(57)【要約】【課題】  サーバ室の過剰な除湿を防ぎ、高い信頼性を可能にし、省エネルギー化を行い、冷却ムラの発生も防ぐことができる冷却システムを提供する。【解決手段】  外気のエネルギーおよび電気等のエネルギーの中の少なくとも前者のエネルギーで冷水を冷却する熱源システム１０と、熱源システム１０からの熱を利用する２段構成の熱交換器２１、２２で、冷水と環気との熱交換をする空調機２０と、熱交換器２１、２２と熱源システム１０との間で熱源水を循環させる冷水ポンプ１１Ｄ２、１２Ｄ２とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外気のエネルギーおよび電気等のエネルギーの中の少なくとも前者のエネルギーで熱源水を冷却する熱源手段と、
前記熱源手段からの熱を利用する２段構成の熱交換器で、熱源水と空調室からの還気との熱交換をする熱交換手段と、
前記熱源水を前記熱交換手段と前記熱源手段との間で循環させる送水手段と、
を備えることを特徴とする冷却塔利用の空調熱源システム。
【請求項２】
前記熱源手段は、外気のエネルギーを利用する第１の熱源装置と、外気のエネルギーまたは電気等のエネルギーを外気温度に応じて切り替えて利用する第２の熱源装置とを備え、前記第１および第２の熱源装置を用いて熱源水を冷却する、
ことを特徴とする請求項１に記載の冷却塔利用の空調熱源システム。
【請求項３】
前記熱源手段は、前記第１の熱源装置からの熱源水を前記熱交換手段の前段の前記熱交換器に供給し、前記第２の熱源装置からの熱源水を後段の前記熱交換器に供給する、
ことを特徴とする請求項２に記載の冷却塔利用の空調熱源システム。
【請求項４】
前記熱源手段は、前記第１の熱源装置で冷却した熱源水を、前記第２の熱源装置で冷却して前記熱交換手段に供給し、
前記熱交換手段は、前記熱源手段の第２の熱源装置からの熱源水を後段の前記熱交換器に供給し、後段の前記熱交換器で冷熱が奪われた熱源水を前段の前記熱交換器に供給する、
ことを特徴とする請求項２に記載の冷却塔利用の空調熱源システム。
【請求項５】
前記熱源手段の第２の熱源装置は、外気湿球温度が所定値より低いと、外気のエネルギーを利用して熱源水を冷却し、外気湿球温度が所定値より高いと、電気等のエネルギーを利用して熱源水を冷却する、
ことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の冷却塔利用の空調熱源システム。
【請求項６】
前記熱源手段の第２の熱源装置は、低負荷により還気の温度が低いと、外気のエネルギーを利用して熱源水を冷却し、高負荷により還気の温度が高いと、電気等のエネルギーを利用して熱源水を冷却する、
ことを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の冷却塔利用の空調熱源システム。
【請求項７】
前記第１および第２の熱源装置は、給水された水の散水により熱源水を冷却する密閉式および熱源水の蒸発により熱源水を冷却する開放式を切り替えて、熱源水を冷却し、
前記第１および第２の熱源装置の少なくとも一方に対する給水が止まったときに、断水になった熱源装置は、密閉式の冷却と電気等のエネルギーとを利用して熱源水を冷却する、
ことを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の冷却塔利用の空調熱源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、建物内の室温等を調整する空調に供され、熱媒を冷却して供給する空調熱源システムに関に関する。
【背景技術】
【０００２】
空調システムは各種の分野で用いられており、例えば、データーセンターのサーバ室でも使用されている。サーバ室には、サーバを収納するラックが縦横に設置されている。ＩＴ（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）機器の高性能化により、機器のエネルギー消費量が増えている。サーバ室でも、サーバを収納するラック１台の熱負荷が２０〜３０ｋＷになると予想されている。サーバ室では、サーバなどのような熱負荷に応じた空調として、床吹出空調が行われている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この空調システムを図１９に示す。この空調システムは空調機１０１を備え、空調機１０１は冷却コイル１０２と送風機１０３とを備えている。冷却コイル１０２は直膨式でありサーバ室Ｍの外部に設置されている室外機１０４と冷媒配管１０５で結ばれている。サーバ１０６からの排気は、二重床の床下チャンバ１０７を通じてサーバ１０６下部の開口部１０８より供給された空気と、サーバ室Ｍの床面Ｆの開口部１０９から機器室Ｍ内へ吹き出された空気との混合空気である。
【０００４】
こうした空調システムで、省エネルギーを志向した運転のバリエーションの豊富さから、熱媒として水を用いることが考えられる。その場合、電気エネルギーを利用して冷却をする冷凍機とポンプが、室外機１０４の代わりに用いられ、フロン系冷媒の代わりに水が熱媒となる。最近では、自然エネルギーの活用のために、フリークーリングを冬季に利用するシステムもある（例えば、特許文献２参照。）。この冷水製造システムは、図２０に示すように、外気を利用する冷却塔１２１と、熱交換器１２２と、電気エネルギーを利用する冷凍機１２３と、負荷側の熱交換器１２４とを備えている。さらに、冷水製造システムは、冷却水ポンプ１３１、１３２と、バルブ１４１〜１５０を備えている。この冷水製造システムでは、図１９の冷却コイル１０２に相当するものが、負荷側の熱交換器１２４である。そして、冷却塔１２１または冷凍機１２３で製造した冷水で空調を行う。
【０００５】
図２０の冷水製造システムを空調システムに用いた場合、夏季にはバルブ１４１〜１５０を開閉して、図２１に示す流路ＦＬ１０１、ＦＬ１０２を形成する。冷却塔１２１で製造された冷却水は、流路ＦＬ１０１を流れて、冷凍機１２３で利用される。冷凍機１２３で製造された冷水は流路ＦＬ１０２を流れて、負荷側の熱交換器１２４に供給される。一方、冬季にはバルブ１４１〜１５０を開閉して、図２２に示す流路ＦＬ１０３、ＦＬ１０４を形成する。冷却塔１２１で製造された冷却水は、流路ＦＬ１０３を流れて、熱交換器１２２に送られる。そして、中間熱交換器１２２で製造された冷水は流路ＦＬ１０４を流れて、負荷側の熱交換器１２４に供給される。なお、密閉式冷却塔を用いる場合、多くは中間熱交換器１２２が省略される。
【特許文献１】特開２００３−１６６７２９号公報
【特許文献２】特開平６−２４９４７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の冷水製造システムを空調システムに用いた従来のシステムには、次の課題がある。負荷側の熱交換器１２４に例えば７℃の冷水を流し、サーバ室Ｍを循環する高温の還気、例えば４０℃の還気を急激に冷却すると、サーバ室が過剰に除湿されてしまう。この場合には、帯電による障害を防ぐために、サーバ室を加湿する必要が生じる場合がある。
【０００７】
また、従来の冷水製造システムを空調システムに用いたシステムには、次の課題がある。例えばデーターセンターのサーバ室では、サーバが２４時間稼動している。したがって、サーバ室の室温管理には高い信頼性が求められる。つまり、サーバ室を冷却するために従来のシステムを用いた場合、システムの冷却塔１２１、中間熱交換器１２２や冷凍機１２３などが故障すると、室温管理に影響を及ぼすことになる。サーバ室以外の高顕熱負荷室でも事情は同じである。
【０００８】
また、従来の冷水製造システムを空調システムに用いたシステムには、次の課題がある。このシステムでは、電気エネルギーを利用する冷凍機１２３が夏季にフル稼働し、冷凍機１２３の電気エネルギー消費量が増大してしまう。
【０００９】
さらに、従来の冷水製造システムを空調システムに用いたシステムには、次の課題がある。還気を急激に冷却すると、温度分布の偏り（冷却ムラ）の発生する可能性がある。
【００１０】
この発明の目的は、前記の課題を解決し、サーバ室の過剰な除湿を防ぎ、高い信頼性を可能にし、省エネルギー化を行い、冷却ムラの発生を防ぐことができる冷却塔利用の空調熱源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】
【００１１】
前記の課題を解決するために、請求項１の発明は、外気のエネルギーおよび電気等のエネルギーの中の少なくとも前者のエネルギーで熱源水を冷却する熱源手段と、前記熱源手段からの熱を利用する２段構成の熱交換器で、熱源水と空調室からの還気との熱交換をする熱交換手段と、前記熱源水を前記熱交換手段と前記熱源手段との間で循環させる送水手段と、を備えることを特徴とする冷却塔利用の空調熱源システムである。
【００１２】
請求項１の発明では、外気のエネルギーおよび電気等のエネルギーで、または、外気のエネルギーだけで、熱源手段が熱源水を冷却する。なお、外気のエネルギーは外気の熱を指す。また、電気等のエネルギーは、自然エネルギーを除いたもの、生成や精製が人工的であるものを指す。外気熱交換手段は、熱源手段からの熱を利用する２段構成の熱交換器で、例えばサーバ室を循環する還気と熱源水との熱交換をする。この場合、２段構成の熱交換器は、一体でも別体でもよく、還気気流に沿って、異なる性状の熱源水が流れ得ればよい。そして、送水手段は熱源水を熱交換手段と熱源手段との間で循環させる。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１に記載の冷却塔利用の空調熱源システムにおいて、前記熱源手段は、外気のエネルギーを利用する第１の熱源装置と、外気のエネルギーまたは電気等のエネルギーを外気温度に応じて切り替えて利用する第２の熱源装置とを備え、前記第１および第２の熱源装置を用いて熱源水を冷却する、ことを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項２に記載の冷却塔利用の空調熱源システムにおいて、前記熱源手段は、前記第１の熱源装置からの熱源水を前記熱交換手段の前段の前記熱交換器に供給し、前記第２の熱源装置からの熱源水を後段の前記熱交換器に供給する、ことを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項２に記載の冷却塔利用の空調熱源システムにおいて、前記熱源手段は、前記第１の熱源装置で冷却した熱源水を、前記第２の熱源装置で冷却して前記熱交換手段に供給し、前記熱交換手段は、前記熱源手段の第２の熱源装置からの熱源水を後段の前記熱交換器に供給し、後段の前記熱交換器で冷熱が奪われた熱源水を前段の前記熱交換器に供給する、ことを特徴とする。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項２〜４のいずれか１項に記載の冷却塔利用の空調熱源システムにおいて、前記熱源手段の第２の熱源装置は、外気湿球温度が所定値より低いと、外気のエネルギーを利用して熱源水を冷却し、外気湿球温度が所定値より高いと、電気等のエネルギーを利用して熱源水を冷却する、ことを特徴とする。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項２〜５のいずれか１項に記載の冷却塔利用の空調熱源システムであって、前記熱源手段の第２の熱源装置は、低負荷により還気の温度が低いと、外気のエネルギーを利用して熱源水を冷却し、高負荷により還気の温度が高いと、電気等のエネルギーを利用して熱源水を冷却する、ことを特徴とする。
【００１８】
請求項７の発明は、請求項２〜６のいずれか１項に記載の冷却塔利用の空調熱源システムにおいて、前記第１および第２の熱源装置は、給水された水の散水により熱源水を冷却する密閉式および熱源水の蒸発により熱源水を冷却する開放式を切り替えて、熱源水を冷却し、前記第１および第２の熱源装置の少なくとも一方に対する給水が止まったときに、断水になった熱源装置は、密閉式の冷却と電気等のエネルギーとを利用して熱源水を冷却する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の発明によれば、室内などの還気を冷却するために、熱交換器を２段構成にしたので、１段構成の場合に比べて、サーバ室の過剰な除湿を防ぎ、帯電による障害を防ぐために、サーバ室を加湿することを不要にする。また、熱源水の冷却に際して外気のエネルギーも利用するので、電気等のエネルギーの使用を抑えて、省エネルギー化を可能にする。さらに、熱交換された還気に温度分布の偏り（冷却ムラ）の発生することを防ぐことができる。
【００２０】
請求項２の発明によれば、外気のエネルギーを利用する第１の熱源装置を常時使用するので、第２の熱源装置が電気等のエネルギーを使用する場合に、このエネルギーの使用量を抑えることを可能にする。熱源装置を２種備えることで、故障時に備えつつ豊富な運転態様を享受できる。
【００２１】
請求項３の発明によれば、外気のエネルギーを利用して冷却された熱源水を用いて、前段の熱交換器が還気の予冷をすることができる。また、これにより、熱交換された還気に温度分布の偏りが発生することを防ぐと共に後段の熱交換器の負担すなわち熱源装置の消費動力を軽減することができる。
【００２２】
請求項４の発明によれば、熱源手段では第１の熱源装置で予冷された熱源水を第２の熱源装置が冷却する。これにより、第２の熱源装置が電気等のエネルギーを使用する場合に、このエネルギーの使用量を抑えることを可能にする。かつ、熱交換手段では、後段の熱交換器で冷熱が奪われた熱源水を前段の熱交換器が使用して還気を予冷するので、熱源水を有効に活用することを可能にする。
【００２３】
請求項５の発明によれば、外気湿球温度を基にして熱源水を冷却するためのエネルギーを切り替える。これにより、例えば外気湿球温度を１２℃に設定すると、東京であれば１年の約半分の間、北海道であればさらに長い期間、外気のエネルギーを利用して熱源水を冷却するように、第２の熱源装置を設定することを可能にする。
【００２４】
請求項６の発明によれば、外気のエネルギーを利用して熱源水を冷却している場合に、低負荷から高負荷になったときには、ただちに、電気等のエネルギーを利用して熱源水を冷却し、また逆に、高負荷から低負荷になったときには、外気のエネルギーを利用して熱源水を冷却するので、負荷の変化に対応することを可能にする。
【００２５】
請求項７の発明によれば、第１の熱源装置および第２の熱源装置の少なくとも一方に対する給水が止まったときでも、冷却された熱源水を熱交換手段に供給するので、冷却塔利用の空調熱源システムの信頼性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
次に、この発明の実施の形態について、図面を用いて詳しく説明する。なお、以下の実施の形態では、データーセンターのサーバ室の空調を行う場合を例としている。
【００２７】
（実施の形態１）
この実施の形態による冷却塔利用の空調熱源システムを図１、図２および図３に示す。この冷却塔利用の空調熱源システムは、図１に示すように、サーバ室Ｍの空調に用いる冷水（熱源水）を製造する熱源設備１０と、サーバ室Ｍに設置されている空調機２０とを備え、空調機２０は熱交換器２１、２２と送風機２３とを備えている。なお、この実施の形態では、先に説明した図１９と同一もしくは同一と見なされるサーバ室Ｍの構成要素には、それと同じ参照符号を付けて、その説明を省略する。
【００２８】
熱源設備１０は、図２に示すように、熱源装置１１、１２と、バルブ１３Ａ〜１３Ｄ、１４Ａ〜１４Ｄとを主に備えている。バルブ１３Ａ〜１３Ｄ、１４Ａ〜１４Ｄは自動制御弁や手動式の弁である。熱源装置１１と熱交換器２１との間は、冷却された冷水を供給する供給管路１５Ａと、冷熱が奪われた冷水を戻す戻り管路１５Ｂとによって接続されている。供給管路１５Ａには、冷却されて供給される冷水の流れを開閉するバルブ１３Ａが取り付けられ、戻り管路１５Ｂには、戻っていく冷水の流れを開閉するバルブ１３Ｂが取り付けられている。
【００２９】
同じように、熱源装置１２と熱交換器２２との間は、供給管路１６Ａと戻り管路１６Ｂとによって接続されている。供給管路１６Ａには、バルブ１４Ａが取り付けられ、戻り管路１６Ｂにはバルブ１４Ｂが取り付けられている。
【００３０】
また、バルブ１３Ａの上流側の供給管路１５Ａとバルブ１４Ａの下流側の供給管路１６Ａとの間には、熱源装置１１から供給される冷水を流すための分岐管路１５Ｃが接続されている。分岐管路１５Ｃには、供給される冷水を開閉するバルブ１４Ｃが取り付けられている。バルブ１３Ｂの上流側の戻り管路１５Ｂとバルブ１４Ｂの下流側の戻り管路１６Ｂには、冷熱が奪われて戻る冷水を流すための分岐管路１５Ｄが接続されている。分岐管路１５Ｄには、戻っていく冷水を開閉するバルブ１３Ｄが取り付けられている。
【００３１】
同じように、バルブ１４Ａの上流側の供給管路１６Ａとバルブ１３Ａの下流側の供給管路１５Ａとの間には、分岐管路１６Ｃが接続されている。分岐管路１６Ｃには、バルブ１３Ｃが取り付けられている。バルブ１４Ｂの上流側の戻り管路１６Ｂとバルブ１３Ｂの下流側の戻り管路１５Ｂとの間には、分岐管路１６Ｄが接続されている。分岐管路１６Ｄには、バルブ１４Ｄが取り付けられている。
【００３２】
バルブ１３Ｃおよび分岐管路１６Ｃと、バルブ１３Ｄおよび分岐管路１５Ｄとは、熱源装置１１の条件に応じた切替をする際に用いられる。同じように、バルブ１４Ｃおよび分岐管路１５Ｃと、バルブ１４Ｄおよび分岐管路１６Ｄとは、熱源装置１２の条件に応じた切替をする際に用いられる。
【００３３】
熱源設備１０は、バルブ１３Ａ〜１３Ｄおよびバルブ１４Ａ〜１４Ｄの切り替えによって、２通りの運転モードを持つ。１つは通常運転モードである。通常運転モードでは、バルブ１３Ａ〜１３Ｄを、
バルブ１３Ａ、バルブ１３Ｂ…開
バルブ１３Ｃ、バルブ１３Ｄ…閉
の状態にする。また、バルブ１４Ａ〜１４Ｄを、
バルブ１４Ａ、バルブ１４Ｂ…開
バルブ１４Ｃ、バルブ１４Ｄ…閉
の状態にする。これにより、熱源装置１１からの冷却された冷水が、空調機２０の熱交換器２１に供給され、熱交換器２１で冷熱が奪われた冷水が熱源装置１１に戻る。同じように、熱源装置１２からの冷却された冷水が空調機２０の熱交換器２２に供給され、熱交換器２２で冷熱が奪われた冷水が熱源装置１２に戻る。
【００３４】
熱源設備１０による残りの運転モードは、バックアップ運転モードである。この運転モードは、熱源装置１１や熱源装置１２の不具合に対応するためのものであり、各装置の不具合に応じてバルブ１３Ａ〜１３Ｄとバルブ１４Ａ〜１４Ｄとの開閉を切り替える。例えば、熱源装置１２が故障して冷水が供給停止になると、
バルブ１４Ａ、バルブ１４Ｂ…閉
バルブ１４Ｃ、バルブ１４Ｄ…開
の状態にする。こうすることで、熱源装置１１からの冷却された冷水が熱交換器２２にも供給される。
【００３５】
熱源装置１１は、図３に示すように、冷却塔１１Ａ、中間熱交換器１１Ｂ、冷凍機１１Ｃ、冷水ポンプ１１Ｄ１、１１Ｄ２、バルブ１１Ｅ１〜１１Ｅ４を主に備えている。さらに、冷凍機１１Ｃは、凝縮器１１Ｃ１と蒸発器１１Ｃ２とを備えている。バルブ１１Ｅ１〜１１Ｅ４は自動制御弁や手動式の弁である。
【００３６】
冷却塔１１Ａは、空調機２０からの冷熱が奪われた冷却水（熱源水）を外気によって冷却する、フリークーリングを利用した装置である。一般に、冷却塔には、開放式と密閉式とがある。開放式の冷却塔は、図４（ａ）に示すように、冷熱が奪われた冷却水を合成樹脂製のシートである充填材に散布する。このとき、充填材に風を当てることにより、冷却水の一部を蒸発して、冷却水を冷却する。一方、密閉式の冷却塔は、図４（ｂ）に示すように、冷熱が奪われた冷却水を冷却コイルに流す。冷却コイルには、外部から供給されてポンプによって循環される補給水が散布され、さらに、冷却コイルに風を当てる。これにより、補給水が蒸発して冷却コイルを冷やし、冷却水を冷却する。この実施の形態では、中間熱交換器１１Ｂ、１２Ｂを採用し冷却塔１１Ａとして開放式を示す。
【００３７】
中間熱交換器１１Ｂは、冷却塔１１Ａからの冷却水と、空調機２０から戻って来た冷水との熱交換を行う装置である。冷凍機１１Ｃは電動式で往復圧縮式のものをここでは示す。もっとも駆動源がまたは燃料がガス・蒸気・油である吸収式冷凍機や冷温水発生機など、エネルギー源が電気以外のものを採用することも勿論できる。
【００３８】
冷却塔１１Ａと中間熱交換器１１Ｂとの間は、冷却塔１１Ａで冷却された冷却水を流すための供給管路１１Ｆ１によって接続されている。供給管路１１Ｆ１には冷水ポンプ１１Ｄ１が取り付けられ、冷水ポンプ１１Ｄ１の下流側にはバルブ１１Ｅ1が取り付けられている。中間熱交換器１１Ｂには、冷熱が奪われた冷却水を流すための戻り管路１１Ｆ２が接続され、戻り管路１１Ｆ２の先端は冷却塔１１Ａまで導かれている。バルブ１１Ｅ１の上流側の供給管路１１Ｆ１と凝縮器１１Ｃ１との間には、分岐管路１１Ｆ３が接続されている。分岐管路１１Ｆ３には、バルブ１１Ｅ２が取り付けられている。戻り管路１１Ｆ２と凝縮器１１Ｃ１との間には、分岐管路１１Ｆ４が接続されている。
【００３９】
中間熱交換器１１Ｂには、冷却された冷水を流すための供給管路１１Ｆ５が接続されている。供給管路１１Ｆ５には、冷水ポンプ１１Ｄ２が取り付けられている。冷水ポンプ１１Ｄ２の下流側の供給管路１１Ｆ５は、供給管路１５Ａに連結されている。また、中間熱交換器１１Ｂには、冷熱が奪われた冷水を流すための戻り管路１１Ｆ６が接続されている。戻り管路１１Ｆ６は、戻り管路１５Ｂに連結されている。
【００４０】
冷水ポンプ１１Ｄ２の上流側の供給管路１１Ｆ５と蒸発器１１Ｃ２との間は、冷却された冷水を流すための分岐管路１１Ｆ７が接続されている。戻り管路１１Ｆ６と蒸発器１１Ｃ２との間には、冷熱が奪われた冷水を流すための分岐管路１１Ｆ８が接続され、分岐管路１１Ｆ８には、バルブ１１Ｅ４が取り付けられている。
【００４１】
こうした構成の熱源装置１１は、冬季と夏季のように、低温の季節と高温の季節に応じて２通りの運転モードがある。この実施の形態では、外気の温度として外気湿球温度１２℃を境界とし、外気湿球温度１２℃より高温の季節を夏季とし、外気湿球温度１２℃より低温の季節を寒季とする。
【００４２】
熱源装置１１は、寒季運転モードになると、バルブ１１Ｅ１〜１１Ｅ４を、
バルブ１１Ｅ１、バルブ１１Ｅ３…開
バルブ１１Ｅ２、バルブ１１Ｅ４…閉
冷水ポンプ１１Ｄ１          …オン
冷水ポンプ１１Ｄ２          …オン
の状態にする。これにより、図５に示すように、冷却塔１１Ａからの冷却水は、冷水ポンプ１１Ｄ１により流路ＦＬ１１を流れ、空調機２０からの冷水は冷水ポンプ１１Ｄ２により流路ＦＬ１２を流れる。中間熱交換器１１Ｂにおいて、冷却塔１１Ａからの冷却された冷却水と、空調機２０で冷熱が奪われた冷水との熱交換が行われ、冷却された冷水が空調機２０に供給される。つまり、熱源装置１１は、寒季運転モードで、外気の冷熱（自然エネルギー）を利用したフリークーリングにより、空調機２０で冷熱が奪われた冷水を冷却して、冷水を製造している。
【００４３】
例えば、充填材の表面積が大きい場合や充填材の密度が高い場合には図６に示すように、外気の外気湿球温度が低下すると、冷却塔１１Ａの出口から排出される冷却水の水温が大幅に低下する。具体的には、外気湿球温度が２７℃であり、負荷率が１００である場合、冷却塔１１Ａに戻される冷却水の温度が３２℃で、冷却塔１１Ａから排出される冷却水の温度が２８℃になる。これに対して、外気湿球温度が５℃になると、冷却塔１１Ａに戻される冷却水の温度が１８℃で、冷却塔１１Ａから排出される冷却水の温度が８．５℃になる。フリークーリングを利用する冷却塔１１Ａは、寒季と夏季との両方でこのように冷却水を製造するが、特に寒季に有効である。
【００４４】
熱源装置１１は、夏季運転モードになると、バルブ１１Ｅ１〜１１Ｅ４を、
バルブ１１Ｅ１、バルブ１１Ｅ３…閉
バルブ１１Ｅ２、バルブ１１Ｅ４…開
冷水ポンプ１１Ｄ１          …オン
冷水ポンプ１１Ｄ２          …オン
の状態にする。これにより、図７に示すように、冷却塔１１Ａからの冷却水は、冷水ポンプ１１Ｄ１により流路ＦＬ１３を流れ、空調機２０からの冷水は冷水ポンプ１１Ｄ２により流路ＦＬ１４を流れる。冷却塔１１Ａで冷却された冷却水は、冷凍機１１Ｃの凝縮器１１Ｃ１を冷却するために用いられ、蒸発器１１Ｃ２で冷却された冷水が空調機２０に供給される。つまり、夏季運転モードでは、冷却水と電気エネルギーを利用して冷水を冷却し、冷水を製造している。
【００４５】
熱源装置１２は、熱源装置１１と同様である。つまり、熱源装置１２は、冷却塔１２Ａ、中間熱交換器１２Ｂ、冷凍機１２Ｃ、冷水ポンプ１２Ｄ１、１２Ｄ２、バルブ１２Ｅ１〜１２Ｅ４を主に備え、冷凍機１２Ｃは、凝縮器１２Ｃ１と蒸発器１２Ｃ２とを備えている。そして、冷却塔１２Ａ〜冷水ポンプ１２Ｄ１、１２Ｄ２およびバルブ１２Ｅ１〜１２Ｅ４は、供給管路１２Ｆ１、戻り管路１２Ｆ２、分岐管路１２Ｆ３、１２Ｆ４、供給管路１２Ｆ５、戻り管路１２Ｆ６、分岐管路１２Ｆ７、１２Ｆ８によって相互に接続されている。
【００４６】
空調機２０は、先の図２に示すように、２段構成の熱交換器２１、２２と送風機２３とを備えている。送風機２３は空気を送風する。これにより、サーバ室Ｍ内の空気が熱交換器２１から熱交換器２２に向かって流れる還気が発生する。熱交換器２１は、サーバ室Ｍの還気の温度Ｔｅｐ１を温度Ｔｅｐ２に下げ、熱交換器２２は、熱交換器２１からの還気の温度Ｔｅｐ２を温度Ｔｅｐ３に下げる。さらに、熱交換器２２からの温度Ｔｅｐ３の還気は、サーバ室Ｍの二重床の床下チャンバ１０７に供給される。空調機２０の熱交換構造を２段構成にしたのは、サーバ室Ｍの過剰な除湿を防ぎ、また、冷却ムラを防ぐためである。空調機２０の熱交換構造を１段構成にした場合に、低温の冷水を熱交換器に送って、サーバ室Ｍの高温の還気を急激に冷却すると、サーバ室Ｍを過剰に除湿し、また、還気に対して温度分布の偏り（冷却ムラ）が発生する。これに対して、空調機２０の熱交換構造を２段構成にすると、サーバ室Ｍの高温の還気を順に冷却するので、サーバ室Ｍの過剰な除湿を防ぎ、また、冷却ムラの発生を防ぐことができる。
【００４７】
なお、２段構成の熱交換器２１、２２は、一体型または別体型のどちらも空調機２０に使用可能である。つまり、サーバ室Ｍの還気気流に沿って、異なる性状の冷水が流れればよい。
【００４８】
次に、この実施の形態による冷却塔利用の空調熱源システムの動作について説明する。熱源装置１１および熱源装置１２が正常である場合、バルブ１３Ａ、１３Ｂを開き、かつ、バルブ１３Ｃ、１３Ｄを閉じた通常運転モードにより、熱源装置１１を空調機２０の熱交換器２１に接続する。同時に、四季を通して常時、熱源装置１１が寒季運転モードで運転されている。つまり、図８に示すように、熱源装置１１は、フリークーリングによって冷水を製造し、流路ＦＬ２１により、空調機２０の熱交換器２１に冷水を供給している。
【００４９】
また、通常運転モードにより、バルブ１４Ａ、１４Ｂを開き、かつ、バルブ１４Ｃ、１４Ｄを閉じて、熱源装置１２を空調機２０の熱交換器２２に接続する。同時に、熱源装置１２は、外気の温度に応じて寒季運転モードまたは夏季運転モードで運転されている。つまり、空調機２０は、寒季にフリークーリングで冷水を製造し、流路ＦＬ２２により、空調機２０の熱交換器２２に冷水を供給し、夏季に冷却水と冷凍機１２Ｃで冷水を製造して熱交換器２２に供給する。
【００５０】
なお、寒季であっても、高負荷により還気の温度が上昇する場合には、夏季運転モードで冷水を製造する。また、夏季であっても、低負荷により還気の温度が低い場合には、寒季運転モードで冷水を製造する。
【００５１】
空調機２０では、送風機２３によって、サーバ室Ｍの高温の還気が熱交換器２１に送られる。熱交換器２１は、熱源装置１１からの冷水と還気との熱交換を行い、サーバ室Ｍの高温の還気を前もって冷却する。熱交換器２１で予冷された還気は、後段の熱交換器２２によって、さらに冷却される。つまり、サーバ室Ｍの高温の還気は、空調機２０の２段構成の熱交換器２１、２２によって、段階的に冷却される。
【００５２】
例えば、寒季の場合、外気湿球温度が１２℃であるとき、熱源装置１１の冷却塔１１Ａは、１７℃の冷却水を中間熱交換器１１Ｂに供給する。中間熱交換器１１Ｂは、空調機２０の熱交換器２１からの２３℃の、冷熱が奪われた冷水と、１７℃の冷却水との熱交換をし、１９℃の冷水を製造する。同時に、冷熱が奪われた冷却水は、温度が１７℃から２１℃に上昇する。冷熱が奪われて２１℃になった冷却水は、１２℃の外気を利用して冷却を行う冷却塔１１Ａによって、再び１７℃に冷却される。
【００５３】
中間熱交換器１１Ｂで製造された１９℃の冷水は、空調機２０の熱交換器２１に供給される。熱交換器２１は、サーバ室Ｍの３５℃の還気と１９℃の冷水との熱交換を行い、２３．５℃の還気を熱交換器２２に送る。同時に、熱交換器２１の熱交換によって温度が２３℃に上昇した冷水は、熱源装置１１の中間熱交換器１１Ｂに戻される。
【００５４】
一方、外気湿球温度が１２℃であるとき、熱源装置１２の冷却塔１２Ａは、１７℃の冷却水を中間熱交換器１２Ｂに供給する。中間熱交換器１２Ｂは、空調機２０の熱交換器２２からの２０℃の、冷熱が奪われた冷水と、１７℃の冷却水との熱交換をし、１９℃の冷水を製造する。同時に、冷熱が奪われた冷却水は、温度が１７℃から１８℃に上昇する。冷熱が奪われて１８℃になった冷却水は、１２℃の外気を利用して冷却を行う冷却塔１２Ａによって、再び１７℃に冷却される。
【００５５】
中間熱交換器１２Ｂで製造された１９℃の冷水は、空調機２０の熱交換器２２に供給される。熱交換器２２は、熱交換器２１からの２３．５℃の還気と１９℃の冷水との熱交換を行い、２０℃の還気をサーバ室Ｍの床下チャンバ１０７に送る。同時に、熱交換器２２の熱交換によって温度が２０℃に上昇した冷水は、熱源装置１２の中間熱交換器１２Ｂに再び戻される。
【００５６】
ところで、夏季の場合、外気湿球温度が２７℃であるとき、熱源装置１１の冷却塔１１Ａは、２９℃の冷却水を中間熱交換器１１Ｂに供給する。中間熱交換器１１Ｂは、空調機２０の熱交換器２１からの３７℃の、冷熱が奪われた冷水と、２９℃の冷却水との熱交換をし、３２℃の冷水を製造する。同時に、冷熱が奪われた冷却水は、温度が２９℃から３４℃に上昇する。冷熱が奪われて３４℃になった冷却水は、２７℃の外気を利用して冷却を行う冷却塔１１Ａによって、再び２９℃に冷却される。
【００５７】
中間熱交換器１１Ｂで製造された３２℃の冷水は、空調機２０の熱交換器２１に供給される。熱交換器２１は、サーバ室Ｍの４０℃の還気と３２℃の冷水との熱交換を行う。この熱交換で温度が３４℃に上昇した冷水は、熱源装置１１の中間熱交換器１１Ｂに再び戻される。
【００５８】
一方、外気湿球温度が２７℃であるとき、熱源装置１２の冷却塔１２Ａは、冷凍機１２Ｃの凝縮器１２Ｃ１に２９℃の冷却水を供給する。凝縮器１２Ｃ１は、冷媒を液化する際の発熱を冷却するために、この冷却水を利用する。冷凍機１２Ｃは、蒸発器１２Ｃ２が製造した１７℃の冷水を、空調機２０の熱交換器２２に供給する。熱交換器２２は、熱交換器２１からの、予冷された還気と１７℃の冷水との熱交換を行い、２０℃の還気をサーバ室Ｍの床下チャンバ１０７に送る。同時に、熱交換器２２の熱交換によって温度が２０℃に上昇した冷水は、熱源装置１１の中間熱交換器１１Ｂに再び戻される。
【００５９】
ところで、熱源設備１０の熱源装置１１および熱源装置１２の一方に不具合が発生すると、バルブ１３Ａ〜１３Ｄと、バルブ１４Ａ〜１４Ｄとを切り替え、バックアップ運転モードを行う。もし、熱源設備１０が単一の熱源装置を備え、この装置が故障したときには、冷水の供給が止まる場合もある。しかし、熱源設備１０は、熱源装置１１および熱源装置１２を備え、バックアップ運転モードになることにより、冷水の供給を継続して行う。
【００６０】
こうして、この実施の形態によれば、空調機２０の熱交換器２２の前段に熱交換器２１を設け、サーバ室Ｍの高温の還気を予冷することにより、サーバ室Ｍの還気を冷却する際に、サーバ室Ｍの過剰な除湿を防ぐことができる。
【００６１】
また、この実施の形態によれば、熱源設備１０が熱源装置１１および熱源装置１２を備えて冗長系を構成しているので、熱源装置１１または熱源装置１２に不具合が発生しても、バックアップ運転モードにより、熱源装置の不具合に応じた対処が行われる。これにより、空調機２０に対する冷水の供給が停止することがない。したがって、サーバ室の室温管理の信頼性を高めることができる。
【００６２】
また、この実施の形態によれば、熱源装置１１は、フリークーリングにより、空調機２０の熱交換器２１から戻された冷水を冷却する。後段の熱源装置１２は、寒季運転モードまたは夏季運転モードで運転されるが、夏季において、空調機２０の熱交換器２１で予冷された還気を熱交換器２２が冷却するので、熱交換器２２で冷熱が奪われた冷水の温度上昇を低く抑えることができる。これにより、熱源装置１２による冷水の製造の際に消費される電気エネルギーを抑え、省エネルギー化することができる。
【００６３】
例えば、外気湿球温度が図９に示すように分布している場合（東京のケース）、１２℃以下で寒季運転モードを使用するとき、熱源装置１２を寒季運転モードとして使用することの可能な期間が１年の１／２になり、省エネルギー化が可能になる。また、北海道のような地域では、寒季運転モードと夏季運転モードとの境界を１２℃に設定することにより、熱源装置１２を寒季運転モードとして使用する期間がさらに長くなり、大幅な省エネルギー化が可能になる。
【００６４】
また、この実施の形態によれば、寒季であっても、高負荷により還気の温度が上昇する場合には、夏季運転モードで冷水を製造し、夏季であっても、低負荷により還気の温度が低い場合には、寒季運転モードで冷水を製造するので、負荷の変化にも対応可能である。
【００６５】
さらに、この実施の形態によれば、空調機２０の熱交換器２２の前段に熱交換器２１を設け、サーバ室Ｍの高温の還気を予冷することにより、温度分布の偏り（冷却ムラ）が発生することを防ぐことができる。
【００６６】
（実施の形態２）
実施の形態１では、サーバ室Ｍの還気を１台の空調機２０で冷却した。しかし、サーバを収納するラックの台数が増加する場合がある。この実施の形態では、こうした事態に対応するために、図１０に示すように、ｎ台の空調機２０１〜２０ｎを用いる。なお、この実施の形態では、先に説明した実施の形態１と同一もしくは同一と見なされる構成要素には、それと同じ参照符号を付けて、その説明を省略する。空調機２０１〜２０ｎは実施の形態１の空調機２０と同じである。
【００６７】
また、この実施の形態では、熱源装置１１および熱源装置１２からの冷水の供給を制御するために、バルブ１３Ａ１〜１３Ｄ１およびバルブ１４Ａ１〜１４Ｄ１、・・・、バルブ１３Ａｎ〜１３Ｄｎおよびバルブ１４Ａｎ〜１４Ｄｎが用いられている。これらのバルブは、実施の形態１のバルブ１３Ａ〜１３Ｄおよびバルブ１４Ａ〜１４Ｄと同じである。
【００６８】
こうして、この実施の形態によれば、空調機２０１〜２０ｎを増減することにより、サーバ室Ｍのラックの台数の増減に対応することが可能である。かつ、熱源装置１１または熱源装置１２が故障しても、バルブ１３Ａ１〜１３Ｄ１およびバルブ１４Ａ１〜１４Ｄ１、・・・、バルブ１３Ａｎ〜１３Ｄｎおよびバルブ１４Ａｎ〜１４Ｄｎの開閉を切り替えることにより、実施の形態１と同様に、容易に対応することを可能にする。
【００６９】
（実施の形態３）
この実施の形態では、図１１に示すように、実施の形態１の熱源装置１１、１２が密閉式・開放式兼用の冷却塔１１Ａ１１、１２Ａ１１を用いる。なお、この実施の形態では、先に説明した実施の形態１と同一もしくは同一と見なされる構成要素には、それと同じ参照符号を付けて、その説明を省略する。
【００７０】
冷却塔１１Ａ１１は熱交換器１１Ｂ１１を備えている。この冷却塔１１Ａ１１を図１２に示す。冷却塔１１Ａ１１は、ファン１１Ａ１１１、散水管１１Ａ１１２を主に備えている。そして、散水管１１Ａ１１２の散水位置には、熱交換器１１Ｂ１１が設置されている。冷却塔１１Ａ１１は、冷熱が奪われた冷却水を、熱交換器１１Ｂ１１に流すか、または散水管１１Ａ１１２に流す。
【００７１】
冷却塔１１Ａ１１は、熱交換器１１Ｂ１１に冷却水を流す場合、外部から補給される補給水Ｗを、ポンプ（図示を省略）によって熱交換器１１Ｂ１１に散布する。このときファン１１Ａ１１１が回転し、熱交換器１１Ｂ１１が冷やされ、冷却水が冷却される。なお、冷却塔１１Ａ１１は、適量の補給水Ｗを常に容器Ｕに溜めている。この適量の補給水Ｗにより、外部からの給水が止まっても、冷却塔１１Ａ１１は熱交換器１１Ｂ１１を所定時間だけ、断水前と同じように冷やすことができる。もし、補給水Ｗが無くなった場合でも、冷却塔１１Ａ１１のファン１１Ａ１１１により、熱交換器１１Ｂ１１を冷やすことが可能である。こうした冷却はフリークーリングを利用した密閉式冷却である。
【００７２】
一方、散水管１１Ａ１１２に冷却水を流す場合に、冷却塔１１Ａ１１は、補給水Ｗの散布を止める。冷却塔１１Ａ１１は、冷熱が奪われた冷却水を散水管１１Ａ１１２から散布する。このときファン１１Ａ１１１が回転し、冷却水の一部が蒸発して、冷却水が冷やされる。また、冷却塔１１Ａ１１は、蒸発した冷却水に相当する量の補給水Ｗを取り込む。こうした冷却はフリークーリングを利用した開放式冷却である。
【００７３】
このような冷却塔１１Ａ１１と熱交換器１１Ｂ１１とに対して、冷水ポンプ１１Ｄ１、１１Ｄ２と、バルブ１１Ｅ１１〜１１Ｅ１５とが接続されている。つまり、熱交換器１１Ｂ１１には、供給管路１１Ｆ１１と戻り管路１１Ｆ１２とが接続されている。供給管路１１Ｆ１１には、冷水ポンプ１１Ｄ２が接続されている。冷水ポンプ１１Ｄ２の上流側の供給管路１１Ｆ１１と、蒸発器１１Ｃ２との間は、分岐管路１１Ｆ１３によって接続され、分岐管路１１Ｆ１３にはバルブ１１Ｅ１５が接続されている。
【００７４】
戻り管路１１Ｆ１２には、バルブ１１Ｅ１３が接続され、バルブ１１Ｅ１３の下流側の戻り管路１１Ｆ１２と蒸発器１１Ｃ２との間は、分岐管路１１Ｆ１４によって接続されている。
【００７５】
一方、冷却塔１１Ａ１１の容器Ｕ（以下、単に「冷却塔１１Ａ１１」という）と凝縮器１１Ｃ１との間は、循環管路１１Ｆ１５によって接続され、循環管路１１Ｆ１５には、冷水ポンプ１１Ｄ１とバルブ１１Ｅ１４が接続されている。冷水ポンプ１１Ｄ１の上流側の循環管路１１Ｆ１５と冷水ポンプ１１Ｄ２の上流側の供給管路１１Ｆ１１との間は、分岐管路１１Ｆ１６によって接続されている。
【００７６】
凝縮器１１Ｃ１には、循環管路１１Ｆ１７が接続され、循環管路１１Ｆ１７の先端は、バルブ１１Ｅ１１を介在して散水管１１Ａ１１２に接続されている。バルブ１１Ｅ１１の下流側の循環管路１１Ｆ１７と熱交換器１１Ｂ１１との間は、分岐管路１１Ｆ１８によって接続され、分岐管路１１Ｆ１８には、バルブ１１Ｅ１２が接続されている。
【００７７】
こうした構成の熱源装置１１は、外気湿球温度１２℃より低温の季節に使用される寒季運転モードと、外気湿球温度１２℃より高温の季節に使用される夏季運転モードと、冷却塔１１Ａ１１の補給水Ｗが断水したときに使用される断水運転モードとの、３つの運転モードを持つ。
【００７８】
熱源装置１１は、寒季運転モードになると、冷却塔１１Ａ１１を密閉式冷却に切り替える。同時に、熱源装置１１は、バルブ１１Ｅ１１〜１１Ｅ１５および冷水ポンプ１１Ｄ１、１１Ｄ２を、
バルブ１１Ｅ１１、バルブ１１Ｅ１２…閉
バルブ１１Ｅ１３                …開
バルブ１１Ｅ１４、バルブ１１Ｅ１５…閉
冷水ポンプ１１Ｄ１              …オフ
冷水ポンプ１１Ｄ２              …オン
の状態にする。これにより、図１３に示すように、冷却塔１１Ａ１１の熱交換器１１Ｂ１１からの冷水は、冷水ポンプ１１Ｄ２により流路ＦＬ３１を流れ、空調機２０の熱交換器２１に供給される。つまり、熱源装置１１は、寒季運転モードではフリークーリングを利用して、冷水を製造している。
【００７９】
熱源装置１１は、夏季運転モードになると、冷却塔１１Ａ１１を開放式冷却に切り替える。同時に、熱源装置１１は、バルブ１１Ｅ１１〜１１Ｅ１５および冷水ポンプ１１Ｄ１、１１Ｄ２を、
バルブ１１Ｅ１１                …開
バルブ１１Ｅ１２、バルブ１１Ｅ１３…閉
バルブ１１Ｅ１４、バルブ１１Ｅ１５…開
冷水ポンプ１１Ｄ１              …オン
冷水ポンプ１１Ｄ２              …オン
の状態にする。これにより、図１４に示すように、冷却塔１１Ａ１１からの冷却水は、冷水ポンプ１１Ｄ１により流路ＦＬ３２を流れ、冷凍機１１Ｃの凝縮器１１Ｃ１の冷却に利用される。同時に、冷凍機１１Ｃの蒸発器１１Ｃ２で冷却された冷水は、冷水ポンプ１１Ｄ２により流路ＦＬ３３を流れ、空調機２０の熱交換器２１に供給される。つまり、夏季運転モードでは、フリークーリングと電気エネルギーを利用して、冷水を製造している。
【００８０】
熱源装置１１は、断水運転モードになると、冷却塔１１Ａ１１を密閉式冷却に切り替える。同時に、熱源装置１１は、バルブ１１Ｅ１１〜１１Ｅ１５および冷水ポンプ１１Ｄ１、１１Ｄ２を、
バルブ１１Ｅ１１                …閉
バルブ１１Ｅ１２                …開
バルブ１１Ｅ１３                …閉
バルブ１１Ｅ１４、バルブ１１Ｅ１５…開
冷水ポンプ１１Ｄ１              …オン
冷水ポンプ１１Ｄ２              …オン
の状態にする。これにより、図１５に示すように、冷却塔１１Ａ１１の熱交換器１１Ｂ１１からの冷却水は、冷水ポンプ１１Ｄ１により流路ＦＬ３４を流れ、冷凍機１１Ｃの凝縮器１１Ｃ１の冷却に利用される。このとき、冷却塔１１Ａ１１の補給水Ｗが断水になるが、冷却塔１１Ａ１１は、適量の補給水Ｗを常に溜めている。この適量の補給水Ｗにより、所定時間だけ、冷却塔１１Ａ１１は熱交換器１１Ｂ１１を、断水前と同じように冷やすことができる。もし、補給水Ｗが無くなった場合でも、冷却塔１１Ａ１１のファン１１Ａ１１１により、熱交換器１１Ｂ１１を冷やすことが可能である。これにより、熱源装置１１は、地震などによる断水に対応することができる。
【００８１】
一方、熱源装置１１の冷凍機１１Ｃの蒸発器１１Ｃ２で冷却された冷水は、冷水ポンプ１１Ｄ２により流路ＦＬ３５を流れ、空調機２０の熱交換器２１に供給される。つまり、断水運転モードでは、フリークーリングと電気エネルギーを利用して、冷水を製造している。
【００８２】
熱源装置１２は、熱源装置１１と同様である。つまり、熱源装置１２は、冷却塔１２Ａ１１、熱交換器１２Ｂ１１、冷凍機１２Ｃ、冷水ポンプ１２Ｄ１、１２Ｄ２、バルブ１２Ｅ１１〜１２Ｅ１５を主に備え、冷凍機１２Ｃは、凝縮器１２Ｃ１と蒸発器１２Ｃ２とを備えている。そして、熱交換器１２Ｂ１１、冷凍機１２Ｃ、冷水ポンプ１２Ｄ１、１２Ｄ２、バルブ１２Ｅ１１〜１２Ｅ１５、冷凍機１２Ｃの凝縮器１２Ｃ１および蒸発器１２Ｃ２は、供給管路１２Ｆ１１、戻り管路１２Ｆ１２、分岐管路１２Ｆ１３、１２Ｆ１４、循環管路１２Ｆ１５、分岐管路１２Ｆ１６、循環管路１２Ｆ１７および分岐管路１１Ｆ１８によって相互に接続されている。
【００８３】
こうした構成の熱源装置１２は、熱源装置１１と同様に寒季運転モード、夏季運転モードおよび断水運転モードの３つの運転モードを持つ。
【００８４】
この実施の形態によれば、実施の形態１と同様に、サーバ室Ｍの過剰な除湿を防止し、冗長系によりサーバ室Ｍの空調に対する高い信頼性を確立し、外気熱を利用することによる熱源装置の負荷を軽減し、温度ムラを防ぐことができる。さらに、この実施の形態によれば、冷却塔１１Ａ１１、１２Ａ１１に対する補給水Ｗが断水しても、断水運転モードで熱源装置１１、１２を運転することにより、空調機２０に対する冷水の供給を継続して行うことができる。これにより、空調熱源システムの信頼性を高めることができる。
【００８５】
（実施の形態４）
この実施の形態では、実施の形態３の熱源設備１０の代わりに、図１６に示す熱源設備１０を用いる。なお、この実施の形態では、先に説明した実施の形態３と同一もしくは同一と見なされる構成要素には、それと同じ参照符号を付けて、その説明を省略する。熱源設備１０は、熱源装置１１と、実施の形態３と同じ熱源装置１２とを備えている。
【００８６】
熱源装置１１は、冷却塔１１Ａ１１と熱交換器１１Ｂ１１と冷水ポンプ１１Ｄ２とを備えている。冷却塔１１Ａ１１の熱交換器１１Ｂ１１には、供給管路１１Ｆ２１と戻り管路１１Ｆ２２が接続されている。戻り管路１１Ｆ２２には、冷水ポンプ１１Ｄ２が接続されている。供給管路１１Ｆ２１および戻り管路１１Ｆ２２は、供給管路１５Ａおよび戻り管路１５Ｂにそれぞれ接続されている。こうした構造の熱源装置１１では、冷却塔１１Ａ１１が四季を通じて、常時、寒季運転モードで運転されている。
【００８７】
この実施の形態によれば、実施の形態１と同様に、サーバ室Ｍの過剰な除湿を防止し、冗長系によりサーバ室の空調に対する高い信頼性を確立し、外気熱を利用することによる熱源装置の負荷を軽減し、温度ムラを防ぐことができる。さらに、この実施の形態によれば、冷却塔１１Ａ１１、１２Ａ１１に対する補給水Ｗが断水しても、断水運転モードで熱源装置１１および熱源装置１２を運転することにより、空調機２０に対する冷水の供給を継続して行うことができる。これにより、空調熱源システムの信頼性を高めることができる。さらに、熱源装置１１を寒季運転モードで、常時運転するので、より一層省エネルギー効果を高めることが可能である。
【００８８】
（実施の形態５）
この実施の形態では、実施の形態１の熱源設備１０の代わりに、図１７に示す熱源設備１０を用いる。なお、この実施の形態では、先に説明した実施の形態１と同一もしくは同一と見なされる構成要素には、それと同じ参照符号を付けて、その説明を省略する。熱源設備１０は、熱源装置１１、１２を備えている。熱源装置１２と熱交換器２２との間は、供給管路１７Ａによって接続され、熱交換器２２と熱交換器２１との間は、供給管路１７Ｂによって接続されている。熱交換器２１と熱源装置１１との間は、戻り管路１７Ｃによって接続され、熱源装置１１と熱源装置１２との間は戻り管路１７Ｄによって接続されている。
【００８９】
熱源装置１１は、図１８に示すように、冷却塔１１Ａ、中間熱交換器１１Ｂ、冷水ポンプ１１Ｄ１を主に備えている。つまり、熱源装置１１は、実施の形態１の熱源装置１１において、冷凍機１１Ｃ、冷水ポンプ１１Ｄ２、バルブ１１Ｅ１〜１１Ｅ４を省いた構成である。これにより、熱源装置１１は、四季を通して常時フリークーリングにより冷却水を冷却している。
【００９０】
熱源設備１０の熱源装置１１では、戻り管路１７Ｃを流れる、空調機２０で冷熱が奪われた冷水が、冷却塔１１Ａで冷却された冷却水と中間熱交換器１１Ｂで熱交換される。これにより、空調機２０で冷熱が奪われた冷水が、熱源装置１１で予冷される。予冷された冷水は戻り管路１７Ｄにより熱源装置１２に流れる。熱源装置１２では、実施の形態１と同じように、熱源装置１１からの予冷された冷水が、寒季運転モードまたは夏季運転モードで冷却されて、供給管路１７Ａに供給される。
【００９１】
次に、この実施の形態による冷却塔利用の空調熱源システムの動作について説明する。空調機２０で冷熱が奪われた冷水は、熱源装置１２の冷水ポンプ１１Ｄ２により、熱源装置１１に戻される。熱源装置１１は、フリークーリングにより、空調機２０からの冷水を予冷して熱源装置１２に送る。熱源装置１２は、外気の温度に応じて寒季運転モードまたは夏季運転モードで、熱源装置１１からの冷水を冷却し、空調機２０に供給する。
【００９２】
空調機２０では、熱源装置１２からの冷水が、熱交換器２１で予冷された還気と、熱交換器２２で熱交換される。これにより、熱交換器２１で前もって冷却された還気が、さらに冷却される。熱交換器２１で冷熱が奪われた冷水は、熱交換器２１に供給される。熱交換器２１は、サーバ室Ｍの高温の還気を、冷熱が奪われた冷水を利用して冷却する。
【００９３】
例えば、熱源装置１２からの冷水の温度が１７℃である場合、熱交換器２２が熱交換器２１からの還気を冷却し、さらに、熱交換器２１が、熱交換器２２で冷熱が一部奪われた冷水を利用して、サーバ室Ｍの高温の還気を冷却する。これにより、熱交換器２１は、冷熱が奪われた３７℃の冷水を熱源装置１１に戻す。
【００９４】
こうして、この実施の形態によれば、熱交換器２２の前段に熱交換器２１を設け、熱交換器２２で熱消費された冷水を用いて、熱交換器２１がサーバ室Ｍの高温の還気を予冷する。これにより、サーバ室Ｍの還気を冷却する際に、サーバ室Ｍの過剰な除湿防止を可能にする。また、冗長系によるサーバ室の空調に対する高い信頼性の確立することができる。
【００９５】
また、この実施の形態によれば、熱源装置１１は空調機２０の熱交換器２１から戻された冷水をフリークーリングで予冷する。後段の熱源装置１２は、寒季運転モードまたは夏季運転モードで運転されるが、特に夏季運転モードにおいて、熱交換器２１で予冷された冷水を冷凍機１２Ｃが冷却するので、熱源装置１２による冷水の製造の際に消費される電気エネルギーを抑え、省エネルギー化することができる。
【００９６】
また、この実施の形態によれば、空調機２０の熱交換器２１は、熱交換器２２で熱消費された冷水を用いて、高温の還気を予冷するので、冷水の有効活用を可能にする。
【００９７】
さらに、この実施の形態によれば、熱交換器２２の前段に熱交換器２１を設け、熱交換器２２で熱消費された冷水を用いて、熱交換器２１がサーバ室Ｍの高温の還気を予冷することにより、温度ムラを防ぐことができる。
【００９８】
以上、この発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、各実施の形態では、データーセンターのサーバ室Ｍの空調を行ったが、半導体のクリーンルーム等の各種の施設に本発明を利用することができる。また、管路の切り替えを切替弁手段で行っているが、管路毎の小型ポンプと逆止弁との組み合わせで切り替えてもよい。この場合には、ポンプ稼動で逆止弁開が熱媒の流通であり、ポンプ停止で逆止弁閉が熱媒の滞留である。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】実施の形態１による冷却塔利用の空調熱源システムの構成を示す構成図である。
【図２】空調機および熱源システムの構成を示す構成図である。
【図３】熱源装置の構成を示す構成図である。
【図４】熱源装置の冷却塔を説明する説明図であり、図４（ａ）は開放式の冷却塔の動作を説明する図、図４（ｂ）は密閉式の冷却塔の動作を説明する図である。
【図５】寒季運転モードを説明する説明図である。
【図６】冷却塔の出口水温を説明する説明図である。
【図７】夏季運転モードを説明する説明図である。
【図８】各バルブの開閉の様子を説明する説明図である。
【図９】年間の外気湿球温度分布を示すグラフである。
【図１０】実施の形態２による空調機および熱源システムの構成を示す構成図である。
【図１１】実施の形態３による熱源装置の構成を示す構成図である。
【図１２】実施の形態３による冷却塔の構成の概略を示す概略図である。
【図１３】実施の形態３による寒季運転モードを説明する説明図である。
【図１４】実施の形態３による夏季運転モードを説明する説明図である。
【図１５】実施の形態３による断水運転モードを説明する説明図である。
【図１６】実施の形態４により熱源システムの構成を示す構成図である。
【図１７】実施の形態５による空調機および熱源システムの構成を示す構成図である。
【図１８】実施の形態５による熱源装置の構成を示す構成図である。
【図１９】従来の空調システムを説明する説明図である。
【図２０】フリークーリングを利用した空調システムを説明する説明図である。
【図２１】フリークーリングを利用した夏季の空調を説明する説明図である。
【図２２】フリークーリングを利用した冬季の空調を説明する説明図である。
【符号の説明】
【０１００】
１０  熱源設備（熱源手段）
１１  熱源装置（第１の熱源装置）
１１Ｄ２  冷水ポンプ（送水手段）
１２  熱源装置（第２の熱源装置）
１２Ｄ２  冷水ポンプ（送水手段）
２０  空調機（熱交換手段）
２１  熱交換器（前段の熱交換器）
２２  熱交換器（後段の熱交換器）
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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