JP2018151094A - Air conditioning system - Google Patents
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Abstract
【課題】年間を通じて消費電力を抑えて収容室内を所望の温度に冷却することができる空調システムを提供することである。【解決手段】実施形態の空調システムは、冷却塔と、冷却装置と、熱交換器と、ポンプと、送風機と、検出部と、制御部と、を持つ。前記冷却塔は、フリークーリングにより第1冷媒を冷却する。前記冷却装置は、前記冷却塔で冷却される前記第1冷媒の温度よりも低い温度まで第2冷媒を冷却可能である。前記熱交換器は、前記冷却塔で冷却された前記第1冷媒、及び前記冷却装置で冷却された前記第2冷媒が内部を流れる。前記ポンプは、前記第1冷媒を搬送する。前記送風機は、前記熱交換器を通してから収容室内の被冷却体に空気を流す。前記検出部は、前記熱交換器を通り前記被冷却体に流れる前の前記空気の温度を検出する。前記制御部は、前記検出部で検出した温度が予め定められた第1基準温度以上になったときに、前記冷却装置を運転する。【選択図】図1To provide an air conditioning system capable of cooling a storage room to a desired temperature while suppressing power consumption throughout the year. An air conditioning system according to an embodiment includes a cooling tower, a cooling device, a heat exchanger, a pump, a blower, a detection unit, and a control unit. The cooling tower cools the first refrigerant by free cooling. The cooling device can cool the second refrigerant to a temperature lower than the temperature of the first refrigerant cooled by the cooling tower. In the heat exchanger, the first refrigerant cooled by the cooling tower and the second refrigerant cooled by the cooling device flow inside. The pump conveys the first refrigerant. The blower causes air to flow through the heat exchanger and then to the object to be cooled in the accommodation chamber. The said detection part detects the temperature of the said air before flowing into the said to-be-cooled body through the said heat exchanger. The control unit operates the cooling device when the temperature detected by the detection unit is equal to or higher than a predetermined first reference temperature. [Selection] Figure 1
Description
本発明の実施形態は、空調システムに関する。 Embodiments described herein relate generally to an air conditioning system.
データセンタ等の収容室内には、熱を発生するサーバやストレージ等のICT(Information and Communication Technology)機器(被冷却体)が収容されている。このようなICT機器を運転する際には、ICT機器が発熱するために、ICT機器を空調システムにより冷却することが必要である。データセンタ内は、温度を安定させて冷却する必要がある。 An accommodation room such as a data center accommodates ICT (Information and Communication Technology) equipment (cooled body) such as a server and storage that generate heat. When operating such an ICT device, it is necessary to cool the ICT device by an air conditioning system because the ICT device generates heat. The data center needs to be cooled with a stable temperature.
一般的に、圧縮機等を用いて冷媒を冷却する冷却装置は、外気温度によらず5〜10℃程度の低温の冷媒を生成することができる。このため、データセンタでは冷却装置が用いられている。しかし、冷却装置の消費電力が多いことは、問題である。
一方で、空調システムにおける省エネルギー技術として、フリークーリングが知られている。フリークーリングは、外気との間で気化熱により水を冷却する冷却塔等を用いて、空調用の冷たい水を生成するシステムである。フリークーリングは、冷却装置に比べて消費電力を大幅に低下させることができる。
Generally, a cooling device that cools a refrigerant using a compressor or the like can generate a low-temperature refrigerant of about 5 to 10 ° C. regardless of the outside air temperature. For this reason, a cooling device is used in the data center. However, the high power consumption of the cooling device is a problem.
On the other hand, free cooling is known as an energy saving technique in an air conditioning system. Free cooling is a system that generates cold water for air conditioning using a cooling tower or the like that cools water with the heat of vaporization from outside air. Free cooling can significantly reduce power consumption compared to a cooling device.
しかしながら、フリークーリングでは、外気温度が高い夏等には、低温の水を生成することは困難である。このため、フリークーリングは、データセンタではほとんど利用されていない。 However, in free cooling, it is difficult to generate low-temperature water in summer or the like when the outside air temperature is high. For this reason, free cooling is rarely used in data centers.
本発明が解決しようとする課題は、年間を通じて消費電力を抑えて収容室内を所望の温度に冷却することができる空調システムを提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide an air conditioning system capable of cooling power to a desired temperature while suppressing power consumption throughout the year.
実施形態の空調システムは、冷却塔と、冷却装置と、熱交換器と、ポンプと、送風機と、検出部と、制御部と、を持つ。前記冷却塔は、フリークーリングにより第1冷媒を直接的又は間接的に冷却する。前記冷却装置は、前記冷却塔で冷却される前記第1冷媒の温度よりも低い温度まで第2冷媒を冷却可能である。前記熱交換器は、前記冷却塔で冷却された前記第1冷媒、及び前記冷却装置で冷却された前記第2冷媒が内部を流れる。前記ポンプは、前記第1冷媒を搬送する。前記送風機は、前記熱交換器を通してから収容室内の被冷却体に空気を流す。前記検出部は、前記熱交換器に流れ込む前記第1冷媒の温度、又は前記熱交換器を通り前記被冷却体に流れる前の前記空気の温度を検出する。前記制御部は、前記ポンプ及び前記冷却装置を制御する。前記制御部は、前記ポンプが運転している状態で、前記検出部で検出した温度が予め定められた第1基準温度以上になったときに、前記冷却装置を運転する。 The air conditioning system of the embodiment includes a cooling tower, a cooling device, a heat exchanger, a pump, a blower, a detection unit, and a control unit. The cooling tower cools the first refrigerant directly or indirectly by free cooling. The cooling device can cool the second refrigerant to a temperature lower than the temperature of the first refrigerant cooled by the cooling tower. In the heat exchanger, the first refrigerant cooled by the cooling tower and the second refrigerant cooled by the cooling device flow inside. The pump conveys the first refrigerant. The blower causes air to flow through the heat exchanger and then to the object to be cooled in the accommodation chamber. The detection unit detects the temperature of the first refrigerant flowing into the heat exchanger, or the temperature of the air before flowing through the heat exchanger to the cooled object. The control unit controls the pump and the cooling device. The control unit operates the cooling device when the temperature detected by the detection unit is equal to or higher than a predetermined first reference temperature while the pump is operating.
以下、実施形態の空調システムを、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an air conditioning system according to an embodiment will be described with reference to the drawings.
図1に示すように、データセンタ(収容室)R1では、ICT機器として用いられる電子機器(被冷却体)がラックWに収容された状態で床面(設置面)R11上に配置されている。本実施形態の空調システム1は、データセンタR1内を冷却するのに用いられる。なお、図1に示すデータセンタR1は、側面の断面図である。 As shown in FIG. 1, in the data center (accommodating room) R1, an electronic device (cooled body) used as an ICT device is disposed on a floor surface (installation surface) R11 in a state of being accommodated in a rack W. . The air conditioning system 1 of this embodiment is used to cool the inside of the data center R1. The data center R1 shown in FIG. 1 is a side sectional view.
例えば、データセンタR1は、機械室R12、低温室R13、及び高温室R14が、水平面に沿ってこの順で並べて構成されている。ラックWは、低温室R13と高温室R14とにまたがって配置されている。低温室R13と高温室R14との境界におけるラックW以外の部分は、壁R16で仕切られている。
空調システム1における後述する主熱交換器36及び主送風機46は、ケーシング61内に収容された状態で機械室R12内に配置されている。ケーシング61は、機械室R12内における低温室R13寄りの位置に配置されている。機械室R12と低温室R13との境界におけるケーシング61以外の部分は、壁R17で仕切られている。
機械室R12における低温室R13とは反対側の部分と、高温室R14とは、配管ダクトR18により接続されている。
For example, the data center R1 includes a machine room R12, a low temperature room R13, and a high temperature room R14 arranged in this order along a horizontal plane. The rack W is disposed across the low temperature chamber R13 and the high temperature chamber R14. Portions other than the rack W at the boundary between the low greenhouse R13 and the high temperature chamber R14 are partitioned by a wall R16.
A
A portion of the machine room R12 opposite to the low temperature room R13 and the high temperature room R14 are connected by a piping duct R18.
低温室R13内の空間が、空調システム1により空気の温度が低く制御されたコールドエリアである。コールドエリア内の空気は、後述するようにラックWに向かって流れる。この空気は、ラックW内を通ってラックWに収容された電子機器と熱交換する。電子機器と熱交換した空気は、高温室R14内に流れ出る。高温室R14内の空間が、電子機器と熱交換することで温度が高くなった空気が流れるホットエリアである。 The space in the low greenhouse R13 is a cold area in which the air temperature is controlled to be low by the air conditioning system 1. The air in the cold area flows toward the rack W as will be described later. The air passes through the rack W and exchanges heat with the electronic equipment accommodated in the rack W. The air exchanged heat with the electronic device flows out into the high temperature chamber R14. The space in the high greenhouse R14 is a hot area through which air whose temperature has increased due to heat exchange with electronic equipment flows.
空調システム1は、冷却塔11と、冷却装置31と、主熱交換器(熱交換器)36と、第2ポンプ(ポンプ)41と、主送風機(送風機)46と、温度センサ(検出部)51と、制御部56と、を備える。
例えば、冷却塔11は、冷却塔11内を流れ落ちる第1水に風を送る補助送風機12を有する。補助送風機12を運転すると、補助送風機12は第1水に風を送る。補助送風機12の運転を停止すると、補助送風機12は第1水に風を送らない。なお、補助送風機12は、回転速度を変更可能な送風機であることが好ましい。
冷却塔11は、フリークーリングにより、第1水と大気とを接触させて第1水から気化熱を奪うこと等により第1水を冷却する。冷却塔11は、第1水を受動的に冷却する。
The air conditioning system 1 includes a
For example, the
The
冷却塔11は、環状の第1搬送配管13上に配設されている。この第1搬送配管13上には、第1ポンプ14、及び第1補助熱交換器15が配設されている。
に第1水は、冷却塔11、第1搬送配管13、及び第1補助熱交換器15内に収容されている。第1ポンプ14を運転すると、冷却塔11、第1搬送配管13、及び第1補助熱交換器15内に第1水が流れる。第1ポンプ14の運転を停止すると、この第1水の流れが停止する。なお、第1ポンプ14は運転周波数を変更可能なポンプであることが好ましい。運転周波数が大きくなるほど、冷却塔11、第1搬送配管13、及び第1補助熱交換器15内を流れる第1水の流量が増加する。
The
The first water is accommodated in the
第1補助熱交換器15は、ケーシング17内に収容された状態で、第2補助熱交換器18との間で熱交換を行う。補助熱交換器15、18としては、コイル式や、シェル&コイル式等の公知の熱交換器を適宜選択して用いることができる。
第2補助熱交換器18は、環状の第2搬送配管19上に配設されている。この第2搬送配管19上には、クッションタンク20、第2ポンプ41、第1主熱交換器(第1熱交換器)37、及び開閉弁21が配設されている。
クッションタンク20は、内部に一定量の第2水を貯える。クッションタンク20は、冷却塔11による冷却が一時的にできなくなったときに、冷却された第2水を第1主熱交換器37内に流すためのものである。なお、クッションタンク20は空調システム1の必須の構成ではない。
第2ポンプ41は、第2水(第1冷媒)を搬送する。
The first
The second
The
The
開閉弁21は、制御部56による遠隔操作が可能なものであってもよい。開閉弁21を開くと、第2水が第2搬送配管19内を流れることができる。開閉弁21を閉じると、第2水が第2搬送配管19内を流れることができない。
第2搬送配管19における、第2補助熱交換器18の第2水の入口と出口には、バイパス配管23の端部がそれぞれ接続されている。バイパス配管23上には、開閉弁24が配設されている。開閉弁24は、開閉弁21と同様に構成されている。
なお、バイパス配管23及び開閉弁24は空調システム1の必須の構成ではない。
The on-off
The ends of the
The
第2水は、第2補助熱交換器18、第2搬送配管19、クッションタンク20、及び第1主熱交換器37内に収容されている。第2ポンプ41を運転すると、第2補助熱交換器18、第2搬送配管19、クッションタンク20、及び第1主熱交換器37内に第2水が流れる。第2ポンプ41の運転を停止すると、この第2水の流れが停止する。なお、第2ポンプ41は運転周波数を変更可能なポンプであることが好ましい。
第1補助熱交換器15と第2補助熱交換器18とが熱交換を行うことで、第2水は第1水で間接的に冷却される。
第1水は大気と接触することで、内部に埃等が入って汚れやすい。第1主熱交換器37内を第1水が流れず、第1水により間接的に冷却された第2水が流れることで、第1主熱交換器37が汚れにより詰まることが抑えられる。
The second water is accommodated in the second
As the first
When the first water comes into contact with the atmosphere, dust and the like are easily contained inside and contaminated. Since the first water does not flow in the first
冷却装置31は、第1冷凍機32と、第2冷凍機33と、を有している。冷凍機32、33は、圧縮機を用いた蒸気圧縮冷凍機であり、いわゆるPAC(パッケージ型)室外機である。冷凍機32、33は冷媒(第2冷媒)を冷却する。例えば、冷媒はR410Aであるが、特にこれに限定されない。冷凍機32、33は、冷媒を能動的(アクティブ)に冷却する。
冷却装置31は、冷却塔11で冷却される第2水の温度よりも低い温度まで冷媒を冷却可能である。冷却塔11で水から所定の熱量を奪うのに必要な冷却塔11の消費電力は、冷却装置31で冷媒から所定の熱量を奪うのに必要な冷却装置31の消費電力よりも少ない。
冷凍機32、33が有する圧縮機は、運転周波数を変更可能なものであってもよい。しかし、本実施形態では冷凍機32、33が有する圧縮機は、運転周波数を変更できないものであるとして説明する。
冷凍機32、33は、第3搬送配管34上に配設されている。なお、第3搬送配管34は、構成を簡略化して示している。例えば、冷凍機32、33は、第3搬送配管34に並列に接続されている。なお、冷却装置31が有する冷凍機の数は、2台に限られず、1台でもよいし、3台以上でもよい。
The
The
The compressors included in the
The
第3搬送配管34上には、第2主熱交換器(第2熱交換器)38が配設されている。なお、この第2主熱交換器38及び第1主熱交換器37で、主熱交換器36を構成する。主熱交換器37、38としては、コイル式等の熱交換器を適宜選択して用いることができる。主熱交換器36内には、冷却塔11で間接的に冷却された第2水、及び冷却装置31で冷却された冷媒が流れる。
冷凍機32、33、第3搬送配管34、及び第2主熱交換器38内には、冷媒が収容されている。第1冷凍機32および第2冷凍機33の一方を運転すると、第3搬送配管34、及び第2主熱交換器38内には、冷媒が流れる。第1冷凍機32および第2冷凍機33の両方を運転すると、冷媒の流量が増加する。第1冷凍機32および第2冷凍機33の運転を停止すると、この冷媒の流れが停止する。
前述の第1主熱交換器37は、第2主熱交換器38よりも主送風機46により流れる空気の上流側に配置されている。すなわち、第1主熱交換器37を通り第1主熱交換器37で冷却された空気が、第2主熱交換器38を通る。
A second main heat exchanger (second heat exchanger) 38 is disposed on the
A refrigerant is accommodated in the
The aforementioned first
主送風機46は、第1軸流ファン47と、第2軸流ファン48と、を有している。
主熱交換器37、38は、軸流ファン47、48における、軸流ファン47、48が空気を吸込む吸込み側に配置されている。軸流ファン47、48は、それぞれが第2主熱交換器38に対向するように並列に配置されている。なお、主熱交換器36及び主送風機46を通る空気は、ケーシング61に形成された貫通孔62を通して流れる。
送風機46は、主熱交換器36を通してからデータセンタR1内の電子機器に空気を流す。この際に、送風機46は、主熱交換器36を通った空気を床面R11に沿って流す。
The
The
The
なお、主熱交換器37、38を、軸流ファン47、48における、軸流ファン47、48が空気を吐出する吐出側に配置してもよい。主熱交換器37、38の一方を軸流ファン47、48の吸込み側に配置し、主熱交換器37、38の他方を軸流ファン47、48の吐出側に配置してもよい。
主送風機が有する軸流ファンの数は、2台に限られず、1台でもよいし、3台以上でもよい。主送風機が軸流ファンに代えて、遠心ファンや横流ファン等を備えてもよい。
The
The number of axial fans that the main blower has is not limited to two, but may be one or three or more. The main blower may include a centrifugal fan, a cross flow fan, or the like instead of the axial flow fan.
例えば、温度センサ51は、低温室R13の天井に取付けられている。温度センサ51は、低温室R13内の空気の温度、すなわち、主熱交換器36を通り電子機器に流れる前の空気の温度を検出する。
For example, the
制御部56は、演算回路と、メモリと、を有している。メモリには、演算回路の制御プログラムや、温度制御の基準となる予め定められた第1基準温度及び第2基準温度等が記憶されている。
制御部56は、補助送風機12、第1ポンプ14、開閉弁21、24、第2ポンプ41、冷却装置31、主送風機46、及び温度センサ51に接続されている。
制御部56は、温度センサ51の検出結果に基づいて、補助送風機12、第1ポンプ14、開閉弁21、24、第2ポンプ41、冷却装置31、及び主送風機46を制御する。
The
The
The
次に、以上のように構成された空調システム1の動作について説明する。
まず、外気(大気)温度が比較的低い状態から時間とともに外気温度が高くなる過程の中での空調システム1の動作について説明する。
Next, the operation of the air conditioning system 1 configured as described above will be described.
First, the operation of the air conditioning system 1 in the process in which the outside air temperature increases with time from a state in which the outside air (atmosphere) temperature is relatively low will be described.
図2に、時間に対する各温度、及びポンプ14、41、冷凍機32、33の運転状態の変化を示す。実線で表された線L1(線L1a等も同様)は、外気温度を示す。点線で表された線L2(線L2a等も同様)は、第2水の温度を示す。一点鎖線で表された線L3(線L3a等も同様)は、温度センサ51が検出する温度を示す。また、図2中には、ポンプ14、41及び冷凍機32、33が運転した状態なのか、運転を停止した状態なのかを示している。
予め、開閉弁21は開いていて、開閉弁24は閉じているものとする。
期間P1、P2、P3の順で時間が経過するのにしたがって、線L1、L1a、L1c、で表す外気温度が高くなる。ただし、期間P1、P2、P3のそれぞれの間では、外気温度は一定であるものとする。このような期間P1、P2、P3は、ある1日の中での異なる期間でもよいし、1年の中での異なる時期でもよい。
例えば、低温室R13内の空気の制御目標となる温度は、25℃であるとする。なお、前述及び図2中の各温度は説明に用いる一つの例であり、これらの温度に限られない。
In FIG. 2, each temperature with respect to time and the change of the operation state of the
It is assumed that the on-off
As time elapses in the order of the periods P1, P2, and P3, the outside air temperature represented by the lines L1, L1a, and L1c increases. However, it is assumed that the outside air temperature is constant during each of the periods P1, P2, and P3. Such periods P1, P2, and P3 may be different periods in a certain day, or may be different periods in a year.
For example, it is assumed that the temperature that is the control target of the air in the low temperature chamber R13 is 25 ° C. In addition, each temperature in the above-mentioned and FIG. 2 is one example used for description, and is not restricted to these temperatures.
期間P1のように、外気温度が比較的低いときには、初期条件として、以下のようになっているものとする。すなわち、補助送風機12は、比較的遅い回転速度で回転している。ポンプ14、41は、比較的小さい運転周波数でそれぞれ運転している。冷凍機32、33は運転を停止している。軸流ファン47、48は、運転している。
As in the period P1, when the outside air temperature is relatively low, the initial condition is as follows. That is, the
例えば、外気温度に近い温度になっている第1水は、冷却塔11において気化熱を奪われることで冷却され温度が下がる。第2水は、補助熱交換器15、18において第1水により冷却されることで、外気温度よりも低い線L2で表す温度になる。すなわち、第2水の温度は、外気温度に対してΔT1下がる。軸流ファン47、48が運転することでケーシング61内を流れる空気は、第1主熱交換器37において第2水により冷却される。第1主熱交換器37で冷却された空気は、低温室R13内に流れ込む。この結果、温度センサ51で検出される温度が、線L3で表す25℃になる。
For example, the first water having a temperature close to the outside air temperature is cooled by the heat of vaporization being deprived in the
この冷却された空気は、床面R11に沿って流れ、ラックW内で発熱している電子機器を冷却する。電子機器を冷却することで加熱された空気は、高温室R14に流れ込む。加熱された空気は、配管ダクトR18及び機械室R12内を流れる。加熱された空気は、第1主熱交換器37において再び冷却される。
The cooled air flows along the floor surface R11 and cools the electronic equipment that generates heat in the rack W. Air heated by cooling the electronic device flows into the high temperature chamber R14. The heated air flows through the piping duct R18 and the machine room R12. The heated air is cooled again in the first
次に、期間P2のように、線L1aで表される外気温度が、期間P1の外気温度に比べて上がった場合について説明する。この場合、外気温度に応じて、第2水の温度が線L2aで表す温度に上がる。温度センサ51で検出される温度が、線L3aで表す温度に上がる。
制御部56は、時刻t1において、ポンプ14、41の運転周波数を大きくする。冷却塔11内等を流れる第1水の流量が増加し、冷却塔11における第1水を冷却する冷却能力が増加する。ここで言う冷却能力とは、水等の冷却対象から単位時間あたりに奪う熱量のことを意味する。
この第1水により第2水が冷却されることで、第2水の温度が線L2bで表す温度になる。外気温度と第2水の温度との温度差ΔT2は、前述の温度差ΔT1よりも大きくなる。温度差ΔT2が大きくなった第2水で冷却されることで、温度センサ51で検出される温度が、線L3bで表す25℃に保たれる。
Next, as in the period P2, a case where the outside air temperature represented by the line L1a is higher than the outside air temperature in the period P1 will be described. In this case, the temperature of the second water rises to the temperature represented by the line L2a according to the outside air temperature. The temperature detected by the
The
When the second water is cooled by the first water, the temperature of the second water becomes the temperature represented by the line L2b. A temperature difference ΔT2 between the outside air temperature and the temperature of the second water is larger than the above-described temperature difference ΔT1. By cooling with the second water having the increased temperature difference ΔT2, the temperature detected by the
外気温度がさらに上がった場合には、冷却塔11における補助送風機12の回転速度を速くする。これにより、冷却塔11における第1水を冷却する冷却能力を増加させ、温度センサ51で検出される温度を25℃に保つようにする。
このように、まずは冷凍機32、33を運転することなく、冷却塔11による冷却能力を増加させたり、第2ポンプ41の運転周波数を大きくしたりすること等により、温度センサ51で検出される温度を25℃に保つ。
When the outside air temperature further rises, the rotational speed of the
In this way, first, the
期間P3の線L1cで表すように外気温度がさらに上がった場合には、第2水の温度が線L2cで表すように、線L2bで表す温度よりも上がる。温度センサ51で検出される温度が、線L3cで表すように、線L3bで表す温度よりも上がる。
制御部56は、温度センサ51で検出した温度が予め定められた第1基準温度以上になった時刻t2において、冷却装置31を運転する。第1基準温度は、目標温度よりも高い温度である。この例では、2台の冷凍機32、33のうち第1冷凍機32を運転する。
第1冷凍機32を運転すると、第1冷凍機32で冷媒が冷却され、冷却された冷媒は、第3搬送配管34を通して第2主熱交換器38内を流れる。ケーシング61内を流れる空気は、内部を第2水が流れる第1主熱交換器37を通り、予めある程度冷却される。この空気は、内部を冷媒が流れる第2主熱交換器38を通ってさらに冷却される。これにより、温度センサ51で検出される温度が線L3dで表す25℃に保たれる。
When the outside air temperature further rises as indicated by the line L1c in the period P3, the temperature of the second water rises higher than the temperature indicated by the line L2b as indicated by the line L2c. As indicated by the line L3c, the temperature detected by the
The
When the
なお、第1冷凍機32を運転するときに、補助送風機12、及びポンプ14、41の運転を停止して、第1主熱交換器37内を冷却された冷媒が流れないようにしてもよい。開閉弁21を閉じて、第1主熱交換器37内を冷却された冷媒が流れないようにしてもよい。
外気温度がさらに上がった場合には、第2冷凍機33を運転してもよい。
When the
When the outside air temperature further rises, the
次に、外気温度が比較的高い状態から、時間とともに外気温度が下がる過程の中での空調システム1の動作について説明する。
初期条件として、以下のようになっているものとする。すなわち、補助送風機12は、比較的速い回転速度で回転している。ポンプ14、41は、比較的大きい運転周波数でそれぞれ運転している。冷凍機32、33、及び軸流ファン47、48は、運転している。
Next, operation | movement of the air conditioning system 1 in the process in which outside temperature falls with time from the state where outside temperature is comparatively high is demonstrated.
Assume that the initial conditions are as follows. That is, the
図3に、時間に対する各温度、及びポンプ14、41、冷凍機32、33の運転状態の変化を示す。図3における縦軸、横軸、ポンプ14、41及び冷凍機32、33の運転状態の表示の仕方は、図2と同様である。外気温度は線L1eで表すようである。第2水の温度は線L2eで表すようであり、温度センサ51で検出される温度は線L3e(線L3f等も同様)で表すようである。
制御部56は、時刻t5において、第2冷凍機33の運転を停止して冷却装置31の冷却能力を低下させる。冷却装置31の冷却能力を低下させても、温度センサ51が検出する温度が線L3fで表すように、線L3eで表す温度よりも上がらない場合には、以下のように制御する。なお、温度センサ51が検出する温度が上がらないのは、外気温度が下がることでデータセンタR1内をそれほど冷却しなくても目標温度が維持できるためである。
すなわち、制御部56は、時刻t6において、第1冷凍機32の運転を停止して冷却装置31の運転を停止させる。ただし、ポンプ14、41の運転は続けることで、冷却塔11による第1水の冷却は行う。
In FIG. 3, each temperature with respect to time and the change of the driving | running state of the
The
That is, the
なお、制御部56は、冷却装置31の運転を停止させる制御をおこなわず、時刻t5において低下させた冷却装置31の冷却能力を維持してもよい。
また、制御部56は、時刻t5において、冷凍機32、33の運転を停止させて冷却装置の運転を停止させてもよい。この場合において、冷却装置31の運転を停止させても、温度センサ51が検出する温度が上がらない場合には、冷却装置31の運転を停止させたままにしてもよい。
制御部56は、時刻t6において、第1冷凍機32の運転を停止させずに、冷却装置31の冷却能力をさらに低下させるように制御してもよい。具体的には、第1冷凍機32の圧縮機が運転周波数を変更可能なものである場合には、圧縮機の運転周波数を小さくする。
Note that the
Further, the
The
冷却装置31の冷却能力を低下させたときに温度センサ51が検出する温度が上がった場合には、冷却装置31の冷却能力を増加させてもよい。
なお、冷却装置の運転を停止させた後で、補助送風機12の回転速度を遅くしてもよい。ポンプ14、41の運転周波数を小さくしてもよい。
When the temperature detected by the
In addition, after stopping the operation of the cooling device, the rotational speed of the
次に、温度センサ51で検出した温度が所定の温度以下に低下した場合の空調システム1の動作について説明する。
初期条件として、以下のようになっているものとする。すなわち、補助送風機12は、回転している。ポンプ14、41、冷凍機32、33、軸流ファン47、48は、それぞれ運転している。
制御部56は、温度センサ51で検出した温度が第2基準温度以下になったときに、ポンプ14、41及び冷却装置31の運転を停止する。例えば、第2基準温度は、ラックW内の電子機器に結露が生じない温度である約15℃である。なお、第2基準温度は、前述の第1基準温度よりも低い温度であってもよい。
Next, the operation of the air conditioning system 1 when the temperature detected by the
Assume that the initial conditions are as follows. That is, the
The
ポンプ14、41及び冷却装置31の運転を停止した後でも、軸流ファン47、48の運転を続ける。電子機器の廃熱で暖められた空気をデータセンタR1内で循環させることで、電子機器に結露が生じるのが抑えられる。
Even after the operation of the
このように、例えば、外気温度が比較的低い春や秋にはデータセンタR1内を冷却塔11のみで冷却し、外気温度が比較的高い夏には必要に応じて冷却装置31を運転する。
Thus, for example, in the spring and autumn when the outside air temperature is relatively low, the inside of the data center R1 is cooled only by the
以上説明したように、本実施形態の空調システム1によれば、外気温度が比較的低い場合には、比較的消費電力が少ない冷却塔11により冷却するとともに、冷却装置31の運転を停止する。外気温度が比較的高い場合には、目標温度まで冷却可能なように冷却装置31を運転する。冷却塔11だけが運転することがあることで、年間を通じて消費電力を抑えてデータセンタR1内を所望の温度に冷却することができる。
As described above, according to the air conditioning system 1 of the present embodiment, when the outside air temperature is relatively low, the
主送風機46は、主熱交換器36を通った空気を、床面R11に沿って電子機器に流す。主熱交換器36を通った空気を、一度床下を通してから床面R11上の電子機器に流すことなく、主熱交換器36から短い流路で電子機器に流すことができる。空気の流路が短くなることで、流路内を流れる間に空気の温度が上昇することが抑えられる。さらに、第1水及び冷媒の温度を高くしても、データセンタR1内を所望の温度に冷却することができる。これにより、空調システム1の消費電力を抑えることができる。1年の中で、冷却塔11のみでデータセンタR1内を所望の温度に冷却することができる期間が長くなる。
空気の流路が短くなることで、空気を流すのに必要な主送風機46の消費電力を抑えることができる。主熱交換器36を通った空気が床面R11上を流れるため、低温室R13における空気の流路を広く確保し、空気の流量を増加させることができる。したがって、ラックWにより多くの電子機器を搭載することができる。
The
By shortening the air flow path, the power consumption of the
第1主熱交換器37は、第2主熱交換器38よりも主送風機46により流れる空気の上流側に配置されている。空気を第1主熱交換器37で冷却してから、第2主熱交換器38でさらに冷却する。第2主熱交換器38の予冷に第1主熱交換器37を使用することで、冷却装置31で必要な冷却能力を抑えて空調システム1全体としての消費電力をさらに抑えることができる。
The 1st
制御部56は、冷却装置31の冷却能力を低下させたときに、温度センサ51が検出する温度が上がらない場合には、低下させた冷却装置31の冷却能力を維持する。冷却装置31の冷却能力を低下させることで、空調システム1全体としての消費電力を抑えることができる。
制御部56は、冷却装置31の冷却能力を低下させたときに、温度センサ51が検出する温度が上がらない場合には、冷却装置31の運転を停止させる。したがって、空調システム1全体としての消費電力をさらに抑えることができる。
If the temperature detected by the
The
制御部56は、温度センサ51で検出した温度が第2基準温度以下になったときに、ポンプ14、41及び冷却装置31の運転を停止する。これにより、電子機器に結露が生じることを抑制することができる。
冷却装置31だけでなく冷却塔11を用いることで、1年の中で冷却装置31を運転する期間が短くなる。このため、冷却装置31に用いられる圧縮機をより長い期間にわたり使用することができ、この圧縮機を交換する頻度を抑えることができる。
The
By using not only the
なお、温度センサ51が第1主熱交換器37に流れ込む第2水の温度を検出するように構成してもよい。この場合、第2水の温度は、18℃を基準として制御する。
冷却装置31を運転するときにポンプ14、41の運転を停止させる場合には、第2主熱交換器38の予冷に第1主熱交換器37を使用できない。このような場合等には、第1主熱交換器37は、第2主熱交換器38よりも空気の下流側に配置されていてもよい。
The
When the operation of the
図4に示すように、データセンタR2を構成してもよい。なお、データセンタR2内の空調システム1の構成については、要部のみを示している。
データセンタR2内では、複数のラックWが、所定の方向(以下、第1方向Xと称する)に互いに隙間を空けずに並べて配置されている。この第1方向Xの一方の端部のラックWに、平面視でラックWと同等の外形のケーシング61が隙間を空けずに並べて配置されている。ケーシング61とデータセンタR2の外壁とは、第1方向Xに延びる壁R21で仕切られている。
複数のラックWのうち第1方向Xの他方の端部のラックWとデータセンタR2の外壁とは、第1方向Xに延びる壁R22で仕切られている。
As shown in FIG. 4, a data center R2 may be configured. In addition, about the structure of the air conditioning system 1 in the data center R2, only the principal part is shown.
In the data center R2, a plurality of racks W are arranged side by side in a predetermined direction (hereinafter referred to as the first direction X) with no gap therebetween. On the rack W at one end portion in the first direction X,
Of the plurality of racks W, the rack W at the other end in the first direction X and the outer wall of the data center R2 are partitioned by a wall R22 extending in the first direction X.
ケーシング61内で空気は主送風機46により第1方向Xに直交する方向(以下、第2方向Yと称する)に流れて、主熱交換器37、38により冷却される。ケーシング61内から流れ出た空気は、第1方向Xに流れて各ラックWに流れ込む。データセンタR2における各ラックWに空気が流れ込む側の部屋が、低温室R24となる。低温室R24内の空間が、空調システム1により空気の温度が低く制御されたコールドエリアである。
空気は、各ラックW内で第2方向Yに流れ、電子機器と熱交換する。各ラックWから流れ出た空気は、第1方向Xに流れる。各ラックWから空気が流れ出る側の部屋が、高温室R25となる。高温室R25内の空間が、電子機器と熱交換することで温度が高くなった空気が流れるホットエリアである。
高温室R25を第1方向Xに流れる空気は、ケーシング61内に流れ込む。ケーシング61内に流れ込んだ空気は、再び主熱交換器37、38により冷却される。
In the
The air flows in each rack W in the second direction Y, and exchanges heat with the electronic device. The air flowing out from each rack W flows in the first direction X. The room on the side where air flows out from each rack W is the high temperature chamber R25. The space in the high greenhouse R25 is a hot area through which air whose temperature has increased due to heat exchange with electronic equipment flows.
The air flowing through the high greenhouse R25 in the first direction X flows into the
本実施形態では、冷却装置は気体圧縮式冷凍機であるとした。しかし、冷却装置はこの限りではなく、吸収式冷凍機、ペルティエ式冷却器、磁気冷凍装置等でもよい。
第1主熱交換器37が汚れにより詰まりにくい場合等には、空調システムが補助熱交換器15、18を備えず、搬送配管13、19が一体となって1つの環状の搬送配管を構成してもよい。この場合、第1水と第2水とが一体となって第1冷媒を構成し、この第1冷媒が搬送配管内を流れる。第1冷媒は、冷却塔11により直接的に冷却される。
冷却装置で冷却された冷媒が水である場合には、主熱交換器36が主熱交換器37、38に分けられずに、1つの熱交換器で構成されてもよい。この場合、冷却塔11で冷却された水、及び冷却装置31で冷却された水が合流して、1つの熱交換器内を流れる。熱交換器内を流れることで空気を冷却した水は、流れを分けられて、一部が冷却塔11に向かって流れ、残りが冷却装置31に向かって流れる。
In the present embodiment, the cooling device is a gas compression refrigerator. However, the cooling device is not limited to this, and may be an absorption refrigerator, a Peltier cooler, a magnetic refrigerator, or the like.
When the first
When the refrigerant cooled by the cooling device is water, the
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、主熱交換器36、温度センサ51、及び制御部56を持つことにより、外気温度によらず消費電力を抑えてデータセンタR1内を所望の温度に冷却することができる。
According to at least one embodiment described above, by having the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1…空調システム、11…冷却塔、31…冷却装置、36…主熱交換器(熱交換器)、37…第1主熱交換器(第1熱交換器)、38…第2主熱交換器(第2熱交換器)、41…第2ポンプ(ポンプ)、46…主送風機(送風機)、51…温度センサ(検出部)、56…制御部、R1、R2…データセンタ(収容室)、R11…床面(設置面) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Air conditioning system, 11 ... Cooling tower, 31 ... Cooling device, 36 ... Main heat exchanger (heat exchanger), 37 ... 1st main heat exchanger (1st heat exchanger), 38 ... 2nd main heat exchange (Second heat exchanger), 41 ... second pump (pump), 46 ... main blower (blower), 51 ... temperature sensor (detection unit), 56 ... control unit, R1, R2 ... data center (accommodation chamber) , R11 ... Floor (installation surface)
Claims (6)
前記冷却塔で冷却される前記第1冷媒の温度よりも低い温度まで第2冷媒を冷却可能な冷却装置と、
前記冷却塔で冷却された前記第1冷媒、及び前記冷却装置で冷却された前記第2冷媒が内部を流れる熱交換器と、
前記第1冷媒を搬送するポンプと、
前記熱交換器を通してから収容室内の被冷却体に空気を流す送風機と、
前記熱交換器に流れ込む前記第1冷媒の温度、又は前記熱交換器を通り前記被冷却体に流れる前の前記空気の温度を検出する検出部と、
前記ポンプ及び前記冷却装置を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記ポンプが運転している状態で、前記検出部で検出した温度が予め定められた第1基準温度以上になったときに、前記冷却装置を運転する
空調システム。 A cooling tower for directly or indirectly cooling the first refrigerant by free cooling;
A cooling device capable of cooling the second refrigerant to a temperature lower than the temperature of the first refrigerant cooled in the cooling tower;
A heat exchanger in which the first refrigerant cooled by the cooling tower and the second refrigerant cooled by the cooling device flow;
A pump for conveying the first refrigerant;
A blower that causes air to flow through the heat exchanger and then to the object to be cooled in the accommodation chamber;
A detector that detects the temperature of the first refrigerant flowing into the heat exchanger, or the temperature of the air before flowing through the heat exchanger to the cooled object;
A control unit for controlling the pump and the cooling device;
With
The controller is
An air conditioning system that operates the cooling device when the temperature detected by the detection unit is equal to or higher than a predetermined first reference temperature in a state where the pump is operating.
前記送風機は、前記熱交換器を通った前記空気を前記設置面に沿って流す
請求項1に記載の空調システム。 The object to be cooled is disposed on an installation surface of the object to be cooled in the storage chamber,
The air conditioning system according to claim 1, wherein the blower causes the air that has passed through the heat exchanger to flow along the installation surface.
前記第1熱交換器内には前記第1冷媒が流れ、
前記第2熱交換器内には前記第2冷媒が流れ、
前記第1熱交換器は、前記第2熱交換器よりも前記送風機により流れる前記空気の上流側に配置されている
請求項1又は2に記載の空調システム。 The heat exchanger has a first heat exchanger and a second heat exchanger,
The first refrigerant flows in the first heat exchanger,
The second refrigerant flows in the second heat exchanger,
The air conditioning system according to claim 1 or 2, wherein the first heat exchanger is disposed on an upstream side of the air flowing by the blower from the second heat exchanger.
請求項1から3のいずれか一項に記載の空調システム。 When the temperature detected by the detection unit does not increase when the control unit reduces the cooling capacity of the cooling device or stops the operation of the cooling device, the control unit decreases the cooling capability. The air conditioning system according to any one of claims 1 to 3, wherein the cooling capacity of the cooling device is maintained or the operation of the cooling device is kept stopped.
請求項1から3のいずれか一項に記載の空調システム。 When the temperature detected by the detection unit does not increase when the cooling capacity of the cooling device is reduced, the control unit further reduces the cooling capacity of the cooling device or operates the cooling device. The air conditioning system according to claim 1, wherein the air conditioning system is stopped.
請求項1から5のいずれか一項に記載の空調システム。 The control unit stops the operation of the pump and the cooling device when a temperature detected by the detection unit becomes equal to or lower than a predetermined second reference temperature lower than the first reference temperature. The air conditioning system according to any one of 1 to 5.
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