水蒸気圧縮冷凍機システム
【課題】データセンターのサーバ冷却設備に適した冷凍システムとして水蒸気圧縮冷凍機を使用できるように熱媒体搬送冗長化自動切替回路を設ける。
【解決手段】運転中の冷水ポンプ３７及び冷水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁３６をＯＦＦにし、停止していた別の冷水ポンプ３７及び冷水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁３６をＯＮにそれぞれ動作させる冷水配管４２の切替制御部７０と、運転中の圧縮機２５、圧縮機ＯＮ−ＯＦＦ弁２６及び温度計２７をＯＦＦにし、停止していた別の圧縮機２５、圧縮機ＯＮ−ＯＦＦ弁２６及び温度計２７をＯＮにそれぞれ動作させる圧縮機２５の切替制御部７１と、運転中の冷却水ポンプ５２、冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５１及び羽根車式流量計５３をＯＦＦにし、停止していた別の冷却水ポンプ５２、冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５１及び羽根車式冷却水流量計５３をＯＮにそれぞれ動作させる冷却水配管５７の切替制御部７２とを備える。
【解決手段】運転中の冷水ポンプ３７及び冷水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁３６をＯＦＦにし、停止していた別の冷水ポンプ３７及び冷水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁３６をＯＮにそれぞれ動作させる冷水配管４２の切替制御部７０と、運転中の圧縮機２５、圧縮機ＯＮ−ＯＦＦ弁２６及び温度計２７をＯＦＦにし、停止していた別の圧縮機２５、圧縮機ＯＮ−ＯＦＦ弁２６及び温度計２７をＯＮにそれぞれ動作させる圧縮機２５の切替制御部７１と、運転中の冷却水ポンプ５２、冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５１及び羽根車式流量計５３をＯＦＦにし、停止していた別の冷却水ポンプ５２、冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５１及び羽根車式冷却水流量計５３をＯＮにそれぞれ動作させる冷却水配管５７の切替制御部７２とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱媒体搬送冗長化自動切替回路を設けた水蒸気圧縮冷凍機システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、通年で非常に密度の高い発熱を発し、かつその発熱を速やかに除去することが要求されるデータセンタに設置されるサーバに対し、通常の７℃〜１２℃程度の冷水ではサーバ設置室内空気の含有湿分が冷熱熱交換する部位で結露する虞があり、その結露水がサーバ回路などで短絡を引き起こすことを防止するため、低温側温度を室内空気の露点以上（例えば、１３℃以上）とする高温の冷水により冷却することがある。
この通年で高温の冷却を要求するデータセンタのサーバには、例えば、特許文献１に開示されるように、冷却水の冷凍設備が備えられている。
データセンターのサーバラックに高密度に設置されたブレード型のサーバには、例えば、サーバラックに並列に冷却用に熱交換器が備わったり、サーバラックの周囲に気流の通過流路を設けその流路を流れる空気と熱交換する冷却用熱交換器が備わったりして、サーバのＣＰＵなどからの２４時間発生する高負荷の発熱を熱交換器の熱媒によって外部に取り出して冷却する場合がある。サーバに内蔵されたＣＰＵや周辺ＩＣは自身が熱を発するにもかかわらず、１００℃未満の比較的低温で動作不良や回路故障を生じてしまう。そのため、ＣＰＵやその他ＩＣの上記不具合を発生する虞のある温度から更に低い温度でサーバ運転自体を停止する安全回路を有していることが多い。
【０００３】
ところで、インターネットを介して、例えば、ネットバンキングなど各種サービスを行うため、高額なサーバ管理費を支払ってデータセンタ運営会社に顧客はサーバ管理を依頼している。
サーバに対する冷却用熱交換器が所定の性能を発揮できないと、サーバの破壊を防止する安全回路が働くこととなるが、サーバが停止してしまうと、上記ネットバンキングなどの各種サービスが停止し、顧客が商機を逸したり、顧客自身の客の信用を失ったりすることにより、サーバ運営会社に損害賠償を請求することも多い。
【０００４】
サーバ管理にはサーバの発する熱負荷を冷却し、サーバ稼働を保証することも含まれている。
そこで、例えば、特許文献２に開示されるように、冷却用熱交換器に冷却水の供給制御を行う冷却制御装置にエラーが発生した場合、直ちに電源を落とさず、冷却制御装置に冷却制御を再度試行させてエラーの回復を行うシステムダウン回数を低減させることを目的として冷却水制御方式が備えられている。
【０００５】
ところで、従来、冷凍設備に用いられる冷凍機は、フロン又は代替フロンを冷媒として永い間常用されてきた。しかし、これらの冷媒はオゾン層を破壊する問題や温暖化等の地球環境の悪化をもたらす原因物質として、その使用に制限が加えられてきた。
そこで、例えば、水を冷凍サイクルを形成する冷媒として使用する水蒸気圧縮冷凍機が提案されている。
そして、例えば、特許文献３には、蒸発器と凝縮器の差圧を位置水頭により確保し、もって膨張弁を排除した水蒸気圧縮冷凍機システムが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１５６１３６号公報
【特許文献２】特開平２−７９１１０号公報
【特許文献３】特開２００６−９７９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の冷凍設備に代えて、水蒸気圧縮冷凍機システムをそのままデータセンターのサーバ冷却水の冷凍に適用すると、サーバ側の無停止に対応できず、冷凍システムの機器の故障によって膨大な損失を被ることになる。
また、特許文献２のように、冷却ポンプの切替制御のみでは、水蒸気圧縮冷凍機に特化した安価な無停止対応はできない。
【０００８】
本発明は斯かる従来の問題点を解決するために為されたもので、その目的は、データセンターのサーバ冷却設備に適した冷凍システムとして水蒸気圧縮冷凍機を使用できるように熱媒体搬送冗長化自動切替回路を設けた水蒸気圧縮冷凍機システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の水蒸気圧縮冷凍機システムは、注水管、温度計及び水位計を内部に設ける密閉式の蒸発器と、散水管及び水位計を内部に設ける密閉式の凝縮器と、入口側又は出口側に圧縮機ＯＮ−ＯＦＦ弁、出口側に温度計を有する圧縮機分岐管を並列に配置してなる蒸発器と凝縮器との冷媒液位のレベル差を確保する複数の圧縮機と、各々が配管で接続される凝縮器、蒸発器、圧縮機及びその間を接続する配管内を３０ｋＰａ以下の真空状態に保持する、凝縮器に接続される配管に設けられた真空ポンプと、を有する、水が冷凍サイクルを形成する冷媒として使用される水蒸気圧縮冷凍機を備えた水蒸気圧縮冷凍機システムであって、蒸発器と凝縮器とを連結する連通路と、冷水ポンプ及び冷水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁を設けた複数の冷水分岐管を並列に配置し、蒸発器に連結される冷水往き管と、温度計を設け、蒸発器の散水管に連結される冷水還り管と、冷水往き管又は冷水還り管に設けられる羽根車式冷水流量計とを有する冷水配管と、冷水往き管及び冷水還り管に連結される熱交換器である負荷と、圧縮機を蒸発器と凝縮器との間に位置させて連結する連結配管と、冷却水ポンプを配置し、凝縮器に連結される冷却水往き管と、温度計を設け、凝縮器の散水管に連結される冷却水還り管とを有する冷却水配管と、冷却水配管に熱交換器部分が連結される密閉式冷却塔と、冷水配管の冷水ポンプ及び冷水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＮ−ＯＦＦ動作させる冷水配管の操作器と、圧縮機、圧縮機ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＮ−ＯＦＦ動作させる圧縮機の操作器と、冷水配管の還り温度が所定の温度を超える場合、又は、羽根車式冷水流量計からの流量信号が、所定の閾値を下回る（つまり、所定の流量が出ていない）場合、又は、羽根車式冷水流量計からの流量信号が、閾値を超え、かつ、冷水配管の還り温度が所定の温度を超える場合に、冷水配管の操作器に切替信号を発信させ、運転中の冷水ポンプ及び冷水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＦＦにし、停止していた別の冷水ポンプ及び冷水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＮにそれぞれ動作させる冷水配管の切替制御部と、圧縮機の運転信号を受けて、正常な運転をしているのにもかかわらず、蒸発器内の温度が所定の設定温度を超える場合、又は、圧縮機の吐出温度が所定の温度を超える場合、又は、蒸発器及び凝縮器の冷媒液位のレベル差△Ｌが所定の閾値を下回る（つまり、差圧がとれていない状態の）場合に、運転中の圧縮機、圧縮機ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＦＦにし、停止していた別の圧縮機、圧縮機ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＮにそれぞれ動作させる圧縮機の切替制御部とを備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項２の水蒸気圧縮冷凍機システムは、請求項１に記載の水蒸気圧縮冷凍機システムにおいて、冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁、冷却水ポンプ及び羽根車式冷却水流量計を設ける複数の冷却水分岐管を並列に配置し、凝縮器に連結される冷却水往き管と、温度計を設け、凝縮器の散水管に連結される冷却水還り管とを有する冷却水配管と、冷却水配管の冷却水ポンプ及び冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＮ−ＯＦＦ動作させる冷却水配管の操作器と、冷却水の還り温度が所定の温度を超える場合、又は、羽根車式冷却水流量計からの流量信号が所定の閾値を下回る（つまり、所定の流量が出ていない）場合、又は、冷却水の還り温度が所定の温度を超え、羽根車式冷却水流量計からの流量信号が所定の閾値を超える場合に、運転中の冷却水ポンプ及び冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＦＦにし、停止していた別の冷水ポンプ及び冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＮにそれぞれ動作させる冷却水配管の切替制御部とを備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項３の水蒸気圧縮冷凍機システムは、請求項１に記載の水蒸気圧縮冷凍機システムにおいて、冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁、冷却水ポンプ及び羽根車式冷却水流量計を設ける複数の冷却水分岐管を並列に配置し、凝縮器に連結される冷却水往き管と、温度計を設け、凝縮器の散水管に連結される冷却水還り管とを有する複数の冷却水配管と、複数の冷却水配管に熱交換器部分が連結される複数の密閉式冷却塔と、冷却水配管の冷却水ポンプ及び冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＮ−ＯＦＦ動作させる冷却水配管の操作器と、冷却水の還り温度が所定の温度を超える場合、又は、羽根車式冷却水流量計からの流量信号が所定の閾値を下回る（つまり、所定の流量が出ていない）場合、又は、冷却水の還り温度が所定の温度を超え、羽根車式冷却水流量計からの流量信号が所定の閾値を超える場合に、運転中の冷却水ポンプ、密閉式冷却塔のファン及び冷却塔冷却水ポンプ及び冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＦＦにし、停止していた別の冷水ポンプ及び密閉式冷却塔のファン及び冷却塔冷却水ポンプ及び冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＮにそれぞれ動作させる冷却水配管の切替制御部とを備えることを特徴とする。
請求項４の水蒸気圧縮冷凍機システムは、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の水蒸気圧縮冷凍機システムにおいて、負荷は、データセンタのサーバであることを特徴とする。
請求項５の水蒸気圧縮冷凍機システムは、請求項１記載の水蒸気圧縮冷凍機システムにおいて、冷水配管の切替制御部は、羽根車式冷水流量計に連絡するセレクタと、冷水配管の温度計及び蒸発器の温度計に連絡するＴＩＣ（温度調節計機構）とを有することを特徴とする。
【００１２】
請求項６の水蒸気圧縮冷凍機システムは、請求項１記載の水蒸気圧縮冷凍機システムにおいて、圧縮機の切替制御部は、蒸発器の温度計に連絡するＴＩＣ（温度調節系機構）と、圧縮機の温度計に連絡するセレクタと、蒸発器の水位計及び凝縮器の水位計に連絡する△ＬＩＣ（レベル差コントローラ）とを有することを特徴とする。
請求項７の水蒸気圧縮冷凍機システムは、請求項１記載の水蒸気圧縮冷凍機システムにおいて、冷却水配管の切替制御部は、羽根車式冷却水流量計に連絡するセレクタと、冷却水配管の温度計に連絡するＴＩＣ（温度調節計機構）とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、負荷側、冷凍機内系及び冷却水系において各々で安い計測器の出力により機器の多重冗長化を自動で行えるようにしたので、水蒸発圧縮冷凍機システムをサーバ冷却に適用しても、サーバ冷却に停止や温度上昇を起こさせることがない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態１に係る水蒸気圧縮冷凍機システムを示す構成説明図である。
【図２】本発明の実施形態２に係る水蒸気圧縮冷凍機システムを示す構成説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
（実施形態１）
本実施形態に係る水蒸気圧縮冷凍機システムは、水を冷凍サイクルを形成する冷媒として使用する密閉式の水冷媒冷凍機である水蒸気圧縮冷凍機１０を有する。水蒸気圧縮冷凍機１０は、密閉式の蒸発器１５と、この蒸発器１５の近傍位置に膨張弁を介設することなく直接に連通路３０で相互連結することによって配置された密閉式の凝縮器２０と、蒸発器１５と凝縮器２０との相互間を接続する蒸気ダクトである連結配管２９に配設したインバータで制御される２つのルーツ圧縮機２５と、凝縮器２０に配管２３ａを介して接続された真空ポンプ２３とで構成されている。
【００１６】
真空ポンプ２３は、凝縮器２０内の空気、つまり凝縮器２０に空間として繋がっている連通路３０、連結配管２９及び蒸発器１５と、さらに凝縮器２０と蒸発器１５とにそれぞれ接続されたその他の配管内の空気を排出し、それらの空間内の空気圧力を少なくとも３０ｋＰａ以下の真空状態とし、例えば、水の３７℃飽和蒸気圧である６．３ｋＰａ程度の圧力値として凝縮器２０内を真空状態とする。そして、ルーツ圧縮機２５は、レベル的に併設された蒸発器１５と凝縮器２０との冷媒液位のレベル差△Ｌを確保するだけの圧力差を、真空状態において保持できるだけの能力を有している。
【００１７】
蒸発器１５は、密閉型に構成され、その内部に入れた蒸発性液体、例えば、水を大気圧より低い減圧の状態で沸騰蒸発するものである。この蒸発器１５には、冷水往き管３５と冷水還り管４０とを有する冷水配管４２を介してサーバ等の負荷（冷却した水の冷熱を間接的に利用する箇所）４５が連結されている。また、冷水還り管４０の蒸発器接続側は、蒸発器１５内部で散水管１９の形を採っても良いし、散水せずただ注入するような注入管の形を採用しても良い。また、蒸発器１５は、冷水溜まり１７内の水温度を計測する温度計１６と、内部の水位を計測する、例えば、フロート式の水位計１８とを有する。
【００１８】
負荷側の冷水配管４２の冷水往き管３５は、冷水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁３６と、冷水ポンプ３７とを設けた２つの冷水分岐管３８を並列に配置し、負荷側４５側に羽根車式冷水流量計３９を設けている。
なお、羽根車式冷水流量計３９は、冷水還り管４０に設けても良い。また、羽根車式冷水流量計３９は、本管と同じサイズのものでも良いが、コストを考えて、本管から分岐して又合流する小径のバイパス管を設けて、その小径サイズのバイパス管に羽根車式冷水流量計３９を設置するのが望ましい。さらに、負荷側の冷水配管４２の冷水還り管４０は、温度計４１を設けている。
【００１９】
この蒸発器１５内での沸騰蒸発にて温度が低くなった水は、冷水ポンプ３７にて汲み出して冷水配管４２の冷水往き管３５を介してサーバ等の負荷（冷却した水の冷熱を間接的に利用する箇所）４５に送られた後、冷水配管４２の冷水還り管４０を介して再び蒸発器１５内に散水管１９から噴出して戻るという循環を行うように構成されている。
凝縮器２０は、密閉型に構成され、蒸発器１５内での沸騰蒸発にて発生した蒸気を連結配管２９を介して導入し、後述する密閉系冷却塔６０で冷却された冷却水を散水管２２から噴霧液滴とすることで、その蒸発潜熱により導入蒸気を冷却凝縮するものである。この凝縮器２０には、冷却水往き管５０と冷却水還り管５５とを有する冷却水配管５７を介して密閉式冷却塔６０が連結されている。又、凝縮器２０は、内部の水位を計測する、例えば、フロート式の水位計２１を有する。
【００２０】
冷却水配管５７の冷却水往き管５０には、冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５１、冷却水ポンプ５２及び羽根車式冷却水流量計５３を設けた２つの冷却水分岐管５４を並列に配置している。また、冷却水配管５７の冷却水還り管５５は、温度計５６を設けている。
２つのルーツ圧縮機２５は、入口側に圧縮機ＯＮ−ＯＦＦ弁２６を設けると共に、出口側に温度計２７を設けた２つの圧縮機分岐管２８を並列に配置させることによって構成されている。圧縮機分岐管２８は、蒸発器１５と凝縮器２０とを相互に連結する連結配管２９に連結している。
【００２１】
ルーツ圧縮機２５は、例えば、ルーツポンプであり、このルーツポンプはいわゆる真空用のブースタポンプであって、例えば、楕円形のシリンダ内に同形のまゆ型断面形状を有する２つのロータを互いに９０°位相をずらせて隣接配置し、各ロータは互いに当速度で回転する。この２つのロータとシリンダとの間に閉じこめられた水蒸気を吸気口から排気口側つまり凝縮器２０側に送流する。そして、２つのロータの回転制御はルーツポンプの軸端に接続されたタイミングギヤによって行ない、駆動軸の他端は軸封部を介して大気中に出しモータによって駆動される。そして、このルーツポンプの特徴点は、シリンダ内に摺動部がなく動力損が少なく高速回転が可能となると共に良好な排気特性が得られることにある。
【００２２】
密閉式冷却塔６０は、冷却水配管５７の往き管５０と冷却水系の還り管５５との間に設けた空気−水熱交換器コイル５８を内蔵し、外気を密閉式冷却塔６０の上部ファン６０ａにより熱交換器コイル５８の空気側に導入し、散水管６２から循環水を熱交換器コイル５８の空気側に散布して潜熱冷却するために、下部水槽６１と散水管６２とを連結する外部水配管６３が、冷却水ポンプ６４及び冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁６５を設けた２つの冷却水分岐管６６を並列配置して形成されている。
【００２３】
密閉式冷却塔６０では、凝縮器２０で熱交換され昇温した冷却水を、往き管５０から熱交換器コイル５８に導いて熱交換器コイル５８にて外気と潜熱交換して冷却し、冷却水系の還り管５５を介して凝縮器２０内に導き、その上部に散水管２２により噴出することにより、連結配管２９を介して導入される蒸気を、噴霧された冷たい冷却水液滴上に冷却凝縮させて凝縮器２０内で水とする。この蒸気の凝縮により凝縮器２０内の底部に貯留された水の温度が上昇するが、その水を冷却水ポンプ５２にて汲み出した後、密閉式冷却塔６０の熱交換器コイル５８の水側に圧送して、熱交換機コイル５８の空気側潜熱冷却により、冷却水を冷却し、冷却水系の還り管５５を介して凝縮器２０内の上部の散水管２２に噴出する循環路が構成されている。
【００２４】
冷水配管４２の切替制御部７０は、冷水配管４２の羽根車式冷水流量計３９及び温度計４１と蒸発器１５に設けた温度計１６に連絡している。冷水配管４２の切替制御部７０には、羽根車式冷水流量計３９に連絡するＳＥＬ(セレクタ）と、温度計１６及び温度計４１に連絡するＴＩＣ（温度コントローラ）とを備えている。ＴＩＣ（温度コントローラ）とＳＥＬ(セレクタ）とは連絡している。
【００２５】
冷水配管４２の切替制御部７０は、羽根車式冷水流量計３９からの流量信号が、所定の閾値を下回る（つまり、所定の流量が出ていない）場合に、ＳＥＬ（セレクタ）に冷水配管４２の操作器に対して切替信号を発信させ、さらに、冷水配管系の温度計４１に還り温度を計測させ、その計測信号をＴＩＣ（温度コントローラ）に入力し、その還り温度計測値が所定の温度を超えた場合に、ＴＩＣ（温度コントローラ）からＳＥＬ（セレクタ）に切替信号を発信させ、流量信号が閾値を超える場合に、ＳＥＬ（セレクタ）に留まる切替信号に基づき、ＳＥＬ（セレクタ）に冷水配管４２の操作器に対して切替信号を発信させ、運転中の冷水ポンプ３７及び冷水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁３６のセット（つまりそれぞれの電磁接触器が操作器）をＯＦＦにし、停止していた予備の冷水ポンプ３７及び冷水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁３６のセットをＯＮにそれぞれ動作させる。
【００２６】
ルーツ圧縮機２５の切替制御部７１は、蒸発器１５の温度計１６及び水位計１８と、凝縮器２０の水位計２１と、各ルーツ圧縮機２５の制御部と、各ルーツ圧縮機２５の出口温度を計測する温度計２７とに連絡している。ルーツ圧縮機２５の切替制御部７１には、温度計１６に連絡するＴＩＣ（温度コントローラ）と、水位計１８及び水位計２１に連絡する△ＬＩＣ（レベル差コントローラ）と、温度計２７に連絡するＳＥＬ（セレクタ）とを備えている。ＳＥＬ（セレクタ）とＴＩＣ（温度コントローラ）とは連絡している。
【００２７】
ルーツ圧縮機２５の切替制御部７１は、ルーツ圧縮機２５が正常な運転をしているのにもかかわらず、蒸発器１５内の温度計１６の計測値が所定の設定温度を超過した場合に、ＴＩＣ（温度コントローラ）からルーツ圧縮機２５の操作器へ切替信号を発信させ、ルーツ圧縮機２５の吐出温度を温度計２７で計測し、所定の吐出温度を超えた場合にＳＥＬ（セレクタ）を動作させるようにして、ＴＩＣ（温度コントローラ）からの吐出温度に応じた温度信号を切替信号としてルーツ圧縮機２５の操作器への切替信号としてＳＥＬ（セレクタ）から発信させ、蒸発器１５の水位計１８及び凝縮器２０の水位計２１の計測値を△ＬＩＣ（レベル差コントローラ）に入力演算した結果、そのレベル差△Ｌが所定の閾値を下回る（つまり、差圧がとれていない）場合に、△ＬＩＣ（レベル差コントローラ）にルーツ圧縮機２５の操作器へ切替信号を発信させ、運転中のルーツ圧縮機２５、圧縮機ＯＮ−ＯＦＦ弁２６のセット（つまりそれぞれの電磁接触器が操作器）をＯＦＦにし、停止していた予備のルーツ圧縮機２５及び圧縮機ＯＮ−ＯＦＦ弁２６のセットをＯＮにそれぞれ動作させる。
【００２８】
冷却水配管５７の切替制御部７２は、冷却水配管５７の冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５１、冷却水ポンプ５２、羽根車式冷却水流量計５３及び温度計５６に連絡している。冷却水配管５７の切替制御部７２には、羽根車式冷却水流量計５３に連絡するＳＥＬ（セレクタ）と温度計２７に連絡するＴＩＣ（温度コントローラ）とを備えている。ＳＥＬ（セレクタ）とＴＩＣ（温度コントローラ）とは連絡している。
【００２９】
冷却水配管５７の切替制御部７２は、羽根車式冷水流量計５３からの流量信号が、所定の閾値を下回る（つまり、所定の流量が出ていない）場合に、ＳＥＬ（セレクタ）に冷却水配管５７の操作器に対して切替信号を発信させ、さらに、冷却水配管系の温度計５６に還り温度を計測させ、その計測信号をＴＩＣ（温度コントローラ）に入力し、その還り温度計測値が所定の温度を超えた場合に、ＴＩＣ（温度コントローラ）からＳＥＬ（セレクタ）に切替信号を発信させ、流量信号が閾値を超える場合に、ＳＥＬ（セレクタ）に留まる切替信号に基づき、ＳＥＬ（セレクタ）に冷却水配管５７の操作器に対して切替信号を発信させ、運転中の冷却水ポンプ５２及び冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５１のセット（つまりそれぞれの電磁接触器が操作器）をＯＦＦにし、停止していた予備の冷却水ポンプ５２及び冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５１のセットをＯＮにそれぞれ動作させる。
【００３０】
ここで、本実施形態における操作器について説明する。
建設設備などの自動制御において、「計測器」からの計測信号を受けて操作量を演算する「調節器」からの信号を操作端の動作に変える機構を、「操作器」或いは「操作機構」という。「操作端」とは、自動制御で操作量を直接変化させるもので、弁本体、ダンパ本体などがこれに該当する。また、「操作部」は、自動制御装置の構成要素の１つで、「操作機構」、「操作端」より構成され、調節部からの信号を弁開度、ダンパ開度やインバータ出力回転数の操作量に変え、蒸気、水、空気などの制御対象に働きかける部分をいう。
「操作器」は、上記「操作部」と同義である。この「操作器」には、ポンプや圧縮機などのＯＮ−ＯＦＦできる各々の電力供給線にある電磁開閉器（電磁接触器）も含めている。
【００３１】
次に、本実施形態に係る水蒸気圧縮冷凍機システムの作用を説明する。
本実施形態に係る水蒸気圧縮冷凍機システムは、膨張弁を排除しており、蒸発器１５、ルーツ圧縮機２５、凝縮器２０、密閉式冷却塔６０及び負荷側の冷水配管４２を密閉式として接続し、この内部を真空状態にし、ルーツ圧縮機２５を運転することで蒸発器１５内の水蒸気が蒸発し、蒸発器１５内の温度を低下させる。
【００３２】
次に、ルーツ圧縮機２５によってその水蒸気を圧縮した後、水蒸気は高温となって凝縮器２０に導かれる。凝縮器２０では、密閉式冷却塔６０からの冷却水によって凝縮され、再び水に戻る。高温水蒸気の凝縮によって昇温された冷却水は、密閉式冷却塔６０に送られ、その熱を密閉式冷却塔６０により外部へ放熱する。凝縮器２０内の凝縮水は、凝縮器２０と蒸発器１５とを連結した連通路３０により蒸発器１５へ戻り、両容器の圧力差に相当する水位差ΔＬを維持する。
【００３３】
本実施形態において、水蒸気は、蒸発器１５から連結配管２９内を流送し、ルーツ圧縮機２５に流れ、さらに、凝縮器２０に流れ込む。そして、蒸発時に蒸発器１５の水を冷却し、冷水を製造する。蒸発器１５の出口側は冷水温度が、例えば、２０℃であり、冷水は冷水ポンプ３７によりサーバ等の負荷４５の入力側に流送される。そこで、負荷４５の出口側から、例えば、２３℃の冷水を放出し、蒸発器１５内に配置された散水管１９から、例えば、２３℃の冷水を散布する。
【００３４】
冷却塔２４は、冷却水配管５７に介設されており、この冷却水配管５７を経て冷却水を流送する。そして、凝縮器２０の入口側から冷却水が散水器２２で凝縮器２０内に散布する。この冷却水の温度は、例えば、３２℃である。このとき、凝縮器２０は滞留する水冷媒液の温度が、例えば、３７℃であって、約６．３ｋＰａの飽和蒸気圧を有し、その出口側から３７℃の冷却水が冷却水ポンプ５２により密閉式冷却塔６０に流送される。
【００３５】
本実施形態に係る水蒸気圧縮冷凍機システムは、凝縮器２０に滞留している水冷媒液を、連通路３０を介して蒸発器１５へ流送する。本実施形態に係る水蒸気圧縮冷凍機システムでは膨張弁を排除しており、凝縮器１５及び蒸発器２０の圧力差を、凝縮器２０内及び蒸発器１５内の水位差による水頭圧で保持している。
そして、本実施形態に係る水蒸気圧縮冷凍機システムでは、負荷側の冷水配管４２の切替制御部７０、２つのルーツ圧縮機２５で構成される冷凍機内系の切替制御分７１、及び冷却水配管５７の切替制御部７２が常時下記のように監視する。
【００３６】
負荷側の冷水配管４２の切替制御部７０は、常時還り温度を温度計４１によって計測し所定の温度を超えた場合に、ＴＩＣ（温度コントローラ）からＳＥＬ（セレクタ）に信号を発する。ＳＥＬ（セレクタ）には、羽根車式冷水流量計３９からの流量信号を、所定の閥値を超えるかどうか判断する回路があり、閾値を下回る（つまり、所定の流量が出ていない場合）はダイレクトに冷水配管４２の操作器へ切替信号を送り、閾値を超えている場合は、還り温度が所定の温度を超えた場合に、冷水配管４２の操作器へ切替信号を送る。同時に警告を監視システムへ発報する。冷水配管４２の切替信号により、冷水ポンプ３７及び冷水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁３６のセットを、運転中のものはＯＦＦに、停止していた予備の冷水ポンプ３７及び冷水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁３６のセットをＯＮにそれぞれ動作させる。
【００３７】
また、２つのルーツ圧縮機２５で構成される冷凍機内系の切替制御分７１は、以下の３系統を備えている。
１つめは、ルーツ圧縮機２５の運転信号を受けて、正常な運転をしているのにも拘わらず、蒸発器１５内の温度計１６の計測値が所定の設定温度を超過した場合に、ＴＩＣ（温度コントローラ）からルーツ圧縮機２５の操作器へ切替信号を送る。
【００３８】
２つめは、常時ルーツ圧縮機２５の吐出温度を温度計２７で計測し、運転中の計測値をＳＥＬ（セレクタ）で選別した後、所定の温度を超えた場合に、ＴＩＣ（温度コントローラ）からルーツ圧縮機２５の操作器へ切替信号を送る。
３つめは、蒸発器１５及び凝縮器２０の水位計１８、２１の計測値を△ＬＩＣ（レベル差コントローラ）に入力し内部で演算した結果、そのレベル差ΔＬが所定の閾値を超えるかどうかを判断する判定回路による判定結果に基づいて、閾値を下回る（つまり、差圧がとれていない場合）はルーツ圧縮機２５の操作器へ切替信号を送る。
【００３９】
各々切替信号と同時に警告を監視システムへ発報する。切替信号により、ルーツ圧縮機２５、圧縮機ＯＮ−ＯＦＦ弁２６及び温度計２７のセットを、運転中のものはＯＦＦに、停止していた予備のルーツ圧縮機２５、圧縮機ＯＮ−ＯＦＦ弁２６及び温度計２７のセットをＯＮにそれぞれ動作させる。
【００４０】
また、冷却水配管５７の切替制御部７２は、常時冷却水の還り温度を温度計５６で計測し、所定の温度を超えた場合に、ＴＩＣ（温度コントローラ）からＳＥＬ（セレクタ）に信号を発する。ＳＥＬ（セレクタ）には、羽根車式冷却水流量計５３からの流量信号を、所定の閾値を超えるかどうかを判断する判定回路による判定結果に基づいて、闘値を下回る（つまり、所定の流量が出ていない場合）は、ダイレクトに冷却水配管５７の操作器へ切替信号を送り、閾値を超えている場合は、還り温度が所定の温度を超えた場合に、冷却水配管５７の操作器へ切替信号を送る。同時に警告を監視システムへ発報する。切替信号により、運転中の冷却水ポンプ５２、冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５１、羽根車式冷却水流量計５３のセットをＯＦＦに、停止していた予備の冷却水ポンプ５２、冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５１、羽根車式冷却水流量計５３のセットをＯＮにそれぞれ動作させる。
【００４１】
（実施形態２）
実施形態１では、１台の密閉式冷却塔６０に対し、冷却水ポンプ５２、冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５１、羽根車式冷却水流量計５３のセットを並列に配置した冷却水配管５７を設置した場合について説明したが、本実施形態では、１台の密閉式冷却塔６０に対し、冷却水ポンプ５２、冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５１、羽根車式冷却水流量計５３を設けた冷却水往き管５４と冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５９及び温度計５６を設けた冷却水還り管５５とのセットを並列に配置した冷却水配管５７を設置した点で実施形態１に係る水蒸気圧縮冷凍機システムとは相違する。
【００４２】
本実施形態では、冷却水配管５７の切替信号により、運転中の密閉式冷却塔６０を含む冷却水ポンプ５２、冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５１、羽根車式冷却水流量計５３を設けた冷却水往き管５４と冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５９及び冷却水還り管５５と、冷却塔上部ファンとのセットをＯＦＦに、停止していた予備の密閉式冷却塔６０を含む冷却水ポンプ５２、冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５１、羽根車式冷却水流量計５３を設けた冷却水往き管５４と冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５９及び冷却水還り管５５と、冷却塔上部ファンとのセットをＯＮにそれぞれ動作させるようにした点で、実施形態１に係る水蒸気圧縮冷凍機システムとは相違する。
本実施形態においても、実施形態１に係る水蒸気圧縮冷凍機システムと同様の作用効果を奏することが可能である。
【００４３】
なお、上記各実施形態では、冷水配管４２の切替制御部７０による切替を、運転中の冷水ポンプ３７及び冷水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁３６のセットを、停止していた予備の冷水ポンプ３７及び冷水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁３６のセットへの切替としたが、停止していた予備の冷水ポンプ３７及び冷水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁３６のセットは、複数台であっても良い。
また、ルーツ圧縮機２５の切替制御部７１による切替を、運転中のルーツ圧縮機２５、圧縮機ＯＮ−ＯＦＦ弁２６及び温度計２７のセットを、停止していた予備のルーツ圧縮機２５、圧縮機ＯＮ−ＯＦＦ弁２６及び温度計２７のセットへの切替としたが、予備のルーツ圧縮機２５、圧縮機ＯＮ−ＯＦＦ弁２６及び温度計２７のセットは、複数台であっても良い。
【００４４】
また、冷却水配管５７の切替制御部７２による切替を、運転中の冷却水ポンプ５２、冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５１及び羽根車式冷却水流量計５３のセットを、停止していた予備の冷却水ポンプ５２、冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５１及び羽根車式冷却水流量計５３のセットへの切替としたが、冷却水ポンプ５２、冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５１及び羽根車式冷却水流量計５３のセットは、複数台であっても良い。
同じく、冷却水配管５７の切替制御部７２による切替を、運転中の密閉式冷却塔６０を含む冷却水ポンプ５２、冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５１、羽根車式冷却水流量計５３のセットを、停止していた予備の密閉式冷却塔６０を含む冷却水ポンプ５２、冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５１、羽根車式冷却水流量計５３を設けた冷却水往き管５４とＯＮ−ＯＦＦ弁５９及び温度計５６を設けた冷却水還り管５５とのセットへの切替としたが、停止していた予備の密閉式冷却塔６０を含む冷却水ポンプ５２、冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５１、羽根車式冷却水流量計５３を設けた冷却水往き管５４と冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５９及び温度計５６を設けた冷却水還り管５５とのセットは、複数台であっても良い。
【００４５】
また、ルーツ圧縮機２５をインバータ制御する方式で説明したが、インバータ方式に限らない。
また、負荷４５として、データセンタのサーバ冷却について説明したが、各種の設備冷却水としても良い。
【符号の説明】
【００４６】
１０ 水蒸気圧縮冷凍機
１５ 蒸発器
１６、２７、４１、５６ 温度計
１７ 冷水溜まり
１８、２１ 水位計
１９、２２、６２ 散水管
２０ 凝縮器
２３ 真空ポンプ
２５ ルーツ圧縮機
２６ 圧縮機ＯＮ−ＯＦＦ弁
２８、３８、５４、６６ 分岐管
２９ 連結配管
３０ 連通路
３５ 冷水往き管
３６ 冷水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁
３７、５２ 冷水ポンプ
３９ 羽根車式冷水流量計
４０ 冷水還り管
４２ 冷水配管
４５ 負荷
５０ 冷却水往き管
５１、５９、６５ 冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁
５３ 羽根車式冷却水流量計
５５ 冷却水還り管
５７ 冷却水配管
５８ 熱交換器コイル
６０ 密閉式冷却塔
６１ 下部水槽
６３ 外部水配管
６４ 冷却水ポンプ
７０ 冷水配管４２の切替制御部
７１ ルーツ圧縮機２５の切替制御部
７２ 冷却水配管５７の切替制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱媒体搬送冗長化自動切替回路を設けた水蒸気圧縮冷凍機システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、通年で非常に密度の高い発熱を発し、かつその発熱を速やかに除去することが要求されるデータセンタに設置されるサーバに対し、通常の７℃〜１２℃程度の冷水ではサーバ設置室内空気の含有湿分が冷熱熱交換する部位で結露する虞があり、その結露水がサーバ回路などで短絡を引き起こすことを防止するため、低温側温度を室内空気の露点以上（例えば、１３℃以上）とする高温の冷水により冷却することがある。
この通年で高温の冷却を要求するデータセンタのサーバには、例えば、特許文献１に開示されるように、冷却水の冷凍設備が備えられている。
データセンターのサーバラックに高密度に設置されたブレード型のサーバには、例えば、サーバラックに並列に冷却用に熱交換器が備わったり、サーバラックの周囲に気流の通過流路を設けその流路を流れる空気と熱交換する冷却用熱交換器が備わったりして、サーバのＣＰＵなどからの２４時間発生する高負荷の発熱を熱交換器の熱媒によって外部に取り出して冷却する場合がある。サーバに内蔵されたＣＰＵや周辺ＩＣは自身が熱を発するにもかかわらず、１００℃未満の比較的低温で動作不良や回路故障を生じてしまう。そのため、ＣＰＵやその他ＩＣの上記不具合を発生する虞のある温度から更に低い温度でサーバ運転自体を停止する安全回路を有していることが多い。
【０００３】
ところで、インターネットを介して、例えば、ネットバンキングなど各種サービスを行うため、高額なサーバ管理費を支払ってデータセンタ運営会社に顧客はサーバ管理を依頼している。
サーバに対する冷却用熱交換器が所定の性能を発揮できないと、サーバの破壊を防止する安全回路が働くこととなるが、サーバが停止してしまうと、上記ネットバンキングなどの各種サービスが停止し、顧客が商機を逸したり、顧客自身の客の信用を失ったりすることにより、サーバ運営会社に損害賠償を請求することも多い。
【０００４】
サーバ管理にはサーバの発する熱負荷を冷却し、サーバ稼働を保証することも含まれている。
そこで、例えば、特許文献２に開示されるように、冷却用熱交換器に冷却水の供給制御を行う冷却制御装置にエラーが発生した場合、直ちに電源を落とさず、冷却制御装置に冷却制御を再度試行させてエラーの回復を行うシステムダウン回数を低減させることを目的として冷却水制御方式が備えられている。
【０００５】
ところで、従来、冷凍設備に用いられる冷凍機は、フロン又は代替フロンを冷媒として永い間常用されてきた。しかし、これらの冷媒はオゾン層を破壊する問題や温暖化等の地球環境の悪化をもたらす原因物質として、その使用に制限が加えられてきた。
そこで、例えば、水を冷凍サイクルを形成する冷媒として使用する水蒸気圧縮冷凍機が提案されている。
そして、例えば、特許文献３には、蒸発器と凝縮器の差圧を位置水頭により確保し、もって膨張弁を排除した水蒸気圧縮冷凍機システムが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１５６１３６号公報
【特許文献２】特開平２−７９１１０号公報
【特許文献３】特開２００６−９７９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の冷凍設備に代えて、水蒸気圧縮冷凍機システムをそのままデータセンターのサーバ冷却水の冷凍に適用すると、サーバ側の無停止に対応できず、冷凍システムの機器の故障によって膨大な損失を被ることになる。
また、特許文献２のように、冷却ポンプの切替制御のみでは、水蒸気圧縮冷凍機に特化した安価な無停止対応はできない。
【０００８】
本発明は斯かる従来の問題点を解決するために為されたもので、その目的は、データセンターのサーバ冷却設備に適した冷凍システムとして水蒸気圧縮冷凍機を使用できるように熱媒体搬送冗長化自動切替回路を設けた水蒸気圧縮冷凍機システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の水蒸気圧縮冷凍機システムは、注水管、温度計及び水位計を内部に設ける密閉式の蒸発器と、散水管及び水位計を内部に設ける密閉式の凝縮器と、入口側又は出口側に圧縮機ＯＮ−ＯＦＦ弁、出口側に温度計を有する圧縮機分岐管を並列に配置してなる蒸発器と凝縮器との冷媒液位のレベル差を確保する複数の圧縮機と、各々が配管で接続される凝縮器、蒸発器、圧縮機及びその間を接続する配管内を３０ｋＰａ以下の真空状態に保持する、凝縮器に接続される配管に設けられた真空ポンプと、を有する、水が冷凍サイクルを形成する冷媒として使用される水蒸気圧縮冷凍機を備えた水蒸気圧縮冷凍機システムであって、蒸発器と凝縮器とを連結する連通路と、冷水ポンプ及び冷水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁を設けた複数の冷水分岐管を並列に配置し、蒸発器に連結される冷水往き管と、温度計を設け、蒸発器の散水管に連結される冷水還り管と、冷水往き管又は冷水還り管に設けられる羽根車式冷水流量計とを有する冷水配管と、冷水往き管及び冷水還り管に連結される熱交換器である負荷と、圧縮機を蒸発器と凝縮器との間に位置させて連結する連結配管と、冷却水ポンプを配置し、凝縮器に連結される冷却水往き管と、温度計を設け、凝縮器の散水管に連結される冷却水還り管とを有する冷却水配管と、冷却水配管に熱交換器部分が連結される密閉式冷却塔と、冷水配管の冷水ポンプ及び冷水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＮ−ＯＦＦ動作させる冷水配管の操作器と、圧縮機、圧縮機ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＮ−ＯＦＦ動作させる圧縮機の操作器と、冷水配管の還り温度が所定の温度を超える場合、又は、羽根車式冷水流量計からの流量信号が、所定の閾値を下回る（つまり、所定の流量が出ていない）場合、又は、羽根車式冷水流量計からの流量信号が、閾値を超え、かつ、冷水配管の還り温度が所定の温度を超える場合に、冷水配管の操作器に切替信号を発信させ、運転中の冷水ポンプ及び冷水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＦＦにし、停止していた別の冷水ポンプ及び冷水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＮにそれぞれ動作させる冷水配管の切替制御部と、圧縮機の運転信号を受けて、正常な運転をしているのにもかかわらず、蒸発器内の温度が所定の設定温度を超える場合、又は、圧縮機の吐出温度が所定の温度を超える場合、又は、蒸発器及び凝縮器の冷媒液位のレベル差△Ｌが所定の閾値を下回る（つまり、差圧がとれていない状態の）場合に、運転中の圧縮機、圧縮機ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＦＦにし、停止していた別の圧縮機、圧縮機ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＮにそれぞれ動作させる圧縮機の切替制御部とを備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項２の水蒸気圧縮冷凍機システムは、請求項１に記載の水蒸気圧縮冷凍機システムにおいて、冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁、冷却水ポンプ及び羽根車式冷却水流量計を設ける複数の冷却水分岐管を並列に配置し、凝縮器に連結される冷却水往き管と、温度計を設け、凝縮器の散水管に連結される冷却水還り管とを有する冷却水配管と、冷却水配管の冷却水ポンプ及び冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＮ−ＯＦＦ動作させる冷却水配管の操作器と、冷却水の還り温度が所定の温度を超える場合、又は、羽根車式冷却水流量計からの流量信号が所定の閾値を下回る（つまり、所定の流量が出ていない）場合、又は、冷却水の還り温度が所定の温度を超え、羽根車式冷却水流量計からの流量信号が所定の閾値を超える場合に、運転中の冷却水ポンプ及び冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＦＦにし、停止していた別の冷水ポンプ及び冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＮにそれぞれ動作させる冷却水配管の切替制御部とを備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項３の水蒸気圧縮冷凍機システムは、請求項１に記載の水蒸気圧縮冷凍機システムにおいて、冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁、冷却水ポンプ及び羽根車式冷却水流量計を設ける複数の冷却水分岐管を並列に配置し、凝縮器に連結される冷却水往き管と、温度計を設け、凝縮器の散水管に連結される冷却水還り管とを有する複数の冷却水配管と、複数の冷却水配管に熱交換器部分が連結される複数の密閉式冷却塔と、冷却水配管の冷却水ポンプ及び冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＮ−ＯＦＦ動作させる冷却水配管の操作器と、冷却水の還り温度が所定の温度を超える場合、又は、羽根車式冷却水流量計からの流量信号が所定の閾値を下回る（つまり、所定の流量が出ていない）場合、又は、冷却水の還り温度が所定の温度を超え、羽根車式冷却水流量計からの流量信号が所定の閾値を超える場合に、運転中の冷却水ポンプ、密閉式冷却塔のファン及び冷却塔冷却水ポンプ及び冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＦＦにし、停止していた別の冷水ポンプ及び密閉式冷却塔のファン及び冷却塔冷却水ポンプ及び冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＮにそれぞれ動作させる冷却水配管の切替制御部とを備えることを特徴とする。
請求項４の水蒸気圧縮冷凍機システムは、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の水蒸気圧縮冷凍機システムにおいて、負荷は、データセンタのサーバであることを特徴とする。
請求項５の水蒸気圧縮冷凍機システムは、請求項１記載の水蒸気圧縮冷凍機システムにおいて、冷水配管の切替制御部は、羽根車式冷水流量計に連絡するセレクタと、冷水配管の温度計及び蒸発器の温度計に連絡するＴＩＣ（温度調節計機構）とを有することを特徴とする。
【００１２】
請求項６の水蒸気圧縮冷凍機システムは、請求項１記載の水蒸気圧縮冷凍機システムにおいて、圧縮機の切替制御部は、蒸発器の温度計に連絡するＴＩＣ（温度調節系機構）と、圧縮機の温度計に連絡するセレクタと、蒸発器の水位計及び凝縮器の水位計に連絡する△ＬＩＣ（レベル差コントローラ）とを有することを特徴とする。
請求項７の水蒸気圧縮冷凍機システムは、請求項１記載の水蒸気圧縮冷凍機システムにおいて、冷却水配管の切替制御部は、羽根車式冷却水流量計に連絡するセレクタと、冷却水配管の温度計に連絡するＴＩＣ（温度調節計機構）とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、負荷側、冷凍機内系及び冷却水系において各々で安い計測器の出力により機器の多重冗長化を自動で行えるようにしたので、水蒸発圧縮冷凍機システムをサーバ冷却に適用しても、サーバ冷却に停止や温度上昇を起こさせることがない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態１に係る水蒸気圧縮冷凍機システムを示す構成説明図である。
【図２】本発明の実施形態２に係る水蒸気圧縮冷凍機システムを示す構成説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
（実施形態１）
本実施形態に係る水蒸気圧縮冷凍機システムは、水を冷凍サイクルを形成する冷媒として使用する密閉式の水冷媒冷凍機である水蒸気圧縮冷凍機１０を有する。水蒸気圧縮冷凍機１０は、密閉式の蒸発器１５と、この蒸発器１５の近傍位置に膨張弁を介設することなく直接に連通路３０で相互連結することによって配置された密閉式の凝縮器２０と、蒸発器１５と凝縮器２０との相互間を接続する蒸気ダクトである連結配管２９に配設したインバータで制御される２つのルーツ圧縮機２５と、凝縮器２０に配管２３ａを介して接続された真空ポンプ２３とで構成されている。
【００１６】
真空ポンプ２３は、凝縮器２０内の空気、つまり凝縮器２０に空間として繋がっている連通路３０、連結配管２９及び蒸発器１５と、さらに凝縮器２０と蒸発器１５とにそれぞれ接続されたその他の配管内の空気を排出し、それらの空間内の空気圧力を少なくとも３０ｋＰａ以下の真空状態とし、例えば、水の３７℃飽和蒸気圧である６．３ｋＰａ程度の圧力値として凝縮器２０内を真空状態とする。そして、ルーツ圧縮機２５は、レベル的に併設された蒸発器１５と凝縮器２０との冷媒液位のレベル差△Ｌを確保するだけの圧力差を、真空状態において保持できるだけの能力を有している。
【００１７】
蒸発器１５は、密閉型に構成され、その内部に入れた蒸発性液体、例えば、水を大気圧より低い減圧の状態で沸騰蒸発するものである。この蒸発器１５には、冷水往き管３５と冷水還り管４０とを有する冷水配管４２を介してサーバ等の負荷（冷却した水の冷熱を間接的に利用する箇所）４５が連結されている。また、冷水還り管４０の蒸発器接続側は、蒸発器１５内部で散水管１９の形を採っても良いし、散水せずただ注入するような注入管の形を採用しても良い。また、蒸発器１５は、冷水溜まり１７内の水温度を計測する温度計１６と、内部の水位を計測する、例えば、フロート式の水位計１８とを有する。
【００１８】
負荷側の冷水配管４２の冷水往き管３５は、冷水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁３６と、冷水ポンプ３７とを設けた２つの冷水分岐管３８を並列に配置し、負荷側４５側に羽根車式冷水流量計３９を設けている。
なお、羽根車式冷水流量計３９は、冷水還り管４０に設けても良い。また、羽根車式冷水流量計３９は、本管と同じサイズのものでも良いが、コストを考えて、本管から分岐して又合流する小径のバイパス管を設けて、その小径サイズのバイパス管に羽根車式冷水流量計３９を設置するのが望ましい。さらに、負荷側の冷水配管４２の冷水還り管４０は、温度計４１を設けている。
【００１９】
この蒸発器１５内での沸騰蒸発にて温度が低くなった水は、冷水ポンプ３７にて汲み出して冷水配管４２の冷水往き管３５を介してサーバ等の負荷（冷却した水の冷熱を間接的に利用する箇所）４５に送られた後、冷水配管４２の冷水還り管４０を介して再び蒸発器１５内に散水管１９から噴出して戻るという循環を行うように構成されている。
凝縮器２０は、密閉型に構成され、蒸発器１５内での沸騰蒸発にて発生した蒸気を連結配管２９を介して導入し、後述する密閉系冷却塔６０で冷却された冷却水を散水管２２から噴霧液滴とすることで、その蒸発潜熱により導入蒸気を冷却凝縮するものである。この凝縮器２０には、冷却水往き管５０と冷却水還り管５５とを有する冷却水配管５７を介して密閉式冷却塔６０が連結されている。又、凝縮器２０は、内部の水位を計測する、例えば、フロート式の水位計２１を有する。
【００２０】
冷却水配管５７の冷却水往き管５０には、冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５１、冷却水ポンプ５２及び羽根車式冷却水流量計５３を設けた２つの冷却水分岐管５４を並列に配置している。また、冷却水配管５７の冷却水還り管５５は、温度計５６を設けている。
２つのルーツ圧縮機２５は、入口側に圧縮機ＯＮ−ＯＦＦ弁２６を設けると共に、出口側に温度計２７を設けた２つの圧縮機分岐管２８を並列に配置させることによって構成されている。圧縮機分岐管２８は、蒸発器１５と凝縮器２０とを相互に連結する連結配管２９に連結している。
【００２１】
ルーツ圧縮機２５は、例えば、ルーツポンプであり、このルーツポンプはいわゆる真空用のブースタポンプであって、例えば、楕円形のシリンダ内に同形のまゆ型断面形状を有する２つのロータを互いに９０°位相をずらせて隣接配置し、各ロータは互いに当速度で回転する。この２つのロータとシリンダとの間に閉じこめられた水蒸気を吸気口から排気口側つまり凝縮器２０側に送流する。そして、２つのロータの回転制御はルーツポンプの軸端に接続されたタイミングギヤによって行ない、駆動軸の他端は軸封部を介して大気中に出しモータによって駆動される。そして、このルーツポンプの特徴点は、シリンダ内に摺動部がなく動力損が少なく高速回転が可能となると共に良好な排気特性が得られることにある。
【００２２】
密閉式冷却塔６０は、冷却水配管５７の往き管５０と冷却水系の還り管５５との間に設けた空気−水熱交換器コイル５８を内蔵し、外気を密閉式冷却塔６０の上部ファン６０ａにより熱交換器コイル５８の空気側に導入し、散水管６２から循環水を熱交換器コイル５８の空気側に散布して潜熱冷却するために、下部水槽６１と散水管６２とを連結する外部水配管６３が、冷却水ポンプ６４及び冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁６５を設けた２つの冷却水分岐管６６を並列配置して形成されている。
【００２３】
密閉式冷却塔６０では、凝縮器２０で熱交換され昇温した冷却水を、往き管５０から熱交換器コイル５８に導いて熱交換器コイル５８にて外気と潜熱交換して冷却し、冷却水系の還り管５５を介して凝縮器２０内に導き、その上部に散水管２２により噴出することにより、連結配管２９を介して導入される蒸気を、噴霧された冷たい冷却水液滴上に冷却凝縮させて凝縮器２０内で水とする。この蒸気の凝縮により凝縮器２０内の底部に貯留された水の温度が上昇するが、その水を冷却水ポンプ５２にて汲み出した後、密閉式冷却塔６０の熱交換器コイル５８の水側に圧送して、熱交換機コイル５８の空気側潜熱冷却により、冷却水を冷却し、冷却水系の還り管５５を介して凝縮器２０内の上部の散水管２２に噴出する循環路が構成されている。
【００２４】
冷水配管４２の切替制御部７０は、冷水配管４２の羽根車式冷水流量計３９及び温度計４１と蒸発器１５に設けた温度計１６に連絡している。冷水配管４２の切替制御部７０には、羽根車式冷水流量計３９に連絡するＳＥＬ(セレクタ）と、温度計１６及び温度計４１に連絡するＴＩＣ（温度コントローラ）とを備えている。ＴＩＣ（温度コントローラ）とＳＥＬ(セレクタ）とは連絡している。
【００２５】
冷水配管４２の切替制御部７０は、羽根車式冷水流量計３９からの流量信号が、所定の閾値を下回る（つまり、所定の流量が出ていない）場合に、ＳＥＬ（セレクタ）に冷水配管４２の操作器に対して切替信号を発信させ、さらに、冷水配管系の温度計４１に還り温度を計測させ、その計測信号をＴＩＣ（温度コントローラ）に入力し、その還り温度計測値が所定の温度を超えた場合に、ＴＩＣ（温度コントローラ）からＳＥＬ（セレクタ）に切替信号を発信させ、流量信号が閾値を超える場合に、ＳＥＬ（セレクタ）に留まる切替信号に基づき、ＳＥＬ（セレクタ）に冷水配管４２の操作器に対して切替信号を発信させ、運転中の冷水ポンプ３７及び冷水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁３６のセット（つまりそれぞれの電磁接触器が操作器）をＯＦＦにし、停止していた予備の冷水ポンプ３７及び冷水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁３６のセットをＯＮにそれぞれ動作させる。
【００２６】
ルーツ圧縮機２５の切替制御部７１は、蒸発器１５の温度計１６及び水位計１８と、凝縮器２０の水位計２１と、各ルーツ圧縮機２５の制御部と、各ルーツ圧縮機２５の出口温度を計測する温度計２７とに連絡している。ルーツ圧縮機２５の切替制御部７１には、温度計１６に連絡するＴＩＣ（温度コントローラ）と、水位計１８及び水位計２１に連絡する△ＬＩＣ（レベル差コントローラ）と、温度計２７に連絡するＳＥＬ（セレクタ）とを備えている。ＳＥＬ（セレクタ）とＴＩＣ（温度コントローラ）とは連絡している。
【００２７】
ルーツ圧縮機２５の切替制御部７１は、ルーツ圧縮機２５が正常な運転をしているのにもかかわらず、蒸発器１５内の温度計１６の計測値が所定の設定温度を超過した場合に、ＴＩＣ（温度コントローラ）からルーツ圧縮機２５の操作器へ切替信号を発信させ、ルーツ圧縮機２５の吐出温度を温度計２７で計測し、所定の吐出温度を超えた場合にＳＥＬ（セレクタ）を動作させるようにして、ＴＩＣ（温度コントローラ）からの吐出温度に応じた温度信号を切替信号としてルーツ圧縮機２５の操作器への切替信号としてＳＥＬ（セレクタ）から発信させ、蒸発器１５の水位計１８及び凝縮器２０の水位計２１の計測値を△ＬＩＣ（レベル差コントローラ）に入力演算した結果、そのレベル差△Ｌが所定の閾値を下回る（つまり、差圧がとれていない）場合に、△ＬＩＣ（レベル差コントローラ）にルーツ圧縮機２５の操作器へ切替信号を発信させ、運転中のルーツ圧縮機２５、圧縮機ＯＮ−ＯＦＦ弁２６のセット（つまりそれぞれの電磁接触器が操作器）をＯＦＦにし、停止していた予備のルーツ圧縮機２５及び圧縮機ＯＮ−ＯＦＦ弁２６のセットをＯＮにそれぞれ動作させる。
【００２８】
冷却水配管５７の切替制御部７２は、冷却水配管５７の冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５１、冷却水ポンプ５２、羽根車式冷却水流量計５３及び温度計５６に連絡している。冷却水配管５７の切替制御部７２には、羽根車式冷却水流量計５３に連絡するＳＥＬ（セレクタ）と温度計２７に連絡するＴＩＣ（温度コントローラ）とを備えている。ＳＥＬ（セレクタ）とＴＩＣ（温度コントローラ）とは連絡している。
【００２９】
冷却水配管５７の切替制御部７２は、羽根車式冷水流量計５３からの流量信号が、所定の閾値を下回る（つまり、所定の流量が出ていない）場合に、ＳＥＬ（セレクタ）に冷却水配管５７の操作器に対して切替信号を発信させ、さらに、冷却水配管系の温度計５６に還り温度を計測させ、その計測信号をＴＩＣ（温度コントローラ）に入力し、その還り温度計測値が所定の温度を超えた場合に、ＴＩＣ（温度コントローラ）からＳＥＬ（セレクタ）に切替信号を発信させ、流量信号が閾値を超える場合に、ＳＥＬ（セレクタ）に留まる切替信号に基づき、ＳＥＬ（セレクタ）に冷却水配管５７の操作器に対して切替信号を発信させ、運転中の冷却水ポンプ５２及び冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５１のセット（つまりそれぞれの電磁接触器が操作器）をＯＦＦにし、停止していた予備の冷却水ポンプ５２及び冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５１のセットをＯＮにそれぞれ動作させる。
【００３０】
ここで、本実施形態における操作器について説明する。
建設設備などの自動制御において、「計測器」からの計測信号を受けて操作量を演算する「調節器」からの信号を操作端の動作に変える機構を、「操作器」或いは「操作機構」という。「操作端」とは、自動制御で操作量を直接変化させるもので、弁本体、ダンパ本体などがこれに該当する。また、「操作部」は、自動制御装置の構成要素の１つで、「操作機構」、「操作端」より構成され、調節部からの信号を弁開度、ダンパ開度やインバータ出力回転数の操作量に変え、蒸気、水、空気などの制御対象に働きかける部分をいう。
「操作器」は、上記「操作部」と同義である。この「操作器」には、ポンプや圧縮機などのＯＮ−ＯＦＦできる各々の電力供給線にある電磁開閉器（電磁接触器）も含めている。
【００３１】
次に、本実施形態に係る水蒸気圧縮冷凍機システムの作用を説明する。
本実施形態に係る水蒸気圧縮冷凍機システムは、膨張弁を排除しており、蒸発器１５、ルーツ圧縮機２５、凝縮器２０、密閉式冷却塔６０及び負荷側の冷水配管４２を密閉式として接続し、この内部を真空状態にし、ルーツ圧縮機２５を運転することで蒸発器１５内の水蒸気が蒸発し、蒸発器１５内の温度を低下させる。
【００３２】
次に、ルーツ圧縮機２５によってその水蒸気を圧縮した後、水蒸気は高温となって凝縮器２０に導かれる。凝縮器２０では、密閉式冷却塔６０からの冷却水によって凝縮され、再び水に戻る。高温水蒸気の凝縮によって昇温された冷却水は、密閉式冷却塔６０に送られ、その熱を密閉式冷却塔６０により外部へ放熱する。凝縮器２０内の凝縮水は、凝縮器２０と蒸発器１５とを連結した連通路３０により蒸発器１５へ戻り、両容器の圧力差に相当する水位差ΔＬを維持する。
【００３３】
本実施形態において、水蒸気は、蒸発器１５から連結配管２９内を流送し、ルーツ圧縮機２５に流れ、さらに、凝縮器２０に流れ込む。そして、蒸発時に蒸発器１５の水を冷却し、冷水を製造する。蒸発器１５の出口側は冷水温度が、例えば、２０℃であり、冷水は冷水ポンプ３７によりサーバ等の負荷４５の入力側に流送される。そこで、負荷４５の出口側から、例えば、２３℃の冷水を放出し、蒸発器１５内に配置された散水管１９から、例えば、２３℃の冷水を散布する。
【００３４】
冷却塔２４は、冷却水配管５７に介設されており、この冷却水配管５７を経て冷却水を流送する。そして、凝縮器２０の入口側から冷却水が散水器２２で凝縮器２０内に散布する。この冷却水の温度は、例えば、３２℃である。このとき、凝縮器２０は滞留する水冷媒液の温度が、例えば、３７℃であって、約６．３ｋＰａの飽和蒸気圧を有し、その出口側から３７℃の冷却水が冷却水ポンプ５２により密閉式冷却塔６０に流送される。
【００３５】
本実施形態に係る水蒸気圧縮冷凍機システムは、凝縮器２０に滞留している水冷媒液を、連通路３０を介して蒸発器１５へ流送する。本実施形態に係る水蒸気圧縮冷凍機システムでは膨張弁を排除しており、凝縮器１５及び蒸発器２０の圧力差を、凝縮器２０内及び蒸発器１５内の水位差による水頭圧で保持している。
そして、本実施形態に係る水蒸気圧縮冷凍機システムでは、負荷側の冷水配管４２の切替制御部７０、２つのルーツ圧縮機２５で構成される冷凍機内系の切替制御分７１、及び冷却水配管５７の切替制御部７２が常時下記のように監視する。
【００３６】
負荷側の冷水配管４２の切替制御部７０は、常時還り温度を温度計４１によって計測し所定の温度を超えた場合に、ＴＩＣ（温度コントローラ）からＳＥＬ（セレクタ）に信号を発する。ＳＥＬ（セレクタ）には、羽根車式冷水流量計３９からの流量信号を、所定の閥値を超えるかどうか判断する回路があり、閾値を下回る（つまり、所定の流量が出ていない場合）はダイレクトに冷水配管４２の操作器へ切替信号を送り、閾値を超えている場合は、還り温度が所定の温度を超えた場合に、冷水配管４２の操作器へ切替信号を送る。同時に警告を監視システムへ発報する。冷水配管４２の切替信号により、冷水ポンプ３７及び冷水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁３６のセットを、運転中のものはＯＦＦに、停止していた予備の冷水ポンプ３７及び冷水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁３６のセットをＯＮにそれぞれ動作させる。
【００３７】
また、２つのルーツ圧縮機２５で構成される冷凍機内系の切替制御分７１は、以下の３系統を備えている。
１つめは、ルーツ圧縮機２５の運転信号を受けて、正常な運転をしているのにも拘わらず、蒸発器１５内の温度計１６の計測値が所定の設定温度を超過した場合に、ＴＩＣ（温度コントローラ）からルーツ圧縮機２５の操作器へ切替信号を送る。
【００３８】
２つめは、常時ルーツ圧縮機２５の吐出温度を温度計２７で計測し、運転中の計測値をＳＥＬ（セレクタ）で選別した後、所定の温度を超えた場合に、ＴＩＣ（温度コントローラ）からルーツ圧縮機２５の操作器へ切替信号を送る。
３つめは、蒸発器１５及び凝縮器２０の水位計１８、２１の計測値を△ＬＩＣ（レベル差コントローラ）に入力し内部で演算した結果、そのレベル差ΔＬが所定の閾値を超えるかどうかを判断する判定回路による判定結果に基づいて、閾値を下回る（つまり、差圧がとれていない場合）はルーツ圧縮機２５の操作器へ切替信号を送る。
【００３９】
各々切替信号と同時に警告を監視システムへ発報する。切替信号により、ルーツ圧縮機２５、圧縮機ＯＮ−ＯＦＦ弁２６及び温度計２７のセットを、運転中のものはＯＦＦに、停止していた予備のルーツ圧縮機２５、圧縮機ＯＮ−ＯＦＦ弁２６及び温度計２７のセットをＯＮにそれぞれ動作させる。
【００４０】
また、冷却水配管５７の切替制御部７２は、常時冷却水の還り温度を温度計５６で計測し、所定の温度を超えた場合に、ＴＩＣ（温度コントローラ）からＳＥＬ（セレクタ）に信号を発する。ＳＥＬ（セレクタ）には、羽根車式冷却水流量計５３からの流量信号を、所定の閾値を超えるかどうかを判断する判定回路による判定結果に基づいて、闘値を下回る（つまり、所定の流量が出ていない場合）は、ダイレクトに冷却水配管５７の操作器へ切替信号を送り、閾値を超えている場合は、還り温度が所定の温度を超えた場合に、冷却水配管５７の操作器へ切替信号を送る。同時に警告を監視システムへ発報する。切替信号により、運転中の冷却水ポンプ５２、冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５１、羽根車式冷却水流量計５３のセットをＯＦＦに、停止していた予備の冷却水ポンプ５２、冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５１、羽根車式冷却水流量計５３のセットをＯＮにそれぞれ動作させる。
【００４１】
（実施形態２）
実施形態１では、１台の密閉式冷却塔６０に対し、冷却水ポンプ５２、冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５１、羽根車式冷却水流量計５３のセットを並列に配置した冷却水配管５７を設置した場合について説明したが、本実施形態では、１台の密閉式冷却塔６０に対し、冷却水ポンプ５２、冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５１、羽根車式冷却水流量計５３を設けた冷却水往き管５４と冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５９及び温度計５６を設けた冷却水還り管５５とのセットを並列に配置した冷却水配管５７を設置した点で実施形態１に係る水蒸気圧縮冷凍機システムとは相違する。
【００４２】
本実施形態では、冷却水配管５７の切替信号により、運転中の密閉式冷却塔６０を含む冷却水ポンプ５２、冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５１、羽根車式冷却水流量計５３を設けた冷却水往き管５４と冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５９及び冷却水還り管５５と、冷却塔上部ファンとのセットをＯＦＦに、停止していた予備の密閉式冷却塔６０を含む冷却水ポンプ５２、冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５１、羽根車式冷却水流量計５３を設けた冷却水往き管５４と冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５９及び冷却水還り管５５と、冷却塔上部ファンとのセットをＯＮにそれぞれ動作させるようにした点で、実施形態１に係る水蒸気圧縮冷凍機システムとは相違する。
本実施形態においても、実施形態１に係る水蒸気圧縮冷凍機システムと同様の作用効果を奏することが可能である。
【００４３】
なお、上記各実施形態では、冷水配管４２の切替制御部７０による切替を、運転中の冷水ポンプ３７及び冷水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁３６のセットを、停止していた予備の冷水ポンプ３７及び冷水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁３６のセットへの切替としたが、停止していた予備の冷水ポンプ３７及び冷水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁３６のセットは、複数台であっても良い。
また、ルーツ圧縮機２５の切替制御部７１による切替を、運転中のルーツ圧縮機２５、圧縮機ＯＮ−ＯＦＦ弁２６及び温度計２７のセットを、停止していた予備のルーツ圧縮機２５、圧縮機ＯＮ−ＯＦＦ弁２６及び温度計２７のセットへの切替としたが、予備のルーツ圧縮機２５、圧縮機ＯＮ−ＯＦＦ弁２６及び温度計２７のセットは、複数台であっても良い。
【００４４】
また、冷却水配管５７の切替制御部７２による切替を、運転中の冷却水ポンプ５２、冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５１及び羽根車式冷却水流量計５３のセットを、停止していた予備の冷却水ポンプ５２、冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５１及び羽根車式冷却水流量計５３のセットへの切替としたが、冷却水ポンプ５２、冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５１及び羽根車式冷却水流量計５３のセットは、複数台であっても良い。
同じく、冷却水配管５７の切替制御部７２による切替を、運転中の密閉式冷却塔６０を含む冷却水ポンプ５２、冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５１、羽根車式冷却水流量計５３のセットを、停止していた予備の密閉式冷却塔６０を含む冷却水ポンプ５２、冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５１、羽根車式冷却水流量計５３を設けた冷却水往き管５４とＯＮ−ＯＦＦ弁５９及び温度計５６を設けた冷却水還り管５５とのセットへの切替としたが、停止していた予備の密閉式冷却塔６０を含む冷却水ポンプ５２、冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５１、羽根車式冷却水流量計５３を設けた冷却水往き管５４と冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁５９及び温度計５６を設けた冷却水還り管５５とのセットは、複数台であっても良い。
【００４５】
また、ルーツ圧縮機２５をインバータ制御する方式で説明したが、インバータ方式に限らない。
また、負荷４５として、データセンタのサーバ冷却について説明したが、各種の設備冷却水としても良い。
【符号の説明】
【００４６】
１０ 水蒸気圧縮冷凍機
１５ 蒸発器
１６、２７、４１、５６ 温度計
１７ 冷水溜まり
１８、２１ 水位計
１９、２２、６２ 散水管
２０ 凝縮器
２３ 真空ポンプ
２５ ルーツ圧縮機
２６ 圧縮機ＯＮ−ＯＦＦ弁
２８、３８、５４、６６ 分岐管
２９ 連結配管
３０ 連通路
３５ 冷水往き管
３６ 冷水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁
３７、５２ 冷水ポンプ
３９ 羽根車式冷水流量計
４０ 冷水還り管
４２ 冷水配管
４５ 負荷
５０ 冷却水往き管
５１、５９、６５ 冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁
５３ 羽根車式冷却水流量計
５５ 冷却水還り管
５７ 冷却水配管
５８ 熱交換器コイル
６０ 密閉式冷却塔
６１ 下部水槽
６３ 外部水配管
６４ 冷却水ポンプ
７０ 冷水配管４２の切替制御部
７１ ルーツ圧縮機２５の切替制御部
７２ 冷却水配管５７の切替制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
注水管、温度計及び水位計を内部に設ける密閉式の蒸発器と、散水管及び水位計を内部に設ける密閉式の凝縮器と、入口側又は出口側に圧縮機ＯＮ−ＯＦＦ弁、出口側に温度計を有する圧縮機分岐管を並列に配置してなる前記蒸発器と前記凝縮器との冷媒液位のレベル差を確保する複数の圧縮機と、各々が配管で接続される前記凝縮器、前記蒸発器、前記圧縮機及びその間を接続する配管内を３０ｋＰａ以下の真空状態に保持する、前記凝縮器に接続される配管に設けられた真空ポンプと、を有する、水が冷凍サイクルを形成する冷媒として使用される水蒸気圧縮冷凍機を備えた水蒸気圧縮冷凍機システムであって、
前記蒸発器と前記凝縮器とを連結する連通路と、
冷水ポンプ及び冷水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁を設けた複数の冷水分岐管を並列に配置し、前記蒸発器に連結される冷水往き管と、温度計を設け、前記蒸発器の散水管に連結される冷水還り管と、前記冷水往き管又は前記冷水還り管に設けられる羽根車式冷水流量計とを有する冷水配管と、
前記冷水往き管及び前記冷水還り管に連結される熱交換器である負荷と、
前記圧縮機を前記蒸発器と前記凝縮器との間に位置させて連結する連結配管と、
冷却水ポンプを配置し、前記凝縮器に連結される冷却水往き管と、温度計を設け、前記凝縮器の散水管に連結される冷却水還り管とを有する冷却水配管と、
前記冷却水配管に熱交換器部分が連結される密閉式冷却塔と、
前記冷水配管の前記冷水ポンプ及び前記冷水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＮ−ＯＦＦ動作させる前記冷水配管の操作器と、
前記圧縮機、前記圧縮機ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＮ−ＯＦＦ動作させる前記圧縮機の操作器と、
前記冷水配管の還り温度が所定の温度を超える場合、又は、前記羽根車式冷水流量計からの流量信号が、所定の閾値を下回る（つまり、所定の流量が出ていない）場合、又は、前記羽根車式冷水流量計からの流量信号が、閾値を超え、かつ、前記冷水配管の還り温度が所定の温度を超える場合に、前記冷水配管の操作器に切替信号を発信させ、運転中の前記冷水ポンプ及び前記冷水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＦＦにし、停止していた別の前記冷水ポンプ及び前記冷水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＮにそれぞれ動作させる前記冷水配管の切替制御部と、
前記圧縮機の運転信号を受けて、正常な運転をしているのにもかかわらず、前記蒸発器内の温度が所定の設定温度を超える場合、又は、前記圧縮機の吐出温度が所定の温度を超える場合、又は、前記蒸発器及び前記凝縮器の冷媒液位のレベル差△Ｌが所定の閾値を下回る（つまり、差圧がとれていない状態の）場合に、運転中の前記圧縮機、前記圧縮機ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＦＦにし、停止していた別の前記圧縮機、前記圧縮機ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＮにそれぞれ動作させる前記圧縮機の切替制御部と
を備えることを特徴とする水蒸気圧縮冷凍機システム。
【請求項２】
請求項１に記載の水蒸気圧縮冷凍機システムにおいて、
冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁、冷却水ポンプ及び羽根車式冷却水流量計を設ける複数の冷却水分岐管を並列に配置し、前記凝縮器に連結される冷却水往き管と、温度計を設け、前記凝縮器の散水管に連結される冷却水還り管とを有する冷却水配管と、
前記冷却水配管の前記冷却水ポンプ及び前記冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＮ−ＯＦＦ動作させる前記冷却水配管の操作器と、
前記冷却水の還り温度が所定の温度を超える場合、又は、前記羽根車式冷却水流量計からの流量信号が所定の閾値を下回る（つまり、所定の流量が出ていない）場合、又は、前記冷却水の還り温度が所定の温度を超え、前記羽根車式冷却水流量計からの流量信号が所定の閾値を超える場合に、運転中の前記冷却水ポンプ及び前記冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＦＦにし、停止していた別の前記冷水ポンプ及び前記冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＮにそれぞれ動作させる前記冷却水配管の切替制御部と
を備えることを特徴とする水蒸気圧縮冷凍機システム。
【請求項３】
請求項１に記載の水蒸気圧縮冷凍機システムにおいて、
冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁、冷却水ポンプ及び羽根車式冷却水流量計を設ける複数の冷却水分岐管を並列に配置し、前記凝縮器に連結される冷却水往き管と、温度計を設け、前記凝縮器の散水管に連結される冷却水還り管とを有する複数の冷却水配管と、
前記複数の冷却水配管に熱交換器部分が連結される複数の密閉式冷却塔と、
前記冷却水配管の前記冷却水ポンプ及び前記冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＮ−ＯＦＦ動作させる前記冷却水配管の操作器と、
前記冷却水の還り温度が所定の温度を超える場合、又は、前記羽根車式冷却水流量計からの流量信号が所定の閾値を下回る（つまり、所定の流量が出ていない）場合、又は、前記冷却水の還り温度が所定の温度を超え、前記羽根車式冷却水流量計からの流量信号が所定の閾値を超える場合に、運転中の前記冷却水ポンプ、前記密閉式冷却塔のファン及び冷却塔冷却水ポンプ及び前記冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＦＦにし、停止していた別の前記冷水ポンプ及び密閉式冷却塔のファン及び冷却塔冷却水ポンプ及び前記冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＮにそれぞれ動作させる前記冷却水配管の切替制御部と
を備えることを特徴とする水蒸気圧縮冷凍機システム。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れかに記載の水蒸気圧縮冷凍機システムにおいて、
前記負荷は、データセンタのサーバである
ことを特徴とする水蒸気圧縮冷凍機システム。
【請求項５】
請求項１記載の水蒸気圧縮冷凍機システムにおいて、
前記冷水配管の切替制御部は、
前記羽根車式冷水流量計に連絡するセレクタと、
前記冷水配管の温度計及び前記蒸発器の温度計に連絡するＴＩＣ（温度調節計機構）と
を有することを特徴とする水蒸気圧縮冷凍機システム。
【請求項６】
請求項１記載の水蒸気圧縮冷凍機システムにおいて、
前記圧縮機の切替制御部は、
前記蒸発器の温度計に連絡するＴＩＣ（温度調節系機構）と、
前記圧縮機の温度計に連絡するセレクタと、
前記蒸発器の水位計及び前記凝縮器の水位計に連絡する△ＬＩＣ（レベル差コントローラ）と
を有することを特徴とする水蒸気圧縮冷凍機システム。
【請求項７】
請求項１記載の水蒸気圧縮冷凍機システムにおいて、
前記冷却水配管の切替制御部は、
前記羽根車式冷却水流量計に連絡するセレクタと、
前記冷却水配管の温度計に連絡するＴＩＣ（温度調節計機構）と
を有することを特徴とする水蒸気圧縮冷凍機システム。
【請求項１】
注水管、温度計及び水位計を内部に設ける密閉式の蒸発器と、散水管及び水位計を内部に設ける密閉式の凝縮器と、入口側又は出口側に圧縮機ＯＮ−ＯＦＦ弁、出口側に温度計を有する圧縮機分岐管を並列に配置してなる前記蒸発器と前記凝縮器との冷媒液位のレベル差を確保する複数の圧縮機と、各々が配管で接続される前記凝縮器、前記蒸発器、前記圧縮機及びその間を接続する配管内を３０ｋＰａ以下の真空状態に保持する、前記凝縮器に接続される配管に設けられた真空ポンプと、を有する、水が冷凍サイクルを形成する冷媒として使用される水蒸気圧縮冷凍機を備えた水蒸気圧縮冷凍機システムであって、
前記蒸発器と前記凝縮器とを連結する連通路と、
冷水ポンプ及び冷水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁を設けた複数の冷水分岐管を並列に配置し、前記蒸発器に連結される冷水往き管と、温度計を設け、前記蒸発器の散水管に連結される冷水還り管と、前記冷水往き管又は前記冷水還り管に設けられる羽根車式冷水流量計とを有する冷水配管と、
前記冷水往き管及び前記冷水還り管に連結される熱交換器である負荷と、
前記圧縮機を前記蒸発器と前記凝縮器との間に位置させて連結する連結配管と、
冷却水ポンプを配置し、前記凝縮器に連結される冷却水往き管と、温度計を設け、前記凝縮器の散水管に連結される冷却水還り管とを有する冷却水配管と、
前記冷却水配管に熱交換器部分が連結される密閉式冷却塔と、
前記冷水配管の前記冷水ポンプ及び前記冷水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＮ−ＯＦＦ動作させる前記冷水配管の操作器と、
前記圧縮機、前記圧縮機ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＮ−ＯＦＦ動作させる前記圧縮機の操作器と、
前記冷水配管の還り温度が所定の温度を超える場合、又は、前記羽根車式冷水流量計からの流量信号が、所定の閾値を下回る（つまり、所定の流量が出ていない）場合、又は、前記羽根車式冷水流量計からの流量信号が、閾値を超え、かつ、前記冷水配管の還り温度が所定の温度を超える場合に、前記冷水配管の操作器に切替信号を発信させ、運転中の前記冷水ポンプ及び前記冷水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＦＦにし、停止していた別の前記冷水ポンプ及び前記冷水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＮにそれぞれ動作させる前記冷水配管の切替制御部と、
前記圧縮機の運転信号を受けて、正常な運転をしているのにもかかわらず、前記蒸発器内の温度が所定の設定温度を超える場合、又は、前記圧縮機の吐出温度が所定の温度を超える場合、又は、前記蒸発器及び前記凝縮器の冷媒液位のレベル差△Ｌが所定の閾値を下回る（つまり、差圧がとれていない状態の）場合に、運転中の前記圧縮機、前記圧縮機ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＦＦにし、停止していた別の前記圧縮機、前記圧縮機ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＮにそれぞれ動作させる前記圧縮機の切替制御部と
を備えることを特徴とする水蒸気圧縮冷凍機システム。
【請求項２】
請求項１に記載の水蒸気圧縮冷凍機システムにおいて、
冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁、冷却水ポンプ及び羽根車式冷却水流量計を設ける複数の冷却水分岐管を並列に配置し、前記凝縮器に連結される冷却水往き管と、温度計を設け、前記凝縮器の散水管に連結される冷却水還り管とを有する冷却水配管と、
前記冷却水配管の前記冷却水ポンプ及び前記冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＮ−ＯＦＦ動作させる前記冷却水配管の操作器と、
前記冷却水の還り温度が所定の温度を超える場合、又は、前記羽根車式冷却水流量計からの流量信号が所定の閾値を下回る（つまり、所定の流量が出ていない）場合、又は、前記冷却水の還り温度が所定の温度を超え、前記羽根車式冷却水流量計からの流量信号が所定の閾値を超える場合に、運転中の前記冷却水ポンプ及び前記冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＦＦにし、停止していた別の前記冷水ポンプ及び前記冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＮにそれぞれ動作させる前記冷却水配管の切替制御部と
を備えることを特徴とする水蒸気圧縮冷凍機システム。
【請求項３】
請求項１に記載の水蒸気圧縮冷凍機システムにおいて、
冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁、冷却水ポンプ及び羽根車式冷却水流量計を設ける複数の冷却水分岐管を並列に配置し、前記凝縮器に連結される冷却水往き管と、温度計を設け、前記凝縮器の散水管に連結される冷却水還り管とを有する複数の冷却水配管と、
前記複数の冷却水配管に熱交換器部分が連結される複数の密閉式冷却塔と、
前記冷却水配管の前記冷却水ポンプ及び前記冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＮ−ＯＦＦ動作させる前記冷却水配管の操作器と、
前記冷却水の還り温度が所定の温度を超える場合、又は、前記羽根車式冷却水流量計からの流量信号が所定の閾値を下回る（つまり、所定の流量が出ていない）場合、又は、前記冷却水の還り温度が所定の温度を超え、前記羽根車式冷却水流量計からの流量信号が所定の閾値を超える場合に、運転中の前記冷却水ポンプ、前記密閉式冷却塔のファン及び冷却塔冷却水ポンプ及び前記冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＦＦにし、停止していた別の前記冷水ポンプ及び密閉式冷却塔のファン及び冷却塔冷却水ポンプ及び前記冷却水分岐ＯＮ−ＯＦＦ弁をＯＮにそれぞれ動作させる前記冷却水配管の切替制御部と
を備えることを特徴とする水蒸気圧縮冷凍機システム。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れかに記載の水蒸気圧縮冷凍機システムにおいて、
前記負荷は、データセンタのサーバである
ことを特徴とする水蒸気圧縮冷凍機システム。
【請求項５】
請求項１記載の水蒸気圧縮冷凍機システムにおいて、
前記冷水配管の切替制御部は、
前記羽根車式冷水流量計に連絡するセレクタと、
前記冷水配管の温度計及び前記蒸発器の温度計に連絡するＴＩＣ（温度調節計機構）と
を有することを特徴とする水蒸気圧縮冷凍機システム。
【請求項６】
請求項１記載の水蒸気圧縮冷凍機システムにおいて、
前記圧縮機の切替制御部は、
前記蒸発器の温度計に連絡するＴＩＣ（温度調節系機構）と、
前記圧縮機の温度計に連絡するセレクタと、
前記蒸発器の水位計及び前記凝縮器の水位計に連絡する△ＬＩＣ（レベル差コントローラ）と
を有することを特徴とする水蒸気圧縮冷凍機システム。
【請求項７】
請求項１記載の水蒸気圧縮冷凍機システムにおいて、
前記冷却水配管の切替制御部は、
前記羽根車式冷却水流量計に連絡するセレクタと、
前記冷却水配管の温度計に連絡するＴＩＣ（温度調節計機構）と
を有することを特徴とする水蒸気圧縮冷凍機システム。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−２３０２６５（Ｐ２０１０−２３０２６５Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７９７１５（Ｐ２００９−７９７１５）
【出願日】平成２１年３月２７日（２００９．３．２７）
【出願人】（０００００１８３４）三機工業株式会社 (316)
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２７日（２００９．３．２７）
【出願人】（０００００１８３４）三機工業株式会社 (316)
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