(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子機器が収容された機器室の空気と外気とを混合し第一湿度に調湿する調湿器と、
前記機器室の内部のコールドアイルから離間して前記機器室の内部に設けられ、前記調湿器で調湿された空気を前記コールドアイルに吐出する送風ファンと、
前記送風ファンによって前記機器室の内部を通り前記コールドアイルに向けて吐出され前記機器室の空気と混合された空気が、第二湿度となるよう前記送風ファンの回転数を制御する制御部と、
を有する空調システム。
【請求項２】
前記調湿器で調湿された空気の温湿度を検出する第一温湿度センサと、
前記機器室の内部の空気の温湿度を検出する第二温湿度センサと、
を有し、
前記制御部が、前記第一温湿度センサの検出結果及び前記第二温湿度センサの検出結果に基づいて前記送風ファンの回転数を制御する請求項１に記載の空調システム。
【請求項３】
前記コールドアイルから離間して前記機器室の内部に設けられ、前記調湿器で調湿された空気が流れる給気ダクト、を有し、
前記送風ファンが、前記給気ダクトに設けられる請求項１又は請求項２に記載の空調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願の開示する技術は空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
コールドアイルに冷気を給気する給気ダクトに連通口を開口し、連通口を通じてホットアイルから給気ダクト内に熱気が侵入することで、給気ダクト内を流れる冷気に熱気を混合するデータセンター用空調システムがある。
【０００３】
また、外気と還気を混合した後、加湿器により加湿を行うことで給気を所望の温湿度条件に調整する外気冷房システムがある。
【０００４】
さらに、コールドアイルに接して、ホットアイルの暖気をコールドアイルに送風する送風機が備えられ、ホットアイルの暖気の一部を送風機によりコールドアイルに戻す情報処理システムがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−６３０４９号公報
【特許文献２】特開２０１３−９２２９８号公報
【特許文献３】特開２０１３−４７５７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
機器室（たとえばデータセンター）内の電子機器を冷却するにあたって、機器室の内部の空気（暖気）と外気とを混合させて、冷却に用いることがある。この場合、混合された空気の湿度が不安定になることがある。
【０００７】
本願の開示技術は、１つの側面として、機器室の空気と外気とを混合した空気の湿度を適切化することが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願の開示する技術では、電子機器が収容された機器室の空気と外気とを混合し第一湿度に調湿する調湿器と、調湿器で調湿された空気を機器室の内部を通りコールドアイルに吐出する送風ファンと、を有する。送風ファンで吐出された空気と機器室の空気とが混合させ第二湿度となるよう、制御部で送風ファンの回転数を制御する。
【発明の効果】
【０００９】
本願の開示する技術では、機器室の空気と外気とを混合した空気の湿度を適切化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は第一実施形態の空調システムを有するデータセンターを示す側面図である。
【図２】図２は第一実施形態の空調システムを有するデータセンターを示す正面図である。
【図３】図３は第一実施形態の空調システムを有するデータセンターを示す平面図である。
【図４】図４は第一実施形態の空調システムにおける空気の温湿度の調整を行う一例を示すフローチャートである。
【図５】図５は第一実施形態の空調システムにおける空気の温湿度の状態の一例を示す湿り空気線図である。
【図６】図６は第一実施形態の空調システムにおける空気の温湿度の状態の一例を示す湿り空気線図である。
【図７】図７は第一実施形態の空調システムにおける空気の温湿度の状態の一例を示す湿り空気線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
第一実施形態の空調システムについて、図面に基づいて詳細に説明する。図１に示すように、空調システム１４は、一例として、データセンター１２に備えられる。データセンター１２は、機器室１６と、外気導入装置１８と、を有する。外気導入装置１８と機器室１６とは、外気導入ダクト２０で接続されている。空調システム１４は、機器室１６内において、空気の温度及び湿度を調整する。なお、空調システム１４が備えられる対象は、データセンター１２に限らず、たとえば、サーバルームやスーパーコンピュータや大型のコンピュータシステム等を挙げることができる。
【００１２】
外気導入装置１８は、第一コントローラ２２で制御されるモータダンパ２４及び外気導入ファン２６を有する。外気導入装置１８の内部には、フィルタ２８が配置される。また、外気導入装置１８の内部には、温湿度センサ３０が配置され、外気導入ダクト２０の内部には、静圧センサ３２が配置される。第一コントローラ２２は、静圧センサ３２における検出圧が所定の範囲になるように、外気導入ファン２６の回転数を制御する。また、第一コントローラ２２は、温湿度センサ３０における検出湿度及び検出温度が所定の範囲になるように、外気導入ファン２６の回転数制御と、モータダンパ２４の開閉制御（開度調整）を行う。
【００１３】
機器室１６の内部には、空調機４０が配置される。空調機４０には、外気導入ダクト２０が接続される。
【００１４】
空調機４０は、第二コントローラ４２で制御されるモータダンパ４４、４６及び給気ファン４８を有する。これら２つのモータダンパのうち、モータダンパ４４は、外気導入ダクト２０に配置される。これに対し、モータダンパ４６は、機器室１６から空調機４０に空気を取り込む部分に配置される。空調機４０内では、外気導入装置１８から導入された外気と、機器室１６内の空気とが混合される。これを、「第一段階の混合」という。第一段階の混合による空気の湿度は「第一湿度」である。
【００１５】
空調機４０の内部には、熱交換器５０及び加湿器５４が備えられる。熱交換器５０には、冷媒調整弁５３によって冷媒の供給量が調整可能な冷媒供給管５２が接続されている。加湿器５４には、水調整弁５６によって水分の供給量が調整可能な水供給管５８が接続されている。冷媒調整弁５３及び水調整弁５６は、第二コントローラ４２で制御され、その開度が調整される。
【００１６】
熱交換器５０で用いる冷媒としては、たとえば冷水を挙げることができる。そして、冷媒調整弁５３として二方弁を用い、冷水の供給量を調整する構造を採り得る。熱交換器５０では、冷水の冷熱により、空調機４０内の空気の温度を低下させることができる。
【００１７】
加湿器５４では、供給された液体の水を気化させることで、機器室１６内の空気の湿度を上昇させることができる。
【００１８】
空調機４０の内部には、フィルタ５９及び温湿度センサ６０が配置されている。温湿度センサ６０の位置は、熱交換器５０及び加湿器５４よりも空調機４０内の空気の流れ方向の上流側である。
【００１９】
空調機４０には、モータダンパ４６を経た機器室１６の空気と、モータダンパ４４を経た空気（外気）とが流入して第一段階の混合がなされる。第二コントローラ４２は、この混合割合を、モータダンパ４４、４６の開度の調整を行う。
【００２０】
そして、第一段階の混合後の空気の温度及び湿度を、冷媒調整弁５３及び水調整弁５６の開度調整によって行う。
【００２１】
後述する給気ダクト７２の内部には、温湿度センサ８２及び静圧センサ８４が配置されている。温湿度センサ８２は、空調機４０で空調された空気の温湿度を検出するセンサであり、第一温湿度センサの一例である。静圧センサ８４は、給気ダクト７２の内部の静圧を検出する。
【００２２】
第二コントローラ４２は、静圧センサ８４における静圧の検出値が所定の範囲となるように、給気ファン４８の回転数を制御する。
【００２３】
また、第二コントローラ４２は、温湿度センサ８２における検出湿度及び検出温度が所定の範囲になるように、冷媒調整弁５３及び水調整弁５６の開閉制御（開度調整）を行う。
【００２４】
図１〜図３に示すように、機器室１６の内部には、１つ又は複数（図２及びず３に示す例では２つ）のラック６２が備えられる。ラック６２は、その長手方向に沿って２列の機器列６４をなすように、電子機器６６が搭載される。
【００２５】
１つのラック６２において、機器列６４の間がコールドアイル６８である。コールドアイル６８には、１つ又は複数（図１に示す例ではラック６２に長手方向に間隔をあけて４つ）温度センサ８８が配置される。ラック６２には、コールドアイル６８の両端位置に扉６２Ｔが設けられており、不用意にコールドアイル６８内の空気が外部に流出しないようになっている。扉６２Ｔを開けることで、コールドアイル６８に作業者が入ることができる。
【００２６】
これに対し、複数のラック６２の間、及び、ラック６２と機器室１６の壁１６Ｗとの間がホットアイル７０である。後述するように、コールドアイル６８に供給された空気が、ラック６２の機器列６４において矢印Ａ１で示すように電子機器６６の内部あるいは複数の電子機器６６の間を流れ、電子機器６６の熱を受ける。そして、電子機器６６から受熱した空気が、矢印Ａ２で示すように、ホットアイル７０に排出される。
【００２７】
機器室１６の内部には、空調機４０で湿度および温度が調整された空気を、ラック６２の上方に導くための給気ダクト７２が設けられている。給気ダクト７２は、空調機４０から排出された空気を受けて垂直に立ち上がる垂直部７４と、この垂直部７４から略水平に延在されて、コールドアイル６８の上方に至る水平部７６とを有する。水平部７６とラック６２とは、上下方向に離間している。
【００２８】
給気ダクト７２における水平部７６の下面７２Ｌには、１つ又は複数（図１及び図３に示す例では、１つの水平部７６あたり４つ）の送風ファン７８が設けられる。送風ファン７８の駆動により、給気ダクト７２内の空気を、コールドアイル６８に向けて吐出できる。
【００２９】
上記したように、水平部７６とラック６２とは離間しているので、送風ファン７８の駆動により、給気ダクト７２内の空気がコールドアイル６８に流れるときに、機器室１６の内部の空気も巻き込まれてコールドアイル６８に流れ込む。これを、「第二段階の混合」という。第二段階の混合による空気の湿度は「第二湿度」である。給気ダクト７２内の空気は、機器室１６内の空気よりも温度が低いので、相対的に冷気であり、機器室１６の空気は相対的に暖気であると言える。すなわち、第二段階の混合により、コールドアイル６８には、給気ダクト７２内の冷気と、機器室１６内の暖気とが混合されて流入する。第二コントローラ４２は、温度センサ８８における検出温度が所定の範囲となるように、送風ファン７８の回転数を制御する。
【００３０】
機器室１６内には、この機器室１６内の温湿度を検出する温湿度センサ８０が配置される。この温湿度センサ８０の検出値も加味して、第二コントローラ４２は、送風ファン７８の回転数の制御を行う。温湿度センサ８０は、第二温湿度センサの一例である。
【００３１】
機器室１６には、排気ファン９２及びモータダンパ９４が設けられる。第二コントローラ４２は、排気ファン９２の回転数及びモータダンパ９４の開度を調整することで、機器室１６からの空気の排出量を調整する。
【００３２】
次に、本実施形態において、コールドアイル６８に供給する空気の温湿度の調整方法（以下、単に「温湿度調整方法」という）、および本実施形態の作用を説明する。
【００３３】
本実施形態の温湿度調整方法では、一例として、図４に示すフローチャートにもとづいて、コールドアイル６８に供給する空気の温湿度を調整したり、送風ファン７８の回転数を調整したりする。
【００３４】
図５〜図７には、空調システム１４における各温度センサ又は温湿度センサでの検出値が、湿り空気線図上に示されている。図５〜図７の各グラフにおいて、横軸は温度（乾球温度）、縦軸は絶対湿度であり、右上がりの曲線は相対湿度を示す。
【００３５】
図５〜図７のそれぞれのグラフ上において、コールドアイル６８内の湿度及び温度として求められる範囲を、グラフ上に太線の枠Ｗ１で示している。この枠Ｗ１は、温度（乾球温度）が、下限設定温度Ｔ１（グラフの例では１８℃）以上で、上限設定温度Ｔ２（グラフの例では２７℃）以下である。加えて、枠Ｗ１は、相対湿度が、上限相対湿度Ｌ２（グラフの例では６０％）以下である。さらに、枠Ｗ１は、露点温度が、下限露点温度Ｄ１（グラフの例では、５．５℃）以上で、上限露点温度Ｄ２（グラフの例では１５℃）である。すなわち、枠Ｗ１は、上記した温度（乾球温度）、相対湿度及び露天温度の各条件を満たす範囲である。
【００３６】
送風ファン７８の回転数としては、温度センサ８８の検出値（コールドアイル６８内の温度）が初期設定値Ｔ３（グラフの例では２０℃）になるように、初期回転数が設定されている。コールドアイル６８内の温度の初期設定値Ｔ３を、図５〜図７のグラフにおいて直線Ｌ３で示す。
【００３７】
加湿器５４の加湿能力としては、温湿度センサ８２の検出湿度の値が、露点温度Ｄ３の値として所定値（グラフの例では１０℃）になるように、初期加湿能力が設定されている。
【００３８】
図５〜図７のグラフにおいて、点Ｇは、温湿度センサ３０で検出される温度（乾球温度）及び相対湿度を示す。点Ｃは、温湿度センサ８０で検出される温度及び湿度を示す。空調機４０では、熱交換器５０よりも上流側（図１における左側）において、外気と、機器室１６内の空気とが混合される。この混合された空気（第一混合空気）の温度及び湿度は、温湿度センサ６０で検出される。この空気の状態（温湿度センサ６０で検出された温度及び湿度）を、図５〜図７のグラフにおいて、点Ａで示す。
【００３９】
空調機４０では、その後、熱交換器５０及び加湿器５４により、空気の温度及び湿度が調整され、この空気は給気ダクト７２内に吐出される。給気ダクト７２内の空気の温度及び湿度は、温湿度センサ８２で検出される。この空気の状態（温湿度センサ８２で検出された温度及び湿度）を、図５〜図７のグラフにおいて、点Ｂで示す。
【００４０】
第二コントローラ４２は、まず、ステップＳ１０２において、温度センサ８８の検出値（コールドアイル６８内の温度）が、送風ファン設定値Ｔ３となるように、送風ファン７８の回転数を制御する。この状態は、通常状態の制御である。
【００４１】
次に、ステップＳ１０４では、温湿度センサ８２で検出した温度ＴＢと、下限設定温度Ｔ１の大小関係、及び、検出した相対湿度と上限相対湿度Ｌ２との大小関係を判断する。
【００４２】
具体的には、
乾球温度ＴＢ≧下限設定温度Ｔ１
且つ
相対湿度≦上限相対湿度Ｌ２
の場合には、ステップＳ１０６に移行する。この状態の例としては、図５において、点Ｂで示す状態が該当する。図５における点Ｂは、枠Ｗ１の範囲内にある。
【００４３】
ステップＳ１０６では、第二コントローラ４２は、送風ファン７８の回転数を、送風ファン設定値Ｔ３以下となるように制御する。実質的に、通常状態の制御を継続する。そして、ステップＳ１０２に戻る。
【００４４】
これに対し、ステップＳ１０４における判断において、
乾球温度ＴＢ＜下限設定温度Ｔ１
又は
相対湿度＞上限相対湿度Ｌ２
の場合には、ステップＳ１０８に移行する。この状態の例としては、図６において点Ｂで示す状態や、図７において点Ｂで示す状態が該当する。図６及び図７の双方で、点Ｂは枠Ｗ１の範囲外にある。
【００４５】
ステップＳ１０８では、第二コントローラ４２は、送風ファン７８によって給気ダクト７２から吐出された空気と、機器室１６内の空気とが混合されたコールドアイル６８内の空気（第二混合空気）の状態を算出する。
【００４６】
具体的には、図６又は図７に示す湿り空気線図上で、点Ｂと点Ｃとを結ぶ直線Ｌ４と、空調機４０における送風ファン設定値Ｔ３を示す直線Ｌ３との交点Ｄを算出する。
【００４７】
次に、ステップＳ１１０では、第二コントローラ４２は、交点Ｄにおける温度（交点乾球温度ＴＤ）と下限設定温度Ｔ１との大小関係、及び、交点Ｄにおける湿度と上限相対湿度Ｌ２との上下関係を判断する。
【００４８】
具体的には、
乾球温度ＴＤ≧下限設定温度Ｔ１
且つ
相対湿度≦上限相対湿度Ｌ２
の場合には、ステップＳ１０６に移行する。この状態の例としては、図６において、点Ｄで示す状態が該当する。図６における点Ｄは、枠Ｗ１の範囲内にある。
【００４９】
これに対し、ステップＳ１０４における判断において、
乾球温度ＴＤ＜下限設定温度Ｔ１
又は
相対湿度＞上限相対湿度Ｌ２
の場合には、ステップＳ１１２に移行する。
【００５０】
ステップＳ１１２では、第二コントローラ４２は、送風ファン７８の設定の変更を行う。
【００５１】
具体的には、図７に示す湿り空気線図上で、点Ｂと点Ｃとを結ぶ直線Ｌ４と、枠Ｗ１における上限相対湿度Ｌ２に該当する線分Ｌ５との交点Ｅを算出する。そして、第二コントローラ４２は、コールドアイル６８内の第二混合空気の温湿度が交点Ｅの温湿度となるように、送風ファン７８の回転数の設定値を変更する。そして、ステップＳ１０２に戻る。
【００５２】
以上の説明から分かるように、本実施形態では、コールドアイル６８内の空気（第二混合空気）の温湿度が図５〜図７に示す枠Ｗ１から外れた場合は、送風ファン７８の回転数の設定値の算出及び再設定を行い、第二混合空気の温湿度を枠Ｗ１内に収まるようにする。これにより、機器室１６の空気と外気とを混合した空気の湿度を適切化できる。また、混合後の空気の温度も最適化きる。そして、たとえば、この混合後の空気の過加湿や過冷却を抑制できる。
【００５３】
第二コントローラ４２は、温湿度センサ８２での検出結果と、温湿度センサ８０での検出結果の双方に基づいて、送風ファン７８の回転数を制御する。このため、機器室１６の空気と外気とを混合した空気の湿度を適切化するにあたって、送風ファン７８の回転数の設定を適切に行うことができる。
【００５４】
上記実施形態の空調システム１４では、コールドアイル６８内の空気の状態を検出するセンサは温度センサ８８であるが、この温度センサ８８に代えて温湿度センサを用いてもよい。実際は、図４で示したフローチャートに基づく制御から分かるように、コールドアイル６８内の空気の温度を検出できれば、結果的にコールドアイル６８内の空気（第二混合空気）の湿度を適切化できる。コールドアイル６８内の空気の状態を検出するセンサとして温湿度センサではく温度センサ８８を用いることで、低コスト化や制御の簡素化を図ることができる。
【００５５】
上記実施形態の空調システム１４では、調湿器の例として空気の温度及び湿度を調整する空調機４０を用いているが、温度は積極的に調整せず、湿度を調整する機能を有する調湿器であってもよい。すなわち、この場合であっても、調湿器で空気の湿度を調整するので、機器室１６の空気と外気とを混合した空気の湿度を適切化できる。
【００５６】
空調システム１４はホットアイル７０を有する。ホットアイル７０には、電子機器６６の熱を受けた空気（暖気）が流入するので、この暖気が、コールドアイル６８内の空気（冷気）と不用意に混合することを抑制できる。
【００５７】
空調システム１４は、機器室１６内に設けられたラック６２を有する。このラック６２により、複数の電子機器６６を機器室１６内に列状に並べた状態で収容できる。そして、電子機器６６の機器列６４の間をコールドアイル６８とし、コールドアイル６８とホットアイル７０とを確実に区画した状態を維持できる。
【００５８】
空調システム１４は給気ダクト７２を有する。この給気ダクト７２により、空調機４０で温度及び湿度が調整された空気をコールドアイル６８の上方に流すことができる。
【００５９】
送風ファン７８は、給気ダクト７２の下面７２Ｌに設けられる。すなわち、送風ファン７８は、コールドアイル６８の上方に位置する。したがって、給気ダクト７２内の空気を、コールドアイル６８に向けて吐出することができる。
【００６０】
以上、本願の開示する技術の実施形態について説明したが、本願の開示する技術は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。
【００６１】
本明細書は、以上の実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）  
電子機器が収容された機器室の空気と外気とを混合し第一湿度に調湿する調湿器と、
前記調湿器で調湿された空気を前記機器室の内部のコールドアイルに吐出する送風ファンと、
前記送風ファンによって前記機器室の内部を通り前記コールドアイルに向けて吐出され前記機器室の空気と混合された空気が、第二湿度となるよう前記送風ファンの回転数を制御する制御部と、
を有する空調システム。
（付記２）
前記機器室の内部に、前記電子機器の熱を受けた空気が流入するホットアイルを有する付記１に記載の空調システム。
（付記３）
前記機器室の内部で前記電子機器を搭載するラックを有する付記１又は付記２に記載の空調システム。
（付記４）
前記ラックが前記電子機器を複数の列で搭載し、前記列の間の領域が前記コールドアイルである付記３に記載の空調システム。
（付記５）
前記第一湿度に調湿された空気が前記調湿器から前記コールドアイルの上方まで流れるダクトを有する付記４に記載の空調システム。
（付記６）
前記送風ファンが前記ダクトの下面に設けられる付記５に記載の空調システム。
（付記７）
前記調湿器で調湿された空気の温湿度を検出する第一温湿度センサと、
前記機器室の内部の空気の温湿度を検出する第二温湿度センサと、
を有し、
前記制御部が、前記第一温湿度センサの検出結果及び前記第二温湿度センサの検出結果に基づいて前記送風ファンの回転数を制御する付記１〜付記６のいずれか１つに記載の空調システム。
【符号の説明】
【００６２】
１２  データセンター
１４  空調システム
１６  機器室
４０  空調機（調湿器の一例）
４２  第二コントローラ（制御部の一例）
６２  ラック
６４  機器列
６６  電子機器
６８  コールドアイル
７０  ホットアイル
７２  給気ダクト
７２Ｌ      下面（給気ダクトの下面）
７８  送風ファン
８０  温湿度センサ（第二温湿度センサの一例）
８２  温湿度センサ（第一温湿度センサの一例）
８８  温度センサ
【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】
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