(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱機器を収容するラックからなるラック列と、
密閉空間を形成し、該密閉空間が前記ラック列によって第１の空間と第２の空間とに区画された空調カプセルと、
前記空調カプセル内に配置され、前記空調カプセル内に密閉された空気から脱酸素を行い、前記空気よりも比熱の大きい気体とする脱酸素手段と、
前記気体を取り込む口と冷却した該気体を吹き出す口とを前記第１の空間と前記第２の空間とにそれぞれ接続し、該気体を前記ラック列の内部を通過させて前記空調カプセル内に循環させる空調機と、
前記空調カプセル内に酸素を供給する酸素供給手段と、
前記空調カプセル内の酸素濃度を計測する酸素濃度計測手段と、
前記空調カプセル内の人の存在を感知する人感知センサ手段と、
前記空調機の運転を停止する場合には、前記酸素濃度計測手段により計測される酸素濃度が所定値になるまで、前記酸素供給手段で酸素を供給させ、前記空調機の運転を開始する場合には、前記人感センサ手段の感知結果と、前記空調カプセルの出入り扉の開閉チェック結果に基づいて、前記出入り扉を施錠するとともに、前記脱酸素手段で脱酸素を行う制御手段とを有することを特徴とする空調システム。
【請求項２】
前記脱酸素手段は、前記密閉空間内の前記気体からの脱酸素を継続して行ない、
前記空調機は、前記脱酸素手段により前記気体の脱酸素を行いながら該気体を前記空調カプセル内に循環させることを特徴とする請求項１に記載の空調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調システムおよび空調方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
サーバや通信機器等を多数収容するデータセンター等においては、これらの機器によって発生する熱がサーバなどの誤動作や故障の一因となっている。このため、データセンターでは、室内の温度を所定の温度に保つための空調システムが不可欠な装備となっている。
【０００３】
図８はデータセンター１０の空調システムの一例を示すもので、データセンター１０は二重床構造を成し、室内空間２０と床下空間３０とに区画されている。空調機４０は室内空間２０に設置され、室内空間２０からサーバなどによって暖められた空気を取り込み、熱交換器により冷却して床下空間３０に冷気を吹き出す構造が一般に知られている。
【０００４】
サーバ等の電子機器はラックに収容されてラック列５０を成し、ラックの前面から冷気を取り込み、背面および上面から暖められた暖気を排出するようになっている。各ラック列５０は前面が同一面となるように揃えられ、互いのラック列は前面同士、および背面同士が向き合う形に配置されている。ラック列の向かい合う前面で構成される床はコールドアイルを形成し、床下空間３０と連通するグリル構造となっている。ラック列５０はグリル構造の床を介して冷気を取り込むようになっている。
【０００５】
図８に示すデータセンター１０の冷気と暖気の流れは、図９に示される。図９（ａ）は、データセンター１０を上方から見た図で、図９（ｂ）は図９（ａ）におけるＡ−Ａ’断面で見た図である。両図に示されるように、冷気は空調機４０から床下空間３０に吹き出され、グリル３１を通ってラック列５０前面が向き合うコールドアイル２１に吹き出る。コールドアイル２１に吹き出た冷気は、ラック内部のファンによりラック列５０前面から吸い込まれ、上面または背面に抜けることになる。冷気がラック内を通るとき、ラック内に収容した電子機器によって暖められ（電子機器は冷やされることになる）、暖気となって上面または背面に抜ける。ラック列５０の背面側は暖気で満たされたホットアイル２２を構成することになる。ホットアイル２２の暖気は天井に突き当たり、リターンとなって空調機４０に取り込まれる。なお、図９（ａ）および図９（ｂ）に示した白抜きの矢印は冷気を、黒色の矢印は暖気を示している。
【０００６】
図９に示されるようにコールドアイル２１とホットアイル２２は、室内空間２０ではラック列５０によって区画されるが、ラック列５０上方の天井の空間、およびラック列５０端部と室内空間２０の壁との空間はパーティションなどで仕切ってないので、この空間では冷気と暖気は混ざり合っていることになる。このため、冷気と暖気とが混入しないように、室内空間をラック列と仕切板で仕切って冷気通路を形成し、ラックの上下面から冷気を導入して側面から排気することが知られている。
【０００７】
データセンターにおける空調システムで消費される電力は、データセンター全体の消費電力の約３割を占めると言われており、省電力化が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−７１４８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記したように、従来の空調方式では二重床としてコールドアイルとホットアイルを形成して冷気と暖気の流れを作り室内空間の温度制御をしていた。しかしながら、ラックからの発熱は偏在していること、室内天井や室内側壁における空間では必ずしも冷気あるいは暖気の流れは均一ではなく、室内空間において局所的な高温エリアを生じそこでの熱交換が起こって空調効率を下げていた。
【００１０】
仕切り板により冷気通路を形成することは、冷気の流れを均一とし、空調効率を上げる有効な手段と考える。しかし、仕切り板の密閉性が低いため冷気と暖気の混入は避けられず、空調効率をより効率化することが求められている。
【００１１】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、効率よく空調できる空調システム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】
【００１２】
発明の一観点によれば、所定の気体を取り込み、その気体を冷却して吹き出す空調機と、発熱機器を収容するラックからなるラック列と、密閉空間を形成し密閉区間がラック列によって第１の空間と第２の空間とに区画された空調カプセルとを有し、空調機は気体を取り込む口と冷却した気体を吹き出す口とを第１の空間と第２の空間とにそれぞれ接続し、気体をラック列の内部を通過させて空調カプセル内に循環させる、空調システムが提供される。
【００１３】
また、発明の別の一観点によれば、密閉空間を形成し密閉空間が発熱機器を収容するラック列によって第１の空間と第２の空間とに区画された空調カプセルに、空調機によって冷却された所定の気体をラック列の内部を通過させて循環する、空調方法が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
所定の気体をラック列により区画したカプセルの密閉空間に循環させるようにしたので、冷気と暖気が混合することがなく、空調効率を向上できる。また、所定の気体に空気より比熱の大きい気体を用いることでより効率よく冷却できる。このため、大きな熱源を備えるデータセンター等における空調システムの省電力化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１の空調システムの構造例（その１）を示す図である。
【図２】実施例１の空調システムの構造例（その２）を示す図である。
【図３】空調カプセル内の冷気と暖気の流れ（その１）を示す図である。
【図４】空調カプセル内の冷気と暖気の流れ（その２）を示す図である。
【図５】メンテナンス時の運転制御フロー例を示す図である。
【図６】空調システムの配置例を示す図である。
【図７】実施例２の空調システムの構造例を示す図である。
【図８】従来のデータセンターの空調例を示す図である。
【図９】従来のデータセンターにおける冷気と暖気の流れを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（実施例１）
本発明の空調システムの実施例１を説明する。まず、空調システム１００の構成を図１と図２を用いて説明する。
【００１７】
図１（ａ）は空調システム１００の外観を示し、図１（ｂ）は図１（ａ）の内部を透視した図である。両図に示されるように、空調システム１００は、空調カプセル２００とラック列３００、空調機４００およびダクト５００を主要構成とする。
【００１８】
空調カプセル２００の室内空間２１０は、２列のラック列３００でコールドアイル２１１とホットアイル２１２に区画されている。２列のラック列３００は前面同士が向き合い、その間の空間がコールドアイル２１１である。ラック列３００の背面と空調カプセル２００の側壁とのなす２カ所の空間がホットアイル２１２である。
【００１９】
ラック列３００の上面は空調カプセル２００の天井に突き当たり、コールドアイル２１１とホットアイル２１２とのそれぞれの空間を分離している（即ち、ラック列３００の上方に天井空間は存在しない）。また、ラック列３００の長手方向の一方の側面（図１の左側の側面）は空調カプセル２００の側壁に突き当たり、他方のラック列３００の側面（図１の右側の側面）の一部は空調機４００の前面の一部に突き当たり、コールドアイル２１１とホットアイル２１２とを完全に分離している。ラック列３００の側面と空調カプセル２００の側壁の突き当たり部分、およびラック列３００の側面と空調機４００との突き当たり部分はパッキンによりシールし、隙間を生じないようにしている。
【００２０】
空調機４００は側面から気体を吸込み、前面に吹き出す構造になっている。このため、空調機４００の側面はダクト５００を介してホットアイル２１２の空間から暖気を吸込み、空調機４００の前面からコールドアイル２１１に冷気を吹き出すようになっている。コールドアイル２１１の冷気は、ラック内部に設置しているファンにより吸い込まれて暖気となってホットアイル２１２に抜け、ダクト５００を通って空調機４００の側面にリターンすることになる。これらの冷気と暖気の気体の通る通路は、前述のようにパッキンによりシールしているので冷気と暖気が混ざり合うことはない。空調システム１００では、このシールした空間に窒素やヘリウム等の空気より比熱の大きい気体（ここでは、冷却気体と言うことにする）を封じ込め、循環させている。
【００２１】
次に、図２を用いて空調システム１００のより詳細な構成を説明する。図２は空調カプセルを上方から見た図である。図２に示されるように、空調カプセル２００はコールドアイル２１１とホットアイル２１２のそれぞれの空間に出入りできる扉２２０を備える。扉２２０も、閉じた時に内部の気体が漏れないようにパッキンでシールされている。また、空調カプセル２００のコールドアイル２１１とホットアイル２１２の室内空間には、人感知センサ（Ｓ）７００、酸素濃度計（Ｍ）７１０、脱酸素ポンプ（ＯＰ）７２０および酸素ボンベ（Ｏ２）７３０を備える。図２では１つのホットアイル２１２にこれらの装置を配置しているが、この位置に限定されるものではなく、他のホットアイル２１２、あるいはコールドアイル２１１に配置するようにしてもよい。但し、人感知センサ（Ｓ）７００はそれぞれの空間に配置される。
【００２２】
人感知センサ（Ｓ）７００は、コールドアイル２１１とホットアイル２１２の空間内の人の存在を感知するセンサである。本実施例では、人感知センサ（Ｓ）７００は図示しない制御装置と接続しており、サーバなどのメンテナンス終了時の空調システム１００の運転開始の際に、コールドアイル２１１とホットアイル２１２の空間に人のいないことをチェックした後、扉２２０の鍵の施錠を行い、脱酸素ポンプ（ＯＰ）７２０と空調機４００の運転を行なうようになっている。
【００２３】
酸素濃度計（Ｍ）７１０は、例えば隔膜ガルバニ電池式の酸素濃度計で空調カプセル２００内の酸素濃度を計測する。サーバなどのメンテナンス時に人が空調カプセル２００内に入ることになるが、酸欠にならないように空調カプセル２００内の酸素濃度をチェックして入室するものである。酸素濃度計（Ｍ）７１０も図示しない制御装置に接続しており、酸素ボンベ（Ｏ２）７３０の噴射により酸素濃度が所定の濃度以上にならないと扉２２０の鍵の開錠がなされないことになっている。
【００２４】
脱酸素ポンプ（ＯＰ）７２０は、脱酸素剤のフィルタを設置したガス循環式のポンプで、脱酸素ポンプ（ＯＰ）７２０の周辺の空気を吸込み、脱酸素剤に酸素を吸着させ、脱酸素化された空気を排気するものである。空調機４００を運転して空調カプセル２００内の空気を循環させながら脱酸素ポンプ（ＯＰ）７２０を運転することで、空調カプセル２００内の空気は脱酸素化され窒素雰囲気となる。
【００２５】
酸素ボンベ（Ｏ２）７３０は、人が入る場合に空調カプセル２００内に酸素を噴射する。
【００２６】
続いて、空調システム１００における冷気と暖気の流れについて説明する。図３は、図１（ｂ）で示したように内部が透視できるように描いた図で、図３（ａ）は冷気の流れ（白抜きの矢印）を示している。即ち、空調機４００の前面から出た冷気は、コールドアイル２１１に吹き出している。また、図３（ｂ）は暖気の流れ（黒色の矢印）を示し、ホットアイル２１２の空間の暖気が、ダクト５００を介して空調機４００の側面に取り込まれている状態を示している。ホットアイル２１２の空間には、コールドアイル２１１からの冷気がラック列３００を抜けて熱せられ、暖気となって吹き出されたものである。
【００２７】
図３に示す冷気と暖気の流れを、平面図で示したものが図４（ａ）であり、図４（ａ）のＢ−Ｂ’の断面図で示したものが図４（ｂ）である。図４（ａ）ではコールドアイル２１１の冷気がラック列３００の各ラックの中を抜けて暖気に変わり、空調機４００の側面に吸い込まれている（空調機４００から見れば取り込んでいる）状態を示している。また、図４（ｂ）ではコールドアイル２１１に吹き出した冷気がラック列３００の中を抜け、暖気となってホットアイル２１２に出る状態を示している。
【００２８】
前述したように、ラック列３００と空調カプセル２００の天井、および側壁との間に空間がないため、全ての冷気がラックの中を通過するので、無駄な熱交換が行なわれることなくラックに収容した発熱機器を効率よく冷却できる。また、本実施例では脱酸素ポンプ（ＯＰ）７２０により空気から酸素を取り除いて窒素の気体として空気より比熱の大きい気体とし、密閉した空間を循環させているので発熱機器を効率よく冷却できる。窒素の比熱（１．０３４Ｊ／ｇ・Ｋ）は空気の比熱（１．００６Ｊ／ｇ・Ｋ）に較べて３％大きく、ほぼその分の冷却効率を高めることができる。
【００２９】
次に、メンテナンス時における空調システム１００の運転制御フローについて説明する。図５に示すフローは、例えば図２に示す扉２２０の外側近傍に図示しない空調システム１００のオン／オフを行なう空調機運転スイッチをメンテナンス要員が操作し、その操作に基づいて図示しない制御装置が処理を行なう流れを示したものである。
【００３０】
まず、メンテナンス要員による空調機運転スイッチの操作を検知し、制御装置はその操作が空調システム１００の「ＯＮ」か「ＯＦＦ」かを調べる。サーバなどのメンテナンスを行なう場合は、空調システム１００を「ＯＦＦ」とし、メンテナンスを終了して空調システム１００の運転を再開する場合は「ＯＮ」操作が行なわれることになる（Ｓ１、Ｓ２）。
【００３１】
スイッチ操作が「ＯＦＦ」であった場合に、脱酸素ポンプ（ＯＰ）７２０の運転を停止する。そして、酸素ボンベ（Ｏ２）７３０を開いて酸素を噴射し、酸素濃度計（Ｍ）７１０により空調カプセル２００内の酸素濃度を計測する。酸素濃度が所定値（例えば、２０％）以下であれば酸素ボンベ（Ｏ２）７３０の噴射を継続し、酸素濃度計（Ｍ）７１０により酸素濃度を計測する。酸素濃度の計測は、例えば５秒間隔で計測する。この間、空調機４００は運転を続けており、空調カプセル内の冷却気体を循環させている（Ｓ３〜Ｓ６）。
【００３２】
酸素濃度が所定値を超えたところで酸素の噴射を停止すると共に、空調機４００の運転停止する。扉２２０を開錠し、メンテナンス要員の入室を可とする（Ｓ７〜Ｓ９）。
【００３３】
スイッチ操作が「ＯＮ」であった場合に、人感知センサ（Ｓ）７００の出力を調べ、空調カプセル２００内に人がいないことを確認する（図２に示す３個の人感知センサ（Ｓ）７００センサのいずれもが人不在であることを確認する）。空調カプセル内に人が居ることが感知されれば、例えばブザー等の報知によるアラームを出力し、退出するまで報知を続ける。続いて、３つの扉２２０の開閉をチェックし、扉２２０が開いているようであれば同様にアラームを出力する（Ｓ１０〜Ｓ１２）。
【００３４】
扉２２０が閉じた状態にあることが確認されると、扉２２０の施錠を行い、空調機４００の運転を開始する。続いて脱酸素ポンプ（ＯＰ）７２０を動かす。脱酸素ポンプ（ＯＰ）７２０の始動により、空調カプセル２００内の空気は徐々に窒素に変わる。以降、空調機運転スイッチの操作が行なわれるまで、空調機４００と脱酸素ポンプ（ＯＰ）７２０の運転は継続される。なお、ここでの「空調機の運転」には空調カプセル内の温度制御を含んでいるものとする（Ｓ１３〜Ｓ１５）。
【００３５】
次に、空調システム１００をデータセンターに配置した例を説明する。図６は、６台の空調システム１００をデータセンターに配置した例を示している。サーバ等の増設に際しては、空調システム１００単位で増設すれば良い。
【００３６】
本実施例では、ラック列３００を２列としたがこれに限定されるものではない。また、
本実施例では、空調カプセル２００とダクト５００を別の物として扱ったが、これらを一体化したものを空調カプセルとしてもよい。
【００３７】
（実施例２）
実施例１では冷却気体として窒素を用いたが、実施例２ではヘリウムを用いた例を説明する。図７は実施例２における空調システム１０１の構造を示す図で、図７（ａ）は外観図を示し、図７（ｂ）は平面図を示している。
【００３８】
これらは実施例１との比較で分かるように、実施例２の空調システム１０１は、実施例１の脱酸素ポンプ（ＯＰ）７２０と酸素ボンベ（Ｏ２）７３０に替わって、排気ポンプ（Ｐ）７４０と空気導入シャッター（Ａ）７５０、およびヘリウムボンベ（Ｈｅ）７６０を備えることである。他は実施例１と同様である。
【００３９】
空調システム１０１の運転に当たって、空調機４００を始動する前に空調カプセル２００内の空気を排気ポンプ（Ｐ）７４０により排気する。所定の真空度となったところで、ヘリウムボンベ（Ｈｅ）７６０からヘリウムガスを噴射し、空調カプセル２００にヘリウムを充填する。即ち、空調カプセル２００の空気をヘリウムに置換する。ヘリウムの充填後、空調機４００を始動し、ヘリウムを循環させながら冷却を行なう。ヘリウムの比熱は空気の約５倍（５．１９３Ｊ／ｇ・Ｋ）あるので、より冷却効率の向上が見込まれる。
【００４０】
メンテナンス時においては、排気ポンプ（Ｐ）７４０により空調カプセル２００内のヘリウムを排気し、所定の真空度になったところでと空気導入シャッター（Ａ）７５０を開き、空調カプセル２００内に空気を導入する。
【００４１】
図７（ａ）示す排気ダクト７４１は、排気ポンプ（Ｐ）７４０の排気口と接続し、排気ポンプ（Ｐ）７４０によって排気される空気およびヘリウムをデータセンターの建屋外に排出するダクトである。
【符号の説明】
【００４２】
１０    データセンター
１１    扉
２０    室内空間
２１    コールドアイル
２２    ホットアイル
３０    床下空間
３１    グリル
４０    空調機
５０    ラック列
１００  空調システム
１０１  空調システム
２００  空調カプセル
２１０  室内空間
２１１  コールドアイル
２１２  ホットアイル
２２０  扉
３００  ラック列
４００  空調機
５００  ダクト
７００  人感知センサ（Ｓ）
７１０  酸素濃度計（Ｍ）
７２０  脱酸素ポンプ（ＯＰ）
７３０  酸素ボンベ（Ｏ２）
７４０  排気ポンプ（Ｐ）
７４１  排気ダクト
７５０  空気導入シャッター（Ａ）
７６０  ヘリウムボンベ
【図１】
0005663995.tif 000002
【図５】
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【図６】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図７】
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【図８】
0005663995.tif 000009
【図９】
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