電子機器の冷却システム
【課題】電子機器の稼動状況に対応して蒸発器を流れる冷媒流量を適正に調整できるようにして、安定した制御を可能にする。
【解決手段】
電子機器の冷却システムは、電子機器１０に隣接し該電子機器を冷却する蒸発器２１と、電子機器で加熱された空気を前記蒸発器に流入させる送風機２６と、蒸発器に供給する冷媒を凝縮させる凝縮器２２とを備えている。また、凝縮器からの液冷媒を蒸発器の下部に導くための冷媒液管２３、電子機器を冷却して蒸発した冷媒を蒸発器の上部から前記凝縮器に導くための冷媒ガス管２４、前記冷媒液管に設けられ蒸発器に流入する冷媒流量を制御する冷媒流量制御弁２５、蒸発器通過後の空気温度を検出する温度センサ２７、及び該温度センサの検出値に基づき前記制御弁２５を制御する制御弁用のコントローラ２８を備える。前記温度センサは、蒸発器の空気出口側で且つ蒸発器の高さの半分よりも上方に配置されている。
【解決手段】
電子機器の冷却システムは、電子機器１０に隣接し該電子機器を冷却する蒸発器２１と、電子機器で加熱された空気を前記蒸発器に流入させる送風機２６と、蒸発器に供給する冷媒を凝縮させる凝縮器２２とを備えている。また、凝縮器からの液冷媒を蒸発器の下部に導くための冷媒液管２３、電子機器を冷却して蒸発した冷媒を蒸発器の上部から前記凝縮器に導くための冷媒ガス管２４、前記冷媒液管に設けられ蒸発器に流入する冷媒流量を制御する冷媒流量制御弁２５、蒸発器通過後の空気温度を検出する温度センサ２７、及び該温度センサの検出値に基づき前記制御弁２５を制御する制御弁用のコントローラ２８を備える。前記温度センサは、蒸発器の空気出口側で且つ蒸発器の高さの半分よりも上方に配置されている。
【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、コンピュータ及びサーバ等の精密動作が要求され且つそれ自体からの発熱量が大きな電子機器を冷却するものに好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
サーバなどの電子機器の動作時の発熱を冷却するための冷却システムとしては、空冷方式や水冷方式など様々な方式が提案されている。
特に、冷媒を動力なしで自然循環させる冷媒自然循環を利用した冷却方式は、ポンプや圧縮機を使用する必要がないため、省エネルギーでランニングコストを低減できる冷却方式として注目されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、サーバなどの電子機器から排出され熱風（空気）を冷却するための蒸発器を設け、該蒸発器下流側には冷却後の空気温度を検出する温度センサを設けて、この温度センサの検出値などに基づいて、蒸発器を流れる冷媒流量を制御する弁の開度を調節し、前記蒸発器出口温度を設定値に近づけるように制御する電子機器の冷却システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２１７５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１のものでは、蒸発器下流側の中段に温度センサを設置し、その検出結果に基づいて蒸発器を流れる冷媒流量を調整するようにしている。しかし、冷媒自然循環方式による冷却システムなどでは、蒸発器への入口側（下部側）では、冷媒が液体であるが、電子機器のフル稼働状態では発熱量が増大するので、蒸発器の出口側（上部側）では、冷媒がほとんど気化してガス冷媒になる。このため、前記蒸発器の上部側では、電子機器があまり稼動していないときと、フル稼働のときとでは温度が大きく異なり、蒸発器下流側中段に設けられた温度センサでは電子機器の稼動状況に十分対応できず、安定した制御ができなくなるということに対しての配慮が為されていない。
【０００６】
本発明の目的は、電子機器の稼動状況に対応して蒸発器を流れる冷媒流量を適正に調整することができるようにして、安定した制御が可能な電子機器の冷却システムを得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、電子機器から発生する熱で冷媒を気化させる蒸発器と、前記電子機器で発生する熱により加熱された空気を前記蒸発器に流入させる送風機と、前記蒸発器よりも高所に設けられ前記蒸発器に供給する冷媒を冷却して凝縮させる凝縮器とを備えた電子機器の冷却システムにおいて、前記凝縮器からの液冷媒を前記蒸発器の下部に導く冷媒液管と、冷媒を前記蒸発器の上部から前記凝縮器に導く冷媒ガス管と、前記蒸発器通過後の空気の温度に応じて前記冷媒の流量を制御する冷媒流量制御手段と、前記蒸発器通過後の空気の温度を検知する温度センサと、を備え、前記温度センサは前記蒸発器の空気出口側で且つ前記蒸発器の高さの半分よりも上方に配置したことを特徴とする。
【０００８】
ここで、前記蒸発器は、前記冷媒が下方から上方に流れるコイル状の縦管を備えており、前記温度センサは、前記コイル状の縦管の高さの半分よりも上方に配置されているようにすると良く、また前記温度センサは、前記蒸発器の上端部よりも下方に配置されると良い。更に、前記温度センサは、前記コイル状の縦管の上端部よりも下方に配置されるとなお良い。
【０００９】
本発明の他の特徴は、電子機器から発生する熱で冷媒を気化させる蒸発器と、前記電子機器で発生する熱により加熱された空気を前記蒸発器に流入させる送風機と、前記蒸発器よりも高所に設けられ前記蒸発器に供給する冷媒を冷却して凝縮させる凝縮器とを備えた電子機器の冷却システムにおいて、前記凝縮器からの液冷媒を前記蒸発器の下部に導く冷媒液管と、冷媒を前記蒸発器の上部から前記凝縮器に導く冷媒ガス管と、前記冷媒液管又は前記冷媒ガス管の少なくとも何れかに設けられ、蒸発器を流れる冷媒流量を制御する冷媒流量制御弁と、前記蒸発器通過後の空気の温度を検出する温度センサと、前記温度センサの検出値に基づき、前記冷媒流量制御弁を制御する制御弁用のコントローラと、を備え、前記温度センサは、前記蒸発器の空気出口側で且つ該蒸発器の上部側に配置して設けたことにある。
【００１０】
ここで、前記制御弁用のコントローラは、前記吹出空気温度センサで検出される温度が所定値より高い場合、前記冷媒流量制御弁の開度を大きくして前記蒸発器に供給される液冷媒流量を多くし、前記吹出空気温度センサで検出される温度が所定値より低い場合、前記冷媒流量制御弁の開度を小さくして前記蒸発器に供給される液冷媒流量を減少させるように制御すると良い。
【００１１】
また、前記蒸発器と前記凝縮器との間における冷媒の輸送は冷媒自然循環方式により行うものに本発明は特に好適である。
前記送風機は前記蒸発器の下流側に設置されると共に、前記温度センサは前記蒸発器と前記送風機の間に設置すると良い。また、前記送風機は前記蒸発器の上下方向に複数台設置されると共に、前記温度センサは前記複数台の送風機のうちの上段に設置された送風機の近傍に設けるようにすることが好ましい。
【００１２】
前記凝縮器は冷凍機により冷却されることで、前記冷媒ガス管から流入するガス冷媒を凝縮するようにすれば、外気温度が高い場合でも電子機器の冷却を行うことができる。
なお、前記凝縮器を外気或いは外部冷却水により冷却することで、前記冷媒ガス管から流入するガス冷媒を凝縮するようにしても良い。
【００１３】
更に、前記凝縮器は冷凍機を構成する凝縮器であり、また前記蒸発器は前記冷凍機を構成する蒸発器であって、前記冷媒ガス管からのガス冷媒を前記冷凍機の圧縮機で圧縮して前記凝縮器に送り、外気または外部冷却水と熱交換させることにより凝縮させ、該凝縮器で凝縮された液冷媒を前記冷媒液管に送ると共に、該冷媒液管には電子膨張弁で構成された冷媒流量制御手段としての冷媒流量制御弁を備え、該冷媒流量制御弁で冷媒流量を制御しつつ膨張させて前記蒸発器に流入させるように構成することも可能である。
【００１４】
なお、前記蒸発器を複数台設け、また前記冷媒流量制御弁を前記冷媒液管に設けて、前記冷媒流量制御弁の下流側で前記冷媒液管を分岐させて前記複数台のそれぞれの蒸発器の下部に接続し、前記複数台の蒸発器上部にはそれぞれ冷媒ガス管を接続し、これら複数の冷媒ガス管を合流させて前記凝縮器にガス冷媒を導くように構成し、更に前記温度センサは前記各蒸発器の上部にそれぞれ設けられ、前記冷媒流量制御弁は前記各蒸発器に設けられた温度センサでの検出値に基づき前記制御弁用のコントローラにより制御されるように構成するとなお好ましい。
【００１５】
ここで、前記各蒸発器に設けられた温度センサで検出された検出値の平均値が所定の温度範囲になるように前記制御弁用のコントローラにより前記冷媒流量制御弁を制御すると良い。また、前記各蒸発器に設けられた温度センサで検出された検出値のうち最も大きな検出値が所定の温度範囲になるように前記制御弁用のコントローラにより前記冷媒流量制御弁を制御するようにしても良い。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、電子機器の稼動状況に対応して蒸発器を流れる冷媒流量を適正に調整できるので、安定した制御が可能な電子機器の冷却システムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の電子機器の冷却システムの実施例１を示す概略全体構成図。
【図２】図１に示す冷却システムを送風機側から見た概略側面図。
【図３】図１に示す蒸発器において液冷媒が蒸発しガス冷媒になる様子を説明する図。
【図４】本発明の実施例１におけるコントローラでの制御フローを説明するフローチャート。
【図５】本発明の電子機器の冷却システムの実施例２を説明する要部の概略構成図。
【図６】本発明の実施例２におけるコントローラでの制御フローを説明するフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の具体的実施例を、図面に基づき説明する。
【実施例１】
【００１９】
本発明の電子機器の冷却システムの実施例１を図１〜図４により説明する。図１は本発明の実施例１を示す概略全体構成図、図２は図１に示す冷却システムを送風機側から見た概略側面図、図３は図１に示す蒸発器において液冷媒が蒸発しガス冷媒になる様子を説明する図、図４は本発明の実施例１におけるコントローラでの制御フローを説明するフローチャートである。
【００２０】
図１は電子機器としてのサーバを冷却する電子機器の冷却システムを示している。図において、１は建屋内に設けられたサーバルームで、このサーバルーム１にはサーバ（電子機器）１０を収納した複数のサーバラック１００（図１では１つのみ示す）が設置されている。冷却対象となる前記サーバ１０は、本実施例では、ブレード型のサーバである。このブレード型のサーバ１０は、通常、前記サーバラック１００に複数搭載される薄型のサーバであるが、前記サーバ１０は１台からなる大型のサーバであってもよい。サーバ１０には、サーバラック１００の前面（図１の右側）から空気が取り込まれ、発熱しているサーバ１０を冷却して熱風となり、サーバラック１００から出た空気は冷却システム２の蒸発器２１側に送られる。
【００２１】
前記冷却システム２は、サーバ１０からの熱風を冷却するための前記蒸発器２１、凝縮器２２、該凝縮器２２で凝縮された液冷媒を前記蒸発器２１の下部に導くための冷媒液管２３、前記蒸発器２１でサーバ１０からの熱風と熱交換して蒸発した冷媒ガスを蒸発器２１の上部から前記凝縮器２２に戻すための冷媒ガス管２４、前記冷媒液管２３に設けられ、前記蒸発器２１に流す液冷媒量を制御する冷媒流量制御弁（冷媒流量制御手段）２５、前記サーバルーム１内の空気を前記サーバラック１００に導入し、サーバ１０を冷却して過熱された空気を前記蒸発器２１に通過させて冷却し、この冷却された空気を再びサーバルーム１内に吹出すように、前記蒸発器２１の下流側に複数台設置された送風機２６、前記蒸発器２１と前記送風機２６の間で且つ蒸発器２１の上部に設置され、前記蒸発器２１から吹出される吹出空気の温度を検出する温度センサ２７、この温度センサ２７での検出値に基づいて前記冷媒流量制御弁２５の開度を制御する制御弁用のコントローラ２８、前記サーバルーム１内に設けられた前記蒸発器２１、送風機２６及び温度センサ２７を収納するケーシング２９などから構成されている。
【００２２】
前記送風機２６は、蒸発器下流側の上部に設けられた上段送風機２６ｕ、同じく中段に設けられた中段送風機２６ｍ、同じく下部に設けられた下段送風機２６ｄから構成され、図２に示すように、上段送風機２６ｕは２台、中段送風機２６ｍは１台、下段送風機２６ｄは２台設置されている。各送風機２６はプロペラとこのプロペラを駆動するモータ（図示せず）で構成され、プロペラを回転させることで、前記サーバルーム１内の空気は、前記サーバラック１００に導入されてサーバ１０を通過し、その後前記蒸発器２１を通過して、再びサーバルーム１内に吹出される。
【００２３】
なお、前記送風機２６の設置台数や配置構成はこの例に限られるものではない。また、本実施例では、前記凝縮器２２は冷凍機３０により冷却されることで、前記冷媒ガス管２４から凝縮器に流入するガス冷媒を凝縮するように構成されている。前記冷凍機３０は冷媒を圧縮機で圧縮することで冷凍サイクルを構成するものであるが、この冷凍機３０を設ける代わりに、前記凝縮器２２を外気や外部冷却水により冷却することで、冷媒ガス管２４から凝縮器に流入するガス冷媒を凝縮するように構成することもできる。
【００２４】
前記温度センサ２７は、図１及び図２に示すように、蒸発器２１と送風機２６の間で且つ蒸発器２１の上部の上段送風機２６ｕの近傍に設置され、更にこの例では、２台設けられている上段送風機２６ｕの間（蒸発器の幅方向中央）に設けている。温度センサ２７の設置位置をこのようにすることで、蒸発器２１の上部から流出する空気の温度をより精度良く安定的に検出することができる。
【００２５】
この温度センサ２７の検出値はコントローラ２８に送られ、該コントローラ２８は前記検出値に基づいて前記冷媒流量制御弁２５の開度を制御し、蒸発器２１出口側の空気温度が所定値（或いは所定の温度範囲）になるようにしている。即ち、前記コントローラ２８は、温度センサ２７の検出値が所定値より高い場合、冷媒流量制御弁２５の開度を大きくして冷媒液管を流れる液冷媒流量を増加させることで、蒸発器２１の冷却能力を大きする。逆に、前記検出値が所定値より低い場合、前記コントローラ２８は、冷媒流量制御弁２５の開度を小さくして、冷媒液管を流れる液冷媒流量を減少させ、蒸発器２１の冷却能力を低下させる。
【００２６】
前記温度センサ２７は、前記蒸発器２１の空気出口側で且つ前記蒸発器２１の高さの半分よりも上方に配置されている。更に詳しくは、前記蒸発器２１は、前記冷媒が下方から上方に流れるコイル状の縦管を備えており、前記温度センサ２７は、前記コイル状の縦管の高さの半分よりも上方となる位置に配置されている。
【００２７】
また、前記温度センサ２７は、前記蒸発器２１の上端部よりも下方に配置すると良く、更に、前記コイル状の縦管の上端部よりも下方に配置することが好ましい。本実施例では、前記温度センサ２７は、前記蒸発器２１の上端部から下方に向かって１０％以内の高さ位置に設置するように構成されている。
【００２８】
このように構成することにより、蒸発器上部で液冷媒の蒸発がほぼ完了するように制御することが容易に可能となり、蒸発器全体での熱交換効率を向上させることができ、また安定した冷媒自然循環も可能になる。即ち、吹出空気温度センサ２７が蒸発器２１の上部に設置されており、このセンサ設置位置に対応する蒸発器の部分は、液冷媒が蒸発ガス化し易い所であるため、検出される空気の温度は蒸発器２１の状態に忠実に反応し、温度変化を敏感に捉えることができる。
【００２９】
図３により、図１に示す蒸発器２１において液冷媒が蒸発しガス冷媒になる様子を説明する。前記蒸発器２１は、図３に示すように、下部横管２１ａ、上部横管２１ｂ、及び前記下部横管２１ａと上部横管２１ｂを接続する複数の縦管２１ｃなどで構成され、前記縦管２１ｃはコイル状の伝熱管で構成されている。また、前記下部横管２１ａには前記冷媒液管２３が接続されており、前記上部横管２１ｂには前記冷媒ガス管２４が接続されている。
【００３０】
前記凝縮器２２で凝縮された液冷媒は、前記冷媒液管２３を流下して前記下部横管２１ａに供給され、ここから前記縦管２１ｃに流入して上昇する。前記サーバ１０で加熱された空気は蒸発器２１を通過する際、前記縦管２１ｃを上昇する冷媒と熱交換して冷却され、縦管２１ｃを通る液冷媒は蒸発してガス化される。このガス化した冷媒は上部横管２１ｂから冷媒ガス管２４に流入して上昇し、前記凝縮器２２に戻される。このように、本実施例では冷媒自然循環方式によりサーバ（電子機器）１０を冷却するようにしている。
【００３１】
自然循環される前記冷媒としては、例えばＲ１３４ａ（ＨＦＣ１３４ａ）を使用することができる。また、電子機器側の運転状況にもよるが、縦管２１ｃ内の冷媒の状態は、例えば、縦管２１ｃの下部では８０％が液体で２０％がガス状であり、上部では、５％が液体で９５％がガス状である。前記凝縮器２２に戻されたガス冷媒は、前記冷凍機３０により冷却されて再び凝縮される。なお、前述したように、前記凝縮器でのガス冷媒を、外気や外部冷却水により冷却するようにしても良い。前記凝縮器２２で凝縮され液体となった液冷媒は前記冷媒液管２３の方に再び流出される。
【００３２】
次に、図４のフローチャートを用いて本発明の実施例１におけるコントローラ２８での制御フローを説明する。
運転開始すると、先ず前記吹出空気温度センサ２７での検出温度Ｔを取得する（ステップＳ０１）。次に、ステップＳ０２に移り、冷媒流量制御弁２５の制御動作の開始時（運転開始時）であれば、前記制御弁２５を初期開度にし（ステップＳ０５）、ステップＳ０１に戻る。
【００３３】
ステップＳ０２で制御動作の開始時でなければ、ステップＳ０３に移り、前記制御弁２５を、例えばＰＩＤ制御中であればステップＳ０６に移り、前記ステップＳ０１で取得した吹出空気温度の検出値Ｔに基づき、前記制御弁２５の操作量（開度など）を算出する。次に、ステップＳ０８で制御弁２５の操作が必要か否かを判断し、操作不要であればステップＳ０１に戻り、操作要の場合には制御弁２５の開度変更など必要な操作を実施後、ステップＳ０１に戻る。
なお、前述したＰＩＤ制御とは、フィードバック制御の一種であり、入力値の制御を、出力値と目標値との偏差、その積分及び微分の三つの要素によっておこなう制御方法のことである。
【００３４】
前記ステップＳ０３で、ＰＩＤ制御中でない場合或いはＰＩＤ制御を行わない場合にはステップＳ０４に移り、冷却装置の運転を停止しない場合ステップＳ０１に戻り、運転を停止する場合には制御弁２５を全閉にして（ステップＳ０７）、冷却装置の運転を停止する。
【実施例２】
【００３５】
本発明の実施例２を図５及び図６を用いて説明する。図５は本発明の電子機器の冷却装置の実施例２を説明する要部の概略構成図、図６は本発明の実施例２におけるコントローラでの制御フローを説明するフローチャートである。
【００３６】
上記実施例１では、冷却対象となる電子機器（サーバ）に対する１台の冷却装置に蒸発器も１台のみ接続されている場合について説明したが、本実施例では、１台の冷却装置に蒸発器が複数台（この実施例では２台）接続されている例について説明する。即ち、本実施例は、１つの冷媒循環サイクルに２台の蒸発器を接続した場合の例である。なお、図５、図６において、図１〜図４と同一符号を付した部分は同一または対応する部分を示している。
【００３７】
図５に示すように、本実施例では、ケーシング２９の中に、２台の蒸発器２１Ａ，２１Ｂが上下に配置され、それぞれの蒸発器２１Ａ，２１Ｂの空気出口側上部には吹出空気温度センサ２７Ａ，２７Ｂが設けられている。また、ぞれぞれの蒸発器２１Ａ，２１Ｂの出口側には、前記実施例１と同様に、上下方向に３台づつの送風機２６Ａ（２６Ａｕ，１６Ａｍ，１６Ａｄ），２６Ｂ（２６Ｂｕ，１６Ｂｍ，１６Ｂｄ）が設置されている。前記吹出空気温度センサ２７Ａ，２７Ｂは、制御弁用コントローラ２８に接続され、これらの温度センサの検出値に基づいて、前記コントローラ２８は前記冷媒流量制御弁２５の開度などを制御するように構成されている。
前記吹出空気温度センサ２７Ａ，２７Ｂの検出値に基づく前記制御弁用コントローラ２８による制御弁２５の制御について説明する。
【００３８】
１つ目の例は、吹出空気温度センサ２７Ａ，２７Ｂの両者で検出された値の相加平均による平均値を求めて、該平均値により制御弁２５を制御するものである。即ち、吹出空気温度センサ２７Ａ，２７Ｂでの検出温度の平均値が、所定値より高い場合、冷媒流量制御弁２５の開度を大きくして、冷媒液管２３から各蒸発器２１Ａ，２１Ｂへ流入する冷媒流量を多くし、蒸発器２１Ａ，２１Ｂの冷却能力を大きくする。逆に、吹出空気温度センサ２７Ａ，２７Ｂでの検出温度の平均値が、所定値より低い場合、冷媒流量制御弁２５の開度を小さくして、冷媒液管２３から各蒸発器２１Ａ，２１Ｂへ流入する冷媒流量を減少させ、蒸発器２１Ａ，２１Ｂの冷却能力を小さくするように制御するものである。
【００３９】
前記制御弁用コントローラ２８による制御弁２５の制御の２つ目の例は、複数の吹出空気温度センサ２７Ａ，２７Ｂでの検出値のうち最大となる検出値により制御するものである。即ち、吹出空気温度センサ２７Ａ，２７Ｂでの検出値のうち最大となる方の検出値が、所定値より高い場合、冷媒流量制御弁２５の開度を大きくして、蒸発器２１Ａ，２１Ｂの冷却能力を大きくする。逆に、吹出空気温度センサ２７Ａ，２７Ｂでの検出値のうち最大となる方の検出値が、所定値より低い場合には、冷媒流量制御弁２５の開度を小さくして、蒸発器２１Ａ，２１Ｂの冷却能力を小さくするように制御するものである。
【００４０】
この実施例２の場合には、前記吹出空気温度センサ２７Ａ，２７Ｂは、前記蒸発器２１の上端部から下方に向かって２０％以内の高さ位置に設置することが望ましい。このようにすることにより、２つの蒸発器２１Ａ，２１Ｂを合せた最大冷却能力より１０％低い能力（即ち、最大冷却能力の９０％の能力）以内のところで運転されるように制御することが容易に行える。また、蒸発器上部で液冷媒の蒸発がほぼ完了するように制御することが容易に可能となることから、蒸発器全体での熱交換効率も向上させることができる。
【００４１】
次に、図６のフローチャートを用いて本発明の実施例２におけるコントローラ２８での制御フローを説明する。前記図４と同一動作を行う部分については同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
【００４２】
この実施例での制御フローでは、各吹出空気温度センサ２７Ａ，２７Ｂでの検出温度Ｔｏｕｔ０，Ｔｏｕｔ１を取得（ステップＳ０１）後、ステップＳ１０に移り、流量制御弁２５を制御するコントローラ２８での制御モードが、複数の吹出空気温度センサでの検出値の平均値で制御するか、或いはそれら検出値のうちの最大値で制御するかを判定する。
【００４３】
吹出空気温度センサ２７Ａ，２７Ｂでの検出値の平均値で制御する場合、
Ｔ＝（ＴｏｕｔＯ＋Ｔｏｕｔ１）／２
とする（ステップＳ１２）。
吹出空気温度センサ２７Ａ，２７Ｂでの検出値のうちの最大値で制御する場合には、
ＴｏｕｔＯ≧Ｔｏｕｔ１
であるか否かを判断し（ステップＳ１１）、Ｙｅｓのときには「Ｔ＝ＴｏｕｔＯ」とし（ステップＳ１３）、Ｎｏのときには「Ｔ＝Ｔｏｕｔ１」とする（ステップＳ１４）。
以後の動作は、図４で説明したステップＳ０２〜Ｓ０９の動作と同様の制御を行う。
【００４４】
なお、上述した各実施例では冷媒自然循環方式により電子機器を冷却する例について説明したが、これに限られるものではない。例えば、前記凝縮器２２は冷凍機を構成する凝縮器とし、また前記蒸発器２１は前記冷凍機を構成する蒸発器として、前記冷媒ガス管２４からのガス冷媒を前記冷凍機の圧縮機で圧縮して前記凝縮器２２に送り、外気または外部冷却水と熱交換させることにより凝縮させる。この凝縮器２２で凝縮された液冷媒を前記冷媒液管２３に送ると共に、該冷媒液管には電子膨張弁などで構成された冷媒流量制御弁２５を備えるようにし、該冷媒流量制御弁２５で冷媒流量を制御しつつ膨張させて前記蒸発器２１に流入させるように構成しても良い。
【００４５】
以上説明した本発明の各実施例によれば、凝縮器からの液冷媒を蒸発器の下部に導くための冷媒液管と、電子機器を冷却して蒸発した冷媒を蒸発器の上部から前記凝縮器に導くための冷媒ガス管と、前記冷媒液管に設けられ前記蒸発器に流入する冷媒流量を制御する冷媒流量制御弁（冷媒流量制御手段）と、前記蒸発器通過後の空気の温度を検出する温度センサと、前記温度センサの検出値に基づき前記冷媒流量制御弁を制御する制御弁用コントローラとを備えると共に、前記温度センサは、前記蒸発器の空気出口側で且つ該蒸発器の上部側に配置して設けているので、電子機器の稼動状況に対応して蒸発器を流れる冷媒流量を適正に調整することが可能となり、安定した制御が可能な電子機器の冷却システムを得ることができる。
特に、本実施例によれば、電子機器を冷媒自然循環方式により冷却する冷却装置とした場合でも、制御の安定性を向上できる。
【符号の説明】
【００４６】
１…サーバルーム、１０…サーバ、１００…サーバラック、
２…冷却システム、
２１（２１Ａ，２１Ｂ）…蒸発器、２１ａ…下部横管、２１ｂ…上部横管、２１ｃ…縦管、
２２…凝縮器、
２３…冷媒液管、２４…冷媒ガス管、
２５…冷媒流量制御弁（冷媒流量制御手段）、
２６（２６ｕ，２６ｍ，２６ｄ，２６Ａｕ，２６Ａｍ，２６Ａｄ，２６Ｂｕ，２６Ｂｍ，２６Ｂｄ）…送風機、
２７…温度センサ、
２８…コントローラ、
２９…ケーシング、
３０…冷凍機。
【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、コンピュータ及びサーバ等の精密動作が要求され且つそれ自体からの発熱量が大きな電子機器を冷却するものに好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
サーバなどの電子機器の動作時の発熱を冷却するための冷却システムとしては、空冷方式や水冷方式など様々な方式が提案されている。
特に、冷媒を動力なしで自然循環させる冷媒自然循環を利用した冷却方式は、ポンプや圧縮機を使用する必要がないため、省エネルギーでランニングコストを低減できる冷却方式として注目されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、サーバなどの電子機器から排出され熱風（空気）を冷却するための蒸発器を設け、該蒸発器下流側には冷却後の空気温度を検出する温度センサを設けて、この温度センサの検出値などに基づいて、蒸発器を流れる冷媒流量を制御する弁の開度を調節し、前記蒸発器出口温度を設定値に近づけるように制御する電子機器の冷却システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２１７５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１のものでは、蒸発器下流側の中段に温度センサを設置し、その検出結果に基づいて蒸発器を流れる冷媒流量を調整するようにしている。しかし、冷媒自然循環方式による冷却システムなどでは、蒸発器への入口側（下部側）では、冷媒が液体であるが、電子機器のフル稼働状態では発熱量が増大するので、蒸発器の出口側（上部側）では、冷媒がほとんど気化してガス冷媒になる。このため、前記蒸発器の上部側では、電子機器があまり稼動していないときと、フル稼働のときとでは温度が大きく異なり、蒸発器下流側中段に設けられた温度センサでは電子機器の稼動状況に十分対応できず、安定した制御ができなくなるということに対しての配慮が為されていない。
【０００６】
本発明の目的は、電子機器の稼動状況に対応して蒸発器を流れる冷媒流量を適正に調整することができるようにして、安定した制御が可能な電子機器の冷却システムを得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、電子機器から発生する熱で冷媒を気化させる蒸発器と、前記電子機器で発生する熱により加熱された空気を前記蒸発器に流入させる送風機と、前記蒸発器よりも高所に設けられ前記蒸発器に供給する冷媒を冷却して凝縮させる凝縮器とを備えた電子機器の冷却システムにおいて、前記凝縮器からの液冷媒を前記蒸発器の下部に導く冷媒液管と、冷媒を前記蒸発器の上部から前記凝縮器に導く冷媒ガス管と、前記蒸発器通過後の空気の温度に応じて前記冷媒の流量を制御する冷媒流量制御手段と、前記蒸発器通過後の空気の温度を検知する温度センサと、を備え、前記温度センサは前記蒸発器の空気出口側で且つ前記蒸発器の高さの半分よりも上方に配置したことを特徴とする。
【０００８】
ここで、前記蒸発器は、前記冷媒が下方から上方に流れるコイル状の縦管を備えており、前記温度センサは、前記コイル状の縦管の高さの半分よりも上方に配置されているようにすると良く、また前記温度センサは、前記蒸発器の上端部よりも下方に配置されると良い。更に、前記温度センサは、前記コイル状の縦管の上端部よりも下方に配置されるとなお良い。
【０００９】
本発明の他の特徴は、電子機器から発生する熱で冷媒を気化させる蒸発器と、前記電子機器で発生する熱により加熱された空気を前記蒸発器に流入させる送風機と、前記蒸発器よりも高所に設けられ前記蒸発器に供給する冷媒を冷却して凝縮させる凝縮器とを備えた電子機器の冷却システムにおいて、前記凝縮器からの液冷媒を前記蒸発器の下部に導く冷媒液管と、冷媒を前記蒸発器の上部から前記凝縮器に導く冷媒ガス管と、前記冷媒液管又は前記冷媒ガス管の少なくとも何れかに設けられ、蒸発器を流れる冷媒流量を制御する冷媒流量制御弁と、前記蒸発器通過後の空気の温度を検出する温度センサと、前記温度センサの検出値に基づき、前記冷媒流量制御弁を制御する制御弁用のコントローラと、を備え、前記温度センサは、前記蒸発器の空気出口側で且つ該蒸発器の上部側に配置して設けたことにある。
【００１０】
ここで、前記制御弁用のコントローラは、前記吹出空気温度センサで検出される温度が所定値より高い場合、前記冷媒流量制御弁の開度を大きくして前記蒸発器に供給される液冷媒流量を多くし、前記吹出空気温度センサで検出される温度が所定値より低い場合、前記冷媒流量制御弁の開度を小さくして前記蒸発器に供給される液冷媒流量を減少させるように制御すると良い。
【００１１】
また、前記蒸発器と前記凝縮器との間における冷媒の輸送は冷媒自然循環方式により行うものに本発明は特に好適である。
前記送風機は前記蒸発器の下流側に設置されると共に、前記温度センサは前記蒸発器と前記送風機の間に設置すると良い。また、前記送風機は前記蒸発器の上下方向に複数台設置されると共に、前記温度センサは前記複数台の送風機のうちの上段に設置された送風機の近傍に設けるようにすることが好ましい。
【００１２】
前記凝縮器は冷凍機により冷却されることで、前記冷媒ガス管から流入するガス冷媒を凝縮するようにすれば、外気温度が高い場合でも電子機器の冷却を行うことができる。
なお、前記凝縮器を外気或いは外部冷却水により冷却することで、前記冷媒ガス管から流入するガス冷媒を凝縮するようにしても良い。
【００１３】
更に、前記凝縮器は冷凍機を構成する凝縮器であり、また前記蒸発器は前記冷凍機を構成する蒸発器であって、前記冷媒ガス管からのガス冷媒を前記冷凍機の圧縮機で圧縮して前記凝縮器に送り、外気または外部冷却水と熱交換させることにより凝縮させ、該凝縮器で凝縮された液冷媒を前記冷媒液管に送ると共に、該冷媒液管には電子膨張弁で構成された冷媒流量制御手段としての冷媒流量制御弁を備え、該冷媒流量制御弁で冷媒流量を制御しつつ膨張させて前記蒸発器に流入させるように構成することも可能である。
【００１４】
なお、前記蒸発器を複数台設け、また前記冷媒流量制御弁を前記冷媒液管に設けて、前記冷媒流量制御弁の下流側で前記冷媒液管を分岐させて前記複数台のそれぞれの蒸発器の下部に接続し、前記複数台の蒸発器上部にはそれぞれ冷媒ガス管を接続し、これら複数の冷媒ガス管を合流させて前記凝縮器にガス冷媒を導くように構成し、更に前記温度センサは前記各蒸発器の上部にそれぞれ設けられ、前記冷媒流量制御弁は前記各蒸発器に設けられた温度センサでの検出値に基づき前記制御弁用のコントローラにより制御されるように構成するとなお好ましい。
【００１５】
ここで、前記各蒸発器に設けられた温度センサで検出された検出値の平均値が所定の温度範囲になるように前記制御弁用のコントローラにより前記冷媒流量制御弁を制御すると良い。また、前記各蒸発器に設けられた温度センサで検出された検出値のうち最も大きな検出値が所定の温度範囲になるように前記制御弁用のコントローラにより前記冷媒流量制御弁を制御するようにしても良い。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、電子機器の稼動状況に対応して蒸発器を流れる冷媒流量を適正に調整できるので、安定した制御が可能な電子機器の冷却システムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の電子機器の冷却システムの実施例１を示す概略全体構成図。
【図２】図１に示す冷却システムを送風機側から見た概略側面図。
【図３】図１に示す蒸発器において液冷媒が蒸発しガス冷媒になる様子を説明する図。
【図４】本発明の実施例１におけるコントローラでの制御フローを説明するフローチャート。
【図５】本発明の電子機器の冷却システムの実施例２を説明する要部の概略構成図。
【図６】本発明の実施例２におけるコントローラでの制御フローを説明するフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の具体的実施例を、図面に基づき説明する。
【実施例１】
【００１９】
本発明の電子機器の冷却システムの実施例１を図１〜図４により説明する。図１は本発明の実施例１を示す概略全体構成図、図２は図１に示す冷却システムを送風機側から見た概略側面図、図３は図１に示す蒸発器において液冷媒が蒸発しガス冷媒になる様子を説明する図、図４は本発明の実施例１におけるコントローラでの制御フローを説明するフローチャートである。
【００２０】
図１は電子機器としてのサーバを冷却する電子機器の冷却システムを示している。図において、１は建屋内に設けられたサーバルームで、このサーバルーム１にはサーバ（電子機器）１０を収納した複数のサーバラック１００（図１では１つのみ示す）が設置されている。冷却対象となる前記サーバ１０は、本実施例では、ブレード型のサーバである。このブレード型のサーバ１０は、通常、前記サーバラック１００に複数搭載される薄型のサーバであるが、前記サーバ１０は１台からなる大型のサーバであってもよい。サーバ１０には、サーバラック１００の前面（図１の右側）から空気が取り込まれ、発熱しているサーバ１０を冷却して熱風となり、サーバラック１００から出た空気は冷却システム２の蒸発器２１側に送られる。
【００２１】
前記冷却システム２は、サーバ１０からの熱風を冷却するための前記蒸発器２１、凝縮器２２、該凝縮器２２で凝縮された液冷媒を前記蒸発器２１の下部に導くための冷媒液管２３、前記蒸発器２１でサーバ１０からの熱風と熱交換して蒸発した冷媒ガスを蒸発器２１の上部から前記凝縮器２２に戻すための冷媒ガス管２４、前記冷媒液管２３に設けられ、前記蒸発器２１に流す液冷媒量を制御する冷媒流量制御弁（冷媒流量制御手段）２５、前記サーバルーム１内の空気を前記サーバラック１００に導入し、サーバ１０を冷却して過熱された空気を前記蒸発器２１に通過させて冷却し、この冷却された空気を再びサーバルーム１内に吹出すように、前記蒸発器２１の下流側に複数台設置された送風機２６、前記蒸発器２１と前記送風機２６の間で且つ蒸発器２１の上部に設置され、前記蒸発器２１から吹出される吹出空気の温度を検出する温度センサ２７、この温度センサ２７での検出値に基づいて前記冷媒流量制御弁２５の開度を制御する制御弁用のコントローラ２８、前記サーバルーム１内に設けられた前記蒸発器２１、送風機２６及び温度センサ２７を収納するケーシング２９などから構成されている。
【００２２】
前記送風機２６は、蒸発器下流側の上部に設けられた上段送風機２６ｕ、同じく中段に設けられた中段送風機２６ｍ、同じく下部に設けられた下段送風機２６ｄから構成され、図２に示すように、上段送風機２６ｕは２台、中段送風機２６ｍは１台、下段送風機２６ｄは２台設置されている。各送風機２６はプロペラとこのプロペラを駆動するモータ（図示せず）で構成され、プロペラを回転させることで、前記サーバルーム１内の空気は、前記サーバラック１００に導入されてサーバ１０を通過し、その後前記蒸発器２１を通過して、再びサーバルーム１内に吹出される。
【００２３】
なお、前記送風機２６の設置台数や配置構成はこの例に限られるものではない。また、本実施例では、前記凝縮器２２は冷凍機３０により冷却されることで、前記冷媒ガス管２４から凝縮器に流入するガス冷媒を凝縮するように構成されている。前記冷凍機３０は冷媒を圧縮機で圧縮することで冷凍サイクルを構成するものであるが、この冷凍機３０を設ける代わりに、前記凝縮器２２を外気や外部冷却水により冷却することで、冷媒ガス管２４から凝縮器に流入するガス冷媒を凝縮するように構成することもできる。
【００２４】
前記温度センサ２７は、図１及び図２に示すように、蒸発器２１と送風機２６の間で且つ蒸発器２１の上部の上段送風機２６ｕの近傍に設置され、更にこの例では、２台設けられている上段送風機２６ｕの間（蒸発器の幅方向中央）に設けている。温度センサ２７の設置位置をこのようにすることで、蒸発器２１の上部から流出する空気の温度をより精度良く安定的に検出することができる。
【００２５】
この温度センサ２７の検出値はコントローラ２８に送られ、該コントローラ２８は前記検出値に基づいて前記冷媒流量制御弁２５の開度を制御し、蒸発器２１出口側の空気温度が所定値（或いは所定の温度範囲）になるようにしている。即ち、前記コントローラ２８は、温度センサ２７の検出値が所定値より高い場合、冷媒流量制御弁２５の開度を大きくして冷媒液管を流れる液冷媒流量を増加させることで、蒸発器２１の冷却能力を大きする。逆に、前記検出値が所定値より低い場合、前記コントローラ２８は、冷媒流量制御弁２５の開度を小さくして、冷媒液管を流れる液冷媒流量を減少させ、蒸発器２１の冷却能力を低下させる。
【００２６】
前記温度センサ２７は、前記蒸発器２１の空気出口側で且つ前記蒸発器２１の高さの半分よりも上方に配置されている。更に詳しくは、前記蒸発器２１は、前記冷媒が下方から上方に流れるコイル状の縦管を備えており、前記温度センサ２７は、前記コイル状の縦管の高さの半分よりも上方となる位置に配置されている。
【００２７】
また、前記温度センサ２７は、前記蒸発器２１の上端部よりも下方に配置すると良く、更に、前記コイル状の縦管の上端部よりも下方に配置することが好ましい。本実施例では、前記温度センサ２７は、前記蒸発器２１の上端部から下方に向かって１０％以内の高さ位置に設置するように構成されている。
【００２８】
このように構成することにより、蒸発器上部で液冷媒の蒸発がほぼ完了するように制御することが容易に可能となり、蒸発器全体での熱交換効率を向上させることができ、また安定した冷媒自然循環も可能になる。即ち、吹出空気温度センサ２７が蒸発器２１の上部に設置されており、このセンサ設置位置に対応する蒸発器の部分は、液冷媒が蒸発ガス化し易い所であるため、検出される空気の温度は蒸発器２１の状態に忠実に反応し、温度変化を敏感に捉えることができる。
【００２９】
図３により、図１に示す蒸発器２１において液冷媒が蒸発しガス冷媒になる様子を説明する。前記蒸発器２１は、図３に示すように、下部横管２１ａ、上部横管２１ｂ、及び前記下部横管２１ａと上部横管２１ｂを接続する複数の縦管２１ｃなどで構成され、前記縦管２１ｃはコイル状の伝熱管で構成されている。また、前記下部横管２１ａには前記冷媒液管２３が接続されており、前記上部横管２１ｂには前記冷媒ガス管２４が接続されている。
【００３０】
前記凝縮器２２で凝縮された液冷媒は、前記冷媒液管２３を流下して前記下部横管２１ａに供給され、ここから前記縦管２１ｃに流入して上昇する。前記サーバ１０で加熱された空気は蒸発器２１を通過する際、前記縦管２１ｃを上昇する冷媒と熱交換して冷却され、縦管２１ｃを通る液冷媒は蒸発してガス化される。このガス化した冷媒は上部横管２１ｂから冷媒ガス管２４に流入して上昇し、前記凝縮器２２に戻される。このように、本実施例では冷媒自然循環方式によりサーバ（電子機器）１０を冷却するようにしている。
【００３１】
自然循環される前記冷媒としては、例えばＲ１３４ａ（ＨＦＣ１３４ａ）を使用することができる。また、電子機器側の運転状況にもよるが、縦管２１ｃ内の冷媒の状態は、例えば、縦管２１ｃの下部では８０％が液体で２０％がガス状であり、上部では、５％が液体で９５％がガス状である。前記凝縮器２２に戻されたガス冷媒は、前記冷凍機３０により冷却されて再び凝縮される。なお、前述したように、前記凝縮器でのガス冷媒を、外気や外部冷却水により冷却するようにしても良い。前記凝縮器２２で凝縮され液体となった液冷媒は前記冷媒液管２３の方に再び流出される。
【００３２】
次に、図４のフローチャートを用いて本発明の実施例１におけるコントローラ２８での制御フローを説明する。
運転開始すると、先ず前記吹出空気温度センサ２７での検出温度Ｔを取得する（ステップＳ０１）。次に、ステップＳ０２に移り、冷媒流量制御弁２５の制御動作の開始時（運転開始時）であれば、前記制御弁２５を初期開度にし（ステップＳ０５）、ステップＳ０１に戻る。
【００３３】
ステップＳ０２で制御動作の開始時でなければ、ステップＳ０３に移り、前記制御弁２５を、例えばＰＩＤ制御中であればステップＳ０６に移り、前記ステップＳ０１で取得した吹出空気温度の検出値Ｔに基づき、前記制御弁２５の操作量（開度など）を算出する。次に、ステップＳ０８で制御弁２５の操作が必要か否かを判断し、操作不要であればステップＳ０１に戻り、操作要の場合には制御弁２５の開度変更など必要な操作を実施後、ステップＳ０１に戻る。
なお、前述したＰＩＤ制御とは、フィードバック制御の一種であり、入力値の制御を、出力値と目標値との偏差、その積分及び微分の三つの要素によっておこなう制御方法のことである。
【００３４】
前記ステップＳ０３で、ＰＩＤ制御中でない場合或いはＰＩＤ制御を行わない場合にはステップＳ０４に移り、冷却装置の運転を停止しない場合ステップＳ０１に戻り、運転を停止する場合には制御弁２５を全閉にして（ステップＳ０７）、冷却装置の運転を停止する。
【実施例２】
【００３５】
本発明の実施例２を図５及び図６を用いて説明する。図５は本発明の電子機器の冷却装置の実施例２を説明する要部の概略構成図、図６は本発明の実施例２におけるコントローラでの制御フローを説明するフローチャートである。
【００３６】
上記実施例１では、冷却対象となる電子機器（サーバ）に対する１台の冷却装置に蒸発器も１台のみ接続されている場合について説明したが、本実施例では、１台の冷却装置に蒸発器が複数台（この実施例では２台）接続されている例について説明する。即ち、本実施例は、１つの冷媒循環サイクルに２台の蒸発器を接続した場合の例である。なお、図５、図６において、図１〜図４と同一符号を付した部分は同一または対応する部分を示している。
【００３７】
図５に示すように、本実施例では、ケーシング２９の中に、２台の蒸発器２１Ａ，２１Ｂが上下に配置され、それぞれの蒸発器２１Ａ，２１Ｂの空気出口側上部には吹出空気温度センサ２７Ａ，２７Ｂが設けられている。また、ぞれぞれの蒸発器２１Ａ，２１Ｂの出口側には、前記実施例１と同様に、上下方向に３台づつの送風機２６Ａ（２６Ａｕ，１６Ａｍ，１６Ａｄ），２６Ｂ（２６Ｂｕ，１６Ｂｍ，１６Ｂｄ）が設置されている。前記吹出空気温度センサ２７Ａ，２７Ｂは、制御弁用コントローラ２８に接続され、これらの温度センサの検出値に基づいて、前記コントローラ２８は前記冷媒流量制御弁２５の開度などを制御するように構成されている。
前記吹出空気温度センサ２７Ａ，２７Ｂの検出値に基づく前記制御弁用コントローラ２８による制御弁２５の制御について説明する。
【００３８】
１つ目の例は、吹出空気温度センサ２７Ａ，２７Ｂの両者で検出された値の相加平均による平均値を求めて、該平均値により制御弁２５を制御するものである。即ち、吹出空気温度センサ２７Ａ，２７Ｂでの検出温度の平均値が、所定値より高い場合、冷媒流量制御弁２５の開度を大きくして、冷媒液管２３から各蒸発器２１Ａ，２１Ｂへ流入する冷媒流量を多くし、蒸発器２１Ａ，２１Ｂの冷却能力を大きくする。逆に、吹出空気温度センサ２７Ａ，２７Ｂでの検出温度の平均値が、所定値より低い場合、冷媒流量制御弁２５の開度を小さくして、冷媒液管２３から各蒸発器２１Ａ，２１Ｂへ流入する冷媒流量を減少させ、蒸発器２１Ａ，２１Ｂの冷却能力を小さくするように制御するものである。
【００３９】
前記制御弁用コントローラ２８による制御弁２５の制御の２つ目の例は、複数の吹出空気温度センサ２７Ａ，２７Ｂでの検出値のうち最大となる検出値により制御するものである。即ち、吹出空気温度センサ２７Ａ，２７Ｂでの検出値のうち最大となる方の検出値が、所定値より高い場合、冷媒流量制御弁２５の開度を大きくして、蒸発器２１Ａ，２１Ｂの冷却能力を大きくする。逆に、吹出空気温度センサ２７Ａ，２７Ｂでの検出値のうち最大となる方の検出値が、所定値より低い場合には、冷媒流量制御弁２５の開度を小さくして、蒸発器２１Ａ，２１Ｂの冷却能力を小さくするように制御するものである。
【００４０】
この実施例２の場合には、前記吹出空気温度センサ２７Ａ，２７Ｂは、前記蒸発器２１の上端部から下方に向かって２０％以内の高さ位置に設置することが望ましい。このようにすることにより、２つの蒸発器２１Ａ，２１Ｂを合せた最大冷却能力より１０％低い能力（即ち、最大冷却能力の９０％の能力）以内のところで運転されるように制御することが容易に行える。また、蒸発器上部で液冷媒の蒸発がほぼ完了するように制御することが容易に可能となることから、蒸発器全体での熱交換効率も向上させることができる。
【００４１】
次に、図６のフローチャートを用いて本発明の実施例２におけるコントローラ２８での制御フローを説明する。前記図４と同一動作を行う部分については同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
【００４２】
この実施例での制御フローでは、各吹出空気温度センサ２７Ａ，２７Ｂでの検出温度Ｔｏｕｔ０，Ｔｏｕｔ１を取得（ステップＳ０１）後、ステップＳ１０に移り、流量制御弁２５を制御するコントローラ２８での制御モードが、複数の吹出空気温度センサでの検出値の平均値で制御するか、或いはそれら検出値のうちの最大値で制御するかを判定する。
【００４３】
吹出空気温度センサ２７Ａ，２７Ｂでの検出値の平均値で制御する場合、
Ｔ＝（ＴｏｕｔＯ＋Ｔｏｕｔ１）／２
とする（ステップＳ１２）。
吹出空気温度センサ２７Ａ，２７Ｂでの検出値のうちの最大値で制御する場合には、
ＴｏｕｔＯ≧Ｔｏｕｔ１
であるか否かを判断し（ステップＳ１１）、Ｙｅｓのときには「Ｔ＝ＴｏｕｔＯ」とし（ステップＳ１３）、Ｎｏのときには「Ｔ＝Ｔｏｕｔ１」とする（ステップＳ１４）。
以後の動作は、図４で説明したステップＳ０２〜Ｓ０９の動作と同様の制御を行う。
【００４４】
なお、上述した各実施例では冷媒自然循環方式により電子機器を冷却する例について説明したが、これに限られるものではない。例えば、前記凝縮器２２は冷凍機を構成する凝縮器とし、また前記蒸発器２１は前記冷凍機を構成する蒸発器として、前記冷媒ガス管２４からのガス冷媒を前記冷凍機の圧縮機で圧縮して前記凝縮器２２に送り、外気または外部冷却水と熱交換させることにより凝縮させる。この凝縮器２２で凝縮された液冷媒を前記冷媒液管２３に送ると共に、該冷媒液管には電子膨張弁などで構成された冷媒流量制御弁２５を備えるようにし、該冷媒流量制御弁２５で冷媒流量を制御しつつ膨張させて前記蒸発器２１に流入させるように構成しても良い。
【００４５】
以上説明した本発明の各実施例によれば、凝縮器からの液冷媒を蒸発器の下部に導くための冷媒液管と、電子機器を冷却して蒸発した冷媒を蒸発器の上部から前記凝縮器に導くための冷媒ガス管と、前記冷媒液管に設けられ前記蒸発器に流入する冷媒流量を制御する冷媒流量制御弁（冷媒流量制御手段）と、前記蒸発器通過後の空気の温度を検出する温度センサと、前記温度センサの検出値に基づき前記冷媒流量制御弁を制御する制御弁用コントローラとを備えると共に、前記温度センサは、前記蒸発器の空気出口側で且つ該蒸発器の上部側に配置して設けているので、電子機器の稼動状況に対応して蒸発器を流れる冷媒流量を適正に調整することが可能となり、安定した制御が可能な電子機器の冷却システムを得ることができる。
特に、本実施例によれば、電子機器を冷媒自然循環方式により冷却する冷却装置とした場合でも、制御の安定性を向上できる。
【符号の説明】
【００４６】
１…サーバルーム、１０…サーバ、１００…サーバラック、
２…冷却システム、
２１（２１Ａ，２１Ｂ）…蒸発器、２１ａ…下部横管、２１ｂ…上部横管、２１ｃ…縦管、
２２…凝縮器、
２３…冷媒液管、２４…冷媒ガス管、
２５…冷媒流量制御弁（冷媒流量制御手段）、
２６（２６ｕ，２６ｍ，２６ｄ，２６Ａｕ，２６Ａｍ，２６Ａｄ，２６Ｂｕ，２６Ｂｍ，２６Ｂｄ）…送風機、
２７…温度センサ、
２８…コントローラ、
２９…ケーシング、
３０…冷凍機。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子機器から発生する熱で冷媒を気化させる蒸発器と、前記電子機器で発生する熱により加熱された空気を前記蒸発器に流入させる送風機と、前記蒸発器よりも高所に設けられ前記蒸発器に供給する冷媒を冷却して凝縮させる凝縮器とを備えた電子機器の冷却システムにおいて、
前記凝縮器からの液冷媒を前記蒸発器の下部に導く冷媒液管と、
冷媒を前記蒸発器の上部から前記凝縮器に導く冷媒ガス管と、
前記蒸発器通過後の空気の温度に応じて前記冷媒の流量を制御する冷媒流量制御手段と、
前記蒸発器通過後の空気の温度を検知する温度センサと、を備え、
前記温度センサは前記蒸発器の空気出口側で且つ前記蒸発器の高さの半分よりも上方に配置したことを特徴とする電子機器の冷却システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電子機器の冷却システムにおいて、前記蒸発器は、前記冷媒が下方から上方に流れるコイル状の縦管を備えており、前記温度センサは、前記コイル状の縦管の高さの半分よりも上方に配置されていることを特徴とする電子機器の冷却システム。
【請求項３】
請求項１に記載の電子機器の冷却システムにおいて、前記温度センサは、前記蒸発器の上端部よりも下方に配置されていることを特徴とする電子機器の冷却システム。
【請求項４】
請求項２に記載の電子機器の冷却システムにおいて、前記温度センサは、前記コイル状の縦管の上端部よりも下方に配置されていることを特徴とする電子機器の冷却システム。
【請求項５】
電子機器から発生する熱で冷媒を気化させる蒸発器と、前記電子機器で発生する熱により加熱された空気を前記蒸発器に流入させる送風機と、前記蒸発器よりも高所に設けられ前記蒸発器に供給する冷媒を冷却して凝縮させる凝縮器とを備えた電子機器の冷却システムにおいて、
前記凝縮器からの液冷媒を前記蒸発器の下部に導く冷媒液管と、
冷媒を前記蒸発器の上部から前記凝縮器に導く冷媒ガス管と、
前記冷媒液管又は前記冷媒ガス管の少なくとも何れかに設けられ、蒸発器を流れる冷媒流量を制御する冷媒流量制御弁と、
前記蒸発器通過後の空気の温度を検出する温度センサと、
前記温度センサの検出値に基づき、前記冷媒流量制御弁を制御する制御弁用のコントローラと、を備え、
前記温度センサは、前記蒸発器の空気出口側で且つ該蒸発器の上部側に配置して設けたことを特徴とする電子機器の冷却システム。
【請求項６】
請求項５に記載の電子機器の冷却システムおいて、前記制御弁用のコントローラは、前記吹出空気温度センサで検出される温度が所定値より高い場合、前記冷媒流量制御弁の開度を大きくして前記蒸発器に供給される液冷媒流量を多くし、前記吹出空気温度センサで検出される温度が所定値より低い場合、前記冷媒流量制御弁の開度を小さくして前記蒸発器に供給される液冷媒流量を減少させるように制御することを特徴とする電子機器の冷却システム。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかに記載の電子機器の冷却システムおいて、前記蒸発器と前記凝縮器との間における冷媒の輸送は冷媒自然循環方式により行うことを特徴とする電子機器の冷却システム。
【請求項８】
請求項１〜７の何れかに記載の電子機器の冷却システムおいて、前記送風機は前記蒸発器の下流側に設置されると共に、前記温度センサは前記蒸発器と前記送風機の間に設置されていることを特徴とする電子機器の冷却システム。
【請求項９】
請求項８に記載の電子機器の冷却システムおいて、前記送風機は前記蒸発器の上下方向に複数台設置されると共に、前記温度センサは前記複数台の送風機のうちの上段に設置された送風機の近傍に設けられていることを特徴とする電子機器の冷却システム。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れかに記載の電子機器の冷却システムおいて、前記凝縮器は冷凍機により冷却されることで、前記冷媒ガス管から流入するガス冷媒を凝縮するものであることを特徴とする電子機器の冷却システム。
【請求項１１】
請求項１〜９の何れかに記載の電子機器の冷却システムおいて、前記凝縮器は外気或いは外部冷却水により冷却されることで、前記冷媒ガス管から流入するガス冷媒を凝縮するものであることを特徴とする電子機器の冷却システム。
【請求項１２】
請求項１〜９の何れかに記載の電子機器の冷却システムおいて、前記凝縮器は冷凍機を構成する凝縮器であり、また前記蒸発器は前記冷凍機を構成する蒸発器であって、前記冷媒ガス管からのガス冷媒を前記冷凍機の圧縮機で圧縮して前記凝縮器に送り、外気または外部冷却水と熱交換させることにより凝縮させ、該凝縮器で凝縮された液冷媒を前記冷媒液管に送ると共に、該冷媒液管には電子膨張弁で構成された冷媒流量制御手段としての冷媒流量制御弁を備え、該冷媒流量制御弁で冷媒流量を制御しつつ膨張させて前記蒸発器に流入させるように構成したことを特徴とする電子機器の冷却システム。
【請求項１３】
請求項５または６に記載の電子機器の冷却システムおいて、前記蒸発器は複数台設けられ、また前記冷媒流量制御弁は前記冷媒液管に設けられていて、この冷媒液管は前記冷媒流量制御弁の下流側で分岐されて前記複数台のそれぞれの蒸発器の下部に接続され、前記複数台の蒸発器上部にはそれぞれ冷媒ガス管が接続され、これら複数の冷媒ガス管は合流されて前記凝縮器にガス冷媒を導くように構成され、更に前記温度センサは前記各蒸発器の上部にそれぞれ設けられ、前記冷媒流量制御弁は前記各蒸発器に設けられた温度センサでの検出値に基づき前記制御弁用のコントローラにより制御されるように構成したことを特徴とする電子機器の冷却システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載の電子機器の冷却装置おいて、前記各蒸発器に設けられた温度センサで検出された検出値の平均値が所定の温度範囲になるように前記制御弁用のコントローラにより前記冷媒流量制御弁を制御することを特徴とする電子機器の冷却システム。
【請求項１５】
請求項１３に記載の電子機器の冷却装置おいて、前記各蒸発器に設けられた温度センサで検出された検出値のうち最も大きな検出値が所定の温度範囲になるように前記制御弁用のコントローラにより前記冷媒流量制御弁を制御することを特徴とする電子機器の冷却システム。
【請求項１】
電子機器から発生する熱で冷媒を気化させる蒸発器と、前記電子機器で発生する熱により加熱された空気を前記蒸発器に流入させる送風機と、前記蒸発器よりも高所に設けられ前記蒸発器に供給する冷媒を冷却して凝縮させる凝縮器とを備えた電子機器の冷却システムにおいて、
前記凝縮器からの液冷媒を前記蒸発器の下部に導く冷媒液管と、
冷媒を前記蒸発器の上部から前記凝縮器に導く冷媒ガス管と、
前記蒸発器通過後の空気の温度に応じて前記冷媒の流量を制御する冷媒流量制御手段と、
前記蒸発器通過後の空気の温度を検知する温度センサと、を備え、
前記温度センサは前記蒸発器の空気出口側で且つ前記蒸発器の高さの半分よりも上方に配置したことを特徴とする電子機器の冷却システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電子機器の冷却システムにおいて、前記蒸発器は、前記冷媒が下方から上方に流れるコイル状の縦管を備えており、前記温度センサは、前記コイル状の縦管の高さの半分よりも上方に配置されていることを特徴とする電子機器の冷却システム。
【請求項３】
請求項１に記載の電子機器の冷却システムにおいて、前記温度センサは、前記蒸発器の上端部よりも下方に配置されていることを特徴とする電子機器の冷却システム。
【請求項４】
請求項２に記載の電子機器の冷却システムにおいて、前記温度センサは、前記コイル状の縦管の上端部よりも下方に配置されていることを特徴とする電子機器の冷却システム。
【請求項５】
電子機器から発生する熱で冷媒を気化させる蒸発器と、前記電子機器で発生する熱により加熱された空気を前記蒸発器に流入させる送風機と、前記蒸発器よりも高所に設けられ前記蒸発器に供給する冷媒を冷却して凝縮させる凝縮器とを備えた電子機器の冷却システムにおいて、
前記凝縮器からの液冷媒を前記蒸発器の下部に導く冷媒液管と、
冷媒を前記蒸発器の上部から前記凝縮器に導く冷媒ガス管と、
前記冷媒液管又は前記冷媒ガス管の少なくとも何れかに設けられ、蒸発器を流れる冷媒流量を制御する冷媒流量制御弁と、
前記蒸発器通過後の空気の温度を検出する温度センサと、
前記温度センサの検出値に基づき、前記冷媒流量制御弁を制御する制御弁用のコントローラと、を備え、
前記温度センサは、前記蒸発器の空気出口側で且つ該蒸発器の上部側に配置して設けたことを特徴とする電子機器の冷却システム。
【請求項６】
請求項５に記載の電子機器の冷却システムおいて、前記制御弁用のコントローラは、前記吹出空気温度センサで検出される温度が所定値より高い場合、前記冷媒流量制御弁の開度を大きくして前記蒸発器に供給される液冷媒流量を多くし、前記吹出空気温度センサで検出される温度が所定値より低い場合、前記冷媒流量制御弁の開度を小さくして前記蒸発器に供給される液冷媒流量を減少させるように制御することを特徴とする電子機器の冷却システム。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかに記載の電子機器の冷却システムおいて、前記蒸発器と前記凝縮器との間における冷媒の輸送は冷媒自然循環方式により行うことを特徴とする電子機器の冷却システム。
【請求項８】
請求項１〜７の何れかに記載の電子機器の冷却システムおいて、前記送風機は前記蒸発器の下流側に設置されると共に、前記温度センサは前記蒸発器と前記送風機の間に設置されていることを特徴とする電子機器の冷却システム。
【請求項９】
請求項８に記載の電子機器の冷却システムおいて、前記送風機は前記蒸発器の上下方向に複数台設置されると共に、前記温度センサは前記複数台の送風機のうちの上段に設置された送風機の近傍に設けられていることを特徴とする電子機器の冷却システム。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れかに記載の電子機器の冷却システムおいて、前記凝縮器は冷凍機により冷却されることで、前記冷媒ガス管から流入するガス冷媒を凝縮するものであることを特徴とする電子機器の冷却システム。
【請求項１１】
請求項１〜９の何れかに記載の電子機器の冷却システムおいて、前記凝縮器は外気或いは外部冷却水により冷却されることで、前記冷媒ガス管から流入するガス冷媒を凝縮するものであることを特徴とする電子機器の冷却システム。
【請求項１２】
請求項１〜９の何れかに記載の電子機器の冷却システムおいて、前記凝縮器は冷凍機を構成する凝縮器であり、また前記蒸発器は前記冷凍機を構成する蒸発器であって、前記冷媒ガス管からのガス冷媒を前記冷凍機の圧縮機で圧縮して前記凝縮器に送り、外気または外部冷却水と熱交換させることにより凝縮させ、該凝縮器で凝縮された液冷媒を前記冷媒液管に送ると共に、該冷媒液管には電子膨張弁で構成された冷媒流量制御手段としての冷媒流量制御弁を備え、該冷媒流量制御弁で冷媒流量を制御しつつ膨張させて前記蒸発器に流入させるように構成したことを特徴とする電子機器の冷却システム。
【請求項１３】
請求項５または６に記載の電子機器の冷却システムおいて、前記蒸発器は複数台設けられ、また前記冷媒流量制御弁は前記冷媒液管に設けられていて、この冷媒液管は前記冷媒流量制御弁の下流側で分岐されて前記複数台のそれぞれの蒸発器の下部に接続され、前記複数台の蒸発器上部にはそれぞれ冷媒ガス管が接続され、これら複数の冷媒ガス管は合流されて前記凝縮器にガス冷媒を導くように構成され、更に前記温度センサは前記各蒸発器の上部にそれぞれ設けられ、前記冷媒流量制御弁は前記各蒸発器に設けられた温度センサでの検出値に基づき前記制御弁用のコントローラにより制御されるように構成したことを特徴とする電子機器の冷却システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載の電子機器の冷却装置おいて、前記各蒸発器に設けられた温度センサで検出された検出値の平均値が所定の温度範囲になるように前記制御弁用のコントローラにより前記冷媒流量制御弁を制御することを特徴とする電子機器の冷却システム。
【請求項１５】
請求項１３に記載の電子機器の冷却装置おいて、前記各蒸発器に設けられた温度センサで検出された検出値のうち最も大きな検出値が所定の温度範囲になるように前記制御弁用のコントローラにより前記冷媒流量制御弁を制御することを特徴とする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２０１２−２４３０３５（Ｐ２０１２−２４３０３５Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１１６９３（Ｐ２０１１−１１１６９３）
【出願日】平成２３年５月１８日（２０１１．５．１８）
【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２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１８日（２０１１．５．１８）
【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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