情報センタの環境調整方法および環境調整システム
【課題】データセンタを冷却する。
【解決手段】環境調整システムは、複数のサーバ６を有するデータセンタ４の環境を調整する。環境調整システムは、複数のサーバ６を有する空間をデータセンタ４の部分空間４ａとして密閉する風除室２４およびアクセスピットを有する。また環境調整システムは、データセンタ４内に設けられた第１ゴム袋１２と、第２ゴム袋１４と、第３ゴム袋１６と、を有する。環境調整システムでは、部分空間４ａの温度が上限温度を超えると第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６のうちのひとつの内部の水が第１貯水槽２６に排水される。これにより部分空間４ａの体積が断熱的に増える。
【解決手段】環境調整システムは、複数のサーバ６を有するデータセンタ４の環境を調整する。環境調整システムは、複数のサーバ６を有する空間をデータセンタ４の部分空間４ａとして密閉する風除室２４およびアクセスピットを有する。また環境調整システムは、データセンタ４内に設けられた第１ゴム袋１２と、第２ゴム袋１４と、第３ゴム袋１６と、を有する。環境調整システムでは、部分空間４ａの温度が上限温度を超えると第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６のうちのひとつの内部の水が第１貯水槽２６に排水される。これにより部分空間４ａの体積が断熱的に増える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報センタの環境調整方法および環境調整システムに関し、特に情報処理装置が設置される情報センタの環境を調整する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化と言う問題が、昨今聞かれる。地球温暖化対策の一つとしては電力需要を減らすことがある。電力は一般的に水力発電、太陽光発電、風力発電、地熱発電などの自然由来の発電や、原子力を使う原子力発電や、ガス、石油、石炭などを燃料として燃やし発電を行う火力発電によって供給されている。この中でも特に火力発電は地球温暖化を進める大きな要因となっている。電力需要を減らせば火力発電の発電量も減らすことができるので、その分地球温暖化も抑止されうる。
【０００３】
ＩＴ（Information Technology）やＩＣＴ（Information and Communication Technology）の分野でも、電力需要を低減する必要性が指摘され始めている。ＩＴ機器やＩＣＴ機器が設置されたデータセンタで消費される電力のなかには、機器そのものが消費する電力に加えてマシンフロアの空調に使用される電力も含まれる。
【０００４】
データセンタでは通常数多くのＩＴ機器やＩＣＴ機器が運用されており、それらが発する熱は相当な量となる。したがって特に夏場などはエアコンなどの空調機器を使用して発生した熱をマシンフロア外に排出する必要がある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１５５６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような状況のもと本発明者は以下の課題を認識した。
従来では上述の通り、データセンタのマシンフロアの温度を下げるためには空調機器を使用することが多い。また、マシンフロアの温度より外気温が低い場合は、その外気をマシンフロア内に送風し温度を下げることも考えられる。しかしながらどちらも冷気を注入する方法である。
【０００７】
マシンフロア内の熱源の主なものは、コンピュータやその記録装置、通信装置などである。これらのＩＴ機器（ＩＣＴ機器）を熱効率の良い省エネ機器に入れ替えることや、不必要なシステムを統合し、稼動するコンピュータ機器の数を減らす方法もある。しかしながら、近年はＩＴ設備を増強する傾向にあることやコスト面などの問題でＩＴ機器の交換や削減はなかなか行えない場合が多い。
【０００８】
緯度が高く平均気温が低い場所へのデータセンタの移設も考えられる。例えば沖縄県に構築されているデータセンタより北海道に構築されているデータセンタの方が、同規模の施設ならば冷却に必要な空調設備の稼動率はより低くなる。しかしながら、既存のデータセンタを他の土地に移設するには、費用面などの課題がある。また、データセンタに必要不可欠な通信インフラも例えば北海道−本州間となるとその性能に不安が残る。
【０００９】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、情報処理装置が設置される情報センタの環境を調整する技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のある態様は環境調整システムに関する。この環境調整システムは、情報処理装置が設置される情報センタの環境調整システムであり、装置を含む空間を情報センタの部分空間として密閉する密閉機構と、密閉された部分空間の体積を装置ないしその雰囲気の温度に応じて調整する体積調整機構と、を備える。
【００１１】
この態様によると、密閉された部分空間の体積を調整することで、情報センタの環境を調整できる。
【００１２】
本発明の別の態様もまた、環境調整システムである。この環境調整システムは、無生物が設置される建物の環境調整システムであり、無生物を含む空間を建物の部分空間として密閉する密閉機構と、密閉された部分空間の体積を無生物ないしその雰囲気の温度に応じて調整する体積調整機構と、を備える。
【００１３】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を装置、方法、システム、コンピュータプログラム、コンピュータプログラムを格納した記録媒体などの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、情報処理装置が設置される情報センタの環境を調整できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態に係る環境調整システムが設けられたビルの構成を示す模式的な斜視図である。
【図２】図１のデータセンタの上面図である。
【図３】実施の形態に係る環境調整システムのアクセスピットを示す断面図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態に係る環境調整システムにおける調整サイクルを示す説明図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｃ）は、変形例に係る環境調整システムにおける調整サイクルを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。
【００１７】
実施の形態に係る環境調整システムは、データセンタ内の空気を実質的に断熱膨張させる。これによりデータセンタ内の温度が下がり、ひいてはデータセンタに設けられているサーバの温度が下がる。したがって、クーラ等の空調機器とは別系統でサーバを冷却できる。
【００１８】
（断熱膨張について）
まず断熱膨張について説明する。
断熱膨張は、外部との熱のやりとりがない熱力学過程のうち系の体積が増大する過程である。熱力学の第１法則によると、この過程では系が外部に対して仕事を行うので、その分内部エネルギが低下し、系の温度が下がる。
【００１９】
ポアソンの法則によると、系の温度をＴ、体積をＶとすると断熱膨張の前後で以下の式１が成り立つ。
【数１】
ここでγは比熱比であり、
【数２】
で与えられる。ただしｃｐは定圧モル比熱であり、ｃｖは定積モル比熱である。
基準状態付近における空気の比熱比γはおよそ１．４であることが知られている。
【００２０】
例えば系の温度が３０℃である場合を考える。この系の体積を断熱膨張により１０％膨張させると、式１から、
【数３】
となり、断熱膨張後の温度は理論的には１８．７℃程度となる。実際の系では空気中の水分の凝縮や熱のリークなどがあるので断熱膨張後の温度は理論値より高くなるが、それでも系に外部に対して仕事をさせることで系の温度を下げることができる。
【００２１】
（実施の形態）
図１は、実施の形態に係る環境調整システムが設けられたビル２の構成を示す模式的な斜視図である。図２は、ビル２のデータセンタ４の上面図である。説明をより明確とするため、図１、図２では図３で後述されるアクセスピット４６を省略する。ビル２の高層階、たとえば３階にデータセンタ４が設けられる。ビル２を外部から見た場合データセンタ４の内部は壁等に隠れて見えないが、図１では説明のためデータセンタ４の内部の構造を示す。データセンタ４は、複数のサーバ６と、第１ゴム袋１２と、第２ゴム袋１４と、第３ゴム袋１６と、エアコン等の空調機器８と、風除室２４と、を備える。データセンタ４は、例えば壁に断熱材を使用し窓を設けないなどして高い断熱性を有するように構成される。複数のサーバ６はインターネットなどのネットワークを通じて外部と接続され、種々の情報処理を行う。
【００２２】
複数のサーバ６が稼動しているとそのサーバ６からの発熱によってデータセンタ４の温度が上昇しうる。そこでデータセンタ４の温度を下げるべく空調機器８を運転する。しかしながら空調機器８の性能やサーバ６の数によっては空調機器８だけでは冷却効果が不十分である場合がある。また、特にサーバ６の数が多い場合に空調機器８のみで冷却しようとすると電力の消費が多くなる。
【００２３】
データセンタ４内の空間のうち風除室２４が占める空間と第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６が占める空間とを除いた残りの空間すなわち複数のサーバ６を含む空間をデータセンタ４の部分空間４ａとして定義する。データセンタ４は部分空間４ａを密閉可能に構成される。
【００２４】
第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６はそれぞれ内部に水を蓄えたゴム袋である。各ゴム袋は内部の水が外部に放出されると小さくなり、その分データセンタ４の部分空間４ａの体積が増える。実施の形態に係る環境調整システムは第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６を使用してデータセンタ４の部分空間４ａの体積を断熱的に増やす。これによりデータセンタ４の温度ひいてはサーバ６の温度を空調機器８とは別系統で下げることができる。
【００２５】
断熱膨張を使用した冷却のためには、部分空間４ａの断熱性と密閉性とが要求される。密閉性については部分空間４ａが後述の密閉機構などにより密閉されることにより達成される。ここで部分空間４ａが「密閉される」ことは、部分空間４ａが密閉されるように部分空間４ａが設計されることを含み、その場合実際の部分空間４ａには多少のリークは存在しうる。断熱膨張を使用した冷却のために要求される密閉性という観点からは、密閉された部分空間４ａへのこのような多少のリークの存在は許されることは理解される。例えば第１ゴム袋１２から水が放出されている間における外部から部分空間４ａへのリークによる気圧の増加分が実際の気圧に対して無視できる程度であればそのようなリークは許される。
【００２６】
また、断熱性についても実際の部分空間４ａが完全に外部と断熱されていることは要求されておらず、多少の熱リークが存在してもよい。例えば第１ゴム袋１２から水が放出されている間における外部から部分空間４ａへの熱リークによる部分空間４ａの温度の増加分が実際の温度に対して無視できる程度であればそのような熱リークは許される。
【００２７】
環境調整システムは、第１ゴム袋１２と、第２ゴム袋１４と、第３ゴム袋１６と、第１放出弁１８と、第２放出弁２０と、第３放出弁２２と、風除室２４と、第１貯水槽２６と、送水ポンプ２８と第２貯水槽３０と、バッテリ３２と、ソーラパネル３４と、給水弁３６と、差圧弁３８と、水力発電システム８０と、を備える。
第１放出弁１８は第１ゴム袋１２と第１貯水槽２６との間の配管上に設けられ、第１ゴム袋１２からの水の放出を制御する。第２放出弁２０は第２ゴム袋１４と第１貯水槽２６との間の配管上に設けられ、第２ゴム袋１４からの水の放出を制御する。第３放出弁２２は第３ゴム袋１６と第１貯水槽２６との間の配管上に設けられ、第３ゴム袋１６からの水の放出を制御する。
【００２８】
環境調整システムでは空調機器８による電力の消費を制限するため、空調機器８で使用される電力に所定の上限値を設ける。環境調整システムは図示しない温度センサによりデータセンタ４の温度を監視する。その温度が所定のしきい値である上限温度を越えると、環境調整システムは第１放出弁１８、第２放出弁２０、第３放出弁２２のうちのひとつを開き、対応するゴム袋に蓄えられた水を第１貯水槽２６へ重力の作用により放出する。この際水が放出されたゴム袋は小さくなり、その分データセンタ４の部分空間４ａの体積が増える。ゴム袋と第１貯水槽２６とをつなぐ配管は、この水放出過程がデータセンタ４の内と外との間での熱のやりとりが無視できる時間内に完了するように設計されてもよい。各放出弁の設計についても同様である。これによりデータセンタ４の部分空間４ａ内の空気は実質的に断熱膨張し、その温度は下がる。その結果、サーバ６の温度も下がる。
上記の温度および弁の制御は図示しない制御用サーバによって行われてもよい。
【００２９】
第１貯水槽２６はビル２の地下に設置され、第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６から放出される水を蓄える。第１貯水槽２６に蓄えられた水はビル２の屋上２ａに設けられた送水ポンプ２８を介して屋上２ａに設置された第２貯水槽３０に移送される。バッテリ３２は送水ポンプ２８へ電力を供給する。ソーラパネル３４は昼間に太陽光から電力を生成してバッテリ３２に蓄える。
なお、第１貯水槽２６は第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６に蓄えられる水の全量を収容できる程度の容量を有することが望ましい。また第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６に給水している間平行して送水ポンプ２８で第１貯水槽２６から水を移送する制御も可能であることを考慮すると、第２貯水槽３０の容量は第１貯水槽２６の容量よりも少なくてもよい。
【００３０】
水力発電システム８０は、データセンタ４のゴム袋と第１貯水槽２６との間の水路上に設けられる。水力発電システム８０は、ゴム袋に蓄えられた水が第１貯水槽２６へ放出される際、その放出される水を受けて発電する。水力発電システム８０は発電された電力をバッテリ３２に送り、ソーラパネル３４と並行してバッテリ３２を充電する。水力発電システム８０は、直流発電機８２と、水車８４と、を含む。水車８４は放出される水を受け、回転する。直流発電機８２は、シャフトを介して水車８４と接続され、水車８４の回転を受けて直流電力を生成する。直流発電機８２は、生成した電力をバッテリ３２に送る。
【００３１】
これにより、ゴム袋に蓄えた水の位置エネルギを再利用できるので、より効率的な環境調整システムを実現できる。また、ソーラパネル３４による太陽光発電とは異なり水力発電は天候に左右されない。したがって、例えば雨や曇りなど天候が不順な日でも水力発電システム８０は安定して一定の電力をバッテリ３２に供給できる。
【００３２】
給水弁３６は第２貯水槽３０から第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６への給水を制御する。給水弁３６は、夜間など通常より電力が安くなり外気温が下がる時間帯に、第２貯水槽３０から第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６へゆっくりと給水する。特に給水弁３６は、夜間を通じて第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６に水を供給する。
【００３３】
第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６に水が供給されてそれらが膨らむと、データセンタ４の部分空間４ａ内の空気に対して仕事がなされたことになるのでその分部分空間４ａ内の空気が熱せられる。しかしながら部分空間４ａ内の空気の圧縮により発生した熱は以下の３つのプロセスで部分空間４ａから排出される。
（１）データセンタ４の部分空間４ａとデータセンタ４の外部との間に微小であるが存在する熱リークにより、圧縮で発生した熱は、夜間で温度がより低い外部に夜間を通じて排出される。
（２）空調機器８がより安い夜間電力を使用して圧縮で発生した熱を外部に排出する。
（３）第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６に供給される水の温度は夜間の低い外気温程度であるので、圧縮で発生した熱は供給した水そのものをデータセンタ４内の温度程度まで上げるのに使用される。
【００３４】
差圧弁３８はデータセンタ４の内部と外部、例えば屋外との間に設けられた差圧弁であり、部分空間４ａ内の空気が圧縮される際データセンタ４の気圧が所定の値以下となるよう動作する。
【００３５】
風除室２４は、データセンタ４の部分空間４ａと廊下４０との間の入退室の経路上に設けられ、データセンタ４の部分空間４ａおよび廊下４０の両者と隔てられた領域である。風除室２４は、データセンタ４の部分空間４ａ側に第１ドア２４ａと、廊下４０側に第２ドア２４ｂと、を有する。風除室２４により廊下４０などのデータセンタ４の外部からデータセンタ４内に塵や埃などが直接入ることが防がれうる。またドアを介したデータセンタ４内外の熱の流出入も低減できる。これは特に本実施の形態では断熱性が求められるので好適である。またドアを通じた部分空間４ａへの空気の流入を防ぐ密閉機構の役割も果たす。
【００３６】
データセンタ４においては、通常複数のサーバ６はデータセンタ４の外部と電源ケーブルやＬＡＮケーブルなどのケーブルを介して接続される。また、第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６からの配管もデータセンタ４の外部へ出る。これらのケーブルや配管をデータセンタ４内に引き入れるために、例えばデータセンタ４の壁に穴を開けそこにケーブルや配管を通すことが考えられる。そのような箇所には空気漏れが発生する可能性がある。この空気漏れを避けるために、ゴムやシリコン系の詰め物でケーブル／配管と壁との隙間を埋めて空気を遮断する方法もある。しかしながらこの方法ではケーブルや配管は固定される。したがって電源系や通信系のケーブルの敷設と撤去が頻繁に行われうるデータセンタ４での使用には向いていない。敷設や撤去の作業ごとに詰め物を取り除いて再度詰める工程が必要となり、少なくともこの工程の間は気密性が保たれなくなるからである。またそのような詰め物の工事を頻繁に行うと空気漏れを助長しかねない。
【００３７】
図３は、環境調整システムのアクセスピット４６を示す断面図である。環境調整システムは密閉機構としてのアクセスピット４６を含む。アクセスピット４６はデータセンタ４と廊下４０との境界、例えばデータセンタ４の壁４ｂの底部に設けられる。アクセスピット４６は、隔離槽４２と、ジェリー状の液体４４と、を含む。隔離槽４２は、データセンタ４の壁４ｂの下端４ｃがジェリー状の液体４４に漬かるのに十分な量のジェリー状の液体４４を保持する。ケーブル５２や配管５０はジェリー状の液体４４の中を通してデータセンタ４の内部に引き入れられる。言い換えると、ジェリー状の液体４４は第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６を第１貯水槽２６に接続する配管５０と部分空間４ａを形成する壁４ｂとの間の隙間を埋めている。
【００３８】
これにより配管５０やケーブル５２をデータセンタ４の内部に引き入れる箇所での空気漏れを低減できる。また、配管５０やケーブル５２の撤去や敷設の際にもジェリー状の液体４４から引き抜いたり液体４４に漬けたりすればよいので、作業は容易であり、気密性も保たれる。なお、ケーブル５２を液体４４に漬ける点については、近年の電源ケーブルや通信ケーブルは大抵防水加工がなされているので困難ではない。また配管５０の用途を考えると配管５０を液体４４に漬けるのも困難ではない。
【００３９】
以上の構成による環境調整システムの動作を説明する。
以下環境調整システムを備えたビル２が、昼間（午前６時から午後６時）よりも夜間（午後６時から午前６時）のほうが電力料金が安く、また昼間よりも夜間のほうが外気温が低い場所にある場合を想定する。
図４（ａ）〜（ｄ）は、環境調整システムにおける調整サイクルを示す説明図である。 図４（ａ）は、午前７時におけるデータセンタ４の模式的な側面図である。夜間を通して第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６に水をゆっくりと供給した結果、第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６には満量の水が蓄えられている。また、第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６が膨らむことで部分空間４ａの空気に与えられた熱は上記の３つのプロセスで排出されるので、部分空間４ａの温度は外気温と同程度となっている。
図４（ｂ）は、午前１０時におけるデータセンタ４の模式的な側面図である。複数のサーバ６から発せられる熱により部分空間４ａの空気が温められる。部分空間４ａの温度が上限温度を越えると、まず第３放出弁２２が開けられ第３ゴム袋１６内の水が放出される。すると第３ゴム袋１６がしぼんだ分だけ部分空間４ａの体積が増え、断熱膨張の原理によって部分空間４ａの温度が下がる。
図４（ｃ）は、午後２時におけるデータセンタ４の模式的な側面図である。複数のサーバ６から発せられる熱によって部分空間４ａの空気が再び温められる。その温度が上限温度を超えると、第２放出弁２０が開けられ第２ゴム袋１４内の水が放出される。すると部分空間４ａの温度が下がる。
図４（ｄ）は、午後５時におけるデータセンタ４の模式的な側面図である。第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６共に中の水が放出された状態にある。以後夜間を通して給水弁３６を開け、少しずつ第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６に水を戻し、図４（ａ）の状態に戻る。
【００４０】
本実施の形態に係る環境調整システムによると、データセンタ４の部分空間４ａを空調機器８とは別系統で冷却できる。したがってその分空調機器８で消費される電力を低減できる。特にその冷却には断熱膨張の原理を使用し部分空間４ａの空気に仕事をさせるので、熱交換によらずに直接部分空間４ａの温度を下げることができる。
また、水をビル２の上層に設けたデータセンタ４の内部から地下の第１貯水槽２６にむけて放出することでデータセンタ４の部分空間４ａの体積を増やしている。したがって、重力を利用したより自然な形で部分空間４ａの空気を膨張させてその温度を下げることができる。
【００４１】
データセンタ４などの情報センタについては以下の特徴がある。
（１）データセンタ４に管理者が常駐する必要はない。
（２）データセンタ４のリソース（サーバ６など）は、気圧の変化による影響を受けにくい。
したがって、他の用途、例えば居住用に使用される部屋と比較して、情報センタは特に上記の断熱膨張を使用した冷却方法に適している。
【００４２】
また、一度抜いた水はソーラパネル３４による太陽光発電で蓄えた電力を使用して第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６に戻される。したがって、このプロセスでは商用電力を使用しないので経済的でありまた環境にも優しい。加えて、夜間に水を戻すので、水を戻すことにより発生する熱をより温度の低い外部に逃がしたり、より安い夜間電力を使用して処理できる。
【００４３】
また見方を変えると、太陽光発電等の自然由来の電力をゴム袋に蓄えられる水の形で蓄えておき、必要なときに水を放出するという形で蓄えられた電力を部分空間４ａ冷却のために使用していると言える。
【００４４】
また、図４（ａ）〜（ｄ）に示されるように第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６に蓄えられた水を段階的に放出する。したがって、よりきめ細やかな冷却制御が可能となる。加えて各段階では第１放出弁１８、第２放出弁２０、第３放出弁２２をそれぞれ開ければよいので流量制御は不要であり構造が簡単となる。
【００４５】
データセンタ４の外気温について、本実施の形態では特に水をゴム袋に戻す際に外気温が低い方がよい。戻す水自体の温度を低くするためと、データセンタ４の部分空間４ａの圧縮により発生する熱を外部に逃すためである。したがって、データセンタ４は緯度が高く通年の平均温度が低い場所（例えば、北海道、アラスカ、シベリア）に設けられることが好ましい。
【００４６】
第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６の変形例を説明する。変形例に係る環境調整システムは、第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６の代わりにそれらを合わせた容量を有するひとつの第４ゴム袋７０を有する。図５（ａ）〜（ｃ）は、変形例に係る環境調整システムにおける調整サイクルを示す説明図である。変形例に係るデータセンタ４’は、複数のサーバ６と第４ゴム袋７０とを有する。
図５（ａ）は、午前７時におけるデータセンタ４’の模式的な側面図である。夜間を通して第４ゴム袋７０に水をゆっくりと供給した結果、第４ゴム袋７０には満量の水が蓄えられている。また、第４ゴム袋７０が膨らむことでデータセンタ４’の部分空間４ａ’の空気に与えられた熱は上記の３つのプロセスで排出されるので、部分空間４ａ’の温度は外気温と同程度となっている。
図５（ｂ）は、午後１時におけるデータセンタ４’の模式的な側面図である。複数のサーバ６から発せられる熱により部分空間４ａ’の空気が温められる。部分空間４ａ’の温度が上限温度を越えると、第４ゴム袋７０と第１貯水槽２６との間に設けられた第４放出弁が開けられ第４ゴム袋７０内の水が第１貯水槽２６に放出される。この際第４ゴム袋７０と第１貯水槽２６との間の配管に設けられたフローメータにより流量が測定され、第４ゴム袋７０の容量の約１／３の水が放出されたところで第４放出弁が閉じられる。第４ゴム袋７０がしぼんだ分、したがって第４ゴム袋７０の容量の約１／３だけ部分空間４ａ’の体積が増え、断熱膨張の原理によって部分空間４ａ’の温度が下がる。
図５（ｃ）は、午後５時におけるデータセンタ４’の模式的な側面図である。第４ゴム袋７０は中の水が放出された状態にある。夜間は給水弁３６を開けて少しずつ第４ゴム袋７０に水を戻し、図５（ａ）の状態に戻る。
【００４７】
本変形例によると、ゴム袋の数を減らすことができる。また、フローメータによる流量調整を採用したので、第１の実施の形態の場合よりも細かい刻みで部分空間４ａ’の体積の増分を制御できる。
なお、第１の実施の形態およびその変形例を組み合わせた制御、すなわち第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６の各ゴム袋からの水の放出をフローメータにより制御することを採用してもよい。
【００４８】
以上、実施の形態に係る環境調整システムの構成と動作について説明した。これらの実施の形態は例示であり、その各構成要素や各処理の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００４９】
実施の形態では部分空間４ａの体積を増やす機構として中に水を含むゴム袋を使用する場合について説明したが、これに限られず、他の適切な強度および弾性を有する弾性袋体であってもよい。また中に含まれる液体として水以外の液体を使用してもよい。
【００５０】
実施の形態では、第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６へ第１貯水槽２６の水を戻すために、ソーラパネル３４を使用した太陽光発電によって蓄えられた電力を使用する場合について説明したが、これに限られない。例えば、バッテリ３２に蓄えられた電力だけでは足りない場合は夜間電力を使用してもよい。また、風力発電装置をビル２の屋上２ａに取り付けてそこから電力を供給してもよい。ビル２が特に高層ビルの場合は、上層階は地表に近い階より自然な空気の流れが多いので、その風力を利用した１）風力発電装置による送水ポンプ２８の電力確保または２）その風力を使った自然空冷方式を備えてもよい。
【００５１】
実施の形態においてデータセンタ４の部分空間４ａに密閉される空気は乾燥空気であることが望ましい。水分の凝縮によって冷却効果が薄まることを防ぐためである。
【００５２】
実施の形態において、サーバ６のメンテナンス等のために管理者がデータセンタ４に入室する必要がある場合がある。したがって、環境調整システムはデータセンタ４内に乾燥空気を導入してデータセンタ４を復圧する復圧手段を有してもよい。ここで乾燥空気を使用する理由は上記の通りである。また、管理者が作業している間に誤ってゴム袋から水を抜いて減圧しないように、環境調整システムはデータセンタ４に取り付けられた人感センサを有してもよい。データセンタ４は人感センサが人の存在を検知している間はゴム袋から水を抜かないように構成される。
【００５３】
実施の形態では、環境調整システムはデータセンタ４の環境を調整する場合について説明したが、これに限られない。例えば、環境調整システムは、倉庫などのＩＴ機器運用以外に使われる建物の環境を調整してもよい。また環境調整システムによって環境が調整される区画が無生物や液体を貯蔵するための区画（部屋）であって人間が共存しなくてもよい区画である場合は、減圧の度合いを高めにして温度をさらに下げてもよい。
【００５４】
以上、実施の形態にもとづき本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎないことはいうまでもなく、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００５５】
２ ビル、 ４ データセンタ、 ４ａ 部分空間、 ６ サーバ、 ８ 空調機器、 １２ 第１ゴム袋、 １４ 第２ゴム袋、 １６ 第３ゴム袋、 １８ 第１放出弁、 ２０ 第２放出弁、 ２２ 第３放出弁、 ２４ 風除室、 ２６ 第１貯水槽、 ２８ 送水ポンプ、 ３０ 第２貯水槽、 ３２ バッテリ、 ３４ ソーラパネル、 ３６ 給水弁、 ３８ 差圧弁、 ４６ アクセスピット。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報センタの環境調整方法および環境調整システムに関し、特に情報処理装置が設置される情報センタの環境を調整する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化と言う問題が、昨今聞かれる。地球温暖化対策の一つとしては電力需要を減らすことがある。電力は一般的に水力発電、太陽光発電、風力発電、地熱発電などの自然由来の発電や、原子力を使う原子力発電や、ガス、石油、石炭などを燃料として燃やし発電を行う火力発電によって供給されている。この中でも特に火力発電は地球温暖化を進める大きな要因となっている。電力需要を減らせば火力発電の発電量も減らすことができるので、その分地球温暖化も抑止されうる。
【０００３】
ＩＴ（Information Technology）やＩＣＴ（Information and Communication Technology）の分野でも、電力需要を低減する必要性が指摘され始めている。ＩＴ機器やＩＣＴ機器が設置されたデータセンタで消費される電力のなかには、機器そのものが消費する電力に加えてマシンフロアの空調に使用される電力も含まれる。
【０００４】
データセンタでは通常数多くのＩＴ機器やＩＣＴ機器が運用されており、それらが発する熱は相当な量となる。したがって特に夏場などはエアコンなどの空調機器を使用して発生した熱をマシンフロア外に排出する必要がある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１５５６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような状況のもと本発明者は以下の課題を認識した。
従来では上述の通り、データセンタのマシンフロアの温度を下げるためには空調機器を使用することが多い。また、マシンフロアの温度より外気温が低い場合は、その外気をマシンフロア内に送風し温度を下げることも考えられる。しかしながらどちらも冷気を注入する方法である。
【０００７】
マシンフロア内の熱源の主なものは、コンピュータやその記録装置、通信装置などである。これらのＩＴ機器（ＩＣＴ機器）を熱効率の良い省エネ機器に入れ替えることや、不必要なシステムを統合し、稼動するコンピュータ機器の数を減らす方法もある。しかしながら、近年はＩＴ設備を増強する傾向にあることやコスト面などの問題でＩＴ機器の交換や削減はなかなか行えない場合が多い。
【０００８】
緯度が高く平均気温が低い場所へのデータセンタの移設も考えられる。例えば沖縄県に構築されているデータセンタより北海道に構築されているデータセンタの方が、同規模の施設ならば冷却に必要な空調設備の稼動率はより低くなる。しかしながら、既存のデータセンタを他の土地に移設するには、費用面などの課題がある。また、データセンタに必要不可欠な通信インフラも例えば北海道−本州間となるとその性能に不安が残る。
【０００９】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、情報処理装置が設置される情報センタの環境を調整する技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のある態様は環境調整システムに関する。この環境調整システムは、情報処理装置が設置される情報センタの環境調整システムであり、装置を含む空間を情報センタの部分空間として密閉する密閉機構と、密閉された部分空間の体積を装置ないしその雰囲気の温度に応じて調整する体積調整機構と、を備える。
【００１１】
この態様によると、密閉された部分空間の体積を調整することで、情報センタの環境を調整できる。
【００１２】
本発明の別の態様もまた、環境調整システムである。この環境調整システムは、無生物が設置される建物の環境調整システムであり、無生物を含む空間を建物の部分空間として密閉する密閉機構と、密閉された部分空間の体積を無生物ないしその雰囲気の温度に応じて調整する体積調整機構と、を備える。
【００１３】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を装置、方法、システム、コンピュータプログラム、コンピュータプログラムを格納した記録媒体などの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、情報処理装置が設置される情報センタの環境を調整できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態に係る環境調整システムが設けられたビルの構成を示す模式的な斜視図である。
【図２】図１のデータセンタの上面図である。
【図３】実施の形態に係る環境調整システムのアクセスピットを示す断面図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態に係る環境調整システムにおける調整サイクルを示す説明図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｃ）は、変形例に係る環境調整システムにおける調整サイクルを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。
【００１７】
実施の形態に係る環境調整システムは、データセンタ内の空気を実質的に断熱膨張させる。これによりデータセンタ内の温度が下がり、ひいてはデータセンタに設けられているサーバの温度が下がる。したがって、クーラ等の空調機器とは別系統でサーバを冷却できる。
【００１８】
（断熱膨張について）
まず断熱膨張について説明する。
断熱膨張は、外部との熱のやりとりがない熱力学過程のうち系の体積が増大する過程である。熱力学の第１法則によると、この過程では系が外部に対して仕事を行うので、その分内部エネルギが低下し、系の温度が下がる。
【００１９】
ポアソンの法則によると、系の温度をＴ、体積をＶとすると断熱膨張の前後で以下の式１が成り立つ。
【数１】
ここでγは比熱比であり、
【数２】
で与えられる。ただしｃｐは定圧モル比熱であり、ｃｖは定積モル比熱である。
基準状態付近における空気の比熱比γはおよそ１．４であることが知られている。
【００２０】
例えば系の温度が３０℃である場合を考える。この系の体積を断熱膨張により１０％膨張させると、式１から、
【数３】
となり、断熱膨張後の温度は理論的には１８．７℃程度となる。実際の系では空気中の水分の凝縮や熱のリークなどがあるので断熱膨張後の温度は理論値より高くなるが、それでも系に外部に対して仕事をさせることで系の温度を下げることができる。
【００２１】
（実施の形態）
図１は、実施の形態に係る環境調整システムが設けられたビル２の構成を示す模式的な斜視図である。図２は、ビル２のデータセンタ４の上面図である。説明をより明確とするため、図１、図２では図３で後述されるアクセスピット４６を省略する。ビル２の高層階、たとえば３階にデータセンタ４が設けられる。ビル２を外部から見た場合データセンタ４の内部は壁等に隠れて見えないが、図１では説明のためデータセンタ４の内部の構造を示す。データセンタ４は、複数のサーバ６と、第１ゴム袋１２と、第２ゴム袋１４と、第３ゴム袋１６と、エアコン等の空調機器８と、風除室２４と、を備える。データセンタ４は、例えば壁に断熱材を使用し窓を設けないなどして高い断熱性を有するように構成される。複数のサーバ６はインターネットなどのネットワークを通じて外部と接続され、種々の情報処理を行う。
【００２２】
複数のサーバ６が稼動しているとそのサーバ６からの発熱によってデータセンタ４の温度が上昇しうる。そこでデータセンタ４の温度を下げるべく空調機器８を運転する。しかしながら空調機器８の性能やサーバ６の数によっては空調機器８だけでは冷却効果が不十分である場合がある。また、特にサーバ６の数が多い場合に空調機器８のみで冷却しようとすると電力の消費が多くなる。
【００２３】
データセンタ４内の空間のうち風除室２４が占める空間と第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６が占める空間とを除いた残りの空間すなわち複数のサーバ６を含む空間をデータセンタ４の部分空間４ａとして定義する。データセンタ４は部分空間４ａを密閉可能に構成される。
【００２４】
第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６はそれぞれ内部に水を蓄えたゴム袋である。各ゴム袋は内部の水が外部に放出されると小さくなり、その分データセンタ４の部分空間４ａの体積が増える。実施の形態に係る環境調整システムは第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６を使用してデータセンタ４の部分空間４ａの体積を断熱的に増やす。これによりデータセンタ４の温度ひいてはサーバ６の温度を空調機器８とは別系統で下げることができる。
【００２５】
断熱膨張を使用した冷却のためには、部分空間４ａの断熱性と密閉性とが要求される。密閉性については部分空間４ａが後述の密閉機構などにより密閉されることにより達成される。ここで部分空間４ａが「密閉される」ことは、部分空間４ａが密閉されるように部分空間４ａが設計されることを含み、その場合実際の部分空間４ａには多少のリークは存在しうる。断熱膨張を使用した冷却のために要求される密閉性という観点からは、密閉された部分空間４ａへのこのような多少のリークの存在は許されることは理解される。例えば第１ゴム袋１２から水が放出されている間における外部から部分空間４ａへのリークによる気圧の増加分が実際の気圧に対して無視できる程度であればそのようなリークは許される。
【００２６】
また、断熱性についても実際の部分空間４ａが完全に外部と断熱されていることは要求されておらず、多少の熱リークが存在してもよい。例えば第１ゴム袋１２から水が放出されている間における外部から部分空間４ａへの熱リークによる部分空間４ａの温度の増加分が実際の温度に対して無視できる程度であればそのような熱リークは許される。
【００２７】
環境調整システムは、第１ゴム袋１２と、第２ゴム袋１４と、第３ゴム袋１６と、第１放出弁１８と、第２放出弁２０と、第３放出弁２２と、風除室２４と、第１貯水槽２６と、送水ポンプ２８と第２貯水槽３０と、バッテリ３２と、ソーラパネル３４と、給水弁３６と、差圧弁３８と、水力発電システム８０と、を備える。
第１放出弁１８は第１ゴム袋１２と第１貯水槽２６との間の配管上に設けられ、第１ゴム袋１２からの水の放出を制御する。第２放出弁２０は第２ゴム袋１４と第１貯水槽２６との間の配管上に設けられ、第２ゴム袋１４からの水の放出を制御する。第３放出弁２２は第３ゴム袋１６と第１貯水槽２６との間の配管上に設けられ、第３ゴム袋１６からの水の放出を制御する。
【００２８】
環境調整システムでは空調機器８による電力の消費を制限するため、空調機器８で使用される電力に所定の上限値を設ける。環境調整システムは図示しない温度センサによりデータセンタ４の温度を監視する。その温度が所定のしきい値である上限温度を越えると、環境調整システムは第１放出弁１８、第２放出弁２０、第３放出弁２２のうちのひとつを開き、対応するゴム袋に蓄えられた水を第１貯水槽２６へ重力の作用により放出する。この際水が放出されたゴム袋は小さくなり、その分データセンタ４の部分空間４ａの体積が増える。ゴム袋と第１貯水槽２６とをつなぐ配管は、この水放出過程がデータセンタ４の内と外との間での熱のやりとりが無視できる時間内に完了するように設計されてもよい。各放出弁の設計についても同様である。これによりデータセンタ４の部分空間４ａ内の空気は実質的に断熱膨張し、その温度は下がる。その結果、サーバ６の温度も下がる。
上記の温度および弁の制御は図示しない制御用サーバによって行われてもよい。
【００２９】
第１貯水槽２６はビル２の地下に設置され、第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６から放出される水を蓄える。第１貯水槽２６に蓄えられた水はビル２の屋上２ａに設けられた送水ポンプ２８を介して屋上２ａに設置された第２貯水槽３０に移送される。バッテリ３２は送水ポンプ２８へ電力を供給する。ソーラパネル３４は昼間に太陽光から電力を生成してバッテリ３２に蓄える。
なお、第１貯水槽２６は第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６に蓄えられる水の全量を収容できる程度の容量を有することが望ましい。また第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６に給水している間平行して送水ポンプ２８で第１貯水槽２６から水を移送する制御も可能であることを考慮すると、第２貯水槽３０の容量は第１貯水槽２６の容量よりも少なくてもよい。
【００３０】
水力発電システム８０は、データセンタ４のゴム袋と第１貯水槽２６との間の水路上に設けられる。水力発電システム８０は、ゴム袋に蓄えられた水が第１貯水槽２６へ放出される際、その放出される水を受けて発電する。水力発電システム８０は発電された電力をバッテリ３２に送り、ソーラパネル３４と並行してバッテリ３２を充電する。水力発電システム８０は、直流発電機８２と、水車８４と、を含む。水車８４は放出される水を受け、回転する。直流発電機８２は、シャフトを介して水車８４と接続され、水車８４の回転を受けて直流電力を生成する。直流発電機８２は、生成した電力をバッテリ３２に送る。
【００３１】
これにより、ゴム袋に蓄えた水の位置エネルギを再利用できるので、より効率的な環境調整システムを実現できる。また、ソーラパネル３４による太陽光発電とは異なり水力発電は天候に左右されない。したがって、例えば雨や曇りなど天候が不順な日でも水力発電システム８０は安定して一定の電力をバッテリ３２に供給できる。
【００３２】
給水弁３６は第２貯水槽３０から第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６への給水を制御する。給水弁３６は、夜間など通常より電力が安くなり外気温が下がる時間帯に、第２貯水槽３０から第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６へゆっくりと給水する。特に給水弁３６は、夜間を通じて第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６に水を供給する。
【００３３】
第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６に水が供給されてそれらが膨らむと、データセンタ４の部分空間４ａ内の空気に対して仕事がなされたことになるのでその分部分空間４ａ内の空気が熱せられる。しかしながら部分空間４ａ内の空気の圧縮により発生した熱は以下の３つのプロセスで部分空間４ａから排出される。
（１）データセンタ４の部分空間４ａとデータセンタ４の外部との間に微小であるが存在する熱リークにより、圧縮で発生した熱は、夜間で温度がより低い外部に夜間を通じて排出される。
（２）空調機器８がより安い夜間電力を使用して圧縮で発生した熱を外部に排出する。
（３）第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６に供給される水の温度は夜間の低い外気温程度であるので、圧縮で発生した熱は供給した水そのものをデータセンタ４内の温度程度まで上げるのに使用される。
【００３４】
差圧弁３８はデータセンタ４の内部と外部、例えば屋外との間に設けられた差圧弁であり、部分空間４ａ内の空気が圧縮される際データセンタ４の気圧が所定の値以下となるよう動作する。
【００３５】
風除室２４は、データセンタ４の部分空間４ａと廊下４０との間の入退室の経路上に設けられ、データセンタ４の部分空間４ａおよび廊下４０の両者と隔てられた領域である。風除室２４は、データセンタ４の部分空間４ａ側に第１ドア２４ａと、廊下４０側に第２ドア２４ｂと、を有する。風除室２４により廊下４０などのデータセンタ４の外部からデータセンタ４内に塵や埃などが直接入ることが防がれうる。またドアを介したデータセンタ４内外の熱の流出入も低減できる。これは特に本実施の形態では断熱性が求められるので好適である。またドアを通じた部分空間４ａへの空気の流入を防ぐ密閉機構の役割も果たす。
【００３６】
データセンタ４においては、通常複数のサーバ６はデータセンタ４の外部と電源ケーブルやＬＡＮケーブルなどのケーブルを介して接続される。また、第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６からの配管もデータセンタ４の外部へ出る。これらのケーブルや配管をデータセンタ４内に引き入れるために、例えばデータセンタ４の壁に穴を開けそこにケーブルや配管を通すことが考えられる。そのような箇所には空気漏れが発生する可能性がある。この空気漏れを避けるために、ゴムやシリコン系の詰め物でケーブル／配管と壁との隙間を埋めて空気を遮断する方法もある。しかしながらこの方法ではケーブルや配管は固定される。したがって電源系や通信系のケーブルの敷設と撤去が頻繁に行われうるデータセンタ４での使用には向いていない。敷設や撤去の作業ごとに詰め物を取り除いて再度詰める工程が必要となり、少なくともこの工程の間は気密性が保たれなくなるからである。またそのような詰め物の工事を頻繁に行うと空気漏れを助長しかねない。
【００３７】
図３は、環境調整システムのアクセスピット４６を示す断面図である。環境調整システムは密閉機構としてのアクセスピット４６を含む。アクセスピット４６はデータセンタ４と廊下４０との境界、例えばデータセンタ４の壁４ｂの底部に設けられる。アクセスピット４６は、隔離槽４２と、ジェリー状の液体４４と、を含む。隔離槽４２は、データセンタ４の壁４ｂの下端４ｃがジェリー状の液体４４に漬かるのに十分な量のジェリー状の液体４４を保持する。ケーブル５２や配管５０はジェリー状の液体４４の中を通してデータセンタ４の内部に引き入れられる。言い換えると、ジェリー状の液体４４は第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６を第１貯水槽２６に接続する配管５０と部分空間４ａを形成する壁４ｂとの間の隙間を埋めている。
【００３８】
これにより配管５０やケーブル５２をデータセンタ４の内部に引き入れる箇所での空気漏れを低減できる。また、配管５０やケーブル５２の撤去や敷設の際にもジェリー状の液体４４から引き抜いたり液体４４に漬けたりすればよいので、作業は容易であり、気密性も保たれる。なお、ケーブル５２を液体４４に漬ける点については、近年の電源ケーブルや通信ケーブルは大抵防水加工がなされているので困難ではない。また配管５０の用途を考えると配管５０を液体４４に漬けるのも困難ではない。
【００３９】
以上の構成による環境調整システムの動作を説明する。
以下環境調整システムを備えたビル２が、昼間（午前６時から午後６時）よりも夜間（午後６時から午前６時）のほうが電力料金が安く、また昼間よりも夜間のほうが外気温が低い場所にある場合を想定する。
図４（ａ）〜（ｄ）は、環境調整システムにおける調整サイクルを示す説明図である。 図４（ａ）は、午前７時におけるデータセンタ４の模式的な側面図である。夜間を通して第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６に水をゆっくりと供給した結果、第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６には満量の水が蓄えられている。また、第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６が膨らむことで部分空間４ａの空気に与えられた熱は上記の３つのプロセスで排出されるので、部分空間４ａの温度は外気温と同程度となっている。
図４（ｂ）は、午前１０時におけるデータセンタ４の模式的な側面図である。複数のサーバ６から発せられる熱により部分空間４ａの空気が温められる。部分空間４ａの温度が上限温度を越えると、まず第３放出弁２２が開けられ第３ゴム袋１６内の水が放出される。すると第３ゴム袋１６がしぼんだ分だけ部分空間４ａの体積が増え、断熱膨張の原理によって部分空間４ａの温度が下がる。
図４（ｃ）は、午後２時におけるデータセンタ４の模式的な側面図である。複数のサーバ６から発せられる熱によって部分空間４ａの空気が再び温められる。その温度が上限温度を超えると、第２放出弁２０が開けられ第２ゴム袋１４内の水が放出される。すると部分空間４ａの温度が下がる。
図４（ｄ）は、午後５時におけるデータセンタ４の模式的な側面図である。第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６共に中の水が放出された状態にある。以後夜間を通して給水弁３６を開け、少しずつ第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６に水を戻し、図４（ａ）の状態に戻る。
【００４０】
本実施の形態に係る環境調整システムによると、データセンタ４の部分空間４ａを空調機器８とは別系統で冷却できる。したがってその分空調機器８で消費される電力を低減できる。特にその冷却には断熱膨張の原理を使用し部分空間４ａの空気に仕事をさせるので、熱交換によらずに直接部分空間４ａの温度を下げることができる。
また、水をビル２の上層に設けたデータセンタ４の内部から地下の第１貯水槽２６にむけて放出することでデータセンタ４の部分空間４ａの体積を増やしている。したがって、重力を利用したより自然な形で部分空間４ａの空気を膨張させてその温度を下げることができる。
【００４１】
データセンタ４などの情報センタについては以下の特徴がある。
（１）データセンタ４に管理者が常駐する必要はない。
（２）データセンタ４のリソース（サーバ６など）は、気圧の変化による影響を受けにくい。
したがって、他の用途、例えば居住用に使用される部屋と比較して、情報センタは特に上記の断熱膨張を使用した冷却方法に適している。
【００４２】
また、一度抜いた水はソーラパネル３４による太陽光発電で蓄えた電力を使用して第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６に戻される。したがって、このプロセスでは商用電力を使用しないので経済的でありまた環境にも優しい。加えて、夜間に水を戻すので、水を戻すことにより発生する熱をより温度の低い外部に逃がしたり、より安い夜間電力を使用して処理できる。
【００４３】
また見方を変えると、太陽光発電等の自然由来の電力をゴム袋に蓄えられる水の形で蓄えておき、必要なときに水を放出するという形で蓄えられた電力を部分空間４ａ冷却のために使用していると言える。
【００４４】
また、図４（ａ）〜（ｄ）に示されるように第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６に蓄えられた水を段階的に放出する。したがって、よりきめ細やかな冷却制御が可能となる。加えて各段階では第１放出弁１８、第２放出弁２０、第３放出弁２２をそれぞれ開ければよいので流量制御は不要であり構造が簡単となる。
【００４５】
データセンタ４の外気温について、本実施の形態では特に水をゴム袋に戻す際に外気温が低い方がよい。戻す水自体の温度を低くするためと、データセンタ４の部分空間４ａの圧縮により発生する熱を外部に逃すためである。したがって、データセンタ４は緯度が高く通年の平均温度が低い場所（例えば、北海道、アラスカ、シベリア）に設けられることが好ましい。
【００４６】
第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６の変形例を説明する。変形例に係る環境調整システムは、第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６の代わりにそれらを合わせた容量を有するひとつの第４ゴム袋７０を有する。図５（ａ）〜（ｃ）は、変形例に係る環境調整システムにおける調整サイクルを示す説明図である。変形例に係るデータセンタ４’は、複数のサーバ６と第４ゴム袋７０とを有する。
図５（ａ）は、午前７時におけるデータセンタ４’の模式的な側面図である。夜間を通して第４ゴム袋７０に水をゆっくりと供給した結果、第４ゴム袋７０には満量の水が蓄えられている。また、第４ゴム袋７０が膨らむことでデータセンタ４’の部分空間４ａ’の空気に与えられた熱は上記の３つのプロセスで排出されるので、部分空間４ａ’の温度は外気温と同程度となっている。
図５（ｂ）は、午後１時におけるデータセンタ４’の模式的な側面図である。複数のサーバ６から発せられる熱により部分空間４ａ’の空気が温められる。部分空間４ａ’の温度が上限温度を越えると、第４ゴム袋７０と第１貯水槽２６との間に設けられた第４放出弁が開けられ第４ゴム袋７０内の水が第１貯水槽２６に放出される。この際第４ゴム袋７０と第１貯水槽２６との間の配管に設けられたフローメータにより流量が測定され、第４ゴム袋７０の容量の約１／３の水が放出されたところで第４放出弁が閉じられる。第４ゴム袋７０がしぼんだ分、したがって第４ゴム袋７０の容量の約１／３だけ部分空間４ａ’の体積が増え、断熱膨張の原理によって部分空間４ａ’の温度が下がる。
図５（ｃ）は、午後５時におけるデータセンタ４’の模式的な側面図である。第４ゴム袋７０は中の水が放出された状態にある。夜間は給水弁３６を開けて少しずつ第４ゴム袋７０に水を戻し、図５（ａ）の状態に戻る。
【００４７】
本変形例によると、ゴム袋の数を減らすことができる。また、フローメータによる流量調整を採用したので、第１の実施の形態の場合よりも細かい刻みで部分空間４ａ’の体積の増分を制御できる。
なお、第１の実施の形態およびその変形例を組み合わせた制御、すなわち第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６の各ゴム袋からの水の放出をフローメータにより制御することを採用してもよい。
【００４８】
以上、実施の形態に係る環境調整システムの構成と動作について説明した。これらの実施の形態は例示であり、その各構成要素や各処理の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００４９】
実施の形態では部分空間４ａの体積を増やす機構として中に水を含むゴム袋を使用する場合について説明したが、これに限られず、他の適切な強度および弾性を有する弾性袋体であってもよい。また中に含まれる液体として水以外の液体を使用してもよい。
【００５０】
実施の形態では、第１ゴム袋１２、第２ゴム袋１４、第３ゴム袋１６へ第１貯水槽２６の水を戻すために、ソーラパネル３４を使用した太陽光発電によって蓄えられた電力を使用する場合について説明したが、これに限られない。例えば、バッテリ３２に蓄えられた電力だけでは足りない場合は夜間電力を使用してもよい。また、風力発電装置をビル２の屋上２ａに取り付けてそこから電力を供給してもよい。ビル２が特に高層ビルの場合は、上層階は地表に近い階より自然な空気の流れが多いので、その風力を利用した１）風力発電装置による送水ポンプ２８の電力確保または２）その風力を使った自然空冷方式を備えてもよい。
【００５１】
実施の形態においてデータセンタ４の部分空間４ａに密閉される空気は乾燥空気であることが望ましい。水分の凝縮によって冷却効果が薄まることを防ぐためである。
【００５２】
実施の形態において、サーバ６のメンテナンス等のために管理者がデータセンタ４に入室する必要がある場合がある。したがって、環境調整システムはデータセンタ４内に乾燥空気を導入してデータセンタ４を復圧する復圧手段を有してもよい。ここで乾燥空気を使用する理由は上記の通りである。また、管理者が作業している間に誤ってゴム袋から水を抜いて減圧しないように、環境調整システムはデータセンタ４に取り付けられた人感センサを有してもよい。データセンタ４は人感センサが人の存在を検知している間はゴム袋から水を抜かないように構成される。
【００５３】
実施の形態では、環境調整システムはデータセンタ４の環境を調整する場合について説明したが、これに限られない。例えば、環境調整システムは、倉庫などのＩＴ機器運用以外に使われる建物の環境を調整してもよい。また環境調整システムによって環境が調整される区画が無生物や液体を貯蔵するための区画（部屋）であって人間が共存しなくてもよい区画である場合は、減圧の度合いを高めにして温度をさらに下げてもよい。
【００５４】
以上、実施の形態にもとづき本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎないことはいうまでもなく、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００５５】
２ ビル、 ４ データセンタ、 ４ａ 部分空間、 ６ サーバ、 ８ 空調機器、 １２ 第１ゴム袋、 １４ 第２ゴム袋、 １６ 第３ゴム袋、 １８ 第１放出弁、 ２０ 第２放出弁、 ２２ 第３放出弁、 ２４ 風除室、 ２６ 第１貯水槽、 ２８ 送水ポンプ、 ３０ 第２貯水槽、 ３２ バッテリ、 ３４ ソーラパネル、 ３６ 給水弁、 ３８ 差圧弁、 ４６ アクセスピット。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報処理装置が設置される情報センタの環境調整方法であり、
前記装置を含む空間を前記情報センタの部分空間として密閉するステップと、
密閉された部分空間の体積を前記装置ないしその雰囲気の温度に応じて調整するステップと、
を含むことを特徴とする情報センタの環境調整方法。
【請求項２】
情報処理装置が設置される情報センタの環境調整システムであり、
前記装置を含む空間を前記情報センタの部分空間として密閉する密閉機構と、
密閉された部分空間の体積を前記装置ないしその雰囲気の温度に応じて調整する体積調整機構と、
を備えることを特徴とする環境調整システム。
【請求項３】
前記体積調整機構は、密閉された部分空間の体積を前記温度が上がると増やすことを特徴とする請求項２に記載の環境調整システム。
【請求項４】
前記体積調整機構は、前記情報センタ内に設けられ内部に液体を有する弾性袋体を含み、
前記体積調整機構が密閉された部分空間の体積を増やす際、前記弾性袋体の内部の液体が前記部分空間の外部に排出されることを特徴とする請求項３に記載の環境調整システム。
【請求項５】
前記体積調整機構は、
前記情報センタの外部であって前記弾性袋体よりも低い位置に設けられた貯液槽と、
前記弾性袋体と前記貯液槽との間に設けられ、前記体積調整機構が密閉された部分空間の体積を増やす際に開く開閉弁と、を含むことを特徴とする請求項４に記載の環境調整システム。
【請求項６】
前記密閉機構は、前記弾性袋体を前記貯液槽に接続する配管と前記情報センタの部分空間を形成する壁との間の隙間を埋める充填部材を含むことを特徴とする請求項５に記載の環境調整システム。
【請求項７】
前記体積調整機構は、前記体積調整機構が密閉された部分空間の体積を増やす際の電力よりも安い電力を使用して前記貯液槽の液体を前記弾性袋体に戻すポンプをさらに備えることを特徴とする請求項５または６に記載の環境調整システム。
【請求項８】
前記情報センタの部分空間と前記情報センタの外部との間の入退室の経路上に設けられ、前記情報センタの部分空間および前記情報センタの外部の両者と隔てられた領域をさらに備えることを特徴とする請求項２から７のいずれかに記載の環境調整システム。
【請求項９】
前記弾性袋体と前記貯液槽との間に設けられ、前記弾性袋体の内部の液体が前記貯液槽に放出される際、放出される液体を受けて発電する発電システムをさらに備え、
前記ポンプは、前記発電システムによって発電された電力を使用して前記貯液槽の液体を前記弾性袋体に戻すことを特徴とする請求項７に記載の環境調整システム。
【請求項１０】
無生物が設置される建物の環境調整システムであり、
前記無生物を含む空間を前記建物の部分空間として密閉する密閉機構と、
密閉された部分空間の体積を前記無生物ないしその雰囲気の温度に応じて調整する体積調整機構と、
を備えることを特徴とする環境調整システム。
【請求項１】
情報処理装置が設置される情報センタの環境調整方法であり、
前記装置を含む空間を前記情報センタの部分空間として密閉するステップと、
密閉された部分空間の体積を前記装置ないしその雰囲気の温度に応じて調整するステップと、
を含むことを特徴とする情報センタの環境調整方法。
【請求項２】
情報処理装置が設置される情報センタの環境調整システムであり、
前記装置を含む空間を前記情報センタの部分空間として密閉する密閉機構と、
密閉された部分空間の体積を前記装置ないしその雰囲気の温度に応じて調整する体積調整機構と、
を備えることを特徴とする環境調整システム。
【請求項３】
前記体積調整機構は、密閉された部分空間の体積を前記温度が上がると増やすことを特徴とする請求項２に記載の環境調整システム。
【請求項４】
前記体積調整機構は、前記情報センタ内に設けられ内部に液体を有する弾性袋体を含み、
前記体積調整機構が密閉された部分空間の体積を増やす際、前記弾性袋体の内部の液体が前記部分空間の外部に排出されることを特徴とする請求項３に記載の環境調整システム。
【請求項５】
前記体積調整機構は、
前記情報センタの外部であって前記弾性袋体よりも低い位置に設けられた貯液槽と、
前記弾性袋体と前記貯液槽との間に設けられ、前記体積調整機構が密閉された部分空間の体積を増やす際に開く開閉弁と、を含むことを特徴とする請求項４に記載の環境調整システム。
【請求項６】
前記密閉機構は、前記弾性袋体を前記貯液槽に接続する配管と前記情報センタの部分空間を形成する壁との間の隙間を埋める充填部材を含むことを特徴とする請求項５に記載の環境調整システム。
【請求項７】
前記体積調整機構は、前記体積調整機構が密閉された部分空間の体積を増やす際の電力よりも安い電力を使用して前記貯液槽の液体を前記弾性袋体に戻すポンプをさらに備えることを特徴とする請求項５または６に記載の環境調整システム。
【請求項８】
前記情報センタの部分空間と前記情報センタの外部との間の入退室の経路上に設けられ、前記情報センタの部分空間および前記情報センタの外部の両者と隔てられた領域をさらに備えることを特徴とする請求項２から７のいずれかに記載の環境調整システム。
【請求項９】
前記弾性袋体と前記貯液槽との間に設けられ、前記弾性袋体の内部の液体が前記貯液槽に放出される際、放出される液体を受けて発電する発電システムをさらに備え、
前記ポンプは、前記発電システムによって発電された電力を使用して前記貯液槽の液体を前記弾性袋体に戻すことを特徴とする請求項７に記載の環境調整システム。
【請求項１０】
無生物が設置される建物の環境調整システムであり、
前記無生物を含む空間を前記建物の部分空間として密閉する密閉機構と、
密閉された部分空間の体積を前記無生物ないしその雰囲気の温度に応じて調整する体積調整機構と、
を備えることを特徴とする環境調整システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１７９７８６（Ｐ２０１１−１７９７８６Ａ）
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４６７３８（Ｐ２０１０−４６７３８）
【出願日】平成２２年３月３日（２０１０．３．３）
【出願人】（０００１５５４６９）株式会社野村総合研究所 (1,067)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３日（２０１０．３．３）
【出願人】（０００１５５４６９）株式会社野村総合研究所 (1,067)
【Ｆターム（参考）】
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