(57)【要約】【課題】部分負荷運転であっても冷却対象を好適に冷却できる冷却システムとその制御方法を提供することを課題とする。【解決手段】冷媒ＣＬが気化して高温排気ＡＨを冷却する蒸発器２１ａ、２１ｂと、蒸発器２１ａ、２１ｂに供給される冷媒ＣＬの流量を調節する冷媒流量制御バルブ２６ａ、２６ｂと、冷媒ＣＬを冷水で冷却して凝縮する凝縮器１０と、凝縮器１０に供給される冷水の流量を調節する三方弁１４を備え、凝縮した冷媒ＣＬを加圧して蒸発器２１ａ、２１ｂに供給する冷却システム１とする。そして、三方弁１４は、凝縮した冷媒ＣＬの温度が冷媒液目標温度となるように凝縮器１０に供給される冷水の流量を調節し、冷媒流量制御バルブ２６ａ、２６ｂは、高温排気ＡＨが蒸発器２１ａ、２１ｂで冷却された低温空気ＡＬの温度が冷却目標温度となるように蒸発器２１ａ、２１ｂに供給される冷媒ＣＬの流量を調節することを特徴とする。【選択図】図１
2013088031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却対象との熱交換によって冷媒を気化するとともに当該冷却対象を冷却する１つ以上の蒸発器と、
前記蒸発器に供給される前記冷媒の流量を前記蒸発器ごとに調節する冷媒供給量調節装置と、
前記冷媒との熱交換で冷却された前記冷却対象の温度を前記蒸発器ごとに計測する冷却後温度計測装置と、
前記蒸発器で気化した前記冷媒を冷水との熱交換で冷却して凝縮する凝縮器と、
前記凝縮器で凝縮した前記冷媒の温度を計測する冷媒温度計測装置と、
前記凝縮器に供給される前記冷水の流量を調節する冷水流量調節装置と、を備え、
前記凝縮器で凝縮した前記冷媒を加圧して全ての前記蒸発器に供給する冷却システムであって、
前記冷水流量調節装置は、
凝縮した前記冷媒の温度が所定の冷媒液目標温度となるように前記凝縮器に供給される前記冷水の流量を調節し、
前記冷媒供給量調節装置は、
冷却された前記冷却対象の前記蒸発器ごとの温度が所定の冷却目標温度となるように、前記蒸発器のそれぞれに供給される前記冷媒の流量を当該蒸発器ごとに調節すること、を特徴とする冷却システム。
【請求項２】
前記蒸発器が配置される周囲環境の露点温度を計測する露点温度計測装置がさらに備わり、
前記冷媒液目標温度が、前記露点温度計測装置が計測する前記露点温度より低い場合、
前記冷水流量調節装置は、凝縮した前記冷媒の温度が前記露点温度以上となるように前記凝縮器に供給される前記冷水の流量を調節することを特徴とする請求項１に記載の冷却システム。
【請求項３】
前記凝縮器で凝縮した前記冷媒を加圧して前記蒸発器に供給する冷媒ポンプと、
前記冷媒ポンプの吸い込み側と吐出側の圧力差を計測する圧力差計測装置と、
前記圧力差計測装置の計測値に基づいて演算する前記圧力差が所定の差圧設定値となるように前記冷媒ポンプの回転周波数を調節する冷媒ポンプ制御装置と、を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷却システム。
【請求項４】
前記圧力差計測装置は、前記冷媒ポンプの吐出側における前記冷媒の圧力を計測する出側圧力計と、前記冷媒ポンプの吸い込み側に備わる前記冷媒温度計測装置と、を含んで構成され、
前記冷媒ポンプ制御装置は、前記冷媒温度計測装置の計測値に基づいて演算する前記冷媒ポンプの吸い込み側における前記冷媒の圧力と、前記出側圧力計の計測値に基づいて演算する前記冷媒ポンプの吐出側における前記冷媒の圧力と、の差を前記圧力差とすることを特徴とする請求項３に記載の冷却システム。
【請求項５】
前記凝縮器を含んでなる１次側が、前記蒸発器を含んでなる２次側より上方に配置され、前記１次側で凝縮した前記冷媒を前記２次側に送り込む冷媒液管内で、前記凝縮器で凝縮した前記冷媒を自然落下させて加圧して、凝縮した前記冷媒を前記蒸発器に供給する構成の冷媒自然循環式であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷却システム。
【請求項６】
冷却対象との熱交換によって冷媒を気化するとともに当該冷却対象を冷却する１つ以上の蒸発器と、
前記蒸発器に供給される前記冷媒の流量を前記蒸発器ごとに調節する冷媒供給量調節装置と、
前記冷媒との熱交換で冷却された前記冷却対象の温度を前記蒸発器ごとに計測する冷却後温度計測装置と、
前記蒸発器で気化した前記冷媒を冷水との熱交換で冷却して凝縮する凝縮器と、
前記凝縮器で凝縮した前記冷媒の温度を計測する冷媒温度計測装置と、
前記凝縮器に供給される前記冷水の流量を調節する冷水流量調節装置と、を備え、
前記凝縮器で凝縮した前記冷媒を加圧して全ての前記蒸発器に供給する冷却システムを制御する制御方法であって、
凝縮した前記冷媒の温度が所定の冷媒液目標温度となるように、前記冷水流量調節装置で前記凝縮器に供給される前記冷水の流量を調節し、
冷却された前記冷却対象の温度が前記蒸発器ごとに所定の冷却目標温度となるように、前記冷媒供給量調節装置で前記冷媒の流量を当該蒸発器ごとに調節すること、を特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒を循環して冷却対象を冷却する冷却システムとその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、潜熱輸送による熱搬送効率の向上や、冷水を循環させることなく冷却対象を冷却することを目的として、１次側に備わる凝縮器で冷水と冷媒を熱交換して冷媒を凝縮し、凝縮した冷媒を２次側に備わる蒸発器に供給して冷却対象（空気等）と熱交換させて冷却対象を冷却する冷却システムが採用される。このような冷却システムでは、蒸発器で気化（蒸発）する冷媒の気化熱を利用して冷却対象（空気）を冷却するため、蒸発器に流入する冷媒の流量を所定量に調節すること、蒸発器における蒸発圧力を所定値以下に維持すること、が要求される。
【０００３】
このような冷却システムの技術として、例えば特許文献１に記載される技術が開示されている。特許文献１に開示される技術では、蒸発器の近傍に冷媒の流量を調節する流量調節用バルブを備え、負荷の変動に応じて冷媒の流量を調節することによって、蒸発器に流入する冷媒の流量を好適に維持できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００７−５１４１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示される技術では、部分負荷運転時に冷媒の循環量が減少すると系内の冷媒圧力が低下して蒸発器における冷媒の蒸発温度が低下し、冷却対象（空気）が過剰に冷却される場合がある。
【０００６】
そこで、本発明は、部分負荷運転であっても冷却対象を好適に冷却できる冷却システムとその制御方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため本発明は、冷却対象との熱交換によって冷媒を気化するとともに当該冷却対象を冷却する１つ以上の蒸発器と、前記蒸発器に供給される前記冷媒の流量を前記蒸発器ごとに調節する冷媒供給量調節装置と、前記冷媒との熱交換で冷却された前記冷却対象の温度を前記蒸発器ごとに計測する冷却後温度計測装置と、前記蒸発器で気化した前記冷媒を冷水との熱交換で冷却して凝縮する凝縮器と、前記凝縮器で凝縮した前記冷媒の温度を計測する冷媒温度計測装置と、前記凝縮器に供給される前記冷水の流量を調節する冷水流量調節装置と、を備え、前記凝縮器で凝縮した前記冷媒を加圧して全ての前記蒸発器に供給する冷却システムとその制御方法とする。そして、前記冷水流量調節装置は、凝縮した前記冷媒の温度が所定の冷媒液目標温度となるように前記凝縮器に供給される前記冷水の流量を調節し、前記冷媒供給量調節装置は、冷却された前記冷却対象の前記蒸発器ごとの温度が所定の冷却目標温度となるように、前記蒸発器のそれぞれに供給される前記冷媒の流量を当該蒸発器ごとに調節すること、を特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によると、部分負荷運転であっても冷却対象を好適に冷却できる冷却システムとその制御方法を提供できる。そして、部分負荷運転のときの過剰な冷却運転を抑制でき、負荷に応じた省エネルギ性の高い冷却システムとその制御方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る冷却システムの構成例を示す図である。
【図２】データセンタに露点温度計が備わる構成を示す図である。
【図３】（ａ）は差圧計が備わる構成を示す図、（ｂ）は出側圧力計と凝縮器冷媒液温度センサからなる圧力差計測装置を備える構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、適宜図を参照して詳細に説明する。
本実施形態に係る冷却システム１は、図１に示すように、冷媒ＣＬが循環して冷却対象を予め設定される目標温度（冷却目標温度）まで冷却する構成であり、冷媒ＣＬが冷却されて凝縮する１次側１ａと、冷媒ＣＬが冷却対象の熱を奪って気化（蒸発）する２次側１ｂと、を含んでなる。
以下、必要に応じて、気化したガス状の冷媒ＣＬを冷媒ガスＣＬ（Ｇ）、液化した液体状の冷媒ＣＬを冷媒液ＣＬ（Ｌ）とする。
【００１１】
２次側１ｂは、冷媒液ＣＬ（Ｌ）が気化するときの気化熱で冷却対象を冷却する系であり、本実施形態においては、データセンタ８０に配置される複数のサーバ（図示せず）が排気する高温排気ＡＨを冷却対象とする。
データセンタ８０には、複数のサーバが排気する高温排気ＡＨを冷却するため、複数の冷却装置（図１には２つの冷却装置２０ａ、２０ｂを図示）が備わる。
以下、２つの冷却装置２０ａ、２０ｂが備わる構成を例として説明するが、３つ以上の冷却装置が備わる場合は、全ての冷却装置が同等の構成および機能を有するものとする。
なお、冷却システム１がデータセンタ８０に備わる構成は一例に過ぎず、本実施形態に係る冷却システム１は、空気等の冷却対象を冷却する箇所に適宜組み込み可能である。
【００１２】
１次側１ａに備わる凝縮器１０で凝縮した冷媒液ＣＬ（Ｌ）は冷媒ポンプ１７によって送り出され、冷媒液管Ｃｐｌを流通して冷却装置２０ａに備わる蒸発器２１ａおよび冷却装置２０ｂに備わる蒸発器２１ｂに供給される。蒸発器２１ａ、２１ｂには供給された冷媒液ＣＬ（Ｌ）が流通する細管が配管され、その細管の周囲をデータセンタ８０の高温排気ＡＨが流れるときに冷媒液ＣＬ（Ｌ）と熱交換するように構成される。蒸発器２１ａ、２１ｂでは冷媒液ＣＬ（Ｌ）が冷媒ガスＣＬ（Ｇ）に気化するときの気化熱によって高温排気ＡＨが冷却され低温空気ＡＬとなる。
なお、冷却装置２０ａ、２０ｂには、高温排気ＡＨを効率よく蒸発器２１ａ、２１ｂに流通させるための送風機２２ａ、２２ｂが備わっていてもよい。
【００１３】
また、冷却装置２０ａ、２０ｂには、高温排気ＡＨが蒸発器２１ａ、２１ｂで冷却された低温空気ＡＬの温度を計測する蒸発器出口空気温度センサ２５ａ、２５ｂ（冷却後温度計測装置）と、蒸発器２１ａ、２１ｂに供給される冷媒液ＣＬ（Ｌ）の流量を調節する冷媒流量制御バルブ２６ａ、２６ｂと、冷媒流量制御バルブ２６ａ、２６ｂを制御する冷媒流量制御装置２３ａ、２３ｂと、が備わっている。そして、本実施形態においては、冷媒流量制御バルブ２６ａ、２６ｂと冷媒流量制御装置２３ａ、２３ｂで冷媒供給量調節装置を構成する。
以上のように冷却システム１の２次側１ｂは構成される。
【００１４】
１次側１ａは、冷熱源１２で冷却された冷水と、２次側１ｂで気化した冷媒ガスＣＬ（Ｇ）と、が凝縮器１０で熱交換して冷媒ガスＣＬ（Ｇ）が凝縮するように構成される。
【００１５】
冷熱源１２で冷却された冷水は、冷水ポンプ１３によって、凝縮器１０を通るように配管される冷水管Ｗｐを流通し、２次側１ｂから冷媒ガス管Ｃｐｇを流通して送り込まれる相対的に高温の冷媒ガスＣＬ（Ｇ）と凝縮器１０で熱交換して温度が上昇した後に冷熱源１２に戻って冷却される。
なお、冷水管Ｗｐには、凝縮器１０内の配管と並列に配管されるバイパス管Ｗｐａが備わり、三方弁１４によって、凝縮器１０内を流通する冷水とバイパス管Ｗｐａを流通する冷水の流量比が調節されるように構成される。
三方弁１４は、バイパス管Ｗｐａを流通する冷水の流通量と、凝縮器１０内の配管を流通する冷水の流通量と、の流量比を調節可能な流量調節弁であって、冷媒温度制御装置１５で制御される構成が好ましい。
三方弁１４は、バイパス管Ｗｐａを流通する冷水の流通量と、凝縮器１０内の配管を流通する冷水の流通量と、の流量比を調節することによって凝縮器１０に供給される冷水の流量を調節することができる。そして、本実施形態においては、三方弁１４と冷媒温度制御装置１５とで冷水流量調節装置を構成する。
また、冷熱源１２は限定するものではなく、冷水を冷却可能な冷凍機等であればよい。
【００１６】
２次側１ｂで気化した冷媒ガスＣＬ（Ｇ）は、冷媒ガス管Ｃｐｇを流通して１次側１ａに送り込まれ、凝縮器１０で冷水と熱交換して冷却されて凝縮し液体状の冷媒液ＣＬ（Ｌ）となる。凝縮器１０で凝縮した冷媒液ＣＬ（Ｌ）は、冷媒液タンク１６に貯留された後、冷媒ポンプ１７で加圧され冷媒液管Ｃｐｌを流通して２次側１ｂに送り込まれる。冷媒ポンプ１７は、回転周波数（回転速度）を容易に変更可能な構成であることが好ましく、例えば、インバータ制御される構成であることが好ましい。この構成によって、冷媒液管Ｃｐｌを流通する冷媒液ＣＬ（Ｌ）の流量を容易に調節できる。
【００１７】
なお、凝縮器１０で凝縮した冷媒液ＣＬ（Ｌ）の温度は、凝縮器１０と冷媒液タンク１６の間に備わる冷媒温度計測装置（凝縮器冷媒液温度センサ１１）で計測され、その計測値が冷媒温度制御装置１５に入力される。
冷媒温度制御装置１５は凝縮器冷媒液温度センサ１１の計測値（冷媒液ＣＬ（Ｌ）の温度）が予め設定される目標温度（冷媒液目標温度）となるように凝縮器１０に供給される冷水の流量を調節する。
具体的に冷媒温度制御装置１５は、凝縮器冷媒液温度センサ１１の計測値が冷媒液目標温度より低い場合は凝縮器１０に供給される冷水の流量が減少するように三方弁１４を制御し、凝縮器冷媒液温度センサ１１の計測値が冷媒液目標温度より高い場合は凝縮器１０に供給される冷水の流量が増えるように三方弁１４を制御して、凝縮器１０に供給される冷水の流量を調節する。
【００１８】
このように構成される１次側１ａと２次側１ｂを含んでなる本実施形態の冷却システム１は、定格運転によって所定温度（高温側温度）の高温排気ＡＨから予め設定される目標温度（冷却目標温度）の低温空気ＡＬを得られるように構成される。例えば、冷水ポンプ１３、冷媒ポンプ１７が定格運転するときに、高温側温度４０℃の高温排気ＡＨを冷却目標温度２５℃まで下げて低温空気ＡＬを得るように構成される。
なお、この場合、冷媒液ＣＬ（Ｌ）の蒸発温度は、低温空気ＡＬの冷却目標温度２５℃より低い温度（例えば、２３℃）であることが好ましい。
また、凝縮器１０で凝縮される冷媒液ＣＬ（Ｌ）は、前記した蒸発温度となる圧力を生じるように適宜設定される冷媒液目標温度に維持されることが好ましい。
【００１９】
データセンタ８０における高温排気ＡＨは、前記のとおりサーバ（図示せず）の排気であって、周囲温度やサーバの運転状態によって高温排気ＡＨの温度は変化する。そして、４０℃の高温排気ＡＨを２５℃まで下げるように定格運転される冷却システム１では、高温排気ＡＨの温度が変化すると低温空気ＡＬの温度が冷却目標温度（例えば、２５℃）にならない場合がある。
例えば、高温排気ＡＨの温度が所定の高温側温度より低くなると、蒸発器２１ａ、２１ｂにおける冷媒液ＣＬ（Ｌ）の蒸発温度が変わらない場合は高温排気ＡＨが過剰に冷却され、低温空気ＡＬの温度が冷却目標温度よりも低くなる。
【００２０】
そこで、２次側１ｂの冷媒流量制御装置２３ａ、２３ｂは、蒸発器出口空気温度センサ２５ａ、２５ｂが計測する低温空気ＡＬの温度が冷却目標温度となるように冷媒流量制御バルブ２６ａ、２６ｂを制御して、蒸発器２１ａ、２１ｂに供給される冷媒液ＣＬ（Ｌ）の流入量を調節する。
【００２１】
蒸発器２１ａ、２１ｂでは冷媒液ＣＬ（Ｌ）が気化するときの気化熱で高温排気ＡＨを冷却して低温空気ＡＬを得る。したがって、例えば、低温空気ＡＬの温度が冷却目標温度より高い場合は、蒸発器２１ａ、２１ｂにおける冷媒液ＣＬ（Ｌ）の気化熱が増えること（つまり、蒸発量が増えること）が好ましい。
蒸発器２１ａ、２１ｂでは冷媒液ＣＬ（Ｌ）の圧力が低いほど蒸発温度が低下して蒸発量が増える。蒸発器２１ａ、２１ｂにおける冷媒液ＣＬ（Ｌ）の圧力は、２次側１ｂに冷媒液ＣＬ（Ｌ）が送り込まれるときの圧力（例えば、冷媒ポンプ１７の吐出圧力）であるが、冷媒流量制御バルブ２６ａ、２６ｂで蒸発器２１ａ、２１ｂに供給される冷媒液ＣＬ（Ｌ）の流入量を減らすことによって蒸発器２１ａ、２１ｂにおける冷媒液ＣＬ（Ｌ）の圧力を下げることができる。
【００２２】
そこで、冷媒流量制御装置２３ａ、２３ｂは、蒸発器出口空気温度センサ２５ａ、２５ｂの計測値が冷却目標温度（例えば２５℃）より高い場合は、冷媒流量制御バルブ２６ａ、２６ｂを制御して蒸発器２１ａ、２１ｂに供給される冷媒液ＣＬ（Ｌ）の流入量を減らし、蒸発器２１ａ、２１ｂにおける冷媒液ＣＬ（Ｌ）の圧力を下げる。一方、蒸発器出口空気温度センサ２５ａ、２５ｂの計測値が冷却目標温度より低い場合、冷媒流量制御装置２３ａ、２３ｂは、冷媒流量制御バルブ２６ａ、２６ｂを制御して蒸発器２１ａ、２１ｂに供給される冷媒液ＣＬ（Ｌ）の流入量を増やし、蒸発器２１ａ、２１ｂにおける冷媒液ＣＬ（Ｌ）の圧力を上げる。
【００２３】
例えば、蒸発器出口空気温度センサ２５ａ、２５ｂの計測値と冷却目標温度の温度差をそれぞれ冷媒流量制御装置２３ａ、２３ｂにフィードバックし、冷媒流量制御装置２３ａ、２３ｂはフィードバックされた温度差が「０」になるようにそれぞれの冷媒流量制御バルブ２６ａ、２６ｂの開度を調節する構成とすればよい。例えば、蒸発器出口空気温度センサ２５ａ、２５ｂの計測値が冷却目標温度より高い場合、冷媒流量制御装置２３ａ、２３ｂは冷媒流量制御バルブ２６ａ、２６ｂを制御して蒸発器２１ａ、２１ｂに供給される冷媒液ＣＬ（Ｌ）の流量を減少（冷媒液ＣＬ（Ｌ）の圧力を減圧）させる。一方、蒸発器出口空気温度センサ２５ａ、２５ｂの計測値が冷却目標温度より低い場合、冷媒流量制御装置２３ａ、２３ｂは冷媒流量制御バルブ２６ａ、２６ｂを制御して蒸発器２１ａ、２１ｂに供給される冷媒液ＣＬ（Ｌ）の流量を増大（冷媒液ＣＬ（Ｌ）の圧力を増圧）させる。
【００２４】
または、蒸発器出口空気温度センサ２５ａ、２５ｂの計測値と冷却目標温度の温度差に対応する好適な冷媒流量制御バルブ２６ａ、２６ｂの開度調節量が予め実験計測等で求められ、その結果がマップ形式のデータとして図示しない記憶部に記憶される構成であってもよい。この構成の場合、冷媒流量制御装置２３ａ、２３ｂは、蒸発器出口空気温度センサ２５ａ、２５ｂの計測値と冷却目標温度の温度差に基づいて当該マップ形式のデータを参照し、冷媒流量制御バルブ２６ａ、２６ｂの開度調節量を設定できる。そして、冷媒流量制御装置２３ａ、２３ｂが、設定した開度調節量に基づいて冷媒流量制御バルブ２６ａ、２６ｂを制御する構成とすればよい。
【００２５】
以上のように、本実施形態に係る冷却システム１は、１次側１ａで凝縮される冷媒液ＣＬ（Ｌ）の温度が所定の冷媒液目標温度となるように、凝縮器１０に供給される冷水の流量を調節する。さらに、低温空気ＡＬの温度が蒸発器２１ａ、２１ｂごとに所定の冷却目標温度となるように、２次側１ｂの蒸発器２１ａ、２１ｂにおける冷媒液ＣＬ（Ｌ）の圧力を調節する。具体的に冷媒流量制御装置２３ａ、２３ｂは、低温空気ＡＬの温度が蒸発器２１ａ、２１ｂごとに冷却目標温度となるように冷媒流量制御バルブ２６ａ、２６ｂを制御して、蒸発器２１ａ、２１ｂに供給される冷媒液ＣＬ（Ｌ）の流量を調節する。
【００２６】
この構成によると、高温排気ＡＨの温度が所定の高温側温度より下がって２次側１ｂにおける冷却負荷が下がり冷却システム１が部分負荷運転の状態になっても、冷媒ポンプ１７を定格運転した状態で、蒸発器２１ａ、２１ｂで冷却される低温空気ＡＬの温度を所定の冷却目標温度に維持できる。また、蒸発器２１ａ、２１ｂに供給される冷媒液ＣＬ（Ｌ）の流入量が減少して冷媒液ＣＬ（Ｌ）の圧力が減圧することを防止でき、高温排気ＡＨが過剰に冷却されることを防止できる。
また、蒸発器出口空気温度センサ２５ａ、２５ｂが計測する低温空気ＡＬの温度変化のみに基づいた冷媒流量制御バルブ２６ａ、２６ｂの開度調節のみで、低温空気ＡＬの温度を所定の冷却目標温度に維持できるため制御ロジックを単純化することができ、冷却システム１のシステム構築を簡素化できる。
【００２７】
なお、図１に示す冷却システム１は、凝縮器１０で凝縮された冷媒液ＣＬ（Ｌ）を冷媒ポンプ１７で加圧して２次側１ｂに送り込む構成としたが、１次側１ａと２次側１ｂの高低差および液体状の冷媒液ＣＬ（Ｌ）とガス状の冷媒ガスＣＬ（Ｇ）の密度の差によって冷媒ＬＣが自然に循環するように構成される冷媒自然循環式（フリークーリング）の冷却システムに本実施形態を適用することも可能である。
【００２８】
冷媒自然循環式の場合、密度の小さい冷媒ガスＣＬ（Ｇ）が冷媒ガス管Ｃｐｇ内を上昇して１次側１ａに送り込まれるとともに密度の大きい冷媒液ＣＬ（Ｌ）が冷媒液管Ｃｐｌを下降（自然落下）して２次側１ｂに送り込まれるように、１次側１ａを２次側１ｂよりも上方に配置することが必要となる。このように構成すると、凝縮器１０で凝縮された冷媒液ＣＬ（Ｌ）は、１次側１ａと２次側１ｂの高低差で冷媒液管Ｃｐｌ内を自然落下して加圧され２次側１ｂに送り込まれる。その後、冷媒流量制御バルブ２６ａ、２６ｂによって、蒸発器２１ａ、２１ｂに供給される冷媒液ＣＬ（Ｌ）の流量、つまり、蒸発器２１ａ、２１ｂにおける冷媒液ＣＬ（Ｌ）の圧力が調節されるように構成されることが好ましい。このような構成とすることによって、冷媒自然循環式の冷却システムに本実施形態を適用できる。
【００２９】
また、図２に示すように、データセンタ８０に露点温度計測装置（露点温度計９０）を備えてデータセンタ８０内の露点温度、つまり、蒸発器２１ａ、２１ｂが配置される周囲環境の露点温度を計測し、その計測値を冷媒温度制御装置１５に入力する構成としてもよい。さらに、冷媒温度制御装置１５は、冷媒液目標温度がデータセンタ８０内の露点温度より低い場合に、凝縮器冷媒液温度センサ１１が計測する冷媒液ＣＬ（Ｌ）の温度がデータセンタ８０の露点温度より高くなるように三方弁１４を調節すれば、２次側１ｂに送り込まれる冷媒液ＣＬ（Ｌ）の温度をデータセンタ８０内の空気の露点温度より高くできる。したがって、冷却装置２０ａ、２０ｂでの結露を防止でき、結露で発生した水滴によって、データセンタ８０に収納されるサーバ（図示せず）に不具合が発生することを防止できる。
【００３０】
具体的に、凝縮器１０で凝縮された冷媒液ＣＬ（Ｌ）が冷媒液目標温度に維持されている場合に、データセンタ８０の露点温度が冷媒液目標温度より低いとき、冷媒温度制御装置１５は三方弁１４を制御して凝縮器１０に供給される冷水の流量比を下げ、凝縮器１０で凝縮する冷媒液ＣＬ（Ｌ）の温度を上昇させる。このような構成によって、蒸発器２１ａ、２１ｂ（図１参照）に供給される冷媒液ＣＬ（Ｌ）の温度をデータセンタ８０の露点温度より高くすることができ、蒸発器２１ａ、２１ｂでの結露を防止できる。
【００３１】
また、冷媒ポンプ１７の吸い込み側と吐出側における冷媒液ＣＬ（Ｌ）の圧力差に応じて冷媒ポンプ１７の回転周波数（回転速度）が調節される構成であってもよい。
例えば、図３の（ａ）に示すように、冷媒ポンプ１７の吸い込み側１７ｉの圧力と吐出側１７ｏの圧力との圧力差ΔＰｐを検出する圧力差計測装置（差圧計１７ａ）が備わり、さらに、冷媒ポンプ１７の回転速度を調節する冷媒ポンプ制御装置１７ｂが備わる構成とする。
そして、冷媒ポンプ制御装置１７ｂは、差圧計１７ａの計測値（圧力差ΔＰｐ）が所定の差圧設定値（例えば、０．１ＭＰａ）となるように冷媒ポンプ１７の回転周波数を調節する。
【００３２】
例えば、図３の（ａ）に示すように、冷却システム１に、冷熱源１２で冷却された冷水を一時的に貯留するバッファタンク１２ａが備わる構成の場合、冷熱源１２が故障するなどして冷水を冷却できない状態であっても、２次側１ｂで気化した冷媒ガスＣＬ（Ｇ）をバッファタンク１２ａに貯留される冷水で冷却できる。しかしながら、冷熱源１２で冷却されない冷水は温度が上昇し、冷水の温度上昇にともなって１次側１ａで凝縮される冷媒液ＣＬ（Ｌ）の温度も上昇する。つまり、冷水の温度が高くなると三方弁１４による流量の調節範囲では冷媒液ＣＬ（Ｌ）の温度を冷媒液目標温度に維持できず、冷媒液ＣＬ（Ｌ）の温度が冷媒液目標温度より高くなる場合がある。このように、冷媒液ＣＬ（Ｌ）の温度が高くなると、それにともなって冷媒液管Ｃｐｌ内の圧力が高くなる。
【００３３】
この場合、冷媒ポンプ１７の吐出側１７ｏの圧力が一定であると、冷媒液管Ｃｐｌ内の圧力が高くなった分だけ冷媒ポンプ１７の押し出し力が弱まることになり、例えば、２次側１ｂが１次側１ａよりも上方に配置される場合には、１次側１ａで凝縮した冷媒液ＣＬ（Ｌ）を安定して２次側１ｂに送り込めない状態となる。ひいては、２次側１ｂで高温排気ＡＨ（図１参照）を好適に冷却できない状態となる。
これに対し、冷媒ポンプ１７の吸い込み側１７ｉと吐出側１７ｏの圧力差ΔＰｐが一定であると、冷媒液管Ｃｐｌ内の圧力が変動しても冷媒ポンプ１７の押し出し力は変わらず、２次側１ｂに冷媒液ＣＬ（Ｌ）を安定して送り込むことができる。したがって、２次側１ｂで高温排気ＡＨを好適に冷却できる。
【００３４】
このように、冷媒ポンプ１７の吸い込み側１７ｉと吐出側１７ｏの圧力差ΔＰｐが所定の差圧設定値になるように冷媒ポンプ１７の回転周波数を制御することによって、冷水の温度上昇にともなって冷媒液ＣＬ（Ｌ）の温度が高くなる場合であっても、２次側１ｂで高温排気ＡＨ（図１参照）を好適に冷却できる。
なお、冷媒ポンプ１７の吸い込み側１７ｉと吐出側１７ｏの圧力差ΔＰｐとして維持する差圧設定値は、実験計測等によって、蒸発器２１ａ、２１ｂ（図１参照）において好適に高温排気ＡＨを冷却できる値が予め設定されていることが好ましい。
【００３５】
また、このように、冷媒ポンプ１７の吸い込み側１７ｉと吐出側１７ｏの圧力差ΔＰｐが所定の差圧設定値になるように冷媒ポンプ１７の回転周波数が制御される場合、商用電源の失陥時にデータセンタ８０（図１参照）のサーバ（図示せず）を駆動するＵＰＳ（無停電電源装置）がバックアップ電源として備わる構成であれば、冷却システム１の電源となる商用電源が失陥した場合にも２次側１ｂで高温排気ＡＨ（図１参照）を好適に冷却できる。例えば、ＵＰＳを電源として冷水ポンプ１３、冷媒ポンプ１７、冷媒温度制御装置１５、三方弁１４、冷媒流量制御バルブ２６ａ、２６ｂ（図１参照）および冷媒流量制御装置２３ａ、２３ｂ（図１参照）が駆動可能な構成であれば、バッファタンク１２ａに貯留する冷水で冷媒ガスＣＬ（Ｇ）を凝縮することによって電力消費量の大きな冷熱源１２を駆動することなく高温排気ＡＨを冷却できる。
この場合も冷熱源１２が駆動しないため冷媒液ＣＬ（Ｌ）の温度は上昇するが、冷媒ポンプ１７によって、２次側１ｂに冷媒液ＣＬ（Ｌ）を安定して送り込むことができる。したがって、２次側１ｂで高温排気ＡＨを好適に冷却できる。
【００３６】
また、図３の（ｂ）に示すように、冷媒ポンプ１７の吸い込み側１７ｉより凝縮器１０側に凝縮器冷媒液温度センサ１１を備えることによって、凝縮器１０で凝縮された冷媒液ＣＬ（Ｌ）の温度を吸い込み側１７ｉで計測可能になる。そこで、凝縮器冷媒液温度センサ１１の計測値を冷媒ポンプ制御装置１７ｂに入力する構成とする。さらに、冷媒ポンプ１７の吐出側１７ｏの圧力を計測する圧力計（出側圧力計１７ｃ）を備え、その計測値を冷媒ポンプ制御装置１７ｂに入力する構成とする。この構成によると、凝縮器冷媒液温度センサ１１と出側圧力計１７ｃとで圧力差計測装置が構成される。
【００３７】
冷媒ポンプ制御装置１７ｂは凝縮器冷媒液温度センサ１１から入力される計測値に基づいて冷媒液ＣＬ（Ｌ）の温度を演算し、さらに、その温度に相当する圧力を演算（推定）する。冷媒液ＣＬ（Ｌ）の温度と圧力の間には、例えばモリエル線図で示される相関関係があり、冷媒ポンプ制御装置１７ｂは冷媒液ＣＬ（Ｌ）の温度に基づいて容易に吸い込み側１７ｉにおける冷媒液ＣＬ（Ｌ）の圧力を演算（推定）できる。
【００３８】
そして、冷媒ポンプ制御装置１７ｂは、冷媒液ＣＬ（Ｌ）の温度に基づいて演算（推定）した圧力を吸い込み側１７ｉの圧力とし、さらに、演算（推定）した吸い込み側１７ｉの圧力に、所定の差圧設定値を加算した圧力を吐出側１７ｏの圧力とする。
冷媒ポンプ制御装置１７ｂは、演算した吐出側１７ｏの圧力（吸い込み側１７ｉの圧力に差圧設定値を加算した圧力）と、出側圧力計１７ｃの計測値の偏差が「０」となるように冷媒ポンプ１７の回転周波数を調節することによって冷媒ポンプ１７の吸い込み側１７ｉと吐出側１７ｏの圧力差ΔＰｐを所定の差圧設定値に維持できる。
【００３９】
なお、冷却システム１をこのように構成すると、凝縮器冷媒液温度センサ１１の計測値が一定の場合、すなわち、冷媒液ＣＬ（Ｌ）の温度が一定の場合、冷媒ポンプ制御装置１７ｂは出側圧力計１７ｃの計測値が一定になるように冷媒ポンプ１７の回転周波数を調節すれば、吸い込み側１７ｉと吐出側１７ｏの圧力差ΔＰｐを所定の差圧設定値に維持できる。
【００４０】
また、冷媒ポンプ１７（図３の（ｂ）参照）の吐出側１７ｏの圧力を計測する出側圧力計１７ｃ（図３の（ｂ）参照）と、吸い込み側１７ｉの圧力を計測する圧力計（入側圧力計（図示せず））と、からなる圧力差計測装置が備わる構成であってもよい。このように冷却システム１が構成される場合、冷媒ポンプ制御装置１７ｂは、出側圧力計１７ｃの計測値と入側圧力計の計測値の差から冷媒ポンプ１７の吸い込み側１７ｉと吐出側１７ｏの圧力差ΔＰｐを演算できる。そして、冷媒ポンプ制御装置１７ｂは、演算した圧力差ΔＰｐが所定の差圧設定値になるように冷媒ポンプ１７の回転周波数を調節できる。
【００４１】
以上のように、本実施形態に係る冷却システム１（図１参照）は、１次側１ａ（図１参照）で凝縮される冷媒液ＣＬ（Ｌ）の温度を所定の冷媒液目標温度に維持するとともに、２次側１ｂの蒸発器２１ａ、２１ｂ（図１参照）で冷却される低温空気ＡＬの温度が所定の冷却目標温度を維持するように、蒸発器２１ａ、２１ｂに供給される冷媒液ＣＬ（Ｌ）の流量（蒸発器２１ａ、２１ｂにおける冷媒液ＣＬ（Ｌ）の圧力）を調節する。この構成によって、冷却システム１が部分負荷運転の状態になったときにも冷媒ポンプ１７（図１参照）の回転周波数を制御することなく、２次側１ｂ（図１参照）における低温空気ＡＬ（図１参照）の温度を、要求される冷却目標温度に維持できる。
【００４２】
また、２次側１ｂ（図２参照）に、冷却装置２０ａ、２０ｂ（図１参照）が配置されるデータセンタ８０（図２参照）の露点温度を検出する露点温度計９０（図２参照）が備わる場合、１次側１ａ（図２参照）で生成される冷媒液ＣＬ（Ｌ）の温度をデータセンタ８０の露点温度より高くすることによって、冷却装置２０ａ、２０ｂ（蒸発器２１ａ、２１ｂ（図１参照））における結露の発生を防止できる。
【００４３】
また、本実施形態に係る冷却システム１（図３の（ａ）参照）は、冷媒ポンプ１７（図３の（ａ）参照）の吸い込み側１７ｉと吐出側１７ｏの圧力差ΔＰｐが一定になるように（圧力差ΔＰｐが所定の差圧設定値となるように）冷媒ポンプ１７の回転周波数を調節できる。したがって、例えば冷熱源１２（図３の（ａ）参照）の不具合などによって冷媒液ＣＬ（Ｌ）の温度が高くなった場合であっても、冷媒ポンプ１７による押し出し力を好適に維持することができ、蒸発器２１ａ、２１ｂにおいて高温排気ＡＨ（図１参照）を好適に冷却できる。
【符号の説明】
【００４４】
１      冷却システム
１ａ    １次側
１ｂ    ２次側
１０    凝縮器
１１    凝縮器冷媒液温度センサ（冷媒温度計測装置、圧力差計測装置）
１４    三方弁（冷水流量調節装置）
１５    冷媒温度制御装置（冷水流量調節装置）
１７    冷媒ポンプ
１７ａ  差圧計（圧力差計測装置）
１７ｂ  冷媒ポンプ制御装置
１７ｃ  出側圧力計（圧力差計測装置）
１７ｉ  吸い込み側
１７ｏ  吐出側
２１ａ、２１ｂ  蒸発器
２３ａ、２３ｂ  冷媒流量制御装置（冷媒供給量調節装置）
２５ａ、２５ｂ  蒸発器出口空気温度センサ（冷却後温度計測装置）
２６ａ、２６ｂ  冷媒流量制御バルブ（冷媒供給量調節装置）
９０    露点温度計（露点温度計測装置）
ＡＨ    高温排気（冷却対象）
ＣＬ    冷媒
Ｃｐｇ    冷媒ガス管
Ｃｐｌ    冷媒液管
【図１】
2013088031.tif 000003
【図２】
2013088031.tif 000004
【図３】
2013088031.tif 000005