JP5906111B2 - コンテナ用空調システム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、コンテナ用空調システムに関する。

近年、様々な分野におけるＩＴ（情報技術）化の進展に伴ってコンテナ型データセンタが提案されている。

このコンテナ型データセンタは、トラック等の荷台に載置されて搬送可能の貨物用コンテナをサーバールームに改造し、その内部にサーバーや制御装置、電源装置等データセンタとして必要な機器を収容してパッケージングシステムとして構成されている。

そして、このコンテナ型データセンタは、コンテナ内のサーバー等の機器類の発熱量が多いので、コンテナ内温度を所定温度で一定にするためのコンテナ用空気調和システムを装備している。

このコンテナ用空調システムは、コンテナにダクトを介して接続されてコンテナ内の空気と熱交換する熱交換器と大形ファンを具備した１台の熱交換ユニットと、この熱交換ユニットの熱交換器に冷媒配管を介して接続される室外熱交換器を有する複数台の室外機を具備している。

しかしながら、このような従来の空気調和機では、複数の独立した冷凍サイクルを設けて冗長系に構成するために、熱交換ユニットの熱交換器を複数台設けている。このために、熱交換ユニットの大形重量化と高コスト化を招いている。

また、これにより、熱交換ユニットの搬送が困難となるうえに、熱交換ユニットと室外機を設置する場合のレイアウトが大きく制約されるという課題がある。

また、コンテナ用空調システムは、サーバー数等発熱量に応じて予め構成されているので、サーバー数等の変更に応じて空調能力を簡単迅速に変更することができない。

本発明が解決しようとする課題は、レイアウトの自由度が大きく、空調能力を簡単かつ迅速に変更できるコンテナ用空調システムを提供することにある。

本実施形態のコンテナ用空調システムによれば、コンテナに接続され、このコンテナ内の空気を排気する排気路およびコンテナ内へ調温空気を供給する給気路を有する主ダクトと、この主ダクトの排気路に接続される排気路および前記主ダクトの給気路に接続される給気路を有する複数の接続ダクトと、この接続ダクトの前記給気路に接続されて調温空気を吹き出す吹出口、前記接続ダクトの排気路に接続されて排気を吸い込む吸込口およびこの吸込口から吸い込んだ空気を調温空気に熱交換する室内熱交換器を有する室内機と、冷媒と外気とを熱交換する室外熱交換器を有する室外機を１つの筐体内に設けた複数の空気調和機または、それぞれ別の筐体に収容された室内機と室外機とを近接して組合わせて配置する複数の空気調和機と、を具備し、上記主ダクトと接続ダクトを上記コンテナの外部に配設していることを特徴とするコンテナ用空調システムを具備している。

第１の実施形態に係るコンテナ用空調システムの全体構成を示すブロック図。 第２の実施形態に係るコンテナ用空調システムの全体構成を示すブロック図。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、複数の図面中、同一または相当部分には同一符号を付している。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るコンテナ用空調システムの全体構成を示すブロック図である。この図１に示すようにコンテナ用空調システム１は、コンテナ２に、吸排気を行うための主ダクト３を介して能力可変型の複数の空気調和機４，４，…を接続している。

コンテナ２は、陸上、海上、航空輸送用の貨物コンテナであって、例えばトレーラーやトラック等の荷台に搭載されて搬送される鋼鉄やアルミニウム等金属製の貨物用コンテナがサーバールーム用に改造され、または、予めサーバールーム用に製造されたものである。

コンテナ２は、その内部に１台以上のサーバー５およびサーバー５を載置するサーバーラック（図示省略）、制御装置、電源装置等データセンタを構成するために必要な機器およびこれら機器にコンテナ２内の室内空気を送風する室内ファン（図示省略）等を配設している。

コンテナ２は、主ダクト３に接続される一端部に、複数の空気調和機４，４，…からの調温空気を吸い込む吸込口２ａと、コンテナ２内の空気を排気する排気口２ｂを形成しており、これら吸込口２ａと排気口２ｂには、電動で開閉可能の給気ダンパ２ｃ、排気ダンパ２ｄをそれぞれ設けている。これら給，排気ダンパ２ｃ，２ｄの開度は図示省略のダンパ制御装置により制御される。

主ダクト３は、複数の空気調和機４，４，…からの所要温度の冷気または暖気の調温空気をコンテナ２へ供給する給気路３ａと、コンテナ２内の空気を排気する排気路３ｂとを具備している。主ダクト３は、給気路３ａの給気口端（図１では右端）をコンテナ２の吸込口２ａに連通させる一方、排気路３ｂの排気口端（図１では右端）をコンテナ２の排気口２ｂに連通させた状態でコンテナ２の一端に接続されている。

各空気調和機４は、一つの筐体内に、室内機と室外機とを仕切壁を介して収容すると共に、これら室内機，室外機の運転等を制御する制御装置４ａを収容して一体形に構成されている。室内機は、図示省略の室内ファンを具備した室内熱交換器、この室内熱交換器で熱交換された調温空気を吹き出す図示省略の吹出口およびコンテナ２からの排気を吸い込む吸込口を備えており、吸込口から吸い込んだ空気（排気）を室内熱交換器により冷却して、調温空気として吹出口から吹き出す。これら吹出口と吸込口は各接続ダクト６の給気路６ａと排気路６ｂにそれぞれ接続されている。

すなわち、室内機の吹出口は接続ダクト６の給気路６ａに接続され、室内機の吸込口は接続ダクト６の排気路６ｂに接続されている。各室内機は、その吹出口に、電動で開閉可能の吹出ダンパ６ｃを設け、吸込口には電動で開閉可能の吸込ダンパ６ｄを設けている。

各接続ダクト６は、その給気路６ａを主ダクト３の給気路３ａに連通可能に接続し、排気路６ｂを主ダクト３の排気路３ｂに連通可能に接続している。各接続ダクト６は、各空気調和機４または主ダクト３に一体に構成され、あるいはこれらと別体により構成されてもよい。

各空気調和機４の室外機は、図示省略の能力可変型の圧縮機、四方弁、室外ファンを有する室外熱交換器、膨張装置を冷媒配管により順次接続して冷媒を循環させる冷凍サイクルを構成している。室外熱交換器は図示省略の冷媒配管を介して室内熱交換器に接続される。室外熱交換器は流通する冷媒と外気とを熱交換させる。

なお、本実施形態では、室内機と室外機が一つの筐体内に収容される一体形の空気調和機として説明しているが、これに限らず、それぞれ別の筐体に収容された室内機と室外機とを近接して組合わせて配置するタイプの空気調和機とすることもできる。

制御装置４ａは、この冷凍サイクルの運転を制御する空気調和機運転制御手段と、上記室内機の吹出ダンパ６ｃ，吸込ダンパ６ｄの開度を制御するダンパ制御手段を少なくとも有する。

各空気調和機運転制御手段は、運転モード切換手段とフィードバック制御等による温度制御手段を有し、四方弁の切換制御等により冷房，暖房，送風等の各種運転モードに適宜切り換える。ここで、本実施形態においては、コンテナ２内のサーバー５を冷却するため、上記運転モードのうち、冷房，送風運転モードが主となり、暖房運転モード及び四方弁を備えない場合も考えられる。

温度制御手段は、コンテナ２内の室温を検出する図示省略の室温センサーからの室温検出信号と、図示省略の室温設定手段からの室温設定信号を受けて、これら両温度の偏差を解消させるために図示省略のインバータを介して圧縮機の能力を制御し、調温空気の温度を制御することにより、コンテナ２内の室温センサーの検出温度が所要の設定温度で一定になるように制御する。なお、室温制御はこのようなフィードバック制御でなくてもよく、シーケンス制御でもよい。

各制御装置４ａは、その複数台のうちの例えば１台を親器に設定し、他を子器に設定して親器により子器を統一的に制御させるための設定手段を具備している。親器の設定順位は予め決定され、親器が故障したときは、その親の設定順位に従って移動する。但し、親器を設定せずに、各制御装置４ａにより各々独立に制御するように構成してもよい。

次に、本実施形態に係るコンテナ用空調システム１の作用を説明する。

各空気調和機４，４，…が運転されると、これら空気調和機４，４，…の吹出口から所定温度の調温空気が接続ダクト６の給気路６ａへ吹き出され、さらに、この給気路６ａから主ダクト３の給気路３ａを順次経て、コンテナ２内へ、その吸込口２ａから供給される。

一方、コンテナ２内のサーバー５等の機器等の発熱により加熱された室内空気はコンテナ２の排気口２ｂから主ダクト３の排気路３ｂと接続ダクト６の排気路６ｂを順次経て各空気調和機４の吸込口へ吸い込まれる。

この後、この吸い込まれた空気（排気）は室内熱交換器により熱交換（冷却）されて、所定温度の調温空気として、再び各吹出口から接続ダクト６の給気路６ａへ吹き出され、さらに主ダクト３の給気路３ａを経て吸込口２ａからコンテナ２内へ給気される。

このようなコンテナ２内の室内空気の給，排気の繰返し、つまり、コンテナ２内の調温空気の循環により、コンテナ２の室温が制御され、図示しない室温センサの検出温度が所定の設定温度で一定になるように各空気調和機４の空調運転が制御装置４ａにより制御される。この空調運転時には、各空気調和機４の吸込ダンパ６ｃと吹出ダンパ６ｄの開度が、各制御装置４ａのダンパ制御手段により適宜制御され、吹出，吸込風量が適宜制御される。またコンテナ２内の給，排気ダンパ２ｃ，２ｄの開度はコンテナ２内の図示省略の制御装置により制御される。

ここで万一、複数台の空気調和機４，４，…のうちの例えば１台が故障して空調能力の低下または運転停止が発生した場合には、その空調能力の低下または運転停止を検出した親器の制御装置４ａが残余の空気調和機４，４，…の子器である制御装置４ａ，４ａ，…を制御して、これら空気調和機４，４，…の運転を継続する。また、低下した空調能力の不足分を補う必要がある場合には、残余の空気調和機４，４，…の空調能力を不足分引き上げ、引き続きコンテナ２内の室温が設定温度で一定になるように制御する。

したがって、このコンテナ用空調システム１によれば、複数台の空気調和機４，４，…の全台運転時は勿論、そのうちの幾台かが故障した場合でも、健全な残余の空気調和機４，４，…により、引き続きコンテナ２内の室温を設定温度でほぼ一定になるように制御することができる。このために、２４時間稼働のデータセンタにも対応できる。その結果、サーバー５等高価なデータセンタ機器の高温昇温による故障や破損の防止または低減を図ることができる。

また、複数台の空気調和機４，４，…によりコンテナ２内の室温を制御するので、１台の空気調和機により空調する場合よりも、各空気調和機４，４，…の小型軽量化を図ることができる。

このために、各空気調和機４の運搬や運搬先での設置とその際の配置のレイアウト作業が容易になるうえに、そのレイアウト自体の自由度の向上を図ることができる。例えば設置場所の敷地の地形に応じて複数台の空気調和機４，４，…を主ダクト３に対して片側横一列に配置したり、主ダクト３に対して対称または非対称に配置してもよい。

そして、コンテナ２側で要求される空調能力の変更に対しては、空気調和機４，４，…の台数を増減することや各空気調和機４の空調能力を制御することにより簡単かつ迅速に対応できる。

（第２の実施形態）
図２は第２の実施形態に係るコンテナ用空調システム１Ａの全体構成を示すブロック図である。このコンテナ用空調システム１Ａは、上記第１実施形態に係るコンテナ用空調システム１の３組を複数の連結ダクト７，８により連結した点に特徴がある。

すなわち、このコンテナ用空調システム１Ａは隣り合うコンテナ用空調システム１，１の主ダクト３，３同士の根元側、すなわち、各コンテナ２側を、２本の連結ダクト７，８により、それぞれ連通可能に連結し、合計３台のコンテナ２，２，２の内部を、合計１２台の空気調和機４，４，…により空調する点に特徴がある。

各連結ダクト７，８は、給気路７ａ，８ａと排気路７ｂ，８ｂをそれぞれ有し、これら給気路７ａ，８ａを主ダクト３の給気路３ａにそれぞれ連通させ、排気路７ｂ，８ｂを主ダクト３の排気路３ｂにそれぞれ連通させた状態で、これら主ダクト３，３に接続される。

このコンテナ用空調システム１Ａによれば、３台のコンテナ２，２，…の室温を複数台の空気調和機４，４，…により所要の温度になるように制御できる。

すなわち、コンテナ２の台数や必要とする空調能力の変更に対し、空気調和機４の台数を増減することにより容易かつ迅速に対応することができる。また、この実施形態の場合も上記第１の実施形態に係るコンテナ用空調システム１と同様に、複数台の空気調和機４，４，…の設置や配置の容易性とレイアウトの自由度の増大を図ることができる。

さらに、コンテナ２の台数が増加した場合でも、コンテナ２や空気調和機４，４，…の運搬が容易であるので、コンテナ用空調システム１Ａ自体の設置を所望地に簡単迅速に行うことができる。

なお、上記第１，第２の実施形態では、コンテナ２を１，３台設ける場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、２台でも４台以上でもよい。

以上、本発明の幾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、本発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、本発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。

１，１Ａ…コンテナ用空調システム、２…コンテナ、３…主ダクト、３ａ…給気路、３ｂ…排気路、４…空気調和機、５…サーバー、６…接続ダクト、７，８…連結ダクト。

Claims (1)

1. コンテナに接続され、このコンテナ内の空気を排気する排気路およびコンテナ内へ調温空気を供給する給気路を有する主ダクトと、
   この主ダクトの排気路に接続される排気路および前記主ダクトの給気路に接続される給気路を有する複数の接続ダクトと、
   この接続ダクトの前記給気路に接続されて調温空気を吹き出す吹出口、前記接続ダクトの排気路に接続されて排気を吸い込む吸込口およびこの吸込口から吸い込んだ空気を調温空気に熱交換する室内熱交換器を有する室内機と、
   冷媒と外気とを熱交換する室外熱交換器を有する室外機を１つの筐体内に設けた複数の空気調和機または、それぞれ別の筐体に収容された室内機と室外機とを近接して組合わせて配置する複数の空気調和機と、
   を具備し、
   上記主ダクトと接続ダクトを上記コンテナの外部に配設していることを特徴とするコンテナ用空調システム。

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