ａが整列して配置されている。図示の例では、サーバ室５４−１の長手方向に沿って１０台のラック５８ａが２つのラック列５８を構成するように配列されている。このようなサーバ室５４−１は、一般的に、モジュール型サーバ室と称されている。このサーバ室５４−１の両ラック列５８間には仕切り板が渡され、ホットアイル空間６０−１が形成されている。ラック前面と前記仕切り板とで形成される空間５４ｄには境界面に沿いラック５８ａの上面に接して遮蔽板が立設され、供給される冷気が上部からホットアイル空間６０−１に侵入することを防いでいる。ラック列５８の両外側にはサーバ室５４−１の両側壁５４ｃとの間にコールドアイル空間６０−２が形成される。各ラック列５８は、ラックの前面（吸気面）を側壁５４ｃ側へ向けて揃えて配列されている。図示の例では、図面の簡素化のために、各側壁５４ｃに設けられる出入り口及びその扉が省略されている。

機械室５４−２には、空調機１０が、隔壁５２に設けられた送風口５２−１（図４）を経てサーバ室５４−１に送風可能に設置されている。すなわち、フード部２４の先端に隔壁５２の開口端が接し、接続部の周囲がコーキングされている。また、図４に示すように、空調機１０の各単位モジュール１６（１６ａ〜１６ｄ）のコイル３０（３０ａ〜３０ｄ）と、前記したと同様な熱源３８との間には、前記した冷水供給管４０−１及び冷水帰還管４０−２が敷設されている。図４に示した例では、冷水供給管４０−１には冷水を送り出すための冷水ポンプ６２が設けられている。

図４を参照するに、冷水供給管４０−１、冷水帰還管４０−２を経て各単位モジュール１６（１６ａ〜１６ｄ）のコイル３０（３０ａ〜３０ｄ）を循環する冷媒は、該コイルで、ファン３２（３２ａ〜３２ｄ）の作動よって生じる前記空気流と熱交換する。この熱交換によって冷却された空気流が送風口５２−１からラック列５８の送風口５２−１側の端面を経てコールドアイル空間６０−２へ向けて流れないように前記遮蔽板が設けられている。コールドアイル空間６０−２へ流れる空調機１０からの前記冷風は、さらにラック５８ａの前記吸込面から該ラック内の前記電子機器に流れて該電子機器を冷却する。他方、ラック５８ａ内の前記電子機器からラック５８ａを経てホットアイル空間６０−１へ排出された排気により、サーバ室５４−１の室温の上昇を防止する。

また、ホットアイル空間６０−１を流れる空気流は、図４に示されているように、吸込口５６ａから通気路５６を経て空調機１０が配置された機械室５４−２に案内され、再び空気吸込口２２−２から空調機１０に戻され、該空調機により冷却された後、サーバ室５４−１のラック５８列前の空間５４ｄへ放出される。この空気循環により、サーバ室５４ａの空調が適正に維持される。

サーバ室５４−１の空調のために配置される空調機１０は、独立した予備機を設置するほどの大容量を占めることなく、比較的コンパクトに設定することができるので、前記したようなホットスタンバイあるいはコールドスタンバイのいずれかの態様によって運転が可能になる。したがって、比較的小容量の室の空調に冗長システムを組み込むことが可能になる。

図６及び７に示された空調機１１０は、単位モジュール１６（１６ａ〜１６ｄ）のそれぞれに冷却能力の増強のための追加のコイル１３０が設置可能な空間１１２を設けた例を示す。図６及び７に示された単位モジュール１６では、コイル３０（３０ａ〜３０ｄ）とファン３２（３２ａ〜３２ｄ）との配置関係が図１〜５の例と逆になっている。また、ラック列５８は、ラック５８ａの吸気面を対向させ、排気面をラック５８ａの排気面を側壁５４ｃに向けて配置されている。この配置により、サーバ室５４−１内に配置されるラック列５８間にコールドアイル空間６０−２が形成され、各ラック列５８と側壁５４ｃとの間にホットアイル空間６０−１が形成されている点で、図７は図５のラック列５８の配置と異なる。その他の点は、先の例と同一である。

空調機１１０の各単位モジュール１６（１６ａ〜１６ｄ）のコイル３０（３０ａ〜３０ｄ）と、対応するファン３２（３２ａ〜３２ｄ）との間には、それぞれ追加のコイル１３０を設置するための空間１１２が保持されている。この空間１１２には、追加のコイル１３０を設置するための支持具（図示せず）を配置することができ、またコイル３０、１３０の点検を可能にするための点検用扉６１を空調機コイルセションの外板に取り付けることができる。

空間１１２は、コイル３０（３０ａ〜３０ｄ）毎に独立した空気流路２８（２８ａ〜２８ｄ）の空気流通方向にハウジング２０（２０ａ〜２０ｄ）が延長されて設けられている。各空間１１２には、ラック列５８に収容される前記電子機器の増大あるいはラック列５８を構成するラック５８ａの追加等に伴って空調機１０の冷房能力の増大が望まれるとき、各空間１１２へのコイル１３０の増設により、空調機１１０の全体能力を段階的に増強することができる。例えば送風量を変化させずに、各コイルの空気温度差を１０℃から１５℃に設定した場合、空調機１１０の全体能力を１２．５％毎に１５０％まで増強することができる。図６及び７は、単位モジュール１６ａにのみ、追加のコイル１３０が付加された例を示す。

また、空調機１１０の送風量を変化させることなく全コイル３０及び１３０による空気温度差を増大して空調機１１０の冷却能力の増大を図った場合、あるいは冷水温度を低くして空調機１１０からの送風量を減らした場合、ラック列５８に収容された全電子機器の換気風量が空調機１１０の送風量を上回ることがある。そのような場合の対策を図７に示す。ここでは、２つのラック列５８の対向面を前面（冷気取り入れ面）、室の外壁５４ｃに向く面を背面（排気面）にし、ラック背面に排気チャンバーを形成し、これをホットアイル６０−１としている。ホットアイル６０−１は、天井ボードまで立説された遮蔽板によって区画され、天井ボードに形成された排気口及びバイパス用ダンパ６４が開いたときに形成される開口を除いて閉塞された空間とされている。各ホットアイル６０―１とコールドアイル６０―２との間に、前記したバイパス用ダンパ６４を設けることが望ましい。バイパス用ダンパ６４を出た暖気は供給冷気と混合して適温となる。これにより、ラック吸込面での必要風量が確保される。その結果、各ラック５８ａ内での空気流のショートサーキットの発生を防止することができ、またラックの吸込面でのホットスポットの発生を確実に防止することができる。

図８及び図９は、空調機１０の各単位モジュール１６（１６ａ〜１６ｄ）のコイル３０（３０ａ〜３０ｄ）への冷媒のカスケード接続の例を示す。図９に示すように、各上段の単位モジュール１６ａ、１６ｃのコイル３０ａ、３０ｃの前記入口は、冷水供給管４０−１からの分岐支管４２−１に接続されており、各下段の単位モジュール１６ｂ、１６ｄのコイル３０ｂ、３０ｄの前記出口は、冷水帰還管４０−２に至る分岐支管４２−２に接続されている。各下段の単位モジュール１６ｂ、１６ｄの前記入口と、各上段の単位モジュール１６ａ、１６ｃの前記出口と、分岐支管４２−２との間には、３方弁６６が設けられている。そして３方弁６６は、各下段の単位モジュール１６ｂ、１６ｄの前記出口を、各上段の単位モジュール１６ａ、１６ｃの前記入口及び分岐支管４２−２に選択的に連通させることができ、これにより熱媒体を選択的に流通させることができる。３方弁６６は、正常動作では、各下段の単位モジュール１６ｂ、１６ｄの前記入口を各上段の単位モジュール１６ａ、１６ｃの前記出口に接続する。

３方弁６６の正常動作状態では、分岐支管４２−１からの熱媒体（冷媒）は、それぞれ上段の単位モジュール１６ａ、１６ｃのコイル３０ａ、３０ｃの前記入口から該コイルに流入し、該コイルを経た後、その前記出口から対応する下段の単位モジュール１６ｂ、１６ｄのコイル３０ｂ、３０ｄの前記入口に案内され、該入口からそのコイル３０ｂ、３０ｄを流れた後、該コイルの前記出口から分岐支管４２−２に流出する。

このとき、例えば各上段の単位モジュール１６ａ、１６ｃの空気吹出口２２−１から吹き出される冷風の温度が電子機器への適切な給気温度より僅かに低い例えば２３℃となり、各下段の単位モジュール１６ｂ、１６ｄの空気吹出口２２−１から吹き出される冷風の温度が前記適切な給気温度よりも僅かに高い例えば２７℃に設定されるように設定することができる。そのために、分岐支管４２−１から各上段の単位モジュール１６ａ、１６ｃのコイル３０ａ、３０ｃに供給される冷媒の温度が例えば１５℃となり、該コイルから排出され各下段の単位モジュール１６ｂ、１６ｄのコイル３０ｂ、３０ｄに供給される冷媒の温度が例えば２０℃となり、また該コイルから分岐支管４２−２へ排出される冷媒の温度が例えば２５℃となるように、設定することができる。

前記したような設定により、以下に述べるような各点で、エネルギーの効率的利用又はその他の利点の実現が可能になる。
１． 上段からより低い温度の空気が、また下段から相対的に高い温度の冷風がサーバ室５４−１に供給され、ラック内へ給気されるとき混合され吸気時に混合され易いので効率的に冷却することができる。
２． コイル３０（３０ａ〜３０ｄ）での比較的大きな温度差設定に拘わらず、冷媒の循環流量の削減が可能となる。
３． 分岐支管４２−２から冷水帰還管４０−２を流れる帰還媒体（還水）温度が比較的高めに設定できるので、熱源３８として冷凍機を運転しないフリークーリングの利用時間を延ばすことができる。
４． 空調機１０からの給気温度を前記したように上下の２段構成とすることにより、上段に比較して高温の下段の単位モジュール１６ｂ、１６ｄの外気冷房による運転時間を延ばすことができる。
５． 冷水供給管４０−１を経る冷媒供給温度の低減により、上段の単位モジュール１６ａ、１６ｃによる除湿運転が可能となる。
６． コイル３０（３０ａ〜３０ｄ）をファン３２（３２ａ〜３２ｄ）の風下に配置することにより、駆動源３４（３４ａ〜３４ｄ）による昇温の影響を受けた空気が室内に直接供給されることを防止することができ、また該駆動源の保守に有利となる。

前記したように、３方弁６６として、対応するコイル３０（３０ａ〜３０ｄ）の前記入口、出口及び分岐支管４２−２を相互に連通する状態に置く３方弁６６を用いることにより、各下段の単位モジュール１６ｂ、１６ｄのコイル３０ｂ、３０ｄの前記入口と分岐支管４２−２との間の保守用バイパス配管４２−３に図示しない手動バルブ（閉止弁）を設ければ、３方弁６６の異常時に前記手動バルブを閉止操作することにより、各上段の単位モジュール１６ａ、１６ｃのコイル３０ａ、３０ｃからの冷媒を確実に各下段の単位モジュール１６ｂ、１６ｄのコイル３０ｂ、３０ｄに導くことができるので、故障に備えた別途のバイパス管４２−３のための予備のバイパス弁を不要とすることができる。

前記したところでは、単独の空調機１０又は空調機１１０で冗長システムを構成した例について説明した。この例に変えて複数台の空調機１０、１１０で従来のような大型コンピュータ室の冗長システムを構成することができる。この場合特定の１台又は複数の空調機１０、１１０を予備機として待機させるために、該当する予備機のすべての単位モジュール１６を休止状態に置き、正常運転にある空調機１０、１１０が異常を生じた場合に、この異常を生じた空調機１０、１１０に代えて、必要台数の予備機のすべての単位モジュール１６を作動させることができる。

本発明は、上記実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない限り、種々に変更することができる。

１０、１１０ 空調機
１２ フレーム
１６（１６ａ〜１６ｄ） 単位モジュール
１８ 制御回路
２０（２０ａ〜２０ｄ） ハウジング（ハウジング部）
３０（３０ａ〜３０ｄ） コイル
３２（３２ａ〜３２ｄ） ファン
３４（３４ａ〜３４ｄ） 駆動源
３６ 逆流防止機構（チャッキダンパー）
３８ 熱源
４６ 制御バルブ（２方弁）

Claims (6)

1. 最大熱負荷が定められた空間の熱負荷を処理する空調機において、前記最大熱負荷をｎ等分した熱負荷を処理する単位モジュールをｎ＋１台備え、
   前記単位モジュールが、
   吹出口に連通する流路を他の単位モジュールの流路と独立して形成するハウジングと、
   前記ハウジング内に設けられ、熱源との間で熱媒体が循環し、前記流路を横切って設置されたコイルと、
   前記空間から還流された空気を前記コイルを介して前記熱媒体と熱交換させて前記吹出口から空調対象とする前記空間に水平方向へ吹き出させるファンと、
   前記吹出口から吹き出される空気の逆流を阻止するための逆流防止機構と、
   前記ファンを駆動する能力の制御機能を有する電動機と、を備え、
   前記単位モジュールを前記空間側から見て、左右に複数列、且つ上下に複数段配置した空調機。
2. 請求項１に記載の空調機を複数台備える空調システム。
3. さらに、前記ハウジング毎でモジュール化された構成部分を設置するための棚状の架台を含む請求項１に記載の空調機。
4. 前記逆流防止機構は、前記空気を供給する際に当該空気の圧力によって開き、前記空気の供給が停止した際に自重によって閉じるチャッキダンパーである、請求項１に記載の空調機。
5. 前記コイルは、相互に上下となるように設けられ、熱媒体の流路が上下に構成され、前記熱源からの熱媒体が上段コイルに案内された後、下段コイルに案内される、請求項１に記載の空調機を含む空調システム。
6. 前記ハウジングには、前記流路に沿って前記コイルの前後のいずれか一方に該コイルと並列又は直列に接続される追加コイルを収容するに充分な奥行きを有する空間が設けられている、請求項５に記載の空調システム。
   

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