CN103080658B - 空气调节系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种空气调节系统，其能够进一步减少空气调节设备所消耗的电力。将从电子设备排出的高温的空气导入管道（21）内，并对蒸发器（35）进行加热，从而在水蒸气保持室（20a）内产生水蒸气。干燥剂转子装置（30）具有含有吸附剂的干燥剂转子、和使干燥剂转子旋转的驱动部，在水蒸气保持室（20a）内吸附水分，在加湿室（20b）内释放水分。由此，经由管道（26）从屋外导入到加湿室（20b）内的空气的湿度上升。该空气经由管道25被输送到设置有电子设备的室内。

Description

空气调节系统
技术领域
本发明涉及导入外部空气来对室内进行空气调节的空气调节系统。
背景技术
近年来，伴随着高度信息化社会的到来，多使用计算机（计算机装置）对大量的数据进行处理，在数据中心等设施中将多台计算机设置在同一室内来进行统一管理的情况正不断增加。在这样的状况下，计算机产生大量的热而成为导致误动作、故障的原因，所以需要冷却计算机的单元。因此，通常，在数据中心，利用风扇（送风机）将计算机内产生的热排出到计算机的外部，并且使用空气调节机（空调）来调整室内的温度。
另外，由计算机产生的热量根据计算机的运转状态而大幅度变动。为了可靠地防止由于热而导致的计算机的误动作、故障，考虑使用具有应对计算机室内的全部计算机的最大发热量的总和的冷却能力的空气调节机。但是，冷却能力大的空气调节机一般消耗电力也大，从节能的观点出发则并不优选。因此，人们正在寻求包括空气调节机的空气调节设备的高效运转。
专利文献1：日本特开2010-32174号公报
在以往的数据中心，一边使空气在计算机室内循环，一边对空气的温度进行管理。因此，即使高效地使空气调节设备运转，至少与计算机室内的全部计算机所产生的热量对应的量的电力也会被空气调节设备消耗，无法进一步减少电力。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种能够进一步减少空气调节设备所消耗的电力的空气调节系统。
根据一观点，提供一种空气调节系统，其具有：第1管道，在该第1管道中流通从电子设备排出的空气；水蒸气保持室；蒸发器，其被在上述第1管道中流通的空气加热而在上述水蒸气保持室内产生水蒸气；干燥剂转子，其具备吸附水分的吸附剂，该干燥剂转子被驱动部驱动而旋转；加湿室；第2管道，其将从屋外导入的外部空气输送到上述加湿室；以及第3管道，其将通过上述加湿室后的空气输送到设置有上述电子设备的室内，上述干燥剂转子的一部分被配置在上述水蒸气保持室内，上述干燥剂转子的另一部分被配置在上述加湿室内。
上述一观点的空气调节系统具有蒸发器，该蒸发器被从电子设备排出的空气加热而在水蒸气保持室内产生水蒸气。另外，在水蒸气保持室以及加湿室中分别配置有干燥剂转子的一部分。而且，该干燥剂转子通过驱动部而旋转，在加湿室中释放出在水蒸气保持室内所吸附的水分。由此，通过加湿室而被供给给设置有电子设备的室内的空气的湿度上升。
这样，在上述一观点的空气调节系统中，在向设置有电子设备的室内导入外部空气时，利用从电子设备排出的空气来产生水蒸气而使外部空气中含有的水分量上升，因此能够减少空气调节机以及加湿器所消耗的电力。
附图说明
图1是表示计算机室的一个例子的示意图。
图2是实施方式的空气调节系统的示意图。
图3是干燥剂转子装置的示意图。
图4是表示蒸发器及其附近的部分的示意图（透视图）。
图5是说明实施方式的空气调节系统的动作的流程图。
图6是具有加热式加湿器的比较例的空气调节系统的示意图。
具体实施方式
以下，在说明实施方式前，针对有助于理解实施方式的预备事项进行说明。
为了减少数据中心等设施中用于空气调节的电力，考虑在外部空气温度低时将外部空气导入到室内。例如，对于向室内供给温度被空气调节机调整到20℃的空气（air）的数据中心而言，只要在外部空气的温度为20℃以下时将外部空气导入室内，就能够期待空气调节设备所使用的电力的大幅度的减少。
但是，在数据中心中，为了防止由于静电而导致计算机产生不良情况，还对室内的湿度进行管理。即使空气中含有的水分量相同，当空气的温度变高时，湿度（相对湿度：以下相同）也会降低。因此，若将冬季的外部空气，例如温度为10℃以下、湿度为50％以下的外部空气直接导入计算机室内，则伴随着温度的上升，湿度会极端地减少。
一般而言，数据中心会在计算机室内设置加热式加湿器、超声波式加湿器等，将室内的湿度调整到50％～60％左右。但是，若单纯地向计算机室内导入外部空气，则仅使用以往使用的加湿器，加湿能力不够，需要引入增加加湿器的数量、或者导入加湿能力大的加湿器等对策。但是，若采取这样的对策，则消耗电力增大，所以即使导入外部空气，也不能充分地获得减少空气调节设备的消耗电力的效果。
鉴于此，人们迫切期待一种即使导入外部空气，也不增加湿度管理所需的电力的空气调节系统。
（实施方式）
图1是表示计算机室的一个例子的示意图。在以下的实施方式中，以计算机室的空气调节为例进行说明。
计算机室10具有：设置有架子12的设备设置区域11a；设置于设备设置区域11a的地板下且铺设有电力线缆、信号线缆的活动地板层（freeaccessfloor）11b；以及设置在设备设置区域11a的顶棚内的排气通路11c。在各架子12中分别收纳有多台计算机（未图示）。另外，在计算机室10中设置有空气调节机15，该空气调节机15从排气通路11c取入空气并对空气进行冷却，将冷却后的空气供给给活动地板层11b。
架子12按列排列，相邻列的架子12被配置成进气面与进气面或者排气面与排气面对置。另外，在架子12的排气面侧的顶棚处设置有使设备设置区域11a与排气通路11c连通的开口部14，在架子12的进气面侧的地板处设置有使设备设置区域11a与活动地板层11b连通的格栅（grille）（通气口）13。
从空气调节机15供给给活动地板层11b的低温的空气经由格栅13被送到设备设置区域11a，并从进气面侧被取入架子12。然后，从架子12的排气面侧排出因冷却计算机而变为高温的空气。该空气经由开口部14进入排气通路11c，通过排气通路11c返回到空气调节机15。
图2是实施方式的空气调节系统的示意图。
如该图2所示，本实施方式的空气调节系统具有湿度调整部20、管道21～28、空气阀41～44、风扇（送风机）46～48、检测温度以及湿度的传感器部51、52。另外，湿度调整部20具有水蒸气保持室20a、加湿室20b、干燥剂转子装置30和蒸发器35。另外，本实施方式的空气调节系统具有从传感器部51、52输入信号，对干燥剂转子装置30、空气阀41～44以及风扇46～48进行驱动控制的控制装置50。
如图3示意性地表示的那样，干燥剂转子装置30具有：圆盘状的干燥剂转子31、和配置于干燥剂转子31的中心轴来使干燥剂转子31旋转的驱动部32。干燥剂转子31由空气能够在其厚度方向上通流的无纺布等构件形成，含有具有吸附空气中的水分的性质的吸附剂。对于吸附剂而言，能够使用硅胶、沸石以及活性炭等。此外，在本实施方式中由于能够以比较低的温度进行再生（干燥），所以能够使用活性炭作为吸附剂。
图4是表示蒸发器35及其附近的部分的示意图（透视图）。如该图4所示，蒸发器35具有导热板38、配置于导热板38的一侧的多个翅片（fin）（吸热板）37以及配置于导热板38的另一侧的贮水部36。导热板38以及翅片37均由铜（Cu）、铝（Al）或者碳等高温导电性良好的材料形成。在此，导热板38以及翅片37均由铜形成，翅片37与导热板38被铜焊连接。
贮水部36形成为包含无纺布等吸水性优异的构件。在空气调节系统运转时，经由供水管39向贮水部36适当地供给水，贮水部36始终被维持为湿润的状态。以下，将蒸发器35中配置有翅片37的部分称为热交换部，将配置有贮水部36的部分称为蒸发部。
接下来，参照图2，对湿度调整部20以及管道21～28的连接关系进行说明。管道21（第1管道的一个例子）、湿度调整部20的水蒸气保持室20a以及管道23按该顺序排列成直线状而连接。另外，在管道21的水蒸气保持室20a侧的端部，管道22与管道21垂直连接。在本实施方式中，管道21以及管道23均与计算机室10的排气通路11c连通，管道22与屋外连通。
在管道21内配置有风扇46，利用该风扇46的旋转，通过计算机室10的排气通路11c的比较高温（例如30℃～35℃）的空气被导入管道21内。另外，在管道21内的水蒸气保持室20a侧的端部配置有蒸发器35的热交换部（翅片37）。导入管道21内的空气通过蒸发器35的翅片37间的缝隙移动至管道22，并被排出到屋外。在该管道22内配置有空气阀41。
在水蒸气保持室20a与管道21的连接部配置有空气阀42，在水蒸气保持室20a与管道23的连接部配置有空气阀43。若使这些空气阀42、43均成为闭状态，则水蒸气保持室20a内成为几乎被密闭的空间。
在水蒸气保持室20a内配置有蒸发器35的蒸发部（贮水部36）。该蒸发部经由通过空气阀42的下侧的缝隙的导热板38与管道21内的热交换部（翅片37）热连接。另外，在水蒸气保持室20a内，如图2所示那样配置有干燥剂转子装置30中的、比驱动部32靠上侧的部分。
管道24（第4管道的一个例子）、湿度调整部20的加湿室20b以及管道25（第3管道的一个例子）按该顺序直线状地排列而连接，配置在管道21、水蒸气保持室20a以及管道23的下方。在本实施方式中，管道24以及管道25均与计算机室10内的排气通路11c连通。
在管道24内配置有风扇47（第2流量调整部的一个例子），利用该风扇47的旋转，计算机室10内的空气被导入管道24内。在加湿室20b内配置有干燥剂转子装置30中的、比驱动部32靠下侧的部分。通过干燥剂转子装置30后的空气经由管道25被排放到计算机室10内。
在管道26（第2管道的一个例子）内配置有风扇48（第1流量调整部的一个例子），利用该风扇48的旋转，外部空气被导入管道26内。该管道26经由管道28与管道25连接，且经由管道27与管道24连接。在管道27与管道28的分支部配置有空气阀（切换阀）44，通过该空气阀44，被导入管道26内的外部空气被送至管道27以及管道28中的任意一方。
传感器部51被配置在管道26内，来检测外部空气的温度和湿度。另外，传感器部52被配置在管道25内，来检测通过管道25内的空气的温度和湿度。
接下来，对本实施方式中的干燥剂转子装置30的动作进行说明。
如前述那样，在水蒸气保持室20a的两端部设置有空气阀42、43，若使这些空气阀42、43均成为闭状态，则水蒸气保持室20a内成为几乎被密闭的空间。若蒸发器35的翅片37被通过管道21、22的比较高温的空气暖化，则翅片37的热也被传递至配置在水蒸气保持室20a内的贮水部26，水分从贮水部26蒸发。由此，水蒸气保持室20a内成为温度以及湿度（相对蒸气压）均高的状态。因此，干燥剂转子31会吸附大量的水分。
该干燥剂转子31被驱动部32驱动而旋转。若干燥剂转子31中吸附了水分的部分进入到加湿室20b内，则由于进入到加湿室20b内的空气的湿度比较低，所以水分从干燥剂转子31蒸发。由此，干燥剂转子31被再生（干燥），并且通过干燥剂转子31后的空气中所含的水分量上升。
如果干燥剂转子31的转速在规定的范围内，则干燥剂转子31的转速越快，通过干燥剂转子31后的空气中所含的水分量就越多。因此，能够根据干燥剂转子31的转速来调整加湿量。此外，图2表示干燥剂转子装置30中包含的干燥剂转子31为1枚的情况，在使用1枚干燥剂转子31而加湿量不足的情况下，在湿度调整部20内配置多枚干燥剂转子31即可。
以下，参照图5的流程图，对本实施方式的空气调节系统的动作进行说明。此处，在初始状态下，空气阀42、43均为闭状态，空气阀41为开状态。
首先，在步骤S11中，控制装置50从传感器部51取得外部空气的温度Tout以及外部空气的湿度Mout的检测结果。然后，在步骤S12中，判定外部空气的温度Tout是否在预先设定的设定温度T1以下。在判定为外部空气的温度Tout高于设定温度T1（例如，25℃）的情况下（否的情况），不进行向计算机室10内的外部空气的取入。该情况下，从步骤S12返回到步骤S11。
另一方面，在步骤S12中判定为外部空气的温度Tout为设定温度T1以下的情况下（是的情况），移至步骤13。然后，在步骤S13中，控制装置50判定外部空气的湿度Mout是否在预先设定的湿度M1，例如绝对湿度0.099（kg／kg（DA））以上。
在判定为外部空气的湿度Mout高于设定值M1的情况下（是的情况），意味着不需要进行加湿。该情况下移至步骤S14，控制装置50对空气阀44进行驱动，使管道27侧成为闭状态，使管道28侧成为开状态。另外，由于从计算机室10向屋外排出与取入的外部空气的量相同量的排气，所以对空气阀41进行驱动使管道22成为开状态（开状态的持续）。然后，移至步骤S15，使风扇46、48旋转（开始旋转或者继续旋转）。由此，外部空气按顺序通过管道26、管道28以及管道25，被导入至计算机室10内。另外，排气从计算机室10通过管道21、22而被排出。即，该情况下，外部空气不通过干燥剂转子31而被导入计算机室10内。在执行了步骤S14、S15的处理后，返回步骤S11。
此外，在后述的步骤S17中使风扇47以及干燥剂转子31旋转的情况下，在步骤S15中使风扇47以及干燥剂转子31的旋转停止。
另一方面，在步骤S13中判定为外部空气的湿度Mout在设定值M1以下的情况下（否的情况），意味着在导入外部空气时需要进行加湿。该情况下，移至步骤S16，控制装置50对空气阀44进行驱动来使管道28侧成为闭状态，使管道27侧成为开状态。然后，移至步骤S17，控制装置50使风扇46、47、48旋转（开始旋转或者继续旋转），并且，使干燥剂转子31旋转（开始旋转或者继续旋转）。
由此，从架子12排出的比较高温（例如30℃～35℃）的空气被导入管道21内，并且，干燥剂转子31以预先设定的转速开始旋转。另外，水经由供水管39被供给给蒸发器（贮水部36）。然后，水蒸气保持室20a内成为高温且多湿的状态，干燥剂转子31会吸附大量的水分。这些水分随着干燥剂转子31的旋转而被运送至加湿室20b。
另一方面，利用风扇47的旋转，计算机室10内的空气被导入管道24内，利用风扇48的旋转，外部空气被导入管道26内。这些空气在管道24与管道27的接合部合流，进入湿度调整部20的加湿室20b内。然后，该空气透过配置在加湿室20b内的干燥剂转子31时，充分含有水分而湿度上升，经由管道25而被导入计算机室10内。在步骤S16、S17的处理被执行后，移至步骤S18。
在步骤S18中，控制装置50从传感器部52取得通过管道25的空气的温度以及湿度的检测结果。然后，移至步骤S19，控制装置50根据通过管道25内的空气的湿度，对干燥剂转子31的转速、风扇47的转速进行控制。即，在通过管道25内的空气的湿度低于预先设定的范围的情况下，加快干燥剂转子31的转速，或者加快风扇47的转速。另一方面，在通过管道25内的空气的湿度高于预先设定的范围的情况下，使干燥剂转子31的转速变慢，或使风扇47的转速变慢。然后，返回步骤S11，反复进行上述处理。该处理被反复执行直到被操作人员停止。
如上述那样，在本实施方式中，在外部空气的温度低时，向计算机室10内导入外部空气，另外在外部空气的湿度低时，利用从计算机室10排出的高温的空气产生水蒸气来对导入计算机室10内的空气进行加湿。由此，能够减少配置在计算机室10内的空气调节机15以及加湿器的负荷，起到能够大幅度减少计算机室10的空气调节所需的电力这一效果。
此外，在将空气调节系统长期间停止时，优选使水蒸气保持室20a内干燥。在本实施方式的空气调节系统中，通过使空气阀42、43成为开状态，使空气阀41成为闭状态而使风扇46旋转，能够使水蒸气保持室20a干燥。
另外，在上述的实施方式中，将从管道26导入的外部空气与从管道24导入的计算机室10内的空气混合后供给至干燥剂转子装置30，还可以将外部空气直接供给至干燥剂转子装置30。但是，该情况下，由于供给至干燥剂转子装置30的空气的温度低，所以可以认为加湿量变少。因此，如上述的实施方式那样，优选将外部空气与计算机室10内的空气混合来使空气的温度上升。
另外，还可以根据由传感器部52检测出的温度，使经由管道24而导入的计算机室10内的空气与外部空气的混合比变化。
以下，对使用干燥剂转子装置进行加湿的情况和使用加热式加湿器进行加湿的情况下的消耗电力的调查结果进行说明。
（实施例1）
作为实施例1，制作了图2的空气调节系统。干燥剂转子31的直径为20cm，使用氟树脂制的密封件（垫片）确保了水蒸气保持室20a以及加湿室20b的框体与干燥剂转子31之间的气密性。
干燥剂转子31使用泡孔条纹板构造，对该干燥剂转子31填充了约600g的活性炭作为吸附剂，该活性炭通过利用硝酸进行表面处理而被赋予了亲水性。活性炭的粒子直径约为500μm。
然后，在外部空气的温度约为10℃，湿度约为35％时，使空气调节系统运转。此时，从计算机室10导入管道21、24的空气的温度约为35℃，湿度约为28％。另外，以1m3／min的流量将按1：1的体积比使计算机室10内的空气与外部空气混合而得的空气供给给加湿室20b。
利用管道25内的传感器部52对透过干燥剂转子31后的空气的温度进行测量，并按照使得在管道25中流动的空气的温度为20℃，湿度为55％的方式对干燥剂转子装置30以及风扇46～48的转速进行控制。此外，干燥剂转子31的转速为每1分钟旋转1～2圈。
此时的干燥剂转子装置30的消耗电力为50W，风扇46～48的消耗电力为120W，合计的消耗电力为170W。
（实施例2）
制作了除了对干燥剂转子31填充了800g的硅胶（富士硅化学株式会社制）作为吸附剂以外，与实施例1相同的空气调节系统。另外，与实施例1同样，使用管道25内的传感器部52测量透过干燥剂转子31后的空气的温度，并按照使得在管道25中流动的空气的温度为20℃，湿度为55％的方式对干燥剂转子装置30以及风扇46～48的转速进行控制。此外，干燥剂转子31的转速为每1分钟旋转1圈。
此时的干燥剂转子装置20的消耗电力为60W，风扇46～48的消耗电力为120W，合计的消耗电力为180W。
（比较例）
如图6所示，在管道61内配置了加热式加湿器63。利用风扇64从计算机室内向管道61内导入比较高温的空气，加湿后的空气从相反侧被释放到计算机室内。此外，加热式加湿器63具有无纺布、向无纺布供给水的供水管以及对无纺布进行加热的电热加热器。
在管道61的中途（加热式加湿器63的下风侧）连接了管道62。通过风扇65从屋外向该管道62内导入外部空气。另外，在管道61的出口侧配置了检测通过管道61内的空气的温度以及湿度的传感器部66。
使用该图6的空气调节系统，按以体积比计，使从计算机室导入管道61的空气与从屋外导入管道62的空气（外部空气）的比例为1：1的方式对风扇64、65的转速进行控制。结果，从管道61排出的空气的温度为20℃，湿度为50％。此时的加热式加湿器63（加热器）的消耗电力与风扇64、64的合计的消耗电力为350W。
根据上述的实施例1、2以及比较例，能够确认实施方式的空气调节系统的电力减少效果。
此外，在上述的实施方式中公开的技术并不局限于对计算机室进行空气调节的系统，还能够应用于设置有计算机以外的电子设备的室内的空气调节。

Claims (10)

1.一种空气调节系统，其特征在于，
具有：
第1管道，在该第1管道中流通从电子设备排出的空气；
水蒸气保持室；
蒸发器，其被在所述第1管道中流通的空气加热而在所述水蒸气保持室内产生水蒸气；
干燥剂转子，其具备吸附水分的吸附剂，该干燥剂转子被驱动部驱动而旋转；
加湿室；
第2管道，其将从屋外导入的外部空气输送到所述加湿室；以及
第3管道，其将通过所述加湿室后的空气输送到设置有所述电子设备的室内，
所述蒸发器具有：
吸热板，该吸热板配置在所述水蒸气保持室外的所述第1管道内；以及
贮水部，该贮水部配置在所述水蒸气保持室内，并与所述吸热板热连接，
所述干燥剂转子的一部分被配置在所述水蒸气保持室内，所述干燥剂转子的另一部分被配置在所述加湿室内。
2.根据权利要求1所述的空气调节系统，其特征在于，
所述空气调节系统还具有第4管道，该第4管道中被导入设置有所述电子设备的室内的空气，将经由所述第2管道导入的外部空气和经由所述第4管道导入的空气混合而成的空气供给至所述加湿室。
3.根据权利要求2所述的空气调节系统，其特征在于，
具有：
第1流量调整部，其能够调整被导入到所述第2管道的外部空气的流量；以及
第2流量调整部，其能够调整被导入到所述第4管道的空气的流量。
4.根据权利要求2或3所述的空气调节系统，其特征在于，
具有第5管道，该第5管道将所述第2管道与所述第3管道直接连通，在所述第2管道与所述第5管道的连接部处设置有切换阀，该切换阀将被导入到所述第2管道的外部空气的流动方向向所述加湿室以及所述第5管道中的任意一方切换。
5.根据权利要求1或2所述的空气调节系统，其特征在于，
具有：
传感器部，该传感器部检测在所述第3管道中流通的空气的湿度；
控制装置，该控制装置根据由所述传感器部检测出的湿度检测结果来控制所述干燥剂转子的转速。
6.根据权利要求1或2所述的空气调节系统，其特征在于，
所述干燥剂转子中含有活性炭。
7.根据权利要求1或2所述的空气调节系统，其特征在于，
在所述水蒸气保持室的两端设置有开闭自如的空气阀。
8.根据权利要求1或2所述的空气调节系统，其特征在于，
所述电子设备是计算机。
9.一种空气调节系统，其特征在于，
具有：
第1管道，在该第1管道中流通从电子设备排出的空气；
水蒸气保持室；
蒸发器，其被在所述第1管道中流通的空气加热而在所述水蒸气保持室内产生水蒸气；
干燥剂转子，其具备吸附水分的吸附剂，该干燥剂转子被驱动部驱动而旋转；
加湿室；
第2管道，其将从屋外导入的外部空气输送到所述加湿室；
第3管道，其将通过所述加湿室后的空气输送到设置有所述电子设备的室内；
第4管道，其与所述第2管道连通，将设置有所述电子设备的室内的空气供给至所述加湿室；
第5管道，其将所述第2管道与所述第3管道直接连通；
第1流量调整部，其能够调整被导入到所述第2管道的空气的流量；
第2流量调整部，其能够调整被导入到所述第4管道的空气的流量；
切换阀，其配置在所述第2管道与所述第5管道的连接部处，该切换阀将被导入到所述第2管道的外部空气的流动方向向所述加湿室以及所述第5管道中的任意一方切换；
第1传感器部，其检测外部空气的温度以及湿度；
第2传感器部，其检测在所述第3管道内流通的空气的温度以及湿度；以及
控制装置，其根据所述第1传感器部以及所述第2传感器部的输出，来控制所述第1流量调整部、所述第2流量调整部、所述切换阀以及所述干燥剂转子，
所述干燥剂转子的一部分被配置在所述水蒸气保持室内，所述干燥剂转子的另一部分被配置在所述加湿室内。
10.一种加湿器，其特征在于，
具有：
水蒸气保持室；
蒸发器，其利用废热而在所述水蒸气保持室内产生水蒸气；
干燥剂转子，其具备吸附所述水蒸气的吸附剂；以及
加湿室，其利用所述吸附剂所吸附的水分对空气进行加湿，
所述蒸发器具有：
吸热板，该吸热板配置于所述水蒸气保持室外并对所述废热进行吸热；以及
贮水部，该贮水部配置在所述水蒸气保持室内，并与所述吸热板热连接。
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