(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子機器から排出される高温の排気を冷却する熱交換によって冷媒を気化する蒸発器と、前記蒸発器に供給される冷媒液の流量を調整する冷媒流量制御バルブと、前記蒸発器に前記高温の排気を供給する送風機とを有する１または複数台設置される冷却装置と、
前記蒸発器で気化した冷媒ガスを液化させる凝縮器と、
前記凝縮器で液化した冷媒液を前記蒸発器へ送る冷媒ポンプと、
前記冷媒ポンプの吸込側に設置され前記冷媒液を一時貯留する液タンクと、
前記冷媒ポンプにより送られる冷媒のうち前記冷媒流量制御バルブにより調整された過剰な冷媒を前記凝縮器へ戻すためのバイパス配管と、
前記バイパス配管上に設けられ前記凝縮器へ戻す冷媒量を調整するバイパス流量制御バルブと、
前記液タンク内の前記冷媒液の液面高さを測定する液面センサと、
制御装置とを備える冷却システムの冷媒漏洩検知方法において、
前記制御装置は、
前記液面高さが所定の高さ以上で運転している時間の割合を算出し、該算出した時間の割合が、前記冷媒の漏洩がない際の前記液面高さが所定の高さ以上で運転している時間の割合より、低い場合に前記冷媒が漏洩していると判定する
ことを特徴とする冷却システムの冷媒漏洩検知方法。
【請求項２】
請求項１に記載の冷却システムの冷媒漏洩検知方法において、
前記冷却システムは、前記冷却装置での冷却負荷を測定する冷却負荷測定手段を備え、
前記制御装置は、
実際の運転時に、前記冷却負荷測定手段により前記冷却装置での冷却負荷を求めるとともに前記液面高さが前記所定の高さ以上で運転している時間の割合を算出し、
前記時間の割合が、予め求めた同じ冷却負荷での冷媒漏洩があるか否かを判定する閾値未満である場合に冷媒が漏洩していると判定する
ことを特徴とする冷却システムの冷媒漏洩検知方法。
【請求項３】
請求項１に記載の冷却システムの冷媒漏洩検知方法において、
前記冷却システムは、前記バイパス流量制御バルブの開度を測定する測定器を備え、
前記制御装置は、
実際の運転時に前記測定器で前記バイパス流量制御バルブの開度を測定するとともに前記液面センサで測定される前記液面高さが所定値以上で運転している時間の割合を算出し、該時間の割合が、予め求めた同じ前記バイパス流量制御バルブの開度での冷媒漏洩があるか否かを判定する閾値未満である場合に前記冷媒が漏洩していると判定する
ことを特徴とする冷却システムの冷媒漏洩検知方法。
【請求項４】
請求項１に記載の冷却システムの冷媒漏洩検知方法において、
前記冷却システムは、前記バイパス流量制御バルブの開度を測定する測定器を備え、
前記制御装置は、
前記バイパス流量制御バルブの様々な開度での冷媒漏洩があるか否かを判定するための閾値である冷媒の漏洩がない際に前記液タンク内の液面高さが所定値以上で運転している時間の割合を表わす閾値が予め設定され、
前記冷却システムの系内に計画量の冷媒が充填されている状態で、冷却運転中の前記冷却装置に様々な負荷が与えられ前記液タンク内の液面高さと前記バイパス流量制御バルブの開度を測定し、前記液タンク内の液面高さが所定値以上で運転している時間の割合を算出し、
前記冷却運転中の該時間の割合が、前記バイパス流量制御バルブの同じ開度での前記閾値未満である場合に冷媒が漏洩していると判定する
ことを特徴とする冷却システムの冷媒漏洩検知方法。
【請求項５】
請求項１に記載の冷却システムの冷媒漏洩検知方法において、
前記冷却システムは、前記冷却装置での冷却熱量を測定する冷却熱量測定手段を備え、
前記制御装置は、
前記冷却熱量測定手段で冷却熱量を測定し、その時の前記液面センサで測定した前記液面レベルが所定値以上で運転している割合が、予め求めた同じ冷却熱量での冷媒漏洩があるか否かを判定する閾値未満である場合に前記冷媒の漏洩があると判定する
ことを特徴とする冷却システムの冷媒漏洩検知方法。
【請求項６】
請求項１に記載の冷却システムの冷媒漏洩検知方法において、
前記冷却システムは、
前記冷却装置での冷却熱量を測定する冷却熱量測定手段を備え、
前記冷却熱量測定手段は、前記蒸発器を通過前の高温の排気の温度を測る高温排気温度検出手段と前記蒸発器を通過して冷却された後の排気の温度を測る冷却空気温度検出手段とを有し、
前記制御装置は、
前記冷却熱量測定手段で冷却熱量を測定し、その時の前記液面センサで測定した前記液面レベルが所定値以上で運転している割合が、予め求めた同じ冷却熱量での冷媒漏洩があるか否かを判定する閾値未満である場合に前記冷媒の漏洩があると判定する
ことを特徴とする冷却システムの冷媒漏洩検知方法。
【請求項７】
請求項１に記載の冷却システムの冷媒漏洩検知方法において、
前記冷却システムは、前記冷却装置での冷却熱量を測定する冷却熱量測定手段を備え、
前記凝縮器は、一次側と二次側とで熱交換を行い、前記一次側は前記冷媒を冷却する熱媒体が流れ前記冷媒は前記二次側を流れ、
前記冷却熱量測定手段は、前記凝縮器の一次側を流れる手前の前記熱媒体の温度を測る熱媒体往温度検出手段と、前記凝縮器の一次側を流れた後の前記熱媒体の温度を測る熱媒体還温度検出手段とを有し、
前記制御装置は、
前記冷却熱量測定手段で冷却熱量を測定し、その時の前記液面センサで測定した前記液面レベルが所定値以上で運転している割合が、予め求めた同じ冷却熱量での冷媒漏洩があるか否かを判定する閾値未満である場合に前記冷媒の漏洩があると判定する
ことを特徴とする冷却システムの冷媒漏洩検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却システムの冷媒漏洩検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報処理技術の向上やインターネット環境の発達に伴って、情報処理量が増大している。そのため、各種の情報を大量に処理するためのデータ処理センタがビジネスとして脚光を浴びている。このデータ処理センタの例えば、サーバルームには、コンピュータやサーバ等の電子機器が集約された状態で多数設置され、昼夜にわたって連続稼働されている。
【０００３】
一般的に、サーバルームにおける電子機器の設置は、ラックマウント方式が主流になっている。ラックマウント方式は、電子機器を機能単位別に分割して収納するラック(筺体)をキャビネットに段積みする方式であり、かかるキャビネットがサーバルームの床上に多数整列配置されている。
【０００４】
これら情報を処理する電子機器は、処理速度や処理能力が急速に向上してきており、そのため、電子機器からの発熱量も上昇の一途をたどっている。これらの電子機器は、動作に一定の温度環境が必要とされ、正常に動作するための温度環境が比較的低く設定されているため、電子機器が高温状態に置かれるとシステム停止等のトラブルを引き起こす。
このため、サーバルーム内を冷却するための空調機を運転する空調動力(空調機の負荷)が大幅に増加しているのが実情であり、企業経営におけるコスト削減の観点のみならず、地球環境の保全の観点からも空調動力の削減が急務となっている。
【０００５】
一方、サーバルーム内で漏水が発生すると電子機器が破損する恐れがあるため、電子機器を冷却する際の熱搬送には水よりも熱輸送量が大きい冷媒の潜熱輸送を利用するのが一般的である。さらに、冷媒の搬送を削減するため、圧縮機を用いずに気液密度差を利用して搬送するシステムや圧縮機よりも省電力で冷媒を搬送できる冷媒ポンプを用いた冷却システムを採用することができる。
【０００６】
しかし、熱搬送に冷媒を使用する場合、冷媒は大気圧下ではガス化するため、少量の漏洩が発生した場合には冷媒漏洩が発生していることに気づかず、系内の冷媒量が減少していき冷却能力の低下が発生してしまう恐れがある。
このような背景から、特許文献１や特許文献２にみられるように、熱搬送に冷媒を用いた冷却システムの冷媒漏洩検知技術が提案されている。
【０００７】
特許文献１には、冷凍サイクルを構成する機器におけるエクセルギー損失量を測定し、漏洩した冷媒量に応じて変化する漏洩指標値を算出して冷媒漏洩が発生しているか否かを判定する方法が提案されている。
【０００８】
特許文献２には、減圧装置出入口の差圧、冷媒循環量から冷媒密度を算出し、冷媒密度測定値と比較することで冷媒量減少を判断することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１２−４７４４７号公報
【特許文献２】特開２０１１−１０６７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上記に示すような冷媒漏洩検知方法は、圧縮機と減圧装置を備えた冷凍サイクルを対象としており、圧縮機の過熱度、過冷却度で判断している。
圧縮機を用いない冷却システムでは、冷媒減少による変化量が小さく、冷媒漏洩を判定できない恐れがある。さらに、これらの測定値が冷媒漏洩を判定できるほど変化した場合、冷却能力の低下が発生し、電子機器の温度上昇を引き起こす恐れがある。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、冷媒による熱搬送に冷媒ポンプを用いた場合においても冷却能力が低下する前に冷媒漏洩の判定が可能な冷却システムの冷媒漏洩検知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】
【００１２】
上記目的を達成すべく、本発明に関わる冷却システムの冷媒漏洩検知方法は、電子機器から排出される高温の排気を冷却する熱交換によって冷媒を気化する蒸発器と、前記蒸発器に供給される冷媒液の流量を調整する冷媒流量制御バルブと、前記蒸発器に前記高温の排気を供給する送風機とを有する１または複数台設置される冷却装置と、前記蒸発器で気化した冷媒ガスを液化させる凝縮器と、前記凝縮器で液化した冷媒液を前記蒸発器へ送る冷媒ポンプと、前記冷媒ポンプの吸込側に設置され前記冷媒液を一時貯留する液タンクと、前記冷媒ポンプにより送られる冷媒のうち前記冷媒流量制御バルブにより調整された過剰な冷媒を前記凝縮器へ戻すためのバイパス配管と、前記バイパス配管上に設けられ前記凝縮器へ戻す冷媒量を調整するバイパス流量制御バルブと、記液タンク内の前記冷媒液の液面高さを測定する液面センサと、制御装置とを備える冷却システムの冷媒漏洩検知方法において、前記制御装置は、前記液面高さが所定の高さ以上で運転している時間の割合を算出し、該算出した時間の割合が、前記冷媒の漏洩がない際の前記液面高さが所定の高さ以上で運転している時間の割合より低い場合に前記冷媒が漏洩していると判定している。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に関わる冷却システムによれば、冷媒による熱搬送に冷媒ポンプを用いた場合においても冷却能力が低下する前に冷媒漏洩の判定が可能な冷却システムの冷媒漏洩検知方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態１に係る冷却システムを示す図。
【図２】バイパス流量制御バルブの開度に対する液タンク内の冷媒の液面レベルを示す図。
【図３】バイパス流量制御バルブの開度に対するある時間内の液タンク内の冷媒の液面レベルが所定値以上で運転する割合(頻度)を示す図。
【図４】冷媒漏洩検知手法の制御のフローチャートを示す図。
【図５】冷却装置での負荷率(％)と液タンク内の冷媒の液面レベルとの関係を示す図。
【図６】負荷率(％)とある時間内の液タンク内の冷媒の液面レベルが所定値以上で運転する割合(頻度)を示す図。
【図７】本発明の実施形態２に係る冷却システムを示す図。
【図８】本発明の実施形態２の変形例に係る冷却システムを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
本発明は、熱搬送に冷媒を用いた冷却システムの冷媒の漏洩検知方法に係り、特に電子機器からの高温の排熱を効率的に冷却するために圧縮機を用いることなく冷媒ポンプにより熱搬送を行う冷媒の漏洩検知方法である。
【００１６】
＜＜実施形態１＞＞
図１に本発明の実施形態１に係る冷却システムを示す。
実施形態１の冷却システムＳ１は、冷却対象室８０内に載置される冷却対象のサーバなどの電子機器(図示せず)を所望の温度に冷却するシステムである。 
【００１７】
冷却システムＳ１は、冷却対象の電子機器を冷却するために用いられる冷媒の漏洩を検知することに特徴がある。
なお、冷却システムＳ１には、制御装置Ｃが設けられており、制御装置Ｃにより以下説明する冷却システムＳ１の機器の制御が遂行される。制御装置Ｃは、コンピュータと周辺回路とを有する、例えば、ＰＬＣ(programmable logic controller)などである。
【００１８】
＜冷却装置２０ａ、２０ｂ＞
冷却対象室８０内には冷却対象であるサーバなどの電子機器(図示せず)が載置されている。電子機器は連続稼働されるため、電子機器からは高温の排気(高温排気２３ａ、２３ｂ)が排出されている。
冷却システムＳ１には、冷却対象室８０内の冷却対象の電子機器からの高温排気２３ａ、２３ｂをそれぞれ冷却する冷却装置２０ａ、２０ｂが設置されている。
【００１９】
冷却装置２０ａには、冷媒と高温排気２３ａとの熱交換を行う蒸発器２１ａと、蒸発器２１ａに高温排気２３ａを供給する送風機２２ａと、蒸発器２１ａ内部に供給される冷媒の流量を調整する冷媒流量制御バルブ２５ａとが組み込まれている。高温排気２３ａは、蒸発器２１ａで冷媒の蒸発に伴う蒸発潜熱により冷却される。
【００２０】
同様に、冷却装置２０ｂには、冷媒と高温排気２３ｂとの熱交換を行う蒸発器２１ｂと、蒸発器２１ｂに高温排気２３ｂを供給する送風機２２ｂと、蒸発器２１ｂ内部に供給される冷媒の流量を調整する冷媒流量制御バルブ２５ｂとが組み込まれている。高温排気２３ｂは、蒸発器２１ｂで冷媒の蒸発に伴う蒸発潜熱により冷却される。
【００２１】
冷媒流量制御バルブ２５ａ、２５ｂは、それぞれ冷却の設定温度に対応して開度が自動的に制御される。つまり、冷却負荷が大きい場合には開度が大きく、冷却負荷が小さい場合には開度が小さく制御される。
【００２２】
＜凝縮器１０＞
冷却システムＳ１は、ガス化した冷媒を冷却して液化するため、冷水を作る冷熱源４０と該冷水を送る冷水ポンプ４１と凝縮器１０とを有している。熱媒体の水は、冷水配管４２を介して、冷熱源４０、冷水ポンプ４１、および凝縮器１０間を循環されている。
凝縮器１０では、蒸発器２１ａ、２１ｂでガス化した冷媒が冷水と熱交換して、液化温度以下に冷却され液化する。なお、凝縮器１０は他の構成を採用してもよいのは勿論である。
【００２３】
＜冷媒ポンプ１１＞
液化した冷媒は、バッファタンクである液タンク１２に貯留された後、冷媒ポンプ１１に供給され蒸発器２１ａ、２１ｂに送られる。冷媒ポンプ１１の上流、下流には、不図示の圧力計が設けられており、冷媒ポンプ１１の上流、下流の差圧が測定され、差圧が一定になるように制御されている。
【００２４】
これにより、一定量の冷媒が冷媒ポンプ１１から蒸発器２１ａ、２１ｂに向けて送り出される。
液タンク１２には、冷媒の液面が所定の高さ(所定値)以上あるか否かを測定する液面センサ１３が設置されている。
【００２５】
＜バイパス配管３２とバイパス流量制御バルブ１４＞
冷媒配管３１には、バイパス配管３２とバイパス流量制御バルブ１４が設置されており、冷媒ポンプ１１の吐出側が閉塞状態となる閉め切り運転を防止している。バイパス流量制御バルブ１４は、冷媒ポンプ１１の上流と下流との差圧が一定となるように、換言すると、冷媒ポンプ１１の吐出流量が一定になるように、その開度が制御されている。
【００２６】
つまり、冷却の負荷が大きい場合には、冷媒流量制御バルブ２５ａ、２５ｂの開度が大きくなり、冷却装置２０ａ、２０ｂへの冷媒送り出し量が増加する。そのため、バイパス配管３２を流れる冷媒の量が減少し、バイパス流量制御バルブ１４の開度は小さく制御される。これに対して、冷却の負荷が小さい場合には、冷媒流量制御バルブ２５ａ、２５ｂの開度が小さくなり、冷却装置２０ａ、２０ｂへの冷媒送り出し量が減少する。そのためバイパス配管３２を流れる冷媒の量が増加し、バイパス流量制御バルブ１４の開度は大きく制御される。
【００２７】
バイパス流量制御バルブ１４の開度の測定器としては、バイパス流量制御バルブ１４の弁を開閉する制御電流と開度との関係を予め求めておき、制御電流からバイパス流量制御バルブ１４の開度を求めてもよい。或いは、バイパス流量制御バルブ１４の前後に流量計を設け、前後の流量計で測定される流量の関係からバイパス流量制御バルブ１４の開度を求めてもよい。なお、バイパス流量制御バルブ１４の開度の測定器は任意に選択できる。
【００２８】
＜液タンク１２内の冷媒の液面レベル(液面高さ)＞
ここで、液タンク１２内の冷媒の液面レベル(液面高さ)は系内の冷媒循環量に依存し、所定レベルの液面高さ以上で運転する時間の割合は冷却装置２０ａ、２０ｂの冷却熱量により一意的に決まる。
【００２９】
すなわち、冷却装置２０ａ、２０ｂの冷却の熱負荷が大きい場合には、冷媒の蒸発器２１ａ、２１ｂでの蒸発がほぼ完全に行われるので蒸発器２１ａ、２１ｂを通過した後の冷媒ガス管３０内はガス状態の冷媒が流れる。そのため、冷媒循環量が少なくなり液タンク１２内の冷媒の液面レベルは高い。
【００３０】
これに対して、冷却装置２０ａ、２０ｂの負荷が小さい場合には、冷媒の蒸発器２１ａ、２１ｂでの蒸発が不完全になるので冷媒ガス管３０内は気液状態の冷媒が流れる。つまり、冷媒ガス管３０内は液体状態の冷媒が多くなる。そのため、冷媒循環量が多くなり液タンク１２内の冷媒の液面レベルは低い。
【００３１】
一方、管路の継ぎ目などから冷媒漏洩が発生した場合、系内の冷媒循環量が減少し、冷媒ポンプ１１が所定量の冷媒を送り出すために液タンク１２内の液面レベルが低下する。そのため、液タンク１２内の冷媒が所定レベルの液面以上(液面高さ以上)で運転する時間の割合は減少する。
【００３２】
また、冷却熱量が変わるとバイパス流量制御バルブ１４の開度が変わり、バイパス流量制御バルブ１４の開度は冷却熱量により一意的に決まる。前記したように、冷却熱量が大きい場合には、バイパス配管３２を流れる冷媒の量が増加し、バイパス流量制御バルブ１４の開度は大きく制御される。一方、冷却熱量が小さい場合には、バイパス配管３２を流れる冷媒の量が減少し、バイパス流量制御バルブ１４の開度は小さく制御される。つまり、冷却装置２０ａ、２０ｂの冷却熱量(冷却負荷)はバイパス流量制御バルブ１４の開度に集約される。
【００３３】
以上のことから、バイパス流量制御バルブ１４の開度、すなわち冷却装置２０ａ、２０ｂの冷却負荷量と、液タンク１２内の冷媒の液面レベル(液面高さ)が液面センサ１３で測定される所定値以上で運転する割合とを測定する。そして、該割合と正常運転時(冷媒の漏洩がない場合)の負荷量毎の液タンク１２内の冷媒の液面レベル(液面高さ)が液面センサ１３で測定される所定値以上で運転する割合とを比較し、冷却装置２０ａ、ｂの冷却能力が低下する前に冷媒漏洩を検知することが可能になる。
【００３４】
例えば、冷媒漏洩が発生した場合には、正常時(冷媒漏洩がない場合)の冷却負荷量毎の液タンク１２内の冷媒の液面レベル(液面高さ)が液面センサ１３で測定される所定値以上で運転する割合に比べ、液面レベル(液面高さ)が液面センサ１３で測定される所定値以上で運転する割合が低下することとなる。
【００３５】
＜バイパス流量制御バルブ１４の開度と液タンク１２内の冷媒の液面レベルとの関係＞
次に、バイパス流量制御バルブ１４の開度と液タンク１２内の冷媒の液面レベルが所定値以上で運転する割合との関係を説明する。
図２に、バイパス流量制御バルブの開度に対する液タンク内の冷媒の液面レベル(液面高さ)を示す。図２の横軸にバイパス流量制御バルブ１４の開度(％)を示し、図２の縦軸に液タンク内の冷媒の液面レベル(液面高さ)を示す。
【００３６】
図３に、バイパス流量制御バルブの開度に対するある時間内の液タンク内の冷媒の液面レベル(液面高さ)が所定値以上で運転する割合(頻度)を示す。図３の横軸にバイパス流量制御バルブ１４の開度(％)を示し、図３の縦軸にある時間内の液タンク内の冷媒の液面レベル(液面高さ)が所定値以上で運転する頻度(割合)(％)を示す。
【００３７】
前記したように、バイパス流量制御バルブ１４の開度は、冷却装置２０ａ、２０ｂの冷却の負荷が集約して表わされる。
バイパス流量制御バルブ１４の開度(％)が大きくなるということは、冷媒流量制御バルブ２５ａ、２５ｂの開度が小さく冷媒のバイパス配管３２を通しての冷媒の戻り量(バイパス量)が多いので、冷媒が冷却装置２０ａ、２０ｂでの冷却で用いられておらず、冷却の負荷が小さいことを意味する。
【００３８】
一方、バイパス流量制御バルブ１４の開度(％)が小さいときは、冷媒流量制御バルブ２５ａ、２５ｂの開度が大きく冷媒のバイパス配管３２を通しての冷媒の戻り量(バイパス量)が少ない。そのため、冷媒が冷却装置２０ａ、２０ｂでの冷却に多く用いられており、冷却の負荷が大きい。
【００３９】
従って、バイパス流量制御バルブ１４の開度(％)が小さいときは、冷却のバイパス配管３２を通しての冷媒の戻り量(バイパス量)が少ないため、冷却装置２０ａ、２０ｂでの冷却の負荷が大きい。そのため、冷却装置２０ａ、２０ｂで、冷媒が蒸発する割合が高く、冷媒ガス管３０内での冷媒は殆どガス化し、冷媒ガス管３０内にある冷媒量が少ない。従って、液タンク１２の冷媒の液面レベルが比較的高い(図２参照)。
【００４０】
これに対して、バイパス流量制御バルブ１４の開度(％)が大きいときは、冷却のバイパス配管３２を通しての冷媒の戻り量(バイパス量)が多い。そのため、冷却装置２０ａ、２０ｂでの冷却の熱負荷が小さく、冷却装置２０ａ、２０ｂで、冷媒が蒸発する割合が低く、冷媒ガス管３０内での冷媒は気液混合状態となり、冷媒ガス管３０内にある冷媒量が増加する。
【００４１】
そのため、液タンク１２内の冷媒の液面レベルが比較的低くなる(図２参照)。そして、冷媒が漏洩している場合には、冷媒量は減少するので、液タンク１２内の冷媒の液面レベルは、正常運転時(冷媒の漏洩がない場合)の閾値の液面レベルより低いこととなる。この閾値とは冷媒の漏洩がないか否か判定する液面レベルをいう。
【００４２】
従って、図３に示すように、正常運転時に、バイパス流量制御バルブ１４の開度(％)の増加に従って、液タンク１２内の冷媒の液面レベルが、液面センサ１３で測定される所定値以上で運転する割合(頻度)(％)の閾値は２次関数的に低下する傾向をもつ。この閾値とは冷媒の漏洩がないか否か判定する液面センサ１３で測定される所定値以上で運転する割合(頻度)(％)をいう。
【００４３】
そして、管路から冷媒が漏洩している場合には、冷媒量が減少するため、液タンク１２内の冷媒の液面レベルが、液面センサ１３で測定される所定値以上で運転する割合(頻度)(％)が、正常運転時(冷媒の漏洩がない場合)か否か判定する閾値より低いこととなる。なお、実際の液タンク１２の冷媒の液面レベルは、冷媒が増えたり減ったりするため脈動するが、図２、図３では、液面レベルの脈動のほぼ中間値をとった実線で表わしている。
【００４４】
＜冷媒漏洩検知手法の制御＞
次に、上述の図３の関係を用いた冷媒漏洩検知手法の制御の流れについて、図４を用いて説明する。
図４に、冷媒漏洩検知手法の制御のフローチャートを示す。
【００４５】
まず、計画量の冷媒を冷却システムＳ１の管路(冷媒ガス管３０、冷媒液管３１、バイパス配管３２など)に充填する(図４のＳ１０１)。
計画量の冷媒とは、冷媒を冷却システムＳ１の管路(冷媒ガス管３０、冷媒液管３１、バイパス配管３２など)に循環させるための液量を少し上回る量である。換言すれば、管路(冷媒ガス管３０、冷媒液管３１、バイパス配管３２など)に冷媒を入れ、液タンク１２内の冷媒の液面レベル(液面高さ)に安全率をとったものであり、冷媒ポンプ１１が確実に再起動できる量とする。
【００４６】
続いて、冷却システムＳ１の通常運転の前に、予め冷却装置２０ａ、２０ｂで発生すると考えられる熱負荷(冷却熱量)を与えて、正常運転時(冷媒の漏洩がない場合)の冷却装置２０ａ、２０ｂの冷却熱量毎(熱負荷毎)の液面タンク１２内の冷媒の液面レベル(液面高さ)を測定する。なお、この際に液面高さを測るセンサは、液面センサ１３とは異なり、リニアな液面センサで連続的な液面高さを測れるものである。
【００４７】
そして、正常運転時(冷媒の漏洩がない場合)に液面タンク１２内の冷媒の液面レベル(液面高さ)が所定値以上で運転する時間の割合(頻度(％))を求めるとともに、バイパス流量制御バルブ１４の開度を測定しておく。バイパス流量制御バルブ１４の開度は、前記したように、冷却装置２０ａ、２０ｂの冷却熱量、つまり熱負荷に相当する。
【００４８】
この時間の割合(頻度(％))とは、例えば、３０分〜５０分などの時間中にどの位の時間、液面センサ１３がＯＮ(液面が所定高さ以上)になる時間があるかを意味する。ＯＮ(所定高さ以上)になる時間の割合の測定値から、正常運転 (冷媒の漏洩がない)か否か判定するバイパス流量制御バルブ１４の開度(冷却装置２０ａ、２０ｂの冷却熱量)毎の時間の割合の閾値を、設定する(Ｓ１０２)。ここで、閾値は測定値を設定しても、測定値にマージンをもたせて設定してもよい。時間の割合の測定値にマージンをもたせて設定すると、より正確に冷媒漏洩があった場合のみ検出できる閾値とできる。
【００４９】
続いて、冷却システムＳ１の通常運転(実際の運転)を行う(Ｓ１０３)。
そして、バイパス流量制御バルブ１４の開度を測定するとともに、液面タンク１２内の冷媒の液面レベル(液面高さ)を液面センサ１３で測定して、電子機器の冷却運転中に液面タンク１２内の液面レベルが、液面センサ１３で測定される所定値以上で運転する時間の割合を測定する(Ｓ１０４)。
【００５０】
続いて、Ｓ１０２で決定したバイパス流量制御バルブ１４の開度(冷却装置２０ａ、２０ｂの冷却熱量)に対する液面タンク１２内の冷媒の液面レベル(液面高さ)が所定値以上で運転する時間の割合の閾値と、Ｓ１０４で測定したバイパス流量制御バルブ１４の開度(冷却装置２０ａ、２０ｂの冷却熱量)に対する液面タンク１２内の冷媒の液面レベル(液面高さ)が所定値以上で運転する時間の割合とを比較する(Ｓ１０５)。
【００５１】
そして、バイパス流量制御バルブ１４の開度(冷却装置２０ａ、２０ｂの冷却熱量)に対する液面タンク１２内の冷媒の液面レベル(液面高さ)が所定値以上で運転する時間の割合が、閾値の液面タンク１２内の冷媒の液面レベル(液面高さ)が所定値以上で運転する時間の割合より小さいか否か判定する(Ｓ１０６)。
【００５２】
Ｓ１０６で、閾値より小さいと判定される場合には(Ｓ１０５でＹｅｓ)、冷媒が漏洩していると判定される(Ｓ１０６)。
一方、Ｓ１０６で、閾値以上と判定される場合には(Ｓ１０５でＮｏ)、冷媒が漏洩していないと判定され(Ｓ１０８)、Ｓ１０３に移行する。
【００５３】
＜冷却装置２０ａ、２０ｂでの負荷率(％)と液面レベルとの関係＞
次に、冷却装置２０ａ、２０ｂでの負荷率(％)と液面レベル(液面高さ)との関係について説明する。
図５に、冷却装置での負荷率(％)と液タンク内の冷媒の液面レベルとの関係を示す。図５の横軸に冷却装置２０ａ、２０ｂでの負荷率(％)を示し、図５の縦軸に液タンク１２内の冷媒の液面レベルを示す。
【００５４】
図５に示すように、冷却装置２０ａ、２０ｂの冷却の負荷(負荷率(％))が大きい場合には、冷媒の蒸発器２１ａ、２１ｂでの蒸発がほぼ完全に行われるので冷媒ガス管３０内はガス状態の冷媒が流れる。そのため、冷媒循環量が少なくなり液タンク１２内の冷媒の液面レベルは高い。
【００５５】
これに対して、冷却装置２０ａ、２０ｂの冷却の負荷(負荷率(％))が小さい場合には、冷媒の蒸発器２１ａ、２１ｂでの蒸発が不完全に行われるので冷媒ガス管３０内は気液混合状態の冷媒が流れる。そのため、管路の冷媒ガス管３０(図１参照)にある冷媒量が多くなり液タンク１２内の冷媒の液面レベルは、比較的低くなる。
【００５６】
そのため、図５の破線で示す正常運転時(冷媒の漏洩がない場合)の液タンク１２内の冷媒の液面レベルである閾値は、二次関数的に増加する。
一方、冷媒の漏洩がある場合には、冷媒量が減少するため、図５の実線で示すように、閾値より液タンク１２内の冷媒の液面レベルは低くなる。
【００５７】
実際の液タンク１２の冷媒の液面レベルは、冷媒が増えたり減ったりするために脈動するが、図５の閾値(図５の破線)、冷媒減少時(図５の実線)では、液面レベルの脈動のほぼ中間値をとって表わしている。
【００５８】
図６に、負荷率(％)とある時間内の液タンク内の冷媒の液面レベル(液面高さ)が所定値以上で運転する割合(頻度)を示す。図６の横軸に冷却装置２０ａ、２０ｂでの負荷率(％)を示し、図６の縦軸にある時間内の液タンク内の冷媒の液面レベルが所定値以上で運転する頻度(割合)(％)を示す。
【００５９】
図５の関係から、負荷率(％)に対する液タンク１２内の冷媒の液面レベル(液面高さ)が、液面センサ１３で測定される所定値以上で運転する頻度(％)は、図６に示すように表わされる。
【００６０】
すなわち、正常運転時(冷媒の漏洩がない場合)の負荷率(％)に対する液タンク１２内の冷媒の液面レベルが所定値以上で運転する頻度(％)は、負荷率(％)が高い場合には、相対的に大きく、負荷率(％)が高い場合には、相対的に小さい。
【００６１】
そのため、図６の破線で示すように、正常運転時(冷媒の漏洩がない場合)の負荷率(％)に対する液タンク１２内の冷媒の液面レベル(液面高さ)が所定値以上で運転する頻度(％)の閾値、つまり冷媒の漏洩がないか否か判定する閾値は、二次関数的に増加する。
【００６２】
一方、冷媒の漏洩がある場合には、冷媒量が減少するため、図６の実線で示すように、閾値(図６の破線)より液タンク１２内の冷媒の液面レベル(液面高さ)が所定値以上で運転する頻度(％)は低くなる。
【００６３】
上述のことから、冷媒漏洩検知手法の制御を正常運転時(冷媒の漏洩がない場合)の負荷率(％)に対する液タンク１２内の冷媒の液面レベル(液面高さ)が所定値以上で運転する頻度(％)から、冷媒の漏洩があるかないかを判定する閾値を設定し、冷媒の漏洩を検知するようにしてもよい。なお、閾値の設定に際しては、冷媒の漏洩を精確できるようにマージン(許容範囲)をもたせるとよい。
【００６４】
上記構成によれば、液タンク１２内に設置される冷媒の液面が所定のレベル(高さ)以上あるか否かを測定する液面センサ１３を用いて、正常運転時(冷媒の漏洩がない場合)の液タンク１２内の冷媒の液面が所定のレベル(高さ)以上あるか否かの頻度(％)(閾値)により、冷媒の漏洩の判定が可能であるので、簡単な構成で冷媒の漏洩を検知できる。
また、バイパス流量制御バルブ１４の開度や冷却負荷毎に判定すれば、冷却負荷が変化した場合にも、冷媒の漏洩を検知できる。
従って、冷媒による熱搬送に冷媒ポンプ１１を用いた場合においても冷却能力が低下する前に冷媒の漏洩の判定が可能となる。
【００６５】
以上のことから、圧縮機を用いず冷媒ポンプ１１により冷媒を搬送する冷却システムＳ１で冷媒の漏洩が発生した場合に、冷却装置２０ａ、２０ｂの冷却能力が低下する前に冷媒漏洩を検知することが可能となり、信頼性が高い空調設備を提供できる。
【００６６】
＜＜実施形態２＞＞
図７に本発明の実施形態２に係る冷却システムを示す。
実施形態２の冷却システムＳ２は、実施形態１の冷却システムＳ１において、１または複数台設置された冷却装置２０ａ、２０ａｂに、電子機器を冷却する冷却熱量を測定する冷却熱量測定手段を設けたものである。
【００６７】
実施形態２の冷却システムＳ２では、実施形態１の冷却装置２０ａ、２０ｂの熱負荷を集約して表わすバイパス流量制御バルブ１４の開度を測定する代わりに、電子機器を冷却する冷却熱量を冷却熱量測定手段により測定して、冷却熱量の大きさ毎に冷媒の漏洩を検出する構成である。
その他の構成は、実施形態１と同様であるから、同様な構成要素には同一の符号を付して示し、説明は省略する。
【００６８】
冷却システムＳ２の制御は、制御装置Ｃで遂行される。
詳細には、冷却装置２０ａには、高温排気２３ａの温度を検出する高温排気温度センサ２７ａが設けられている。また、冷却装置２０ａには、高温排気２３ａが蒸発器２１ａを通過して冷媒と熱交換して冷却された空気の温度を検出する冷却空気温度センサ２６ａが設けられている。
【００６９】
同様に、冷却装置２０ｂには、高温排気２３ｂの温度を検出する高温排気温度センサ２７ｂが設けられている。また、冷却装置２０ｂには、高温排気２３ｂが蒸発器２１ｂを通過して冷媒と熱交換して冷却された空気の温度を検出する冷却空気温度センサ２６ｂが設けられている。
【００７０】
冷却システムＳ２では、冷却装置２０ａ、２０ｂの熱負荷を集約して表わすバイパス流量制御バルブ１４の開度を測定する代わりに、冷却熱量を冷却熱量測定手段(２７ａ、２７ｂ、２６ａ、２６ｂ)により測定する。
【００７１】
具体的には、冷却装置２０ａでは、高温排気温度センサ２７ａで高温排気２３ａの温度ｔ１１が検出される。そして、冷却空気温度センサ２６ａでは、高温排気２３ａの冷却後の空気の温度ｔ１２が検出される。高温排気２３ａを冷却した温度ΔＴ１は、次式で表わされる。
【００７２】
ΔＴ１＝ｔ１１−ｔ１２          (１) 
また、冷却装置２０ｂでは、高温排気温度センサ２７ｂで高温排気２３ｂの温度ｔ２１が検出される。そして、冷却空気温度センサ２６ｂでは、高温排気２３ｂの冷却後の空気の温度ｔ２２が検出される。高温排気２３ｂを冷却した温度ΔＴ２は、次式で表わされる。
ΔＴ２＝ｔ２１−ｔ２２          (２) 
【００７３】
冷却熱量Ｑ(Ｊ)は、空気の熱容量Ｃとすると、
Ｑ  ＝  ＣΔＴ                (３) 
熱容量Ｃは、空気の質量ｍ(ｇ)、比熱ｃ(Ｊ／ｇ・Ｋ)とすると、
Ｃ  ＝ｍｃ                    (４)
と表わされる。
【００７４】
式(３)、(４)から、
Ｑ  ＝  ｍｃΔＴ              (５)
と表わされる。
【００７５】
そのため、高温排気２３ａの質量ｍ１、高温排気２３ｂの質量ｍ２とすると、
冷却装置２０ａ、２０ｂのそれぞれの冷却熱量Ｑ１(Ｊ)、Ｑ２(Ｊ)は、それぞれ式(５)から、
Ｑ１  ＝  ｍ１・ｃ・ΔＴ１    (６)
Ｑ２  ＝  ｍ２・ｃ・ΔＴ２    (７)
【００７６】
冷却装置２０ａ、２０ｂの全体の冷却熱量Ｑｓは、
Ｑｓ  ＝  Ｑ１＋Ｑ２          (８)                
と表わされる。
【００７７】
こうして、高温排気温度センサ２７ａ、２７ｂ、冷却空気温度センサ２６ａ、２６ｂで測定される温度を用いて、冷却システムＳ２での冷却熱量Ｑｓが求められる。
【００７８】
実施形態１の図４と同様にして、まず、冷却システムＳ２において、予め、正常運転時(冷媒の漏洩がない場合)に、ある冷却熱量における液タンク１２内の冷媒の液面レベル(液面高さ)が、液面センサ１３で測定される所定値以上で運転する時間(頻度(％))を測定して、冷媒の漏洩があるかないかを判定する閾値を設定する。
【００７９】
そして、実際の冷却システムＳ２の運転において、ある冷却熱量における液タンク１２内の冷媒の液面レベル(液面高さ)が所定値以上あるかを液面センサ１３で測り、冷媒の液面レベル(液面高さ)が液面センサ１３で設定される所定値以上で運転する時間(頻度(％))が閾値に達しているか否かを測定することにより、冷媒の漏洩を判定することができる。
【００８０】
実施形態２の構成によれば、冷却熱量測定手段(高温排気温度センサ２７ａ、２７ｂ、冷却空気温度センサ２６ａ、２６ｂ)で測定される温度と、液タンク１２内の冷媒の液面レベル(液面高さ)が所定値以上で運転する時間(頻度(％))を測ることで、圧縮機を用いずに冷媒ポンプ１１を用いて冷媒を移送する冷却システムＳ２の冷媒の漏洩を検知できる。
従って、簡単な構成で容易に、冷却システムＳ２の冷媒の漏洩を検知することが可能である。
【００８１】
そのため、圧縮機を用いず冷媒ポンプ１１により冷媒を搬送する冷却システムＳ２で冷媒の漏洩が発生した場合に、冷却装置２０ａ、２０ｂの冷却能力が低下する前に冷媒の漏洩を検知することが可能となり、信頼性が高い空調設備を提供できる。
【００８２】
＜＜変形例＞＞
実施形態２の冷却システムＳ２では、冷却装置２０ａ、２０ｂの冷却熱量を測定する冷却熱量測定手段として、蒸発器２１ａ、２１ｂにそれぞれ供給される高温排気２３ａ、２３ｂの温度を測定する高温排気温度センサ２７ａ、２７ｂと、それぞれ冷却空気の温度を測定する冷却空気温度センサ２６ａ、２６ｂを挙げて説明した。
ここで、冷却熱量測定手段は１または複数台設置された冷却装置２０ａ、２０ｂの冷却熱量が測定されていればよい。
【００８３】
図８に本発明の実施形態２の変形例に係る冷却システムを示す。
そこで、変形例の冷却システムＳ２１では、冷媒ガス管３０を流れる冷媒を冷却する冷水が流れる凝縮器１０の一次側の冷水配管４２の上流側に冷水往温度センサ４３を設け、下流側に冷水還温度センサ４４を設ける。
【００８４】
変形例の冷却システムＳ２１の制御は、実施形態１、２と同様、制御装置Ｃで遂行される。
冷却システムＳ２１では、凝縮器１０の２次側を流れる冷媒の出口での状態は同じ温度の液状態の冷媒となるように、熱源装置４０が制御されている。
【００８５】
冷却システムＳ２１で冷却装置２０ａ、２０ｂの冷却熱量を測定するに際しては、まず、冷水還温度センサ４４の測定温度ｔ３２と冷水往温度センサ４３の測定温度ｔ３１との差から熱源装置４０の冷水往・還温度差ΔＴ２１を、
ΔＴ２１＝ｔ３２−ｔ３１              (７)
と求める。
【００８６】
また、冷水配管４２に設けた冷水流量計４５で冷水流量を測定する。
ここで、体積を  体積＝冷水流量×時間  の関係から求めて、重さ＝比重×体積  の関係より、冷水の質量ｍ３を求める。冷水の比熱ｃ１(Ｊ／ｇ・Ｋ)とすると、式(５)から、冷水往・還温度差ΔＴ２１を用いて、冷却熱量Ｑ３が
Ｑ３  ＝  ｍ３・ｃ１・ΔＴ２１            
と求められる。
【００８７】
従って、熱源装置４０の冷水往・還温度差ΔＴ２１を用いて冷却熱量Ｑ３が求められる。
そして、冷媒が漏洩しているか否かの判定に際しては、まず、冷却システムＳ２１において、予め、正常運転時に、ある冷却熱量における液タンク１２内の冷媒の液面レベル(液面高さ)が、液面センサ１３で測定される所定値以上で運転する時間(頻度(％))を測定して、冷媒が漏洩しているか否かを判定する時間(頻度(％))を決定して閾値に設定する。
【００８８】
そして、実際の冷却システムＳ２１の運転において、ある冷却熱量における液タンク１２内の冷媒の液面レベル(液面高さ)を液面センサ１３で測る。そして、冷媒の液面レベル(液面高さ)が、液面センサ１３で測定される所定値以上で運転する時間の割合(頻度(％))が、閾値に達しているか否かを測定することにより、冷媒の漏洩を判定することができる。
【００８９】
変形例によれば、冷却装置２０ａ、２０ｂの冷却熱量を水還温度センサ４４の測定温度ｔ３２と冷水往温度センサ４３の測定温度ｔ３１との差から求める。そして、液タンク１２内の冷媒の液面レベル(液面高さ)が所定値以上で運転する時間(頻度(％))を測ることで、圧縮機を用いずに冷媒ポンプ１１を用いて冷媒を移送する冷却システムＳ２の冷媒の漏洩を検知できる。
【００９０】
従って、簡単な構成で容易に、冷却システムＳ２１の冷媒の漏洩を検知することが可能である。
そのため、冷却装置２０ａ、２０ｂの冷却能力が低下する前に冷媒の漏洩を検知することが可能となり、信頼性が高い空調設備を提供できる。
【００９１】
なお、冷却装置２０ａ、２０ｂで冷却される電子機器の消費電力量と発熱量を測定し冷却熱量を推定して、冷却装置２０ａ、２０ｂの冷却負荷として求め、冷媒の液面レベル(液面高さ)が、液面センサ１３で測定される所定値以上で運転する時間(頻度(％))が、閾値に達しているか否かを測定することにより、冷媒の漏洩を判定しても構わない。
【００９２】
＜＜その他の実施形態＞＞
１．なお、前記実施形態１、２、変形例では、冷却装置２０ａ、２０ｂが２つの場合を例示して説明したが、冷却装置の数は、単数でも、２以外の複数でもよくその数は任意に選択できる。
【００９３】
２．前記実施形態１、２、変形例では、液面センサとし、所定高さあるか否かを測定する液面センサ１３を例示して説明したが、リニアな液面センサを適用して、液面レベルを連続的に測ってもよい。なお、前記したように、液面センサ１３を適用して所定高さあるか否かを測定する場合、低コストで冷媒の漏洩が判定できるので、最も望ましい。
【００９４】
なお、本発明は前記した実施形態に限定されるものでなく、様々な実施形態が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分り易く説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、説明した構成の一部を含むものであってもよい。
【符号の説明】
【００９５】
１０                凝縮器  
１１                冷媒ポンプ  
１２                液タンク  
１３                液面センサ  
１４                バイパス流量制御バルブ  
２０ａ、２０ｂ      冷却装置  
２１ａ、２１ｂ      蒸発器
２２ａ、２２ｂ      送風機  
２３ａ、２３ｂ      高温排気(高温の排気)
２５ａ、２５ｂ      冷媒流量制御バルブ  
２６ａ、２６ｂ      冷却空気温度センサ(冷却熱量測定手段、冷却負荷測定手段、高温排気温度検出手段)
２７ａ、２７ｂ      高温排気温度センサ(冷却熱量測定手段、冷却負荷測定手段、高温排気温度検出手段)
３２                バイパス配管  
４３                冷水往温度センサ(冷却負荷測定手段、熱媒体往温度検出手段)
４４                冷水還温度センサ  (冷却負荷測定手段、熱媒体還温度検出手段)
Ｃ                  制御装置
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ２１  冷却システム
【図１】
0006267070.tif 000002
【図２】
0006267070.tif 000003
【図３】
0006267070.tif 000004
【図４】
0006267070.tif 000005
【図５】
0006267070.tif 000006
【図６】
0006267070.tif 000007
【図７】
0006267070.tif 000008
【図８】
0006267070.tif 000009