JP7308096B2 - 空調システム - Google Patents

Description

本開示は、サーバ室内の空調を行う空調システムに関する。

特許文献１に記載の空調システムでは、サーバ室の壁から当該サーバ室内の暖気を吸い込むとともに、天井から冷気をコールドアイル（冷風通路）に供給している。特許文献２に記載の空調システムでは、ハニカム形状のルーバにて冷気の流通方向及び流速を調節している。

特開２０１８－２８４１７号公報 特開２０１４－３１９７５号公報

発明者等が実施した試験から得られた知見によると、天井から冷気をコールドアイルに供給する空調システムにおいては、上から下に向けて冷気が真っ直ぐにコールドアイルに流入することが望ましい。

本開示は、上記点に鑑み、上から下に向けて冷気が可能な限り真っ直ぐにコールドアイル等の冷気空間に流入可能な空調システムの一例を開示する。

情報通信技術機器が載置される複数のラック（３）が設置されたサーバ室（ＳＲ）内の空調を行う空調システムは、例えば、以下の構成要件のうち少なくとも１つを備えることが望ましい。

すなわち、当該構成要件は、複数のラック（３）が直列に並んだラック列（Ｒ）により区画される冷気空間（３Ａ）に冷気を供給する空調機（４）であって、サーバ室（ＳＲ）内の空気を水平方向から吸引して当該空気を冷却する空調機（４）と、冷気空間（３Ａ）の上方側に設けられ、当該冷気空間（３Ａ）に冷気を供給するための冷気供給室（５）であって、空調機（４）から冷気が供給される冷気供給室（５）と、冷気供給室（５）と冷気空間（３Ａ）とを連通させる開口部（５Ａ）に設けられた整流パネル（１０）であって、上下方向に貫通した多数個の角穴（１１）を有する整流パネル（１０）と、開口部（５Ａ）の外縁側のうち少なくとも一部に設けられ、冷気供給室（５）内の冷気を整流パネル（１０）に向けて導くベルマウス状の気流ガイド（２０）とである。

これにより、当該空調システムでは、上記外縁から離れた部位から開口部（５Ａ）に流入する冷気（以下、第１流入冷気という。）の流入仰角は、外縁近傍から開口部（５Ａ）に流入する冷気（以下、第２流入冷気という。）の流入仰角に比べて大きい。

つまり、第１流入冷気は、第２流入冷気に比べて、上下方向に近い方向から整流パネル（１０）に進入する。このため、第１流入冷気は、整流パネル（１０）にて十分に上下方向に整流され得る。

一方、第２流入冷気は、第１流入冷気に比べて流入仰角が小さく、かつ、流速も大きいので、整流パネル（１０）のみでは、第２流入冷気が上下方向に十分に整流されない可能性が高い。

しかし、当該空調システムでは、第２流入冷気は、ベルマウス状の気流ガイド（２０）にて整流パネル（１０）に案内された後、当該整流パネル（１０）に進入するので、第２流入冷気は、整流パネル（１０）にて十分に上下方向に整流され得る。

因みに、上記各括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的構成等との対応関係を示す一例であり、本開示は上記括弧内の符号に示された具体的構成等に限定されない。

第１実施形態に係る空調システム（サーバ室及び機械室）の平面図である。 第１実施形態に係る空調システム（サーバ室及び機械室）の立面図である。 第１実施形態に係る空調システム（サーバ室）の立面図である。 第１実施形態に係る整流パネルを示す図である。 第１実施形態に係る整流パネルを示す図である。 Ａ及びＢは、整流パネルの角穴を示す図である。 第２実施形態に係る空調システム（サーバ室及び機械室）の立面図である。

以下の「発明の実施形態」は、本開示の技術的範囲に属する実施形態の一例を示すものである。つまり、特許請求の範囲に記載された発明特定事項等は、下記の実施形態に示された具体的構成や構造等に限定されない。

なお、各図に付された方向を示す矢印及び斜線等は、各図相互の関係及び各部材又は部位の形状を理解し易くするために記載されたものである。したがって、本開示に示された発明は、各図に付された方向に限定されない。

少なくとも符号が付されて説明された部材又は部位は、「１つの」等の断りがされた場合を除き、少なくとも１つ設けられている。つまり、「１つの」等の断りがない場合には、当該部材は２以上設けられていてもよい。本開示に示された空調システムは、少なくとも符号が付されて説明された部材又は部位等の構成要素を備える。

（第１実施形態）
＜１．空調システムの概略構成＞
本実施形態は、データセンター用の空調システムに本開示を適用したものである。データセンターには、複数の情報通信技術用機器（以下、ＩＣＴ機器と記す。）が設置されたサーバ室が設けられている。本実施形態に係る空調システムは、当該サーバ室内の空調を行う。

サーバ室内には、１台又は複数のＩＣＴ機器（図示せず。）が設置されている。当該ＩＣＴ機器は、図１に示されるラック３に搭載された状態でサーバ室ＳＲに設置されている。ラック３は、少なくとも１台のＩＣＴ機器が搭載される棚である。

当該サーバ室ＳＲには、複数のラック３が直列状に並んで設置されている。以下、列状に並んだ複数のラック３をラック列Ｒともいう。このため、サーバ室ＳＲ内の空間は、ラック列Ｒにより複数の空間に区画されている。

ラック列Ｒを挟んで一方には、各ＩＣＴ機器を冷却するための冷風が供給される冷風通路（コールドアイル）３Ａが設けられている。当該冷風通路３Ａは冷気空間の一例である。本実施形態に係るサーバ室ＳＲには、４つのラック列Ｒ及び２つの冷風通路３Ａが構成されている。

ラック列Ｒを挟んで他方には、各ＩＣＴ機器を冷却して温度が上昇した空気（以下、温風ともいう。）が集合する温風通路（ホットアイル）３Ｂが設けられている。冷風通路３Ａと温風通路３Ｂとは、仕切部材３Ｃ（図１～図３参照）により仕切られている。

このため、冷風通路３Ａに供給された冷風は、各ラック３（ＩＣＴ機器）を通過して温風通路３Ｂに流入する。冷風は、図１に示される少なくとも１台（本実施形態では、複数）の空調機４により生成される。

各空調機４は、図２に示されるように、サーバ室ＳＲ内の空気を水平方向から吸引して当該空気を冷却した後、当該冷却した空気、つまり冷風を冷風通路３Ａに供給する。このため、サーバ室ＳＲと各空調機４が設置された空間（機械室ＭＲ）とは、壁等の区画部材Ｗにより区画されている。

区画部材Ｗには、各空調機４の吸気口（図示せず。）とサーバ室ＳＲ内とを連通させる開口（図示せず。）が設けられている。冷風通路３Ａの上方側には、冷気供給室５が設けられている。

冷気供給室５は、冷風通路３Ａに冷気を供給するため空間であって、各空調機４から冷気が供給される空間である。本実施形態に冷気供給室５は、サーバ室ＳＲの天井側の空間が利用されたものである。

具体的には、冷気供給室５は、天井板（図示せず。）と当該天井版の上方に位置するスラブ（図示せず。）との間の空間が利用されたものである。なお、当該冷気供給室５は、図２及び図３に示されるように、サーバ室ＳＲの上部略全域に拡がる空間である。

各空調機４から吹き出された冷風は、図２に示されるように、機械室ＭＲ内で流通方向が略１８０度上方側に転向した後、冷気供給室５に流入する。このため、冷気供給室５に流入する冷風の多くは、約水平方向から冷気供給室５に流入する。

＜２．整流構造＞
整流構造は、冷気供給室５内の冷気（冷風）を上から下に可能な限り真っ直ぐ各冷風通路３Ａに流入させるための構造である。当該整流構造は、図２及び図３に示されるように、整流パネル１０及び気流ガイド２０等を少なくとも有して構成されている。

なお、整流構造は冷風通路３Ａそれぞれに設けられている。本実施形態では、各整流構造は同じである。以下の説明は、２つの冷風通路３Ａのうち第１の冷風通路３Ａに関する説明である。

＜整流パネル＞
整流パネル１０は、冷気供給室５と冷風通路３Ａとを連通させる開口部５Ａに設けられている。当該整流パネル１０は、図４及び図５に示されるように、上下方向に貫通した多数個の通風口１１を有する。本実施形態に係る各通風口１１は、上下方向に貫通した角穴である。このため、以下の説明では、当該通風口１１は角穴１１と記されている。

すなわち、整流パネル１０は、多数個の角穴１１が設けられたパネル材１２、及びパネル材１２の外縁を囲むフレーム材１３等を少なくとも有して構成されている。フレーム材１３には、整流パネル１０を開口部５Ａに装着するための装着部（図示せず。）が設けられている。

本実施形態に係るパネル材１２は、各角穴１１が六角形状に構成された、いわゆるハニカム構造体にて構成されている。つまり、パネル材１２は、金属製の薄板材にて「蜂の巣」状に構成されている。

なお、各角穴１１のうち互いに対向する平行な部位間の寸法をｄ（図６Ａ参照）とし、パネル材１２の上下方向寸法ｔ（図５参照）としたとき、パネル材１２の上下方向寸法ｔは、寸法ｄの１．１倍以上となっている。

なお、寸法ｔの上限値は、寸法ｄの２倍以下とすることが望ましい。因みに、角穴１１は、六角形状以外（例えば、矩形状）であってもよい（図６Ｂ参照）。六角形状以外の角穴１１であっても、寸法ｔと寸法ｄとの関係は、六角形状と同じであることが望ましい。

＜気流ガイド＞
気流ガイド２０は、開口部５Ａの外縁５Ｂ側のうち少なくとも一部（本実施形態では、外縁５Ｂ全周）に設けられている（図１参照）。当該気流ガイド２０は、冷気供給室５内の冷気を整流パネル１０に向けて導くベルマウス状の案内部材である。

すなわち、気流ガイド２０は、図１に示されるように、上流側気流ガイド２１、下流側気流ガイド２２、第１サイド気流ガイド２３及び第２サイド気流ガイド２４等を有して構成されている。以下の説明における気流ガイド２０は、気流ガイド２１～２４を意味する。

気流ガイド２０は、開口部５Ａの外縁５Ｂから当該開口部５Ａの中心側に１ｍずれた位置に至る範囲内に少なくとも１つ設けられている。そして、本実施形態では、気流ガイド２０は、当該外縁５Ｂから１ｍずれた位置に至る範囲内のみに設けられ、当該範囲から中心側にずれた部位には設けられていない。

「気流ガイド２０が当該範囲内に設けられている」とは、気流ガイド２０の下端２０Ａが当該範囲内に位置することをいう。なお、図２及び図３では、下端２０Ａが整流パネル１０に接触している。

これは、本実施形態に係る気流ガイド２０は、整流パネル１０（フレーム材１３）に固定されているからである。したがって、空調システムは、下端２０Ａが整流パネル１０に接触しておらず、当該下端２０Ａが整流パネル１０の上方側にずれた構成であってもよい。

「気流ガイド２０が当該範囲内に１つ設けられている」とは、当該範囲内に下端２０Ａが１つ存在することを意味する。したがって、例えば「気流ガイド２０が当該範囲内に複数設けられている」とは、当該範囲内に下端２０Ａが複数存在することを意味する。

そして、上流側気流ガイド２１は、図２に示されるように、開口部５Ａの外縁５Ｂのうち冷気流れ最上流端から下流側に１ｍずれた位置に至る範囲に位置し、略水平方向から冷気供給室５に流入した冷気を整流パネル１０に向けて転向させる。

下流側気流ガイド２２は、開口部５Ａの外縁５Ｂのうち冷気流れ最下流端から上流側に１ｍずれた位置に至る範囲に位置し、冷気を整流パネル１０に向けて転向させる。上流側気流ガイド２１及び下流側気流ガイド２２それぞれは、水平方向に対して傾いた転向面２１Ａ、２２Ａを有している。

そして、下流側気流ガイド２２の転向面２２Ａは、上流側気流ガイド２１の転向面２１Ａに対して逆向きに傾いている。なお、本実施形態に係る上流側気流ガイド２１及び下流側気流ガイド２２は円弧状に湾曲した形状である。このため、転向面２１Ａ、２２Ａも円弧状に湾曲している。

第１サイド気流ガイド２３及び第２サイド気流ガイド２４は、図３に示されるように、開口部５Ａの外縁５Ｂから１ｍずれた位置に至る範囲に位置し、冷気を整流パネル１０に向けて転向させる。

なお、第１サイド気流ガイド２３及び第２サイド気流ガイド２４は、気流ガイド２０のうち上流側気流ガイド２１及び下流側気流ガイド２２以外の部分である。そして、第１サイド気流ガイド２３の転向面２３Ａは、第２サイド気流ガイド２４の転向面２４Ａに対して逆向きに傾いている。

つまり、気流ガイド２０の転向面２１Ａ～２４Ａは、当該気流ガイド２０に対して外縁５Ｂ側に曲率中心が位置するように湾曲した曲面にて構成されている。なお、本実施形態に係る転向面２１Ａ～２４Ａは合同な形状である。

＜３．本実施形態に係る空調システムの特徴＞
本実施形態に係る空調システムでは、外縁５Ｂから離れた部位から開口部５Ａに流入する冷気（以下、第１流入冷気という。）の流入仰角は、当該外縁５Ｂ近傍から開口部５Ａに流入する冷気（以下、第２流入冷気という。）の流入仰角に比べて大きい。

つまり、第２流入冷気は、第１流入冷気に比べて水平方向成分の速度が大きい。したがって、第１流入冷気は、第２流入冷気に比べて、上下方向に近い方向から整流パネル１０に進入する。このため、第１流入冷気は、整流パネル１０にて十分に上下方向に整流され得る。

一方、第２流入冷気は、第１流入冷気に比べて流入仰角が小さく、かつ、流速も大きいので、整流パネル１０のみでは、第２流入冷気が上下方向に十分に整流されない可能性が高い。

しかし、本実施形態に係る空調システムでは、第２流入冷気は、ベルマウス状の気流ガイド２０にて整流パネル１０に案内された後、当該整流パネル１０に進入するので、第２流入冷気は、整流パネル１０にて十分に上下方向に整流され得る。

（第２実施形態）
上述の実施形態に係る気流ガイド２０は、開口部５Ａの外縁全周に設けられていた。これに対して、本実施形態に係る気流ガイド２０は、図７に示されるように、外縁５Ｂのうち冷気流れ最上流端から下流側に１ｍずれた位置に至る範囲に気流ガイド２０が設けられた構成である。換言すれば、本実施形態では、気流ガイド２０として、上流側気流ガイド２１のみが設けられた構成である。

すなわち、冷気供給室５から開口部５Ａに流入する冷気のうち、冷気流れ最上流端から開口部５Ａに流入する冷気は、他の箇所から開口部５Ａに流入する冷気よりも水平方向成分の速度が大きい。

したがって、気流ガイド２０として、少なくとも上流側気流ガイド２１が設けられた構成であれば、必要にして十分な整流効果を得ることが可能となる。なお、上述の実施形態と同一の構成要件等は、上述の実施形態と同一の符号が付されている。このため、本実施形態では、重複する説明は省略されている。

（第３実施形態）
本実施形態に係る気流ガイド２０は、上流側気流ガイド２１及び下流側気流ガイド２２を有し、第１サイド気流ガイド２３及び第２サイド気流ガイド２４を有していない（図２参照）。

すなわち、冷気流れ最下流端から開口部５Ａに流入する冷気も、水平方向成分の流速が大きくなる可能性がある。つまり、冷気流れ最下流端は、冷気の静圧が高くなるおそれあるので、これに伴って冷気の流入流速が大きくなる可能性がある。したがって、上流側気流ガイド２１及び下流側気流ガイド２２を有していれば、必要にして十分な整流効果を得ることが可能となる。

（その他の実施形態）
上述の実施形態に係る気流ガイド２０は、外縁５Ｂから１ｍずれた位置に至る範囲内に少なくとも１つ設けられていた。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、気流ガイド２０が外縁５Ｂから１ｍ以上ずれた位置に設けられた構成、又は当該範囲内に気流ガイド２０が複数設けられた構成であってもよい。

上述の実施形態に係る気流ガイド２１～２４は、全て外縁５Ｂから同一距離に配置されていた。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、各気流ガイド２１～２４の位置が異なる構成、各気流ガイド２１～２４の個数が異なる構成、又は各気流ガイド２１～２４の形状が異なる構成であってもよい。

上述の実施形態に係る気流ガイド２０は、少なくとも上流側気流ガイド２１を有する構成であった。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、上流側気流ガイド２１、下流側気流ガイド２２、第１サイド気流ガイド２３及び第２サイド気流ガイド２４のうち少なくとも１つの気流ガイドを有する構成であってもよい。

上述の実施形態に係る気流ガイド２０は、ベルマウス状の気流案内部材であった。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、帯板状の気流案内部材にて気流ガイド２０が構成されていてもよい。

上述の実施形態に係る整流パネル１０に設けられた通風口１１は、六角形又は矩形等の角穴に構成されていた。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、三角状若しくは五角形状の角穴、又は丸や長円等の丸穴にて通風口が構成されていてもよい。

上述の実施形態では、上下方向寸法ｔは、寸法ｄの１．１倍以上、寸法ｄの２倍以下であった。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、上下方向寸法ｔが寸法ｄの１．１倍未満、又は上下方向寸法ｔが寸法ｄの２倍以上であってもよい。

上述の実施形態に係る開口部５Ａは矩形状であった。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、開口部５Ａが長円状又は楕円状等であってもよい。

上述の実施形態では、空調機４が機械室ＭＲに配置され、当該空調機４は区画部材Ｗを通してサーバ室ＳＲ内の空気を吸引する構成であった。しかし、本開示はこれに限定されない。

すなわち、当該開示に係る空調機４は、サーバ室ＳＲ内の空気を水平方向から吸引して当該空気を冷却した後、冷風通路３Ａの上方に設けられた冷気供給室５に冷気を供給すれば十分である。したがって、当該開示は、例えば、空調機４がサーバ室ＳＲ内に配置され、ダクトを介して冷気を冷気供給室５に供給する構成であってもよい。

上述の実施形態に係る冷気供給室５は、サーバ室ＳＲの天井側の空間が利用されたものであった。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、天井より下側に冷風通路３Ａに連通するダクトが設けられ、当該ダクトにより冷気供給室５が構成されていてもよい。

上述の実施形態では、複数の空調機４及び複数の冷風通路３Ａを備える空調システムであった。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、１つの空調機４及び１つの冷風通路３Ａを備える空調システムであってもよい。

上述の実施形態に係る整流構造は、冷気供給室５内の冷気（冷風）を各冷風通路３Ａに向けて、上から下に可能な限り真っ直ぐ流入させるための構造であった。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、冷気が冷風通路３Ａに流入する際の仰角（流入仰角）が所定の範囲内となる整流構造であってもよい。

上述の実施形態に係る気流ガイド２０は、整流パネル１０に固定されていた。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、整流パネル１０が開口部５Ａを構成する部材に固定された構成であってもよい。

さらに、本開示は、上述の実施形態に記載された開示の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されない。したがって、上述した複数の実施形態のうち少なくとも２つの実施形態が組み合わせられた構成、又は上述の実施形態において、図示された構成要件もしくは符号を付して説明された構成要件のうちいずれかが廃止された構成でもよい。

３… ラック
３Ａ… 冷風通路
４… 空調機
５… 冷気供給室
１０… 整流パネル
２０… 気流ガイド
２１… 上流側気流ガイド
２２… 下流側気流ガイド
２３… 第１サイド気流ガイド
２４… 第２サイド気流ガイド

Claims (5)

1. 情報通信技術機器が載置される複数のラックが設置されたサーバ室内の空調を行う空調システムにおいて、
   前記複数のラックが直列に並んだラック列により区画される冷気空間に冷気を供給する空調機であって、前記サーバ室内の空気を水平方向から吸引して当該空気を冷却する空調機と、
   前記冷気空間の上方側に設けられ、当該冷気空間に冷気を供給するための冷気供給室であって、前記空調機から冷気が供給される冷気供給室と、
   前記冷気供給室と前記冷気空間とを連通させる開口部に設けられた整流パネルであって、上下方向に貫通した多数個の角穴を有する整流パネルと、
   前記開口部の外縁側のうち少なくとも一部に設けられ、前記冷気供給室内の冷気を前記整流パネルに向けて導くベルマウス状の気流ガイドとを備え、
   前記気流ガイドは、前記外縁から１ｍずれた位置に至る範囲内のみに設けられている空調システム。
2. 前記気流ガイドは、前記外縁のうち冷気流れ最上流端から下流側に１ｍずれた位置に至る範囲に、少なくとも１つ設けられている請求項１に記載の空調システム。
3. 前記気流ガイドは、前記外縁のうち冷気流れ最下流端から上流側に１ｍずれた位置に至る範囲にも少なくとも１つ設けられている請求項２に記載の空調システム。
4. 前記気流ガイドは、前記外縁から１ｍずれた位置に至る範囲内であって、当該外縁の全周に少なくとも１つ設けられている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の空調システム。
5. 前記気流ガイドは、前記整流パネルに固定されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の空調システム。

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