JP7368285B2 - 空調システム - Google Patents

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Description

本開示は、情報通信技術装置(以下、ICT装置という。)が設置されたサーバ室に適用される空調システムに関する。
例えば、特許文献1に記載の空調システムは、空調機からサーバ室に供給される冷風の温度(以下、供給温度という。)からICT装置に吸い込まれる冷風の温度までの昇温が大きい場合に、空調機から供給する冷風の風量を増大させるより、ICT装置を冷却するために必要な冷却能力(以下、必要能力という。)を確保している。
特許第5402306号公報
しかし、床下側又は天井側に冷風供給路が設けられたサーバ室においては、当該冷風供給路を流通している間に冷風が昇温してしまう。このため、冷風供給路からサーバ室に吹出される時点で、冷風の温度が供給温度より高い温度まで上昇している。
したがって、仮に、床下側又は天井側に冷風供給路が設けられたサーバ室に、特許文献1に記載の空調システムが適用された場合、必要能力を確保できない可能性が高い。なお、温度上昇の原因は、例えば、外壁等の外皮からの熱貫流、ホットアイル(ICT装置にて加熱された空気が集合する空間)から冷風供給路への熱貫流等である。
本開示は、上記点に鑑み、床下側又は天井側に冷風供給路が設けられたサーバ室に適用される空調システムにおいて、必要能力を確保可能な空調システムの一例を開示する。
床下側又は天井側に冷風供給路(2)が設けられたサーバ室に適用される空調システムは、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、冷風供給路(2)に設けられて空気の温度を検出する第1温度センサ(S1、S5、S9)と、サーバ室(SR)内に設けられて空気の温度を検出する第2温度センサ(S2~S4、S6~S8、S10~S12)であって、第1温度センサ(S1、S5、S9)に関連付けられた第2温度センサ(S2~S4、S6~S8、S10~S12)と、冷風供給路(2)に冷風を送風する送風機(5B)と、送風機(5B)の送風量を制御する制御部(7)であって、温度差制御モードにて当該送風機(5B)を制御可能な制御部(7)とを備え、第2温度センサ(S2~S4、S6~S8、S10~S12)の検出温度から第1温度センサ(S1、S5、S9)の検出温度を減じた値を供給温度差(ΔT)としたとき、制御部(7)は、温度差制御モードの実行時には、供給温度差(ΔT)を利用して送風量を制御することである。
これにより、当該空調システムでは、「冷風供給路(2)における冷風の温度上昇」に連動した風量がサーバ室に供給され得る。したがって、床下側又は天井側に冷風供給路(2)が設けられたサーバ室であっても、必要能力が確保され得る。
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を示す立面図である。 第1実施形態に係る空調システムを示す平面図である。 第1実施形態に係る温度差制御モードを示すフローチャートである。
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。
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.空調システムの概要>
本実施形態は、サーバ室に適用される空調システムに本開示に係る空調システムの一例が適用されたものである。サーバ室SR内には、図1に示されるように、少なくとも1つ空調機5及び複数のラック3が設置されている。
空調機5は、サーバ室SR内に空調風(本実施形態では、冷風)を供給する。当該空調機5は、冷却器5A及び送風機5B等を少なくとも有する。冷却器5Aは、サーバ室SRに供給する空気を冷却する。
送風機5Bは、冷却器5Aにて冷却された空気(以下、冷風という。)をサーバ室SRに送風する。本実施形態に係る空調機5は、サーバ室SRの天井側から当該サーバ室SR内の空気を吸い込んで冷却した後、サーバ室SRの床下に設けられた冷風供給路2から冷風を当該サーバ室SR内に供給する。
複数のラック3それぞれは、少なくとも1つのICT装置(図示せず。)が搭載される棚である。つまり、サーバ室SRには、複数のICT装置が設置されている。各ICT装置は、少なくとも情報処理を実行する情報処理ユニット(例えば、CPUやGPU等)を有する。
複数のラック3は、図2に示されるように、列状に配置されてラック列を構成している。サーバ室SR内には、少なくとも1つのラック列Rが構成されている。ラック列Rを挟んで一方側の空間(以下、コールドアイルCiという。)には、冷風供給路2を介して冷風が供給される。
各ICT装置を冷却して温度が上昇した空気は、ラック列Rを挟んで他方側の空間(以下、ホットアイルHiという。)に排出される。コールドアイルCiとホットアイルHiとは、仕切部材(図示せず。)にて仕切られている。
このため、コールドアイルCiに供給された冷風は、複数のラック3のいずれかを流通してホットアイルHiに流れ込む。ホットアイルHi内の空気は、空調機5に吸引されて冷却される。
<2.空調システムの詳細>
<2.1 空調システムの構成>
空調システムは、図1に示されるように、空調機5に加え、少なくとも1つ(本実施形態では、複数の第1温度センサS1、S5、S9、少なくとも1つ(本実施形態では、複数の第2温度センサS2~S4、S6~S8、S10~S12、及び制御部7等を少なくとも備える。
複数の第1温度センサS1、S5、S9は、冷風供給路2に設けられて当該冷風供給路2内の空気の温度を検出する。各第1温度センサS1、S5、S9は、それぞれ異なる箇所にて空気の温度を検出する。
複数の第2温度センサS2~S4、S6~S8、S10~S12は、サーバ室SR内に設けられて空気の温度を検出する。各第2温度センサS2~S4、S6~S8、S10~S12は、それぞれ異なる箇所にて空気の温度を検出する。
各第2温度センサS2~S4、S6~S8、S10~S12は、各第1温度センサS1、S5、S9に対して鉛直方向にずれた位置であって、当該第1温度センサS1、S5、S9との水平方向距離が予め決められた距離以下のとなる範囲に配置されている。
具体的には、各第1温度センサS1、S5、S9は、コールドアイルCiに向けて開口した冷風の吹出口(図示せず。)近傍に設置されている。各第2温度センサS2~S4、S6~S8、S10~S12は、各吹出口から吹き出す冷風が流れ込む可能性が高いICT装置近傍に設置されている。
このため、例えば、第1温度センサS1は、第2温度センサS2~S4に関連付けられている。つまり、第2温度センサS2~S4は、第1温度センサS1に対して鉛直方向にずれた位置であって、第1温度センサS1との水平方向距離が、例えば略0~50cmとなる範囲に配置されている。
同様に、第1温度センサS5は、第2温度センサS6~S8に関連付けられている。つまり、第2温度センサS6~S8は、第1温度センサS5に対して鉛直方向にずれた位置であって、第1温度センサS5との水平方向距離が、例えば略0~1mとなる範囲に配置されている。
同様に、第1温度センサS9は、第2温度センサS10~S12に関連付けられている。つまり、第2温度センサS10~S12は、第1温度センサS9に対して鉛直方向にずれた位置であって、第1温度センサS9との水平方向距離が、例えば略0~50cmとなる範囲に配置されている。
制御部7は、少なくとも送風機5Bの送風量を制御する。当該制御部7は、CPU、ROM及びRAM等を有するマイクロコンピュータにて構成されたコントローラである。本実施形態に係る制御部7は、冷却器5Aで発生する冷却能力等も制御可能である。
なお、当該制御に利用されるプログラムは、ROM等の不揮発性記憶部(図示せず。)予め記憶されている。本実施形態に係る制御部7は空調機5に設置されている。
<2.2 制御部の制御作動>
<2.2.1 制御の概要>
制御部7には、第1温度センサS1、S5、S9及び第2温度センサS2~S4、S6~S8、S10~S12の検出温度が入力されている。制御部7は、それら検出温度を利用して送風機5Bの送風量及び冷却器5Aの冷却能力を制御する。
すなわち、制御部7は、通常制御モード及び温度差制御モードのうち少なくとも1つの制御モードにて送風量及び冷却能力を制御する。なお、本実施形態に係る制御部7は、送風量及び冷却能力を段階的(ステップ的)に増減制御する。
<通常制御モード>
通常制御モードとは、各第2温度センサS2~S4、S6~S8、S10~S12の検出温度が予め決められた温度を含む所定の温度範囲(以下、目標温度という。)になるように送風量及び冷却能力を制御する制御モードである。
目標温度は、各第2温度センサS2~S4、S6~S8、S10~S12に決められた値である。それら目標温度は、同一温度又は異なる温度である。なお、本実施形態では、各目標温度は同じ温度である。
そして、制御部7は、例えば、複数の第2温度センサS2~S4、S6~S8、S10~S12の検出温度のうちいずれかの検出温度が目標温度を上回った場合には、送風量及び冷却能力のうち少なくとも一方を増大させて当該検出温度を低下させる。
制御部7は、いずれかの検出温度が目標温度を下回った場合には、送風量及び冷却能力のうち少なくとも一方を減少させて当該検出温度を上昇させる。
<温度差制御モードの概要>
温度差制御モードとは、複数の第2温度センサS2~S4、S6~S8、S10~S12の検出温度のうちいずれかの検出温度から目標温度を減じた値(以下、目標温度差という。)が予め決められた値(以下、第1閾値という。)以下の場合に実行される制御モードである。
換言すれば、制御部7は、第2温度センサS2~S4、S6~S8、S10~S12の検出温度が予め決められた温度範囲にあるときに、温度差制御モードを実行する。本実施形態に係る制御部7は、複数の目標温度差のうち最も小さい目標温度差が第1閾値以下の場合に温度差制御モードを実行する。
第1閾値は、各第2温度センサS2~S4、S6~S8、S10~S12に決められた値である。それら第1閾値は、同一温度又は異なる温度である。なお、本実施形態に係る各第1閾値は、同じ値である。
温度差制御モードでは、第2温度センサS2~S4、S6~S8、S10~S12の検出温度から関連付けられた第1温度センサS1、S5、S9の検出温度を減じた値(以下、供給温度差ΔTという。)を利用して送風量が制御される。
<温度差制御モードの詳細>
図3は、温度差制御モードの具体的な制御の一例を示す。当該制御(以下、温度差風量制御という。)は、空調システムの起動と同時に起動され、空調システムの停止と共に停止する。なお、括弧内のS1等は、図3に示された制御ステップを示す符号である。
温度差風量制御は制御部7にて実行される。温度差風量制御を実行するためのプログラム(ソフトウェア)は、ROM等の不揮発性記憶部に記憶されている。温度差風量制御が起動されると、制御部7は、複数の目標温度差のうち最も小さい目標温度差が第1閾値以下であるか否かを判断する(S1)。
当該目標温度差が第1閾値以下でないと判断された場合には(S1:NO)、制御部7は、再び、S1を実行する。当該目標温度差が第1閾値以下であると判断された場合には(S1:YES)、制御部7は、複数の供給温度差ΔTのうち最も値が大きい供給温度差ΔTが予め決められた温度差(以下、第2閾値という。)より大きいか否かを判断する(S3)。
当該供給温度差ΔTが第2閾値より大きい場合には(S3:YES)、送風機5Bの送風量を予め決められた風量(本実施形態では、1ステップ相当)だけ増加させる(S5)。次に、制御部7は効果値E1を検討する(S7)。
効果値E1とは、温度差制御モード、つまり温度差風量制御が実行される前の供給温度差ΔTと温度差制御モード(温度差風量制御)が実行された後の供給温度差ΔTとの温度差をいう。
このため、制御部7は、複数の供給温度差ΔTそれぞれについて効果値E1を算出する。そして、制御部7は、S7において、温度差制御モードが実行された後の効果を判定する。
具体的には、S7では、S3で供給温度差ΔTの最大値を検出した第2温度センサと関連付けされた第1温度センサにおける、増風前の供給温度差ΔTから増風後の供給温度差ΔTが減じられた値と所定値(例えば、0)との大小関係が検討される。
つまり、本実施形態では、温度差制御モードの実行前の供給温度差ΔTと実行後の供給温度差ΔTの差と所定値とを比較することにより、温度差制御モードの効果の有無を判断する。
なお、本実施形態に係るS7では、効果値E1が、当該所定値未満の場合には「効果がない」と判断され、効果値E1が、当該所定値以上の場合には「効果がある」と判断される。
効果がないと判断された場合には(S7:効果値E1<0)、制御部7は、送風機5Bの送風量を予め決められた風量(本実施形態では、1ステップ相当)だけ減少させた後(S9)、S1を再び実行する。
つまり、制御部7は、供給温度差ΔTが温度差制御モードの実行前に比べて低下しない場合には、送風量を温度差制御モードの実行前の状態に戻した後、次回の温度差制御モードを実行する。
効果があると判断された場合には(S7:効果値E1≧0)、複数の効果値E1の中に予め決められた範囲内の値(本実施形態では、0)となるもの(以下、除外温度差という。)が存在するか否かを判断する。具体的には、増風前の供給温度差ΔTと増風前の供給温度差ΔTとが0となるものが除外温度差となる。
そして、次回の温度差制御モード(S1、S3)が実行される際には、制御部7は複数の供給温度差ΔTのうち除外温度差以外の供給温度差ΔTを利用して送風機5Bを制御する(S11)。
つまり、制御部7は、次回のS1、S3を実行する際には、今回の制御に利用した複数の供給温度差ΔTの中から除外温度差となった供給温度差ΔTを除いた1つ又は複数の供給温度差ΔTを利用して温度差制御モードを実行する。
S3にて、供給温度差ΔTが第2閾値より大きくない場合と判断された場合には(S3:NO)、制御部7は、供給温度差ΔTが第2閾値より小さい第3閾値(本実施形態では、第2閾値から所定値αが減じられた値)より小さいか否か判断する(S13)。
供給温度差ΔTが第3閾値より小さいと判断された場合には(S13:YES)、制御部7は、送風機5Bの送風量を予め決められた風量(本実施形態では、1ステップ相当)だけ減少させた後(S15)、S11を実行する。供給温度差ΔTが第3閾値より小さくないと判断された場合には(S13:NO)制御部7は、S1を再び実行する。
S15が実行された後、制御部7は、温度差制御モードが実行された後の効果を判定する(S17)。なお、本実施形態に係るS17では、効果値E1が、当該所定値より大きい場合には「効果がない」と判断され、効果値E1が、当該所定値以下の場合には「効果がある」と判断される。
そして、効果がないと判断された場合には(S17:効果値E1>0)、制御部7は、送風機5Bの送風量を予め決められた風量(本実施形態では、1ステップ相当)だけ増加させた後(S19)、S1を再び実行する。
つまり、制御部7は、供給温度差ΔTが温度差制御モードの実行前に比べて低下しない場合には、送風量を温度差制御モードの実行前の状態に戻した後、次回の温度差制御モードを実行する。
効果があると判断された場合には(S17:効果値E1≦0)、複数の効果値E1の中に除外温度差が存在するか否かを判断する。具体的には、減風前の供給温度差ΔTと減風後の供給温度差ΔTとが0となるものが除外温度差となる。
除外温度差が存在すると判断された場合には、次回の温度差制御モード(S1、S3)が実行される際には、制御部7は複数の供給温度差ΔTのうち除外温度差以外の供給温度差ΔTを利用して送風機5Bを制御する(S21)。
つまり、制御部7は、次回のS1、S3を実行する際には、今回の制御に利用した複数の供給温度差ΔTの中から除外温度差となった供給温度差ΔTを除いた1つ又は複数の供給温度差ΔTを利用して温度差制御モードを実行する。
<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は、供給温度差ΔTを利用して送風量を制御する温度差制御モードを実行可能である。これにより、当該空調システムでは、「冷風供給路2における冷風の温度上昇」に連動した風量がサーバ室SRに供給され得る。
したがって、床下に冷風供給路2が設けられたサーバ室SRであっても、十分な風量及び必要能力が確保され得る。延いては、ホットアイルHi内の空気がICT装置に流れ込んでしまうこと、つまり再循環現象の発生が抑制され得る。
制御部7は、温度差制御モードの実行時には、複数の供給温度差ΔTのうち最も値が大きい供給温度差ΔTを利用して送風量を制御する。これにより、サーバ室SRの一部において送風量が不足してしまうことが抑制され得る。
制御部7は、温度差制御モードの実行時には、複数の供給温度差ΔTのうち除外温度差以外の供給温度差を利用して送風機5Bを制御する。これにより、温度差風量制御の効果が小さい供給温度差が温度差風量制御に利用されることが抑制される。
なお、制御部7は、温度差風量制御の効果が小さい箇所に対しては、風量制御ではなく、通常制御モードを実行して供給する空気の温度を制御する。つまり、制御部7は、冷風の温度を低下させて必要能力を確保する。
温度差制御モードの実行後、供給温度差ΔTが温度差制御モードの実行前に比べて低下しない場合には、制御部7は、送風量を温度差制御モードの実行前の状態に戻す。これにより、通常制御モードが適切に実行され得る。つまり、温度差制御モードが通常制御モードに悪影響を与えてしまうことが抑制される。
制御部7は、第2温度センサS2~S4、S6~S8、S10~S12の検出温度が予め決められた温度範囲にあるときに、温度差制御モードを実行する。これにより、温度差制御モードが通常制御モードに悪影響を与えてしまうことが抑制される。
(その他の実施形態)
上述の実施形態では、1つの第1温度センサに複数の第2温度センサが関連付けられていた。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、1つの第1温度センサに1つの第2温度センサが関連付けられた構成、又は複数の第1温度センサに1つの第2温度センサが関連付けられた構成であってもよい。
上述の実施形態では、複数の供給温度差ΔTのうち最も値が大きい供給温度差ΔTを利用して送風量を制御する構成であった。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、複数の供給温度差ΔTの平均値や中央値等を利用して送風量を制御する構成であってもよい。
上述の実施形態では、複数の供給温度差ΔTのうち除外温度差以外の供給温度差を利用して送風機5Bを制御した。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、S11が廃止された構成であってもよい。
上述の実施形態では、第2温度センサの検出温度が予め決められた温度範囲にあるときに、温度差制御モードを実行した。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、第2温度センサの検出温度によらず、常に、温度差制御モードが実行される構成であってもよい。
上述の実施形態では、温度差制御モードの実行後、供給温度差ΔTが温度差制御モードの実行前に比べて低下しない場合には、送風量が温度差制御モードの実行前の状態に戻された。しかし、本開示はこれに限定されない。
上述の実施形態では、冷風供給路2がサーバ室SRの床下に設けられていた。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、冷風供給路2がサーバ室SRの天井側、つまりラック3の上方側に設けられた構成であってもよい。
上述の実施形態では、送風量が段階的に制御された。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、送風量が連続的に制御される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。
2… 冷風供給路 5… 空調機 5A… 冷却器 5B… 送風機
7… 制御部
S1、S5、S9… 第1温度センサ
S2~S4、S6~S8、S10~S12… 第2温度センサ

Claims (5)

  1. 複数のICT装置が設置され、床下側又は天井側に冷風供給路が設けられたサーバ室に適用される空調システムにおいて、
    前記冷風供給路に設けられて空気の温度を検出する第1温度センサと、
    前記サーバ室内に設けられて空気の温度を検出する第2温度センサであって、前記第1温度センサに関連付けられた複数の第2温度センサと、
    サーバ室に供給する空気を冷却する冷却器と、
    前記冷却器にて冷却された空気(以下、冷風という。)を前記冷風供給路に送風する送風機と、
    前記送風機の送風量及び冷却器で発生する冷却能力を制御する制御部であって、通常制御モード及び温度差制御モードのうち少なくとも1つの制御モードにて送風量及び冷却能力を制御可能な制御部とを備え、
    前記通常制御モードは、
    複数の前記第2温度センサの検出温度それぞれが予め決められた温度を含む所定の温度範囲(以下、目標温度という。)になるように送風量及び冷却能力を制御する制御モードであって、
    複数の当該検出温度のうちいずれかの検出温度が目標温度を上回った場合には、送風量及び冷却能力のうち少なくとも一方を増大させ、かつ、当該検出温度が目標温度を下回った場合には、送風量及び冷却能力のうち少なくとも一方を減少させる制御モードであり、
    前記温度差制御モードは、
    複数の前記第2温度センサそれぞれの検出温度から目標温度を減じた値(以下、目標温度差という。)のうち最も小さい目標温度差が予め決められた値(以下、第1閾値という。)以下の場合に実行される制御モードであって、
    複数の前記第2温度センサそれぞれの検出温度から前記第1温度センサの検出温度を減じた値(以下、供給温度差という。)のうち最も値が大きい供給温度差が予め決められた温度差(以下、第2閾値という。)より大きい場合には、予め決められた風量だけ増加させ、かつ、当該供給温度差が第2閾値より大きくない場合には、供給温度差が第2閾値より小さい第3閾値より小さいときに限り、送風量を予め決められた風量だけ減少させる制御モードである空調システム。
  2. 前記温度差制御モードが実行される前の前記供給温度差と前記温度差制御モードが実行された後の前記供給温度差との差が予め決められた範囲内の値となるものを除外温度差としたとき、
    前記制御部は、次回の前記温度差制御モードの実行時には、複数の前記供給温度差のうち前記除外温度差以外の供給温度差を利用して前記送風機を制御可能である請求項に記載の空調システム
  3. 前記温度差制御モードの実行後、前記供給温度差が前記温度差制御モードの実行前に比べて低下しない場合には、前記制御部は、前記送風量を前記温度差制御モードの実行前の状態に戻す請求項又は2載の空調システム。
  4. 前記制御部は、前記第2温度センサの検出温度が予め決められた温度範囲にあるときに、前記温度差制御モードを実行する請求項1ないしのいずれか1項に記載の空調システム。
  5. 前記第1温度センサに関連付けられた前記第2温度センサは、当該第1温度センサに対して鉛直方向にずれた位置であって、当該第1温度センサとの水平方向距離が予め決められた距離以下のとなる範囲に配置されている請求項1ないしのいずれか1項に記載の空調システム。
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