(57)【要約】【課題】運転の高効率化を図るとともに、冷却能力の制御性を高めることができる装置冷却システムおよび装置冷却システムの制御方法を提供する。【解決手段】所定空間Ｆ内に配置された冷却対象装置８０を冷却するものであって、冷却された冷媒を供給する熱源部３０，３１と、冷媒の供給を受けて所定空間Ｆ内の空気から熱を冷媒に吸熱させて空気を冷却する空冷部１０と、冷媒の供給を受けて冷却対象装置８０と熱的に接触して配置され冷却対象装置８０から熱を冷媒に吸熱させて冷却対象装置８０を冷却する液冷部２０と、熱源部３１、空冷部１０および液冷部２０の順に冷媒が循環する循環配管４０と、空冷部１０を迂回して冷媒を液冷部２０に導くとともに迂回する冷媒の流量を調整する流入迂回部５０，５１と、が設けられていることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定空間に収容されるとともに、前記所定空間内の空気を吸気して当該空気に熱を放出し、熱を吸収した前記空気を前記所定空間に排気する冷却対象装置を冷却する装置冷却システムであって、
冷却された冷媒を供給する熱源部と、
前記冷媒の供給を受けるとともに、前記所定空間内の前記空気から熱を前記冷媒に吸熱させて前記空気を冷却する空冷部と、
前記冷媒の供給を受けるとともに、前記冷却対象装置と熱的に接触して配置され前記冷却対象装置から熱を前記冷媒に吸熱させて前記冷却対象装置を冷却する液冷部と、
前記熱源部、前記空冷部および前記液冷部の順に前記冷媒が循環する循環配管と、
前記空冷部を迂回して前記冷媒を前記液冷部に導くとともに迂回する前記冷媒の流量を調整する流入迂回部と、
が設けられていることを特徴とする装置冷却システム。
【請求項２】
前記液冷部を迂回して前記冷媒を前記熱源部に導くとともに迂回する前記冷媒の流量を調整する流出迂回部がさらに設けられていることを特徴とする請求項１記載の装置冷却システム。
【請求項３】
複数の前記液冷部が、前記冷媒の流れに対して直列に並んで設けられ、
前記流入迂回部および前記流出迂回部は、複数の前記冷却部に対してそれぞれ設けられ、
前記冷媒の流れの上流側に配置された前記液冷部を迂回した冷媒を、前記冷媒の流れの下流側に配置された前記液冷部の前記冷媒の流入側に導くとともに、導く前記冷媒の流量を調整する中間迂回部が、更に設けられていることを特徴とする請求項２記載の装置冷却システム。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の装置冷却システムの制御方法であって、
少なくとも、前記空冷部または前記液冷部に流入する冷媒の温度、および、前記空冷部または前記液冷部を流れる冷媒の流量に基づいて前記空冷部および前記液冷部の少なくとも一方の冷却能力を求め、
前記空冷部および前記液冷部のそれぞれにおける前記冷媒の温度、および、前記冷媒の流量の少なくとも一方を調節することにより、前記冷却能力が前記冷却対象装置を冷却するために必要な冷却負荷を満たすように前記流入迂回部を流れる前記冷媒の流量を制御することを特徴とする装置冷却システムの制御方法。
【請求項５】
請求項２または３に記載の装置冷却システムの制御方法であって、
少なくとも、前記空冷部または前記液冷部に流入する冷媒の温度、および、前記空冷部または前記液冷部を流れる冷媒の流量に基づいて前記空冷部または前記液冷部の冷却能力を求め、
前記空冷部および前記液冷部のそれぞれにおける前記冷媒の温度、および、前記冷媒の流量の少なくとも一方を調節することにより、前記冷却能力が前記冷却対象装置を冷却するために必要な冷却負荷を満たすように前記流入迂回部および前記流出迂回部の少なくとも一方を流れる前記冷媒の流量を制御することを特徴とする装置冷却システムの制御方法。
【請求項６】
請求項３記載の装置冷却システムの制御方法であって、
少なくとも、前記空冷部または前記液冷部に流入する冷媒の温度、および、前記空冷部または前記液冷部を流れる冷媒の流量に基づいて前記空冷部または前記液冷部の冷却能力を求め、
前記空冷部および前記液冷部のそれぞれにおける前記冷媒の温度、および、前記冷媒の流量の少なくとも一方を調節することにより、前記冷却能力が前記冷却対象装置を冷却するために必要な冷却負荷を満たすように前記流入迂回部、前記流出迂回部および前記中間迂回部の少なくとも一つを流れる前記冷媒の流量を制御することを特徴とする装置冷却システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣＴ装置（情報通信装置）の冷却に用いて好適な装置冷却システムおよび装置冷却システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
データセンタ等には、収納されたＩＣＴ装置を冷却する空調機が設けられている。空調機は、ＩＣＴ装置が収納されたラックの近傍まで冷気を送風しており、ＩＣＴ装置はその冷気を内部に取り込むことにより冷却されている。ＩＣＴ装置内には、ＣＰＵ（中央演算ユニット）や、電源トランス等の機器が収納されているのが一般的である。これら収納された機器から発生した熱は、直接または放熱フィン等を介して上述の冷気に放熱されている（以下、「空冷方式」と表記する。）。
【０００３】
近年ではＩＣＴ装置の高密度化が図られており、各機器から発生する熱量は増加する傾向にある。ＩＣＴ装置を安定して稼働させるためには、各機器を所定の温度に保つ必要がある。そのため発熱量が増加すると、発生した熱を奪いＩＣＴ装置の外側に運びだす冷気の風量を増加させる必要がある。しかしながら空気を介した放熱方法では、空気の熱伝達率などの物性により限界があることが知られていた。
【０００４】
これに対応する技術として、ＩＣＴ装置に収納されたＣＰＵ等の機器を、循環する水または冷媒で直接冷却する技術（以下、「液冷方式」と表記する。）が提案されている（例えば、特許文献１および２参照。）。液冷方式は空気よりも熱伝達率が高いため、空冷方式よりも放熱量を増やしやすい。さらに液冷方式は、空気を介さずに熱をＩＣＴ装置の外へ直接搬送できる点、冷媒の温度を高く設定できるため外気冷熱の利用が簡易になる点、および、機器から吸収して回収した熱を他の設備や空間で利用できる点といった利点を有しており、空冷方式よりも省エネルギー性が高いという特徴がある。
【０００５】
液冷方式は更に、空冷方式と比較して冷媒の運用温度を高めに設定できる特徴がある。そのため、液冷方式および空冷方式を併用する場合に、液冷方式におけるＩＣＴ装置との熱交換部と、空冷方式における空調機とを直列につなぎ、冷媒を空冷方式の空調機、液冷方式の熱交換部の順にカスケードに流す構成を採用することができる。言い換えると、空冷方式の空調機で熱交換を行った後の冷媒を液冷方式の熱交換部に導く構成を採用することができる。
【０００６】
この冷媒をカスケードに流す構成を採用することにより、液冷方式における冷媒の流路と、空冷方式における冷媒の流路とをパラレルに構成する場合と比較して、必要となる冷媒の循環量を減らすことができ、冷媒を循環させるために必要な動力を削減することができる。更には、冷媒を冷却する熱源から送り出される冷媒の温度である送り冷媒温度と、熱源に戻る冷媒の温度である戻り冷媒温度との温度差をより大きくする大温度差運転が可能となる。これにより熱源の運転効率を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−００３６３６号公報
【特許文献２】特開２０１３−００８８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の液冷方式と空冷方式とは、ＩＣＴ装置を冷却するという目的は同じであるが、具体的な冷却対象が異なるとともに、熱の伝達経路が異なっている。そのため、一つの冷媒流路によって液冷方式によるＩＣＴ装置の冷却能力と、空冷方式によるＩＣＴ装置の冷却能力と、をそれぞれ制御することは難しいという問題があった。
【０００９】
言い換えると、それぞれの状況において液冷方式に要求される冷却能力と、空冷方式に要求される冷却能力とは異なっているため、冷媒がカスケードに流れる構成では、冷媒の流量および温度を調整することで異なる冷却能力を満たすことは困難であった。そのため、液冷方式および空冷方式の一方における冷却能力を満たすように冷媒の流量および温度を調整すると、他方の冷却能力が不足したり、逆に過剰になったりするおそれがあった。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、運転の高効率化を図るとともに、冷却能力の制御性を高めることができる装置冷却システムおよび装置冷却システムの制御方法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】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の装置冷却システムは、所定空間に収容されるとともに、前記所定空間内の空気を吸気して当該空気に熱を放出し、熱を吸収した前記空気を前記所定空間に排気する冷却対象装置を冷却する装置冷却システムであって、冷却された冷媒を供給する熱源部と、前記冷媒の供給を受けるとともに、前記所定空間内の前記空気から熱を前記冷媒に吸熱させて前記空気を冷却する空冷部と、前記冷媒の供給を受けるとともに、前記冷却対象装置と熱的に接触して配置され前記冷却対象装置から熱を前記冷媒に吸熱させて前記冷却対象装置を冷却する液冷部と、前記熱源部、前記空冷部および前記液冷部の順に前記冷媒が循環する循環配管と、前記空冷部を迂回して前記冷媒を前記液冷部に導くとともに迂回する前記冷媒の流量を調整する流入迂回部と、が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の装置冷却システムによれば、熱源部から供給された冷媒は空冷部および液冷部の順に流れて再び熱源部に戻り、カスケード利用されることになる。そのため空冷部および液冷部のそれぞれが別に冷媒を循環させるパラレルな構成を備えている場合と比較して、装置冷却システムの全体として必要となる冷媒の循環流量を減らすことができ、冷媒の循環に用いられる動力を削減することが可能となる。さらに、空冷部のみを用いる場合や液冷部のみを用いる場合と比較して、熱源部から供給される冷媒と熱源部に戻る冷媒との温度差（冷媒往還温度差）を大きくとることができ、熱源部の運転効率を高めることができる。
【００１３】
その他に、液冷部と比較して低温の冷媒を用いる必要がある空冷部に対して先に冷媒を供給し、その後に比較的高温の冷媒でも冷却能力を確保できる液冷部へ冷媒を供給するため、冷媒の供給順序を逆にした場合と比較して、空冷部および液冷部における冷却能力を確保しやすくなる。
【００１４】
また、流入迂回部を流れる冷媒の流量を調整することにより、空冷部の冷却能力、および、液冷部の冷却能力の比率を変更することができ、冷却能力の制御性を高めることができる。例えば、液冷部による冷却対象装置の冷却を優先し、液冷部における冷却能力の余裕度を確保しつつ、空冷部による冷却対象装置の冷却が補助的になるように上述の比率を変更することが容易となる。言い換えると、空冷部を液冷部のバックアップとして用いる運用が可能となる。
【００１５】
さらに、既存の装置冷却システムに対して流入迂回部などを追加するという過度ではない設備投資により高温障害の発生リスクを低減することが可能となる。つまり、液冷部の故障などの非常事態が発生して液冷部の冷却能力が低下しても、熱源部から供給された全ての冷媒を空冷部に導くことにより空冷部の冷却能力を増大させることにより、上述の冷却能力の低下を補うことができる。
【００１６】
上記発明においては、前記液冷部を迂回して前記冷媒を前記熱源部に導くとともに迂回する前記冷媒の流量を調整する流出迂回部がさらに設けられていることが好ましい。
このように流出迂回部を設けることにより、冷却能力の制御性を更に高めることができる。流出迂回部を流れる冷媒は液冷部における冷却に寄与しない。そのため、流出迂回部を流れる冷媒の流量を増やすことにより、空冷部の冷却能力を維持したまま、液冷部の冷却能力のみを下げることができる。言い換えると、流出迂回部を流れる冷媒の流量を制御することにより、装置冷却システム全体の冷却能力を制御できる。一般的に流出迂回部による冷却能力の制御は、熱源部の制御による冷却能力の制御と比較して、より短い時間で冷却能力を制御することができる。つまり、流出迂回部を設けることにより冷却能力の制御性を高めることができる。
【００１７】
上記発明においては、複数の前記液冷部が前記冷媒の流れに対して直列に並んで設けられ、前記流入迂回部および前記流出迂回部は、複数の前記冷却部に対してそれぞれ設けられ、前記冷媒の流れの上流側に配置された前記液冷部を迂回した冷媒を、前記冷媒の流れの下流側に配置された前記液冷部の前記冷媒の流入側に導くとともに、導く前記冷媒の流量を調整する中間迂回部が、更に設けられていることが好ましい。
【００１８】
このように複数の液冷部を直列に並べ、冷媒をこれら複数の液冷部の間でカスケード利用する場合に、中間迂回部を更に設けることにより、冷却能力の制御性を更に高めることができる。つまり、上流側に配置された液冷部を迂回した冷媒は、下流側に配置された液冷部に流入する冷媒よりも温度が低い場合が多い。この冷媒を中間迂回部によって下流側に配置された液冷部の冷媒流入側に導くことにより、当該液冷部の冷却能力を確保しやすくなる、または高めることができる。
【００１９】
本発明の装置冷却システムの制御方法は、上記本発明の装置冷却システムの制御方法であって、少なくとも、前記空冷部または前記液冷部に流入する冷媒の温度、および、前記空冷部または前記液冷部を流れる冷媒の流量に基づいて前記空冷部および前記液冷部の少なくとも一方の冷却能力を求め、前記空冷部および前記液冷部のそれぞれにおける前記冷媒の温度、および、前記冷媒の流量の少なくとも一方を調節することにより、前記冷却能力が前記冷却対象装置を冷却するために必要な冷却負荷を満たすように前記流入迂回部を流れる前記冷媒の流量を制御することを特徴とする。
【００２０】
本発明の装置冷却システムの制御方法によれば、上記本発明の装置冷却システムを用いるためその運転の高効率化を図るとともに、冷却能力の制御性を高めることができる。また、空冷部および液冷部の冷却能力が冷却対象装置の冷却負荷を満たすように、流入迂回部を流れる冷媒の流量を制御するため、冷却対象装置における高温障害発生のリスクを抑制することができる。例えば、液冷部による冷却対象装置の冷却を優先し、液冷部における冷却能力の余裕度を確保しつつ、空冷部による冷却対象装置の冷却が補助的になるように上述の比率を変更する制御を行うこともできる。
【００２１】
本発明の装置冷却システムの制御方法は、上記本発明の装置冷却システムの制御方法であって、少なくとも、前記空冷部または前記液冷部に流入する冷媒の温度、および、前記空冷部または前記液冷部を流れる冷媒の流量に基づいて前記空冷部または前記液冷部の冷却能力を求め、前記空冷部および前記液冷部のそれぞれにおける前記冷媒の温度、および、前記冷媒の流量の少なくとも一方を調節することにより、前記冷却能力が前記冷却対象装置を冷却するために必要な冷却負荷を満たすように前記流入迂回部および前記流出迂回部の少なくとも一方を流れる前記冷媒の流量を制御することを特徴とする。
【００２２】
本発明の装置冷却システムの制御方法によれば、上記本発明の装置冷却システムを用いるためその運転の高効率化を図るとともに、冷却能力の制御性を高めることができる。また、空冷部および液冷部の冷却能力が冷却対象装置の冷却負荷を満たすように、流入迂回部および流出迂回部を流れる冷媒の流量を制御するため、装置冷却システム全体の冷却能力の制御性が高くなる。
【００２３】
本発明の装置冷却システムの制御方法は、上記本発明の装置冷却システムの制御方法であって、少なくとも、前記空冷部または前記液冷部に流入する冷媒の温度、および、前記空冷部または前記液冷部を流れる冷媒の流量に基づいて前記空冷部または前記液冷部の冷却能力を求め、前記空冷部および前記液冷部のそれぞれにおける前記冷媒の温度、および、前記冷媒の流量の少なくとも一方を調節することにより、前記冷却能力が前記冷却対象装置を冷却するために必要な冷却負荷を満たすように前記流入迂回部、前記流出迂回部および前記中間迂回部の少なくとも一つを流れる前記冷媒の流量を制御することを特徴とする。
【００２４】
本発明の装置冷却システムの制御方法によれば、上記本発明の装置冷却システムを用いるためその運転の高効率化を図るとともに、冷却能力の制御性を高めることができる。また、空冷部および液冷部の冷却能力が冷却対象装置の冷却負荷を満たすように、流入迂回部、流出迂回部および中間迂回部を流れる冷媒の流量を制御するため、冷媒を複数の液冷部の間でカスケード利用する場合であっても、複数の液冷部それぞれにおける冷却能力を確保しやすくなり、冷却能力の制御性が高くなる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の装置冷却システムおよび装置冷却システムの制御方法によれば、熱源部から供給された冷媒を空冷部および液冷部の順に流して再び熱源部に戻すというカスケード利用を行うとともに、流入迂回部を流れる冷媒の流量を調整することにより、運転の高効率化を図るとともに、冷却能力の制御性を高めることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る装置冷却システムの概略構成を説明する模式図である。
【図２】図１の制御部における構成を説明するブロック図である。
【図３】冷媒をカスケード利用する際の冷媒流れを説明する模式図である。
【図４】液冷部を流れる冷媒流量を調節する際の冷媒流れを説明する模式図である。
【図５】液冷部を流れる冷媒温度を調節する際の冷媒流れを説明する模式図である。
【図６】空調機および液冷部を流れる冷媒流量などを調節する際の冷媒流れを説明する模式図である。
【図７】液冷部に非常事態が発生した際の冷媒流れを説明する模式図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る装置冷却システムの概略構成を説明する模式図である。
【図９】図８の制御部における構成を説明するブロック図である。
【図１０】冷媒をカスケード利用する際の冷媒流れを説明する模式図である。
【図１１】上流側の液冷部を流れる冷媒流量などを調節する際の冷媒流れを説明する模式図である。
【図１２】下流側の液冷部を流れる冷媒流量などを調節する際の冷媒流れを説明する模式図である。
【図１３】下流側の液冷部を流れる冷媒流量などを調節する際の別の冷媒流れを説明する模式図である。
【図１４】上流側および下流側の液冷部を迂回する際の冷媒流れを説明する模式図である。
【図１５】上流側の液冷部を迂回する際の冷媒流れを説明する模式図である。
【図１６】下流側の液冷部を迂回する際の冷媒流れを説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係る装置冷却システム１ついて図１から図６を参照しながら説明する。
【００２８】
本実施形態では、データセンタの空調に本発明に係る装置冷却システム１を用いた例に適用して説明する。図１に示すように、データセンタにはＩＴ（情報技術）装置やＩＣＴ（情報通信技術）装置を構成する多数のサーバやコンピュータなどの演算装置（冷却対象装置）８０が、フロア（所定空間）Ｆ内に配置されたラック８１に収納されている。装置冷却システム１は、ラック８１に収納された演算装置８０から発生する大量の熱を処理するために用いられるものである。
【００２９】
装置冷却システム１には、演算装置８０を冷却する空調機（空冷部）１０および液冷部２０と、液冷部２０および空調機１０に冷却された冷水などの冷媒を供給する中央熱源（熱源部）３０および熱交換ユニット（熱源部）３１と、熱交換ユニット３１、空調機１０および液冷部２０の順に冷媒を循環させる循環配管４０と、空調機１０を迂回して冷媒を液冷部２０に導くとともに導かれる冷媒の流量を調整する流入バイパス配管（流入迂回部）５０および流入三方弁（流入迂回部）５１と、液冷部２０を迂回して冷媒を熱交換ユニット３１に導くとともに導かれる冷媒の流量を調整する流出バイパス配管（流出迂回部）６０および流出三方弁（流出迂回部）６１と、流入三方弁５１や流出三方弁６１などを制御する制御部７０と、が主に設けられている。
【００３０】
空調機１０はフロアＦ内に配置されるものであり、フロアＦ内の空気を介して演算装置８０を冷却するものである。空調機１０には、循環配管４０により供給された冷媒とフロアＦ内の空気との間で熱交換を行い、この空気を冷却する室内熱交換部１１と、フロアＦ内の空気を室内熱交換部１１に導き、冷却された空気をフロアＦへ送り出す送風部１２と、が主に設けられている。
【００３１】
演算装置８０には、フロアＦ内の空気を取り込むファンなど（図示せず）が設けられ、取り込まれた空気によって装置内の熱を発生するＣＰＵ（中央演算ユニット）などの電子部品が冷却される。冷却に用いられた空気はフロアＦに排気され、空調機１０により再び冷却される。
【００３２】
液冷部２０はラック８１に収納された演算装置８０の内部に配置されるものであり、演算装置８０のＣＰＵなどの熱を発生する電子部品と熱伝導ができるように接触して配置されるものである。液冷部２０には循環配管４０から供給された冷媒が導かれ、この冷媒と上述の電子部品との間で熱交換を行い、電子部品を冷却する構成が採用されている。なお、液冷部２０における構成としては、公知の構成を用いることができ特に限定するものではない。
【００３３】
中央熱源３０は、空調機１０および液冷部２０における冷却に用いられる冷熱を供給するものであり、演算装置８０において発生した熱をフロアＦ外に放出するものである。中央熱源３０としてはクーリングタワーやチラーなど、公知の熱源を用いることができる。熱交換ユニット３１は中央熱源３０と循環配管４０との間に配置される熱交換器であり、循環配管４０を流れる冷媒から熱を奪い冷却するものである。熱交換ユニット３１としては、公知の熱交換可能な構成を用いることができる。中央熱源３０と熱交換ユニット３１との間には、冷媒を冷却する別の熱媒体が循環する回路が設けられている。この熱媒体は中央熱源３０により冷却されている。
【００３４】
循環配管４０は空調機１０および液冷部２０での冷却に用いられる冷媒を供給する配管であり、熱交換ユニット３１、空調機１０および液冷部２０をこの順で環状につなぐ配管である。循環配管４０には、冷媒を循環させる循環ポンプ４１が設けられている。本実施形態では熱交換ユニット３１と空調機１０との間に循環ポンプ４１が配置されている例に適用して説明する。
【００３５】
流入バイパス配管５０は、熱交換ユニット３１から空調機１０に向かう冷媒の少なくとも一部を、空調機１０を迂回して液冷部２０に導くものである。流入バイパス配管５０の一方の端部（上流側端部）は、循環ポンプ４１と空調機１０との間の循環配管４０とつながり、他方の端部（下流側端部）は液冷部２０の冷媒が流入する部分近傍の循環配管４０とつながっている。
【００３６】
流入三方弁５１は流入バイパス配管５０を流れる冷媒の流量を制御するものであり、制御部７０から入力される制御信号に基づいて冷媒の流量を制御するものである。本実施形態では、流入三方弁５１が流入バイパス配管５０の上流側端部に配置されている例に適用して説明する。
【００３７】
流出バイパス配管６０は空調機１０から液冷部２０に向かう冷媒の少なくとも一部を、液冷部２０を迂回して熱交換ユニット３１に導くものである。流出バイパス配管６０の一方の端部（上流側端部）は、空調機１０と液冷部２０との間の循環配管４０とつながり、他方の端部（下流側端部）は液冷部２０と熱交換ユニット３１との間の循環配管４０とつながっている。
【００３８】
流出三方弁６１は流出バイパス配管６０を流れる冷媒の流量を制御するものであり、制御部７０から入力される制御信号に基づいて冷媒の流量を制御するものである。本実施形態では、流出三方弁６１が流出バイパス配管６０の上流側端部に配置されている例に適用して説明する。
【００３９】
なお、本実施形態では流入バイパス配管５０および流出バイパス配管６０を流れる冷媒の流量を、それぞれ流入三方弁５１および流出三方弁６１で制御する例に適用して説明するが、これら三方弁の代わりに流量調節弁を各バイパス配管に設けて冷媒の流量を制御してもよく、特に流量の制御方法を限定するものではない。
【００４０】
制御部７０は装置冷却システム１を統合的に制御するものであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インタフェース等を有するマイクロコンピュータである。ＲＯＭ等に記憶されている制御プログラムは、図２に示すように、ＣＰＵを演算部７１として機能させるものであり、ＲＯＭ等を記憶部７２として機能させるものである。なお、制御部７０による装置冷却システム１の詳細な制御については後述する。
【００４１】
制御部７０には、冷媒温度センサ８１により測定された熱交換ユニット３１から供給される冷媒の温度の測定信号、冷媒温度センサ８２により測定された空調機１０から流出する冷媒の温度の測定信号、冷媒温度センサ８３により測定された液冷部２０に流入する冷媒の温度の測定信号、および、冷媒温度センサ８４により測定された熱交換ユニット３１に戻る冷媒の温度の測定信号が入力されている。また、制御部７０には、表面温度センサ８７により測定された演算装置８０における液冷部２０によって冷却される部分の表面温度の測定信号が入力されている。
【００４２】
制御部７０からは、中央熱源３０の運転状態を制御する制御信号、循環ポンプ４１から送り出される冷媒の流量を制御する制御信号、流入三方弁５１の弁開度を制御する制御信号、流出三方弁６１の弁開度を制御する制御信号、および、空調機１０の送風部１２により送りだされる空気の流量を制御する制御信号が主に出力されている。
【００４３】
次に、上記の構成からなる装置冷却システム１における演算装置８０の冷却について説明する。まず、冷媒が空調機１０および液冷部２０を順に流れてカスケード利用される場合について図３を参照しながら説明する。
【００４４】
冷媒がカスケード利用される場合、制御部７０は流入三方弁５１に対して流入バイパス配管５０への冷媒の流入を止める制御信号を出力し、かつ、流出三方弁６１に対して流出バイパス配管６０への冷媒の流入を止める制御信号を出力する。図３では流入三方弁５１および流出三方弁６１における閉じられたポートを黒く塗りつぶして示し、開かれたポートは白抜きで示している。さらに冷媒が流れていない配管である流入バイパス配管５０および流出バイパス配管６０は点線で示している。
【００４５】
この状態で循環ポンプ４１が駆動されると、冷媒は循環配管４０内を循環する。循環する冷媒は熱交換ユニット３１において中央熱源３０から供給される熱媒体によって冷却される。ここでは約７℃に冷却される例に適用して説明する。熱交換ユニット３１から供給された冷媒は空調機１０の室内熱交換部１１に流入する。空調機１０では、送風部１２によりフロアＦ内の空気が室内熱交換部１１に導かれ、室内熱交換部１１において当該空気が冷却される。冷却された空気はフロアＦに供給されて、演算装置８０の冷却に用いられる。
【００４６】
室内熱交換部１１において空気から熱を奪い温度が上昇した冷媒は、空調機１０から流出して液冷部２０に流入する。ここでは冷媒の温度が約１０℃から約１５℃の範囲になる例に適用して説明する。この冷媒の温度は、フロアＦ内の空気の温度や、送風部１２により室内熱交換部１１に導かれる空気の流量に応じて変動する。
【００４７】
液冷部２０に供給された冷媒は、液冷部２０と熱伝導可能に接触している電子部品の熱を吸収することにより演算装置８０を冷却する。電子部品の熱を吸収して温度が上昇した冷媒は、液冷部２０から流出して熱交換ユニット３１に流入する。ここでは冷媒の温度が約２０℃に上昇する例に適用して説明する。
【００４８】
制御部７０は、冷媒温度センサ８１および冷媒温度センサ８４により測定された冷媒温度の差である冷媒往還温度差、冷媒温度センサ８３により測定された液冷部２０に流入する冷媒の温度、冷媒温度センサ８２により測定された空調機１０から流出する冷媒の温度、および、表面温度センサ８７により測定された表面温度などに基づいて流入三方弁５１および流出三方弁６１の制御を行う。
【００４９】
制御部７０の演算部７１は、表面温度センサ８７から入力された表面温度や、演算装置８０における演算負荷などの情報に基づいて演算装置８０から発生する熱量を推定する。この熱量に対応して装置冷却システム１全体の冷却負荷が求められ、空調機１０および液冷部２０のそれぞれが担う冷却負荷が定められる。本実施形態では、液冷部２０による演算装置８０の冷却を優先し、空調機１０による冷却を補助的に用いるように空調機１０および液冷部２０が担う冷却負荷を定める例に適用して説明する。
【００５０】
なお、演算装置８０から発生する熱量を推定する方法としては、演算式を用いて推定してもよいし、予め記憶部７２に記憶してあるマップに基づいて推定してもよく、推定方法を特に限定するものではない。
【００５１】
ここで、空調機１０および液冷部２０のそれぞれにおいては、冷却負荷をΦ、冷媒温度をＴ、冷媒流量をＱとすると、Φ＝Ｆ（Ｔ，Ｑ）の関係式が成立している。例えば、液冷部２０における冷却負荷Φｗが決まると、これに対応する液冷部２０における必要冷媒温度Ｔｗおよび必要冷媒流量Ｑｗの組み合わせを定めることができる。同様に空調機１０における冷却負荷Φａが決まると、これに対応する空調部１０における必要冷媒温度Ｔａおよび必要冷媒流量Ｑａの組み合わせを定めることができる。
【００５２】
演算部７１は、空冷部１０の必要冷媒温度Ｔａおよび必要冷媒流量Ｑａと、液冷部２０の必要冷媒温度Ｔｗおよび必要冷媒流量Ｑｗとの比較を行う。必要冷媒温度Ｔａ＝必要冷媒温度Ｔｗ、必要冷媒流量Ｑａ＝必要冷媒流量Ｑｗの関係が成立する場合には、図３に示すように冷媒のカスケード利用が行われる。
【００５３】
その一方で、必要冷媒温度Ｔａおよび必要冷媒流量Ｑａと、必要冷媒温度Ｔｗおよび必要冷媒流量Ｑｗとの間に差がある場合には、制御部７０は当該差を縮めるように流入三方弁５１および流出三方弁６１の弁開度を制御する制御信号や、循環ポンプ４１から送り出される冷媒流量を制御する制御信号などを出力する。
【００５４】
なお、図３のように冷媒がカスケード利用されている状態において、上述の液冷部２０における冷媒の測定温度としては、冷媒温度センサ８３により測定された液冷部２０に流入する冷媒の温度、または、冷媒温度センサ８２により測定された空調機１０から流出する冷媒の温度が用いられる。
【００５５】
例えば、必要冷媒温度Ｔｗと空調機１０から流出した冷媒の測定温度とがほぼ等しく、必要冷媒流量Ｑｗが必要冷媒流量Ｑａよりも小さい場合、言い換えると、装置冷却システム１における液冷部２０の冷却負荷の比率を低下させる場合には、制御部７０は、流出三方弁６１に対して循環配管４０を流れる冷媒の一部を流出バイパス配管６０に流入させる制御信号を出力する。このようにすることで、液冷部２０に流入する冷媒の流量を必要冷媒流量Ｑｗとすることができる。
【００５６】
図４は上述の場合における冷媒の流れを説明する模式図である。この図において流出三方弁６１における灰色に塗りつぶされた部分はポートの開度が調節されている状態を示している。循環配管４０を流れる冷媒は、流出三方弁６１において一部が分かれて流出バイパス配管６０へ流入する。流出バイパス配管６０に流入した冷媒は、液冷部２０を迂回して熱交換ユニット３１へ導かれる。その一方で、液冷部２０に向かった冷媒は、図３の場合と同様に演算装置８０を冷却した後に熱交換ユニット３１へ導かれる。
【００５７】
あるいは、必要冷媒流量Ｑａが循環配管４０を流れる冷媒流量よりも少なく、必要冷媒温度Ｔｗが空調機１０から流出した冷媒の測定温度よりも低く、必要冷媒流量Ｑａと測定流量とがほぼ等しい場合、言い換えると、装置冷却システム１における液冷部２０の冷却負荷の比率を増加させる場合には、制御部７０は流入三方弁５１に対して循環配管４０を流れる冷媒の一部を流入バイパス配管５０に流入させる制御信号を出力する。このようにすることで、空調機１０を流れる冷媒の流量を減らし、液冷部２０に流入する冷媒の温度を必要冷媒温度Ｔｗとほぼ等しくすることができる。
【００５８】
図５は上述の場合における冷媒の流れを説明する模式図である。循環配管４０を流れる冷媒は、流入三方弁５１において一部が分かれて流入バイパス配管５０へ流入する。流入バイパス配管５０に流入した冷媒は、空調機１０を迂回して液冷部２０へ導かれる。その一方で、空調機１０に向かった冷媒は、図３の場合と同様にフロアＦの空気を冷却した後に液冷部２０へ導かれる。液冷部２０の冷媒が流入する近傍では、上述の流入バイパス配管５０により迂回した低温の冷媒と、空調機１０から流出して温度が上昇した冷媒とが混合し、比較的温度の低い冷媒として液冷部２０に流入する。
【００５９】
さらに、空調機１０および液冷部２０の冷却負荷を下げつつ、両者の比率を任意に変更する場合には、制御部７０は流入三方弁５１に対して循環配管４０を流れる冷媒の一部を流入バイパス配管５０に流入させる制御信号を出力するとともに、流出三方弁６１に対して循環配管４０を流れる冷媒の一部を流出バイパス配管６０に流入させる制御信号を出力する。このようにすることで、空調機１０における冷媒の流量を減らし、液冷部２０における冷媒の流量および温度を調節することができる。
【００６０】
図６は上述の場合における冷媒の流れを説明する模式図である。循環配管４０を流れる冷媒は、流入三方弁５１において一部が分かれて流入バイパス配管５０へ流入する。流入バイパス配管５０に流入した冷媒は、空調機１０を迂回して液冷部２０へ導かれる。その一方で、空調機１０に向かった冷媒は、図３の場合と同様にフロアＦの空気を冷却した後に流出三方弁６１に導かれる。
【００６１】
流出三方弁６１では、冷媒の更に一部が分かれて流出バイパス配管６０へ流入する。流出バイパス配管６０に流入した冷媒は、液冷部２０を迂回して熱交換ユニット３１へ導かれる。その一方で、液冷部２０の冷媒が流入する近傍では、上述の流入バイパス配管５０により迂回した低温の冷媒と、流出三方弁６１から液冷部２０向かった冷媒とが混合し、比較的温度の低い冷媒として液冷部２０に流入する。
【００６２】
上述の制御の他に、制御部７０は液冷部２０において冷却能力を発揮できなくなる非常事態、例えば冷媒漏れなどの不具合が発生したことを検出した場合には、流入三方弁５１および流出三方弁６１に対して制御信号を出力して、図７に示すように冷媒が液冷部２０を迂回させる制御を行う。
【００６３】
具体的には、流入三方弁５１に対して冷媒が流入バイパス配管５０へ流入しないようにする制御信号を出力するとともに、流出三方弁６１に対して全ての冷媒を流出バイパス配管６０に流入するようにする制御信号を出力する。このようにすると、非常事態が発生した液冷部２０への冷媒の供給が停止され、全ての冷媒が空調機１０に供給される。この場合空調機１０を液冷部２０のバックアップとして用いることができる。
【００６４】
上記の構成の装置冷却システム１によれば、中央熱源３０および熱交換ユニット３１（以下、熱交換ユニット３１等と表記する。）から供給された冷媒は空調機１０および液冷部２０の順に流れて再び熱交換ユニット３１等に戻り、カスケード利用されることになる。そのため空調機１０および液冷部２０のそれぞれが別に冷媒を循環させるパラレルな構成を備えている場合と比較して、装置冷却システム１の全体として必要となる冷媒の循環流量を減らすことができ、冷媒の循環に用いられる動力を削減することが可能となる。さらに、空調機１０のみを用いる場合や液冷部２０のみを用いる場合と比較して、熱交換ユニット３１等から供給される冷媒と熱交換ユニット３１等に戻る冷媒との温度差（冷媒往還温度差）を大きくとることができるため、熱交換ユニット３１等ひいては装置冷却システム１全体としての運転効率も高めることができる。
【００６５】
その他に、液冷部２０と比較して低温の冷媒を用いる必要がある空調機１０に対して先に冷媒を供給し、その後に比較的高温の冷媒でも冷却能力を確保できる液冷部２０へ冷媒を供給するため、冷媒の供給順序を逆にした場合と比較して、空調機１０および液冷部２０における冷却能力を確保しやすくなる。
【００６６】
また、流入バイパス配管５０を流れる冷媒の流量を調整することにより、空調機１０の冷却能力、および、液冷部２０の冷却能力の比率を変更することができ、冷却能力の制御性を高めることができる。例えば、液冷部２０による演算装置８０の冷却を優先し、液冷部２０における冷却能力の余裕度を確保しつつ、空調機１０による演算装置８０の冷却が補助的になるように上述の比率を変更することが容易となる。言い換えると、空調機１０を液冷部２０のバックアップとして用いる運用が可能となる。
【００６７】
さらに、既存の装置冷却システムに対して流入バイパス配管５０などを追加するという過度ではない設備投資により高温障害の発生リスクを低減することが可能となる。つまり、液冷部２０の故障などの非常事態が発生して液冷部２０の冷却能力が低下しても、熱交換ユニット３１等から供給された全ての冷媒を空調機１０に導くことにより空調機１０の冷却能力を増大させることにより、上述の冷却能力の低下を補うことができる。
【００６８】
流出バイパス配管６０を設けることにより、冷却能力の制御性を更に高めることができる。流出バイパス配管６０を流れる冷媒は液冷部２０における冷却に寄与しない。そのため、流出バイパス配管６０を流れる冷媒の流量を増やすことにより、空調機１０の冷却能力を維持したまま、液冷部２０の冷却能力のみを下げることができる。言い換えると、流出バイパス配管６０を流れる冷媒の流量を制御することにより、装置冷却システム１全体の冷却能力を制御できる。一般的に流出バイパス配管６０による冷却能力の制御は、熱交換ユニット３１等の制御による冷却能力の制御と比較して、より短い時間で冷却能力を制御することができる。つまり、流出バイパス配管６０を設けることにより冷却能力の制御性を高めることができる。
【００６９】
空調機１０および液冷部２０の冷却能力が演算装置８０の冷却負荷を満たすように、流入バイパス配管５０および流出バイパス配管６０を流れる冷媒の流量を制御するため、演算装置８０における高温障害発生のリスクを抑制することができる。また、装置冷却システム１全体の冷却能力の制御性を高くすることができる。
【００７０】
なお、制御部７０における流入三方弁５１および流出三方弁６１の制御法としては、上述の実施形態で説明した方法の他に、フィードバック法や、山登り法を用いて流入三方弁５１および流出三方弁６１の制御量を求める方法を用いてもよく、特に限定するものではない。
【００７１】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態に係る装置冷却システムついて図８から図１６を参照しながら説明する。本実施形態の装置冷却システムの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは液冷部が複数設けられているが異なっている。本実施形態では、図８から図１６を用いて液冷部が複数設けられることによる変更点のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
【００７２】
本実施形態の装置冷却システム１０１には、図８に示すように、空調機１０と、複数のラック８１（本実施形態では２つのラック８１）のそれぞれに配置された液冷部２０Ａおよび液冷部２０Ｂと、熱交換ユニット３１等と、循環配管４０と、流入バイパス配管（流入迂回部）５０Ａおよび流入三方弁（流入迂回部）５１Ａと、流入バイパス配管（流入迂回部）５０Ｂおよび流入三方弁（流入迂回部）５１Ｂと、流出バイパス配管（流出迂回部）６０Ａおよび流出三方弁（流出迂回部）６１Ａと、流出バイパス配管（流出迂回部）６０Ｂおよび流出三方弁（流出迂回部）６１Ｂと、中間バイパス配管（中間迂回部）９０、上流側三方弁（中間迂回部）９１Ａおよび下流側三方弁（中間迂回部）９１Ｂと、制御部１７０と、が主に設けられている。
【００７３】
液冷部２０Ａおよび液冷部２０Ｂは、第１の実施形態の液冷部２０と同様な構成を備えるものである。液冷部２０Ａは空調機１０の下流側に隣接して配置され、液冷部２０Ｂは液冷部２０Ａの下流側に隣接して配置されている。熱交換ユニット３１、空調機１０、液冷部２０Ａおよび液冷部２０Ｂは、循環配管４０によってこの順に環状につながれている。
【００７４】
流入バイパス配管５０Ａは、熱交換ユニット３１から空調機１０に向かう冷媒の少なくとも一部を、空調機１０を迂回して液冷部２０Ａに導くものである。流入バイパス配管５０Ａの一方の端部（上流側端部）は、循環ポンプ４１と空調機１０との間の循環配管４０とつながり、他方の端部（下流側端部）は液冷部２０Ａの冷媒が流入する部分近傍の循環配管４０とつながっている。
【００７５】
流入三方弁５１Ａは流入バイパス配管５０Ａを流れる冷媒の流量を制御するものであり、制御部１７０から入力される制御信号に基づいて冷媒の流量を制御するものである。本実施形態では、流入三方弁５１Ａが流入バイパス配管５０Ａの上流側端部に配置されている例に適用して説明する。
【００７６】
流入バイパス配管５０Ｂは、熱交換ユニット３１から空調機１０に向かう冷媒の少なくとも一部を、空調機１０および液冷部２０Ａを迂回して液冷部２０Ｂに導くものである。流入バイパス配管５０Ｂの一方の端部（上流側端部）は、循環ポンプ４１と流入バイパス配管５０Ａの上流側端部との間の循環配管４０とつながり、他方の端部（下流側端部）は液冷部２０Ｂの冷媒が流入する部分近傍の循環配管４０とつながっている。
【００７７】
流入三方弁５１Ｂは流入バイパス配管５０Ｂを流れる冷媒の流量を制御するものであり、制御部１７０から入力される制御信号に基づいて冷媒の流量を制御するものである。本実施形態では、流入三方弁５１Ｂが流入バイパス配管５０Ｂの上流側端部に配置されている例に適用して説明する。
【００７８】
流出バイパス配管６０Ａは空調機１０から液冷部２０Ａに向かう冷媒の少なくとも一部を、液冷部２０Ａを迂回して熱交換ユニット３１に導くものである。流出バイパス配管６０Ａの一方の端部（上流側端部）は、空調機１０と液冷部２０Ａとの間の循環配管４０とつながり、他方の端部（下流側端部）は液冷部２０Ｂと熱交換ユニット３１との間の循環配管４０とつながっている。
【００７９】
流出三方弁６１Ａは流出バイパス配管６０Ａを流れる冷媒の流量を制御するものであり、制御部１７０から入力される制御信号に基づいて冷媒の流量を制御するものである。本実施形態では、流出三方弁６１Ａが流出バイパス配管６０Ａの上流側端部に配置されている例に適用して説明する。
【００８０】
流出バイパス配管６０Ｂは液冷部２０Ａから液冷部２０Ｂに向かう冷媒の少なくとも一部を、液冷部２０Ｂを迂回して熱交換ユニット３１に導くものである。流出バイパス配管６０Ｂの一方の端部（上流側端部）は、液冷部２０Ａと液冷部２０Ｂとの間の循環配管４０とつながり、他方の端部（下流側端部）は流出バイパス配管６０Ａとつながっている。
【００８１】
流出三方弁６１Ｂは流出バイパス配管６０Ｂを流れる冷媒の流量を制御するものであり、制御部１７０から入力される制御信号に基づいて冷媒の流量を制御するものである。本実施形態では、流出三方弁６１Ｂが流出バイパス配管６０Ｂの上流側端部に配置されている例に適用して説明する。
【００８２】
中間バイパス配管９０は流出バイパス配管６０Ａを流れる冷媒の少なくとも一部を、液冷部２０Ｂに導くものである。中間バイパス配管９０の一方の端部（上流側端部）は、流出バイパス配管６０Ａとつながり、他方の端部（下流側端部）は液冷部２０Ａおよび液冷部２０Ｂをつなぐ循環配管４０とつながっている。
【００８３】
上流側三方弁９１Ａおよび下流側三方弁９１Ｂは中間バイパス配管９０を流れる冷媒の流量を制御するものであり、制御部１７０から入力される制御信号に基づいて冷媒の流量を制御するものである。本実施形態では、上流側三方弁９１Ａが中間バイパス配管９０の上流側端部に配置され、下流側三方弁９１Ｂが中間バイパス配管９０の下流側端部に配置されている例に適用して説明する。
【００８４】
なお、本実施形態では流入バイパス配管５０Ａ，５０Ｂ、流出バイパス配管６０Ａ，６０Ｂおよび中間バイパス配管９０を流れる冷媒の流量を、それぞれ流入三方弁５１Ａ，５１Ｂ、流出三方弁６１Ａ，６１Ｂ、上流側三方弁９１Ａおよび下流側三方弁９１Ｂで制御する例に適用して説明するが、これら三方弁の代わりに流量調節弁を各バイパス配管に設けて冷媒の流量を制御してもよく、特に流量の制御方法を限定するものではない。
【００８５】
制御部１７０は装置冷却システム１０１を統合的に制御するものであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インタフェース等を有するマイクロコンピュータである。ＲＯＭ等に記憶されている制御プログラムは、図９に示すように、ＣＰＵを演算部７１として機能させるものであり、ＲＯＭ等を記憶部７２として機能させるものである。なお、制御部１７０による装置冷却システム１０１の詳細な制御については後述する。
【００８６】
制御部１７０には、冷媒温度センサ３２Ａにより測定された熱交換ユニット３１から供給される冷媒の温度の測定信号、冷媒温度センサ３２Ｂにより測定された熱交換ユニット３１に戻る冷媒の温度の測定信号、冷媒温度センサ１３Ａにより測定された空調機１０に流入する冷媒の温度の測定信号、冷媒温度センサ１３Ｂにより測定された空調機１０から流出する冷媒の温度の測定信号、冷媒温度センサ２１Ａにより測定された液冷部２０Ａに流入する冷媒の温度の測定信号、冷媒温度センサ２１Ｂにより測定された液冷部２０Ａから流出する冷媒の温度の測定信号、冷媒温度センサ２２Ａにより測定された液冷部２０Ｂに流入する冷媒の温度の測定信号、および、冷媒温度センサ２２Ｂにより測定された液冷部２０Ｂから流出する冷媒の温度の測定信号が入力されている。
【００８７】
また制御部１７０には、表面温度センサ２１Ｄにより測定された液冷部２０Ａによって冷却される部分の表面温度の測定信号、および、表面温度センサ２２Ｄにより測定された液冷部２０Ｂによって冷却される部分の表面温度の測定信号が入力されている。
【００８８】
制御部１７０からは、中央熱源３０の運転状態を制御する制御信号、循環ポンプ４１から送り出される冷媒の流量を制御する制御信号、流入三方弁５１Ａおよび流入三方弁５１Ｂの弁開度を制御する制御信号、流出三方弁６１Ａおよび流出三方弁６１Ｂの弁開度を制御する制御信号、上流側三方弁９１Ａおよび下流側三方弁９１Ｂの弁開度を制御する制御信号、並びに、空調機１０の送風部１２により送りだされる空気の流量を制御する制御信号が主に出力されている。
【００８９】
次に、上記の構成からなる装置冷却システム１０１における演算装置８０の冷却について説明する。まず、冷媒が空調機１０、液冷部２０Ａおよび液冷部２０Ｂを順に流れてカスケード利用される場合について図１０を参照しながら説明する。
【００９０】
冷媒がカスケード利用される場合、制御部１７０は流入三方弁５１Ａに対して流入バイパス配管５０Ａへの冷媒の流入を止める制御信号を出力するとともに、流入三方弁５１Ｂに対しても流入バイパス配管５０Ｂへの冷媒の流入を止める制御信号を出力する。さらに制御部１７０は、流出三方弁６１Ａに対して流出バイパス配管６０Ａへの冷媒の流入を止める制御信号を出力するとともに、流出三方弁６１Ｂに対して流出バイパス配管６０Ｂへの冷媒の流入を止める制御信号を出力する。
【００９１】
また制御部１７０は、上流側三方弁９１Ａに対して循環配管４０から中間バイパス配管９０への冷媒の流入を止める制御信号を出力するとともに、下流側三方弁９１Ｂに対して循環配管４０から中間バイパス配管９０への冷媒の流入を止める制御信号を出力する。図１０では流入三方弁５１Ａ，５１Ｂ、流出三方弁６１Ａ，６１Ｂ、上流側三方弁９１Ａおよび下流側三方弁９１Ｂにおける閉じられたポートを黒く塗りつぶして示し、開かれたポートは白抜きで示している。さらに冷媒が流れていない配管である流入バイパス配管５０Ａ，５０Ｂ、流出バイパス配管６０Ａ，６０Ｂおよび中間バイパス配管９０は点線で示している。
【００９２】
この状態で循環ポンプ４１が駆動されると、冷媒は循環配管４０内を循環する。循環する冷媒は熱交換ユニット３１において冷却される。熱交換ユニット３１から供給された冷媒は空調機１０の室内熱交換部１１に流入する。空調機１０では、送風部１２によりフロアＦ内の空気が室内熱交換部１１に導かれ、室内熱交換部１１において当該空気が冷却される。冷却された空気はフロアＦに供給されて、演算装置８０の冷却に用いられる。
【００９３】
室内熱交換部１１において空気から熱を奪い温度が上昇した冷媒は、空調機１０から流出して液冷部２０Ａに流入する。この冷媒の温度は、フロアＦ内の空気の温度や、送風部１２により室内熱交換部１１に導かれる空気の流量に応じて変動する。
【００９４】
液冷部２０Ａに供給された冷媒は、液冷部２０Ａと熱伝導可能に接触している電子部品の熱を吸収することにより演算装置８０を冷却する。電子部品の熱を吸収して温度が上昇した冷媒は、液冷部２０Ａから流出して液冷部２０Ｂに流入する。
【００９５】
液冷部２０Ｂに供給された冷媒は、液冷部２０Ｂと熱伝導可能に接触している電子部品の熱を吸収することにより演算装置８０を冷却する。電子部品の熱を吸収して温度がさらに上昇した冷媒は、液冷部２０Ｂから流出して熱交換ユニット３１に流入する。
【００９６】
制御部１７０は、冷媒温度センサ３２Ａおよび冷媒温度センサ３２Ｂにより測定された冷媒温度の差である冷媒往還温度差、冷媒温度センサ１３Ａ，１３Ｂにより測定された空調機１０に流入する冷媒の温度および流出する冷媒の温度、冷媒温度センサ２１Ａ，２１Ｂにより測定された液冷部２０Ａに流入する冷媒の温度および流出する冷媒の温度、冷媒温度センサ２２Ａ，２２Ｂにより測定された液冷部２０Ｂに流入する冷媒の温度および流出する冷媒の温度、および、表面温度センサ２１Ｄ、２２Ｄにより測定された表面温度などに基づいて流入三方弁５１Ａ，５１Ｂ、流出三方弁６１Ａ，６１Ｂ、上流側三方弁９１Ａおよび下流側三方弁９１Ｂの制御を行う。
【００９７】
制御部１７０の演算部７１は、表面温度センサ２１Ｄ、２２Ｄから入力された表面温度や、演算装置８０における演算負荷などの情報に基づいて演算装置８０から発生する熱量を推定する。この熱量に対応して装置冷却システム１０１全体の冷却負荷が求められ、空調機１０および液冷部２０Ａ，２０Ｂのそれぞれが担う冷却負荷が定められる。本実施形態では、液冷部２０Ａ，２０Ｂによる演算装置８０の冷却を優先し、空調機１０による冷却を補助的に用いるように空調機１０および液冷部２０Ａ，２０Ｂが担う冷却負荷を定める例に適用して説明する。
【００９８】
なお、演算装置８０から発生する熱量を推定する方法としては、演算式を用いて推定してもよいし、予め記憶部７２に記憶してあるマップに基づいて推定してもよく、推定方法を特に限定するものではない。
【００９９】
第１の実施形態と同様に、空調機１０および液冷部２０Ａ，２０Ｂのそれぞれにおいては、冷却負荷をΦ、冷媒温度をＴ、冷媒流量をＱとすると、Φ＝Ｆ（Ｔ，Ｑ）の関係式が成立している。例えば、液冷部２０Ａにおける冷却負荷Φｗａが決まると、これに対応する液冷部２０Ａにおける必要冷媒温度Ｔｗａおよび必要冷媒流量Ｑｗａの組み合わせを定めることができる。液冷部２０Ｂにおける冷却負荷Φｗｂが決まると、これに対応する液冷部２０Ｂにおける必要冷媒温度Ｔｗｂおよび必要冷媒流量Ｑｗｂの組み合わせを定めることができる。
【０１００】
演算部７１は、空調機１０の必要冷媒温度Ｔａおよび必要冷媒流量Ｑａと、液冷部２０Ａの必要冷媒温度Ｔｗａおよび必要冷媒流量Ｑｗａとの比較を行うとともに、液冷部２０Ａの必要冷媒温度Ｔｗａおよび必要冷媒流量Ｑｗａと、液冷部２０Ｂの必要冷媒温度Ｔｗｂおよび必要冷媒流量Ｑｗｂとの比較を行う。
【０１０１】
必要冷媒温度Ｔａ＝必要冷媒温度Ｔｗａ、必要冷媒流量Ｑａ＝必要冷媒流量Ｑｗａの関係が成立する場合には、図１０に示すように、空調機１０および液冷部２０Ａの間での冷媒のカスケード利用が行われる。必要冷媒温度Ｔｗａ＝必要冷媒温度Ｔｗｂ、必要冷媒流量Ｑｗａ＝必要冷媒流量Ｑｗｂの関係が成立する場合には、図１０に示すように、液冷部２０Ａおよび液冷部２０Ｂの間での冷媒のカスケード利用が行われる。
【０１０２】
その一方で、必要冷媒温度Ｔａおよび必要冷媒流量Ｑａと、必要冷媒温度Ｔｗａおよび必要冷媒流量Ｑｗａとの間に差がある場合には、制御部１７０は当該差を縮めるように流入三方弁５１Ａおよび流出三方弁６１Ａの弁開度を制御する制御信号や、循環ポンプ４１から送り出される冷媒流量を制御する制御信号などを出力する。
【０１０３】
例えば、必要冷媒流量Ｑｗａが必要冷媒流量Ｑａよりも小さい場合には、制御部１７０は、流入三方弁５１Ａに対して循環配管４０を流れる冷媒の一部を流入バイパス配管５０Ａに流入させる制御信号を出力するとともに、流出三方弁６１Ａに対して循環配管４０を流れる冷媒の一部を流出バイパス配管６０Ａに流入させる制御信号を出力する。このようにすることで、液冷部２０Ａに流入する冷媒の温度を必要冷媒温度Ｔｗａとするとともに、流入する冷媒の流量を必要冷媒流量Ｑｗａとすることができる。
【０１０４】
図１１は上述の場合における冷媒の流れを説明する模式図である。この図において流入三方弁５１Ａおよび流出三方弁６１Ａにおける灰色に塗りつぶされた部分はポートの開度が調節されている状態を示している。
【０１０５】
循環配管４０を流れる冷媒は、流入三方弁５１Ａにおいて一部が分かれて流入バイパス配管５０Ａへ流入する。流入バイパス配管５０Ａに流入した冷媒は、空調機１０を迂回して液冷部２０Ａへ導かれる。その一方で、空調機１０に向かった冷媒は、図１０の場合と同様に空調機１０でフロアＦ内の空気を冷却した後に空調機１０から流出する。
【０１０６】
空調機１０から流出した冷媒は、流出三方弁６１Ａにおいて一部が分かれて流出バイパス配管６０Ａへ流入する。流出バイパス配管６０Ａに流入した冷媒は、液冷部２０Ａおよび液冷部２０Ｂを迂回して熱交換ユニット３１へ導かれる。その一方で、液冷部２０Ａに向かった冷媒は、流入バイパス配管５０Ａにより導かれた冷媒と混合した後に液冷部２０Ａへ導かれて冷却に用いられる。
【０１０７】
また、必要冷媒流量Ｑｗｂが必要冷媒流量Ｑｗａよりも小さい場合には、制御部１７０は、流入三方弁５１Ｂに対して循環配管４０を流れる冷媒の一部を流入バイパス配管５０Ｂに流入させる制御信号を出力するとともに、流出三方弁６１Ｂに対して循環配管４０を流れる冷媒の一部を流出バイパス配管６０Ｂに流入させる制御信号を出力する。このようにすることで、液冷部２０Ｂに流入する冷媒の温度を必要冷媒温度Ｔｗｂとするとともに、流入する冷媒の流量を必要冷媒流量Ｑｗｂとすることができる。
【０１０８】
図１２は上述の場合における冷媒の流れを説明する模式図である。循環配管４０を流れる冷媒は、流入三方弁５１Ｂにおいて一部が分かれて流入バイパス配管５０Ｂへ流入する。流入バイパス配管５０Ｂに流入した冷媒は、空調機１０および液冷部２０Ａを迂回して液冷部２０Ｂへ導かれる。その一方で、空調機１０に向かった冷媒は、図１０の場合と同様に空調機１０および液冷部２０Ａのそれぞれで冷却に用いられた後に液冷部２０Ｂから流出する。
【０１０９】
液冷部２０Ｂから流出した冷媒は、流出三方弁６１Ｂにおいて一部が分かれて流出バイパス配管６０Ｂへ流入する。流出バイパス配管６０Ｂに流入した冷媒は、液冷部２０Ｂを迂回して熱交換ユニット３１へ導かれる。その一方で、液冷部２０Ｂに向かった冷媒は、流入バイパス配管５０Ｂにより導かれた冷媒と混合した後に液冷部２０Ｂへ導かれて冷却に用いられる。
【０１１０】
図１３は上述の場合における別の冷媒の流れを説明する模式図である。この場合制御部１７０は、流出三方弁６１Ａに対して循環配管４０を流れる冷媒の一部を流出バイパス配管６０Ａに流入させる制御信号を出力するとともに、流出三方弁６１Ｂに対して循環配管４０を流れる冷媒の一部を流出バイパス配管６０Ｂに流入させる制御信号を出力する。さらに、上流側三方弁９１Ａに対して流出バイパス配管６０Ａを流れる冷媒を中間バイパス配管９０に流入させるとともに、下流側三方弁９１Ｂに対して中間バイパス配管９０を流れる冷媒を循環配管４０に流入させる制御信号を出力する。
【０１１１】
循環配管４０を流れる冷媒は、空調機１０から流出した後に流出三方弁６１Ａにおいて一部が流出バイパス配管６０Ａへ流入する。流出バイパス配管６０Ａに流入した冷媒は、上流側三方弁９１Ａにおいて中間バイパス配管９０へ流入し、下流側三方弁９１Ｂを介して循環配管４０へ流入して液冷部２０Ｂへ導かれる。
【０１１２】
その一方で、流出三方弁６１Ａから液冷部２０Ａへ向かった冷媒は、図１０の場合と同様に冷却に用いられ液冷部２０Ａから流出する。液冷部２０Ａから流出した冷媒は、流出三方弁６１Ｂにおいて一部が流出バイパス配管６０Ｂへ流入する。流出バイパス配管６０Ｂに流入した冷媒は、液冷部２０Ｂを迂回して熱交換ユニット３１へ導かれる。流出三方弁６１Ｂから液冷部２０Ｂへ向かった冷媒は、中間バイパス配管９０により導かれた冷媒と混合した後、液冷部２０Ｂに流入して冷却に用いられる。
【０１１３】
上述の制御の他に、制御部１７０は液冷部２０Ａ，２０Ｂにおいて冷却能力を発揮できなくなる非常事態、例えば冷媒漏れなどの不具合が発生したことを検出した場合には、流出三方弁６１Ａ，６１Ｂ、上流側三方弁９１Ａおよび下流側三方弁９１Ｂに対して制御信号を出力して、非常事態が発生した液冷部２０Ａ，２０Ｂを迂回して冷媒を流す制御を行う。
【０１１４】
図１４は、液冷部２０Ａ，２０Ｂの両者を迂回して冷媒が流れる状態を示しているものである。この場合、制御部１７０は流出三方弁６１Ａに対して循環配管４０を流れる全ての冷媒を流出バイパス配管６０Ａに導く制御信号を出力するとともに、上流側三方弁９１Ａに対して冷媒を中間バイパス配管９０に流入させない制御信号を出力する。
【０１１５】
すると空調機１０から流出した冷媒は、流出三方弁６１Ａにおいて循環配管４０から流出バイパス配管６０Ａに流入する。流出バイパス配管６０Ａに流入した冷媒は、液冷部２０Ａ，２０Ｂを迂回して熱交換ユニット３１へ導かれる。
【０１１６】
図１５は、液冷部２０Ａのみを迂回して冷媒が流れる状態を示しているものである。この場合、制御部１７０は流出三方弁６１Ａに対して循環配管４０を流れる全ての冷媒を流出バイパス配管６０Ａに導く制御信号を出力するとともに、上流側三方弁９１Ａに対して全ての冷媒を中間バイパス配管９０に流入させる制御信号を出力する。さらに制御部１７０は、下流側三方弁９１Ｂに対して冷媒を液冷部２０Ｂへ導く制御信号を出力する。
【０１１７】
すると空調機１０から流出した冷媒は、流出三方弁６１Ａにおいて循環配管４０から流出バイパス配管６０Ａに流入する。流出バイパス配管６０Ａに流入した冷媒は、上流側三方弁９１Ａにより中間バイパス配管９０に流入して液冷部２０Ａを迂回する。その後中間バイパス配管９０の冷媒は、下流側三方弁９１Ｂを介して液冷部２０Ｂへ導かれ冷却に用いられる。
【０１１８】
図１６は、液冷部２０Ｂのみを迂回して冷媒が流れる状態を示しているものである。この場合、制御部１７０は流出三方弁６１Ａに対して冷媒が流出バイパス配管６０Ａに流入させない制御信号を出力するとともに、流出三方弁６１Ｂに対して循環配管４０を流れる全ての冷媒を流出バイパス配管６０Ｂに導く制御信号を出力する。
【０１１９】
すると空調機１０から流出した冷媒は、液冷部２０Ａに導かれて冷却に用いられた後、流出三方弁６１Ｂにおいて全ての冷媒が循環配管４０から流出バイパス配管６０Ｂに流入する。流出バイパス配管６０Ｂに流入した冷媒は、液冷部２０Ｂを迂回して熱交換ユニット３１へ導かれる。
【０１２０】
上記の構成の装置冷却システム１０１によれば、２つの液冷部２０Ａ，２０Ｂを直列に並べ、冷媒を液冷部２０Ａ，２０Ｂの間でカスケード利用する場合に、中間バイパス配管９０を更に設けることにより、冷却能力の制御性を更に高めることができる。つまり、上流側に配置された液冷部２０Ａを迂回した冷媒は、下流側に配置された液冷部２０Ｂに流入する冷媒よりも温度が低い場合が多い。この冷媒を中間バイパス配管９０によって下流側に配置された液冷部２０Ｂの冷媒流入側に導くことにより、液冷部２０Ｂの冷却能力を確保しやすくなる、または高めることができる。
【０１２１】
また、空調機１０および液冷部２０Ａ，２０Ｂの冷却能力が演算装置８０の冷却負荷を満たすように、流入バイパス配管５０Ａ，５０Ｂ、流出バイパス配管６０Ａ，６０Ｂおよび中間バイパス配管９０を流れる冷媒の流量を制御するため、冷媒を液冷部２０Ａ，２０Ｂの間でカスケード利用する場合であっても、液冷部２０Ａ，２０Ｂのそれぞれにおける冷却能力を確保しやすくなり、冷却能力の制御性が高くなる。
【０１２２】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、冷媒が流れる流路のパターンは上記の実施形態で示したものに限られるものではなく、その他さまざまなパターンの冷媒が流れる流路を用いてもよく特に限定するものではない。
【符号の説明】
【０１２３】
１，１０１…装置冷却システム、１０…空調機（空冷部）、２０，２０Ａ，２０Ｂ…液冷部、３０…中央熱源（熱源部）、３１…熱交換ユニット（熱源部）、４０…循環配管、８０…演算装置（冷却対象装置）、５０，５０Ａ，５０Ｂ…流入バイパス配管（流入迂回部）、５１，５１Ａ，５１Ｂ…流入三方弁（流入迂回部）、６０，６０Ａ，６０Ｂ…流出バイパス配管（流出迂回部）、６１，６１Ａ，６１Ｂ…流出三方弁（流出迂回部）、９０…中間バイパス配管（中間迂回部）、９１Ａ…上流側三方弁（中間迂回部）、９１Ｂ…下流側三方弁（中間迂回部）、Ｆ…フロア（所定空間）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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