電子機器冷却装置
【課題】電力供給停止状態が発生した場合でも電子機器の冷却を行うこと。
【解決手段】コンピュータールーム内を空調する第１の空気調和機およびキャビネット内を空調する第２の空気調和機の一方を、電動機で圧縮機を駆動する電気式空気調和機で構成し、他方をガスエンジンで圧縮機と発電機を駆動し、発電電力で空気調和機の補機を駆動するガスエンジン式空気調和機で構成し、電気式空気調和機は電動機および補機に供給する電力を、ガスエンジンで駆動される発電機の発電電力および商用電源からの電力のいずれか一方から選択する選択手段（切換スイッチ９０）を備え、商用電源から電気式空気調和機への電力供給停止状態の発生を検出する検出手段（集中コントローラ２００）を備え、電力供給停止状態の発生時には、選択手段により発電電力を選択し、電気式空気調和機の圧縮機および補機を発電機の発電電力により駆動する。
【解決手段】コンピュータールーム内を空調する第１の空気調和機およびキャビネット内を空調する第２の空気調和機の一方を、電動機で圧縮機を駆動する電気式空気調和機で構成し、他方をガスエンジンで圧縮機と発電機を駆動し、発電電力で空気調和機の補機を駆動するガスエンジン式空気調和機で構成し、電気式空気調和機は電動機および補機に供給する電力を、ガスエンジンで駆動される発電機の発電電力および商用電源からの電力のいずれか一方から選択する選択手段（切換スイッチ９０）を備え、商用電源から電気式空気調和機への電力供給停止状態の発生を検出する検出手段（集中コントローラ２００）を備え、電力供給停止状態の発生時には、選択手段により発電電力を選択し、電気式空気調和機の圧縮機および補機を発電機の発電電力により駆動する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電子機器が収容されるためのキャビネットの空気出口側に空気−水熱交換器を配置し、キャビネットに収容された電子機器に付設したファンで送風される空気を上記空気−水熱交換器で冷却して室内に戻す電子機器冷却装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の電子機器冷却装置はコンピュータールームに設置され、コンピュータールームに設置されるサーバーやネットワーク機器等の電子機器を冷却する。また、一般に、コンピュータールームには空調装置が配設されており、このため、空調装置と電子機器冷却装置との双方によってコンピュータールーム（被調和室）が空調される。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／０２３２９４５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上述した技術では、例えば、停電等に起因する電力供給停止状態が発生した場合には、電子機器の冷却を行うことができないという問題点がある。
【０００４】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、電力供給停止状態が発生した場合でも、電子機器の冷却を行うことが可能な電子機器冷却装置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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、コンピュータールーム内を空調する第１の空気調和機と、コンピュータールーム内に設置したキャビネット内を空調する第２の空気調和機とを備え、これら空気調和機により前記キャビネットに収納された電子機器を冷却する電子機器冷却装置において、第１，第２の空気調和機の一方を、電動機で圧縮機を駆動する電気式空気調和機で構成するとともに、他方を、ガスエンジンで圧縮機と発電機を駆動し、該発電機の発電電力で該空気調和機の補機を駆動するガスエンジン式空気調和機で構成し、前記電気式空気調和機は、前記電動機および補機に供給する電力を、前記ガスエンジンで駆動される前記発電機の発電電力、および、商用電源からの電力のいずれか一方から選択する選択手段を備え、前記商用電源から前記電気式空気調和機への電力供給停止状態の発生を検出する検出手段を備え、前記電力供給停止状態の発生時には、前記選択手段により前記発電電力を選択し、前記電気式空気調和機の前記圧縮機および前記補機を、前記発電機の発電電力により駆動することを特徴とする。
この構成によれば、電力供給停止状態が発生した場合でも、電子機器の冷却を行うことが可能となる。
【０００６】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記第１の空気調和機と前記第２の空気調和機の運転能力比率を、冷凍負荷と運転能力比率を対応付けて格納したテーブルとを参照して設定する設定手段を有し、前記設定手段は、電力供給停止状態とそれ以外の場合において、異なるテーブルを参照して運転能力比率を設定することを特徴とする。
この構成によれば、電力供給停止状態とそれ以外の場合でテーブルを変更することにより、それぞれの場合において最適な制御を行うことが可能になる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電力供給停止状態が発生した場合でも、電子機器の冷却を行うことが可能な電子機器冷却装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳述する。
図１は本発明の一実施形態に係る被調和室としてのサーバールーム（コンピュータールーム）２のサーバーラック冷却装置（電子機器冷却装置）１００を示す図である。このサーバールーム２は、電動機で圧縮機を駆動する電気式空気調和機としての第２の空気調和機（以下、「空気調和機」を「空調機」という）１と、ガスエンジンで圧縮機と発電機を駆動するガスエンジン式空気調和機としての第１の空調機１１０とを備え、これらによって室内が空調される。第１の空調機１１０は、室外に設置される室外ユニット１２０と、サーバールーム２に設置される室内ユニット１３０とを備え、これらがユニット配管１４０で接続されることによって冷凍サイクルを行う冷凍回路を構成している。
【０００９】
各ユニット１２０、１３０を説明すると、室外ユニット１２０には、圧縮機１２１、四方弁１２２、室外熱交換器１２３、膨張弁１２４、室外ファン１２５、室外ファンモータ１２６、ガスエンジン１２７、発電機１２８、および、制御ユニット８５等が収容され、室内ユニット１３０には、室内熱交換器１３１および室内ファン１３２等が収容される。そして、ガスエンジン１２７によって駆動される圧縮機１２１が冷凍回路に充填された冷媒を圧縮して吐出することにより、室外熱交換器１２３と室内熱交換器１３１との間で冷媒を循環して冷凍サイクル運転を行う。ガスエンジン１２７の回転数を制御することにより、冷凍能力を調整することができる。また、ガスエンジン１２７は、圧縮機１２１とともに発電機１２８を駆動する。発電機１２８によって発生された電力は、図示せぬインバータ等によって周波数および電圧が調整された後、第１の空調機１１０の各部に供給されるとともに、停電等が発生した場合には、第２の空調機１にも供給される。
【００１０】
四方弁１２２は、冷房運転と暖房運転とを切り換えるための切換弁であり、図１では冷房運転の状態を示している。この場合、圧縮機１２１から吐出された冷媒は、四方弁１２２を経由して室外熱交換器１２３へ流れた後に室内熱交換器１３１へと流れ、室外熱交換器１２３が凝縮器、室内熱交換器１３１が蒸発器として機能して冷房運転状態となり、室内ファン１３２により室内空気が室内熱交換器１３１で熱交換されて室内を冷房する。
また、四方弁１２２を暖房側に切り換えたときには、図示は省略するが、圧縮機１２１から吐出された冷媒が四方弁１２２を経由して室内熱交換器１３１へ流れた後に室外熱交換器１２３へと流れ、室内熱交換器１３１が凝縮器、室外熱交換器１２３が蒸発器として機能して暖房運転状態となり、室内を暖房する。
【００１１】
図１では室内ユニット１３０をビルトイン型に構成した場合を示している。すなわち、室内ユニット１３０は、天井空間内に設置され、天井に設けられた複数（本例では３つ）の吸込口１４２と室内ユニット１３０とを連結するダクト１４４を備え、室内ファン１３２が発生する負圧により吸込口１４２から室内空気を吸い込んで室内熱交換器１３１を通過させ、熱交換後の調和空気を、ダクト１４５を介して床下空間１４６に導く。床下空間１４６に導かれた調和空気は、床に設けられた吹出口１４７から室内に吹き出す。吹出口１４７から吹き出した調和空気は、サーバールーム２を冷却した後、吸込口１４２から吸い込まれて、前述の場合と同様の経路を循環する。
なお、本実施形態では、第１の空調機１１０をビルトイン型に構成する場合を示したが、これに限らず、天井埋込型、天井吊り型、壁掛け型、床置き型などの公知の空気調和機を広く適用することが可能である。
【００１２】
第２の空調機１は、図２に示すように、サーバールーム２の床の上に設置されるサーバーラック（キャビネット）１０と、室外に設置される熱源機３０とによって構成される。本実施形態では、図２に示すように、サーバールーム２に１２台のサーバーラック１０を配置し、３台のサーバーラック１０内のサーバー冷却ユニット２０を一台の熱源機３０に各々配管接続した構成を４系統配設した場合を例示している。なお、図２の例では、図１に示す吹出口１４７を図示していないが、床面には複数の吹出口１４７が設けられている。
【００１３】
図３はサーバーラック１０を示す図である。サーバーラック１０は、前面および後面が開口したキャビネット本体１１を備え、このキャビネット本体１１内に複数のサーバー（電子機器）３がその背面をキャビネット本体１１後面に向けて上下に段積み配置される。このキャビネット本体１１後面には、後面開口６５を閉塞自在に片開きで開閉するリアドア１２が設けられ、このリアドア１２は、通気自在に構成されるとともに、その内部にサーバー冷却ユニット２０が配設される。また、サーバーラック１０の底にはキャスタ１３が設けられ、サーバーラック１０を容易に移動可能にしている。
【００１４】
サーバー３は、例えば、ブレードサーバー等によって構成され、冷却用のファン（内蔵ファン）４を有し、サーバー３内の温度が所定温度を超えるとファン４を駆動し、サーバー３内に外気を導入して機器背面から排出する強制空冷機能を備えている。このため、サーバー３をその背面をキャビネット本体１１背面に向けて配置することで、図３に冷却風の流れを破線矢印で示すように、サーバー３に付設したファン４により室内空気がキャビネット前面開口から吸い込まれ、サーバー３を冷却してリアドア１２を通過して室内に戻る。また、このリアドア１２を開けることによって、キャビネット本体１１内のサーバー３にアクセス可能となる。なお、サーバー３には、図示せぬＵＰＳ（Ｕｎｉｎｔｅｒｒｐｔｉｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ）から電源電力が供給されていることから、商用電源からの電力供給停止状態が発生した場合であっても、サーバー３およびファン４は動作を継続する。
【００１５】
サーバー冷却ユニット２０は、サーバーラック１０のリアドア１２に一体的に構成され、図１に示すように、熱源機３０から延びるメイン冷媒配管３１（メイン液管３１Ａおよびメインガス管３１Ｂ）にフレキシブル配管（フレキシブル液管２５およびフレキシブルガス管２６）を介して並列に接続され、熱源機３０と配管接続されることによって冷凍サイクルを行う冷凍回路を構成する。
このサーバー冷却ユニット２０は、図３に示すように、蒸発器２１、膨張弁（不図示）等を収容し、熱源機３０は、図１に示すように、能力可変型の圧縮機３２、圧縮機モータ（電動機）３３、室外ファンモータ３４、凝縮器３５、膨張弁３６、室外ファン３７、および、制御ユニット８０等を収容する。そして、圧縮機３２が冷凍回路に充填された冷媒を圧縮して吐出することにより、凝縮器３５と蒸発器２１との間で冷媒を循環して冷凍サイクル運転を行う。この冷凍サイクル運転は、冷房運転を行う冷凍サイクルであり、本構成では、サーバー３から排出された空気がリアドア１２内の蒸発器２１を流通するよう構成されるため、この際に蒸発器２１によって排出空気が冷却されて室内に排出される。
【００１６】
図３に示すように、蒸発器２１は、リアドア１２の略上下に渡って延在し、上下略中間部を境に上側蒸発部２２と下側蒸発部２３とに分割され、キャビネット本体１１上半分のサーバー３の冷却を上側蒸発部２２が受け持ち、下半分のサーバー３の冷却を下側蒸発部２３が受け持つように構成される。本構成のサーバー冷却ユニット２０は送風ファンを具備しない構成とされ、サーバー３の内蔵ファン４によってサーバー３の排熱で暖められた空気が蒸発器２１を流通する。このため、リアドア１２内に送風ファンを内蔵した構成に比して、リアドア１２の奥行き寸法が短くなり、サーバーラック１０の奥行き寸法を短くすることができる。なお、リアドア１２内に送風ファンを配置し、この送風ファンによって室内空気をキャビネット本体１１内に導入し、サーバー３を通った空気を蒸発器２１に流通させるようにしてもよい。
【００１７】
ここで、従来のサーバー冷却装置は空気−水熱交換器を備えるため、この空気−水熱交換器にチラー水を循環する経路の一部からでも水漏れが生じると、この水によってサーバーが損傷するおそれがある。本構成では、上述したように、サーバー冷却ユニット２０の蒸発器２１には、冷凍サイクルを循環する冷媒が供給されるため、万一冷媒が循環する経路から冷媒の漏れが生じたとしても、この冷媒は即座に蒸発し、サーバー３のショートもしくは漏電が生じることはない。
【００１８】
図２に示すように、メイン冷媒配管３１は、サーバールーム２の上床２Ａと下床２Ｂとの間の床下空間内を引き回され、このメイン冷媒配管３１につながるフレキシブル液管２５およびフレキシブルガス管２６は、上床２Ａの開口穴２Ｃ（図２および図３参照）を通ってリアドア１２内の蒸発器２１につながる。このため、図３に示すように、フレキシブル液管２５およびフレキシブルガス管２６が蒸発器２１から下方に延びた後に床下空間内で緩やかに曲がるように引き回され、これらフレキシブル配管２５、２６の長さに余裕を持たせておくことによってリアドア１２開閉時にフレキシブル配管２５、２６だけがリアドア１２の動きに合わせて移動する。従って、リアドア１２開閉時に他の配管に力が作用することがなく、他の配管、例えば、メイン液管３１Ａおよびメインガス管３１Ｂに鋼管を適用することが可能である。
【００１９】
図４は、サーバーラック冷却装置１００の制御系の構成例を示すブロック図である。この図において、実線の細線は通信線を示し、破線は電力線を示し、実線の太線（ガスエンジン１２７と発電機１２８を結ぶ線分）は駆動軸を示している。集中コントローラ（検出手段および設定手段）２００は、図１に示すように、床下空間の下床２Ｂ上に配置されており、制御ユニット８０、８５を集中制御するための制御回路である。また、集中コントローラ２００は、後述するように切換スイッチ９０を制御する。制御ユニット８０は、図１に示すように熱源機３０内に配設され、サーバー温度センサ２９Ｅ、２９Ｆから出力される温度信号と、集中コントローラ２００から供給される制御信号に基づいて、圧縮機モータ３３、室外ファンモータ３４、および、膨張弁３６を制御する。なお、第２の空調機１において圧縮機モータ３３以外の構成部分であって、電力を消費する部分は「補機」とされる。制御ユニット８５は、室外ユニット１２０内に設けられ、室内温度センサ１２９から出力されるサーバールーム２内の室温を示す信号と、集中コントローラ２００からの制御信号に基づいてガスエンジン１２７、四方弁１２２、膨張弁１２４、室外ファンモータ１２６、および、室内ファン１３２を駆動するための室内ファンモータ１３２Ａを制御する。なお、第１の空調機１１０において、発電機１２８から電力を供給される部分は「補機」とされる。
【００２０】
切換スイッチ（選択手段）９０は、集中コントローラ２００によって制御され、商用電源３００からの電力供給が正常である場合には、商用電源３００を選択し、商用電源３００からの電力供給が正常でない場合（例えば、停電が発生した場合または第２の空調機１への給電遮断装置が動作した場合）には、発電機１２８から出力される電力を選択し、圧縮機モータ３３、室外ファンモータ３４、膨張弁３６、および、制御ユニット８０に対して電源電力を供給する。発電機１２８は、例えば、都市ガス等によって動作するガスエンジン１２７によって駆動され、発生した電力を、集中コントローラ２００、制御ユニット８５、四方弁１２２、膨張弁１２４、室外ファンモータ１２６、室内ファンモータ１３２Ａ、および、切換スイッチ９０に供給する。なお、図４では、制御ユニット８０には切換スイッチ９０から電力が供給されているが、発電機１２８から電力を直接供給するようにしてもよい。また、図４では、発電機１２８によって発生された電力が各部へ直接供給されるようになっているが、例えば、インバータ等によって周波数および電圧を調整した後に供給するようにしてもよい。
【００２１】
次に、本実施形態の動作を説明する。以下では、先ず、商用電源３００からの電力供給が正常である場合の動作（通常動作）について説明した後、図５を参照して商用電源３００からの電力供給が正常でない場合（電力供給停止状態の場合）の動作について説明する。
【００２２】
商用電源３００からの電力供給が正常である場合、集中コントローラ２００は、切換スイッチ９０に商用電源３００側を選択させる。この結果、第２の空調機１は、商用電源３００から供給される電力によって動作する。具体的には、第２の空調機１を構成する圧縮機モータ３３、室外ファンモータ３４、膨張弁３６、および、制御ユニット８０は、商用電源３００から供給される電力によって動作する。一方、第１の空調機１１０は、例えば、都市ガスを燃料として動作するガスエンジン１２７によって圧縮機１２１が駆動され、冷凍サイクル運転を実行する。ガスエンジン１２７は、発電機１２８を駆動しており、当該発電機１２８によって発生された電力は、四方弁１２２、膨張弁１２４、室外ファンモータ１２６、室内ファンモータ１３２Ａ、制御ユニット８５、および、集中コントローラ２００に供給されているので、これらは商用電源３００からの電力の供給がなくても動作可能である。
【００２３】
ところで、商用電源３００からの電力供給が正常である場合、システム全体としての運転効率を高めることが要求される。そこで、集中コントローラ２００は、第２の空調機１の負荷（サーバー３の冷却負荷）を特定する情報（負荷特定情報）を取得するとともに、第１の空調機１１０から負荷（空調負荷）を特定する情報（負荷特定情報）を取得する。具体的には、集中コントローラ２００は、第２の空調機１からサーバー温度センサ２９Ｅ、２９Ｆが検出した排熱温度および設定された目標温度を取得し、また、第１の空調機１１０から負荷（空調負荷）を特定する情報（負荷特定情報）として、室内温度と目標温度とを取得する。続いて、集中コントローラ２００は、第２の空調機１の目標温度と排熱温度との差温に基づいて第２の空調機１の負荷を算出するとともに、第１の空調機１１０の目標温度と室内温度との差温に基づいて第１の空調機１１０の負荷を算出し、これらの算出結果を加算することにより、サーバーラック冷却装置１００全体の負荷（以下、冷凍負荷という）を取得する。なお、この負荷の算出処理は各空調機１、１１０の制御ユニット８０、８５が行い、集中コントローラ２００が各制御ユニット８０、８５が算出した負荷を取得し、サーバーラック冷却装置１００全体の冷凍負荷を取得するようにしてもよい。
【００２４】
サーバーラック冷却装置１００全体の冷凍負荷が取得されると、集中コントローラ２００は、当該冷凍負荷に対する各空調機の運転能力比率を、テーブル２０１から取得し、それぞれの空調機の能力を設定する。例えば、仮に第１および第２の空調機の冷凍能力が等しいとした場合において、各空調機の最大能力を１００％としたとき、テーブル２０１には所定の冷凍負荷に対応するための必要能力（例えば、０〜２００％で表される）と、当該必要能力における各空調機の運転能力の比率が対応付けされて格納されている。具体的な例を挙げると、例えば、所定の冷凍負荷に対する必要能力が９０％である場合、当該９０％の運転能力を発揮するための最適な運転比率は、第２の空調機１が６０％で、第１の空調機１１０が３０％としてテーブル２０１に格納されている。集中コントローラ２００は、このようにして取得された運転能力比率を、制御ユニット８０、８５にそれぞれ供給する。制御ユニット８０、８５は、供給された運転能力比率に応じて、例えば、圧縮機モータ３３およびガスエンジン１２７の回転数を制御することにより、運転能力を設定する。なお、このような運転能力比率については、実測によって求めるか、または、シミュレーション等に基づいて求めることができる。あるいは、運転状況と電力またはガスの消費状況を履歴として格納しておき、当該履歴に基づく学習処理によって、運転能力比率を求めるようにしてもよい。
【００２５】
次に、図５を参照して、商用電源３００からの電力供給停止状態が発生した場合における動作について説明する。なお、電力供給停止状態が発生した場合には、第２の空調機１は動作を停止し、第１の空調機１１０のみの運転となり、状況によっては運転能力が不足する事態も想定されることから、サーバー３の温度が上昇しないことが最優先される。
【００２６】
例えば、落雷等に起因して商用電源３００に停電が発生したり、商用電源３００から第２の空調機１までの間に配設されている安全装置（遮断装置）が動作したりして、商用電源３００から第２の空調機１への電力の供給が停止した状態になった場合、集中コントローラ２００はこれを検出し、ステップＳ１０において電力供給停止状態が発生したと判定し（ステップＳ１０；Ｙｅｓ）、ステップＳ１１に進む。なお、通常の動作時（電力供給停止状態でない場合）においては、切換スイッチ９０は商用電源３００側を選択しているので、電力供給停止状態になると、圧縮機モータ３３、室外ファンモータ３４、膨張弁３６、および、制御ユニット８０には電力が供給されない状態となり、これらは動作を停止する。
【００２７】
ステップＳ１１では、集中コントローラ２００は、制御ユニット８５を制御して、ガスエンジン１２７の出力を増加させる。すなわち、後述するステップＳ１２において切換スイッチ９０を切り換え、第１の空調機１１０から第２の空調機１への電力の供給開始に先立って、ガスエンジン１２７の回転数を増加し、発電機１２８によって発生される電力を予め増大させておく。
【００２８】
ステップＳ１２では、集中コントローラ２００は、切換スイッチ９０を制御し、商用電源３００から、発電機１２８へ選択を切り換える。この結果、発電機１２８によって発生された電力は、切換スイッチ９０を介して、圧縮機モータ３３、室外ファンモータ３４、膨張弁３６、および、制御ユニット８０に供給され、これらは動作可能な状態となる。
【００２９】
ステップＳ１３では、集中コントローラ２００は、第２の空調機１と第１の空調機１１０の運転能力比率を設定する運転能力比率設定処理を実行する。具体的には、前述した正常動作時と同様に、集中コントローラ２００は、第２の空調機１の目標温度と排熱温度との差温に基づいて第２の空調機１の負荷を算出するとともに、第１の空調機１１０の目標温度と室内温度との差温に基づいて第１の空調機１１０の負荷を算出し、これらの算出結果を加算することにより、サーバーラック冷却装置１００全体の冷凍負荷を取得する。そして、算出した冷凍負荷に対応する運転能力比率を、前述したテーブル２０１とは異なる他のテーブル２０２（以下「電力供給停止時テーブル」と称する）に基づいて運転能力比率を取得し、各空調機を制御する。ここで、電力供給停止状態は、異常な状態であることから、前述のように運転効率を高めることではなく、当該異常な状態においてサーバー３が温度異常を起こさないようにすることが最優先される。具体的な例を挙げると、例えば、所定の冷凍負荷に対する必要能力が９０％である場合、当該９０％の運転能力を発揮するとともに、温度異常がより発生しにくい最適な運転比率（例えば、サーバー３の温度をより低下できる運転比率）として、第２の空調機１が４０％で、第１の空調機１１０が５０％として電力供給停止時テーブル２０２に格納されている。集中コントローラ２００は、このようにして取得された運転能力比率を、制御ユニット８０、８５にそれぞれ供給する。制御ユニット８０、８５は、供給された運転能力比率に応じて、例えば、圧縮機モータ３３およびガスエンジン１２７の回転数を制御することにより、運転能力を設定する。なお、このような運転能力比率については、前述の場合と同様に、実測によって求めるか、または、シミュレーション等に基づいて求めることができる。なお、第２の空調機１の運転能力を上昇させるためには、発電機１２８から出力される電力を増加させる必要があり、そのためにはガスエンジン１２７の回転数を増加させる必要が生じる。ガスエンジン１２７の回転数を増加させると、それに応じて第１の空調機１１０の出力も必然的に上昇してしまうことから、例えば、ガスエンジン１２７と発電機１２８との間に回転力の伝達をオンまたはオフするクラッチを設け、当該クラッチをオンまたはオフの状態にして、サーモオンオフ制御をすることで、第１の空調機１１０の運転能力を制御するようにしてもよい。
【００３０】
ステップＳ１４では、集中コントローラ２００は、電力供給停止状態が解消したか否かを判定し、解消したと判定した場合（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）にはステップＳ１５に進み、それ以外の場合（ステップＳ１４；Ｎｏ）にはステップＳ１３に戻って前述の場合と同様の処理を繰り返す。例えば、商用電源３００の停電が解消した場合にはＹｅｓと判定されてステップＳ１５に進む。
【００３１】
ステップＳ１５では、集中コントローラ２００は、切換スイッチ９０を制御し、その接続を発電機１２８側から、商用電源３００側に変更する。これにより、商用電源３００から供給される電力が、圧縮機モータ３３、室外ファンモータ３４、膨張弁３６、および、制御ユニット８０に供給され、これらが動作可能な状態となる。
【００３２】
ステップＳ１６では、集中コントローラ２００は、制御ユニット８５を制御してガスエンジン１２７の回転数を低下させる。すなわち、電力供給停止状態が発生した場合には、第１の空調機１１０から第２の空調機１に対して電力を供給してこれを駆動するために、ガスエンジン１２７の回転数が増加されているが、電力供給停止状態が解消した場合には、これを元の状態（例えば、電力供給停止状態発生前の状態）に復元する。
【００３３】
ステップＳ１７では、集中コントローラ２００は、空調運転を電力供給停止状態が発生する前の状態に復元する。すなわち、集中コントローラ２００は、前述した通常運転時のテーブル２０１に基づいて、空調運転を実行する。
【００３４】
以上の実施形態によれば、電力供給停止状態が発生した場合には、第１の空調機１１０の発電機１２８によって発電される電力を、第２の空調機１に供給するようにしたので、電力供給停止時においても、第２の空調機１と第１の空調機１１０の双方により、サーバーを効率よく冷却することができる。
【００３５】
また、以上の実施形態によれば、電力供給停止時と、通常時における運転能力比率を異なるテーブル２０１、２０２に格納するようにしたので、通常時は運転効率を優先してシステムを稼働し、電力供給停止時にはサーバー３の温度異常が発生しないことを優先してシステムを稼働することができる。
【００３６】
なお、上述した各実施の形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形および応用が可能であることは勿論である。例えば、以上の実施形態では、図１に示すように、第２の空調機１を電気式空気調和機とし、第１の空調機１１０をガスエンジン式空気調和機としたが、これらを逆の構成としてもよい。図６および図７は、第２の空調機１Ａをガスエンジン式空気調和機とし、第１の空調機１１０Ａを電気式空気調和機とした場合の構成例を示している。なお、図６および図７において図１および図４と対応する部分には同一の符号を付してあるのでその説明は省略する。図６に示すように、この実施形態では、第２の空調機１Ａは、熱源機３０Ａがガスエンジン４０および発電機４１を有しており、ガスエンジン４０が発電機４１と圧縮機３２を駆動する。また、第１の空調機１１０Ａは、室外ユニット１２０Ａが圧縮機モータ（電動機）１５０を有しており、圧縮機モータ１５０が圧縮機１２１を駆動する。また、図７に示すように、この実施形態では、発電機４１によって発電された電力は、集中コントローラ２００、制御ユニット８０、室外ファンモータ３４、膨張弁３６、および、切換スイッチ９０に供給される。切換スイッチ９０は、商用電源３００が正常である場合には商用電源３００から供給される電力を選択して四方弁１２２、膨張弁１２４、室外ファンモータ１２６、室内ファンモータ１３２Ａ、および、圧縮機モータ１５０に供給し、商用電源３００が正常でない場合には発電機４１によって発電される電力を選択して前述した各部に供給する。
【００３７】
次に、以上の実施形態の動作について説明する。通常動作時は、集中コントローラ２００は、切換スイッチ９０に商用電源３００側を選択させ、商用電源３００からの電力を、四方弁１２２その他に対して供給する。また、集中コントローラ２００は、前述した場合と同様に、サーバーラック冷却装置１００全体の冷凍負荷を取得するとともに、通常動作時のテーブル２０３を参照し、第２の空調機１Ａと第１の空調機１１０Ａの運転能力比率を取得し、取得した運転能力比率に基づいて、例えば、ガスエンジン４０と圧縮機モータ１５０の回転数を制御する。これにより、システム全体の効率を優先した運転を実行することができる。
【００３８】
一方、電力供給停止状態が発生した場合には、図５と同様の処理に基づいて制御が実行される。すなわち、電力供給停止状態が発生すると（ステップＳ１０；Ｙｅｓ）、ガスエンジン４０の出力が増加され（ステップＳ１１）、切換スイッチ９０の接続が商用電源３００側から発電機４１側に切り換えられる（ステップＳ１２）。そして、ステップＳ１３では、前述した場合と同様に、サーバーの温度異常を生じないことを優先して設定された電力供給停止時テーブル２０４に基づいて、運転能力比率が決定される。そして、電力供給停止状態が解消した場合（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）にはステップＳ１５に進み、切換スイッチ９０の接続が商用電源３００側に切り換えられ、ガスエンジン４０の出力が低下され（ステップＳ１６）、空調運転を電力供給停止状態が発生する前の状態に復元し（ステップＳ１７）、処理を終了する。
【００３９】
以上の実施形態によれば、前述の場合と同様に、電力供給停止時においても、第２の空調機１Ａと第１の空調機１１０Ａの双方により、サーバー３を効率よく冷却することができるとともに、通常時は運転効率を優先してシステムを稼働し、電力供給停止時にはサーバー３の温度異常が発生しないことを優先してシステムを稼働することができる。
【００４０】
なお、以上の各実施形態では、通常時と電力供給停止時の双方において、室内温度センサ１２９と、サーバー温度センサ２９Ｅ、２９Ｆの双方に基づいて制御を行うようにしたが、例えば、通常時と電力供給停止時の双方において、サーバー温度センサ２９Ｅ、２９Ｆのみに基づいて制御を行うようにしたり、例えば、電力供給停止時には、サーバー温度センサ２９Ｅ、２９Ｆのみに基づいて制御を行うようにしたりしてもよい。また、電力供給停止状態においては、ガスエンジンの動力のみによって動作することから、運転能力が十分でなく、通常時の目標温度まで温度を下げることができないことが想定される。そこで、電力供給停止状態においては、目標温度よりも高い「許容温度」を設定し、当該許容温度を超えないように制御をしてもよい。すなわち、サーバー３等の周囲温度の適温範囲は、一般的には１７〜２６℃とされている。これ以上温度が上昇すると、サーバー３を構成する半導体や電子部品の寿命が短縮するとともに、故障率が増加する。例えば、半導体の場合、４０℃における故障率を１とすると、６０℃で１０倍、８０℃で１００倍となる。また、電解コンデンサの場合には、温度が１０℃上昇すると寿命が半分になってしまう。そこで、通常時には、空調の目標温度として前述した１７〜２６℃の範囲に属する、例えば、２０℃が設定され、サーバー温度センサ２９Ｅ、２９Ｆの目標温度として、前述した２０℃にサーバー３における温度上昇（例えば、５℃）を加えた２５℃が設定される。これにより、温度上昇によるサーバー３の熱暴走を防ぐだけでなく、サーバー３を構成する電子部品の故障率を下げるとともに、寿命を延ばすことができる。一方、電力供給停止状態においては、サーバー３に温度異常が発生する（例えば、サーバー３が熱暴走する）ことを防止することが最重要課題であることから、サーバー３が熱暴走する温度である、例えば、３５℃を許容温度として設定し、サーバー温度センサ２９Ｅ、２９Ｆの検出値がこれを上回らないように制御を行うことができる。
【００４１】
また、以上の各実施形態では、室内ユニット１３０において熱交換がされた調和空気を、床面の吹出口１４７から吹き出し、天井面の吸込口１４２から回収するようにしたが、天井面から吹き出して天井面で回収するようにしたり、天井面から吹き出して床面で回収したりするようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態に係る空調システムを示す図である。
【図２】第２の空調機を示す図である。
【図３】サーバーラックを示す図である。
【図４】図１に示す空調システムの制御系を示すブロック図である。
【図５】電力供給停止時に実行される処理の一例である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る空調システムを示す図である。
【図７】図６に示す空調システムの制御系を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ 第２の空調機（電気式空調機）
１Ａ 第２の空調機（ガスエンジン式空調機）
２ サーバールーム（コンピュータールーム）
３ サーバー（電子機器）
４ ファン
１０ サーバーラック（キャビネット）
１１ キャビネット
１２ リアドア
２０ サーバー冷却ユニット
２１ 蒸発器
３０ 熱源機
３２ 圧縮機
３３ 圧縮機モータ（電動機）
８０ 制御ユニット
８５ 制御ユニット
９０ 切換スイッチ（選択手段）
１００ サーバーラック冷却装置（電子機器冷却装置）
１１０ 第１の空調機（ガスエンジン式空調機）
１１０Ａ 第１の空調機（電気式空調機）
１２０ 室外ユニット
１２１ 圧縮機
１３０ 室内ユニット
１５０ 圧縮機モータ（電動機）
２００ 集中コントローラ（検出手段、設定手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電子機器が収容されるためのキャビネットの空気出口側に空気−水熱交換器を配置し、キャビネットに収容された電子機器に付設したファンで送風される空気を上記空気−水熱交換器で冷却して室内に戻す電子機器冷却装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の電子機器冷却装置はコンピュータールームに設置され、コンピュータールームに設置されるサーバーやネットワーク機器等の電子機器を冷却する。また、一般に、コンピュータールームには空調装置が配設されており、このため、空調装置と電子機器冷却装置との双方によってコンピュータールーム（被調和室）が空調される。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／０２３２９４５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上述した技術では、例えば、停電等に起因する電力供給停止状態が発生した場合には、電子機器の冷却を行うことができないという問題点がある。
【０００４】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、電力供給停止状態が発生した場合でも、電子機器の冷却を行うことが可能な電子機器冷却装置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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、コンピュータールーム内を空調する第１の空気調和機と、コンピュータールーム内に設置したキャビネット内を空調する第２の空気調和機とを備え、これら空気調和機により前記キャビネットに収納された電子機器を冷却する電子機器冷却装置において、第１，第２の空気調和機の一方を、電動機で圧縮機を駆動する電気式空気調和機で構成するとともに、他方を、ガスエンジンで圧縮機と発電機を駆動し、該発電機の発電電力で該空気調和機の補機を駆動するガスエンジン式空気調和機で構成し、前記電気式空気調和機は、前記電動機および補機に供給する電力を、前記ガスエンジンで駆動される前記発電機の発電電力、および、商用電源からの電力のいずれか一方から選択する選択手段を備え、前記商用電源から前記電気式空気調和機への電力供給停止状態の発生を検出する検出手段を備え、前記電力供給停止状態の発生時には、前記選択手段により前記発電電力を選択し、前記電気式空気調和機の前記圧縮機および前記補機を、前記発電機の発電電力により駆動することを特徴とする。
この構成によれば、電力供給停止状態が発生した場合でも、電子機器の冷却を行うことが可能となる。
【０００６】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記第１の空気調和機と前記第２の空気調和機の運転能力比率を、冷凍負荷と運転能力比率を対応付けて格納したテーブルとを参照して設定する設定手段を有し、前記設定手段は、電力供給停止状態とそれ以外の場合において、異なるテーブルを参照して運転能力比率を設定することを特徴とする。
この構成によれば、電力供給停止状態とそれ以外の場合でテーブルを変更することにより、それぞれの場合において最適な制御を行うことが可能になる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電力供給停止状態が発生した場合でも、電子機器の冷却を行うことが可能な電子機器冷却装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳述する。
図１は本発明の一実施形態に係る被調和室としてのサーバールーム（コンピュータールーム）２のサーバーラック冷却装置（電子機器冷却装置）１００を示す図である。このサーバールーム２は、電動機で圧縮機を駆動する電気式空気調和機としての第２の空気調和機（以下、「空気調和機」を「空調機」という）１と、ガスエンジンで圧縮機と発電機を駆動するガスエンジン式空気調和機としての第１の空調機１１０とを備え、これらによって室内が空調される。第１の空調機１１０は、室外に設置される室外ユニット１２０と、サーバールーム２に設置される室内ユニット１３０とを備え、これらがユニット配管１４０で接続されることによって冷凍サイクルを行う冷凍回路を構成している。
【０００９】
各ユニット１２０、１３０を説明すると、室外ユニット１２０には、圧縮機１２１、四方弁１２２、室外熱交換器１２３、膨張弁１２４、室外ファン１２５、室外ファンモータ１２６、ガスエンジン１２７、発電機１２８、および、制御ユニット８５等が収容され、室内ユニット１３０には、室内熱交換器１３１および室内ファン１３２等が収容される。そして、ガスエンジン１２７によって駆動される圧縮機１２１が冷凍回路に充填された冷媒を圧縮して吐出することにより、室外熱交換器１２３と室内熱交換器１３１との間で冷媒を循環して冷凍サイクル運転を行う。ガスエンジン１２７の回転数を制御することにより、冷凍能力を調整することができる。また、ガスエンジン１２７は、圧縮機１２１とともに発電機１２８を駆動する。発電機１２８によって発生された電力は、図示せぬインバータ等によって周波数および電圧が調整された後、第１の空調機１１０の各部に供給されるとともに、停電等が発生した場合には、第２の空調機１にも供給される。
【００１０】
四方弁１２２は、冷房運転と暖房運転とを切り換えるための切換弁であり、図１では冷房運転の状態を示している。この場合、圧縮機１２１から吐出された冷媒は、四方弁１２２を経由して室外熱交換器１２３へ流れた後に室内熱交換器１３１へと流れ、室外熱交換器１２３が凝縮器、室内熱交換器１３１が蒸発器として機能して冷房運転状態となり、室内ファン１３２により室内空気が室内熱交換器１３１で熱交換されて室内を冷房する。
また、四方弁１２２を暖房側に切り換えたときには、図示は省略するが、圧縮機１２１から吐出された冷媒が四方弁１２２を経由して室内熱交換器１３１へ流れた後に室外熱交換器１２３へと流れ、室内熱交換器１３１が凝縮器、室外熱交換器１２３が蒸発器として機能して暖房運転状態となり、室内を暖房する。
【００１１】
図１では室内ユニット１３０をビルトイン型に構成した場合を示している。すなわち、室内ユニット１３０は、天井空間内に設置され、天井に設けられた複数（本例では３つ）の吸込口１４２と室内ユニット１３０とを連結するダクト１４４を備え、室内ファン１３２が発生する負圧により吸込口１４２から室内空気を吸い込んで室内熱交換器１３１を通過させ、熱交換後の調和空気を、ダクト１４５を介して床下空間１４６に導く。床下空間１４６に導かれた調和空気は、床に設けられた吹出口１４７から室内に吹き出す。吹出口１４７から吹き出した調和空気は、サーバールーム２を冷却した後、吸込口１４２から吸い込まれて、前述の場合と同様の経路を循環する。
なお、本実施形態では、第１の空調機１１０をビルトイン型に構成する場合を示したが、これに限らず、天井埋込型、天井吊り型、壁掛け型、床置き型などの公知の空気調和機を広く適用することが可能である。
【００１２】
第２の空調機１は、図２に示すように、サーバールーム２の床の上に設置されるサーバーラック（キャビネット）１０と、室外に設置される熱源機３０とによって構成される。本実施形態では、図２に示すように、サーバールーム２に１２台のサーバーラック１０を配置し、３台のサーバーラック１０内のサーバー冷却ユニット２０を一台の熱源機３０に各々配管接続した構成を４系統配設した場合を例示している。なお、図２の例では、図１に示す吹出口１４７を図示していないが、床面には複数の吹出口１４７が設けられている。
【００１３】
図３はサーバーラック１０を示す図である。サーバーラック１０は、前面および後面が開口したキャビネット本体１１を備え、このキャビネット本体１１内に複数のサーバー（電子機器）３がその背面をキャビネット本体１１後面に向けて上下に段積み配置される。このキャビネット本体１１後面には、後面開口６５を閉塞自在に片開きで開閉するリアドア１２が設けられ、このリアドア１２は、通気自在に構成されるとともに、その内部にサーバー冷却ユニット２０が配設される。また、サーバーラック１０の底にはキャスタ１３が設けられ、サーバーラック１０を容易に移動可能にしている。
【００１４】
サーバー３は、例えば、ブレードサーバー等によって構成され、冷却用のファン（内蔵ファン）４を有し、サーバー３内の温度が所定温度を超えるとファン４を駆動し、サーバー３内に外気を導入して機器背面から排出する強制空冷機能を備えている。このため、サーバー３をその背面をキャビネット本体１１背面に向けて配置することで、図３に冷却風の流れを破線矢印で示すように、サーバー３に付設したファン４により室内空気がキャビネット前面開口から吸い込まれ、サーバー３を冷却してリアドア１２を通過して室内に戻る。また、このリアドア１２を開けることによって、キャビネット本体１１内のサーバー３にアクセス可能となる。なお、サーバー３には、図示せぬＵＰＳ（Ｕｎｉｎｔｅｒｒｐｔｉｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ）から電源電力が供給されていることから、商用電源からの電力供給停止状態が発生した場合であっても、サーバー３およびファン４は動作を継続する。
【００１５】
サーバー冷却ユニット２０は、サーバーラック１０のリアドア１２に一体的に構成され、図１に示すように、熱源機３０から延びるメイン冷媒配管３１（メイン液管３１Ａおよびメインガス管３１Ｂ）にフレキシブル配管（フレキシブル液管２５およびフレキシブルガス管２６）を介して並列に接続され、熱源機３０と配管接続されることによって冷凍サイクルを行う冷凍回路を構成する。
このサーバー冷却ユニット２０は、図３に示すように、蒸発器２１、膨張弁（不図示）等を収容し、熱源機３０は、図１に示すように、能力可変型の圧縮機３２、圧縮機モータ（電動機）３３、室外ファンモータ３４、凝縮器３５、膨張弁３６、室外ファン３７、および、制御ユニット８０等を収容する。そして、圧縮機３２が冷凍回路に充填された冷媒を圧縮して吐出することにより、凝縮器３５と蒸発器２１との間で冷媒を循環して冷凍サイクル運転を行う。この冷凍サイクル運転は、冷房運転を行う冷凍サイクルであり、本構成では、サーバー３から排出された空気がリアドア１２内の蒸発器２１を流通するよう構成されるため、この際に蒸発器２１によって排出空気が冷却されて室内に排出される。
【００１６】
図３に示すように、蒸発器２１は、リアドア１２の略上下に渡って延在し、上下略中間部を境に上側蒸発部２２と下側蒸発部２３とに分割され、キャビネット本体１１上半分のサーバー３の冷却を上側蒸発部２２が受け持ち、下半分のサーバー３の冷却を下側蒸発部２３が受け持つように構成される。本構成のサーバー冷却ユニット２０は送風ファンを具備しない構成とされ、サーバー３の内蔵ファン４によってサーバー３の排熱で暖められた空気が蒸発器２１を流通する。このため、リアドア１２内に送風ファンを内蔵した構成に比して、リアドア１２の奥行き寸法が短くなり、サーバーラック１０の奥行き寸法を短くすることができる。なお、リアドア１２内に送風ファンを配置し、この送風ファンによって室内空気をキャビネット本体１１内に導入し、サーバー３を通った空気を蒸発器２１に流通させるようにしてもよい。
【００１７】
ここで、従来のサーバー冷却装置は空気−水熱交換器を備えるため、この空気−水熱交換器にチラー水を循環する経路の一部からでも水漏れが生じると、この水によってサーバーが損傷するおそれがある。本構成では、上述したように、サーバー冷却ユニット２０の蒸発器２１には、冷凍サイクルを循環する冷媒が供給されるため、万一冷媒が循環する経路から冷媒の漏れが生じたとしても、この冷媒は即座に蒸発し、サーバー３のショートもしくは漏電が生じることはない。
【００１８】
図２に示すように、メイン冷媒配管３１は、サーバールーム２の上床２Ａと下床２Ｂとの間の床下空間内を引き回され、このメイン冷媒配管３１につながるフレキシブル液管２５およびフレキシブルガス管２６は、上床２Ａの開口穴２Ｃ（図２および図３参照）を通ってリアドア１２内の蒸発器２１につながる。このため、図３に示すように、フレキシブル液管２５およびフレキシブルガス管２６が蒸発器２１から下方に延びた後に床下空間内で緩やかに曲がるように引き回され、これらフレキシブル配管２５、２６の長さに余裕を持たせておくことによってリアドア１２開閉時にフレキシブル配管２５、２６だけがリアドア１２の動きに合わせて移動する。従って、リアドア１２開閉時に他の配管に力が作用することがなく、他の配管、例えば、メイン液管３１Ａおよびメインガス管３１Ｂに鋼管を適用することが可能である。
【００１９】
図４は、サーバーラック冷却装置１００の制御系の構成例を示すブロック図である。この図において、実線の細線は通信線を示し、破線は電力線を示し、実線の太線（ガスエンジン１２７と発電機１２８を結ぶ線分）は駆動軸を示している。集中コントローラ（検出手段および設定手段）２００は、図１に示すように、床下空間の下床２Ｂ上に配置されており、制御ユニット８０、８５を集中制御するための制御回路である。また、集中コントローラ２００は、後述するように切換スイッチ９０を制御する。制御ユニット８０は、図１に示すように熱源機３０内に配設され、サーバー温度センサ２９Ｅ、２９Ｆから出力される温度信号と、集中コントローラ２００から供給される制御信号に基づいて、圧縮機モータ３３、室外ファンモータ３４、および、膨張弁３６を制御する。なお、第２の空調機１において圧縮機モータ３３以外の構成部分であって、電力を消費する部分は「補機」とされる。制御ユニット８５は、室外ユニット１２０内に設けられ、室内温度センサ１２９から出力されるサーバールーム２内の室温を示す信号と、集中コントローラ２００からの制御信号に基づいてガスエンジン１２７、四方弁１２２、膨張弁１２４、室外ファンモータ１２６、および、室内ファン１３２を駆動するための室内ファンモータ１３２Ａを制御する。なお、第１の空調機１１０において、発電機１２８から電力を供給される部分は「補機」とされる。
【００２０】
切換スイッチ（選択手段）９０は、集中コントローラ２００によって制御され、商用電源３００からの電力供給が正常である場合には、商用電源３００を選択し、商用電源３００からの電力供給が正常でない場合（例えば、停電が発生した場合または第２の空調機１への給電遮断装置が動作した場合）には、発電機１２８から出力される電力を選択し、圧縮機モータ３３、室外ファンモータ３４、膨張弁３６、および、制御ユニット８０に対して電源電力を供給する。発電機１２８は、例えば、都市ガス等によって動作するガスエンジン１２７によって駆動され、発生した電力を、集中コントローラ２００、制御ユニット８５、四方弁１２２、膨張弁１２４、室外ファンモータ１２６、室内ファンモータ１３２Ａ、および、切換スイッチ９０に供給する。なお、図４では、制御ユニット８０には切換スイッチ９０から電力が供給されているが、発電機１２８から電力を直接供給するようにしてもよい。また、図４では、発電機１２８によって発生された電力が各部へ直接供給されるようになっているが、例えば、インバータ等によって周波数および電圧を調整した後に供給するようにしてもよい。
【００２１】
次に、本実施形態の動作を説明する。以下では、先ず、商用電源３００からの電力供給が正常である場合の動作（通常動作）について説明した後、図５を参照して商用電源３００からの電力供給が正常でない場合（電力供給停止状態の場合）の動作について説明する。
【００２２】
商用電源３００からの電力供給が正常である場合、集中コントローラ２００は、切換スイッチ９０に商用電源３００側を選択させる。この結果、第２の空調機１は、商用電源３００から供給される電力によって動作する。具体的には、第２の空調機１を構成する圧縮機モータ３３、室外ファンモータ３４、膨張弁３６、および、制御ユニット８０は、商用電源３００から供給される電力によって動作する。一方、第１の空調機１１０は、例えば、都市ガスを燃料として動作するガスエンジン１２７によって圧縮機１２１が駆動され、冷凍サイクル運転を実行する。ガスエンジン１２７は、発電機１２８を駆動しており、当該発電機１２８によって発生された電力は、四方弁１２２、膨張弁１２４、室外ファンモータ１２６、室内ファンモータ１３２Ａ、制御ユニット８５、および、集中コントローラ２００に供給されているので、これらは商用電源３００からの電力の供給がなくても動作可能である。
【００２３】
ところで、商用電源３００からの電力供給が正常である場合、システム全体としての運転効率を高めることが要求される。そこで、集中コントローラ２００は、第２の空調機１の負荷（サーバー３の冷却負荷）を特定する情報（負荷特定情報）を取得するとともに、第１の空調機１１０から負荷（空調負荷）を特定する情報（負荷特定情報）を取得する。具体的には、集中コントローラ２００は、第２の空調機１からサーバー温度センサ２９Ｅ、２９Ｆが検出した排熱温度および設定された目標温度を取得し、また、第１の空調機１１０から負荷（空調負荷）を特定する情報（負荷特定情報）として、室内温度と目標温度とを取得する。続いて、集中コントローラ２００は、第２の空調機１の目標温度と排熱温度との差温に基づいて第２の空調機１の負荷を算出するとともに、第１の空調機１１０の目標温度と室内温度との差温に基づいて第１の空調機１１０の負荷を算出し、これらの算出結果を加算することにより、サーバーラック冷却装置１００全体の負荷（以下、冷凍負荷という）を取得する。なお、この負荷の算出処理は各空調機１、１１０の制御ユニット８０、８５が行い、集中コントローラ２００が各制御ユニット８０、８５が算出した負荷を取得し、サーバーラック冷却装置１００全体の冷凍負荷を取得するようにしてもよい。
【００２４】
サーバーラック冷却装置１００全体の冷凍負荷が取得されると、集中コントローラ２００は、当該冷凍負荷に対する各空調機の運転能力比率を、テーブル２０１から取得し、それぞれの空調機の能力を設定する。例えば、仮に第１および第２の空調機の冷凍能力が等しいとした場合において、各空調機の最大能力を１００％としたとき、テーブル２０１には所定の冷凍負荷に対応するための必要能力（例えば、０〜２００％で表される）と、当該必要能力における各空調機の運転能力の比率が対応付けされて格納されている。具体的な例を挙げると、例えば、所定の冷凍負荷に対する必要能力が９０％である場合、当該９０％の運転能力を発揮するための最適な運転比率は、第２の空調機１が６０％で、第１の空調機１１０が３０％としてテーブル２０１に格納されている。集中コントローラ２００は、このようにして取得された運転能力比率を、制御ユニット８０、８５にそれぞれ供給する。制御ユニット８０、８５は、供給された運転能力比率に応じて、例えば、圧縮機モータ３３およびガスエンジン１２７の回転数を制御することにより、運転能力を設定する。なお、このような運転能力比率については、実測によって求めるか、または、シミュレーション等に基づいて求めることができる。あるいは、運転状況と電力またはガスの消費状況を履歴として格納しておき、当該履歴に基づく学習処理によって、運転能力比率を求めるようにしてもよい。
【００２５】
次に、図５を参照して、商用電源３００からの電力供給停止状態が発生した場合における動作について説明する。なお、電力供給停止状態が発生した場合には、第２の空調機１は動作を停止し、第１の空調機１１０のみの運転となり、状況によっては運転能力が不足する事態も想定されることから、サーバー３の温度が上昇しないことが最優先される。
【００２６】
例えば、落雷等に起因して商用電源３００に停電が発生したり、商用電源３００から第２の空調機１までの間に配設されている安全装置（遮断装置）が動作したりして、商用電源３００から第２の空調機１への電力の供給が停止した状態になった場合、集中コントローラ２００はこれを検出し、ステップＳ１０において電力供給停止状態が発生したと判定し（ステップＳ１０；Ｙｅｓ）、ステップＳ１１に進む。なお、通常の動作時（電力供給停止状態でない場合）においては、切換スイッチ９０は商用電源３００側を選択しているので、電力供給停止状態になると、圧縮機モータ３３、室外ファンモータ３４、膨張弁３６、および、制御ユニット８０には電力が供給されない状態となり、これらは動作を停止する。
【００２７】
ステップＳ１１では、集中コントローラ２００は、制御ユニット８５を制御して、ガスエンジン１２７の出力を増加させる。すなわち、後述するステップＳ１２において切換スイッチ９０を切り換え、第１の空調機１１０から第２の空調機１への電力の供給開始に先立って、ガスエンジン１２７の回転数を増加し、発電機１２８によって発生される電力を予め増大させておく。
【００２８】
ステップＳ１２では、集中コントローラ２００は、切換スイッチ９０を制御し、商用電源３００から、発電機１２８へ選択を切り換える。この結果、発電機１２８によって発生された電力は、切換スイッチ９０を介して、圧縮機モータ３３、室外ファンモータ３４、膨張弁３６、および、制御ユニット８０に供給され、これらは動作可能な状態となる。
【００２９】
ステップＳ１３では、集中コントローラ２００は、第２の空調機１と第１の空調機１１０の運転能力比率を設定する運転能力比率設定処理を実行する。具体的には、前述した正常動作時と同様に、集中コントローラ２００は、第２の空調機１の目標温度と排熱温度との差温に基づいて第２の空調機１の負荷を算出するとともに、第１の空調機１１０の目標温度と室内温度との差温に基づいて第１の空調機１１０の負荷を算出し、これらの算出結果を加算することにより、サーバーラック冷却装置１００全体の冷凍負荷を取得する。そして、算出した冷凍負荷に対応する運転能力比率を、前述したテーブル２０１とは異なる他のテーブル２０２（以下「電力供給停止時テーブル」と称する）に基づいて運転能力比率を取得し、各空調機を制御する。ここで、電力供給停止状態は、異常な状態であることから、前述のように運転効率を高めることではなく、当該異常な状態においてサーバー３が温度異常を起こさないようにすることが最優先される。具体的な例を挙げると、例えば、所定の冷凍負荷に対する必要能力が９０％である場合、当該９０％の運転能力を発揮するとともに、温度異常がより発生しにくい最適な運転比率（例えば、サーバー３の温度をより低下できる運転比率）として、第２の空調機１が４０％で、第１の空調機１１０が５０％として電力供給停止時テーブル２０２に格納されている。集中コントローラ２００は、このようにして取得された運転能力比率を、制御ユニット８０、８５にそれぞれ供給する。制御ユニット８０、８５は、供給された運転能力比率に応じて、例えば、圧縮機モータ３３およびガスエンジン１２７の回転数を制御することにより、運転能力を設定する。なお、このような運転能力比率については、前述の場合と同様に、実測によって求めるか、または、シミュレーション等に基づいて求めることができる。なお、第２の空調機１の運転能力を上昇させるためには、発電機１２８から出力される電力を増加させる必要があり、そのためにはガスエンジン１２７の回転数を増加させる必要が生じる。ガスエンジン１２７の回転数を増加させると、それに応じて第１の空調機１１０の出力も必然的に上昇してしまうことから、例えば、ガスエンジン１２７と発電機１２８との間に回転力の伝達をオンまたはオフするクラッチを設け、当該クラッチをオンまたはオフの状態にして、サーモオンオフ制御をすることで、第１の空調機１１０の運転能力を制御するようにしてもよい。
【００３０】
ステップＳ１４では、集中コントローラ２００は、電力供給停止状態が解消したか否かを判定し、解消したと判定した場合（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）にはステップＳ１５に進み、それ以外の場合（ステップＳ１４；Ｎｏ）にはステップＳ１３に戻って前述の場合と同様の処理を繰り返す。例えば、商用電源３００の停電が解消した場合にはＹｅｓと判定されてステップＳ１５に進む。
【００３１】
ステップＳ１５では、集中コントローラ２００は、切換スイッチ９０を制御し、その接続を発電機１２８側から、商用電源３００側に変更する。これにより、商用電源３００から供給される電力が、圧縮機モータ３３、室外ファンモータ３４、膨張弁３６、および、制御ユニット８０に供給され、これらが動作可能な状態となる。
【００３２】
ステップＳ１６では、集中コントローラ２００は、制御ユニット８５を制御してガスエンジン１２７の回転数を低下させる。すなわち、電力供給停止状態が発生した場合には、第１の空調機１１０から第２の空調機１に対して電力を供給してこれを駆動するために、ガスエンジン１２７の回転数が増加されているが、電力供給停止状態が解消した場合には、これを元の状態（例えば、電力供給停止状態発生前の状態）に復元する。
【００３３】
ステップＳ１７では、集中コントローラ２００は、空調運転を電力供給停止状態が発生する前の状態に復元する。すなわち、集中コントローラ２００は、前述した通常運転時のテーブル２０１に基づいて、空調運転を実行する。
【００３４】
以上の実施形態によれば、電力供給停止状態が発生した場合には、第１の空調機１１０の発電機１２８によって発電される電力を、第２の空調機１に供給するようにしたので、電力供給停止時においても、第２の空調機１と第１の空調機１１０の双方により、サーバーを効率よく冷却することができる。
【００３５】
また、以上の実施形態によれば、電力供給停止時と、通常時における運転能力比率を異なるテーブル２０１、２０２に格納するようにしたので、通常時は運転効率を優先してシステムを稼働し、電力供給停止時にはサーバー３の温度異常が発生しないことを優先してシステムを稼働することができる。
【００３６】
なお、上述した各実施の形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形および応用が可能であることは勿論である。例えば、以上の実施形態では、図１に示すように、第２の空調機１を電気式空気調和機とし、第１の空調機１１０をガスエンジン式空気調和機としたが、これらを逆の構成としてもよい。図６および図７は、第２の空調機１Ａをガスエンジン式空気調和機とし、第１の空調機１１０Ａを電気式空気調和機とした場合の構成例を示している。なお、図６および図７において図１および図４と対応する部分には同一の符号を付してあるのでその説明は省略する。図６に示すように、この実施形態では、第２の空調機１Ａは、熱源機３０Ａがガスエンジン４０および発電機４１を有しており、ガスエンジン４０が発電機４１と圧縮機３２を駆動する。また、第１の空調機１１０Ａは、室外ユニット１２０Ａが圧縮機モータ（電動機）１５０を有しており、圧縮機モータ１５０が圧縮機１２１を駆動する。また、図７に示すように、この実施形態では、発電機４１によって発電された電力は、集中コントローラ２００、制御ユニット８０、室外ファンモータ３４、膨張弁３６、および、切換スイッチ９０に供給される。切換スイッチ９０は、商用電源３００が正常である場合には商用電源３００から供給される電力を選択して四方弁１２２、膨張弁１２４、室外ファンモータ１２６、室内ファンモータ１３２Ａ、および、圧縮機モータ１５０に供給し、商用電源３００が正常でない場合には発電機４１によって発電される電力を選択して前述した各部に供給する。
【００３７】
次に、以上の実施形態の動作について説明する。通常動作時は、集中コントローラ２００は、切換スイッチ９０に商用電源３００側を選択させ、商用電源３００からの電力を、四方弁１２２その他に対して供給する。また、集中コントローラ２００は、前述した場合と同様に、サーバーラック冷却装置１００全体の冷凍負荷を取得するとともに、通常動作時のテーブル２０３を参照し、第２の空調機１Ａと第１の空調機１１０Ａの運転能力比率を取得し、取得した運転能力比率に基づいて、例えば、ガスエンジン４０と圧縮機モータ１５０の回転数を制御する。これにより、システム全体の効率を優先した運転を実行することができる。
【００３８】
一方、電力供給停止状態が発生した場合には、図５と同様の処理に基づいて制御が実行される。すなわち、電力供給停止状態が発生すると（ステップＳ１０；Ｙｅｓ）、ガスエンジン４０の出力が増加され（ステップＳ１１）、切換スイッチ９０の接続が商用電源３００側から発電機４１側に切り換えられる（ステップＳ１２）。そして、ステップＳ１３では、前述した場合と同様に、サーバーの温度異常を生じないことを優先して設定された電力供給停止時テーブル２０４に基づいて、運転能力比率が決定される。そして、電力供給停止状態が解消した場合（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）にはステップＳ１５に進み、切換スイッチ９０の接続が商用電源３００側に切り換えられ、ガスエンジン４０の出力が低下され（ステップＳ１６）、空調運転を電力供給停止状態が発生する前の状態に復元し（ステップＳ１７）、処理を終了する。
【００３９】
以上の実施形態によれば、前述の場合と同様に、電力供給停止時においても、第２の空調機１Ａと第１の空調機１１０Ａの双方により、サーバー３を効率よく冷却することができるとともに、通常時は運転効率を優先してシステムを稼働し、電力供給停止時にはサーバー３の温度異常が発生しないことを優先してシステムを稼働することができる。
【００４０】
なお、以上の各実施形態では、通常時と電力供給停止時の双方において、室内温度センサ１２９と、サーバー温度センサ２９Ｅ、２９Ｆの双方に基づいて制御を行うようにしたが、例えば、通常時と電力供給停止時の双方において、サーバー温度センサ２９Ｅ、２９Ｆのみに基づいて制御を行うようにしたり、例えば、電力供給停止時には、サーバー温度センサ２９Ｅ、２９Ｆのみに基づいて制御を行うようにしたりしてもよい。また、電力供給停止状態においては、ガスエンジンの動力のみによって動作することから、運転能力が十分でなく、通常時の目標温度まで温度を下げることができないことが想定される。そこで、電力供給停止状態においては、目標温度よりも高い「許容温度」を設定し、当該許容温度を超えないように制御をしてもよい。すなわち、サーバー３等の周囲温度の適温範囲は、一般的には１７〜２６℃とされている。これ以上温度が上昇すると、サーバー３を構成する半導体や電子部品の寿命が短縮するとともに、故障率が増加する。例えば、半導体の場合、４０℃における故障率を１とすると、６０℃で１０倍、８０℃で１００倍となる。また、電解コンデンサの場合には、温度が１０℃上昇すると寿命が半分になってしまう。そこで、通常時には、空調の目標温度として前述した１７〜２６℃の範囲に属する、例えば、２０℃が設定され、サーバー温度センサ２９Ｅ、２９Ｆの目標温度として、前述した２０℃にサーバー３における温度上昇（例えば、５℃）を加えた２５℃が設定される。これにより、温度上昇によるサーバー３の熱暴走を防ぐだけでなく、サーバー３を構成する電子部品の故障率を下げるとともに、寿命を延ばすことができる。一方、電力供給停止状態においては、サーバー３に温度異常が発生する（例えば、サーバー３が熱暴走する）ことを防止することが最重要課題であることから、サーバー３が熱暴走する温度である、例えば、３５℃を許容温度として設定し、サーバー温度センサ２９Ｅ、２９Ｆの検出値がこれを上回らないように制御を行うことができる。
【００４１】
また、以上の各実施形態では、室内ユニット１３０において熱交換がされた調和空気を、床面の吹出口１４７から吹き出し、天井面の吸込口１４２から回収するようにしたが、天井面から吹き出して天井面で回収するようにしたり、天井面から吹き出して床面で回収したりするようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態に係る空調システムを示す図である。
【図２】第２の空調機を示す図である。
【図３】サーバーラックを示す図である。
【図４】図１に示す空調システムの制御系を示すブロック図である。
【図５】電力供給停止時に実行される処理の一例である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る空調システムを示す図である。
【図７】図６に示す空調システムの制御系を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ 第２の空調機（電気式空調機）
１Ａ 第２の空調機（ガスエンジン式空調機）
２ サーバールーム（コンピュータールーム）
３ サーバー（電子機器）
４ ファン
１０ サーバーラック（キャビネット）
１１ キャビネット
１２ リアドア
２０ サーバー冷却ユニット
２１ 蒸発器
３０ 熱源機
３２ 圧縮機
３３ 圧縮機モータ（電動機）
８０ 制御ユニット
８５ 制御ユニット
９０ 切換スイッチ（選択手段）
１００ サーバーラック冷却装置（電子機器冷却装置）
１１０ 第１の空調機（ガスエンジン式空調機）
１１０Ａ 第１の空調機（電気式空調機）
１２０ 室外ユニット
１２１ 圧縮機
１３０ 室内ユニット
１５０ 圧縮機モータ（電動機）
２００ 集中コントローラ（検出手段、設定手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータールーム内を空調する第１の空気調和機と、前記コンピュータールーム内に設置したキャビネット内を空調する第２の空気調和機とを備え、これら空気調和機により前記キャビネットに収納された電子機器を冷却する電子機器冷却装置において、
第１，第２の空気調和機の一方を、電動機で圧縮機を駆動する電気式空気調和機で構成するとともに、他方を、ガスエンジンで圧縮機と発電機を駆動し、該発電機の発電電力で該空気調和機の補機を駆動するガスエンジン式空気調和機で構成し、
前記電気式空気調和機は、前記電動機および補機に供給する電力を、前記ガスエンジンで駆動される前記発電機の発電電力、および、商用電源からの電力のいずれか一方から選択する選択手段を備え、
前記商用電源から前記電気式空気調和機への電力供給停止状態の発生を検出する検出手段を備え、
前記電力供給停止状態の発生時には、前記選択手段により前記発電電力を選択し、前記電気式空気調和機の前記圧縮機および前記補機を、前記発電機の発電電力により駆動することを特徴とする電子機器冷却装置。
【請求項２】
請求項１記載の電子機器冷却装置において、
前記第１の空気調和機と前記第２の空気調和機の運転能力比率を、冷凍負荷と運転能力比率を対応付けて格納したテーブルとを参照して設定する設定手段を有し、
前記設定手段は、電力供給停止状態とそれ以外の場合において、異なるテーブルを参照して運転能力比率を設定することを特徴とする電子機器冷却装置。
【請求項１】
コンピュータールーム内を空調する第１の空気調和機と、前記コンピュータールーム内に設置したキャビネット内を空調する第２の空気調和機とを備え、これら空気調和機により前記キャビネットに収納された電子機器を冷却する電子機器冷却装置において、
第１，第２の空気調和機の一方を、電動機で圧縮機を駆動する電気式空気調和機で構成するとともに、他方を、ガスエンジンで圧縮機と発電機を駆動し、該発電機の発電電力で該空気調和機の補機を駆動するガスエンジン式空気調和機で構成し、
前記電気式空気調和機は、前記電動機および補機に供給する電力を、前記ガスエンジンで駆動される前記発電機の発電電力、および、商用電源からの電力のいずれか一方から選択する選択手段を備え、
前記商用電源から前記電気式空気調和機への電力供給停止状態の発生を検出する検出手段を備え、
前記電力供給停止状態の発生時には、前記選択手段により前記発電電力を選択し、前記電気式空気調和機の前記圧縮機および前記補機を、前記発電機の発電電力により駆動することを特徴とする電子機器冷却装置。
【請求項２】
請求項１記載の電子機器冷却装置において、
前記第１の空気調和機と前記第２の空気調和機の運転能力比率を、冷凍負荷と運転能力比率を対応付けて格納したテーブルとを参照して設定する設定手段を有し、
前記設定手段は、電力供給停止状態とそれ以外の場合において、異なるテーブルを参照して運転能力比率を設定することを特徴とする電子機器冷却装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１９０４８４（Ｐ２０１０−１９０４８４Ａ）
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３５１３９（Ｐ２００９−３５１３９）
【出願日】平成２１年２月１８日（２００９．２．１８）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１８日（２００９．２．１８）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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