WO2012020752A1 - 冷却システムの異常時運転装置 - Google Patents

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WO2012020752A1 PCT/JP2011/068120 JP2011068120W WO2012020752A1 WO 2012020752 A1 WO2012020752 A1 WO 2012020752A1 JP 2011068120 W JP2011068120 W JP 2011068120W WO 2012020752 A1 WO2012020752 A1 WO 2012020752A1
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evaporator
fan
evaporators
cooling
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康博 頭島
伊藤　潤一
伴博 吉田
昌克 仙田
三上　照夫
英雄 澤本
昭男 出居
宏一 古谷野
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株式会社日立プラントテクノロジー
株式会社日立製作所
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Definitions

  • the present invention relates to an operation device for an abnormal condition of a cooling system, and more particularly, to an evaporator and a condenser for locally cooling an electronic device such as a computer or a server disposed in an equipment room such as a server room.
  • the present invention relates to an operation device for an abnormal condition of a cooling system that circulates naturally.
  • a data processing center for processing various kinds of information in large quantities is in the spotlight as a business.
  • this data processing center for example, a server room, a large number of electronic devices, for example, servers are installed in an integrated state, and are continuously operated day and night.
  • the server room where the server is placed needs to be maintained in a temperature environment that is the standard temperature for use of the server.
  • the heat released from the server is cooled by cooling the entire server room with an air conditioner, thereby maintaining a temperature environment suitable for the server.
  • a cooling system in which a server is locally cooled by an evaporator by circulating a refrigerant between the evaporator and the condenser has been adopted. That is, servers having an air suction port on the front surface and an air discharge port on the back surface are stacked and stored in server racks in the server room, and a plurality of evaporators are disposed between the server racks. And the inlet of the evaporator that takes in hot air and the outlet of the server face the same space to form a hot space, and the outlet of the evaporator that blows out cold air and the suction of the server are the same space A cold space is formed facing the side.
  • the hot air of the server discharged from the plurality of racks to the thermal space is sucked from the intake ports of the plurality of evaporators and cooled. Then, it blows off into the cold space as cold air from the blower outlet of an evaporator.
  • Patent Document 1 proposes installing a partition plate that can be expanded and contracted in the height direction of the rack in order to prevent the heat of the hot space from flowing through the server room and recirculating to the cold space.
  • An object of the present invention is to provide an operating device for an abnormal condition of a cooling system that can suppress the circulation and reduce the cooling load of other normally operating evaporators and prevent the air conditioning environment of the entire equipment room from deteriorating.
  • the cooling system operating apparatus for cooling system draws hot air discharged from a plurality of electronic devices provided in the equipment room by a fan and heats it with the refrigerant flowing through the cooling coil.
  • a plurality of evaporators that cool by replacement and then blow out cold air into the equipment room, and a condenser that cools the refrigerant that is provided above the plurality of evaporators and is naturally circulated between the evaporators
  • a cooling system that adjusts the blowout temperature blown out of the evaporator by adjusting the opening of a flow rate adjustment valve that adjusts the flow rate of the refrigerant flowing in the cooling coil, for each of the plurality of evaporators.
  • Deviation information detection means for sequentially detecting deviation information between the maximum cooling capacity of the evaporator and the current cooling capacity during operation, and the abnormality setting in which the deviation information is preset among the plurality of evaporators On exceeded evaporator, characterized in that and a fan control means to reduce or stop the rotation speed of the fan.
  • the deviation information between the maximum cooling capacity of the evaporator and the current cooling capacity during operation is sequentially detected for each of the plurality of evaporators, and the deviation information exceeds the preset abnormal setting value. Reduced or stopped the fan speed of the evaporator.
  • the fan rotational speed of the evaporator in which the abnormality is detected is reduced or stopped. Therefore, even if the hot air discharged from the electronic device to the device room is sucked into the abnormality-detected evaporator, it is not blown out from the evaporator to the device room without being sufficiently cooled. As a result, it is possible to prevent the hot air exhausted from the electronic equipment from recirculating in the equipment room, so that an abnormality of one evaporator does not affect the cooling load of the other normally operating evaporator. The temperature environment of the entire equipment room will not deteriorate.
  • the fan control means reduces the rotation speed of the fan in correspondence with the cooling capacity reduction rate of the evaporator according to the deviation information, and when the cooling capacity reduction rate exceeds a threshold value, It is preferable to stop the fan.
  • the threshold value may be set in relation to the remaining capacity of the cooling capacity with other normally operated evaporators.
  • the deviation information detecting means includes a blowing temperature detecting means for detecting the blowing temperature and a valve opening degree detecting means for detecting an opening degree of the flow rate adjusting valve
  • the fan control means includes the It is preferable to reduce or stop the fan rotation speed when the blowing temperature is equal to or higher than the upper limit of the specification temperature range of the electronic device and the opening of the flow rate adjusting valve is in the vicinity of full open.
  • the opening degree of the flow rate adjusting valve is in the vicinity of the fully open state, which is a valve opening degree necessary for obtaining the maximum cooling capacity of the evaporator, and for example, when the valve opening degree is 70% or more, is set in the vicinity of the fully open state.
  • the valve opening is more preferably 80% or more.
  • the fan rotation speed is reduced or stopped when the temperature of the air blown from the evaporator is equal to or higher than the upper limit of the temperature range of the electronic device and the opening of the flow rate adjusting valve is close to full open. It does not mistaken normal operation as abnormal operation and lowers or stops the fan speed. Thereby, the cooling capacity fall of an evaporator can be grasped
  • the cooling system of the present invention is configured to adjust the blowing temperature blown out of the evaporator by adjusting the opening degree of the flow rate adjusting valve that adjusts the flow rate of the refrigerant flowing in the cooling coil of the evaporator, and the valve opening degree There is a response delay (time lag) from the adjustment until the blowing temperature changes. For example, even if the cooling capacity of the evaporator is normal, if the cooling load of the evaporator increases due to disturbance (for example, when the temperature of hot air discharged from an electronic device temporarily increases), the outlet temperature of the evaporator May exceed the upper limit of the specified temperature range due to the response delay. Therefore, if the speed of the fan is controlled only with an abnormality in the blowout temperature when the evaporator has not reached the maximum cooling capacity, the fan speed is controlled by misidentifying normal operation as abnormal operation. Cannot accurately grasp the cooling capacity decline.
  • the deviation information detecting means further includes a refrigerant temperature detecting means for detecting a temperature of the refrigerant supplied to the cooling coil, and the fan control means is configured such that the blowing temperature is a specified temperature of the electronic device. It is preferable to reduce or stop the fan rotation speed when it is equal to or higher than the upper limit of the range, the opening of the flow rate adjusting valve is in the vicinity of full opening, and the refrigerant temperature is equal to or lower than the design temperature for exhibiting the maximum cooling capacity.
  • the refrigerant temperature detecting means is provided in addition to the blowing temperature detecting means and the valve opening degree detecting means, it is possible to monitor the decrease in the cooling capacity of the evaporator with higher accuracy.
  • the outlet temperature is above the upper limit of the specification temperature range and the valve opening is in the vicinity of full open, if the refrigerant temperature is below the design temperature, the condenser operates normally in order to exhibit the maximum cooling capacity. Will be. Therefore, since the decrease in the cooling capacity of the evaporator is considered to be a temporary fluctuation due to disturbances, etc., it is not possible to reduce or stop the fan speed according to disturbances or the like in a state where the evaporator has not reached the maximum cooling capacity. On the other hand, it causes miscontrol.
  • the refrigerant temperature is an indicator of whether or not the natural circulation type cooling system is functioning normally, and the natural circulation type cooling system itself can be monitored by providing the refrigerant temperature detection means.
  • the deviation information detecting means further includes a refrigerant pressure detecting means for detecting a pressure of the refrigerant supplied to the cooling coil, and the fan control means is configured such that the blowing temperature is a specified temperature of the electronic device. It is preferable to reduce or stop the fan rotational speed when the upper limit of the range is exceeded, the opening of the flow rate adjusting valve is in the vicinity of full opening, and the refrigerant pressure is equal to or higher than the design pressure for exhibiting the maximum cooling capacity.
  • the deviation information detection means further includes a suction temperature detection means for detecting a suction temperature of the hot air sucked into the evaporator, and the fan control means has the blowing temperature of the electronic device.
  • the fan when the upper limit of the specified temperature range is exceeded, the opening of the flow rate adjusting valve is in the vicinity of full open, and the temperature difference between the suction temperature and the blowout temperature is greater than or equal to the design temperature difference for achieving the maximum cooling capacity It is preferable to reduce or stop the rotational speed.
  • the suction temperature detecting means is provided in addition to the blowing temperature detecting means and the valve opening degree detecting means, it is possible to monitor the decrease in the cooling capacity of the evaporator with higher accuracy. That is, it is possible to monitor the degree of cooling capacity of the evaporator by monitoring the temperature difference between the suction temperature and the blowing temperature.
  • the electronic device is stacked and stored in a rack having a suction port formed on the front surface and a discharge port formed on the back surface, and the evaporator is disposed between a plurality of racks.
  • the evaporator inlet and the rack outlet face the same space to form a thermal space, and the evaporator outlet and the rack inlet face the same space. It is preferable to form a cold space.
  • the abnormal operation device for a cooling unit of the present invention it is possible to reliably grasp an evaporator having an abnormality in cooling capacity among a plurality of evaporators, and the hot air discharged from the electronic device is Since recirculation in the room can be suppressed, the cooling load of other normally operating evaporators can be reduced, and the temperature environment of the entire equipment room can be prevented from deteriorating.
  • the conceptual diagram explaining the whole structure of the cooling system of this invention The perspective view explaining arrangement
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing an overall configuration of a natural circulation type cooling system 10 in which refrigerant naturally circulates.
  • the cooling system 10 shown in the figure is configured as described below as a system for locally cooling hot air discharged from a server 14 provided in the server room 12 on the upper and lower two floors.
  • X is a member related to the cooling system related to the lower floor server room 12X
  • Y is a member related to the cooling system related to the upper floor server room 12Y.
  • a server 14 is stored in a stack (for example, three stages) on the floor 11 of each server room 12 (12X, 12Y).
  • a plurality of evaporators 15 are disposed between the server racks 13.
  • a unit row 16 in which the server rack 13 and the evaporator 15 are arranged is formed, and a plurality of the unit rows 16 are arranged in parallel at a predetermined interval.
  • the arrangement position of the evaporator 15 is not limited between the server racks 13, and some of the evaporators 15 of the plurality of evaporators 15 are arranged at the left and right ends of the unit row 16. May be.
  • the servers 14 stacked and housed in each server rack 13 include an air suction port 14A and an exhaust port 14B, and also includes a fan 14C.
  • the fan 14C By driving the fan 14C, the server room 12 is connected to the server room 12 through the suction port 14A. The cold air inside is sucked, and the hot air accompanied by the exhaust heat of the server 14 is exhausted from the exhaust port 14B.
  • the hot air intake port 15A of the evaporator 15 and the exhaust port 14B of the server 14 in the same unit row 16 face the same space side to form a hot space 21, and the cold air outlet 15B of the evaporator 15 is formed.
  • the suction port 14A of the server 14 face the same space side to form a cold space 23.
  • the white arrow indicates the air flow direction of the evaporator 15
  • the black arrow indicates the air flow direction of the server 14.
  • the evaporator 15 is connected to the condenser 22 via a liquid pipe 24 that is a refrigerant liquid flow path and a gas pipe 26 that is a refrigerant gas flow path.
  • a circulation path through which the refrigerant circulates is formed between the evaporator 15 and the condenser 22.
  • the cooling tower 22 will be described as the condenser 22, but a refrigerator and a heat exchanger may be combined.
  • the evaporator 15 is a device that draws in hot air discharged from the server 14 to the server room 12, cools it in the evaporator, and blows it out to the server room 12. With this, the temperature environment of the server room 12 is changed to the server 14. Adjust to a temperature suitable for the specified temperature.
  • an air inlet 15A is formed on one side of the opposing side surfaces of the casing 17 of the evaporator 15, and an air outlet 15B provided with a fan 15C is formed on the other side.
  • a plurality (three in this embodiment) of these inlets 15 ⁇ / b> A and outlets 15 ⁇ / b> B are formed in the height direction of the casing 17.
  • a cooling coil 18 is provided in the casing 17.
  • One end of the cooling coil 18 is connected to the branch liquid pipes 24X and 24Y branched from the liquid pipe 24 to each floor, and the other end is connected to the branch gas pipes 26X and 26Y branched from the gas pipe 26 to each floor. .
  • the upper end of the gas pipe 26 is connected to the inlet of the heat exchange coil 28 in the cooling tower 22, and the upper end of the liquid pipe 24 is connected to the outlet of the heat exchange coil 28 in the cooling tower 22. Is done.
  • an outlet temperature detecting means 25 for detecting the outlet temperature blown from the outlet 15B is provided, and the outlet 15B is blown out from each outlet 15B.
  • the blowing temperature is sequentially input to the controller 27.
  • a flow rate adjusting valve 20 that adjusts the flow rate of the refrigerant liquid is provided at the inlet of the evaporator 15 of the liquid pipe 24 that supplies the refrigerant liquid to the cooling coil 18. Then, the controller 27 performs PID control on the opening degree of the flow rate adjustment valve 20 based on the blowing temperature, for example, at a cycle of 1 second.
  • the controller 27 uses the average blowing temperature of the blowing temperature blown out from each blowing outlet 15B as the blowing temperature for control.
  • the period which controls the opening degree of the flow regulating valve 20 is not limited to the 1 second period, and the control method is not limited to PID control.
  • the cooling tower 22 is a device that cools and condenses the refrigerant gas evaporated in the evaporator 15, and is installed at a position higher than the evaporator 15, for example, on the building rooftop of the server room 12.
  • the cooling tower 22 has a cooling tower body (casing) 30 arranged in a horizontal shape, an intake port 30A for taking in outside air is formed on one end side of the cooling tower body 30, and outside air is placed on the other end side.
  • the exhaust port 30B is formed.
  • a heat exchange coil 28 is provided in the cooling tower body 30, and the inlet of the heat exchange coil 28 is connected to the gas pipe 26 through which the refrigerant gas returning from the evaporator 15 flows as described above, and the outlet of the heat exchange coil 28. Is connected to a liquid pipe 24 through which the refrigerant liquid supplied to the evaporator 15 flows.
  • a water sprinkler 34 is provided on the intake port 30A side of the heat exchange coil 28, and a blower fan 36 is further provided on the intake port 30A side of the sprinkler 34. Then, the intake outside air taken in from the intake port 30 ⁇ / b> A of the cooling tower body 30 by the blower fan 36 is blown to the heat exchange coil 28, and water is sprinkled from the sprinkler 34 to the heat exchange coil 28. Thereby, the refrigerant gas flowing through the heat exchange coil 28 is cooled and condensed by the outside air or water spray, and is liquefied into a refrigerant liquid.
  • the intake outside air taken into the cooling tower main body 30 takes heat from the refrigerant gas flowing through the heat exchange coil 28, rises in temperature, and is discharged as exhaust outside air from the outlet 30B.
  • cooling tower 22 is provided with a cooling tower control device 42 for keeping the temperature of the refrigerant liquid at the outlet of the heat exchange coil 28 constant at a predetermined value.
  • the cooling tower control device 42 sends the air sent from the blower fan 36 to the heat exchange coil 28 by changing the rotation speed of the refrigerant liquid temperature sensor 44 that measures the temperature of the refrigerant liquid at the outlet of the heat exchange coil 28 and the blower fan 36.
  • the air flow rate adjusting means 36A for adjusting the air volume and the controller 46 for controlling the air flow rate adjusting means 36A based on the temperature measured by the refrigerant liquid temperature sensor 44 are configured.
  • the temperature of the refrigerant liquid at the outlet of the heat exchange coil 28 is maintained at a predetermined value only by the cooling tower 22.
  • a heat exchanger (not shown) is parallel to the cooling tower 22. And the primary cold water to the heat exchanger may be cooled by a refrigerator (not shown).
  • the liquid refrigerant is vaporized by heat exchange between the hot air discharged from the server 14 and the liquid refrigerant flowing through the cooling coil 18.
  • the vaporized refrigerant gas rises in the gas pipe 26 and is naturally conveyed to the cooling tower 22, and is liquefied in the cooling tower 22.
  • the liquefied liquid refrigerant flows down the liquid pipe 24 and is naturally conveyed again to the evaporator 15. The Thereby, natural circulation of a refrigerant is performed.
  • the controller 27 adjusts the opening degree of the flow rate adjusting valve 20 provided in the liquid pipe 24 at the inlet of the evaporator 15 based on the blowing temperature detected by the blowing temperature detecting means 25 to thereby adjust the evaporator.
  • the flow rate of the refrigerant supplied to the 15 cooling coils 18 is adjusted.
  • high-temperature (for example, 40 ° C.) hot air discharged from the server 14 to the thermal space 21 is sucked into the evaporator 15 and is below the upper limit of the specification temperature range (for example, 10 ° C. to 30 ° C.) of the server 14 (for example 25 And then blown out into the cold space 23.
  • chlorofluorocarbon or HFC hydrofluorocarbon
  • HFC hydrofluorocarbon
  • one of the evaporators 15 has an abnormality in cooling capacity (cooling capacity decrease). Then, the hot air in the hot space 21 sucked into the evaporator 15 is blown out to the cold space 23 without being sufficiently cooled. Thereby, the heat of the hot space 21 is recirculated to the cold space 23. As a result, the temperature of the cold space 23 rises and the temperature environment deteriorates. Therefore, the server 14 sucks warm air from the suction port 14A, causing the server 14 to malfunction.
  • deviation information detection means 50 that sequentially detects deviation information between the maximum cooling capacity and the current cooling capacity during operation for each of the plurality of evaporators 15, and a plurality of evaporations Regarding the evaporator 15 whose deviation information has exceeded a preset abnormal setting value in the evaporator 15, the function of the abnormal-time operation device constituted by the fan control means 52 that reduces or stops the rotation speed of the fan 15C is described above. It was added to the function of the controller 27. Then, the fan control means 52 reduces the rotation speed of the fan 15C in correspondence with the cooling capacity reduction rate of the evaporator 15 detected abnormally by the deviation information detection means 50, and when the cooling capacity reduction rate exceeds a threshold value. The fan 15C was stopped.
  • the rotational speed of the fan 15C is reduced according to the cooling capacity reduction rate of the evaporator 15, hot air corresponding to the current cooling capacity can be sucked into the evaporator 15 and cooled.
  • the evaporator 15 can blow cold air into the cold space 23 at the same blowing temperature as before the abnormality occurs.
  • the cooling capacity fall rate falls too much and exceeds a threshold value, the fan of the evaporator 15 is stopped.
  • a threshold value what is necessary is just to set suitably according to the relationship with the remaining capacity of the cooling capacity of the evaporator 15 of other normally operated.
  • the threshold value can be set at a stage where the cooling capacity decrease rate of the evaporator 15 detected abnormally is small.
  • the threshold is set at a stage where the cooling capacity decrease rate is large.
  • the deviation information detection unit 50 includes the blowout temperature detection unit 25 and a valve opening degree detection unit 54 that detects the opening degree of the flow rate adjustment valve 20.
  • the fan control means 52 reduces or stops the rotational speed of the fan 15C when the blowout temperature is equal to or higher than the upper limit of the specification temperature range of the server 14 and the opening degree of the flow rate adjustment valve 20 is in the vicinity of full open.
  • the valve opening degree detection means 54 for example, an encoder can be employed.
  • the valve rotation speed of the flow rate adjusting valve 20 can be detected by an encoder, and can be obtained from the relationship between the valve rotation speed and the valve opening.
  • a valve opening of 70% or more can be set near the fully open position.
  • the valve opening is more preferably 80% or more in the vicinity of full opening.
  • the fan 15C of the evaporator 15 is used when the blowing temperature exceeds 30 ° C. and the valve opening is 70% or more. Reduce or stop the rotation speed.
  • the blowing temperature detecting means 25 but also the valve opening degree detecting means 54 as the deviation information detecting means 50, the normal operation of the evaporator 15 is mistaken as an abnormal operation, and the rotational speed of the fan 15C is set. It does not drop or stop. Thereby, the cooling capacity fall of the evaporator 15 can be detected accurately, and it can control to the rotation speed of the fan 15C according to the cooling capacity.
  • the cooling system 10 in which the refrigerant naturally circulates controls the flow rate of the refrigerant flowing in the cooling coil 18 by adjusting the opening degree of the flow rate adjusting valve 20 based on the blowing temperature from the evaporator 15.
  • the blowing temperature blown out from the evaporator 15 is adjusted to 25 ° C., for example. Therefore, there is a response delay (time lag) from the adjustment of the valve opening to the change of the blowing temperature. For example, even if the cooling capacity of the evaporator 15 is normal, when the temperature of the hot air discharged from the server 14 temporarily rises and the cooling load of the evaporator 15 increases, the evaporator 15 is delayed due to the response delay.
  • the blowout temperature of the gas rises temporarily and exceeds the upper limit of the specification temperature range. In such a case, if the rotational speed of the fan 15C is reduced or stopped only by the blowing temperature, the normal operation is mistaken as an abnormal operation and the fan rotational speed is controlled.
  • the deviation information detection means 50 detects the temperature of the refrigerant supplied to the cooling coil 18 in addition to the blowing temperature detection means 25 and the valve opening degree detection means 54 of the first aspect. It further comprises means 56.
  • the fan control means 52 is a design temperature at which the refrigerant temperature exhibits the maximum cooling capacity when the blowing temperature is not less than the upper limit of the specification temperature range of the server 14 and the opening degree of the flow rate adjusting valve 20 is in the vicinity of full open. The rotation speed of the fan 15C is reduced or stopped in the following cases.
  • the refrigerant liquid temperature sensor 44 for detecting the temperature of the refrigerant liquid is also provided at the outlet of the heat exchange coil 28 of the cooling tower 22, but the refrigerant temperature is set in the liquid pipe 24 from the cooling tower 22 to the evaporator 15. Therefore, the refrigerant temperature detecting means 56 is preferably provided at the inlet of the evaporator 15.
  • the refrigerant temperature detecting means 56 is provided in addition to the blowing temperature detecting means 25 and the valve opening degree detecting means 54, the deterioration of the cooling capacity of the evaporator 15 can be monitored with higher accuracy. Can do. That is, even if the outlet temperature of the evaporator 15 is equal to or higher than the upper limit of the specified temperature range and the valve opening degree of the flow rate adjusting valve 20 is close to full open, the refrigerant temperature is equal to or lower than the design temperature for exhibiting the maximum cooling capacity. If this is the case, the cooling tower 22 is operating normally, and a decrease in cooling capacity is considered to be a temporary fluctuation due to disturbance or the like. Therefore, although the evaporator 15 does not reach the maximum cooling capacity, reducing or stopping the rotational speed of the fan 15C according to disturbance or the like causes erroneous control.
  • the refrigerant temperature of the refrigerant supplied to the evaporator 15 is an indicator of whether the natural circulation type cooling system 10 is functioning normally.
  • the refrigerant temperature detection means 56 the natural circulation type cooling system is provided. It is possible to monitor the presence / absence of abnormality of the entire 10.
  • refrigerant temperature detection means 56 can be replaced with a refrigerant pressure detection means (not shown).
  • the refrigerant pressure detection means may be installed anywhere as long as it is between the outlet of the flow rate adjustment valve 20 and the outlet of the evaporator 15.
  • the deviation information detection means 50 includes the intake air temperature of the hot air that is taken into the intake port 15 ⁇ / b> A of the evaporator 15 in addition to the outlet temperature detection means 25 and the valve opening degree detection means 54 of the first aspect. And an intake air temperature detecting means 58 for detecting.
  • the fan control means 52 is a temperature difference between the intake air temperature and the blowout temperature of the evaporator 15 when the blowout temperature is equal to or higher than the upper limit of the specification temperature range of the server 14 and the opening degree of the flow rate adjusting valve 20 is in the vicinity of full open. Is equal to or greater than the design temperature difference for exhibiting the maximum cooling capacity, the rotational speed of the fan 15C is reduced or stopped.
  • the design temperature difference is 15 ° C. Accordingly, when the blowout temperature is equal to or higher than the upper limit of the specification temperature range of the server 14 and the opening degree of the flow rate adjustment valve 20 is in the vicinity of full open, and the design temperature difference between the intake air temperature and the blowout temperature becomes 15 ° C. or higher, the fan 15C. Reduce or stop the rotation speed.
  • the evaporator 15 having an abnormality in the cooling capacity is surely grasped, and the hot air discharged from the server 14 is recirculated to the cold space. Therefore, it is possible to reduce the cooling load of the evaporator 15 in other normal operation, and to prevent the temperature environment of the entire server room 12 from deteriorating.
  • the server 14 is described as an example of an electronic device.
  • cooling of an electronic device that requires precise temperature control and generates a large amount of heat from itself, such as a semiconductor manufacturing device. It can be applied to the whole system.

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Abstract

機器ルーム内に設けられた複数の電子機器から排出される温熱空気をファンにより吸気して冷却コイルを流れる冷媒との熱交換により冷却してから前記機器ルーム内に冷熱空気を吹き出す複数の蒸発器と、前記複数の蒸発器よりも上方に設けられて前記蒸発器との間で自然循環される冷媒を冷却する凝縮器とを有し、前記冷却コイル内を流れる冷媒流量を調整する流量調整バルブの開度を調整することで前記蒸発器から吹き出す吹出温度の調整を行う冷却システムにおいて、前記複数の蒸発器ごとに該蒸発器の最大冷却能力と運転中における現状冷却能力との偏差情報を逐次検出する偏差情報検出手段と、前記複数の蒸発器のうち前記偏差情報が予め設定した異常設定値を超えた蒸発器について、前記ファンの回転数を低下又は停止するファン制御手段と、を備えたことを特徴とする冷却システムの異常時運転装置。

Description

冷却システムの異常時運転装置
　本発明は冷却システムの異常時運転装置に係り、特に、サーバルーム等の機器ルーム内に配設されたコンピュータやサーバ等の電子機器を局所的に冷却するための蒸発器と凝縮器とに冷媒を自然循環させる冷却システムの異常時運転装置に関する。
　近年、情報処理技術の向上やインタネット環境の発達に伴って、必要とされる情報処理量が増大している。各種の情報を大量に処理するためのデータ処理センターがビジネスとして脚光をあびている。このデータ処理センター、例えばサーバルームには、電子機器例えばサーバが集約された状態で多数設置され、昼夜にわたって連続的に稼働されている。
　サーバは精密動作が要求されるため、サーバが配置されるサーバルームは、サーバの使用規格温度である温度環境に維持される必要がある。従来、空調機でサーバルーム内全体を冷却することによりサーバから放出される熱を冷却し、これによりサーバに好適な温度環境を維持していた。
　しかし、昨今のサーバは処理速度や処理能力が急速に向上しており、サーバからの発熱量はますます増加しており、空調機のみでサーバルーム全体を冷却する方式ではサーバを十分に冷却できなくなってきている。
　このような背景から、蒸発器と凝縮器との間で冷媒を循環させることにより、サーバを蒸発器で局所的に冷却する冷却システムが採用されるようになっている。即ち、前面に空気の吸引口、背面に空気の排出口を有するサーバは、サーバルーム内のサーバラックに段積み収納され、複数のサーバラック同士の間に蒸発器が複数配設される。そして、温熱空気を吸気する蒸発器の吸気口とサーバの排出口とが同じ空間側に面して温熱空間を形成し、冷熱空気を吹き出す蒸発器の吹出口とサーバの吸引口とが同じ空間側に面して冷熱空間を形成している。
　サーバラックと蒸発器とが上記の如く配列された局所冷却の冷却システムでは、複数のラックから温熱空間に排出されるサーバの温熱空気は、複数の蒸発器の吸気口から吸気されて冷却された後、蒸発器の吹出口から冷熱空気として冷熱空間に吹き出される。
　ところが、上述の冷却システムにおいて、複数の蒸発器のうち例えば１台の蒸発器の冷却能力が低下すると、蒸発器に吸気された温熱空間の温熱空気が十分に冷却されないまま冷熱空間に吹き出される。これにより、温熱空間の熱が冷却空間に再循環されることになる。この結果、冷熱空間の温度が上昇して空調環境が悪化するので、サーバは温かい空気を吸引口から吸い込むことになり、サーバが誤作動する原因になる。
　特許文献１は、温熱空間の温熱がサーバルーム内を流れて冷熱空間に再循環するのを防止するため、ラックの高さ方向に伸縮可能である仕切板を設置することを提案している。
特開２０１０―２５４５１号公報
　特許文献１のようにラックの高さ方向に仕切板を設けることにより、温熱空間の温熱がサーバルームを流れて冷熱空間に再循環するのを防止することはできる。
　しかしながら、蒸発器の冷却能力が低下する異常運転時において冷却不足の温かい空気が蒸発器から吹き出されることに起因する温熱空気の再循環を防止することはできない。これにより、他の正常な蒸発器の冷却負荷が増大し、時間の経過と共に機器ルーム全体の温度環境が悪化してしまう。
　本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、複数の蒸発器のうち冷却能力に異常が発生した蒸発器を確実に把握し、電子機器から排出された温熱空気が機器ルーム内で再循環することを抑止できるので、他の正常運転の蒸発器の冷却負荷を軽減でき、機器ルーム全体の空調環境が悪化してしまうのを防止できる冷却システムの異常時運転装置を提供することを目的とする。
　本発明の冷却システムの異常時運転装置は前記目的を達成するために、機器ルーム内に設けられた複数の電子機器から排出される温熱空気をファンにより吸気して冷却コイルを流れる冷媒との熱交換により冷却してから前記機器ルーム内に冷熱空気を吹き出す複数の蒸発器と、前記複数の蒸発器よりも上方に設けられて前記蒸発器との間で自然循環される冷媒を冷却する凝縮器とを有し、前記冷却コイル内を流れる冷媒流量を調整する流量調整バルブの開度を調整することで前記蒸発器から吹き出す吹出温度の調整を行う冷却システムにおいて、前記複数の蒸発器ごとに該蒸発器の最大冷却能力と運転中における現状冷却能力との偏差情報を逐次検出する偏差情報検出手段と、前記複数の蒸発器のうち前記偏差情報が予め設定した異常設定値を超えた蒸発器について、前記ファンの回転数を低下又は停止するファン制御手段と、を備えたことを特徴とする。
　本発明によれば、複数の蒸発器ごとに該蒸発器の最大冷却能力と運転中における現状冷却能力との偏差情報を逐次検出し、偏差情報が予め設定した異常設定値を超えた蒸発器については蒸発器のファン回転数を低下又は停止するようにした。
　これにより、複数の蒸発器のうち例えば１台の蒸発器の冷却能力に異常が検出されると、異常が検出された蒸発器のファン回転数を低下又は停止する。したがって、電子機器から機器ルームに排出された温熱空気が異常検出の蒸発器に吸気されても、十分に冷却されないまま蒸発器から機器ルームに吹き出されてしまうことがない。この結果、電子機器から排出された温熱空気が機器ルーム内で再循環することを防止できるので、１台の蒸発器の異常が他の正常運転の蒸発器の冷却負荷に影響を及ぼすことがなく、機器ルーム全体の温度環境が悪化してしまうことがない。
　本発明においては、前記ファン制御手段は、前記偏差情報による前記蒸発器の冷却能力低下率に対応させて前記ファンの回転数を低下させると共に、前記冷却能力低下率が閾値を超えたときに前記ファンを停止することが好ましい。
　このように、蒸発器の冷却能力低下率に応じてファン回転数を低下すれば、現状の冷却能力に見合った分だけの温熱空気を蒸発器に吸気して冷却することができる。これにより、蒸発器に異常が発生した場合であっても、蒸発器は異常を発生する前と同じ吹出温度で機器ルームに冷熱空気を吹き出すことができる。そして、冷却能力低下率が下がりすぎて閾値を超えたときに蒸発器のファンを停止する。これにより、電子機器から排出された温熱空気が機器ルーム内で再循環することを抑止できる。この場合、閾値とは、他の正常に運転されている蒸発器との冷却能力の余力分との関係で設定すればよい。
　本発明においては、前記偏差情報検出手段は、前記吹出温度を検出する吹出温度検出手段と前記流量調整バルブの開度を検出するバルブ開度検出手段とを有し、前記ファン制御手段は、前記吹出温度が前記電子機器の仕様温度範囲の上限以上で且つ前記流量調整バルブの開度が全開近傍の場合に前記ファン回転数を低下又は停止することが好ましい。
　ここで、流量調整バルブの開度が全開近傍とは、蒸発器の最大冷却能力をだすために必要なバルブ開度であって例えば７０％以上のバルブ開度のときを全開近傍と設定することが、８０％以上のバルブ開度であることがより好ましい。
　このように、蒸発器からの吹出温度が電子機器の仕様温度範囲の上限以上で且つ流量調整バルブの開度が全開近傍の場合にファン回転数を低下又は停止するようにしたので、蒸発器の正常運転を異常運転と誤認してファン回転数を低下又は停止することがない。これにより、蒸発器の冷却能力低下を精度良く把握して冷却能力に応じたファン回転数に制御することができる。
　即ち、本発明の冷却システムは、蒸発器の冷却コイル内を流れる冷媒流量を調整する流量調整バルブの開度を調整することで蒸発器から吹き出す吹出温度の調整を行う構成であり、バルブ開度調整から吹出温度が変化するまでの応答遅れ（タイムラグ）がある。例えば、蒸発器の冷却能力が正常であっても、外乱（例えば電子機器から排出される温熱空気温度が一時的に上昇する場合）等により蒸発器の冷却負荷が上昇すると、蒸発器の吹出温度が上記応答遅れにより仕様温度範囲の上限を超える場合がある。したがって、蒸発器が最大冷却能力に達していない状態で、吹出温度の異常のみでファン回転数を制御すると、正常運転を異常運転と誤認してファン回転数を制御することになり、蒸発器の冷却能力低下を精度良く把握できない。
　本発明においては、前記偏差情報検出手段は、前記冷却コイルに供給される冷媒の温度を検出する冷媒温度検出手段を更に有し、前記ファン制御手段は、前記吹出温度が前記電子機器の仕様温度範囲の上限以上で且つ前記流量調整バルブの開度が全開近傍で且つ前記冷媒温度が最大冷却能力を発揮するための設計温度以下の場合に前記ファン回転数を低下又は停止することが好ましい。
　このように、吹出温度検出手段とバルブ開度検出手段に加えて冷媒温度検出手段を設けたので、蒸発器の冷却能力の低下を一層精度良く監視することができる。即ち、吹出温度が仕様温度範囲の上限以上で且つバルブ開度が全開近傍であっても、冷媒温度が設計温度以下になっていれば凝縮器は最大冷却能力を発揮するために正常に作動していることになる。したがって、蒸発器の冷却能力の低下は外乱等による一時的な変動と考えられるので、蒸発器が最大冷却能力に達していない状態で、外乱等に応じてファン回転数を低下又は停止することは却って誤制御の原因になる。
　また、冷媒温度は、自然循環方式の冷却システムが正常に機能しているかの指標であり、冷媒温度検出手段を設けることにより、自然循環方式の冷却システム自体を監視することができる。
　本発明においては、前記偏差情報検出手段は、前記冷却コイルに供給される冷媒の圧力を検出する冷媒圧力検出手段を更に有し、前記ファン制御手段は、前記吹出温度が前記電子機器の仕様温度範囲の上限以上で且つ前記流量調整バルブの開度が全開近傍で且つ前記冷媒圧力が最大冷却能力を発揮するための設計圧力以上の場合に前記ファン回転数を低下又は停止することが好ましい。
　これは冷媒温度検出手段の代わりに、冷媒圧力検出手段を設けたものであり、その作用効果は同様である。
　本発明においては、前記偏差情報検出手段は、前記蒸発器に吸引される温熱空気の吸引温度を検出する吸引温度検出手段を更に有し、前記ファン制御手段は、前記吹出温度が前記電子機器の仕様温度範囲の上限以上で且つ前記流量調整バルブの開度が全開近傍で且つ前記吸引温度と前記吹出温度との温度差が最大冷却能力を発揮するための設計温度差以上である場合に前記ファン回転数を低下又は停止することが好ましい。
　このように、吹出温度検出手段とバルブ開度検出手段に加えて吸引温度検出手段を設けたので、蒸発器の冷却能力の低下を一層精度良く監視することができる。即ち、吸引温度と吹出温度との温度差を監視することにより蒸発器の冷却能力がどの程度でているかを監視することができる。
　したがって、吹出温度が仕様温度範囲の上限以上で且つバルブ開度が全開近傍であっても、吸引温度と吹出温度との温度差が最大冷却能力を発揮するための設計温度差以下であれば冷却能力は十分に足りており、冷却能力の低下は外乱による一時的な変動と考えられる。したがって、蒸発器が最大冷却能力に達していない状態で、ファン回転数を低下又は停止することは却って誤制御の原因になる。
　本発明においては、前記電子機器は、前面に吸引口が形成されると共に背面に排出口が形成されたラックに段積み収納され、複数のラック同士の間に前記蒸発器が配設されており、前記蒸発器の前記吸気口と前記ラックの排出口とが同じ空間側に面して温熱空間を形成し、前記蒸発器の吹出口と前記ラックの吸引口とが同じ空間側に面して冷熱空間を形成することが好ましい。
　このようなラックと蒸発器との配列の場合には、複数の蒸発器のうちの例えば１台の蒸発器の冷却能力が低下すると、温熱空間の空気が冷却空間に再循環されることになるため、本発明の異常時運転装置が特に有効だからである。
　以上説明したように本発明の冷却ユニットの異常時運転装置によれば、複数の蒸発器のうち冷却能力に異常が発生した蒸発器を確実に把握し、電子機器から排出された温熱空気が機器ルーム内で再循環することを抑止できるので、他の正常運転の蒸発器の冷却負荷を軽減でき、機器ルーム全体の温度環境が悪化してしまうのを防止できる。
本発明の冷却システムの全体構成を説明する概念図 サーバを段積み収納するサーバラックの配置及び蒸発器の配置を説明する斜視図 図２の平面図 蒸発器の構造及び異常時運転装置の第１態様を説明する説明図 異常時運転装置の第２態様を説明する説明図 異常時運転装置の第３態様を説明する説明図
　以下、添付図面に従って本発明に係る冷却システムの異常時運転装置の好ましい実施の形態について詳説する。
　本実施の形態では、電子機器としてサーバルームに配置されたサーバの例で説明する。
　図１は、冷媒が自然循環する自然循環方式の冷却システム１０の全体構成を示す概念図である。
　同図に示す冷却システム１０は、上下２階のサーバルーム１２に設けられたサーバ１４から排出される熱風を局所的に冷却するシステムとして以下記載するように構成される。なお、以下の説明で符号に付すＸは下層階のサーバルーム１２Ｘに関する冷却システムに係わる部材であり、Ｙは上層階のサーバルーム１２Ｙに関する冷却システムに係わる部材である。
　先ず、サーバ１４が段積み収納されるラック１３と蒸発器１５との配列について説明する。
　図１、図２及び図３（特に図２及び図３を参照）に示すように、各サーバルーム１２（１２Ｘ、１２Ｙ）の床面１１上には、サーバ１４を段積収納（例えば３段）した複数のサーバラック１３が横一列に設けられると共に、サーバラック１３同士の間には、複数の蒸発器１５が配置される。これにより、サーバラック１３と蒸発器１５とが配列されたユニット列１６が形成され、このユニット列１６が所定間隔を置いて平行に複数配置される。なお、蒸発器１５の配置位置は、サーバラック１３同士の間に限定されるものではなく、複数の蒸発器１５のうちの一部の蒸発器１５についてはユニット列１６の左右端部に配置してもよい。
　また、図２及び図３では、２列のユニット列１６で示しているが、実際のサーバルーム１２には多数のユニット列１６が設けられる。また、サーバラック１３の数と蒸発器１５との数は任意に設定できる。
　各サーバラック１３に段積み収納されたサーバ１４は、エアの吸引口１４Ａ及び排出口１４Ｂを備えると共に、内部にファン１４Ｃを備え、このファン１４Ｃを駆動することによって、吸引口１４Ａからサーバルーム１２内の冷熱空気が吸引され、排出口１４Ｂからサーバ１４の排熱を伴った温熱空気が排気される。
　そして、同じユニット列１６の蒸発器１５の温熱空気の吸気口１５Ａとサーバ１４の排出口１４Ｂとが同じ空間側に面して温熱空間２１を形成し、蒸発器１５の冷熱空気の吹出口１５Ｂとサーバ１４の吸引口１４Ａとが同じ空間側に面して冷熱空間２３を形成する。なお、図３において、白い矢印は蒸発器１５の空気の流れ方向を示し、黒い矢印はサーバ１４の空気の流れ方向を示す。
　次に、冷却システムの主たる構成である蒸発器１５と凝縮器２２とについて説明する。
　図１に示すように、蒸発器１５は、冷媒液体の流路である液配管２４と、冷媒ガスの流路であるガス配管２６とを介して凝縮器２２に接続される。これにより、蒸発器１５と凝縮器２２との間に冷媒が循環する循環経路が形成される。なお、本実施の形態では、凝縮器２２として冷却塔２２の例で説明するが、冷凍機と熱交換器とを組み合わせてもよい。
　蒸発器１５は、サーバ１４からサーバルーム１２に排出された温熱空気を吸気し、蒸発器内で冷却してからサーバルーム１２に吹き出す装置であり、これにより、サーバルーム１２の温度環境をサーバ１４の仕様温度に適した温度に調整する。
　図４に示すように、蒸発器１５のケーシング１７の対向する側面のうち、一方側面には吸気口１５Ａが形成されると共に、他方側面にはファン１５Ｃを備えた吹出口１５Ｂが形成される。これら吸気口１５Ａと吹出口１５Ｂとは、ケーシング１７の高さ方向に複数（本実施の形態では３個）形成される。
　また、図４に示すように、ケーシング１７内に冷却コイル１８が設けられる。冷却コイル１８の一方端は上記した液配管２４から各階に分岐した分岐液配管２４Ｘ，２４Ｙに接続され、他方端は上記したガス配管２６から各階に分岐した分岐ガス配管２６Ｘ，２６Ｙに接続される。
　そして、ガス配管２６の上端は、図１に示すように、冷却塔２２内の熱交換コイル２８の入口に接続され、液配管２４の上端は冷却塔２２内の熱交換コイル２８の出口に接続される。
　また、図４に示すように、蒸発器１５の各吹出口１５Ｂの近傍には、吹出口１５Ｂから吹き出される吹出温度を検出する吹出温度検出手段２５が設けられ、各吹出口１５Ｂから吹き出される吹出温度がコントローラ２７に逐次入力される。また、冷却コイル１８に冷媒液体を供給する液配管２４の蒸発器１５入口には、冷媒液体の流量を調整する流量調整バルブ２０が設けられる。そして、コントローラ２７は、吹出温度に基づいて流量調整バルブ２０の開度を例えば１秒周期でＰＩＤ制御する。この場合、コントローラ２７は、各吹出口１５Ｂから吹き出される吹出温度の平均吹出温度を制御のための吹出温度として使用する。なお、流量調整バルブ２０の開度を制御する周期は１秒周期に限定するものではなく、制御方式もＰＩＤ制御に限定されない。
　一方、冷却塔２２は、蒸発器１５で気化した冷媒ガスを冷却して凝縮させる装置であり、蒸発器１５よりも高い位置、例えばサーバルーム１２の建屋屋上等に設置される。
　図１に示すように、冷却塔２２は、冷却塔本体（ケーシング）３０が横型に配設され、冷却塔本体３０の一端側に外気を取り込む取込口３０Ａが形成され、他端側に外気の排気口３０Ｂが形成される。冷却塔本体３０内には熱交換コイル２８が設けられ、この熱交換コイル２８の入口が、上記したように蒸発器１５から戻る冷媒ガスが流れるガス配管２６に接続し、熱交換コイル２８の出口が蒸発器１５に供給する冷媒液体が流れる液配管２４に接続する。
　また、熱交換コイル２８の取込口３０Ａ側には散水機３４が設けられると共に、散水機３４のさらに取込口３０Ａ側には送風ファン３６が設けられる。そして、送風ファン３６によって冷却塔本体３０の取込口３０Ａから取り込まれた取込み外気を熱交換コイル２８に送風すると共に、散水機３４から熱交換コイル２８に散水する。これにより、熱交換コイル２８を流れる冷媒ガスが外気や散水により冷却されて凝縮し、冷媒液体に液化される。一方、冷却塔本体３０内に取り込まれた取込み外気は、熱交換コイル２８を流れる冷媒ガスから熱を奪って温度が上昇し、排出口３０Ｂから排気外気として排出される。
　また、冷却塔２２には、熱交換コイル２８出口の冷媒液体の温度を所定値に一定に維持するための冷却塔制御装置４２が設けられる。
　冷却塔制御装置４２は、熱交換コイル２８出口における冷媒液体の温度を測定する冷媒液体温度センサ４４と、送風ファン３６の回転数を変えることにより、送風ファン３６から熱交換コイル２８に送風する送風量を調整する送風量調整手段３６Ａと、冷媒液体温度センサ４４の測定温度に基づいて送風量調整手段３６Ａを制御するコントローラ４６とで構成される。なお、本実施の形態では、冷却塔２２のみで熱交換コイル２８出口における冷媒液体の温度を所定値に維持するようにした。しかし、夏場等のように外気温度が高くなり、冷却塔２２のみでは熱交換コイル２８出口における冷媒液体の温度を所定温度に維持できない場合には、冷却塔２２と並列に熱交換器（図示せず）を設け、熱交換器への一次冷水を冷凍機（図示せず）で冷却するようにしてもよい。
　上記の如く冷却システム１０を構成することにより、蒸発器１５では、サーバ１４から排出される温熱空気と冷却コイル１８を流れる液体冷媒との熱交換により液体冷媒が気化する。気化した冷媒ガスはガス配管２６を上昇して冷却塔２２に自然搬送され、冷却塔２２で液化された後、液化された液体冷媒は液配管２４を流下して再び蒸発器１５に自然搬送される。これにより、冷媒の自然循環が行われる。
　この冷媒の自然循環において、コントローラ２７は、吹出温度検出手段２５で検出される吹出温度に基づいて蒸発器１５入口の液配管２４に設けられた流量調整バルブ２０の開度を調整して蒸発器１５の冷却コイル１８に供給する冷媒流量を調整する。これにより、サーバ１４から温熱空間２１に排出された高温（例えば４０℃）の温熱空気を蒸発器１５に吸気し、サーバ１４の仕様温度範囲（例えば１０℃～３０℃）の上限以下（例えば２５℃以下）に冷却して冷熱空間２３に吹き出す。この結果、サーバルーム１２の温度環境をサーバ１４の作動環境に適切な温度に調整することができる。なお、自然循環する冷媒としては、フロン、あるいは代替フロンとしてのＨＦＣ（ハイドロフロロカーボン）等を公的に使用することができる。
　しかし、特にユニット列１６により温熱空間２１と冷熱空間２３を形成して局所冷却を行う場合、複数の蒸発器１５のうち例えば１台の蒸発器１５に冷却能力の異常（冷却能力低下）が発生すると、蒸発器１５に吸気された温熱空間２１の温熱空気が十分に冷却されないまま冷熱空間２３に吹き出される。これにより、温熱空間２１の温熱が冷熱空間２３に再循環されることになる。この結果、冷熱空間２３の温度が上昇して温度環境が悪化するので、サーバ１４は温かい空気を吸引口１４Ａから吸い込むことになり、サーバ１４が誤作動する原因になる。
　そこで、図４に示すように、本実施の形態では、複数の蒸発器１５ごとに最大冷却能力と運転中における現状冷却能力との偏差情報を逐次検出する偏差情報検出手段５０と、複数の蒸発器１５のうち偏差情報が予め設定した異常設定値を超えた蒸発器１５について、ファン１５Ｃの回転数を低下又は停止するファン制御手段５２と、で構成される異常時運転装置の機能を前述したコントローラ２７の機能に付加させるようにした。そして、ファン制御手段５２は、偏差情報検出手段５０によって異常検出された蒸発器１５の冷却能力低下率に対応させてファン１５Ｃの回転数を低下させると共に、冷却能力低下率が閾値を超えたときにファン１５Ｃを停止するようにした。
　これにより、複数の蒸発器１５のうち例えば１台の蒸発器１５の冷却能力に異常が検出されると、異常が検出された蒸発器１５のファン１５Ｃの回転数を低下又は停止するので、サーバ１４から異常検出の蒸発器１５に吸い込まれた温熱空気が、十分に冷却されないまま冷熱空間２３に吹き出されてしまうことがない。したがって、サーバ１４から排出された温熱空気が温熱空間２１から冷熱空間２３へ再循環することを抑止できるので、他の正常運転の蒸発器１５の冷却負荷を軽減し、サーバルーム１２全体の空調環境が悪化してしまうことがない。
　また、蒸発器１５の冷却能力低下率に応じてファン１５Ｃの回転数を低下すれば、現状の冷却能力に見合った分だけの温熱空気を蒸発器１５に吸気して冷却することができる。これにより、蒸発器１５に異常が発生した場合であっても、蒸発器１５は異常を発生する前と同じ吹出温度で冷熱空間２３に冷熱空気を吹き出すことができる。そして、冷却能力低下率が下がりすぎて閾値を超えたときに蒸発器１５のファンを停止する。閾値については、他の正常に運転されている蒸発器１５の冷却能力の余力分との関係で適宜設定すればよい。即ち、正常に運転している他の蒸発器１５の冷却能力の余力が大きい場合には、異常検出された蒸発器１５の冷却能力低下率が小さい段階に閾値を設定できる。他の蒸発器１５の冷却能力の余力が小さい場合には、異常検出の蒸発器１５を少しでも使用する必要があるので、冷却能力低下率が大きい段階に閾値を設定する。
　ちなみに、圧縮機を備え、冷媒を強制循環する方式の場合には、蒸発器１５のファン回転数を変えたときには、圧縮機も同時に調整しないと蒸発器１５に結露が生じる危険があり、蒸発器１５の異常検出に応じて圧縮機の調整を行うことは制御系が複雑になる。しかし、冷媒を自然循環する方式であれば、蒸発器１５のファン１５Ｃの回転数を変えても結露の心配がないので、ファン回転数制御のみのシンプルな異常時制御系を構築できる。
　次に、上記の如く構成される異常時運転装置の偏差情報検出手段５０とファン制御手段５２との好ましい具体的な態様として、３つの態様を説明する。
　（異常時運転装置の第１態様）
　図４に示すように、偏差情報検出手段５０は、上記した吹出温度検出手段２５と流量調整バルブ２０の開度を検出するバルブ開度検出手段５４とで構成される。そして、ファン制御手段５２は、吹出温度がサーバ１４の仕様温度範囲の上限以上で且つ流量調整バルブ２０の開度が全開近傍の場合にファン１５Ｃの回転数を低下又は停止するようにした。なお、バルブ開度検出手段５４としては、例えばエンコーダを採用することができる。即ち、エンコーダで流量調整バルブ２０のバルブ回転数を検出し、バルブ回転数とバルブ開度との関係から求めることができ、例えばバルブ開度が７０％以上を全開近傍と設定することができる。バルブ開度は８０％以上を全開近傍とすることがより好ましい。
　したがって、第１態様では、サーバ１４の仕様温度範囲が例えば１０℃～３０℃の場合、吹出温度が３０℃を超え、且つバルブ開度が７０％以上である場合に、蒸発器１５のファン１５Ｃの回転数を低下するか又は停止する。
　このように、偏差情報検出手段５０として、吹出温度検出手段２５のみでなく、バルブ開度検出手段５４を加えることにより、蒸発器１５の正常運転を異常運転と誤認してファン１５Ｃの回転数を低下又は停止することがない。これにより、蒸発器１５の冷却能力低下を精度良く検出して冷却能力に応じたファン１５Ｃの回転数に制御することができる。
　即ち、上記したように冷媒が自然循環する冷却システム１０は、蒸発器１５からの吹出温度に基づいて流量調整バルブ２０の開度を調整して冷却コイル１８内を流れる冷媒流量を制御し、これにより蒸発器１５から吹き出す吹出温度を例えば２５℃に調整する。したがって、バルブ開度を調整してから吹出温度が変化するまでの応答遅れ（タイムラグ）がある。例えば、蒸発器１５の冷却能力が正常であっても、サーバ１４から排出される温熱空気の温度が一時的に上昇して蒸発器１５の冷却負荷が上昇すると、上記の応答遅れによって蒸発器１５の吹出温度が一時的に上昇して仕様温度範囲の上限を超える場合がある。このような場合に吹出温度のみでファン１５Ｃの回転数を低下したり停止したりすると、正常運転を異常運転と誤認してファン回転数を制御することになる。
　（異常時運転装置の第２態様）
　図５に示すように、偏差情報検出手段５０は、第１態様の吹出温度検出手段２５とバルブ開度検出手段５４とに加えて冷却コイル１８に供給される冷媒の温度を検出する冷媒温度検出手段５６を更に有して構成される。そして、ファン制御手段５２は、吹出温度がサーバ１４の仕様温度範囲の上限以上で且つ流量調整バルブ２０の開度が全開近傍の場合で、且つ冷媒温度が最大冷却能力を発揮するための設計温度以下の場合にファン１５Ｃの回転数を低下又は停止するようにした。なお、上記したように冷却塔２２の熱交換コイル２８出口にも、冷媒液体の温度を検出する冷媒液体温度センサ４４を設けたが、冷却塔２２から蒸発器１５までの液配管２４で冷媒温度の変化が多少あるので、冷媒温度検出手段５６は蒸発器１５の入口に設けることが好ましい。
　異常時運転装置の第２態様では、吹出温度検出手段２５とバルブ開度検出手段５４に加えて冷媒温度検出手段５６を設けたので、蒸発器１５の冷却能力の低下を一層精度良く監視することができる。即ち、蒸発器１５の吹出温度が仕様温度範囲の上限以上で且つ流量調整バルブ２０のバルブ開度が全開近傍であっても、冷媒温度が最大冷却能力を発揮するための設計温度以下になっていれば、冷却塔２２は正常に作動しており冷却能力低下は外乱等による一時的な変動と考えられる。したがって、蒸発器１５が最大冷却能力に達していないにも係わらず、外乱等に応じてファン１５Ｃの回転数を低下又は停止することは却って誤制御の原因になる。
　また、蒸発器１５に供給される冷媒の冷媒温度は、自然循環方式の冷却システム１０が正常に機能しているかの指標であり、冷媒温度検出手段５６を設けることにより、自然循環方式の冷却システム１０全体の異常の有無を監視することができる。
　なお、冷媒温度検出手段５６を冷媒圧力検出手段（図示せず）に代替することもできる。冷媒圧力検出手段の設置場所は、流量調整バルブ２０出口から蒸発器１５出口の間であれば、どこに設置してもよい。
　（異常時運転装置の第３態様）
　図６に示すように、偏差情報検出手段５０は、第１態様の吹出温度検出手段２５とバルブ開度検出手段５４とに加えて蒸発器１５の吸気口１５Ａに吸気される温熱空気の吸気温度を検出する吸気温度検出手段５８を更に有して構成される。そして、ファン制御手段５２は、吹出温度がサーバ１４の仕様温度範囲の上限以上で且つ流量調整バルブ２０の開度が全開近傍の場合で、且つ蒸発器１５の吸気温度と吹出温度との温度差が最大冷却能力を発揮するための設計温度差以上である場合にファン１５Ｃの回転数を低下又は停止するようにした。
　例えば、蒸発器１５の正常運転において、蒸発器１５は４０℃の吸気温度を２５℃の吹出温度に冷却する冷却能力があるとした場合、設計温度差は１５℃となる。したがって、吹出温度がサーバ１４の仕様温度範囲の上限以上で且つ流量調整バルブ２０の開度が全開近傍の場合で、且つ吸気温度と吹出温度との設計温度差が１５℃以上になったらファン１５Ｃの回転数を低下又は停止する。
　即ち、蒸発器１５の吸気温度と吹出温度との温度差を監視することにより蒸発器の冷却能力がどの程度でてるかが分かる。したがって、吹出温度が仕様温度範囲の上限以上で且つバルブ開度が全開近傍であっても、吸気温度と吹出温度との温度差が最大冷却能力を発揮するための設計温度差以下であれば冷却能力は十分に足りており、冷却能力の低下は外乱による一時的な変動と考えられる。したがって、蒸発器１５が最大冷却能力に達していない状態でファン回転数を低下又は停止することは却って誤制御の原因になる。
　このように本発明の実施の形態によれば、複数の蒸発器１５のうち冷却能力に異常が発生した蒸発器１５を確実に把握し、サーバ１４から排出された温熱空気が冷熱空間に再循環することを抑止できるので、他の正常運転の蒸発器１５の冷却負荷を軽減でき、サーバルーム１２全体の温度環境が悪化してしまうのを防止できる。
　なお、本実施の形態では、電子機器の例としてサーバ１４で説明したが、例えば半導体製造機器等のように精密な温度制御が必要であって且つそれ自体からの発熱量が大きい電子機器の冷却システム全般に適用することができる。
　１０…冷却システム、１１…床面、１２…サーバルーム、１３…ラック、１４…サーバ、１４Ａ…吸引口、１４Ｂ…排出口、１４Ｃ…ファン、１５…蒸発器、１５Ａ…吸気口、１５Ｂ…吹出口、１５Ｃ…ファン、１６…ユニット列、１８…冷却コイル、２０…流量調整バルブ、２１…温熱空間、２２…冷却塔（凝縮器）、２３…冷熱空間、２４…液配管、２４Ｘ、２４Ｙ…分岐管、２５…吹出温度検出手段、２６…ガス配管、２６Ｘ、２６Ｙ…分岐管、２８…熱交換コイル、３０…冷却塔本体、３４…散水機、３６…送風ファン、３６Ａ…送風量調整手段、４２…制御機構、４４…冷媒液体温度センサ、４６…コントローラ、５０…偏差情報検出手段、５２…ファン制御手段、５４…バルブ開度検出手段、５６…冷媒温度検出手段、５８…吸気温度検出手段

Claims (7)

  1. 　機器ルーム内に設けられた複数の電子機器から排出される温熱空気をファンにより吸気して冷却コイルを流れる冷媒との熱交換により冷却してから前記機器ルーム内に冷熱空気を吹き出す複数の蒸発器と、前記複数の蒸発器よりも上方に設けられて前記蒸発器との間で自然循環される冷媒を冷却する凝縮器とを有し、前記冷却コイル内を流れる冷媒流量を調整する流量調整バルブの開度を調整することで前記蒸発器から吹き出す吹出温度の調整を行う冷却システムにおいて、
    　前記複数の蒸発器ごとに該蒸発器の最大冷却能力と運転中における現状冷却能力との偏差情報を逐次検出する偏差情報検出手段と、
    　前記複数の蒸発器のうち前記偏差情報が予め設定した異常設定値を超えた蒸発器について、前記ファンの回転数を低下又は停止するファン制御手段と、を備えたことを特徴とする冷却システムの異常時運転装置。
  2. 　前記ファン制御手段は、前記偏差情報による前記蒸発器の冷却能力低下率に対応させて前記ファンの回転数を低下させると共に、前記冷却能力低下率が閾値を超えたときに前記ファンを停止することを特徴とする請求項１に記載の冷却システムの異常時運転装置。
  3. 　前記偏差情報検出手段は、前記吹出温度を検出する吹出温度検出手段と前記流量調整バルブの開度を検出するバルブ開度検出手段とを有し、
    　前記ファン制御手段は、前記吹出温度が前記電子機器の仕様温度範囲の上限以上で且つ前記流量調整バルブの開度が全開近傍の場合に前記ファン回転数を低下又は停止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の異常時運転装置。
  4. 　前記偏差情報検出手段は、前記冷却コイルに供給される冷媒の温度を検出する冷媒温度検出手段を更に有し、
    　前記ファン制御手段は、前記吹出温度が前記電子機器の仕様温度範囲の上限以上で且つ前記流量調整バルブの開度が全開近傍で且つ前記冷媒温度が最大冷却能力を発揮するための設計温度以下の場合に前記ファン回転数を低下又は停止することを特徴とする請求項３に記載の冷却システムの異常時運転装置。
  5. 　前記偏差情報検出手段は、
    　前記冷却コイルに供給される冷媒の圧力を検出する冷媒圧力検出手段を更に有し、
    　前記ファン制御手段は、前記吹出温度が前記電子機器の仕様温度範囲の上限以上で且つ前記流量調整バルブの開度が全開近傍で且つ前記冷媒圧力が最大冷却能力を発揮するための設計圧力以上の場合に前記ファン回転数を低下又は停止することを特徴とする請求項３に記載の冷却システムの異常時運転装置。
  6. 　前記偏差情報検出手段は、前記蒸発器に吸引される温熱空気の吸引温度を検出する吸引温度検出手段を更に有し、
    　前記ファン制御手段は、前記吹出温度が前記電子機器の仕様温度範囲の上限以上で且つ前記流量調整バルブの開度が全開近傍で且つ前記吸引温度と前記吹出温度との温度差が最大冷却能力を発揮するための設計温度差以上である場合に前記ファン回転数を低下又は停止することを特徴とする請求項３に記載の冷却システムの異常時運転装置。
  7. 　前記電子機器は、前面に吸引口が形成されると共に背面に排出口が形成されたラックに段積み収納され、複数のラック同士の間に前記蒸発器が配設されており、
    　前記蒸発器の前記吸気口と前記ラックの排出口とが同じ空間側に面して温熱空間を形成し、前記蒸発器の吹出口と前記ラックの吸引口とが同じ空間側に面して冷熱空間を形成することを特徴とする請求項１～６の何れか１に記載の冷却システムの異常時運転装置。
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