JP6430758B2 - 冷却システム - Google Patents
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Description
1.空調システムの構成
本実施形態は、サーバ室や通信機器室等の空調を行う空調システムに本発明に係る冷却システムを適用したものである。
電力供給機器は、ICT機器に電力を供給するための蓄電池や無停電電源装置等をいう。なお、本実施形態では、発熱機器として主にICT機器を想定している。以下の説明では、ICT機器を発熱機器として説明する。
2.1 制御の概要
統合制御装置10は、ICT機器1に供給する冷風の温度(以下、供給冷媒温度Tsという。)を制御用のパラメータとして、冷熱発生装置5の作動を制御する。すなわち、統合制御装置10は、ICT機器1毎に目標とする供給冷媒温度Ts(以下、目標供給冷媒温度Tts)を設定した後、現実の供給冷媒温度Tsが目標供給冷媒温度Ttsとなるように、供給する冷風の温度及び当該冷風の風量を制御する。
Ttsn:第n番目のICT機器1に設定される目標供給冷媒温度Tts
Ron:第n番目のICT機器1についての稼働率Ro
「現実の情報処理量」及び「処理可能な情報処理量」は第n番目のICT機器1について情報処理量である。
B:Ron>Cの場合は、予め設定された定数(0より大きい実数)
Ron≦Cの場合は、予め設定された定数であって、目標供給冷媒温度Ttsが冷熱発生装置5から冷却風を送風する必要がない温度となる値
C:予め設定された定数(本実施形態では0)
このため、本実施形態に係る目標供給冷媒温度Ttsは、稼働率Roが0より大きい場合には、稼働率Roの増加に応じて低い温度に設定される。稼働率Roが0の場合には、目標供給冷媒温度Ttsは、冷熱発生装置5から冷却風を送風する必要がない温度となる。
したがって、「特定のICT機器1への冷却を停止する」とは、統合制御装置10が冷熱発生装置5で発生させる冷凍能力及び風量を制御する際に、その「特定のICT機器1」の発熱量(稼働率Ro)を考慮せずに、統合制御装置10が冷熱発生装置5を制御すること意味する。
本実施形態では、図2に示す2台の室内ユニット5Aのうち紙面左側の第1室内ユニット5Aは、主に紙面左側2列分のICT機器1に対して冷却を行う。紙面右側の第1室内ユニット5Aは、主に紙面右側2列分のICT機器1に対して冷却を行う。各第2室内ユニット5Kは、主に、各第2室内ユニット5Kが収納されたラック3と対向する他のラック3に組み込まれたICT機器1の冷却を行う。
本実施形態に係る空調システムは、ICT機器1毎の稼働率Roに基づいて冷熱発生装置5の作動を制御することを特徴としている。これにより、ICT機器1毎の発熱量を考慮して冷熱発生装置5の冷却能力を制御できるので、更なる消費電力の低減が可能な空調システムを得ることが可能となる。
本実施形態に係る空調システムは、通常時制御モード及び非常時制御モードのうちいずれか一方の制御モードを実行することができる。通常時制御モードでは、統合制御装置10は、第1実施形態と同様な手法にて各目標供給冷媒温度(目標吹出空気温度)Ttsnを決定する。
Ttsn=A×Ron+B−E×D (数式2)
E:予め設定された定数(正の実数)
D:通常時は0、非通常時は1
非通常時とは、例えば、同一室内に設置された複数の第1室内ユニット5Aのうちいずれかいずれかの第1室内ユニット5Aが故障した場合等、設計段階で想定した冷却能力を発揮することが困難な状態をいう。
(第3実施形態)
本実施形態は、ICT機器1との熱交換を終えた空気(以下、排気という。)の温度が、制御目標とする温度に近づくように冷熱発生装置5の作動を制御するものである。
図7に示すように、統合制御装置10には、各ICT機器1に設けられた排気温度センサSo1〜Sonからの検出信号が入力されている。統合制御装置10は、当該検出信号を利用して排気の温度を判断する。
Tton:排気温度センサSonに対して設定される目標排気温度Tto
Tn:第n番目のICT機器1についての許容限界温度
A、B:予め設定された定数(正の実数)
2.制御の詳細
以下、図8に示すフローチャートに基づいて、図2の紙面左側2列分のICT機器1に対して冷却を行う場合を例に統合制御装置10の制御作動を説明する。なお、紙面右側2列分のICT機器1に対して冷却を行う際の統合制御装置10の制御作動も図8と同一である。
本実施形態に係る空調システムは、排気温度が、目標排気温度Ttoに近づくように冷熱発生装置5の作動を制御することを特徴としている。これにより、ICT機器1毎の発熱量を考慮して冷熱発生装置5の冷却能力を制御できるので、更なる消費電力の低減が可能な空調システムを得ることが可能となる。
本実施形態は第3実施形態の変形例である。以下、その詳細を説明する。
現実に販売されている空調システムの多くは、目標供給冷媒温度(目標吹出空気温度)Ttsを制御用のパラメータとして冷熱発生装置5の作動を制御している。すなわち、統合制御装置10は、目標供給冷媒温度Ttsを冷熱発生装置5に与え、冷熱発生装置5は、与えられた目標供給冷媒温度Ttsに応じた冷却能力を発揮する。
(第5実施形態)
本実施形態は、ICT機器1(特に、CPU等の発熱素子)の温度に基づいて目標供給冷媒温度(目標吹出空気温度)Ttsを決定して冷熱発生装置5の作動を制御するものである。
具体的には、図9に示すように、統合制御装置10には、各ICT機器1に設けられた機器温度センサSc1〜Scnからの検出信号が入力されている。機器温度センサSc1〜Scnは、発熱素子の温度又は当該温度に関連する部位の温度を検出する。統合制御装置10は、機器温度センサSc1〜Scnの検出信号を利用してICT機器1の温度を判断する。
Ttsn:第n番目のICT機器1に設定される目標供給冷媒温度Tts
Tinn:第n番目のICT機器1の温度
A:予め設定された定数(負の実数)
B:Tinn>Cの場合は、予め設定された定数(0より大きい実数)
Tinn≦Cの場合は、予め設定された定数であって、目標供給冷媒温度Ttsが冷熱発生装置5から冷却風を送風する必要がない温度となる値
C:ICT機器1が停止しているとみなすことが可能な温度
(例えば:室温に予め決められた温度を加算した温度)
このため、本実施形態に係る目標供給冷媒温度Ttsは、機器温度TinがCより大きい場合には、機器温度Tinの上昇に応じて低い温度に設定される。機器温度TinがC以下の場合には、目標供給冷媒温度Ttsは、冷熱発生装置5から冷却風を送風する必要がない温度となる。
したがって、「特定のICT機器1への冷却を停止する」とは、統合制御装置10が冷熱発生装置5で発生させる冷凍能力及び風量を制御する際に、その「特定のICT機器1」の発熱量(機器温度Tin)を考慮せずに、統合制御装置10が冷熱発生装置5を制御すること意味する。
本実施形態に係る空調システムは、ICT機器1毎の機器温度Tinに基づいて冷熱発生装置5の作動を制御することを特徴としている。これにより、ICT機器1毎の発熱量を考慮して冷熱発生装置5の冷却能力を制御できるので、更なる消費電力の低減が可能な空調システムを得ることが可能となる。
本実施形態も第2実施形態と同様に、通常時制御モード及び非常時制御モードのうちいずれか一方の制御モードを実行することができる。通常時制御モードでは、統合制御装置10は、第1実施形態又は第5実施形態と同様な手法にて各目標供給冷媒温度(目標吹出空気温度)Ttsnを決定する。
Ttsn=A×Tinn+B1−E(Tinn−Tlimn)×D (数式6)
A:予め設定された定数(負の実数)
B:Ron>Cの場合は、予め設定された定数(0より大きい実数)
Ron≦Cの場合は、予め設定された定数であって、目標供給冷媒温度Ttsが冷熱発生装置5から冷却風を送風する必要がない温度となる値
C:予め設定された定数(本実施形態では0)
E:予め設定された定数(正の実数)
D:通常時は0、非通常時は1
B1:Tinn>C1の場合は、予め設定された定数(0より大きい実数)
Tinn≦C1の場合は、予め設定された定数であって、目標供給冷媒温度Ttsが冷熱発生装置5から冷却風を送風する必要がない温度となる値
C1:ICT機器1が停止しているとみなすことが可能な温度
(例えば:室温に予め決められた温度を加算した温度)
つまり、本実施形態では、統合制御装置10が「ICT機器1の温度が閾値温度以上なっている」と判断すると、統合制御装置10は、ICT機器1の温度が閾値温度未満であるときに比べて、目標供給冷媒温度Ttsを低い温度に決定する。このとき、統合制御装置10は、上記「低い温度」として、予め設定された値、又は予め設定された関数により決定される値を採用する。
上述の実施形態では、例えば上記の数式1及び数式4に係る「A」は、全てのICT機器1で共通する定数であったが、本実施形態ではICT機器1毎に「A」を決定するものである。
An:第n番目のICT機器1についての「A」
Tlimn:第n番目のICT機器1についての許容限界温度Tlim
C:定数(負の実数)
D:定数(正の実数)
なお、本実施形態では、不揮発性記憶部10Aに記憶されている許容限界温度Tlim及び数式7を用いて、第n番目のICT機器1についての許容限界温度Tlimを演算したが、本実施形態はこれに限定さるものではなく。予めICT機器1毎に具体的な係数で定義された数式が不揮発性記憶部10Aに記憶されていてもよい。
本実施形態は、第3実施形態の変形例である。すなわち、第3実施形態では、各排気温度センサSo1〜Sonにて検出された温度が、当該排気温度センサSo1〜Sonに対して設定した目標排気温度Ttoに近づくように冷熱発生装置5の作動を制御した。
第3実施形態では、ICT機器1との熱交換を終えた供給空気の温度が、制御目標とする温度に近づくように冷熱発生装置5の作動を制御したが、本実施形態では、ICT機器1に供給される空気(供給空気という。)の温度が、制御目標とする温度に近づくように冷熱発生装置5の作動を制御するものである。
図10に示すように、統合制御装置10には、各ICT機器1に設けられた供給空気温度センサSi1〜Sinからの検出信号が入力されている。統合制御装置10は、当該検出信号を利用して供給空気の温度を判断する。
Ttin:供給空気温度センサSinに対して設定される目標供給空気温度Tti
Tn:第n番目のICT機器1についての許容限界温度
A、B:予め設定された定数(正の実数)
2.制御の詳細
以下、図11に示すフローチャートに基づいて、図2の紙面左側2列分のICT機器1に対して冷却を行う場合を例に統合制御装置10の制御作動を説明する。なお、紙面右側2列分のICT機器1に対して冷却を行う際の統合制御装置10の制御作動も図11と同一である。
本実施形態に係る空調システムは、供給空気温度が、目標供給空気温度Ttiに近づくように冷熱発生装置5の作動を制御することを特徴としている。これにより、目標供給空気温度TtiをICT機器1毎の予想発熱量を考慮した値とすれば、ICT機器1毎の予想発熱量に対応して冷熱発生装置5の冷却能力を制御できる。したがって、更なる消費電力の低減が可能な空調システムを得ることが可能となる。
上述の実施形態では、冷却用媒体として空気を供給する空調システムに本発明を適用したが、本実施形態は、冷却用媒体として液体(以下、二次冷却液という。)を供給する冷却システムに適用したものである。
組み合わされた手法にて制御される。
上述の実施形態では、発熱機器としてICT機器1を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ICT機器に電力を供給するための蓄電池や無停電電源装置等の電力供給機器にも適用できる。
3B… 温風通路 5A… 第1室内ユニット 5… 冷熱発生装置
5B… 第1室外ユニット 5C… 膨張弁 5D… 蒸発器
5E… 圧縮機 5J… 吸気口 5F… 送風機 5G… 放熱器
5H… ポンプ 5K… 第2室内ユニット 5L… 蒸発器
10… 統合制御装置 10A… 不揮発性記憶部
Claims (13)
- 情報通信技術用機器(以下、ICT機器という。)及び前記ICT機器に電力を供給するための電力供給機器のうち少なくとも一方の機器(以下、発熱機器という。)に冷却用媒体を供給することにより、複数の前記発熱機器を冷却する冷却システムにおいて、
冷却用媒体を冷却するとともに、その冷却用媒体を複数の前記発熱機器に供給する冷熱発生装置と、
前記発熱機器で発生する熱量の増減に応じて変化する制御用のパラメータを稼働率としたとき、各発熱機器の稼働率に基づいて前記冷熱発生装置の作動を制御する制御部とを備え、
前記発熱機器に供給する冷却用媒体の温度を供給冷媒温度としたとき、
前記制御部は、前記供給冷媒温度を制御用のパラメータとして、前記冷熱発生装置の作動を制御し、
前記制御部は、前記稼働率に基づいて前記供給冷媒温度を決定し、
さらに、前記制御部は、前記稼働率が予め設定された設定値以下の場合には、当該設定値以下の稼働率となっている前記発熱機器に対する前記供給冷媒温度を上昇させることにより、当該発熱機器に対する冷却を停止することを特徴とする冷却システム。 - 前記制御部は、前記ICT機器での情報処理量、前記ICT機器での消費電力、及び前記ICT機器の稼働状態又は非稼働状態を示す情報のうち少なくとも一方に基づいて前記稼働率を決定し、かつ、当該決定された稼働率に基づいて前記冷熱発生装置の作動を制御することを特徴とする請求項1に記載の冷却システム。
- 前記制御部は、前記稼働率が予め設定された設定値以上の場合には、少なくとも当該設定値以上の稼働率となっている前記発熱機器に対して冷却を実行することを特徴とする請求項1又は2に記載の冷却システム。
- 前記制御部は、前記稼働率が予め設定された設定値以上の場合には、当該設定値以上の稼働率となっている前記発熱機器に対する前記供給冷媒温度を、現在の前記供給冷媒温度より低下させることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の冷却システム。
- 前記制御部は、前記稼働率を変数とするn次関数を用いて前記供給冷媒温度を決定することを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の冷却システム。
- 前記制御部は、通常時制御モード及び非常時制御モードのうちいずれか一方の制御モードを実行可能であり、
前記通常時制御モードでは、前記制御部は、前記稼働率に基づいて前記供給冷媒温度を決定し、
前記非常時制御モードでは、前記制御部は、前記稼働率に基づく前記供給冷媒温度から非常時補正値を減じた値を供給冷媒温度として決定する
ことを特徴とする請求項1ないし5いずれか1項に記載の冷却システム。 - 情報通信技術用機器(以下、ICT機器という。)及び前記ICT機器に電力を供給するための電力供給機器のうち少なくとも一方の機器(以下、発熱機器という。)に冷却用媒体を供給することにより、複数の前記発熱機器を冷却する冷却システムにおいて、
複数の前記発熱機器に対応して設けられた温度検出部であって、当該発熱機器との熱交換を終えた冷却用媒体の温度を検出する複数の温度検出部と、
冷却用媒体を冷却するとともに、その冷却用媒体を複数の前記発熱機器に供給する冷熱発生装置と、
前記複数の温度検出部毎に制御目標温度を設定するとともに、各温度検出部にて検出された温度が、当該温度検出部に対して設定した前記制御目標温度に近づくように前記冷熱発生装置の作動を制御する制御部と、
前記発熱機器に障害が発生する可能性が高くなる温度(以下、許容限界温度という。)としたとき、各発熱機器の許容限界温度が記憶された記憶部と、
前記許容限界温度を基準として設定された温度を閾値温度としたとき、前記発熱機器の温度が前記閾値温度以上なっているか否かを判断する判断部とを備え、
前記発熱機器に供給する冷却用媒体の温度を供給冷媒温度としたとき、前記制御部は、前記供給冷媒温度を制御用のパラメータとして、前記冷熱発生装置の作動を制御し、
前記制御部は、前記記憶部に記憶された前記許容限界温度に応じて前記供給冷媒温度を決定し、
さらに、「前記発熱機器の温度が前記閾値温度以上なっている」と前記判断部が判断したときには、前記制御部は、前記発熱機器の温度が前記閾値温度未満であるときに比べて、前記供給冷媒温度を低い温度に決定することを特徴とする冷却システム。 - 情報通信技術用機器(以下、ICT機器という。)及び前記ICT機器に電力を供給するための電力供給機器のうち少なくとも一方の機器(以下、発熱機器という。)に冷却用媒体を供給することにより、複数の前記発熱機器を冷却する冷却システムにおいて、
複数の前記発熱機器に対応して設けられた温度検出部であって、当該発熱機器に供給される冷却用媒体の温度を検出する複数の温度検出部と、
冷却用媒体を冷却するとともに、その冷却用媒体を複数の前記発熱機器に供給する冷熱発生装置と、
前記複数の温度検出部毎に制御目標温度を設定するとともに、各温度検出部にて検出された温度が、当該温度検出部に対して設定した前記制御目標温度に近づくように前記冷熱発生装置の作動を制御する制御部と、
前記発熱機器に障害が発生する可能性が高くなる温度(以下、許容限界温度という。)としたとき、各発熱機器の許容限界温度が記憶された記憶部と、
前記許容限界温度を基準として設定された温度を閾値温度としたとき、前記発熱機器の温度が前記閾値温度以上なっているか否かを判断する判断部とを備え、
前記発熱機器に供給する冷却用媒体の温度を供給冷媒温度としたとき、前記制御部は、前記供給冷媒温度を制御用のパラメータとして、前記冷熱発生装置の作動を制御し、
前記制御部は、前記記憶部に記憶された前記許容限界温度に応じて前記供給冷媒温度を決定し、
さらに、「前記発熱機器の温度が前記閾値温度以上なっている」と前記判断部が判断したときには、前記制御部は、前記発熱機器の温度が前記閾値温度未満であるときに比べて、前記供給冷媒温度を低い温度に決定することを特徴とする冷却システム。 - 情報通信技術用機器(以下、ICT機器という。)及び前記ICT機器に電力を供給するための電力供給機器のうち少なくとも一方の機器(以下、発熱機器という。)に冷却用媒体を供給することにより、複数の前記発熱機器を冷却する冷却システムにおいて、
複数の前記発熱機器に対応して設けられた温度検出部であって、当該発熱機器の温度を検出する複数の温度検出部と、
冷却用媒体を冷却するとともに、その冷却用媒体を複数の前記発熱機器に供給する冷熱発生装置と、
前記複数の温度検出部毎の検出温度に基づいて前記冷熱発生装置の作動を制御する制御部と、
前記発熱機器に障害が発生する可能性が高くなる温度(以下、許容限界温度という。)としたとき、各発熱機器の許容限界温度が記憶された記憶部と、
前記許容限界温度を基準として設定された温度を閾値温度としたとき、前記発熱機器の温度が前記閾値温度以上なっているか否かを判断する判断部とを備え、
前記発熱機器に供給する冷却用媒体の温度を供給冷媒温度としたとき、前記制御部は、前記供給冷媒温度を制御用のパラメータとして、前記冷熱発生装置の作動を制御し、
前記制御部は、前記記憶部に記憶された前記許容限界温度に応じて前記供給冷媒温度を決定し、
さらに、「前記発熱機器の温度が前記閾値温度以上なっている」と前記判断部が判断したときには、前記制御部は、前記発熱機器の温度が前記閾値温度未満であるときに比べて、前記供給冷媒温度を低い温度に決定することを特徴とする冷却システム。 - 情報通信技術用機器(以下、ICT機器という。)及び前記ICT機器に電力を供給するための電力供給機器のうち少なくとも一方の機器(以下、発熱機器という。)に冷却用媒体を供給することにより、複数の前記発熱機器を冷却する冷却システムにおいて、
複数の前記発熱機器に対応して設けられた温度検出部であって、当該発熱機器の温度を検出する複数の温度検出部と、
冷却用媒体を冷却するとともに、その冷却用媒体を複数の前記発熱機器に供給する冷熱発生装置と、
前記複数の温度検出部毎に制御目標温度を設定するとともに、各温度検出部にて検出された温度が、当該温度検出部に対して設定した前記制御目標温度に近づくように前記冷熱発生装置の作動を制御する制御部と、
前記発熱機器に障害が発生する可能性が高くなる温度(以下、許容限界温度という。)としたとき、各発熱機器の許容限界温度が記憶された記憶部と、
前記許容限界温度を基準として設定された温度を閾値温度としたとき、前記発熱機器の温度が前記閾値温度以上なっているか否かを判断する判断部とを備え、
前記発熱機器に供給する冷却用媒体の温度を供給冷媒温度としたとき、前記制御部は、前記供給冷媒温度を制御用のパラメータとして、前記冷熱発生装置の作動を制御し、
前記制御部は、前記記憶部に記憶された前記許容限界温度に応じて前記供給冷媒温度を決定し、
さらに、「前記発熱機器の温度が前記閾値温度以上なっている」と前記判断部が判断したときには、前記制御部は、前記発熱機器の温度が前記閾値温度未満であるときに比べて、前記供給冷媒温度を低い温度に決定することを特徴とする冷却システム。 - 前記制御部は、前記「低い温度」として、予め設定された値、又は予め設定された関数により決定される値を採用することを特徴とする請求項7ないし10のいずれか1項に記載の冷却システム。
- 前記冷却用媒体は、前記発熱機器に設置された空間に吹き出される空気であり、
前記制御部は、吹き出される空気の温度、風量及び風向のうち少なくとも1つの要件を調整することを特徴とする請求項1ないし11のいずれか1項に記載の冷却システム。 - 前記冷却用媒体は液体であり、
前記制御部は、供給される液体の温度及び流量のうち少なくとも1つの要件を調整することを特徴とする請求項1ないし11のいずれか1項に記載の冷却システム。
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