JP2016050677A - 情報通信機器の排熱を利用した調湿空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】サーバなどの情報通信機器で生じた排熱を、オフィス執務室などの空調における除湿や加湿に利用する。
【解決手段】デシカントロータ３１を用いて調湿処理した空気を空調空間３に給気する調湿空調Ａシステムであって、デシカントロー３１が、空調空間３とは異なる空間に収納された情報通信機器（サーバ１０）の排熱で昇温した空気の流路２２と、空調空間３に給気される空気の流路２３とにまたがって回転自在に配置され、情報通信機器（サーバ１０）の排熱で昇温した空気によってデシカントロータ３１が再生処理され、再生処理されたデシカントロータ３１によって除湿処理された空気が空調空間３に給気される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気・通信機器、サーバ等の発熱を伴う情報通信機器の排熱を、オフィス執務室などの空調における除湿や加湿に利用する空調システムに関する。

例えばサーバは動作を保障するために温度上昇を回避する必要がある。そのため内部にサーバーファンとも呼称される冷却用の小型ファンを備えており、特許文献１に示されるように、機器の前面側から冷気を吸い込み、昇温した空気を背面側へと排気するようになっている。また多くの場合、サーバはラックに多段に搭載され、サーバ室では、空調の効率化を図るために、ラックの吸気面を向い合せにして形成したコールドアイルと、ラックの排気面を向い合せにして形成したホットアイルを順番に配置している。さらに最近では、１５℃〜２７℃程度の標準温度域で動作保証された標準サーバと、それより高温の３５℃以上の温度域でも動作保証された耐高温サーバが含まれる場合に、標準サーバの給気面に面するコールドアイルと、標準サーバの排気面と耐高温サーバの給気面に面するホットアイルと、耐高温サーバの排気面に面するスーパーホットアイルを並列に配置するレイアウトも提案されている。

一方、例えば特許文献２に示されるように、デシカントロータを用いて外気を除湿処理し、室内へ給気する運転方法が知られている。このデシカントロータの再生を行うために、特許文献２の運転方法では、室内からの還気をヒートポンプで昇温させてデシカントロータの再生領域に通すことが行われる。また特許文献３には、コジェネレーションの排熱をデシカント空調機の再生に利用し、デシカント器、除熱器、調湿器を持つデシカント空調装置で調湿した冷風を、施設の循環系の空気に活用するシステムが開示されている。また特許文献４、５にも、デシカントロータの再生を、ボイラーなどの排熱を利用して再生するシステムが開示されている。さらに本出願人も、特許文献６において、外気を冷却するヒートポンプの凝縮熱をロータの再生熱源に利用した空調設備を開示している。

特開２０１０−７１４８２号公報 特開２０１２−１７２８８０号公報 特開２００２−１１５８６７号公報 特開２００２−２７６９９８号公報 特開２００７−２９８１９２号公報 特許第２５５８５５２号公報

例えばデータセンターでは、サーバ室に隣接してＩＴエンジニアや管理者の居室が併設されている。またオフィスビル内では、オフィス執務空間の近くの場所やフロアに併設されるサーバ室が増加している。しかしながら従来は、情報通信機器の排熱を隣接する空調空間の空調に有効活用した例はなく、データセンターの排熱（温熱）の利用用途としては、植物の栽培・育成、暖房・給湯の予熱、吸着冷凍機の吸着剤の再生などが提案されているにすぎなかった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、サーバなどの情報通信機器で生じた排熱を、オフィス執務室などの空調における除湿や加湿に利用することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明によれば、デシカントロータを用いて調湿処理した空気を空調空間に給気する調湿空調システムであって、前記デシカントロータが、前記空調空間とは異なる空間に収納された情報通信機器の排熱で昇温した空気の流路と、前記空調空間に給気される空気の流路とにまたがって回転自在に配置され、情報通信機器の排熱で昇温した空気によって前記デシカントロータが再生処理され、再生処理された前記デシカントロータによって除湿処理された空気が前記空調空間に給気されることを特徴とする、情報通信機器の排熱を利用した調湿空調システムが提供される。

本発明において、情報通信機器の排熱で昇温した空気は、例えばサーバ等の情報通信機器から排出された排気と熱交換して昇温させられた別の空気であり、あるいは当該排気そのものでも良い。例えば空調空間から排気された余剰の空気を排気と熱交換して昇温させ、デシカントロータの再生処理に用いても良い。本発明によれば、情報通信機器の排熱を利用してデシカントロータを再生処理し、この再生処理されたデシカントロータによって例えば外気などの空気を除湿処理して空調空間に給気することができる。

この調湿空調システムにあっては、前記空調空間に給気される空気を冷却する冷却器を、前記空調空間に給気される空気の流路において前記デシカントロータよりも下流に備えていても良い。例えば夏季などは、デシカントロータによって空気を除湿処理した空気を冷却器で冷却して空調空間に給気することにより、除湿冷房運転が可能となる。

また、前記空調空間からの排気を情報通信機器の排熱で昇温させる熱交換器を備え、前記熱交換器で昇温させられた前記空調空間からの排気によって前記デシカントロータが再生処理されるようにしても良い。

また、外気を情報通信機器の排熱で昇温させる熱交換器を備え、前記熱交換器で昇温させられた外気を、前記デシカントロータを介さずに前記空調空間に供給する流路を備え、前記デシカントロータを介さずに前記空調空間に供給する流路に加湿器を備えていても良い。例えば冬季などは、情報通信機器の排熱を利用して外気を熱交換器で昇温させ、この昇温させた外気を加湿器で加湿して空調空間に供給することにより、空調空間を加湿暖房運転することが可能となる。

また、前記情報通信機器は、標準温度域で動作保証された標準情報通信機器と標準温度域よりも高い温度域まで動作保証された高温耐用情報通信機器を備え、前記高温耐用情報通信機器の排熱で昇温した空気によって前記デシカントロータが再生処理されるようにしても良い。

本発明によれば、サーバ室に隣接して設けられている居室やオフィス執務空間などを情報通信機器の排熱を利用して除湿や加湿して空調することが可能になる。

空調空間から排気された空気をサーバの排気で昇温させ、デシカントロータを再生処理するように構成した本発明の実施の形態にかかる調湿空調システムの説明図である。 空調空間の除湿冷房運転と加湿暖房運転の両方が可能な本発明の実施の形態にかかる調湿空調システムの説明図である。 サーバ室の排熱利用に加えて、ヒートポンプによる冷暖房運転を組み合わせた本発明の実施の形態にかかる調湿空調システムの説明図であり、冷房除湿運転の状態を示している。 サーバ室の排熱利用に加えて、ヒートポンプによる冷暖房運転を組み合わせた本発明の実施の形態にかかる調湿空調システムの説明図であり、暖房加湿運転の状態を示している。 発電機能を備えた変形例の説明図である。

以下、本発明の実施の形態にかかる調湿空調システムを図面を参照にして説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

先ず図１に示す調湿空調システムＡは、情報通信機器の一例としてサーバ１０を収納したサーバ室１から排出された排気によって空調空間３からの排気ＥＡを昇温させ、その昇温させた排気ＥＡで空調装置２が備えるデシカントロータ３０を再生処理し、デシカントロータ３０によって除湿処理された空気を冷却して空調空間３に給気することにより、空調空間３を除湿冷房運転する実施の形態を例示している。空調空間３は、サーバ室１に隣接して設けられたＩＴエンジニアや管理者の居室、オフィス執務空間などである。

空調空間３とは異なる空間であるサーバ室１には、サーバ１０を多段に搭載したラック１１が配置されている。各サーバ１０は、その給気面をサーバ室１内のコールドアイル１２に向け、その排気面をサーバ室１内のホットアイル１３に向けて揃えて配置されている。また、各サーバ１０の内部にはサーバーファンと呼称される冷却用の小型ファンを備えており、コールドアイル１２側から例えば２５℃の冷気を吸い込み、サーバ１０の熱負荷で昇温した例えば３５〜５０℃の排気をホットアイル１３側に排出するようになっている。サーバ室１の外部には例えばパッケージエアコンなどの冷却器１４が設置されており、ホットアイル１３からの高温の排気を取り入れて、冷水コイル等で冷却した後、コールドアイル１２へと供給する。

サーバ室１と空調装置２の間には、空調空間３からの排気ＥＡとホットアイル１３から取り出した高温の排気を熱交換させる熱交換器１５（顕熱交換器）が設けられている。ホットアイル１３からから取り出された高温の排気は、ファン１６の動力で取り出しダクト１７を介して熱交換器１５に導入され、熱交換器１５で熱交換した後、戻しダクト１８を通ってコールドアイル１２に戻される。

空調装置２には、空調空間３からの排気ＥＡが排気ダクト２０および熱交換器１５を通ってファン２１の動力で導入される流路２２と、外気ＯＡが導入される２つの流路２３、２４が並列に設けられている。この実施の形態では、流路２２が情報通信機器（サーバ１０）の排熱で昇温した空気の流路となる。また、外気ＯＡが導入される２つの流路２３、２４のうち、一方の流路２３は外気ＯＡを除湿処理および冷却処理して空調空間３に給気する空気の流路であり、他方の流路２４は熱交換用の外気ＯＡを通す流路である。一方の流路２３はファン２５を有する給気ダクト２６を介して空調空間３に接続されている。他方の流路２４はファン２７を有する排気ダクト２８を介して図示しない排気口等に接続されている。

ホットアイル１３からの高温の排気によって昇温させられた空気（空調空間３からの排気ＥＡ）が導入される流路２２と、外気ＯＡが導入される一方の流路２３には、乾燥剤が保持された通気性のある円筒形状のデシカントロータ３０がまたがって回転自在に配置されている。デシカントロータ３０の半分は流路２２に配置され、残りの半分が流路２３に配置され、デシカントロータ３０の回転によってその側面（流通面：すなわち円筒形状のデシカントロータ３０において中心軸に対して垂直な面）が流路２２と流路２３を交互に移動していく。

また外気ＯＡが導入される２つの流路２３、２４にまたがって第１の冷却器３１が配置されている。この第１の冷却器３１は、例えば顕熱交換機または全熱交換機であり、回転式、固定式のいずれでも良い。一方の流路２３に導入された外気ＯＡはデシカントロータ３０を通過して除湿処理される際に高温となるが、その後、第１の冷却器３１で他方の流路２４に導入されている外気ＯＡと熱交換して冷却される。

さらに一方の流路２３には第２の冷却器３２が配置されている。この第２の冷却器３２は、例えば冷却水コイルや直膨コイルを備えた冷却器である。この第２の冷却器３２は、空調装置２とは別の冷却手段を組込んでも構わない。また第２の冷却器３２として、既設のファンコイル等室内空気循環用の小型空調機も用いることができる。一方の流路２３に導入された外気ＯＡは、最終的にこの第２の冷却器３２で冷却され、ファン２５の動力によって給気ダクト２６を介して空調空間３に給気される。なお空調装置２には、デシカントロータ３０の他に、吸着による昇温を外気で温度降下させて予冷する冷却器を必要に応じて備えることができる。

以上のように構成された調湿空調システムＡにあっては、空調空間３から排出された余剰の（循環利用されない）排気ＥＡがファン２１の動力によって排気ダクト２０を通じて熱交換器１５を通り、流路２２に導入される状態となる。

一方で、ファン１６の動力により、サーバ１０の熱負荷で昇温した例えば４０℃の高温の排気がサーバ室１のホットアイル１３から取り出しダクト１７を経て取り出され、熱交換器１５に導入される。そして熱交換器１５では、ホットアイル１３から取り出された高温の排気と空調空間３からの排気ＥＡの熱交換が行われ、空調空間３からの排気ＥＡは昇温させられる。こうして高温となった空調空間３からの排気ＥＡが空調装置２の流路２２に導入され、流路２２において、この高温の排気ＥＡによってデシカントロータ３０から水分が除去、放出され、デシカントロータ３０の再生処理が行われる。こうして再生処理されたデシカントロータ３０の側面が、デシカントロータ３０の回転によって流路２３へ順次移動していく。

そして空調装置２の流路２３では、ファン２５の動力によって導入された、例えば３３℃、２２ｇ/ｋｇ（ＤＡ）の外気ＯＡが再生処理されたデシカントロータ３０の側面を通過することにより、外気ＯＡ中の水分がデシカントロータ３０に吸着され、除湿処理が行われる。こうしてデシカントロータ３０によって除湿処理された外気ＯＡは、デシカントロータ３０を通過する際に一旦高温となるが、その後、第１の冷却器３１で他方の流路２４に導入されている外気ＯＡと熱交換して冷却（プレ冷却）され、さらに第２の冷却器３２で冷却されて、例えば３３℃（外気ＯＡと同程度）、１３ｇ/ｋｇ（ＤＡ）の給気ＳＡとなり、給気ダクト２６を介して空調空間３に供給される。なお、熱交換器１５において空調空間からの排気ＥＡを昇温させたことによって低温となった空気（ホットアイル１３から取り出された排気）は、温度低下した状態で戻しダクト１８を通ってコールドアイル１２に戻される。このようにホットアイル１３から取り出した排気を温度低下させてコールドアイル１２に戻すことにより、サーバ室１の冷却負荷も軽減できるようになる。また、他方の流路２４に導入されて第１の冷却器３１の冷却に用いられた空気（外気ＯＡ）は、排気ＥＡとなって排気ダクト２８から外部に排出される。

したがってこの実施の形態の調湿空調システムＡによれば、例えば夏季などにおいて、サーバ室１に収納されたサーバ１０からの排熱を利用してデシカントロータ３０を再生処理しながら、デシカントロータ３０によって除湿処理された空気を冷却して空調空間３に給気することにより、サーバ室１に隣接して設けられたＩＴエンジニアや管理者の居室、オフィス執務空間などの空調空間３を除湿冷房運転でき、省エネルギー化が達成される。

次に図２に示す調湿空調システムＢは、サーバ室１から排出された排気と熱交換して昇温させられた空気を用いて空調装置２が備えるデシカントロータ７５を再生処理し、デシカントロータ７５によって除湿処理された空気を冷却して空調空間３に給気することにより、空調空間３を除湿冷房運転する実施の形態を例示している。また、この実施の形態にかかる調湿空調システムＢは、空調空間３を加湿暖房運転することも可能である。

この実施の形態では、サーバ室１には、１５℃〜２７℃程度の標準温度域で動作保証された標準サーバ４０を多段に搭載した標準サーバラック４１と、それより高温の３５℃以上の温度域でも動作保証された耐高温サーバ４２を多段に搭載した耐高温サーバラック４３が互いに間隔を置いて平行に配置されている。各標準サーバ４０の内部にはサーバーファンと呼称される冷却用の小型ファンを備えており、コールドアイル４５側から例えば２５℃の冷気を吸い込み、標準サーバ４０の熱負荷で昇温した例えば３５℃の排気をホットアイル４６側に排出するようになっている。同様に各耐高温サーバ４２の内部にもサーバーファンと呼称される冷却用の小型ファンを備えており、ホットアイル４６側から例えば３５℃の冷気（標準サーバ４０の排気）を吸い込み、耐高温サーバ４２の熱負荷で昇温した例えば４５℃の排気をスーパーホットアイル４７側に排出するようになっている。つまり一段目サーバ列（標準サーバ４０）の排熱を含む排気を二段目サーバ列（耐高温サーバ４２）の冷却媒体としている。

サーバ室１の外部には例えばパッケージエアコンなどの冷却器４８、４９が設置されており、一方の冷却器４８は、ホットアイル４６から空気を取り入れて、冷水コイル等で冷却した後、コールドアイル４５へと供給する。他方の冷却器４９は、スーパーホットアイル４７から空気を取り入れて、冷水コイル等で冷却した後、ホットアイル４６へと供給する。

サーバ室１と空調装置２の間には、空調空間２からの排気ＥＡとスーパーホットアイル４７から取り出した高温の排気を熱交換させる熱交換器５０が設けられている。スーパーホットアイル４７から取り出された高温の排気は、ファン５１の動力で取り出しダクト５２を介して熱交換器５０に導入され、熱交換器５０で熱交換した後、戻しダクト５３を通ってホットアイル４６に戻されるか、戻しダクト５４を通ってコールドアイル４５に戻される。なお、戻しダクト５３には開閉弁５３ａが設けられており、戻しダクト５４には開閉弁５４ａが設けられている。そして、熱交換器５０で熱交換した後の温度が高い場合は、開閉弁５３ａが開かれ、開閉弁５４ａが閉じられ、熱交換後の排気がホットアイル４６に戻される。また、熱交換器５０で熱交換した後の温度が低い場合は、開閉弁５４ａが開かれ、開閉弁５３ａが閉じられ、熱交換後の排気がコールドアイル４５に戻される。例えば、熱交換器５０で熱交換した後の温度が３０〜３５℃の場合は、熱交換後の排気がホットアイル４６に戻され、２０〜２５℃場合は、熱交換後の排気がコールドアイル４５に戻される。

空調装置２には、空調空間３からの排気ＥＡが排気ダクト５５を介してファン５６の動力で導入される流路５７と、外気ＯＡが導入される２つの流路５８、５９が並列に設けられている。なお、流路５９には空調空間３からの排気ＥＡを導入することも可能である。この実施の形態では、流路５７が情報通信機器（サーバ１０）の排熱で昇温した空気の流路となる。また、外気ＯＡが導入される２つの流路５８、５９のうち、一方の流路５８は外気ＯＡを除湿処理および冷却処理して空調空間３に給気する空気の流路であり、他方の流路５９は熱交換器５０で昇温させられた外気ＯＡを加湿処理して空調空間３に給気する空気の流路である。一方の流路５８はファン６０を有する給気ダクト６１を介して空調空間３に接続されている。他方の流路５９には、ファン５６の下流側において還気ダクト５５から分岐させられた外気加湿用ダクト６２を介して、熱交換器５０で昇温させられた空気（外気ＯＡ）が導入されるようになっている。後述するように、この外気加湿用ダクト６２に設置された開閉ダンパ６３と、排気ダクト５５における外気加湿用ダクト６２の分岐点よりも下流側に設置された開閉ダンパ６４の開閉操作により、流路５９に空気（外気ＯＡ）を導入する状態と、流路５７に排気ＥＡを導入する状態とに選択的に切り替えられる。また、流路５９に排気ＥＡを導入する状態に切り替えることも可能である。

他方の流路５９の内部には、例えば滴下式や噴霧式などの加湿器６５が設置されており、この流路５９内において加湿された空気（外気ＯＡ）は、給気ダクト６６を介して空調空間３に供給される。上述した排気ダクト５５において空調空間３と熱交換器５０の間には外気導入ダクト７０が合流させられている。後述するように、この外気導入ダクト７０に設置された開閉ダンパ７１と、排気ダクト５５における外気導入ダクト７０の合流点よりも上流側に設置された開閉ダンパ７２の開閉操作により、外気導入ダクト７０から熱交換器５０に空気（外気ＯＡ）を導入する状態と、空調空間３から熱交換器５０に空気（還気ＲＡ）を導入する状態とに選択的に切り替えられる。

流路５７と流路５８には、乾燥剤が保持された通気性のある円筒形状のデシカントロータ７５がまたがって回転自在に配置されている。デシカントロータ７５の半分は流路５７に配置され、残りの半分が流路５８に配置され、デシカントロータ７５の回転によってその側面（流通面：すなわち円筒形状のデシカントロータ７５において中心軸に対して垂直な面）が流路５７と流路５８を交互に移動していく。

さらに流路５８には冷却器７６が配置されている。この冷却器７６は、例えば冷却水コイルや直膨コイルを備えた冷却器である。流路５８に導入された外気ＯＡは、デシカントロータ７５で除湿処理された後、冷却器７６で冷却され、ファン６０の動力によって給気ダクト６１を介して空調空間３に給気される。

以上のように構成された調湿空調システムＢにおいて、例えば夏季に除湿冷房運転する場合、排気ダクト５５に設けられた開閉ダンパ６４、７２はいずれも開かれ、外気加湿用ダクト６２に設けられた開閉ダンパ６３と外気導入ダクト７０に設けられた開閉ダンパ７１はいずれも閉じられる。こうして、空調空間からの排気ＥＡがファン５６の動力によって排気ダクト５５を通じて熱交換器５０を通り、流路５７に導入される状態となる。一方で、ファン５１の動力により、スーパーホットアイル４７から取り出された高温の排気が取り出しダクト５２を経て取り出され、熱交換器５０に導入される。そして熱交換器５０では、スーパーホットアイル４７から取り出された高温の排気と空調空間からの排気ＥＡの熱交換が行われ、空調空間からの排気ＥＡは昇温させられる。こうして高温となった空調空間からの排気ＥＡが空調装置２の流路５７に導入され、流路５７において、この高温の排気ＥＡによってデシカントロータ７５から水分が除去、放出され、デシカントロータ７５の再生処理が行われる。こうして再生処理されたデシカントロータ７５の側面が、デシカントロータ７５の回転によって流路５８へ順次移動していく。なお、熱交換器５０において空調空間からの排気ＥＡを昇温させたことによって低温となった空気（スーパーホットアイル４７から取り出された排気）は、温度低下した状態となり、その温度に応じて、ホットアイル４６もしくはコールドアイル４５に戻される。このようにスーパーホットアイル４７から取り出した排気を温度低下させてホットアイル４６もしくはコールドアイル４５に戻すことにより、サーバ室１の冷却負荷も軽減できるようになる。

そして空調装置２の流路５８では、ファン６０の動力によって導入された外気ＯＡが再生処理されたデシカントロータ７５の側面を通過することにより、外気ＯＡ中の水分がデシカントロータ７５に吸着され、除湿処理が行われる。こうしてデシカントロータ７５によって除湿処理された外気ＯＡは、さらに冷却器７６で冷却されて所望の温度の給気ＳＡとなり、給気ダクト６１を介して空調空間３に供給される。なお、空調装置２の流路５７に導入されてデシカントロータ７５の再生処理に用いられた空気（空調空間からの排気ＥＡ）は外部に排出される。

こうして、例えば夏季などにおいては、サーバ室１のスーパーホットアイル４７から出た排熱を利用して昇温させた、空調空間からの排気ＥＡでデシカントロータ７５を再生処理しながら、デシカントロータ７５によって除湿処理された空気を冷却器７６で冷却して空調空間３に給気することにより、サーバ室１に隣接して設けられたＩＴエンジニアや管理者の居室、オフィス執務空間などの空調空間３を除湿冷房運転でき、省エネルギー化が達成される。

また、この調湿空調システムＢにおいて、例えば冬季に加湿暖房運転する場合、排気ダクト５５に設けられた開閉ダンパ６４、７２はいずれも閉じられ、外気加湿用ダクト６２に設けられた開閉ダンパ６３と外気導入ダクト７０に設けられた開閉ダンパ７１はいずれも開かれる。こうして、ファン５６の動力によって、外気導入ダクト７０から熱交換器５０に外気ＯＡが導入され、熱交換器５０を通過した外気ＯＡが外気加湿用ダクト６２を通って流路５９に導入される状態となる。一方で、ファン５１の動力により、スーパーホットアイル４７から取り出された高温の排気が取り出しダクト５２を経て取り出され、熱交換器５０に導入される。そして熱交換器５０では、スーパーホットアイル４７から取り出された高温の排気と外気ＯＡの熱交換が行われ、外気ＯＡは昇温させられる。こうして高温となった外気ＯＡが空調装置２の流路５９に導入され、流路５９において加湿器６５で加湿された空気（外気ＯＡ）が給気ＳＡとなり、給気ダクト６６を介して空調空間３に供給される。

こうして、例えば冬季などにおいては、サーバ室１のスーパーホットアイル４７から出た排熱を利用して外気ＯＡを昇温させ、加湿器６５で加湿して空調空間３に給気することにより、サーバ室１に隣接して設けられたＩＴエンジニアや管理者の居室、オフィス執務空間などの空調空間３を加湿暖房運転でき、省エネルギー化が達成される。こうして、年間を通じてサーバ室１の排熱を空調空間３の除湿や加湿に活用して効率の良い空調を行うことが可能となる。

次に図３、４に示す調湿空調システムＣは、サーバ室１の排熱利用に加えて、ヒートポンプによる冷暖房運転を組み合わせた実施の形態を例示している。

サーバ室１には、サーバ８０を多段に搭載したラック８１が配置されている。各サーバ８０は、その給気面をサーバ室１内のコールドアイル８２に向け、その排気面をサーバ室１内のホットアイル８３に向けて揃えて配置されている。また、各サーバ８０の内部にはサーバーファンと呼称される冷却用の小型ファンを備えており、コールドアイル８２側から例えば２５℃の冷気を吸い込み、サーバ８０の熱負荷で昇温した例えば３５〜５０℃の排気をホットアイル８３側に排出するようになっている。サーバ室１の外部には例えばパッケージエアコンなどの冷却器８４が設置されており、ホットアイル８３からの排気を取り入れて、冷水コイル等で冷却した後、コールドアイル８２へと供給する。

サーバ室１と空調装置２の間には、空調空間３からの排気ＥＡとホットアイル８から取り出した高温の排気を熱交換させる熱交換器８５（顕熱交換器）が設けられている。ホットアイル８３からから取り出された高温の排気は、ファン８６の動力で取り出しダクト８７を介して熱交換器８５に導入され、熱交換器８５で熱交換した後、戻しダクト８８を通ってコールドアイル８２に戻される。

空調装置２には、空調空間３からの排気ＥＡが排気ダクト９０および熱交換器８５を通ってを介してファン９１の動力で導入される流路９２と、外気ＯＡが導入される流路９３が並列に設けられている。この実施の形態では、流路９２が情報通信機器（サーバ１０）の排熱で昇温した空気の流路となる。また、外気ＯＡが導入される流路９３は、外気ＯＡを除湿処理および冷却処理して空調空間３に給気する空気の流路である。流路９３はファン９５を有する給気ダクト９６を介して空調空間３に接続されている。

これら流路９２と流路９３には、乾燥剤が保持された通気性のある円筒形状のデシカントロータ１００がまたがって回転自在に配置されている。デシカントロータ１００の半分は流路９２に配置され、残りの半分が流路９３に配置され、デシカントロータ１００の回転によってその側面（流通面：すなわち円筒形状のデシカントロータ１００において中心軸に対して垂直な面）が流路９２と流路９３を交互に移動していく。

また空調装置２には、ヒートポンプ１０５が設けられている。ヒートポンプ１０５は、４つの出入り口Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を有する四方弁１０６を備えている。図３に示すように除湿冷房運転の状態では、四方弁１０６は、出入り口Ｐ１と出入り口Ｐ２が接続され、出入り口Ｐ３と出入り口Ｐ４が接続される。図４に示すように加湿暖房運転の状態では、四方弁１０６は、出入り口Ｐ１と出入り口Ｐ４が接続され、出入り口Ｐ２と出入り口Ｐ３が接続される。四方弁１０６の出入り口Ｐ１と出入り口Ｐ３には、ヒートポンプ１０５の冷媒を流通させる第１の流路１０７が接続され、出入り口Ｐ２と出入り口Ｐ４には、ヒートポンプ１０５の冷媒を流通させる第２の流路１０８が接続されている。

四方弁１０６の出入り口Ｐ１と出入り口Ｐ３を接続している第１の流路１０７には、出入り口Ｐ１から出入り口Ｐ３に向かって、プレクール用蒸発器１１０、膨張弁１１１、凝縮器１１２が順に設けられている。プレクール用蒸発器１１０は、流路９３においてデシカントロータ１００の上流側に配置されている。凝縮器１１２は、流路９２においてデシカントロータ１００の上流側に配置されている。

四方弁１０６の出入り口Ｐ２と出入り口Ｐ４を接続している第２の流路１０８には、出入り口Ｐ２から出入り口Ｐ４に向かって、蒸発器１１５、再生熱源用蒸発器１１６、圧縮機１１７が順に設けられている。蒸発器１１５は、流路９３においてデシカントロータ１００の下流側に配置されている。再生熱源用蒸発器１１６には、ヒートポンプ１０５の冷凍サイクルとは別系統の温熱源装置（例えばボイラーなど）で加熱された温熱源水が供給されており、再生熱源用蒸発器１１６では、ヒートポンプ１０５の冷媒が加熱されて蒸発させられる。再生熱源用蒸発器１１６は、蒸発器１１５と圧縮機１１７の間に配置されている。

流路９３においてデシカントロータ１００と蒸発器１１５の間には、アフタークール用冷却器１１８が配置されている。このアフタークール用冷却器１１８には、ヒートポンプ１０５の冷凍サイクルとは別系統の冷熱源装置（例えば冷却塔など）で冷却された冷熱源水が供給されており、アフタークール用冷却器１１８では、流路９３を流れる外気ＯＡのあら熱が取り除かれる。

以上のように構成された調湿空調システムＣにおいて、例えば夏季に除湿冷房運転を行う場合、図３に示すように、空調装置２では、四方弁１０６の出入り口Ｐ１と出入り口Ｐ２が接続され、出入り口Ｐ３と出入り口Ｐ４が接続される。そして、ヒートポンプ１０５では、冷媒がプレクール用蒸発器１１０、蒸発器１１５および再生熱源用蒸発器１１６の順に供給されていく。そして、プレクール用蒸発器１１０、蒸発器１１５および再生熱源用蒸発器１１６で吸熱し、順次蒸発されて気体となった冷媒が、圧縮機１１７で圧縮された後、四方弁１０６の出入り口Ｐ４から出入り口Ｐ３へ通過し、凝縮器１１２に供給される。そして、凝縮器１１２で放熱し液体となった冷媒が、膨張弁１１１を経て、再びプレクール用蒸発器１１０、蒸発器１１５および再生熱源用蒸発器１１６の順に供給されていく。こうして、ヒートポンプ１０５では、冷媒がプレクール用蒸発器１１０、蒸発器１１５、再生熱源用蒸発器１１６、圧縮機１１７、凝縮器１１２および膨張弁１１の順に循環され、プレクール用蒸発器１１０、蒸発器１１５および再生熱源用蒸発器１１６で吸熱し、凝縮器１１２で放熱する冷凍サイクルが行われる。

また、空調装置２の流路９３には、室外から外気ＯＡが取り込まれ、プレクール用蒸発器１１０、デシカントロータ１００、アフタークール用冷却器１１８および蒸発器１１５の順に通過して、除湿冷却された処理空気が給気ＳＡとなって、給気ダクト９６から空調空間３に供給される。ここで、先ずプレクール用蒸発器１１０では、ヒートポンプ１０５の冷媒の蒸発によって外気ＯＡの冷却・除湿が行われ、その後、デシカントロータ１００で水分が吸着されて除湿処理が行われる。更に、デシカントロータ１００を通過後の高温の除湿空気は、ヒートポンプ１０５とは別系統の冷熱源装置からアフタークール用冷却器１１８に供給された冷熱源水によって冷却され、あら熱が取り除かれる。そして、あら熱が取り除かれた外気ＯＡは、更に蒸発器１１５にてヒートポンプ１０５の冷媒の蒸発によって冷却され、除湿冷却された給気ＳＡとして空調空間３に供給される。

一方、空調装置２の流路９２には、空調空間３からの排気ＥＡがファン９１の動力によって排気ダクト９０を通じて熱交換器８５を通って導入される。また、ファン８６の動力により、サーバ８０の熱負荷で昇温した例えば４０℃の高温の排気がサーバ室１のホットアイル８３から取り出しダクト８７を経て取り出され、熱交換器８５に導入される。そして熱交換器８５では、ホットアイル８３から取り出された高温の排気と空調空間３からの排気ＥＡの熱交換が行われ、空調空間３からの排気ＥＡは昇温させられる。こうして高温となった空調空間３からの排気ＥＡが空調装置２の流路９２に導入され、この高温の排気ＥＡが凝縮器１１２、デシカントロータ１００の順に通過して屋外へ排出（排気ＥＡ）される。流路９２では、先ず凝縮器１１２においてヒートポンプ１０５の冷媒の凝縮により、高温の排気ＥＡはさらに昇温させられ、その後、デシカントロータ１００に送られて、水分の除去・放出が行われてデシカントロータ１００が再生される。そして、高温、多湿となった排気ＥＡが外部に排気される。なお、熱交換器８５において空調空間からの排気ＥＡを昇温させたことによって低温となった空気（ホットアイル８３から取り出された排気）は、温度低下した状態で戻しダクト８８を通ってコールドアイル８２に戻される。

また、デシカントロータ１００の回転に伴ってデシカントロータ１００の側面は流路９２と流路９３を交互に移動していく。こうして、流路９２では、デシカントロータ１００に付着した水分の除去・放出が行われてデシカントロータ１００の再生が行われ、一方、流路９３では、再生されたデシカントロータ１００によって、外気ＯＡの水分が吸着され除湿処理が行われる。

この調湿空調システムＣによれば、デシカントロータ１００で除湿処理された外気ＯＡのあら熱が、ヒートポンプ１０５の冷凍サイクルとは別系統の冷熱源水を用いてアフタークール用冷却器１１８で取り除かれて冷却された後、蒸発器１１５で更に冷却されて空調空間３に給気されるので、ヒートポンプ１０５では蒸発器１１５の冷却負荷が軽減され、消費電力の削減（高効率化）が図られる。このため、ヒートポンプ１０５２が備える圧縮機１１７の動力が小さくて済み、それだけヒートポンプ１０５の冷媒の充てん量も少なくできる。また、ヒートポンプ１０５とは別系統の冷熱源水を用いて外気のあら熱が取り除かれるので、ヒートポンプ１０５の蒸発器１１５では安定した冷却を行うことができ、外気条件の変化による室内への給気ＳＡの温度変化を小さくでき、温度の制御性を高めることができる。

アフタークール用冷却器１１８に供給される冷熱源水は、例えば冷却塔などの冷熱源装置で冷却される。冷却塔では、冷熱源水の冷却のための動力はポンプとファンのみなので、冷凍機等に比べ極少の動力で冷熱が製造できる。アフタークール用冷却器１１８において、この冷熱源水によって「あら熱」が処理されることで、ヒートポンプ回路１２での冷却負荷が少なくなって、消費電力の削減（高効率化）が図られる。

また、この調湿空調システムＣにおいて加湿暖房運転を行うこともできる。図４に示したように、加湿暖房運転の状態では、四方弁１０６は、出入り口Ｐ１と出入り口Ｐ４が接続され、出入り口Ｐ２と出入り口Ｐ３が接続され、プレクール用蒸発器１１０が凝縮器として機能し、凝縮器１１２、蒸発器１１５および再生熱源用蒸発器１１６が蒸発器として機能する。そして、ヒートポンプ１０５では、凝縮器１１２（蒸発器として機能）、蒸発器１１５および再生熱源用蒸発器１１６で吸熱し、蒸発して気体となった冷媒が、圧縮機１１７で圧縮された後、プレクール用蒸発器１１０（凝縮器として機能）で放熱し液体となった冷媒が、膨張弁１１１を経て、凝縮器１１２（蒸発器として機能）、蒸発器１１５および再生熱源用蒸発器１１６に供給されていく。こうして、ヒートポンプ１０５では、凝縮器１１２（蒸発器として機能）、蒸発器１１５および再生熱源用蒸発器１１６で吸熱し、プレクール用蒸発器１１０（凝縮器として機能）で放熱する冷凍サイクルが行われ、加熱された給気ＳＡを空調空間３に供給する。なお給気ＳＡの加湿は、例えば給気ダクト９６に設けた加湿器１１９によって行うことができる。

こうして、この調湿空調システムＣによっても同様に、サーバ室１のホットアイル８３から取り出された高温の排気を利用して、空調空間３を夏季には除湿冷房運転し、冬季には加湿暖房運転することにより、省エネルギー化が達成される。
こうして、年間を通じてサーバ室１の排熱を空調空間３の除湿や加湿に活用して効率の良い空調を行うことが可能となる。

以上、本発明の実施の形態を例示して説明したが、本発明は例示した形態に限定されない。例えば以上に説明した除湿冷房機能と加湿暖房機能に加えて、図５に示すような発電機能を備えることもできる。図５に示す例では、サーバ室１には、サーバ１２０を多段に搭載したラック１２１が配置されている。各サーバ１２０は、その給気面をサーバ室１内のコールドアイル１２２に向け、その排気面をサーバ室１内のホットアイル１２３に向けて揃えて配置されている。また、各サーバ１２０の内部にはサーバーファンと呼称される冷却用の小型ファンを備えており、コールドアイル１２２側から例えば２５℃の冷気を吸い込み、サーバ１２０の熱負荷で昇温した例えば３５〜５０℃の排気をホットアイル１２３側に排出するようになっている。サーバ室１の外部には例えばパッケージエアコンなどの冷却器１２４が設置されており、ホットアイル１２３からの排気を取り入れて、冷水コイル等で冷却した後、コールドアイル１２２へと供給する。

サーバ室１と空調空間３の間には、空調空間３からの排気ＥＡとホットアイル１２３から取り出した高温の排気との温度差によって発電を行う温度差発電機１２５が設けられている。温度差発電機１２５は、空調空間３からの排気ＥＡとホットアイル１２３から取り出した高温の排気とを熱交換させる機能も有している。温度差発電機１２５としては、例えばペルチェ素子などを利用した発電機が利用される。例えば夜間や冷暖房の不要な中間期において、空調空間３からの排気ＥＡとホットアイル１２３から取り出した高温の排気との温度差によって発電を行い、その電力を冷却器１２４などに利用することで、省エネルギー化が達成される。また、空調空間３からの排気ＥＡの他、外気ＯＡとホットアイル１２３から取り出した高温の排気との温度差によって発電を行うこともできる。例えば図１〜４で説明した除湿冷房機能と加湿暖房機能に、図５に示すような発電機能を加えることによって更なる省エネルギー化が達成されるようになる。

図１ではサーバ室内にコールドアイルとホットアイルが形成される例を示し、図２ではサーバ室内にコールドアイルとホットアイルに加えて、さらにスーパーホットアイルが形成される例を示したが、最近では４０℃程度の温度域でも再生可能なデシカントロータが市場で入手可能である。このため図１のようなサーバ室内にコールドアイルとホットアイルが形成される例でも、本発明は適用可能である。また、サーバ室の排熱は、いくつかのサーバ室の排熱を集めてもよいし、また一つのサーバ室の排熱を用いて複数のオフィス空調の調湿用に用いてもよい。さらに、一例としてサーバを収納したサーバ室からの排熱を利用する形態を例示したが、本発明はサーバ以外の電気・通信機器等の発熱を伴う情報通信機器の排熱を利用することも可能である。

また、図１では第１の冷却器３１と第２の冷却器３２を備える例を示したが、第１の冷却器３１と第２の冷却器３２は一方のみでも良い。また、外気ＯＡと同程度で給気する他、さらに低い温度まで冷却して空調空間３に給気を行っても良い。また空調空間３内に別途空調機を設けて温度調節することも可能である。

また図３、４に示したヒートポンプ１０５は例示であり、同様の機能もしくは機能向上したヒートポンプを用いることもできる。例えば熱源水の有無（水冷か空冷）のどちらも対応が可能である。また加湿暖房運転の際に、空調空間３に導入される空気は、図２に示すような還気ＲＡでも良いし、図３、４に示すような外気ＯＡでも良い。なおデシカントロータは３５〜５０℃程度であれば再生が可能であり、あるいはそれ以下の温度でも外気条件によっては除湿処理が可能であるが、サーバ１０からの排熱が３５℃以下といった低温の場合は、図３、４に示したようなヒートポンプを備えた調湿空調システムＣが適している。

また以上の実施の形態では、サーバ室１のホットアイルから取り出した高温の排気と熱交換して昇温させた空調空間３からの排気ＥＡをデシカントロータの再生処理に用いた例を説明したが、サーバ等の情報通信機器から排出された排気そのものでデシカントロータの再生処理を行うこともできる。但し、情報通信機器からの排気でデシカントロータを再生処理する場合、サーバ室１のエアバランスが必要となり、かつエネルギーがマイナスにならないような考慮をする。また、情報通信機器の収容室から取り出した空気を別の空調空間用に供したあと情報通信機器の収容室に情報通信機器の冷却用として供給することも考えられる。なお、日本のように夏季が高温多湿、冬季が低温低湿の場合には、外気を情報通信機器の収容室にいれることが却って効率を下げる結果になることがある。そのような場合、実施の形態に示したように、サーバ室１のホットアイルから取り出した高温の排気と熱交換して昇温させた空調空間３からの排気ＥＡをデシカントロータの再生処理に用いる例が有利である。

本発明によれば、自社オフィスに併設され今後も増加が見込まれるプライベートクラウドのサーバールームなどにおいて、発熱密度が増大する情報通信機器の排熱をオフィスに利用でき、低環境負荷のオフィスやサーバールームが構築可能となる。本発明は、ペリメータ暖房用の吹き出し空気や温水の加温、また通年ではオフィス給湯用の水の予熱などにも活用できる。特にデータセンターなどは床面積当たりの発熱密度が高くオフィスの数十倍程度あり、十分な排熱を得ることができる。

本発明は、データセンターなどの電気・通信機器、サーバ等の情報通信機器を収納したサーバ室などに隣接して設けられた居室、オフィス執務空間等の空調に有用である。

Ａ、Ｂ、Ｃ 調湿空調システム
１ サーバ室
２ 空調装置
３ 空調空間
１０ サーバ
１１ ラック
１２ コールドアイル
１３ ホットアイル
１４ 冷却器
１５ 熱交換器
１６ ファン
１７ 取り出しダクト
１８ 戻しダクト
２０ 取り出しダクト
２１、２５、２７ ファン
２２、２３、２４ 流路
２８ 排気ダクト
３０ デシカントロータ
３１ 第１の冷却器
３２ 第２の冷却器
４０ 標準サーバ
４１ 標準サーバラック
４２ 耐高温サーバ
４３ 耐高温サーバラック
４５ コールドアイル
４６ ホットアイル
４７ スーパーホットアイル
４８、４９ 冷却器
５０ 熱交換器
５１、５６、６０ ファン
５２ 取り出しダクト
５３ 戻しダクト５３
５５ 還気ダクト
５７、５８、５９ 流路
６１ 給気ダクト
６２ バイパスダクト
６３、６４、７１、７２ 開閉ダンパ
６５ 加湿器
７０ 外気導入ダクト
７５ デシカントロータ
７６ 冷却器
８０ サーバ
８１ ラック
８２ コールドアイル
８３ ホットアイル
８４ 冷却器
９０ 取り出しダクト
９１、９５ ファン
９２、９３ 流路
９６ 給気ダクト
１００ デシカントロータ
１０５ ヒートポンプ
１０６ 四方弁
１０７ 第１の流路
１０８ 第２の流路
１１０ プレクール用蒸発器
１１１ 膨張弁
１１２ 凝縮器
１１５ 蒸発器１１５
１１６ 再生熱源用蒸発器１１６
１１７ 圧縮機
１１８ アフタークール用冷却器
１２０ サーバ
１２１ ラック
１２２ コールドアイル
１２３ ホットアイル
１２４ 冷却器
１２５ 温度差発電機

Claims (5)

1. デシカントロータを用いて調湿処理した空気を空調空間に給気する調湿空調システムであって、
   前記デシカントロータが、前記空調空間とは異なる空間に収納された情報通信機器の排熱で昇温した空気の流路と、前記空調空間に給気される空気の流路とにまたがって回転自在に配置され、
   情報通信機器の排熱で昇温した空気によって前記デシカントロータが再生処理され、
   再生処理された前記デシカントロータによって除湿処理された空気が前記空調空間に給気されることを特徴とする、情報通信機器の排熱を利用した調湿空調システム。
2. 前記空調空間に給気される空気を冷却する冷却器を、前記空調空間に給気される空気の流路において前記デシカントロータよりも下流に備えることを特徴とする、請求項１に記載の情報通信機器の排熱を利用した調湿空調システム。
3. 前記空調空間からの排気を情報通信機器の排熱で昇温させる熱交換器を備え、前記熱交換器で昇温させられた前記空調空間からの排気によって前記デシカントロータが再生処理されることを特徴とする、請求項１または２に記載の情報通信機器の排熱を利用した調湿空調システム。
4. 外気を情報通信機器の排熱で昇温させる熱交換器を備え、前記熱交換器で昇温させられた外気を、前記デシカントロータを介さずに前記空調空間に供給する流路を備え、前記デシカントロータを介さずに前記空調空間に供給する流路に加湿器を備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の情報通信機器の排熱を利用した調湿空調システム。
5. 前記情報通信機器は、標準温度域で動作保証された標準情報通信機器と標準温度域よりも高い温度域まで動作保証された高温耐用情報通信機器を備え、前記高温耐用情報通信機器の排熱で昇温した空気によって前記デシカントロータが再生処理されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の情報通信機器の排熱を利用した調湿空調システム。

Images