JP2015103712A - 設備とその冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】設備とその冷却方法において、省エネルギ化を実現すること。【解決手段】電子機器ユニット６〜７を通る複数の配管１１〜１３の各々に設けられ、複数の電子機器ユニット６〜７ごとに開度を調節することにより、電子機器ユニット６〜７の各々の代表温度を設定温度に近づける複数の弁１４〜１６と、往水管３と還水管４のいずれかに設けられ、冷却水Cを送水する送水ポンプ２５と、複数の弁１４〜１６の開度と、送水ポンプ２５の回転数とを制御する制御部３２とを有し、制御部３２が、複数の電子機器ユニット６〜７のうちで稼働率が最も高いものを特定し、特定した電子機器ユニット６〜７に対応する弁１４〜１６の開度を現状よりも大きくして、送水ポンプ２５の回転数を制御することにより、特定した電子機器ユニット６〜７の代表温度を設定温度に近づける設備による。【選択図】図３

Description

本発明は、設備とその冷却方法に関する。

データセンタにはサーバラック等の電子機器ユニットが複数設けられる。これらの電子機器ユニットを冷却する方法として、チラーで生成された冷却水を用いる方法が採用されている。その方法では、チラーで生成された冷却水をチラーと電子機器ユニットとの間で循環させることで各電子機器ユニットを冷却する。また、これと同様の方法により、データセンタ以外の設備においても熱源となる電子機器ユニットの冷却が行われる。

但し、この方法には省エネルギ化を図るために改善の余地がある。

特開２０１２−２１２７２０号公報 特開２００６−１４７９２４号公報

設備とその冷却方法において、省エネルギ化を実現することを目的とする。

以下の開示の一観点によれば、複数の電子機器ユニットと、冷却水を生成するチラーと、前記チラーから複数の前記電子機器ユニットに向けて前記冷却水が往水する往水管と、複数の前記電子機器ユニットから前記チラーに向けて前記冷却水が還水する還水管と、前記往水管と前記還水管との間に接続され、前記電子機器ユニットを通る複数の配管と、複数の前記配管の各々に設けられ、複数の前記電子機器ユニットごとに開度を調節することにより、複数の前記電子機器ユニットの各々の代表温度を設定温度に近づける複数の弁と、前記往水管と前記還水管のいずれかに設けられ、前記冷却水を送水する送水ポンプと、複数の前記弁の開度と、前記送水ポンプの回転数とを制御する制御部とを有し、前記制御部が、複数の前記電子機器ユニットのうちで稼働率が最も高いものを特定し、該特定した電子機器ユニットに対応する前記弁の開度を現状よりも大きくして、前記送水ポンプの前記回転数を制御することにより、前記特定した電子機器ユニットの前記代表温度を前記設定温度に近づける設備が提供される。

以下の開示の別の観点によれば、複数の電子機器ユニットの各々を通る複数の配管にチラーの冷却水を送水する処理と、複数の前記電子機器ユニットの各々の代表温度が設定温度に近づくように、複数の前記配管の各々に設けられた弁の開度を調節する処理と、複数の前記電子機器ユニットのうちで稼働率が最も高いものを特定する処理と、前記特定した電子機器ユニットに対応する前記弁の開度を現状よりも大きくする処理と、複数の前記配管の各々の入口を集約して前記チラーに接続する往水管と、複数の前記配管の各々の出口を集約して前記チラーに接続する還水管のいずれかに設けられた送水ポンプの回転数を制御することにより、前記特定した電子機器ユニットの前記代表温度を前記設定温度に近づける処理とを有する設備の冷却方法が提供される。

以下の開示によれば、冷却水の流量が電子機器ユニットごとに弁の開度で調節され、かつ、稼働率が高い電子機器ユニットについては弁を開いて送水ポンプの回転数で冷却水の流量が調節される。そのため、弁によって冷却水の流れが阻害されず、送水ポンプの消費電力を抑えることができる。

図１は、本願発明者が検討したデータセンタの構成図である。 図２は、本願発明者が検討したデータセンタにおいて冷却に要する冷却電力を調査して得られたグラフである。 図３は、第１実施形態に係るデータセンタの構成図である。 図４は、第１実施形態に係るデータセンタの冷却方法について説明するためのフローチャートである。 図５は、第１実施形態に係るデータセンタにおいて冷却に要する冷却電力を調査して得られたグラフである。 図６は、第２実施形態に係るデータセンタの構成図である。 図７は、第２実施形態において、送水ポンプの回転数を変えることにより、往水管内の圧力と往水管内を流れる冷却水の流量との関係を調査して得られたグラフである。 図８は、第２実施形態に係るデータセンタの冷却方法について説明するためのフローチャートである。 図９は、第２実施形態において、設定圧力値と冷却水の流量の各々の時間変化を調査して得られたグラフである。 図１０は、第３実施形態に係るデータセンタの構成図である。 図１１は、第３実施形態における第１の電子機器ユニットの内部構成を示す模式断面図である。 図１２は、第３実施形態に係るデータセンタにおいて冷却に要する冷却電力を調査して得られたグラフである。

本実施形態の説明に先立ち、本願発明者が検討した事項について説明する。

データセンタ等の設備の冷却方法としては、前述のようにサーバラック等の電子機器ユニットとチラーとの間で冷却水を循環させる方法がある。

図１は、この方法を採用したデータセンタの構成図である。

このデータセンタ１は、冷却水Cを生成するチラー２と、複数の電子機器５を収容した第１〜第３の電子機器ユニット６〜８とを有する。電子機器５は例えばサーバであり、第１〜第３の電子機器ユニット６〜８は例えばサーバラックである。

チラー２で生成された冷却水Cは、往水管３を通って第１〜第３の電子機器ユニット６〜８に送水された後、還水管４を通ってチラー２に戻る。

その還水管４には送水ポンプ２５が設けられる。送水ポンプ２５は、チラー２と各電子機器ユニット６〜８との間で冷却水Cを循環させるのに使用され、冷却水Cを送出する不図示の交流モータを有する。その交流モータは、インバータ２６から出力される交流電流I_INVにより回転駆動し、その回転数は交流電流I_INVの周波数と同じである。

インバータ２６は、商用の交流電源の周波数を調節することにより、上記の交流電流I_INVを生成し、送水ポンプ２５が備える前述の交流モータの回転数を制御する。

なお、チラー２には冷却水Cを送出する機能がなく、上記の送水ポンプ２５の駆動力のみによって冷却水Cはデータセンタ１内を循環する。これについては後述の各実施形態でも同様である。

また、往水管３と還水管４との間には、各電子機器ユニット６〜８を通る第１〜第３の配管１１〜１３が接続されている。第１〜第３の配管１１〜１３の入口は往水管３に集約されており、第１〜第３の配管１１〜１３の出口は還水管４に集約されている。

そして、各電子機器ユニット６〜８は、各配管１１〜１３を流れる冷却水Cにより冷却される。その冷却方式は特に限定されず、冷却水Cで生成された冷風により各電子機器ユニット６〜８を冷却する空冷方式でもよいし、各電子機器ユニット６〜８を冷却水Cで直接冷却する水冷方式でもよい。

また、第１〜第３の配管１１〜１３には、それぞれ第１〜第３の弁１４〜１６と、第１〜第３の温度センサ２１〜２３が設けられる。これらのうち、第１〜第３の弁１４〜１６は、開度V1〜V3を０％〜１００％の範囲で任意に調節可能な二方弁である。

一方、第１〜第３の温度センサ２１〜２３は、第１〜第３の電子機器ユニット６〜８の各々から排水される冷却水Cの温度T1〜T3を計測し、その計測結果を第１〜第３の温度情報S_T1〜S_T3として出力する。

第１〜第３の温度情報S_T1〜S_T3は、それぞれ第１〜第３の温調器１７〜１９に入力される。第１〜第３の温調器１７〜１９は、第１〜第３の温度情報S_T1〜S_T3に基づいてそれぞれ第１〜第３の開度信号S_V1〜S_V3を生成し、これらの開度信号S_V1〜S_V3の各々で上記の各弁１４〜１６の開度V1〜V3を制御する。

次に、これらの温調器１７〜１９の制御内容について説明する。

第１の温調器１７は、上記の第１の温度情報S_T1を用いて、第１の電子機器ユニット６から出た冷却水Cの温度T1を監視する。そして、その温度T1が設定温度T0に近づくように、第１の温調器１７は第１の開度信号S_V1で第１の弁１４の開度V1を調節する。

設定温度T0は、第１の電子機器ユニット６が冷却不足と過剰冷却のどちらにもならない温度であって、例えば２０℃程度である。

第１の電子機器ユニット６の稼働率が高い場合には上記の温度T1が２０℃よりも高くなり易い。この場合には、第１の弁１４の開度V1を現状よりも大きくすることで第１の電子機器ユニット６により多くの冷却水Cを供給し、第１の電子機器ユニット６が冷却不足になるのを防止する。

一方、第１の電子機器ユニット６の稼働率が低い場合には上記の温度T1が２０℃よりも低くなり易い。よって、この場合には、第１の弁１４の開度V1を現状よりも小さくすることで第１の電子機器ユニット６に供給される冷却水Cの流量を低減し、第１の電子機器ユニット６が過剰冷却になるのを防止する。

これと同様の動作を第２の温調器１８と第３の温調器１９も行い、第２の電子機器ユニット７と第３の電子機器ユニット８の温度を上記の設定温度T0に近づける。

ここで、第１〜第３の電子機器ユニット６〜８の全ての稼働率が低下した場合を考える。

この場合には、各電子機器ユニット６〜８の発熱量が低いので、これらの電子機器ユニット６〜８から出る冷却水の温度T1〜T3は前述の設定温度T0よりも下回り、各温調器１７〜１９の制御下で全ての弁１４〜１６の開度V1〜V3が低減することになる。

これにより各配管１１〜１３を流れる冷却水Cの流量が減少するため、送水ポンプ２５の回転数を低下させることで、送水ポンプ２５の消費電力を低減できると考えられる。

しかし、上記のように全ての弁１４〜１６の開度が低減しているときは、冷却水Cの流れが各弁１４〜１６によって阻害されているため、送水ポンプ２５の回転数をある程度高い状態に維持しておかないと冷却水Cを循環させることができない。

よって、このデータセンタ１においては、全ての電子機器ユニット１１〜１３の稼働率が低く、少ない流量の冷却水Cで各電子機器ユニット６〜８を冷却できる場合であっても、送水ポンプ２５の消費電力を削減することができないという問題がある。

図２は、このデータセンタ１において冷却に要する冷却電力を調査して得られたグラフである。

その調査では、不図示のファンで冷却水Cから冷却風を生成する空冷方式で各電子機器ユニット６〜８を冷却した。よって、冷却電力は、そのファンの消費電力と、チラー２の消費電力と、送水ポンプ２５の消費電力との和になる。

なお、ファンは定速運転をしているため、ファンの消費電力は常に一定となる。また、この調査は冬季に行ったので、夏季においてはチラー２の消費電力はこの調査よりも上昇すると考えられる。

更に、電子機器６〜７の全てを合わせた稼働率の目安として第１〜第３の電子機器ユニット６〜８の総消費電力を採用し、その総消費電力が７５kW、４０kW、及び２２kWの各場合についてこの調査を行った。

図２に示すように、第１〜第３の電子機器ユニット６〜８の総消費電力が７５kWから２２kWに減るとチラーの消費電力は減少する。

しかし、送水ポンプ２５の消費電力は、第１１〜第３の電子機器ユニット６〜８の総消費電力が低減してもほぼ一定であって、省電力化が図られていない。これは、前述のように開度が低減した各弁１４〜１６によって冷却水Cの流れが阻害され、送水ポンプ２５の回転数をある程度高い状態に維持しておく必要があるためである。

その結果、電子機器ユニット６〜８の総消費電力を冷却電力で除した成績係数（COP: Coefficient Of Performance）は、電子機器ユニット６〜８の稼働率が低下してそれらの総消費電力が小さくなると急激に低減する。このことから、このデータセンタ１においては、各電子機器ユニット６〜８の稼働率が低い場合の冷却効率が特に悪いことが分かる。なお、この調査と以下の実施形態で使用したチラーは、フリークーリング機能をもったハイブリッドチラーであるため、フリークーリング機能がないチラーより高い値を示す。

以下に、複数の電子機器ユニットの稼働率が低下した場合でも送水ポンプの電力を削減することができる各実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図３は、本実施形態に係るデータセンタの構成図である。

なお、図３において、図１で説明したのと同じ要素には図１におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。

図３に示すように、このデータセンタ３１は、PLC(Programmable Logic Controller)等の制御部３２を有する。

制御部３２は、前述の第１〜第３の温調器１７〜１９から開度信号S_V1〜S_V3を取得する。開度信号S_V1〜S_V3には各弁１４〜１６の開度V1〜V3が含まれており、これにより制御部２３は各弁１４〜１６の現状の開度V1〜V3を監視することができる。

更に、制御部３２は、第１〜第３の温調器１７〜１９の各々に、第１〜第３の停止信号S_H1〜S_H3を出力する。これらの停止信号S_H1〜S_H3を受けた各温調器１７〜１９は、開度信号S_V1〜S_V3による各弁１４〜１６の制御を停止する。

また、前述の第１〜第３の温度センサ２１〜２３から出力された第１〜第３の温度情報S_T1〜S_T3は制御部３２に出力される。

これらの温度情報S_T1〜S_T3に含まれる各温度T1〜T3を利用して、後述のように制御部３２はインバータ２６に対して制御信号S_INVを出力する。なお、第１〜第３の温度T1〜T3は、それぞれ第１〜第３の電子機器ユニット６〜８の温度を代表する代表温度の一例である。

制御信号S_INVには送水ポンプ２５の設定回転数R_setが含まれており、インバータ２６はその設定回転数R_setと同一の周波数の交流電流I_INVを生成し、これにより送水ポンプ２５が設定回転数R_setと同一の回転数で回転する。

なお、この例では還水管４に送水ポンプ２５を設けているが、往水管３に送水ポンプ２５を設けてもよい。これについては後述の第２実施形態でも同様である。

次に、この制御部３２を用いたデータセンタの冷却方法について説明する。

図４は、本実施形態に係るデータセンタの冷却方法について説明するためのフローチャートである。

最初のステップS1では、送水ポンプ２５を駆動することにより、各配管１１〜１３にチラー２の冷却水Cを送水する。なお、この時点では送水ポンプ２５の回転数は一定に保たれており、往水管３や還水管４を流れる冷却水Cの流量も時間的に一定である。

次に、ステップS2に移り、第１〜第３の温調器１７〜１９による各弁１４〜１６の制御を開始する。その制御は、前述のように、温度情報S_T1〜S_T3に含まれる各温度T1〜T3が設定温度T0に近づくように、各弁１４〜１６の開度V1〜V3を調節し、配管１１〜１３ごとに冷却水Cの流量を調節することで行われる。

また、本ステップにおける各弁１４〜１６の制御は、後のステップにおいて第１〜第３の温調器１７〜１９が前述の停止信号S_H1〜S_H3を受けない限り、本ステップの後も継続して行われる。

次に、ステップS3に移り、開度信号S_V1〜S_V3を受けた制御部３２が、その開度信号S_V1〜S_V3に含まれる開度V1〜V3を取得する。

続いて、ステップS4に移り、制御部３２が、第１〜第３の電子機器ユニット６〜８のうちで稼働率が最も高いものを特定する。その特定の仕方は特に限定されない。前述のように稼働率が上昇すると各温調器１７〜１９の制御下で各弁１４〜１６の開度V1〜V3も大きくなるので、稼働率を知る目安として各弁１４〜１６の開度V1〜V3を採用し得る。

そこで、この例では、ステップS3で取得した開度V1〜V3の最大値Vmax（=Max(V1, V2, V3)）を求め、第１〜第３の弁１４〜１６のうちで開度がVmaxのものに対応する電子機器ユニットを稼働率が最も高い電子機器ユニットと同定する。

以下では、第１の弁１４の開度V1がVmaxに等しく、第１の電子機器ユニット６の稼働率が最も高い場合を例にして説明する。

なお、このように開度V1〜V3で稼働率を特定するのに代えて、各電子機器ユニット６〜８のうちで最も消費電力が大きいものを稼働率が最も高い電子機器ユニットと特定してもよい。

次に、ステップS5に移り、上記の最大値Vmaxが１００％であるか否かを制御部３２が判断する。

ここで、１００％ではない（ＮＯ）と判断した場合には、ステップS6に移る。

ステップS6においては、ステップS4において稼働率が最も高いと特定された第１の電子機器ユニット６に対応する第１の弁１４の開度V1を現状よりも大きくする。

これにより、各電子機器ユニット７、８の稼働率が低くこれらに対応する各弁１５、１６の開度が小さい場合でも、第１の弁１４の開度を大きくしたことで冷却水Cの流れが阻害され難くなる。よって、送水ポンプ２５の回転数を低下させても冷却水Cを循環させることができ、送水ポンプ２５の消費電力を低減することが可能となる。

本ステップにおいて開度V1をどの程度大きくするかは特に限定されないが、この例では開度V1を全開（１００％）とする。

なお、開度V1を大きくしていくにつれ第１の配管１１を流れる冷却水Cの流量も増加することになるが、その流量の増加が飽和して略一定になる開度であれば、開度V1を１００％よりも小さい値、例えば９０％程度にしてもよい。

なお、本ステップにおいては、制御部３２が第１の温調器１７に前述の停止信号S_H1を出力することにより、第１の温調器１７が上記のように開度V1を現状よりも大きくする。

続いて、ステップS7に移り、上記の停止信号S_H1を受けた第１の温調器１７が第１の弁１４の制御を停止する。これにより、第１の弁１４の開度V1は、ステップS6で大きくした状態に保持される。

ここで、このように第１の弁１４の開度V1を保持した状態では、第１の電子機器ユニット６を流れる冷却水Cの流量を第１の弁１４で調節することができなくなる。

そこで、この例では以下のようにして送水モータ２５の回転数を制御することにより、第１の電子機器６を流れる冷却水Cの流量を調節する。

まず、ステップS8において、第１の電子機器ユニット６から出る冷却水Cの温度T1を取得する。本ステップは、制御部３２が前述の第１の温度情報S_T1を取得することで行われる。

そして、ステップS9に移り、制御部３２がインバータ２６を介して送水ポンプ２５の回転数を制御し、第１の配管１１を流れる冷却水Cの流量を調節することにより、第１の電子機器ユニット６から出る冷却水Cの温度T1を設定温度T0に近づける。

例えば、温度T1が設定温度T0よりも高い場合には、第１の電子機器ユニット６が冷却不足になるおそれがあるので、送水ポンプ２５の回転数を現状よりも増加させて第１の配管１１を流れる冷却水Cの流量を増やす。

一方、温度T1が設定温度T0よりも低い場合には、第１の電子機器ユニット６が過剰冷却になるおそれがある。よって、この場合には送水ポンプ２５の回転数を現状よりも低下させて第１の配管１１を流れる冷却水Cの流量を減らす。

このように送水ポンプ２５の回転数を調節することで、ステップS6で第１の弁１４を開いた状態で固定しても、第１の配管１１を流れる冷却水Cの流量を調節して第１の電子機器ユニット６の温度を調節することができる。

なお、送水ポンプ２５の制御方法は特に限定されない。例えば、第１の温度情報S_T1に含まれる温度T1を制御部３２が参照しつつ、その温度T1が上記の設定温度T0に近づくように、制御信号S_INVに含まれる設定回転数R_setを制御部３２が調節することで、送水ポンプ２５の回転数を制御し得る。

このようにしてステップS9を行った後は、所定の時間を経過した後に再びステップS1から行う。

一方、ステップS5において最大値Vmaxが１００％である（YES）と判断した場合にはステップS10に移行し、弁１４〜１６のうちで開度が１００％のものが複数あるか否かを判断する。その判断は、前述のステップS3で取得した各開度V1〜V3に基づいて制御部３２が行う。

ここで、複数はない（NO）と判断した場合には、前述のステップS6をスキップして、ステップS7を行う。

これに対し、複数ある（YES）と判断した場合にはステップS11に移る。以下では、第１の弁１４と第２の弁１５のそれぞれの開度V1、V2が共に１００％である場合を例にして説明する。

ステップS11においては、温度情報S_T1〜S_T3に基づいて、開度が全開の各弁１４、１５に対応する各電子機器ユニット６、７から出る冷却水Cの各温度T1、T2を制御部３２が取得する。

次に、ステップS12に移り、ステップS11で取得した各温度T1、T2のうち、最も温度が高いものを制御部３２が抽出する。以下では温度T2が最も高い場合を例にして説明する。

そして、制御部３２が、温度T2の冷却水Cが出ている第２の電子機器ユニット７を、稼働率が最も高い電子機器ユニットと同定する。

この後は、前述のステップS7〜S9を行うことにより、第２の弁１５の開度V2を現状よりも大きくした状態で、第２の電子機器ユニット７から出る冷却水Cの温度が設定温度T0に近づくように送水ポンプ２５の回転数を制御する。

以上により、本実施形態に係るデータセンタの冷却方法の基本ステップを終了する。

上記した本実施形態によれば、ステップS6において、電子機器ユニット６〜８のうちで稼働率が最も高いものに対応する弁１４〜１６の開度を現状よりも大きくするので、弁１４〜１６によって冷却水Cの流れが阻害され難くなる。その結果、送水ポンプ２５の回転数を低下させても冷却水Cを循環させることができるようになり、送水ポンプ２５の消費電力を削減できる。

また、弁１４〜１６のうちで開度を大きくしたものに対応する電子機器ユニット６〜８については、ステップS9において送水ポンプ２５の回転数で温度調節がなされるので、その電子機器ユニットが過剰冷却や冷却不足になるのを防止できる。

本願発明者は、本実施形態に係るデータセンタ３１において冷却に要する冷却電力を調査した。その結果を図５に示す。

この調査は、図２の調査と同様に行われ、不図示のファンで冷却水Cから冷却風を生成する空冷方式で各電子機器ユニット６〜８を冷却した。よって、冷却電力は、そのファンの消費電力と、チラー２の消費電力と、送水ポンプ２５の消費電力との和になる。

なお、ファンは定速運転をしているため、ファンの消費電力は常に一定となる。また、この調査は冬季に行ったので、夏季においてはチラー２の消費電力はこの調査よりも上昇すると考えられる。

更に、電子機器６〜７の全てを合わせた稼働率の目安として第１〜第３の電子機器ユニット６〜８の総消費電力を採用し、その総消費電力が７５kW、４０kW、及び２２kWの各場合についてこの調査を行った。

図５に示すように、第１〜第３の電子機器ユニット６〜８の総消費電力が７５kWから２２kWに減ると、チラー２の消費電力が減少するだけでなく、送水ポンプ２５の消費電力も減少する。

これに伴い、成績係数（COP）は、電子機器ユニット６〜８の総消費電力が低下しても図２の例よりも高い値に維持される。

このことから、本実施形態においては、各電子機器ユニット６〜８の稼働率が低い場合の冷却効率を向上できることが確かめられた。

なお、上記ではデータセンタ３１の冷却方法について説明したが、本実施形態はこれに限定されない。データセンタ３１に代えて、熱源となる電子機器ユニットを備えた設備を用い、その電子機器ユニットを冷却するために本実施形態を適用してもよい。そのような設備と電子機器ユニットとの組み合わせとしては、例えば、建物とその内部の空調用のエアーコンディショナ、半導体製造工場と半導体製造装置等がある。これについては後述の各実施形態でも同様である。

（第２実施形態）
図６は、本実施形態に係るデータセンタの構成図である。

なお、図６において、第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。

図６に示すように、このデータセンタ４０は、往水管３と還水管４とをバイパスするバイパス配管４１と、そのバイパス配管４１に設けられたバイパス弁４２とを有する。

また、往水管３には圧力調整器４３が設けられる。圧力調整器４３は、往水管３内の圧力P_actを計測する圧力計としての機能を有すると共に、制御信号S_INVと第４の開度信号S_V4とを出力する。

これらの信号のうち、制御信号S_INVには送水ポンプ２５の設定回転数R_setが含まれており、当該制御信号S_INVを受けたインバータ２６はその設定回転数R_setと同一の周波数の交流電流I_INVを生成する。

また、第４の開度信号S_V4はバイパス弁４２に出力され、これによりバイパス弁４２の開度V4が制御される。なお、バイパス弁４２は、二方弁でも三方弁でもよい。

更に、圧力調整器４３には、制御部３２から圧力制御情報S_pが入力される。その圧力制御情報S_pには往水管３内の設定圧力値P₀が含まれる。

圧力制御情報S_pを受けた圧力調整器４３は、往水管３内の実際の圧力P_actが設定圧力値P₀に近づくように、前述の制御信号S_INVに含まれる設定回転数R_setを調節し、送水ポンプ２５の回転数を制御する。

図７は、送水ポンプ２５の回転数を変えることにより、往水管３内の圧力と往水管３内を流れる冷却水Cの流量との関係を調査して得られたグラフである。

図７に示すように圧力と流量とはほぼ比例関係にある。

よって、制御部３２は、圧力制御情報S_pに含まれる設定圧力値P₀を変えることにより、圧力調節器４３と送水ポンプ２５とを介して冷却水Cの流量を制御することができる。

次に、制御部３２を用いたデータセンタの冷却方法について説明する。

図８は、本実施形態に係るデータセンタの冷却方法について説明するためのフローチャートである。

なお、図８において、第１実施形態の図４と同一のステップには図４におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。

本実施形態ではステップS9の処理内容のみが第１実施形態と異なり、これ以外のステップについては第１実施形態と同じ処理を行う。そこで、以下ではステップS9の処理内容についてのみ説明する。

図８に示すように、本実施形態においては、ステップS9はサブステップS901〜S903を有する。

以下では、ステップS9の開始時にはバイパス弁４２が閉じているものとして説明する。更に、第１実施形態と同様に、ステップS9の開始時には、第１〜第３の電子機器ユニット６〜８のうち第１の電子機器ユニット６の稼働率が最も高いものとする。

サブステップS901においては、制御部３２の制御下で往水管３内の冷却水Cの流量を制御することで、第１の電子機器ユニット６から出る冷却水Cの温度T1を設定温度T0に近づける。

冷却水Cの流量の制御は、制御部３２が第１の温度情報S_T1に基づいて温度T1を監視しつつ、前述のように制御部３２が圧力制御情報S_p内の設定圧力値P₀を調節することで行う。

例えば、温度T1が設定温度T0よりも高い場合には、第１の電子機器ユニット６が冷却不足になるおそれがあるので、設定圧力値P₀を現状よりも増加させて第１の配管１１を流れる冷却水Cの流量を増やす。

一方、温度T1が設定温度T0よりも低い場合には、第１の電子機器ユニット６が過剰冷却になるおそれがある。よって、この場合には、設定圧力値P₀を現状よりも低下させて第１の配管１１を流れる冷却水Cの流量を減らす。

ここで、このように設定圧力値P₀を低下させていくと、実際の圧力P_actが設定値P₀に近づくように圧力調整器４３が制御信号S_INVに含まれる設定回転数R_setを低下させるので、送水ポンプ２５の回転数も低下する。

但し、送水ポンプ２５の回転数が低下しすぎると、往水管３の抵抗等が原因で送水ポンプ２５が冷却水Cを送出することができなくなり、送水ポンプ２５の回転が停止してしまう。

そこで、本実施形態では、送水ポンプ２５が回転することが可能かどうかを判断する目安として、設定回転数R_setの下限値R₀を予め調べておく。下限値R₀は、バイパス弁４２が閉じている状態において送水ポンプ２５が回転することが可能な設定回転数R_setの最小値であって、これよりも設定回転数R_setが小さくなると送水ポンプ２５の回転が停止する。

そして、サブステップS902において、設定回転数R_setが下限値R₀よりも小さいか否かを制御部３２が判断する。

ここで、下限値R₀よりも小さくない（NO）と判断された場合には、送水ポンプ２５は回転可能であるため、特段の処理を行わずにステップS1に戻る。

一方、下限値R₀よりも小さい（YES）と判断された場合には、前述のように送水ポンプ２５が停止してしまい、冷却水Cの循環が停止してしまう。

そこで、この場合にはサブステップS903に移り、制御部３２が前述のバイパス弁４２に第４の開度信号S_V4を出力することにより、バイパス弁４２を開く。

これにより、往水管３からバイパス配管４１に冷却水Cが分岐するようになるため、冷却水Cが往水管３を流れやすくなり、低回転数の送水ポンプ２５でも冷却水Cを送水することができるようになる。

なお、本ステップではバイパス弁４２の開度V4を全開にする必要はなく、バイパス配管４１にある程度の冷却水Cが流れるような値に開度V4を設定し得る。この場合、設定回転数R_setが低下すると送水ポンプ２５の回転が再び停止するおそれがあるので、設定回転数R_setの低下に応じて開度V4を開くようにすればよい。

以上により、本実施形態に係るデータセンタの冷却方法の基本ステップを終了する。

上記した本実施形態によれば、送水ポンプ２５の設定回転数R_setが下限値R₀よりも小さくなった場合にバイパス弁４２を開くことで冷却水Cが往水管３を流れ易くなる。その結果、送水ポンプ２５の回転数を低下させても往水管３内の抵抗等が原因で送水ポンプ２５が停止するのを防止でき、冷却水Cの流量の制御範囲を低流量領域まで拡大することができる。

次に、本願発明者が行った調査の結果について説明する。

図９は、上記した設定圧力値P₀と冷却水Cの流量の各々の時間変化を調査して得られたグラフである。なお、冷却水Cの流量については、チラー２から出た直後の冷却水Cが往水管３を流れる流量Aと、第１〜第３の配管１１〜１３の各々を流れる冷却水Cを合計した流量Bとについて調査した。

図９に示すように、第１〜第３の電子機器ユニット６〜７の稼働率が低下すると、制御部３２の制御下で設定圧力値P₀も段階的に低下し、これに伴い流量Aと流量Bも低下する。

ここで、時刻が７：００〜９：００の間においては流量Aと流量Bが同じ値となっているが、これはこの時点ではバイパス弁４２が開いておらず、往水管３からバイパス配管４１に冷却水Cが分岐しないためである。

一方、時刻が９：００を過ぎると、流量Bが流量Aよりも小さくなる。これは、設定圧力値P₀が０．１８MPa未満となった９：００頃にバイパス弁４２が開き、往水管３からバイパス配管４１に冷却水Cが分岐しためである。

これにより、送水ポンプ２５が停止するのを避けながら、低い流量Bの冷却水Cで低稼働率の各電子機器ユニット６〜７を冷却することができることが確かめられた。

（第３実施形態）
第１実施形態や第２実施形態においては、第１〜第３の配管１１〜１３の出口側に第１〜第３の温度センサ２１〜２３を設けることで、電子機器ユニット６〜８の各々から還水される冷却水Cの温度T1〜T3を取得した。

温度T1〜T3を取得する部位はこれに限定されない。

図１０は、本実施形態に係るデータセンタの構成図である。なお、図１０において、第１実施形態や第２実施形態で説明したのと同じ要素にはこれらの実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。

図１０に示すように、本実施形態に係るデータセンタ５０においては、各電子機器ユニット６〜８の内部に第１〜第３の温度センサ２１〜２３を設ける。

図１１は、第１の電子機器ユニット６の内部構成を示す模式断面図である。

図１１に示すように、第１の電子機器ユニット６は、コンテナ型の筐体３３を有し、その筐体３３の内側にサーバ等の電子機器５が収容される。

筐体３３の内側には、冷却風Eを生成するためのファン３５と、冷却風Eを冷却する熱交換器３４とが設けられる。

電子機器５には吸気口５ａと排気口５ｂとが設けられており、吸気口５ａから電子機器５内に冷却風Eが取り込まれ、電子機器５内のCPU(Central Processing Unit)等の発熱部品が冷却風Eにより冷却される。

電子機器５を冷却した冷却風Eは、排気口５ｂから排出された後、熱交換器３４に入る。熱交換器３４は、前述の第１の配管１１と接続されており、その配管１１を通る冷却水Cにより冷却風Eを冷却する。

本実施形態では、電子機器５の吸気口５ａに第１の温度センサ２１を設ける。そして、その第１の温度センサ２１により、吸気口５ａから吸気される冷却風Eの第１の温度T1を計測し、その計測結果を第１の温度情報S_T1として出力する。

また、第２及び第３の電子機器ユニット７、８も図１１と同様の構成を有しており、各ユニット７、８の各々の電子機器５の吸気口５ａに第２の温度センサ２２と第３の温度センサ２３が設けられる。そして、第２の温度センサ２２と第３の温度センサ２３により吸気口５ａから吸気される冷却風Eの温度T2、T3が計測され、その計測結果が第２の温度情報S_T2や第３の温度情報S_T3として出力される。

なお、本実施形態における第１〜第３の温度T1〜T3は、それぞれ第１〜第３の電子機器ユニット６〜８を代表する代表温度の一例である。

本実施形態においては、前述の第１〜第３の温度情報S_T1〜S_T3を用いて、第１実施形態の図４のフローチャートに従うことで、データセンタ４０の冷却を行うことができる。

本願発明者は、本実施形態に係るデータセンタ４０において冷却に要する冷却電力を調査した。その結果を図１２に示す。

この調査は、図２の調査と同様に行われた。なお、本実施形態では図１１のようにファン３５を利用して各電子機器ユニット６〜８を冷却するため、冷却電力は、そのファン３５の消費電力と、チラー２の消費電力と、送水ポンプ２５の消費電力との和になる。

なお、ファン３５は定速運転をしているため、ファン３５の消費電力は常に一定となる。

更に、電子機器６〜７の全てを合わせた稼働率の目安として第１〜第３の電子機器ユニット６〜８の総消費電力を採用し、その総消費電力が７５kW、４０kW、及び２３kWの各場合についてこの調査を行った。

図１２に示すように、第１〜第３の電子機器ユニット６〜８の総消費電力が７５kWから２３kWに減ると、チラー２の消費電力が減少するだけでなく、送水ポンプ２５の消費電力も減少する。

よって、成績係数（COP）は、電子機器ユニット６〜８の総消費電力が低下しても図２の例よりも高い値に維持される。

このように、本実施形態においても各電子機器ユニット６〜８の稼働率が低い場合の冷却効率を向上できることが確かめられた。

以上説明した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。

（付記１） 複数の電子機器ユニットと、
冷却水を生成するチラーと、
前記チラーから複数の前記電子機器ユニットに向けて前記冷却水が往水する往水管と、
複数の前記電子機器ユニットから前記チラーに向けて前記冷却水が還水する還水管と、
前記往水管と前記還水管との間に接続され、前記電子機器ユニットを通る複数の配管と、
複数の前記配管の各々に設けられ、複数の前記電子機器ユニットごとに開度を調節することにより、複数の前記電子機器ユニットの各々の代表温度を設定温度に近づける複数の弁と、
前記往水管と前記還水管のいずれかに設けられ、前記冷却水を送水する送水ポンプと、
複数の前記弁の開度と、前記送水ポンプの回転数とを制御する制御部とを有し、
前記制御部が、複数の前記電子機器ユニットのうちで稼働率が最も高いものを特定し、該特定した電子機器ユニットに対応する前記弁の開度を現状よりも大きくして、前記送水ポンプの前記回転数を制御することにより、前記特定した電子機器ユニットの前記代表温度を前記設定温度に近づけることを特徴とする設備。

（付記２） 前記往水管と前記還水管とをバイパスするバイパス配管と、
前記バイパス配管に設けられたバイパス弁とを有し、
前記送水ポンプの設定回転数が下限値よりも小さいとき、前記制御部が前記バイパス弁を開くことを特徴とする付記１に記載の設備。

（付記３） 前記制御部は、前記特定した電子機器ユニットに対応する前記弁の開度を全開にすることを特徴とする付記１又は付記２に記載の設備。

（付記４） 前記制御部は、複数の前記弁のうちで前記開度が最も大きいものを特定し、該特定した弁に対応する前記電子機器ユニットを、稼働率が最も高い前記電子機器ユニットと同定することを特徴とする付記１乃至付記３のいずれかに記載の設備。

（付記５） 前記代表温度は、前記電子機器ユニットから還水される前記冷却水の温度であることを特徴とする付記１乃至付記４のいずれかに記載の設備。

（付記６） 前記電子機器ユニットは、
冷却風を吸気する吸気口を備え、該冷却風により冷却される電子機器と、
前記配管内の前記冷却水により前記冷却風を冷却する熱交換器とを有し、
前記代表温度は、前記吸気口における前記冷却風の温度であることを特徴とする付記１乃至付記４のいずれかに記載の設備。

（付記７） 前記電子機器ユニットは、データセンタに設けられたことを特徴とする付記１乃至付記６のいずれかに記載の設備。

（付記８） 複数の電子機器ユニットの各々を通る複数の配管にチラーの冷却水を送水する処理と、
複数の前記電子機器ユニットの各々の代表温度が設定温度に近づくように、複数の前記配管の各々に設けられた弁の開度を調節する処理と、
複数の前記電子機器ユニットのうちで稼働率が最も高いものを特定する処理と、
前記特定した電子機器ユニットに対応する前記弁の開度を現状よりも大きくする処理と、
複数の前記配管の各々の入口を集約して前記チラーに接続する往水管と、複数の前記配管の各々の出口を集約して前記チラーに接続する還水管のいずれかに設けられた送水ポンプの回転数を制御することにより、前記特定した電子機器ユニットの前記代表温度を前記設定温度に近づける処理と、
を有することを特徴とする設備の冷却方法。

（付記９） 前記送水ポンプの設定回転数が下限値よりも小さいとき、前記往水管と前記還水管とをバイパスするバイパス配管に設けられたバイパス弁を開く処理を更に有することを特徴とする付記８に記載の設備の冷却方法。

（付記１０） 前記送水ポンプの回転数を制御する処理は、前記往水管内の前記冷却水の設定圧力値を調節することにより、前記往水管内の実際の圧力が前記設定圧力値に近づくように前記送水ポンプの設定回転数を調節して行われることを特徴とする付記９に記載の設備の冷却方法。

（付記１１） 前記弁の開度を現状よりも大きくする処理において、該弁の開度を全開にすることを特徴とする付記８乃至付記１０のいずれかに記載の設備の冷却方法。

（付記１２） 複数の前記電子機器ユニットのうちで稼働率が最も高いものを特定する処理は、複数の前記弁のうちで前記開度が最も大きいものを特定し、該特定した弁に対応する前記電子機器ユニットを、稼働率が最も高い前記電子機器ユニットと同定することにより行われることを特徴とする付記８乃至付記１１のいずれかに記載の設備の冷却方法。

（付記１３） 複数の前記弁のうちで開度が全開のものが複数存在するとき、複数の全開の前記弁に対応する複数の前記電子機器ユニットから出る前記冷却水のうち、最も温度が高い前記冷却水が出ている前記電子機器ユニットを、稼働率が最も高い前記電子機器ユニットと同定する処理を更に有することを特徴とする付記１２に記載の設備の冷却方法。

（付記１４） 前記代表温度は、前記電子機器ユニットから還水される前記冷却水の温度であることを特徴とする付記８乃至付記１３のいずれかに記載の設備の冷却方法。

（付記１５） 前記電子機器ユニットは、
冷却風を吸気する吸気口を備え、該冷却風により冷却される電子機器と、
前記配管内の前記冷却水により前記冷却風を冷却する熱交換器と有し、
前記代表温度は、前記吸気口における前記冷却風の温度であることを特徴とする付記８乃至付記１３のいずれかに記載の設備の冷却方法。

（付記１６） 前記電子機器ユニットは、データセンタに設けられたことを特徴とする付記８乃至付記１５のいずれかに記載の設備の冷却方法。

１、３１、４０、５０…データセンタ、２…チラー、３…往水管、４…還水管、５…電子機器、５ａ…吸気口、５ｂ…排気口、６〜８…第１〜第３の電子機器ユニット、１１〜１３…第１〜第３の配管、１４〜１６…第１〜第３の弁、１７〜１９…第１〜第３の温度調節器、２１〜２３…第１〜第３の温度センサ、２５…送水ポンプ、２６…インバータ、３２…制御部、３３…筐体、３４…熱交換器、３５…ファン、４３…圧力調整器。

Claims (7)

1. 複数の電子機器ユニットと、
   冷却水を生成するチラーと、
   前記チラーから複数の前記電子機器ユニットに向けて前記冷却水が往水する往水管と、
   複数の前記電子機器ユニットから前記チラーに向けて前記冷却水が還水する還水管と、
   前記往水管と前記還水管との間に接続され、前記電子機器ユニットを通る複数の配管と、
   複数の前記配管の各々に設けられ、複数の前記電子機器ユニットごとに開度を調節することにより、複数の前記電子機器ユニットの各々の代表温度を設定温度に近づける複数の弁と、
   前記往水管と前記還水管のいずれかに設けられ、前記冷却水を送水する送水ポンプと、
   複数の前記弁の開度と、前記送水ポンプの回転数とを制御する制御部とを有し、
   前記制御部が、複数の前記電子機器ユニットのうちで稼働率が最も高いものを特定し、該特定した電子機器ユニットに対応する前記弁の開度を現状よりも大きくして、前記送水ポンプの前記回転数を制御することにより、前記特定した電子機器ユニットの前記代表温度を前記設定温度に近づけることを特徴とする設備。
2. 前記往水管と前記還水管とをバイパスするバイパス配管と、
   前記バイパス配管に設けられたバイパス弁とを有し、
   前記送水ポンプの設定回転数が下限値よりも小さいとき、前記制御部が前記バイパス弁を開くことを特徴とする請求項１に記載の設備。
3. 前記制御部は、前記特定した電子機器ユニットに対応する前記弁の開度を全開にすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の設備。
4. 前記電子機器ユニットは、データセンタに設けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の設備。
5. 複数の電子機器ユニットの各々を通る複数の配管にチラーの冷却水を送水する処理と、
   複数の前記電子機器ユニットの各々の代表温度が設定温度に近づくように、複数の前記配管の各々に設けられた弁の開度を調節する処理と、
   複数の前記電子機器ユニットのうちで稼働率が最も高いものを特定する処理と、
   前記特定した電子機器ユニットに対応する前記弁の開度を現状よりも大きくする処理と、
   複数の前記配管の各々の入口を集約して前記チラーに接続する往水管と、複数の前記配管の各々の出口を集約して前記チラーに接続する還水管のいずれかに設けられた送水ポンプの回転数を制御することにより、前記特定した電子機器ユニットの前記代表温度を前記設定温度に近づける処理と、
   を有することを特徴とする設備の冷却方法。
6. 前記送水ポンプの設定回転数が下限値よりも小さいとき、前記送水管と前記排水管とをバイパスするバイパス配管に設けられたバイパス弁を開く処理を更に有することを特徴とする請求項５に記載の設備の冷却方法。
7. 前記電子機器ユニットは、データセンタに設けられたことを特徴とする請求項５又は請求項６のいずれか１項に記載の設備の冷却方法。

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