電子機器の冷却システム
【課題】できるだけ自然循環が停止しないようにして強制循環する時間を短くすることができると共に、自然循環から強制循環への切り換えをスムーズに行って安定運転を行うことができる。
【解決手段】蒸発器２０と凝縮器２２との間をガス配管２６と液配管２４とでつなぎ、液配管２４の途中に迂回流路として設けられたバイパス配管２８と、バイパス配管２８に設けられ、自然循環機構で必要な冷媒量を強制的に循環させるポンプ３０と、バイパス配管２８によってバイパスされる液配管２４のバイパス対応部分に設けられた逆流防止機構２７と、凝縮器２２内に流入する冷媒ガス圧力を測定する冷媒ガス圧力センサ３２Ａと、凝縮器２２内から流出する冷媒液圧力を測定する冷媒液圧力センサ３２Ｂと、冷媒ガス圧力センサ３２Ａの測定値Ａと冷媒液圧力センサ３２Ｂの測定値ＢとがＡ＞Ｂになった場合にポンプ３０を駆動するコントローラ１７と、を備える。
【解決手段】蒸発器２０と凝縮器２２との間をガス配管２６と液配管２４とでつなぎ、液配管２４の途中に迂回流路として設けられたバイパス配管２８と、バイパス配管２８に設けられ、自然循環機構で必要な冷媒量を強制的に循環させるポンプ３０と、バイパス配管２８によってバイパスされる液配管２４のバイパス対応部分に設けられた逆流防止機構２７と、凝縮器２２内に流入する冷媒ガス圧力を測定する冷媒ガス圧力センサ３２Ａと、凝縮器２２内から流出する冷媒液圧力を測定する冷媒液圧力センサ３２Ｂと、冷媒ガス圧力センサ３２Ａの測定値Ａと冷媒液圧力センサ３２Ｂの測定値ＢとがＡ＞Ｂになった場合にポンプ３０を駆動するコントローラ１７と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子機器の冷却システムに係り、特に、サーバルームに配置されたコンピュータやサーバ等の電子機器を、蒸発器と凝縮器とを備えた冷却システムで局所的に冷却する電子機器の冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
サーバルームには、コンピュータやサーバ等の電子機器が集約された状態で多数設置される。電子機器は一般にラックマウント方式、すなわち、電子機器を機能単位別に分割して収納するラック（筐体）をキャビネットに段積みする方式で設置され、キャビネットはサーバルームの床上に多数整列配置される。
【０００３】
これらの電子機器は、正常な動作をするために一定の温度環境が必要とされ、高温状態になるとシステム停止等のトラブルを引き起こすおそれがある。このため、サーバルームは空調機によって一定の温度環境に管理されている。しかし、近年では、電子機器の処理速度や処理能力の急激な上昇に伴い、電子機器からの発熱量が上昇の一途をたどっており、空調機のランニングコストも大幅に増加している。
【０００４】
このような背景から、電子機器を効率的に冷却するための様々な技術が提案されている。たとえば、特許文献１に記載されている空調システムは、冷媒を動力なしで自然循環させる冷媒自然循環型の空調システムであり、蒸発器と、この蒸発器よりも高所の凝縮器とを、ガス配管及び液配管で接続することによって構成されている。そして蒸発器で気化された冷媒の気体がガス配管を介して凝縮器に送られ、凝縮器で液化された冷媒の気体が液配管を介して蒸発器に送られることによって、冷媒が自然循環され、蒸発器で冷却作用を得ることができる。このような冷媒自然循環型の空調システムを、電子機器の局所冷却に適用することによって、前述したランニングコストを削減することが期待される。たとえば、蒸発器を電子機器の排気口の近傍に配置するとともに、凝縮器として建屋の屋上に冷却塔を設置し、この冷却塔で外気を利用して冷媒を冷却することによって、ランニングコストを大幅に削減することが可能となる。
【０００５】
しかし、電子機器の冷却システムに関する場合には、省エネによるランニングコスト抑制のニーズに加えて、冷却システムの安定性が要求されており、さまざまな方法が提案されている。たとえば、冷媒自然循環による冷却システムと圧縮機による冷凍サイクル運転システムを併用し、切り換え可能な制御をすることで高い安定性を確保することができる。特許文献２に記載されている空調システムでは、外気温度と室内温度、電子機器の負荷、冷却能力を測定し、外気温度が室内温度よりも高い場合には圧縮機による冷凍サイクル運転を行い、低い場合には冷媒自然循環による冷却システム運転を行うことを基本とし、冷却能力が電子機器の負荷に対して不足している場合には、冷却能力が満足するどちらかの運転に切り替えるシステムであり、高い安定性が確保されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１−２５２８３４号公報
【特許文献２】特開平１１−２８７５２４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、上記に示すような冷媒自然循環サイクルによる冷却システムと圧縮機による冷凍サイクル運転システムを切り換える運転では、外気温度の低下が著しい場合には、駆動源をもたない冷媒自然循環サイクルによる冷却システムで、凝縮器内への冷媒貯留等が発生し、蒸発器の能力低下が引き起こされる場合がある。例えば、外気温度の低下時には冷媒冷却塔内部の凝縮圧力が低下して、流下する冷媒液体を引っぱってしまうので、うまく流下しなくなり、冷媒冷却塔内部に冷媒液が貯留される。この場合、冷媒冷却塔からの冷媒液流下量が冷媒自然循環サイクル運転に必要な冷媒量以下となるため、蒸発器の冷却能力の低下が生じる。そのため、外気温度が低下しているにもかかわらず、圧縮機による冷凍サイクル運転を行ってしまう場合もある。
【０００８】
したがって、ランニングコストを抑えるためには、できるだけ自然循環サイクルが停止しないようにして強制循環する時間を短くすると共に、強制循環する場合においても、圧縮機による冷凍サイクル運転を行うのではなく・自然循環サイクルにより運転を行って安定運転を行うことで無駄なエネルギーを消費しないことが重要になる。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、できるだけ自然循環を活用して強制循環する時間を短くすることを可能とすると共に、非定常時でも自然循環から強制循環への切り換えをスムーズに行い、安定運転を実現することができるので、自然循環と強制循環との両方を備えても省エネで且つ運転の安全性の高い電子機器の冷却システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、電子機器からの高温排気との熱交換によって冷媒を気化させると共に該高温排気を冷却する蒸発器と、前記蒸発器よりも高所に設置され、前記気化された冷媒を液化させる凝縮器と、前記蒸発器と前記凝縮器との間を、前記蒸発器で気化した冷媒ガスを前記凝縮器に送るガス配管と、前記凝縮器で液化した冷媒液体を前記蒸発器に送る液配管と、でつなぎ、前記冷媒を自然循環させる自然循環機構と、を備える電子機器の冷却システムであって、前記液配管又は前記ガス配管の途中に迂回流路として設けられたバイパス配管と、前記バイパス配管に設けられ、前記自然循環機構で必要な冷媒量を強制的に循環させる強制循環手段と、前記バイパス配管によってバイパスされる液配管のバイパス対応部分に設けられた逆流防止機構と、前記凝縮器内に流入する冷媒ガス圧力を測定する冷媒ガス圧力センサと、前記凝縮器内から流出する冷媒液圧力を測定する冷媒液圧力センサと、前記冷媒ガス圧力センサの測定値Ａと冷媒液圧力センサの測定値ＢとがＢ＞Ａになった場合に前記強制循環手段を駆動するコントローラと、を備えることを特徴とする電子機器の冷却システムを提供する。
【００１１】
本発明は、強制循環のための強制循環手段を液配管又はガス配管のバイパスラインに設け、自然循環をしなくなったときのみ駆動できるようにした。
【００１２】
具体的には、凝縮器内に流入する冷媒ガス圧力を測定する冷媒ガス圧力センサと、凝縮器内から流出する冷媒液圧力を測定する冷媒液圧力センサと、を設け、冷媒ガス圧力センサの測定値Ａと冷媒液圧力センサの測定値ＢとがＢ＞Ａになった場合にコントローラで強制循環手段を駆動する。
【００１３】
それにより、できるだけ自然循環を活用して強制循環する時間を短くすることを可能とすると共に、非定常時でも自然循環から強制循環への切り換えをスムーズに行い、安定運転を実現することができるので、自然循環と強制循環との両方を備えても省エネで且つ運転の安全性の高い電子機器の冷却システムを提供することができる。
【００１４】
さらに、前記目的を達成するために、電子機器からの高温排気との熱交換によって冷媒を気化させると共に該高温排気を冷却する蒸発器と、前記蒸発器よりも高所に設置され、前記気化された冷媒を液化させる凝縮器と、前記蒸発器と前記凝縮器との間を、前記蒸発器で気化した冷媒ガスを前記凝縮器に送るガス配管と、前記凝縮器で液化した冷媒液体を前記蒸発器に送る液配管と、でつなぎ、前記冷媒を自然循環させる自然循環機構と、を備える電子機器の冷却システムであって、前記液配管又は前記ガス配管の途中に迂回流路として設けられたバイパス配管と、前記バイパス配管に設けられ、前記自然循環機構で必要な冷媒量を強制的に循環させる強制循環手段と、前記バイパス配管によってバイパスされる液配管のバイパス対応部分に設けられた逆流防止機構と、前記液配管の途中に該液配管に連通して設けられ、前記冷媒液体を貯留すると共にヘッドスペースを有するタンクと、冷媒液面の位置を測定する液面センサと、前記電子機器の排気空気温度を測定する温度センサと、前記液面センサと前記温度センサとの測定値から、前記温度センサにより測定した前記電子機器の排気温度に対し、該排気空気を冷却するのに必要な冷媒液面高さを算出し、前記液面センサにより測定された冷媒液面高さが計算値より低い場合には前記矯正旬間手段を駆動するコントローラと、を備えることを特徴とする電子機器の冷却システムを提供する。
【００１５】
本発明では、液配管の途中に該液配管に連通して設けられ、冷媒液体を貯留すると共にヘッドスペースを有するタンクと、冷媒液面の位置を測定する液面センサと、電子機器の排気空気温度を測定する温度センサと、を設け、液面センサと温度センサとの測定値から、温度センサにより測定した前記電子機器の排気温度に対し、排気空気を冷却するのに必要な冷媒液面高さを算出し、前記液面センサにより測定された冷媒液面高さが計算値より低い場合にコントローラで強制循環手段を駆動する。
【００１６】
それにより、できるだけ自然循環を活用して強制循環する時間を短くすることを可能とすると共に、非定常時でも自然循環から強制循環への切り換えをスムーズに行い、安定運転を実現することができるので、自然循環と強制循環との両方を備えても省エネで且つ運転の安全性の高い電子機器の冷却システムを提供することができる。
【００１７】
さらに、前記目的を達成するために、電子機器からの高温排気との熱交換によって冷媒を気化させると共に該高温排気を冷却する蒸発器と、前記蒸発器よりも高所に設置され、前記気化された冷媒を液化させる凝縮器と、前記蒸発器と前記凝縮器との間を、前記蒸発器で気化した冷媒ガスを前記凝縮器に送るガス配管と、前記凝縮器で液化した冷媒液体を前記蒸発器に送る液配管と、でつなぎ、前記冷媒を自然循環させる自然循環機構と、を備える電子機器の冷却システムであって、前記液配管又は前記ガス配管の途中に迂回流路として設けられたバイパス配管と、前記バイパス配管に設けられ、前記自然循環機構で必要な冷媒量を強制的に循環させる強制循環手段と、前記バイパス配管によってバイパスされる液配管のバイパス対応部分に設けられた逆流防止機構と、前記蒸発器の冷媒液圧力を測定する冷媒液圧力センサと、前記凝縮器の圧力を測定する凝縮器圧力センサと、前記電子機器の排気空気温度を測定する温度センサと、 前記温度センサにより測定した排気温度に対応する必要冷媒液圧力を算出し、前記冷媒液圧力センサにより測定された冷媒液圧力と前記凝縮器圧力センサにより測定された圧力との差から求めた液柱高さより低い場合に前記強制循環手段を駆動するコントローラと、を備えることを特徴とする電子機器の冷却システムを提供する。
【００１８】
本発明では、蒸発器の冷媒液圧力を測定する圧力センサと、電子機器の排気空気温度を測定する温度センサと、を設け、温度センサにより測定した排気温度に対応する必要液柱高さを算出し、圧力センサにより測定された測定値から算出した液柱高さが該必要液柱高さより低い場合にコントローラで強制循環手段を駆動する。
【００１９】
それにより、できるだけ自然循環を活用して強制循環する時間を短くすることを可能とすると共に、非定常時でも自然循環から強制循環への切り換えをスムーズに行い、安定運転を実現することができるので、自然循環と強制循環との両方を備えても省エネで且つ運転の安全性の高い電子機器の冷却システムを提供することができる。
【００２０】
上記において、前記凝縮器は、冷媒冷却塔又は熱交換器であることが好ましい。
【００２１】
さらに、前記目的を達成するために、電子機器からの高温排気との熱交換によって冷媒を気化させると共に該高温排気を冷却する蒸発器と、前記蒸発器よりも高所に設置され、前記気化された冷媒を液化させる冷媒冷却塔と、前記蒸発器と前記冷媒冷却塔との間を、前記蒸発器で気化した冷媒ガスを前記冷媒冷却塔に送るガス配管と、前記冷媒冷却塔で液化した冷媒液体を前記蒸発器に送る液配管と、でつなぎ、前記冷媒を自然循環させる自然循環機構と、を備える電子機器の冷却システムであって、前記液配管又は前記ガス配管の途中に迂回流路として設けられたバイパス配管と、前記バイパス配管に設けられ、前記自然循環機構で必要な冷媒量を強制的に循環させる強制循環手段と、前記バイパス配管によってバイパスされる液配管のバイパス対応部分に設けられた逆流防止機構と、外気温度を測定する温度センサと、外気湿度を測定する湿度センサと、前記温度センサの測定温度と前記湿度センサの測定湿度から外気の湿球温度を算出し、該外気湿球温度が設定値よりも低くなった場合に前記強制循環手段を駆動するコントローラと、を備えることを特徴とする電子機器の冷却システムを提供する。
【００２２】
本発明では、外気温度を測定する温度センサと、外気湿度を測定する湿度センサと、を設け、温度センサの測定温度と湿度センサの測定湿度から外気の湿球温度を算出し、外気湿球温度が外気利用計画温度よりも低くなった場合に強制循環手段を駆動する。
【００２３】
それにより、できるだけ自然循環を活用して強制循環する時間を短くすることを可能とすると共に、非定常時でも自然循環から強制循環への切り換えをスムーズに行い、安定運転を実現することができるので、自然循環と強制循環との両方を備えても省エネで且つ運転の安全性の高い電子機器の冷却システムを提供することができる。
【００２４】
上記の本発明において、前記強制循環手段は、前記バイパス配管が前記液配管に設けられた場合にはポンプ、前記バイパス配管が前記ガス配管に設けられた場合には圧縮機、である。
【００２５】
さらに前記目的を達成するために、前記蒸発器の出口空気温度を測定する出口温度センサを備え、該出口温度センサの測定値が蒸発器出口設定値以上の場合のみポンプを駆動することが好ましい。
【００２６】
即ち、蒸発器の出口空気温度を測定する出口空気温度を測定する出口温度センサを設置し、温度センサにより測定した蒸発器の出口空気温度が蒸発器出口温度設定値以上の場合にのみ強制循環手段を駆動する。
【００２７】
それにより、冷却塔内部に冷媒液が貯留した場合で、かつ蒸発器の出口空気温度が設定値以上と冷却性能が発揮されない場合のみ強制循環手段を駆動することが可能となり、不要な強制循環手段の駆動を防止でき、より省エネな冷却システムを提供することができる。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明したように本発明の電子機器の冷却システムによれば、できるだけ自然循環を活用して強制循環する時間を短くすることを可能とすると共に、非定常時でも自然循環から強制循環への切り換えをスムーズに行い、安定運転を実現することができるので、自然循環と強制循環との両方を備えても省エネで且つ運転の安全性の高い電子機器の冷却システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の電子機器の冷却システムの第１の実施の形態の全体構成を説明する概念図
【図２】本発明の電子機器の冷却システムの第２の実施の形態の全体構成を説明する概念図
【図３】本発明の電子機器の冷却システムの第３の実施の形態の全体構成を説明する概念図
【図４】本発明の電子機器の冷却システムの第４の実施の形態の全体構成を説明する概念図
【図５】本発明の電子機器の冷却システムの第１の実施の形態の第１の変形例の全体構成を説明する概念図
【図６】本発明の電子機器の冷却システムの第１の実施の形態の第２の変形例の全体構成を説明する概念図
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、添付図面に従って本発明に係る電子機器の冷却システムの好ましい実施の形態について詳説する。
【００３１】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施形態の電子機器の冷却システム１０の全体構成を示す概念図である。
【００３２】
同図に示す冷却システム１０は、サーバルーム１２に設けられたサーバラック１４、１４の近傍を局所的に冷却するシステムである。なお、図１では、サーバルーム１２に、２台のサーバラック１４、１４を図示しているが、実際には、多数のサーバラック１４が床面１３上に配置されている。更に、サーバラック１４には通常、サーバ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、…が段積み収納されることによって、サーバルーム１２内に設置される。また、以下の説明で符号に付すＸは図の左側に示した冷却システムに係わる部材であり、Ｙは右側に示した冷却システムに係わる部材である。
【００３３】
サーバ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、…には、エアの吸引口及び排気口を備えるとともに、内部にファン１６を備え、このファン１６を駆動することによって、吸引口からエアが吸引され、排気口からサーバ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、…の排熱を伴った排気空気２１が排気される。これにより、サーバ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、…を冷却することができる。一方、排気空気２１をそのままサーバルーム１２に排気すると、サーバルーム１２の室温が上昇し、サーバ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、…に吸い込む空気温度が高くなってしまう。したがって、排熱空気を蒸発器２０Ｘ、２０Ｙで冷却してからサーバルーム１２に排気する必要がある。
【００３４】
冷却システム１０は、主として蒸発器２０Ｘ、２０Ｙ、凝縮器２２、液配管２４、ガス配管２６からなる冷媒の自然循環機構を基本構成とし、これに冷媒の強制循環のための強制循環機構を付加したものである。
【００３５】
蒸発器２０Ｘ、２０Ｙはそれぞれ、サーバ排気口の近傍に設けられ、蒸発器２０Ｘ、２０Ｙの内部には不図示のコイルが設けられる。このコイルの外側を、サーバ排気口から排出された排気空気２１が流れ、コイルの内側を冷媒液体が流れて熱交換される。この結果、コイル内の冷媒液体が排熱空気から気化熱を奪って蒸発するので、サーバルーム１２に排気される排気空気が冷却される。これにより、吹出口からサーバルーム１２に吹き出される空調エアと相まって、サーバルーム１２の温度環境を、サーバ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、…が正常に動作をするために必要な温度環境に設定できる。
【００３６】
凝縮器２２は、蒸発器２０Ｘ、２０Ｙで気化した冷媒を冷却して凝縮させる装置であり、蒸発器２０Ｘ、２０Ｙよりも高い位置、例えばサーバルーム１２の建屋屋上等に設置される。
【００３７】
凝縮器２２としては色々な態様を採用することができる。図１では、冷媒冷却塔を示しており、凝縮器２２において冷媒と、外気と、の間で熱交換することによって冷媒ガスを凝縮して液化するように構成したものである。
【００３８】
蒸発器２０Ｘ、２０Ｙと凝縮器２２は、液配管２４（分岐管２４Ｘ、２４Ｙを含む）とガス配管２６（分岐管２６Ｘ、２６Ｙを含む）によって接続される。ガス配管２６の上端は凝縮器２２内のコイル２２Ａの一端に接続されており、ガス配管２６の下端は、分岐管２６Ｘ、２６Ｙに分岐され、その分岐管２６Ｘ、２６Ｙが蒸発器２０Ｘ、２０Ｙのコイル（不図示）の一端に接続されている。一方、液配管２４の上端は、凝縮器２２内のコイル２２Ａの他端に接続されており、液配管２４の下端は、分岐管２４Ｘ、２４Ｙに分岐され、その分岐管２４Ｘ、２４Ｙが蒸発器２０Ｘ、２０Ｙのコイル（不図示）の他端に接続されている。したがって、蒸発器２０Ｘ、２０Ｙで気化された冷媒気体はガス配管２６を上昇して凝縮器２２に自然に送られ、この凝縮器２２で液化された後、液化された冷媒は液配管２４を流下して蒸発器２０Ｘ、２０Ｙに自然に送られる。これにより、冷媒の自然循環が行われる。循環する冷媒としては、フロン、あるいは代替フロンとしてのＨＦＣ（ハイドロフロロカーボン）等を使用することができる。また、大気圧よりも低い圧力で使用するならば、水を使用することも可能である。ここで、液配管２４やガス配管２６はサーバルーム１２の床面１３の下の床下１８を通るようにすると良い。
【００３９】
そして、自然循環する冷媒の流量を制御することにより、サーバ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、…から排気された高温空気を蒸発器２０Ｘ、２０Ｙで冷却した後の空気温度、即ちサーバラック１４から蒸発器を介してサーバルーム１２に排気される排気空気温度を冷却し、サーバルーム１２をサーバ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、…に適した温度環境に維持する。
【００４０】
上記した自然循環のための基本構成に以下説明する強制循環のための構成が付加される。即ち、液配管２４の途中には迂回流路としてバイパス配管２８が設けられ、バイパス配管２８に冷媒を強制循環させるポンプ３０が設けられる。即ち、自然循環をしなくなったときのみポンプ３０を駆動できるようにしている。
【００４１】
さらに、バイパス配管２８によってバイパスされる液配管２４のバイパス対応部分２４Ａには逆流防止機構２７が設けられ、ポンプ３０の駆動時に液配管２４の冷媒液体の逆流を防止して、ショートサーキットが生じないようにしている。
【００４２】
そして、凝縮器２２に流入する冷媒ガス圧力を測定する冷媒ガス圧力センサ３２Ａと、冷媒冷却塔から流出する冷媒液圧力を測定する冷媒液圧力センサ３２Ｂと、を設けている。冷媒ガス圧力センサの測定値Ａと冷媒液圧力センサの測定値ＢとがＢ＞Ａになった場合にコントローラ１７でポンプ３０を駆動する。冷媒液圧力が冷媒ガス圧力よりも高ければポンプ３０により強制的に冷媒を循環させ、低ければポンプ３０を停止する。
【００４３】
これにより、できるだけ自然循環を活用して強制循環する時間を短くすることを可能とすると共に、非定常時でも自然循環から強制循環への切り換えをスムーズに行い、安定運転を実現することができるので、自然循環と強制循環との両方を備えても省エネで且つ運転の安全性の高い電子機器の冷却システムを提供することができる。
【００４４】
（第２の実施の形態）
図２は、第２の実施形態の電子機器の冷却システム１０の全体構成を示す概念図である。
【００４５】
本実施形態では、図１の構成において、冷媒ガス圧力センサ３２Ａと、冷媒液圧力センサ３２Ｂと、の代わりに、液配管２４の途中に冷媒液体を貯留すると共にヘッドスペースを有するタンク３５と、冷媒液面の位置を測定する液面センサ３６と、電子機器（この図の場合、サーバ）の排気空気温度を測定する温度センサ３４Ｘ、３４Ｙと、を設けたものである。その他の構成は図１と同様である。
【００４６】
このタンク３５は、冷媒液体を貯留されると共に、冷媒液体の液面上方にヘッドスペースが形成される。即ち、タンク３５のヘッドスペースに、凝縮器２２側の液配管２４が接続され、タンク３５の底部に蒸発器２０側の液配管２４が接続される。このタンク３５を配置することにより、冷媒液体中に冷媒ガスが混在していても冷媒ガスはヘッドスペースに分離されるので、ポンプ３０に冷媒ガスが流入することがない。これにより、ポンプ３０駆動時にキャビテーションによってポンプ３０が空回りすることがない。したがって、逆流防止機構２７による冷媒液体の逆流防止と相まって自然循環から強制循環へスムーズな切り換えを行うことができると共に、強制循環時にポンプ３０がキャビテーションに起因する無駄なエネルギーを消費しないようにできる。
【００４７】
また、このタンク３５は、強制循環時にのみ効果を発揮するのではなく、自然循環時にも効果を発揮する。即ち、凝縮器２２の凝縮温度が低下した場合には、凝縮器２２からの冷媒液流下量が減少する可能性があり、その場合は液配管２４に高い液柱を確保できなくなり自然循環が停止してしまうが、タンク３５に冷媒液体を貯留することで、凝縮器２２の凝縮温度が低下した場合であっても高い液柱を維持することができる。これにより、自然循環が停止する機会が少なくなるので、強制循環に切り換えざるを得ない時間を短くすることができる。
【００４８】
本実施形態では、液面センサ３６と温度センサ３４Ｘ、３４Ｙとの測定値から、温度センサにより測定した電子機器の排気温度に対し、排気空気を冷却するのに必要な冷媒液面高さを算出し、液面センサにより測定された冷媒液面高さが計算値より低い場合にコントローラ１７でポンプ３０を駆動する。
【００４９】
これにより、できるだけ自然循環を活用して強制循環する時間を短くすることを可能とすると共に、非定常時でも自然循環から強制循環への切り換えをスムーズに行い、安定運転を実現することができるので、自然循環と強制循環との両方を備えても省エネで且つ運転の安全性の高い電子機器の冷却システムを提供することができる。
【００５０】
（第３の実施の形態）
図３は、第３の実施形態の電子機器の冷却システム１０の全体構成を示す概念図である。
【００５１】
本実施形態では、図１の構成において、冷媒ガス圧力センサ３２Ａと、冷媒液圧力センサ３２Ｂと、の代わりに、蒸発器２０Ｘ、２０Ｙの蒸発圧力を測定する圧力センサ３２Ｘ、３２Ｙと、電子機器の排気空気温度を測定する温度センサ３４Ｘ、３４Ｙと、を設けたものである。その他の構成は図１と同様である。
【００５２】
本実施形態では、温度センサ３４Ｘ、３４Ｙにより測定した排気温度に対応する必要蒸発圧力を算出し、圧力センサにより測定された蒸発圧力が該算出蒸発圧力より低い場合にコントローラ１７でポンプ３０を駆動する。
【００５３】
それにより、できるだけ自然循環を活用して強制循環する時間を短くすることを可能とすると共に、非定常時でも自然循環から強制循環への切り換えをスムーズに行い、安定運転を実現することができるので、自然循環と強制循環との両方を備えても省エネで且つ運転の安全性の高い電子機器の冷却システムを提供することができる。
【００５４】
（第４の実施の形態）
図４は、第４の実施形態の電子機器の冷却システム１０の全体構成を示す概念図である。
【００５５】
本実施形態では、図１の構成において、冷媒ガス圧力センサ３２Ａと、冷媒液圧力センサ３２Ｂと、の代わりに、外気温度を測定する温度センサ３４と、外気湿度を測定する湿度センサ４０と、を設けたものである。その他の構成は図１と同様である。
【００５６】
本実施形態では、本発明では、温度センサ３４の測定温度と湿度センサ４０の測定湿度から外気の湿球温度を算出し、外気湿球温度が外気利用計画温度よりも低くなった場合にコントローラ１７でポンプ３０を駆動する。
【００５７】
それにより、できるだけ自然循環を活用して強制循環する時間を短くすることを可能とすると共に、非定常時でも自然循環から強制循環への切り換えをスムーズに行い、安定運転を実現することができるので、自然循環と強制循環との両方を備えても省エネで且つ運転の安全性の高い電子機器の冷却システムを提供することができる。
【００５８】
（第１の変形例）
第１〜第３の実施形態の電子機器の冷却システム１０においては、凝縮器２２は冷媒冷却塔を示しているが、凝縮器２２としては色々な態様を採用することができる。
【００５９】
図５は、第１の実施形態の電子機器の冷却システム１０において、冷却装置２３（例えば冷凍機や冷却塔）を別途設け、熱交換器において冷却装置２３の冷媒を循環するように構成したものである。
【００６０】
（第２の変形例）
第１〜第４の実施形態の電子機器の冷却システム１０においては、液配管２４の途中に迂回流路として設けられたバイパス配管２８と、バイパス配管に設けられ、自然循環機構で必要な冷媒量を強制的に循環させるポンプ３０と、バイパス配管によってバイパスされる液配管２４のバイパス対応部分に設けられた逆流防止機構２７と、の変わりに、ガス配管２６の途中に迂回流路として設けられたバイパス配管３８と、バイパス配管に設けられ、自然循環機構で必要な冷媒量を強制的に循環させる圧縮機３７と、バイパス配管３８によってバイパスされる液配管２４のバイパス対応部分に設けられた逆流防止機構２７と、にすることも可能である。この場合、コントローラ１７は圧縮機３７を駆動させる。
【００６１】
図６は、第１の実施形態の電子機器の冷却システム１０において、上記の構成を示したものである。
【００６２】
また、本発明は電子機器を対象とした冷却システムであるが、その応用例としては、発熱を伴う機器類であれば応用可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１０…電子機器の冷却システム、１２…サーバルーム、１３…床面、１４…サーバラック、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ…サーバ、１６…ファン、１７…コントローラ、１８…床下、２０Ｘ、２０Ｙ…蒸発器、２１…排気空気、２２…凝縮器（冷媒冷却塔、熱交換器）、２３…冷却装置、２４…液配管、２４Ｘ、２４Ｙ…分岐管、２６…ガス配管、２６Ｘ、２６Ｙ…分岐管、２７…逆流防止機構（逆止弁）、２８…バイパス配管、３０…ポンプ（強制循環手段）、３２Ａ、３２Ｂ…圧力センサ、３２Ｘ、３２Ｙ…圧力センサ、３４…温度センサ、３４Ｘ、３４Ｙ…温度センサ、３７…圧縮機（強制循環手段）、３８…バイパス配管、４０…湿度センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子機器の冷却システムに係り、特に、サーバルームに配置されたコンピュータやサーバ等の電子機器を、蒸発器と凝縮器とを備えた冷却システムで局所的に冷却する電子機器の冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
サーバルームには、コンピュータやサーバ等の電子機器が集約された状態で多数設置される。電子機器は一般にラックマウント方式、すなわち、電子機器を機能単位別に分割して収納するラック（筐体）をキャビネットに段積みする方式で設置され、キャビネットはサーバルームの床上に多数整列配置される。
【０００３】
これらの電子機器は、正常な動作をするために一定の温度環境が必要とされ、高温状態になるとシステム停止等のトラブルを引き起こすおそれがある。このため、サーバルームは空調機によって一定の温度環境に管理されている。しかし、近年では、電子機器の処理速度や処理能力の急激な上昇に伴い、電子機器からの発熱量が上昇の一途をたどっており、空調機のランニングコストも大幅に増加している。
【０００４】
このような背景から、電子機器を効率的に冷却するための様々な技術が提案されている。たとえば、特許文献１に記載されている空調システムは、冷媒を動力なしで自然循環させる冷媒自然循環型の空調システムであり、蒸発器と、この蒸発器よりも高所の凝縮器とを、ガス配管及び液配管で接続することによって構成されている。そして蒸発器で気化された冷媒の気体がガス配管を介して凝縮器に送られ、凝縮器で液化された冷媒の気体が液配管を介して蒸発器に送られることによって、冷媒が自然循環され、蒸発器で冷却作用を得ることができる。このような冷媒自然循環型の空調システムを、電子機器の局所冷却に適用することによって、前述したランニングコストを削減することが期待される。たとえば、蒸発器を電子機器の排気口の近傍に配置するとともに、凝縮器として建屋の屋上に冷却塔を設置し、この冷却塔で外気を利用して冷媒を冷却することによって、ランニングコストを大幅に削減することが可能となる。
【０００５】
しかし、電子機器の冷却システムに関する場合には、省エネによるランニングコスト抑制のニーズに加えて、冷却システムの安定性が要求されており、さまざまな方法が提案されている。たとえば、冷媒自然循環による冷却システムと圧縮機による冷凍サイクル運転システムを併用し、切り換え可能な制御をすることで高い安定性を確保することができる。特許文献２に記載されている空調システムでは、外気温度と室内温度、電子機器の負荷、冷却能力を測定し、外気温度が室内温度よりも高い場合には圧縮機による冷凍サイクル運転を行い、低い場合には冷媒自然循環による冷却システム運転を行うことを基本とし、冷却能力が電子機器の負荷に対して不足している場合には、冷却能力が満足するどちらかの運転に切り替えるシステムであり、高い安定性が確保されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１−２５２８３４号公報
【特許文献２】特開平１１−２８７５２４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、上記に示すような冷媒自然循環サイクルによる冷却システムと圧縮機による冷凍サイクル運転システムを切り換える運転では、外気温度の低下が著しい場合には、駆動源をもたない冷媒自然循環サイクルによる冷却システムで、凝縮器内への冷媒貯留等が発生し、蒸発器の能力低下が引き起こされる場合がある。例えば、外気温度の低下時には冷媒冷却塔内部の凝縮圧力が低下して、流下する冷媒液体を引っぱってしまうので、うまく流下しなくなり、冷媒冷却塔内部に冷媒液が貯留される。この場合、冷媒冷却塔からの冷媒液流下量が冷媒自然循環サイクル運転に必要な冷媒量以下となるため、蒸発器の冷却能力の低下が生じる。そのため、外気温度が低下しているにもかかわらず、圧縮機による冷凍サイクル運転を行ってしまう場合もある。
【０００８】
したがって、ランニングコストを抑えるためには、できるだけ自然循環サイクルが停止しないようにして強制循環する時間を短くすると共に、強制循環する場合においても、圧縮機による冷凍サイクル運転を行うのではなく・自然循環サイクルにより運転を行って安定運転を行うことで無駄なエネルギーを消費しないことが重要になる。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、できるだけ自然循環を活用して強制循環する時間を短くすることを可能とすると共に、非定常時でも自然循環から強制循環への切り換えをスムーズに行い、安定運転を実現することができるので、自然循環と強制循環との両方を備えても省エネで且つ運転の安全性の高い電子機器の冷却システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、電子機器からの高温排気との熱交換によって冷媒を気化させると共に該高温排気を冷却する蒸発器と、前記蒸発器よりも高所に設置され、前記気化された冷媒を液化させる凝縮器と、前記蒸発器と前記凝縮器との間を、前記蒸発器で気化した冷媒ガスを前記凝縮器に送るガス配管と、前記凝縮器で液化した冷媒液体を前記蒸発器に送る液配管と、でつなぎ、前記冷媒を自然循環させる自然循環機構と、を備える電子機器の冷却システムであって、前記液配管又は前記ガス配管の途中に迂回流路として設けられたバイパス配管と、前記バイパス配管に設けられ、前記自然循環機構で必要な冷媒量を強制的に循環させる強制循環手段と、前記バイパス配管によってバイパスされる液配管のバイパス対応部分に設けられた逆流防止機構と、前記凝縮器内に流入する冷媒ガス圧力を測定する冷媒ガス圧力センサと、前記凝縮器内から流出する冷媒液圧力を測定する冷媒液圧力センサと、前記冷媒ガス圧力センサの測定値Ａと冷媒液圧力センサの測定値ＢとがＢ＞Ａになった場合に前記強制循環手段を駆動するコントローラと、を備えることを特徴とする電子機器の冷却システムを提供する。
【００１１】
本発明は、強制循環のための強制循環手段を液配管又はガス配管のバイパスラインに設け、自然循環をしなくなったときのみ駆動できるようにした。
【００１２】
具体的には、凝縮器内に流入する冷媒ガス圧力を測定する冷媒ガス圧力センサと、凝縮器内から流出する冷媒液圧力を測定する冷媒液圧力センサと、を設け、冷媒ガス圧力センサの測定値Ａと冷媒液圧力センサの測定値ＢとがＢ＞Ａになった場合にコントローラで強制循環手段を駆動する。
【００１３】
それにより、できるだけ自然循環を活用して強制循環する時間を短くすることを可能とすると共に、非定常時でも自然循環から強制循環への切り換えをスムーズに行い、安定運転を実現することができるので、自然循環と強制循環との両方を備えても省エネで且つ運転の安全性の高い電子機器の冷却システムを提供することができる。
【００１４】
さらに、前記目的を達成するために、電子機器からの高温排気との熱交換によって冷媒を気化させると共に該高温排気を冷却する蒸発器と、前記蒸発器よりも高所に設置され、前記気化された冷媒を液化させる凝縮器と、前記蒸発器と前記凝縮器との間を、前記蒸発器で気化した冷媒ガスを前記凝縮器に送るガス配管と、前記凝縮器で液化した冷媒液体を前記蒸発器に送る液配管と、でつなぎ、前記冷媒を自然循環させる自然循環機構と、を備える電子機器の冷却システムであって、前記液配管又は前記ガス配管の途中に迂回流路として設けられたバイパス配管と、前記バイパス配管に設けられ、前記自然循環機構で必要な冷媒量を強制的に循環させる強制循環手段と、前記バイパス配管によってバイパスされる液配管のバイパス対応部分に設けられた逆流防止機構と、前記液配管の途中に該液配管に連通して設けられ、前記冷媒液体を貯留すると共にヘッドスペースを有するタンクと、冷媒液面の位置を測定する液面センサと、前記電子機器の排気空気温度を測定する温度センサと、前記液面センサと前記温度センサとの測定値から、前記温度センサにより測定した前記電子機器の排気温度に対し、該排気空気を冷却するのに必要な冷媒液面高さを算出し、前記液面センサにより測定された冷媒液面高さが計算値より低い場合には前記矯正旬間手段を駆動するコントローラと、を備えることを特徴とする電子機器の冷却システムを提供する。
【００１５】
本発明では、液配管の途中に該液配管に連通して設けられ、冷媒液体を貯留すると共にヘッドスペースを有するタンクと、冷媒液面の位置を測定する液面センサと、電子機器の排気空気温度を測定する温度センサと、を設け、液面センサと温度センサとの測定値から、温度センサにより測定した前記電子機器の排気温度に対し、排気空気を冷却するのに必要な冷媒液面高さを算出し、前記液面センサにより測定された冷媒液面高さが計算値より低い場合にコントローラで強制循環手段を駆動する。
【００１６】
それにより、できるだけ自然循環を活用して強制循環する時間を短くすることを可能とすると共に、非定常時でも自然循環から強制循環への切り換えをスムーズに行い、安定運転を実現することができるので、自然循環と強制循環との両方を備えても省エネで且つ運転の安全性の高い電子機器の冷却システムを提供することができる。
【００１７】
さらに、前記目的を達成するために、電子機器からの高温排気との熱交換によって冷媒を気化させると共に該高温排気を冷却する蒸発器と、前記蒸発器よりも高所に設置され、前記気化された冷媒を液化させる凝縮器と、前記蒸発器と前記凝縮器との間を、前記蒸発器で気化した冷媒ガスを前記凝縮器に送るガス配管と、前記凝縮器で液化した冷媒液体を前記蒸発器に送る液配管と、でつなぎ、前記冷媒を自然循環させる自然循環機構と、を備える電子機器の冷却システムであって、前記液配管又は前記ガス配管の途中に迂回流路として設けられたバイパス配管と、前記バイパス配管に設けられ、前記自然循環機構で必要な冷媒量を強制的に循環させる強制循環手段と、前記バイパス配管によってバイパスされる液配管のバイパス対応部分に設けられた逆流防止機構と、前記蒸発器の冷媒液圧力を測定する冷媒液圧力センサと、前記凝縮器の圧力を測定する凝縮器圧力センサと、前記電子機器の排気空気温度を測定する温度センサと、 前記温度センサにより測定した排気温度に対応する必要冷媒液圧力を算出し、前記冷媒液圧力センサにより測定された冷媒液圧力と前記凝縮器圧力センサにより測定された圧力との差から求めた液柱高さより低い場合に前記強制循環手段を駆動するコントローラと、を備えることを特徴とする電子機器の冷却システムを提供する。
【００１８】
本発明では、蒸発器の冷媒液圧力を測定する圧力センサと、電子機器の排気空気温度を測定する温度センサと、を設け、温度センサにより測定した排気温度に対応する必要液柱高さを算出し、圧力センサにより測定された測定値から算出した液柱高さが該必要液柱高さより低い場合にコントローラで強制循環手段を駆動する。
【００１９】
それにより、できるだけ自然循環を活用して強制循環する時間を短くすることを可能とすると共に、非定常時でも自然循環から強制循環への切り換えをスムーズに行い、安定運転を実現することができるので、自然循環と強制循環との両方を備えても省エネで且つ運転の安全性の高い電子機器の冷却システムを提供することができる。
【００２０】
上記において、前記凝縮器は、冷媒冷却塔又は熱交換器であることが好ましい。
【００２１】
さらに、前記目的を達成するために、電子機器からの高温排気との熱交換によって冷媒を気化させると共に該高温排気を冷却する蒸発器と、前記蒸発器よりも高所に設置され、前記気化された冷媒を液化させる冷媒冷却塔と、前記蒸発器と前記冷媒冷却塔との間を、前記蒸発器で気化した冷媒ガスを前記冷媒冷却塔に送るガス配管と、前記冷媒冷却塔で液化した冷媒液体を前記蒸発器に送る液配管と、でつなぎ、前記冷媒を自然循環させる自然循環機構と、を備える電子機器の冷却システムであって、前記液配管又は前記ガス配管の途中に迂回流路として設けられたバイパス配管と、前記バイパス配管に設けられ、前記自然循環機構で必要な冷媒量を強制的に循環させる強制循環手段と、前記バイパス配管によってバイパスされる液配管のバイパス対応部分に設けられた逆流防止機構と、外気温度を測定する温度センサと、外気湿度を測定する湿度センサと、前記温度センサの測定温度と前記湿度センサの測定湿度から外気の湿球温度を算出し、該外気湿球温度が設定値よりも低くなった場合に前記強制循環手段を駆動するコントローラと、を備えることを特徴とする電子機器の冷却システムを提供する。
【００２２】
本発明では、外気温度を測定する温度センサと、外気湿度を測定する湿度センサと、を設け、温度センサの測定温度と湿度センサの測定湿度から外気の湿球温度を算出し、外気湿球温度が外気利用計画温度よりも低くなった場合に強制循環手段を駆動する。
【００２３】
それにより、できるだけ自然循環を活用して強制循環する時間を短くすることを可能とすると共に、非定常時でも自然循環から強制循環への切り換えをスムーズに行い、安定運転を実現することができるので、自然循環と強制循環との両方を備えても省エネで且つ運転の安全性の高い電子機器の冷却システムを提供することができる。
【００２４】
上記の本発明において、前記強制循環手段は、前記バイパス配管が前記液配管に設けられた場合にはポンプ、前記バイパス配管が前記ガス配管に設けられた場合には圧縮機、である。
【００２５】
さらに前記目的を達成するために、前記蒸発器の出口空気温度を測定する出口温度センサを備え、該出口温度センサの測定値が蒸発器出口設定値以上の場合のみポンプを駆動することが好ましい。
【００２６】
即ち、蒸発器の出口空気温度を測定する出口空気温度を測定する出口温度センサを設置し、温度センサにより測定した蒸発器の出口空気温度が蒸発器出口温度設定値以上の場合にのみ強制循環手段を駆動する。
【００２７】
それにより、冷却塔内部に冷媒液が貯留した場合で、かつ蒸発器の出口空気温度が設定値以上と冷却性能が発揮されない場合のみ強制循環手段を駆動することが可能となり、不要な強制循環手段の駆動を防止でき、より省エネな冷却システムを提供することができる。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明したように本発明の電子機器の冷却システムによれば、できるだけ自然循環を活用して強制循環する時間を短くすることを可能とすると共に、非定常時でも自然循環から強制循環への切り換えをスムーズに行い、安定運転を実現することができるので、自然循環と強制循環との両方を備えても省エネで且つ運転の安全性の高い電子機器の冷却システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の電子機器の冷却システムの第１の実施の形態の全体構成を説明する概念図
【図２】本発明の電子機器の冷却システムの第２の実施の形態の全体構成を説明する概念図
【図３】本発明の電子機器の冷却システムの第３の実施の形態の全体構成を説明する概念図
【図４】本発明の電子機器の冷却システムの第４の実施の形態の全体構成を説明する概念図
【図５】本発明の電子機器の冷却システムの第１の実施の形態の第１の変形例の全体構成を説明する概念図
【図６】本発明の電子機器の冷却システムの第１の実施の形態の第２の変形例の全体構成を説明する概念図
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、添付図面に従って本発明に係る電子機器の冷却システムの好ましい実施の形態について詳説する。
【００３１】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施形態の電子機器の冷却システム１０の全体構成を示す概念図である。
【００３２】
同図に示す冷却システム１０は、サーバルーム１２に設けられたサーバラック１４、１４の近傍を局所的に冷却するシステムである。なお、図１では、サーバルーム１２に、２台のサーバラック１４、１４を図示しているが、実際には、多数のサーバラック１４が床面１３上に配置されている。更に、サーバラック１４には通常、サーバ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、…が段積み収納されることによって、サーバルーム１２内に設置される。また、以下の説明で符号に付すＸは図の左側に示した冷却システムに係わる部材であり、Ｙは右側に示した冷却システムに係わる部材である。
【００３３】
サーバ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、…には、エアの吸引口及び排気口を備えるとともに、内部にファン１６を備え、このファン１６を駆動することによって、吸引口からエアが吸引され、排気口からサーバ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、…の排熱を伴った排気空気２１が排気される。これにより、サーバ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、…を冷却することができる。一方、排気空気２１をそのままサーバルーム１２に排気すると、サーバルーム１２の室温が上昇し、サーバ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、…に吸い込む空気温度が高くなってしまう。したがって、排熱空気を蒸発器２０Ｘ、２０Ｙで冷却してからサーバルーム１２に排気する必要がある。
【００３４】
冷却システム１０は、主として蒸発器２０Ｘ、２０Ｙ、凝縮器２２、液配管２４、ガス配管２６からなる冷媒の自然循環機構を基本構成とし、これに冷媒の強制循環のための強制循環機構を付加したものである。
【００３５】
蒸発器２０Ｘ、２０Ｙはそれぞれ、サーバ排気口の近傍に設けられ、蒸発器２０Ｘ、２０Ｙの内部には不図示のコイルが設けられる。このコイルの外側を、サーバ排気口から排出された排気空気２１が流れ、コイルの内側を冷媒液体が流れて熱交換される。この結果、コイル内の冷媒液体が排熱空気から気化熱を奪って蒸発するので、サーバルーム１２に排気される排気空気が冷却される。これにより、吹出口からサーバルーム１２に吹き出される空調エアと相まって、サーバルーム１２の温度環境を、サーバ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、…が正常に動作をするために必要な温度環境に設定できる。
【００３６】
凝縮器２２は、蒸発器２０Ｘ、２０Ｙで気化した冷媒を冷却して凝縮させる装置であり、蒸発器２０Ｘ、２０Ｙよりも高い位置、例えばサーバルーム１２の建屋屋上等に設置される。
【００３７】
凝縮器２２としては色々な態様を採用することができる。図１では、冷媒冷却塔を示しており、凝縮器２２において冷媒と、外気と、の間で熱交換することによって冷媒ガスを凝縮して液化するように構成したものである。
【００３８】
蒸発器２０Ｘ、２０Ｙと凝縮器２２は、液配管２４（分岐管２４Ｘ、２４Ｙを含む）とガス配管２６（分岐管２６Ｘ、２６Ｙを含む）によって接続される。ガス配管２６の上端は凝縮器２２内のコイル２２Ａの一端に接続されており、ガス配管２６の下端は、分岐管２６Ｘ、２６Ｙに分岐され、その分岐管２６Ｘ、２６Ｙが蒸発器２０Ｘ、２０Ｙのコイル（不図示）の一端に接続されている。一方、液配管２４の上端は、凝縮器２２内のコイル２２Ａの他端に接続されており、液配管２４の下端は、分岐管２４Ｘ、２４Ｙに分岐され、その分岐管２４Ｘ、２４Ｙが蒸発器２０Ｘ、２０Ｙのコイル（不図示）の他端に接続されている。したがって、蒸発器２０Ｘ、２０Ｙで気化された冷媒気体はガス配管２６を上昇して凝縮器２２に自然に送られ、この凝縮器２２で液化された後、液化された冷媒は液配管２４を流下して蒸発器２０Ｘ、２０Ｙに自然に送られる。これにより、冷媒の自然循環が行われる。循環する冷媒としては、フロン、あるいは代替フロンとしてのＨＦＣ（ハイドロフロロカーボン）等を使用することができる。また、大気圧よりも低い圧力で使用するならば、水を使用することも可能である。ここで、液配管２４やガス配管２６はサーバルーム１２の床面１３の下の床下１８を通るようにすると良い。
【００３９】
そして、自然循環する冷媒の流量を制御することにより、サーバ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、…から排気された高温空気を蒸発器２０Ｘ、２０Ｙで冷却した後の空気温度、即ちサーバラック１４から蒸発器を介してサーバルーム１２に排気される排気空気温度を冷却し、サーバルーム１２をサーバ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、…に適した温度環境に維持する。
【００４０】
上記した自然循環のための基本構成に以下説明する強制循環のための構成が付加される。即ち、液配管２４の途中には迂回流路としてバイパス配管２８が設けられ、バイパス配管２８に冷媒を強制循環させるポンプ３０が設けられる。即ち、自然循環をしなくなったときのみポンプ３０を駆動できるようにしている。
【００４１】
さらに、バイパス配管２８によってバイパスされる液配管２４のバイパス対応部分２４Ａには逆流防止機構２７が設けられ、ポンプ３０の駆動時に液配管２４の冷媒液体の逆流を防止して、ショートサーキットが生じないようにしている。
【００４２】
そして、凝縮器２２に流入する冷媒ガス圧力を測定する冷媒ガス圧力センサ３２Ａと、冷媒冷却塔から流出する冷媒液圧力を測定する冷媒液圧力センサ３２Ｂと、を設けている。冷媒ガス圧力センサの測定値Ａと冷媒液圧力センサの測定値ＢとがＢ＞Ａになった場合にコントローラ１７でポンプ３０を駆動する。冷媒液圧力が冷媒ガス圧力よりも高ければポンプ３０により強制的に冷媒を循環させ、低ければポンプ３０を停止する。
【００４３】
これにより、できるだけ自然循環を活用して強制循環する時間を短くすることを可能とすると共に、非定常時でも自然循環から強制循環への切り換えをスムーズに行い、安定運転を実現することができるので、自然循環と強制循環との両方を備えても省エネで且つ運転の安全性の高い電子機器の冷却システムを提供することができる。
【００４４】
（第２の実施の形態）
図２は、第２の実施形態の電子機器の冷却システム１０の全体構成を示す概念図である。
【００４５】
本実施形態では、図１の構成において、冷媒ガス圧力センサ３２Ａと、冷媒液圧力センサ３２Ｂと、の代わりに、液配管２４の途中に冷媒液体を貯留すると共にヘッドスペースを有するタンク３５と、冷媒液面の位置を測定する液面センサ３６と、電子機器（この図の場合、サーバ）の排気空気温度を測定する温度センサ３４Ｘ、３４Ｙと、を設けたものである。その他の構成は図１と同様である。
【００４６】
このタンク３５は、冷媒液体を貯留されると共に、冷媒液体の液面上方にヘッドスペースが形成される。即ち、タンク３５のヘッドスペースに、凝縮器２２側の液配管２４が接続され、タンク３５の底部に蒸発器２０側の液配管２４が接続される。このタンク３５を配置することにより、冷媒液体中に冷媒ガスが混在していても冷媒ガスはヘッドスペースに分離されるので、ポンプ３０に冷媒ガスが流入することがない。これにより、ポンプ３０駆動時にキャビテーションによってポンプ３０が空回りすることがない。したがって、逆流防止機構２７による冷媒液体の逆流防止と相まって自然循環から強制循環へスムーズな切り換えを行うことができると共に、強制循環時にポンプ３０がキャビテーションに起因する無駄なエネルギーを消費しないようにできる。
【００４７】
また、このタンク３５は、強制循環時にのみ効果を発揮するのではなく、自然循環時にも効果を発揮する。即ち、凝縮器２２の凝縮温度が低下した場合には、凝縮器２２からの冷媒液流下量が減少する可能性があり、その場合は液配管２４に高い液柱を確保できなくなり自然循環が停止してしまうが、タンク３５に冷媒液体を貯留することで、凝縮器２２の凝縮温度が低下した場合であっても高い液柱を維持することができる。これにより、自然循環が停止する機会が少なくなるので、強制循環に切り換えざるを得ない時間を短くすることができる。
【００４８】
本実施形態では、液面センサ３６と温度センサ３４Ｘ、３４Ｙとの測定値から、温度センサにより測定した電子機器の排気温度に対し、排気空気を冷却するのに必要な冷媒液面高さを算出し、液面センサにより測定された冷媒液面高さが計算値より低い場合にコントローラ１７でポンプ３０を駆動する。
【００４９】
これにより、できるだけ自然循環を活用して強制循環する時間を短くすることを可能とすると共に、非定常時でも自然循環から強制循環への切り換えをスムーズに行い、安定運転を実現することができるので、自然循環と強制循環との両方を備えても省エネで且つ運転の安全性の高い電子機器の冷却システムを提供することができる。
【００５０】
（第３の実施の形態）
図３は、第３の実施形態の電子機器の冷却システム１０の全体構成を示す概念図である。
【００５１】
本実施形態では、図１の構成において、冷媒ガス圧力センサ３２Ａと、冷媒液圧力センサ３２Ｂと、の代わりに、蒸発器２０Ｘ、２０Ｙの蒸発圧力を測定する圧力センサ３２Ｘ、３２Ｙと、電子機器の排気空気温度を測定する温度センサ３４Ｘ、３４Ｙと、を設けたものである。その他の構成は図１と同様である。
【００５２】
本実施形態では、温度センサ３４Ｘ、３４Ｙにより測定した排気温度に対応する必要蒸発圧力を算出し、圧力センサにより測定された蒸発圧力が該算出蒸発圧力より低い場合にコントローラ１７でポンプ３０を駆動する。
【００５３】
それにより、できるだけ自然循環を活用して強制循環する時間を短くすることを可能とすると共に、非定常時でも自然循環から強制循環への切り換えをスムーズに行い、安定運転を実現することができるので、自然循環と強制循環との両方を備えても省エネで且つ運転の安全性の高い電子機器の冷却システムを提供することができる。
【００５４】
（第４の実施の形態）
図４は、第４の実施形態の電子機器の冷却システム１０の全体構成を示す概念図である。
【００５５】
本実施形態では、図１の構成において、冷媒ガス圧力センサ３２Ａと、冷媒液圧力センサ３２Ｂと、の代わりに、外気温度を測定する温度センサ３４と、外気湿度を測定する湿度センサ４０と、を設けたものである。その他の構成は図１と同様である。
【００５６】
本実施形態では、本発明では、温度センサ３４の測定温度と湿度センサ４０の測定湿度から外気の湿球温度を算出し、外気湿球温度が外気利用計画温度よりも低くなった場合にコントローラ１７でポンプ３０を駆動する。
【００５７】
それにより、できるだけ自然循環を活用して強制循環する時間を短くすることを可能とすると共に、非定常時でも自然循環から強制循環への切り換えをスムーズに行い、安定運転を実現することができるので、自然循環と強制循環との両方を備えても省エネで且つ運転の安全性の高い電子機器の冷却システムを提供することができる。
【００５８】
（第１の変形例）
第１〜第３の実施形態の電子機器の冷却システム１０においては、凝縮器２２は冷媒冷却塔を示しているが、凝縮器２２としては色々な態様を採用することができる。
【００５９】
図５は、第１の実施形態の電子機器の冷却システム１０において、冷却装置２３（例えば冷凍機や冷却塔）を別途設け、熱交換器において冷却装置２３の冷媒を循環するように構成したものである。
【００６０】
（第２の変形例）
第１〜第４の実施形態の電子機器の冷却システム１０においては、液配管２４の途中に迂回流路として設けられたバイパス配管２８と、バイパス配管に設けられ、自然循環機構で必要な冷媒量を強制的に循環させるポンプ３０と、バイパス配管によってバイパスされる液配管２４のバイパス対応部分に設けられた逆流防止機構２７と、の変わりに、ガス配管２６の途中に迂回流路として設けられたバイパス配管３８と、バイパス配管に設けられ、自然循環機構で必要な冷媒量を強制的に循環させる圧縮機３７と、バイパス配管３８によってバイパスされる液配管２４のバイパス対応部分に設けられた逆流防止機構２７と、にすることも可能である。この場合、コントローラ１７は圧縮機３７を駆動させる。
【００６１】
図６は、第１の実施形態の電子機器の冷却システム１０において、上記の構成を示したものである。
【００６２】
また、本発明は電子機器を対象とした冷却システムであるが、その応用例としては、発熱を伴う機器類であれば応用可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１０…電子機器の冷却システム、１２…サーバルーム、１３…床面、１４…サーバラック、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ…サーバ、１６…ファン、１７…コントローラ、１８…床下、２０Ｘ、２０Ｙ…蒸発器、２１…排気空気、２２…凝縮器（冷媒冷却塔、熱交換器）、２３…冷却装置、２４…液配管、２４Ｘ、２４Ｙ…分岐管、２６…ガス配管、２６Ｘ、２６Ｙ…分岐管、２７…逆流防止機構（逆止弁）、２８…バイパス配管、３０…ポンプ（強制循環手段）、３２Ａ、３２Ｂ…圧力センサ、３２Ｘ、３２Ｙ…圧力センサ、３４…温度センサ、３４Ｘ、３４Ｙ…温度センサ、３７…圧縮機（強制循環手段）、３８…バイパス配管、４０…湿度センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子機器からの高温排気との熱交換によって冷媒を気化させると共に該高温排気を冷却する蒸発器と、
前記蒸発器よりも高所に設置され、前記気化された冷媒を液化させる凝縮器と、
前記蒸発器と前記凝縮器との間を、前記蒸発器で気化した冷媒ガスを前記凝縮器に送るガス配管と、前記凝縮器で液化した冷媒液体を前記蒸発器に送る液配管と、でつなぎ、前記冷媒を自然循環させる自然循環機構と、を備える電子機器の冷却システムであって、
前記液配管又は前記ガス配管の途中に迂回流路として設けられたバイパス配管と、
前記バイパス配管に設けられ、前記自然循環機構で必要な冷媒量を強制的に循環させる強制循環手段と、
前記バイパス配管によってバイパスされる液配管のバイパス対応部分に設けられた逆流防止機構と、
前記凝縮器内に流入する冷媒ガス圧力を測定する冷媒ガス圧力センサと、
前記凝縮器内から流出する冷媒液圧力を測定する冷媒液圧力センサと、
前記冷媒ガス圧力センサの測定値Ａと冷媒液圧力センサの測定値ＢとがＢ＞Ａになった場合に前記強制循環手段を駆動するコントローラと、を備えることを特徴とする電子機器の冷却システム。
【請求項２】
電子機器からの高温排気との熱交換によって冷媒を気化させると共に該高温排気を冷却する蒸発器と、
前記蒸発器よりも高所に設置され、前記気化された冷媒を液化させる凝縮器と、
前記蒸発器と前記凝縮器との間を、前記蒸発器で気化した冷媒ガスを前記凝縮器に送るガス配管と、前記凝縮器で液化した冷媒液体を前記蒸発器に送る液配管と、でつなぎ、前記冷媒を自然循環させる自然循環機構と、を備える電子機器の冷却システムであって、
前記液配管又は前記ガス配管の途中に迂回流路として設けられたバイパス配管と、
前記バイパス配管に設けられ、前記自然循環機構で必要な冷媒量を強制的に循環させる強制循環手段と、
前記バイパス配管によってバイパスされる液配管のバイパス対応部分に設けられた逆流防止機構と、
前記液配管の途中に該液配管に連通して設けられ、前記冷媒液体を貯留すると共にヘッドスペースを有するタンクと、
冷媒液面の位置を測定する液面センサと、
前記電子機器の排気空気温度を測定する温度センサと、
前記液面センサと前記温度センサとの測定値から、前記温度センサにより測定した前記電子機器の排気温度に対し、該排気空気を冷却するのに必要な冷媒液面高さを算出し、前記液面センサにより測定された冷媒液面高さが計算値より低い場合には前記強制循環手段を駆動するコントローラと、を備えることを特徴とする電子機器の冷却システム。
【請求項３】
電子機器からの高温排気との熱交換によって冷媒を気化させると共に該高温排気を冷却する蒸発器と、
前記蒸発器よりも高所に設置され、前記気化された冷媒を液化させる凝縮器と、
前記蒸発器と前記凝縮器との間を、前記蒸発器で気化した冷媒ガスを前記凝縮器に送るガス配管と、前記凝縮器で液化した冷媒液体を前記蒸発器に送る液配管と、でつなぎ、前記冷媒を自然循環させる自然循環機構と、を備える電子機器の冷却システムであって、
前記液配管又は前記ガス配管の途中に迂回流路として設けられたバイパス配管と、
前記バイパス配管に設けられ、前記自然循環機構で必要な冷媒量を強制的に循環させる強制循環手段と、
前記バイパス配管によってバイパスされる液配管のバイパス対応部分に設けられた逆流防止機構と、
前記蒸発器の冷媒液圧力を測定する冷媒液圧力センサと、
前記凝縮器の圧力を測定する凝縮器圧力センサと、
前記電子機器の排気空気温度を測定する温度センサと、
前記温度センサにより測定した排気温度に対応する必要冷媒液圧力を算出し、前記冷媒液圧力センサにより測定された冷媒液圧力と前記凝縮器圧力センサにより測定された圧力との差から求めた液柱高さより低い場合に前記強制循環手段を駆動するコントローラと、を備えることを特徴とする電子機器の冷却システム。
【請求項４】
前記凝縮器は、冷媒冷却塔又は熱交換器であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１に記載の電子機器の冷却システム。
【請求項５】
電子機器からの高温排気との熱交換によって冷媒を気化させると共に該高温排気を冷却する蒸発器と、
前記蒸発器よりも高所に設置され、前記気化された冷媒を液化させる冷媒冷却塔と、
前記蒸発器と前記冷媒冷却塔との間を、前記蒸発器で気化した冷媒ガスを前記冷媒冷却塔に送るガス配管と、前記冷媒冷却塔で液化した冷媒液体を前記蒸発器に送る液配管と、でつなぎ、前記冷媒を自然循環させる自然循環機構と、を備える電子機器の冷却システムであって、
前記液配管又は前記ガス配管の途中に迂回流路として設けられたバイパス配管と、
前記バイパス配管に設けられ、前記自然循環機構で必要な冷媒量を強制的に循環させる強制循環手段と、
前記バイパス配管によってバイパスされる液配管のバイパス対応部分に設けられた逆流防止機構と、
外気温度を測定する温度センサと、
外気湿度を測定する湿度センサと、
前記温度センサの測定温度と前記湿度センサの測定湿度から外気の湿球温度を算出し、該外気湿球温度が外気利用計画温度よりも低くなった場合に前記強制循環手段を駆動するコントローラと、を備えることを特徴とする電子機器の冷却システム。
【請求項６】
前記強制循環手段は、前記バイパス配管が前記液配管に設けられた場合にはポンプ、前記バイパス配管が前記ガス配管に設けられた場合には圧縮機、であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１に記載の電子機器の冷却システム。
【請求項７】
前記蒸発器の出口空気温度を測定する出口温度センサを備え、該出口温度センサの測定値が蒸発器出口設定値以上の場合のみポンプを駆動することを特徴とする請求項１〜６の何れか１に記載の電子機器の冷却システム
【請求項１】
電子機器からの高温排気との熱交換によって冷媒を気化させると共に該高温排気を冷却する蒸発器と、
前記蒸発器よりも高所に設置され、前記気化された冷媒を液化させる凝縮器と、
前記蒸発器と前記凝縮器との間を、前記蒸発器で気化した冷媒ガスを前記凝縮器に送るガス配管と、前記凝縮器で液化した冷媒液体を前記蒸発器に送る液配管と、でつなぎ、前記冷媒を自然循環させる自然循環機構と、を備える電子機器の冷却システムであって、
前記液配管又は前記ガス配管の途中に迂回流路として設けられたバイパス配管と、
前記バイパス配管に設けられ、前記自然循環機構で必要な冷媒量を強制的に循環させる強制循環手段と、
前記バイパス配管によってバイパスされる液配管のバイパス対応部分に設けられた逆流防止機構と、
前記凝縮器内に流入する冷媒ガス圧力を測定する冷媒ガス圧力センサと、
前記凝縮器内から流出する冷媒液圧力を測定する冷媒液圧力センサと、
前記冷媒ガス圧力センサの測定値Ａと冷媒液圧力センサの測定値ＢとがＢ＞Ａになった場合に前記強制循環手段を駆動するコントローラと、を備えることを特徴とする電子機器の冷却システム。
【請求項２】
電子機器からの高温排気との熱交換によって冷媒を気化させると共に該高温排気を冷却する蒸発器と、
前記蒸発器よりも高所に設置され、前記気化された冷媒を液化させる凝縮器と、
前記蒸発器と前記凝縮器との間を、前記蒸発器で気化した冷媒ガスを前記凝縮器に送るガス配管と、前記凝縮器で液化した冷媒液体を前記蒸発器に送る液配管と、でつなぎ、前記冷媒を自然循環させる自然循環機構と、を備える電子機器の冷却システムであって、
前記液配管又は前記ガス配管の途中に迂回流路として設けられたバイパス配管と、
前記バイパス配管に設けられ、前記自然循環機構で必要な冷媒量を強制的に循環させる強制循環手段と、
前記バイパス配管によってバイパスされる液配管のバイパス対応部分に設けられた逆流防止機構と、
前記液配管の途中に該液配管に連通して設けられ、前記冷媒液体を貯留すると共にヘッドスペースを有するタンクと、
冷媒液面の位置を測定する液面センサと、
前記電子機器の排気空気温度を測定する温度センサと、
前記液面センサと前記温度センサとの測定値から、前記温度センサにより測定した前記電子機器の排気温度に対し、該排気空気を冷却するのに必要な冷媒液面高さを算出し、前記液面センサにより測定された冷媒液面高さが計算値より低い場合には前記強制循環手段を駆動するコントローラと、を備えることを特徴とする電子機器の冷却システム。
【請求項３】
電子機器からの高温排気との熱交換によって冷媒を気化させると共に該高温排気を冷却する蒸発器と、
前記蒸発器よりも高所に設置され、前記気化された冷媒を液化させる凝縮器と、
前記蒸発器と前記凝縮器との間を、前記蒸発器で気化した冷媒ガスを前記凝縮器に送るガス配管と、前記凝縮器で液化した冷媒液体を前記蒸発器に送る液配管と、でつなぎ、前記冷媒を自然循環させる自然循環機構と、を備える電子機器の冷却システムであって、
前記液配管又は前記ガス配管の途中に迂回流路として設けられたバイパス配管と、
前記バイパス配管に設けられ、前記自然循環機構で必要な冷媒量を強制的に循環させる強制循環手段と、
前記バイパス配管によってバイパスされる液配管のバイパス対応部分に設けられた逆流防止機構と、
前記蒸発器の冷媒液圧力を測定する冷媒液圧力センサと、
前記凝縮器の圧力を測定する凝縮器圧力センサと、
前記電子機器の排気空気温度を測定する温度センサと、
前記温度センサにより測定した排気温度に対応する必要冷媒液圧力を算出し、前記冷媒液圧力センサにより測定された冷媒液圧力と前記凝縮器圧力センサにより測定された圧力との差から求めた液柱高さより低い場合に前記強制循環手段を駆動するコントローラと、を備えることを特徴とする電子機器の冷却システム。
【請求項４】
前記凝縮器は、冷媒冷却塔又は熱交換器であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１に記載の電子機器の冷却システム。
【請求項５】
電子機器からの高温排気との熱交換によって冷媒を気化させると共に該高温排気を冷却する蒸発器と、
前記蒸発器よりも高所に設置され、前記気化された冷媒を液化させる冷媒冷却塔と、
前記蒸発器と前記冷媒冷却塔との間を、前記蒸発器で気化した冷媒ガスを前記冷媒冷却塔に送るガス配管と、前記冷媒冷却塔で液化した冷媒液体を前記蒸発器に送る液配管と、でつなぎ、前記冷媒を自然循環させる自然循環機構と、を備える電子機器の冷却システムであって、
前記液配管又は前記ガス配管の途中に迂回流路として設けられたバイパス配管と、
前記バイパス配管に設けられ、前記自然循環機構で必要な冷媒量を強制的に循環させる強制循環手段と、
前記バイパス配管によってバイパスされる液配管のバイパス対応部分に設けられた逆流防止機構と、
外気温度を測定する温度センサと、
外気湿度を測定する湿度センサと、
前記温度センサの測定温度と前記湿度センサの測定湿度から外気の湿球温度を算出し、該外気湿球温度が外気利用計画温度よりも低くなった場合に前記強制循環手段を駆動するコントローラと、を備えることを特徴とする電子機器の冷却システム。
【請求項６】
前記強制循環手段は、前記バイパス配管が前記液配管に設けられた場合にはポンプ、前記バイパス配管が前記ガス配管に設けられた場合には圧縮機、であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１に記載の電子機器の冷却システム。
【請求項７】
前記蒸発器の出口空気温度を測定する出口温度センサを備え、該出口温度センサの測定値が蒸発器出口設定値以上の場合のみポンプを駆動することを特徴とする請求項１〜６の何れか１に記載の電子機器の冷却システム
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２０４１５４（Ｐ２０１１−２０４１５４Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７３１３５（Ｐ２０１０−７３１３５）
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【Ｆターム（参考）】
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