(57)【要約】【課題】電子機器から熱を奪って温度が上昇した冷却用媒体を冷却するチラーユニットの負荷やランニングコストを低減できるデータセンタの冷却システムを提供する。【解決手段】電子機器４から生じた熱を冷却用媒体に伝達させて奪う熱交換器６と、冷却用媒体の熱をヒートパイプ１５によって大気中に放熱させることにより、冷却用媒体を氷結させて蓄冷する氷蓄熱装置１０と、熱交換器６で電子機器４の熱を奪って高温にされた冷却用媒体と氷蓄熱装置１０あるいは冷却器１１で冷却された冷却用媒体とを混合する混合タンク９とを備え、混合タンク９で混合された冷却用媒体の少なくとも一部を氷蓄熱装置１０に供給し、他の少なくとも一部を熱交換器６あるいは冷却器１１に供給するように構成されていることを特徴とする。【選択図】図１
2011247506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却器によって温度を低下させた冷却用媒体を用いて、データ処理をおこなう複数の電子機器から発生した熱を奪って外部に放出することにより前記電子機器を冷却するデータセンタの冷却システムにおいて、
前記電子機器から生じた熱を前記冷却用媒体に伝達させて奪う熱交換器と、
前記冷却用媒体の熱を熱輸送方向が一方向のヒートパイプによって大気中に放熱させることにより、前記冷却用媒体を冷却し、氷結させて蓄冷する氷蓄熱装置と、
前記熱交換機で前記電子機器の熱を奪って温度が上昇した前記冷却用媒体と前記氷蓄熱装置あるいは前記冷却器で温度が低下させられた前記冷却用媒体とを混合する混合タンクとを備え、
前記混合タンクで混合された前記冷却用媒体の少なくとも一部を前記氷蓄熱装置に向けて供給し、他の少なくとも一部を前記熱交換機あるいは前記冷却器に向けて供給するように構成されている
ことを特徴とするデータセンタの冷却システム。
【請求項２】
前記混合タンクは、前記温度が上昇した冷却用媒体と前記温度が低下させられた冷却用媒体とを混合する複数の混合槽と、直列に配置され互いに隣り合う前記混合槽を連通し、前記混合槽間で前記冷却用媒体を流通させる連通孔とを備え、前記混合槽のいずれか一つに前記電子機器の熱を奪って温度が上昇した前記冷却用媒体が流入され、他の貯留槽の一つに前記氷蓄熱装置あるいは前記冷却器で温度が低下させられた前記冷却用媒体が流入されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のデータセンタの冷却システム。
【請求項３】
前記熱交換機と前記混合タンクとの間で前記冷却用媒体を循環させる第一の循環管路が形成され、その第一の循環管路の途中に、前記複数の混合槽における前記冷却用媒体の温度に応じて前記複数の混合槽のいずれかから前記熱交換機に前記冷却用媒体を供給するように切換操作される第一の切換手段が設けられ、かつ前記第一の切換手段よりも前記電子機器側に前記冷却用媒体を流動させる第一のポンプが介装され、
前記冷却器と前記混合タンクとの間で前記冷却用媒体を循環させる第二の循環管路が形成され、前記第二の循環管路の途中に、前記複数の混合槽における前記冷却用媒体の温度に応じて前記複数の混合槽のいずれかから前記冷却器に前記冷却用媒体を供給するように切換操作される第二の切換手段が設けられ、かつ前記第二の切換手段よりも前記冷却器側に前記冷却用媒体を流動させる第二のポンプが介装され、
前記電子機器の熱を奪って温度が上昇した前記冷却用媒体が流入される前記混合タンクの混合槽と前記氷蓄熱装置との間で前記冷却用媒体を循環させる第三の循環管路が形成され、前記第三の循環管路における前記氷蓄熱装置の流入口側に前記冷却用媒体を流動させる第三のポンプが介装されている
ことを特徴とする請求項１に記載のデータセンタの冷却システム。
【請求項４】
前記氷蓄熱装置は、前記冷却用媒体を一時的に貯留する貯留槽を備え、
前記ヒートパイプは、蒸発部をその貯留槽内の前記冷却用媒体に浸漬し、かつ凝縮部を大気中に露出させた状態に配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載のデータセンタの冷却システム。
【請求項５】
前記ヒートパイプは、密閉容器の内部に、蒸発および凝縮をともなって循環流動する作動流体が封入され、かつ重力によって液相の前記作動流体を前記密閉容器における前記蒸発部である下端部に還流させる熱サイフォンを含む
ことを特徴とする請求項１または４に記載のデータセンタの冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、データ処理にともなって発熱する複数の電気機器を備えたデータセンタの冷却システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
データセンタの冷却システムとして、データ処理にともなって発熱する複数の電子機器をチラーユニットで冷却した水などの冷却用媒体によって奪って冷却することが検討されている。この種の冷却システムでは、電子機器によるデータ処理は休みなくおこなわれるので、冷却用媒体を冷却するチラーユニットを常時稼働させる必要があり、したがって、電子機器の発熱量の増大にともなってチラーユニットの冷却負荷が増大したり、ランニングコストが増大したりする。そのため、データセンタを冷却する装置の小型化やランニングコストの低減が望まれる。
【０００３】
特許文献１には、電力料金が昼間に比較して安い夜間電力を利用して冷凍機を運転することにより、氷蓄熱槽に氷の形で冷熱を蓄え、この氷蓄熱槽の内部に氷の形で蓄熱された冷熱を冷水の形で取り出し、この冷水を冷水ショーケースの内部に循環させるように構成された発明が記載されている。また、冷水ショーケースの外部には、冷凍機の冷媒が循環可能なコイル部が設けられており、冷水ショーケースが冷凍機の蒸発部として作用するように構成された発明が記載されている。
【０００４】
特許文献２には、冷却装置とチラーユニットとの間で熱交換をおこなう熱交換器と、チラーユニットによって氷の形で蓄冷し、その蓄冷熱を冷水によって取り出して冷却装置に供給する氷蓄熱装置とが並列に接続されており、チラーユニットを運転して冷却装置を冷却する場合、蓄冷熱を利用して冷却装置を冷却する場合、チラーユニットと蓄冷熱とを併用して冷却装置を冷却する場合など多目的な冷却運転ができるように構成された発明が記載されている。また、氷蓄熱槽には、夜間電力を利用してチラーユニットを運転し、これにより氷蓄熱することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３７２３５４号公報
【特許文献２】特開平１１−２２３４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１および特許文献２に記載されているように、昼間に比較して電力料金の安価な夜間にチラーユニットを運転して氷蓄熱し、昼間にその氷を冷熱源として使用すれば、その分、昼間におけるチラーユニットの負荷やランニングコストを低減できる。しかしながら、特許文献１および特許文献２に記載された装置は、使用する電力を選んでチラーユニットを運転して氷蓄熱し、その冷熱を昼間に使用することで昼間におけるチラーユニットの負荷を低減するように構成されているのに過ぎず、未だ改良の余地があった。
【０００７】
この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであり、電子機器から熱を奪って温度が上昇した冷却用媒体を冷却するチラーユニットの負荷やランニングコストを低減することのできるデータセンタの冷却システムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、冷却器によって温度を低下させた冷却用媒体を用いて、データ処理をおこなう複数の電子機器から発生した熱を奪って外部に放出することにより前記電子機器を冷却するデータセンタの冷却システムにおいて、前記電子機器から生じた熱を前記冷却用媒体に伝達させて奪う熱交換器と、前記冷却用媒体の熱を熱輸送方向が一方向のヒートパイプによって大気中に放熱させることにより、前記冷却用媒体を冷却し、氷結させて蓄冷する氷蓄熱装置と、前記熱交換機で前記電子機器の熱を奪って温度が上昇した前記冷却用媒体と前記氷蓄熱装置あるいは前記冷却器で温度が低下させられた前記冷却用媒体とを混合する混合タンクとを備え、前記混合タンクで混合された前記冷却用媒体の少なくとも一部を前記氷蓄熱装置に向けて供給し、他の少なくとも一部を前記熱交換機あるいは前記冷却器に向けて供給するように構成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記混合タンクは、前記温度が上昇した冷却用媒体と前記温度が低下させられた冷却用媒体とを混合する複数の混合槽と、直列に配置され互いに隣り合う前記混合槽を連通し、前記混合槽間で前記冷却用媒体を流通させる連通孔とを備え、前記混合槽のいずれか一つに前記電子機器の熱を奪って温度が上昇した前記冷却用媒体が流入され、他の貯留槽の一つに前記氷蓄熱装置あるいは前記冷却器で温度が低下させられた前記冷却用媒体が流入されるように構成されていることを特徴とするデータセンタの冷却システムである。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記熱交換機と前記混合タンクとの間で前記冷却用媒体を循環させる第一の循環管路が形成され、その第一の循環管路の途中に、前記複数の混合槽における前記冷却用媒体の温度に応じて前記複数の混合槽のいずれかから前記熱交換機に前記冷却用媒体を供給するように切換操作される第一の切換手段が設けられ、かつ前記第一の切換手段よりも前記電子機器側に前記冷却用媒体を流動させる第一のポンプが介装され、前記冷却器と前記混合タンクとの間で前記冷却用媒体を循環させる第二の循環管路が形成され、前記第二の循環管路の途中に、前記複数の混合槽における前記冷却用媒体の温度に応じて前記複数の混合槽のいずれかから前記冷却器に前記冷却用媒体を供給するように切換操作される第二の切換手段が設けられ、かつ前記第二の切換手段よりも前記冷却器側に前記冷却用媒体を流動させる第二のポンプが介装され、前記電子機器の熱を奪って温度が上昇した前記冷却用媒体が流入される前記混合タンクの混合槽と前記氷蓄熱装置との間で前記冷却用媒体を循環させる第三の循環管路が形成され、前記第三の循環管路における前記氷蓄熱装置の流入口側に前記冷却用媒体を流動させる第三のポンプが介装されていることを特徴とするデータセンタの冷却システムである。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記氷蓄熱装置は、前記冷却用媒体を一時的に貯留する貯留槽を備え、前記ヒートパイプは、蒸発部をその貯留槽内の前記冷却用媒体に浸漬し、かつ凝縮部を大気中に露出させた状態に配置されていることを特徴とするデータセンタの冷却システムである。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１または４の発明において、前記ヒートパイプは、密閉容器の内部に、蒸発および凝縮をともなって循環流動する作動流体が封入され、かつ重力によって液相の前記作動流体を前記密閉容器における前記蒸発部である下端部に還流させる熱サイフォンを含むことを特徴とするデータセンタの冷却システムである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、氷蓄熱装置は、冷却用媒体の熱を熱輸送方向が一方向に制御されたヒートパイプによって気中放熱して冷却し、また氷結させて蓄冷するように構成されている。この氷蓄熱装置に氷の形で蓄えられた冷熱は、氷蓄熱装置と熱交換器との間を循環流動する液相の冷却用媒体によって取り出される。循環流動する液相の冷却用媒体は氷によって冷却される。この氷蓄熱装置あるいは冷却器で冷却された冷却用媒体と、電子機器の熱を奪って温度が上昇した冷却用媒体とは混合タンクで混合される。混合タンクで混合された冷却用媒体の少なくとも一部は、氷蓄熱装置に供給されて冷却され、新たな冷熱を氷蓄熱装置から取り出すようになっている。また混合タンクで混合された冷却用媒体の一部は熱交換器に供給されて電子機器を冷却するようになっている。混合タンクで混合された冷却用媒体の他の少なくとも一部は冷却器に供給され、冷却器で冷却されるようになっている。氷蓄熱装置あるいは冷却器で冷却された冷却用媒体の温度に比較して高温、かつ電子機器の熱を奪って温度が上昇した冷却用媒体に比較して低温の冷却用媒体が電子機器に供給される。混合タンクで温度調整された冷却用媒体が電子機器に供給されるので、電子機器の過冷却や冷却不足を防止もしくは抑制できる。電子機器の熱を奪って温度が上昇した冷却用媒体は、混合タンクで前述したように温度が低下させられて氷蓄熱装置に供給されるので、氷蓄熱装置から過剰に冷熱を取り出すことを防止もしくは抑制できる。電子機器から熱を奪った冷却用媒体に比較して温度が低下させられた冷却用媒体が冷却器に供給されるので、冷却器の負荷を低減できる。混合タンクで混合した冷却用媒体の温度が所定の温度以下の場合には、混合した冷却用媒体を冷却器に供給して冷却する必要がない。冷却器を稼働させずに電子機器を冷却できる。前述した氷蓄熱装置は、冷却用媒体の熱を熱輸送方向が一方向に制御された熱ダイオード特性を有するヒートパイプによって大気中に放熱して冷却および氷結させるように構成されており、冷却器などのように冷却用媒体を冷却するための機械装置類や電力を必要としない。氷蓄熱装置は、冷却器などに比較して簡易な構成とすることができ、維持管理やランニングコストを不要あるいは低減した装置とすることができる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明による効果と同様の効果に加えて、混合タンクは複数の混合槽が直列に配置され、互いに隣り合う混合槽間に、冷却用媒体を流通させる連通孔が形成されている。混合槽のいずれか一つに電子機器の熱を奪って高温にされた冷却用媒体が流入し、他の混合槽のいずれかの一つに氷蓄熱装置あるいは冷却器で冷却された冷却用媒体が流入するようになっている。混合タンクにおける複数の混合槽が連通孔によって連通されているので、複数の混合槽間で高温の冷却用媒体と低温の冷却用媒体とを流動させることができる。結果、高温の冷却用媒体と低温の冷却用媒体とを段階的に混合できる。混合タンクで温度が緩和あるいは調整された冷却用媒体を、いずれかの混合槽から、冷却用媒体の温度に応じて熱交換器や冷却器に供給することが可能となる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、請求項１の発明による効果と同様の効果に加えて、熱交換器と混合タンクとの間に第一の循環管路が形成され、冷却器と混合タンクとの間に第二の循環管路が形成されている。第一の循環管路に設けられた第一の切換手段が各混合槽における冷却用媒体の温度に応じて切換操作され、第二の循環管路に設けられた第二の切換手段が各混合槽における冷却用媒体の温度に応じて切換操作され、混合タンクにおける複数の混合槽のいずれかから冷却器に対して冷却用媒体が供給されるようになっている。氷蓄熱装置あるいは冷却器で冷却された冷却用媒体の温度に比較して高温、かつ電子機器の熱を奪って温度が上昇した冷却用媒体に比較して低温の冷却用媒体を熱交換器や電子機器に供給できるので、電子機器の過冷却や冷却不足を防止もしくは抑制できる。熱交換器から混合タンクに供給された冷却用媒体に比較して低温の冷却用媒体を冷却器に供給できるので、冷却器の冷却負荷を低減できる。第一の循環管路における第一の切換手段よりも電子機器側に冷却用媒体を流動させるポンプが設けられている。第二の循環管路における第二の切換手段よりも冷却器側に冷却用媒体を流動させるポンプが設けられている。第一の切換手段あるいは第二の切換手段を切換操作し、混合タンクの複数のいずれかの混合槽を冷却用媒体の供給源としても冷却用媒体を循環管路に流動させ、熱交換器あるいは冷却器に供給することができる。氷蓄熱装置と混合タンクとの間に第三の循環管路が形成され、第三の循環管路における氷蓄熱装置側に冷却用媒体を流動させるポンプが設けられているので、混合タンクで混合した冷却用媒体を氷蓄熱装置に供給できる。
【００１６】
請求項４の発明によれば、請求項１の発明による効果と同様の効果に加えて、氷蓄熱装置は冷却用媒体を一時的に貯留する貯留槽を備え、ヒートパイプは、貯留槽に貯留される冷却用媒体に蒸発部が浸漬され、凝縮部が貯留槽の外部で上方の大気中に露出させられて配置されている。冷却用媒体の熱は、ヒートパイプによって熱輸送され、大気中に放熱されることにより温度が低下させられるようになっている。結果、氷蓄熱装置は、冷却器などのように冷却用媒体を冷却するための凝縮器や冷却器を稼働させるための動力源などの機械装置類や電力を必要としないので、氷蓄熱装置は、簡易な構成とすることができ、維持管理を不要あるいは低減できる。
【００１７】
請求項５の発明によれば、請求項１または４の発明による効果と同様の効果に加えて、ヒートパイプは、凝縮した作動流体を重力によって蒸発部に還流させる熱サイフォンを含む。熱サイフォンは、熱輸送方向が一方向に限定された熱ダイオード特性により冷却用媒体の熱を蒸発部から凝縮部に向けて輸送するので、密閉容器の内部に封入される作動流体を加熱する部分と蒸気化した作動流体を凝縮する部分とを逆転させると、熱流を生じないようになっており、トップヒートモードでは作動しないようになっている。結果、熱サイフォンは、下端部の蒸発部が冷却用媒体に浸漬され、凝縮部が貯留槽の外部の大気中に露出されているので、熱輸送方向を一方向に限定あるいは規制することができる。熱サイフォンが外気の熱を取り込んだり、貯留槽の内部の冷却用媒体の温度を上昇させたりすることがない。熱の逆流による冷却用媒体の温度上昇を防止もしくは抑制できる。外気の温度が所定の温度以下になると、熱サイフォンは冷却用媒体の熱を大気中に放熱して冷却用媒体を冷却し、氷結させることができる。熱サイフォンを備えた氷蓄熱装置を設け、蓄冷熱を電子機器の冷却に利用することにより、このような装置を設ける前に比較して冷却器の負荷を低減でき、冷却器のランニングコストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明に係るデータセンタの冷却システムの一例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
この発明を図面を参照しながら具体的に説明する。図１に、この発明に係るデータセンタの冷却システムの一例を模式的に示してある。データセンタ１は、所定の建屋２を備え、室内に少なくとも複数のサーバラック３が設けられている。各サーバラック３には、複数のサーバが収容されている。建屋２は、サーバラック３を収容するためのものであり、建設建物あるいは輸送用コンテナなど適宜のものであってよい。各サーバは、その基板上にデータ処理にともなって発熱する複数の電子機器４が配設されている。発熱する電子機器４には、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、メモリやストレージなどの記憶装置、電源ユニットなどが挙げられる。図１に示す例では、各電子機器４は、熱交換によりこれらを直接的に冷却するコールドプレート５に熱伝達可能に接触されている。
【００２０】
コールドプレート５は、中空のプレート状に形成されており、中空の内部を冷却用媒体が流通するようになっている。コールドプレート５は、内部と外部との間で熱を伝達する必要があるので、熱伝導率の高い素材で構成されていることが好ましく、銅あるいは銅合金などによって形成されていることが好ましい。冷却用媒体は、熱を輸送する流体であり、水あるいは水に所定量かつ任意の防錆剤を溶解させた水溶液、エチレングリコールあるいは塩化カルシウムなどを主成分とし、凝固点が０℃以下になるように調整されたブライン（不凍液と呼ばれることがある）あるいはＲ−１３４ａなどの代替フロンなどを使用することができる。コールドプレート５は、熱伝達可能に接触する電子機器４で発生した熱を中空の内部を流動する冷却用媒体に伝達することにより奪って、電子機器４を冷却するようになっている。
【００２１】
コールドプレート５と熱交換器６との間には、前述した冷却用媒体を循環させる循環管路が形成されている。熱交換器６は、高温の流体と低温の流体との間で熱の交換をおこなうものであり、プレート型熱交換器など適宜の熱交換器を使用することができる。コールドプレート５において熱交換することにより電子機器４から熱を奪って温度が上昇した冷却用媒体は、コールドプレート５から熱交換器６に向けて前述した循環管路を流動させられ、熱交換器６において低温の冷却用媒体と熱交換して冷却されるようになっている。熱交換器６において冷却された冷却用媒体は、熱交換器６からコールドプレート５に向けて前述した循環管路を流動させられ、電子機器４を冷却するようになっている。
【００２２】
コールドプレート５から熱交換器６に至る前述した循環管路の途中には、膨張タンク７が設けられている。膨張タンク７は、電子機器４で発生した熱を奪うことによって体積が膨張した冷却用媒体を一時的に貯留し、冷却用媒体の温度変化にともなう体積変化を吸収あるいは緩衝するためのものである。詳細は図示しないが、膨張タンク７は、任意の逃がし弁などを介して前述した循環管路に接続されることが好ましい。循環管路における膨張タンク７よりも熱交換器６側に、ポンプ８が介装されている。ポンプ８は、前述した循環管路に冷却用媒体を循環流動させるためのものであり、一般的に使用されているポンプを使用することができる。
【００２３】
熱交換器６において熱交換し、温度が上昇した冷却用媒体は、この発明に係る混合タンク９に供給されるようになっている。混合タンク９には、この発明に係る氷蓄熱装置１０およびチラーユニット（冷却器）１１で冷却された冷却用媒体が供給されるようになっている。混合タンク９は、熱交換器６において温度が上昇した冷却用媒体と、氷蓄熱装置１０やチラーユニット１１で冷却された冷却用媒体とを混合するように構成されており、混合タンク９は、高温の冷却用媒体と低温の冷却用媒体とを混合し、冷却用媒体の温度を緩衝するように構成されている。
【００２４】
混合タンク９で混合された冷却用媒体の一部は氷蓄熱装置１０に供給されるようになっており、混合タンク９と氷蓄熱装置１０との間には、冷却用媒体を循環させる循環管路が形成されている。混合タンク９で混合された冷却用媒体の他の一部は熱交換器６およびチラーユニット１１に供給されるようになっており、冷却用媒体を循環させる循環管路が形成されている。
【００２５】
混合タンク９について具体的に説明すると、混合タンク９は、図１に示す例では、冷却用媒体を流動可能な状態で貯留する六つの混合槽９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆを備えている。隣り合う混合槽間には連通孔１２が形成されている。各連通孔１２は、隣接する連通孔１２同士が鉛直方向で対置させられている。各混合槽９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆは連通孔１２を介して直列に接続されている。混合槽９ａに熱交換器６からの高温の冷却用媒体が供給され、混合槽９ｆに氷蓄熱装置１０あるいはチラーユニット１１で冷却された冷却用媒体が供給されるようになっている。
【００２６】
混合タンク９における冷却用媒体の流動について具体的に説明する。熱交換器６において高温にされた冷却用媒体は混合タンク９の混合槽９ａに供給され、混合槽９ａにおいて混合槽９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆを流動してきた低温の冷却用媒体と混合させられて温度が低下させられる。高温の冷却用媒体と低温の冷却用媒体とが混合される場合に、混合される冷却用媒体の温度差によって混合槽９ａにおいて対流が生じる。高温の冷却用媒体は、温度が低下させられることにより混合槽９ａにおいて下側に流動し、これとは反対に低温の冷却用媒体は、温度が上昇させられ、混合槽９ａにおいて上側に流動する。高温の冷却用媒体が、混合槽９ａにおいて下側に形成された連通孔１２を通って相対的に低温の冷却用媒体を貯留する混合槽９ｂに流動する。この連通孔１２を通って混合槽９ｂの低温の冷却用媒体が混合槽９ａに流動する。混合槽９ａに供給された高温の冷却用媒体は、連通孔１２を通って混合槽９ａから混合槽９ｆに向けて流動し、次第にその温度が低下させられる。
【００２７】
これとは反対に、混合槽９ｆに供給された低温の冷却用媒体は、混合槽９ｆにおいて混合槽９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅから流動してきた高温の冷却用媒体と混合させられ、その温度が上昇させられる。低温の冷却用媒体は、混合槽９ｆにおいて下側に流動し、高温の冷却用媒体は、混合槽９ｆにおいて上側に流動する。混合槽９ｆの冷却用媒体は、混合槽９ｆを対流し、低温の冷却用媒体は連通孔１２を通って高温の冷却用媒体を貯留する混合槽９ｅに流動する。混合槽９ｆに供給された低温の冷却用媒体は、連通孔１２を通って混合槽９ｆから混合槽９ａに向けて流動し、次第にその温度が上昇させられる。混合タンク９に貯留される冷却用媒体の温度は各混合槽９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆ毎に異なっており、各混合槽９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆにおける冷却用媒体はその温度に依存して各混合槽間を流動するようになっている。
【００２８】
混合タンク９の混合槽９ａに供給され、温度が低下させられた冷却用媒体の一部は、前述した混合タンク９と氷蓄熱装置１０との間に形成された循環管路を流動させられ、氷蓄熱装置１０に供給されるようになっている。混合タンク９から氷蓄熱装置１０に至る循環管路の途中には、冷却用媒体を送液するためのポンプ１３が介装されている。氷蓄熱装置１０は、混合タンク９から供給された冷却用媒体の熱を気中放熱することにより、外気の冷熱により冷却用媒体を冷却あるいは氷結させて冷熱を蓄えるように構成されている。氷蓄熱装置１０は、混合タンク９から供給される冷却用媒体によって、内部に氷の形で蓄えられた冷熱を取り出し、氷によって前述した混合タンク９から供給される冷却用媒体を冷却するように構成されている。氷蓄熱装置１０は、冷却用媒体を氷結させて氷の形で外気の冷熱を蓄え、冷熱によって混合タンク９から供給される冷却用媒体を冷却する必要があるので、データセンタ１および氷蓄熱装置１０は、積算寒度が４００℃・ｄａｙ以上の寒冷地に設けることが好ましい。
【００２９】
氷蓄熱装置１０についてより具体的に説明すると、氷蓄熱装置１０は、前述した混合槽９ａから供給される冷却用媒体を一時的に貯留する貯留槽１４と、その貯留槽１４に貯留される冷却用媒体の熱を大気中に放熱することにより冷却し、氷結させるためのヒートパイプ１５とを備えている。貯留槽１４は、中空の容器であり、内部に混合タンク９において温度が低下させられた冷却用媒体を一時的に貯留するものであるから、外部からその槽内に対する水の浸入あるいは浸透を防止するとともに、冷却用媒体の漏出を防止するために防水対策が施されていることが好ましい。貯留槽１４は、その内部に冷却用媒体を氷結させて冷熱を蓄えるものであり、冷熱源として機能し、混合タンク９に低温の冷却用媒体を供給するためのものであるから、外部に対して断熱あるいは熱伝導率の低い素材で構成されていることが好ましい。前述した素材にはコンクリートなどが挙げられる。貯留槽１４は、断熱の観点から地中に設けられていてもよい。貯留槽１４を地中に設けた場合には、地表に設けられている場合に比較してその断熱効果を向上させることができる。
【００３０】
ヒートパイプ１５は、前述したように貯留槽１４に一時的に貯留される冷却用媒体の熱を大気中に放熱して冷却し、氷結させるためのものであるから、図１に示す例では、ヒートパイプ１５の一方の端部１５ａは貯留槽１４に一時的に貯留される冷却用媒体に浸漬されている。ヒートパイプ１５の他方の端部１５ｂは、貯留槽１４の外部であって大気中に露出させた状態で配置されている。ヒートパイプ１５の一方の端部１５ａがその内部に封入される作動流体を加熱して蒸気化する蒸発部１５ａになっており、他方の端部１５ｂが蒸気化した作動流体の潜熱を放熱させうことにより凝縮させる凝縮部１５ｂになっている。ヒートパイプ１５の凝縮部１５ｂには放熱用の複数のフィン１５ｃが設けられている。図１に示す例では、ヒートパイプ１５の長手方向は、重力方向に対して平行になるように設けられており、ヒートパイプ１５は貯留槽１４に貯留される冷却用媒体の水平面に対して鉛直あるいはほぼ鉛直に設けられている。
【００３１】
ヒートパイプ１５には、熱輸送方向が一方向に限定あるいは規制された熱ダイオード特性を有するものを使用することが好ましい。その一例を挙げると、熱サイフォン（サーモサイホン式ヒートパイプと呼ばれることがある）１５を使用することが好ましい。熱サイフォン１５は、例えば気密性のある所定の中空の容器（コンテナと呼ばれることがある。）の内部に空気などの非凝縮性ガスを脱気した状態で作動流体が封入されて構成されている。容器は、例えば中空管であり、その内部と外部との間で熱を伝達する必要があるので、中空管は熱伝導率の高い素材で構成されていることが好ましく、銅管を使用することが好ましい。作動流体は加熱されて蒸発し、かつ放熱して凝縮することにより、潜熱の形で熱を輸送する流体である。熱サイフォン１５は、その凝縮部１５ｂにおいて凝縮した作動流体は、重力によって蒸発部１５ａに還流するようになっており、トップヒートモードでは作動しないようになっている。
【００３２】
熱サイフォン１５に、毛細管作用により凝縮した作動流体を蒸発部１５ａに還流させるウィックを使用する場合には、熱サイフォン１５が冷却用媒体に浸漬される長さあるいは深さに相当する長さのウィックを、蒸発部１５ａに、図１に示す例において熱サイフォン１５の下端部に配置する。ウィックの配置を限定することにより、ウィックが配置された部分の全体に亘って蒸発部１５ａとすることができるとともに、ウィックを設けた熱サイフォン１５であっても熱ダイオード特性を与えることができる。
【００３３】
この発明では、熱サイフォン１５は、外気温が所定の温度以下の場合に作動させることが好ましく、例えば外気温が１０℃以下の場合に作動するように構成することが好ましい。具体的には、熱サイフォン１５の内部に封入される作動流体には、沸点が１０℃以下のアンモニアあるいはＲ−１３４ａなどの代替フロンなどを使用することが好ましい。熱サイフォン１５の内部に封入される作動流体の量は、その内容積の約２０〜３０ｖｏｌ％にすることが好ましい。上記のように熱サイフォン１５を構成した場合には、外気温が１０℃以下になると、蒸発部１５ａにおいて冷却用媒体の熱によって蒸気化された作動流体は、相対的に低温・低圧力の凝縮部１５ｂに移動してその熱を気中放熱し、放熱することにより凝縮し、液相の作動流体が重力によって蒸発部１５ａに還流される。結果、氷蓄熱装置１０は、外気温が所定温度（１０℃）よりも低くなった場合に、外気の冷熱により冷却用媒体を冷却し、氷結できるようになっている。外気温が所定の温度よりも高くなると、熱サイフォン１５は、前述したようにトップヒートモードでは作動しないので、熱サイフォン１５が外気の熱を取り込んで、貯留槽１４の内部の冷却用媒体の温度を上昇させることがない。氷蓄熱装置１０に供給され、内部に蓄えられた氷の冷熱を取り出し、氷によって冷却された冷却用媒体は、前述した循環管路を流動して混合槽９ｆに供給されるようになっている。
【００３４】
図１に示す例では、混合タンク９の混合槽９ａあるいは混合槽９ｆから熱交換器６に向けて低温の冷却用媒体が供給できるように構成されており、その管路の途中に切換バルブ１６が介装されている。切換バルブ１６を切換操作することにより、混合タンク９の混合槽９ａあるいは混合槽９ｆのいずれか一方から熱交換器６に冷却用媒体を供給できるようになっている。管路における切換バルブ１６よりも熱交換器６側に冷却用媒体を送液するためのポンプ１７が介装されている。切換バルブ１６は、熱交換器６に対して低温の冷却用媒体を供給する混合槽を切り換えるものであり、各混合槽９ａ，９ｆに貯留される冷却用媒体の温度を検出し、検出された温度に依存して操作されるようになっている。例えば混合槽９ａに貯留される冷却用媒体の温度が所定の温度よりも高い場合には、混合槽９ｆから冷却用媒体を熱交換器６に供給できるように切換バルブ１６が操作される。例えば混合槽９ａに貯留される冷却用媒体の温度が所定の温度よりも低い場合には、混合槽９ａから冷却用媒体を熱交換器６に供給できるように切換バルブ１６が操作される。
【００３５】
詳細は図示しないが、切換バルブ１６は、電気的に制御されて冷却用媒体の供給源を切り換えられるようになっており、電圧をかけることにより流路を切り換えるように構成された電磁制御式の三方向バルブなどを使用することができる。切換バルブ１６は、冷却用媒体を流動させる流路を切り換えるように構成されていればよく、電磁弁に換えて、モータなどの動力源によって流路を切り換えるように構成されたものを使用してもよい。切換バルブ１６が、第一の切換手段に相当する。ポンプ１７は、混合タンク９の混合槽９ａあるいは混合槽９ｆに貯留された冷却用媒体を熱交換器６に送液し、熱交換器６における熱交換によって温度が上昇した冷却用媒体を混合タンク９の混合槽９ａに送液するためのものであり、一般的に使用されているポンプを使用することができる。
【００３６】
混合タンク９の混合槽９ａおよび混合槽９ｆとチラーユニット１１との間には、前述したように循環管路が形成されており、混合槽９ａあるいは混合槽９ｆに貯留された冷却用媒体の一部をチラーユニット１１に供給して冷却し、チラーユニット１１で冷却された冷却用媒体を混合タンク９の混合槽９ｆに供給できるようになっている。混合タンク９からチラーユニット１１に冷却用媒体を供給する循環管路の途中には、切換バルブ１８が介装されている。切換バルブ１８を切換操作することにより、チラーユニット１１に冷却用媒体を供給する混合槽を混合槽９ａあるいは混合槽９ｆのいずれか一方に切り換えられるようになっている。切換バルブ１８は、チラーユニット１１に対して冷却用媒体を供給する混合槽を切り換えるものであり、各混合槽９ａ，９ｆに貯留される冷却用媒体の温度を検出し、検出された温度に依存して操作され、混合槽９ａ，９ｆを適宜切り換えられるように構成されている。切換バルブ１８には、電圧をかけることにより流路を切り換えるように構成された電磁制御式の三方向バルブなどを使用することができる。切換バルブ１８が、第二の切換手段に相当する。混合槽９ｆに貯留される冷却用媒体の温度が所定の温度よりも高い場合には、混合槽９ｆから冷却用媒体をチラーユニット１１に供給して冷却できるように切換バルブ１８が操作される。混合槽９ｆに貯留される冷却用媒体の温度が所定の温度よりも低い場合には、混合槽９ａから冷却用媒体をチラーユニット１１に供給して冷却できるように切換バルブ１８が操作される。
【００３７】
前述した管路における切換バルブ１８よりもチラーユニット１１側に冷却用媒体を送液するためのポンプ１９が介装されている。ポンプ１９は、混合タンク９の混合槽９ａあるいは混合槽９ｆに貯留された冷却用媒体をチラーユニット１１に送液し、チラーユニット１１で冷却された冷却用媒体を混合タンク９の混合槽９ｆに送液するためのものであり、一般的に使用されているポンプを使用することができる。
【００３８】
チラーユニット１１は、熱を輸送する冷却用媒体を冷却する冷却器であり、一般的に使用されているチラーユニット１１を使用することができる。一例を挙げると、代替フロンを冷媒として使用するターボ冷凍機やスクリュー式チラー、水を冷媒として使用する吸収式冷凍機などを使用することができる。図１に示す例では、チラーユニット１１は、熱交換器６から高温の冷却用媒体が供給され、高温の冷却用媒体と混合されることにより温度が上昇した混合タンク９から供給された冷却用媒体を冷却するように構成されている。
【００３９】
図１に示す例では、チラーユニット１１において前述した冷却用媒体を冷却することによって発生した廃熱は、冷却塔２０から大気中に放熱されるように構成されている。チラーユニット１１と冷却塔２０との間には、冷却水を循環させる循環管路が形成されている。管路の途中には、冷却水を循環流動させるためのポンプ２１が介装されている。チラーユニット１１の廃熱は、冷却水に対して放熱され、冷却水が前述した管路を流動させられて冷却塔２０に供給されるようになっている。冷却水が輸送した熱は、冷却塔２０においてファン２２などによって大気中に放熱されるようになっている。
【００４０】
前述した構成では、電子機器４の熱を奪って温度が上昇した冷却用媒体と氷蓄熱装置１０に氷の形で蓄えられた冷熱を取り出して低温にされた冷却用媒体あるいはチラーユニット１１によって冷却された冷却用媒体とは混合タンク９において混合される。電子機器４の熱を奪って高温にされた冷却用媒体は、混合タンク９において低温にされた後に氷蓄熱装置１０に供給され、また、チラーユニット１１に供給される。結果、氷蓄熱装置１０に氷の形で蓄えられた冷熱を過剰に取り出すことを防止もしくは抑制できる。低温にされた冷却用媒体がチラーユニット１１に供給されるので、チラーユニット１１の負荷を低減できる。氷蓄熱装置１０およびチラーユニット１１で冷却された冷却用媒体の温度を混合タンクで上昇させてから熱交換器６に供給し、電子機器４を冷却するので、電子機器４の過冷却を防止もしくは抑制できる。
【００４１】
高温の冷却用媒体と低温の冷却用媒体とを混合する混合タンク９を設けることにより、電子機器４の冷却のために熱交換器６に供給する冷却用媒体の温度および氷蓄熱装置１０に供給する冷却用媒体の温度ならびにチラーユニット１１に供給する冷却用媒体の温度を制御あるいは最適化することができる。混合タンク９を設けることにより、熱効率のよいデータセンタ１の冷却システムを構成することができる。混合タンク９の混合槽の数を増減することにより、混合タンク９から熱交換器６および氷蓄熱装置１０ならびにチラーユニット１１に供給する冷却用媒体の温度を調整することができる。前述した構成では、チラーユニット１１の負荷を低減できるので、チラーユニット１１のランニングコストおよび二酸化炭素の排出量を低減できる。
【符号の説明】
【００４２】
１…データセンタ、  ４…電子機器、  ６…熱交換器、  ９…混合タンク、  １０…氷蓄熱装置、  １１…チラーユニット。
【図１】
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