(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を輸送するポンプと、
発熱体の発熱量に応じて前記ポンプの吐出量を調整する制御部と、
前記冷媒を冷却して前記ポンプの吸水側に供給する冷却部と、
前記ポンプの吐水側と前記冷却部の冷媒入口側との間を連絡するバイパス流路と、
前記ポンプの吐出量の変化に応じて前記バイパス流路に流れる冷媒の流量を調節する弁と、
を有することを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記発熱体に供給される冷媒の温度及び流量と、前記発熱体から排出される冷媒の温度とから、前記発熱体の発熱量を取得することを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
発熱体の冷却に使用される冷媒を冷却部により冷却して前記冷媒を輸送するポンプの吸水側に供給し、
前記発熱体の発熱量に応じて、制御部により前記ポンプの吐出量を制御し、
前記ポンプの吐出量の変化に応じて、前記ポンプの吐水側と前記冷却部の冷媒入口側との間を連絡するバイパス流路に流れる冷媒の流量を弁により調節する
することを特徴とする冷却方法。
【請求項４】
稼働にともなって発熱する情報処理装置と、
前記情報処理装置の冷却に使用する冷媒を輸送するポンプと、
前記情報処理装置の発熱量に応じて前記ポンプの吐出量を制御する制御部と、
前記冷媒を冷却して前記ポンプの吸水側に供給する冷却部と、
前記ポンプの吐水側と前記冷却部の冷媒入口側との間を連絡するバイパス流路と、
前記ポンプの吐出量の変化に応じて前記バイパス流路に流れる冷媒の流量を調節する弁と、
を有する情報処理システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記情報処理装置に供給される冷媒の温度及び流量と、前記情報処理装置から排出される冷媒の温度とから、前記情報処理装置の発熱量を取得することを特徴とする請求項４に記載の情報処理システム。
【請求項６】
第１の流路及び第２の流路を備え、前記第１の流路を通る冷媒と前記第２の流路を通る冷媒との間で熱交換を行う熱交換器と、
前記冷却部の冷媒出口と前記ポンプの吸水口との間を連絡する第１の配管と、
前記ポンプの吐水口と前記弁の入口との間を連絡する第２の配管と、
前記弁における前記バイパス流路に接続される第１の出口とは異なる第２の出口と前記熱交換器の前記第１の流路の入口との間を連絡する第３の配管と、
前記熱交換器の前記第１の流路の出口と前記冷却部の冷媒入口との間を連絡する第４の配管と、
前記弁の開度に応じて前記第２の配管から前記第１の出口を介して前記第４の配管に冷媒を流す前記バイパス流路として機能する第５の配管と、
前記熱交換器の前記第２の流路の出口と前記情報処理装置の冷媒入口との間を連絡する第６の配管と、
前記情報処理装置の冷媒出口と前記熱交換器の前記第２の流路の入口との間を連絡する第７の配管と、
前記第６の配管に流れる冷媒の温度を検出する第１のセンサと、
前記第６の配管に流れる冷媒の流量を検出する第２のセンサと、
前記第７の配管に流れる冷媒の温度を検出する第３のセンサとを有し、
前記制御部は前記第１のセンサ、前記第２のセンサ、及び前記第３のセンサの出力から前記情報処理装置の発熱量を計算することを特徴とする請求項５に記載の情報処理システム。
【請求項７】
前記制御部は、前記情報処理装置の期間毎の運用計画のデータを入力し、前記運用計画のデータから前記情報処理装置の期間毎の最大稼働率を計算し、前記期間毎の最大稼働率と前記情報処理装置の発熱量とに応じて前記ポンプの吐出量を制御することを特徴とする請求項６に記載の情報処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置、冷却方法及び情報処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
スーパーコンピュータと呼ばれる高性能計算機では、稼働にともなって多量の熱を発生する。計算機の温度が許容上限温度を超えてしまうと誤動作や故障又は処理能力の低下などの障害が発生する。そのため、計算機を冷却する手段が必要となる。
【０００３】
一般的に、高性能計算機の冷却には水冷方式の冷却装置が採用されている。水冷方式の冷却装置では、冷却装置と計算機との間を配管で接続し、計算機で発生した熱を冷却水（冷媒）により冷却装置に輸送して、冷却装置から大気中に放散している。
【０００４】
ところで、高性能計算機を冷却するために多大な電力を使用しており、省エネルギーの観点から冷却装置で消費する電力の削減が要求されている。冷却装置の消費電力を削減するために、例えば計算機の稼働状況に応じて冷却装置の冷却能力を変化させることが考えられる。
【０００５】
しかし、計算機の稼働状態に応じて計算機で発生する熱量は急激に変化するのに対し、冷却装置の冷却能力を急激に変化させることは困難である。
【０００６】
そこで、冷却装置の冷却水出口側の配管と冷却水入口側の配管との間にバイパス配管と流量調整弁とを設け、計算機に供給する冷却水の温度に応じて流量調整弁の開度を調整することが提案されている（例えば、特許文献１，２）。なお、本願では、計算機の冷却に使用する水又はその他の冷媒を、便宜上「冷却水」と呼んでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６０−１３８３８２号公報
【特許文献２】ＷＯ２００４／０７９８０５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、単に計算機に供給する冷却水の温度に応じて流量調整弁の開度を調整するだけでは、冷却装置の省電力化が十分ではない。
【０００９】
開示の技術は、より一層の省電力化が可能な冷却装置、冷却方法及び情報処理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】
【００１０】
開示の技術の一観点によれば、冷媒を輸送するポンプと、発熱体の発熱量に応じて前記ポンプの吐出量を調整する制御部と、前記冷媒を冷却して前記ポンプの吸水側に供給する冷却部と、前記ポンプの吐水側と前記冷却部の冷媒入口側との間を連絡するバイパス流路と、前記ポンプの吐出量の変化に応じて前記バイパス流路に流れる冷媒の流量を調節する弁とを有する冷却装置が提供される。
【００１１】
開示の技術の他の一観点によれば、発熱体の冷却に使用される冷媒を冷却部により冷却して前記冷媒を輸送するポンプの吸水側に供給し、前記発熱体の発熱量に応じて、制御部により前記ポンプの吐出量を制御し、前記ポンプの吐出量の変化に応じて、前記ポンプの吐水側と前記冷却部の冷媒入口側との間を連絡するバイパス流路に流れる冷媒の流量を弁により調節する冷却方法が提供される。
【００１２】
開示の技術の更に他の一観点によれば、稼働にともなって発熱する情報処理装置と、前記情報処理装置の冷却に使用する冷媒を輸送するポンプと、前記情報処理装置の発熱量に応じて前記ポンプの吐出量を制御する制御部と、前記冷媒を冷却して前記ポンプの吸水側に供給する冷却部と、前記ポンプの吐水側と前記冷却部の冷媒入口側との間を連絡するバイパス流路と、前記ポンプの吐出量の変化に応じて前記バイパス流路に流れる冷媒の流量を調節する弁とを有する情報処理システムが提供される。
【発明の効果】
【００１３】
上記の一観点に係る冷却装置及び冷却方法によれば、消費電力がより一層削減される。また、上記一観点に係る情報処理システムによれば、情報処理装置の冷却に使用する電力が削減される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、冷却装置、及びその冷却装置を含んで構成される情報処理システムの一例を示すブロック図である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係る冷却装置、及びその冷却装置を含む情報処理システムの構成を示す模式図である。
【図３】図３は、第１の実施形態に係る冷却装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】図４は、運転条件の決定に使用する表の一例を示す図である。
【図５】図５は、第１の実施形態における効果を示す図である。
【図６】図６は、計算機の発熱量、流量調整弁の開度、及びポンプの出力の経時的変化の一例を説明する図である。
【図７】図７は、第２の実施形態に係る冷却装置、及びその冷却装置を含む情報処理システムの構成を示す模式図である。
【図８】図８は、計算機の発熱量、流量調整弁の開度、バイパス弁及びポンプの出力の経時的変化の一例を説明する図である。
【図９】図９は、第３の実施形態に係る冷却装置、及びその冷却装置を含む情報処理システムの構成を示す図である。
【図１０】図１０は、第３の実施形態に係る冷却装置の動作を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、計算機の稼働率が１００％のときの省エネルギー効果を示す図である。
【図１２】図１２は、計算機の稼働率が７５％のときの省エネルギー効果を示す図である。
【図１３】図１３は、計算機の稼働率が５０％のときの省エネルギー効果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、実施形態について説明する前に、実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。
【００１６】
図１は、冷却装置、及びその冷却装置を含んで構成される情報処理システムの一例を示すブロック図である。
【００１７】
図１に示す冷却装置１０は、チラーユニット１１と、ＣＤＵ（Coolant Distribution Unit）１５とを有する。チラーユニット１１は、冷凍機１２とポンプ１３とを有する。また、ＣＤＵ１５は、熱交換器１６とポンプ１７と三方弁（流量調整弁）１８とを有する。更に、熱交換器１６は、一次冷却水が通る第１の流路と、二次冷却水が通る第２の流路とを備え、第１の流路を通る冷却水と第２の流路を通る冷却水との間で熱交換を行う。
【００１８】
冷凍機１２の冷却水出口とポンプ１３の吸水口（サクション）との間は配管２１ａにより接続されており、ポンプ１３の吐水口（デリバリー）と三方弁１８の第１接続口との間は配管２１ｂにより接続されている。また、三方弁１８の第２接続口と熱交換器１６の一次冷却水入口との間は配管２１ｃにより接続されており、熱交換器１６の一次冷却水出口と冷凍機１２の冷却水入口との間は配管２１ｄにより接続されている。更に、三方弁１８の第３接続口と配管２１ｄとの間はバイパス配管２１ｅにより接続されている。
【００１９】
熱交換器１６の二次冷却水出口とポンプ１７の吸水口との間は配管２２ａにより接続されており、ポンプ１７の吐水口と計算機２５の冷却水入口との間は配管２２ｂにより接続されている。また、計算機２５の冷却水出口と熱交換器１６の二次冷却水入口との間は配管２２ｃにより接続されている。
【００２０】
更に、ＣＤＵ１５内には、配管２２ｂを流れる冷却水の温度を検出する温度センサ１９と、温度センサ１９の出力に応じて三方弁１８を制御する制御部２０とが設けられている。制御部２０は、温度センサ１９で検出した冷却水の温度が例えば１８℃±１℃となるように三方弁１８を制御する。
【００２１】
この種の冷却装置１０では、計算機２５の稼働率が１００％であっても計算機２５を十分に冷却できるように、チラーユニット１１の運転状態が設定される。
【００２２】
なお、本願では、冷凍機１２を出て熱交換器１６又はバイパス配管２１ｅを通り冷凍機１２に戻る冷却水を一次冷却水と呼び、熱交換器１６を出て計算機２５を通り熱交換器１６に戻る冷却水を二次冷却水と呼んでいる。
【００２３】
ところで、通常、チラーユニット１１は屋外に設置され、ＣＤＵ１５は計算機２５の近傍（室内）に設置される。そのため、チラーユニット１１とＣＤＵ１５との間の配管の長さは２０ｍ以上となることが多く、圧損が生じるため、ポンプ１３として比較的大型のものが使用される。
【００２４】
しかし、そのような大型のポンプを使用し且つ配管長が長い状況では、チラーユニット１１から供給する冷却水の流量を急激に変化させたり、細かく調整したりすることは困難である。従って、図１に示す冷却装置１０では、ポンプ１３の回転数を一定とし、三方弁（流量調整弁）１８により熱交換器１６に入る冷却水の流量を変化させることで、計算機３２の発熱量の急激な変化に対応している。
【００２５】
チラーユニット１１とＣＤＵ１５との間の配管には断熱材を巻き付ける等の断熱処理が施される。しかし、ポンプ１３から吐出された冷却水は、環境温度の影響により、三方弁１８に到達するまでに１℃〜３℃程度温度が上昇してしまう。更に、バイパス配管２１ｅを通ってチラーユニット１１に戻る間に冷却水の温度は１℃〜３℃程度上昇する。
【００２６】
従って、チラーユニット１１では、バイパス配管２１ｅを通ってチラーユニット１１に戻る冷却水を冷却するために、電力を無駄に消費することになる。
【００２７】
計算機２５の発熱量が多い場合、バイパス配管２１ｅには冷却水が殆ど（又は、全く）流れないため、バイパス配管２１ｅを通る冷却水による電力の無駄は無視できるほど小さい。しかし、計算機２５の発熱量が少なくなると、バイパス配管２１ｅに流れる冷却水の流量が多くなるため、バイパス配管２１ｅを通る冷却水による電力の無駄も大きくなる。
【００２８】
（第１の実施形態）
図２は、第１の実施形態に係る冷却装置、及びその冷却装置を含む情報処理システムの構成を示す模式図である。図２において、図１と同一物には同一符号を付している。
【００２９】
本実施形態に係る冷却装置３０は、チラーユニット１１と、ＣＤＵ１５と、主制御部３５とを有する。チラーユニット１１は、冷凍機１２とポンプ１３とを有する。また、ＣＤＵ１５は、熱交換器１６と、ポンプ１７と、三方弁（流量調整弁）１８と、副制御部３６とを有する。なお、冷凍機１２は冷却部の一例である。
【００３０】
冷凍機１２の冷却水出口とポンプ１３の吸水口との間は配管２１ａにより接続されており、ポンプ１３の吐水口と三方弁１８の第１接続口との間は配管２１ｂにより接続されている。また、三方弁１８の第２接続口と熱交換器１６の一次冷却水入口との間は配管２１ｃにより接続されており、熱交換器１６の一次冷却水出口と冷凍機１２の冷却水入口との間は配管２１ｄにより接続されている。更に、三方弁１８の第３接続口と配管２１ｄとの間にはバイパス配管２１ｅにより接続されている。
【００３１】
配管２１ａは第１の配管の一例であり、配管２１ｂは第２の配管の一例であり、配管２１ｃは第３の配管の一例であり、配管２１ｄは第４の配管の一例であり、バイパス配管２１ｅは第５の配管の一例である。
【００３２】
熱交換器１６の二次冷却水出口とポンプ１７の吸水口との間は配管２２ａにより接続されており、ポンプ１７の吐水口と計算機２５の冷却水入口との間は配管２２ｂにより接続されている。また、計算機２５の冷却水出口と熱交換器１６の二次冷却水入口との間は配管２２ｃにより接続されている。配管２２ａ，２２ｂは第６の配管の一例であり、配管２２ｃは第７の配管の一例である。
【００３３】
配管２２ｂには、配管２２ｂ内を流れる冷却水の温度を検出する温度センサ３１ａと、配管２２ｂ内を流れる冷却水の流量を検出する流量センサ３２とが設けられている。更にまた、配管２２ｃには、配管２２ｃ内を流れる冷却水の温度を検出する温度センサ３１ｂが設けられている。温度センサ３１ａは第１のセンサの一例であり、流量センサ３２は第２のセンサの一例であり、温度センサ３１ｂは第３のセンサの一例である。
【００３４】
これらの温度センサ３１ａ，３１ｂ及び流量センサ３２の出力は主制御部３５に伝達される。主制御部３５は、これらの温度センサ３１ａ，３１ｂ及び流量センサ３２の出力に基づいて、ポンプ１３の回転数を制御する。
【００３５】
また、ＣＤＵ１５内に配置された副制御部３６は、温度センサ３１ａにより検出した温度が設定値（例えば、１８℃±１℃）となるように三方弁（流量調整弁）１８の開度を調整し、バイパス配管２１ｅを通る一次冷却水の流量を制御する。更に、ポンプ１７は、一定の回転数で回転する。
【００３６】
なお、本実施形態では、計算機２５として、複数のノードとノード間を結ぶネットワーク（インターコネクト）とを含んで構成される高性能計算機を想定している。
【００３７】
以下、上述の冷却装置３０の動作について、図３に示すフローチャートを参照して説明する。
【００３８】
まず、ステップＳ１１において、主制御部３５は、温度センサ３１ａ，３１ｂ及び流量センサ３２の出力から、計算機２５に供給する冷却水の温度Ｔ１、冷却水の流量Ｑ、及び計算機２５から排出された冷却水の温度Ｔ２を検出する。
【００３９】
次に、ステップＳ１２に移行し、主制御部３５は、計算機２５の発熱量の瞬時値Ｅ’を、下記（１）式により計算する。
【００４０】
Ｅ’＝Ｃp・ρ・Ｑ・ΔＴ  …（１）
ここで、Ｅ’は計算機２５の発熱量の瞬時値（ｋＷ）、Ｃpは冷却水の比熱（ｋＪ／ｋｇ・Ｋ）、ρは冷却水の密度（ｋｇ／Ｌ）、Ｑは冷却水の流量（Ｌ／sec）、ΔＴは温度センサ３１ａの計測値Ｔ１と温度センサ３１ｂの計測値Ｔ２との差（Ｋ）である。
【００４１】
次に、ステップＳ１３に移行し、主制御部３５は、計算機２５の発熱量の瞬時値Ｅ’と計算機２５の最大発熱量Ｅ0との比率Ｅ＝（Ｅ’／Ｅ0）×１００（％）を計算し、Ｅの値に基づいて、チラーユニット１１のポンプ１３の運転条件を設定する。
【００４２】
なお、最大発熱量Ｅ0は、計算機２５の仕様から求めることができる。また、運転条件の設定には、例えば図４に示すような表を使用する。
【００４３】
図４の表を使用した場合、Ｅの値が５７．５％以下（Ｅ≦５７．５％）であると、主制御部３５は計算機２５が低負荷の状態（発熱量が低い状態）であると判定し、ポンプ１３の運転条件を最大回転数の７０％に設定する。また、Ｅの値が５７．５％〜７５％（５７．５％＜Ｅ≦７５％）であると、主制御部３５は計算機２５が中負荷の状態（発熱量が中程度の状態）であると判定し、ポンプ１３の運転条件を最大回転数の８５％に設定する。更に、Ｅの値が７５％を超えている（７５％＜Ｅ）と、主制御部３５は計算機２５が高負荷の状態（発熱量が高い状態）であると判定し、ポンプ１３の運転条件を最大回転数（１００％）に設定する。
【００４４】
次いで、ステップＳ１４に移行し、主制御部３５は、設定した運転条件でポンプ１３を運転する。図４に示すように、ポンプ１３の運転条件を７０％にしたときにはポンプ１３の消費電力が３０％削減され、ポンプ１３の運転条件を８５％にしたときにはポンプ１３の消費電力が１５％削減される。
【００４５】
ステップＳ１４で決定した運転条件でポンプ１３の運転を開始した後、ステップＳ１１に戻り、上述した処理を繰り返す。
【００４６】
図５は、本実施形態における効果を示す図である。ここでは、計算機２５の発熱量が最大のとき（稼働率１００％のとき）にポンプ１７から吐出される冷却水の流量を１００％としている。また、図５中にハッチングを施した部分は、バイパス配管２１ｅに流れる冷却水の最大流量を示している。バイパス配管２１ｅに流れる冷却水の流量は三方弁１８の開度に応じて変化し、三方弁１８の開度は前述したように温度センサ３１ａの出力に基づいて副制御部３６が制御する。
【００４７】
本実施形態では、上述したように計算機２５で発生する熱量（瞬時値）に応じてチラーユニット１１のポンプ１３の運転条件を段階的に変化させ、二次冷却水の温度に応じて三方弁（流量調整弁）１８の開度を調整する。これにより、計算機２５の発熱量の急激な変化に対応しつつ、図１に示す冷却装置１０に比べてチラーユニット１１で消費する電力が削減される。
【００４８】
図６は、計算機２５の発熱量、流量調整弁（三方弁１８）の開度（熱交換器１６に連絡する流路の開度）、及びポンプ１３の出力（ポンプ１３から吐出される冷却水の流量：以下、同じ）の経時的変化の一例を説明する図である。
【００４９】
図６では、計算機２５の発熱量が１００％から５０％に低下したときの流量調整弁（三方弁１８）の開度、及びポンプ１３の出力の経時的変化を示している。また、実施例１は本実施形態に係る冷却装置３０を使用したときの経時変化を示し、比較例は図１に示す冷却装置１０を使用したときの経時変化を示している。
【００５０】
更に、実施例１では、ポンプ１３の出力が安定するまでに約１８０秒間かかるものとしている。なお、ポンプ１３の出力が安定するまでの時間は、ポンプの種類だけでなく配管長にも関係し、配管長が長いほどポンプ１３の出力が安定するまでの時間は長くなる。
【００５１】
図６に示すように、比較例では、計算機２５の発熱量が変化してもポンプ１３の出力は一定であり、流量調整弁（三方弁１８）の開度を変化させることで熱交換器１６に供給される冷却水の流量を調整している。
【００５２】
一方、実施例１の場合、計算機２５の発熱量が変化してもポンプ１３の出力はすぐには変化しない。図６に示す例では、計算機２５の発熱量が変化した後、ポンプ１３の出力は徐々に減少して約１８０秒後に安定する。そして、計算機２５の発熱量が変化してからポンプ１３の出力が安定するまでの間、流量調整弁（三方弁１８）の開度が細かく変化する。
【００５３】
このように、比較例ではポンプ１３の出力は一定であるので、流量調整弁（三方弁１８）の開度は計算機２５の発熱量に応じた開度となる。これに対し、本実施形態では、計算機２５の発熱量の変化にともないポンプ１３の出力が変化する。そして、ポンプ１３の出力が安定するまでの間、流量調整弁（三方弁１８）の開度が細かく変化することで、熱交換器１６に供給される冷却水の流量が適切に調整される。
【００５４】
なお、本実施形態では、図２に示すように計算機２５とは別に主制御部３５を設けている。しかし、計算機２５の筐体（ラック）内に専用の計算機を配置して主制御部３５としてもよく、計算機２５の一部（処理能力の一部）を使用して主制御部３５の機能を実現してもよい。
【００５５】
また、本実施形態では計算機２５の発熱量に応じてポンプ１３の運転条件を変化させているが、冷却水の温度をより精密に制御するために、ポンプ１３とともに冷凍機１２の運転条件を変化させてもよい。
【００５６】
更に、本実施形態では高性能計算機の冷却について説明したが、開示の技術はサーバ、ストレージ装置又はその他の情報処理装置の冷却に適用することもできる。
【００５７】
更にまた、本実施形態では熱交換器１６を介して発熱体（計算機２５）を冷却しているが、チラーユニット１１から発熱体に直接冷却水を供給するようにしてもよい。
【００５８】
（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態に係る冷却装置、及びその冷却装置を含む情報処理システムの構成を示す模式図である。図７において、図２と同一物には同一符号を付している。
【００５９】
本実施形態に係る冷却装置４０では、図７に示すように、チラーユニット１１の筐体内にバッファタンク１４と三方弁（バイパス弁）３３とが設けられている。また、ＣＤＵ１５内には、二方弁（流量調整弁）３４が設けられている。
【００６０】
三方弁３３の第１接続口は配管２３ａを介してポンプ１３の吐出口に接続され、第２接続口は配管２３ｂ、二方弁３３及び配管２３ｃを介して熱交換器１６の一次冷却水入口に接続されている。また、三方弁３３の第３接続口は、バイパス配管２３ｄを介してバッファタンク１４に接続されている。バイパス配管２３ｄも、チラーユニット１１の筐体内に配置されている。
【００６１】
バイパス配管２３ｄを通る冷却水の温度上昇を抑制するために、バイパス配管２３ｄの長さはできるだけ短くすることが好ましい。また、バイパス配管２３ｄには、断熱効果が高い断熱材を巻き付けるなどの断熱処理を施すことが好ましい。
【００６２】
バッファタンク１４には、配管２３ｅを介して熱交換器１６から戻った冷却水と、三方弁３３からバイパス配管２３ｄを通った冷却水とが入る。また、バッファタンク１４は、配管２３ｆを介して冷凍機１２の入水口に接続されている。
【００６３】
配管２１ａは第１の配管の一例であり、配管２３ａ，２３ｂは第２の配管の一例であり、配管２３ｃは第３の配管の一例であり、配管２３ｅ，２３ｆは第４の配管の一例であり、バイパス配管２３ｄは第５の配管の一例である。
【００６４】
主制御部３５は、第１の実施形態と同様に、温度センサ３１ａ，３１ｂ及び流量センサ３２の出力に応じてポンプ１３の回転数を制御する。また、副制御部３６は、温度センサ３１ａにより検出した温度が設定値（例えば、１８℃±１℃）となるように、二方弁（流量調整弁）３４を制御する。
【００６５】
なお、本実施形態では、二方弁（流量調整弁）３４として、その開度の変化の時定数τ３が、三方弁（バイパス弁）３３の開度の変化の時定数τ２よりも短いものを使用する（τ３＜τ２）。また、三方弁３３として、その開度の変化の時定数τ２が、ポンプ１３の出力が変化するときの時定数τ１よりも短いものを使用する（τ２＜τ１）。二方弁３４の開度が変化するときの時定数τ３は例えば数秒であり、三方弁３３の開度が変化するときの時定数τ２は例えば数十秒であり、ポンプ１３の出力が変化するときの時定数τ１は例えば数分である。
【００６６】
二方弁３４が急激に閉じるとウォーターハンマー現象が生じることがある。ウォーターハンマー現象を回避するために、二方弁３４にはウォーターハンマー現象対策が施されたものを使用することが好ましい。
【００６７】
以下、本実施形態の動作及び効果について説明する。
【００６８】
前述したように、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、計算機２５の発熱量に応じてチラーユニット１１内のポンプ１３の運転条件を段階的に変化させる（図４参照）。この場合、ポンプ１３の出力は、主制御部３５からの信号に応じて瞬時に変化するのではなく、ある程度の時間（例えば数分間）をかけて目標の出力になる。一方、三方弁３３は、主制御部３５からの信号に応じて比較的短時間で目標の開度になる。
【００６９】
ポンプ１３の出力が安定するまでに数分間かかる場合、第１の実施形態では、その数分間、三方弁１８の開度が小さくなっているにもかかわらず、ポンプ１３からＣＤＵ１５に余分の冷却水が送られる。そして、その余分の冷却水は三方弁１８からバイパス配管２１ｅに流れ、チラーユニット１１に戻る。従って、第１の実施形態では、ポンプ１３の出力が安定するまでの数分間、余分の冷却水を冷却するためにチラーユニット１１で無駄な電力を消費することになる。
【００７０】
これに対し、本実施形態では、流量調整弁として開度の変化の時定数が小さい二方弁３４を使用している。また、チラーユニット１１内に三方弁（バイパス弁）３３とバイパス配管２３ｄとを設け、三方弁３３として二方弁３４よりも開度の変化の時定数が大きいものを使用している。
【００７１】
そのため、ポンプ１３の出力が安定するまでの数分間ポンプ１３から余分の冷却水が吐出されても、余分の冷却水はチラーユニット１１内のバイパス配管２３を通ってバッファタンク１４内に入る。この場合、冷却水はチラーユニット１１内を移動するだけであるので、環境温度の影響による温度上昇は殆どない。
【００７２】
これにより、本実施形態では、第１の実施形態に比べてチラーユニット１１の消費電力をより一層削減できるという効果を奏する。
【００７３】
なお、本実施形態では、チラーユニット１１内にバッファタンク１４を設けている。バッファタンク１４は必須ではないが、本実施形態においてバッファタンク１４を設けているのは以下の理由による。
【００７４】
すなわち、一次冷却水流路側のポンプ１３の吐出量の変化にともなって冷凍機１２の運転条件が大きく変化して、ＣＤＵ１５に供給される冷却水の温度が安定しないことがある。しかし、冷凍機１２の冷却水入口側にバッファタンク１４を設置することにより、冷凍機１２内に入る冷却水の温度変化が緩和されて、冷凍機１２から出力される冷却水の温度変化が小さくなる。
【００７５】
図８は、計算機２５の発熱量、流量調整弁（二方弁３４又は三方弁１８）の開度、バイパス弁（三方弁３３）及びポンプ１３の出力の経時的変化の一例を説明する図である。
【００７６】
図８において、実施例２は本実施形態に係る冷却装置４０を使用したときの経時変化を示し、比較例は図１に示す冷却装置１０を使用したときの経時変化を示している。また、実施例２では、ポンプ１３の出力が安定するまでに約６００秒間かかるものとしている。
【００７７】
図８に示すように、比較例では、計算機２５の発熱量が変化してもポンプ１３の出力は一定であり、流量調整弁（三方弁１８）の開度を変化させることで熱交換器１６に供給される冷却水の流量を調整している。
【００７８】
一方、実施例２の場合、計算機２５の発熱量が変化してもポンプ１３の出力はすぐには変化しない。図８に示す例では、計算機２５の発熱量が変化した後、ポンプ１３の出力は徐々に減少して約６００秒後に安定する。そして、計算機２５の発熱量が変化してからポンプ１３の出力が安定するまでの間、バイパス弁（三方弁３３）及び流量調整弁（二方弁３４）の開度が細かく変化する。
【００７９】
このように、本実施形態では、計算機２５の発熱量の変化にともないポンプ１３の出力が変化する。そして、ポンプ１３の出力の変化に応じて流量調整弁（二方弁３４）及びバイパス弁（三方弁３３）が連動することで、熱交換器１６に供給される冷却水の流量が適切に調整される。
【００８０】
なお、本実施形態では流量調整弁として二方弁３４を使用しているが、第１の実施形態のように流量調整弁として三方弁を使用し、三方弁の第３接続口と熱交換器１６の一次冷却水出口側配管との間にバイパス配管を設けてもよい。
【００８１】
（第３の実施形態）
図９は、第３の実施形態に係る冷却装置、及びその冷却装置を含む情報処理システムの構成を示す図である。
【００８２】
本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、主制御部３５が運用計画にしたがってチラーユニット１１の冷却能力を制御することにあり、その他の構成は基本的に第１の実施形態と同様である。そのため、図９において、図２と同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００８３】
高性能計算機では、計算機の全計算資源を使って一つのジョブを実行することは殆どなく、通常は計算機の処理能力を複数の区画に区切り、複数のユーザにそれぞれの区画を決められた期間だけ割り当てて使用させるという使い方がされる。この場合、高性能計算機の日々の運用計画が立案され、計算機はその運用計画に沿って運用される。
【００８４】
運用計画が決まれば、計算機に投入されるジョブを実行するために必要なノード数（以下、「稼働ノード数」という）を推定することが可能である。稼働ノード数は、その計算機の有する全ノード数と同じになることもあるが、計算機の有する全ノード数よりも少ない数となることもある。
【００８５】
そこで、本実施形態では、一日毎又は半日毎の運用計画３７を主制御部３５に入力する。運用計画３７には、一日毎又は半日毎の稼働ノード数のデータが含まれる。
【００８６】
以下、図９の構成図及び図１０のフローチャートを参照して、本実施形態に係る冷却装置５０の動作について説明する。
【００８７】
まず、ステップＳ２１において、オペレータにより、主制御部３５に運用計画３７が入力される。その後、ステップＳ２２に移行し、主制御部３５は運用計画３７に基づき、計算機２５の期間毎（一日毎又は半日毎）の稼働率を決定する。
【００８８】
例えば、ある期間の稼働ノード数が計算機２５の有する全ノード数と同じ場合、主制御部３５はその期間の計算機２５の稼働率を１００％とする。また、ある期間の稼働ノード数が計算機２５の有する全ノード数の７５％の場合、主制御部３５はその期間の計算機２５の稼働率を７５％とする。更に、ある期間の稼働ノード数が計算機２５の有する全ノード数の５０％の場合、主制御部３５はその期間の計算機２５の稼働率を５０％とする。
【００８９】
ここでは、説明の便宜上、ステップＳ２１では一日毎の運用計画が作成され、オペレータにより主制御部３５に運用計画データが入力されるものとする。また、ステップＳ２２において、主制御部３５はその日（一日）の稼働率を決定するものとする。
【００９０】
次に、ステップＳ２３に移行し、主制御部３５は、温度センサ３１ａ，３１ｂ及び流量センサ３２の出力から、計算機２５に供給する冷却水の温度Ｔ１、冷却水の流量Ｑ、及び計算機２５から排出される冷却水の温度Ｔ２を検出する。
【００９１】
次に、ステップＳ２４に移行し、主制御部３５は、計算機２５の発熱量の瞬時値Ｅ’を前述の（１）式により計算する。
【００９２】
次に、ステップＳ２５に移行し、主制御部３５は、計算機２５の発熱量の瞬時値Ｅ’と計算機２５の最大発熱量Ｅ0との比率Ｅ（＝（Ｅ’／Ｅ0）×１００％）を計算し、最大発熱量Ｅ0との比率Ｅの値に基づいて運転条件を設定する。但し、最大発熱量Ｅ0は、ステップＳ２２で決定した稼働率で計算機２５が稼働した場合の計算機２５の発熱量である。また、運転条件の設定には、図４に示すような表を使用する。
【００９３】
例えば、ステップＳ２２で決定したその日の稼働率が１００％であるとする。この場合、Ｅの値が５７．５％以下（Ｅ≦５７．５％）ならば、主制御部３５はポンプ１３の運転条件を７０％（＝０．７×１×１００）に設定する。また、Ｅの値が５７．５％〜７５％（５７．５％＜Ｅ≦７５％）ならば、主制御部３５はポンプ１３の運転条件を８５％（＝０．８５×１×１００）に設定する。更に、Ｅの値が７５％を超えている（７５％＜Ｅ）と、主制御部３５はポンプ１３の運転条件を１００％（＝１×１×１００）に設定する。
【００９４】
また、例えばステップＳ２２で決定した稼働率が７５％であるとする。この場合、Ｅの値が５７．５％以下（Ｅ≦５７．５％）ならば、主制御部３５はポンプ１３の運転条件を５２．５％（＝０．７×０．７５×１００）に設定する。また、Ｅの値が５７．５％〜７５％（５７．５％＜Ｅ≦７５％）ならば、主制御部３５はポンプ１３の運転条件を６３．８％（＝０．８５×０．７５×１００）に設定する。更に、Ｅの値が７５％を超えている（７５％＜Ｅ）と、主制御部３５はポンプ１３の運転条件を７５％（＝１×０．７５×１００）に設定する。
【００９５】
更に、例えばステップＳ２２で決定した稼働率が５０％であるとする。この場合、Ｅの値が５７．５％以下（Ｅ≦５７．５％）ならば、主制御部３５はポンプ１３の運転条件を３５％（＝０．７×０．５×１００）に設定する。また、Ｅの値が５７．５％〜７５％（５７．５％＜Ｅ≦７５％）ならば、主制御部３５はポンプ１３の運転条件を４２．５％（＝０．８５×０．５×１００）に設定する。更に、Ｅの値が７５％を超えている（７５％＜Ｅ）と、主制御部３５はポンプ１３の運転条件を５０％（＝１×０．５×１００）に設定する。
【００９６】
次に、ステップＳ２６に移行し、主制御部３５は、設定した運転条件でポンプ１３を運転する。その後、ステップＳ２７に移行し、主制御部３５は、運転計画を読み込むか否かを判定する。運用計画に設定された期間（一日）が未だ終了していない場合（ＮＯの場合）は、ステップＳ２３から上述した処理を繰り返す。また、ステップＳ２７において、運用計画に設定された期間が終了したと判定した場合（ＹＥＳの場合）は、ステップＳ２１に戻り、次の期間の運用計画を読み込んで、上述した処理を繰り返す。
【００９７】
図１１は、計算機２５の稼働率が１００％のときの省エネルギー効果を示す図である。この場合、図１に示す冷却装置に比べて、中負荷時にはポンプ１３の消費電力が１５％削減され、低負荷時にはポンプ１３の消費電力が３０％削減される。
【００９８】
図１２は、計算機２５の稼働率が７５％のときの省エネルギー効果を示す図である。この場合、図１に示す冷却装置に比べて、高負荷時にはポンプ１３の消費電極が２５％削減され、中負荷時にはポンプ１３の消費電力が３６，２％削減され、低負荷時にはポンプ１３の消費電力が４７．５％削減される。
【００９９】
図１３は、計算機２５の稼働率が５０％のときの省エネルギー効果を示す図である。この場合、図１に示す冷却装置に比べて、高負荷時にはポンプ１３の消費電極が５０％削減され、中負荷時にはポンプ１３の消費電力が５７．５％削減され、低負荷時にはポンプ１３の消費電力が６５％削減される。
【０１００】
上述したように、本実施形態においては、運用計画に沿って期間毎の計算機２５の最大稼働率を決定し、計算機２５の最大稼働率に応じて期間毎の最大発熱量を算出して、その結果に応じてチラーユニット１１（ポンプ１３）の運転条件を決定する。これにより、第１の実施形態に比べてより一層の省エネルギーが可能である。また、計算機２５のユーザは、自身に割り当てられた区画内であればどのようなジョブでも計算機２５に流すことが可能であり、ＣＰＵの稼働率を考慮する必要がない。
【０１０１】
なお、本実施形態では第１の実施形態の冷却装置に運用計画を入力して情報処理システムを運用する場合について説明したが、第２の実施形態の冷却装置に運用計画を入力して情報処理システムを運用するようにしてもよい。
【０１０２】
以上の諸実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０１０３】
（付記１）冷媒を輸送するポンプと、
発熱体の発熱量に応じて前記ポンプの吐出量を調整する制御部と
を有することを特徴とする冷却装置。
【０１０４】
（付記２）前記制御部は、前記発熱体に供給される冷媒の温度及び流量と、前記発熱体から排出される冷媒の温度とから、前記発熱体の発熱量を取得することを特徴とする付記１に記載の冷却装置。
【０１０５】
（付記３）前記冷媒を冷却して前記ポンプの吸水側に供給する冷却部と、
前記ポンプの吐水側と前記冷却部の冷媒入口側との間を連絡するバイパス流路と、
前記ポンプの吐出量の変化に応じて前記バイパス流路に流れる冷媒の流量を調節する弁とを有することを特徴とする付記１又は２に記載の冷却装置。
【０１０６】
（付記４）冷媒を冷却する冷却部と、
第１の流路及び第２の流路を備え、前記第１の流路を通る冷媒と前記第２の流路を通る冷媒との間で熱交換を行う熱交換器と、
前記冷却部の冷媒出口と前記ポンプの吸水口との間を連絡する第１の配管と、
流量調整弁と、
前記ポンプの吐水口と前記流量調整弁の入口との間を連絡する第２の配管と、
前記流量調整弁の出口と前記熱交換器の前記第１の流路の入口との間を連絡する第３の配管と、
前記熱交換器の前記第１の流路の出口と前記冷却部の冷媒入口との間を連絡する第４の配管と、
前記流量調整弁の開度に応じて前記第２の配管から前記熱交換器を迂回して前記第４の配管に冷媒を流す第５の配管と、
前記熱交換器の前記第２の流路の出口と前記発熱体の冷媒入口との間を連絡する第６の配管と、
前記発熱体の冷媒出口と前記熱交換器の前記第２の流路の入口との間を連絡する第７の配管と、
前記第６の配管に流れる冷媒の温度を検出する第１のセンサと、
前記第６の配管に流れる冷媒の流量を検出する第２のセンサと、
前記第７の配管に流れる冷媒の温度を検出する第３のセンサとを有し、
前記制御部は、前記第１のセンサ、前記第２のセンサ、及び前記第３のセンサの出力から前記発熱体の発熱量を計算することを特徴とする付記１に記載の冷却装置。
【０１０７】
（付記５）前記流量調整弁の開度は、前記前記第６の配管に流れる冷媒の温度に応じて変化することを特徴とする付記４に記載の冷却装置。
【０１０８】
（付記６）発熱体の発熱量に応じて、制御部により前記発熱体の冷却に使用される冷媒を輸送するポンプの吐出量を制御することを特徴とする冷却方法。
【０１０９】
（付記７）稼働にともなって発熱する情報処理装置と、
前記情報処理装置の冷却に使用する冷媒を輸送するポンプと、
前記情報処理装置の発熱量に応じて前記ポンプの吐出量を制御する制御部と
を有する情報処理システム。
【０１１０】
（付記８）前記制御部は、前記情報処理装置に供給される冷媒の温度及び流量と、前記情報処理装置から排出される冷媒の温度とから、前記情報処理装置の発熱量を取得することを特徴とする付記７に記載の情報処理システム。
【０１１１】
（付記９）前記冷媒を冷却して前記ポンプの吸水側に供給する冷却部と、
前記ポンプの吐水側と前記冷却部の冷媒入口側との間を連絡するバイパス流路と、
前記ポンプの吐出量の変化に応じて前記バイパス流路に流れる冷媒の流量を調節する弁とを有することを特徴とする付記７又は８に記載の情報処理システム。
【０１１２】
（付記１０）冷媒を冷却する冷却部と、
第１の流路及び第２の流路を備え、前記第１の流路を通る冷媒と前記第２の流路を通る冷媒との間で熱交換を行う熱交換器と、
前記冷却部の冷媒出口と前記ポンプの吸水口との間を連絡する第１の配管と、
流量調整弁と、
前記ポンプの吐水口と前記流量調整弁の入口との間を連絡する第２の配管と、
前記流量調整弁の出口と前記熱交換器の前記第１の流路の入口との間を連絡する第３の配管と、
前記熱交換器の前記第１の流路の出口と前記冷却部の冷媒入口との間を連絡する第４の配管と、
前記流量調整弁の開度に応じて前記第２の配管から前記熱交換器を迂回して前記第４の配管に冷媒を流す第５の配管と、
前記熱交換器の前記第２の流路の出口と前記情報処理装置の冷媒入口との間を連絡する第６の配管と、
前記情報処理装置の冷媒出口と前記熱交換器の前記第２の流路の入口との間を連絡する第７の配管と、
前記第６の配管に流れる冷媒の温度を検出する第１のセンサと、
前記第６の配管に流れる冷媒の流量を検出する第２のセンサと、
前記第７の配管に流れる冷媒の温度を検出する第３のセンサとを有し、
前記制御部は前記第１のセンサ、前記第２のセンサ、及び前記第３のセンサの出力から前記情報処理装置の発熱量を計算することを特徴とする付記７に記載の情報処理システム。
【０１１３】
（付記１１）前記第２の配管の前記ポンプ側に設けられて前記第２の配管から前記第５の配管に流れる冷媒の流量を調整するバイパス弁を有し、前記制御部は、前記第１のセンサ、前記第２のセンサ、及び前記第３のセンサの出力に応じて前記バイパス弁を制御することを特徴とする付記１０に記載の情報処理システム。
【０１１４】
（付記１２）前記制御部は、前記情報処理装置の期間毎の運用計画のデータを入力し、前記運用計画のデータから前記情報処理装置の期間毎の最大稼働率を計算し、前記期間毎の最大稼働率と前記情報処理装置の発熱量とに応じて前記ポンプの吐出量を制御することを特徴とする付記１０又は１１に記載の情報処理システム。
【符号の説明】
【０１１５】
１０，３０，４０…冷却装置、１１…チラーユニット、１２…冷凍機、１３，１７…ポンプ、１４…バッファタンク、１５…ＣＤＵ、１６…熱交換器、１８，３３…三方弁、１９，３１ａ，３１ｂ…温度センサ、２０…制御部、２５…計算機、３２…流量センサ、３４…二方弁、３５…主制御部、３６…副制御部、３７…運用計画。
【図１】
0006458649.tif 000002
【図２】
0006458649.tif 000003
【図３】
0006458649.tif 000004
【図４】
0006458649.tif 000005
【図５】
0006458649.tif 000006
【図６】
0006458649.tif 000007
【図７】
0006458649.tif 000008
【図８】
0006458649.tif 000009
【図９】
0006458649.tif 000010
【図１０】
0006458649.tif 000011
【図１１】
0006458649.tif 000012
【図１２】
0006458649.tif 000013
【図１３】
0006458649.tif 000014