WO2013030979A1

WO2013030979A1 - 空調システム及び熱交換器

Info

Publication number: WO2013030979A1
Application number: PCT/JP2011/069768
Authority: WO
Inventors: 潤一石峰; 雄次大庭; 智子沓澤
Original assignee: 富士通株式会社
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2013-03-07

Abstract

　電子機器（４）を収容したラック（２）は、その前面側から吸気して後面側から排気する。ラック（２）の前面（２ａ）に対向して熱交換器（１２）が配置される。熱交換器（１２）とラック（２）の前面（２ａ）との間に、所定の閉空間（１４）が形成される。ラックの後面側に排出された空気が所定の閉空間（１４）を通らずに熱交換器の吸気側に流れる空気流路（１０）が形成される。

Description

空調システム及び熱交換器

　実施形態は電算機室等に用いられる空調システムと電算機が発する排気を冷却する熱交換器に関する。

　企業で用いられるサーバ、ストレージシステム、ネットワーク機器などのＩＣＴ機器（情報通信機器）は、電算機室（データセンタやマシンルームあるいはサーバルームと称される部屋又は空間）に設置されることが多い。ここではそのような電算機室をデータセンタと称することとする。サーバ、ストレージシステム、ネットワーク機器などのＩＣＴ機器は、通常、ＩＣＴ機器搭載ラック（以下、単にラックと称する）に収容される。データセンタにはラックが整列して配置される。

　ＩＣＴ機器はＣＰＵやその他の機能部品を有しており、機能部品が動作する際に電力を消費し発熱する。したがって、ＩＣＴ機器の正常な動作を保証するために、あるいは動作の信頼性を確保するためには、機能部品を一定温度以下に維持する必要がある。そのため、ＩＣＴ機器にはファンなどの空気流発生部品が組み込まれており、強制空冷などで機能部品を冷却することが一般的である。

　一般的なＩＣＴ機器は、ＩＣＴ機器の空気吸い込み口から一定温度以下の空気を吸い込むことを前提としており、吸い込む空気の上限温度が動作保証温度として定められている。データセンタでは，一定の空間（部屋）に多数のＩＣＴ機器が設置されるため、空調による温度制御を行なわないと、ＩＣＴ機器の発熱によって空間（部屋）内の空気の温度が過度に上昇してしまうおそれがある。そこで、ＩＣＴ機器が設置されるデータセンタでは、空間（部屋）内の温度がＩＴ機器の動作保証温度を越えないように、同一の空間（部屋）あるいは別に設けられた部屋（空間）に空調システムを設置することが一般的である。空調システムは、ＩＣＴ機器設置エリアの雰囲気に放出された熱を、屋外などのＩＣＴ機器設置エリア外に放出することで、ＩＣＴ機器が設置された空間（部屋）の温度を一定の温度に維持する。

　空調システムは、ＩＣＴ機器が設置された空間（部屋）内の空気を循環させながら、熱を外部に放出する。すなわち、空調システムの空調機から出てくる比較的低温の空気はＩＣＴ機器搭載ラックの空気吸い込み口に供給される。その比較的低温の空気は、ＩＣＴ機器が内蔵しているファンなど空気流発生部品によりＩＣＴ機器内に取り込まれる。それによってＩＣＴ機器内のＣＰＵやその他機能部品が冷却される。ＩＣＴ機器内の機能部品から熱を奪って比較的高温となった空気は、ＩＣＴ機器の排気口から放出される。放出された空気は速やかに空調システムの吸気口に戻り、空調機内に取り込まれ、そこで取り込まれた空気から熱が放出されて低温の空気となり、再び空調機から吹き出される。

　一般的に、データセンタなどの電算機室には、多数のＩＣＴ機器を搭載したラックが整列して配置される。電算機室の床下には、空調機から吹き出された低温の空気が流れる空間が設けられている（この空間を床下プレナムと称する）。電算機室の床には開口部が設けられており、床下プレナムを流れる低温の空気は開口部から床上に流れ出る。開口部は床上に配置されたラックの空気吸い込み口の近傍に設けられており、開口部から床上に流れ出た低温の空気は、ラック内に吸い込まれる。ラックの空気吸い込み口は、一般的にラックの前面に設けられており、空気吸い込み口から吸い込まれた空気はラック内のＩＣＴ機器内にさらに吸い込まれて内部を冷却してからラック内に排出される。ＩＣＴ機器からＩＣＴ機器搭載ラック内に排出された空気は熱を吸収して暖まっている。そして、ラック内に排出された暖まった空気は、ラックの背面に設けられた空気排気口から電算機室内に排出される。暖まった空気は上方に流れ、電算機室の天井に沿って横に流れて空調機に吸い込まれ、空調機で冷却された再び低温の空気となって、空調機から床下の空間に吹き出される。

　以上のような構成の空調システムでは、ラックの後面側から排出される暖かいは電算機室の空調機で冷却されて低温の空気となり、再び多数のラックの前面側に送り込まれて、ラック内のＩＴ機器に吸い込まれる。このような空調システムでは、多数のラックから排出される空気の全てを、電算機室の空調機のみで一括して冷却して、再びラックに送る必要がある。電算機室の空調機に搭載された熱交換器は小型であり、圧力損失が高いものが多い。この場合、空調機は多数のラックに対して多量の空気を送風しなければならないので、高出力のブロア（送風機）を空調機に設ける必要がある。このような高出力のブロアは電力消費が大きいため、空調機の運転に必要な電力が増大し、空調システムの冷却効率が低下してしまう。

　そこで、個々のラックの排気側に熱交換機設け、ラック内の機器から排出される空気を直ちに冷却してラック外に排出する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１０－４１００７号公報

　個々のラックの後面側に熱交換器を設ける場合、ラックの後側全面を用いて比較的大きな面積である上に、多数の熱交換器を設けることができ、大きな面積を確保することができる。したがって、複数のラックから排出される高温の空気を冷却する空調機に内蔵される熱交換器の圧力損失より個々のラック背面に設置した熱交換器では圧力損失を小さくすることができる。ただし、この場合であっても、熱交換器を設けることのできる面積は、ラックの後面側の面積に限られ、それ以上大きな面積とすることはできない。

　また、ラックに個別に熱交換器を設けて排気を冷却することとなるので、搭載されたＩＣＴ機器のそれぞれから排出される空気の温度や空気流速は異なっており、熱交換器で除去できる熱量にばらつきが生じてしまう。

　そこで、空調機に高出力の送風機を備えること無く、ＩＣＴ機器自体が有する送風機（冷却ファン）の送風により、ラック内のＩＣＴ機器の冷却に必要な空気流を得ることができる空調システムの開発が望まれている。

　実施形態によれば、電子機器を収容し、その前面側から吸気して後面側から排気するラックと、該ラックの前面に対向して配置された平板状の熱交換器とを有し、該熱交換器と該ラックの前面との間に、所定の閉空間が形成され、該ラックの後面側に排出された空気が該所定の閉空間を通らずに該熱交換器の吸気側に流れる空気流路が形成された空調システムが提供される。

　実施形態によれば、熱交換器の面積を大きくとることができ、熱交換器の圧力損失を低減することができる。これにより、空調機に高出力の送風機を備えること無く、電子機器自体が有する送風機（冷却ファン）の送風により、ラック内の電子機器医の冷却に必要な空気流を得ることができる

第１実施形態による空調システムの概要を示す簡略図である。天井ダクトを有する電算機室に設けられた空調システムを示す簡略図である。低温空気混合促進機構が設けられた空調システムを示す簡略図である。図３に示すラックの列と保守空間とを組み合わせた構成が複数形成された空調システムを示す簡略図である。天井ダクトを有しない電算機室に設けられた図４に示す空調システムを示す概略図である。高温空気混合促進機構が設けられた図４に示す空調システムを示す簡略図である。高温空気混合促進機構が設けられた図５に示す空調システムを示す簡略図である。ラックの後面側に高温空間が設けられた空調システムを示す簡略図である。熱交換器とラックの列との間に形成された図１に示す前面側保守空間を示す斜視図である。熱交換器のみを拡大して示す斜視図である。熱交換器に冷却水を供給する配管が接続された状態を示す側面図である。熱交換器モジュールの各々に対して冷却水ポンプが接続された熱交換器の側面図である。図１２に示す冷却水循環系の回路図である。熱交換器モジュールの各々に空気温度センサが設けられた熱交換器を示す斜視図である。各熱交換器モジュールへの冷却水流量を制御することのできる冷却水循環系の回路図である。ファンが設けられた熱交換器モジュールにより形成された熱交換器を有する空調システムを示す概略図である。

　次に、実施形態について図面を参照しながら説明する。

　図１は第１実施形態による空調システムの概要を示す簡略図である。図１に示す空調システムは、例えばＩＣＴ機器等の電子機器が収容されたラックが設置された電算機室において、ラック内の電子機器を冷却するために空気を循環させる空調システムである。

　ラック２は複数の電子機器４を積み重ねた状態で収容する。ラック２の前面２ａは開口しており、前面側の空気をラック２内に取り込むことができる。ラック２内に取り込まれた空気は、ラック２内の電子機器４内に吸い込まれ、電子機器４内を冷却してから、電子機器４の後側から排出される。電子機器４から排出された空気は、ラックの後面２ｂ側の開口を通じて、ラック２の外部に排出される。このようなラック２の前面２ａから後面２ｂへと流れる空気流は、ラック２の内部に収容された電子機器４の内部に設けられた冷却ファンにより発生するものであり、電子機器４の内部に設けられた冷却ファン以外に特に送風機は設けられていない。

　ラック２は電算機室の床板６に設置されている。一般的に複数のラック２が整列して配置される。図１では、紙面に垂直な方向に複数のラック２が整列してラック列が形成されているものとする。床板６と電算機室を構成する建物のスラブ８との間には、空気流路が形成される。この床下の空気流路は、一般的に床下プレナムと称される。すなわち、床板６とスラブ８との間に床下プレナム１０が形成される。床板６には開口６ａが設けられており、床板６の上側から床下プレナム１０に空気が流入することができ、また、床下プレナム１０から空気が床板６の上側に流出することができる。

　床板６に設置されたラック２の前面２ａ側には、前面２ａの開口に対向した状態で、平板状の熱交換器１２が設置されている。ラック２の前面２ａ側は、電子機器４の保守・点検を行なうために人が作業を行なう保守エリアとなっており、熱交換器１２とラック２の前面２ａとの間に前面側保守空間１４が形成される。熱交換器１２は、床板６からラック２の高さより高い位置まで垂直に延在し、前面側保守空間１４を形成する壁の一部となっている。

　なお、熱交換器１２には、冷却水等の冷媒が流れる管路が設けられ、この管路には冷媒を流すポンプが接続されている。熱交換器１２については後述する。

　ラック２の前面２ａの頂部から隔壁１６が垂直上方に向かって延在し、熱交換器１２と同じ高さとなったところで、水平に延在し、熱交換器１２の上部に接続されている。また、図１には現れていないが、隔壁１６はラック２の側面から熱交換器１２の側部まで延在している（図１の紙面に平行に延在する）。したがって、ラック２の前面２ａと、平板状の熱交換器１２と、隔壁１６とにより、閉じた空間（閉空間）が形成され、この空間が前面側保守空間１４に相当する。なお、隔壁１６の図１の紙面に平行な部分には、作業者が前面側保守空間１４に出入りできるように、ドアが設けられる。

　ラック２内の電子機器４は、ラック２の前面２ａ側から空気を吸い込み、ラック２の後面２ｂ側に排出する。すなわち、電子機器４は、ラック２の前面２ａの開口を通じて、閉空間である前面側保守空間１４内の空気を吸い込み、ラック２の後面２ｂ側に排出する。したがって、前面側保守空間１４は負圧となり、前面側保守空間１４の外側の空気が熱交換器１２を通じて前面側保守空間１４に流入する。この際、前面側保守空間１４に流入する空気は、熱交換器１２を通る際に冷却されて低温の空気（低温空気）となる。前面側保守空間１４に空気が流入できる部分は熱交換器１２だけであり、熱交換器１２で冷却されて低温となった空気のみが前面側保守空間１４に流入する。

　したがって、ラック２内の電子機器４が吸入する空気は、前面側保守空間１４内の低温の空気であり、電子機器４内の部品を効率的に冷却することができる。

　熱交換器１２は前面側保守空間１４の壁を形成しており、その面積は大きいので、前面側保守空間１４に流入する空気が熱交換器１２を通過する際の圧力損失は小さい。このため、前面側保守空間１４に空気を流入させるため、あるいは前面側保守空間１４から空気を流出させるために特別に送風機を設ける必要はなく、ラック２内の電子機器４自体の空気吸入作用だけで、熱交換器１２を通して前面側保守空間１４内に空気を流入させることができる。熱交換器１２の高さは、ラック２の高さより高いため、熱交換器１２の空気が通過する部分の面積を、ラック２の後面２ｂの面積より十分大きくすることができる。このため、ラック２の後面２ｂに熱交換器を設ける場合に比較して、熱交換器での圧力損失を十分に小さくすることができる。

　また、熱交換器１２の冷却作用が部分的に異なっていた場合などで、前面側保守空間１４内に流入する空気の温度が一様でなかったとしても、熱交換器１２を通じて流入した空気がラック２の前面２ａに到達するまでに、異なる温度の空気は混合される。ラック２の前面２ａの開口から電子機器４に吸入される空気は、一様な低温の空気（低温空気）となっており、電子機器４の各々に対して一定の低温の空気を供給することができる。このため、吸入空気の温度むらが原因で電気機器４に対する冷却効果が異なるといった問題を防止することができる。

　なお、前面側保守空間１４の内部の空気を低温の状態に維持するために、熱交換器１２の内面とラック２の前面２ａ以外の部分（隔壁１６の内面及び床面）に断熱材１８を貼り付けておくこととしてもよい。あるいは、隔壁１６自体を良好な断熱性を有する材料で形成することもできる。

　ラック２内の電子機器４に吸入され、電子機器４の内部を冷却してから排出された空気（電子機器４内の熱を吸収して温まった空気（高温空気））は、ラック２の後面２ｂの開口から後面側保守空間６０に排出される。ラック２から排出された高温空気の一部は、後面側保守空間６０に設置された床板６の開口６ａを通じて電算機室の床板６とスラブ８との間に形成された床下プレナム１０に流入する。そして、床下プレナム１０に流入した高温空気は、熱交換器１２の吸気側に向かって流れ、熱交換器１２の吸気側に設けられた床板６の開口６ａから床板６の上に出る。このように、床下プレナム１０は、ラック２の後面２ｂから排出された高温空気を熱交換器１２の吸気側に戻す空気流路を形成する。

　また、ラック２から排出された高温空気の一部は、電算機室内でラック２及び隔壁１６と天井のスラブ８との間の空間を流れて、熱交換器１２の吸気側に戻る。したがって、電算機室内の上部空間も、ラック２の後面２ｂから排出された高温空気を熱交換器１２の吸気側に戻す空気流路を形成する。

　なお、ラック２から排出される空気（高温空気）は、電子機器４から排出される空気であり、電子機器１０の内部での熱吸収量により温度が異なることがある。すなわち、ラック２から排出される高温空気は一様な温度ではないことがある。そのような場合でも、高温空気が後面側保守空間６０や上述の空気流路を流れる間に混合され、全体的に一様な温度の空気となる。このため、同じ温度の空気を熱交換器１２の吸気面全面に供給することができ、熱交換器１２を通って前面側保守空間１４に流れ込む空気の温度も全体的にばらつきのない一定の温度となる。

　上述のように、本実施形態による空調システムでは、面積を大きくして圧力損失を極力低減した熱交換器１２をラック２の吸気側に設けることで、電子機器４に設けられたファンのみで、空気を流す。すなわち、熱交換器１２に空気を通過させるための動力を電子機器４が内部の部品を冷却するために搭載しているファンに担わせている。このためには、電子機器４の内部に空気を通過させるために上昇させる静圧と比較して、熱交換器１２に空気を通過させるために上昇させる静圧が十分に小さい必要がある。熱交換器１２の圧力損失が大きい場合、電子機器４に搭載されたファンの性能が一定であると仮定すると、電子機器４のファンが上昇させる静圧が大きくなり、ファンを通過する空気量が減少し、電子機器４内を流れる空気量が減少してしまう。電子機器４内を流れる空気量が減少すると冷却作用が弱くなり、電子機器４内部の部品の温度が上昇して、電子機器４の動作や信頼性を損なうおそれがある。

　そこで、本実施形態では、熱交換器１２の圧力損失を十分小さくし、電子機器４内を流れる空気量がほとんど変化しないようにしている。電子機器４内部のファンが空気を搬送するために上昇させる静圧は数１００Ｐａである。したがって、熱交換器１２の圧力損失が例えば５Ｐａ以下であれば、電子機器４内を流れる空気量の減少は数％であり、電子機器４内の部品の冷却作用への影響をほとんどなくすことができる。

　一般的に空気の流れを阻害する抵抗体の圧力損失Ｐは以下の式で表される。

　　Ｐ＝Ｃ×Ｖ^X(1.5～2.0)
上記の式中で、Ｃは係数であり、Ｖは空気流速である。Ｘは抵抗体の形状などで変化するが、ほぼ一定と考えて良い。圧力損失Ｐを小さくするためには、ＣとＶを小さくすれば良いことがわかる。特にＶ（空気流速）を小さくすると１．５～２．０乗で効果を得ることができる。空気流速を小さくするためには、熱交換器１２の面積を大きくすればよい。熱交換器１２の面積を大きくすれば、熱交換器１２に必要な厚さも小さくすることができ、熱交換器１２を薄くすることでＣ（係数）も小さくなる。

　電算機室において熱交換器１２の面積を大きくとるためには、ラック２の吸気面がラック列に沿って大きくなることから、熱交換器１２をラック列に沿って設置することが望ましい。ラック列に沿って熱交換器１２を設置する場合、水平方向に延在するように設置する方法と垂直方向に延在するように設置する方法が考えられる。熱交換器１２を水平方向に延在するように設置した場合、熱交換器１２の面積をさらに大きくとろうとすると、設置面積が増える方向になるため望ましくない。また、熱交換器１２を水平方向に延在するように設置した場合に、熱交換器１２に結露が発生すると、水滴が前面側保守空間１４の床面や床下のケーブル設置ゾーンに落ちるおそれがあり、好ましく無い。

　以上のような考察に基づいて、本実施形態では、ラック２の吸気面側に、板状で面積の大きい熱交換器１２を垂直方向に延在するように設けたものである。

　図２は、天井ダクトを有する電算機室に上述の空調システムを設けた例を示す簡略図である。図２において、図１に示す部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。

　図２に示す空調システムでは、電算機室の天井板２０を、隔壁１６の水平に延在する部分として用いる。したがって、ラック２の前面２ａから天井板２０まで隔壁１６が延在する。また、熱交換器１２も、天井板２０まで延在する。このように、図２に示す例では、ラック２の前面２ａと、熱交換器１２と、隔壁１６と、天井板２０とで、前面側保守空間１４が形成される。

　また、天井板２０と天井側のスラブ８との間に、天井ダクト２２が形成される。天井板２０は、床板６と同様に開口２０ａを有する。ラック２から排出された高温空気の一部は、天井板２０の開口２０ａを通じて電算機室の天井板２０とスラブ８との間に形成された天井ダクト２２に流入する。そして、天井ダクト２２に流入した高温空気は、熱交換器１２の吸気側に向かって流れ、熱交換器１２の吸気側に設けられた天井板２０の開口２０ａから天井板２０の下に出る。このように、天井ダクト２２は、ラック２の後面２ｂから排出された高温空気を熱交換器１２の吸気側に戻す空気流路を形成する。

　図３は、図１２に示す空調システムに低温空気混合促進機構が設けられた例を示す簡略図である。図３において、図２に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。

　図３において、低温空気混合促進機構は、前面側保守空間１４内で天井板２０に取り付けられた空気攪拌用のファン２４に相当する。ファン２４は、閉空間である前面側保守空間１４内の空気を適度に攪拌して混合するために設けられる。したがって、ファン２４は送風用のファンとは異なり、強い空気流を発生させる必要はなく、小さな出力のファンで十分である。ファン２４を駆動して前面側保守空間１４内の空気を攪拌・混合することで、ラック２の前面２ａから吸気される低温の空気の温度をさらに一様な温度とすることができる。これにより、ラック２内に収容された複数の電子機器４の各々に対して、一様な温度の空気を供給することができ、冷却むらを無くすことができる。前面側保守空間１４にファン２４を設けることで、前面側保守空間１４は、低温の空気を混合して一様な温度の空気とする低温空気混合空間を兼ねることとなる。

　図４は、図３に示すラック２の列と前面側保守空間１４とを組み合わせた構成が複数形成された空調システムを示す簡略図である。図４において、図３に示す構成部品と同等の部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。

　図４に示す例では、ラック２の後面２ｂ側に隣の列のラック２の前面側保守空間１４を形成する熱交換器１２が配置される。この構成によると、ラック２の後面２ｂから排出された空気は、天井側の天井ダクト２２及び床下の床下プレナム１０に流れることができる。空気の流れとしては、図３の形態が複数あると考えられるため、図３の空気流れが形成される。ただし、ラック２の後面２ｂから排出された空気の一部は隣の列のラック２の前面側保守空間１４を形成する熱交換器１２を通過して隣の列のラック２の前面側保守空間１４に流入することも考えられる。この場合、床下プレナム１０や天井ダクト２２を通って、ラック列を越えて高温空気が移動することになる。

　以上のように、図４に示す例では、ラック２の列から排出された高温空気の大部分は、図３の通りラック列単位に空気が循環すると考えられる。後面側保守空間６０に排出された一部の高温空気は、排出された後面側保守空間６０に設置された熱交換器１２を通過して低温の空気（低温空気）となってそのまま隣のラック２の列の前面側保守空間１４に流入する。この場合、ラック２の他の列から排出された高温空気が、床下プレナム１０及天井ダクト２２を通過して補充される。

　図５は、天井ダクトを有しない電算機室に設けられた図４に示す空調システムの概略図である。図５において、図４に示す構成部品と同等の部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。

　図５に示す空調システムは、電算機室に天井ダクトが設けられていないこと以外は、図４に示す空調システムと同じ構成である。ラック２の一つの列から排出された高温空気の大部分はそのラック２の隣の列に対して設けられた熱交換器１２を通過して前面側保守空間１４に入る。このため、それ以外の空気流路は床下の床下プレナム１０があれば十分であり、天井ダクトを設ける必要はない。

　図６は、高温空気混合促進機構が設けられた図４に示す空調システムを示す簡略図である。図６において、図４に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。

　図４に示す空調システムでは、前面側保守空間１４に空気攪拌用のファン２４が設けられ、ファン２４により前面側保守空間１４内の低温空気を攪拌・混合して一様な温度の空気としている。図６に示す空調システムでは、前面側保守空間１４ではなく、ラック２の後面２ｂ側の高温空気が流れる空間に、高温空気混合促進機構として空気攪拌用のファン２６が設けられている。

　ラック２の後面２ｂ側に排出される高温空気は、ラック２内の複数の電子機器４から排出される空気であり、電子機器４の運転状況によって排出される空気の温度にばらつきがあるおそれがある。そこで、図６に示す例では、ラック２の後面２ｂ側の空間にファン２６を設け、ラック２の後面２ｂ側に排出される高温空気をファン２６により攪拌・混合してから、熱交換器１２を通過させる。これにより、熱交換器１２を通過して冷却された空気を全体に一様な温度とすることができ、一様な温度の低温空気を複数の電子機器４の各々に供給することができる。

　図７は、高温空気混合促進機構が設けられた図５に示す空調システムを示す簡略図である。図７において、図５に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。

　図５に示す空調システムでは、前面側保守空間１４に空気攪拌用のファン２４が設けられ、ファン２４により前面側保守空間１４内の低温空気を攪拌・混合して一様な温度の空気としている。図７に示す空調システムでは、前面側保守空間１４ではなく、ラック２の後面２ｂ側の高温空気が流れる空間に、高温空気混合促進機構として空気攪拌用のファン２６が設けられている。

　ラック２の後面２ｂ側に排出される高温空気は、ラック２内の複数の電子機器４から排出される空気であり、電子機器４の運転状況によって排出される空気の温度にばらつきがあるおそれがある。そこで、図７に示す例では、ラック２の後面２ｂ側の空間にファン２６を設け、ラック２の後面２ｂ側に排出される高温空気をファン２６により攪拌・混合してから、熱交換器１２を通過させる。これにより、熱交換器１２を通過して冷却された空気を全体に一様な温度とすることができ、一様な温度の低温空気を複数の電子機器４の各々に供給することができる。

　図８は、ラック２の後面２ｂ側に高温空間が設けられた空調システムを示す簡略図である。図８において、図４に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。

　図８に示す空調システムは、前面側保守空間１４にファン２４が設けられておらず、その代わりにラック間仕切り板２８が設けられていること以外は、図４に示す空調システムと同じである。

　ラック間仕切り板２８は、ラック２の後面２ａと、それに対向した熱交換器１２との間に配置され、床板６から天井板２０まで垂直に延在している。ラック２の後面２ｂとラック間仕切り板２８の間に高温空気が排出される高温空気空間３０が形成され、ラック間仕切り板２８と熱交換器１２の吸気面１２ａとの間に高温空気が供給される高温空気空間３２が形成される。ラック間仕切り板２８を設けることにより、ラック２の後面２ａから排出された高温空気は、直ちに熱交換器１２に流入することなく、高温空気空間３０から床下プレナム１０及び天井ダクト２２に流入する。そして、高温空気は、床下プレナム１０及び天井ダクト２２を流れて、高温空気空間３２に流入する。その後、高温空気は、高温空気空間３２から熱交換器１２を通過して冷却され、低温空気となって前面側保守空間１４に流れ込む。

　以上のように、熱交換器１２に流れる高温空気は、床下プレナム１０又は天井ダクト２２を通ってから高温空気空間３２に流入するので、熱交換器１２を通過するまでの間に高温空気は自然と攪拌・混合され、一様な温度となっている。したがって、特に空気攪拌用のファン２６を設けなくても、高温空気を一様な温度にすることができる。したがって、床下プレナム１０及び天井ダクト２２は、高温空気混合用経路として機能する。

　ここで、熱交換器１２について詳細に説明する。

　図９は熱交換器１２とラック２の列との間に形成された図１に示す前面側保守空間１４を示す斜視図である。図１０は熱交換器１２のみを拡大して示す斜視図である。図９及び図１０に示す平板状の熱交換器１２は、複数の熱交換器モジュール３０と複数のフレーム３２とを含む。複数の熱交換器モジュール３０が一つのフレーム３２に取り付けられ、そのフレーム３２が複数接続されることで、熱交換器モジュール３０がマトリクス状に配列された状態の平板状の熱交換器１２が形成される。

　熱交換器モジュール３０の各々に対して冷媒として冷却水が供給され、熱交換器モジュール３０の各々は個別に熱交換器モジュール３０を通過する空気を冷却することができる。熱交換器１２を大きな一つの熱交換器モジュールで形成してもよいが、冷却水の供給側と排出側とで、冷却水の温度が変わってしまい、熱交換器１２全体で一様な冷却を行えないおそれがある。そこで、図９及び図１０に示す熱交換器１２では、複数の小型の熱交換器モジュール３０をつなぎ合わせて一枚の熱交換器１２を形成し、熱交換器モジュール３０の各々に対して個別に冷却水を供給している。

　図１１は、熱交換器１２に冷却水を供給する配管が接続された状態を示す側面図である。電算機室の床下のスラブ８に架台３４が設置され、複数の熱交換器モジュール３０が取り付けられた枠体３２が架台３４上に固定される。床下のスラブ８上に冷却水の供給側配管３６と帰還側配管３８が設けられている。供給側配管３６の途中には供給側マニフォルド３６Ａが設けられる。また、帰還側配管３８の途中には帰還側マニフォルド３８Ａが設けられる。

　一つのフレーム３２に取り付けられた熱交換器モジュール３０の各々には、一つの供給側マニフォルド３６Ａから延在する冷却水供給配管４０が接続され、且つ、一つの帰還側マニフォルド３８Ａから延在する冷却水帰還配管４２が接続される。したがって、供給側配管３６を流れる低温の冷却水は、供給側マニフォルド３６Ａから冷却水供給配管４０を流れて一つの熱交換器モジュール３０に供給される。低温の冷却水は熱交換器モジュール３０を流れる間に、通過する空気を冷却して高温の冷却水となる。高温の冷却水は、冷却水帰還配管４２に排出され、帰還側マニフォルド３８Ａを介して帰還側配管３８に流れる。

　また、図１２に示すように、熱交換器モジュール３０の各々に対して冷却水ポンプ４４を接続して個別に冷却水を供給することとしてもよい。図１３は図１２に示す冷却水循環回路を示す図である。図１３において、供給側配管３６と帰還側配管３８は冷水製造装置４６に接続されている。冷水製造装置４６は、ポンプと熱交換機を含み、帰還側配管３８から流れてくる高温の冷却水を冷却して低温の冷却水とし、供給側配管３６に送り出す。冷却水ポンプ４４の各々は、供給側配管３６から低温の冷却水を汲み上げ、熱交換器モジュール３０に供給する。低温の冷却水は空気を冷却して高温の冷却水となり、帰還側配管３８に排出される。

　また、図１４に示すように熱交換器モジュール３０の各々に空気温度センサ５０を設け、熱交換器モジュール３０を通過する空気の温度に基づいて供給する冷却水の流量を制御することもできる。空気温度センサ５０は、熱交換器モジュール３０の吸気側に設けられ、熱交換器モジュール３０に入ってくる高温空気の温度を検出する。

　図１５は各熱交換器モジュール３０への冷却水流量を制御することのできる冷却水循環系の回路図である。図１５において、図１３に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。

　図１５において、熱交換器モジュール３０の各々に設けられた空気温度センサ５０からの温度検出値は、コントローラ５２に送られる。空気温度センサ５０からの温度検出値は、各熱交換器モジュール３０に入る高温空気の温度値である。コントローラ５２は、空気温度センサ５０からの温度検出値に基づいて、各冷却水ポンプ４４を制御して冷却水の流量を調整する。

　例えば、ある熱交換器モジュール３０に入る空気の温度が他の熱交換器モジュール３０に入る空気の温度より高い場合、コントローラ５２は、当該熱交換器モジュール３０に冷却水を供給するための冷却水ポンプ４４の流量を多くする。これにより、当該熱交換器モジュール３０の冷却作用が大きくなり、当該熱交換器モジュール３０を通過した空気の温度を、他の熱交換器モジュール３０を通過した空気の温度と同じにすることができる。

　なお、上述の熱交換器１２の熱交換器モジュール３０の各々にファンを設けることとしてもよい。図１６は、ファン３０ａが設けられた熱交換器モジュール３０により形成された熱交換器１２を有する空調システムを示す概略図である。ファン３０ａは熱交換器モジュール３０の小さな圧力損失を回復できる程度の出力でよく、回転数の小さい低消費電力のファンで十分である。また、低温空気を攪拌・混合する効果が出てくるため、各熱交換器モジュール３０のファン３０ａが図３に示す空気攪拌用ファン２４の代わりとなる。

　２　ラック
　２ａ　前面
　２ｂ　後面
　４　電子機器
　６　床板
　６ａ　開口
　８　スラブ
　１０　床下プレナム
　１２　熱交換器
　１４　前面側保守空間
　１６　隔壁
　１８　断熱材
　２０　天井板
　２２　天井ダクト
　２４　ファン
　２６　ファン
　２８　間仕切り板
　３０　熱交換器モジュール
　３０ａ　ファン
　３２　フレーム
　３４　架台
　３６　供給側配管
　３６Ａ　供給側マニフォルド
　３８　帰還側配管
　３８Ａ　帰還側マニフォルド
　４０　冷却水供給配管
　４２　冷却水帰還配管
　４４　冷却水ポンプ
　４６　冷水製造装置
　５０　空気温度センサ
　５２　コントローラ
　６０　後面側保守空間

Claims

　電子機器を収容し、吸気又は排気の開口を有するラックと、
　前記ラックの開口に対向して配置された、面積が前記開口の面積よりも大きい熱交換器と
　を有する空調システム。
　請求項１記載の空調システムであって、
　前記開口と前記熱交換器との間の空気流路を包囲する閉空間が形成された空調システム。
　請求項２記載の空調システムであって、
　前記閉空間に、内部の空気を攪拌するためのファンが設けられた空調システム。
　請求項１記載の空調システムであって、
　前記開口は吸気口である空調システム。
　請求項１記載の空調システムであって、
　前記熱交換器の高さは、前記ラックの高さより高く設定されている空調システム。
　請求項１記載の空調システムであって、
　前記ラック及び前記熱交換器は床板状に設置され、
　前記床板の下側に床下空気流路が形成され、
　前記所定の閉空間以外の空間は、前記床下空気流路を通じて繋がっている空調システム。
　請求項６記載の空調システムであって、
　前記熱交換器は天井板まで延在し、
　前記天井板の上側に天井側空気流路が形成され、
　前記所定の閉空間以外の空間は、前記第天井側空気流路を通じて繋がっている空調システム。
　請求項１記載の空調システムであって、
　前記ラックは複数台整列して設置され、
　前記熱交換器は、互いに隣接する一方のラックの排気側の開口と他方のラックの吸気側の開口との間に配置される空調システム。
　請求項８記載の空調システムであって、
　前記一列のラックの排気側の開口と前記熱交換器との間に、空気を攪拌するファンが設けられた空調システム。
　請求項８記載の空調システムであって、
　前記一列のラックの後面と前記熱交換器との間に間仕切り板が設けられた空調システム。
　請求項１記載の空調システムであって、
　前記熱交換器は、複数の熱交換器モジュールを含み、前記熱交換モジュールはマトリクス状に配列されている空調システム。
　請求項１２記載の空調システムであって、
　前記熱交換器モジュールの各々に冷却水ポンプが接続された空調システム。
　請求項１２記載の空調システムであって、
　前記熱交換器モジュールの各々に空気温度センサが設けられ、
　前記空気温度センサの温度検出値に基づいて前記冷却水ポンプを制御する制御器を有する空調システム。　
　請求項１１記載の空調システムであって、
　前記熱交換器モジュールの各々にファンが設けられた空調システム。
　電子機器を収容し吸気口及び排気口を有するラックの、前記排気口と吸気口との間の空気流路上に設置され、面積が前記吸気口および前記排気口の面積よりも大きい熱交換器。