(57)【要約】  複数の冷凍サイクルを組み合わせた冷却システムにおいては、冷却対象の発熱量に応じて効率よく冷却することが困難であるため、本発明の冷却システムは、冷却対象から受熱した第１の冷媒が循環する第１の冷媒輸送手段を備えた第１の冷却手段と、第１の冷媒輸送手段と接続し、第１の冷媒の一部である分岐冷媒が循環する第２の冷媒輸送手段と、第２の冷媒を介して、第１の冷媒輸送手段を循環する第１の冷媒から受熱し、分岐冷媒を冷却する第２の冷却手段と、第２の冷媒が輸送する熱を蓄える蓄熱手段、とを有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却対象から受熱した第１の冷媒が循環する第１の冷媒輸送手段を備えた第１の冷却手段と、
前記第１の冷媒輸送手段と接続し、前記第１の冷媒の一部である分岐冷媒が循環する第２の冷媒輸送手段と、
第２の冷媒を介して、前記第１の冷媒輸送手段を循環する前記第１の冷媒から受熱し、前記分岐冷媒を冷却する第２の冷却手段と、
前記第２の冷媒が輸送する熱を蓄える蓄熱手段、とを有する
冷却システム。
【請求項２】
請求項１に記載した冷却システムにおいて、
前記蓄熱手段は、前記第２の冷媒を蓄える蓄熱タンクを備え、
前記蓄熱タンクは、前記第２の冷媒が循環する流路内に位置する
冷却システム。
【請求項３】
請求項２に記載した冷却システムにおいて、
前記第２の冷媒は、前記第２の冷却手段が生成する冷熱を輸送する
冷却システム。
【請求項４】
請求項３に記載した冷却システムにおいて、
前記蓄熱タンクを経由する前記第２の冷媒の流量を制御する流量制御手段を有する
冷却システム。
【請求項５】
請求項４に記載した冷却システムにおいて、
前記第１の冷却手段と、前記第２の冷却手段と、前記流量制御手段とを制御する制御手段を有し、
前記制御手段は、
前記冷却対象からの受熱量が、前記第１の冷却手段が基準冷却能力で動作するとき生成する冷熱量よりも大きく、前記第１の冷却手段と前記第２の冷却手段がそれぞれ基準冷却能力で動作するとき生成する冷熱量の合計である合計冷熱量よりも小さい場合、
前記第１の冷却手段および前記第２の冷却手段がそれぞれ基準冷却能力で動作するように前記第１の冷却手段と前記第２の冷却手段を制御し、
前記合計冷熱量と前記受熱量の差である余剰冷熱量を輸送する容量の前記第２の冷媒を、前記蓄熱タンクに蓄えるように前記流量制御手段を制御する
冷却システム。
【請求項６】
請求項４に記載した冷却システムにおいて、
前記第１の冷却手段、前記第２の冷却手段、および前記流量制御手段を制御する制御手段を有し、
前記制御手段は、
前記冷却対象からの受熱量が、前記第１の冷却手段が基準冷却能力で動作するとき生成する冷熱量以下である場合、
前記第１の冷却手段および前記第２の冷却手段がそれぞれ基準冷却能力で動作するように前記第１の冷却手段と前記第２の冷却手段を制御し、
前記第２の冷却手段によって生成される冷熱を輸送する前記第２の冷媒を、前記蓄熱タンクに蓄えるように前記流量制御手段を制御する
冷却システム。
【請求項７】
請求項４に記載した冷却システムにおいて、
前記第１の冷却手段、前記第２の冷却手段、および前記流量制御手段を制御する制御手段を有し、
前記制御手段は、
前記冷却対象からの受熱量が、前記第１の冷却手段が基準冷却能力で動作するとき生成する冷熱量以下である場合、
前記第１の冷却手段が生成する冷熱量が、前記受熱量と等しくなるように前記第１の冷却手段を制御し、
前記第２の冷却手段によって生成される冷熱を輸送する前記第２の冷媒を、前記蓄熱タンクに蓄えるように前記流量制御手段を制御する
冷却システム。
【請求項８】
請求項５から７のいずれか一項に記載した冷却システムにおいて、
前記制御手段は、前記第１の冷媒の流量と温度、前記第２の冷媒の流量と温度、および前記冷却対象の消費電力の少なくとも一つに基づいて、前記流量制御手段を制御する
冷却システム。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載した冷却システムにおいて、
前記第１の冷却手段は、蒸気圧縮冷凍サイクルを構成し、
前記第１の冷媒が受熱して気化した冷媒蒸気を生成する蒸発手段と、
前記冷媒蒸気を圧縮して高圧冷媒蒸気を生成する圧縮手段と、
前記高圧冷媒蒸気を凝縮させ高圧冷媒液を生成する凝縮手段と、
前記高圧冷媒液を膨張させて低圧の冷媒液を生成する膨張手段、とを備え、
前記第１の冷媒輸送手段は、前記蒸発手段から、前記圧縮手段、前記凝縮手段、および前記膨張手段を経由して前記蒸発手段に還流する前記第１の冷媒の流路を構成し、
前記第２の冷媒輸送手段は、前記蒸発手段と前記圧縮手段の間から、前記蒸発手段と前記膨張手段の間に前記分岐冷媒が循環する流路を構成する
冷却システム。
【請求項１０】
請求項９に記載した冷却システムにおいて、
前記分岐冷媒と前記第２の冷却手段の冷却側の前記第２の冷媒を熱交換させる熱交換手段を備え、
前記凝縮手段は、前記高圧冷媒蒸気と前記第２の冷却手段の受熱側の前記第２の冷媒を熱交換させる
冷却システム。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載した冷却システムにおいて、
前記第２の冷却手段は、吸着冷凍サイクルおよび吸収冷凍サイクルのいずれかを構成する
冷却システム。
【請求項１２】
冷却対象から受熱した第１の冷媒が循環する第１の冷媒輸送手段を備えた第１の冷却手段と、
前記第１の冷媒輸送手段と接続し、前記第１の冷媒の一部である分岐冷媒が循環する第２の冷媒輸送手段と、
第２の冷媒を介して、前記第１の冷媒輸送手段を循環する前記第１の冷媒から受熱し、前記分岐冷媒を冷却する第２の冷却手段と、
前記第２の冷却手段が生成する冷熱を輸送する前記第２の冷媒を蓄える蓄熱タンク、とを有する冷却システムに対して、
前記蓄熱タンクを経由する前記第２の冷媒の流量を制御する
冷却システムの制御方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載した冷却システムの制御方法において、
前記冷却対象からの受熱量が、前記第１の冷却手段が基準冷却能力で動作するとき生成する冷熱量よりも大きく、前記第１の冷却手段と前記第２の冷却手段がそれぞれ基準冷却能力で動作するとき生成する冷熱量の合計である合計冷熱量よりも小さい場合、
前記第１の冷却手段および前記第２の冷却手段がそれぞれ基準冷却能力で動作するように前記第１の冷却手段と前記第２の冷却手段を制御し、
前記合計冷熱量と前記受熱量の差である余剰冷熱量を輸送する容量の前記第２の冷媒を、前記蓄熱タンクに蓄えるように、前記蓄熱タンクを経由する前記第２の冷媒の流量を制御する
冷却システムの制御方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載した冷却システムの制御方法において、
前記冷却対象からの受熱量が、前記第１の冷却手段が基準冷却能力で動作するとき生成する冷熱量以下である場合、
前記第１の冷却手段および前記第２の冷却手段がそれぞれ基準冷却能力で動作するように前記第１の冷却手段と前記第２の冷却手段を制御し、
前記第２の冷却手段によって生成される冷熱を輸送する前記第２の冷媒を、前記蓄熱タンクに蓄えるように、前記蓄熱タンクを経由する前記第２の冷媒の流量を制御する
冷却システムの制御方法。
【請求項１５】
請求項１２に記載した冷却システムの制御方法において、
前記冷却対象からの受熱量が、前記第１の冷却手段が基準冷却能力で動作するとき生成する冷熱量以下である場合、
前記第１の冷却手段が生成する冷熱量が、前記受熱量と等しくなるように前記第１の冷却手段を制御し、
前記第２の冷却手段によって生成される冷熱を輸送する前記第２の冷媒を、前記蓄熱タンクに蓄えるように、前記蓄熱タンクを経由する前記第２の冷媒の流量を制御する
冷却システムの制御方法。
【請求項１６】
請求項１３から１５のいずれか一項に記載した冷却システムの制御方法において、
前記第１の冷媒の流量と温度、前記第２の冷媒の流量と温度、および前記冷却対象の消費電力の少なくとも一つに基づいて、前記蓄熱タンクを経由する前記第２の冷媒の流量を制御する
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、電子機器などの冷却に用いられる冷却システムおよび冷却システムの制御方法に関し、特に、冷媒の相変化を用いた冷却システムおよび冷却システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化、高性能化にともなって、その発熱量および発熱密度が増大している。このような電子機器等を効率的に冷却するため、冷却能力が高い冷却方式を採用する必要がある。冷却能力が高い冷却システムの一つとして、冷媒の相変化を用いた冷却システムがある。【０００３】
冷媒の相変化を用いた冷却システムの一例が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された関連する冷凍装置は、蒸気圧縮式冷凍機と吸着式冷凍機とを組み合わせた冷却システムである。【０００４】
関連する冷凍装置は、第１吸着器と第２吸着器を備えた吸着式冷凍機、第１蒸気圧縮式冷凍機、および第２蒸気圧縮式冷凍機を有する。【０００５】
第１および第２蒸気圧縮式冷凍機は、第１および第２圧縮機、第１および第２凝縮器（放熱器）、第１および第２減圧器、蒸発器、および第１および第２アキュームレータを備える。なお、第１および第２蒸気圧縮式冷凍機の蒸発器は一体化されている。【０００６】
また、吸着式冷凍機は、第１および第２吸着器、第１および第２吸着剤熱交換器、第１および第２水熱交換器、および室外熱交換器等を備える。【０００７】
関連する冷凍装置では、第１蒸気圧縮式冷凍機が備える第１凝縮器により再生状態にある吸着器内の吸着剤を加熱し、かつ、吸着状態にある吸着器の冷却作用により第２蒸気圧縮式冷凍機の第２凝縮器を冷却する。そして、第１吸着器と第２吸着器を吸着状態と吸着された蒸気冷媒を脱離再生する再生状態とに一定時間毎に切り替える構成としている。【０００８】
このような構成としたことにより、第２蒸気圧縮式冷凍機の凝縮器内の圧力を下げることができるので、第２蒸気圧縮式冷凍機の圧縮機の動力（圧縮仕事）を低減することができる。したがって、関連する冷凍装置によれば、第１および第２蒸気圧縮式冷凍機と吸着式冷凍機とを組み合わせた冷凍装置において、少ない動力で十分な冷凍能力を得ることができる、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−１９０５６６号公報（段落［０００５］〜［００１９］、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、特許文献１に記載された関連する冷凍装置は、第１蒸気圧縮式冷凍機の排熱を用いて吸着した冷媒を脱離させる吸着式冷凍機によって、第２蒸気圧縮式冷凍機が備える凝縮器を冷却する構成としている。すなわち、圧縮式冷凍サイクルなどの１次冷却装置が冷却対象から熱を奪うことにより温熱を生成し、吸着式冷凍サイクルなどの２次冷却装置がこの温熱を冷熱に変換する。このような１次冷却装置と２次冷却装置を備えた関連する冷却装置は、１次冷却装置と２次冷却装置がそれぞれ生成した冷熱を合わせて一の冷却対象を効率よく冷却することが可能である。【００１１】
冷却装置は一般に、必要な冷熱量を最小の電力で得るために、最も効率が良い定格電力で運転する。しかし、冷却対象の冷却に必要な冷熱量が、１次冷却装置の定格冷却能力以下、すなわち定格運転時の１次冷却装置が生成する冷熱量以下である場合、冷熱の余剰が生じてしまう。【００１２】
具体的には例えば、図４Ａに示すように、１次冷却装置が定格冷却能力である２０ｋＷで運転しているとする。２次冷却装置が生成する冷熱量は、一般的には１次冷却装置の生成する冷熱量などに依存して変化する。ここでは簡単のため、１次冷却装置が生成する冷熱の５０％の冷熱を２次冷却装置が生成するものとする。すなわち、２次冷却装置は定格冷却能力である１０ｋＷで運転している。このとき、冷却対象を冷却するのに必要な冷熱量（必要冷熱）が、１次冷却装置の定格冷却能力以下、例えば１５ｋＷであるとする。この場合、１次冷却装置および２次冷却装置をそれぞれ定格冷却能力である２０ｋＷおよび１０ｋＷで運転すると、余剰な冷熱（余剰冷熱）が生じてしまう。【００１３】
一方、図４Ｂに示すように、１次冷却装置および２次冷却装置が生成する冷熱の総和が、冷却対象を冷却するのに必要な冷熱と一致するように、１次冷却装置および２次冷却装置を運転する場合、余剰な冷熱は発生しない。しかし、この場合は、定格運転時に比べて冷却能力が大幅に低下した状態での運転となるので、冷却効率が著しく低下してしまう。【００１４】
このように、複数の冷凍サイクルを組み合わせた冷却システムにおいては、冷却対象の発熱量に応じて効率よく冷却することが困難である、という問題があった。【００１５】
本発明の目的は、上述した課題である、複数の冷凍サイクルを組み合わせた冷却システムにおいては、冷却対象の発熱量に応じて効率よく冷却することが困難である、という課題を解決する冷却システムおよび冷却システムの制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の冷却システムは、冷却対象から受熱した第１の冷媒が循環する第１の冷媒輸送手段を備えた第１の冷却手段と、第１の冷媒輸送手段と接続し、第１の冷媒の一部である分岐冷媒が循環する第２の冷媒輸送手段と、第２の冷媒を介して、第１の冷媒輸送手段を循環する第１の冷媒から受熱し、分岐冷媒を冷却する第２の冷却手段と、第２の冷媒が輸送する熱を蓄える蓄熱手段、とを有する。【００１７】
本発明の冷却システムの制御方法は、冷却対象から受熱した第１の冷媒が循環する第１の冷媒輸送手段を備えた第１の冷却手段と、第１の冷媒輸送手段と接続し、第１の冷媒の一部である分岐冷媒が循環する第２の冷媒輸送手段と、第２の冷媒を介して、第１の冷媒輸送手段を循環する第１の冷媒から受熱し、分岐冷媒を冷却する第２の冷却手段と、第２の冷却手段が生成する冷熱を輸送する第２の冷媒を蓄える蓄熱タンク、とを有する冷却システムに対して、蓄熱タンクを経由する第２の冷媒の流量を制御する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の冷却システムおよび冷却システムの制御方法によれば、複数の冷凍サイクルを組み合わせた構成とした場合であっても、冷却対象の発熱量に応じて効率よく冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る冷却システムの構成を示す概略図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る冷却システムの構成を示す概略図である。
【図３Ａ】本発明の第２の実施形態に係る冷却システムの動作を説明するための図である。
【図３Ｂ】本発明の第２の実施形態に係る冷却システムの別の動作を説明するための図である。
【図３Ｃ】本発明の第２の実施形態に係る冷却システムのさらに別の動作を説明するための図である。
【図４Ａ】関連する冷却装置の動作を説明するための図である。
【図４Ｂ】関連する冷却装置の別の動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【００２１】
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係る冷却システム１００の構成を示す概略図である。同図中の破線矢印は、熱の移動を示す。
【００２２】
本実施形態による冷却システム１００は、第１の冷却手段１１０、第２の冷却手段１２０、第２の冷媒輸送手段１２１、および蓄熱手段１３０を有する。
【００２３】
第１の冷却手段１１０は、冷却対象１０から受熱（Ｈ１）した第１の冷媒が循環する第１の冷媒輸送手段１１１を備える。第２の冷媒輸送手段１２１は第１の冷媒輸送手段１１１と接続しており、第１の冷媒の一部である分岐冷媒が循環する。第２の冷却手段１２０は、第２の冷媒を介して、第１の冷媒輸送手段１１１を循環する第１の冷媒から受熱（Ｈ２）し、分岐冷媒を冷却（Ｈ３）する。そして、蓄熱手段１３０は、第２の冷媒が輸送する熱を蓄える。
【００２４】
上述したように、本実施形態による冷却システム１００は蓄熱手段１３０を備えた構成としている。そのため、第１の冷却手段１１０および第２の冷却手段１２０の冷却能力と冷却対象１０からの受熱量に応じて、余剰な熱が生じる場合であっても、蓄熱手段１３０がこの熱を蓄熱することができる。その結果、蓄熱手段１３０が必要となる蓄熱を行った後には、第１の冷却手段１１０および第２の冷却手段１２０の動作を停止し、蓄熱手段１３０が蓄えている熱、例えば冷熱によって冷却を行うことが可能になる。
【００２５】
ここで、蓄熱手段１３０は、第２の冷媒を蓄える蓄熱タンクを備え、この蓄熱タンクは第２の冷媒が循環する流路内に位置する構成とすることができる。また、第２の冷媒は、第２の冷却手段１２０が生成する冷熱を輸送する構成とすることができる。これに限らず、第２の冷媒は、第１の冷媒輸送手段１１１を循環する第１の冷媒から受熱した温熱を輸送する構成としてもよい。
【００２６】
第１の冷却手段１１０は蒸気圧縮冷凍サイクルを用いた構成とすることができる。また、第２の冷却手段１２０は、吸着冷凍サイクルおよび吸収冷凍サイクルのいずれかを用いた構成とすることができる。このとき、第１の冷媒として、低沸点の材料を使用することができる。例えば、ハイドロフルオロカーボンやハイドロフルオロエーテルなどの有機冷媒を用いることができる。また、第２の冷媒として、典型的には水を用いることができる。
【００２７】
次に、本実施形態による冷却システムの制御方法について説明する。本実施形態による冷却システムの制御方法は、第１の冷却手段、第２の冷媒輸送手段、第２の冷却手段、および蓄熱タンクを有する冷却システムに対する制御方法である。
【００２８】
ここで、第１の冷却手段は、冷却対象から受熱した第１の冷媒が循環する第１の冷媒輸送手段を備える。第２の冷媒輸送手段には、第１の冷媒輸送手段と接続し、第１の冷媒の一部である分岐冷媒が循環する。第２の冷却手段は、第２の冷媒を介して、第１の冷媒輸送手段を循環する第１の冷媒から受熱し、分岐冷媒を冷却する。そして、蓄熱タンクは、第２の冷却手段が生成する冷熱を輸送する第２の冷媒を蓄える。このように構成された冷却システムに対して、上記の蓄熱タンクを経由する第２の冷媒の流量を制御する。これにより、第１の冷却手段および第２の冷却手段の冷却能力と冷却対象からの受熱量に応じて生じる余剰な冷熱を、蓄えることができる。その結果、第１の冷却手段および第２の冷却手段の動作を停止し、蓄熱タンクが蓄えている第２の冷媒の冷熱によって冷却を行うことが可能になる。
【００２９】
ここで、冷却対象からの受熱量が、第１の冷却手段が基準冷却能力で動作するとき生成する冷熱量以下である場合、第１の冷却手段が生成する冷熱量が、受熱量と等しくなるように第１の冷却手段を制御することとしてもよい。そして、第２の冷却手段によって生成される冷熱を輸送する第２の冷媒を、蓄熱タンクに蓄えるように、蓄熱タンクを経由する第２の冷媒の流量を制御する構成とすることができる。ここで、上述した基準冷却能力は、典型的には定格冷却能力である。
【００３０】
この場合、図４Ｂを用いて説明したような制御方法、すなわち第１の冷却手段および第２の冷却手段が生成する冷熱の総和が、受熱量と一致するように制御する場合に比べ、第１の冷却手段は基準冷却能力（定格冷却能力）により近い状態で動作する。そのため、効率よく冷却することが可能になる。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態の冷却システム１００および冷却システムの制御方法によれば、第１の冷却手段と第２の冷却手段といった複数の冷凍サイクルを組み合わせた構成とした場合であっても、冷却対象の発熱量に応じて効率よく冷却することができる。
【００３２】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図２に、本発明の第２の実施形態に係る冷却システム１０００の構成を模式的に示す。同図中、実線および破線の矢印は冷媒の流れを、白抜き矢印は熱の流れをそれぞれ示す。
【００３３】
本実施形態による冷却システム１０００は、第１の冷却装置（第１の冷却手段）１１００、第２の冷却装置（第２の冷却手段）１２００、第２の冷媒輸送部（第２の冷媒輸送手段）１２１０、および蓄熱装置（蓄熱手段）１３００を有する。
【００３４】
ここで、本実施形態による冷却システム１０００は、第１の冷却装置１１００と第２の冷却装置１２００を有する複数の冷凍サイクルを組み合わせた構成である。すなわち、冷却システム１０００は、第１の冷却装置１１００が冷却対象１０を冷却することによって回収した熱をエネルギー源として、第２の冷却装置１２００がさらに冷却対象１０の冷却を行う排熱回収型の冷却システムである。ここで、冷却対象１０は例えばサーバ等の電子機器である。
【００３５】
第１の冷却装置１１００は、蒸発器（蒸発手段）１１１０、圧縮機（圧縮手段）１１２０、凝縮器（凝縮手段）１１３０、膨張弁（膨張手段）１１４０、および第１の冷媒輸送部（第１の冷媒輸送手段）１１５０を備え、蒸気圧縮冷凍サイクルを構成している。
【００３６】
蒸発器１１１０はラジエータ等により構成され、第１の冷媒が受熱して気化した冷媒蒸気を生成する。圧縮機１１２０は冷媒蒸気を断熱圧縮して高圧冷媒蒸気を生成する。凝縮器１１３０は高圧冷媒蒸気を凝縮させ高圧冷媒液を生成する。そして、膨張弁１１４０は高圧冷媒液を膨張させて低圧の冷媒液を生成する。
【００３７】
第１の冷媒輸送部１１５０は、蒸発器１１１０から、圧縮機１１２０、凝縮器１１３０、および膨張弁１１４０を経由して蒸発器１１１０に還流する第１の冷媒の流路を構成する。第１の冷媒として、低沸点の材料、例えば、ハイドロフルオロカーボンやハイドロフルオロエーテルなどの有機冷媒を用いることができる。図２中の実線矢印は、この第１の冷媒の流れを示す。
【００３８】
第２の冷却装置１２００は、吸着冷凍サイクルおよび吸収冷凍サイクルのいずれかを構成する。本実施形態では、第２の冷却装置１２００として、吸着冷凍サイクルを備えた吸着式冷凍機１２０１を用いる場合について説明する。吸着式冷凍機１２０１は、第２の冷媒としての水等をポンプ１２０２によって循環させ、冷却塔１２０３等により温水を冷却する。図２中の破線矢印は、吸着式冷凍機１２０１の第２の冷媒としての水の流れを示す。
【００３９】
第２の冷媒輸送部１２１０は、蒸発器１１１０と圧縮機１１２０の間から、蒸発器１１１０と膨張弁１１４０の間に、第１の冷媒の一部である分岐冷媒が循環する流路を構成する。
【００４０】
凝縮器１１３０は、第１の冷媒輸送部１１５０を流動する高圧冷媒蒸気と第２の冷却装置１２００の受熱側の第２の冷媒を熱交換させる。また、第２の冷媒輸送部１２１０により循環する分岐冷媒と第２の冷却装置１２００の冷却側の第２の冷媒を熱交換させる熱交換器（熱交換手段）１２２０を備えた構成とすることができる。
【００４１】
蓄熱装置１３００は、第２の冷媒が輸送する熱を蓄える。蓄熱装置１３００は第２の冷媒を蓄える蓄熱タンクを備え、第２の冷媒が循環する流路内に位置する構成とすることができる。また、図２に示すように、蓄熱装置１３００が、第２の冷却装置１２００の冷却側の第２の冷媒の流路内に位置する構成とすることができる。すなわち図２では、蓄熱装置１３００が、吸着式冷凍機１２０１と熱交換器１２２０との間の水循環路に設置されている場合を示す。この場合、第２の冷媒としての水は、第２の冷却装置１２００が生成する冷熱を輸送する。
【００４２】
次に、本実施形態による冷却システム１０００の動作について説明する。以下では、冷却システム１０００をサーバ等の冷却に使用する場合を例として説明する。したがって、以下に記す温度は、この場合における典型的な数値例である。
【００４３】
まず、第１の冷却装置１１００の動作について説明する。ラジエータ等からなる蒸発器１１１０に流入した冷媒液（第１の冷媒）は、サーバ等の冷却対象１０から送出される約４０〜５０℃の排熱によって気化し冷媒蒸気となる。冷媒蒸気は圧縮機１１２０により断熱圧縮されることにより圧力が上昇するとともに、冷媒蒸気の温度は約５０〜１００℃に上昇する。温度が上昇した冷媒蒸気が有する熱を第２の冷却装置１２００で使用するため、凝縮器１１３０によって冷媒と水（第２の冷媒）を熱交換させる。これにより、冷媒の熱が水に移動し、約５０〜１００℃の温水が生成されるとともに、冷媒の温度は低下する。温度が低下することによって凝縮液化した冷媒は、膨張弁１１４０により圧力を低減される。その後に再び、蒸発器１１１０に流入する。
【００４４】
次に、第２の冷却装置１２００の動作について説明する。凝縮器１１３０における熱交換によって受熱した約５０〜１００℃の温水を介して、熱が吸着式冷凍機１２０１に移動する。吸着式冷凍機１２０１は、その温熱を利用して約５〜２０℃程度の冷水を生成し、熱交換器１２２０を介して分岐冷媒を冷却する。
【００４５】
熱交換器１２２０によって冷却された分岐冷媒は凝縮液化し、第２の冷媒輸送部１２１０により循環する。第２の冷媒輸送部１２１０は蒸発器１１１０と膨張弁１１４０の間に接続されているので、凝縮液化した分岐冷媒は膨張弁１１４０により低圧になった冷媒液と合流し、蒸発器１１１０に還流する。なお、図２に示すように、第２の冷媒輸送部１２１０が構成する分岐冷媒の流路内に、分岐冷媒を循環させるポンプ等の駆動部１２３０を備えた構成としてもよい。
【００４６】
蒸発器１１１０に還流した冷媒液は、サーバ等の冷却対象１０からの排熱により気化する。蒸発器１１１０において気化した冷媒蒸気は、蒸発器１１１０と圧縮機１１２０の間に接続された第２の冷媒輸送部１２１０と第１の冷媒輸送部１１５０に分岐して流動する。第２の冷媒輸送部１２１０によって循環する分岐冷媒は、再び熱交換器１２２０に流入する。
【００４７】
冷却システム１０００は、蓄熱装置１３００が備える蓄熱タンクを経由する第２の冷媒の流量を制御する流量制御部（流量制御手段）を有する構成とすることができる。流量制御部（図示せず）は、典型的には流量制御バルブを用いて構成することができる。
【００４８】
また、冷却システム１０００は、第１の冷却装置１１００、第２の冷却装置１２００、および流量制御部を制御する制御部（制御手段）を有する構成とすることができる。このとき制御部（図示せず）は、第１の冷媒の流量と温度、第２の冷媒の流量と温度、および冷却対象の消費電力の少なくとも一つに基づいて、冷却システム１０００が以下の動作をするように、流量制御部を制御する構成とすることができる。
【００４９】
以下に、冷却システム１０００が備える制御部の動作、および冷却システム１０００の制御方法について説明する。
【００５０】
まず、冷却対象１０からの受熱量が、第１の冷却装置１１００が基準冷却能力で動作するとき生成する冷熱量よりも大きい場合について説明する。このときの受熱量は、第１の冷却装置１１００と第２の冷媒輸送部１２１０がそれぞれ基準冷却能力で動作するとき生成する冷熱量の合計である合計冷熱量よりも小さいものとする。ここで、基準冷却能力は、典型的には定格冷却能力であり、以下では基準冷却能力は定格冷却能力であるとして説明する。
【００５１】
具体的には例えば、第１の冷却装置１１００の定格冷却能力は２０ｋＷであり、そのときに生じる温熱によって第２の冷却装置１２００の定格冷却能力が設定される。ここでは、第２の冷却装置１２００の定格冷却能力は１０ｋＷであるとする。そして、冷却対象１０が、第１の冷却装置１１００定格冷却能力（２０ｋＷ）よりも大きい２５ｋＷの発熱をしているとする。
【００５２】
このとき、図３Ａに示すように、第１の冷却装置１１００および第２の冷却装置１２００がそれぞれ定格冷却能力で動作するように第１の冷却装置１１００と第２の冷却装置１２００を制御する。そして、第１の冷却装置１１００と第２の冷却装置１２００が生成する冷熱量の合計である合計冷熱量（３０ｋＷ）と冷却対象１０からの受熱量（２５ｋＷ）の差である余剰冷熱量（５ｋＷ）を蓄熱する。
【００５３】
すなわち、第１の冷却装置１１００と第２の冷却装置１２００はそれぞれ定格冷却能力で動作して２０ｋＷおよび１０ｋWの冷熱を生成する。生成された合計３０ｋＷの冷熱のうち２５ｋＷは冷却対象１０の冷却に使用し（必要冷熱）、残りの５ｋＷの冷熱を蓄熱することができる。具体的には、余剰冷熱量（５ｋＷ）を輸送する容量の水（第２の冷媒）を、蓄熱タンクに蓄えるように流量制御部を制御する。
【００５４】
次に、冷却対象１０からの受熱量が、第１の冷却装置１１００が定格冷却能力で動作するとき生成する冷熱量以下である場合について説明する。具体的には例えば、図３Ｂに示すように、冷却対象１０が、第１の冷却装置１１００の定格冷却能力（２０ｋＷ）よりも小さい１５ｋＷの発熱をしているとする。
【００５５】
このとき、第１の冷却装置１１００および第２の冷却装置１２００がそれぞれ定格冷却能力で動作するように第１の冷却装置１１００と第２の冷却装置１２００を制御する。そして、第２の冷却装置１２００が生成する冷熱（１０ｋＷ）を蓄熱する。具体的には、第２の冷却装置１２００によって生成される冷熱（１０ｋＷ）を輸送する水（第２の冷媒）を、蓄熱タンクに蓄えるように流量制御部を制御する。
【００５６】
ここで、蓄熱タンクは容積に比例して蓄熱量を増大させることができるので、第２の冷却装置１２００によって生成される冷熱の全てを輸送する容量の水を蓄熱タンクに蓄えることが可能である。また、第２の冷媒としての水は安価であるため、第１の冷却装置１１００が第１の冷媒として用いる低沸点の有機冷媒を貯蔵する場合に比べ、冷却システム１０００のコストを大幅に低減することができる。
【００５７】
次に、冷却対象１０からの受熱量が、第１の冷却装置１１００が定格冷却能力で動作するとき生成する冷熱量以下である場合について、別の制御方法による動作を説明する。
【００５８】
この場合、第１の冷却装置１１００が生成する冷熱量が、冷却対象１０からの受熱量と等しくなるように第１の冷却装置１１００を制御する。具体的には例えば、図３Ｃに示すように、冷却対象１０の発熱量が１５ｋＷである場合、冷却に必要なだけの冷熱（１５ｋＷ）を生成するように第１の冷却装置１１００を制御する。そして、蓄熱装置１３００は、このとき第２の冷却装置１２００が生成する冷熱を蓄える。具体的には、第２の冷却装置１２００によって生成される冷熱（７．５ｋＷ）を輸送する水（第２の冷媒）を、蓄熱タンクに蓄えるように流量制御部を制御する。
【００５９】
冷却システム１０００がこのような動作をするように制御することによって、第１の冷却装置１１００が生成する冷熱に余剰が生じないようにすることができる。また、第１の冷却装置１１００と第２の冷却装置１２００が生成する冷熱の総和が、必要な冷熱と一致するように第１の冷却装置１１００を動作させた場合（図４Ｂ参照）と比較すると、第１の冷却装置１１００は定格冷却能力（２０ｋＷ）により近い運転を行う。そのため、冷却システム１０００は高効率な動作が可能となる。
【００６０】
上述した冷却システム１０００の動作により、蓄熱装置１３００に必要となる蓄熱を行った後には、第１の冷却装置１１００および第２の冷却装置１２００の動作を停止し、蓄熱装置１３００が蓄えている冷熱によって冷却を行うことが可能になる。
【００６１】
上記の説明では、冷却システム１０００は、蓄熱装置１３００が備える蓄熱タンクを経由する水（第２の冷媒）の流量を制御する構成とした。しかしこれに限らず、蓄熱タンク内に蓄える水温を下げることによって、冷熱の蓄熱量を増加させることとしてもよい。これは、吸着冷凍サイクルを構成する第２の冷却装置１２００は、生成する冷水（第２の冷媒）の温度を調整することが可能だからである。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態の冷却システム１０００および冷却システムの制御方法によれば、複数の冷凍サイクルを組み合わせた構成とした場合であっても、冷却対象の発熱量に応じて効率よく冷却することができる。
【００６３】
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
【００６４】
（付記１）冷却対象から受熱した第１の冷媒が循環する第１の冷媒輸送手段を備えた第１の冷却手段と、前記第１の冷媒輸送手段と接続し、前記第１の冷媒の一部である分岐冷媒が循環する第２の冷媒輸送手段と、第２の冷媒を介して、前記第１の冷媒輸送手段を循環する前記第１の冷媒から受熱し、前記分岐冷媒を冷却する第２の冷却手段と、
前記第２の冷媒が輸送する熱を蓄える蓄熱手段、とを有する冷却システム。
【００６５】
（付記２）付記１に記載した冷却システムにおいて、前記蓄熱手段は、前記第２の冷媒を蓄える蓄熱タンクを備え、前記蓄熱タンクは、前記第２の冷媒が循環する流路内に位置する冷却システム。
【００６６】
（付記３）付記２に記載した冷却システムにおいて、前記第２の冷媒は、前記第２の冷却手段が生成する冷熱を輸送する冷却システム。
【００６７】
（付記４）付記３に記載した冷却システムにおいて、前記蓄熱タンクを経由する前記第２の冷媒の流量を制御する流量制御手段を有する冷却システム。
【００６８】
（付記５）付記４に記載した冷却システムにおいて、前記第１の冷却手段と、前記第２の冷却手段と、前記流量制御手段とを制御する制御手段を有し、前記制御手段は、前記冷却対象からの受熱量が、前記第１の冷却手段が基準冷却能力で動作するとき生成する冷熱量よりも大きく、前記第１の冷却手段と前記第２の冷却手段がそれぞれ基準冷却能力で動作するとき生成する冷熱量の合計である合計冷熱量よりも小さい場合、前記第１の冷却手段および前記第２の冷却手段がそれぞれ基準冷却能力で動作するように前記第１の冷却手段と前記第２の冷却手段を制御し、前記合計冷熱量と前記受熱量の差である余剰冷熱量を輸送する容量の前記第２の冷媒を、前記蓄熱タンクに蓄えるように前記流量制御手段を制御する冷却システム。
【００６９】
（付記６）付記４に記載した冷却システムにおいて、前記第１の冷却手段、前記第２の冷却手段、および前記流量制御手段を制御する制御手段を有し、前記制御手段は、前記冷却対象からの受熱量が、前記第１の冷却手段が基準冷却能力で動作するとき生成する冷熱量以下である場合、前記第１の冷却手段および前記第２の冷却手段がそれぞれ基準冷却能力で動作するように前記第１の冷却手段と前記第２の冷却手段を制御し、前記第２の冷却手段によって生成される冷熱を輸送する前記第２の冷媒を、前記蓄熱タンクに蓄えるように前記流量制御手段を制御する冷却システム。
【００７０】
（付記７）付記４に記載した冷却システムにおいて、前記第１の冷却手段、前記第２の冷却手段、および前記流量制御手段を制御する制御手段を有し、前記制御手段は、前記冷却対象からの受熱量が、前記第１の冷却手段が基準冷却能力で動作するとき生成する冷熱量以下である場合、前記第１の冷却手段が生成する冷熱量が、前記受熱量と等しくなるように前記第１の冷却手段を制御し、前記第２の冷却手段によって生成される冷熱を輸送する前記第２の冷媒を、前記蓄熱タンクに蓄えるように前記流量制御手段を制御する冷却システム。
【００７１】
（付記８）付記５から７のいずれか一項に記載した冷却システムにおいて、前記制御手段は、前記第１の冷媒の流量と温度、前記第２の冷媒の流量と温度、および前記冷却対象の消費電力の少なくとも一つに基づいて、前記流量制御手段を制御する冷却システム。
【００７２】
（付記９）付記１から８のいずれか一項に記載した冷却システムにおいて、前記第１の冷却手段は、蒸気圧縮冷凍サイクルを構成し、前記第１の冷媒が受熱して気化した冷媒蒸気を生成する蒸発手段と、前記冷媒蒸気を圧縮して高圧冷媒蒸気を生成する圧縮手段と、前記高圧冷媒蒸気を凝縮させ高圧冷媒液を生成する凝縮手段と、前記高圧冷媒液を膨張させて低圧の冷媒液を生成する膨張手段、とを備え、前記第１の冷媒輸送手段は、前記蒸発手段から、前記圧縮手段、前記凝縮手段、および前記膨張手段を経由して前記蒸発手段に還流する前記第１の冷媒の流路を構成し、前記第２の冷媒輸送手段は、前記蒸発手段と前記圧縮手段の間から、前記蒸発手段と前記膨張手段の間に前記分岐冷媒が循環する流路を構成する冷却システム。
【００７３】
（付記１０）付記９に記載した冷却システムにおいて、前記分岐冷媒と前記第２の冷却手段の冷却側の前記第２の冷媒を熱交換させる熱交換手段を備え、前記凝縮手段は、前記高圧冷媒蒸気と前記第２の冷却手段の受熱側の前記第２の冷媒を熱交換させる冷却システム。
【００７４】
（付記１１）付記１から１０のいずれか一項に記載した冷却システムにおいて、前記第２の冷却手段は、吸着冷凍サイクルおよび吸収冷凍サイクルのいずれかを構成する冷却システム。
【００７５】
（付記１２）冷却対象から受熱した第１の冷媒が循環する第１の冷媒輸送手段を備えた第１の冷却手段と、前記第１の冷媒輸送手段と接続し、前記第１の冷媒の一部である分岐冷媒が循環する第２の冷媒輸送手段と、第２の冷媒を介して、前記第１の冷媒輸送手段を循環する前記第１の冷媒から受熱し、前記分岐冷媒を冷却する第２の冷却手段と、前記第２の冷却手段が生成する冷熱を輸送する前記第２の冷媒を蓄える蓄熱タンク、とを有する冷却システムに対して、前記蓄熱タンクを経由する前記第２の冷媒の流量を制御する冷却システムの制御方法。
【００７６】
（付記１３）付記１２に記載した冷却システムの制御方法において、前記冷却対象からの受熱量が、前記第１の冷却手段が基準冷却能力で動作するとき生成する冷熱量よりも大きく、前記第１の冷却手段と前記第２の冷却手段がそれぞれ基準冷却能力で動作するとき生成する冷熱量の合計である合計冷熱量よりも小さい場合、前記第１の冷却手段および前記第２の冷却手段がそれぞれ基準冷却能力で動作するように前記第１の冷却手段と前記第２の冷却手段を制御し、前記合計冷熱量と前記受熱量の差である余剰冷熱量を輸送する容量の前記第２の冷媒を、前記蓄熱タンクに蓄えるように、前記蓄熱タンクを経由する前記第２の冷媒の流量を制御する冷却システムの制御方法。
【００７７】
（付記１４）付記１２に記載した冷却システムの制御方法において、前記冷却対象からの受熱量が、前記第１の冷却手段が基準冷却能力で動作するとき生成する冷熱量以下である場合、前記第１の冷却手段および前記第２の冷却手段がそれぞれ基準冷却能力で動作するように前記第１の冷却手段と前記第２の冷却手段を制御し、前記第２の冷却手段によって生成される冷熱を輸送する前記第２の冷媒を、前記蓄熱タンクに蓄えるように、前記蓄熱タンクを経由する前記第２の冷媒の流量を制御する冷却システムの制御方法。
【００７８】
（付記１５）付記１２に記載した冷却システムの制御方法において、前記冷却対象からの受熱量が、前記第１の冷却手段が基準冷却能力で動作するとき生成する冷熱量以下である場合、前記第１の冷却手段が生成する冷熱量が、前記受熱量と等しくなるように前記第１の冷却手段を制御し、前記第２の冷却手段によって生成される冷熱を輸送する前記第２の冷媒を、前記蓄熱タンクに蓄えるように、前記蓄熱タンクを経由する前記第２の冷媒の流量を制御する冷却システムの制御方法。
【００７９】
（付記１６）付記１３から１５のいずれか一項に記載した冷却システムの制御方法において、前記第１の冷媒の流量と温度、前記第２の冷媒の流量と温度、および前記冷却対象の消費電力の少なくとも一つに基づいて、前記蓄熱タンクを経由する前記第２の冷媒の流量を制御する冷却システムの制御方法。
【００８０】
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【００８１】
この出願は、２０１６年３月２５日に出願された日本出願特願２０１６−０６２２２５を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【００８２】
１００    冷却システム
１１０    第１の冷却手段
１１１    第１の冷媒輸送手段
１２０    第２の冷却手段
１２１    第２の冷媒輸送手段
１３０    蓄熱手段
１０００    冷却システム
１１００    第１の冷却装置
１１１０    蒸発器
１１２０    圧縮機
１１３０    凝縮器
１１４０    膨張弁
１１５０    第１の冷媒輸送部
１２００    第２の冷却装置
１２０１    吸着式冷凍機
１２０２    ポンプ
１２０３    冷却塔
１２１０    第２の冷媒輸送部
１２２０    熱交換器
１２３０    駆動部
１３００    蓄熱装置
１０    冷却対象
【図１】
2017164201.tif 000003
【図２】
2017164201.tif 000004
【図３Ａ】
2017164201.tif 000005
【図３Ｂ】
2017164201.tif 000006
【図３Ｃ】
2017164201.tif 000007
【図４Ａ】
2017164201.tif 000008
【図４Ｂ】
2017164201.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成30年9月4日(2018.9.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却対象から受熱した第１の冷媒が循環する第１の冷媒輸送手段を備えた第１の冷却手段と、
前記第１の冷媒輸送手段と接続し、前記第１の冷媒の一部である分岐冷媒が循環する第２の冷媒輸送手段と、
第２の冷媒を介して、前記第１の冷媒輸送手段を循環する前記第１の冷媒から受熱し、前記分岐冷媒を冷却する第２の冷却手段と、
前記第２の冷媒が輸送する熱を蓄える蓄熱手段、とを有する
冷却システム。
【請求項２】
請求項１に記載した冷却システムにおいて、
前記蓄熱手段は、前記第２の冷媒を蓄える蓄熱タンクを備え、
前記蓄熱タンクは、前記第２の冷媒が循環する流路内に位置する
冷却システム。
【請求項３】
請求項２に記載した冷却システムにおいて、
前記第２の冷媒は、前記第２の冷却手段が生成する冷熱を輸送する
冷却システム。
【請求項４】
請求項３に記載した冷却システムにおいて、
前記蓄熱タンクを経由する前記第２の冷媒の流量を制御する流量制御手段を有する
冷却システム。
【請求項５】
請求項４に記載した冷却システムにおいて、
前記第１の冷却手段と、前記第２の冷却手段と、前記流量制御手段とを制御する制御手段を有し、
前記制御手段は、
前記冷却対象からの受熱量が、前記第１の冷却手段が基準冷却能力で動作するとき生成する冷熱量よりも大きく、前記第１の冷却手段と前記第２の冷却手段がそれぞれ基準冷却能力で動作するとき生成する冷熱量の合計である合計冷熱量よりも小さい場合、
前記第１の冷却手段および前記第２の冷却手段がそれぞれ基準冷却能力で動作するように前記第１の冷却手段と前記第２の冷却手段を制御し、
前記合計冷熱量と前記受熱量の差である余剰冷熱量を輸送する容量の前記第２の冷媒を、前記蓄熱タンクに蓄えるように前記流量制御手段を制御する
冷却システム。
【請求項６】
請求項４に記載した冷却システムにおいて、
前記第１の冷却手段、前記第２の冷却手段、および前記流量制御手段を制御する制御手段を有し、
前記制御手段は、
前記冷却対象からの受熱量が、前記第１の冷却手段が基準冷却能力で動作するとき生成する冷熱量以下である場合、
前記第１の冷却手段および前記第２の冷却手段がそれぞれ基準冷却能力で動作するように前記第１の冷却手段と前記第２の冷却手段を制御し、
前記第２の冷却手段によって生成される冷熱を輸送する前記第２の冷媒を、前記蓄熱タンクに蓄えるように前記流量制御手段を制御する
冷却システム。
【請求項７】
請求項４に記載した冷却システムにおいて、
前記第１の冷却手段、前記第２の冷却手段、および前記流量制御手段を制御する制御手段を有し、
前記制御手段は、
前記冷却対象からの受熱量が、前記第１の冷却手段が基準冷却能力で動作するとき生成する冷熱量以下である場合、
前記第１の冷却手段が生成する冷熱量が、前記受熱量と等しくなるように前記第１の冷却手段を制御し、
前記第２の冷却手段によって生成される冷熱を輸送する前記第２の冷媒を、前記蓄熱タンクに蓄えるように前記流量制御手段を制御する
冷却システム。
【請求項８】
請求項５から７のいずれか一項に記載した冷却システムにおいて、
前記制御手段は、前記第１の冷媒の流量と温度、前記第２の冷媒の流量と温度、および前記冷却対象の消費電力の少なくとも一つに基づいて、前記流量制御手段を制御する
冷却システム。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載した冷却システムにおいて、
前記第１の冷却手段は、蒸気圧縮冷凍サイクルを構成し、
前記第１の冷媒が受熱して気化した冷媒蒸気を生成する蒸発手段と、
前記冷媒蒸気を圧縮して高圧冷媒蒸気を生成する圧縮手段と、
前記高圧冷媒蒸気を凝縮させ高圧冷媒液を生成する凝縮手段と、
前記高圧冷媒液を膨張させて低圧の冷媒液を生成する膨張手段、とを備え、
前記第１の冷媒輸送手段は、前記蒸発手段から、前記圧縮手段、前記凝縮手段、および前記膨張手段を経由して前記蒸発手段に還流する前記第１の冷媒の流路を構成し、
前記第２の冷媒輸送手段は、前記蒸発手段と前記圧縮手段の間から、前記蒸発手段と前記膨張手段の間に前記分岐冷媒が循環する流路を構成する
冷却システム。
【請求項１０】
冷却対象から受熱した第１の冷媒が循環する第１の冷媒輸送手段を備えた第１の冷却手段と、
前記第１の冷媒輸送手段と接続し、前記第１の冷媒の一部である分岐冷媒が循環する第２の冷媒輸送手段と、
第２の冷媒を介して、前記第１の冷媒輸送手段を循環する前記第１の冷媒から受熱し、前記分岐冷媒を冷却する第２の冷却手段と、
前記第２の冷却手段が生成する冷熱を輸送する前記第２の冷媒を蓄える蓄熱タンク、とを有する冷却システムに対して、
前記蓄熱タンクを経由する前記第２の冷媒の流量を制御する
冷却システムの制御方法。
【国際調査報告】
2017164201.tif 000010
2017164201.tif 000011
2017164201.tif 000012
2017164201.tif 000013