電子機器を納めた簡易形建造物の天井構造
【課題】電子機器を収容する建造物において、屋根部分の強度や剛性の増大を図りながら室内の熱を効率的に外部に放出し、さらに、建造物の増設や移設を容易とする。
【解決手段】建造物の屋根３の下方に中間天井板７を設け、電子機器を収納したラック６を中間天井板９の下側の電子機器収容室ＣＲ内に収める。中間天井板７を挟んで、電子機器収容室ＣＲに空気を冷却する熱交換器１０を下側に、排熱用の室外熱交換器１１を上側に設置するとともに、電子機器収容室ＣＲの長手方向に延びるビーム材８を設け、ビーム材８を、電子機器収容室ＣＲの端部壁又は建造物の両端部のフレーム枠体に固定する。建造物の屋根部分に作用する荷重は、ビーム材８を介して両端部のフレーム枠体に支持されるので、屋根部分の強度及び剛性が増加する。また、電子機器から発生する熱は、電子機器収容室ＣＲ内の熱交換器１０と室外熱交換器１１とにより外気へ放熱される。
【解決手段】建造物の屋根３の下方に中間天井板７を設け、電子機器を収納したラック６を中間天井板９の下側の電子機器収容室ＣＲ内に収める。中間天井板７を挟んで、電子機器収容室ＣＲに空気を冷却する熱交換器１０を下側に、排熱用の室外熱交換器１１を上側に設置するとともに、電子機器収容室ＣＲの長手方向に延びるビーム材８を設け、ビーム材８を、電子機器収容室ＣＲの端部壁又は建造物の両端部のフレーム枠体に固定する。建造物の屋根部分に作用する荷重は、ビーム材８を介して両端部のフレーム枠体に支持されるので、屋根部分の強度及び剛性が増加する。また、電子機器から発生する熱は、電子機器収容室ＣＲ内の熱交換器１０と室外熱交換器１１とにより外気へ放熱される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ラックに収納した多数のサーバを集中して設置するデータセンターなど、コンピュータ等の電子機器を室内に集中管理する簡易形の建造物、特に、その天井構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インターネットの普及に代表されるコンピュータネットワークの発展に伴い、サーバと呼ばれる業務用の比較的大型で信頼性を重視したコンピュータ、あるいは主に記憶装置を収めたストレージなどのコンピュータの需要が、ネットワークのサービス提供業者を中心に近年急速に拡大している。サーバ等のコンピュータは、収納用の筐体であるラックに多数のものを収め、一個所で集中管理されることが多く、サーバ等を内部に集中して管理する建造物は、データセンターと呼ばれている。
【０００３】
データセンターには、通常の建築物として構築されるもの以外に、輸送用の大型容器であるコンテナを改造して構築するコンテナ型データセンター（モジュール型データセンターともいわれる）が存在する。輸送用のコンテナは、周囲を強度の大きい壁面で取り囲まれた直方体形状の堅牢な構造物であって、データセンターのセキュリティを確保するのが容易であるとともに、気密性が高く、塵埃の侵入や塩害（海岸付近に設置される場合）を防止してコンピュータを保護するのも容易である。また、コンテナ型データセンターは、輸送用のコンテナを基礎とする、通常の建築物と比較すると小型の建造物であるので、その増設や移設が簡単であり、無人運転に適しているという利点もある。コンテナ型データセンターのこうした特徴を利用すべく、複数の鋼材の柱と梁とを組み合わせた格子構造を備え、格子構造の各区画にデータセンターとしてのコンテナを収めるようにした鉄骨構造の大規模な建築物が、特開２０１１−１８２２０号公報に開示されている。
【０００４】
ところで、多数のコンピュータを備えたデータセンター等の建造物においては、コンピュータの発熱に起因する熱障害を防止し、併せて室内の空調を行う必要がある。コンピュータの冷却や室内の空調を行うには、冷凍サイクルを実行する空調機を設置してコンピュータ等いわば強制的に冷却してもよいが、冷媒の相変化を利用するヒートパイプと同様な熱伝達促進装置を用いて、室内の熱を外部の大気に積極的に排熱することによりコンピュータの熱障害を防止する冷却装置も知られており、例えば、特開２０１１−３８７３４号公報に開示されている。
【０００５】
この公報に記載の冷却装置は、携帯電話等の電話基地局に収容された情報通信機器を冷却（温度上昇を抑制）するためのものであり、図９に示されるように、電話基地局の屋外に室外熱交換器ＬＥ（低温熱交換器）を設置するとともに、情報通信機器が設置された室内Ｒの上方に室内熱交換器ＨＥ（高温熱交換器）を設置する。両方の熱交換器は連通されて内部に冷媒が封入されており、情報通信機器から発生した熱によって室内熱交換器ＨＥの冷媒が沸騰して室外熱交換器ＬＥに移送され、ここで、大気に熱を放出して冷媒が凝縮し、重力で室内熱交換器ＨＥに還流する。室内の空気は、室内側ファンＣＦにより循環され、温度の下降した室内熱交換器ＨＥを通過して冷却される。
外気冷却によるこの装置は、温度差に基づく対流を利用する自然循環式の冷却装置であって、冷凍サイクルを行うものではないから、基本的に外部電力等が不要である。したがって、この冷却装置をデータセンターに採用したときは、サーバ等のコンピュータで使用する電力以外のものは殆ど必要なく、消費電力の大幅な削減が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１８２２０号公報
【特許文献２】特開２０１１−３８７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
データセンターあるいは電話基地局など、コンピュータ等の電子機器を多数収容する建造物においては、コンピュータの十分なセキュリティの確保が要請されるとともに、塵埃や塩害等からのコンピュータの保護が要請される。こうした要請に応じるには、建造物の密閉性を高めて室内を外部から遮断することが可能でなければならないが、一方では、コンピュータの発熱に起因する熱障害を防ぐため、室内の熱を外部に放出しながらコンピュータを確実に冷却する必要があり、ことに、最近のデータセンターでは、室内冷却用の電力等は極力抑制しながらコンピュータの熱障害を防止することが求められる。コンテナ型データセンターのような小型の設備では、特許文献２に記載のような自然循環式の冷却装置をデータセンターの屋根に設置するのが望ましいけれども、このとき、屋根部分の剛性や強度が問題となる。
【０００８】
そして、コンテナ型データセンターは、サーバ等の需要の増減に対応して、データセンターの建造物自体も容易に増設や撤去が可能であることが要請される。特許文献１に開示される建築物は、コンテナ型データセンターの増設等の容易化を図ったものではあるが、鉄骨構造を基本とする非常に大規模な建築物であって、極めて大量のサーバ等を必要とする場合以外には、不向きである。コンテナ型データセンターでは、船舶に積載する海上コンテナを積み重ねるように、データセンター自体を積み重ねて増設することができるが、この際にも屋根部分の強度等を増大することが望ましい。
本発明の課題は、データセンター等の建造物において、屋根部分等の強度や剛性の増大を図り、収容された多数のコンピュータ等の効率的な冷却を行い、あるいは、データセンターの増設や移設を容易化することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題に鑑み、本発明は、建造物の屋根の下方に中間天井板を設け、電子機器を中間天井板の下側の電子機器収容室に収めるとともに、屋根と中間天井板との間には室外熱交換器を設置して熱を外気に排熱し、さらに、屋根と中間天井板との間に電子機器収容室の長手方向に延びるビーム材が設け、これを電子機器収容室の両端の端部壁に固定するものである。すなわち、本発明は、
「電子機器を室内に収めた直方体形状の建造物であって、
前記建造物の両端部には、柱状部材を有するフレーム枠体が配置され、
前記建造物の屋根の下方には中間天井板が設けられ、前記電子機器が前記中間天井板の下側に形成された電子機器収容室内に収められ、
前記電子機器収容室内には、室内の空気を冷却する熱交換器と冷却された空気を循環するファンとが設置され、かつ、前記建造物の屋根と前記中間天井板との間には、前記熱交換器が吸収した熱を外気に排熱する室外熱交換器が設置されており、さらに、
前記電子機器収容室は、平面視で長方形の形状を有し、長手方向の両端の端部壁が前記フレーム枠体に連結され、
前記建造物の屋根と前記中間天井板との間には、前記電子機器収容室の長手方向に延びるビーム材が設けられ、前記ビーム材が前記電子機器収容室の前記両端の端部壁又は前記フレーム枠体に固定されるとともに、前記建造物の屋根と前記中間天井板とが前記ビーム材に取り付けられる」
ことを特徴とする建造物となっている。
【００１０】
請求項２に記載のように、前記ビーム材の下方に、前記電子機器収容室の長手方向に延びる樋部材を固定し、この樋部材を排水口に連通するよう構成することが好ましい。
【００１１】
請求項３に記載のように、前記中間天井板を、前記建造物の屋根の一部分において、その下方に設けることができる。
【００１２】
請求項４に記載のように、複数の前記電子機器をラックに収納するとともに、前記ラックの上方には、前記熱交換器を収めた熱交換器外箱を取り付け、前記熱交換器外箱を前記中間天井板に固定することが好ましい。
【００１３】
請求項５に記載のように、前記熱交換器と前記室外熱交換器とを連通し、その内部に、対流により循環する冷媒を封入して、室内の熱が前記室外熱交換器から排熱されるよう構成することができる。
【００１４】
請求項６に記載のように、前記フレーム枠体の柱状部材の上部及び下部に、緊締具の係合可能な締結金具を固着し、前記建造物の屋根を、上部に固着された前記締結金具よりも低くなる位置に設置することが好ましい。
【００１５】
また、請求項７に記載のように、前記電子機器収容室の端部壁と、その端部壁に連結される前記フレーム枠体との間に、電子機器収容室の付帯設備を設置することができる。
【発明の効果】
【００１６】
データセンター等として使用される本発明の建造物は、輸送用のコンテナと同様に、全体としては直方体の形状に形成され、両端部には柱状部材を有するフレーム枠体が配置されている。建造物の屋根の下方には中間天井板が設けられており、電子機器が中間天井板の下側の電子機器収容室内に収められ、中間天井板の上部の空間には、電子機器収容室の熱を外気に排熱する室外熱交換器が設置される。そして、建造物の屋根と中間天井板との間には、電子機器収容室を長手方向に延びるビーム材が、電子機器収容室の全長に亘って設けられている。
【００１７】
つまり、電子機器収容室の天井部分には、その全長に亘って長手方向に延びるビーム材が設けてあり、このビーム材は、フレーム枠体に連結された電子機器収容室の端部壁、又はフレーム枠体自体に固定される。電子機器収容室の天井部分は、建造物の屋根と中間天井板とによる２重構造となっているが、建造物の屋根及び室外熱交換器が設置される中間天井板がそれぞれビーム材に取り付けられるので、天井部分に作用する荷重が、ビーム材を介して強度の大きいフレーム枠体に伝達される。そのため、建造物の屋根部分の強度や剛性が増大し、重量の大きい熱交換器であっても確実に支持することが可能である。
また、電子機器収容室の天井部分を全長に亘って延びるビーム材により、建造物の屋根が補強される。その結果、地震の振動等に対して屋根部分の変形が少なくなり、建造物全体の耐震性が向上する。
【００１８】
請求項２の発明は、電子機器収容室の長手方向に延びるビーム材の下方に樋部材（水路を形成するよう両側に壁を有するいわゆるチャンネル材）を固定し、この樋部材を排水口に連通するよう構成したものである。ビーム材が置かれる建造物の屋根と中間天井板との間には、排熱用の室外熱交換器が設置され外気が導入される関係上、中間天井板の上面には雨水や熱交換器のドレンが滞留する。ビーム材は、電子機器収容室の全長に亘り延びているため、その下方に沿って樋部材を固定すると、滞留した水を効率よく排水することができる。そして、樋部材の固定によりビーム材の断面がほぼＴ字状となるので、ビーム材に作用する曲げモーメントあるいは捩りモーメントに効果的に対抗でき、これらモーメント荷重に対するビーム材近傍の剛性が一層増加することとなる。
【００１９】
本発明の建造物において、中間天井板は、屋根の下方の全面に亘り設置することもできるが、請求項３の発明のように、例えば室外熱交換器が存在する部分等、建造物の屋根の一部分にだけ、その下方に設置してもよい。この場合には、電子機器収容室が増大してスペースの有効利用が可能となる。
【００２０】
請求項４の発明は、複数の電子機器をラックに収納するとともに、ラックの上方には室内用の熱交換器を収めた熱交換器外箱を取り付け、この熱交換器外箱を中間天井板に固定するものである。この構成によれば、電子機器を収納したラックと電子機器の冷却装置とがユニット化されて、ラックが独立した冷却装置を備えることとなり、電子機器が稼動中のラックの冷却装置だけを作動させ、電力をその分削減することができる。また、ユニット化されたラック−熱交換器組立体の上部が中間天井板に固定されるため、電子機器収納体の耐震性を向上することができる。
【００２１】
本発明においては、電子機器を収めた室内の空気を冷却するため、圧縮機等を用いた冷凍サイクルを実行させ、冷凍サイクルのエバポレータ（蒸発器）を、熱交換器として室内に設置してもよいが、請求項５の発明は、室内の空気を冷却する熱交換器の上方に、その熱交換器と連通し室外に置かれた室外熱交換器を設け、両方の熱交換器の内部に対流により循環する冷媒を封入して、室内の熱を室外熱交換器から排熱するものである。これによれば、基本的に電力を使用することなく、自然対流を利用してコンピュータ等電子機器の冷却を行うことができる。
【００２２】
請求項６の発明は、フレーム枠体の柱状部材の上部及び下部に、緊締具の係合可能な締結金具を固着し、建造物の屋根を、上部に固着された締結金具よりも低くなる位置に設置するものである。これは、船舶に積み重ねて積載される海上コンテナと同様な構成であって、柱状部材に固着される締結金具は、コーナーキャスティングと呼ばれる。
これにより、建造物同士を直接積み重ねて連結することが可能となり、電子機器の需要の増加に合わせて建造物を増設するときは、既存の建造物上に別のものを積載するだけで増設することができる。ことに、本発明の建造物は、ビーム材により屋根部分が補強されており、上部に別のものを積み重ねても、建造物の過大な変形は防止される。
【００２３】
請求項７の発明は、電子機器収容室の端部壁と、その端部壁に連結されるフレーム枠体との間に、電子機器収容室の付帯設備を設置するものである。データセンター等の稼動には、保守管理用品収納庫や予備用の空調機などの付帯設備が必要となるが、請求項７の発明によれば、こうした付帯設備を建造物に効率的に配置し、付帯設備を含めてコンパクトにユニット化されたデータセンター等の建造物を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の建造物の一実施例を示す全体図である。
【図２】本発明の建造物に用いる締結金具と緊締具の一例を示す図である。
【図３】本発明の建造物の、連結した状態を示す図である。
【図４】図１の建造物の前後部における骨組み構造を示す図である。
【図５】図１の建造物の長手方向断面図を概略的に示す図である。
【図６】図１の建造物におけるビーム材の詳細構造を示す図である。
【図７】図１の建造物の横断面図及び空気の循環を説明する図である。
【図８】図１の建造物における床構造を示す図である。
【図９】熱を外気に排熱して室内を冷却する、従来の冷却装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面に基づいて、データセンター等として用いられる本発明の建造物について説明する。
図１の全体図から分かるように、本発明の建造物は、輸送用コンテナを基本とするコンテナ型データセンターとして構築されたものであって、全体としては６面体の直方体である箱型構造をなし、平面視では長方形の形状となっている。その長方形の両端部には、フレーム枠体を構成する前部側の柱状部材１F及び後部側の柱状部材１Rが配置されるとともに（側面図では箱型構造の側壁を除いて示し、便宜上、左側を前部、右側を後部とする）、各々の柱状部材の上部及び下部には締結金具２が固着される。締結金具２は、建造物の最外方の部分に位置するよう、各々の柱状部材に固着されるもので、建造物の屋根３は、上部に固着された締結金具よりも低くなる位置に設置されている。
【００２６】
建造物の内部は、サーバ、ストレージ等のコンピュータをラック４に収納して室内に収めた電子機器収容室ＣＲが主要部分を占めている。コンピュータ等に電力を供給する電源ユニットＥＵが、電子機器収容室ＣＲの前方下部の張出し部ＥＬに置かれ、張出し部ＥＬの上方の、電子機器収容室ＣＲの前端壁と柱状部材１Fとの間は、冷凍サイクルを実行する予備空調用室外機ＣＤの据え付けスペースとなっている。このスペースには、予備空調用室外機ＣＤに限らず、保守管理用品収納庫などデータセンターの付帯設備を置くことができる。この実施例のデータセンターでは、建造物の内部に予備空調用室外機ＣＤ等の付帯設備や電源ユニットＥＵを設置してユニット化しているけれども、これらを別体として建造物の外部に設置するときには、電子機器収容室ＣＲを前部側の柱状部材１Fの位置まで延長することが可能である。
【００２７】
本発明の建造物で使用される締結金具２は、海上コンテナの隅部に置かれるコーナーキャスティングと同様な金具であり、図２に示すとおり、６枚の厚板を組み合わせた直方体の強固な構造を備え、柱状部材に溶接可能なように、通常は鋳鋼で製造される。建造物の外方となる面の厚板には、ツイストコーンＴＣ等の緊締具を係合するための貫通孔が形成されている。建造物を積み重ねるときは、上側の締結金具２の貫通孔にツイストコーンＴＣの上側突起を嵌め込み、ツイストコーンＴＣを所定角度回転させて、下側突起を下方の締結金具２に嵌め込んで両者を連結する。ちなみに、コンテナの陸上輸送用車両であるコンテナシャシに装着されるツイストロックも、その上側突起をコンテナの下側のコーナーキャスティングに嵌め込み、所定角度回転させて固定するものである。
【００２８】
本発明の建造物は、締結金具２にツイストコーン等の緊締具を係合することにより、図３（ａ）に示されるように、直接積み重ねることが可能であり、サーバ等の需要の増大に対応して容易に増設することができる。場合によっては、図３（ｂ）に示されるように、横方向に連結する緊締具を用いた並列的な増設も可能である。そして、建造物の積み重ねやコンテナシャシへの積載にあたり、フォークリフトの使用を可能とするため、建造物の底部に置かれた底部フレーム５には、その長手方向の２個所に、フォークリフトのフォークを挿入するフォークポケットＦＰが設けられている（図１）。フォークポケットＦＰは、断面４角形の強度の大きい角パイプであって、平面視で長方形をなす底部フレーム５の長手方向と直角（横方向）に延び、底部フレーム５に溶接あるいはリベット等で取り付けられる（図８も参照）。
【００２９】
図３（ａ）には、前部側の柱状部材１Fを備えた前側フレーム枠体ＦＦ付近の骨組み構造を、図３（ｂ）には、後部側の柱状部材１Rを備えた後側フレーム枠体RＦ付近の骨組み構造を示す。前部側の柱状部材１Fは扁平な角形の一様断面を有し、その上部及び下部に締結金具２が溶接により固着されるとともに、左右の柱状部材１Fの上部には前部ヘッダーＦＨが掛け渡されて溶接され、これによりフレーム枠体を構成している。後側フレーム枠体RＦの柱状部材１Ｒも、扁平な角形の一様断面を有し、上部及び下部に締結金具２の溶接されたものであるが、観音開きドアＲＤ（図１）のヒンジを取り付ける４個の切り欠き部が途中に形成されている。後部側の柱状部材１Ｒには、左右の柱状部材の上部に後部ヘッダーＲＨが掛け渡され、また、建造物の後部ヘッダーＲＨの下方において、２本の柱状部材１Ｒを連結する梁部材６が掛け渡されている。この梁部材６には、観音開きドアＲＤを閉鎖するロックロッドＬＲ（図１）のためのカムキーパーＣＫが固着される。
ロックロッドは、上端及び下端にカム部材が一体的に固着された強度及び剛性の大きい棒材である。本発明の建造物では、出入口となる観音開きドアのロックロッドＬＲが、梁部材６と底部フレーム５との間にいわば補強用柱材として存在することになるため、建造物の強度が増大し、積み重ねた場合でも変形が少なくなる。
【００３０】
次いで、本発明の建造物における電子機器収容室とその天井部分の構造について、図５乃至図８により説明する。
図５は、本発明の建造物の長手方向断面図（後述の図７（ａ）のＡ−Ａ断面矢視図）を概略的に示すもので、電子機器収容室ＣＲにおいては、コンピュータを収納したラック４を省いて表している。この図に示されるとおり、電子機器収容室ＣＲの前端は、その上部が予備空調用室外機ＣＤの据え付けスペースとの間を仕切る前端壁ＦＷとなっており、下部は、電源ＥＵの設置される張り出し部ＥＬとなっている。前端壁ＦＷを下方まで延長して、前端壁ＦＷの前方を電源や付帯設備用の機械室として独立させてもよい。
前端壁ＦＷの周囲には、２本の柱部材とヘッダーとからなる前端壁枠体ＦＷＦが設けられ、前端壁枠体ＦＷＦは、連結部材ＣＭにより柱状部材１Ｆを備えた前側フレーム枠体と連結される（図４（ａ）参照）。電子機器収容室ＣＲの後端は、観音開きドアＲＤの僅かに前方の位置に置かれた後端壁ＲＷとなっている。後端壁ＲＷには施錠可能な内側扉（図示省略）が設けてあり、この実施例の電子機器収容室ＣＲは、２重扉によりセキュリティの向上が図られている。
【００３１】
そして、電子機器収容室ＣＲの天井部分には、建造物の屋根３の下方に中間天井板７が設けてあり、この部分では、２重天井を形成している。屋根３と中間天井板７との間には、電子機器収容室ＣＲの全長に亘って長手方向に延びるビーム材８が設けられる。ビーム材８の前端は、前端壁ＦＷの上部に固定され、一方、その後端は、後端壁ＲＷよりも後方に延長され、観音開きドアＲＤを嵌め込む後側フレーム枠体ＲＦの上部に固定されて取り付けられる。
【００３２】
ビーム材８及びその取り付け部の詳細な構造を図６に示す。ビーム材８は、図６（ｃ）に示すように（後述の図７も参照）、その断面が基本的には垂直方向の直線となる長尺の板状部材であり、上部には四辺形の閉鎖断面を形成する補強材８１が溶接され、下部には、水路を形成するよう断面の両側に壁を有する樋部材８２が溶接されている。ビーム材８の前端は、図６（ｂ）（ｃ）に示すように、断面Ｌ字形のガセット８３を前端壁ＦＷとビーム材８とに溶接することによって、前端壁ＦＷに固定される。このとき、樋部材８２は、前端壁ＦＷを貫通して前方の排水口ＷＥ（図４（ａ）参照）に連通する。また、ビーム材８の後端は、図６（ｃ）に示すように、その上部がやはり断面Ｌ字形のガセット８４を用いて後側フレーム枠体ＲＦに固定される。
【００３３】
図７（ａ）は、電子機器収容室ＣＲの横断面図であって、室内の空気を冷却するための熱交換器と排熱用の室外熱交換器とが、それぞれ中間天井板７の下方と上方とに設置されている。図７（ｂ）には、これら熱交換器を通過して流れる空気の流れを示す。
コンピュータ等の電子機器は、多数のものがラック４に収納される形で電子機器収容室ＣＲに収められ、ラック４は、床面に敷設されたＴ形板材９上に固定されて（詳細な構造については後述）、電子機器収容室ＣＲの横断面においてほぼ中央部に設置される。各々のラック４の上方には、電子機器収容室ＣＲの室内の空気を冷却する熱交換器１０を収めた熱交換器外箱１０Ｈが取り付けられており、ラック４と熱交換器１０とは、ユニット化されたラック−熱交換器組立体を構成している。ラック４等の強度及び耐震性を増大させるため、ラック−熱交換器組立体の上部は中間天井板７に固定される。この実施例では、電子機器収容室ＣＲ内には８個のラック−熱交換器組立体が設置され（図１）、ラックの上方の熱交換器は、主に組み合わされた下方のラックを独立して冷却するための熱交換器となっている。
【００３４】
電子機器収容室ＣＲを冷却する熱交換器１０の上方には、室外熱交換器１１が置かれ、これは、電子機器収容室ＣＲの室外となる中間天井板７の上部に載置される。両方の熱交換器は、特許文献２に記載された熱交換装置のように、互いに連通され、内部には気体−液体の相変化を行う冷媒が封入されている。室内側の熱交換器１０の端部には、電子機器収容室ＣＲ内の空気を循環するファン１２が装着されるとともに、室外熱交換器１１の端部には、外気を導入するファン１３が装着される。
【００３５】
図７（ｂ）に示されるとおり、ラック４に収納されたコンピュータの発熱に伴い、温度の上昇した室内の空気は、図の左側矢印のように、電子機器収容室ＣＲ内を上昇して熱交換器１０に導入され、内部に封入された液体の冷媒を沸騰させる。気体となった冷媒は、対流によって室外熱交換器１１に入り、ここで熱を外気に放熱して凝縮し、温度が低下した状態で室内の熱交換器１０に還流する。熱交換器１０で冷却された室内の空気は、冷却空気を循環するファン１２によって図の右側矢印のように送り出され、ラック４に収納されたコンピュータ等を冷却することとなる。
一方、電子機器収容室ＣＲの熱を排熱する室外熱交換器１１では、ファン１３により導入された外気が室外熱交換器１１を冷却した後、直角に曲げられて建造物の長手方向に延びる共通排気ダクト１４を通過し、建造物の前端上部又は後端上部の流出口から排出される。外気の流れを逆向きとして、ファン１３から排出するようにしてもよい。
【００３６】
上述したように、建造物の屋根３と中間天井板７との間には、電子機器収容室ＣＲの全長に亘って長手方向に延びるビーム材８が設けられる。中間天井板７は、この実施例では断熱材の積層された断熱パネルであって、断面拡大図に示すとおり、ビーム材８の下部に溶接された樋部材８２に、リベットや接着等で固定される。屋根３は、ビーム材８の上部の、閉鎖断面を形成する補強材８１の上方に固定される。つまり、建造物の屋根３及び室外熱交換器１１の設置される中間天井板７がそれぞれビーム材８に取り付けられ、天井部分に作用する荷重が、ビーム材８を介して強度の大きいフレーム枠体に伝達される。そのため、建造物の屋根部分の強度や剛性が増大し、重量の大きい熱交換器であっても確実に支持することが可能である。そして、建造物の屋根が補強される結果、建造物全体の耐震性が向上するとともに、図３（ａ）のような積み重ねの際に、建造物の変形を減少することができる。
また、室外熱交換器１１を冷却する外気に含まれる雨水等は、中間天井板７の上面からビーム材８下部の樋部材８２に流入し、排水口を介して外部に排出される。樋部材８２はビーム材８の補強材としても機能し、ことに、ビーム材に作用するモーメント荷重に対する剛性が一層増加することとなる。
【００３７】
この実施例における室内空気の冷却装置は、対流により循環する冷媒を封入した２個の熱交換器を設け、密閉した室内の熱を排熱する自然冷却式のものであり、基本的に電力を使用することなく冷却を行うことができる。ただし、室内の空気を冷却するため、圧縮機等を装備して冷凍サイクルを実行させ、冷凍サイクルのエバポレータ（蒸発器）を、熱交換器として室内に設置してもよい。この実施例においても、外気温が上昇して自然冷却式の冷却装置の冷却能力が不足するなどの事態に備えて、冷凍サイクルを実行する予備の空調機が設置されており、そのエバポレータＥＶ（図７（ａ））が天井面に装着されるとともに、圧縮機やコンデンサ（凝縮器）を収めた室外機ＣＤ（図１）が付帯設備として建造物前側の上部に据え付けられている。
【００３８】
本発明の建造物の床構造を、図８に示す。建造物の底部は、平面視で長方形をなす枠体に複数のクロスメンバ５１を適宜の間隔で掛け渡した底部フレーム５を備えており、底部フレーム５を横断するフォークポケットＦＰが２個所に取り付けられる。クロスメンバ５１の上方には、発泡合成樹脂等の断熱材の両面にアルミニウム等の金属板を積層したサンドイッチパネル１５が、建造物の床のほぼ全面に設置され、さらにその上方に、Ｔ形断面形状の突起９１を、底板上に複数並列して形成したＴ形板材９が敷設される。
【００３９】
Ｔ形板材９は、いわゆるＴ形ボードと呼ばれる長尺のアルミニウム押出し形材が使用され、図８（ａ）に示されるように、張出し部の床面まで建造物のほぼ全長に亘って敷設されている。Ｔ形板材９を敷設しない部分には、図８（ｂ）に示されるとおり、ハット形断面形状のハット形板材１６が敷設されており、ここに浅皿形の空間が形成される。ハット形板材１６の上部を含め、ラック４が載置される個所以外の部分は、図示しない薄板のカバーによって覆われる。
この床構造においては、Ｔ形板材９の突起９１の間の空間、ハット形板材１６の空間を利用して、ラックに収納されたコンピュータへの自由なケーブルの配線が可能である。また、ファン１２（図７）により室内を循環する冷却空気は、これらの空間を通過してラックの周囲や下部へ流れ込む。そのため、コンピュータ等から発生する熱が効率的に除去され、温度上昇による熱障害が防止される。
【００４０】
以上詳述したように、本発明は、建造物の屋根の下方に中間天井板を設け、電子機器を中間天井板の下側の電子機器収容室に収めるとともに、屋根と中間天井板との間には室外熱交換器を設置して熱を外気に排熱し、さらに、屋根と中間天井板との間に電子機器収容室の長手方向に延びるビーム材が設け、これを電子機器収容室の両端の端部壁に固定するものである。上記の実施例では、ビーム材の前端を電子機器収容室の端部壁の位置に設定しているが、ビーム材を、端部壁を貫通して建造物の前端まで延長し、そこのフレーム枠体に固定するようにしてもよい。また、電子機器の冷却のため、自然対流循環型の熱交換器を用いた外気冷却方式を利用しているが、これに代えて、冷凍サイクルを実行する空調機を採用し、その室外機を中間天井板の上部に設置してもよい。このように、本発明の具体的な実施の態様は、上記の実施例に限るものではなく、これに対し種々の変形が可能であるのは明らかである。
【符号の説明】
【００４１】
１Ｆ 前部側柱状部材、 １Ｒ 後部側柱状部材
２ 締結金具
３ 屋根
４ ラック
５ 底部フレーム
７ 中間天井板
８ ビーム材
８１ 補強材
８２ 樋部材
１０ 熱交換器（室内空気冷却用）
１１ 室外熱交換器
１２ ファン（室内空気循環用）
ＦＦ 前側フレーム枠体、 ＲＦ 後側フレーム枠体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ラックに収納した多数のサーバを集中して設置するデータセンターなど、コンピュータ等の電子機器を室内に集中管理する簡易形の建造物、特に、その天井構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インターネットの普及に代表されるコンピュータネットワークの発展に伴い、サーバと呼ばれる業務用の比較的大型で信頼性を重視したコンピュータ、あるいは主に記憶装置を収めたストレージなどのコンピュータの需要が、ネットワークのサービス提供業者を中心に近年急速に拡大している。サーバ等のコンピュータは、収納用の筐体であるラックに多数のものを収め、一個所で集中管理されることが多く、サーバ等を内部に集中して管理する建造物は、データセンターと呼ばれている。
【０００３】
データセンターには、通常の建築物として構築されるもの以外に、輸送用の大型容器であるコンテナを改造して構築するコンテナ型データセンター（モジュール型データセンターともいわれる）が存在する。輸送用のコンテナは、周囲を強度の大きい壁面で取り囲まれた直方体形状の堅牢な構造物であって、データセンターのセキュリティを確保するのが容易であるとともに、気密性が高く、塵埃の侵入や塩害（海岸付近に設置される場合）を防止してコンピュータを保護するのも容易である。また、コンテナ型データセンターは、輸送用のコンテナを基礎とする、通常の建築物と比較すると小型の建造物であるので、その増設や移設が簡単であり、無人運転に適しているという利点もある。コンテナ型データセンターのこうした特徴を利用すべく、複数の鋼材の柱と梁とを組み合わせた格子構造を備え、格子構造の各区画にデータセンターとしてのコンテナを収めるようにした鉄骨構造の大規模な建築物が、特開２０１１−１８２２０号公報に開示されている。
【０００４】
ところで、多数のコンピュータを備えたデータセンター等の建造物においては、コンピュータの発熱に起因する熱障害を防止し、併せて室内の空調を行う必要がある。コンピュータの冷却や室内の空調を行うには、冷凍サイクルを実行する空調機を設置してコンピュータ等いわば強制的に冷却してもよいが、冷媒の相変化を利用するヒートパイプと同様な熱伝達促進装置を用いて、室内の熱を外部の大気に積極的に排熱することによりコンピュータの熱障害を防止する冷却装置も知られており、例えば、特開２０１１−３８７３４号公報に開示されている。
【０００５】
この公報に記載の冷却装置は、携帯電話等の電話基地局に収容された情報通信機器を冷却（温度上昇を抑制）するためのものであり、図９に示されるように、電話基地局の屋外に室外熱交換器ＬＥ（低温熱交換器）を設置するとともに、情報通信機器が設置された室内Ｒの上方に室内熱交換器ＨＥ（高温熱交換器）を設置する。両方の熱交換器は連通されて内部に冷媒が封入されており、情報通信機器から発生した熱によって室内熱交換器ＨＥの冷媒が沸騰して室外熱交換器ＬＥに移送され、ここで、大気に熱を放出して冷媒が凝縮し、重力で室内熱交換器ＨＥに還流する。室内の空気は、室内側ファンＣＦにより循環され、温度の下降した室内熱交換器ＨＥを通過して冷却される。
外気冷却によるこの装置は、温度差に基づく対流を利用する自然循環式の冷却装置であって、冷凍サイクルを行うものではないから、基本的に外部電力等が不要である。したがって、この冷却装置をデータセンターに採用したときは、サーバ等のコンピュータで使用する電力以外のものは殆ど必要なく、消費電力の大幅な削減が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１８２２０号公報
【特許文献２】特開２０１１−３８７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
データセンターあるいは電話基地局など、コンピュータ等の電子機器を多数収容する建造物においては、コンピュータの十分なセキュリティの確保が要請されるとともに、塵埃や塩害等からのコンピュータの保護が要請される。こうした要請に応じるには、建造物の密閉性を高めて室内を外部から遮断することが可能でなければならないが、一方では、コンピュータの発熱に起因する熱障害を防ぐため、室内の熱を外部に放出しながらコンピュータを確実に冷却する必要があり、ことに、最近のデータセンターでは、室内冷却用の電力等は極力抑制しながらコンピュータの熱障害を防止することが求められる。コンテナ型データセンターのような小型の設備では、特許文献２に記載のような自然循環式の冷却装置をデータセンターの屋根に設置するのが望ましいけれども、このとき、屋根部分の剛性や強度が問題となる。
【０００８】
そして、コンテナ型データセンターは、サーバ等の需要の増減に対応して、データセンターの建造物自体も容易に増設や撤去が可能であることが要請される。特許文献１に開示される建築物は、コンテナ型データセンターの増設等の容易化を図ったものではあるが、鉄骨構造を基本とする非常に大規模な建築物であって、極めて大量のサーバ等を必要とする場合以外には、不向きである。コンテナ型データセンターでは、船舶に積載する海上コンテナを積み重ねるように、データセンター自体を積み重ねて増設することができるが、この際にも屋根部分の強度等を増大することが望ましい。
本発明の課題は、データセンター等の建造物において、屋根部分等の強度や剛性の増大を図り、収容された多数のコンピュータ等の効率的な冷却を行い、あるいは、データセンターの増設や移設を容易化することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題に鑑み、本発明は、建造物の屋根の下方に中間天井板を設け、電子機器を中間天井板の下側の電子機器収容室に収めるとともに、屋根と中間天井板との間には室外熱交換器を設置して熱を外気に排熱し、さらに、屋根と中間天井板との間に電子機器収容室の長手方向に延びるビーム材が設け、これを電子機器収容室の両端の端部壁に固定するものである。すなわち、本発明は、
「電子機器を室内に収めた直方体形状の建造物であって、
前記建造物の両端部には、柱状部材を有するフレーム枠体が配置され、
前記建造物の屋根の下方には中間天井板が設けられ、前記電子機器が前記中間天井板の下側に形成された電子機器収容室内に収められ、
前記電子機器収容室内には、室内の空気を冷却する熱交換器と冷却された空気を循環するファンとが設置され、かつ、前記建造物の屋根と前記中間天井板との間には、前記熱交換器が吸収した熱を外気に排熱する室外熱交換器が設置されており、さらに、
前記電子機器収容室は、平面視で長方形の形状を有し、長手方向の両端の端部壁が前記フレーム枠体に連結され、
前記建造物の屋根と前記中間天井板との間には、前記電子機器収容室の長手方向に延びるビーム材が設けられ、前記ビーム材が前記電子機器収容室の前記両端の端部壁又は前記フレーム枠体に固定されるとともに、前記建造物の屋根と前記中間天井板とが前記ビーム材に取り付けられる」
ことを特徴とする建造物となっている。
【００１０】
請求項２に記載のように、前記ビーム材の下方に、前記電子機器収容室の長手方向に延びる樋部材を固定し、この樋部材を排水口に連通するよう構成することが好ましい。
【００１１】
請求項３に記載のように、前記中間天井板を、前記建造物の屋根の一部分において、その下方に設けることができる。
【００１２】
請求項４に記載のように、複数の前記電子機器をラックに収納するとともに、前記ラックの上方には、前記熱交換器を収めた熱交換器外箱を取り付け、前記熱交換器外箱を前記中間天井板に固定することが好ましい。
【００１３】
請求項５に記載のように、前記熱交換器と前記室外熱交換器とを連通し、その内部に、対流により循環する冷媒を封入して、室内の熱が前記室外熱交換器から排熱されるよう構成することができる。
【００１４】
請求項６に記載のように、前記フレーム枠体の柱状部材の上部及び下部に、緊締具の係合可能な締結金具を固着し、前記建造物の屋根を、上部に固着された前記締結金具よりも低くなる位置に設置することが好ましい。
【００１５】
また、請求項７に記載のように、前記電子機器収容室の端部壁と、その端部壁に連結される前記フレーム枠体との間に、電子機器収容室の付帯設備を設置することができる。
【発明の効果】
【００１６】
データセンター等として使用される本発明の建造物は、輸送用のコンテナと同様に、全体としては直方体の形状に形成され、両端部には柱状部材を有するフレーム枠体が配置されている。建造物の屋根の下方には中間天井板が設けられており、電子機器が中間天井板の下側の電子機器収容室内に収められ、中間天井板の上部の空間には、電子機器収容室の熱を外気に排熱する室外熱交換器が設置される。そして、建造物の屋根と中間天井板との間には、電子機器収容室を長手方向に延びるビーム材が、電子機器収容室の全長に亘って設けられている。
【００１７】
つまり、電子機器収容室の天井部分には、その全長に亘って長手方向に延びるビーム材が設けてあり、このビーム材は、フレーム枠体に連結された電子機器収容室の端部壁、又はフレーム枠体自体に固定される。電子機器収容室の天井部分は、建造物の屋根と中間天井板とによる２重構造となっているが、建造物の屋根及び室外熱交換器が設置される中間天井板がそれぞれビーム材に取り付けられるので、天井部分に作用する荷重が、ビーム材を介して強度の大きいフレーム枠体に伝達される。そのため、建造物の屋根部分の強度や剛性が増大し、重量の大きい熱交換器であっても確実に支持することが可能である。
また、電子機器収容室の天井部分を全長に亘って延びるビーム材により、建造物の屋根が補強される。その結果、地震の振動等に対して屋根部分の変形が少なくなり、建造物全体の耐震性が向上する。
【００１８】
請求項２の発明は、電子機器収容室の長手方向に延びるビーム材の下方に樋部材（水路を形成するよう両側に壁を有するいわゆるチャンネル材）を固定し、この樋部材を排水口に連通するよう構成したものである。ビーム材が置かれる建造物の屋根と中間天井板との間には、排熱用の室外熱交換器が設置され外気が導入される関係上、中間天井板の上面には雨水や熱交換器のドレンが滞留する。ビーム材は、電子機器収容室の全長に亘り延びているため、その下方に沿って樋部材を固定すると、滞留した水を効率よく排水することができる。そして、樋部材の固定によりビーム材の断面がほぼＴ字状となるので、ビーム材に作用する曲げモーメントあるいは捩りモーメントに効果的に対抗でき、これらモーメント荷重に対するビーム材近傍の剛性が一層増加することとなる。
【００１９】
本発明の建造物において、中間天井板は、屋根の下方の全面に亘り設置することもできるが、請求項３の発明のように、例えば室外熱交換器が存在する部分等、建造物の屋根の一部分にだけ、その下方に設置してもよい。この場合には、電子機器収容室が増大してスペースの有効利用が可能となる。
【００２０】
請求項４の発明は、複数の電子機器をラックに収納するとともに、ラックの上方には室内用の熱交換器を収めた熱交換器外箱を取り付け、この熱交換器外箱を中間天井板に固定するものである。この構成によれば、電子機器を収納したラックと電子機器の冷却装置とがユニット化されて、ラックが独立した冷却装置を備えることとなり、電子機器が稼動中のラックの冷却装置だけを作動させ、電力をその分削減することができる。また、ユニット化されたラック−熱交換器組立体の上部が中間天井板に固定されるため、電子機器収納体の耐震性を向上することができる。
【００２１】
本発明においては、電子機器を収めた室内の空気を冷却するため、圧縮機等を用いた冷凍サイクルを実行させ、冷凍サイクルのエバポレータ（蒸発器）を、熱交換器として室内に設置してもよいが、請求項５の発明は、室内の空気を冷却する熱交換器の上方に、その熱交換器と連通し室外に置かれた室外熱交換器を設け、両方の熱交換器の内部に対流により循環する冷媒を封入して、室内の熱を室外熱交換器から排熱するものである。これによれば、基本的に電力を使用することなく、自然対流を利用してコンピュータ等電子機器の冷却を行うことができる。
【００２２】
請求項６の発明は、フレーム枠体の柱状部材の上部及び下部に、緊締具の係合可能な締結金具を固着し、建造物の屋根を、上部に固着された締結金具よりも低くなる位置に設置するものである。これは、船舶に積み重ねて積載される海上コンテナと同様な構成であって、柱状部材に固着される締結金具は、コーナーキャスティングと呼ばれる。
これにより、建造物同士を直接積み重ねて連結することが可能となり、電子機器の需要の増加に合わせて建造物を増設するときは、既存の建造物上に別のものを積載するだけで増設することができる。ことに、本発明の建造物は、ビーム材により屋根部分が補強されており、上部に別のものを積み重ねても、建造物の過大な変形は防止される。
【００２３】
請求項７の発明は、電子機器収容室の端部壁と、その端部壁に連結されるフレーム枠体との間に、電子機器収容室の付帯設備を設置するものである。データセンター等の稼動には、保守管理用品収納庫や予備用の空調機などの付帯設備が必要となるが、請求項７の発明によれば、こうした付帯設備を建造物に効率的に配置し、付帯設備を含めてコンパクトにユニット化されたデータセンター等の建造物を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の建造物の一実施例を示す全体図である。
【図２】本発明の建造物に用いる締結金具と緊締具の一例を示す図である。
【図３】本発明の建造物の、連結した状態を示す図である。
【図４】図１の建造物の前後部における骨組み構造を示す図である。
【図５】図１の建造物の長手方向断面図を概略的に示す図である。
【図６】図１の建造物におけるビーム材の詳細構造を示す図である。
【図７】図１の建造物の横断面図及び空気の循環を説明する図である。
【図８】図１の建造物における床構造を示す図である。
【図９】熱を外気に排熱して室内を冷却する、従来の冷却装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面に基づいて、データセンター等として用いられる本発明の建造物について説明する。
図１の全体図から分かるように、本発明の建造物は、輸送用コンテナを基本とするコンテナ型データセンターとして構築されたものであって、全体としては６面体の直方体である箱型構造をなし、平面視では長方形の形状となっている。その長方形の両端部には、フレーム枠体を構成する前部側の柱状部材１F及び後部側の柱状部材１Rが配置されるとともに（側面図では箱型構造の側壁を除いて示し、便宜上、左側を前部、右側を後部とする）、各々の柱状部材の上部及び下部には締結金具２が固着される。締結金具２は、建造物の最外方の部分に位置するよう、各々の柱状部材に固着されるもので、建造物の屋根３は、上部に固着された締結金具よりも低くなる位置に設置されている。
【００２６】
建造物の内部は、サーバ、ストレージ等のコンピュータをラック４に収納して室内に収めた電子機器収容室ＣＲが主要部分を占めている。コンピュータ等に電力を供給する電源ユニットＥＵが、電子機器収容室ＣＲの前方下部の張出し部ＥＬに置かれ、張出し部ＥＬの上方の、電子機器収容室ＣＲの前端壁と柱状部材１Fとの間は、冷凍サイクルを実行する予備空調用室外機ＣＤの据え付けスペースとなっている。このスペースには、予備空調用室外機ＣＤに限らず、保守管理用品収納庫などデータセンターの付帯設備を置くことができる。この実施例のデータセンターでは、建造物の内部に予備空調用室外機ＣＤ等の付帯設備や電源ユニットＥＵを設置してユニット化しているけれども、これらを別体として建造物の外部に設置するときには、電子機器収容室ＣＲを前部側の柱状部材１Fの位置まで延長することが可能である。
【００２７】
本発明の建造物で使用される締結金具２は、海上コンテナの隅部に置かれるコーナーキャスティングと同様な金具であり、図２に示すとおり、６枚の厚板を組み合わせた直方体の強固な構造を備え、柱状部材に溶接可能なように、通常は鋳鋼で製造される。建造物の外方となる面の厚板には、ツイストコーンＴＣ等の緊締具を係合するための貫通孔が形成されている。建造物を積み重ねるときは、上側の締結金具２の貫通孔にツイストコーンＴＣの上側突起を嵌め込み、ツイストコーンＴＣを所定角度回転させて、下側突起を下方の締結金具２に嵌め込んで両者を連結する。ちなみに、コンテナの陸上輸送用車両であるコンテナシャシに装着されるツイストロックも、その上側突起をコンテナの下側のコーナーキャスティングに嵌め込み、所定角度回転させて固定するものである。
【００２８】
本発明の建造物は、締結金具２にツイストコーン等の緊締具を係合することにより、図３（ａ）に示されるように、直接積み重ねることが可能であり、サーバ等の需要の増大に対応して容易に増設することができる。場合によっては、図３（ｂ）に示されるように、横方向に連結する緊締具を用いた並列的な増設も可能である。そして、建造物の積み重ねやコンテナシャシへの積載にあたり、フォークリフトの使用を可能とするため、建造物の底部に置かれた底部フレーム５には、その長手方向の２個所に、フォークリフトのフォークを挿入するフォークポケットＦＰが設けられている（図１）。フォークポケットＦＰは、断面４角形の強度の大きい角パイプであって、平面視で長方形をなす底部フレーム５の長手方向と直角（横方向）に延び、底部フレーム５に溶接あるいはリベット等で取り付けられる（図８も参照）。
【００２９】
図３（ａ）には、前部側の柱状部材１Fを備えた前側フレーム枠体ＦＦ付近の骨組み構造を、図３（ｂ）には、後部側の柱状部材１Rを備えた後側フレーム枠体RＦ付近の骨組み構造を示す。前部側の柱状部材１Fは扁平な角形の一様断面を有し、その上部及び下部に締結金具２が溶接により固着されるとともに、左右の柱状部材１Fの上部には前部ヘッダーＦＨが掛け渡されて溶接され、これによりフレーム枠体を構成している。後側フレーム枠体RＦの柱状部材１Ｒも、扁平な角形の一様断面を有し、上部及び下部に締結金具２の溶接されたものであるが、観音開きドアＲＤ（図１）のヒンジを取り付ける４個の切り欠き部が途中に形成されている。後部側の柱状部材１Ｒには、左右の柱状部材の上部に後部ヘッダーＲＨが掛け渡され、また、建造物の後部ヘッダーＲＨの下方において、２本の柱状部材１Ｒを連結する梁部材６が掛け渡されている。この梁部材６には、観音開きドアＲＤを閉鎖するロックロッドＬＲ（図１）のためのカムキーパーＣＫが固着される。
ロックロッドは、上端及び下端にカム部材が一体的に固着された強度及び剛性の大きい棒材である。本発明の建造物では、出入口となる観音開きドアのロックロッドＬＲが、梁部材６と底部フレーム５との間にいわば補強用柱材として存在することになるため、建造物の強度が増大し、積み重ねた場合でも変形が少なくなる。
【００３０】
次いで、本発明の建造物における電子機器収容室とその天井部分の構造について、図５乃至図８により説明する。
図５は、本発明の建造物の長手方向断面図（後述の図７（ａ）のＡ−Ａ断面矢視図）を概略的に示すもので、電子機器収容室ＣＲにおいては、コンピュータを収納したラック４を省いて表している。この図に示されるとおり、電子機器収容室ＣＲの前端は、その上部が予備空調用室外機ＣＤの据え付けスペースとの間を仕切る前端壁ＦＷとなっており、下部は、電源ＥＵの設置される張り出し部ＥＬとなっている。前端壁ＦＷを下方まで延長して、前端壁ＦＷの前方を電源や付帯設備用の機械室として独立させてもよい。
前端壁ＦＷの周囲には、２本の柱部材とヘッダーとからなる前端壁枠体ＦＷＦが設けられ、前端壁枠体ＦＷＦは、連結部材ＣＭにより柱状部材１Ｆを備えた前側フレーム枠体と連結される（図４（ａ）参照）。電子機器収容室ＣＲの後端は、観音開きドアＲＤの僅かに前方の位置に置かれた後端壁ＲＷとなっている。後端壁ＲＷには施錠可能な内側扉（図示省略）が設けてあり、この実施例の電子機器収容室ＣＲは、２重扉によりセキュリティの向上が図られている。
【００３１】
そして、電子機器収容室ＣＲの天井部分には、建造物の屋根３の下方に中間天井板７が設けてあり、この部分では、２重天井を形成している。屋根３と中間天井板７との間には、電子機器収容室ＣＲの全長に亘って長手方向に延びるビーム材８が設けられる。ビーム材８の前端は、前端壁ＦＷの上部に固定され、一方、その後端は、後端壁ＲＷよりも後方に延長され、観音開きドアＲＤを嵌め込む後側フレーム枠体ＲＦの上部に固定されて取り付けられる。
【００３２】
ビーム材８及びその取り付け部の詳細な構造を図６に示す。ビーム材８は、図６（ｃ）に示すように（後述の図７も参照）、その断面が基本的には垂直方向の直線となる長尺の板状部材であり、上部には四辺形の閉鎖断面を形成する補強材８１が溶接され、下部には、水路を形成するよう断面の両側に壁を有する樋部材８２が溶接されている。ビーム材８の前端は、図６（ｂ）（ｃ）に示すように、断面Ｌ字形のガセット８３を前端壁ＦＷとビーム材８とに溶接することによって、前端壁ＦＷに固定される。このとき、樋部材８２は、前端壁ＦＷを貫通して前方の排水口ＷＥ（図４（ａ）参照）に連通する。また、ビーム材８の後端は、図６（ｃ）に示すように、その上部がやはり断面Ｌ字形のガセット８４を用いて後側フレーム枠体ＲＦに固定される。
【００３３】
図７（ａ）は、電子機器収容室ＣＲの横断面図であって、室内の空気を冷却するための熱交換器と排熱用の室外熱交換器とが、それぞれ中間天井板７の下方と上方とに設置されている。図７（ｂ）には、これら熱交換器を通過して流れる空気の流れを示す。
コンピュータ等の電子機器は、多数のものがラック４に収納される形で電子機器収容室ＣＲに収められ、ラック４は、床面に敷設されたＴ形板材９上に固定されて（詳細な構造については後述）、電子機器収容室ＣＲの横断面においてほぼ中央部に設置される。各々のラック４の上方には、電子機器収容室ＣＲの室内の空気を冷却する熱交換器１０を収めた熱交換器外箱１０Ｈが取り付けられており、ラック４と熱交換器１０とは、ユニット化されたラック−熱交換器組立体を構成している。ラック４等の強度及び耐震性を増大させるため、ラック−熱交換器組立体の上部は中間天井板７に固定される。この実施例では、電子機器収容室ＣＲ内には８個のラック−熱交換器組立体が設置され（図１）、ラックの上方の熱交換器は、主に組み合わされた下方のラックを独立して冷却するための熱交換器となっている。
【００３４】
電子機器収容室ＣＲを冷却する熱交換器１０の上方には、室外熱交換器１１が置かれ、これは、電子機器収容室ＣＲの室外となる中間天井板７の上部に載置される。両方の熱交換器は、特許文献２に記載された熱交換装置のように、互いに連通され、内部には気体−液体の相変化を行う冷媒が封入されている。室内側の熱交換器１０の端部には、電子機器収容室ＣＲ内の空気を循環するファン１２が装着されるとともに、室外熱交換器１１の端部には、外気を導入するファン１３が装着される。
【００３５】
図７（ｂ）に示されるとおり、ラック４に収納されたコンピュータの発熱に伴い、温度の上昇した室内の空気は、図の左側矢印のように、電子機器収容室ＣＲ内を上昇して熱交換器１０に導入され、内部に封入された液体の冷媒を沸騰させる。気体となった冷媒は、対流によって室外熱交換器１１に入り、ここで熱を外気に放熱して凝縮し、温度が低下した状態で室内の熱交換器１０に還流する。熱交換器１０で冷却された室内の空気は、冷却空気を循環するファン１２によって図の右側矢印のように送り出され、ラック４に収納されたコンピュータ等を冷却することとなる。
一方、電子機器収容室ＣＲの熱を排熱する室外熱交換器１１では、ファン１３により導入された外気が室外熱交換器１１を冷却した後、直角に曲げられて建造物の長手方向に延びる共通排気ダクト１４を通過し、建造物の前端上部又は後端上部の流出口から排出される。外気の流れを逆向きとして、ファン１３から排出するようにしてもよい。
【００３６】
上述したように、建造物の屋根３と中間天井板７との間には、電子機器収容室ＣＲの全長に亘って長手方向に延びるビーム材８が設けられる。中間天井板７は、この実施例では断熱材の積層された断熱パネルであって、断面拡大図に示すとおり、ビーム材８の下部に溶接された樋部材８２に、リベットや接着等で固定される。屋根３は、ビーム材８の上部の、閉鎖断面を形成する補強材８１の上方に固定される。つまり、建造物の屋根３及び室外熱交換器１１の設置される中間天井板７がそれぞれビーム材８に取り付けられ、天井部分に作用する荷重が、ビーム材８を介して強度の大きいフレーム枠体に伝達される。そのため、建造物の屋根部分の強度や剛性が増大し、重量の大きい熱交換器であっても確実に支持することが可能である。そして、建造物の屋根が補強される結果、建造物全体の耐震性が向上するとともに、図３（ａ）のような積み重ねの際に、建造物の変形を減少することができる。
また、室外熱交換器１１を冷却する外気に含まれる雨水等は、中間天井板７の上面からビーム材８下部の樋部材８２に流入し、排水口を介して外部に排出される。樋部材８２はビーム材８の補強材としても機能し、ことに、ビーム材に作用するモーメント荷重に対する剛性が一層増加することとなる。
【００３７】
この実施例における室内空気の冷却装置は、対流により循環する冷媒を封入した２個の熱交換器を設け、密閉した室内の熱を排熱する自然冷却式のものであり、基本的に電力を使用することなく冷却を行うことができる。ただし、室内の空気を冷却するため、圧縮機等を装備して冷凍サイクルを実行させ、冷凍サイクルのエバポレータ（蒸発器）を、熱交換器として室内に設置してもよい。この実施例においても、外気温が上昇して自然冷却式の冷却装置の冷却能力が不足するなどの事態に備えて、冷凍サイクルを実行する予備の空調機が設置されており、そのエバポレータＥＶ（図７（ａ））が天井面に装着されるとともに、圧縮機やコンデンサ（凝縮器）を収めた室外機ＣＤ（図１）が付帯設備として建造物前側の上部に据え付けられている。
【００３８】
本発明の建造物の床構造を、図８に示す。建造物の底部は、平面視で長方形をなす枠体に複数のクロスメンバ５１を適宜の間隔で掛け渡した底部フレーム５を備えており、底部フレーム５を横断するフォークポケットＦＰが２個所に取り付けられる。クロスメンバ５１の上方には、発泡合成樹脂等の断熱材の両面にアルミニウム等の金属板を積層したサンドイッチパネル１５が、建造物の床のほぼ全面に設置され、さらにその上方に、Ｔ形断面形状の突起９１を、底板上に複数並列して形成したＴ形板材９が敷設される。
【００３９】
Ｔ形板材９は、いわゆるＴ形ボードと呼ばれる長尺のアルミニウム押出し形材が使用され、図８（ａ）に示されるように、張出し部の床面まで建造物のほぼ全長に亘って敷設されている。Ｔ形板材９を敷設しない部分には、図８（ｂ）に示されるとおり、ハット形断面形状のハット形板材１６が敷設されており、ここに浅皿形の空間が形成される。ハット形板材１６の上部を含め、ラック４が載置される個所以外の部分は、図示しない薄板のカバーによって覆われる。
この床構造においては、Ｔ形板材９の突起９１の間の空間、ハット形板材１６の空間を利用して、ラックに収納されたコンピュータへの自由なケーブルの配線が可能である。また、ファン１２（図７）により室内を循環する冷却空気は、これらの空間を通過してラックの周囲や下部へ流れ込む。そのため、コンピュータ等から発生する熱が効率的に除去され、温度上昇による熱障害が防止される。
【００４０】
以上詳述したように、本発明は、建造物の屋根の下方に中間天井板を設け、電子機器を中間天井板の下側の電子機器収容室に収めるとともに、屋根と中間天井板との間には室外熱交換器を設置して熱を外気に排熱し、さらに、屋根と中間天井板との間に電子機器収容室の長手方向に延びるビーム材が設け、これを電子機器収容室の両端の端部壁に固定するものである。上記の実施例では、ビーム材の前端を電子機器収容室の端部壁の位置に設定しているが、ビーム材を、端部壁を貫通して建造物の前端まで延長し、そこのフレーム枠体に固定するようにしてもよい。また、電子機器の冷却のため、自然対流循環型の熱交換器を用いた外気冷却方式を利用しているが、これに代えて、冷凍サイクルを実行する空調機を採用し、その室外機を中間天井板の上部に設置してもよい。このように、本発明の具体的な実施の態様は、上記の実施例に限るものではなく、これに対し種々の変形が可能であるのは明らかである。
【符号の説明】
【００４１】
１Ｆ 前部側柱状部材、 １Ｒ 後部側柱状部材
２ 締結金具
３ 屋根
４ ラック
５ 底部フレーム
７ 中間天井板
８ ビーム材
８１ 補強材
８２ 樋部材
１０ 熱交換器（室内空気冷却用）
１１ 室外熱交換器
１２ ファン（室内空気循環用）
ＦＦ 前側フレーム枠体、 ＲＦ 後側フレーム枠体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子機器を室内に収めた直方体形状の建造物であって、
前記建造物の両端部には、柱状部材を有するフレーム枠体が配置され、
前記建造物の屋根の下方には中間天井板が設けられ、前記電子機器が前記中間天井板の下側に形成された電子機器収容室内に収められ、
前記電子機器収容室内には、室内の空気を冷却する熱交換器と冷却された空気を循環するファンとが設置され、かつ、前記建造物の屋根と前記中間天井板との間には、前記熱交換器が吸収した熱を外気に排熱する室外熱交換器が設置されており、さらに、
前記電子機器収容室は、平面視で長方形の形状を有し、長手方向の両端の端部壁が前記フレーム枠体に連結され、
前記建造物の屋根と前記中間天井板との間には、前記電子機器収容室の長手方向に延びるビーム材が設けられ、前記ビーム材が前記電子機器収容室の前記両端の端部壁又は前記フレーム枠体に固定されるとともに、前記建造物の屋根と前記中間天井板とが前記ビーム材に取り付けられることを特徴とする建造物。
【請求項２】
前記ビーム材の下方には、前記電子機器収容室の長手方向に延びる樋部材が固定され、前記樋部材が排水口に連通している請求項１に記載の建造物。
【請求項３】
前記中間天井板が、前記建造物の屋根の一部分において、その下方に設けられている請求項１又は請求項２に記載の建造物。
【請求項４】
前記電子機器は、複数のものがラックに収納されるとともに、前記ラックの上方には、前記熱交換器を収めた熱交換器外箱が取り付けられ、前記熱交換器外箱が前記中間天井板に固定される請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の建造物。
【請求項５】
前記熱交換器と前記室外熱交換器とが連通され、その内部には対流により循環する冷媒が封入されており、室内の熱が前記室外熱交換器から排熱される請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の建造物。
【請求項６】
前記フレーム枠体の柱状部材の上部及び下部には、緊締具の係合可能な締結金具が固着されており、前記建造物の屋根が、上部に固着された前記締結金具よりも低くなる位置に設置されている請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の建造物。
【請求項７】
前記電子機器収容室の端部壁と、その端部壁に連結される前記フレーム枠体との間に、前記電子機器収容室の付帯設備が設置される請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の建造物。
【請求項１】
電子機器を室内に収めた直方体形状の建造物であって、
前記建造物の両端部には、柱状部材を有するフレーム枠体が配置され、
前記建造物の屋根の下方には中間天井板が設けられ、前記電子機器が前記中間天井板の下側に形成された電子機器収容室内に収められ、
前記電子機器収容室内には、室内の空気を冷却する熱交換器と冷却された空気を循環するファンとが設置され、かつ、前記建造物の屋根と前記中間天井板との間には、前記熱交換器が吸収した熱を外気に排熱する室外熱交換器が設置されており、さらに、
前記電子機器収容室は、平面視で長方形の形状を有し、長手方向の両端の端部壁が前記フレーム枠体に連結され、
前記建造物の屋根と前記中間天井板との間には、前記電子機器収容室の長手方向に延びるビーム材が設けられ、前記ビーム材が前記電子機器収容室の前記両端の端部壁又は前記フレーム枠体に固定されるとともに、前記建造物の屋根と前記中間天井板とが前記ビーム材に取り付けられることを特徴とする建造物。
【請求項２】
前記ビーム材の下方には、前記電子機器収容室の長手方向に延びる樋部材が固定され、前記樋部材が排水口に連通している請求項１に記載の建造物。
【請求項３】
前記中間天井板が、前記建造物の屋根の一部分において、その下方に設けられている請求項１又は請求項２に記載の建造物。
【請求項４】
前記電子機器は、複数のものがラックに収納されるとともに、前記ラックの上方には、前記熱交換器を収めた熱交換器外箱が取り付けられ、前記熱交換器外箱が前記中間天井板に固定される請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の建造物。
【請求項５】
前記熱交換器と前記室外熱交換器とが連通され、その内部には対流により循環する冷媒が封入されており、室内の熱が前記室外熱交換器から排熱される請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の建造物。
【請求項６】
前記フレーム枠体の柱状部材の上部及び下部には、緊締具の係合可能な締結金具が固着されており、前記建造物の屋根が、上部に固着された前記締結金具よりも低くなる位置に設置されている請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の建造物。
【請求項７】
前記電子機器収容室の端部壁と、その端部壁に連結される前記フレーム枠体との間に、前記電子機器収容室の付帯設備が設置される請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の建造物。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−１９６１７（Ｐ２０１３−１９６１７Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５４１４７（Ｐ２０１１−１５４１４７）
【出願日】平成２３年７月１２日（２０１１．７．１２）
【出願人】（０００２２９９００）日本フルハーフ株式会社 (93)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１２日（２０１１．７．１２）
【出願人】（０００２２９９００）日本フルハーフ株式会社 (93)
【Ｆターム（参考）】
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