吸着式ヒートポンプ及びこれを用いた情報処理システム
【課題】吸着式ヒートポンプ及びこれを用いた情報処理システムにおいて、吸着式ヒートポンプの性能低下を防ぐ。
【解決手段】冷媒を蒸発させる蒸発器と、その蒸発器と接続され、蒸発器で蒸発した冷媒の吸着と吸着した冷媒の脱着とを交互に切り替えて行う吸着器と、その吸着器に接続され、吸着器から脱着された冷媒を凝縮させる凝縮器と、を備えた吸着式ヒートポンプに設けられた冷媒の逆流を防止するためのバルブ２１であって、そのバルブ２１は、貫通孔４１ａが形成された台座部４１と台座部４１の上に設置されたシート状の弁体４２とを含み、貫通孔４１ａの周囲の台座部４１の表面に凹凸４１ｂを備えている。
【解決手段】冷媒を蒸発させる蒸発器と、その蒸発器と接続され、蒸発器で蒸発した冷媒の吸着と吸着した冷媒の脱着とを交互に切り替えて行う吸着器と、その吸着器に接続され、吸着器から脱着された冷媒を凝縮させる凝縮器と、を備えた吸着式ヒートポンプに設けられた冷媒の逆流を防止するためのバルブ２１であって、そのバルブ２１は、貫通孔４１ａが形成された台座部４１と台座部４１の上に設置されたシート状の弁体４２とを含み、貫通孔４１ａの周囲の台座部４１の表面に凹凸４１ｂを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着式ヒートポンプ及びこれを用いた情報処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器類の進歩に加え、高度情報通信網の整備により、大量のデータを扱うブレードサーバやストレージサーバを多数設置したデータセンタの増加が著しく、これに伴い、これらの電子機器類からの廃熱エネルギも増加の一途をたどっている。
【０００３】
特に、データセンタ等では、１ラックあたり複数のボードを装着してデータ処理能力を向上させるブレードサーバが一般的になっており、このブレードサーバでは１ラック当たりの消費電力が数kW以上と大電力化している。
【０００４】
このような廃熱エネルギの増加に伴い、発熱源であるCPU(Central Processing Unit)等の冷却技術についても様々に検討されている。例えば、空冷式の冷却技術では、大型のデータセンタやビル内に設置されたサーバルームにおいて、専用の空調機を用いて室内に冷風を循環させ、この冷風をサーバーラック内にファンを用いて導入することでCPU等を冷却している。
【０００５】
しかしながら、このような空冷式の冷却技術では、十分な冷風を作り出すために大量の電力を消費するので、低コスト化や環境問題の点で課題がある。
【０００６】
そこで、サーバ等の電子機器から排熱を回収して、それを再利用する技術として、吸着式冷ヒートポンプが着目されている。
【０００７】
吸着式ヒートポンプでは、吸着剤に冷媒を吸着させる吸着工程の後、脱着工程と呼ばれる工程において、廃熱を運んできた水等の加熱流体の熱により吸着剤から冷媒を脱離させる。そして、この脱着工程において吸着剤が吸熱することを利用して加熱流体を冷却し、その冷却後の加熱流体により電子機器などを冷却する。
【０００８】
一方、上記の吸着工程では、蒸発器に入れられた冷媒を蒸発させて吸着剤に吸着させる。このとき、冷媒が蒸発する際の気化熱により冷熱を得ることができ、この冷熱でサーバルーム内やラック内に冷風を供給することにより廃熱を有効活用することができる。
【０００９】
そして、このような吸着工程と脱着工程とを繰り返すことにより、廃熱の回収と冷熱の生成とを連続して行うことが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平９−１５２２２１号公報
【特許文献２】特開２００９−１９８１６３号公報
【特許文献３】国際公開第２００６／１３５０２６号
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】高性能ケミカルヒートポンプ応用事例集、サイエンスフォーラム社
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
吸着式ヒートポンプ及びこれを用いた情報処理システムにおいて、吸着式ヒートポンプの性能低下を防ぐことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
以下の開示の一観点によれば、冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器と接続され、前記蒸発器で蒸発した冷媒の吸着と吸着した冷媒の脱着とを交互に切り替えて行う吸着器と、前記吸着器に接続され、前記吸着器から脱着された冷媒を凝縮させる凝縮器と、を備え、前記蒸発器と吸着器との間及び前記吸着器と凝縮器との間の少なくとも一方にバルブが配設され、前記バルブは、貫通孔が形成された台座部と前記台座部上に設置されたシート状の弁体とを含み、前記貫通孔の周囲の前記台座部の表面には、凹凸が形成されている吸着式ヒートポンプが提供される。
【００１４】
また、その他の観点によれば、冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器と接続され、前記蒸発器で蒸発した冷媒の吸着と吸着した冷媒の脱着とを交互に切り替えて行う吸着器と、前記吸着器に接続され、前記吸着器から脱着された冷媒を凝縮させる凝縮器と、を備え、記蒸発器と吸着器との間及び前記吸着器と凝縮器との間の少なくとも一方にバルブが配設され、前記バルブは、貫通孔が形成された台座部と前記台座部上に設置されたシート状の弁体とを含み、前記貫通孔の周囲の前記台座部の表面には、凹凸が形成された吸着式ヒートポンプと、前記吸着式ヒートポンプによって冷却される電子機器と、を有する情報処理システムが提供される。
【発明の効果】
【００１５】
開示の吸着式ヒートポンプ及びこれを用いた情報処理システムでは、貫通孔の周囲の台座部の表面に凹凸が形成されている。これにより、弁体と台座部との接触面積が減少するとともに、弁体と台座部の間に結露した冷媒をこれらの接触部分から排除でき、結露した冷媒の表面張力で弁体が台座に張り付いて吸着式ヒートポンプが動作停止するといった不具合を防止できる。
【００１６】
また、吸着剤の破片を凹凸内に収容することができるので、バルブが完全に閉じなくなって吸着式ヒートポンプの性能が低下するという不具合も防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、吸着式ヒートポンプの断面図である。
【図２】図２は、図１の吸着式ヒートポンプのバルブの断面図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る吸着式ヒートポンプの断面図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係る吸着式ヒートポンプのバルブの図である。
【図５】図５は、図４のバルブの動作を説明する断面図である。
【図６】図６は、図４のバルブへの親水加工及び撥水加工の一例を示す断面図である。
【図７】図７は、第２実施形態に係るバルブの台座部を示す図である。
【図８】図８は、第２実施形態に係るバルブの動作を説明する断面図である。
【図９】図９は、第３実施形態に係る情報処理システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（１）予備的事項
実施の形態の説明に先立ち、基礎となる予備的事項について説明する。
【００１９】
図１は、吸着式ヒートポンプの断面図である。
【００２０】
この吸着式ヒートポンプ３０は、何れも内部が減圧された第１の吸着器１、第２の吸着器２、蒸発器３、及び凝縮器４と、これらの間に設けられたバルブ１１とを有する。
【００２１】
このうち、第１及び第２の吸着器１、２には吸着剤１７としてシリカゲルが収容され、蒸発器３には冷媒１８として水が収容される。なお、シリカゲルに代えてゼオライトを吸着剤１７として用いてもよい。
【００２２】
一方、バルブ１１は、第１及び第２の吸着器１、２、蒸発器３及び凝縮器４の間を仕切る隔壁に図示のように設けられている。
【００２３】
図２は図１の吸着式ヒートポンプのバルブの断面図である。各バルブ１１は、図２（ａ）に示すように、複数の貫通孔３１ａが設けられた台座部３１と、その台座部３１の上に設けられたフィルム状の弁体３２とを備えている。この弁体３２は、一端が台座部３１上に接合されており、他端（自由端）側が台座部３１の下側の領域と上側の領域との圧力差に応じて変形することで、バルブ１１を開閉する。例えば、台座部３１の下側の領域の圧力Ｐ1が上側の領域の圧力Ｐ2よりも高くなると（Ｐ1＞Ｐ2）、弁体３２の自由端側が図２（ａ）のように浮上してバルブ１１が開いた状態となる。また、隔壁３１の下側の領域の圧力Ｐ1が上側の領域の圧力Ｐ2よりも低くなると（Ｐ1＜Ｐ2）、弁体３２が図２（ｂ）のように貫通孔３１ａを覆うようにして塞ぎ、バルブ１１が閉じた状態となる。
【００２４】
このバルブ１１が、第１及び第２の吸着器１、２内の圧力（蒸気圧）の変化に応じて自発的に開閉することで、第１及び第２の吸着器１、２の吸着工程及び脱着工程が切り替わる。
【００２５】
例えば、図１のようなバルブ１１の開閉状態では、第１の吸着器１において吸着工程が行われ、第２の吸着器２において脱着工程が行われる。
【００２６】
吸着工程が行われている第１の吸着器１では、吸着剤１７に冷媒１８の蒸気が吸着されて減少するため、第１の吸着器１内の蒸気圧が蒸発器３及び凝縮器４よりも低くなる。そのため、第１の吸着器１の下側のバルブ１１が開き上側のバルブ１１が閉じる。そして、蒸発器３において蒸発した冷媒１８の蒸気が下側のバルブ１１を介して第１の吸着器１に供給され、その蒸気が吸着剤１７によって吸着される。吸着時に吸着剤１７で発生する熱は、内部配管７を流れる冷却水等の冷却流体９によって冷却される。
【００２７】
冷却流体９は、例えば冷却水であって、その温度は第１の吸着器１に入る直前で約２５℃である。そして、第１の吸着器１を出た直後の冷却流体９は、冷媒１８を吸着したことで発熱した吸着剤１７によって３０℃程度に温められる。
【００２８】
一方、脱着工程が行われている第２の吸着器２では、サーバ等の電子機器から廃熱を運んできた加熱流体６が内部配管７に流され、その熱によって吸着剤１７から冷媒１８が脱着される。これにより第２の吸着器２内の蒸気圧が高くなるため、第２の吸着器２の上側のバルブ１１が開き、下側のバルブ１１が閉じる。このとき、吸着剤１７が吸熱するので、加熱流体６が冷却されることになる。例えば、第２の吸着器２に入る直前の加熱流体の温度が７５℃の場合、第２の吸着器２を出た直後では加熱流体６の温度は７０℃程度に低下する。
【００２９】
このように冷却された加熱流体６は、電子機器の冷却に使用された後、再び第２の吸着器２に戻って冷却される。
【００３０】
蒸発器３には、冷媒１８が溜められていると共に、水などの循環流体５が流される循環配管１０が通されている。そして、第１の吸着器１で吸着工程が行われているとき、冷媒１８の気化熱によって循環流体５が冷やされ、蒸発器３に入る前よりも５℃程度低い温度に循環流体５を冷やすことができる。
【００３１】
一方、凝縮器４には、脱着工程が行われている第２の吸着器２から冷媒１８の蒸気が供給される。その蒸気は、冷却配管８を流れる冷却水１５により冷却されて液化した後、冷媒回収配管１６を通って再び蒸発器１８に戻される。冷却水１５は、凝縮器４に入る直前ではその温度が２５℃程度であるが、凝縮器４から出た直後ではその温度は３０℃程度に上昇する。
【００３２】
このような一連のプロセスでは、加熱流体６の熱によって吸着剤１７から冷媒１８を脱離させ、更に蒸発器３における冷媒１８の気化熱によって循環流体５を冷却しており、加熱流体６の熱が循環流体５の冷熱の生成に再利用されていることになる。その冷熱は、例えばサーバルームやラック内に冷風を供給するのに使用される。
【００３３】
ここで、上記のように第２の吸着器２において脱着工程を行っていると、第２の吸着器２における吸着剤１７の乾燥が進み、吸着剤１７の吸熱を利用した加熱流体６の冷却効率が次第に低下する。
【００３４】
そのため、第２の吸着器２における吸着剤１７から所定の量の冷媒１８が脱離した時点で、各吸着器１、２における吸着工程と脱着工程とを切り替える。その切り替えは、加熱流体６を第１の吸着器１の内部配管７に流し、冷却流体９を第２の吸着器２の内部配管７に流すことで行われる。
【００３５】
ところで、上記の吸着式ヒートポンプ３０を長期間運転していると、作動停止や冷却効率が低下する不具合が生じることがある。
【００３６】
本願発明者らが種々の調査を行った結果、吸着式ヒートポンプ３０の動作停止は、バルブ１１の周辺で結露した冷媒の表面張力により、弁体３２（図２（ｂ）参照）と台座部３１とが強く密着してバルブ１１が開かなくなることが原因と判明した。
【００３７】
また、吸着式ヒートポンプ３０の冷却効率の低下は、何らかの理由で吸着剤１７の破片や粉末が弁体３２と台座部３１との間に付着し、この粉末によってバルブ１１が完全に閉鎖しなくなることで発生することが明らかとなった。
【００３８】
本願発明者は、このような知見に基づき、以下に説明するような実施形態を着想した。
【００３９】
（２）第１実施形態
図３は、本実施形態に係る吸着式ヒートポンプの断面図であり、図４は図３の吸着式ヒートポンプのバルブの図である。
【００４０】
図３に示すように、この吸着式ヒートポンプ４０は、第１及び第２の吸着器１、２と、蒸発器３と、蒸発器４と、これらの隔壁２３の間に設けられたバルブ２１とを備える。なお、本実施形態の吸着式ヒートポンプ４０は、バルブ２１以外は図１を参照しつつ説明した吸着式ヒートポンプ３０と同様であり、同一の要素には同一符号を付してその説明を省略する。
【００４１】
バルブ２１は、図４（ａ）に示すように、隔壁２３の開口２３ａに取り付けられた台座部４１と、その台座部４１の上方を覆うように配置された弁体４２とを備えている。
【００４２】
弁体４２は、例えばPET(Poly-Ethylene Terephthalate)樹脂などの柔軟な樹脂フィルムよりなり、その一端（固定端）が図４（ａ）に示すように隔壁２３にねじ止め等の方法で固定されている。
【００４３】
一方、台座部４１は、図４（ｂ）の平面図に示すように、矩形状の板状部材に、厚さ方向に貫通する複数の貫通孔４１ａを設けたものであり、その台座部４１の上面には、貫通孔４１ａの周囲を囲むように環状の凹部（溝）４１ｂが設けられている。この凹部４１ｂは、バルブ１１で凝縮した冷媒や吸着剤１７の粉末を収容するのに十分な幅及び深さに形成する。但し、バルブ１１が閉じた際に、凹部４１ｂから冷媒が漏れるのを防ぐために、凹部４１ｂは台座部４１の厚さ方向に貫通しない程度の深さとする。
【００４４】
図５（ａ）、（ｂ）は、バルブ２１の動作を説明する断面図である。
【００４５】
図５（ａ）のように、バルブ２１の下側の領域の圧力Ｐ1が上側の領域の圧力Ｐ2よりも高い場合（Ｐ1＞Ｐ2）には、その圧力差によってフィルム状の弁体４２の自由端側が浮き上がり、バルブ２１が開いた状態となる。この状態では、貫通孔４１ａを通じて冷媒の蒸気がバルブ２１を通過する。
【００４６】
一方、図５（ｂ）のように、隔壁３５の下側の領域の圧力Ｐ1が上側の領域の圧力Ｐ2よりも低い場合（Ｐ1＜Ｐ2）には、その圧力差によって弁体４２が台座部４１の上面に押し付けられる。そして、弁体４２が貫通孔４１ａと凹部４１ｂとの間の台座部４１の上面に密着することで、貫通孔４１ａが閉塞されてバルブ２１が閉じた状態となる。
【００４７】
このとき、台座部４１の表面に凹部４１ｂを設けているので、台座部４１と弁体４２との間で結露した冷媒は凹部４１ｂに排除される。また、凹部４１ｂによって弁体４２と台座部４１との接触面積が小さくなる。そのため、仮に結露した冷媒が弁体４２と台座部４１との間に残っていても、結露した冷媒の表面張力による弁体４２と台座部４１との密着力を弱めることができる。これにより、結露した冷媒の表面張力で弁体４２が台座部４１に張り付いて動かなくなる不具合を防止できる。
【００４８】
また、凹部４１ｂは、台座部４１に落下した吸着剤１７の粉末をある程度まで収容することができるため、吸着式ヒートポンプ４０の動作効率の低下を防ぐことができる。
【００４９】
なお、上記のバルブ２１において、下記に説明するように台座部４１の凹部４１ａの内部に選択的に親水性加工を施すとともに、台座部４１の弁体４２と接触する面に撥水性加工を施してもよい。
【００５０】
図６は、台座部４１の親水性加工及び撥水性加工の一例を説明する模式図である。
【００５１】
まず、図６（ａ）のように、台座部４１を用意する。この台座部４１は、例えばアルミ板等の金属板に貫通孔４１ａ及び凹部４１ｂを機械加工で形成して作製される。
【００５２】
次に、図６（ｂ）のように、台座部４１の凹部４１ｂを除く上面に、マスク４６を形成する。マスク４６は、例えば所定形状に整形されたマスキングテープを貼り付ける方法や、油性塗料を刷毛等で凸部に塗布する方法で形成できる。
【００５３】
次いで、図６（ｃ）のように、台座部４１の上側から、例えば市販のシリカ系コーティング液等の親水剤を塗布してマスク４６、台座部４１の凹部４１ｂ及び貫通孔４１ａの内壁を親水性材料４７で覆う。
【００５４】
その後、図６（ｄ）のようにマスク４６上の親水性材料４７をマスク４６とともに除去して、貫通孔４１ａ及び凹部４１ｂにのみ親水性材料を残す。
【００５５】
次に、図６（ｅ）のように、台座部４１の上面の凹部４１ｂ以外の部分に、撥水剤を選択的に塗布して撥水材料４８で覆う。ここでは、撥水材料４８には、例えば市販されているテフロンコーティング液を用いることができ、これを適当な粘度に調整して刷毛等で塗布すれば、凹部４１ｂ以外の上面に選択的に撥水材料４８を塗布できる。
【００５６】
以上のようにして、台座部４１の凹部４１ｂを除く上面に撥水加工が行われ、凹部４１ｂに親水加工が施された台座部４１が得られる。このような親水加工及び撥水加工が施された台座部４１によれば、台座部４１と弁体４２との接触部分から凹部４１ｂ側に結露した冷媒が流れやすくなる。そのため、弁体４２が台座部４１との接触部分に冷媒の液滴をより排除しやすくなり、弁体４２の台座部４１への張り付きがさらに起こり難くなる。
【００５７】
なお、凹部４１ｂだけでなく、弁体４２の台座部４１側の面に親水加工を施してもよい。
【００５８】
（３）第１実施形態の実験例
以下、本願発明者らが行った実験例について説明する。
【００５９】
第１及び第２の吸着器１、２（図３参照）内に、吸着剤１７として２００ｇのシリカゲル（富士シリシア化学社製RD2060）を充填した。また、蒸発器３には冷媒として水を充填した。
【００６０】
第１の吸着器１、第２の吸着器２、蒸発器３及び凝縮器４の接続部には、図４に示すバルブ２１を設置した。ここでは、バルブ２１の台座部４１には直径φが５mmの貫通孔４１ａを１５mmのピッチで、６０mm×５０mmの領域の中に合計１５個設けた。また、各貫通孔４１ａの周囲には、直径φが１０mm、幅が２mm及び深さが２mmの円環状の溝からなる凹部４１ｂを設け、その凹部４１ｂ内に親水加工を施した。
【００６１】
また、弁体４２は面積が約６０mm×５０mmのPET樹脂フィルムで形成し、台座部４１と接触する面に親水加工を施した。
【００６２】
このような吸着式ヒートポンプの一方の吸着器に６５℃の温水（加熱流体）を２L/minで供給し、他方の吸着器には２５℃の水（冷却流体）を２L/minで供給した。そして各吸着器への温水及び冷水の供給を１０分ごとに切り替えて運転した。
【００６３】
なお、蒸発器３には、冷水取り出し温度が１５℃及び戻り温度が１８℃となるように、循環流体を流量１L/minで循環させた。
【００６４】
以上のような実験例において、バルブ２１で結露した水（冷媒）を台座部４１の凹部４１ｂに除去でき、バルブ２１の開閉の不具合を防止できることが確認できた。また、凹部４１ｂに集められた水は、バルブ２１の開閉動作の際に気化し、凹部４１ｂに水が蓄積し続けることなく連続して動作することが確認できた。
【００６５】
（４）第２実施形態
本実施形態では、バルブの台座部の形状が図４に示すバルブ２１の台座部４１の形状と異なる。
【００６６】
図７は、本実施形態に係るバルブの台座部を示す図である。
【００６７】
この台座部５１には、図７（ａ）の斜視図に示すように、厚さ方向に貫通する複数の貫通孔５１ａと、環状の凹部（溝）５１ｂと、直線状の溝５１ｃとが形成されている。貫通孔５１ａの上端側は面取りされて、すり鉢状の傾斜面５１ｅが形成されている。この傾斜面５１ｅにより、弁体４２と台座部５１との接触面積が減少するとともに、結露した冷媒を貫通孔４１ａ側に流れやすくしている。さらに、貫通孔５１ａの内壁には台座部５１の厚さ方向に延在する溝５１ｄが複数設けられている。この溝５１ｄによって、貫通孔５１ａ内に流れ込んだ冷媒の液滴が貫通孔５１ａ内に溜まることなく下方に流れる。
【００６８】
台座部５１の上面の直線状の溝５１ｃは、台座部５１の周縁部にまで延在するとともに、図７（ｂ）の部分拡大図に示すように凹部５１ｂと接続されている。これにより、凹部５１ｂに集められた冷媒の液滴を溝５１ｃを通じて台座部５１の外部に排出できるようになっている。
【００６９】
図８（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係るバルブの動作を示す断面図である。
【００７０】
図８（ａ）のように、バルブ５０の下側の領域の圧力Ｐ1が上側の領域の圧力Ｐ2よりも高い場合（Ｐ1＞Ｐ2）には、台座部５１の上面側に配置された弁体４２の自由端側が圧力差によって浮き上がる。そして、台座部５１の貫通孔５１ａを通じてバルブ５０を冷媒の蒸気が通過する。
【００７１】
一方、図８（ｂ）のように、バルブ５０の下側の領域の圧力Ｐ1が上側の領域の圧力Ｐ2よりも低い場合（Ｐ1＜Ｐ2）には、弁体４２が圧力差によって台座部５１の上面側に押し付けられ、貫通孔５１ａが閉塞されバルブ５０が閉じる。
【００７２】
このとき、バルブ５０で結露した冷媒は、弁体４２と台座部５１との接触部分から凹部５１ｂ又は傾斜面５１ｅに排除され、溝５１ｃ又は貫通孔の溝５１ｄを通じて台座部５１外に排出される。これにより、凹部５１ｂ内への冷媒の蓄積を防ぐことができる。また、凹部５１ｂに加えて傾斜面５１ｅ及び溝５１ｃが形成されているため、弁体４２と台座部５１との接触面積がさらに減少し、結露した冷媒の表面張力による弁体４２と台座部５１との密着力を抑制できる。
【００７３】
また、台座部５１の表面に落ちた吸着剤１７の粉末を冷媒と共に溝５１ｃを通じて台座部５１の外部に流出させることができるため、バルブ５０が閉じなくなる不具合を起こし難くなっている。
【００７４】
このように、本実施形態に係るバルブ５０によればバルブの開閉の不具合をより効果的に防止でき、吸着式ヒートポンプ４０を長期間安定して運転できる。
【００７５】
なお、本実施形態でも、台座部５１の凹部５１ｂ、溝５１ｃ、傾斜面５１ｅの表面に親水加工を施し、台座部５１と弁体４２との接触する部分に撥水加工を施してもよい。
【００７６】
（５）第３実施形態
図９は、第３実施形態に係る情報処理システムのブロック図である。
【００７７】
この情報処理システム８０は、吸着式ヒートポンプ４０と、電子機器７０と、流体切替器６１と、冷却タワー６２と、空調機６３とを備えている。なお、本実施形態の吸着式ヒートポンプ４０は、図３に示す吸着式ヒートポンプ４０（第１実施形態）と同じであり、同一の要素には同一符号を付してその説明を省略する。
【００７８】
電子機器７０は、例えばサーバ等であり、その内部にはCPU７１、HDD（Hard Disc Drive）７２、及び電源装置７３等の比較的発熱量が多い電子部品が内蔵されている。また、電子機器７０の内部には、これらの電子部品を冷却するための冷却配管７４が設けられている。電子機器７０内の電子部品は、冷却配管７４内を流れる加熱流体６によって冷却される。電子機器７０を冷却することで温度上昇した加熱流体６は、流体切替器６１を介して吸着式ヒートポンプ４０に送られる。
【００７９】
一方、冷却タワー６２は、外気との熱交換により吸着式ヒートポンプ４０からの冷却流体９及び冷却水１５を冷却する。
【００８０】
流体切替器６１は、内蔵した制御装置の制御の下で、第１の吸着器１及び第２の吸着器２に供給する加熱流体６及び冷却流体９を一定時間（例えば１０分）毎に切り替える。第１の吸着器１及び第２の吸着器２では、吸着工程及び脱着工程が交互に行われる。
【００８１】
凝縮器４には冷却タワー６２から冷却水１５が供給され、脱着工程で蒸発した冷媒の蒸気が凝縮される。凝縮器４で凝縮された冷媒は、冷媒回収配管１６を通じて蒸発室３に戻される。
【００８２】
蒸発器３では、連続的に冷媒が蒸発して冷熱が発生し、この冷熱が配管６４を通る循環流体５を介して空調機６３に供給される。空調機６３は、この冷熱を利用して電子機器７０が設置されたサーバルーム内の冷房を行う。
【００８３】
上記のような情報処理システム８０では、吸着式ヒートポンプ４０を用いるので、電子機器７０の冷却とその廃熱を利用した冷房を長時間にわたって安定して行うことができる。
【００８４】
以上の諸実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【００８５】
（付記１）冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器と接続され、前記蒸発器で蒸発した冷媒の吸着と吸着した冷媒の脱着とを交互に切り替えて行う吸着器と、
前記吸着器に接続され、前記吸着器から脱着された冷媒を凝縮させる凝縮器と、を備え、
前記蒸発器と吸着器との間及び前記吸着器と凝縮器との間の少なくとも一方にバルブが配設され、
前記バルブは、貫通孔が形成された台座部と前記台座部上に設置されたシート状の弁体 とを含み、前記貫通孔の周囲の前記台座部の表面には、凹凸が形成されていること
を特徴とする吸着式ヒートポンプ。
【００８６】
（付記２）前記貫通孔の側壁には、前記台座部の厚さ方向に延在する溝が形成されていることを特徴とする付記１に記載の吸着式ヒートポンプ。
【００８７】
（付記３）前記貫通孔の前記弁体側の端部が面取りされていることを特徴とする付記１又は付記２に記載の吸着式ヒートポンプ。
【００８８】
（付記４）前記凹凸は、前記貫通孔の周囲に形成された環状の凹部と、該凹部と接続されて前記台座部の周縁部にまで延在する溝とを備えることを特徴とする付記１乃至付記３の何れか１項に記載の吸着式ヒートポンプ。
【００８９】
（付記５）前記冷媒は水であり、前記凹凸のうちの凹部が親水性の材料で覆われていることを特徴とする付記１乃至付記４の何れか１項に記載の吸着式ヒートポンプ。
【００９０】
（付記６）前記台座部の前記弁体と接触する部分が撥水性の材料で覆われていることを特徴とする付記５に記載の吸着式ヒートポンプ。
【００９１】
（付記７）前記台座部の貫通孔は円柱状に形成され、前記凹凸は前記貫通孔の周囲に同心円状に形成された凹部からなることを特徴とする付記１乃至６の何れか１項に記載の吸着式ヒートポンプ。
【００９２】
（付記８）前記弁体の前記台座部側の面が親水性の材料で覆われていることを特徴とする付記５又は付記６に記載の吸着式ヒートポンプ。
【００９３】
（付記９）冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器と接続され、前記蒸発器で蒸発した冷媒の吸着と吸着した冷媒の脱着とを交互に切り替えて行う吸着器と、前記吸着器に接続され、前記吸着器から脱着された冷媒を凝縮させる凝縮器と、を備え、前記蒸発器と吸着器との間及び前記吸着器と凝縮器との間の少なくとも一方にバルブが配設され、前記バルブは、貫通孔が形成された台座部と前記台座部上に設置されたシート状の弁体とを含み、前記貫通孔の周囲の前記台座部の表面には、凹凸が形成された吸着式ヒートポンプと、
前記吸着式ヒートポンプによって冷却される電子機器と、
を有することを特徴とする情報処理システム。
【００９４】
（付記１０）前記吸着器に供給する冷却流体を冷却する冷却タワーと、
前記電子機器により加熱された加熱流体と前記冷却タワーで冷却された冷却流体とを一定時間ごとに切り替えながら前記吸着器に供給する流体切替器と、
前記蒸発器で発生した冷熱で冷房を行う空調機と、
を備えたことを特徴とする付記９に記載の情報処理システム。
【符号の説明】
【００９５】
１…第１の吸着器、２…第２の吸着器、３…蒸発器、４…凝縮器、５…循環流体、６…加熱流体、７…内部配管、８…冷却配管、９…冷却流体、１０…循環配管、１１、２１、５０…バルブ、１５…冷却水、１６…冷媒回収配管、１７…吸着剤、１８…冷媒、３０、４０…吸着式ヒートポンプ、３１、４１、５１…台座部、３１ａ、４１ａ、５１ａ…貫通孔、３２、４２…弁体、３３…隔壁、４１ｂ、５１ｂ…凹部、４６…マスク、４７…親水性材料、４８…撥水性材料、５１ｃ、５１ｄ…溝、５１ｅ…傾斜面。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着式ヒートポンプ及びこれを用いた情報処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器類の進歩に加え、高度情報通信網の整備により、大量のデータを扱うブレードサーバやストレージサーバを多数設置したデータセンタの増加が著しく、これに伴い、これらの電子機器類からの廃熱エネルギも増加の一途をたどっている。
【０００３】
特に、データセンタ等では、１ラックあたり複数のボードを装着してデータ処理能力を向上させるブレードサーバが一般的になっており、このブレードサーバでは１ラック当たりの消費電力が数kW以上と大電力化している。
【０００４】
このような廃熱エネルギの増加に伴い、発熱源であるCPU(Central Processing Unit)等の冷却技術についても様々に検討されている。例えば、空冷式の冷却技術では、大型のデータセンタやビル内に設置されたサーバルームにおいて、専用の空調機を用いて室内に冷風を循環させ、この冷風をサーバーラック内にファンを用いて導入することでCPU等を冷却している。
【０００５】
しかしながら、このような空冷式の冷却技術では、十分な冷風を作り出すために大量の電力を消費するので、低コスト化や環境問題の点で課題がある。
【０００６】
そこで、サーバ等の電子機器から排熱を回収して、それを再利用する技術として、吸着式冷ヒートポンプが着目されている。
【０００７】
吸着式ヒートポンプでは、吸着剤に冷媒を吸着させる吸着工程の後、脱着工程と呼ばれる工程において、廃熱を運んできた水等の加熱流体の熱により吸着剤から冷媒を脱離させる。そして、この脱着工程において吸着剤が吸熱することを利用して加熱流体を冷却し、その冷却後の加熱流体により電子機器などを冷却する。
【０００８】
一方、上記の吸着工程では、蒸発器に入れられた冷媒を蒸発させて吸着剤に吸着させる。このとき、冷媒が蒸発する際の気化熱により冷熱を得ることができ、この冷熱でサーバルーム内やラック内に冷風を供給することにより廃熱を有効活用することができる。
【０００９】
そして、このような吸着工程と脱着工程とを繰り返すことにより、廃熱の回収と冷熱の生成とを連続して行うことが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平９−１５２２２１号公報
【特許文献２】特開２００９−１９８１６３号公報
【特許文献３】国際公開第２００６／１３５０２６号
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】高性能ケミカルヒートポンプ応用事例集、サイエンスフォーラム社
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
吸着式ヒートポンプ及びこれを用いた情報処理システムにおいて、吸着式ヒートポンプの性能低下を防ぐことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
以下の開示の一観点によれば、冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器と接続され、前記蒸発器で蒸発した冷媒の吸着と吸着した冷媒の脱着とを交互に切り替えて行う吸着器と、前記吸着器に接続され、前記吸着器から脱着された冷媒を凝縮させる凝縮器と、を備え、前記蒸発器と吸着器との間及び前記吸着器と凝縮器との間の少なくとも一方にバルブが配設され、前記バルブは、貫通孔が形成された台座部と前記台座部上に設置されたシート状の弁体とを含み、前記貫通孔の周囲の前記台座部の表面には、凹凸が形成されている吸着式ヒートポンプが提供される。
【００１４】
また、その他の観点によれば、冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器と接続され、前記蒸発器で蒸発した冷媒の吸着と吸着した冷媒の脱着とを交互に切り替えて行う吸着器と、前記吸着器に接続され、前記吸着器から脱着された冷媒を凝縮させる凝縮器と、を備え、記蒸発器と吸着器との間及び前記吸着器と凝縮器との間の少なくとも一方にバルブが配設され、前記バルブは、貫通孔が形成された台座部と前記台座部上に設置されたシート状の弁体とを含み、前記貫通孔の周囲の前記台座部の表面には、凹凸が形成された吸着式ヒートポンプと、前記吸着式ヒートポンプによって冷却される電子機器と、を有する情報処理システムが提供される。
【発明の効果】
【００１５】
開示の吸着式ヒートポンプ及びこれを用いた情報処理システムでは、貫通孔の周囲の台座部の表面に凹凸が形成されている。これにより、弁体と台座部との接触面積が減少するとともに、弁体と台座部の間に結露した冷媒をこれらの接触部分から排除でき、結露した冷媒の表面張力で弁体が台座に張り付いて吸着式ヒートポンプが動作停止するといった不具合を防止できる。
【００１６】
また、吸着剤の破片を凹凸内に収容することができるので、バルブが完全に閉じなくなって吸着式ヒートポンプの性能が低下するという不具合も防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、吸着式ヒートポンプの断面図である。
【図２】図２は、図１の吸着式ヒートポンプのバルブの断面図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る吸着式ヒートポンプの断面図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係る吸着式ヒートポンプのバルブの図である。
【図５】図５は、図４のバルブの動作を説明する断面図である。
【図６】図６は、図４のバルブへの親水加工及び撥水加工の一例を示す断面図である。
【図７】図７は、第２実施形態に係るバルブの台座部を示す図である。
【図８】図８は、第２実施形態に係るバルブの動作を説明する断面図である。
【図９】図９は、第３実施形態に係る情報処理システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（１）予備的事項
実施の形態の説明に先立ち、基礎となる予備的事項について説明する。
【００１９】
図１は、吸着式ヒートポンプの断面図である。
【００２０】
この吸着式ヒートポンプ３０は、何れも内部が減圧された第１の吸着器１、第２の吸着器２、蒸発器３、及び凝縮器４と、これらの間に設けられたバルブ１１とを有する。
【００２１】
このうち、第１及び第２の吸着器１、２には吸着剤１７としてシリカゲルが収容され、蒸発器３には冷媒１８として水が収容される。なお、シリカゲルに代えてゼオライトを吸着剤１７として用いてもよい。
【００２２】
一方、バルブ１１は、第１及び第２の吸着器１、２、蒸発器３及び凝縮器４の間を仕切る隔壁に図示のように設けられている。
【００２３】
図２は図１の吸着式ヒートポンプのバルブの断面図である。各バルブ１１は、図２（ａ）に示すように、複数の貫通孔３１ａが設けられた台座部３１と、その台座部３１の上に設けられたフィルム状の弁体３２とを備えている。この弁体３２は、一端が台座部３１上に接合されており、他端（自由端）側が台座部３１の下側の領域と上側の領域との圧力差に応じて変形することで、バルブ１１を開閉する。例えば、台座部３１の下側の領域の圧力Ｐ1が上側の領域の圧力Ｐ2よりも高くなると（Ｐ1＞Ｐ2）、弁体３２の自由端側が図２（ａ）のように浮上してバルブ１１が開いた状態となる。また、隔壁３１の下側の領域の圧力Ｐ1が上側の領域の圧力Ｐ2よりも低くなると（Ｐ1＜Ｐ2）、弁体３２が図２（ｂ）のように貫通孔３１ａを覆うようにして塞ぎ、バルブ１１が閉じた状態となる。
【００２４】
このバルブ１１が、第１及び第２の吸着器１、２内の圧力（蒸気圧）の変化に応じて自発的に開閉することで、第１及び第２の吸着器１、２の吸着工程及び脱着工程が切り替わる。
【００２５】
例えば、図１のようなバルブ１１の開閉状態では、第１の吸着器１において吸着工程が行われ、第２の吸着器２において脱着工程が行われる。
【００２６】
吸着工程が行われている第１の吸着器１では、吸着剤１７に冷媒１８の蒸気が吸着されて減少するため、第１の吸着器１内の蒸気圧が蒸発器３及び凝縮器４よりも低くなる。そのため、第１の吸着器１の下側のバルブ１１が開き上側のバルブ１１が閉じる。そして、蒸発器３において蒸発した冷媒１８の蒸気が下側のバルブ１１を介して第１の吸着器１に供給され、その蒸気が吸着剤１７によって吸着される。吸着時に吸着剤１７で発生する熱は、内部配管７を流れる冷却水等の冷却流体９によって冷却される。
【００２７】
冷却流体９は、例えば冷却水であって、その温度は第１の吸着器１に入る直前で約２５℃である。そして、第１の吸着器１を出た直後の冷却流体９は、冷媒１８を吸着したことで発熱した吸着剤１７によって３０℃程度に温められる。
【００２８】
一方、脱着工程が行われている第２の吸着器２では、サーバ等の電子機器から廃熱を運んできた加熱流体６が内部配管７に流され、その熱によって吸着剤１７から冷媒１８が脱着される。これにより第２の吸着器２内の蒸気圧が高くなるため、第２の吸着器２の上側のバルブ１１が開き、下側のバルブ１１が閉じる。このとき、吸着剤１７が吸熱するので、加熱流体６が冷却されることになる。例えば、第２の吸着器２に入る直前の加熱流体の温度が７５℃の場合、第２の吸着器２を出た直後では加熱流体６の温度は７０℃程度に低下する。
【００２９】
このように冷却された加熱流体６は、電子機器の冷却に使用された後、再び第２の吸着器２に戻って冷却される。
【００３０】
蒸発器３には、冷媒１８が溜められていると共に、水などの循環流体５が流される循環配管１０が通されている。そして、第１の吸着器１で吸着工程が行われているとき、冷媒１８の気化熱によって循環流体５が冷やされ、蒸発器３に入る前よりも５℃程度低い温度に循環流体５を冷やすことができる。
【００３１】
一方、凝縮器４には、脱着工程が行われている第２の吸着器２から冷媒１８の蒸気が供給される。その蒸気は、冷却配管８を流れる冷却水１５により冷却されて液化した後、冷媒回収配管１６を通って再び蒸発器１８に戻される。冷却水１５は、凝縮器４に入る直前ではその温度が２５℃程度であるが、凝縮器４から出た直後ではその温度は３０℃程度に上昇する。
【００３２】
このような一連のプロセスでは、加熱流体６の熱によって吸着剤１７から冷媒１８を脱離させ、更に蒸発器３における冷媒１８の気化熱によって循環流体５を冷却しており、加熱流体６の熱が循環流体５の冷熱の生成に再利用されていることになる。その冷熱は、例えばサーバルームやラック内に冷風を供給するのに使用される。
【００３３】
ここで、上記のように第２の吸着器２において脱着工程を行っていると、第２の吸着器２における吸着剤１７の乾燥が進み、吸着剤１７の吸熱を利用した加熱流体６の冷却効率が次第に低下する。
【００３４】
そのため、第２の吸着器２における吸着剤１７から所定の量の冷媒１８が脱離した時点で、各吸着器１、２における吸着工程と脱着工程とを切り替える。その切り替えは、加熱流体６を第１の吸着器１の内部配管７に流し、冷却流体９を第２の吸着器２の内部配管７に流すことで行われる。
【００３５】
ところで、上記の吸着式ヒートポンプ３０を長期間運転していると、作動停止や冷却効率が低下する不具合が生じることがある。
【００３６】
本願発明者らが種々の調査を行った結果、吸着式ヒートポンプ３０の動作停止は、バルブ１１の周辺で結露した冷媒の表面張力により、弁体３２（図２（ｂ）参照）と台座部３１とが強く密着してバルブ１１が開かなくなることが原因と判明した。
【００３７】
また、吸着式ヒートポンプ３０の冷却効率の低下は、何らかの理由で吸着剤１７の破片や粉末が弁体３２と台座部３１との間に付着し、この粉末によってバルブ１１が完全に閉鎖しなくなることで発生することが明らかとなった。
【００３８】
本願発明者は、このような知見に基づき、以下に説明するような実施形態を着想した。
【００３９】
（２）第１実施形態
図３は、本実施形態に係る吸着式ヒートポンプの断面図であり、図４は図３の吸着式ヒートポンプのバルブの図である。
【００４０】
図３に示すように、この吸着式ヒートポンプ４０は、第１及び第２の吸着器１、２と、蒸発器３と、蒸発器４と、これらの隔壁２３の間に設けられたバルブ２１とを備える。なお、本実施形態の吸着式ヒートポンプ４０は、バルブ２１以外は図１を参照しつつ説明した吸着式ヒートポンプ３０と同様であり、同一の要素には同一符号を付してその説明を省略する。
【００４１】
バルブ２１は、図４（ａ）に示すように、隔壁２３の開口２３ａに取り付けられた台座部４１と、その台座部４１の上方を覆うように配置された弁体４２とを備えている。
【００４２】
弁体４２は、例えばPET(Poly-Ethylene Terephthalate)樹脂などの柔軟な樹脂フィルムよりなり、その一端（固定端）が図４（ａ）に示すように隔壁２３にねじ止め等の方法で固定されている。
【００４３】
一方、台座部４１は、図４（ｂ）の平面図に示すように、矩形状の板状部材に、厚さ方向に貫通する複数の貫通孔４１ａを設けたものであり、その台座部４１の上面には、貫通孔４１ａの周囲を囲むように環状の凹部（溝）４１ｂが設けられている。この凹部４１ｂは、バルブ１１で凝縮した冷媒や吸着剤１７の粉末を収容するのに十分な幅及び深さに形成する。但し、バルブ１１が閉じた際に、凹部４１ｂから冷媒が漏れるのを防ぐために、凹部４１ｂは台座部４１の厚さ方向に貫通しない程度の深さとする。
【００４４】
図５（ａ）、（ｂ）は、バルブ２１の動作を説明する断面図である。
【００４５】
図５（ａ）のように、バルブ２１の下側の領域の圧力Ｐ1が上側の領域の圧力Ｐ2よりも高い場合（Ｐ1＞Ｐ2）には、その圧力差によってフィルム状の弁体４２の自由端側が浮き上がり、バルブ２１が開いた状態となる。この状態では、貫通孔４１ａを通じて冷媒の蒸気がバルブ２１を通過する。
【００４６】
一方、図５（ｂ）のように、隔壁３５の下側の領域の圧力Ｐ1が上側の領域の圧力Ｐ2よりも低い場合（Ｐ1＜Ｐ2）には、その圧力差によって弁体４２が台座部４１の上面に押し付けられる。そして、弁体４２が貫通孔４１ａと凹部４１ｂとの間の台座部４１の上面に密着することで、貫通孔４１ａが閉塞されてバルブ２１が閉じた状態となる。
【００４７】
このとき、台座部４１の表面に凹部４１ｂを設けているので、台座部４１と弁体４２との間で結露した冷媒は凹部４１ｂに排除される。また、凹部４１ｂによって弁体４２と台座部４１との接触面積が小さくなる。そのため、仮に結露した冷媒が弁体４２と台座部４１との間に残っていても、結露した冷媒の表面張力による弁体４２と台座部４１との密着力を弱めることができる。これにより、結露した冷媒の表面張力で弁体４２が台座部４１に張り付いて動かなくなる不具合を防止できる。
【００４８】
また、凹部４１ｂは、台座部４１に落下した吸着剤１７の粉末をある程度まで収容することができるため、吸着式ヒートポンプ４０の動作効率の低下を防ぐことができる。
【００４９】
なお、上記のバルブ２１において、下記に説明するように台座部４１の凹部４１ａの内部に選択的に親水性加工を施すとともに、台座部４１の弁体４２と接触する面に撥水性加工を施してもよい。
【００５０】
図６は、台座部４１の親水性加工及び撥水性加工の一例を説明する模式図である。
【００５１】
まず、図６（ａ）のように、台座部４１を用意する。この台座部４１は、例えばアルミ板等の金属板に貫通孔４１ａ及び凹部４１ｂを機械加工で形成して作製される。
【００５２】
次に、図６（ｂ）のように、台座部４１の凹部４１ｂを除く上面に、マスク４６を形成する。マスク４６は、例えば所定形状に整形されたマスキングテープを貼り付ける方法や、油性塗料を刷毛等で凸部に塗布する方法で形成できる。
【００５３】
次いで、図６（ｃ）のように、台座部４１の上側から、例えば市販のシリカ系コーティング液等の親水剤を塗布してマスク４６、台座部４１の凹部４１ｂ及び貫通孔４１ａの内壁を親水性材料４７で覆う。
【００５４】
その後、図６（ｄ）のようにマスク４６上の親水性材料４７をマスク４６とともに除去して、貫通孔４１ａ及び凹部４１ｂにのみ親水性材料を残す。
【００５５】
次に、図６（ｅ）のように、台座部４１の上面の凹部４１ｂ以外の部分に、撥水剤を選択的に塗布して撥水材料４８で覆う。ここでは、撥水材料４８には、例えば市販されているテフロンコーティング液を用いることができ、これを適当な粘度に調整して刷毛等で塗布すれば、凹部４１ｂ以外の上面に選択的に撥水材料４８を塗布できる。
【００５６】
以上のようにして、台座部４１の凹部４１ｂを除く上面に撥水加工が行われ、凹部４１ｂに親水加工が施された台座部４１が得られる。このような親水加工及び撥水加工が施された台座部４１によれば、台座部４１と弁体４２との接触部分から凹部４１ｂ側に結露した冷媒が流れやすくなる。そのため、弁体４２が台座部４１との接触部分に冷媒の液滴をより排除しやすくなり、弁体４２の台座部４１への張り付きがさらに起こり難くなる。
【００５７】
なお、凹部４１ｂだけでなく、弁体４２の台座部４１側の面に親水加工を施してもよい。
【００５８】
（３）第１実施形態の実験例
以下、本願発明者らが行った実験例について説明する。
【００５９】
第１及び第２の吸着器１、２（図３参照）内に、吸着剤１７として２００ｇのシリカゲル（富士シリシア化学社製RD2060）を充填した。また、蒸発器３には冷媒として水を充填した。
【００６０】
第１の吸着器１、第２の吸着器２、蒸発器３及び凝縮器４の接続部には、図４に示すバルブ２１を設置した。ここでは、バルブ２１の台座部４１には直径φが５mmの貫通孔４１ａを１５mmのピッチで、６０mm×５０mmの領域の中に合計１５個設けた。また、各貫通孔４１ａの周囲には、直径φが１０mm、幅が２mm及び深さが２mmの円環状の溝からなる凹部４１ｂを設け、その凹部４１ｂ内に親水加工を施した。
【００６１】
また、弁体４２は面積が約６０mm×５０mmのPET樹脂フィルムで形成し、台座部４１と接触する面に親水加工を施した。
【００６２】
このような吸着式ヒートポンプの一方の吸着器に６５℃の温水（加熱流体）を２L/minで供給し、他方の吸着器には２５℃の水（冷却流体）を２L/minで供給した。そして各吸着器への温水及び冷水の供給を１０分ごとに切り替えて運転した。
【００６３】
なお、蒸発器３には、冷水取り出し温度が１５℃及び戻り温度が１８℃となるように、循環流体を流量１L/minで循環させた。
【００６４】
以上のような実験例において、バルブ２１で結露した水（冷媒）を台座部４１の凹部４１ｂに除去でき、バルブ２１の開閉の不具合を防止できることが確認できた。また、凹部４１ｂに集められた水は、バルブ２１の開閉動作の際に気化し、凹部４１ｂに水が蓄積し続けることなく連続して動作することが確認できた。
【００６５】
（４）第２実施形態
本実施形態では、バルブの台座部の形状が図４に示すバルブ２１の台座部４１の形状と異なる。
【００６６】
図７は、本実施形態に係るバルブの台座部を示す図である。
【００６７】
この台座部５１には、図７（ａ）の斜視図に示すように、厚さ方向に貫通する複数の貫通孔５１ａと、環状の凹部（溝）５１ｂと、直線状の溝５１ｃとが形成されている。貫通孔５１ａの上端側は面取りされて、すり鉢状の傾斜面５１ｅが形成されている。この傾斜面５１ｅにより、弁体４２と台座部５１との接触面積が減少するとともに、結露した冷媒を貫通孔４１ａ側に流れやすくしている。さらに、貫通孔５１ａの内壁には台座部５１の厚さ方向に延在する溝５１ｄが複数設けられている。この溝５１ｄによって、貫通孔５１ａ内に流れ込んだ冷媒の液滴が貫通孔５１ａ内に溜まることなく下方に流れる。
【００６８】
台座部５１の上面の直線状の溝５１ｃは、台座部５１の周縁部にまで延在するとともに、図７（ｂ）の部分拡大図に示すように凹部５１ｂと接続されている。これにより、凹部５１ｂに集められた冷媒の液滴を溝５１ｃを通じて台座部５１の外部に排出できるようになっている。
【００６９】
図８（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係るバルブの動作を示す断面図である。
【００７０】
図８（ａ）のように、バルブ５０の下側の領域の圧力Ｐ1が上側の領域の圧力Ｐ2よりも高い場合（Ｐ1＞Ｐ2）には、台座部５１の上面側に配置された弁体４２の自由端側が圧力差によって浮き上がる。そして、台座部５１の貫通孔５１ａを通じてバルブ５０を冷媒の蒸気が通過する。
【００７１】
一方、図８（ｂ）のように、バルブ５０の下側の領域の圧力Ｐ1が上側の領域の圧力Ｐ2よりも低い場合（Ｐ1＜Ｐ2）には、弁体４２が圧力差によって台座部５１の上面側に押し付けられ、貫通孔５１ａが閉塞されバルブ５０が閉じる。
【００７２】
このとき、バルブ５０で結露した冷媒は、弁体４２と台座部５１との接触部分から凹部５１ｂ又は傾斜面５１ｅに排除され、溝５１ｃ又は貫通孔の溝５１ｄを通じて台座部５１外に排出される。これにより、凹部５１ｂ内への冷媒の蓄積を防ぐことができる。また、凹部５１ｂに加えて傾斜面５１ｅ及び溝５１ｃが形成されているため、弁体４２と台座部５１との接触面積がさらに減少し、結露した冷媒の表面張力による弁体４２と台座部５１との密着力を抑制できる。
【００７３】
また、台座部５１の表面に落ちた吸着剤１７の粉末を冷媒と共に溝５１ｃを通じて台座部５１の外部に流出させることができるため、バルブ５０が閉じなくなる不具合を起こし難くなっている。
【００７４】
このように、本実施形態に係るバルブ５０によればバルブの開閉の不具合をより効果的に防止でき、吸着式ヒートポンプ４０を長期間安定して運転できる。
【００７５】
なお、本実施形態でも、台座部５１の凹部５１ｂ、溝５１ｃ、傾斜面５１ｅの表面に親水加工を施し、台座部５１と弁体４２との接触する部分に撥水加工を施してもよい。
【００７６】
（５）第３実施形態
図９は、第３実施形態に係る情報処理システムのブロック図である。
【００７７】
この情報処理システム８０は、吸着式ヒートポンプ４０と、電子機器７０と、流体切替器６１と、冷却タワー６２と、空調機６３とを備えている。なお、本実施形態の吸着式ヒートポンプ４０は、図３に示す吸着式ヒートポンプ４０（第１実施形態）と同じであり、同一の要素には同一符号を付してその説明を省略する。
【００７８】
電子機器７０は、例えばサーバ等であり、その内部にはCPU７１、HDD（Hard Disc Drive）７２、及び電源装置７３等の比較的発熱量が多い電子部品が内蔵されている。また、電子機器７０の内部には、これらの電子部品を冷却するための冷却配管７４が設けられている。電子機器７０内の電子部品は、冷却配管７４内を流れる加熱流体６によって冷却される。電子機器７０を冷却することで温度上昇した加熱流体６は、流体切替器６１を介して吸着式ヒートポンプ４０に送られる。
【００７９】
一方、冷却タワー６２は、外気との熱交換により吸着式ヒートポンプ４０からの冷却流体９及び冷却水１５を冷却する。
【００８０】
流体切替器６１は、内蔵した制御装置の制御の下で、第１の吸着器１及び第２の吸着器２に供給する加熱流体６及び冷却流体９を一定時間（例えば１０分）毎に切り替える。第１の吸着器１及び第２の吸着器２では、吸着工程及び脱着工程が交互に行われる。
【００８１】
凝縮器４には冷却タワー６２から冷却水１５が供給され、脱着工程で蒸発した冷媒の蒸気が凝縮される。凝縮器４で凝縮された冷媒は、冷媒回収配管１６を通じて蒸発室３に戻される。
【００８２】
蒸発器３では、連続的に冷媒が蒸発して冷熱が発生し、この冷熱が配管６４を通る循環流体５を介して空調機６３に供給される。空調機６３は、この冷熱を利用して電子機器７０が設置されたサーバルーム内の冷房を行う。
【００８３】
上記のような情報処理システム８０では、吸着式ヒートポンプ４０を用いるので、電子機器７０の冷却とその廃熱を利用した冷房を長時間にわたって安定して行うことができる。
【００８４】
以上の諸実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【００８５】
（付記１）冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器と接続され、前記蒸発器で蒸発した冷媒の吸着と吸着した冷媒の脱着とを交互に切り替えて行う吸着器と、
前記吸着器に接続され、前記吸着器から脱着された冷媒を凝縮させる凝縮器と、を備え、
前記蒸発器と吸着器との間及び前記吸着器と凝縮器との間の少なくとも一方にバルブが配設され、
前記バルブは、貫通孔が形成された台座部と前記台座部上に設置されたシート状の弁体 とを含み、前記貫通孔の周囲の前記台座部の表面には、凹凸が形成されていること
を特徴とする吸着式ヒートポンプ。
【００８６】
（付記２）前記貫通孔の側壁には、前記台座部の厚さ方向に延在する溝が形成されていることを特徴とする付記１に記載の吸着式ヒートポンプ。
【００８７】
（付記３）前記貫通孔の前記弁体側の端部が面取りされていることを特徴とする付記１又は付記２に記載の吸着式ヒートポンプ。
【００８８】
（付記４）前記凹凸は、前記貫通孔の周囲に形成された環状の凹部と、該凹部と接続されて前記台座部の周縁部にまで延在する溝とを備えることを特徴とする付記１乃至付記３の何れか１項に記載の吸着式ヒートポンプ。
【００８９】
（付記５）前記冷媒は水であり、前記凹凸のうちの凹部が親水性の材料で覆われていることを特徴とする付記１乃至付記４の何れか１項に記載の吸着式ヒートポンプ。
【００９０】
（付記６）前記台座部の前記弁体と接触する部分が撥水性の材料で覆われていることを特徴とする付記５に記載の吸着式ヒートポンプ。
【００９１】
（付記７）前記台座部の貫通孔は円柱状に形成され、前記凹凸は前記貫通孔の周囲に同心円状に形成された凹部からなることを特徴とする付記１乃至６の何れか１項に記載の吸着式ヒートポンプ。
【００９２】
（付記８）前記弁体の前記台座部側の面が親水性の材料で覆われていることを特徴とする付記５又は付記６に記載の吸着式ヒートポンプ。
【００９３】
（付記９）冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器と接続され、前記蒸発器で蒸発した冷媒の吸着と吸着した冷媒の脱着とを交互に切り替えて行う吸着器と、前記吸着器に接続され、前記吸着器から脱着された冷媒を凝縮させる凝縮器と、を備え、前記蒸発器と吸着器との間及び前記吸着器と凝縮器との間の少なくとも一方にバルブが配設され、前記バルブは、貫通孔が形成された台座部と前記台座部上に設置されたシート状の弁体とを含み、前記貫通孔の周囲の前記台座部の表面には、凹凸が形成された吸着式ヒートポンプと、
前記吸着式ヒートポンプによって冷却される電子機器と、
を有することを特徴とする情報処理システム。
【００９４】
（付記１０）前記吸着器に供給する冷却流体を冷却する冷却タワーと、
前記電子機器により加熱された加熱流体と前記冷却タワーで冷却された冷却流体とを一定時間ごとに切り替えながら前記吸着器に供給する流体切替器と、
前記蒸発器で発生した冷熱で冷房を行う空調機と、
を備えたことを特徴とする付記９に記載の情報処理システム。
【符号の説明】
【００９５】
１…第１の吸着器、２…第２の吸着器、３…蒸発器、４…凝縮器、５…循環流体、６…加熱流体、７…内部配管、８…冷却配管、９…冷却流体、１０…循環配管、１１、２１、５０…バルブ、１５…冷却水、１６…冷媒回収配管、１７…吸着剤、１８…冷媒、３０、４０…吸着式ヒートポンプ、３１、４１、５１…台座部、３１ａ、４１ａ、５１ａ…貫通孔、３２、４２…弁体、３３…隔壁、４１ｂ、５１ｂ…凹部、４６…マスク、４７…親水性材料、４８…撥水性材料、５１ｃ、５１ｄ…溝、５１ｅ…傾斜面。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器と接続され、前記蒸発器で蒸発した冷媒の吸着と吸着した冷媒の脱着とを交互に切り替えて行う吸着器と、
前記吸着器に接続され、前記吸着器から脱着された冷媒を凝縮させる凝縮器と、を備え、
前記蒸発器と吸着器との間及び前記吸着器と凝縮器との間の少なくとも一方にバルブが配設され、
前記バルブは、貫通孔が形成された台座部と前記台座部上に設置されたシート状の弁体 とを含み、前記貫通孔の周囲の前記台座部の表面には、凹凸が形成されていること
を特徴とする吸着式ヒートポンプ。
【請求項２】
前記貫通孔の側壁には、前記台座部の厚さ方向に延在する溝が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項３】
前記貫通孔の前記弁体側の端部が面取りされていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項４】
前記凹凸は、前記貫通孔の周囲に形成された環状の凹部と、該凹部と接続されて前記台座部の周縁部にまで延在する溝とを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項５】
冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器と接続され、前記蒸発器で蒸発した冷媒の吸着と吸着した冷媒の脱着とを交互に切り替えて行う吸着器と、前記吸着器に接続され、前記吸着器から脱着された冷媒を凝縮させる凝縮器と、を備え、前記蒸発器と吸着器との間及び前記吸着器と凝縮器との間の少なくとも一方にバルブが配設され、前記バルブは、貫通孔が形成された台座部と前記台座部上に設置されたシート状の弁体とを含み、前記貫通孔の周囲の前記台座部の表面には、凹凸が形成された吸着式ヒートポンプと、
前記吸着式ヒートポンプによって冷却される電子機器と、
を有することを特徴とする情報処理システム。
【請求項１】
冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器と接続され、前記蒸発器で蒸発した冷媒の吸着と吸着した冷媒の脱着とを交互に切り替えて行う吸着器と、
前記吸着器に接続され、前記吸着器から脱着された冷媒を凝縮させる凝縮器と、を備え、
前記蒸発器と吸着器との間及び前記吸着器と凝縮器との間の少なくとも一方にバルブが配設され、
前記バルブは、貫通孔が形成された台座部と前記台座部上に設置されたシート状の弁体 とを含み、前記貫通孔の周囲の前記台座部の表面には、凹凸が形成されていること
を特徴とする吸着式ヒートポンプ。
【請求項２】
前記貫通孔の側壁には、前記台座部の厚さ方向に延在する溝が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項３】
前記貫通孔の前記弁体側の端部が面取りされていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項４】
前記凹凸は、前記貫通孔の周囲に形成された環状の凹部と、該凹部と接続されて前記台座部の周縁部にまで延在する溝とを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項５】
冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器と接続され、前記蒸発器で蒸発した冷媒の吸着と吸着した冷媒の脱着とを交互に切り替えて行う吸着器と、前記吸着器に接続され、前記吸着器から脱着された冷媒を凝縮させる凝縮器と、を備え、前記蒸発器と吸着器との間及び前記吸着器と凝縮器との間の少なくとも一方にバルブが配設され、前記バルブは、貫通孔が形成された台座部と前記台座部上に設置されたシート状の弁体とを含み、前記貫通孔の周囲の前記台座部の表面には、凹凸が形成された吸着式ヒートポンプと、
前記吸着式ヒートポンプによって冷却される電子機器と、
を有することを特徴とする情報処理システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−１１４１７（Ｐ２０１３−１１４１７Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４５２５４（Ｐ２０１１−１４５２５４）
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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