(57)【要約】      （修正有）【課題】高温、多湿な環境条件下でも設置可能な、発熱体である電子機器を内部に収納する電子機器装置およびその筐体を提供すること。【解決手段】発熱体である電子機器7を収納するラックキャビネット1と、正面ドア2及び背面ドア3と、正面ドア内に設けられた第１の蒸発器11aと、背面ドア内に設けられた第２の蒸発器11bと、電子機器を通流する空気を第１及び第２の蒸発器にて熱交換により冷却し、冷却された空気を第１の蒸発器、電子機器、第２の蒸発器と循環するよう上記第１及び第２の冷凍サイクルRa、Rbを制御する制御部２００と、ドアの開閉を検知する検知部17を備える。制御部は、ドアの開閉検知出力に基づき第２の蒸発器の冷媒蒸発温度を第1の蒸発器の冷媒蒸発温度以下となるよう上記第１及び第２の冷凍サイクルを所定時間制御する。【選択図】図２
2015005677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体である電子機器を収納する収納部を備えたラックキャビネットと、
前記収納部を挟み相対するよう前記ラックキャビネットに取り付けられた正面ドア及び背面ドアと、
前記正面ドア内に設けられ、第1の冷凍サイクルを形成する第１の蒸発器と、
前記背面ドア内に設けられ、第２の冷凍サイクルを形成する第２の蒸発器と、
前記収納部を通流する空気を前記第１及び第２の蒸発器にて熱交換により冷却し、前記冷却された空気を前記第１の蒸発器、前記収納部、前記第２の蒸発器から前記第１の蒸発器へと循環するよう前記第１及び第２の冷凍サイクルを制御する制御部と、
前記ドアの開閉を検知する検知部を有し、
前記制御部は、前記検知部による前記ドアの開閉検知出力に基づき前記第２の蒸発器の冷媒蒸発温度を前記1の蒸発器の冷媒蒸発温度以下となるよう前記第１及び第２の冷凍サイクルを所定時間制御することを特徴とする電子機器装置。
【請求項２】
請求項１記載の電子機器装置であって、
前記制御部は、予め設定された前記収納部の目標湿度及び前記収納部へ流入する空気の目標温度に基づき結露温度を求め、前記求めた結露温度を前記第２の蒸発器の冷媒蒸発温度とすることを特徴とする電子機器装置。
【請求項３】
請求項1又は２記載の電子機器装置であって、
前記制御部は、前記収納部の体積又は前記循環空気の流量に基づき前記第1及び第２の冷凍サイクルを制御する時間を設定することを特徴とする電子機器装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の電子機器装置であって、
前記第１の冷凍サイクルは、第1の圧縮機、第１の凝縮器、第１の膨張弁及び前記第１の蒸発器とを、冷媒を通流する配管で接続し形成され、
前記第２の冷凍サイクルは、第２の圧縮機、第２の凝縮器、第２の膨張弁及び前記第２の蒸発器とを、冷媒を通流する配管で接続し形成され、
前記第１及び第２の凝縮器を、前記ラックキャビネットの上部に設けられたラジエータユニット内に配置し、
前記第１及び第２の圧縮機と、前記第１及び第２の膨張弁とを前記ラックキャビネットの底部に配置することを特徴とする電子機器装置。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の電子機器装置であって、
前記第１の冷凍サイクルは、圧縮機、凝縮器、第1の分岐部、第1の膨張弁及び前記第１の蒸発器とを、冷媒を通流する配管で接続し形成され、
前記第２の冷凍サイクルは、前記圧縮機、前記凝縮器、第２の分岐部、第２の膨張弁及び前記第２の蒸発器とを、冷媒を通流する配管で接続し形成され、
前記圧縮機、前記凝縮器、前記第1及び第２の分岐部、前記第１及び第２の膨張弁とを前記ラックキャビネットの底部に設けられたラジエータユニット内に配置することを特徴とする電子機器装置。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の電子機器であって、
前記第１の冷凍サイクルは、圧縮機、第１の凝縮器、第1の分岐部、第1の膨張弁及び前記第１の蒸発器とを、冷媒を通流する配管で接続し形成され、
前記第２の冷凍サイクルは、前記圧縮機、第２の凝縮器、第２の分岐部、第２の膨張弁及び前記第２の蒸発器とを、冷媒を通流する配管で接続し形成され、
前記第1及び第２の凝縮器を、前記ラックキャビネットの上部に設けられたラジエータユニットに配置し、
前記圧縮機、前記第１及び第２の分岐部、第１及び第２の膨張弁とを前記ラックキャビネットの底部に配置することを特徴とする電子機器装置。
【請求項７】
請求項1又は請求項２に記載の電子機器装置であって、
前記制御部は、前記所定時間経過後、前記第１の蒸発器の冷媒蒸発温度を前記２の蒸発器の冷媒蒸発温度以下となるよう前記第１及び第２の冷凍サイクルを制御することを特徴とする電子機器装置。
【請求項８】
請求項１又は請求項２に記載の電子機器装置であって、
前記検知部は、磁気センサ又は光センサを有し、前記ドアの開閉を検知することを特徴とする電子機器装置。
【請求項９】
請求項１又は請求項２に記載の電子機器装置であって、
前記検知部は、少なくとも前記収納部へ流入する空気温度を測定する第１の温度センサと外気温度を測定する第２の温度センサを有し、前記第１及び第２の温度センサの出力に基づき前記ドアの開閉を検知することを特徴とする電子機器装置。
【請求項１０】
発熱体である電子機器を収納可能な収納部を備えたラックキャビネットと、
前記収納部を挟み相対するよう前記ラックキャビネットに取り付けられた正面ドア及び背面ドアと、
前記正面ドア内に設けられ、第1の冷凍サイクルを形成する第１の蒸発器と、
前記背面ドア内に設けられ、第２の冷凍サイクルを形成する第２の蒸発器と、
前記収納部を通流する空気を前記第１及び第２の蒸発器にて熱交換により冷却し、前記冷却された空気を前記第1の蒸発器、前記収納部、前記第２の蒸発器から前記第１の蒸発器へと循環するよう前記第１及び第２の冷凍サイクルを制御する制御部と、
前記ドアの開閉を検知する検知部を有し、
前記制御部は、前記検知部による前記ドアの開閉検知出力に基づき前記第２の蒸発器の冷媒蒸発温度を前記1の蒸発器の冷媒蒸発温度以下となるよう前記第１及び第２の冷凍サイクルを所定時間制御することを特徴とする電子機器装置の筐体。
【請求項１１】
請求項１０記載の電子機器装置の筐体であって、
前記制御部は、予め設定された前記収納部の目標湿度及び前記収納部へ流入する空気の目標温度に基づき結露温度を求め、前記求めた結露温度を前記第２の蒸発器の冷媒蒸発温度とすることを特徴とする電子機器装置の筐体。
【請求項１２】
請求項１０又は請求項１１記載の電子機器装置の筐体であって、
前記制御部は、前記収納部の体積又は前記循環空気の流量に基づき前記第1及び第２の冷凍サイクルを制御する時間を設定することを特徴とする電子機器装置の筐体。
【請求項１３】
請求項１０又は請求項１１記載の電子機器装置の筐体であって、  
前記第１の冷凍サイクルは、第1の圧縮機、第１の凝縮器、第１の膨張弁及び前記第１の蒸発器とを、冷媒を通流する配管で接続し形成され、
前記第２の冷凍サイクルは、第２の圧縮機、第２の凝縮器、第２の膨張弁及び前記第２の蒸発器とを、冷媒を通流する配管で接続し形成され、
前記第１及び第２の凝縮器を、前記ラックキャビネットの上部に設けられたラジエータユニット内に配置し、
前記第１及び第２の圧縮機と、前記第１及び第２の膨張弁とを前記ラックキャビネットの底部に配置することを特徴とする電子機器装置の筐体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーバ機器などの発熱体である電子機器を収納し、循環空気流により電子機器を冷却する電子機器装置およびその筐体に関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、特開2007−324514号公報（特許文献１）に記載される電子機器装置がある。
【０００３】
特許文献１の電子機器装置は、発熱体であるサーバを収納する収納室の空気温度に基づいて圧縮機の運転及び膨張弁の弁開度を制御する制御装置を有している。そして、制御装置は、蒸発器における冷媒の蒸発温度に基づき蒸発温度がサーバへの結露を回避可能な所定の結露回避温度となるよう膨張弁の弁開度を制御する蒸発温度制御モードを実行すると共に、蒸発器における冷媒の加熱度が所定の液戻り危険値以下に低下した場合には、冷媒の加熱度が所定の液戻り回避値となるよう膨張弁の弁開度を制御する加熱度制御モードに切り替え加熱度制御モードを実行する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2007−324514号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
中小規模の企業や地方自治体等の比較的小型の事務所では、自社で新たに計算機室、データセンタ等の部屋を設けずに、倉庫、空き部屋、事務所の一角等に、サーバ、記憶装置、ネットワーク機器等の発熱体である電子機器を収納している場合がある。このため、空調設備のない場合や人がいなくなった夜間等の空調を停止する場合は、発熱体である電子機器により周囲が高温となることで、電子機器が動作保証範囲を超えた環境にさらされ、寿命の低下や故障の原因となる可能性があった。
【０００６】
そのため、劣悪な環境条件下でも、上記発熱体である電子機器を設置可能とするため密閉型のラックキャビネトがある。しかしながら、この密閉型のラックキャビネット（電子機器装置）であっても、収納されるサーバ等の電子機器に対しては、一般的に定期的なメンテナンスが必要なため、上記電子機器装置のドアの開閉時、高温、多湿な外気を内部に取り込むことになる。
【０００７】
上記特許文献1に記載される電子機器装置も、密閉型のラックキャビネットである。しかしながら、メンテナンス時にドアの開閉により周囲の空気が内部に取り込まれるため、所定の結露回避温度に基づき蒸発温度を制御する方式では、高温で高湿度な空気を取り込んだ場合、内部に収納されたサーバなどの電子機器への結露を回避できないことがある。そのため、電子機器装置を設置する環境が限定される可能性がある。
【０００８】
本発明の目的は、高温、多湿な環境条件下でも設置可能な電子機器装置およびその筐体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は、発熱体である電子機器を収納する収納部を備えたラックキャビネットと、収納部を挟み相対するようラックキャビネットに取り付けられた正面ドア及び背面ドアと、正面ドア内に設けられ第1の冷凍サイクルを形成する第１の蒸発器と、背面ドア内に設けられ第２の冷凍サイクルを形成する第２の蒸発器と、収納部を通流する空気を第１及び第２の蒸発器にて熱交換により冷却し、冷却された空気を第１の蒸発器、収納部、第２の蒸発器から第１の蒸発器へと循環するよう上記第１及び第２の冷凍サイクルを制御する制御部と、ドアの開閉を検知する検知部を有し、制御部が、検知部によるドアの開閉検知出力に基づき第２の蒸発器の冷媒蒸発温度を第1の蒸発器の冷媒蒸発温度以下となるよう上記第１及び第２の冷凍サイクルを所定時間制御する構成とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高温、多湿な環境条件下においても、設置可能電子機器装置およびその筐体を提供することが可能となる。
【００１１】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第1実施例の電子機器装置の外観斜視図である。
【図２】本発明の第１実施例の電子機器装置の断面図である。
【図３】背面側ドアの拡大断面図である。
【図４】冷却モードにおける制御系のブロック図である。
【図５】冷却モードにおける動作を説明するフローチャートである。
【図６】除湿モードにおける制御系のブロック図である。
【図７】除湿モードにおける動作を説明するフローチャートである。
【図８】結露温度を算出するための空気線図である。
【図９】本発明の第２実施例の電子機器装置の断面図である。
【図１０】ドアの開閉を検知する制御系のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態における電子機器装置は、サーバ、記憶装置、ネットワーク機器等の発熱体である電子機器を収納する収納部を備えたラックキャビネットと、電子機器が収納される収納部を挟み相対するようラックキャビネットに取り付けられた正面ドアと背面ドアと、正面ドア内に設けられ第1の冷凍サイクルを形成する第１の蒸発器と、背面ドア内に設けられ第２の冷凍サイクルを形成する第２の蒸発器を有している。そして、上記サーバ等の発熱体である電子器機器を収納する収納部を通流する（通過する）空気を第１の蒸発器と第２の蒸発器にて熱交換により冷却し、冷却された空気を順次、第１の蒸発器、収納部、第２の蒸発器から第１の蒸発器へと循環させることで、収納部に収納されたサーバ等の電子機器を冷却する。上記１及び第２の冷凍サイクルは、それぞれ圧縮機、凝縮器、膨張弁と上記蒸発器とから構成され、これらは冷媒を通流する配管で接続されて閉ループを形成している。上記電子機器装置は、上記圧縮機の回転数と膨張弁の弁開度を制御する制御部と、正面ドアと背面ドアの開閉を検知する検知部を有しており、検知部より正面ドアまたは背面ドアの開閉が検知されると、上記制御部はドア開閉検知出力に基づき背面ドア内に設けられた第２の蒸発器の冷媒蒸発温度が正面ドア内に設けられた第1の蒸発器の冷媒蒸発温度以下となるように上記第１の冷凍サイクルと第２の冷凍サイクルを所定時間制御する。すなわち、正面ドアまたは背面ドアの開閉によって、電子機器装置が設置された周囲環境（外部環境）からサーバ等の電子機器が収納された収納部に外気が導入されると、上記制御部は圧縮機の回転数と膨張弁の弁開度を調整し、第1の冷凍サイクルと第２の冷凍サイクルにより除湿運転を所定時間行う。
【００１４】
これにより、仮に電子機器装置が高温、多湿の外部環境条件下の場所に設置され場合であっても、外部から導入される高温、多湿の外気は、冷媒蒸発温度の低い背面側の第２の蒸発器と冷媒蒸発温度の高い第１の蒸発器において熱交換により冷却、除湿され、サーバ等の電子機器での結露発生を防止できる。
【００１５】
以下図面を用いて本発明の実施例を具体的に説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の第1実施例の電子機器装置の外観斜視図である。図２は、本発明の第１実施例の電子機器装置の断面図である。図２において実線の矢印は収納部５内を循環する空気の流れを、白抜き矢印はラジエータユニット６を通過する空気の流れを、点線は制御部200の信号線を示している。図３は、背面側ドアの拡大断面図である。図1では、正面側ドア2及び背面側ドア3を開いた状態を示している。電子機器装置100の筐体はラックキャビネット1と正面側ドア2と背面側ドア3とより構成される。正面側ドア2には蒸発器11a（第１の蒸発器）とファン12aとが内蔵され、背面側ドア3には蒸発器11b（第２の蒸発器）とファン12bとが内蔵され、蒸発器11a，11bは筐体内を循環する空気と熱交換可能となっている。また正面側ドア2と背面側ドア3は開口部15を備えている。ラックキャビネット1には、ラジエータユニット6と、サーバ収納部5と、圧縮機室14が設けられている。収納部5内には、ダクト4が上下に設けられ、それ以外のスペースには発熱体である電子機器としてサーバ7が搭載されている。なお、以下では、発熱体である電子機器としてサーバを例に説明にするがこれに限られるものではなく、記憶装置、ネットワーク機器等も発熱体である電子機器に含まれる。また、ここでは複数のサーバ7を積層して配置しているが、収納部5内の一部に単独で配置してもよい。サーバ7にはそれぞれ送風機16が設けられており、周囲の空気を通流させることで、内部の発熱部品を冷却可能としている。ダクト4は正面側ドア2及び背面側ドア3を閉じたとき、正面側ドア2に設けられ蒸発器11aが配置された流路2aと、背面側ドア3に設けられ蒸発器11bが配置された流路3aとをつなぐ構成となっている。
【００１７】
ラジエータユニット6には、凝縮器9aと凝縮器9bが設置され、圧縮機室14には、圧縮機8a、圧縮機8ｂ、膨張弁10a、と膨張弁10bが設置されている。そして圧縮機8aと凝縮器9aと膨張弁10aとが配管により順次接続され、圧縮機8bと凝縮器9bと膨張弁10bとが配管により順次接続されている。圧縮機8aと凝縮器9aと膨張弁10aとは、正面側ドア2に内蔵した蒸発器11aに銅配管で接続され閉ループをなし、第一の冷凍サイクルRaを形成している。圧縮機8bと凝縮器9bと膨張弁10bとは、背面側ドア3に内蔵した蒸発器11bに銅配管で接続され閉ループをなし、第二の冷凍サイクルRbを形成している。本実施例の冷凍サイクルは、第一の冷凍サイクルRaと第二の冷凍サイクルRbとからなる二つの冷凍サイクルで構成されており、以下、正面側ドア2に設けられた蒸発器11aを含む第一の冷凍サイクルRaを正面側サイクルRa、背面側ドア3に設けられた蒸発器11bを含む第二の冷凍サイクルRbを背面側サイクルRbと呼ぶ。なお本明細書では、上記膨張弁を減圧装置と呼ぶ場合もある。
【００１８】
キャビネット1と正面側ドア2との接触面と、キャビネット1と背面側ドア3との接触面に、ドアの開閉を検知するセンサ17aおよび17bをそれぞれ設けている。ドアの開閉を検知するセンサ17a、17ｂは、磁気を検出することでドアの開閉を検知するドアススイッチである。なお、このドアスイッチは光を検出することでドアの開閉を検知する光センサを用いても良い。そして、図３に示されるように、蒸発器11bの下部にドレンパン18を備えており、ドレンパン18の底板は傾斜がついており、底板の凹部に水分検知センサ19が配置されている。水分検知センサ19は、ドレンパン18底部の水分のみ検知するため、上部をカバーでおおわれている。さらに、蒸発器11a，11bと膨張弁10a，10bとをつなぐ配管の一部と、蒸発器11a，11bと圧縮機8a，8bとをつなぐ配管の一部にフレキシブルチューブを用いている。
【００１９】
本実施例では、正面側サイクルを構成する圧縮機8a、凝縮器9a、膨張弁10a、蒸発器11と、背面側サイクルを構成する圧縮機8b、凝縮器9b、膨張弁10b、蒸発器11bとは、同じ性能を有する共通品を使用している。これにより、製造コストを低減でき、制御ソフトの作成も容易になる。また、故障などにより部品交換が必要となった場合でも、間違いを防ぐことができる。
【００２０】
圧縮機8は容量制御が可能な可変容量型圧縮機である。このような圧縮機としては、ピストン式、ロータリー式、スクロール式、スクリュー式、遠心式のものを採用可能である。具体的には、圧縮機8はスクロール式の圧縮機であり、インバータ制御により容量制御が可能で、低速から高速まで回転速度が可変である。この冷凍サイクル内にはＲ４１０Ａ冷媒が充填されている。なお、冷媒としてＲ４１０Ａ冷媒に替えて、例えば、ＨＦＯ１２３４ｙｆや、Ｒ１３４ａなども使用可能である。ラジエータユニット6には送風機18が設けられ、正面側ドア2及び背面側ドア3の上部に設けられた開口部から流入する外気と凝縮器9が熱交換可能な構成となっている。
【００２１】
また、電子機器装置100は、空気温度を検出するセンサとして、サーバ入気温度(収納部５への入気温度)を検出するセンサ20、外気温度を検出するセンサ25を備えている。  また、冷媒温度を検出するセンサとして、正面側サイクルRaには、冷媒の蒸発器入口温度を検出するセンサ23a、圧縮機吸込温度（冷媒の蒸発器出口温度）を検出するセンサ24aが、また背面側サイクルRbには、冷媒の蒸発器入口温度を検出するセンサ23b、圧縮機吸込温度（冷媒の蒸発器出口温度）を検出するセンサ24bが、それぞれ備えられている。本実施例の電子機器装置100は、上述した空気温度を検出する各センサと冷媒温度を検出する各センサが検出する温度を基に、圧縮機8a，8bの回転数及び膨張弁10a，10bの開度を調整する制御部200を備えている。ここで制御部200は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリで構成され、メモリに記憶されたプログラムを読み出し各種処理を実行する。制御部200は、後述する膨張弁10ａ，10ｂの弁開度と圧縮機8ａ，8ｂの回転数を制御信号として出力する。
【００２２】
次に冷媒の流れについて説明する。正面側サイクルRaの冷媒の流れと、背面側サイクルRbの冷媒の流れは同様であるため、以下では両者を区別することなく説明する。この場合、符号はa，bの添字を付けないものとする。圧縮機8で昇圧されて高温・高圧の気体となった冷媒は、凝縮器9を通過する過程で外気へ放熱し、気体から二相状態、液体へと相変化する。その後膨張弁10を通過し減圧されることで低圧の二相状態となった冷媒は、蒸発器11を通過する過程でサーバ収納部5内の空気から吸熱し、再び二相状態から気体へと相変化し、圧縮機8へと戻される。
【００２３】
次に電子機器装置100内を循環する空気の流れについて説明する。サーバ7の周囲の空気は、サーバ7に内蔵された送風機16によりサーバ7内部に取り込まれ、発熱電子部品の排熱により高温になる。サーバ7通過後は背面側ドア3に内蔵されたファン12bにより蒸発器11bを通過し、そこで一度目の冷却をされる。その後ダクト4へ移動した空気は、正面側ドア2に内蔵されたファン12aにより蒸発器11aを通過して二度目の冷却をされ、サーバ7の吸込側へ放出される。すなわち、第一の蒸発器11aで冷却された空気は、電子機器（サーバ７）を収納する収納部5を流れ、電子機器を冷却することにより暖められる。暖められた空気は第二の蒸発器11bで冷却された後、第一の蒸発器11aに戻る。このように、筐体内の空気は、第一の蒸発器11a、電子機器を収納する収納部5、第二の蒸発器11bを流れ、第一の蒸発器11aに戻って循環する循環流を形成する。
【００２４】
上述のように本実施例の電子機器装置100は、密閉した空間を循環する空気によりサーバ7を冷却するため、一度サーバ収納スペース内の湿度が、第一の蒸発器11aで冷却された空気が露点となる湿度以下であれることが確認されれば、サーバ収納部5内の空気の入れ替わりがない限りサーバ7に結露を生じさせることがない。つまり、サーバ収納部5内の空気の入れ替わりが生じる正面側ドア2もしくは背面側ドア3の開閉があった時に湿度の判定をおこなうことで、結露によるサーバの破損を防止することができる。本実施例では正面側ドア2もしくは背面側ドア3の開閉を検知し、通常の冷却モードと除湿モードとを切り換える制御をおこなう。
【００２５】
なお、上述のとおり本実施例の電子機器装置100は、収納部5内を循環する空気を蒸発器11a.11bで冷却し、サーバの排熱を凝縮器9a,9bより放熱する構造であるため、電子機器装置100を設置する場所、すなわち室内に別途冷却設備を設ける必要はない。図１に示されるように、凝縮器9a,9bより放出される排熱をダクト102を介して換気扇103により外部へ放出すればよい。これに対し既存のデータセンタは、周囲空気によりサーバを冷却し、サーバの排熱を周囲空気へ放熱する方式であるため、周囲空気をサーバの冷却に適した温度にまで冷却する冷却装置を別途設ける必要がある。この場合、図１に示される床面104に冷却空気の吹き出し口を設けるあるいは、天井部101に排熱吸入口を設ける等の付帯設備を導入する必要があり、これら付帯設備の導入コスト及び工事期間を必要とするものであった。
【００２６】
次に、制御部200による冷却モードにおける処理動作及び除湿モードにおける処置動作を説明する。
【００２７】
図４は冷却モードにおける制御系のブロック図である。電子機器装置100の制御系は、制御部200と、サーバ入気温度を検出するセンサ20と、外気温度を検出するセンサ25と、蒸発器入口における冷媒温度を検出する温度センサ23a，23bと、圧縮機の吸込み側における冷媒温度(蒸発器出口における冷媒温度)を検出する温度センサ24a，24bとを備える。尚、以下の説明では、各センサで測定される温度にもセンサと同じ符号を付けて説明する。サーバ入気温度20は、電子機器であるサーバ7を冷却するために収納部5に流入する空気の温度であり、蒸発器11aで冷却された空気の温度（蒸発器11aの出口空気温度）20である。
【００２８】
制御部200は、上記の各温度センサにより測定された温度データを取り込む。蒸発器入口温度センサ23aと蒸発器出口（圧縮機吸込）温度センサ24aとは、正面側サイクルRaに設けられている。蒸発器入口温度センサ23bと圧縮機吸込温度センサ24bとは、背面側サイクルRbに設けられている。
【００２９】
本明細書においては、予め設定されたサーバ入気温度の目標値に基づき筐体内を循環する空気を冷却する場合を例に説明する。このため、電子機器装置100を設置する部屋の室温に関係なく、電子機器装置100内に配置したサーバ7等の発熱体である電子機器を所望の温度の冷却空気で冷却することができる。
【００３０】
電子機器装置100の制御系は、各温度センサで測定した温度と目標サーバ入気温度とを用いて、後述の制御フローに従い、膨張弁10a，10bの開度と圧縮機8a，8bの回転数とを制御する。圧縮機8a，8bはインバータによって駆動される可変速タイプの圧縮機である。尚、膨張弁10aと圧縮機8aとは正面側サイクルRa（第１の冷凍サイクル）に設けられ、膨張弁10bと圧縮機8bとは背面側サイクルRb(第２の冷凍サイクル)に設けられている。
【００３１】
図５は冷却モードにおける動作を説明するフローチャートである。電子機器装置100に電源が投入されると、制御部200は、ユーザの設定した目標サーバ入気温度を制御部200内の図示しないメモリより読み出すと共に、センサ20及びセンサ25により測定されたサーバ入気温度と外気温度を取得する(ステップS101)。次に、取得された目標サーバ入気温度に基づいて2台の圧縮機8ａ，8bの回転数と膨張弁10a,10bの開度を演算により求め(ステップS102)、求めた回転数と弁開度にて圧縮機8a,8bと膨張弁10a,10bの運転制御を開始する(ステップS103)。その後、背面側サイクルRbの過熱度（圧縮機吸込温度24b-蒸発器入口温度23b）を算出し、求めた背面側過熱度が目標値と一致するか判定する(ステップS104)。否であれば背面側膨張弁10bの開度を調整し上記ステップS104に戻る(ステップS107)。ステップS104で一致判定されると次に正面側サイクルRaの過熱度（圧縮機吸込温度24a-蒸発器入口温度23a）を算出し、求めた正面側過熱度が目標値と一致するか判定する（ステップS105）。否であれば正面側膨張弁10aの開度を調整しステップS104へ戻る(ステップS108)。ここで、ステップS104及びステップS105における目標値は、正面側サイクルRaの蒸発器入口の冷媒温度23aが背面側サイクルRbの蒸発器入口の冷媒温度23b以下となるよう設定される。ステップS105で一致判定されるとサーバ入気温度が目標値と一致するか判定する(ステップS106)。否であれば正面側サイクルRaの圧縮機8a及び背面側サイクルRbの圧縮機8bの回転数を調整し上記ステップS104へ戻る。ステップS106で一致判定されると運転を継続する。本実施例では、正面側サイクルRaの圧縮機8a及び面側サイクルRbの圧縮機8bの回転数の調整量は同回転数としている。また、上記一致判定の対象となる目標値は所定の範囲の値として設定されるものであってもよい。
次に、除湿モードについて説明する。図６は除湿モードにおける制御系ブロック図である。図４の冷却モードと同様のブロックについては説明を簡略化する。電子機器装置100の制御系は、制御部200と、サーバ入気温度を検出する温度センサ20、外気温度を検出する温度センサ25、蒸発器入口における冷媒温度を検出する温度センサ23a，23b、正面側蒸発器出口における冷媒温度を検出する温度センサ24aとを備える。
【００３２】
電子機器装置100の制御系は、各温度センサで検出した温度、目標サーバ入気温度と目標サーバ湿度、目標サーバ入気温度と目標サーバ湿度に基づき算出される結露温度を用いて、後述の制御フローに従い、膨張弁10a，10bの開度と圧縮機8a，8bの回転数とを制御する。
【００３３】
図７は除湿モードにおける動作を説明するフローチャートである。センサ17a及び17bにより正面側ドア2もしくは背面側ドア3の開閉が検知されると、制御部200は電子機器装置100の制御を冷却モードから除湿モードへ切り替える。制御部200は予めユーザにより設定された目標サーバ入気温度および目標サーバ湿度を制御部200内の図示しないメモリより読み出すと共に、センサ20及びセンサ25より測定されたサーバ入気温度及び外気温度を取得する (ステップS201)。取得された目標サーバ入気温度と目標サーバ湿度に基づき結露温度と2台の圧縮機8a,8bの回転数と膨張弁10a,10bの開度を演算により求め(ステップS202)、求めた回転数と開度により圧縮機8a,8bと膨張弁10a,10bの運転制御を開始する(ステップS203)。ここで結露温度とは、ユーザが想定する目標サーバ湿度と目標サーバ入気温度に基づき算出される露点温度である。この結露温度は以下に説明する空気線図によって求められる。図８は結露温度を算出るための空気線図である。図８では複雑な空気線図を簡略化して記載しており、制御部200は図示しないメモリに予めこの空気線図を記憶している。例えば、目標サーバ入気温度が25℃で目標サーバ湿度が30％である場合、制御部200は空気線図中、絶対湿度30％、相対温度25℃とし飽和度100％のときの露点温度である結露温度は6.2℃となる。
その後、背面側サイクルRbの蒸発温度（冷媒の蒸発器入口温度）が上記結露温度と一致するか判定する (ステップS204)、否であれば背面側膨張弁10ｂの開度を調整しステップS204へ戻る(ステップS207)。一致判定されると、正面側サイクルRaの過熱度（圧縮機吸込温度24a-蒸発器入口温度23a）が目標値と一致するか判定する（ステップS205）。否であれば正面側膨張弁10aの開度を調整しステップS204へ戻る。ここでステップS204及びステップS205における目標値は、背面側サイクルRbの蒸発器入口の冷媒温度23bが正面側サイクルRaの蒸発器入口の冷媒温度23a以下となるよう設定される。ステップS205で一致判定されるとサーバ入気温度が目標値と一致するか判定する(ステップS206)。否であれば正面側サイクルRaの圧縮機8a及び背面側サイクルRbの圧縮機8bの回転数を調整しステップS204へ戻る。ステップS206で一致判定されると所定時間運転が継続される。ここで所定時間とは、収納部5の体積または循環する空気の流量により定まる除湿運転時間であり、本実施例では一例として120秒としている。120秒経過後、上述の冷却モードに切り換える。なお、本実施例では、上述の冷却モードと同様に正面側サイクルRaの圧縮機8a及び面側サイクルRbの圧縮機8bの回転数の調整量は同回転数としている。また、上記一致判定の対象となる目標値は所定の範囲の値として設定されるものであってもよい。
【００３４】
尚、上述の除湿モードにおいて、水分検知センサ19が、蒸発器11bの下部に設けられたドレンパン18の液面を検知、すなわちドレンパン18内の水量を検知し、ドレンパン18内の水量が所定量以上になるとアラーム音等の警報を発するよう構成されている。
【００３５】
本実施例によれば以下に記載する効果を得ることができる。
【００３６】
除湿モードでは背面側サイクルRbの蒸発器11bで一定時間収納部5内の空気を結露温度に冷却することで、収納部5内の空気が目標湿度よりも高い場合には、蒸発器11bで結露し、ドレンパン18へ水分が溜められる。ドレンパン18に一定量以上の水分が溜まり、水分検知センサ19が水分を検知すると、警報を発する構成であるため、除湿モード中、サーバ7に結露するという不都合が生じない。
【００３７】
また、本実施例の電子機器装置100は、除湿モード終了後に冷却モードへ切り換えることにより、収納部5内の空気を効率的に冷却することができる。すなわち、背面側サイクルRbの蒸発器11bと正面側サイクルRaの蒸発器11aの二段階で冷却をおこなうことで、キャビネット内を循環する空気は、発熱体であるサーバ7の直前で最も低温となる。このため、周囲の空気への熱の漏洩が少なく、従来技術に開示される下段で冷気を生成する場合と比較して、圧縮機の入力を少なくすることができ、サーバ7の冷却が効率よく行われ、消費電力を大幅に抑えることが可能である。
【００３８】
また、本実施例の電子機器装置100は、発熱体であるサーバ7を収納する収納部5を挟み込むように、正面側ドア2に蒸発器11aを、また背面側ドア3に蒸発器11bを設け、蒸発器11a，11bに設けられた送風機12a，12bにより、背面側サイクルRbの蒸発器11bの面で排熱を吸込み、正面側サイクルRaの蒸発器11aの面で冷風を吹出す構造となっている。これにより、発熱体であるサーバ7は、収納部5およびダクト4という密閉された空間を循環する空気により冷却されるため、設置場所の状況に関わらず粉塵や湿気も同時に取り込んでしまう虞がない。また、収納部5内に複数のサーバ7を積層して収容した場合にも、下層と上層に温度分布が生じることなく均一に冷却することができるため、上層のサーバも十分に放熱することが可能となり、電子機器の信頼性を確保することができる。
【００３９】
また、本実施例の電子機器装置100は、背面側サイクルRbと正面側サイクルRaにインバータ圧縮機8a,8bを搭載している。これにより、発熱量の変化量が大きくなった場合でも、変化量に追従して冷却過剰や冷却不足を抑制した運転が可能となるため、従来技術に記載の装置と比較し、収納部5内に搭載できるサーバ7の数を増加させることができる。
【００４０】
また、一般にサーバ7等の発熱体である電子機器は、保守・点検のために定期的にメンテナンスをおこない、その際正面側ドア2または背面側ドア3を開放する。本実施例に記載の電子機器装置100は、蒸発器11と膨張弁10とをつなぐ配管の一部と、蒸発器11と圧縮機8とをつなぐ配管の一部をフレキシブル配管としているために、ドアを開く場合でも連続して運転可能で、メンテナンスの度に装置の運転を停止するという不都合が生じない。
【００４１】
以上のとおり、本実施例の電子機器装置100は、設置する周囲の環境が高温、高湿の環境である場合や、複数のサーバ7を積層させるような収納部5内の最大発熱量が大きい場合でも、収納部5内を均一に冷却し、かつ、筐体内の結露を防止可能な、省エネ性および信頼性の高い電子機器冷却装置を提供することができる。
【実施例２】
【００４２】
図９は本発明の第２実施例の電子機器装置の断面ブロック図である。図１０はドアの開閉を検知する制御系のブロック図である。図９において実線の矢印は収納部5内を循環する空気の流れを、また白抜きの矢印はラジエータ6を通過する空気の流れを示している。図９の電子機器装置のうち、上述の実施例１と同一の構成には同一の符号を付し一部説明を省略する。実施例１と異なる点は、ラックキャビネット１の下部にラジエータユニット６を配置し、第１の冷凍サイクルと第２の冷凍サイクルで凝縮器と圧縮機を共用化しこれらをラジエータユニット６内に設けたことにある。
【００４３】
本実施例の電子機器装置の筐体は、ラックキャビネット1と、正面側ドア2と、背面側ドア3とを備えている。正面側ドア2には蒸発器11aとファン12aとが内蔵され、背面側ドア3には蒸発器11bとファン12bとが内蔵され、蒸発器11a，11bは筐体内を循環する空気と熱交換可能となっている。ラックキャビネット1にはラジエータユニット6とサーバ収納部5とダクト4とが設けられ、収納部5内には、発熱体である電子機器としてサーバ7が搭載されている。なお、以下では、発熱体である電子機器としてサーバを例に説明にするがこれに限られるものではなく、記憶装置、ネットワーク機器等も発熱体である電子機器に含まれる。
【００４４】
ラジエータユニット6には、一つの圧縮機8’と、一つの凝縮器9と、二つの分岐部16a，16bと、二つの膨張弁10a，10bとが設けられている。分岐部16aと分岐部16bとの間には、正面側ドア2に内蔵した蒸発器11aと背面側ドア3に内蔵した蒸発器11bとが並列に接続され、二つの冷凍サイクルRa'，Rb'が形成されている。
【００４５】
第一の冷凍サイクル（正面側サイクル）Ra'は、冷媒が圧縮機8’から凝縮器9’、分岐部16a、膨張弁10a、蒸発器11a、分岐部16bを経て圧縮機8’に戻るサイクルによって構成される。また、第二の冷凍サイクル（背面側サイクル）Rb'は、冷媒が圧縮機8’から凝縮器9'、分岐部16b、膨張弁10b、蒸発器11b、分岐部16bを経て圧縮機8’に戻るサイクルによって構成される。本実施例では、正面側サイクルRa'と背面側サイクルRb'との二つの冷凍サイクルが構成されているが、圧縮機8’（インバータを含む）と凝縮器9とは二つの冷凍サイクルで供用される。なお、図９中制御部200を省略しているが、制御部200は、ラジエータユニット６内に配置され、圧縮機8’、膨張弁10a,10bと信号線で接続され圧縮機8’の回転数及び膨張弁10a,10bの開度を制御する。
【００４６】
また電子機器装置は、実施例１に記載のセンサに加えて、空気温度を検出するセンサとして排気温度センサ21を備えている。本実施例では、電子機器装置のドアの開閉検知を、サーバ入気温度センサ20、排気温度センサ21、ダクト内温度センサ22、外気温度センサ25の温度および変化量に基づき判断するものとしている。
【００４７】
次に冷媒の流れについて説明する。圧縮機8’で昇圧されて高温・高圧の気体となった冷媒は、凝縮器9’を通過する過程で外気へ放熱し、気体から二相状態、液体へと相変化する。その後、分岐部16aで2つの流路に分岐し、一方の流路は膨張弁10aを、もう一方の流路は膨張弁10bを通過し、減圧される。これにより低圧の二相状態となった冷媒は、蒸発器11aまたは蒸発器11bを通過する過程でサーバ収納室5内の空気から吸熱し、再び二相状態から気体へと相変化し、分岐部16bで1つの流路となって圧縮機8’へと戻される。
【００４８】
次に冷却モードについて説明する。本実施例においても、実施例１と同様に、背面側サイクルRb'の過熱度は蒸発器11bの出入口温度差に、正面側サイクルRa'の過熱度は蒸発器11aの出入口温度差となる。正面側サイクルRa'の膨張弁10aは実施例１と同様に蒸発器11aに接続する膨張弁10aであり、背面側サイクルRb'の膨張弁10bは実施例１と同様に蒸発器11bに接続する膨張弁10aであり、符号を同じにしてある。しかし、二つの冷凍サイクルに対して圧縮機は一つであるために、サーバ入気温度が目標値から外れていた場合には、圧縮機8’の回転数のみを調整する。
【００４９】
図１０に示される電子機器装置のドアの開閉を検知する制御系は、制御部200と、サーバ入気温度を検出するセンサ20と、発熱体であるサーバ７からの排気温度を検出するセンサ21と、ダクト4内の温度を検出するセンサ22と、外気温度を検出するセンサとを備えている。
【００５０】
次に除湿モードについて説明する。正面側ドア2が開いた場合、サーバ入気温度20とダクト内温度22が外気温度25に近い値を示し、同時に正面側サイクルRa’の過熱度が変化する。また、正面側ドア2が閉じた場合には、サーバ入気温度20とダクト内温度22に温度差が生じる。同様に、背面側ドア3が開いた場合、サーバ排気温度21とダクト内温度22が外気に近い値を示し、同時に背面側サイクルRb’の過熱度が変化する。また、背面側ドア3が閉じた場合には、排気温度21とダクト内温度22に温度差が生じる。このように制御部200は上記センサの変化量を検知することで正面側ドア2及び背面側ドア3の開閉を検知することが可能である。ドアの開閉を検知した後、除湿モードへ移行するが、除湿モードでの制御は実施例1と同様である。
【００５１】
本実施例の電子機器冷却装置は、圧縮機と凝縮器がそれぞれ一台で構成されているため、実施例１に記載の効果に加え、製造コストを抑制することができる。また、ドアの開閉を検出するセンサとして磁気を検出するドアスイッチではなく温度センサを用いているため、ドアの開閉などによる外部からの衝撃が加わりにくく、故障しにくい。このため、長期間の使用においてもドアの開閉を確実に検出することができ、検出ミスによる信頼性の低下を抑制できる。
【００５２】
本実施例においてはラックキャビネット１の下部に設けられたラジエータユニット６内に凝縮器9’を配置する例を説明したが、これに限られるものではなく、例えば、実施例１ように２つの凝縮器9a,9bをラックキャビネット１の上部に設けられたユニット内に配置し、圧縮機室14内の圧縮機を１つの圧縮機8’で共用化し、分岐部16a,16bを圧縮機室14内に設ける構成としてもよい。
【００５３】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細にしたものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００５４】
1  ラックキャビネット
2  正面側ドア
3  背面側ドア
4  ダクト
5  収納部
6  ラジエータユニット
7  サーバ(発熱体)
8a，8b  圧縮機
9a，9b  凝縮器
10a，10b  膨張弁
11a，11b 蒸発器
12 ドアファン
13 ラジエータファン
14 圧縮機室
15 開口部
16 分岐部
17 ドア開閉検知センサ
20 サーバ入気温度センサ
21 排気温度センサ
22 ダクト内温度センサ
23 蒸発器入口温度センサ
24 圧縮機吸込温度センサ
25 外気温度センサ
100  電子機器装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2015005677.tif 000009
【図８】
2015005677.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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