特許 6429959 空調システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6429959

(24)【登録日】2018年11月9日

(45)【発行日】2018年11月28日

(54)【発明の名称】空調システム

(51)【国際特許分類】

   G06F 1/20 20060101AFI20181119BHJP

   F24F 11/47 20180101ALI20181119BHJP

   F24F 11/70 20180101ALI20181119BHJP

【ＦＩ】

   G06F1/20 D

   F24F11/47

   F24F11/70

   G06F1/20 B

   G06F1/20 C

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2017-157344(P2017-157344)

(22)【出願日】2017年8月17日

(62)【分割の表示】特願2013-107630(P2013-107630)の分割

【原出願日】2013年5月22日

(65)【公開番号】特開2018-14115(P2018-14115A)

(43)【公開日】2018年1月25日

【審査請求日】2017年8月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100073759

【弁理士】

【氏名又は名称】大岩 増雄

(74)【代理人】

【識別番号】100088199

【弁理士】

【氏名又は名称】竹中 岑生

(74)【代理人】

【識別番号】100094916

【弁理士】

【氏名又は名称】村上 啓吾

(74)【代理人】

【識別番号】100127672

【弁理士】

【氏名又は名称】吉澤 憲治

(72)【発明者】

【氏名】宮内 俊彦

【審査官】 三橋 竜太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−２５７７３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１４５２７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−００２４７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５３７７７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２４Ｆ １１／００−１４０／００

Ｇ０６Ｆ １／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

情報通信機器を多段に収納した複数のラックが整列して配置された設備を空調する空調システムであって、
電源装置からの電力を分配して各前記情報通信機器に供給する分電盤と、前記分電盤内に設けられて各前記情報通信機器に供給される電力値を計測する電力計測手段と、前記情報通信機器を複数のグループに分け、前記グループに対応して設けられた空調機と、前記空調機を制御する空調制御手段と、を有し、
前記情報通信機器の前記グループは前記ラック単位とし、前記空調機は、各前記ラックの上方または下方に前記ラックと一体に設けられており、
前記空調制御手段では、前記電力計測手段で計測された電力値を前記グループ毎に集計し、前記集計した電力値に応じて前記グループに対応する空調機を制御し、前記電力値に比例して前記空調機の空調能力を制御するように構成されていることを特徴とする空調システム。

【請求項2】

請求項１記載の空調システムにおいて、
前記空調制御手段は、前記分電盤の外部に設けられていることを特徴とする空調システム。

【請求項3】

請求項１記載の空調システムにおいて、
前記空調制御手段は、前記分電盤の内部に設けられていることを特徴とする空調システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、複数のサーバー，ストレージ，ネットワーク機器等の情報通信機器が収容された設備の空調システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

サーバー，ストレージ，ネットワーク機器等の情報通信機器が収容されるデータセンタ等の設備では、情報通信機器の発熱量が大きいため空調管理が必須である。
空調管理を含むエネルギー管理を行う従来技術として、既設のネットワーク環境を利用し、ＯＡ機器の内部発熱量を求め、エネルギー管理を行う技術が開示されている。
具体的には、複数のＯＡ機器がネットワーク接続された施設において、ＯＡ機器のネットワーク接続情報から、接続されているＯＡ機器の内部発熱量を算出し、施設における翌日の熱負荷予測を算出して設備機器の最適な運用を計画し、併せて空調設備機器を操作するものである（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７−１０２０４号公報（第３−４頁、図１−２）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１のエネルギー管理装置では、情報通信回線により、建屋の階またはフロアごとに集線装置（ハブ，ルーター等）にて集線され、ネットワーク管理装置へ接続されたネットワーク環境を利用してＯＡ機器の情報を取得している。空調管理を階またはフロア単位で行うと、部屋全体を空調設備機器で冷却するため、発熱しているＯＡ機器が一部であっても部屋全体が所定の温度以下になるような制御が行われる。そのため、必要以上に空調能力が高い設備が必要となり、電力消費が大きくなり電気料金も高くなるという問題があった。また、同じ部屋の中で発熱量が大きいＯＡ機器と発熱量が小さいＯＡ機器が混在した場合には、効率的な冷却が行えないという問題があった。

【0005】

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、電力コストの低減を図る空調システムを得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この発明に係る空調システムは、情報通信機器を多段に収納した複数のラックが整列して配置された設備を空調する空調システムであって、電源装置からの電力を分配して各情報通信機器に供給する分電盤と、分電盤内に設けられて各情報通信機器に供給される電力値を計測する電力計測手段と、情報通信機器を複数のグループに分け、グループに対応して設けられた空調機と、空調機を制御する空調制御手段と、を有し、情報通信機器のグループはラック単位とし、空調機は、各ラックの上方または下方にラックと一体に設けられており、空調制御手段では、電力計測手段で計測された電力値をグループ毎に集計し、集計した電力値に応じてグループに対応する空調機を制御し、電力値に比例して空調機の空調能力を制御するように構成されているものである。

【発明の効果】

【0007】

この発明の空調システムによれば、情報通信機器のグループはラック単位とし、空調機は、各ラックの上方または下方にラックと一体に設けられており、空調制御手段において、電力計測手段で計測された電力値を情報通信機器のグループ毎に集計し、集計した電力値に応じてグループに対応する空調機を制御し、電力値に比例して空調機の空調能力を制御するように構成されているので、発熱量と電力量の相関を利用して電力監視によりグループ単位での空調制御を行うことで、情報通信機器の発熱程度に応じて局所的に効率よく空調制御を行うことができるため、空調システム全体の電力消費を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】この発明の実施の形態１による空調システムの概略構成図である。

【図2】実施の形態１による空調システムの電力値−冷却能力特性を説明する説明図である。

【図3】この発明の実施の形態１による空調システムの別の概略構成図である。

【図4】図１の空調システムをデータセンタに適用した場合の、サーバーと空調システム全体の斜視図である。

【図5】図１の空調システムの別の適用例を示す、サーバーと空調システム全体の斜視図である。

【図6】図１の空調システムの更に別の適用例を示す、サーバーと空調システム全体の斜視図である。

【図7】実施の形態２による空調システムをデータセンタに適用した場合の、サーバーと空調システム全体の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１による空調システムの概略構成図である。
情報通信機器が収容される設備としては、例えば、データセンタがある。データセンタは、建屋内の区画されたフロアまたは室内に、複数のサーバー等が複数のラックに収容されて、整然と配置されている。図１は、そのような施設空間を想定し、情報通信機器としてサーバーを例に挙げて説明する。
室内には、複数のサーバー１が多段に収納された複数のラック２と、サーバー１に電力を供給するための電源装置３と、電源装置３から各サーバー１に分電する分電盤４を備えている。更に、ラック２のそれぞれに、ラック２に収容されたサーバー１を冷却する空調機５が設けられ、空調機５を制御する空調制御手段６を備えている。

【0010】

分電盤４内には、複数の配線用遮断器７が収容され、各配線用遮断器７の負荷側にはサーバー１が接続されている。また、分電盤４内の各配線用遮断器７の負荷側には、電流・電圧センサ８ａを備えた電力計測手段８が設けられている。
空調制御手段６は、ラック２に設けられた空調機５を制御する空調制御部９と、プログラマブルロジックコントローラ１０（以下、ＰＬＣ１０と略す）と、制御端末１１とを有している。ＰＬＣ１０は、分電盤４の電力計測手段８に図示しない通信インタフェースを介して接続されている。
なお、サーバー１やラック２の個数は一例を示すものであり、図に限定するものではなく、実際には多数のラックが複数の列に配列されて構成されている。

【0011】

次に、各部の機能と作用を説明する。
電源装置３は、例えば、直流電源からなり、分電盤４の各配線用遮断器７に接続されており、配線用遮断器７を介してサーバー１に電力を供給する。このとき、分電盤４内に設けた電力計測手段８では、電流・電圧センサ８ａにより配線用遮断器７に接続された負荷であるサーバー１に供給される電流値と電圧値を計測し、演算処理により負荷に供給されている電力値を求める。電力計測手段８は、空調制御手段６のＰＬＣ１０の要求に応じて、求めた電力値をＰＬＣ１０に送信する。空調制御手段６の制御端末１１は、ＰＬＣ１０と接続されており、ＰＬＣ１０の設定情報の入力や変更する機能、また空調の状況をビジュアル的に表示する機能を備えている。

【0012】

ＰＬＣ１０には、予め、サーバー１の位置情報（例えば、どのラックのどの段に収納されているか等）と、電力計測手段８とを関連付けた相関データを保有している。こうすることで、例えば、図１で分電盤４の最上段の配線用遮断器７から得られる電力値は、ラックＢの最上段のサーバー１の情報であることが分かる。このような相関データを、全てのサーバー１に対して取得し記憶させておく。
また、各空調機５が受け持つサーバーグループ（図１では、ラック単位）の電力値と空調機５の冷却能力の相関を、電力値−冷却能力特性として予め把握しておき、そのデータもＰＬＣ１０に準備しておく。

【0013】

図２は、電力値−冷却能力特性の一例を説明する図である。横軸に電力値、左縦軸にサーバーの発熱量及び空調機の冷却能力、右縦軸に温度を示している。図中に細線で示すのはサーバーの発熱量、太線で示すのは空調機の冷却能力である。また、破線で示すのは、空調機を働かせた時のサーバーの機器温度の推移を参考に図示したものである。
負荷であるサーバー１の発熱量は、サーバー１に供給される電力に比例する。したがって、供給される電力値が増えるとサーバー１の温度が上がるので、所定温度（例えば、図のａ点）以上になれば空調機を働かせ、サーバーの温度の上昇に比例して空調機の空調能力増やしていけば、発熱が増える分が空調機で冷却されて、サーバー１の機器温度をほぼ一定に保つことができる。

【0014】

配線用遮断器７がＯＮ状態であればそれに接続されたサーバー１は使用電力に応じて発熱するが、ＯＦＦの場合はそれに繋がるサーバー１の発熱はない。また、サーバー１の稼働状況によっても電力値は変わる。電力計測手段８は、各サーバー１に供給される電力値を計測して求める。
空調制御手段６では、ＰＬＣ１０が電力計測手段８に指令を出して電力値を受信し、ラック単位で電力値を集計することで、ラック２毎の使用電力が分かる。したがって、用意した電力値−冷却能力特性データと位置情報とを参照して、ラック単位の使用電力量に合わせて、空調制御部９を介して対応するラック２に搭載した空調機５に対し、その冷却能力の調整を行う。こうすることで、ラック２単位でサーバー１の温度上昇をほぼ一定に制御することが可能となる。

【0015】

次に、上記で説明した空調システムの変形例について説明する。
図３は、図１の空調システムの変形例を示す空調システムの構成図である。図１と同等部分は同一符号を付して説明は省略し、相違点を中心に説明する。
図１では、分電盤とは別に空調制御手段を備えていたが、図３では、分電盤の中に空調制御手段を設けたものである。空調制御手段以外の分電盤の内部は図１と同様である。
図３に示すように、この分電盤１２は、内部に空調制御手段１３を備えている。空調制御手段１３は、図１の空調制御手段６と同等の機能を備えている。すなわち、空調制御手段１３はその内部にＰＬＣ１０を有すると共に空調制御部９と同等の機能を備えている。

【0016】

電源装置３から配線用遮断器７を経由して負荷であるサーバー１に電力を供給する。電力計測手段８は電流・電圧センサ８ａで負荷に供給される電源の電流値と電圧値を計測し演算処理により負荷の電力値を求め、空調制御手段１３からの要求に応じ負荷の電力値を空調制御手段１３へ送信する。
空調制御手段１３には、図１の場合と同様に、予めサーバー１の設置位置（列、段）と電力計測手段８との相関と、各空調機５が受け持つサーバー１の電力値と空調機５の冷却能力の相関を、電力値−冷却能力特性として予め把握しておき、そのデータを準備している。
空調制御手段１３は、電力計測手段８から受信した電力値をラック２単位で集計し、相関データを参照してラック２単位で空調機５の冷却能力を制御することで、ラック２単位でサーバー１の温度をほぼ一定に制御できる。

【0017】

次に、以上までに説明した空調システムを、より具体的に、データセンタに適用した場合を説明する。
図４及び図５は、図１の空調システムをデータセンタに適用した場合の、サーバーと空調システム全体の斜視図である。図１と同等部分は分かりやすいように同一符号で示す。
複数のサーバー１がラック２に多段に収納され、３列に配列されている。空調機５は、各ラック２単位に設置されており、図４は、空調機５をラック２の上部に配置した場合であり、図５はラック２の下部に配置した場合である。電源装置の図示は省略しているが、分電盤４に繋がっており、分電盤４を経由して各サーバー１に電力が供給される。また、空調制御手段である空調制御装置６は各空調機５に接続されている。

【0018】

空調方法は、図１，２で説明した通りであり、サーバー１の配置位置と電力値の情報に基づき電力値の高いサーバー１を収納するラック２に設置された空調機５の冷却機能を高め、電力値の低いサーバー１を収納するラック２に設置された空調機５は冷却機能を下げるように制御する。
例えば、図４，５において、網掛けで示すラック２ａに収納された各サーバー１に供給される合計電力値が高いとすれば、この情報を分電盤４内の電力計測手段で把握し、空調制御装置６に伝えられるので、ラック２ａの上部または下部に設けた空調機５ａの空調機能を高めるように制御することで、発熱量の大きいサーバーグループ、この場合はラック２ａをラック単位で重点的に冷却することができる。
なお、図４及び図５は、図１に対応させて、分電盤４と空調制御装置６を個別に設けた構成であるが、図３のように、分電盤内に空調制御手段を設ける構成にしても良い。

【0019】

図６は、空調システムをデータセンタに適用した、更に別の例を示す斜視図である。
これまでの説明では、冷却するサーバーグループがラック単位であったが、図６は、空調機５をラック２の列単位で設けたものである。すなわち、冷却するサーバーグループを列単位とし、配列されたラック２の列に収納された複数のサーバー１をグループとして、１台の空調機５を対応させたものである。
ラック列単位で、そのラック列に収納されたサーバーの電力値と、対応する空調機の冷却能力との電力値−冷却能力特性データと、サーバーの配置位置の位置情報を予め用意しておき、上記と同様の方法でラック列単位に最適の空調制御を行うものである。
例えば、図６に網掛けで示すラック列が電力値の高いサーバーのある配列群とすれば、その列に設置された空調機５ａの冷却機能を高め、それ以外の電力値の低いサーバーのあるラック列に設置された空調機５は冷却機能を下げることで、発熱量の大きいサーバーのあるラック列を重点的に冷却できる。

【0020】

なお、分電盤４と空調制御装置６は、予め用意する相関データを、ラック単位からラック列単位に換えることで、図４または図５の場合と同じものを使用できる。
また、本願の空調システムを適用する施設をデータセンタとして説明したが、これに限定するものではなく、区画された室内に複数の情報通信機器が整然と収容される設備の空調全般に適用することができる。

【0021】

以上のように、実施の形態１の空調システムによれば、情報通信機器を多段に収納した複数のラックが整列して配置された設備を空調する空調システムであって、電源装置からの電力を分配して各情報通信機器に供給する分電盤と、分電盤内に設けられて各情報通信機器に供給される電力値を計測する電力計測手段と、情報通信機器を複数のグループに分け、グループに対応して設けられた空調機と、空調機を制御する空調制御手段と、を有し、空調制御手段では、電力計測手段で計測された電力値をグループ毎に集計し、集計した電力値に応じてグループに対応する空調機を制御するように構成されているので、発熱量と電力量の相関を利用して電力監視によりグループ単位での空調制御を行うことで、情報通信機器の発熱程度に応じて局所的に効率よく空調制御を行うことができるため、空調システム全体の電力消費を低減することができる。
また、サーバー，ストレージ，ルーター等の情報通信機器が収容されたデータセンタにおいて集約処理を行う場合には、機種毎、ラック毎の消費電力量の差が大きいので、局所的に空調制御を行う効果が大きい。

【0022】

また、空調制御手段は、分電盤の外部に設けられているので、一般の空調機の空調制御装置に空調制御手段を組み込んで、本システムを構築することができる。

【0023】

また、空調制御手段は、分電盤の内部に設けられているので、空調制御手段を設置する個別の設置スペースを必要としないため、全体の設置スペースを縮小できる。

【0024】

また、情報通信機器のグループは、ラック単位とし、空調機は、ラックの上方または下方にラック単位に設けられているので、ラック単位で使用電力に応じてきめ細かく空調制御を行うことができるため空調システム全体の電力消費を効果的に低減することができる。

【0025】

更にまた、情報通信機器のグループは、配列されたラックの列単位とし、空調機は、ラックの列方向の端面に設けられているので、空調機の設置個数を抑えながら、ラック列単位で使用電力に応じた空調制御を行って空調システム全体の電力消費を低減することができる。

【0026】

実施の形態２．
図７は、実施の形態２による空調システムをデータセンタに適用した場合の、サーバーと空調システム全体の斜視図である。実施の形態１の図４と同等部分は同一符号を付して説明は省略する。

【0027】

複数のサーバー１が多段に収納されたラック２を複数配列したラック列が複数列あり、分電盤４と空調制御装置６が室内に配置されているのは、図４と同じである。しかし、空調機（図示せず）はラック２に直接搭載されてはなく、データセンタの室１４の天井部及び側壁部に設置されている。そして、１台の空調機で冷却を担当するサーバーグループを予め決めておき、天井部及び側壁部に設ける空調機の吹き出し位置を、それぞれのサーバーグループに対応させて、複数箇所に設ける。図では吹き出し位置の吹き出し方向を矢印で示している。サーバーグループとの対応はダクトを用いれば柔軟に行うことができる。

【0028】

サーバーグループの配置情報及び電力値と、対応する空調機の冷却能力との相関データを予め用意して空調制御装置６に記憶させておく。
実施の形態１と同様に、分電盤４に搭載された電力計測手段で各サーバー１の電力値を計測し，空調制御装置６においてサーバーグループの電力値を集計し、相関データに基づき使用電力値に応じて対応する空調機を制御する。こうすることで、電力値の高いサーバーグループに対応する空調機の吹出口からの冷却能力を高め（一例として、図中に網掛けと太矢印で示す）、電力値の低いサーバーグループに対応する空調機の吹出口からの冷却能力を下げることができる。
なお、空調機は天井側と壁面側とに設置したもので説明したが、少なくともいずれかに一方に設置されていれば良い。

【0029】

以上のように、実施の形態２の空調システムによれば、情報通信機器のグループは、予め決められた複数のラック単位とし、空調機は、決められた複数のラックに対応させて、設備が収容される室の天井部または側壁部に設けられているので、空調制御を部屋全体ではなくスポットで行うことによって、発熱の高い情報通信機器に対して局所的に効率よく空調制御を行うことができるため、空調システム全体の電力消費を低減して、電力コストを低減することができる。
また、情報通信機器が配置される室に備えられた空調設備を利用できるので、実施の形態１に比較して、空調システムのコストを低減できる。

【0030】

なお、本願発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変更、省略したりすることが可能である。

【符号の説明】

【0031】

１ サーバー（情報通信機器）、２，２ａ ラック、３ 電源装置、４ 分電盤、
５，５ａ 空調機、６ 空調制御手段（空調制御装置）、７ 配線用遮断器、
８ 電力計測手段、８ａ 電流・電圧センサ、９ 空調制御部、１０ ＰＬＣ、
１１ 制御端末、１２ 分電盤、１３ 空調制御手段、１４ 室。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】