WO2014041819A1 - 空調システム - Google Patents

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WO2014041819A1
WO2014041819A1 PCT/JP2013/005452 JP2013005452W WO2014041819A1 WO 2014041819 A1 WO2014041819 A1 WO 2014041819A1 JP 2013005452 W JP2013005452 W JP 2013005452W WO 2014041819 A1 WO2014041819 A1 WO 2014041819A1
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WO
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indoor
air conditioning
conditioning system
heat exchange
air
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/005452
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English (en)
French (fr)
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淳一 大木
山口　祥一
Original Assignee
Gac株式会社
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Publication date
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Priority to EP13837834.4A priority patent/EP2811366A4/en
Priority to JP2014535385A priority patent/JPWO2014041819A1/ja
Priority to CN201380021870.0A priority patent/CN104254814A/zh
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    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/0001—Control or safety arrangements for ventilation
    • F24F2011/0006—Control or safety arrangements for ventilation using low temperature external supply air to assist cooling

Definitions

  • the present invention relates to a system for air-conditioning a rack for storing a heat generating device such as a server.
  • the server room unit disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-098799 is provided with a plurality of server racks and cooling equipment in casings that can be arranged adjacent to each other, and functions as a server room.
  • a cold area and a hot area are defined in a casing, and the server rack can be ventilated to be arranged in a line at the boundary between the cold area and the hot area.
  • the cooling facility further includes an exhaust fan configured to supply outside air to the cold area and exhaust the outside from the hot area, and an air conditioner configured to prepare the cold air and circulate the inside of the casing.
  • a plurality of server room units are arranged adjacent to each other in a building, and each server room unit constitutes a server room.
  • the power consumption of the server room can be reduced by using cooling using outside air.
  • a filter is necessary to introduce outside air, and the filter needs to be replaced frequently. This increases the maintenance cost. It is also difficult to keep the humidity in the server room appropriate regardless of the weather and the season in the outside world.
  • One aspect of the present invention is an indoor heat exchange in which a hot area side of a rack row in which a plurality of racks in which heat generating devices are stored is arranged in a horizontal direction is partitioned along the rack row, and a cold air buffer area is formed outside the hot area
  • a supply fan that supplies the cold air in the cold buffer area to the cold area side of the rack row through the double floor under the rack row, and the indoor heat exchange system through the piping system.
  • It is an air-conditioning system having an outdoor heat exchange system in which a refrigerant circulates.
  • the indoor heat exchange system is arranged side by side with the rack row on the hot area side of the rack row to partition the hot area and outside the hot area.
  • an indoor heat exchange system forms an area that becomes a hot spot in an indoor hot area in a more limited area. Since the temperature of the indoor air introduced into the indoor heat exchange system from the area that becomes the hot spot of the hot area can be kept high, a temperature difference between the indoor air to be cooled and the outside air can be secured. For this reason, the cooling efficiency of an air conditioning system can be improved and the power consumption of an air conditioning system can be reduced.
  • This air conditioning system forms a cold air buffer area by an indoor heat exchange system extending along the rack row, and supplies the cold air in the cold air buffer area to the cold area side of the rack row through the floor. Therefore, when the cooling load along the rack row varies depending on the location due to differences in the output or operating state of the heat generating equipment stored in the rack row and the environment around the rack row, the indoor heat along the rack row varies. By making the capacity of the exchange system variable, the power consumption of the air conditioning system can be reduced.
  • this air conditioning system is a natural circulation type. That is, the outdoor heat exchange system desirably includes a natural circulation outdoor heat exchange system in which the refrigerant naturally circulates between the indoor heat exchange system and the indoor heat exchange system.
  • the natural circulation type it is possible to cool the room without introducing outside air into the room and without using a compressor. For this reason, it is possible to further reduce the power consumption, reduce the maintenance cost, and realize an air conditioning system with little influence of outside air.
  • by dividing the hot area by the indoor heat exchange system and forming the cold air buffer area it is possible to secure a temperature difference between the indoor air and the outdoor air of the hot spot to be cooled. For this reason, even in a state where the outside air temperature is high, the room can be cooled by natural circulation.
  • the indoor heat exchange system includes a plurality of indoor units arranged side by side in the horizontal direction, and the outdoor heat exchange system is connected to each of the plurality of indoor units via a plurality of independent piping systems. It is desirable to include an outdoor unit.
  • the cooling load of the indoor unit and the outdoor unit changes due to the heat load of each rack or each area of the rack row, the power consumption of the outdoor fan provided corresponding to the outdoor unit can be individually controlled, and the power consumption of the air conditioning system Can be further reduced.
  • the refrigerant can be naturally circulated according to the conditions of the combined indoor unit and outdoor unit, and the cooling capacity by natural circulation can be maximized. It is desirable that the plurality of indoor units be arranged corresponding to each of the plurality of racks arranged in the horizontal direction.
  • the supply fan preferably includes a plurality of fan units arranged corresponding to the plurality of indoor units.
  • the fan units are arranged in rack units. The power consumption can be further reduced by individually controlling the fan units.
  • This air conditioning system desirably includes a plurality of partition members that divide the hot area side at positions corresponding to a plurality of racks arranged in the horizontal direction and prevent the distribution of hot air in the hot area.
  • An example of the partition member is a flameproof curtain that does not easily become a maintenance obstacle.
  • the indoor unit further includes a plurality of indoor subunits arranged above and below, and the outdoor unit includes a plurality of outdoor subunits connected to each of the plurality of indoor subunits via a piping system independent of each other. It is desirable to include. Since the cooling load of the indoor subunit and the outdoor subunit can be changed corresponding to the fluctuation of the heat load in the vertical direction of the rack, the power consumption can be further reduced. When each of the racks arranged in the horizontal direction can be stacked in the vertical direction (vertical direction), it is possible to cope with the difference in heat output of the heat generating devices stored above and below the rack. Furthermore, the cooling by natural circulation is realizable by the combination of subunits by connecting with an independent piping system.
  • the indoor heat exchanging system of this air conditioning system has a plurality of indoor subunits arranged in a matrix in the vertical and horizontal directions (up, down, left and right) in parallel with the rack rows. Connected to outdoor subunit. Therefore, if the conditions of each combination (subunit pair) are adjusted by the combination of each indoor subunit and outdoor subunit, the refrigerant naturally circulates, and the cooling capacity by natural circulation is obtained. Even if the indoor subunits arranged in a matrix are not actively controlled individually (although they may be controlled), they automatically (autonomously) if the heat load removed by each indoor subunit increases.
  • the matrix of indoor subunits may correspond to the racks (stages, shelves) in the vertical and horizontal directions (up, down, left, and right) of the rack row.
  • the supply fan also includes a plurality of fan units that blow out cool air toward different positions above and below the rack.
  • the cool air can be selectively supplied to a high heat load (heat output) at the top and bottom of the rack.
  • the indoor heat exchange system may be arranged to be inclined so as to form a cold air buffer area whose upper side is narrow and whose lower side is wide.
  • the cooling efficiency can be improved, and furthermore, it is easy to ensure the air volume balance in the vertical direction in the cold air buffer area.
  • Another aspect of the present invention is the air conditioning system described above, a rack row in which a plurality of racks are arranged in a horizontal direction, a double floor on which the rack row is installed, a room in the rack row and the air conditioning system.
  • a room unit having a housing that houses a heat exchange system.
  • a typical example of the heat generating equipment stored in the rack is a server.
  • the plurality of racks may include a server rack in which servers are stored vertically.
  • a typical room unit is a server room unit.
  • positioning of a server room The cross-sectional view which shows arrangement
  • FIG. 1 shows a schematic arrangement of a container-type server room in a longitudinal (vertical) sectional view
  • FIG. 2 shows a horizontal sectional view (transverse sectional view).
  • the server room (server room unit) 10 is a rectangular parallelepiped container type that is long in the horizontal direction (X direction), and is disposed in the center of the housing 11 surrounding the server room 10 and the room 12 of the server room 10.
  • the rack row 20, the double floor 15 on which the rack row 20 is installed, and a rack air conditioning system (air conditioning system) 50 that cools the room 12 of the server room 10 are included.
  • the rack row 20 includes a plurality of racks (storage shelves, storage shelves, server racks) 21 each storing a device that generates heat, in this example, a server 25, and a cable wiring space 29 provided in the upper part of the rack 21.
  • the plurality of racks 21 are arranged in a row in the longitudinal direction of the server room 10 in the horizontal direction (horizontal direction, X direction) and connected to adjacent racks 21.
  • Each rack 21 has a multi-stage structure and can store a plurality of servers 25 in a multi-stage arrangement.
  • the rack 21 of this example has a three-stage structure, and includes three shelves (stages) 24 at the top and bottom.
  • Each server 25 housed in the rack 21 includes a fan that cools the inside, and intakes and exhausts air in the front-rear direction (Y direction) orthogonal to the longitudinal direction of the rack row 20.
  • the intake direction of the server 25 is defined as the front side 22 of the server 25 and the rack 21, and the exhaust direction is defined as the rear side 23 of the server 25 and the rack 21. Therefore, the front side 22 of the rack 21 is a cold area (cold aisle) 17 and the rear side 23 is a hot area (hot aisle) 18.
  • the air conditioning system 50 includes an indoor heat exchange system (indoor heat exchanger, indoor heat exchange device) 60, an outdoor heat exchange system (outdoor heat exchanger, outdoor heat exchange device) 70, a cold air supply fan 80, and an indoor heat exchange. And a piping system 90 for circulating a refrigerant between the system 60 and the outdoor heat exchange system 70.
  • the indoor heat exchange system 60 includes a plurality of indoor heat exchange units (indoor units) 61, which partition the hot area 18 side of the rear side 23 of the rack row 20 along the rack row 20. Is arranged so as to form a cold air buffer area 19 outside.
  • the plurality of indoor units 61 are arranged in a matrix in the vertical and horizontal directions (vertically and horizontally), form a wall parallel to the rack row 20, and function as a partition that partitions the hot area 18 and the cool air buffer area 19.
  • air is circulated from the rack row 20 to the rear (rear side) 23 by a porous plate material, for example, punching metal or expansion metal, at a position about the same distance as the width (depth) of each rack 21.
  • a supporting frame or supporting wall 14 is formed.
  • the plurality of indoor units 61 are attached to the support wall 14 and form partitions that partition the hot area 18 and the cold air buffer area 19.
  • the supply fan 80 includes a plurality of fan units 81. Those fan units 81 are arranged under the floor 16 so as to supply the cold air 2 in the cold air buffer area 19 to the cold area 17 in the front (front side) 22 of the rack row 20 via the underfloor 16 of the double floor 15. . That is, the lower side of the cool air buffer area 19 of the floor 15 is an opening 87, and the cool air 2 in the cool air buffer area 19 is discharged to the under floor 16 in a down flow.
  • a gallery 85 for blowing out the cold air 2 to the cold area 17 is provided on the cold area 17 side of the floor 15, and the cold air 2 is supplied to the cold area 17 by the supply fan 80.
  • the system that circulates the cold air 2 through the double floor 15 includes several advantages.
  • the space-saving and economical air conditioning system 50 can be provided by using the double floor 15 as a duct. Even if condensation occurs in the cold air 2, it can be evaporated inside the double floor 15, and it is also possible to prevent the condensation from leaking out from the ceiling or the like and affecting the server.
  • the cold air buffer area 19 and the cold area 17 formed outside the hot area 18 can be connected in the shortest distance, and the double floor 15 can be used as a buffer area for the cold air 2. For this reason, even if the exhaust gas temperature rises locally and the heat load of the indoor heat exchange system 60 fluctuates locally, the temperature fluctuation of the cold air 2 can be suppressed.
  • the outdoor heat exchange system 70 includes a plurality of outdoor heat exchange units (outdoor units) 71, and the plurality of outdoor units 71 are disposed outside the housing 11.
  • the plurality of indoor units 61 are arranged to face the rear 23 of each rack 21 in the horizontal direction (X direction, horizontal direction), respectively, and are arranged in four stages in the vertical direction (Z direction, vertical direction). Has been placed.
  • Each indoor unit 61 includes a heat transfer surface 62 arranged such that a plurality of tubes extend vertically, an upper header 63 connected to the upper ends of the plurality of tubes, and a lower header 64 connected to the lower ends of the plurality of tubes. including.
  • the plurality of outdoor units 71 are stacked with a space through which the outside air 5 passes at an appropriate height outside the side wall of the housing 11.
  • Each outdoor unit 71 includes a heat transfer surface 72 arranged such that a plurality of tubes extend vertically, an upper header 73 connected to the upper ends of the plurality of tubes, and a lower header 74 connected to the lower ends of the plurality of tubes.
  • an outside air fan 75 for supplying outside air 5 to the heat transfer surface 72.
  • the piping system 90 includes a liquid refrigerant pipe 91 that communicates the lower header 74 of each outdoor unit 71 and the lower header 64 of each indoor unit 61, the upper header 63 of each indoor unit 61, and each outdoor unit 71. And a gas refrigerant pipe 92 communicating with the upper header 73.
  • Each of the plurality of indoor units 61 is connected to one or a plurality of outdoor units 71 that correspond one-to-one to each indoor unit 61 by an independent piping system 90 and communicated by the independent piping system 90.
  • the outdoor unit 71 operates as a pair.
  • Each outdoor unit 71 is arranged at a position higher than the paired indoor unit 61 connected by pipes 91 and 92. For this reason, the refrigerant liquefied by exchanging heat with the outside air 5 in the outdoor unit 71 is supplied to the indoor unit 61 through the liquid refrigerant pipe 91 by gravity and the internal pressure difference. The gas refrigerant vaporized by the indoor heat load in the indoor unit 61 is supplied to the outdoor unit 71 with a specific gravity difference via the gas refrigerant pipe 92 and is liquefied by the outdoor air 5.
  • the refrigerant naturally circulates through the paired indoor unit 61 and outdoor unit 71 connected by the independent piping system 90. For this reason, a compressor is unnecessary and the electric power required in order to operate a compressor can be omitted. Further, when the heat load (heat radiation load) of the outdoor unit 71 is small or the wind speed is sufficient, the power required to operate the outdoor air fan 75 can be saved by decelerating or stopping the outdoor air fan 75. it can. Therefore, the room 12 can be indirectly cooled through the refrigerant with low power consumption, substantially without consuming electric power depending on the conditions of the outside air, and without introducing outside air.
  • the air (cold air) 2 cooled by the indoor unit 61 descends through the cold air buffer area 19 partitioned by the indoor unit 61 and passes through the space 16 under the floor, and is supplied to the rack row 20 and the front 22 of the server 25 by the supply fan 80. It is discharged into a cold area (cold aisle) 17.
  • the supply fan 80 includes a plurality of fan units 81 whose installation positions and / or blowing directions (up and down and left and right) are adjusted so as to supply the cool air 2 to the racks 21 respectively stacked in the rack 21. .
  • the cold air 2 blown out to the cold area 17 is sucked by a fan built in the server 25, absorbs heat inside the server 25, and serves as hot air (hot air) exhaust 1 as a hot area in the rear 23 of the rack row 20. Released to (hot aisle) 18.
  • the hot exhaust 1 in the hot area 18 is cooled by an indoor unit 61 arranged in a partition form at the rear 23 of the rack row 20, and is discharged as cold air 2 to the cold air buffer area (buffer aisle) 19.
  • the air conditioning system 50 cools the server 25 stored in the rack row 20 by circulating the air in the room 12. Accordingly, it is not necessary to introduce outside air, and a filter necessary for introducing outside air can be omitted. Moreover, since it is not necessary to introduce outside air, it is not necessary to adjust humidity according to the weather or season. Further, the air conditioning system 50 operates with natural circulation of the refrigerant. For this reason, if the outside air temperature is lower than the temperature of the air to be cooled in the room 12, the interior of the server room 10 can be cooled with low power consumption and with no power consumed depending on conditions.
  • a plurality of indoor units 61 are arranged in the hot area 18 so as to be substantially parallel to the rack row 20 to create a partition, and a hot spot is forcibly created between the rack row 20 and the indoor unit 61. .
  • the temperature of the air (exhaust) 1 to be cooled by the indoor unit 61 can be increased, a temperature difference from the outside air 5 can be secured, and the natural circulation type air conditioning system 50 even under conditions in which the outside air 5 becomes hot, such as in summer.
  • the room 12 can be cooled.
  • the heat-resistant temperature of the heat generating device stored in the rack 21 is about 40 ° C.
  • the heat load in the room 12 can be removed by the natural circulation type air conditioning system 50 with low power consumption until the outside air temperature is about 35 ° C.
  • the temperature of the room 12 can be maintained at a predetermined condition.
  • a server 25 compatible with a 40 ° C. environment has been put on the market, and if it is a server room 10 storing such a server 25 with high heat resistance, the indoor 12 The temperature can be maintained within predetermined conditions.
  • an air conditioning system using a compressor may be provided as an auxiliary system.
  • the air conditioning system 50 further includes a flameproof curtain 55 that partitions the hot area 18 in units of racks 21.
  • the flameproof curtain 55 extends from the top to the bottom of the hot area 18 and functions as a partition member that prevents the hot air from flowing in the hot area 18 at a position corresponding to each of the plurality of racks 21. Therefore, the high-temperature exhaust 1 that is a server 25 mounted on a certain rack (first rack) 21 and is discharged from the server 25 with a high load to the hot area 18 is diffused to the hot area 18 of another rack 21. This can be suppressed by the flameproof curtain 55.
  • the flameproof curtain 55 makes it possible to create a hot spot behind the heavily loaded server 25 and keep the temperature of the indoor air exchanged by the indoor unit 61 in contact with the hot area 18 of the hot spot high. it can. Therefore, the difference between the indoor temperature and the outdoor temperature can be partially secured, and the pair of indoor units 61 and the outdoor unit 71 connected by the independent piping system 90 are partially indoors facing the indoor unit 61.
  • the refrigerant is naturally circulated under the conditions of For this reason, the natural circulation type air conditioning system 50 including a plurality of pairs of indoor units 61 and outdoor units 71 dispersed can efficiently release the heat load of the exhaust 1 of the server 25 to the outside air 5, and the temperature of the room 12 can be reduced.
  • the predetermined conditions can be maintained.
  • the heat load of the indoor unit 61 in contact with the hot area 18 of the server 25 having a high load from being intensively increased, and the heat load (cooling load) of the surrounding indoor units 61 can be suppressed from being interlocked.
  • the heat load (heat radiation load) of the outdoor unit 71 corresponding to the indoor unit 61 is also intensively increased, and only the outdoor air fan 75 of the outdoor unit 71 having a high heat load is driven, and other outdoor units having a low heat load.
  • the outside air fan 75 of 71 can be decelerated and stopped. Therefore, since the outside air fan 75 can also be individually controlled to be turned on and off by the heat load, the power consumption of the outside air fan 75 can also be reduced.
  • the partition member that partitions the hot area 18 is not limited to the flameproof curtain 55.
  • the hot area 18 behind the server 25 is a space necessary for maintenance such as replacement of the server 25 and connection of cables, it is desirable that the hot area 18 can be accessed relatively freely.
  • the flameproof curtain 55 can be accessed, can inhibit the flow of the exhaust 1, and can also suppress the spread of fire in the event of an emergency, so is suitable as a partition member that inhibits the flow of hot air in the hot area 18.
  • the indoor unit 61 is also divided and arranged in the vertical direction. Therefore, among the servers 25 stacked in the rack 21, the thermal load of the indoor unit 61 at the position (height) where the exhaust 1 of the server 25 having a high load is processed (cooled) is increased, and the servers 25 are arranged in other stages. Further, it is possible to prevent the thermal load of the indoor unit 61 at the position (height) where the exhaust 1 of the server 25 is processed from being increased in conjunction with it.
  • Fig. 3 shows different examples of container-type server rooms.
  • the server room 10 also has a housing 11, a rack row 20 installed in the center of the room 12 in the server room 10, a double floor 15 that supports the rack row 20, and an air conditioning system 50 that cools the room 12 in the server room 10.
  • the air conditioning system 50 includes an outdoor heat exchange system 70 including an outdoor unit 71 arranged on the ceiling of the housing 11.
  • the plurality of indoor units 61 of the indoor heat exchange system 60 form a partition that is inclined so as to form a cold air buffer area 19 with the upper side 19a being narrow and the lower side 19b being wide. Accordingly, each indoor unit 61 is also tilted.
  • Other configurations of the air conditioning system 50 are common to the system 50 shown in FIG.
  • the indoor unit 61 By arranging the indoor unit 61 so that the lower side 19b of the cool air buffer area 19 becomes wider with respect to the vertical direction, the cross-sectional area through which the cool air 2 passes in the cool air buffer area 19 gradually increases toward the lower side 19b.
  • the indoor units 61 are arranged in multiple stages in the vertical direction, the air volume of the cold air 2 that has passed through the indoor unit 61 increases toward the lower side 19b.
  • the lower side 19 b of the cold air buffer area 19 is widened, so that the cold air 2 flows smoothly also on the lower side 19 b of the buffer area 19, reducing pressure loss, and even in the lower indoor unit 61. It is easy to secure the air volume that passes through the indoor unit 61.
  • the indoor unit 61 is arranged obliquely with respect to the hot area 18, the area where the indoor unit 61 contacts the hot area 18 increases. Further, in each individual indoor unit 61, since the lower side of the cold air 2 is inclined so as to be wide, the cold air 2 is smoothly discharged downward. Therefore, the cooling capacity of each indoor unit 61 can be improved.
  • the indoor unit 61 is arranged in the hot area 18 in parallel with the rack row 20 to partition the hot area 18, and the high temperature discharged to the hot area 18.
  • the temperature of the exhaust 1 that exchanges heat with the indoor unit 61 can be kept high.
  • a temperature difference between the temperature of the indoor air (exhaust) 1 that exchanges heat with the indoor unit 61 and the outside air 5 can be secured.
  • the heat load of the server 25 can be removed using the air conditioning system in a state where there is no power consumption.
  • the exhaust 1 of each server 25 can be cooled by the indoor unit 61 arranged in units of the rack 21. Furthermore, in the air conditioning system 50 in which the indoor units 61 are arranged in a matrix, cooling is performed by the indoor units 61 that are arranged not only on the left and right but also on the upper and lower stages. Furthermore, the indoor unit 61 and the outdoor unit 71 are paired, and the refrigerant can be naturally circulated in units of each pair. Therefore, it is possible to realize natural circulation type low power consumption cooling in units of the indoor units 61 arranged in a matrix. Moreover, the power consumption of the outdoor unit 71 connected to the indoor unit 61 having a low heat load can be suppressed, and the power consumption of the entire air conditioning system 50 can be reduced.
  • the air conditioning system 50 cools the exhaust 1 of each server 25 by the indoor unit 61 and discharges it to the common cool air buffer area 19 for recirculation. Therefore, since the load fluctuation of each server 25 can be absorbed by the corresponding indoor unit 61, the temperature of the cold area 17 can be kept constant, and the influence on the ability of the other servers 25 can be suppressed.
  • the server 25 is described as an example of the heat generating device.
  • the device mounted on the rack 21 is not limited to the server 25, and a power conditioner (PCS) used in a large-scale solar power plant, It may be a communication / exchange device or the like arranged in a mobile phone base station.
  • PCS power conditioner
  • the container type server room (server room unit) 10 that can be installed independently has been described above as an example.
  • the server room is not limited to the container type, and may be a server room in a data center.
  • the rack row is not limited to one row and may be two or more rows.
  • a plurality of indoor units 61 are arranged above and below, and the outdoor unit 71 is arranged corresponding to each indoor unit 61.
  • one indoor unit 61 may be arranged for each rack.
  • a plurality of racks may be cooled by the common indoor unit 61.
  • the arrangement of the outdoor units 71 is not limited to the above, and the plurality of indoor units 61 are divided into a plurality of groups based on the thermal load or the expected operation of the server 25 and connected to the groups of the indoor units 61 in common. It is also possible to provide the outdoor unit 71.
  • An air conditioning system in which a plurality of indoor units 61 operate collectively is also included in the present invention.
  • the plurality of indoor units 61 are individually divided into appropriate areas and designed to be cooled by a natural circulation method. Is desirable.
  • the outdoor air fan 75 may be provided corresponding to each outdoor unit 71, or a plurality of outdoor units 71 may be divided into appropriate groups and provided corresponding to each group. Furthermore, it is also possible to provide an indoor fan that controls the flow rate passing through the individual indoor units 61 or the indoor units 61 as a group.
  • the air conditioning system described above employs a natural circulation thermosiphon system (cooling device) that is considered to be the most energy-saving as a means for releasing indoor heat generation to the outside.
  • the cooling system of the present invention is not limited to the natural circulation type.
  • the heat dissipation method is not limited to the thermosiphon, but a liquid circulation (pump type) system using cold water or brine, or a refrigeration cycle system using a compressor can also be used.

Abstract

　空調システムは、発熱機器が収納される複数のラックが横方向に並んだラック列のホットエリア側をラック列に沿って仕切り、ホットエリアの外側に冷気バッファエリアを形成する室内熱交換システムと、冷気バッファエリアの冷気を、ラック列が上に配置される二重床の床下を介してラック列のコールドエリア側に供給する供給ファンと、配管システムを介して室内熱交換システムとの間で冷媒が循環する室外熱交換システムとを有する。サーバルームの空調に適した低消費電力の空調システムを提供できる。

Description

空調システム
　本発明は、サーバなどの発熱機器を収納するラックを空調するシステムに関するものである。
　日本国特開２０１２－０９８７９９号公報に開示されたサーバ室ユニットは、互いに隣接配置可能なケーシング内に複数台のサーバラックと冷却設備を備えており、それ自体がサーバ室として機能する。このサーバ室ユニットは、ケーシング内にコールドエリアとホットエリアとを区画形成し、サーバラックを通風可能としてコールドエリアとホットエリアの境界部に一列に並べて配列する。このサーバ室ユニットは、さらに、冷却設備を、外気をコールドエリアに給気しホットエリアから外部に排気する構成の排気ファンと、冷気を調製してケーシング内を循環させる構成の空調装置とにより構成する。ユニット型データセンターは、複数台のサーバ室ユニットを建物内において隣接配置して各サーバ室ユニットの全体でサーバ室を構成する。
　外気を用いた冷房を使用することによりサーバルームの消費電力を削減できる。しかしながら、外気を導入するためにフィルタが必要であり、フィルタの交換も頻繁に行う必要がある。このため、メンテナンス費用が高くなる。また、サーバルーム内の湿度を外界の天候や季節に関わらず適正に保つことも難しい。
　したがって、サーバ室などの空調に適したシステムであって、メンテナンス費用が少なく、外気の影響の少ない空調システムが要望されている。
　本発明の一態様は、発熱機器が収納される複数のラックが横方向に並んだラック列のホットエリア側をラック列に沿って仕切り、ホットエリアの外側に冷気バッファエリアを形成する室内熱交換システムと、冷気バッファエリアの冷気を、ラック列が上に配置される二重床の床下を介してラック列のコールドエリア側に供給する供給ファンと、配管システムを介して室内熱交換システムとの間で冷媒が循環する室外熱交換システムとを有する空調システムである。
　この空調システムにおいては、熱負荷がラックのホットエリア側に集中することを利用し、ラック列のホットエリア側に室内熱交換システムをラック列と並べて配置してホットエリアを仕切り、ホットエリアの外側に冷気バッファエリアを形成するとともに、室内熱交換システムにより、室内のホットエリアに、さらに限られた領域で、ホットスポットとなるエリアを形成する。ホットエリアのホットスポットとなるエリアから室内熱交換システムに導入される室内空気の温度を高く保つことができるので、冷却対象となる室内空気と外気との温度差を確保できる。このため、空調システムの冷却効率を向上し、空調システムの消費電力を低減できる。
　また、この空調システムは、ラック列に沿って延びた室内熱交換システムにより冷気バッファエリアを形成し、その冷気バッファエリアの冷気を、床下を介してラック列のコールドエリア側に供給する。したがって、ラック列に収納される発熱機器の出力または稼働状態の相違や、ラック列の周囲の環境の相違により、ラック列に沿った冷房負荷が場所により異なるときに、ラック列に沿った室内熱交換システムの能力を可変にすることにより空調システムの消費電力を低減できる。
　この空調システムは自然循環タイプであることが有効である。すなわち、室外熱交換システムは、室内熱交換システムとの間で配管システムを介して冷媒が自然循環する自然循環用室外熱交換システムを含むことが望ましい。自然循環タイプを採用することにより、外気を室内に導入させずに、また、コンプレッサを使わずに室内を冷房できる。このため、消費電力をさらに削減でき、メンテナンスの費用も少なく、外気の影響の少ない空調システムを実現できる。また、室内熱交換システムによりホットエリアを仕切り冷気バッファエリアを形成することにより、冷却対象となるホットスポットの室内空気と外気との温度差を確保できる。このため、外気温が高い状態においても自然循環で室内を冷却することが可能となる。
　この空調システムにおいて、室内熱交換システムは、横方向に並んで配置された複数の室内ユニットを含み、室外熱交換システムは複数の室内ユニットのそれぞれと独立した配管システムを介して接続された複数の室外ユニットを含むことが望ましい。ラック毎またはラック列のエリア毎の熱負荷により室内ユニットおよび室外ユニットの冷房負荷が変わるときに、室外ユニットに対応して設けられる外気ファンなどの電力消費を個別に制御でき、空調システムの消費電力をさらに低減できる。また、室内ユニットと室外ユニットとを独立した配管で接続することにより、組み合わされている室内ユニットおよび室外ユニットの条件により冷媒を自然循環させ、自然循環による冷房能力を最大限に発揮できる。複数の室内ユニットは、横方向に並んだ複数のラックのそれぞれに対応して配置されていることが望ましい。
　また、供給ファンは、複数の室内ユニットに対応して配置された複数のファンユニットを含むことが望ましい。典型的にはファンユニットはラック単位で配置される。ファンユニットを個別に制御することにより消費電力をさらに削減できる。
　この空調システムは、ホットエリア側を、横方向に並んだ複数のラックのそれぞれに対応した位置で仕切り、ホットエリア内のホットエアーの流通を妨げる複数の仕切り部材を含むことが望ましい。仕切り部材の一例は、メンテナンスの障害になりにくい防炎カーテンである。ホットエリアをラック単位で仕切ることにより、横に並んだラック単位の熱負荷に対応した冷房負荷で空調システムを稼働させることができる。このため、空調システムの消費電力を低減しやすい。
　この空調システムはさらに、室内ユニットは、上下に配置された複数の室内サブユニットを含み、室外ユニットは複数の室内サブユニットのそれぞれと独立した配管システムを介して接続された複数の室外サブユニットを含むことが望ましい。ラックの上下方向の熱負荷の変動に対応して、室内サブユニットおよび室外サブユニットの冷房負荷を変えられるので、消費電力をさらに削減できる。横方向に並んだラックのそれぞれが縦方向（上下方向）に段積みが可能な場合に、ラックの上下に収納される発熱機器の熱出力の相違に対応できる。さらに、独立した配管システムで接続することによりサブユニット同士の組み合わせで自然循環による冷房を実現できる。
　すなわち、この空調システムの室内熱交換システムは、ラック列と並列に、マトリクス状に縦横（上下左右）に配置された複数の室内サブユニットを有し、それら室内サブユニットはそれぞれ独立した配管システムにより室外サブユニットと接続される。したがって、各室内サブユニットおよび室外サブユニットの組み合わせにより、各組合せ（サブユニットのペアー）の条件が整えば冷媒が自然循環し、自然循環による冷却能力が得られる。マトリクス状に配置された室内サブユニットを個々に積極的に制御しなくても（制御してもよいが）、個々の室内サブユニットが除去する熱負荷が高くなれば、自動的（自律的）に冷媒の自然循環が開始され、それにより室外サブユニットに熱を排出することによりラックに収納された発熱機器の排熱を屋外に排出できる。室内サブユニットのマトリクスは、ラック列の縦横（上下左右）の各ラック（段、棚）に対応していてもよい。
　また、供給ファンも、ラックの上下の異なる位置に向けて冷気を吹出す複数のファンユニットを含むことが有効である。ラック上下の熱負荷（熱出力）の高い位置に選択的に冷気を供給できる。
　室内熱交換システムは、上側が狭く下側が広い冷気バッファエリアを形成するように傾いて配置されていてもよい。ホットエリア側に面する面積を広げることにより冷却効率を向上でき、さらに、冷気バッファエリア内の上下方向の風量バランスを確保しやすい。
　本発明の他の態様の１つは、上記の空調システムと、複数のラックが横方向に並んだラック列と、ラック列が上に設置された二重床と、ラック列および空調システムの室内熱交換システムを収納するハウジングとを有するルームユニットである。ラックに収納される発熱機器の典型的なものはサーバである。複数のラックは、サーバが上下に収納されるサーバ用ラックを含んでいてもよい。ルームユニットの典型的なものは、サーバルームユニットである。
サーバルームの配置を示す縦断面図。 サーバルームの配置を示す横断面図。 異なるサーバルームの配置を示す縦断面図。
発明の実施の形態
　図１に、コンテナ式のサーバルームの概略配置を縦方向（垂直方向）の断面図で示し、図２に、水平方向の断面図（横断面図）で示している。このサーバルーム（サーバルームユニット）１０は、全体が横方向（Ｘ方向）に長い直方体状のコンテナタイプであり、サーバルーム１０を囲うハウジング１１と、サーバルーム１０の室内１２の中央に配置されたラック列２０と、ラック列２０が上に設置された二重床１５と、サーバルーム１０の室内１２を冷房するラック空調システム（空調システム）５０とを含む。ラック列２０は、発熱する機器、本例ではサーバ２５をそれぞれ収納する複数のラック（収納棚、置き棚、サーバラック）２１と、ラック２１の上部に設けられたケーブル配線スペース２９とを含む。
　複数のラック２１は横方向（水平方向、Ｘ方向）に、サーバルーム１０の長手方向に一列に並び、隣り合うラック２１と接続されている。各々のラック２１は多段構造で、複数のサーバ２５を多段に配置した状態で収納できる。本例のラック２１は、３段構造であり、上下に３つの棚（段）２４を含む。ラック２１に収納された個々のサーバ２５は内部を冷却するファンを備えており、ラック列２０の長手方向と直交する前後方向（Ｙ方向）に吸気および排気する。以下では、サーバ２５の吸気方向をサーバ２５およびラック２１の前側２２、排気方向をサーバ２５およびラック２１の後側２３とする。したがって、ラック２１の前側２２がコールドエリア（コールドアイル）１７であり、後側２３がホットエリア（ホットアイル）１８となる。
　空調システム５０は、室内熱交換システム（屋内熱交換器、室内熱交換装置）６０と、室外熱交換システム（屋外熱交換器、室外熱交換装置）７０と、冷風供給ファン８０と、室内熱交換システム６０と室外熱交換システム７０との間で冷媒を循環させる配管システム９０とを含む。室内熱交換システム６０は複数の室内熱交換ユニット（室内ユニット）６１を含み、それらの室内ユニット６１はラック列２０の後側２３のホットエリア１８側をラック列２０に沿って仕切り、ホットエリア１８の外側に冷気バッファエリア１９を形成するように配置されている。
　複数の室内ユニット６１は上下および左右に（縦横に）マトリクスをなすように配置され、ラック列２０と平行した壁を形成し、ホットエリア１８と冷気バッファエリア１９とを仕切るパーティションとして機能する。この例では、ラック列２０から後方（後側）２３に、それぞれのラック２１の幅（奥行）と同じ距離程度離れた位置に、多孔性の板材、たとえば、パンチングメタルまたはエキスパンションメタルにより空気が流通する支持枠または支持壁１４が形成されている。複数の室内ユニット６１は支持壁１４に取り付けられ、ホットエリア１８と冷気バッファエリア１９とを仕切るパーティションを形成している。
　供給ファン８０は複数のファンユニット８１を含む。それらのファンユニット８１は、冷気バッファエリア１９の冷気２を二重床１５の床下１６を介してラック列２０の前方（前側）２２のコールドエリア１７に供給するように床下１６に配置されている。すなわち、床１５の冷気バッファエリア１９の下側は開口８７になっており、冷気バッファエリア１９の冷気２はダウンフローとなって床下１６に排出される。床１５のコールドエリア１７の側には冷気２をコールドエリア１７に吹き出すためのガラリ８５が設けられており、供給ファン８０により冷気２がコールドエリア１７に供給される。
　冷気２を、二重床１５を介して循環させるシステムはいくつかのメリットを含む。まず、二重床１５をダクトとして利用することにより省スペースで経済的な空調システム５０を提供できる。冷気２に結露が発生しても二重床１５の内部で蒸発させることができ、また、結露が天井などから漏れ出してサーバに影響を与えることも防止できる。さらに、このシステム５０においては、ホットエリア１８の外側に形成される冷気バッファエリア１９とコールドエリア１７とを最短で接続することができるとともに、二重床１５を冷気２のバッファ領域として利用できる。このため、局所的に排気温度が上昇して、室内熱交換システム６０の熱負荷が局所的に変動するようなことがあっても冷気２の温度変動を抑制できる。
　室外熱交換システム７０は、複数の室外熱交換ユニット（室外ユニット）７１を含み、それら複数の室外ユニット７１はハウジング１１の外側に配置されている。
　複数の室内ユニット６１は、それぞれ、横方向（Ｘ方向、水平方向）には、それぞれのラック２１の後方２３に対向するように配置され、縦方向（Ｚ方向、垂直方向）には４段に配置されている。それぞれの室内ユニット６１は、複数のチューブが上下に延びるように配置された伝熱面６２と、複数のチューブの上端と繋がった上部ヘッダー６３と、複数のチューブの下端と繋がった下部ヘッダー６４とを含む。
　複数の室外ユニット７１は、ハウジング１１の側壁の外側の適当な高さの位置に外気５が通過するようなスペースを開けて段積みされている。それぞれの室外ユニット７１は、複数のチューブが上下に延びるように配置された伝熱面７２と、複数のチューブの上端と繋がった上部ヘッダー７３と、複数のチューブの下端と繋がった下部ヘッダー７４と、伝熱面７２に外気５を供給する外気ファン７５とを含む。
　配管システム９０は、それぞれの室外ユニット７１の下部ヘッダー７４とそれぞれの室内ユニット６１の下部ヘッダー６４とを連通する液冷媒管９１と、それぞれの室内ユニット６１の上部ヘッダー６３とそれぞれの室外ユニット７１の上部ヘッダー７３とを連通するガス冷媒管９２とを含む。複数の室内ユニット６１のそれぞれは、それぞれの室内ユニット６１に一対一で対応する１または複数の室外ユニット７１と、独立した配管システム９０で接続され、独立した配管システム９０で連絡された室内ユニット６１および室外ユニット７１は一対となって動作する。
　それぞれの室外ユニット７１は、配管９１および９２で接続された、対となる室内ユニット６１よりも高い位置に配置されている。このため、室外ユニット７１で外気５と熱交換して液化された冷媒は、液冷媒管９１を介して重力および器内圧差で室内ユニット６１に供給される。室内ユニット６１において室内熱負荷により気化したガス冷媒は、ガス冷媒管９２を介して比重差で室外ユニット７１に供給され、外気５により液化される。
　したがって、このラック空調システム５０においては、冷媒が、独立した配管システム９０で接続されて一対となった室内ユニット６１および室外ユニット７１を自然循環する。このため、コンプレッサは不要であり、コンプレッサを稼働するために必要な電力を省くことができる。また、室外ユニット７１の熱負荷（放熱負荷）が小さい場合や、風速が十分である場合は外気ファン７５を減速または停止することにより、外気ファン７５を稼働するために必要な電力も省くことができる。したがって、室内１２を、低消費電力で、外気の条件によっては実質的に電力を消費せずに、さらに、外気を導入せずに、冷媒を介して間接的に冷房できる。
　室内ユニット６１により冷却された空気（冷気）２は、室内ユニット６１により仕切られた冷気バッファエリア１９を降下して床下の空間１６を通り、供給ファン８０によりラック列２０およびサーバ２５の前方２２のコールドエリア（コールドアイル）１７に放出される。供給ファン８０は、ラック２１に、上下に段積みされたサーバ２５のそれぞれに冷気２を供給するように設置位置および／または吹出し方向（上下および左右）が調整された複数のファンユニット８１を含む。コールドエリア１７に吹出された冷気２は、サーバ２５に内蔵されたファンにより吸引され、サーバ２５の内部の熱を吸収し、温風（熱風）の排気１としてラック列２０の後方２３のホットエリア（ホットアイル）１８に放出される。ホットエリア１８の高温の排気１は、ラック列２０の後方２３にパーティション状に配置された室内ユニット６１により冷却され、冷風２として冷気バッファエリア（バッファアイル）１９に放出される。
　空調システム５０は、室内１２の空気を循環させることによりラック列２０に収納されたサーバ２５を冷却する。したがって、外気の導入は不要であり、外気導入のために必要なフィルタを省略できる。また、外気導入が不要なので、天候や季節などによる湿度の調整も不要となる。さらに、空調システム５０は冷媒の自然循環で動作する。このため、室内１２の冷却対象の空気温度より外気温度が低ければ、低消費電力で、また、条件によっては電力を消費しない状態で、サーバルーム１０の内部を冷房できる。
　また、空調システム５０では、複数の室内ユニット６１をホットエリア１８にラック列２０とほぼ平行になるように並べてパーティションを作り、ラック列２０と室内ユニット６１との間にホットスポットを強制的に作る。このような構成により、室内１２の他の部分にサーバ２５の排気１が分散して室内１２の温度が全体的に高温になることを抑制でき、室内ユニット６１の冷却対象となる排気１の温度をサーバ２５から排出された温度に近い温度、すなわち、高温に保持できる。このため、室内ユニット６１の冷却対象となる空気（排気）１の温度を高くでき、外気５との温度差を確保でき、夏場などの外気５が高温になる条件でも自然循環型の空調システム５０により室内１２を冷房できる。たとえば、ラック２１に収納される発熱機器の耐熱温度が４０℃程度であれば、外気温が３５℃程度までは消費電力の小さい自然循環型の空調システム５０により室内１２の熱負荷を除去でき、室内１２の温度を所定の条件に保つことができる。
　近年、４０℃環境対応のサーバ２５が市販されており、このような耐熱条件の高いサーバ２５を収納するサーバルーム１０であれば夏場であっても自然循環方式の空調システム５０のみにより室内１２の温度を所定の条件内に維持できる。夏場に外気温が３５℃を超えるような地域においては、コンプレッサを用いた空調システムを補助システムとして設けておいてもよい。
　図２に示すように、空調システム５０は、さらに、ラック２１の単位でホットエリア１８を仕切る防炎カーテン５５を含む。防炎カーテン５５は、ホットエリア１８の上から下まで延び、ホットエリア１８を複数のラック２１のそれぞれに対応した位置でホットエアーの流通を妨げる仕切り部材として機能する。したがって、あるラック（第１のラック）２１に搭載されたサーバ２５であって、負荷の高いサーバ２５からホットエリア１８に排出された高温の排気１が他のラック２１のホットエリア１８に拡散することを防炎カーテン５５により抑制できる。
　このため、防炎カーテン５５により、負荷の高いサーバ２５の後方２３にホットスポットを作ることができ、そのホットスポットのホットエリア１８に接する室内ユニット６１で熱交換される室内空気の温度を高く維持できる。したがって、部分的に室内温度と外気温との差を確保でき、独立した配管システム９０で接続された一対の室内ユニット６１および室外ユニット７１は、その室内ユニット６１が面している部分的な室内の条件で冷媒を自然循環させる。このため、分散された複数の室内ユニット６１および室外ユニット７１のペアーを含む自然循環タイプの空調システム５０により、サーバ２５の排気１の熱負荷を効率よく外気５に放出でき、室内１２の温度を所定の条件に維持できる。
　また、負荷の高いサーバ２５のホットエリア１８に接する室内ユニット６１の熱負荷が集中的に高くなり、周囲の室内ユニット６１の熱負荷（冷却負荷）が連動して高くなることを抑制できる。このため、室内ユニット６１に対応した室外ユニット７１の熱負荷（放熱負荷）も集中的に高くなり、熱負荷の高い室外ユニット７１の外気ファン７５のみを駆動させ、他の熱負荷の低い室外ユニット７１の外気ファン７５を減速したり停止できる。したがって、外気ファン７５も熱負荷により個別にオンオフ制御できるので、外気ファン７５の電力消費も低減できる。
　ホットエリア１８を仕切る仕切り部材は防炎カーテン５５に限定されない。しかしながら、サーバ２５の後方２３のホットエリア１８は、サーバ２５の入れ替え、ケーブルの接続などのメンテナンスに必要な空間であるため、比較的自由にアクセスできることが望ましい。防炎カーテン５５は、アクセスが可能で、排気１の流通を阻害でき、さらに、万一のときの延焼も抑制できるので、ホットエリア１８のホットエアーの流通を阻害する仕切り部材として好適である。
　このラック空調システム５０においては、室内ユニット６１が上下方向にも分割して配置されている。したがって、ラック２１に段積みされたサーバ２５のうち、負荷の高いサーバ２５の排気１を処理（冷却）する位置（高さ）の室内ユニット６１の熱負荷を高くし、他の段に配置されたサーバ２５の排気１を処理する位置（高さ）の室内ユニット６１の熱負荷が連動して高くなることを抑制できる。このため、ホットエリア１８の高さ（上下、Ｚ方向）においても、熱負荷の高い室内ユニット６１に対応した室外ユニット７１の外気ファン７５のみを駆動させ、他の熱負荷の低い室外ユニット７１の外気ファン７５を停止できる。したがって、外気ファン７５も熱負荷により個別にオンオフ制御できるので、外気ファン７５の電力消費も低減できる。
　図３に、コンテナ式のサーバルームの異なる例を示している。このサーバルーム１０もハウジング１１と、サーバルーム１０の室内１２の中央に設置されたラック列２０と、ラック列２０を支持する二重床１５と、サーバルーム１０の室内１２を冷房する空調システム５０とを含む。この空調システム５０は、ハウジング１１の天井に配置された室外ユニット７１を含む室外熱交換システム７０を含む。また、室内熱交換システム６０の複数の室内ユニット６１は、上側１９ａが狭く下側１９ｂが広い冷気バッファエリア１９を形成するように傾いたパーティションを形成している。したがって、各室内ユニット６１も傾いて配置されている。空調システム５０の他の構成については図１に示したシステム５０と共通する。
　室内ユニット６１を鉛直方向に対して冷気バッファエリア１９の下側１９ｂが広くなるように傾けて配置することにより、冷気バッファエリア１９内において冷気２が通過する断面積が下側１９ｂに向けて徐々に増加する。室内ユニット６１は上下に多段に配置されているので、室内ユニット６１を通過した冷気２は下側１９ｂに行くほど風量が増加する。このサーバルーム１０においては、冷気バッファエリア１９の下側１９ｂが広くなるので、冷気２はバッファエリア１９の下側１９ｂでもスムーズに流れ、圧力損失が減り、下側の室内ユニット６１であっても、室内ユニット６１を通過する風量を確保しやすい。
　さらに、室内ユニット６１はホットエリア１８に対して斜めに配置されるので、室内ユニット６１がホットエリア１８に接触する面積が増加する。また、個々の室内ユニット６１においても、冷風２の下側が広くなるように傾斜しているので、冷風２が下側にスムーズに排出される。したがって、それぞれの室内ユニット６１の冷却能力を向上できる。
　このように、この空調システム５０が設置されたサーバルーム１０においては、ホットエリア１８に室内ユニット６１をラック列２０と並列に配置してホットエリア１８を仕切り、ホットエリア１８に排出された高温の排気１の拡散を抑制することにより室内ユニット６１で熱交換する排気１の温度を高く保つことができる。このため、この空調システム５０においては、室内ユニット６１で熱交換する室内空気（排気）１の温度と外気５との温度差を確保できる。このため、冬場あるいは夜間などの外気温が低下する期間あるいは時間帯はもちろん、夏季や昼間の外気温が高い期間あるいは時間帯であっても、条件が整えば自然循環方式の、低消費電力または電力消費がない状態で、空調システムを用いてサーバ２５の熱負荷を除去できる。
　また、この空調システム５０においては、それぞれのサーバ２５の排気１をラック２１の単位で配置された室内ユニット６１により冷却できる。さらに、室内ユニット６１をマトリクス状に配置した空調システム５０においては、左右だけではなく、上下の段単位で配置された室内ユニット６１により冷却する。さらに、室内ユニット６１と室外ユニット７１とがペアーとなり、それぞれのペアーの単位で冷媒を自然循環できる。したがって、マトリクス状に配置された室内ユニット６１の単位で自然循環方式の低消費電力の冷房を実現できる。また、熱負荷の低い室内ユニット６１に接続された室外ユニット７１の電力消費を抑えることができ、空調システム５０の全体としての電力消費を低減できる。
　さらに、この空調システム５０は、個々のサーバ２５の排気１を室内ユニット６１で冷却して共通の冷気バッファエリア１９に放出し、再循環させる。したがって、個々のサーバ２５の負荷変動を、対応する室内ユニット６１により吸収できるので、コールドエリア１７の温度を一定に保持でき、他のサーバ２５の能力に影響を与えることを抑制できる。
　なお、上記では発熱機器としてサーバ２５を例に説明しているが、ラック２１に搭載される機器はサーバ２５に限らず、大規模太陽光発電所で使用されるパワーコンディショナ（ＰＣＳ）や、携帯電話の基地局に配置される通信・交換用機器などであってもよい。また、上記では独立して設置できるコンテナタイプのサーバルーム（サーバルームユニット）１０を例に説明しているが、コンテナタイプに限定されず、データセンター内のサーバルームであってもよく、配置されるラック列は１列に限定されず２列以上であってもよい。
　また、上記の例では上下に複数の室内ユニット６１を配置し、それぞれの室内ユニット６１に対応して室外ユニット７１を配置しているが、ラック毎に１つの室内ユニット６１を配置してもよく、複数のラックを共通の室内ユニット６１で冷却してもよい。また、室外ユニット７１の配置も上記に限定されず、複数の室内ユニット６１を熱負荷あるいはサーバ２５の稼働予想などに基づいて複数のグループに分けて、それらの室内ユニット６１のグループに共通に接続された室外ユニット７１を設けることも可能である。複数の室内ユニット６１が一括して動作する空調システムも本発明に含まれるが、複数の室内ユニット６１を個々に、適当な領域に分割して自然循環方式による冷房が可能なように設計することが望ましい。
　また、外気ファン７５は、個々の室外ユニット７１に対応して設けてもよく、複数の室外ユニット７１を適当なグループに分割し、それぞれのグループに対応して設けてもよい。さらに、個々の室内ユニット６１あるいは室内ユニット６１をグループ分けして、それらを通過する流量を制御する室内ファンを設けることも可能である。
　さらに、上記の空調システムは、室内の発熱を室外に放出させる手段として、最も省エネ性が高いと考えられる自然循環式のサーモサイフォン式のシステム（冷却装置）を採用している。本発明の冷房システムは、自然循環式に限定されない。放熱方式としてはサーモサイフォンに限らず、冷水、ブラインを使用した液循環式（ポンプ式）システムや、コンプレッサを用いた冷凍サイクルシステムを使用することも可能である。

Claims (12)

  1. 　発熱機器が収納される複数のラックが横方向に並んだラック列のホットエリア側を前記ラック列に沿って仕切り、前記ホットエリアの外側に冷気バッファエリアを形成する室内熱交換システムと、
    　前記冷気バッファエリアの冷気を、前記ラック列が上に配置される二重床の床下を介して前記ラック列のコールドエリア側に供給する供給ファンと、
    　配管システムを介して前記室内熱交換システムとの間で冷媒が循環する室外熱交換システムとを有する空調システム。
  2. 　請求項１において、前記室外熱交換システムは、前記室内熱交換システムとの間で冷媒が自然循環する自然循環用室外熱交換システムを含む、空調システム。
  3. 　請求項１または２において、前記室内熱交換システムは、横方向に並んで配置された複数の室内ユニットを含み、
    　前記室外熱交換システムは、前記複数の室内ユニットのそれぞれと独立した配管システムを介して接続された複数の室外ユニットを含む、空調システム。
  4. 　請求項３において、前記供給ファンは、前記複数の室内ユニットのそれぞれに対応して配置された複数のファンユニットを含む、空調システム。
  5. 　請求項３または４において、前記複数の室内ユニットは、横方向に並んだ前記複数のラックのそれぞれに対応して配置されている、空調システム。
  6. 　請求項５において、前記ラック列に沿って形成される前記ホットエリアを、横方向に並んだ前記複数のラックのそれぞれに対応した位置で仕切り、ホットエアーの流通を妨げる複数の仕切り部材を有する、空調システム。
  7. 　請求項３ないし６のいずれかにおいて、前記複数の室内ユニットの少なくとも１つは、上下に配置された複数の室内サブユニットを含み、
    　前記複数の室外ユニットの少なくとも１つは、前記複数の室内サブユニットのそれぞれと独立した配管システムを介して接続された複数の室外サブユニットを含む、空調システム。
  8. 　請求項７において、前記室内熱交換システムは、マトリクス状に配置された前記複数の室内サブユニットを含む、空調システム。
  9. 　請求項７または８において、前記供給ファンは、前記複数のラックのいずれかの上下異なる位置に向けて冷気を吹出す複数のファンユニットを含む、空調システム。
  10. 　請求項１ないし９のいずれかにおいて、前記室内熱交換システムは、上側が狭く下側が広い前記冷気バッファエリアを形成する、空調システム。
  11. 　請求項１ないし１０のいずれかに記載の空調システムと、
    　複数のラックが横方向に並んだラック列と、
    　前記ラック列が上に設置された二重床と、
    　前記ラック列および前記空調システムの室内熱交換システムを収納するハウジングとを有する、ルームユニット。
  12. 　請求項１１において、前記複数のラックは、サーバが上下に収納されるサーバ用ラックを含む、ルームユニット。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016001096A (ja) * 2014-06-12 2016-01-07 日比谷総合設備株式会社 サーバー室内の空調の効率化構造
JPWO2016157895A1 (ja) * 2015-04-01 2018-02-01 日本電気株式会社 相変化冷却装置およびその制御方法
US10191499B2 (en) 2014-07-02 2019-01-29 Microsoft Technology Licensing, Llc Gas distribution system within temperature differentiated environments
JP2020021386A (ja) * 2018-08-03 2020-02-06 清水建設株式会社 サーバ室用空調システムおよびデータセンター
JP2020087080A (ja) * 2018-11-28 2020-06-04 日比谷総合設備株式会社 データセンターの空調の効率化構造
WO2022034673A1 (en) * 2020-08-13 2022-02-17 Nec Corporation System, method, and non-transitory computer readable storage medium

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2803813B1 (en) * 2013-05-16 2019-02-27 ABB Schweiz AG A subsea unit with conduction and convection cooling
CN104991624B (zh) * 2015-08-07 2016-09-07 国网山东省电力公司日照供电公司 一种使用气动控制的用于网络服务器的柜式计算机装置
CN105068624B (zh) * 2015-08-07 2016-08-17 青岛信带通网络科技有限公司 一种安装有电磁装置且用作网络服务器的柜式计算机装置
EP3653029A1 (en) * 2017-07-14 2020-05-20 Inertech IP LLC Modular air cooling and distribution systems and methods
JP7306250B2 (ja) * 2019-12-11 2023-07-11 富士通株式会社 基地局及び装置冷却方法
US11236754B2 (en) * 2020-03-02 2022-02-01 Baidu Usa Llc Universal fan system and configuration method
CN112952617B (zh) * 2021-03-15 2022-08-05 国网河北省电力有限公司电力科学研究院 双模配电线路自动化终端
DE102021126550A1 (de) * 2021-10-13 2023-04-13 Rittal Gmbh & Co. Kg Rechenzentrum mit einer in einem Container angeordneten Schaltschankreihe und einer Kaltgang-Warmgang-Schottung

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009257730A (ja) * 2008-03-26 2009-11-05 Ntt Facilities Inc ラック空調システム
WO2011092333A1 (en) * 2010-02-01 2011-08-04 Dataxenter Ip B.V Modular datacenter element and modular datacenter cooling element
JP2011238765A (ja) * 2010-05-10 2011-11-24 Chuo Electronics Co Ltd 電子機器収納ラック群の冷却装置、システム及び方法
JP2012098799A (ja) 2010-10-29 2012-05-24 Shimizu Corp サーバ室ユニットおよびユニット型データセンター

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6786056B2 (en) * 2002-08-02 2004-09-07 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Cooling system with evaporators distributed in parallel
US6938433B2 (en) * 2002-08-02 2005-09-06 Hewlett-Packard Development Company, Lp. Cooling system with evaporators distributed in series
KR20060023517A (ko) * 2003-06-27 2006-03-14 지에이씨 가부시키가이샤 덕트 시스템 및 수납장치
WO2009123617A1 (en) * 2008-04-01 2009-10-08 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Management system operable under multiple metric levels
WO2010039120A1 (en) * 2008-09-30 2010-04-08 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Data center
US20110259573A1 (en) * 2010-04-26 2011-10-27 Gac Corporation Cooling system
JP5579518B2 (ja) * 2010-07-16 2014-08-27 大成建設株式会社 空調システム
JP5680914B2 (ja) * 2010-09-09 2015-03-04 新日鉄住金エンジニアリング株式会社 冷却システム
JP5535872B2 (ja) * 2010-10-29 2014-07-02 株式会社日立製作所 データセンタ又は計算機システム

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009257730A (ja) * 2008-03-26 2009-11-05 Ntt Facilities Inc ラック空調システム
WO2011092333A1 (en) * 2010-02-01 2011-08-04 Dataxenter Ip B.V Modular datacenter element and modular datacenter cooling element
JP2011238765A (ja) * 2010-05-10 2011-11-24 Chuo Electronics Co Ltd 電子機器収納ラック群の冷却装置、システム及び方法
JP2012098799A (ja) 2010-10-29 2012-05-24 Shimizu Corp サーバ室ユニットおよびユニット型データセンター

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2811366A4

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016001096A (ja) * 2014-06-12 2016-01-07 日比谷総合設備株式会社 サーバー室内の空調の効率化構造
US10191499B2 (en) 2014-07-02 2019-01-29 Microsoft Technology Licensing, Llc Gas distribution system within temperature differentiated environments
JPWO2016157895A1 (ja) * 2015-04-01 2018-02-01 日本電気株式会社 相変化冷却装置およびその制御方法
JP2020021386A (ja) * 2018-08-03 2020-02-06 清水建設株式会社 サーバ室用空調システムおよびデータセンター
JP2020087080A (ja) * 2018-11-28 2020-06-04 日比谷総合設備株式会社 データセンターの空調の効率化構造
WO2022034673A1 (en) * 2020-08-13 2022-02-17 Nec Corporation System, method, and non-transitory computer readable storage medium

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Publication number Publication date
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