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(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】
(24)【登録日】2023-07-05
(45)【発行日】2023-07-13
(54)【発明の名称】空調システム
(51)【国際特許分類】
   F24F 3/044 20060101AFI20230706BHJP
   F24F 7/06 20060101ALI20230706BHJP
   G06F 1/20 20060101ALI20230706BHJP
   H05K 7/20 20060101ALI20230706BHJP
【FI】
F24F3/044
F24F7/06 B
G06F1/20 C
H05K7/20 U
【請求項の数】 5
(21)【出願番号】P 2019145512
(22)【出願日】2019-08-07
(65)【公開番号】P2021025729
(43)【公開日】2021-02-22
【審査請求日】2022-02-04
(73)【特許権者】
【識別番号】593063161
【氏名又は名称】株式会社NTTファシリティーズ
(74)【代理人】
【識別番号】110000578
【氏名又は名称】名古屋国際弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】津田 晃宏
(72)【発明者】
【氏名】三野 洋介
【審査官】佐藤 正浩
(56)【参考文献】
【文献】特開2014-031975(JP,A)
【文献】特開2015-103045(JP,A)
【文献】特公昭48-006864(JP,B1)
【文献】特開2013-029298(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F24F 3/044
F24F 7/06
G06F 1/20
H05K 7/20
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
情報通信技術機器が載置される複数のラックが設置されたサーバ室内の空調を行う空調システムにおいて、
前記複数のラックが直列に並んだラック列により区画される冷気空間に冷気を供給する空調機であって、前記サーバ室内の空気を水平方向から吸引して当該空気を冷却する空調機と、
前記冷気空間の上方側に設けられ、当該冷気空間に冷気を供給するための冷気供給室であって、前記空調機から冷気が供給される冷気供給室と、
前記冷気供給室と前記冷気空間とを連通させる開口部に設けられた整流パネルであって、上下方向に貫通した多数個の角穴を有する整流パネルと、
前記開口部の外縁側のうち少なくとも一部に設けられ、前記冷気供給室内の冷気を前記整流パネルに向けて導くベルマウス状の気流ガイドとを備え
前記気流ガイドは、前記外縁から1mずれた位置に至る範囲内のみに設けられている空調システム。
【請求項2】
前記気流ガイドは、前記外縁のうち冷気流れ最上流端から下流側に1mずれた位置に至る範囲に、少なくとも1つ設けられている請求項1に記載の空調システム。
【請求項3】
前記気流ガイドは、前記外縁のうち冷気流れ最下流端から上流側に1mずれた位置に至る範囲にも少なくとも1つ設けられている請求項2に記載の空調システム。
【請求項4】
前記気流ガイドは、前記外縁から1mずれた位置に至る範囲内であって、当該外縁の全周に少なくとも1つ設けられている請求項1ないし3のいずれか1項に記載の空調システム。
【請求項5】
前記気流ガイドは、前記整流パネルに固定されている請求項1ないしのいずれか1項に記載の空調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、サーバ室内の空調を行う空調システムに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1に記載の空調システムでは、サーバ室の壁から当該サーバ室内の暖気を吸い込むとともに、天井から冷気をコールドアイル(冷風通路)に供給している。特許文献2に記載の空調システムでは、ハニカム形状のルーバにて冷気の流通方向及び流速を調節している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開2018-28417号公報
【文献】特開2014-31975号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
発明者等が実施した試験から得られた知見によると、天井から冷気をコールドアイルに供給する空調システムにおいては、上から下に向けて冷気が真っ直ぐにコールドアイルに流入することが望ましい。
【0005】
本開示は、上記点に鑑み、上から下に向けて冷気が可能な限り真っ直ぐにコールドアイル等の冷気空間に流入可能な空調システムの一例を開示する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
情報通信技術機器が載置される複数のラック(3)が設置されたサーバ室(SR)内の空調を行う空調システムは、例えば、以下の構成要件のうち少なくとも1つを備えることが望ましい。
【0007】
すなわち、当該構成要件は、複数のラック(3)が直列に並んだラック列(R)により区画される冷気空間(3A)に冷気を供給する空調機(4)であって、サーバ室(SR)内の空気を水平方向から吸引して当該空気を冷却する空調機(4)と、冷気空間(3A)の上方側に設けられ、当該冷気空間(3A)に冷気を供給するための冷気供給室(5)であって、空調機(4)から冷気が供給される冷気供給室(5)と、冷気供給室(5)と冷気空間(3A)とを連通させる開口部(5A)に設けられた整流パネル(10)であって、上下方向に貫通した多数個の角穴(11)を有する整流パネル(10)と、開口部(5A)の外縁側のうち少なくとも一部に設けられ、冷気供給室(5)内の冷気を整流パネル(10)に向けて導くベルマウス状の気流ガイド(20)とである。
【0008】
これにより、当該空調システムでは、上記外縁から離れた部位から開口部(5A)に流入する冷気(以下、第1流入冷気という。)の流入仰角は、外縁近傍から開口部(5A)に流入する冷気(以下、第2流入冷気という。)の流入仰角に比べて大きい。
【0009】
つまり、第1流入冷気は、第2流入冷気に比べて、上下方向に近い方向から整流パネル(10)に進入する。このため、第1流入冷気は、整流パネル(10)にて十分に上下方向に整流され得る。
【0010】
一方、第2流入冷気は、第1流入冷気に比べて流入仰角が小さく、かつ、流速も大きいので、整流パネル(10)のみでは、第2流入冷気が上下方向に十分に整流されない可能性が高い。
【0011】
しかし、当該空調システムでは、第2流入冷気は、ベルマウス状の気流ガイド(20)にて整流パネル(10)に案内された後、当該整流パネル(10)に進入するので、第2流入冷気は、整流パネル(10)にて十分に上下方向に整流され得る。
【0012】
因みに、上記各括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的構成等との対応関係を示す一例であり、本開示は上記括弧内の符号に示された具体的構成等に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【0013】
図1】第1実施形態に係る空調システム(サーバ室及び機械室)の平面図である。
図2】第1実施形態に係る空調システム(サーバ室及び機械室)の立面図である。
図3】第1実施形態に係る空調システム(サーバ室)の立面図である。
図4】第1実施形態に係る整流パネルを示す図である。
図5】第1実施形態に係る整流パネルを示す図である。
図6】A及びBは、整流パネルの角穴を示す図である。
図7】第2実施形態に係る空調システム(サーバ室及び機械室)の立面図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下の「発明の実施形態」は、本開示の技術的範囲に属する実施形態の一例を示すものである。つまり、特許請求の範囲に記載された発明特定事項等は、下記の実施形態に示された具体的構成や構造等に限定されない。
【0015】
なお、各図に付された方向を示す矢印及び斜線等は、各図相互の関係及び各部材又は部位の形状を理解し易くするために記載されたものである。したがって、本開示に示された発明は、各図に付された方向に限定されない。
【0016】
少なくとも符号が付されて説明された部材又は部位は、「1つの」等の断りがされた場合を除き、少なくとも1つ設けられている。つまり、「1つの」等の断りがない場合には、当該部材は2以上設けられていてもよい。本開示に示された空調システムは、少なくとも符号が付されて説明された部材又は部位等の構成要素を備える。
【0017】
(第1実施形態)
<1.空調システムの概略構成>
本実施形態は、データセンター用の空調システムに本開示を適用したものである。データセンターには、複数の情報通信技術用機器(以下、ICT機器と記す。)が設置されたサーバ室が設けられている。本実施形態に係る空調システムは、当該サーバ室内の空調を行う。
【0018】
サーバ室内には、1台又は複数のICT機器(図示せず。)が設置されている。当該ICT機器は、図1に示されるラック3に搭載された状態でサーバ室SRに設置されている。ラック3は、少なくとも1台のICT機器が搭載される棚である。
【0019】
当該サーバ室SRには、複数のラック3が直列状に並んで設置されている。以下、列状に並んだ複数のラック3をラック列Rともいう。このため、サーバ室SR内の空間は、ラック列Rにより複数の空間に区画されている。
【0020】
ラック列Rを挟んで一方には、各ICT機器を冷却するための冷風が供給される冷風通路(コールドアイル)3Aが設けられている。当該冷風通路3Aは冷気空間の一例である。本実施形態に係るサーバ室SRには、4つのラック列R及び2つの冷風通路3Aが構成されている。
【0021】
ラック列Rを挟んで他方には、各ICT機器を冷却して温度が上昇した空気(以下、温風ともいう。)が集合する温風通路(ホットアイル)3Bが設けられている。冷風通路3Aと温風通路3Bとは、仕切部材3C(図1図3参照)により仕切られている。
【0022】
このため、冷風通路3Aに供給された冷風は、各ラック3(ICT機器)を通過して温風通路3Bに流入する。冷風は、図1に示される少なくとも1台(本実施形態では、複数)の空調機4により生成される。
【0023】
各空調機4は、図2に示されるように、サーバ室SR内の空気を水平方向から吸引して当該空気を冷却した後、当該冷却した空気、つまり冷風を冷風通路3Aに供給する。このため、サーバ室SRと各空調機4が設置された空間(機械室MR)とは、壁等の区画部材Wにより区画されている。
【0024】
区画部材Wには、各空調機4の吸気口(図示せず。)とサーバ室SR内とを連通させる開口(図示せず。)が設けられている。冷風通路3Aの上方側には、冷気供給室5が設けられている。
【0025】
冷気供給室5は、冷風通路3Aに冷気を供給するため空間であって、各空調機4から冷気が供給される空間である。本実施形態に冷気供給室5は、サーバ室SRの天井側の空間が利用されたものである。
【0026】
具体的には、冷気供給室5は、天井板(図示せず。)と当該天井版の上方に位置するスラブ(図示せず。)との間の空間が利用されたものである。なお、当該冷気供給室5は、図2及び図3に示されるように、サーバ室SRの上部略全域に拡がる空間である。
【0027】
各空調機4から吹き出された冷風は、図2に示されるように、機械室MR内で流通方向が略180度上方側に転向した後、冷気供給室5に流入する。このため、冷気供給室5に流入する冷風の多くは、約水平方向から冷気供給室5に流入する。
【0028】
<2.整流構造>
整流構造は、冷気供給室5内の冷気(冷風)を上から下に可能な限り真っ直ぐ各冷風通路3Aに流入させるための構造である。当該整流構造は、図2及び図3に示されるように、整流パネル10及び気流ガイド20等を少なくとも有して構成されている。
【0029】
なお、整流構造は冷風通路3Aそれぞれに設けられている。本実施形態では、各整流構造は同じである。以下の説明は、2つの冷風通路3Aのうち第1の冷風通路3Aに関する説明である。
【0030】
<整流パネル>
整流パネル10は、冷気供給室5と冷風通路3Aとを連通させる開口部5Aに設けられている。当該整流パネル10は、図4及び図5に示されるように、上下方向に貫通した多数個の通風口11を有する。本実施形態に係る各通風口11は、上下方向に貫通した角穴である。このため、以下の説明では、当該通風口11は角穴11と記されている。
【0031】
すなわち、整流パネル10は、多数個の角穴11が設けられたパネル材12、及びパネル材12の外縁を囲むフレーム材13等を少なくとも有して構成されている。フレーム材13には、整流パネル10を開口部5Aに装着するための装着部(図示せず。)が設けられている。
【0032】
本実施形態に係るパネル材12は、各角穴11が六角形状に構成された、いわゆるハニカム構造体にて構成されている。つまり、パネル材12は、金属製の薄板材にて「蜂の巣」状に構成されている。
【0033】
なお、各角穴11のうち互いに対向する平行な部位間の寸法をd(図6A参照)とし、パネル材12の上下方向寸法t(図5参照)としたとき、パネル材12の上下方向寸法tは、寸法dの1.1倍以上となっている。
【0034】
なお、寸法tの上限値は、寸法dの2倍以下とすることが望ましい。因みに、角穴11は、六角形状以外(例えば、矩形状)であってもよい(図6B参照)。六角形状以外の角穴11であっても、寸法tと寸法dとの関係は、六角形状と同じであることが望ましい。
【0035】
<気流ガイド>
気流ガイド20は、開口部5Aの外縁5B側のうち少なくとも一部(本実施形態では、外縁5B全周)に設けられている(図1参照)。当該気流ガイド20は、冷気供給室5内の冷気を整流パネル10に向けて導くベルマウス状の案内部材である。
【0036】
すなわち、気流ガイド20は、図1に示されるように、上流側気流ガイド21、下流側気流ガイド22、第1サイド気流ガイド23及び第2サイド気流ガイド24等を有して構成されている。以下の説明における気流ガイド20は、気流ガイド21~24を意味する。
【0037】
気流ガイド20は、開口部5Aの外縁5Bから当該開口部5Aの中心側に1mずれた位置に至る範囲内に少なくとも1つ設けられている。そして、本実施形態では、気流ガイド20は、当該外縁5Bから1mずれた位置に至る範囲内のみに設けられ、当該範囲から中心側にずれた部位には設けられていない。
【0038】
「気流ガイド20が当該範囲内に設けられている」とは、気流ガイド20の下端20Aが当該範囲内に位置することをいう。なお、図2及び図3では、下端20Aが整流パネル10に接触している。
【0039】
これは、本実施形態に係る気流ガイド20は、整流パネル10(フレーム材13)に固定されているからである。したがって、空調システムは、下端20Aが整流パネル10に接触しておらず、当該下端20Aが整流パネル10の上方側にずれた構成であってもよい。
【0040】
「気流ガイド20が当該範囲内に1つ設けられている」とは、当該範囲内に下端20Aが1つ存在することを意味する。したがって、例えば「気流ガイド20が当該範囲内に複数設けられている」とは、当該範囲内に下端20Aが複数存在することを意味する。
【0041】
そして、上流側気流ガイド21は、図2に示されるように、開口部5Aの外縁5Bのうち冷気流れ最上流端から下流側に1mずれた位置に至る範囲に位置し、略水平方向から冷気供給室5に流入した冷気を整流パネル10に向けて転向させる。
【0042】
下流側気流ガイド22は、開口部5Aの外縁5Bのうち冷気流れ最下流端から上流側に1mずれた位置に至る範囲に位置し、冷気を整流パネル10に向けて転向させる。上流側気流ガイド21及び下流側気流ガイド22それぞれは、水平方向に対して傾いた転向面21A、22Aを有している。
【0043】
そして、下流側気流ガイド22の転向面22Aは、上流側気流ガイド21の転向面21Aに対して逆向きに傾いている。なお、本実施形態に係る上流側気流ガイド21及び下流側気流ガイド22は円弧状に湾曲した形状である。このため、転向面21A、22Aも円弧状に湾曲している。
【0044】
第1サイド気流ガイド23及び第2サイド気流ガイド24は、図3に示されるように、開口部5Aの外縁5Bから1mずれた位置に至る範囲に位置し、冷気を整流パネル10に向けて転向させる。
【0045】
なお、第1サイド気流ガイド23及び第2サイド気流ガイド24は、気流ガイド20のうち上流側気流ガイド21及び下流側気流ガイド22以外の部分である。そして、第1サイド気流ガイド23の転向面23Aは、第2サイド気流ガイド24の転向面24Aに対して逆向きに傾いている。
【0046】
つまり、気流ガイド20の転向面21A~24Aは、当該気流ガイド20に対して外縁5B側に曲率中心が位置するように湾曲した曲面にて構成されている。なお、本実施形態に係る転向面21A~24Aは合同な形状である。
【0047】
<3.本実施形態に係る空調システムの特徴>
本実施形態に係る空調システムでは、外縁5Bから離れた部位から開口部5Aに流入する冷気(以下、第1流入冷気という。)の流入仰角は、当該外縁5B近傍から開口部5Aに流入する冷気(以下、第2流入冷気という。)の流入仰角に比べて大きい。
【0048】
つまり、第2流入冷気は、第1流入冷気に比べて水平方向成分の速度が大きい。したがって、第1流入冷気は、第2流入冷気に比べて、上下方向に近い方向から整流パネル10に進入する。このため、第1流入冷気は、整流パネル10にて十分に上下方向に整流され得る。
【0049】
一方、第2流入冷気は、第1流入冷気に比べて流入仰角が小さく、かつ、流速も大きいので、整流パネル10のみでは、第2流入冷気が上下方向に十分に整流されない可能性が高い。
【0050】
しかし、本実施形態に係る空調システムでは、第2流入冷気は、ベルマウス状の気流ガイド20にて整流パネル10に案内された後、当該整流パネル10に進入するので、第2流入冷気は、整流パネル10にて十分に上下方向に整流され得る。
【0051】
(第2実施形態)
上述の実施形態に係る気流ガイド20は、開口部5Aの外縁全周に設けられていた。これに対して、本実施形態に係る気流ガイド20は、図7に示されるように、外縁5Bのうち冷気流れ最上流端から下流側に1mずれた位置に至る範囲に気流ガイド20が設けられた構成である。換言すれば、本実施形態では、気流ガイド20として、上流側気流ガイド21のみが設けられた構成である。
【0052】
すなわち、冷気供給室5から開口部5Aに流入する冷気のうち、冷気流れ最上流端から開口部5Aに流入する冷気は、他の箇所から開口部5Aに流入する冷気よりも水平方向成分の速度が大きい。
【0053】
したがって、気流ガイド20として、少なくとも上流側気流ガイド21が設けられた構成であれば、必要にして十分な整流効果を得ることが可能となる。なお、上述の実施形態と同一の構成要件等は、上述の実施形態と同一の符号が付されている。このため、本実施形態では、重複する説明は省略されている。
【0054】
(第3実施形態)
本実施形態に係る気流ガイド20は、上流側気流ガイド21及び下流側気流ガイド22を有し、第1サイド気流ガイド23及び第2サイド気流ガイド24を有していない(図2参照)。
【0055】
すなわち、冷気流れ最下流端から開口部5Aに流入する冷気も、水平方向成分の流速が大きくなる可能性がある。つまり、冷気流れ最下流端は、冷気の静圧が高くなるおそれあるので、これに伴って冷気の流入流速が大きくなる可能性がある。したがって、上流側気流ガイド21及び下流側気流ガイド22を有していれば、必要にして十分な整流効果を得ることが可能となる。
【0056】
(その他の実施形態)
上述の実施形態に係る気流ガイド20は、外縁5Bから1mずれた位置に至る範囲内に少なくとも1つ設けられていた。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、気流ガイド20が外縁5Bから1m以上ずれた位置に設けられた構成、又は当該範囲内に気流ガイド20が複数設けられた構成であってもよい。
【0057】
上述の実施形態に係る気流ガイド21~24は、全て外縁5Bから同一距離に配置されていた。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、各気流ガイド21~24の位置が異なる構成、各気流ガイド21~24の個数が異なる構成、又は各気流ガイド21~24の形状が異なる構成であってもよい。
【0058】
上述の実施形態に係る気流ガイド20は、少なくとも上流側気流ガイド21を有する構成であった。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、上流側気流ガイド21、下流側気流ガイド22、第1サイド気流ガイド23及び第2サイド気流ガイド24のうち少なくとも1つの気流ガイドを有する構成であってもよい。
【0059】
上述の実施形態に係る気流ガイド20は、ベルマウス状の気流案内部材であった。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、帯板状の気流案内部材にて気流ガイド20が構成されていてもよい。
【0060】
上述の実施形態に係る整流パネル10に設けられた通風口11は、六角形又は矩形等の角穴に構成されていた。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、三角状若しくは五角形状の角穴、又は丸や長円等の丸穴にて通風口が構成されていてもよい。
【0061】
上述の実施形態では、上下方向寸法tは、寸法dの1.1倍以上、寸法dの2倍以下であった。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、上下方向寸法tが寸法dの1.1倍未満、又は上下方向寸法tが寸法dの2倍以上であってもよい。
【0062】
上述の実施形態に係る開口部5Aは矩形状であった。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、開口部5Aが長円状又は楕円状等であってもよい。
【0063】
上述の実施形態では、空調機4が機械室MRに配置され、当該空調機4は区画部材Wを通してサーバ室SR内の空気を吸引する構成であった。しかし、本開示はこれに限定されない。
【0064】
すなわち、当該開示に係る空調機4は、サーバ室SR内の空気を水平方向から吸引して当該空気を冷却した後、冷風通路3Aの上方に設けられた冷気供給室5に冷気を供給すれば十分である。したがって、当該開示は、例えば、空調機4がサーバ室SR内に配置され、ダクトを介して冷気を冷気供給室5に供給する構成であってもよい。
【0065】
上述の実施形態に係る冷気供給室5は、サーバ室SRの天井側の空間が利用されたものであった。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、天井より下側に冷風通路3Aに連通するダクトが設けられ、当該ダクトにより冷気供給室5が構成されていてもよい。
【0066】
上述の実施形態では、複数の空調機4及び複数の冷風通路3Aを備える空調システムであった。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、1つの空調機4及び1つの冷風通路3Aを備える空調システムであってもよい。
【0067】
上述の実施形態に係る整流構造は、冷気供給室5内の冷気(冷風)を各冷風通路3Aに向けて、上から下に可能な限り真っ直ぐ流入させるための構造であった。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、冷気が冷風通路3Aに流入する際の仰角(流入仰角)が所定の範囲内となる整流構造であってもよい。
【0068】
上述の実施形態に係る気流ガイド20は、整流パネル10に固定されていた。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、整流パネル10が開口部5Aを構成する部材に固定された構成であってもよい。
【0069】
さらに、本開示は、上述の実施形態に記載された開示の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されない。したがって、上述した複数の実施形態のうち少なくとも2つの実施形態が組み合わせられた構成、又は上述の実施形態において、図示された構成要件もしくは符号を付して説明された構成要件のうちいずれかが廃止された構成でもよい。
【符号の説明】
【0070】
3… ラック
3A… 冷風通路
4… 空調機
5… 冷気供給室
10… 整流パネル
20… 気流ガイド
21… 上流側気流ガイド
22… 下流側気流ガイド
23… 第1サイド気流ガイド
24… 第2サイド気流ガイド
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7