(57)【要約】      （修正有）【課題】空気注入口を含む高密度機械室に適応できる省エネ空調システムを提供する。【解決手段】空気注入口１２０を含む高密度機械室１００に対し、閉ループモード、開ループモード及びパーシャルループモードの３つの異なる空調モードを提供し、クラウドコントロールセンタ１８０によって高密度機械室１００内外の温湿度を監視・制御し、空調モードを動的に調整し、高密度機械室１００の空調システムの省エネを最適化する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気注入口を含む高密度機械室に適用される省エネ空調システムであって、前記空気注入口から順に、
前記空気注入口を選択的に開閉するための入口ゲイトと、
空気濾過壁と、
複数の熱交換器と、前記熱交換器の下方にある少なくとも１つの集水トレイと、を含む熱交換器アレイと、
ファンアレイと、
前記高密度機械室外に通じる熱風出口と、前記熱風出口を選択的に開閉するための出口ゲイトと、前記空気濾過壁と前記ファンアレイとの間に通じる還気出口と、前記還気出口を選択的に開閉するための還気ゲイトと、を含み、前記高密度機械室の熱風を集めるための熱風通路と、
前記入口ゲイト、前記熱交換器アレイ、前記ファンアレイ、前記出口ゲイト及び前記還気ゲイトをコントロールするクラウドコントロールセンタと、
を備える省エネ空調システム。
【請求項２】
それぞれ前記高密度機械室内外に設けられている複数の温度センサ素子と、それぞれ前記高密度機械室内外に設けられている複数の湿度センサ素子と、を含み、前記クラウドコントロールセンタに接続される複数のセンサ素子を更に備える請求項１に記載の省エネ空調システム。
【請求項３】
請求項１の省エネ空調システムを応用し、
前記クラウドコントロールセンタが開ループモードを選択するステップと、
前記熱交換器アレイを閉めるステップと、
外部空気を前記ファンアレイに供給するように、前記入口ゲイトを開けるステップと、
前記出口ゲイトを開けるステップと、
前記還気ゲイトを閉めるステップと、
前記ファンアレイを起動させるステップと、
を備える空調モード。
【請求項４】
請求項１の省エネ空調システムを応用し、
前記クラウドコントロールセンタがパーシャルループモードを選択するステップと、
外部空気を前記高密度機械室に供給するように、前記入口ゲイトを開けるステップと、
前記出口ゲイト及び前記還気ゲイトを開けて、前記熱気の一部を前記熱風出口から消散させ、別の部分を前記外部空気と混合して空気温度の上昇及び湿度調整を行うステップと、
前記ファンアレイを起動させるステップと、
を備える空調モード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調モードに関し、特に、動的調整による空調モードに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、数多くの企業が、ネットワークトラフィックの要求に対応するように、低価格のミニサーバを数十台や数百台配置しているが、経済効果の更なる向上を求めるために、更に、ブレードサーバを開発した。ブレードサーバとは、１枚のマザーボードに、プロセッサ、メモリ、延いてはハードディスクドライブ等のサーバシステムのハードウェアを整合したものである。１つのサーバラックに、数十台以上のブレードサーバを収容できるため、大型データセンタ環境に効果的に整合可能である。
【０００３】
クラウド技術の発展に伴い、サーバの負担及び効能に対する要求が益々高まるにつれて、サーバラックの取り付け密度も増加し、その発生する熱エネルギーも大幅に増加する。従来の高密度機械室としては、密閉型空調機械室が多いが、外部の温湿度を問わず、全て密閉型空調によって放熱するため、電力消費量は、相当凄まじいものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、高密度機械室、特に、クラウドデータセンタのような大型高密度機械室の空調の電力消費量を如何に低減するかが、重要な課題となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
従って、本発明の目的は、動的省エネ（省エネルギー）の効果を達成するために、外部環境の条件に従って、適宜な空調モードを行うための省エネ空調システムを提供することにある。
【０００６】
本発明の一実施例によれば、空気注入口を含む高密度機械室に適用されるものであって、空気注入口から順に、入口ゲイトと、空気濾過壁と、熱交換器アレイと、ファンアレイと、熱風通路と、クラウドコントロールセンタと、を備える省エネ空調システムを提供する。入口ゲイトは、空気注入口を選択的に開閉することに用いられる。熱交換器アレイは、複数の熱交換器と、熱交換器の下方にある集水トレイと、を含む。熱風通路は、高密度機械室の熱風を集めることに用いられ、高密度機械室外に通じる熱風出口と、熱風出口を選択的に開閉するための出口ゲイトと、空気濾過壁とファンアレイとの間に通じる還気出口と、還気出口を選択的に開閉するための還気ゲイトと、を含む。クラウドコントロールセンタは、入口ゲイト、熱交換器アレイ、ファンアレイ、出口ゲイト及び還気ゲイトをコントロールする。
【０００７】
ファンアレイは、複数の高圧遠心ファンを含む。省エネ空調システムは、クラウドコントロールセンタに接続される複数のセンサ素子を、更に備える。センサ素子は、それぞれ高密度機械室内外に設けられている複数の温度センサ素子と、それぞれ高密度機械室内外に設けられている複数の湿度センサ素子と、を含む。高密度機械室は、背中合わせに設けられている複数のラックモジュールを含み、ラックモジュールで発生した熱風が熱風通路に入る。省エネ空調システムは、ラックモジュールとファンアレイとの間に設けられている導風斜面を更に備える。省エネ空調システムは、加湿機を更に備える。
【０００８】
本発明の別の態様は、クラウドコントロールセンタが開ループモードを選択するステップと、熱交換器アレイを閉めるステップと、外部空気をファンアレイに供給するように、入口ゲイトを開けるステップと、出口ゲイトを開けるステップと、還気ゲイトを閉めるステップと、ファンアレイを起動させるステップと、を備える前記省エネ空調システムを応用した空調モードである。
【０００９】
本発明のもう一つの態様は、クラウドコントロールセンタがパーシャルループモードを選択するステップと、外部空気を高密度機械室に供給するように、入口ゲイトを開けるステップと、出口ゲイト及び還気ゲイトを開けて、熱気の一部を熱風出口から消散させ、別の部分を外部空気と混合するステップと、ファンアレイを起動させるステップと、を備える前記省エネ空調システムを応用した空調モードである。パーシャルループモードは、熱交換器アレイを選択的に起動させるステップを更に含む。
【発明の効果】
【００１０】
省エネ空調システムは、閉ループモード、開ループモード及びパーシャルループモード等の３つの異なる空調モードを提供し、クラウドコントロールセンタによって高密度機械室内外の温湿度を監視・制御し、ラックモジュール内のサーバ使用量及び負荷情況に基づいて、空調モードを動的に調整し、省エネ管理の最適化の効果を達成する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
下記図面の簡単な説明は、本発明の前記または他の目的、特徴、メリット、実施例をより分かりやすくするためのものである。
【００１２】
【図１】ある空調モードにおける本発明の省エネ空調システムを示す側面図である。
【図２】図１の断面図である。
【図３】別の空調モードにおける本発明の省エネ空調システムを示す側面図である。
【図４】図３の断面図である。
【図５】もう一つの空調モードにおける本発明の省エネ空調システムを示す側面図である。
【図６】図５の断面図である。
【図７】本発明の空調モードを説明するための空気線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面及び詳細な説明を通じて本発明の精神を明確に説明するが、当業者であれば、本発明の好適な実施例を理解した上で、誰でも本発明の教示による技術に、本発明の精神と範囲から逸脱しないように、変動や修正を加えることができる。
【００１４】
ある空調モードにおける本発明の省エネ空調システムを示す側面図である図１を参照する。省エネ空調システムは、クラウドデータセンタのような大型の高密度機械室１００に応用されるものであり、高密度機械室１００には、少なくとも１つのサーバラックと、サーバラックにある複数のサーバと、を含む複数のラックモジュール１１０が設けられている。高密度機械室１００は、外部の空気を高密度機械室１００の中に引き入れ可能な空気注入口１２０を含む。
【００１５】
省エネ空調システムは、空気注入口１２０からラックモジュール１１０まで、順に、入口ゲイト１３０と、空気濾過壁１４０と、熱交換器アレイ１５０と、ファンアレイ１６０と、熱風通路１７０と、クラウドコントロールセンタ１８０と、を備える。省エネ空調システムは、クラウドコントロールセンタ１８０に接続される複数のセンサ素子１９０を、更に備える。クラウドコントロールセンタ１８０は、ラックモジュール１１０にあるサーバのコントロール、及びサーバの動作負荷状態の管理以外にも、入口ゲイト１３０、熱交換器アレイ１５０、ファンアレイ１６０の統一的なコントロールに、更に用いられる。センサ素子１９０が集めた信号は、クラウドコントロールセンタ１８０の中にもフィードバックされる。
【００１６】
ファンアレイ１６０は、気流を入口ゲイト１３０の方向からラックモジュール１１０へ送るように、複数の高圧遠心ファン１６２を含む。高密度機械室１００において、ファンアレイ１６０の気流の流れる方向により、空気濾過壁１４０及び熱交換器アレイ１５０を通過した清い冷空気が、ラックモジュール１１０を冷却する。入口ゲイト１３０は、電動シャッターゲイトであってもよく、クラウドコントロールセンタ１８０の指令に基づいて、空気注入口１２０を選択的に開閉することに用いられる。
【００１７】
より具体的には、クラウドコントロールセンタ１８０が空気注入口１２０を開けるという指令を出した場合、電動式入口ゲイト１３０は、反転してブレードの間の空間を露出し、ファンアレイ１６０の存在により、空気注入口１２０における高密度機械室１００の一端の気圧が低くなり、高密度機械室１００内外に圧力差があるため、高密度機械室１００外部の空気が、開けた空気注入口１２０を介して高密度機械室１００の中に入る。これに対して、クラウドコントロールセンタ１８０が空気注入口１２０を閉めるという指令を出した場合、電動式入口ゲイト１３０は、再度反転してブレードを閉じ、外部空気が空気注入口１２０から高密度機械室１００の中に入らないように阻止する。
【００１８】
空気濾過壁１４０は、単層又は多層の空気濾過壁であってもよく、例えば、空気における硫化物等のような不純物を更に除去するように、フィルタガーゼ以外に、二酸化チタン又は光触媒等のような設計を更に含んでもよい。
【００１９】
熱交換器アレイ１５０は、複数の熱交換器１５２と、熱交換器１５２の下方にある集水トレイ１５４と、を含む。熱交換器１５２は湿式（水冷式）熱交換器、即ち、管路での液体流動により熱交換を行う熱交換器１５２であることが好ましい。熱交換器アレイ１５０は、空気の温度を低下するように、空気と熱交換することに用いられる以外に、空気中の湿度が高すぎる場合には、更に除湿の効果を提供することも可能である。熱交換の後、空気中の余分な水分が温度の低下により、凝結し水滴になり、その後、集水トレイ１５４に落下して集められて取り除かれる。
【００２０】
ファンアレイ１６０は、複数の高圧遠心ファン１６２を含むため、温度降下・除湿された空気が各ラックモジュール１１０の中に平均的に入り、その中のサーバに対して温度降下することができるようになる。そのうち、ファンアレイ１６０を、ラックモジュール１１０の配列位置によって、更に、複数のブロックに画定してもよい。クラウドコントロールセンタ１８０は、ラックモジュール１１０のそれぞれに対して、排気温度又はサーバの負荷を検出し、適時に負荷を平衡化することができる。クラウドコントロールセンタ１８０が、このブロックのラックモジュール１１０の負荷量又は排気温度の持続的な増加を発見した場合には、このブロックのラックモジュール１１０に対応するファンアレイ１６０にある高圧遠心ファン１６２の回転速度を増加することができる。クラウドコントロールセンタ１８０が、負荷又は排気温度の低下を検出すると、動的省エネの目的を達成するように、再びこのブロックの高圧遠心ファン１６２の回転速度を次第に低下させる。
【００２１】
センサ素子１９０は、高密度機械室１００外、特に空気注入口１２０に設けられている温度センサ素子及び湿度センサ素子と、高密度機械室１００内に設けられている温度センサ素子及び湿度センサ素子と、を含む。クラウドコントロールセンタ１８０による空調モード調整のために、センサ素子１９０により検出された外部温湿度及び高密度機械室１００内の温湿度は、クラウドコントロールセンタ１８０にフィードバックされる。
【００２２】
省エネ空調システムは、ラックモジュール１１０とファンアレイ１６０との間に設けられている導風斜面１９２を更に選択的に備える。導風斜面１９２は、歩行者通路を提供し、強風による人員の不快感を避けるほか、更に、温度降下した空気を高密度機械室１００の上層に導き、冷空気を一部の熱空気と十分に混合し、湿度を低下させ、気温の均衡化効果を達成することができる。
【００２３】
高密度機械室１００内が湿度不足である場合、空気中の水分含有量を向上させるように、省エネ空調システムの高密度機械室１００内に加湿機１９４を選択的に据え付けてもよい。
【００２４】
図１、及び図１に示したラックモジュール１１０に沿っている断面図である図２をともに参照する。図１と図２の視角は、略直交し、即ち、図１が高密度機械室１００の長軸方向に沿っているものとすれば、図２は、高密度機械室１００の短軸方向に沿っているものである。高密度機械室１００において、熱風を集中的に排出し、熱風通路１７０がラックモジュール１１０の排出した熱気を集めることができるように、ラックモジュール１１０を、背中合わせに設けることが好ましい。熱風通路１７０は、熱風出口１７２と、出口ゲイト１７４と、還気出口１７６と、還気ゲイト１７８と、を含む。ラックモジュール１１０で発生した熱風を外部に排出するように、熱風出口１７２を、高密度機械室１００の上層の側辺に設ける。出口ゲイト１７４は、クラウドコントロールセンタ１８０によりコントロールされる電動シャッターゲイトであってもよく、熱風出口１７２を選択的に開閉することに用いられる。還気出口１７６は、空気濾過壁１４０とファンアレイ１６０との間に通じ、還気ゲイト１７８は、クラウドコントロールセンタ１８０によりコントロールされる電動シャッターゲイトであってもよく、還気出口１７６を選択的に開閉することに用いられる。出口ゲイト１７４及び還気ゲイト１７８の動作メカニズムは、入口ゲイト１３０と類似するため、ここでは詳しく説明しない。
【００２５】
本発明の省エネ空調システムは、クラウドコントロールセンタ１８０によって、センサ素子１９０によりフィードバックされた高密度機械室１００内外の温湿度を集め、それによって好ましい空調モードを判断する。本発明は、異なる温湿度に合わせて適宜な空調モードを選択し、省エネ及びＣＯ２削減の目的を達成するように、開ループモード、閉ループモード及びパーシャルループモード等の、この省エネ空調システムを応用した３つの空調モードを提出する。
【００２６】
図１及び図２は、開ループモードにおける省エネ空調システムを示す。ラックモジュール１１０にあるサーバを組み立てると、好適な動作条件が予定されていることが多く、クラウドコントロールセンタ１８０が外部空気の温度及び湿度の何れも予定の動作条件を満たすことを検出すると、外部空気を高密度機械室１００に直接に応用し、ラックモジュール１１０を温度降下することができる。この場合、クラウドコントロールセンタ１８０は、当面の空調モードとして、開ループモードを選択してもよい。開ループモードは、熱交換器アレイ１５０を閉めるステップと、外部空気をファンアレイ１６０に供給するように、入口ゲイト１３０を開けるステップと、条件に合う外部空気をラックモジュール１１０に送って、温度降下を行うように、ファンアレイ１６０を起動させるステップと、を備える。ラックモジュール１１０で発生した熱風を圧力差によって熱風出口１７２から外部へ排出するように、開ループモードは、還気ゲイト１７８を閉めるステップと、出口ゲイト１７４を開けるステップと、を更に備える。開ループモードは、熱交換器アレイ１５０を閉めているため、エネルギー消費を最小化することができる。
【００２７】
別の空調モードにおける本発明の省エネ空調システムを示す側面図である図３、及び別の空調モードにおける本発明の省エネ空調システムを示す断面図である図４を参照する。外部の空気の温湿度が予定の動作条件をやや満たせない場合に、クラウドコントロールセンタ１８０は、当面の空調モードとして、パーシャルループモードを選択する。パーシャルループモードにおいては、外部空気を高密度機械室１００の中に供給するように、入口ゲイト１３０を開ける。出口ゲイト１７４及び還気ゲイト１７８も開ける。パーシャルループモードは、熱交換器アレイ１５０を選択的に起動させ、入口ゲイト１３０から入った外部空気に対して熱交換器アレイ１５０により少し温度降下を行って還気出口１７６より送出された熱気と混合し、加えた熱気により湿度を低下させ、外部空気を直接に還気された熱風と混合して空気温度の上昇及び湿度調整を行うステップを備える。つまり、外部空気が熱交換器アレイ１５０により温度降下（選択的に行う）されて、還気出口１７６より送出された熱気と混合された後、また、起動したファンアレイ１６０によりラックモジュール１１０まで送られる。ラックモジュール１１０で発生した熱気の一部は、還気出口１７６を介して送出されて外部空気と混合されるが、他の熱気は、熱風出口１７２を介して外部へ排出される。
【００２８】
もう一つの空調モードにおける本発明の省エネ空調システムを示す側面図である図５、及びもう一つの空調モードにおける本発明の省エネ空調システムを示す断面図である図６を参照する。外部の空気の温湿度が予定の動作条件を全然満たせないので、直接に使用できない場合、クラウドコントロールセンタ１８０は、当面の空調モードとして、閉ループモードを選択する。閉ループモードにおいて、入口ゲイト１３０及び出口ゲイト１７４の何れも閉められ、還気ゲイト１７８が起動する。ラックモジュール１１０で発生した熱風は熱風通路１７０を介して集められた後、還気出口１７６より熱交換器アレイ１５０まで送られて温度降下し、その後、ラックモジュール１１０を冷却するように、冷却された空気を、起動したファンアレイ１６０によりラックモジュール１１０に送る。
【００２９】
本発明の空調モードを説明するための空気線図である図７を参照する。空気線図における領域Ａは、即ち、前記好適な動作条件に適う温度（ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  ａｉｒ）であり、外部の空気がちょうど領域Ａに該当する場合には、外部空気を直接に使用できることを表し、クラウドコントロールセンタは、当面の空調モードとして、前記開ループモードを採用する。
【００３０】
外部空気の温度がＢ領域に該当し、即ち、動作温度の上限より低いが、Ａ領域に該当しない場合、クラウドコントロールセンタは、当面の空調モードとして、パーシャルループモードを選択する。ラックの熱風を加えることによって、外部空気の湿度を低下させ、そして、除湿された空気をラックモジュールに送る。独立した熱風導管によれば、冷却されたエネルギーの要求を低下させるように、使用されていない熱風を外へ排出することもできる。外部空気とラック熱風を混合して除湿した後、その混合空気の温度が高すぎる場合には、クラウドコントロールセンタは、空気の温度降下の効果を確実に達成するように、熱交換器アレイを更に起動させてもよい。
【００３１】
外部空気の温度が動作温度の上限より高く、領域Ｃとなる場合には、クラウドコントロールセンタは、直ちに、空調モードを閉ループモードに切り替え、入口ゲイトは閉められ、ラックモジュールで発生した熱風が熱交換器アレイまで回送され温度降下してから、また循環使用される。
【００３２】
ある特定の場合には、空気の湿度が低すぎることもある。クラウドコントロールセンタは、湿度が低すぎることを検出した場合には、前記ステップ以外に、空気中の湿度を向上させるように、更に、加湿機をつける必要がある。
【００３３】
前記本発明の好適な実施例から分かるように、本発明を応用すれば、下記のメリットが有る。省エネ空調システムには閉ループモード、開ループモード及びパーシャルループモード等の３つの異なる空調モードがあり、クラウドコントロールセンタによって高密度機械室内外の温湿度を監視・制御し、ラックモジュール内のサーバ使用量及び負荷情況に基づいて、空調モードを動的に調整し、省エネ管理の最適化の効果を達成する。
【００３４】
本発明では好適な実施例を前記の通り開示したが、これは本発明を限定するものではなく、当業者であれば、本発明の精神と領域から逸脱しない限り、多様の変動や修正を加えることができる。従って本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。
【符号の説明】
【００３５】
１００  高密度機械室、１１０  ラックモジュール、１２０  空気注入口、１３０  入口ゲイト、１４０  空気濾過壁、１５０  熱交換器アレイ、１５２  熱交換器、１５４  集水トレイ、１６０  ファンアレイ、１６２  高圧遠心ファン、１７０  熱風通路、１７２  熱風出口、１７４  出口ゲイト、１７６  還気出口、１７８  還気ゲイト、１８０  クラウドコントロールセンタ、１９０  センサ素子、１９２  導風斜面、１９４  加湿機
【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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