JP2012037203A - 電子機器の冷却・排熱回収システム - Google Patents

Abstract

【課題】高い省エネ効果が得られる電子機器の冷却・排熱回収システムを実現する。
【解決手段】各発熱機器１の発熱素子１１を直接的に冷却する蒸発器２４を有する蒸気圧縮式冷凍機２０と、吸着剤３１，３２等を有する吸着式冷凍機３０とを設け、蒸気圧縮式冷凍機２０の凝縮器２２と吸着式冷凍機３０の吸着剤３２（脱着用）とを、熱回収配管４３内を循環させる熱媒（加熱水４２等）によって熱的に連結させて、吸着剤３２による水蒸気の脱着工程を形成させる。一方、吸着剤３１（吸着用）に吸着させる水蒸気を生成する蒸発器３３において、気化熱に伴う冷却作用によって水を冷却して冷水３５を生成する。この冷水３５を冷房等に利用する。
【選択図】図１

Description

本発明は，電子機器などの高密度発熱体を冷却する冷却システムに関する。

インターネットデータセンター等に設置されるサーバ機器や電源機器などに代表される電子機器においては、情報化社会の進展により消費電力が急速に増加しており、機器の大容量化と小型化が同時に求められている。このため電子機器の発熱密度は増加の一途を辿っており、超高密度発熱に対応した冷却技術が必要である。

電子機器の発熱を除去して、使用される半導体素子などの電子部品を規定温度以下に保持するために空冷や液冷などの冷却手段が適用されているが、超高発熱密度に対応した更なる高性能な冷却技術が求められている。また、電力消費を削減して省エネルギーを図るには、電子機器の発生損失を低減する高効率化技術と共に、冷却に要する消費電力を低下させることが極めて重要な課題となっている。

現在、電子機器の多くが例えば図６に例示するような空冷による冷却を行っている。
図６において、発熱機器１は、上述したインターネットデータセンター等に設置されるサーバ機器や電源機器などに代表される電子機器に相当する。発熱機器１は、上記インターネットデータセンター等における電子機器の設置空間（図６では電気室という）内に設置されている。

この様な電気室内の空気を、図示の空調システムによって冷却している。空調システムは、図示の圧縮機７１、凝縮器７２、膨張機構７３（膨張弁）、蒸発器７４、冷媒配管３等から成り、これら各構成７１〜７４及び冷媒配管３内を冷媒（蒸発と凝縮の相変化を行う冷媒）が循環するという、よく知られている一般的な蒸気圧縮式冷凍機の構成となっている。尚、図示していないが当然、蒸発器７４に対する送風用のファンも設けられている。

また、不図示の構成によって、図示のように凝縮器７２に対して冷却水が供給されている。凝縮器７２における放熱に対して、空冷ではなく冷却水による冷却を行っている。凝縮器７２における放熱によって冷却水は温度上昇して温水となり上記不図示の構成に戻されて、当該不図示の構成において冷却水に戻されて再び凝縮器７２に供給されることになる。

当然、上記蒸気圧縮式冷凍機の動作には電力消費が必要となり、上記不図示の構成における冷却水の生成にも電力消費が必要となる。また、上記空調システムでは、概略的には、上記凝縮器７２と冷却水によって上記蒸気圧縮式冷凍機の排熱が行われることになる。

上記図６に示すような空冷方式では、熱伝達性能が液冷方式に比べて低く、大型のヒートシンクが必要となり装置が大型化するという問題が生じる。また、熱交換部へ供給する空気温度を所定温度に保持するために大規模な空調装置が必要であり、消費電力の増加を招いている。

尚、上記図６に例示する従来技術に関しては、例えば特許文献１に開示がある。

特開２００３−３１４８５９号公報

大規模な電子機器システムの冷却を行う空冷方式においては、機器発熱を設置空間に分散させることなく処理する局所空調方式など、消費電力を削減する方策が採られている。この局所空調方式では、従来の全体空調方式に比べて蒸発温度を高く設定できることから空調機の運転効率を上げることができ、２０〜３０％レベルの省エネルギーが期待できる。

さらに冷却効率を高めてより大きな省エネルギーを図るには、空調による空冷方式では限界となっており、機器の発熱を直接除去する液冷方式が検討されている。一般には、低温の水などを循環供給して冷却する水冷方式が取られている。

この水冷方式の欠点は、水を循環するための配管設備が必要であり、振動や衝撃によりこの配管が破損した場合、冷却水が電子機器の絶縁不良を引き起こし、装置の機能停止や発火など重大な事故に繋がる。このため、高い冷却性能を有すると共に、高い安全性と信頼性を兼ね備えた冷却方式が望まれている。

一方で、電子機器からの排熱の温度は、室温〜８０℃程度の範囲であり、排熱量は膨大であっても、これを有効に利用する手段は現時点では殆んど無い。これは、温排熱の利用用途が暖房や給湯であり、季節や利用時間が限定されることと、経済的な観点より成立が困難である。

このため、温排熱を電気など他の有効性が高い形態に変換する必要があるが、例えば熱電変換を行う場合、低温度差のためエネルギー変換効率が極めて低く、投資回収が行えないという問題がある。

本発明の課題は、電子機器を冷却する蒸気圧縮式冷凍機と、該蒸気圧縮式冷凍機の凝縮器と熱的に結合した吸着式冷凍機を備えることにより、電子機器からの排熱を利用して脱着工程を形成させると共に冷水を生成することができ省エネ効果が得られ、この冷水を例えば電子機器設置空間の冷却に利用することで高い省エネ効果が得られる、電子機器の冷却・排熱回収システム等を提供することである。

本発明の電子機器の冷却・排熱回収システムは、任意の室内空間内の電子機器の発熱を除去するシステムであって、圧縮機、第１の凝縮器、膨張弁、第１の蒸発器およびこれらを第１の配管によって連結し、内部に冷媒を封入して構成され、前記第１の蒸発器が前記電子機器に接触している蒸気圧縮式冷凍機と、一方が吸着用のとき他方が脱着用となる２つの吸着剤と、第２の蒸発器、第２の凝縮器を有する吸着式冷凍機と、前記蒸気圧縮式冷凍機の第１の凝縮器と前記吸着式冷凍機の前記脱着用となっている吸着剤とを熱的に連結させて脱着工程を形成させる熱的連結手段とを有する。

上記構成の電子機器の冷却・排熱回収システムにおいて、例えば、前記熱的連結手段を介して前記蒸気圧縮式冷凍機側から前記脱着用の吸着剤に供給される熱によって該脱着用の吸着剤から水蒸気が脱着され、該水蒸気が前記第２の凝縮器によって液化して成る水が前記第２の蒸発器に流入して該第２の蒸発器内で気化して水蒸気となると共にそのときに奪う気化熱によって該第２の蒸発器内を通る第２の配管内の水を冷却して冷却水を生成するようにしてもよい。

また、例えば更に、前記第２の蒸発器において生成された冷却水を、前記任意の室内空間内に設置されている熱交換器に供給することで、該熱交換器によって該室内空間の空冷を行わせるようにしてもよい。

蒸気圧縮式冷凍機の第１の凝縮器と前記吸着式冷凍機の前記脱着用となっている吸着剤とを熱的に連結させることで、蒸気圧縮式冷凍機側からの排熱を利用して吸着剤の脱着工程を形成させることができ、更に吸着式冷凍機で冷却水を生成することができるので、これを利用して例えば室内空間の空冷等を行うことができ、大きな省エネ効果が得られるようになる。

また、上記構成の電子機器の冷却・排熱回収システムにおいて、例えば、前記熱的連結手段は、前記第１の凝縮器と前記脱着用の吸着剤との間に熱媒を循環させる循環経路を形成するものであり、該熱媒の循環経路に対して放熱経路を並列設置し、該循環経路の熱媒の一部を該放熱経路に流して該放熱経路内で冷却して該循環経路に戻すようにしてもよい。

本発明による電子機器の冷却・排熱回収システム等によれば、電子機器を冷却する蒸気圧縮式冷凍機と、該蒸気圧縮式冷凍機の凝縮器と熱的に結合した吸着式冷凍機を備えることにより、電子機器からの排熱を利用して脱着工程を形成させると共に冷水を生成することができ省エネ効果が得られ、この冷水を例えば電子機器設置空間の冷却に利用することで高い省エネ効果が得られる。

本例の電子機器の冷却・排熱回収システムの基本構成を示す図である。 （ａ）、（ｂ）は、吸着式冷凍機の動作（原理）を示す図である。 本例の電子機器の冷却・排熱回収システムの他の特徴（その１）を説明する為の図である。 本例の電子機器の冷却・排熱回収システムの他の特徴（その２）を説明する為の図である。 本例の電子機器の冷却・排熱回収システムの他の特徴（その３）を説明する為の図である。 従来の空調による発熱機器冷却システムの構成例である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本例の電子機器の冷却・排熱回収システムの基本構成を示す図である。
尚、図１において、上記図６に示す構成と略同様の構成には同一符号を付してある。

よって、例えば、図示の発熱機器１は、上述したインターネットデータセンター等に設置されるサーバ機器や電源機器などに代表される電子機器等に相当する。発熱機器１は、任意の設置空間（電気室）内に設置されるものであり、また上記の通り近年は発熱密度が高いものとなっている。また、発熱機器１は、複数存在し、多数存在する場合も少なくない。

図１に示す本例の電子機器の冷却・排熱回収システムは、発熱機器１を冷却するものであって、従来の空冷方式ではなく、各発熱機器１を直接的に冷却するものである。そして、本例の電子機器の冷却・排熱回収システムは、発熱機器１を冷却する蒸気圧縮式冷凍機２０と、この蒸気圧縮式冷凍機２０の凝縮器２２と熱的に結合した吸着式冷凍機３０とを備える構成となっている。この熱的結合は、後述する熱的連結部（熱回収配管４３、加熱水４２等）によって実現される。

詳しくは後述するが、この熱的連結部によって、蒸気圧縮式冷凍機２０の凝縮器２２と吸着式冷凍機３０の吸着剤（脱着用）とを熱的に連結させて、（水蒸気の）脱着工程を形成させる。

各発熱機器１は、それぞれ発熱素子１１を有している。発熱素子１１は、例えばＣＰＵ／ＭＰＵ等のプロセッサ等であり、発熱機器１における主な発熱源である。
蒸気圧縮式冷凍機２０は、圧縮機２１、凝縮器２２、膨張弁２３、蒸発器２４およびこれらを冷媒配管３によって連結し、内部に蒸発と凝縮の相変化を行う冷媒を封入した構成となっている。

この様な蒸気圧縮式冷凍機２０の全体構成自体は、上記図６に示す従来構成と略同様であってよい。但し、蒸発器２４の詳細構成は、従来の蒸発器７４とは異なる。すなわち、従来の蒸発器７４は空冷方式用であったが、本例の蒸発器２４は、発熱機器１（その発熱素子１１）の発熱を直接除去する構成となっている。これより、例えば、発熱素子１１を、蒸発器２４を形成するヒートシンクの表面に実装する構成等となるが、詳しくは一例を図３に示し、後に説明する。

従来構成の場合と同様、上記各構成２１〜２４及び冷媒配管３内を冷媒が循環することで、蒸発器２４において冷却が行われる。すなわち、蒸発器２４において液体の冷媒が気化してガスとなる際に周囲から気化熱（蒸発熱）を奪うことで周囲の冷却を行う。従来では周囲空気を冷却するが本例では発熱素子１１を直接的に冷却することになる。

上記のように蒸発器２４においてガス化した冷媒は、圧縮機２１で圧縮された後、凝縮器２２に送られて放熱する。この放熱に対して、例えばファン等による空冷によって冷却する（外気と熱交換を行う）構成が知られており、あるいは図６で説明したように冷却水を用いる構成が知られている。これに対して、本例では後述するように熱的連結部（熱回収配管４３、加熱水４２等）を設けている。これによって、蒸気圧縮式冷凍機２０側からの排熱を、吸着式冷凍機３０側で（水蒸気の）脱着工程に利用するものであり、詳しくは後述する。

尚、よく知られているように、上記凝縮器２２で放熱する熱量は、圧縮機２１での圧縮の際に生じる熱量と、蒸発器２４で周囲（発熱素子１１）から奪った熱量との合計である。圧縮機２１で生じる熱量を考慮しないならば、本システムは、蒸発器２４によって発熱素子１１から奪った熱（課題で述べたように電子機器からの排熱量が膨大となる場合も有り得る）を、吸着式冷凍機３０側で有効利用するものであると言える。

本例の電子機器の冷却・排熱回収システムの主な特徴は、上記蒸気圧縮式冷凍機２０における凝縮器２２と熱的に結合した吸着式冷凍機３０を設けたことである。これは、凝縮器２２を、吸着式冷凍機３０を構成する吸着剤（脱着）と熱的に連結して、電子機器からの排熱を利用して吸着式冷凍機３０の脱着工程を形成するようにするものである。更に、吸着式冷凍機３０の動作によって後述する冷水３５を生成できるので、この冷水３５を何らかの冷却に利用することができる。従来では排熱の利用用途が限られていたり変換効率が低い等の問題があったが、本発明の実施形態では、この様な問題を解消できる。

以下、吸着式冷凍機３０の構成・動作について説明する。
まず、図１に示すように、吸着式冷凍機３０は、吸着剤（吸着）３１、吸着剤（脱着）３２、蒸発器３３、凝縮器３４等から成り、冷水３５を作り出すことができる。尚、ここでは冷却水３６を必要とするが、冷却水３６は必須ではない。吸着式冷凍機自体は既存の公知技術であり、よってここでは吸着式冷凍機３０の構造については特に図示・説明しないものとするが、更に図２（ａ），（ｂ）も参照して、動作原理について説明する。

尚、吸着式冷凍機３０の構造については、参考文献１（特開平８−４２９３５号公報）、参考文献２（特開２００４−２３２９２８号公報）等に開示され、あるいは下記ＵＲＬ等で公開されている。

http://www.chuden.co.jp/corpo/publicity/press2002/0220_2_3.html
図２（ａ）、（ｂ）は、吸着式冷凍機３０の冷凍サイクル動作を示したものである。
まず、図１においては「吸着剤（吸着）３１」、「吸着剤（脱着）３２」等と記したが、これら２つの吸着剤は、不図示の弁によって弁切換えを行うことで、“吸着”用と“脱着”用とに交互に切り替わるものであり、一方が“吸着”用で他方が“脱着”用となる。

図２（ａ）、（ｂ）においては、一方を吸着剤Ａ３１、他方を吸着剤Ｂ３２と記すものとする。図示の通り、図２（ａ）においては吸着剤Ａ３１が“吸着”用、吸着剤Ｂ３２が“脱着”用となっており、図２（ｂ）においては吸着剤Ａ３１が“脱着”用、吸着剤Ｂ３２が“吸着”用となっている。これは、上記のように不図示の弁によって弁切換えを行うことだけでは実現できず、更に、不図示の配管とバルブ等によって加熱水４２、冷却水３６の供給切換制御を行う必要があるが、ここでは特に図示・説明等しない。何れにしても、“脱着”用には加熱水４２が供給され、“吸着”用には冷却水３６が供給されるようにする。

これより、図２（ａ）に示す状態では吸着剤Ａ３１には冷却水３６が供給されると共に吸着剤Ｂ３２には加熱水４２が供給される。その逆に、図２（ｂ）に示す状態では吸着剤Ａ３１には加熱水４２が供給されると共に吸着剤Ｂ３２には冷却水３６が供給される。

図１には、図２（ａ）に示す状態において吸着剤Ｂ３２と凝縮器２２との熱的連結を行う熱的連結部を示している。熱的連結部は、吸着剤Ｂ３２内及び凝縮器２２内を通る熱回収配管４３と、熱回収配管４３内を流れる加熱水４２と、この加熱水４２を熱回収配管４３内を循環させる為のポンプ４１等から成る。

尚、熱回収配管４３内には任意の熱媒（熱媒体）を循環させるものであり、加熱水４２は熱媒の一例であるが、この例に限らない。熱的連結部は、凝縮器２２と脱着用の吸着剤との間に熱媒を循環させる循環経路を形成するものである。

加熱水４２は、基本的には従来の図６に示す冷却水よりも温度が高い水であり、明確な定義はないが例えば一例としては４０℃〜６０℃程度と考えてよい。そして、例えば凝縮器２２において放熱を受けて温度上昇し（例えば、４５℃→５０℃）、この５０℃の加熱水４２が吸着剤Ｂ３２側に供給されて吸着剤Ｂ３２を加熱することになる。これによって吸着剤Ｂ３２における（水蒸気の）脱着工程が形成され、これに伴って加熱水４２は温度低下する（例えば、５０℃→４５℃）。そして、この４５℃の加熱水４２が凝縮器２２に供給され、再び上記の通り凝縮器２２において放熱を受けて温度上昇（例えば、４５℃→５０℃）することになる。

加熱水４２は、蒸気圧縮式冷凍機２０の凝縮器２２による放熱によって加熱された水であり（例えば５０℃程度の温水であり）、ポンプ４１によって吸着剤（脱着）へと供給される。この加熱水４２の熱によって吸着剤Ｂ３２に吸着されていた水分が脱着されて、上記水蒸気３８となる。

尚、上記吸着剤Ａ３１，Ｂ３２は、例えばシリカゲル等である。よく知られているように、シリカゲル等の吸着剤は、“吸着”用として使用する場合には冷却水等によって冷却しつつ水蒸気等を供給する必要があり、“脱着”用として使用する場合にはまず吸着剤自体がある程度水分を含んでいる状態である必要があり、且つ、例えば４０℃〜８０℃程度の温水等で加熱することで吸着剤から水蒸気を放湿させる。

図２（ａ）においては、吸着剤Ａ３１が水蒸気３７を吸着し、吸着剤Ｂ３２が水蒸気３８を脱着している状態である。吸着剤Ｂ３２から脱着された水蒸気３８は、不図示の弁を介して凝縮器３４内に流入し、凝縮器３４内で液化する（凝縮水３９となる）。尚、“吸着”用の吸着剤に冷却水３６を供給する為の冷却水管４０（図１）は、凝縮器３４内にも通っており、凝縮器３４における放熱に対して冷却水３６による冷却が行われる。

この凝縮水３９は、不図示の配管を通って蒸発器３３に供給され、蒸発器３３内で蒸発（気化）することで上記水蒸気３７となって吸着剤Ａ３１に供給される。これより、上記の通り、吸着剤Ａ３１が水蒸気３７を吸着する。

蒸発器３３は水蒸気３７に気化熱を奪われて低温となり（水が気化して水蒸気となる際に周囲から蒸発熱を奪う）、これによって蒸発器３３内を通っている水配管４８内の水が冷却されて、図１や図２に示す冷水３５となる。一方、凝縮器３４では水蒸気３８が液化して潜熱を放出する。冷却水３６は、吸着過程で吸着熱により吸着剤温度が上昇して吸着速度が低下するのを防止し、次に凝縮器３４で凝縮熱（上記放出された潜熱）を吸収する。その後、冷却水３６は、不図示の冷却水供給装置で冷却されて、再び吸着剤（ここでは吸着剤Ａ３１）と凝縮器３４に供給される。

次に、図２（ｂ）について説明するが、まず図２（ｂ）に示す水蒸気３８は、図２（ａ）における水蒸気３８とは多少異なるが（図２（ａ）における水蒸気３８は吸着剤Ｂ３２から脱着された水蒸気であるのに対して、図２（ｂ）における水蒸気３８は吸着剤Ａ３１から脱着された水蒸気である）、ここでは同一符号を用いて説明するものとする。

上記図２（ａ）の状態で例えば脱着工程が終了した後に、上記不図示の弁切換えによって水蒸気３７が吸着剤Ｂ３２に供給される状態となると共に、吸着剤Ａ３１から脱着した水蒸気３８が凝縮器３４内に流入するルートが開くことになる。更に、上記不図示のバルブ切替え等により、吸着剤Ａ３１内を加熱水４２が通る状態となると共に、吸着剤Ｂ３２内に冷却水３６が通水される状態となり、これらによって図２（ｂ）に示す状態となる。尚、この冷却水３６は、図２（ａ）の場合と同様、更に凝縮器３４にも供給される。

上記図２（ｂ）の状態の場合、吸着剤Ａ３１は上記加熱水４２の熱によって自己が保持する水分が脱着されて水蒸気３８を生成する。一方、吸着剤Ｂ３２は、水蒸気３７を吸着する。この吸着過程で吸着熱により吸着剤温度が上昇するので、冷却水３６によって冷却する必要がある。吸着剤温度が上昇することで吸着速度が低下するが、これを防止することができる。

また、上記図２（ｂ）の状態の場合でも、蒸発器３３において冷水３５が生成される。実際には定期的に（例えば５分毎に）、上記図２（ａ）の状態と図２（ｂ）の状態とに交互に切り替わることになるが、何れの状態においても、加熱水４２の熱を利用して脱着工程が形成されると共に、蒸発器３３において冷水３５が生成されることになる。不図示の弁切換えや冷却水３６と加熱水４２の供給先切替えによって、図２（ａ）の状態と図２（ｂ）の状態を交互に繰返し、連続して冷水３５を生成することができる。

このように図１に示した発熱機器１、蒸気圧縮式冷凍機２０および吸着式冷凍機３０の構成と、図２（ａ），（ｂ）に示した運転方法により、発熱機器１の直接的な冷却を行うと共にそれによる排熱を利用した脱着工程の形成が可能となり、更に冷水３５が生成されることで、何らかの冷却に利用することが可能となる。

ここで、電子機器等（発熱機器１）を冷却することに伴う発熱機器１からの排熱を、何らかに利用しようとした場合、従来では例えば暖房や給湯に利用することが考えられたが、特に季節が冬以外のときには殆ど使い道がない。特にインターネットデータセンターに設置されるような大型で多数のサーバ装置等の電子機器等（発熱機器１）からの排熱量は膨大であり、たとえ季節が冬であったとしても暖房や給湯だけでは使い切れず、使い道に困ってしまうことになる。

一方で、特にインターネットデータセンター等においては、冷房・冷水に関する需要は常にあり、且つ需要は大きい。例えば図１に示すような各発熱機器１（その発熱素子１１）を直接的に冷却するシステムがあっても、発熱機器１群の設置空間（電気室）の空気を冷却する空調装置が必要無くなるわけではない。この様な空調装置には冷水を用いるタイプもあり、上記生成された冷水３５を利用することができ、以って当該空調装置に係わる省エネ効果が得られることになる。詳しくは後に図５を参照して説明する。

一般的に、吸着式冷凍機は、初期設置費用が高いことが知れており、それが普及を妨げる一因となっていたが、非常に大きな省エネ効果が得られることで、運用期間がある程度以上であれば初期費用が高い分を回収できるので、経済的な観点からも本システムは有効である。

以上、本例の電子機器の冷却・排熱回収システムの基本的な特徴について説明した。
以下、本例の電子機器の冷却・排熱回収システムの他の特徴または応用的な特徴について、図３〜図５を参照して説明する。

図３は、本例の電子機器の冷却・排熱回収システムの他の特徴（その１）を説明する為の図である。
図３には、上記蒸発器２４の構成の具体例を示してあり、まずこれについて説明しておく。ここでは蒸発器２４は、発熱素子１１を冷却する図示の冷却プレート２４１と機器内冷却用の熱交換器２４２を直列に接続した構成となっている。冷却プレート２４１内と熱交換器２４２内には、冷媒配管３が通っている。冷却プレート２４１は、発熱素子１１に接触しており、発熱素子１１から直接的に熱を奪い、発熱素子１１を冷却する。冷却プレート２４１と熱交換器２４２自体は、既存の構成であり、これ以上詳細には説明しない。

ここで、図３に示す構成では、発熱機器１の冷却を行う蒸気圧縮式冷凍機２０の構成において、上記冷媒配管３を途中で分岐して複数の分岐配管３’を形成している。そして、各分岐配管３’毎に蒸発器２４（冷却プレート２４１と熱交換器２４２）を設けている。これより、図示のように、蒸発器２４を複数並列設置した構成となる。

この様な構成において、当該他の特徴（その１）では、まず、各分岐配管３’上において、各蒸発器２４の冷媒流入口に流量調整バルブ２３１を設置することで流路抵抗を可変としている。これによって、例えば、発熱負荷の変化に対応した冷媒流量調整を行うことができる。すなわち、例えば、任意の発熱素子１１の処理負荷が増大したことで当該発熱素子１１の発熱量が増加した場合、当該発熱素子１１を冷却している蒸発器２４に対応する流量調整バルブ２３１のバルブ開度を大きくすることで、当該蒸発器２４への冷媒流入量を増加させることができる。

尚、特に図示・説明しないが、従来より電子機器の局所冷却を行う局所冷却システムにおいては、システム全体を管理・制御するコントローラ（ＣＰＵ／ＭＰＵ、メモリや各種入出力インタフェース等を備える）が設けられている。これより、上記流量調整バルブ２３１の制御は、例えば上記不図示のコントローラに実行させればよい。コントローラにおける処理については、特に詳細には示さないが、概略的には一例としては上記の通りである。

または（あるいは更に）図３に示すように、各分岐配管３’上において、各蒸発器２４の冷媒入口側および冷媒出口側に電磁弁２３２を設置するようにしてもよい。これより、任意の蒸発器２４に異常が発生した場合には、この蒸発器２４の冷媒入口側の電磁弁２３２および冷媒出口側の電磁弁２３２の両方を閉じることで、冷媒流路を遮断する。これによって、他の蒸発器２４へ影響が及ぶことを防止し、冷却状態を維持することが可能になる。

上述した電磁弁２３２の制御も、詳細には説明しないが、例えば上記不図示のコントローラに実行させればよい。また、蒸発器２４に異常が発生したことを作業員などに知らせる為に、アラームを鳴らす等してもよい。これによって、異常が生じた蒸発器２４を修理／交換させる。

また、図３に示す構成例では、圧縮機２１と蒸発器２４の間にレシーバ２５を設置して気液分離を行い、冷却負荷の急激な減少により圧縮機２１に冷媒液が吸入され故障することを防止する構成をとっている。よく知られているように、正常状態では各蒸発器２４において冷媒液が蒸発して気化し、圧縮機２１には気化状態の冷媒が流入する。もし冷媒液の一部が気化せずに液状態で圧縮機２１に流入すると、圧縮機２１が故障する可能性がある。これを防ぐ為にレシーバ２５を設置し、もし冷媒液があればレシーバ２５に貯めて圧縮機２１に流入しないように構成している。

尚、レシーバ２５は、気液分離器等とも呼ばれている。
また、冷却負荷の大幅な変化に対応するために、インバータにより圧縮機２１の回転数を制御する手段をとることもできる。この制御も、詳細には説明しないが、例えば上記不図示のコントローラに実行させればよい。

図４は、本例の電子機器の冷却・排熱回収システムの他の特徴（その２）を説明する為の図である。
図４に示す例では、上記圧縮機２１を複数台設置している。

図示のように、発熱機器１の冷却を行う蒸気圧縮式冷凍機２０の圧縮機２１の構成において、冷媒配管３を途中で分岐して複数の分岐配管３’’を形成し、各分岐配管３’’毎に圧縮機２１を設置することで、圧縮機２１を複数並列設置している。この様な構成とすることで、例えば、発熱変化に対応した冷媒流量調整を行うことができる。このような冷媒流量調整制御も、詳細には説明しないが、例えば上記不図示のコントローラに実行させればよい。

あるいは、図４に示す構成としたことで、複数台の圧縮機２１のうちの一部（１台／２台程度）が故障した場合にも、正常な他の圧縮機２１により、冷却動作が継続できる冗長システムを構成すること等もできる。この制御についても、特に詳細には説明しないが、例えば上記不図示のコントローラに実行させればよい。

図５は、本例の電子機器の冷却・排熱回収システムの他の特徴（その３）や応用例を説明する為の図である。
まず、応用例について説明する。この応用例は、既に簡単に説明したように、吸着式冷凍機３０によって生成される冷水３５の利用方法の一例であり、ここでは電気室の空調（室内空気の冷却）に利用する例である。

図５において、この応用例に係わる構成は、蒸発器３３、室内熱交換器５３、ポンプ５１、冷水配管５４である。既に説明したように、吸着式冷凍機３０の蒸発器３３において上記冷水３５が生成される。この冷水３５は、冷水配管５４を通って室内熱交換器５３に供給され、室内熱交換器５３において電気室内の室内空気との熱交換が行われ、それによって室内空気が冷却されるとともに冷水３５の温度が上昇して図示の冷水５２となる（よって、冷水５２の温度＞冷水３５の温度；尚、冷水５２は温水５２等と呼んでもよい）。この冷水５２が冷水配管５４を通って蒸発器３３に戻されて冷却されることで再び冷水３５が生成される。尚、この様な冷水の循環は、ポンプ５１によって行われる。

この様に、本例の電子機器の冷却・排熱回収システムでは、発熱機器１を直接的に冷却する蒸気圧縮式冷凍機２０と、この蒸気圧縮式冷凍機２０の凝縮器２２と熱的に結合した吸着式冷凍機３０とを備え、発熱機器１からの排熱利用として吸着式冷凍機３０における吸着剤の脱着工程を形成させること、更に吸着式冷凍機３０の蒸発器３３において冷水３５を生成することで、省エネ効果が得られる。生成された冷水３５の利用方法は、様々であってよいが、例えば電気室の室内空調（冷房）を冷水３５を用いて行うことで、非常に大きな省エネ効果が得られる。換言すれば、発熱機器１の排熱を回収して冷房に有効利用することが可能となり、大幅な省エネルギーが実現できる。

また、本例の電子機器の冷却・排熱回収システムの他の特徴（その３）では、上記基本構成、すなわち蒸気圧縮式冷凍機２０の凝縮器２２を、吸着式冷凍機３０を構成する吸着剤と熱的に連結して吸着式冷凍機３０の脱着工程を形成する排熱回収システムにおいて、例えば図５に示すように、上記熱的連結部に放熱回路４４を並列に設置したものである。

図示の通り、この放熱回路４４は、上記熱的連結部の熱回収配管４３上の２箇所に設けられた２つの三方弁４７と、配管４６と、クーリングタワー４５等から成る。配管４６は、図示のようにその一部がクーリングタワー４５内を通ると共に、その両端が上記２つの三方弁４７に接続している。尚、図示のように、クーリングタワー４５は、図１では示していなかったが上記冷却水３６を冷却する為の構成であり、その意味では既存の構成である。クーリングタワー４５内は、例えば大量の水で満たされている。

上記放熱回路４４によれば、例えば三方弁４７の弁開度を調整・制御することで、加熱水４２の一部を放熱回路４４に流入させ、吸着式冷凍機３０（その吸着剤）に供給する加熱水４２の水量を調整することができる。勿論、放熱回路４４に流入させた加熱水４２は、クーリングタワー４５において冷却された後、熱回収配管４３に戻されて、凝縮器２２に流入することになる。

上述したように熱的連結部は凝縮器２２と脱着用の吸着剤との間に熱媒を循環させる循環経路を形成するものであり、上記構成では、この熱媒の循環経路に対して放熱経路（放熱回路４４）を並列設置し、循環経路の熱媒の一部を該放熱経路に流して該放熱経路内で冷却して該循環経路に戻す構成となっている。

また、例えば吸着式冷凍機３０の故障時には、加熱水４２の全てを放熱回路４４に流入させることで、クーリングタワー４５において排熱を大気へ放散して蒸気圧縮式冷凍機２０の運転を維持し、発熱機器１の冷却に障害が起こらないようにすることもできる。

１ 発熱機器
３ 冷媒配管
３’ 分岐配管
１１ 発熱素子
２０ 蒸気圧縮式冷凍機
２１ 圧縮機
２２ 凝縮器
２３ 膨張弁
２４ 蒸発器
２５ レシーバ
３０ 吸着式冷凍機
３１ 吸着剤Ａ
３２ 吸着剤Ｂ
３３ 蒸発器
３４ 凝縮器
３５ 冷水
３６ 冷却水
３７ 水蒸気
３８ 水蒸気
３９ 凝縮水
４０ 冷却水管
４１ ポンプ
４２ 加熱水
４３ 熱回収配管
４４ 放熱回路
４５ クーリングタワー
４６ 配管
４７ 三方弁
４８ 水配管
５１ ポンプ
５２ 冷水
５３ 室内熱交換器
２３１ 流量調整バルブ
２３２ 電磁弁
２４１ 冷却プレート
２４２ 熱交換器

Claims (7)

1. 任意の室内空間内の電子機器の発熱を除去するシステムであって、
   圧縮機、第１の凝縮器、膨張弁、第１の蒸発器およびこれらを第１の配管によって連結し、内部に冷媒を封入して構成され、前記第１の蒸発器が前記電子機器に接触している蒸気圧縮式冷凍機と、
   一方が吸着用のとき他方が脱着用となる２つの吸着剤と、第２の蒸発器、第２の凝縮器を有する吸着式冷凍機と、
   前記蒸気圧縮式冷凍機の第１の凝縮器と前記吸着式冷凍機の前記脱着用となっている吸着剤とを熱的に連結させて脱着工程を形成させる熱的連結手段と、
   を有することを特徴とする電子機器の冷却・排熱回収システム。
2. 前記熱的連結手段を介して前記蒸気圧縮式冷凍機側から前記脱着用の吸着剤に供給される熱によって該脱着用の吸着剤から水蒸気が脱着され、該水蒸気が前記第２の凝縮器によって液化して成る水が前記第２の蒸発器に流入して該第２の蒸発器内で気化して水蒸気となると共にそのときに奪う気化熱によって該第２の蒸発器内を通る第２の配管内の水を冷却して冷却水を生成することを特徴とする請求項１記載の電子機器の冷却・排熱回収システム。
3. 前記第２の蒸発器において生成された冷却水を、前記任意の室内空間内に設置されている熱交換器に供給することで、該熱交換器によって該室内空間の空冷を行わせることを特徴とする請求項２記載の電子機器の冷却・排熱回収システム。
4. 前記熱的連結手段は、前記第１の凝縮器と前記脱着用の吸着剤との間に熱媒を循環させる循環経路を形成するものであり、
   該熱媒の循環経路に対して放熱経路を並列設置し、該循環経路の熱媒の一部を該放熱経路に流して該放熱経路内で冷却して該循環経路に戻すことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の電子機器の冷却・排熱回収システム。
5. 前記電子機器は複数からなり、前記第１の配管を分岐して前記電子機器と同数の分岐配管を形成し、該各分岐配管毎に前記第１の蒸発器を設けると共に該各第１の蒸発器の冷媒入口にバルブを設置して流路抵抗を可変とし、各第１の蒸発器毎に発熱機器の発熱変化に対応した冷媒流量調整を行うことを特徴とする請求項１記載の電子機器の冷却・排熱回収システム。
6. 前記電子機器は複数からなり、前記第１の配管を分岐して前記電子機器と同数の分岐配管を形成し、該各分岐配管毎に前記第１の蒸発器を設けると共に該第１の蒸発器の冷媒入口側及び冷媒出口側に電磁弁を設置し、任意の第１の蒸発器の異常発生時に該電磁弁を閉じて冷媒流路を遮断することを特徴とする請求項１記載の電子機器の冷却・排熱回収システム。
7. 前記第１の配管を分岐して複数の分岐配管を形成し、該各分岐配管毎に前記圧縮機を設けることで圧縮機を複数並列設置することを特徴とする請求項１記載の電子機器の冷却・排熱回収システム。