(57)【要約】【課題】  例えばサーバー室においてホットアイルに形成される高温空気のコールドアイルヘの巻き込み現象を抑制する。【解決手段】  ホットアイル・コールドアイル方式の室内空間の空調システムは、空調機から供給された冷却空気を下方へ吹き出してラック間（１１ａ，１１ｂ）のコールドアイル（１３）に冷温領域を形成する天井吹出口（５）と、ラック内の装置の排熱によりラック間のホットアイルに形成される高温空気を吸い込む天井吸込口とを備え、天井吹出口は、コールドアイルの中央領域に向かう冷却空気の速度よりも、中央領域の外側領域に向かう冷却空気の速度の方が大きくなるように、天井吹出口から吹き出される冷却空気の流れを制御する。【選択図】  図２
2013181715.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホットアイル・コールドアイル方式の室内空間の空調システムにおいて、
空調機から供給された冷却空気を下方へ吹き出してラック間のコールドアイルに冷温領域を形成する天井吹出口と、
ラック内の装置の排熱によりラック間のホットアイルに形成される高温空気を吸い込む天井吸込口とを備え、
前記天井吹出口は、前記コールドアイルの中央領域に向かう冷却空気の速度よりも、前記中央領域の外側領域に向かう冷却空気の速度の方が大きくなるように、前記天井吹出口から吹き出される冷却空気の流れを制御することを特徴とする空調システム。
【請求項２】
前記天井吹出口は、給気ダクトの開口部の下側に取り付けられて、前記天井の面とほぼ平行な面に沿って二次元的に分布配置された複数の開口部を有する開口部材を備え、
前記開口部材は、前記ラックの並列方向に沿って、第１開口率にしたがって複数の開口部が設けられた中央開口領域と、前記第１開口率よりも大きい第２開口率にしたがって複数の開口部が設けられた両側開口領域とを有することを特徴とする請求項１に記載の空調システム。
【請求項３】
前記中央開口領域に設けられた前記複数の開口部のサイズは、前記両側開口領域に設けられた前記複数の開口部のサイズ以下であることを特徴とする請求項２に記載の空調システム。
【請求項４】
前記中央開口領域に設けられた前記複数の開口部の分布密度は、前記両側開口領域に設けられた前記複数の開口部の分布密度以下であることを特徴とする請求項２または３に記載の空調システム。
【請求項５】
鉛直方向に沿って見たときに、前記両側開口領域の一部は対応するラックと重なり合っていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の空調システム。
【請求項６】
前記開口部材は、前記中央開口領域に対応する中央部材と、前記両側開口領域に対応する一対の周辺部材とを有することを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の空調システム。
【請求項７】
前記中央部材と前記一対の周辺部材とは一体に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の空調システム。
【請求項８】
ホットアイル・コールドアイル方式の室内空間の空調方法において、
空調機から供給された冷却空気を天井吹出口から下方へ吹き出してラック間のコールドアイルに冷温領域を形成することと、
ラック内の装置の排熱によりラック間のホットアイルに形成される高温空気を天井吸込口から吸い込むことと、
前記コールドアイルの中央領域に向かう冷却空気の速度よりも、前記中央領域の外側領域に向かう冷却空気の速度の方が大きくなるように、前記天井吹出口から吹き出される冷却空気の流れを制御することとを含むことを特徴とする空調方法。
【請求項９】
前記冷却空気の流れを制御することは、給気ダクトの開口部の下側に取り付けられて、前記天井の面とほぼ平行な面に沿って二次元的に分布配置された複数の開口部を有する開口部材を用いて、前記天井吹出口からの冷却空気の流れを制御することを含み、
前記開口部材は、前記ラックの並列方向に沿って、第１開口率にしたがって複数の開口部が設けられた中央開口領域と、前記第１開口率よりも大きい第２開口率にしたがって複数の開口部が設けられた両側開口領域とを有することを特徴とする請求項８に記載の空調方法。
【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。さらに詳細には、本発明は、例えばホットアイル・コールドアイル方式のサーバー室における空調に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
データセンターのサーバー室では、並列配置された複数のサーバーラックに収容された多数のサーバーを効率良く冷却することが求められる。従来、ホットアイル・コールドアイル方式のサーバー室の空調手法として、床下のＯＡフロアを通じて冷風を給気するとともに天井にて高温空気の吸込みを行う方式、すなわち床吹出し・天井吸込み方式の空調システムが知られている。
【０００３】
本出願人は、床吹出し・天井吸込み方式よりも効率的な空調システムとして、いわゆる天井吹出し・天井吸込み方式の空調システムを提案している（例えば、特許文献１を参照）。この空調システムでは、冷たくて重たい空気（冷却空気）を天井から吹き下ろし、空気の浮力を利用して暖かくて軽い空気（高温空気）を天井へ戻すことにより、理に適った空気の流れを作り出し、冷却の効率化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１２７６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された天井吹出し・天井吸込み方式の空調システムでは、ルーバー（またはアネモスタットなど）を用いて天井吹出口からの冷却空気の拡散を図っても、サーバーの排熱によりホットアイルに形成される高温空気が天井吸込口に向かう途中で、サーバーラックの上部からコールドアイルヘ巻き込まれる現象（すなわち高温空気のコールドアイルヘの巻き込み現象）が発生し易い。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、例えばサーバー室においてホットアイルに形成される高温空気のコールドアイルヘの巻き込み現象を抑制することのできる天井吹出し・天井吸込み方式の空調システムおよび空調方法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】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、ホットアイル・コールドアイル方式の室内空間の空調システムにおいて、
空調機から供給された冷却空気を下方へ吹き出してラック間のコールドアイルに冷温領域を形成する天井吹出口と、
ラック内の装置の排熱によりラック間のホットアイルに形成される高温空気を吸い込む天井吸込口とを備え、
前記天井吹出口は、前記コールドアイルの中央領域に向かう冷却空気の速度よりも、前記中央領域の外側領域に向かう冷却空気の速度の方が大きくなるように、前記天井吹出口から吹き出される冷却空気の流れを制御することを特徴とする空調システムを提供する。
【０００８】
本発明の第２形態では、ホットアイル・コールドアイル方式の室内空間の空調方法において、
空調機から供給された冷却空気を天井吹出口から下方へ吹き出してラック間のコールドアイルに冷温領域を形成することと、
ラック内の装置の排熱によりラック間のホットアイルに形成される高温空気を天井吸込口から吸い込むことと、
前記コールドアイルの中央領域に向かう冷却空気の速度よりも、前記中央領域の外側領域に向かう冷却空気の速度の方が大きくなるように、前記天井吹出口から吹き出される冷却空気の流れを制御することとを含むことを特徴とする空調方法を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明にかかる天井吹出し・天井吸込み方式の空調システムおよび空調方法では、ホットアイル・コールドアイル方式の室内空間において、コールドアイルの外側領域の上方に、速度の比較的大きい冷却空気の流れからなるガード気流が形成される。その結果、このガード気流の作用により、ホットアイルに形成される高温空気のコールドアイルヘの巻き込み現象を抑制することができ、ひいては室内空間における冷却の更なる高効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態にかかる空調システムの基本的な構成を概略的に示す図である。
【図２】本実施形態にかかる天井吹出口の構成を概略的に示す図である。
【図３】図２の天井吹出口を下から見上げた部分平面図である。
【図４】本実施形態において天井吹出口を経て供給される冷却空気の速度ベクトルの分布を示す図である。
【図５】比較例においてルーバーを経て供給される冷却空気の速度ベクトルの分布を示す図である。
【図６】変形例にかかる天井吹出口の構成を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる空調システムの基本的な構成を概略的に示す図である。本実施形態の空調システムが適用されるサーバー室では、複数のサーバーラックが並列に配置されている。図１では、紙面の制限により、図中水平方向に並列配置された複数のサーバーラックのうち、２つのサーバーラック１１ａ，１１ｂだけを示している。各サーバーラックには、図示を省略した多数のサーバーが縦横に収容されている。
【００１２】
サーバーは、前面から空気を吸い込んでプロセッサなどの内部部品を冷却し、背面から排気する構造になっている。ホットアイル・コールドアイル方式のサーバー室では、各サーバーラックにおいてすべてのサーバーの前面が同じ側を向くように収容される。また、並列方向（図１中水平方向）に隣り合う一対のサーバーラックにおいて、一方のサーバーラックに収容されたサーバーの前面（または背面）と他方のサーバーラックに収容されたサーバーの前面（または背面）とが向き合うように配置される。
【００１３】
具体的に、図中右側のサーバーラック１１ａではすべてのサーバーの前面が左側を向くように収容され、左側のサーバーラック１１ｂではすべてのサーバーの前面が右側を向くように収容されている。以下、収容されているサーバーの前面側をサーバーラックの前面側といい、サーバーの背面側をサーバーラックの背面側という。この場合、サーバーラック１１ａ，１１ｂの背面側の空間（図中破線の楕円で示す）がホットアイル１２であり、一対のサーバーラック１１ａと１１ｂとの間の空間（図中破線の楕円で示す）がコールドアイル１３である。
【００１４】
すなわち、ホットアイル１２はサーバーの排熱が集まる空間であり、コールドアイル１３はサーバーが吸引する冷気を集める空間である。ホットアイル・コールドアイル方式のサーバー室では、並列配置された複数のサーバーラックの間にホットアイルとコールドアイルとが交互に形成され、室内空間がホットアイルとコールドアイルとに明確に区分けされている。その結果、空調機からの冷却空気が効率良くサーバーに供給されるので、サーバー室内の冷却効率が向上し、空調機の消費電力が削減される。
【００１５】
本実施形態では、天井吹出し・天井吸込み方式の空調システムを採用している。すなわち、本実施形態の空調システムでは、図示を省略した空調機から給気ダクト（給気チャンバ）１を介して供給された冷却空気が、給気ダクト１の開口部２を経て天井吹出口５から下方へ吹き出され、サーバーラック１１ａと１１ｂとの間のコールドアイル１３に冷温領域を形成する。サーバーラック１１ａ，１１ｂ中のサーバーは、コールドアイル１３から冷温空気を吸い込む。天井吹出口５の構成および作用については後述する。
【００１６】
一方、サーバーラック１１ａ，１１ｂ中のサーバーの排熱により、サーバーラック１１ａの背面側およびサーバーラック１１ｂの背面側のホットアイル１２には、高温領域が形成される。ホットアイル１２の高温空気は、その浮力により自然に上昇し、ホットアイル１２の上方に設けられた天井吸込口３へ流入する。天井吸込口３に吸い込まれた空気は、還気ダクト（還気チャンバ）４を介して空調機へ還流する。
【００１７】
図２は、本実施形態にかかる天井吹出口の構成を概略的に示す図である。図３は、図２の天井吹出口を下から見上げた部分平面図である。図２を参照すると、本実施形態の空調システムは、給気ダクト１の開口部２の下側に取り付けられた天井吹出口５を備えている。天井吹出口５は、開口部２側に大きく開口した断面形状を有し、給気ダクト１が延びる方向（図２中紙面に垂直な奥行き方向）に沿って延びている。
【００１８】
天井吹出口５は、例えばビスのような締結手段により給気ダクト１から内側へ突出した接合用部材１ａに取り付けられている。一例として、一対の接合用部材１ａが奥行き方向に沿って所定のピッチで給気ダクト１に設けられ、天井吹出口５が接合用部材１ａに（ひいては給気ダクト１に）ビスを介して取り付けられる。天井吹出口５は、奥行き方向に沿って接合用部材１ａのピッチよりも十分大きな寸法を有するユニットとして構成されている。
【００１９】
天井吹出口５は、給気ダクト１に取り付けられた状態において天井面１４と平行な下面部５ａを有する。下面部５ａには、図３に示すように、多数の開口部５ｂ，５ｃが二次元的に分布するように形成されている。具体的に、下面部５ａの中央開口領域５ａａには、比較的小さいサイズの開口部５ｂがほぼ均一に分布するように設けられている。一方、下面部５ａの両側開口領域５ａｂには、比較的大きいサイズの開口部５ｃが、開口部５ｂの分布とほぼ同じ分布にしたがって設けられている。
【００２０】
換言すれば、下面部５ａの中央開口領域５ａａには比較的小さい開口率にしたがって多数の開口部５ｂが設けられ、下面部５ａの両側開口領域５ａｂには比較的大きい開口率にしたがって多数の開口部５ｃが設けられている。天井吹出口５は、給気ダクト１から開口部２を経た冷却空気が下面部５ａの開口部５ｂ，５ｃを介してのみサーバー室へ流入するように構成されている。
【００２１】
下面部５ａの中央開口領域５ａａは、対応するコールドアイル１３の中央領域１３ａに対応している。一方、下面部５ａの両側開口領域５ａｂは、コールドアイル１３の中央領域１３ａよりも外側の領域１３ｂおよびサーバーラック１１ａ，１１ｂの内側の領域１１ａａ，１１ｂａに対応している。換言すれば、鉛直方向に沿って見たときに、下面部５ａの両側開口領域５ａｂの一部は、対応するサーバーラック１１ａ，１１ｂと重なり合っている。こうして、天井吹出口５の下面部５ａは、給気ダクト１の開口部２よりも幅方向に拡張された吹出口を構成している。
【００２２】
図４は、本実施形態において天井吹出口を経て供給される冷却空気の速度ベクトルの分布を示す図である。図５は、比較例においてルーバーを経て供給される冷却空気の速度ベクトルの分布を示す図である。図４および図５では、実験により測定された冷却空気の向きおよび速さを矢印の向きおよび長さで表している。図５の比較例では、ルーバー２１の外側の羽根を傾けて、天井吹出口用の開口２２からの冷却空気の一部が外側へ向かうように空気の拡散を図っている。しかしながら、ルーバー２１を用いる比較例では、コールドアイル１３の中央領域１３ａに向かう冷却空気の速度は比較的大きいが、中央領域１３ａの外側領域１３ｂに向かう冷却空気の速度が比較的小さくなってしまう。
【００２３】
その結果、サーバーの排熱によりホットアイル１２（図５では不図示）に形成される高温空気が天井吸込口３（図５では不図示）に向かう途中で、サーバーラック１１ａ，１１ｂの上部からコールドアイル１３ヘ巻き込まれる現象が発生し易い。換言すれば、図５の比較例の場合、コールドアイル１３の外側領域１３ｂの上方における冷却空気の流れが比較的弱いので、ホットアイル１２からの高温空気がサーバーラック１１ａ，１１ｂの上部を経てコールドアイル１３ヘ侵入するのを十分に遮ることができない。
【００２４】
これに対し、本実施形態では、給気ダクト１の開口部２を経た冷却空気が、天井吹出口５の下面部５ａの中央開口領域５ａａおよび両側開口領域５ａｂを介して、すなわち比較的小さい開口率にしたがって多数の開口部５ｂが設けられた中央開口領域５ａａおよび比較的大きい開口率にしたがって多数の開口部５ｃが設けられた両側開口領域５ａｂを介して、サーバー室のコールドアイル１３に向かって流入する。したがって、本実施形態では、図４に示すように、コールドアイル１３の中央領域１３ａに向かう冷却空気の速度よりも、中央領域１３ａの外側領域１３ｂに向かう冷却空気の速度の方が大きくなる。
【００２５】
すなわち、サーバーラック１１ａ，１１ｂの内側領域１１ａａ，１１ｂａの上方、およびコールドアイル１３の外側領域１３ｂの上方に、速度の比較的大きい冷却空気の流れからなるガード気流が形成される。その結果、本実施形態では、このガード気流の作用により、ホットアイル１２からの高温空気がサーバーラック１１ａ，１１ｂの上部を経てコールドアイル１３ヘ侵入するのを十分に遮ることができ、ひいては高温空気のコールドアイル１３ヘの巻き込み現象を抑制して、サーバー室における冷却の更なる高効率化を図ることができる。
【００２６】
このように、本実施形態において、天井吹出口５は、コールドアイル１３の中央領域１３ａに向かう冷却空気の速度よりも、中央領域１３ａの外側領域１３ｂに向かう冷却空気の速度の方が大きくなるように、天井吹出口５から吹き出される冷却空気の流れを制御する。すなわち、本実施形態では、コールドアイルの中央領域に向かう冷却空気の速度よりも、コールドアイルの外側領域に向かう冷却空気の速度の方が大きくなるように、天井吹出口から吹き出される冷却空気の流れを制御することが重要である。
【００２７】
なお、上述の説明では、給気ダクト１の開口部２を経た冷却空気の流れを制御する天井吹出口５は、給気ダクト１の開口部２の下側に取り付けられて、天井面１４と平行な下面部５ａに二次元的に分布配置された複数の開口部５ｂ，５ｃを有する開口部材の形態を有する。しかしながら、これに限定されることなく、天井吹出口の具体的な構成については様々な変形例が可能である。
【００２８】
また、上述の説明では、開口部材の形態を有する天井吹出口５の下面部５ａの中央開口領域５ａａには比較的小さいサイズの開口部５ｂがほぼ均一に分布するように設けられ、両側開口領域５ａｂには比較的大きいサイズの開口部５ｃが開口部５ｂの分布とほぼ同じ分布にしたがって設けられている。しかしながら、これに限定されることなく、開口部材の下面部の中央開口領域および両側開口領域に設けられる開口部の形状、サイズ、数、分布などについては様々な形態が可能である。
【００２９】
開口部材において重要なことは、サーバーラックの並列方向に沿って、第１開口率にしたがって複数の開口部が設けられた中央開口領域と、第１開口率よりも大きい第２開口率にしたがって複数の開口部が設けられた両側開口領域とを有することである。したがって、例えばすべての開口部のサイズが互いに同じであっても、中央開口領域に設けられる複数の開口部の分布密度を、両側開口領域に設けられた複数の開口部の分布密度よりも小さくすれば良い。
【００３０】
また、上述の説明では、鉛直方向に沿って見たときに、天井吹出口５の下面部５ａの両側開口領域５ａｂの一部が、対応するサーバーラック１１ａ，１１ｂの内側領域１１ａａ，１１ｂａと重なり合っている。しかしながら、これに限定されることなく、鉛直方向に沿って見たときに、両側開口領域と対応するサーバーラック１１ａ，１１ｂとがある程度間隔を隔てていても良い。
【００３１】
具体的に、典型的な設計例によれば、両側開口領域５ａｂとサーバーラック１１ａ，１１ｂとの重なり幅の寸法ｗ（図２を参照）を、例えば−２５０ｍｍから＋２５０ｍｍの間で適宜設定することができる。ここで、幅寸法ｗが正の値の場合には両側開口領域の一部が対応するサーバーラックと重なり合っている状態を、幅寸法ｗが負の値の場合には両側開口領域と対応するサーバーラックとが間隔を隔てている状態を意味している。
【００３２】
また、上述の説明では、天井吹出口５が単一部材として一体形成され、ひいてはその下面部５ａが単一部材として一体形成されている。しかしながら、これに限定されることなく、例えば図６に示すように、下面部５ａに代えて、中央開口領域５ａａに対応する中央部材５ｄと両側開口領域５ａｂに対応する一対の周辺部材５ｅとを用いる変形例も可能である。
【００３３】
図６の変形例では、中央部材５ｄおよび周辺部材５ｅとして、たとえばパンチングメタルからなるパネル部材を用いることができる。具体的に、中央部材５ｄおよび周辺部材５ｅは、適当な支持用部材５ｆに載置するように取り付けられる。この場合、例えば落下防止用吊具５ｇを用いて、地震時においても中央部材５ｄおよび周辺部材５ｅが支持用部材５ｆから外れて落下することがないように構成することができる。
【００３４】
また、上述の説明では、データセンターのサーバー室における空調に対して本発明を適用している。しかしながら、サーバー室に限定されることなく、サーバー以外の各種のコンピュータ装置（メインフレーム、ミニコンピュータ等）、データ通信装置、無停電装置などを収容する複数のラックが並列配置されたホットアイル・コールドアイル方式の室内空間における空調に対しても同様に本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１  給気ダクト（給気チャンバ）
２  給気ダクトの開口部
３  天井吸込口
４  還気ダクト（還気チャンバ）
５  天井吹出口
５ａ  下面部
５ａａ  下面部の中央開口領域
５ａｂ  下面部の両側開口領域
５ｂ，５ｃ  開口部
１１ａ，１１ｂ  サーバーラック
１２  ホットアイル
１３  コールドアイル
【図１】
2013181715.tif 000003
【図２】
2013181715.tif 000004
【図３】
2013181715.tif 000005
【図４】
2013181715.tif 000006
【図５】
2013181715.tif 000007
【図６】
2013181715.tif 000008