特許 7013019 ヒートパイプ式の熱交換装置、および同装置を備えるサーバーシステム用の空気調和装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-01-21

(45)【発行日】2022-01-31

(54)【発明の名称】ヒートパイプ式の熱交換装置、および同装置を備えるサーバーシステム用の空気調和装置

(51)【国際特許分類】

   F24F 3/044 20060101AFI20220124BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20220124BHJP

   F28D 15/02 20060101ALI20220124BHJP

   F24F 7/06 20060101ALI20220124BHJP

   G06F 1/20 20060101ALI20220124BHJP

【ＦＩ】

F24F3/044

H05K7/20 U

F28D15/02 L

F24F7/06 B

G06F1/20 A

G06F1/20 B

F28D15/02 A

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2018099870

(22)【出願日】2018-05-24

(65)【公開番号】P2019203656

(43)【公開日】2019-11-28

【審査請求日】2021-01-25

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 展示会名 第１０回データセンター展 開催場所 住 所 東京都江東区有明３－１０－１ 東京ビッグサイト 開催日 平成３０年５月９日～１１日 ３日間

(73)【特許権者】

【識別番号】000181572

【氏名又は名称】篠原電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100148138

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 聡

(72)【発明者】

【氏名】篠原 基一郎

(72)【発明者】

【氏名】犀川 真一

(72)【発明者】

【氏名】元木 正治

【審査官】町田 豊隆

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－００９７１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０６０３７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／００３４２７０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平０６－３２８９２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２４７７９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－１０１９３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１３－５２４３２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２１６０６９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２４Ｆ ３／０４４

Ｈ０５Ｋ ７／２０

Ｆ２８Ｄ １５／０２

Ｆ２４Ｆ ７／０６

Ｇ０６Ｆ １／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ケース本体（１６）の内部にヒートパイプ（１３）を伝熱要素とする第１熱交換体（１４）と、水冷式の第２熱交換体（１５）と、ケース本体（１６）の内部を内気送給室（２１）と外気送給室（２２）に区分する仕切構造（２０）とを備えている熱交換装置であって、
第１熱交換体（１４）は、内気送給室（２１）および外気送給室（２２）の内部を、入口領域（２１ａ・２２ａ）と出口領域（２１ｂ・２２ｂ）とに区分する状態で配置されており、
仕切構造（２０）は、ケース本体（１６）の内部に送給された熱気および外気の流動方向を切換える方向切換体（５６・５７）と、両切換体（５６・５７）を第１姿勢と第２姿勢に切換操作する切換体駆動構造（５８）とを備えており、
各切換体（５６・５７）が切換体駆動構造（５８）で第１姿勢に切換操作された状態では、両切換体（５６・５７）が内気送給室（２１）の入口領域（２１ａ）と外気送給室（２２）の出口領域（２２ｂ）の間の通気面（５９ａ・５９ｂ）を遮断して、ケース本体（１６）の内部を内気送給室（２１）と外気送給室（２２）とに区分しており、
各切換体（５６・５７）が切換体駆動構造（５８）で第２姿勢に切換操作された状態では、各切換体（５６・５７）が第１熱交換体（１４）の熱気入口面（１４ｃ）と外気入口面（１４ｄ）を遮蔽し、かつ前記通気面（５９ａ・５９ｂ）を開放して、内気送給室（２１）の入口領域（２１ａ）と外気送給室（２２）の出口領域（２２ｂ）、および外気送給室（２２）の入口領域（２２ａ）と内気送給室（２１）の出口領域（２１ｂ）をそれぞれ連通させるように構成されていることを特徴とする熱交換装置。

【請求項2】

切換体駆動構造（５８）が、内気送給室（２１）および外気送給室（２２）の前後面に沿って配置されて回転自在に支持される一群のガイド体（６１）と、一群のガイド体（６１）に無端状に巻掛けられる前後一対の搬送体（６２）と、搬送体（６２）を往復駆動するモーター（６３）および駆動体（６４）と、方向切換体（５６・５７）を移動案内するガイド枠（６６）とを備えており、
内気送給室（２１）における各搬送体（６２）とガイド枠（６６）は、第１熱交換体（１４）の熱気入口面（１４ｃ）と、内気送給室（２１）の入口領域（２１ａ）と外気送給室（２２）の出口領域（２２ｂ）の間の通気面（５９ａ）に沿う状態でＶ字状に配置されており、
外気送給室（２２）における各搬送体（６２）とガイド枠（６６）は、第１熱交換体（１４）の外気入口面（１４ｄ）と、外気送給室（２２）の入口領域（２２ａ）と内気送給室（２１）の出口領域（２１ｂ）の間の通気面（５９ｂ）に沿う状態でＶ字状に配置されており、
方向切換体（５６・５７）は屈曲可能で通気不能な遮断材で構成されて、その複数個所が搬送体（６２）に固定されている請求項１に記載の熱交換装置。

【請求項3】

方向切換体（５６）の移動軌跡の始端および終端に臨んで、方向切換体（５６）が第１姿勢に切換ったことを検知するセンサー（８１）と、方向切換体（５６）が第２姿勢に切換ったことを検知するセンサー（８２）とが配置されており、
制御装置（５２）は起動スイッチ（８４）の出力信号を受けてモーター（６３）を起動させ、前記の各センサー（８１・８２）の検知信号に基づきモーター（６３）を停止させて、各方向切換体（５６・５７）を切換体駆動構造（５８）で第１姿勢と第２姿勢の間で移動させる請求項２に記載の熱交換装置。

【請求項4】

第１熱交換体（１４）が、ケース本体（１６）の内部の対角線に沿って斜めに配置されており、
内気送給室（２１）に臨むケース本体（１６）に内気入口（２３）と内気出口（２４）が形成され、外気送給室（２２）に臨むケース本体（１６）に外気入口（２５）と外気出口（２６）が形成されて、内気入口（２３）と外気入口（２５）、および内気出口（２４）と外気出口（２６）がそれぞれ正対されており、
内気送給室（２１）の内気入口（２３）に、熱気を内気送給室（２１）の入口領域（２１ａ）に送給する第１送風ファン（２７）が配置され、外気送給室（２２）の外気入口（２５）に、外気を外気送給室（２２）の入口領域（２２ａ）に送給する第２送風ファン（２８）が配置されている請求項１から３のいずれかひとつに記載の熱交換装置。

【請求項5】

仕切構造（２０）が、ケース本体（１６）の内部を内気送給室（２１）と外気送給室（２２）に区分する仕切壁（８７）と、内気送給室（２１）の入口領域（２１ａ）に配置されて揺動可能に支持されるダンパー状の方向切換体（５６）と、外気送給室（２２）の入口領域（２２ａ）に配置されて揺動可能に支持されるダンパー状の方向切換体（５７）と、方向切換体（５６・５７）を第１姿勢と第２姿勢に切換え操作する切換体駆動構造（５８）とを備えており、
方向切換体（５６・５７）が切換体駆動構造（５８）で第１姿勢に切換操作された状態では、両切換体（５６・５７）が仕切壁（８７）に形成した通気面（５９ａ・５９ｂ）を閉止してケース本体（１６）の内部を内気送給室（２１）と外気送給室（２２）とに区分しており、
方向切換体（５６・５７）が切換体駆動構造（５８）で第２姿勢に切換操作された状態では、両切換体（５６・５７）が第１熱交換体（１４）の熱気入口面（１４ｃ）と外気入口面（１４ｄ）とを遮蔽し、かつ前記通気面（５９ａ・５９ｂ）を開放して、内気送給室（２１）の入口領域（２１ａ）と外気送給室（２２）の出口領域（２２ｂ）、および外気送給室（２２）の入口領域（２２ａ）と内気送給室（２１）の出口領域（２１ｂ）をそれぞれ連通させている請求項１に記載の熱交換装置。

【請求項6】

熱交換装置（Ｃ）が、第２熱交換体（１５）に冷却水を送給する送水設備（１７）を備えており、
第２熱交換体（１５）は第１熱交換体（１４）の吸熱部（１４ａ）と内気出口（２４）の間に配置されており、
各方向切換体（５６・５７）が第１姿勢または第２姿勢に切換えられた状態において、送水設備（１７）から第２熱交換体（１５）に冷却水を送給して、第２熱交換体（１５）を通過する熱気、または外気を第２熱交換体（１５）で強制的に冷却する請求項１から５のいずれかひとつに記載の熱交換装置。

【請求項7】

サーバー室（Ｓ）の内部に、一群のサーバー（２）を収容するサーバーラック（１）が列状に配置されてラック列（３）を構成しており、サーバー室（Ｓ）の外に請求項１から６のいずれかひとつに記載した熱交換装置（Ｃ）が設けられているサーバーシステム用の空気調和装置であって、
ラック列（３）の一側に各サーバーラック（１）の冷気入口（６）が設けられ、ラック列（３）の他側に各サーバーラック（１）の熱気出口（７）が設けられており、
ラック列（３）の冷気入口（６）に臨む冷気空間（６Ａ）と、ラック列（３）の熱気出口（７）に臨む熱気空間（７Ａ）が、ラック列（３）に沿って設けた仕切壁（８）で区分されており、
熱交換装置（Ｃ）の内気入口（２３）が熱気空間（７Ａ）に接続され、内気出口（２４）が冷気空間（６Ａ）に接続されており、
外気温度センサー（４８）が検知した外気温度と、熱交換装置（Ｃ）に送給される熱気の温度差が設定温度差を越える状態において、制御装置（５２）が切換体駆動構造（５８）を作動させて方向切換体（５６・５７）を第２姿勢に切換えており、
方向切換体（５６・５７）が第２姿勢に切換えられた状態では、内気送給室（２１）に送給された熱気が外気送給室（２２）の外気出口（２６）から大気中に放出され、外気送給室（２２）に送給された外気が内気送給室（２１）の内気出口（２４）から冷気空間（６Ａ）に送給されることを特徴とするサーバーシステム用の空気調和装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ヒートパイプを伝熱要素とする熱交換体を備える熱交換装置と、同装置を備えるサーバーシステム用の空気調和装置に関する。

【背景技術】

【0002】

この種の熱交換装置は、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１の熱交換装置は、ヒートパイプを伝熱要素とする第１熱交換体と、水冷式の第２熱交換体と、これら両者を収容するケース本体と、第２熱交換体に冷却水を送給する送水設備などを備える。ケース本体の内部は、対角線に沿って配置した仕切板で、断面が三角形状の内気送給室および外気送給室に区分されており、仕切板と直交する状態で配置した第１熱交換体の吸熱部が内気送給室に収容され、放熱部が外気送給室に収容されている。第２熱交換体は、第１熱交換体と内気出口の間に配置されており、外気温が高い場合に第１熱交換体と第２熱交換体を同時に作動させて熱気を冷却する。外気温が低い場合には、第１熱交換体のみを作動させて熱気を冷却することもある。この種の熱交換装置は、例えばサーバーシステムに適用されて、四季の外気温の変化に応じてサーバー室の空気調和を行う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－９７１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の熱交換装置では、ケース本体の内部にヒートパイプを伝熱要素とする第１熱交換体が斜めに傾斜した状態で配置されているので、例えば第１熱交換体が縦長に配置されている構成に比べて、熱交換装置の全体構造をコンパクト化しながらヒートパイプの熱輸送量を増加して冷却能力を向上できる。しかし、ヒートパイプの熱交換効率は最大でも５０％前後でしかないため、第１熱交換体のみを作動させて熱気を冷却する場合に、熱気温度を充分に低下できないことがある。例えば、熱気温度が４０℃で外気温度が２０℃であるとき、冷却後の熱気の温度は３０℃前後にしかならない。そのため、外気温度がさほど高くない春季や秋季でも水冷式の第２熱交換体を併用して熱気を冷却する必要があり、その分だけ熱交換装置のランニングコストが嵩むことが避けられない。

【0005】

本発明は、熱交換装置、および同装置を備えているサーバーシステム用の空気調和装置において、より効率的に熱気を冷却することができるようにして、ランニングコストを削減することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る熱交換装置は、図４に示すように、ケース本体１６の内部にヒートパイプ１３を伝熱要素とする第１熱交換体１４と、水冷式の第２熱交換体１５と、ケース本体１６の内部を内気送給室２１と外気送給室２２に区分する仕切構造２０を備えている。第１熱交換体１４は、内気送給室２１および外気送給室２２の内部を入口領域２１ａ・２２ａと出口領域２１ｂ・２２ｂに区分する状態で配置されている。仕切構造２０は、ケース本体１６の内部に送給された熱気および外気の流動方向を切換える方向切換体５６・５７と、両切換体５６・５７を第１姿勢と第２姿勢に切換操作する切換体駆動構造５８を備えている。各切換体５６・５７が切換体駆動構造５８で第１姿勢に切換操作された状態では、両切換体５６・５７が内気送給室２１の入口領域２１ａと外気送給室２２の出口領域２２ｂの間の通気面５９ａ・５９ｂを遮断して、ケース本体１６の内部を内気送給室２１と外気送給室２２に区分している。各切換体５６・５７が切換体駆動構造５８で第２姿勢に切換操作された状態では、各切換体５６・５７が第１熱交換体１４の熱気入口面１４ｃと外気入口面１４ｄを遮蔽し、かつ前記通気面５９ａ・５９ｂを開放して、内気送給室２１の入口領域２１ａと外気送給室２２の出口領域２２ｂ、および外気送給室２２の入口領域２２ａと内気送給室２１の出口領域２１ｂをそれぞれ連通させることを特徴とする。

【0007】

図６に示すように切換体駆動構造５８は、内気送給室２１および外気送給室２２の前後面に沿って配置されて回転自在に支持される一群のガイド体６１と、一群のガイド体６１に無端状に巻掛けられる前後一対の搬送体６２と、搬送体６２を往復駆動するモーター６３および駆動体６４と、方向切換体５６・５７を移動案内するガイド枠６６を備えている。内気送給室２１における各搬送体６２とガイド枠６６は、第１熱交換体１４の熱気入口面１４ｃと、内気送給室２１の入口領域２１ａと外気送給室２２の出口領域２２ｂの間の通気面５９ａに沿う状態でＶ字状に配置されている。外気送給室２２における各搬送体６２とガイド枠６６は、第１熱交換体１４の外気入口面１４ｄと、外気送給室２２の入口領域２２ａと内気送給室２１の出口領域２１ｂの間の通気面５９ｂに沿う状態でＶ字状に配置されている。方向切換体５６・５７は屈曲可能で通気不能な遮断材で構成されて、その複数個所が搬送体６２に固定されている。

【0008】

方向切換体５６の移動軌跡の始端および終端に臨んで、方向切換体５６が第１姿勢に切換ったことを検知するセンサー８１と、方向切換体５６が第２姿勢に切換ったことを検知するセンサー８２が配置されている。制御装置５２は起動スイッチ８４の出力信号を受けてモーター６３を起動させ、前記の各センサー８１・８２の検知信号に基づきモーター６３を停止させて、各方向切換体５６・５７を切換体駆動構造５８で第１姿勢と第２姿勢の間で移動させる。

【0009】

第１熱交換体１４は、ケース本体１６の内部の対角線に沿って斜めに配置されている。内気送給室２１に臨むケース本体１６に内気入口２３と内気出口２４が形成され、外気送給室２２に臨むケース本体１６に外気入口２５と外気出口２６が形成されて、内気入口２３と外気入口２５、および内気出口２４と外気出口２６はそれぞれ正対させてある。内気送給室２１の内気入口２３に、熱気を内気送給室２１の入口領域２１ａに送給する第１送風ファン２７が配置され、外気送給室２２の外気入口２５に、外気を外気送給室２２の入口領域２２ａに送給する第２送風ファン２８が配置されている。

【0010】

図９に示すように仕切構造２０は、ケース本体１６の内部を内気送給室２１と外気送給室２２に区分する仕切壁８７と、内気送給室２１の入口領域２１ａに配置されて揺動可能に支持されるダンパー状の方向切換体５６と、外気送給室２２の入口領域２２ａに配置されて揺動可能に支持されるダンパー状の方向切換体５７と、方向切換体５６・５７を第１姿勢と第２姿勢に切換え操作する切換体駆動構造５８を備えている。方向切換体５６・５７が切換体駆動構造５８で第１姿勢に切換操作された状態では、両切換体５６・５７が仕切壁８７に形成した通気面５９ａ・５９ｂを閉止してケース本体１６の内部を内気送給室２１と外気送給室２２に区分している。方向切換体５６・５７が切換体駆動構造５８で第２姿勢に切換操作された状態では、両切換体５６・５７が第１熱交換体１４の熱気入口面１４ｃと外気入口面１４ｄを遮蔽し、かつ前記通気面５９ａ・５９ｂを開放して、内気送給室２１の入口領域２１ａと外気送給室２２の出口領域２２ｂ、および外気送給室２２の入口領域２２ａと内気送給室２１の出口領域２１ｂをそれぞれ連通させている。

【0011】

熱交換装置Ｃは、第２熱交換体１５に冷却水を送給する送水設備１７を備えている。第２熱交換体１５は第１熱交換体１４の吸熱部１４ａと内気出口２４の間に配置されている。各方向切換体５６・５７が第１姿勢または第２姿勢に切換えられた状態において、送水設備１７から第２熱交換体１５に冷却水を送給して、第２熱交換体１５を通過する熱気、または外気を第２熱交換体１５で強制的に冷却する。

【0012】

本発明に係るサーバーシステム用の空気調和装置は、図２に示すように、サーバー室Ｓの内部に、一群のサーバー２を収容するサーバーラック１が列状に配置されてラック列３を構成しており、サーバー室Ｓの外に上記の熱交換装置Ｃが設けてある。ラック列３の一側に各サーバーラック１の冷気入口６が設けられ、ラック列３の他側に各サーバーラック１の熱気出口７が設けられている。ラック列３の冷気入口６に臨む冷気空間６Ａと、ラック列３の熱気出口７に臨む熱気空間７Ａが、ラック列３に沿って設けた仕切壁８で区分されている。熱交換装置Ｃの内気入口２３が熱気空間７Ａに接続され、内気出口２４が冷気空間６Ａに接続されている。外気温度センサー４８が検知した外気温度と、熱交換装置Ｃに送給される熱気の温度差が設定温度差を越える状態において、制御装置５２が切換体駆動構造５８を作動させて方向切換体５６・５７を第２姿勢に切換える。方向切換体５６・５７が第２姿勢に切換えられた状態では、内気送給室２１に送給された熱気が外気送給室２２の外気出口２６から大気中に放出され、外気送給室２２に送給された外気が内気送給室２１の内気出口２４から冷気空間６Ａに送給されることを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明の熱交換装置においては、ケース本体１６の内部に設けた仕切構造２０が、方向切換体５６・５７と、両切換体５６・５７を第１姿勢と第２姿勢に切換操作する切換体駆動構造５８を備えるようにした。また、各切換体５６・５７が第１姿勢に切換操作された状態では、両切換体５６・５７が通気面５９ａ・５９ｂを遮断して、ケース本体１６の内部を内気送給室２１と外気送給室２２に区分するようにした。さらに、各切換体５６・５７が第２姿勢に切換操作された状態では、各切換体５６・５７が第１熱交換体１４の熱気入口面１４ｃと外気入口面１４ｄを遮蔽し、同時に前記通気面５９ａ・５９ｂを開放して、内気送給室２１の入口領域２１ａと外気送給室２２の出口領域２２ｂ、および外気送給室２２の入口領域２２ａと内気送給室２１の出口領域２１ｂをそれぞれ連通させるようにした。

【0014】

上記の熱交換装置Ｃによれば、外気温度と熱気温度との温度差が大きい状態、換言すれば、外気温度がさほど高くない状況では、各切換体５６・５７を第２姿勢に切換えることにより、内気送給室２１に送給された高温の熱気を、その入口領域２１ａから通気面５９ａを介して外気送給室２２の出口領域２２ｂへと送給して、外気出口２６から大気中に放出することができる。また、外気送給室２２に送給された外気は、その入口領域２２ａから通気面５９ｂを介して内気送給室２１の出口領域２１ｂへと送給して、内気出口２４から送出することができる。つまり、比較的低温の外気を内気出口２４から直接送出して冷却できるので、第１熱交換体１４を介して熱気を冷却する場合に比べて、熱交換装置Ｃによる冷却を効果的にしかも速やかに行うことができる。また、高温の熱気を大気中に放出し、比較的低温の外気を内気出口２４から直接的に送出する場合には、例えば第１、第２の送風ファン２７・２８を駆動するだけでよいので、第２熱交換体１５を併用して冷却を行う場合に比べて、熱交換装置Ｃのランニングコストを大幅に削減できる。

【0015】

一群のガイド体６１と、ガイド体６１に巻掛けられる前後一対の搬送体６２と、搬送体６２を往復駆動するモーター６３および駆動体６４と、方向切換体５６・５７を移動案内するガイド枠６６などで切換体駆動構造５８を構成し、方向切換体５６・５７を搬送体６２に固定するようにした。また、内気送給室２１および外気送給室２２における各搬送体６２とガイド枠６６は、それぞれＶ字状に配置して、方向切換体５６・５７を搬送体６２で第１姿勢と第２姿勢に切換操作できるようにした。こうした仕切構造２０によれば、搬送体６２をモーター６３および駆動体６４で搬送駆動することにより、各方向切換体５６・５７を搬送体６２で同時に逆向きに搬送移動させて、第１姿勢と第２姿勢に同時に切換えることができる。従って、各方向切換体５６・５７に応じて切換体駆動構造５８を個別に設ける場合に比べて、切換体駆動構造５８がいたずらに複雑になるのを避けながら仕切構造２０を低コスト化できる。また、各方向切換体５６・５７を第１姿勢と第２姿勢に切換えた状態では、その前後端をガイド枠６６で支持して各方向切換体５６・５７を面一に保持できるので、各姿勢に切換えられた方向切換体５６・５７を確りと固定保持して、熱気と外気の流動方向の切換えを確実に行える。さらに、方向切換体５６・５７を第２姿勢に切換えた状態では、通気面５９ａ・５９ｂを前後のガイド枠６６の間で大きく開口させて通気抵抗を減少できる利点もある。

【0016】

方向切換体５６の移動軌跡の始端および終端に臨んで、方向切換体５６が第１姿勢、または第２姿勢に切換ったことを検知するセンサー８１・８２を配置するようにした。熱交換装置Ｃの運転時には、制御装置５２が起動スイッチ８４の出力信号を受けてモーター６３を起動させ、各センサー８１・８２の検知信号に基づきモーター６３を停止させて、各方向切換体５６・５７を第１姿勢と第２姿勢の間で移動させるようにした。こうした熱交換装置Ｃによれば、方向切換体５６・５７を第１姿勢と第２姿勢の間で適確に移動させて、通気面５９ａ・５９ｂの遮断または開放を確実に行うことができるので、外気温の違いに応じた熱交換を効果的に行って空気調和のための電力消費を削減できる。

【0017】

第１熱交換体１４をケース本体１６の内部の対角線に沿って斜めに配置し、ケース本体１６に形成される内気入口２３と外気入口２５、および内気出口２４と外気出口２６をそれぞれ正対させるようにした。また、内気入口２３に第１送風ファン２７を配置し、外気入口２５に第２送風ファン２８を配置するようにした。こうした熱交換装置Ｃによれば、
方向切換体５６・５７を第１姿勢に切り換えた状態では、熱気および外気を傾斜する第１熱交換体１４と交差する向きに流動させて熱交換効率を高めることができる。また、方向切換体５６・５７を第２姿勢に切り換えた状態では、第１送風ファン２７から送給される熱気と第２送風ファン２８から送給される外気を、ケース本体１６の内部において最短距離で流動させて、熱気の放出と外気の送出を効果的に行うことができる。

【0018】

仕切構造２０は仕切壁８７と、揺動可能なダンパー状の方向切換体５６・５７と、各方向切換体５６・５７を切換え操作する切換体駆動構造５８を備えるようにした。方向切換体５６・５７が第１姿勢に切換えられた状態では、両切換体５６・５７が仕切壁８７の通気面５９ａ・５９ｂを閉止して、ケース本体１６の内部を内気送給室２１と外気送給室２２に区分するようにした。また、方向切換体５６・５７が第２姿勢に切換えられた状態では、両切換体５６・５７が第１熱交換体１４の熱気入口面１４ｃと外気入口面１４ｄを遮蔽し、さらに前記通気面５９ａ・５９ｂを開放して、入口領域２１ａと出口領域２２ｂ、および入口領域２２ａと出口領域２１ｂをそれぞれ連通させるようにした。こうした熱交換装置Ｃによれば、各方向切換体５６・５７を切換体駆動構造５８で往復揺動操作するだけで、第１姿勢と第２姿勢に切換えることができる。従って、方向切換体５６・５７を搬送体６２で移動操作する切換体駆動構造５８に比べて、切換体駆動構造５８の構造を大幅に簡素化して仕切構造２０の製造コストを削減でき、その分だけ熱交換装置Ｃを低コスト化できる。また、方向切換体５６・５７の姿勢切換えを迅速に行える利点もある。

【0019】

第２熱交換体１５を第１熱交換体１４の吸熱部１４ａと内気出口２４の間に配置し、各方向切換体５６・５７が第１姿勢または第２姿勢に切換えられた状態において、送水設備１７から第２熱交換体１５に冷却水を送給して、第２熱交換体１５を通過する熱気、または外気を第２熱交換体１５で強制的に冷却するようにした。こうした熱交換装置Ｃによれば、外気温が高い場合（外気温度と熱気温度との温度差が小さい場合）でも充分に冷却された調和空気を内気出口２４から送出して、冷却対象となる空間の空気調和を確実に行うことができる。また、外気温が高い場合（外気温度と熱気温度との温度差が小さい場合）に限って第２熱交換体１５を稼働させて、第１熱交換体１４による冷却作用を補えばよいので、外気温度がさほど高くない状況（秋から春）における熱交換装置Ｃの電力消費を削減して省エネルギーに寄与できる。

【0020】

本発明に係るサーバーシステム用の空気調和装置では、サーバー室Ｓの内部に冷気空間６Ａと熱気空間７Ａを区画し、各空間６Ａ・７Ａをサーバー室Ｓの外に配置した熱交換装置Ｃの内気入口２３と内気出口２４に接続して、熱交換装置Ｃで冷却された冷気を冷気空間６Ａへ送給し、熱気空間７Ａに放出された熱気を熱交換装置Ｃに循環させるようにした。こうした空気調和装置によれば、熱交換装置Ｃの切換体５６・５７を第２姿勢に切換えておくことにより、外気温度がさほど高くない状況（外気温度と熱気温度との温度差が大きい状況）では、高温の熱気を外気出口２６から大気中に放出し、比較的低温の外気を内気出口２４から冷気空間６Ａへ送出することができる。このように、比較的低温の外気を内気出口２４から冷気空間６Ａへ直接送出して冷却すると、第１熱交換体１４を介して熱気を冷却する場合に比べて、サーバー２の冷却を効果的にしかも速やかに行うことができる。また、高温の熱気を大気中に放出し、比較的低温の外気を内気出口２４から直接的に送出する場合には、例えば第１、第２の送風ファン２７・２８を駆動するだけでよいので、空気調和のためのランニングコストを大幅に削減できる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明に係る熱交換装置の概略構造を示す縦断正面図である。

【図2】本発明に係るサーバーシステムの空気調和装置の概略平面図である。

【図3】熱交換装置とサーバー室の接続構造の概略を示す縦断正面図である。

【図4】熱交換装置の方向切換体が第１姿勢に切換った状態の正面図である。

【図5】ケース本体の内部構造を示す正面図である。

【図6】ケース本体の仕切り構造を示す正面図である。

【図7】図１におけるＡ－Ａ線断面図である。

【図8】熱交換装置の方向切換体が中間姿勢に切換った状態の正面図である。

【図9】実施例２に係る熱交換装置を構成する仕切り構造を示す縦断正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

（実施例１） 図１ないし図８は、本発明に係る熱交換装置をサーバーシステムの空気調和装置に適用した実施例１を示す。本発明における前後、左右、上下とは、図２、図３に示す交差矢印と、交差矢印の近傍の前後・左右・上下の表記に従う。図２および図３において、符号１は床Ｆに設置したサーバーラックであり、その内部に一群のサーバー２が多段状に収容されている（図３参照）。サーバー室Ｓに設置した一群のサーバーラック１は、直線列状に配置されてラック列３を構成しており、左右のラック列３はメンテナンス用の通路４を間に挟んで対向している。なお、この実施例では図面を単純化するために、ラック列３が３個のサーバーラック１で構成した場合を例示したが、実際のラック列３は多数個のサーバーラック１で前後に長い直線列状に構成され、ラック列３の設置数は多数個となり、サーバー室Ｓの大きさも格段に大きなものとなる。また、サーバー室Ｓに収容されるサーバー群の規模に応じて、熱交換装置Ｃの設置個数が増加される。

【0023】

図３に示すようにサーバーラック１は中空の縦長四角箱状に構成されて、その両側面に開閉可能なドアが設けられており、必要時にドアを開放することによりサーバー２の点検や交換などを行うことができる。ドアのドア壁は、網体またはパンチングメタルなどの通気自在な板状体で形成されており、対向する左右のドアのいずれか一方の冷気入口６からラック内へ導入された冷気は、サーバー２の筐体に内蔵されたサーバーファンの送風作用により熱交換されたのち、他方のドアの熱気出口７から熱気として排出される。

【0024】

図２に示すように、各サーバーラック１内の空気調和を行う空気調和装置は、サーバー室Ｓの外に設置した熱交換装置Ｃを備えており、熱交換装置Ｃで冷却した冷気をサーバー室Ｓに送給して空気調和を行う。また、外気温度がさほど高くない秋季から春季においては、外気をサーバー室Ｓに直接送給して空気調和を行うこともある。サーバー室Ｓ内で冷気と熱交換後の熱気が混じるのを避けて、冷気による熱交換を効果的に行うために、サーバー室Ｓの内部をラック列３に沿って設けた仕切壁８で冷気空間６Ａと熱気空間７Ａに区分している。詳しくは、図２、図３に示すようにサーバー室Ｓの天井面と、天井面と対向する床Ｆおよびラック列３の上面との間を仕切壁８で区分して、冷気空間６Ａと熱気空間７Ａとを区分している。

【0025】

この実施例ではラック列３の上面の左右中央を通る３個の前後壁８ａと、前後壁８ａに連続してラック列３の前端または後端で折曲がる４個の左右壁８ｂで仕切壁８を構成して、平面視における仕切壁８が一筆書き状に連続するようにした。先の冷気入口６は全て冷気空間６Ａに臨んでおり、熱気出口７は全て熱気空間７Ａに臨んでいる。熱交換装置Ｃに隣接するサーバー室Ｓの周囲壁には、冷気空間６Ａに連通する冷気供給口９と、熱気空間７Ａに連通する熱気回収口１０が形成されている。なお、左右壁８ｂには、冷気空間６Ａと熱気空間７Ａを行き来するためのドアを設けることができる。上記のように、一筆書き状に連続する前後壁８ａと左右壁８ｂとで仕切壁８を構成すると、仕切壁８の一端から他端に至る壁の長さを短くしながら、仕切壁８の全体構造を簡素化して、その構築に要するコストを削減できる。さらに、サーバー室Ｓの内部を冷気空間６Ａと熱気空間７Ａに仕切壁８でほぼ均等に区分することができるので、冷気および熱気の循環を円滑に行って、熱交換装置Ｃによる熱気の冷却を効果的に行うことができる。

【0026】

図４に示すように熱交換装置Ｃは、ヒートパイプ１３を伝熱要素とする外気冷却式の第１熱交換体１４と、水冷式の第２熱交換体１５と、これら両者１４・１５を収容する中空箱状のケース本体１６と、低温の冷却水を第２熱交換体１５へ供給したのち回収する送水設備１７（図２参照）を備えている。ケース本体１６は、立方体状に組まれたケースフレーム１６ａと、その周囲に固定される周囲壁１６ｂで中空箱状に形成されており（図７参照）、その内部は仕切構造２０で内気送給室２１と外気送給室２２に区分されている。

【0027】

各送給室２１・２２に臨むケース本体１６の周囲壁には、内気入口２３と、外気入口２５および外気出口２６が開口されている。この実施例では、図４に向かって左側のケース壁に内気入口２３を開口し、右側のケース壁に外気入口２５を開口した。また、上側のケース壁に外気出口２６を開口した。内気出口２４は、後述する熱交換室３２の底に開口している。内気入口２３の内部には、サーバー室Ｓ内の熱気を第１熱交換体１４へ向かって送給する第１送風ファン２７が配置されており、外気入口２５の内部には外気を第１熱交換体１４へ向かって送給する第２送風ファン２８が配置されている。符号２９はフィルターである。このように、内気入口２３と外気入口２５は左右に正対する位置に形成し、内気出口２４と外気出口２６とは上下に正対する位置に形成されている。

【0028】

第１熱交換体１４は、一群のヒートパイプ１３と、ヒートパイプ１３の外面に固定される一群の放熱フィン１８で扁平な四角ブロック状に構成してあり、全体がケース本体１６の内部の対角線に沿って右上がり傾斜する状態で配置されて、その上下端がブラケット（図示していない）で支持してある。この実施例では、ヒートパイプ１３を第１熱交換体１４の厚み方向へ３列、第１熱交換体１４の前後方向へは多数個を配置して第１熱交換体１４を構成した。第１熱交換体１４の下側の吸熱部１４ａは内気送給室２１に位置させてあり、第１熱交換体１４の上側の放熱部１４ｂは外気送給室２２に位置させている。

【0029】

第１熱交換体１４は水平面に対して４５度傾斜しており、第１熱交換体１４と仕切構造２０の交差部分は、図示していないシール体で封止している。このように、第１熱交換体１４を４５度傾斜させると、第１熱交換体１４の放熱部１４ｂで凝縮した作動液を下部の吸熱部１４ａへ確実に還流させて、第１熱交換体１４の熱輸送量を向上し、熱交換装置Ｃの冷却能力を増強できる。また、第１熱交換体１４をケース本体１６の対角線に沿って配置することにより、ケース本体１６の高さ寸法が大きくなるのを回避できる。なお、ヒートパイプ１３の配列形態は、上記の形態に限定するものではなく、第１熱交換体１４の冷却能力に応じて適宜調整される。

【0030】

内気送給室２１と外気送給室２２の内部は、第１熱交換体１４によって入口領域２１ａ・２２ａと出口領域２１ｂ・２２ｂに区分されており、内気送給室２１の出口領域２１ｂの底部に隣接して第２熱交換体１５を収容する熱交換室３２が設けられている。熱交換室３２は、ケース本体１６を下方に延長して形成されており、その底部に熱交換後の冷気をサーバー室Ｓへ向かって送出する内気出口２４が開口されている。第２熱交換体１５は、繰返し反転状に折曲げられた銅製の通水パイプ３４と、通水パイプ３４の外面に固定される一群の放熱フィン３５とで扁平な四角ブロック状に構成されており、その下方に通水パイプ３４や放熱フィン３５から滴下するドレン水を排出するドレン受３３が配置されている。放熱フィン３５は通水パイプ３４の直線部分と直交する状態で一定間隔おきに配置するが、第１熱交換体１４の放熱フィン１８の積層方向と、第２熱交換体１５の放熱フィン３５の積層方向が一致するように、第２熱交換体１５を配置している。

【0031】

図２において送水設備１７は、冷却水を貯留するタンク３８と、タンク３８内の冷却水を第２熱交換体１５へ加圧送給するポンプ３９と、ポンプ３９と第２熱交換体１５を接続する送水管路４０と、熱交換後の冷却水を回収する回収管路４１と、回収した冷却水を冷却するチラー（冷却装置）４２などで構成される。チラー４２で冷却された冷却水はタンク３８へ戻される。

【0032】

熱交換装置Ｃで冷却した冷気をサーバー室Ｓへ送給するために、内気送給室２１の内気出口２４と冷気供給口９を、熱交換室３２の下側に区画した冷気室４３と供給ダクト４４を介して接続している。また、サーバー室Ｓ内の熱気を熱交換装置Ｃへ戻すために、内気送給室２１の内気入口２３と熱気回収口１０を、回収ダクト４５で接続している。このように、熱交換装置Ｃとサーバー室Ｓを供給ダクト４４と回収ダクト４５で接続することにより、サーバー室Ｓ内の冷気および熱気を効果的に循環させて、サーバーラック１内の空気調和を効率よく行うことができる。

【0033】

図２に示すように熱交換装置Ｃには、外気温度を検知する外気温度センサー４８と、タンク３８内の冷却水の温度を検知する水温センサー４９と、冷気空間へ送給される冷気の温度を検知する冷気温度センサー５０と、熱気温度センサー５１が設けられている。さらに、各センサー４８～５１の検知結果に基づき、第１送風ファン２７、第２送風ファン２８および送水設備１７の作動状態を制御する制御装置５２が設けられている。

【0034】

図５において仕切構造２０は、第１熱交換体１４の前後面に配置されてＸ字状に交差する第１区分枠５４および第２区分枠５５と、内気送給室２１および外気送給室２２に配置されて、各送給室２１・２２における通気方向を切換える一対の方向切換体５６・５７と、各方向切換体５６・５７を切換え操作する切換体駆動構造５８（図６参照）を備えている。第１区分枠５４および第２区分枠５５はそれぞれ中空のアルミニウム条材からなり、第１区分枠５４は第１熱交換体１４の前後面に沿って４５度右上がり傾斜する状態で配置されて、ケースフレーム１６ａに固定されている。第２区分枠５５は第１熱交換体１４と直交して４５度左上り傾斜する状態で配置されて、ケースフレーム１６ａに固定されている。この実施例では、方向切換体５６・５７を屈曲可能で通気不能な遮断材、例えばプラスチック製の巻込み収納可能なシャッター風呂蓋状の遮断材で形成した。

【0035】

切換体駆動構造５８は、内気送給室２１および外気送給室２２の前後面に沿って配置される８個ずつのスプロケット（ガイド体）６１と、これらのスプロケット６１に無端状に巻掛けられる前後のチェーン（搬送体）６２と、後側のチェーン６２を往復駆動するギヤードモーター（モーター）６３と、ギヤードモーター６３の出力軸に固定される駆動スプロケット（駆動体）６４と、テンションスプロケット（テンション体）６５と、方向切換体５６・５７を移動案内するガイド枠（ガイド体）６６などで構成される。図６に示すように方向切換体５６・５７の４隅および中央部分は、連結金具６７を介してチェーン６２のリンク板に連結固定されている。

【0036】

チェーン６２は各スプロケット６１・６４・６５に無端状に巻き掛けられるが、内気送給室２１におけるチェーン６２とガイド枠６６は、第１熱交換体１４の熱気入口面１４ｃと、内気送給室２１の入口領域２１ａと外気送給室２２の出口領域２２ｂの間の通気面５９ａに沿う状態で横臥Ｖ字状に配置されている。また、外気送給室２２における各チェーン６２とガイド枠６６は、第１熱交換体１４の外気入口面１４ｄと、外気送給室２２の入口領域２２ａと内気送給室２１の出口領域２１ｂの間の通気面５９ｂに沿う状態で横臥Ｖ字状に配置されている。通気面５９ａ・５９ｂは、それぞれ前後のガイド枠６６・６６の間に形成される。このように、内気送給室２１および外気送給室２２において、チェーン６２の軌跡とガイド枠６６をそれぞれ逆向きの横臥Ｖ字状に設定することにより、方向切換体５６・５７を第１姿勢と第２姿勢に同時に切換えることができるが、その詳細は後述する。

【0037】

図７に示すように、ガイド枠６６は断面コ字状のアルミニウム条材からなり、支持板６８を介して第１区分枠５４および第２区分枠５５に固定されている。ガイド枠６６で各方向切換体５６・５７の前後端を移動案内することにより、各方向切換体５６・５７を、第１区分枠５４と第２区分枠５５の交差部分ではスプロケット６１に沿って屈曲させながら、それ以外の部分では面一な状態に保持して移動させることができる。

【0038】

第１区分枠５４と第２区分枠５５の交差部分の左右と、内気送給室２１の入口領域２１ａの上隅および下隅と、外気送給室２２の入口領域２２ａの上隅および下隅の合計６個所には、それぞれ前後一対のブラケット７０・７１が固定されている（図５参照）。各ブラケット７０・７１の対向面には前後一対のスプロケット６１が配置されて、両スプロケット６１を支持するスプロケット軸（ガイド体支軸）７２がブラケット７０・７１に固定した軸受体７３で回転自在に支持されている（図７参照）。第１区分枠５４と第２区分枠５５の交差部分に設けたスプロケット軸７２には、一対のスプロケット６１に隣接して、各方向切換体５６・５７を屈曲案内するローラー７４が設けられている。

【0039】

ケースフレーム１６ａの下枠の中央寄りには、ギヤードモーター６３を支持するブラケット７５が固定されており、このブラケット７５の前面で、駆動スプロケット６４より上側の左右に一対のスプロケット６１が配置されて、各スプロケット６１を支持するスプロケット軸７６がブラケット７５に固定した軸受体で回転自在に支持されている。テンションスプロケット６５は、ケースフレーム１６ａの下枠に上下位置調整可能に装着されたブラケット７７で、スプロケット軸７８と軸受体を介して回転自在に支持されている。上記のように、切換体駆動構造５８は、後側のチェーン６２のみがギヤードモーター６３で搬送駆動されるが、その駆動力はスプロケット軸７２を介して前側のチェーン６２にも伝動されるので、左右の方向切換体５６・５７を前後一対のチェーン６２で支障なく移動操作できる。必要があれば、前後のチェーン６２を１個のギヤードモーター６３と２個の駆動スプロケット６４で同時に駆動してもよい。

【0040】

図６に示すように、方向切換体５６の内気送給室２１に臨む移動軌跡の始端および終端に、方向切換体５６が第１姿勢に切換ったことを検知するマイクロスイッチ（センサー）８１と、方向切換体５６が第２姿勢に切換ったことを検知するマイクロスイッチ（センサー）８２が配置されている。また、方向切換体５６の始終端に位置するチェーン６２の２個所には、先のマイクロスイッチ８１・８２を切換え操作する切換片８３が固定されている。制御装置５２は起動スイッチ８４（図２参照）の出力信号を受けてギヤードモーター６３を起動させ、先のマイクロスイッチ８１・８２の検知信号に基づきギヤードモーター６３を停止させて、各方向切換体５６・５７を切換体駆動構造５８で第１姿勢と第２姿勢のいずれかに移動させる。各センサー８１・８２は、マイクロスイッチ以外に光センサーで構成してもよい。

【0041】

内気送給室２１に配置した方向切換体５６と、外気送給室２２に配置した方向切換体５７を、チェーン６２で同時に逆向きに搬送移動することにより、方向切換体５６・５７を第１姿勢と第２姿勢に切換操作することができ、さらに、必要に応じて方向切換体５６・５７を第１姿勢と第２姿勢の中間姿勢に位置保持することができる。熱交換装置Ｃの運転時には、制御装置５２が起動スイッチ８４の出力信号を受けてギヤードモーター６３を起動させ、各センサー８１・８２の検知信号に基づきギヤードモーター６３を停止させて、各方向切換体５６・５７を第１姿勢と第２姿勢の間で移動させる。こうした熱交換装置Ｃによれば、方向切換体５６・５７を第１姿勢と第２姿勢の間で適確に移動させて、通気面５９ａ・５９ｂの遮断または開放を確実に行うことができるので、外気温の違いに応じた熱交換を効果的行って空気調和のための電力消費を削減できる。

【0042】

サーバー２の一群が稼働している状態では、熱交換装置Ｃを作動させて、外気およびサーバー室Ｓ内の空気を循環させて、熱交換装置Ｃの内部において循環する内気を冷却する。サーバーラック１の内部においては、サーバー２の筐体内に設けたサーバーファンによって、冷気空間６Ａに臨む冷気入口６から冷気が筺体内へ取込まれ、発熱部品の熱を奪ったのち、熱気出口７から熱気空間７Ａへ排出される。この熱気は、第１送風ファン２７の吸込み作用によって内気送給室２１へ送給され、第１熱交換体１４の吸熱部１４ａにおいて熱を放出する。

【0043】

各方向切換体５６・５７が第１姿勢に切換えられた状態（図４に示す状態）では、方向切換体５６・５７は前後のガイド枠６６・６６の間の通気面５９ａ・５９ｂを遮断している。そのため、内気送給室２１に送給された熱気は、入口領域２１ａから出口領域２１ｂへ向かって第１熱交換体１４の吸熱部１４ａを通過し、その間に熱を吸熱部１４ａに放出して、ヒートパイプ１３に封入された作動液を蒸発させる。このときの熱気の温度は、吸熱部１４ａを通過する間に放出した熱の分だけ冷却されて低下する。同様に、外気送給室２２に送給された外気は、入口領域２２ａから出口領域２２ｂへ向かって第１熱交換体１４の放熱部１４ｂを通過し、その間に放熱部１４ｂを冷却して、ヒートパイプ１３に封入された作動液の蒸気を凝縮させる。

【0044】

各方向切換体５６・５７が第２姿勢に切換えられた状態（図１に示す状態）では、各方向切換体５６・５７は第１熱交換体１４の熱気入口面１４ｃと外気入口面１４ｄを覆って、熱気および外気が第１熱交換体１４を通過するのを阻止している。この状態では、前後のガイド枠６６・６６の間の通気面５９ａが開放されて、内気送給室２１の入口領域２１ａと外気送給室２２の出口領域２２ｂが連通している。また、前後のガイド枠６６・６６の間の通気面５９ｂが開放されて、外気送給室２２の入口領域２２ａと内気送給室２１の出口領域２１ｂが連通している。そのため、内気送給室２１に送給された熱気は、その入口領域２１ａから通気面５９ａを介して外気送給室２２の出口領域２２ｂへと送給され、外気出口２６から大気中に放出される。また、外気送給室２２に送給された外気は、その入口領域２２ａから通気面５９ｂを介して内気送給室２１の出口領域２１ｂへと送給され、内気出口２４から冷気室４３と供給ダクト４４を介して冷気空間６Ａと送給される。

【0045】

上記のように、各方向切換体５６・５７が第２姿勢に切換えられた状態では、外気を冷気空間６Ａへ直接送給してサーバーラック１の内部を冷却できるので、第１熱交換体１４を介して熱交換を行う場合に比べて、より効果的にサーバーラック１の空気調和を行える。例えば、熱気温度が４０℃で外気温度が２０℃であるときは、温度が２０℃の外気でサーバーラック１を直接冷却できるので、第１熱交換体１４を介して熱交換を行う場合に比べて、サーバー２群の冷却を効率良く行うことができる。このように、各方向切換体５６・５７が第２姿勢に切換えられるのは、熱気温度と外気温度の温度差が予め設定された温度差（２０℃＝設定温度差）より大きい場合であり、主に外気温度がさほど高くない秋季から春季において実行される。ただし、外気温度が１０℃以下である場合は、外気導入は行わない。

【0046】

先に説明したように、各方向切換体５６・５７は図８に示すように、第１姿勢と第２姿勢の中間姿勢に位置保持することができる。各方向切換体５６・５７が中間姿勢に切換えられた状態では、各方向切換体５６・５７は第１熱交換体１４の熱気入口面１４ｃと外気入口面１４ｄの半分程度を覆っている。また、前後のガイド枠６６・６６の間の通気面５９ａ・５９ｂが半分程度開放されて、内気送給室２１の入口領域２１ａと外気送給室２２の出口領域２２ｂが連通し、外気送給室２２の入口領域２２ａと内気送給室２１の出口領域２１ｂが連通している。

【0047】

そのため、内気送給室２１に送給された熱気の半分は、その入口領域２１ａから通気面５９ａを介して外気送給室２２の出口領域２２ｂへと送給され、外気出口２６から大気中に放出される。また、残り半分の熱気は入口領域２１ａから第１熱交換体１４の吸熱部１４ａを介して内気送給室２１の出口領域２１ｂへと送給されて、吸熱部１４ａを通過する間に熱を放出する。さらに、外気送給室２２に送給された外気の半分は、その入口領域２２ａから通気面５９ｂを介して内気送給室２１の出口領域２１ｂへと送給されて、吸熱部１４ａを通過して放熱した後の熱気とともに、内気出口２４から冷気室４３と供給ダクト４４を介して冷気空間６Ａと送給される。また、残り半分の外気は、入口領域２２ａから出口領域２２ｂへと送給されて、放熱部１４ｂを冷却したのち外気出口２６から大気中に放出される。

【0048】

上記のように、各方向切換体５６・５７を中間姿勢に位置保持して熱交換を行うと、サーバーラック１内を循環する冷気の温度が極端に低下するのを緩和して、サーバー２群を適温の環境で作動させることができる。また、熱交換装置Ｃに送給される熱気温度と外気温度の温度差に応じて、各方向切換体５６・５７の移動量を大小に調整することにより、外気温度の変化に応じてサーバーラック１に送給される冷気の温度を適温に維持することができる。このように、各方向切換体５６・５７が中間姿勢に切換えられるのは、熱気温度と外気温度との温度差が大きい場合であり、主に外気温度が低下する冬季において実行される。

【0049】

因みに、各方向切換体５６・５７を第１姿勢に切換えて、主に第１熱交換体１４の熱交換作用によって、サーバーラック１から送給された熱気を冷却する場合には、外気温度が熱気の温度より１０℃程度低くないと、充分な冷却作用を発揮することができなくなる。例えば、内気送給室２１へ送給される熱気の温度が４０℃であるとき、外気温度が３０℃を越えて高くなると、熱交換量が減少するため第１熱交換体１４による熱気の冷却作用が低下する。同様に、各方向切換体５６・５７を第２姿勢に切換えて、外気を直接冷気空間６Ａへ直接送給してサーバーラック１の内部を冷却する場合でも、外気温度が２０℃を越えて高くなると、熱交換量が減少するため第１熱交換体１４による熱気の冷却作用が低下する。このように、各方向切換体５６・５７を第２姿勢に切換えて、外気を直接冷気空間６Ａへ直接送給してサーバーラック１の内部を冷却するのは、外気温が２０℃未満である場合であり、外気温が２５℃を越えて高くなると、各方向切換体５６・５７を第１姿勢に切換え、第２熱交換体１５を併用してサーバーラック１の内部を冷却する。

【0050】

上記のように、第１熱交換体１４による熱気の冷却作用が不足する場合には、外気温度センサー４８からの出力信号に基づき、制御装置５２が送水設備１７のポンプ３９を作動させて冷却水を第２熱交換体１５に送給し、第１熱交換体１４と第２熱交換体１５の両者で内気送給室２１に送給された熱気を冷却する。また、外気温度が上昇するのに対応してポンプ３９の駆動回転数を徐々に増加して、第２熱交換体１５に送給される冷却水量を増加し、第２熱交換体１５の冷却能力を高める。そして、外気温度が３５度に達した状態では、ポンプ３９による冷却水の送水量を最大量にして、主に第２熱交換体１５で熱気を冷却する。

【0051】

第２熱交換体１５は、例えば外気温度が３０℃を越えるような状況で作動させるが、送水設備１７から第２熱交換体１５に送給される冷却水の温度は十分に低い（１８℃未満）。そのため、第２熱交換体１５を通過する熱気や外気の湿度が高い場合には、熱気や外気に含まれる湿気を除湿した状態で内気出口２４から冷気空間６Ａと送給して、サーバー２を乾燥した冷気で好適に冷却できる。また、サーバー設備の周囲に森や畑や牧場などがある場合には、花粉を含む外気が熱交換装置Ｃに送給されるが、その殆どはフィルター２９で除去されるものの、完全に除去するのは難しい。しかし、第２熱交換体１５を併用して冷却を行う場合には、外気に含まれる微量の花粉を熱交換装置Ｃの結露水に付着させて除去できるので、外気中の花粉がサーバー２に付着して故障の原因になるのを防止できる。

【0052】

以上のように、吸熱部１４ａを通過した内気を第２熱交換体１５で強制的に冷却すると、第１熱交換体１４による冷却作用の不足分を補って、低温の内気（約２５℃）を冷気空間６Ａへ送給できる。従って、サーバーラック１内の温度を充分に低下させて、サーバー２を正常に作動させることができる。なお、回収管路４１を介してチラー４２に回収された熱交換後の冷却水は、チラー４２で冷却されてタンク３８へ送給される。上記のように、第２熱交換体１５と送水設備１７を備える熱交換装置Ｃによれば、外気温が高い場合でも充分に冷却された調和空気を内気出口２４から送出して、冷却対象となる空間の空気調和を確実に行うことができる。また、外気温が高い場合や、湿度が高い場合に限って第２熱交換体１５を稼働させて、第１熱交換体１４の冷却作用を補えばよいので、外気温度がさほど高くない状況（秋から春）における熱交換装置Ｃの電力消費を削減して省エネルギーに寄与できる。

【0053】

冷気温度センサー５０は、熱交換後の冷気の温度を常時検知している。そのため、第１熱交換体１４および第２熱交換体１５が作動しているにも関わらず、冷気空間６Ａに送給される冷気の温度が所定の温度より高い場合には、何らかの異常が起こっていると判断することができる。こうした異常が検知された場合には、例えば、予備の熱交換装置Ｃを起動してサーバー室Ｓを冷却するとよい。また、水温センサー４９は、タンク３８内の冷却水の温度を常時検知している。そのため、タンク３８内の冷却水の温度が所定温度（約１８℃）を越える場合に、チラー４２の冷却能力を高めて、タンク３８内の冷却水の温度を適温に維持することができる。あるいは、タンク３８内の冷却水の温度が所定温度（約１８℃）未満である場合に、冷却水の温度が所定温度に達するまでの間チラー４２の作動を停止して、エネルギーの無駄な消費を解消することができる。

【0054】

上記のように、熱気の温度を４０℃とするとき、熱交換装置Ｃは、熱気を第１熱交換体１４のみで冷却する場合の外気温の温度帯は－１０℃～２５℃となる。また、外気を直接送給してサーバー２群を冷却する場合の外気温の温度帯は１０℃～２０℃となる。さらに、各方向切換体５６・５７を中間姿勢にして熱交換を行う場合の外気温の温度帯は５℃～２０℃となる。また、外気による冷却は設定温度差だけではなく、湿度が適正であれば外気を導入して冷却を行うこともある。さらに、外気にＰＭ２．５が含まれているか否かをセンサーで検知して、センサーの検知結果が問題ない場合には、外気を導入して冷却を行うこともある。チラー４２が故障した場合には、外気を導入して緊急冷却を行うこともある。多くのデータセンターでは、空気調和装置が故障した場合に備えて工業用扇風機が用意されており、工業用扇風機でサーバーラック１の内部空気を強制的に換気することがある。

【0055】

以上のように構成した空気調和装置によれば、サーバーラック１の内部空気を空気調和するだけでよいので、サーバー室Ｓの全体に冷気を供給する必要があった従来の空気調和装置に比べて熱交換装置Ｃの熱負荷を小さくできる。従って、空気調和のための電力消費量を著しく削減して省エネルギーに寄与できる空気調和装置とすることができる。また、外気温が高い状態であっても、第２熱交換体１５に送水設備１７で冷却水を送給して、サーバーラック１内を適温に保持できるので、１年を通じて常に安定した状態でサーバーシステムを稼働できる。

【0056】

熱交換装置Ｃへ送給される熱気の温度と外気の温度の温度差（設定温度差）が大きく、外気温度がさほど高くない状況では、各切換体５６・５７を第２姿勢に切換えることにより、内気送給室２１に送給された高温の熱気を、その入口領域２１ａから通気面５９ａを介して外気送給室２２の出口領域２２ｂへと送給して、外気出口２６から大気中に放出することができる。また、外気送給室２２に送給された外気は、その入口領域２２ａから通気面５９ｂを介して内気送給室２１の出口領域２１ｂへと送給して、内気出口２４から送出することができる。つまり、比較的低温の外気を内気出口２４から直接送出して冷却できるので、第１熱交換体１４を介して熱気を冷却する場合に比べて、熱交換装置Ｃによる冷却を効果的にしかも速やかに行うことができる。また、高温の熱気を大気中に放出し、比較的低温の外気を内気出口２４から直接的に送出する場合には、第１、第２の送風ファン２７・２８を駆動するだけでよく、送水設備１７を作動させる必要がないので、熱交換装置Ｃとサーバーシステム用の空気調和装置のランニングコストを大幅に削減できる。

【0057】

実施例１に係る仕切構造２０によれば、チェーン６２をギヤードモーター６３およびスプロケット６４で搬送駆動することにより、各方向切換体５６・５７をチェーン６２で同時に逆向きに搬送移動させて、第１姿勢と第２姿勢に同時に切換えることができる。従って、各方向切換体５６・５７に応じて切換体駆動構造５８を個別に設ける場合に比べて、切換体駆動構造５８がいたずらに複雑になるのを避けながら仕切構造２０を低コスト化できる。また、各方向切換体５６・５７を第１姿勢と第２姿勢に切換えた状態では、その前後端をガイド枠６６で支持して各方向切換体５６・５７を面一に保持できるので、各姿勢に切換えられた方向切換体５６・５７を確りと固定保持して、熱気と外気の流動方向の切換えを確実に行える。さらに、方向切換体５６・５７を第２姿勢に切換えた状態では、通気面５９ａ・５９ｂを前後のガイド枠６６の間で大きく開口させて通気抵抗を減少できる利点もある。

【0058】

熱交換装置Ｃの運転時には、制御装置５２が起動スイッチ８４の出力信号を受けてギヤードモーター６３を起動させ、各センサー８１・８２の検知信号に基づきギヤードモーター６３を停止させて、各方向切換体５６・５７を第１姿勢と第２姿勢の間で移動させることができる。こうした熱交換装置Ｃによれば、方向切換体５６・５７を第１姿勢と第２姿勢の間で適確に移動させて、通気面５９ａ・５９ｂの遮断または開放を確実に行うことができるので、外気温の違いに応じた熱交換を効果的に行って空気調和のための電力消費を削減できる。

【0059】

実施例１においては、第１熱交換体１４をケース本体１６の内部の対角線に沿って斜めに配置し、内気入口２３と外気入口２５、および内気出口２４と外気出口２６をそれぞれ正対させるようにした。また、内気入口２３に第１送風ファン２７を配置し、外気入口２５に第２送風ファン２８を配置するようにした。こうした熱交換装置Ｃによれば、方向切換体５６・５７を第１姿勢に切り換えた状態では、熱気および外気を傾斜する第１熱交換体１４と交差する向きに流動させて熱交換効率を高めることができる。また、方向切換体５６・５７を第２姿勢に切り換えた状態では、第１送風ファン２７から送給される熱気と第２送風ファン２８から送給される外気を、ケース本体１６の内部において最短距離で流動させて、熱気の放出と外気の送出を効果的に行うことができる。

【0060】

サーバーシステム用の空気調和装置では、サーバー室Ｓの内部に冷気空間６Ａと熱気空間７Ａを区画し、各空間６Ａ・７Ａをサーバー室Ｓの外に配置した熱交換装置Ｃの内気入口２３と内気出口２４に接続して、熱交換装置Ｃで冷却された冷気を冷気空間６Ａへ送給し、熱気空間７Ａに放出された熱気を熱交換装置Ｃに循環させるようにした。こうした空気調和装置によれば、熱交換装置Ｃの切換体５６・５７を第２姿勢に切換えておくことにより、外気温度がさほど高くない状況では、高温の熱気を外気出口２６から大気中に放出し、比較的低温の外気を内気出口２４から冷気空間６Ａへ送出することができる。このように、比較的低温の外気を内気出口２４から冷気空間６Ａへ直接送出して冷却すると、第１熱交換体１４を介して熱気を冷却する場合に比べて、サーバー２の冷却を効果的にしかも速やかに行うことができる。また、高温の熱気を大気中に放出し、比較的低温の外気を内気出口２４から直接的に送出する場合には、熱交換装置Ｃの第１、第２の送風ファン２７・２８を駆動するだけでよいので、空気調和のためのランニングコストを大幅に削減できる。

【0061】

（実施例２） 図９は、仕切構造２０を変更した実施例２を示す。この実施例では、ケース本体１６の内部を内気供給室２１と外気供給室２２に区分する仕切壁８７と、内気送給室２１の入口領域２１ａに配置されて揺動可能に支持されるダンパー状の方向切換体５６と、外気送給室２２の入口領域２２ａに配置されて揺動可能に支持されるダンパー状の方向切換体５７と、各方向切換体５６・５７を第１姿勢と第２姿勢の間で揺動操作する切換体駆動構造５８などで仕切構造２０を構成した。仕切壁８７は、ケース本体１６の対角線に沿って左上り傾斜する状態で配置されており、内気送給室２１の入口領域２１ａに臨む仕切壁８７の壁面と、外気送給室２２の入口領域２２ａに臨む仕切壁８７の壁面には、それぞれ通気面５９ａ・５９ｂが形成されている。切換体駆動構造５８は、第１熱交換体１４と仕切壁８７の交差部分に配置されるギヤードモーター（モーター）６３と、同モーター６３の出力軸に固定される駆動ギヤ（駆動体）６４と、駆動ギヤ６４と各方向切換体５６・５７の揺動軸９０・９１の間に配置されるギヤ列９２で構成する。

【0062】

各方向切換体５６・５７は、切換体駆動構造５８で同時に逆向きに揺動操作されて、図９に想像線で示すように、各方向切換体５６・５７が通気面５９ａ・５９ｂを塞ぐ第１姿勢と、図９に実線で示すように、各方向切換体５６・５７が第１熱交換体１４の熱気入口面１４ｃと外気入口面１４ｄを覆う第２姿勢に切換えることができる。また、必要に応じて各方向切換体５６・５７を第１姿勢と第２姿勢の中間姿勢に位置保持することができる。他は実施例１と同じであるので、同じ部材に同じ符号を付してその説明を省略する。また、各方向切換体５６・５７が第１姿勢と、第２姿勢と、中間姿勢に切換えられた状態における熱気、および外気の流れは、実施例１と同じであるので、その説明を省略する。

【0063】

上記のように構成した実施例２の熱交換装置Ｃによれば、実施例１の切換体駆動構造５８に比べて、各方向切換体５６・５７を切換体駆動構造５８で往復揺動操作するだけで、第１姿勢と第２姿勢に切換えることができる。従って、方向切換体５６・５７をチェーン６２で移動操作する実施例１の切換体駆動構造５８に比べて、切換体駆動構造５８の構造を大幅に簡素化して仕切構造２０の製造コストを削減でき、その分だけ熱交換装置Ｃを低コスト化できる。また、方向切換体５６・５７は、約９０度揺動操作するだけで第１姿勢と、第２姿勢に切換えることができるので、方向切換体５６・５７の姿勢切換えを迅速に行える利点もある。この実施例における切換体駆動構造５８は、流体圧シリンダーを駆動源にして構成してもよい。

【0064】

本発明に係る熱交換装置Ｃは、サーバーシステムの空調を行うのに適しているが、例えば、メガソーラーに設置されるパワーコンディショナーの内部を冷却する用途にも適用できる。送水設備１７は、チラー４２に換えてクーリングタワー（冷却装置）を使用できる。また、地下水、河川水、または海水を冷却水として利用する水循環ユニットで送水設備１７を構成することができ、その場合にはチラー４２を省略して、回収管路４１で回収した熱交換後の冷却水を外部へ放出してもよい。

【0065】

第１送風ファン２７は内気入口２３の側に配置する必要はなく、内気出口２４の側に配置することができ、必要があれば、熱気回収口１０に第１送風ファン２７とは別の送風ファンを設けて、熱気の循環を促進することができる。実施例１では、サーバー室Ｓ内の冷却を１個の熱交換装置Ｃで行う場合を示したが、熱交換装置Ｃはサーバー室Ｓの冷却負荷に応じて必要な数だけ設置することができる。切換体駆動構造５８は、タイミングプーリー（ガイド体）とタイミングベルト（搬送体）を搬送要素にして構成することができる。

【符号の説明】

【0066】

１ サーバーラック
２ サーバー
３ ラック列
６ 冷気入口
６Ａ 冷気空間
７ 熱気出口
７Ａ 熱気空間
８ 仕切壁
９ 冷気供給口
１０ 熱気回収口
１３ ヒートパイプ
１４ 第１熱交換体
１４ｃ 熱気入口面
１４ｄ 外気入口面
１５ 第２熱交換体
１６ ケース本体
１７ 送水設備
２０ 仕切構造
２１ 内気送給室
２１ａ・２２ａ 入口領域
２１ｂ・２２ｂ 出口領域
２２ 外気送給室
２３ 内気入口
２４ 内気出口
２５ 外気入口
２６ 外気出口
２７ 第１送風ファン
２８ 第２送風ファン
５６・５７ 方向切換体
５８ 切換体駆動構造
５９ａ・５９ｂ 通気面
Ｆ 床
Ｓ サーバー室
Ｃ 熱交換装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】