熱交換器及び熱交換器を用いた情報処理システム
【課題】熱交換器及び熱交換器を用いた情報処理システムにおいて、熱交換効率を向上させること。
【解決手段】表面が気流Bに曝される複数のフィン４２と、フィン４２に接続されたバイメタル部４３とを有し、気流Bの温度の上昇により、隣り合うフィン４２に接続されたバイメタル部４３同士の間隔Dが狭まる熱交換器による。
【解決手段】表面が気流Bに曝される複数のフィン４２と、フィン４２に接続されたバイメタル部４３とを有し、気流Bの温度の上昇により、隣り合うフィン４２に接続されたバイメタル部４３同士の間隔Dが狭まる熱交換器による。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器及び熱交換器を用いた情報処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の情報技術の発達により、データセンタ内で扱われるデータ量が増大し、これに伴いデータセンタ内のサーバラックにより多くの計算機が搭載されるようになりつつある。その結果、データセンタ内に設置された空調機では、全ての計算機で消費する電力の総和に匹敵するほど大きな電力を消費しているといわれる。
【０００３】
その空調機においては、データセンタ内で温められた空気を冷却水との熱交換で冷却するための熱交換器が設けられる。空調機の消費電力を削減するには、その熱交換器における熱交換効率を向上させるのが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５８−０４４７５５号公報
【特許文献２】特表２００２−５０２１３５号公報
【特許文献３】特開２０１０−２７６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
熱交換器及び熱交換器を用いた情報処理システムにおいて、熱交換効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下の開示の一観点によれば、表面が気流に曝される複数のフィンと、前記フィンに接続されたバイメタル部とを有し、前記気流の温度の上昇により、隣り合う前記フィンに接続された前記バイメタル部同士の間隔が狭まる熱交換器が提供される。
【０００７】
また、その開示の他の観点によれば、機器設置エリアに設けられ、情報処理を行う情報処理機器と、熱交換器を有し、前記機器設置エリアの空調を行う空調機とを備え、前記熱交換器が、表面が気流に曝される複数のフィンと、前記フィンに接続されたバイメタル部とを有し、前記気流の温度の上昇により、隣り合う前記フィンに接続された前記バイメタル部同士の間隔が狭まる情報処理システムが提供される。
【発明の効果】
【０００８】
以下の開示によれば、気流の温度上昇によってバイメタル部同士の間隔が狭まるため、バイメタル部によって気流が乱れ、フィンと気流との間の熱伝達率が高められ、ひいては熱交換器の熱交換効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、データセンタで使用される空調機の断面図である。
【図２】図２は、データセンタで使用される空調機の熱交換器の要部拡大断面図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る情報処理システムの模式図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係る熱交換器の要部拡大断面図である。
【図５】図５は、第１実施形態において、フィンとバイメタル部とを冷水配管の延在方向から見た図である。
【図６】図６は、バイメタル部が反ったときの第１実施形態に係る熱交換器の要部拡大断面図である。
【図７】図７は、第２実施形態に係る熱交換器の要部拡大断面図である。
【図８】図８は、バイメタル部が反ったときの第２実施形態に係る熱交換器の要部拡大断面図である。
【図９】図９は、第２実施形態において、圧力損失とファンの消費電力との関係を調査して得られたグラフである。
【図１０】図１０（ａ）、（ｂ）は、第２実施形態において、熱交換器の熱伝達率の計算結果を示す図である。
【図１１】図１１（ａ）、（ｂ）は、第２実施形態において、熱交換器の圧力損失の計算結果を示す図である。
【図１２】図１２は、第３実施形態に係る熱交換器の要部拡大断面図である。
【図１３】図１３は、バイメタル部が反ったときの第３実施形態に係る熱交換器の要部拡大断面図である。
【図１４】図１４は、第４実施形態に係る情報処理システムの模式図である。
【図１５】図１５は、第４実施形態に係る制御部の処理内容について説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本実施形態の説明に先立ち、本実施形態の基礎となる予備的事項について説明する。
【００１１】
サーバラックに高密度に搭載された計算機はデータセンタ内に設置された空調機で冷却され、それにより各計算機の情報処理能力が熱で低下するのが防止される。
【００１２】
図１は、そのデータセンタで使用される空調機１の断面図である。
【００１３】
この空調機１は、熱交換器２と、筐体３と、ファンユニット４とを有する。熱交換器２とファンユニット４は、いずれも筐体３内に収められており、データセンタ内の空気を冷却するのに使用される。
【００１４】
また、ファンユニット４は、気流Aを生成するための複数のファン５を有する。
【００１５】
図２は、熱交換器２の要部拡大断面図である。
【００１６】
図２に示すように、熱交換器２は、ハウジング８とその中に収められた冷水配管９及びフィン１０を有する。
【００１７】
このうち、冷水配管９には、不図示のチラー等によって冷却された冷却水が供給される。フィン１０は、上記のファン５によって生成された気流Aを冷却すべく設けられ、冷水配管９と熱的に接続される。フィン１０の材料は特に限定されない。本例では、熱伝導率が高く、気流Aとの間で熱交換を行い易いアルミニウムをフィン１０の材料として使用する。
【００１８】
ここで、気流Aとフィン１０との間の熱交換効率を更に高めるには、フィン１０の表面に複数の凸部１０ａを設けて気流Aを乱すことが考えられる。
【００１９】
しかし、これでは凸部１０ａによって熱交換器２を通る気流Aの流速が落ちてしまうので、その流速を維持するためにファン５（図１参照）の回転数を増加させなければならず、ファン５の消費電力の分だけ空調機１の消費電力が高くなってしまう。
【００２０】
以下、実施形態について説明する。
【００２１】
（第１実施形態）
図３は、本実施形態に係る情報処理システムの模式図である。
【００２２】
この情報処理システム６０は、インターネットデータセンタ（IDC）等のデータセンタ２７において使用されるものであって、空調機２０とサーバラック３０とを有する。
【００２３】
空調機２０は、熱交換器２２と、筐体２３と、ファンユニット２４とを有する。熱交換器２２とファンユニット２４は、いずれも筐体２３に収められており、データセンタ２７内の空気を冷却するのに使用される。
【００２４】
熱交換器２２には往水ライン３３と還水ライン３４が接続される。往水ライン３３と還水ライン３３はチラー３２に接続されており、チラー３２で生成された冷却水が往水ライン３３を介して熱交換器２２に供給される。そして、熱交換器２２で温められた冷却水は、還水ライン３４を通ってチラー３２に戻り、当該チラー３２において冷却される。
【００２５】
また、ファンユニット２４は、気流Bを生成するための複数のファン２５を有する。
【００２６】
その気流Bは、データセンタ２７内に区画されたコールドアイル２９を通ってサーバラック３０に供給される。
【００２７】
サーバラック３０は、データセンタ２７内に区画された機器設置エリア２８に設けられており、情報処理を行うためのサーバ等の複数の計算機３１を備える。なお、計算機３１は、情報処理機器の一例である。
【００２８】
各計算機３１にはCPU等の発熱部品（不図示）が設けられるが、その発熱部品は、各計算機３１の吸気面３１ａ側から取り込まれた気流Bによって冷却される。そして、発熱部品によって温められた気流Bは、各計算機３１の排気面３１ｂ側からデータセンタ２７内に排気された後、空調機２０において再び冷却される。
【００２９】
図４は、熱交換器２２の要部拡大断面図である。
【００３０】
図４に示すように、熱交換器２２は、ハウジング４０とその中に収められた冷水配管４１及びフィン４２を有する。
【００３１】
このうち、冷水配管４１には往水ライン３３（図３参照）から冷却水が供給される。フィン４２は、その表面が気流Bに曝されており、冷水配管４１と熱的に接続される。フィン４２の材料は特に限定されない。本例では、熱伝導率が高く、気流Bとの間で熱交換を行い易いアルミニウムをフィン４２の材料として使用する。
【００３２】
また、フィン４２は、開口４２ａによってその一部が除去される。更に、フィン４２には、バイメタル部４３の端部４３ａが接続される。
【００３３】
図４の点線円内に示すように、バイメタル部４３は、低膨張側金属膜４３ｘと、これよりも熱膨張率が高い高膨張側金属膜４３ｙとを張り合わせてなる。
【００３４】
低膨張側金属膜４３ｘと高膨張側金属膜４３ｙの材料は特に限定されないが、低膨張側金属膜４３ｘの材料としてはFeとNiを材料とするインバー合金を使用し得る。そして、高膨張側金属膜４３ｙとしては、Fe、Cr、及びNiを材料とするステンレス、又はCu、Mn、及びNiを材料とする銅合金を使用し得る。
【００３５】
なお、低膨張側金属膜４３ｘに代えてアルミナ膜等のセラミックの薄膜を形成してもよい。また、高膨張側金属膜４３ｙに代えて、アルミニウム膜を形成してもよい。
【００３６】
更に、低膨張側金属膜４３ｘと高膨張側金属膜４３ｙの各々の厚さも特に限定されないが、本実施形態では低膨張側金属膜４３ｘと高膨張側金属膜４３ｙの各々の厚さをいずれも約０．０４mmとする。
【００３７】
また、バイメタル部４３は、熱伝導率がなるべく小さい接着剤によってその端部４３ａをフィン４２に接続するのが好ましい。そのような接着剤としては、例えば、株式会社サンエイテック製のEMCAST501（熱伝導率0.005W/mk）がある。
【００３８】
このように熱伝導率が小さい接着剤を使用することで、冷水配管４１によってバイメタル部４３が冷却されるのを防止し、気流Bの温度変化に対してバイメタル部４３の形状が速やかに変化するようになる。
【００３９】
なお、上記の図４は、気流Bが室温（２０℃）程度の低温である場合を例示している。この場合は、バイメタル部４３は変形しないため、バイメタル部４３の主面４３ｚが気流Bと平行になると共に、開口４２ａがバイメタル部４３で塞がれた状態となる。
【００４０】
また、ハウジング４０を設けたことで、ハウジング４０の内側に気流Bが閉じ込められ、気流Bとフィン４２との間の熱交換が促進される。
【００４１】
図５は、上記したフィン４２とバイメタル部４３とを冷水配管４１の延在方向から見た図である。
【００４２】
図５に示すように、開口４２ａの平面形状は円形であり、バイメタル部４３はその開口４２ａを覆う大きさの長方形状の平面形状を有する。なお、開口４２ａの平面形状はこれに限定されず、矩形状等の多角形状に開口４２ａを形成してもよい。
【００４３】
次に、この熱交換器２２の動作について説明する。
【００４４】
図６は、データセンタ２７内の気温が高くなり、図４におけるよりも気流Bの温度が上昇した場合の熱交換器２２の要部拡大断面図である。
【００４５】
図６に示すように、気流Bの温度が高くなると、バイメタル部４３が反って開口４２ａから離れ、気流Bが開口４２ａを流通するようになる。その結果、ハウジング４０内で気流Bが乱され、気流Bからフィン４２への熱伝達率が向上し、ひいては熱交換器２２の熱交換効率を高めることができる。
【００４６】
更に、上記のように反ることで、隣り合うフィン４２に接続されたバイメタル部４３の先端同士の間隔Dが狭まるので、気流Bの流れを効率的に阻害して、気流Bからフィン４２への熱伝達率が一層向上する。
【００４７】
特に、バイメタル部４３の両端のうち、気流Bの下流側の端部４３ａを固定して上流側の先端４３ｗを可動にしたことで、温度上昇時に先端４３ｗが気流Bに対して逆らうようになり、気流Bを更に効率的に乱すことができる。
【００４８】
本願発明者が流体解析により計算をしたところ、フィン４２に開口４２ａとバイメタル部４３とを設けないストレートフィン構造と比較して、本実施形態ではバイメタル部４３が反ったときのフィン４２の熱伝達率を約１．３倍にできることが明らかとなった。
【００４９】
また、上記のストレートフィン構造と比べて、本実施形態ではバイメタル部４３が反ったときの圧力損失が約１．１倍になることも明らかとなった。なお、圧力損失とは、熱交換器２２内における気流Bの圧力の最大値と最小値との差をいう。
【００５０】
その圧力損失は、一つのフィン４２に設けるバイメタル部４３の個数を増やすことで、さらに増大すると考えられる。
【００５１】
更に、本実施形態では、対向する二つのフィン４２の中線Lに対してその両脇のバイメタル部４３が左右対称に変形する。そのため、気流Bの流れの方向が中線Lに対して左右どちらかに偏るのを防ぐこともできる。
【００５２】
以上説明した本実施形態によれば、図４に示したように、気流Bの温度が低く、熱交換器２２に高い熱交換率が要求されない場合には、バイメタル部４３が気流Bに沿うようになるので、気流Bの流速を落とすことなくファン２５の回転数を低減することができる。
【００５３】
そのため、図２のように気流Aの温度の如何によらず凸部１０ａで常に気流を乱す場合と比較して、本実施形態ではファン２５の消費電力を低減することができ、ひいては空調機２０の省エネルギ化を実現することができる。
【００５４】
しかも、図６に示したように、気流Bの温度が高くなるとバイメタル部４３が反って気流Bの流れを乱すようになるので、フィン４２と気流Bとの間の熱伝達率が高められ、熱交換器２２の熱交換効率を向上させることができる。
【００５５】
（第２実施形態）
図７は、本実施形態に係る熱交換器２２の要部拡大断面図である。なお、図７において、第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【００５６】
図７に示すように、本実施形態におけるバイメタル部４３は、フィン４２の先端４２ｇに固定された第１のバイメタル４７と第２のバイメタル４８とを有する。
【００５７】
図７の点線円内に示すように、第１のバイメタル４７は、第１の低膨張側金属膜４７ｘと、これよりも熱膨張率が高い第１の高膨張側金属膜４７ｙとを張り合わせてなる。
【００５８】
一方、第２のバイメタル４８は、第２の低膨張側金属膜４８ｘと、これよりも熱膨張率が高い第２の高膨張側金属膜４８ｙとを張り合わせてなる。
【００５９】
これら第１のバイメタル４７と第２のバイメタル４８の材料は特に限定されない。本実施形態では、第１の低膨張側金属膜４７ｘ及び第２の低膨張側金属膜４８ｘの材料として、FeとNiを材料とするインバー合金を使用する。
【００６０】
一方、第１の高膨張側金属膜４７ｙ及び第２の高膨張側金属膜４８ｙの材料としては、Fe、Cr、及びNiを材料とするステンレス、又はCu、Mn、及びNiを材料とする銅合金を使用し得る。
【００６１】
更に、第１のバイメタル４７と第２のバイメタル４８の厚さは、いずれも約０．０８mm程度とされる。
【００６２】
なお、必要に応じてフィン４２の全体をバイメタル部４３としてもよい。
【００６３】
また、上記の図７は、気流Bが室温（２０℃）程度の低温の場合を例示している。この場合は、バイメタル部４３は変形せず、第１のバイメタル４７と第２のバイメタル４８の各々の主面４７ａ、４８ａは気流Bと平行になる。
【００６４】
次に、この熱交換器２２の動作について説明する。
【００６５】
図８は、データセンタ２７内の気温が高くなり、図７におけるよりも気流Bの温度が上昇した場合の熱交換器２２の要部拡大断面図である。
【００６６】
図８に示すように、気流Bの温度が高くなると、第１のバイメタル４７と第２のバイメタル４８が互いに反対の方向に反り、バイメタル部４３の表面積が増大する。
【００６７】
例えば、図８の例では、気流Bに曝される部分のフィン４２とバイメタル部４３の総表面積は、フィン４２の長さL1とバイメタル部４３の長さL2の長さが等しいとき、バイメタル部４３が反る前と比較して１．５倍程度に増える。
【００６８】
そして、そのような表面積の増大により気流Bが乱されるため、気流Bからバイメタル部４３への熱伝達率が向上し、ひいては熱交換器２２の熱交換効率を高めることができる。
【００６９】
本願発明者が計算したところ、バイメタル部４３に通常の金属膜を使用するストレートフィンと比較して、本実施形態のバイメタル部４３の熱伝導率は約１．６倍になり、その圧力損失は約１．４倍となった。
【００７０】
また、熱交換器２２への熱負荷が１００％のときに図８のようにバイメタル部４３が反り、熱負荷が３０％のときに図７のようにバイメタル部４３が平坦に戻ると場合に、気流Bの流速を同一に保つのに要するファン２５の電力を以下のように求めた。
【００７１】
図９は、圧力損失（静圧）とファン２５の消費電力との関係を調査して得られたグラフである。なお、このグラフの作成に際してはファン２５のP（静圧）−Q（風量）曲線を利用した。図９に示されるように、圧力損失と消費電力は略線形の関係にある。
【００７２】
その結果、気流Bの流速を２２００m3／hに保とうとする場合、圧力損失（静圧）が５０Paのときの消費電力が２０４Wであったのに対し、圧力損失が３５Paのときには消費電力が１８９Wに低減した。データセンタ内では複数のファン２５が運用されるため、ファン２５の台数に比例して電力の削減効果を大きくすることができる。
【００７３】
これにより、図７のようにバイメタル部４３が平坦な場合では、図８のようにバイメタル部４３が反っている場合と比較して、ファン２５の消費電力を約１０％低減することができる。
【００７４】
次に、この熱交換器２２の熱伝達率と圧力損失のシミュレーション結果について説明する。
【００７５】
図１０（ａ）、（ｂ）は、熱伝達率のシミュレーション結果を示す図である。
【００７６】
これらのうち、図１０（ａ）は、バイメタル部４３に代えて熱変形しない通常の金属からなるストレートフィンを使用した場合の計算結果を示す図である。そのストレートフィンは、気流の温度が約２０℃と低温で反りが発生していないバイメタル部４３と同視できる。
【００７７】
一方、図１０（ｂ）は、本実施形態に係る熱交換器２２についての計算結果を示す図である。なお、第１のバイメタル４７と第２のバイメタル４８の各々の平面形状は長辺が２０mmで短辺が８mmの長方形とし、それらの厚さは０．０８mmとした。また、第１のバイメタル４７と第２のバイメタル４８の各々の湾曲係数は２０．５×１０-6／℃とし、気流の温度は４０℃とした。
【００７８】
図１０（ａ）に示すように、ストレートフィンの熱伝達率は約４００〜６００W／m2K程度である。
【００７９】
一方、図１０（ｂ）に示すように、本実施形態では約７５０〜９００W／m2Kの熱伝導率が得られ、ストレートフィン（図１０（ａ））と比較して熱伝導率を約１．５〜１．９倍に高めることができる。この値に基づいて熱交換器２２全体の交換熱量を計算すると、ストレートフィンよりも本実施形態では約２．３〜２．９倍の交換熱量が得られることになる。
【００８０】
また、本実施形態では第１のバイメタル４７と第２のバイメタル４８が熱により変形する。その変形により、第１のバイメタル４７と第２のバイメタル４８の各々は、変形していない場合と比較してそれらの先端が約２mm程度反る。
【００８１】
実使用下においては、低温時と高温時の気流の温度差や約５〜１５℃程度であるため、バイメタル部４３の反りの量は上記よりも小さくなる。そのため、隣り合うバイメタル部４３同士の間隔を２〜３mm程度とすれば、隣り合うバイメタル部４３同士が接触することはなく、十分実用に耐え得る。
【００８２】
図１１（ａ）、（ｂ）は、圧力損失の計算結果を示す図である。
【００８３】
これらのうち、図１１（ａ）は、バイメタル部４３に代えて熱変形しない通常の金属からなるストレートフィンを使用した場合の計算結果を示す図である。そして、図１１（ｂ）は、図１０（ｂ）におけるのと同様に、本実施形態に係る熱交換器２２についての計算結果を示す図である。
【００８４】
圧力損失は、熱交換器２２内における気流の圧力の最大値と最小値との差で定義される。
【００８５】
図１１（ａ）に示すように、ストレートフィンの場合には、圧力損失は約３６．６Pa（３６．６Pa−０Pa）となる。
【００８６】
一方、図１１（ｂ）に示すように、本実施形態では、温度上昇で変形したバイメタル部４３により熱交換器２２内の気流が乱されるため、圧力損失は約５０．３Pa（約５０．３Pa−０Pa）となり、ストレートフィンよりも高くなる。
【００８７】
このことから、ストレートフィンを使用した場合（図１１（ａ））の圧力損失は、本実施形態における圧力損失よりも２７％低減できることになる。
【００８８】
ここで、図７を参照して説明したように、気流Bの温度が低いときは、本実施形態でもバイメタル部４３に反りが発生しないため、バイメタル部４３をストレートフィンとみなすことができる。
【００８９】
そのため、本実施形態でも、気流Bの温度が低くバイメタル部４３に反りが発生していない場合には、バイメタル部４３に反りが発生している場合と比較して圧力損失を約２７％抑制することができる。
【００９０】
図９に示したように、圧力損失が小さくなると気流Bを同一に保つのに要するファン２５の消費電力を抑制できるので、本実施形態でもファン２５の消費電力を低減することが可能となる。
【００９１】
（第３実施形態）
図１２は、本実施形態に係る熱交換器２２の要部拡大断面図である。なお、図１２において、第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【００９２】
本実施形態では、図１２に示すように、フィン４２の両面にバイメタル４３を設ける。各バイメタル４３は、その端部４３ａがフィン４２に接続されており、フィン４２を基準にして線対称となるようにフィン４２の両面に対となって設けられる。
【００９３】
次に、この熱交換器２２の動作について説明する。
【００９４】
図１３は、データセンタ２７内の気温が高くなり、図１２におけるよりも気流Bの温度が上昇した場合の熱交換器２２の要部拡大断面図である。
【００９５】
図１３に示すように、気流Bの温度が高くなると、端部４３ａを支点にしてバイメタル部４３が反り、気流Bが乱されるようになる。そのため、気流Bからフィン４２への熱伝達率が向上し、熱交換器２２の熱交換効率を高めることができる。
【００９６】
しかも、第１実施形態と同様に、このように反ることで隣り合うフィン４２に接続されたバイメタル部４３の先端同士の間隔Dが狭まり、気流Bの流れを効率的に阻害することができる。
【００９７】
また、気流Bの上流側の先端４３ｘを可動にしたため、温度上昇時に先端４３ｘが気流Bに対して逆らうようになり、気流Bを更に効率的に乱して熱交換器２２の熱交換効率を更に向上させることができる。
【００９８】
（第４実施形態）
本実施形態では、第１〜第３実施形態で説明した空調機２０のファンの回転数の制御方法について説明する。
【００９９】
図１４は、本実施形態に係る情報処理システムの模式図である。なお、図１４において、図３で説明したのと同じ要素には図３におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【０１００】
図１４に示すように、この情報処理システム７０は、第１の温度測定部５１、第２の温度測定部５２、及び制御部５３を有する。
【０１０１】
このうち、第１の温度測定部５１は計算機３１の吸気面３１ａ側の温度T1を測定し、第２の温度測定部５２は排気面３１ｂ側の第２の温度T2を測定する。このように測定された第１の温度T1と第２の温度T2は、それぞれ第１の温度監視信号ST1と第２の温度監視信号ST2として制御部５３に出力される。
【０１０２】
そして、制御部５３は、各々のファン２５に対してその回転数を制御する制御信号Srを出力する。また、ファン２５には不図示のエンコーダが設けられており、そのエンコーダから制御部５３にファン２５の回転数を示す回転数信号Smが出力される。
【０１０３】
次に、この制御部５３によるファン２５の回転数の制御方法について説明する。
【０１０４】
図１５は、制御部５３の処理内容について説明するためのフローチャートである。
【０１０５】
最初のステップP1では、回転数信号Smに基づいて、制御部５３がファン２５の回転数をモニタする。
【０１０６】
続いて、ステップP2に移り、第１の温度監視信号ST1と第２の温度監視信号ST2に基づいて、制御部５３が、吸気面３１ａ側の気流Bの第１の温度T1と、排気面３１ｂ側の気流Bの第２の温度T2をモニタする。
【０１０７】
次に、ステップP3に移る。本ステップでは、制御部５３が、第１の温度T1が基準温度T0よりも高いか否かを判断する。
【０１０８】
また、これと共に、制御部５３が、第２の温度T2と第１の温度T1との温度差（T2−T1）が所定温度差ΔTよりも低いか否かを判断する。
【０１０９】
ここで、第１の温度T1が基準温度T0よりも高くない（NO）と判断された場合には、気流Bが空調機２０で過剰に冷却されており、空調機２０の消費電力を削減する余地がある。
【０１１０】
よって、この場合は、ステップP4に移り、制御部５３の制御下でファン２５の回転数を遅くする。
【０１１１】
また、ステップP3で温度差（T2−T1）が所定温度差ΔTよりも低くない（NO）と判断された場合は、各計算機３１の発熱量が多く、それが原因で第２の温度T2が高温になっていると考えられる。
【０１１２】
よって、この場合は、ステップP4に移り、制御部５３の制御下でファン２５の回転数を上げ、各計算機３１に供給される気流Bの流量を多くする。
【０１１３】
一方、ステップP3において、第１の温度T1が基準温度T0よりも高く、かつ、温度差（T2−T1）が所定温度差ΔTよりも低い場合（YES）には、制御部５３の制御下でファン２５の回転数が維持される。
【０１１４】
この後は、ステップP1に再び戻り、上記した各ステップP1〜P4を繰り返す。
【０１１５】
以上説明した本実施形態によれば、ステップP3において第１の温度T1が基準温度T0以下であると判断された場合に、ステップP4でファン２５の回転数を遅くするので、ファン２５における消費電力を低減できる。
【０１１６】
また、ステップP3において温度差（T2−T1）が所定温度差ΔT以上であると判断された場合に限り、ステップP4でファン２５の回転数を速くするので、ファン２５における消費電力が必要以上に増大するのを防止できる。
【０１１７】
以上説明した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０１１８】
（付記１） 表面が気流に曝される複数のフィンと、
前記フィンに接続されたバイメタル部とを有し、
前記気流の温度の上昇により、隣り合う前記フィンに接続された前記バイメタル部同士の間隔が狭まることを特徴とする熱交換器。
【０１１９】
（付記２） 複数の前記フィンの各々の一部が除去され、前記気流の温度の低下により前記一部が前記バイメタル部によって塞がれ、
前記気流の温度の上昇により、前記フィンの前記一部から前記バイメタル部が離れ、前記気流が前記一部を流通するようになることを特徴とする付記１に記載の熱交換器。
【０１２０】
（付記３） 前記バイメタル部は、第１のバイメタルと第２のバイメタルとを備え、
前記気流の温度の上昇により、前記第１のバイメタルと前記第２のバイメタルが互いに反対の方向に反ることを特徴とする付記１に記載の熱交換器。
【０１２１】
（付記４） 前記第１のバイメタルと前記第２のバイメタルは、前記フィンの端部に固定されていることを特徴とする付記３に記載の熱交換器。
【０１２２】
（付記５） 前記フィンと前記バイメタル部とを収容するハウジングを更に有することを特徴とする付記１〜４のいずれかに記載の熱交換器。
【０１２３】
（付記６） 前記バイメタル部の端部が前記フィンに固定され、前記端部とは反対側の前記バイメタル部の先端が可動であることを特徴とする付記１に記載の熱交換器。
【０１２４】
（付記７） 前記先端は、前記端部よりも前記気流の上流側にあることを特徴とする付記６に記載の熱交換器。
【０１２５】
（付記８） 機器設置エリアに設けられ、情報処理を行う情報処理機器と、
熱交換器を有し、前記機器設置エリアの空調を行う空調機とを備え、
前記熱交換器が、表面が気流に曝される複数のフィンと、前記フィンに接続されたバイメタル部とを有し、
前記気流の温度の上昇により、隣り合う前記フィンに接続された前記バイメタル部同士の間隔が狭まることを特徴とする情報処理システム。
【０１２６】
（付記９） 前記計算機が吸気面と排気面とを有すると共に、
前記気流を生成するファンと、
前記吸気面側の前記気流の第１の温度を測定する第１の温度測定部と、
前記第１の温度が基準温度以下になったときに、前記ファンの回転数を下げる制御部とを更に有することを特徴とする付記８に記載の情報処理システム。
【０１２７】
（付記１０） 前記排気面側の前記気流の第２の温度を測定する第２の温度測定部を更に有し、
前記制御部が、前記第２の温度と前記第１の温度との差が所定温度差以上になったときに、前記ファンの回転数を増大させる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】
【０１２８】
１、２０…空調機、２、２２…熱交換器、３、２３…筐体、４、２４…ファンユニット、５、２５…ファン、９…冷水配管、１０…フィン、１０ａ…凸部、２７…データセンタ、２８…機器設置エリア、２９…コールドアイル、３０…サーバラック、３１…計算機、３１ａ…吸気面、３１ｂ…排気面、３２…チラー、３３…往水ライン、３４…還水ライン、４０…ハウジング、４１…冷水配管、４２…フィン、４２ａ…開口、４３…バイメタル部、４３ａ…端部、４３ｘ…低膨張側金属膜、４３ｙ…高膨張側金属膜、４７…第１のバイメタル、４８…第２のバイメタル、５１…第１の温度測定部、５２…第２の温度測定部、５３…制御部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器及び熱交換器を用いた情報処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の情報技術の発達により、データセンタ内で扱われるデータ量が増大し、これに伴いデータセンタ内のサーバラックにより多くの計算機が搭載されるようになりつつある。その結果、データセンタ内に設置された空調機では、全ての計算機で消費する電力の総和に匹敵するほど大きな電力を消費しているといわれる。
【０００３】
その空調機においては、データセンタ内で温められた空気を冷却水との熱交換で冷却するための熱交換器が設けられる。空調機の消費電力を削減するには、その熱交換器における熱交換効率を向上させるのが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５８−０４４７５５号公報
【特許文献２】特表２００２−５０２１３５号公報
【特許文献３】特開２０１０−２７６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
熱交換器及び熱交換器を用いた情報処理システムにおいて、熱交換効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下の開示の一観点によれば、表面が気流に曝される複数のフィンと、前記フィンに接続されたバイメタル部とを有し、前記気流の温度の上昇により、隣り合う前記フィンに接続された前記バイメタル部同士の間隔が狭まる熱交換器が提供される。
【０００７】
また、その開示の他の観点によれば、機器設置エリアに設けられ、情報処理を行う情報処理機器と、熱交換器を有し、前記機器設置エリアの空調を行う空調機とを備え、前記熱交換器が、表面が気流に曝される複数のフィンと、前記フィンに接続されたバイメタル部とを有し、前記気流の温度の上昇により、隣り合う前記フィンに接続された前記バイメタル部同士の間隔が狭まる情報処理システムが提供される。
【発明の効果】
【０００８】
以下の開示によれば、気流の温度上昇によってバイメタル部同士の間隔が狭まるため、バイメタル部によって気流が乱れ、フィンと気流との間の熱伝達率が高められ、ひいては熱交換器の熱交換効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、データセンタで使用される空調機の断面図である。
【図２】図２は、データセンタで使用される空調機の熱交換器の要部拡大断面図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る情報処理システムの模式図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係る熱交換器の要部拡大断面図である。
【図５】図５は、第１実施形態において、フィンとバイメタル部とを冷水配管の延在方向から見た図である。
【図６】図６は、バイメタル部が反ったときの第１実施形態に係る熱交換器の要部拡大断面図である。
【図７】図７は、第２実施形態に係る熱交換器の要部拡大断面図である。
【図８】図８は、バイメタル部が反ったときの第２実施形態に係る熱交換器の要部拡大断面図である。
【図９】図９は、第２実施形態において、圧力損失とファンの消費電力との関係を調査して得られたグラフである。
【図１０】図１０（ａ）、（ｂ）は、第２実施形態において、熱交換器の熱伝達率の計算結果を示す図である。
【図１１】図１１（ａ）、（ｂ）は、第２実施形態において、熱交換器の圧力損失の計算結果を示す図である。
【図１２】図１２は、第３実施形態に係る熱交換器の要部拡大断面図である。
【図１３】図１３は、バイメタル部が反ったときの第３実施形態に係る熱交換器の要部拡大断面図である。
【図１４】図１４は、第４実施形態に係る情報処理システムの模式図である。
【図１５】図１５は、第４実施形態に係る制御部の処理内容について説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本実施形態の説明に先立ち、本実施形態の基礎となる予備的事項について説明する。
【００１１】
サーバラックに高密度に搭載された計算機はデータセンタ内に設置された空調機で冷却され、それにより各計算機の情報処理能力が熱で低下するのが防止される。
【００１２】
図１は、そのデータセンタで使用される空調機１の断面図である。
【００１３】
この空調機１は、熱交換器２と、筐体３と、ファンユニット４とを有する。熱交換器２とファンユニット４は、いずれも筐体３内に収められており、データセンタ内の空気を冷却するのに使用される。
【００１４】
また、ファンユニット４は、気流Aを生成するための複数のファン５を有する。
【００１５】
図２は、熱交換器２の要部拡大断面図である。
【００１６】
図２に示すように、熱交換器２は、ハウジング８とその中に収められた冷水配管９及びフィン１０を有する。
【００１７】
このうち、冷水配管９には、不図示のチラー等によって冷却された冷却水が供給される。フィン１０は、上記のファン５によって生成された気流Aを冷却すべく設けられ、冷水配管９と熱的に接続される。フィン１０の材料は特に限定されない。本例では、熱伝導率が高く、気流Aとの間で熱交換を行い易いアルミニウムをフィン１０の材料として使用する。
【００１８】
ここで、気流Aとフィン１０との間の熱交換効率を更に高めるには、フィン１０の表面に複数の凸部１０ａを設けて気流Aを乱すことが考えられる。
【００１９】
しかし、これでは凸部１０ａによって熱交換器２を通る気流Aの流速が落ちてしまうので、その流速を維持するためにファン５（図１参照）の回転数を増加させなければならず、ファン５の消費電力の分だけ空調機１の消費電力が高くなってしまう。
【００２０】
以下、実施形態について説明する。
【００２１】
（第１実施形態）
図３は、本実施形態に係る情報処理システムの模式図である。
【００２２】
この情報処理システム６０は、インターネットデータセンタ（IDC）等のデータセンタ２７において使用されるものであって、空調機２０とサーバラック３０とを有する。
【００２３】
空調機２０は、熱交換器２２と、筐体２３と、ファンユニット２４とを有する。熱交換器２２とファンユニット２４は、いずれも筐体２３に収められており、データセンタ２７内の空気を冷却するのに使用される。
【００２４】
熱交換器２２には往水ライン３３と還水ライン３４が接続される。往水ライン３３と還水ライン３３はチラー３２に接続されており、チラー３２で生成された冷却水が往水ライン３３を介して熱交換器２２に供給される。そして、熱交換器２２で温められた冷却水は、還水ライン３４を通ってチラー３２に戻り、当該チラー３２において冷却される。
【００２５】
また、ファンユニット２４は、気流Bを生成するための複数のファン２５を有する。
【００２６】
その気流Bは、データセンタ２７内に区画されたコールドアイル２９を通ってサーバラック３０に供給される。
【００２７】
サーバラック３０は、データセンタ２７内に区画された機器設置エリア２８に設けられており、情報処理を行うためのサーバ等の複数の計算機３１を備える。なお、計算機３１は、情報処理機器の一例である。
【００２８】
各計算機３１にはCPU等の発熱部品（不図示）が設けられるが、その発熱部品は、各計算機３１の吸気面３１ａ側から取り込まれた気流Bによって冷却される。そして、発熱部品によって温められた気流Bは、各計算機３１の排気面３１ｂ側からデータセンタ２７内に排気された後、空調機２０において再び冷却される。
【００２９】
図４は、熱交換器２２の要部拡大断面図である。
【００３０】
図４に示すように、熱交換器２２は、ハウジング４０とその中に収められた冷水配管４１及びフィン４２を有する。
【００３１】
このうち、冷水配管４１には往水ライン３３（図３参照）から冷却水が供給される。フィン４２は、その表面が気流Bに曝されており、冷水配管４１と熱的に接続される。フィン４２の材料は特に限定されない。本例では、熱伝導率が高く、気流Bとの間で熱交換を行い易いアルミニウムをフィン４２の材料として使用する。
【００３２】
また、フィン４２は、開口４２ａによってその一部が除去される。更に、フィン４２には、バイメタル部４３の端部４３ａが接続される。
【００３３】
図４の点線円内に示すように、バイメタル部４３は、低膨張側金属膜４３ｘと、これよりも熱膨張率が高い高膨張側金属膜４３ｙとを張り合わせてなる。
【００３４】
低膨張側金属膜４３ｘと高膨張側金属膜４３ｙの材料は特に限定されないが、低膨張側金属膜４３ｘの材料としてはFeとNiを材料とするインバー合金を使用し得る。そして、高膨張側金属膜４３ｙとしては、Fe、Cr、及びNiを材料とするステンレス、又はCu、Mn、及びNiを材料とする銅合金を使用し得る。
【００３５】
なお、低膨張側金属膜４３ｘに代えてアルミナ膜等のセラミックの薄膜を形成してもよい。また、高膨張側金属膜４３ｙに代えて、アルミニウム膜を形成してもよい。
【００３６】
更に、低膨張側金属膜４３ｘと高膨張側金属膜４３ｙの各々の厚さも特に限定されないが、本実施形態では低膨張側金属膜４３ｘと高膨張側金属膜４３ｙの各々の厚さをいずれも約０．０４mmとする。
【００３７】
また、バイメタル部４３は、熱伝導率がなるべく小さい接着剤によってその端部４３ａをフィン４２に接続するのが好ましい。そのような接着剤としては、例えば、株式会社サンエイテック製のEMCAST501（熱伝導率0.005W/mk）がある。
【００３８】
このように熱伝導率が小さい接着剤を使用することで、冷水配管４１によってバイメタル部４３が冷却されるのを防止し、気流Bの温度変化に対してバイメタル部４３の形状が速やかに変化するようになる。
【００３９】
なお、上記の図４は、気流Bが室温（２０℃）程度の低温である場合を例示している。この場合は、バイメタル部４３は変形しないため、バイメタル部４３の主面４３ｚが気流Bと平行になると共に、開口４２ａがバイメタル部４３で塞がれた状態となる。
【００４０】
また、ハウジング４０を設けたことで、ハウジング４０の内側に気流Bが閉じ込められ、気流Bとフィン４２との間の熱交換が促進される。
【００４１】
図５は、上記したフィン４２とバイメタル部４３とを冷水配管４１の延在方向から見た図である。
【００４２】
図５に示すように、開口４２ａの平面形状は円形であり、バイメタル部４３はその開口４２ａを覆う大きさの長方形状の平面形状を有する。なお、開口４２ａの平面形状はこれに限定されず、矩形状等の多角形状に開口４２ａを形成してもよい。
【００４３】
次に、この熱交換器２２の動作について説明する。
【００４４】
図６は、データセンタ２７内の気温が高くなり、図４におけるよりも気流Bの温度が上昇した場合の熱交換器２２の要部拡大断面図である。
【００４５】
図６に示すように、気流Bの温度が高くなると、バイメタル部４３が反って開口４２ａから離れ、気流Bが開口４２ａを流通するようになる。その結果、ハウジング４０内で気流Bが乱され、気流Bからフィン４２への熱伝達率が向上し、ひいては熱交換器２２の熱交換効率を高めることができる。
【００４６】
更に、上記のように反ることで、隣り合うフィン４２に接続されたバイメタル部４３の先端同士の間隔Dが狭まるので、気流Bの流れを効率的に阻害して、気流Bからフィン４２への熱伝達率が一層向上する。
【００４７】
特に、バイメタル部４３の両端のうち、気流Bの下流側の端部４３ａを固定して上流側の先端４３ｗを可動にしたことで、温度上昇時に先端４３ｗが気流Bに対して逆らうようになり、気流Bを更に効率的に乱すことができる。
【００４８】
本願発明者が流体解析により計算をしたところ、フィン４２に開口４２ａとバイメタル部４３とを設けないストレートフィン構造と比較して、本実施形態ではバイメタル部４３が反ったときのフィン４２の熱伝達率を約１．３倍にできることが明らかとなった。
【００４９】
また、上記のストレートフィン構造と比べて、本実施形態ではバイメタル部４３が反ったときの圧力損失が約１．１倍になることも明らかとなった。なお、圧力損失とは、熱交換器２２内における気流Bの圧力の最大値と最小値との差をいう。
【００５０】
その圧力損失は、一つのフィン４２に設けるバイメタル部４３の個数を増やすことで、さらに増大すると考えられる。
【００５１】
更に、本実施形態では、対向する二つのフィン４２の中線Lに対してその両脇のバイメタル部４３が左右対称に変形する。そのため、気流Bの流れの方向が中線Lに対して左右どちらかに偏るのを防ぐこともできる。
【００５２】
以上説明した本実施形態によれば、図４に示したように、気流Bの温度が低く、熱交換器２２に高い熱交換率が要求されない場合には、バイメタル部４３が気流Bに沿うようになるので、気流Bの流速を落とすことなくファン２５の回転数を低減することができる。
【００５３】
そのため、図２のように気流Aの温度の如何によらず凸部１０ａで常に気流を乱す場合と比較して、本実施形態ではファン２５の消費電力を低減することができ、ひいては空調機２０の省エネルギ化を実現することができる。
【００５４】
しかも、図６に示したように、気流Bの温度が高くなるとバイメタル部４３が反って気流Bの流れを乱すようになるので、フィン４２と気流Bとの間の熱伝達率が高められ、熱交換器２２の熱交換効率を向上させることができる。
【００５５】
（第２実施形態）
図７は、本実施形態に係る熱交換器２２の要部拡大断面図である。なお、図７において、第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【００５６】
図７に示すように、本実施形態におけるバイメタル部４３は、フィン４２の先端４２ｇに固定された第１のバイメタル４７と第２のバイメタル４８とを有する。
【００５７】
図７の点線円内に示すように、第１のバイメタル４７は、第１の低膨張側金属膜４７ｘと、これよりも熱膨張率が高い第１の高膨張側金属膜４７ｙとを張り合わせてなる。
【００５８】
一方、第２のバイメタル４８は、第２の低膨張側金属膜４８ｘと、これよりも熱膨張率が高い第２の高膨張側金属膜４８ｙとを張り合わせてなる。
【００５９】
これら第１のバイメタル４７と第２のバイメタル４８の材料は特に限定されない。本実施形態では、第１の低膨張側金属膜４７ｘ及び第２の低膨張側金属膜４８ｘの材料として、FeとNiを材料とするインバー合金を使用する。
【００６０】
一方、第１の高膨張側金属膜４７ｙ及び第２の高膨張側金属膜４８ｙの材料としては、Fe、Cr、及びNiを材料とするステンレス、又はCu、Mn、及びNiを材料とする銅合金を使用し得る。
【００６１】
更に、第１のバイメタル４７と第２のバイメタル４８の厚さは、いずれも約０．０８mm程度とされる。
【００６２】
なお、必要に応じてフィン４２の全体をバイメタル部４３としてもよい。
【００６３】
また、上記の図７は、気流Bが室温（２０℃）程度の低温の場合を例示している。この場合は、バイメタル部４３は変形せず、第１のバイメタル４７と第２のバイメタル４８の各々の主面４７ａ、４８ａは気流Bと平行になる。
【００６４】
次に、この熱交換器２２の動作について説明する。
【００６５】
図８は、データセンタ２７内の気温が高くなり、図７におけるよりも気流Bの温度が上昇した場合の熱交換器２２の要部拡大断面図である。
【００６６】
図８に示すように、気流Bの温度が高くなると、第１のバイメタル４７と第２のバイメタル４８が互いに反対の方向に反り、バイメタル部４３の表面積が増大する。
【００６７】
例えば、図８の例では、気流Bに曝される部分のフィン４２とバイメタル部４３の総表面積は、フィン４２の長さL1とバイメタル部４３の長さL2の長さが等しいとき、バイメタル部４３が反る前と比較して１．５倍程度に増える。
【００６８】
そして、そのような表面積の増大により気流Bが乱されるため、気流Bからバイメタル部４３への熱伝達率が向上し、ひいては熱交換器２２の熱交換効率を高めることができる。
【００６９】
本願発明者が計算したところ、バイメタル部４３に通常の金属膜を使用するストレートフィンと比較して、本実施形態のバイメタル部４３の熱伝導率は約１．６倍になり、その圧力損失は約１．４倍となった。
【００７０】
また、熱交換器２２への熱負荷が１００％のときに図８のようにバイメタル部４３が反り、熱負荷が３０％のときに図７のようにバイメタル部４３が平坦に戻ると場合に、気流Bの流速を同一に保つのに要するファン２５の電力を以下のように求めた。
【００７１】
図９は、圧力損失（静圧）とファン２５の消費電力との関係を調査して得られたグラフである。なお、このグラフの作成に際してはファン２５のP（静圧）−Q（風量）曲線を利用した。図９に示されるように、圧力損失と消費電力は略線形の関係にある。
【００７２】
その結果、気流Bの流速を２２００m3／hに保とうとする場合、圧力損失（静圧）が５０Paのときの消費電力が２０４Wであったのに対し、圧力損失が３５Paのときには消費電力が１８９Wに低減した。データセンタ内では複数のファン２５が運用されるため、ファン２５の台数に比例して電力の削減効果を大きくすることができる。
【００７３】
これにより、図７のようにバイメタル部４３が平坦な場合では、図８のようにバイメタル部４３が反っている場合と比較して、ファン２５の消費電力を約１０％低減することができる。
【００７４】
次に、この熱交換器２２の熱伝達率と圧力損失のシミュレーション結果について説明する。
【００７５】
図１０（ａ）、（ｂ）は、熱伝達率のシミュレーション結果を示す図である。
【００７６】
これらのうち、図１０（ａ）は、バイメタル部４３に代えて熱変形しない通常の金属からなるストレートフィンを使用した場合の計算結果を示す図である。そのストレートフィンは、気流の温度が約２０℃と低温で反りが発生していないバイメタル部４３と同視できる。
【００７７】
一方、図１０（ｂ）は、本実施形態に係る熱交換器２２についての計算結果を示す図である。なお、第１のバイメタル４７と第２のバイメタル４８の各々の平面形状は長辺が２０mmで短辺が８mmの長方形とし、それらの厚さは０．０８mmとした。また、第１のバイメタル４７と第２のバイメタル４８の各々の湾曲係数は２０．５×１０-6／℃とし、気流の温度は４０℃とした。
【００７８】
図１０（ａ）に示すように、ストレートフィンの熱伝達率は約４００〜６００W／m2K程度である。
【００７９】
一方、図１０（ｂ）に示すように、本実施形態では約７５０〜９００W／m2Kの熱伝導率が得られ、ストレートフィン（図１０（ａ））と比較して熱伝導率を約１．５〜１．９倍に高めることができる。この値に基づいて熱交換器２２全体の交換熱量を計算すると、ストレートフィンよりも本実施形態では約２．３〜２．９倍の交換熱量が得られることになる。
【００８０】
また、本実施形態では第１のバイメタル４７と第２のバイメタル４８が熱により変形する。その変形により、第１のバイメタル４７と第２のバイメタル４８の各々は、変形していない場合と比較してそれらの先端が約２mm程度反る。
【００８１】
実使用下においては、低温時と高温時の気流の温度差や約５〜１５℃程度であるため、バイメタル部４３の反りの量は上記よりも小さくなる。そのため、隣り合うバイメタル部４３同士の間隔を２〜３mm程度とすれば、隣り合うバイメタル部４３同士が接触することはなく、十分実用に耐え得る。
【００８２】
図１１（ａ）、（ｂ）は、圧力損失の計算結果を示す図である。
【００８３】
これらのうち、図１１（ａ）は、バイメタル部４３に代えて熱変形しない通常の金属からなるストレートフィンを使用した場合の計算結果を示す図である。そして、図１１（ｂ）は、図１０（ｂ）におけるのと同様に、本実施形態に係る熱交換器２２についての計算結果を示す図である。
【００８４】
圧力損失は、熱交換器２２内における気流の圧力の最大値と最小値との差で定義される。
【００８５】
図１１（ａ）に示すように、ストレートフィンの場合には、圧力損失は約３６．６Pa（３６．６Pa−０Pa）となる。
【００８６】
一方、図１１（ｂ）に示すように、本実施形態では、温度上昇で変形したバイメタル部４３により熱交換器２２内の気流が乱されるため、圧力損失は約５０．３Pa（約５０．３Pa−０Pa）となり、ストレートフィンよりも高くなる。
【００８７】
このことから、ストレートフィンを使用した場合（図１１（ａ））の圧力損失は、本実施形態における圧力損失よりも２７％低減できることになる。
【００８８】
ここで、図７を参照して説明したように、気流Bの温度が低いときは、本実施形態でもバイメタル部４３に反りが発生しないため、バイメタル部４３をストレートフィンとみなすことができる。
【００８９】
そのため、本実施形態でも、気流Bの温度が低くバイメタル部４３に反りが発生していない場合には、バイメタル部４３に反りが発生している場合と比較して圧力損失を約２７％抑制することができる。
【００９０】
図９に示したように、圧力損失が小さくなると気流Bを同一に保つのに要するファン２５の消費電力を抑制できるので、本実施形態でもファン２５の消費電力を低減することが可能となる。
【００９１】
（第３実施形態）
図１２は、本実施形態に係る熱交換器２２の要部拡大断面図である。なお、図１２において、第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【００９２】
本実施形態では、図１２に示すように、フィン４２の両面にバイメタル４３を設ける。各バイメタル４３は、その端部４３ａがフィン４２に接続されており、フィン４２を基準にして線対称となるようにフィン４２の両面に対となって設けられる。
【００９３】
次に、この熱交換器２２の動作について説明する。
【００９４】
図１３は、データセンタ２７内の気温が高くなり、図１２におけるよりも気流Bの温度が上昇した場合の熱交換器２２の要部拡大断面図である。
【００９５】
図１３に示すように、気流Bの温度が高くなると、端部４３ａを支点にしてバイメタル部４３が反り、気流Bが乱されるようになる。そのため、気流Bからフィン４２への熱伝達率が向上し、熱交換器２２の熱交換効率を高めることができる。
【００９６】
しかも、第１実施形態と同様に、このように反ることで隣り合うフィン４２に接続されたバイメタル部４３の先端同士の間隔Dが狭まり、気流Bの流れを効率的に阻害することができる。
【００９７】
また、気流Bの上流側の先端４３ｘを可動にしたため、温度上昇時に先端４３ｘが気流Bに対して逆らうようになり、気流Bを更に効率的に乱して熱交換器２２の熱交換効率を更に向上させることができる。
【００９８】
（第４実施形態）
本実施形態では、第１〜第３実施形態で説明した空調機２０のファンの回転数の制御方法について説明する。
【００９９】
図１４は、本実施形態に係る情報処理システムの模式図である。なお、図１４において、図３で説明したのと同じ要素には図３におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【０１００】
図１４に示すように、この情報処理システム７０は、第１の温度測定部５１、第２の温度測定部５２、及び制御部５３を有する。
【０１０１】
このうち、第１の温度測定部５１は計算機３１の吸気面３１ａ側の温度T1を測定し、第２の温度測定部５２は排気面３１ｂ側の第２の温度T2を測定する。このように測定された第１の温度T1と第２の温度T2は、それぞれ第１の温度監視信号ST1と第２の温度監視信号ST2として制御部５３に出力される。
【０１０２】
そして、制御部５３は、各々のファン２５に対してその回転数を制御する制御信号Srを出力する。また、ファン２５には不図示のエンコーダが設けられており、そのエンコーダから制御部５３にファン２５の回転数を示す回転数信号Smが出力される。
【０１０３】
次に、この制御部５３によるファン２５の回転数の制御方法について説明する。
【０１０４】
図１５は、制御部５３の処理内容について説明するためのフローチャートである。
【０１０５】
最初のステップP1では、回転数信号Smに基づいて、制御部５３がファン２５の回転数をモニタする。
【０１０６】
続いて、ステップP2に移り、第１の温度監視信号ST1と第２の温度監視信号ST2に基づいて、制御部５３が、吸気面３１ａ側の気流Bの第１の温度T1と、排気面３１ｂ側の気流Bの第２の温度T2をモニタする。
【０１０７】
次に、ステップP3に移る。本ステップでは、制御部５３が、第１の温度T1が基準温度T0よりも高いか否かを判断する。
【０１０８】
また、これと共に、制御部５３が、第２の温度T2と第１の温度T1との温度差（T2−T1）が所定温度差ΔTよりも低いか否かを判断する。
【０１０９】
ここで、第１の温度T1が基準温度T0よりも高くない（NO）と判断された場合には、気流Bが空調機２０で過剰に冷却されており、空調機２０の消費電力を削減する余地がある。
【０１１０】
よって、この場合は、ステップP4に移り、制御部５３の制御下でファン２５の回転数を遅くする。
【０１１１】
また、ステップP3で温度差（T2−T1）が所定温度差ΔTよりも低くない（NO）と判断された場合は、各計算機３１の発熱量が多く、それが原因で第２の温度T2が高温になっていると考えられる。
【０１１２】
よって、この場合は、ステップP4に移り、制御部５３の制御下でファン２５の回転数を上げ、各計算機３１に供給される気流Bの流量を多くする。
【０１１３】
一方、ステップP3において、第１の温度T1が基準温度T0よりも高く、かつ、温度差（T2−T1）が所定温度差ΔTよりも低い場合（YES）には、制御部５３の制御下でファン２５の回転数が維持される。
【０１１４】
この後は、ステップP1に再び戻り、上記した各ステップP1〜P4を繰り返す。
【０１１５】
以上説明した本実施形態によれば、ステップP3において第１の温度T1が基準温度T0以下であると判断された場合に、ステップP4でファン２５の回転数を遅くするので、ファン２５における消費電力を低減できる。
【０１１６】
また、ステップP3において温度差（T2−T1）が所定温度差ΔT以上であると判断された場合に限り、ステップP4でファン２５の回転数を速くするので、ファン２５における消費電力が必要以上に増大するのを防止できる。
【０１１７】
以上説明した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０１１８】
（付記１） 表面が気流に曝される複数のフィンと、
前記フィンに接続されたバイメタル部とを有し、
前記気流の温度の上昇により、隣り合う前記フィンに接続された前記バイメタル部同士の間隔が狭まることを特徴とする熱交換器。
【０１１９】
（付記２） 複数の前記フィンの各々の一部が除去され、前記気流の温度の低下により前記一部が前記バイメタル部によって塞がれ、
前記気流の温度の上昇により、前記フィンの前記一部から前記バイメタル部が離れ、前記気流が前記一部を流通するようになることを特徴とする付記１に記載の熱交換器。
【０１２０】
（付記３） 前記バイメタル部は、第１のバイメタルと第２のバイメタルとを備え、
前記気流の温度の上昇により、前記第１のバイメタルと前記第２のバイメタルが互いに反対の方向に反ることを特徴とする付記１に記載の熱交換器。
【０１２１】
（付記４） 前記第１のバイメタルと前記第２のバイメタルは、前記フィンの端部に固定されていることを特徴とする付記３に記載の熱交換器。
【０１２２】
（付記５） 前記フィンと前記バイメタル部とを収容するハウジングを更に有することを特徴とする付記１〜４のいずれかに記載の熱交換器。
【０１２３】
（付記６） 前記バイメタル部の端部が前記フィンに固定され、前記端部とは反対側の前記バイメタル部の先端が可動であることを特徴とする付記１に記載の熱交換器。
【０１２４】
（付記７） 前記先端は、前記端部よりも前記気流の上流側にあることを特徴とする付記６に記載の熱交換器。
【０１２５】
（付記８） 機器設置エリアに設けられ、情報処理を行う情報処理機器と、
熱交換器を有し、前記機器設置エリアの空調を行う空調機とを備え、
前記熱交換器が、表面が気流に曝される複数のフィンと、前記フィンに接続されたバイメタル部とを有し、
前記気流の温度の上昇により、隣り合う前記フィンに接続された前記バイメタル部同士の間隔が狭まることを特徴とする情報処理システム。
【０１２６】
（付記９） 前記計算機が吸気面と排気面とを有すると共に、
前記気流を生成するファンと、
前記吸気面側の前記気流の第１の温度を測定する第１の温度測定部と、
前記第１の温度が基準温度以下になったときに、前記ファンの回転数を下げる制御部とを更に有することを特徴とする付記８に記載の情報処理システム。
【０１２７】
（付記１０） 前記排気面側の前記気流の第２の温度を測定する第２の温度測定部を更に有し、
前記制御部が、前記第２の温度と前記第１の温度との差が所定温度差以上になったときに、前記ファンの回転数を増大させる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】
【０１２８】
１、２０…空調機、２、２２…熱交換器、３、２３…筐体、４、２４…ファンユニット、５、２５…ファン、９…冷水配管、１０…フィン、１０ａ…凸部、２７…データセンタ、２８…機器設置エリア、２９…コールドアイル、３０…サーバラック、３１…計算機、３１ａ…吸気面、３１ｂ…排気面、３２…チラー、３３…往水ライン、３４…還水ライン、４０…ハウジング、４１…冷水配管、４２…フィン、４２ａ…開口、４３…バイメタル部、４３ａ…端部、４３ｘ…低膨張側金属膜、４３ｙ…高膨張側金属膜、４７…第１のバイメタル、４８…第２のバイメタル、５１…第１の温度測定部、５２…第２の温度測定部、５３…制御部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が気流に曝される複数のフィンと、
前記フィンに接続されたバイメタル部とを有し、
前記気流の温度の上昇により、隣り合う前記フィンに接続された前記バイメタル部同士の間隔が狭まることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
複数の前記フィンの各々の一部が除去され、前記気流の温度の低下により前記一部が前記バイメタル部によって塞がれ、
前記気流の温度の上昇により、前記フィンの前記一部から前記バイメタル部が離れ、前記気流が前記一部を流通するようになることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記バイメタル部は、一部同士が互いに固定された第１のバイメタルと第２のバイメタルとを備え、
前記気流の温度の上昇により、前記第１のバイメタルと前記第２のバイメタルが互いに反対の方向に反ることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記バイメタル部の端部が前記フィンに固定され、前記端部とは反対側の前記バイメタル部の先端が可動であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記先端は、前記端部よりも前記気流の上流側にあることを特徴とする請求項４に記載の熱交換器。
【請求項６】
機器設置エリアに設けられ、情報処理を行う情報処理機器と、
熱交換器を有し、前記機器設置エリアの空調を行う空調機とを備え、
前記熱交換器が、表面が気流に曝される複数のフィンと、前記フィンに接続されたバイメタル部とを有し、
前記気流の温度の上昇により、隣り合う前記フィンに接続された前記バイメタル部同士の間隔が狭まることを特徴とする情報処理システム。
【請求項１】
表面が気流に曝される複数のフィンと、
前記フィンに接続されたバイメタル部とを有し、
前記気流の温度の上昇により、隣り合う前記フィンに接続された前記バイメタル部同士の間隔が狭まることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
複数の前記フィンの各々の一部が除去され、前記気流の温度の低下により前記一部が前記バイメタル部によって塞がれ、
前記気流の温度の上昇により、前記フィンの前記一部から前記バイメタル部が離れ、前記気流が前記一部を流通するようになることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記バイメタル部は、一部同士が互いに固定された第１のバイメタルと第２のバイメタルとを備え、
前記気流の温度の上昇により、前記第１のバイメタルと前記第２のバイメタルが互いに反対の方向に反ることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記バイメタル部の端部が前記フィンに固定され、前記端部とは反対側の前記バイメタル部の先端が可動であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記先端は、前記端部よりも前記気流の上流側にあることを特徴とする請求項４に記載の熱交換器。
【請求項６】
機器設置エリアに設けられ、情報処理を行う情報処理機器と、
熱交換器を有し、前記機器設置エリアの空調を行う空調機とを備え、
前記熱交換器が、表面が気流に曝される複数のフィンと、前記フィンに接続されたバイメタル部とを有し、
前記気流の温度の上昇により、隣り合う前記フィンに接続された前記バイメタル部同士の間隔が狭ま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１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１３−２７３５（Ｐ２０１３−２７３５Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３４３０８（Ｐ２０１１−１３４３０８）
【出願日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【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７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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