JP2009224406A - 排熱利用システム - Google Patents

Abstract

【課題】動作状況により発熱量が異なる複数の熱源から排熱を回収して吸着式冷凍機等の排熱利用装置に用いる排熱利用システムにおいて、排熱利用装置の能力を十分に引き出す。
【解決手段】各ブレード２１ａ〜２１ｄから排出される温水の流路を温感自力式切り換えバルブ３２ａ〜３２ｄにより切り換える。所定温度以上の温水は吸着式冷凍機６０に送られ、所定温度よりも低い温水は冷却水貯留タンク３０に送られる。吸着式冷凍機６０では、この温水を利用してデシカントを再生する。吸着式冷凍機６０に送られる温水の流量が不足する場合、補助熱源３４により加熱した温水を吸着式冷凍機６０に送る。
【選択図】図２

Description

本発明は、動作状況に応じて発熱量が変化する複数の熱源から排熱を回収して再利用する排熱利用システムに関する。

近年、情報処理の分野において、大量のデータ処理にブレードサーバが広く使用されるようになった。ブレードサーバは、ラック内にブレードと呼ばれる複数のコンピュータユニットを収納したものである。各ブレードにはＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、Ｉ／Ｏ（Input/Output）バス及びストレージなど、コンピュータとして必要な機能の殆どが搭載されている。このようなブレードサーバでは１ラック当たりの消費電力が数ｋＷ以上になり、大量の熱が発生する。このため、ラック内の温度を下げる冷却機構を設けて、熱による誤動作や故障の発生を防止することが必要となる。

図１は、ブレードサーバのラックの一例を示す図である。このブレードサーバでは、ラック１０の下部に冷却装置１１を配置してラック１０内を一定の温度以下にしている。その他、ブレード間に冷却装置を配置してブレードを冷却する方法や、送風機によりラックの下部から冷気を取り込み、ラック上部に吹き出してラック全体を冷却する方法などがある。特許文献１〜３には、ブレードサーバの冷却機構の例が記載されている。

ところで、エコロジー及び環境保護の観点から、各種機器から排出される熱を回収して再利用することが提案されている。また、この種の用途に使用する装置として、吸着式冷凍機が開発されている。吸着式冷凍機は、蒸発器と、２つの吸着剤熱交換器と、凝縮器とにより構成されており、冷媒（一般的には水を使用）が気化するときに気化熱を奪うことを利用して蒸発器のパイプ中を通る水の温度を下げている。このとき気化した冷媒（水蒸気）は、吸着剤熱交換器内に配置されたデシカント（シリカゲル等の吸着剤）に吸着される。

一方の吸着剤熱交換器が冷媒の吸着に用いられている間、他方の吸着剤熱交換器ではデシカントの再生（乾燥）を行う。すなわち、吸着剤熱交換器内を通る温水によりデシカントを加熱して冷媒を蒸発させる。デシカントから離脱した冷媒（水蒸気）は、凝縮器において冷却され、液体（水）に戻る。吸着式冷凍機の構造及び動作原理は、例えば非特許文献１に記載されている。

その他、本発明に関係すると思われる従来技術として、非特許文献２に記載されたものがある。非特許文献２には、種々の温感自力式バルブが記載されている。
特開２００７−３４６８９号公報 特開２００４−２４０９６７号公報 特開２００７−２５０６９２号公報 ユニオン産業株式会社ホームページ＜http://www.union-industry.co.jp/service/kankyo/kankyo.html＞ シールテック株式会社ホームページ＜http://www.sealtech.co.jp/therm_o_tech/＞

ブレードサーバにおいて、ブレードで発生する熱を冷却水により回収し、この冷却水をデシカントを加熱する温水として利用することが考えられる。しかし、ブレードサーバで発生する熱を吸着式冷凍機に使用しようとすると、以下に示す問題点がある。

すなわち、ブレードサーバでは、ブレードの動作状態に応じて発生する熱量が大きく変化する。このため、デシカントの再生に使用する温水の温度を一定の温度以上に保つことが難しく、吸着式冷凍機の能力を十分に引き出すことができない。

以上から、本発明の目的は、動作状況により発熱量が異なる複数の熱源から排熱を回収して吸着式冷凍機等の排熱利用装置に用いる排熱利用システムにおいて、排熱利用装置の能力を十分に引き出すことである。

本発明の一観点によれば、熱源となる電子部品が搭載された複数の電子装置と、前記複数の電子装置から排出される熱を利用して稼動する排熱利用装置と、前記複数の電子装置のそれぞれに個別に設けられて前記電子部品を冷却した冷媒が通る複数の第１の配管と、前記複数の第１の配管のそれぞれに個別に接続され、前記第１の配管を通る前記冷媒の温度が所定温度以上のときに前記冷媒を前記排熱利用装置に通じる第２の配管に通し、前記冷媒の温度が前記所定温度未満のときに前記冷媒を第３の配管に通す複数の流路切り換え機構部とを有する排熱利用システムが提供される。

本発明においては、電子部品を冷却した後の冷媒が通る第１の配管に流路切り換え機構部を設け、電子部品を冷却した後の冷媒の温度によりその流路を切り換えている。これにより、所定温度以上の冷媒のみを排熱利用装置に供給することができ、排熱利用装置の能力を十分に引き出すことができる。

流路切り換え機構部として、冷媒の温度に応じて体積変化する部材により冷媒の流路を機械的に切り換える温感自力式切り換えバルブを用いることが好ましい。これにより、例えば温度センサにより冷媒の温度を検出して電磁バルブにより流路を切り換える方式に比べてシステム構成が簡単になり、システムの設置及びメンテナンス等が容易になる。

本発明においては、電子装置から排出される冷媒のうち所定温度以上の冷媒のみを排熱利用装置に供給するので、各電子装置の稼働状態によっては排熱利用装置への冷媒の供給量が不足することが考えられる。この場合、流路切り換え機構部により分離された所定温度よりも低い冷媒を補助熱源により再加熱し、所定温度以上にしてから排熱利用装置に供給することが好ましい。

以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して説明する。

１．第１の実施形態
（排熱利用システムの全体構成）
図２は、本発明の第１の実施形態に係る排熱利用システムの全体構成を示す模式図である。この図２に示すように、本実施形態に係る排熱利用システムは、サーバラック２０と、冷却水貯留タンク３０と、補助熱源３４と、吸着式冷凍機（排熱利用装置）６０と、ポンプ３１，３３と、温感自力式切り換えバルブ（流路切り換え機構部）３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄと、流量検出器３６と、流量制御バルブ３５と、切り換えバルブ３７，３８とを有している。サーバラック２０内には複数のブレード（電子装置）２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄが収納されてブレードサーバを構成している。なお、実際にはサーバラック２０内に多くのブレードが収納されるが、ここでは説明を簡単にするために、サーバラック２０内にはブレード２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄの４台のみが収納されるものとする。

冷却水貯留タンク３０には冷却水が貯留される。この冷却水貯留タンク３０とポンプ３１のインレット（入口）との間は配管４１により接続されている。また、ポンプ３１のアウトレット（出口）には、配管４２が接続されている。

配管４３ａは配管４２とブレード２１ａとの間を接続しており、配管４３ｂは配管４２とブレード２１ｂとの間を接続している。また、配管４３ｃは配管４２とブレード２１ｃとの間を接続しており、配管４３ｄは配管４２とブレード２１ｄとの間を接続している。これらの配管４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄを通る冷却水により、ブレード２１ａ，１２ｂ，２１ｃ，２１ｄに搭載されたＣＰＵが冷却される。ＣＰＵを冷却することにより、冷却水の温度が上昇して温水となる。ＣＰＵを冷却した後の冷却水は、配管（第１の配管）４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄを介してラック２０の外側に排出される。以下、ラック２０から排出される冷却水を、温水という。

配管４４ａはブレード２１ａと温感自力式切り換えバルブ３２ａのインレットとの間を接続しており、配管４４ｂはブレード２１ｂと温感自力式切り換えバルブ３２ｂのインレットとの間を接続している。また、配管４４ｃはブレード２１ｃと温感自力式切り換えバルブ３２ｃのインレットとの間を接続しており、配管４４ｄはブレード２１ｄと温感自力式切り換えバルブ３２ｄのインレットとの間を接続している。温感自力式切り換えバルブ（流路切り換え機構部）３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄは、いずれも１つのインレットと２つのアウトレットとを有している。

配管（第３の配管）４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄは、それぞれ温感自力式切り換えバルブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄの一方のアウトレットと配管４７との間を接続している。配管４７は冷却水貯留タンク３０に接続されており、配管４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄに流れる温水を冷却水貯留タンク３０に戻して冷却水として再利用するために設けられている。

配管（第２の配管）４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄは、それぞれ温感自力式切り換えバルブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄの他方のアウトレットと配管４８との間を接続している。配管４８は、切り換えバルブ３７のインレットに接続されている。この配管４８は、吸着式冷凍機６０に温水を供給するために設けられている。

温感自力式切り換えバルブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄは、配管４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄに流れる温水の温度に応じて温水の流路を２つのアウトレットのうちのいずれか一方に切り換えるという機能を有している。すなわち、温感自力式切り換えバルブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄは、配管４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄに流れる温水の温度が所定温度（例えば、６５℃）よりも低いときは温水が配管４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ及び配管４７を介して冷却水貯留タンク３０に流れるように動作し、所定温度以上のときは温水が配管４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄを介して配管４８に流れるように動作する。温感自力式切り換えバルブについては後述する。

配管４８には、配管４８内を通る温水の流量を検出する流量検出器３６が取り付けられている。また、この配管４８には、流量検出器３６の出力に応じて流量が制御される流量制御バルブ３５のアウトレット側の配管５２が接続されている。これらの流量検出器３６及び流量制御バルブ３５は、ブレードサーバ（ブレード２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）から吸着式冷凍機６０に供給される温水の流量が不足するときに不足分を補うために設けられている。

流量制御バルブ３５のインレット側の配管５１は補助熱源３４のアウトレットに接続されており、補助熱源３４のインレットはポンプ３３のアウトレット側の配管５０に接続されている。また、ポンプ３３のインレットは、配管４９を介して冷却水貯留タンク３０に接続されている。補助熱源３４は、例えば電熱ヒータを有している。この補助熱源３４は、冷却水貯留タンク３０からポンプ３３により供給される冷却水を加熱し、所定温度以上の温水とするために設けられている。補助熱源３４として、太陽光を利用する加熱装置を用いてもよい。

切り換えバルブ３７は、１つのインレットと２つのアウトレットとを有している。また、切り換えバルブ３８は、２つのインレットと１つのアウトレットとを有している。切り換えバルブ３７の一方のアウトレットと切り換えバルブ３８の一方のインレットとの間には、吸着式冷凍機６０の一方の吸着剤熱交換器６２の伝熱配管５３ａが接続されている。また、切り換えバルブ３７の他方のアウトレットと切り換えバルブ３８の他方のインレットとの間には、吸着式冷凍機６０の他方の吸着剤熱交換器６３の伝熱配管５３ｂが接続されている。これらの切り換えバルブ３７，３８は、後述するように一定の時間毎に流路が切り換わるように制御される。

切り換えバルブ３８のアウトレットは、配管５５を介して冷却水貯留タンク３０に接続されている。吸着式冷凍機６０から排出される温水は配管５５を介して冷却水貯留タンク３０に戻り、冷却水として再利用される。

（吸着式冷凍機）
図３（ａ），（ｂ）は吸着式冷凍機６０の構造を示す模式図である。なお、吸着式冷凍機の構造については、非特許文献１にも記載されている。

図３（ａ），（ｂ）に示すように、吸着式冷凍機６０は、下部に配置された蒸発器６１と、上部に配置された凝縮器６４と、蒸発器６１及び凝縮器６４の間に並列に配置された吸着剤熱交換器６２，６３とを有している。吸着式冷凍機６０内の空間は、真空装置（図示せず）により例えば１／１００気圧（１０．１３ｈＰａ）に減圧される。

蒸発器６１には、冷却水コイル配管７１と、冷却水コイル配管７１に冷媒をスプレーするスプレー配管７２とが設けられている。冷却水コイル配管７１に冷媒をスプレーすると、蒸発器６１内が減圧されているため冷媒が容易に蒸発し、冷却水コイル配管７１から潜熱を奪う。これにより、冷却水コイル配管７１内を通流する冷却水の温度が低下する。この冷却水は、例えばサーバラック２０内に配置された電源やメモリ等の冷却に使用される。本実施形態では、冷媒として水を使用するものとする。

蒸発器６１と吸着剤熱交換器６２，６３との間には、それぞれ駆動装置（図示せず）により開閉するダンパー７３，７４が設けられている。吸着剤熱交換器６２，６３内には、伝熱媒体が通る伝熱配管５３ａ，５３ｂと、伝熱配管５３ａ，５３ｂに沿って配置されたデシカント７５とが設けられている。デシカント７５としては、例えばシリカゲル又はゼオライトを主成分とするものを用いることができる。

デシカント７５に冷媒（水蒸気）を吸着させるときには、伝熱配管５３ａ（又は、伝熱配管５３ｂ）に図２に図示していない給水装置から冷却水が伝熱媒体として供給される。また、デシカント７５を乾燥させるときには、伝熱配管５３ｂ（又は、伝熱配管５３ａ）にブレード２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄから排出された温水が伝熱媒体として供給される。

吸着剤熱交換器６２，６３と凝縮器６４との間にも、駆動装置（図示せず）により開閉するダンパー７６，７７が設けられている。凝縮器６４内には、冷却水コイル配管７９と受け皿７８とが配置されている。冷却水コイル配管７９には、図２に図示していない給水装置から冷却水が供給される。デシカント再生工程においてデシカント７５から離脱した冷媒（水蒸気）は凝縮器６４内に入り、冷却コイル配管７９の周面で凝縮して液体（水）になり受け皿７８の上に落ちる。この受け皿７８で集められた冷媒は、ポンプ（図示せず）及びスプレー配管７２介して蒸発器６１内にスプレーされる。

以下、図３（ａ），（ｂ）を参照して吸着式冷凍機６０の動作について説明する。ここでは、最初に図３（ａ）に示すように蒸発器６１と吸着剤熱交換器６２との間のバンパー７３及び吸着剤熱交換器６３と凝縮器６４との間のバンパー７７が開状態、蒸発器６１と吸着剤熱交換器６３との間のバンパー７４及び吸着剤熱交換器６２と凝縮器６４との間のバンパー７６が閉状態であるとする。また、吸着式冷凍機６０内は１／１００気圧（１０．１３ｈＰａ）程度に減圧されているものとする。

蒸発器６１の冷却水コイル配管７１には、例えば温度が１３℃〜１４℃の冷却水が供給される。この冷却水コイル配管７１にスプレー配管７２から水をスプレーする。スプレーされた水が冷却水コイル配管７１の周面で蒸発（気化）すると、冷却水コイル配管７１から潜熱を奪う。これにより、冷却水コイル配管７１内を通流する冷却水の温度が下がり、冷却水コイル配管７１から例えば９℃の冷却水が排出される。

蒸発器６１で蒸発した水蒸気（気体状の冷媒）は、開状態のダンパー７３を介して吸着剤熱交換器６２に入る。このとき、吸着材熱交換器６２内の伝熱配管５３ａには例えば温度が３１℃の冷却水が供給されている。吸着剤熱交換器６２内に入った水蒸気は、デシカント７５に吸着される。水蒸気が水（液体）に変化するときに熱が発生する。伝熱配管５３ａ内を通る冷却水によりデシカント７５が冷却される。伝熱配管５３ａからは、例えば温度が３４〜３５℃の冷却水が排出される。

図３（ａ）に示すように、一方の吸着剤熱交換器６２で蒸発器６１から発生する気体状の冷媒を吸着する吸着工程を実施している間、他方の吸着剤熱交換器６３ではデシカント７５を再生（乾燥）するデシカント再生工程を実施する。すなわち、吸着剤熱交換器６３の伝熱配管５３ｂには、図２の配管４８から温水（例えば温度が６５℃以上）が供給される。この温水によりデシカント７５が加熱され、デシカント７５に吸着されていた冷媒が気体（水蒸気）となってデシカント７５から離脱する。このデシカント７５から離脱した冷媒は、開状態のダンパー７７を介して凝縮器６４内に入る。

凝縮器６４内の冷却水コイル配管７９には例えば温度が３１℃〜３５℃の冷却水が供給される。この冷却水として、吸着剤熱交換器６２の伝熱配管５３ａから排出される冷却水を使用してもよい。凝縮器６４内に入った水蒸気（気体状の冷媒）は、冷却コイル配管７９の周面で凝縮して液体となり、受け皿７８の上に落ちる。

本実施形態では、タイマー（図示せず）によりダンパー７３，７４，７６，７７が一定の時間毎（例えば約８分毎）に駆動されて、図３（ａ）に示す状態から図３（ｂ）に示す状態に、又は図３（ｂ）に示す状態から図３（ａ）に示す状態に変化する。これにより、吸着式冷凍機６０の連続運転が可能になる。

図４は、横軸にデシカント再生温度（デシカント再生工程側の吸着剤熱交換器の伝熱配管に流れる温水の温度）をとり、縦軸に吸着式冷凍機の相対冷却能力をとって、両者の関係を示す図である。なお、ここでは、デシカントとしてシリカゲルを使用した場合を想定している。また、デシカントを冷却する冷却水（吸着工程側の吸着剤熱交換器の伝熱配管に流れる冷却水）の入り口温度は３１℃、蒸発器６１の冷却コイル配管７１から排出される冷却水の温度が９℃としている。この図４からわかるように、デシカント再生温度が６５℃以下になると、デシカント再生温度が９０℃のときに比べて冷却能力は半分以下になってしまう。従って、本実施形態では、デシカントの再生に使用する温水の温度を６５℃以上とする。

デシカント再生工程では、一般的にデシカントの加熱温度（再生温度）が高いほど再生効率が高くなる。本実施形態では、前述したように、ブレード２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ上のＣＰＵを冷却した後の冷却水（温水）をデシカント再生時の熱源としている。この場合、ブレード２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄから排出される温水の温度は８０℃以下であると考えられるが、ＣＰＵの動作状況に応じて温水の温度は大きく変動する。仮に、ブレード２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄから排出される温水を全て混合して吸着式冷凍機６０に供給するとすると、温水の温度変動にともなって吸着式冷凍機６０の冷却能力が大きく変動してしまう。

このような不都合を解消するために、本実施形態では温感自力式切り換えバルブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄを設けて、一定の温度（本実施形態では６５℃）以上の温水のみを吸着式冷凍機６０に供給する。この場合、ブレード２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄの稼働率が低くなると、温感自力式切り換えバルブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄから配管４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ及び配管４７を介して冷却水貯留タンク３０に戻る温水の量が増加し、その分だけ吸着式冷凍機６０に供給される温水の量が減少する。そこで、本実施形態では、流量検出器３６により温水の流量を検出し、流量が不足する場合には不足分に相当する量の水を補助熱源３４で所定温度（６５℃）以上に加熱して供給する。

（温感自力式切り換えバルブ）
図５は、温感自力式切り換えバルブ（図２の温感自力式切り換えバルブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ）を示す模式図である。この図５に示すように、温感自力式切り換えバルブは、コンパウンド８１と、隔壁膜８２と、可動ロッド８３と、流路切り換え部８４とを有している。コンパウンド８１、隔壁膜８２及び可動ロッド８３はケーシング８５内に収納されている。コンパウンド８１は、温度が低いときには固体となり、温度が高くなると液体となって体積が増加するという性質を有している。このような性質を有するコンパウンドとして、サーモオメガテック社のワックス封入式アクチュエータに使用されているサーモロイドがある（非特許文献２）。本実施形態では、コンパウンド８１として、６５℃未満の温度では固体、６５℃以上の温度では液体となるものを使用する。

コンパウンド８１と可動ロッド８３との間には弾力性を有する部材からなる隔壁膜８２が配置されている。この隔壁膜８２は、コンパウンド８１の体積変化に応じて変形し、可動ロッド８３をその軸方向に移動させる。可動ロッド８３の先端は流路切り換え部８４に接続されている。流路切り換え部８４は、可動ロッド８３の移動により、その流路が図５（ａ），（ｂ）のように切り換えられる。

このように構成された温感自力式切り換えバルブにおいて、コンパウンド８１は、その近傍を通る温水の温度が６５℃未満の場合は固体になる。この場合、図５（ａ）に示すように、コンパウンド８１の近傍を通った温水は、流路切り換え部８４のインレットから入り、冷却水貯留タンク３０に通じる配管に流れる。

コンパウンド８１の近傍を通る温水の温度が６５℃以上になると、コンパウンド８１が液体になり、図５（ｂ）に示すように可動ロッド８３をその軸方向に移動させる。これにより、流路切り換え部８４の流路が切り換わり、コンパウンド８１の近傍を通った温水は、流路切り換え部８４のインレットから入り、吸着式冷凍機６０に通じる配管に流れる。

なお、本実施形態では温感自力式切り換えバルブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄによりブレード２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄから排出された温水の流路を切り換えているが、配管４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄに流れる温水の温度を温度センサにより検出し、この温度センサの出力に基づいて駆動される電磁バルブにより温水の流路を切り換えるようにしてもよい。

（冷却水貯留タンク）
図６は冷却水貯留タンク３０の一例を示す模式図である。この図６に示すように、冷却水貯留タンク３０の底部には、貯留された水を冷却する冷却機９１が設けられている。また、冷却水貯留タンク３０には、ポンプ３１のインレット側の配管４１と、ブレード２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄから排出された温水のうち所定温度よりも低い（６５℃未満）温水が戻る配管４７と、吸着式冷凍機６０でデシカント７５の乾燥に使用された温水が戻る配管５５とが接続されている。また、冷却水貯留タンク３０には、補助熱源３４において冷媒流路内に注入された冷却水を補助熱源３４に戻す配管９２とが接続されている。

以上説明したように、本実施形態においては、各ブレード２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄから排出される温水のうち所定温度以上の温水のみを吸着式冷凍機６０に供給し、温水の流量が不足するときには不足分に相当する量の温水を補助熱源３４により加熱して吸着式冷凍機６０に供給するので、ブレードサーバ（ブレード２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）から排出される熱を有効利用できるとともに、吸着式冷凍機６０の冷却能力が安定する。

また、本実施形態においては、温感自力式バルブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄにより所定温度以上の温水と所定温度未満の温水とを分離するので、各ブレード２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄの稼働状態や各ブレード２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄから排出される温水の温度を電気的に検出する必要がなく、複雑な制御回路等が不要である。例えば、各ブレードの稼働率に応じてブレードから排出される温水の流路を切り換えることが考えられるが、１９インチラックの場合、最大８４台のブレードを収納可能なため、８４個のＣＰＵ稼働率センサと８４個の電磁バルブとが必要になる。これに対し、本実施形態では、温感自力式切り換えバルブを使用しているので、図２に示すようにブレード２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄと吸着式冷凍機６０との間には流量検出センサ３６と該流量検出センサ３６により制御される流量制御バルブ３５とを設けるだけでよく、温水の流路制御に必要な電気部品の点数が大幅に削減される。

なお、本実施形態では１台のブレードサーバ（サーバラック２０）から排出される温水を１台の吸着式冷凍装置６０に供給する場合について説明したが、複数のブレードサーバから排出される温水を１台の吸着式冷凍装置に供給するようにしてもよい。また、本実施形態ではサーバラック２０の外側に温感自力式切り換えバルブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ及び冷却水貯留タンク３０を配置しているが、サーバラック内に温感自力式切り換えバルブ又は冷却水貯留タンク等を配置してもよい。

２．第２の実施形態
以下、図７を参照して本発明の第２の実施形態の排熱利用システムを説明する。図７はブレードラックに収納されるブレードを示している。なお、本実施形態が第１の実施形態と異なる点はブレード上に温感自力式切り換えバルブを配置したことにあり、その他の基本的な構成は第１の実施形態と同様であるので、重複する部分の説明を省略する。

第１の実施形態では、ブレードラック２０の外に温感自力式切り換えバルブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄを配置しているが、本実施形態ではブレードラック内に収納される各ブレード（電子装置）毎に温感自力式開閉バルブを設けている。

すなわち、図７に示すように、ポンプ３１（図２参照）により、各ブレード１００に冷却水が供給される。この冷却水は、ブレード１００上に設けられた配管１１１によりＣＰＵ１０１に取り付けられた冷却水ジャケット１０２に供給されてＣＰＵ１０１を冷却する。ＣＰＵ１０１を冷却した後の冷却水（温水）は分岐部１１２と呼ばれる小さな空間に入る。

本実施形態においては、冷却水貯留タンク３０内及び各冷却水配管内は減圧されており、分岐部１１２内で冷却水（温水）が例えば８０℃の温度で突沸する。分岐部１１２には所定温度（本実施形態では６５℃とする）以上の温水又は水蒸気が通る配管１１３と、所定温度よりも低い温水が通る配管１１４とが設けられている。配管１１３には、所定温度以上のときに開状態となり、所定温度よりも低いときに閉状態となる温感自力式開閉バルブ１１５が取り付けられている。また、配管１１４には、所定温度よりも低いときに開状態となり、所定温度以上のときに閉状態（又は、流量を十分に絞った状態）となる温感自力式開閉バルブ１１６が取り付けられている。

本実施形態においては、ブレード１１０に取り付けた分岐部１１２及び温感自力式開閉バルブ１１５，１１６により所定温度以上の温水と所定温度よりも低い温水とを分離するので、第１の実施形態と同様にブレードサーバで発生する熱を有効に利用することができる。また、本実施形態においては、第１の実施形態のように温度によって温水の流路を切り換える機構をブレードサーバの外に設ける必要がなく、第１の実施形態に比べてブレードラックの外側の配管が簡単になるという利点がある。

３．第３の実施形態
図８は、本発明の第３の実施形態に係る排熱利用システムの構成を示す模式図である。なお、図８において、図２と同一物には同一符号を付してその詳しい説明を省略する。

本実施形態においては、温感自力式切り換えバルブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄに接続されて所定温度よりも低い温水が通る配管４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄが、いずれもポンプ１３１のインレット側の配管１２１に接続されている。このポンプ１２１のアウトレット側の配管１２２は、熱交換器１３２を介して所定温度以上の温水が通る配管４８に接続されている。

熱交換器１３２は、補助熱源１３３により所定温度以上に加熱された熱媒体（例えば温水）が通る配管１２３に接続されている。この熱交換器１３２は、配管１２３を通る熱媒体により、配管１２２を通る温水を所定温度以上に加熱する。

補助熱源１３３は、例えば電熱ヒータにより熱媒体を加温するものであり、配管４８に設けられた流量検出器３６からの信号により配管１２３に流れる熱媒体の温度を制御する。すなわち、サーバラック（ブレード２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）から排出される所定温度以上の温水の量が少ない場合（すなわち、配管１２１，１２２に流れる温水の量が多い場合）は、補助熱源１３３により加熱される熱冷媒の温度が高くなる。また、サーバラック（ブレード２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）から排出される所定温度以上の温水の量が多い場合（すなわち、配管１２１，１２２に流れる温水の量が少ない場合）は、補助熱源１３３により加熱される熱冷媒の温度が低くなる。これにより、配管１２２を通って吸着式冷凍機６０に供給される温水の温度を所定温度以上に維持することができる。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態においては、冷却水貯留タンク３０から吸着式冷凍機６０に冷媒を送る配管が不要になるという利点がある。

４．その他の実施形態
第１及び第２の実施形態では補助熱源として電熱ヒータを使用するものとしたが、屋上や窓に設置した太陽熱温水器を補助熱源として利用してもよい。

また、第１及び第３の実施形態ではいずれも１台のブレードサーバ（ブレードラック）から排出される温水を吸着式冷凍機に供給する場合の例を説明しているが、複数のブレードサーバから排出される温水を１台の吸着式冷凍機に供給するようにしてもよいことは勿論である。また、第１及び第３の実施形態では温感自力式切り換えバルブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄをサーバラック２０の外側に配置しているが、温感自力式切り換えバルブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄをサーバラック２０の内側に配置してもよい。

以下、本発明の諸態様を、付記としてまとめて記載する。

（付記１）熱源となる電子部品が搭載された複数の電子装置と、
前記複数の電子装置から排出される熱を利用して稼動する排熱利用装置と、
前記複数の電子装置のそれぞれに個別に設けられて前記電子部品を冷却した冷媒が通る複数の第１の配管と、
前記複数の第１の配管のそれぞれに個別に接続され、前記第１の配管を通る前記冷媒の温度が所定温度以上のときに前記冷媒を前記排熱利用装置に通じる第２の配管に通し、前記冷媒の温度が前記所定温度未満のときに前記冷媒を第３の配管に通す複数の流路切り換え機構部と
を有することを特徴とする排熱利用システム。

（付記２）前記排熱利用装置が、前記電子装置から排出される熱を利用してデシカントを再生する吸着式冷凍機であることを特徴とする付記１に記載の排熱利用システム。

（付記３）前記電子装置がコンピュータユニットであり、１台のラックに前記複数の電子装置が全て収納されていることを特徴とする付記１に記載の排熱利用システム。

（付記４）前記電子装置がコンピュータユニットであり、前記複数の電子装置が複数のラックに分けて収納されていることを特徴とする付記１に記載の排熱利用システム。

（付記５）前記流路切り換え機構部が、前記第１の配管を通る前記冷媒の温度に応じて体積変化する部材により前記冷媒の流路を機械的に切り換える温感自力式切り換えバルブからなることを特徴とする付記１に記載の排熱利用システム。

（付記６）前記流路切り換え機構部が、前記電子装置内に組み込まれていることを特徴とする付記１に記載の排熱利用システム。

（付記７）更に、前記冷媒を貯留する貯留タンクと、
前記貯留タンクから前記電子装置に前記冷媒を移送する第１の冷媒移送部と、
前記第２の配管を通る前記冷媒の流量に応じて前記貯留タンクから前記排熱利用装置に第４の配管を介して前記冷媒を供給する第２の冷媒移送部と、
前記第４の配管に流れる前記冷媒を前記所定温度以上に加熱する補助熱源とを有し、
前記貯留タンクに前記第３の配管を通った前記冷媒と前記排熱利用装置から排出される前記冷媒とが流入することを特徴とする付記１乃至６のいずれか１項に記載の排熱利用システム。

（付記８）更に、前記冷媒を貯留する貯留タンクと、
前記貯留タンクから前記電子装置に前記冷媒を移送する第１の冷媒移送部と、
前記第３の配管を通る前記冷媒を第４の配管を介して前記排熱利用装置に供給する第２の冷媒移送部と、
前記第４の配管を通る前記冷媒を前記所定温度以上に加熱する補助熱源とを有し、
前記貯留タンクに前記排熱利用装置から排出される前記冷媒が流入することを特徴とする付記１乃至６のいずれか１項に記載の排熱利用システム。

図１は、従来の冷却機構が設けられたブレードサーバのラックの一例を示す図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係る排熱利用システムの全体構成を示す模式図である。 図３（ａ），（ｂ）は、吸着式冷凍機の構造を示す模式図である。 図４は、デシカント再生温度と吸着式冷凍機の相対冷却能力との関係を示す図である。 図５は、温感自力式切り換えバルブを示す模式図である。 図６は、冷却水貯留タンクの一例を示す模式図である。 図７は、本発明の第２の実施形態の排熱利用システムにおけるブレードを示す模式図である。 図８は、本発明の第３の実施形態に係る排熱利用システムの構成を示す模式図である。

符号の説明

１０，２０…ラック、
１１…冷却装置、
２１ａ〜２１ｄ，１００…ブレード、
３０…冷却水貯留タンク、
３１，３３…ポンプ、
３２ａ〜３２ｄ…温感自力式切り換えバルブ、
３４，１３３…補助熱源、
３５…流量制御バルブ、
３６…流量検出器、
３７，３８…切り換えバルブ、
４１，４２，４３ａ〜４３ｄ，４４ａ〜４４ｄ，４５ａ〜４５ｄ，４７，４８，４９，５０，５１，５２，５５，９２，１１１，１１３，１１４，１２１，１２２，１２３…配管、
５３ａ，５３ｂ…伝熱配管、
６０…吸着式冷凍機、
６１…蒸発器、
６２，６３…吸着剤熱交換器、
６４…凝縮器、
７１，７９…冷却水コイル配管、
７２…スプレー配管、
７３，７４，７６，７７…ダンパー、
７５…デシカント、
７８…受け皿、
８１…コンパウンド、
８２…隔壁膜、
８３…可動ロッド、
８４…流路切り換え部、
８５…ケーシング、
９１…冷却機、
１０１…ＣＰＵ、
１０２…冷水ジャケット、
１１２…分岐部、
１１５，１１６…温感自力式開閉バルブ、
１３２…熱交換器。

Claims (5)

1. 熱源となる電子部品が搭載された複数の電子装置と、
   前記複数の電子装置から排出される熱を利用して稼動する排熱利用装置と、
   前記複数の電子装置のそれぞれに個別に設けられて前記電子部品を冷却した冷媒が通る複数の第１の配管と、
   前記複数の第１の配管のそれぞれに個別に接続され、前記第１の配管を通る前記冷媒の温度が所定温度以上のときに前記冷媒を前記排熱利用装置に通じる第２の配管に通し、前記冷媒の温度が前記所定温度未満のときに前記冷媒を第３の配管に通す複数の流路切り換え機構部と
   を有することを特徴とする排熱利用システム。
2. 前記排熱利用装置が、前記電子装置から排出される熱を利用してデシカントを再生する吸着式冷凍機であることを特徴とする請求項１に記載の排熱利用システム。
3. 前記流路切り換え機構部が、前記第１の配管を通る前記冷媒の温度に応じて体積変化する部材により前記冷媒の流路を機械的に切り換える温感自力式切り換えバルブからなることを特徴とする請求項１に記載の排熱利用システム。
4. 更に、前記冷媒を貯留する貯留タンクと、
   前記貯留タンクから前記電子装置に前記冷媒を移送する第１の冷媒移送部と、
   前記第２の配管を通る前記冷媒の流量に応じて前記貯留タンクから前記排熱利用装置に第４の配管を介して前記冷媒を供給する第２の冷媒移送部と、
   前記第４の配管に流れる前記冷媒を前記所定温度以上に加熱する補助熱源とを有し、
   前記貯留タンクに前記第３の配管を通った前記冷媒と前記排熱利用装置から排出される前記冷媒とが流入することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の排熱利用システム。
5. 更に、前記冷媒を貯留する貯留タンクと、
   前記貯留タンクから前記電子装置に前記冷媒を移送する第１の冷媒移送部と、
   前記第３の配管を通る前記冷媒を第４の配管を介して前記排熱利用装置に供給する第２の冷媒移送部と、
   前記第４の配管を通る前記冷媒を前記所定温度以上に加熱する補助熱源とを有し、
   前記貯留タンクに前記排熱利用装置から排出される前記冷媒が流入することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の排熱利用システム。

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