(57)【要約】【課題】省電力に適した冷却システムを提供する。【解決手段】発熱する複数の冷却対象それぞれに対応して設けられ、冷媒の流入を受け対応する冷却対象の熱を該冷媒に吸収させて該冷媒を流出させる複数の熱交換器と、複数の冷却対象それぞれの発熱量を検出する発熱量検出手段と、互いに異なる温度にまで冷媒を冷却する複数台の冷却機と、複数台の冷却機それぞれと複数の熱交換器それぞれとの間で冷媒を循環させる循環路と、複数の熱交換器それぞれに対応して設けられ対応する熱交換器を経由する冷媒の循環路の接続先を複数の冷却機のいずれかに択一的に切り替える切替バルブと、発熱量検出手段により検出された複数の冷却対象それぞれの発熱量に基づいて発熱量の小さい冷却対象の冷却を担う熱交換器ほど複数台の冷却機のうちの相対的に高い温度にまで冷却する冷却機との間で冷媒を循環させるように、切替バルブに循環路を切り替えさせる循環制御手段とを備えた。【選択図】図８
2010025408.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱する複数の冷却対象それぞれに対応して設けられ、冷媒の流入を受け対応する冷却対象の熱を該冷媒に吸収させて該冷媒を流出させる複数の熱交換器と、
前記複数の冷却対象それぞれの発熱量を検出する発熱量検出手段と、
冷媒を、互いに異なる温度にまで冷却する複数台の冷却機と、
前記複数台の冷却機それぞれと前記複数の熱交換器それぞれとの間で冷媒を循環させる循環路と、
前記複数の熱交換器それぞれに対応して設けられ、対応する熱交換器を経由する冷媒の循環路の接続先を前記複数の冷却機のいずれかに択一的に切り替える切替バルブと、
前記発熱量検出手段により検出された前記複数の冷却対象それぞれの発熱量に基づいて、発熱量の小さい冷却対象の冷却を担う熱交換器ほど、前記複数台の冷却機のうちの相対的に高い温度にまで冷却する冷却機との間で冷媒を循環させるように、前記切替バルブに前記循環路を切り替えさせる循環制御手段とを備えたことを特徴とする冷却システム。
【請求項２】
前記複数台の冷却機のうちの少なくとも１台の冷却機が、
前記冷媒の流入を受け、前記冷媒とは異なる他の冷媒の相変化により、前記第一の冷媒から熱を奪うことにより、前記冷媒の冷却を行う冷凍機と、
前記他の冷媒の凝縮部で排出される熱を吸収した冷却水の流入を受けて、該冷却水を大気に晒し該冷却水の温度を下げて前記冷凍機に戻す冷却塔と、
前記冷凍機と前記冷却塔との間の前記冷却水の往復路を開閉する開閉バルブと、
前記熱交換器を通過する前記冷媒が水であって、該熱交換器から戻ってきた冷媒としての水の流入先を前記冷凍機と前記冷却塔とに切り替えるとともに前記熱交換器に向かう冷媒としての水の流出元を前記冷凍機と前記冷却塔とに切り替える第２の切替バルブと、
大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された大気温度に応じて、閾値以下の大気温度の場合に前記開閉バルブを閉じるとともに前記第２の切替バルブを前記冷却塔側に切り替え、該閾値を超える大気温度の場合に前記開閉バルブを開くとともに前記第２の切替バルブを前記冷凍機側に切り替える冷却モード切替制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の冷却システム。
【請求項３】
前記複数の冷却対象のうちの少なくとも１つが、動作により発熱する発熱電子部品を内蔵したものであって、
前記複数の熱交換器のうちの前記電子機器を冷却対象とする熱交換器が、前記発熱電子部品に接して配置され該発熱電子部品から発せられた熱を該熱交換器内を通過する冷媒に吸収させるものであることを特徴とする請求項１又は２記載の冷却システム。
【請求項４】
前記複数の熱交換器のうちの少なくとも１つが、対応する冷却対象が置かれた環境の空気の熱を吸収することによって該冷却対象の熱を間接的に吸収するものであることを特徴とする請求項１又は２記載の冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件は、流入してきた冷媒に冷却対象の熱を吸収させて流出させる熱交換器と、冷媒を冷却する冷却機と、冷却機と熱交換器との間で冷媒を循環させる循環路とを備えた冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
今日の社会では、工業技術の進歩に伴い多種多様な電子機器が開発されており、複雑な構成を有する電子機器も数多く存在している。特に近年では、情報化社会の進展とともに、コンピュータをはじめ情報処理を行う電子機器に関する技術が急速に発展しており、複雑な構成を有する高性能の電子機器が次々と開発されている。
【０００３】
電子機器では、電子機器内部に複雑な電子回路が備えられていることが一般的であり、電子機器として動作する際には、こうした電子回路の多くが発熱する。例えば、コンピュータでは、コンピュータの動作制御の中枢を担うＣＰＵが、コンピュータの動作に伴って発熱する。電子回路が発熱すると、その熱により、その電子回路やその周囲にある他の電子部品に不具合が生じることがある。さらには、発熱した電子回路により加熱された電子機器内部の空気が電子機器外部に排気されることで、この電子機器が収容されている部屋（以下、収容室と呼ぶ）全体が高温となり、この収容室に設置されている他の電子機器に不具合を生じさせることもある。空調設備により、収容室の温度を低下させることも考えられるが、収容室内に数多くの電子機器が存在する場合のように収容室内で発生する熱量が多い場合には、空調設備による冷却では不十分となることが少なくない。このような場合、電子機器で発生した熱を、収容室外部の他の場所に逃がすための熱輸送の機構が必要になる。
【０００４】
熱輸送の機構としては、低温の水で電子機器を冷却し、その冷却で用いられた水を冷凍機で冷却して再び電子機器の冷却に用いる方式を採用した冷却システムが従来から知られており、例えば、特許文献１には、こうした方式の冷却システムが開示されている。
【０００５】
図１は、従来の冷却システムの一例が適用されている状況を表した模式図である。
【０００６】
図１に示す収容室２００内には、それぞれが電子機器１０を数台収容している複数のラック１００が配置されている。ここで、１つのラック１００に収容されている数台の電子機器１０は、互いに連携して動作する電子機器であり、その動作とともに、これら数台の電子機器１０では熱が発生する。収容室２００には、電子機器１０の発熱によって収容室２００内の温度が上昇することを抑えるために、エアハンドリングユニット３０２と空調用冷凍機３０１とが備えられている。ここで、空調用冷凍機３０１は、エアハンドリングユニット３０２から送られてくる水を冷却してエアハンドリングユニット３０２に送る役割を果たしており、エアハンドリングユニット３０２は、空調用冷凍機３０１から送られてくる低温の水を利用して収容室内の空気を冷却し、冷気を収容室内に放出する。
【０００７】
収容室２００には、数台の電子機器１０を収容しているラック１００が複数存在しており、電子機器１０の総数はかなりの数となっている。このため、電子機器１０の動作に伴って多量の熱が発生し、エアハンドリングユニット３０２からの冷気では、これらの電子機器１０を充分に冷却することが難しいことがある。そこで、これらの電子機器１０を冷却するために、冷却システム１０００’が用いられている。
【０００８】
図１の冷却システム１０００’には、水１を一時的に蓄えるタンク１０１’と、水１を循環路１０４ａ’に沿って流すためのポンプ１０４’とが備えられている。また、図１の冷却システム１０００’には、冷凍機１０２’も備えられており、この冷凍機１０２’は、内部冷媒１ｂの相変化により連続的に熱移動をさせ、タンク１０１’から送られてくる水１から熱を奪うことでこの水１の冷却を行う。また冷却塔１０３’は、冷凍機１０２’の内部冷媒１ｂの凝縮部１ｄで排出される熱を吸収するための冷却水１ｃを送液・循環させており、温度が上昇して戻ってきた冷却水１ｃを、冷却塔１０３’において、送風機で取り込んだ外気と接触させ、水の気化熱を利用して温度を下げている。ここで、図１の冷凍機１０２’では、水１は１２℃まで冷却される。冷凍機１０２’で冷却された水は、ポンプ１０４’の働きにより、図の上向き矢印および右向き矢印で示す向きに循環路１０４ａ’を流れて各ラック１００に供給される。この供給された水によって各ラック１００内の電子機器１０の冷却が行われる。冷却に使用されて温度が上昇した水は、図の右向き矢印および下向き矢印で示す向きに循環路１０４ａ’を流れて再び冷凍機１０２’に戻り、冷凍機１０２’で冷却されて、再度、電子機器１０の冷却に用いられる。
【０００９】
図１に示す冷却システム１０００’では、どのラック１００内の電子機器１０にも、１２℃というかなり温度の低い水が供給される。このため、複数のラック１００すべてにおいて、収容している数台の電子機器１０の稼働率が高くて発熱量が大きい状態となっていても、電子機器に不具合が生じるほどの高温状態となるラック１００が現れないようになっている。
【特許文献１】特開２００７−１８７３８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、実際には、複数のラック１００すべてが、電子機器１０の稼働率が高くて発熱量が大きい状態となることはほとんどなく、通常は、限られたいくつかのラック１００でのみ電子機器１０の発熱量が大きい状態が実現し、残りのラック１００では、発熱量が小さい状態となっていることが多い。このため、電子機器１０の発熱量が小さいラック１００では、電子機器１０が不必要に冷却されることとなり、この結果、消費電力に無駄が生じる。
【００１１】
図２は、冷凍機で冷却されて流出する水の温度と、その際の水の冷却に要する消費電力との関係を表した図である。
【００１２】
図２には、冷凍機で冷却されて流出する水の温度が異なる点を除けば、同一の構成（冷凍能力：１０００ＵＳＲＴ、冷却水：３２／３７℃）を持つ７台の冷凍機についてそれぞれの消費電力が示されており、流出する水の温度が高くなるほど消費電力が低くなることがわかる。ここで、不必要に冷却が行われると無駄に電力が消費されることを明示的に示すために、機器の温度が４０℃以下であれば動作に支障が生じない理想的な電子機器について、冷凍機で冷却された水を用いて冷却を行うモデルを図２の結果を参照しつつ考えてみる。
【００１３】
この電子機器が、動作に伴って電子機器の温度が周囲の温度よりも２８℃高くなるほどの高い稼働率で動作しているときは、この電子機器の周囲の温度を、少なくとも、上限温度である４０℃よりも２８℃低い１２℃まで下げることが必要となる。そこで、１２℃以下の水をこの電子機器に供給することが必要となる。このとき、冷却に要する消費電力としては、図２により、少なくとも約５８０ｋＷが必要である。
【００１４】
一方、この電子機器が、周囲の温度よりも１５℃高くなる程度の低い稼働率で動作しているときは、この電子機器の周囲の温度を、少なくとも、上限温度である４０℃よりも１５℃低い２５℃まで下げることが必要となり、従って、２５℃以下の水をこの電子機器に供給すれば充分である。このとき、冷却に要する消費電力としては、図２により、せいぜい４００ｋＷ程度で充分である。
【００１５】
ここで、電子機器が、周囲の温度よりも１５℃高くなる程度の低い稼働率で動作しているときに、１２℃以下の水をこの電子機器に供給すると、稼動中の電子機器の温度は、２７℃と低い温度になる。このように電子機器の動作を保障するという観点からは、機器の温度が上限である４０℃を上回らなければ良いので、４００ｋｗ程度の電力で充分なところを、約５８０ｋＷの電力を消費することとなり、無駄な電力消費が発生することとなる。
【００１６】
以上より、図１の冷却システム１０００’では、収容している数台の電子機器の稼働率が低くて発熱量が小さいラック１００が存在した場合には、不必要に冷却が行われることで無駄に電力が消費されることとなる。
【００１７】
近年では、地球温暖化などといった環境問題への配慮が求められており、電力消費の低減が強く要請されている。冷却システムの分野でも、省電力に適した冷却システムの実現が重要な課題となっており、図１の冷却システム１０００’のような無駄な電力消費は、回避することが強く求められる。
【００１８】
上記事情に鑑み、本件は、省電力に適した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】
【００１９】
上記目的を達成する冷却システムの基本形態は、
発熱する複数の冷却対象それぞれに対応して設けられ、冷媒の流入を受け対応する冷却対象の熱を該冷媒に吸収させて該冷媒を流出させる複数の熱交換器と、
上記複数の冷却対象それぞれの発熱量を検出する発熱量検出手段と、
冷媒を、互いに異なる温度にまで冷却する複数台の冷却機と、
上記複数台の冷却機それぞれと上記複数の熱交換器それぞれとの間で冷媒を循環させる循環路と、
上記複数の熱交換器それぞれに対応して設けられ、対応する熱交換器を経由する冷媒の循環路の接続先を上記複数の冷却機のいずれかに択一的に切り替える切替バルブと、
上記発熱量検出手段により検出された上記複数の冷却対象それぞれの発熱量に基づいて、発熱量の小さい冷却対象の冷却を担う熱交換器ほど、上記複数台の冷却機のうちの相対的に高い温度にまで冷却する冷却機との間で冷媒を循環させるように、上記切替バルブに上記循環路を切り替えさせる循環制御手段とを備えている。
【００２０】
この基本形態によれば、冷媒を互いに異なる温度にまで冷却する複数台の冷却機が備えられており、発熱量の小さい冷却対象は、冷媒が冷却される温度が相対的に高い冷却機によって冷却される。この結果、この基本形態では、発熱量の小さい冷却対象に対し、不必要に冷却が行われることが避けられることとなり、複数台の冷却機すべてが冷媒を一律に低い温度にまで冷却する冷却システムに比べて省電力化されることとなる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、冷却システムの上記基本形態によれば、省電力に適した冷却システムが実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、基本形態について上述した冷却システムに対する具体的な実施形態として、第１実施形態および第２実施形態の２つの実施形態について説明する。
【００２３】
まず、第１実施形態について説明する。
【００２４】
図３は、第１実施形態の冷却システム１０００の全体構成図である。
【００２５】
図３に示す収容室２００内には、それぞれが電子機器１０を数台収容している複数のラック１００が配置されており、この図ではそのうちの４つのラック１００が図示されている。ここで、１つのラック１００に収容されている数台の電子機器１０は、互いに連携して動作する電子機器であり、その動作とともに、これら数台の電子機器１０では熱が発生する。収容室２００には、電子機器１０の発熱によって収容室２００内の温度が上昇することを抑えるために、エアハンドリングユニット３０２と空調用冷凍機３０１とが備えられている。ここで、空調用冷凍機３０１は、エアハンドリングユニット３０２から送られてくる水を冷却してエアハンドリングユニット３０２に送る役割を果たしており、エアハンドリングユニット３０２は、空調用冷凍機３０１から送られてくる低温の水を利用して収容室２００内の空気を冷却し、冷気を収容室２００内に放出する。
【００２６】
収容室２００には、数台の電子機器１０を収容しているラック１００が複数存在しており、電子機器１０の総数はかなりの数となっている。このため、電子機器１０の動作に伴って多量の熱が発生し、エアハンドリングユニット３０２からの冷気では、これらの電子機器１０を充分に冷却することが難しいことがある。そこで、これらの電子機器１０を冷却するために、冷却システム１０００が用いられている。
【００２７】
図３の冷却システム１０００には、水１を一時的に蓄える第１タンク１０１および第２タンク２０１と、水１を第１循環路１０４ａおよび第２循環路２０４ａに沿ってそれぞれ流すための第１ポンプ１０４および第２ポンプ２０４が備えられている。また、図３の冷却システム１０００には、第１冷凍機１０２および第２冷凍機２０２の２台の冷凍機が備えられている。第１冷凍機１０２および第２冷凍機２０２は、内部冷媒１ｂの相変化により連続的に熱移動をさせ、第１タンク１０１および第２タンク２０１からそれぞれ送られてくる水１から熱を奪うことでこの水１の冷却を行う冷凍機である。ここで、第１冷凍機１０２では水１は１２℃まで冷却され、第２冷凍機２０２では水１は２５℃まで冷却される。第１冷凍機１０２および第２冷凍機２０２で、気化した内部冷媒１ｂが各冷凍機内の凝縮部１ｄで凝縮して液化する際に排出する熱量は、第１冷却塔１０３および第２冷却塔２０３からそれぞれ送られてくる冷却水１ｃにより吸収される。ここで、第１冷却塔１０３および第２冷却塔２０３は、建物の屋上などの大気に晒された場所に設けられており、第１冷却塔１０３および第２冷却塔２０３にそれぞれ送られてきた冷却水１ｃは、各冷却塔が有する不図示の冷却水冷却部で、各冷却塔が有する送風機で取り込んだ外気と接触させ、水の気化熱を利用して温度を下げられ、これにより、各冷却塔に戻ってきた冷却水１ｃの熱が大気中に放出されて、この冷却水１ｃの冷却が行われる。各冷却塔で冷却された冷却水１ｃは、再び各冷凍機に送られて冷却に用いられる。図３では、第１冷凍機１０２と第１冷却塔１０３との間を第１給水路１０３ａを通って水が移動する様子が点線矢印で示されており、同様に、第２冷凍機２０２と第２冷却塔２０３との間を第２給水路２０３ａを通って水が移動する様子が点線矢印で示されている。
【００２８】
ここで、第１冷凍機１０２と第１冷却塔１０３とを合わせたものや、第２冷凍機２０２と第２冷却塔２０３とを合わせたものが、基本形態で上述した冷却システムにおける冷却機の一例に相当する。
【００２９】
なお、仮に、図３の第２冷凍機２０２を、第１冷凍機１０２と同様に水１を１２℃まで冷却する冷凍機に置き換えたとすると、その置き換わった冷凍機と第１冷凍機１０２とを合わせたものは、図１の従来の冷却システムの冷凍機１０２’と実質的に同じ役割を果たし、図３の第２冷凍機２０２が、第１冷凍機１０２と同様に水１を１２℃まで冷却する冷凍機に置き換えられた冷却システムは、図１の従来の冷却システムと実質的に同じものになる。
【００３０】
図３に示すように、各ラック１００の図の左側には水流入路４１ａを介して上流側バルブ４１が設けられており、一方、各ラック１００の図の右側には水流出路４２ａを介して下流側バルブ４２が設けられている。ここで、上流側バルブ４１および下流側バルブ４２は、第１循環路１０４ａおよび第２循環路２０４ａをそれぞれ介して第１冷凍機１０２および第２冷凍機２０２とそれぞれつながっている。上流側バルブ４１は、第１冷凍機１０２で冷却された水と、第２冷凍機２０２で冷却された水とのうちのいずれか一方が、水流入路４１ａを介して各ラック１００に供給されるように、水の流れを択一的に切り替える役割を担っている。一方、下流側バルブ４２は、各ラック１００に供給されて電子機器１０の冷却に用いられて温度が上昇した水１が、第１冷凍機１０２と第２冷凍機２０２とのうちのいずれか一方に戻るように、水の流れを択一的に切り替える役割を担っている。
【００３１】
ここで、第１冷凍機１０２からラック１００に供給された水１は第１冷凍機１０２に戻り、第２冷凍機２０２からラック１００に供給された水１は第２冷凍機２０２に戻るように、上流側バルブ４１の切替と下流側バルブ４２の切替とは互いに同期して行われる。このため、第１冷凍機１０２で冷却された水は、第１ポンプ１０４の働きにより図の実線矢印で示す向きに第１循環路１０４ａを流れて第１冷凍機１０２に戻って再び冷却され、一方、第２冷凍機２０２で冷却された水は、第２ポンプ２０４の働きにより図の２点鎖線の矢印で示す向きに第２循環路２０４ａを流れて第２冷凍機２０２に戻って再び冷却される。このときの水の循環で、水１がラック１００を通過したときに各ラック１００内の電子機器１０の冷却が行われる。ここで、上流側バルブ４１および下流側バルブ４２の切替は、後で詳述するように、各ラック１００内の電子機器１０の発熱量に応じて行われる。
【００３２】
ここで、第１循環路１０４ａ、第２循環路２０４ａ、水流入路４１ａ、および水流出路４２ａを合わせたものが、基本形態で上述した冷却システムにおける循環路の一例に相当する。
【００３３】
次に、各ラック１００内の電子機器１０の冷却が行われる様子について説明する。
【００３４】
図３の冷却システム１０００では、各ラック１００内の電子機器１０を冷却するのに際し、以下に説明する、直接冷却方式と間接冷却方式との２通りの冷却方式のうちのいずれかの冷却方式が、ラック１００ごとに採用されている。以下、直接冷却方式および間接冷却方式についてそれぞれ説明する。
【００３５】
直接冷却方式では、各ラック１００内の電子機器１０それぞれに内蔵された電子回路であって電子機器１０の動作とともに発熱する電子回路に対して、熱交換器が接することにより熱の吸収が行われる。
【００３６】
図４は、直接冷却方式が採用されているラック１００を示した図である。
【００３７】
図４では、発熱する電子回路が発熱体１０ａとして示されており、図４に示すように、この発熱体１０ａには熱交換器１００ａが接している。熱交換器１００ａには、図３の第１冷凍機１０２と第２冷凍機２０２で冷却されて水流入路４１ａを流れてきた水１が流入しており、この水１が熱交換器１００ａを通過する際に発熱体１０ａの熱を吸収する。この結果、電子機器１０が冷却されることとなる。熱を吸収した水１は、熱交換器１００ａから流出して水流出路４２ａを流れて行き、最終的に図３の第１冷凍機１０２や第２冷凍機２０２に戻り、そこで冷却される。
【００３８】
一方、間接冷却方式では、各ラック１００内の電子機器１０それぞれから排気される温度の高い空気を、ラック１００内で冷却することで間接的に電子機器１０の熱（正確には電子機器１０内部の電子回路が発熱することによって生じた熱）が吸収される。
【００３９】
図５は、間接冷却方式が採用されているラック１００を示した図である。
【００４０】
間接冷却方式が採用されているラック１００では、不図示のファンにより、収容室２００（図３参照）の空気がラック１００内に吸気され、その空気は、電子機器１０の発熱により温度が上昇する。ここで、間接冷却方式が採用されているラック１００内には、図５に示すように、電子機器１０の外部に熱交換器１００ｂが設置されている。この熱交換器１００ｂには、図３の第１冷凍機１０２と第２冷凍機２０２で冷却されて水流入路４１ａを流れてきた水１が流入しており、この水１が熱交換器１００ｂを通過する際に、上述の、温度が上昇した空気の熱を吸収する。これにより、電子機器１０の熱が吸収されて電子機器１０が冷却されることとなる。熱を吸収した水１は、熱交換器１００ｂから流出して水流出路４２ａを流れて行き、最終的に図３の第１冷凍機１０２や第２冷凍機２０２に戻り、そこで冷却される。
【００４１】
次に、図３の上流側バルブ４１および下流側バルブ４２の切替制御について説明する。
【００４２】
図６は、上流側バルブ４１および下流側バルブ４２の切替制御を行う機構を表した図である。
【００４３】
図３の冷却システム１０００には、各ラック１００内に温度センサ４３が備えられており、この温度センサ４３によりラック１００内の温度が測定される。ここで、特に上述した間接冷却方式においてはラック１００内の温度は、ラック１００内の電子機器１０の発熱量が多いほど高くなるため、ラック１００内の温度の測定は、実質的にはラック１００内の電子機器１０の発熱量（正確には、ラック１００内の数台の電子機器１０の発熱量の合計）を検出していることと等価である。温度センサ４３によるラック１００内の温度の測定結果は、切替制御回路４０に送られ、切替制御回路４０は、その測定温度に応じて上流側バルブ４１および下流側バルブ４２の切替制御を実行する。切替制御回路４０は、１つのラック１００について１つ備えられており、そのラック１００に流出・流入する水１の切替を担当している。
【００４４】
ここで、温度センサ４３が、基本形態で上述した冷却システムにおける発熱量検出手段の一例に相当する。
【００４５】
次に、上流側バルブ４１および下流側バルブ４２の切替制御の流れについて説明する。
【００４６】
図７は、上流側バルブ４１および下流側バルブ４２の切替制御の流れを表すフローチャートである。
【００４７】
図６の温度センサ４３によりラック１００内の温度が測定されると（ステップＳ１１）、図６の切替制御回路４０は、その測定温度が所定の閾値温度以上であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。この閾値温度は、ラック１００内の電子機器１０の正常な動作が保証される上限温度であって、ラック１００内の温度がこの閾値温度を越えると、電子機器１０に不具合が発生しやすくなる。
【００４８】
測定温度が上記の閾値温度未満である場合には（ステップＳ１２；Ｎｏ）、切替制御回路４０は、上流側バルブ４１および下流側バルブ４２を第２冷凍機側に切り替える（ステップＳ１５）。ここで、上述したように第２冷凍機２０２は水１を２５℃にまで冷却する冷凍機であり、上記のステップＳ１５の切替でラック１００内の電子機器１０は、２５℃の水で冷却されることとなる。
【００４９】
一方、測定温度が上記の閾値温度以上の場合には（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）、切替制御回路４０は、上流側バルブ４１および下流側バルブ４２を第１冷凍機側に切り替える（ステップＳ１３）。ここで、上述したように第１冷凍機１０２は水１を１２℃にまで冷却する冷凍機であり、上記のステップＳ１３の切替でラック１００内の電子機器１０は、１２℃の水１で冷却されることとなる。このように、上流側バルブ４１および下流側バルブ４２が第１冷凍機側に切り替えられた状態は、所定時間が経過するまで（ステップＳ１４；Ｎｏ）継続される。
【００５０】
図７のフローチャートでは、１回の温度測定とその結果に応じた上流側バルブ４１および下流側バルブ４２の切替だけが示されているが、この冷却システム１０００では、このような温度測定とその結果に応じた上流側バルブ４１および下流側バルブ４２の切替が繰り返し行われる。すなわち、ステップＳ１５で上流側バルブ４１および下流側バルブ４２を第２冷凍機側に切り替えられた後、および、ステップＳ１３で上流側バルブ４１および下流側バルブ４２が第１冷凍機側に切り替えられてから所定時間が経過した後（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）には、再び、温度の測定が行われ、以上説明したステップＳ１１、ステップＳ１２、およびステップＳ１５からなる過程か、あるいは、ステップＳ１１、ステップＳ１２、ステップＳ１３、およびステップＳ１４からなる過程が繰り返される。
【００５１】
ここで、上流側バルブ４１および下流側バルブ４２が、基本形態で上述した冷却システムにおける切替バルブの一例に相当し、制御回路４０が、基本形態で上述した冷却システムにおける循環制御手段の一例に相当する。
【００５２】
このように、第１実施形態の冷却システム１０００では、水１を１２℃にまで冷却する第１冷凍機１０２と、水１を２５℃にまで冷却する第２冷凍機２０２との２台の冷凍機が備えられており、各ラック１００では、電子機器１０の発熱量が小さいためにラック１００内の温度が閾値温度未満となっている場合には、２５℃の水で電子機器１０の冷却が行われ、各ラック１００の電子機器１０の発熱量が大きくラック１００内の温度が閾値温度以上となっている場合には、１２℃の水で電子機器１０の冷却が行われる。この結果、発熱量が小さいラック１００内の電子機器１０に対し、不必要に冷却が行われることが避けられることとなり、第１実施形態の冷却システム１０００では、第１冷凍機１０２と第２冷凍機２０２の両方が水１を１２℃にまで冷却する冷凍機であるような冷却システムに比べて省電力化されることとなる。
【００５３】
また、測定温度が上記の閾値温度を越えている場合には、所定時間の間、第１冷凍機１０２からの水１で冷却が行われることで、発熱量が大きいラック１００内の電子機器１０に対しては、充分な冷却が行われることとなる。
【００５４】
次に、第２実施形態について説明する。
【００５５】
図８は、第２実施形態の冷却システム２０００の全体構成図である。
【００５６】
図８に示す第２実施形態の冷却システム２０００では、図３に示す第１実施形態の冷却システム１０００の構成要素と同一の構成要素については同じ符号が付されており、同一の構成要素についての重複説明は省略する。図８に示す第２実施形態の冷却システム２０００が、図３に示す第１実施形態の冷却システム１０００と異なる点は、大気の温度が低いときには大気に水１を晒すことで水１の冷却を行う冷却モードが新たに存在する点である。この点を除けば、図８に示す第２実施形態の冷却システム２０００は、第１実施形態の冷却システム１０００と同じ構成を有し、第１実施形態の冷却システム１０００と同様の制御を行う。図８に示す第２実施形態の冷却システム２０００でも、図６に示す切替制御回路４０と温度センサ４３とがラック１００ごとに備えられており、図７のフローチャートに従って上流側バルブ４１および下流側バルブ４２の切替が行われる。以下では、図８に示す第２実施形態の冷却システム２０００が、図３に示す第１実施形態の冷却システム１０００と異なる点に焦点を絞って説明を行う。
【００５７】
図８に示す冷却システム２０００でも、ラック１００内の温度が、図７のフローチャートの説明で上述した所定の閾値温度未満である場合（図７のステップＳ１２）には、上流側バルブ４１および下流側バルブ４２が第２冷凍機２０２側に開かれるが、図８の冷却システム２０００では、このとき、大気の温度に応じて、第２冷凍機２０２を使用して水１を２５℃にまで冷却する第２冷凍機使用モードと、第２冷凍機２０２を使用せずに第２冷却塔が有する冷却水冷却部２０３０で水１を大気に晒すことで水１の冷却を行う第２冷凍機不使用モードとのうちのいずれかの冷却モードが択一的に実行される。ここで、冷却水冷却部２０３０は、本来、第２冷凍機２０２が使用されるときに、第２冷凍機２０２から送られてくる水を、送風機で取り込んだ外気と接触させ、水の気化熱を利用して温度を下げる冷却に使用される図３の説明で上述した冷却水冷却部である。
【００５８】
図８の冷却システム２０００では、このような２つの冷却モードの切替を実行するために、第２冷凍機２０２と第２タンク２０１との間に上流側モード切替バルブ５１が備えられており、第２冷凍機２０２と第２ポンプ２０４との間に下流側モード切替バルブ５２が備えられている。これら上流側モード切替バルブ５１および下流側モード切替バルブ５２は、第３給水路２０３ｂによって、それぞれ、第２冷却塔２０３とつながっている。上流側モード切替バルブ５１は、各ラック１００の熱交換器（図４の熱交換器１００ａや図５の熱交換器１００ｂ）から第２ポンプ２０４を経由して流れてきた水１の流入先を、第２冷凍機２０２と第２冷却塔２０３とに切り替えるバルブであり、下流側モード切替バルブ５２は、各ラック１００の熱交換器（図４の熱交換器１００ａや図５の熱交換器１００ｂ）に向かう水１の流出元を第２冷凍機２０２と第２冷却塔２０３とに切り替えるバルブである。ここで、上流側モード切替バルブ５１が第２冷凍機２０２側に切り替えられているときには下流側モード切替バルブ５２も第２冷凍機２０２側に切り替えられ、上流側モード切替バルブ５１が第２冷却塔２０３側に切り替えられているときには下流側モード切替バルブ５２も第２冷却塔２０３側に切り替えられる。このように上流側モード切替バルブ５１の切替と下流側モード切替バルブ５２の切替とが同期して行われることで、水１の流路が常に確保されることとなる。
【００５９】
また、図８の冷却システム２０００には、第２冷凍機２０２と第２冷却塔２０３とをつなぐ第２給水路２０３ａの開閉を行う２つの開閉バルブ５４が設けられている。これら２つの開閉バルブ５４のうち、図の左側の開閉バルブ５４は、第２冷凍機２０２から第２冷却塔２０３に向かう冷却水１ｃの流れの解放・停止を担当しており、図の右側の開閉バルブ５４は、第２冷却塔２０３から第２冷凍機２０２に向かう冷却水１ｃの流れの解放・停止を担当している。これら２つの開閉バルブ５４は、上流側モード切替バルブ５１および下流側モード切替バルブ５２が第２冷凍機２０２側に切り替えられているときには、第２給水路２０３ａを開放するように制御され、上流側モード切替バルブ５１および下流側モード切替バルブ５２が第２冷却塔２０３側に切り替えられているときには、、第２給水路２０３ａを閉鎖するするように制御される。
【００６０】
図８の冷却システム２０００には、大気の温度を測定する温度計５３が備えられており、温度計５３による大気温度の測定結果は、モード制御回路５０に送られ、モード制御回路５０は、その測定温度に応じて、上流側モード切替バルブ５１および下流側モード切替バルブ５２の切替や、２つの開閉バルブ５４による第２給水路２０３ａの開閉の制御を実行する。
【００６１】
次に、上流側モード切替バルブ５１および下流側モード切替バルブ５２の切替や、２つの開閉バルブ５４による第２給水路２０３ａの開閉の制御の流れについて説明する。
【００６２】
図９は、上流側モード切替バルブ５１および下流側モード切替バルブ５２の切替や、２つの開閉バルブ５４による第２給水路２０３ａの開閉の制御の流れを表すフローチャートである。
【００６３】
図８の温度計５３により大気の温度が測定されると（ステップＳ２１）、図８のモード制御回路５０は、その測定温度が所定のモード切替温度以上であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。このモード切替温度は、水１が大気に晒されることで第２冷凍機２０２による冷却と同程度の冷却が期待できる温度である。
【００６４】
測定温度が上記のモード切替温度以下である場合には（ステップＳ２２；Ｎｏ）、モード制御回路５０は、上流側モード切替バルブ５１および下流側モード切替バルブ５２を第２冷却塔２０３側に切り替える。さらに、モード制御回路５０は、２つの開閉バルブ５４に第２給水路２０３ａを閉鎖させ、第２冷凍機の稼動を停止する。これにより、この冷却システム２０００では、第２冷凍機を使用しないで水１の冷却を行う第２冷凍機不使用モードに冷却モードが切り替わる（ステップＳ２５）。このとき、水１は、図８の濃い１点鎖線の向きに第３給水路２０３ｂを通って流れ、第２冷却塔２０３中の冷却水冷却部２０３０で大気に晒されて大気温度程度にまで冷却される。
【００６５】
一方、測定温度が上記のモード切替温度を越えている場合には（ステップＳ２２；Ｙｅｓ）、モード制御回路５０は、上流側モード切替バルブ５１および下流側モード切替バルブ５２を第２冷凍機２０２側に切り替える。さらに、モード制御回路５０は、２つの開閉バルブ５４に第２給水路２０３ａを開放させ、第２冷凍機２０２を稼動させる。これにより、この冷却システム２０００では、第２冷凍機を使用して水１の冷却を行う第２冷凍機使用モードに冷却モードが切り替わる（ステップＳ２３）。このとき、水１は、第２冷凍機２０２を経由して図８の濃い２点鎖線の向きの向きに流れ、第２冷凍機２０２で２５℃にまで冷却される。この第２冷凍機使用モードは、所定の第２冷凍機使用モード継続時間が経過するまで（ステップＳ２４；Ｎｏ）継続される。
【００６６】
図９のフローチャートでは、１回の大気温度の測定とその結果に応じた冷却モードの切替だけが示されているが、この冷却システム２０００では、このような大気温度の測定とその結果に応じた冷却モードの切替が繰り返し行われる。すなわち、ステップＳ２５で冷却モードが第２冷凍機不使用モードに切り替わった後、および、ステップＳ２３で冷却モードが第２冷凍機使用モードに切り替えられてから所定の第２冷凍機使用モード継続時間が経過した後（ステップＳ２４；Ｙｅｓ）には、再び、大気温度の測定が行われ、以上説明したステップＳ２１、ステップＳ２２、およびステップＳ２５からなる過程か、あるいは、ステップＳ２１、ステップＳ２２、ステップＳ２３、およびステップＳ２４からなる過程が繰り返される。
【００６７】
このように、第２実施形態の冷却システム２０００では、大気温度が低くて第２冷凍機２０２の同程度の冷却が期待できるときには、第２冷凍機２０２を使用せずに第２冷凍機２０２に付随する冷却塔２０３において水１を大気に晒すことで水１の冷却を実行する。こうすることで、第２実施形態の冷却システム２０００では、第１実施形態で上述した２つの第１冷凍機１０２と第２冷凍機２０２とを切り替えることによる省電化に加え、第２冷凍機２０２の使用しないことによる省電化も実現されている。
【００６８】
また、測定温度が上記のモード切替温度を越えている場合には、所定の第２冷凍機使用モード継続時間の間、第２冷凍機２０２が使用されることで、電子機器１０の冷却用の水として、温度が２５℃に維持された水が安定して供給されることとなる。
【００６９】
以上が実施形態の説明である。
【００７０】
以上説明した第１実施形態および第２実施形態では、ラック１００内の電子機器１０の発熱量を検出する手段として、ラック１００内に温度センサ４３が備えられていたが、上述した基本形態では、温度センサ４３がラック１００の近くに備えられていてラック１００から排気される空気の温度を温度センサ４３が測定することで、ラック１００内の電子機器１０の発熱量が検出されるものであってもよい。また、特に直接冷却方式の場合、電子機器で発生した熱はほとんど空気へ流出しないことから、ラック内部および近傍の空気温度を測定しても機器発熱はわからない場合があるため、水流入路４１a、水流出路４２a内部に温度センサを設置して、それぞれの配管内部の水温を測定して、その温度差から発熱量を算出・検知されるものであってもよい。また、温度センサ４３の代わりに、電子機器１０内の主要な発熱源となる発熱体の消費電力を検出するワットメータの検出結果を通じて電子機器１０の発熱量が検出されてもよい。
【００７１】
また、以上説明した第１実施形態および第２実施形態では、温度センサ４３と切替制御回路４０とは、別個のものとなっていたが、温度センサ４３と切替制御回路４０とは一体化されていてもよい。特に、これら一体化された温度センサ４３と切替制御回路４０が、さらに、上流側バルブ４１、あるいは、下流側バルブ４２と一体化されていてもよい。
【００７２】
ここで、以上説明した第１実施形態と第２実施形態の２つの実施形態を踏まえて、上述した冷却システムの基本形態に対する好ましい形態について説明する。
【００７３】
上述した情報記憶装置の基本形態において、「上記複数台の冷却機のうちの少なくとも１台の冷却機が、上記冷媒の流入を受け、上記冷媒とは異なる他の冷媒の相変化により、上記第一の冷媒から熱を奪うことにより、上記冷媒の冷却を行う冷凍機と、上記他の冷媒の凝縮部で排出される熱を吸収した冷却水の流入を受けて、該冷却水を大気に晒し該冷却水の温度を下げて上記冷凍機に戻す冷却塔と、上記冷凍機と上記冷却塔との間の上記冷却水の往復路を開閉する開閉バルブと、上記熱交換器を通過する上記冷媒が水であって、該熱交換器から戻ってきた冷媒としての水の流入先を上記冷凍機と上記冷却塔とに切り替えるとともに上記熱交換器に向かう冷媒としての水の流出元を上記冷凍機と上記冷却塔とに切り替える第２の切替バルブと、大気温度を測定する温度センサと、上記温度センサにより測定された大気温度に応じて、閾値以下の大気温度の場合に上記開閉バルブを閉じるとともに上記第２の切替バルブを上記冷却塔側に切り替え、該閾値を超える大気温度の場合に上記開閉バルブを開くとともに上記第２の切替バルブを上記冷凍機側に切り替える冷却モード切替制御手段とを備えた」という形態は好ましい形態である。
【００７４】
このような形態によれば、大気温度が閾値以下であるために冷媒を大気に晒すことによる充分な冷却効果が期待されるときには、冷凍機を使用せずに冷凍機に付随する冷却塔で大気に晒すことで水の冷却を実行する。このように冷凍機を使用せずに大気に晒して自然冷却を行うことで、さらなる省電化が実現する。上述の第２実施形態では、大気温度がモード切替温度未満である場合には、第２冷凍機２０２を使用せずに第２冷凍機２０２に付随する冷却塔２０３において水１を大気に晒すことで水１の冷却が実行されており、上記の好ましい形態が実現している。ここで、第２実施形態の上流側モード切替バルブ５１および下流側モード切替バルブ５２を合わせたものが、上記の好ましい形態における第２の切替バルブの一例に相当している。また、第２実施形態の温度計５３が、上記の好ましい形態における温度センサの一例に相当し、第２実施形態のモード制御回路５０が、上記の好ましい形態における冷却モード切替制御手段の一例に相当する。
【００７５】
また、上述した情報記憶装置の基本形態において、「上記複数の冷却対象のうちの少なくとも１つが、動作により発熱する発熱電子部品を内蔵したものであって、上記複数の熱交換器のうちの上記電子機器を冷却対象とする熱交換器が、上記発熱電子部品に接して配置され該発熱電子部品から発せられた熱を該熱交換器内を通過する冷媒に吸収させるものである」という形態は好ましい形態である。
【００７６】
このような形態によれば、熱交換器が発熱電子部品に接してその熱交換器内を通過する冷媒が発熱電子部品の熱を吸収することで、電子機器の冷却が効果的に行われる。上述の第１実施形態および第２実施形態では、図４に示すように熱交換器１００ａが電子機器１０内部の発熱体１０ａ（発熱する電子回路）に接し、熱交換器１００ａを通過する水１によって発熱体１０ａの熱が吸収されており、熱交換器が発熱電子部品に接している上記の好ましい形態が実現している。
【００７７】
また、上述した情報記憶装置の基本形態において、「上記複数の熱交換器のうちの少なくとも１つが、対応する冷却対象が置かれた環境の空気の熱を吸収することによって該冷却対象の熱を間接的に吸収するものである」という形態は好ましい形態である。
【００７８】
このような形態によれば、冷却対象中に発熱源が複数存在する場合にでも、冷却対象が置かれた環境の空気の熱を吸収することにより、効率良く冷却対象の冷却が実行される。上述の第１実施形態および第２実施形態では、図５に示すように熱交換器１００ｂがラック１００内で電子機器１０から排出される空気から熱を吸収しており、熱交換器が環境の空気の熱を吸収する上記の好ましい形態が実現している。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】従来の冷却システムの一例が適用されている状況を表した模式図である。
【図２】冷凍機で冷却されて流出する水の温度と、その際の水の冷却に要する消費電力との関係を表した図である。
【図３】第１実施形態の冷却システムの全体構成図である。
【図４】直接冷却方式が採用されているラックを示した図である。
【図５】間接冷却方式が採用されているラックを示した図である。
【図６】上流側バルブおよび下流側バルブの切替制御を行う機構を表した図である。
【図７】上流側バルブおよび下流側バルブの切替制御の流れを表すフローチャートである。
【図８】第２実施形態の冷却システムの全体構成図である。
【図９】上流側モード切替バルブおよび下流側モード切替バルブの切替や、２つの開閉バルブによる第２給水路の開閉の制御の流れを表すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８０】
１  水
１ｂ  内部冷媒
１ｃ  冷却水
１ｄ  凝縮部
１０  電子機器
１０ａ  発熱体
４０  切替制御回路
４１  上流側バルブ
４１ａ  水流入路
４２  下流側バルブ
４２ａ  水流出路
４３  温度センサ
５０  モード切替回路
５１  上流側モード切替バルブ
５２  下流側モード切替バルブ
５３  温度計
５４  開閉バルブ
１００  ラック
１００ａ，１００ｂ  熱交換器
１０１’  タンク
１０１  第１タンク
１０２’  冷凍機
１０２  第１冷凍機
１０３’  冷却塔
１０３  第１冷却塔
１０３ａ  第１給水路
１０４’  ポンプ
１０４  第１ポンプ
１０４ａ’  循環路
１０４ａ  第１循環路
２００  収容室
２０１  第２タンク
２０２  第２冷凍機
２０３  第２冷却塔
２０３ａ  第２給水路
２０３ｂ  第３給水路
２０４  第１ポンプ
２０４ａ  第２循環路
３０１  空調用冷凍機
３０２  エアハンドリングユニット
１０００，２０００，１０００’  冷却システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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