空調システム
【課題】冷却装置の消費電力を低減するとともに、室内の温度上昇を抑制することができる空調システムを提供する。
【解決手段】一方の面１６ａから冷気を吸気し一方の面１６ａの対向面１６ｂから暖気を排気する電子機器１６を上下方向に搭載するラック１５が設置されている部屋１１を冷却する空調システム１であって、部屋１１はラック１５を境界として一方の面１６ａ側のクールゾーン１１ａと対向面１６ｂ側のホットゾーン１１ｂとに区別してなるとともに、クールゾーン１１ａに設けられた供給口１２と、ラック１５の、ラック１５に搭載された最下部に位置する電子機器１６の下側に設けられた通気孔２３と、ホットゾーン１１ｂに設けられ、供給口１２から冷気を取り込むとともに対向面１６ｂから排気された暖気を部屋１１の室外に排気する排気ファン２１とを備えることを特徴とする空調システム１。
【解決手段】一方の面１６ａから冷気を吸気し一方の面１６ａの対向面１６ｂから暖気を排気する電子機器１６を上下方向に搭載するラック１５が設置されている部屋１１を冷却する空調システム１であって、部屋１１はラック１５を境界として一方の面１６ａ側のクールゾーン１１ａと対向面１６ｂ側のホットゾーン１１ｂとに区別してなるとともに、クールゾーン１１ａに設けられた供給口１２と、ラック１５の、ラック１５に搭載された最下部に位置する電子機器１６の下側に設けられた通気孔２３と、ホットゾーン１１ｂに設けられ、供給口１２から冷気を取り込むとともに対向面１６ｂから排気された暖気を部屋１１の室外に排気する排気ファン２１とを備えることを特徴とする空調システム１。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器を搭載するラックが設置された部屋を冷却するための空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、データセンタやサーバルームには、サーバやネットワーク機器などの電子機器が積み重ねられたラックが設置されている。電子機器はＣＰＵなどの機能部品を有しており、電力を消費して発熱する。データセンタ等には、電子機器を一定温度以下に維持して動作保障を行うため、電子機器やデータセンタ等を冷却するために多大な電力を費やす冷却装置が備えられていた。しかし、省電力化の観点から冷却効率の向上が望まれるようになってきた。
【０００３】
そこで、データセンタ等を電子機器への給気（冷風）側と電子機器からの排気（暖気）側とに分離した空調システムが提案されている。
【０００４】
関連のある技術として、以下の文献が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−００２７７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述の空調システムでは電子機器と同等の電力が必要なコンプレッサ等を用いて圧縮した冷却空気をデータセンタ等に導入する冷却装置を使用している。このため、データセンタ等を給気側と排気側とに分離する構成にしてもわずかに省電力化するにとどまり、依然として冷却のための多大な電力が消費されている。一方、冷却装置の消費電力を安易に低減しようとすると、冷却効率が低下して室内の気温が上昇してしまう。
【０００７】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、冷却装置の消費電力を低減するとともに、室内の温度上昇を抑制することができる空調システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、鋭意検討した結果、消費電力が大きいコンプレッサ等を用いる冷却装置を使用せず、コンプレッサの１／１０の消費電力であるファンを用いた冷却構造を備える空調システムを発明するに至った。
【０００９】
本発明の空調システムは、一方の面から冷気を吸気し該一方の面の対向面から暖気を排気する電子機器を上下方向に搭載するラックが設置されている部屋を冷却する空調システムであって、前記部屋は前記ラックを境界として前記一方の面側のクールゾーンと前記対向面側のホットゾーンとに区別してなるとともに、前記クールゾーンに設けられた供給口と、前記ラックの、該ラックに搭載された最下部に位置する電子機器の下側に設けられた通気孔と、前記ホットゾーンに設けられ、前記供給口から前記冷気を取り込むとともに前記対向面から排気された前記暖気を前記部屋の室外に排気する排気ファンとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
冷却装置の消費電力を低減するとともに、室内の温度上昇を抑制することができる空調システムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施の形態に係る空調システムの断面図である。
【図２】第２の実施の形態に係る空調システムの断面図である。
【図３】第３の実施の形態に係る空調システムの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本実施の形態に係る空調システムについて図を用いて説明する。なお、以下では、本実施の形態の説明で必要な図のみ用いて説明する。このため、本発明はこれらの図に限定されるものではない。
【００１３】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る空調システム１の断面図である。空調システム１は、ラック１５、給気口１２及び排気ファン２１を備える。
【００１４】
ラック１５は部屋１１の床及び天井と当接しており、部屋１１をクールゾーン１１ａとホットゾーン１１ｂとに区分けする。これは、電子機器１６から排気される電子機器排気風（暖気）１８が給気口１２側に回り込まないようにするためである。また、ラック１５は複数の電子機器１６を上下方向に搭載するとともに、搭載された電子機器１６のうち最下部に位置する電子機器１６の下側に通気孔２３を備える。
【００１５】
通気孔２３は供給口１２から導入された冷風１３を流速の早い冷風１４として排気ファン２１に通気する。通気孔２３の孔径は供給口１２の口径より小さいため冷風の流速が増加する。このため、通気孔２３を通過した流速の早い冷風１４は、電子機器排気風１８と合流して暖気風２０となり排気ファン２１から排気される。
【００１６】
ラック１５に搭載された電子機器１６は例えばサーバであり、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の機能部品を有しており、電力を消費して発熱する。このため、電子機器１６は、一方の面（一面）１６ａから冷風（外気）１３を導入し、一方の面１６ａの対向面１６ｂ側に設けられた電子機器排気ファン１７により電子機器排気風１８を排気する。
【００１７】
供給口１２は部屋１１のクールゾーン１１ａ側の壁に設けられており、排気ファン２１の排気で部屋１１が減圧されることにより冷風１３をクールゾーン１１ａに導入する。
【００１８】
排気ファン２１は、ホットゾーン１１ｂ中の暖気風２０を排気風２２として室外へ排気するものであり、例えば換気扇が挙げられる。このように、排気ファン２１はコンプレッサ等の消費電力が大きい装置を有さないため、部屋１１を冷却するために必要な消費電力を抑制することができる。
【００１９】
次に、空調システム１の気体の流れについて説明する。まず、部屋１１は排気ファン２１を稼動すると減圧され、供給口１２から冷風１３が導入される。冷風１３は、電子機器１６に導入されるとともに通気孔２３にも導入される。一般に、冷風は下方に溜まり易いため、導入された冷風１３の多くは通気孔２３を通過することになる。
【００２０】
電子機器１６に導入された冷風１３は、電子機器１６のＣＰＵ等により発生した暖気により電子機器排気風１８に変換された後、電子機器排気ファン１７によりホットゾーン１１ｂに排気される。一方、通気孔２３に導入される冷風１３は、供給口１２より径が小さい通気孔２３を通過するため流速の早い冷風１４としてホットゾーン１１ｂに流れ込む。
【００２１】
ホットゾーン１１ｂに排気された電子機器排気風１８は、流速の早い冷風１４により乱気１９になるとともに、流速の早い冷風１４と合流する。合流した気流は暖気風２０となり排気ファン２１から排気風２２として室外に排気される。
【００２２】
このように、第１の実施の形態に係る空調システム１では、電子機器排気風１８がクールゾーン１１ａ側に回りこまない構造であるため、排気ファン２１のみにより十分に部屋１１を冷却することができる。また、通気孔２３がラック１５の下部に設けられており、効率よく電子機器排気風１８を部屋１１の室外に排気することができるため、従来の空調システムのようにコンプレッサ等を用いる必要がなく、部屋１１を冷却するための消費電力を抑制することが可能となる。
【００２３】
（第２の実施の形態）
図２は、第２の実施の形態に係る空調システム２の断面図である。空調システム１と同一の構成については説明を省略する。空調システム２は、空調システム１の構成に加え、フィルタ２４及び還流制御ゲート２５を備える。
【００２４】
フィルタ２４は、図２に示すように、電子機器１６の一方の面１６ａを覆うように設けられている。還流制御ゲート２５は、ラック１５に搭載された電子機器１６のうち最上部に位置する電子機器１６の上側に設けられた通気孔２７のフィルタ２４側の口に設けられている。還流制御ゲート２５は、電子機器１６から排気される電子機器排気風１８を還流暖気２６としてフィルタ２４と電子機器１６との間に流入させるものであり、例えば開閉ゲートやファン等が用いられる。
【００２５】
このように、第２の実施の形態に係る空調システム２は、冷風１３が１０℃以下の場合であっても、還流暖気２６により電子機器１６の結露を防ぐとともに、フィルタ２４により冷風１３に混入された埃の電子機器１６への進入を抑制することができる。このため、電子機器１６の寿命低下を防ぐとともに誤作動も抑制することが可能となる。
【００２６】
（第３の実施の形態）
図３は、第３の実施の形態に係る空調システム３の断面図である。空調システム１と同一の構成については説明を省略する。空調システム３は、空調システム２の構成に加えて乱流調整板２８を備える。
【００２７】
乱流調整板２８は、部屋１１のホットゾーン１１ｂ側の壁面に設けられており、ホットゾーン１１ｂの乱流空間領域２９の幅を変更する。乱流調整板２８を設けて乱流空間領域２９の幅を制御することにより、暖気風２０の流速を最適化することができ、部屋１１の温度上昇を抑制することが可能となる。
【００２８】
このように、本発明に係る空調システム１〜３では、電子機器１６と同等の消費電力が必要なコンプレッサ等を有する冷却装置を使用せずに電子機器１６を冷却することができるため、従来の冷却装置の約１０％の消費電力で部屋１１を冷却することができる。このため、従来の空調システムと比べて大幅な冷却装置の省電力化を実現することが可能となる。
【００２９】
また、排気ファン等は低コストであるため、これらを制御するためのシステム導入コストも低く抑えることができる。さらに、電子機器１６と同等の消費電力であるコンプレッサ等を有する冷却装置が不要であるため、ラック１５の数が数個程度の小規模な部屋（データセンタ）１１からラック１５の数が数十個程度の大規模な部屋１１で容易に実現でき、部屋１１に必要とされる大型の受電設備や大型の発電設備の規模を小型化することができるので、初期設備投資額も半減することができる。
【００３０】
なお、第１〜３の実施の形態において、部屋１１内の気流を制御するための制御装置、部屋１１の温度を検知する温度センサ、湿度センサ、気圧センサ等を設けることにより、最適な電子機器１６の稼働環境を実現することが可能となる。
【００３１】
また、第３の実施の形態では、部屋１１のホットゾーン１１ｂに乱流調整板２８を設ける態様について説明したが、部屋１１の構造を変更したり、ラック１５の位置を容易に変更することができるような場合には、これらを最適化することにより乱流空間領域２９を調整してもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１〜３ 空調システム、１１ 部屋（データセンタ）、１１ａ クールゾーン、１１ｂ ホットゾーン、１２ 供給口、１３ 冷風（外気）、１４ 流速の早い冷風、１５ ラック、１６ 電子機器、１６ａ 一方の面（一面）、１６ｂ 対向面、１７ 電子機器排気ファン、１８ 電子機器排気風、１９ 乱気、２０ 暖気風、２１ 排気ファン、２２ 排気風、２３及び２７ 通気孔、２４ フィルタ、２５ 還流制御ゲート、２６ 還流暖気、２８ 乱流調整板、２９ 乱流空間領域。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器を搭載するラックが設置された部屋を冷却するための空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、データセンタやサーバルームには、サーバやネットワーク機器などの電子機器が積み重ねられたラックが設置されている。電子機器はＣＰＵなどの機能部品を有しており、電力を消費して発熱する。データセンタ等には、電子機器を一定温度以下に維持して動作保障を行うため、電子機器やデータセンタ等を冷却するために多大な電力を費やす冷却装置が備えられていた。しかし、省電力化の観点から冷却効率の向上が望まれるようになってきた。
【０００３】
そこで、データセンタ等を電子機器への給気（冷風）側と電子機器からの排気（暖気）側とに分離した空調システムが提案されている。
【０００４】
関連のある技術として、以下の文献が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−００２７７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述の空調システムでは電子機器と同等の電力が必要なコンプレッサ等を用いて圧縮した冷却空気をデータセンタ等に導入する冷却装置を使用している。このため、データセンタ等を給気側と排気側とに分離する構成にしてもわずかに省電力化するにとどまり、依然として冷却のための多大な電力が消費されている。一方、冷却装置の消費電力を安易に低減しようとすると、冷却効率が低下して室内の気温が上昇してしまう。
【０００７】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、冷却装置の消費電力を低減するとともに、室内の温度上昇を抑制することができる空調システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、鋭意検討した結果、消費電力が大きいコンプレッサ等を用いる冷却装置を使用せず、コンプレッサの１／１０の消費電力であるファンを用いた冷却構造を備える空調システムを発明するに至った。
【０００９】
本発明の空調システムは、一方の面から冷気を吸気し該一方の面の対向面から暖気を排気する電子機器を上下方向に搭載するラックが設置されている部屋を冷却する空調システムであって、前記部屋は前記ラックを境界として前記一方の面側のクールゾーンと前記対向面側のホットゾーンとに区別してなるとともに、前記クールゾーンに設けられた供給口と、前記ラックの、該ラックに搭載された最下部に位置する電子機器の下側に設けられた通気孔と、前記ホットゾーンに設けられ、前記供給口から前記冷気を取り込むとともに前記対向面から排気された前記暖気を前記部屋の室外に排気する排気ファンとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
冷却装置の消費電力を低減するとともに、室内の温度上昇を抑制することができる空調システムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施の形態に係る空調システムの断面図である。
【図２】第２の実施の形態に係る空調システムの断面図である。
【図３】第３の実施の形態に係る空調システムの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本実施の形態に係る空調システムについて図を用いて説明する。なお、以下では、本実施の形態の説明で必要な図のみ用いて説明する。このため、本発明はこれらの図に限定されるものではない。
【００１３】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る空調システム１の断面図である。空調システム１は、ラック１５、給気口１２及び排気ファン２１を備える。
【００１４】
ラック１５は部屋１１の床及び天井と当接しており、部屋１１をクールゾーン１１ａとホットゾーン１１ｂとに区分けする。これは、電子機器１６から排気される電子機器排気風（暖気）１８が給気口１２側に回り込まないようにするためである。また、ラック１５は複数の電子機器１６を上下方向に搭載するとともに、搭載された電子機器１６のうち最下部に位置する電子機器１６の下側に通気孔２３を備える。
【００１５】
通気孔２３は供給口１２から導入された冷風１３を流速の早い冷風１４として排気ファン２１に通気する。通気孔２３の孔径は供給口１２の口径より小さいため冷風の流速が増加する。このため、通気孔２３を通過した流速の早い冷風１４は、電子機器排気風１８と合流して暖気風２０となり排気ファン２１から排気される。
【００１６】
ラック１５に搭載された電子機器１６は例えばサーバであり、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の機能部品を有しており、電力を消費して発熱する。このため、電子機器１６は、一方の面（一面）１６ａから冷風（外気）１３を導入し、一方の面１６ａの対向面１６ｂ側に設けられた電子機器排気ファン１７により電子機器排気風１８を排気する。
【００１７】
供給口１２は部屋１１のクールゾーン１１ａ側の壁に設けられており、排気ファン２１の排気で部屋１１が減圧されることにより冷風１３をクールゾーン１１ａに導入する。
【００１８】
排気ファン２１は、ホットゾーン１１ｂ中の暖気風２０を排気風２２として室外へ排気するものであり、例えば換気扇が挙げられる。このように、排気ファン２１はコンプレッサ等の消費電力が大きい装置を有さないため、部屋１１を冷却するために必要な消費電力を抑制することができる。
【００１９】
次に、空調システム１の気体の流れについて説明する。まず、部屋１１は排気ファン２１を稼動すると減圧され、供給口１２から冷風１３が導入される。冷風１３は、電子機器１６に導入されるとともに通気孔２３にも導入される。一般に、冷風は下方に溜まり易いため、導入された冷風１３の多くは通気孔２３を通過することになる。
【００２０】
電子機器１６に導入された冷風１３は、電子機器１６のＣＰＵ等により発生した暖気により電子機器排気風１８に変換された後、電子機器排気ファン１７によりホットゾーン１１ｂに排気される。一方、通気孔２３に導入される冷風１３は、供給口１２より径が小さい通気孔２３を通過するため流速の早い冷風１４としてホットゾーン１１ｂに流れ込む。
【００２１】
ホットゾーン１１ｂに排気された電子機器排気風１８は、流速の早い冷風１４により乱気１９になるとともに、流速の早い冷風１４と合流する。合流した気流は暖気風２０となり排気ファン２１から排気風２２として室外に排気される。
【００２２】
このように、第１の実施の形態に係る空調システム１では、電子機器排気風１８がクールゾーン１１ａ側に回りこまない構造であるため、排気ファン２１のみにより十分に部屋１１を冷却することができる。また、通気孔２３がラック１５の下部に設けられており、効率よく電子機器排気風１８を部屋１１の室外に排気することができるため、従来の空調システムのようにコンプレッサ等を用いる必要がなく、部屋１１を冷却するための消費電力を抑制することが可能となる。
【００２３】
（第２の実施の形態）
図２は、第２の実施の形態に係る空調システム２の断面図である。空調システム１と同一の構成については説明を省略する。空調システム２は、空調システム１の構成に加え、フィルタ２４及び還流制御ゲート２５を備える。
【００２４】
フィルタ２４は、図２に示すように、電子機器１６の一方の面１６ａを覆うように設けられている。還流制御ゲート２５は、ラック１５に搭載された電子機器１６のうち最上部に位置する電子機器１６の上側に設けられた通気孔２７のフィルタ２４側の口に設けられている。還流制御ゲート２５は、電子機器１６から排気される電子機器排気風１８を還流暖気２６としてフィルタ２４と電子機器１６との間に流入させるものであり、例えば開閉ゲートやファン等が用いられる。
【００２５】
このように、第２の実施の形態に係る空調システム２は、冷風１３が１０℃以下の場合であっても、還流暖気２６により電子機器１６の結露を防ぐとともに、フィルタ２４により冷風１３に混入された埃の電子機器１６への進入を抑制することができる。このため、電子機器１６の寿命低下を防ぐとともに誤作動も抑制することが可能となる。
【００２６】
（第３の実施の形態）
図３は、第３の実施の形態に係る空調システム３の断面図である。空調システム１と同一の構成については説明を省略する。空調システム３は、空調システム２の構成に加えて乱流調整板２８を備える。
【００２７】
乱流調整板２８は、部屋１１のホットゾーン１１ｂ側の壁面に設けられており、ホットゾーン１１ｂの乱流空間領域２９の幅を変更する。乱流調整板２８を設けて乱流空間領域２９の幅を制御することにより、暖気風２０の流速を最適化することができ、部屋１１の温度上昇を抑制することが可能となる。
【００２８】
このように、本発明に係る空調システム１〜３では、電子機器１６と同等の消費電力が必要なコンプレッサ等を有する冷却装置を使用せずに電子機器１６を冷却することができるため、従来の冷却装置の約１０％の消費電力で部屋１１を冷却することができる。このため、従来の空調システムと比べて大幅な冷却装置の省電力化を実現することが可能となる。
【００２９】
また、排気ファン等は低コストであるため、これらを制御するためのシステム導入コストも低く抑えることができる。さらに、電子機器１６と同等の消費電力であるコンプレッサ等を有する冷却装置が不要であるため、ラック１５の数が数個程度の小規模な部屋（データセンタ）１１からラック１５の数が数十個程度の大規模な部屋１１で容易に実現でき、部屋１１に必要とされる大型の受電設備や大型の発電設備の規模を小型化することができるので、初期設備投資額も半減することができる。
【００３０】
なお、第１〜３の実施の形態において、部屋１１内の気流を制御するための制御装置、部屋１１の温度を検知する温度センサ、湿度センサ、気圧センサ等を設けることにより、最適な電子機器１６の稼働環境を実現することが可能となる。
【００３１】
また、第３の実施の形態では、部屋１１のホットゾーン１１ｂに乱流調整板２８を設ける態様について説明したが、部屋１１の構造を変更したり、ラック１５の位置を容易に変更することができるような場合には、これらを最適化することにより乱流空間領域２９を調整してもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１〜３ 空調システム、１１ 部屋（データセンタ）、１１ａ クールゾーン、１１ｂ ホットゾーン、１２ 供給口、１３ 冷風（外気）、１４ 流速の早い冷風、１５ ラック、１６ 電子機器、１６ａ 一方の面（一面）、１６ｂ 対向面、１７ 電子機器排気ファン、１８ 電子機器排気風、１９ 乱気、２０ 暖気風、２１ 排気ファン、２２ 排気風、２３及び２７ 通気孔、２４ フィルタ、２５ 還流制御ゲート、２６ 還流暖気、２８ 乱流調整板、２９ 乱流空間領域。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面から冷気を吸気し該一方の面の対向面から暖気を排気する電子機器を上下方向に搭載するラックが設置されている部屋を冷却する空調システムであって、
前記部屋は前記ラックを境界として前記一方の面側のクールゾーンと前記対向面側のホットゾーンとに区別してなるとともに、
前記クールゾーンに設けられた供給口と、
前記ラックの、該ラックに搭載された最下部に位置する電子機器の下側に設けられた通気孔と、
前記ホットゾーンに設けられ、前記供給口から前記冷気を取り込むとともに前記対向面から排気された前記暖気を前記部屋の室外に排気する排気ファンと
を備えることを特徴とする空調システム。
【請求項１】
一方の面から冷気を吸気し該一方の面の対向面から暖気を排気する電子機器を上下方向に搭載するラックが設置されている部屋を冷却する空調システムであって、
前記部屋は前記ラックを境界として前記一方の面側のクールゾーンと前記対向面側のホットゾーンとに区別してなるとともに、
前記クールゾーンに設けられた供給口と、
前記ラックの、該ラックに搭載された最下部に位置する電子機器の下側に設けられた通気孔と、
前記ホットゾーンに設けられ、前記供給口から前記冷気を取り込むとともに前記対向面から排気された前記暖気を前記部屋の室外に排気する排気ファンと
を備えることを特徴とする空調システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−２２１２２１（Ｐ２０１２−２２１２２１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８６３６９（Ｐ２０１１−８６３６９）
【出願日】平成２３年４月８日（２０１１．４．８）
【出願人】（５１１０８９６６４）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月８日（２０１１．４．８）
【出願人】（５１１０８９６６４）
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]